JPH03229919A - 内燃機関のアフタークーラ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関のアフタークーラ装置に関する。

（従来の技術） スーパーチャージ式又はターホチャージ式エンジンにお
いて、アフタークーラ組立体を使用し、圧縮空気を冷却
した後にエンジンシリンダへ送り込んで燃焼させ、それ
により出力を増加させることはかなり以前から行われて
いる。空気はエンジンターボチャージャで圧縮されるに
つれて高温かつ低密度になるので、そのままでは内燃機
関のシリンダにおける燃焼状態を向上させるための過給
効果は低い。ターボチャージャで圧縮された上記空気を
エンジンシリンダに入る前に冷却すると、空気密度が高
くなり、その結果、燃焼により多量のエネルギが発生し
てエンジンの出力馬力が増加する。

基本的には、アフタークーラはハウジングを有する熱交
換器であり、エンジンの冷媒が流れるチューブを含む熱
交換コアを上記ハウジングが包んでいる。圧縮された高
温空気はターボチャージャからハウジングへ送られてコ
アを介して熱交換を行い、それにより圧縮空気はエンジ
ンマニホールドへ流入する前に冷却される。

ターボチャージャからエンジンのインテークマニホール
ドへ流れる圧縮空気を効率良く冷却するために、これま
でに種々の工夫をアフタークーラに施されている。その
ような構造はジェームスエフ　ヘルサンチの米国特許第
３，８８１．．１５５号やジェローム　エル　ベルチの
米国特許第４，２６９，１５８号に示されている。それ
らのアフタークーラでは、冷却しようとする圧縮空気か
ら液体冷却媒体へ熱を伝えるために広い表面面積が必要
であるので、それらを使用するエンジン組立体全体の所
要スペースが大きくなる。

また、アフタークーラ組立体の影響でエンジンの寸法が
増加することを最小限に抑えるために、アフタークーラ
に工夫が施されてきた。カールアール　マックスウェル
の米国特許第３，０９Ｌ２２８号にはそのようなアフタ
ークーラについての工夫が開示されており、それによる
と外形を最小にしたアフタークーラが内燃機関の一方の
側面に沿って設けである。

（発明が解決しようとする課題） 従来のエンジンターボチャージャでは、エンジンの頂部
を横切って延びる迂回型（クロスオーノー型）ダクトを
通してエンジンの反対側に位置するアフタークーラ組立
体に圧縮空気を送るようになっており、そのためにエン
ジンの外形が大きくなっている。

即ち、エンジンの上方をダクトが通るため、全体の高さ
が高くなり、狭小なボンネット内に収納することが困難
となっていた。

また、圧縮空気の入口通路がアフタークーラのほぼ全体
に沿って上向きに延びているので、アフタークーラの効
果が低い。このように上向きの空気入口を設計すると、
冷却コアに対して空気を適切に分配するために、アフタ
ークーラの空気取入部の内部にパンフル又はデフレクタ
羽根を設ける必要がある。上記パンフル板は冷却コアを
支持するもので、チューブバッフルに爆接されており、
そのために高圧空気が送り込まれてアフタークーラのハ
ウジング側壁がふくらんだ場合、バッフル板との溶接部
が破損する恐れがある。又、バッフル板は、空気がアフ
タークーラの内部全体を縦方向に自由に流れることを規
制し、そのために空気が均等に分配されることをかなり
抑制するという問題もあった。

そこで、本発明は、アフタークーラの空気取入口の構造
を改善することにより、空気ダクトをエンジンの上方を
迂回しないようにして、コンパクトなエンジンとするこ
とができるようにした、内燃機関のアフタークーラ装置
を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を講じた
。即ち、本発明の特徴とする処は、前端を有する内燃機
関と、排気マニホールド及びエンジン空気吸入ポートと
、前記内燃機関の一側に取付けられて前記排気マニホー
ルドに連結されて圧縮空気を供給するターボチャージャ
手段と、該ターボチャージャ手段と反対側において前記
内燃機関の側部に取り付けられ、前記空気吸入ポートに
冷却した圧縮空気を供給するアフタークーラ手段とを備
えたものにおいて、 前記圧縮空気を前記ターボチャージャ手段から前記アフ
タークーラ手段の空気取り入れ手段に送るべく、前記内
燃機関の前端を回って前記ターボチャージャ手段と前記
アフタークーラ手段の間を連結する空気導管手段を備え
ている点にある。

（作　　用） 本発明によれば、ターボチャージャ手段とアフタークー
ラ手段とを連結する空気導管手段が、内燃機関の前端を
迂回するよう設けられているので、内燃機関の上方を迂
回するものに比べ、エンジンの高さが低くなり、コンバ
ク１−なエンジンになる。

（実施例） 第１図において、符号１０で示すターボチャージャ式内
燃機関は、ターボチャージャ１２を備え、そのタービン
１４はエンジン排気マニホールド１６からのガスにより
駆動されるようになっている。タービン１４はコンプレ
ッサ１８を駆動し、コンプレッサ１８で圧縮された空気
はダクト２０を経て符号２２で示す本発明のアフターク
ーラに送られる。ダクト２０はエンジン１０の前部を回
って延びており、公知のターボチャージャ・アフターク
ーラ組立体において、従来から一般的に採用されている
ように、エンジン１０の頂部を越えてアフタークーラ２
２まで延びる迂回型のダクトではない。

第２図−第５図の如く、頂壁２８、底壁３０、外側側壁
３２、内側側壁３４、入口端壁３６及び他方の端壁３８
を有するハウジング２６をアフタークーラ２２は備えて
いる。第２図及び第４図に符号４０で示す如（、外側側
壁３２の下部は側壁３４の下縁に向って折れ曲がってお
り、底壁４２により側壁に連結されている。

アフタークーラハウジング２６は符号４４で示すアフタ
ークーラコア組立体を囲んでいる。コア組立体４４はア
フタークーラハウジングを上側の空気分配部４６と下側
の空気出口部４８とに分けている。アフタークーラコア
はアフタークーラハウジングのそれぞれ入口壁３６と端
壁３８に隣接させて取り付けた前部ヘソグー５０と後部
ヘッダー５２を備えている。

前部及び後部のヘッダー間を複数の細長い冷却流体用の
導管（その内の２本を符号５４．５６で示す）が延びて
いる。第３図及び第４図には流体入口導管５４と流体戻
り導管５６のみが図示されているが、無給アフタークー
ラコア組立体にはそれら以外にも流体導管が設けである
。流体導管は支持板５８の開口を通って延びており、は
んだづけ又はその他の適当な手段により支持板に固定さ
れている。これらの支持板はアフタークーラハウジング
２６の内部を横切る形で延びており、導管５４．５６を
支持するとともにアフタークーラハウジングを補強する
働きをする。適当な外形を有する多数の比較的薄いフィ
ン６０が導管５４　、５６に対して交差する形で設けて
あり、熱交換効果が高められている。

熱論、第３図に示す組立体に代えて他の公知のコア組立
体を使用することもできる。例えば、フィン６０のいず
れかの側に沿って延びる側板支持部材をコアに設け、支
持板５８に代えて側板支持部材でコアを支持することも
できる。又、導管５４．５６を、第４図の真直な導管形
状の他に、蛇行形状、螺旋形状、その他種々の外形にす
ることもできる。

アフタークーラコア４４用の冷却流体はエンジンの冷却
システムから入口ポート６２を経て前部ヘッダー５０へ
供給される。流体は次に入口導管５４を経て後部ヘッダ
ー５２へ流れ、次にエンジン冷却システムに連結した出
口ポート６４へ出口導管５６及び前部ヘッダー５０を経
て戻る。前部ヘソグーの内部は公知の構造により入口ポ
ート６２と出口ポート６４に分けてあり、内部の入口側
及び出口側流体はヘソグーの内部で分離された状態に保
たれる。

空気入口ポート２４と冷媒の入口ポート６２及び出ロポ
ート６４はいずれもアフタークーラ２２の入口端壁に位
置している。この入口端壁はエンジンのいずれの側の端
部に隣接させて設けてもよいが、通常はエンジンの前部
に隣接させて設けられ、エンジンに対するアフタークー
ラ連結構造の簡単化が図られる。空気入口ポートの位置
と空気入口室４６の形状とを組み合わせることによって
も、アフタークーラ組立体用の簡単かつ効果的な空気分
配システムを構成できる。公知のアフタークーラ組立体
、すなわちエンジンを越えてアフタークーラの頂部まで
延びる迂回型ダクトから空気が供給されるようにした組
立体では、アフタークーラコアを横切る形で空気を均等
に分配するために、種々のバッフル及び空気案内羽根が
アフタークーラ内に設けられる。これに対して本発明の
アフタークーラでは、一端の空気入口ポートが空気をア
フタクーラの縦方向（長手方向）に沿うように方向付け
るので、上記従来の空気分配羽根を設ける必要はない。

アフタークーラハウジングの頂壁２８は入口端壁３６か
ら他方の端壁３８まで傾斜しており、第３図に矢印で示
す如く、この傾斜頂壁により流入空気はアフタークーラ
コア４４に向って下向きに方向を変えられ、そこを通過
することによりフィン６０との間で熱交換を行って冷却
される。このように、傾斜頂壁２８はアフタークーラ２
２の外形を流線型にして小さくする働きだけではなく、
流入空気をアフタークーラに向けて下向きに分配するデ
フレクタの働きをも行う。

空気は、アフタークーラ組立体４４で冷却された後、ア
フタークーラの下側出口室４８を通過し、次にアフター
クーラハウジングの壁３４の複数の開口６６を通って排
出される。これらの開口６６はエンジン１０の吸気ポー
ト６８と並んでおり、空気は燃料と混合されてエンジン
のシリンダで燃焼させられる。

このように、出口室４８はエンジン１０に供給される冷
却圧縮空気のための吸気マニホールドの役割を果たす。

一般に、アフタークーラのハウシングはダイキャストア
ルミニウム等の鋳造金属で作られているので、ハウジン
グの寸法が大きくなって価格及び占有スペースの両方が
増大する。又この鋳造ハウジングにはアフタークーラを
通過する圧縮空気を収容できるだけの強度が要求される
。ところが本発明によると、高強度かつ効率の良いアフ
タークーラが構成れ、その寸法が小さくなるとともに、
従来のより大型のアフタークーラユニットに比べても性
能が高くなる。このことは、アフタークーラハウジング
２６を、ダイキャスト金属ではなく、主にシート状材料
の組立品で形成することにより実現できる。上記ハウジ
ング２６は鋼板、アルミニウム板又はその他の適当な金
属シートで形成できるので、以後このシート状材料は、
説明のために金属シート材料と呼ぶ。しかしながら、本
発明ではハウジング補強構造を採用しているので、プラ
スチック、ファイバーグラス又はその他の適当な非金属
材料のシートを組立てハウジング２６を形成することも
できる。シート材料は組立られてアフタークーラコア４
４を囲む外皮を形成している。第４図に示す如く、シー
ト金属を組み立て、底壁４２、傾斜壁４９、外側側壁３
２、頂壁２８及び後部側壁３４を有する端部開放型の外
皮を形成できる。底壁４２を後壁３４に対して重合接合
部７０において溶接することにより外皮を構成する。無
給アフタークーラハウジングの背面壁に底壁を固定する
には、それ以外の適当な手段を採用することもできる。

第４図から明らかなように、アフタークーラハウジング
２６の主要部を構成するシート金属製外皮は、その幅Ｗ
がアフタークーラコア４４の幅にほぼ一致するように組
み立てられる。これによりコアをシート金属外皮用の補
強部として使用でき、コアに補強されて外皮が内部の空
気圧力に対して変形することなく耐えられるようになる
。これを実現するために、横連結組立体７２が使用され
、該組立体７２によりシート金属外皮が引っ張られてア
フタークーラコア組立体４４に押し当てられ、ユニット
化されたサンドインチ構造が構成される。これにより側
部支持板のようにアフタークーラコア内に設けた支持板
５８やその他の支持構造でアフタークーラハウジングの
外側及び内側側壁３２．３４を補強することが可能にな
る。

シート金属外皮に要求される耐荷重強度を低減するため
に、側壁３２又は３４に補強部が設置３られる。

第４図及び第５図において、上記補強部は、内側壁３４
の外表面に熔接又はその他の手段で固定した金属強化板
７４により形成されている。アフタークーラ組立体がエ
ンジン１０に取り付けられた状態では、上記強化板は内
側壁とエンジン１０の間を延びており、各強化板にはア
フタークーラ組立体からエンジン室に空気を導入するた
めの開口６６が設けである。横連結組立体７２はアフタ
ークーラ組立体２６のシート金属壁に加わる荷重の一部
を強化板７４に伝え、これによりハウジング壁に要求さ
れる耐荷重強度が減少する。各横連結組立体は中空フレ
ーム部材７６を有しており、該部材７６は側壁３２の間
を延び、側壁が互いに引っ張られる範囲を制限する。横
ボルト７８は側壁３２、フレーム部材７６及び側壁３４
を貫通しており、強化板７４にねじ込まれている。第４
図の下部横ボルト７８から明らかなように、強化プレー
ト７４を貫通する横ボルト７８が、エンジン１０内まで
延びるアフタークーラ組立体２２用の据５ 付ボルトに使用されている。

横連結組立体７２ば第４図では横連結ボルト７Ｂで示さ
れているが、リソベトやその他の横連結部材を使用して
側壁３２．３４を引っ張り、側壁に対する荷重の一部を
板７４で形成した補強部に伝えることもできる。

第３図の如く、アフタークーラコア組立体４４用の端部
支持板５８を前部及び後部ヘッダー５０．５２に固定し
、第４図の如く、他の支持板５８を横連結組立体７２の
中空フレーム７６に固定するか一体に設けることができ
る。これにより、コア組立体が一定範囲内で移動して熱
膨張や圧力の影響を補正できるように、コア組立体をハ
ウジング２６内で支持することができる。

コア組立体の支持板５８を前述の如く側部支持板に代え
た場合、中空フレーム部材７６は側部支持板の間に位置
し、ボルト７８はハウジング側壁、側部支持板及びフレ
ーム部材を貫通してハウジング側壁をコア組立体側に引
っ張る。

コア組立体４４及びヘッダー５０．５２を設置した後、
６ 端壁３６，３８を外皮の開口端に熔接等により固定する
と、閉鎖したアフタークーラハウジング２Ｇが完成する
。

（発明の効果） 本発明によれば、エンジンの大きさをコンバク１〜なも
のにすることができるものである。

即ち、本発明によれば、内燃機関の前端を迂回する空気
導管手段を設けているので、従来の内燃機関の頂部を迂
回するものに比べ、エンジンの外形を小型化することが
できる。

また、空気導管手段を内燃機関の前端を迂回するように
設けることにより、アフタークーラ手段の長平方向に空
気流を提供することができ、そのため、空気をアフター
クーラ手段で好適に冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のユニット構造の横連結式アフタークー
ラ組立体を備えたターボチャーシュ式エンジンの平面略
図、第２図は本発明のユニット構造の横連結式アフター
クーラ組立体の側部正面図、第３図は第２図のユニット
構造の横連結式アフタークーラ組立体の部分断面図、第
４図は第２図のユニット構造の横連結式アフタークーラ
組立体の横断面図、第５図は第２図のユニット構造の横
連結式アフタークーラ組立体の背面図である。　１０・
・・内燃機関、２０・・・ダクト、２２・・・アフター
クーラ、２４・・・空気入口ポート、２６・・・ハウジ
ング、２８・・・頂壁、３２、３４・・・側壁、３６．
３８・・・端壁、４４・・・アフタークーラコア組立体
、４６．４８・・・室。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）前端を有する内燃機関と、排気マニホールド及び
   エンジン空気吸入ポートと、前記内燃機関の一側に取付
   けられて前記排気マニホールドに連結されて圧縮空気を
   供給するターボチャージャ手段と、該ターボチャージャ
   手段と反対側において前記内燃機関の側部に取り付けら
   れ、前記空気吸入ポートに冷却した圧縮空気を供給する
   アフタークーラ手段とを備えたものにおいて、前記圧縮
   空気を前記ターボチャージャ手段から前記アフタークー
   ラ手段の空気取り入れ手段に送るべく、前記内燃機関の
   前端を回って前記ターボチャージャ手段と前記アフター
   クーラ手段の間を連結する空気導管手段を備えているこ
   とを特徴とする内燃機関のアフタークーラ装置。
2. （２）前記アフタークーラ手段が、間隔を隔てて対向す
   る細長い第１及び第２の側壁と、前記側壁同士を連結す
   る頂壁と、前記両側壁の前・後端部に設けられた入口及
   び後部端壁とを有して細長い室を形成し、かつ、前記入
   口端壁が前記内燃機関の前端に隣接したハウジング手段
   と、前記室内に配置されて前記頂壁の下方に間隔を隔て
   て位置する細長いアフタークーラコア手段と、前記入口
   端壁を貫通し、前記アフタークーラコア手段の上側の前
   記室に空気を供給すると共に、前記ハウジング手段の後
   部端壁に向って空気流を前記室の長手方向に方向付ける
   ようにした空気取り入れ手段とを備えていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関のアフタ
   ークーラ装置。
3. （３）前記アフタークーラコア手段が前記室の長手方向
   に延びる細長い冷却導管と、該冷却導管に冷却流体を供
   給する流体供給及び排出手段を備え、該流体供給及び排
   出手段が前記入口端壁から延出する流体入口ポート及び
   流体出口ポートを備え、前記内燃機関の冷却システムと
   前記流体入口及び出口ポートを連結する流体伝達手段を
   備えていることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
   載の内燃機関のアフタークーラ装置。
4. （４）前記ハウジング手段の頂壁が、入口端壁から後部
   端壁に向かって下向きに傾斜していることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項に記載の内燃機関のアフタークー
   ラ装置。