JP7306307B2 - インタークーラー - Google Patents

Description

本発明は、インタークーラーに関する。

従来、インタークーラーに圧縮空気を吸入する吸入パイプ内に水分が進入した際に、水分が吸入パイプ内で凍結することによって生成された氷塊が、吸入パイプ内を移動することによって吸入パイプを閉塞するという問題があった。そして、このような問題を解決するために、吸入パイプ内に氷塊移動阻止手段を備えたインタークーラーが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１２－６７６９６号公報

しかしながら、従来技術においては、インタークーラーに圧縮空気を吸入する吸入パイプ内に形成された氷塊の移動は阻止できるが、当該氷塊が成長して吸入パイプを閉塞するのを防止することはできなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インタークーラー内で生じた水分が、吸入パイプに逆流して、吸入パイプを閉塞することのないインタークーラーを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、インタークーラーの底部に設けられて、当該インタークーラー内で生じた水分を溜める貯留部と、前記貯留部の上方に立設した壁部に接続されて、前記インタークーラーに吸気を流入させる吸入パイプと、を備え、前記吸入パイプのうち、前記壁部に接続される側の端部は、前記壁部から前記インタークーラーの内部側に突出した突出部を形成する構成を備えたインタークーラーである。

本発明によれば、インタークーラー内で水分が生じた場合であっても、水分が吸入パイプに流入して、流入した水分が凍結することによって吸入パイプが閉塞するのを防止することができる。

図１は、内燃機関におけるインタークーラーとエンジンとの接続関係を説明する概略図である。 図２は、インタークーラーの正面図および平面図である。 図３は、インタークーラーと吸入パイプとの接続部の構造を示すＡ－Ａ断面図である。 図４は、インタークーラーと吸入パイプとの接続部の構造を示すＢ－Ｂ断面図である。 図５は、吸入パイプの端部に形成される庇部の長さを説明する図である。 図６は、吸入パイプの端部に形成される庇部の別の形態を説明する図である。

（インタークーラーとエンジンとの接続関係の説明）
以下に添付図面を参照して、実施の形態に係るインタークーラーについて説明する。図１は、内燃機関におけるインタークーラーとエンジンとの接続関係を説明する概略図である。図１に示すように、内燃機関１０は、エンジン本体１１と、吸気装置１２と、排気装置１３と、吸気装置１２内の吸入空気を過給する過給機１４とを備える。

エンジン本体１１は、シリンダヘッド１５と、シリンダブロック１６と、クランクケース１７と、シリンダブロック１６内に収容されたピストン１８と、クランクシャフト１９と、ピストン１８とクランクシャフト１９とを連結するコネクティングロッド２０（コンロッドとも呼ばれる）とを備える。そして、エンジン本体１１は、非図示のエンジンマウントを介して、車体にマウントされる。

また、シリンダヘッド１５には、各気筒と連通する複数の吸気ポート２１と排気ポート２２と燃焼室２３とが設けられる。シリンダヘッド１５には、吸気装置１２が連結されて、吸気ポート２１を介して燃焼室２３に空気が供給される。また、シリンダヘッド１５には、排気装置１３が連結されて、燃焼室２３からの排気が排気ポート２２を介して排気される。

吸気装置１２は、吸入空気を浄化するエアクリーナ２４と、過給機１４によって過給された吸入空気を冷却するインタークーラー２５と、インタークーラー２５で冷却された吸入空気を流通させるインテークパイプ２６と、インテークパイプ２６の下流に設けられて燃焼室２３内に供給する吸入空気量を調整するスロットルバルブ２７と、インテークパイプ２６に接続されて吸気ポート２１に吸入空気を流入させる吸気マニホールド２８とを備える。

インタークーラー２５の流入口２５ａは、過給機１４に接続される。また、インタークーラー２５の流出口２５ｂは、インテークパイプ２６を経てスロットルバルブ２７に接続される。

排気装置１３は、排気ポート２２から排出された排気ガスを流入させる排気マニホールド２９と、排気マニホールド２９からの排気ガスを下流側に流通させるエキゾーストパイプ３０と、エキゾーストパイプ３０の下流側に設けられた排気ガス後処理装置３１とを備える。

排気ガス後処理装置３１は、酸化触媒、還元触媒および助触媒からなる三元触媒を含んで構成される。排気ガス後処理装置３１により、排気ガス中の一酸化炭素、窒素酸化物および炭化水素などの有害物質が浄化される。

過給機１４と排気マニホールド２９との間のエキゾーストパイプ３０には、ＥＧＲ装置３２が設置される。ＥＧＲ装置３２は、排気ポート２２から排出された排気ガスの一部をスロットルバルブ２７と吸気マニホールド２８との間のインテークパイプ２６に還流させて、吸入空気中に混入させる。これによって、気筒内の燃焼温度を下げて窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量を低減させる。

過給機１４は、排気タービン部１４ａと、コンプレッサ部１４ｂと、排気タービン部１４ａとコンプレッサ部１４ｂとを連結するシャフト１４ｃと、排気タービン部１４ａおよびコンプレッサ部１４ｂを支持してシャフト１４ｃを回転可能に軸支するハウジング部１４ｄとを備える。

排気タービン部１４ａは、エキゾーストパイプ３０の途中に設けられる。排気ポート２２から流出した排気ガスは、排気タービン部１４ａに流入してタービンに回転力を与える。そして、排気ガスは、排気タービン部１４ａの下流側に接続されたエキゾーストパイプ３０に排出される。

コンプレッサ部１４ｂは、インテークパイプ２６に連結される。エアクリーナ２４からの吸入空気は、コンプレッサ部１４ｂに流入して圧縮され、コンプレッサ部１４ｂの下流側に接続されたインタークーラー２５に流入する。

インタークーラー２５は、コンプレッサ部１４ｂから流入した、圧縮された空気を冷却する。これによって、インタークーラー２５から流出する圧縮された空気は、冷却されて密度が高くなる。したがって、エンジン本体１１は、同じ吸気圧力で吸気した場合に、より多くの空気を吸入することができるため、インタークーラー２５を備えない場合と比べて、出力を向上させることができる。

なお、インタークーラー２５の底部には、インタークーラー２５とインテークパイプ２６とを接続するリターンパイプ３３が設けられる。

（インタークーラーの概略構造の説明）
次に、図２を用いてインタークーラー２５の構造を説明する。図２は、インタークーラーの正面図および平面図である。

インタークーラーは、圧縮空気を冷却する冷却媒体の種類によって、水冷式と空冷式とが存在する。本開示はいずれも冷却方式のインタークーラーにも適用可能であるが、ここでは、水冷式のインタークーラー２５を例に挙げて説明する。

インタークーラー２５は、流入側ヘッダ２５ｃと、熱交換部２５ｄと、流出側ヘッダ２５ｅとを備える。これらの各部位は、図２の正面図に示すように、車両に搭載された状態で、上方から下方に向かって、流出側ヘッダ２５ｅ、熱交換部２５ｄ、流入側ヘッダ２５ｃの順に配置される。熱交換部２５ｄは、正面視で略長方形をなして、当該長方形が、車両の前後方向と略直交する状態で車両に搭載される。

流入側ヘッダ２５ｃは、吸入パイプ４０と接続されて、コンプレッサ部１４ｂを通過することによって圧縮された空気が流入する流入口２５ａを形成する。

熱交換部２５ｄは、圧縮空気と冷却水とを熱交換させて、高温の圧縮空気を冷却する。熱交換部２５ｄには、冷却水流入パイプ５０から熱交換前の冷却水が流入して、冷却水排出パイプ５１から熱交換後の冷却水が流出する。なお、熱交換部２５ｄの内部構造の説明は省略するが、熱交換部２５ｄの内部に形成されたフィンの内部を流れる冷却水が、当該フィンに接触する圧縮空気との間で熱交換を行う構造を有する。

流出側ヘッダ２５ｅは、排出パイプ４１と接続されている。排出パイプ４１は、インテークパイプ２６と接続されて、熱交換部２５ｄで冷却された圧縮空気を吸気ポート２１へ導く流出口２５ｂを形成する。

なお、図２の平面図に示すように、吸入パイプ４０と排出パイプ４１とは、それぞれ、インタークーラー２５に対して、車両の前方側に向かって接続されている。

（インタークーラーの断面構造の説明）
次に、図３を用いて、インタークーラー２５の断面構造を説明する。図３は、インタークーラーと吸入パイプとの接続部の断面構造を示すＡ－Ａ断面図である。

インタークーラー２５の底部には、貯留部６２が形成される。貯留部６２は、インタークーラー２５の内部で生じた水分を貯留する。貯留部６２の上方に立設した内壁２５ｆ（本開示における壁部の一例）には、インタークーラー２５に吸気を流入させる吸入パイプ４０が接続される。

吸入パイプ４０は、下方から上方に向かう傾きを持った状態で、流入側ヘッダ２５ｃにおいて、貯留部６２の上方の内壁２５ｆに接続される。即ち、吸入パイプ４０は、インタークーラー２５との接続位置よりも下方の空間を通過するように配設される。なお、吸入パイプ４０が、下方から上方に向かう傾きを持った状態で流入側ヘッダ２５ｃに接続されるのは、車両のエンジンルームにおける吸入パイプ４０の取り回し性を向上させるためである。即ち、インタークーラー２５は、一般にエンジンルームの狭いスペースに設置されることが多いため、吸入パイプ４０を流入側ヘッダ２５ｃよりも下方の空間を通過させることによって、パイプの取り回しの制約を緩和させる。

吸入パイプ４０の端部は、流入側ヘッダ２５ｃとの接続部において、流入側ヘッダ２５ｃの内壁２５ｆからインタークーラー２５の内部側に突出した庇部６０ａを形成する。なお、庇部６０ａは、本開示における突出部の一例である。

車両の内燃機関１０が停止して、熱交換部２５ｄに溜まった圧縮空気が冷却されると、圧縮空気は冷却されて水滴となる。この水滴には、ブローバイガスに含まれていたオイル分が混入している。水滴は、流入側ヘッダ２５ｃの上方に立設した内壁２５ｆを伝わって、インタークーラー２５の下方、即ち流入側ヘッダ２５ｃに落下する。そして、このとき、庇部６０ａは、水滴が吸入パイプ４０の内部に逆流するのを防止する。即ち、流入側ヘッダ２５ｃの内壁２５ｆを伝わる水滴は、流入側ヘッダ２５ｃの内壁２５ｆと庇部６０ａとの境界部を伝わって、流入側ヘッダ２５ｃの底部に落下する。詳しくは後述する（図４参照）。

流入側ヘッダ２５ｃの底部に落下した水滴は、流入側ヘッダ２５ｃの底部に形成された貯留部６２に貯留される。なお、貯留部６２は、熱交換部２５ｄで生じた水分を溜めるのに十分な容積を有する。即ち、貯留部６２は、エンジンを停止した際に熱交換部２５ｄで発生した全ての水滴が貯留部６２に溜まった場合であっても、貯留部６２の水位が、吸入パイプ４０の下端に達しない容積を有するように、予めシミュレーションを行った上で設計される。

そして、貯留部６２の下部には、開口部６４が設けられて、当該開口部６４には、リターンパイプ３３が接続される。そして、リターンパイプ３３の他方の端部は、スロットルバルブ２７の下流側でインテークパイプ２６と接続される（図１参照）。なお、リターンパイプ３３は、本開示におけるパイプ部材の一例である。

車両の内燃機関１０が始動すると、ピストン１８が下降して、吸気ポート２１の内部に負圧が発生する。この負圧によって、貯留部６２に溜まったオイルを含む水分は、リターンパイプ３３を伝わって、インテークパイプ２６に吸い出される。そして、インテークパイプ２６に吸い出された水分は、インタークーラー２５の流出口２５ｂから流出する吸気と混合されて、燃焼室２３に流入して燃焼する。このように、車両の内燃機関１０が始動する都度、貯留部６２に貯留した水分は燃焼するため、貯留部６２に溜まった水分がオーバーフローして、吸入パイプ４０に逆流することはない。

なお、貯留部６２に水が溜まっていない状態で内燃機関１０が始動されると、吸入パイプ４０から流入した圧縮空気は、インタークーラー２５の下方から上方に向かって、即ち熱交換部２５ｄに向かって流入する。したがって、流入した圧縮空気のうち、流入側ヘッダ２５ｃの底部に形成された開口部６４からリターンパイプ３３に流れ込んで、インタークーラー２５をバイパスしてインテークパイプ２６に至る圧縮空気の流れは殆ど発生しない。

（庇部の作用の説明）
次に、図４を用いて、庇部６０ａの作用を説明する。図４は、インタークーラーと吸入パイプとの接続部の断面構造を示すＢ－Ｂ断面図である。

熱交換部２５ｄで生じた水滴は、流入側ヘッダ２５ｃの内壁２５ｆを伝わって、下方に落下する（図４の矢印ａ）。そして、庇部６０ａに到達すると、水滴は、庇部６０ａの根元の周縁を伝わって、下方に移動する（図４の矢印ｂ、矢印ｃ）。そして、庇部６０ａの下端に到達すると、水滴は、流入側ヘッダ２５ｃの底部に形成された貯留部６２に落下する。

一方、庇部６０ａに到達しない水滴は、流入側ヘッダ２５ｃの内壁２５ｆを伝わって、貯留部６２に落下する。このように、熱交換部２５ｄで生じた水滴は、吸入パイプ４０の内部に逆流することなく、流入側ヘッダ２５ｃの底部に形成された貯留部６２に貯留される。

（庇部の別の形態の説明）
次に、図５，図６を用いて、突出部の別の形態である庇部６０ｂ，６０ｃを説明する。図５は、吸入パイプの端部に形成される庇部の長さを説明する図である。図６は、吸入パイプの端部に形成される庇部の別の形態を説明する図である。

図５に示す庇部６０ｂは、当該庇部６０ｂが流入側ヘッダ２５ｃの内壁２５ｆから突出した部分の長さＬが、流入側ヘッダ２５ｃの下方ほど短く成形される。即ち、吸入パイプ４０の最上部における庇部６０ｂの長さＬａと、吸入パイプ４０の最下部における庇部６０ｂの長さＬｂとは、Ｌａ＞Ｌｂになるように成形されている。即ち、吸入パイプ４０のインタークーラー２５側の端面は、車両の上下方向（図５のＵｐ軸）に対して、上方が車両の後方側に傾斜した状態となる。

これによって、例えば、図５に示す、庇部６０ｂの先端から下方に落下する水滴７０は、吸入パイプ４０の下端において、パイプ内部に進入することなく、貯留部６２に落下する。したがって、水滴７０が吸入パイプ４０の内部に進入するのを、より確実に防止することができる。

次に、図６に示す庇部６０ｃは、吸入パイプ４０のうち、内壁２５ｆに接続される側の端部ほど、吸入パイプ４０の径が増大するように成形されている。即ち、庇部６０ｃの端部が、流入側ヘッダ２５ｃの内部で広がるように成形されている。

これによって、流入側ヘッダ２５ｃの内壁２５ｆを伝わる水分が吸入パイプ４０の内部に逆流するのを防止するとともに、吸入パイプ４０から流入側ヘッダ２５ｃに流入する圧縮空気のうち、熱交換部２５ｄに向かう方向に流出する圧縮空気が増えるため、流入側ヘッダ２５ｃの内壁２５ｆに衝突することによって流入圧力を損なう、所謂圧力損失が低減される。

即ち、吸入パイプ４０の径を端部ほど増大することによって、流入側ヘッダ２５ｃに流入した圧縮空気を、効率よく熱交換部２５ｄに導くことができる。これによって、インタークーラー２５の冷却効率を更に向上させることができる。

（本実施の形態の作用効果の説明）
以上説明したように、本実施の形態に係るインタークーラー２５は、流入側ヘッダ２５ｃ（インタークーラー２５の底部）に設けられた貯留部６２に、インタークーラー２５の内部で生じた水分を貯留する。そして、貯留部６２の上方に立設した内壁２５ｆ（壁部）に接続された吸入パイプ４０の、内壁２５ｆに接続される側の端部に、内壁２５ｆからインタークーラー２５の内部側に突出した庇部６０ａ（突出部）を形成する。したがって、インタークーラー２５の内部で発生した水分が、内壁２５ｆを伝わって貯留部６２に落下する際に、吸入パイプ４０の内部に逆流するのを防止することができる。

また、本実施の形態に係るインタークーラー２５において、庇部６０ａ（突出部）は、庇を形成する。したがって、内壁２５ｆ（壁部）を伝わって貯留部６２に落下する水滴が、吸入パイプ４０の内部に逆流するのを、より一層確実に防止することができる。

また、本実施の形態に係るインタークーラー２５において、吸入パイプ４０は、インタークーラー２５との接続位置よりも下方の空間を通過するように配設される。したがって、吸入パイプ４０の取り回し性が向上するため、インタークーラー２５の設置位置の自由度を向上させることができる。

また、本実施の形態に係るインタークーラー２５において、リターンパイプ３３が、貯留部６２とインタークーラー２５の外部とを連通する開口部６４と、エンジンのインテークパイプ２６とを接続する。したがって、エンジンを始動する都度、貯留部６２に溜まった水分が燃焼室２３に送出されて燃焼される。したがって、エンジンを始動する度に貯留部６２が空になるため、貯留部６２に溜まった水分がオーバーフローして、内燃機関１０が停止している際に吸入パイプ４０を逆流するのを防止することができる。

また、本実施の形態に係るインタークーラー２５において、吸入パイプ４０が内壁２５ｆに接続される側の端部は、下方ほど庇部６０ｂ（突出部）の長さが短く（上方ほど庇部６０ｂの長さが長く）形成される。したがって、水分が吸入パイプ４０に逆流するのを、より一層確実に防止することができる。

また、本実施の形態に係るインタークーラー２５において、庇部６０ｃ（突出部）は、吸入パイプ４０が内壁２５ｆに接続される側の端部ほど、当該吸入パイプ４０の径が増大するように成形される。したがって、水分が吸入パイプ４０に逆流するのを防止することができるとともに、流入側ヘッダ２５ｃに流入する圧縮空気の圧力損失を低減して、インタークーラー２５の冷却効率を更に向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した実施の形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能である。また、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。また、この実施の形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 内燃機関
１１ エンジン本体
１２ 吸気装置
１３ 排気装置
１４ 過給機
２５ インタークーラー
２５ａ 流入口
２５ｂ 流出口
２５ｃ 流入側ヘッダ
２５ｄ 熱交換部
２５ｅ 流出側ヘッダ
２５ｆ 内壁（壁部）
２６ インテークパイプ
３３ リターンパイプ（パイプ部材）
４０ 吸入パイプ
４１ 排出パイプ
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ 庇部（突出部）
６２ 貯留部
６４ 開口部
７０ 水滴
Ｌ，Ｌａ，Ｌｂ 長さ

Claims (6)

1. インタークーラーの底部に設けられて、当該インタークーラーの内部で生じた水分を貯留する貯留部と、
   前記貯留部の上方に立設した壁部に接続されて、前記インタークーラーに吸気を流入させる吸入パイプと、を備え、
   前記吸入パイプのうち、前記壁部に接続される側の端部は、前記壁部から前記インタークーラーの内部側に突出した突出部を形成する、
   インタークーラー。
2. 前記突出部は、庇を形成する、
   請求項１に記載のインタークーラー。
3. 前記吸入パイプは、
   前記インタークーラーとの接続位置よりも下方の空間を通過するように配設される、
   請求項１または請求項２に記載のインタークーラー。
4. 前記貯留部と外部とを連通する開口部と、エンジンのインテークパイプとを接続するパイプ部材を備える、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のインタークーラー。
5. 前記吸入パイプのうち、前記壁部に接続される側の端部は、
   下方ほど前記突出部が短く形成される、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のインタークーラー。
6. 前記突出部は、前記壁部に接続される側の端部ほど、前記吸入パイプの径が増大するように形成される、
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のインタークーラー。

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