JPH02298623A - 水冷式インタークーラ付内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は水冷式インタークーラ付内燃機関に関するもの
である。

（従来の技術） 従来提案されている水冷式インタークーラの冷却システ
ムの代表例を第１２図及び第１３図に示す。先ず第１２
図はインタークーラ用冷却水の流れの系統図を示し、イ
ンタークーラ５０用の冷却水は図示しないエンジンの冷
却系統とは独立の冷却系統５１を持ち、インタークーラ
専用の電動式ウォータポンプ５２によってサブラジェー
タ５３との間を循環している。またインタークーラ５０
の内部で熱交換に使用した冷却水は、車両前方に置かれ
た前記サブラジェータ５３に送られ、ここで図示しない
エンジンファン及び車両走行によって得られる車風速に
より冷却されて再びインタークーラ５０に導かれる。な
お、図中５４はエアクリーナ、５５はターボチャージャ
、５６はサージタンクである。

第１３図は特開昭５８−２７８１０号公報で提案されて
いるエンジン冷却装置における流体ポンプ５７を示す。

この流体ポンプ５７は回転インペラ５８を含むハウジン
グ５９を備えており、該インペラ５８はプーリ６０に支
持された回転シャフト６１に固定されている。またイン
ペラ５８はハウジング５９内に位置決めされた内部仕切
部材６２と共同して第１゜第２流体チャンバ６３と６４
を形成している。そして第１流体チャンバ６３はエンジ
ンのウォータジャケットに接続され、かつ図示しない入
口穴と出口穴に接続されており、第２流体チャンバ６４
は空気−流体熱交換器に連通しており、図示しない他の
入口穴と出口穴６５に接続されている。

また独立している２つのチャンバ６３と６４を仕切るイ
ンペラ５８と内部仕切部材６２との間にはシール材６６
が設けられている。６７は第１流体チャンバ６３内のベ
ーン、６８は第２流体チャンバ６４内の半径方向ベーン
である。

（発明が解決しようとする課題） 第１２図におけるエンジンと水冷式インタークーラの２
つの冷却水回路は連通しておらず、水温も独立制御され
るため、冷間始動時はスロットルバルブ等の絞り部でア
イシングが生じるのを防ぎ、かつガソリンの気化を促進
するために、何らかの方法（例えば電気ヒータ、排気の
熱を利用する等）で吸気を加熱しなければならなかった
。

また第１３図の場合は、インタークーラ冷却水とエンジ
ン冷却水を、回転シャフト６１の一軸の液体ポンプ５７
で送水するように構成されており、該ポンプ５７では第
１３図における特開昭５８−２７８１０号公報に、シー
ル６６を支持しているインペラ５８の分割壁６９は、そ
れが仕切部材６２と整合されて２つのチャンバ６３と６
４間の冷媒の流れが実質上止じないようにされる、と記
載されている。従って第１３図の場合も第１２図と同様
に２つの冷却水回路は独立しており、何らかの方法で吸
気を加熱しなければならなかった。

本発明は前記の課題を解決しようとするもので、エンジ
ンの低回転域に限って吸気を加熱することができ、これ
により燃焼状態が良好になり、かつ冷却水のリザーバタ
ンクが１個でよい等の効果を奏する水冷式インタークー
ラ付内燃機関を提供せんとするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） このため本発明は、エンジンを冷却するためのラジェー
タ、第１バイパス管、第１サーモスタンドを含む第１水
回路、水冷式インタークーラを冷却するためのサブラジ
ェータ、第２バイパス管、第２サーモスタットを含む第
２水回路を備え、エンジンにより駆動されるポンプ軸の
端部に、第１水回路用の第１ベーンと該ヘーンよりも容
量の小さい第２水回路用の第２ヘーンを有する回転イン
ペラが固定されたウォータポンプを有する水冷式インタ
ークーラ付内燃機関において、前記回転インペラと、そ
の外周にあってウォータポンプボディを第１水回路用の
第１渦室と第２水回路用の第２渦室に分割している仕切
板との間に、ラビリンス構造の隙間を設けるか、または
第１渦室と第２渦室を分割している仕切板に連通孔を設
けるか、或は第１水回路側の水温を検知して該連通孔を
開閉制御する温度感応部材を設ける。

また本発明は、第１水回路のエンジン出口と第１ラジエ
ータ入口とを結ぶ導管と、第２水回路のウォータポンプ
出口とインタークーラ入口とを結ぶ導管とを連通管で連
通させ、該連通管にオリフィス等の流量制御手段を設け
るか、或はこの連通管に水温を検知して開閉制御する温
度感応部材を設け、また該連通管に水温を検知する水温
センサーからの信号を受けて開閉制御する開閉弁を設け
るか、更に前記仕切板又は仕切板のラビリンス構成部の
みをアルミニウムよりも熱伝導率が低く、かつ錆の発生
しない材質とし、前記インペラも錆の発生しない材質で
構成してなるもので、これを課題解決のための手段とす
るものである。

（作用） エンジンの運転中は回転インペラの両側のべ＝ンによる
両ポンプの能力差、即ち水頭の差によって第１水回路と
第２水回路間で成る量だけ水の入れ替りが生じる。そし
てその洩れ量は、エンジンの低回転域ではほぼ回転数に
比例し、中高速域ではサチュレートする特性を示す。こ
こでエンジンを冷却している第１水回路の方が第２水回
路より水温が高いこと、及び第２水回路の流量が回転数
に比例することを、洩れ量特性と合せ考えると、低回転
域では、サブラジェータで冷却された低温の第２水回路
の流量と、洩れ量、即ち高温の第１水回路から流れて来
る水の量がほぼ均等であるため、第２水回路の水温が上
昇し、中高回転域では、サブラジェータで冷却されてい
る水の■が洩れ星に対して多いため、再び第２水回路の
水温が低くなることが分かる。従って本発明では、冷間
時又は過給しないアイドリング乃至低速時でインターク
ーラをむしろ吸気加熱器として働かせることができる。

また本発明は仕切板又は仕切板のラビリンス構造部のみ
を、アルミニウムよりも熱伝導率の低い材質で構成した
ことにより、エンジン側の第１水回路における第１渦室
から第２水回路における第２渦室への熱の流れを少なく
することが可能となる。しかも仕切板と回転インペラは
錆の発生しない材質で構成されているので、ラビリンス
の隙間の大きさが錆によって変化するようなことはなく
、システムの性能に影舌を及ぼすようなことはない。

（実施例） 以下本発明を図面の実施例について説明すると、第１図
〜第１１図は本発明の実施例を示す。

先ず第１図は本発明の水回路を示すもので、これは第１
水回路と第２水回路よりなる。第１水回路はエンジンｌ
を冷却するもので、導管２ａ。

２ｂ、２ｃ、第１バイパス管３、第１ラジエータ４、第
１サーモスタット５及びウォータポンプ６によって構成
されている。また７で示すインタークーラを冷却する第
２水回路は、導管８ａ＋８ｂ＋８ｃ１第２バイパス管４
１、第２サーモスタット４２、サブラジェータ９及びウ
ォータポンプ６によって構成されている。ウォータポン
プ６はエンジンｌのクランク軸１０によってプーリ踵、
ベルト１１、プーリ１３を介して回転駆動される。また
１４はラジェータ４を冷却するクーリングファンで駆動
装置１５によって駆動される。１６はラジェータ４に付
属するリザーバタンクで、気水分離及び水洩れ時の補給
を行なうために設けられている。

４０は水性入用兼回路圧調整用のキャンプ、４３はイン
タ−クーラ７側水回路のエア抜き弁である。

さて前記第１水回路用の送水部は、第２図に示す如く導
管２ｃと接続される第１の水入口１７、エンジン１へ水
を送る第１の水出口１８、第１渦室１９、第１ベーン２
０によって構成されている。

また前記第２水回路用の送水部は、導管８ｃと接続され
る第２の水出口２１、導管８ｂから水が送られる第２の
水入口２２、第２渦室２３、第２ベーン２４によって構
成されており、第１ベーン２０と第２ベーン２４は１枚
の回転インペラ２５の両側に複数枚づつ配設されていて
、その容量（送水能力）は第１ヘーン２０の方が第２ベ
ーン２４よりも大きく設定しである。２６は回転軸で、
プーリシート２７を介してクランク軸１０によって駆動
され、その先端に圧入固定したインペラ２５を回転駆動
することにより、第１ベーン２０及び第２ベーン２４が
回転されるようになっている。また回転軸２６はボディ
２９に圧入固定されているベアリング２８と一体に組付
けられている。３０はベアリング２８へ水が浸入するの
を防止するメカニカルシール、３１はボディ２９に設け
られた水抜き孔である。また前記第１渦室１９と第２渦
室２３はボディ２９と一体に形成された仕切板３２によ
って区分けされており、該仕切板３２はインペラ２５と
ほぼ同一面を形成するように設けられ、インペラ２５の
外周部との間にラビリンス部３３を形成している。

次に以上の如く構成された実施例について作用を説明す
ると、第２図に示す如く第１渦室１９と第２渦室２３、
即ち第１水回路と第２水回路は事実上ラビリンス部３３
を介して連通している。

従ってエンジンの運転中は回転インペラの両側のベーン
による両ポンプの能力差、即ら水頭の差によって第１水
回路と第２水回路間で成る量だけ水の入れ替りが生じる
。そしてその洩れ量は第３図の実線で示すように、エン
ジンの低回転域ではほぼ回転数に比例し、中高速域では
サチュレートする特性を示す。これは２つの水回路全体
が閉じられた系であることに起因する。

つまり２つの水回路が大気に開放して十分な容量を持っ
ておれば、（水頭■回転数２）及び（洩れ量閃水頭２）
より、洩れ量は回転数に比例するが、実施例のような閉
回路では回転数に比例する量を受は入れる余地が無いた
め、第３図のようにサチュレートする。なお、第３図の
点線で示す曲線は第２水回路の流量を示す。

ここで第１水回路と第２水回路の水温を比較すると、主
発熱体であるエンジン１を冷却している第１水回路の方
が高いことは明らかである。

従ってこのことと、前記の洩れ量特性とを合せて考える
と、低回転域では、サブラジェータ９で冷却された低温
の第２水回路の流量と、洩れ量、即ち高温の第１水回路
から流れて来る水の量がほぼ均等であるため、第２水回
路の水温が上昇し、中高回転域では、サブラジェータ９
で冷却されている水の量が洩れ量に対して多いため、再
び第２水回路の水温が低くなるという現象が起こる。

このことは第２水回路がインタークーラ７の冷却に使用
されていることを考え合せると、次のような作用が生じ
る。即ち、インタークーラは周知の如く、中高速域で過
給効果によって温度上昇した吸気を冷却し、吸気の密度
を高くすることでエンジンの出力を増加させる働きをす
るが、本発明の前記実施例においては、冷間時又は過給
しないアイドリング乃至低速時では、むしろ吸気加熱器
として働かせることができる。

吸気加熱とは、冷間時の燃料気化を促進し、サージタン
クに燃料を供給するコールドスタートインジェクタ、或
はシングルポイントインジェクタの場合は、各気筒への
混合気分配をよ（し、マルチポイントインジェクタの場
合は混合気の均質化が狙える。従来はこの吸気加熱は、
排気熱を利用するか、電気ヒータで行って来たが、前記
実施例では、この吸気加熱を何ら特別な装置を付加する
ことな〈実施できる。勿論中高速域のインタークーラと
して冷却する必要のある領域では、第２水回路の水は十
分冷えており、その機能に支障は無い。なお、第２水回
路のバイパス管４１、サーモスタット４２は前記の効果
をより高める働きがある。

第４図の実施例は仕切板３２に洩れ量設定用の孔３４を
設けた場合、第５図の実施例は前記仕切板３２の孔３４
を、第１渦室１９側に配設されたバイメタル、形状記憶
合金等の温度感応部材３５で開閉制御するようにした場
合で、吸気加熱の効果を高めるようにしたものである。

また第６図、第７図及び第８図の実施例は、ポンプ部以
外の第１水回路と第２水回路の一部、例えば導管２ａと
８ｃを連通管３６で連結してなるもので、第６図の場合
は連通管３６にオリフィス３７を設けた場合、第７図は
連通管３６を温度を検知して作動する温度感応部材３８
で開閉制御するようにした場合、第８図は第７図の温度
感応部材３８に代え、水温、回転数等の運転条件を検出
したセンサー（図示しない）よりの信号を受けて連通管
３６を開閉制御する電磁弁（同じ開閉弁であれば油圧弁
でも、空気圧弁でもよい）３９を設けた場合で、何れも
これらにより洩れ量を設定するようにしたものである。

次に第９図の実施例について説明すると、３２′はボデ
ィ２９とは削材質の仕切板で、回転インペラ２５の外周
において該インペラ２５と共にラビリンス部３３を構成
するもので、ボディ２９にインサート形式により一体化
されて固定されていて、第１渦室１９と第２渦室２３の
壁面の一部を形成しており、材質としてはアルミニウム
よりも熱伝導率が低く、かつ錆の発生しない材質（例え
ばステンレス鋼、合成樹脂等）が用いられる。また回転
インペラ２５も錆の発生しない材質（例えばガラス入り
ポリプロピレン樹脂等）が用いられる。なお、図中４４
はアルミニウム製等のカバーである。

次に第１０図の実施例において４５はボディ２９と別体
の第２ボデイで、合成樹脂をもって構成されており、仕
切板３２′もこの第２ボデイ４５と一体に形成されてい
るが、前記第９図の実施例と作用効果において差異はな
い。また回転インペラ２５は第９図の場合と同じくガラ
ス入りポリプロピレン樹脂等の錆の発生しない材質で構
成されている。

次に第１１図゛の実施例について説明すると、第２ボデ
イ４５は第１０図の場合と同じくボディ２９と別体で形
成されているが、その材質は鉄又は合成樹脂をもって構
成されており、仕切板３２′のラビリンス構成部３２″
のみを、ステンレス鋼等のアルミニウムよりも熱伝導率
が低く、かつ錆の発生しない材質の部材とし、該部材を
圧入環により一体化してなるものである。またこの場合
も回転インペラ２５は錆の発生しない材質で構成されて
いる。

〔発明の効果〕 以上詳細に説明した如く本発明は構成されているので、
低回転域では、サブラジェータで冷却された低温の第２
水回路の流量と洩れ量、即ち第１水回路から流入して来
る水の量がほぼ等しいため、第２水回路の水温が上昇す
る。従って本発明ではエンジンの低回転域に限って吸気
を加熱するため、燃焼状態を良好にできる。また中高回
転域では、サブラジェータで冷却される水の量が洩れ量
に比べて多いため、再び第２水回路の水温が低くなる。

このため本発明によると、従来のような電気ヒータによ
る吸気加熱や排気ガスの熱による吸気加熱の必要はなく
、吸気加熱を何ら特別な装置を付加することな〈実施で
きる。このため本発明によると、従来のように電気ヒー
タ等の部品のための特別なスペースや、吸気加熱を断続
するための制御などの必要は全くない。更に本発明は、
エンジン冷却水回路の第１水回路と、インタークーラ冷
却水回路の第２水回路がラビリンス構造を介して連通し
ているため、リザーバタンクの数を減らずことができる
。つまり従来のようにエンジン系統の水回路とインター
クーラ系統の水回路が別系統になっている場合には、イ
ンタークーラの水回路には気水分離及び水補給用のリザ
ーバタンク及び冷却水注入用兼回路圧調整用のキャップ
を必要とするが、本発明ではこのような部品は必要では
ない。一般にエンジン冷却水回路にも同じ目的でリザー
バタンク及びキャップが付設されており、従来は各各２
個づつ必要であったが、本発明では第１水回路と第２水
回路が連通しているため、リザーバタンク及びキャップ
は各々１個づつでよい。

また本発明は少なくとも仕切板がアルミニウムよりも熱
伝導率の低い材質で構成されているので、エンジン側の
第１水回路から第２水回路への熱の流れを少なく抑える
ことが可能となり、中高速時においてインタークーラ冷
却水の低温化を図ることができる。また本発明は仕切板
及び回転インペラの材質に錆の発生しないものを用いて
いるので、錆によってラビリンス部の隙間の大きさが変
化するようなことはないため、システムの性能を損なう
ような問題は発生しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す水冷式インタークーラ付
内燃機関の水回路図、第２図は第１図におけるウォータ
ポンプの１例を示す拡大側断面図、第３図は本発明にお
ける流量特性線図、第４図及び第５図は夫々第１図と異
なるラビリンス部の断面図、第６図、第７図及び第８図
は夫々第１図と異なる実施例の水回路の要部のみ示す断
面図、第９図、第１０図及び第１１図は夫々第２図と異
なる本発明の実施例を示す水冷式インタークーラ付内燃
機関におけるウォータポンプの拡大側断面図、第１２図
は従来の水冷式インタークーラ付内燃機関におけるイン
タークーラ用冷却水の流れの系統図、第１３図は従来の
エンジン冷却装置における液体ポンプの１例を示ず側断
面図である。 図の主要部分の説明 １・−エンジン　　　　　２ａ　、　２ｂ　、　２ｃ−
導管３−第１バイパス管　　４−第１ラジェータ５−第
１サーモスタット ６−・ウォータポンプ　　７−　インタークーラ８ａ＋
８ｂ＋８０・−導管　　　　９−サブラジェータ１０−
　クランク軸　　　　１６・−リザーバタンク１７−第
１の水入口　　　１８・−第１の水出口１９・−第１渦
室　　　　　２０−・−第１ベーン２１−第２の水出口
　　　２２−第２の水入口２３−・第２渦室　　　　　
２４・−第２ベーン２５−・回転インペラ　　　２６−
回転軸２９−ボディ　　　　　　３２・・−仕切板３３
−・ラビリンス部　　　３４一孔 ３５−・・温度感応部材　　　３６一連通管３７・・−
オリフィス　　　　３８−・温度感応部材３９−・開閉
弁　　　　　　４ｏ−キャップ４４−カバー　　　　　
　４５・−第２ボデイ特　許　出　願　人　アイシン精
機株式会社：１へ −へ　　　　包 洸　　　　　　　朴 第５図 第４図　　　　　第５図 第８図 第１２図 第１３図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンを冷却するためのラジエータ、第１バイ
   パス管、第１サーモスタットを含む第１水回路、水冷式
   インタークーラを冷却するためのサブラジエータ、第２
   バイパス管、第２サーモスタットを含む第２水回路を備
   え、エンジンにより駆動されるポンプ軸の端部に、第１
   水回路用の第１ベーンと該第１ベーンよりも容量の小さ
   い第２水回路用の第２ベーンを有する回転インペラが固
   定されたウォータポンプを有する水冷式インタークーラ
   付内燃機関において、前記回転インペラと、その外周に
   あってウォータポンプボディを第１水回路用の第１渦室
   と第２水回路用の第２渦室に分割している仕切板との間
   に、ラビリンス構造の隙間を設けたことを特徴とする水
   冷式インタークーラ付内燃機関。
2. （２）請求項１記載の水冷式インタークーラ付内燃機関
   において、第１渦室と第２渦室を分割している仕切板に
   連通孔を設けたことを特徴とする水冷式インタークーラ
   付内燃機関。
3. （３）請求項１及び２記載の水冷式インタークーラ付内
   燃機関において、第１水回路側の水温を検知して前記仕
   切板に設けた連通孔を開閉制御する温度感応部材を設け
   たことを特徴とする水冷式インタークーラ付内燃機関。
4. （４）請求項１記載の水冷式インタークーラ付内燃機関
   において、第１水回路のエンジン出口と第１ラジエータ
   入口とを結ぶ導管と、第２水回路のウォータポンプ出口
   とインタークーラ入口とを結ぶ導管とを連通管で連通さ
   せ、該連通管にオリフィス等の流量制御手段を設けたこ
   とを特徴とする水冷式インタークーラ付内燃機関。
5. （５）請求項１記載の水冷式インタークーラ付内燃機関
   において、第１水回路のエンジン出口と第１ラジエータ
   入口とを結ぶ導管と、第２水回路のウォータポンプ出口
   とインタークーラ入口とを結ぶ導管とを連通管で連通さ
   せると共に、水温を検知して該連通管を開閉制御する温
   度感応部材を設けたことを特徴とする水冷式インターク
   ーラ付内燃機関。
6. （６）請求項１記載の水冷式インタークーラ付内燃機関
   において、第１水回路のエンジン出口と第１ラジエータ
   入口とを結ぶ導管と、第２水回路のウォータポンプ出口
   とインタークーラ入口とを結ぶ導管とを連通管で連通さ
   せ、第２水回路側の水温を検知する水温センサーからの
   信号を受けて前記連通管を開閉制御する開閉弁を設けた
   ことを特徴とする水冷式インタークーラ付内燃機関。
7. （７）請求項１記載の水冷式インタークーラ付内燃機関
   において、少なくとも前記仕切板がアルミニウムよりも
   熱伝導率が低く、かつ錆の発生しない材質であり、前記
   回転インペラも錆の発生しない材質で構成されているこ
   とを特徴とする水冷式インタークーラ付内燃機関。
8. （８）請求項１記載の水冷式インタークーラ付内燃機関
   において、前記仕切板のラビリンス構成部のみをアルミ
   ニウムよりも熱伝導率が低く、かつ錆の発生しない材質
   の部材とし、前記回転インペラも錆の発生しない材質で
   構成されていることを特徴とする水冷式インタークーラ
   付内燃機関。