JP2015101333A - 車両の前部モジュール - Google Patents
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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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
Applications Claiming Priority (2)
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