JP6509277B2 - 車両用熱交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載された空冷式の熱交換器を有する車両用熱交換装置に関する。

この種の装置として、従来、前輪のホイールハウスの前方に、熱交換器としてオイルクーラを配置し、フロントバンパーの導風開口から導入された冷却風を、オイルクーラに導くようにした冷却風導入構造が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の構造では、フロントバンパーとオイルクーラとの間に導風通路形成部材が設けられ、導風通路形成部材に、冷却風をオイルクーラに導くオイルクーラ用導風部が形成される。

特開２０００−１７７４０６号公報

ところで、近年、車両に搭載される各種機器の熱負荷の増大に伴い、熱交換器の熱交換量（熱交換能力）を増加させたいという要求があり、この要求を満たすために、熱交換器を大型化することが考えられる。しかしながら、一般に熱交換器は、例えば上記特許文献１記載のように車両高さ方向の限られたスペースに配置されるため、熱交換器を大型化することは困難である。

本発明の一態様である車両用熱交換装置は、空気導入口が開口されたフロントバンパーの後方に配置され、前面に空気流入部を有する熱交換器と、フロントバンパーと熱交換器との間に配置され、フロントバンパーの空気導入口から熱交換器の空気流入部にかけて冷却風が通過する通路を形成する通路形成部と、を備える。熱交換器は、上端部が下端部よりも後方に位置するように傾斜して配置される。通路形成部は、上面部と、上面部に対向する底面部と、上面部と底面部とを接続する一対の側面部とを有し、上面部、底面部および一対の側面部によって包囲される空間により通路の一部を形成するダクト部材と、ダクト部材の上面部と熱交換器の上端部との間の隙間を塞ぐように配置された閉塞部材と、を有する。ダクト部材の上面部及び底面部は、水平方向に延設され、閉塞部材は、ダクト部材の上面部よりも上方において水平方向に延設される。
また本発明の他の態様である車両用熱交換装置は、空気導入口が開口されたフロントバンパーの後方に配置され、前面に空気流入部を有する熱交換器と、フロントバンパーと熱交換器との間に配置され、フロントバンパーの空気導入口から熱交換器の空気流入部にかけて冷却風が通過する通路を形成する通路形成部と、を備える。熱交換器は、上端部が下端部よりも後方に位置するように傾斜して配置される。通路形成部は、上面部と、上面部に対向する底面部と、上面部と底面部とを接続する一対の側面部とを有し、上面部、底面部および一対の側面部によって包囲される空間により通路の一部を形成するダクト部材と、ダクト部材の上面部と熱交換器の上端部との間の隙間を塞ぐように配置された閉塞部材と、を有する。ダクト部材の上面部と閉塞部材との間に、ダクト部材の上面部よりも下方に突出した車体フレームが配置される。

本発明によれば、熱交換器をその上端部が下端部よりも後方に位置するように傾斜して配置するとともに、ダクト部材の上面部と熱交換器の上端部との隙間を閉鎖部材により塞いで、フロントバンパーの空気導入口から熱交換器にかけて冷却風の通路を形成する。これにより、上下方向の限られた設置スペースに大型の熱交換器を容易に設置することができるとともに、熱交換器の前面の全域に冷却風を導くことができ、熱交換器の熱交換量を増大することができる。

本発明の実施形態に係る車両用熱交換装置が適用される車両の左側下部を車両前方から見た正面図。 図１のII-II線に沿って切断した断面図。 図２の矢視III図。 本発明の実施形態に係る車両用熱交換装置を構成するＡＴＦクーラを左斜め前方から見た斜視図。 本発明の実施形態に係る車両用熱交換装置を構成するＡＴＦクーラとアッパープレートとを左斜め前方から見た斜視図。 本発明の実施形態に係る車両用熱交換装置の左斜め前方から見た斜視図。 本発明の実施形態に係る車両用熱交換装置の右斜め前方から見た斜視図。 本発明の実施形態に係る車両用熱交換装置と車体フレームの一部とを示す斜視図。 図７の矢視VIII図。

以下、図１〜図８を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る車両用熱交換装置は、フロントバンパーの後方に配置された空冷式の熱交換器を有し、この熱交換器に対し車両外部から冷却風を導くように構成される。本実施形態では、熱交換器の一例として、自動変速機の作動油や潤滑油であるＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）を冷却するＡＴＦクーラを用いる。ＡＴＦは、例えば変速機ケース内に配置された電動機等を冷却する冷却油としても用いられる。すなわち、ハイブリッド車両や電気自動車等においては車両駆動源として電動機が設けられるが、この電動機を冷却するためにＡＴＦが用いられる。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用熱交換装置１００が適用される車両の左側下部を車両前方から見た正面図であり、図２および図３は、それぞれ車両用熱交換装置１００の要部構成を概略的に示す断面図（図１のII-II線に沿って切断した断面図）および平面図（図２の矢視III図）である。なお、以下では、図１〜図３に示すように車両の前後方向（長さ方向）、左右方向（幅方向）および上下方向（高さ方向）を定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。

図１に示すように、車両の前部にはフロントバンパー１が取り付けられる。全体の図示は省略するが、フロントバンパー１は左右対称形状を呈し、その前面は、左右方向中央部から左右方向両端部にかけて略円弧状（凸曲面状）に滑らかに形成される。したがって、フロントバンパー１は、左右方向中央部が最も前方に位置しており、左右方向両端部が最も後方に位置する（図３参照）。フロントバンパー１の左端部、すなわち左前輪２の前方には、フォグランプ等の電装品を取り付けるための部品取付け部３が設けられ、部品取付け部３の下方に上下一対の空気導入口４、すなわち上側空気導入口４ａと下側空気導入口４ｂとが開口される。

図２，図３に示すように、空気導入口４は、フロントバンパー１を前後方向に貫通する貫通口であり、左方にかけて傾斜したフロントバンパー１の傾斜部１ａに設けられる。フロントバンパー１の底面にはアンダーカバー５が取り付けられ、フロントバンパー１の後方かつアンダーカバー５の上方の収容空間ＳＰに、ＡＴＦクーラ１０が配置される。すなわち、車両左側の空気導入口４の後方かつ左前輪２（図１）の前方に、ＡＴＦクーラ１０が配置される。

ＡＴＦクーラ１０は自動変速機（不図示）に接続される。本実施形態では、ＡＴＦクーラ１０は、ＡＴＦクーラ１０と自動変速機とを接続する配管の取り回しの容易性等を考慮して左側の空気導入口４の後方に配置される。自動変速機の配置によっては、他の位置（例えばフロントバンパー１の右端部後方）にＡＴＦクーラ１０を配置することもできる。

図２に示すように、ＡＴＦクーラ１０は、正面に空気流入部１１を、背面に空気流出部１２を有し、空気流入部１１が前方を向くように配置されるとともに、上端部が下端部よりも後方に位置するように斜めに傾斜して配置される。すなわち、ＡＴＦクーラ１０は、鉛直線に対し所定角度θ（例えば１８°）で傾設される。空気流入部１１の下端部は、フロントバンパー１の下側空気導入口４ｂとほぼ同一高さに位置し、空気流入部１１の上端部は、上側空気導入口４ａよりも上方に位置する。

フロントバンパー１とＡＴＦクーラ１０との間には、空気導入口４を介して車両前方から収容空間ＳＰに導入された冷却風をＡＴＦクーラ１０に導くための通路２１が形成された通路形成部２０が設けられる。通路形成部２０は、ＡＴＦクーラ１０の前方に配置されたダクト部材３０と、ダクト部材３０の上端部とＡＴＦクーラ１０の上端部との間に配置されたアッパープレート４０とを有する。このように本実施形態の車両用熱交換装置１００は、ＡＴＦクーラ１０と通路形成部２０（ダクト部材３０，アッパープレート４０）とを有する。

図４Ａは、車両用熱交換装置１００の一部、主にＡＴＦクーラ１０を左斜め前方から見た斜視図、図４Ｂは、ＡＴＦクーラ１０とアッパープレート４０とを左斜め前方から見た斜視図、図５および図６は、車両用熱交換装置１００の全体を左斜め前方から見た斜視図および右斜め前方から見た斜視図である。

図４Ａに示すように、ＡＴＦクーラ１０は、左右一対のヘッダパイプ１３，１４と、左右のヘッダパイプ１３，１４の内側に設けられたクーラコア１５とを有する。クーラコア１５は、左右方向に延在して左右両端部がヘッダパイプ１３，１４に接続されるとともに上下方向等間隔に複数並設されたチューブ１６と、各チューブ１６，１６間に配置されたフィン１７（一部のみ図示）とを有する。クーラコア１５の前面および後面に空気流入部１１および空気流出部１２（図１）が設けられ、ＡＴＦは、ＡＴＦクーラ１０において、クーラコア１５を前後方向に通過する冷却風との熱交換により冷却される。

図４Ａ，図６に示すように、左右のヘッダパイプ１３，１４の上端部には、ＡＴＦクーラ１０へＡＴＦが流入およびＡＴＦクーラ１０からＡＴＦが流出するパイプ５１，５２がそれぞれ接続されている。右側のヘッダパイプ１４に接続されたパイプ５２はＡＴＦクーラ１０の右方に、左側のヘッダパイプ１３に接続されたパイプ５１はＡＴＦクーラ１０の上端部前方を通過して右方に延在し、ＡＴＦクーラ１０の右方においてヘッダパイプ１４と平行に延在する。

図４Ａに示すように、ＡＴＦクーラ１０のクーラコア１５の上端部には、溶接などによりステイ１８が固定される。ステイ１８には、ボルトおよびマウントラバーを介して上部ブラケット５３が固定される。上部ブラケット５３は、上方かつ後方に延在し、ボルトを介して不図示の車体フレームに固定される。

図４Ａ，図６に示すように、ＡＴＦクーラ１０のクーラコア１５の下端部には、溶接などによりステイ１９が固定される。ステイ１９には、ボルトおよびマウントラバーを介して下部ブラケット５４が固定される。下部ブラケット５４は、ＡＴＦクーラ１０の右方において上方に延在し、ボルトを介して車体フレームに固定される。すなわち、ＡＴＦクーラ１０の上端部および下端部は、ブラケット５３，５４を介して不図示の車体フレームから支持される。なお、下部ブラケット５４の先端部には、パイプ５１，５２が支持される。

図４Ｂに示すように、上端部のステイ１８には、ボルトを介してアッパープレート４０が固定される。アッパープレート４０は、ＡＴＦクーラ１０とほぼ等しい幅（左右方向長さ）を有する略矩形の平板部材であり、パイプ５１の上部を通過して前方に延在する。

図５，図６に示すように、ダクト部材３０は、上面部３１と、上面部３１に対向する底面部３２と、上面部３１と底面部３２とを接続する左右の側面部３３，３４とを有し、全体が枠状に構成される。図２に示すように、ダクト部材３０の前面および後面には前面開口３５および後面開口３６が形成され、前面開口３５から後面開口３６にかけてダクト部材３０の内部に、通路２１の一部である通路３７が形成される。後面開口３６は、ＡＴＦクーラ１０の空気流入部１１に対向して形成され、通路３７を通過した冷却風は空気流入部１１に導かれる。ダクト部材３０の上面部３１は、アッパープレート４０の前方かつ下方に位置し、底面部３２は、ＡＴＦクーラ１０の下端部の前方に位置する。

ダクト部材３０は、車体フレームに固定される。図７は、車両用熱交換装置１００とダクト部材取付け用の車体フレーム１１０とを示す斜視図であり、図８は、図７の矢視VIII図（前方から見た図）である。図７，図８に示すように、ダクト部材３０の後方かつ右方には、略平板状の車体フレーム１１０が配置される。

車体フレーム１１０は、上下左右方向に延在し、車体フレーム１１０の一部は、ダクト部材３０の右側面部３４とＡＴＦクーラ１０との間およびダクト部材３０の上面部３１とアッパープレート４０との間に介在する。すなわち、ダクト部材３０の右側面部３４の上下方向中央部から上面部３１の左端部にかけて車体フレーム１１０の縁部１１１が介在する。車体フレーム１１０の縁部１１１の近傍には、補強用リブ１１２が設けられる。ダクト部材３０の上面部３１には、上方に向けてフランジ部３８が突設され、フランジ部３８はボルトにより車体フレーム１１０に固定される。

図６に示すように、ダクト部材３０の底面部３２には、マウントラバーを介してブラケット５５が取り付けられる。ブラケット５５は、ダクト部材３０の底面部３２よりも右方に突出し、さらに右側面部３４の右方において上方に延在する。図８に示すように、ブラケット５５の右端部は、ボルトにより車体フレーム１１０に固定される。すなわち、ダクト部材３０の上端部および下端部は、車体フレーム１１０から支持される。

本実施形態に係る車両用熱交換装置１００は以下のように動作する。図２に示すように、車両走行時には、フロントバンパー１の空気導入口４を介して車両前方からダクト部材３０の下側の通路２１内に冷却風（走行風）が流入する。通路３７内に流入した冷却風の一部は、ＡＴＦクーラ１０の下部を通過し、残りはＡＴＦクーラ１０の前面に沿って斜め上方に流れる。この斜め上方に流れた冷却風は、アッパープレート４０に衝突し、ＡＴＦクーラ１０の手前側上方からの冷却風の流出、すなわち冷却風がＡＴＦクーラ１０を通過せずに通路２１から流出することが阻止される。

このとき、通路２１の上部、特にダクト部材３０の上面部３１よりも下方に突出した車体フレーム１１０の後方かつアッパープレート４０の下方に、図２の矢印Ａに示すように冷却風の淀み（淀み部）が生じる。すなわち、車体フレーム１１０の後方において通路面積が急拡大することで淀み部が生じる。このようにＡＴＦクーラ１０が傾斜し、通路２１の上端部が後方にかけて先細状に形成されるとともに、アッパープレート４０の下方に淀み部が生じることで、通路２１の上部（淀み部の後方）への冷却風の流れを促進することができ、空気導入口４よりも上方のＡＴＦクーラ１０を通過する空気量を増大することができる。したがって、ＡＴＦクーラ１０の全域に万遍なく冷却風を導くことができ、ＡＴＦクーラ１０におけるＡＴＦと冷却風との熱交換量（熱交換能力）を増大できる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）車両用熱交換装置１００は、空気導入口４が開口されたフロントバンパー１の後方に配置され、前面に略矩形の空気流入部１１を有するＡＴＦクーラ１０と、フロントバンパー１とＡＴＦクーラ１０との間に配置され、フロントバンパー１の空気導入口４からＡＴＦクーラ１０の空気流入部１１にかけて冷却風が通過する通路２１を形成する通路形成部２０とを備える（図２，図３）。ＡＴＦクーラ１０は、上端部が下端部よりも後方に位置するように傾斜して配置される（図２）。通路形成部２０は、上面部３１と、上面部３１に対向する底面部３２と、上面部３１と底面部３２とを接続する一対の側面部３３，３４とを有し、上面部３１、底面部３２および一対の側面部３３，３４によって包囲される空間に、通路２１の一部である通路３７を形成するダクト部材３０と、ダクト部材３０の上面部３１とＡＴＦクーラ１０の上端部との間の隙間を塞ぐように配置されたアッパープレート４０とを有する（図２，図５）。

このようにＡＴＦクーラ１０を傾斜して配置することで、フロントバンパー１の後方における上下左右方向の長さの限られた収容空間ＳＰ内に、クーラコア１５のチューブ１６の個数（段数）を増加させてクーラコア１５の面積を拡大したＡＴＦクーラ１０、すなわちより大型のＡＴＦクーラ１０を配置することができる。また、ダクト部材３０とアッパープレート４０とにより、空気導入口４からＡＴＦクーラ１０にかけて通路２１を形成するので、ＡＴＦクーラ１０の手前側上方を通過する通路２１からの冷却風の流出を抑えつつ、ＡＴＦクーラ１０の上部側を通過する冷却風量を増加させることができる。これによりＡＴＦクーラ１０における熱交換量を増加させることができ、例えばＡＴＦにより冷却される電動機等の熱負荷の増大に、容易に対処することができる。

（２）アッパープレート４０は、ダクト部材３０の上面部３１よりも上方において水平方向に延設される（図２）。これにより、アッパープレート４０の下方領域に冷却風の淀みを生じやすくなり、淀み部の後方、すなわちＡＴＦクーラ１０の上側部分を通過する冷却風量が増大し、ＡＴＦクーラ１０の熱交換効率が向上する。

（３）ダクト部材３０の上面部３１とアッパープレート４０との間に、ダクト部材３０の上面部３１よりも下方に突出した車体フレーム１１０が配置される（図２）。これにより、アッパープレート４０の下方において冷却風の淀みが一層生じやすくなり、ＡＴＦクーラ１０の全域を通過する冷却風の流れを促進できる。

（４）ダクト部材３０は、上面部３１から突設されたフランジ部３８を有し、フランジ部３８を介して車体フレーム１１０に固定される（図８）。これにより走行風による風圧が作用する枠状のダクト部材３０を、強固に保持することができる。

（５）車体フレーム１１０の縁部１１１は、ダクト部材３０の内部の空間内に突設され、縁部１１１の近傍に補強用リブ１１２が設けられる（図８）。これにより車体フレーム１１０の強度が向上し、車体フレーム１１０の面積、特にＡＴＦクーラ１０のクーラコア１５の前面を覆う面積を減少させることができる。その結果、クーラコア１５の全域に万遍なく冷却風を導くことができ、ＡＴＦクーラ１０における熱交換量を増大できる。

なお、上記実施形態では、ＡＴＦクーラ１０に車両用熱交換装置１００を適用する例を示したが、インタークーラ等、他の空冷式の熱交換器に対しても本発明を同様に適用することができる。また、ＡＴＦに限らず、他の熱媒体を車両用熱交換器に用いることができる。車両用熱交換装置は、車両の左端部ではなく、右端部や左右方向中央部等に配置することもできる。上記実施形態では、フロントバンパー１の上下２箇所に空気導入口４ａ，４ｂを設けたが、空気導入口は１箇所でもよく、空気導入口の個数は上述したものに限らない。

上記実施形態では、ダクト部材３０とＡＴＦクーラ１０との間にアッパープレート４０を設けたが、ＡＴＦクーラ１０を傾斜させたことによりダクト部材３０の上面部３１とＡＴＦクーラ１０の上端部との間に生じる隙間を塞ぐように構成されるのであれば、閉塞部材の構成はこれに限らない。上記実施形態では、ダクト部材３０の上面部３１よりも上方にアッパープレート４０を水平方向に配置したが、アッパープレート４０を水平方向以外、例えば上下方向斜めに配置してもよく、ダクト部材の上面部と閉鎖部材との高さ関係および閉鎖部材の配置の態様は上述したものに限定されない。上記実施形態では、ダクト部材３０の上面部３１とアッパープレート４０との間に、上面部３１よりも下方に突出するように車体フレーム１１０を設けたが、上面部３１から突出させないように設けることもでき、車体フレームの構成は上述したものに限らない。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１ フロントバンパー、４ 空気導入口、１０ ＡＴＦクーラ、１１ 空気流入部、２０ 通路形成部、２１ 通路、３０ ダクト部材、３１ 上面部、３２ 底面部、３３，３４ 側面部、３８ フランジ部、４０ アッパープレート、１００ 車両用熱交換装置、１１０ 車体フレーム、１１１ 縁部、１１２ リブ

Claims (6)

1. 空気導入口が開口されたフロントバンパーの後方に配置され、前面に空気流入部を有する熱交換器と、
   前記フロントバンパーと前記熱交換器との間に配置され、前記フロントバンパーの前記空気導入口から前記熱交換器の前記空気流入部にかけて冷却風が通過する通路を形成する通路形成部と、を備え、
   前記熱交換器は、上端部が下端部よりも後方に位置するように傾斜して配置され、
   前記通路形成部は、
   上面部と、前記上面部に対向する底面部と、前記上面部と前記底面部とを接続する一対の側面部とを有し、前記上面部、前記底面部および前記一対の側面部によって包囲される空間により前記通路の一部を形成するダクト部材と、
   前記ダクト部材の前記上面部と前記熱交換器の上端部との間の隙間を塞ぐように配置された閉塞部材と、を有し、
   前記ダクト部材の前記上面部及び前記底面部は、水平方向に延設され、
   前記閉塞部材は、前記ダクト部材の前記上面部よりも上方において水平方向に延設される、ことを特徴とする車両用熱交換装置。
2. 空気導入口が開口されたフロントバンパーの後方に配置され、前面に空気流入部を有する熱交換器と、
   前記フロントバンパーと前記熱交換器との間に配置され、前記フロントバンパーの前記空気導入口から前記熱交換器の前記空気流入部にかけて冷却風が通過する通路を形成する通路形成部と、を備え、
   前記熱交換器は、上端部が下端部よりも後方に位置するように傾斜して配置され、
   前記通路形成部は、
   上面部と、前記上面部に対向する底面部と、前記上面部と前記底面部とを接続する一対の側面部とを有し、前記上面部、前記底面部および前記一対の側面部によって包囲される空間により前記通路の一部を形成するダクト部材と、
   前記ダクト部材の前記上面部と前記熱交換器の上端部との間の隙間を塞ぐように配置された閉塞部材と、を有し、
   前記ダクト部材の前記上面部と前記閉塞部材との間に、前記ダクト部材の前記上面部よりも下方に突出した車体フレームが配置されることを特徴とする車両用熱交換装置。
3. 請求項１に記載の車両用熱交換装置において、
   前記ダクト部材の前記上面部と前記閉塞部材との間に、前記ダクト部材の前記上面部よりも下方に突出した車体フレームが配置されることを特徴とする車両用熱交換装置。
4. 請求項２に記載の車両用熱交換装置において、
   前記閉塞部材は、前記ダクト部材の前記上面部よりも上方において水平方向に延設されることを特徴とする車両用熱交換装置。
5. 請求項２または３に記載の車両用熱交換装置において、
   前記ダクト部材は、前記上面部から突設されたフランジ部を有し、該フランジ部を介して前記車体フレームに固定されることを特徴とする車両用熱交換装置。
6. 請求項２、３、５のいずれか１項に記載の車両用熱交換装置において、
   前記車体フレームの縁部は、前記ダクト部材の内部の前記空間内に突設され、前記縁部の近傍に補強用リブが設けられることを特徴とする車両用熱交換装置。

Images