JP2016117412A - 冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷却ファン等の送風機構を使用して冷却を行う通気抵抗の高い第１の通路と、車両の走行風を使用して冷却を行う通気抵抗の低い第２の通路との両方の通風系の冷却を両立させて行うことができる冷却システムを提供する。【解決手段】送風機構５と、空気流によって開閉する空気流路開閉機構７と、送風機構５が配設されている第１の通路９と、空気流路開閉機構７配設されている第２の通路１１と、第１の通路９と第２の通路１１との相互間の空気の流れを制限する仕切り部材１３とを有する冷却システム１である【選択図】図１

Description

本発明は、冷却システムに係り、冷却ファン等の送風機構と、フラッパー等の空気流路開閉機構とが設けられているものに関する。

従来、図５や図６で示すような冷却システム３０１が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

冷却システム３０１は、車両３０３に搭載されており、冷却ファン３０５が設けられている第１の通路３０７と、フラッパー３０９が設けられている第２の通路３１１とを備えている。第１の通路３０７には、コンデンサ３１３が設けられており、第２の通路３１１には、シャッター３１５が設けられている。また、ラジエータ３１７は第１の通路３０７と第２の通路３１１とに設けられている。

特開２００６−２６３１号公報

ところで、冷却システム３０１では、冷却ファン３０５を使用して冷却を行う通気抵抗の高い第１の通路３０７と、車両３０３の走行風を使用して冷却を行う通気抵抗の低い第２の通路３１１との両方の通風系の冷却を両立させて行うことができない場合があるという問題がある。

たとえば、冷却システム３０１では、走行風が発生しており、冷却ファン３０５が作動している状態で冷却ファン３０５が走行風に勝っていると、冷却ファン３０５での空気の吸引により、図５で示す領域Ａ１に負圧が発生してしまう。これにより、フラッパー３０９が開かず走行風を効率良く利用することができない。

また、従来の冷却システム３０１では、冷却ファン３０５が走行風に負けていると、冷却ファン３０５が抵抗になり、図６で示す領域Ａ２に正圧が発生してしまう。これにより、フラッパー３０９は開くが、冷却ファン３０５自体が抵抗になり、冷却ファン３０５を通過する空気の量が減少し、走行風を効率良く利用することができない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、冷却ファン等の送風機構を使用して冷却を行う通気抵抗の高い第１の通路と、車両の走行風を使用して冷却を行う通気抵抗の低い第２の通路との両方の通風系の冷却を両立させて行うことができる冷却システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、送風機構と、空気流によって開閉する空気流路開閉機構と、前記送風機構が配設されている第１の通路と、前記空気流路開閉機構が配設されている第２の通路と、前記第１の通路と前記第２の通路との相互間の空気の流れを制限する仕切り部材とを有する冷却システムである。

本発明によれば、冷却ファン等の送風機構を使用しての冷却と、車両の走行風を使用しての冷却との両方の冷却を両立させて行うことができる冷却システムを提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る冷却システムの概略構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＩＢ矢視図である。 本発明の実施形態に係る冷却システムの動作を示す図である。 本発明の実施形態に係る冷却システムの動作を示す図である。 本発明の実施形態に係る冷却システムの動作を示す図である。 従来の冷却システムを示す図である。 従来の冷却システムを示す図である。

本発明の実施形態に係る冷却システム１は、図１等で示すように、たとえば、車両３に搭載されている原動機（エンジン；図示せず）等の冷却に使用されるものであり、送風機構（冷却ファン）５と空気流路開閉機構（フラッパー）７と第１の通路９と第２の通路１１と仕切り部材（たとえば、仕切り板）１３とを備えて構成されている。なお、冷却ファン５とフラッパー７と第１の通路９と第２の通路１１と仕切り板１３とは、車両３の前方で車両３に設けられている。

第１の通路９には、冷却ファン５が配設されている。第２の通路１１には、フラッパー７が配設されている。フラッパー７は、空気流（たとえば、車両３の走行風）によって開閉するようになっている。

フラッパー７は、車両３の走行風を受けていないかもしくは走行風の強さ（たとえば、風速）が第１の所定の値よりも小さいときには、バネ等の弾性体によって付勢されて第２の通路１１を閉じるようになっている。また、走行風の強さが第１の所定の値よりも大きくなったときに、第２の通路１１を開き始め、走行風の強さが大きくなるにしたがって、第２の通路１１の開度を大きくするようになっている。また、走行風の強さが第１の所定の値よりも大きい第２の所定の値以上のなったときに、第２の通路１１を全開するようになっている。

仕切り板１３は、第１の通路９と第２の通路１１との相互間の空気の流れ（相互方向の空気の流れ）を制限するためもしくは無くすために設けられている。すなわち、仕切り板１３での遮断によって、第１の通路９から第２の通路１１への空気の流れ、第２の通路１１から第１の通路９への空気の流れを、無くすか微かな量にするようになっている。

また、冷却システム１は、矩形な筒状のダクト１５を備えている。ダクト１５は、一方の開口部１７が前側に位置し、他方の開口部１９が後側に位置するようにして、車両３に一体的に設けられている。そして、冷却ファン５、フラッパー７、仕切り部材１３が、ダクト１５の内部に設けられており、第１の通路９、第２の通路１１が、ダクト１５の内部に形成されている。ダクト１５の内の空気は、前側から後側に向かって流れるようになっている。

また、冷却システム１には、第１の熱交換器（たとえば、エアーコンディショナーのコンデンサ）２１と第２の熱交換器（たとえば、エンジンのラジエータ）２３とシャッター２５と制御部（ＣＰＵとメモリを有する制御部）２７とが設けられている。

コンデンサ２１は、第１の通路９に対応する位置に（第１の通路９側に）配設されている。ラジエータ２３は、第１の通路９と第２の通路１１との両方の通路にまたがるように配設されている。シャッター２５は、第２の通路１１に対応する位置に（第２の通路１１側に）配設されており、空気流を調整するようになっている。

また、シャッター２５は、コンデンサ２１の下方に配設されており、図示しないアクチュエータによって自らが駆動し、第２の通路１１を開閉するようになっている。さらに、シャッター２５は、第２の通路１１を全閉もしくは全開するだけでなく、任意の中途な開状態にすることができるようになっている。

また、ダクト１５の内部の上側の部位には第１の通路９が形成されており、ダクト１５の内部の下側の残り部位には第２の通路１１が形成されている。コンデンサ２１は、ダクト１５の内部の前側で第１の通路９を塞ぐようにして設けられており、シャッター２５は、ダクト１５の内部の前側で第２の通路１１を塞ぐようにして設けられている。すなわち、コンデンサ２１とシャッター２５とは、上下方向にならんでおり、空気の流れ方向（前後方向）からすると並列して設けられている。

なお、コンデンサ２１を通過して空気は流れるが、シャッター２５が閉じているときシャッター２５を通過して空気が流れず、シャッター２５が開いているときシャッター２５を通過して空気が流れるようになっている。

ラジエータ２３は、ダクト１５の内部の後側で、コンデンサ２１とシャッター２５とから離れ、第１の通路９と第２の通路１１とを塞ぐようにして設けられている。すなわち、ラジエータ２３とコンデンサ２１およびシャッター２５とは、前後方向にならんでおり、空気の流れ方向（前後方向）からすると直列して設けられている。なお、コンデンサ２１と同様にして、ラジエータ２３を通過して空気が流れるようになっている。

仕切り板１３は、平板状に形成されており、厚さ方向が上下方向になるようにして、ダクト１５内で、ラジエータ２３から後方に延びて、第１の通路９と第２の通路１１とを仕切っている。

冷却ファン５は、ラジエータ２３の後方でラジエータ２３から離れ、仕切り板１３で仕切られている第１の通路９を塞ぐようにして第１の通路９内に設けられている。

なお、冷却ファン５が稼働しているとき、冷却ファン５は、前側から空気を吸い込み、後方に排出するようになっている。冷却ファン５が停止しているときでも、走行風は、冷却ファン５を通過できるようになっている。

フラッパー７は、ラジエータ２３の後方でラジエータ２３から離れ、仕切り板１３で仕切られている第２の通路１１を塞ぐようにして第２の通路１１内に設けられている。

制御部２７は、シャッター２５の開度を制御するようになっている。

制御部２７は、コンデンサ２１の状態（たとえば、冷媒の圧力）、たとえば、ラジエータ２３の状態（たとえば、冷却水の温度）の少なくともいずれかに応じて、シャッター２５の開度を調整するように構成されている。

冷却システム１には、エンジン冷却水の温度（たとえば、ラジエータ２１の冷却水入口におけるエンジン冷却水の温度）を検出するエンジン冷却水温度検出センサと、コンデンサ２１の冷媒入口における冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出センサとが設けられている。これらの検出センサで検出された温度や圧力が、制御部２７に送られるようになっている。そして、制御部２７は、たとえば、エンジン冷却水温度センサで検出した温度と、冷媒圧力検出センサで検出した圧力とを用いて、シャッター２５の開度を制御するようになっている。

ここで、冷却システム１の動作について説明する。冷却システム１は、制御部２７による制御の下、図４で示すような動作をするようになっている。なお、冷却ファン５は稼動しているものとする。

制御部２７は、空気流が強く（たとえば、フラッパー７が開く速度で車両３が高速走行しており）、ラジエータ２３が冷却を必要としているとき（エンジン冷却水温度検出センサで検出した温度が所定の閾値よりも高かったとき）、コンデンサ２１の状態にかかわらず、シャッター２５を開くか（シャッター２５の開度を大きくするか）もしくは全開にする（図２、図４の表のセルＡ参照）。

また、制御部２７は、空気流が強く、ラジエータ２３の冷却が不要であるとき（エンジン冷却水温度検出センサで検出した温度が所定の閾値よりも低かったとき）、コンデンサ２１の状態にかかわらず、シャッター２５を閉じるか（シャッター２５の開度を小さくするか）もしくは全閉にする（図３、図４の表のセルＢ参照）。

また、制御部２７は、空気流が弱く（車両３がアイドル状態にありもしくは車両３が低速走行しており）、コンデンサ２１が冷却を必要としているとき（冷媒圧力検出センサで検出した圧力が所定の閾値よりも高かったとき）、ラジエータ２３の状態にかかわらず、シャッター２５を閉じるかもしくは全閉にする（図４の表のセルＣ参照）。

また、制御部２７は、空気流が弱く、コンデンサ２１の冷却が不要であり（冷媒圧力検出センサで検出した圧力が所定の閾値よりも低く）、ラジエータ２３が冷却を必要としているとき、シャッター２５を開くかもしくは全開にする（図４の表のセルＤ参照）。

また、制御部２７は、空気流が弱く、コンデンサ２１の冷却が不要であり、ラジエータ２３の冷却が不要であるとき、シャッター２５の開度はどうなっていてもよいので、シャッター２５の状態を維持する（図４の表のセルＥ参照）。

冷却システム１によれば、冷却ファン５が配設されている第１の通路９とフラッパー７が配設されている第２の通路１１との相互間の空気の流れを制限する仕切り板１３を備えているので、冷却ファン５やフラッパー７の動作状況によって第１の通路９の空気流と第２の通路１１の空気流との相互間での干渉を無くすことができる。そして、冷却ファン５を使用して冷却を行う通気抵抗の高い第１の通路９（通気抵抗の高い通風系）と、車両３の走行風を使用して冷却を行う通気抵抗の低い第２の通路１１（通気抵抗の低い通風系）との両方の通風系の冷却を両立させて行うことができる。

すなわち、従来の冷却システム３０１では、図５で示すように、車両３０３が高速走行していることで走行風が発生しており、冷却ファン３０５が作動している状態で冷却ファン３０５が走行風に勝っていると、ラジエータ３１７と冷却ファン３０５およびフラッパー３０９との間に負圧の領域Ａ１が発生してしまう（ラジエータ３０７と冷却ファン３０５およびフラッパー３０９との間の空間が大気圧よりも低い圧力になる）。これにより、フラッパー３０９が開かず、走行風を効率良く利用することができない。

また、従来の冷却システム３０１では、図６で示すように、車両３０３が高速走行していることで走行風が発生しており、冷却ファン３０５が作動している状態で冷却ファン３０５が走行風に負けていると、ラジエータ３０１７と冷却ファン３０５およびフラッパー３０９との間に正圧の領域Ａ２が発生する（ラジエータ３１７と冷却ファン３０５およびフラッパー３０９との間の空間が大気圧よりも高い圧力になる）。これにより、フラッパー３０９は開くが、冷却ファン３０５自体が抵抗になり、冷却ファン３０５を通過する空気の量が減少し（破線の矢印参照）、走行風を効率良く利用することができない。

つまり、従来の冷却システム３０１では、第１の通路３０７（コンデンサ３１３が設けられていることで通気抵抗が高くなっている通風系）と、車両３０３の走行風を使用して冷却を行う通気抵抗の低い第２の通路３１１（コンデンサ３１３が設けられていないことで通気抵抗が低くなっている通風系）との両方の通風系での冷却を両立させて行うことが難しい。

これに対して、冷却システム１では、仕切り板１３によって第１の通路９と第２の通路１１との空気がお互いに遮断されているので、車両３が高速走行していることで走行風が発生しており、冷却ファン５が作動している状態であっても、第２の通路１１におけるラジエータ２３と冷却ファン５およびフラッパー７との間に負圧が発生することが無く、図１で示す領域Ａ３と領域Ａ５との圧力がお互いに独立した値になり、第２の通路１１に設けられているフラッパー７が開く。

これにより、走行風が第２の通路１１を十分に通り抜け、走行風を効率良く利用することができる（図２の矢印ＡＲ１）。また、第１の通路９での通気抵抗が高くても（冷却ファン５の通気抵抗が高くても）、冷却ファン５で空気を十分に引き込むことができる（図２の矢印ＡＲ２）。

そして、第１の通路９に設置されているコンデンサ２１を十分に冷却することができ、また、第１の通路９と第２の通路１１とにまたがって設けられているラジエータ２３を十分に冷却することができる。

さらに、仕切り板１３によって第１の通路９と第２の通路１１との空気がお互いに遮断されているので、車両３が高速走行していることで走行風が発生しており、冷却ファン５が作動している状態で、図２に矢印ＡＲ３で示すような空気の引き込みがあり、コンデンサ２１の影響を受けない温度の低い空気の一部を用いて、第１の通路９側のラジエータ２３の部位を冷却することができる。

また、冷却システム１によれば、空気流を調整するシャッター２５が第２の通路１１に対応する位置に配設されているので、アイドル時に冷却ファン５を稼働させてシャッター２５を閉じておくことで、コンデンサ２１を通過する空気量を増やすことができ、コンデンサ２１を十分に冷却することができる。また、シャッター２５を閉じておいても、アイドル状態の車両３のエンジンからの放熱量は少ないので、ラジエータ２３も十分に冷却することができる。

また、冷却システム１によれば、コンデンサ２１が設けられている第１の通路９の下方に第２の通路１１が設けられているので、コンデンサ２１の熱が対流によって第２の通路１１側に流れることが防止され、第２の通路１１を通った空気でラジエータ２３を効率良く冷却することができる。

また、冷却システム１によれば、制御部２７の制御の下、コンデンサ２１の状態、ラジエータ２３の状態の少なくともいずれかに応じて、シャッター２５の開度を調整するように構成されているので、無駄の無い動作でコンデンサ２１やラジエータ２３を効率良く冷却することができる。

また、冷却システム１によれば、空気流（走行風）が強く、ラジエータ２３が冷却を必要としているとき、制御部２７の制御の下、シャッター２５を開くかもしくは全開にするので、走行風が第２の通路１１をほぼそのまま流れ、ラジエータ２３を効率良く冷却することができる。

また、冷却システム１によれば、空気流が強く、ラジエータ２３の冷却が不要であるとき、制御部２７の制御の下、シャッター２５を閉じるかもしくは全閉にするので、車両３の空力特性を良くすることができる（空気抵抗係数を小さくすることができる）。

また、冷却システム１によれば、空気流が弱く、コンデンサ２１が冷却を必要としているとき、制御部２７の制御の下、シャッター２５を閉じるかもしくは全閉にするので、冷却ファン５の稼働によって発生する空気流の総てが第１の通路９を流れ、コンデンサ２１を効率良く冷却することができる。

また、冷却システム１によれば、空気流が弱く、コンデンサ２１の冷却が不要であり、ラジエータ２３が冷却を必要としているとき、制御部２７の制御の下、シャッター２５を開くかもしくは全開にするので、冷却ファン３で生成された空気流が、コンデンサ２１を通らずにラジエータ２３に流れ、ラジエータ２３を効率良く冷却することができる。

なお、冷却システム１は、車両に搭載されるエンジンの冷却システムであって、コンデンサとラジエータの一部と冷却ファンとが前から後に向かい空気の流れ方向でこの順に直列状態で配設されている第１の通路と、前記ラジエータの残りの部位が配設されている第２の通路とを備え、前記第１の通路と前記第２の通路との境界の少なくとも一部が、仕切り部材によって仕切っている冷却システムの例である。

１ 冷却システム
５ 送風機構（冷却ファン）
７ 空気流路開閉機構（フラッパー）
９ 第１の通路
１１ 第２の通路
１３ 仕切り部材（仕切り板）
２１ 第１の熱交換器（コンデンサ）
２３ 第２の熱交換器（ラジエータ）
２５ シャッター
２７ 制御部

Claims (7)

1. 送風機構と、
   空気流によって開閉する空気流路開閉機構と、
   前記送風機構が配設されている第１の通路と、
   前記空気流路開閉機構が配設されている第２の通路と、
   前記第１の通路と前記第２の通路との相互間の空気の流れを制限する仕切り部材と、
   を有することを特徴とする冷却システム。
2. 請求項１に記載の冷却システムにおいて、
   前記第１の通路に対応する位置に配設されている第１の熱交換器と、
   前記第１の通路と前記第２の通路との両方の通路にまたがるように配設されている第２の熱交換器と、
   を有することを特徴とする冷却システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の冷却システムにおいて、
   前記第２の通路に対応する位置に配設され、空気流を調整するシャッターを有することを特徴とする冷却システム。
4. 請求項３に記載の冷却システムにおいて、
   前記シャッターは、前記第１の熱交換器の下方に配設されていることを特徴とする冷却システム。
5. 請求項３または請求項４に記載の冷却システムにおいて、
   前記シャッターを制御する制御部を有し、
   前記制御部は、前記第１の熱交換器の状態、前記第２の熱交換器の状態の少なくともいずれかに応じて、前記シャッターの開度を調整するように構成されていることを特徴とする冷却システム。
6. 請求項５に記載の冷却システムにおいて、
   前記制御部は、空気流が強く、前記第２の熱交換器が冷却を必要としているとき、前記シャッターの開度を大きくするかもしくは全開にし、
   また、前記制御部は、空気流が強く、前記第２の熱交換器の冷却が不要であるとき、前記シャッターの開度を小さくするかもしくは全閉にし、
   また、前記制御部は、空気流が弱く前記第１の熱交換器が冷却を必要としているとき、前記シャッターの開度を小さくするかもしくは全閉にし、
   また、前記制御部は、空気流が弱く、前記第１の熱交換器の冷却が不要であり、前記第２の熱交換器が冷却を必要としているとき、前記シャッターの開度を大きくするかもしくは全開にするように構成されていることを特徴とする冷却システム。
7. 車両に搭載されるエンジンの冷却システムであって、
   コンデンサとラジエータの一部と冷却ファンとが直列状態で配設されている第１の通路と、前記ラジエータの残りの部位が配設されている第２の通路とを備え、前記第１の通路と前記第２の通路との境界の少なくとも一部が、仕切り部材によって仕切っていることを特徴とする冷却システム。
   

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