クーリング(乗用車)

To keep pace with ever rising demands to improve fuel consumption, emissions, and passenger comfort, engine cooling is increasingly morphing into the complex task of thermal management. MAHLE has the knowledge and expertise to develop and implement holistic cooling circuit solutions for the engine, charge air, interior air conditioning, and hybrid components such as the electric motor, battery, and power electronics.

Engine cooling components, modules, and systems

Battery cooling

今日の自動車産業において、パワートレインの電動化は最も大きな技術革新の一つです。ハイブリッド車と電気自動車のリチウムイオンバッテリーとパワーエレクトロニクスを冷却し、40°C以下の温度に保つために低温クーラント回路と冷媒回路を内部的にリンクするという手法が編み出されました。その結果生まれたのが、個々の構成部品と制御システムの信頼性を大幅に向上させた新しい、複雑な回路です。

Charge air cooling

燃費向上とCO2排出量削減に有効な対策の1つは、排気量を低減することです。通常、排気量を低減するには、ターボ過給と組み合わせて、出力とトルクの維持・向上を図る方法が用いられます。ターボの過給度が上昇すると、圧縮空気を冷却する必要性が高まります。そのため、インタークーラの果たす役割がより重要になります。マーレが開発したカスケード式水冷インタークーラ内蔵インテークマニフォールドは、圧力損失を最小限に抑えると同時に、コンパクトパッケージ化を実現します。2段階冷却システムを採用したことで、チャージエア温度を冷却水温度近くまで冷却することが可能になります。

インタークーラー
インタークーラには、外気による「空冷インタークーラ」と、冷却水を介して外気に放出する「水冷インタークーラ」の2種類があります。水冷インタークーラはコンパクトパッケージ化や動的応答性に優れているため、今後ますます重要な役割を果たしていくものと思われます。水冷インタークーラのメリットの1つは、車両のフロントエンドではなくエンジンのすぐ近くに設置可能な点です。水冷インタークーラには、低温ラジエータが不可欠な要素となっています。低温ラジエータは従来のインタークーラに比べて設置する際の奥行きが浅いため、フロントエンドのスペースを歩行者保護対策などの広範な用途に有効活用することができます。また、エンジンの近くにインタークーラを配置することで、チャージエア配管の短縮が可能となるため、圧力損失が約50%低減します。空気密度の増加と圧力損失の低減は、エンジン燃焼に使用可能な空気量が増加することを意味しています。結果として、エンジンの応答性が向上します。

詳細エアマネージメント

Coolant pump

自動車のCO2排出量をさらに削減するには、燃焼エンジンが最適動作温度に到達する時間を短縮する方法があります。エンジンのコールドスタート後に冷却水流を静止すると、エンジンで発生した熱が冷却水によって直ちに放熱されることがないため、効率的な暖機が可能となります。

マーレが開発した水圧制御の冷却水ポンプは、シンプルかつ堅牢な設計により軽量化を実現しています。また、既存の各種エンジン冷却回路への対応も可能です。

Cooling modules

クーリングモジュールは、エンジン冷却系部品と、空調回路のコンデンサから構成されています。主な構成要素は、ラジエータとインタークーラです。各部品を最適化し、効率性を最大限に高めています。各車両の設計コンセプトに合わせたクーリングモジュール仕様を実現することで、開発・製造・物流コストの削減に貢献します。

EGR coolers

ディーゼル乗用車・商用車向けの新排ガス規制に適合するためには、エンジン単体を調整するだけでは対応できなくなっています。対応策の一つは、排ガス再循環(EGR)クーラの採用です。これは、エキゾーストマニフォールドとタービンの間で排気ガスの一部を取り出し、これを特殊なクーラを使って冷却した後、再びインタークーラ下流の吸気に戻すという技術です。これによりエンジンの燃焼温度が低下し、NOxガスの生成が抑制されます。EGRクーラ技術は、1999年に量産乗用車への導入が開始されています。ガソリンエンジンについては、今後数年で、燃費向上を目的としたEGRクーラの導入が見込まれています。マーレのEGRクーラはレーザー溶接を採用し、優れた耐食性を実現しています。

また、マーレでは、バイパス機能を搭載したEGRクーラも製品ラインナップに揃えています。バイパス部は、クーラハウジングに一体化された設計になっています。エンジンのコールドスタート時など、特定の動作条件では、EGRクーラの機能を無効化します。これにより、排気ガスの排出量を常に低レベルに抑制することが可能となります。

Low temperature radiators

水冷インタークーラでは、熱は外気に直接放出されず、インタークーラとは独立した低温冷却回路(LT冷却回路)と低温ラジエータ(LTラジエータ)を経由して外気に放出されます。LTラジエータは、エンジンクーリングモジュールに取り付けられます。水冷インタークーラは、空冷インタークーラよりもコンパクトな設計が可能です。これは、空気から冷却水への高い熱伝導率により、優れた冷却機能が得られるためです。また、LTラジエータは、他の冷却機能用として使用することもできます。比較的低温のLT冷却回路の冷却水は、温度の影響を受けやすいリチウムイオンバッテリーやパワーエレクトロニクス、冷媒回路のコンデンサなど、サーマルマネージメントの最適化を図る目的で使用することも可能です。

Oil heating and cooling systems

エンジンの小型化が進む中、エンジンの作動温度は材料の温度限界に近づいています。その結果、加熱・冷却用モジュールの重要性は、今後さらに高まることが予想されます。

加熱・冷却用モジュールの熱交換器は、層状構造が一般的で、エンジンやトランスミッション潤滑油の温度を安定化させる機能があります。熱交換器の働きにより、潤滑油が素早く加熱されるため、コールドスタート時の燃費が大幅に向上します。また、オイル高温時には、オイルの過熱や早期劣化を防止するため、オイル交換回数の低減が図れます。

現在のマーレの加熱・冷却用モジュールは、冷却水の流路ガイドや温度調節に加え、濾過の管理にも対応しています。流路ガイドや流量分布を最適化した冷却水は、エンジンやトランスミッションオイル熱交換器のほか、必要に応じて燃料熱交換器に供給されます。

詳細オイルマネージメント

Radiators

ラジエータは、クーリングモジュールの最も重要な構成要素です。エンジンやEGRクーラなどから冷却水が吸収した熱を外気に放熱する役割があります。ラジエータは、ラジエータコアと冷却水タンクで構成されており、接続口と締結部を備えています。ラジエータコアは通常、アルミ製です。冷却水タンクは、ラジエータコアと同じアルミ製か、ガラス繊維強化ポリアミド製です。

Thermostats and control valves

エンジン冷却機能の多様化にともない、車両内のエネルギーの流れをインテリジェントに制御する必要性が高まっています。各種システムやエンジン部品には、必要に応じて冷却水を適時に供給する必要があります。現代のシステムでは、温度条件や冷却回路も複雑化しています。エンジン運転マップ制御サーモスタットなど、マーレのインテリジェント制御システムは、オンデマンド作動方式の精密な温度制御を実現することで、運転の効率化、低燃費化、摩耗抑制、低排出ガス化を実現します。

Motors for electric pumps

ウォータポンプ(液体ポンプ)用ポンプは、電動モータ駆動です。湿式・乾式ロータの両方に対応しています。最新のハイブリッド乗用車や電気乗用車は、電動ウォータポンプを搭載することで、クーラントフロー制御の向上、燃費の低減、CO2排出量の低減、ポンプの長寿命化、動作音の低減などのメリットを実現することができます。液体中での動作に対応した先進のロータ保護機能で、高い安定性と長動作寿命を実現します。