JP2019035329A - 空気冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の熱交換器を備える構成としながらも、各気筒に供給される空気の温度や流量のばらつきを抑制することのできる空気冷却装置、を提供する。【解決手段】空気冷却装置10は、第1熱交換器210で冷却された空気、及び第2熱交換器220で冷却された空気、のそれぞれを受け入れて、内燃機関600に向けて排出する出口サージタンク300を備える。出口サージタンク300の内側には、第1熱交換器210から流入する空気と、第2熱交換器220から流入する空気と、が合流する合流空間310が形成されている。【選択図】図1
Description
本開示は、車両の内燃機関に供給される空気を冷却するための空気冷却装置に関する。
過給機を備えた車両には、過給機により圧縮され高温となった空気を、内燃機関に供給される前に予め冷却するための空気冷却装置が設けられる。
例えば下記特許文献1に記載の空気冷却装置では、熱交換器の両側に入口側サージタンク及び出口側サージタンクが設けられた構成となっている。熱交換器は、冷却水との熱交換によって空気を冷却する部分である。入口側サージタンクは、冷却対象の空気を熱交換器に導くための部材である。出口側サージタンクは、熱交換器によって冷却された空気を内燃機関に導入するための部材である。入口側サージタンク及び出口側サージタンクはいずれも、フランジ部分をボルトで締結することにより熱交換器に固定されている。
ところで、所謂V型エンジンにおいては、内燃機関の左右両側に過給機が2つ配置され、それに対応して、空気を冷却するための熱交換器が2つ設けられることが多い。従来の空気冷却装置においては、それぞれの熱交換器により冷却された空気が、互いに合流することなく各気筒に個別に供給される構成となっていた。このような構成においては、各気筒に供給される空気の温度や流量が、気筒間でばらついてしまうことがある。その結果、内燃機関の出力が低下したり、燃費が悪化する等の問題が生じたりする可能性がある。
本開示は、複数の熱交換器を備える構成としながらも、各気筒に供給される空気の温度や流量のばらつきを抑制することのできる空気冷却装置、を提供することを目的とする。
本開示に係る空気冷却装置は、車両の内燃機関(600)に供給される空気を冷却するための空気冷却装置(10,10A)であって、空気を受け入れる第1入口サージタンク(110)と、第1入口サージタンクから流入する空気を、冷却水との熱交換によって冷却する第1熱交換器(210)と、空気を受け入れる第2入口サージタンク(120)と、第2入口サージタンクから流入する空気を、冷却水との熱交換によって冷却する第2熱交換器(220)と、第1熱交換器で冷却された空気、及び第2熱交換器で冷却された空気、のそれぞれを受け入れて、内燃機関に向けて排出する出口サージタンク(300)と、を備える。出口サージタンクの内側には、第1熱交換器から流入する空気と、第2熱交換器から流入する空気と、が合流する合流空間(310)が形成されている。
このような構成の空気冷却装置では、第1熱交換器から出口サージタンクに流入した空気と、第2熱交換器から出口サージタンクに流入した空気とが、出口サージタンクの内側に形成された合流空間において一旦合流した後に各気筒に分配供給される。単一の空間である合流空間からの空気が各気筒に供給されるので、各気筒に供給される空気の温度や流量のばらつきが抑制される。
本開示によれば、複数の熱交換器を備える構成としながらも、各気筒に供給される空気の温度や流量のばらつきを抑制することのできる空気冷却装置、が提供される。
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
第1実施形態に係る空気冷却装置10の構成について説明する。空気冷却装置10は、車両(全体は不図示)の過給機から排出された高温の空気を、内燃機関600(図5を参照)に供給される前において予め冷却するための装置である。図1に示されるように、空気冷却装置10は、第1入口サージタンク110と、第1熱交換器210と、第2入口サージタンク120と、第2熱交換器220と、出口サージタンク300と、を備えている。
第1入口サージタンク110は、過給機から排出された高温の空気を受け入れるものである。第1入口サージタンク110は、配管部112と本体部111とを有している。
配管部112は略円管状に形成されており、過給機からの空気を本体部111に導くための配管として機能する部分である。配管部112の上流側端部には、空気の入口である開口114が形成されている。図3等に示されるように、配管部112は、開口114が下方側に向くように湾曲した管となっている。
本体部111は、配管部112を通った空気を一旦受け入れて、次に述べる第1熱交換器210に供給するための容器である。本体部111は、第1熱交換器210の側面に沿うような直線状の容器として構成されている。本体部111は、その長手方向に沿った一側面の略全体が開口しており、当該部分において第1熱交換器210に接続されている。
以上のような構成の第1入口サージタンク110は、その全体が樹脂によって形成されている。ただし、成形直後においては、配管部112の一部には開口が形成された状態となっている。当該開口は、別の樹脂部品である蓋部材113により覆われている。配管部112と蓋部材113との間は溶着により接合されている。このような構成とすることで、複雑な形状の第1入口サージタンク110を形成することが可能となっている。
第1熱交換器210は、第1入口サージタンク110から流入する空気を、冷却水との熱交換によって冷却するための熱交換器である。第1熱交換器210には、冷却水を受け入れるための入口配管211と、冷却水を排出するための出口配管212とが接続されている。第1熱交換器210の内部には、冷却水の流れる流路を区画する不図示のプレートが積層されている。入口配管211から供給された冷却水は、上記プレート間の流路を流れる際において、当該流路の外側を通る空気によって加熱される。一方、第1入口サージタンク110から第1熱交換器210に供給された高温の空気は、上記流路を流れる冷却水によって冷却された後、後述の出口サージタンク300に供給される。
尚、第1熱交換器210は、図1に示されるように出口サージタンク300の一方側の側面に接続されている。出口サージタンク300の他方側の側面には、後述の第2熱交換器220が接続されている。
第2入口サージタンク120は、上記の第1入口サージタンク110と同様に、過給機から排出された高温の空気を受け入れるものである。尚、車両には2つの過給機が設けられている。一方の過給機から排出された空気は第1入口サージタンク110に供給され、他方の過給機から排出された空気は第2入口サージタンク120に供給される。第2入口サージタンク120は、配管部122と本体部121とを有している。
配管部122は略円管状に形成されており、過給機からの空気を本体部121に導くための配管として機能する部分である。配管部122の上流側端部には、空気の入口である開口124が形成されている。図3等に示されるように、配管部122は、開口124が下方側に向くように湾曲した管となっている。
本体部121は、配管部122を通った空気を一旦受け入れて、次に述べる第2熱交換器220に供給するための容器である。本体部121は、第2熱交換器220の側面に沿うような直線状の容器として構成されている。本体部121は、その長手方向に沿った一側面の略全体が開口しており、当該部分において第2熱交換器220に接続されている。本実施形態では、本体部111の長手方向と、本体部121の長手方向とが、互いに平行となっている。
以上のような構成の第2入口サージタンク120は、その全体が樹脂によって形成されている。ただし、成形直後においては、配管部122の一部には開口が形成された状態となっている。当該開口は、別の樹脂部品である蓋部材123により覆われている。配管部122と蓋部材123との間は溶着により接合されている。このような構成とすることで、複雑な形状の第2入口サージタンク120を形成することが可能となっている。
第2熱交換器220は、第2入口サージタンク120から流入する空気を、冷却水との熱交換によって冷却するための熱交換器である。第2熱交換器220には、冷却水を受け入れるための入口配管221と、冷却水を排出するための出口配管222とが接続されている。第2熱交換器220の内部には、冷却水の流れる流路を区画する不図示のプレートが積層されている。入口配管221から供給された冷却水は、上記プレート間の流路を流れる際において、当該流路の外側を通る空気によって加熱される。一方、第2入口サージタンク120から第2熱交換器220に供給された高温の空気は、上記流路を流れる冷却水によって冷却された後、後述の出口サージタンク300に供給される。
尚、図1においては、第1入口サージタンク110から第2入口サージタンク120に向かう方向をx方向としており、同方向に沿ってx軸を設定している。また、本体部111や本体部121の長手方向であって、これらの内部を空気が流れる方向とは反対の方向をy方向としており、同方向に沿ってy軸を設定している。更に、x軸及びy軸のいずれにも垂直な方向であって、鉛直上方に向かう方向をz方向としており、同方向に沿ってz軸を設定している。図2以降においても、上記と同様にx軸、y軸、及びz軸を設定している。
出口サージタンク300は、−x方向側の第1熱交換器210で冷却された空気、及びx方向側の第2熱交換器220で冷却された空気、のそれぞれを受け入れて、下方側の内燃機関600に向けて排出する部分である。
図4に示されるように、出口サージタンク300の内側のうち下方側部分、すなわち内燃機関600がある−z方向側の部分には、合流空間310が形成されている。合流空間310は単一の空間であって、第1熱交換器210から流入する空気と、第2熱交換器220から流入する空気と、が合流する空間となっている。
図2に示されるように、出口サージタンク300には複数の固定穴301が形成されている。固定穴301は、出口サージタンク300を車両において締結固定するためのボルト(つまり締結部材)を、内燃機関600とは反対側の面(つまり上方側の面)から内燃機関600側(つまり下方側の面)に向けて挿通するための貫通穴である。それぞれの固定穴301は、z軸に沿って出口サージタンク300を貫くように形成されている。ただし、当該固定穴301の周囲全体は樹脂で囲まれているので、合流空間310の空気が固定穴301から漏出してしまうことは無い。
図5には、車両に搭載された状態の空気冷却装置10が模式的に示されている。当該車両の内燃機関600は所謂「V型エンジン」として構成されており、クランクケース601と、第1気筒群610と、第2気筒群620とを有している。第1気筒群610では、クランクケース601の上方側において−x方向側に傾斜するように配置された気筒が、y方向に沿って複数並んでいる。同様に、第2気筒群620では、クランクケース601の上方側においてx方向側に傾斜するように配置された気筒が、y方向に沿って複数並んでいる。尚、このようなV型エンジンである内燃機関600の構成としては公知のものを採用し得るので、その具体的な説明や図示は省略する。
空気冷却装置10は、インテークマニホールド500を介して内燃機関600の各気筒に接続されている。インテークマニホールド500は、空気冷却装置10の出口サージタンク300から排出された空気を、それぞれの気筒に分配する流路が内側に形成された部材である。
出口サージタンク300は、先に述べた固定穴301のそれぞれに上方側から挿通されたボルトにより、インテークマニホールド500に対して締結固定されている。これにより、空気冷却装置10の全体が内燃機関600の上方側に固定されている。
尚、出口サージタンク300をインテークマニホールド500に固定するための構成としては、例えば、出口サージタンク300の下端、及びインテークマニホールド500の上端のそれぞれにフランジを形成し、それぞれのフランジを突き合わせた状態で、両フランジに挿通されたボルトにより締結固定するような構成とすることも考えられる。しかしながら、このような構成とした場合には、先に出口サージタンク300をインテークマニホールド500に締結固定してから、出口サージタンク300に対する第1熱交換器210や第2熱交換器220の取り付けを行わなければ、締結固定のためのスペースを確保することができない。このため、空気冷却装置10の組み立てを車両メーカーにおいて行う必要がある。
これに対し、本実施形態に係る空気冷却装置10では、出口サージタンク300の上面側から締結部材を挿入し締結することにより、出口サージタンク300をインテークマニホールド500に固定することができる。このため、出口サージタンク300に対する第1熱交換器210や第2熱交換器220等の取り付けを先に行い、空気冷却装置10の全体を組み立てた状態とした後に、空気冷却装置10をインテークマニホールド500に固定することも可能となる。例えば、組み立て後の空気冷却装置10を車両メーカーが購入し、当該空気冷却装置10をそのまま車両に組み付けるようなことも可能となる。これにより車両メーカーにおける組み立て工数を減らすことができる。
図1及び図5を参照しながら、空気冷却装置10における空気の流れについて説明する。一方の過給機から排出された高温の空気は、開口114から第1入口サージタンク110の配管部112に流入する。その後、空気は本体部111を−y方向に沿って流れながら、第1熱交換器210に供給される。
第1熱交換器210に供給された空気は、第1熱交換器210の内側をx方向に沿って流れながら、冷却水によって冷却されその温度を低下させる。その後、空気は出口サージタンク300の合流空間310に流入する。
他方の過給機から排出された高温の空気は、開口124から第2入口サージタンク120の配管部122に流入する。その後、空気は本体部121を−y方向に沿って流れながら、第2熱交換器220に供給される。
第2熱交換器220に供給された空気は、第2熱交換器220の内側を−x方向に沿って流れながら、冷却水によって冷却されその温度を低下させる。その後、空気は出口サージタンク300の合流空間310に流入する。
合流空間310では、第1熱交換器210から流入する空気と、第2熱交換器220から流入する空気とが互いに合流し混合される。当該空気は、下方側のインテークマニホールド500に流入し、第1気筒群610及び第2気筒群620の各気筒へと分配供給される。
このように、空気冷却装置10では、第1熱交換器210から出口サージタンク300に流入した空気と、第2熱交換器220から出口サージタンク300に流入した空気とが、出口サージタンク300の内側に形成された合流空間310において一旦合流した後に各気筒に分配供給される。単一の空間である合流空間310からの空気が各気筒に供給されるので、各気筒に供給される空気の温度や流量のばらつきが抑制される。
本実施形態では、第1入口サージタンク110の形状と第2入口サージタンク120の形状とが、y−z平面を挟んで互いに略対称となっている。同様に、第1熱交換器210の形状と第2熱交換器220の形状とが、y−z平面を挟んで互いに略対称となっている。このため、第1熱交換器210から出口サージタンク300に流入する空気の流量及び温度は、第2熱交換器220から出口サージタンク300に流入する空気の流量及び温度と概ね等しくなっている。これにより、各気筒に供給される空気の温度や流量のばらつきが更に抑制されている。
図4に示されるように、第1熱交換器210及び第2熱交換器220の内側において空気が流れる流路、の車両の前後方向(つまりy方向)に沿った幅をL1とし、合流空間310の同方向に沿った幅をL2とすると、L1は概ねL2に等しくなっている。このため、第1熱交換器210をx方向に流れる空気が合流空間310に流入する際、流路の幅が大きくは変化しないので、空気の流れが大きく乱れてしまうことが無い。同様に、第2熱交換器220を−x方向に流れる空気が合流空間310に流入する際、流路の幅が大きくは変化しないので、やはり空気の流れが大きく乱れてしまうことが無い。このため、一部の気筒に供給される空気の流量が、空気の流れの乱れに起因して著しく減少したり増加したりすることが防止される。これにより、各気筒に供給される空気の流量のばらつきが更に抑制されている。
尚、L1とL2とは互いに等しくなくてもよい。発明者らが検討したところによれば、L1が、L2に対して±20%の範囲内となっていれば、上記の効果が得られることが確認されている。
本実施形態では、本体部111と配管部112との接続部分において、空気の流れ方向が急変しない形状となっている。このため、第1入口サージタンク110の内側において空気が流れる方向は、概ね全体において、第1入口サージタンク110と第1熱交換器210との接続部分に沿った方向(つまり−y方向)となっている。
同様に、本体部121と配管部122との接続部分においても、空気の流れ方向が急変しない形状となっている。このため、第2入口サージタンク120の内側において空気が流れる方向は、概ね全体において、第2入口サージタンク120と第2熱交換器220との接続部分に沿った方向(つまり−y方向)となっている。
例えば、本体部111に対して垂直に配管部112が接続されているような構成と比べると、本実施形態では、第1入口サージタンク110等における空気の流れ方向が急変して流れが乱れてしまうことが無い。このため、空気の流れの乱れに起因して、各気筒に供給される空気の流量がばらついてしまうことが更に防止されている。
ただし、第1入口サージタンク110等の形状を上記のような形状とした場合には、車両の内部における取り回しのために、配管部112を下方側に湾曲させる等の必要が生じる。その結果、第1入口サージタンク110等の形状が複雑なものとなってしまう。
しかしながら、本実施形態では既に述べたように、第1入口サージタンク110が、複数の部品(配管部112と蓋部材113)を溶着接合することにより形成されている。また、第2入口サージタンク120も、複数の部品(配管部122と蓋部材123)を溶着接合することにより形成されている。これにより、複雑な形状の第1入口サージタンク110等を容易に形成することが可能となっている。
尚、第1入口サージタンク110及び第2入口サージタンク120のうち一方のみが、複数の部品を溶着接合することにより形成されていてもよい。また、第1入口サージタンク110等が、3つ以上の部品を溶着接合することにより形成されていてもよい。
図6及び図7を参照しながら、第2熱交換器220と出口サージタンク300との接続部分の構成について説明する。出口サージタンク300のうち第2熱交換器220側(x方向側)の端部には、外周縁部320が形成されている。また外周縁部320のうち−z方向側の面には、z方向側に向けて後退するように凹部321が形成されている。
第2熱交換器220のうち出口サージタンク300側(−x方向側)の端部には、カシメプレート223が設けられている。カシメプレート223は、外周縁部320をx方向側から覆っており、外周縁部320の下方側部分に沿って−x方向側に伸びるように形成されている。外周縁部320のx方向側の先端と、カシメプレート223との間には、パッキン322が挟み込まれている。パッキン322は、空気冷却装置10の内側から空気が漏出することを防止するための弾性部材である。
カシメプレート223のうち、凹部321の近傍となる位置には、カシメプレート223を上下に貫く貫通穴224が形成されている。貫通穴224は複数形成されており、y方向に沿って複数並ぶように形成されている。カシメプレート223のうち貫通穴224よりも−x方向側の部分は、z方向に力を加えることによりカシメられており、その一部が凹部321に入り込んでいる。これにより、第2熱交換器220が出口サージタンク300に対して接続され固定されている。
本実施形態では、第1入口サージタンク110と第1熱交換器210との間、第1熱交換器210と出口サージタンク300との間、及び第2入口サージタンク120と第2熱交換器220との間、についても、上記と同様のカシメにより固定された構成となっている。このため、フランジ同士を突き合わせてボルトにより接続固定された構成に比べると、接続部分の寸法(特にz方向に沿った寸法)が小さくなっており、空気冷却装置10の全体が小型化されている。また、ボルトなどの部品点数を削減できるという利点もある。
尚、第1入口サージタンク110と第1熱交換器210との間、第1熱交換器210と出口サージタンク300との間、第2入口サージタンク120と第2熱交換器220との間、及び第2熱交換器220と出口サージタンク300との間、のうちの全部ではなく一部のみが、カシメにより固定されている構成としてもよい。
第2実施形態に係る空気冷却装置10Aについて、図8を参照しながら説明する。以下では、第1実施形態と異なる点について主に説明し、第1実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。
本実施形態では、第1入口サージタンク110の本体部111の長手方向と、第2入口サージタンク120の本体部121の長手方向とが、互いに平行とはなっておらず、下流側に行くほど両者の間隔が広がっている。第1入口サージタンク110等をこのように配置した構成とした場合でも、第1実施形態について説明したものと同様の効果を奏する。
本実施形態では、出口サージタンク300の上面側(内燃機関600とは反対側)に、センサユニット400が取り付けられている。センサユニット400は、合流空間310における空気の温度及び圧力を測定するための装置である。センサユニット400により測定された温度及び圧力は、不図示のECUに送信され、内燃機関600の制御に供される。
第1熱交換器210を通った空気と、第2熱交換器220を通った空気とが、互いに合流することなく内燃機関600に供給されるような構成においては、センサユニット400を2個設けることにより、それぞれの空気の温度及び圧力を個別に測定する必要がある。一方、本実施形態では、第1実施形態と同様に、それぞれの空気が合流空間310で合流する。このため、内燃機関600に供給される空気の温度及び圧力は、合流空間310の1箇所で測定すれば十分である。従って、センサユニット400を複数設ける必要はなく、本実施形態のように単一のセンサユニット400を設ければよい。
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
10,10A:空気冷却装置
110:第1入口サージタンク
120:第2入口サージタンク
210:第1熱交換器
220:第2熱交換器
300:出口サージタンク
310:合流空間
600:内燃機関
110:第1入口サージタンク
120:第2入口サージタンク
210:第1熱交換器
220:第2熱交換器
300:出口サージタンク
310:合流空間
600:内燃機関
Claims (5)
- 車両の内燃機関(600)に供給される空気を冷却するための空気冷却装置(10,10A)であって、
空気を受け入れる第1入口サージタンク(110)と、
前記第1入口サージタンクから流入する空気を、冷却水との熱交換によって冷却する第1熱交換器(210)と、
空気を受け入れる第2入口サージタンク(120)と、
前記第2入口サージタンクから流入する空気を、冷却水との熱交換によって冷却する第2熱交換器(220)と、
前記第1熱交換器で冷却された空気、及び前記第2熱交換器で冷却された空気、のそれぞれを受け入れて、前記内燃機関に向けて排出する出口サージタンク(300)と、を備え、
前記出口サージタンクの内側には、前記第1熱交換器から流入する空気と、前記第2熱交換器から流入する空気と、が合流する合流空間(310)が形成されている空気冷却装置。 - 前記出口サージタンクには、
前記出口サージタンクを車両において締結固定するための締結部材を、前記内燃機関とは反対側の面から前記内燃機関側に向けて挿通するための固定穴(301)が形成されている、請求項1に記載の空気冷却装置。 - 前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器の内側において空気が流れる流路、の前記車両の前後方向に沿った幅が、
前記合流空間の同方向に沿った幅に対して±20%の範囲内である、請求項1又は2に記載の空気冷却装置。 - 前記第1入口サージタンクと前記第1熱交換器との間、前記第1熱交換器と前記出口サージタンクとの間、前記第2入口サージタンクと前記第2熱交換器との間、及び前記第2熱交換器と前記出口サージタンクとの間、のうちの少なくとも一部が、カシメにより固定されている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の空気冷却装置。
- 前記第1入口サージタンク及び第2入口サージタンクのうち少なくとも一方が、複数の部品を溶着接合することにより形成されている、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の空気冷却装置。
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