JP5426895B2 - 車両用ラジエータユニット - Google Patents

Description

本発明は、冷却ファンに設けられている送風羽根を可動自在とし、冷却ファンの動作に連動して開閉動作させるようにした車両用ラジエータユニットに関する。

周知のように、エンジン温度をほぼ一定に保持する冷却水が循環する冷却系は、冷却水主通路と、この冷却水主通路をバイパスする冷却水副通路とを有している。冷却水主通路には、エンジン前部に配設されているラジエータが連通されており、冷却水主通路を循環する冷却水はラジエータを流通する際に、このラジエータを通過する外気にて冷却される。又、エンジンが冷えた状態では、冷却水主通路を遮断し、殆どの冷却水を冷却水副通路を経て循環させることでエンジンの過冷を防止している。

しかし、走行時は走行風がラジエータを経てエンジンルーム内に流入するため、この走行風によってエンジンが必要以上に冷却されてしまう。そのため、例えば特許文献１（特開平７−１１９５４号公報）には、ラジエータの後方にアクチュエータを介して電気的に動作するシャッタ機構を配設し、冷却水温が設定温度よりも低い場合は、このシャッタ機構を閉動作させて、ラジエータを通過する走行風を停止させると共に、この走行風のエンジン側への流れを阻止する技術が開示されている。

しかし、上述した文献に開示されている技術では、冷却水温をパラメータとしてシャッタ機構を動作させる構造であるため、シャッタ機構を機械的に動作させるリンク機構が必要で、しかもシャッタ機構を動作させる専用のアクチュエータ、及びこのアクチュエータに電力を供給するための電気配線も必要となる。そのため、構造が複雑化し、部品点数の増加により車両コストが高くなるばかりでなく、重量増となってしまう問題がある。

更に、このシャッタ機構を配設するためには、ラジエータと冷却ファンとの間に専用のスペースを確保する必要があるため、相対的にラジエータを車体前部へ移動させなければならず、既存の車両に対しては簡単に取付けることが困難で、汎用性に欠けるという問題もある。

本発明は、上記事情に鑑み、簡単な構造で、製品コストが安く、しかも既存の車両にも簡単に取付けることができて汎用性に優れた車両用ラジエータユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、エンジンルーム内の前部に配設されたラジエータと、該ラジエータを通過する外気の流量を制御する冷却ファンとを有し、該冷却ファンに設けられている回転軸の外周に、複数枚の送風羽根が周回状に配設されている車両ラジエータユニットにおいて、前記回転軸に挿通されるハブと外周に形成された外枠とを有して前記ハブと前記外枠との間で前記各送風羽根を前記回転軸の法線方向の軸線を中心に回動自在に支持するサポートフレームと、前記ハブに固設され、前記ハブと前記各送風羽根の内周との一方に形成された溝部に該ハブと該各送風羽根の内周との他方に突設された支持軸を装着した状態で前記溝部を閉塞すると共に、前記サポートフレームに形成されたストッパに前記各送風羽根を押圧させる板状の押えばねとを備え、前記各送風羽根は前記冷却ファンが停止時は前記押えばねに押圧されて閉状態にあり、該冷却ファンの回転により発生する揚力で開状態となることを特徴とする。

本発明によれば、冷却ファンに設けられている送風羽根を可動自在とし、冷却ファンが停止しているときは閉状態を維持するようにし、冷却ファンが回転したときは、この回転により発生する揚力によって開状態となるようにしたので、送風羽根を積極的に開閉動作させる機構が不要となり、簡単な構造で、安い製品コストでの製造が可能となる。又、送風羽根自体を動作させる構造であるため、既存の車両にも送風羽根等を交換するだけで簡単に取付けることができて、高い汎用性を得ることができる。

車両の前部を示す概略断面側面図 ラジエータユニットの断面側面図 ラジエータユニットの分解斜視図 冷却ファンの送風羽根を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図 冷却ファンの要部拡大側面図 冷却ファンの要部斜視図 サポートフレームに送風羽根を１枚配設した状態の図５のVII−VII断面図 図７の要部拡大図 図８のIX矢視図 図８のX-X断面図 （ａ）はラジエータと冷却ファンの概略平面図、（ｂ）は送風羽根にかかる風圧を示す特性図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１の符号１は車両のエンジンルームであり、このエンジンルーム１内の前部にフロントグリル２が設けられている。又、このフロントグリル２の上部に、エンジンルーム１の上部を開閉するフロントフード３の先端部が臨まされ、下部にフロントバンパ５が配設されている。

更に、フロントグリル２の後方に、ラジエータユニット６のラジエータパネル７が配設されている。このラジエータパネル７は略矩形枠状に形成されており、上下方向に対設した状態で車幅方向へ延在するアッパフレーム７ａとロアフレーム７ｂ、及びこのアッパフレーム７ａとロアフレーム７ｂとの両端部を連結する左右一対のサイドフレーム７ｃを有している。

尚、図示しないが両サイドフレーム７ｃ間のアッパフレーム７ａとロアフレーム７ｂとがセンタフレームで連結されている。更に、このラジエータパネル７のアッパフレーム７ａとロアフレーム７ｂとの両端が車体フレーム（図示せず）に連結されている。又、フロントグリル２とフロントバンパ５も車体フレームに固設されている。

このラジエータパネル７の後方にラジエータ８が対設されており、このラジエータ８の底面が、ラジエータパネル７のロアフレーム７ｂから延出されているロアブラケット８ａに固定され、上面がアッパフレーム７ａにアッパブラケット８ｂを介して固定されている。このラジエータ８は、ラジエータ８の後方に配設されているエンジン（図示せず）を冷却する冷却水が循環する冷却水通路に設けられており、この冷却水がラジエータ８を通過する際に、エンジンから受熱した熱が放熱されて冷却される。

又、このラジエータ８の後部にシュラウド１０の開口端が取付けられている。このシュラウド１０はラジエータ８の後方に排風通路を形成するものであり、２つの風洞部１０ａ，１０ｂが横並びに所定間隔を開けて形成されている。この風洞部１０ａ，１０ｂの中央にモータ固定部１０ｃが、各風洞部１０ａ，１０ｂの内周から中心方向に向かって延出する支持フレーム１０ｄを介して固設されている。

この各風洞部１０ａ，１０ｂに、冷却ファン１１が各々収容されている。この各冷却ファン１１は同じ構造であるため、以下においては、１つの冷却ファンのみの構成について説明する。

図３に示すように、冷却ファン１１は、ファンモータ１２とサポートフレーム１３と送風羽根１４と押えばねとしての押え板ばね１５とナット１６とを有している。ファンモータ１２は風洞部１０ａ，１０ｂの中央に配設されているモータ固定部１０ｃに固定され、このファンモータ１２から突出されている回転軸１２ａに、サポートフレーム１３に設けられているハブ１３ａの中心に形成された回転軸孔１３ｂが挿通されている。尚、回転軸１２ａの先端には、ねじが螺設されている。

このサポートフレーム１３は、樹脂等を材料とする一体成形品であり、外周にリング状の外枠１３ｃが形成され、この外枠１３ｃとハブ１３ａとが、ハブ１３ａから外周方向へ放射状で且つ等間隔に延出された複数（本実施形態では５本）の支持フレーム１３ｄを介して連結されている。又、図２に示すように、この外枠１３ｃの外周と風洞部１０ａ，１０ｂの内周との間には所定の隙間が確保されて、サポートフレーム１３の回転が許容されている。

又、このサポートフレーム１３のハブ１３ａと外枠１３ｃとの間に、複数枚（本実施形態では５枚）の送風羽根１４が等間隔に周回状に配設されている。各送風羽根１４は同一の扇形状を有しており、この各送風羽根１４を風洞部１０ａ，１０ｂの内周に等間隔に配設した場合、この送風羽根１４にて風洞部１０ａ，１０ｂが閉塞される。尚、本実施形態による冷却ファン１１は、図３に矢印で示すように、正面視で時計回り方向に回転するように設定されており、以下においては、回転方向の端部を先端、反回転方向の端部を後端と称する。

図３に示すように、各送風羽根１４の内周と外周に円筒状の支持軸１４ａ，１４ｂが突設されている。又、この送風羽根１４の先端側に前方へ屈曲された屈曲部１４ｃが形成されている。支持軸１４ａ，１４ｂは、ハブ１３ａの法線方向の軸線上の同一位置に配置しており、図４（ｂ）に示すように、この両支持軸１４ａ，１４ｂを垂立状態に配設した場合、この支持軸１４ａ，１４ｂは、先端側から全体の幅のおおよそ２／３の位置に設けられている。又、同図（ａ），（ｂ）に示すように、支持軸１４ａ，１４ｂを境に先端側と後端側との前後方向に段差ｔが形成されている。この段差ｔは、送風羽根１４の板厚と等しく、従って、先端側の背面と後端側の前面とは同一面となる。

又、ハブ１３ａと外枠１３ｃとには、この各支持軸１４ａ，１４ｂが係入されて回動自在に支持する溝部１３ｅと孔部１３ｆとが形成されている。図５に示すように、この孔部１３ｆに各送風羽根１４の外周に突設されている支持軸１４ｂを装着し、溝部１３ｅに対し、内周に突設されている支持軸１４ａを装着すると、この送風羽根１４は、両支持軸１４ａ，１４ｂを中心に前後方向へ可動自在となる。この溝部１３ｅはハブ１３ａの前面に開口されており、図９に示すように、その奥行き（図９の上下方向）は支持軸１４ａの径とほぼ同じに設定されている。従って、支持軸１４ａを溝部１３ｅに取付けると、その側面がハブ１３ａの前面とほぼ同じ位置となる。

又、ハブ１３ａの前面に押え板ばね１５が取付けられる。図２、図８に示すように、押え板ばね１５は比較的薄い板厚を有した円板状に形成されており、中心にファンモータ１２の回転軸１２ａに装着される止め孔部１５ａが形成されている。この押え板ばね１５の外径がハブ１３ａの外径と同じか、やや小さく形成されており、その外周に、送風羽根１４の配設枚数（本実施形態では５枚）と同じ数だけの押え片１５ｂが等間隔に形成されている。更に、ハブ１３ａの前面に取付けられた押え板ばね１５の止め孔部１５ａから突出されている回転軸１２ａにナット１６が螺入され、このナット１６と回転軸１２ａの基部との間にハブ１３ａと押え板ばね１５が挟持される。尚、図８に示すように、押え板ばね１５は、その押え片１５ｂがサポートフレーム１３の支持フレーム１３ｄに対向された状態で固設されている。

次に、このような構成による本実施形態の作用について説明する。ラジエータユニット６は、外部で一体的に組み立てられた後、ラジエータパネル７に取付けられる。従って、先ず、ラジエータユニット６の組み立て手順に付いて説明する。

ラジエータユニット６を組み立てるに際しては、ファンモータ１２を、図示しない組み立てテーブルに載置し、回転軸１２ａを上方へ垂立させる（丁度、図４に示すファンモータ１２を時計回り方向へ９０°回転させた状態）。次いで、この回転軸１２ａに、サポートフレーム１３のハブ１３ａの中心に穿設されている回転軸孔１３ｂを挿通する。

その後、このサポートフレーム１３に多数枚（本実施形態では５枚）の送風羽根１４を取付ける。この各送風羽根１４は、ハブ１３ａと外枠１３ｃとの間に周回状に配設するもので、この各送風羽根１４の外周に突設されている支持軸１４ａを、外枠１３ｃに穿設されている孔部１３ｆに挿通し、内周に突設されている支持軸１４ｂをハブ１３ａの外周に形成されている溝部１３ｅに装着する。その際、送風羽根１４は、図６に示すように、回転方向に屈曲部１４ｃが配設されるようにすると共に、送風羽根１４の後端を、隣接する送風羽根１４の屈曲部１４ｃの背面に重畳させる。図４（ａ），（ｂ）に示すように、この送風羽根１４の先端側と後端側とには、この送風羽根１４の板厚に相当する段差ｔが形成されているため、各送風羽根１４はほぼ平坦な状態で周回状に配設される。

次いで、このハブ１３ａの回転軸孔１３ｂから突出されている回転軸１２ａに、押え板ばね１５の中心に穿設されている止め孔部１５ａを挿通し、更に、この止め孔部１５ａから突出されている回転軸１２ａの先端に螺設されているねじにナット１６を螺入しておく。

そして、回転軸１２ａの先端にナット１６が螺入されている状態で、押え板ばね１５を回転させて、押え片１５ｂを、サポートフレーム１３の支持フレーム１３ｄに対向させる（図８参照）。次いで、ナット１６を本締めして、ハブ１３ａと押え板ばね１５とを固定する。

すると、図６、図１１（ａ）に示すように、押え板ばね１５の押え片１５ｂにて、送風羽根１４の背面が支持フレーム１３ｄに軽く押し当てられる。図７に示すように、この支持フレーム１３ｄは支持軸１４ｂに対して回転方向（図の時計回り方向）に配設されており、この支持フレーム１３ｄによって先端側の後方への回転は規制される。従って、この支持フレーム１３ｄは、各送風羽根１４の閉状態を保持するストッパとしての機能を有している。又、溝部１３ｅの奥行きが、支持軸１４ａの軸径とほぼ同じに形成されているため、支持軸１４ａは回動が許容された状態で抜け止めされる。

そして、このようにして組み立てられた冷却ファン１１のファンモータ１２を、シュラウド１０のモータ固定部１０ｃに固定する（図５参照）。すると、サポートフレーム１３が、シュラウド１０に形成されている風洞部１０ａ，１０ｂに収容される（図２参照）。次いで、このシュラウド１０をラジエータ８（図３参照）の背面に取付けてラジエータユニット６を完成させる。

すると、図２に示すように、ラジエータ８の背面がシュラウド１０に囲まれ、このラジエータ８の背面に、ラジエータ８を通過する外気が各風洞部１０ａ，１０ｂ側へ導かれる風洞路が形成される。そして、図１に示すように、所定に組み立てられたラジエータユニット６を、エンジンルーム１の前部に配設されているラジエータパネル７に対し、ロアフレーム７ｂとアッパフレーム７ａを介して固定し、冷却水ホース等を所定に接続して、冷却系の組立を完了する。

次に、送風羽根１４の動作について説明する。暖機運転等、ファンモータ１２が回転しておらず、しかも車両が停車している場合、フロントグリル２からラジエータ８を経てシュラウド１０側に外気が流れ込まないため、各送風羽根１４は、押え板ばね１５の外周に突設されている押え片１５ｂとサポートフレーム１３に形成されている支持フレーム１３ｄとの間に挟持されている。そのため、シュラウド１０の風洞部１０ａ，１０ｂは各送風羽根１４にて閉状態が維持される。

一方、長時間のアイドル運転等、停車中のエンジンの冷却水温が高くなり易い状態において、冷却水温が高くなると、ファンモータ１２がＯＮし、サポートフレーム１３が正面視において時計回りに回転し、同時に、このサポートフレーム１３に支持されている各送風羽根１４が回転する。すると、送風羽根１４の先端側の屈曲部１４ｃの背面と、その背面に臨まされている他方の送風羽根１４の後端との間に外気が入り込み、この外気流により送風羽根１４の先端側に揚力が発生する。その結果、この送風羽根１４は、支持軸１４ａ，１ｂを中心として屈曲部１４ｃ側が前方へ傾斜し、後端側が後方へ傾斜して送風ファンとして機能する。尚、この送風羽根１４の前後方向への回動角は、先端に作用する揚力と、この送風羽根１４を閉塞方向へ押圧する押え片１５ｂが形成されている押え板ばね１５からの付勢力及び送風羽根１４が受ける走行風圧とのバランスで決定される。

その結果、各送風羽根１４が回転方向に対して斜めに開口し（図１１(a)の一点鎖線で示す状態）、フロントグリル２側から外気を吸い込む。すると、冷却ファン１１によって吸い込まれる外気は、フロントグリル２を通り、ラジエータ８を通過し、その際、ラジエータ８から放熱される冷却水の熱を吸熱し、昇温した外気を送風羽根１４を経て後方へ排出する。

このように、各送風羽根１４はファンモータ１２の動作に連動して開閉されるため、この送風羽根１４を積極的に開閉させる機構が不要となり、構造の簡素化を実現することができる。又、冷却水温が所定に温度まで低下して、ファンモータ１２がＯＦＦすると、送風羽根１４は、押え片１５ｂを突設する押え板ばね１５からの付勢力により初期位置に戻され、風洞部１０ａ、１０ｂを閉塞する。

一方、走行時において、冷却水温が設定温度以上となり、ファンモータ１２がＯＮすると、上述と同様、各送風羽根１４が押え片１５ｂからの付勢力に抗して、図１１（ａ）に一点鎖線で示すように傾斜し、走行風が吸引される。その結果、ラジエータ８を流通する走行風（外気）の流量が増加し、ラジエータ８内を流通する冷却水が効率よく冷却される。

又、寒冷地走行等において、外気温が低く、冷却水温が設定温度に達しない場合、ファンモータ１２はＯＦＦ状態にある。その際、送風羽根１４にはラジエータ８を通過して暖められ空気が吹き付けられているため、この送風羽根１４の支持軸１４ａ，１４ｂ等の可動部が凍結し難く、極寒状態であってもファンモータ１２が回転した場合には、スムーズに開動作させることが出来る。

更に、この各送風羽根１４は、前面に吹き付けられている走行風によって、支持軸１４ｂ（１４ａ）を中心として先端側には、図１１（ａ）の反時計回り方向へ回転させようとする風圧がかり、一方、後端側には、同図（ａ）の時計周り方向へ回転させようとする風圧がかかる。しかし、本実施形態による支持軸１４ａ，１４ｂは先端側から、全体の幅のおおよそ３／２の位置にあるため、図１１（ｂ）に示すように、先端側にかかるモーメントが後端側にかかるモーメントよりも大きく、従って、走行風を受けた送風羽根１４は、風洞部１０ａ，１０ｂを確実に遮蔽することが出来る。

その結果、冷却水水温が低く、ファンモータ１２がＯＦＦの状態では、ラジエータ８後方のシュラウド１０によって形成される風洞路が閉鎖されるため、ラジエータ８を通過する走行風（外気）量が制限され、冷却水の過冷を有効に防止するばかりでなく、エンジン側へ流れる外気の流量も制限されるため、エンジンの過冷も防止される。

このように、本実施形態によれば、冷却ファン１１の動作にて風洞部１０ａ，１０ｂに配設されている各送風羽根１４を開閉させるようにしたので、この各送風羽根１４を積極的に駆動させるためのアクチュエータやリンク機構、及び制御装置が不要で、構造の簡素化され、製品コストの低減を実現することが出来る。又、送風羽根１４自体を動作させるようにしたので、ラジエータ後方にシャッタ機構を特別に設ける必要がなく、従って、シャッタ機構専用のスペースを確保する必要もなく、既存の冷却系に対しても、従来のシュラウドや冷却ファンに代えて、本実施形態のシュラウド１０や冷却ファン１１を適用することができ、高い汎用性を得ることができる。

更に、組み立てに際しては、電気的な配線やリンク機構の組立てが不要となるため、組立て工数の削減を実現することができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えばサポートフレーム１３に周回状に配設する送風羽根１４の枚数は、４枚未満であっても、６枚以上であっても良い。又、例えばラジエータの前方に空気調和装置のコンデンサが配設されており、コンデンサとラジエータとの間に冷却ファンが介装されているものでは、この冷却ファンに代えて、本実施形態の冷却ファン１１を適用することが出来る。更に、冷却ファン１１はラジエータの前方に配設されていても良い。又、冷却ファン１１はエンジン駆動式であっても良く、この場合、冷却ファン１１のＯＮ/ＯＦＦは電議クラッチにて制御する。

更に、支持軸１４ａはハブ１３ａの外周に突設されていても良く、この場合、溝部１３ｅを送風羽根１４の内周側に形成する。同様に、支持軸１４ｂは外枠１３ｃの内周に突設されていても良く、この場合、孔部１３ｆを送風羽根１４の外周側に形成する。

１…エンジンルーム、
６…ラジエータユニット、
７…ラジエータパネル、
８…ラジエータ、
１０…シュラウド、
１０ａ，１０ｂ…風洞部、
１０ｃ…モータ固定部、
１０ｄ，１３ｄ…支持フレーム、
１１…冷却ファン、
１２…ファンモータ、
１２ａ…回転軸、
１３…サポートフレーム、
１３ａ…ハブ、
１３ｃ…外枠、
１３ｅ…溝部、
１３ｆ…孔部、
１４…送風羽根、
１４ａ，１４ｂ…支持軸、
１５…押え板ばね、
１５ｂ…押え片
ｔ…段差

特開平７−１１３５４号公報

Claims (4)

1. エンジンルーム内の前部に配設されたラジエータと、該ラジエータを通過する外気の流量を制御する冷却ファンとを有し、該冷却ファンに設けられている回転軸の外周に、複数枚の送風羽根が周回状に配設されている車両ラジエータユニットにおいて、
   前記回転軸に挿通されるハブと外周に形成された外枠とを有して前記ハブと前記外枠との間で前記各送風羽根を前記回転軸の法線方向の軸線を中心に回動自在に支持するサポートフレームと、
   前記ハブに固設され、前記ハブと前記各送風羽根の内周との一方に形成された溝部に該ハブと該各送風羽根の内周との他方に突設された支持軸を装着した状態で前記溝部を閉塞すると共に、前記サポートフレームに形成されたストッパに前記各送風羽根を押圧させる板状の押えばねとを備え、
   前記各送風羽根は前記冷却ファンが停止時は前記押えばねに押圧されて閉状態にあり、該冷却ファンの回転により発生する揚力で開状態となる
   ことを特徴とする車両用ラジエータユニット。
2. 前記外枠と前記各送風羽根の外周との一方に孔部が形成され、他方に該孔部に支持される支持軸が突設されている
   ことを特徴とする請求項１記載の車両用ラジエータユニット。
3. 前記冷却ファンが前記ラジエータの後方に配設されている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の車両用ラジエータユニット。
4. 前記冷却ファンが前記ラジエータの前方に配設されている
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用ラジエータユニット。

Images