JP2914532B2 - 車両用水冷式内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用水冷式内燃機関
の冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関を搭載した車両においては、車
両の前方に内燃機関の冷却水が導かれたラジエータを設
置し、このラジエータの後方に送風ファンを設置し、車
両の走行に伴って冷却風がラジエータ部に効果的に導か
れるようにしている。このような内燃機関を搭載した車
両において冷房装置を搭載する場合、実公平２ー２３７
８７号公報に示すように、冷凍サイクルを構成するコン
デンサを例えばラジエータの前方に設置する。冷房装置
の作動時、圧縮機により加圧された高温冷媒ガスがコン
デンサによって液化される。その際、車速風および冷却
ファンによりコンデンサに導かれる冷却風は、コンデン
サを通過するときに加熱され、この加熱された冷却風が
ラジエータを循環する内燃機関の冷却水を冷却してい
る。

【０００３】この従来のものは、コンデンサの前面に配
置される冷却ファンおよびシュラウドは内燃機関によっ
てコンデンサ下縁に連結されており、ヒンジを中心とし
て立設および前方への倒設が可能となっている。また、
コンデンサ下縁とフロントスカート間をシュラウドで覆
い、このシュラウドには冷却ファンが倒立したときにフ
ァンを保持するための保持穴が設けられている。そし
て、冷却ファンの立設、倒設の切替えはアクチュエータ
により行われ、アクチュエータの作動は車速センサの出
力によって実施される。車速が６０ｋｍ／ｈ未満では冷
却ファンおよびシュラウドを立設させ、６０ｋｍ／ｈ以
上では倒設させることにより、冷却風がフロントスカー
トとボディステーの間から漏れないように冷却風の流れ
を矯正するとともに外気を供給するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような冷
却システムでは、車速風のあまり大きくない低速登坂走
行時には、冷房装置の冷房能力は内燃機関が高速回転で
あるから充分に確保できるが、内燃機関の発熱量の増
大、冷却風量の減少、ラジエータ入口空気温度の上昇等
のため、内燃機関の冷却水温が上昇しやすいので、オー
バヒートの危険を生じる。アイドリング時のような低速
低負荷運転時には、近年の内燃機関ルームの過密化等に
よりコンデンサおよびラジエータでの熱交換後の加熱空
気の通り抜けが悪化しているため、内燃機関ルーム各部
の隙間からラジエータおよびコンデンサの前方に熱気が
回り込むことで、冷却水温度を必要以上に上昇させ、冷
房能力および冷却能力を低下させている。さらには内燃
機関ルームから排出された加熱空気がコンデンサやラジ
エータの前方もしくは車両前部の冷却風取り入れ用の開
口部に回り込みやすい。

【０００５】このような冷房装置を搭載した車両用内燃
機関の冷却装置の問題点を更に詳述する。車速風をあま
り期待できない低速登坂走行時は、内燃機関の回転数が
高いことから冷房装置の圧縮機の回転数も高く、冷媒流
量も多くなり冷房装置の冷房能力は十分に確保できる。
一方、ラジエータは、冷房能力が大きいことによるコン
デンサの放熱量の増加により、ラジエータ入口空気温度
の上昇が大きい。また、車速風があまり期待できないこ
とから冷却風量が少なく、ラジエータ入口空気温度がさ
らに上昇しており、これらのために内燃機関の冷却水温
が必要以上に上昇し、最悪の場合はオーバヒートに至
る。

【０００６】次に、アイドリング時について述べると、
近年著しい高出力化、スラントノーズ化などにより内燃
機関ルーム内の過密化も著しく、図２１、図２２に示す
ように、車両のフロントグリル２からボンネット１の下
部に導入された冷却風はコンデンサ７およびラジエータ
５を点線で示す矢印のように通過し、ここで熱交換さ
れ、加熱された空気の内燃機関ルーム外への抜け性が悪
化している。したがって、内燃機関ルームから抜け切れ
ない加熱空気が冷却系全体の圧力差によって図２１、図
２２に実線で示す矢印のようにラジエータ５およびコン
デンサ７の前方に回り込み、ラジエータ入口空気温度は
コンデンサ７での加熱空気とラジエータ５の後方側から
回り込む加熱空気とにより上昇する。また、コンデンサ
入口空気温度もラジエータ５の後方側から回り込む加熱
空気により上昇するため、各熱交換器の入口部の冷却風
の温度を必要以上に上昇させている。

【０００７】つまり、冷却風温度の過上昇は冷房装置サ
イクルの面で冷媒圧力の上昇による冷房能力の低下、お
よび圧縮機消費動力の増加を招き、ラジエータの冷却能
力の面では冷却水温の過上昇となっている。また、前述
の加熱空気の回り込みは、各熱交換器の前方だけでなく
車両の先端部にまで達している。加熱空気の回り込みは
アイドリング時に顕著であり、車速風がある低速登坂走
行時にも加熱空気の回り込みが発生している。

【０００８】本発明は、前記の問題点に着目し、ラジエ
ータの前方で冷却風の吸込、吐出方向を変化させること
により冷却系全体の空気の流れを内燃機関の運転状態に
応じて切替え、各熱交換器による冷房能力および冷却能
力を最大限に引出すことを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の車
両用水冷式内燃機関の冷却装置は、水冷式内燃機関およ
び冷房装置を運転席の前部に搭載した車両において、内
燃機関の冷却水を冷却するラジエータと、前記内燃機関
の車両進行方向前方に配置され、冷房装置の冷媒を凝縮
するコンデンサと、車両前方から前記ラジエータおよび
前記コンデンサに導風する冷却ファンと、前記ラジエー
タ前方に設けられ、冷却風の流れを切替える冷却風路変
更手段とを備え、内燃機関の高負荷運転時、前記ラジエ
ータに冷却風を導入し、内燃機関の無負荷時ないし低負
荷運転時、内燃機関ルームの加熱空気を外部に排出する
ように、前記冷却風路変更手段を切替えることを特徴と
する。

【００１０】

【作用】低速登坂走行時等のように内燃機関の負荷が大
きいとき、ラジエータを通過する冷却風量を増大するよ
うに冷却風路切替手段を切替え、アイドリング時等の内
燃機関の負荷が小さいときは、コンデンサまたはラジエ
ータを通り抜けて加熱された空気がコンデンサまたはラ
ジエータの前方に回り込むのを防止しこの加熱空気を外
部に排出するように冷却風路切替手段を切替える。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。図１〜図６は本発明による車両用水冷式内燃機
関の冷却装置の第１実施例を示す。図１において、１は
車両のボンネット、２はフロントグリル、３はバンパで
ある。車両に搭載された内燃機関４の前方にモータ１５
により回転される冷却ファン１６が設けられ、この冷却
ファン１６の前方に内燃機関４の冷却水が冷却されるラ
ジエータ５が設置される。

【００１２】ラジエータ５の車両前方に直列に配置され
るコンデンサ７には、この車両に搭載される冷房装置の
冷媒が循環される。冷房装置の圧縮機８で圧縮された冷
媒は、冷媒回路を介してコンデンサ７に供給され、コン
デンサ７を通過した冷媒は、レシーバ１０、膨張弁９を
介してエバポレータ１１に供給され、このエバポレータ
１１からの出力冷媒が圧縮機８に帰還される。ここで、
エバポレータ１１の出力部に設置した感温筒１４により
検出された温度情報によって膨張弁９が制御され、エバ
ポレータ１１で空気との熱交換により冷却された空気が
車室内グリル１３から車室内に吹き出される。

【００１３】内燃機関４の前方に直列に配置されるラジ
エータ５とコンデンサ７の前方下部で、かつ、フロント
スカート２６との間にはタンジェンシャルファン装置２
７が設けられている。このタンジェンシャルファン装置
２７は走行条件に応じて送風方向を変化することができ
るようにケーシング２８が回転自在に組付けられてい
る。

【００１４】タンジェンシャルファン装置２７の構造を
図４〜図６に基づいて詳述する。ケーシング２８は、側
板４５に固定された歯車板３２を電動ステップモータ２
２によって回転される。タンジェンシャルファン３６の
周囲にはケーシング２８が設けられており、ケーシング
２８の側板４５にはケーシング回転用の歯車板３２がタ
ンジェンシャルファン３６と同軸上に固定されている。
側板４５と歯車板３２にはタンジェンシャルファン３６
と同軸上に穴が開いており、この穴には電動モータ２３
のモータ軸３１が貫通している。モータ軸３１の端部は
タンジェンシャルファン３６と結合されている。さらに
モータ軸３１と歯車板３２はベアリング４４を介して回
転自在に組付けられている。電動モータ２３はモータ取
付けステー２９にボルト６２によって固定されており、
このモータ取付けステー２９には電動ステップモータ２
２が同様にして固定されており、電動ステップモータ２
２のモータ軸３４の軸端には歯車３３が結合されてい
る。この歯車３３は、側板４５に固定された歯車板３２
と噛み合うようにモータ取付けステー２９に固定されて
いる。モータ取付けステー２９の下端はボルト４２、４
３によってフロントスカート２６の底部に固定されてい
る。

【００１５】タンジェンシャルファン３６の従動側の端
部３６ａの組付けについて説明する。従動側のファン端
部３６ａには軸３７が固定されており、この軸３７が側
板４６の穴部に貫通している。側板４６にはベアリング
３８を挿入したカバー３９が固定されており、そのベア
リング３８に軸３７が挿入され回転自在に組付けられて
いる。カバー３９の軸部４０にはベアリング４１が挿入
され、そのベアリング４１はケーシング取付けステー３
０に収納されている。ケーシング取付けステー３０はモ
ータ取付けステー２９と同様にフロントスカート２６の
底部にボルトなどによって固定されている。

【００１６】ラジエータ５とコンデンサ７の間は導風ダ
クト２４によって一体化されており、その導風ダクト２
４の上面および左右面は固定されている。なお、導風ダ
クト２４の下面はタンジェンシャルファン装置２７のケ
ーシング２８の一部を利用しており可動式となってい
る。

【００１７】次にタンジェンシャルファン装置のケーシ
ングの制御方法の一例について説明する。電子制御ユニ
ット（ＥＣＵ）２１の入力信号は、水温センサ１７の検
出する水温信号、圧力センサ１９が検出する冷媒圧力信
号、クランク位置検出センサ１２の検出する内燃機関回
転数信号、吹出温センサ１８の検出する吹出温信号、圧
縮機８の作動状態を検出する圧縮機作動信号等である。
ＥＣＵ２１は、各種センサ信号に基づいてケーシング２
８の回動位置角度を演算する。演算した結果の信号は、
ＥＣＵ２１から電動ステップモータ２２に出力される。
なお、ＥＣＵ２１はバッテリ２０により駆動される。

【００１８】次に、作動について説明する。低速登坂走
行時のように、冷房装置の冷房能力には余裕があり、ラ
ジエータ５の冷却能力は苦しいような走行条件におい
て、冷却水温が過上昇した場合には、水温センサ１７の
信号を受けたＥＣＵ２１が電動ステップモータ２２を作
動させ、タンジェンシャルファン装置２７の吸込、吐出
方向を図２に示す位置に変化させる。これにより、冷却
風Ａはコンデンサ７およびラジエータ５を通過し、バン
パ下開口部２５からの冷却風Ｂはコンデンサ７を通過せ
ず直接ラジエータ５に導かれることにより、ラジエータ
通過風量の増大およびラジエータ入口空気温度の低下に
より冷却水温の低下を促進する。またこのとき、コンデ
ンサ７の通過風量は若干低下し、冷房能力は若干低下す
るが、冷却水温の低下とともにタンジェンシャルファン
装置２７のケーシング２８を図３のように復帰させるた
め乗員に不快感を与えることはない。さらにタンジェン
シャルファン装置２７の作動によってコンデンサ７の前
方圧力が低下するため冷却風が流入しやすくなり、フロ
ントグリル２およびバンパ下開口部２５から流入する風
量が増加し、その冷却風は大気温のままラジエータ５に
導かれる。これにより、冷却水温の低下が図れる。

【００１９】アイドリング時のように、冷房装置の冷房
能力は苦しいが、ラジエータ２の冷却能力には余裕があ
る時、図３に示すようにタンジェンシャルファン装置２
７の吸込、吐出方向を設定し、ケーシング２８の一部で
コンデンサ７とラジエータ５の下部をダクト化すること
で、コンデンサ７の冷却風量を増加するとともに冷却風
Ａおよび冷却風Ｂをすべてコンデンサ７に導風する。ま
た、コンデンサ７の前方へ回り込んだ加熱空気をタンジ
ェンシャルファン装置２７によって後方に排出すること
でコンデンサ入口空気温度を低下させることが可能であ
り、これによってコンデンサ７の単体能力がアップし、
その結果として冷房能力の増加および圧縮機消費動力の
低減を可能とする。さらに、タンジェンシャルファン３
６は、吐出した風の到達距離が長いという特徴をもって
おり、エアカーテンのような効果により加熱空気が冷却
ファン１６から排出した時点で後方に押しやってしまう
ため、加熱空気の回り込み防止効果はさらにアップす
る。

【００２０】なお、この第１実施例に可変容量圧縮機や
強制内気循環切替えなどの制御を組合わせれば、冷媒流
量の低減や冷房負荷の低減により、低速登坂時になお一
層の冷却水温の低減が可能である。

【００２１】次に本発明の第２実施例を図７に示す。第
２実施例によるタンジェンシャルファン装置２７はバキ
ューム圧を利用したアクチュエータ４７により空気の吸
込、吐出方向の変更する例である。制御弁５２の切替え
によりバキューム圧が作用すると、図７に示すようにダ
イヤフラム５１がスプリング５０に抗して上昇し、ロッ
ド４９によりケーシング２８をスプリング４８に抗して
反時計方向に回動する。この状態から制御弁５２が切替
わってダイヤフラム室４７ａに大気圧が作用すると、ロ
ッド４９が下降して図７に示す位置のケーシング２８が
スプリング４８の圧縮力により時計方向に回動し一点鎖
線で示すケーシング２８の位置に切替わる。

【００２２】制御弁５２の切替えはＥＣＵ２１により制
御される。ＥＣＵ２１の入力信号は、前記第１実施例と
同様である。各種センサからの入力信号に基づいて制御
弁５２の切替え位置を決定する。決定された結果の処理
信号が制御弁５２にＥＣＵ２１から出力される。

【００２３】例えば冷却水温が所定値以上に上昇したと
き、図７に示すようにケーシング２８を回動し、冷却風
Ｂがケーシング２８内のタンジェンシャルファン３６に
よりコンデンサ７を通らないで直接ラジエータ５に流入
する。冷却水温が所定値未満に低下すると、制御弁５２
を大気圧側に開に切替え、ロッド４９を降下させてケー
シング２８を一点鎖線の位置に切替える。これにより図
３のように冷却風を流す。

【００２４】次に本発明の第３実施例を図８示す。第３
実施例は、コンデンサ７のほぼ真下にタンジェンシャル
ファン装置５５を設置したものである。タンジェンシャ
ルファン装置５５のケーシング２８は、実線で示す位置
から点線で示す位置にほぼ９０度反時計方向に回動可能
になっている。低速登坂走行時、冷却風Ｂは実線で示す
ように、ケーシング２８内を通ってコンデンサ７を迂回
して直接ラジエータ５に導風される。アイドリング時に
は車両走行風が少なく冷却ファン１６からの点線で示す
ような回り込み風を生じるが、この回り込み風がラジエ
ータ５の前方あるいはコンデンサ７の前方にきたとき、
ケーシング２８内に回り込んでコンデンサ７およびラジ
エータ５の外部に排出される。したがって、ラジエータ
５を通過した相対的に温度の高い風がコンデンサ７およ
びラジエータ５の前方に回り込みにくくなるので、コン
デンサ７およびラジエータ５の冷却能力が高められる。

【００２５】本発明の第４実施例を図９に示す。第４実
施例は、コンデンサ７とラジエータ５の空間を取り囲む
ようにダクト５６を形成した例である。ダクト５６の形
成によってラジエータ５を通過した比較的高温の風がコ
ンデンサ７とラジエータ５の間に回り込むのが防止され
る。これにより、ラジエータ５の冷却能力が高められる
とともに、コンデンサ７の冷却風量増加により冷房能力
も高められる。

【００２６】本発明の第５実施例を図１０〜図１６に示
す。第５実施例は、コンデンサ７の前方かつ車両のフロ
ントスカート２６とロアメンバ６１の間にタンジェンシ
ャルファン装置６０を設置した例である。第５実施例で
用いたタンジェンシャルファン装置６０は、基本的には
第１実施例で用いたタンジェンシャルファン２７と同様
のものである。

【００２７】低速登坂走行時、図１２に示すようにケー
シング２８の位置を切り替える。すると冷却風Ａの他に
冷却風Ｂが増加されてコンデンサ７に導入されるが、こ
のときコンデンサ７の放熱量の増加は少量であるため、
コンデンサ７を通る冷却風量が増加した分だけラジエー
タ５入口空気温度が低下し通過風量も増加することか
ら、ラジエータ５の冷却能力が増加し、冷却水温の低下
が大きい。またコンデンサ７の風量増加が冷凍サイクル
の冷媒圧力を低下させるため、圧縮機８の消費動力が低
減される。アイドリング時には、タンジェンシャルファ
ン装置６０のケーシング２８の位置が図１３に示すよう
に、ケーシング２８の吸込側がコンデンサ７の前方側に
開口し、吐出側が内燃機関の外部の位置に切り替わる。
これにより、冷却ファン１６から吐出された加熱空気が
矢印実線および点線で示すようにタンジェンシャルファ
ン装置６０のケーシング２８の開口部から吸込むことが
できるため、その加熱空気のコンデンサ７やラジエータ
５への回り込みが防止される。

【００２８】タンジェンシャルファン装置６０は、吐出
した風の到達距離が長いという特徴をもっているから、
エアカーテンの如き効果により冷却温風が内燃機関ルー
ムから排出されたところで後方に押しやられるため、車
両先端部への冷却温風への回り込みを防止する。冷却温
風が車両先端部まで回り込んだ場合、タンジェンシャル
ファン装置６０によって吸い込まれるため、コンデンサ
７の通過が防止される。さらには、タンジェンシャルフ
ァン装置６０の作動によってコンデンサ７の前方の圧力
が低下する。そのためフロントグリル２およびバンパ下
開口部２５から流入してコンデンサ７に導かれる冷却風
が増加する。この作用は低速登坂時についても同様であ
る。タンジェンシャルファン装置６０は、図１１に示す
ように、フロントスカート２６とフロントパネル７２に
取付けられる取付けステー７７、７８によって取付けら
れている。他の構成については基本的に第１の実施例と
同様であるので説明を省略する。

【００２９】次に、本発明の第６実施例を図１７に示
す。この実施例では前記第５実施例のラジエータ５とコ
ンデンサ７の間の空間を取り囲む導風ダクト８０を取付
けた例である。これにより、導風ダクト８０の周囲から
ラジエータ５とコンデンサ７の間の空間に回り込む風が
なくなるので、コンデンサ７の前方から後方に通過する
風量が増加する。コンデンサ７の前方下部でロアメンバ
６１とフロントスカート２６の間にタンジェンシャルフ
ァン装置６０が取付けられるから、コンデンサ７の通過
風量の増加量は大である。

【００３０】さらに、本発明の第７実施例を図１８〜図
２０に示す。第７実施例は、前記タンジェンシャルファ
ン装置２７に代えてシロッコファン８４を用いた例を示
す。シロッコファン８４はコンデンサ７の前方でライト
８２の下方位置に設けられる。ラジエータ５の後方から
の図１８〜図２０中矢印で示すような冷却風はシロッコ
ファン８４を通過した後車両に対し下方かつ側方に排出
されるため、ラジエータ５の後方からコンデンサ７の前
方あるいはラジエータ５の前方側に回り込む加熱空気の
流れが防止される。なお、本発明による風の流れを規制
するファンは、前記タンジェンシャルファン装置、シロ
ッコファン等に限られるものではないことはもちろんで
ある。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による車両
用水冷式内燃機関の冷却装置によれば、冷房装置搭載車
においてラジエータおよびコンデンサを流通する冷却風
の流れを冷却風路変更手段により制御するようにしたた
め、車両の走行状態に応じてコンデンサおよびラジエー
タを通過する冷却風量および冷却風温度を内燃機関の運
転状態に応じて制御するので、冷房能力の向上、冷却能
力の向上ならびに圧縮機の消費動力の低減を図ることが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による車両用水冷式内燃機
関の冷却装置を表わす概略構成図である。

【図２】本発明の第１実施例による低速登坂走行時の冷
却風の流れを示す説明図である。

【図３】本発明の第１実施例による通常運転走行時の冷
却風の流れを示す説明図である。

【図４】本発明の第１実施例によるタンジェンシャルフ
ァン装置を表わす一部切欠正面図である。

【図５】図４に示すタンジェンシャルファン装置の矢印
Ｄ方向矢視図である。

【図６】図４に示すタンジェンシャルファン装置の矢印
Ｅ方向矢視図である。

【図７】本発明の第２実施例によるタンジェンシャルフ
ァン装置を示す概略構成図である。

【図８】本発明の第３実施例による車両用水冷式内燃機
関の冷却装置を表わす概略構成図である。

【図９】本発明の第４実施例による車両用水冷式内燃機
関の冷却装置を表わす概略構成図である。

【図１０】本発明の第５実施例による車両用水冷式内燃
機関の冷却装置を表わす概略構成図である。

【図１１】本発明の第５実施例による車両用水冷式内燃
機関の冷却装置を表わす概略平面図である。

【図１２】本発明の第５実施例の低速登坂走行時の冷却
風の流れを示す説明図である。

【図１３】本発明の第５実施例のアイドリング時の冷却
風の流れを示す説明図である。

【図１４】本発明の第５実施例によるタンジェンシャル
ファン装置を示す一部切欠正面図である。

【図１５】図１４に示すタンジェンシャルファン装置の
矢印Ｆ方向矢視図である。

【図１６】図１４に示すタンジェンシャルファン装置の
矢印Ｇ方向矢視図である。

【図１７】本発明の第６実施例による車両用水冷式内燃
機関の冷却装置を示す概略構成図である。

【図１８】本発明の第７実施例による車両用水冷式内燃
機関の冷却装置を示す概略部分平面図である。

【図１９】本発明の第７実施例による車両用水冷式内燃
機関の冷却装置を示す概略側面図である。

【図２０】本発明の第７実施例による車両用水冷式内燃
機関の冷却装置を示す概略部分正面図である。

【図２１】従来例による車両用水冷式内燃機関の冷却装
置を示す概略側面図である。

【図２２】従来例による車両用水冷式内燃機関の冷却装
置を示す概略部分平面図である。

【符号の説明】

４ 内燃機関 ５ ラジエータ ７ コンデンサ １６ 冷却ファン ２７ タンジェンシャルファン装置（冷却風路変更手
段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B60K 11/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水冷式内燃機関および冷房装置を運転席の
   前部に搭載した車両において、内燃機関の冷却水を冷却
   するラジエータと、前記内燃機関の車両進行方向前方に
   配置され、冷房装置の冷媒を凝縮するコンデンサと、車
   両前方から前記ラジエータおよび前記コンデンサに導風
   する冷却ファンと、前記ラジエータ前方に設けられ、冷
   却風の流れを切替える冷却風路変更手段とを備え、内燃
   機関の高負荷運転時、前記ラジエータに冷却風を導入
   し、内燃機関の無負荷時ないし低負荷運転時、内燃機関
   ルームの加熱空気を外部に排出するように、前記冷却風
   路変更手段を切替えることを特徴とした車両用水冷式内
   燃機関の冷却装置。