JP2006509138A - 水陸両用ビークルの冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】
熱交換器が特に異物による損傷を受け難くし、かつ熱交換器により艇体の下面の滑らかな輪郭が損なわれないようにした水陸両用ビークル、特に滑走型水陸両用艇の内燃機関の冷却システムを提供する。
【解決手段】
滑走型水陸両用ビークル（１０１）は内部冷却ダクト（１０６）を備えたエンジン（１０５）を有している。エンジンは、第一に空気−水熱交換器（１０２）により冷却され、第二に水−水熱交換器（１０８）により冷却される。一方または両方の熱交換器は、バルクヘッド（８０）により完全に、またはバルクヘッド（１１８、１２０）により部分的にエンジン隔室（１１７）から分離された隔室（１１９）内に配置できる。熱交換器（１０８）用の外部水は艇体（１０９）の外部からジェット取入れ口（１１４）およびジェットドライブダクト（１１６）の入口（１１５）を通って吸引され、出口（１２３）を通って排出される。

Description

本発明は、水陸両用ビークル（以下、水陸両用艇、特に滑走型水陸両用艇（planing amphibians）ともいう）の内燃機関の冷却に関するものである。用語「外部水」は、冷却の目的で水陸両用艇の外部から吸引される水を定義するのに使用され、一方、用語「内部水」は、冷却の目的で単に水陸両用艇内で完全に循環する水を定義するのに使用される。

小型船を駆動するのに使用されるインボードマウント型内燃機関は、殆ど例外なく水により直接冷却される。冷却水は、船の周囲の水から、直接フィルタを介してエンジンブロックを通ってポンプにより吸引され、その後船外に排出される。これには、エンジンの内部腐蝕を防止する手段が必要になる。

陸上ビークルは、少数の空冷のものを除き、液体クーラントが、熱交換器すなわちラジエータからエンジンブロックを通って再び熱交換器に戻るように循環され、ラジエータは、これを通る空気により冷却されるといった間接手段が用いられている。

水陸両用艇に付随する問題は、艇が陸上を走行する場合があるので、直接水冷のみで冷却を行なうことができないこと、および間接冷却ラジエータ用の空気取入れ口を必ずしも便利な位置に配置できないことである。また、便利な位置にラジエータを取付けることの困難さは、空気ダクトまたはファンまたはこれらの両者により貴重なスペースが占拠されてしまうことである。
米国特許第４，７３０，６６４号明細書（Forsthuber等） 英国特許出願ＧＢ２，３６３，４５３Ａ号明細書 国際特許公開ＷＯ ０２／０７０２８９号明細書

水陸両用艇には外部水−水熱交換器が試みられているが、２つの大きな欠点がある。１つの欠点は、この熱交換器が特に異物による損傷を受け易いことであり、他の欠点は、熱交換器により艇体の下面のさもなくば滑らかな輪郭が損なわれるため、航海性能が抑制されかつ流体力学的効率が低下されることである。

本発明による滑走型水陸両用艇のエンジン冷却システムは、エンジンの周囲にクーラントを循環させる液体クーラントダクトと、該ダクトに連結された第一熱交換器とを有し、該第一熱交換器は、空気が空気入口から第一熱交換器を通るように導入されて、エンジンの周囲を循環するクーラントを冷却するように配置され、前記ダクトに連結された第二熱交換器を更に有し、該第二熱交換器は、外部水が艇体の外部から艇体の下面の水入口を通って艇体の内部に導入され、次に第二熱交換器を通って導かれてクーラントを冷却するように配置され、前記水入口は艇体の長さの後方２／３以内に配置されている。また本発明は、上記エンジン冷却システムを備えた水陸両用艇を提供する。

本発明は、ビークルが水中にあるときに空気冷却装置が閉鎖され、これにより空気取入れ口が閉じられて空冷型熱交換器を保護するように構成されている。これは、熱交換器のマトリックスが異物による損傷を受けないように保護するだけでなく、外部水がラジエータ隔室内に流入してビークルの操縦性および安定性に影響を与えることも防止する。また、上記特許文献１に開示の構成とは異なり、空冷型熱交換器を上方空気取入れ口の近くに配置しかつ水冷型熱交換器をビークル内のできる限り低い位置に配置することにより熱交換装置をコンパクトにできる。水入口の位置を艇体の長さの後方２／３以内に配置することにより、ビークルが排水型モードから滑走型モードへと移行するときに、大気圧よりは高い低圧力の存在により、冷却水の連続流を確保できる。

水に入るとき、間接冷却から直接冷却に切換えることは魅力的であるが、空気ダクトが損傷を受け易い上、水の流入が不完全であるため水冷を利用できない場合には、水に入る時点が困難かつ決定的な時点となる虞れがある。従って、簡単性および安全性の理由から、陸上モードおよび水上モードの両モードで間接冷却を用いるのが好ましい。これはまた、水陸両用艇を冬期に保管しおよび／または運転する間にエンジンを保護するため、関連防錆剤と一緒に不凍液をエンジンのクーラントダクト内に入れておくことを可能にする。

本発明の水陸両用艇の外部から第二熱交換器を通して水を循環させるための冷却水ポンプを設けて、水陸両用艇が停止しているときでも第一熱交換器を通る空冷に頼ることを回避するのが好ましい。或いは、外部水をマリーンジェットドライブの加圧側から第二熱交換器に取入れるように構成することもできる。これにより、特別に第二熱交換器に供給するのに使用される別の冷却水ポンプの重量およびコストを節約することができる。

他の第二構成は、マリーンジェットドライブと組合された第二熱交換器を有するものである。これは、ジェットドライブを包囲する内部水用のジャケットの形態に構成できる。また、本件出願人に係る係属中の上記特許文献２（該特許文献２の開示内容は本願に援用する）に開示されているようなジェットドライブハブおよび／またはステータブレードの空洞を使用することもできる。この構成は、ジェットドライブ自体以外の他のいかなる外部水配管もビークル内に設ける必要がないという長所を有している。また、ビークル内で水を循環させるのにいかなる圧力をも使用することなく、ジェットユニットの全推力をビークルの推進に利用できる。

本発明の一実施形態では、第一熱交換器は、ビークルの静水線（static water line）より上方に配置された空気取入れ口の後方でビークルの前方に取付けられている。これは、船首が、排水型ビークルの船首よりも水中で高く位置する滑走型ビークルに特に適している。或いは、第一熱交換器は、１つ以上の閉鎖可能なフラップからなる閉鎖手段の後方に配置できる。フラップ（単一または複数）は、ビークルが走行中に周囲の水から熱交換器を保護するだけでなく、浮荷（flotsam）からも熱交換器を保護する。フラップ（単一または複数）は、簡単なヒンジ型開／閉構造で構成できる。

高速水陸両用艇では、水入口をできる限り船尾近くに設ける必要がある。例えば、滑走型水陸両用艇は、水入口を艇体の後半部に設ける必要がある。ビークルがトランピングするときに最良の結果が得られるようにするには、水入口は、平面上で水線の前方から後方に至る距離の６０〜９５％の間の位置に配置するのが好ましく、より好ましくは７０〜９０％の位置に配置する。艇体の下のこのような位置にある水入口は、滑走型ビークルの圧力中心の近くに配置され、従って多量の水の供給を確保できる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

全ての図面において、明瞭化を図るため、種々のブラケットおよび支持体を備えた路上走行ホイールおよびマリーントランスミッション、排気管および電気配線、および艤装ラジエータヘッダおよびオイルクーラは省略されている。これらの部品は水陸両用艇を機能させる上で必要なことは明らかであるが、本発明の一部を構成するものではなく、従って詳細には説明しない。第二熱交換器の水入口にはフィルタ（図示せず）が設けられており、異物による詰まりおよび／または損傷から前記熱交換器を保護する。また、構成部品は図面を明瞭にする方向で示されており、従って実際には、機能的理由またはパッケージングの理由から他の方向になることもある。

本発明の全体的原理は、フロント、ミッドまたはリアマウント型エンジンを備えた水陸両用艇および排水型艇体または滑走型艇体を備えた水陸両用艇のいずれにも適用できるが、特に、ミッドマウント型エンジン付滑走艇に関連して説明する。

図１には、ミッドマウント型エンジンを備えた水陸両用艇の全体が参照番号１で示されている。空気入口３の後方に第一熱交換器（すなわちラジエータ）２が配置されており、空気入口３は、ヒンジ型フラップ４により閉じることができる。エンジン５は、破線６により概略的に示す内部冷却ダクトを有している。該ダクト６は、第二熱交換器８およびパイプ１０、１１を介して第一熱交換器２に連結されている。第二熱交換器８は、ポンプ１２により吸引されかつパイプ１４を通ってポンプジェットダクト１６内に排出される水により冷却される。第一熱交換器２は、陸上を走行するときは前方移動の長所が得られるように理想的に配置されているが、閉鎖フラップ４および長いパイプ１０、１１を必要とする。

図２に示す冷却システムでは、ビークル２１のエンジン２５が前の実施形態と同様にして冷却されるが、第一熱交換器２２がビークルの後部に配置されていて、第一熱交換器２２とエンジンダクト２６とを連結するパイプ３０を短縮できる点で異なっている。同様に、第一熱交換器２２と第二熱交換器２８とを連結するパイプ３１も、第一実施形態におけるパイプ１１より短縮できる。第二熱交換器２８用の水は、前の実施形態と同様に、パイプ３４により供給されかつポンプジェットダクト３６内に排出される。参照番号２３はラジエータグリルを示す。ファン２７が概略的に示されており、滑走用の一般的なウォータラインが参照番号３７で示されている。

図３に示す冷却システムでは、ビークル４１のエンジン４５が、前の実施形態と同様に、ビークルの後部に配置された第一熱交換器４２により冷却される。この実施形態では、パイプ５１が、第一熱交換器４２と、マリーンジェットドライブ５６の周囲のジャケットとして構成された第二熱交換器４８とを連結している。図示のように、このジャケットは、一方のポートから他方のポートへと直行横断するショートカットを引起こすことなく、水を、ジェットドライブ５６の外側でポート５５からポート５７へと駆動するように配置されている。この構成では、長いウォータパイプをうまく処理すべく改善する必要がある、エンジンのウォータポンプ以外のポンプは全く設けられていない。

図４に示す他の水陸両用艇では、本件特許出願人の所有する係属中の国際特許公開された上記特許文献３に開示されているように、第一熱交換器が、エンジン隔室とは別の第二隔室内に配置されている。水陸両用艇６１は、冷却ダクト６６を備えたミッドマウント型エンジン６５を有している。第一熱交換器６２および第二熱交換器６８は、バルクヘッド８０によりエンジンから分離された隔室７９内に配置されている。空気は、グリル６３から隔室７９内に流入し、第一熱交換器６２および１つ以上の排気サイレンサ８１を通って、他のグリル６４から排出される。空気流は、１つ以上のファン６７により補助される。第二熱交換器６８が隔室７９内に配置されることは本質的なことではないが、これは、ウォータパイプの組立ておよび配管の点で便利である。排気サイレンサ８１も隔室７９内に配置されておりかつグリル６４を通るテールパイプ８２を有している。水陸両用艇体６９の後部は参照番号８４で示す部分が切除されており、トリムタブの取付けおよび作動、更にはジェットドライブ用ステアリングノズル（図示せず）およびリバーシングバケットの取付けおよび作動を可能にしている。図示の実施形態では、水は、最初に艇体の下のジェットドライブ取入れ口を通って艇体内に吸引され、次に、ジェットポンプダクト７６の入口パイプ７４を通って、ジェットの加圧側から排出される。図面から理解されようが、入口パイプ７４は最初は艇体の外部にあるが、艇体に通されている。トランソム８５には、第二熱交換器６８からの外部水出口８３が設けられている。

図５に示す更に別の水陸両用艇では、第一熱交換器が、エンジン隔室とは別の第二隔室内に配置されている。水陸両用艇１０１は冷却ダクト１０６を備えたミッドマウント型エンジン１０５を有し、該エンジン１０５は、前方バルクヘッド１１３により画定されたエンジン隔室１１７内に配置されている。第一熱交換器１０２は、バルクヘッドによりエンジンから分離された隔室１１９の頂部に配置されている。このバルクヘッドは、隔室１１９をエンジン隔室１１７から完全にはシールしないので、上方バルクヘッド１２０および下方バルクヘッド１１８として示されている。外部空気は、矢印で示すようにグリル１０３を通って隔室１１９内に流入し、１つ以上のファン１０７により第一熱交換器１０２を通って吸引され、次にサイレンサ１２１およびグリル１０４を通ってビークルから排出される。この実施形態では、第二熱交換器１０８が隔室１１７内に配置されている。前の実施形態と同様に、ホースまたはパイプ１１０、１１１が、エンジンと第一熱交換器とを連結し、かつ第一熱交換器１０２と第二熱交換器１０８とを連結している。しかしながら、この場合には、エンジン１０５は、他の空気取入れ口およびファン（図示せず）を備えた別の冷却システムを有している。これらのファンは、空気をエンジン隔室１１７に吹込み、かつ第二隔室１１９から流出させる。第一熱交換器１０２は、エンジン隔室１１７からの予熱空気ではなく、大気温度の空気を取入れ、これにより、上方バルクヘッド１２０は、第一熱交換器１０２への取入れ口を、エンジン隔室１１７からの排出空気からシールするように配置されていることが重要である。第二熱交換器１０８用の外部水は、最初に、艇体の下のジェットドライブ取入れ口１１４から艇体内に吸引され、次に、ジェットポンプダクト１１６の入口パイプ１１５を通ってジェットの加圧側から排出される。第二熱交換器を通る外部水の流れを明瞭化するため、第二熱交換器を通るパイプの他の例が図４の実施形態と比較して示されている。

本発明の精神および範囲から逸脱することなく、必要に応じて構成部品のレイアウトについての他の変更をなし得ることは理解されよう。より詳しくは、第一熱交換器１０２を、図示のものとは異なる角度または他の位置に取付けるのが便利であることを見出すことができる。排気サイレンサ１２１は、第一熱交換器１０２の前方に配置することもできる。

フロント・ラジエータが設けられた水陸両用艇を示す概略側面図である。 リア・ラジエータが設けられた水陸両用艇を示す概略側面図である。 リア・ラジエータが設けられた水陸両用艇の他のレイアウトを示す概略側面図である。 リア・ラジエータが設けられた水陸両用艇の更に別のレイアウトを示す概略側面図である。 リア・ラジエータが設けられた水陸両用艇の更に別のレイアウトを示す概略側面図である。

符号の説明

１、２１、４１、６１、１０１ 水陸両用艇（ビークル）
２、２２、４２、６２、１０２ 第一熱交換器
５、２５、４５、６５、１０５ エンジン
８、２８、４８、６８、１０８ 第二熱交換器
１６、３６、５６、７６、１１６ ポンプジェットダクト（ジェットドライブ）

Claims (18)

1. エンジンの周囲にクーラントを循環させる液体クーラントダクトと、該ダクトに連結された第一熱交換器とを有し、該第一熱交換器は、空気が空気入口から第一熱交換器を通るように導入されて、エンジンの周囲を循環するクーラントを冷却するように配置され、前記ダクトに連結された第二熱交換器を更に有し、該第二熱交換器は、外部水が艇体の外部から艇体の下面の水入口を通って艇体の内部に導入され、次に第二熱交換器を通って導かれてクーラントを冷却するように配置され、前記水入口は艇体の長さの後方２／３以内に配置されていることを特徴とする滑走型水陸両用艇のエンジン冷却システム。
2. 前記空気入口は、静水線より上方でビークルの前方に設けられていることを特徴とする請求項１記載のエンジン冷却システム。
3. 前記空気入口には閉鎖手段が設けられており、水陸両用艇が水上にあるときは閉じることができることを特徴とする請求項１または２記載のエンジン冷却システム。
4. 前記閉鎖手段は１つ以上のヒンジ型フラップからなることを特徴とする請求項３記載のエンジン冷却システム。
5. 前記水陸両用艇はミッドマウント型エンジンを有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のエンジン冷却システム。
6. 前記第二熱交換器用の外部水は、マリーンジェットドライブの加圧側から吸引されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のエンジン冷却システム。
7. 前記第二熱交換器用の外部水は、冷却水ポンプによりビークル内に吸引されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のエンジン冷却システム。
8. 前記外部水の入口は、平面上で水線の前方から後方に至る距離の６０〜９５％の間の位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載のエンジン冷却システム。
9. 前記外部水の入口は、平面上で水線の前方から後方に至る距離の７０〜９０％の間の位置に配置されていることを特徴とする請求項８記載のエンジン冷却システム。
10. 前記第二熱交換器はマリーンジェットドライブと組合されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のエンジン冷却システム。
11. 前記第二熱交換器は、マリーンジェットドライブの周囲の冷却水ジャケットを有していることを特徴とする請求項１０記載のエンジン冷却システム。
12. 前記第二熱交換器は、マリーンジェットドライブのステータブレードを通る冷却水通路を有していることを特徴とする請求項１０または１１記載のエンジン冷却システム。
13. 前記第二熱交換器は、マリーンジェットドライブのハブを通る冷却水通路を有していることを特徴とする請求項１２記載のエンジン冷却システム。
14. 前記第一熱交換器は、エンジン隔室とは別の第二隔室内に配置されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項記載のエンジン冷却システム。
15. 前記エンジン隔室とは別の第二隔室内には第二熱交換器も配置されていることを特徴とする請求項１４記載のエンジン冷却システム。
16. 前記エンジン隔室とは別の第二隔室内には１つ以上の排気サイレンサも配置されていることを特徴とする請求項１４または１５記載のエンジン冷却システム。
17. 添付図面の図１、図２、図３、図４または図５のいずれか１つ以上に関連して説明したものと実質的に同じであることを特徴とする滑走型水陸両用艇のエンジン冷却システム。
18. 請求項１〜１７のいずれか１項記載のエンジン冷却システムを備えていることを特徴とする滑走型水陸両用艇。

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