JP2012031764A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な走行風が得られないときのインタークーラーの冷却効率の低下を抑え、低速トルクの減少を低コストの構成により防止する冷却装置を提供する。
【解決手段】ボンネット２２に形成された外気導入口１４から突出配置されたダクト１６から導入される走行風により冷却される空冷式のインタークーラー８に、インタークーラーファン１０が備えられている。また、ラジエーター４にはラジエーターファン６が備えられている。そして、冷却装置１２は、インタークーラーファン１０と制御装置１１ａとから構成されている。制御装置１１ａは、ラジエーターファン６が稼働した情報を信号線２４ａを介して得たとき、これと同期稼働させるよう、インタークーラーファン１０に対して信号線２５ａを介して制御信号を送信する。制御装置１１ａから制御信号を受けたインタークーラーファン１０は、エンジンルーム１の内側へ向かう内向気流１８を発生させるよう回転する。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機を備えたエンジンの空冷式インタークーラーに関し、インタークーラーの熱交換部を冷却する冷却装置に関する。

過給機を備えたエンジンでは、過給機により圧縮される吸気の温度上昇を抑えて圧縮率を高め、燃費効率と出力とを向上させるために、吸気を冷却するインタークーラーが設けられる。したがって、エンジンルーム内の温度がインタークーラーの冷却効率に影響を与え、結果として、燃費効率や出力に変動が生じる。そして、エンジンルーム内は、スペースが限られており、各装置同士は接近して配置されているので、インタークーラーは他の熱源の影響を受け易い環境にある。

図３は、従来のエンジンルーム内の各装置の配置について示した概略図である。この図に示すインタークーラー１８０は空冷式であり、ボンネット２８０に設けた外気導入口２４０から突出するように設けられたダクト２６０を介して取り入れられた走行風により冷却される。

また、このエンジンルーム１００内には、車両前方にラジエーター１４０が設けられている。このラジエーター１４０の後方には、前方から導入された走行風を後方に送るラジエーターファン１６０が備えられている。そして、上記インタークーラー１８０は、このラジエーターファン１６０から送られる風に対して下流側に配置されている。

このような構成においては、ラジエーターファン１６０から送られる熱風がインタークーラー１８０の熱交換効率に影響を与え、機能を低下させる場合がある。

すなわち、走行速度が低く、ダクト２６０から十分な走行風が得られない場合には、外気とエンジンルーム１００内の圧力比は同等であるか、または、エンジンルーム１００内の方が高くなる。これにより、ラジエーターファン１６０から送られた熱風は、インタークーラー１８０に吹き付けられ、また、エンジンルーム１００内の圧力が高い場合には、インタークーラー１８０を通過して外部へ排出される。このとき、熱の一部がインタークーラー１８０に移り、熱交換効率が悪化する。そして、インタークーラー１８０の熱交換効率の低下は、冷却効率の低下に繋がり、結果として十分な低速トルクが得られない状態となる。低速トルクが十分でないと、もたつきが生じる等、ドライバビリティが悪化する。このときの気流の状態は、図３の実線で示した矢印３１０で示されている。

ただし、走行速度が高く、ダクト２６０から十分な走行風が得られる場合には、その導入された走行風は、インタークーラー１８０を通過してエンジンルーム１００内に導入される。このため、ラジエーターファン１６０から下流側のインタークーラー１８０に向かって熱風が送られても、上記インタークーラー１８０を通過してエンジンルーム１００内に走行風が吹き出しているので、この走行風により熱風が遮られる。したがって、インタークーラー１８０はラジエーター１４０の熱の影響を受けることなく、冷却効率の低下は生じない。このときのエンジンルーム１００内の気流の状態は、図３の破線で示した矢印３００で示されている。

そこで、上記のような問題に対して、従来から対策が講じられてきた。例えば、特許文献１に開示されている構成では、ラジエーターとその後方に配置されたインタークーラーとの間に遮蔽部が設けられている。これによると、ラジエーターファンにより後方に排出される熱風が直接インタークーラーに吹き付けられることなく、遮蔽部により遮られる。これにより、インタークーラーの温度上昇が抑えられ、冷却効率の低下が防止される。

また、特許文献２に記載の構成では、車速とエンジンルーム内の温度とを検出するセンサが設けられており、これらのセンサにより検出された速度や温度の情報を基にして、インタークーラーに送られる風の向きが制御される。これにより、十分な走行風が得られないときであって、エンジンルーム内の温度が低い場合には、車内から車外へ空気の流れが生じる向きにファンの回転方向が制御され、逆に、エンジンルーム内の温度が高い場合には、車外から車内への空気の流れが生じるようにファンの回転方向が制御される。

一方、排ガスの削減や無駄なエネルギーの消費を抑えるために、一時停車の際にエンジンを停止させ、無駄なアイドリング時間を削減することが行われている。この場合、エンジンルーム内の温度が上昇した状態でエンジンが再始動される場合がある。また、他にも、全体的に高温となる夏場や、エアコンを使用していた場合、登坂走行等の高負荷走行後にエンジンを停止し、その状態から再始動をする場合は、エンジンルーム内が高温状態になっている状態からの発進となる。このような場合、上述したように、インタークーラーの周辺や、インタークーラーの熱交換部の温度が上昇しているので、過給機により圧縮された吸気を冷却する冷却効率が極端に低下している。したがって、十分な低速トルクを発生させることができず、発進時にもたつきが生じるなど、始動性が悪くなる。

また、エンジンルーム内が高温になる状態が長く続くと、潤滑油の性能劣化が進み、回転駆動部の軸受部に焼付きが生じるなど、部品に熱害が生じ易くなる。このような熱害を防ぎ、構成部品の機能低下を抑えるためには、高耐熱性の材質を用いるなど、材質の高グレード化が必要となり、コストが増大してしまう。

このような問題を解決するための構成については、特許文献３に示すような冷却制御装置が開示されている。すなわち、特許文献３に示される冷却制御装置は、エンジン停止時のターボチャージャー下流側における冷却水の温度と、エンジンの潤滑油の温度とを検出し、これらの値に応じてラジエーターファン及びボンネットファンを協働させて熱を排出する。これにより、ターボチャージャー及びエンジンに対する熱害の発生を防止できるものとしている。

特開平６−１９１２９３号公報 特開昭６２−１５３５１９号公報 特開平１−１７７４１７号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、ラジエーターとインタークーラーとの間に遮蔽部が設けられることにより、直接ラジエーターからの熱風がインタークーラーに吹き付けられることを防止できるものの、空気の流れ及び抜けが悪くなり易い。エンジンルームのスペースは限られており、他の熱源の影響を考慮すると、設計の自由度は低下してしまう。

また、上記特許文献２及び３の構成では、各検出器により検出された値に基づいて、一つ又は複数の電動ファンを論理制御するものであり、複雑な論理演算及びこれを実行する装置が別途必要となり、部品コストが増大する。

上記のような課題を解決するために、本発明では、十分な走行風が得られないときのインタークーラーの冷却効率の低下を抑え、低速トルクの減少を低コストの構成により防止する冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の冷却装置は、ラジエーターファンを備えたラジエーターにより冷却される液体冷却式エンジンを格納するエンジンルームの中で、ラジエーターファンによる送風の下流側に配置され、一方面に車体の外気導入口へ繋がるダクトが設けられたインタークーラーを冷却する冷却装置において、インタークーラーを通過させる送風の向きを制御する風向制御ファンと、少なくともラジエーターファンが稼働状態にあるときに、風向制御ファンに、エンジンルームの内側向きにインタークーラーを通過する内向気流を発生させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

このように構成することにより、少なくとも、ラジエーターファンが稼働状態となったとき、制御手段により制御された風向制御ファンにより発生する内向気流により走行風がインタークーラー側に送られ、このインタークーラーを通過した走行風がエンジンルーム内に入る。

これにより、ラジエーターファンからエンジンルーム内側に向けて送られた熱風は、風向制御ファンによりエンジンルーム内に導入された走行風により遮られるので、インタークーラーに吹き付けられることはない。よって、インタークーラーの温度上昇が抑えられるので、冷却効率の低下が抑えられる。すなわち、低速トルクの減少が抑えられる。

また、本発明の冷却装置は、ラジエーターファンを備えたラジエーターにより冷却される液体冷却式エンジンを格納するエンジンルームの中で、ラジエーターファンによる送風の下流側に配置され、一方面に車体の外気導入口へ繋がるダクトが設けられたインタークーラーを冷却する冷却装置において、インタークーラーを通過させる送風の向きを制御する風向制御ファンと、エンジンが停止状態であり、且つ、ラジエーターファンが稼働状態にあるときに、風向制御ファンに、エンジンルームから外側向きにインタークーラーを通過する外向気流を発生させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

このように構成することにより、エンジンが停止状態にあり、且つ、ラジエーターファンが稼働状態にあるとき、風向制御ファンが制御手段により気流制御され、エンジンルーム内の空気がインタークーラーを通過してエンジンルーム外に向かう外向気流が生じる。

これにより、エンジンが停止して且つ高温状態にあるエンジンルーム内の空気は、ラジエーターファンと風向制御ファンとの両稼働により、インタークーラーを通過する外向気流としてエンジンルーム外に排出される。よって、ラジエーターファンのみで冷却される場合よりも短時間でエンジン及びエンジンルーム内の気温を低下させることが可能となるので、エンジン再始動時のインタークーラー周辺の温度を低く抑えることができる。すなわち、インタークーラーの冷却効率の低下を抑え、発進時の低速トルクの減少を抑えることが可能となる。

以上述べたように、本発明によれば、少なくともラジエーターファンが稼働状態にあるときには、インタークーラーファンも稼働状態となるので、低速走行時やアイドリング時のように十分な走行風が得られないような場合であっても、ラジエーターを通過した熱風がインタークーラーコアを通過することはない。これにより、インタークーラーの冷却効率の低下が抑えられ、低速トルクの減少を防止することができるので、ドライバビリティの悪化を防ぐことが可能となる。

また、エンジンが停止状態にあり、ラジエーターファンが稼働状態にあるときには、エンジンルーム内の熱気をインタークーラーを介して外側に排出するように、風向制御ファンが稼働する。これにより、ラジエーターファンと風向制御ファンとが同時に稼働し、外側に熱気が排出されるので、短時間にエンジンルーム内の温度を低下させることができる。よって、再度エンジンが始動した場合においても、インタークーラーの温度が低下した状態で吸気の冷却を行うことができるので、十分な冷却効果を得ることができる。すなわち、エンジン停止後の発進においても、低速トルクの減少を抑えることができ、ドライバビリティの悪化を防ぐことが可能となる。

本発明の第１の実施の形態におけるエンジンルームのアイドリング時の気流状態を示した図である。 本発明の第２の実施の形態におけるエンジンルームのエンジン停止後の気流状態を示した図である。 従来のエンジンルームの低速走行時の気流状態を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について図を用いて詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、アイドリング時における自動車のエンジンルーム内の気流状態を示した概略図である。エンジンルーム１の中心には液体冷却式のエンジン２が配置されている。そして、車両の前方には、この液体冷却を行うためのラジエーター４が配置されている。ただし、このラジエーター４とエンジン２とを繋ぐ冷媒の経路については、ここでは便宜上省略している。このラジエーター４の車両後方側には、外気を車両前方から強制導入するためのラジエーターファン６が設けられている。そして、ラジエーター４の前方には、同様に外気で冷却されるエアコンコンデンサー３が併設されている。

また、上記エンジン２の上方にはインタークーラー８が設けられている。エンジンのレスポンスの低下を抑えるため、過給機（図示せず）から延びる吸気管は短く設計されることが多く、一般に、インタークーラーはエンジンの近くに設置される。

ここで示すインタークーラー８は空冷式であり、走行風を取り入れることにより冷却される。図１の構成では、インタークーラー８はほぼ水平に設置されている。そして、このインタークーラー８の上側には、ボンネット２２に形成された外気導入口１４から外部に突出するダクト１６が接続されている。また、インタークーラー８の下側には、インタークーラーファン（風向制御ファン）１０が設けられている。このインタークーラーファン１０を稼働させることにより、ダクト１６内を通過する空気の流れを制御することができる。

上記ラジエーターファン６とインタークーラーファン１０とは、共に、制御装置１１ａと電気的に接続されている。この制御装置１１ａは、ラジエーターファン６から送られる稼働状態を示す信号を信号線２４ａを通じて受け取る。そして、この信号線２４ａを通じて受信した情報に基づいて、インタークーラーファン１０を同期稼働させる信号が、制御装置１１ａから信号線２５ａを介してインタークーラーファン１０に送信される。このように、インタークーラーファン１０と制御装置１１ａとによりインタークーラー８の冷却装置１２が構成されている。

以下に、上記のような構成における冷却装置１２の働きについて説明する。

走行速度が高く、エンジンルーム１内の気圧よりも外気の圧力の方が高い場合には、ラジエーター４の前方からは十分な外気２８が取り込まれ、また、ダクト１６からも十分な外気３０が取り込まれる。しかし、アイドリング時や、低速走行時のように、外気２８および外気３０が十分に取り込まれない場合や、エアコンが稼働しているような場合には、エアコンコンデンサー３やラジエーター４の冷媒の温度が上昇する。そして、これらを強制冷却するために、ラジエーターファン６が稼働状態となる。そして、このラジエーターファン６が稼働している情報は、上述のように制御装置１１ａに送られ、この制御装置１１ａにより、ダクト１６からエンジンルーム１内に向かって内向気流１８が生じるように、インタークーラーファン１０の回転方向が制御される。

これにより、ラジエーターファン６からエンジンルーム１の後方に向かって熱風が送られた場合であっても、その熱風は、同時に稼働したインタークーラーファン１０により生じる内向気流１８により遮られる。したがって、インタークーラー８が、ラジエーター４により生じた熱風に晒され、温度上昇してしまうことを防止することができる。このように、本実施の形態においては、制御装置１１ａ及びインタークーラーファン１０からなる冷却装置１２の働きにより、インタークーラー８の温度上昇による冷却効率の低下が抑えられ、低速時のトルクの減少を防止することができる。よって、発進時にもたつきを生じることなく、ドライバビリティの向上を図ることができる。

以上に述べたように、本実施の形態においては、冷却装置１２を、インタークーラーファン１０と制御装置１１ａとから構成される例を示した。これによると、走行風が十分に得られず、インタークーラーファン１０が稼働しなければならない状態を、ラジエーターファン６の稼働状態を示す信号の有無により判断することができる。すなわち、インタークーラーファン１０の稼働条件を得るために、温度計測手段等を別途設ける必要はなく簡易な構成で実現できる。

なお、本実施の形態では、制御装置１１ａを用いてインタークーラーファン１０をラジエーターファン６に同期させる構成を示したが、少なくとも、ラジエーターファン６が稼働状態にあるときに、インタークーラーファン１０が稼働する構成であればこれに限らない。例えば、ラジエーターファン６及びインタークーラーファン１０の電源系統を共通にし、ラジエーターファン６の稼働と同時にインタークーラーファン１０が稼働するような構成であっても構わない。この場合、インタークーラーファン１０が稼働するのは、すべてラジエーターファン６が稼働するときと同じタイミングとなるが、このような構成であっても、上記と同様の効果を得ることはでき、さらに簡易な構成により実現することが可能である。

また、本実施の形態では、インタークーラーファンがインタークーラーよりもエンジンルーム内側に設置された構成を例として示したが、これに限らず、外気に晒される外側（ダクト内）に配置されていても良い。

さらに、本実施の形態では、外気導入口はボンネット上に設けられている例を示したが、これに限らず、フロントグリルの上方に設ける構成であっても構わない。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について図２を用いて説明する。図２は、エンジン停止後のエンジンルーム内の状態を示している。

本実施の形態におけるエンジンルーム内の構成については、第１の実施の形態において図１を用いて示したエンジンルーム１内の構成とほぼ同じであるが、インタークーラーファン１０の制御手段１１ｂについては異なる。以下、第１の実施の形態において図１に示した構成と同じ構成については同一の符号を付して説明を行う。

本実施の形態における制御手段１１ｂは、エンジン２の停止状態及び、ラジエーターファン６の稼働状態を検出した場合、エンジンルーム１の内側から外側へ向かう気流を発生させるよう、インタークーラーファン１０を制御する。以下、構成及び動作について説明する。

本実施の形態では、エンジン２の停止状態は、停止状態検出手段１３を用いて検出される。一般に、エンジンキーをオフ状態にした時、冷媒の温度をエンジンコントロールユニット等でモニターし、所定時間ラジエーターファンを稼働させるといった構成が用いられているが、本実施の形態における停止状態検出手段１３も、これと同様に、エンジンキーのオフ状態を検出する構成を共用することができる。ここで、ラジエーターファン６の稼働状態の検出については、第１の実施の形態における構成と同様の構成でも構わない。

上記構成により、エンジンルーム１内が高温状態となり、温度が低下しないうちにエンジン２が停止された場合であっても、エンジンルーム１内の温度が短時間で低下するように、インタークーラーファン１０が働くので、エンジン２を再始動させた際の発進性が良好なものとなる。また、エンジンルーム１内の温度が速やかに低下するので、各装置の熱害を防止することができる。

すなわち、全体的にエンジンルーム１内の温度が上昇する夏場の走行後や、エアコンを多用した後、また、登坂走行のような高負荷走行の後にエンジン２を停止させた場合、エンジン２を冷却するために、所定時間ラジエーターファン６が稼働する。

このとき、制御装置１１ｂは、エンジンの停止を示す情報を、停止状態検出手段１３から信号線２６を介して得るとともに、ラジエーターファン６からは、稼働状態を示す信号を信号線２４ｂを介して得る。ここで、インタークーラーファン１０を駆動させるための制御信号が、信号線２５ｂを介して制御装置１１ｂからインタークーラーファン１０へ送信される。そして、この信号を受けたインタークーラーファン１０は、エンジンルーム１の内側から外側へ向かう方向に外向気流２０を発生させるように所定時間回転する。

このように、従来では複数のセンサ類を用いた複雑な論理制御により排出されていたエンジンルーム１内の熱気が、本実施の形態によれば、既存の構成から得られる情報に基づくインタークーラーファン１０の制御によりダクト１６から強制的に外部へ排出することが可能となる。

なお、このとき、エンジンルーム１内に溜まっていた熱気は、インタークーラー８を通過して外部に掃気されるので、インタークーラー８に熱の一部が伝導される。しかし、この伝導された熱が停止状態にあるエンジン２に影響を及ぼすことはない。このように、影響を及ぼさないタイミングを利用して、短時間のうちにエンジンルーム１内の熱気が排出されるので、エンジン２を再始動させ、自動車が発進する際には、周辺温度が低下した状態でインタークーラー８を稼働させることができる。これにより、冷却効率の低下が抑えられ、十分な低速トルクを発生させるようインタークーラー８を機能させることができ、ドライバビリティの向上を実現することが可能となる。

また、エンジン２を再始動させない場合であっても、速やかにエンジンルーム１内の温度を低下させることができるので、潤滑油の劣化等による潤滑性の低下や、これによって引き起こされる回転駆動部の焼付きといった熱害を防止することが可能となる。

加えて、本実施の形態に示したように、空冷式のインタークーラーを水平配置する場合においては、ダクト内やインタークーラーの上面に付着し易い落ち葉などのゴミを、インタークーラーファンによる外向きの掃気で吹き飛ばすことができるという効果も得ることができる。

なお、本実施の形態では、エンジンの上方に水平に設置されるインタークーラーを例として示した。しかし、このような構成に限らず、走行風により冷却される空冷式のインタークーラーとラジエーターファンを備えたラジエーターとが配置される構成であれば、横置きや縦置きの配置でも構わない。すなわち、エンジンルームの内側の気圧と外側の気圧との差により、外気に接するインタークーラーを通じて空気の出入りが生じるような構成であれば、同様の効果を得ることができる。

また、第２の実施の形態では、エンジンが停止した状態を示す情報と、エンジンルーム内が高温状態になっている情報とを得た制御装置によりインタークーラーファンが外向気流を発生させるように制御される構成を示した。しかし、これに加えて、第１の実施の形態に示したように、エンジンが稼働していて、且つ、エンジンルーム内が高温状態になりラジエーターファンが稼働している場合には、インタークーラーが内向気流を発生させるように制御される構成としても良い。

１ エンジンルーム
２ エンジン
４ ラジエーター
６ ラジエーターファン
８ インタークーラー
１０ インタークーラーファン（風向制御ファン）
１１ａ、１１ｂ 制御装置（制御手段）
１２ａ、１２ｂ 冷却装置
１４ 外気導入口
１６ ダクト
１８ 内向気流
２０ 外向気流

Claims (2)

1. ラジエーターファンを備えたラジエーターにより冷却される液体冷却式エンジンを格納するエンジンルームの中で、前記ラジエーターファンによる送風の下流側に配置され、一方面に車体の外気導入口へ繋がるダクトが設けられたインタークーラーを冷却する冷却装置において、
   前記インタークーラーを通過させる送風の向きを制御する風向制御ファンと、
   少なくとも前記ラジエーターファンが稼働状態にあるときに、前記風向制御ファンに、前記エンジンルームの内側向きに前記インタークーラーを通過する内向気流を発生させる制御手段とを備えた
   ことを特徴とする冷却装置。
2. ラジエーターファンを備えたラジエーターにより冷却される液体冷却式エンジンを格納するエンジンルームの中で、前記ラジエーターファンによる送風の下流側に配置され、一方面に車体の外気導入口へ繋がるダクトが設けられたインタークーラーを冷却する冷却装置において、
   前記インタークーラーを通過させる送風の向きを制御する風向制御ファンと、
   前記エンジンが停止状態であり、且つ、前記ラジエーターファンが稼働状態にあるときに、前記風向制御ファンに、前記エンジンルームから外側向きに前記インタークーラーを通過する外向気流を発生させる制御手段とを備えた
   ことを特徴とする冷却装置。