JP2013174128A

JP2013174128A - インタークーラ

Info

Publication number: JP2013174128A
Application number: JP2012037457A
Authority: JP
Inventors: Naoki Ishibashi; 直樹石橋; Akira Iijima; 章飯島
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-09-05

Abstract

【課題】搭載条件等の制約が多いなかでも、インタークーラ本体のチューブ内の流速を均一化して、所望の性能を発揮できるインタークーラを提供する。
【解決手段】インタークーラ１０は、所定の間隔を隔てて配設された一対のサイドタンク１１、１２と、互いに略平行に配設され一対のサイドタンク１１、１２同士を連通する複数のチューブ１９を有する熱交換用のインタークーラ本体１３と、一対のサイドタンク１１、１２に複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置に位置させて各々設けられ吸気流入口１４又は吸気吐出口１５をなすパイプ１６、１７とを備え、複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置よりも外側に配置されたチューブ１９の長さＬが、複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置から外側に向かうに従って次第に短くなるように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、過給機からエンジン本体に供給する吸気ガスを冷却するインタークーラに関する。

エンジンの出力向上を図る目的からエンジンの吸気系に過給機を装着する過給機付エンジンにおいては、過給機で過給された吸気ガス（圧縮空気）が高温となるため、この高温の吸気ガスをエンジンの燃焼室にそのまま供給してしまうと、充填効率の低下等の問題が生じ得る。

このため、過給機付エンジンにおいては、過給機により過給された吸気ガスを冷却するためのインタークーラをエンジンの吸気系に装着するのが一般的となっている（例えば、特許文献１参照）。

トラック用のエンジンの場合は、インタークーラがエンジンの前方に搭載されており、走行による空気流或いはクーリングファンの吸い込みによる空気流がインタークーラに流れ込むことにより、過給機による過給で高温となった吸気ガスが冷やされる。また、乗用車のエンジンにおいても搭載位置は若干異なるものの、インタークーラの前面に走行による空気流があたるようになっている。

特開２０１０−２２３５０８号公報

図４にインタークーラの一例を示す。

図４に示すインタークーラ４０は、所定の間隔を隔てて配設された一対のサイドタンク（流入側サイドタンク、吐出側サイドタンク）４１、４２と、互いに略平行となるように配設され一対のサイドタンク４１、４２同士を連通する複数のチューブ４３を有する熱交換用のインタークーラ本体４４と、一対のサイドタンク４１、４２に複数のチューブ４３の配列方向（図４中の上下方向）の略中間位置に位置させて各々設けられ吸気流入口４５又は吸気吐出口４６をなすパイプ（流入側パイプ、吐出側パイプ）４７、４８とから主に構成される。

図５に、図４に示すインタークーラ本体４４内の流速分布を示す。

図４に示すインタークーラ４０は、車両搭載上において干渉物が存在するため、サイドタンク４１、４２の形状が一般的なものと比べていびつであり、図５に示すように、インタークーラ本体４４のチューブ４３内の流速が不均一である。具体的には、複数のチューブ４３の配列方向の略中間位置よりも外側に配置されたチューブ４３（Ａ部、Ｂ部）内の流速が、複数のチューブ４３の配列方向の略中間位置に配置されたチューブ４３（Ｃ部）内の流速よりも低い。そのため、流速の低いチューブ４３（Ａ部、Ｂ部）では流速の高いチューブ４３（Ｃ部）よりも熱交換量が少なく、インタークーラ４０の性能を充分に出し切っているとは言いがたい。なお、上記の干渉物の代表的なものとしては、車両のフレームや各種配管等がある。

そこで、本発明の目的は、搭載条件等の制約が多いなかでも、インタークーラ本体のチューブ内の流速を均一化して、所望の性能を発揮できるインタークーラを提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明に係るインタークーラは、所定の間隔を隔てて配設された一対のサイドタンクと、互いに略平行に配設され前記一対のサイドタンク同士を連通する複数のチューブを有する熱交換用のインタークーラ本体と、前記一対のサイドタンクに前記複数のチューブの配列方向の略中間位置に位置させて各々設けられ吸気流入口又は吸気吐出口をなすパイプとを備え、前記複数のチューブの配列方向の略中間位置よりも外側に配置された前記チューブの長さが、前記複数のチューブの配列方向の略中間位置から外側に向かうに従って次第に短くなるように構成したものである。

前記複数のチューブの配列方向の略中間位置よりも外側に配置された前記チューブの吸気流入口側端部を、前記複数のチューブの配列方向の略中間位置から外側に向かうに従って前記吸気流入口から離間する方向に配置すると共に、前記複数のチューブの配列方向の略中間位置よりも外側に配置された前記チューブの吸気吐出口側端部を、前記複数のチューブの配列方向の略中間位置から外側に向かうに従って前記吸気吐出口から離間する方向に配置することで、前記複数のチューブの配列方向の略中間位置よりも外側に配置された前記チューブの長さが、前記複数のチューブの配列方向の略中間位置から外側に向かうに従って次第に短くなるように構成しても良い。

前記サイドタンクにおける前記複数のチューブの配列方向の略中間位置よりも外側に位置する部分内の流路は、前記複数のチューブの配列方向に対して略一定幅とされても良い。

本発明によれば、搭載条件等の制約が多いなかでも、インタークーラ本体のチューブ内の流速を均一化して、所望の性能を発揮できるインタークーラを提供することができるという優れた効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るインタークーラの背面図である。図１に示すインタークーラ本体内の流速分布を示す図である。インタークーラを装着した過給機付エンジンの概略構成図である。従来例に係るインタークーラの背面図である。図４に示すインタークーラ本体内の流速分布を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

先ず、本実施形態に係るインタークーラが装着される過給機付エンジンについて図３を用いて説明する。なお、図３中、矢印Ｉは吸気ガスの流れを示し、矢印Ｅは排気ガスの流れを示し、矢印Ａｃは走行による空気流或いはクーリングファンの吸い込みによる空気流を示している。

図３に示す過給機付エンジン（以下、単にエンジンという）１は、例えばディーゼルエンジンであって、トラック等の車両に搭載されるものである。なお、エンジン１は、ディーゼルエンジンには限定はされず、ガソリンエンジン等であっても良い。

図３に示すように、エンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２の吸気ポートに接続された吸気マニホールド３と、吸気マニホールド３に接続された吸気管４と、吸気管４に配設されエンジン本体２に供給する吸気ガスを過給する過給機５のコンプレッサ５ｃと、コンプレッサ５ｃよりも吸気後流側の吸気管４に配設され吸気ガスを冷却する空冷式のインタークーラ１０と、エンジン本体２の排気ポートに接続された排気マニホールド６と、排気マニホールド６に接続された排気管７と、排気管７に配設されコンプレッサ５ｃを駆動する過給機５のタービン５ｔと、エンジン本体２内を循環するエンジン冷却水を冷却するラジエータ８と、エンジン本体２により回転駆動されるクーリングファン（冷却ファン）９とを備える。

図３に示すエンジン１では、エンジン本体２の前方から後方に向かって順に、インタークーラ１０、ラジエータ８、クーリングファン９（エンジン本体２）が一直線上に配設されている。そのため、図３に示すエンジン１においては、走行による空気流或いはクーリングファン９の吸い込みによる空気流Ａｃは、インタークーラ１０を通過し、さらにラジエータ８を通過してクーリングファン９に流れるようになっている。

次に、本実施形態に係るインタークーラ１０について図１及び図２を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るインタークーラ１０は、所定の間隔を隔てて配設された一対のサイドタンク１１、１２と、一対のサイドタンク１１、１２間に配設された熱交換用のインタークーラ本体１３と、一対のサイドタンク１１、１２に各々設けられ、吸気流入口１４又は吸気吐出口１５をなすパイプ１６、１７とを備える。

ここで、本実施形態では、一対のサイドタンク１１、１２の内、一方（図１中の右側）のサイドタンク１１を流入側サイドタンクと称し、他方（図１中の左側）のサイドタンク１２を吐出側サイドタンクと称する。また、一対のパイプ１６、１７の内、流入側サイドタンク１１に設けられたパイプ１６を流入側パイプと称し、吐出側サイドタンク１２に設けられたパイプ１７を吐出側パイプと称する。

流入側サイドタンク１１は、図３に示した過給機５のコンプレッサ５ｃで昇圧された吸気ガスが供給されるタンクであり、インタークーラ本体１３の一端部（図１中の右側）に沿って延設されている。流入側サイドタンク１１の長手方向端部は、インタークーラ本体１３の一端部の形状に倣ってインタークーラ本体１３側に屈曲する素直な形状とされている。そのため、流入側サイドタンク１１における長手方向端部内の流路は、流入側サイドタンク１１の長手方向に対して略一定幅Ｗとされている（図２参照）。

吸気流入口１４をなす流入側パイプ１６が、流入側サイドタンク１１の長手方向中間部に設けられている。即ち、流入側パイプ１６は、流入側サイドタンク１１に後述する複数のチューブ１９の配列方向（図１中の上下方向）の略中間位置に位置させて設けられている。また、流入側パイプ１６は、流入側サイドタンク１１に一体的に形成されており、先端には図３に示した吸気管４が接続される。

吐出側サイドタンク１２は、インタークーラ本体１３で冷却された吸気ガスが供給されるタンクであり、インタークーラ本体１３の他端部（図１中の左側）に沿って延設されている。吐出側サイドタンク１２の長手方向端部は、インタークーラ本体１３の他端部の形状に倣ってインタークーラ本体１３側に屈曲する素直な形状とされている。そのため、吐出側サイドタンク１２における長手方向端部内の流路は、吐出側サイドタンク１２の長手方向に対して略一定幅Ｗとされている（図２参照）。

吸気吐出口１５をなす吐出側パイプ１７が、吐出側サイドタンク１２の長手方向中間部に設けられている。即ち、吐出側パイプ１７は、吐出側サイドタンク１２に複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置に位置させて設けられている。また、吐出側パイプ１７は、吐出側サイドタンク１２に一体的に形成されており、先端には図３に示した吸気管４が接続される。

インタークーラ本体１３は、所定の間隔を隔てて配設された一対のエンドプレート１８（図２参照）と、一対のエンドプレート１８間に架け渡された複数のチューブ１９と、隣接するチューブ１９間に各々設けられた複数の外気流通路２０と、外気流通路２０に配設されたフィン２１とを有する。なお、図１では、フィン２１の一部のみを図示している。

チューブ１９は、流入側サイドタンク１１から吐出側サイドタンク１２へと吸気ガスを流す扁平中空状の配管であり、流入側サイドタンク１１と吐出側サイドタンク１２とを連通している。また、複数のチューブ１９は、互いに略平行に配設されている。外気流通路２０は、チューブ１９を流れる吸気ガスを冷却するための空気が流れる流路であり、インタークーラ本体１３の前面と背面とを貫通するように形成される。

ここで、複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置に配置されたチューブ１９の長さＬは、互いにほぼ同じ長さであって、複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置よりも外側に配置されたチューブ１９よりも長くなるように構成されている。本実施形態では、複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置に配置されたチューブ１９の吸気流入口側端部２２を、複数のチューブ１９の配列方向に対して一直線上に配置すると共に、複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置に配置されたチューブ１９の吸気吐出口側端部２３を、複数のチューブ１９の配列方向に対して一直線上に配置している。

また、複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置よりも外側に配置されたチューブ１９の長さＬは、複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置から外側に向かうに従って次第に短くなる（漸減する）ように構成されている。本実施形態では、複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置よりも外側に配置されたチューブ１９の吸気流入口側端部２２を、複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置から外側に向かうに従って吸気流入口１４から離間する方向に配置すると共に、複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置よりも外側に配置されたチューブ１９の吸気吐出口側端部２３を、複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置から外側に向かうに従って吸気吐出口１５から離間する方向に配置している。

即ち、本実施形態のインタークーラ本体１３は、図４に示したインタークーラ本体４４の四隅を斜めにカットした形状であり、正面視（又は背面視）で略八角形状になるように構成されている。

各チューブ１９の長さＬは、過給機付エンジン１の所定運転条件（例えば、定常運転条件）において複数のチューブ１９内の流速がほぼ同じになるように決定するのが好ましい。なお、複数のチューブ１９内の流速と長さＬとの関係は、実験やシミュレーション等に基づいて求めることができる。

次に、本実施形態の作用効果を説明する。

図２に、図１に示すインタークーラ本体１３内の流速分布を示す。

図２に示すように、本実施形態に係るインタークーラ１０によれば、吸気ガスが複数のチューブ１９内をスムーズに流れるため、インタークーラ本体１３のチューブ１９内の流速が略均一化され、熱交換量が図４に示したインタークーラ４０と比較して約２割から約３割程度増える。即ち、本実施形態に係るインタークーラ１０では、複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置よりも外側に配置されたチューブ１９の長さＬが、複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置から外側に向かうに従って次第に短くなるように構成されているので、複数のチューブ１９内の流通抵抗を、各チューブ１９を流通する吸気ガスに対してほぼ同じにでき、インタークーラ本体１３のチューブ１９内の流速を略均一化できる。複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置よりも外側に配置されたチューブ１９の長さＬが図４に示したインタークーラ４０と比較して短くなること以上に、インタークーラ本体１３のチューブ１９内の流速の増加の効果が大きくなる。

また、本実施形態に係るインタークーラ１０によれば、吸気ガスが流入側サイドタンク１１及び吐出側サイドタンク１２内をスムーズに流れるため、これによってもインタークーラ本体１３のチューブ１９内の流速が略均一化される。即ち、本実施形態に係るインタークーラ１０では、流入側サイドタンク１１及び吐出側サイドタンク１２における複数のチューブ１９の配列方向の略中間位置よりも外側に位置する部分内の流路は、複数のチューブ１９の配列方向に対して略一定幅Ｗとされているので、流入側サイドタンク１１及び吐出側サイドタンク１２内の流通抵抗を含めたインタークーラ１０内での流通抵抗を、各チューブ１９を通る吸気ガスに対してほぼ同じにでき、インタークーラ本体１３のチューブ１９内の流速を略均一化できる。

以上要するに、本実施形態によれば、搭載条件等の制約が多いなかでも、インタークーラ本体１３のチューブ１９内の流速を略均一化して、本来の性能を発揮できるインタークーラ１０を製作して提供することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、インタークーラ１０は、金属製のものであっても良く、樹脂製のものであっても良い。

１０インタークーラ
１１流入側サイドタンク（サイドタンク）
１２吐出側サイドタンク（サイドタンク）
１３インタークーラ本体
１４吸気流入口
１５吸気吐出口
１６流入側パイプ（パイプ）
１７吐出側パイプ（パイプ）
１８エンドプレート
１９チューブ
２０外気流通路
２１フィン
２２チューブの吸気流入口側端部
２３チューブの吸気吐出口側端部

Claims

所定の間隔を隔てて配設された一対のサイドタンクと、互いに略平行に配設され前記一対のサイドタンク同士を連通する複数のチューブを有する熱交換用のインタークーラ本体と、前記一対のサイドタンクに前記複数のチューブの配列方向の略中間位置に位置させて各々設けられ吸気流入口又は吸気吐出口をなすパイプとを備え、前記複数のチューブの配列方向の略中間位置よりも外側に配置された前記チューブの長さが、前記複数のチューブの配列方向の略中間位置から外側に向かうに従って次第に短くなるように構成したことを特徴とするインタークーラ。
前記複数のチューブの配列方向の略中間位置よりも外側に配置された前記チューブの吸気流入口側端部を、前記複数のチューブの配列方向の略中間位置から外側に向かうに従って前記吸気流入口から離間する方向に配置すると共に、前記複数のチューブの配列方向の略中間位置よりも外側に配置された前記チューブの吸気吐出口側端部を、前記複数のチューブの配列方向の略中間位置から外側に向かうに従って前記吸気吐出口から離間する方向に配置することで、前記複数のチューブの配列方向の略中間位置よりも外側に配置された前記チューブの長さが、前記複数のチューブの配列方向の略中間位置から外側に向かうに従って次第に短くなるように構成した請求項１に記載のインタークーラ。
前記サイドタンクにおける前記複数のチューブの配列方向の略中間位置よりも外側に位置する部分内の流路は、前記複数のチューブの配列方向に対して略一定幅とされる請求項１又は２に記載のインタークーラ。