JP2014511456A - 熱交換器を含む吸気ハウジング - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃エンジン用の吸気ハウジング（１）であって、当該ハウジング内で循環する供給ガス流と冷却剤との間で熱を交換するための熱交換器を受け入れ可能であり、供給ガスの循環のための空間（３）と、熱交換器を受け入れるための空間（２）とを含み、前記受け入れるための空間（２）が少なくとも１つの第１の金属部品（４，５）によって規定され、前記第１の金属部品は、第１の金属部品（４，５）と一体の少なくとも１つの延長部（１６，１７）を含み、前記延長部（１６，１７）は、供給ガスの循環のための空間（３）を少なくとも部分的に規定する、吸気ハウジング（１）に関する。

Description

本発明は、内燃エンジンの供給ガス流のための吸気ハウジング、および、そのようなハウジングを備える供給ガス流のための吸気モジュールに関する。ガスとは、空気、または、空気と排ガスとの混合物のことを指す。

本発明は、特に、自動車内燃エンジンのシリンダヘッドへと前記ガスを導入するためのガス吸気装置の一体部分として適用できる。

自動車内燃エンジンは複数の燃焼室を備え、各燃焼室は、ピストン、シリンダ、および、シリンダヘッドの一部によって画定される。これらの燃焼室は、エンジンの仕事をもたらすために燃やされるようになっている燃料と酸化剤との混合物を受ける。酸化剤は、エンジンがターボチャージャを含むかどうかに応じて圧縮されてもよい或いは圧縮されなくてもよい空気を備える。空気は、再循環排ガスと呼ばれる排ガスと混合される場合もある。以下、燃焼室に取り込まれるガスを供給ガスと称する。

供給ガスを冷却することによって、例えば供給ガスと車外の空気流との間の熱交換を空気／空気熱交換器を介して促進することによって、これらの供給ガスの密度を増大させることが知られている。

供給ガスと、例えば供給ガスが通過する熱交換器内で循環する液体の形態を成すいわゆる冷却剤との間での熱の交換によって、この冷却をもたらすことも知られている。

前者の場合、熱交換器は、内燃エンジンの周囲の空気に対して吸気回路の範囲を定めるハウジング内に設置される。このハウジングは例えばプラスチック材料から形成されてもよく、その後、熱交換器がこのプラスチック材料ハウジング内に収容される。しかしながら、このタイプのプラスチックハウジングは、特に内燃エンジンがターボコンプレッサを備えるときおよび／または内燃エンジンが燃料としてディーゼル油を使用する場合に、直面され得る高い温度に耐えられないことが分かっている。

この事態は、鋳造プロセスによって形成される金属ハウジングの使用により克服されてきた。この場合、熱交換器は、厚い壁を有するとともに、供給ガスのための鋳造入口ボックスおよび鋳造出口ボックスによって覆われる。その後、吸気ハウジングは、入口ボックスおよび出口ボックスを熱交換器の厚い壁に溶接することにより、気密にされる。そのような解決策は、熱負荷に耐えるという観点からは満足できるが、特に鋳造部品の使用のため、実施するのにコストがかかる。また、多くの組み立てステップが存在し、これがこの部品のコストを増大させる。

したがって、本発明の目的は、主に、供給ガス流が循環する入口空間および／または出口空間、すなわち、ガス流が熱交換器に流入するあるいは熱交換器から流出する空間を境界付けるために熱交換器を取り囲む吸気ハウジングの壁が延長される吸気ハウジングを形成することによって、前述した欠点を克服することである。

したがって、本発明は、内燃エンジン用の吸気ハウジングであって、当該ハウジング内で循環する供給ガス流と冷却剤との間で熱を交換するための熱交換器を受け入れ可能であり、供給ガスの循環のための空間と、熱交換器を受け入れるための空間とを含み、前記受け入れるための空間が少なくとも１つの第１の金属部品によって規定され、前記第１の金属部品は、この第１の金属部品と一体になった延長部を含み、前記延長部は、供給ガスの循環のための空間を少なくとも部分的に規定する、吸気ハウジングを成す。明らかに、受け入れるための空間は、熱交換器が内部に取り込まれる空間であるが、熱交換器に厳密に限定されない。供給ガス流がハウジングに流入するあるいはハウジングから流出するようになっているかどうかにかかわらず、循環空間が、熱交換器の前面と供給ガス流が循環するオリフィスとの間に含まれるハウジングの領域であることも同様に明らかである。

本発明の第１の特徴によれば、第１の金属部品は、少なくとも一部がアルミニウムから構成されるプレートである。

異なるあるいは相補的な変形例によれば、金属部品が加圧成形によって形成される。

本発明の第２の特徴によれば、延長部は、第１の金属部品が位置する面と一致する面内に位置する。そのような解決策は、金属部品および延長部の製造を容易にする。

本発明の他の特徴によれば、受け入れるための空間が第２の金属部品によって範囲が定められ、この第２の金属部品が該第２の金属部品と一体になった延長部を含み、前記延長部は、熱交換器に対して第１の金属部品と反対側で供給ガス循環空間の範囲を定める。ここで、熱交換器が２つの金属部品間に配置されるのは明らかであり、金属部品のそれぞれは、流れ循環空間を規定する延長部によって延長される。

本発明の更なる特徴によれば、吸気ハウジングは、供給ガス循環空間の範囲を定めるために、第１の金属部品と第２の金属部品との間で延びる蓋を含む。したがって、この空間は、専ら、金属部品の延長部と、循環空間を吸気ハウジングの環境から隔離するための蓋を形成する壁とによって境界付けられる。

本発明の更なる特徴によれば、延長部が少なくとも１つの機械的補強材を含む。一実施形態において、この機械的補強材は、延長部を横切って形成される１つ以上のリブの形態を成す。そのような構成は、循環空間内の供給ガスの圧力によって引き起こされる延長部の変形を制限する。

好適には、第１の金属部品が熱交換器に固定される。そのような構成により、熱交換器を含み且つ熱交換器に通じるおよび／または熱交換器から延びる供給ガス循環空間を少なくとも部分的に区切る一体の中間部品を形成することができる。したがって、熱交換器は、組み付けられると、吸気ハウジングの入口チャンバおよび／または出口チャンバを少なくとも部分的に境界付ける壁を含む。

好適には、第１の金属部品は、熱交換器の一部を形成する端部プレートである。したがって、端部プレートは、互いに接触して配置される交換器の構成部品のアセンブリの一部を、蝋付けステップの前に、特にそれらの部品を炉内に配置する前に形成する。

特に留意すべき点は、供給ガス循環空間が前記ガスのための吸気オリフィスを有し、前記延長部の大部分が吸気オリフィスと同じ側にあることである。

最後に、本発明は、前述した吸気ハウジングと、前記吸気ハウジング内の熱交換器とを含む、内燃エンジンの吸気モジュールに狙いを定める。

本発明の第１の利点は、製造が簡単で経済的であるとともに、高い吸気温度に耐えることができる吸気ハウジングの提供である。

他の利点は、吸気モジュールから成る完成品を最終的に構成するべく蓋が加えられる一体型部品を形成するために、熱交換器を形成すると同時に吸気ハウジングの壁を製造できることである。

本発明の他の特徴、詳細、および、利点は、図面を参照して例示として以下に与えられる説明を読むことによりさらに明確に分かる。

本発明の一実施形態の吸気ハウジングの斜視図である。 本発明の一実施形態の吸気ハウジングの斜視図である。

図１は、本発明の一実施形態の吸気ハウジング１を示している。そのようなハウジングは、該ハウジング内で循環する供給ガス流を通過させる熱交換器（図２に示される）を受ける。この熱交換器の主な機能は、供給ガスをそれが自動車に備える内燃エンジンの燃焼室内へ入る前に冷却することである。ガス流は、該ガス流と熱交換器内で循環する冷却剤との間の熱の伝達によって冷却される。この冷却剤は、例えば車両に設けられる冷却ループ内で循環する流体である。そのようなエンジン冷却ループまたは回路は、車両が備える内燃エンジンの温度調整に寄与する。

吸気ハウジング１は、熱交換器を受け入れる空間２と、供給ガス循環空間３とを含む、あるいは範囲を定める。
受け入れ空間２は、熱交換器の全体が位置する吸気ハウジング１の領域である。言い換えると、受け入れ空間２は、熱交換器によって占められる空間と同一あるいは略同一である。

具体的には、この受け入れ空間２は、少なくとも第１の金属部品４によって範囲が定められる。第２の金属部品５も受け入れ空間２を画定し、この第２の金属部品５は、受け入れ空間２に対して、すなわち、熱交換器に対して第１の金属部品４と反対側に設けられる。第１の金属部品４および／または第２の金属部品５はそれぞれ、炉内で蝋付けされ得るアルミニウムから、好適にはアルミニウム合金から少なくとも一部が形成されるプレートから成る。

第１の金属部品４および第２の金属部品５は、別個の平行な平面内に位置する。一点鎖線６〜９が２つの金属部品４，５の角を接続する。これらの一点鎖線は、受け入れ領域２を境界付ける角を示す。

第１の側面１０が第１の線６および第２の線７を通る。この第１の側面は受け入れ空間の一方側を画定し、受け入れ空間２のこの一方側を閉じるために第１の側面１０に第１のサイドプレート１１が設けられる。

この第１の側面１０に対して受け入れ領域２の反対側には、特に第１の側面１０と平行な第２の側面１２が存在する。この第２の側面１２は、第３の線８および第４の線９を通り、したがって、熱交換器を受け入れる空間２の範囲を定める。この第２の側面１２は、第１のサイドプレート１１を受ける側と反対の側で熱交換器を受け入れる空間２を閉じる第２のサイドプレート１３を受ける。

前面１４および後面１５が第１の側面１０および第２の側面１２に対して垂直である。

前面１４は、第２の線７および第３の線８を通り、熱交換器内へ通じる供給ガス入口面を規定する。この入口は、特に、図２で見ることができる交換器の前面と平行でありおよび／または交換器の前面と一致する。

後面１５は第１の線６および第４の線９を通る。この後面１５は、例えば、供給ガス流を熱交換器から排出するあるいは残す熱交換器の後面と平行である。

したがって、前面１４と後面１５との間で循環する供給ガス流が、熱交換器を通じて循環して、交換器のチューブバンドル内の液体の循環によって冷却されるのは明らかである。

したがって、熱交換器を受け入れる空間２は、その全体が、
− 第１および第２の金属部品４，５、
− 第１および第２の側面１０，１２、および、
− 前面１４および後面１５
によって範囲が定められる。

受け入れ空間へ入るおよび／または受け入れ空間から出ることができるためには、入口および／または出口の領域または部分を設けることが必要である。本発明の循環空間がそのような領域または部分を形成する。

図１の例において、供給ガス循環空間３は、少なくとも一部が第１の金属部品４の延長部１６によって画定される。この延長部１６は、該延長部１６が第１の金属部品と同じ構成材料で溶接または任意の充填金属の存在を伴うことなく第１の金属部品を延在させるという意味で、第１の金属部品４と一体である。言い換えると、金属部品および延長部は、同じプレートまたは同じストリップから一体に形成される。

金属部品およびその延長部は、好適には切断工程および加圧工程によって形成される。そのような成形プロセスは、金属部品が鋳造プロセスによってではなくストリップから形成されるために可能である。

以下の例は、交換器内へ通じる供給ガス流のための入口領域またはチャンバをこの循環空間が構成する状況において循環空間３を説明する。本発明がそのような状況に限定されないことは明らかであり、また、延長部によって画定されるこの循環空間が供給ガス出口チャンバにもなり得ること、すなわち、循環空間が熱交換器の通過に引き続いて現れ得ることが理解される。

第１の金属部品の延長部１６は、この延長部が供給ガス流を熱交換器の方向に導くという意味で、循環空間３を少なくとも部分的に区切る。本発明の変形によれば、循環空間３は、第２の金属部品５の一部を形成する延長部１７によっても区切らられあるいは境界付けられる。

この循環空間３は、第２の線７および破線の第５の線１９を通る第１の平面領域１８によってさらに画定される。この循環空間３の画定は、第５の線１９および破線の第６の線２１を通る第１の湾曲領域２０によって続けられる。第６の線２１は、破線の第７の線２３のところまで延びる第２の湾曲領域２２に対して第１の湾曲領域２０の範囲を定める屈曲点に配置される。循環空間３は、第７の線２３および第３の線８を通る第２の平面領域２４によってさらに画定される。最後に、この循環空間３は前面１４によって画定される。なお、この段落で記載される説明では、循環空間３が熱交換器を収容せず、熱交換器は受け入れ空間２の範囲内にとどめられる。

したがって、供給ガス流のための循環空間３は、その全体が、
− 第１の要素４の延長部１６および第２の要素５の延長部１７、
− 第１および第２の平面領域１８，２４、
− 第１および第２の湾曲領域２０，２２、および、
− 前面１４
によって画定される。

循環空間３の断面は第１の平面領域１８から第２の平面領域２４まで変化するが、この循環空間が第２の部分２６よりも幅広い第１の部分２５を有し、この幅が前面１４と延長部１６または延長部１７の縁部２７との間の距離に対応することに留意しなければならない。供給ガス循環空間３は、第１の平面領域１８と平行なガス吸気オリフィスを有する。供給ガス流は、このオリフィスを通じて、循環空間３に入り、したがって、本発明に係る吸気ハウジングに入る。したがって、この吸気オリフィスは、第１の金属部品の延長部１６と第２の金属部品５の延長部１７との間の距離によって規定される長さを有する。このオリフィスの幅は、第２の線７と第５の線１９との間の距離によって規定される。したがって、延長部の大部分が吸気オリフィスと同じ側にあることは明らかであり、その幅は、第２の部分２６のレベルよりも第１の部分２５のレベルの方が大きい。

第１の金属部品４の延長部１６および／または第２の金属部品５の延長部１７は、少なくとも１つの機械的補強材２８を含む。この図に示される実施形態において、機械的補強材２８は、延長部を構成するプレートの変形によって形成される１つ以上のリブまたは変形部２９の形態を成す。この機械的補強材は、延長部に限られ、金属部品上へと延びない。この構成は、延長部のレベルで構造的な補強をもたらして、特に内燃エンジンがコンプレッサまたはターボコンプレッサを備える場合に、吸気ハウジング内の圧力によって延長部が変形されるのを防止する。

図２は、本発明に係る吸気モジュール３０を示している。この吸気モジュールは、図１に示される吸気ハウジング１と、熱交換器３１とから成る。この吸気モジュール３０は、好適には蓋３２の取り付けによって完成される。更に、フランジ３３が加えられてもよい。

蓋３２は、ハウジング内で循環する供給ガス流をハウジングの外部から隔離するように循環空間３を閉じる要素である。この蓋は、延長部１６が位置する平面と垂直な少なくとも１つの平面内に位置する。蓋３２は、第１の金属部品４の延長部１６から始まり、第２の金属部品５の延長部１７で終わり、それにより、第１の金属部品４の延長部１６および第２の金属部品５の延長部１７と協働して循環空間３の範囲を定めることができる。

蓋３２は、金属、特にアルミニウムあるいはアルミニウム合金のプレートまたはストリップから形成される。この蓋は加圧プロセスによって成形される。この蓋３２は、略平行六面体形状の中央ストリップ３４と、中央ストリップ３４の長さにわたって延びる２つの側面３５，３６とを含む。これらの側面３５，３６は、中央ストリップが位置する面に対して垂直な面内に位置する。これらの側面は、例えば曲げ工程により、あるいは、加圧工程中に形成される。

この蓋３２は、蓋の一方の長手方向端部から始まる第１の区域を含む。この第１の区域は第１の平面内に位置しており、第１の区域には、反時計回り方向の曲げによって例えば４０°〜９０°の角度で第１の平面に対して傾けられる第２の平面内に位置する第２の区域が続く。この場合には、蓋３２は概してＬ形状である。

供給ガス流が循環空間３に入るために通る吸気オリフィス３７は、蓋３２の第１の区域によって形成される。フランジ３３は、吸気オリフィス３７の寸法にほぼ等しい寸法を有する中央開口３８を含む。このフランジ３３は、蓋３２の第２の区域に取り付けられるとともに、車両のエンジンの吸気回路のパイプを固定するための固定手段３９を含む。

ここで、熱交換器の一実施形態について説明する。

熱交換器３１は、チューブバンドル４０と、冷却剤をバンドル内に分配するための区域４１とを含む。チューブバンドル４０は、供給ガス流と冷却剤との間で熱を交換するようになっている部分である。熱交換器は複数のチューブ４２を含み、各チューブは互いに対向して配置される一対のプレートによって形成される。これらのプレート間の通路は、チューブバンドル４０内における冷却液の循環を導く。各チューブの縁を通る面が熱交換器３１の前面４３を規定し、この前面には、供給ガス流が吸気モジュール３０内で循環する方向に供給ガス流が通過する最初の面である。この前面４３を通る面は、ここでは、受け入れ空間２を循環空間３から分離する前面１４と平行であるおよび／または一致する。

また、熱交換器３１は冷却剤分配領域４１も含み、冷却剤がチューブバンドル４０の各チューブ４２へ分配されるようにこの冷却剤分配領域４１内に導かれる。チューブ４２間の波形挿入体４４は、冷却剤と吸気モジュール３０内で循環する供給ガス流との間での熱の伝達を促す。

その延長部１６を備える第１の金属部品４が熱交換器３１に固定される。一実施形態において、第１の金属部品は、熱交換器が組み立てられた後に熱交換器に溶接される。変形実施形態において、第１の金属部品４は、熱交換器の一部を形成する熱交換器３１の端部プレートである。端部プレートは、熱交換器と対向して配置されて、熱交換器の他の部品、特にプレートおよび挿入体と同時に熱交換器に固定される部品である。この端部プレートは、熱交換器の最後の挿入体と対向して配置されて、該熱交換器に機械的保護を与えてもよい。このプレートは、液体が内部で循環するチューブ４２の形成にも寄与できる。

先の段落は、第１の金属部品４について言及するが、それぞれが吸気ハウジングの入口および／または出口チャンバの範囲を定める延長部を含む第１の金属部品４および第２の金属部品５を交換器が組み込むように交換器が製造されてもよいことは言うまでもない。

図２は、金属部品４または５のうちの少なくとも一方を貫通する第１の穴４５および第２の穴４６の存在を示している。ここでは、２つの穴４５，４６が、流体をチューブ４２内へ分配する際に通る分配領域４１のほぼ前方で第２の金属部品５を貫通する。これらの２つの穴は、冷却剤が熱交換器３１に入ることができるようにするとともに、例えば吸気ハウジング１または吸気モジュール３０に蝋付けすると同時に金属部品に取り付けられるチューブを受けるシートとしての役目を果たす。

先の説明は、各金属部品の１つの延長部または突出部について言及するが、本発明は、２つの金属部品のうちの少なくとも一方が、熱交換器の受け入れ領域２を覆うあるいは跨ぐ金属部品の部分の両側に位置する複数の延長部または突出部を含む状況も網羅する。そのような構成は、以下の事項を組み込む吸気ハウジングの製造を可能にする。
− 金属部品によって範囲が定められた熱交換器を受け入れるための空間、
− ハウジング内の流れ方向で受け入れ空間の上流側に位置される吸気チャンバ、
− ハウジング内の流れ方向で受け入れ空間の下流側に位置される排出チャンバ、
− 少なくとも金属部品と一体の延長部によって範囲が定められている各チャンバ。

本発明に係る吸気モジュールは、以下のプロセスによって製造される。
− 少なくとも熱交換器、その熱交換器と対向して配置されて延長部１６を含む金属部品４、および、蓋３２を事前に組み付けるプロセス、
− 蝋付けするために事前に組み付けられた部品を同時に炉内に配置するプロセス。

このプロセスの改良にしたがって、第１のサイドプレート１１および第２のサイドプレート１３は、事前に組み付けられた部品と同時に蝋付けされるように事前に組み付けられる。

Claims (10)

1. 内燃エンジン用の吸気ハウジング（１）であって、
   当該吸気ハウジング内で循環する供給ガス流と冷却剤との間で熱を交換するための熱交換器（３１）を受け入れ可能であり、
   当該吸気ハウジング（１）は、供給ガスの循環のための空間（３）と、前記熱交換器（３１）を受け入れるための空間（２）とを含み、
   前記受け入れるための空間（２）は少なくとも１つの第１の金属部品（４，５）によって規定され、前記第１の金属部品は、第１の金属部品（４，５）と一体になった少なくとも１つの延長部（１６，１７）を含み、
   前記延長部（１６，１７）は、供給ガスの循環のための前記空間（３）を少なくとも部分的に規定する吸気ハウジング（１）。
2. 前記第１の金属部品（４，５）は、少なくとも一部がアルミニウムから成るとともに加圧成形により形成されるプレートである請求項１に記載の吸気ハウジング。
3. 前記延長部（１６，１７）は、前記第１の金属部品（４，５）が位置する面と一致する面内に位置する請求項１または請求項２に記載の吸気ハウジング。
4. 前記受け入れるための空間（２）は、第２の金属部品（５）によって範囲が定められ、この第２の金属部品は該第２の金属部品（５）と一体の延長部（１７）を含み、
   前記延長部（１７）は、前記熱交換器（３１）に対して前記第１の金属部品（４）と反対側で前記供給ガス循環空間（３）の範囲を定める請求項１から３のいずれか一項に記載の吸気ハウジング。
5. 前記供給ガス循環空間（３）の範囲を定めるために、前記第１の金属部品（４）と前記第２の金属部品（５）との間で延びる蓋（３２）を含む請求項４に記載の吸気ハウジング。
6. 前記延長部（１６，１７）は、少なくとも１つの機械的補強材（２８）を含む請求項１から５のいずれか一項に記載の吸気ハウジング。
7. 前記第１の金属部品（４）は、前記熱交換器（３１）に固定される請求項１から６のいずれか一項に記載の吸気ハウジング。
8. 前記第１の金属部品（４）は、前記熱交換器（３１）の一部を形成する端部プレートである請求項７に記載の吸気ハウジング。
9. 前記供給ガス循環空間（３）は、前記ガスのための吸気オリフィス（３７）を含み、
   前記延長部（１６，１７）の大部分が前記吸気オリフィス（３７）と同じ側にある請求項４に記載の吸気ハウジング。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の吸気ハウジング（１）と、
    前記吸気ハウジング（１）内の熱交換器（３１）と、
    を含む内燃エンジンの吸気モジュール（３０）。

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