JP5968431B2 - 熱伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用の熱伝達装置であって、アウタケーシングとインナケーシングとが設けられており、該インナケーシングは、冷却されるべき流体が通流可能な内側の通路を、前記インナケーシングと前記アウタケーシングとの間に形成された外側の冷却媒体通路から隔てる隔壁を有しており、該隔壁から、冷却されるべき流体が通流可能な通路内に延びるリブが設けられており、前記インナケーシングの前記隔壁の外側の表面に形成された凹部が設けられており、前記アウタケーシングの、前記冷却媒体通路に面した内壁から、前記冷却媒体通路の横断面積がほぼ一定になるように前記隔壁の凹部に向かって延びる突出部が設けられている、内燃機関用の熱伝達装置に関する。

このような熱交換器は、例えば内燃機関において冷却器として使用される。この場合、例えば排気ガスの冷却用や、チャージエアの冷却用の用途が知られている。両方の場合において、前記冷却は、燃焼過程の改良延いては有害物質による排気ガスの汚染の低下に役立つ。

熱交換器や、特にダイカストから製造された熱交換器を、互いに内外に配置された複数のシェルから製造することは公知であり、これらのシェルからは複数のリブが、特に冷却されるべき流体が通流する通路内に延びている。この場合、一般に基板（この基板からリブが延びている）が、冷却媒体通路と、一般にガスを案内する通路との間の隔壁として用いられる。

効率を高め且つ鋳造過程を容易にするために、インナケーシングの隔壁を波形に形成することが公知であり、これにより、鋳造過程における液状金属の流れが改良され且つ熱伝達用の表面積が増大されることになる。

更に、ＤＥ１０２００７００８８６５Ｂ３から、隔壁に凹部が設けられているような熱交換器の場合、アウタケーシングの内壁に対応する突出部が一緒に鋳造されることにより、ほぼ一定の冷却媒体用ギャップが生じるように、アウタケーシングを鋳造することが公知である。このようにして、冷却媒体の主流れ方向に対して横方向の横断面内に、一様でない通流を招いて熱交換器内に比較的低温の領域と比較的高温の領域とを発生させる恐れのある種々様々な流れ抵抗が生ぜしめられる、ということが阻止される。

しかしこのことは、材料の集積が生じることにより、アウタケーシングの重量が増大する、という欠点を有している。更に、ケーシング部分は頻繁に高圧にさらされており、この高圧に基づき、所要の強度は比較的薄い壁厚さでは達成されない。

したがって、できるだけ高い強度を有すると同時に、小さな重量のアウタケーシングを有する熱交換器を提供するという課題が課されている。この場合、冷却媒体ジャケットにおける一様な流れ抵抗が保持され続けることが望ましい。

この課題は、独立請求項の特徴部に記載の構成を有する熱交換器により解決される。

アウタケーシングの内壁に設けられた突出部が、アウタケーシングのビードによって形成されていることにより、所要の材料量が減少されると同時に、ビードにより強度が高められ、且つ重量が低下される。形成は、例えば砂型鋳造で行うことができる。同時に、一様な通流部を備えた冷却媒体通路が製造されるので、冷却器の良好な効率が得られると共に、内燃機関の低下された燃料消費量が低い重量に基づいて得られる。

好適には、凹部はそれぞれリブ脚部の間に形成されており、これにより、冷却面積が拡大されるので、効率もやはり改善される。

これに対して択一的な構成では、凹部はそれぞれリブ脚部に形成されている。このことは、鋳造時の液状の金属の流れの改善に基づき、製造を簡単にする。一様な組織を有する鋳造部品が生ぜしめられることにより、強度もやはり改善される。

本発明の特に好適な構成では、リブは流れ方向に沿って順次列状に配置されており、この場合、相前後する列のリブは、互いにずらされて、つまりオフセットされて配置されており、ビードは、このオフセットに対応するように形成されている。このようにすると、境界層が剥離されて、冷却されるべき流体が通流する通路内での、冷却されるべき流体の良好な混合が保証され、これが効率を改善する。ビードを相応に形成することにより、この構成でも冷却媒体通路の横断面内に一様な通流が生ぜしめられ、これにより、冷却媒体通路内の冷却媒体の流れ速度無しのデッドスペースが阻止されて、効率もやはり改善される。

好適な構成では、インナケーシングの、冷却媒体通路に面した表面と、アウタケーシングの、冷却媒体通路に面した内壁とは不変に形成されているので、冷却流体が通流する通路内で横断面が飛躍的に変化することはなく、これにより、新たな圧力損失が低下され且つ死水領域が回避される。よって、低出力の冷却媒体ポンプを使用することができる。

インナケーシングがダイカスト法で製造されており且つアウタケーシングが砂型鋳造法で製造されていると、特別な利点が得られる。つまり、熱交換器を少数のケーシング部材から形成して廉価に製造することができる。

熱伝達装置のこのような構成により、強度が改善され且つ材料消費が減少されると共に、冷却効率が少なくとも保持され得る。重量の低下に基づき、原料用の費用が節約され且つ燃料消費量が低下される。

本発明による熱伝達装置の１つの実施形態を図面に示し、以下に説明する。

本発明による熱伝達装置を斜め上から見て立体的に示した図である。 図１に示した本発明による熱伝達装置のヘッド側を断面して示した図である。

図示の熱伝達装置は、アウタケーシング２から成っており、このアウタケーシング２内には、上部シェル６と下部シェル８の２つの部分から成るインナケーシング４が配置されていて、上部シェル６と下部シェル８とは摩擦攪拌溶接により互いに結合されている。

例えばそれぞれダイカスト法で製造されたインナケーシング４の上部シェル６及び下部シェル８は、それぞれ隔壁１０を有していて、この隔壁１０からは複数のリブ１２が、横断面で見て交互に上部シェル６と下部シェル８とから、インナケーシング４の内部の、冷却されるべき流体が通流可能な通路１４内へ延びている。前記流体は、例えば内燃機関の排気ガスであってよい。

インナケーシング４は、このインナケーシング４とアウタケーシング２との間に冷却媒体が通流可能な冷却媒体通路１６が形成されるように、アウタケーシング２に挿入されており、冷却媒体通路１６は、隔壁１０によって、冷却されるべき流体が通流可能な通路１４から隔てられている。インナケーシング４は、フランジ結合部１８を介してアウタケーシング２と密に結合されるので、冷却媒体通路１６は、閉じられた冷却媒体ジャケットとして形成されることになる。

冷却されるべき流体が通流可能な通路１４は、熱伝達装置のヘッド側の流入部２０から、熱伝達装置の反対側の流出部２２まで延びている。通路１４は、中間壁２４によって２つの部分通路２６，２８に分割されており、この場合、第１の部分通路２６は、内燃機関の第１のシリンダ群の排気マニホールドに接続されており、第２の部分通路２８は、第２のシリンダ群の排気マニホールドに接続されている。この分割によって、吐出される個々の排気パルス間の干渉が阻止され、これにより、下流側に接続される逆止フラップを使用した場合に、総質量流量を高めることができる。

この場合、中間壁２４は、下部シェル８の隔壁１０から、上部シェル６の隔壁１０に形成された、対向位置する溝３０内まで、一貫して延びている。中間壁２４は、隔壁１０を貫通して溝３０内で摩擦攪拌溶接により固定され、これにより、中間壁２４からの溢流が阻止されると同時に、既存の投影面を二分することによってインナケーシング４の安定性が著しく高められる。

更に、インナケーシング４の下部シェル８の隔壁１０と、上部シェル６の隔壁１０の両方共が、外側の波形の表面３２を有していることが認められる。この波形の表面３２は、相前後するリブ列３８のリブ脚部３６間の凹部３４によって得られる。リブ列３８の間に長手方向に位置する前記表面３２の領域において、凹部３４は、この領域にわたって延在する１つのオフセット（ずれ）４０を示しているに過ぎないので、同様に前のリブ列３８に対してずらされて配置された次のリブ列３８が始まると、リブ脚部３６の間の中間室に、新たに凹部３４が配置されることになる。

例えば砂型鋳造法で製造されたアウタケーシング２は内壁４２を有していて、この内壁４２は、インナケーシング４の凹部３４に対応するように形成されている。つまり、リブ脚部３６間の各凹部３４に、突出部４４が突入しており、これにより、アウタケーシング２の内壁４２に対するインナケーシング４の表面３２の間隔は、どこでもほぼ同じになっている。その結果、通流横断面積は、流れ方向に沿って見ても、流れ方向に対して垂直な方向に沿って見ても、どこでもほぼ同じになっている。このようにして、一様な熱放出を伴う一定の冷却媒体流が達成される。それというのも、一定の流れ抵抗に基づいて死水領域が概ね排除され得るからであり、これによりやはり、極めて良好な冷却効率が達成される。

突出部４４は、本発明ではビード４６により、つまり、剛性を高めるためにアウタケーシング２の外壁５０に設けられた溝状の凹部４８により形成される。後からビード４６が形成される場合は、その都度反対の側に、つまり内壁４２に、材料の押退けに基づき突出部４４が生ぜしめられる。もちろん、このビード形状は、鋳造過程において直接に形成することもでき、これによりやはり剛性の向上が、所要材料の増大無しで達成される。つまり、十分な強度を備えた薄壁のアウタケーシング２を形成することができる。この場合、ビードの延在部は、インナケーシング４の外側の表面３２に設けられた凹部３４に沿っている。

図１から判るように、アウタケーシング２には付加的に、冷却媒体流入管片５２と、フランジ状の冷却媒体流出部５４とが形成されている。

このように構成された熱伝達装置は、冷却媒体の一様な通流に基づいて、良好な効率を有していると同時に、少ない材料消費で廉価に製造され得る。低減された重量に基づいて、内燃機関において使用する場合には燃料を節約することができる。

説明した実施形態に保護範囲が限定されてはいないことは明白である。特にアウタケーシングは、砂型鋳造から製造される代わりに、例えば金属薄板から製造されて、後からビードが設けられてよい。更に、インナケーシングの凹部を、それぞれリブ脚部に形成することが可能であり、これにより、鋳造性が著しく改良される。また、異なるケーシング部材の別の分割を行うこと、特に結合平面をずらすことも、もちろん可能である。別の構造的な変更も、やはり考えられる。

Claims (3)

1. 内燃機関用の熱伝達装置であって、
   アウタケーシング（２）と、
   インナケーシング（４）とが設けられており、該インナケーシング（４）は、冷却されるべき流体が通流可能な内側の通路（１４）を、前記インナケーシング（４）と前記アウタケーシング（２）との間に形成された外側の冷却媒体通路（１６）から隔てる隔壁（１０）を有しており、
   該隔壁（１０）から、冷却されるべき流体が通流可能な前記通路（１４）内へ延びるリブ（１２）が設けられており、
   前記インナケーシング（４）の前記隔壁（１０）の外側の表面（３２）に形成された凹部（３４）が設けられており、
   前記アウタケーシング（２）の、前記冷却媒体通路（１６）に面した内壁（４２）から、前記冷却媒体通路（１６）の横断面積がほぼ一定になるように前記隔壁（１０）の凹部（３４）に向かって延びる突出部（４４）が設けられている、内燃機関用の熱伝達装置において、
   前記アウタケーシング（２）の内壁（４２）に設けられた突出部（４４）が、前記アウタケーシング（２）のビード（４６）によって形成されており、
   前記凹部（３４）は、それぞれリブ脚部（３６）の間に形成されていることを特徴とする、内燃機関用の熱伝達装置。
2. 前記リブ（１２）は、冷却されるべき流体の流れ方向に沿って順次列状に配置されており、相前後するリブ列（３８）のリブ（１２）は、互いにオフセットされて配置されており、このオフセット（４０）に対応するように前記ビード（４６）が形成されている、請求項１記載の熱伝達装置。
3. 前記インナケーシング（４）の、前記冷却媒体通路（１６）に面した表面（３２）と、前記アウタケーシング（２）の、前記冷却媒体通路（１６）に面した内壁（４２）とは、前記表面（３２）と前記内壁（４２）の形状が飛躍的に変化しないように形成されている、請求項１又は２記載の熱伝達装置。

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