WO2020183214A1 - 車両の熱交換装置 - Google Patents

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WO2020183214A1
WO2020183214A1 PCT/IB2019/000303 IB2019000303W WO2020183214A1 WO 2020183214 A1 WO2020183214 A1 WO 2020183214A1 IB 2019000303 W IB2019000303 W IB 2019000303W WO 2020183214 A1 WO2020183214 A1 WO 2020183214A1
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cooling water
intercooler
vehicle
heat exchange
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PCT/IB2019/000303
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Inventor
越島将史
上原利矢子
Original Assignee
日産自動車株式会社
ルノー エス． ア． エス．
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/02—Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
    • B60K11/04—Arrangement or mounting of radiators, radiator shutters, or radiator blinds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle heat exchanger including a radiator for an engine, a condenser for an air conditioner, and a radiator for a water-cooled intercooler.
  • An engine equipped with a supercharger may be equipped with an intercooler that cools the intake air that has become hot due to supercharging before introducing it into the combustion chamber.
  • This intercooler includes an air-cooled intercooler that exchanges heat between the high-temperature supercharged intake air and the outside air, and a water-cooled intercooler that exchanges heat between the high-temperature supercharged intake air and the cooling water.
  • a radiator that cools the cooling water, which is the cooling medium, with the outside air is required.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which a radiator for a water-cooled intercooler is arranged in front of a radiator for an engine, and a condenser for an air conditioner is arranged in front of the radiator. That is, three heat exchangers that exchange heat with the outside air are arranged in three stages in the front-rear direction, and a fan is arranged behind these heat exchangers.
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which a condenser for an air conditioner and an air-cooled intercooler are arranged side by side in the vehicle width direction in front of a radiator for an engine.
  • a condenser for an air conditioner and an air-cooled intercooler are arranged side by side in the vehicle width direction in front of a radiator for an engine.
  • the intercooler since it is an air-cooled intercooler, The handling of the intake system between the engine and the supercharger becomes complicated, and the increase in intake pressure loss and the increase in intake passage volume due to the lengthening of the intake passage become problems.
  • the intercooler since the intercooler is small because it is arranged side by side with the condenser, the amount of heat exchange is limited. Since the size of the radiator required when the intercooler is a water-cooled intercooler is generally larger than that of the air-cooled intercooler, it is difficult to apply the layout of Patent Document 2 to the water-cooled intercooler. is there.
  • the vehicle heat exchange device is A water-cooled engine cooled by the first cooling water, An intercooler that cools the supercharged intake air supplied to the engine, the first core portion on the upstream side of the intake air that is cooled by the first cooling water and the second core portion on the downstream side of the intake air that is cooled by the second cooling water.
  • a two-stage water-cooled intercooler that includes two core parts, The first radiator, which is arranged at a position where the vehicle running wind is given and cools the first cooling water by exchanging heat with air, An air conditioner condenser arranged in front of the first radiator so as to overlap a part of the first radiator.
  • a second radiator which is arranged in front of the first radiator so as to overlap a part of the first radiator and cools the second cooling water by heat exchange with air, and a second radiator.
  • the first cooling water passes through the water-cooled engine to cool the engine, and at the same time, passes through the first core portion of the water-cooled intercooler to cool the supercharged intake air.
  • the heat of the first cooling water that has become hot is dissipated by the first radiator.
  • the second cooling water passes through the second core portion of the water-cooled intercooler to cool the supercharged intake air.
  • the heat of this second cooling water is dissipated by the second radiator.
  • the high-temperature supercharged intake air is first cooled by the first cooling water in the first core portion, and then further cooled by the second cooling water in the second core portion.
  • the second cooling water can be kept cooler than the first cooling water, so that the supercharged intake air is efficiently cooled to a lower temperature.
  • the second radiator for cooling the second cooling water can be configured to be relatively small. Therefore, the second radiator and the air conditioner capacitor can be arranged side by side in the vehicle vertical direction or the vehicle width direction, and three heat exchangers including the first radiator are arranged in two stages in the vehicle front-rear direction. Is placed in. As a result, the dimensions in the front-rear direction of the vehicle can be shortened, and the ventilation resistance against the vehicle running wind and the cooling air by the fan is reduced.
  • the schematic which shows the overall structure of the heat exchange apparatus of the vehicle which concerns on this invention.
  • the schematic diagram which shows the structure of the two-stage type water-cooled intercooler.
  • the schematic view from the side of the vehicle which shows the heat exchanger part of FIG. Schematic view of the heat exchanger part and the shroud from the rear side.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the overall configuration of the vehicle heat exchange device according to the present invention, and schematically shows the configuration when the front part of the automobile is viewed from the side.
  • This automobile includes, for example, an engine (internal combustion engine) 1 mounted horizontally on a vehicle body 2.
  • the engine 1 may be a spark-ignition engine or a diesel engine using gasoline as fuel, and is a water-cooled engine having a water jacket inside.
  • the engine 1 is equipped with a supercharger (not shown) such as a turbocharger or a mechanical supercharger, and further, a water-cooled intercooler 3 that cools the supercharged intake air that has become high temperature and high pressure by this supercharger. It has.
  • the water-cooled intercooler 3 has a housing 4 in which supercharging intake air flows from the inlet 4a to the outlet 4b, and a cooling water inlet 5a and a cooling water outlet 5b located on the inlet 4a side. It includes a first core 5 having a first core 5 and a second core 6 located on the outlet 5b side and having a cooling water inlet 6a and a cooling water outlet 6b.
  • a second cooling water that is, an intercooler, which is maintained at a relatively low temperature, flows through the second core 6. Cooling water flows through.
  • the supercharged intake air that has become hot due to supercharging is cooled to some extent by the engine cooling water in the first core 5 on the upstream side, and then cooled for the intercooler at a relatively low temperature in the second core 6 on the downstream side. Further cooled by water. That is, the intercooler 3 is a two-stage water-cooled intercooler.
  • the ratio of each of the first core 5 and the second core 6 is not necessarily limited to 1: 1.
  • the cooling water for the engine and the cooling water for the intercooler an ethylene glycol aqueous solution containing an appropriate additive or the like is used, but both may be the same, or the components, concentrations and the like may be different from each other. There may be.
  • the engine cooling water circulation system cools the engine cooling water by heat exchange between the water jacket inside the engine 1, the outlet side passage 8 through which the cooling water that has become hot in the water jacket of the engine 1 flows, and the outside air.
  • a first radiator that is, a main radiator 9, an inlet side passage 10 through which cooling water returns from the main radiator 9 to the engine 1, and a water pump (not shown) provided inside the engine 1 are included.
  • the outlet side passage 8 is provided with a first water temperature sensor 11 that detects the temperature of the engine cooling water that has exited the engine 1.
  • the first core 5 of the water-cooled intercooler 3 described above is connected between the outlet side passage 8 and the inlet side passage 10 via the first core inlet side passage 12 and the first core outlet side passage 13. .
  • the first core 5 is arranged in parallel with the main radiator 9, and the first core 5 is engineed from the outlet side passage 8 toward the inlet side passage 10 by the action of the water pump inside the engine 1. Cooling water flows through.
  • the first core inlet side passage 12 is provided with a solenoid valve 14 for controlling the flow rate of the engine cooling water flowing through the first core 5.
  • the water pump of the engine 1 may be an electric type or a mechanically driven type.
  • the main radiator 9 is arranged in the front part of the vehicle body 2 so as to receive the vehicle running wind, similar to the arrangement of the radiator in a general automobile.
  • An electric fan 15 is arranged behind the main radiator 9, that is, on the back side.
  • a pair of electric fans 15 are arranged side by side in the vehicle width direction corresponding to the shape of the main radiator 9 having an elongated shape along the vehicle width direction.
  • the circulation system of the cooling water for the intercooler is a heat exchange between the second core 6 of the intercooler 3 described above, the second core outlet side passage 17 through which the cooling water having become hot in the second core 6 flows, and the outside air.
  • a second radiator that is, a sub-radiator 18 that cools the cooling water for the intercooler, a second core inlet side passage 19 through which the cooling water for the intercooler whose temperature has been lowered by the sub-radiator 18 flows to the second core 6, and a second. It includes an electric sub-water pump 20 arranged in the 2-core outlet side passage 17.
  • a second water temperature sensor 21 for detecting the temperature of the cooling water for the intercooler exiting the second core 6 is provided in the second core outlet side passage 17. The flow rate of the cooling water for the intercooler flowing through the second core 6 is controlled by the subwater pump 20.
  • the cooling water flow rate of the first core 5 and the cooling water flow rate of the second core 6 in the intercooler 3 are detected by the detected water temperature of the first water temperature sensor 11, the detected water temperature of the second water temperature sensor 21, and the intake air temperature sensor (not shown). Based on the intake air temperature (the temperature of the intake air after passing through the intercooler 3), the intake air temperature is controlled to be kept within a desired appropriate temperature range via a controller (not shown).
  • the sub-radiator 18 is arranged in front of the main radiator 9 so as to overlap a part of the main radiator 9.
  • a condenser 22 for the vehicle interior air conditioner is arranged in front of the main radiator 9 so as to overlap a part of the main radiator 9.
  • the condenser 22 is a heat exchanger for cooling and condensing the refrigerant with the outside air in the refrigeration cycle of the vehicle interior air conditioner.
  • the sub-radiator 18 and the condenser 22 are arranged side by side in the vertical direction or the vehicle width direction with each other along one plane parallel to the main radiator 9. In the illustrated example, the sub-radiator 18 and the condenser 22 are arranged one above the other, the condenser 22 is located on the upper side, and the sub-radiator 18 is located on the lower side.
  • FIG. 3 shows the arrangement of three heat exchangers (main radiator 9, sub-radiator 18 and condenser 22) with respect to the vehicle body 2.
  • the vehicle body 2 is provided with a grill opening 31 for taking in the vehicle running wind into the engine room above the bumper 30 on the front end surface, and also for taking in the vehicle running wind in the lower portion of the bumper 30.
  • the bumper opening 32 is provided.
  • the main radiator 9 is arranged behind these two openings 31 and 32 so as to receive the vehicle running wind taken in from both the grill opening 31 and the bumper opening 32.
  • the condenser 22 is arranged so as to overlap the upper portion of the main radiator 9 so as to receive the vehicle traveling wind mainly through the grill opening 31.
  • the sub-radiator 18 is arranged so as to overlap the lower portion of the main radiator 9 so as to receive the vehicle traveling wind mainly through the bumper opening 32.
  • the overall outer shape of the capacitors 22 and the sub-radiator 18 arranged vertically correspond to the outer shape of the main radiator 9. That is, the dimensions of these three heat exchangers in the vehicle width direction are basically the same, and the entire contour of the condenser 22 and the sub-radiator 18 is basically the same as the contour of the main radiator 9. In other words, the cooling air that has passed through the condenser 22 or the sub-radiator 18 located on the upstream side then passes through the main radiator 9 located on the downstream side.
  • the vertical dimension of the condenser 22 is larger than the vertical dimension of the sub-radiator 18.
  • the fan 15 is driven by a controller (not shown), for example, when the vehicle speed is low and the detected water temperature of the first water temperature sensor 11 is high, or when the vehicle interior air conditioner is operating, and the fan 15 is forced to the main radiator 9 and the condenser 22. It provides cooling air.
  • the fan 15 includes a shroud 34 that extends in a rectangular shape as shown in FIG. 4 so as to provide cooling air to a wide range of the main radiator 9.
  • the shroud 34 has a pair of circular openings 35, and the fan 15 rotates on the inner peripheral side of each of these openings 35.
  • the shroud 34 has a size substantially equal to or slightly larger than the external dimensions of the condenser 22, and the projected region of the shroud 34 covers the entire capacitor 22.
  • the projected area of the shroud 34 is relatively small with respect to the main radiator 9, and a part of the lower side of the main radiator 9 protrudes downward from the projected area of the shroud 34. Most of the sub-radiator 18 that overlaps the lower portion of the main radiator 9 protrudes downward from the projection area of the shroud 34.
  • a part of the upper part of the sub-radiator 18 may overlap with the projection area of the shroud 34, or the entire sub-radiator 18 may be located completely outside the projection area of the shroud 34. It is preferred that at least half of the sub-radiator 18 is outside the projected area of the shroud 34.
  • the intercooler 3 for cooling the supercharged intake air is a water-cooled type, the degree of freedom of layout in the engine room is high, and the intake pressure due to the lengthening of the intake system piping is high. It is possible to avoid an increase in loss and an increase in intake passage volume. Since the intercooler 3 is a two-stage water-cooled intercooler that uses the cooling water for the engine and the cooling water for the intercooler, the intake air is not restricted by the temperature of the cooling water for the engine, which is a relatively high water temperature. Can be cooled to a lower temperature.
  • the sub-radiator 18 can be miniaturized.
  • the condenser 22 and the sub-radiator 18 can be arranged side by side and housed within the external dimensions substantially equal to the external dimensions of the main radiator 9.
  • the intercooler 3 As a two-stage water-cooled intercooler, the amount of heat flowing into the engine cooling water increases, but the two-stage layout enhances the heat dissipation performance of the main radiator 9 in the subsequent stage. It is possible to secure the amount of heat radiation without particularly increasing the heat radiation area of the main radiator 9.
  • the speed of the vehicle traveling wind passing through the sub-radiator 18 without the shroud 34 acting as a resistance to the vehicle traveling wind can be increased. Be done. Therefore, the heat dissipation performance of the sub-radiator 18 while the vehicle is running, and thus the cooling performance for the supercharged intake air in the intercooler 3 can be obtained high.
  • the condenser 22 is surrounded by the shroud 34, good heat dissipation performance by the fan 15 can be obtained, for example, when the air conditioner is operating while the vehicle is stopped.
  • the layout of the three heat exchangers shown in FIG. 3 is suitable when the opening area of the bumper opening 32 is relatively large compared to the opening area of the grill opening 31.
  • FIG. 5 shows a second embodiment in which the sub-radiator 18 is arranged above the capacitor 22.
  • the sub-radiator 18 is arranged in front of the main radiator 9 so as to overlap a part of the main radiator 9.
  • a condenser 22 for the vehicle interior air conditioner is arranged in front of the main radiator 9 so as to overlap a part of the main radiator 9.
  • the condenser 22 is arranged so as to overlap the lower portion of the main radiator 9 so as to receive the vehicle traveling wind through the lower portion of the grill opening 31 and the bumper opening 32.
  • the sub-radiator 18 is arranged so as to overlap the upper portion of the main radiator 9 so as to receive the vehicle traveling wind mainly through the upper half of the grill opening 31.
  • the overall outer shape of the capacitors 22 and the sub-radiator 18 arranged side by side corresponds to the outer shape of the main radiator 9. That is, the dimensions of these three heat exchangers in the vehicle width direction are basically the same, and the entire contour of the condenser 22 and the sub-radiator 18 is basically the same as the contour of the main radiator 9.
  • the shroud 34 that extends in a rectangular shape has a size that is substantially equal to or slightly larger than the external dimensions of the capacitor 22, and the projected area of the shroud 34 covers the entire capacitor 22.
  • the projected area of the shroud 34 is relatively small with respect to the main radiator 9, and a part of the upper side of the main radiator 9 protrudes downward from the projected area of the shroud 34.
  • almost the entire sub-radiator 18 overlapping the upper portion of the main radiator 9 protrudes downward from the projection area of the shroud 34.
  • the layout of the three heat exchangers of the second embodiment shown in FIG. 5 is suitable when the opening area of the grill opening 31 is relatively large as compared with the opening area of the bumper opening 32.

Abstract

エンジン（1）の過給吸気を冷却するインタークーラ（3）は、エンジン用冷却水が流れる第1コア（5）と低温なインタークーラ用冷却水が流れる第2コア（6）とを有する2ステージ型水冷式インタークーラである。エンジン用冷却水を冷却するメインラジェータ（9）の前方に、インタークーラ用冷却水を冷却するサブラジェータ（18）とコンデンサ（22）とが位置する。サブラジェータ（18）とコンデンサ（22）は、上下に並んでおり、サブラジェータ（18）の一部がシュラウド（34）の投影領域からはみ出ている。

Description

車両の熱交換装置
　この発明は、エンジン用のラジエータと、空調装置用のコンデンサと、水冷式インタークーラ用のラジエータと、を含む車両の熱交換装置に関する。
　過給機を備えたエンジンにおいては、過給により高温となった吸気を燃焼室に導入する前に冷却するインタークーラを備える場合がある。このインタークーラには、高温過給吸気と外気との間で熱交換を行う空冷式インタークーラと、高温過給吸気と冷却水との間で熱交換を行う水冷式インタークーラと、があり、水冷式インタークーラの場合には、冷却媒体となる冷却水を外気により冷却するラジエータが必要となる。
　特許文献１には、エンジン用のラジエータの前方に水冷式インタークーラ用のラジエータを配置し、さらにその前方に空調装置用のコンデンサを配置した構成が開示されている。つまり、外気との間で熱交換を行う３つの熱交換器が前後に３段に重ねた形で配置されており、これら熱交換器の後方にファンが配置されている。
　この特許文献１のように３つの熱交換器を車両前後方向に重ねて配置した構成では、車両走行風やファンによる冷却風に対する通気抵抗が大きくなるとともに、それそれの熱交換器を通過するたびに冷却風の温度が上昇することから、後段に位置するエンジン用ラジエータでの放熱性能が低下しやすい。また、車両の前後方向に沿った全体の寸法が大きくなり、車体への搭載性が悪い。
　また特許文献２には、エンジン用のラジエータの前方に、空調装置用のコンデンサと空冷式インタークーラとを車幅方向に並べて配置した構成が開示されているが、空冷式インタークーラであるため、エンジンや過給機との間での吸気系の取り回しが複雑となり、吸気通路が長くなることによる吸気圧力損失の増大や吸気通路容積の増大が問題となる。また、コンデンサと並べて配置するためにインタークーラが小型のものとなるので、熱交換量が制限される。なお、インタークーラを水冷式インタークーラとした場合に必要なラジエータの大きさは一般に空冷式インタークーラよりも大きなものとなるので、特許文献２のレイアウトを水冷式インタークーラに適用することは困難である。
特開２０１８−２０２９６７号公報 特開２００５−６１３４３号公報
　この発明に係る車両の熱交換装置は、
　第１の冷却水によって冷却される水冷式エンジンと、
　上記エンジンに供給される過給吸気を冷却するインタークーラであって、上記第１の冷却水によって冷却する吸気上流側の第１のコア部分と第２の冷却水によって冷却する吸気下流側の第２のコア部分とを含む２ステージ型水冷式インタークーラと、
　車両走行風が与えられる位置に配置され、空気との熱交換により上記第１の冷却水を冷却する第１のラジエータと、
　上記第１のラジエータの前方に該第１のラジエータの一部と重なるように配置された空調装置用コンデンサと、
　上記第１のラジエータの前方に該第１のラジエータの一部と重なるように上記コンデンサと並んで配置され、空気との熱交換により上記第２の冷却水を冷却する第２のラジエータと、
　上記第１のラジエータの後方に位置するファンと、
　を備える。
　第１の冷却水は、水冷式エンジンを通流して該エンジンを冷却するとともに、水冷式インタークーラの第１のコア部分を通流して過給吸気を冷却する。高温となった第１の冷却水の熱は、第１のラジエータによって放熱される。第２の冷却水は、水冷式インタークーラの第２のコア部分を通流して過給吸気を冷却する。この第２の冷却水の熱は、第２のラジエータによって放熱される。水冷式インタークーラにおいて、高温の過給吸気は先ず第１のコア部分において第１の冷却水によって冷却され、次に、第２のコア部分において第２の冷却水によりさらに冷却される。第２の冷却水は第１の冷却水よりも低温に保つことが可能であり、従って、過給吸気が効率よく低い温度にまで冷却される。
　過給吸気が有する熱量の一部が第１の冷却水に吸収されるため、第２の冷却水を冷却するための第２のラジエータは比較的に小型に構成することができる。従って、この第２のラジエータと空調装置用コンデンサとを車両上下方向もしくは車幅方向に並べて配置することが可能であり、第１のラジエータを含めた３つの熱交換器が車両前後方向に２段に配置される。これにより、車両前後方向の寸法を短くできるとともに、車両走行風やファンによる冷却風に対する通気抵抗が小さくなる。
この発明に係る車両の熱交換装置の全体的な構成を示す概略図。 ２ステージ型水冷式インタークーラの構成を示す概略図。 図１の熱交換器部分を示す車両側方から見た概略図。 熱交換器部分およびシュラウドを背面側から見た概略図。 サブラジエータをコンデンサの上方に配置した実施例を示す車両側方から見た概略図。
　以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
　図１は、この発明に係る車両の熱交換装置の全体的な構成を示す概略図であり、自動車の前部を側方から見たときの構成を模式的に示している。この自動車は、例えば車体２に横置き形式に搭載されたエンジン（内燃機関）１を備えている。このエンジン１は、ガソリンを燃料とする火花点火式エンジンであってもよくディーゼルエンジンであってもよく、内部にウォータジャケットを有する水冷式エンジンである。エンジン１は、ターボチャージャや機械式過給機等の過給機（図示せず）を備えており、さらに、この過給機によって高温高圧となった過給吸気を冷却する水冷式インタークーラ３を備えている。
　水冷式インタークーラ３は、図２に概略的に示すように、過給吸気が入口４ａから出口４ｂへと流れるハウジング４と、入口４ａ側に位置しかつ冷却水入口５ａおよび冷却水出口５ｂを有する第１コア５と、出口５ｂ側に位置しかつ冷却水入口６ａおよび冷却水出口６ｂを有する第２コア６と、を備える。第１コア５には、相対的に高温である第１の冷却水すなわちエンジン用冷却水が通流し、第２コア６には、相対的に低温に維持される第２の冷却水すなわちインタークーラ用冷却水が通流する。従って、過給により高温となった過給吸気は、上流側の第１コア５においてエンジン用冷却水によってある程度冷却された後に、下流側の第２コア６において相対的に低温なインタークーラ用冷却水によってさらに冷却される。すなわち、このインタークーラ３は、２ステージ型水冷式インタークーラである。なお、第１コア５と第２コア６の各々が占める割合は必ずしも１：１には限定されない。また、エンジン用冷却水およびインタークーラ用冷却水としては、適宜な添加剤を含むエチレングリコール水溶液などが用いられるが、両者が同じものであってもよく、あるいは成分や濃度等が互いに異なるものであってもよい。
　エンジン用冷却水の循環系統は、エンジン１内部のウォータジャケットと、このエンジン１のウォータジャケットで高温となった冷却水が流れる出口側通路８と、外気との熱交換によりエンジン用冷却水を冷却する第１のラジエータつまりメインラジエータ９と、このメインラジエータ９からエンジン１へと冷却水が戻る入口側通路１０と、エンジン１内部に設けられる図示せぬウォータポンプと、を含んでいる。出口側通路８には、エンジン１を出たエンジン用冷却水の温度を検出する第１水温センサ１１が設けられている。出口側通路８と入口側通路１０との間には、第１コア入口側通路１２および第１コア出口側通路１３を介して上述した水冷式インタークーラ３の第１コア５が接続されている。つまり、この実施例では、第１コア５がメインラジエータ９と並列に配置されており、エンジン１内部のウォータポンプの作用により出口側通路８から入口側通路１０へ向かって第１コア５をエンジン用冷却水が通流する。第１コア入口側通路１２には、第１コア５を流れるエンジン用冷却水の流量を制御するために電磁弁１４が設けられている。なお、エンジン１のウォータポンプは、電動式であってもよく、機械駆動式であってもよい。
　メインラジエータ９は、一般的な自動車におけるラジエータの配置と同様に、車体２の前部に車両走行風を受け得るように配置されている。メインラジエータ９の後方つまり背面側には、電動ファン１５が配置されている。一実施例では、車幅方向に沿って細長い形状をなすメインラジエータ９の形状に対応して、一対の電動ファン１５が車幅方向に並んで配置されている。
　インタークーラ用冷却水の循環系統は、上述したインタークーラ３の第２コア６と、この第２コア６で高温となった冷却水が流れる第２コア出口側通路１７と、外気との熱交換によりインタークーラ用冷却水を冷却する第２のラジエータつまりサブラジエータ１８と、このサブラジエータ１８で温度低下したインタークーラ用冷却水が第２コア６へと流れる第２コア入口側通路１９と、第２コア出口側通路１７に配置された電動のサブウォータポンプ２０と、を含んでいる。第２コア出口側通路１７には、第２コア６を出たインタークーラ用冷却水の温度を検出する第２水温センサ２１が設けられている。サブウォータポンプ２０によって第２コア６を流れるインタークーラ用冷却水の流量が制御される。
　インタークーラ３における第１コア５の冷却水流量および第２コア６の冷却水流量は、第１水温センサ１１の検出水温と、第２水温センサ２１の検出水温と、図示しない吸気温度センサが検出する吸気温度（インタークーラ３通過後の吸気の温度）と、に基づき、図示しないコントローラを介して、吸気温度を所望の適当な温度範囲内に保つようにそれぞれ制御される。
　サブラジエータ１８は、メインラジエータ９の前方に該メインラジエータ９の一部と重なるように配置されている。同様に、メインラジエータ９の前方に該メインラジエータ９の一部と重なるように、車室空調装置用のコンデンサ２２が配置されている。コンデンサ２２は、車室空調装置の冷凍サイクルにおいて、冷媒を外気により冷却して凝縮させるための熱交換器である。サブラジエータ１８とコンデンサ２２は、メインラジエータ９と平行な一つの平面に沿うようにして、互いに上下方向もしくは車幅方向に並んで配置されている。図示例では、サブラジエータ１８とコンデンサ２２とが上下に並んでおり、コンデンサ２２が上側に、サブラジエータ１８が下側に、それぞれ位置している。
　図３は、車体２に対する３つの熱交換器（メインラジエータ９、サブラジエータ１８およびコンデンサ２２）の配置を示している。車体２は、前端面のバンパー３０よりも上側に、車両走行風をエンジンルーム内に取り込むためのグリル開口部３１を備えているとともに、バンパー３０の下側部分に、同じく車両走行風を取り込むためのバンパー開口部３２を備えている。メインラジエータ９は、グリル開口部３１およびバンパー開口部３２の双方から取り込まれる車両走行風を受けるように、これら２つの開口部３１，３２の後方に配置されている。コンデンサ２２は、主にグリル開口部３１を通した車両走行風を受けるように、メインラジエータ９の上側部分と重なるように配置されている。サブラジエータ１８は、主にバンパー開口部３２を通した車両走行風を受けるように、メインラジエータ９の下側部分と重なるように配置されている。
　図３に示すように、上下に並んで配置されるコンデンサ２２とサブラジエータ１８とを合わせた全体の外形は、メインラジエータ９の外形に対応している。つまり、これら３つの熱交換器の車幅方向の寸法は基本的に等しく、コンデンサ２２とサブラジエータ１８とを合わせた全体の輪郭がメインラジエータ９の輪郭に基本的に一致する。換言すれば、上流側に位置するコンデンサ２２もしくはサブラジエータ１８を通過した冷却風が、次に、下流側に位置するメインラジエータ９を通過する。なお、図示例では、コンデンサ２２の上下方向の寸法の方がサブラジエータ１８の上下方向の寸法よりも大きい。
　ファン１５は、図示せぬコントローラを介して、例えば車速が低く第１水温センサ１１の検出水温が高いときや車室空調装置の作動時などに駆動され、メインラジエータ９およびコンデンサ２２に強制的に冷却風を与えるものである。ファン１５は、メインラジエータ９の広い範囲に冷却風を与え得るように、図４に示すように長方形状に拡がったシュラウド３４を備えている。シュラウド３４は、一対の円形の開口部３５を有し、これらの開口部３５の内周側でそれぞれファン１５が回転する。
　ここで、３つの熱交換器にシュラウド３４の外形を投影したときのシュラウド３４の投影領域（つまり車両の正面から見てシュラウド３４が囲っている領域）と３つの熱交換器との配置関係を説明すると、シュラウド３４はコンデンサ２２の外形寸法とほぼ等しいか僅かに大きい大きさを有し、シュラウド３４の投影領域がコンデンサ２２の全体を覆っている。メインラジエータ９に対しては、シュラウド３４の投影領域は相対的に小さく、メインラジエータ９の下側の一部がシュラウド３４の投影領域から下方へはみ出ている。このメインラジエータ９の下側部分に重なっているサブラジエータ１８は、その大部分がシュラウド３４の投影領域から下方へはみ出ている。なお、サブラジエータ１８の上部の一部がシュラウド３４の投影領域と重なっていてもよく、あるいは、サブラジエータ１８の全体が完全にシュラウド３４の投影領域の外側に位置するようにしてもよい。少なくともサブラジエータ１８の半分がシュラウド３４の投影領域外にあることが好ましい。
　このような実施例の構成においては、過給吸気を冷却するインタークーラ３が水冷式のものであるため、エンジンルーム内でのレイアウトの自由度が高く、吸気系配管が長くなることによる吸気圧力損失の増大や吸気通路容積の増大を回避できる。そして、インタークーラ３が、エンジン用冷却水とインタークーラ用冷却水とを用いた２ステージ型水冷式インタークーラであるため、比較的高い水温となるエンジン用冷却水の温度に制約されずに吸気をより低い温度にまで冷却することが可能となる。過給吸気が有する熱のかなりの部分をエンジン用冷却水が吸収するので、インタークーラ用冷却水が負担する熱量は少なくなり、結果的に、サブラジエータ１８の小型化が可能となる。これにより、コンデンサ２２とサブラジエータ１８とを並べて配置し、メインラジエータ９の外形寸法とほぼ等しい外形寸法内に納めることができる。
　従って、従来のように３つの熱交換器が車両前後方向に３段に重なるレイアウトを避けて、３つの熱交換器が２段に重なった配置とすることができる。インタークーラ３を２ステージ型水冷式インタークーラとすることでエンジン用冷却水に流入する熱量は増加するが、２段重ねのレイアウトとなることで後段のメインラジエータ９の放熱性能が高くなるため、メインラジエータ９の放熱面積を特に増加させなくても放熱量の確保が可能である。
　また、サブラジエータ１８の少なくとも一部がシュラウド３４の投影領域の外側に位置するので、車両走行風に対してシュラウド３４が抵抗とならずにサブラジエータ１８を通過する車両走行風の速度が高く得られる。そのため、車両走行中におけるサブラジエータ１８の放熱性能ひいてはインタークーラ３における過給吸気に対する冷却性能が高く得られる。一方、コンデンサ２２はシュラウド３４に囲まれているので、例えば車両停止中に空調装置が作動している場合に、ファン１５による良好な放熱性能が得られる。
　なお、図３に示した３つの熱交換器のレイアウトは、グリル開口部３１の開口面積に比較してバンパー開口部３２の開口面積が相対的に大きい場合に好適である。
　次に、図５は、コンデンサ２２の上方にサブラジエータ１８を配置した第２実施例を示している。サブラジエータ１８は、メインラジエータ９の前方に該メインラジエータ９の一部と重なるように配置されている。同様に、メインラジエータ９の前方に該メインラジエータ９の一部と重なるように、車室空調装置用のコンデンサ２２が配置されている。コンデンサ２２は、グリル開口部３１の下側部分およびバンパー開口部３２を通した車両走行風を受けるように、メインラジエータ９の下側部分と重なるように配置されている。サブラジエータ１８は、主にグリル開口部３１の上半部を通した車両走行風を受けるように、メインラジエータ９の上側部分と重なるように配置されている。上下に並んで配置されるコンデンサ２２とサブラジエータ１８とを合わせた全体の外形は、メインラジエータ９の外形に対応している。つまり、これら３つの熱交換器の車幅方向の寸法は基本的に等しく、コンデンサ２２とサブラジエータ１８とを合わせた全体の輪郭がメインラジエータ９の輪郭に基本的に一致する。
　長方形状に拡がったシュラウド３４はコンデンサ２２の外形寸法とほぼ等しいか僅かに大きい大きさを有し、シュラウド３４の投影領域がコンデンサ２２の全体を覆っている。メインラジエータ９に対しては、シュラウド３４の投影領域は相対的に小さく、メインラジエータ９の上側の一部がシュラウド３４の投影領域から下方へはみ出ている。このメインラジエータ９の上側部分に重なっているサブラジエータ１８は、同様に、ほぼ全体がシュラウド３４の投影領域から下方へはみ出ている。
　図５に示した第２実施例の３つの熱交換器のレイアウトは、バンパー開口部３２の開口面積に比較してグリル開口部３１の開口面積が相対的に大きい場合に好適である。
　なお、図３と図５とを比較すると明らかなように、図３の第１実施例ではファン１５の回転中心は長方形状のメインラジエータ９の中心から上側にオフセットしており、図５の第２実施例ではファン１５の回転中心は長方形状のメインラジエータ９の中心から下側にオフセットしている。

Claims (7)

  1. 　第１の冷却水によって冷却される水冷式エンジンと、
    　上記エンジンに供給される過給吸気を冷却するインタークーラであって、上記第１の冷却水によって冷却する吸気上流側の第１のコア部分と第２の冷却水によって冷却する吸気下流側の第２のコア部分とを含む２ステージ型水冷式インタークーラと、
    　車両走行風が与えられる位置に配置され、空気との熱交換により上記第１の冷却水を冷却する第１のラジエータと、
    　上記第１のラジエータの前方に該第１のラジエータの一部と重なるように配置された空調装置用コンデンサと、
    　上記第１のラジエータの前方に該第１のラジエータの一部と重なるように上記コンデンサと並んで配置され、空気との熱交換により上記第２の冷却水を冷却する第２のラジエータと、
    　上記第１のラジエータの後方に位置するファンと、
    　を備えてなる車両の熱交換装置。
  2. 　上記エンジンにおける熱交換により上記第２の冷却水に比較して高温となった第１の冷却水が上記インタークーラの上記第１のコア部分に導かれる、請求項１に記載の車両の熱交換装置。
  3. 　上記第２のラジエータは、上記コンデンサの下方もしくは上方に該コンデンサと並んで配置されている、請求項１または２に記載の車両の熱交換装置。
  4. 　上記ファンは、上記第１のラジエータの後方に位置するシュラウドを有し、
    　上記第２のラジエータの少なくとも一部は、上記シュラウドの投影領域からはみ出ている、請求項１~３のいずれかに記載の車両の熱交換装置。
  5. 　上記第２のラジエータの少なくとも半分の面積が上記シュラウドの投影領域からはみ出ている、請求項４に記載の車両の熱交換装置。
  6. 　上記第２のラジエータの全体が上記シュラウドの投影領域からはみ出ている、請求項５に記載の車両の熱交換装置。
  7. 　並んで位置する上記コンデンサと上記第２のラジエータとを合わせた全体の外形が上記第１のラジエータの外形に対応している、請求項１~６のいずれかに記載の車両の熱交換装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010249129A (ja) * 2009-03-27 2010-11-04 Calsonic Kansei Corp チャージエアクーラ及び冷却システム
JP2016190534A (ja) * 2015-03-31 2016-11-10 カルソニックカンセイ株式会社 冷却システム

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