JP5682541B2 - 吸気冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、インテークマニホールド（以下、インマニと称す）に装着されたインタークーラの一部がシリンダヘッド内に挿入配置される吸気冷却装置に関する。

インマニに設けられるサージタンクの内部に、水冷式のインタークーラを配置する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
このように、サージタンクの内部にインタークーラを配置することで、エンジンに吸い込まれる吸気を冷却することができるとともに、インタークーラの搭載スペースを確保することができる。

しかしながら、サージタンク内にインタークーラを装着する技術は、サージタンクの下流側（インマニの分岐管やシリンダヘッドの吸気ポート）で受熱し、エンジン燃焼室に到達する吸気温度が上昇する問題がある。

この問題点を解決する手段として、インマニに装着したインタークーラの一部をインマニからシリンダヘッド側へ膨出させ、インマニから膨出するエンジン挿入部（インタークーラの一部）をシリンダヘッド内に挿入することで、エンジン燃焼室に到達する吸気の温度上昇を抑える技術が考えられる（周知の技術ではない）。

しかしながら、インマニからインタークーラの一部を吸気下流側へ膨出させる場合、インタークーラをインマニの側面から横方向へ挿入して組付けることができなくなる（特許文献２参照）。
そこで、インタークーラをインマニに組付けるには、図６に示すように、分割したインマニ２でインタークーラ３を挟み付ける必要がある。

しかしながら、インマニ２を分割して設けることで、部品点数が増大するとともに、分割したインマニ２の組付け工数が増大し、コストアップと生産性の低下を招く不具合があった。

独国特許出願公開第１０３ ３２ ９８９号明細書 国際公開第２００９／００３５６２号パンフレット

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、インマニに装着されたインタークーラの一部がシリンダヘッド内に配置される吸気冷却装置において、インマニを分割することなくインタークーラをインマニに装着できる吸気冷却装置の提供にある。

〔請求項１の手段〕
インタークーラの一部（エンジン挿入部）がシリンダヘッドの内部に挿入配置される。これにより、インタークーラによってシリンダヘッドの内部の吸気まで冷やすことができ、エンジン燃焼室に到達する吸気温度を低く抑えることができる。
請求項１の手段のインマニは、インマニを通過した吸気をシリンダヘッドの吸気ポートへ導くとともに、インタークーラをインマニ内に組み入れる吸気出口穴を備える。さらに、インマニは、吸気出口穴に直交する位置に配管取出穴を備える。

このように設けることにより、次の２工程でインタークーラをインマニに組付けることができる。
（ｉ）先ず、配管ジョイントを吸気出口穴に挿入し（図４の矢印α参照）、インマニ内から配管ジョイントを配管取出穴に挿入する（以下、挿入工程と称す）。
（ｉｉ）続いて、配管取出穴に挿入した配管ジョイントを起点にインタークーラを回転させて（図４の矢印β参照）、インタークーラの本体（吸気を冷やす部分）を吸気出口穴に挿入する（以下、回転工程と称す）。

このように、インマニを分割することなく、インタークーラをインマニに組付けることができるため、部品点数を抑え、組付け工数を抑えることができる。
これにより、インマニに装着されたインタークーラの一部がシリンダヘッド内に挿入配置される吸気冷却装置のコストを抑え、生産性を高めることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の吸気冷却装置は、エンジン挿入部がインマニから膨出して吸気ポート内に挿入される。
このため、エンジン燃焼室に近い部位まで吸気を冷やすことができ、燃焼室に到達する吸気温度をより低く抑えることができる。

〔請求項３の手段〕
配管ジョイントにおける水タンクは、外形形状がＬ字形（段付き形状、略Ｌ字形のへこみ部を有する形状）に設けられる。
これにより、回転工程時に、Ｌ字形のへこみ部を起点としてインタークーラを回転させることで、回転工程時におけるインタークーラの回転幅（図４の符合Ｗ参照）を抑えることができる。このため、吸気出口穴の開口幅（図４の符合Ａ参照）を小さく設けることができる。

〔請求項４の手段〕
「インマニとシリンダヘッドの間」および「インマニと配管ジョイントの間」を、第１ガスケットおよび第２ガスケットによりシールする。
第１、第２ガスケットにより外気に対するシール性を確保できる。

エンジン吸気側の断面図である。 （ａ）インマニの吸気出口側の端部を示す斜視図、（ｂ）インタークーラが装着されたインマニの吸気出口側の端部を示す斜視図である。 インタークーラが装着されたインマニの吸気出口側の断面図である。 （ａ）組付け前のインマニの一部とインタークーラの説明図、（ｂ）インマニに対するインタークーラの組付け説明図である。 （ａ）第１ガスケットの説明図、（ｂ）第２ガスケットの説明図である。 （ａ）、（ｂ）インマニとインタークーラの組付け説明図である。

図面を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
吸気冷却装置は、エンジン１の各気筒に吸気を分配供給するインマニ２に装着されて、インマニ２からエンジン１に吸引される吸気を冷却する水冷式のインタークーラ３を具備する。
この実施形態の吸気冷却装置は、インタークーラ３の一部がインマニ２より膨出してエンジン１のシリンダヘッド４内（具体的には吸気ポート５内）に挿入配置される。
そして、インマニ２は、インマニ２を通過した吸気をシリンダヘッド４の吸気ポート５へ導くとともに、インタークーラ３をインマニ２内に組み入れる吸気出口穴６を備える。 さらに、インマニ２は、吸気出口穴６と直交する位置に配管ジョイント７をインマニ２の外部に露出させる配管取出穴８を備える。

以下において本発明の具体例（実施例）を、図面（図１〜図５）を参照して説明する。以下の実施例は具体的な一例を示すものであって、本発明が実施例に限定されないことはいうまでもない。
なお、以下の実施例において、上記「発明を実施するための形態」と同一符号は関連物を示すものである。

この実施例では、理解補助のため、図２に示すように、
・インマニ２の吸気下流側の端部（シリンダヘッド４に装着される部位）における長手方向をｘ方向、
・このｘ方向に直交する吸気の流れ方向をｙ方向、
・上記ｘ方向およびｙ方向のそれぞれに直交する方向をｚ方向、
と称して実施例を説明する。

吸気冷却装置は、エンジン１により走行する自動車に搭載される。
この自動車は、エンジン１に導かれる吸気を加圧する吸気過給機（ターボチャージャ、スーパーチャージャ等）を搭載する。
そして、この実施例の吸気冷却装置は、吸気過給機のコンプレッサによって圧縮されて高圧になり温度上昇した吸気を強制的に冷却する。

吸気冷却装置は、エンジン１の各気筒に吸気を分配供給するインマニ２に水冷式のインタークーラ３を装着したものであり、インマニ２からエンジン１の各気筒に吸引される吸気を冷却するように設けられている。
なお、インタークーラ３に供給される冷却水は、車両走行風を受ける部位（車両のフロントグリルの内部等）に搭載された放熱器（ラジエータ）と、インタークーラ３とを循環するものであり、冷却水の循環経路には、冷却水を循環駆動するためのウォータポンプが設けられている。また、冷却水は、エンジン冷却水と共用で用いられるものであっても良いし、エンジン冷却水とは異なる循環系の冷却水であっても良い。

ここで、図２（ａ）はインマニ２の吸気下流側の端部（インマニ２の一部）を示し、図２（ｂ）はインタークーラ３が装着されたインマニ２の吸気下流側の端部を示す。
この実施例の吸気冷却装置は、図１〜図３に示すように、インマニ２に装着されたインタークーラ３の一部がインマニ２から膨出してシリンダヘッド４の吸気ポート５内に挿入配置される。

具体的に、この実施例のインタークーラ３は、２気筒毎に設けられるものであり、ｚ方向から見てコ字形を呈するクーラ本体９に配管ジョイント７を設けたものである。

このクーラ本体９は、
・インマニ２から膨出して吸気ポート５内に挿入される２つのエンジン挿入部９ａ（ｙ方向に延びる部分）と、
・インマニ２内に配置されて２つのエンジン挿入部９ａを連結するインマニ挿入部９ｂ（ｘ方向に延びる部分）と、
からなるコ字形を呈する。

さらに具体的なクーラ本体９の一例を説明する。
この実施例のクーラ本体９は、積層型熱交換器であり、内部を冷却水が流れる板状チューブ（２枚のコ字形のプレートを接合して設けられる冷却水の通路部材）と、薄板を波板状に設けたコルゲートフィンとを交互に積層してろう付け等で接合したものであり、板状チューブ内を流れる冷却水とコルゲートフィンを通過する吸気との熱交換を行って、吸気の冷却を行うものである。

配管ジョイント７は、クーラ本体９の側面（インマニ挿入部９ｂにおけるｘ方向の端）に接合されるものであり、インタークーラ３がインマニ２に装着された状態において、配管ジョイント７の一部（具体的には、後述する水タンク７ａの一部、入口パイプ７ｂ、出口パイプ７ｃ）がインマニ２の側面よりインマニ２の側面方向（ｘ方向）に露出配置されるものである。

具体的に配管ジョイント７は、積層型熱交換器のろう付け時において同時に接合されるものであり、
・インマニ挿入部９ｂにおけるｘ方向の端に接合される水タンク７ａと、
・この水タンク７ａにおけるｘ方向の端に接合され、ｘ方向へ延びる入口パイプ７ｂと、・水タンク７ａにおけるｘ方向の端に接合され、ｘ方向へ延びる出口パイプ７ｃと、
を備えて構成される。

水タンク７ａは、内部に仕切りが設けられており、入口パイプ７ｂに供給された冷却水を積層型熱交換器を構成する各板状チューブの冷却水入口に分配供給するとともに、各板状チューブを通過した冷却水を収集して出口パイプ７ｃに導くものである。
入口パイプ７ｂは、外部（冷却水を循環経路）から冷却水の供給を受ける接続部である。
出口パイプ７ｃは、クーラ本体９を通過した冷却水を循環経路に戻す接続部である。

次に、インマニ２に対するインタークーラ３の組付けについて説明する。
この実施例の吸気冷却装置では、「１つの水冷式のインタークーラ３」をインマニ２に装着する手段として、「１つの吸気出口穴６」と「１つの配管取出穴８」を用いるものである。

ここで、図２に示すインマニ２は、４つの吸気ポート５に吸気を分配供給するものであり、図２に示すインマニ２には、２つの水冷式のインタークーラ３が装着される。
このため、この実施例のインマニ２には、「２つの水冷式のインタークーラ３」をインマニ２に装着する手段として、「２つの吸気出口穴６」と「２つの配管取出穴８」が設けられている。

吸気出口穴６は、インマニ２におけるｙ方向の端面（シリンダヘッド４の取付面）に形成されて、インマニ２を通過した吸気をシリンダヘッド４の吸気ポート５へ導く開口穴であり、且つインタークーラ３をインマニ２内に組み入れるための開口穴である。

配管取出穴８は、吸気出口穴６と直交するインマニ２のｘ方向の端面（インマニ２の側面）に形成された開口穴であり、配管ジョイント７が挿入配置されて、配管ジョイント７の一部（具体的には、水タンク７ａの一部、入口パイプ７ｂ、出口パイプ７ｃ）をインマニ２の外部に露出させるものである。

実際にインタークーラ３をインマニ２に組付ける際は、図４（ｂ）の矢印αに示すように、先ず、配管ジョイント７を吸気出口穴６に挿入し、インマニ２の内部から配管ジョイント７を配管取出穴８に挿入する（挿入工程）。
続いて、図４（ｂ）の矢印βに示すように、配管取出穴８に挿入した配管ジョイント７を起点にインタークーラ３を回転させて、クーラ本体９を吸気出口穴６に挿し入れる（回転工程）。
以上の２工程により、インマニ２に対するインタークーラ３の組付けが完了する。

（実施例の効果１）
この実施例の吸気冷却装置では、上述したように、インタークーラ３を吸気出口穴６からインマニ２に挿し入れ、挿入工程と回転工程の連続した２工程のみでインタークーラ３をインマニ２に組付けることができる。
このように、インマニ２を分割することなく、インタークーラ３をインマニ２に容易に組付けることができるため、部品点数を抑え、組付け工数を抑えることができる。
このため、インマニ２に装着されたインタークーラ３の一部がシリンダヘッド４内に挿入配置される吸気冷却装置のコストを抑え、生産性を高めることができる。

（実施例の効果２）
この実施例の吸気冷却装置では、上述したように、エンジン挿入部９ａがインマニ２から膨出して吸気ポート５内に挿入される。
このため、エンジン燃焼室に近い部位まで吸気を冷やすことができ、燃焼室に供給する吸気温度をより低く抑えることができる。

（実施例の効果３）
この実施例の吸気冷却装置では、配管ジョイント７の水タンク７ａの外形形状を、Ｌ字形に設けている。
Ｌ字形を成すへこみ部γは、図４（ｂ）に示すように、回転工程時に吸気出口穴６の端部（開口縁）に当接して、回転工程時にインタークーラ３の回転の起点になる部分である。

このため、回転工程時に、Ｌ字形のへこみ部γを起点としてインタークーラ３を回転させることで、回転工程時におけるインタークーラ３の回転幅Ｗ（回転中心から回転外側までの幅）を抑えることができる。これにより、吸気出口穴６におけるｘ方向の開口幅Ａを小さく設けることができる。

（実施例の効果４）
この実施例の吸気冷却装置は、インマニ２とシリンダヘッド４の間が、インマニ２とシリンダヘッド４の間に介在された第１ガスケット１１によりシールされる。
具体的に、図５（ａ）に示すように、シリンダヘッド４の取付面（インマニ２のｙ方向の端面）には、吸気出口穴６を囲む位置に第１ガスケット１１が設けられ、インマニ２をシリンダヘッド４に押し付けることで、インマニ２とシリンダヘッド４の間がシールされ、外気に対するシール性を確保することができる。

また、この実施例の吸気冷却装置では、インマニ２と配管ジョイント７の間が、インマニ２と配管ジョイント７の間に介在された第２ガスケット１２によりシールされる。
具体的に、図５（ｂ）に示すように、配管取出穴８の内周面には、第２ガスケット１２が設けられ、配管ジョイント７の水タンク７ａが配管取出穴８に挿し入れられることで、インマニ２と水タンク７ａの間がシールされ、外気に対するシール性を確保することができる。

１ エンジン
２ インテークマニホールド
３ インタークーラ
４ シリンダヘッド
５ 吸気ポート
６ 吸気出口穴
７ 配管ジョイント
７ａ 水タンク
８ 配管取出穴
９ クーラ本体
９ａ エンジン挿入部
１１ 第１ガスケット
１２ 第２ガスケット
γ 水タンクにおいてＬ字形を成す部位のへこみ部

Claims (4)

1. 吸気の分配を行うインテークマニホールド（２）に装着された水冷式のインタークーラ（３）の一部がエンジン（１）のシリンダヘッド（４）内に挿入配置される吸気冷却装置において、
   前記インタークーラ（３）において前記シリンダヘッド（４）内に配置される箇所をエンジン挿入部（９ａ）とし、前記インタークーラ（３）において冷却水の給排水を行う箇所を配管ジョイント（７）とした場合、
   前記インテークマニホールド（２）は、
   このインテークマニホールド（２）を通過した吸気を前記シリンダヘッド（４）の吸気ポート（５）へ導くとともに、前記インタークーラ（３）を前記インテークマニホールド（２）内に組み入れる吸気出口穴（６）を備えるとともに、
   この吸気出口穴（６）と直交する位置に、前記配管ジョイント（７）を前記インテークマニホールド（２）の外部に露出させる配管取出穴（８）を備えることを特徴とする吸気冷却装置。
2. 請求項１に記載の吸気冷却装置において、
   前記エンジン挿入部（９ａ）は、前記インテークマニホールド（２）から膨出して前記吸気ポート（５）内に挿入されることを特徴とする吸気冷却装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の吸気冷却装置において、
   前記配管ジョイント（７）は、冷却水の分配および収集を行う水タンク（７ａ）を有し、この水タンク（７ａ）は、外形形状がＬ字形に設けられることを特徴とする吸気冷却装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の吸気冷却装置において、
   前記インテークマニホールド（２）と前記シリンダヘッド（４）の間は、前記インテークマニホールド（２）と前記シリンダヘッド（４）の間に介在された第１ガスケット（１１）によりシールされ、
   前記インテークマニホールド（２）と前記配管ジョイント（７）の間は、前記インテークマニホールド（２）と前記配管ジョイント（７）の間に介在された第２ガスケット（１２）によりシールされることを特徴とする吸気冷却装置。

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