JPH0432213B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関用のアフタークーラ組立体に
関し、詳細には、輪郭が流線型となるように構成
された内燃機関に使用されるユニツト構造のアフ
タークーラ組立体に関する。

（従来の技術） スーパーチヤージ式又はターボチヤージ式エン
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
ンターボチヤージヤ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。ターボチヤージヤで圧縮された上記
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、燃続により多量
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
ユ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ヤージヤ
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。

ターボチヤージヤ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がアフタークーラ
に施されている。そのような構造はジエームス
エフ ベルサンチの米国特許第3881455号やジエ
ローム エル ベルチの米国特許第4269158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
れらを使用するとエンジン組立体全体の所要スペ
ースが大きくなる。

従来のエンジンターボチヤージヤでは、エンジ
ンの頂部を横切つて延びる迂回型（クロスオーバ
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
つており、そのためにエンジンの外形が大きくな
つている。

又、アフタークーラ組立体は高圧空気ならびに
エンジン及び路面からの振動の両方の影響を受け
ても亀裂や漏れが生じないようにしなければなら
ないので、通常そのような組立体のハウジングは
大重量の鋳造製品であり、そのために組立体の体
積及び重量に影響が及び、エンジンの寸法がそれ
に対応して増加する。

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
マツクスウエルの米国特許第3091228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つて設けて
ある。該アフタークーラは従来公知の多くの構造
に比べて優れているが、いくつかの潜在的な構造
上の問題を含んでいる。まず圧縮空気の入口通路
がアフタークーラのほぼ全体に沿つて外向きに延
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バツフル又はデフレクタ羽
根を設ける必要がある。上記バツフル板は冷却コ
アを支持するもので、チユーブバツフルに熔続さ
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、バツフル板との溶接部が破損する恐れがあ
る。又、バツフル板は、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。

ハーシヤツド エイチ ペイテル他の米国特許
第4191148号には、熔接式コア支持組立体の持つ
潜在的な構造上の問題を解決するようにしたアフ
タークーラ組立体が開示されている。この特許に
例示されたアフタークーラは構造が簡単であり、
熱交換フインの間で間隔を隔てた板により細長い
冷媒チユーブの束を支持してアフタークーラのコ
アを形成している。この配置ではアフタークーラ
コアの支持構造を改良してアフタークーラハウジ
ングを構造的に補強できるが、比較的大形のハウ
ジングを採用しなければならず、エンジン全体の
寸法が大きくなる。

（発明が解決しようとする課題） 前述の如く、従来のアフタークーラにおいて
は、高圧空気ならびにエンジンや路面からの振動
の影警を受けても、亀裂が漏れが生じないよう、
ハウジングを肉厚の厚い大形のものとしていたの
で、エンジン全体の寸法が大きくなつていた。

そこで、小型軽量のアフタークーラが要望され
ているが、単に、ハウジングの肉厚を薄くするの
みでは、高圧空気に耐えられず、また、振動に対
して強度不足になる。

そこで、本発明は、高圧空気による内圧や、エ
ンジン等の振動に対して十分に耐えるだけの強度
を有した小型軽量のアフタークーラ組立体を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明は、次の手
段を講じた。即ち、本発明の特徴とする処は、間
隔を隔てて対向する細長い第１及び第２の側壁３
２，３４と、該側壁３２，３４の上下部を連結す
る頂壁２８及び底壁３０と、前記側壁３２，３４
の前後端部に設けられた入口端壁３６及び後端壁
３８とで細長い室を形成するハウジング２６を有
し、前記第１及び第２側壁３２，３４、頂壁２８
及び底壁３０は、シート材料から形成されてお
り、前記ハウジング２６内の細長い室内には、該
室内を上部の空気入口室４６と下部の空気出口室
４８に区画するアフタークーラコア組立体４４
が、長手方向に沿つて配設され、前記第２側壁３
４上に長手方向に間隔を隔てて補強板７４が添設
され、該補強板７４の設けられている位置に於
て、前記ハウジング２６内の細長い室を横切つて
第１及び第２側壁３２，３４間を連結する横連結
手段７２が設けられ、該横連結手段７２は、前記
コア組立体４４の幅に等しいかもしくは少し短い
長さをもつて前記第１及び第２側壁３２，３４間
に介在されるスペーサ７６と、前記ハウジング２
６を貫通して前記補強板７４の内部にまで延びて
前記第１及び第２側壁３２，３４を引き寄せて前
記コア組立体４４を挟持する締結手段７８とから
成る点にある。

（作用） 本発明のアフタークーラ組立体は、ターボチヤ
ージヤ等で圧縮された高温高圧の空気を冷却し、
エンジンに供給するものである。

高圧空気はハウジング２６内の上部の空気入口
室４６に供給され、供給された空気は、アフター
クーラコア組立体４４を通つて冷却され、下部の
空気出口室４８に入り、その後、ハウジング２６
の外へ出て、エンジンへ供給される。

前記ハウジング２６内に供給された空気は高圧
のため、ハウジング２６を膨張させようとする。

本発明によれば、ハウジング２６の対向側壁３
２，３４、頂壁２８、及び底壁３０は、シート材
料から形成されているので、その肉厚が薄いた
め、側壁３２，３４は容易に押し広ろげられよう
とする。

しかし、側壁３２，３４は、横連結手段７２に
よつて連結され、かつ、この横連結手段７２は、
コア組立体４４を挟持しているので、側壁３２，
３４のふくらみは防止される。

しかも、この横連結手段７２は、一方の側壁３
４に設けられた補強板７４に連結されているの
で、側壁３２，３４の変形が有効に防止される。

また、側壁３２，３４は、単に、横連結手段７
２によつて引き寄せるように連結されているのみ
ではなく、両側壁３２，３４は、コア組立体４４
を挟持するよう引き寄せられているので、側壁３
２，３４、横連結手段７２、コア組立体４４及び
補強板７４の四者が協働してハウジング２６の剛
性を大きくし、振動等の外力に対しても十分耐え
る構造になつている。

従つて、本発明によれば、ハウジングをシート
材料で形成しても高圧空気や振動に対し、十分に
耐えることができるので、小型軽量化が達成でき
る。

（実施例） 第１図において、符号１０で示すターボチヤー
ジヤ式内燃機関は、ターボチヤージヤ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つて
いる。タービン１４はコンプレツサ１８を駆動
し、コンプレツサ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
を回つて延びており、公知のターボチヤージヤ・
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な、エンジン１０の頂部を
越えてアフタークーラ２２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で示す如く、外側側壁３２の下部は側壁
３４の下縁に向つて折れ曲がつており、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２６を上
側の空気入口室４６と下側の空気出口室４８とに
分けている。アフタークーラコア４４はアフター
クーラハウジング２６のそれぞれ入口端壁３６と
後端壁３８に隣接させて取り付けた前部ヘツダー
５０と後部ヘツダー５２を備えている。前部及び
後部のヘツダー５０，５２の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、無論アフタークーラコア組立体４４
にはそれら以外にも流体導管が設けてある。流体
導管は支持板５８の開口を通つて延びており、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５８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２６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イン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。

無論、第３図に示す組立体４４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、フイン６０のいずれかの側に沿つて延びる側
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１０の冷却システムから入口ポート６２を経て
前部ヘツダー５０へ供給される。流体は次に入口
導管５４を経て後部ヘツダー５２へ流れ、次にエ
ンジン冷却システに連結した出口ポート６４へ出
口導管５６及び前部ヘツダー５０を経て戻る。前
部ヘツダー５０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ツダーの内部で分離さ
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
び出口ポート６４はいずれもアフタークーラ２２
の入口端壁３６に位置している。この入口端壁３
６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１０の前部に隣接
させて設けられ、エンジン１０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２４の位置と空気入口室４６の形状とを組み
合わせることによつても、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、種々のバツフル及び空
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２２では、一
端の空気入口ポート２４が空気をアフタークーラ
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２６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２８
により流入空気はアフタークーラコア４４に向つ
て下向きに方向を変えられ、そこを通過すること
によりフイン６０との間で熱交換を行つて冷却さ
れる。このように、傾斜頂壁２８はアフタークー
ラ２２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２２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２６の壁３４
の複数の開口６６を通つて排出される。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１０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りを果たす。

一般に、アフタークーラのハウジングはダイキ
ヤ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つて価格及び
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
ーラが構成され、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ツトに
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、ダイキヤスト金属では
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、プラスチツク、フア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。シート材料は組み
立てられてアフタークーラコア４４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４０、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において熔接することにより
外皮を構成する。無論アフタークーラハウジング
２６の背面壁に底壁４２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４４をシート金属外皮用の補強部として使用
でき、コア４４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
引つ張られてアフタークーラコア組立体４４に押
し当てられ、ユニツト化されたサンドイツチ構造
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４４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２６
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に補強部が設けら
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７４は内側壁３
４とエンジン１０の間を延びており、各強化板７
４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が設けてある。横連
結組立体７２はアフタークーラ組立体のシート金
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７２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、側壁が互いに引つ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用の据付ボルトに使用されてい
る。

横連結組立体７２は第４図では横連結ボルト７
８で示されているが、リベツトやその他の横連結
部材を使用して側壁３２，３４を引つ張り、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を前部及び後部ヘツダー５
０，５２に固定し、第４図の如く、他の支持板５
８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４４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４４
をハウジング２６内で支持することができる。

コア組立体４４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つ張る。

コア組立体４４及びヘツダー５０，５２を設置
した後、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２６が完成する。

（発明の効果） 本発明によれば、アフタークーラ組立体のハウ
ジングは、シート材料で形成されているので、従
来の鋳物成形品等に比べ、外形をコンパクト化す
ることができ、また軽量化でき、製造コストを大
幅に減少する。

しかも、ハウジングをシート材料で形成するこ
とによる強度不足は、第１及び第２の側壁を補強
板、横連結手段、及びアフタークーラコア組立体
を介して連結固定することにより補われ、剛性の
高い組立体とすることができる。

更に第１及び第２側壁はアフタークーラコア手
段に接触しているので冷却され、ターボチヤージ
ヤからの高温に十分耐えるものであり、また、ハ
ウジングはシート材料で形成されているので、放
熱効果が優れたものとなり、高温空気の冷却作用
を助長する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のユニツ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ヤージヤ式エ
ンジンの平面略図、第２図は本発明のユニツト構
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図のユニツ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
図のユニツ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図のユニツト構造の
横連結式アフタークーラ組立体の背面図である。 ２２……アフタークーラ組立体、２４……空気
入口ポート、２６……ハウジング、２８……頂
壁、３０……底壁、３２，３４……側壁、３６，
３８……端壁、４４……アフタークーラコア組立
体、４６，４８……室、７２……横連結手段、７
４……補強板、７６……スペーサ、７８……締結
手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 間隔を隔てて対向する細長い第１及び第２の
   側壁３２，３４と、該側壁３２，３４の上下部を
   連結する頂壁２８及び底壁３０と、前記側壁３
   ２，３４の前後端部に設けられた入口端壁３６及
   び後端部３８とで細長い室を形成するハウジング
   ２６を有し、 前記第１及び第２側壁３２，３４、頂壁２８及
   び底壁３０は、シート材料から形成されており、 前記ハウジング２６内の細長い室内には、該室
   内を上部の空気入口室４６と下部の空気出口室４
   ８に区画するアフタークーラコア組立体４４が、
   長手方向に沿つて配設され、 前記第２側壁３４上に長手方向に間隔を隔てて
   補強板７４が添設され、 該補強板７４の設けられている位置に於て、前
   記ハウジング２６内の細長い室を横切つて第１及
   び第２側壁３２，３４間を連結する横連結手段７
   ２が設けられ、 該横連結手段７２は、前記コア組立体４４の幅
   に等しいかもしくは少し短い長さをもつて前記第
   １及び第２側壁３２，３４間に介在されるスペー
   サ７６と、前記ハウジング２６を貫通して前記補
   強板７４の内部にまで延びて前記第１及び第２側
   壁３２，３４を引き寄せてて前記コア組立体４４
   を挟持する締結手段７８とから成ることを特徴と
   するアフタークーラ組立体。 ２ 前記入口端壁３６には、前記アフタークーラ
   コア組立体４４の上側の前記空気入口室４６に空
   気を供給するための空気取り入れ手段２４が備え
   られ、該空気取り入れ手段２４は、前記ハウジン
   グ２６の後端壁３８に向つて空気流を前記室４６
   の長手方向に方向付けるように構成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のア
   フタークーラ組立体。 ３ 前記ハウジング２６の頂壁２８が、前記入口
   端壁３６から前記後端壁３８に向つて下向きに傾
   斜していることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載のアフタークーラ組立体。 ４ 前記アフタークーラコア組立体４４が、前記
   室４６，４８の長手方向に延びる細長い冷却導管
   ５４，５６と、該冷却導管５４，５６に冷却流体
   を供給する流体供給及び排出手段とを備え、該流
   体供給及び排出手段が前記入口端壁３６から延出
   する流体入口ポート６２及び流体出口ポート６４
   を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載のアフタークーラ組立体。 ５ 前記空気取り入れ手段２４が、前記頂壁２８
   に対して空気をある角度をもつて向うように方向
   付け、前記頂壁２８が前記空気の方向を前記アフ
   タークーラコア組立体４４に向けて下向きに変え
   るように構成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項に記載のアフタークーラ組立体。 ６ 前記アフタークーラコア組立体４４が、前記
   室４６，４８の長手方向に延びる細長い冷却導管
   ５４，５６と、細長い該冷却導管５４，５６に連
   結するコア支持手段５８を備え、前記横連結手段
   ７２は該コア支持手段５８に連結されてコア支持
   手段５８を支持すると共に、前記第１及び第２側
   壁３２，３４を連結していることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のアクタークーラ組立
   体。 ７ 前記コア支持手段５８が、前記細長い冷却管
   ５４，５６に固定されてそれに対して概むね横方
   向に延びる支持板から成り、該支持板５８が前記
   第１及び第２側壁３２，３４の間を連結するだけ
   の十分な幅を有していることを特徴とする特許請
   求の範囲第６項に記載のアフタークーラ組立体。 ８ 前記補強板７４が、前記第２側壁３４に互い
   に間隔を隔てて固定した金属強化板で形成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記
   載のアフタークーラ組立体。 ９ 前記スペーサ７６は中空フレーム部材から形
   成され、前記締結手段７８は、前記第１及び第２
   側壁と前記中空フレーム部材を貫通して前記金属
   強化板７４の１つの内部まで延びる横ボルトから
   構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第８項に記載のアフタークーラ組立体。 １０ 前記支持板５８が、前記中空フレーム部材
   ７６に固定されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第９項に記載のアフタークーラ組立体。