JP2016102461A - インタークーラ - Google Patents
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Abstract
Description
走行風で吸気を冷却するインタークーラは、インタークーラを走行風の通る箇所に配置しなければならない。そのため、インタークーラに接続される吸気通路部分が長くなるため、アクセルを踏み込んだときのエンジンの応答性が低下し、また、上記吸気通路部分が大きなスペースを占有する不利がある。
そこで、引用文献1には、冷却水を用いて吸気を冷却するインタークーラを用いることでインタークーラに接続される吸気通路部分を短縮した技術が提案されている。
上記技術では、インタークーラは、冷却水が流れる複数のチューブと、チューブに介装されたフィンとからなる積層コアで構成され、積層コアを通過する吸気を冷却している。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却効率の向上および小型化を図る上で有利なインタークーラを提供することにある。
請求項2記載の発明は、前記横吸気路部、前記第1の縦吸気路部、前記第2の縦吸気路部の断面積は、前記吸気供給部から前記吸気排出部に至るほど小さく形成されていることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、前記第1の縦吸気路部と前記第2の縦吸気路部は、前記吸気排出部側において分岐されていることを特徴とする。
請求項4記載の発明は、前記ボデーの長さ方向の中間部に、前記横吸気路部、前記第1の縦吸気路部、前記第2の縦吸気路部を連通する連通部が設けられ、前記横吸気路部、前記第1の縦吸気路部、前記第2の縦吸気路部は、前記連通部よりも前記吸気供給部側の前記吸気路部分と、前記連通部よりも前記吸気排出部側の前記吸気路部分とに分かれ、前記連通部よりも前記吸気排出部側の前記吸気路部分の断面積は、前記吸気供給部側の前記吸気路部分の断面積よりも小さいことを特徴とする。
請求項5記載の発明は、前記第1の縦吸気路部と前記第2の縦吸気路部および前記縦冷媒路部とは蛇行していることを特徴とする。
したがって、吸気の冷却効率を高める上で有利となる。また、限られたスペースにおいて、吸気路と冷媒路とが対向する伝熱面積を大きく確保できるため、インタークーラの小型化を図りつつ吸気の冷却効率を高める上で有利となる。
請求項2記載の発明によれば、吸気の流通圧損を低減すると共に、吸気の流速を確保することで冷却効率の向上を図ることができる。
請求項3記載の発明によれば、吸気の流通圧損を低減すると共に、吸気の流速を確保することで冷却効率の向上を図ることができる。また、吸気路が分岐されることで、吸気路と冷媒路とが対向する伝熱面積をより大きく確保できるため、吸気の冷却効率を高める上でより有利となる。
請求項4記載の発明によれば、連通部を設けることで吸気が膨張および収縮を行なうことにより吸気に含まれるEGRガスと新気との混合が促進され、NOxの排出量の抑制を図る上で有利となる。また、吸気の流通圧損を低減すると共に、吸気の流速を確保することで冷却効率の向上を図ることができる。
請求項5記載の発明によれば、吸気路と冷媒路とが対向する伝熱面積をより大きく確保できるため、インタークーラの小型化を図りつつ吸気の冷却効率を高める上でより有利となる。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、本発明のインタークーラが適用されたエンジンの構成について説明する。
本実施の形態では、エンジンがディーゼルエンジンである場合について説明する。なお、本発明はガソリンエンジンにも無論適用可能である。
シリンダヘッド1202に燃焼室が形成され、シリンダブロック1204にピストンを収容するシリンダ室が形成されている。
吸気管1402には、吸気の上流側から下流側に向かって、エアクリーナ1410、低圧スロットル1412、コンプレッサ1802、高圧スロットル1414がこれらの順に設けられている。
排気通路16は、エンジン本体12の排気ポートと、エキゾーストマニホールド1604と、排気管1602とを含んで構成されている。
排気管1602には、排気の上流側から下流側に向かって、タービン1804、排気ガス浄化装置26がこれらの順に設けられている。
低圧EGR装置20は、低圧EGRガスを還流する低圧EGR通路2002を備え、低圧EGR通路2002には、低圧EGRガスに含まれる異物(排気系製造時の溶接スパッタやスラグ,触媒片,DPF片など)を除去するEGRフィルタ2004と、低圧EGRガスを冷却する空冷式の低圧EGRクーラ2006と、低圧EGRガスの還流量を制御する低圧EGRバルブ2008とを含んで構成されている。
高圧EGR装置22は、高圧EGRガスを還流する高圧EGR通路2202と、高圧EGR通路2202に設けられ高圧EGRガスの還流量を制御する高圧EGRバルブ2204とを含んで構成されている。
インタークーラ24には、ラジエータ28と電動ウォータポンプ30とが冷却水通路32を介して接続され、電動ポンプにより冷却水がラジエータ28とインタークーラ24との間で循環される。これにより、吸気を冷却することで加熱された冷却水がラジエータ28で冷却される。
また、本実施の形態では、インタークーラ24は、冷媒として冷却水を用いる水冷式インタークーラで構成されているが、冷媒として冷却水以外の従来公知の様々な冷媒ガス、冷却液を用いてもよいことは無論である。
図2はインタークーラ24の外観を示す斜視図、図3は図2のAA線断面図、図4は図2のBB線断面、図5は図2のCC線断面図、図6は図2のDD線断面図である。
図2に示すように、インタークーラ24はボデー34を備え、ボデー34は幅、高さ、長さを有している。なお、図中、符号Wはボデー34の幅方向、符号Hはボデー34の高さ方向、符号Lはボデー34の長さ方向を示す。
ボデー34がアルミ鋳物により成形されることにより以下の効果が奏される。
1)耐食性に優れるため、インタークーラ24で生成された酸性の凝縮水による腐食を回避でき耐久性の向上を図る上で有利となる。
2)熱伝導率が高いため、冷却効率の向上を図る上で有利となる。
3)成形時、砂中子により表面がざらざらになるため、熱伝達率の向上を図れ、したがって冷却効率の向上を図る上で有利となる。
4)ボデー34を板金を用いて構成した場合に比較して溶接やカシメ接合が不要となるため、接合部分の破損による冷却水の漏れ出しを防止でき信頼性の向上を図る上で有利となる。
5)ボデー34を板金を用いて構成した場合に比較して接合部分のスペースを省くことで小型化を図る上で有利となる。
図2、図3、図6に示すように、吸気供給部38は、吸気路36に吸気を供給する部分であり、ボデー34の長さ方向Lの一方の端部において、ボデー34の高さ方向H、幅方向Wの全域に広がる空間で形成されている。
吸気排出部40は、吸気路36から吸気を排出する部分であり、ボデー34の長さ方向Lの他方の端部において、吸気供給部38と同様にボデー34の高さ方向H、幅方向Wの全域に広がる空間で形成されている。
本実施の形態では、吸気供給部38は吸気管1402の端部に接続され、吸気排出部40はシリンダヘッド1202の吸気ポートに接続される。
すなわち、本実施の形態では、インタークーラ24は、インテークマニホールド1404に一体的に設けられており、吸気管1402からインテークマニホールド1404に導入された吸気をインタークーラ24で冷却するように構成されている。
なお、インタークーラ24は、インテークマニホールド1404と別体に構成され、インテークマニホールド1404の上流側に配置されていてもよい。
吸気路36は、横吸気路部3602と、第1の縦吸気路部3604と、第2の縦吸気路部3606とを有している。
横吸気路部3602は、高さ方向Hの中間部で幅方向Wに延在し、横吸気路部3602の幅方向Wの両端は、ボデー34の幅方向W両端の面の近傍に位置している。
第1の縦吸気路部3604は、横吸気路部3602の延在方向に間隔をおいた複数箇所から高さ方向Hの一方に延在している。
第2の縦吸気路部3606は、横吸気路部3602の延在方向に間隔をおいた複数箇所から高さ方向Hの他方に延在している。
図4に示すように、第1の縦吸気路部3604の幅W1と第2の縦吸気路部3606の幅W2は横吸気路部3602から離れるにつれて次第に小さくなるように設けられている。
横吸気路部3602から離れた第1の縦吸気路部3604の先部と第2の縦吸気路部3606の先部は、ボデー34の高さ方向H両端の面の近傍に位置している。
冷媒排出部46は、冷媒路42から冷却水を排出する部分であり、ボデー34の長さ方向Lの一方の端部において、吸気供給部38の吸気下流側に隣接して設けられている。吸気排出部40は、吸気供給部38と同様に、吸気路36の外側でボデー34の高さ方向H、幅方向Wの全域に広がる空間で形成されている。
本実施の形態では、冷媒供給部44は電動ウォータポンプ30の吐出口に接続され、冷媒排出部46はラジエータ28に接続される。
冷媒路42は、一対の横冷媒路部4202と、複数の縦冷媒路部4204とを有している。
一対の横冷媒路部4202は、ボデー34の高さ方向Hの一端においてボデー34の幅方向Wに延在する第1の横冷媒路部4202Aと、ボデー34の高さ方向Hの他端においてボデー34の幅方向Wに延在する第2の横冷媒路部4202Bとを備えている。
第1の横冷媒路部4202Aと第2の横冷媒路部4202Bの延在方向の両端は、ボデー34の幅方向W両端の面の近傍に位置している。
複数の縦冷媒路部4204は、第1の横冷媒路部4202Aから隣り合う第1の縦吸気路部3604の間で横吸気路36に向かって延在する複数の第1の縦冷媒路部4204Aと、第2の横冷媒路部4202Bから隣り合う第2の縦吸気路部3606の間で横吸気路36に向かって延在する複数の第2の縦冷媒路部4204Bとを備えている。
第1の横冷媒路部4202Aから離れた第1の縦冷媒路部4204Aの先部と、第2の横冷媒路部4202Bから離れた第2の横冷媒路部4202Bの先部は、横吸気路36の近傍に位置している。
図4に示すように、第1の縦冷媒路部4204Aの幅W3は第1の横冷媒路部4202Aから離れるにつれて次第に小さくなるように設けられ、第2の縦冷媒路部4204Bの幅W4は第2の横冷媒路部4202Bから離れるにつれて次第に小さくなるように設けられている。
ここで、吸気路36を流れる吸気の向きと、冷媒路42を流れる冷却水の向きとを互いに反対向きとなる対向流とすることで冷却効率向上を図っている。
本実施の形態では、横吸気路部3602、複数の第1の縦吸気路部3604、複数の第2の縦吸気路部3606を、ボデー34の高さ方向Hの両端から一対の横冷媒路部4202、第1の縦冷媒路部4204A、第2の縦冷媒路部4204Bとにより挟むように構成した。
したがって、吸気の冷却効率を高める上で有利となる。
また、限られたスペースにおいて、吸気路36と冷媒路42とが対向する伝熱面積を大きく確保できるため、インタークーラ24の小型化を図りつつ吸気の冷却効率を高める上で有利となる。
次に第2の実施の形態について説明する。
なお、以下の実施の形態において第1の実施の形態と同様の部分、部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
図7に示すように、第2の実施の形態は、第1の実施の形態の変形例であり、第1の縦吸気路部3604と第2の縦吸気路部3606と縦冷媒路部4204とは蛇行している。
このような構成によれば、第1の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、以下のような効果が奏される。
第1の縦吸気路部3604と第2の縦吸気路部3606と縦冷媒路部4204とが蛇行することで吸気路36と冷媒路42とが対向する伝熱面積をより大きく確保できるため、インタークーラ24の小型化を図りつつ吸気の冷却効率を高める上でより有利となる。
次に第3の実施の形態について説明する。
図8に示すように、第3の実施の形態は、第1の実施の形態の変形例であり、横吸気路部3602(図4参照)、第1の縦吸気路部3604、第2の縦吸気路部3606の断面積は、吸気供給部38側が大きく吸気排出部40側に至るほど小さく形成されている。
より詳細には、図4に示すように、横吸気路部3602の高さH1と、第1の縦吸気路部3604の幅W1と、第2の縦吸気路部3606の幅W2とを吸気供給部38側が大きく吸気排出部40側に至るほど小さく形成されている。
また、吸気路36と冷媒路42とを仕切る壁の肉厚を均一にしていることから、第1の縦冷媒路部4204Aの幅W3と第2の縦冷媒路部4204Bの幅W4は、冷媒供給部44から冷媒排出部46に至るほど小さく形成されている。
すなわち、吸気供給部38側では吸気の温度が高いため、吸気の体積が大きく、吸気排出部40側に至るほど吸気の温度が低下するため、吸気の体積が小さくなる。
したがって、吸気の体積が大きな吸気供給部38側においては、吸気路36の断面積を大きくすることにより、吸気の流通圧損を低減することができ冷却効率の向上を図ることができる。
一方、吸気排出部40側に至るほど吸気の温度が低下することで吸気の体積が小さくなるため、吸気の流速は、吸気排出部40側に至るほど低下し、冷却効率が低下する。
そこで、吸気路36の断面積を吸気排出部40側に至るほど小さくすることにより、吸気の流速を確保でき冷却効率の向上を図ることができる。
また、吸気は、EGRガスが還流されることで水分を含むため、吸気路36の壁面には凝縮水が発生して付着する。
仮に凝縮水が大量に吸気路36の壁面に付着して凍結すると、吸気路36が部分的に閉塞され、エンジン本体12に吸気を供給する上で不利となる。
しかしながら、本実施の形態では、吸気路36の断面積を吸気排出部40側に至るほど小さくすることにより、吸気の流速を確保できることから、吸気路36の壁面に付着した凝縮水を吸気排出部40に移動させてインタークーラ24から排出させることができ、吸気の冷却を確実に行なう上で有利となる。
次に第4の実施の形態について説明する。
図9に示すように、第4の実施の形態は、第1の縦吸気路部3604と第2の縦吸気路部3606とが、吸気排出部40側において分岐されている。
詳細に説明すると、ボデー34の長さ方向Lの中間部において、第1の縦吸気路部3604と第2の縦吸気路部3606とが分岐されている。そして、第1の縦吸気路部3604は、ボデー34の長さ方向Lの中間部と吸気排出部40との間において、2つの第1の分割縦吸気路部3610として構成されている。また、第2の縦吸気路部3606は、ボデー34の長さ方向Lの中間部と吸気排出部40との間において、2つの第2の分割縦吸気路部3612として構成されている。
また、第2の縦冷媒路部4204Bは、ボデー34の長さ方向Lの中間部と冷媒供給部44との間において、隣り合う2つの第2の分割縦吸気路部3612で挟まれ断面積が小さい第4の縦冷媒路部4204Dとされている。
さらに、ボデー34の長さ方向Lの中間部と冷媒供給部44との間において、ボデー34の幅方向において隣り合う2つの第3の縦冷媒路部4204Cの間に第5の縦冷媒部4204Eが設けられ、ボデー34の幅方向において隣り合う2つの第4の縦冷媒路部4204Dの間に第6の縦冷媒部4204Fが設けられている。
それら第5の縦冷媒路部4204Eと第6の縦冷媒部4204Fは第3の縦冷媒路部4204C、第4の縦冷媒路部4204Dと同様に、それぞれ第1の横冷媒路部4202Aと第2の横冷媒路部4202Bに連通している。
すなわち、吸気の体積が大きな吸気供給部38側においては、吸気路36の断面積を大きく確保することにより、吸気の流通圧損を低減することができ冷却効率の向上を図ることができる。
一方、吸気の流速が低下する吸気排出部40側においては、吸気路36が分岐されることで、吸気路36の断面積が吸気排出部40側で小さくなることにより、吸気の流速を確保でき冷却効率の向上を図ることができる。
また、吸気路36が分岐されることで、吸気路36と冷媒路42とが対向する伝熱面積をより大きく確保できるため、吸気の冷却効率を高める上でより有利となる。
次に第5の実施の形態について説明する。
図10に示すように、第5の実施の形態では、ボデー34の長さ方向Lの中間部に、横吸気路部3602(図4参照)、第1の縦吸気路部3604、第2の縦吸気路部3606を連通する連通部48が設けられている。
そして、横吸気路部3602、第1の縦吸気路部3604、第2の縦吸気路部3606は、連通部48よりも吸気供給部38側の第1の上流側縦吸気路部3604X、第2の上流側縦吸気路部3606Xと、連通部48よりも吸気排出部40側の第1の下流側縦吸気路部3604Y、第2の下流側縦吸気路部3606Yとに分かれている。
すなわち、第1の下流側縦吸気路部3604Yの幅W6は、第1の上流側縦吸気路部3604Xの幅W5よりも小さく形成され、第2の下流側縦吸気路部3606Yの幅W8は、第2の上流側縦吸気路部3606Xの幅W7よりも小さく形成されている。
すなわち第1の下流側縦吸気路部3604Yの断面積は、第1の上流側縦吸気路部3604Xの断面積よりも小さく形成され、第2の下流側縦吸気路部3606Yの断面積は、第2の上流側縦吸気路部3606Xの断面積よりも小さく形成されている。
また、第1の上流側縦冷媒路部4204A−Xの幅W10は、第1の下流側冷媒路部4204B−Yの幅W11よりも大きく形成され、第2の下流側縦冷媒路部4204Bの幅W12は、第2の上流側冷媒路部4204B−Xの幅W13よりも大きく形成されている。
連通部48よりも上流側の横吸気路部3602、第1の上流側縦吸気路部3604X、第2の上流側縦吸気路部3606Xから連通部48に導入された吸気は連通部48で膨張する。
また、連通部48から連通部48よりも下流側の横吸気路部3602、第1の下流側縦吸気路部3604Y、第2の下流側縦吸気路部3606Yに導入された吸気は横吸気路部3602、第1の下流側縦吸気路部3604Y、第2の下流側縦吸気路部3606Yで収縮する。
したがって、吸気にEGRガスが還流されている場合は、吸気が膨張および収縮を行なうことにより吸気に含まれるEGRガスと新気との混合が促進され、NOxの排出量の抑制を図る上で有利となる。
一方、第1の下流側縦吸気路部3604Y、第2の下流側縦吸気路部3606Yの断面積を小さくすることにより、吸気の流速を確保でき冷却効率の向上を図ることができる。
また、第1の下流側縦吸気路部3604Y、第2の下流側縦吸気路部3606Yの数を増加させたことで、吸気路36と冷媒路42とが対向する伝熱面積をより大きく確保できるため、吸気の冷却効率を高める上でより有利となる。
34 ボデー
36 吸気路
3602 横吸気路部
3604 第1の縦吸気路部
3606 第2の縦吸気路部
38 吸気供給部
40 吸気排出部
42 冷媒路
4202 横冷媒路部
4204 縦冷媒路部
48 連通部
Claims (5)
- 吸気を冷媒で冷却するインタークーラであって、
幅、高さ、長さを有し吸気路と冷媒路とが設けられたボデーを備え、
前記ボデーの長さ方向の一方の端部に吸気供給部が設けられると共に、長さ方向の他方の端部に吸気排出部が設けられ、
前記吸気路は、前記吸気供給部と前記吸気排出部との間で前記ボデーの長さ方向に延在し、
前記冷媒路は、前記吸気路に沿って前記ボデーの長さ方向に延在し、
前記吸気路は、前記高さ方向の中間部で幅方向に延在する横吸気路部と、前記横吸気路部の延在方向に間隔をおいた複数箇所から前記高さ方向の一方に延在する第1の縦吸気路部と、前記複数箇所から前記高さ方向の他方に延在する第2の縦吸気路部とを有し、
前記冷媒路は、前記ボデーの高さ方向の両端において前記ボデーの幅方向に延在する一対の横冷媒路部と、前記一対の横冷媒路部から隣り合う前記第1の縦吸気路部の間および隣り合う前記第2の縦吸気路部の間に延在する複数の縦冷媒路部とを有している、
ことを特徴とするインタークーラ。 - 前記横吸気路部、前記第1の縦吸気路部、前記第2の縦吸気路部の断面積は、前記吸気供給部から前記吸気排出部に至るほど小さく形成されている、
ことを特徴とする請求項1記載のインタークーラ。 - 前記第1の縦吸気路部と前記第2の縦吸気路部は、前記吸気排出部側において分岐されている、
ことを特徴とする請求項1または2記載のインタークーラ。 - 前記ボデーの長さ方向の中間部に、前記横吸気路部、前記第1の縦吸気路部、前記第2の縦吸気路部を連通する連通部が設けられ、
前記横吸気路部、前記第1の縦吸気路部、前記第2の縦吸気路部は、前記連通部よりも前記吸気供給部側の前記吸気路部分と、前記連通部よりも前記吸気排出部側の前記吸気路部分とに分かれ、
前記連通部よりも前記吸気排出部側の前記吸気路部分の断面積は、前記吸気供給部側の前記吸気路部分の断面積よりも小さい、
ことを特徴とする請求項1から3の何れか1項記載のインタークーラ。 - 前記第1の縦吸気路部と前記第2の縦吸気路部および前記縦冷媒路部とは蛇行している、
ことを特徴とする請求項1から4の何れか1項記載のインタークーラ。
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