JP4957768B2

JP4957768B2 - 冷却風導入構造

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Publication number: JP4957768B2
Application number: JP2009202439A
Authority: JP
Inventors: 聡鯵坂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2029-09-02
Also published as: JP2011051482A; US20120153681A1; WO2011027203A1; WO2011027203A8; EP2473722B1; EP2473722A1; CN102482984A

Description

本発明は、走行風を冷却風として被冷却体に導くための冷却風導入構造に関する。

エンジンの車両前方に配置されたラジエータに対し、車両前端に設けられたグリルやバンパカバーの開口部を通じて冷却風を導く車体前部構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−６９６５１号公報

ところで、車両前端の開口部と被冷却体との間にエンジン等が配置される場合、バンパカバー等の開口部から導入された風がエンジンに遮られて被冷却体に至り難く、被冷却体を効率的に冷却する観点からは改善の余地がある。

本発明は、熱交換器に対し車両下方から良好に冷却風を導くことができる冷却風導入構造を得ることが目的である。

請求項１記載の発明に係る冷却風導入構造は、車体に設けられ、路面側に向けて開口された開口部を有し、該開口部に対する車両前後方向の後側に配置された空冷式の熱交換器に対して車両の走行風を冷却風として導くためのダクト部と、前記熱交換器に対する車両前後方向の後側に設けられ、作動することで前記熱交換器を通過する冷却風を生じさせ、車速が所定値を超えた場合に作動が禁止されるファンユニットと、前記開口部に対する車両前後方向の前側でかつ前記車体に対する路面側に設けられ、前記車体の車両前後方向の前端側から前記開口部の車両前後方向の前端部に向けて、路面との間隔が徐々に小さくなるように傾斜された傾斜壁と、前記開口部の後部において車幅方向に沿った軸周りに回転可能に支持され、車速が所定値を超えた場合の走行風の風圧によって前記軸周りに回転することで、前記ダクト部内における車両前後方向の後部で車両前後方向の前側が後側よりも車両上下方向の下側に位置するように傾斜された格納姿勢から、前記開口部を通じて前記ダクト部から前記路面側に突出する導風姿勢に切り替わる導風部材と、を備えている。

請求項１記載の冷却風導入構造では、傾斜壁と路面との間を流れる走行風の少なくとも一部が開口部を通じてダクト部に導入される。この走行風は、ダクト部によって冷却風として熱交換器に導かれ、該熱交換器での熱交換に供される。ここで、本冷却風導入構造では、車体下方を流れる走行風は、傾斜壁によってダクト部の開口部に向かうのに従って路面との間で絞られる。この絞りに伴うベンチュリ効果によってフロア下の走行風には車両上向きの速度成分（ベクトル）が与えられ、該走行風が冷却風として熱交換器に導かれる。

このように、請求項１記載の冷却風導入構造では、熱交換器に対し車両下方から良好に冷却風を導くことができる。

また、本冷却風導入構造では、車速が低い場合は、導風部材に作用する走行風の風圧が小さいので、導風部材は格納姿勢に維持される。一方、車速の上昇と共に走行風の風圧が増すと、導風部材には比較的大きな風圧が作用し、該導風部材は格納姿勢から導風姿勢に切り替わる。導風姿勢で導風部材はダクト部から車両下方に突出しているので、該導風部材によって、路面側を流れる走行風がより効果的にダクト部に導入される。

請求項２記載の発明に係る冷却風導入構造は、請求項１記載の冷却風導入構造において、前記ダクト部は、フロアトンネルにおける車前後方向に前側の開口端に連通しており、前記熱交換器は、前記フロアトンネル内に配置されるか、又は該フロアトンネルと前記ダクト部との間に介在されている。

請求項２記載の冷却風導入構造では、開口部を通じてダクト部内に導入された走行風が該ダクト部とフロアトンネルとの間、又はフロアトンネル内に設けられた熱交換器に効率的に導かれる。熱交換器での熱交換後の冷却風は、フロアトンネルを通じて排出される。

請求項３記載の発明に係る冷却風導入構造は、請求項２記載の冷却風導入構造において、前記フロアトンネルに対する車両前後方向の前側には、車両の駆動源となるパワーユニットが配置されており、前記熱交換器は、前記パワーユニットとの間で流体を循環させて該パワーユニットを冷却するための熱交換器を含む。

請求項３記載の冷却風導入構造では、パワーユニットの車両後方に熱交換器を備えた構成において、該熱交換器に対して、路面側に向けて開口する開口部を通じて効率的に導入することができる。すなわち、走行風がパワーユニットに遮られることなく（パワーユニットを回避して）熱交換器に導かれる。

請求項４記載の発明に係る冷却風導入構造は、請求項１〜請求項３の何れか１項記載の冷却風導入構造において、前記車体における少なくとも車両前後方向の前部を車両上下方向の下側から覆うアンダカバーを備え、前記ダクト部及び前記傾斜壁が前記アンダカバーに一体に形成されている。

請求項４記載の冷却風導入構造では、アンダカバーにダクト部と傾斜壁とが一体に形成されているので、これらアンダカバーにダクト部と傾斜壁との相対的な姿勢変化が抑制され、該傾斜壁と路面との間で生じるベンチュリ効果によるダクト部への導風効率が良好である。

以上説明したように本発明に係る冷却風導入構造は、熱交換器に対し車両下方から良好に冷却風を導くことができるという優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係る冷却風導入構造が適用された自動車前部の側断面図である。本発明の実施形態に係る冷却風導入構造が適用された自動車前部の斜視図である。本発明の実施形態に係る冷却風導入構造を構成する可動フラップを拡大して示す側面図である。本発明の実施形態に係る冷却風導入構造を構成する冷却ユニットを示す斜視図である。本発明の実施形態に係る冷却風導入構造によるダクト部への導風作用を説明するための模式的な側断面図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施形態に係る冷却風導入構造が適用された自動車車体のホイールベースの延長メカニズムを比較例との比較で説明するため模式的な側面図である。

本発明の実施形態に係る冷却風導入構造１０について、図１〜図５に基づいて説明する。先ず、冷却風導入構造１０が適用された自動車Ａの車体１１の構成を説明し、次いで、冷却風導入構造１０の具体的な構成を説明することとする。なお、図中に適宜記す矢印ＦＲは車両前後方向の前方向を、矢印ＵＰは車両上下方向の上方向を、矢印Ｗは車幅方向をそれぞれ示す。

（車体の概略構成）
図１には、冷却風導入構造１０が適用された自動車Ａの前部が模式的な側断面図にて示されている。この図に示される如く、自動車Ａの車両前後方向の前端側には、パワーユニット１２が配設されたパワーユニット室１４が配置されている。この実施形態におけるパワーユニット１２は、それぞれフロントホイールＷｆを駆動するための駆動源として内燃機関であるエンジンと電動モータとを含んで構成されている。したがって、自動車Ａは、２つの駆動源を有するハイブリッド自動車とされている。

具体的には、パワーユニットは、車幅方向に沿ったクランクシャフトを有する横置きのエンジンと、該エンジンに動力伝達可能に連結されたトランスアクスルとを主要部として構成されている。トランスアクスルは、電動モータ、図示しないジェネレータ、動力分割機構、無段変速機等である変速機等を含んで構成されている。また、この実施形態では、トランスアクスルには、例えば電動モータ、ジェネレータ、及びバッテリに電気的に接続されたインバータを含んで構成されている。したがって、この実施形態に係るパワーユニットは、パワープラントとして捉えることも可能である。

上記の通り内燃機関であるエンジンを含んで構成されるパワーユニット１２が配設されたパワーユニット室１４は、所謂エンジンルームとして捉えることができる。パワーユニット室１４の車両前後方向の後端部は、車室Ｃとの間を隔てるダッシュパネル１６にて規定されている。ダッシュパネル１６は、フロアパネル１８の車両前後方向の前端部に接合されている。フロアパネル１８における車幅方向の中央部には、車両前後方向に長手とされると共に該長手方向と直交する断面視で車両上下方向に下向きに開口する［コ」字状を成すフロアトンネル２０が形成されている。

そして、冷却風導入構造１０が適用された自動車Ａでは、フロアトンネル２０の車両前後方向の前側開口端２０Ａを塞ぐように、被冷却体としての冷却ユニット２２が設けられている。したがって、この実施形態では、被冷却体である冷却ユニット２２がパワーユニット１２に対する車両前後方向の後側に配置されている。冷却ユニット２２は、パワーユニット１２（のエンジンや電気モータ）との間で冷却水を循環させて該パワーユニット１２を冷却する熱交換器としてのラジエータ、及び図示しない空調装置（の冷凍サイクル）を構成する熱交換器としてのコンデンサの少なくとも一方を含んで構成されている。また、この実施形態では、冷却ユニット２２は、車両上端側が下端側よりも車両前側に位置するように傾斜（前傾）して配置されている。

また、冷却ユニット２２の車両前後方向の後面側には、ファンユニット２４が設けられている。このファンユニット２４の作動によって、冷却ユニット２２には、車両前後方向の前面側から後面側に向けて、冷却水との熱交換を行う冷却風が通過するようになっている。冷却水との熱交換を行った後の冷却風は、フロアトンネル２０の下向き開口端２０Ｂを通じてフロア下に排出されるようになっている。なお、ファンユニット２４は、自動車Ａの車速が後述する所定値を超えた場合には、作動が禁止（停止）されるようになっている。

（冷却風導入構造の概略構成）
そして、冷却風導入構造１０は、パワーユニット１２に対する車両前後方向の後側に配置された冷却ユニット２２に対し、自動車Ａの走行に伴う走行風を冷却風として効率的に導くことができるように構成されている。以下、具体的に説明する。

図１及び図２に示される如く、冷却風導入構造１０は、パワーユニット室１４を車両上下方向の下側から覆うアンダカバー２６を備えている。アンダカバー２６には、路面との間を流れる走行風を冷却ユニット２２（フロアトンネル２０内）に導くためのダクト２８と、傾斜壁としてのベンチュリ壁３０とが形成されている。

ダクト２８は、図１に示される如く、フロアトンネル２０に対する車両前後方向の前方で車両上下方向の下向きに開口された開口部としての導入口２８Ａと、フロアトンネル２０に対する車両前後方向の直前方で車両前後方向の後向きに開口された導出口２８Ｂとを有する。ダクト２８は、導入口２８Ａと導出口２８Ｂとの間の空間が、車幅方向に対向する左右一対の側壁３２と、一対の側壁３２の車両上下方向の上縁をつなぐ天壁３４とで囲まれた流路２８Ｃとされている。

上記した冷却ユニット２２は、フロアトンネル２０の前側開口端２０Ａとダクト２８の導出口２８Ｂとの間にシール状態で介在されている。すなわち、ダクト２８（自動車Ａと路面Ｒとの間）とフロアトンネル２０とが冷却ユニット２２（の空気側流路）を介して連通されている。

ベンチュリ壁３０は、アンダカバー２６自体における導入口２８Ａの車両前後方向前側の前縁部２８ＡＦに対する車両前後方向の前側部分を、車両前後方向の前端側よりも後端側の方が路面Ｒに近接するように傾斜されることで形成されている。ベンチュリ壁３０は、車幅方向においては少なくともダクト２８の設置範囲の車両前後方向の前側に形成されれば良いが、この実施形態では、アンダカバー２６の前部は、車幅方向の略全幅に亘り傾斜壁であるベンチュリ壁３０とされている。

ベンチュリ壁３０は、路面Ｒとの間に形成される空間を、車両後端側に向かうほど上下幅が狭まる（流路断面が絞られる）ベンチュリ形状とする構成である。この実施形態では、ベンチュリ壁３０と路面Ｒとの間に形成された空間におけるダクト２８の導入口２８Ａの前縁部２８ＡＦに対する車両上下方向のほぼ直下の部分が、流路断面が最も絞られたのど部とされている。

また、冷却風導入構造１０は、導風部材としての可動フラップ３６を備えている。図３及び図４に示される如く、可動フラップ３６は、冷却ユニット２２に対する車両上下方向の下側に設けられ、ダクト２８内に格納された格納姿勢（図３の想像線参照）と、ダクト２８の導入口２８Ａから車両上下方向の下側（路面Ｒ側）に突出された導風姿勢とを取り得る構成とされている。以下、具体的に説明する。

可動フラップ３６は、車幅方向に長手の略矩形板状に形成されており、冷却ユニット２２に対して、幅方向の一端側において車幅方向に沿った支軸３８周りに回転可能に支持されている。可動フラップ３６は、冷却ユニット２２に対して支軸３８周りに回転（角変位）することによって、格納側ストッパ４２に当接する格納姿勢と導風側ストッパ４４に当接する導風姿勢との間で姿勢変化されるようになっている。支軸３８は、冷却ユニット２２における車両上下方向の下端部に設けられている。したがって、この実施形態における可動フラップ３６は、導入口２８Ａにおける車両前後方向の後側の縁部近傍に配置されている。

可動フラップ３６は、該可動フラップ３６と冷却ユニット２２との間に設けられた付勢部材としてのスプリング４０によって、格納姿勢に偏移されている。この実施形態では、スプリング４０として捻りコイルばねを用いた例を図示しているが、スプリング４０として引張コイルスプリングを用いても良い。

スプリング４０は、自動車Ａの走行速度（車速）が所定値（例えば、８０ｋｍ／ｈ）を超える場合の風圧を受けることで、可動フラップ３６が導風位置に位置する（移動され、維持される）ように、ばね定数が設定されている。可動フラップ３６の格納姿勢は、自動車Ａの走行風の風圧を受けるべく、先端３６Ａが支軸３８による支持側に対し車両前後方向の前側でかつ車両上下方向の下側に位置する傾斜姿勢とされている。

この格納姿勢の傾斜角は、導入口２８Ａからダクト２８内に導入される空気流のマクロ的な流れ方向に略沿った角度又は該角度よりも導風姿勢に近い角度（走行風の風圧を導風姿勢で車両前向きとなる面で受ける角度）とされている。一方、可動フラップ３６の導風姿勢は、側面視で車両上下方向に略沿った姿勢とされている。なお、可動フラップ３６は、バタつきが抑制されるように、支軸３８等との間の静摩擦（摩擦係数）が設定されている。

次に、本実施形態の作用を説明する。

上記構成の冷却風導入構造１０が適用された自動車Ａでは、その走行の際に、パワーユニット１２と冷却ユニット２２とを冷却水が循環する。この冷却水は、冷却ユニット２２において空気との熱交換により冷却される。これにより、パワーユニット１２が冷却される。冷却ユニット２２には、走行風、ファンユニット２４の作動による空気流により、冷却水との熱交換に供される空気が導入される。冷却ユニット２２において冷却水との熱交換に供された空気流は、開口端２０Ｂを通じてフロアトンネル２０からフロア下に排出される。

ここで、本冷却風導入構造１０では、ダクト２８の導入口２８Ａに対する車両前後方向の前側にベンチュリ壁３０が配置されているので、車両後方に向かう走行風が、導入口２８Ａに対する車両前後方向の前方で生じるベンチュリ効果によって図５に示される如く車両上方に導かれ、多量の空気が導入口２８Ａを通じてダクト２８に導入される。なお、図５に示す複数の流れ線ＦＬは、数値解析による車体下側の空気流のマクロ的な流れ方向を示している。図示は省略するが、例えば路面Ｒに対し略平行なアンダカバーを導入口２８Ａに対する車両前方に設けた比較例では、走行風は主に車両後方に向けて流れるだけなので、該アンダカバー、フロアパネルに対して車両上方に配置された冷却ユニット２２への空気導入量が不足する場合が生じる。

これに対し本冷却風導入構造１０では、上記した如くベンチュリ壁３０が路面Ｒとの間に前縁部２８ＡＦの直下をのど部とするベンチュリが形成され、該ベンチュリのベンチュリ効果によりダクト２８には比較例よりも多量の空気が導入される。また、冷却風導入構造１０では、自動車Ａが比較的に低速で走行している場合には、ファンユニット２４が作動され、ダクト２８への導入空気量が確保される。

一方、自動車Ａの走行速度が所定値を超えると、可動フラップ３６が導風姿勢に移行される。すると、ダクト２８から路面Ｒ側に可動フラップ３６が突出され、該可動フラップ３６によって図５に示される如く車両後方に向かう走行風の一部が可動フラップ３６にてせき止められつつダクト２８内に案内される。また、ファンユニット２４の作動が禁止（停止）される。これらにより、冷却風導入構造１０では、高速走行時のファンユニット２４の作動による走行抵抗の増大を抑制しつつ、上記ベンチュリ効果及び可動フラップ３６によって、高負荷で運転されるパワーユニット１２の冷却に十分な空気をダクト２８（冷却ユニット２２）の導入することができる。

可動フラップ３６は、自動車Ａの走行速度が上記所定値（未満の別途所定値）を下回ると、スプリング４０の付勢力によって格納姿勢側に姿勢変化される。このため、冷却風導入構造１０では、自動車Ａの走行速度が中低速の場合には、可動フラップ３６がダクト２８内に格納され、常時導風姿勢をとる固定フラップを備えた構成のように該固定フラップ（前面投影面積の増大）により走行抵抗が増加すること（燃費の悪化）が抑制される。また、固定フラップでは、雪等が可動フラップ３６付着して冷却性能に影響を与えることが懸念されるが、冷却風導入構造１０では、通常は格納姿勢をとる可動フラップ３６への雪等の付着が抑制され、該雪等の付着により冷却ユニット２２の冷却性能に影響が及ぼされることが抑制される。

このように、冷却風導入構造１０では、パワーユニット１２に対する車両前後方向の後側に配置された冷却ユニット２２に対し、十分な量の空気を導いて所要の冷却性能を確保することができる。

これにより、冷却風導入構造１０が適用された自動車Ａでは、例えばパワーユニット１２をフロントバンパのリインフォースメントの直後方、すなわちパワーユニット室１４内の車両前後方向の前端部に配置する構成とすることができる。すなわち、冷却風導入構造１０では、ラジエータやエアコンコンデンサがエンジンルーム内の前端部に配置された図示しない比較例との比較において、パワーユニット１２を車両前方に配置する（前方に移動させる）ことができる。

このため、冷却風導入構造１０が適用された自動車Ａでは、パワーユニット１２と共にフロントホイールＷｆを車両前方に位置させて、車体を大型化することなくホイールベースを長くすることができる。そして、この構成は、車体の軽量化によって自動車Ａ全体を効果的に軽量化することに寄与する。この点について補足する。例えばボディ外板の材料の変更（高張力鋼板化や樹脂化）、内装材の軽量化によって車体が軽量化された場合、パワーユニット１２が相対的に重たくなる。このため、例えば図６（Ａ）に示される比較例において単に車体１０１のみを軽量化しただけでは、フロントホイールＷｆとリヤホイールＷｒとの分担荷重のバランスが崩れる。具体的には、フロントホイールＷｆの荷重分担割合が過大となり、ホイールベースの延長が必要なる。図６（Ｂ）に示される如くホイールベースの延長（矢印Ｘ１参照）のために、車体１１１を車体１０１に対し車両前後方向の後方に延ばす（矢印Ｘ２参照）のでは、車体が大型化されるので、車体の軽量化効果が薄れてしまう。

ここで、冷却風導入構造１０は、図６（Ｃ）に模式的に示される如く、パワーユニット１２を車両前方に移動することでホイールベースを延ばす構成である。このため、車体１０１に対し前後に延長することのない車体１１で、車体１０１に対しホイールベースを延長する（矢印Ｘ３参照）ことが実現される。そして、このホイールベースの延長によって、軽量化した車体１１を用いた構成で、前後輪の分担荷重のバランスをとることができる。したがって、上記した通り、冷却風導入構造１０では、車体１１の軽量化によって自動車Ａ全体を効果的に軽量化することに寄与する。

また、冷却風導入構造１０では、上記の通り車体１０１や車体１１１と比較してフロントホイールＷｆが車両前方に移動するため、フロントオーバハングが短縮される。これにより、例えば、自動車Ａの運動性能の向上や取り回し性の向上に寄与する。さらに、冷却風導入構造１０が適用された自動車Ａでは、パワーユニット室１４の車両前後方向の前端部にパワーユニット１２が配置されているため、ラジエータやエアコンコンデンサを車体骨格部材に支持させるためのサポート部材等を廃止することができる。

さらに、冷却風導入構造１０では、ダクト２８とベンチュリ壁３０とがアンダカバー２６に一体に形成されている。このため、冷却風導入構造１０では、ダクト２８とベンチュリ壁３０との相対位置（姿勢）が一定であり、ベンチュリ壁３０のベンチュリ効果に基づく導風効率が良好である。

なお、上記した実施形態では、パワーユニット１２が駆動源として内燃機関であるエンジン及び電動モータを共に有する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、パワーユニット１２が本発明における駆動源としてエンジン及び電動モータの何れか一方のみ有する構成としても良い。例えばパワーユニット１２としてエンジンのみを備える構成において、駆動源としての電気モータを車両前後方向の後部や車輪内に配置した構成を採用しても良い。

また、上記した実施形態では、被冷却体としての冷却ユニット２２に空気を導く例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、駆動用モータに供給される電力を蓄えるフロアトンネル２０内の、車室に対する車両前後方向の後側に配置されたパワーユニットを冷却するためのラジエータ等にフロアトンネル２０を通じて空気を導く構成に本発明を適用しても良い。

さらに、上記した実施形態では、ダクト２８、ベンチュリ壁３０がアンダカバー２６に一体に形成された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ダクト２８及びベンチュリ壁３０の少なくとも一方をアンダカバー２６とは別部材として構成しても良く、アンダカバー２６を備えない構成においてダクト２８及びベンチュリ壁３０を設けた構成としても良い。

またさらに、上記した実施形態では、可動フラップ３６が導入口２８Ａの車両前後方向の後側の縁部近傍に配置された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、導入口２８Ａの車両前後方向の中央部を車幅方向に沿って架け渡す（跨ぐ）ようにしてアンダカバー２６に支持された可動フラップ３６を備えた構成としても良い。

その他、本発明は、上記の実施形態の構成に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各種変形して実施可能であることは言うまでもない。

１０冷却風導入構造
１１車体
１２パワーユニット
２０フロアトンネル
２２冷却ユニット（被冷却体）
２６アンダカバー
２８ダクト
２８Ａ導入口（開口部）
３０ベンチュリ壁（傾斜壁）
３６可動フラップ（導風部材）

Claims

車体に設けられ、路面側に向けて開口された開口部を有し、該開口部に対する車両前後方向の後側に配置された空冷式の熱交換器に対して車両の走行風を冷却風として導くためのダクト部と、
前記熱交換器に対する車両前後方向の後側に設けられ、作動することで前記熱交換器を通過する冷却風を生じさせ、車速が所定値を超えた場合に作動が禁止されるファンユニットと、
前記開口部に対する車両前後方向の前側でかつ前記車体に対する路面側に設けられ、前記車体の車両前後方向の前端側から前記開口部の車両前後方向の前端部に向けて、路面との間隔が徐々に小さくなるように傾斜された傾斜壁と、
前記開口部の後部において車幅方向に沿った軸周りに回転可能に支持され、車速が所定値を超えた場合の走行風の風圧によって前記軸周りに回転することで、前記ダクト部内における車両前後方向の後部で車両前後方向の前側が後側よりも車両上下方向の下側に位置するように傾斜された格納姿勢から、前記開口部を通じて前記ダクト部から前記路面側に突出する導風姿勢に切り替わる導風部材と、
を備えた冷却風導入構造。
前記ダクト部は、フロアトンネルにおける車前後方向に前側の開口端に連通しており、
前記熱交換器は、前記フロアトンネル内に配置されるか、又は該フロアトンネルと前記ダクト部との間に介在されている請求項１記載の冷却風導入構造。
前記フロアトンネルに対する車両前後方向の前側には、車両の駆動源となるパワーユニットが配置されており、
前記熱交換器は、前記パワーユニットとの間で流体を循環させて該パワーユニットを冷却するための熱交換器を含む請求項２記載の冷却風導入構造。
前記車体における少なくとも車両前後方向の前部を車両上下方向の下側から覆うアンダカバーを備え、
前記ダクト部及び前記傾斜壁が前記アンダカバーに一体に形成されている請求項１〜請求項３の何れか１項記載の冷却風導入構造。