JPH08505203A - 吸気アフタクーラーの取付け及びシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 吸気マニホールド（１４）と、吸気マニホールド（１４）の下流に配置される分配マニホールド（１６）と、吸気マニホールド（１４）と分配マニホールド（１６）との間にクランプされるアフタクーラー（１２）を備えた、内燃式エンジンで使用するためのアフタクーラー取付シール装置が、開示されている。マニホールド留め具からの充填吸気の漏れに対して効果的なシールを行うために、弾性圧縮Ｕ型シール（３２、３４）が、アフタクーラー（１２）の入口（２４）と吸気マニホールド（１４）との間と、アフタクーラー（１２）の出口（２６）と分配マニホールド（１６）との間に備えられている。弾性圧縮シール（３２、３４）に作用するクランプ荷重は、吸気マニホールド（１４）と分配マニホールド（１６）とに作用するクランプ荷重とは無関係に選択できる。

Description

【発明の詳細な説明】 吸気アフタクーラーの取付け及びシール装置 本発明は、一般に、内燃式エンジンで使用する熱交換器に関する。より詳細に は、内燃式エンジンの吸気マニホールドに使用するアフタクーラー取付及びシー ル装置に関する。 一般に、エンジンの吸気通路に設置されるアフタクーラーは、別々に作られた ハウジングに配置されるか、又は別々に作られたエンジンの吸気マニホールドと 分配マニホールドとの間にクランプされる。種々のマニホールド間の分割線は、 加圧空気、例えばターボチャージャーによって供給されるような加圧空気の漏れ を生じる潜在的な通路となり、結果としてエンジンの性能低下を起こす潜在的な 原因になる。 従来のアフタクーラーのシール及び取付け装置は、加圧吸気すなわち充填吸気 の損失を生じないように密封するために、分割線に配置されるガスケットを通常 は採用している。例えば、米国特許第3,091,228号や、米国特許第4,269,158号を 参照する。しかし、大きな多シリンダ直列エンジンや、Ｖバンクエンジンにおい ては、分割線に沿って必要とされるボルト数のために、種々のマニホールドの組 み立て及び分解に労力を要することになる。加えて、種々のマニホールドをボル ト締めするための締付荷重が、シールやガスケットにも同様に与えられる。結果 として、従来技術の分割線に与えられる所定の締付荷重は、マニホールドの構造 上の一体性を維持するために望まれる高いクランプ荷重と、分割線シール又はガ スケットに局部的な圧縮硬化や破損が生じるのを減少するために望まれる低いク ランプ荷重との間の妥協を表すものとなる。 したがって、互いに異なるシールやガスケットにとって望ましいクランプ荷重 と、吸気マニホールドの構造上の一体性及び取付けにとって望ましいクランプ荷 重とを最適化することの要望があり、かつ、マニホールド分割線に沿って配置す る多数のボルトに付随する組み立て及び分解のための時間を減少させることがで きるアフタクーラーのシール及び取付装置についての要望がある。アフタクーラ ーのシール及び取付装置は、アフタクーラーとマニホールドとの間の熱膨張差を 吸収でき、アフタクーラーの材料選択の巾を広げることができるようにすること が好ましい。 発明の開示 本発明の一実施例によると、内燃式エンジンの空気取入口で使用する熱交換器 取付け及びシール装置であって、内燃式エンジンに分配される加圧吸気を受け取 る第一マニホールド手段と、該第一マニホールド手段の下流に配置されて該第一 マニホールド手段から加圧吸気を受け取り、内燃式エンジンに対して加圧吸気を 分配する第二マニホールド手段と、第一マニホールド手段から加圧吸気を受け取 る入口手段と第二マニホールド手段へ冷却加圧吸気を排気する出口手段とを有し て、第一マニホールド手段と第二マニホールド手段との間に配置されて加圧吸気 から熱を取る熱交換手段と、入口手段と第一マニホールド手段との間の第一弾性 密封手段と、出口手段と第二マニホールド手段との間の第二弾性密封手段と、第 一マニホールド手段と第二マニホールド手段との間で、第一弾性密封手段と熱交 換手段と第二弾性密封手段とをクランプするようなクランプ手段と、を備え、該 クランプ手段が、第一弾性密封手段と第二弾性密封手段とに渡るシール用クラン プ荷重に無関係な組み立て用クランプ荷重で、第一マニホールド手段を第二マニ ホールド手段にクランプする手段を備えるようになった熱交換器が、開示されて いる。 本発明の別の実施例によると、内燃式エンジンで使用するアフタクーラー取付 及びシール装置であって、吸気マニホールドと、吸気マニホールドの下流に配置 される分配マニホールドと、吸気マニホールドと分配マニホールドとの間に配置 されるアフタクーラーとを備え、該アフタクーラーが入口と、出口と、該入口と 吸気マニホールドとの間に配置される第一シールと、該出口と分配マニホールド との間に配置される第二シールと、吸気マニホールドと分配マニホールドとの間 に配置される複数の負荷停止要素と、吸気マニホールドと分配マニホールドとの 間に固定される複数の留め具と、を備える装置が、開示される。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の一実施例による内燃式エンジンの吸気マニホールドと、分配 マニホールドとの間に設置される冷却機の側面図である。 図２は、図１の線２−２に沿う矢印方向から見た部分断面図である。 発明を実施するための最良の形態 図１を参照すると、内燃式エンジン１０が、吸気マニホールド１４と、分配マ ニホールド１６との間に設置されるアフタクーラー１２を備えている。当業者に は公知のように、アフタクーラー１２は、エンジン１０の出力と性能を増すため に、一般に、スーパーチャージャーやターボチャージャーのような圧縮機によっ て供給される高温の空気を、燃焼シリンダに入れる前に、冷却する。燃焼前の充 填吸気の漏れは、エンジン１０で実行される仕事の損失となり、結果として、エ ンジン１０の性能と効率が悪くなる。従って、構造上しっかりとしたアフタクー ラー取付装置としながら、アフタクーラー１２の入口と吸気マニホールド1４と の間の分割線と、アフタクーラー１２の出口と分配マニホールド１６との間の分 割線での漏れを、最小限に止めることが望ましい。加えて、アフタクーラー組み 立て体とするためには、吸気マニホールド１４と分配マニホールド１６との間で アフタクーラー１２をクランプしているボルトや留め具の数を減少させることが 望ましい。 図２を参照すると、アフタクーラー１２は、側壁２０と一体で、両側壁２０の 間に挟まれる向流型熱交換コア１８を備えている。好ましくは、アフタクーラー １２が、銅又は銅ニッケル合金で構成されるとよい。しかし、本発明は、種々の 構成要素間の相異なる熱膨張を吸収できるので、アフタクーラーは、密封作用に 影響なしに鋼で構成することもできる。端壁２２は、コアにおける熱交換のため に、冷却流体が流れる部品２３を備えている。結果として、側壁２０と端壁２２ が、ほぼ長方形の入口２４と、アフタクーラー１２に対応する長方形の出口２６ を形成する。冷却流体を流すための取付け具２３と、充填吸気流のための入口２ ４と出口２６以外では、アフタクーラー１２は、密封ユニットであり、他にマニ ホールドを必要としない。従って、分割ハウジングとそれに関連した分割線が、 除去される。 吸気マニホールドと分配マニホールドの何れか又は、両方が直接ネジで締めら れるような従来技術のアフタクーラー組み立て体と異なって、アフタクーラー１ ２は、吸気マニホールド１４を分配マニホールド１６に取付けている種々の留め 具とは別に、吸気マニホールド１４と分配マニホールド1６との間の位置で、シ ール状態でクランプされている。特に、吸気マニホールド１４は、シール面を形 成するアンダーカット２８を備え、分配マニホールド１６は、シール面を形成す るアンダーカット３０を備え、アンダーカット２８、３０が、弾性的に可撓性の シール３２、３４を位置決めするのに適した形状及び大きさにされている。シー ル３６、３８は、ほぼＵ字形の断面形状で、下方に延びる側壁３６、３８、及び 上方に延びる側壁４０、４２、をそれぞれ備えており、側壁３６、３８及び側壁 ４０、４２は、それぞれ中間部４４、４６により接続されている。 組み立て状態では、シール３２は、側壁３６と３８との間で、中間部４４に対 向して、両側壁２０と両端壁２２の入口端部を密封状態で受け入れ、アフタクー ラー１２の入口と吸気マニホールド１４との間で、十分に耐漏性を有する継ぎ手 を備えるようにアンダーカット２８に対して密封している。同様に、シール３４ は、側壁４０と４２との間で、中間部４６に対向して、両側壁２０と両端壁２２ の出口端部を密封状態で受け入れ、アフタクーラー１２の出口と分配マニホール ド１６との間で、十分に耐漏性を有する継ぎ手を備えるようにアンダーカット３ ０に対して密封している。シール３２と３４は、好ましくは、例えば、フッ化ビ ニリデンヘキサフルオロプロピレン共重合体であるVITON、その他成形可能なゴ ム素材のような、弾性的に可撓性の成形可能な素材で構成されるとよい。シール ３２と３４が、アフタクーラー１２の横移動を拘束する、少なくとも一側壁を有 し（つまり、内部側壁３６と４０の何れか、又は、外部側壁３８と４２の何れか ）、シール３２と３４が対応する形状のアンダーカット２８と３０により位置決 めされるので、シール３２、３４は、吸気マニホールド１４と分配マニホールド １６の両方に対して、アフタクーラー１２を、効果的に位置決めする。 加えて、シール３２はオーバーサイズの中間部４４を有し、アンダーカット２ ８内に組み込まれた時に、シール３２は、アフタクーラー１２の入口と吸気マニ ホールド１４との間で中間部４４が圧縮され、同様に、シール３４はオーバーサ イズの中間部４６を有し、アンダーカット３０内に組み込まれた時に、アフタク ーラー１２の出口と分配マニホールド１６との間で中間部４６が圧縮される。特 に、該中間部４４は、組み立て時の高さ‘Ａ’よりも大きい自由高さを有し、ア フタクーラー１２の入口と吸気マニホールド１４との間に組み込まれる時、中間 部４４は弾力的に圧縮される。同様に、中間部４６は、組み立て時の高さ‘Ｂ’ よりも大きい自由高さを有し、アフタクーラー１２の出口と分配マニホールド１ ６との間に組み込まれる時、該中間部４６は弾力的に圧縮される。 ボルト４８とナット５０の様式のクランプ手段が、シール３２と３４に与えら れるクランプ荷重に無関係な所定のクランプ荷重で、吸気マニホールド１４を分 配マニホールド１６に、固定する。シール３２と３４に過負荷をかけ過ぎること を防止して、分配マニホールド１６から所定の距離をもって吸気マニホールド１ ４を支持するために、アフタクーラー１２が、負荷停止要素の様式のスペーサ手 段を備えている。シール３２、３４とアフタクーラー１２を吸気マニホールド１ ４と分配マニホールド１６との間に積み重ね状態に組み立てることに加えて、負 荷停止要素４７によって定められた所定の間隔が、‘Ａ’と‘Ｂ’の寸法をほぼ 決定し、結果として、シール３２と３４に与えられるクランプ荷重が、決定され る。それ故、シール３２と３４に与えられるクランプ荷重が、種々の構成要素の 積み重ね関係での組み立て状態を変えることにより、負荷停止要素４７に作用す るクランプ荷重に無関係に選択できる。さらに、シール３２に作用するクランプ 荷重は、組み立てられた寸法の‘Ａ’と‘Ｂ’を変えることで、シール３４に作 用するクランプ荷重に対して変えることができる。 図１、２に示されるように、分割線に沿って多数のボルトを配置することなく 、むしろ、少数の限られた数の留め具４８、５０によって、吸気マニホールドと 分配マニホールドとの間にクランプ荷重を与えることができる。結果として、従 来技術のアフタクーラー取付装置に比べて、組み立て時間と分解時間が、大幅に 縮小される。図示実施例では、６つの留め具４８、５０が、吸気マニホールド１ ４と分配マニホールド１６の取付フランジ間に延びるように、該留め具４８、５ ０と同じ数だけ設けられる負荷停止要素４７に隣接配置される。従って、ボルト ４８により与えられるクランプ荷重は、主に負荷停止要素４７とアフタクーラー １２の両側部２０とによって受けられ、シール３２、３４に作用するクランプ荷 重には影響しない。 図示した特定の実施例では、負荷停止要素４７は、取付け点５２で両側壁２０ の外側に取り付けられた、個別の、段を有するブラケットである。しかし、分配 マニホールド１６から所定の間隔をあけて吸気マニホールド１４を保持するため に別のスペーサ手段を用いてもよい。例えば、アフタクーラー１２に対して負荷 停止要素４７を取り付けるよりも、円筒形スリーブのようなスペーサ手段を、ボ ルト４８の周りに、吸気マニホールド１４と分配マニホールド１６との間に延び るように設けてもよい。負荷停止要素４７と同様に、円筒形スリーブが、留め具 ４８と５０によって与えられる所定のクランプ荷重を支え、シール３２、３４に 組み立て荷重が作用するのを防止する。しかし、負荷停止要素４７と異なって、 円筒形スリーブは、組み立て負荷を支えるために、アフタクーラー１２の両側壁 ２０を必要としない。同様に、吸気マニホールドと分配マニホールドとの間の留 め具の周りに円筒形スリーブを備える代わりに、肩部又は、段部を有するボルト ４８を使用し、このボルトを所定の距離だけ分配マニホールド１６に挿入し、そ の後、該分配マニホールド１６に着座するようにして、クランプ荷重をアフタク ーラー１２でなくボルト４８により支持してもよい。 前述の説明と図から、本発明は、アフタクーラーの入口と吸気マニホールドと の間と、アフタクーラーの出口と分配マニホールドとの間に備えられたガスケッ トやシールに負荷をかけることなく、吸気マニホールドと分配マニホールドとの 間のアフタクーラーをクランプするような、アフタクーラー取付装置を設けるも のである。従って、アフタクーラー１２に作用する負荷とは独立に、シールに望 ましい負荷を作用させることができるので、シール寿命を最大にすることができ る。さらに、吸気マニホールドと分配マニホールドとの間でアフタクーラーをク ランプするために必要な留め具の数が減少されるので、アフタクーラー組み立て 体の点検が容易になる。 本発明のさらに他の目的及び効果は、図面と説明から明らかである。例えば、 両側壁間で挟まれるアフタクーラーコアを利用し、その間に端壁を取り付けるこ とにより、アフタクーラーハウジングが省略でき、組み立て体が簡易化される。 また、例えば、マニホールドアンダーカットや、ほぼＵ型シールの様式の位置決 め手段を備えることにより、アフタクーラーと、吸気マニホールドと分配マニホ ールドとの間に延びる留め具が互いに無関係に配置でき、工具設計や部品設計が 容易になる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 内燃式エンジン（１０）の吸気系に使用する熱交換器取付け及びシール 装置であって、 前記内燃式エンジン（１０）に分配される加圧吸気を受け入れる第一マニホー ルド手段（１４）と、 前記第一マニホールド手段（１４）の下流に設置されて、前記第一マニホール ド手段（１４）から前記加圧吸気を受け入れ、前記内燃式エンジン（１０）に前 記加圧吸気を分配する第二マニホールド手段（１６）と、 前記第一マニホールド手段（１４）から前記加圧吸気を受け入れる入口手段（ ２４）と、前記第二マニホールド手段（１６）へと冷却された加圧吸気を排出す る出口手段（２６）とを備え、前記第一マニホールド手段（１４）と、前記第二 マニホールド手段（１６）との間に設置されて、前記加圧吸気から熱を取るよう な熱交換器手段（１２）と、 前記入口手段（２４）と、前記第一マニホールド手段（１４）との間を密封す る第一弾性密封手段（３２）と、 前記出口手段（２６）と、前記第二マニホールド手段（１６）との間を密封す る第二弾性密封手段（３４）と、 を備え、 クランプ手段（４７、４８、５０）が、前記第一マニホールド手段（１４）と前 記第二マニホールド手段（１６）との間で、前記第一弾性密封手段（３２）と前 記熱交換器手段（１２）と前記第二弾性密封手段（３４）とをクランプし、前記 第一弾性密封手段（３２）と前記第二弾性密封手段（３４）とに作用するシール 用クランプ荷重と無関係な組み立て用クランプ荷重で、前記第二マニホールド手 段（１６）に対して、前記第一マニホールド手段（１４）をクランプする手段を 備えていることを特徴とする熱交換器。 ２．前記クランプ手段（４７、４８、５０）が、前記第二マニホールド手段（ １６）から、所定の間隔で前記第一マニホールド手段（１４）を位置させるスペ ーサ手段（４７）を備え、この所定の間隔が、前記第一弾性密封手段（３２）と 前記熱交換器手段（１２）と前記第二弾性密封手段（３４）とを積み重ね状態で 組み立てることと共に、前記第一弾性密封手段（３２）と前記第二弾性密封手段 （３４）とに作用するシール用クランプ荷重を形成することを特徴とする請求項 １に記載の熱交換器。 ３． 第一手段（３０、４０、４２、４６）が、前記第二マニホールド手段（ １６）に関して前記熱交換器手段（１２）を位置決めすることを特徴とする請求 項２に記載の熱交換器。 ４． 位置決めのための前記第一手段（３０、４０、４２、４６）が、前記第 二マニホールド手段（４０、４２）に関して前記第二弾性密封手段を位置決めす る手段と、前記第二弾性密封手段（４０、４２、４６）に関して前記出口手段を 位置決めする手段とを備えていることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。 ５． 第二手段（２８、３６、３８、４４）が、前記第一マニホールド手段（ １４）に関して前記熱交換器手段（１２）を位置決めすることを特徴とする請求 項４に記載の熱交換器。 ６． 位置決めのための前記第二手段（２８、３６、３８、４４）が、前記第 一マニホールド手段（３６、３８）に関して前記第一弾性密封手段を位置決めす る手段と、前記第一弾性密封手段（３６、３８、４４）に関して前記入口手段を 位置決めする手段とを備えていることを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。 ７． 前記熱交換器手段（１２）が、前記熱交換器手段（１２）を覆うハウジ ング手段（２０）を備え、前記スペーサ手段が、前記入口手段（２４）と前記出 口手段（２６）とに隣接するように前記ハウジング手段に取付けられ、前記第一 マニホールド手段（１４）と前記第二マニホールド手段（１６）との間でクラン プされた前記ハウジング手段を前記組み立て用クランプ荷重で支持する負荷停止 手段（４７）を備えていることを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。 ８． 入口（２４）と出口（２６）と、それに組み合わされる第一、第二シー ル（３２、３４）とを有するアフタクーラー（１２）を、内燃式エンジン（１０ ）の吸気マニホールド（１４）と分配マニホールド（１６）との間に、取付け、 シールする方法であって、前記吸気マニホールド（１４）と前記分配マニホール ド（１６）に作用する組み立て用クランプ荷重に無関係なシール用クランプ荷重 で、前記アフタクーラー（１２）とこれに組み合わされた前記第一、第二シール （３２、３４）を、前記吸気マニホールド（１４）と前記分配マニホールド（１ ６）の間にクランプすることを特徴とする方法。 ９． 負荷停止手段（４７）が、前記組み立て用クランプ荷重で前記吸気マニ ホールド（１４）と前記分配マニホールド（１６）との間にクランプされること を特徴とする請求項８に記載の方法。