JPH056127U - 過給機用インタークーラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 掻面式回転羽根を持った過給機用インター
クーラを用いて、エンジン負荷状態に応じたインターク
ーラの効率的冷却効果を得る。 【構成】 過給機用インタークーラの中で加圧空気と
大気との熱交換を行うチューブ１内に、チューブ１と同
軸的に回転軸３があり、回転軸３を中心に回転駆動する
動力羽根１３と内壁面付近の加圧空気を掻き取りながら
回転駆動する掻面式回転羽根１５を配設し、動力羽根１
３による回転駆動で掻面式回転羽根１５を駆動すように
構成した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、過給機付内燃機関の加圧空気を冷却する過給機用インタークーラの 構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、過給機付内燃機関における加圧空気を空冷冷却するインタークーラとし て、一般に使用されているフィン＆チューブ型インタークーラについて図５を用 いて説明する。

【０００３】 過給機で加圧された加圧空気が吸気管５１を通り、吸入口５３からインターク ーラ内のチューブ１に吸入される。同チューブ１内を加圧空気が通過する際、チ ューブ１の外側を流れる大気と加圧空気との間で熱交換が行われ、これによって 加圧空気が冷却され、排出口５５より吸気管５７に排出されていた。さらにチュ ーブ１に嵌合されているフィン５９が、チューブ１と大気との接触面積を大きく する役割を持ち、加圧空気と大気との間で行われる熱交換の効率を上げていた。 上記熱交換に用いられる大気は、車両の走行に応じて前方から吸入され、後方へ 排出される構造によって常に冷えた新しい大気に交換される。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、従来のフィン＆チューブ型インタークーラの構造において、大気と 加圧空気との熱交換がチューブ外側からチューブ内側の軸心へと行われるため、 チューブ内側の軸心付近の加圧空気温とチューブ内壁周辺部の加圧空気温とでは 、チューブ内壁周辺部の加圧空気温の方が低くなり、上記軸心部と周辺部との冷 却効果の違うことがしばしば生じ、加圧空気を常にまんべんなく冷却することが できなかった。そこで、チューブの軸心付近を流れる加圧空気の冷却効果を上げ 、チューブ内壁周辺部と軸心部の温度差を少なくするために、チューブを小口径 多管にしたり、あるいは冷却時間を長くするためにチューブ長を長くし、チュー ブ内の軸心付近の加圧空気も内壁周辺部と同様に充分冷却されるようにしていた 。その結果チューブ吸入口での圧損が増大したり、インタークーラ自身の大きさ も大きくなってしまっていた。

【０００５】 さらに、従来のフィン＆チューブ型インタークーラでは、熱交換後の排出口付 近の加圧吸気温あるいは圧力損出が、エンジンの最高負荷域付近で合う様設計さ れていた。その結果として、低負荷時では必要以上の冷却効果を生じさせ、加圧 空気を必要以上に冷却する可能性があり、加圧空気の体積が減少し密度が大きく なってしまった。このため空燃比Ａ／Ｆを一定に保つ必要上、吸入空気量を少な くしなければならなく、エンジンの吸気行程において、燃焼室に入る吸入空気の 体積が通常より小さくなり、吸入空気量が必要以上に増大してしまうので、エン ジンのポンプ損出を増加させる恐れがあった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本願考案は、上記不具合を改善し、内燃機関の負荷状態に応じた加圧空気の冷 却効果を簡単な構造で得られるようにするために考案されたものであり、過給機 と内燃機関を結ぶ吸気管に設けられ過給機により加圧された加圧空気を冷却する 過給機用インタークーラにおいて、上記インタークーラのチューブと、同チュー ブ内に同チューブと同軸的に配設され回転自在に両端を保持された回転軸と、上 記回転軸に取付けられ上記加圧空気の流動によって駆動され回転する動力羽根と 、上記回転軸上に上記回転軸の径方向に立設しかつ同回転軸の軸線方向に延設さ れ上記径方向の外端部が上記チューブ内壁面近傍に位置して上記チューブ内空間 を仕切り回転軸の回転駆動によって上記チューブの内壁近傍の上記加圧空気を掻 き取りながら回転する掻面式回転羽根とを備えたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】

本考案によると、過給機によって加圧された加圧空気を冷却する過給機用イン タークーラにおいて、高負荷時はチューブ内に流れる高流量の加圧空気流を受け て、動力羽根が高回転し回転軸を高回転させる。その高回転駆動力によって掻面 式回転羽根が高回転し、チューブ軸心部とチューブ内壁周辺部の加圧空気を盛ん に流動回転させる。これによって、チューブの軸心部と内壁周辺部の加圧空気の 温度差を減少させ、加圧空気の冷却効率を向上させる。一方低負荷時は、インタ ークーラに吸入される加圧空気の流量が低流量であることに伴い、動力羽根の回 転力も低回転力となり、掻面式回転羽根の回転力も低回転力となる。これによっ てチューブ軸心部とチューブ内壁周辺部の加圧空気の混合が低下し冷却効果を抑 制する。

【０００８】

【実施例】

以下、本願考案の第１実施例について図１を用いて説明する。符号１は過給機 用インタークーラの中で加圧空気と大気との熱交換を行うチューブであり、チュ ーブ１内にはチューブ１の軸心部にチューブ１と同軸的に設けられチューブ１と 略同一長の細長い回転軸３がある。回転軸３は、チューブ１両端の開口端部１ａ 、１ｂで軸受７を介して回転自在に支持されており、同軸受７は一端がチューブ １の開口端部１ａ、１ｂに固着され他端がチューブ軸心部で連結される支持部材 ９の連結部１１に支持されている。回転軸３には、加圧空気の上流側に複数の羽 根１３ａを持つ動力羽根１３が本実施例の場合には２台取付られているが、必要 に応じて適宜台数は決定される。さらに回転軸３には動力羽根１３の下流側１９ よりチューブ１の下流端２１まで回転軸３に平行に且つ同回転軸３から放射状に チューブ内壁１７の周面まで延設された掻面式回転羽根７が設けられている。本 実施例の場合は、掻面式回転羽根は１５ａ〜１５ｄの４枚であるが、仕様に応じ て適宜決定されるもので、チューブ内壁１７の気体を掻きとるように回転する構 造になっている。

【０００９】 上記構成によると、図示しない過給機で加圧された加圧空気が吸入口２３から 流入し動力羽根１３を回転駆動し、動力羽根１３と共に回転軸３に取付られてい る掻面式回転羽根１５も動力羽根１３の作り出した回転力によって矢印２３方向 に回転駆動される。掻面式回転羽根１５が矢印２３方向に回転駆動された時のチ ューブ１内の流体の動きを、回転羽根１５ａ、１５ｂ及びチューブ内壁１７で囲 撓される空間にある加圧空気について説明する。

【００１０】 上記回転羽根１５ａの外周１５ａ’はチューブ内壁１７の空気を掻き取って空 気を攪拌させ、且つチューブ内壁１７の境界層２５を乱し熱伝達を助ける。この 時、回転羽根１５ａで掻き取られた回転羽根１５ａ付近イの冷却済加圧空気は、 下流側に向かって流されながら空気密度を増し、且つ回転羽根１５ｂ方向に向か って回転しながら流れ、回転羽根１５ｂの付近ロで反転し、回転羽根１５ｂに沿 って軸心方向ハに流れる。従って、チューブ軸心付近ニの温度の高い加圧空気は 押し出され、上記チューブ内壁１７の乱れている境界層２５に向かって流れ冷却 され、且つ回転羽根１５ａでチューブ内壁１７から掻き取られて上記イ〜ニの回 転流動と一部攪拌を繰り返し、上記囲撓内を場合によっては、一部攪拌を伴い一 種の流線管となって下流に向かって熱交換を行いながら全体的に蛇行回動の流動 をするので、回転羽根１５が熱移動を効果的に推進することができるものと考え られる。従って回転羽根１５ｂ、１５ｃ及びチューブ内壁１７並びに回転羽根１ ５ｃ、１５ｄ及びチューブ内壁１７等で各々囲撓される加圧空気も上記で説明し た回転羽根１５ａ、１５ｂ、及びチューブ内壁１７の加圧空気と同様の作用効果 が得られ、全体としてチューブ１内の軸心部とその外周部の加圧空気流の移動を 、場合によって一部攪拌を行い同軸心部と外周部の温度差を減少させ、加圧空気 の冷却効果を促進する。この為チューブの径を大きく保て排出口４９の圧力損出 を低く抑えることができ、チューブの数を減少させたり、チューブの長さを短く することが可能となる。

【００１１】 さらに、エンジンの高負荷時は、加圧空気が高風量、高圧であるため、動力羽 根１３が高速で回転する。動力羽根１３の回転で生じた回転駆動力によって掻面 式回転羽根１５が高速で回転し、加圧空気の流動攪拌効率を向上させる。これに よって、チューブ内部の中心部と周辺部の温度差を減少し冷却効果を上げる。一 方部分負荷時では、低風量、低圧のため、動力羽根１３も低速で回転駆動し、掻 面式回転羽根１５も低速回転となり、加圧空気の流動と場合によっては攪拌の効 率を低下させ冷却効率を抑える。このように負荷に応じた加圧空気の適切な冷却 が行える。

【００１２】 また、回転軸３は外部の駆動力によって駆動されるものではなく、加圧空気の 流れによって、回転軸３に取付られている動力羽根１３が駆動されるという自己 駆動のため、外部からの駆動力の投入の必要性がない。

【００１３】 上記第１実施例では、回転羽根１５の外周１５ａ〜１５ｄはチューブ内壁１７ に対して垂直に配設されているが、図２に示すように同外周１５ａ〜１５ｄを湾 曲２９させ、先端３１を適宜チューブ軸心方向に向ければ、チューブ内の軸心部 と外周部の加圧空気の混合を促進できると共に、上記流線管の回転流動効果とあ いまって効果的な熱交換を行うことができる。

【００１４】 本願考案の第２実施例について図３を用いて説明する。第１実施例及び従来構 造と同一の構造については、同一符号を付して説明を省略する。本考案の第１実 施例は加圧空気の吸入口側２５に動力羽根１３、排出口側２７に掻面式回転羽根 １５を配設したものであるが、第２実施例では加圧空気流により動力羽根１３が 回転駆動し、上記回転駆動力によって回転羽根１５が回転すれば良いので、図３ の様に動力羽根１３の位置がチューブ１内の出口側でもよい。上記のような構成 によって得られる本願考案の第２実施例における作用効果は、第１実施例と同様 の作用効果となる。さらに、動力羽根が中央で吸入口側２５と排出口側２７にそ れぞれ回転羽根が取り付けられる構造でも、第１実施例と同様の作用効果を得ら れることは言うまでもない。

【００１５】 本願考案の第３実施例について図４を参照して説明する。第１実施例で説明し た構成と同一のものは、同一符号を付して説明を省略する。第３実施例は、従来 のフィン＆チューブ型インタークーラのフィン付チューブを使用したものであり 、チューブ１の外面には、チューブ１の表面積拡大のためのフィン５９が巻き付 けられている。チューブ１内にはチューブ１の軸心部にチューブ１と同軸上にチ ューブ１と同じ長さの細長い回転軸３があり、回転軸３には、加圧空気の上流側 に複数の羽根を持つ動力羽根１３が取付られ、さらに動力羽根１３の下流側にチ ューブ１の下流端まで回転軸３に平行に延びた掻面式回転羽根１５が取付けられ ている。回転軸３は、チューブ１の開口端部で軸受７を介して回転自由となり、 チューブ１の内面に固着している支持棒９の結合部１１に軸受７を介してチュー ブ１に支持されている。

【００１６】 上記構成によると、第１実施例で述べた作用が得られる他、フィン５９による チューブ１の表面積拡大に伴い高負荷時の冷却効率が向上する。

【００１７】 上記実施例においては、回転軸３と動力羽根１３、掻面式回転羽根１５が別体 形成であったが、本考案はこれに限ることなく一体形成でもよく、また動力羽根 １３、掻面式回転羽根１５の位置関係は、本考案の請求範囲を逸脱しない範疇で 適用できるものである。

【００１８】 また、図示しないが、上記回転軸３とチューブ内壁１７との間で同回転軸３と チューブ内壁１７との間で同回転軸にスパイラル状に上流側から下流側に向かっ て回転羽根を設けて上記加圧空気の一本の流線管が回転流動するよう設けてもチ ューブ内滞留時間が長くなり、上記実施例と同様の作用効果が得られる。

【００１９】

【効果】

以上のように本願考案によると、加圧空気流によって自己駆動する掻面式回転 羽根によって、加圧空気の回動と流動攪拌能力が比例するため、エンジン高負荷 時はインタークーラの冷却効率を向上させ、低負荷時は冷却効率を抑えエンジン のポンプ損出を防止し、エンジンの負荷状態に応じたインタークーラの冷却効果 が得られる。さらに、インタークーラのチューブを太く短くできるので、インタ ークーラのコンパクト化も計れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願考案の第１実施例を最も良く表した斜視
図である。

【図２】 本願考案の第１実施例の掻面式回転羽根の応
用例を示した概略図である。

【図３】 本願考案の第２実施例を最も良く表した斜視
図である。

【図４】 本願考案の第３実施例を最も良く表した斜視
図である。

【図５】 従来のフィン＆チューブ型インタークーラの
斜視図である。

【符号の説明】

１：チューブ ３：回転軸 １３：動力羽根 １５：掻面式回転羽根

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項】過給機と内燃機関を結ぶ吸気管に設けられ過
   給機により加圧された加圧空気を冷却する過給機用イン
   タークーラにおいて、上記インタークーラのチューブ
   と、同チューブ内に同チューブと同軸的に配設され回転
   自在に両端を保持された回転軸と、上記回転軸に取付け
   られ上記加圧空気の流動によって駆動され回転する動力
   羽根と、上記回転軸上に上記回転軸の径方向に立設しか
   つ同回転軸の軸線方向に延設され上記径方向の外端部が
   上記チューブ内壁面近傍に位置して上記チューブ内空間
   を仕切り回転軸の回転駆動によって上記チューブの内壁
   近傍の上記加圧空気を掻き取りながら回転する掻面式回
   転羽根とを備えたことを特徴とする過給機用インターク
   ーラ。