(57)【要約】【課題】チャージエアークーラ等の熱交換器内に溜まった液体を自動的に排出する、改善されたドレイン装置を提供する。【解決手段】本開示の一態様に係るドレイン装置は、熱交換器の底部に設けられた液溜め部と、液溜め部の底部に設けられ、外部に連通する開口部と、液溜め部に溜まった液体の量に応じて、開口部を閉塞または開放する蓋部と、を備え、蓋部は、開口部の周囲において液溜め部の底部に上側から当接することによって、開口部を閉塞する構成を採る。ドレイン装置は、一例において、開口部を閉塞する方向に蓋部を付勢する弾性体をさらに備える構成を採る。ドレイン装置は、一例において、蓋部に固定されたフロートを備え、フロートは、液溜め部に溜まった液体の量に応じて、開口部を開放する方向に蓋部を付勢する構成を採る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器の底部に設けられた液溜め部と、
前記液溜め部の底部に設けられ、外部に連通する開口部と、
前記液溜め部に溜まった液体の量に応じて、前記開口部を閉塞または開放する蓋部と、
を備え、
前記蓋部は、前記開口部の周囲において前記液溜め部の底部に上側から当接することによって、前記開口部を閉塞する、ドレイン装置。
【請求項２】
前記開口部を閉塞する方向に前記蓋部を付勢する弾性体をさらに備える、請求項１に記載のドレイン装置。
【請求項３】
前記蓋部に固定されたフロートを備え、
前記フロートは、前記液溜め部に溜まった液体の量に応じて、前記開口部を開放する方向に前記蓋部を付勢する、請求項１または２に記載のドレイン装置。
【請求項４】
所定の圧力以上に加圧された空気が前記熱交換器に充填されている間、前記蓋部が前記開口部を閉塞する、請求項１から３のいずれかに記載のドレイン装置。
【請求項５】
前記熱交換器は、チャージエアークーラである、
請求項１から４のいずれかに記載のドレイン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ドレイン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの燃焼効率を改善することを目的として、ターボチャージャのコンプレッサの下流にチャージエアークーラを設ける構成が広く知られている。コンプレッサによって圧縮された吸気をチャージエアークーラが冷却することによって、吸気の密度が上がり、エンジンの燃焼効率が改善される。
【０００３】
冷却された吸気の温度が露点を下回る状況が発生した場合、チャージエアークーラ内部に凝縮水が発生することがある。また、少量ずつ漏れ出したコンプレッサの潤滑油が、ブローバイオイルミストとして下流のチャージエアークーラに流れ込むことがある。これらの異物が、チャージエアークーラ内部の構造の影響や温度低下に伴う粘度低下の影響により、エマルジョン等の液体の状態でチャージエアークーラ内に溜まると、チャージエアークーラが本来の機能を十分に発揮することができなくなる問題がある。さらに、溜まった液体がエンジン内に流れ込むと、流れ込んだ液体が、例えば、ウォータハンマ現象や意図しない燃焼を引き起こすことにより、エンジンを損傷する問題がある。したがって、チャージエアークーラ内に溜まった液体は、適宜、排出される必要がある。
【０００４】
チャージエアークーラ内に溜まった液体が排出される構成としては、開口部およびネジを備える液溜め部をチャージエアークーラに設ける構成が知られている。チャージエアークーラの使用時に開口部を閉塞するネジを、チャージエアークーラのメンテナンス時にユーザが手動で開栓することによって、溜まった液体が開口部から排出される。しかしながら、メンテナンス性向上の観点からは、溜まった液体が自動的に排出される構成を採るのが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−６４０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱交換器において、排気が冷却されることにより生成された凝縮液が排出パイプ内に所定量だけ溜まると、溜まった凝縮液の自重がバネの付勢力に打ち勝って排出パイプのバルブを開放し、溜まった凝縮液を自動的に排出させる構成が提案されている（特許文献１）。しかしながら、チャージエアークーラの底面には、コンプレッサによって圧縮された吸気のブースト圧が加わる。ブースト圧によってバルブが開放され、圧縮された吸気が排出されてしまうと、チャージエアークーラがブースト圧を維持することができなくなる問題がある。
【０００７】
本開示の目的は、チャージエアークーラ等の熱交換器内に溜まった液体を自動的に排出する、改善されたドレイン装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様に係るドレイン装置は、熱交換器の底部に設けられた液溜め部と、前記液溜め部の底部に設けられ、外部に連通する開口部と、前記液溜め部に溜まった液体の量に応じて、前記開口部を閉塞または開放する蓋部と、を備え、前記蓋部は、前記開口部の周囲において前記液溜め部の底部に上側から当接することによって、前記開口部を閉塞する構成を採る。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、チャージエアークーラ等の熱交換器内に溜まった液体を自動的に排出する、改善されたドレイン装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示に係る吸排気系の断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係るドレイン装置の断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係るドレイン装置の断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係るドレイン装置の断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係るドレイン装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
（吸排気系１の説明）
図１は、本開示に係る吸排気系１の断面図である。吸排気系１は、コンプレッサ２、チャージエアークーラ（インタークーラ）３、エンジン４、タービン５、およびＥＧＲクーラ６を備える。
【００１３】
吸排気系１に取り込まれた新気は、コンプレッサ２で圧縮される。コンプレッサ２はタービン５と接続されており、タービン５によって駆動される。
【００１４】
圧縮された新気は、チャージエアークーラ３に供給される。チャージエアークーラ３は、圧縮された新気を冷却することにより、新気の密度を高める。
【００１５】
密度を高められた新気は、エンジン４に供給される。新気の密度が高まっていることにより、エンジン４の燃焼効率が改善される。
【００１６】
エンジン４から排出される排気は、タービン５を駆動する。タービン５を駆動した排気は、排気後処理装置（図示せず）を通った後、その一部がＥＧＲクーラ６に供給され、残りは外部に排出される。
【００１７】
ＥＧＲクーラ６に供給された排気は、ＥＧＲクーラ６によって冷却された後、新気と混合される。排気を冷却してから新気と混合することにより、混合気の充填効率が高められる。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図２および図３は、第１の実施の形態に係るドレイン装置１０の断面図である。
【００１９】
ドレイン装置１０は、外部の気体または冷却媒体と内部の気体との間で熱交換を行う熱交換器の底部Ｂに設けられる。熱交換器の底部Ｂを構成する底面は、重力方向に対して垂直であるのが好ましいが、熱交換器内で発生した、または熱交換器内に流れ込んだ液体Ｆが液溜め部１１に溜まる限りにおいて、底面と重力方向とがなす角度は、特に限定されない。一例において、熱交換器は、チャージエアークーラ３である。他の一例において、熱交換器は、ＥＧＲクーラ６である。
【００２０】
ドレイン装置１０は、液溜め部１１、蓋部１３、軸部１５、フロート１６、フレーム１７、および圧縮バネ（弾性体）１８を備える。
【００２１】
液溜め部１１は、熱交換器の底部Ｂに設けられる。液溜め部１１は、熱交換器の底部Ｂと一体に形成されてもよく、または、熱交換器の底部Ｂと別体として形成された後、熱交換器の底部Ｂに取り付けられてもよい。
【００２２】
液溜め部１１は、例えば、円筒形状であるが、液体Ｆが液溜め部１１に溜まる限りにおいて、特に限定されない。液溜め部１１の底部Ｂ’を構成する底面は、重力方向に対して垂直であるのが好ましいが、液体Ｆが液溜め部１１に溜まる限りにおいて、底面と重力方向とがなす角度は、特に限定されない。液溜め部１１の底部Ｂ’には、開口部Ｐが設けられる。開口部Ｐは、外部に連通する。ここで、外部とは、一例において、液溜め部１１の外部であり、他の一例において、熱交換器の外部である。
【００２３】
一例において、開口部Ｐの下側に、排出管１２が接続される。排出管１２は、開口部Ｐおよび外部に連通し、液溜め部１１から排出された液体を流通する。一例において、排出管１２は、排出された液体を、オイルパン（図示せず）に誘導する。他の一例において、排出管１２は、排出された液体を、ドレンタンク（図示せず）に誘導する。
【００２４】
蓋部１３は、液溜め部１１に溜まった液体の量に応じて、開口部Ｐを開放または閉塞する。図２に示されるように、蓋部１３は、開口部Ｐの周囲において液溜め部１１の底部Ｂ’に上側から当接することによって、開口部Ｐを閉塞する。
【００２５】
蓋部１３が開口部Ｐを閉塞する間、液体Ｆが液溜め部１１に溜まる。液体Ｆは、例えば、コンプレッサ２からチャージエアークーラ３に流れ込んだブローバイオイルミストに由来する液体、チャージエアークーラ３において凝縮した凝縮水、ＥＧＲクーラ６において凝縮した凝縮水、またはそれらの混合物である。
【００２６】
一方、蓋部１３が開口部Ｐを開放している時は、液溜め部１１に溜まった液体Ｆが、排出管１２を介して排出される。
【００２７】
一例において、液溜め部１１は、シール部１４を備える。この場合、シール部１４は、液溜め部１１に固設される。他の一例において、蓋部１３は、シール部１４を備える。この場合、シール部１４は、蓋部１３に固設される。
【００２８】
蓋部１３が開口部Ｐを閉塞する状態において、シール部１４は、開口部Ｐの全周囲において、液溜め部１１および蓋部１３の間を密閉する。シール部１４は、例えば、フッ素ゴム製である。
【００２９】
軸部１５は、蓋部１３とフロート１６とを接続および固定する。したがって、蓋部１３は、フロート１６に連動する。即ち、フロート１６が上昇すると、蓋部１３も上昇し、フロート１６が下降すると、蓋部１３も下降する。
【００３０】
フロート１６は、液溜め部１１に溜まった液体Ｆから浮力を受けるように配置される。フロート１６が受けた浮力は、軸部１５を介して蓋部１３に伝わり、開口部Ｐを開放する方向に蓋部１３を付勢する。フロート１６の比重は、液体Ｆの比重より小さい。
【００３１】
フレーム１７は、液溜め部１１に固設され、軸部１５を誘導する。一例において、フレーム１７は、軸部１５と摺動可能に設けられた摺動部１７ａを備え、軸部１５の軸方向に垂直な方向への移動を抑制する。これにより、車両の振動に伴う蓋部１３およびフロート１６の振動を抑制することができる。
【００３２】
圧縮バネ１８は、開口部Ｐと反対側において蓋部１３に固定され、または当接し、フロート１６と反対側においてフレーム１７に固定され、または当接する。圧縮バネ１８は、例えば、圧縮コイルバネである。圧縮バネ１８は、開口部Ｐを閉塞する方向に蓋部１３を付勢する。これにより、蓋部１３が開口部Ｐを閉塞する間の、車両の振動に伴う蓋部１３およびフロート１６の振動を抑制することができる。
【００３３】
図２に示される蓋部１３が開口部Ｐを閉塞する状態において、液溜め部１１に液体Ｆが溜まっていない間は、蓋部１３には、圧縮バネ１８の付勢力と、熱交換器内のブースト圧と、フロート１６の重力とを合成した力が作用する。したがって、蓋部１３が開口部Ｐを閉塞する状態が維持される。この状態においては、液溜め部１１および蓋部１３の間が密閉されているので、熱交換器内で加圧された空気の漏出を防ぐことができる。
【００３４】
図２に示される蓋部１３が開口部Ｐを閉塞する状態において、時間の経過と共に液溜め部１１に液体Ｆが溜まり始める。液体Ｆが溜まっていても、液体Ｆの液面Ｓがフロート１６に到達していない場合、フロート１６に浮力が作用しない。したがって、蓋部１３が開口部Ｐを閉塞する状態が維持され、液体Ｆは、排出されずに液溜め部１１に溜まる。この状態においても、液溜め部１１および蓋部１３の間が密閉されているので、熱交換器内で加圧された空気の漏出を防ぐことができる。
【００３５】
さらなる時間の経過とともに、液溜め部１１に溜まった液体Ｆの液面Ｓがフロート１６に到達すると、フロート１６に浮力が作用し始める。フロート１６に作用する浮力は、開口部Ｐを開放する方向に蓋部１３を付勢する。この状態において、蓋部１３には、フロート１６に作用する重力および浮力と、圧縮バネ１８の付勢力と、液体Ｆを介して液面Ｓにかかるブースト圧とを合成した力が作用する。液面Ｓが上昇する程、フロート１６に作用する浮力が大きくなる。
【００３６】
やがて、ある時点において、合成した力は、蓋部１３が開口部Ｐを開放する方向に蓋部１３に作用する。その結果、図３に示されるように、蓋部１３が開口部Ｐを開放し、溜まった液体Ｆは、矢印の方向に沿って排出管１２を介して排出される。
【００３７】
一例において、所定の圧力以上に加圧された空気が熱交換器に充填されている間、必ず蓋部１３が開口部Ｐを閉塞するように、フロート１６の大きさおよび比重と圧縮バネ１８のばね定数とが選択される。ここで、所定の圧力は、車両の走行時に想定される熱交換器内の圧力に基づいて定められ、例えば、エンジン４のアイドリング時における熱交換器内の圧力よりも大きい圧力である。これにより、車両の走行時においては、蓋部１３が開口部Ｐを閉塞する状態が維持され、熱交換器内で加圧された空気の漏出を防ぐことができる。
【００３８】
（第２の実施の形態）
図４および図５は、第２の実施の形態に係るドレイン装置２０の断面図である。
【００３９】
ドレイン装置２０は、外部の気体または冷却媒体と内部の気体との間で熱交換を行う熱交換器の底部Ｂに設けられる。熱交換器の底部Ｂを構成する底面は、重力方向に対して垂直であるのが好ましいが、液体Ｆが液溜め部１１に溜まることができる限りにおいて、底面と重力方向とがなす角度は、特に限定されない。一例において、熱交換器は、チャージエアークーラ３である。他の一例において、熱交換器は、ＥＧＲクーラ６である。
【００４０】
ドレイン装置２０は、液溜め部１１、排出管１２、軸部１５、およびフロート１６を備える。これらの構成要素については、第１の実施の形態に係るドレイン装置１０が備えるものと略同様であるので、説明を省略する。
【００４１】
ドレイン装置２０は、さらに、蓋部２１、アンカー部２２、および支持部２３を備える。
【００４２】
蓋部２１は、軸部１５を介してフロート１６に接続および固定される。開口部Ｐの形状が円形である場合、蓋部２１の形状は、一例において、円錐である。図４に示されるように、蓋部２１は、開口部Ｐの周囲において液溜め部１１の底部Ｂ’に上側から当接することによって、開口部Ｐを閉塞する。
【００４３】
蓋部２１は、液溜め部１１に溜まった液体の量に応じて、開口部Ｐを開放または閉塞する。蓋部２１が開口部Ｐを閉塞する間、液体Ｆが液溜め部１１に溜まる。液体Ｆは、例えば、コンプレッサ２からチャージエアークーラ３に流れ込んだブローバイオイルミストに由来する液体、チャージエアークーラ３において凝縮した凝縮水、ＥＧＲクーラ６において凝縮した凝縮水、またはそれらの混合物である。
【００４４】
一方、蓋部２１が開口部Ｐを開放している時は、液溜め部１１に溜まった液体Ｆが、排出管１２を介して排出される。
【００４５】
アンカー部２２は、液溜め部１１に固設される。一例において、図４に示されるように、アンカー部２２は、液溜め部１１の底部Ｂ’に固設される。他の例において、アンカー部２２は、液溜め部１１の側面に固設される。アンカー部２２は、アンカー部２２に対して回動可能に設けられる回転軸Ｃを備える。
【００４６】
支持部２３は、フロート１６をアンカー部２２に対して回動可能に支持する。
【００４７】
支持部２３は、一端において、接続部２３ａを備える。支持部２３は、接続部２３ａを介して、フロート１６に接続される。一例において、支持部２３は、フロート１６に対して回動可能である。他の一例において、支持部２３は、フロート１６に固定される。
【００４８】
支持部２３は、他端において、回転軸Ｃに固定される。一例において、支持部２３は、ねじりバネ（弾性体）２３ｂを備える。ねじりバネ２３ｂは、例えば、ねじりコイルバネである。ねじりバネ２３ｂは、一端が支持部２３に固定され、または当接し、他端がアンカー部２２に固定され、または当接する。
【００４９】
ねじりバネ２３ｂは、フロート１６に固定された蓋部２１が開口部Ｐを閉塞する方向に付勢されるように、フロート１６に接続された支持部２３を付勢する。これにより、蓋部２１が開口部Ｐを閉塞する間の、車両の振動に伴う蓋部２１およびフロート１６の振動を抑制することができる。
【００５０】
一例において、ドレイン装置２０は、さらに、引きバネ２４（弾性体）を備える。引きバネ２４は、例えば、引張コイルバネである。引きバネ２４は、フロート１６に固定された蓋部２１が開口部Ｐを閉塞する方向に付勢されるように、フロート１６に接続された支持部２３を付勢する。これにより、蓋部２１が開口部Ｐを閉塞する間の、車両の振動に伴う蓋部２１およびフロート１６の振動を抑制することができる。
【００５１】
図４に示される蓋部２１が開口部Ｐを閉塞する状態において、液溜め部１１に液体Ｆが溜まっていない間は、蓋部２１には、ねじりバネ２３ｂおよび引きバネ２４の付勢力と、熱交換器内のブースト圧と、フロート１６の重力とを合成した力が作用する。したがって、蓋部２１が開口部Ｐを閉塞する状態が維持される。この状態においては、蓋部２１および液溜め部１１の間が密閉されているので、熱交換器内で加圧された空気の漏出を防ぐことができる。
【００５２】
図４に示される蓋部２１が開口部Ｐを閉塞する状態において、時間の経過と共に液溜め部１１に液体Ｆが溜まり始める。液体Ｆが溜まっていても、液体Ｆの液面Ｓがフロート１６に到達していない場合、フロート１６に浮力が作用しない。したがって、蓋部２１が開口部Ｐを閉塞する状態が維持され、液体Ｆは、排出されずに液溜め部１１に溜まる。この状態においても、蓋部２１および液溜め部１１の間が密閉されているので、熱交換器内で加圧された空気の漏出を防ぐことができる。
【００５３】
さらなる時間の経過とともに、液溜め部１１に溜まった液体Ｆの液面Ｓがフロート１６に到達すると、フロート１６に浮力が作用し始める。フロート１６に作用する浮力は、開口部Ｐを開放する方向に蓋部２１を付勢する。この状態において、蓋部２１には、フロート１６に作用する重力および浮力と、ねじりバネ２３ｂおよび引きバネ２４の付勢力と、液体Ｆを介して液面Ｓにかかるブースト圧とを合成した力が作用する。液面Ｓが上昇する程、フロート１６に作用する浮力が大きくなる。
【００５４】
やがて、ある時点において、合成した力は、蓋部２１が開口部Ｐを開放する方向に蓋部２１に作用する。その結果、図５に示されるように、蓋部２１が開口部Ｐを開放し、溜まった液体Ｆは、矢印の方向に沿って排出管１２を介して排出される。
【００５５】
一例において、所定の圧力以上に加圧された空気が熱交換器に充填されている間、必ず蓋部２１が開口部Ｐを閉塞するように、フロート１６の大きさおよび比重とねじりバネ２３ｂおよび引きバネ２４のばね定数とが選択される。ここで、所定の圧力は、車両の走行時に想定される熱交換器内の圧力に基づいて定められ、例えば、エンジン４のアイドリング時における熱交換器内の圧力よりも大きい圧力である。これにより、車両の走行時においては、蓋部２１が開口部Ｐを閉塞する状態が維持され、熱交換器内で加圧された空気の漏出を防ぐことができる。
【００５６】
第１の実施の形態および第２の実施の形態によれば、液溜め部１１に溜まった液体Ｆを、エンジン４の停止時やアイドリング時に、自動的に排出することができる。
【００５７】
また、第１の実施の形態および第２の実施の形態によれば、液溜め部１１に液体Ｆが溜まり続けることを回避することができ、ひいてはエンジン４の破損を回避することができる。
【００５８】
また、熱交換器がＥＧＲクーラである場合、凝縮水がＥＧＲクーラ内に留まることによる、ＥＧＲクーラを構成する金属（例えばアルミ）の腐食を抑制することができる。
【００５９】
（その他の実施の形態）
第２の実施の形態においては、支持部２３は、ねじりバネ２３ｂを有する。これに代えて、支持部２３がねじりバネ２３ｂを有さない実施の形態も考えられる。この場合、蓋部２１を開口部Ｐの方向に付勢する力は、引きバネ２４のみによって与えられる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本開示に係るドレイン装置および熱交換器は、エンジンへの吸気を圧縮するコンプレッサを備える車両等に使用するのに好適である。
【符号の説明】
【００６１】
１  吸排気系
２  コンプレッサ
３  チャージエアークーラ
４  エンジン
５  タービン
６  ＥＧＲクーラ
１０  ドレイン装置
１１  液溜め部
１２  排出管
１３  蓋部
１４  シール部
１５  軸部
１６  フロート
１７  フレーム
１８  圧縮バネ
２０  ドレイン装置
２１  蓋部
２２  アンカー部
２３  支持部
２３ａ  接続部
２３ｂ  ねじりバネ
２４  引きバネ
Ｂ  底部
Ｂ’  底部
Ｐ  開口部
Ｆ  液体
Ｓ  液面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2018204525.tif 000006
【図５】
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