JP2010006140A - 車両の前部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車体の前端部中央が円弧状に膨出する車両において、車体の前端部中央に配設された熱交換器と車幅方向外側にずれて配設された熱交換器の双方の冷却能力を車両速度に応じてバランス良く配分すること。
【解決手段】車体前端部の車幅方向中央が平面視で円弧状に膨出した車両の前部構造において、車体前端部において、車幅方向中央に設けられた中央開口部Ｄ１と、車体前端部において、中央開口部Ｄ１の車幅方向外側に設けられた側方開口部Ｄ２と、中央開口部Ｄ１の車両前後方向後方に配設されたラジエータ１０と、側方開口部Ｄ２の車両前後方向後方に配設されたインタークーラ２０と、中央開口部Ｄ１から走行風の一部が導入される開口端部Ｘを備え、走行風の一部をインタークーラ２０へ導くバイパスダクトＲ２と、開口端部Ｘの開口面積Ｓを、車両の車速が相対的に速い場合に相対的に大きくし、車両の車速が相対的に遅い場合に相対的に小さくする開口面積調整部３０と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両の前部構造に関し、特に車体前端部から熱交換器の冷却用空気を導入する技術に関する。

車体前端部から熱交換器の冷却用空気を導入する技術として種々の技術がある。例えば、特許文献１には、中央開口部を通過する走行風をラジエータに導入するダクトと、側方開口部を通過する走行風をインタークーラに導入するダクトと、中央開口部を通過する走行風をインタークーラに導入するバイパスダクトとを備えた構造が開示されている。また、特許文献２には、フロントグリルとラジエータとの間に、グリル開口部から導入された空気をラジエータの前面に導入するダクト装置に、回転軸と羽部部材とを有するシャッタ装置を開閉可能に設けた構造が開示されている。
特開２００８−４９８１５号公報 特開２００７−８１９０号公報

ここで、車体の前端部中央が円弧状に膨出した車両は、高速走行時において、車幅方向中央の走行風の圧力が高く、車幅方向外方に近づくにつれて走行風の圧力が低い傾向がある。このため、車幅方向中央から大きくずれた位置に開口部を設けても、高速走行時には十分な風量を導入することができず、当該位置に設けられた熱交換器の冷却能力が低下してしまう。

この点、特許文献１に開示された技術では、中央開口部の一部からインタークーラに導くバイパスダクトを設けることにより、高速走行時に不足するインタークーラの冷却能力を補っている。しかしながら、このバイパスダクトは、開口面積が車両速度によらず一定であるため、高速走行時に合わせて開口面積を設定すると、低速走行時には過剰にインタークーラに走行風を導入してしまうこととなる。一方、低速走行時には、ラジエータの走行風による冷却能力は不足する傾向にあるため、十分な走行風を導入することが望ましい。

従って、本発明の目的は、車体の前端部中央が円弧状に膨出する車両において、車体の前端部中央に配設された熱交換器と車幅方向外側にずれて配設された熱交換器の双方の冷却能力を車両速度に応じてバランス良く配分することにある。

上記課題を解決するため、本発明においては、車体前端部の車幅方向中央が平面視で円弧状に膨出した車両の前部構造において、前記車体前端部において、車幅方向中央に設けられた第１開口部と、前記車体前端部において、前記第１開口部の車幅方向外側に設けられた第２開口部と、前記第１開口部の車両前後方向後方に配設された第１熱交換器と、前記第２開口部の車両前後方向後方に配設された第２熱交換器と、前記第１開口部から走行風の一部が導入される開口端部を備え、該走行風の一部を前記第２熱交換器へ導くバイパスダクトと、前記開口端部の開口面積を、前記車両の車速が相対的に速い場合に相対的に大きくし、前記車両の車速が相対的に遅い場合に相対的に小さくする開口面積調整手段と、を備えたことを特徴とする車両の前部構造が提供される。

本発明によれば、前記開口面積調整手段が前記開口端部の開口面積を、前記車両の車速が相対的に速い場合に相対的に大きくするため、前記車両の車速が相対的に速い場合に不足する前記第２熱交換器の冷却能力を向上することができる。一方、前記車両の車速が相対的に遅い場合には、前記開口端部の開口面積を相対的に小さくするため、前記第２熱交換器の冷却能力を過剰に向上させることなく、前記第１及び第２熱交換器の冷却能力をバランス良く配分することができる。

また、本発明においては、前記開口端部は、前記第１開口部の正面視で前記第１開口部と重なる位置に配置されている構成としてもよい。この構成によれば、走行風を前記第２熱交換器に確実に導入しながら、走行風を前記第１及び第２熱交換器に配分することができる。

また、本発明においては、前記開口面積調整手段が、前記開口端部において前記バイパスダクトの周壁の一部を構成するフラップ部材と、前記フラップ部材を変位させる駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えた構成であってもよい。この構成によれば、前記開口面積調整手段を簡易な構成で提供することができる。

また、本発明においては、前記開口端部は、前記第１開口部の、前記第２開口部側の端部に配置され、前記フラップ部材は、前記バイパスダクトの周壁のうち、前記第１開口部の中央側の周壁の一部を構成していてもよい。この構成によれば、前記第１開口部から導入された走行風を簡易な構成で前記バイパスダクトに導くことができる。

また、本発明においては、前記第１開口部と前記第１熱交換器との間の空間を囲む区画壁部を更に備え、前記フラップ部材は、前記区画壁部の一部を構成していてもよい。この構成によれば、前記フラップ部材が前記バイパスダクトの周壁のうち、前記第１開口部の中央側の周壁の一部であって、前記区画壁部の一部を構成することにより、前記第１開口部から導入された走行風を更に簡易な構成で前記バイパスダクトに導くことができる。

また、本発明においては、前記第２開口部と前記第２熱交換器との間に設けられ、前記第２開口部から導入される走行風を前記第２熱交換器に案内するダクトを更に備え、前記バイパスダクトを前記ダクトに接続した構成であってもよい。この構成によれば、前記第２熱交換器をより確実に冷却することができ、また、前記第１開口部から導入された走行風を漏れなく前記第２熱交換器に導くことができる。

本発明によれば、車体の前端部中央が円弧状に膨出する車両において、車体の前端部中央に配設された熱交換器と車幅方向外側にずれて配設された熱交換器の双方の冷却能力を車両速度に応じてバランス良く配分することができる。

以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で以下の実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両の前部構造を示す斜視図である。また、図２は、一実施形態に係る車両の前部構造を示す下面図である。

車体前端部には、樹脂等で成形された車幅方向に延びるバンパ７が設けられる。このバンパ７は、車体の空力性能を向上させるため、車幅方向中央が平面視で円弧状に膨出している。バンパ７には、車幅方向中央に中央開口部Ｄ１（第１開口部）が設けられ、この中央開口部Ｄ１の車幅方向外側に側方開口部Ｄ２（第２開口部）が設けられる。

車両の前部には、バンパ７から車両前後方向に延びるフロントサイドフレーム１、２が車幅方向にずれて２つ配設される。このフロントサイドフレーム１、２は、車両前後方向前方側の端部において、車幅方向に延びるフレーム９によって溶接等で結合される。フロントサイドフレーム１、２は、エンジン３ａやトランスミッション３ｂ等から構成されるエンジンユニット３をエンジンマウントを介して支持する。

中央開口部Ｄ１の車両前後方向後方、かつ、エンジンユニット３の車両前後方向前方であって、左右のフロントサイドフレーム１、２間（すなわち、フロントサイドフレーム１の車幅方向内側）には、エンジン３ａの冷却水を空冷するラジエータ（第１熱交換器）１０が配設される。ラジエータ１０の車両前後方向後方には、低速運転時やアイドリング時にエンジン３ａに向かって送風することによりエンジン３ａを空冷するための冷却ファン８ａ、８ｂが２機設けられる。

中央開口部Ｄ１からラジエータ１０までの間には、この空間を囲む区画壁部Ｗが設けられる。これにより、中央開口部Ｄ１から導入された走行風を漏れなくラジエータ１０に案内し、この冷却風によりラジエータ１０を冷却する。また、ラジエータ１０及び区画壁部Ｗは、ラジエータ１０の車両前後方向前方でエア溜まり部Ｖを形成する。

フロントサイドフレーム１の車幅方向外側であって、側方開口部Ｄ２の車両前後方向後方には、エンジン３ａへの吸気をコンプレッサホイルで圧縮した後に、その圧縮された吸気を冷却するインタークーラ（第２熱交換器）２０が配設される。インタークーラ２０は、図示しない吸気ダクトやエアクリーナ等を介してエンジンルーム内から導入された空気を冷却した後に、吸気管Ｉ１や吸気マニホールドＩ２を介してエンジン３ａに供給する。

側方開口部Ｄ２からインタークーラ２０までの間には、側方開口部Ｄ２から導入された走行風をインタークーラ２０に案内するダクトＲ１が設けられる。これにより、インタークーラ２０は、側方開口部Ｄ２から導入された走行風により冷却される。更に、ラジエータ１０とインタークーラ２０との間には、中央開口部Ｄ１から導入された走行風の一部をダクトＲ１に案内するバイパスダクトＲ２が設けられる。バイパスダクトＲ２は、ダクトＲ１に接続されており、中央開口部Ｄ１から走行風の一部が導入される開口端部Ｘを備えている。

開口端部Ｘは、中央開口部Ｄ１の正面視で中央開口部Ｄ１と重なる位置に配置されている。また、開口端部Ｘは、本実施形態では、中央開口部Ｄ１の、側方開口部Ｄ２側の端部に配置される。これにより、インタークーラ２０に走行風を確実に導入しながら、ラジエータ１０とインタークーラ２０に走行風をバランス良く配分することができる。この開口端部Ｘには、開口端部Ｘの開口面積Ｓを、車両の車速が相対的に速い場合に相対的に大きくし、車両の車速が相対的に遅い場合に相対的に小さくする開口面積調整部３０が設けられる。なお、開口面積調整部３０の詳細な構成については後述する。

図３は、車体前部が受ける走行風の圧力に関するシミュレーション結果を示す図である。図中の数字は、対応する領域内の圧力の大きさを相対的に示している。具体的には、（＋）は圧力が大気圧に比べて高いことを示し、（−）は圧力が大気圧に比べて低いことを示している。

車体前部中央が、前述したように、膨出した形状である場合、車体中央に走行風による大きな圧力が負荷されるが、車体中央から離れるにつれて、この圧力は小さくなっていく傾向があることが発明者のシミュレーションにより確認されている。このため、中央開口部Ｄ１からは十分に走行風を導入することができるが、側方開口部Ｄ２からは走行風を導入することが困難であることがわかる。

図４において、（ａ）は車速に対するラジエータ１０の余剰風量を示す図であり、（ｂ）は車速に対するインタークーラ２０の不足風量を示す図である。

図４（ａ）で示すように、車速が増大し、エンジン回転速度が大きくなるにつれて、エンジン３ａが高温になっていくため、ラジエータ１０を冷却するために必要な風量は増加するが、それ以上に、中央開口部Ｄ１周辺に走行風の圧力が集中することにより、実際に中央開口部Ｄ１への風量が増加する。これにより、ラジエータ１０は、冷却に必要な風量に対して、過剰に走行風を導入していることが見てとれる。過剰に走行風を導入すると、例えば、冬季には冷却水が凍結してしまう等の不具合が生じ得る。なお、低速走行時（０〜６０ｋｍ／ｈ程度）には、ラジエータ１０の冷却に必要な風量に対して、実際に導入される風量が不足するが、この場合には、図２で示す冷却ファン８ａ、８ｂによって必要な風量を確保可能である。

図４（ｂ）で示すように、車速が増大し、エンジン回転速度が大きくなるにつれて、吸気の圧縮能力が高まり、圧縮後の吸気温度が上昇していくため、インタークーラ２０を冷却するために必要な風量は増加する。しかし、中央開口部Ｄ１周辺の走行風の圧力が上昇する一方で、一定速度を超えると側方開口部Ｄ２周辺の走行風の圧力はほとんど上昇しない。このため、インタークーラ２０は、冷却に必要な風量に満たない風量しか得られていないことが見てとれる。吸気温度が高いと、圧縮後の吸気が膨張して空気の密度が低くなり、実質的な空気量が減ってしまうため、吸気を圧縮する効果が得られないという問題がある。

上述の問題を解決するため、本実施形態では、開口面積調整部３０を次のような構成としている。図５は、図１のＡ部を拡大した斜視図である。また、図６において、（ａ）は開口面積調整部３０の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は駆動部３２の構成を示す斜視図であり、（ｃ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

開口面積調整部３０は、バイパスダクトＲ２の開口端部Ｘにおいて、バイパスダクトＲ２の周壁の一部を構成するフラップ部材３１と、フラップ部材３１を変位させる駆動部３２と、駆動部３２を制御する制御部３３とを備える。

フラップ部材３１は、バイパスダクトＲ２の開口端部Ｘに回動軸３１ａを中心に回動可能に支持されている。回動軸３１ａは、バイパスダクトＲ２の上面Ｒ２ａと下面Ｒ２ｂとの間で上下方向に延びる。回動軸３１ａの上端部は、バイパスダクトＲ２の上面Ｒ２ａから突出して、バイパスダクトＲ２に対して回動可能に支持される。これと同様に、回動軸３１の下端部は、ダクトの下面Ｒ２ｂから突出して、バイパスダクトＲ２に対して回動可能に支持される。バイパスダクトＲ２の上面Ｒ２ａから突出した上端部には、ボビン形状のラックギヤ３１ｃが固定される。

フラップ部材３１は、車両前後方向後方側の辺３１−１が回動軸３１ａと接合される。車両前後方向前方側の辺３１−２には、その上端部と下端部から突出する突出部３１ｂを有し、この突出部３１ｂが回動軸３１ａを中心に円弧を描くレール状の案内部３１ｄによって、周方向に案内される。案内部３１ｄは、バイパスダクトＲ２の上面Ｒ２ａ及び下面Ｒ２ｂの内側にそれぞれ設けられる。フラップ部材３１は、制御部３３で制御されることにより、ラジエータ１０及び区画壁部Ｗにより形成されるエア溜まり部Ｖに延出するように変位する。

また、フラップ部材３１は、バイパスダクトＲ２の周壁のうち、中央開口部Ｄ１の中央側の周壁の一部を構成する。更に、フラップ部材３１は、本実施形態では、区画壁部Ｗの一部を構成する。これにより、フラップ部材３１と中央側の周壁の一部及び区画壁部Ｗの一部とを共通化できるため、簡易な構成とすることができる。また、これらを共通化することにより、開口面積調整部３０を設けることによる重量増加を抑制することができる。

駆動部３２は、バイパスダクトＲ２の上面Ｒ２ａにボルト等で固定された取付部３２ａと、取付部３２ａに固定されたモータ３２ｂと、モータ３２ｂの出力軸３２ｃに連結された、ラックギヤ３１ｃに対応するピニオンギヤ３２ｄとを有する。このピニオンギヤ３２ｄとラックギヤ３１ｃとが歯合してモータ３２ｂが駆動することにより、回動軸３１ａを中心にフラップ部材３１が回動することとなる。駆動部３３には、制御部３３が接続されている。

制御部３３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコントローラである。制御部３３は、例えば、車速センサから取得した車速に対応するフラップ部材３１の角度を予め記憶されたデータテーブルから読み出し、フラップ部材３１が読み出した角度となるように、駆動部３２を駆動させる。これにより、フラップ部材３１を所望の角度に調整し、バイパスダクトＲ２の開口面積Ｓを調整することが可能となる。

すなわち、開口面積調整部３０は、車速が増大（すなわち、加速）している場合には、
フラップ部材３１を変位させることにより開口端部Ｘの開口面積Ｓを拡大して、ラジエータ１０とバイパスダクトＲ２とが車体正面視で重複する面積を増加させる。これにより、バイパスダクトＲ２を介して、インタークーラ２０に導入する走行風を増加させる。

一方、車速が減少（すなわち、減速）している場合には、フラップ部材３１を変位させることにより開口端部Ｘの開口面積Ｓを減少させて、ラジエータ１０とバイパスダクトＲ２とが車体正面視で重複する面積を減少させる。これにより、バイパスダクトＲ２を介してインタークーラ２０に導入する走行風を減少させる一方で、ラジエータ１０に導入する走行風を増加させる。

なお、制御部３３は、車速センサから取得した車速に基づいて、リアルタイムに駆動部３２を制御してもよいし、予め定められた速度に達した時点で段階的に開口面積Ｓを変更するように駆動部３２を制御してもよい。また、制御部３３は、車両速度だけでなく、ラジエータ１０の冷却水温度やインタークーラ２０の吸気温度を検出し、これらのデータをも考慮して、フラップ部材３１の角度を制御しても構わない。

以上述べた通り、本実施形態によれば、車体の前端部中央が円弧状に膨出する車両において、車体の前端部中央に配設されたラジエータ１０と車幅方向外側にずれて配設されたインタークーラ２０の双方の冷却能力を車両速度に応じてバランス良く配分することができる。

これと同時に、高速走行時に中央開口部Ｄ１からの過剰な走行風の流入を抑制できるため、空力性能を向上することができる。これにより、中央開口部Ｄ１の開口面積Ｓを小さくできるため、フロントグリルのデザイン自由度を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る車両の前部構造を示す斜視図である。 一実施形態に係る車両の前部構造を示す下面図である。 車体前部が受ける走行風の圧力に関するシミュレーション結果を示す図である。 （ａ）は車速に対するラジエータ１０の余剰風量を示す図であり、（ｂ）は車速に対するインタークーラ２０の不足風量を示す図である。 開口面積調整部３０の構成を示す斜視図である。 （ａ）は開口面積調整部３０の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は駆動部３２の構成を示す斜視図であり、（ｃ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

符号の説明

１０ ラジエータ（第１熱交換器）
２０ インタークーラ（第２熱交換器）
３０ 開口面積調整部
Ｄ１ 中央開口部（第１開口部）
Ｄ２ 側方開口部（第２開口部）
Ｒ１ ダクト
Ｒ２ バイパスダクト
Ｖ エア溜まり部
Ｘ 開口端部
Ｗ 区画壁部

Claims (6)

1. 車体前端部の車幅方向中央が平面視で円弧状に膨出した車両の前部構造において、
   前記車体前端部において、車幅方向中央に設けられた第１開口部と、
   前記車体前端部において、前記第１開口部の車幅方向外側に設けられた第２開口部と、
   前記第１開口部の車両前後方向後方に配設された第１熱交換器と、
   前記第２開口部の車両前後方向後方に配設された第２熱交換器と、
   前記第１開口部から走行風の一部が導入される開口端部を備え、該走行風の一部を前記第２熱交換器へ導くバイパスダクトと、
   前記開口端部の開口面積を、前記車両の車速が相対的に速い場合に相対的に大きくし、前記車両の車速が相対的に遅い場合に相対的に小さくする開口面積調整手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の前部構造。
2. 前記開口端部は、前記第１開口部の正面視で前記第１開口部と重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両の前部構造。
3. 前記開口面積調整手段が、
   前記開口端部において前記バイパスダクトの周壁の一部を構成するフラップ部材と、
   前記フラップ部材を変位させる駆動手段と、
   前記駆動手段を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項２に記載の車両の前部構造。
4. 前記開口端部は、
   前記第１開口部の、前記第２開口部側の端部に配置され、
   前記フラップ部材は、前記バイパスダクトの周壁のうち、前記第１開口部の中央側の周壁の一部を構成することを特徴とする請求項３に記載の車両の前部構造。
5. 前記第１開口部と前記第１熱交換器との間の空間を囲む区画壁部を更に備え、
   前記フラップ部材は、前記区画壁部の一部を構成していることを特徴とする請求項４に記載の車両の前部構造。
6. 前記第２開口部と前記第２熱交換器との間に設けられ、前記第２開口部から導入される走行風を前記第２熱交換器に案内するダクトを更に備え、
   前記バイパスダクトを前記ダクトに接続したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両の前部構造。

Images