JP2924171B2

JP2924171B2 - 車両用水冷式内燃機関の冷却装置

Info

Publication number: JP2924171B2
Application number: JP32001090A
Authority: JP
Inventors: 澄男須佐; 和貴鈴木; 敏夫森川; 竜雄杉本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1990-11-23
Filing date: 1990-11-23
Publication date: 1999-07-26
Anticipated expiration: 2014-07-26
Also published as: JPH04189626A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、特に車両用冷房装置を装着した車両におい
て、車両の運転状況に対応して冷却水の冷却能力、さら
に車両用冷房装置の冷房能力が制御されるようにした車
両用水冷式内燃機関の冷却装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関（エンジン）を搭載した車両にあっては、通
常車体の前方にエンジンの冷却水が循環するラジエータ
が設置され、このラジエータの後方に送風ファンが設置
される。車両の走行に伴う空気流及び、送風ファンで発
生された空気流がラジエータに供給され、ラジエータで
の熱交換を促進している。また、冷房装置を搭載してい
る車両では、循環冷媒を凝縮させる凝縮器（コンデン
サ）が、ラジエータの空気流の上流側に配置されてい
る。そして、このコンデンサを通過した空気が、その後
流側に位置するラジエータに導かれている。このコンデ
ンサには、冷房装置の冷房作動時に、コンプレッサで圧
縮された高温の冷媒が導かれ、この冷媒は、供給された
空気と熱交換することにより、凝縮し液化している。従
って、車両の走行に伴って発生された空気流、さらに送
風ファンの動作によって発生された空気流による冷却風
は、高温冷媒の供給されているコンデンサ部分を通過す
るときに加熱され、この加熱された冷却風が、コンデン
サの後方に設置されるラジエータに導かれる。そして、
このラジエータを循環するエンジン冷却水を冷却し、エ
ンジンを適温に制御するようにしている。

近年、車両に搭載される冷房装置は、より快適性が追
求され、その要求を満足させるために冷房機器が大容量
化されてきた。それに加えて、車両の高出力化に伴いエ
ンジンの発熱量が増大し、車両の高級化に対応して搭載
される補機類の増加に伴ってエンジンルームが過密化す
る傾向にあり、さらに車体のデザインにおけるスラント
ノーズの普及に対応して車速風の利用率の低下による冷
却風量の低下が著しい。

また、夏期の低速登板時のような条件のときには、エ
ンジンの発熱量が大きく、且つ充分な車速風が期待でき
ないものであり、しかもエアコンの冷房能力も増大する
状況である。従って、ラジエータ部に導入される冷却風
の空気温度の上昇が大きく、このため、ラジエータの冷
却水の冷却能力は低下し、ラジエータの冷却水温が上昇
するようになる。

これを解決するため、冷却水温が100℃を越えた場合
などは、冷房装置を強制的に停止させたり、あるいは、
ラジエータの大型化、さらに冷却ファンの大容量化等が
進められている。

しかし、冷房装置を強制的に停止させると車室内の快
適性が損なわれるという問題がある。また、車両の限ら
れたスペースの関係から、これ以上のラジエータ並びに
冷却ファンの大型化、大容量化は困難であり、また冷却
ファンの大容量化は車両全体の通風抵抗が増加してきた
ことより、消費動力の増加の割に送風量の増加を期待で
きなくなっている。

一方、アイドル時のように車速風を全く期待できない
走向状況下においては、コンデンサへ導かれる冷却風量
が少ないためコンデンサからの放熱性能が悪化し、従っ
てコンプレッサからの出口冷媒圧力が上昇しコンプレッ
サ消費動力が増加し、夏場の燃費悪化の一因となってい
る。

そこで本発明者等は前述までの課題の解決をねらっ
て、車両の通風系の解析に着手した。まず、エンジンル
ーム内の冷却風の流れを観察したところ、一旦ラジエー
タで熱交換された冷却風がコンデンサとラジエータ間の
搭載上発生する隙間から逆流し、再度ラジエータに流入
していることが判明した。従って、冷却ファンによって
送風される冷却風量はラジエータを全て通過している
が、前述の逆流によって、コンデンサを通過する冷却風
量はラジエータを通過している風量に対してかなり少な
いと予測した。そこで、ラジエータとコンデンサの前面
に多数の熱線風速計を設置し、実際に通過する風の量を
測定した。その結果、アイドル時においてはコンデンサ
を通過する風の量はラジエータを通過する風の量に対し
約35％も少ないことが判明した。その傾向は、低速登坂
走行時においても同様であるが、車速が増えるにしたが
ってその差は少なくなっている。また、コンデンサを通
過する風量が減少していることより、コンデンサを通過
した空気温度の上昇は著しく、エンジンルームから逆流
する風とにより、ラジエータへの入口空気温度は上昇
し、冷却水の冷却が一層厳しくしていることが判明し
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記のような点に鑑みてなされたもので、冷
却装置に要求される冷房能力を向上させると共に、コン
プレッサの消費動力の低減を計り、車両の燃費を向上さ
せる。しかも内燃機関の冷却水温が上昇し、オーバヒー
トの危険性が生ずるような運転循環において、とくに車
室内の温度環境を悪化させることなく、冷却水温の温度
上昇を抑制することができる、特に夏期における運転が
効率的に且つ快適に行なえるようにする車両用の水冷式
内燃機関の冷却装置を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係わる水冷式内燃機関の冷却装置は、車両の
進行方向の前方からの冷却風の流れに対応して、内燃機
関の冷却水を冷却するラジエータを設置すると共に、こ
のラジエータの冷却風の上流側にエアコン装置の冷媒が
循環されるコンデンサを配置する。そして、冷却風がコ
ンデンサを迂回して直接ラジエータに導かれるための迂
回通路を形成し、この通路を迂回通路開閉手段により開
閉する。コンデンサとラジエータとの間の空気を、コン
デンサを通過してラジエータに流れる空気通路と、コン
デンサを迂回してラジエータに流れる空気通路とに仕切
る仕切り手段を配する。内燃機関の熱負荷の状態が所定
値以上に達すると迂回通路を開放し、仕切り手段によっ
てコンデンサとラジエータとの間の空間を仕切る構成と
した。

〔作用〕

この様に構成される水冷式内燃機関の冷却装置にあっ
ては、内燃機関の熱負荷の状態、具体的には冷却水の温
度状態に対応して迂回通路開閉手段及び冷却風路仕切り
手段が制御される。例えば日常的な走行条件においし
は、車速風及び冷却ファンによって導入される冷却風は
全てコンデンサを通過した後、ラジエータに流入する。
極めて厳しい低速登坂運転条件のように内燃機関の熱負
荷が上昇する状態では、冷却水温の上昇を検知して、前
記の冷却風の流れに加えて直接ラジエータへ冷却風を導
く。これにより、ラジエータを通過する風量を増加する
と同時に車外の空気温度のままラジエータに導かれる。
日常的な走行条件においては、従来のようなコンデンサ
とラジエータ間から直接ラジエータにまわり込む冷却風
を遮断していることにより、ファンの能力上車両通風抵
抗に見合った風量がコンデンサに導かれる。ラジエータ
前面の平均空気温の低減をはかり冷却性能の向上をはか
ることができる。

また、従来のものに対し大巾にコンデンサ通過風量が
増加し、コンデンサの冷却性能が向上することによりエ
アコンサイクルの釣り合いによりコンプレッサの高圧が
低下し消費動力が低減できるばかりでなく冷房能力の向
上も計ることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
第１図で示されるように、エンジン11の冷却水が循環さ
れるラジエータ13をエンジン11の前方位置にて設置す
る。このラジエータ13の前方には、この車両に搭載され
るエアコン装置の冷媒が循環され、凝縮されるコンデン
サ14を設置される。ラジエータ13とコンデンサ14の間に
は、エンジン11側からの熱風の回わり込みを防止し、冷
却風の風路を制御するための導風ダクト21を配されてい
る。さらに導風ダクト21内には冷却風路を制御するため
の第１ダンパ220（迂回通路開閉手段）コンデンサ14と
ラジエータ13との間の通路を仕切るための第２のダンパ
221とガイド222を設置する。この第２ダンパ221とガイ
ド222とが冷却風路仕切り手段を構成する。第１ダンパ2
20の一端はラジエータ13の下端部に回転可能に連結さ
れ、他端はコンデンサ14の下端部に当接する位置（通路
閉鎖位置）とこの下端部15から離れた位置（通路開放位
置）との間を移動する。第２ダンパ221の一端は、コン
デンサ14の下端部に回動可能に連結され、通路閉鎖位置
にある第２ダンパ220に重なり合う位置と、コンデンサ
とラジエータとの間の空間を２分する位置（仕切り位
置）との間を回動する。ガイド22はその中心に回動軸を
有し、仕切り位置にある第２ダンパ221と一直線上に並
ぶ位置と冷却風Ａと平行となる位置との間を回動する。
これらのダンパ機構はエンジン11の熱負荷の状態、具体
的には冷却水の温度状態に対応して制御する。すなわ
ち、第１ダンパ220が閉じている時は第２ダンパ221とガ
イド222は仕切り作用をなさず、冷却風Ａはコンデンサ1
4を通過した後、ラジエータ13の全面に導かれる。そし
てラジエータ13を通過後、冷却ファン15によってエンジ
ンルーム内へそして車外へ放出される。一方、第１ダン
パ220が開いている時は、第２ダンパ221とガイド222は
第１図のように仕切り位置まで回動して仕切り壁とな
り、コンデンサ14を通過してラジエータ13に流入する冷
却風Ａの通路とコンデンサ14を迂回して直接ラジエータ
13に流入する冷却風Ｂの通路と仕切る。

第２図は冷却水の循環路並びに搭載される冷房装置
（エアコン装置）の構成を示しているもので、エンジン
11の冷却水は、ポンプ12によって循環されラジエータ13
に供給される。なお、エンジン11の熱負荷を代表する冷
却水温を検出する為、水温センサ27が通水回路中に設置
されている。

また、この車両に搭載されるエアコン装置は、冷媒を
圧縮するコンプレッサ16を備え、このコンプレッサ16か
ら吐出される高温高圧冷媒は、冷媒回路を介してコンデ
ンサ14に供給されて凝縮液化される。このコンデンサ14
で液化された冷媒は、レシーバ17、さらにエキスパンシ
ョンバルブ18を介してエバポレータ19に供給され、この
エバポレータ19部を通過する空気を冷却する。この冷却
風が車室内に放出される。そして、エバポレータ19から
の冷媒は、コンプレッサ16に帰還される。ここで、エキ
スパンションバルブ18は、エバポレータ19の出口の冷媒
の状態、たとえば冷媒温度などを検出するための感温筒
20内のガス圧力変化に応じて制御される。第１ダンパ22
0にはスプリング等の付勢手段23が連結され、通常は閉
鎖位置に位置している。この付勢手段23の反対側面には
負圧アクチュエータ25が連結され、負圧バルブ24を介し
て負圧が負圧アクチュエータ25に導入されると、付勢手
段23の付勢力に抗して第１ダンパ220を開放位置に回動
させる。第２ダンパ221,ガイド222は第１ダンパ220のリ
ンク機構（省図示）を介して連動している。

電動ファン15,アクチュエータ25へバキューム圧の負
荷を切替える切換えバルブ24,25にコンプレッサ16,図示
していないがエバポレータ19へ送風する送風ファン、同
様にエバポレータ19への流入空気の切換えを図る内外気
切換えダンパ等は、例えばマイクロコンピュータ等によ
って構成される電子制御ユニットによる制御回路26によ
って制御される。この制御回路26にはエンジン11の回転
数信号，冷却水温センサ17からの冷却水温度信号、さら
にエバポレータ19へ冷却空気温度を検出する温度センサ
29からの温度信号，コンプレッサ16の冷媒圧力を検出す
る圧力センサ28らの圧力信号等が入力されている。

次に本実施例装置の作動を第５図のフローチャートを
参照しながら説明する。

日常的な走行条件において、第１ダンパ220は第１図
の破線に示すごとく閉鎖位置にあり、第２ダンパ221も
破線に示すように第１ダンパ220と重なり合っている。
またガイド222は導風ダクト21内の冷却風の流れに対し
抵抗とならないように破線で示す位置に位置している
（ステップ201）。ここで、車速風とファン15によって
導かれる冷却風Ａは全てコンデンサ14を通過した後、ラ
ジエータ13に導かれる（ステップ220）。従って、コン
デンサ14を迂回して直接ラジエータ13に侵入する風量が
無くなった為、コンデンサ14を通過する風の量はアイド
ル時では従来装置に比べ約30％増加する。ただし、ラジ
エータ13を通過する風量は約10％程低下する。これは、
従来装置のシステム通風抵抗の方が弱冠少ないためにフ
ァン15のファン特性上の動作点位置が変わることによっ
てである。従って、夏期のエアコン使用時，コンデンサ
14への冷却風が増加したことにより、コンデンサ14の単
体放熱特性が良好となり、クーラサイクル釣り合い特性
上より、室内の冷房能力は向上し、なおかつコンプレッ
サ16の吐出圧力が低下する。このことによりコンプレッ
サ消費動力も低減できる。本願発明者等の実験による
と、夏期のアイドル時、冷房能力は５％増加し、コンプ
レッサ消費動力は９％低減出来ることが判明した。な
お、冷却水温への影響は、ラジエータ通過風量が低下す
ることにより、ラジエータ放熱量は低下し気水温度差は
大きくなる。しかし、コンデンサ通過風量の増加によ
り、コンデンサ14によって昇温される冷却風の温度は大
幅に低下し、すなわちラジエータ13への入口空気温度が
低下することになり、冷却水温度はむしろ従来装置に対
し低下させることが出来る。

一方、極めて厳しい低速登坂時においては、走行に伴
い冷却水の水温Twが上昇し、所定値（例えば100℃）を
越えるような場合（ステップ203,204），水温センサ27
にて冷却水温信号をECU26に伝え、切替えバルブ24を開
通し、ダイヤフラム式のアクチュエータ25に負圧を与え
る。そして、その連結棒の変位により図示していないが
カムとリンクを作動させ、第１ダンパ220を図示の様に
開き（ステップ205）、同時に第２ダンパ221およびガイ
ド222を図示位置に回動させ仕切り壁とする。従って、
車両の進行方向からの大気温の冷却風Ｂが矢印の様に直
接ラジエータ13の下部に導風される。なお、コンデンサ
14へは冷却風Ａが矢印の如く導風される（ステップ20
6）。この場合、ファン特性上の動作点は第１ダンパ220
が閉鎖位置から開放位置になることにより車両の通風抵
抗値が低下し、ファンでの送風量が増加する。従って、
ラジエータ13を通過する冷却風は冷却風Ａと冷却風Ｂの
合計であり、第１ダンパ220が閉鎖位置状態での冷却風
Ａのみの冷却風量より大巾に増加する。その冷却風量の
増加はラジエータ13の冷却性能の向上となる。

一方、コンデンサ14を通過する冷却風Ａは第１ダンパ
220が閉鎖位置の状態の冷却風量より低下し、コンデン
サ14での空気温の昇温は大きくなるが、車両進行方向か
らの大気温の冷却風Ｂがラジエータ13の入口空気温度と
なるために、ラジエータ13の前面の入口平均空気温度は
第１ダンパ220が閉鎖位置状態の場合に比べ低下する。
従って、冷却水の放熱量が大きくなり冷却水温の低下を
計ることができる。本願発明者等の実験によると排気量
が2000ccの乗用車において約10％相当の冷却性能向上を
確認している。

なお、冷却風Ｂが流入するラジエータ13の面積、つま
り冷却風Ｂの流れる風路（ラジエータ13の下端面より第
２ダンパ221とガイド222との仕切り壁で囲んだ通路）の
ラジエータ13への入口面積はラジエータ13の前面面積に
対し半分以下が望ましい。このことは、コンデンサ14と
ラジエータ13との搭載上の位置関係と車両のフロントエ
ンドの形状によって支配され、冷却風Ｂの流れる風路の
ラジエータ13への入口面積を大きくすればする程、コン
デンサ14を通過する冷却風Ａの風量が減少する。冷却水
温にとって最も厳しい低速登坂条件ではエンジン回転数
も高く、コンプレッサによって吐出される冷媒量が多く
冷房能力は十分であるが、冷却風Ａの減少はコンプレッ
サの消費動力の増加となるので。その兼ね合いより決定
することが望ましい。本実施例ではラジエータ13の全面
積に対する冷却風Ｂの入口面積比を約40％とした。これ
は、従来装置におけるコンデンサ14の通過風量と本実施
例における冷却風Ａの風量とほぼ同一となる面積比を設
定した。従って、エアコン能力は全く低下させることな
く冷却水温の低減を可能とした。

さらに、冷却風Ｂを導く位置については、本実施例の
ラジエータ13はバーチカルフロー方式でありエンジン11
からの冷却水をアッパタンク13Aからコア部のチューブ
内を循環しロウアタンク13Bに流してエンジンへ返して
いる。この場合、ラジエータの放熱特性の良否を判定す
る温度効率の観点から説明すると、理論上ラジエータ13
の下方つまり、冷却水のコア内の下流側に冷却風Ｂを導
くのがよいことが判っている。

以上説明したように、日常的な走行条件域において
は、エアコン能力を優先し、冷房能力の向上、さらにコ
ンプレッサの消費動力の低減による車両消費の向上を計
ることができる。また、極く稀に発生する夏期の低速登
坂走行条件域においては、所定の水温レベルに達した場
合に風路制御ダンパ機構を制御し、ラジエータ冷却性能
の積極的な能力増強を図れるという点で優れた効果を有
している。

第３図は他の実施例を示すもので、第１ダンパ220と
第２ダンパ221を複数枚の小ダンパより構成している。
各小ダンパ220a,221aはリンク機構225,226に連結され、
カム230の作動により一斉に開閉作動をなす。カム230は
ステップモータ240により回動駆動され、このステップ
モータ240はECU26カラノ指令により作動する。第１ダン
パ220が閉鎖状態のとき（図中破線で示す）、第２ダン
パ221は破線で示すのように仕切り壁を構成せず、ラジ
エータへの通風に影響を与えない。一方、第１ダンパ22
0のように仕切り壁を構成し、冷却風A,Bの風路を仕切
る。

第４図はさらに効果を高めるために、車両の進行方向
前方に向かって導風ダクト21を延長し、車両のグリル直
後よりラジエータ13まで導風ダクト21をつなげた例を示
す。

第７図は第１ダンパをフィルムダンパ300で形成した
例を示す。ステップモータ301によりフィルムダンパ300
を回転させ前述の制御を行っている。

第６図は他の実施例の作動を示すフローチャートであ
る。前述までの実施例に加え、第１ダンパ220を開放状
態とし、第２ダンパ221を仕切り位置とした状態で、エ
アコン能力をさらに積極的に制御している。

すなわち、冷却水温が第２の設定値（例えば105℃）
を越えた場合などの冷却水温の厳しい条件では（ステッ
プ301）エンジン回転数が高くエアコン冷房能力は十分
に余裕がなるため、エバポレータの送風能力を低下する
ためにブロワ電圧を制御したり（ステップ302）、可変
容量コンプレッサの可変容量制御（ステップ303）、コ
ンプレッサ吐出側から吸込み側への冷媒のパイパスによ
り循環冷媒寮を制御（ステップ304）、さらにはエバポ
レータへの吸入空気が外気より導入している場合には強
制的に内気循環モードへの切換え制御（ステップ305）
を個々にまたは全体を行っている。このような制御を行
えば、冷却水の水温をさらに低減することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例を示す概略側面図、第２図は構成回路
図、第３図は他の実施例を示す部分側面図、第４図は他
の実施例を示す斜視図、第５図及び第６図は作動を示す
フローチャート、第７図は他の実施例を示す部分側面図
である。 11……エンジン,13……ラジエータ,14……コンプレッ
サ,15……電動ファン,26……ECU,220……第１ダンパ,22
1……第２ダンパ,222……ガイド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉本竜雄愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (56)参考文献特開平３−167032（ＪＰ，Ａ) 実開平３−75027（ＪＰ，Ｕ) 実開昭58−113567（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−32430（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B60K 11/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】冷房手段の冷媒を凝縮させるコンデンサ
と、このコンデンサより車両進行方向の後方に配られ、
内燃機関の冷却水を冷却するラジエータと、前記コンデ
ンサ側から前記ラジエータ側に向けて冷却風を導入する
手段と、前記コンデンサを迂回して前記ラジエータに向かう迂回
通路を開閉する迂回通路開閉手段と、前記迂回通路が開放された時、前記コンデンサと前記ラ
ジエータとの間の空間を、コンデンサを通過してラジエ
ータに流れる空気通路と、コンデンサを迂回してラジエ
ータに流れる空気通路とに仕切る冷却風路仕切り手段
と、内燃機関の熱負荷の状態に対応して前記迂回通路開閉手
段および前記冷却風路仕切り手段を駆動制御する制御手
段とを備え、この制御手段は内燃機関の熱負荷の状態が所定値以上に
達すると、前記迂回通路開閉手段を開放位置に駆動し、
前記冷却風路仕切り手段を仕切り位置に駆動させること
を特徴とする車両用水冷式内燃機関の冷却装置。
【請求項２】前記コンデンサと前記ラジエータとの間に
は両者の周囲を囲むように形成された導風ダクトが形成
されている請求項１の車両用水冷式内燃機関の冷却装
置。
【請求項３】前記迂回通路開閉手段は前記導風ダクトの
一部に形成されたダンパである請求項２の車両用水冷式
内燃機関の冷却装置。
【請求項４】前記導風ダクトは車両の冷却風取入口より
前記コンデンサを経由し前記ラジエータまで形成されて
いる請求項２の車両用水冷式内燃機関の冷却装置。
【請求項５】前記迂回通路開閉手段は板状ダンパで、そ
の一側端は前記ラジエータの下端部に回動自在に固定さ
れ、他端側は前記コンデンサの下端部に当接自在に配さ
れている請求項１の車両用水冷式内燃機関の冷却装置。
【請求項６】前記冷却風路仕切り手段は板状ダンパで、
その一側端は前記コンデンサの下端部に回動自在に固定
され、他側端は前記ラジエータの熱交換部から下端部ま
での範囲を移動する請求項１の車両用水冷式内燃機関の
冷却装置。
【請求項７】前記冷却風路仕切り手段の他側端にはガイ
ドダンパが配され、このガイドダンパはラジエータに導
入される空気の流れ方向と平行な第一位置と、前記冷却
風路仕切り手段が仕切り位置に位置する場合に同一平面
となる第二位置との間を回動する請求項６の車両用水冷
式内燃機関の冷却装置。
【請求項８】前記迂回通路開閉手段には負圧アクチュエ
ータが連結されており、この負圧アクチュエータによっ
て回動駆動される請求項５の車両用水冷式内燃機関の冷
却装置。
【請求項９】前記迂回通路開閉手段および前記冷却風路
仕切り手段は可撓性を有するフィルムダンパから成る請
求項１の車両用水冷式内燃機関の冷却装置。
【請求項１０】前記迂回通路開閉手段および前記冷却風
路仕切り手段はそれぞれ複数枚の板状ダンパからなる請
求項１の車両用水冷式内燃機関の冷却装置。