JP6273617B2 - 吸気管における給気冷却器の配置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気管における給気冷却器の配置であって、前記給気冷却器が給気の流通可能な冷却器ブロックを有し、かつ前記吸気管が第１の開口部を有していて、この開口部を通じて前記給気冷却器が前記吸気管内へ挿入可能である配置に関する。

過給エンジンでは、給気の冷却のために給気冷却器が用いられる。これを用いる必要があるのは、吸気がターボチャージャ内での圧縮により加熱されるからである。この加熱により吸気密度の低下が生じ、このことはまた、燃焼室への給気における酸素含有量の減少につながる。

給気冷却器による冷却は、圧縮の場合とは逆に吸気密度の増大を引き起こし、その結果、内燃機関の燃焼室内へ高密度の吸気が供給される。燃焼のために必要とされる酸素の含有量は、高密度の空気中で特に高くなる。

吸気の冷却によって可能な限り大きな効果を得ることができるように、給気冷却器を可能な限り入口弁の近くに配置することが好都合であり、これにより、空気がその後に加熱されることを可能な限り回避することができる。

これに関連して、自動車産業における今日の用途では、内燃機関の吸気管に給気冷却器を配置することが広く受け入れられている。その際、給気冷却器は、大抵の場合、側方の開口部を通じて吸気管内へ挿入され、一般に材料結合により給気冷却器に結合された接続フランジを用いて吸気管に固定される。

吸気管の内部には、前記挿入開口部に向かい合って位置する前記吸気管の壁部に、給気冷却器用の第２の支承部を設けておくことができる。

この種の解決手段は、今日、３気筒および４気筒の直列エンジンの場合に用いられている。また、６気筒または８気筒のＶ型のシリンダバンクを備えた内燃機関の場合にも用いられる。

従来技術の短所は、この組み込み方法により、吸気管における振動と、精度が１００％でないために給気冷却器の前記フランジと吸気管との間に発生する恐れのある応力とが、給気冷却器に直接伝達されるということである。

給気冷却器の長さが部分的に大きくなっていることと、給気冷却器のマトリクスと給気冷却器のフランジとの間の角度が厳密に直角である場合が極めてまれであるという事実とにより、給気冷却器は中心位置から多かれ少なかれ著しくずれる恐れがある。給気冷却器が長ければ長いほど、中心平面からのこのずれは大きくなる可能性がある。

特に、給気冷却器が長く、かつ吸気管における開口部が１つしかない構成の場合、上記ずれにより、吸気管の反対側の側面に存在する不可欠な第２の支承部において給気冷却器を位置決めする際に相当厄介な諸問題が生ずる。

また、特に、長い給気冷却器を２つの支承箇所でのみ支承することは、生じる振動が強いので不十分なものとなっている。

特に、直列６気筒エンジン用の吸気管統合型の給気冷却器を将来利用することを考えた場合、従来技術において公知である実施態様は、その限界に行き当たる。

従って、本発明の課題は、吸気管統合型の給気冷却器のための組み込み概念であって、長い給気冷却器も容易にかつ確実に吸気管内に取り付けることを可能にする組み込み概念を提供することである。また、発生する振動の観点からも給気冷却器にとって特に有利であるような組み込み概念を提供することを目的とする。

本発明の上記課題は、請求項１に記載の特徴を有する配置によって解決される。本発明の有利な実施態様が従属請求項に記載されている。

本発明によれば、吸気管における給気冷却器の配置において、前記給気冷却器は給気が流通可能な冷却器ブロックを有し、かつ前記吸気管は第１の開口部を有する本体を含み、この第１の開口部を通じて前記給気冷却器は前記吸気管内に挿入可能である。また、前記吸気管の本体は第２の開口部を更に有し、この第２の開口部は、前記第１の開口部に対して実質的に向い合って配置されていて、ハウジング部分によって閉鎖可能であり、該ハウジング部分は前記吸気管の一部を形成し且つ前記本体とは別体である。

また、本発明の場合、前記給気冷却器が前記吸気管の前記第１の開口部に固定される一方、前記吸気管の本体に前記フランジ部分を介して支持される。

さらに本発明によれば、前記吸気管内へ挿入可能な前記給気冷却器の端部が凸部および凹部の一方を有し、かつ前記ハウジング部分が凸部および凹部の他方を有していて、前記凸部と前記凹部とが互いに差し込み可能である。

このような様式における前記給気冷却器と前記ハウジング部分とのこれらの構成によって、前記給気冷却器を前記ハウジング部分に挿入することができ、従って、その組み込み位置に固定することが可能となる。

さらにまた有利であるのは、前記ハウジング部分が前記吸気管に結合可能である場合である。前記ハウジング部分を前記吸気管に結合することによって、前記吸気管の前記第２の開口部は閉じられて密封される。

本発明において有利であるのは、給気冷却器とハウジング部分との間の位置精度が、前記ハウジング部分の固定を介して補正可能である場合である。これにより、組み立て工程に対して有利な作用を及ぼすことができる。精度誤差が生じた場合にもその精度誤差を補正することができるので、前記給気冷却器の挿入は非常に容易になる。

また好ましいのは、前記ハウジング部分と前記吸気管との間にシール材が挿設可能である場合、および、前記フランジと前記吸気管との間にシール材が挿設可能である場合である。

以下において、本発明について、実施例を用いて図面を参照しながら詳細に説明する。

左半分の図は、給気冷却器が組み込まれた内燃機関の吸気管を示す斜視図であり、右半分の図は、取り外された状態の給気冷却器を示す斜視図である。 図１に示された実装状態における給気冷却器と吸気管との中心平面の断面図である。 本発明に係る実施態様における給気冷却器と吸気管とを示す中央平面の断面図である。

図１の左側の図は吸気管５を示す外観斜視図である。この吸気管５は、図示されていない内燃機関に空気を供給する働きをする。ターボチャージャまたは圧縮機で吸気を圧縮することによって空気は加熱される。これにより空気の密度は低下し、従って、内燃機関の燃焼室への充填が悪化するであろう。前記吸気管５を介して内燃機関に供給される空気を冷却するために、従ってまた前記吸気の密度を増大させるために、前記吸気管５内に給気冷却器４が実装されている。

前記吸気管５の細密な内部構造については、本発明の必須構成要件ではないので、ここでは詳細な説明は行わない。図１の左図では、前記吸気管５内への前記給気冷却器４の組み込み原理が示されている。

図１の右側の図は給気冷却器４を示し、この給気冷却器は、図１の左図では、前記吸気管５の中に実装されている。図１に示された給気冷却器４の構造は、従来技術で公知の給気冷却器の構造と一致する。冷却器ブロック１５が、冷却材が流通する複数の冷却管から成り、この冷却管の周囲を冷却されるべき空気が流通する。この冷却器ブロックと並んで、前記給気冷却器４は外壁７を有する。

前記給気冷却器４における収集タンクの１つの側方に、フランジプレート１２が設置されている。このフランジプレートは、前記給気冷却器４を前記吸気管５に固定するために用いられる。さらに、前記給気冷却器４は２つの冷却材接続短管１６ａ、１６ｂを有する。前記フランジプレート１２に向かい合って位置する前記給気冷却器４端部に、センタリング手段１７が配置されており、このセンタリング手段は、前記給気冷却器４を前記吸気管５内に補助的に支承する働きをする。

前記給気冷却器のさらに詳細な構造については、本発明の必須構成要件ではないので、ここではこれ以上の説明は行わない。

さらに別の有利な実施形態では、様々な構造様式の様々な給気冷却器を用いることが考えられる。例えば、内部にバッフルを備えた∪字形の給気冷却器を用いることや、あるいはまた、バッフルを有さず、流通路が直線状で、対向し合う端部に流入部と流出部とを有する給気冷却器を用いることも考えられる。

図２は、前記吸気管５内に実装した前記給気冷却器４を示す中心平面の断面図である。この図では、特に、吸気管内壁９を有する前記吸気管５の断面が示されている。この場合、前記吸気管５の内部領域は、前記給気冷却器４を挿入することが可能であるような寸法を有する。前記挿入開口部に向かい合って位置する前記吸気管５端部において、前記吸気管内に凹部が設けられており、この凹部は前記センタリング手段１７を収容するために用いられる。前記センタリング手段は前記給気冷却器４の外端部の１つに設置されている。

代替的な実施形態ではまた、前記給気冷却器の前記センタリング手段と前記ハウジング部分の前記支承部との間に、形状結合によるまた異なった対を設けておくことも考えられる。例えば、前記給気冷却器は凹部を有することができ、この凹部に前記ハウジング部分の凸部分が係合することや、前記給気冷却器が心棒を有し、この心棒が前記吸気管のハウジング壁内に係入することが考えられる。

挿入された状態において、前記フランジプレート１２は、前記吸気管５の前記外壁に隙間なく密着しており、ボルト継手１３を介して前記吸気管５に固定することができる。

前記給気冷却器４と前記吸気管５との結合を密封するために、シール材１９、例えばＯリングシールが用いられている。

従って、前記冷却器ブロック１５は、前記吸気管５の内部を流れる気流に対して効果的に暴露され、これにより、前記流通する空気から、前記給気冷却器４の内部を流れる前記冷却材への伝熱が促進される。

図２に示された実施態様は従来技術における最新の実施態様であり、本書の導入部で説明された短所を全て有している。

図２と図３との符号は可能な限り一致させてあり、各図による相違点については、それぞれの図の説明において個別に言及されている。

図３では、図１に示された吸気管５とは異なり、また図２に示された、前記吸気管５と前記取り付けられた給気冷却器４との配置とも異なり、互いに向い合って位置する２つの開口部１、１１を備えた吸気管５が示されている。前記給気冷却器を前記吸気管５の中に挿入するための前記挿入開口部１１のほかに、前記開口部１１に向かい合って位置する、前記吸気管５における開口部１が示されている。

前記吸気管５におけるこの開口部１は、前記吸気管５のハウジング部分２によって閉鎖される。このハウジング部分は、ボルト継手１４を介して前記吸気管５に固定可能である。前記ハウジング部分は、その内部に前記給気冷却器４の前記センタリング手段１７用の支承箇所３を有する。前記ボルト継手１４は、ここでは、直径が拡張されたネジ貫通孔を通じて装着されており、これにより、前記ハウジング部分３の取り付け平面における精度を補正することが可能となる。

前記フランジプレート１２と前記吸気管５との間にシール材１９が配置されており、また同様に、前記ハウジング部分２と前記吸気管５との間にはシール材１８が配置されている。前記シール材１８、１９は、前記吸気管５をより良好に密封するために用いられ、これにより、例えば漏れや、従ってまたそれに伴う圧力損失を回避することができる。

代替的な実施形態ではまた、前記ハウジング部分を前記吸気管に固定する際に他の結合方法、例えば、とりわけリベット締め、接着、あるいはクリップ固着を用いることも考えられる。また、漏れを回避できるように、前記フランジと前記吸気管との間に付加的なシール材を設置することも可能である。

図３では、実装された状態において前記給気冷却器４が２箇所で支承されている。１箇所は、前記給気冷却器４の前記フランジプレート１２であり、もう１箇所は、前記吸気管５に結合された前記ハウジング部分２の中である。このことは、特に前記内燃機関の動作中に生じる振動の観点から前記給気冷却器４にとっての利点となる。これにより、前記給気冷却器は、特に耐振動性を有するように前記吸気管５に固定されており、このことは、前記給気冷却器の耐久性の向上に資する。

前記給気冷却器の前記センタリング手段１７が前記吸気管５の前記ハウジング部分２に収容されることによって、前記給気冷却器を前記吸気管５の内部に安定的に保持することが実現されている。

代替的な実施形態では、前記ハウジング部分と前記挿入された給気冷却器との間の前記支承箇所の配置は、ここに示された配置と異なっていてもよい。従ってまた、前記ハウジング部分が、内側へ前記吸気管の内部に突出した凸部を有することも考えられ、この凸部は前記給気冷却器の端部領域における凹部に係合する。ハウジング部分と給気冷却器とから成る前記支承部の対の厳密な構成は、用途および取り付け工程に応じて最適に設計されねばならない。

また、前記給気冷却器が、そのセンタリング手段を用いて前記吸気管自体に支持され、前記ハウジング部分が、前記吸気管を閉鎖する機能だけを引き受けることも考えられる。

１ 開口部
２ ハウジング部分
３ ハウジング部分、支承箇所、凹部
４ 給気冷却器
５ 吸気管
７ 外壁
９ 吸気管内壁
１１ 挿入開口部
１２ フランジプレート
１３ ボルト継手
１４ ボルト継手
１５ 冷却器ブロック
１６ａ 冷却材接続短管
１６ｂ 冷却材接続短管
１７ センタリング手段、凸部
１８ シール材
１９ シール材

Claims (5)

1. 吸気管（５）における給気冷却器（４）の配置であって、前記給気冷却器（４）が前記吸気管（５）内の給気を流通させる冷却器ブロック（１５）を有し、かつ前記吸気管（５）が第１の開口部（１１）を有する本体を含み、この第１の開口部（１１）を通じて前記給気冷却器（４）が前記吸気管（５）内に挿入可能である配置において、
   前記吸気管（５）の前記本体が第２の開口部（１）を更に含み、この第２の開口部（１）が前記第１の開口部（１１）に対して実質的に向い合って配置されていて、前記吸気管（５）の一部を形成し且つ前記本体とは別体のハウジング部分（２）によって閉鎖可能であり、
   前記給気冷却器（４）が前記吸気管（５）の前記第１の開口部（１１）に固定される一方、前記吸気管（５）の前記本体に前記ハウジング部分（２）を介して支持され、
   前記吸気管（５）内へ挿入可能な前記給気冷却器（４）の端部が凸部（１７）および凹部（３）の一方を有し、かつ前記ハウジング部分（２）が前記凸部（１７）および前記凹部（３）の他方を有していて、前記凸部（１７）と前記凹部（３）とが互いに差し込み可能である、ことを特徴とする配置。
2. 前記ハウジング部分（２）が前記吸気管（５）の前記本体に結合可能であることを特徴とする、請求項１に記載の配置。
3. 前記給気冷却器（４）と前記ハウジング部分（２）との間の位置精度が、前記本体に対する前記ハウジング部分（２）の固定を介して補正可能であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の配置。
4. 前記ハウジング部分（２）と前記吸気管（５）の前記本体との間にシール材（１８）が挿設可能であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の配置。
5. 前記給気冷却器（４）は前記第１の開口部（１１）に隣接して位置付けられるべきフランジ（１２）を有し、
   前記フランジ（１２）と前記吸気管（５）との間にシール材（１９）が挿設可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の配置。
   

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