JP2012061935A - 車両用熱交換器の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率の高い車両用熱交換器の冷却構造を提供する。
【解決手段】バンパ１６に設けられた空気取入口４４と第１クロスメンバに形成された軽量化用の孔２８とを、車両正面視一致させることとした。更にそれぞれの位置を、それらを通過した気流が熱交換器（インタークーラ３６）の左右の端縁３５に当接しないように配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用熱交換器の冷却構造に関する。

一般に大型の貨物用車両では、車両前面に大型バンパが設けられ、バンパの後方には、例えばラジエータやインタークーラなどの熱交換器が設けられている。熱交換器は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の前面に取り付けられ、熱交換器と内燃機関の間に設けられたファンにより熱交換器の前面から外気を引き込み、熱交換器を通過させた冷却風をエンジンの下方や側方を通して、車両後方に流出させている。

ところが、従来バンパには、デザイン上の観点や足掛けなどの用途のため開口が適宜設けられているが、これら開口は、バンパの後方に設けられている熱交換器と、特に関連付けられて形成されてはいなかった。

また内燃機関と熱交換器は、車両の前後方向に設けられたフレーム（サイドフレーム）の間に据え付けられている。内燃機関は、前面や左右側面に、発電機や圧縮機、あるいは吸気管や排気管などの機器類が設けられ、前後・左右が均等に構成されていない。そのため、冷却風も、内燃機関の上下・左右を均等に通過して車両後方に流出されるものではなかった。

更に内燃機関の左右のいずれか流通抵抗が大きい側では、熱交換器を通過した冷却風が、エンジンとサイドフレームとの間を通って熱交換器の前方に戻り、再び熱交換器を通過することが確認されている。このように、冷却風の逆流が発生すると、熱交換器を通過する風量が増加するが、通過する冷却風の温度が上昇し、熱交換器を効率よく冷却できなくなる。それを回避する方法として例えば、車両前面の開口面積を大きくし、これにより、外気を効率よく取り込み、冷却風の温度を大気温度近くに低下させ、且つ熱交換器を通過する風量を増加させて、熱交換器を効果的に冷却させることが知られている。

特開平７−２９１０６２号公報

しかしながら従来は、バンパに設けられた開口の位置とクロスメンバに形成されている軽量化用の孔の位置とは対応して設けられていなかった。そのため、バンパに設けられた開口から流入した外気がクロスメンバに当たり、熱交換器に円滑に導入されないことがあった。

また、バンパの開口から導入された外気が熱交換器の左右の端縁部分に当たると、熱交換器の外方を通って後方に流れる気流が形成される。すると、熱交換器を通過する風量が減少されるとともに内燃機関とサイドフレームとの間を通って熱交換器の前面に逆流してきた冷却風と、熱交換器の外方を通って後方に流れようとする気流との衝突が起きる。すると、双方の気流が滞り、熱交換器を通過する風量の低下をもたらし、効率のよい冷却が実現できなかった。

本発明は上記課題を解決し、冷却風が熱交換器を多量に通過し、高い冷却効率が得られる車両用熱交換器の冷却構造を提供することを目的とする。

本発明は、車両用熱交換器の冷却構造を次のように構成した。
バンパに設けられた、空気取入口として機能する開口の位置と第１クロスメンバに形成された軽量化用の孔の位置とを正面視で一致させる。更に、バンパの空気取入口としての開口の位置と第１クロスメンバの軽量化用の孔の位置を、これらを通過してきた空気が熱交換器の左右端縁に当たることがないように設定する。

本発明にかかる車両用熱交換器の冷却構造によれば、バンパの空気取入口としての開口の位置と第１クロスメンバの軽量用化の孔の位置とが、正面視で一致させてあるので、気流がバンパと第１クロスメンバを効率よく通過し、熱交換器に到達して熱交換器を効果的に冷却できる。

また、バンパと第１クロスメンバの双方を通過した気流が、熱交換器の左右端縁に当接しないことから、熱交換器の端縁の外方を通って後方に流れる気流が発生しない。そのため、内燃機関とサイドフレームの間で反転して前方に流れてくる逆流風とぶつからず、気流の滞留が発生しない。また、逆流風は、熱交換器の前面に到達した後、バンパと第１クロスメンバを通過してきた外気とともに熱交換器を通過し、車両後方に流出する。したがって冷却風が、車両前面から熱交換器を通り、熱交換器が効率よく冷却される。

本発明にかかる車両用熱交換器の冷却構造の一実施形態を示す正面図である。 図１に示す車両用熱交換器の冷却構造の一実施形態を示す側面図である。 図１に示す車両用熱交換器の冷却構造の一実施形態を示す平面図である。 熱交換器の冷却作用を示す平面概略図である。 熱交換器の冷却作用の比較例を示す平面概略図である。 車両を示す正面図である。

本発明にかかる、車両用熱交換器の冷却構造の一実施形態について説明する。
図６に、大型貨物用の車両１０の前面を示す。車両１０の前面には、フロントガラス１２、フロントパネル１４、フロントバンパとしてのバンパ１６などが設けられている。バンパ１６は、バンパ１６の後方に設けられているフレーム２０（図２参照。）に取り付けられている。

フレーム２０は、いわゆるラダー型といわれるフレームで、図３に示すように車両１０の前後方向に２本平行に設けられたサイドフレーム２２と、左右のサイドフレーム２２間に車幅方向に渡された複数のクロスメンバ（第１クロスメンバ２４を、図３に示す。）などから構成されている。サイドフレーム２２は、概ね断面コの字状で、コの字状の開口面を向かい合わせにし、先端に第１クロスメンバ２４が取り付けられている。尚、他のクロスメンバの説明は省略する。

第１クロスメンバ２４は、図３に示すように、サイドフレーム２２の前端に取り付けてあり、図１に示すように正面には軽量化のための孔２８が、所定の間隔をあけて左右に１対形成されている。尚、第１クロスメンバ２４に設けられる軽量化のための孔は、孔２８以外に適宜設けられていてもよい。また孔２８は、第１クロスメンバ２４の強度などを考慮して形成されている。

図２に、車両１０の内部の前方部分側面を示す。サイドフレーム２２は、車両１０の後方から連続して車両１０の前端まで延びている。左右のサイドフレーム２２の間に、駆動機構３０が、図１、図２及び図３に示すように据え付けられている。駆動機構３０は、内燃機関３２と、熱交換器としてのラジエータ３４及びインタークーラ３６などから構成されている。

内燃機関３２は、例えばインタークーラー付きディーゼルターボチャージドエンジンであり、駆動軸が、ドライブシャフトを介して後輪に連結している（いずれも図示せず。）。尚、内燃機関３２としては、インタークーラー付きディーゼルターボチャージドエンジンに限るものではない。インタークーラ３６とラジエータ３４は、インタークーラ３６をラジエータ３４の前面に配置し、内燃機関３２の前方に重ねて取り付けられている。インタークーラ３６は、第１クロスメンバ２４の後方に設けられている。

ラジエータ３４は、内燃機関３２からの冷却水を通し、冷却風により冷却水を冷却し、温度が低下した冷却水を内燃機関３２内に戻し、内燃機関３２を冷却させる。インタークーラ３６は、排気過給機（図示せず。）で加圧圧縮された高温の吸入用空気を通し、これを冷却風で冷却し、温度を低下させて吸気通路に送り出す。

インタークーラ３６などの熱交換器と内燃機関３２の間には、ファン４０が設けられている。ファン４０は、内燃機関３２からの駆動軸に連結され、駆動軸を介して作動すると熱交換器の前方から外気等を引き込み、引き込んだ外気等を後方に送り出す。

バンパ１６には、図６に示すように空気取入用の取入口４４が、少なくともライセンスプレート（図示せず。）の間隔をあけて設けられている。バンパ１６は、バンパ１６の上縁が、インタークーラ３６などの熱交換器の中心より若干下方に位置するように第１クロスメンバ２４にブラケット等（図示せず。）を介して取り付けられている。ファン４０が内燃機関３２により作動すると、外気が取入口４４を通してバンパ１６の内側に冷却風として導入される。

バンパ１６に形成された取入口４４と、第１クロスメンバ２４に形成された軽量化用の孔２８は、車両１０の中心に対して、左右に少なくとも一箇所ずつ形成してあり、かつ正面視で互いにほぼ一致し、直線状に並ぶ位置に設けられている。

また、これら取入口４４と孔２８の互いに少なくとも正面視で一致した部分は、図１に示すように熱交換器の最も狭い幅の機器の左右両端縁より、それぞれ内側に寄った位置に設けられている。すなわち、取入口４４と孔２８は、それらを通った気流が、インタークーラ３６の左右の端縁３５に掛からない位置に設けられている。

尚、これら取入口４４と孔２８の熱交換器に対する上下方向の位置は、それらを通った気流が、熱交換器に対応して設けられていれば、特に問わない。また、熱交換器は、インタークーラ３６とラジエータ３４に限るものではない。いずれか一方でも、あるいはその他の機器との組み合わせでもよい。

次に、上記熱交換器の冷却構造の作用について説明する。

図４に、車両１０の前方の概略構成を示す。対応する部材には同一の符号を付してある。内燃機関３２が駆動し、内燃機関３２内の冷却水温度が所定値に達すると、ラジエータ３４内を冷却水が流れ、また、ファンクラッチ（図示せず。）が作動し、ファン４０が回転を開始する。また、内燃機関３２の作動回転数が上昇すると、排気過給機が多量の圧縮空気を生成し、高温の空気がインタークーラ３６に送り込まれる。

ファン４０が作動すると、ファン４０はファン４０の前面から空気を吸引し、後方に排出する。これにより、インタークーラ３６及びラジエータ３４に、冷却風が前方から後方に通過する。更に、車両１０は、駆動機構３０の構造とサイドフレーム２２との位置関係などから、運転席側（図４、図５においては図の上方）での気流の流通抵抗が大きいものとする。すると、ファン４０による導入風は、運転者側においてインタークーラ３６等を通過した後、内燃機関３２の側方とサイドフレーム２２との間で反転し、前方に向かう流れが形成される。一方、助手席側では、冷却風は後方に円滑に流出される構造となっている。

次に、図４を用いて冷却風の流れを具体的に説明する。バンパ１６に設けられた取入口４４と、第１クロスメンバ２４に設けられた軽量化用の孔２８は、図４に示すようにインタークーラ３６の左右の端縁３５より内側に位置している。ファン４０により外気が引き込まれると、取入口４４を通過し、気流Ａ及び気流Ｄとなってインタークーラ３６の前面に到達する。取入口４４と孔２８は、インタークーラ３６、加えてラジエータ３４の左右両端縁より内側に位置しているので、孔２８を通過してきた気流Ａ及び気流Ｄは、インタークーラ３６の通気部分に達する。

また正面視左側の運転席側においては、内燃機関３２の側方を通って後方に流れた気流Ａは、気流Ｆとして車両１０の後方へ流れる一方、サイドフレーム２２と内燃機関３２との間で反転し、前方に進行してインタークーラ３６の前面に回り込む気流Ｂとなる。すると前方に回り込んできた気流Ｂと、運転車側に設けられた取入口４４と孔２８を通過してインタークーラ３６の前面に到達した気流Ａとが円滑に合流し、車両１０の後方へ向かう気流Ｃとなる。その際、気流Ａを多く取り込むことで、前後方向の圧力差を緩和させ、風温の高い気流Ｂを抑えることができる。

これにより、低温で多量の冷却風がラジエータ３４とインタークーラ３６からなる熱交換器を通過し、ラジエータ３４等の熱交換器が効率よく冷却される。

尚、逆流する気流Ｂは、内熱機関３２の両側で発生するが、内熱機関３２の左右どちら側で多く逆流が発生するかは、エンジンの構造やレイアウト等によって決定される事項である。

図５に比較例を示す。この例は、取入口４４と孔２８は、正面視一致しているが、図５に示すようにこれらはインタークーラ３６の左右の端縁３５にかかる位置に設けられている。すると、取入口４４と孔２８を通過した気流Ａは、端縁３５に当たり、一部はインタークーラ３６を通過し、一部は端縁３５を回り込んで車両１０の後方に流れようとする。

一方、運転席側では、逆流の気流Ｂが形成されるので、後方に流れた気流Ａの一部と気流Ｂとが衝突する。すると、気流Ａと気流Ｂの双方の流通が阻害される。したがって、通過する冷却風の量が増加せず、高い冷却効果が得られないこととなっていた。

本発明は、車両用熱交換器の冷却構造に用いられる。

１０…車両
１６…バンパ
２０…フレーム
２２…サイドフレーム
２４…クロスメンバ
２８…孔
３０…駆動機構
３２…内燃機関
３４…ラジエータ
３５…端縁
３６…インタークーラ
４０…ファン
４４…取入口

Claims (4)

1. 車両の前後方向に沿って設けられた左右１対のサイドフレームと、
   前記サイドフレームの前端に取り付けられた第１クロスメンバと、
   前記第１クロスメンバの前方に設けられたフロントバンパと、
   前記フロントバンパに設けられた空気用の取入口と、
   前記第１クロスメンバに設けられた軽量化用の孔と、
   前記サイドフレーム間に据え付けられた、前記車両の駆動機構及び該駆動機構を冷却する熱交換器と、を備え、
   前記取入口と前記軽量化用の孔とを、前記車両の正面視にて直線状に配置した位置に設けたことを特徴とする車両用熱交換器の冷却構造。
2. 前記取入口及び前記軽量化用の孔を、該取入口と該軽量化用の孔とを通過した気流が、前記熱交換器の左右の端縁に当接しない位置に設けたことを特徴とする請求項１に記載の車両用熱交換器の冷却構造。
3. 前記取入口及び前記軽量化用の孔を、前記車両の中心に対して左右対称の位置に１対設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用熱交換器の冷却構造。
4. 車両の前後方向に沿って設けられた左右１対のサイドフレームと、
   前記サイドフレームの前端に取り付けられた第１クロスメンバと、
   前記第１クロスメンバの前方に設けられたフロントバンパと、
   前記フロントバンパに設けられた取入口と、
   前記第１クロスメンバに設けられた軽量化用の孔と、
   前記サイドフレーム間に据え付けられた、前記車両の駆動機構及び該駆動機構を冷却する熱交換器と、を備え、
   前記取入口と前記軽量化用の孔とを、前記車両の正面視にて直線状に連続した位置に設け、かつ前記取入口及び前記軽量化用の孔を、該取入口と該軽量化用の孔とを通過した気流が、前記熱交換器の端縁に当接しない位置に設け、
   前記内燃機関の左右いずれか一方において、前記熱交換器を通過した冷却風が、前記サイドフレームと前記内燃機関の間で反転し、前記熱交換器の前面に到達するとともに、左右いずれか一方の前記取入口及び前記軽量化用の孔を通過した気流が、前記反転した気流と合流し、前記内燃機関後方に流出することを特徴とする車両用熱交換器の冷却構造。

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