JP5228069B2 - 送気管及び過給器 - Google Patents

Description

本発明は、送気管及びその送気管を備える過給器に関する。

従来、エンジン室などの狭い空間内に送気管を配管する場合、送気管が周辺部材と干渉しないように、送気管を折り曲げる手法が広く用いられている。
例えば、特許文献１では、建設機械のエンジン室内において、エアクリーナと過給器とに連通する送気管が、過給器に近接する位置で折り曲げられている。これにより、送気管が周辺部材と干渉することが抑制されている。

特開２００６−２４０４３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の送気管は一様な円筒形状に形成されているので、送気管のうち折り曲げられた部分が周辺部材に向かって突出してしまう。そのため、送気管の配管スペースをコンパクト化するにも限界がある。
本発明は上述の状況に鑑みてなされたものであり、配管スペースをコンパクト化可能な送気管、及びその送気管を備える過給器を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る送気管は、第１端部と、第２端部と、第１端部及び第２端部に連通する矩形管部と、を有する筒状の曲管部と、第１方向に沿って第１端部から延びており、第１外径を有する円筒状の第１直管部と、第１方向と交差する第２方向に沿って第２端部から延びており、第２外径を有する円筒状の第２直管部と、を備える。前記曲管部の中心軸に垂直な切断面における曲管部の断面形状は、第１方向及び第２方向と直交する第３方向において長辺を有する矩形状である。

本発明の第１の態様に係る送気管によれば、曲管部の断面形状は、第３方向において長辺を有する矩形状である。そのため、曲管部の断面形状が円形である場合に比べて、送気管を曲管部においてコンパクトに折り曲げることができる。従って、送気管の配管スペースをコンパクト化することができる。また、曲管部の断面形状が楕円形などである場合に比べて、曲管部の強度を向上させることができる。

本発明の第２の態様に係る送気管は、本発明の第２の態様に係り、第３方向から見た場合における第１端部の外側縁は、第１曲率半径で曲がっており、第３方向から見た場合における第２端部の外側縁は、第１曲率半径とは異なる第２曲率半径で曲がっている。
本発明の第２の態様に係る送気管によれば、曲管部における折れ曲がりの自由度を向上することができる。そのため、送気管の配管スペースをコンパクト化しつつ、周辺部材との干渉を効果的に回避することができる。

本発明の第３の態様に係る送気管は、本発明の第３の態様に係り、第３方向から見た場合における第１端部と第２端部との間の矩形管部の外側縁は、矩形管部の外側縁は、直線的に延びる。
本発明の第３の態様に係る送気管によれば、矩形管部の外側縁が曲がっている場合に比べて、曲管部が周辺部材に向かって突出することを抑制できる。従って、送気管をよりコンパクトに折り曲げることができる。

本発明の第４の態様に係る送気管は、本発明の第３又は第４の態様に係り、第３方向から見た場合における曲管部の内側縁は、第１曲率半径及び第２曲率半径よりも小さい第３曲率半径で曲がっている。

本発明の第５の態様に係る送気管は、本発明の第５の態様に係り、第３曲率半径は、第２外径の４０％以上である。
本発明の第５の態様に係る送気管によれば、曲管部内における空気の進行方向が急峻に曲げられることを抑制できる。そのため、送気管から流出する空気の速度ばらつきを小さくすることができる。

本発明の第６の態様に係る過給器は、コンプレッサインペラを収容するコンプレッサハウジングと、コンプレッサ内に空気を送る吸入管と、第１乃至第６の態様のいずれかにの送気管と、を備える。第２直管部は、吸入管に連結される。

本発明によれば、配管スペースをコンパクト化可能な送気管、及びその送気管を備える過給器を提供することができる。

実施形態に係るターボ過給器１０の構成を示す斜視図である。 実施形態に係る送気管１５の構成を示す平面図である。 実施形態に係る送気管１５の径方向における断面図である。 図２の部分拡大図である。 実施例に係るシミュレーション結果を示す図である。

（ターボ過給器１０の構成）
実施形態に係るターボ過給器１０の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係るターボ過給器１０の構成を示す斜視図である。なお、図１では、ターボ過給器１０が送気管１５を介してエアクリーナ２０に接続された状態が示されている。
ターボ過給器１０は、コンプレッサハウジング１１と、吸入管１２と、タービンハウジング１３と、センターハウジング１４と、を有する。

コンプレッサハウジング１１は、図示しないコンプレッサインペラを収容する。吸入管１２は、コンプレッサハウジング１１に連結されている。吸入管１２は、送気管１５から流入する空気をコンプレッサインペラに送る。タービンハウジング１３は、図示しないタービンホイールを収容する。タービンホイールは、図示しないシャフトを介してコンプレッサインペラに連結されている。センターハウジング１４は、コンプレッサハウジング１１とタービンハウジング１３の間に配置され、シャフトを収容している。

送気管１５は、吸入管１２とエアクリーナ２０の出口管２０ａとに連結されるゴム管である。具体的に、送気管１５は、出口管２０ａに連結される出口管接続部１５１と、吸入管１２に連結される第２直管部１５４と、を有する。送気管１５の構成については後述する。
また、送気管１５は、図示しない周辺部材との干渉を回避するために、吸入管１２及び出口管２０ａそれぞれに近接する位置で折り曲げられている。

（送気管１５の構成）
実施形態に係る送気管１５の構成について、図面を参照しながら説明する。図２は、実施形態に係る送気管１５の構成を示す平面図である。図３は、実施形態に係る送気管１５（曲管部１５３を含む）の中心軸Ｃに垂直な切断面における断面図である。ただし、図２は、第１方向及び第２方向と直交する第３方向から見た場合における送気管１５の平面図である。第１方向とは、第１直管部１５２の中心線に平行な方向であり、第２方向とは、第２直管部１５４の中心線に平行な方向である。第３方向とは、図２の紙面に垂直な方向である。また、以下の説明において、外周Ｓとは、送気管１５の周方向に沿った外周のことである。

送気管１５は、出口管接続部１５１と、第１直管部１５２と、曲管部１５３と、第２直管部１５４と、によって構成されている。
出口管接続部１５１は、上述の通りエアクリーナ２０の出口管２０ａに連結される。出口管接続部１５１は、出口管２０ａからの流入する空気を受け入れる流入口Ｔ１を有する。

第１直管部１５２は、出口管接続部１５１と曲管部１５３とに連通する。第１直管部１５２は、第１方向に沿って直線的に延びる直管であり、一様な円筒状に形成されている。具体的に、第１直管部１５２は、図３（ａ）に示すように、一様な第１外径Ｒ１と一様な第１内径ｒ１とを有する。すなわち、第１直管部１５２の外周Ｓ１の曲がり方は一様である。図３（ａ）は、第１直管部１５２の径方向断面図、すなわち、図２のＡ−Ａ断面図である。

曲管部１５３は、第１直管部１５２と第２直管部１５４とに連通する。曲管部１５３は、第１直管部１５２から第２直管部１５４に向かって折り曲げられた筒状の曲管である。曲管部１５３は、第１端部１５３ａと、第２端部１５３ｂと、矩形管部１５３ｃと、を有する。第１端部１５３ａは、第１直管部１５２と矩形管部１５３ｃとに連通する。第２端部１５３ｂは、第２直管部１５４と矩形管部１５３ｃとに連通する。矩形管部１５３ｃは、第１端部１５３ａと第２端部１５３ｂとに連通する。

ここで、曲管部１５３は、一様な円筒状ではなく、第３方向において扁平に形成されている。
具体的に、第１端部１５３ａの断面形状は、図２のＢ−Ｂ断面図である図３（ｂ）に示すように、第３方向に長軸を有する略楕円形状である。具体的には、中心軸Ｃを含む平面において第３方向と直交する第４方向における第１端部１５３ａの幅Ａ１は、第１外径Ｒ１より小さく、第３方向における第１端部１５３ａの高さＢ１は、第１直管部１５２の第１外径Ｒ１と略同一である。また、第１端部１５３ａの外周Ｓ２のうち第４方向両端部は、第３方向に沿って直線状に形成されている。このように、第１端部１５３ａの断面形状は、第１直管部１５２の断面形状に比べて、第３方向において扁平である。

また、矩形管部１５３ｃの断面形状は、図２のＣ−Ｃ断面図である図３（ｃ）に示すように、第３方向に長辺を有する矩形状である。具体的には、第４方向における矩形管部１５３ｃの幅Ａ２は、第１端部１５３ａの幅Ａ１及び第２端部１５３ｂの幅Ａ３より小さく、第３方向における矩形管部１５３ｃの高さＢ２は第１外形Ｒ１と第２外径Ｒ２（＞Ｒ１）との間の大きさである。また、矩形管部１５３ｃの外周Ｓ３のうち第４方向両端部は、第３方向に沿って直線状に形成され、矩形管部１５３ｃの外周Ｓ３のうち第３方向両端部は、第４方向に沿って直線状に形成されている。このように、矩形管部１５３ｃの断面形状は、第１直管部１５２の断面形状に比べて、第３方向において扁平である。

さらに、第２端部１５３ｂの断面形状は、図２のＤ−Ｄ断面図である図３（ｄ）に示すように、第３方向に長軸を有する略楕円形状である。具体的には、第４方向における第２端部１５３ｂの幅Ａ３は、第２直管部１５４の第２外径Ｒ２より小さく、第３方向における第２端部１５３ｂの高さＢ３は、第２直管部１５４の第２外径Ｒ２と略同一である。また、第２端部１５３ｂの外周Ｓ４のうち第４方向両端部は、第３方向に沿って直線状に形成されている。このように、第２端部１５３ｂの断面形状は、第２直管部１５４の断面形状に比べて、第３方向において扁平である。
このように、曲管部１５３は、全体として第３方向において扁平に形成されているが、一様に扁平に形成されているものではない。曲管部１５３は、第１端部１５３ａにおいて円筒状から矩形状に徐々に変形されるとともに、第２端部１５３ｂにおいて矩形状から円筒状に徐々に変形されている。

第２直管部１５４は、上述の通り吸入管１２に連結される。第２直管部１５４は、空気が流出する流出口Ｔ２を有する。第２直管部１５４は、第２方向に沿って直線的に延びる直管であり、一様な円筒状に形成されている。具体的に、第２直管部１５４は、図３（ｅ）に示すように、一様な第２外径Ｒ２（＞Ｒ１）と一様な第２内径ｒ２（＞ｒ１）とを有する。すなわち、第２直管部１５４の外周Ｓ４の曲がり方は、第１直管部１５２の外周Ｓ１と同様、曲管部１５３の外周（外周Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を含む）の曲がり方よりも急である。図３（ｅ）は、図２のＥ−Ｅ断面図である。

（曲管部１５３における折れ曲がり）
実施形態に係る曲管部１５３における折れ曲がりについて、図面を参照しながら説明する。図４は、図２の部分拡大図であり、第３方向から見た場合における曲管部１５３の平面図である。なお、以下の説明において、外側縁Ｐとは、送気管１５の延在方向に沿った外側縁のことある。

第１端部１５３ａの外側縁Ｐ１は、中心点Ｘ１を中心として第１曲率半径Ｙ１で曲がっている。第２端部１５３ｂの外側縁Ｐ２は、中心点Ｘ２を中心として第２曲率半径Ｙ２で曲がっている。矩形管部１５３ｃの外側縁Ｐ３は、直線的に延びており、曲がっていない。本実施形態において、第１曲率半径Ｙ１は、第２曲率半径Ｙ２とは異なる曲率半径であり、第２曲率半径Ｙ２よりも大きい。

また、曲管部１５３の内側縁Ｑは、中心点Ｘ３を中心として第３曲率半径Ｙ３で曲がっている。本実施形態において、第３曲率半径Ｙ３は、第１曲率半径Ｙ１及び第２曲率半径Ｙ２よりも小さい。また、第３曲率半径Ｙ３は、第１直管部１５２及び第２直管部１５４の第２外径Ｒ２の４０％以上である。

（送気管１５の製造方法）
まず、組立型のチューブ内側に分割可能な中子をセットする。次に、チューブゴムを押し出して組立型に挿入する。次に、挿入されたチューブゴムに補強材をラッピングして加硫する。最後に、組立型を分解した後、中子を分割しながら抜き取る。

（作用及び効果）
（１）実施形態に係る送気管１５において、曲管部１５３の断面形状は、第３方向において長辺を有する矩形状である。そのため、曲管部１５３の断面形状が円形である場合に比べて、送気管１５を曲管部１５３においてコンパクトに折り曲げることができる。従って、送気管１５の配管スペースをコンパクト化することができる。また、曲管部１５３の断面形状が楕円形などである場合に比べて、曲管部１５３の強度を向上させることができる。このような効果は、ターボ過給器１０の吸入力によって内部で負圧が発生する送気管１５において特に有用である。

（２）第１端部１５３ａの外側縁Ｐ１に係る第１曲率半径Ｙ１は、第２端部１５３ｂの外側縁Ｐ２に係る第２曲率半径Ｙ２とは異なっている。そのため、曲管部１５３における折れ曲がりの自由度を向上することができる。そのため、送気管１５の配管スペースをコンパクト化しつつ、周辺部材との干渉を効果的に回避することができる。
（３）矩形管部１５３ｃの外側縁Ｐ３は、直線的に延びている。そのため、矩形管部１５３ｃの外側縁Ｐ３が曲がっている場合に比べて、曲管部１５３が周辺部材に向かって突出することを抑制できる。従って、送気管１５をよりコンパクトに折り曲げることができる。

（４）曲管部１５３の内側縁Ｑは、第１曲率半径Ｙ１及び第２曲率半径Ｙ２よりも小さい第３曲率半径Ｙ３で曲がっている。第３曲率半径Ｙ３は、第２直管部１５４の第２外径Ｒ２の４０％以上である。
このように、第３曲率半径Ｙ３を第２外径Ｒ２の４０％以上に設定することによって、曲管部１５３内における空気の進行方向が急峻に曲げられることを抑制できる。そのため、送気管１５の流出口Ｔ２から流出する空気の速度ばらつきを小さくすることができる。従って、コンプレッサハウジング１１内のコンプレッサインペラにおけるハンチングを抑えられるので、コンプレッサインペラが損傷することを抑制できる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（Ａ）上記実施形態において、送気管１５は、ゴム管であることとしたが、これに限られるものではない。送気管１５は、例えば鋳型によって形成される鋳造品であってもよい。

（Ｂ）上記実施形態において、送気管１５は、ターボ過給器１０に設けられるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、送気管１５は、スーパーチャージャー式の過給器、ディーゼル微粒子捕集フィルター（Diesel particulate filter）処理装置、選択還元触媒（Selective Catalytic Reduction）処理装置などに設けられていてもよい。
（Ｃ）上記実施形態において、送気管１５は、吸入管側に設けられるものとしたが、これに限られるものではない。送気管１５は、排気管側に設けられていてもよい。

（Ｄ）上記実施形態において、第１直管部１５２の第１外径Ｒ１は第２直管部１５４の第２外径Ｒ２より大きく、第１直管部１５２の第１内径ｒ１は第２直管部１５４の第２内径ｒ２より大きいこととしたが、これに限られるものではない。第１外径Ｒ１は、第２外径Ｒ２より小さくても、また、同じであってもよい。同様に、第１内径ｒ１は、第２内径ｒ２より小さくても、また、同じであってもよい。

実施例に係る送気管と従来例に係る送気管それぞれをターボ過給器に適用した場合において、コンプレッサインペラに当たる空気の速度ばらつきをシミュレーションした。なお、従来例に係る送気管としては、一様な外径を有する円筒管を用いた。
図５（ａ）は、実施例に係る送気管を適用した場合におけるシミュレーション結果である。図５（ｂ）は、従来例に係る送気管を適用した場合におけるシミュレーション結果である。図５に示すように、実施例に係る送気管によれば、従来例に係る送気管に比べて、空気の速度ばらつき（最大流速と最小流速との差）を１／２程度まで小さくできることが判った。従って、上記実施形態に係る送気管１５によれば、安定した空気の供給が行えることが確認された。

本発明によれば、配管スペースをコンパクト化可能な送気管を提供できるので、配管分野において有用である。

１０ ターボ過給器
１１ コンプレッサハウジング
１２ 吸入管
１３ タービンハウジング
１４ センターハウジング
１５ 送気管
１５１ 出口管接続部
１５２ 第１直管部
１５３ 曲管部
１５３ａ 第１端部
１５３ｂ 第２端部
１５３ｃ 矩形管部
１５４ 第２直管部
２０ エアクリーナ
２０ａ 出口管
Ｓ 送気管１５の周方向に沿った外周縁
Ｐ 送気管１５の延在方向に沿った外側縁
Ｑ 曲管部１５３の延在方向に沿った内側縁
Ａ 第４方向における幅
Ｂ 第３方向における高さ
Ｃ 送気管１５の中心軸

Claims (5)

1. 第１端部と、第２端部と、前記第１端部及び前記第２端部に連通する矩形管部と、を有する筒状の曲管部と、
   第１方向に沿って前記第１端部から延びており、第１外径を有する円筒状の第１直管部と、
   前記第１方向と交差する第２方向に沿って前記第２端部から延びており、第２外径を有する円筒状の第２直管部と、
   を備え、
   前記曲管部の中心軸に垂直な切断面における前記矩形管部の断面形状は、前記第１方向及び前記第２方向と直交する第３方向において長辺を有する矩形状であり、
   前記第３方向から見た場合における前記第１端部の外側縁は、第１曲率半径で曲がっており、
   前記第３方向から見た場合における前記第２端部の外側縁は、前記第１曲率半径とは異なる第２曲率半径で曲がっている、
   送気管。
2. 前記第３方向から見た場合における前記矩形管部の外側縁は、直線的に延びる、
   請求項１に記載の送気管。
3. 前記第３方向から見た場合における前記曲管部の内側縁は、前記第１曲率半径及び前記第２曲率半径よりも小さい第３曲率半径で曲がっている、
   請求項１又は２に記載の送気管。
4. 前記第３曲率半径は、前記第２外径の４０％以上である、
   請求項３に記載の送気管。
5. コンプレッサインペラを収容するコンプレッサハウジングと、
   前記コンプレッサ内に空気を送る吸入管と、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の送気管と、
   を備え、
   前記第２直管部は、前記吸入管に連結される、
   過給器。

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