JP5983312B2 - 車両の冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、ラジエータと他の熱交換器と冷却ファンとを組み合わせ、外気によりそのラジエータと熱交換器とを冷却する車両の冷却システムに関する。

従来、車両の冷却システムでは、エンジン（内燃機関）の前側にエンジン冷却用のラジエータと、ターボ吸気冷却用のインタークーラーなどの熱交換器を重ね合わせ、これらに冷却ファンを組み合わせることでクーリングモジュールを形成している。一方、車両の前側のボディフロント部にはこのクーリングモジュールに外気（走行風）を取り込むためグリル（開口部）を設けている。

ここで、従来の車両の冷却システムについて、車両の前側の断面図を示す図６を参照しながら説明する。ここで車両１Ｘの走行方向Ａを白抜きの矢印で示すことにする。冷却システム２Ｘは、エンジン３とトランスミッション（変速機）４の前側に設けられ、車両１Ｘの前側から順番にインタークーラー５とラジエータ６とを走行方向Ａに直列となるように配置し、それらの下流側にエンジン３により駆動される冷却ファン７をファンシュラウド８で囲って配置して形成されたクーリングモジュール９Ｘを備える。

また、冷却システム２Ｘは、そのクーリングモジュール９Ｘに外気を当てるため、車両１Ｘのボディフロント部にグリル１０Ｘを設ける。グリル１０Ｘは、格子部１０ａＸと開口部１０ｂＸとからなり、開口部１０ｂＸから車両１Ｘが走行したときに、あるいは冷却ファン７が回転したときに、外気が取り込まれるように構成されている。

車両１Ｘが走行すると、あるいは冷却ファン７が回転すると、グリル１０Ｘから取り込まれた外気によって、インタークーラー５とラジエータ６は冷却される。

エンジン３により駆動する冷却ファン７は、ファンクラッチ７ａが接続又は切断することで、駆動を制御されており、エンジン３の保護を優先させるために主に水温センサＳ１が検知するエンジン水温に応じて回転数を増減させるようにＥＣＵ（制御装置）１１により制御されている。

しかしながら、エンジン３の吸気に冷却が必要な領域、つまりインタークーラー５の冷却が必要な領域は必ずしもエンジン水温と連動しない。このため、エンジン水温が比較的低く、冷却ファン７の回転数が低下した場合には、同時にインタークーラー５の通過風量も低下してしまうため、インタークーラー５での冷却が不足してしまうことがあった。

一方、インタークーラー５の冷却不足を解消するために、冷却ファン７をエンジン水温と吸気温度の両方を考慮して駆動すると、冷却ファン７の運転頻度（ＯＮ頻度）が増加し、冷却ファン７の駆動損失が増加して車両の燃費が悪くなってしまう。

上記の構成に関わらず、従来の車両１Ｘの前側には他の熱交換器が配置されることがあり、その熱交換器での冷却が不足してしまうという問題があった。そこで、エアコン使用時のエアコンのコンデンサの冷却不足を解消する装置として、ラジエータの前方に、左右片側に仕切部を介してオイルクーラーが一体化されたコンデンサを配置し、ラジエータの後方に左右一対のファンを設置すると共に、オイルクーラー一体のコンデンサの前方に左右一対のダクトを設置し、ダクトを介してファンにより車両前方から導入した空気流で、コンデンサ及びオイルクーラーと、その後方に位置するラジエータとを冷却可能な車両用
熱交換器であって、前記コンデンサの仕切部側の端部を、オイルクーラー側のダクトから導入した空気流の中に位置させると共に、左右一対のダクトの少なくともオイルクーラー側に開閉自在なシャッターを設け、エアコン停止時には、少なくともオイルクーラー側のダクトに設けられたシャッターを開いた状態にし、エアコン使用時には、シャッターによりオイルクーラー側のダクトを閉じ且つコンデンサ側のダクトは開いた状態で、左右両方のファンを回転状態にできる装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この装置は、オイルクーラーによりコンデンサが熱くならず、更にコンデンサの冷却能力を早期に高めることができるが、ラジエータにオイルクーラーと一体化したコンデンサを重ねて配置しているため、前述したように左右一対のファンをエンジンの保護を優先させるために主にエンジン水温に応じて制御すると、前述したようにオイルクーラー及びコンデンサの冷却不足が発生する。

一方、左右一対のファンをエンジン水温と、オイルクーラーあるいはコンデンサの温度に応じて制御するとファンの運転頻度が増加し、消費電力が増加してしまう（ファンの駆動がエンジンの場合は駆動損失が増加して車両の燃費が悪くなってしまう）。

特開２００４−３００９６０号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却ファンの運転頻度を増加させずに、ラジエータと他の熱交換器の通気を別々にコントロールして、効率良く冷却することができる車両の冷却システムとその冷却方法を提供することである。

上記の目的を解決するための本発明の車両の冷却システムは、車両の前面に形成されたグリルと、このグリルから取り込まれた外気に対して並列に配置された内燃機関の冷却用のラジエータ及び他の熱交換器と、これらのラジエータ及び熱交換器よりも外気に対して下流側に設けられた冷却ファンと、を備える車両の冷却システムにおいて、前記グリルから前記ラジエータ及び前記熱交換器まで延在したダクトと格子部とを備え、この格子部により、前記グリル及び前記ダクトを前記ラジエータ及び前記熱交換器の境界線で分割し、前記グリルから取り込まれた外気を前記ラジエータ及び前記熱交換器に独立してそれぞれに導く構成にし、前記格子部により前記グリルに形成された前記熱交換器の前側部分の熱交換器用開口部を遮断、又は開放する第一開閉機構と、前記ラジエータの前側部分のラジエータ用開口部を遮断、又は開放する第二開閉機構と、これらの第一開閉機構及び第二開閉機構を制御する制御装置と、を備えて構成される。

この構成によれば、開閉機構の開閉動作を制御することによって、各熱交換器の通気をコントロールして、効率良く冷却することができる。これにより、従来の冷却システムにおいて、内燃機関の保護を優先させる為に主に内燃機関の冷却水温、つまりラジエータの温度によって冷却ファンの回転数を増減していたために発生していた、内燃機関の冷却水温が低い場合に、ラジエータ以外の熱交換器の冷却が不足してしまうことを、防止することができる。

また、それぞれの熱交換器の要求に応じた外気の導入のコントロールが可能となることで、冷却ファンのオンデマンド化が進み、冷却ファンの運転頻度を低減することができる。これにより、冷却ファンによる内燃機関の駆動損失が減るので、結果的に車両の燃費を向上することができる。

なお、ここでいう熱交換器とは、内燃機関の吸気冷却用のインタークーラー、車両内の冷房装置（エアコン）のコンデンサ、及び内燃機関の潤滑油冷却用のオイルクーラーなどのことをいう。また、ラジエータと熱交換器とを並列に配置するとは、車両の走行方向、つまり前後方向に直列に配置するのではなく、車両の上下方向、又は左右方向に並列に配置することを示す。加えて、ここでいう開閉機構とは、可動式の複数の羽板と呼ばれる細長い板を、枠組みに隙間を空けて平行に組んだ可動式ルーバー機構などのことをいう。

また、上記の車両の冷却システムにおいて、前記熱交換器を内燃機関の吸気冷却用のインタークーラーで構成すると、ラジエータとインタークーラーの通気をコントロールして、効率良く冷却することができる。従来の構成では不足していたインタークーラーの冷却を強化することにより、チャージエア充填効率が上がり、エンジン燃焼効率が向上する。結果、車両の燃費を向上することができる。

加えて、上記の車両の冷却システムにおいて、前記制御装置により、前記第一開閉機構及び前記第二開閉機構の両方が閉じると、前記グリルの全域を塞ぐ構成にすると、内燃機関の暖機中に全ての開閉機構を閉じることによって、暖機が促進され、車両の燃費を向上することができる。また、外気を導入する必要が無い場合にはグリルの全域を塞ぐことで、車両にかかる空気抵抗を低減することができ、車両の燃費を向上することができる。

さらに、上記の車両の冷却システムにおいて、前記制御装置により、前記ラジエータのみを冷却するときは、前記第一開閉機構を閉じると共に前記第二開閉機構を開いて、前記グリルのうちの前記ラジエータ用開口部のみを開放し、前記熱交換器のみを冷却するときは、前記第一開閉機構を開くと共に前記第二開閉機構を閉じて、前記グリルのうちの前記熱交換器用開口部のみを開放し、前記ラジエータ及び前記熱交換器のどちらも冷却しないときは、前記第一開閉機構及び前記第二開閉機構の両方を閉じて、前記グリルの全域を塞
ぐ構成にすることが好ましい。

本発明によれば、冷却ファンの運転頻度を増加させずに、ラジエータと他の熱交換器の通気を別々にコントロールして、効率良く冷却することができる。特に、熱交換器をインタークーラーで構成する場合は、インタークーラーの冷却を強化することによりチャージエアの充填効率が上がり、内燃機関の燃焼効率を向上し、車両の燃費を向上することができる。

本発明に係る第１の実施の形態の車両の冷却システムの構成を示す図である。 図１の冷却システムがインタークーラーのみを冷却するときの動作を示す図である。 図１の冷却システムがラジエータのみを冷却するときの動作を示す図である。 図１の冷却システムがエンジンを暖機するときの動作を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の車両の冷却システムの構成を示す図である。 従来の車両の冷却システムの構成を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の車両の冷却システムについて、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態では、車両の前側にクーリングモジュールを配置し、車両の前側のボディフロント部にグリルを設けたものを例に説明する。なお、図面に関しては、構成が分かり易いように寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率も必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。

まず、本発明に係る第１の実施の形態の車両の冷却システムについて、図１を参照しながら説明する。ここで、図中の左右方向を車両１の前後方向ｘ、図中の上下方向を車両１の上下方向ｙ、及び図中の表裏方向を車両１の左右方向ｚとする。

この車両１の冷却システム２は、クーリングモジュール９のインタークーラー５とラジエータ６を、前後方向ｘに直列ではなく、グリル１０と冷却ファン７の間で上下方向ｙに並列となるように配置し、グリル１０を遮断、又は開放する複数の羽板１２を有する可動式ルーバー機構（開閉機構）１３と、グリル１０からの外気をクーリングモジュール９に導くダクト１４とを備えて構成される。

また、ＥＣＵ（制御装置）１１は、エンジン３の吸気温度を検知する吸気温度センサＳ２と接続されると共に、水温センサＳ１が検知するエンジン水温により冷却ファン７の回転数を制御するためにファンクラッチ（ファン回転制御装置）７ａを接続又は切断する手段を備える。また、可動式ルーバー機構１３を制御する手段を備える。

インタークーラー５とラジエータ６とを、この実施の形態では、上下方向ｙに並列になるように配置したが、左右方向ｚに並列になるように配置してもよい。

冷却ファン７はエンジン３により駆動されるファンであり、エンジン３により駆動されるファンであり、エンジン３との間に電子制御式のファンクラッチ７ａを介在している。このファンクラッチ７ａは、水温センサＳ１の検知するエンジン水温に応じてＥＣＵ１１により接続と切断を制御されている。

この実施の形態では、ファンクラッチ７ａを接続又は切断することにより、冷却ファン７の回転を制御しているが、冷却ファン７の回転を制御することができればよく、本発明はこの構成に限定しない。

また、本発明は、インタークーラー５とラジエータ６を上下方向ｙに並列になるように配置し、インタークーラー５及びラジエータ６のそれぞれの要求に応じた外気の導入をコントロールするため、冷却ファン７は、エンジン水温に加えて、吸気温度センサＳ２の検知する吸気温度に応じて回転数を制御されるように構成するとよい。

グリル１０は、図６に示す従来のグリル１０Ｘとは異なり、図１に示すように、格子部１０ａが設けられると共に、その格子部１０ａにより分割されたインタークーラー５の前側部分のインタークーラー用開口部１０ｂと、ラジエータ６の前側部分のラジエータ用開口部１０ｃとを備える。

格子部１０ａは、グリル１０を上下方向ｙに分割すると共に、グリル１０から取り込んだ外気の流路を二股に分割し、インタークーラー用開口部１０ｂから取り込んだ外気をインタークーラー５のみに導き、且つラジエータ用開口部１０ｃから取り込んだ外気をラジエータ６のみに導くように構成される。好ましくは、格子部１０ａをクーリングモジュール９のインタークーラー５とラジエータ６の境界部分まで延在するように構成すると、冷却効率を高めることができる。

なお、インタークーラー５とラジエータ６を左右方向ｚに並列となるように配置する場合は、格子部１０ａをグリル１０を左右方向ｚに分割するように構成する。

複数の羽板１２からなる可動式ルーバー機構１３は、インタークーラー５の前側部分のインタークーラー用開口部１０ｂを開放又は遮断する第１ルーバー１３ａと、ラジエータ６の前側部分のラジエータ用開口部１０ｃを開放又は遮断する第２ルーバー１３ｂとから構成され、第１ルーバー１３ａと第２ルーバー１３ｂは別々にＥＣＵ１１により制御されている。

この可動式ルーバー機構１３を備えることにより、インタークーラー５のみ冷却したい場合、あるいはインタークーラー５の冷却を優先したい場合は、第１ルーバー１３ａによりインタークーラー用開口部１０ｂを開放し、第２ルーバー１３ｂによりラジエータ用開口部１０ｃを遮断することで、冷却ファン７の作用をインタークーラー５に集中し、インタークーラー５を通過する風量を増加させることができる。

また、ラジエータ６のみ冷却したい場合、あるいはラジエータ６の冷却を優先したい場合は、第１ルーバー１３ａによりインタークーラー用開口部１０ｂを遮断し、第２ルーバー１３ｂによりラジエータ用開口部１０ｃを開放することで、冷却ファン７の作用をラジエータ６に集中し、ラジエータ６を通過する風量を増加させることができる。

ダクト１４は、グリル１０とクーリングモジュール９との間に設けられ、グリル１０から取り込んだ全ての外気をクーリングモジュール９に通過させることができるので、クーリングモジュール９の冷却効率を向上することができる。

なお、この実施の形態では、エンジン３により駆動される冷却ファン７を用いたが、別途に設けた電動機により駆動するファンを用いてもよい。この場合は、冷却ファン７の回転を電動機の駆動によって制御することができる。

次に、この冷却システム２の動作について、図１〜図４を参照しながら説明する。水温センサＳ１が検知するエンジン水温が高く、吸気温度センサＳ２が検知するエンジン３の吸気温度が高い場合は、図１に示すように、第１ルーバー１３ａ及び第２ルーバー１３ｂの両方によりグリル１０の全域を開放する。また、このとき、ファンクラッチ７ａを接続し、冷却ファン７を駆動する。

グリル１０の全域を開放すると、インタークーラー用開口部１０ｂから取り込んだ外気がインタークーラー５を通過し、且つラジエータ用開口部１０ｃから取り込んだ外気がラジエータ６を通過するので、それぞれを効率よく冷却することができる。冷却ファン７については、車両１の車速が速く、グリル１０から外気を十分に取り込める場合は、ファンクラッチ７ａを切断し、駆動を停止してもよい。

例えば、図６に示す従来の構成であれば、インタークーラー５とラジエータ６が前後方向ｘに直列に配置されているため、外気がインタークーラー５で暖められてしまい、ラジ
エータ６の冷却不足が発生していた。しかし、上記の構成によれば、インタークーラー５とラジエータ６が前後方向ｘに重なっていないため、一方の冷却不足を抑制することができる。

エンジン水温が低く、吸気温度が高い場合は、図２に示すように、第１ルーバー１３ａによりインタークーラー用開口部１０ｂを開放し、第２ルーバー１３ｂによりラジエータ用開口部１０ｃを遮断する。第１ルーバー１３ａのみを開放すると、インタークーラー用開口部１０ｂから取り込まれた外気が、インタークーラー５のみを通過するので、ラジエータ６の冷却が必要ない領域で、インタークーラー５のみを冷却することができる。

これにより、インタークーラー５の冷却が強化されることで、チャージエアの充填効率が上がり、エンジン３の燃焼効率を向上して、車両１の燃費を向上することができる。

エンジン水温が高く、吸気温度が低い場合は、図３に示すように、第１ルーバー１３ａによりインタークーラー用開口部１０ｂを遮断し、第２ルーバー１３ｂによりラジエータ用開口部１０ｃを開放する。第２ルーバー１３ｂのみを開放すると、ラジエータ用開口部１０ｃから取り込まれた外気が、ラジエータ６のみを通過するので、インタークーラー５の冷却が必要ない領域で、ラジエータ６のみを冷却することができる。

図２又は図３に示すように、インタークーラー５及びラジエータ６のそれぞれの要求に応じた外気の導入のコントロールが可能となることで、冷却ファン７のオンデマンド化を進めることができる。図２又は図３のように可動式ルーバー機構１３を動作させたときに、従来の構成と比較して冷却ファン７の回転数を低減しても、若しくは冷却ファン７の駆動を停止してもそれぞれを冷却することが可能となる。よって、冷却ファン７の運転頻度（ＯＮ頻度）が低減され、若しくは冷却ファン７の回転数が低減され、冷却ファン７による駆動損失が減るので、結果的に車両１の燃費を向上することができる。

なお、この実施の形態では、エンジン３により駆動される冷却ファン７を用いた場合の効果を説明したが、例えば、冷却ファン７が電動機により駆動される場合は、駆動損失を低減する代わりに消費電力を低減することができる。

エンジン水温が低く、吸気温度も低い場合は、特に、エンジン３の暖機が必要な場合は、図４に示すように、第１ルーバー１３ａ及び第２ルーバー１３ｂの両方によりグリル１０の全域を遮断する。グリル１０の全域を遮断すると、エンジン３の暖気中に、外気がラジエータ６を通過すること、及びその外気がエンジン３に当たることを抑制し、エンジン３の暖機を促進することができる。この暖機促進により車両１の燃費を向上することができる。このとき、ファンクラッチ７ａを切断し、冷却ファン７の駆動を停止するように構成するとより暖機を促進すると共に、駆動損失を低減することができる。

また、図２、図３、及び図４に示すように、グリル１０の全域を開放しない、つまり外気を導入する必要のない場合にはグリル１０の全域を塞ぐ、若しくはグリル１０の一部を塞ぐことで、車両１にかかる空気抵抗を低減することができ、車両１の燃費を向上することができる。

上記の冷却システム２の動作によれば、インタークーラー５とラジエータ６の通気をコントロールして、それぞれの要求に応じて効率良く冷却することができる。これにより、インタークーラー５の冷却を強化する、冷却ファン７の運転頻度を低減する、及びグリル１０の一部を塞いで空気抵抗を低減するという作用効果を得ることができる。

なお、この実施の形態では、ラジエータ６と並列に配置する熱交換器としてインターク
ーラー５を用いて説明したが、本発明はこれに限定せず、ラジエータ６と並列に配置する熱交換器をオイルクーラーやエアコン（冷暖房装置）のコンデンサで構成してもよい。その場合は、吸気温度センサＳ２に換えて、熱交換器に対応するセンサを設けることとする。

次に、本発明に係る第２の実施の形態の車両の冷却システムについて、図５を参照しながら説明する。この冷却システム２０は、インタークーラー５とラジエータ６とオイルクーラー２１を上下方向ｙに並列となるように配置したクーリングモジュール２２を備える。また、グリル２３を、格子部２３ａ及び格子部２３ｄにより分割された、インタークーラー用開口部２３ｂ、ラジエータ用開口部２３ｃ、及びオイルクーラー用開口部２３ｅから構成する。加えて、インタークーラー用開口部２３ｂを開放又は遮断する第１ルーバー２４ａ、ラジエータ用開口部２３ｃを開放又は遮断する第２ルーバー２４ｂ、及びオイルクーラー用開口部２３ｅを開放又は遮断する第３ルーバー２４ｃを備える。

ここで、第１ルーバー２４ａ及び第２ルーバー２４ｂは、第１の実施の形態で説明した第１ルーバー１３ａ及び第２ルーバー１３ｂと同様に動作するものとする。

よって、この冷却システム２０は、図１に示す第１の実施の形態の冷却システム２のクーリングモジュール９に、図５に示すように、オイルクーラー２１を加えて、そのオイルクーラー２１を冷却するためにオイルクーラー用開口部２３ｅとそれを開放又は遮断する第３ルーバー２４ｃを備えて構成される。

また、ＥＣＵ１１は、オイル温度を検知するオイル温度センサＳ３と接続され、第１の実施の形態で説明した第１ルーバー２４ａ及び第２ルーバー２４ｂを制御する手段に加えて、オイル温度に応じて第３ルーバー２４ｃを制御する手段を備える。

この構成によれば、第１の実施の形態で述べた作用効果に加えて、オイルクーラー２１の冷却を強化することができるので、エンジン３やトランスミッション４を潤滑するオイルの性能が低減することを抑制することができる。

なお、この実施の形態では、ラジエータ６と並列に配置する熱交換器としてインタークーラー５とオイルクーラー２１を用いて説明したが、本発明はこれに限定せず、その他の熱交換器を設けてもよい。

本発明は、第１及び第２の実施の形態のように、冷却したい熱交換器ごとに対応するルーバーを設けることによって、それぞれの熱交換器の要求に応じた外気の導入のコントロールが可能となる。また、ラジエータ６以外の熱交換器を前後方向ｘに直列に配置してもよい。その場合はできるだけ冷却が必要な領域が重なる熱交換器を直列に配置するとよい。

本発明の車両の冷却システムは、冷却ファンの運転頻度を増加させずに、ラジエータと他の熱交換器の通気を別々にコントロールして、効率良く冷却することができるので、特にディーゼルエンジンを搭載するトラックなどの車両に利用することができる。

１、１Ｘ 車両
２、２０、２Ｘ 冷却システム
３ エンジン（内燃機関）
４ トランスミッション
５ インタークーラー（他の熱交換器）
６ ラジエータ
７ 冷却ファン
７ａ ファンクラッチ（ファン回転制御装置）
８ ファンシュラウド
９、２２、９Ｘ クーリングモジュール
１０、２３、１０Ｘ グリル（開口部）
１１ ＥＣＵ（制御装置）
１２ 羽板
１３、２４ 可動式ルーバー機構（開閉機構）
１４ ダクト
２１ オイルクーラー（他の熱交換器）

Claims (3)

1. 車両の前面に形成されたグリルと、このグリルから取り込まれた外気に対して並列に配置された内燃機関の冷却用のラジエータ及び他の熱交換器と、これらのラジエータ及び熱交換器よりも外気に対して下流側に設けられた冷却ファンと、を備える車両の冷却システムにおいて、
   前記グリルから前記ラジエータ及び前記熱交換器まで延在したダクトと格子部とを備え、この格子部により、前記グリル及び前記ダクトを前記ラジエータ及び前記熱交換器の境界線で分割し、前記グリルから取り込まれた外気を前記ラジエータ及び前記熱交換器に独立してそれぞれに導く構成にし、
   前記格子部により前記グリルに形成された前記熱交換器の前側部分の熱交換器用開口部を遮断、又は開放する第一開閉機構と、前記ラジエータの前側部分のラジエータ用開口部を遮断、又は開放する第二開閉機構と、これらの第一開閉機構及び第二開閉機構を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置により、前記第一開閉機構及び前記第二開閉機構の両方が閉じると、前記グリルの全域を塞ぐ構成にしたことを特徴とする車両の冷却システム。
2. 前記熱交換器を内燃機関の吸気冷却用のインタークーラーで構成することを特徴とする請求項１に記載の車両の冷却システム。
3. 前記制御装置により、
   前記ラジエータのみを冷却するときは、前記第一開閉機構を閉じると共に前記第二開閉機構を開いて、前記グリルのうちの前記ラジエータ用開口部のみを開放し、
   前記熱交換器のみを冷却するときは、前記第一開閉機構を開くと共に前記第二開閉機構を閉じて、前記グリルのうちの前記熱交換器用開口部のみを開放し、
   前記ラジエータ及び前記熱交換器のどちらも冷却しないときは、前記第一開閉機構及び前記第二開閉機構の両方を閉じて、前記グリルの全域を塞ぐ構成にしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の冷却システム。

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