JP2014109215A

JP2014109215A - 水陸両用車

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Publication number: JP2014109215A
Application number: JP2012263223A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Sato; 進一佐藤; Takashi Matsunaga; 高志松永
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-12
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: WO2014084075A1; US20150260080A1; JP6025142B2; US9869231B2

Abstract

【課題】エンジン回転数が低い状態でも、走行の駆動力を増加させることができる水陸両用車を提供する。
【解決手段】エンジン回転数が所定の回転数より低い場合には、ファン出口圧力に基づいて、ファンのファン流量を算出し（Ｂ１）、ファン入口温度、ファン出口温度及びファン流量に基づいて、熱交換器の熱交換量を算出し（Ｂ２）、エンジン回転数及び熱交換量に基づいて、ファンの目標ファン回転数を算出し（Ｂ３）、目標ファン回転数となるように、ファンの回転数を低減させ（Ｂ４、Ｂ５）、走行装置に伝達する動力を増加させて、駆動トルクを増加させる（Ｂ６）。
【選択図】図２

Description

本発明は、水陸両用車に関する。

水上及び陸上を移動可能なレジャー用の水陸両用車が知られている。近年は、災害時において、災害現場（孤立集落など）へ海側からアプローチできる水陸両用車の要求が高まってきている。

実開平７−３８６２５号公報

図７、図８を参照して、従来の水陸両用車の課題を説明する。なお、図７、図８中の符号Ｆｄは駆動力（駆動トルク）を示し、Ｆｐは推進力を示し、Ｌｆは熱交換器のファン損失（発電損失）を示している。

図７に示すように、従来の水陸両用車５０は、海５１から陸５２へ上陸するとき、海岸の岩場５３等から上陸する場合には、瞬間的に大きな駆動力Ｆｄが必要になる。このとき、水陸両用車５０は、走行装置の駆動力Ｆｄと共に水上推進装置の推進力Ｆｐにより押し上げられて、陸５２へ上陸することになる。

ところが、図８のグラフに示すように、エンジン回転数に比例して、水上推進装置の推進力Ｆｐは上昇するため、上陸時等に多大な推進力Ｆｐがあると危険な場合には、エンジン回転数を上げることができなかった。又、エンジン回転数が低い状態では、ファン損失Ｌｆもあるため、大きな駆動力Ｆｄを得ることができず、海５１から陸５２への上陸を困難にしていた。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、エンジン回転数が低い状態でも、走行の駆動力を増加させることができる水陸両用車を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る水陸両用車は、
陸上を走行するための走行装置と水上を推進するための水上推進装置に伝達される動力を出力するエンジンと、
前記エンジンを冷却する熱交換器と、
前記熱交換手段へ冷媒を供給するファンと、
前記エンジンのエンジン回転数を計測するエンジン回転数計測手段と、
前記ファンのファン回転数を計測するファン回転数計測手段と、
前記熱交換器の入口側の入口温度を計測する入口温度計測手段と、
前記熱交換器の出口側の出口温度を計測する出口温度計測手段と、
前記熱交換器の出口側の前記冷媒の出口圧力を計測する出口圧力計測手段と、
前記エンジン回転数計測手段、前記ファン回転数計測手段、前記入口温度計測手段、前記出口温度計測手段及び前記出口圧力計測手段の計測値に基づいて、前記ファンの回転数を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記エンジン回転数が予め規定した所定のエンジン回転数より低い場合には、
前記出口圧力に基づいて、前記ファンのファン流量を算出し、
前記入口温度、前記出口温度及び前記ファン流量に基づいて、前記熱交換器の熱交換量を算出し、
前記エンジン回転数及び前記熱交換量に基づいて、前記ファンの目標ファン回転数を算出し、
前記目標ファン回転数となるように、前記ファンの回転数を低減させて、前記エンジンから前記走行装置へ伝達される動力を増加させることを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る水陸両用車は、
陸上を走行するための走行装置と水上を推進するための水上推進装置に伝達される動力を出力するエンジンと、
前記エンジンを冷却する熱交換器と、
前記熱交換手段へ冷媒を供給するファンと、
前記エンジンのエンジン回転数を計測するエンジン回転数計測手段と、
前記ファンのファン回転数を計測するファン回転数計測手段と、
前記熱交換器の入口側の入口温度を計測する入口温度計測手段と、
前記熱交換器の出口側の出口温度を計測する出口温度計測手段と、
前記エンジンの燃料噴射量を計測する燃料噴射量計測手段と、
前記エンジン回転数計測手段、前記ファン回転数計測手段、前記入口温度計測手段、前記出口温度計測手段及び前記燃料噴射量計測手段の計測値に基づいて、前記ファンの回転数を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記エンジン回転数が予め規定した所定のエンジン回転数より低い場合には、
前記エンジン回転数及び前記燃料噴射量に基づいて、前記ファンのファン流量を算出し、
前記入口温度、前記出口温度及び前記ファン流量に基づいて、前記熱交換器の熱交換量を算出し、
前記エンジン回転数及び前記熱交換量に基づいて、前記ファンの目標ファン回転数を算出し、
前記目標ファン回転数となるように、前記ファンの回転数を低減させて、前記エンジンから前記走行装置へ伝達される動力を増加させることを特徴とする。

本発明によれば、エンジン回転数が低い状態でも、ファンの回転数を低減させて、ファンの回転に伴うエンジンでの損失を低減させるので、エンジンから走行装置へ伝達される動力（駆動力）を増加させることができる。

本発明に係る水陸両用車の実施形態の一例（実施例１）として、その動力部分の構成を示す概略構成図である。図１に示した動力部分の構成を説明するブロック図である。図１、図２に示した動力部分の構成において実施する制御手順を説明するフローチャートである。本発明に係る水陸両用車の実施形態の他の一例（実施例２）として、その動力部分の構成を示す概略構成図である。図４に示した動力部分の構成を説明するブロック図である。図４、図５に示した動力部分の構成において実施する制御手順を説明するフローチャートである。従来の水陸両用車における課題を説明する図である。エンジン回転数とエンジン出力との関係を示すグラフであり、エンジン出力における駆動力、推進力及びファン損失の内訳を併記したものである。エンジン回転数と放熱量との関係を示すグラフであり、熱交換器性能の放熱量とエンジンの実放熱量を併記したものである。

本発明の発明者等は、図９に示すように、エンジン回転数が低い場合には、エンジンからの実放熱量は小さく、主に、冷媒流量（空気流量）で決まる熱交換性能は低くても良いことに気付いた。つまり、水陸両用車の上陸時において、エンジン回転数を低く抑える場合、図８に示したファン損失Ｌｆを抑制することができ、その抑制した分、駆動力Ｆｄを増加できることに気付いた。

以下、上記知見に基づく、本発明に係る水陸両用車の実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。

（実施例１）
図１は、本実施例の水陸両用車の動力部分の構成を示す概略構成図であり、図２は、その動力部分の構成を説明するブロック図であり、図３は、その動力部分の構成において実施する制御手順を説明するフローチャートである。

本実施例において、水陸両用車は、陸上を走行するための走行装置（図示省略）と海等の水上を推進（航行）するための水上推進装置（図示省略）を有しており、１つのエンジン１１（内燃機関）から出力する動力が各々に伝達されている。エンジン１１は、ラジエータ１２（熱交換器）による冷却が行われており、ラジエータ１２への冷媒（空気）は、ファン１３及びファン１３を回転するモータ１４により供給されて、その流量が制御されている。

又、モータ１４には、ファン回転数を計測するファン回転数計測器１５（ファン回転数計測手段）が設けられており、エンジン１１には、エンジン回転数を計測するエンジン回転数計測器１６（エンジン回転数計測手段）が設けられており、又、ラジエータ１２の入口、出口には、ファン出口圧力を計測するファン出口圧力計測器１７（出口圧力計測手段）、ファン入口温度、ファン出口温度を計測するファン入口温度計測器１（入口温度計測手段）、ファン出口温度計測器１９（出口温度計測手段）が設けられおり、これらの計測値が制御装置３０（制御手段）に入力されている。

そして、制御装置３０は、上述したような構成及び後述する制御手順を用いて、上陸時などに、エンジン回転数が予め規定した所定のエンジン回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）より低い状態において、大きな駆動トルク（駆動力）が必要となった場合に、補機であるファン１３のファン回転数を低下させて、走行の駆動トルクを増加させるようにしている。制御装置３０における制御手順について、図２のブロック図、図３のフローチャートを参照して説明する。

（ステップＳ１）
ファン出口圧力計測器１７でラジエータ１２の出口の冷媒のファン出口圧力を計測し、ファン入口温度計測器１８でラジエータ１２の入口の冷媒のファン入口温度を計測し、ファン出口温度計測器１９でラジエータ１２の出口の冷媒のファン出口温度を計測し、エンジン回転数計測器１６でエンジン１１のエンジン回転数を計測する。

（ステップＳ２）
計測したファン出口圧力に基づいて、ファン１３によるファン流量を算出する（図２中のブロックＢ１）。

（ステップＳ３）
計測したファン入口温度、ファン出口温度と算出したファン流量に基づいて、ラジエータ１２の熱交換量を算出する（図２中のブロックＢ２）。

（ステップＳ４）
計測したエンジン回転数、算出した熱交換量に基づいて、ファン１３の目標ファン回転数をマップＭ１から算出する（図２中のブロックＢ３）。このマップＭ１は、エンジン回転数、熱交換量及びファン回転数の関係を示すものであり、計測等によって、予め規定されている。

（ステップＳ５〜Ｓ６）
ファン回転数計測器１５でファン回転数の実測値を計測し、実測値と目標ファン回転数とを比較し、算出した目標ファン回転数となるように、モータ１４を制御する（図２中のブロックＢ４）。図９に示したように、エンジン回転数が低い場合には、エンジン１１からの実放熱量は、ラジエータ１２の冷却性能より低くなるので、算出した目標ファン回転数となるように制御すると、ファン回転数を低下させることになる（図２中のブロックＢ５）。つまり、ラジエータ１２を冷却する冷媒の流量を低下させることになる。

そして、ファン１３では、その軸動力は回転数の３乗に比例するため、ファン回転数を低減することによって、図８で示したファン損失Ｌｆ（モータ１４を駆動するための発電損失）を大きく低減させ、エンジン１１での正味トルクを増加させることができる。その結果、ファン損失Ｌｆの低減分を駆動力Ｆｄとして使用することができ、駆動力Ｆｄを増加させることができる（図２中のブロックＢ６）。

このようにして、上陸時などに、エンジン回転数が予め規定した所定のエンジン回転数より低い状態において、大きな駆動トルクが必要となった場合には、ファン１３のファン回転数を低下させることで、図８で示したファン損失Ｌｆを抑制し、その抑制した分を走行装置の駆動力Ｆｄとして使用することで、駆動力Ｆｄを増加させることになる。

（実施例２）
図４は、本実施例の水陸両用車の動力部分の構成を示す概略構成図であり、図５は、その動力部分の構成を説明するブロック図であり、図６は、その動力部分の構成において実施する制御手順を説明するフローチャートである。

本実施例における水陸両用車は、実施例１（図１、図２）で示した水陸両用車と略同等の構成を有している。従って、図４、図５においては、実施例１（図１、図２）で示した水陸両用車の構成と同等の構成については、同じ符号を付している。

本実施例における水陸両用車は、実施例１（図１）で示した水陸両用車と略同等の構成であるが、図１で示したファン出口圧力計測器１７はなく、替わりに、エンジン１１の燃料噴射量を計測する燃料噴射量計測器２１（燃料噴射量計測手段）が、エンジン１１に設けられており、この計測値も制御装置３０（制御手段）に入力されている。

そして、本実施例においても、制御装置３０は、上述したような構成及び後述する制御手順を用いて、上陸時などに、エンジン回転数が予め規定した所定のエンジン回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）より低い状態において、大きな駆動トルク（駆動力）が必要となった場合に、補機であるファン１３のファン回転数を低下させて、駆動トルクを増加させるようにしている。制御装置３０における制御手順について、図５のブロック図、図６のフローチャートを参照して説明する。

（ステップＳ１１）
ファン入口温度計測器１８でラジエータ１２の入口の冷媒のファン入口温度を計測し、ファン出口温度計測器１９でラジエータ１２の出口の冷媒のファン出口温度を計測し、エンジン回転数計測器１６でエンジン１１のエンジン回転数を計測し、燃料噴射量計測器２１でエンジン１１の燃料噴射量を計測する。

（ステップＳ１２）
計測したエンジン回転数、燃料噴射量に基づいて、ファン１３によるファン流量をマップＭ１１から算出する（図５中のブロックＢ１１）。このマップＭ１１は、エンジン回転数、燃料噴射量及びファン流量の関係を示すものであり、計測等によって、予め規定されている。

（ステップＳ１３）
計測したファン入口温度、ファン出口温度と算出したファン流量に基づいて、ラジエータ１２の熱交換量を算出する（図５中のブロックＢ１２）。

（ステップＳ１４）
計測したエンジン回転数、算出した熱交換量に基づいて、ファン１３の目標ファン回転数をマップＭ１から算出する（図５中のブロックＢ１３）。

（ステップＳ１５〜Ｓ１６）
ファン回転数計測器１５でファン回転数の実測値を計測し、実測値と目標ファン回転数とを比較し、算出した目標ファン回転数となるように、モータ１４を制御する（図５中のブロックＢ１４）。図９に示したように、エンジン回転数が低い場合には、エンジン１１からの実放熱量は、ラジエータ１２の冷却性能より低くなるので、算出した目標ファン回転数となるように制御すると、ファン回転数を低下させることになる（図５中のブロックＢ１５）。つまり、ラジエータ１２を冷却する冷媒の流量を低下させることになる。

そして、ファン１３では、その軸動力は回転数の３乗に比例するため、ファン回転数を低減することによって、図８で示したファン損失Ｌｆ（モータ１４を駆動するための発電損失）を大きく低減させ、エンジン１１での正味トルクを増加させることができる。その結果、ファン損失Ｌｆの低減分を駆動力Ｆｄとして使用することができ、駆動力Ｆｄを増加させることができる（図５中のブロックＢ１６）。

本発明は、水陸両用車に好適なものであり、特に、災害現場の悪路、水没地を走破し、災害現場（孤立集落など）へ海側からアプローチできる水陸両用車などに好適である。

１１エンジン
１２ラジエータ（熱交換器）
１３ファン
１４モータ
１５ファン回転数計測器（ファン回転数計測手段）
１６エンジン回転数計測器（エンジン回転数計測手段）
１７ファン出口圧力計測器（出口圧力計測手段）
１８ファン入口温度計測器（入口温度計測手段）
１９ファン出口温度計測器（出口温度計測手段）
２１燃料噴射量計測器（燃料噴射量計測手段）
３０制御装置（制御手段）

Claims

陸上を走行するための走行装置と水上を推進するための水上推進装置に伝達される動力を出力するエンジンと、
前記エンジンを冷却する熱交換器と、
前記熱交換手段へ冷媒を供給するファンと、
前記エンジンのエンジン回転数を計測するエンジン回転数計測手段と、
前記ファンのファン回転数を計測するファン回転数計測手段と、
前記熱交換器の入口側の入口温度を計測する入口温度計測手段と、
前記熱交換器の出口側の出口温度を計測する出口温度計測手段と、
前記熱交換器の出口側の前記冷媒の出口圧力を計測する出口圧力計測手段と、
前記エンジン回転数計測手段、前記ファン回転数計測手段、前記入口温度計測手段、前記出口温度計測手段及び前記出口圧力計測手段の計測値に基づいて、前記ファンの回転数を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記エンジン回転数が予め規定した所定のエンジン回転数より低い場合には、
前記出口圧力に基づいて、前記ファンのファン流量を算出し、
前記入口温度、前記出口温度及び前記ファン流量に基づいて、前記熱交換器の熱交換量を算出し、
前記エンジン回転数及び前記熱交換量に基づいて、前記ファンの目標ファン回転数を算出し、
前記目標ファン回転数となるように、前記ファンの回転数を低減させて、前記エンジンから前記走行装置へ伝達される動力を増加させることを特徴とする水陸両用車。
陸上を走行するための走行装置と水上を推進するための水上推進装置に伝達される動力を出力するエンジンと、
前記エンジンを冷却する熱交換器と、
前記熱交換手段へ冷媒を供給するファンと、
前記エンジンのエンジン回転数を計測するエンジン回転数計測手段と、
前記ファンのファン回転数を計測するファン回転数計測手段と、
前記熱交換器の入口側の入口温度を計測する入口温度計測手段と、
前記熱交換器の出口側の出口温度を計測する出口温度計測手段と、
前記エンジンの燃料噴射量を計測する燃料噴射量計測手段と、
前記エンジン回転数計測手段、前記ファン回転数計測手段、前記入口温度計測手段、前記出口温度計測手段及び前記燃料噴射量計測手段の計測値に基づいて、前記ファンの回転数を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記エンジン回転数が予め規定した所定のエンジン回転数より低い場合には、
前記エンジン回転数及び前記燃料噴射量に基づいて、前記ファンのファン流量を算出し、
前記入口温度、前記出口温度及び前記ファン流量に基づいて、前記熱交換器の熱交換量を算出し、
前記エンジン回転数及び前記熱交換量に基づいて、前記ファンの目標ファン回転数を算出し、
前記目標ファン回転数となるように、前記ファンの回転数を低減させて、前記エンジンから前記走行装置へ伝達される動力を増加させることを特徴とする水陸両用車。