JP2017013638A - エンジンコンパートメントの冷却制御構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のコールドスタートにおけるエンジンまたはモータの早期暖機を図りつつ、暖房性能の向上を図るとともに、高温時の冷却効果にも優れ、車両の燃費性能、空力特性、静音性を向上させることができるエンジンコンパートメントの冷却制御構造を提供する。
【解決手段】車両のパワートレインを、断熱層を有する保温カバーによって被われた内部空間に配設し、この保温カバーには、冷却風の取込口と排出口とがそれぞれ形成され、取込口の形成部位には、冷却風の取込量を調整する取込口開閉部が設けられ、排出口の形成部位には、冷却風の排出量を調整する取込口開閉部が設け、これにより、コールドスタートにおけるエンジンまたはモータの早期暖機完了を図りつつ、高温時の冷却効果に優れ、車両の燃費性能、空力特性、静穏性を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、通常のガソリン（ディーゼル）エンジン搭載自動車のみならず、ＰＨＶやＥＶなどの空調（暖房）性能の向上のためにエンジン部分をカプセル化することにより、コールドスタート時におけるエンジンまたはモータの暖機時間を短縮するとともに、高温時の冷却効果に優れ、車両の燃費性能、空力特性および静音性を向上させるエンジンコンパートメントの冷却制御構造に関する。

従来、パワートレインの保温性を高め、暖機時間の短縮を図るものとして、例えば特許文献１の「車両のエンジンカプセル化構造物」が知られている。
特許文献１の従来技術は、パワートレインの上側空間を含むエンジンルーム（エンジンコンパートメント）内の上側を囲むエンジンルームカプセル化部材と、パワートレインの下側空間を含むエンジンルーム内の下側を囲むアンダーボディーカプセル化部材とを組み合わせて車両のエンジンカプセル化構造物を設けたものである。車両走行時、このカプセルの前面流入口から流入した車外の冷却風が、カプセルの内部空間を通過する間にパワートレインを冷却し、冷却後の空気をアンダーボディーカプセル化部材の開放された後面出口から排出する。
特許文献１において、車両のコールドスタート（冷温始動）時には、制御部により開閉制御されるエアフラップ（グリルシャター）（以下「グリルシャター」ともいう）を使用して前面流入口を閉じ、パワートレインが収納されたカプセルの内部空間の熱保存を行うことで、パワートレインの暖機時間が短縮される。

また、パワートレインの昇温の効率化を図る別の従来技術として、例えば特許文献２の「車両用エンジンの暖機促進装置」が知られている。
特許文献２の従来技術は、エンジンルームの下部開口部を閉じるアンダーカバーを有し、このアンダーカバーを開閉部により選択的に開閉するようにしたものである。
したがって、車両のコールドスタート時には、開閉部を作動することで下部開口部がアンダーカバーによって閉じ、これによりエンジンルームの空気の流れが規制されて、ルーム内の空気の外部流出が阻止される。その結果、エンジン外壁からの放熱量が減少し、エンジンの暖機時間が短縮される。

しかしながら、このような特許文献１の従来技術は、エンジンカプセル化構造物の内部空間に流入する冷却風をグリルシャターによって遮断し、暖機時間を短縮するものの、冷却風排出側となる車体後方に配置された後面出口が、常に開口した状態となっている。そのため、この後面出口を通って車外の冷却空気がエンジンカプセル化構造物の内部空間へ流入しており、パワートレインの断熱保温が不完全で、パワートレインの暖機時間の短縮効果が小さい。
また、特許文献２の従来技術では、エンジンの作動によって発生した熱が、アンダーボンネットに配置された全機器の温度上昇に使用されていた。そのため、パワートレインの温度上昇が遅くなる。
さらに、特許文献２の従来技術では、使用済みの冷却風を排出する開閉機構をアンダーカバーに設けている。そのため、アンダーカバー部には、車両走行中、高速回転するタイヤによって跳ね上げた砂、石、泥水などが衝突するため、開閉機構の動作信頼性が低下し易く、例えばシャッタのような複雑な構造の開閉機構を設置することは実用上困難である。

特開２０１３−１１９３８４号公報 実開昭５４−５２７号公報

本発明は、上述の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、車両のコールドスタートにおけるエンジンまたはモータの早期暖機を図りつつ、すなわち暖房性能の向上を図るとともに、高温時の冷却効果に優れ、車両の燃費性能、空力特性、静音性を向上させることができるエンジンコンパートメントの冷却制御構造を提供することにある。

請求項１に記載の本発明は、車両のエンジンまたはモータを、断熱層を有する保温カバーによって被われた内部空間に配設し、前記保温カバーには、冷却風の取込口と排出口とがそれぞれ形成され、前記取込口の形成部位には、冷却風の取込量を調整する取込口開閉部が設けられ、前記排出口の形成部位には、冷却風の排出量を調整する取込口開閉部が設けられたことを特徴とするエンジンコンパートメントの冷却制御構造である。

請求項２に記載の本発明は、前記保温カバーは、その下部に前記エンジンまたはモータを下方から覆う下面カバーを有し、かつこの下面カバーは、エンジンアンダーカバーと別体として構成されているか、あるいは、当該下面カバーとエンジンアンダーカバーとが一体としたエンジンコンパートメントの冷却制御構造である。

請求項３に記載の本発明は、前記取込口開閉部および前記排出口開閉部を、車両状況に応じた制御部による制御によって、前記取込口からの冷却風の取込量および前記排出口からの冷却風の排出量を調整するようにしたものである。

請求項４に記載の本発明は、前記取込口開閉部を、前記取込口を開閉する取込口シャッタと、該取込口シャッタを開閉操作する取込口シャッタ開閉手段とを有するものとし、前記排出口開閉部を、前記排出口を開閉する排出口シャッタと、該排出口シャッタを開閉操作する排出口シャッタ開閉手段とを有するものとし、前記制御部により、前記取込口シャッタ開閉手段および前記排出口シャッタ開閉手段を制御することで、前記取込口シャッタの開度および前記排出口シャッタの開度を変更し、前記保温カバーの内部空間を流れる冷却風の流量を調整するようにしたものである。

ここで、車両としては、普通自動車、大型自動車などが挙げられる。
保温カバーは、エンジンコンパートメント（フロントコンパートメント）に収納され、エンジンと変速機が組み合わされたパワートレインと車体との間またはモータと車体との間で、エンジンまたはモータをカプセル化する部材である。
保温カバーの素材としては、例えば各種の金属、各種の耐熱性合成樹脂などを採用することができる。例えば、ガラス繊維やセルロースファイバーを含む繊維強化プラスチックや発泡プラスチックなどを採用することができる。
保温カバーにより保温される動力源は、少なくともエンジンまたはモータである。したがって、これらの両方を搭載したハイブリッド方式のものでもよい。また、エンジンの場合、保温カバーの内部空間（パワートレイン室）に、エンジンとトランスミッションとを組み合わせたパワートレインを収納してもよい。

保温カバーの構造は任意である。例えば、エンジンまたはモータの上面を覆う上面カバーと、その前面を覆う取込口が形成された前面カバーと、その後面を覆う排出口が形成された後面カバーと、その左右両側面を覆う左右側面カバーと、その下面を覆う下面カバー（エンジンアンダーカバー）とからなるものを採用することができる。このうち、下面カバーは、別体として構成されていることは必ずしも必要ではなく、下面カバーとエンジンアンダーカバーとが共用された、すなわちエンジンアンダーカバーと一体であってもよい。これらは一体成形でも、別体で設けて組み立ててもよい。
保温カバーの内部空間には、エンジンまたはモータとの間に冷却風の通路が形成されている。
なお、保温カバーを構成する下面カバーは保温を機能としているから、通常、従来用いられている車体下の整流（空気抵抗低減）と保護（石や泥から）を機能としているエンジンアンダーカバーとは、別体であるが、同一体であってもよい。
また、下面カバーは、その他の左右側面（前後側面）カバーと一体成形でも、別体でもよい。
次に、断熱層としては、例えば、断熱および吸音素材のポリウレタンフォームなどを採用することができる。断熱層は、例えば保温カバーの内面に設けることができる。

冷却風の取込口は、フロントグリル（ラジエーターグリル）と正対する保温カバーの前面に形成される。また冷却風の排出口は、保温カバーの後面に形成される。なお、この取込口は、フロントグリルと共用されたものであってもよい。
取込口開閉部および排出口開閉部の構造は、取込口または排出口を開閉可能であれば任意である。例えば、取込口シャッタまたは排出口シャッタと、対応するシャッタを開閉する取込口シャッタ開閉手段または排出口シャッタ開閉手段とを有するものなどを採用することができる。
取込口シャッタ開閉手段および排出口開閉手段としては、例えば、アクチュエータからの駆動力を、動力伝達部材を介して取込口シャッタまたは排出口シャッタに伝達し、対応するシャッタを直線移動または回転移動させるものなどを採用することができる。
アクチュエータとしては、電動モータ、油圧シリンダなどを採用することができる。
動力伝達部材としては、例えばリンク構造体、回転軸体などを採用することができる。

制御部による取込口開閉部および排出口開閉部の制御方法としては、車両状況に応じて、例えば取込口開閉部のみ、排出口開閉部のみ、またはこれらの両方を同時に制御することができる。
ここでいう「車両状況に応じて」とは、例えば、車両走行中の冷却水、排気ガス、エンジンオイル、変速機オイルなどの温度が挙げられる。これらが基準以上になる温度条件で、制御部は、冷却のために取込口開閉部および排出口開閉部を開放状態に制御する。また、車両初期始動（ウォームアップ）時や低負荷走行条件、定速走行条件、キーオフ時のように、上記車両走行中の冷却水などが基準以下の温度条件で、取込口開閉部および排出口開閉部を閉鎖状態に制御する。

本発明のエンジンコンパートメントの冷却制御構造によれば、車両のコールドスタート時に、エンジンまたはモータを覆った保温カバーの取込口を取込口開閉部により閉じるとともに、排出口開閉部によって保温カバーの排出口を閉じる。これにより、断熱層付きの保温カバーにより被われたエンジンなどの収納空間（内部空間）の密閉性が高まり、外気との熱交換がなくなって、エンジンまたはモータの温度上昇が早まる。その結果、原動機の暖機時間が短縮し、コールドスタート時の燃費が改善されるとともに、暖機後に取込口（必要により排出口も）を閉じてエンジンコンパートメントに冷却風が流れ込まなくなることによる空力特性、エンジンまたはモータを保温カバーにより覆うことでの静音性を向上させることができる。そのうえ、エンジンの高温時には、冷却効果にも優れる。

また、本発明によれば、エンジンコンパートメントの冷却風の排出口を、従来採用されたアンダーカバーではなく、エンジンコンパートメントに収納された保温カバーに設けたため、走行中に高速回転するタイヤにより跳ね上げられた砂、石、泥水などが、排出口開閉部に直接当たり難い。その結果、排出口開閉部による排出口の開閉動作の信頼性が高まる。

本発明の実施例１に係るエンジンコンパートメントの冷却制御構造が搭載された車両の一部分解図を含む斜視図である。 本発明の実施例１に係るエンジンコンパートメントの冷却制御構造の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図１および図２において、１０はエンジンコンパートメントの冷却制御構造（以下、冷却制御構造）で、この冷却制御構造１０は、車両（自動車）のエンジン、トランスミッションを含むパワートレイン１１を、断熱層（図示せず）を有する保温カバー１２によって被われたパワートレイン室（内部空間）１３に配設したもので、保温カバー１２には、前面に冷却風の取込口１４が形成され、かつ後面に冷却風の排出口１５が形成され、取込口１４の形成部位には、冷却風の取込量を調整する取込口開閉部１６が設けられ、また排出口１５の形成部位には、冷却風の排出量を調整する排出口開閉部１７が設けられたものである。

以下、これらの構成部品を具体的に説明する。
図１および図２に示すように、保温カバー１２は、エンジンコンパートメント１８の上部に配置される上部保温カバー部材１２Ａと、エンジンコンパートメント１８の下部に配置される下部保温カバー部材１２Ｂとを有している。
上部保温カバー部材１２Ａは、エンジンコンパートメント１８内の上部に固定される上部遮蔽構造物であって、パワートレイン１１の上側空間を含んで、車体前端のフロントエンドモジュール、エンジンコンパートメント１８と車室の境界位置に配置されるダッシュパネル、左右両側のサイドメンバーの間の空間をエンジンコンパートメント１８の上部空間で遮蔽するように設置される。

この上部保温カバー部材１２Ａの構造は、エンジンコンパートメント１８の前側を遮蔽し、かつ取込口１４の上半分を構成するように下部が開放された前面カバー１９と、上側遮蔽のための上面カバー２０と、側面遮蔽のための左右両側面カバー２１と、後面を遮蔽する後面カバー２２とを有し、これらが一体に形成されたものである。このうち、上面カバー２０の前端部がフロントエンドモジュールのキャリアに、左右両側面カバー２１がエンジンコンパートメント１８内の側面車体部分およびサイドメンバーに、後面カバー２２がクロスメンバーにそれぞれ固定されている。

上部保温カバー部材１２Ａは、ガラス繊維強化プラスチックからなる（下部保温カバー部材１２Ｂも同じ）。
また、上部保温カバー部材１２Ａの内側面には、所定の厚さの断熱層（図示せず）が装着されている。断熱層は、ポリウレタンフォームからなる。

一方、下部保温カバー部材１２Ｂは、エンジンコンパートメント１８のエンジンアンダーカバー２３の上面に載置されている。下部保温カバー部材１２Ｂの構造は、エンジンコンパートメント１８の前側を遮蔽し、かつ取込口１４の下半分を構成するように上部が開放された前面カバー２４と、下側遮蔽のための下面カバー（アンダーカバープレート）２５と、側面遮蔽のための左右両側面カバー２６と、車幅方向の中間部に排出口１５が開放された後面カバー２７とを有し、これらが一体に形成されたものである。

下部保温カバー部材１２Ｂは、エンジンコンパートメント１８内の下部に固定される下部の遮蔽構造物であって、パワートレイン１１の下側空間を含んで、車体前後端および左右両側のサイドメンバーの間の空間をエンジンコンパートメント１８内の下部空間で遮蔽するように設置されている。
下部保温カバー部材１２Ｂは、左右両側面カバー２１がエンジンコンパートメント１８内の側面車体部分のサイドメンバーにそれぞれ固定されている。下部保温カバー部材１２Ｂの内側面で、かつパワートレイン１１のオイルパンの下側部分には所定の厚さの断熱層（図示せず）が装着されている。
上部保温カバー部材１２Ａと下部保温カバー部材１２Ｂは、上下方向からパワートレイン１１を覆うように気密的に連結されることで、保温カバー１２が組み立てられる。このとき、取込口１４の上半分と下半分とを構成する部分が連通され、保温カバー１２の前面の中央部で、かつ車両の前部に搭載されたフロントグリル（ラジエーターを有する場合にはラジエーターグリル）２８と正対する部位に、冷却風の取込口１４が現出する。

フロントグリル２８の車体側には、制御部２９の制御指令により保温カバー１２の取込口１４を開閉し、開閉作動により保温カバー１２の内部への空気の流入を制御する取込口開閉部１６が設置されている。
取込口開閉部１６は、取込口１４を開閉する取込口シャッタ３０と、取込口シャッタ３０を開閉操作する取込口シャッタ開閉手段３１とを有する。取込口シャッタ開閉手段３１は、取込口シャッタ３０の回動軸３２と取込口側電動モータＭ１とを有している。
取込口シャッタ３０は、その上端部に設けられた回動軸３２を介して車体前部に取り付けられている。取込口開閉部１６は、取込口側電動モータＭ１により取込口シャッタ３０の回動軸３２を上方回動または下方回動させる。
取込口開閉部１６は、制御部２９から車両運転状態に応じて出力される制御指令により取込口シャッタ３０の開度を制御する。例えば、初期始動やキーオフ時には制御部２９により取込口シャッタ３０を閉じ、車両走行中の冷却時には取込口シャッタ３０を開く。

すなわち、車両走行中、冷却水、排気ガス、エンジンオイル、変速機オイルなどの温度が基準の温度以上となる温度条件であるとき、制御部２９は、パワートレイン１１を冷却するために取込口開閉部１６を開放側に制御する。一方、車両初期始動時や低負荷走行条件、定速走行条件、キーオフ時のような基準温度未満の温度条件であるときには、制御部２９はパワートレイン１１を保温するために取込口開閉部１６を閉鎖側に制御する。

下部保温カバー部材１２Ｂの後面カバー２７の排出口１５には、制御部２９の制御指令により保温カバー１２の排出口１５を開閉し、開閉作動により保温カバー１２の内部空間からの空気の流入を制御する排出口開閉部１７が設置されている。
排出口開閉部１７は、排出口１５を開閉する排出口シャッタ３３と、排出口シャッタ３３を開閉操作する排出口シャッタ開閉手段３４とを有している。
排出口シャッタ３３は、その上端部が後面カバー２２の排出口上部形成部に回動軸３５を介して取り付けられている。排出口開閉部１７は、排出口側電動モータＭ２により排出口シャッタ３３の回動軸３５を上方回動または下方回動させる。排出口シャッタ開閉手段３４は、回動軸３５と排出口側電動モータＭ２とを有している。
排出口開閉部１７は、制御部２９から車両運転状態に応じて出力される制御指令により排出口シャッタ３３の開度を制御する。例えば、初期始動やキーオフ時には制御部２９により排出口シャッタ３３を閉じ、車両走行中の冷却時には排出口シャッタ３３を開く。

すなわち、車両走行中、冷却水、排気ガス、エンジンオイル、変速機オイルなどの温度が基準の温度以上となる温度条件で、制御部２９は、冷却のために排出口開閉部１７を開放側に制御し、車両初期始動時や低負荷走行条件、定速走行条件、キーオフ時のような基準温度未満の温度条件にあるときは、排出口開閉部１７を閉鎖側に制御する。
以上説明したように、制御部２９により、取込口シャッタ開閉手段３１および排出口シャッタ開閉手段３４を制御することで、保温カバー１２の内部空間であるパワートレイン室１３を流れる冷却風の流量を調整する。

ここで、冷却制御構造における取込口１４および排出口１５の開閉制御系を説明する。ＣＰＵを有する制御部２９の入力ポートには、車両運転状況を検知する各種のセンサが電気的に接続され、また制御部２９の出力ポートには、取込口開閉部１６の取込口側電動モータＭ１と、排出口開閉部１７の排出口側電動モータＭ２とが電気的に接続されている。各センサからの車両運転状況の検出信号が制御部２９に入力されると、その状況に応じた制御指令が取込口側電動モータＭ１および排出口側電動モータＭ２に出力される。

図１および図２に示すエンジンコンパートメント１８のエンジンアンダーカバー２３には、その前側中央部に保温カバー１２の搭載部３６が設けられている。また、搭載部３６の後方近傍には、排出口１５から排出された冷却風の排出ダクト３７が形成されている。排出ダクト３７は、車両後方へ向かって徐々に先細り化した下方傾斜する通路である。保温カバー１２の後部に形成された冷却風の出口３７ａは、排出ダクト３７の排出口１５と正対する使用済みの冷却風の入口３７ｂより開口面積が小さく形成されている。

次に、図１および図２を参照しながら、冷却制御構造１０の空気流動状態を説明する。
まず、定常走行時には、制御部２９からの制御指令により取込口開閉部１６の取込口側電動モータＭ１および排出口開閉部１７の排出口側電動モータＭ２が開放側に駆動し、保温カバー１２の取込口シャッタ３０および排出口シャッタ３３がそれぞれ開く。これにより、取込口１４を介して保温カバー１２の内部に形成されたパワートレイン室１３に冷却風が流入し、この冷却風がパワートレイン室１３を通過する間にパワートレイン１１と熱交換し、このパワートレイン１１を冷却して、下部保温カバー部材１２Ｂの後面カバー２２に形成された排出口１５から、排出ダクト３７を通して車両後方に排出される。

一方、車両のキーオフ時や停車、初期始動時、低負荷高速または低速走行時には、制御部２９からの制御指令により取込口開閉部１６の取込口側電動モータＭ１および排出口開閉部１７の排出口側電動モータＭ２が閉鎖側に駆動し、保温カバー１２の取込口シャッタ３０および排出口シャッタ３３がそれぞれ閉じる。これとともに保温カバー１２がパワートレイン１１の周辺を遮蔽するため、エンジンコンパートメント１８の熱を保存する。なお、制御部２９による取込口１４および排出口１５の開閉制御は、このように両方を全開または全閉するだけでなく、一方が全開で他方が全閉の制御を行ってもよい。また、取込口側電動モータＭ１および排出口側電動モータＭ２にサーボモータを採用することで、取込口シャッタ３０および排出口シャッタ３３による取込口１４および排出口１５の開度を所定値とする制御を行ってもよい。

このように、実施例１の冷却制御構造１０によれば、車両のコールドスタート時、パワートレイン１１を覆った保温カバー１２の取込口１４を取込口開閉部１６により閉じるとともに、排出口開閉部１７によって保温カバー１２の排出口１５を閉じるようにしたため、保温カバー１２により被われたパワートレイン室１３の密閉性が高まり、外気との熱交換がなくなって、パワートレイン１１の温度上昇が早まる。その結果、パワートレイン１１の暖機時間が短縮し、コールドスタート時の燃費が改善されるとともに、暖機後に取込口１４および排出口１５を閉じてエンジンコンパートメント１８に冷却風が流れ込まなくなることでの空力特性や、パワートレイン１１を保温カバー１２により覆うことでの静音性をそれぞれ向上させることができる。

また、冷却制御構造１０によれば、エンジンコンパートメント１８の冷却風の排出口１５を、従来採用されたアンダーカバーではなく、エンジンコンパートメント１８に排出ダクト３７を介して収納された保温カバー１２に設けたため、車両走行中に高速回転するタイヤにより跳ね上げられた砂、石、泥水などは、狭い冷却風の出口３７ａからを通過しなければならず、排出口開閉部１７に直接当たり難い。その結果、排出口開閉部１７による排出口１５の開閉動作の信頼性が高まる。

本発明は、車両のコールドスタート時におけるエンジンまたはモータの暖機時間を短縮しつつ、エンジンの高温時には冷却効果にも優れ、車両の燃費性能、空力特性および静音性を向上させるエンジンコンパートメントの冷却制御技術として有用である。

１０ エンジンコンパートメントの冷却制御構造
１１ パワートレイン（エンジンまたはモータ）
１２ 保温カバー
１３ パワートレイン室（内部空間）
１４ 取込口
１５ 排出口
１６ 取込口開閉部
１７ 排出口開閉部
２３ エンジンアンダーカバー
２５ 下面カバー
２９ 制御部
３０ 取込口シャッタ
３１ 取込口シャッタ開閉手段
３３ 排出口シャッタ
３４ 排出口シャッタ開閉手段

Claims (4)

1. 車両のエンジンまたはモータを、断熱層を有する保温カバーによって被われた内部空間に配設し、
   前記保温カバーには、冷却風の取込口と排出口とがそれぞれ形成され、
   前記取込口の形成部位には、冷却風の取込量を調整する取込口開閉部が設けられ、
   前記排出口の形成部位には、冷却風の排出量を調整する排出口開閉部が設けられた
   ことを特徴とするエンジンコンパートメントの冷却制御構造。
2. 前記保温カバーは、その下部に前記エンジンまたはモータを下方から覆う下面カバーを有し、かつこの下面カバーは、エンジンアンダーカバーと別体として構成されているか、あるいは、当該下面カバーとエンジンアンダーカバーとが一体である請求項１に記載のエンジンコンパートメントの冷却制御構造。
3. 前記取込口開閉部および前記排出口開閉部は、車両状況に応じた制御部による制御によって、前記取込口からの冷却風の取込量および前記排出口からの冷却風の排出量を調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンコンパートメントの冷却制御構造。
4. 前記取込口開閉部は、前記取込口を開閉する取込口シャッタと、該取込口シャッタを開閉操作する取込口シャッタ開閉手段とを有し、
   前記排出口開閉部は、前記排出口を開閉する排出口シャッタと、該排出口シャッタを開閉操作する排出口シャッタ開閉手段とを有し、
   前記制御部により、前記取込口シャッタ開閉手段および前記排出口シャッタ開閉手段を制御することで、前記取込口シャッタの開度および前記排出口シャッタの開度を変更し、前記保温カバーの内部空間を流れる冷却風の流量を調整することを特徴とする請求項３に記載のエンジンコンパートメントの冷却制御構造。

Images