JP2005075216A - 自動車の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 フロントバンパにおけるデザインの自由度を制限することなく、冷却効率を格段と向上させ得る自動車の冷却構造を提供する。
【解決手段】 燃料電池を搭載した燃料電池車両であって、冷却経路が燃料電池を冷却する第１経路と、駆動モータを冷却する第２経路とを有し、車外から取り入れた冷却風の流路が冷却風導入口４ａと、当該冷却風導入口４ａ近傍の導風ダクト１０と、冷却風排出口３ａと、これら冷却風導入口４ａと冷却風排出口３ａとの間に配置されフードリッジ下方に搭載される第２経路内の補助熱交換器８とを有し、冷却風と冷却経路を流れる冷却液とにより熱交換を行う自動車の冷却構造において、冷却風導入口４ａをフロントバンパ４の下方端部における車両前方から目視し難い位置に設け、冷却風導入口４ａから導風ダクト１０を介して導入される冷却風を補助熱交換器８へ導く送風機１１が、補助熱交換器８近傍に配置されるようにした。
【選択図】 図３

Description

本発明は自動車の冷却構造に関し、とりわけ、燃料電池を搭載した燃料電池車両における冷却構造に関する。

従来、車両前部の車幅方向両側部上縁において車両前後方向に延設される一対のフードリッジメンバと、これら一対のフードリッジメンバの下方で当該フードリッジメンバに沿って車両前後方向に延設される一対のフロントサイドメンバと、前記一対のフードリッジメンバに沿って車幅方向両側部に延設される左右のフロントフェンダと、これらフロントフェンダ下方に配設されるフロントフェンダプロテクタと、前記一対のフロントサイドメンバ前端部間に架け渡され車幅方向に向かって延設されるフロントバンパと、当該フロントバンパとフロントフェンダ等に跨って設けられるヘッドランプ等によりフードリッジが構成されている。

このような車体前部のフードリッジ下方を有効活用するべく、例えば特許文献１に記載されるように、車両の駆動源であるエンジンや駆動モータ等を冷却するためのインタークーラやオイルクーラ等の冷却機や補助熱交換器（以下、これらを総称して冷却ユニットと呼ぶ）をフードリッジ下方に設ける車両もあり、この場合、冷却ユニットに対して車外から冷却風を取り込む冷却風導入口が、静圧の大きいフロントバンパ正面における冷却ユニット前方と対応する位置に設けられ、この冷却風導入口と、当該冷却風導入口と冷却ユニットとの間を覆う導風板と、フロントフェンダプロテクタに設けられた冷却風排出口とで冷却風流路を構成するのが一般的である。
特開平６−１５６３１８号公報

ところで、近年、エンジンから排出される排気ガス等による環境汚染の問題や様々な観点から、燃料電池によって駆動力を得る燃料電池車両が開発され、注目を浴びている。この燃料電池車両は、水素と酸素との反応により生じる電流を利用して駆動力を得るもので、水素と酸素との間に設けられ湿った状態で酸素を透過する固体高分子膜を電解質膜として用いる固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）が一般的である。

かかる燃料電池車両では、燃料電池の作動温度が70〔℃〕〜90〔℃〕程度と低いものの、発熱量は取り出し電力が大きい場合に内燃機関と同等となることがあることから、各フロントサイドメンバ前方の車幅方向に延びて設けられたバンパレインフォース後方に配設される熱交換器としてのラジエータの容量を拡大しなければならず、このため、フードリッジ下方に補助熱交換器としての補助ラジエータを配設する傾向がある。

しかしながら、このような燃料電池車両では、ラジエータの冷却効率を向上させるべく当該ラジエータに対してフロントバンパ中央部に設けた開口から最大限の冷却風を取り入れる必要があるため、一般的にフロントバンパにおける車両前方から見てほぼ中央の正面に設けられるライセンスプレートを、フロントバンパにおける車幅方向左右いずれかの端部にずらして配置しなければならず、フードリッジ下方に備える補助ラジエータへ向けた冷却風導入口を、このフロントバンパ端部に設けることが困難になってしまう場合がある。

また、静圧の大きいフロントバンパにおける前記補助ラジエータに対応した位置に冷却風導入口を設けた場合、この補助ラジエータの前方側がフロントバンパにおける車両前方の正面から目視し易く、ここに冷却風導入口を設けるためにはフロントバンパにおけるデザインの自由度を制限する必要が生じてしまう。

そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、フロントバンパにおけるデザインの自由度を制限することなく、冷却効率を格段と向上させ得る自動車の冷却構造を提供することを目的とする。

本発明にあっては、固体高分子膜を電解質膜として用いてなる燃料電池を搭載した燃料電池車両であって、冷却経路が上記燃料電池を冷却する第１経路と、駆動モータを冷却する第２経路とを有し、車外から取り入れた冷却風の流路が冷却風導入口と、当該冷却風導入口近傍の導風ダクトと、冷却風排出口と、これら冷却風導入口と冷却風排出口との間に配置されフードリッジ下方に搭載される上記第２経路内の補助熱交換器とを有し、上記冷却風と上記冷却経路を流れる冷却液とにより熱交換を行う自動車の冷却構造において、上記冷却風導入口をフロントバンパの下方端部における車両前方から目視し難い位置に設け、上記冷却風導入口から上記導風ダクトを介して導入される上記冷却風を上記補助熱交換器へ導く送風機が、上記補助熱交換器近傍に配置されたことを特徴としている。

本発明によれば、冷却風導入口をフロントバンパの下方端部における車両前方から目視し難い位置に設けることにより、ライセンスプレートをフロントバンパの車幅方向左右いずれかの端部にずらして配置する場合においても、フロントバンパにおけるデザインの自由度を制限することなく、補助熱交換器に対応させて冷却風導入口を配設することができるとともに、この補助熱交換器近傍に送風機を配置することにより、冷却風導入口から導入される冷却風を積極的に補助熱交換器へ導くため、冷却効率を格段と向上させることができる。かくして、フロントバンパにおけるデザインの自由度を制限することなく、冷却効率を格段と向上させ得る自動車の冷却構造を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面と共に詳述する。なお、以下の実施形態では特に、燃料電池によって駆動力を得る燃料電池車両の冷却構造について説明するが、本発明はこれに限ることはない。

（第１実施形態）
図１ないし図３は、本発明にかかる自動車の冷却構造の第１実施形態を示し、図１は本実施形態における車両前部の概略構成を分解して示す斜視図、図２は図１における車両前部の構造を下方から示す斜視図、図３（ａ）は図１における車両前部の要部を拡大して示す上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）を車両側方から見て示す側面図である。因みに、図３中矢印ｘは車両左側方、矢印ｙは車両後方、矢印ｚは車両上方を指している。

図１および図２に示すように、車両の前部、つまり、図示省略した駆動モータなどのパワーユニットが収納されるフロントコンパートメントは、図外のダッシュパネルによって車室と隔成されている。

そして、車両前部の車幅方向両側部上縁において車両前後方向に延設される図外の一対のフードリッジメンバと、これら一対のフードリッジメンバの下方で当該フードリッジメンバに沿って車両前後方向に延設される一対のフロントサイドメンバ６、６と、前記一対のフードリッジメンバおよびフロントサイドメンバ６、６に沿って車幅方向両側部に延設される左右のフロントフェンダ１、１と、これらフロントフェンダ１、１下方に配設されるフロントフェンダプロテクタ３と、前記一対のフロントサイドメンバ６、６前端部間に架け渡され車幅方向に向かって延設されるフロントバンパ４と、当該フロントバンパ４とフロントフェンダ１に跨って設けられるヘッドランプ２などによりフードリッジが構成されている。

このフードリッジ下方には、パワーユニットを冷却するための補助熱交換器である補助ラジエータ８と、この補助ラジエータ８を車両側に取り付けるためのラジエータブラケット９と、補助ラジエータ８に対して冷却風を送るための送風機１１と、車外から導入される冷却風を送風機１１へ導くための導風ダクト１０とが設けられており、フロントフェンダプロテクタ３における補助ラジエータ８の後方部分には冷却風排出口３ａが穿設されている（この場合、便宜上、車両左側の冷却風排出口３ａのみ図示するが、車両右側についても同様に穿設されている）。

この場合、送風機１１は冷却風の吸入方向と吐出方向とが直交する遠心式押し込みファン等の遠心式送風機でなり、軸方向が車両に対し略垂直となるように補助ラジエータ８より車両前方側に配置され、補助ラジエータ８に図外の防振ゴム等の防振部材を挟んで取り付けられている。

補助ラジエータ８は、当該送風機１１における冷却風の吐出面形状に沿って湾曲した形状でなり、図外の防振ゴム等の防振部材を介してラジエータブラケット９に組み付けられ、このラジエータブラケット９は車両のメタル部品部分、すなわちフロントサイドメンバ６に対し上下方向が略垂直となるように取り付けられている。このとき、ラジエータブラケット９は上面視略Ｌ字型でなり、湾曲した補助ラジエータ８の左右両側部分を保持するように、車両取付側とは反対側の端部が車両前方側へ向けてせり出た（すなわち、この車両取付側とは反対側の端部が上面視で車両前方側へ向けて傾斜した）形状でなる。

また、導風ダクト１０は送風機１１の前方に配置され、後端側をラジエータブラケット９に取り付けられており、前端側をスポンジ素材等でなる緩衝材を介してフロントバンパ４における冷却風導入口４ａ、４ｂの裏面側に対応させて突き当てて固定されている。

一方、フロントバンパ４における車両側方（この場合、左側）の端部には、フロントバンパ４中央部からライセンスプレート５がずらして配設されており、これにより当該フロントバンパ４中央部に設けられる開口、例えばエアダクト４ｃにおいて、ライセンスプレート５によって邪魔されることなく、車外から走行風を冷却風として最大限取り入れ可能となるようになされている。

また、このライセンスプレート５よりも下方の端部には送風機１１に向けて車外から冷却風を導入するための冷却風導入口４ａ、４ｂが開口されており、冷却風導入口４ａ、４ｂの下方端部には車両下方に向かって冷却風導入口４ａ、４ｂにおける圧力を増大させることにより、冷却風導入口４ａ、４ｂ、導風ダクト１０、送風機１１、補助ラジエータ８、冷却風排出口３ａでなる冷却風の流路における冷却風量を増大させるエアダム７ａ、７ｂが延設されている。

そして、この実施形態では図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、冷却風導入口４ａ（４ｂ）から導入した冷却風を、導風ダクト１０によって送風機１１へと導き、この送風機１１における冷却風の吐出面に沿った補助ラジエータ８に向かって冷却風を送り出す。この後、補助ラジエータ８を冷却した冷却風は冷却風排出口３ａから車外へと排出される。

このようにして、本実施形態の冷却構造では、フードリッジ下方のような狭いスペースを有効活用して補助ラジエータ８を配設するような場合においても、車外から冷却風を取り込むための冷却風導入口４ａ、４ｂをフロントバンパ４の下方端部における車両前方から目視し難い位置に設けることにより、ライセンスプレート５をフロントバンパ４の車幅方向左右いずれかの端部にずらして配置する際に、フロントバンパ４におけるデザインの自由度を制限することなく、車外から冷却風を効率よく導入し得る冷却風導入口４ａ、４ｂを補助ラジエータ８に対応させて配設することができる。

しかも、この補助ラジエータ８近傍に送風機１１を設けるため、冷却風導入口４ａ、４ｂから導入した冷却風を、送風機１１によって積極的に補助ラジエータ８へと導くことができるとともに、補助ラジエータ８を送風機１１における冷却風の吐出面に沿った形状で形成するため、当該補助ラジエータ８に対し冷却風を均一に当てることが可能となり、冷却効率を格段と向上させることができる。かくして、フロントバンパ４におけるデザインの自由度を制限することなく、冷却効率を格段と向上させることができる。

また、冷却風導入口４ａ、４ｂの下方端部に、車両下方に向かってエアダム７ａ、７ｂが延設されているため、冷却風導入口４ａ、４ｂにおける圧力を増大させることにより、冷却風導入口４ａ、４ｂ、導風ダクト１０、送風機１１、補助ラジエータ８、冷却風排出口３ａでなる冷却風の流路における冷却風量を増大させることが可能となる。

（第２実施形態）
図４および図５は、本発明にかかる自動車の冷却構造の第２実施形態を示し、図４は本実施形態における車両前部の概略構成を分解して示す斜視図、図５（ａ）は図４における車両前部の要部を拡大して示す上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）を車両側方から見て示す側面図である。因みに、図５中矢印ｘは車両左側方、矢印ｙは車両後方、矢印ｚは車両上方を指している。

本実施形態における自動車の冷却構造は、図１との対応部分に同一符号を付した図４に示すように、補助ラジエータ１２、ラジエータブラケット１３、導風ダクト１４および送風機１５の形状が、それぞれ図１における第１実施形態の補助ラジエータ８、ラジエータブラケット９、導風ダクト１０および送風機１１の形状と異なる点を除いて、図１における自動車の冷却構造とほぼ同様に構成されている。

具体的に、フードリッジ下方に設けられる送風機１５は軸流式吸い込みファンでなり、補助ラジエータ１２の車両後方側に配置され、図外の防振ゴム等の防振材料を挟んで補助ラジエータ１２に取り付けられており、冷却風導入口４ａ、４ｂ（図２および後述の図５参照）から導風ダクト１４を介して導入された冷却風を吸い込むことによって、この冷却風を補助ラジエータ１２に導くようになっており、車両に対し上下方向が略垂直となるように配設されている。

補助ラジエータ１２は車幅方向と平行な矩形状でなり、送風機１５における冷却風の吸込面形状に対応させて配置され、図外の防振ゴム等の防振部材を介してラジエータブラケット１３に組み付けられている。このラジエータブラケット１３は車両のメタル部品部分、すなわちフロントサイドメンバ６に対し上下方向が略垂直となるように取り付けられている。このとき、ラジエータブラケット１３は上面視略Ｌ字型でなり、矩形状の補助ラジエータ１２の外周部分を保持するように、車両取付側から反対側の端部へ向けて車幅方向と平行な形状で形成されている。

また、導風ダクト１４は補助ラジエータ１２の前方に配置され、後端側をラジエータブラケット１３に取り付けられており、前端側をスポンジ素材等でなる緩衝材を介してフロントバンパ４における冷却風導入口４ａ、４ｂの裏面側に対応させて突き当てて固定されている。

そして、この実施形態では、図３（ａ）および図３（ｂ）との対応部分に同一符号を付した図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、冷却風導入口４ａ（４ｂ）から導入した冷却風を、導風ダクト１４によって送風機１５へと導き、この送風機１５によって冷却風を吸い込む過程において、冷却風が補助ラジエータ１２を通り抜けることにより、当該補助ラジエータ１２を冷却する。この後、補助ラジエータ１２を冷却した冷却風は冷却風排出口３ａから車外へと排出される。

このようにして、本実施形態の冷却構造では、フードリッジ下方のような狭いスペースを有効活用して補助ラジエータ１２を配設するような場合においても、車外から冷却風を取り込むための冷却風導入口４ａ、４ｂをフロントバンパ４の下方端部における車両前方から目視し難い位置に設けることにより、ライセンスプレート５をフロントバンパ４の車幅方向左右いずれかの端部にずらして配置する際に、フロントバンパ４におけるデザインの自由度を制限することなく、車外から冷却風を効率よく導入し得る冷却風導入口４ａ、４ｂを補助ラジエータ１２に対応させて配設することができる。

しかも、この補助ラジエータ１２近傍に送風機１５を設けるため、冷却風導入口４ａ、４ｂから導入した冷却風を、送風機１５によって積極的に補助ラジエータ１２へと導くことができるとともに、補助ラジエータ１２を送風機１５における冷却風の吸込面形状に対応させて配置するため、当該補助ラジエータ１２に対し冷却風を均一に当てることが可能となり、冷却効率を格段と向上させることができる。かくして、フロントバンパ４におけるデザインの自由度を制限することなく、冷却効率を格段と向上させることができる。

（第３実施形態）
図６および図７は、本発明にかかる自動車の冷却構造の第３実施形態を示し、図６は本実施形態における車両前部の概略構成を分解して示す斜視図、図７（ａ）は図６における車両前部の要部を拡大して示す上面図、図７（ｂ）は図７（ａ）を車両側方から見て示す側面図である。因みに、図７中矢印ｘは車両左側方、矢印ｙは車両後方、矢印ｚは車両上方を指している。

本実施形態における自動車の冷却構造は、図４との対応部分に同一符号を付した図６に示すように、ラジエータブラケット１７の形状が図４における第２実施形態のラジエータブラケット１３と異なる点と、これに伴って、補助ラジエータ１６、導風ダクト１８および送風機１９の取付形状が、それぞれ図４における第２実施形態の補助ラジエータ１２、導風ダクト１４および送風機１５の取付形状と異なる点を除いて、図４における自動車の冷却構造とほぼ同様に構成されている。

具体的に、フードリッジ下方に設けられる送風機１９は軸流式吸い込みファンでなり、補助ラジエータ１６の車両後方側に配置され、図外の防振ゴム等の防振材料を挟んで補助ラジエータ１６に取り付けられており、冷却風導入口４ａ、４ｂ（図２および後述の図７参照）から導風ダクト１８を介して導入された冷却風を吸い込むことによって、この冷却風を補助ラジエータ１６に導くようになっている。

この補助ラジエータ１６は矩形状でなり、送風機１９における冷却風の吸込面形状に対応させるとともに、導風ダクト１８を介して導入される冷却風が正面から当たるように車両前方に向けて前傾した状態で配置され、図外の防振ゴム等の防振部材を介してラジエータブラケット１７に組み付けられている。このラジエータブラケット１７は車両のメタル部品部分、すなわちフロントサイドメンバ６に取り付けられている。このとき、ラジエータブラケット１７は上面視略Ｌ字型でなり、矩形状の補助ラジエータ１６の外周部分を保持するように、車両取付側から反対側の端部へ向けた面が車両前方に向けて前傾した形状で形成されている。

また、導風ダクト１８は補助ラジエータ１６の前方に配置され、後端側をラジエータブラケット１７に取り付けられており、前端側をスポンジ素材等でなる緩衝材を介してフロントバンパ４における冷却風導入口４ａ、４ｂの裏面側に対応させて突き当てて固定されている。

そして、この実施形態では、図５（ａ）および図５（ｂ）との対応部分に同一符号を付した図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、冷却風導入口４ａ（４ｂ）から導入した冷却風を、導風ダクト１８によって送風機１９へと導き、この送風機１９によって冷却風を吸い込む過程において、冷却風が補助ラジエータ１６を通り抜けることにより、当該補助ラジエータ１６を冷却する。この後、補助ラジエータ１６を冷却した冷却風は冷却風排出口３ａから車外へと排出される。

このようにして、本実施形態の冷却構造では、フードリッジ下方のような狭いスペースを有効活用して補助ラジエータ１６を配設するような場合においても、車外から冷却風を取り込むための冷却風導入口４ａ、４ｂをフロントバンパ４の下方端部における車両前方から目視し難い位置に設けることにより、ライセンスプレート５をフロントバンパ４の車幅方向左右いずれかの端部にずらして配置する際に、フロントバンパ４におけるデザインの自由度を制限することなく、車外から冷却風を効率よく導入し得る冷却風導入口４ａ、４ｂを補助ラジエータ１６に対応させて配設することができる。

しかも、この補助ラジエータ１６は、導風ダクト１８を介して導入される冷却風が正面から当たるように車両前方に向けて前傾した状態で配置されるとともに、この補助ラジエータ１６近傍に送風機１９を設けるため、冷却風導入口４ａ、４ｂから導入した冷却風を、送風機１９によって積極的に補助ラジエータ１６へと導くことができるとともに、補助ラジエータ１６を送風機１９における冷却風の吸込面形状に対応させて配置するため、当該補助ラジエータ１６に対し冷却風を均一に当てることが可能となり、冷却効率を格段と向上させることができる。かくして、フロントバンパ４におけるデザインの自由度を制限することなく、冷却効率を格段と向上させることができる。

なお、本発明における自動車の冷却構造を、上述した第１ないし第３実施形態を例に取って説明したが、本発明はこれに限ることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種実施形態を採用することができる。

例えば上述の第１実施形態においては、フロントバンパ４における車両左側方の端部に、当該フロントバンパ４中央部からライセンスプレート５がずらして配設されるようにした場合について述べたが、このライセンスプレート５はフロントバンパ４における車両右側方の端部に配設されるようにしてもよい。

本発明の第１実施形態にかかる自動車の冷却構造を適用した車両前部の概略構成を分解して示す斜視図である。 図１における車両前部の構造を下方から示す斜視図である。 （ａ）は図１における車両前部の要部を拡大して示す上面図、（ｂ）は（ａ）を車両側方から見て示す側面図である。 本発明の第２実施形態にかかる自動車の冷却構造を適用した車両前部の概略構成を分解して示す斜視図である。 （ａ）は図４における車両前部の要部を拡大して示す上面図、（ｂ）は（ａ）を車両側方から見て示す側面図である。 本発明の第３実施形態にかかる自動車の冷却構造を適用した車両前部の概略構成を分解して示す斜視図である。 （ａ）は図６における車両前部の要部を拡大して示す上面図、（ｂ）は（ａ）を車両側方から見て示す側面図である。

符号の説明

３・・・フロントフェンダプロテクタ
３ａ・・・冷却風排出口
４・・・フロントバンパ
４ａ、４ｂ・・・冷却風導入口
５・・・ライセンスプレート
６・・・フロントサイドメンバ
７ａ、７ｂ・・・エアダム
８、１２、１６・・・補助ラジエータ（補助熱交換器）
１１、１５、１９・・・送風機

Claims (5)

1. 固体高分子膜を電解質膜として用いてなる燃料電池を搭載した燃料電池車両であって、冷却経路が上記燃料電池を冷却する第１経路と、駆動モータを冷却する第２経路とを有し、車外から取り入れた冷却風の流路が冷却風導入口と、当該冷却風導入口近傍の導風ダクトと、冷却風排出口と、これら冷却風導入口と冷却風排出口との間に配置されフードリッジ下方に搭載される上記第２経路内の補助熱交換器とを有し、上記冷却風と上記冷却経路を流れる冷却液とにより熱交換を行う自動車の冷却構造において、
   上記冷却風導入口をフロントバンパの下方端部における車両前方から目視し難い位置に設け、
   上記冷却風導入口から上記導風ダクトを介して導入される上記冷却風を上記補助熱交換器へ導く送風機が、上記補助熱交換器近傍に配置された
   ことを特徴とする自動車の冷却構造。
2. 上記送風機は、上記補助熱交換器の車両前方側に配設される
   ことを特徴とする請求項１に記載の自動車の冷却構造。
3. 上記送風機は、上記補助熱交換器の車両後方側に配設される
   ことを特徴とする請求項１に記載の自動車の冷却構造。
4. 上記送風機は上記冷却風の吸入方向と吐出方向とが直交するものでなり、上記補助熱交換器は上記送風機における上記冷却風の吐出面形状に沿った形状でなる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の自動車の冷却構造。
5. 上記冷却風導入口における圧力を増大させることにより、上記冷却風の流路における冷却風量を増大させるエアダムを、上記冷却風導入口の下方端部から車両下方に向かって延設する
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の自動車の冷却構造。

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