JPH04189626A - 車両用水冷式内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、特に車両用冷房装置を装着した車両において
、車両の運転状況に対応して冷却水の冷却能力、さらに
車両用冷房装置の冷房能力が制御されるようにした車両
用水冷式内燃機関の冷却装置に関する。

〔従来の技術］ 内燃機関（エンジン）を搭載した車両にあっては、通常
車体の前方にエンジンの冷却水が循環するラジェータが
設置され、このラジェータの後方に送風ファンが設置さ
れる。車両の走行に伴う空気流及び、送風ファンで発生
された空気流がラジェータに供給され、ラジェータでの
熱交換を促進している。また、冷房装置を搭載している
車両では、循環冷媒を凝縮させる凝縮器（コンデンサ）
が、ラジェータの空気流の上流側に配置されている。そ
して、このコンデンサを通過した空気が、その後流側に
位置するラジェータに導かれている。

このコンデンサには、冷房装置の冷房作動時に、コンプ
レッサで圧縮された高温の冷媒が導かれ、この冷媒は、
供給された空気と熱交換することにより、凝縮し液化し
ている。従って、車両の走行に伴って発生された空気流
、さらに送風ファンの動作によって発生された空気流に
よる冷却風は、高温冷媒の供給されているコンデンサ部
分を通過するときに加熱され、この加熱された冷却風が
、コンデンサの後方に設置されるラジェータに導かれる
。そして、このラジェータを循環するエンジン冷却水を
冷却し、エンジンを適温に制御するようにしている。

近年、車両に搭載される冷房装置は、より快適性が追求
され、その要求を満足させるために冷房機器が大容量化
されてきた。それに加えて、車両の高出力化に伴いエン
ジンの発熱量が増大し、車両の高級化に対応して搭載さ
れる補機類の増加に伴ってエンジンルームが過密化する
傾向にあり、さらに車体のデザインにおけるスラントノ
ーズの普及に対応して車速風の利用率の低下による冷却
風量の低下が著しい。

また、夏期の低速登板時のような条件のときには、エン
ジンの発熱量が大きく、且つ充分な車速風が期待できな
いものであり、しかもエアコンの冷房能力も増大する状
況である。従って、ラジェータ部に導入される冷却風の
空気温度の上昇が大きく、このため、ラジェータの冷却
水の冷却能力は低下し、ラジェータの冷却水温が上昇す
るようになる。

これを解決するため、冷却水温が１００℃を越えた場合
などは、冷房装置を強制的に停止させたり、あるいは、
ラジェータの大型化、さらに冷却ファンの大容量化等が
進められている。

しかし、冷房装置を強制的に停止させると車室内の快適
性が損なわれるという問題がある。また、車両の限られ
たスペースの関係から、これ以上のラジェータ並びに冷
却ファンの大型化、大容量化は困難であり、また冷却フ
ァンの大容量化は車両全体の通風抵抗が増加してきたこ
とより、消費動力の増加の割に送風量の増加を期待でき
なくなっている。

一方、アイドル時のように車速風を全く期待できない走
向状況下においては、コンデンサへ導かれる冷却風量が
少ないためコンデンサからの放熱性能が悪化し、従って
コンプレッサからの出口冷媒圧力が上昇しコンプレッサ
消費動力が増加し、夏場の燃費悪化の一因となっている
。

そこで本発明者等は前述までの課題の解決をねらって、
車両の通風系の解析に着手した。まず、エンジンルーム
内の冷却風の流れを観察したところ、−旦ラジエータで
熱交換された冷却風がコンデンサとラジェータ間の搭載
上発生する隙間から逆流し、再度ラジェータに流入して
いることが判明した。従って、冷却ファンによって送風
される冷却風量はラジェータを全て通過しているが、前
述の逆流によって、コンデンサを通過する冷却風量はラ
ジェータを通過している風量に対してかなり少ないと予
測した。そこで、ラジェータとコンデンサの前面に多数
の熱線風速計を設置し、実際に通過する風の量を測定し
た。その結果、アイドル時においてはコンデンサを通過
する風の量はラジェータを通過する風の量に対し約３５
％も少ないことが判明した。その傾向は、低速登板走行
時においても同様であるが、車速か増えるにしたがって
その差は少なくなっている。また、コンデンサを通過す
る風量が減少していることより、コンデンサを通過した
空気温度の上昇は著しく、エンジンルームから逆流する
　風とにより、ラジェータへの入口空気温度は上昇し、
冷却水の冷却が一層厳しくしていることが判明した。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記のような点に鑑みてなされたもので、冷却
装置に要求される冷房能力を向上させると共に、コンプ
レッサの消費動力の低減を計り、車両の燃費を向上させ
る。しかも内燃機関の冷却水温が上昇し、オーバヒート
の危険性が生ずるような運転環境において、とくに車室
内の温度環境を悪化させることなく、冷却水温の温度上
昇を抑制することができる。特に夏期における運転が効
率的に且つ快適に行なえるようにする車両用の水冷式内
燃機関の冷却装置を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段］ 本発明に係わる水冷式内燃機関の冷却装置は、車両の進
行方向の前方からの冷却風の流れに対応して、内燃機関
の冷却水を冷却するラジェータを設置すると共に、この
ラジェータの冷却風の上演側にエアコン装置の冷媒が循
環されるコンデンサを配置する。そして、冷却風がコン
デンサを迂回して直接ラジェータに導かれるための迂回
通路を形成し、この通路を迂回通路開閉手段により開閉
する。コンデンサとラジェータとの間の空間を、コンデ
ンサを通過してラジェータに流れる空気通路と、コンデ
ンサを迂回してラジェータに流れる空気通路とに仕切る
仕切り手段を配する。内燃機関の熱負荷の状態が所定値
以上に達すると迂回通路を開放し、仕切り手段によって
コンデンサとラジェータとの間の空間を仕切る構成とし
た。

〔作用］ この様に構成される水冷式内燃機関の冷却装置にあって
は、内燃機関の熱負荷の状態、具体的には冷却水の温度
状態に対応して迂回通路開閉手段及び冷却風路仕切り手
段が制御される。例えば日常的な走行条件においしは、
車速風及び冷却ファンによって導入される冷却風は全て
コンデンサを通過した後、ラジェータへ流入する。極め
て厳しい低速登板運転条件のように内燃機関の熱負荷が
上昇する状態では、冷却水温の上昇を検知して、前記の
冷却風の流れに加えて直接ラジェータへ冷却風を導く。

これにより、ラジェータを通過する風量を増加すると同
時に車外の空気温度のままラジェータに導かれる。日常
的な走行条件においては、従来のようなコンデンサとラ
ジェータ間から直接ラジェータにまわり込む冷却風を遮
断していることにより、ファンの能力上車両通風抵抗に
見合った風量がコンデンサに導かれる。ラジェータ前面
の平均空気温の低減をはかり冷却性能の向上をはかるこ
とができる。

また、従来のものに対し大巾にコンデンサ通過風量が増
加し、コンデンサの冷却性能が向上することによりエア
コンサイクルの釣り合いによりコンプレッサの高圧が低
下し消費動力が低減できるばかりでなく冷房能力の向上
も計ることができる。

、　〔実施例〕 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第
１図で示されるように、エンジン１１の冷却水が循環さ
れるラジェータ１３をエンジンｌｌの前方位置にて設置
する。このラジェータ１３の前方には、この車両に搭載
されるエアコン装置の冷媒が循環され、凝縮されるコン
デンサ１４を設置される。ラジェータ１３とコンデンサ
１４の間には、エンジン１１側からの熱風の回わり込み
を防止し、冷却風の風路を制御するための導風ダクト２
１を配されている。さらに導風ダクト２１内には冷却風
路を制御するための第１ダンパ２２０（迂回通路開閉手
段）コンデンサ１４とラジェータ１３との間の通路を仕
切るための第２のダンパ２２１とガイド２２２を設置す
る。この第２ダンパ２２１とガイド２２２とが冷却風路
仕切り手段を構成する。第１ダンパ２２０の一端はラジ
ェータ１３の下端部に回転可能に連結され、他端はコン
デンサ１４の下端部に当接する位置（通路閉鎖位置）と
この下端部１５から離れた位置（通路開放位置）との間
を移動する。第２ダンパ２２１の一端は、コンデンサ１
４の下端部に回動可能に連結され、通路閉鎖位置にある
第２ダンパ２２０に重なり合う位置と、コンデンサとラ
ジェータとの間の空間を２分する位置（仕切り位置）と
の間を回動する。ガイド２２はその中心に回動軸を有し
、仕切り位置にある第２ダンパ２２１と一直線主に並ぶ
位置と冷却風Ａと平行となる位置との間を回動する。こ
れらのダンパ機構はエンジン１１の熱負荷の状態、具体
的には冷却水の温度状態に対応して制御する。すなわち
、第１ダンパ２２０が閉じている時は第２ダンパ２２１
とガイド２２２は仕切り作用をなさず、冷却風Ａはコン
デンサ１４を通過した後、ラジェータ１３の全面に導か
れる。そしてラジェータ１３を通過後、冷却ファン１５
によってエンジンルーム内へそして車外へ放出される。

一方、第１ダンパ２２０が開いている時は、第２ダンパ
２２１とガイド２２２は第１図のように仕切り位置まで
回動して仕切り壁となり、コンデンサ１４を通過してラ
ジェータ１３に流入する冷却風Ａの通路とコンデンサ１
４を迂回して直接ラジェータ１３に流入する冷却風Ｂの
通路と仕切る。

第２図は冷却水の循環路並びに搭載される冷房装置（エ
アコン装置）の構成を示しているもので、エンジン１１
の冷却水は、ポンプ１２によって循環されラジェータ１
３に供給される。なお、エンジン１１の熱負荷を代表す
る冷却水温を検出する為、水温センサ２７が通水回路中
に設置されている。

また、この車両に搭載されるエアコン装置は、冷媒を圧
縮するコンプレッサ１６を備え、このコンプレッサ１６
から吐出される高温高圧冷媒は、冷媒回路を介してコン
デンサ１４に供給されて凝縮液化される。このコンデン
サ１４で液化された冷媒ハ、レシーバ１７、さらにエキ
スパンションバルブ１８を介してエバポレータ１９に供
給され、このエバポレータ１９部を通過する空気を冷却
する。この冷却風が車室内に放出される。そして、エバ
ポレータ１９からの冷媒は、コンプレッサ１６に帰還さ
れる。ここで、エキスパンションバルブ１８は、エバポ
レータ１９の出口の冷媒の状態、たとえば冷媒温度など
を検出するための感温筒２０内のガス圧力変化に応じて
制御される。第１ダンパ２２０にはスプリング等の付勢
手段２３が連結され、通常は閉鎖位置に位置している。

この付勢手段２３の反対側面には負圧アクチュエータ２
５が連結され、負圧バルブ２４を介して負圧が負圧アク
チュエータ２５に導入されると、付勢手段２３の付勢力
に抗して第１ダンパ２２０を開放位置に回動させる。第
２ダンパ２２１．ガイド２２２は第１ダンパ２２０とリ
ンク機構（省図示）を介して連動している。

電動ファン１５．アクチュエータ２５ヘバキユーム圧の
負荷を切替える切換えバルブ２４．２５にコンプレッサ
１６１図示していないがエバポレータ１９へ送風する送
風ファン、同様にエバポレータ１９への流入空気の切換
えを図る内外気切換えダンパ等は、例えばマイクロコン
ピュータ等によって構成される電子制御ユニットによる
制御回路２６によって制御される。この制御回路２６に
はエンジン１１の回転数信号、冷却水温センサ１７から
の冷却水温度信号、さらにエバポレータ１９へ冷却空気
温度を検出する温度センサ２９からの温度信号、コンプ
レッサ１６の冷媒圧力を検出する圧力センサ２８からの
圧力信号等が入力されている。

次に本実施例装置の作動を第５図のフローチャートを参
照しながら説明する。

日常的な走行条件において、第１ダンパ２２０は第１図
の破線に示すごとく閉鎖位置にあり、第２ダンパ２２１
も破線に示すように第１ダンパ２２０と重なり合ってい
る。またガイド２２２は導風ダクト２１内の冷却風の流
れに対し抵抗とならないように破線で示す位置に位置し
ている（ステップ２０１）。ここで、車速風とファン１
５によって導かれる冷却風Ａは全てコンデンサ１４を通
過した後、ラジェータ１３に導かれる（ステ・ンブ２２
０）。従って、コンデンサ１４を迂回して直接ラジェー
タ１３に侵入する風量が無くなった為、コンデンサ１４
を通過する風の量はアイドル時では従来装置に比べ約３
０％増加する。ただし、ラジェータ１３を通過する風量
は約１０％程低下する。これは、従来装置のシステム通
風抵抗の方が弱冠少ないためにファン１５のファン特性
上の動作点位置が変わることによってである。従って、
夏期のエアコン使用時、コンデンサ１４への冷却風が増
加したことにより、コンデンサ１４の単体放熱特性が良
好となり、ターラサイクル釣り合い特性上より、室内の
冷房能力は向上し、なおかつコンプレッサ１６の吐出圧
力が低下する。このことによりコンプレッサ消費動力も
低減できる。本願発明者等の実験によると、夏期のアイ
ドル時、冷房能力は５％増加し、コンプレッサ消費動力
は９％低減出来ることが判明した。なお、冷却水温への
影響は、ラジェータ通過風量が低下することにより、ラ
ジェータ放熱量は低下し気水温度差は大きくなる。しか
し、コンデンサ通過風量の増加により、コンデンサ１４
によって昇温される冷却風の温度は大幅に低下し、すな
わちラジェータ１３への入口空気温度が低下することに
なり、冷却水温度はむしろ従来装置に対し低下させるこ
とが出来る。

一方、極めて厳しい低速登板時においては、走行に伴い
冷却水の水温Ｔｗが上昇し、所定値（例えば１００’Ｃ
）を越えるような場合（ステップ２０３．２０４）、水
温センサ２７にて冷却水温信号をＥＣＵ２６に伝え、切
替えバルブ２４を開通し、ダイヤフラム式のアクチュエ
ータ２５に負圧を与える。そして、その連結棒の変位に
より図示していないがカムとリンクを作動させ、第１ダ
ンパ２２０を図示の様に開き（ステップ２０５）、同時
に第２ダンパ２２１およびガイド２２２を図示位置に回
動させ仕切り壁とする。従って、車両の進行方向からの
大気温の冷却風Ｂが矢印の様に直接ラジェータ１３の下
部に導風される。なお、コンデンサ１４へは冷却風Ａが
矢印の如く導風される（ステップ２０６）。この場合、
ファン特性上の動作点は第１ダンパ２２０が閉鎖位置か
ら開放位置になることにより車両の通風抵抗値が低下し
、ファンでの送風量が増加する。従って、ラジェータ１
３を通過する冷却風は冷却風Ａと冷却風Ｂの合計であり
、第１ダンパ２２０が閉鎖位置状態での冷却ＩＡのみの
冷却風量より大巾に増加する。その冷却風量の増加はラ
ジェータ１３の冷却性能の向上となる。

一方、コンデンサ１４を通過する冷却風Ａは第１ダンパ
２２０が閉鎖位置の状態の冷却風量より低下し、コンデ
ンサ１４での空気温の昇温は大きくなるが、車両進行方
向からの大気温の冷却風Ｂがラジェータ１３の入口空気
温度となるために、ラジェータ１３の前面の入口平均空
気温度は第１ダンパ２２０が閉鎖位置状態の場合に比べ
低下する。従って、冷却水の放熱量が大きくなり冷却水
温の低下を計ることができる。本願発明者等の実験によ
ると排気量が２０００　ｃｃの乗用車において約１０％
相当の冷却性能向上を確認している。

なお、冷却風Ｂが流入するラジェータ１３の面積、つま
り冷却風Ｂの流れる風路（ラジェータ１３の下端面より
第２ダンパ２２１とガイド２２２との仕切り壁で囲んだ
通路）のラジェータ１３への入口面積はラジェータ１３
の前面面積に対し半分以下が望ましい。このことは、コ
ンデンサ１４とラジェータ１３との搭載上の位置関係と
車両のフロントエンドの形状によって支配され、冷却風
Ｂの流れる風路のラジェータ１３への入口面積を大きく
すればする程、コンデンサ１４を通過する冷却風Ａの風
量が減少する。冷却水温にとって最も厳しい低速登板条
件ではエンジン回転数も高く、コンプレッサによって吐
出される冷媒量が多く冷房能力は十分であるが、冷却風
Ａの減少はコンプレッサの消費動力の増加となるので、
その兼ね合いより決定することが望ましい。本実施例で
はラジェータ１３の全面積に対する冷却Ｊｉｌ、Ｂの入
口面積比を約４０％とした。これは、従来装置における
コンデンサ１４の通過風量と本実施例における冷却風へ
の風量とほぼ同一となる面積比を設定した。従って、エ
アコン能力は全く低下させることなく冷却水温の低減を
可能とした。

さらに、冷却風Ｂを導（位置については、本実施例のう
ジエータ１３はバーチカルフロ一方式でありエンジン１
１からの冷却水をアッパタンク１３Ａからコア部のチュ
ーブ内を循環しロウアタンク１３Ｂに流してエンジンへ
返している。この場合、ラジェータの放熱特性の良否を
判定する温度効率の観点から説明すると、理論上ラジェ
ータ１３の下方つまり、冷却水のコア内の下流側に冷却
風Ｂを導くのがよいことが判っている。

以上説明したように、日常的な走行条件域においては、
エアコン能力を優先し、冷房能力の向上、さらにコンプ
レッサの消費動力の低減による車両消費の向上を計るこ
とができる。また、極く稀に発生する夏期の低速登板走
行条件域においては、所定の水温レベルに達した場合に
風路制御ダンパ機構を制御し、ラジェータ冷却性能の積
極的な能力増強を図れるという点で優れた効果を有して
いる。

第３図は他の実施例を示すもので、第１ダンパ２２０と
第２ダンパ２２１を複数枚の小ダンパより構成している
。各小ダンパ２２０ａ、２２１ａはリンク機構２２５．
２２６に連結され、カム２３０の作動により一斉に開閉
作動をなす。カム２３０はステップモータ２４０により
回転駆動され、このステップをモータ２４０はＥＣＵ２
６カラノ指令により作動する。第１ダンパ２２０が閉鎖
状態のとき（図中破線で示す）、第２ダンパ２２１は破
線で示すのように仕切り壁を構成せず、ラジェータへの
通風に影響を与えない。一方、第１ダンパ２２０のよう
に仕切り壁を構成し、冷却風Ａ。

Ｂの風路を仕切る。

第４図はさらに効果を高めるために、車両の進行方向前
方に向かって導風ダクト２１を延長し、車両のグリル直
後よりラジェータ１３まで導風ダクト２１をつなげた例
を示す。

第７図は第１ダンパをフィルムダンパ３００で形成した
例を示す。ステップモータ３０１によりフィルムダンパ
３００を回転させ前述の制御を行っている。

第６図は他の実施例の作動を示すフローチャートである
。前述までの実施例に加え、第１ダンパ２２０を開放状
態とし、第２ダンパ２２１を仕切り位置とした状態で、
エアコン能力をさらに積極的に制御している。

すなわち、冷却水温が第２の設定値（例えば１０５°Ｃ
）を越えた場合などの冷却水温の厳しい条件では（ステ
ップ３０１）エンジン回転数が高くエアコン冷房能力は
十分に余裕がなるため、エバポレータの送風能力を低下
するためにブロワ電圧を制御したり（ステップ３０２）
、可変容量コンプレッサの可変容量制御（ステップ３０
３）、コンプレッサ吐出側から吸込み側への冷媒のバイ
パスにより循環冷媒寮を制御（ステップ３０４）、さら
にはエバポレータへの吸入空気が外気より導入している
場合には強制的に内気循環モードへの切換え制御（ステ
ップ３０５）を個々にまたは全体を行っている。このよ
うな制御を行えば、冷却水の水温をさらに低減すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例を示す概略側面図、第２図は構成回路図
、第３図は他の実施例を示す部分側面図、第４図は他の
実施例を示す斜視図、第５図及び第６図は作動を示すフ
ローチャート、第７図は他の実施例を示す部分側面図で
ある。 １１・・・エンジン、１３・・・ラジェータ、１４・・
・コンプレッサ、１５・・・電動ファン、２６・・・Ｅ
ＣｔＪ。 ２２０・・・第１ダンパ、２２１・・・第２ダンパ、２
２２・・・ガイド。 第　１　図 第３図 第　５　図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷房手段の冷媒を凝縮させるコンデンサと、この
   コンデンサより車両進行方向の後方に配され、内燃機関
   の冷却水を冷却するラジエータと、前記コンデンサ側か
   ら前記ラジエータ側に向けて冷却風を導入する手段と、 前記コンデンサを迂回して前記ラジエータに向かう迂回
   通路を開閉する迂回通路開閉手段と、前記迂回通路が開
   放された時、前記コンデンサと前記ラジエータとの間の
   空間を、コンデンサを通過してラジエータに流れる空気
   通路と、コンデンサを迂回してラジエータに流れる空気
   通路とに仕切る冷却風路仕切り手段と、 内燃機関の熱負荷の状態に対応して前記迂回通路開閉手
   段および前記冷却風路仕切り手段を駆動制御する制御手
   段とを備え、 この制御手段は内燃機関の熱負荷の状態が所定値以上に
   達すると、前記迂回通路開閉手段を開放位置に駆動し、
   前記冷却風路仕切り手段を仕切り位置に駆動させること
   を特徴とする車両用水冷式内燃機関の冷却装置。
2. （２）前記コンデンサと前記ラジエータとの間には両者
   の周囲を囲むように形成された導風ダクトが形成されて
   いる請求項１の車両用水冷式内燃機関の冷却装置。
3. （３）前記迂回通路開閉手段は前記導風ダクトの一部に
   形成されたダンパである請求項２の車両用水冷式内燃機
   関の冷却装置。
4. （４）前記導風ダクトは車両の冷却風取入口より前記コ
   ンデンサを経由し前記ラジエータまで形成されている請
   求項２の車両用水冷式内燃機関の冷却装置。
5. （５）前記迂回通路開閉手段は板状ダンパで、その一側
   端は前記ラジエータの下端部に回動自在に固定され、他
   端側は前記コンデンサの下端部に当接自在に配されてい
   る請求項１の車両用水冷式内燃機関の冷却装置。
6. （６）前記冷却風路仕切り手段は板状ダンパで、その一
   側端は前記コンデンサの下端部に回動自在に固定され、
   他側端は前記ラジエータの熱交換部から下端部までの範
   囲を移動する請求項１の車両用水冷式内燃機関の冷却装
   置。
7. （７）前記冷却風路仕切り手段の他側端にはガイドダン
   パが配され、このガイドダンパはラジエータに導入され
   る空気の流れ方向と平行な第一位置と、前記冷却風路仕
   切り手段が仕切り位置に位置する場合に同一平面となる
   第二位置との間を回動する請求項６の車両用水冷式内燃
   機関の冷却装置。
8. （８）前記迂回通路開閉手段には負圧アクチュエータが
   連結されており、この負圧アクチュエータによって回動
   駆動される請求項５の車両用水冷式内燃機関の冷却装置
   。
9. （９）前記迂回通路開閉手段および前記冷却風路仕切り
   手段は可撓性を有するフィルムダンパから成る請求項１
   の車両用水冷式内燃機関の冷却装置。
10. （１０）前記迂回通路開閉手段および前記冷却風路仕切
    り手段はそれぞれ複数枚の板状ダンパからなる請求項１
    の車両用水冷式内燃機関の冷却装置。