JP4029433B2

JP4029433B2 - 車両床下冷却装置

Info

Publication number: JP4029433B2
Application number: JP26423696A
Authority: JP
Inventors: 清平青木; 利一大林; 一郎村藤; 雄二花岡; 雄一露木; 幸一郎原中
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2016-10-04
Also published as: JPH10110812A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両の床下構造に関し、特に床下に装着されるディファレンシャルギアや燃料タンクのような冷却を要する装置を冷却するようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
前部にエンジンが有る車両では、ラジエータ、エンジン、エギゾースト等から発生する熱はエンジンルームを通過する空気流及び走行に伴って発生する車両前方から直接床下を流れる空気流によって車体床下後半部に運ばれることから、車両後半部の床下を流れる空気は高温となる。
加えて、床下はサスペンション、フレーム、車体フロアパネル等の補強のための各種構造部材によって複雑な凹凸形状をしているので、図２に示すように、床下の空気流は至る所で剥離が起る。これらの剥離域Ａでは流れが淀んでしまうため、熱が強制的に運ばれる事が妨げられ、このため、熱が溜りやすく、車輌後半部床下流の高温化の傾向は強まる。この高温流に起因する床下部品の熱害防止の為の冷却や車室内への熱の浸入防止は設計上極めて重要な課題である。
【０００３】
従来、床下部品の熱害防止のための冷却手段としては、主に以下の１〜４のいずれかの手段或はこれらを組合わせた手段が採用されてきた。
１．高温源を断熱材で被覆する（「公知技術１」という）。
２．温度上昇を防止したい対象部品の放熱性を向上させる（「公知技術２」という）。
３．冷却空気流を何らかの方法で導入する（「公知技術３」という）。
４．冷却装置を別途追加する（「公知技術４」という）。
【０００４】
上記公知技術１としては、例えば、エギゾーストパイプ等をヒートプロテクタとしての断熱材で覆う手段を採るものである。この公知技術１は極めて一般的な手段であるが、被覆される発熱体は排気系のように本来耐熱性材料でできているものに限られる。
しかしながら、このような技術はディファレンシャルギアのようにそれ自体が発熱源であると同時に耐熱性が低い場合にはこの方法は採用できない。即ち、ディファレンシャルではギア及びベアリングの摩擦熱、潤滑油の剪断運動に伴う発熱により、油温が回転高速化に伴って上昇する。潤滑油及びシール、パッキン類の耐熱限度は百数十度程度であり、耐熱性が低い構造となっていることから、この手段は適用が限定される。
【０００５】
上記公知技術２としては、例えば、ディファレンシャルギアに冷却フィンを追加するもので、具体的には実開平３−２５０６６号公報や実公平１−１１５４４７号公報に開示されるものである。
しかしながら、このような技術は、冷却空気流が既に存在することを前提としているか、又は雰囲気温度が低い場合でないと採用できない。したがって床下のように剥離域が多数存在し流れが淀んでいる部位では、冷却空気流自体が存在せず、雰囲気温度も高いため、対象部位の放熱性を向上させても効果のない場合が実際は多々ある。
【０００６】
上記公知技術３としては、例えば、ダクトを配し冷却空気流を導入し保護対象部位に導いて冷却するもので、実開６３−１１２６６４号公報、実開昭６３−１０９０６７号公報等に開示されるものである。
しかしながら、このような技術は原理的には冷却空気流を有効に取り込めると考えられるが、実施した場合には以下のような問題点が生ずる。即ち、
実開６３−１１２６６４号公報に開示の技術では、導風のための案内部がディファレンシャルケース下面よりも下の高さまで斜め下方前方に突出しているため、案内部が地面との干渉によって破損する危険性が極めて高い、といった極めて現実的な欠点がある。また形状記憶合金を使用することは必然的にコスト上昇につながる。また、実開昭６３−１０９０６７号公報にも同様の問題点がある。
【０００７】
上記公知技術４としては、例えば、ディファレンシャルギアオイル冷却用の別置きオイルクーラーを追加するものとして、実開昭６３−８２８６１号公報、実開昭６２−２７８３７１号公報に開示されるものである。
しかしながら、このような技術は、冷却装置の追加を必要とするものであり、必然的にコスト増加、重量増加をもたらすという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、床下の冷却を要する発熱装置或いは被発熱装置の後方近傍に気流をせき止める板状材を設置することで、板状材後方に強制的に渦を発生させ、これによって生ずる負圧により、床下に淀んでいる熱気を吸引・排出して、軽量、安価、簡便で、広い応用性及び高い耐久性が実現できる車両床下冷却装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する手段として、請求項１記載の車両床下冷却装置は、車両の床下部に配設された装置を冷却する車両床下冷却装置であって、前記装置後方に車両床下面に対して略直交して垂下する空気流の負圧吸引体を設け、前記負圧吸引体には、風抜き孔は存在せず、前記負圧吸引体の前記装置の最低地上部より下にはみ出している部分の長さは、前記装置の最低地上高の５０％より短く、前記負圧吸引体の前記装置の最低地上部より上に伸びている部分の長さは、前記負圧吸引体後方の車両床面の地上高と前記装置の最低地上高の差の５０％より短く、前記装置後端と前記負圧吸引体との距離は、前記装置の最低地上高の値と前記負圧吸引体の上下方向の長さの値のいずれか小さい値より小さく、前記負圧吸引体により、該負圧吸引体後方に、強制的に渦を発生させることによって生ずる負圧により、車両床下に淀んでいる熱気を吸引、排出させることを特徴とする。請求項２記載の車両床下冷却装置は、上記手段に加えて、上記負圧吸引体は、取付体を介して車両床下面に取り付けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の車両床下冷却装置は、上記請求項１記載の手段に加えて、上記負圧吸引体は、取付体を介して上記車両の床下部に配設された装置に取り付けたことを特徴とする。請求項４記載の車両床下冷却装置は、上記請求項１〜３記載のいずれかの手段に加えて、上記負圧吸引体は、略方形状の板体で形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の車両床下冷却装置は、上記請求項１〜４記載のいずれかの手段に加えて、上記負圧吸引体の少なくとも下方部分の素材を弾性体としたことを特徴とする。請求項６記載の車両床下冷却装置は、上記請求項３〜５記載のいずれかの手段に加えて、上記車両の床下部に配設された装置を発熱体で構成し、上記負圧吸引体に前記発熱体のフィン機能を付与させたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
（実施例の概要）
本実施例は、床下の冷却を要する装置の後方近傍に走行空気流の負圧吸引体として空気流を堰止める板状体（以下、「エアダム」という）を設置することで、エアダム後方に強制的に渦を発生させる。これによって生ずる負圧により、床下に淀んでいる熱気を吸引、排出して、軽量、安価、簡便で、広い応用性と高い耐久性とを実現でするものである。換言すれば、床下被冷却部位の淀んだ空気を吸い出すという従来技術とは全く異なった手段により、車両の床下冷却を実現しようとするものである。
【００１３】
車両床下の空気流は車両床下が平滑な場合には層状の速い流れが発生する。しかしながら、前述の通り車両床下面には各種構造部材の凹凸が有るため、床下面近傍では至る所に剥離が生じ、床Ｆ下面の凹部では平均流速の遅い淀んだ流れになっている。
つまり床下直下の空気流は、図２に示すように、車両床面近傍の比較的流速の遅い流れＬがあり、一方、その下方の地面Ｇに近い側には一様な層流に近い速い流れＨが存在するという２層構造になっている。通常、最低地上高付近（地面Ｇ付近）の流れは後者の速い流れである。
【００１４】
本実施例では、図３の概念図に示すように、被冷却装置の後方で且つ、床Ｆ下の下方に存在する流速の大きい空気流Ｈを堰止めるように略矩形の平板からなるエアダム１を配置し、そのエアダム１の後方に図４に示すように剥離（負圧）渦領域２を発生させ、この剥離渦領域２の負圧によって、床Ｆ下下面近傍、特に床下装置に囲まれた窪み状の熱気の溜りやすい部分の空気を吸出す作用を持つものである。
【００１５】
（実施例の具体的構成）
上記実施例の概要を前提として、図１及び図５〜１１を参照して更に本実施例を具体的に説明する。
図１は、前方にエンジン（図示せず）を搭載した車両の床下の概略を示しており、床左右のサイド構造材３、３間には燃料タンク４、サイレンサー５等が配置され、また、プロペラシャフト６の後端にはディファレンシャルギアケース（以下デフケースと略称する）７が設けられ、左右のドライブシャフト８、８には後車輪９、９が配置されている。
【００１６】
車両の床下後端部にはスペアタイヤ１０が付設されている。また、床下中央部のサイド構造材３、３間にはクロスメンバー１１が設けられ、該クロスメンバー１１の中央部には導風板１２が設けられている。以上の構成は導風板１２を除いて本出願前公知である。
本実施例では、更にデフケース７の後部位置にエアダム１を設けたものであり、床下の地面Ｇに近い側の速い流れＨの方向、即ち地面Ｇに略平行に法線ベクトルを持つ略矩形板のエアダム１を設置する（図２、３参照）。
【００１７】
（エアダム１について）
エアダム１の幅はデフケース７の幅と同じ程度とするが、幅は大きい程効果は高い。即ち、図５に示すエアダム１の幅ａが大きいほどその後方に発生する前述の剥離渦領域２（図３，４）が幅方向に広く発生するので、負圧発生域が拡大して熱気の吸出し効果が増大する。
【００１８】
図６に示すように、デフケース７の最低地上高をＨ1、最低地上高から車両床面までの距離をＨ2とし（従って車両床面の地上高ＨcはＨc＝Ｈ1＋Ｈ2）、エアダム１のＨ1より下方部分の長さをＬ1、上方部分の長さをＬ2とすると、エアダム１の上下方向の長さＬ1＋Ｌ2としたとき、
Ｌ2＜0.5×Ｈ2
Ｌ1＜0.5×Ｈ1
となるようにする。
Ｌ1は、上記範囲内でその値が大きいほどエアダム１後方の渦の強さが増すため効果が大きくなるが、Ｌ2の最適値は周囲の形状に依存するので上記範囲内で調整する必要がある。また、エアダム１の前後方向の位置は、デフケース７と、その後方に配置されるエアダム１との水平距離ＬhをＬ1＋Ｌ2またはＨ1の小さい方より小さい値を採用する。
【００１９】
エアダム１の取付方法及び構造については、エアダム１に対して上記位置が確保できればよいので、その方法や取付構造は自由度が高い。そこで例えば、図７及び８に示すように、デフケース７近傍の車両床面からステー１３を延ばして支持する手段を採用してもよいが、図９に示すように、デフケース７に直接取り付けてもよい。なお、エアダム１をデフケース７に直接取り付けて、ギアオイルをエアダム１内を流動させるように構成してもよく、デフケース７の放熱板（フィン）としての機能を付与させてもよい。
なお、エアダム１の取り付けはデフケース７に代えてデフケース７近傍のサスペンション部品や駆動部品に取付けてもよい。
【００２０】
エアダム１の素材については、エアダム１がデフケース７の位置（地上高）より下（地面Ｇ側）に出る部分があり、図１０の各図に示すように、地面Ｇとの干渉があり得ることから、少なくともデフケース７の位置より下に出る部分については、合成樹脂等の柔軟性のある素材で作る必要性がある。柔軟性のある素材はエアダム１全体でもよい。
仮に、図１０（Ｃ）に示すように、地面Ｇと干渉した場合でもエアダム１の変形は、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、形状的に最も剛性が低い面外曲げ方向に起るため、かなり大きな変形をしても、元の形状に復し易く、地面Ｇ干渉時の耐破損性は高い。
【００２１】
一方、風圧荷重によってもエアダム１は、図１１（Ａ）に示すように、面外方向の曲げ荷重を受け変形するが、地面Ｇとの干渉時に受ける荷重に比べれば風圧荷重は比較にならない程小さく、エアダム１自体の変形は基本的に少ない。
仮に、風圧荷重によって変形した場合でも、変形角が１０度〜２０度程度では、エアダム１の上下方向の長さの減少が少ないので、エアダム１後方の剥離渦領域２の変化は図１１（Ｂ）と比較しても解るように少なく、冷却効果の減少も少ない。
【００２２】
上記のようにエアダム１をサスペンション部品に対して取付けた場合には、エアダム１と地面Ｇとの距離がサスペンション部品の動きに伴って変化し、効果の変動や低下が生じることが考えられるが、事実上、床下部品の冷却が問題となるのは最高速走行時前後であり、比較的平滑な路面と考えてよく、サスペンション自体の動きは多くとも数cm程度であることから、この面の危惧は実際上問題にならない。
【００２３】
上記実施例により、その冷却効果を、開発車の例で計測した結果、車速が１７５km／hで、約１２℃のデフオイルの冷却効果を示し、最も厳しい条件である床Ｆ下にスペアタイヤ１０を置く場合の冷却問題を解決できた。なお、従来はコストの大幅上昇を伴うオイルクーラーの設置以外に有効な対策方法がなかったが、この発明により冷却問題を解決できた。
上記実施例はエアダム１、即ち負圧吸引体を、デフケース７、即ちディファレンシャルギアケース後方に配置した例を示したが、燃料タンク等の冷却することが望ましい装置にも適用できることは言うまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、下記の効果を奏する。
１．請求項１記載の発明により、冷却すべき装置後方に車両床下面に対して略直交して垂下する負圧吸引体を設けたことで、簡単な構成で冷却効果が得られた。また、本発明の適用は車種を問わないので汎用性が高い。
２．請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、上記負圧吸引体は、取付体を介して車両床下面に取り付けたことで、負圧吸引体の取付状態が安定し、且つ確実である。
３．請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、上記負圧吸引体は、取付体を介して被冷却装置に取り付けたことで、前もって冷却すべき装置に取付けておけるから車体への取付が一層容易となる。
【００２５】
４．請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３記載のいずれかの発明の効果に加えて、上記負圧吸引体は、略方形状の板体で形成したことで、寸法、取付け精度に厳しい条件が課されてないことから生産性が高い。即ち、負圧吸引体の前後、上下方向の変位に対して、負圧吸引体後方に発生する剥離渦領域は強さ、範囲が安定している為、製造上、取付け上の寸法精度の要求は緩く生産性が高い。樹脂等の平板状の部材を用いれば、簡便、軽量且つ安価で、後付けも容易である。
５．請求項５記載の発明によれば、請求項１〜４記載のいずれかの発明の効果に加えて、上記負圧吸引体の少なくとも下方部分の素材を弾性体としたことで、地面干渉時の耐破損性が高く、干渉しても平板の面外変形であるので元形状に復し易く冷却効果の低下が少なく、冷却効果が安定しており信頼性が高い。
６．請求項６記載の発明によれば、請求項３〜５記載のいずれかの記載の発明の効果に加えて、上記負圧吸引体に発熱体のフィン機能を付与させたことで、一層の冷却効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例の概略全体斜視図。
【図２】従来技術の問題点を説明する説明図。
【図３】図１記載の実施例の基本思想を示す概念図。
【図４】同作用説明図。
【図５】同実施例のエアダムの背面図。
【図６】同実施例のエアダムの側面図。
【図７】本発明に係る実施例２の概略側面図。
【図８】同実施例２の概略背面図。
【図９】本発明に係る実施例３の概略斜視図。
【図１０】本発明の作用説明図で、（Ａ）はその斜視図、（Ｂ）及び（Ｃ）はその側面図。
【図１１】（Ａ），（Ｂ）とも、本発明の作用説明図。
【符号の説明】
Ａ剥離域
Ｌ遅い流れ
Ｈ速い流れ
Ｆ床
Ｇ地面
１エアダム
２剥離（負圧）渦領域
３サイド構造材
４燃料タンク
５サイレンサ−
６プロペラシャフト
７ディファレンシャルギアケース（デフケース）
８ドライブシャフト
９後車輪
１０スペアタイヤ
１１クロスメンバー
１２導風板
１３ステー

Claims

車両の床下部に配設された装置を冷却する車両床下冷却装置であって、前記装置後方に車両床下面に対して略直交して垂下する空気流の負圧吸引体を設け、
前記負圧吸引体には、風抜き孔は存在せず、
前記負圧吸引体の前記装置の最低地上部より下にはみ出している部分の長さは、前記装置の最低地上高の５０％より短く、前記負圧吸引体の前記装置の最低地上部より上に伸びている部分の長さは、前記負圧吸引体後方の車両床面の地上高と前記装置の最低地上高の差の５０％より短く、
前記装置後端と前記負圧吸引体との距離は、前記装置の最低地上高の値と前記負圧吸引体の上下方向の長さの値のいずれか小さい値より小さく、
前記負圧吸引体により、該負圧吸引体後方に、強制的に渦を発生させることによって生ずる負圧により、車両床下に淀んでいる熱気を吸引、排出させる
ことを特徴とする車両床下冷却装置。
上記負圧吸引体は、取付体を介して車両床下面に取り付けたことを特徴とする請求項１記載の車両床下冷却装置。
上記負圧吸引体は、取付体を介して上記車両の床下部に配設された装置に取り付けたことを特徴とする請求項１記載の車両床下冷却装置。
上記負圧吸引体は、略方形状の板体で形成したことを特徴とする請求項１〜３記載のいずれかの車両床下冷却装置。
上記負圧吸引体の少なくとも下方部分の素材を弾性体としたことを特徴とする請求項１〜４記載のいずれかの車両床下冷却装置。
上記車両の床下部に配設された装置を発熱体で構成し、上記負圧吸引体に前記発熱体のフィン機能を付与させたことを特徴とする請求項３〜５記載のいずれかの車両床下冷却装置。