JP3556378B2

JP3556378B2 - インタークーラー

Info

Publication number: JP3556378B2
Application number: JP04516996A
Authority: JP
Inventors: 徹吉塚
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1996-03-01
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2016-03-01
Also published as: JPH09242549A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給機から取り入れる空気を冷却して、内燃機関の給気室に供給するインタークーラーの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、過給機を付設した内燃機関（エンジン）において、過給機から送出される空気をインタークーラーに通し、シリンダーブロック内に形成される給気室に送出する内燃機関の給気供給構造は公知となっている。
ここで、図２９より従来のエンジンにおける過給機とインタークーラーの取付位置について説明する。
【０００３】
エンジンＥ’のシリンダーブロックＥａ’における四方垂直面は、一側面が出力側面で、フライホイルハウジングＦＨ’が配設され、その反対側面には、冷却水ポンプブロック７’が取り付けられている。また、正面と背面は、作業者が（遠隔操作とは別に）機側で操作を行う際の操縦側面と、通常操縦操作において、作業者が立つことのない非操縦側面とを形成する。
【０００４】
従来、過給機やインタークーラーは、両側面に分けて配設していた。即ち、該エンジンＥ’において、過給機６’はフライホイルハウジングＦＨ’取付面の上方に取り付けられ、その反対側の冷却水ポンプブロック７’の上方にインタークーラーＩＣ’が取り付けられているか、もしくは、過給機６’は冷却水ポンプブロック７’の上方に取り付けられ、その反対側のフライホイルハウジングＦＨ’取付面の上方にインタークーラーＩＣ’が取り付けられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図２９に図示される従来のエンジンＥ’における過給機６’とインタークーラーＩＣ’の配設位置によると、まず、過給機６’からインタークーラーＩＣ’に対して、シリンダーブロックＥａ’の正面（操縦側面または非操縦側面）の全幅を通る入口側の給気連絡管２２を配管している。
そして、図２９の背面側（図では見えない側）にインタークーラーＩＣ’からシリンダーブロックＥａ’内の給気室に対する出口側の給気連絡管を配管している。
【０００６】
このように、エンジンの両側面に分けて過給機とインタークーラーを取り付けた場合、過給機とインタークーラーとの間、また、インタークーラーとシリンダーブロックの給気室との間の給気連絡管の配管長さが長くなり、エンジン全体としてもこの配管のため大型化し、コストもかかる。更には、連絡管の連結は、フランジ同士のボルト締めを必要とするため、分解、組立工程が煩雑であった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上のような問題を解決するために、次の如く構成したものである。
請求項１においては、内燃機関の過給機６と給気室入口ＳＭａとの間に介設するインタークーラーＩＣにおいて、インタークーラーＩＣへの給気の入口側である入口側給気連絡管１ａを、過給機６から延設する給気ダクト５ａに連結し、該給気ダクト５ａは過給機６の過給機取付台５と一体的に構成し、インタークーラーＩＣの出口側給気連絡管１ｂは給気室入口ＳＭａに連結し、該入口側給気連絡管１ａと出口側給気連絡管１ｂを、内部コア２とインタークーラーカバー１により構成するインタークーラーＩＣの、インタークーラーカバー１と一体的に形成したものである。
【０００８】
請求項２においては、請求項１記載のインタークーラーにおいて、入口側給気連絡管１ａと給気ダクト５ａ、又は、出口側給気連絡管１ｂと給気室入口ＳＭａとの連結部において、両者の管端間に、弾性材よりなる熱変形吸収部材として、断面がＶ字型でリング状のＶ型パッキング３を介装し、該Ｖ型パッキング３の両側面に管端を押当させ、該Ｖ型パッキング３の外周にパッキング座部を外嵌した
ものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、添付の図面より説明する。なお、本実施例に係るエンジンＥは、インタークーラーＩＣの配設構成の説明上、非操縦側面を正面、操縦側面を背面としている。
図１は本発明のインタークーラーＩＣを取り付けたエンジンＥの正面（非操縦側面）図、図２は同じく背面（操縦側面）図、図３は同じく実施例の背面側（操縦側）斜視図、図４は同じく平面図、図５は同じく冷却水ポンプブロック７取付側側面図、図６は同じくフライホイルハウジング取付側側面図、図７は同じく側面断面図、図８はインタークーラーＩＣとその入口側給気連絡管１ａの給気ダクト５ａへの連結構成を示す正面図、図９はインタークーラーＩＣとその出口側給気連絡管１ｂの給気室入口ＳＭａへの連結構成を示す側面図、図１０は図８中Ｘ部分拡大図、図１１は図９中Ｙ部分拡大図、図１２は給気連絡管１ａ・１ｂを一体成形したインタークーラーカバー１の正面図、図１３は同じく正面断面図、図１４は同じく平面一部断面図、図１５は同じく底面図、図１６は同じく入口側側面図、図１７は同じく入口側から見た側面断面図、図１８は内部コア２の正面図、図１９は同じく背面一部断面図、図２０は同じく側面一部断面図、図２１は同じく平面一部断面図、図２２は同じく底面図、図２３は過給機取付台５を介してのシリンダーブロックＥａ側面における過給機６の取付構成を示す正面図、図２４は同じく側面図、図２５は同じく背面図、図２６は図２５中Ｚ−Ｚ線断面図、図２７はエンジンＥにおける吸排気系統図、図２８はエンジンＥにおける冷却水系統図である。
【００１０】
まず、エンジンＥの概略構成を図１乃至図７より説明する。
本発明の実施例に係るエンジンＥは、船体等に搭載されるタイプで、複数（本実施例では６個）のシリンダーＣＹを列状に内設するシリンダーブロックＥａの上部にシリンダーヘッドＥｂを取り付けて、エンジン本体ＥＢ（図２７または２８参照）を構成している。該シリンダーヘッドＥｂの正面側（非操縦側）には、図７の如く、排気マニホルドＥＭが配管され、排気マニホルドカバー１５で覆っている。
また、シリンダーヘッドＥｂの頭頂部には、各シリンダーＣＹに対応する弁腕室を形成する弁腕室カバー１６・１６・・・が配設され、背面側（操縦側）には図７の如く、燃料噴射装置１７が配設されて、燃料噴射カバー１８にて覆っている。
【００１１】
また、該シリンダーブロックＥａの正面側において、インタークーラーＩＣを取り付け、該インタークーラーＩＣより出口側給気連絡管１ｂをシリンダーブロックＥａの中央部に連結し、該シリンダーブロックＥａおよびシリンダーヘッドＥｂ内にて、図７のように、該出口側給気連絡管１ｂより各シリンダーＣＹの給気弁に連通する給気マニホルドＳＭ（給気室）が形成されている。
更に同じく正面側にて、インタークーラーＩＣの側方に、冷却水管を介して潤滑油クーラーＬＣを配設している。後に詳述するように、インタークーラーＩＣを通過した冷却水は潤滑油クーラーＬＣに取り込まれて、潤滑油の冷却に使用されるのである。
【００１２】
また、シリンダーブロックＥａの一側面には、冷却水ポンプブロック７が付設されており、その上方に、過給機取付台５を介して過給機６が取り付けられている。その反対側の側面は出力側であって、フライホイルハウジングＦＨが付設されていて、これに図３図示の如く発電機Ｄ等を連設できる。
また、フライホイルハウジングＦＨの上方に操作盤１９が、背面側（操縦側）を向いて配設されている。更に図３では、操縦側にて作業者が操縦しやすいように、ステップ板２０を架設した実施例が図示されている。
【００１３】
次に、エンジンＥ全体としての吸排気系統を図１乃至図７、図２３乃至図２７より説明する。
エンジン本体ＥＢ内においては、各シリンダーＣＹ・ＣＹの給気弁に連通する給気マニホルドＳＭ（給気室）が形成され、また、各シリンダーＣＹの排気弁に連通する排気マニホルドＥＭが、図７の如くエンジン本体ＥＢの正面（非操作側面）に配設した排気マニホルドカバー１５内に配管されている。一方、前記の如く、シリンダーブロックＥａの一側面には、過給機取付台５を介して過給機６を取り付けており、過給機６には、図２３の如く排気マニホルドＥＭが連結されて、エンジンＥからの排気が過給機タービン室６ａに流入し（黒矢印）、過給機６内のタービン（図示せず）を回転させた後、排気ダクト６ｂより排出される（斜線矢印）。
一方、過給機６の吸込口（網目部分）から吸入された空気は過給機６の内でタービンにより回転されるロータにより圧縮され高温空気となって給気ダクト５ａへ送出される（白矢印）。該給気ダクト５ａは、前記のインタークーラーＩＣの入口側給気連絡管１ａに連結していて、ここで冷却された空気が、前記の出口側給気連絡管１ｂおよび図７図示の給気マニホルドＳＭを介して、エンジンＥの各シリンダーＣＹに対する給気として供給される。
【００１４】
過給機からエンジン本体への給気ダクトは、従来、過給機取付台とは別に過給機とエンジン（インタークーラー）との間に配管していたが、本実施例では、このように、給気ダクト５ａを過給機取付台５に一体形成しており、過給機取付台５を介して過給機６をエンジンＥに取り付ける過程で、図２３の如く、自然に過給機６と、エンジンＥ付設のインタークーラーＩＣとの間を給気ダクト５ａが連通する構造とすることができる。
【００１５】
そして、インタークーラーＩＣは、図８および図９、図１２乃至図１７の如く、そのインタークーラーカバー１に前記の入口側給気連絡管１ａと出口側給気連絡管１ｂを一体的に形成しており、別途配管作業を施す必要がない。
ここで、インタークーラーＩＣの配設位置について説明する。インタークーラーＩＣは、図１のように、シリンダーブロックＥａの正面、即ち非操縦側面に取り付ける。
【００１６】
その非操縦側面の中で、インタークーラーＩＣが配設されるのは、図１の如く、過給機取付台５と、シリンダーブロックＥａの中央に開口する給気マニホルドＳＭへの連絡孔である給気室入口ＳＭａとの間であって、過給機取付台５に形成された給気ダクト５ａと該給気室入口ＳＭａとの間の最短経路となっている。
更には、その最短経路内にインタークーラーＩＣを介設するので、入口側給気連絡管１ａと出口側給気連絡管１ｂとは短縮化可能な範囲での最も短い管長とすることができるのである。
【００１７】
インタークーラーＩＣのシリンダーブロックＥａへの取付は図１２乃至図１７等の如く、インタークーラーカバー１の上端および両側面に螺子部１ｃ・１ｃ・・・が形成されていて、図１のように該螺止部１ｃをシリンダーブロックＥａの非操縦側面に螺止することによる。
【００１８】
入口側給気連絡管１ａの給気ダクト５ａへの連結構造、および出口側給気連絡管１ｂの給気マニホルドＳＭへの連結構造について、図８乃至図１１等より説明する。
入口側給気連絡管１ａの管端の開口方向は、給気ダクト５ａの出口側端の開口方向とともに、シリンダーブロックＥａの正面（背面）に平行となる方向に向いており、対して、出口側給気連絡管１ｂの管端の開口方向は、該給気室入口ＳＭａに対峙するように、シリンダーブロックＥａの正面（背面）に直交する方向に向いている。従って、入口側給気連絡管１ａの入口側端の開口方向と出口側給気連絡管１ｂの出口側端の開口方向とは、直交する方向に向いている。
【００１９】
そして、いずれの連結部分においても、弾性材よりなる熱変形吸収部材を介設している。本実施例では、その一例として、図８乃至図１１のように、弾性材よりなるＶ型パッキング３を使用している。Ｖ型パッキング３は、断面がＶ字型で外側に尖鋭部が突出したリング状のものであり、耐熱性を有する弾性材で、合成樹脂、或いはゴム等よりなる。図の如く、給気ダクト５ａの出口側端にはパッキング座具４を螺止し、Ｖ型パッキング３を該パッキング座具４内に嵌入している。
また、給気室入口ＳＭａにおいては、図のように、Ｖ型パッキング３嵌入用のパッキング座部ＳＭｂが形成されており、この中にＶ型パンキング３を嵌入する。給気が流れると、その高圧のため、Ｖ型パッキング３は前後方向（厚み方向）に膨張するので、該Ｖ型パッキング３と給気ダクト５ａの出口側端および入口側給気連絡管１ａの入口側端、または、給気室入口ＳＭａの入口側端および出口側給気連絡管１ｂの出口側端との間に隙間が生じることはない。
インタークーラーＩＣの取付は、あくまでインタークーラーカバー１の螺子部１ｃの螺止によるもので、入口側給気連絡管１ａと出口側給気連絡管１ｂの各管端は、該パッキング座具４およびパッキング座部ＳＭｂに嵌入したＶ型パッキング３・３に押当するのみである。
【００２０】
このように、該入口側給気連絡管１ａと該出口側給気連絡管１ｂの各管端の連結を、フランジ連結にせず、Ｖ型パッキング３等の熱変形吸収部材を介して当接するのみの構造としたのは、単に組立分解作業を容易化するためのみでなく、両給気連絡管１ａ・１ｂが、内部を流れる空気の高熱により延伸し、特に冷却前の高温給気が流入する入口側給気連絡管１ａは延伸する度合いが高いことを考慮したものである。
【００２１】
低温時、即ち非運転時で高熱給気が流れていない時には、入口側給気連絡管１ａとパッキング座具４との間が離間し、その隙間にＶ型パッキング３が介在した状態である。これが高温給気が流れることにより、入口側給気管１ａは給気ダクト５ａ側にに延伸する。該Ｖ型パッキング３は弾性材であってこの延伸に伴って収縮し、該延伸を吸収するのである。
【００２２】
両給気連絡管１ａ・１ｂの中で、特に入口側給気連絡管１ａは冷却前の高温給気が流れるため、熱膨張度が高く、特に給気ダクト５ａ側、即ちシリンダーブロックＥａの正面（背面）に平行方向に延伸するので、パッキング座具４内に嵌入したＶ型パッキング３が、熱変動吸収部材として有効である。対して出口側給気連絡管１ｂ内を流れる給気は、冷却後の低温空気なので、該出口側給気連絡管１ｂ自体はそれほどに熱変形することはない。
しかし、多少は熱変形するものであり、出口側給気連絡管１ｂの管端も給気室入口ＳＭａ側に延伸することが考えられる。従って、出口側給気連絡管１ｂと給気室入口ＳＭａとの間にも、図９および図１１のようにＶ型パッキング３等の熱変形吸収部材を介設することが有効である。
【００２３】
インタークーラーＩＣへの冷却水循環構造を説明する。
インタークーラーカバー１は、図１５等のように、底面が開口していて、図８および図９に示すように、下方より図１８乃至図２２図示の内部コア２を嵌入することができる。内部コア２の上部、即ち、インタークーラーカバー１にて覆われる部分には、熱交換器２ａを形成しており、この中に冷却水を循環させ、入口側給気連絡管１ａよりインタークーラーカバー１内に流入した空気を冷却し、冷却後の空気が出口側給気連絡管１ｂに流出するのである。
この内部コア２の下端には、後記の冷却水管９および１０を連結するためのフランジ２ｂ・２ｃが形成されている。冷却水管９から流入した冷却水は熱交換器２ａ内を循環し、冷却水管１０に流出し、その後潤滑油クーラーＬＣに供給されるようになっている。
【００２４】
エンジンＥ全体における冷却水の循環系統を図１乃至図７、図２３乃至図２６および図２８より説明する。
図２８中、２１はエンジンＥを船体に搭載した場合には、海水との熱交換を行う清水クーラーに該当する。ここから供給冷却水管８を介して冷却水ポンプブロック７内の供給冷却水路７ａに低温の冷却水が供給される。該冷却水ポンプブロック７内において、該供給冷却水路７ａの上手側には低温水ポンプＬＰを、下手側には高温水ポンプＨＰを配設している。また、該供給冷却水路７ａにおける該低温水ポンプＬＰの下手側で、該高温水ポンプＨＰの上手側の位置にて、後記冷却水戻し管１４の下手水路１４ｃを合流させている。
【００２５】
まず、低温水ポンプＬＰにて供給される低温水系について説明する。
低温水ポンプＬＰには、供給冷却水管８より供給された低温水を、冷却水管９を介してインタークーラーＩＣの熱交換器２ａに供給し、更に冷却水管１０を介して潤滑油クーラーＬＣに供給している。潤滑油クーラーＬＣを経た冷却水は、図２８図示のエンジン本体ＥＢ内に形成される低温水路１１を通って、低温冷却水管１２に流入し、低温水温調弁ＬＶを経て、再び供給冷却水管８に戻される。
なお、低温水温調弁ＬＶにて、水温が低温水温調弁ＬＶの設定温度より高い場合には、供給冷却水管８への水路は閉じ（或いは狭まり）、清水クーラー２１へと冷却水を戻す。
【００２６】
次に、高温水ポンプＨＰにて供給される高温水系について説明する。
シリンダーブロックＥａ内にはシリンダーＣＹ冷却用のウォータージャケットが形成されており、高温水ポンプＨＰにて冷却水が供給される。これらに供給された冷却水は、図７等にて図示される冷却排水管１３に合流して、図４等の如く、該過給機６および過給機取付台５の側方に配管された冷却水戻し管１４に連結されている。
冷却水戻し管１４の内部において、上部には上手水路１４ａを、中部には弁室１４ｂを、下部には下手水路１４ｃを形成しており、図２５および図２６の如く、該弁室１４ｂ形成部分を過給機取付台５に取り付けており、その下端は冷却水ポンプブロック７に連結して、該下手水路１４ｃを供給冷却水路７ａに連通させている。
【００２７】
該過給機取付台５内には、図２６の如く、冷却水路５ｂが形成されていて、該冷却水路５ｂと該弁室１４ｂとの間には高温水温調弁ＨＶが配設されている。水温が高温水温調弁ＨＶの設定温度以下であれば、高温水温調弁ＨＶは、下手水路１４ｃへの水路を開いて、上手水路１４ａより流入する冷却水をそのまま冷却ポンプブロック７内の供給冷却水路７ａに戻し、再び高温水ポンプＨＰにてエンジン本体ＥＢ内のウォータージャケットに冷却水として供給される。
そして、高温水温調弁ＨＶで、水温が高温水温調弁ＨＶの設定温度を超えていることが感知されれば、下手水路１４ｃへの水路は閉じられ（または狭められ）、過給機取付台５内の冷却水路５ｂへと冷却水を流し、前記の低温水系におけるエンジン本体ＥＢ内の冷却水路１１と合流して、低温水温調弁ＬＶへと送られ、高温水ポンプＨＰから供給される冷却水の過剰高温化を回避している。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のインタークーラーは以上のように構成したので、次のような効果を奏する。
請求項１の如く構成したので、過給機とインタークーラーとの間、また、インタークーラーとシリンダーブロックにおける給気室の入口部との間に給気連絡用の配管を施す必要がなく、配管工程を必要とせず、部品点数が削減されて低コスト化し、コンパクト化を実現できる。
また、インタークーラーカバーと入口側給気連絡管と出口側給気連絡管とを一体的に形成したので、過給機とインタークーラーとの間の給気連絡管配管工程を必要とせず、部品点数が削減されて低コスト化を実現できる。
【００２９】
請求項２の如く構成したので、高温給気を通すことで熱変形するインタークーラーおよびそれに一体に形成される給気連絡管の熱変形を、熱変形吸収部材にて構成したＶ型パッキング３により吸収でき、給気連絡管の連結部に、高温膨張に伴う圧接による破損の発生や、低温収縮による隙間の発生を生じさせない。
また、給気が流れると、その高圧のため、Ｖ型パッキング３は前後方向（厚み方向）に膨張するので、該Ｖ型パッキング３と給気ダクト５ａの出口側端および入口側給気連絡管１ａの入口側端、または、給気室入口ＳＭａの入口側端および出口側給気連絡管１ｂの出口側端との間に隙間が生じることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインタークーラーＩＣを取り付けたエンジンＥの正面（非操縦側面）図である。
【図２】同じく背面（操縦側面）図である。
【図３】同じく実施例の背面側（操縦側）斜視図である。
【図４】同じく平面図である。
【図５】同じく冷却水ポンプブロック７取付側側面図である。
【図６】同じくフライホイルハウジング取付側側面図である。
【図７】同じく側面断面図である。
【図８】インタークーラーＩＣとその入口側給気連絡管１ａの給気ダクト５ａへの連結構成を示す正面図である。
【図９】インタークーラーＩＣとその出口側給気連絡管１ｂの給気室入口ＳＭａへの連結構成を示す側面図である。
【図１０】図８中Ｘ部分拡大図である。
【図１１】図９中Ｙ部分拡大図である。
【図１２】給気連絡管１ａ・１ｂを一体成形したインタークーラーカバー１の正面図である。
【図１３】同じく正面断面図である。
【図１４】同じく平面一部断面図である。
【図１５】同じく底面図である。
【図１６】同じく入口側側面図である。
【図１７】同じく入口側から見た側面断面図である。
【図１８】内部コア２の正面図である。
【図１９】同じく背面一部断面図である。
【図２０】同じく側面一部断面図である。
【図２１】同じく平面一部断面図である。
【図２２】同じく底面図である。
【図２３】過給機取付台５を介してのシリンダーブロックＥａ側面における過給機６の取付構成を示す正面図である。
【図２４】同じく側面図である。
【図２５】同じく背面図である。
【図２６】図２５中Ｚ−Ｚ線断面図である。
【図２７】エンジンＥにおける吸排気系統図である。
【図２８】エンジンＥにおける冷却水系統図である。
【図２９】従来のエンジンにおける過給機とインタークーラーの取付位置を示す正面図である。
【符号の説明】
Ｅエンジン
Ｅａシリンダーブロック
ＳＭ給気マニホルド（給気室）
ＳＭａ給気室入口ＳＭａ
ＳＭｂパッキング座部
ＩＣインタークーラー
１インタークーラーカバー
１ａ入口側給気連絡管
１ｂ出口側給気連絡管
１ｃ螺止部
２内部コア
２ａ熱交換器
３Ｖ型パッキング
４パッキング座具
５過給機取付台
５ａ給気ダクト
６過給機
７冷却水ポンプブロック

Claims

内燃機関の過給機６と給気室入口ＳＭａとの間に介設するインタークーラーＩＣにおいて、インタークーラーＩＣへの給気の入口側である入口側給気連絡管１ａを、過給機６から延設する給気ダクト５ａに連結し、該給気ダクト５ａは過給機６の過給機取付台５と一体的に構成し、インタークーラーＩＣの出口側給気連絡管１ｂは給気室入口ＳＭａに連結し、該入口側給気連絡管１ａと出口側給気連絡管１ｂを、内部コア２とインタークーラーカバー１により構成するインタークーラーＩＣの、インタークーラーカバー１と一体的に形成したことを特徴とするインタークーラー。
請求項１記載のインタークーラーにおいて、入口側給気連絡管１ａと給気ダクト５ａ、又は、出口側給気連絡管１ｂと給気室入口ＳＭａとの連結部において、両者の管端間に、弾性材よりなる熱変形吸収部材として、断面がＶ字型でリング状のＶ型パッキング３を介装し、該Ｖ型パッキング３の両側面に管端を押当させ、該Ｖ型パッキング３の外周にパッキング座部を外嵌したことを特徴とするインタークーラー。