(57)【要約】【課題】自動車用のエンジンルーム内に設置される自動車用の送風機シャッタに関する。【解決手段】動翼２４の後流に、放射状に断面形状が翼型の静翼３１を有し、静翼３１が静翼回転軸３１ａに対して、―１８０°から＋１８０°回転し、送風通路を開閉する自動車用送風機シャッタを提供する。更に、静翼３１は、静翼回転軸３１aとモータ回転軸２８の交点である静翼中心３９から外側に向かって静翼幅が長くなる。また、静翼３１のモータ回転軸方向２８に対する取付け角が、静翼中心３９から外側に向かって大きくされ、送風通路が開時に通風抵抗を小さくすることを特徴とする自動車用送風機シャッタを提供する。【選択図】  図２
2018112073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用送風機において、
動翼の後流に、断面形状が翼型の静翼を放射状に有し、
前記静翼が静翼回転軸に対して、―１８０°から＋１８０°回転し、
送風通路を開閉することを特徴とする自動車用送風機シャッタ。
【請求項２】
ラジエータ水温が大気温度時、
前記送風通路は前記静翼により閉じられ、
前記ラジエータ水温が、５０℃から１００℃にて、前記送風通路は前記静翼により開かれることを特徴とする請求項１に記載の自動車用送風機シャッタ。
【請求項３】
前記静翼は、静翼中心から外側に向かって静翼幅が長くなることを特徴とする請求項１または２に記載する自動車用送風機シャッタ。
【請求項４】
前記静翼の翼断面のモータ回転軸方向に対する取付け角が、前記静翼中心から外側に向かって大きくなることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載する自動車用送風機シャッタ。
【請求項５】
ディフーザの開き角度が４５°以上であることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載する自動車用送風機シャッタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のエンジンルーム内に設置される自動車用の送風機シャッタに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のラジエータへの送風は、ラジエータの後流側に設置される自動車用送風機によって行われる。しかし，車両走行時に送風を遮断するためには、送風機の動翼を停止させるのみでは不十分でありシャッタが必要となる。一般に、ラジエータへの送風を遮断するシャッタは、ラジエータの上流側のフロントグリルに自動車用送風機とは別に設置される。シャッタを閉状態とすると、エンジンルーム内への空気の流入が制限されるので、高速走行時にその空力性能を向上させることができる。また、エンジン始動時には、そのラジエータに導入する流量を抑えることで、その暖機時間を短縮することができる。一方、エンジン温度が上昇傾向にある場合には、シャッタを開状態としてエンジンルーム内に流れ込む流量を増やすことにより、そのエンジン温度を適切に管理することができる。
【０００３】
従来のフロントグリルに取り付けるシャッタは、車両前方に搭載されるため，飛び石や事故等により破損しやすい懸念がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２０１４１４１７６２Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、飛び石，事故等による破損の懸念を低減する自動車用送風機シャッタを提供する。 
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明１は、自動車用送風機において、動翼の後流に、断面形状が翼型の静翼を放射状に有し、静翼が静翼回転軸に対して、―１８０°から＋１８０°回転し、送風通路を開閉することを特徴とする自動車用送風機シャッタである。
発明２は、ラジエータ水温が大気温度時、送風通路は前記静翼により閉じられ、ラジエータ水温が、５０℃から１００℃にて、送風通路は静翼により開かれることを特徴とする発明１に記載の自動車用送風機シャッタである。
発明３は、静翼中心から外側に向かって静翼幅が長くなることを特徴とする発明１または２に記載する自動車用送風機シャッタである。
発明４は、静翼翼断面のモータ回転軸方向に対する取付け角が、静翼中心から外側に向かって大きくなることを特徴とする発明１乃至３の１つに記載する自動車用送風機シャッタである。
発明５は、ディフーザの開き角度が４５°以上であることを特徴とする発明１乃至４の１つに記載する自動車用送風機シャッタである。
【発明の効果】
【０００７】
発明１乃至３により、ラジエータの後流側に設置した送風機にシャッタ（自動車用送風機シャッタ）を設定することができるので、飛び石や衝突による破損の懸念を減らすことができる。
送風装置に一体でシャッタ機構を設定できるので、別に設定する従来型シャッタに比べて部品点数を低減することができる。
発明４及び/又は５により、シャッタ開状態では、動翼によって生成される翼端渦を利用してディフューザに沿った流れを発生させ送風機性能を向上することができる．
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態を示す。
【図２】第１実施形態を示す。（ａ）静翼３１閉（１/７分割分を表示）、（ｂ）静翼３１開（１/７分割分を表示）。
【図３】第１実施形態の静翼３１の回転構造を示す。
【図４】静翼３１を開閉させる形状記憶合金スプリングの特性を示す。
【図５】第２実施形態の静翼３１の取付け角度を示す。（ａ）動翼２４の回転方向、（ｂ）静翼３１の断面形状、（ｃ）静翼３１の全体形状。
【図６】第２実施形態の作用を示す。（ａ）側断面図、（ｂ）正面図（１/７分割）
【図７】第２実施形態の効果を示す。
【図８】従来技術（自動車用送風機、放射状静翼付）（a）全体図  （ｂ）翼断面形状
【図９】従来技術（自動車用送風機の模式断面図）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１０】
図８は、特許文献１に示される構造を示す。図８（ａ）は全体図であり，モータを支持する放射上のモータステーを動翼後方に配置している。図８（ｂ）は任意の半径位置で切断した動翼１枚とモータステー５枚の断面である。モータステーは断面に翼型形状を適用しているため静翼モータステーと記した。静翼としたのは、動翼を駆動するモータの冷却を効率よく行うためである。翼断面のモータ回転軸方向に対する取付角は外周部で小さく、中心方向に向かって大きく設定している。
一般的な自由渦設計の動翼における翼後方の回転方向速度は外周部で小さく、中心部で大きくなるので、通常このような取付角を設定するが、自動車用送風機の場合には強制渦設計を採用しており、動翼後方の回転方向速度は外周部で大きいので、本形状の静翼を採用すると外周部のながれを阻害し、性能低下を生じるという問題がある。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態を示す。
動翼２４の回転により、ラジエータ１０、シュラウド２１を通過した冷却風は静翼3１を経由してエンジンルームに流入する。動翼２４の後流に、放射状に断面形状が翼型の静翼３１を有し、静翼３１が静翼回転軸３１ａの周りに回転しシャッタを構成する。シュラウド２１の端面にはディフューザ２２が装着され、このディフューザ２２に静翼３１の一端が固定され，静翼３１は回転可能になっている。静翼３１の別の一端はモータを固定するモータ固定リング２６に挿入され静翼ピニオン３２を設けられている。静翼ピニオン３２は、静翼回転ラック３３により回転可能になっている。
【００１２】
（第１実施形態）
第１実施形態は、図２に示すように静翼３１の回転によりシャッタが構成される。即ち、動翼２４の後流に、静翼中心３９（静翼回転軸３１aとモータ回転軸２８との交点、以下同じ）から放射状に断面形状が翼型の複数の静翼３１を有し、静翼３１が静翼回転軸３１ａに対して、―１８０°から＋１８０°回転し、送風通路を開閉すことによりシャッタを構成する。
静翼３１の駆動方法として形状記憶合金を使用した例を示す。ここでは７枚の動翼のうち、一枚分の動翼に対応する部分、すなわち全体の１/７の部分を示している。静翼回転ラック3３には回転ラック  スプリングストッパ３６が一体成型されている。スプリングストッパ３６には、スプリング３４一方の端部と形状記憶合金スプリング３５の一方の端が固定してある。スプリング３４の他方の端は、モータ固定リング２６に設置した一方のスプリングストッパ３７に固定してある。また、形状記憶合金スプリング３５の他方の端は、モータ固定リング２６に設置した他方のスプリングストッパ３７に固定してある。
図２（ａ）は外気温が低い場合の作動状態を示す。形状記憶合金スプリング３５のバネ力が弱いため、スプリング３４のバネ力により圧縮され、形状記憶合金スプリング３５の長さは短くなり、スプリング３４の長さは長くなる。よって、スプリングストッパ３６および静翼回転ラック３３は右方向へ回転し、静翼３１は遮蔽状態になっている。
図２(ｂ)は外気温が高い場合であり、形状記憶合金スプリング３５のバネ力が強くなり、スプリング３４は圧縮され、形状記憶合金スプリング３５とスプリング３４はほぼ同じ長さになる。よって、スプリングストッパ３６および静翼回転ラック３３は左方向へ回転する。これにより静翼３１は開いた状態となる。
なお、モータ固定リング２６はモータステー２５を介してディフューザ２２と一体化されており、モータ保持強度を確保している。
【００１３】
図３は、第１実施形態の静翼３１の回転構造を示す。静翼の駆動方法を示すため、ディフューザ２２とモータ固定リング２６を取外した状態を示す。静翼３１の外周端３１bはディフューザ２２の取付穴に挿入され、静翼３１は静翼回転軸３１aを中心にモータ回転軸２８の方向に対し，―１８０°から＋１８０°回転することができる。静翼３１の内周端には静翼ピニオン３２が取付けられ、静翼回転ラック３３と噛み合い、スプリング３４と形状記憶合金スプリング３５のバネ力の差によって静翼３１を回転させることができる。
【００１４】
図４は、静翼３１を開閉させる形状記憶合金スプリングのバネ定数特性を示す。送風機としての作動は、ラジエータ１０の冷却水の循環回路に設置されたサーモスタットが約８０℃で開くため、これと対応して形状記憶合金のバネ定数を高くするよう設定される。また特性にはヒステリシスがあるが、送風機作動を優先するため低温になるまで送風機作動を維持するような設定とする。よって、ラジエータ１０の水温が、５０℃から１００℃にて、送風通路は静翼３１により開かれる。即ち、ラジエータ１０の水温が大気温度時、送風通路は静翼３１により閉じられ、ラジエータ１０の水温が、５０℃から１００℃にて、送風通路は静翼３１により開かれる自動車用送風機シャッタが構成される。
【００１５】
第１実施形態は、送風機の後方に設置した静翼の角度をエンジンルーム内の温度に応じて変更し、高温時には送風性能を従来よりも向上できる角度とし、低温時には流入風を遮断する角度とする。
角度を変更する機構の一例として、エンジンルーム内温度によって発生する形状記憶合金のバネ力を利用する例を示した。そのため別体のセンサーやアクチュエータを必要としない。
本例では形状記憶合金スプリングを適用したが，その他の実施例として，温度によって形状が変化できるサーモワックスやバイメタル等を使用することも可能である．
静翼の形状は、流入風を遮断する機能を持たせるため，放射方向で外周に向かうほど幅広の翼形状とし、かつ送風性能の向上を図るため、取付け角を外周部の方が中心部よりも大きくすることが特徴である。
【００１６】
（第２実施形態）
第２実施形態は、静翼３１のシャッタが開の状態にて、送風性能を向上させる静翼３１およびディフューザ２２の形状を示す。
【００１７】
図９は、従来構造のディフューザと静翼モータステーを示す。ディフューザの角度は５°程度であり、静翼の外周部の取付け角やディフューザの角度が適切でないため、翼端渦は流出できず性能向上は期待できない。
【００１８】
図５は、第２実施形態の静翼３１の取付け角度を示す。図５（ａ）は、動翼２４を任意の半径位置で切断した断面を示す。図５（ｂ）は、各半径位置での静翼３１の翼断面形状を示す。図５（ｃ）は、静翼３１の全体と各断面の放射状方向の位置を示す。
図５（ｂ）に示すように静翼３１は、静翼中心３９から外側に向かって静翼幅が長くなる。これは放射状に配置された複数の静翼３１により円形の通風通路を閉じるためであり、この形状によりシャッタが構成される。
動翼２４の回転により、動翼２４後方の流れは回転方向の成分を持ち、静翼３１は中央部および中心部では回転方向成分を低減し、軸方向に転向することにより静圧の回復が行なわれる。流れの計算、測定結果より、放射方向中央および中心断面ｂｂ,ｃｃ,ｄｄでの静翼３１の翼断面のモータ回転軸２８の方向に対する取付け角は１０°に設定した。これに対し、外周断面ａａのモータ回転軸２８の方向に対する取付け角は３０°以上とした。これは外周断面では、動翼２４により発生した翼端渦を静翼が阻害しない角度設定とするためである。この翼端渦を利用し，ディフューザ２２に沿って流路を拡大することによって静圧向上効果を得ることができる。即ち、静翼３１のモータ回転軸２８の方向に対する取付け角が、静翼中心３９から外側に向かって大きく設定することにより、図８に示す従来の静翼モータステーとは異なる考え方で送風性能の向上を図る。
【００１９】
図６は、第２実施形態の作用を示す。ディフューザ２２と静翼３１によって送風性能が向上するメカニズムを説明する。図６（ａ）に示すように動翼２４の外周とシュラウド２１には適正なクリアランスが設定してあり、送風作動時には、このクリアランスを通じて逆流が生じるため、翼端渦が発生する。この渦をディフューザ２２に沿って、滑らかに流出させることによりディフューザ２２の性能を引き出すことができる。一般に流体配管中に設定されるディフューザの広がり角は、剥離限界より片側５°程度である。しかし、このような広がり角のディフューザを動翼後方に設定しても翼端渦の流出はなく、大きな効果が得られない。翼端渦は遠心力により放射状に流れるため，ディフューザが渦の動きを阻害するためである。広がり角を４５°以上に設定することにより、翼端渦はディフューザ壁面に沿って破線５５のように流れることができる。そして渦が壁面近傍の境界層に速度エネルギーを加えることにより、広がり角が大きくても壁面剥離を抑え、主流が実線５３のように流れ、減速して静圧上昇をはかることができる。さらに静翼３１の外周の角度を大きく設定することにより、作動条件が変化しても広い条件範囲で翼端渦を安定的に発生させることができる。
【００２０】
図７は、第２実施形態の効果を示す。横軸には式（１）により求めた流量係数φを示す。送風機の流量は回転数に比例するので，一般に流量の無次元数として軸流速度Ｖａと回転方向速度ｕの比を用いる．縦軸には式（２）により求めた効率ηを示す。送風機の行った仕事量は流量Ｑと静圧上昇ΔＰの掛け算である。効率ηは、送風機の行った仕事量（Ｑ・ΔＰ）を送風機動力Ｌで割ったものである。図7にはディフューザおよびディフューザと静翼を組合せた性能効果を示す。ベース仕様を実線、ディフューザのみの装着を細破線、ディフューザ及び静翼を装着した場合を太破線で示す。ディフューザを装着することにより、流量係数０．２１近傍で効率比ベースに対し１０％程度の向上がみられるが、低流量域ではディフューザを装着することにより性能低下する。これは流量が減ると慣性力に対して遠心力の比率が強くなるため、翼端渦の流出角度（軸方向に対する流れの放射方向角度）が大きくなり、ディフューザが渦流出を阻害するためである。これに静翼を加えることにより、低流量域での特性が改善できる。これは静翼が流れを向心方向に向ける作用をするためであり、これによって翼端渦の流れが適正となり、性能向上を図ることができる。しかし、高流量域では翼端渦の流出角度は小さくなり、静翼はさらに促進するため、性能は低下する．しかし、上記のようにディフューザと静翼とを組合せることにより、全ての作動領域でベース以上の性能を確保することができる。
【００２１】
【数１】
2018112073.tif 000003
【００２２】
【数２】
2018112073.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、自動車用送風機にエンジンルームへの流入風を遮断する自動車用送風機シャッタを装着することにより，自動車の燃費や空調性能の向上に資するである。具体的には低温度走行時での流入風遮断によるエンジンの暖機性能及び車室内の暖房性能向上が図れる。また、エアコンをヒートポンプとして使用している際のコンデンサー着霜防止、暖房性能向上を図るができる。また高速走行時に流入風を遮断することにより，車両走行抵抗を低減することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１０      ラジエータ
２０      送風機  
２１      シュラウド
２２      ディフューザ
２３      モータ
２４      動翼
２５      モータステー
２６      モータ固定リング
２８      モータ回転軸
３０      シャッタ
３１      静翼
３１a     静翼回転軸
３１b     静翼外周端
３２      静翼ピニオン
３３      静翼回転ラック
３４      スプリング
３５      形状記憶合金スプリング
３６      回転ラック  スプリングストッパ
３７      モータ固定リング  スプリングストッパ
３９      静翼中心
５１      動翼２４の回転方向
５３      動翼２４端部の流れ方向
５５      動翼２４端部の渦の流れ方向
１１０    従来技術ラジエータ
１２１    従来技術シュラウド
１２２    従来技術ディフューザ
１２３    従来技術モータ
１２４    従来技術動翼
１２６    従来技術モータ固定リング
１３１    従来技術静翼
【図１】
2018112073.tif 000005
【図２】
2018112073.tif 000006
【図３】
2018112073.tif 000007
【図４】
2018112073.tif 000008
【図５】
2018112073.tif 000009
【図６】
2018112073.tif 000010
【図７】
2018112073.tif 000011
【図８】
2018112073.tif 000012
【図９】
2018112073.tif 000013