JP2015101333A - 車両の前部モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】車両空調システムにおいて、ヒートポンプの凝縮器として用いられる熱交換器に発生する凍結を防ぐ方法を提供する。【解決手段】少なくとも１つの外気開口２２を有した車両前部要素２０と、外気開口を車両１０のエンジン室１４と連結する通風路２４と、車両空調システムの熱交換器２６であって、通風路内に配置された冷媒凝縮器または冷媒蒸発器として選択的に使用されるように適合された熱交換器と、熱交換器に空気を作用させるために通風路内に配置されたファン２８とを備えた、車両の前部モジュール１２に関する。ファンは、逆転可能に構成され、第１動作モードにて外気開口からエンジン室へ向かって外気３０を送り出し、第２動作モードにてエンジン室から外気開口へ向かって空気３２を送り出す。【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも１つの外気開口を有した車両前部要素と、外気開口を車両のエンジン室と連結する通風路と、車両空調システムの熱交換器であって、通風路内に配置され、自らを通して空気が流れるように適合されると共に、冷媒凝縮器または冷媒蒸発器として選択的に使用されるように適合された熱交換器と、熱交換器に空気を作用させるために通風路内に配置されたファンとを備えた、車両の前部（フロントエンド）モジュールに関する。

このタイプの前部モジュールは、先行技術、例えば特許文献１（WO 2004/009427 A1）や特許文献２（KR 2012-0109098 A）より既に知られている。当該従来の前部モジュールは特に、例えば内燃機関、車両の内部、車両のバッテリー、および／または内燃機関へ供給される給気を冷却するために、車両環境からの外気を、低温の豊かな供給源として、できるだけ効率的に使用する目的で設計されている。

この場合、対応した熱交換器を通る外気の流れは、進行中に車両の前部で上昇する動圧によって成し遂げられるか、或いは少なくとも補助される。しかしながら、前部モジュールは、特に低い車速にあっても熱交換器を通る外気の十分な流れを確保するファンを追加的に有している。

車両の内部を冷却するためには、空調システムが慣例的に設けられる。これに対して、車両の内部を加熱するためには、専ら内燃機関によって駆動される車両の場合、内燃機関からの廃熱を用いることが慣例的に行われる。但し、ハイブリッド車や電気自動車の場合には、駆動用モータからの遙かに少ない廃熱しかない。従って、当該廃熱では、車両の内部を申し分なく加熱するには不十分である。

これに代わる車両内部の電気的な加熱は、極めて大量のエネルギーを要すると判明しており、車両の全体的なエネルギー要求への望ましからぬ厳しい影響を有している。

そこで、ハイブリッド車や電気自動車における車両内部のエネルギー効率のよい加熱のために、従来の車両空調システムの空調回路を次のように設計することが既に提案されてきている。即ち、空調システムを、車両内部を加熱するためのヒートポンプとして用いることもできるよう、逆転可能とするようにである。

車両の前部モジュールにおける、車両内部の冷却用の冷媒凝縮器として用いられる熱交換器が、ヒートポンプ・モードでは冷媒蒸発器の役目を果たし、その過程において外気から車両内部を加熱するための熱エネルギーを取り出すのである。

しかしながら、特に湿潤で寒冷な気象の場合、車両空調システムのヒートポンプ・モードは、冷媒凝縮器として作用する熱交換器の厄介な凍結という結果を急速に招いてしまう。その結果、ヒートポンプの加熱性能が低下してしまうのである。それに関して、前部モジュール内の熱交換器を除氷するための作動モードを有した車両空調システムが既に開発されてきている。しかしながら、外気の連続的な流入の結果として、好ましからぬ、湿潤で寒冷な気象条件の場合には、熱交換器の効果的な除氷が問題となる。その上、車両空調システムの加熱性能が、熱交換器の除氷中は相当に損なわれてしまうのである。

国際公開第２００４／００９４２７号パンフレット 韓国特許出願公開第２０１２−０１０９０９８号明細書

従って、本発明の目的は、特に効率的な車両空調システムのヒートポンプ・モードに対して、単純なやり方で貢献するような車両の前部モジュールを提供することである。

本発明によれば、その目的は、冒頭で述べたタイプの前部モジュールにおいて、ファンが、逆転可能に構成され、第１動作モードにて外気開口からエンジン室へ向かって外気を送り出し、第２動作モードにてエンジン室から外気開口へ向かって空気を送り出すものによって達成される。従って、特に湿潤で寒冷な気象の場合、ファンは、車両空調システムのヒートポンプ・モードにおいて、エンジン室からの空気を熱交換器に委ねることができるが、その空気は外気よりも高温で乾燥している。それにより、単純なやり方で熱交換器の凍結に対抗するのである。

前部モジュールの一実施形態においては、通風路内の気流を制御するために、開放位置と閉鎖位置との間で調節可能な少なくとも１つの外気フラップが設けられている。ファンの第２動作モードにおいて、当該少なくとも１つの外気フラップは、進行中に熱交換器への外気の望ましからぬ流入（これはファンの流れ方向とは反対の向きである）を防止し、或いは、少なくとも大幅に減少させることを可能とする。従って、外気の流入によって生じる動圧は極小であるため、持続可能なファンの出力にて、熱交換器を通じてエンジン室から外気開口へ向かって、十分な量の空気が流れるのである。

少なくとも１つの外気フラップは、車両前部要素に統合されており、外気開口は、少なくとも１つの外気フラップの開放位置においては実質的に露出され、少なくとも１つの外気フラップの閉鎖位置においては実質的に閉鎖されるのが好ましい。これにより、通風路内の気流を、僅かな技術的経費だけで空力的に有利に制御することができる。その場合、外気フラップは、例えば車両のラジエータ・グリルの枢動式鎧板として設計される。

前部モジュールのファンは、軸流ファンであることが好ましい。軸流ファンは、代替的なファンに比べて、送出空気の質量流量との相対的な関係において極めてコンパクトであり、従って前部モジュールにおいて僅かな構造空間しか占めないからである。

特にファンは、ファン軸線の回りを回転する複数のファンブレードであって、第１動作モードにおけるファンの送風量（送出流量）が、少なくとも第２動作モードにおけるファンの送風量と同程度であるように作られたファンブレードを含むことができる。ファンが主に第１動作モードで影響を及ぼすことから、それにより前部モジュールは、特にエネルギー効率のよいやり方で作動することができるのである。

熱交換器は、車両前部要素の外気開口と、ファンとの間に配置されていることが好ましい。従って、第１動作モードでは、ファンが、熱交換器を通して外気を吸い上げ、第２動作モードでは、エンジン室から熱交換器を通して空気を推し進める。代替案として、ファンを熱交換器と外気開口との間に配置することも、もちろん考えられる。更に、例えばエンジン、バッテリ、または給気を冷却するために、通風路内に更なる熱交換器を、ファンに対して吸込み側ないし吹出し側に配置することもできる。その場合、個々の熱交換器の並列的な連接と直列的な連接の両方が考えられる。

前部モジュールの更なる実施形態においては、通風路が排気開口を含んでおり、その排気開口を通じて、ファンの第２動作モードにて送り出される空気が、熱交換器を通って流れた後に車両の環境へと放出されることができる。ファンの第２動作モードにおいて、排気開口は、熱交換器の下流側での望ましくないまでに高い動圧を防止して、通風路内での略一定な流れ抵抗を確保する。このことは、熱交換器を通る空気の均一な流れ、ひいてはヒートポンプ・モードにある車両空調システムの略一定な加熱（暖房）出力という結果となる。

排気開口を通る気流を制御するために、開放位置と閉鎖位置との間で調節可能な排気フラップが設けられていることが好ましい。この場合、排気フラップは特に、例えば通風路内への望ましからぬ水しぶきの侵入を防止するために、その閉鎖位置へとばね負荷されている。

前部モジュールの更なる実施形態においては、通風路が循環気開口を含んでおり、その循環気開口を通じて、ファンの第２動作モードにて送り出される空気が、熱交換器を通って流れた後にエンジン室内へと戻って流れることができる。ファンの第２動作モードにおいて、循環気開口は、熱交換器の下流側での望ましくないまでに高い動圧を防止して、通風路内での略一定な流れ抵抗を確保する。このことは、熱交換器を通る空気の均一な流れ、ひいてはヒートポンプ・モードにある車両空調システムの略一定な加熱（暖房）出力という結果となる。

この実施形態においては、循環気開口を通る気流を制御するために、開放位置と閉鎖位置との間で調節可能な循環気フラップが設けられていることが好ましい。この場合、循環気フラップは、例えばファンの第１動作モードにおけるエンジン室からの望ましからぬ熱気の吸い出しを防止するために、特にその閉鎖位置へとばね負荷されている。

本発明は更にまた、車両、特にハイブリッド車または電気自動車であって、エンジン室と、当該車両のエンジン室内において進行方向に見て車両前部に配置された上述の前部モジュールとを備えた車両にも関する。

本発明の更なる特徴および利点は、添付図面を参照して、下記の好適な実施形態の説明から明らかとなる。

車両における本発明による前部モジュールの、第１動作モードでの模式的な断面を示す図。 図１による前部モジュールの、第２動作モードでの模式的な断面を示す図。 本発明による前部モジュールの更なる実施形態の、第２動作モードでの模式的な断面を示す図。

図１から図３はそれぞれ、車両１０、特にハイブリッド車や電気自動車の、前部モジュール１２の部位における模式的なカットアウトを示している。前部モジュール１２は、車両１０のエンジン室１４内に、（破線で示す）モータ１３と同様に精確に収容されている。その前部モジュール１２は、エンジン室１４内において、進行方向１６に見て車両の前部に配置されている。

車両１０の前部モジュール１２は、少なくとも１つの外気開口２２を有した車両前部要素２０と、外気開口２２を車両１０のエンジン室１４と連結する通風路２４と、車両空調システムの熱交換器２６と、熱交換器２６に空気を作用させるために通風路２４内に配置されたファン２８とを備えている。その熱交換器２６は、通風路２４内に配置され、自らを通して空気が流れるように適合されると共に、冷媒凝縮器または冷媒蒸発器として選択的に使用されるように適合されている。

車両空調システムは、車両内部１８を冷却するための従来の空調システムであるが、その空調システムは追加的に、車両内部１８を加熱するためのヒートポンプとして作動させることもできる。そのような逆転可能な冷媒回路を伴った車両空調システムは、先行技術より既に一般的に知られており、従って、これを以下、より詳細に議論することははしない。図１から図３は、単に車両空調システムの熱交換器２６を示しているに過ぎないが、当該熱交換器は、空調システムの冷却（冷房）モードでは冷媒凝縮器として、空調システムの加熱（暖房）モードでは冷媒蒸発器としての役目を果たす。

図１から図３によれば、前部モジュール１２のファン２８は軸流ファンである。軸流ファンは、送出空気の質量流量との相対的な関係で比較的小さい寸法を有し、従って車両１０の前部モジュール１２において相対的に僅かな構造空間しか占めないからである。

更に、ファン２８は、逆転可能に構成されており、即ち、回転方向の反転によって互いに反対の方向へ空気を送り出すことができる。

かくしてファン２８は、図１による前部モジュール１２の第１動作モードにおいて、外気開口２２からエンジン室１４へ向かって外気３０を送り出し、図２による前部モジュール１２の第２動作モードにおいては、エンジン室１４から外気開口２２へ向かって空気３２を送り出す。

ファン２８は特に、ファン軸線Ａの回りを回転する複数のファンブレード３４を含んでいる。それらのファンブレード３４は、第１動作モードにおけるファン２８の送風量が、少なくとも第２動作モードにおけるファン２８の送風量と同程度であるように作られている。そのようなやり方で作られたファンブレード３４は、前部モジュール１２における特にエネルギー効率のよい作動に対しての全体的な貢献をなす。前部モジュール１２のファン２８は一般的に、主として第１動作モードで影響を及ぼすからである。

車両の空調システムが、車両内部１８を冷却するための冷却（冷房）モードで作動する場合、ファン２８は常に第１動作モードにある。車両空調システムのヒートポンプ・モードにおいてさえ、ファン２８は（一部の状況下では）第１動作モードのままであり、湿潤で寒冷な気象条件であると（例えば、車両のセンサ装置を通じて）判断された場合に限って、その第２動作モードへと切り換えられる。それは、ファン２８の第１動作モードでは熱交換器２６の凍結に繋がってしまうであろう気象条件なのである。但し、それに代えてファン２８を、車両空調システムの冷却（冷房）モードでは常に第１動作モードで作動させ、車両空調システムの加熱（暖房）モードでは常に第２動作モードで作動させることも考えられる。

通風路２４内での気流を制御するために、開放位置と閉鎖位置との間で調節可能な少なくとも１つの外気フラップ３６が設けられている。この場合は、車両前部要素２０に統合された複数の外気フラップ３６が設けられている。外気開口２２は、図１による外気フラップ３６の開放位置においては実質的に露出され、図２による外気フラップ３６の閉鎖位置においては実質的に閉鎖される。具体的には、車両前部要素２０はラジエータ・グリルとして設計することができ、外気フラップ３６はラジエータ・グリルの枢動式鎧板として設計することができる。

ファン２８の第１動作モードにおいては、外気フラップ３６がそれらの開放位置にあり（図１参照）、従って外気３０が、進行中に熱交換器２６内へと流入し、その交換器２６を通ってエンジン室１４へ向かって流れる。この熱交換器２６を通って外気開口２２からエンジン室１４へ向かう空気の流れは、第１動作モードにおいて、ファン２８の空気送出傾向によって補助される。

高い車速においては、熱交換器２６を通る空気の流れは、実質的に外気の流入によって決まり、ファン２８はそれほど大きな影響を有していない。一方、低い車速において熱交換器２６を通る空気の流れは、ファン２８によって決定的に左右されるのに対して、外気の流入は無視できるのである。

湿潤で寒冷な気象の場合における車両空調システムのヒートポンプ・モードでは、外気フラップ３６がそれらの閉鎖位置にあって（図２参照）、ファン２８はその第２動作モードで作動する。

ファン２８の第２動作モードでは外気開口２２が実質的に閉鎖されているので、たとえ高い車速にあっても、熱交換器２６への外気の流入（その流入は、第２動作モードにおけるファン２８の空気送出傾向に対抗するものであろう）は殆ど無い。

その第２動作モードにおいて、ファン２８は空気３２を、エンジン室１４から熱交換器２６を通じて外気開口２２の方向に送り出す。従って、熱交換器２６を通って流れるのは、外気３０ではなく、寧ろエンジン室１４からの空気３２なのである。その空気は、外気３０に比べてより高温で乾燥している。従って、熱交換器２６の凍結の危険性は、かなり低減される。また、車両前部要素２０の閉鎖された外気フラップ３６が通風路２４内への水しぶきの侵入を防止し、その結果、熱交換器２６の凍結の危険性が更に低減される。

図１および図２による例示的実施形態においては、車両前部要素２０の外気開口２２とファン２８との間に熱交換器２６が配置されている。但し、それに代えて、熱交換器２６と外気開口２２との間にファン２８が配置されることも考えられる。

なお、例えばエンジンの冷却、バッテリの冷却、または給気の冷却のために、更にもう１つの熱交換器３８が、車両空調システムの熱交換器２６とファン２８との間の通風路２４内に設けられている。熱交換器２６，３８の図示された直列的連接に代えて、並列的連接や、更なる熱交換器の直列的ないし並列的な連接も、もちろん考えられる。

図１および図２による前部モジュール１２の実施形態においては、通風路２４が排気開口４０を含んでいる。この場合、ファン２８の第２動作モードにて送り出される空気３２は、熱交換器２６を通って流れた後に、排気開口４０を通じて車両の環境へと放出されることができる（図２参照）。

排気開口４０を通る気流を制御するために、この場合、図２による開放位置と図１による閉鎖位置との間で調節可能な排気フラップ４２が設けられている。排気フラップ４２がその閉鎖位置へとばね負荷されることで、排気開口４０を通る気流が実現できないときには通風路２４内へ水しぶきが侵入しないようになっているのが好ましい。

ファン２８の第２動作モードにおいて、通風路２４内で所定の動圧に達したとき、排気フラップ４２が開いて、空気３２が流出できるように排気開口４０が開放される。これにより、外気フラップ３６が閉じてしまっているときに通風路２４内の動圧が過剰に上昇するのを防止し、熱交換器２６を通る空気の流れに逆らう影響を与えるのを防止する。

図３は、更なる実施形態による前部モジュール１２の、ファン２８の第２動作モードにおける模式的な水平断面図である。

この図３による前部モジュール１２の実施形態は、図１および図２による実施形態とは、通風路２４が排気開口４０に代えて循環気開口４４を含んでいる点だけが異なっている。この場合、ファン２８の第２動作モードにて送り出される空気３２は、熱交換器２６を通って流れた後に、各循環気開口４４を通じてエンジン室１４内へと戻って流れることができる。

循環気開口４４を通る気流を制御するために、この場合、図３による開放位置と、閉鎖位置との間で調節可能な循環気フラップ４６が設けられている。図１および図２による排気フラップ４２と同様のやり方で、各循環気フラップ４６もまた、それらの閉鎖位置へとばね負荷されているのが好ましい。これにより、ファン２８の第１動作モードにおいて、循環気開口４４を通じてエンジン室１４から空気３２が不必要に吸い出されることが防止される。

図示された前部モジュール１２は、特にハイブリッド車や電気自動車で用いるのに適している。これらの車両１０の場合には、駆動用モータ１３からの廃熱が、一般的に車両内部１８を申し分なく加熱するのに十分ではないからである。しかしながら、車両１０の駆動用モータ１３および／または駆動用バッテリからの廃熱は、低い外気温にある外気３０に比べれば、エンジン室１４内の空気３２を加熱する（また随意に乾燥させる）ためには十分なのである。

ファン２８の第２動作モードにおいて、そして車両空調システムのヒートポンプ・モードにおいて、空気３２は、冷媒蒸発器として作用する熱交換器２６を通って流れ、その過程で、車両内部１８を加熱するための熱エネルギーを生み出す。

外気３０に比べてより高い温度のエンジン室１４内の空気３２によって、熱交換器２６の凍結の危険性がかなり低減される。更に、閉鎖された外気開口２２のおかげで、ファン２８の第２動作モードでの進行中に、熱交換器２６が、冷たく、或いは湿ってもいる外気３０による作用を受けることがない。そして、これにより熱交換器２６の凍結の危険性がより一層低減される。

但し、エンジン室１４内の空気３２は、車両１０の駆動用モータ１３および／または駆動用バッテリからの廃熱によって僅かに加熱されるだけであり、以前と同じように、例えばエンジンの冷却用や給気の冷却用などに熱交換器３８で用い続けて行くためには、十分に低温である。

Claims (11)

1. 車両（１０）の前部モジュールであって、
   少なくとも１つの外気開口（２２）を有した車両前部要素（２０）と、
   前記外気開口（２２）を前記車両（１０）のエンジン室（１４）と連結する通風路（２４）と、
   車両空調システムの熱交換器（２６）であって、前記通風路（２４）内に配置され、自らを通して空気が流れるように適合されると共に、冷媒凝縮器または冷媒蒸発器として選択的に使用されるように適合された熱交換器（２６）と、
   前記熱交換器（２６）に空気を作用させるために前記通風路（２４）内に配置されたファン（２８）と、
   を備えた前部モジュールにおいて、
   前記ファン（２８）が逆転可能に構成され、前記ファン（２８）は、第１動作モードにて前記外気開口（２２）から前記エンジン室（１４）へ向かって外気（３０）を送り出し、第２動作モードにて前記エンジン室（１４）から前記外気開口（２２）へ向かって空気（３２）を送り出す、ことを特徴とする前部モジュール。
2. 前記通風路（２４）内の気流を制御するために、開放位置と閉鎖位置との間で調節可能な少なくとも１つの外気フラップ（３６）が設けられている、ことを特徴とする請求項１記載の前部モジュール。
3. 前記少なくとも１つの外気フラップ（３６）は、前記車両前部要素（２０）に統合されており、前記外気開口（２２）は、前記少なくとも１つの外気フラップ（３６）の前記開放位置においては実質的に露出され、前記少なくとも１つの外気フラップ（３６）の前記閉鎖位置においては実質的に閉鎖される、ことを特徴とする請求項２記載の前部モジュール。
4. 前記ファン（２８）は軸流ファンである、ことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の前部モジュール。
5. 前記ファン（２８）は、ファン軸線（Ａ）の回りを回転する複数のファンブレード（３４）を含んでおり、前記ファンブレード（３４）は、前記第１動作モードにおける前記ファン（２８）の送風量が、少なくとも前記第２動作モードにおける前記ファン（２８）の送風量と同程度であるように作られている、ことを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の前部モジュール。
6. 前記熱交換器（２６）は、前記車両前部要素（２０）の前記外気開口（２２）と、前記ファン（２８）との間に配置されている、ことを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の前部モジュール。
7. 前記通風路（２４）は排気開口（４０）を含んでおり、前記ファン（２８）の前記第２動作モードにて送り出される空気（３２）が、前記熱交換器（２６）を通って流れた後に、前記排気開口（４０）を通じて前記車両の環境へと放出されることができる、ことを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の前部モジュール。
8. 前記排気開口（４０）を通る気流を制御するために、開放位置と閉鎖位置との間で調節可能な排気フラップ（４２）が設けられている、ことを特徴とする請求項７記載の前部モジュール。
9. 前記通風路（２４）は循環気開口（４４）を含んでおり、前記ファン（２８）の前記第２動作モードにて送り出される空気（３２）が、前記熱交換器（２６）を通って流れた後に、前記循環気開口（４４）を通じて前記エンジン室（１４）内へと戻って流れることができる、ことを特徴とする請求項１から８のうちのいずれか一項に記載の前部モジュール。
10. 前記循環気開口（４４）を通る気流を制御するために、開放位置と閉鎖位置との間で調節可能な循環気フラップ（４６）が設けられている、ことを特徴とする請求項９記載の前部モジュール。
11. 車両、特にハイブリッド車または電気自動車であって、
    エンジン室（１４）と、
    請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載の前部モジュール（１２）と、
    を備え、
    前記前部モジュール（１２）は、当該車両（１０）の前記エンジン室（１４）内において、進行方向（１６）に見て車両前部に配置されている、車両。

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