(57)【要約】【課題】車両搭載の熱交換器の近傍に設けられて該熱交換器内を流れる冷却媒体を冷却する冷却ファンと、冷却ファンの回転を制御するファン制御装置とを備えた車両の冷却システムにおいて、冷却ファン停止時においても、冷却ファン部分における通風量を増加することができて、冷却効率を向上することができ、これにより、冷却ファンの回転駆動の時間を減少し、燃費の向上を図ることができる車両の冷却システム及び冷却方法を提供する。【解決手段】冷却ファンを、冷却ファンの停止時には前記冷却ファンの空気抵抗が低減する形状に変化するように構成し、更には、冷却ファンを、トルクアップ時には取り込み空気量が増加する形状に変化するように構成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両搭載の熱交換器の近傍に設けられて該熱交換器内を流れる冷却媒体を冷却する冷却ファンと、該冷却ファンの回転を制御するファン制御装置とを備えた車両の冷却システムにおいて、前記冷却ファンの形状を、前記冷却ファンの停止時には、前記冷却ファンの空気抵抗が低減するように変形可能に構成したことを特徴とする車両の冷却システム。
【請求項２】
前記冷却ファンの形状を、前記冷却ファンのトルクアップ時には、取り込み空気量を増加させるように変形可能に構成したことを特徴とする請求項１記載の車両の冷却システム。
【請求項３】
前記車両の冷却システムにおいて、前記冷却ファンの回転を制御するためのファンクラッチと、冷却媒体の温度を検出する温度センサを備え、前記ファン制御装置が、前記温度センサで検出された冷却媒体の温度が所定の温度閾値よりも低い場合には前記冷却ファンの回転を停止させ、高い場合には前記冷却ファンを回転させることを特徴とする請求項１又は２記載の車両の冷却システム。
【請求項４】
前記ファン制御装置が、前記冷却媒体の温度が前記所定の温度閾値よりも高い状態が所定時間以上継続した場合には、前記冷却ファンの回転のトルクアップを行うことを特徴とする請求項３記載の車両の冷却システム。
【請求項５】
前記冷却ファンは、翼のピッチ角度を変更可能に構成されることを特徴とする請求項１、２、３、又は４記載の車両の冷却システム。
【請求項６】
前記冷却ファンは、翼をハブ内に収納可能に構成されることを特徴とする請求項１、２、３、又は４に記載の車両の冷却システム。
【請求項７】
車両搭載の熱交換器の近傍に設けられて該熱交換器内を流れる冷却媒体を冷却する冷却ファンと、該冷却ファンの回転を制御するファン制御装置とを備えた車両の冷却方法において、前記冷却ファンの形状を、前記冷却ファンの停止時には、前記冷却ファンの空気抵抗が低減するように変形することを特徴とする車両の冷却方法。
【請求項８】
前記冷却ファンの形状を、前記冷却ファンのトルクアップ時には、取り込み空気量を増加させるように変形することを特徴とする請求項７記載の車両の冷却方法。
【請求項９】
前記車両の冷却方法において、前記冷却ファンの回転をファンクラッチで制御すると共に、温度センサで検出した冷却媒体の温度が所定の温度閾値よりも低い場合には前記冷却ファンの回転を停止させ、高い場合には前記冷却ファンを回転させることを特徴とする請求項７又は８記載の車両の冷却方法。
【請求項１０】
前記冷却媒体の温度が前記所定の温度閾値よりも高い状態が所定時間以上継続した場合には、前記冷却ファンの回転のトルクアップを行うことを特徴とする請求項９記載の車両の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両に搭載したエンジンのラジエータ等の熱交換器の冷却媒体を冷却ファンを利用して冷却する車両の冷却システム及び冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両の冷却系では、図１に示すように、外気（走行風）Ａをボディ２で囲まれたエンジンルームに取り入れ、ラジエータ４やインタークーラー５等の熱交換器によって、エンジン３の冷却水やターボ吸入空気の冷却を行っている。
【０００３】
これら熱交換器４、５は、車両の中速走行時または高速走行時においては、走行風Ａを受けているが、この走行風Ａだけでは冷却に不十分であり、また、低速走行時や停車時には十分な走行風Ａを期待することができない。そこで、これらの熱交換器４、５の近傍に冷却ファン６を設けて、この冷却ファン６の駆動により空気の流れを促進し、熱交換器４、５への通風量を増加して、これにより、熱交換器４、５の熱交換効率を上げている。
【０００４】
更に、近年では、冷却ファン６と駆動源との間にファンクラッチ７を導入して、このファンクラッチ７のＯＮ／ＯＦＦにより、冷却ファン６の回転と停止を制御している。この冷却システムでは、高速走行時等の十分な走行風Ａが期待できる場合には、ファンクラッチ７のＯＦＦ（断）制御で、冷却ファン６の回転を減少または停止し、これにより、冷却ファン６の駆動によるエネルギー損失を抑えて、燃費向上を図っている。
【０００５】
しかしながら、図２７に示すように、高速走行時等の走行風Ａが十分に吹き込んでくる場合においては、熱交換器４、５の通風経路に回転しない冷却ファン６があるために、この無回転状態の冷却ファン６が抵抗となり、通風抵抗が増加し、通風量が少なくなる。そのため、熱交換器４、５の熱交換効率が下がってしまうという問題がある。
【０００６】
これに関連して、熱交換器コアの背面に設けられたファン本体が、その回転軸の軸線方向に移動自在に設けられ、自動車の走行に伴う風圧によりファン本体が軸方向後方に移動するように構成し、その移動量に比例して本体の羽根の前縁とシュラウドの下流端部との隙間が拡がるように構成した自動車用熱交換器のファンが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
この自動車用熱交換器のファンでは、自動車の中速及び高速走行時には、隙間を大きくして、ファン本体の流体抵抗を減少し、熱交換器コアの通風性を向上させて、熱交換を促進させている。
【０００８】
また、ラジェータの直後にファンシュラウドを備えた冷却ファンを配置し、高速走行時に、シュラウド内のバイパス経路で、ラジエータと冷却ファンを通過しない冷気を冷却ファンの後方のエンジン及び排気系部品に供給するエンジンルームの冷却装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
しかしながら、これらの装置では、高速走行時において、冷気が、冷却ファンのファン本体の外周の外側を通過することになるため、ラジエータを通過する風量を増加させることができず、また、冷却ファンの後流が当たる部分に対して風量を増加させることができないという問題がある。
【特許文献１】実公平７−２９２１６号公報
【特許文献２】特開平０８−２６０９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両搭載の熱交換器の近傍に設けられて該熱交換器内を流れる冷却媒体を冷却する冷却ファンと、該冷却ファンの回転を制御するファン制御装置とを備えた車両の冷却システムにおいて、冷却ファン停止時においても、冷却ファン部分における通風量を増加することができて、冷却効率を向上することができ、これにより、冷却ファンの回転駆動の時間を減少し、燃費の向上を図ることができる車両の冷却システム及び冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記のような目的を達成するための車両の冷却システムは、車両搭載の熱交換器の近傍に設けられて該熱交換器内を流れる冷却媒体を冷却する冷却ファンと、該冷却ファンの回転を制御するファン制御装置とを備えた車両の冷却システムにおいて、前記冷却ファンの形状を、前記冷却ファンの停止時には、前記冷却ファンの空気抵抗が低減するように変形可能に構成する。
【００１２】
この構成によれば、冷却ファンの形状を変形可能に構成して、冷却ファンを回転する場合には翼のピッチ角度や翼の面積を持って十分な送風量を得ることができる形状とし、冷却ファンの停止時には、例えば、風流れ方向に対向する翼の面積、即ち、走行風が当たる翼の投影面積が減少するように冷却ファンの形状を変形する。これにより、冷却ファンの停止時に、ラジエータ等の熱交換器の後方又は前方等の近傍に位置する冷却ファンが走行風に対して抵抗体となって、走行風が熱交換器を通過する妨げとなることを抑制する。
【００１３】
従って、冷却ファンを停止するような中速走行時又は高速走行時には、走行風に対して空気抵抗を減らすように変形した冷却ファンにより、走行風を十分に取り入れて熱交換器を十分に冷却でき、冷却ファンを回転駆動しなくても熱交換器を冷却できる走行範囲が広がるので、冷却ファンを回転駆動する走行範囲が狭くなり、車両の燃費の向上を図ることができるようになる。また、低速走行時又は停止時には、十分な送風量を確保できるように変形した冷却ファンの回転により、適正な送風量で熱交換器を効率よく冷却することができる。
【００１４】
上記の車両の冷却システムにおいて、前記冷却ファンの形状を、前記冷却ファンのトルクアップ時には、取り込み空気量を増加させるように変形可能に構成すると、低速走行時又は停止時で、より多くの送風量を確保したい場合においても、冷却ファンの形状変化により、適正な送風量で熱交換器を効率よく冷却することができる。更に、回転トルクまたは回転数の大きさに従って、取り込み空気量が増加するように、ばね力等を利用して自動的に形状が変化するように冷却ファンの形状変化機構を構成すると、制御が非常に簡略化する。
【００１５】
上記の車両の冷却システムにおいて、前記冷却ファンの回転を制御するためのファンクラッチと、冷却媒体の温度を検出する温度センサを備え、前記ファン制御装置が、前記温度センサで検出された冷却媒体の温度が所定の温度閾値よりも低い場合には前記冷却ファンの回転を停止させ、高い場合には前記冷却ファンを回転させるように構成すると、冷却媒体の温度によって、冷却ファンの回転と停止の制御を行うことができ、冷却ファンの回転に必要な駆動エネルギーを効率よく使用して、冷却媒体を冷却することができる。
【００１６】
上記の車両の冷却システムにおいて、前記ファン制御装置が、前記冷却媒体の温度が前記所定の温度閾値よりも高い状態が所定時間以上継続した場合には、前記冷却ファンの回転のトルクアップを行うように構成すると、冷却媒体の温度によって、より極め細かく冷却ファンの回転と停止の制御を行うことができ、冷却ファンの回転に必要な駆動エネルギーをより効率よく使用して、冷却媒体を冷却することができる。
【００１７】
上記の車両の冷却システムにおいて、前記冷却ファンは、翼のピッチ角度を変更可能に構成される。つまり、冷却ファンは、停止時は翼を車両の走行方向と同方向に向けて翼のピッチ角度を略ゼロ度にして、走行風の方向から見た翼の投影面積が小さくなるようにすると共に、回転時は翼のピッチ角度を送風可能な角度にして、走行風の方向から見た翼の投影面積が大きくなるようにする。また、更に、トルクアップ時は更に翼のピッチ角度を大きくして、走行風の方向から見た翼の投影面積が更に大きくなるようにして、取り込み空気量を増加させる。
【００１８】
あるいは、上記の車両の冷却システムにおいて、前記冷却ファンは、翼をハブ内に収納可能に構成される。つまり、冷却ファンは、停止時は翼の一部又は全部をハブ内に収納させてハブの外側の翼面積を小さくして走行風の方向から見た翼の投影面積が小さくなるようにすると共に、回転時は翼をハブの外側に伸展してハブの外側の翼面積を大きくして、走行風の方向から見た翼の投影面積が大きくなるようにする。また、更に、トルクアップ時は更に翼の伸展度合いを大きくして、走行風の方向から見た翼の投影面積が更に大きくなるようにして、取り込み空気量を増加させる。
【００１９】
また、上記のような目的を達成するための車両の冷却方法は、車両搭載の熱交換器の近傍に設けられて該熱交換器内を流れる冷却媒体を冷却する冷却ファンと、該冷却ファンの回転を制御するファン制御装置とを備えた車両の冷却方法において、前記冷却ファンの形状を、前記冷却ファンの停止時には、前記冷却ファンの空気抵抗が低減するように変形することを特徴とする。
【００２０】
この車両の冷却方法によれば、冷却ファンを停止するような中速走行時又は高速走行時には、走行風に対して空気抵抗を減らすように変形した冷却ファンにより、走行風を十分に取り入れて燃費の向上を図ることができる。
【００２１】
冷却ファンの形状を変形して、冷却ファンを回転する場合には翼のピッチ角度や翼の面積を持って十分な送風量を得ることができる形状とし、冷却ファンの停止時には、冷却ファンの空気抵抗を低減するように冷却ファンの形状を変形する。これにより、冷却ファンの停止時に、ラジエータ等の熱交換器の後方又は前方等の近傍に位置する冷却ファンが、走行風に対して抵抗体となって、走行風が熱交換器を通過する妨げとなることを抑制する。
【００２２】
従って、冷却ファンを停止するような中速走行時又は高速走行時には、走行風に対して空気抵抗を減らすように変形した冷却ファンにより、走行風を十分に取り入れて熱交換器を十分に冷却でき、冷却ファンを回転駆動しなくても熱交換器を冷却できる走行範囲が広がるので、冷却ファンを回転駆動する走行範囲が狭くなり、車両の燃費の向上を図ることができるようになる。また、低速走行時又は停止時には、十分な送風量を確保できるように変形した冷却ファンの回転により、適正な送風量で熱交換器を効率よく冷却することができる。
【００２３】
上記の車両の冷却方法において、前記冷却ファンの形状を、前記冷却ファンのトルクアップ時には、取り込み空気量を増加させるように変形すると、低速走行時又は停止時で、より多くの送風量を確保したい場合においても、冷却ファンの形状変化により、適正な送風量で熱交換器を効率よく冷却することができる。更に、回転トルクまたは回転数の大きさに従って、取り込み空気量が増加するように、ばね力等を利用して自動的に形状が変化するように冷却ファンの形状変化機構を構成すると、制御が非常に簡略化する。
【００２４】
上記の車両の冷却方法において、前記冷却ファンの回転をファンクラッチで制御すると共に、温度センサで検出した冷却媒体の温度が所定の温度閾値よりも低い場合には前記冷却ファンの回転を停止させ、高い場合には前記冷却ファンを回転させると、冷却媒体の温度によって、冷却ファンの回転と停止の制御を行うことができ、冷却ファンの回転に必要な駆動エネルギーを効率よく使用して、冷却媒体を冷却することができる。
【００２５】
上記の車両の冷却方法において、前記冷却媒体の温度が前記所定の温度閾値よりも高い状態が所定時間以上継続した場合には、前記冷却ファンの回転のトルクアップを行うと、冷却媒体の温度によって、より極め細かく冷却ファンの回転と停止の制御を行うことができ、冷却ファンの回転に必要な駆動エネルギーをより効率よく使用して、冷却媒体を冷却することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る車両の冷却システム及び冷却方法によれば、車両の中速走行時又は高速走行時には、走行風に対して空気抵抗を減らすように変形した冷却ファンの回転を停止することにより、走行風を十分に取り入れて熱交換器の冷却媒体を冷却することができるので、冷却ファンの回転停止の走行範囲を拡大することができる。これにより、冷却ファンの駆動エネルギーを節約でき、燃費の向上を図ることができる。なお、低速走行時又は停止時には、十分な送風量を確保できる形状に変形した冷却ファンの回転により、適正な送風量で熱交換器を効率よく冷却することができる。
【００２７】
更に、冷却ファンを、トルクアップ時には取り込み空気量が増加する形状に変化するように構成すると、低速走行時又は停止時で、より多くの送風量を確保したい場合においても、冷却ファンの形状変化により、適正な送風量で熱交換器を効率よく冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る実施の形態の車両の冷却システム及び冷却方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１に、本発明の実施の形態の車両の冷却システム１の構成を示す。図１に示すように、車両の冷却システム１は、ボディ（車体）２で囲まれたエンジンルームのエンジン３の前方にラジエータ４とインタークーラー５の熱交換器が配置され、この熱交換器４、５の後方で、かつエンジン３の前方に冷却ファン６が配置される。
【００３０】
この冷却ファン６の駆動にはエンジン３の駆動力を分岐して使用しているが、このエンジン３と冷却ファン６の間にファンクラッチ７を設けて、エンジン３が駆動していても、このファンクラッチ７のオンオフ（ＯＮ／ＯＦＦ）制御により、冷却ファン６を回転駆動及び回転停止できるように構成される。
【００３１】
また、ラジエータ４とインタークーラー５を冷却する冷却水（冷却媒体）の温度を測定するために冷却媒体温度検出手段である温度センサ（図示しない）が設けられると共に、この温度センサの検出値である冷却水の温度Ｔｗを入力して、この冷却水の温度Ｔｗに基づいて冷却ファン６の回転を制御するファン制御装置（ファン制御手段）を設けて構成する。
【００３２】
つまり、この車両の冷却システム１は、車両搭載のラジエータ（熱交換器）４とインタークーラー（熱交換器）５の近傍に設けられて、これらの熱交換器４、５内を流れる冷却媒体を冷却する冷却ファン６と、この冷却ファン６の回転を制御するためのファンクラッチ７と、冷却媒体の温度Ｔｗを検出する温度センサ（冷却媒体温度検出手段）と、この温度センサで検出された冷却媒体の温度Ｔｗに基づいて、冷却ファン６の回転を制御するファン制御装置（ファン制御手段）とを有して構成される。
【００３３】
このファン制御装置は、図２に例示するような制御フローに従って、次のような制御を行うように構成される。この図２の制御フローでは、エンジン３がキーオンされてエンジン３が始動されると、制御がスタートし、ステップＳ１１で冷却水の温度Ｔｗが所定の温度閾値Ｔｃより高いか否かを判定（チェック）し、冷却水の温度Ｔｗが所定の温度閾値Ｔｃ以下の低い場合（ＮＯ）には，ステップＳ１3 に行って、冷却ファン６の回転を停止させ、所定の時間Ｔｃ経過した後、ステップＳ１１に戻る。高い場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１2 に行って、冷却ファン６を所定の時間ｔｉの間、回転させる。
【００３４】
ステップＳ１２の後では、ステップＳ１４で、再度、冷却水の温度Ｔｗが所定の温度閾値Ｔｃよりも高いか否かを判定し、低い場合（ＮＯ）には、ステップＳ１５に行って、冷却ファン６の回転のトルクを維持し、高い場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１６に行って、冷却ファン６の回転のトルクアップを行う。
【００３５】
その後、つまり、ステップＳ１５又はステップＳ１６の後は、ステップＳ１１に戻り、この制御フローを繰り返す。なお、エンジンキーがオフされるなどしてエンジン３が停止される場合には、制御の途中であっても、ステップＳ１７の割り込みにより、エンドに行き、この制御を終了する。
【００３６】
この制御により、冷却水（冷却媒体）の温度Ｔｗが所定の温度閾値Ｔｃよりも低い場合には冷却ファン６の回転を停止させ、高い場合には冷却ファン６を回転させると共に、冷却ファン６を回転させてから所定時間ｔｉ経過した後においても冷却水の温度Ｔｗが所定の温度閾値Ｔｃよりも高い場合には、冷却ファン６の回転のトルクアップを行うことができる。つまり、冷却ファン６の回転・停止を切り換える制御の基準は、冷却水の温度Ｔｗとなっている。
【００３７】
なお、冷却ファン６を回転させてから所定時間ｔｉ経過した後においても冷却水の温度Ｔｗが所定の温度閾値Ｔｃよりも高い場合に、冷却ファン６の回転のトルクアップを行う構成としているが、冷却水の温度Ｔｗが所定の温度閾値Ｔｃよりも高い状態が所定時間ｔｉ以上継続した場合に、冷却ファン６の回転のトルクアップを行う構成としてもよい。
【００３８】
この冷却水に対する所定の温度閾値Ｔｃは、エンジンによっても、冷却水の水温計測位置によっても異なるが、エンジンの種類やチューニングによって、例えば、大型車のラジエータ出口水温で、約９０℃となっている。
【００３９】
更に、本発明においては、冷却ファン６の停止時には冷却ファン６の空気抵抗を低減するように、更には、トルクアップ時には取り込み空気量を増加させるように、冷却ファン６の形状を変形するように構成される。
【００４０】
この冷却ファン６に作用するトルクまたは回転数の大きさに応じて翼角度の変化あるいは翼展開度（翼の伸縮度合い）の変化を発生させるように構成しているので、次のような制御ができる。
【００４１】
つまり、冷却水の温度Ｔｗが低い間は、ファンクラッチ７をオフ（断状態）として冷却ファン６の回転を停止し、冷却ファン６の通風抵抗を減少して、走行風Ａによる冷却効果をより多く利用する。また、冷却水の温度Ｔｗが高くなったらファンクラッチ７をオン（接状態）とし、冷却ファン６で送風する。
【００４２】
その後、冷却水の温度Ｔｗの低下が見られた場合はトルクまたは回転数をそのまま維持し、翼角度及び翼面積を一定に保つ。一方、冷却水の温度Ｔｗの低下が見られなかった場合はファンクラッチ７の接続状態を変更して冷却ファン６の回転トルクを増加させ、このトルクアップにより、冷却ファン６の形状変更機構によって自動的に翼角度又は翼面積を更に大きくすることで送風量を増加させる。
【００４３】
この制御を繰り返すことで、必要最小限のファン駆動エネルギーで冷却水温度Ｔｗを所定の範囲内に保つ。この際に、冷却ファン６の形状変化により、冷却ファン６の停止時の熱交換効率が向上するので、ファン回転が必要となる車両走行範囲を減少すると共に、このファン回転時の車両走行範囲の減少によりファン駆動損失が減少する。その結果、車両の燃費が向上する。
【００４４】
次に、回転停止時では、冷却ファン６の走行風Ａの方向から見た投影面積を少なくして通風抵抗が減少し、回転時には投影面積を通常の冷却ファン並に戻して通常の送風量で送風でき、更に、トクルアップした時には、更に投影面積を増加して送風量を増加できる冷却ファン６の構成について説明する。
【００４５】
この冷却ファン６の形状変化の構成としては、冷却ファン６の翼の角度（ピッチ角度）を変更可能に構成した翼角度可変タイプと、冷却ファン６の翼の一部又は全部をハブ内に収納可能に構成した翼収納タイプとがある。
【００４６】
次に、翼角度可変タイプの冷却ファン６について説明する。この翼角度可変タイプの冷却ファン６としては、図３〜図７に示すような回転ハブ型の冷却ファン６Ａと、図８〜図１１の渦巻きばね型の冷却ファン６Ｂ等を使用することができる。これらの冷却ファン６Ａ，６Ｂでは、回転が停止している時は、可動翼６Ａａ，６Ｂａのピッチ角度を小さくして、可動翼６Ａａ，６Ｂａを走行風Ａの方向（車両の走行方向と逆方向）と同じ方向に向けて通風抵抗を最小に近づけると共に、回転している時は、可動翼６Ａａ，６Ｂａのピッチ角度を送風に適した角度とする。また、更に、トルクアップ時は可動翼６Ａａ，６Ｂａのピッチ角度を更に大きくして、取り込み空気量を増加させる。
【００４７】
回転ハブ型の冷却ファン６Ａは、図３〜図７に示すように、可動翼６Ａａとハブ６Ａｂと回転ハブ６Ａｃとを有して構成される。この可動翼６Ａａは、翼回転軸６Ａｄの回りに回転可能に配置された回転筒６Ａｅに固定され、この回転筒６Ａｅは、連結部材６Ａｆにより、ジョイント６Ａｇに連結されている。このジョイント６Ａｇは、回転ハブ６Ａｃに設けられた係合穴に遊嵌される。回転ハブ６Ａｃは、ファン回転軸８に固定され、ハブ６Ａｂはファン回転軸８回りに回転可能に支持される。
【００４８】
ファンクラッチ７がオフ（断状態）にされて、冷却ファン６Ａの回転が停止している時には、ファン回転軸８のトルクはゼロであり、反力ばね６Ａｈの回転方向の付勢力によりハブ６Ａｂは回転方向に関して戻されており、ハブ６Ａｂと回転ハブ６Ａｃの回転方向の位置関係が図５に示すような位置関係となる。
【００４９】
この位置関係では、ジョイント６Ａｇと回転筒６Ａｅとが図５の図面視で略水平の位置関係となり、回転筒６Ａｅに固定支持された可動翼６Ａａは、走行風Ａの方向と同方向を向いた状態となる。この状態では、図４に示すように、走行風Ａの方向から見た時の可動翼６Ａａの投影面積が小さくなり、通風抵抗は小さくなる。
【００５０】
また、ファンクラッチ７がオン（接状態）にされて、冷却ファン６Ａが回転している時には、ファン回転軸８にトルクが発生する。ファン回転軸８が回転し、これに固定されている回転ハブ６Ａｃが回転すると、回転ハブ６Ａｃが回転反力ばね６Ａｈを介してハブ６Ａｂを回転方向に押し回すことになり、回転反力ばね６Ａｈの回転方向の付勢力に打ち勝って、回転反力ばね６Ａｈを縮ませて、ハブ６Ａｂと回転ハブ６Ａｃの回転方向の位置関係を図７に示すような位置関係にする。
【００５１】
この状態では、回転ハブ６Ａｃのずれがジョイント６Ａｇの回転方向のずれとなって、ジョイント６Ａｇと回転筒６Ａｅとが図７の図面視で斜めの位置となり、ジョイント６Ａｇがハブ６Ａｂに対して相対的に移動し、回転筒６Ａｅを回転させる形となる。そのため、回転筒６Ａｅに固定支持された可動翼６Ａａは、翼回転の矢印の方向に回転する。その結果、可動翼６Ａａは、翼回転軸６Ａｄの回りにファンとして作動する設計角度まで回転し、図６及び図７に示すように、送風可能なピッチ角度を持つようになる。
【００５２】
再び、ファンクラッチ７がオフ（断状態）にされて、冷却ファン６Ａの回転が停止すると、ファン回転軸８のトルクがゼロとなり、反力ばね６Ａｈの付勢力によりハブ６Ａｂは戻され、図５に示すような位置関係となり、可動翼６Ａａは、走行風Ａの方向と同方向を向いた状態となり、通風抵抗は小さくなる。
【００５３】
この回転ハブ型の冷却ファン６Ａでは、反力ばね６Ａｈのばね力と、このばね力に対する回転ハブ６Ａｃの回転量、及びこの回転量に対する可動翼６Ａａの回転量を調整することで、冷却ファン６Ａの運転時の翼角度の制御も可能となり、通常回転やトルクアップ回転等のトルクの大きさの変化に従って自動的に翼角度を変えることも可能となる。
【００５４】
渦巻きばね型の冷却ファン６Ｂは、図８〜図１１に示すように、可動翼６Ｂａとハブ６Ｂｂと渦巻きばね６Ｂｃとを有して構成される。この可動翼６Ｂａは、翼回転軸６Ｂｄに固定され、この翼回転軸６Ｂｄはボールねじ６Ｂｅに固定されている。このボールねじ６Ｂｅは円筒状の軸回転ガイド６Ｂｇに螺合し、軸回転ガイド６Ｂｇがハブ６Ｂｂの中心方向に移動すると、翼回転軸６Ｂｄ回りの方向に回転するように構成される。このボールねじ６Ｂｅのハブ６Ｂｂの中心方向側には反力ばね６Ｂｆが配置され、軸回転ガイド６Ｂｇをハブ６Ｂｂの中心方向側に押す付勢力を発揮するように構成されている。渦巻きばね６Ｂｃは、拡径する方向に力を発生するバネであり、一端がファン回転軸８に、他端がハブ６Ｂｂに固定されて、ファン回転軸８の回転が渦巻きばね６Ｂｃを介してハブ６Ｂｂに伝達されるように構成されている。
【００５５】
ファンクラッチ７がオフ（断状態）にされて、冷却ファン６Ｂの回転が停止している時には、ファン回転軸８にトルクが作用せず、渦巻きばね６Ｂｃにもトルクが作用していない。そのため、図８及び図９に示すように、渦巻きばね６Ｂｃはその拡張力により広がった状態となる。この渦巻きばね６Ｂｃの広がり状態への戻り力を利用して軸回転ガイド６Ｂｇを反力ばね６Ｂｆの付勢力に抗して押し上げている。この軸回転ガイド６Ｂｇの押し上げにより、図９に示すように、ボールねじ６Ｂｅを走行風Ａに対して空気抵抗が少なくなる向きに回転させて、可動翼６Ｂａを走行風Ａと略平行な状態にする。この状態では、図９に示すように、走行風Ａの方向から見たときに可動翼６Ａａの投影面積が小さくなり、通風抵抗は小さくなる。
【００５６】
また、ファンクラッチ７がオン（接状態）にされて、冷却ファン６Ｂが回転している時には、図１０及び図１１に示すように、ファン回転軸８にトルクが作用し、渦巻きばね６Ｂｃにもトルクが作用する。このトルクにより、渦巻きばね６Ｂｃをハブ回転方向に回し、渦巻きばね６Ｂｃを縮ませる。この縮みにより、図１１に示すように、反力ばね６Ｂｆの付勢力（戻り）が開放されるので、この付勢力を利用して回転軸ガイド６Ｂｇを押し下げる。この回転軸ガイド６Ｂｇの押し下げにより、ボールねじ６Ｂｅを走行風Ａに対して空気抵抗が大きくなる向きに回転させる。その結果、可動翼６Ｂａは、翼回転軸６Ｂｄの回りにファンとして作動する設計角度まで回転し、図１０及び図１１に示すように、送風可能なピッチ角度を持つようになる。
【００５７】
再び、ファンクラッチ７がオフ（断状態）にされて、冷却ファン６Ｂの回転が停止すると、ファン回転軸８のトルクがゼロとなり、渦巻きばね６Ｂｃが開放されて元の拡がった状態となり、図８及び図９に示すような位置関係となり、可動翼６Ｂａは、走行風Ａの方向と同方向を向いた状態となり、通風抵抗は小さくなる。
【００５８】
この渦巻きばね型の冷却ファン６Ｂでは、渦巻きばね６Ｂｃに作用するトルクの大きさと渦巻きばね６Ｂｃの広がり状態、反力ばね６Ｂｆのばね力、ボールねじ６Ｂｅのネジのピッチ（軸方向移動力に対する可動翼６Ａａの回転量）を調整することで、冷却ファン６Ｂの運転時の翼角度の制御も可能となり、通常回転やトルクアップ回転等のトルクの大きさの変化に従って自動的に翼のピッチ角度を変えることも可能となる。
【００５９】
これらの翼角度可変タイプの冷却ファン６Ａ，６Ｂでは、回転停止時には可動翼６Ａａ，６Ｂａを走行風Ａの方向と同方向に向かせることで通風抵抗を下げ、通過する風量を増加し、回転時には可動翼６Ａａ，６Ｂａを回転してピッチ角度を増加して送風量を上げる。この翼のピッチ角度の大小と通風抵抗の関係の実験値を図２５に示す。冷却ファン６Ａ，６Ｂに流入する走行風Ａの速度が同じ風速Ｖであっても、翼角度（翼のピッチ角）が大であると通風抵抗はＰ１となるが、翼角度が小であると通風抵抗はＰ２となり、通風抵抗は小さくなり、通風量は増加する。
【００６０】
次に、翼収納タイプの冷却ファン６Ｃ，６Ｄ，６Ｅについて説明する。この翼収納タイプの冷却ファン６としては、図１２〜図１５に示すようなテーパーコーン型の冷却ファン６Ｃと、図１６〜図１９の渦巻きばね型の冷却ファン６Ｄと、図２０〜図２３の遠心力型の冷却ファン６Ｅ等を使用することができる。これらの冷却ファン６Ｃ，６Ｄ，６Ｅでは、停止時は翼をハブ内に収納することで空気抵抗を下げ、回転時には翼を伸展することで通風量を上げる。
【００６１】
テーパーコーン型の冷却ファン６Ｃでは、図１２〜図１５に示すように、可動翼６Ｃａをハブ６Ｃｄ内に収納可能な構成とするために、ハブ６Ｃｄ内に可動翼６Ｃａが挿入されるスリット６Ｃｋと、収納機構の中心となるテーパーコーン部６Ｃｅが挿入される空間部６Ｃｉを設けて構成する。このテーパーコーン部６Ｃｅの拡径側があるファン回転軸８側には、雌ねじ部６Ｃｆが固定されており、この雌ねじ部６Ｃｆはファン回転軸８の雄ねじ部６Ｃｊと螺合している。また、テーパーコーン部６Ｃｅの縮径側があるファン回転軸８と反対側には、第１反力ばね６Ｃｈが設けられて、テーパーコーン部６Ｃｅをファン回転軸８側（拡径側）に押している。また、可動翼６Ｃａの可動翼軸６Ｃｄの下端には球体部６Ｃｇを設け、この球体部６Ｃｇをテーパーコーン部６Ｃｅのテーパー部分に当接させる。また、第２反力ばね６Ｃｃを可動翼軸６Ｃｄ回りに配設して可動翼６Ｃａをハブ６Ｃｂの中心側に移動させる付勢力を発生させる。
【００６２】
ファンクラッチ７がオフ（断状態）にされて、冷却ファン６Ｃの回転が停止している時には、図１２及び図１３に示すように、ファン回転軸８のトルクがゼロであり、ハブ６Ｃｂ内のテーパーコーン部６Ｃｅは第１反力ばね６Ｃｈの付勢力でファン回転軸８側に押され、可動翼軸６Ｃｄの球体部６Ｃｇはテーパーコーンのトップ（最小径部）にあり、それに伴って可動翼６Ｃａは第２反力ばね６Ｃｃの付勢力により、ハブ６Ｃｂの中心側に移動し、ハブ６Ｃｂ内のスリット６Ｃｋに収納される。これにより、図１２及び図１３に示すように、走行風Ａの方向から見たときに、可動翼６Ｃａの一部又は全部がハブ６Ｃｄ内に収納されているので、投影面積が少なくなり、通風抵抗は小さくなる。
【００６３】
また、ファンクラッチ７がオン（接状態）にされて、冷却ファン６Ｃが回転している時には、ファン回転軸８にトルクが発生する。この時、図１４及び図１５に示すように、ファン回転軸８に固定された雄ねじ部６Ｃｊが雌ねじ部６Ｃｆ内を回転することによって、雌ねじ部６Ｃｆとこれに固定されたテーパーコーン部６Ｃｅは、第１反力ばね６Ｃｈの付勢力に打ち勝ってファン回転軸８の軸方向に移動する。それに伴って、可動翼軸６Ｃｄの下端の球体部６Ｃｇがテーパーコーン部６Ｃｅのボトム（最大径部）に移動し、可動翼６Ｃａを外側に押し出す。これにより、図１４及び図１５に示すように、可動翼６Ｃａをファンとして作動する設計位置へ伸展させて送風できるようにする。
【００６４】
そして、再び、ファンクラッチ７がオフにされて、トルクがゼロになると、テーパーコーン部６Ｃｅは第１反力ばね６Ｃｈによって押し戻され、可動翼６Ｃａはハブ６Ｃｂ内のスリット６Ｃｋに収納される。
【００６５】
このテーパーコーン型の冷却ファン６Ｃでは、テーパーコーン部６Ｃｅの傾斜、雄ねじ部６Ｃｊと雌ねじ部６Ｃｆ、第１反力ばね６Ｃｈを調整することで、冷却ファン６Ｃの運転時の翼展開度の制御も可能となり、通常回転やトルクアップ回転等のトルクの大きさの変化に従って自動的に翼展開度を変えることも可能となる。
【００６６】
渦巻きばね型の冷却ファン６Ｄでは、図１６〜図１９に示すように、可動翼６Ｄａをハブ６Ｄｂのスリット６Ｄｋ内に収納可能な構成とするために、ハブ６Ｄｂ内に可動翼６Ｄａを押し出すための渦巻きばね６Ｄｃと可動翼６Ｄａを収納するための反力ばね６Ｄｆとを設けて構成する。この渦巻きばね６Ｄｃは、可動翼６Ｄａの中心側に固定した可動翼軸６Ｄｄの下端の渦巻きばね受け６Ｄｅに当接し、渦巻きばね６Ｄｃが拡がった時には可動翼６Ｄａを押し出す役割を持つ。また、渦巻きばね６Ｄｃは、縮径する方向に力を発生するばねであり、一端がファン回転軸８に、他端がハブ６Ｄｂに固定されて、ファン回転軸８の回転が渦巻きばね６Ｄｃを介してハブ６Ｄｂに伝達されるように構成されている。反力ばね６Ｄｆは、ハブ６Ｄｂと、可動翼６Ｄａを支持する可動翼軸６Ｄｄの下端の渦巻きばね受け６Ｄｅの間に設けられ、ハブ６Ｄｂと渦巻きばね受け６Ｄｅとの間が離間する方向に付勢力を発生するように構成される。
【００６７】
ファンクラッチ７がオフ（断状態）にされて、冷却ファン６Ｄの回転が停止している時には、ファン回転軸８にトルクが作用せず、渦巻きばね６Ｄｃにもトルクが作用していない。そのため、図１６及び図１７に示すように、渦巻きばね６Ｄｃは縮径した状態となり、反力ばね６Ｄｆの付勢力（伸び側への戻り）を利用して、渦巻きばね受け６Ｄｅを押してハブ６Ｄｂの内側から離間する。これにより、渦巻きばね受け６Ｄｅに連結された可動翼６Ｄａをハブ６Ｄｂの中心側に移動してスリット６Ｄｋに収納する。これにより、図１６及び図１７に示すように、走行風Ａの方向から見た時に、可動翼６Ｄａの一部又は全部がハブ６Ｄｄのスリット６Ｄｋ内に収納されているので、投影面積が少なくなり、通風抵抗は小さくなる。
【００６８】
また、ファンクラッチ７がオン（接状態）にされて、冷却ファン６Ｄが回転している時には、ファン回転軸８にトルクが作用し、渦巻きばね６Ｄｃにもトルクが作用する。このトルクにより、渦巻きばね６Ｄｃをハブ回転方向に回し、渦巻きばね６Ｂｃの付勢力に対抗して渦巻きばね６Ｂｃを拡げる。この渦巻きばね６Ｄｃの拡がりを利用して渦巻きばね受け６Ｄｅを反力ばね６Ｄｆの付勢力に抗して押し上げる。この渦巻きばね受け６Ｄｅの押し上げにより、渦巻きばね受け６Ｄｅを下端に持つ可動翼軸６Ｄｄと共に可動翼６Ｄａをハブ６Ｄｂの外側に押し出す。これにより、図１８及び図１９に示すように、可動翼６Ｄａをファンとして作動する設計位置へ伸展させて送風できるようにする。
【００６９】
そして、再び、ファンクラッチ７がオフにされて、トルクがゼロになると、渦巻きばね受け６Ｄｅの縮径により、反力ばね６Ｄｆの付勢力で可動翼６Ｄａがスリット６Ｄｋに収納される。
【００７０】
この渦巻きばね型の冷却ファン６Ｄでは、渦巻きばね６Ｄｅの拡径程度、反力ばね６Ｄｆのばね力を調整することで、冷却ファン６Ｄの運転時の翼展開度の制御も可能となり、通常回転やトルクアップ回転等のトルクの大きさの変化に従って自動的に翼展開度を変えることも可能となる。
【００７１】
遠心力型の冷却ファン６Ｅでは、図２１及び図２３に示すように、可動翼６Ｅａをハブ６Ｅｂ内に収納可能な構成とするために、ハブ６Ｅｂ内にスリット６Ｅｋと收縮ばね６Ｅｆを設けて構成する。この收縮ばね６Ｅｆは、可動翼６Ｅａの底部とスリット６Ｅｋの底部との間に設けられ、收縮方向の付勢力により可動翼６Ｅａをスリット６Ｅｋ内に引き込んで収納する役割を持つ。
【００７２】
ファンクラッチ７がオフ（断状態）にされて、冷却ファン６Ｅの回転が停止している時には、図２０及び図２１に示すように、收縮ばね６Ｅｆが縮んだ状態となり、收縮ばね６Ｅｆの收縮方向の付勢力により可動翼６Ｅａをハブ６Ｅｂの中心側に移動してスリット６Ｅｋに収納する。これにより、図２０及び図２１に示すように、走行風Ａの方向から見たときに、可動翼６Ｄａの一部又は全部がハブ６Ｄｄのスリット６Ｄｋ内に収納されているので、投影面積が少なくなり、通風抵抗は小さくなる。
【００７３】
また、ファンクラッチ７がオン（接状態）にされて、冷却ファン６Ｅが回転している時には、可動翼６Ｅａに遠心力が作用するので、この遠心力により、可動翼６Ｅａは收縮ばね６Ｅｆの付勢力に抗して、可動翼６Ｅａを移動してハブ６Ｅｂの外側に伸展させる。これにより、ファンとして作動する設計位置へ可動翼６Ｅａを移動する。これにより、図２２及び図２３に示すように、可動翼６Ｅａをファンとして作動する設計位置へ伸展させて送風できるようにする。
【００７４】
そして、再び、ファンクラッチ７がオフにされて、遠心力がゼロになると、可動翼６Ｅａは收縮ばね６Ｅｆの收縮力でハブ６Ｅｂ内のスリット６Ｅｋに収納される。
【００７５】
この遠心力型の冷却ファン６Ｅでは、可動翼６Ｅａの質量と、收縮ばね６Ｅｆのばね力を調整することで、冷却ファン６Ｅの運転時の翼展開度の制御も可能となり、通常回転やトルクアップ回転等のトルクの大きさの変化に従って自動的に翼展開度を変えることも可能となる。
【００７６】
これらの翼収納タイプの冷却ファン６Ｃ，６Ｄ，６Ｅでは、回転停止時には可動翼６Ｃａ，６Ｄａ，６Ｅａの一部又は全部をハブ６Ｃｂ，６Ｄｂ，６Ｅｂ内に収納することで翼面積を小さくし、取り込み空気が当たる翼自身の空気抵抗を減少し、全体としての通風抵抗を下げ、通過する風量を増加し、回転時には収納されていた可動翼６Ｃａ，６Ｄａ，６Ｅａをハブ６Ｃｂ，６Ｄｂ，６Ｅｂの中心から放射方向に伸展して、翼面積を大きくしてファン送風量を増加する。
【００７７】
この翼展開度の大小と通風抵抗の関係の実験値を図２６に示す。冷却ファン６Ｃ，６Ｄ，６Ｅに流入する走行風Ａの速度が同じ風速Ｖであっても、翼展開度が大で翼面積大であると通風抵抗はＰ１となるが、翼展開度が小で翼面積小であると通風抵抗はＰ２となり、通風抵抗は小さくなり、通風量は増加する。
【００７８】
上記のような翼角度可変タイプや翼収納タイプの冷却ファン６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，，６Ｅを使用することにより、冷却ファン６による風流れの補助が必要ない、車両の中速又は高速走行時では、ファン回転停止時における冷却ファン６自身の空気抵抗を下げることで、ファン停止時の熱交換器４、５の熱交換効率を上げることができる。また、冷却ファン６による風流れの補助が必要となる、車両の低速走行又は車両停止時では、ファン回転時における冷却ファン６の通常の送風性能で、ファン回転時の熱交換器４、５の熱交換効率を維持できる。また、ファン回転のトルクアップ時における冷却ファン６の送風性能を上げることで、トルクアップ時の熱交換器４、５の熱交換効率を上げて冷却水の温度Ｔｗを低く維持することができる。
【００７９】
つまり、冷却ファン６の停止時のファン自身の空気抵抗を下げることで、冷却ファン６による風流れの補助が必要ない場合の熱交換効率を上げることができる。その結果、熱交換器４、５のみで熱交換を行える領域が増え、冷却ファン６の運転時間も減るので、冷却ファン６の駆動損失も含めた熱交換における効率が上がる。
【００８０】
なお、上記の実施の形態の車両の冷却システム及び冷却方法の説明では、冷却ファンをラジエータとインタークーラーの後方に配置した例で説明したが、本発明は、冷却ファンをラジエータとインタークーラーの前方等の近傍に配置して、冷却ファンがラジエータやインタークーラーに送風可能な状態にした場合にも適用でき、この場合には、エンジンの駆動力で直接、冷気ファンを回転できないので、冷却ファンは電動モータ等の駆動力を利用した電動ファンとなり、電気スイッチのＯＮ／ＯＦＦがファンクラッチのＯＮ／ＯＦＦの代りとなる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る実施の形態の車両の冷却システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る車両の冷却方法の一例を示す制御フローの図である。
【図３】翼角度可変タイプの回転ハブ型の冷却ファンの構成を示す側面図である。
【図４】翼角度可変タイプの回転ハブ型の冷却ファンの翼角度小の状態を示す正面図である。
【図５】翼角度可変タイプの回転ハブ型の冷却ファンの翼角度小の状態を示す部分側面図である。
【図６】翼角度可変タイプの回転ハブ型の冷却ファンの翼角度大の状態を示す正面図である。
【図７】翼角度可変タイプの回転ハブ型の冷却ファンの翼角度大の状態を示す部分側面図である。
【図８】翼角度可変タイプの渦巻きばね型の冷却ファンの翼角度小の状態を示す正面図である。
【図９】翼角度可変タイプの渦巻きばね型の冷却ファンの翼角度小の状態を示す部分正面図である。
【図１０】翼角度可変タイプの渦巻きばね型の冷却ファンの翼角度大の状態を示す正面図である。
【図１１】翼角度可変タイプの渦巻きばね型の冷却ファンの翼角度大の状態を示す部分正面図である。
【図１２】翼収納タイプのテーパーコーン型の冷却ファンの翼収納状態を示す正面図である。
【図１３】翼収納タイプのテーパーコーン型の冷却ファンの翼収納状態を示す側断面図である。
【図１４】翼収納タイプのテーパーコーン型の冷却ファンの翼伸展状態を示す正面図である。
【図１５】翼収納タイプのテーパーコーン型の冷却ファンの翼伸展状態を示す側断面図である。
【図１６】翼収納タイプの渦巻きばね型の冷却ファンの翼収納状態を示す正面図である。
【図１７】翼収納タイプの渦巻きばね型の冷却ファンの翼収納状態を示す部分正面図である。
【図１８】翼収納タイプの渦巻きばね型の冷却ファンの翼伸展状態を示す正面図である。
【図１９】翼収納タイプの渦巻きばね型の冷却ファンの翼伸展状態を示す部分正面図である。
【図２０】翼収納タイプの遠心力型の冷却ファンの翼収納状態を示す正面図である。
【図２１】翼収納タイプの遠心力型の冷却ファンの翼収納状態を示す部分正面図である。
【図２２】翼収納タイプの遠心力型の冷却ファンの翼伸展状態を示す正面図である。
【図２３】翼収納タイプの遠心力型の冷却ファンの翼伸展状態を示す部分正面図である。
【図２４】冷却水温度とファン回転数、翼角度、風量の関係を示す図である。
【図２５】走行風の風速と翼角度と通風抵抗の関係の実験値を示す図である。
【図２６】走行風の風速と翼面積と通風抵抗の関係の実験値を示す図である。
【図２７】冷却ファンが回転停止状態の時の走行風の流れを模式的に示す車両の冷却システムの側面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１    車両の冷却システム
２    ボディ
３    エンジン
４    ラジエータ
５    インタークーラー
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ  冷却ファン
６ａ  翼
６Ａａ，６Ｂａ，６Ｃａ，６Ｄａ，６Ｅａ  可動翼
６Ａｂ，６Ｂｂ，６Ｃｂ，６Ｄｂ，６Ｅｂ  ハブ
７    ファンクラッチ
８    ファン回転軸
Ａ    走行風
Ｔｗ  冷却媒体の温度
Ｔｃ  所定の温度閾値
ｔｉ  所定時間
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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