WO2014080914A1

WO2014080914A1 - 車両用冷却ファン装置

Info

Publication number: WO2014080914A1
Application number: PCT/JP2013/081196
Authority: WO
Inventors: 石川　英治; 剛清家; 祐輔星川; 直廣田
Original assignee: 株式会社豊田自動織機; トヨタ自動車株式会社; 株式会社デンソー
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2014-05-30
Also published as: JP5965296B2; AU2013348871B2; EP2924260A4; JP2014101870A; US20150300238A1; US9810135B2; CN104797795B; CN104797795A; BR112015011563A2; AU2013348871A1; MX2015006379A; EP2924260B1; MX357546B; KR101690169B1; KR20150079966A; BR112015011563B1; EP2924260A1

Abstract

　車両用冷却ファン装置は、ラジエータ及びコンデンサの少なくとも一方を収容した箱状であり、車両の進行方向前側に開口を有するとともに前記進行方向後側にファン取付面を有するファンシュラウドと、前記ファン取付面に配置された少なくとも２つの冷却ファンであって、上下方向に互いから所定距離だけ離れる中心軸を有する前記冷却ファンと、隣り合う前記冷却ファンの間に前記ファン取付面に設けられ、前記ファン取付面の上方から下方へと向かって延びるとともに前記ラジエータ及び前記コンデンサの前記少なくとも一方に向かって突出し、かつ、上端部及び下端部を有する遮蔽リブと、を備える。前記遮蔽リブの前記上端部及び前記下端部の少なくとも一方は、隣り合う前記冷却ファンの間で空気の流通を可能とする切欠き部を有する。

Description

車両用冷却ファン装置

　本開示の技術は、車両のエンジンのラジエータ及び空調装置のコンデンサの少なくとも一方に空気流を誘導する箱状のファンシュラウドと、冷却ファンと、を備えた車両用冷却ファン装置に関する。

　一般に、車両のエンジンを冷却する冷却水はラジエータにて冷却されており、車両の空調用の冷媒はコンデンサにて冷却されている。そしてラジエータやコンデンサは、通常、車両の走行時に車両前方から取り入れた空気流にて冷却されるように配置されている。

　しかし、渋滞によって走行による空気流が不足する場合等を考慮して、一般的には、ラジエータやコンデンサの背面には、走行による空気流と同一方向の空気流を発生可能な冷却ファンが設けられている。そして、当該冷却ファンの空気流を効率よく利用するために、箱状のファンシュラウドにラジエータ、コンデンサ、冷却ファン等が収容されている。

　近年では、ファンシュラウドと冷却ファンとを備えた、種々の車両用冷却ファン装置が提案されている。

　例えば特許文献１では、２個の冷却ファンと１個のファンコントローラとを備えた自動車用熱交換装置が提案されている。ファンコントローラは発熱量が比較的多いので、適切に冷却する必要がある。そこで特許文献１では、ファンコントローラを、ファンシュラウドの中央部分から偏った位置であって一方の冷却ファンからの空気流の一部で冷却できるファンシュラウド上の位置に配置している。更に特許文献１では、ファンコントローラから他方の冷却ファンへ向かって延びるダクトを配置して、他方の冷却ファンからの空気流の一部をファンコントローラに導くことができるようにしている。よって、いずれかの冷却ファンが停止するような場合があっても、ファンコントローラを適切に冷却することができる。そして、隣り合う冷却ファンの間には、各冷却ファンの作動空間を仕切る隔壁が、ラジエータに向かって突出するように設けられており、この隔壁におけるファンコントローラに近い位置となる上部には、ファンコントローラへの空気流を増すための連通部を設けてもよいことが記載されている。

　また特許文献２では、空気流の流量をより多くするために、より大径の２個の冷却ファンを、一部が重なるようにファンシュラウドに配置している。しかし、冷却ファンが重なっている個所では空気流の速度が速く、冷却ファンを駆動した場合に不快な騒音が発生する可能性があるので、ファンブレードの形状を特殊な形状にする等して騒音を抑制している。なお特許文献２では、冷却ファンが重なっているので、各冷却ファンの作動空間を仕切る隔壁は設けられていない。

特開２００５－１６３７２０号公報特表２００５－５２０９６９号公報

　特許文献１には、冷却ファンの駆動に伴う騒音の発生及び当該騒音の低減に関する記載は見受けられない。

　また特許文献２では、冷却ファンの駆動に伴う騒音を低減するために、ファンブレードの形状を特殊な形状にしたり、一方の冷却ファンの径に対する他方の冷却ファンの径の比を限定したり、冷却ファンの重なる範囲を限定したりしており、構造が複雑であるとともに、設計の自由度が大きく限定される。なお、騒音の発生が冷却ファンではなく空気流が通過するラジエータの形状等に起因する場合には適切に騒音を低減することができない。

　なお、冷却ファンによる空気流の速度が均一でなく部分的に流速の速い部分が存在すると、冷却ファンの駆動に伴う騒音が発生し易い。また一般的に、冷却ファンの回転数が比較的高い場合も、冷却ファンの駆動に伴う騒音が発生し易い。これより、騒音を抑制する方法として、以下の（１）～（３）の方法が考えられる。
（１）冷却ファンの回転数を低下させる。
（２）ファンコントローラを用いて冷却ファンの回転数を可変制御し、騒音が発生し易い回転数を避けて冷却ファンを制御する。
（３）冷却ファンによる空気流の流速が速い部分に障害物（遮蔽板等）を配置して、流速の速い部分をなくし、流速をより均一化する。

　しかし、上記の（１）～（３）の方法は、どれも冷却性能の低下が懸念されるので、好ましくない。

　また、冷却ファンの羽枚数を増加して流速をより均一化する方法や、冷却ファンの周囲のスペースを拡大して流速をより均一化する方法も考えられるが、羽枚数を増加する方法では、騒音の発生が冷却ファンではなく空気流が通過するラジエータの形状等に起因する場合、適切に騒音を低減することができない。また周囲のスペースを拡大する方法は、車両という限られたスペース内では、実施が非常に困難である。

　本開示の目的は、車両内の限られたスペースにおいて、よりシンプルな構造にて、冷却性能を低下させることなく、冷却ファンの駆動に伴う騒音をより低減することが可能な車両用冷却ファン装置を提供することである。

　上記目的を達成するための車両用冷却ファン装置は、ラジエータ及びコンデンサの少なくとも一方を収容した箱状であり、車両の進行方向前側に開口を有するとともに前記進行方向後側にファン取付面を有するファンシュラウドと、前記ファン取付面に配置された少なくとも２つの冷却ファンであって、上下方向に互いから所定距離だけ離れる中心軸を有する前記冷却ファンと、隣り合う前記冷却ファンの間に前記ファン取付面に設けられ、前記ファン取付面の上方から下方へと向かって延びるとともに前記ラジエータ及び前記コンデンサの前記少なくとも一方に向かって突出し、かつ、上端部及び下端部を有する遮蔽リブと、を備える。前記遮蔽リブの前記上端部及び前記下端部の少なくとも一方は、隣り合う前記冷却ファンの間で空気の流通を可能とする切欠き部を有する。

第１の実施の形態における車両用冷却ファン装置の外観を説明する斜視図である。第１の実施の形態における車両用冷却ファン装置の概略背面図である。図２における３－３断面図である。第２の実施の形態における車両用冷却ファン装置の概略背面図である。図４における５－５断面図である。

　以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。なお、各図においてＸ方向とＹ方向とＺ方向は互いに直交しており、Ｘ方向とＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直上向きである。また車両用冷却ファン装置１が取り付けられた車両の進行方向はＸ方向と反対の方向である。当該車両が走行した場合あるいは冷却ファン１０、２０を駆動した場合に、Ｘ方向に沿った空気流が発生する。
第１の実施の形態
　以下、図１～図３を用いて、第１の実施の形態の車両用冷却ファン装置１について説明する。

　車両用冷却ファン装置１は、コンデンサ４１及びラジエータ４２の少なくとも一方を収容した箱状のファンシュラウド３０と、当該ファンシュラウド３０における車両の進行方向後側に設けられた冷却ファン１０、２０とを備えている。なお本実施の形態の説明では、ファンシュラウド３０にコンデンサ４１及びラジエータ４２の双方を収容しているとともにコンデンサ４１をラジエータ４２に対し車両の進行方向前側に配置した例を説明するが、コンデンサ４１とラジエータ４２のうち、どちらが車両の進行方向前側に配置されてもよい。

　ファンシュラウド３０は、上面パネル３０Ａ、底面パネル３０Ｂ、右側面パネル３０Ｃ、左側面パネル３０Ｄ、背面パネル３０Ｅ（ファン取付面に相当）を有するとともに、車両の進行方向の前側にはパネルが無く開口を有する箱状である。背面パネル３０Ｅには、冷却ファン１０、２０の径に対応する径の取付孔Ｈ１、Ｈ２が設けられている。そして取付孔Ｈ１、Ｈ２には冷却ファン１０、２０が取り付けられている。

　車両が走行している場合、あるいは冷却ファン１０、２０が駆動されている場合では、当該開口している側から取付孔Ｈ１，Ｈ２へと空気が流れ、前側の開口から流入した空気がファンシュラウド３０に収容されているコンデンサ４１及びラジエータ４２を冷却する。

　冷却ファン１０、２０は、電動モータあるいはエンジンの回転動力が伝達されたベルト等にて回転駆動することができる。本実施の形態の説明では、電動モータで回転駆動される冷却ファンの例を記載している。

　また各冷却ファン１０、２０の径は、冷却ファンによる空気流の流量をより多くするために、背面パネル３０Ｅに取付可能な径であって可能な限り大きな径に設定されている。そのため、冷却ファン１０と冷却ファン２０は、水平方向に一直線上に並ぶように背面パネル３０Ｅに配置することが困難であり、図２に示すように、互いの中心軸Ｚ１０、Ｚ２０が上下方向に所定距離（図２の例では距離Ｄ１）だけ離れるように、横方向に並んで配置されている。

　また、車両の搭載スペースも限られているので、冷却ファン１０、２０は、Ｘ方向から見て重ならないように配置されている。

　また、冷却ファン１０及び冷却ファン２０の作動時における互いの干渉を回避するために、隣り合う冷却ファン１０，２０の間には、背面パネル３０Ｅに、上方から下方へと向かって延びるとともにコンデンサ４１やラジエータ４２に向かう方向に突出した遮蔽リブ３０Ｆが設けられている。

　ファンシュラウド３０内の上端から下端へと遮蔽リブ３０Ｆが設けられていることで、冷却ファン１０による空気流の有効範囲と、冷却ファン２０による空気流の有効範囲とが仕切られている。

　次に図２に示す車両用冷却ファン装置１の背面図、及び図３に示す断面図（図２における３－３断面図）を用いて、車両用冷却ファン装置１の特徴について説明する。

　車両用冷却ファン装置１は、車両の限られたスペース内（エンジンルーム内）に配置されており、周囲には種々の機器や部材が配置されている。

　車両用冷却ファン装置１は、エンジンルーム内に搭載された状態では、一般的に、エンジンの前方に配置される。車両用冷却ファン装置１の上方はボンネットで覆われると共に、下方は路面に面しており、車両用冷却ファン装置１の前方は、図３に示すように、バンパー５０で覆われている。そしてバンパー５０の下方には、車両用冷却ファン装置１の為の、空気取り入れ用の開口部５１が形成されている。

　このため、冷却ファン１０、２０が取り付けられている取付孔Ｈ１、Ｈ２の内側の領域である空気排出領域には、空気の流れる速度が異なる領域が存在する。バンパー５０の下方に空気取り入れ用開口部５１が形成されている場合、図２に示す高流速領域Ａ１は、空気の流れのよい下方に近く、冷却ファン１０、２０を駆動した際、他の領域よりも空気の流れる速度が速くなる傾向にある。

　なお高流速領域Ａ１は、より下方に配置された冷却ファン（図２の場合、冷却ファン１０）における下部の領域である。高流速領域Ａ１では、ラジエータ４２、コンデンサ４１、ファンブレード等を通過する速い空気流によって騒音が発生し易い。

　なお冷却ファン１０、２０の領域内（取付孔Ｈ１、Ｈ２の内側であって前記空気排出領域）における各位置の流速を測定するには、例えば、冷却ファンの径よりも小さな径の流量センサを近づけて領域内の各位置の空気の流量を計測することで、所望する部分の流速を測定することができる（流量から流速に換算する）。

　また、ラジエータ４２、コンデンサ４１、ファンブレード等のどれが騒音の発生源となるかを特定することは非常に困難であり、状況に応じて発生源が異なる場合も考えられる。従って、発生源の側で形状を変える等して騒音を低減することは非常に困難である。しかし、騒音の発生源を特定できなくても、騒音の発生要因が、より速い空気流の領域が存在することであれば、空気流の速い領域を無くすことにより騒音を低減できる。

　車両のデザイン上の都合、または空気抵抗低減の為、ラジエータグリルが縮小又は廃止され、車両の前部に設けられる空気取り入れ口が、車両下部の、主にはバンパーに設定される傾向がある。この為、車両用冷却ファン装置における下部に走行風が多く流入するので、下部で流速が早くなる傾向がある。

　そこで図３に示すように、冷却ファンの有効範囲を仕切っている遮蔽リブ３０Ｆの下端部に切欠き部Ｋ１を設ける。なお、遮蔽リブ３０Ｆの下端部とは、遮蔽リブ３０Ｆの下端及びその近傍を含む領域を意味する。

　この切欠き部Ｋ１により、冷却ファン１０が駆動された際、切欠き部Ｋ１を通って冷却ファン２０の側からも高流速領域Ａ１に空気が流入し、切欠き部Ｋ１が無い状態と比較してより多くの空気が高流速領域Ａ１に流入するので、高流速領域Ａ１における空気の流速をより低減させることができる。

　これにより、空気の流れが速い領域がなくなり、空気の流れの速度が均一化され、冷却ファン１０，２０の駆動に伴う騒音を低減することができる。なお、空気流の流速を低減するので、騒音源が冷却ファン１０，２０であるかラジエータ４２やコンデンサ４１であるかに関係なく、騒音の低減に有効である。また、ファンシュラウド３０内の遮蔽リブ３０Ｆの一部に切欠き部Ｋ１を設けるだけであるので、冷却性能も低下せず、非常にシンプルな構造で騒音の低減を実現することができる。
第２の実施の形態
　次に図４及び図５を用いて、第２の実施の形態の車両用冷却ファン装置１Ａについて説明する。

　車両用冷却ファン装置１Ａは、第１の実施の形態における冷却ファン１０の下部の高流速領域Ａ１に加えて、冷却ファン２０の上部に位置するとともに空気の流れの速い領域である高流速領域Ａ２を有する。車両用冷却ファン装置１Ａの搭載位置や車両の走行状態によって、高流速領域Ａ１及び高流速領域Ａ２において空気の流れが速くなる場合がある。

　この場合、図５に示すように、遮蔽リブ３０Ｆの下端部に切欠き部Ｋ１を設けるとともに、遮蔽リブ３０Ｆの上端部（上端及びその近傍を含む領域）にも切欠き部Ｋ２を設ける。

　この切欠き部Ｋ１、Ｋ２により、冷却ファン１０、２０が駆動された際、高流速領域Ａ１に対しては切欠き部Ｋ１を通って冷却ファン２０の側からも空気が流入し、高流速領域Ａ２に対しては切欠き部Ｋ２を通って冷却ファン１０の側からも空気が流入し、高流速領域Ａ１、Ａ２における空気の流速をより低減させることができる。

　これにより、空気の流れが速い領域がなくなり、空気の流れの速度が均一化され、冷却ファン１０，２０の駆動に伴う騒音を低減することができる。

　上記の各実施の形態では、より下方に配置された冷却ファン１０の下部の高流速領域Ａ１において空気の流れが速い場合（図２参照）について説明するとともに、その高流速領域Ａ１と、より上方に配置された冷却ファン２０の上部の高流速領域Ａ２と、の双方において空気の流れが速い場合（図４参照）について説明したが、高流速領域Ａ２のみで空気の流れが速い場合は、遮蔽リブ３０Ｆの上端部のみに切欠き部Ｋ２を設ければよい。従って、遮蔽リブ３０Ｆの上端部または下端部の少なくとも一方に切欠き部を設ければよい。

　なお、遮蔽リブ３０Ｆは、隣り合う冷却ファン１０，２０の互いの干渉を回避するために設けているので、切欠き部Ｋ１，Ｋ２を設けることは好ましくない可能性が考えられる。しかし、図４及び図５に示すように、冷却ファン１０の高流速領域Ａ１の流速を低減する切欠き部Ｋ１は遮蔽リブ３０Ｆの下端部に設けられており、干渉の可能性が考えられる冷却ファン２０は上方に配置されているので、切欠き部Ｋ１と冷却ファン２０とが離れており、問題となるような干渉はほとんど発生しない。同様に、冷却ファン２０の高流速領域Ａ２の流速を低減する切欠き部Ｋ２は遮蔽リブ３０Ｆの上端部に設けられており、干渉の可能性が考えられる冷却ファン１０は下方に配置されているので、切欠き部Ｋ２と冷却ファン１０とが離れており、問題となるような干渉はほとんど発生しない。

　なお、切欠き部Ｋ１、Ｋ２のサイズは、冷却ファン１０，２０の駆動に伴う騒音を低減できるサイズであるとともに互いの冷却ファン１０，２０の干渉の回避を維持することができる適切なサイズに選定されている。

　以上に説明したように、遮蔽リブ３０Ｆの上端部及び下端部の少なくとも一方に切欠き部を設ける、という非常にシンプルな構造にて、切欠き部の近傍において空気の流速をより低減し、冷却ファン１０，２０の駆動に伴う騒音をより低減することが可能となる。なお本実施の形態にて説明した車両用冷却ファン装置は、ファンシュラウド３０内の遮蔽リブ３０Ｆに切欠き部を設けるだけの非常にシンプルな構造であるので、冷却性能を低下させることもなく、新たなスペースも必要とせず、車両内の限られたスペースに従来どおり収めることができる。

　本発明の車両用冷却ファン装置は、本実施の形態で説明した構成、構造、形状等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。

　例えば、本実施の形態の説明では、ファンシュラウド３０内に、ラジエータ４２またはコンデンサ４１を収容しているが、ファンシュラウド３０は、ラジエータ４２またはコンデンサ４１に空気流を誘導できればよい。具体的には、ファンシュラウド３０内にラジエータ４２を収容せず、ラジエータ４２の上下左右の外枠に、ファンシュラウド３０の前端縁が近接して配置されている構造においても、本発明を実施することはできる。

　また、本実施の形態の説明では、ファンシュラウド３０の形状を直方体の箱状とした例を説明したが、ファンシュラウド３０の形状は、箱状であればよく、直方体に限定されるものではない。

　また、本実施の形態の説明では、２個の冷却ファン１０、２０を有する例を説明したが、冷却ファンは２個以上であれば何個でもよい。

　また、冷却ファン１０、２０は、電動ファンに限定されず、エンジンの回転動力が伝達されたベルト等にて駆動されるように構成されていてもよい。

Claims

　ラジエータ及びコンデンサの少なくとも一方を収容した箱状であり、車両の進行方向前側に開口を有するとともに前記進行方向後側にファン取付面を有するファンシュラウドと、
　前記ファン取付面に配置された少なくとも２つの冷却ファンであって、上下方向に互いから所定距離だけ離れる中心軸を有する前記冷却ファンと、
　隣り合う前記冷却ファンの間に前記ファン取付面に設けられ、前記ファン取付面の上方から下方へと向かって延びるとともに前記ラジエータ及び前記コンデンサの前記少なくとも一方に向かって突出し、かつ、上端部及び下端部を有する遮蔽リブと、を備え、
　前記遮蔽リブの前記上端部及び前記下端部の少なくとも一方は、隣り合う前記冷却ファンの間で空気の流通を可能とする切欠き部を有する車両用冷却ファン装置。
　車両の進行方向前側に開口を有するとともにラジエータ及びコンデンサの少なくとも一方に空気流を誘導するファンシュラウドと、
　前記ファンシュラウド内に収容された複数の冷却ファンであって、前記複数の冷却ファンの内、少なくとも隣り合う２つの冷却ファンが横方向に並んで配置され、かつ、上下方向に互いから所定距離だけ離れる中心軸を有する前記複数の冷却ファンと、
　前記ファンシュラウド内にて前記隣り合う２つの冷却ファンの間に設けられ、上方から下方へと向かって延びるとともに前記冷却ファンの間を仕切り、かつ、上端部及び下端部を有する前記遮蔽リブと、を備え、
　前記遮蔽リブの前記上端部及び前記下端部の少なくとも一方は、隣り合う前記冷却ファンの間で空気の流通を可能とする切欠き部を有する車両用冷却ファン装置。
　請求項１または２に記載の車両用冷却ファン装置であって、
　前記遮蔽リブの前記下端部が前記切欠き部を有する車両用冷却ファン装置。