JP4790061B2 - 車両の冷却ファン装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼機関によって動力を供給される車両用のラジエータ・ファン装置であって、媒体を冷却する少なくとも１つの冷却要素と、燃焼機関の作動中に媒体を冷却するために、冷却要素の少なくとも１つの領域を通して強制的な空気流を連続的に生じさせるようになされた第１ラジエータ・ファンとを有する車両用のラジエータ・ファン装置に関する。

燃焼機関によって動力を供給される車両は、通常、燃焼機関を冷却するクーラントの冷却用ラジエータを有する。ラジエータ・ファンが、通常、クーラントを冷却する目的を有するラジエータを通して強制的な空気流を与えるために、ラジエータの近くに配置される。従来のラジエータ・ファンは、通常、恒久的な機械的連結部を介して燃焼機関から動力を供給される。したがってラジエータ・ファンがラジエータを通して発生させる空気流の大きさは、エンジンの速度とともに変化する。多くの大型車両は、過給機付きの燃焼機関によって動力を供給される。過給空気が燃焼機関に導かれる前に過給空気を冷却するように、給気冷却器が使用される。給気冷却器は、通常、車両の前部の普通のラジエータの前に位置している。いくつかの場合では、空調システムの凝縮器が、やはり車両の前部の近くに位置していてもよく、また戻された排気ガスを冷却するＥＧＲ冷却器も同様である。

１または複数のそのような冷却要素が通常のラジエータの前に配置された場合、ラジエータに達する空気流はより高い温度になる。したがってラジエータにおいて冷却されるクーラントは、冷却効果を縮小されやすい。この縮小された冷却効果を補うために、冷却器を通してより多くの空気流を強制的に流してもよい。冷却器を通る空気流を増加させる１つのやり方は、通常のラジエータ・ファンの燃焼機関への機械的連結をより高いギア比で提供することであるが、実用上な理由のために、ギア比は特定の限界までしか上げることができない。これらの冷却器は通常、冷却空気流の方向に関して１または複数の他の冷却要素の下流に位置するので、周囲温度が高く且つ燃焼機関が低速で運転している場合には、とりわけクーラントの許容可能な冷却をもたらすように冷却器を通る十分な空気流を提供することが困難であり得る。

米国特許第３，８９４，５２１号明細書は、クーラントの冷却用のラジエータおよび空調システムの凝縮器を通る空気流を与えるラジエータ・ファンに言及している。この場合、ラジエータ・ファンは、別個の継手機構を介してエンジンおよび電気モータに連結され、したがってエンジンまたは電気モータは、ラジエータ・ファンに動力を供給するように使用可能である。ラジエータ・ファンがラジエータを通して必要な空気流を供給するには低過ぎる速度でエンジンが回転している場合には、電気モータが一時的にラジエータ・ファンの作動を引き継ぎ、ラジエータ・ファンをより高速にする。

本発明の目的は、冷却要素内の媒体の必要な冷却が比較的容易且つ効果的に達成されるように、冷却要素を通る増加された強制的な空気流を必要に応じて提供することのできるラジエータ・ファン装置を提供することである。

この目的は、明細書の導入部で言及した種類のラジエータ・ファン装置であって、特に請求項１によって特徴づけられるラジエータ・ファン装置により達成される。したがって車両の動作は、冷却要素を通る空気の強制的な流れを連続的に起こす第１ラジエータ・ファンの使用を含み、それによってほとんどの作動状況において冷却要素内の媒体に必要な冷却が与えられる。冷却要素内の温かい媒体上の空気流によって及ぼされる冷却効果は、ラジエータを通して流れる空気の温度および量に依存する。例えば高い周囲空気の温度があるか、あるいは冷却要素内の媒体が高温である状況では、第１ラジエータ・ファンによって起こされる既存の空気流が、媒体の必要な冷却を提供するのに十分でない危険性が常に存在する。例えば許容可能なレベルを超えて媒体の温度が上がると、追加のラジエータ・ファンの起動が起こり、それが第１ラジエータ・ファンと共に、冷却要素を通る増加された強制的な空気流をもたらす。媒体の温度が許容可能なレベルに下がるまで追加のラジエータ・ファンのこの起動が続いてもよい。代替として、媒体の比較的大きな冷却を必要とする構成要素が起動されるとすぐに、追加のラジエータ・ファンが起動されてもよい。このような構成要素は、多くの場合に燃焼機関の冷却システムによって冷却されるリターダとすることができる。

本発明を理解するために説明する参考例によれば、このラジエータ装置が、追加のラジエータ・ファンに動力を供給するために起動されるように構成された電気モータを有する。その結果、起動が容易である比較的単純な追加のラジエータ・ファンへの動力の供給がもたらされる。電気モータおよび追加のラジエータ・ファンは、それらが起動されたときに実質的に一定の速度で運転するような寸法とされてもよい。したがって追加のラジエータ・ファンは冷却要素を通して実質的に一定の増加した空気流を与えることになる。また、冷却要素内の媒体に必要とされる冷却量に応じて、可変速度で電気モータおよび追加のラジエータ・ファンを運転することも可能である。別の代替例によると、ラジエータ装置は、燃焼機関と追加のラジエータ・ファンとの間に連結部を設け、それによって燃焼機関による追加のラジエータ・ファンの作動を可能にする継手機構を有していてもよい。このような追加のラジエータ・ファンは、起動されたとき、燃焼機関の速度とともに変化する量の、冷却要素を通る増加した空気流を提供する。

本発明を理解するために説明する別の参考例によると、第１ラジエータ・ファンが燃焼機関によって連続的に動力を供給されるように、ラジエータ装置は、燃焼機関と第１ラジエータ・ファンとの間に恒久的な連結部を有していてもよく、この場合、第１ラジエータ・ファンは、従来式のラジエータ・ファンの形態とすることができる。第１ラジエータ・ファンによってこのようにもたらされる冷却要素を通る強制的な空気流の大きさは、燃焼機関の速度に関連する。一方、本発明の好ましい実施例によれば、ラジエータ装置は、燃焼機関が起動されたときに第１ラジエータ・ファンに連続的に動力を供給するように構成された電気モータを有していてもよい。このような電気モータおよび第１ラジエータ・ファンは、実質的に一定の速度で運転するユニットの形態とすることができ、その結果、車両のすべての作動状態において、冷却要素を通る実質的に一定の強制的な空気流を発生させることができる。この場合、媒体の冷却は、燃焼機関によって動力を供給される第１ラジエータ・ファンを使用する場合には不利であり得るような燃焼機関の無負荷運転状況または低速運転状況においても、いかなる問題も生じない。

本発明の好ましい別の実施例によれば、第１ラジエータ・ファンおよび追加のラジエータ・ファンが、冷却要素の少なくとも部分的に異なる領域を通る実質的に平行な空気流をもたらすように互いに位置する。追加のラジエータ・ファンを、冷却要素を通る意図する空気流の方向に関して第１ラジエータ・ファンのそばに配置することにより、両方のラジエータ・ファンが起動されたときに、冷却要素を通るより幅広い空気流が生じる。第１ラジエータ・ファンに対する追加のラジエータ・ファンの適切な配置は、冷却要素内の媒体の均一な冷却をもたらすより均一な冷却空気流を有する冷却要素を実質的に提供することを可能にする。有利には、このラジエータ装置は、媒体が冷却要素を出るときに媒体の温度に関連したパラメータを検出する少なくとも１つのセンサからの情報に基づいて追加のラジエータ・ファンを起動するように構成された制御ユニットを有する。媒体が冷却要素を出るときに媒体が高過ぎる温度であることを示すセンサからの情報を制御ユニットが受信した場合、制御ユニットは、冷却要素内の媒体の冷却が不十分であると判断する。このとき、冷却要素を通る強制的な空気流が増し、したがって冷却要素内の媒体の冷却が増すように、制御ユニットが追加のラジエータ・ファンを起動する。媒体の温度が許容可能な温度レベルまで下がったというセンサからの情報を第１ラジエータ・ファンが受信すると、第１ラジエータ・ファンは追加のラジエータ・ファンのスイッチを切る。

本発明の好ましい別の実施例によれば、前記冷却要素は、燃焼機関を冷却するために冷却システム内のクーラントを冷却するように意図されたラジエータである。２つ以上の冷却要素が車両に用いられる場合、クーラントは通常他の冷却要素内の媒体ほど低い温度まで冷却される必要はないので、クーラント用のラジエータは通常冷却空気流の方向において他の冷却要素の下流に位置する。したがって周囲より高い温度である空気流によってラジエータ内のクーラントが冷却される。これは、クーラントがラジエータ内において必要な冷却を受けない危険性を増加させる。したがってクーラント用のラジエータが他の冷却要素の下流に位置する場合、増加した冷却空気流を与えるように、本発明による追加のラジエータ・ファンを用いることが特に有利である。例えば給気冷却器のような他の冷却要素は、空気がターボユニット内で大きな圧縮を受ける作動状況において、増加した冷却空気流を必要とすることがある。燃焼機関が高性能を達成すべき場合、給気冷却器内の空気が比較的低い温度まで冷却されることが重要である。

本発明の好ましい別の実施例によれば、前記冷却要素、第１ラジエータ・ファン、および追加のラジエータ・ファンは、車両の前部に位置する領域内に装着される。冷却要素の位置として一般に用いられるこの領域では、冷却要素を通る自然の空気流が車両の動きによっても与えられ、それがやはり冷却要素内の媒体の冷却を助ける。

本発明の好ましい実施例および参考例を、添付の図面を参照して例として以下に述べる。

本発明を理解するための単なる参考例を示す図１は、過給機付きの燃焼機関２によって動力を供給される車両１を示す。車両１は、過給機付きのディーゼル機関によって動力を供給される大型車両であってもよい。燃焼機関２のシリンダからの排気ガスは、排気マニホルド３を介して排気管４へと導かれる。大気圧よりも高圧の排気管４内の排気ガスが、ターボユニットのタービン５へと導かれる。こうしてタービン５が駆動力を与えられ、それが連結部を介して圧縮器６へと伝達される。ここで圧縮器６が空気を圧縮し、その空気がエアフィルタ７を介して入口管８へと導かれる。給気冷却器９が入口管８に配置される。給気冷却器９の目的は、圧縮空気が燃焼機関２へ導かれる前に、圧縮空気を冷却することである。

燃焼機関２は、排気ガスの再循環のためのＥＧＲ（排気ガス再循環）システムを備える。エンジンのシリンダへと導かれる圧縮空気に排気ガスを加えることで燃焼温度が下がり、したがって燃焼過程の際に形成される窒素酸化物（ＮＯｘ）の含有量も下がる。排気ガスの再循環用の戻し管１０が、排気管４から入口管８へと延びる。戻し管１０は、戻し管１０内の排気の流れを閉鎖することのできるＥＧＲ弁１１を有する。ＥＧＲ弁１１はまた、排気管４から戻し管１０を介して入口管８へと導かれる排気ガスの量を無段階に制御するように使用されてもよい。戻し管１０は、排気ガスに第１段階の冷却を与える第１ＥＧＲ冷却器１２と、排気ガスに第２段階の冷却を与える第２ＥＧＲ冷却器１３とを有する。冷却された排気ガスは混合器１５によって入口管内の空気と混合される。排気ガスが入口管８内の圧縮空気と混合されると、混合物は、マニホルド１６を介して燃焼機関２のそれぞれのシリンダへと導かれる。

燃焼機関２は、循環するクーラントを含む冷却システムによって従来の方法で冷却される。クーラントは、クーラントポンプ１７によって冷却システム内を循環される。冷却システムはまた、サーモスタット１８を有する。冷却システム内のクーラントは、ラジエータ１９内で冷却されるように意図される。給気冷却器９、第２ＥＧＲ冷却器１３、およびラジエータ１９はすべて車両１の前部の領域Ａに位置している。各冷却器９、１３およびラジエータ１９は、第１ラジエータ・ファン２０によって領域Ａを通るよう強制された空気を通過させるように意図される。給気冷却器９および第２ＥＧＲ冷却器１３は、領域Ａを通る空気流の方向においてラジエータ１９の上流に位置する。第１ラジエータ・ファン２０は、概略的に示された恒久的な機械的連結部２１によって、燃焼機関２のクランクシャフトに連結される。このような連結部２１は、ラジエータ・ファンを燃焼機関２の速度に対して特定のギア比で運転させる伝動装置を有していてもよい。したがって第１ラジエータ・ファン２０は燃焼機関２の速度に関連した速度で作動する。追加のラジエータ・ファン２２が、領域Ａ内の第１ラジエータ・ファン２０のそばに配置される。第２ラジエータ・ファン２２は、第１ラジエータ・ファン２０によってもたらされる空気流に実質的に平行である空気流を提供するように配置される。追加のラジエータ・ファン２２は、この場合、第１ラジエータ・ファン２０と共通の平面Ｂ内に広がっている。追加のラジエータ・ファン２２は電気モータ２３によって動力を供給される。制御ユニット２４が、電気モータ２３を、したがって追加のラジエータ・ファン２２の起動を制御するように構成される。制御ユニット２４は、追加のラジエータ・ファン２２を制御するように構成されたソフトウェア２４ａを有する。制御ユニット２４は、クーラントがラジエータ１９を出た後にクーラントの温度を検出するセンサ２５から情報を受信するように構成される。制御ユニット２４はまた、冷却システム内のクーラントによって冷却されるリターダが車両内で起動されたかどうかを検出する、ブレーキユニット２６からの情報を受信するように構成される。

燃焼機関２の作動中、第１ラジエータ・ファン２０はしたがって燃焼機関２の速度に関連した速度で燃焼機関２によって動力を供給される。冷却器およびラジエータを通る、結果として生じる空気流の大きさは、したがって燃焼機関２の速度にも関連する。燃焼機関２が作動中のとき、第１ラジエータ・ファン２０は恒久的な機械的連結部２１を介して連続的に動力を供給される。クーラントがラジエータ１９を出るときにクーラントが基準温度より高い温度であるというセンサ２５からの情報を制御ユニット２４が受信した場合、制御ユニットは、第１ラジエータ・ファン２０によって与えられる空気流がラジエータ１９内のクーラントを必要に応じて冷却するのに十分でないと判断する。制御ユニット２４はしたがって電気モータ２３および追加のラジエータ・ファン２２を起動する。それによって第１ラジエータ・ファン２０および追加のラジエータ・ファン２２は共に車両１の前部の領域Ａを通る増加した空気流を提供し、その結果、ラジエータ１９内のクーラントをより効果的に冷却する。クーラントの温度が基準温度よりも下がると、制御ユニット２４は追加のラジエータ・ファン２２のスイッチを切る。この実施例では、制御ユニット２４はまた、リターダが起動されるかどうかについてのブレーキユニット２６からの情報を受信してもよい。起動されると、リターダは冷却システム内のクーラントの強力な冷却を必要とする。上述した情報に基づいて、リターダが起動されたとき、制御ユニット２４は追加のラジエータ・ファン２２を直接起動することができ、それによってラジエータのクーラントを冷却するラジエータ１９の能力を増すことができる。この状況では、追加のラジエータ・ファン２２は、クーラントが基準値より低い温度であるにもかかわらず始動されてもよい。

やはり本発明を理解するための単なる参考例を示す図２は、第１ラジエータ・ファン２０と、第１ラジエータ・ファン２０がラジエータ１９内のクーラントの所望の冷却に十分な空気流を与えることができないときに起動されるように意図された２つの追加のラジエータ・ファン２２との正面図である。ラジエータ・ファンは通常、実質的に円形の領域内で空気流を与える軸流ファンである。従来式のラジエータ１９は、空気流の方向を横断する実質的に正方形の形状を有するので、ラジエータの縁部領域、特に角領域の空気流は一般にやや小さい。したがってこれらの領域内の媒体の冷却がしばしば不十分となる。これに対処するために、追加のラジエータ・ファン２２が起動されたときにラジエータの上部角領域１９ａ、ｂを通る十分な空気流があるように、追加のラジエータ・ファン２２が装着される。

図３は、本発明の好ましい実施例を示す。この場合、燃焼機関２が起動されると、第１冷却ファン２６は電気モータ２７によって連続的に動力を供給される。この場合、追加のラジエータ・ファン２９は、燃焼機関２によって動力を供給される。継手機構３０は、ここでは、燃焼機関２と追加のラジエータ・ファン２９との間の概略的に描かれた連結部３１に配置される。第１ラジエータ・ファン２６が、給気冷却器９、ＥＧＲ冷却器１３、およびラジエータ１９を通る十分な冷却空気流を与えることのできない状況において、追加のラジエータ・ファン２９が、継手機構３０を介して燃焼機関２に駆動的に連結されることが可能である。追加のラジエータ・ファン２９の起動が必要とされないとき、継手機構３０を介して燃焼機関２と追加のラジエータ・ファン２９との間の連結部３１は遮断されることも可能である。制御ユニット２４は、クーラントがラジエータ１９を出た後にクーラントの温度を検出する第１センサ２５からの情報に基づいて継手機構３０を制御するように構成される。制御ユニット２４はまた、給気空気が給気冷却器９を出た後に給気空気の温度を検出する第２センサ２８と、戻された排気ガスが第２ＥＧＲ冷却器１３を出た後に、戻された排気ガスの温度を検出する第３センサ２９とからの情報に基づいて継手機構３０を制御するように構成される。燃焼機関２の作動中は、したがって第１ラジエータ・ファン２６が電気モータ２７によって連続的に動力を供給される。このような第１ラジエータ・ファン２６は、電気モータ２７によって発生される動力に関連した最適の空気流を結果として生じる、実質的に一定の速度で運転可能である。その結果、車両の作動状態に関係なく、冷却器９、１３およびラジエータ１９を通る実質的に一定の空気流が生じる。それぞれの冷却器９、１３およびラジエータ１９を通過した後の媒体が基準温度より高い温度であるような情報をセンサ２５、２８、２９のうちの１つから制御ユニット２４が受信すると、制御ユニット２４は、前記媒体の必要な冷却を達成するのに十分な空気流を第１ラジエータ・ファン２６が与えていないと判断する。このとき、燃焼機関２が追加のラジエータ・ファン２９に連結されるように、制御ユニット２４は継手機構３０の起動を開始する。すると、第１ラジエータ・ファン２６および追加のラジエータ・ファン２９が共に冷却器９、１３およびラジエータ１９を通る増加した空気流を与える。それぞれの冷却器９、１３およびラジエータ１９における媒体の冷却が増す。前記媒体の温度が基準温度より下に戻ると、制御ユニット２４は、追加のラジエータ・ファン２９の作動が止まるように、継手機構３０の切り離しを開始する。

本発明は、図面を参照して述べられる実施例に決して限定されず、特許請求の範囲の範囲内において自由に変更可能である。例えば第１ラジエータ・ファンが冷却要素内の媒体の所望の冷却を達成するのに十分な空気流を与えることができない場合、任意の所望の数の追加のラジエータ・ファンが起動されてよい。２つの追加のラジエータ・ファンが同時に起動されてもよい。代替として、第１ラジエータ・ファンおよび第１の追加のラジエータ・ファンによって起こされる空気流が冷却要素内の媒体の必要な冷却を与えるのに十分でないときにのみ、第２の追加のラジエータ・ファンが起動されてもよい。

本発明を理解するための単なる参考例によるラジエータ・ファン装置を備えた車両を示す図である。 本発明の参考例によるラジエータ・ファン装置を示す図である。 本発明の実施例によるラジエータ・ファン装置を備えた車両を示す図である。

Claims (6)

1. 燃焼機関（２）によって動力を供給される車両（１）用のラジエータ・ファン装置であって、媒体を冷却する少なくとも１つの冷却要素（９、１３、１９）と、前記燃焼機関（２）の作動中に前記媒体を冷却するために、前記冷却要素（９、１３、１９）の少なくとも１つの領域を通して強制的な空気流を連続的に生じさせるようになされた第１ラジエータ・ファン（２６）と、前記第１ラジエータ・ファン（２６）が前記冷却要素（９、１３、１９）内の前記媒体を必要なだけ冷却するのに十分な空気流を提供できない状況で作動され、それによって前記冷却要素（９、１３、１９）の少なくとも１つの領域を通して増大空気流を生じさせるようになされている少なくとも１つの追加のラジエータ・ファン（２９）と、前記燃焼機関（２）および前記追加のラジエータ・ファン（２９）の間に連結部（３１）を提供し、前記燃焼機関（２）によって前記追加のラジエータ・ファン（２９）に動力を供給することを可能にする継手機構（３０）とを有するラジエータ・ファン装置において、
   前記ラジエータ・ファン装置は、前記燃焼機関（２）が作動されたときに前記第１ラジエータ・ファン（２６）に実質的に一定の速度で連続的に動力を供給するようになされた電気モータ（２７）を有することを特徴とするラジエータ・ファン装置。
2. 前記第１ラジエータ・ファン（２６）および前記追加のラジエータ・ファン（２９）が、前記冷却要素（９、１３、１９）の少なくとも部分的に異なる領域を通して実質的に平行な空気流を提供するように互いに位置することを特徴とする、請求項１に記載のラジエータ装置。
3. 前記ラジエータ装置は、少なくとも１つのセンサ（２５、２８、２９）からの情報に基づいて前記追加のラジエータ・ファン（２９）を作動させるようになされた制御ユニット（２４）を有し、前記少なくとも１つのセンサ（２５、２８、２９）は、前記媒体が前記冷却要素（９、１３、１９）を出るときに前記媒体の温度に関連したパラメータを検出することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のラジエータ装置。
4. 前記冷却要素が、前記燃焼機関（２）を冷却するための冷却システム内のクーラントの形態の媒体を冷却するように意図されたラジエータ（１９）であることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のラジエータ装置。
5. 前記冷却要素が、圧縮空気の形態の媒体を冷却するように意図された給気冷却器（９）であることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のラジエータ装置。
6. 前記冷却要素（９、１３、１９）、前記第１ラジエータ・ファン（２６）、および前記追加のラジエータ・ファン（２９）が、前記車両（１）の前部に位置する領域（Ａ）に装着されることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のラジエータ装置。

Images