JP2004196146A - 車両用の熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用の熱交換器において、衝突時の車両側及び障害物側が受ける衝撃を緩和することができる技術を提供する。
【解決手段】内部を流通する熱媒体の流通方向と平行な溝４ｂａを凹設した。本発明の最大の特徴は、衝突時に凹部４ｂａが変形して衝撃を緩和することにある。このように構成された車両用の熱交換器４では、衝突時に発生した応力が凹部４ｂａに集中して凹部４ｂａから熱交換器が変形する。このように凹部４ｂａを設けることにより、衝突時に容易に熱交換器が変形し、これにより衝撃を緩和させることができる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用の熱交換器、さらには車両用の熱交換システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両衝突時にラジエータ上部支持部が外れて下部支持部を中心に車両後方へラジエータを回転させて衝撃を緩和する技術（例えば、特許文献１参照）が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１５０９６２号公報（第３−５頁、図２、３、４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、衝突時の衝撃は小さいほど良いため、さらなる衝撃の緩和が望まれている。
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、車両用の熱交換器において、衝突時の車両側及び障害物側が受ける衝撃を緩和することができる技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の車両用の熱交換器は、以下の手段を採用した。即ち、第１の発明は、
内部を流通する熱媒体の流通方向と平行な溝を凹設したことを特徴とする。
【０００７】
本発明の最大の特徴は、衝突時に凹部が変形して衝撃を緩和することにある。
【０００８】
このように構成された車両用の熱交換器では、衝突時に発生した応力が凹部に集中して凹部から熱交換器が変形する。このように凹部を設けることにより、衝突時に容易に熱交換器が変形し、これにより衝撃を緩和させることができる。
【０００９】
本発明においては、熱交換チューブをさらに備え、該熱交換チューブ内を流通する熱媒体の流通方向と平行な溝を該熱交換チューブに凹設しても良い。
【００１０】
ここで、熱交換チューブとは、その内部に熱媒体を流通させるものであり、該熱交換チューブにおいて熱交換チューブ内部と外部との熱交換が行われる。このように構成された車両用の熱交換器では、チューブ内を流通する熱媒体の流通が円滑に行われて、熱交換器での圧力損失を低減することができ、また、熱交換器内での熱媒体の流速が速くなることにより、外部へ伝達される熱量を増加させることが可能となる。
【００１１】
本発明においては、熱交換チューブと、前記熱交換チューブにより連結される少なくとも２つのタンクと、をさらに備え、該タンク内を流通する熱媒体の流通方向と平行な溝を該タンクに凹設しても良い。
【００１２】
ここで、タンクとは、複数の熱交換チューブが接続され、熱交換チューブに熱媒体が流入する前、若しくは、熱交換チューブから熱媒体が流出した後に熱媒体を一時滞留させるためのものである。このように構成された車両用の熱交換器では、タンク内を流通する熱媒体の流れを阻害せず、熱交換器での圧力損失の増加を抑制することができ、また、熱交換器内の熱媒体の流速上昇により熱伝達される熱量を増加させることが可能となる。
【００１３】
本発明においては、前記車両用の交換器と、
前記熱交換器の破損を判定する判定手段と、
前記判定手段により前記熱交換器が破損したと判定された場合に内燃機関の吸気の流通を停止させる吸気停止手段と、
を具備することができる。
【００１４】
このように構成された車両用の熱交換システムでは、衝突により熱交換器が破損した場合に吸気の流通を停止させて、破損した熱交換器の破片が内燃機関に吸入されることを抑制し、該内燃機関の毀損を抑制することが可能となる。
【００１５】
本発明においては、前記判定手段は、
前記熱交換器の内部を流通する熱媒体の圧力を検出する圧力検出手段と、
熱媒体の目標となる圧力状態を決定する目標圧力状態決定手段と、
を備え、
前記圧力検出手段により検出された圧力状態が目標圧力状態決定手段により決定された圧力状態の範囲外となった場合に熱交換器が破損したと判定することができる。
【００１６】
このように構成された車両用の熱交換システムでは、衝突時に熱交換器が破損すると、該熱交換器を流通する熱媒体の圧力が変化する。ここで、目標圧力状態決定手段は、機関の運転状態等から求まる目標となる圧力状態を決定する。尚、圧力状態とは、熱交換器内や吸気系内の圧力の絶対値や相対値、若しくは圧力の変化率等を例示することができる。そして、判定手段は、目標となる圧力状態と実際の熱媒体の圧力状態とを比較して、実際の圧力状態が目標圧力状態の範囲外であったならば熱交換器が破損したと判定する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る車両用の熱交換器の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。尚、本実施の形態では、熱交換器としてインタークーラを例に挙げて説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係るインタークーラの搭載状態を示す図である。
【００１９】
エンジン１の上方には、エンジンを覆うエンジンフード９が備えられている。
【００２０】
エンジン１は、シリンダヘッド１ａにシリンダブロック１ｂが連結され、さらにシリンダブロック１ｂにオイルパン１ｃが連結されて構成されている。
【００２１】
シリンダヘッド１ａには、インテークマニホルド２及びエキゾーストマニホルド６が接続されている。インテークマニホルド２には、吸気管３の一端が接続され該吸気管３の他端は排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサ側に接続されている。
【００２２】
前記吸気管３におけるインテークマニホルド２の直上流に位置する部位には、該吸気管３内を流通する吸気の流量を調節するスロットルバルブ７が設けられている。このスロットルバルブ７には、ステップモータ等で構成されて該スロットルバルブ７を開閉駆動するスロットルバルブ用アクチュエータ７ａが取り付けられている。
【００２３】
前記スロットルバルブ７とターボチャージャ５のコンプレッサ側との間に位置する吸気管３には、前記ターボチャージャ５で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ４が設けられている。
【００２４】
また、インテークマニホルド２には、該インテークマニホルド２内を流通する吸気の圧力に応じた信号を出力する吸気圧センサ８が取り付けられている。
【００２５】
このように構成された吸気系では、ターボチャージャ５のコンプレッサ側に流入した吸気は、該ターボチャージャ５に内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記ターボチャージャ５内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ４にて冷却された後、必要に応じてスロットルバルブ７によって流量を調節されてインテークマニホルド２に流入する。インテークマニホルド２に流入した吸気はエンジン１に吸入され、その後燃料を燃焼させる。
【００２６】
前記エキゾーストマニホルド６は、前記ターボチャージャ５のタービン側と接続されている。前記ターボチャージャ５のタービン側は、排気管１０と接続されている。
【００２７】
このように構成された排気系では、エンジン１で燃焼された混合気（既燃ガス）がエキゾーストマニホルド６へ排出され、次いでエキゾーストマニホルド６からターボチャージャ５のタービン側へ流入する。ターボチャージャ５のタービン側に流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してターボチャージャ５内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサホイールへ伝達される。
【００２８】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１１が併設されている。このＥＣＵ１１は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００２９】
ＥＣＵ１１には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号の他、エンジン回転に応じたパルス信号を出力するクランクポジションセンサ１２、及び運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ１３の出力信号が入力されるようになっている。
【００３０】
一方、ＥＣＵ１１には、スロットルバルブ用アクチュエータ７ａ等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ１１が制御することが可能になっている。
【００３１】
ところで、車両が障害物に衝突した場合、該障害物がエンジンフード９を変形させ、最終的にエンジンフード９がインタークーラ４にまで到達することがある。このときに、インタークーラ４が変形すると、エンジンフード９もさらに変形することが可能となり、障害物及び車両が受ける衝撃を緩和することができる。
【００３２】
ここで、図２は、本実施の形態によるインタークーラ４の上面図である。インタークーラ４は、２つのタンク４ａ、複数のチューブ４ｂ、複数の冷却フィン４ｃで構成されている。２つのタンク４ａは等間隔に配設された複数のチューブ４ｂで連結されている。２つのタンク４ａ及び複数のチューブ４ｂは中空構造で、一方のタンク４ａから他方のタンク４ａへチューブ４ｂを介して吸気が流通する。隣接するチューブ４ｂ間には、波型に形成され山および谷の部分がチューブ４ｂへ接触するようにして冷却フィン４ｃが取り付けられている。
【００３３】
図３は、本実施の形態によるチューブ４ｂの断面図である。チューブ４ｂの断面は長円となるように形成され、さらに、チューブ４ｂの側面にチューブ４ｂの内側に向かって窪んでいる凹部４ｂａが形成されている。
【００３４】
このように構成されたチューブ４ｂは、図３の上方向から力が加わると、凹部４ｂａに応力集中が生じ、該凹部４ｂａから容易に変形する。このように、凹部４ｂａで変形させることにより衝突時の衝撃を緩和することが可能となる。
【００３５】
また、吸気の流通方向と平行に窪ませることにより、吸気の流通を阻害せずに吸気とチューブ４ｂとの接触面積及びチューブ４ｂと外気との接触面積を増加させることができ、冷却能力を向上させることが可能となる。また、凹部４ｂａに沿って吸気が流通するため、吸気の流通が円滑に行われて圧力損失が低減し、過給圧上昇時の応答性を向上させることができ、低回転域からの加速性能を向上させることができる。さらに、チューブ４ｂ内での吸気の流速が速くなることにより、冷却フィン４ｃへ伝達される熱量が増大し、これにより吸気の冷却が促進され、エンジン性能の向上及び排気エミッションの低減を図ることが可能となる。
【００３６】
図４は、本実施の形態による他のチューブ４ｂの断面図である。チューブ４ｂの上面及び下面にチューブ４ｂの内側に向かって窪んでいる凹部４ｂｂが形成されている。
【００３７】
このように構成されたチューブ４ｂは、図４の上方向又は右方向若しくは左方向から力が加わると、凹部４ｂｂに応力集中が生じ、該凹部４ｂｂから容易に変形する。このように、凹部４ｂｂで変形させることにより衝突時の衝撃を緩和することが可能となる。
【００３８】
図５は、本実施の形態によるタンク４ａの断面図である。タンク４ａの断面は半長円となるように形成され、さらに、タンク４ａの長手方向と平行に、該タンク４ａの内側に向かって窪んでいる凹部４ａａが形成されている。
【００３９】
このように構成されたタンク４ａは、図５の上方向から力が加わると、凹部４ａａに応力集中が生じ、該凹部４ａａから容易に変形する。このように、凹部４ａａで変形させることにより衝突時の衝撃を緩和することが可能となる。
【００４０】
また、吸気の流通方向と平行に窪ませることにより、吸気の流通を阻害することがなく冷却能力の低下を抑制することが可能となる。
【００４１】
図６は、本実施の形態による他のタンク４ａの上面図である。タンク４ａの長手方向と直交するように、該タンク４ａの外周に該タンク４ａの内側に向かって窪んでいる凹部４ａｂが形成されている。
【００４２】
このように構成されたタンク４ａは、力が加わると、凹部４ａｂに応力集中が生じ、該凹部４ａｂから容易に変形する。このように、凹部４ａｂで変形させることにより衝突時の衝撃を緩和することが可能となる。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、インタークーラに障害物が衝突すると、該インタークーラが変形して障害物及び車両への衝撃を緩和することができる。また、吸気の流通方向と平行に凹部を設けると、吸気の流通を阻害せずに接触面積を増加させることができ、冷却能力を向上させることが可能となる。また、凹部に沿って吸気が流通するため、吸気の流通が円滑に行われて圧力損失が低減し、過給圧上昇時の応答性を向上させることができ、低回転域からの加速性能を向上させることができる。さらに、吸気の流速が速くなることにより、冷却フィン４ｃへ伝達される熱量が増大し、これにより吸気の冷却が促進され、エンジン性能の向上及び排気エミッションの低減を図ることが可能となる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、インタークーラ破損時にその破片によりエンジン本体が毀損することを防止する。
【００４４】
尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成は第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００４５】
ここで、車両の衝突によりインタークーラ４が破損して、その破片がエンジン１に吸入される虞がある。これにより、エンジン１が毀損する虞がある。
【００４６】
そこで、本実施の形態では、インタークーラ４が破損した場合には、スロットルバルブ７を全閉にして破片がエンジン１に吸入されることを抑制する。
【００４７】
ここで、インタークーラ４の破損は、インテークマニホルド２に取り付けられた吸気圧センサ８の出力信号と、エンジン１の運転状態から推定されるインテークマニホルド２内の圧力と、を比較して判定される。即ち、インタークーラ４が破損すると、該インタークーラ４から過給された吸気が流出、若しくは、外気が流入してインテークマニホルド２内の圧力が変化する。従って、インテークマニホルド２内の圧力が、運転状態等により推定される圧力の範囲外となった場合にはインタークーラ４が破損したと判定することができる。
【００４８】
次に、本実施の形態によるスロットルバルブ開閉制御について説明する。
【００４９】
図７は、本実施の形態によるスロットルバルブ開閉制御のフローを示したフローチャート図である。
【００５０】
ステップＳ１０１では、インテークマニホルド圧力ｐ１を検出する。
【００５１】
ステップＳ１０２では、運転状態を検出する。ここで、運転状態とは、例えば、エンジン回転数ｒ１、アクセル開度ｋ１、車速ｖ１、過給圧ｐ２、その他大気圧、外気温等ｘ１である。エンジン回転数ｒ１は、クランクポジションセンサ１２の出力信号により求め、アクセル開度ｋ１は、アクセル開度センサ１３の出力信号により求める。また、車速ｖ１は、車速に応じた信号を出力するスピードセンサ（図示省略）の出力信号により求まり、過給圧ｐ２は、吸気圧センサ８の出力信号から求めることができる。
【００５２】
ステップＳ１０３では、推定インテークマニホルド圧力ｐ３を算出する。推定インテークマニホルド圧力ｐ３は、ステップＳ１０２で検出された運転状態をパラメータとして予め実験等により求めておいた算出式若しくはマップにより算出する。
【００５３】
ステップＳ１０４では、インテークマニホルド圧力ｐ１が推定インテークマニホルド圧力ｐ３から任意の値αを減じた値よりも小さいか否か、又は、インテークマニホルド圧力ｐ１が推定インテークマニホルド圧力ｐ３に任意の値αを加えた値よりも大きいか否か判定される。
【００５４】
ここで、図８は、エンジン回転数と推定インテークマニホルド圧力との関係を示した図である。本ステップでは、図８中、ハッチングで示した領域にインテークマニホルド圧力ｐ１があるか否か判定される。
【００５５】
インテークマニホルド圧力ｐ１が推定インテークマニホルド圧力ｐ３から任意の値αを減じた値よりも小さい場合は、過給された吸気が吸気系から外部へ流出している状態である。また、エンジン回転数が低いときや減速時は、インテークマニホルド２内の圧力は負圧となっており、この運転領域においては、インテークマニホルド圧力ｐ１が推定インテークマニホルド圧力ｐ３に任意の値αを加えた値よりも大きい場合は、吸気系の外部から空気が流入している状態である。これらの場合には、インタークーラ４を含む吸気系の破損が考えられる。
【００５６】
ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０１へ戻る。
【００５７】
ステップＳ１０５では、スロットルバルブが全閉にされる。これにより、吸気系に流通する吸気系を構成する部材の破片がエンジン１に吸入されて、エンジン１本体が毀損することを防止できる。
【００５８】
このようにして、インタークーラ４の破損時に該インタークーラ４の破片がエンジン１に吸入されて該エンジン１が毀損することを抑制できる。
【００５９】
尚、本実施の形態では、熱交換器としてインタークーラ４を例示して説明したが、これに代えて、ラジエータ、オイルクーラ等の熱交換器に適用しても良い。
【００６０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、インタークーラに障害物が衝突して該インタークーラが破損した場合には、スロットルバルブを全閉としてエンジン本体の毀損を抑制することができる。
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態では、衝突時にインタークーラ自体がその衝撃で移動するような該インタークーラの取り付け構造として衝突時に障害物及び車両が受ける衝撃を緩和する。
【００６１】
尚、本実施の形態においては、インタークーラの取付構造が異なるものの、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成は第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００６２】
図９（Ａ）は、インタークーラ４及び該インタークーラ４をエンジン１上部に固定するための取付具１４の側面図、図９（Ｂ）は、取付具１４の取付部分の正面図である。
【００６３】
ここで、インタークーラ４と取付具１４の一端とは回動可能に接続されている。また、取付具１４の他端とエンジン１とは、ボルト１５により締結され、該ボルト１５と取付具１４及び取付具１４とエンジン１との間にはゴム１６が挟持されている。さらに、取付具１４の一端側が他端側よりも車両後方側へ位置するように、取付具１４は、一端側を車両後方へ傾けて取り付けられている。
【００６４】
このように構成されたインタークーラ４では、該インタークーラ４に車両上方もしくは前方から衝撃が加わると、取付具１４がボルト１５の締結点を中心として回転する。これにより、該インタークーラ４が車両後方へ移動しつつ車両下方へ移動するので、障害物への衝撃を緩和することができる。
【００６５】
図１０（Ａ）は、インタークーラ４及び該インタークーラ４をエンジン１上部に固定するための取付具１４の側面図、図１０（Ｂ）は、取付具１４の取付部分の正面図である。
【００６６】
ここで、取付具１４は、インタークーラ側取付具１４ａとエンジン側取付具１４ｂとから構成されている。インタークーラ４とインタークーラ側取付具１４ａの一端とは回動可能に接続されている。インタークーラ側取付具１４ａの他端とエンジン側取付具１４ｂの一端とは、ボルト１５ａ及びナット１５ｂにより締結され、インタークーラ側取付具１４ａの他端とエンジン側取付具１４ｂの一端との間にはゴム１６が挟持されている。また、エンジン側取付具１４ｂの他端とエンジン１とは、ボルト１５により締結されている。
【００６７】
インタークーラ側取付具１４ａの一端は他端よりも車両前方に位置するように、インタークーラ側取付具１４ａは、一端を車両前方に傾けて取り付けられている。また、エンジン側取付具１４ｂは、その中心軸がインタークーラ側取付具１４ａの中心軸と平行とならないように角度をもって取り付けられている。
【００６８】
このように構成されたインタークーラ４では、該インタークーラ４に車両上方から衝撃が加わると、インタークーラ側取付具１４ａがボルト１５ａ及びナット１５ｂの締結点を中心として回転する。これにより、該インタークーラ４が車両後方若しくは前方へ移動しつつ車両下方へ移動するので、障害物への衝撃を緩和することができる。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、インタークーラの取付具の一端を回動可能に取り付け、他端をゴムを挟持しつつ固定することにより、インタークーラ上方から力が加わると該インタークーラが下方へ移動して、障害物への衝撃を緩和することができる。また、インタークーラに力が加わる方向と、取付具の中心軸と、が平行とならないように（本実施の形態では、地面と垂直とならないように）取り付けることにより、インタークーラの移動が容易に行われることを可能としている。
【００７０】
【発明の効果】
本発明に係る車両用の熱交換器では、車両衝突時、熱交換器に力が加わると該熱交換器が容易に変形して衝突時の衝撃を緩和することができる。また、熱交換器の破損した場合には、その破片が内燃機関に吸入されることを抑制することができ、内燃機関の毀損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インタークーラの搭載状態を示す図である。
【図２】インタークーラの上面図である。
【図３】チューブの断面図である。
【図４】他のチューブの断面図である。
【図５】タンクの断面図である。
【図６】他のタンクの上面図である。
【図７】スロットルバルブ開閉制御のフローを示したフローチャート図である。
【図８】エンジン回転数と推定インテークマニホルド圧力との関係を示した図である。
【図９】図９（Ａ）は、インタークーラ及び該インタークーラをエンジン上部に固定するための取付具の側面図、図９（Ｂ）は、取付具の取付部分の正面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、インタークーラ及び該インタークーラをエンジン上部に固定するための取付具の側面図、図１０（Ｂ）は、取付具の取付部分の正面図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
１ａ・・・シリンダヘッド
１ｂ・・・シリンダブロック
１ｃ・・・オイルパン
２・・・・インテークマニホルド
３・・・・吸気管
４・・・・インタークーラ
４ａ・・・タンク
４ｂ・・・チューブ
４ｃ・・・冷却フィン
５・・・・ターボチャージャ
６・・・・エキゾーストマニホルド
７・・・・スロットルバルブ
７ａ・・・スロットルバルブ用アクチュエータ
８・・・・吸気圧センサ
９・・・・エンジンフード
１０・・・排気管
１１・・・ＥＣＵ
１２・・・クランクポジションセンサ
１３・・・アクセル開度センサ
１４・・・取付具
１５・・・ボルト
１６・・・ゴム

Claims (5)

1. 内部を流通する熱媒体の流通方向と平行な溝を凹設したことを特徴とする車両用の熱交換器。
2. 熱交換チューブをさらに備え、該熱交換チューブ内を流通する熱媒体の流通方向と平行な溝を該熱交換チューブに凹設したことを特徴とする請求項１に記載の車両用の熱交換器。
3. 熱交換チューブと、前記熱交換チューブにより連結される少なくとも２つのタンクと、をさらに備え、該タンク内を流通する熱媒体の流通方向と平行な溝を該タンクに凹設したことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用の熱交換器。
4. 請求項１から３の何れかに記載の車両用の交換器と、
   前記熱交換器の破損を判定する判定手段と、
   前記判定手段により前記熱交換器が破損したと判定された場合に内燃機関の吸気の流通を停止させる吸気停止手段と、
   を具備することを特徴とする車両用の熱交換システム。
5. 前記判定手段は、
   前記熱交換器の内部を流通する熱媒体の圧力を検出する圧力検出手段と、
   熱媒体の目標となる圧力状態を決定する目標圧力状態決定手段と、
   を備え、
   前記圧力検出手段により検出された圧力状態が目標圧力状態決定手段により決定された圧力状態の範囲外となった場合に熱交換器が破損したと判定することを特徴とする請求項４に記載の車両用の熱交換システム。

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