(57)【要約】      （修正有）【課題】車両の燃費低下を抑制しつつ熱交換器の熱交換効率を向上させることができる熱交換器システムを提供する。【解決手段】熱交換器システム１００は、車両に搭載される内燃機関１０に用いられる熱交換器システムであって、内燃機関に接続された熱交換器２０と、熱交換器に接続され、熱交換器の熱伝達率を向上させるために熱交換器を加振する加振手段３０と、内燃機関の発熱量が熱交換器の放熱量よりも大きいか否かを判定する放熱量判定手段５２と、放熱量判定手段の判定結果に基づいて、熱交換器を加振するように加振手段を制御する加振制御手段５６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される内燃機関に用いられる熱交換器システムであって、
前記内燃機関に接続された熱交換器と、
前記熱交換器に接続され、前記熱交換器の熱伝達率を向上させるために前記熱交換器を加振する加振手段と、
前記内燃機関の発熱量が前記熱交換器の放熱量よりも大きいか否かを判定する放熱量判定手段と、
前記放熱量判定手段の判定結果に基づいて、前記熱交換器を加振するように前記加振手段を制御する加振制御手段と、を備えることを特徴とする熱交換器システム。
【請求項２】
前記内燃機関の負荷率を検出する負荷率検出手段と、
前記車両の速度を検出する車速検出手段と、をさらに備え、
前記放熱量判定手段は、前記負荷率検出手段の検出結果が所定値以上であり、かつ前記車速検出手段の検出結果が所定値以下である場合に、前記内燃機関の発熱量が前記熱交換器の放熱量よりも大きいと判定することを特徴とする請求項１記載の熱交換器システム。
【請求項３】
前記内燃機関の負荷率を検出する負荷率検出手段と、
前記車両の速度を検出する車速検出手段と、
前記車速検出手段の検出結果が所定値以下になってからの経過時間を取得する時間取得手段と、
前記時間取得手段の取得結果が所定時間以上であるか否かを判定する時間判定手段と、をさらに備え、
前記放熱量判定手段は、前記負荷率検出手段の検出結果が所定値以上であり、かつ前記車速検出手段の検出結果が所定値以下である場合に、前記内燃機関の発熱量が前記熱交換器の放熱量よりも大きいと判定し、
前記加振制御手段は、前記放熱量判定手段により前記内燃機関の発熱量が前記熱交換器の放熱量よりも大きいと判定され、かつ、前記時間取得手段の取得結果が所定時間以上であると前記時間判定手段により判定された場合に、前記熱交換器が加振されるように前記加振手段を制御することを特徴とする請求項１記載の熱交換器システム。
【請求項４】
前記内燃機関の負荷率を検出する負荷率検出手段と、
前記車両が登坂状態にあるか否かを判定する登坂状態判定手段と、をさらに備え、
前記放熱量判定手段は、前記負荷率検出手段の検出結果が所定値以上であり、かつ前記車両が登坂状態にあると前記登坂状態判定手段により判定された場合に、前記内燃機関の発熱量が前記熱交換器の放熱量よりも大きいと判定することを特徴とする請求項１記載の熱交換器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器システム、特に車両に搭載される熱交換器システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される熱交換器は、例えば、並列に配置された複数の伝熱管と、これら伝熱管を挟むように配置された波状の放熱用フィンと、を主要部品として備えている。伝熱管はエンジンに周設された冷却管に連通されている。そして、冷却管内と伝熱管内には、エンジンの熱を吸収するためのクーラントが流動する。クーラントはエンジン側でエンジンの熱を吸収し、熱交換器側で吸収した熱を外部に放出し、再びエンジン側でエンジンの熱を吸収する。クーラントがこれを繰り返すことにより、エンジンは冷却される。
【０００３】
このような熱交換器内においては、伝熱管内のクーラントとフィンの周囲を流動する空気との間で熱の伝達が行われている。このとき、フィンの表面近傍に温度境界層が形成される場合がある。この温度境界層の熱伝達率は低いため、温度境界層が薄いほど熱交換器の熱伝達効率は向上する。そこで、熱交換器の熱伝達効率を向上させるために、例えば熱交換器を加振させる技術が開示されている。
【０００４】
特許文献１には、伝熱管を間に挟むように永久磁石を対向配置し、永久磁石に磁場を加えることにより熱交換器を加振して温度境界層を消滅させる技術が開示されている。特許文献２には、フィンを振動させる加振装置を備え、フィンの温度分布を測定することにより温度境界層を判定して振動量を制御する技術が開示されている。特許文献３には、熱交換器に超音波振動を加えることにより温度境界層を破壊する技術が開示されている。特許文献４には、熱交換器に超音波振動を加えることにより温度境界層を攪拌消滅させる技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−３３２９８号公報。
【特許文献２】特開平８−１７０８９５号公報。
【特許文献３】特開昭５８−１１０９９５号公報。
【特許文献４】実開昭５８−２７６８８号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、車両が小型化されるに従い、車両に搭載される熱交換器も小型化したいとの要請が強くなってきた。しかしながら、この要請に応えるために、熱交換器を加振すると、加振には電力が必要なため、車両の燃費が悪化するおそれがある。
【０００７】
本発明は、車両の燃費低下を抑制しつつ熱交換器の熱交換効率を向上させることができる熱交換器システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る熱交換器システムは、車両に搭載される内燃機関に用いられる熱交換器システムであって、内燃機関に接続された熱交換器と、熱交換器に接続され、熱交換器の熱伝達率を向上させるために熱交換器を加振する加振手段と、内燃機関の発熱量が熱交換器の放熱量よりも大きいか否かを判定する放熱量判定手段と、放熱量判定手段の判定結果に基づいて、熱交換器を加振するように加振手段を制御する加振制御手段と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る熱交換器システムによれば、加振手段を備えていることから、熱交換器のフィンの周囲に温度境界層が形成されることが抑制される。それにより、熱交換器の熱交換効率が向上する。また、放熱量判定手段および加振制御手段を備えていることから、内燃機関の発熱量が熱交換器の放熱量よりも大きい場合に、加振手段が加振される。この場合、加振手段を常に作動させる場合に比較して、加振手段を作動させるための電源の負荷が少なくて済むため、車両の燃費が向上する。
【０００９】
上記構成において、内燃機関の負荷率を検出する負荷率検出手段と、車両の速度を検出する車速検出手段と、をさらに備え、放熱量判定手段は、負荷率検出手段の検出結果が所定値以上であり、かつ車速検出手段の検出結果が所定値以下である場合に、内燃機関の発熱量が熱交換器の放熱量よりも大きいと判定してもよい。
【００１０】
上記構成において、内燃機関の負荷率を検出する負荷率検出手段と、車両の速度を検出する車速検出手段と、車速検出手段の検出結果が所定値以下になってからの経過時間を取得する時間取得手段と、前記時間取得手段の取得結果が所定時間以上であるか否かを判定する時間判定手段と、をさらに備え、放熱量判定手段は、負荷率検出手段の検出結果が所定値以上であり、かつ車速検出手段の検出結果が所定値以下である場合に、内燃機関の発熱量が熱交換器の放熱量よりも大きいと判定し、加振制御手段は、放熱量判定手段により内燃機関の発熱量が熱交換器の放熱量よりも大きいと判定され、かつ、時間取得手段の取得結果が所定時間以上であると時間判定手段により判定された場合に、熱交換器が加振されるように加振手段を制御してもよい。この構成によれば、時間取得手段および時間判定手段をさらに備えている。それにより、内燃機関の発熱量が熱交換器の放熱量よりも大きくなってから所定時間経過後に、加振手段が加振される。この場合、時間取得手段および時間判定手段を備えていない場合に比較して、さらに車両の燃費を向上することができる。
【００１１】
上記構成において、内燃機関の負荷率を検出する負荷率検出手段と、車両が登坂状態にあるか否かを判定する登坂状態判定手段と、をさらに備え、放熱量判定手段は、負荷率検出手段の検出結果が所定値以上であり、かつ車両が登坂状態にあると登坂状態判定手段により判定された場合に、内燃機関の発熱量が熱交換器の放熱量よりも大きいと判定してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、車両の燃費低下を抑制しつつ熱交換器の熱交換効率を向上させることができる熱交換器システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の第１実施例に係る熱交換器システム１００の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、熱交換器システム１００は、内燃機関１０に用いられ、熱交換器２０と、加振手段３０と、負荷率検出手段４２と、車速検出手段４４と、ＥＣＵ５０と、電源６０と、を備える。また、図１には、内燃機関１０に接続された変速機７０も併せて図示されている。内燃機関１０としては、車両に搭載されるものであれば特に限定されないが、例えば、ガソリンエンジン等を用いることができる。
【００１５】
熱交換器２０は、内燃機関１０に接続され、内燃機関１０で発生した熱を冷却する機能を有する。熱交換器２０としては、例えばラジエータ等を用いることができる。熱交換器２０は、例えば、並列に配置された複数の伝熱管（図示せず）と、これら伝熱管を挟むように配置された波状の放熱用フィン（図示せず）とを主要部品として備えている。伝熱管は内燃機関１０に周設された冷却管（図示せず）に連通されている。そして、冷却管内と伝熱管内には、内燃機関１０の熱を吸収するためのクーラント（図示せず）が流動する。フィンは、外気と接触している。クーラントは内燃機関１０側で内燃機関１０の熱を吸収する。そして、熱交換器２０側に戻り、吸収した熱をフィンを介して外気に放出し、再び内燃機関１０側で内燃機関１０の熱を吸収する。クーラントがこれを繰り返すことにより、内燃機関１０は冷却される。
【００１６】
加振手段３０は、熱交換器２０に接続されている。加振手段３０は、ＥＣＵ５０からの指示に従って、熱交換器２０の熱伝達率を向上させるために熱交換器２０を加振する。加振手段３０としては、熱交換器２０を加振させることができるものであれば、特に限定されない。例えば、加振手段３０としては、熱交換器２０の各フィンに塗布された磁性材料と、各フィンに接続された磁場発生装置と、を備えるものを用いることができる。この場合、加振手段３０は、ＥＣＵ５０からの指示に従って、磁場発生装置により磁性材料に磁場を発生させる。それにより、各フィンが加振される。この場合、各フィンの周囲に温度境界層が発生することが抑制される。その結果、熱交換器２０の熱交換効率が向上する。
【００１７】
負荷率検出手段４２は、内燃機関１０の負荷率を検出する。負荷率検出手段４２としては、例えばスロットル開度センサ等を用いることができる。スロットル開度センサは、内燃機関１０のスロットルに接続され、スロットルの開度を検出し、検出結果をＥＣＵ５０に伝える。車速検出手段４４は、車両の車速を検出する。車速検出手段４４としては、例えば車速センサ等を用いることができる。車速センサは、例えば、車両に搭載された変速機７０の出力軸の回転に基づいて車速を検出し、検出結果をＥＣＵ５０に伝える。
【００１８】
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等から構成された電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏnｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）である。ＥＣＵ５０は、加振手段３０の動作を制御する。ＥＣＵ５０は、放熱量判定手段５２と、時間取得手段５４と、時間判定手段５５と、加振制御手段５６と、を備える。
【００１９】
放熱量判定手段５２は、内燃機関１０の発熱量が熱交換器２０の放熱量よりも大きいか否かを判定する。時間取得手段５４は、車速検出手段４４の検出結果が所定値以下になってからの経過時間を取得する。時間取得手段５４は、例えばタイマ等から構成され、車速検出手段４４の検出結果が所定値以下になると計測を開始し、当該所定値以下に保持された保持時間を計測する。それにより、時間取得手段５４は、車速検出手段４４の検出結果が所定値以下になってからの経過時間を取得することができる。時間判定手段５５は、時間取得手段５４の取得結果が所定時間以上であるか否かを判定する。加振制御手段５６は、放熱量判定手段５２の判定結果と時間判定手段５５の判定結果とに基づいて、熱交換器２０が加振されるように加振手段３０を制御する。
【００２０】
電源６０は、加振手段３０およびＥＣＵ５０に電源を供給する。電源６０としては、例えばバッテリ等を用いることができる。バッテリは、内燃機関１０に接続された発電機（図示せず）に接続されている。発電機は、内燃機関１０から回転力を付与されることにより電力を発生し、発生した電力をバッテリに供給する。発電機から供給された電力はバッテリに充電される。
【００２１】
変速機７０は、内燃機関１０のクランクシャフト（図示せず）と車両の車軸（図示せず）との間に接続されている。変速機７０は、クランクシャフトから動力を受け取り、車軸へ出力する。このとき、クランクシャフトの回転速度は、変速機７０の減速比に応じた回転速度に変速されて、車軸に出力される。変速機７０としては、特に限定されないが、例えば、運転者の操作により減速比を段階的に変更する変速機、運転者の操作によらず自動的に減速比を段階的に変更する自動変速機（ＡＴ）等を用いることができる。
【００２２】
続いて、放熱量判定手段５２の判定方法について詳細に説明する。まず、内燃機関１０の負荷率が上昇するに伴い、内燃機関１０の発熱量は上昇する。この場合、熱交換器２０が放熱しなければならない放熱量も上昇する。一方、車速が上昇した場合、熱交換器２０のフィンにあたる単位時間当たりの外気量も増える。この場合、熱交換器２０の放熱量は上昇する。つまり、内燃機関１０の発熱量が熱交換器２０の放熱量よりも大きくなるか否かは、車速と内燃機関１０の負荷率とによって影響を受ける。図２は、車速と内燃機関１０の負荷率との関係を示す模式図である。図２において、縦軸は車速を表し、横軸は内燃機関１０の負荷率を表す。図２において、判定線７５は、内燃機関１０の発熱量と熱交換器２０の放熱量とが等しくなる車速を表している。すなわち、判定線７５より車速の遅い領域が、内燃機関１０の発熱量が熱交換器２０の放熱量より大きい領域である。
【００２３】
内燃機関１０の発熱量が熱交換器２０の放熱量より大きい領域については、あらかじめ計算または測定しておき、ＥＣＵ５０のＲＯＭがマップとして記憶しておけばよい。放熱量判定手段５２は、負荷率検出手段４２と車速検出手段４４との検出結果に基づいて、ＲＯＭが記憶しているマップを参照することにより、内燃機関１０の発熱量が熱交換器２０の放熱量よりも大きいか否かを判定することができる。
【００２４】
続いて、熱交換器システム１００の動作について説明する。図３は、加振手段３０が動作するまでのＥＣＵ５０の動作の一例を示すフローチャートである。例えば、熱交換器システム１００が搭載された車両の運転が開始されると、負荷率検出手段４２および車速検出手段４４はそれぞれ、内燃機関１０の負荷率および車両の車速を検出して、ＥＣＵ５０に伝える。
【００２５】
次いで、放熱量判定手段５２は、負荷率が所定値以上（例えば、９０％以上）であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１において負荷率が所定値以上であると判定された場合、放熱量判定手段５２は、マップから当該負荷率に相当する車速の判定値を読み込む（ステップＳ２）。例えば、図２に示すように、内燃機関１０の負荷率が７５ａの場合、放熱量判定手段５２は、負荷率７５ａに相当する車速７５ｂを判定値として読み込む。
【００２６】
次いで、放熱量判定手段５２は、車速が判定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において車速が判定値以下であると判定された場合には、放熱量判定手段５２は、内燃機関１０の発熱量が熱交換器２０の放熱量よりも大きいと判定する。次いで、時間取得手段５４は、車速検出手段４４の検出結果が判定値以下になってからの経過時間を取得する（ステップＳ４）。次いで、時間判定手段５５は、時間取得手段５４の取得結果が所定時間以上（例えば、１０秒以上）であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、時間取得手段５４の取得結果が所定時間以上であると判定された場合には、加振制御手段５６は、熱交換器２０を加振するように加振手段３０を制御する(ステップＳ６)。その後、ＥＣＵ５０は、フローチャートの実行を終了する。
【００２７】
一方、ステップＳ１において負荷率が所定値以上であると判定されなかった場合には、時間取得手段５４は、前回のフローチャートの実行の際に取得した取得時間がある場合には、それを消去する（ステップＳ７）。次いで、ＥＣＵ５０はフローチャートの実行を終了する。また、ステップＳ３において車速が判定値以下であると判定されなかった場合には、時間取得手段５４は、前回のフローチャートの実行の際に取得した取得時間がある場合には、それを消去する（ステップＳ７）。次いで、ＥＣＵ５０は、フローチャートの実行を終了する。また、ステップＳ５において時間取得手段５４の取得結果が所定時間以上であると判定されなかった場合には、ＥＣＵ５０は、フローチャートの実行を終了する。
【００２８】
本実施例に係る熱交換器システム１００によれば、加振手段３０を備えていることから、熱交換器２０のフィンの周囲に温度境界層が形成されることが抑制される。それにより、熱交換器２０の熱交換効率が向上する。また、放熱量判定手段５２および加振制御手段５６を備えていることから、内燃機関１０の発熱量が熱交換器２０の放熱量よりも大きい場合に、加振手段３０が加振される。この場合、加振手段３０を常に作動させる場合に比較して、加振手段３０を作動させるための電源６０の負荷が少なくて済むため、車両の燃費が向上する。また、時間取得手段５４および時間判定手段５５をさらに備えていることから、内燃機関１０の発熱量が熱交換器２０の放熱量よりも大きくなってから所定時間経過後に、加振手段３０が加振される。この場合、時間取得手段５４および時間判定手段５５を備えていない場合に比較して、さらに車両の燃費を向上することができる。
【実施例２】
【００２９】
続いて、本発明の第２実施例に係る熱交換器システム１００ａについて説明する。図４は、第２実施例に係る熱交換器システム１００ａの全体構成を示すブロック図である。図４に示すように、熱交換器システム１００ａは、ＥＣＵ５０の代わりにＥＣＵ５０ａを備える点、および変速機７０の代わりに変速機７０ａを備える点において、図１に示す熱交換器システム１００と異なる。その他の構成は、図１に示す熱交換器システム１００と同様のため、説明を省略する。
【００３０】
ＥＣＵ５０ａは、放熱量判定手段５２ａと、加振制御手段５６ａと、登坂判定手段５８と、を備える。放熱量判定手段５２ａは、内燃機関１０の発熱量が熱交換器２０の放熱量よりも大きいか否かを判定する。加振制御手段５６ａは、放熱量判定手段５２ａの判定結果に基づいて、熱交換器２０が加振されるように加振手段３０を制御する。
【００３１】
登坂判定手段５８は、車両が登坂状態にあるか否かを判定する。登坂判定手段５８としては、車両が登坂状態にあるか否かを判定できるものであれば、特に限定されない。登坂判定手段５８としては、例えば、一般的なＡＴに利用される登坂判定手段を用いることができる。例えば、登坂判定手段５８は、平地走行時における車速および内燃機関１０の負荷率の関係を示すマップをあらかじめＲＯＭに記憶しておく。そして、車両が登坂状態である場合には、車速が同じ平地走行時における内燃機関１０の負荷率と比較して、内燃機関１０の負荷率は上昇する。つまり、登坂判定手段５８は、車速検出手段４４の検出結果と負荷率検出手段４２の検出結果とあらかじめＲＯＭ記憶しておいたマップとを参照することにより、車両が登坂状態にあると判定することができる。
【００３２】
変速機７０ａとしては、ＡＴを用いることが好ましい。この場合、ＡＴが有する登坂判定手段を登坂判定手段５８として利用することができる。
【００３３】
続いて、放熱量判定手段５２ａの判定方法について詳細に説明する。内燃機関１０の発熱量が熱交換器２０の放熱量よりも大きくなるか否かは、車速と内燃機関１０の負荷率とによって影響を受けることは、既に図２において説明したとおりである。ここで、一般に車両が登坂状態にある場合には、平地走行時に比較して、内燃機関１０の負荷率が大きくなり、車速は小さくなることから、内燃機関１０の発熱量が熱交換器２０の放熱量よりも大きくなることが多い。つまり、車両が登坂状態にあるか否かを判定することにより、内燃機関１０の発熱量が熱交換器２０の放熱量よりも大きくなるか否かを判定することができる。そこで、本実施例に係る熱交換器システム１００ａにおいては、負荷率検出手段４２の検出結果が所定値以上であり、かつ車両が登坂状態にあると登坂判定手段５８により判定された場合に、放熱量判定手段５２ａは、内燃機関１０の発熱量が熱交換器２０の放熱量よりも大きいと判定する。
【００３４】
続いて、熱交換器システム１００ａの動作について説明する。図５は、加振手段３０が動作するまでのＥＣＵ５０ａの動作の一例を示すフローチャートである。例えば、熱交換器システム１００ａが搭載された車両の運転が開始されると、負荷率検出手段４２および車速検出手段４４はそれぞれ、内燃機関１０の負荷率および車両の車速を検出して、ＥＣＵ５０ａに伝える。
【００３５】
次いで、放熱量判定手段５２ａは、負荷率が所定値以上（例えば、９０％以上）であるか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８において負荷率が所定値以上であると判定された場合には、登坂判定手段５８は、車両が登坂状態にあるか否かを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９において車両が登坂状態にあると判定された場合には、放熱量判定手段５２ａは、内燃機関１０の発熱量が熱交換器２０の放熱量よりも大きいと判定することができる。次いで、加振制御手段５６ａは、熱交換器２０を加振するように加振手段３０を制御する（ステップＳ１０）。その後、ＥＣＵ５０ａは、フローチャートの実行を終了する。
【００３６】
一方、ステップＳ８において負荷率が所定値以上であると判定されなかった場合には、ＥＣＵ５０ａは、フローチャートの実行を終了する。また、ステップＳ９において車両が登坂状態にあると判定されなかった場合には、ＥＣＵ５０ａは、フローチャートの実行を終了する。
【００３７】
本実施例に係る熱交換器システム１００ａによれば、加振手段３０を備えていることから、熱交換器２０の放熱用フィンの周囲に温度境界層が形成されることが抑制される。それにより、熱交換器２０の熱交換効率が向上する。また、放熱量判定手段５２ａ、加振制御手段５６ａおよび登坂判定手段５８を備えていることから、内燃機関１０の発熱量が熱交換器２０の放熱量よりも大きい場合に、加振手段３０が加振される。この場合、加振手段３０を常に作動させる場合に比較して、加振手段３０を作動させるための電源６０の負荷が少なくて済むため、車両の燃費が向上する。
【００３８】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施例に係る熱交換器システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施例１に係る車速と内燃機関の負荷率との関係を示す模式図である。
【図３】実施例１に係るＥＣＵの動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】第２実施例に係る熱交換器システムの全体構成を示すブロック図である。
【図５】第２実施例に係るＥＣＵの動作の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１０  内燃機関
２０  熱交換器
３０  加振手段
４２  負荷率検出手段
４４  車速検出手段
５０  ＥＣＵ
５２  放熱量判定手段
５４  時間取得手段
５５  時間判定手段
５６  加振制御手段
５８  登坂判定手段
６０  電源
７０  変速機
１００  熱交換器システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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