JP2008508472A - 特に過給内燃エンジン用の、集束管式の熱交換器 - Google Patents
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Abstract
Description
このため、過給、すなわちタービンで圧縮された空気を供給される内燃エンジンは、ほとんど全て、空気によって冷却される過給空気の冷却器を装備される。
特許文献US−A−4.702.079には、空気−空気型の熱交換器が記載されている。この熱交換器は、この文献の図2に見られるように、多くの場合、自動車が移動するときの外部空気の動圧によって冷却されるように、自動車の前部に装着される。
しかしながら、熱交換器のこのような設置は、代償として、冷却用の外部空気の流れを妨げるリスクと、エンジン用の冷却空気を「余熱」し、従って冷却水用のラジエータを大きくする必要があるという問題を有する。
この問題を解消するために、過給空気の熱交換器(すなわち冷却器)を冷却水のラジエータの上または下に設置することを可能にする解決策が研究されている。
しかしながら、このような設置は、特に所要空間上の理由から、適切な長さ、幅及び高さを有する熱交換器、すなわち集束管の長さが幅及び高さに比べて大きい、全体として「棒」状の熱交換器を使用することを必要とする。
収束管の数が同じである場合、過給空気の流れが通過する収束管の長さが大であるほど、過給空気の圧力損失が増大する。
また、収束管は、「乱流発生器」と呼ばれる手段を一般に含む。「乱流発生器」と呼ばれるのは、冷却するための空気と冷却空気との間の熱交換を増加させるために、乱流型、すなわち層流型でない冷却空気の流れをもたらすからである。
− 通路の全断面に乱流発生器を有する第1管群と、全体として上記通路の全断面と同等な通路の全断面が乱流発生器を有しない第2管群とを含む第1部と、
− 通路の全断面が乱流発生器を有しない第1管群と、全体として上記通路の全断面と同等な通路の全断面が乱流発生器を有する第2管群とを含む第2部と、
− 上記第1部の、乱流発生器を有する上記第1管群の出口を、上記第2部の、乱流発生器を有しない上記第1管群の入口と接続するための接続手段と、上記第1部の、乱流発生器を有しない上記第2管群の出口と、上記第2部の、乱流発生器を有する上記第2管群の入口との接続とを有する、冷却する上記内部空気流(Fi)のための中間配分ボックス(24)と、
を含むことを特徴とする、熱交換器を提供する。
− 上記第1部の、乱流発生器を有する上記第1管群は、上部管群と下部管群とを有し、上記第1部の、乱流発生器を有しない上記第2管群は、上記第1部の、乱流発生器を有する上記第1管群の上記上部管群と上記下部管群との間に垂直方向に配置され;
− 上記第2部の乱流発生器を有しない上記第1管群は、上部管群と下部管群とを有し、上記第2部の乱流発生器を有する上記第2管群は、上記第2部の、乱流発生器を有しない上記第1管群の上記上部管群と上記下部管群との間に垂直方向に配置され;
− 上記冷却用の上記流体の流れのための少なくとも1つの通路を、乱流発生器を有する上記第1管群と上記第2管群との少なくとも一部の間と、乱流発生器を有しない上記第1管群と上記第2管群の少なくとも一部の間との、少なくとも一方に含み;
− 上記第1部の上記第1管群及び上記第2管群と、上記第2部の上記第1管群及び上記第2管群は、垂直断面に沿って、特に直角の平行6面体の縦方向の断面形状を有し;
− 上記第1集合管と上記第2集合管は、それぞれ冷却する上記内部空気流の、空気の入口ボックスと空気の出口ボックスをそれぞれ構成し;
− 上記内部空気流の冷却用の上記流体は、自動車の移動と、エンジン冷却装置との、少なくとも一方によってもたらされる動圧による外部空気流によって構成され;
− 上記熱交換器は、上記エンジンの冷却用のラジエータの上または下に設置することを特に可能にするような、横方向に全体に細長い形状を有し;
− 上記熱交換器は、全体として直角平行6面体の形状である。
−図1は、内燃エンジンと、冷却用のラジエータと、本発明の教示による熱交換器の配置を模式的に示す、自動車の前部側面の部分図であり;
−図2は、エンジンの冷却用のラジエータの下に配置された、本発明による熱交換器の正面図であり;
−図3は、本発明による熱交換器の下面図であり;
−図4は、図3のIV−IV面に沿った熱交換器の横方向垂直断面図であり、乱流発生器付きと乱流発生器なしの、一連の管をそれぞれ備えた、第1部と第2部とを含む熱交換器の実施例を示し;
−図5〜7は、それぞれ、図3の垂直断面V−V〜VII−VIIに沿った熱交換器の第1部と、中間配分ボックスと、第2部の縦方向垂直断面図である。
簡単にいうと、エンジンの作動時には、大気から来る新鮮な空気は、新鮮な空気の中に存在する粒子を捕捉するためのフィルタを通過した後、吸気回路の入口部の中へ入り、そこでコンプレッサによって吸入され、次いで圧縮される。
空気の圧縮は、空気の加熱をもたらし、このため、圧縮された新鮮な空気すなわち過給空気は、吸気マニホールドに到達して、エンジン12の回転数の関数である振動数に従ってシリンダへ周期的に供給される前に、冷却する必要がある。
このため、吸気回路は、冷却器とも呼ばれる冷却装置を含む。冷却装置は、上述したように、熱交換器14を有する。熱交換器14を、コンプレッサから来る過給空気の内部空気流Fiを冷却するための冷却流体が通過する。
空気の入口ボックスと空気の出口ボックスを同一にすることによって、コストの減少が可能になるので有利である。
冷却用の外部空気流Feは、図1、3の矢印が示すように、縦方向(L)に沿って、すなわち横方向(T)に直交して流れる。
− 通路S11の全断面すなわち領域に乱流発生器34を有する第1管群S1P1と、全体として通路S11の全断面と同等な通路S12の全断面すなわち領域が乱流発生器を有しない第2管群S2P1とを含む第1部P1と、
− 通路S21の全断面すなわち領域が乱流発生器を有しない第1管群S1P2と、全体として通路S21の全断面と同等な通路S22の全断面すなわち領域に乱流発生器34を有する第2管群S2P2とを含む第2部P2と、
− 第1部P1の、乱流発生器を有する第1管群S1P1の出口を、第2部P2の、乱流発生器を有しない第1管群S1P2の入口と接続するための接続手段と、第1部P1の、乱流発生器を有しない第2管群S2P1の出口と、第2部P2の、乱流発生器を有する第2管群S2P2の入口との接続とを有する、冷却用の内部空気流のための、中央の中間配分ボックス24と、
を含むことを特徴とする。
従って、本発明の枠を逸脱することなく、特に内部空気流Fiを、収束管20の中で反対の向き、すなわち、最初に第2部P2を、次いで中間配分ボックス24を、最後に第1部P1を通過するように、右から左へ向けて流すことができる。
この場合、第2収集管18は、内部空気流Fiの入口ボックスを構成し、第1収集管16は出口ボックスを構成する。
変形として、熱交換器14は、冷却液体が例えば水またはオイルである、空気−液体型である。
Claims (9)
- 少なくとも第1集合管(16)と第2集合管(18)とを含み、上記第1集合管(16)と上記第2集合管(18)は、水平な収束管(20)によって連結され、上記収束管(20)の中を、上記収束管(20)の外部を流れる冷却用の流体(Fe)によって冷却する内部空気流(Fi)が流れる、過給内燃エンジン(12)用の、特に空気−空気型の熱交換器(14)において:
− 通路(S11)の全断面に乱流発生器(34)を有する第1管群(S1P1)と、全体として上記通路(S11)の全断面と同等な通路(S12)の全断面が乱流発生器を有しない第2管群(S2P1)とを含む第1部(P1)と、
− 通路(S21)の全断面が乱流発生器を有しない第1管群(S1P2)と、全体として上記通路(S21)の全断面と同等な通路(S22)の全断面が乱流発生器(34)を有する第2管群(S2P2)とを含む第2部(P2)と、
− 上記第1部(P1)の、乱流発生器を有する上記第1管群(S1P1)の出口を、上記第2部(P2)の、乱流発生器を有しない上記第1管群(S1P2)の入口と接続するための接続手段(40)と、上記第1部(P1)の、乱流発生器を有しない上記第2管群(S2P1)の出口と、上記第2部(P2)の、乱流発生器を有する上記第2管群(S2P2)の入口との接続とを有する、冷却する上記内部空気流(Fi)のための中間配分ボックス(24)と、
を含むことを特徴とする、熱交換器。 - 上記第1部(P1)の、乱流発生器を有する上記第1管群(S1P1)は、上部管群(26)と下部管群(28)とを有し、上記第1部の、乱流発生器を有しない上記第2管群(S2P1)は、上記第1部(P1)の、乱流発生器を有する上記第1管群(S1P1)の上記上部管群(26)と上記下部管群(28)との間に垂直方向に配置されることを特徴とする、請求項1に記載の熱交換器。
- 上記第2部(P2)の乱流発生器を有しない上記第1管群(S1P2)は、上部管群(30)と下部管群(32)とを有し、上記第2部(P2)の乱流発生器を有する上記第2管群(S2P2)は、上記第2部(P2)の、乱流発生器を有しない上記第1管群(S1P2)の上記上部管群(30)と上記下部管群(32)との間に垂直方向に配置されることを特徴とする、請求項1または2に記載の熱交換器。
- 上記冷却用の上記流体(Fe)の流れのための少なくとも1つの通路(38)を、乱流発生器を有する上記第1管群(S1P1)と上記第2管群(S2P2)との少なくとも一部の間と、乱流発生器を有しない上記第1管群(S1P2)と上記第2管群(S2P1)の少なくとも一部の間との、少なくとも一方に含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1つに記載の熱交換器。
- 上記第1部(P1)の上記第1管群(S1P1)及び上記第2管群(S2P1)と、上記第2部(P2)の上記第1管群(S1P2)及び上記第2管群(S2P2)は、垂直断面に沿って、特に直角の平行6面体の縦方向の断面形状を有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1つに記載の熱交換器。
- 上記第1集合管(16)と上記第2集合管(18)は、それぞれ冷却する上記内部空気流(Fi)の、空気の入口ボックスと空気の出口ボックスをそれぞれ構成することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1つに記載の熱交換器。
- 上記内部空気流(Fi)の冷却用の上記流体は、自動車の移動と、エンジン冷却装置との、少なくとも一方によってもたらされる動圧による外部空気流(Fe)によって構成されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1つに記載の熱交換器。
- 上記エンジン(12)の冷却用のラジエータ(22)の上または下に設置することを特に可能にするような、横方向に全体に細長い形状を有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1つに記載の熱交換器。
- 全体として直角平行6面体の形状であることを特徴とする、請求項8に記載の熱交換器。
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