JP6863889B2 - モーターフロートのエンジンへの空気供給用システム - Google Patents

Description

本発明は、エンジン空間への水の漏れを制限するモーターフロート用の吸気の解決策に関し、より具体的には、モーターフロートのエンジンへの空気供給システムに関する。

モーターフロートは、通常、運転者が立った状態で、水面上に乗るように意図される。移動速度、容易な操作と抵抗のため、それは穏やかな水面上で、および大きな波のとき乗ることができるが、大きな波のときは、大きく重いモーターフロートの場合は不可能である。静かな水面では、毎時約４０キロの接近速度で最大半径4−メートルで回転ができる。フロートは、波に乗ったときに迅速に対応するので、したがって、適切な場所に到達するか、または簡単かつ安全に波のある場所を離れることができる。

モーターフロートはフロートの内部に配置された燃焼機関によって駆動される。エンジンが正常に機能するために十分な新鮮空気供給を必要とする。空気は、予め設定された比率で気化器で燃料と混合され、気化器を介してエンジンに吸入される。不十分な空気供給の場合、エンジンは性能が急激に低下し、エンジンの完全な停止につながる可能性がある。通常の駆動の間、水は、特にターンでは、フロート表面上に注ぐ。そして、フロートが数秒間水面下に沈むことがあり得る。また、モーターフロートが、水面上を大きな速度で動き、また操作によって、縞状の水面にさらされる、つまり、波に囲まれる。ある場合は、水面下にひっくり返ることがあり得る。水がエンジン部に漏れて、水がエンジンによって吸引されると、エンジンが損傷を受けることがあり得る。エンジンが適切に機能するためのさらなる要件は、フロートが短期間、水面下に沈んでいる場合、エンジン・コンパートメント内に十分な空気が供給されることである。

現在の解決策としては、吸引ポンプまたは逆転バルブの使用に基づいている。米国特許第７００１２３２号明細書は、フロート部への吸入口で逆転バルブを使用し、吸込管の曲率を使用する解決策を記載している。その解決策は大きな積載排水量と低い操縦性の堅牢なフロートのために設計される。しかし、その解決策は、ターンの際大きな角度を可能にし、ジャンプを可能にし、大きなスピードで、波に乗ることを可能にする軽フロートで使用するには適していない。なぜなら、よりダイナミックな走行中、その解決策では、エンジン・コンパートメント内への多量の水漏れを防ぐことはできないからである。エンジン・コンパートメントからの水の吸引の解決策は、米国特許第５５８２５２９号明細書、米国特許第６１９２８１７号明細書および米国特許第６５６８３４０号明細書に記載されている。これらの解決策は、フロートが傾いている間、フロートの内部空間への水漏れを防止することを目指している。米国特許番号５５８２５２９号明細書では、エンジンの前にフロート室に配置されたポンプを用いて水の吸引を記述している。しかしながら、このポンプは、フロートが水平またはやや傾いた位置にあるときのみ機能する。より大きな角度またはより多量の水の場合には、水吸引用スペースがオーバーフローし、水がエンジンに到達する。米国特許第６５６８３４０号明細書の解決策は、フロート上に直接配置した吸込みであるが、常にオーバーフローし、そのことで、当該水分離器内の容積を急激に減少させ、したがってまたエンジン性能のために必要な十分な空気量を供給する能力を減少させる。この場合であっても、傾斜フロートの問題は解決されていない。この解決策の別の欠点は、負圧吸引のため長いパイプを使用することである。このため、適用可能な負圧と吸引水量が減少する。米国特許出願第６１９２８１７号明細書の解決策は、直接エンジンに空気を供給するための追加された配管付きの同じ水分離器を使用している。もちろん、このパイプは、急速にエンジンの性能と安定した動作を減少させるパルスおよび望ましくない共振圧力波を引き起こす。また、吸入された空気とパイプの壁との間の摩擦に起因する圧力損失の問題もある。

本発明の目的は、空気の吸引中にエンジン・コンパートメント、その後エンジンへの水の浸入を防ぐことができる構造的対策のシステムを作ることである。前記目的は、燃焼機関が配置されるフロートの内部空間を画定する本体の底部および上部を含むモーターフロートのエンジンへの空気供給用であって、本体の上部は、空気供給部を備えた前部にある、システムであって、内燃機関は、吸引開口部を有する前部に設けられた隔壁によって、フロートの内部空間の残りの部分から分離されたエンジン・コンパートメントに配置され、フロートの内部空間の空気循環を確保するために、隔壁の前部から空気供給部および吸入開口を分離するフロートの先端に向かってシーリング・リブが延びており、フロートの内部空間の後部には、漏れた水を吸い出すための少なくとも１つのバックポンプが配置される、システムによって果たされる。本発明の主なアイデアは、最終的に分離された水が任意の原理（電気、真空など）に基づいて機能するポンプで吸引することができるとき、水と空気の分離を提供するためのフロートの隙間を使用することである。

フロートおよび隔壁の材料は、好ましくは炭素繊維強化複合材料、すなわちＣＦＲＰである。別の適切な材料は、ガラス繊維強化複合材料、すなわちケブラー／炭素、ガラス／ケブラーのハイブリッド生地である。しかしながら、これらは重量を増加し、構造全体の強度を低下させる。

本体の底部と上部を接続する隔壁がエンジン室を画定し、好ましくは、隔壁は、水面上での運転中に、フロートの本体が圧力をかけるとき、破損しないような形状の断面を有する。隔壁は、同時にサスペンションの機能を実行することができる。すなわち、炭素ウェブの圧力の分散を確実にする。隔壁の前部の吸引開口部は、好ましくは、底部本体の高さの上に配置され、より好ましくは、本体の上部に配置される。

隔壁により、迷路状の空気通路が内部空間に設けられる。運転中に空気とともにフロートの内部空間に入る望ましくない水は、後部ポンプによって、フロートの内部空間の外側に吸い出される。漏れた水を吸入するための後部ポンプは、フロートの内部空間の後部に配置される。これは、この部分が、通常運転時には、同時に、傾いたフロートの最下部となるためであり、そのことは、フロートの内部空間に入る水がそこで流れないことを意味する。圧力が出口をタービン領域に配置することによって生み出されるとき、後部ポンプは、好ましくは、真空ポンプの原理に基づいて機能する。後部ポンプは、電気原理で機能することができる。しかしながら、これらのポンプは、消費電力を増加させ、フロートの動きを減少させる。

エンジンならびに点火装置、燃料タンク、コイル、配線、吸引ポンプおよび排気装置などの運転ために必要な他の構成部品は、エンジンルーム内に配置される。さらに、シャフトがフロートを駆動するタービンに向かってエンジン・コンパートメントから延びている。本体の底部と上部および隔壁で画定されるエンジン・コンパートメントへの入力操作は、好ましくは、上部に配置された取り外し可能なカバーによって確保されてもよい。エンジン・コンパートメントの形状は、燃焼機関およびその装置（点火装置、燃料タンクなど）の大きさ、ならびにエンジンの信頼性のある動作のために十分な空気供給の要件によって決定される。コンパートメントは、エンジン性能のニーズに応じて変更することができる。エンジンは、駆動方向に垂直に、フロートの長手方向軸線にある位置に配置され、その位置は、駆動中のフロートの操作に最適な位置である。すなわち運転者の重心とフロートの重心との間のどこかである。もちろん、エンジン・コンパートメントは駆動方向に平行なエンジンの配置を可能にする。気化器または直接燃料噴射を備えた、２サイクルおよび適切な形状の４ストロークエンジンを配置することができる。

好ましい実施形態では、モーターフロートのエンジンへの空気供給システムは、エンジン・コンパートメントの内部空間に配置された漏れ水用の障壁として機能する少なくとも１つの横方向リブまたは縦方向リブをさらに備えてもよく、そのリブは、同様に隔壁として、本体の底部と上部との間に延在してもよく、または、本体の底部から延在して本体の上部に到達していなくてもよい。これらのリブは、水の漏れを防止すると同時に、構造補強の作用を実行することができる。このような場合には、同様に隔壁として、リブは、好ましくは、ある形状の断面を有していてもよい。

モーターフロートのエンジンへの空気供給のためのシステムは、好ましくは、エンジン・コンパートメントから水を吸引するための少なくとも一(1)つのポンプを含むことができる。このポンプは、通常動作中にその最下部で、エンジン・コンパートメントの後部に配置してもよい。この配置により、フロートの動きの原理によって決定される全フロートの最下部から、およびエンジン・コンパートメントの最下部から、漏れた水を２段階で吸引することを提供する。この種のシステムは、水漏れの防止に関連し固有の特性を有するが、この防止によりエンジン・コンパートメントへの十分な空気の供給を最大化する。

好ましくは、２つのポンプが同時にエンジンルーム内に配置される。最初のものは、エンジンによって生成される負圧を使用する機械式ポンプであり、２番目が電池駆動式の電動ポンプである。電動ポンプは、一定周期で起動され、水の存在を調べる（抵抗等に基づいて）。水が存在する場合、ポンプがオンになり、水が排出される。このような解決策は、エンジン内の水を人為的に検出するようになっている任意のセンサを使用するよりも容易である。２つのポンプは独立して動作する。負圧ポンプが主に小さい漏れを排出することを意図しており、継続的に動作し、電気はきていない。電動ポンプは、任意の突発的な大きな漏れを吸うのに役立つ。例えば、カバーが開かれたとき、フロートが別の合間に沈んだとき、などである。電動ポンプは電池の容量を節約するために水の検出時のみに動く。

好ましい実施形態では、エンジン・コンパートメント内やエンジン・コンパートメントの外部に、フロートの内部空間に浮遊材料からなる要素を配置することができる。この材料は、例えば、空気、発泡体、ポリスチレンなどであってもよい。この調整によって、我々は不沈フロートを得る。浮遊材料を用いることで、エンジンの動作に必要な空気のストックが減少する。しかし、水分離の機能および安全なエンジン動作も維持される。

本発明を、図面を用いてより詳細に開示する。
図１は、ドライバが直立して運転しているときのフロートの通常の作業位置を示す。 図２は、組み立てられたフロートの図を示す。 図３は、空気循環、および水吸引用ポンプの概略図である。 図４は、上部が図示されないフロートを示す。 図５は、エンジン・コンパートメントを画定する隔壁の例示的な形状の断面図を示す図である。 図６は、最低限のエンジン・コンパートメントの概略図である。 図７は、隔壁に接続されたエンジン・コンパートメント内補強リブの配置例を示す図である。 図８は、エンジン・コンパートメント内の横方向補強リブの配置例を示す図である。 図９は、エンジン・コンパートメントの外側の横方向補強リブの配置例を示す図である。 図１０は、エンジン・コンパートメントの縦方向補強リブの例示的な実施形態である。 図１１は、フロートの内部空間の浮遊材料の典型的な配置を示す図である。

本発明の目的は、モーターフロートのエンジンに空気を供給するためのシステムであり、さらに、各図を参照し、例示的な実施形態によって特徴付けられる。

モーターフロートの本体は、図２に示すように、底部１と上部２とからなり、それらの間に、エンジン・コンパートメントを画定する隔壁４およびシーリング・リブ６が配置される。図４を参照のこと。モーターフロートの内部空間への入力操作は、カバー３で確保される。エンジン７およびエンジンの動作に必要な他の装置（図示せず）は、エンジン・コンパートメント内に配置される。シャフトは、自身のフロートを駆動するタービン９に向かってエンジン・コンパートメントから延びている。

エンジン・コンパートメント内のエンジン７は、長手方向または横方向に配向されてもよい。エンジン７の据え付け台は、隔壁４自体または本体の底部１に配置してもよい。隔壁４にエンジン７の据え付け台を直接配置することで、システム全体の振動を低減し、滑らかな動作および特定の構成部品の摩耗の減少に貢献する。

フロートの内部空間への空気の供給は、フロート本体の上部２の前部に配置された空気供給部５によって行われ、空気供給部５は、可撓性であり、縞状の水の大部分を除去するために、フロートの外側上面から直立で約２０ｃｍでその形状を維持することができるよう十分な強度を有する材料で作られる。

モーターフロートの本体および、隔壁が炭素繊維強化複合材で作られている。例示的なフロートの寸法は、長さ１８００ｍｍ、幅６００ｍｍ、高さ１５０ｍｍである。燃料を含むフロートの重量は１４ｋｇ、最大速度は２ｌ／ｈの燃料消費量で、５７ｋｍ／ｈである。設置される２ストロークエンジンの性能は、構成される排気装置およびその他の構成部品に依存し、約１０〜１５ｈｐの範囲である。フロートは、４時間の連続駆動を可能にする内蔵バッテリ付きの完全な自動電気的点火装置を備えている。

フロートの内容積は、迷路状システムにより、ｃｃａ８０Ｉ，であり、水の存在なしに約３５Ｉ容積のエンジン・コンパートメントが得られる。エンジンが６ｌ／ｓの空気消費量で、水中に沈む場合の空気のストックは、５，８ｓで十分である。特定の容積、全フロート及びエンジン・コンパートメントの割合は、フロートの目的に依存して変化し得る。

フロートの内部空間に吸入された空気は、エンジン・コンパートメントの周りをフロートの内部空間の後部に流れ、そこからエンジン・コンパートメントの周りをフロートの内部空間の前部に戻らなくてはいけない。ここで、隔壁４には、本体の底部１の高さの上方に配置された吸引開口部１２が設けられている。図３に示すように、空気がエンジン・コンパートメントにはいる。空気はその後エンジン７によって気化器８に吸引される。フロートの内部空間内の空気の循環は、空気供給源５と吸引口１２をシーリング・リブ６によって確保され、シーリング・リブ６は空気供給部５および吸引開口部１２を分ける。

また、図１に示すように、フロートの衝撃からの反力と運転者の位置によって、フロートは、矢状面内で水面に向かって走行中に傾斜する。傾斜角度は、速度に応じて可変する。傾斜のために、フロートの内部空間に漏れた水は、後部に流入し、フロートの外側タービン９からの負圧によって背面ポンプ１０により吸引される。このことで、鋭いターンでもジャンプでもなく、前部が後部よりも常に高くなっているとき、走行中にエンジン・コンパートメントに漏れる水を防ぐことができる。フロートが転覆するか、水密でないとき、水はエンジン・コンパートメント漏水するが、２つのポンプ１１が水を除去するためにその中に配置される。第１の機械式ポンプがエンジンによって生成された負圧を使用し、第２の電動ポンプは、電子的に制御され、電池で駆動する。電動ポンプは、時間間隔および水の存在の検知に基づいて制御される。水が存在する場合、電動ポンプは、より長い時間間隔で動き、水が存在しない場合、電動ポンプが停止したままとなる。このことにより、システム全体の故障や崩壊につながる可能性がある逆転バルブやフラップなしで全体の吸引システムの最大エネルギー性能を達成することができる。

エンジン・コンパートメントを画定する隔壁４は、複合要素の低座屈安定性により、繊維の方向に垂直な方向に形作られる。隔壁の形状により、荷重力を複合繊維に分割し、したがって、構造の歪みを低減する。同時に形状を有する隔壁がサスペンション要素として機能し、動的な衝撃を本体の全体構造に排除し分割する。図５に示すように、最も好ましい断面は、「Ｓ」、「Ｕ」、または類似の円形形状である。

エンジン・コンパートメントの配置ならびにその寸法は、フロートの内部空間の要件に基づいて決定されてもよい。この最低限の空間を図６に示す。この最小変形例で、エンジン・コンパートメントがエンジン７、点火装置１４、タンク１５および排気装置１６を密接に取り囲んでいるとき、問題が長いシーリング・リブを導く際に生じ、解決策は最良ではない。漏水のために非常に高い性能の吸引ポンプが必要である。適切な変形例が、図３に示すように、エンジン・コンパートメントを伸長し、シーリング・リブ６を短くすることによって得られる。この変形例では、迷路システムが形成され、水分離のために機能する。

例えば、波の中を運転したり、ジャンプするときなど過度の圧力がフロートにかかるとき、補強リブ１７を、隔壁に接続され、吸引開口部が設けられたエンジン・コンパートメント内に配置することが可能である。図７参照のこと。図８は、エンジン・コンパートメント内の横方向補強リブ１７の配置例を示す図である。図１０は、エンジン・コンパートメント内の細長い補強リブ１７の配置例を示す図である。必要に応じて、複数補強リブ１７を配置することが可能であり、これが同時に、水の抵抗となり、水の流れを遅くする。変形例の例示的な実施形態が図９に示されるが、この変形例は、主に、大きな波や頻繁な水没のような極端な作動条件に対して適する。このような場合には、垂直方向にだけでなく、エンジン・コンパートメント内に補強リブ１７を配置することが可能である。

また、不沈フロートが必要とされる場合、細長い補強リブ１７を有する図１１に示した実施形態を使用することが可能である。その際、フローティング材料、例えば、空気、発泡体、ポリスチレン、等から作られた適切な形状の要素１８がその得られた空間に配置される。フローティング材料からなる要素１８の周囲の空気の循環を提供するために、図５に示すように、隔壁４の断面に相当する湾曲した断面を有する細長い補強リブ１７を使用することが可能である。一対のこのような補強リブ１７を鏡像配置する際、エンジン７への空気の流れを許容する空間が生成される。

本発明に係るモーターフロートのエンジンへの空気供給のためのシステムは、人が水の表面上に乗ることを意図したフロートの内部空間に配置された燃焼機関により駆動されるモーターフロートにおいて使用することができる。

参照符号リスト
１ 底部
２ 上部
３ カバー
４ 隔壁
５ 空気供給部
６ シーリング・リブ
７ エンジン
８ 気化器
９ タービン
１０ 後部ポンプ
１１ ポンプ
１２ 吸入口
１３ 運転者
１４ 点火装置
１５ タンク
１６ 排気装置
１７ 補強リブ
１８ 浮遊材料で作られた要素

Claims (7)

1. 燃焼機関が配置されるフロートの内部空間を画定する本体の底部および上部を含み、前記本体の上部の前部に空気供給部が設けられた、モーターフロートのエンジンへの空気供給用システムであって、
   前記燃焼機関（７）が、吸引開口部（１２）を有する前記前部内に設けられた隔壁（４）によって、前記フロートの内部空間の残りの部分から分離されたエンジン・コンパートメントに配置され、
   前記フロートの内部空間の空気循環を確保するために、シーリング・リブ（６）が前記隔壁（４）の前記前部から前記フロートの先端に向けて延び、前記空気供給部（５）と前記吸引開口部（１２）を互い分離し、
   前記フロートの前記内部空間の後部に、漏れた水を吸引するための少なくとも１つの後部ポンプ（１０）が配置されることを特徴とする、システム。
2. 前記吸引開口部（１２）が前記本体の前記底部（１）の高さの上方に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のモーターフロートのエンジンへの空気供給用システム。
3. 前記隔壁（４）がＵ字形状又はＳ字形状の断面を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のモーターフロートのエンジンへの空気供給用システム。
4. 前記フロートの前記内部空間に配置され、少なくとも１つの横方向または縦方向に向けられた補強リブ（１７）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のモーターフロートのエンジンへの空気供給用システム。
5. 前記エンジン・コンパートメントの後部に配置される少なくとも１つのポンプ（１１）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のモーターフロートのエンジンへの空気供給用システム。
6. エンジンによって生成された負圧を使用する機械式ポンプおよび電子回路によって制御され、電池によって電力供給される電動ポンプが前記エンジン・コンパートメント内に配置されることを特徴とする、請求項５に記載のモーターフロートのエンジンへの空気供給用システム。
7. 浮遊材料からなる要素（１８）が前記フロートの前記内部空間に配置されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のモーターフロートのエンジンへの空気供給用システム。

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