JP4228043B2 - 車両の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、水陸両用車両の冷却装置に関する。

陸上走行車両の設計は多年に亘って洗練されてきた。このため殆どの製造業者は、少なくとも例えば乗用車または重車両を含む種々のクラスの車両内での種々の主要部品の最適レイアウトに同意している。これらの各場合において、エンジンは、通常、車両の前部に取付けられておりかつ水冷形である。

水陸両用車両の製造業者は、陸上走行車両からの自動車部品を水陸両用車両に適合させるのが便利でかつコスト効率的であることを見出している。しかしながら、水上で使用する場合の種々の制限を考慮に入れて設計しなければならない。

例えば、陸上走行車両のエンジン冷却ラジエータのための妥当な位置は、冷却空間の流れが容易に得られる車両の前部である。エンジンが前置形である場合には、エンジンからラジエータまたは逆にラジエータからエンジンへのクーラントの流れも容易に構成できる。冷却空気開口が設けられ、その面積は、一般に、一方では空気流容量と、他方ではラジエータを通る空気通路およびラジエータに通じる冷却ダクトにより発生される空気力学的抵抗との妥協の上で定められる。また、冷却ファンが設けられ、該冷却ファンは、通常、エンジンが車両の前後方向主軸線に配置されるとき（縦置形）はエンジンのクランクシャフトにより駆動されるが、エンジンが横方向に配置されるとき（横置形）は電気的に駆動される。

しかしながら、水陸両用車両では異なる制限が適用される。この問題に対する従来技術の３つの例を添付図面の図１〜図４を参照して説明する。

French Hobbycar社の設計（ 図１および図２）は、空気取入れ口３と車両の両側の出口４とを備えた冷却ダクト２に配置された前置形ラジエータ１を使用している。この構成は、陸上でのラジエータの空冷の使用、および水上でのラジエータの空冷および水冷の両方を可能にする。ラジエータは、異物との衝突による機械的損傷だけでなく、空気のみがそれぞれラジエータのマトリックスおよびフィンを通るような設計により機械的損傷にもさらされている。空気に比べて水の密度が大きいことを考慮すると、自動車のラジエータを１５ノット（２８ｋｍ／ｈ）以上の速度で水が通るとラジエータ構造が破壊されるであろう。また、Hobbycar社の設計ではラジエータが前置形であるため、ラジエータをミッドシップ（中央配置）エンジンに連結するには長いパイプまたはホースが必要になる。

RorabaughおよびCostaの米国特許（下記特許文献１参照）には、ラジエータが、水陸両用車両の後方デッキ上に取付けられたスポイラに取付けられた構造が提案されている。この構造は、スポイラを傾斜させるように車両を設計する必要があり、これは審美性の観点で受入れることはできない。また、Hobbycar社の設計と同様に、長い配管を必要とする。このような水平配置形ラジエータを通る冷却空気の流れを構成することは困難である。

Alvis Stormer社の軍用水陸両用車両（図３および図４）は、傾斜前方デッキ６に取付けられた前置形ラジエータ５を使用しており、内部隔壁７にはファン８が取付けられている。空気は、デッキ６およびラジエータ５を通り、次に隔壁７を通って吸込まれ、かつエンジン上方のデッキ９を通って排出される。この構造は、ファンがラジエータから離れた位置に取付けられることになり、非効率的である。ラジエータ５から放散された熱およびエンジン１０および排気システム１１から発生された熱は、エンジン１０の横の位置に座るドライバ１２にとって不快な熱い環境を形成する。これは、軍用車両では許容されようが、私的レジャー市場を目的とする車両では許容できないものである。

陸上走行車両の排気システムは一般に車両の床下に取付けられ、かつできる限り早く「着火」が行なわれるように、触媒コンバータ（嵌装形）が排気マニホルド（単一または複数）のできる限り近くに取付けられていて、コールドスタートからの有害排出物質を最小にする。触媒コンバータは高温作動するように設計されているが、排気システムの残部はより低温で作動する。このため、陸上走行車両では、最後方のサイレンサは、ここに集合する酸性水を蒸発させるのに充分な高温までめったに加熱されず、従って殆どの場合最初に腐食する。

陸上走行車両の排気システムは、車両の床下で吊下げられているので、車両が走行しているときは有効に空冷されるが、車両が交通渋滞でアイドリング状態にあるときは触媒コンバータが過熱することは知られている。

水陸両用車両の場合には、排気システムの配置に関して異なる制限が存在する。水がテールパイプ内に吸込まれて、エンジンが損傷されかつ車両が動かなくなってしまうことがないようにするには、排気システムの出口（単一または複数）が水面から上方になくてはならないことは当然である。車両が塩水中で使用される場合には、塩水のしぶき（スプラッシュ）が排気システムの構成部品にできる限りかからないように排気システムを保護すべきことが強く望まれる。例えば油田探床の分野では、金属部品が必ずしも常時水中または空中にあるわけではなく、乾状態と湿状態との間を反復する「スプラッシュゾーン」での腐食が最も激しいことが判明している。

排気システムにかかる水しぶきによる他の好ましくない効果は、排気システムの構成部品が極めて高い温度および局部焼入れを受け、このため構成部品にクラックおよび早期破壊が生じることである。

Hobbycar社の設計による排気サイレンサ１３（図６）は、車両の後部（出口１４、図５）の専用隔室内に配置されている。これは、低速の水陸両用車両の場合には好ましい配置であるが、高速水陸両用車両の場合には、排気システムの冷却効率について関心が高まっている。周囲のボディパネルが複合プラスチック材料で作られているので、これらのボディパネルが高温の排気により損傷を受けることがある。

Alvis Stormer社の軍用水陸両用車両には、排気システムの側方出口が設けられている（図４）。この構成は、車両からの排気ガスが隣接舗装領域の歩行者に向けられるため、健康上および安全上の観点から、現今の設計としては不適当である。RorabaughおよびCostaの上記米国特許（下記特許文献１参照）には排気システムの構成は開示されていない。

ボート用の水冷形排気システムは知られているが、これらの排気システムは重く、しかも付加クーラントを使用しない限り作動できず、このため重量は更に増大してしまう。
米国特許第５，７５５，１７３号明細書

従って本発明の目的は、上記欠点を解消することにある。

本発明によれば、水陸両用車両であって、該車両を駆動するための、車両の中央または後部に取付けられた内燃機関すなわちエンジンと、１つ以上のラジエータを含む、エンジンを冷却するための冷却システムと、１つ以上の並置形エンジン排気サイレンサとを有する水陸両用車両において、単一または複数のラジエータおよび単一または複数の排気サイレンサが、車両の中央または後部において、エンジン隔室とは別の冷却隔室内に一緒に取付けられ、ラジエータおよびサイレンサは、ラジエータを通る空気がその後にサイレンサを通るように導かれるように配置されていることを特徴とする水陸両用車両が提供される。

本発明による構成の長所は、エンジンの熱がドライバおよび客室領域から遮断されること、殆どの水（場合によっては海水も）がラジエータ（単一または複数）および排気サイレンサ（単一または複数）の両方から遮断されること、空気がラジエータ（単一または複数）を効率的に通り得ること、および排気ガスを車両の後部から排出できることにある。

一般的なファミリーカーからの前方横置形パワートレーンを用いて水陸両用車両の前輪を駆動するのが便利であり、特に、関連ステアリングギヤも便利に使用できる。しかしながら、このようなファミリーカーからの移植は欠点を有し、これらの欠点は、水陸両用車両の設計および使用についての更なる考察から明らかになるであろう。

水陸両用車両の潜在的なレジャー市場への大きい浸透を達成するには、水上で高速が得られる必要がある。水陸両用車両が滑水（車両が水中ではなく実質的に水上を走行すること）できる場合には、１５ノット（２８ｋｍ／ｈ）以上の水上速度が得られる。この目的のためには、滑水の開始および維持に必要とされる、水上でのテールダウン姿勢の達成を補助するため、エンジンの重量を車両の後方に配置すべきである。

しかしながら、エンジンが車両の極端な後方に配置される場合には、制限された利用可能スペース内にエンジンアクセサリおよび船舶駆動装置をパッケージングすること、および燃焼空気取入れ口、点火システムおよびエンジン管理システム等のエンジンシステムを乾燥状態に維持することが困難になる。

前輪駆動パワートレーンは、一般に、エンジンブロックの後方に配置されるドライブシャフトを有している。このようなパワートレーンが、その元の方向で車両の後輪より後方に配置される場合には、駆動力は、ドライブシャフトからエンジンを通り、前輪に向かって前方に伝達されなくてはならない。この解決法はコストが嵩みかつ複雑になる。

別の構成として、パワートレーンを逆に配置して、トランスミッションをエンジンの前に配置することもできる。しかしながら、この場合にはハーフシャフトの回転方向を反転させるための付加ギヤが必要になる。従って、パワートレーンを後車軸の前方に配置するのが便利である。この構成はまた、車両を陸上走行用のミッドシップエンジン搭載スポーツカーとしても販売できるため、市場性の点でも優れている。しかしながら、リアマウントエンジンを存続させることもできる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
図７を参照すると、水陸両用車両１００のエンジン１０１はエンジン隔室１０２内に配置されている。エンジンは、エンジン隔室とは別に構成されかつエンジン隔室からシールされている冷却隔室１０４内に取付けられたラジエータ１０３により冷却される。この場合、車両はミッドシップエンジンであり、冷却隔室は車両のボディフレームの上部後方に配置されている。

ラジエータは１つ以上のファン１０５により冷却される。ファン（単一または複数）は、電気、油圧または機構的に便利であるならばエンジンまたはパワートレーンからの機械的駆動手段により駆動できる。冷却空気は、ファン（単一または複数）によりラジエータ１０３を通って冷却隔室１０４内に吸込まれ、かつ開口１０６を通ってラジエータの後部から排出される。冷却空気は、開口１０６に向かう途中で排気システムのサイレンサ（単一または複数）１０７上を通り、サイレンサの冷却を補助する。この構成は非合理的であると思われるかもしれないが、ラジエータのクーラント温度は、約１２０℃（２４８°Ｆ）の圧力下で、本質的にその沸点に制限されることに留意されたい。この沸点を超えると、冷却システムは機能不全になるであろう。これとは対照的に、本発明の排気システムの温度にはこのような制限はない。従って、ラジエータを通ることにより加熱された周囲空気であっても、依然として排気の冷却に使用できる。それぞれ充分な冷却能力および排気消音能力を得るためには、１つ以上のクーラントラジエータおよび１つ以上の排気サイレンサが必要になるであろう。

エンジンの点火システムに水が侵入しないように保護するため、それぞれクーラントホース１０９および排気管（単一または複数）１１１がエンジン隔室を通ってここから出る孔１０８および１１０が、金属／ゴム配合物シール１１２によりシールされる。これらは例えばAmphicar社の水陸両用車両から知られており、本発明の一部を構成するものではない。クーラントホース１０９の温度が排気管（単一または複数）１１１の温度より低い場合には、シール１１２を単にゴムで作ることができる。

慣用のブラケットおよび弾性取付け具を用いてラジエータ１０３、ファン１０５および排気サイレンサ１０７を取付ける方法は、自動車技術において既に知られていることである。これらの取付け方法は、特に本発明の一部を形成するものではない。

エンジンの単一または複数の触媒コンバータ（図示せず）は、エンジン隔室１０２内に取付けるのが好ましい。触媒コンバータは高温で作動するように設計されており、コンバータ自体およびこれらの電気的接続部（例えばラムダセンサ）も水から遮断すべきである。

陸上走行車両では、エンジン隔室１０２は下部が路面に開放されていて、エンジンブロック、トランスミッション、触媒コンバータおよびこれらの領域内に取付けられる電子部品の冷却を促進できるようになっている。しかしながら、水陸両用車両のエンジン隔室は、エンジンに水が入ることを阻止するだけでなく、浮力を維持するため、エンジンの下部をシールしなくてはならない。従って、エンジン隔室は、ラジエータおよび排気システム用冷却システムとは別の冷却システム（単一または複数）を更に必要とする。これに対し、エンジン隔室と冷却隔室との間の開口の周囲に上記のような確実シールを設けることは必ずしも必要でなくなる。

好ましい実施形態では冷却ファンが使用されているが、エンジンが低出力定格でかつラジエータが大型であるときは、ファンを省略し、「ラムジェット」として知られているようにラジエータ上の自然通気によりラジエータを冷却することができる。

エンジン水冷システムに加え、水陸両用車両では、エンジンオイル、トランスミッションオイルおよびパワーテークオフ（動力取出）オイル用の冷却システムが必要である（パワーテークオフは、例えばジェットドライブのような舶用推進システムの駆動に使用される）。また、エンジンが強制誘導形であるときは、吸気がスーパーチャージャ、ターボチャージャまたは他の強制誘導手段に通された後に吸引を冷却することによりエンジンの効率を維持するのに、吸気インタークーラが必要になることがある。これらの付加冷却システムは、エンジン隔室内または上記のような別の冷却隔室内に配置できる。これらのシステムを設けるか否かは、第一にパッケージング条件により、第二に熱管理の点により決定される。

既知の「Hobbycar」社の水陸両用車両の前部を示す斜視図である。 図１の車両と同じ車両の外側ボディフレームを除去した状態を示す斜視図である。 既知のAlvis Stormer社の水陸両用車両の一部を破断して示す概略側面図である。 図３の車両の一部を破断した概略平面図である。 図１の車両の後部を示す斜視図である。 図１の車両と同じ車両の外側ボディフレームを除去した状態を示す斜視図である。 本発明による水陸両用車両を示す概略断面図である。

符号の説明

１００ 水陸両用車両
１０１ エンジン
１０２ エンジン隔室
１０３ ラジエータ
１０４ 冷却隔室
１０５ ファン
１０７ サイレンサ
１１１ 排気管
１１２ シール

Claims (12)

1. 水陸両用車両（１００）であって、該車両を駆動するための、車両の中央または後部に取付けられた内燃機関すなわちエンジン（１０１）と、１つ以上のラジエータ（１０３）を含む、エンジンを冷却するための冷却システムと、１つ以上の並置形エンジン排気サイレンサ（１０７）とを有する水陸両用車両において、単一または複数のラジエータおよび単一または複数の排気サイレンサが、車両の中央または後部において、エンジン隔室（１０２）とは別の冷却隔室（１０４）内に一緒に取付けられ、ラジエータおよびサイレンサは、ラジエータを通る空気がその後にサイレンサを通るように導かれるように配置されていることを特徴とする水陸両用車両。
2. 前記冷却隔室（１０４）は車両の上方後部から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の水陸両用車両。
3. 前記冷却隔室（１０４）は車両の上方後部に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の水陸両用車両。
4. 前記クーラントラジエータ（１０３）は、電気的に駆動される１つ以上の冷却ファン（１０５）により冷却されるように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の水陸両用車両。
5. 前記クーラントラジエータ（１０３）は、油圧的に駆動される１つ以上の冷却ファン（１０５）により冷却されるように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の水陸両用車両。
6. 前記クーラントラジエータ（１０３）は、機械的に駆動される１つ以上の冷却ファン（１０５）により冷却されるように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の水陸両用車両。
7. 前記クーラントラジエータ（１０３）は、「ラムエア」により冷却されるように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の水陸両用車両。
8. 前記エンジンには、エンジン隔室（１０２）内に配置された単一または複数の触媒コンバータが設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の水陸両用車両。
9. 前記エンジンには、冷却隔室（１０２）内に配置された単一または複数の触媒コンバータが設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の水陸両用車両。
10. エンジンオイル用またはトランスミッションオイル用またはパワーテークオフオイル用またはエンジン吸気用の冷却器がエンジン隔室（１０２）内に配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の水陸両用車両。
11. エンジンオイル用またはトランスミッションオイル用またはパワーテークオフオイル用またはエンジン吸気用の冷却器が冷却隔室（１０４）内に配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の水陸両用車両。
12. 前記エンジン隔室（１０２）内には、冷却隔室（１０４）に設けられた冷却システムとは別の冷却システムが設けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の水陸両用車両。

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