JP5314490B2 - 車両用ラジエータのシール構造 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの前面にラジエータ、インタークーラなどの熱交換器を直列に搭載する車両において、ラジエータとインタークーラとの間のシール構造に関する。

車両に搭載されるインタークーラは、過給器で圧縮されて高温となった圧縮空気を内部に流通させる際に熱交換を行い、圧縮空気を冷却して体積を低減し、より多くの圧縮空気をエンジンのインテークマニホールドへ送り込んでいた。

インタークーラ１は、図６に示すように、中空に形成した扁平管４ａと板材を波形に曲成したアウターフィン４ｂとを交互に多数積層して、その両端を一対のエンドプレート５に貫装して形成したコア部４を有している。この各エンドプレート５には、圧縮空気を導入する入口ヘッダー６と圧縮空気を送出する出口ヘッダー７とがそれぞれ溶接またはかしめにて取り付けられ、インタークーラ１を形成している。
入口ヘッダー６から流入した圧縮空気は、各扁平管４ａに分岐して通過する際にアウターフィン４ｂの間を通る冷却風によって冷却され、出口ヘッダー７で合流してインテークマニホールド（図示せず）へ送られる。

ラジエータ２は、図６、図７に示すように、エンジンで加熱された冷却水を冷却するために車両に搭載され、扁平管８ａとアウターフィン８ｂとを交互に多数積層して、その両端を一対のエンドプレート９に貫装して形成したコア部８を有している。この各エンドプレート９には、アッパータンク１１とロアタンク１２とがそれぞれ取り付けられ、冷却水をコア部８に導入し、コア部８から送出している。

通常、車両のエンジンの前方（冷却風風上）には冷却風を吸引するファン３が置かれ、その前方（冷却風風上）にはエンジンの冷却水を冷却するラジエータ２が配置され、圧縮空気によって高温となるインタークーラ１はラジエータ２より前方（冷却風風上）に搭載されていた（図７）。また、ラジエータ２とファン３との間には導風のため周囲を包囲するファンシュラウド１６が設けられている。

ファン３には、エンジンに連結してその駆動力によって常に回転させるもの、バイメタルとオイルとを用い、ファン３の前面温度に感応して高気温時のみファンクラッチを接続して回転させるもの、あるいは、電子制御式ファンクラッチまたは電動モータを備え、ラジエータ２の冷却水温度を感知してファン３を駆動させるものがある。
これらのファン３では、車両前面の冷却風取入口から冷却風を吸い込み、インタークーラ１およびラジエータ２のそれぞれのコア部４、８を通過させて熱交換を行っていた。

近年では、排気ガス規制の強化や燃費向上のために、エンジンの過給圧が上がる傾向にあり、それに伴い過給器で圧縮された圧縮空気の温度も上昇している。
これに対応するために、インタークーラ１の大型化や、コア部４の扁平管４ａやアウターフィン４ｂの改良による熱交換効率の向上などの改良がされている。

また、各熱交換器を通過する冷却風の風量を上げることも熱交換性能の向上につながる。
図７、図８中の実線矢印は強い風の流れを示し、破線矢印は弱い風の流れを示している。
インタークーラ１とラジエータ２との間にシール部材を設けない従来の装置では、停車時や低速走行時には、図７に示すようにファン３がインタークーラ１、ラジエータ２側からエンジン側に吸い込む冷却風が、車両の走行などにより車両内に導入されて各熱交換器の周辺を流れる走行風よりも強いため、インタークーラ１のコア部４を通過しない走行風がインタークーラ１とラジエータ２との間から吸い込まれてラジエータ２に流れる現象（インタークーラバイパス風）が発生する。
その結果、インタークーラ１を通過する冷却風の量が減少して、インタークーラ１の熱交換性能が低下していた。

また、高速走行時には、図８に示すように、ファン３が吸い込む冷却風よりも走行風が強いため、インタークーラ１を通過した冷却風がラジエータ２を通過せず、インタークーラ１とラジエータ２との間から流れ出る現象（ラジエータバイパス風）が発生する。
その結果、ラジエータ２を通過する冷却風の量が減少して、ラジエータ２の熱交換性能が低下していた。

そこで、効率良く冷却風を流すために、インタークーラ１とラジエータ２との間の冷却風通路の周囲をシール部材１７によって包囲し、冷却風の通路を形成することで熱交換性能を向上させようとするものがあった（特許文献１）。
また、特許文献２には、冷却風の流れ方向に直列に配置されたコンデンサとラジエータのシール構造において、平板の一端を巻回して管状に成形して、この平板部分をシール部材とし、管状部分をコンデンサのヘッダーとしたことで、軽量化や部品点数を削減することができるものが記載されている。
さらに、特許文献３には、軟質樹脂フィルムを幅広環状に形成した（腹巻き状）シール部材によって、直列に配列した第一熱交換器、第二熱交換器、ファンシュラウドの側周を包囲したものが記載されている。

特開２００９−１２５９９号公報 特許第３３３６９１５号公報 特開２００６−１７０５０２号公報

このように、インタークーラ１とラジエータ２との間の冷却風通路の全側周をシール部材１７によって包囲することで（図９）、インタークーラ１を通過した冷却風を全てラジエータ２へ流すことができる（図１０）。
しかし、低速時でも高速時でも登坂走行などの高負荷走行時には、インタークーラ１の入口ヘッダー６の入口パイプ部分６ａ付近Ａ部では、圧縮空気の温度がラジエータ冷却水の温度（９０〜１００℃）以上となる。そのため、インタークーラ１を通過して熱せられた冷却風がそのまま風下のラジエータ２へ流れると、ラジエータ２の一部分では冷却水が放熱できないことになり、むしろ冷却風に加熱されて温度が上昇するおそれもあった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、車両に搭載されるラジエータにおいて、冷却風風上のインタークーラで高温の圧縮空気との熱交換により熱せられた冷却風の温度を下げ、冷却水を効率良く冷却することのできるラジエータのシール構造を提供することを課題とする。

本発明において、上記課題が解決される手段は以下の通りである。
第１の発明は、過給器で圧縮された圧縮空気を流通させるパイプ部分とその先端で大口に形成された拡散部分とをそれぞれ有して対向する入口ヘッダーと出口ヘッダーとの間に、上記入口ヘッダーから上記出口ヘッダーへ上記圧縮空気を通過させるとともに交差方向に流れる冷却風との間で熱交換を行うコア部を配置してなるインタークーラと、このインタークーラの冷却風風下に配列され、エンジンの冷却水と上記冷却風との間で熱交換を行うラジエータと、このラジエータの冷却風風下に配列され、上記冷却風を吸引するファンとを設け、上記インタークーラと上記ラジエータとの間の冷却風通路の周囲をシール部材で包囲して風洞とした車両用ラジエータのシール構造において、上記インタークーラの入口ヘッダーのパイプ部分の風下の範囲にかけて、シール部材を取り除いて通気口を形成したことを特徴とする。

第２の発明に係る車両用ラジエータのシール構造は、上記通気口を、上記冷却風通路の温度によって、高温下では開放される可動シールで塞いだことを特徴とする。

第１の発明によれば、上記インタークーラと上記ラジエータとの間の冷却風通路の周囲をシール部材で包囲して風洞とした車両用ラジエータのシール構造において、上記インタークーラの入口ヘッダーのパイプ部分の風下の範囲にかけて、シール部材を取り除いて通気口を形成したことにより、一般道路での登坂走行など低速走行高負荷時には、インタークーラを通過していない冷えた空気が通気口から流れ込み、インタークーラを通過して熱せられた冷却風と混じり合うことで温度を下げ、風下のラジエータにおいても良好な熱交換性能を得ることができる。

また、高速道路での登坂走行など高速走行高負荷時には、インタークーラのパイプ部分付近を通過して特に熱せられた冷却風が通気口より外部に流出するため、ラジエータにおける冷却効率を低下させることなく、良好な熱交換性能を得ることができる。
これらの結果、ファンの前面温度やラジエータの冷却水温度を感知して駆動、停止させるタイプのファンでは、稼働時間を減少させることができ、車両の燃費を向上させることができる。

第２の発明によれば、上記通気口を、上記冷却風通路の温度によって、高温下では開放される可動シールで塞いだことにより、冷却風の温度が低い低負荷走行時には通風孔が密閉されるため、インタークーラを通過した冷却風が全てラジエータへ流れ、一定した十分な風量で低温域での熱交換効率が高まるとともに、高負荷走行時に冷却風の温度が上昇すると（７５〜１００℃の間の所定の温度）、可動シールが開放されて冷却風が通気口から出入りできるようになる。
これにより、低速走行高負荷時にはインタークーラを通過していない冷えた空気が通気口から流れ込み、高速走行高負荷時にはインタークーラのパイプ部分付近を通過して特に熱せられた冷却風が通気口より外部に流出するため、ラジエータにおける良好な熱交換性能を得ることができる。
このため、ファンの前面温度やラジエータの冷却水温度を感知して駆動、停止させるタイプのファンでは、稼働時間をさらに減少させることができ、車両の燃費を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るラジエータのシール構造を示す正面図である。 同ラジエータのシール構造を示す側方図（低速走行高負荷時）である。 同ラジエータのシール構造を示す側方図（高速走行高負荷時）である。 本発明の別形態に係るラジエータのシール構造を示す平面説明図であり、（ａ）は低負荷時、（ｂ）は高負荷時である。 本発明の別形態に係る他のラジエータのシール構造を示す平面説明図であり、（ａ）は低負荷時、（ｂ）は高負荷時である。 従来のラジエータのシール構造を示す斜視図である。 同ラジエータのシール構造を示す側方図（低速走行時）である。 同ラジエータのシール構造を示す側方図（高速走行時）である。 シール部材を設けた従来のラジエータのシール構造を示す正面図である。 同ラジエータのシール構造を示す側方図である。

以下、本発明の実施形態に係る車両用ラジエータのシール構造について説明する。
本発明の実施形態においては、図２、図３に示すように、車両の前面からエンジン（図示せず）までの間に、インタークーラ１、ラジエータ２およびファン３が直列に配置されている。

インタークーラ１は、図１に示すように（図６も参照）、中空の扁平管４ａと波板状のアウターフィン４ｂとを縦方向に交互に多数積層し、左右の両端を一対の平板状のエンドプレート５に貫装して固定したコア部４を有している。このコア部４では、過給器（図示せず）で圧縮された圧縮空気が扁平管４ａ中を流れ、冷却風がアウターフィン４ｂを交差方向に流れて、熱交換により圧縮空気が冷却される。

コア部４の両端では、エンドプレート５、５に入口ヘッダー６および出口ヘッダー７が取り付けられる。
入口ヘッダー６は、圧縮空気を導入する入口パイプ部分６ａと、この入口パイプ部分６ａの先端をエンドプレート５に略一致する大口に形成した拡散部分６ｂとからなる。エンジンルームのスペースを考慮して、コア部４に入口ヘッダー６を取り付けた際に、入口パイプ部分６ａが風下側を向くように屈曲しておく。
入口ヘッダー６は、拡散部分６ｂをエンドプレート５に一致させて、溶接またはかしめをすることでコア部４に取り付けられる。

反対端のエンドプレート５には、入口ヘッダー６と左右対称に形成され、出口パイプ部分７ａおよび合流部分７ｂを有する出口ヘッダー７が溶接またはかしめにて取り付けられる。コア部４で冷却された圧縮空気は出口ヘッダー７の合流部分７ｂで合流して出口パイプ部分７ａからインテークマニホールド（図示せず）へ送出される。

ラジエータ２は、図１に示すように（図６も参照）、中空の扁平管８ａと波板状のアウターフィン８ｂとを横方向に交互に多数積層し、上下の両端を一対の平板状のエンドプレート９に貫装して固定したコア部８を有している。このコア部８では、エンジンで加熱された冷却水が扁平管８ａ中を流れ、冷却風がアウターフィン８ｂを交差方向に流れて、熱交換により冷却水が冷却される。
また、コア部８の横方向両端にはサイドプレート１０を設けて保護している。

コア部８の上下端では、エンドプレート９にアッパータンク１１およびロアタンク１２が取り付けられる。
アッパータンク１１は、冷却水を導入する冷却水入口パイプ１１ａと、この冷却水入口パイプ１１ａの先端をエンドプレート９に略一致する大口に形成した拡散部分１１ｂとからなる。エンジンルームのスペースを考慮して、コア部８にアッパータンク１１を取り付けたときに、冷却水入口パイプ１１ａが風下側を向くように屈曲しておく。
アッパータンク１１は、拡散部分１１ｂをエンドプレート９に一致させて、溶接またはかしめをすることでコア部８に取り付けられる。

下端側のエンドプレート９には、アッパータンク１１と略同形に形成され、冷却水出口パイプ１２ａおよび合流部分１２ｂを有するロアタンク１２が溶接またはかしめにて取り付けられる。コア部８で冷却された冷却水はロアタンク１２の合流部分１２ｂで合流して冷却水出口パイプ１２ａから再びエンジンへ送出される。

ラジエータ２の両側からは、一対のインタークーラブラケット１３がそれぞれ前方に突設され、インタークーラ１から下方に突出した被保持部１４を保持固定している。
また、ラジエータ２両側のサイドプレート１０からは、ラジエータ２を車両に搭載するための一対の車両取付ブラケット１５もそれぞれ側方に突設されている。

ファン３は、インタークーラ１およびラジエータ２の風下に配設され、ラジエータ２とファン３との間には、導風のためにファン３の側周を取り囲むファンシュラウド１６が設置されている。
このファン３が回転することにより、車両の前側に設けられた冷却風取入口から外気を取り入れ、インタークーラ１のコア部４、ラジエータ２のコア部８を通過してエンジン側へと流れる冷却風を発生させる。

このようなファン３としては、エンジンに連結してその駆動力によって常に回転させるもの、バイメタルとオイルとを用い、ファン３の前面温度に感応して高気温時のみファンクラッチを接続して回転させるもの、あるいは、電子制御式ファンクラッチまたは電動モータを備え、ラジエータ２の冷却水温度を感知してファン３を駆動させるものから選択することができる。

ファンシュラウド１６は、ラジエータ２のコア部８の後背面に当接する開口部と、ファン３の前側半分を収容する開口部とを有する筒形に形成され、風下側へと次第に縮径するとともに、四角筒から円筒に連続的に変化する形状とする。

インタークーラ１とラジエータ２との間の冷却風通路は、図１の破線で示すシール部材１７によってその周囲を包囲し、風洞を形成している。
シール部材１７には、使用環境によって、各種ゴム製のもの、樹脂製のもの、金属製のものなどを使用することができる。特に耐久性が必要な環境では金属製のプレートを用いるのが望ましい。

シール部材１７の取付箇所は冷却風通路の略全周であるが、インタークーラ１の入口ヘッダー６の入口パイプ部分６ａの風下ではシール部材１７を取り除いて通気口１８を開口している。通気口１８を設ける範囲としては、上記入口パイプ部分６ａの根元部（拡散部分６ｂとの連結部分）の１〜５倍の寸法とする。
通気口１８の位置は、入口パイプ部分６ａの位置および入口パイプ部分６ａによって高温になる位置に合わせて変更してよく、例えば、入口パイプ部分６ａがラジエータ２の上部や下部に形成される場合にはその風下側に通気口１８を形成し、また、入口パイプ部分６ａがラジエータ２の角部に形成される場合には角部のシール部材１７を縦横に亘って取り除いて形成しても良い。

これにより、本実施形態のシール構造では、一般道路の登坂走行時などの低速走行高負荷時には、図２に示すように、冷却風が走行風よりも強いため、通気口１８からインタークーラバイパス風が部分的に流れ込み、入口パイプ部分６ａ付近を通過して最も高温になった冷却風と混じり合うことで冷却風の温度を下げるので、ラジエータ２でも良好な熱交換性能を得ることができる。
このとき、冷却風の冷却に必要な分しかインタークーラバイパス風が発生しないため、インタークーラ１の熱交換効率を低下させることがない。

また、高速道路の登坂走行時などの高速走行高負荷時には、図３に示すように、冷却風よりも走行風が強いため、入口パイプ部分６ａ付近を通過して最も高温になった冷却風が通気口１８からラジエータバイパス風として外部に流出するので、ラジエータ２における冷却効率を低下させることなく、良好な熱交換性能を得ることができる。
このとき、冷却風の放熱に必要な分しかラジエータバイパス風が発生しないため、冷却風の不足によりラジエータ２の熱交換効率を低下させることがない。

これらの結果、ファン３の前面温度やラジエータ２の冷却水温度を感知して駆動、停止させるタイプのファン３では、稼働時間を減少させることができ、車両の燃費を向上させることができる。

本発明の実施形態の一例として、インタークーラ１の入口ヘッダー６の入口パイプ部分６ａの風下に上記入口パイプ部分６ａの根元部と略同じ寸法でシール部材１７を取り除いて通気口１８を設け、ラジエータ２前面の冷却風温度を測定した。
また、比較例として、インタークーラ１とラジエータ２の間の冷却風通路の全周をシール部材１７で囲んだ場合（図９、図１０）において、ラジエータ２前面の冷却風温度を測定した。

その結果、比較例では、最も高温になる上記入口パイプ部分６ａの風下付近では、高負荷走行時の冷却風温度が１１８℃であった。
これに対して、本発明の実施形態では、最も高温になる上記入口パイプ部分６ａの風下付近でも、高負荷走行時の冷却風温度が８２℃に抑えられた。

＜別形態＞
別形態は、図４、図５に示すように、通気口１８を７５〜１００℃で作動する可動シール１９で塞いだことを特徴とする。
可動シール１９には、例えば７５〜１００℃の間の所定の温度で作動するバイメタルなどの金属を使用する。
可動シール１９は、図４のようにラジエータ２のサイドプレート１０に一端を取り付け、または図５のようにインタークーラ１の入口ヘッダー６に一端を取り付けて、通気口１８を隙間なく覆うようにし、その他の部分は拘束せずに自由に変形できるようにする。

以下、例えば７５℃で作動するバイメタルを用いた可動シール１９を設置した場合について説明する。
負荷が少ない走行状態ではインタークーラ１の圧縮空気の温度が低く、インタークーラ１のコア部４を通過した冷却風の温度も７５℃未満になっており、可動シール１９は作動せず、他のシール部材１７と同様に可動シール１９によって通気口１８が密閉される（図４（ａ）、図５（ａ））。
このため、インタークーラ１を通過した冷却風の全量がラジエータ２へ流れ、一定した十分な風量で低温域での熱交換効率が高まる。

他方、登坂走行などの高負荷走行時には、圧縮空気の温度が高くなり、インタークーラ１のコア部４を通過した冷却風の温度も７５℃以上となるため、可動シール１９が作動して通気口１８が開放される（図４（ｂ）、図５（ｂ））。
このため、上記実施形態と同様に、低速走行高負荷時にはインタークーラ１を通過していない冷えた空気が通気口１８から流れ込み（インタークーラバイパス風）、高速走行高負荷時にはインタークーラ１の入口パイプ部分６ａ付近を通過して特に熱せられた冷却風が通気口より外部に流出するため（ラジエータバイパス風）、ラジエータ２における良好な熱交換性能を得ることができる。

このように、冷却風の温度に応じて、通気口１８の密閉状態と開放状態とを適宜切り替えるため、ファン３の前面温度やラジエータ２の冷却水温度を感知して駆動、停止させるタイプのファン３では、稼働時間をさらに減少させることができ、車両の燃費を向上させることができる。

１ インタークーラ
２ ラジエータ
３ ファン
４ コア部
４ａ 扁平管
４ｂ アウターフィン
５ エンドプレート
６ 入口ヘッダー
６ａ パイプ部分
６ｂ 拡散部分
７ 出口ヘッダー
７ａ パイプ部分
７ｂ 合流部分
８ コア部
８ａ 扁平管
８ｂ アウターフィン
９ エンドプレート
１０ サイドプレート
１１ アッパータンク
１１ａ 冷却水入口パイプ
１１ｂ 拡散部分
１２ ロアタンク
１２ａ 冷却水出口パイプ
１２ｂ 合流部分
１３ インタークーラブラケット
１４ 被保持部
１５ 車両取付ブラケット
１６ ファンシュラウド
１７ シール部材
１８ 通気口
１９ 可動シール

Claims (2)

1. 過給器で圧縮された圧縮空気を流通させるパイプ部分とその先端で大口に形成された拡散部分とをそれぞれ有して対向する入口ヘッダーと出口ヘッダーとの間に、上記入口ヘッダーから上記出口ヘッダーへ上記圧縮空気を通過させるとともに交差方向に流れる冷却風との間で熱交換を行うコア部を配置してなるインタークーラと、
   このインタークーラの冷却風風下に配列され、エンジンの冷却水と上記冷却風との間で熱交換を行うラジエータと、
   このラジエータの冷却風風下に配列され、上記冷却風を吸引するファンとを設け、
   上記インタークーラと上記ラジエータとの間の冷却風通路の周囲をシール部材で包囲して風洞とした車両用ラジエータのシール構造において、
   上記インタークーラの入口ヘッダーのパイプ部分の風下の範囲にかけて、シール部材を取り除いて通気口を形成したことを特徴とする車両用ラジエータのシール構造。
2. 上記通気口を、上記冷却風通路の温度によって、高温下では開放される可動シールで塞いだことを特徴とする請求項１記載の車両用ラジエータのシール構造。

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