JP2013221473A

JP2013221473A - インタークーラ

Info

Publication number: JP2013221473A
Application number: JP2012094848A
Authority: JP
Inventors: Masaki Makihara; 正樹牧原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2013-10-28

Abstract

【課題】ケースと冷却コアとの間の空間に吸入空気が流れることを永続的に規制して、冷却効率を向上させることが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、吸入空気を冷却する冷却コア３０及び冷却コア３０を収容するとともに吸入空気を冷却コア３０の内部に導くケース２０を備える。冷却コア３０及びケース２０の少なくとも一方には、吸入空気が冷却コア３０内を流通する方向と直交する断面視においてケース２０内における冷却コア３０の外周に位置する空間である外周空間２９への吸入空気の流通を規制する規制部５０が形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、過給空気を冷却するインタークーラに関する。

例えば特許文献１に示されるように、過給機により過給されて温度上昇した吸入空気を冷却するインタークーラが知られている。特許文献１のインタークーラは、吸入空気を冷却する冷却コアと、冷却コアを収容するとともに内部に吸入空気を導入してこれを冷却コアの内部に導くケースとを備えている。こうしたインタークーラでは、ケース内における冷却コアの外周に位置する空間を吸入空気が流れると、この空間を流れる吸入空気は冷却コアによる冷却が行われないため、インタークーラの冷却効率が低下する。そこで、特許文献１のインタークーラでは、ケースと冷却コアとの間に形成されるこうした空間にシリコン系接着剤を別途充填することによって、この空間を吸入空気が流れることを規制して、冷却効率を向上させるようにしている。

特開２００６−３７７８１号公報

ところで、特許文献１に記載のインタークーラでは、上記空間に充填したシリコン系接着剤が、経年劣化やインタークーラの振動などにより、充填箇所から脱落してしまうことがある。このような場合、吸入空気がこの空間を再び流通しやすい状態となるため、インタークーラによる冷却効率が低下する。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ケースと冷却コアとの間の空間に吸入空気が流れることを永続的に規制して、冷却効率を向上させることができるインタークーラを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、吸入空気を冷却する冷却コア及び同冷却コアを収容するとともに吸入空気を前記冷却コアの内部に導くケースを備えるインタークーラであって、前記冷却コア及び前記ケースの少なくとも一方には、吸入空気が前記冷却コア内を流通する方向と直交する断面視において前記ケース内における前記冷却コアの外周に位置する空間である外周空間への吸入空気の流通を規制する規制部が形成されていることを要旨とする。

上記構成によれば、冷却コア及びケースの少なくとも一方には、外周空間への吸入空気の流通を規制する規制部が形成されているため、より多くの吸入空気を冷却コアの内部に流通させてこれを冷却することができる。また、この規制部は冷却コアやケースの形状を適宜設定することでそれら冷却コアやケース自身に形成されているため、この規制部がそれら冷却コアやケースから脱落することがなく、こうした脱落に起因するインタークーラ冷却効率の低下を永続的に抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記規制部は、前記冷却コアに流入する吸入空気の流れ方向と逆方向に吸入空気を前記外周空間に流入させる流入通路を区画する区画壁を含むことを要旨とする。

ケース内に導入された吸入空気の多くは冷却コアに流入する。そして、外周空間への流入通路では、こうした吸入空気の主流の流れに対して吸入空気が逆方向に流入することになるため、吸入空気が流入しにくくなる。これにより、吸入空気が外周空間に流入することを規制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記規制部は、前記ケース内に流入した吸入空気を前記冷却コアの内部側に案内するとともに、前記外周空間への流入通路を覆うガイド壁を含むことを要旨とする。

上記構成によれば、ガイド壁によりケース内に流入した吸入空気を冷却コアの内部側に案内することができるため、外周空間を流れる吸入空気を少なくすることができる。また、吸入空気が外周空間に流入するには、ガイド壁によって案内される吸入空気の流れに抗し、ガイド壁を迂回して流入通路に到達する必要があるため、吸入空気が外周空間に流入しにくくなる。これにより、吸入空気が外周空間に流入することを規制することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記規制部は、前記外周空間及び同空間の流入部の少なくとも一方において、前記冷却コア及び前記ケースの側面から突出する突出部を含むこと要旨とする。

上記構成によれば、突出部により吸入空気が外周空間に流入又は流通する際の流路抵抗を大きくすることができるため、吸入空気が外周空間を流通することを好適に規制することができる。

なお、上記構成において、外周空間への流入部とは、吸入空気が外周空間へと流入するための入口近傍を意味する。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記突出部は、前記外周空間と対面する前記冷却コア及び前記ケースの双方の側面において、吸入空気が前記冷却コア内を流通する方向と直交する方向に延びるように形成されるとともに、前記冷却コアに形成される突出部及び前記ケースに形成される突出部は、吸入空気の前記流通する方向において交互に形成されている。

上記構成によれば、突出部によって、外周空間には吸入空気が蛇行して流れる迷路構造が形成される。これにより、外周空間の流路抵抗を好適に大きくすることができる。

本発明の実施形態に係るインタークーラの斜視図。同インタークーラの上面図。図２の３−３線断面図。図２の４−４線断面図。図４の二点鎖線５で示す領域の部分拡大図。

以下、本発明のインタークーラを具体化した一実施形体について、図１〜図５を参照して説明する。なお、各図においては、適宜部材の図示を省略している。
図１に示すインタークーラ１０は、内燃機関の過給機により過給されて温度上昇した吸入空気を冷却するためのものであり、内燃機関の吸入通路における過給機と吸気マニホールドとの間に設けられている。

図１及び図２に示すように、インタークーラ１０は、内部を過給された空気が流通する有底直方体状のケース２０と、同ケース２０に収容される冷却コア３０とを備えている。ケース２０は樹脂材料により、冷却コア３０はアルミニウム合金によりそれぞれ形成されている。

ケース２０の対向する上流側側面２１Ａ及び下流側側面２１Ｂにおいて、上流側側面２１Ａには空気導入管２２が接続され、下流側側面２１Ｂには空気導出管２３が接続されている。ケース２０の上部（図１の上側）には、冷却コア３０をケースに挿入するための開口部２４が形成されている。

冷却コア３０は、ケース２０に挿入された状態において、その上側がケース２０の開口部２４から露出している。冷却コア３０は、第１熱交換部３１と第２熱交換部３５とを備えている。第１熱交換部３１と第２熱交換部３５とは、ジョイント３９により接続されている。また、第２熱交換部３５の上側には入口側タンク４１が設けられるとともに、各熱交換部３１，３５の下側には、２つの熱交換部３１，３５に跨って中間タンク４２設けられている。また、第１熱交換部３１の上側には出口側タンク４３が設けられている。入口側タンク４１及び出口側タンク４３の上側は、冷却コア３０をケース２０に取り付けるための取付板４６で覆われている。取付板４６には、それぞれ冷却水導入管４４及び冷却水導出管４５が一体成形されている。冷却水導入管４４は、入口側タンク４１の内部に連通しており、冷却水導出管４５は、出口側タンク４３の内部に連通している。また、取付板４６の外縁部には、入口側タンク４１及び出口側タンク４３よりも外側に延びる鍔部４７が形成されている。図２に示すように、ケース２０の開口部２４の面積は、取付板４６の面積よりも小さいものの、冷却コア３０における取付板４６よりも下側に位置する各部材を挿入可能な大きさとなっている。これにより、インタークーラ１０では、ケース２０の開口部２４から冷却コア３０が挿入されると、取付板４６の鍔部４７が、ケース２０の上部に載置された状態となる。そして、この状態で、鍔部４７とケース２０の上部とがボルト４８で固定されることで、冷却コア３０がケース２０に収容された状態となる。

図３に示すように、第１熱交換部３１は、並設された複数の扁平なチューブ３２を含み、それらチューブ３２の内部は冷却水が流通する冷却水流路３３となっている。また、これらチューブ３２の外側の面には波型のフィン３４が形成されている。なお、第１熱交換部３１において、最外周側に位置するチューブ３２（図３の左右両端のチューブ３２）には、熱交換部３１の内側の面のみにフィン３４が形成されており、外側の面にはフィン３４が形成されていない。第２熱交換部３５も、第１熱交換部３１と同様の構成である。

第１熱交換部３１のチューブ３２内に形成される冷却水流路３３は、出口側タンク４３及び中間タンク４２の内部と連通しており、第２熱交換部３５のチューブ内に形成される冷却水流路は、入口側タンク４１及び中間タンク４２の内部と連通している。

インタークーラ１０では、図１の矢印に示すように、吸入空気及び冷却水が流れる。すなわち、図１の実線矢印に示すように、過給機により過給された空気は、空気導入管２２を通じてケース２０の内部に導入され、ケース２０内を流れる際に、冷却コア３０の内部、すなわち、熱交換部３１，３５のフィン３４により区画される空間を通過した後に、空気導出管２３から流出する。なお、以下において、吸入空気が、空気導入管２２の最下流部から冷却コア３０の内部に流入する方向及び冷却コア３０の内部を流通する方向を、吸入空気の主流方向という。一方、図１の破線矢印に示すように、冷却水導入管４４から導入された冷却水は、入口側タンク４１を通じて第２熱交換部３５の冷却水流路を流れ、中間タンク４２に導入される。そして、中間タンク４２の冷却水が、第１熱交換部３１の冷却水流路３３を流れた後に、出口側タンク４３を通じて冷却水導出管４５から流出する。これにより、インタークーラ１０のケース２０に流入した空気が、各熱交換部３１，３５の内部を通過する際に、冷却水流路３３を流れる冷却水と熱交換して冷却される。

ところで、図３に示すインタークーラ１０の吸入空気の主流方向と直交する方向の断面視においては、ケース２０における冷却コア３０の両側方及び下方に外周空間２８、２９が存在する。ここで、この外周空間２８，２９は、冷却コア３０のチューブ３２に挟まれる空間ではないため、吸入空気がこれら外周空間２８，２９を流通しても、チューブ３２内の冷却水流路３３を流れる冷却水とのフィン３４を通じた熱交換が行われず、吸入空気が冷却されにくい。

そこで、本実施形態のケース２０及び冷却コア３０には、これらの各外周空間２８，２９における吸入空気の流通を規制するための規制部５０が形成されている。以下、ケース２０及び冷却コア３０に形成される規制部５０について、図２〜図５を参照して説明する。

図３に示すように、規制部５０は、ケース２０及び冷却コア３０の外周空間２８，２９に対面する部位から同外周空間２８，２９に向かって突出する第１〜第４の各突出部５１〜５４を備えている。

具体的には、図２及び図３に示すように、冷却コア３０には、側方外周空間２８に対面するチューブ３２から側方外周空間２８に向かって突出する複数の第１突出部５１が形成されている。図３に示すように、第１突出部５１は、チューブ３２の上端から下端に亘って上下方向に延びている。第１突出部５１は、チューブ３２に溶接されることで、冷却コア３０に一体的に形成されている。また、図２及び３に示すように、ケース２０の内面には、側方外周空間２８と対面する側面に、側方外周空間２８に向かって突出する複数の第３突出部５３が形成されている。図３に示すように、この第３突出部５３は、ケース２０の側面の上端から下端に亘って上下方向に延びている。第３突出部５３は、成型によりケース２０と一体的に形成されている。図２及び３に示すように、これら第１突出部５１及び第３突出部は、互いの先端部が互いに重なりあうように形成されるとともに、図２に示すように、第１突出部５１と第３突出部５３とは、側方外周空間２８における吸入空気の主流方向の全域に亘って、同主流方向に交互に形成されている。

また、図３及び図４に示すように、冷却コア３０において、中間タンク４２の下面には、下方外周空間２９に向かって突出する複数の第２突出部５２が形成されている。図３に示すように、第２突出部５２は、中間タンク４２の左右両端間に亘り横方向に延びている。第２突出部５２は、中間タンク４２の下面に溶接されることで、冷却コア３０と一体的に形成されている。また、図３及び図４に示すように、ケース２０の内面の下面には、下方外周空間２９に向かって突出する複数の第４突出部５４が形成されている。図３に示すように、この第４突出部５４は、ケース２０の左右両端間に亘り横方向に延びている。第４突出部５４は、成型によりケース２０と一体的に形成されている。図３及び図４に示すように、これら第２突出部５２と第４突出部５４は、互いの先端部が互いに重なりあうように形成されるとともに、図４に示すように、下方外周空間２９における吸入空気の主流方向の全域に亘って、同主流方向に交互に形成されている。

さらに、図４に示すように、規制部５０は、ケース２０の上流側側面２１Ａから突出して、ケース２０内に流入した吸入空気を冷却コア３０の内部側に案内するガイド壁５６を備えている。図２に示すように、ガイド壁５６は、吸入空気の主流方向と直交するケース２０の横方向に延びるように形成されている。また、上流側側面２１Ａにおいてガイド壁５６が形成される部位よりも下方には、吸入空気の主流方向に突出する第５突出部５５が形成されており、ガイド壁５６と同様に、ケース２０の横方向の延びるように形成されている。ガイド壁５６と第５突出部５５とは、成型によりケース２０と一体的に形成されている。ガイド壁５６は、上流側側面２１Ａにおける空気導入管２２の接続部位よりも下方において冷却コア３０の熱交換部３１，３５の下端に対応する位置に形成されており、吸入空気の主流方向に延びている。また、図５に示すように、ガイド壁５６の先端は、中間タンク４２の縁部４２Ａの上方に位置している。すなわち、ガイド壁５６は、中間タンク４２の縁部４２Ａ上方を覆うように形成されている。そして、ガイド壁５６と中間タンク４２の縁部４２Ａとの間に、下方外周空間２９への流入通路５７が形成される。すなわち、ガイド壁５６は、流入通路５７を区画する区画壁を構成している。

以上の構成により、以下の作用が得られる。
インタークーラ１０のケース２０及び冷却コア３０には、各外周空間２８，２９に向かって突出する突出部５１〜５４が形成されるとともに、下方外周空間２９の流入部にも第５突出部５５が形成されている。さらに、各突出部５５は、主流の直交方向に延びている。これにより、これら突出部５１〜５４によって、外周空間２８、２９には、吸入空気の迷路構造が形成される。したがって、外周空間２８，２９へ流入しにくくなるとともに、外周空間２８，２９に流入した吸入空気は、この突出部５１〜５５を迂回するように蛇行して流れることになる。なお、図５の矢印Ｂでは、下方外周空間２９において、吸入空気が蛇行して流れる経路を示している。このようにして、外周空間２８，２９を流通する際の流路抵抗が、こうした突出部が形成されていない場に比して高くなり、吸入空気が流れにくくなる。

また、図５の矢印Ａに示すように、ケース２０内に流入した吸入空気の一部が下方に流れようとしても、ガイド壁５６によって冷却コア３０の内部側に案内される。また、下方外周空間２９への流入通路５７は、同ガイド壁５６により覆われるとともに、吸入空気は、下方外周空間２９へ流入するには、ガイド壁５６を迂回して吸入空気の主流とは逆方向に流れる必要があることから、流入通路５７は吸入空気が下方外周空間２９へ流入しにくい形状となっている。

このような構成により、インタークーラ１０のケース２０内に導入された吸入空気は、各外周空間２８，２９へと流れにくくなるとともに、冷却コア３０の内部へと案内されて同冷却コア３０の内部を流れやすくなる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の（１）〜（４）の効果が得られる。
（１）インタークーラ１０は、吸入空気を冷却する冷却コア３０及び同冷却コア３０を収容するとともに吸入空気を冷却コア３０の内部に導くケース２０を備えている。そして、冷却コア３０及びケース２０には、吸入空気が冷却コア３０内を流れる主流方向と直交する断面視において、ケース２０内における冷却コア３０の外周に位置する空間である側方外周空間２８及び下方外周空間２９への吸入空気の流通を規制する規制部５０が形成されている。

このように、外周空間２８，２９への吸入空気の流通を規制する規制部５０が形成されているため、より多くの吸入空気を冷却コア３０の内部に流通させてこれを冷却することができる。また、この規制部５０は冷却コア３０やケース２０の形状を適宜設定することでそれら冷却コア３０やケース２０自身に形成されているため、この規制部５０が、それら冷却コア３０やケース２０から脱落することがなく、こうした脱落に起因するインタークーラ１０冷却効率の低下を永続的に抑制することができる。

（２）規制部５０は、ケース２０内に流入した吸入空気を冷却コア３０の内部側に案内するガイド壁５６を備えるとともに、そのガイド壁５６によって、下方外周空間２９への流入通路５７が覆われている。これにより、ガイド壁５６によりケース２０内に流入した吸入空気を、冷却コア３０の内部側に案内することができるため、外周空間２８，２９を流れる吸入空気を少なくすることができる。また、吸入空気が外周空間２８，２９に流入するには、ガイド壁５６によって案内される吸入空気の流れに抗して、ガイド壁を迂回して流入通路５７に到達する必要があるため、吸入空気が下方外周空間２９に流入しにくくなる。これにより、吸入空気が下方外周空間２９に流入することを好適に規制することができる。

（３）ガイド壁５６と中間タンク４２との間の空間が、吸入空気を下方外周空間２９へ流入させるための流入通路５７が区画形成するとともに、この流入通路５７は、冷却コア３０に流入する吸入空気の主流方向と逆方向に吸入空気を下方外周空間２９に流入させる。このように、下方外周空間２９への流入通路５７は、吸入空気の主流の流れに対して逆方向に流入させるため、吸入空気が流入しにくい形状となっている。これにより、吸入空気が下方外周空間２９に流入することを規制することができる。

（４）規制部５０は、外周空間２８，２９の流入部及び外周空間２８，２９において、冷却コア３０及びケース２０の側面から突出する突出部５１〜５５を備えている。
これにより、突出部５１〜５５により吸入空気が外周空間２８，２９に流入する際の流路抵抗を大きくすることができるため、吸入空気が外周空間２８，２９を流通することを好適に規制することができる。

（５）第１〜第４の各突出部５１〜５４は、冷却コア３０及びケース２０の双方の側面から突出して、吸入空気が冷却コア３０内を流通する方向と直交する方向に延びるように形成されている。そして、側方外周空間２８に突出する第１突出部５１と第３突出部５３は、吸入空気の主流方向に交互に形成されるとともに、下方外周空間２９に突出する第２突出部５２と第４突出部５４は、吸入空気の主流方向に交互に形成されている。これにより、突出部５１〜５４によって、外周空間２８，２９には吸入空気が蛇行して流れる迷路構造が形成されるため、外周空間２８，２９の流路抵抗を好適に大きくすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態にて例示した態様に限られるものではなく、以下に示すように変更して実施することができる。
・上記実施形態では、突出部を外周空間における吸入空気の主流方向の全域に亘って形成するようにしているが、外周空間への流入部や外周空間の一部（吸入空気の流れ方向の上流側など）にのみ形成するようにしてもよい。また、上記各実施形態において、突出部は、主流方向と直交する方向に延びるように形成されているが、突出部の形状は限定されず、外周空間への流入部又は外周空間の流路抵抗を大きくするものであればよい。

・上記実施形態では、下方外周空間への流入通路をガイド壁により覆うとともに、吸入空気がその流入通路を主流と逆方向に流れるようにしているが、このようなガイド壁及び流入通路を側方外周空間の吸入空気の流通を規制する規制部として適用するようにしてもよい。また、ガイド壁が区画壁を兼用しているが、ガイド壁と区画壁とは別個の構成であってもよい。

・上記各実施形態では、吸入空気が冷却コア内を流れる主流と直交するケースの断面視において、冷却コアの外周空間が冷却コアの側方と下方に形成されている。しかしながら、主流と直交する断面視において、冷却コアの全周に外周空間が形成される場合には、全周の外周空間において吸入空気の流通を規制する規制部を設けるようにしてもよい。また、外周空間の幅が狭い場合等は、この空間における吸入空気の流路抵抗が比較的大きいことから、このような外周空間には規制部を設けず、流路幅が広い外周空間にのみ規制部を設けるようにしてもよい。

・また、規制部は、区画壁、ガイド壁及び突出部の何れかを備える構成であってもよいし、その他の態様でケース内の吸入空気の流れを規制するものであってもよい。
・上記各実施形態におけるインタークーラのケース及び冷却コアの材料は例示であって、特に限定されない。また、ケース及び冷却コアには、規制部が脱落しないような態様で形成されればよく、規制部を形成するための成型や溶接などの方法も例示であり、特に限定されない。また、規制部は、ケース又は冷却コアの双方に設けることなく、何れか一方にのみ設けるようにしてもよい。

１０…インタークーラ、２０…ケース、２１…ケース２０Ａ…上流側側面、２１Ｂ…下流側側面、２１Ｃ…天面、２２…空気導入管、２３…空気導出管、２４…開口部、２８…側方外周空間、２９…下方外周空間、３０…冷却コア、３１…第１熱交換部、３２…チューブ、３３…冷却水流路、３４…フィン、３５…第２熱交換部、３９…ジョイント、４１…入口側タンク、４２…中間タンク、４３…出口側タンク、４４…冷却水導入管、４５…冷却水導出管、４６…取付板、４７…鍔部、４８…ボルト、５０…規制部、５１…第１突出部、５２…第２突出部、５３…第３突出部、５４…第４突出部、５５…第５突出部、５６…ガイド壁、５７…流入通路。

Claims

吸入空気を冷却する冷却コア及び同冷却コアを収容するとともに吸入空気を前記冷却コアの内部に導くケースを備えるインタークーラであって、
前記冷却コア及び前記ケースの少なくとも一方には、吸入空気が前記冷却コア内を流通する方向と直交する断面視において前記ケース内における前記冷却コアの外周に位置する空間である外周空間への吸入空気の流通を規制する規制部が形成されている
ことを特徴とするインタークーラ。
前記規制部は、前記冷却コアに流入する吸入空気の流れ方向と逆方向に吸入空気を前記外周空間に流入させる流入通路を区画する区画壁を含む
請求項１に記載されるインタークーラ。
前記規制部は、前記ケース内に流入した吸入空気を前記冷却コアの内部側に案内するとともに、前記外周空間への流入通路を覆うガイド壁を含む
請求項１又は２に記載されるインタークーラ。
前記規制部は、前記外周空間及び同空間の流入部の少なくとも一方において、前記冷却コア及び前記ケースの側面から突出する突出部を含む
請求項１〜３の何れか１項に記載されるインタークーラ。
前記突出部は、前記外周空間と対面する前記冷却コア及び前記ケースの双方の側面において、吸入空気が前記冷却コア内を流通する方向と直交する方向に延びるように形成されるとともに、前記冷却コアに形成される突出部及び前記ケースに形成される突出部は、吸入空気の前記流通する方向において交互に形成されている
請求項４に記載されるインタークーラ。