JP4211590B2 - 自動車用熱交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用エンジンのラジエータや、空調装置の冷媒コンデンサ等の熱交換器に付設される冷却ファンの回転速度を制御するファンコントローラを強制的に冷却するように構成された自動車用熱交換装置に関する。

自動車用エンジンを冷却するためのラジエータや、空調装置の冷媒コンデンサのような熱交換器へ強制的に空気を流通させるために吸い込み型や押し込み型のファンが設けられるが、そのファンを電動モータによって回転駆動すると共に、その電動モータへ供給する電力の量を制御してファンの回転速度を過不足のない最適値に制御するためにファンコントローラと呼ぶ制御装置を付設する場合がある。ファンコントローラは半導体のスイッチング素子等からなるために作動に伴って多少とも発熱を伴うから、ファンコントローラの過熱を防止して安定に作動させるためにファンコントローラ自体を冷却する必要がある。そのために、ファンによって発生する空気流の一部がファンコントローラの周辺を通過するように構成して、その空気流によってファンコントローラを冷却するようにした自動車用熱交換装置が特許文献１に記載されている。
特開平１０−２５２４７０号公報

特許文献１に記載された自動車用熱交換装置においては、図３に示したように、単一のラジエータ及び単一のコンデンサのような熱交換器に対して並列に２個のファン２及び３を設けると共に、それらを回転駆動する電動モータ６及び７を制御するファンコントローラ１を２個のファン２及び３の概ね中間位置に設けて、２個のファン２及び３によって発生する空気流のそれぞれ一部によってファンコントローラ１を冷却すると共に、万一２個のファン２又は３のいずれか一方が、それ自体或いは電動モータ６又は７の故障によって停止したような場合でも、修理が終わるまでは応急的に他方のファン３又は２によってファンコントローラ１の冷却が担保されるようになっている。なお、８はファンシュラウドを、９はファンコントローラ１の近傍においてファンシュラウド８に開口する空気取り入れ口を、小さい矢印は空気流を、大きい矢印はファン２の回転を示している。

しかしながら、２個のファン２及び３の中間位置となるラジエータやコンデンサの中央部分の背後にはエンジンが配置されるから、エンジンから前方へ突出する補機等が設けられている場合には、その突出部分との干渉を避ける必要からファンコントローラ１を図３のように２個のファン２及び３の中間位置に設けることができない場合がある。また、ファン２及び３や電動モータ６及び７等の保守点検を容易にするために、ファン２及び３を覆うファンシュラウド８を左右２つの部分８ａ及び８ｂに２分割して構成する場合には、左右２つのシュラウド部分８ａ及び８ｂの継ぎ目の位置にファンコントローラ１を設けることになるので、ファンコントローラ１を固定するための取り付け穴等をファンシュラウド８ａ，８ｂに設けることが困難になる場合がある。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑み、ファンコントローラを２個のファンの中間位置に設けることができないために、やむを得ずファンコントローラをファンシュラウドの左右いずれか一方に大きく偏った位置に取り付けた場合に、左右いずれか一方のファンが故障等によって停止しても、他方のファンによってファンコントローラの冷却が担保されるようにすることを目的としている。

本発明は、前記課題を解決するために、請求項１に記載された自動車用熱交換装置を提供する。

本発明の自動車用熱交換装置は、第１の特徴として、作動することによって発熱するファンコントローラを、熱交換器のための複数個のファンのうちの第１のファンには近いが第２のファンから遠くなるような、ファンシュラウドの中央部分から見て偏った位置においてファンシュラウドに取り付けることにより、ファンコントローラが主として第１のファンが発生する空気流の一部によって冷却されるように構成すると共に、第２の特徴として、ファンコントローラの付近と第２のファンが発生する空気流との間を接続する両端が開放したダクトを設けている。

ファンコントローラは主として第１のファンが発生する空気流の一部を受けて冷却されると共に、第２のファンが発生する空気流の一部がダクトを介してファンコントローラの周囲に空気流を発生させることにより補助的に冷却される。そのため、万一、第１のファン或いはそれを回転駆動する電動モータが故障して停止しても、ファンコントローラは、第２のファンによってダクトを介して発生する周辺の空気流によってが冷却されるので、スイッチング素子の発熱等によって過熱してダメージを受ける恐れがなくなる。また、第２のファン或いはそれを回転駆動する電動モータが故障して停止しても、ファンコントローラは主として第１のファンが発生する空気流の一部を受けて冷却されているので、何ら問題を生じない。

また、本発明によれば、ファンコントローラを熱交換器やファンシュラウドの中央部分から離れた任意の位置に取り付けることが可能になるので、ファンコントローラの取り付け位置についての設計の自由度が増大する。それによって、エンジンの補機類がファンシュラウドに向かってか突出しているような場合でも、その位置を避けてファンコントローラをファンシュラウドに取り付けることができる。更に、ファンコントローラをファンシュラウドの中央部分に取り付ける必要がなくなるので、ファンシュラウドを各ファンに対応する部分毎に独立に成形すると共に、全体の中央部分に継ぎ目を形成することが可能になるため、内部のファンや電動モータ等の保守点検を容易に行うことができる。

本発明の一つの好適な実施形態として、ファンコントローラの本体部分がファンシュラウドの外側に露出するように、ファンシュラウドの開口等にファンコントローラを取り付けると共に、本体部分から突出しているフィンを開口等からファンシュラウドの内部に露出させるというファンコントローラの取り付け構造をとることができる。このように構成すれば、第１のファンによって発生してファンシュラウドの内部を流れる空気流によってフィンを介してファンコントローラを効率よく冷却することができると共に、ファンシュラウドの外側に露出しているファンコントローラの本体部分を、第２のファンによって発生する空気流の作用によってダクトを介してファンコントローラの周囲に発生する空気流と、ファンシュラウドの周囲にある外気とによって冷却することができる。従って、どのファンが停止してもファンコントローラの冷却が十分に担保される。ダクトはファンシュラウドの外側に設けることが望ましい。

本発明の自動車用熱交換装置は、複数個のファンが熱交換器に対して吸い込み型通気をするように構成することができるだけでなく、複数個のファンが熱交換器に対して押し込み型通気をするように構成してもよい。いずれにしても、空気流の流れる方向が変化するだけであるから、概ね同様な効果を得ることができる。

以下、添付の図１及び図２を参照しながら本発明の好適な実施例を詳細に説明する。前述の従来例と同様に１はファンコントローラ１であって、作動によって発熱する半導体のスイッチング素子１８等を内蔵している。２及び３は左右のファンを、６及び７はファン２及び３をそれぞれ回転駆動する電動モータを、８は合成樹脂製のファンシュラウドを示している。この場合、ファンシュラウド８は単体として成形されているが、保守点検を容易にするために左右２つの部分８ａ，８ｂに分割してもよい。いずれの場合でも２個のファン２及び３の作動上の干渉を避けるためにファンシュラウド８にはファン２及び３の各作動空間の間を仕切る隔壁１０が設けられる。隔壁１０の上下の端部はファンシュラウド８の上下の壁面に達しているが、上部に小さな連通部を残して若干量の空気の流通を許してもよい。また、ファン２及び３の周囲にはファンシュラウド８の一部として円筒部分１１，１２が形成される。なお、１３及び１４はファンシュラウド８の円筒部分１１，１２によって電動モータ６及び７を支持すると共に、ファン２及び３の回転によって生じる空気流を通過させるために設けられた３〜４本の脚状の金属製ステーを示している。

図１において１５は自動車用のエンジンを、４はエンジン１５の冷却水の熱を空気中へ放熱させて冷却するためのラジエータを略示している。ラジエータ４はファンシュラウド８の前方開口１６を覆うように配置される。また、図示実施例の自動車用熱交換装置においては、ラジエータ４の前方にそれと概ね同じ大きさのコンデンサ５が配置される。コンデンサ５は自動車用の空調装置に使用されて、図示しないコンプレッサによって圧縮された冷媒の熱を空気中へ放熱させることによって冷媒を凝縮させるために使用される。ちなみに、図示実施例におけるラジエータ４やコンデンサ５は単なる例示に過ぎず、本発明においては、これらは一般的に１個或いは複数個の熱交換器であればよい。

なお、図１に示したように、エンジン１５は電子式制御装置（ＥＣＵ）２３によって自動的に制御される。ＥＣＵ２３には多くのセンサ類によって検出された信号が入力されているが、その一つとして図示実施例の場合は、エンジン１５を冷却した後の冷却水の温度を検出する温度センサ２４と、図示しない空調装置の冷媒コンプレッサによって加圧された冷媒の圧力を検出する圧力センサ２５が設けられている。ＥＣＵ２３が出力する制御信号はファンコントローラ１にも供給されていて、温度センサ２４及び圧力センサ２５の検出する温度或いは圧力の大きさに応じて２個のファン２及び３の電動モータ６及び７へ供給する電力をデューティ制御し、ファン２及び３の回転速度をその時の冷却負荷に適した値に制御する。その点については前述の特許文献１に詳しく記載されているので、ここでは詳細な説明を省略する。

図示実施例の特徴は、２個のファン２及び３の電動モータ６及び７の回転速度を制御するファンコントローラ１がファンシュラウド８の片隅に、即ち一方のファン２に近く他方のファン３から遠い位置に設けられていることと、ファンコントローラ１の背面付近と他方のファン３の下流側の一部との間を接続するように両端が開放したダクト１７が設けられていることである。ダクト１７としては一部がファンシュラウド８の一部との間で管路を形成するように溝形で、ファンシュラウド８の面から離れる他の一部において筒形となっているものを、ファンシュラウド８とは別体のものとして製作して、それをファンシュラウド８に取り付けているが、ダクト１７をファンシュラウド８と一体的に成形することも不可能ではない。

ファンコントローラ１は本体の前面に冷却用のフィン１９を備えていて、それが一方のファン２へ吸入される空気の流路内に露出するように、ファンシュラウド８の片隅に形成された開口２０を塞ぐように嵌め込まれることにより固定されている。場合によっては、ファンコントローラ１を取り付けたファンシュラウド８の片隅の上壁等に空気を取り込むための開口を設けて、その開口から冷たい外気を吸入してファン２へ吸い込ませることにより、冷たい外気によってファンコントローラ１のフィン１９を冷却するように構成することもできる。

いずれにしても、ファンコントローラ１は主として一方のファン２へ吸入される空気によってフィン１９を介して冷却されるが、万一にもファン２が停止した場合に、図示実施例では他方のファン３によってファンコントローラ１を冷却することができるように特別のダクト１７を設けている。ダクト１７の一端の入口２１は他方のファン３の下流側から空気流の一部を取り込み得るように開口していると共に、ダクト１７の他端の出口２２はファンシュラウド８の外側に出ているファンコントローラ１の本体の背面に向かって空気を吐出し得るようにその近傍に開口している。

このように、図示実施例の自動車用熱交換装置においては、通常はラジエータ４及びコンデンサ５のような熱交換器を２個のファン２及び３によって並列的に冷却すると共に、ファンコントローラ１のフィン１９を一方のファン２によって冷却しているが、万一ファン２又はそれを回転駆動する電動モータ６の故障によってファン２が停止した場合でも、他方のファン３によって発生する空気流の一部がダクト１７を通って出口２２からファンコントローラ１の背面付近へ吐出されているので、ファンコントローラ１が他方のファン３の空気流によって冷却されて過熱を免れる。それに加えて隔壁１０の上部に２個のファン２及び３の作動空間を連通させる開口が形成されている場合には、他方のファン３は一方のファン２の上流側から少量の空気を吸入するので、一方のファン２が停止していてもファンコントローラ１のフィン１９の付近に他方のファン３の吸入による弱い空気流が発生し、その空気流がファンコントローラ１を補助的に冷却する。

言うまでもなく、他方のファン３又はそれを回転駆動する電動モータ７が故障してファン３が停止した場合には、ダクト１７を通ってファンコントローラ１の背面を冷却する空気流は殆どなくなるが、正常に回転している一方のファン２の吸入空気流によってフィン１９が十分に冷却されるからファンコントローラ１が過熱する恐れはない。このように、ファンコントローラ１をファンシュラウド８の片隅に設けても、２個のファン２及び３のいずれかが停止した場合のファンコントローラ１の冷却は確実に担保される。

また、ファンコントローラ１をファンシュラウド８の中央部分から大きく離れた片隅のような任意の位置に設けることが可能になることによって、エンジン１５から前方へ突出する補機等が設けられていても、それとファンコントローラ１が干渉することを避けることができる。更に、図２に示したような位置に限らず、ファンシュラウド８のどこにファンコントローラ１を設けてもよいから、ファンコントローラ１の設置位置についての大きな自由度が得られる。更にまた、保守点検を容易にするためにファンシュラウド８が左右２つの部分８ａ，８ｂに分割されている場合でも、２つの部分８ａ，８ｂの継ぎ目を避けて、いずれか一方にファンコントローラ１を容易に取り付けることができる。

図示実施例は２個のファン２及び３を熱交換器４，５の下流側に設けて所謂吸い込み通気型の自動車用熱交換装置を構成しているが、本発明は所謂押し込み通気型の自動車用熱交換装置として構成することもできる。この場合は図１に矢印によって示す空気流の流動方向が反対向きになるので、ラジエータ４及びコンデンサ５のような熱交換器はファン２及び３の下流側となる。従って、ファンコントローラ１を補助的に冷却するための空気流を取り入れるダクト１７の入口２１はファンシュラウド８内において押し込み型となるファン３の下流側に開口するように位置が変更される。

それによって、ファン３によって加圧された冷たい外気の一部をダクト１７へ取り入れて、その出口２２からファンコントローラ１の背面付近へ吐出する。また、ファンコントローラ１のフィン１９は一方のファン２によって加圧された冷たい外気の一部によって冷却される。この場合も、２個のファン２及び３のいずれかが停止した時は、他方のファンのみによってファンコントローラ１の冷却が担保されるので、前述の実施例と概ね同様な効果が得られる。

２個のファン２及び３を押し込み型として使用する自動車用熱交換装置において、ダクト１７等を図１に示したものと同様な構成として空気流の方向だけが反対向きになるようにしてもよい。この場合は、他方のファン３へ吸い込まれる空気流の一部がファンコントローラ１の背面付近から吸入され、ダクト１７を通過してファン３へ流入するので、その吸入空気流によってファンコントローラ１の背面が冷却される。なお、この場合はダクト１７の入口２１と出口２２の関係が逆になる。また、ファンコントローラ１のフィン１９は一方のファン２によって加圧された下流側の冷たい空気流の一部によって冷却されるので前述の各実施例と同様な効果が得られる。

本発明は自動車用熱交換装置として、エンジンの冷却水を冷却するためのラジエータ、エンジンオイルを冷却するためのオイルクーラ、加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ、或いは空調装置において冷媒を冷却するためのコンデンサ等を対象として実施することができる。また、本発明の自動車用熱交換装置は、吸い込み通気型のみならず、押し込み通気型としても実施することができる。

自動車用熱交換装置の好適な実施例を、要部のみを図２のＩ−Ｉ線における断面として示すシステム構成図である。 図１に示す自動車用熱交換装置の要部をII−II線側から見た背面図である。 図２に対応する従来例の背面図である。

符号の説明

１…ファンコントローラ
２，３…ファン
４…ラジエータ
５…コンデンサ
６，７…電動モータ
８…ファンシュラウド
１５…エンジン
１７…ダクト
１９…フィン

Claims (5)

1. 少なくとも一個の熱交換器と、前記熱交換器に対して並列に空気流を発生するように配置された複数個のファンと、前記ファンを覆って前記熱交換器に接続する空気流路を形成するファンシュラウドと、前記ファンを回転駆動する複数個の電動モータと、前記電動モータの回転速度を制御するファンコントローラとを備えている自動車用熱交換装置において、前記ファンコントローラを前記複数個のファンのうちの第１のファンには近いが第２のファンから遠くなるような前記ファンシュラウドの中央部分から見て偏った位置に取り付けることにより、前記ファンコントローラが主として前記第１のファンが発生する空気流によって冷却されるように構成すると共に、前記ファンコントローラの付近と、前記第２のファンが発生する空気流との間を接続する両端が開放したダクトを設けたことを特徴とする自動車用熱交換装置。
2. 請求項１において、前記ファンコントローラが、前記ファンシュラウドの外側に露出するように取り付けられる本体部分と、前記本体部分から突出して前記ファンシュラウドの内部に露出するフィンとを備えていることを特徴とする自動車用熱交換装置。
3. 請求項１又は２において、前記ダクトが前記ファンシュラウドの外側に設けられていることを特徴とする自動車用熱交換装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記複数個のファンが前記熱交換器に対して吸い込み型通気をするように構成されていることを特徴とする自動車用熱交換装置。
5. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記複数個のファンが前記熱交換器に対して押し込み型通気をするように構成されていることを特徴とする自動車用熱交換装置。

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