JP2014152644A - 冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の走行状態に関係なく、ラジエータを効果的に冷却できるようにする。
【解決手段】エンジン３２を冷却するための冷却溶媒の熱を放熱するラジエータと、燃料タンク５０とエンジン３２との間に配管された燃料流路５２内に設けられ、燃料流路５２内を流れる燃料が通過することによって回転駆動されるタービン５４と、タービン５４の回転駆動によって回転するように設けられ、ラジエータを冷却するための冷却風を導入させるファン４４と、タービン５４よりも下流側で、かつエンジン３２よりも上流側の燃料流路５２に切替バルブ５８を介して設けられ、燃料を一時的に貯留させる貯留タンク５６と、を備えた冷却構造１０とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンを冷却する冷却ユニットがエンジンコンパートメントルームの車体後方側に配置された車両の冷却構造に関する。

排気ガスによって回転駆動されるタービンでファンを回転駆動し、その回転駆動されたファンによってラジエータを冷却する冷却装置は、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

実開昭６１−１４６４２７号公報

しかしながら、このような構造では、車両の低速走行時や停車時には、車両の高速走行時よりも排気ガス量が減少するため、ファンの単位時間当たりの回転数が減少し、ラジエータを効果的に冷却することができないおそれがある。

そこで、本発明は、車両の走行状態に関係なく、ラジエータを効果的に冷却できる冷却構造を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の冷却構造は、エンジンを冷却するための冷却溶媒の熱を放熱するラジエータと、燃料タンクと前記エンジンとの間に配管された燃料流路内に設けられ、該燃料流路内を流れる燃料が通過することによって回転駆動されるタービンと、前記タービンの回転駆動によって回転するように設けられ、前記ラジエータを冷却するための冷却風を導入させるファンと、前記タービンよりも下流側で、かつ前記エンジンよりも上流側の前記燃料流路に切替バルブを介して設けられ、前記燃料を一時的に貯留させる貯留タンクと、を備えたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、タービンよりも下流側で、かつエンジンよりも上流側の燃料流路に、燃料を一時的に貯留させる貯留タンクが、切替バルブを介して設けられている。したがって、車両の低速走行時や停車時において、エンジンに要求される燃料量が減少しても、燃料タンクから貯留タンクへ燃料が流れるように切替バルブを切り替えることで、所望とする単位時間当たりの回転数以上でタービンを回転駆動させるために必要な燃料量が維持される。よって、車両の走行状態（停車も含む）に関係なく、ファンの単位時間当たりの回転数が減少するのが抑制され、ラジエータが効果的に冷却される。

また、本発明に係る請求項２に記載の冷却構造は、エンジンを冷却するための冷却溶媒の熱を放熱するラジエータと、燃料タンクと前記エンジンとの間に配管された燃料流路内に設けられ、該燃料流路内を流れる燃料が通過することによって回転駆動されるタービンと、前記タービンの回転駆動によって回転するように設けられ、前記ラジエータを冷却するための冷却風を導入させるファンと、前記タービンよりも下流側で、かつ前記エンジンよりも上流側の前記燃料流路に切替バルブを介して設けられ、前記タービンを通過した前記燃料を該タービンよりも上流側の前記燃料流路へ戻すためのリターン流路と、を備えたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、タービンよりも下流側で、かつエンジンよりも上流側の燃料流路に、タービンを通過した燃料を、タービンよりも上流側の燃料流路へ戻すためのリターン流路が、切替バルブを介して設けられている。したがって、車両の低速走行時や停車時において、エンジンに要求される燃料量が減少しても、リターン流路によって燃料を循環させるように切替バルブを切り替えることで、所望とする単位時間当たりの回転数以上でタービンを回転駆動させるために必要な燃料量が維持される。よって、車両の走行状態（停車も含む）に関係なく、ファンの単位時間当たりの回転数が減少するのが抑制され、ラジエータが効果的に冷却される。

また、請求項３に記載の冷却構造は、請求項１又は請求項２に記載の冷却構造であって、前記ラジエータは、前記エンジンが収容されたエンジンコンパートメントルームの車体後方側に配置され、前記ファンは、前記ラジエータの車体後方側に配置されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、エンジンが収容されたエンジンコンパートメントルームの車体後方側にラジエータが配置され、そのラジエータの車体後方側にファンが配置されている。したがって、ラジエータ及びファンが、エンジンコンパートメントルームの車体前方側に配置されている構成に比べて、燃料流路の配管長が短くなる。

以上、説明したように、請求項１に係る発明によれば、車両の走行状態に関係なく、ラジエータを効果的に冷却することができる。

請求項２に係る発明によれば、車両の走行状態に関係なく、ラジエータを効果的に冷却することができる。

請求項３に係る発明によれば、ラジエータ及びファンが、エンジンコンパートメントルームの車体前方側に配置されている構成に比べて、燃料流路の配管長を短くすることができる。

第１実施形態に係る冷却構造を備えた車両の側断面図である。 第１実施形態に係る冷却構造を構成する冷却ユニットと燃料タンクを示す斜視図である。 第１実施形態に係る冷却構造の構成を示す模式図である。 第１実施形態に係る冷却構造を構成する冷却ユニットのタービンとファンを示す側断面図である。 第２実施形態に係る冷却構造の構成を示す模式図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各図において適宜示す矢印ＵＰを車体上方向、矢印ＦＲを車体前方向、矢印ＯＵＴを車幅方向外側とする。また、以下の説明で、特記なく上下、前後、左右の方向を用いる場合は、車体上下方向の上下、車体前後方向の前後、車体左右方向（車幅方向）の左右を示すものとする。

＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態について説明する。図１に示されるように、車両（天然ガス自動車）１２の車体右側部及び車体左側部（車体両側部）には、それぞれ車体前後方向に延在する左右一対のフロントサイドメンバ１４が配置されている。各フロントサイドメンバ１４は、矩形枠状の閉断面構造に形成されており、車体前後方向における中途部に傾斜部（キック部）１４Ａを有している。

これにより、各フロントサイドメンバ１４は、傾斜部１４Ａよりも車体前方側が、車体後方側よりも所定高さ高い位置で車体前後方向に延在するようになっている。また、左右一対のフロントサイドメンバ１４の前端部には、矩形枠状の閉断面構造に形成されて車幅方向に延在するフロントバンパリインフォースメント１６が架設されている。

フロントバンパリインフォースメント１６の車体前方側には、フロントバンパ１８が配設されており、フロントバンパ１８の車体下方側には、後述するラジエータ４２へ冷却風を導入するための下部導入口２２が形成されている。なお、フロントバンパ１８の車体上方側にも上部導入口２１が形成されており、車両１２の走行時に、上部導入口２１から導入された冷却風の一部がラジエータ４２へ導入されるようになっている。

フロントバンパリインフォースメント１６と、左右のフロントサイドメンバ１４と、エンジンフード３６と、後述するダッシュパネル２４と、後述するアンダーカバー６０と、で構成された（囲まれた）空間は、エンジンコンパートメントルーム２０とされている。そして、エンジンコンパートメントルーム２０内には、エンジン３２及びトランスミッション３４を含んで構成され、少なくとも前輪３８を駆動するパワーユニット３０が配設されている。

なお、このパワーユニット３０は、エンジン３２の車幅方向一方側（例えば左側）にトランスミッション３４が取り付けられたエンジン横置きタイプとされている。そして、このパワーユニット３０は、その車幅方向両端部が、それぞれ図示しないエンジンマウント及びブラケットを介して左右のフロントサイドメンバ１４に支持されている。

また、パワーユニット３０よりも車体後方側で、かつ左右のフロントサイドメンバ１４における傾斜部１４Ａの車体上方側には、エンジンコンパートメントルーム２０と車室とを区画する略平板状のダッシュパネル２４が設けられている。そして、ダッシュパネル２４の前面における下部側には、ダッシュパネル２４とで閉断面構造を構成する断面略ハット型形状のダッシュクロスメンバ２６が車幅方向に延在するように取り付けられている。

また、ダッシュパネル２４の車体後方側には、インストルメントパネル２８が配設されており、ダッシュパネル２４の下部側で車体後方側へ延在する後端部には、フロアパネル２５の前端部が接合されている。そして、車幅方向から見た側面視で、パワーユニット３０の車体後方側で、かつダッシュクロスメンバ２６の車体下方側には、エンジン３２を冷却するための冷却ユニット４０が配設されている。

図１、図２に示されるように、この冷却ユニット４０は、パワーユニット３０のエンジン３２を冷却する冷却溶媒としての冷却水の熱を放熱する空冷式のラジエータ（冷却風と熱交換する熱交換器）４２と、車両１２の低速走行時や停車時（エンジン３２のアイドリング時及び停止時を含む）にラジエータ４２に冷却風を導入させたり、夏季などの気温の高いときにエンジンコンパートメントルーム２０内の熱を排出したりするための（軸流）ファン４４と、ファン４４を収容するシュラウド４６と、を有している。

ラジエータ４２は、冷却水が通る複数のチューブ及び放熱フィンを備えたコア部４２Ａを有しており、ラジエータ４２の前部には、車両用空調装置の冷凍サイクルを構成するコンデンサ（凝縮器：図示省略）が一体的に設けられている。なお、図１に示されるように、ラジエータ４２（及びコンデンサ）は、ファン４４の車体前方側に、車幅方向から見た側面視で、前傾姿勢となるように傾斜配置されている。

ファン４４は、車体前後方向が回転軸方向とされており、車幅方向中央部に形成されたトンネル部４８内に配置されたシュラウド４６内に収容されている。このファン４４が回転することにより、車体前方側（下部導入口２２）及び車体下方側（後述する底部導入口６２）から車体後方側に向けて冷却風が流れるようになっており、ラジエータ４２へ強制的に冷却風が導入されるようになっている。

また、図１、図２に示されるように、ファン４４よりも車体後方側におけるトンネル部４８内（フロアパネル２５の車体下方側）には、車体前後方向に延在する燃料タンク５０が配置されている。この燃料タンク５０内には、燃料としての圧縮天然ガス（高圧ガス）が収容されており、図３にも示されるように、燃料タンク５０の前端部中央に形成された噴出部５０Ａとエンジン３２との間には、燃料流路を構成するパイプ５２が配管されている。

パイプ５２の中途部には、レギュレータ（減圧装置）５３が設けられており（連通接続されており）、パイプ５２内を減圧して、燃料タンク５０内の圧力と圧力差を付与することにより、燃料（天然ガス）が燃料タンク５０内からエンジン３２内へ送られるようになっている。

また、図４に示されるように、レギュレータ５３よりも上流側におけるパイプ５２の中途部（高圧経路内）には、パイプ５２内を流れる燃料が通過することによって回転駆動されるタービン５４が配置されている。レギュレータ５３よりも上流側におけるパイプ５２内の燃料は、レギュレータ５３よりも下流側におけるパイプ５２内の燃料よりも高圧で流れるようになっており、ファン４４は、そのタービン５４が回転駆動することによって回転するように構成されている。

例えば図示のファン４４は、タービン５４と同軸的に一体に設けられるとともに、ベアリング５５を介してシュラウド４６に軸支されており、タービン５４の回転駆動と共に回転するように構成されている。なお、タービン５４とファン４４との間には、図示しないギア群（動力伝達部材）が設けられてもよく、例えばタービン５４の単位時間当たりの回転数よりも、ファン４４の単位時間当たりの回転数の方が、多くなるように構成してもよい。

また、図３に示されるように、レギュレータ５３よりも下流側で、かつエンジン３２よりも上流側のパイプ５２の中途部（低圧経路内）には、燃料を一時的に貯留させる貯留タンク（燃料収容部）５６が、切替バルブ５８を介して設けられている（連通接続されている）。この貯留タンク５６は、車幅方向に延在されており、切替バルブ５８を切り替える（流路を変更する）ことにより、パイプ５２内を流れる燃料がエンジン３２へ送られずに、その貯留タンク５６へ送られるようになっている。

これにより、エンジン３２に要求される燃料量が高速走行時よりも減少される、車両の低速走行時や停車時等であっても（車両の停車を含む走行状態に関係なく）、所望とする単位時間当たりの回転数以上でタービン５４を回転駆動させるために必要な燃料量が維持（確保）されるようになっている。なお、貯留タンク５６に貯留された燃料は、切替バルブ５８を切り替える（流路を変更する）ことにより、エンジン３２へ送られるようになっている。

また、レギュレータ５３よりも上流側で、かつタービン５４よりも下流側には、切替バルブ５９が設けられており、燃料タンク５０の噴出部５０Ａから切替バルブ５９へ、燃料流路を構成するパイプ５１が配管されている。このパイプ５１により、ファン４４を回転させる必要のない高速走行時に、タービン５４を経由させずに、燃料タンク５０の噴出部５０Ａからエンジン３２へ燃料を送ることができるようになっている。

また、図１に示されるように、パワーユニット３０の車体下方側には、エンジンコンパートメントルーム２０を構成する（エンジンコンパートメントルーム２０の車体下方側を覆う）略平板状のアンダーカバー６０が配設されている。このアンダーカバー６０は、樹脂材で成形された大型のフルアンダーカバーとされており、その車体前方側端部は、バンパカバー１９の車体下方側端部に一体的に取り付けられている。

バンパカバー１９は、フロントバンパ１８の車体下方側に、そのフロントバンパ１８と一体的に構成されており、下部導入口２２は、フロントバンパ１８とバンパカバー１９との間に形成されるようになっている。

また、図１に示されるように、アンダーカバー６０の後部側には、アンダーカバー６０と路面（図示省略）との間を流れる冷却風（車両１２が走行することによって発生する風又はファン４４によって発生する風）をラジエータ４２へ導入するための底部導入口６２が形成されている。

この底部導入口６２は、アンダーカバー６０の車幅方向中央部に、平面視で車幅方向を長手方向とする矩形状に形成されており、その車幅方向の長さは、ラジエータ４２のコア部４２Ａの車幅方向の長さ以上とされている。そして、この底部導入口６２の車体上方側には、少なくとも底部導入口６２から導入された冷却風をラジエータ４２のコア部４２Ａへ導くためのダクト６４が設けられている。

このダクト６４は、底部導入口６２を複数（例えば車幅方向に５つ）に仕切る複数枚（底部導入口６２の車幅方向両端部を含み、例えば６枚）の側壁（図示省略）と、各側壁の上端部を車幅方向に一体に連結する複数枚（例えば５枚）の上壁６６と、で構成されている。

なお、このダクト６４（上壁６６）は、車幅方向から見た側面視で、車体後方上側へ向けて傾斜されており、少なくともラジエータ４２のコア部４２Ａの下半分へ冷却風を導入できるように構成されている。そして、下部導入口２２から導入された冷却風は、ダクト６４の上壁６６に案内されて、少なくともラジエータ４２のコア部４２Ａの上半分へ導入されるようになっている。

また、底部導入口６２の車体後方側辺縁部には、その辺縁部全体に亘って平板状のフラップ６８が車体下方側に向けて一体に突設されている。このフラップ６８により、車両１２の走行時にアンダーカバー６０と路面との間を流れる冷却風が、底部導入口６２（ダクト６４）へ導入され易くなるようになっている。

以上のような構成とされた冷却構造１０において、次にその作用について説明する。

車両の高速走行時には、上部導入口２１、下部導入口２２、底部導入口６２から、ラジエータ４２へ冷却風が効果的に導入される。特に、車両１２の走行時に風がスムーズに流れるアンダーカバー６０の車体下方側における車幅方向中央部には、車幅方向に延在する平板状のフラップ６８が形成されているので、底部導入口６２（ダクト６４）から冷却風が導入され易い。したがって、ラジエータ４２を効果的に冷却することができる。

なお、車両の高速走行時には、ファン４４を回転させる必要がないため（ファン４４を回転させなくてもラジエータ４２へ冷却風が導入されるため）、切替バルブ５９の切り替えにより、燃料（天然ガス）は、燃料タンク５０の噴出部５０Ａからパイプ５１、５２内を通ってエンジン３２へ送られる。

一方、車両の低速走行時や停車時等には、ラジエータ４２へ強制的に冷却風を導入させる必要があるため、ファン４４を回転させる必要がある。したがって、切替バルブ５９の切り替えにより、燃料タンク５０の噴出部５０Ａから、タービン５４が設けられているパイプ５２内へ燃料を送り、そのパイプ５２内を高圧で流れる燃料によってタービン５４を回転駆動する。

ここで、レギュレータ５３よりも下流側におけるパイプ５２には、切替バルブ５８を介して貯留タンク５６が連通接続されている。したがって、燃料タンク５０から貯留タンク５６へ燃料を送るように切替バルブ５８を切り替えることにより、所望とする単位時間当たりの回転数以上でタービン５４を回転駆動させるために必要な燃料量を維持（確保）することができる。

つまり、エンジン３２に要求される燃料量が高速走行時よりも減少される、車両の低速走行時や停車時等であっても、所望とする単位時間当たりの回転数以上でファン４４を回転させることができる（ファン４４の単位時間当たりの回転数が減少するのを抑制することができる）。よって、ラジエータ４２へ冷却風を効果的に導入させることができ、ラジエータ４２を効果的に冷却することができる。

また、本実施形態に係る冷却構造１０では、パワーユニット３０（エンジンコンパートメントルーム２０）の車体後方側にラジエータ４２及びファン４４を含む冷却ユニット４０が配置される構成を採っている。したがって、パワーユニット３０の車体前方側にラジエータ４２及びファン４４を含む冷却ユニット４０が配置されている構成に比べて、パイプ５１、５２の長さを短くすることができる。よって、車両１２の軽量化及び低コスト化を図ることができ、燃費性能の低下を抑制することができる。

また、本実施形態に係る冷却構造１０では、図２に示されるように、冷却ユニット４０を燃料タンク５０と一体化したモジュール７０として構成することができる。すなわち、シュラウド４６の後端部を円筒状に形成して車体後方側へ延在させ、燃料タンク５０の外周部における前部側に嵌めることにより、冷却ユニット４０と燃料タンク５０とを一体化することができる。

これによれば、冷却ユニット４０を燃料タンク５０と共に車両１２に対して容易に組み付けることができるので、冷却ユニット４０の車両１２への組付性を向上させることができる。なお、ファン４４と燃料タンク５０との間のシュラウド４６には、車体前後方向が長手方向とされた矩形状の開口部４６Ａが周方向に複数形成されており、ラジエータ４２を通過した（ラジエータ４２と熱交換された）冷却風が、各開口部４６Ａから排出されるようになっている。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同等の部位には、同じ符号を付して詳細な説明（作用も含む）は適宜省略する。

図５に示されるように、この第２実施形態に係る冷却構造１０では、パイプ５２に切替バルブ５８及び貯留タンク５６が設けられておらず、タービン５４よりも上流側で、かつ燃料タンク５０の噴出部５０Ａよりも下流側のパイプ５２の中途部（高圧経路内）に、コンプレッサ（圧縮装置）５７が設けられている（連通接続されている）。

そして、切替バルブ５９を切り替えてコンプレッサ５７を作動させることにより、パイプ５１が、タービン５４を通過した燃料を燃料タンク５０の噴出部５０Ａへ戻すリターン流路としても機能するように構成されている。つまり、切替バルブ５９よりも上流側のパイプ５１、５２により、燃料を高圧で循環させることができるようになっている。

したがって、所望とする単位時間当たりの回転数以上でタービン５４を回転駆動させるために必要な燃料量を維持（確保）することができ、その回転数以上でファン４４を回転させることができる（ファン４４の単位時間当たりの回転数が減少するのを抑制することができる）。よって、エンジン３２に要求される燃料量が高速走行時よりも減少される、車両の低速走行時や停車時等であっても、ラジエータ４２へ冷却風を効果的に導入させることができ、ラジエータ４２を効果的に冷却することができる。

以上、本実施形態に係る冷却構造１０について、図面を基に説明したが、本実施形態に係る冷却構造１０は、図示のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能なものである。例えば、燃料は、圧縮天然ガスに限定されるものではなく、自動車等の車両１２の燃料となるものであれば、他の高圧ガスであってもよい。

また、第１実施形態に係る冷却構造１０の場合には、貯留タンク５６に貯留された燃料をエンジン３２へ送るのではなく、図示しないパイプ（リターン流路）により、燃料タンク５０の噴出部５０Ａなどへ戻すように構成してもよい。更に、第２実施形態に係る冷却構造１０の場合には、ガソリンや軽油などの液体燃料であっても適用が可能となる利点がある。

また、本実施形態では、エンジン３２を含むパワーユニット３０が、車体前部側に配置されている車両１２を例に採って説明したが、エンジン３２を含むパワーユニット３０が、車体後部側に配置されている車両（図示省略）にも、本実施形態に係る冷却構造１０を適用することができる。

更に、本実施形態では、ラジエータ４２を含む冷却ユニット４０が、エンジン３２を含むパワーユニット３０の車体後方側に配置されている車両１２を例に採って説明したが、ラジエータ４２を含む冷却ユニット４０が、エンジン３２を含むパワーユニット３０の車本前方側に配置されている車両（図示省略）にも、本実施形態に係る冷却構造１０を適用することができる。

１０ 冷却構造
２０ エンジンコンパートメントルーム
３２ エンジン
４２ ラジエータ
４４ ファン
５０ 燃料タンク
５１ パイプ（リターン流路）
５２ パイプ（燃料流路）
５４ タービン
５６ 貯留タンク
５８ 切替バルブ
５９ 切替バルブ

Claims (3)

1. エンジンを冷却するための冷却溶媒の熱を放熱するラジエータと、
   燃料タンクと前記エンジンとの間に配管された燃料流路内に設けられ、該燃料流路内を流れる燃料が通過することによって回転駆動されるタービンと、
   前記タービンの回転駆動によって回転するように設けられ、前記ラジエータを冷却するための冷却風を導入させるファンと、
   前記タービンよりも下流側で、かつ前記エンジンよりも上流側の前記燃料流路に切替バルブを介して設けられ、前記燃料を一時的に貯留させる貯留タンクと、
   を備えた冷却構造。
2. エンジンを冷却するための冷却溶媒の熱を放熱するラジエータと、
   燃料タンクと前記エンジンとの間に配管された燃料流路内に設けられ、該燃料流路内を流れる燃料が通過することによって回転駆動されるタービンと、
   前記タービンの回転駆動によって回転するように設けられ、前記ラジエータを冷却するための冷却風を導入させるファンと、
   前記タービンよりも下流側で、かつ前記エンジンよりも上流側の前記燃料流路に切替バルブを介して設けられ、前記タービンを通過した前記燃料を該タービンよりも上流側の前記燃料流路へ戻すためのリターン流路と、
   を備えた冷却構造。
3. 前記ラジエータは、前記エンジンが収容されたエンジンコンパートメントルームの車体後方側に配置され、
   前記ファンは、前記ラジエータの車体後方側に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷却構造。

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