JP5866798B2

JP5866798B2 - インタークーラ

Info

Publication number: JP5866798B2
Application number: JP2011112903A
Authority: JP
Inventors: 聡竹中; 一秀高田
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2031-05-19
Also published as: JP2012241627A

Description

本発明は、過給機からエンジン本体に供給する吸気ガスを冷却するインタークーラに関する。

エンジンの出力向上を図る目的からエンジンの吸気系に過給機を装着する過給機付エンジンにおいては、過給機で過給された吸気ガス（圧縮空気）が高温となるため、この高温の吸気ガスをエンジンの燃焼室にそのまま供給してしまうと、充填効率の低下やノッキング（ガソリンエンジンの場合）の問題が生じ得る。

このため、過給機付エンジンにおいては、過給機により過給された吸気ガスを冷却するためのインタークーラをエンジンの吸気系に装着するようにしている（例えば、特許文献１、２参照）。

インタークーラは、例えば、吸気流入口を有する流入側ヘッダと、吸気吐出口を有する吐出側ヘッダと、これら流入側ヘッダと吐出側ヘッダとの間に配設された熱交換用のコアとから主に構成される。

トラック用のエンジンの場合は、インタークーラがエンジンの前方に搭載されており、走行による空気流或いはクーリングファンの吸い込みによる空気流がインタークーラに流れ込むことにより、過給機による過給で高温となった吸気ガスが冷やされる。また、乗用車のエンジンにおいても搭載位置は若干異なるものの、インタークーラの前面に走行による空気流があたるようになっている。

特開２０１０−２７５９８２号公報特開２０１０−２２３５０８号公報

このようなインタークーラにおける圧損の一部はコアの圧損であるが、コアの圧損を低減するには、例えばコアのチューブ本数を増やすことが考えられる。しかしながら、コアのチューブ本数を増やすと、インタークーラが大型化し、更にはエンジン及びエンジンに装着される各種装置類のレイアウト変更が必要となることがある。そのため、コアのチューブ本数を増やす方法によりコアの圧損を低減する方法の採用は困難であるといえる。一方、流入側ヘッダは、形状変更により圧損を低減する余地があると思われる。

そこで、本発明の目的は、エンジン及びエンジンに装着される各種装置類のレイアウト変更を行うことなく、流入側ヘッダの圧損を効果的に低減することにある。

上述の目的を達成するために、本発明は、吸気流入口を有する流入側ヘッダと、吸気吐出口を有する吐出側ヘッダと、前記流入側ヘッダと前記吐出側ヘッダとの間に配設された熱交換用のコアとを備えるインタークーラにおいて、前記流入側ヘッダは、前記コアに接続され、前記コアの一端部に沿って延びる流入側コア接続部と、前記流入側コア接続部の後部に形成されて前記流入側コア接続部と連通すると共に、前記流入側コア接続部から筒状かつ背面側に延び、先端に前記吸気流入口が形成された入口パイプ部とを有し、前記流入側コア接続部と前記入口パイプ部との連通部分の背面側内壁面を前記流入側コア接続部の背面位置よりも前側に湾曲させ、Ｒ形状としたものである。

前記流入側コア接続部と前記入口パイプ部との連通部分の背面が、前記流入側コア接続部の背面位置に対して前側に湾曲して凹曲面を形成し、前記流入側コア接続部と前記入口パイプ部との連通部分の前面を凸曲面状に湾曲させることで、前記流入側コア接続部と前記入口パイプ部との連通部分の前面側内壁面をＲ形状としたものであっても良い。

前記流入側コア接続部と前記入口パイプ部との連通部分の背面を凹曲面状に湾曲させることで、前記流入側コア接続部と前記入口パイプ部との連通部分のコア接続部長手方向内壁面をＲ形状としても良い。

前記入口パイプ部のコア接続部長手方向の径を当該コア接続部長手方向に直交する方向の径に対して大きく形成しても良い。

本発明によれば、エンジン及びエンジンに装着される各種装置類のレイアウト変更を行うことなく、流入側ヘッダの圧損を効果的に低減することができるという優れた効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るインタークーラの背面図である。本発明の一実施形態に係るインタークーラの側面図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。本発明の一実施形態に係るインタークーラを装着した過給機付エンジンの構成図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

先ず、本実施形態に係るインタークーラが装着されるエンジンについて図４を用いて説明する。なお、図４中、矢印Ｉは吸気ガスの流れを示し、矢印Ｅは排気ガスの流れを示し、矢印Ａｃは走行による空気流或いはクーリングファンの吸い込みによる空気流を示している。

図４に示すエンジン１は、例えばディーゼルエンジンであって、トラック等の車両に搭載されるものである。なお、エンジン１は、ディーゼルエンジンには限定はされず、ガソリンエンジン等であっても良い。

図４に示すように、エンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２の吸気ポートに接続された吸気マニホールド３と、吸気マニホールド３に接続された吸気管４と、吸気管４に配設されエンジン本体２に供給する吸気ガスを過給する過給機５のコンプレッサ５ｃと、コンプレッサ５ｃよりも吸気後流側の吸気管４に配設され吸気ガスを冷却する空冷式のインタークーラ１０と、エンジン本体２の排気ポートに接続された排気マニホールド６と、排気マニホールド６に接続された排気管７と、排気管７に配設されコンプレッサ５ｃを駆動する過給機５のタービン５ｔと、エンジン本体２内を循環するエンジン冷却水を冷却する空冷式のラジエータ８と、エンジン本体２により回転駆動されるクーリングファン（冷却ファン）９とを備える。

図４に示すエンジン１では、エンジン本体２の前方から後方に向かって順に、インタークーラ１０、ラジエータ８、クーリングファン９（エンジン本体２）が一直線上に配設されている。そのため、図４に示すエンジン１においては、走行による空気流或いはクーリングファン９の吸い込みによる空気流Ａｃは、インタークーラ１０を通過し、さらにラジエータ８を通過してクーリングファン９に流れるようになっている。

次に、本実施形態に係るインタークーラ１０について図１から図３を用いて説明する。

図１から図３に示すように、本実施形態に係るインタークーラ１０は、吸気流入口１１を有する流入側ヘッダ１２と、吸気吐出口１３を有する吐出側ヘッダ１４と、流入側ヘッダ１２と吐出側ヘッダ１４との間に配設された熱交換用のコア１５とを備えている。コア１５は、背面視で略矩形状に形成されている。

流入側ヘッダ１２は、コア１５に接続され、コア１５の一端部（図１中の右側）に沿って延びる流入側コア接続部１６と、流入側コア接続部１６の後部に連通され、先端に吸気流入口１１が形成された円筒状の入口パイプ部１７とから構成されている。本実施形態では、入口パイプ部１７は、流入側コア接続部１６の上部に結合されている。

本実施形態では、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の背面（図２中の左側）を凹曲面状に湾曲させることで、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の背面側内壁面１８ａを内側に凸のＲ形状としている（図３参照）。つまり、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分は、流入側コア接続部１６の背面位置よりも前側に湾曲している。即ち、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の背面を凹曲面状に湾曲させることで、流入側コア接続部１６の背面に凹部１６ａを形成すると共に、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分内に内側に突出する凸部１６ｂを形成している。凹部１６ａは、流入側コア接続部１６の背面位置から前側に凹となっている。

本実施形態では、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の背面側内壁面１８ａの曲率半径Ｒを１０ｍｍから８０ｍｍの範囲で入口パイプ部１７の長手方向に対して徐々に変化させている。なお、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の背面側内壁面１８ａの曲率半径Ｒを入口パイプ部１７の長手方向に対して一定値としても良い。

また、本実施形態では、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の前面（図２中の右側）を凸曲面状に湾曲させることで、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の前面側内壁面１８ｂを外側に凸のＲ形状としている（図３参照）。前面側内壁面１８ｂは、流入側コア接続部１６の前面位置で流入側コア接続部１６に連通されている。つまり、入口パイプ部１７は、流入側コア接続部１６の前面位置よりも前側に突出されていない。

流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の前面側内壁面１８ｂの曲率半径は、入口パイプ部１７の長手方向に対して徐々に変化させても良く、入口パイプ部１７の長手方向に対して一定値としても良い。

さらに、本実施形態では、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の背面を凹曲面状に湾曲させることで、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分のコア接続部長手方向内壁面（上下方向内壁面）１９ａ、１９ｂを内側に凸のＲ形状としている（図２参照）。

流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分のコア接続部長手方向内壁面１９ａ、１９ｂの曲率半径は、入口パイプ部１７の長手方向に対して徐々に変化させても良く、入口パイプ部１７の長手方向に対して一定値としても良い。

なお、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の背面を凹曲面状に湾曲させることで入口パイプ部１７内の流量が減少する場合には、入口パイプ部１７の上下方向の径を左右方向の径に対して大きくすることで入口パイプ部１７内の流量を確保するようにしても良い。

流入側ヘッダ１２（流入側コア接続部１６、入口パイプ部１７）は、例えばアルミニウムからなる。本実施形態では、流入側コア接続部１６及び入口パイプ部１７は、アルミニウムの鋳造により一体形成されている。

吐出側ヘッダ１４は、コア１５に接続され、コア１５の他端部（図１中の左側）に沿って延びる吐出側コア接続部２０と、吐出側コア接続部２０の後部に連通され、先端に吸気吐出口１３が形成された円筒状の出口パイプ部２１とから構成されている。本実施形態では、出口パイプ部２１は、吐出側コア接続部２０の上部に結合されている。

吐出側ヘッダ１４（吐出側コア接続部２０、出口パイプ部２１）は、例えばアルミニウムからなる。本実施形態では、吐出側コア接続部２０及び出口パイプ部２１は、アルミニウムの鋳造により一体形成されている。

コア１５は、一対のエンドプレート２２と、一対のエンドプレート２２間に架け渡された複数のチューブ２３と、隣接するチューブ２３間に各々設けられた複数の外気流通路２４とから構成されている。

チューブ２３は、流入側ヘッダ１２から吐出側ヘッダ１４へと吸気ガスを流すためのものであって、扁平中空状のパイプからなる。外気流通路２４は、チューブ２３を流れる吸気ガスを冷却するための空気が流れる流路であり、インタークーラ１０の前面と背面とを貫通するように形成されている。また、外気流通路２４には、冷却効率を高めるためにフィン（コルゲートフィン）２５が配設されている。なお、図１では、フィン２５の一部のみを図示している。

コア１５（エンドプレート２２、チューブ２３、フィン２５）は、例えばアルミニウムからなる。

次に、本実施形態の作用を説明する。

本実施形態では、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の背面を凹曲面状に湾曲させることで、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の背面側内壁面１８ａをＲ形状としている。このように、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の背面側内壁面１８ａをＲ形状とすることにより、図３中に矢印Ｘ１で示すように吸気ガスの主流を積極的に流入側コア接続部１６の背面側に導き（曲げ）、吸気ガスの主流の流入側コア接続部１６の前面への衝突を出来る限り避けることができる。従って、流入側ヘッダ１２内におけるエネルギー損失を少なくすることができ、流入側ヘッダ１２の圧損を低減することが可能となる。

特に本実施形態では、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の背面を凹曲面状に湾曲させることで、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の背面側内壁面１８ａをＲ形状としているので、インタークーラ１０が大型化し、更にはエンジン１及びエンジン１に装着される各種装置類（特にラジエータ８）のレイアウト変更が必要となることはない。即ち、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の背面を凹曲面状に形成するのであれば、流入側コア接続部１６の前後方向幅を変更する必要はなく、インタークーラ１０の大型化を招くことはない。

また、本実施形態では、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の前面を凸曲面状に湾曲させることで、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の前面側内壁面１８ｂをＲ形状としている。このように流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の前面側内壁面１８ｂをＲ形状とすることにより、図３中に矢印Ｘ２で示すように吸気ガスが前面側内壁面１８ｂに沿って流れるようになる。吸気ガスの主流の流入側コア接続部１６の前面への衝突を和らげることで、流入側ヘッダ１２内におけるエネルギー損失を少なくすることができる。

さらに、本実施形態では、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分の背面を凹曲面状に湾曲させることで、流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分のコア接続部長手方向内壁面（上下方向内壁面）１９ａ、１９ｂをＲ形状としている。このように流入側コア接続部１６と入口パイプ部１７との連通部分のコア接続部長手方向内壁面１９ａ、１９ｂもＲ形状とすることにより、図２中に矢印Ｙ１、Ｙ２で示すように吸気ガスの主流を流入側コア接続部１６の長手方向（上下方向）にも積極的に導く（曲げる）ことができ、吸気ガスの主流を全体的に均一に近づけることが可能になる。吸気ガスの主流が全体的に均一になることで、最大流速が下がり、流入側ヘッダ１２内のエネルギー損失が低減する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

１０インタークーラ
１１吸気流入口
１２流入側ヘッダ
１３吸気吐出口
１４吐出側ヘッダ
１５コア
１６流入側コア接続部
１７入口パイプ部
１８ａ背面側内壁面
１８ｂ前面側内壁面
１９ａ、１９ｂコア接続部長手方向内壁面（上下方向内壁面）

Claims

吸気流入口を有する流入側ヘッダと、吸気吐出口を有する吐出側ヘッダと、前記流入側ヘッダと前記吐出側ヘッダとの間に配設された熱交換用のコアとを備えるインタークーラにおいて、
前記流入側ヘッダは、前記コアに接続され、前記コアの一端部に沿って延びる流入側コア接続部と、前記流入側コア接続部の後部に形成されて前記流入側コア接続部と連通すると共に、前記流入側コア接続部から筒状かつ背面側に延び、先端に前記吸気流入口が形成された入口パイプ部とを有し、
前記流入側コア接続部と前記入口パイプ部との連通部分の背面側内壁面を前記流入側コア接続部の背面位置よりも前側に湾曲させ、Ｒ形状としたことを特徴とするインタークーラ。
前記流入側コア接続部と前記入口パイプ部との連通部分の背面が、前記流入側コア接続部の背面位置に対して前側に湾曲して凹曲面を形成し、
前記流入側コア接続部と前記入口パイプ部との連通部分の前面を凸曲面状に湾曲させることで、前記流入側コア接続部と前記入口パイプ部との連通部分の前面側内壁面をＲ形状とした請求項１に記載のインタークーラ。
前記流入側コア接続部と前記入口パイプ部との連通部分の背面を凹曲面状に湾曲させることで、前記流入側コア接続部と前記入口パイプ部との連通部分のコア接続部長手方向内壁面をＲ形状とした請求項１又は２に記載のインタークーラ。
前記入口パイプ部のコア接続部長手方向の径を当該コア接続部長手方向に直交する方向の径に対して大きく形成した請求項１から３のいずれかに記載のインタークーラ。