JP5630574B2 - 車両用熱交換構造 - Google Patents
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Description
本発明は、パワーユニット空間を冷却するための車両用熱交換構造に関する。
エンジンの前方にラジエータを配置する構造が知られている。(例えば、特開2007−069651号公報参照)。
ラジエータは、厳しい環境での冷却性能を保障するために、通常時の要求性能に対し大型で重くなってしまう。
本発明は、車載の機能部品を用いてパワーユニットを冷却することができる車両用熱交換構造を得ることが目的である。
本発明の第1の態様に係る車両用熱交換構造は、ラジエータにて冷却されるパワーユニットとの間で循環する熱媒と空気との熱交換により該空気を加熱するヒータコアである熱交換器と、前記熱交換器により加熱された空気を空調空気として車室に導入する第1モードと、前記熱交換器により加熱された空気を車外に排出する第2モードとを含む複数のモードを切り換える切換装置と、を備えている。
上記の態様によれば、切換装置より第1モードに切り換えられている場合には、熱交換器により加熱された空気が空調空気(の一部)として車室に導入される。これにより車室が空調される。他方、切換装置より第2モードに切り換えられている場合には、熱交換器において熱媒との熱交換で受熱した空気は、該熱と共に車外に排出される。これにより、第2モードにおいては、パワーユニットの熱が熱媒、空気を経由して車外に排出され、該パワーユニットの冷却が果たされる。
このように、上記態様の車両用熱交換構造では、車載の機能部品である空調用の熱交換器を用いてパワーユニットを冷却することができる。
本発明の第2の態様に係る車両用熱交換構造は、ラジエータにて冷却されるパワーユニットとの間で循環する熱媒と空気との熱交換により該空気を加熱するヒータコアである熱交換器と、前記熱交換器により加熱された空気を、空調空気として車室に導入する空調装置と、前記熱交換器により加熱された空気を、車外に排出する排気装置と、前記空調装置が機能する第1モードと、前記排気装置が機能する第2モードとを含む複数のモードを切り換える切換装置と、を備えている。
上記の態様によれば、切換装置より第1モードに切り換えられている場合には、熱交換器により加熱された空気が、空調装置によって、空調空気(の一部)として車室に導入される。これにより車室が空調される。他方、切換装置より第2モードに切り換えられている場合には、熱交換器において熱媒との熱交換で受熱した空気は、該熱と共に排気装置によって車外に排出される。これにより、第2モードにおいては、パワーユニットの熱が熱媒、空気を経由して車外に排出され、該パワーユニットの冷却が果たされる。
このように、上記態様の車両用熱交換構造では、車載の機能部品を用いてパワーユニットを冷却することができる。
上記の態様において、前記パワーユニットとの間で循環する冷却液と空気との熱交換により該冷却液を冷却するラジエータと、前記ラジエータを通過して車外に排出される空気流を生成するファンと、をさらに備え、前記排気装置は、前記熱交換器に対する空気流の下流側と、前記ラジエータに対する空気流の下流側とを連通する連通部を含んで構成され、前記切換装置は、前記第1モードで前記連通部を閉止し、前記第2モードで前記連通部を開放する開閉機構を含んで構成されている、構成としても良い。
上記の態様によれば、ラジエータを通過する空気流と冷却液との熱交換によって、該冷却液すなわちパワーユニットが冷却される。第2のモードにおいては、上記した通り熱交換器での空気と熱媒との熱交換によってもパワーユニットが冷却される。ここで、連通部によって、熱交換器の空気流の下流側部分が、ラジエータの空気流の下流側部分に連通されている。このため、ファンが作動している状態では、ラジエータを通過して車外に至る空気流が生成され、このラジエータ側の空気流(負圧)により熱交換器側の空気流が車外に排出されることが促進される。
上記の態様において、前記ファンは、前記ラジエータに対する空気流の下流側に配置されており、前記連通部は、前記ファンとラジエータとの間の空間と熱交換器に対する空気流の下流側とを連通する、構成としても良い。
上記の態様によれば、熱交換器を通過する空気流は、ファンによって該ファンとラジエータとの間の空間に直接引かれ、ラジエータ側の空気流と合流して車外に排出される。これにより、熱交換器側空気流すなわちパワーユニットの熱の車外への排出が一層促進される。
上記の態様において、前記ラジエータは、前記パワーユニットに対する車両前後方向の後側でかつ前記ファンに対する車両前後方向の前側に配置されており、前記熱交換器は、前記パワーユニットに対する車両前後方向の後側でかつ前記ラジエータに対する車両上下方向の上側に配置されており、前記空調装置は、前記熱交換器を収容すると共に車室側への空気出口が形成されたケースと、前記ケース内における前記熱交換に対する前記空気出口側とは反対側に配置されたブロアと、を含んで構成されており、前記連通部は、前記ケースにおける前記熱交換器と空気出口との間に形成された排気口から前記ラジエータとファンとの間の空間まで至り、前記開閉機構によって開閉される排気ダクトを有して構成されている、構成としても良い。
上記の態様によれば、第1モードでは、ブロアの作動によりケース内に流入した空気は、熱交換器において熱媒との熱交換後に空気出口を経由して車室に導かれる。他方、第2モードでは、ブロアの作動によりケース内に流入した空気は、熱交換器において熱媒との熱交換後に排気口、排気ダクトを通じてラジエータとファンとの間に導かれる。ファンが作動している状態では、ケース内の空気は該ファンによって直接引かれ、ラジエータ側の空気流と合流して車外に排出される。ここで、ラジエータがパワーユニットの後方に配置されているので、熱交換器側の空気流を該ラジエータとファンとの間に導く排気ダクトのレイアウトが容易である。
上記の態様において、前記空調装置は、空気を冷却するエバポレータと、前記エバポレータが収容された第1室と前記熱交換器が収容された第2室とに区画されると共に、前記第1室に形成された第1空気出口と前記第2室に形成された第2空気出口とを有するケースと、前記第1室を通過する空気流と前記第2室を通過する空気流とを独立して生成し得る空気流生成装置と、を含んで構成されており、前記排気装置は、前記ケースの第2室における前記熱交換器と前記第2空気出口との間から車外に空気を排出する排気ダクトを含んで構成されており、前記切換装置は、前記排気ダクトを開閉する開閉機構を含んで構成されている、構成としても良い。
上記の態様によれば、第1モードでは、空気流生成装置の作動によりケースの第2室内に流入した空気は、熱交換器において熱媒との熱交換後に第2出口を経由して車室に導かれる。この空気は、必要に応じて第1室でエバポレータとの熱交換により冷やされた空気と混合されてから、車室に導かれる。他方、第2モードでは、空気流生成装置の作動によりケースの第2室内に流入した空気は、熱交換器において熱媒との熱交換後に、開閉機構が開放している排気ダクトを通じて車外に排出される。ここで、ケースが第1室と第2室とに区画されると共に、空気流生成装置が第1室及び第2室のそれぞれを通過する空気流を独立して生成し得る。このため、エバポレータで冷やした空気を車外に排出することなく、空調(冷房)と熱交換器によるパワーユニットの冷却とを、両立する(同時に実行する)ことができる。
以上説明したように本発明に係る車両用熱交換構造は、車載の機能部品を用いてパワーユニットを冷却することができるという優れた効果を有する。
本発明の第1の実施形態に係る車両用熱交換構造10について、図1〜図4に基づいて説明する。先ず、車両用熱交換構造10が適用された自動車Aの前部構成を説明し、次いで、車両用熱交換構造10の具体的な構成を説明することとする。なお、図中に適宜記す矢印FRは車両前後方向の前方向を、矢印UPは車両上下方向の上方向を、矢印Wは車幅方向をそれぞれ示す。以下の説明で、特記なく前後、上下の方向を用いる場合は、車両前後方向の前後、車両上下方向の上下を示すものとする。
(自動車前部の概略構成)
図1には、車両用熱交換構造10が適用された自動車Aの前部が模式的な側断面図にて示されている。この図に示される如く、自動車Aの前端側には、パワーユニット12が配設されたパワーユニット室14が配置されている。この実施形態におけるパワーユニット12は、それぞれフロントホイールWfを駆動するための駆動源として内燃機関であるエンジンと電動モータとを含んで構成されている。したがって、自動車Aは、2つの駆動源を有するハイブリッド自動車とされている。
図1には、車両用熱交換構造10が適用された自動車Aの前部が模式的な側断面図にて示されている。この図に示される如く、自動車Aの前端側には、パワーユニット12が配設されたパワーユニット室14が配置されている。この実施形態におけるパワーユニット12は、それぞれフロントホイールWfを駆動するための駆動源として内燃機関であるエンジンと電動モータとを含んで構成されている。したがって、自動車Aは、2つの駆動源を有するハイブリッド自動車とされている。
具体的には、パワーユニット12は、車幅方向に沿ったクランクシャフトを有する横置きのエンジンと、該エンジンに動力伝達可能に連結されたトランスアクスルとを主要部として構成されている。トランスアクスルは、電動モータ、図示しないジェネレータ、動力分割機構、無段変速機等である変速機等を含んで構成されている。また、この実施形態では、トランスアクスルには、例えば電動モータ、ジェネレータ、及びバッテリに電気的に接続されたインバータを含んで構成されている。
したがって、この実施形態に係るパワーユニットは、パワープラントとして捉えることも可能である。なお、トランスアクスルとしては、例えば、マニュアルトランスミッション(MT)、トルコン式等の自動変速機(AT)、無断変速機(CVT)等の通常のトランスアクスルとしても良い。上記の通り内燃機関であるエンジンを含んで構成されるパワーユニット12が配設されたパワーユニット室14は、所謂エンジンルームとして捉えることができる。
パワーユニット室14の後端部は、車室Cとの間を隔てるダッシュパネル16にて規定されている。ダッシュパネル16は、フロアパネル18の前端部に接合されている。フロアパネル18における車幅方向の中央部には、正面断面視で下向きに開口する[コ」字状を成すフロアトンネル20が形成されている。一方、パワーユニット室14の前端部は、図示しないグリル、フロントバンパ(バンパカバー)にて規定されている。
(ラジエータによる冷却構造)
そして、車両用熱交換構造10が適用された自動車Aでは、フロアトンネル20の前側の開口端20Aを塞ぐように、冷却ユニット25が設けられている。したがって、この実施形態では、冷却ユニット25がパワーユニット12に対する後側に配置されている。冷却ユニット25は、水冷式のパワーユニット12(のエンジンや電気モータ)との間で冷却液としての冷却水を循環させて該パワーユニット12を冷却するラジエータ25Rを少なくとも含んで構成されている。この実施形態では、冷却ユニット25は、後述する空調装置40を構成する空冷式の熱交換器であるコンデンサ25Cを含んで構成されている。
そして、車両用熱交換構造10が適用された自動車Aでは、フロアトンネル20の前側の開口端20Aを塞ぐように、冷却ユニット25が設けられている。したがって、この実施形態では、冷却ユニット25がパワーユニット12に対する後側に配置されている。冷却ユニット25は、水冷式のパワーユニット12(のエンジンや電気モータ)との間で冷却液としての冷却水を循環させて該パワーユニット12を冷却するラジエータ25Rを少なくとも含んで構成されている。この実施形態では、冷却ユニット25は、後述する空調装置40を構成する空冷式の熱交換器であるコンデンサ25Cを含んで構成されている。
図1に示される如く、ラジエータ25Rは、ラジエータホース22を介してパワーユニット12(の内燃機関部分)と冷却水の循環可能に接続されている。冷却ユニット25は、冷却風との熱交換により冷却液すなわちパワーユニット12を冷却する構成とされている。コンデンサ25Cは、後述するエバポレータ64と、図示しないコンプレッサと、膨張弁と、これらの間でエアコン冷媒を循環させる循環パイプとで空調装置40の冷凍サイクルを構成している。
また、冷却ユニット25に対する後側には、ファン26が設けられている。ファン26は、その作動によって冷却ユニット25(の空気側流路)を通過する空気流(冷却風)を生成するようになっている。すなわち、ファン26の作動によって冷却ユニット25には、冷却水及びエアコン冷媒との熱交換を行う冷却風が車方から後方に向けて通過するようになっている。冷却水との熱交換を行った後の冷却風は、フロアトンネル20の下向き開口端20Bを通じてフロア下に排出されるようになっている。
ここで、この冷却ユニット25に冷媒(ラジエータ25Rを循環する冷却水、コンデンサ25Cを循環するエアコン冷媒)との熱交換を行う冷却風を導くための車両用熱交換構造10について説明する。図1に示される如く、車両用熱交換構造10は、パワーユニット室14を下側から覆うアンダカバー28を備えている。アンダカバー28には、路面Rとの間を流れる走行風を冷却ユニット25(フロアトンネル20内)に導くための導入ダクト30が形成されている。この実施形態では、アンダカバー28は、導入ダクト30を含む全体が樹脂材にて一体に形成されている。
導入ダクト30は、アンダカバー28におけるフロアトンネル20の前方で路面Rに向けて開口した空気取入口30Aから取り入れた空気を、フロアトンネル20の開口端20Aとで冷却ユニット25の周囲(下部を除く)を覆う後端側に導く構成とされている。この実施形態では、導入ダクト30は、側面視で略三角形状とされている。
上記の通り冷却ユニット25は、フロアトンネル20の前側開口端20Aと導入ダクト30の後端部との間に介在されている。この実施形態では、冷却ユニット25とファン26とは、シュラウド34にて一体化されて冷却モジュール35を構成している。図1に示される如く、冷却ユニット25とファン26とは前後に離間して配置されており、シュラウド34は冷却ユニット25とファン26との間に形成された空間である冷却風流路36を覆っている。
具体的には、冷却ユニット25は、車両上端側が下端側よりも車両前側に位置するように側面視で傾斜(前傾)して配置されており、ファン26は、側面視で冷却ユニット25よりも傾斜角が小さいか又は略直立している。これにより、冷却ユニット25とファン26との間に、下部よりも上部が広い上記の冷却風流路36が形成されている。この冷却モジュール35は、図2に示される如く、シュラウド34の前側開口端を塞ぐように冷却ユニット25が該シュラウド34に保持されると共に、シュラウド34の後側開口部内にファン26が支持されて構成されている。
そして、これら冷却ユニット25、ファン26、及びシュラウド34が一体化(サブアセンブリ化)された冷却モジュール35が、導入ダクト30後端とフロアトンネル20の前側開口端20Aとの間に、シール状態で配置されている。以上により、車両用熱交換構造10では、導入ダクト30(自動車Aと路面Rとの間)とフロアトンネル20とが冷却モジュール35(冷却風流路36を含む冷却ユニット25の空気側流路)を介して連通されている。
なお、上記の通り傾斜配置された冷却ユニット25の下端の位置は、空気取入口30Aにおける後端、すなわちアンダカバー28の上下方向位置に略一致されている。この配置によって、冷却ユニット25(の空気側流路)には、自動車Aの走行に伴って、導入ダクト30を経由して空気流が導かれるようになっている。この走行風に基づく冷却風Frは、空気取入口30A、導入ダクト30、冷却ユニット25、冷却風流路36、フロアトンネル20(下向き開口端20B)を経由して車外に排出されるようになっている。また、車両用熱交換構造10では、ファン26の作動によっても、冷却風Frが生成されるようになっている。すなわち、ファン26が作動することで、自動車Aの低速走行時や停車時であっても冷却風Frが生成される構成となっている。
(空調装置の構成)
図1に示される如く、空調装置40は、パワーユニット室14の後端における上部に配置された熱交換部42と、車室C側に設けられたインストルメントパネル44内に設けられた吹き出し切換部46とを含んで構成されている。熱交換部42は、ダッシュパネル16に対する前側で該ダッシュパネル16に支持されたケース48を備えている。ケース48の上側開口部は、図2にも示されるカバー50にて閉止されている。
図1に示される如く、空調装置40は、パワーユニット室14の後端における上部に配置された熱交換部42と、車室C側に設けられたインストルメントパネル44内に設けられた吹き出し切換部46とを含んで構成されている。熱交換部42は、ダッシュパネル16に対する前側で該ダッシュパネル16に支持されたケース48を備えている。ケース48の上側開口部は、図2にも示されるカバー50にて閉止されている。
図1及び図2に示される如く、カバー50には、カウル部52で開口する外気取入口50Aと、インストルメントパネル44内で開口する内気取入口50Bとが設けられている。内外気切換ダンパ54によって、ケース48へ取り入れる空気が内気及び外気の何れか一方又は双方に切り換えられるようになっている。
ケース48には、前後方向に沿って立設されて該ケース48内を車幅方向に並列した第1室としての冷気室48Cと、第2室としての温気(暖気)室48Hとに区画する隔壁58が設けられている。冷気室48C及び温気室48Hのそれぞれは、前部において外気取入口50A及び内気取入口50Bから直接的に空気が流入されるように、該外気取入口50A及び内気取入口50Bのそれぞれと連通されている。
また、ケース48の後部には、ダッシュパネル16に形成された窓部を通じて冷気室48Cを吹き出し切換部46のヘッダ56と連通させる第1空気出口としての冷気出口48Coが形成されている。また、ケース48の後部には、ダッシュパネル16に形成された窓部を通じて温気室48Hをヘッダ56と連通させる、空気出口又は第2空気出口としての温気(暖気)出口48Hoが形成されている。
さらに、空調装置40は、冷気室48Cの前部に配置された第1ブロア60と、温気室48Hの前部に配置された第2ブロア62とを備えている。第1ブロア60の作動により、外気取入口50A又は内気取入口50Bから冷気室48Cに流入されて、冷気出口48Coを通じて排出される冷気流が生成されるようになっている。また、第2ブロア62の作動により、外気取入口50A又は内気取入口50Bから温気室48Hに流入されて、温気出口48Hoを通じて排出される温気流が生成されるようになっている。これらの第1ブロア60、62の組み合わせが、冷気室48Cの冷気流と温気室48Hの温気流とを独立して生成し得る空気流生成装置に相当する。
そして、冷気室48Cの中間部には、上記した如くコンデンサ25C等とで空調装置40の冷凍サイクルを構成するエバポレータ64が配置されている。エバポレータ64は、冷気流からエアコン冷媒の蒸発潜熱を奪うことで、該冷気流を冷やす構成とされている。一方、温気室48Hの中間部には、本発明の熱交換器としてのヒータコア66が配置されている。
ヒータコア66は、ヒータコアホース68を介して、パワーユニット12(の内燃機関部分)と熱媒としての冷却水が循環可能に接続されている。ヒータコア66は、冷却水の熱を温気流に放出することで、該温気流を加熱(昇温)する構成とされている。すなわち、ヒータコア66は、温気室48Hを通過する温気流と循環する冷却水との熱交換器とされている。
空調装置40では、冷気室48Cからの冷気流と温気室48Hからの温気流とがヘッダ56内で混合され、車室Cへ吹き出される空調空気が適温に調整される構成である。このヘッダ56には、センタレジスタ70Rに接続されたセンタダクト70、デフロスタ72Dに接続されたデフダクト72、図示しないフットダクトに接続されたフットダクト74、図示しないサイドレジスタと接続された図示しないサイドダクトが接続されている。各ダクト70、72、74等の接続部には、吹き出し位置切り替え用のダンパ76が、各ダクト70、72、74を開閉可能に設けられている。
以上まとめると、空調装置40は、外気取入口50A又は内気取入口50Bからケース48に取り入れた空気を、エバポレータ64及びヒータコア66の少なくとも一方により温調して、吹き出し切換部46を通じて車室Cに吹き出す構成とされている。
(ヒータコアによるパワーユニット冷却構造)
車両用熱交換構造10では、ヒータコア66により空調空気(の一部)を加熱する第1モードとしての空調モードと、ヒータコア66によりパワーユニット12を冷却(補助)する第2モードとしての冷機モードとを複数のモードを選択し得る構成とされている。空調モードは、上記した通り、ヒータコア66が空調装置40の構成部品として機能する。以下、冷機モードを行うための構成を説明する。
車両用熱交換構造10では、ヒータコア66により空調空気(の一部)を加熱する第1モードとしての空調モードと、ヒータコア66によりパワーユニット12を冷却(補助)する第2モードとしての冷機モードとを複数のモードを選択し得る構成とされている。空調モードは、上記した通り、ヒータコア66が空調装置40の構成部品として機能する。以下、冷機モードを行うための構成を説明する。
図1に示される如く、ケース48の底壁48Bにおける温気室48Hの底を成す部分であって、ヒータコア66の後方でかつ温気出口48Hoの前方となる部分には、排気口48Eが形成されている。排気口48Eの周縁からは、内部が連通路とされた連通部としての排気ダクト78が下向きに延設されている。排気ダクト78の下側開口端は、シュラウド34の上壁34Uに形成された貫通孔34Hに差し込まれている。排気ダクト78の外側で貫通孔34Hは、排気ダクト78殻張り出されたフランジ78Fにて覆われて閉止されている。
貫通孔34Hは、冷却ユニット25(ラジエータ25R)とファン26との間で、冷却風流路36に臨んで形成されている。したがって排気ダクト78は、温気室48H内におけるヒータコア66に対する温気流の流れ方向下流側部分と、フロアトンネル20内におけるラジエータ25Rに対する冷却風Frの流れ方向下流側部分とを連通している。
また、ケース48には、排気口48Eすなわち排気ダクト78を開閉する開閉機構としての排気ダンパ80が設けられている。排気ダンパ80により排気口48Eが開放された状態では、温気室48Hに流入されてヒータコア66で冷却水から熱を奪い、排気ダクト78、ファン26を経由してフロアトンネル20の開口端20Bから車外に排出される空気流が生成され得る。この空気流を補助冷却風Fa(図1参照)ということとする。この実施形態では、第2ブロア62及びファン26の少なくとも一方の作動によって、補助冷却風Faが生成される構成である。
さらに、車両用熱交換構造10では、温気出口48Hoを開閉し得る空調側ダンパ82が設けられている。これにより、車両用熱交換構造10は、上記した通り、温気流が選択的に車室Cに導かれる空調モード、温気流が選択的に車外に排出される冷機モードを選択し得る構成とされている。
この実施形態では、上記した空調モード、冷機モードに加えて、温気流の一部が車室Cに導かれると共に他の(残余の)一部が及び車外にそれぞれに排出される複合モード(第1、第2モードの両立)を選択し構成とされている。また、車両用熱交換構造10では、ヒータコア66による熱交換を行わないヒータOFFモードを選択し得る。
さらに、車両用熱交換構造10は、図3に示される如く、制御装置としての補助冷機ECU84を備えている。補助冷機ECU84は、ラジエータホース22を循環する冷却水温を検出する水温、自動車Aの運転状態(例えば、アクセル開度やナビゲーション装置等からの走行位置の勾配情報等)の情報、及び空調装置40を制御する空調ECUからの情報が入力される構成である。そして、補助冷機ECU84は、これらの情報に基づいて、第2ブロア62、ファン26、排気ダンパ80、空調側ダンパ82を制御するようになっている。この制御については、本実施形態の作用と共に後述する。
以上説明した実施形態においては、補助冷機ECU84、空調側ダンパ82、排気ダンパ80が本発明における切換装置に相当する。また、排気ダクト78と、フロアトンネル20(シュラウド34)と、第2ブロア62及びファン26の少なくとも一方とが、本発明における排気装置に相当する。
次に、第1の実施形態の作用を、図4に示す制御テーブルを参照しつつ説明する。
上記構成の車両用熱交換構造10が適用された自動車Aでは、通常走行時にはパワーユニット12の冷却要求は通常とされる。この場合、パワーユニット12は、該パワーユニット12とラジエータ25Rとの間を循環する冷却水によって冷却される。したがって、図4に示される如く、排気ダンパ80によって排気ダクト78が閉止され、ファン26は別途制御される。
この制御について補足する。補助冷機ECU84又は別のECUは、自動車Aの車速が所定の車速以下でかつ冷却水温が所定の温度以上であると判断すると、ファン26を作動させる。すると、ファン26の吸引力によって床下の空気が空気取入口30Aを通じて冷却風Frとして流入される。一方、自動車Aの車速が所定の車速を超えたと判断した場合には、ファン26を停止させる。すると、自動車Aの床下の走行風が空気取入口30Aを通じて冷却風Frとして流入される。このように、ラジエータ25Rによるパワーユニット12の冷却は、自動車Aの走行風である冷却風Fr又はファンユニット24の作動により生じる冷却風Frと冷却水との熱交換により行われる。
(ヒータOFFモード)
以上のようにパワーユニット12の冷却要求が通常であり、かつ空調装置40の作動が停止されている(OFFの)場合、ヒータコア66による熱交換が不要であるヒータOFFモードとされる。このヒータOFFモードでは、第2ブロア62が停止されると共に空調側ダンパ82は温気出口48Hoを閉止する位置に位置される。また、排気ダンパ80は、排気ダクト78を閉止する位置に位置される。このため、温気室48Hには温気流が生じることがない。なお、この場合には、ヒータコアホース68を介した冷却水の循環を停止するようにしても良い。
以上のようにパワーユニット12の冷却要求が通常であり、かつ空調装置40の作動が停止されている(OFFの)場合、ヒータコア66による熱交換が不要であるヒータOFFモードとされる。このヒータOFFモードでは、第2ブロア62が停止されると共に空調側ダンパ82は温気出口48Hoを閉止する位置に位置される。また、排気ダンパ80は、排気ダクト78を閉止する位置に位置される。このため、温気室48Hには温気流が生じることがない。なお、この場合には、ヒータコアホース68を介した冷却水の循環を停止するようにしても良い。
また、空調装置40による急速冷房要求がある場合も、ファン26、第2ブロア62、空調側ダンパ82、及び排気ダンパ80についてヒータOFFモードと同様の制御が行われる。この場合、空調装置40(の冷凍サイクル)及び第1ブロア60は作動され、エバポレータ64によって冷却された冷気流だけが車室Cに供給されることとなる。
(空調モード)
他方、パワーユニット12の冷却要求が通常であり、かつ空調装置40が作動されている(ONの)場合、すなわち、冷気流との混合の有無に関らず少なくともヒータコア66による空調空気の加熱要求がある場合、空調モードとされる。この空調モードでは、第2ブロア62が作動されると共に、空調側ダンパ82がケース48の温気出口48Hoを開放する位置に位置される。また、排気ダンパ80は、排気ダクト78を閉止する位置に位置される。
他方、パワーユニット12の冷却要求が通常であり、かつ空調装置40が作動されている(ONの)場合、すなわち、冷気流との混合の有無に関らず少なくともヒータコア66による空調空気の加熱要求がある場合、空調モードとされる。この空調モードでは、第2ブロア62が作動されると共に、空調側ダンパ82がケース48の温気出口48Hoを開放する位置に位置される。また、排気ダンパ80は、排気ダクト78を閉止する位置に位置される。
これにより、温気室48H内でヒータコア66を通過して加熱された温気流が吹き出し切換部46のヘッダ56を経由して、車室Cに導かれる。ヘッダ56では、温気流は、必要に応じて、冷気室48C内でエバポレータ64を通過して冷やされた冷気流と混合され、温調された空調空気が車室Cに導かれる。
次に、例えば渋滞時や長い登坂時等のパワーユニット12の冷却要求が高い場合、すなわちラジエータ25Rの冷却性能を上回る冷却性能が要求される場合の制御について説明する。
(冷機モード)
先ず、パワーユニット12の冷却要求が高い場合であって、かつ空調装置40の作動が停止されている(OFFの)場合、ヒータコア66によりパワーユニット12の冷却を行う冷機モードとされる。この冷機モードでは、第2ブロア62及びファン26が作動される。さらに、空調側ダンパ82は温気出口48Hoを閉止する位置に位置され、排気ダンパ80は排気ダクト78を開放する位置に位置される。
先ず、パワーユニット12の冷却要求が高い場合であって、かつ空調装置40の作動が停止されている(OFFの)場合、ヒータコア66によりパワーユニット12の冷却を行う冷機モードとされる。この冷機モードでは、第2ブロア62及びファン26が作動される。さらに、空調側ダンパ82は温気出口48Hoを閉止する位置に位置され、排気ダンパ80は排気ダクト78を開放する位置に位置される。
これらにより、導入ダクト30から流入して冷却ユニット25、フロアトンネル20を経由して車外に排出される冷却風Frに加えて、ヒータコア66によりパワーユニット12を冷却する冷却風が生じる。この冷却風は、車外又は車内からケース48に流入して、ヒータコア66、排気ダクト78、シュラウド34、フロアトンネル20を経由して、該フロアトンネル20の下向き開口端20Bから車外に排出される。このように、車両用熱交換構造10では、ヒータコア66をサブ(補助)ラジエータとして機能させることができる。
また、パワーユニット12の冷却要求が高い場合であって、かつ空調装置40による急速冷房要求がある場合も、ファン26、第2ブロア62、空調側ダンパ82、排気ダンパ80について冷機モードと同様の制御が行われる。この場合、空調装置40(の冷凍サイクル)及び第1ブロア60は作動され、エバポレータ64によって冷却された冷気流だけが車室Cの供給されることとなる。
(複合モード)
一方、パワーユニット12の冷却要求が高い場合であって、かつ空調装置40が作動されている(ONの)場合、すなわち、冷気流との混合の有無に関らず少なくともヒータコア66による空調空気の加熱要求がある場合、複合モードとされる。この複合モードでは、第2ブロア62及びファン26が作動される。さらに、空調側ダンパ82は温気出口48Hoを開放する位置に位置され、排気ダンパ80は排気ダクト78を開放する位置に位置される。
一方、パワーユニット12の冷却要求が高い場合であって、かつ空調装置40が作動されている(ONの)場合、すなわち、冷気流との混合の有無に関らず少なくともヒータコア66による空調空気の加熱要求がある場合、複合モードとされる。この複合モードでは、第2ブロア62及びファン26が作動される。さらに、空調側ダンパ82は温気出口48Hoを開放する位置に位置され、排気ダンパ80は排気ダクト78を開放する位置に位置される。
これらにより、温気室48H内でヒータコア66を通過して加熱された温気流は、一部が車室Cに空調空気(の一部)として導かれると共に、残余の一部が車外に排出される。すなわち、温気流のうち、空調要求に応じた分(パワーユニット12からの熱量の利用分)が吹き出し切換部46のヘッダ56を経由して、車室Cに導かれる。ヘッダ56では、温気流は、必要に応じて、冷気室48C内でエバポレータ64を通過して冷やされた冷気流と混合され、温調された空調空気が車室Cに導かれる。また、残余の温気流は、すなわちパワーユニット12からの熱の放出分は、上記した冷機モードと同様に、排気ダクト78、シュラウド34、フロアトンネル20を経由して、該フロアトンネル20の下向き開口端20Bから車外に排出される。このように、車両用熱交換構造10では、空調(暖房)要求のある場合においても、ヒータコア66をサブラジエータとして機能させることができる。
以上説明したように、車両用熱交換構造10では、空調モードにおいて車室の空調機能を果たす機能部品としてのヒータコア66を、サブラジエータとして機能させる冷機モードをとり得る。このため、冷却ラジエータ25Rを小型、軽量化することができる。すなわち、パワーユニット12の冷却要求が高い場合にも単独で該要求に応える性能のラジエータを備えた比較例では、通常時に要求される冷却性能に対しラジエータが大きく、重くなってしまう。
これに対して車両用熱交換構造10では、パワーユニット12の冷却要求が高い場合にはヒータコア66をサブラジエータとして用いるため、ラジエータ25Rは通常時に要求される冷却性能に応じたサイズ(容量)とすることができる。このため、上記した比較例との比較で、ラジエータを小型、軽量化することができる。
また、車両用熱交換構造10では、冷機モード及び複合モードにおいて、ヒータコア66を通過した温気流(の一部)が、ラジエータ25Rによりパワーユニット12を冷却するための冷却風Frに合流する。このため、冷却風Frにより生じる負圧を利用して、第2ブロア62の作動だけで生じるよりも強い(流量の大きい)温気流を生じさせることができる。これにより、冷機モード及び複合モードでのヒータコア66における冷却水と温気流との交換熱量が増し、該ヒータコア66によってパワーユニット12の熱が効果的に放熱される。特に、車両用熱交換構造10では、ヒータコア66を通過した温気流(の一部)がラジエータ25Rとファン26との間で冷却風流路36に合流する。このため、該温気流がファン26の負圧により直接的にフロアトンネル20側に引かれ、温気流による交換熱量(放熱量)を一層増すことに寄与する。
さらに、車両用熱交換構造10では、ラジエータ25Rがパワーユニット12の後方に配置されているので、ヒータコア66を通過した温気流を該ラジエータ25Rとファン26との間に導く排気ダクト78のレイアウトが容易である。すなわち、単にケース48から下方に延ばした排気ダクト78によって、温気流をラジエータ25Rとファン26との間で冷却風Frに合流させることができる。
またさらに、車両用熱交換構造10では、ラジエータ25Rがパワーユニット12の後方に配置されているので、ラジエータ25Rにおいて冷却水から受熱した冷却風Frがパワーユニット12に接触することがない。これにより、パワーユニット12を冷却するための冷却性能自体を小さく抑えることに寄与する。
また、車両用熱交換構造10では、空調装置40を構成するケース48が冷気室48Cと温気室48Hとに区画されると共に、冷気室48C、温気室48Hに冷気流、温気流を独立して生成する第1ブロア60、第2ブロア62が設けられている。さらに、温気室48Hの温気出口48Hoを閉止し得る空調側ダンパ82が設けられている。これらにより、冷機モードの説明において上記した如く、パワーユニット12の冷却要求が高い場合であって、かつ急速冷房の要求がある場合に、ヒータコア66をサブラジエータとして用いつつ、エバポレータ64による車室Cの冷房を行うことができる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る車両用熱交換構造100について、図5に基づいて説明する。なお、基本的に上記第1の実施形態と同様に構成された部品、部分については、上記第1の実施形態と同一の符号を付す。また、これらについて説明、図示を省略する場合がある。
次に、本発明の第2の実施形態に係る車両用熱交換構造100について、図5に基づいて説明する。なお、基本的に上記第1の実施形態と同様に構成された部品、部分については、上記第1の実施形態と同一の符号を付す。また、これらについて説明、図示を省略する場合がある。
図5に示される如く、車両用熱交換構造100は、パワーユニット12の後方に配置された冷却ユニット25に代えて、パワーユニット12の前方に配置された冷却ユニット102を備えている。冷却ユニット102は、ラジエータ102Rとコンデンサ102Cとを含んで構成されている。また、図示は省略するが、冷却ユニット102の背面(冷却ユニット102)側には、前後に扁平のファンユニットが搭載されている。
ラジエータ102Rは、ラジエータホース22を介してパワーユニット12(の内燃機関部分)と冷却水の循環可能に接続されている。ラジエータ102Rを通過した冷却風は、パワーユニット室14の下方やフロアトンネル20の下向き開口端20Bなどを通じて車外に排出されるようになっている。冷却風は、図示しないグリル等を通じて流入する走行風として、又は図示しないファンユニットの作動により強制風として生じる。
空調装置40は、ケース48を含む全体がダッシュパネル16とインストルメントパネル44との間(車室内側)に配置されている。この空調装置40側の排気ダクト78は、フロアトンネル20内に連通されている。このため、ヒータコア66をサブラジエータとして用いる場合の補助冷却風としての温気流は、フロアトンネル20の下向き開口端20Bを通じて車外に排出されるようになっている。車両用熱交換構造100の他の構成は、図示しない部分を含め、車両用熱交換構造10の対応する構成と同じである。
したがって、第2の実施形態に係る車両用熱交換構造100によっても、基本的に第1の実施形態に係る車両用熱交換構造10と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。ただし、冷却ユニット25がパワーユニット12の後方に配置されていることによる作用効果、及び温気流がラジエータ25Rとファン26との間で冷却風流路36に合流されることによる作用効果は除かれる。
なお、車両用熱交換構造100の構成において、冷却ユニット102を通過した冷却風がフロアトンネル20の下向き開口端20Bから排出される構成とすれば、冷機モード及び複合モードにおいて冷却風により生じる負圧によって温気流を強めることができる。このような構成は、例えばパワーユニット室14下部をアンダカバーで覆うことによって実現することが可能である。
また、上記した各実施形態では、排気ダンパ80、空調側ダンパ82が排気ダクト78、温気出口48Hoを単に開閉する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、排気ダンパ80及び空調側ダンパ82の一方又は双方は、要求される温気流の流量(分配量)に応じて開度を調整し得る構成であっても良い。
さらに、上記した各実施形態では、ケース48が冷気室48Cと温気室48Hとに区画された例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、冷機モード及び複合モードにおいて、エバポレータ64により冷やされた冷気流をヒータコア66に導いて、パワーユニット12の冷却能力を向上させても良い。
またさらに、上記した各実施形態では、車両用熱交換構造10(補助冷機ECU84)が複合モードをとり得る例を示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、少なくとも第1モードとしての空調モードと、第2モードとしての冷機モードとをとり得る構成であれば足りる。
また、上記した各実施形態では、パワーユニット12とラジエータ25Rとの間で冷却水が循環する経路と、パワーユニット12とヒータコア66との間で冷却水が循環する経路とが独立した循環経路である例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ラジエータ25Rとヒータコア66とは、共通(一部共通)の冷却水循環経路に並列に配置された構成とされても良い。
さらに、上記した各実施形態では、内燃機関及びモータを含むパワーユニット12が車室Cの前方に位置するパワーユニット室14に配置された例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、パワーユニット12がモータを含まない構成(一般的なFF車、FR車、4WD車等のエンジン車)としても良く、内燃機関を含むパワーユニット12が車室Cの後方に位置するパワーユニット室に配置される構成としても良く、パワーユニットが内燃機関を含まない構成としても良い。
またさらに、上記した各実施形態では、パワーユニット12が電動モータ、図示しないジェネレータ、動力分割機構、無段変速機等である変速機等を含んで構成された例を示したが、本発明はこれに限定されず、各種変形が可能である。例えば、パワーユニット12を構成するトランスアクスルとしては、例えば、マニュアルトランスミッション(MT)、トルコン式等の自動変速機(AT)、無断変速機(CVT)等の通常のトランスアクスルとしても良い。これらのトランスアクスルは、パワーユニット12には含まれないものと捉える(パワーユニットはエンジン等の駆動源を主要部として構成されるものと捉える)ことも可能である。
その他、本発明は、上記の各実施形態の構成に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各種変形して実施可能であることは言うまでもない。
Claims (3)
- ラジエータにて冷却されるパワーユニットとの間で循環する熱媒と空気との熱交換により該空気を加熱するヒータコアである熱交換器と、
前記熱交換器により加熱された空気を、空調空気として車室に導入する空調装置と、
前記パワーユニットとの間で循環する冷却液と空気との熱交換により該冷却液を冷却するラジエータと、
前記ラジエータを通過して車外に排出される空気流を生成するファンと、
前記熱交換器に対する空気流の下流側と、前記ラジエータに対する空気流の下流側とを連通する連通部を含んで構成され、前記熱交換器により加熱された空気を、車外に排出する排気装置と、
前記空調装置が機能する第1モードと、前記排気装置が機能する第2モードとを含む複数のモードを切り換える切換装置と、
前記切換装置に含まれ、前記第1モードで前記連通部を閉止し、前記第2モードで前記連通部を開放する開閉機構と、
を備えた車両用熱交換構造。 - 前記ファンは、前記ラジエータに対する空気流の下流側に配置されており、
前記連通部は、前記ファンとラジエータとの間の空間と熱交換器に対する空気流の下流側とを連通する請求項2記載の車両用熱交換装置。 - 前記ラジエータは、前記パワーユニットに対する車両前後方向の後側でかつ前記ファンに対する車両前後方向の前側に配置されており、
前記熱交換器は、前記パワーユニットに対する車両前後方向の後側でかつ前記ラジエータに対する車両上下方向の上側に配置されており、
前記空調装置は、前記熱交換器を収容すると共に車室側への空気出口が形成されたケースと、前記ケース内における前記熱交換に対する前記空気出口側とは反対側に配置されたブロアと、を含んで構成されており、
前記連通部は、前記ケースにおける前記熱交換器と空気出口との間に形成された排気口から前記ラジエータとファンとの間の空間まで至り、前記開閉機構によって開閉される排気ダクトを有して構成されている請求項2又は請求項4記載の車両用熱交換構造。
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