JP2017008903A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気の冷却効率が高められるエンジンの吸気装置を提供すること。【解決手段】エンジンの吸気装置１は、インテークマニホールド１０を通過する吸気を冷媒によって冷却する熱交換器３０を備える。インテークマニホールド１０は、上流側マニホールド１１と下流側マニホールド２１とに分割される。熱交換器３０は、上流側マニホールド１１と下流側マニホールド２１との間に介装されてコア部３１及びタンク部３２、３３を包囲する筒状の包囲体５１を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、吸気を冷媒によって冷却するエンジンの吸気装置に関する。

特許文献１には、エンジンのインテークマニホールドに水冷式のインタークーラ（熱交換器）が設けられる吸気装置が開示されている。

上記吸気装置では、インテークマニホールドに箱状のチャンバ部が形成され、チャンバ部内にインタークーラが収容される。インタークーラは、通過する吸気を循環する冷却水によって冷却するコア部と、コア部に冷却水を導くタンク部と、を備える。

上記エンジンの運転時には、過給機によって圧縮されて温度上昇した吸気がインタークーラのコア部を通過して冷却された後に、インテークマニホールドを通じてエンジンの各シリンダに分配される。

特開２０１３−１４７９５３号公報

しかしながら、このような従来の吸気装置にあっては、インテークマニホールドに形成されるチャンバ部の内壁面とインタークーラとの間に隙間が空くため、吸気の冷却効率が低下するという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、吸気の冷却効率が高められるエンジンの吸気装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、吸気を冷媒によって冷却するエンジンの吸気装置であって、エンジンのシリンダに吸気を導くインテークマニホールドと、インテークマニホールドを通過する吸気を冷媒によって冷却する熱交換器と、を備え、インテークマニホールドは、熱交換器に吸気を導く上流側マニホールドと、熱交換器を通過した吸気をシリンダに導く下流側マニホールドと、に分割され、熱交換器は、冷媒と吸気との間で熱交換が行われるコア部と、コア部に冷媒を導くタンク部と、上流側マニホールドと下流側マニホールドとの間に介装されてコア部及びタンク部を包囲する筒状の包囲体と、を有するエンジンの吸気装置が提供される。

上記態様によれば、上流側マニホールドと下流側マニホールドとの間に介装される包囲体がコア部及びタンク部を包囲することにより、タンク部のまわりに形成される隙間を小さくするか、もしくは隙間を無くすことが可能となる。これにより、コア部を迂回してタンク部のまわりを流れる吸気量が減らされるため、吸気の冷却効率が高められる。

本発明の実施形態に係る吸気装置を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図３の一部を拡大した断面図である。 熱交換器を示す斜視図である。 図２の一部を拡大した断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、各図面において、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸がエンジンの左右方向、Ｙ軸がエンジンの前後方向、Ｚ軸がエンジンの上下方向に延びるものとして説明する。

図１は、本実施形態に係るエンジン（図示省略）の吸気装置１を示す斜視図である。なお、説明の簡略化のため、吸気装置１は一部を省略して図示している。

エンジンは、車両に搭載され、車輪を駆動する動力源として用いられる。エンジンは、Ｙ軸方向について列状に並ぶ複数（４つ）のシリンダ（図示省略）を有する。エンジンは、各シリンダに吸入される吸気とともに燃料を燃焼させて、動力を取り出すようになっている。エンジンは、吸気（外気）を加圧してシリンダに供給する過給器（図示省略）を備える。

エンジンの吸気装置１は、過給器から送られる吸気を各シリンダに分配するインテークマニホールド１０と、インテークマニホールド１０を通過する吸気を冷却液（冷媒）によって冷却する熱交換器３０（チャージエアクーラ）と、を備える。

インテークマニホールド１０は、熱交換器３０の上流側に設けられる上流側マニホールド１１と、熱交換器３０の下流側に設けられる下流側マニホールド２１と、に分割される。

上流側マニホールド１１及び下流側マニホールド２１は、樹脂によって形成される。一方、熱交換器３０を構成する各部材は、アルミ材や銅材などの熱伝導率が高い金属によって形成される。吸気装置１では、樹脂製の上流側マニホールド１１と下流側マニホールド２１との間に、金属製の熱交換器３０が介装される。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う吸気装置１の断面図である。上流側マニホールド１１は、吸気を導入するマニホールド入口１２と、吸気を熱交換器３０のコア部３１へと導くコア上流路１７を形成する上流路壁部１３と、熱交換器３０に結合されるフランジ部１４と、を有する。

マニホールド入口１２は、Ｙ軸方向に延びる管状に形成され、吸気ダクト（図示省略）の一端が結合される。吸気ダクトの上流側には、過給器が設けられる。

上流路壁部１３は、コア部３１の端面３１Ａ（Ｙ軸）に対して傾斜して延びる部位を有する。コア上流路１７は、上流路壁部１３によって断面積がＹ軸方向について次第に減少するテーパ状の空間として形成される。これにより、図１、図２に矢印Ａで示すようにマニホールド入口１２からコア上流路１７に流入する吸気は、上流路壁部１３によって熱交換器３０へと円滑に導かれる。

下流側マニホールド２１は、熱交換器３０に結合されるフランジ部２４と、熱交換器３０との間にコア下流路２７を形成する下流路壁部２３と、下流路壁部２３から管状に分岐する複数（４本）の分岐管部２５と、を有する。各分岐管部２５は、フランジ部２６（図１参照）を介してエンジン本体（図示省略）に結合される。

下流路壁部２３には、各分岐管部２５の一端がＹ軸方向に並んで開口する。熱交換器３０から流出する吸気は、図２に矢印Ｄで示すように、コア下流路２７を通じて各分岐管部２５へと分流し、各シリンダに分配される。

車両には、冷却液が循環する冷媒回路（図示省略）設けられる。熱交換器３０は、冷媒回路に介装される。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。熱交換器３０は、冷却液を導くタンク部３２、３３と、タンク部３２、３３によって導かれる冷却液が循環するコア部３１と、を備える。

コア部３１は、冷却液が循環するチューブ３７と、吸気を導くフィン３８（伝熱部材）と、を備える。各チューブ３７は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に延びる扁平な管状に形成され、Ｘ軸方向に所定の間隔を持って並ぶように配置される。フィン３８は、波板状に形成され、チューブ３７と交互に並ぶように積層される。

対のタンク部３２、３３は、Ｙ軸方向についてコア部３１を挟むように並んで設けられる。タンク部３２、３３には、各チューブ３７の両端が接続される。

図１に示すように、一方のタンク部３２には、冷媒入口管４１及び冷媒出口管４２が設けられる。冷媒入口管４１及び冷媒出口管４２には、冷却液を導く配管（図示省略）が接続される。タンク部３２の内部は、冷媒入口管４１が開口する入口流路と、冷媒出口管４２が開口する出口流路と、に仕切られる。各チューブ３７の内部は、タンク部３２の入口流路に接続する上流側流路と、タンク部３２の出口流路に接続する下流側流路と、に仕切られる。

熱交換器３０では、冷却液が図１に矢示Ｂで示すように冷媒入口管４１から流入し、タンク部３２内の入口流路から各チューブ３７内の上流側流路を通ってタンク部３３へと流れる。そして、冷却液は、タンク部３３にて折り返した後に、各チューブ３７内の下流側流路を通ってタンク部３２へと流れ、タンク部３２内の出口流路から冷媒出口管４２を通って図１に矢示Ｃで示すように流出する。

タンク部３２、３３は、プレス機によって箱状に成形された２枚の金属板を接合して形成される。タンク部３２、３３の外壁面には、２枚の金属板が接合される部位に段差部３４（図４参照）が形成される。

図５は、熱交換器３０の斜視図であり、インテークマニホールド１０に組み付けられる前の状態を示している。

熱交換器３０は、コア部３１及びタンク部３２、３３を包囲する筒状の包囲体５１を備える。

包囲体５１は、コア部３１及びタンク部３２、３３のまわりに巻かれる１枚の金属板５２によって形成される。

包囲体５１は、予めコア部３１及びタンク部３２、３３の外形に沿う筒状に成形された後に、コア部３１及びタンク部３２、３３のまわりを包囲するように組み付けられる。

包囲体５１の成形工程では、矩形の平板状の金属板５２がプレス機によって筒状に成形される。これにより、包囲体５１には、金属板５２の端部５６、５７（図４参照）が互いに重ね合わせられる重合部５５が形成される。

図４に示すように、金属板５２の一方の端部５７は、その断面がクランク状に曲折して他方の端部５６と平行に延びるように形成される。

熱交換器３０の組み立て工程では、筒状に成形された金属板５２が両タンク部３２、３３の外壁面に当接するように組み付けられる。

こうして熱交換器３０が組み立てられた状態では、タンク部３３の段差部３４が包囲体５１に面し、タンク部３３の段差部３４と包囲体５１との間に隙間１８（空間）が空いている。

金属板５２の端部５７は、他方の端部５６とタンク部３３の段差部３４との間に挟まれるように配置される。これにより、金属板５２の端部５７は、タンク部３３の段差部３４に収められて、隙間１８を埋めるようになっている。

図５に示すように、熱交換器３０は、その上下端部に一対の支持枠６１（プレート）を備える。各支持枠６１は、包囲体５１の両開口端部５３、５４を上流側マニホールド１１、下流側マニホールド２１にそれぞれ結合する座板として設けられる。

各支持枠６１は、四角形の枠状に形成される。各支持枠６１は、包囲体５１の両開口端部５３、５４にそれぞれ嵌合する四角形の枠部６４と、枠部６４のまわりに形成される環状のカシメ溝部６２と、カシメ溝部６２のまわりに並んで突出するカシメ片部６３と、を有する。

熱交換器３０のロウ付け工程では、図５に示すように組み立てられた各部材３１、３２、３３、５１、６１が加熱炉に搬送されて熱処理が行われることにより、各接合部がロウ付けされて結合される。

吸気装置１の組み立て工程では、図２に示すように、上流側マニホールド１１のフランジ部１４と、下流側マニホールド２１のフランジ部２４とは、各支持枠６１を介して熱交換器３０に結合される。

図６に示すように、各支持枠６１のカシメ溝部６２とフランジ部２４との間には、環状のシールパッキン１９が介装される。シールパッキン１９は、ゴム材などの弾性材によって形成される。

吸気装置１のカシメ工程では、カシメ機（図示省略）によってカシメ片部６３がフランジ部２４に向けて折り曲げられる。こうして、フランジ部２４がシールパッキン１９に押し付けられ、下流側マニホールド２１と熱交換器３０との間が密封される。同様にして、上流側マニホールド１１と熱交換器３０との間が密封される。

以上のようにして製造される吸気装置１は、エンジンに組み付けられる。

次に、吸気装置１の作用、効果について説明する。

エンジンの運転時には、過給機によって圧縮されて温度上昇した吸気が上流側マニホールド１１を通じて熱交換器３０に導かれ、熱交換器３０を通過して冷却された後に、下流側マニホールド２１を通じてエンジンの各シリンダに分配される。

熱交換器３０のコア部３１では、冷却液がチューブ３７の内部を流れる一方、吸気がフィン３８を介してチューブ３７の外部（熱交換流路）を流れる。これにより、吸気の熱がチューブ３７及びフィン３８を介して冷却液に放出される。

熱交換器３０では、包囲体５１とタンク部３３との間には隙間１８が空いているため、吸気の一部が隙間１８を通じて流れる。この吸気流は、コア部３１を迂回した流れとなるため、熱交換器３０の冷却効率を低下させる。

この対処方法として、吸気装置１では、コア部３１及びタンク部３２、３３を包囲する包囲体５１がインテークマニホールド１０とは別体で形成される。インテークマニホールド１０とは別体で設けられる包囲体５１がコア部３１及びタンク部３２、３３を包囲することにより、タンク部３２、３３のまわりに形成される隙間１８を小さくすることが可能となる。

包囲体５１は、コア部３１及びタンク部３２、３３のまわりに巻かれる金属板５２によって形成される。これにより、包囲体５１の内壁面をタンク部３２、３３の外壁面に接合させることが可能となり、隙間１８を小さくすることができる。

包囲体５１は、金属板５２の両端部５６、５７が互いに重ね合わせられる重合部５５を有する。重合部５５がタンク部３２、３３の段差部３４に収まることにより、隙間１８を小さくすることができる。

熱交換器３０は、包囲体５１の開口端部５３、５４にそれぞれ結合される枠状の支持枠６１を有し、支持枠６１が上流側マニホールド１１及び下流側マニホールド２１にそれぞれ結合される。これにより、包囲体５１に支持枠６１が組み付けられる前の状態に、包囲体５１をタンク部３２、３３の外形に沿って形成することが可能となり、隙間１８を小さくすることができる。

こうして、熱交換器３０では、隙間１８を小さくすることにより、隙間１８を流れる吸気量が減らされる分だけ、コア部３１を流れる吸気量が増えるため、吸気を冷却する効率を高められる。

なお、上述した構成に限らず、熱交換器３０では、隙間１８を無くすように、包囲体５１の内壁面をタンク部３２、３３の段差部３４に沿って形成してもよい。

また、インテークマニホールド１０では、上流側マニホールド１１と下流側マニホールド２１との間に熱交換器３０が介装される。これにより、インテークマニホールド１０は、熱交換器３０を収容するチャンバ部を持たないため、吸気装置１の小型化が図れる。

熱交換器３０は、包囲体５１が各支持枠６１を介してインテークマニホールド１０に両持ち支持される構造のため、インテークマニホールド１０に対する支持強度が十分に確保される。

熱交換器３０では、コア部３１及びタンク部３２、３３が全周にわたって包囲体５１に支持される構造のため、車両から受ける振動や衝撃に対してガタツキが生じることが抑えられ、十分な耐久性が確保される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１ 吸気装置
１０ インテークマニホールド
１１ 上流側マニホールド
１８ 隙間
２１ 下流側マニホールド
３０ 熱交換器
３１ コア部
３２ タンク部
３３ タンク部
３４ 段差部
５１ 包囲体
５２ 金属板
５３ 開口端部
５４ 開口端部
５５ 重合部
５６、５７ 端部
６１ 支持枠

Claims (4)

1. 吸気を冷媒によって冷却するエンジンの吸気装置であって、
   前記エンジンのシリンダに吸気を導くインテークマニホールドと、
   前記インテークマニホールドを通過する吸気を冷媒によって冷却する熱交換器と、を備え、
   前記インテークマニホールドは、
   前記熱交換器に吸気を導く上流側マニホールドと、
   前記熱交換器を通過した吸気を前記シリンダに導く下流側マニホールドと、に分割され、
   前記熱交換器は、
   冷媒と吸気との間で熱交換が行われるコア部と、
   前記コア部に冷媒を導くタンク部と、
   前記上流側マニホールドと前記下流側マニホールドとの間に介装され、前記コア部及び前記タンク部を包囲する筒状の包囲体と、を有することを特徴とするエンジンの吸気装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの吸気装置であって、
   前記包囲体は、前記コア部及び前記タンク部のまわりに巻かれる金属板によって形成されることを特徴とするエンジンの吸気装置。
3. 請求項２に記載のエンジンの吸気装置であって、
   前記包囲体は、前記金属板の両端部が互いに重ね合わせられる重合部を有し、
   前記タンク部は、前記包囲体に面して窪む段差部を有し、
   前記重合部が前記段差部に収められることを特徴とするエンジンの吸気装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジンの吸気装置であって、
   前記熱交換器は、
   前記包囲体の両開口端部にそれぞれ結合される枠状の支持枠をさらに有し、
   前記支持枠が前記上流側マニホールド及び前記下流側マニホールドにそれぞれ結合されることを特徴とするエンジンの吸気装置。

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