JP3920121B2 - 車載用エンジンの給気冷却装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車載用エンジンの給気冷却装置に係り、特に、過給機の高圧力比化にともなって温度上昇した給気の冷却に適した給気冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車載用エンジンでは、エンジン側に搭載した過給機の給気出口と車体側に搭載したインタークーラの給気入口の間およびインタークーラの給気出口とインテークマニホールドの給気入口の間を接続する管路の少なくとも一部をホースなどによる可撓性管路で構成することにより、エンジンと車体の間の振動を可撓管路の変形で吸収させることが多い。
【０００３】
ところで、エンジンの出力および燃費を改善するためには過給圧を高くすることが有効であることは知られている。しかしながら、過給機を高圧力比化するとインタークーラに送り込まれる給気の温度も上昇してしまうために、インタークーラの冷却容量を大きくする必要性があると同時に、より高温に耐える高価な材料による高耐熱性のホースを用いる必要性が生じて給気冷却装置のコストが上昇してしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、過給機を高圧力比化した場合においても従来同様のホースおよびインタークーラなどを用いて従来同様の温度にまで給気を冷却することができる給気冷却装置を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、過給機から吐出されてインテークマニホールドに供給される給気を冷却するインタークーラを備えた車載用エンジンにおいて、エンジン側に搭載されて過給機の給気出口に給気入口を結合したプレクーラと、車体側に搭載したメインクーラでインタークーラを構成している。そして、プレクーラの給気出口とメインクーラの給気入口の間およびメインクーラの給気出口とインテークマニホールドの給気入口の間を接続する管路の少なくとも一部をそれぞれ可撓管路で構成する一方、前記プレクーラをボルテックスチューブで構成したことを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る車載用エンジンの給気冷却装置の一実施形態を示す概略平面図である。
【０００７】
図１において、車載用エンジン１の過給手段として設けた排気ターボチャージャ２はエンジン１側に搭載されている。具体的には、排気ターボチャージャ２の排気入口を前記エンジン１のエキゾーストマニホールド３の排気出口にフランジ結合またはＶクランプ結合している。また、排気ターボチャージャ２の給気出口にプレクーラ４の給気入口をフランジ結合もしくはＶクランプ結合することにより、排気ターボチャージャ２から吐出された給気を冷却するようにしている。
【０００８】
一方、従来公知のインタークーラと同一構成のメインクーラ５を図示しない車体側に搭載し、プレクーラ４の給気出口とメインクーラ５の給気入口を可撓管路６を介して結合することにより、エンジン１側に搭載したプレクーラ４と車体側に搭載したメインクーラ５の間の振動を可撓管路６の変形で吸収させつつ、プレクーラ４で冷却された給気をメインクーラ５に送り込むようにしている。
【０００９】
そして、メインクーラ５の給気出口とエンジン１のインテークマニホールド７の集合部とを可撓管路８を介して結合することにより、エンジン１側に搭載したインテークマニホールド７と車体側に搭載したメインクーラ５の間の振動を可撓管路８の変形で吸収させつつ、メインクーラ５で冷却された給気をインテークマニホールド７に送り込むようにしている。
【００１０】
なお、可撓管路６、８はいずれも従来のインタークーラの接続に用いられていた耐熱性に富むホースなどで構成されるが、必ずしもホースである必要性はなく、要するに給気通路の連続性を維持しつつエンジン１側と車体側の振動を吸収する機能を有するものであればよい。
【００１１】
上記のように構成した給気冷却装置において、エンジン１の運転にともなって排気ターボチャージャ２で圧縮されて温度上昇した給気は、プレクーラ４で冷却された後に、可撓管路６を通ってメインクーラ５に供給される。メインクーラ５では従来同様に冷却された給気は、可撓管路８を通ってインテークマニホールド７に供給され、各燃焼室に分配供給される。なお、エンジン１側と車体側の振動（相対運動）は従来同様に可撓管路６、８の変形により吸収される。
【００１２】
すなわち、排気ターボチャージャ２から吐出された給気は，プレクーラ４で予冷された後にメインクーラ５に送り込まれる。また、可撓管路６、８はプレクーラ４より給気の流れの下流側に位置している。
【００１３】
従って、排気ターボチャージャ２の高圧力比化にともなって吐出直後の給気温度が高くなった場合においても、少なくともプレクーラ４を出る段階においては従来と同程度の温度にまで冷却されるために、可撓管路６、８およびメインクーラ５の熱負荷が軽減される。
【００１４】
このために、排気ターボチャージャ２を高圧力比化しつつ従来同様の給気温度にすることが要請される場合であっても、高価な材料による高耐熱性の可撓管路を用いる必要性がなく、メインクーラ５の冷却容量も従来のインタークーラと同程度のものを使用することができるために、従来の可撓管路およびインタークーラをそのまま可撓管路およびメインクーラとして利用することができる。
【００１５】
図２はプレクーラ４の断面図である。プレクーラ４は給気通路を構成する内周通路４ａと、冷媒が循環供給される外周通路４ｂによるボルテックスチューブで構成されており、排気ターボチャージャ２から吐出された高温の給気が内周通路４ａの一端に接線方向から噴射されるようにしている。また、このような給気の噴射により、内周通路４ａには、該通路４ａの他端の給気出口に向う外側の旋回流ａと、この旋回流によって誘起される内側の旋回流ｂが発生する。
【００１６】
このようにして内周通路４ａに発生する両旋回流ａ、ｂは、互いに同方向に向けて同一角速度で旋回しており、両者の間に発生する強力な乱れにより、回転運動に関する限り双方の流れがそれぞれ閉じ込められて単一の塊のようになる。また、外側の旋回流ａが自由渦となるのに対し、内側の旋回流ｂは外側の旋回流ａにより一定の角速度で強制的に回転させられる強制渦となる。
【００１７】
ここで、自由渦の中での粒子の線速度（回転速度）は、角運動量を保存するためにその渦の中心側へ移動するにつれて増加する。従って、自由渦では半径が半減するところで線速度が倍になるのに対して、一定の角速度を持つ強制渦では線速度が１／２に減少することになり、自由渦における粒子は強制渦に比較して４倍の線速度となる。
【００１８】
一方、運動エネルギは線速度の２乗に比例するために、この例では渦の半径が半減するところまで旋回移動するに際して、強制渦の中での粒子は、自由渦の中での粒子の運動エネルギの１／１６の運動エネルギを持つことになる。従って、内周通路４ａ内の外周域に自由渦による外側の旋回流ａが形成され、その内側に同一角速度で旋回する内側の旋回流ｂが形成された状態では、両旋回流ａ、ｂの運動エネルギの差が熱となって内側の旋回流ｂから外側の旋回流ａに運ばれて外側の旋回流ａの温度が内側の旋回流ｂの温度よりも高くなる。
【００１９】
このように、プレクーラ４をボルテックスチューブで構成して外側から冷却するようにした場合は、冷媒が循環供給される外周通路４ｂに面する外側に常に高温の給気が流れて効率の良い熱交換（給気冷却）が行なわれために、給気の予冷効果が高くなり、プレクーラを小型化して搭載スペースが制約される車両用エンジンの設計自由度を高くすることができる利点がある。
【００２０】
また、本実施形態ではボルテックスチューブを波形管で構成することにより、内周通路４ａを通る給気と外周通路４ｂに循環供給される冷媒の間の熱交換面積を大きくして冷却容量を大きくしているが、ボルテックスチューブは必ずしも強制循環冷却式のものに限定されない。すなわち、外周通路４ｂ内の冷媒の沸騰潜熱で冷却する沸騰冷却式のボルテックスチューブでプレクーラを構成した場合は、小型であるにも拘らず効率の高いプレクーラを構成することができるものであり、ボルテックスチューブを外気で冷却する空冷式のプレクーラを構成した場合はその重量を軽減することができる利点がある。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明は、過給機から吐出された給気をプレクーラで予冷した後に、可撓管路を介してメインクーラに供給してさらに冷却するようにしたものであるから、可撓管路およびメインクーラの熱負荷が軽減される。従って、過給機を高圧力比化しつつ従来同様の給気温度にすることが要請される場合であっても、エンジン側と車体側の相対運動を吸収するために設けられる可撓管路を高価な材料による高耐熱性の可撓管路で構成する必要性がなく、メインクーラの冷却容量も従来のインタークーラと同程度のものを使用することができるために、従来の可撓管路およびインタークーラをそのまま可撓管路およびメインクーラとして利用することができる。
また、プレクーラをボルテックスチューブで構成しているために、給気の予冷効果をより高くすることができ、プレクーラを小型化して搭載スペースが制約される車両用エンジンの設計自由度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る車載用エンジンの給気冷却装置の一実施形態を示す概略平面図である。
【図２】 プレクーラの概略断面図である。
【符号の説明】
１ 車両用エンジン
２ 過給機（排気ターボチャージャ）
３ エキゾーストマニホールド
４ プレクーラ
４ａ 内周通路
４ｂ 外周通路
５ メインクーラ
６、８ 可撓管路
７ インテークマニホールド
【発明の属する技術分野】
本発明は車載用エンジンの給気冷却装置に係り、特に、過給機の高圧力比化にともなって温度上昇した給気の冷却に適した給気冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車載用エンジンでは、エンジン側に搭載した過給機の給気出口と車体側に搭載したインタークーラの給気入口の間およびインタークーラの給気出口とインテークマニホールドの給気入口の間を接続する管路の少なくとも一部をホースなどによる可撓性管路で構成することにより、エンジンと車体の間の振動を可撓管路の変形で吸収させることが多い。
【０００３】
ところで、エンジンの出力および燃費を改善するためには過給圧を高くすることが有効であることは知られている。しかしながら、過給機を高圧力比化するとインタークーラに送り込まれる給気の温度も上昇してしまうために、インタークーラの冷却容量を大きくする必要性があると同時に、より高温に耐える高価な材料による高耐熱性のホースを用いる必要性が生じて給気冷却装置のコストが上昇してしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、過給機を高圧力比化した場合においても従来同様のホースおよびインタークーラなどを用いて従来同様の温度にまで給気を冷却することができる給気冷却装置を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、過給機から吐出されてインテークマニホールドに供給される給気を冷却するインタークーラを備えた車載用エンジンにおいて、エンジン側に搭載されて過給機の給気出口に給気入口を結合したプレクーラと、車体側に搭載したメインクーラでインタークーラを構成している。そして、プレクーラの給気出口とメインクーラの給気入口の間およびメインクーラの給気出口とインテークマニホールドの給気入口の間を接続する管路の少なくとも一部をそれぞれ可撓管路で構成する一方、前記プレクーラをボルテックスチューブで構成したことを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る車載用エンジンの給気冷却装置の一実施形態を示す概略平面図である。
【０００７】
図１において、車載用エンジン１の過給手段として設けた排気ターボチャージャ２はエンジン１側に搭載されている。具体的には、排気ターボチャージャ２の排気入口を前記エンジン１のエキゾーストマニホールド３の排気出口にフランジ結合またはＶクランプ結合している。また、排気ターボチャージャ２の給気出口にプレクーラ４の給気入口をフランジ結合もしくはＶクランプ結合することにより、排気ターボチャージャ２から吐出された給気を冷却するようにしている。
【０００８】
一方、従来公知のインタークーラと同一構成のメインクーラ５を図示しない車体側に搭載し、プレクーラ４の給気出口とメインクーラ５の給気入口を可撓管路６を介して結合することにより、エンジン１側に搭載したプレクーラ４と車体側に搭載したメインクーラ５の間の振動を可撓管路６の変形で吸収させつつ、プレクーラ４で冷却された給気をメインクーラ５に送り込むようにしている。
【０００９】
そして、メインクーラ５の給気出口とエンジン１のインテークマニホールド７の集合部とを可撓管路８を介して結合することにより、エンジン１側に搭載したインテークマニホールド７と車体側に搭載したメインクーラ５の間の振動を可撓管路８の変形で吸収させつつ、メインクーラ５で冷却された給気をインテークマニホールド７に送り込むようにしている。
【００１０】
なお、可撓管路６、８はいずれも従来のインタークーラの接続に用いられていた耐熱性に富むホースなどで構成されるが、必ずしもホースである必要性はなく、要するに給気通路の連続性を維持しつつエンジン１側と車体側の振動を吸収する機能を有するものであればよい。
【００１１】
上記のように構成した給気冷却装置において、エンジン１の運転にともなって排気ターボチャージャ２で圧縮されて温度上昇した給気は、プレクーラ４で冷却された後に、可撓管路６を通ってメインクーラ５に供給される。メインクーラ５では従来同様に冷却された給気は、可撓管路８を通ってインテークマニホールド７に供給され、各燃焼室に分配供給される。なお、エンジン１側と車体側の振動（相対運動）は従来同様に可撓管路６、８の変形により吸収される。
【００１２】
すなわち、排気ターボチャージャ２から吐出された給気は，プレクーラ４で予冷された後にメインクーラ５に送り込まれる。また、可撓管路６、８はプレクーラ４より給気の流れの下流側に位置している。
【００１３】
従って、排気ターボチャージャ２の高圧力比化にともなって吐出直後の給気温度が高くなった場合においても、少なくともプレクーラ４を出る段階においては従来と同程度の温度にまで冷却されるために、可撓管路６、８およびメインクーラ５の熱負荷が軽減される。
【００１４】
このために、排気ターボチャージャ２を高圧力比化しつつ従来同様の給気温度にすることが要請される場合であっても、高価な材料による高耐熱性の可撓管路を用いる必要性がなく、メインクーラ５の冷却容量も従来のインタークーラと同程度のものを使用することができるために、従来の可撓管路およびインタークーラをそのまま可撓管路およびメインクーラとして利用することができる。
【００１５】
図２はプレクーラ４の断面図である。プレクーラ４は給気通路を構成する内周通路４ａと、冷媒が循環供給される外周通路４ｂによるボルテックスチューブで構成されており、排気ターボチャージャ２から吐出された高温の給気が内周通路４ａの一端に接線方向から噴射されるようにしている。また、このような給気の噴射により、内周通路４ａには、該通路４ａの他端の給気出口に向う外側の旋回流ａと、この旋回流によって誘起される内側の旋回流ｂが発生する。
【００１６】
このようにして内周通路４ａに発生する両旋回流ａ、ｂは、互いに同方向に向けて同一角速度で旋回しており、両者の間に発生する強力な乱れにより、回転運動に関する限り双方の流れがそれぞれ閉じ込められて単一の塊のようになる。また、外側の旋回流ａが自由渦となるのに対し、内側の旋回流ｂは外側の旋回流ａにより一定の角速度で強制的に回転させられる強制渦となる。
【００１７】
ここで、自由渦の中での粒子の線速度（回転速度）は、角運動量を保存するためにその渦の中心側へ移動するにつれて増加する。従って、自由渦では半径が半減するところで線速度が倍になるのに対して、一定の角速度を持つ強制渦では線速度が１／２に減少することになり、自由渦における粒子は強制渦に比較して４倍の線速度となる。
【００１８】
一方、運動エネルギは線速度の２乗に比例するために、この例では渦の半径が半減するところまで旋回移動するに際して、強制渦の中での粒子は、自由渦の中での粒子の運動エネルギの１／１６の運動エネルギを持つことになる。従って、内周通路４ａ内の外周域に自由渦による外側の旋回流ａが形成され、その内側に同一角速度で旋回する内側の旋回流ｂが形成された状態では、両旋回流ａ、ｂの運動エネルギの差が熱となって内側の旋回流ｂから外側の旋回流ａに運ばれて外側の旋回流ａの温度が内側の旋回流ｂの温度よりも高くなる。
【００１９】
このように、プレクーラ４をボルテックスチューブで構成して外側から冷却するようにした場合は、冷媒が循環供給される外周通路４ｂに面する外側に常に高温の給気が流れて効率の良い熱交換（給気冷却）が行なわれために、給気の予冷効果が高くなり、プレクーラを小型化して搭載スペースが制約される車両用エンジンの設計自由度を高くすることができる利点がある。
【００２０】
また、本実施形態ではボルテックスチューブを波形管で構成することにより、内周通路４ａを通る給気と外周通路４ｂに循環供給される冷媒の間の熱交換面積を大きくして冷却容量を大きくしているが、ボルテックスチューブは必ずしも強制循環冷却式のものに限定されない。すなわち、外周通路４ｂ内の冷媒の沸騰潜熱で冷却する沸騰冷却式のボルテックスチューブでプレクーラを構成した場合は、小型であるにも拘らず効率の高いプレクーラを構成することができるものであり、ボルテックスチューブを外気で冷却する空冷式のプレクーラを構成した場合はその重量を軽減することができる利点がある。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明は、過給機から吐出された給気をプレクーラで予冷した後に、可撓管路を介してメインクーラに供給してさらに冷却するようにしたものであるから、可撓管路およびメインクーラの熱負荷が軽減される。従って、過給機を高圧力比化しつつ従来同様の給気温度にすることが要請される場合であっても、エンジン側と車体側の相対運動を吸収するために設けられる可撓管路を高価な材料による高耐熱性の可撓管路で構成する必要性がなく、メインクーラの冷却容量も従来のインタークーラと同程度のものを使用することができるために、従来の可撓管路およびインタークーラをそのまま可撓管路およびメインクーラとして利用することができる。
また、プレクーラをボルテックスチューブで構成しているために、給気の予冷効果をより高くすることができ、プレクーラを小型化して搭載スペースが制約される車両用エンジンの設計自由度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る車載用エンジンの給気冷却装置の一実施形態を示す概略平面図である。
【図２】 プレクーラの概略断面図である。
【符号の説明】
１ 車両用エンジン
２ 過給機（排気ターボチャージャ）
３ エキゾーストマニホールド
４ プレクーラ
４ａ 内周通路
４ｂ 外周通路
５ メインクーラ
６、８ 可撓管路
７ インテークマニホールド
Claims (1)
- 過給機（２）から吐出されてインテークマニホールド（７）に供給される給気を冷却するインタークーラ（５）を備えた車載用エンジンにおいて、エンジン側に搭載されて前記過給機（２）の給気出口に給気入口を結合したプレクーラ（４）と、車体側に搭載したメインクーラ（５）でインタークーラを構成し、プレクーラ（４）の給気出口とメインクーラ（５）の給気入口の間およびメインクーラ（５）の給気出口とインテークマニホールド（７）の給気入口の間を接続する管路の少なくとも一部をそれぞれ可撓管路（６）、（８）で構成する一方、前記プレクーラ（４）をボルテックスチューブで構成したことを特徴とする車載用エンジンの給気冷却装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002083466A JP3920121B2 (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 車載用エンジンの給気冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002083466A JP3920121B2 (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 車載用エンジンの給気冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003278550A JP2003278550A (ja) | 2003-10-02 |
| JP3920121B2 true JP3920121B2 (ja) | 2007-05-30 |
Family
ID=29231239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002083466A Expired - Fee Related JP3920121B2 (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 車載用エンジンの給気冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP5029547B2 (ja) * | 2008-09-15 | 2012-09-19 | 株式会社デンソー | 吸気冷却システム |
| KR102119776B1 (ko) * | 2014-09-26 | 2020-06-09 | 현대자동차(주) | 인터쿨러 파이프의 냉각 장치 |
| JP7434682B2 (ja) | 2020-03-30 | 2024-02-21 | トキコシステムソリューションズ株式会社 | 水素充填システム |
-
2002
- 2002-03-25 JP JP2002083466A patent/JP3920121B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2003278550A (ja) | 2003-10-02 |
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