JP4512873B2 - インタークーラ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
この発明は、例えば、モータボートやレジャー用ウォータクラフトなどの小型滑走艇に搭載される4サイクルエンジンに過給空気を提供する過給機のインタークーラに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、小型滑走艇は車両と異なり、スロットル全開状態若しくはアイドル状態で使用することが多かったので、エンジンの吹き上がり等を考慮して、特開平10−258794号公報に開示されるように、2サイクルエンジンを搭載していた。しかしながら、小型滑走艇の巡航距離の延長、エンジン振動の円滑さ等から4サイクルエンジンを搭載する要望があったが、4サイクルエンジンを搭載する場合にはエンジンの吹き上がり速度を向上させるために過給機の搭載が必須条件となっている。
【0003】
また、過給機を用いた場合、過給機から吐出される過給空気の温度は、コンプレッサによる圧縮によって生じる温度上昇と、タービン側の排気ガスから伝導される熱によって略120℃〜130℃と高くなり、そのままシリンダに供給してもノッキングが発生しやすく、また空気密度の低下により出力の向上はわずかしか期待できない。このため、例えば、特開平4−32694号公報や、特開平4−208391号公報に開示されるような水冷式インタークーラを設けて、過給空気の冷却を行い、空気密度を上げて過給機の効果を高めるようにするものである。
【0004】
しかしながら、これらのインタークーラにおいて、冷却水管路は、吸入気の温度変化に伴って膨張・収縮を繰り返すことから、冷却水管路とケーシングとの接続部分に応力がかかり、この部分で歪みを生じて、亀裂が発生しやすいという問題点があった。
【0005】
このために、実開平5−57318号公報に開示されるインタークーラでは、吸入空気冷却用の流体の管路の始端と終端を支持部材に固定し、この管路の中間部を折り返すように形成した組立体を、前記折り返し部分とケーシングとの間に隙間ができるように収納し、冷却水管路の膨張・収縮をこの隙間で吸収するようにしたものである。
【0006】
【発明が解決しようする課題】
しかしながら、実開平5−57318号公報に開示されるインタークーラでは、冷却水の管路を折り返して形成することから、太く形成することができないため、管の流路抵抗が高くなるという不具合がある。また、管を折り返して形成する場合、流路長を等しくすることは管の配置が難しく、無駄な空間が多くなるという不具合を有し、さらに配置を簡単にしようとすると流路長が異なることとなるため、冷却部分の温度分布にばらつきが生じ、熱交換率が低下するという不具合を有する。
【0007】
このため、この発明は、簡易な構造で、過給空気の冷却を可能とすると共に過給空気の熱による冷却水管やケーシングの伸縮を吸収する構造を具備するインタークーラを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
よって、この発明は、一対のタンクと、該一対のタンクを連通する複数のチューブと、該チューブに沿って所定の間隔で配された複数のフィンと、前記タンクの各々と連通する円筒状の出入口パイプと、それぞれのタンクから延出する円筒状の出入口パイプとによって少なくとも構成される熱交換器と、該熱交換器が収容されると共に過給空気が通過する冷却空間を画成するケースとからなるインタークーラにおいて、前記ケースには、前記出入口パイプのそれぞれが挿通して外部に延出する一対の円筒状のパイプ挿通部が形成され、該パイプ挿通部には、該パイプ挿通部の外周面に密着する第1の円筒部と前記出入口パイプの外周面に密着する第2の円筒部とによって段付き円筒状に形成された弾性材料からなるシール部材が配され、このシール部材によって前記出入口パイプと前記パイプ挿通部の間をシールすると共に、前記熱交換器を前記ケースに遊嵌することにある。
【0009】
これによって、ケースに形成された円筒状のパイプ挿通部に、ケース内に画成される冷却空間内に収容される熱交換器の出入口パイプを挿通すると共に、前記パイプ挿通部に密着する第1の円筒部と、前記出入口パイプに密着する第2の円筒部とによって段付き円筒状に形成された弾性部材からなるシール部材によって、前記出入口パイプと前記挿通部との間をシールすると共に前記熱交換器を前記ケースに遊嵌するようにしたので、熱による熱交換器やケースの伸縮をシール部材によって吸収できるため、上記課題を解決できるものである。
【0010】
また、前記シール部材の第1の円筒部及び第2の円筒部は、環状クランプによってそれぞれ前記パイプ装着部及び出入口パイプに固定されることが望ましい。これによって、シール部材での密閉性及び固定性を向上できるものである。
【0011】
さらに、前記出入口パイプは、それぞれ前記タンクから前記チューブの軸方向外方に延出して形成されると共に、前記ケースは前記軸方向に分割可能であることが望ましい。これによって、ケースへの熱交換器の装着作業性が向上するものである。
【0012】
また、前記熱交換器のタンクと前記ケースの内面との間には、弾性材料からなる緩衝部材が配されることが望ましく、前記緩衝部材は、前記タンクの側面周囲と前記ケースの内面との間に配される側面緩衝部材と、前記出入口パイプの延出方向両端に位置する前記タンク端面と前記ケースの内面との間に配される端面緩衝部材とによって構成されることが望ましい。これによって、タンクの側面周囲と前記ケースの内面との間に配される側面緩衝部材によって、前記熱交換器は前記ケースに対して短手方向に固定され、また前記出入口パイプの延出方向両端に位置する前記タンク端面と前記ケースの内面との間に配される端面環状部材によって前記ケースに対して長手方向に固定されるので、前記熱交換器を前記ケースに、熱交換器やケースの伸縮を吸収しつつ確実に固定することができるものである。
【0013】
さらに、前記ケースはアルミニウムを主成分とする材料から形成されると共に、前記熱交換器の一対のタンク及び出入口パイプは合成樹脂材料から形成されることが望ましく、前記熱交換器の一対のタンク及びそれぞれのタンクに連通する前記出入口パイプは、合成樹脂材料によって一体に成形されることが望ましい。これによって、インタークーラの耐腐食性を向上しつつ、熱交換器の形成を容易にするものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面により説明する。
【0015】
図1乃至図3に示すインタークーラ1は、モータボートやレジャー用ウォータクラフトなどの小型滑走艇に搭載される4サイクルエンジンに過給空気を提供する図示しない過給機と図示しないエンジンシリンダの吸入側との間に位置して、過給機から送出される過給空気の温度を低下させ、空気密度の向上を図る役目を担うものであり、過給空気が通過する冷却空間2を画成するケース3と、このケース3内の前記冷却空間2に配される熱交換器4とによって少なくとも構成される。そして、この実施の形態に係るインタークーラ1は、前記ケース3内を通過する過給空気を冷却する冷媒として海水や、河水、湖水等の淡水を用いるものである。
【0016】
前記ケース3は、吸入側ケース31と吐出側ケース32とによって構成され、この実施の形態では、このケース3はアルミニウム、アルミニウム合金等によるダイキャスト製法によって形成される。前記吸入側ケース31の前記ケース3の長手方向の沿った側面36には、過給空気吸入口6Aを形成する空気吸入ケース33が別部材としてボルトによって装着固定されている。また、吸入側ケース31の前記ケース3の長手方向端面に位置する側面37には、円筒状の出口パイプ挿通部5Bが突出形成される。そして、前記吐出側ケース32には、前記ケース3の長手方向の沿った側面38に吐出口6Bが一体に形成され、さらに吐出側ケース32の前記ケース3の長手方向端面に位置する側面39には、円筒状の入口パイプ挿通部5Aが突出形成される。
【0017】
以上のように、吸入側ケース31及び吐出側ケース32を中央でガスケット7 (図3を参照)を介してボルト8で連結することによって前記ケース3が形成される。そして、そのケース3の一側面には、前記冷却空間2の一部を構成する迂回空間40を画成する迂回空間形成用膨出部34が形成され、この迂回空間形成用膨出部34には、インタークーラ1を所定の場所に係止固定するための係止ロッド35が突出形成される。
【0018】
前記ケース3内に収納される熱交換器4は、例えば図4乃至図6に示すように、一対のタンク41,42と、これら一対のタンク41,42の間に延出してこれら一対のタンク41,42を連通する複数のチューブ43と、これら複数のチューブ43が貫通すると共に、これらチューブ43の延出方向に垂直に且つこれらチューブ43の延出方向に沿って所定の間隔で配される複数のフィン44と、前記タンクの一方41から熱交換器4の外方に前記チューブ43の延出方向と同方向に延出する入口パイプ45と、前記タンクの他方42から熱交換器4の外方に前記チューブ43の延出方向と同方向に延出する出口パイプ46とによって構成される。尚、前記フィンはアルミニウム合金から形成され、さらに表面処理として耐食性樹脂皮膜、親水性樹脂皮膜の少なくとも1種類が被覆されることが望ましい。
【0019】
前記タンク41(42)は、図5及び図6に示すように、入口パイプ45(出口パイプ46)と合成樹脂等によって一体に成形されたタンク本体部47と、このタンク本体部47の開口側を閉塞するチューブ装着プレート48とによって構成され、このチューブ装着プレート48に形成された装着口49には、ガスケット部材50を介してチューブ43が嵌着される。このチューブ43は、この実施の形態では、海水に対して高い耐食性を有するキュプロニッケル材(銅ニッケル合金)によって形成される。また、前記チューブ装着プレート48とフィン44との間には、前記合成樹脂製のタンク41(42)のエージング防止のため、バッフルプレート51が設けられる。尚、このバッフルプレート51は、EPDM(エチレン‐プロピレン三量体)ゴムによって形成されることが望ましい。
【0020】
さらに、図4、図5及び図7で示すように、前記タンク41(42)の周側面41a(42a)には、側面緩衝部材60が配され、熱交換器4をケース3に装着したときに前記熱交換器4が前記ケース3と直接接触しないようにし、ケース3の振動が熱交換器4に影響しないようにするものである。また、前記タンク41(42)の前記熱交換器4の長手方向両端側の端面41b(42b)には、端面緩衝部材61が、入口パイプ45(出口パイプ46)を囲むように設けられ、熱交換器4の長手方向において、熱交換器4がケース3に直接接触しないようにすると共に、熱交換器4やケース3の長手方向の伸縮を吸収するものである。
【0021】
また、前記熱交換器4において、チューブ43及びフィン44によって構成される熱交換部4Aには、前記冷却空間2を、前記吸入側ケース3A側と前記吐出側ケース3B側とに分割すると共に熱交換器4とケース3との間の隙間を遮蔽するフレーム70が装着される。これによって、過給空気が確実に熱交換部4Aを通過するようにできると共に、万一吐出口6B側からバックファイアが侵入しても、所定の間隔に配置されたフィン44によって侵入阻害がなされると共に冷却されて消炎されるものである。尚、この実施の形態のように、前記フレーム70の吐出側ケース3Bに位置する側であって、前記吐出口6Bの開口部分と対向する位置には所定の粗さの網71を設けても良いものである。また、この実施の形態では、フレーム70によって熱交換器4とケース3との間の隙間を遮蔽するようにしたが、熱交換器4の外寸とケース3の内寸との寸法差を所定の値以下とした場合には、フレーム70を省略しても同様の効果を上げることができる。さらにまた、前記所定の値は、熱交換部4Aの空気通路長、フィン44の間隔等によって設定されるものである。
【0022】
以上の構成のインタークーラ1において、熱交換器4をケース3に装着する場合、熱交換器4の両側から吸入側ケース3A及び吐出側ケース3Bを挟み込むようにし、出入口パイプ45,46をパイプ挿通部5A,5Bから延出するようにして装着し、吸入側ケース3Aと吐出側ケース3Bをボルト8にて固定するものである。
【0023】
そして、さらに、図8で示すように、シール部材80を前記パイプ挿通部5A(5B)に装着することによって、熱交換器4の出入口パイプ45(46)と前記パイプ挿通部5A(5B)との間をシールするものである。前記シール部材80は、前記パイプ挿通部5A(5B)の円筒突出部52に密着する第1の円筒部81と、前記入口パイプ45(出口パイプ46)の装着部45A(46A)に密着する第2の円筒部82からなる段付き円筒状に、ゴム、合成ゴム、合成樹脂等の弾性材料によって形成される。また、前記シール部材80は、第1の円筒部81の外周に配されたクランプ部材83と、第2の円筒部82の外周に配されたクランプ部材84とが締め込まれることによって、前記パイプ挿通部5A(5B)にしっかりと固定される。
【0024】
これによって、前記熱交換器4には、入口パイプ45からタンク41を介してチューブ44を冷媒として海水が流れ、タンク42から出口パイプ46を介して排出される。これによって、熱交換器4は、海水の温度から、常に20℃から30℃の範囲内の温度に設定される。そして、4サイクルエンジンに供給される120℃〜130℃の過給空気は、吸入口6Aから冷却空間2の上流側に至り前記熱交換器4の熱交換部4Aの下流側半分を通過し、そして迂回空間40を迂回して前記熱交換部4Aの上流側半分を通過して、吐出口6Bからエンジンのシリンダへ送出される。これによって、過給空気の温度は、熱交換器4によって低下されるので空気密度が向上し、過給機の効果を高めることができるものである。
【0025】
また、過給空気の熱によって、前記熱交換器4やケース3が長手方向に伸縮するが、その伸縮による寸法の変動は、端面緩衝部材61で吸収すると共に、出入口パイプ45、46の伸縮による変位は、弾性部材からなる前記シール部材80にて吸収できるために、熱交換器による膨張/縮小に起因するチューブ43とタンク41,421との間の損傷を防止できると共に、出入口パイプ45,46とケース3との間の損傷を防止できるのである。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、過給空気が通過するケースと、ケース内に収納される熱交換器からなるインタークーラにおいて、前記ケースに形成された円筒状のパイプ挿通部に前記熱交換器の出入口パイプを挿通すると共に、前記パイプ挿通部に密着する第1の円筒部と、前記出入口パイプに密着する第2の円筒部とによって段付き円筒状に形成された弾性部材からなるシール部材によって前記出入口パイプと前記挿通部との間をシールする構成としたことによって、加工組み付け寸法にばらつきがあっても、そのばらつきを吸収できるので、製造コスト、加工コスト及び組み付けコストを低減できるものである。
【0027】
また、この発明によれば、過給時の熱膨張の違いが気密に影響しないため、インタークーラの寿命を延長することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の実施の形態に係るインタークーラの正面図である。
【図2】本願発明の実施の形態に係るインタークーラの平面図である。
【図3】本願発明の実施の形態に係るインタークーラの断面図である。
【図4】本願発明の実施の形態に係るインタークーラの熱交換器の平面図である。
【図5】本願発明の実施の形態に係るインタークーラの熱交換器の一部断面図である。
【図6】前記熱交換器のタンクの一部を拡大した一部拡大断面図である。
【図7】前記熱交換器の側面図である。
【図8】前記インタークーラの一部拡大断面図である。
【符号の説明】
1 インタークーラ
2 冷却空間
3 ケース
4 熱交換器
4A 熱交換部
5A,5B パイプ挿通部
6A 吸入口
6B 吐出口
43 チューブ
44 フィン
45 入口パイプ
46 出口パイプ
52 パイプ挿通部
60 側面緩衝部材
61 端面緩衝部材
80 シール部材
81 第1の円筒部
82 第2の円筒部

Claims (7)

  1. 一対のタンクと、該一対のタンクを連通する複数のチューブと、該チューブに沿って所定の間隔で配された複数のフィンと、前記タンクの各々と連通する円筒状の出入口パイプと、それぞれのタンクから延出する円筒状の出入口パイプとによって少なくとも構成される熱交換器と、該熱交換器が収容されると共に過給空気が通過する冷却空間を画成するケースとからなるインタークーラにおいて、
    前記ケースには、前記出入口パイプのそれぞれが挿通して外部に延出する一対の円筒状のパイプ挿通部が形成され、
    該パイプ挿通部には、該パイプ挿通部の外周面に密着する第1の円筒部と前記出入口パイプの外周面に密着する第2の円筒部とによって段付き円筒状に形成された弾性材料からなるシール部材が配され、このシール部材によって前記出入口パイプと前記パイプ挿通部の間をシールすると共に、前記熱交換器を前記ケースに遊嵌することを特徴とするインタークーラ。
  2. 前記シール部材の第1の円筒部及び第2の円筒部は、環状クランプによってそれぞれ前記パイプ装着部及び出入口パイプに固定されることを特徴とする請求項1記載のインタークーラ。
  3. 前記出入口パイプは、それぞれ前記タンクから前記チューブの軸方向外方に延出して形成されると共に、前記ケースは前記軸方向に分割可能であることを特徴とする請求項1又は2記載のインタークーラ。
  4. 前記熱交換器のタンクと前記ケースの内面との間には、弾性材料からなる緩衝部材が配されることを特徴とする請求項1、2又は3記載のインタークーラ。
  5. 前記緩衝部材は、前記タンクの側面周囲と前記ケースの内面との間に配される側面緩衝部材と、前記出入口パイプの延出方向両端に位置する前記タンク端面と前記ケースの内面との間に配される端面緩衝部材とによって構成されることを特徴とする請求項4記載のインタークーラ。
  6. 前記ケースはアルミニウムを主成分とする材料から形成されると共に、前記熱交換器の一対のタンク及び出入口パイプは合成樹脂材料から形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載のインタークーラ。
  7. 前記熱交換器の一対のタンク及びそれぞれのタンクに連通する前記出入口パイプは、合成樹脂材料によって一体に成形されることを特徴とする請求項6記載のインタークーラ。
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