JP6926984B2

JP6926984B2 - 車両用空冷式オイルクーラ

Info

Publication number: JP6926984B2
Application number: JP2017224070A
Authority: JP
Inventors: 前田　大輔; 大輔前田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2021-08-25
Anticipated expiration: 2037-11-21
Also published as: JP2019093865A

Description

本発明は車両において潤滑油の冷却を行う空冷式オイルクーラの外気との熱交換の増加に関するものである。

冷却が必要な部位である冷却対象を、潤滑油を用いて冷却することが行われている。特許文献１に記載された車両においては、主に後輪駆動系を構成する電動モータ、減速機構、および差動機構を冷却対象とし、これらから生じる熱を潤滑油によって空冷式オイルクーラに送り、潤滑油の冷却が空冷式オイルクーラによって行われる冷却装置が開示されている。これらの冷却対象は車両の前部以外に備えられており、空冷式オイルクーラは冷却対象の近くに備えられている。

特開２００３−４７２０２号公報

冷却対象と空冷式オイルクーラとが車両の前部以外に設置されている場合、車両の後面に空冷式オイルクーラの吸気口を設けるとともに、車両の上面、下面、および側面のいずれかの面に空冷式オイルクーラの排気口を設け、車両の走行時の外気の流れに伴って生じる吸気口と排気口との圧力差を用いて空冷式オイルクーラと外気との熱交換を行うことが考えられ、これによって空冷式オイルクーラに対して強制的に空気を供給する冷却ファンを除去することが可能となる。しかしながら、車両の後面と車両上面、下面、および側面のいずれかの面との外気の圧力差を用いた空冷式オイルクーラの熱交換において、この圧力差だけでは潤滑油の冷却として不十分である場合が生じていた。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、空冷式オイルクーラを通過する風速を増加することによって、空冷式オイルクーラの冷却効果を向上させることが可能な車両用空冷式オイルクーラを提供することにある。

第１発明の要旨とするところは、（ａ）車両の前進方向に対して後面に空冷式オイルクーラの吸気口が設けられ、前記車両の下面に前記空冷式オイルクーラの排気口が設けられた車両用空冷式オイルクーラであって、（ｂ）前記車両の下面の前記空冷式オイルクーラの排気口が開口する部分の前記車両前方側に設けられ、前記空冷式オイルクーラの排気口が開口する部分の走行中に生じる風速を増加させる増速部材と、（ｃ）前記増速部材の前記車両前方側の端縁に、前記車両の下面と平行な面との間の第１傾斜角が可変に設けられ、前記車両の下面との間の前記車両前方側の開口面積を可変とする空気抵抗減少部材と、を設けることを特徴とする。第２発明の要旨とするところは、（ａ）車両の前進方向に対して後面に空冷式オイルクーラの吸気口が設けられ、前記車両の下面に前記空冷式オイルクーラの排気口が設けられた車両用空冷式オイルクーラであって、（ｂ）前記車両の下面の前記空冷式オイルクーラの排気口が開口する部分の前記車両前方側に設けられ、前記車両の下面と平行な面との間の第２傾斜角が可変に設けられ、走行状況に応じて前記第２傾斜角を大きくすることで前記車両の下面との間の前記車両後方側の開口面積を小さくして、前記空冷式オイルクーラの排気口が開口する部分の走行中に生じる風速を増加させる開閉式増速部材を設けることを特徴とする。

第１発明によれば、（ａ）車両の前進方向に対して後面に空冷式オイルクーラの吸気口が設けられ、前記車両の下面に前記空冷式オイルクーラの排気口が設けられた車両用空冷式オイルクーラであって、（ｂ）前記車両の下面の前記空冷式オイルクーラの排気口が開口する部分の前記車両前方側に設けられ、前記空冷式オイルクーラの排気口が開口する部分の走行中に生じる風速を増加させる増速部材と、（ｃ）前記増速部材の前記車両前方側の端縁に、前記車両の下面と平行な面との間の第１傾斜角が可変に設けられ、前記車両の下面との間の前記車両前方側の開口面積を可変とする空気抵抗減少部材と、が設けられる。これによって、例えば高車速である場合には、空気抵抗減少部材の第１傾斜角を大きくすることによって空気抵抗を低減して燃費を改善することが可能となり、また、例えば低車速である場合には、第１傾斜角を小さくすることによって、前記車両の下面と前記空気抵抗減少部材との間の車両前方側の開口面積を大きくし、空冷式オイルクーラの冷却効果を向上させることが可能となる。第２発明によれば、（ａ）車両の前進方向に対して後面に空冷式オイルクーラの吸気口が設けられ、前記車両の下面に前記空冷式オイルクーラの排気口が設けられた車両用空冷式オイルクーラであって、（ｂ）前記車両の下面の前記空冷式オイルクーラの排気口が開口する部分の前記車両前方側に設けられ、前記車両の下面と平行な面との間の第２傾斜角が可変に設けられ、走行状況に応じて前記第２傾斜角を大きくすることで前記車両の下面との間の前記車両後方側の開口面積を小さくして、前記空冷式オイルクーラの排気口が開口する部分の走行中に生じる風速を増加させる開閉式増速部材が設けられる。これによって、例えば低車速である場合には、第２傾斜角を大きくすることによって前記空冷式オイルクーラの排気口が開口する部分の走行中に生じる風速を増速させ、空冷式オイルクーラの冷却能力を高めることができ、例えば高車速である場合には、第２傾斜角を小さくすることによって、空気抵抗を低減して燃費を改善することができる。

本発明が好適に適用される電動車両の後輪駆動部と空冷式オイルクーラとを示した概略図である。図１の車両の空冷式オイルクーラ、その吸気口および排気口と走行時の圧力差を説明する模式図である。図２の空冷式オイルクーラの排気口近傍の圧力を低下させる部材を前記排気口の前方に設けた効果を説明する模式図である。図３の空冷式オイルクーラの排気口近傍の圧力を低下させる部材を設置した構造の一例を示す図である。図３の空冷式オイルクーラの排気口近傍の圧力を低下させる部材を設置した構造の他の一例を示す図である。図４、図５の空冷式オイルクーラの排気口近傍の圧力を低下させる部材の車両前方側の開口面積を可変とした構造を示す模式図である。図４、図５の空冷式オイルクーラの排気口近傍の圧力を低下させる部材の車両後方側の開口面積を可変とした構造を示す模式図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例の空冷オイルクーラ２０を備える、電動モータ１４を駆動源として備える車両１０を模式的に示した図である。車両１０には、前輪２２と、車両１０の前部以外に配置されトランスアクスルケース１２内に備えられている電動モータ１４、減速ギヤ１６、および差動歯車装置１８と、それらによって駆動される後輪車軸２６および後輪２４とを備えている。車両１０において、電動モータ１４、減速ギヤ１６、および差動歯車装置１８を収容するトランスアクスルケース１２の後部には空冷式オイルクーラ２０が備えられ、トランスアクスルケース１２内の電動モータ１４、減速ギヤ１６、および差動歯車装置１８等の冷却対象には、空冷式オイルクーラ２０によって冷却された潤滑油が油路２８を介して供給される。また潤滑油は図示されていないオイルポンプによって循環させられている。これらの電動モータ１４、減速ギヤ１６、および差動歯車装置１８に供給される潤滑油の冷却時の油圧の損失を低減するために空冷式オイルクーラ２０は、上記の冷却対象の近くにおかれている。また、空冷式オイルクーラ２０の吸気口２０ａは、車両１０の後面１０ａに設けられるとともに、排気口２０ｂは、車両１０の下面（図２における１０ｂ）に設けられている。

図２は、車両１０の後部に設置された空冷式オイルクーラ２０と、その吸気口２０ａから導入された外気を空冷式オイルクーラ２０に導入する吸気ダクト（吸気路）２０ｃと、空冷式オイルクーラ２０を通過した外気を排気ダクト（排気路）２０ｄを介して導出する排気口２０ｂとの断面を示すとともに作動原理を説明する模式図である。空冷式オイルクーラ２０を車両１０の前部に設置した場合、車両１０の走行中に生じる走行風によって空冷式オイルクーラ２０と外気との熱交換を効果的に行うことができる。しかし、空冷式オイルクーラ２０を車両１０の後部に設置した場合、車両１０の正面の走行風を熱交換に利用することは難しい。このため、空冷式オイルクーラ２０の排気口２０ｂは車両１０の下面１０ｂに設けられ、吸気口２０ａは車両後面１０ａに設けられている。これによって、排気口２０ｂの近傍の車両下面１０ｂには白抜きの矢印で示される走行風すなわち走行時の車両表面の外気の流速Ｖ１が生じているが、車両後面１０ａに設けられた吸気口２０ａにおいては、外気の流れが乱流もしくはよどんでいるのに対して排気口２０ｂ近傍の外気の流れは、吸気口２０ａ近傍の外気の流れに対してよどみが少なく流速が大きいので、吸気口２０ａ近傍の外気の流速は、排気口２０ｂ近傍の外気の流速Ｖ１より低い。これにより、排気口２０ｂ近傍の排気口側圧力Ｐ１は、吸気口２０ａ近傍の吸気側圧力Ｐ２より低下する。この車両１０の後部に設置された空冷式オイルクーラ２０においては、車両１０の走行時における吸気側圧力Ｐ２と吸気側圧力Ｐ１との圧力差を用いて熱交換（潤滑油の放熱）が行われている。点線で囲われた矢印は、吸気側圧力Ｐ２と排気側圧力Ｐ１との圧力差によって生じる空冷式オイルクーラ２０内の通気路を通過する外気の動きを示している。

上記の構造において、吸気側圧力Ｐ２と排気側圧力Ｐ１との圧力差が小さいことによって、空冷式オイルクーラ２０による冷却が不足する虞が生じていた。これに対して、図３の本実施例の構造は、増速部材３２（車両下面１０ｂ近傍の風速を増加させる部材に対応する）を設ける以外は図２と同一であり、増速部材３２を排気口２０ｂの車両１０の前進方向側に設けることによって、空冷式オイルクーラ２０を通過する外気の風速を増加させることが可能となる。増速部材３２と車両下面１０ｂとの距離は、車両１０の前方側に向かうほど大きくなるように設定されている。すなわち増速部材３２は、車両前方側において開口が広く、車両後方側において狭く設定されている。これによって、車両１０の前進走行によって車両１０の下面１０ｂに生じた白抜きの矢印で示される外気の流速Ｖ１は、増速部材３２を設置することによって、例えば破線で囲われた矢印で示された外気の流速Ｖ２に上昇する。また、排気口２０ｂの近傍の外気の圧力は、増速部材３２が無い場合の圧力Ｐ１から、増速部材３２が設置されることによって生じる流速Ｖ２への増加にともなって排気口低下圧力Ｐ３へと低下する。これによって増速部材３２が設置された場合、吸入口側圧力Ｐ２と排気口低下圧力Ｐ３との差が、増速部材３２が設置されない場合と比較して増加することとなる。これによって、点線で囲われた矢印で示される吸気口低下圧力Ｐ３と排気側圧力Ｐ１との圧力差によって生じる空冷式オイルクーラ２０を通過する外気の風速も増加される。

図４は、本実施例の空冷式オイルクーラ２０の排気口２０ｂ近傍の車両下面１０ｂに増速部材３２を設けた具体的構造を示している。排気ダクト挿入部材３６は、排気口２０ｂおよび排気ダクト２０ｄの内部に挿入が可能な寸法を有しており、排気ダクト２０ｄの内部に設置される。また、車両１０の前方側に増速部材３２が設けられており、増速部材３２は、排気ダクト挿入部材３６と一体に形成されている。なお、増速部材３２を排気ダクト挿入部材３６に取付け可能な分割された構造としても良い。車両１０の前方側の増速部材３２の開口は開口面積Ｓ１を有しており、増速部材３２の車両１０の後方側開口面積Ｓ２と比較して大きく設定されている。

本実施例によれば、車両１０の後部に備えられ、車両１０の前進方向に対して後面１０ａ側に空冷式オイルクーラ２０の吸気口２０ａが設けられ、車両１０の下面１０ｂに空冷式オイルクーラ２０の排気口２０ｂが設けられた車両用空冷式オイルクーラ２０であって、車両１０の下面１０ｂのうち排気口２０ｂが開口する部分の走行中に生じる風速Ｖ１を増加させる部材３２を車両１０の下面１０ｂに設ける。これによって、排気口２０ｂ近傍の外気の圧力Ｐ１が低下し、排気口２０ｂ近傍の外気の圧力Ｐ３と吸入口２０ａ近傍の外気の圧力Ｐ２との圧力差が増加する。この圧力差の増加によって空冷式オイルクーラ２０を通過する風速が増加され、空冷式オイルクーラ２０の冷却効果を向上させることが可能となる。

つぎに、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において実施例相互に共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図５は、空冷式オイルクーラ２０の排気口２０ａ近傍の車両下面１０ｂに増速部材３２を設けた構造の他の一例を示している。本実施例においては、排気ダクト挿入部材３６を除いた点、および排気口２０ｂの車両前方側に設けられた点において前述の実施例と異なっている。本実施例においては、排気口２０ｂの車両１０の前方側に車両外装パネル１０ｃと一体に形成された増速部材３２が設置されており、増速部材３２の車両１０の前方側開口面積Ｓ１は、後方側開口面積Ｓ２よりも大きく設定されている。なお、増速部材３２を車両外装パネル１０ｃに取付け可能な分割された構造としても良い。これによって、車両１０の前進走行によって車両１０の下面１０ｂに生じた白抜きの矢印で示される外気の流速Ｖ１は、増速部材３２によって増加され、排気口２０ｂの近傍において破線で囲われた矢印で示された外気の流速Ｖ２に上昇する。また、排気口２０ｂの近傍の外気の圧力は、増速部材３２が無い場合の圧力Ｐ１から、増速部材３２が設置されることによって生じる流速Ｖ２への増加にともなって排気口低下圧力Ｐ３へと減少する。これによって、吸気口低下圧力Ｐ３と排気側圧力Ｐ１との圧力差によって生じる空冷式オイルクーラ２０を通過する外気の風速も増加される。

つぎに、本発明の他の実施例を説明する。

図６には、図３、図４および図５で示された空冷式オイルクーラ２０の排気口２０ｂの車両前方側近傍において、それらの車両１０の前方側開口面積Ｓ１を略零に閉じることも含んで可変とする断面構造を示した模式図が示されている。前方側開口面積Ｓ１を可変とする空気抵抗減少部材３４および空気抵抗減少部材３４を開閉駆動する図示しないアクチュエータが設けられている以外は、図３、図４、および図５で示された構造と同一である。増速部材３２の前方に設けられた空気抵抗減少部材３４は、図６の実線にて示されている前方側開口面積Ｓ１が最大となる位置、すなわち空気抵抗減少部材３４と車両下面１０ｂと平行な面とのなす角である第１傾斜角θ１が略零となる位置から、図６の破線にて示されている車両下面１０ｂに接触して第１傾斜各θ１が最大の角度となる位置まで変更可能となっている。

本実施例によれば、車両１０の空冷式オイルクーラ２０の排気口２０ｂ近傍の風速を増加させ、排気口２０ｂ近傍の外気の圧力Ｐ３を減少させる空気抵抗減少部材３４の、車両１０の前進方向における開口面積すなわち前方側開口面積Ｓ１が変更可能とされている。このようにすれば、実施例１および実施例２と同様の効果が期待できるとともに、空気抵抗減少部材３４の第１傾斜角θ１を大きくすることによって前方側開口面積Ｓ１を小さくし、空気抵抗を低減することによって燃費を改善することが可能となる。また、走行状況に応じて空気抵抗減少部材３４の第１傾斜角θ１を小さくすることによって前方側開口面積Ｓ１を大きくし、空冷式オイルクーラの冷却能力を増加することが可能となる。

つぎに、本発明の他の実施例を説明する。

図７には、図３、図４および図５で示された空冷式オイルクーラ２０の排気口２０ｂの車両前方側近傍において、それらの車両１０の後方側開口面積Ｓ２を可変とする構造の模式図が示されている。増速部材３２に替えて第２傾斜角θ２が可変である開閉式増速部材３８および開閉式増速部材３８を開閉駆動する図示しないアクチュエータを備えることによって、後方側開口面積Ｓ２を可変とすること以外は、図３、図４、および図５で示された構造と同一である。

本実施例によれば、車両１０の空冷式オイルクーラ２０の排気口２０ｂ近傍の風速を増加させ、排気口２０ｂ近傍の外気の圧力Ｐ３を減少させる部材の、車両１０の後進方向における開口面積すなわち後方側開口面積Ｓ２を変更可能に構成することにある。このようにすれば、実施例１および実施例２と同様の効果が期待できるとともに、走行状況に応じ第２傾斜角θ２を大きくすることによって後方側開口面積Ｓ２を小さくし、空冷式オイルクーラの冷却能力を増加することが可能となる。また、第２傾斜角θ２を小さくすることによって第２傾斜角θ２が大きい場合と比較して空気抵抗を低減し、燃費を改善することが可能となる。

なお、実施例３においては、車両１０の前進方向における開口面積すなわち前方側開口面積Ｓ１が変更可能な実施例が示され、実施例４においては、増速部材３２の後進方向における後方側開口面積Ｓ２が変更可能な実施例が示されている。これらの前方側開口面積Ｓ１と後方側開口面積Ｓ２との２つの可変が可能な構造としても良い。この構造においても、実施例３および実施例４と同様の効果が期待できる。

前述の実施例において、吸気口２０ａを車両後面１０ａに設け、排気口２０ｂを車両底面１０ｂに設けるものとしたが、排気口２０ｂは、特に車両底面１０ｂに限らず、例えば車両１０の上面もしくは側面に設置しても同様の効果が期待できる。

また、前述の実施例において、空冷式オイルクーラ２０による冷却対象をトランスアクスルケース１２内に備えられている電動モータ１４、減速ギヤ１６、および差動歯車装置１８としたが、とくにこれに限らず、たとえば電動モータを車両前部に備える車両の後部差動歯車装置等を冷却するものであっても良い。

さらに、本実施例においては、空冷式オイルクーラ２０を電動モータのみを駆動源とする車両に用いるものであったが、これに限らず、エンジンと電動モータとを備えた車両もしくはエンジンのみを駆動源とする車両等の後部側に設置された冷却対象、例えば後部差動歯車装置、トランスアクスル等の冷却に用いるものであっても良い。

また、空冷式オイルクーラ２０の熱交換を、吸気口２０ａから取り込み排気口２０ｂから流出する外気の流れによって行うものであったが、たとえば、吸気口２０ａにファン等を取り付けることによって、必要に応じてファン等により外気の流れを増加させることが可能となるとともに、ファン等の作動を停止した場合においても、増速部材３２の設置による冷却効率の増加が期待できる。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：車両
１０ａ：後面
１０ｂ：下面
２０：空冷式オイルクーラ
２０ａ：吸気口
２０ｂ：排気口
Ｖ１：風速
３２：増速部材（風速を増加させる部材）

Claims

車両の前進方向に対して後面に空冷式オイルクーラの吸気口が設けられ、前記車両の下面に前記空冷式オイルクーラの排気口が設けられた車両用空冷式オイルクーラであって、
前記車両の下面の前記空冷式オイルクーラの排気口が開口する部分の前記車両前方側に設けられ、前記空冷式オイルクーラの排気口が開口する部分の走行中に生じる風速を増加させる増速部材と、
前記増速部材の前記車両前方側の端縁に、前記車両の下面と平行な面との間の第１傾斜角が可変に設けられ、前記車両の下面との間の前記車両前方側の開口面積を可変とする空気抵抗減少部材と、を設ける
ことを特徴とする車両用空冷式オイルクーラ。
車両の前進方向に対して後面に空冷式オイルクーラの吸気口が設けられ、前記車両の下面に前記空冷式オイルクーラの排気口が設けられた車両用空冷式オイルクーラであって、
前記車両の下面の前記空冷式オイルクーラの排気口が開口する部分の前記車両前方側に設けられ、前記車両の下面と平行な面との間の第２傾斜角が可変に設けられ、走行状況に応じて前記第２傾斜角を大きくすることで前記車両の下面との間の前記車両後方側の開口面積を小さくして、前記空冷式オイルクーラの排気口が開口する部分の走行中に生じる風速を増加させる開閉式増速部材を設ける
ことを特徴とする車両用空冷式オイルクーラ。