JP6662241B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

この明細書における開示は、過給気を空気によって冷却する冷却装置に関する。

例えば、過給気が下方に流れるダウンフロータイプのインタークーラの場合、吸気が凝縮してタンク内に凝縮水が溜まり、タンク内に溜まった水が加速時に一気に流出してエンジンに流入することがある。このような問題を解決する技術は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１には、低温側タンクの下部に凝縮水を一時的に蓄えるリザーバが設けられ、リザーバの底部からアウトレットパイプ内に開口する位置まで延びる水吸い出しパイプが設けられている吸気冷却装置が開示されている。

特開２０１５−６３９１３号公報

特許文献１における低温側タンクの内部は、中仕切り板によって、コア部で冷却された後の過給気が流れ込む上室とリザーバを構成する下室とに上下に区画されている。この構成によれば、底部を有する一つの低温側タンクの内表面積が大きくなるため、圧力を受ける面積が大きくなり、高い耐圧強度をもつ低温側タンクが必要になる。

また、特許文献１の装置では、リザーバを形成するために、別部品である中仕切り板を低温側タンクにボルト等で固定している。このため、組立工数を要し、組立コストに改善の余地がある。

このような課題に鑑み、この明細書における開示の目的は、タンクの受圧面積を低減するとともに組立性向上を図る冷却装置を提供することである。

この明細書に開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。また、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であって、技術的範囲を限定するものではない。

開示された冷却装置のひとつは、過給気が流入する流入部（１０）を有する高温側タンク（１）と、高温側タンクを流出して内部を流通する過給気と外部の空気との熱交換によって過給気を冷却するコア部（２）と、コア部において冷却された過給気が外部機器へ向けて流出する流出部（４３）を有する低温側タンク（３）と、低温側タンクの底部から流出部の内部まで延びるように設けられる水吸い上げ管（４４；１４４；２４４）と、を備え、
低温側タンクは、部分的に貫通穴（４２０）が設けられた底部（４２）を有し上端開口部がコア部に連結されている樹脂製の第１タンク部（４）と、上端開口部（５０）が第１タンク部に連結された状態で、第１タンク部の内部に形成される上室（４１）よりも下方に位置する下室（５１）を形成する樹脂製の第２タンク部（５）と、を有して形成され、
第１タンク部と第２タンク部は、互いに溶着されている結合部（４０，５０）を形成する。

この冷却装置によれば、低温側タンクは上室を形成する第１タンク部と貯水可能な下室を形成する第２タンク部とを互いに溶着して形成されている。このため、各タンク部について縦方向の長さ寸法を小さくできるので、一つのタンク部において過給気の圧力を受ける内表面積を小さくすることができる。これにより、一つの容器が備えるべき耐圧能力を、従来技術のような一つの低温側タンクの場合に比べて大きく低下させることができる。このため、第１タンク部および第２タンク部のそれぞれに必要な耐圧能力を抑制できるので、第１タンク部および第２タンク部を金属でなく樹脂材料で形成することが可能になり、製品コストの低減に貢献できる。さらに、この冷却装置によれば、第１タンク部の底部によって低温側タンク内の上室と下室とを区画できるので、従来技術のように中仕切り板を低温側タンクに取り付ける工程を不要にできる。以上より、タンクの受圧面積を低減するとともに組立性向上を図る冷却装置を提供することができる。

第１実施形態の冷却装置の概要を示した斜視図である。 低温側タンクを構成する第１タンク部および第２タンク部の概要を示した斜視図である。 低温側タンクの内部構成を示した部分断面図である。 第２実施形態において水吸い上げ管と第１タンク部との結合状態を示した部分断面図である。 第３実施形態において水吸い上げ管と第１タンク部との結合状態を示した部分断面図である。

以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る冷却装置１００について図１〜図３を用いて説明する。冷却装置１００は、過給機を備える内燃機関において、過給気が流れる通路に設置されて、過給機の圧縮により温度上昇した空気を冷却する熱交換器である。冷却装置１００は、燃費効率と出力向上に寄与する。

図１に示すように冷却装置１００は、過給気が流入する高温側タンク１と、高温側タンク１を流出した過給気と外部の空気とを熱交換して過給気を冷却するコア部２と、コア部２で冷却された過給気が流入する低温側タンク３と、水吸い上げ管４４と、を備える。高温側タンク１、コア部２、低温側タンク３は、過給気の流れの上流側から下流側へこの順に設けられている。

高温側タンク１は過給気が流入する流入口を形成する流入部１０を有する。流入部１０には、内燃機関の吸気経路を形成するダクトまたはホースが接続されている。このダクトまたはホースは、例えば、過給機の吐出部につながっている。

コア部２は、図１に図示するように、過給気が下方に流れるダウンフロータイプのコアである。コア部２は内部に過給気が流通する複数の通路を備え、この通路を構成するチューブの周囲を空気が流れる。コア部２における複数のチューブは、その両端部のそれぞれがコアプレートの穴部に挿通されることで両端部のコアプレートに固定されている。高温側タンク１側で複数のチューブを支持するコアプレートは、高温側タンク１の外側面を覆うようにかしめられ、低温側タンク３側で複数のチューブを支持するコアプレートは、低温側タンク３の外側面を覆うようにかしめられる。これにより、コア部２は、高温側タンク１、低温側タンク３のそれぞれにかしめ固定されている。

高温側タンク１から流出した過給気は、コア部２において複数の通路に分配されたのち、低温側タンク３の内部で合流する。外部の空気は、チューブに直接またはフィンを介して間接的に接触することで、チューブ内を流れる過給気と熱交換する。過給気の熱はチューブやフィンを介して外部を流れる空気に移動するため、過給気を冷却することができる。

低温側タンク３は、コア部２において冷却された過給気が外部機器へ向けて流出する流出口を形成する流出部４３を備える。この外部機器は、例えば、スロットル弁や内燃機関である。流出部４３には内燃機関の吸気経路を形成するダクトまたはホースが接続されている。このダクトまたはホースは、例えば、内燃機関の吸気部につながっている。高温側タンク１、低温側タンク３は、それぞれブラケット等を介して車両側部材に連結されている。

図３に図示するように、低温側タンク３は、第１タンク部４と第２タンク部５とが結合されて形成されている。第１タンク部４と第２タンク部５は、互いに溶着されている結合部を形成する。第１タンク部４の下端周縁部４０と第２タンク部５の上端周縁部５０は、同様の形状である。下端周縁部４０と上端周縁部５０は接合することで、一つの接合面を形成し、接合部の外周が溶着された結合部になる。この接合部の外周が、例えば、振動溶着、熱板溶着、レーザー溶着のいずれかによって全周にわたって溶着されることでタンク部の内外を遮断するシール部を形成する。

第１タンク部４は、上端に開口部を有し、下部に底部となる底板部４２を有する樹脂製の容器である。底板部４２は、下端周縁部４０よりも上方に位置する。第２タンク部５は、上端が開口する上端周縁部５０を備え、第１タンク部４内の上室４１よりも下方に位置する下室５１を形成する樹脂製の容器である。下室５１は、凝縮水を一時的にためるリザーバタンクとして機能する。第１タンク部４、第２タンク部５は、例えば、６，６−ナイロン、ガラスを含有した樹脂等、硬度の高い樹脂によって形成することができる。

第１タンク部４は、コア部２に連結されている上端開口部と底板部４２との間に上室４１を形成する。上室４１は、コア部２を流出した過給気が低温側タンク３において最初に流入する室である。底板部４２には、任意の場所に複数の貫通穴４２０が設けられている。上室４１と下室５１は、底板部４２によって区画されているが貫通穴４２０によって連通している。

底板部４２は、図２および図３に示すように、流出部４３に近い側の端部の方が反対側よりも下方に位置する形状であることが好ましい。この場合、貫通穴４２０は、底板部４２のうち、流出部４３に近い側の下方に位置する部位に少なくとも設けられている。第１タンク部４内に流入した過給気は、流出部４３に向かって流れるため、底板部４２において流出部４３に近い側は下流側部位であり反対側は上流側部位である。したがって、底板部４２は、上流側部位から下流側部位にかけて下降する形状である。この構成により、底板部４２に落下した水は、底板部４２において下方に位置する側に流れて貫通穴４２０を通過して第２タンク部５に落ちる。

第１タンク部４には流出部４３が設けられている。流出部４３は、第１タンク部４の側壁に近い根元側よりも先端の方が上方に位置するように延びている。この構成により、低温側タンク３の内部に侵入した凝縮水等が流出部４３の内部に溢れ出たとしても、重力により低温側タンク３の内部に戻るようになる。

水吸い上げ管４４は、その両端が開口し、低温側タンク３の底部から流出部４３の内部まで延びるように設けられている。低温側タンク３の底部における水吸い上げ管４４は、その開口端部が第２タンク部５の底面の最下部に位置するように設けられていることが好ましい。水吸い上げ管４４は、底板部４２に一体に成形された状態で第１タンク部４に一体に設けられている。したがって、水吸い上げ管４４は、底板部４２を貫通するように第１タンク部４の内部から、第２タンク部５の底面まで延びている。水吸い上げ管４４は、第１タンク部４と同じ樹脂材料、例えば、６，６−ナイロン、ガラスを含有した樹脂等、硬度の高い樹脂によって形成することができる。

流出部４３内の通路断面積は、低温側タンク３内の通路断面積よりも小さい。この構成により、流出部４３内における過給気の流速は、低温側タンク３内における過給気の流速よりも大きくなる。つまり、低温側タンク３内に流入した過給気は、流出部４３内を通過する際に増速するため、タンク内の静圧が流出部４３内の動圧に変化し、流出部４３内の静圧はタンク内の静圧よりも低下することになる。この圧力差により、下室５１にたまった水は、水吸い上げ管４４を通じて第２タンク部５の底部から流出部４３内に吸い上げられることになる。

以下に、第１実施形態の冷却装置１００がもたらす効果を述べる。冷却装置１００は、高温側タンク１と、高温側タンク１を流出した過給気を外部の空気との熱交換によって冷却するコア部２と、コア部２において冷却された過給気が流出する低温側タンク３と、低温側タンク３の水を吸い上げる水吸い上げ管４４と、を備える。低温側タンク３は、樹脂製の第１タンク部４と、上端周縁部５０が第１タンク部４に連結された状態で第１タンク部４の内部に形成される上室４１よりも下方に下室５１を形成する樹脂製の第２タンク部５と、を有して形成されている。第１タンク部４と第２タンク部５は、下端周縁部４０と上端周縁部５０とが互いに溶着されている結合部を形成して、低温側タンク３を構成する。

この冷却装置１００によれば、低温側タンク３は上室４１を形成する第１タンク部４と貯水可能な下室５１を形成する第２タンク部５とを互いに溶着して形成されているため、一つのタンク部において過給気の圧力を受ける内表面積を小さくすることができる。特に各タンク部について、縦方向の長さ寸法を小さくできるので、タンク部が持つ剛性を高めることに寄与する。これにより、上室と水溜め室とを一つの低温側タンクの場合に比べて、一つの容器が備えるべき耐圧能力を大きく低下させることができる。

このため、第１タンク部４および第２タンク部５のそれぞれに必要な耐圧能力を抑えることができる。したがって、第１タンク部４および第２タンク部５を金属でなく樹脂材料で形成することが可能になり、製品コストの低減に貢献できる。アルミ材料の低温側タンクを樹脂材料で形成することにより、重量の軽量化およびタンクコストの低減が図れる。さらに、この冷却装置１００によれば、第１タンク部４の底板部４２によって低温側タンク３内の上室４１と下室５１とを区画できるので、従来技術のように中仕切り板を低温側タンクに取り付ける工程を必要としない。冷却装置１００は、タンクの受圧面積の低減と組立性向上とが図れる。

また、水吸い上げ管４４は、第１タンク部４と同じ樹脂材料で構成されて第１タンク部４に一体成形されている。これによれば、水吸い上げ管４４と第１タンク部４とを金型によって一つの成形部品で製造することができる。このため、部品管理工数、部品組立工数を削減でき、製品コストを抑えることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態は、水吸い上げ管１４４と第１タンク部４との結合状態が第１実施形態に対して相違する。第２実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下、前述の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

図４に示すように、水吸い上げ管１４４は第１タンク部４とは異なる材料、例えば、金属材料で形成されている。例えば、水吸い上げ管１４４はアルミニウム、またはアルミニウム合金で形成されている。

金属製の水吸い上げ管１４４は、金型を用いた異種材料一体成形によって、第１タンク部４と一体に形成されている。例えば、金属成形品である水吸い上げ管１４４を金型内の所定の位置に設置し、水吸い上げ管１４４の周りに樹脂を注入し、水吸い上げ管１４４を溶融樹脂で包み込み固化させる。このように金属品と樹脂を一体化することにより、金属製品の水吸い上げ管１４４と第１タンク部４とを一つの部品で成形することができる。また、金属材料で構成される水吸い上げ管１４４を第１タンク部４の底板部１４２に形成された穴部１４２ａに圧入した状態で第１タンク部４に固定してもよい。

第２実施形態によれば、金属材料で構成された水吸い上げ管１４４が第１タンク部４に一体成形されている場合には、金属製の水吸い上げ管１４４と樹脂製の第１タンク部４とを金型によって一つの成形部品で製造することができる。このため、部品組立工数を削減でき、製品コストを抑えることができる。また水吸い上げ管１４４を金属で形成できるため、型抜きを考慮する必要がない水吸い上げ管１４４の形状を採用できるので、吸い上げ性能を優先した水吸い上げ管１４４を製造可能である。

また、金属材料で構成された水吸い上げ管１４４が第１タンク部４の穴部１４２ａに圧入された状態で第１タンク部４に固定されている場合には、型抜きを考慮する必要がないため、水吸い上げ管１４４の形状に関して自由度が高い。これにより、吸い上げ性能を優先した形状に水吸い上げ管１４４を形成することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態は、水吸い上げ管２４４と第１タンク部４との結合状態が第１実施形態に対して相違する。第３実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下、前述の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

図５に示すように、水吸い上げ管２４４は樹脂材料で形成された樹脂成形品である。水吸い上げ管２４４は第１タンク部４と同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料でもよい。樹脂成形品である水吸い上げ管２４４を底板部１４２に形成された穴部に挿通した状態で底板部１４２と水吸い上げ管２４４を一体に溶着する。したがって、水吸い上げ管２４４と第１タンク部４とは、互いに溶着された溶着部１４２ｂを形成することで一体に固定されている。

第３実施形態によれば、水吸い上げ管２４４は樹脂材料で形成されており、第１タンク部４に一体に溶着されている。第１タンク部４と水吸い上げ管２４４とを一体成形する場合に比べて型抜きを考慮する必要がないため、水吸い上げ管２４４の形状に関して自由度が高い。これにより、吸い上げ性能を優先した形状に水吸い上げ管２４４を形成することができる。

（他の実施形態）
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品、要素の組み合わせに限定されず、種々変形して実施することが可能である。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品、要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品、要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

前述の実施形態において、第１タンク部４と第２タンク部５とは、互いに溶着可能な樹脂材料で形成されていればよい。したがって、両タンク部の樹脂材料が同じ材料であることに限定されない。

前述の実施形態において、第１タンク部４と第２タンク部５を互いに溶着する方法は、振動溶着、熱板溶着、レーザー溶着のいずれかに限定するものではない。

１…高温側タンク、 ２…コア部、 ３…低温側タンク
４…第１タンク部、 ５…第２タンク部、 １０…流入部
４０…下端周縁部（結合部）、 ４１…上室、４２…底板部（底部）
４３…流出部、 ４４，１４４，２４４…水吸い上げ管
５０…上端周縁部（上端開口部、結合部）、 ５１…下室
１４２ａ…穴部、 ４２０…貫通穴

Claims (5)

1. 過給気が流入する流入部（１０）を有する高温側タンク（１）と、
   前記高温側タンクを流出して内部を流通する過給気と外部の空気との熱交換によって過給気を冷却するコア部（２）と、
   前記コア部において冷却された過給気が外部機器へ向けて流出する流出部（４３）を有する低温側タンク（３）と、
   前記低温側タンクの底部から前記流出部の内部まで延びるように設けられる水吸い上げ管（４４、１４４、２４４）と、を備え、
   前記低温側タンクは、
   部分的に貫通穴（４２０）が設けられた底板部（４２、１４２）と、前記コア部に連結されている上端部と、前記底板部と前記上端部との間に形成された上室（４１）と、を有する樹脂製の第１タンク部（４）と、
   上端周縁部（５０）が前記第１タンク部に連結された状態で、前記第１タンク部を構成する部品の一部である前記底板部によって前記上室と仕切られて前記上室よりも下方に位置する下室（５１）を形成する樹脂製の第２タンク部（５）と、を有し、
   前記第１タンク部と前記第２タンク部は、互いに溶着されている結合部（４０，５０）を形成する冷却装置。
2. 前記水吸い上げ管（４４）は、前記第１タンク部と同じ樹脂材料で前記第１タンク部に一体成形されている請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記水吸い上げ管（１４４）は、金属材料で形成されており、前記第１タンク部に一体成形されている請求項１に記載の冷却装置。
4. 前記水吸い上げ管（１４４）は金属材料で形成されており、前記水吸い上げ管は前記第１タンク部に形成された穴部（１４２ａ）に圧入された状態で前記第１タンク部に固定されている請求項１に記載の冷却装置。
5. 前記水吸い上げ管（２４４）は、樹脂材料で形成されており、前記第１タンク部に一体に溶着されている請求項１に記載の冷却装置。

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