JP4622962B2

JP4622962B2 - インタークーラの出入口配管構造

Info

Publication number: JP4622962B2
Application number: JP2006225557A
Authority: JP
Inventors: 真樹原田; 澄男須佐; 晴彦渡邊
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2026-08-22
Also published as: CN1975124A; DE102006055920A1; US7967032B2; US20070119431A1; CN1975124B; JP2007177786A

Description

本発明は、内燃機関（エンジン）の給気系において、過給機からの加圧空気をインタークーラに流入して冷却し、エンジン本体に送るインタークーラの出入口配管構造に関する。

一般にエンジンの出力を向上させるために、過給機を使用して多量の空気をエンジンに送り込むことが行われている。しかしながら、過給機において空気が圧縮されるため、空気温度が高くなり、例えば１８０℃程の高温の加圧空気となる。この加圧空気を冷却して空気密度を増大してエンジン本体に供給するために、インタークーラ（冷却器）が使用されている。

この場合、インタークーラはラジエータのフロント側に配置される。即ち、車両の前後方向のフロント側から、インタークーラ、ラジエータ、冷却ファン、エンジン本体の順に配置される。一方、過給機は、エンジン本体自身又はエンジンからの排気ガスによって駆動されるため、エンジン本体近辺に配置される。そのため、インタークーラと過給機、及びインタークーラとエンジン本体との接続配管構造は、ラジエータを乗り越える形で接続される配管構造となる。

また、一般にラジエータは上下方向にヘッダタンクが配置される形で車両に搭載されているのに対し、インタークーラは、上下方向にパイプ部が配置される縦タイプ型と左右方向にパイプ部が配置される横タイプ型の両者のいずれかが、エンジンルーム内のスペースとの関係で採用されている。本発明は、エンジンルーム内の横方向に余裕の隙間がない、横タイプ型のインタークーラを採用した場合におけるインタークーラの出入口配管構造の改良に係るものである。

従来、インタークーラ１の出入口配管２は、ラジエータ３の上部と車体フレーム又はボンネットとの僅かな隙間を通すために、図８に示すように略９０°曲げられた形状で形成されている。この場合、太くて丸い配管をこのような厳しい曲率で曲げることは困難であること、及び小さな隙間を通すために、図９に拡大して示すように出入口配管２の曲げ部２ａを扁平状に形成している。これによって、出入口配管２を容易に曲げられ、インタークーラ１を車両に搭載する際に、ラジエータ１等との干渉を避けることが可能となっている。

しかしながら、近年環境上の問題から、ディーゼル機関の排ガス規制が益々厳しくなっている。例えば大型トラックの場合、欧州では、図１０に示すように排ガスのＮＯｘ値がＥＵＲＯ３では５（ｇ／kwh）であったものを、ＥＵＲＯ４では、３．５（ｇ／kwh）に更に２００８年から開始されると予想されるＥＵＲＯ５では２（ｇ／kwh）に規定値を厳しくすることを決めている。また、ＰＭ（浮遊粒子状物質）値もＥＵＲＯ３では、０．１（ｇ／kwh）であったものを、ＥＵＲＯ５では、０．０２（ｇ／kwh）に規制を厳しくしている。
この規制値をクリアするには、現在の過給機を出た加圧空気の圧力が１．８（kgf／cm²）であるのを２．７（kgf／cm²）から最終的には３．６（kgf／cm²）に高める必要があり、また加圧空気の温度が１８０（℃）であるのを、２０４（℃）から２３９（℃）に高める必要がある。

このような排気ガス規制の強化に伴なう過給気圧力及び温度の上昇に伴ない、従来のインタークーラの曲部を扁平状にした出入口配管構造（特に入口配管構造）では、強度が不十分となり、変形及び破壊され易いという問題がある。強度を向上させるためには、管壁にリブを設けたり、管内に柱が必要となるが、製造コストの増加や成形加工の悪化を招くという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、容易にラジエータ等の干渉を回避することができ、かつ高圧高温の過給気圧力及び温度に十分に耐えられる強度を有し、成形が容易なインタークーラの出入口配管構造を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載のインタークーラの出入口配管構造を提供する。
請求項１に記載のインタークーラの出入口配管構造は、複数のパイプ２１〜２７から構成されていて、その両管端部２０ａ，２０ｂのうち、過給機側又はエンジン本体側の配管に接続される側の管端部２０ａの外形が、この配管の外形と略同じになるように束ねて変形され、その中央部２０ｃで曲げられていると共に、各パイプ２１〜２７の両管端部の断面形状が略扇形形状であり、その中央部での断面形状が略円形形状であるものであり、これにより、従来の出入口配管構造のように扁平部を形成することなく、容易に配管を曲げることができると共に、その耐圧強度を向上することができる。また、パイプの径を小径にすることができるので、その曲げ加工が容易である。

請求項２の該出入口配管構造は、インタークーラのヘッダタンク１４Ａ，１４Ｂに接続される側の管端部２０ｂの外形を、ヘッダタンクの接続部の外形と略同じにしたものであり、これにより、ヘッダタンクのどの部分にも接続可能としている。
請求項３の該出入口配管構造は、出入口配管構造の一部において、この出入口配管構造を構成する複数のパイプ２１〜２７を隣接して並べて配置したものであり、これにより、スペースの小さなところでも配管が可能であり、また耐圧強度を向上させることができる。

請求項４の該出入口配管構造は、全ての断面において略同一断面積にしたものであり、これにより、流体圧損失を防止することができる。

請求項５の該出入口配管構造は、出入口配管構造の各パイプ２１〜２７が略９０度曲げられているものであり、これにより、ラジエータ上部のエンジンルーム内の隙間が、略パイプの外径程の隙間だけあれば、出入口配管を配置することが可能となる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態のインタークーラの出入口配管構造について説明する。図１は、本実施形態の出入口配管構造を備えたインタークーラの全体構造を示す図であり、図２（ａ）は、第１実施形態の出入口配管構造の拡大斜視図であり、図２（ｂ）は、出入口配管構造の管端部断面図を、図２（ｃ）は、出入口配管構造の中央部（曲げ部）の断面図を示している。本発明では、過給機からの加圧空気を冷却して内燃機関（エンジン）に送るインタークーラに使用される出入口配管構造として説明しているが、インタークーラ以外の他の熱交換器にも適宜適用可能である。

図１に示すように、インタークーラ１０は、多数の扁平状のチューブ１１と波形状フィン（コルゲートフィン）１２とを交互に積層してなる熱交換コア１３と、この熱交換コア１３の両側に設けられたヘッダタンク１４Ａ，１４Ｂとより構成されている。インタークーラ１０は、図５に示すようにラジエータのフロント側に配置され、ラジエータを保護する枠体（図示せず）に取外し自在に固着されている。扁平状チューブ１１の両端でそれぞれ結合する両ヘッダタンク１４Ａ，１４Ｂは、車両の幅方向（左右方向）に配置され、入口側のヘッダタンク１４Ａの上端面に入口配管２０Ａが、出口側のヘッダタンク１４Ｂの上端面に出口配管２０Ｂがそれぞれ接続している。入口配管２０Ａと出口配管２０Ｂは、一般的に製造上の理由から同一形状をしており、本実施形態の出入口配管構造２０とは、入口配管２０Ａと出口配管２０Ｂの両者を総称して述べているものである。なお、過給機によって加圧された加圧空気は、インタークーラ１０で冷却されて空気密度が増大するので、圧力及び温度条件が入口配管２０Ａで厳しく、出口配管２０Ｂで緩和されるので、両者の構造を必ずしも同一にする必要はないが、少なくとも入口配管２０Ａ側だけは、本実施形態の出入口配管構造２０を採用する必要があるものである。

インタークーラ１０は、両ヘッダタンク１４Ａ，１４Ｂ間を加圧空気が１回通過するだけ（１パス形式）のタイプであり、各チューブ１１に加圧空気が均等に流れるように両ヘッダタンク１４Ａ，１４Ｂは、上方から下方に行くに従ってその断面積が漸次小さくなるように形成されている。
上記のように構成されたインタークーラ１０では、過給機により加圧された空気（給気）は、入口配管２０Ａを通ってヘッダタンク１４Ａに入り、ここから熱交換コア１３のチューブ１１内を通ってヘッダタンク１４Ｂに入り、出口配管２０Ｂを通ってエンジン本体へと送られる。一方、冷却ファン（図示せず）によって吸い込まれる外気は、チューブ１１内を通る加圧空気と交差するようにチューブ１１外を紙面の表側から裏側へと突き抜けるように流れることで、加圧空気と外気とが熱交換される。これにより、例えば、インタークーラ１０の入口側では、約１８０℃であった加圧空気がその出口側では約５０℃に冷却される。したがって、加圧空気は冷却されて空気密度を増大し、エンジンの給気の充填効率が増大し、出力アップにつながる。

次に、本発明の特徴である出入口配管構造２０について説明する。先に説明したように、インタークーラ１０はラジエータのフロント側に配置されているのに対し、過給機及びエンジン本体はラジエータのリア側に配置されている。また、インタークーラ１０は、ラジエータよりも幅及び高さが小さく形成されている。このため、インタークーラ１０の出入口配管構造２０は、ラジエータの上部ヘッダ部（ラジエータの両ヘッダ部は上下に配置されている。）を乗り越えるように、かつラジエータ上部のエンジンルーム内の狭い間隙を通すように形成する必要がある。

そこで、本実施形態では、出入口配管構造２０（入口配管２０Ａ、出口配管２０Ｂ）を複数のパイプ２１，２２，２３，２４で構成し、その両管端部２０ａ，２０ｂ（一方の管端部２０ａは、過給機側又はエンジン本体側に接続し、他方の管端部２０ｂは、ヘッダタンク１４Ａ，１４Ｂに接続する。）を外形が円形形状になるように隙間なく複数のパイプ２１〜２４が束ねられて一体化されている。図１，２では、４本のパイプ２１〜２４の各管端部の断面形状が図２（ｂ）に示すように９０度の角度をもつ扇形形状となり、これらが組み合わされて外形が円形となっている。したがって、この場合には管端部２０ａ，２０ｂには十字状の仕切りが形成されている。管端部２０ａ，２０ｂの外形を円形形状にするのは、ヘッダタンク１４Ａ，１４Ｂ及び過給機側又はエンジン本体側の配管との接続を容易にするためである。

更に、出入口配管構造２０は、図２（ｃ）に示すようにその扁平状の中央部（曲げ部）２０ｃで各パイプ２１〜２４が互いに横方向に隣接して並べられており、かつ略９０度の角度で曲げられている。即ち各パイプ２１〜２４は、円形断面のまま横方向に並べられ、その状態で曲げられている。したがって、パイプ２１〜２４の外径に相当する程の隙間があれば、出入口配管構造２０を配置することが可能となる。
この出入口配管構造２０は、管軸に対して直交方向に切断する全ての断面において略同一の断面積を有しており、これにより、流体圧損失を防止している。図３は、従来の出入口配管構造の扁平部の断面と本実施形態の出入口配管構造の扁平状の曲げ部（中央部）の断面とを比較する図であり、両者の断面積を同一としている。従来の扁平部の高さと本発明のパイプの外径を同じにして比較している。図から解るように、流路断面積を同一としながら、本実施形態ではパイプ内を流れる加圧空気の受圧面積を低減することができ、その変形を抑えることが可能となる。

図４は、第２実施形態の出入口配管構造２０を示している。前述した第１実施形態では、出入口配管構造２０はヘッダタンク１４Ａ，１４Ｂの長手方向の端面（上端面）に接続されているが、第２実施形態ではヘッダタンク１４Ａ，１４Ｂの長手方向に平行な側面に出入口配管構造２０を接続している。この場合、出入口配管構造２０の過給機側又はエンジン本体側の配管に接続される側の管端部２０ａの外形が円形形状になるように隙間なく複数のパイプ２１〜２４（図４では４本）が束ねられて一体化されている。これに対して、ヘッダタンク１４Ａ，１４Ｂに接続される側の出入口配管構造２０の管端部２０ｂは、複数のパイプ２１〜２４がヘッダタンクの長手方向に隣接して並べられて配置される形でヘッダタンク１４Ａ，１４Ｂの長手方向の側面に接続されている。

図５は、第３実施形態の出入口配管構造２０を示している。この第３実施形態では、出入口配管構造２０の過給機側又はエンジン本体側の配管に接続される側の管端部２０ａの外形は、図５（ａ）に示されるように第１，２実施形態と同様に複数のパイプ２１〜２４（図５では４本）が円形形状になるように隙間なく束ねられて一体化されている。一方、出入口配管構造２０のヘッダタンク１４Ａ，１４Ｂに接続される側の管端部２０ｂの外形は、ヘッダタンク１４Ａ，１４Ｂの長手方向の側面に接続するために、図５（ｂ）にその断面が示されるように４つの束ねられたパイプ２１〜２４が管端部２０ａの円形形状から全体として楕円形状に扁平に変形されている。

図６は、第４実施形態の出入口配管構造２０の管端部及び中央部の断面図である。本実施形態では、出入口配管構造２０は３つのパイプ２５，２６，２７から構成されている。従って各パイプ２５〜２７の管端部２０ａ，２０ｂでの断面形状は、１２０度の角度をもつ扇形形状を３つ組み合わせた、外形が円形形状をしたものになる。勿論、中央部２０ｃでは、各パイプ２５〜２７が横方向に隣接して並んで配置され、かつ略９０度の角度で曲げられている。

図７は、第５実施形態の出入口配管構造２０とその管端部及び中央部の断面図である。上述した実施形態では出入口配管構造２０は複数のパイプを束ねる形状としているが、第５実施形態では、図７（ａ）に示すように出入口配管構造２０を、過給機側配管又はエンジン側配管に接続される配管接続部である一方の管端部２０ａとインタークーラ１０のヘッダタンク１４Ａ，１４Ｂに接続される他方の管端部２０ｂを図７（ｂ）に示すように一つの流路２８で構成し、出入口配管構造２０の中央部２０ｃでは、図７（ｃ）に示すように断面扁平形状で２つに分岐した流路２８ａ，２８ｂとなる構造としている。なお、中央部２０ｃでは、適宜の角度で曲げられている。

図７（ｃ）は、出入口配管構造２０の中央部２０ｃの断面形状の各種の例を示している。図７（ｃ）の（１）は分岐した２の流路２８ａ，２８ｂが、完全に分岐した断面扁平形状の流路を有する構造となっている。（２）は、分岐した２つの流路２８ａ，２８ｂとをつなぐ狭い扁平流路２８ｃを有する、完全に分岐しない構造の中央部２０ｃとなっている。この場合、扁平流路２８ｃは分岐した流路２８ａ，２８ｂの変形を抑制できる。（３）は、分岐した２つの流路２８ａ，２８ｂをつなぐ狭い扁平流路２８ｃに支柱２９を設けた、完全に分岐しない構造の中央部２０ｃを示している。支柱２９を設けることによって、扁平状の分岐した流路２８ａ，２８ｂの強度アップを図ることができると共に、この流路２８ａ，２８ｂの変形抑制を向上させることができる。（４）は、分岐した流路２８ａ，２８ｂをつなぐ扁平流路２８ｃを接触するまで狭めて（扁平流路２８ｃの上下の内壁面を接触させる）スポット溶接Ｗ等により扁平流路２８ｃを閉鎖した、完全に分岐しない構造の中央部２０ｃを示している。この場合では、完全に分岐した構造の出入口配管構造２０と略同等の変形抑制効果を有すると共に、完全に分岐した構造の出入口配管構造よりも加工性を向上させることができる。

このように本発明においては、出入口配管構造２０は、いずれの本数のパイプでも可能であり、むしろ出入口配管構造を配置するラジエータ上部のエンジンルーム内の隙間とパイプの外径とにより、パイプの本数は適宜決められるものである。

出入口配管構造２０を構成するパイプの材質としては、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム（アルミ合金を含む）や銅（銅合金を含む）等である。また、管端部２０ａ，２０ｂ等は、溶接、ろう付け等によって一体化されることが好ましい。

以上のように構成された本発明のインタークーラの出入口配管構造では、容易にラジエータ等との干渉を回避でき、かつ中央部の扁平形状も容易に成形することができる。また、扁平形状を複数のパイプにより形成したことにより、流路断面積を低減させることなく受圧面積を低減し、パイプの変形を抑えることが可能となる。

本発明の第１実施形態の出入口配管構造を備えたインタークーラの正面図である。（ａ）は、本発明の第１実施形態の出入口配管構造の斜視図であり、（ｂ）は、その出入口配管構造の管端部の断面図であり、（ｃ）はその出入口配管構造の中央部（曲げ部）の断面図である。従来の出入口配管構造の扁平部の断面と、本実施形態の出入口配管構造の扁平状の中央部の断面とを、断面積同一として比較した図である。本発明の第２実施形態の出入口配管構造の斜視図である。本発明の第３実施形態の出入口配管構造の（ａ）斜視図及び（ｂ）その一方の管端部の断面図を示している。本発明の第４実施形態の出入口配管構造の管端部と中央部の断面図である。本発明の第５実施形態の出入口配管構造の（ａ）斜視図と（ｂ）その両管端部の断面図及び（ｃ）その中央部の各種の例（１）〜（４）を示す断面図である。従来のインタークーラの出入口配管構造とその配置を説明する図である。従来の出入口配管構造の斜視図である。ＥＵＲＯ（欧州）での排出ガスの規制値の動向とこれによる過給機後の加圧空気の圧力と温度の変化を説明するグラフである。

符号の説明

１０インタークーラ
１３熱交換コア
１４Ａ，１４Ｂヘッダタンク
２０，２０Ａ，２０Ｂ出入口配管構造
２１〜２７パイプ
２０ａ，２０ｂ管端部
２０ｃ中央部（曲げ部）

Claims

過給機からの加圧空気をインタークーラ（１０）に流入して冷却し、前記インタークーラから冷却することで空気密度を増大した該加圧空気をエンジン本体へと送るインタークーラの出入口配管構造（２０）において、
前記出入口配管構造（２０）が、複数のパイプ（２１〜２７）から構成されていて、そのパイプ両管端部（２０ａ，２０ｂ）のうち、過給機側又はエンジン本体側の配管に接続される側の管端部（２０ａ）の外形が、前記配管の外形と略同じになるように束ねて変形され、前記出入口配管構造の略中央部（２０ｃ）が曲げられていると共に、
前記各パイプ（２１〜２７）の両管端部の断面形状が、略扇形形状であり、前記中央部での前記各パイプ（２１〜２７）の断面形状が略円形形状であることを特徴とするインタークーラの出入口配管構造。
前記パイプ両管端部（２０ａ，２０ｂ）のうち、インタークーラのヘッダタンク（１４Ａ，１４Ｂ）に接続される側の管端部（２０ｂ）の外形が、前記ヘッダタンクの接続部の外形と略同じであることを特徴とする請求項１に記載のインタークーラの出入口配管構造。
前記出入口配管構造の一部において、スペース面及び強度面の必要性から前記出入口配管構造を構成する複数のパイプ（２１〜２７）が隣接して並べられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインタークーラの出入口配管構造。
前記出入口配管構造（２０）が、全ての断面において略同一断面積であることを特徴とする請求項１，２又は３に記載のインタークーラの出入口配管構造。
前記出入口配管構造（２０）の各パイプ（２１〜２７）が、略９０度曲げられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のインタークーラの出入口配管構造。