JP2021162220A - インタークーラ - Google Patents

Abstract

【課題】吸気の剥離を効果的に抑制する。【解決手段】上流端を吸気導入管２１に接続されており、上流端から下流端に向かうに従い吸気の流路が拡大する流路拡大部２３と、流路拡大部２３の下流端に接続される入口ヘッダー部２２と、入口ヘッダー部２２から延びる複数のチューブ１１を並列に配置したコア部１０と、を有するインタークーラ１において、流路拡大部２３の内周面には、流路の拡大に伴い湾曲する湾曲面部２３Ａが設けられており、湾曲面部２３Ａには、凹部又は凸部の少なくとも一方を含む剥離抑制部５０が設けられている。【選択図】図２

Description

本開示は、インタークーラに関する。

一般的に、車両に搭載されるインタークーラは、縦長の入口ヘッダー部と、入口ヘッダー部から横方向に延びる複数のチューブを上下方向に並列に配置したコア部と、各チューブが接続される縦長の出口ヘッダー部とを含んで構成されている。このようなインタークーラは、例えば、特許文献１に記載されている。

特開２０１１−１３３１９８号公報

上記文献１記載の構造では、上流側の吸気パイプと入口ヘッダー部とを流路断面積が次第に拡大する流路拡大部で接続しており、該流路拡大部はその下側内周面を下方に湾曲させて形成されている。このため、流路拡大部の下側内周面に沿って流れる吸気が、湾曲部分で剥離し、この剥離が抵抗となることで、圧力損失を増大させる可能性がある。

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、吸気の剥離を効果的に抑制することができるインタークーラを提供することを目的とする。

本開示の技術は、上流端を吸気導入管に接続されており、前記上流端から下流端に向かうに従い吸気の流路が拡大する流路拡大部と、前記流路拡大部の下流端に接続される入口ヘッダー部と、前記入口ヘッダー部から延びる複数のチューブを並列に配置したコア部と、を有するインタークーラにおいて、前記流路拡大部の内周面には、前記流路の拡大に伴い湾曲する湾曲面部が設けられており、前記湾曲面部には、凹部又は凸部の少なくとも一方を含む剥離抑制部が設けられていることを特徴とする。

また、前記凹部又は前記凸部の少なくとも一方は、前記湾曲面部に沿って流れる吸気の流れ方向に対して直交する方向に延びていることが好ましい。

また、前記剥離抑制部は、前記凹部と前記凸部とを複数有するとともに、前記凹部と前記凸部とは交互に配置されていることが好ましい。

また、前記凹部は、前記湾曲面部を前記流路と反対側に半球状に凹ませて形成されていることが好ましい。

本開示の技術によれば、吸気の剥離を効果的に抑制することができる。

本実施形態に係るエンジンを模式的に示す全体構成図である。 本実施形態に係るインタークーラを模式的に示す斜視図である。 本実施形態に係るインタークーラの要部を部分的に切り欠いて示す模式的な図である。 （Ａ）は、本実施形態に係るインタークーラの要部の吸気の流れを模式的に示す切り欠き図であり、（Ｂ）は、比較例に係るインタークーラの要部の吸気の流れを模式的に示す切り欠き図である。 他の実施形態に係るインタークーラの要部を部分的に切り欠いて示す模式的な図である。 他の実施形態に係るインタークーラの要部を部分的に切り欠いて示す模式的な斜視図である。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係るインタークーラを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［全体構成］
まず、図１に基づいて、本実施形態に係るインタークーラ１を備えるエンジンＥの全体構成を説明する。

図１に示すように、エンジンＥは、主としてシリンダヘッドＣＨ及び、何れも不図示のシリンダブロックやクランクケース等で構成されたエンジン本体部を有する。シリンダブロックには、ピストンを往復移動自在に収容するシリンダＣが設けられている。なお、図示例において、エンジンＥは直列４気筒で示されているが、単気筒エンジン、或いは４気筒以外の多気筒エンジンであってもよい。

シリンダヘッドＣＨの吸気側の側部には、各シリンダＣに吸気を分配する吸気マニホールド２が設けられている。吸気マニホールド２には吸気を導入する吸気通路３が接続されている。吸気通路３には、吸気上流側から順に、エアクリーナ４、上流側吸気管５、過給機４０のコンプレッサ４２、中間吸気管６、インタークーラ１、下流側吸気管７等が設けられている。シリンダヘッドＣＨの排気側の側部には、各シリンダＣから排出される排気を集合させる排気マニホールド８が設けられている。排気マニホールド８には排気を大気に放出する排気通路９が接続されている。排気通路９には、排気上流側から順に、過給機４０のタービン４１、不図示の排気後処理装置等が設けられている。

インタークーラ１は、過給機４０のコンプレッサ４２によって圧縮される吸気を走行風と熱交換することにより冷却するものである。具体的には、インタークーラ１は、吸気と外気との熱交換を行うコア部１０と、過給機４０のコンプレッサ４２から中間吸気管６を介して圧送される吸気をコア部１０に導入する吸気導入部２０と、コア部１０から下流側吸気管７に吸気を導出する吸気導出部３０とを備えている。以下、本実施形態に係るインタークーラ１の詳細について説明する。

［インタークーラ］
図２は、本実施形態に係るインタークーラ１を模式的に示す斜視図である。

コア部１０は、横方向（車幅方向）に延び、吸気を流通させる複数のチューブ１１を上下方向に並列に配置して構成されており、該複数のチューブ１１と、各チューブ１１間に介装された複数のアウターフィン１２と、図示しない複数の貫通孔に各チューブ１１の吸気上流端を挿通して固定する縦長の入口プレート１３と、図示しない複数の貫通孔に各チューブ１１の吸気下流端を挿通して固定する縦長の出口プレート１４とを備えている。

入口プレート１３及び出口プレート１４は、その長手方向が複数のチューブ１１の軸方向と直交して、言い換えれば長手方向が各チューブ１１の配列方向となるようにして設けられている。

吸気導入部２０は、中間吸気管６に接続されて車両前後方向に延びる入口パイプ部２１（本開示の吸気導入管の一例）と、コア部１０の入口プレート１３に取り付けられた縦長中空状の入口ヘッダー部２２と、入口パイプ部２１と入口ヘッダー部２２とを滑らかに連結する曲面中空状の流路拡大部２３と、上側整流プレート２４と、下側整流プレート２５とを備えている。

流路拡大部２３は、吸気入口側から吸気出口側に向かうに従い吸気の流路面積が拡大するように形成されている。流路拡大部２３の下側内周面には、流路の拡大に伴い内側（吸気流路側）に突となるように湾曲する湾曲面部２３Ａが設けられている。

流路拡大部２３の下流端は、入口ヘッダー部２２の側面に、入口ヘッダー部２２の上端側から長手方向（鉛直方向）の中心位置近傍に亘って車両幅方向から接続されている。また、入口パイプ部２１と流路拡大部２３の上流端との接続位置は、入口ヘッダー部２２の長手方向（鉛直方向）の中心位置よりも上方にオフセットしている。

上側整流プレート２４は、流路拡大部２３内に設けられており、流路拡大部２３の形状に沿うように、上方視で入口パイプ部２１側からコア部１０の側方に向かって湾曲するように形成されている。

上側整流プレート２４の上流端部２４Ａは、その板平面が流路拡大部２３の上側内周面と離間しながら略平行に延びるように設けられている。上側整流プレート２４の下流端部２４Ｂは、入口ヘッダー部２２の長手方向（鉛直方向）の中心よりも上方の流路拡大部２３内に、その板平面がチューブ１１の吸気流れ方向（チューブ１１の軸方向）と略平行に延びるように、チューブ１１の吸気上流端から所定のクリアランスを隔てて設けられている。

下側整流プレート２５は、流路拡大部２３内の上側整流プレート２４よりも下方に設けられており、流路拡大部２３の形状に沿うように、上方視で入口パイプ部２１側からコア部１０の側方に向かって湾曲するように形成されている。

下側整流プレート２５の上流端部２５Ａは、上側整流プレート２４の上流端部２４Ａよりも下方の流路拡大部２３内にその板平面が流路拡大部２３の下側内周面と離間しながら略平行に延びるように設けられている。下側整流プレート２５の下流端部２５Ｂは、上側整流プレート２４の下流端部２４Ｂよりも下方の流路拡大部２３内に、その板平面が入口ヘッダー部２２の下端側に向けて延びるように、チューブ１１の吸気上流端から所定のクリアランスを隔てて設けられている。

吸気導出部３０は、コア部１０の出口プレート１４に取り付けられた縦長中空状の出口ヘッダー部３２と、下流側吸気管７に接続されて車両前後方向に延びる出口パイプ部３１と、出口パイプ部３１と出口ヘッダー部３２とを滑らかに連結する曲面中空状の流路縮小部３３とを備えている。

流路縮小部３３は、吸気入口側から吸気出口側に向かうに従い吸気の流路面積が縮小するように形成されている。流路縮小部３３の吸気上流端は、出口ヘッダー部３２の側面に、出口ヘッダー部３２の上端側から長手方向（鉛直方向）の中心位置近傍に亘って車両幅方向から接続されている。また、出口パイプ部３１と流路縮小部３３との接続位置は、出口ヘッダー部３２の長手方向（鉛直方向）の中心位置よりも上方にオフセットしている。

本実施形態において、湾曲面部２３Ａには、該湾曲面部２３Ａに沿って流れる吸気の剥離を抑制する剥離抑制部５０が設けられている。以下、剥離抑制部５０の詳細について説明する。

［剥離抑制部］
図３は、本実施形態に係るインタークーラ１の要部を部分的に切り欠いて示す模式的な図である。

剥離抑制部５０は、流路拡大部２３の湾曲面部２３Ａに設けられており、凹部５１と凸部５２とをそれぞれ複数有している。凹部５１は、湾曲面部２３Ａの一部を外側（吸気流路と反対側）に溝状に凹ませて形成されている。凸部５２は、湾曲面部２３Ａの一部を内側（吸気流路側）に突条状に突出させて形成されている。凹部５１と凸部５２は、湾曲面部２３Ａに沿って流れる吸気の流れ方向に対して略直交する方向にそれぞれ延びている。また、凹部５１と凸部５２は、湾曲面部２３Ａに沿って流れる吸気の流れ方向に交互に配置されている。すなわち、湾曲面部２３Ａに沿って流れる吸気と略直交する方向に凹部５１と凸部５２とが交互に複数設けられている。これにより、湾曲面部２３Ａに沿って流れる吸気の剥離を防止することが可能になる。

次に、本実施形態に係るインタークーラ１による作用効果を比較例を用いて説明する。

図４（Ｂ）は、比較例に係るインタークーラ１０１の要部の吸気の流れを模式的に示す切り欠き斜視図である。なお、湾曲面部１２３Ａに沿って流れる吸気は一点破線で示してある。

比較例に係るインタークーラ１０１では、流路拡大部１２３の湾曲面部１２３Ａに沿って吸気Ａ１１が層流の状態で流れる。すなわち、吸気Ａ１１は、湾曲面部１２３Ａと平行に流れ、湾曲面部１２３Ａに近いほど、流速が遅くなる。このため、吸気Ａ１１は、湾曲面部１２３Ａから剥離し、剥離によって生じる渦が抵抗となり、圧力損失が増大する可能性がある。

図４（Ａ）は、本実施形態に係るインタークーラ１の要部の吸気の流れを模式的に示す切り欠き斜視図である。なお、湾曲面部２３Ａに沿って流れる吸気は一点破線で示してある。

本実施形態のインタークーラ１では、流路拡大部２３内に、上流端部２４Ａが流路拡大部２３の上側内周面と離間しながら略平行に延びる上側整流プレート２４と、上流端部２５Ａが流路拡大部２３の下側内周面と離間しながら略平行に延びる下側整流プレート２５とが設けられている。これにより、流路拡大部２３に流れ込む吸気が、流路拡大部２３の上側内周面と上側整流プレート２４との間を流れる吸気Ａ２と、上側整流プレート２４と下側整流プレート２５との間を流れる吸気Ａ３と、下側整流プレート２５と流路拡大部２３の下側内周面との間を流れる吸気Ａ１とに分配されるようになり、各チューブ１１に効果的に吸気を分配することが可能になる。

また、流路拡大部２３の下側内周面に設けられる湾曲面部２３Ａに剥離抑制部５０が形成されている。これにより、湾曲面部２３Ａに沿って流れる吸気Ａ１は、剥離抑制部５０の凹部５１と凸部５２とにより流れを乱され、乱流の状態で流れるようになる。すなわち、湾曲面部２３Ａに沿って流れる吸気Ａ１は、流れる方向は一様ではなく、流速は湾曲面部２３Ａに近くても、湾曲面部２３Ａから遠くに離間しても、略同じになるように構成されている。これにより、吸気Ａ１が湾曲面部２３Ａに近いほど流速が遅くなり、湾曲面部２３Ａから剥離することを効果的に防止することが可能になる。また、吸気Ａ１が、湾曲面部２３Ａから剥離することを防止することで、圧力損失の増加を抑制し、吸気効率の悪化を防止することが可能になる。

［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上述の実施形態においては、流路拡大部２３の湾曲面部２３Ａに設けられる剥離抑制部５０は、凹部５１と凸部５２とをそれぞれ有しているものとして説明したが、凹部５１又は凸部５２の少なくとも一方を備えるものであってもよい。凹部５１を一個のみ備える場合には、図５に示すように、凹部５１の溝面積を上記実施形態よりも拡大して形成することが好ましい。

また、上述の実施形態においては、剥離抑制部５０は、溝状の凹部５１を有しているものとして説明したが、図６に示すように、湾曲面部２３Ａの一部を吸気流路側から外方向に反対側に略半球状に凹ませて形成される凹部５１を複数備えて構成してもよい。

１ インタークーラ
２ 吸気マニホールド
３ 吸気通路
５ 上流側吸気管
６ 中間吸気管
７ 下流側吸気管
８ 排気マニホールド
１０ コア部
１１ チューブ
１２ アウターフィン
１３ 入口プレート
１４ 出口プレート
２０ 吸気導入部
２１ 入口パイプ部（吸気導入管）
２２ 入口ヘッダー部
２３ 流路拡大部
２３Ａ 湾曲面部
２４ 上側整流プレート
２５ 下側整流プレート
３０ 吸気導出部
３１ 出口パイプ部
３２ 出口ヘッダー部
３３ 流路縮小部
４０ 過給機
４１ タービン
４２ コンプレッサ
５０ 剥離抑制部
５１ 凹部
５２ 凸部

Claims (4)

1. 上流端を吸気導入管に接続されており、前記上流端から下流端に向かうに従い吸気の流路が拡大する流路拡大部と、
   前記流路拡大部の下流端に接続される入口ヘッダー部と、
   前記入口ヘッダー部から延びる複数のチューブを並列に配置したコア部と、を有するインタークーラにおいて、
   前記流路拡大部の内周面には、前記流路の拡大に伴い湾曲する湾曲面部が設けられており、
   前記湾曲面部には、凹部又は凸部の少なくとも一方を含む剥離抑制部が設けられている
   ことを特徴とするインタークーラ。
2. 前記凹部又は前記凸部の少なくとも一方は、前記湾曲面部に沿って流れる吸気の流れ方向に対して直交する方向に延びている
   請求項１に記載のインタークーラ。
3. 前記剥離抑制部は、前記凹部と前記凸部とを複数有するとともに、前記凹部と前記凸部とは交互に配置されている
   請求項１又は請求項２に記載のインタークーラ。
4. 前記凹部は、前記湾曲面部を前記流路と反対側に半球状に凹ませて形成されている
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載のインタークーラ。

Images