(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行風により熱媒体と熱交換を行う熱交換手段を備えるとともに、前記熱交換手段に対して風を供給し前記熱交換手段を冷却する電動ファンを備えた車両の冷却装置であって、
前記熱交換手段に水を噴射して、前記熱交換手段を冷却する冷却手段と、
前記熱交換手段に導入される前記熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された前記熱媒体の温度に基づいて前記電動ファンの作動速度の切換制御を行う制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記熱媒体の温度が前記電動ファンの作動速度の切換えを行う前記熱媒体の温度の閾値より所定温度低い温度で、前記熱交換手段に水を噴射するように前記冷却手段を作動制御し、前記冷却手段により前記熱交換手段への水の噴射を行なった場合は、前記閾値を上昇させることを特徴とする車両の冷却装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記熱交換手段への水の噴射を行った場合は、当該水の噴射の終了から所定時間経過するまで、次回の前記冷却手段による水の噴射を行わないことを特徴とする請求項１に記載の車両の冷却装置。
【請求項３】
前記車両は空調機を備え、
前記冷却手段は、前記空調機の蒸発器から発生する凝縮水を前記熱交換手段に噴射する水に使用することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の冷却装置。
【請求項４】
前記熱交換手段はラジエータであり、前記熱媒体はエンジン冷却水であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車両の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載された熱交換手段における放熱性能を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車には、ラジエータ等の熱交換手段が搭載されている。例えばラジエータは、エンジンを冷却する冷却水を導入して走行風と熱交換を行って、冷却水の温度を低下させる機能を有する。更に、ラジエータには、走行停止時のように走行風が充分に得られない場合にも冷却可能となるように、ラジエータコアに風を供給するラジエータファンが搭載されている。近年、ラジエータファンは、省スペース化やエンジン出力の低下防止のために、電気駆動式が多く用いられている。
【０００３】
また、夏期等の高温環境下において、ラジエータの放熱性能を向上させるために、ラジエータに対して水を噴射して冷却させる技術が提案されている（特許文献１）。
特許文献１では、車両に搭載した貯水タンクに貯留した水を、エンジンの運転状態に応じてラジエータコアに向けて噴射する。
更に、貯水タンクへの水の補充頻度を低減させるために、貯水タンクにエアコンからの排水（蒸発器から発生する凝縮水）を導入する技術も提案されている(特許文献２)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２５２９７号公報
【特許文献２】特開２００３−１２７６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような電動のラジエータファンでは、駆動電源である車載バッテリの小型化を図るため、電力消費を低減させることが要求されている。また、車両停止時や低速走行時では、ラジエータファンの作動音が目立つこととなり、ラジエータファンの作動を極力抑制することが望まれる。
これに対し、引用文献１は、エンジンの高出力運転時にラジエータに対して水を噴射するように制御されるものであって、ラジエータ内の冷却水が高温となることが予想されるときに水を噴射するに過ぎず、また、引用文献２では、ラジエータへの水の噴射タイミングについては明示されていない。即ち、引用文献１及び２のいずれも、水の噴射によってラジエータを冷却することは可能であるものの、ラジエータファンの作動を効果的に抑制して、ラジエータファンの電力消費及び騒音の低下を可能とするものではない。
【０００６】
例えば、冷却水の温度に基づいて、ラジエータに対して水を噴射するように制御したとしても、水を噴射する設定温度によっては、ラジエータファンの作動及び停止あるいは速度変化が繰り返されて、ラジエータファンの作動音が不快なものとなる虞がある。
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、適切なタイミングでラジエータ等の熱交換手段に水を噴射して、電動ファンの作動を抑制し、電動ファンの電力消費及び騒音を低減させることが可能な車両の冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の車両の冷却装置は、走行風により熱媒体と熱交換を行う熱交換手段を備えるとともに、熱交換手段に対して風を供給し熱交換手段を冷却する電動ファンを備えた車両の冷却装置であって、熱交換手段に水を噴射して、熱交換手段を冷却する冷却手段と、熱交換手段に導入される熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出された熱媒体の温度に基づいて電動ファンの作動速度の切換制御を行う制御手段と、を備え、制御手段は、熱媒体の温度が電動ファンの作動速度の切換えを行う熱媒体の温度の閾値より所定温度低い温度で、熱交換手段に水を噴射するように冷却手段を作動制御し、前記冷却手段により前記熱交換手段への水の噴射を行なった場合は、前記閾値を上昇させることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の車両の冷却装置は、請求項１において、制御手段は、熱交換手段への水の噴射を行った場合は、当該水の噴射の終了から所定時間経過するまで、次回の冷却手段による水の噴射を行わないことを特徴とする。
また、請求項３の車両の冷却装置は、請求項１または２において、車両は空調機を備え、冷却手段は、空調機の蒸発器から発生する凝縮水を熱交換手段に噴射する水に使用することを特徴とする。
また、請求項４の車両の冷却装置は、請求項１から３のいずれか１項において、熱交換手段はラジエータであり、熱媒体はエンジン冷却水であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、冷却手段によって熱交換手段に水を噴射することで、熱交換手段が冷却されるので、熱媒体の温度上昇を抑制することができる。そして、熱媒体の温度が電動ファンの作動切換えを行う閾値より所定温度低い温度で、熱交換手段に水が噴射されるので、当該閾値に熱媒体の温度が達し難くなる。これにより、電動ファンの作動切換えを抑え電力消費及び騒音の低下を図ることができる。
また、冷却手段により熱交換手段への水の噴射を行なった場合は、閾値を上昇させるので、電動ファンの作動換えを更に抑え電力消費及び騒音を更に低下させることができる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、熱交換手段への水の噴射を行った場合は、当該水の噴射の終了から所定時間経過するまで、次回の水の噴射を行わないので、熱媒体の温度が上昇しやすい状況にあるときに水の噴射が繰り返されてしまうような制御ハンチングの発生を抑制することができる。
請求項３の発明によれば、空調機の蒸発器から発生する凝縮水を熱交換手段に噴射する水に使用するので、当該熱交換手段に噴射する水の補給頻度を低減させることが可能となる。
請求項４の発明によれば、冷却手段によってラジエータに水が噴射され、エンジン冷却水の温度上昇を抑制することができる。そして、ラジエータを冷却する電動ファンの切換作動を抑制して電力消費を低減させるとともに騒音の低下を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るラジエータの冷却装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態に係るＥＣＵでのラジエータファン及び水噴射の作動切換用のマップである。
【図３】本実施形態に係るＥＣＵでの水噴射の制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るラジエータ２（熱交換手段）の冷却装置の概略構成図である。
本発明の冷却装置を備えた本実施形態の車両１は、走行駆動源として図示しないエンジンを備えている。図１に示すように、車両１の前部には、エンジン冷却用の機器としてラジエータ２が備えられている。
【００１３】
ラジエータ２は、エンジン冷却水を導入して走行風と熱交換を行い、エンジン冷却水の温度を低下させる機能を有する。
更に、ラジエータ２には、走行停止時のように走行風が充分に得られない場合にもエンジン冷却水を冷却可能となるように、ラジエータコア２ａに風を供給するための電気駆動式のラジエータファン３（電動ファン）が搭載されている。
【００１４】
また、本実施形態の車両には、ラジエータ２を冷却するための水噴射装置１０（冷却手段）が備えられている。水噴射装置１０は、ラジエータ２の前方に設けられたノズル１１と、貯水タンク１２とを有している。
貯水タンク１２には、ドレーンホース１３を介して車両のエアコン１４（空調機）の排水（蒸発器から発生する凝縮水）が導入される構造となっている。
【００１５】
ノズル１１には、電動式のポンプ１５が備えられ、当該ポンプ１５の作動により、貯水タンク１２に貯留している水をラジエータコア２ａの前面に噴射する。
また、本実施形態の車両１には、車速Ｖを検出する車速センサ２０、ラジエータ２に導入するエンジン冷却水の温度（水温Ｈ）を検出する水温センサ２１（温度検出手段）、貯水タンク１２内の水量を検出する水量検出スイッチ２２、及び水噴射装置１０及びラジエータファン３の作動を制御する電子コントロールユニット（制御手段、以下、ＥＣＵ３０という）が備えられている。水量スイッチ２２は、例えば貯水タンク１２内の水量がラジエータ２の冷却に充分な量である場合に信号を出力する。
【００１６】
ＥＣＵ３０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。
ＥＣＵ３０の入力側には、上記車速センサ２０、水温センサ２１、水量スイッチ２２が電気的に接続されており、これら各種センサからの検出情報が入力されるとともに、エアコン１４のオン−オフ信号が入力される。
【００１７】
ＥＣＵ３０の出力側には、ラジエータファン３及び水噴射装置１０のポンプ１５が接続され、その作動を制御可能としている。
図２は、ラジエータファン３及び水噴射装置１０の作動切換用のマップである。
図２に示すように、ＥＣＵ３０は、エアコンオン、オフ、車速センサ２０により検出された車速Ｖ及び水温センサ２１により検出された水温Ｈに応じてラジエータファン３の作動切換えを行う。詳しくは、０＜Ｈ1＜Ｈ2＜Ｈ3＜Ｈ4＜Ｈ5の関係を有する水温を閾値として、停止（オフ）、低速運転（ＬＯＷ）、高速運転（ＨＩＧＨ）に切換えられ、エアコンオン、オフ、及び車速Ｖに応じてこの水温の閾値が異なって設定される。
【００１８】
エアコンオフ、かつ車速Ｖが閾値Ｖ1未満である場合には、水温Ｈが閾値Ｈ2以下であるとラジエータファン３をオフに、水温Ｈが閾値Ｈ2より高く閾値Ｈ4以下であるとラジエータファン３を低速運転に、水温が閾値Ｈ4より高いとラジエータファン３を高速運転にする。なお、車速Ｖの閾値Ｖ1は、走行風によりラジエータ２での放熱性能が確保される車速に設定すればよい。
【００１９】
エアコンオフ、かつ車速Ｖが閾値Ｖ1以上である場合には、水温Ｈが閾値Ｈ3以下であるとラジエータファン３をオフに、水温Ｈが閾値Ｈ3より高く閾値Ｈ5以下であるとラジエータファン３を低速運転に、水温Ｈが閾値Ｈ5より高いとラジエータファン３を高速運転にする。
エアコンオン、かつ車速Ｖが閾値Ｖ1未満である場合には、水温Ｈが閾値Ｈ1以下であるとラジエータファン３をオフに、水温Ｈが閾値Ｈ1より高く閾値Ｈ3以下であるとラジエータファン３を低速運転に、水温Ｈが閾値Ｈ3より高いとラジエータファン３を高速運転にする。
【００２０】
エアコンオン、かつ車速Ｖが閾値Ｖ1以上である場合には、水温Ｈが閾値Ｈ2以下であるとラジエータファン３をオフに、水温Ｈが閾値Ｈ2より高く閾値Ｈ4以下であるとラジエータファン３を低速運転に、水温Ｈが閾値Ｈ4より高いとラジエータファン３を高速運転にする。
更に、エアコンオンでは、ラジエータファン３がオフまたは低速運転に設定された場合に、ラジエータファン３の作動切換えの閾値より１°低い温度（車速Ｖが閾値Ｖ1未満である場合にはＨ1−１°及びＨ3−１°、車速Ｖが閾値Ｖ1以上である場合にはＨ2−１°及びＨ4−１°）で、水噴射装置１０による水噴射を行う。
【００２１】
また、エアコンオン時に、ラジエータファン３が高速運転に設定された場合では、所定時間Ｔ2毎に一定時間Ｔ1ずつ水噴射する。
なお、本図２に示すエアコンオンかつ車速Ｖが閾値Ｖ1未満である場合の制御はマップ１に、エアコンオンかつ車速Ｖが閾値Ｖ1以上である場合の制御はマップ２とする。
図３は、本実施形態に係るＥＣＵ３０での水噴射の制御手順を示すフローチャートであり、上記図２に示したエアコンオン時における水噴射の制御手順を示す。
【００２２】
本ルーチンは、車両電源オン時に繰り返し行なわれる。
始めに、図３に示すステップＳ１０では、エアコン１４から作動信号を入力しているか否かによって、エアコンオンであるか否かを判別する。エアコンオンである場合には、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、水量スイッチ２２からの検出信号の有無により、貯水タンク１２内に水量が確保されているか否かを判別する。貯水タンク１２内に水量が確保されている場合には、ステップＳ３０に進む。
【００２３】
ステップＳ３０では、車速センサ２０から車速Ｖを入力するとともに、水温センサ２１から水温Ｈを入力する。そして、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０では、ステップＳ３０で入力した車速Ｖが閾値Ｖ1未満であるか否かを判別する。車速Ｖが閾値Ｖ1未満である場合には、ステップＳ５０に進む。車速Ｖが閾値Ｖ1以上である場合には、ステップＳ１００に進む。
【００２４】
ステップＳ５０では、図２に示すマップ１を読み出す。具体的には、図２に示すエアコンオンかつ車速Ｖが閾値Ｖ1未満である場合の制御におけるラジエータファン３の作動切換用の水温の閾値Ｈ1、Ｈ3を読み出す。そして、ステップＳ６０に進む。
ステップＳ６０では、ステップＳ３０で入力した水温Ｈが閾値Ｈ3より高いか否かを判別する。水温Ｈが閾値Ｈ3より高い場合には、ステップＳ８０に進む。水温Ｈが閾値Ｈ3以下である場合には、ステップＳ７０に進む。
【００２５】
ステップＳ７０では、ステップＳ３０で入力した水温Ｈが、閾値Ｈ1より１度低い値（Ｈ1−１°）であるか、または閾値Ｈ3より１度低い値（Ｈ3−１°）であるか否かを判別する。ここで、水温ＨがＨ1−１°またはＨ3−１°に完全に一致しているだけではなく、当該閾値Ｈ1、Ｈ3より１度低い値から更に低い側に若干の範囲を設けるとよい。即ち、水温の上昇時に閾値Ｈ1または閾値Ｈ3に達する直前に検出できるように設定すればよい。水温Ｈが閾値Ｈ1−１°であるか、または閾値Ｈ3−１°である場合には、ステップＳ８０に進む。
【００２６】
ステップＳ８０では、ノズル１１からラジエータコア２ａに向けて水噴射するように、ポンプ１５を作動制御する。なお、このノズル１１からの水の噴射時間は、ラジエータコア２ａの表面から水がこぼれて冷却の無駄にならない程度にあらかじめ設定された一定時間Ｔ1噴射する。そして、ステップＳ９０に進む。
ステップＳ９０では、所定時間Ｔ2待機する。この所定時間Ｔ2は、水噴射の間隔を設定するものであり、前回の水噴射から所定時間Ｔ2が経過しない限り次の水噴射が行えないように設定している。これにより、水温が上昇しやすい状況にあるときに水噴射が繰り返されてしまうような制御ハンチングが発生しないようにしている。そして、本ルーチンを終了する。
【００２７】
ステップＳ１００では、図２に示すマップ２を読み出す。具体的には、図２に示すエアコンオンかつ車速Ｖが閾値Ｖ1以上である場合の制御におけるラジエータファン３の作動切換用の水温の閾値Ｈ2、Ｈ4を読み出す。そして、ステップＳ１１０に進む。
ステップＳ１１０では、ステップＳ３０で入力した水温Ｈが閾値Ｈ4より高いか否かを判別する。水温Ｈが閾値Ｈ4より高い場合には、ステップＳ８０に進む。水温Ｈが閾値Ｈ4以下である場合には、ステップＳ１２０に進む。
【００２８】
ステップＳ１２０では、ステップＳ３０で入力した水温Ｈが閾値Ｈ2より１度低い値（Ｈ2−１°）であるか、または閾値Ｈ4より１度低い値（Ｈ4−１°）であるか否かを判別する。ここでも、閾値Ｈ2−１°または閾値Ｈ4−１°に完全に一致しているだけではなく、当該閾値Ｈ2、Ｈ4より１度低い値から更に低い側に若干の範囲を設けるとよい。即ち、水温の上昇時に閾値Ｈ2または閾値Ｈ4に達する直前に検出できるように設定すればよい。水温Ｈが閾値Ｈ2−１°であるか、または閾値Ｈ4−１°である場合には、ステップＳ８０に進む。水温Ｈが閾値Ｈ2−１°でなく、かつ閾値Ｈ4−１°でない場合には、本ルーチンを終了する。
【００２９】
また、ステップＳ１０でエアコンオンでないと判定された場合、ステップＳ２０で貯水タンク１２内に水量が確保されていないと判定された場合、ステップ７０で水温Ｈが閾値Ｈ1−１°でなく、かつ閾値Ｈ3−１°でないと判定された場合にも、本ルーチンを終了する。
以上のように構成することで、本実施形態では、水噴射装置１０によりノズル１１から水を噴射させることで、ラジエータ２を冷却し、ラジエータ２内のエンジン冷却水の温度上昇を抑制することができる。また、このノズル１１から噴射する水は貯水タンク１２から供給されるが、エアコン１４からドレーンホース１３を介して排出された水を貯水タンク１２内に導入するようにしているので、貯水タンク１２内への水の補給頻度を低減させることができる。ラジエータ２の冷却は夏期のように高温環境下で多く要求されるが、このような高温環境下では、エアコン１４の使用頻度が高いので、充分にエアコン１４から水の補給を行うことができる。
【００３０】
また、本実施形態では、エンジン冷却水の水温Ｈに応じてラジエータ２のラジエータファン３の作動がオフ、低速運転（ＬＯＷ）、高速運転（ＨＩＧＨ）の３段階に切換えられる。特に、水温Ｈが高い場合には、ラジエータファン３の回転速度を高速運転（ＨＩＧＨ）に切換え、水温Ｈを迅速に低下させることができる。
更に、このラジエータファン３の作動を切換える閾値は、車速Ｖによって異なって設定されている。車速Ｖが閾値Ｖ1以上である場合には、閾値Ｖ1未満である場合より水温Ｈの閾値を高く設定している。例えばエアコンオン時では、車速Ｖが閾値Ｖ1以上となることで、ラジエータファン３のオフとＬＯＷの切換用の閾値をＨ1からＨ2に、ＬＯＷとＨＩＧＨの切換用の閾値をＨ3からＨ4に高く設定する。これにより、車速Ｖが閾値Ｖ1以上となる高速走行時には走行風によってラジエータ２が冷却されることを考慮して、ラジエータファン３の作動を抑制して、電力消費を抑制するようにしている。
【００３１】
そして、本実施形態では特に、水噴射装置１０による水の噴射をラジエータファン３の作動切換えと関連付けて制御している。例えば、エアコンオン、かつ車速Ｖが閾値Ｖ1未満である場合では、ラジエータファン３がオフまたはＬＯＷに設定された場合には、水温Ｈが閾値Ｈ1、Ｈ3から１°低い値に達したときに水を噴射するようにしている。これにより、閾値Ｈ1、Ｈ3の直前で水温Ｈを一時的に低下させることで水温Ｈの上昇を抑え、ラジエータファン３の高速側への作動切換えを効率よく抑制することができる。
【００３２】
また、エアコンオン時にラジエータファン３がＨＩＧＨに設定された場合には、所定時間Ｔ2毎に水を噴射するようにして、エンジン冷却水の水温Ｈを低下させ、ラジエータファン３の回転速度をＬｏｗ以下に抑えるようにしている。
このように、本実施形態では、ラジエータファン３の作動切換えと関連付けてラジエータ２への水の噴射を制御することで、適切なタイミングで水を噴射してラジエータ２を冷却し、ラジエータファン３の高速側での運転を効率よく抑えることができる。よって、ラジエータファン３の駆動による電力消費を抑制するとともに、騒音を抑えることができる。特に、閾値Ｈ1〜Ｈ4直前で水を噴射してラジエータファン３の作動状態が切換わるのを抑制することで、ラジエータファン３の作動音の変化を抑え、騒音低下に大きく寄与することができる。また、水の噴射を行うことでラジエータ２を冷却できるので、ラジエータ２の低容量化やラジエータファン３の小型化を図ることができる。
【００３３】
また、ラジエータ２への水の噴射を行う場合に、水の噴射を行なわない場合よりも、ラジエータファン３の作動を切換える閾値Ｈ1〜Ｈ4を上昇させて設定する。水の噴射を行うことで、ラジエータ２を冷却させることができるので、ラジエータファン３の作動を切換える閾値Ｈ1〜Ｈ4を上昇させて設定してもラジエータ２を充分に冷却させることができる。そして、ラジエータファン３の作動を切換える閾値Ｈ1〜Ｈ4を上昇させて設定することで、ラジエータファン３の作動を停止または低速側に抑えることができ、ラジエータファン３の電力消費及び騒音を更に抑制することができる。
【００３４】
本実施形態では、水の噴射は、エアコンオン時に限定されている。これは、エアコン作動により貯水タンク１２へエアコン１４からの排水が補給される場合、またエアコン１４を作動させるような高温環境下である場合に水の噴射を限定することで、貯水タンク１２内の水の枯渇を抑制することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定するものではない。例えばエアコンオフ時でもエアコンオン時と同様に、水の噴射を行ってもよい。このようにエアコンオフ時でも水の噴射を行うことで電動ファン２の作動を更に抑制することができる。
【００３５】
また、エアコン１４の排水を貯水タンク１２に導入せず、運転者等が貯水タンク１２に水を全量補給するようにしてもよい。
また、本実施形態では、ラジエータコアに２ａに向けて水を噴射するようにしてエンジン冷却水を冷却しているが、エアコン１４の図示しないコンデンサ（放熱器）に水を噴射するようにして冷媒を冷却してもよい。このようにすれば、コンデンサにおける冷媒の液化が促され、コンデンサの小型化を図ることができるとともに、コンデンサに冷却風を供給するラジエータファン３の小型化を図ることができる。
【００３６】
また、本願発明は、電動ファンによってラジエータ２等の熱交換手段を冷却可能な車両に広く適用することができ、ガソリンエンジン車、ディーゼルエンジン車、ハイブリッドエンジン車だけでなく、電気自動車等のエンジンが搭載されない車両にも広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  車両
２  ラジエータ
３  ラジエータファン
１０  水噴射装置
１４  エアコン
２１  水温センサ
３０  ＥＣＵ
【図１】
0005915844.tif 000002
【図２】
0005915844.tif 000003
【図３】
0005915844.tif 000004