JP6353657B2 - 車両前部の空気取り入れ構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両前部の空気取り入れ構造に関し、特に、シャッタ装置を有する車両前部の空気取り入れ構造に関する。

シャッタ装置は車両前部に設けられており、車両前部から導入された空気を導くダクト内に設けられたシャッタを開閉位置へ作動させてこのダクトを介して車両内部に導入される空気量を調整する。シャッタ装置の後方にはラジエータが配置されており、シャッタを開放位置に移動させることで導入された空気によって冷却されたラジエータを介してエンジンが冷却され、さらにはラジエータを通過してさらに車両後方（エンジンルーム後方）に送られた空気によりエンジン及びエンジン周辺に配置された排気系触媒等が冷却される。逆に、暖機運転の場合はエンジンを冷却しない方が好ましいため、シャッタを閉鎖位置に移動させる調節が行われる。

一方、高速走行時においてシャッタを開放位置のままとして車両前部から空気をダクト内に導入し続けると、導入される空気量の増大に伴って走行抵抗が大きくなり、燃費効率の低下が懸念されるため、エンジンの冷却が十分である場合にはシャッタを閉鎖位置とし、走行抵抗を低下させる調節が行われる。

このようにして、シャッタの開閉調節によって空力性能向上やエンジン過冷却の防止を図り、あわせて燃費の向上を可能とするものである。

特許文献１の図１には、シャッタ装置を有する、上述するような車両前部の空気取り入れ構造の一例が示されている。具体的には、エンジンルームの前面のフロントグリルから導入されてラジエータを通過してエンジンに向かう空気の量が、ラジエータの上流に設けられたシャッタの開閉により調整される。

しかし、特許文献１に示されるような車両前部の空気取り入れ構造によれば、シャッタ装置がフロントグリルから後方へと延在するダクトの高さ方向領域全てに亘って設けられているので、シャッタが閉鎖位置のままシャッタ装置が故障した際や寒冷地を走行中にシャッタが氷雪により固着して動作不能となった際に、エンジンが冷却されずにオーバーヒートし、車両故障が生じるおそれがある。

このような故障を回避するため、車両前部に複数の開口部を有する車両にあっては何れか一方の開口部に通じるダクトにのみシャッタ装置を設けることで、シャッタ開閉機構の故障等に備えていた。或いは、車両前部に一つの開口部のみを有する車両にあっては、開口部の一部にシャッタ装置を設けない常時開口領域を設けることで、シャッタの開閉機構の故障等に備えていた。

特開２０１１−１０５２２０号公報

しかし、これらの技術では、常に開口部の一部が開放された状態にある。したがって、その開口部から取り入れられた空気がエンジンを常に冷却するため、シャッタを閉鎖位置にした場合であっても暖機運転を促進する効果が低下してしまう。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本願発明の目的は、シャッタの動作不能による車両故障のリスクを回避しつつ、走行抵抗を最大限に抑止することができる車両前部の空気取り入れ構造を提供することである。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、車両前部から取り入れた空気をエンジンルームに導入する空気取り入れ構造であって、シャッタの開閉により空気取り入れ量を調整可能な取入れ調整経路と、常時開放状態の常時開放経路と、を備えた空気取り入れ構造において、前記常時開放経路は、車両前部における前記取入れ調整経路の下側に配置されるとともに、取り入れ空気の流入方向が前記エンジンルーム内のエンジン周辺機器に向かう構造としており、前記取入れ調整経路には、エンジンとの熱交換を行う熱交換器が設けられており、前記常時開放経路には、前記熱交換器が設けられておらず、前記取入れ調整経路の後端の出口部の正面にエンジンが位置し、エンジンの下方に前記エンジン周辺機器である排気系触媒が位置し、前記常時開放経路の管路のほぼ同じ高さ位置の車両前後方向後方に前記排気系触媒が位置し、前記常時開放経路の管路よりも上方の高さ位置の車両前後方向後方にエンジンが位置することを特徴とする。

この構成によれば、シャッタが正常に作動する状態においてシャッタが閉鎖位置にある場合には、常時開放経路を通過してエンジン周辺機器を冷却して拡散してきた空気のみがエンジンに向かうので、従来よりも効率的に暖機運転を行うことが可能となり、エンジンの過冷却をより有効に防止することができる。

一方で、シャッタが閉鎖状態で動作不能となった場合には上記エンジン周辺機器を経由してきた空気によって最低限のエンジンの冷却がなされ、オーバーヒート等の車両故障のリスクを回避することができる。

また、エンジン周辺機器には常に冷却を要する部品が配置される場合もあり、この場合、シャッタの開閉状態いかんにかかわらず常時開放経路から流入する空気によって常にエンジン周辺機器が冷却されるので、常に冷却を要するエンジン周辺機器の効果的な冷却を図ることができる。さらに、通常、エンジン周辺機器のうち、常時冷却を要する機器はエンジン下方に配置されていることが多く、この構成によれば、取入れ調整経路及び常時開放経路の構成をよりコンパクトな構成とすることが容易となる。そのうえ、この構成によれば、常時開放経路を通過する空気はエンジンと熱交換を行う熱交換器を通過せず、その熱交換器を冷却しない。よって、暖機運転を行うべくシャッタを閉状態とした際に単にエンジン周辺機器を冷却して拡散してきた空気のみがエンジンに向かうのみならず、車両前部から取り入れた空気がエンジンと熱交換を行う熱交換器を冷却してその冷却された熱交換器によってエンジンが冷却されることもないので、シャッタを閉状態とした場合のエンジンの暖機運転をより効果的なものとすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両前部の空気取り入れ構造において、前記常時開放経路の管路が前記排気系触媒近傍まで延在していることを特徴とする。

本発明によれば、車両前部から取り入れた空気の経路とシャッタの配置との組み合わせにより、シャッタの閉鎖位置での動作不能に起因する車両の故障等のリスクを低下させることができるだけでなく、シャッタが正常に駆動される状態において冷却対象となるエンジン及びエンジン周辺機器に対してより的確な冷却を行うことが可能となる。

本実施の形態における車両前部の空気取り入れ構造を説明する車両の前部斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 シャッタ装置の制御系を示すブロック図である。 本実施の形態におけるシャッタが（ａ）開放位置にある場合及び（ｂ）閉鎖位置にある場合を示す図である。

次に、本実施の形態について図に基づいて詳細に説明する。車両のエンジンルームの前面に設けられた開口部から導入される空気量を調整するシャッタ装置を有する車両前部の空気取り入れ装置の実施の形態を、図１〜４を参照して説明する。

図１は本実施の形態における車両前部の空気取り入れ構造を説明する車両の前部斜視図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３はシャッタ装置の制御系を示すブロック図であり、図４は本実施の形態におけるシャッタが（ａ）開放位置にある場合及び（ｂ）閉鎖位置にある場合を示す図である。

図中の矢印Ｆは車両の前方方向を示し、図中の矢印Ｗは車両の幅方向を示す。

図１に示すように、車両２のエンジンルーム３の前面には二つの開口部２０、２２が設けられており、これらの開口部２０、２２には、図２に示すように、エンジンルーム３内に導入された空気を導くダクト部３０が接続されている。ダクト部３０における車両の前後方向途中位置には、ダクト部３０内における空気の通過を可能とする開放位置と、空気の通過を遮断又は抑制する閉鎖位置とに移動するシャッタ５０を有するシャッタ装置４０が設けられている。車両前部の空気取り入れ構造１０は、開口部２０及び開口部２２、ダクト部３０並びにシャッタ装置４０により主に構成されている。

開口部２０は、図１及び図２に示すように、車両２のエンジンルーム３の前面上方となるヘッドランプ４間に設けられたフロントグリル２０であり、開口部２２は、フロントグリル２０の下部位置にあるバンパ５に穿設されたバンパグリル２２である。

フロントグリル２０とシャッタ装置４０の上部４２との間には、筒状の上部ダクト部３２が設けられており、バンパグリル２２とシャッタ装置の下部４４との間には、筒状の下部ダクト部３４が設けられている。

シャッタ装置４０は、略矩形の枠状体４１を有し、枠状体４１の高さ方向中央位置に車幅方向に延在するフレーム４３によってシャッタ装置４０はシャッタ装置４０の上部４２と下部４４とに仕切られている。

シャッタ装置４０の上部４２には、図示のように５枚のルーバ５２ａが、枠状体４１の側部に車幅方向に延在する回動可能な軸体によって軸支されており、ルーバ５２ａは、回動動作によりシャッタ装置４０の上部４２を閉鎖し、又は図２に示すように開放する上部シャッタ５２を構成する。すなわち、シャッタ装置４０の上部４２は、上部シャッタ５２により開閉可能な開閉可能開口領域４２ａである。

シャッタ装置４０の下部４４には、図示のように上方から３枚のルーバ５４ａが、枠状体４１の側部に車幅方向に延在する回動可能な軸体によって軸支されており、ルーバ５４ａはシャッタ装置４０の下部４４の空気の通過を抑制し、又は図２に示すように開放する下部シャッタ５４を構成する。

このように、上部シャッタ５２（ルーバ５２ａ）と下部シャッタ５４（ルーバ５４ａ）とからなるシャッタ５０を閉鎖位置（図４（ｂ）参照乞う）と開放位置（図２及び図４（ａ）参照乞う）の二位置に回動させることにより、走行中のフロントグリル２０及びバンパグリル２２からエンジンルーム３内に導入される空気量が調整される。

ルーバ５４ａのうちで最下部に位置するルーバ５４ａの下方には、シャッタ装置４０の下部４４を仕切る仕切り板４６が設けられており、仕切り板４６によりシャッタ装置４０の下部４４は、下部シャッタ５４により開閉可能な開閉可能開口領域４４ａと、仕切り板４６と枠状体４１の下部によって区画された常時開口領域４４ｂとに仕切られている。

シャッタ装置４０から後方に、上端が枠状体４１の上部に接続され、下端が仕切り板４６に接続される筒状の後方ダクト部３６がさらに延在し、後方ダクト部３６の後端部には、縮径しつつエンジン６に指向する出口部３８を有するシュラウド３７が取り付けられている。ここで、出口部３８の後方正面にはエンジン６が配置され、エンジン６の周辺部であるエンジン６の下方には、エンジン６から排出された排気を触媒して浄化する、排気系触媒７が配置されている。排気系触媒は、早急な活性化の為にエンジン始動後の急速な暖機が必要なことから、排気マニホールド直下に配置されることが多い。反面、暖気後は触媒の劣化に至る過熱状態となってしまう懸念がある。

尚、エンジン６の周辺部であるエンジン６の下方には、車両によっては図示しないターボチャージャーが設けられることがある。このように、エンジンの下方には、走行時において常に高温となる過熱性のエンジン周辺機器（排気系触媒７、ターボチャージャー等）が設けられることが多い。さらに、エンジン６の周辺部であるエンジン６の下方且つ後方には、その性質上熱に弱いＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）（同じく、図示を省略する）が設けられることもある。これらのエンジン周辺機器は常時冷却されることが望ましい機器である。

シュラウド３７には、所定の条件下でフロントグリル２０及びバンパグリル２２から空気を後方ダクト部３６に、さらにはエンジン６近傍にまで引き込むための空気流を生み出すファン３９が取り付けられている。また、シャッタ装置４０と出口部３８の間には、熱交換器３５が設けられており、熱交換器３５は、図示しない熱媒体流通経路によってエンジン６に繋がっており、この熱媒体流通経路を介してエンジン６と熱交換器３５間での熱交換が行われる。熱交換器３５は、後方ダクト部３６の上部壁及び下部壁に支持部材３６ａによって固定されている。

一方で、シャッタ装置４０から後方に、上端が仕切り板４６に接続された後方ダクト部３６の底部３６ｂにより上部壁が構成され、下端が枠状体４１の下部に接続されて後方に延在する下部壁３３とによって構成された車幅方向に幅広な扁平筒状体である管路３１が、熱交換器３５と同等の車両前後方向位置まで延在している。尚、熱交換器３５は、図２に示すように後方ダクト部３６に配置されており、管路３１には設けられていない。

したがって、ダクト部３０は、上部ダクト部３２及び下部ダクト部３４からシャッタ５０を経て出口部３８に向かう、シャッタ５０の開閉により空気取り入れ量を調整可能な取入れ調整経路１００（図２において破線の矢印で示す）と、ダクト部３０の途中位置であるシャッタ装置４０が設けられた位置から取入れ調整経路１００と分岐し、シャッタ５０を介さない常時開放経路２００（図２において破線の矢印２００で示す）とを有する。常時開放経路２００は、図２に示すように、取入れ調整経路１００の下側に配置されている。

取入れ調整経路１００は、図２に示すように、開閉可能開口領域４２ａ、４４ａから常時開放経路２００と分岐しており、逆に常時開放経路２００は、同図に示すように、常時開口領域４４ｂから取入れ調整経路１００と分岐している。管路３１のほぼ同じ高さ位置の車両前後方向後方には、排気系触媒７が位置する。

次に、シャッタ装置４０におけるシャッタ５０の開閉制御について説明する。シャッタ装置４０は、図３のブロック図に示されるシャッタ開閉制御装置６０を備える。シャッタ装置４０は、ルーバ５２ａ及びルーバ５４ａ（シャッタ５０）と、ルーバ５２ａ及びルーバ５４ａの各軸を回動させる無端ベルト５６（図４参照乞う）として構成される駆動力伝達機構６２と、駆動軸５８（図４参照乞う）を駆動する駆動モータ６４と、車速を検知する車速センサ６６、外気温センサ６８、エンジンの冷却水の温度を検出する冷却水温センサ７０、及び駆動モータ６４を制御する制御部７２を有する。

制御部７２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えたコンピュータである。制御部７２は、ＲＯＭに記憶させたプログラムをＲＡＭ上に展開して対応する処理をＣＰＵに実行させる。

制御部７２には、車速センサ６６、外気温センサ６８、冷却水温センサ７０からの検出信号が入力され、制御部７２はＲＯＭ等に記録されていたプログラムに基づき、これらの検出に応じてルーバ５２ａ及びルーバ５４ａを開放位置とする開作動条件が成立しているか、閉鎖位置とすべき閉作動条件が成立しているかを判定する。

例えば、車速センサ６６により検出される車速が大きく、冷却水温センサ７０により検出される冷却速度が低い場合には走行安定性を向上させるために閉作動を行い、冷却水温センサ７０により検出される冷却水温が高い場合には効率的に冷却するために閉作動を行う制御を行う。

制御部７２が開作動（又は閉作動）を行うべきと判断すると、図４に示すように、制御部７２の開動作指示に基づき駆動モータ６４が駆動軸５８を回動させ、これによって無端ベルト５６（駆動力伝達機構６２）を介してルーバ５２ａ及びルーバ５４ａが同時に回動し、図４に示すように、ルーバ５２ａ及びルーバ５４ａはシャッタ装置４０の上部４２及び下部４４の開閉可能領域４４ａを開状態にする開放位置（図４（ａ）参照乞う）又は閉状態にする閉鎖位置（図４（ｂ）参照乞う）に移動する。

すなわち、上部ダクト部３２に接続された（すなわち、上部ダクト部３２の後端に設けられた）上部シャッタ５２と下部ダクト部３４に接続された（すなわち、下部ダクト部３４の後端に設けられた）下部シャッタ５４とが一体的に作動するので、シャッタ装置４０が一体部品化され、コストを低減させることが可能となっている。

尚、上記開放位置と閉鎖位置間のルーバ５２ａ及びルーバ５４ａの移動は、制御部７２のＲＯＭ等に予め記録された、開放位置と閉鎖位置間のルーバ５２ａ及びルーバ５４ａの回動量に対応する駆動モータ６４の回転角度となる回転数に基づいて行われる。

従って、本実施の形態に係る車両前部の空気取り入れ構造１０によれば、シャッタ５０が正常に作動する状態においてシャッタ５０が閉鎖位置にある場合には、常時開放経路２００を通過して排気系触媒７等のエンジン周辺機器を冷却して拡散してきた空気のみがエンジン６に向かうので、従来よりも効率的に暖機運転を行うことが可能となり、エンジン６の過冷却をより有効に防止することができる。

一方で、シャッタ５０が閉鎖状態で動作不能となった場合には上記エンジン周辺機器を経由してきた空気によって最低限のエンジン６の冷却がなされ、オーバーヒート等の車両故障のリスクを回避することができる。

また、エンジン周辺機器には、過熱性の機器（排気系触媒７やターボチャージャー等）だけでなく、熱に弱い機器（ＥＣＵ等）が存在する場合もある。この場合に、シャッタ５０の開閉状態いかんにかかわらず常時開放経路２００から流入する空気によってこれらのエンジン周辺機器が常に、且つ優先的に冷却されるので、常に冷却を要するエンジン周辺機器の効果的な冷却を図ることができる。

また、取入れ調整経路１００の下側に常時開放経路２００が配置されており、エンジン６の下方に過熱性のエンジン周辺機器である排気系触媒７が位置しているので、取り入れ調整経路１００及び常時開放経路２００をよりコンパクトな管路構成で実現することができる。

さらに、常時開放経路２００を通過する空気はエンジン６と熱交換を行う熱交換器３５を通過せず、その熱交換器３５を冷却しない。よって、暖機運転を行うべくシャッタ５０を閉状態とした際に単にエンジン周辺機器を冷却して拡散してきた空気のみがエンジン６に向かうのみならず、車両前部から導入された空気がエンジン６と熱交換を行う熱交換器３５を冷却してその冷却された熱交換器３５によってエンジン６が冷却されることもないので、シャッタ５０を閉状態とした場合のエンジン６の暖機運転をより効果的なものとすることができる。

そのうえ、上部ダクト部３２及び下部ダクト部３４にそれぞれ設けられた上部シャッタ５２及び下部シャッタ５４を一体的に作動させることができ、シャッタ５０を作動させるための装置構成を一体部品化し、コストを低減させることが可能となる。

上記実施の形態においては、管路３１が熱交換器３５の下部位置に相当する車両前後方向位置まで延在する構成としているが、図２の仮想線で示すように、管路３１をエンジン６の下方位置である排気系触媒７近傍まで延在させる構成としても良い。

この構成によれば、常時開放経路２００によってフロントグリル２０及びバンパグリル２２からダクト部３０内に取り入れられた空気がこの延在した管路によってエンジン６の下方位置にある排気系触媒７近傍位置まで導かれるので、エンジン６の下方に位置する過熱性のエンジン周辺機器である排気系触媒７をより効果的に冷却し続けることが可能となる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態においては、車両２のエンジンルーム３の前面に位置する開口部をフロントグリル２０とバンパグリル２２の二つとし、これらの開口部からそれぞれシャッタ装置４０に接続される上部ダクト部３２及び下部ダクト部３４を設ける構成としたが、この構成に限られるものではない。すなわち、車両２のエンジンルーム３の前面に位置する開口部をフロントグリルのみとし、このフロントグリルの上端及び下端からシャッタ装置４０の上端及び下端までを接続するただ一つの筒状のダクトを設ける構成としてもよい。

この構成によれば、シャッタを介する取入れ調整経路１００とシャッタを介さない常時開放経路２００を備える車両空気取り入れ構造において、常時開放経路２００がエンジンルーム内の過熱性のエンジン周辺機器に向かう構成を有することによる上記発明の利点を享受しつつ、車両前部の空気取り入れ構造の構成の単純化を図ることができる。

さらに、上記実施の形態においては、上部シャッタ５２及び下部シャッタ５４は、無端ベルト５６として構成された駆動力伝達機構６２により一体的に作動されるが、無端ベルトに限らず上部シャッタ５２及び下部シャッタ５４の一体的な作動を可能とするリンク機構等を用いることも可能である。

２ 車両
３ エンジンルーム
６ エンジン
１０ 車両前部の空気取り入れ構造
２０ フロントグリル
２２ バンパグリル
３０ ダクト部
３１ 管路
３２ 上部ダクト部
３４ 下部ダクト部
３５ 熱交換器
３８ 出口部
４０ シャッタ装置
４２ａ、４４ａ 開閉可能開口領域
４４ｂ 常時開口領域
５０ シャッタ
５２ 上部シャッタ
５４ 下部シャッタ
１００ 取入れ調整経路
２００ 常時開放経路

Claims (2)

1. 車両前部から取り入れた空気をエンジンルームに導入する空気取り入れ構造であって、
   シャッタの開閉により空気取り入れ量を調整可能な取入れ調整経路と、常時開放状態の常時開放経路と、を備えた空気取り入れ構造において、
   前記常時開放経路は、車両前部における前記取入れ調整経路の下側に配置されるとともに、取り入れ空気の流入方向が前記エンジンルーム内のエンジン周辺機器に向かう構造としており、
   前記取入れ調整経路には、エンジンとの熱交換を行う熱交換器が設けられており、
   前記常時開放経路には、前記熱交換器が設けられておらず、
   前記取入れ調整経路の後端の出口部の正面にエンジンが位置し、
   エンジンの下方に前記エンジン周辺機器である排気系触媒が位置し、
   前記常時開放経路の管路のほぼ同じ高さ位置の車両前後方向後方に前記排気系触媒が位置し、
   前記常時開放経路の管路よりも上方の高さ位置の車両前後方向後方にエンジンが位置することを特徴とする車両前部の空気取り入れ構造。
2. 前記常時開放経路の管路が前記排気系触媒近傍まで延在していることを特徴とする請求項１に記載の車両前部の空気取り入れ構造。

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