JP2015107797A - 車両での閉止可能な空気誘導デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】車両での閉止可能な空気誘導デバイスを提供する。【解決手段】車両に配置されたフロントカウル１にある少なくとも１つの吸気開口３を通って流れる気流を調整するための空気誘導デバイス５であって、少なくとも１つの吸気開口が、フロントカウル内に横向きに設けられ、閉じた状態では、空気誘導デバイスによって外部に対して完全に覆われるようになっており、空気誘導デバイスが、保持フレーム９と、保持フレームに可動に配置された少なくとも１つの薄板７とを備え、少なくとも１つの薄板が、保持フレームに可動に取り付けられ、少なくとも１つの吸気開口に流れ込む気流が少なくとも一部は車両の周りに誘導されるように、調節メカニズムに接続されたサーボモータによって薄板の迎角を変えることができる空気誘導デバイスに関する。さらに、本発明は、対応する方法に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両における空気誘導デバイス、および車両のフロントカウルにある吸気開口を閉じるための方法に関する。

駆動エネルギーが発生するとき、一般に、内燃機関を使用しても電動機を使用しても、車両内において多量の熱が発生する。廃熱を放散または減少させるために、車両を冷却しなければならない。車両を冷却するために、熱交換器またはラジエータが使用されることが多く、その場合、熱を吸収するクーラントが、概して大きな表面にわたって伝達され、クーラントの周りを周囲媒体が流れ、周囲媒体は、熱によって発生するクーラントの熱エネルギーを吸収する。これに対応して、各ラジエータの表面の周りを周囲媒体または空気ができるだけ効率的に流れることを可能にする必要がある。

しかしながら、車両の動作中、一般に、出力に応じて異なる冷却要件が存在するので、流れ込む周囲媒体の量を制限することが好適と考えることができる。特に、空力的最適化の面では、例えば吸気開口など好ましくない形状の受入部が、周囲媒体を妨害することがある。

従来技術において、車両のその時々の冷却要件に空気誘導デバイスを適合させるためのデバイスが既に述べられている。

（特許文献１）には、第１および第２の区域を有する換気システムが記載されている。上記文献では、第１の区域が閉位置と開位置の間で動くようになっている。さらに、上記文献では、周囲媒体が通過するのを任意選択で阻止または許可するフラップが２つの区域の一方に配置されるようになっている。フラップは、可動的に取り付けられ、したがって開位置から閉位置に可動である。さらに、フラップは、各車両の外からは見えないように、各車両のラジエータグリルの後方に配置される。

（特許文献２）には、少なくとも１つの空気誘導デバイスを備える自動車が記載されている。この空気誘導デバイスは、駆動デバイスによって延出可能であり、最大延出位置と完全後退位置との間、および少なくとも１つのさらなる中間位置に調節可能である。ここでは、自動車が、ラジエータおよびラジエータシャッタを備える冷却デバイスを備えることが重要である。ラジエータシャッタは、ラジエータの前方に配置され、ラジエータまたは吸気開口を通る気流を制御するための調節可能な冷却空気フラップを有する。さらに、調節要素を備える制御デバイスが設けられる。制御デバイスは、ラジエータシャッタの冷却空気フラップの位置とは無関係に少なくとも同一の揚力または少なくともほぼ同一のピッチングモーメントが自動車で生成されるように、ラジエータシャッタの位置に応じて空気誘導デバイスが作動可能であるように設計される。

米国特許出願公開第２０１２／００９０９０６Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２０１１０５６６６３Ａ１号明細書

上記背景を踏まえて、車両に配置されたフロントカウルにある少なくとも１つの吸気開口を通って流れる気流を調整するための空気誘導デバイスが開示される。ここで、少なくとも１つの吸気開口は、フロントカウル内に横向きに設けられ、閉じた状態では、空気誘導デバイスによって外部に対して完全に覆われるようになっており、空気誘導デバイスは、保持フレームと、この保持フレームに可動に配置され、外部から見える少なくとも１つの薄板とを備え、少なくとも１つの薄板は、保持フレームに可動に取り付けられ、または配置され、少なくとも１つの吸気開口に流れ込む気流が少なくとも一部は車両の周りに誘導されるように、調節メカニズムに接続されたサーボモータによって上記薄板の迎角は変えることができる。

特に、非常に高い最終速度を実現することができる車両の場合、空力的効果が最も重要となる。２００または３００ｋｍ／ｈマークまたはしきい値を超える速度で生じる大きな気流およびそれに伴う力により、車両は安定性を失うことがあり、車両の運転者が危険な状況に陥ることがある。さらに、空力的に好ましくない車両の造形により、車両の出力性能、すなわち最終速度または加速力が、場合によってはかなり減少する。

さらに、高速走行時に生じる力は、車両のいくつかの部品に対して作用して、それらを変形し、損傷するおそれがある。特に、例えばベンチレーショングリルや空気誘導薄板など比較的精巧な構造の場合、この種の変形が特に顕著に生じ得る。いわゆる横方向または長手方向ウェブ、すなわち、対応する力を吸収し、それにより空気誘導薄板の変形を防止する補強要素によって、このような変形を減少させることができる可能性がある。しかしながら、上記構造は、一般に、空気誘導薄板を安定化すること以上の機能を果たさないので、車両を空力的に最適化するには適していない。

本発明による吸気開口によって、例えば薄板を支持するための長手方向または横方向ウェブなどの保持構造をほぼなくすことが可能になるように１つまたは複数の空気誘導薄板を配置する、または空気誘導薄板を車両内に組み込むことが可能である。各車両のフロントカウルに保持フレームを組み込むことによって、かつ保持フレーム内に薄板を配置することによって、薄板に作用する力を、保持フレーム、または保持フレームに設けられた支持部もしくは取付部を介して、保持フレームを取り囲むフロントカウルに効率良く逃がすことが可能である。したがって、保持フレームをフロントカウルに接続することによって、薄板、保持フレーム、および車両のフロントカウルの間で効率的な摩擦力による接続が可能になり、その結果、例えば薄板を安定させるための水平または垂直ウェブなど追加の安定化要素が一部不要になる。

流れ込む空気により生じる力をフロントカウルまたは各車両自体に効率的に逃がすことにより、非常に高速の走行時でさえ、空気誘導デバイスによって取り囲まれた薄板を閉止または封止して保つことが可能であり、したがって、周囲媒体、すなわち空気または相対風の流れ込みを、周囲媒体が車両または車両の吸気開口に入る前に防ぐことができる。薄板による吸気開口の密閉により、結果として、流れ込む相対風を車両の周りに誘導することができ、その結果、車両の空力抵抗または車両の空気抵抗係数値がかなり減少する。

車両の空力抵抗を減少させることによって、車両のより高いエネルギー効率を実現することが可能である。また、少なくとも１つの閉じた薄板によって逃がされる気流は、車両の走行ダイナミクス特性が最適化されるように、車両を通り越して流れるように気流を誘導することも可能にする。これは、例えば、道路に対する車両の接地圧が増加することを意味する。同様に、少なくとも１つの薄板によって逃がされた流れ込む気流を、例えば車両ブレーキを冷却するためにさらなる空気誘導デバイスに供給可能とすることも考えられる。

空気誘導デバイスによって取り囲まれる少なくとも１つの薄板は、少なくとも１つの位置で、外部に対して、すなわち車内とは逆側に対して吸気開口を密閉するようになっている。本明細書で提示する発明との関連において、密閉とは、技術的に可能な限り、閉止体または少なくとも１つの薄板の後方の空間を通って周囲媒体または空気が流れる前にその空間を保護する閉止を意味する。

少なくとも１つの薄板は、金属、プラスチック、炭素、複合材料、または相対風もしくは空気を逃がすための任意の他の技術的に適切な材料から製造することができる。さらに、薄板は、保持フレーム内部で水平に、垂直に、または任意の他の向きで配置することができる。さらに、少なくとも１つの薄板が複数の層および／または開口を備えることが考えられる。

保持フレームは、金属、プラスチック、炭素、複合材料、または相対風もしくは空気を逃がすための任意の他の技術的に適切な材料から製造することができる。

本発明による空気誘導デバイスの可能な一変形形態では、安定化の目的で保持フレームが横方向および／または長手方向ストラットを備えるようになっている。

保持フレーム内部に、すなわち少なくとも１つの薄板の後方に、例えば横方向および／または長手方向ストラットなどの安定化要素を配置することで、少なくとも１つの薄板の迎角の変更により空気誘導デバイスを任意選択で閉じることによって安定化要素の空力抵抗を減少させることが可能であり、また気流から安定化要素を保護することが可能である。

本発明による空気誘導デバイスの可能な一変形形態では、空気誘導デバイスによって取り囲まれる少なくとも１つの薄板の迎角が、車両速度に応じて調節可能であるようになっている。

少なくとも１つの薄板を調節または開放するのに適切であり得る車両速度は、１３０ｋｍ／ｈの車両速度であると考えられる。

１３０ｋｍ／ｈを超える速度で、いずれにせよ車両が、例えばさらなる開口を通して多量の空気または相対風を受け入れる場合、１３０ｋｍ／ｈのしきい値に達したときに少なくとも１つの薄板を閉じ、それにより車両の空力的特性を改良することが考えられる。

それにも関わらず車両が追加の冷却を必要とする状況では、例えばクーラント温度に応じて、少なくとも１つの薄板を任意の時点で再び開くことができる。

場合により、１３０ｋｍ／ｈ未満の速度では、例えば都市交通における物体による損傷を避けるために少なくとも１つの薄板を閉じ、１３０ｋｍ／ｈを超える速度では、少なくとも１つの薄板を開放することによって冷却目的でのさらなる空気を車両に供給することも好適と考えることができる。

さらに、適切な車両速度で、少なくとも１つの薄板の迎角が変わるように本発明による空気誘導デバイスが作動され、かつ、例えばリアスポイラなど空力的に重要な少なくとも１つのさらなる部品の位置が変えられて車両全体を高速モードにし、車両の空力的特性および任意選択でさらには走行ダイナミクス特性が高速または非常に高速での走行に適合される、すなわち最適化されることが考えられる。

車両速度は、車両のエンジンまたはモータによって発生する出力、および車両のエンジンの廃熱と密接な関係にあるので、廃熱が増加した場合、すなわち車両エンジンが高出力であるとき、少なくとも１つの薄板が、空気誘導デバイスを通してより多くの気流を誘導し、それにより熱交換器またはラジエータから熱を引き出す、すなわち熱交換器またはラジエータを冷却することが有利であり得る。

本発明による空気誘導デバイスのさらなる可能な改良形態では、少なくとも１つの薄板の迎角が調節された後、所定の期間が経過するまでは再調節ができないようになっている。

速度、クーラント温度、または廃熱値が、空気誘導デバイスによって取り囲まれる少なくとも１つの薄板を調節するためのそれぞれの制限値に近い状態で、車両が動作する場合、サーボモータによる少なくとも１つの薄板の連続反復調節を避けるために、少なくとも１つの薄板の迎角が調節された後、期間（ｔ）が経過するまでは、少なくとも１つの薄板の次の調節ができないようになっている。期間（ｔ）を、車両速度および／またはクーラント温度に応じて選択することが考えられる。さらに、同様に、期間（ｔ）を固定値として定義することも考えられる。可能な期間（ｔ）に関する適切な値は、例えば、３秒、１０秒、または１００秒である。

少なくとも１つの薄板が、少なくとも１つの薄板を保持フレームに接続する働きをする少なくとも１つのストラットを備えることが考えられる。

本発明による空気誘導デバイスのさらなる可能な改良形態では、少なくとも１つの薄板が、保持フレーム内に水平に配置され、保持フレームおよびサーボモータの調節メカニズムのみによって固定されるようになっている。

少なくとも１つの薄板を保持フレームに接続することによって、少なくとも１つの薄板を支持するための追加の保持ウェブまたはストラットをなくすことが可能である。このために、横方向ストラットが少なくとも１つの薄板の内部に配置され、上記横方向ストラットが、保持フレーム内部の適切な支持部への接続に適するようになっている。横方向ストラットは、金属、プラスチック、炭素、複合材料、または保持フレームに接続するための任意の他の技術的に適切な材料から製造することができる。さらに、少なくとも１つの薄板によって取り囲まれる水平ストラットは、少なくとも１つの薄板をサーボモータの調節メカニズムに接続するのに適し得る。したがって、サーボモータを駆動させることによって、少なくとも１つの薄板に流れ込む気流が次第に空気誘導デバイスを通って誘導されるように、または次第に車両の周りに誘導されるように、少なくとも１つの薄板の迎角が変えられるように調節メカニズムを動作させることが可能である。

本発明による空気誘導デバイスのさらなる可能な改良形態では、サーボモータが、電動式モータであるようになっている。

電気サーボモータを使用することによって、非常に正確かつ迅速に調節メカニズムに作用を及ぼすことができ、したがって、制御ユニットから電動機に伝送することができる制御コマンドを正確かつ迅速に実施することができる。

さらに、本発明は、車両のフロントカウルに横向きに設けられ、保持フレームによって取り囲まれた少なくとも１つの吸気開口を閉じるための方法であって、保持フレームが、少なくとも１つの薄板を支持し、薄板が、外部から見え、可動であり、保持フレーム内部に可動に取り付けられ、したがって、閉位置では、少なくとも１つの薄板によって外部に対して吸気開口が密閉され、少なくとも１つの開位置では、保持フレームの後方に配置されたラジエータを冷却するための空気が吸気開口を通過可能であり、少なくとも１つの薄板の迎角を電気駆動機構によって調節することができる方法に関する。

本発明による方法は、特に、冷却空気に関する要件および／または車両の速度に応じて、車両の空気力学特性を動的に最適化、すなわち適合させる働きをする。

本発明による方法により、車両のその時々の走行特性が最適化されるように、すなわち例えば高速走行に適合されるように、車両のさらなる空力的および／または走行ダイナミクス的要素を作動させることが考えられる。

本発明による方法のさらなる可能な改良形態では、少なくとも１つの薄板の迎角が、車両のさらなる空力的部品の位置に応じて変えられるようになっている。

少なくとも１つの薄板の迎角を、例えばスポイラなどさらなる空気誘導デバイス、および／または例えばシャシなどさらなる走行ダイナミクス構成要素と調整することによって、車両全体を高速走行に最適化された状態に設定することができる。ここで、車両の空力的および／または走行ダイナミクス的構成要素は、車両の加速力および／または最終速度が最大化されるように相互依存して変更される。

当然、上述した特徴を、それぞれ記載した組合せだけではなく、本発明の範囲から逸脱することなく、異なる組合せで、または単独でも使用することができる。本発明を、図面において実施形態を参照して概略的に例示し、図面を参照して詳細に述べる。

開いた薄板を有する本発明の１つの可能な実施形態を示す図である。 閉じた薄板を有する図１からの本発明の可能な実施形態を示す図である。 本発明の１つの可能な実施形態の概略構成を示す図である。 ラジエータを備える本発明の１つの可能な実施形態の可能な構成を示す図である。

図１は、吸気開口３を備える車両のフロントカウル１を示す。吸気開口３は、フロントカウル１によって取り囲まれ、さらに空気誘導デバイス５によって外部に対して遮蔽され得る。空気誘導デバイス５は、薄板７と、保持フレーム９とを備える。薄板７は、その迎角を変更可能であるように保持フレーム９内に可動に取り付けられ、その結果、吸気開口３を通って流れる空気の体積（量）を調整、すなわち制限もしくは減少または増加させることができる。図１に示される状態では、薄板７は開いており、このとき、吸気開口３を通って流れる空気体積が最大にされており、車両を冷却するために使用することができる。

図２は、図１で既に述べた薄板７を閉位置で示す。このとき、薄板７の後方に位置する吸気開口３は密閉され、流れ込む空気、例えば相対風は、技術的に可能な限り、吸気開口３を通って流れるのを妨げられる。薄板７による吸気開口３の閉止によって、流れ込む空気は、吸気開口３および薄板７の周りに誘導され、車両のフロントカウル１に沿って逃がされる。流れ込む空気、およびそれに伴う力をフロントカウル１または車両によって逃がすことにより、流れ込む空気によって引き起こされる空力抵抗と、流れ込む空気によって引き起こされる車両に作用する力とが減少し、車両を取り巻く空気中での車両の走行がより容易となる。

図３に示される空気誘導デバイス３０３の可能な変形形態の概略的構成は、空気誘導デバイス３０３によって取り囲まれた保持フレーム９を示す。保持フレーム９は、薄板７内に組み込まれて保持フレーム９内に薄板７を固定するストラット１１のための受入部または支持部を備える。さらに、任意選択で薄板７の後方にエアブレード１３を設けることができる。上記エアブレード１３は、薄板７を通って流れる気流を、例えば冷却目的で外気が必要とされる車両内の位置に効率的に誘導する。薄板７の位置、すなわちその迎角を変えるために、空気誘導デバイス３０３の内部に駆動機構１５が設けられる。駆動機構１５は、調節メカニズム１７を介して薄板７と相互作用し、例えば制御ユニットの制御信号に応じて薄板７を動かす。

さらに、図４は、流れ込む周囲空気によって冷却されるラジエータまたは熱交換器１９を示す。これに従って、ラジエータ１９の冷却力は、薄板７を通って流れる空気または相対風の体積に関係付けられる。ラジエータ１９が、多量の廃熱を除去しなければならない場合、吸気開口３を通って流れる空気の体積が増加するように、駆動機構１５および調節メカニズム１７によって薄板７を動かすことが可能である。その結果、ラジエータによって効率的に廃熱を除去することができる。発生する廃熱が再び減少し、例えば規定のしきい値未満に減少する場合、薄板７を再び閉位置に移動させることができ、これにより車両の空力的特性が改良される。

外から見える領域、すなわち相対風による作用を直接受ける区域内に薄板７を配置することによって、相対風を、まだ車両に入る前に任意選択で一部偏向する、または車両の周りに誘導することができる。その結果、各車両の空力抵抗と空力的特性との両方が改良される。さらに、車両の周りへ相対風を偏向させることにより、車両内への相対風の進入（空力的に好ましい条件が存在せず、その結果、例えば尖った縁部および／または凹んだ構造により、場合によっては空力抵抗がかなり増加する）が防がれる。例えばフロントカウル１など流線形の車両外形にわたって相対風を早期に逃がすことは、適切なスポイラおよび空気誘導デバイスが使用されるとき、車両を取り巻く空気を通っての車両の効率的な滑らかな走行および車両の安定性を生み出す。

１ フロントカウル
３ 吸気開口
５、３０３ 空気誘導デバイス
７ 薄板
９ 保持フレーム
１１ ストラット
１３ エアブレード
１５ 駆動機構
１７ 調節メカニズム
１９ ラジエータ

Claims (12)

1. 車両に配置されたフロントカウルにある少なくとも１つの吸気開口を通って流れる気流を調整するための空気誘導デバイスであって、前記少なくとも１つの吸気開口が、前記フロントカウル内に横向きに設けられ、閉じた状態では、前記空気誘導デバイスによって外部に対して完全に覆われるようになっており、前記空気誘導デバイスが、保持フレームと、前記保持フレームに可動に配置された少なくとも１つの薄板とを備え、前記少なくとも１つの薄板が、前記保持フレームに可動に取り付けられ、前記少なくとも１つの吸気開口に流れ込む気流が少なくとも一部は前記車両の周りに誘導されるように、調節メカニズムに接続されたサーボモータによって前記薄板の迎角を変えることができる空気誘導デバイス。
2. 前記少なくとも１つの薄板が、少なくとも１つの位置で、前記外部に対して前記吸気開口を密閉する請求項１に記載の空気誘導デバイス。
3. 前記少なくとも１つの薄板の迎角が、前記少なくとも１つの薄板の後方に配置されたラジエータのクーラント温度に応じて調節可能である請求項１または２に記載の空気誘導デバイス。
4. 前記少なくとも１つの薄板の迎角が、前記車両の速度に応じて調節可能である請求項１または２に記載の空気誘導デバイス。
5. 前記少なくとも１つの薄板の迎角が調節された後、所定の期間が経過するまでは再調節が可能でない請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気誘導デバイス。
6. 前記期間が、前記車両速度に応じて決まる請求項５に記載の空気誘導デバイス。
7. 前記期間が、前記クーラント温度に応じて決まる請求項６に記載の空気誘導デバイス。
8. 前記少なくとも１つの薄板が、前記保持フレーム内に水平に配置され、前記保持フレームおよび前記サーボモータの調節メカニズムのみによって固定される請求項１〜７のいずれか一項に記載の空気誘導デバイス。
9. 前記サーボモータが、電動式モータである請求項１〜８のいずれか一項に記載の空気誘導デバイス。
10. 車両のフロントカウルに設けられ、保持フレームによって取り囲まれた少なくとも１つの吸気開口を作動させるための方法であって、前記保持フレームが、少なくとも１つの可動薄板を支持し、前記薄板が、前記保持フレーム内部に可動に取り付けられ、閉位置では、前記少なくとも１つの薄板によって外部に対して前記吸気開口が密閉され、少なくとも１つの開位置では、前記保持フレームの後方に配置されたラジエータを冷却するための空気が前記吸気開口を通過可能であり、前記閉位置および／または少なくとも１つの開位置を取るために、前記少なくとも１つの薄板の迎角が電気駆動機構によって調節される方法。
11. 前記少なくとも１つの薄板の迎角が、前記車両の速度に応じて調節される請求項１０に記載の方法。
12. 前記少なくとも１つの薄板の迎角が、前記車両のさらなる空力的部品の位置に応じて変えられる請求項１０に記載の方法。

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