JP2002122021A - ツーパス・ラジエータ付きターボ過給式エンジン冷却システム - Google Patents

ツーパス・ラジエータ付きターボ過給式エンジン冷却システム

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ディー ベッツ マイケル
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、アフタークーラーを備えたターボ
過給エンジン冷却システムに関する。 【解決手段】 エンジン冷却システムには、ツーパス・
ラジエータ、ラジエータからエンジンへと冷媒を圧送す
るジャケット・ウォーター・ポンプ及びターボ過給器か
らのエンジン充填空気を冷却するためのアフタークーラ
が組み込まれる。アフタークーラー・ポンプはラジエー
タからアフタークーラーへと冷媒を圧送する。オリフィ
スをアフタークーラー排出管に配置してそこを通る流量
を制限でき、さらに選択的にオリフィスを迂回するため
に、サーモスタット制御弁を備えたオリフィスバイパス
ラインを設置できる。ツーパス・ラジエータによる比較
的高い冷媒ヘッド損失にもかかわらず、ジャケット・ウ
ォーター・ポンプが必ず十分な吸入圧を持てるように、
分路タンクをジャケット・ウォーター・ポンプの吸入管
に接続し、それに静圧ヘッドを起こす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、エン
ジン冷却システムに関し、より詳細には、アフタークー
ラーを備えたターボ過給エンジン冷却システムに関す
る。
【0002】
【従来の技術】大型トラクターなどの重機械装置の作動
は、該装置のエンジンにかなりの熱を発生させるが、エ
ンジンへのダメージを防ぐため、その熱は効率的に放散
する必要がある。これは通常、冷媒を利用したラジエー
タ・システムにより達成され、ここでは、ポンプがラジ
エータのチューブを通して冷媒を循環させる。空気がチ
ューブを、したがって冷媒を冷やし、その後冷媒はエン
ジンオイル冷却器などの各種エンジン部品へと圧送さ
れ、これらの部品を冷却する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】知られているように、
重作業用装置のエンジンの多くはターボ過給されてい
る。ターボ過給器は、燃焼過程で使われるエンジン充填
空気を生成する。エンジン・エミッションを削減するた
めに、ターボ過給器からの充填空気の温度はできるだけ
低くすべきで、アフタークーラーはこの目的のために用
いられている。ラジエータからの冷媒は、アフタークー
ラーを通過するターボ過給された空気の冷却に使用でき
る。
【0004】このように、エンジン部品を効率的に冷却
するためにも、又ターボ過給式エンジンのエミッション
を削減するためにも、通常の動作中に冷媒の温度をでき
るだけ下げることは重要である。しかし、認識されてい
るように、例えばエンジンが比較的少量の熱しか発しな
いような軽負荷時、適切な冷媒流量を供給することはさ
らに重要である。本発明は、既存の冷却システムを用い
るよりも優れた方法で、こうした問題の両方に対処でき
ると考えるものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】エンジン及びエンジンに
付随したアフタークーラー用の冷却システムは、ツーパ
ス・ラジエータ、及びターボ過給器からのエンジン充填
空気を冷却するように構成されたアフタークーラーを含
む。さらに、このシステムは、ラジエータと流体連通す
るジャケット・ウォーター(JW)ポンプを含む。JW
ポンプは、冷媒をラジエータからエンジンへと圧送す
る。別に設けた回路のアフタークーリング(SCAC)
ポンプがラジエータと流体連通し、冷媒をラジエータか
らアフタークーラーへと圧送する。
【0006】別の観点からみると、エンジン冷却システ
ムには、1つ或いはそれ以上のコアを有するラジエー
タ、JWポンプ、さらに、そこへ静圧ヘッドを与えるた
めにJWポンプ上方に置かれ、同ポンプと連通している
分流タンクなどが組み込まれる。また、同システムには
アフタークーラーとSCACポンプが組み込まれる。冷
媒配管システムによって、JWポンプはラジエータに接
続され、SCACポンプはアフタークラーとラジエータ
に接続される。
【0007】さらに別の態様においては、エンジン冷却
の方法が、冷媒をツーパス・ラジエータ経由でエンジン
へと圧送し、その冷媒をラジエータへと戻すことを含ん
でいる。この方法はさらに、ラジエータからアフターク
ーラへと冷媒を通し、ターボ過給器からのエンジン充填
空気を冷却することを含む。
【0008】構造及び動作に関する本発明の詳細は、添
付図面を参照すると最も理解しやすい。図中、同じ参照
符号は、同じ部分に対応している。
【0009】
【発明の実施の形態】さて、ここで図を参照すると、全
体を参照符号14で示された車両のエンジン12を冷却
し、かつ、ターボ過給器アフタークーラー16を冷却す
るための、全体に参照符号10が付された冷却システム
が示されている。技術分野において知られている原理に
従って、又、図に示されているように、アフタークーラ
ー16はターボ過給器18からの空気を、その空気が充
填空気としてエンジン14に噴射される前に冷却する。
【0010】このシステム10は、冷媒が流れるチュー
ブを備えた主ラジエータ20を備え、チューブは、その
中の冷媒を冷やすために、外側が空気にさらされてい
る。この好ましい実施形態では、ラジエータ20は、複
数のコア或いは冷却エレメント22を備えたツーパス・
ラジエータである(1つのコア或いは冷却部品22のみ
表示)。特に好ましい実施形態においては、主ラジエー
タ20は、「AMOCS」という商標で本譲受人により
販売されているラジエータである。「ツーパス」の意味
するところは、ラジエータ20を通って流れる冷媒が、
図に示されている通り、冷却部品22を2度通過すると
いうことである。
【0011】冷媒は、主ラジエータ20で冷却された
後、ラジエータ20の出口26から冷媒供給ライン24
に入り、冷媒供給三方継手28へと流れる。冷媒の流れ
は、冷媒供給三方継手28から、流体連通する2つの流
路に分かれる。第1の流路はJWポンプ吸入ライン30
で、冷媒はそこを通って遠心式ジャケット・ウォーター
(JW)ポンプ34の吸入口32へと流れる。JWポン
プは冷媒をJWポンプ排出口38からJWポンプ排出管
36へと吐出し、その後冷媒はエンジン12のエンジン
オイル冷却器40へ、さらにそこから他のエンジン部品
42へと流れ、よく知られている原理に従ってオイル冷
却器及び部品を冷却する。冷媒はそれからエンジン戻り
管44を通ってエンジン12を出る。
【0012】冷媒は、エンジン戻りライン44から、冷
媒をエンジン再循環ライン48と冷媒戻り三方継手50
の両方へと導くサーモスタット46へと流れる。図示す
るように、エンジン再循環ライン48は、JWポンプ3
4の吸入管に直接戻る流体連通路となる。それに対し、
冷媒戻り三方継手50を通過する冷媒は、冷媒戻りライ
ン54を通って主ラジエータ吸入口52に入る。熟練者
には分ることであるが、サーモスタット46の位置は冷
媒の温度に依存する。冷媒温度が低い場合、比較的多量
の冷媒が再循環ライン48を通るが、冷媒温度が高い場
合は、全てではないまでも大部分の冷媒が冷媒戻しライ
ン54を通ってラジエータ20へと戻される。
【0013】本発明によって認識されているように、ツ
ーパス・ラジエータを通過する冷媒は、シングルパス・
ラジエータの冷媒ヘッド損失と比べ、大きな圧力ヘッド
の損失を生じ、連結されているJWポンプの吸入圧力が
許容不可能なほど低下することになる。従って、JWポ
ンプ34の吸入時に静圧ヘッドを与えるために、分流タ
ンク56がJWポンプ34の吸入口32上方に配置さ
れ、静止ヘッドライン58とJWポンプ吸入ライン30
を介して該吸入口に流体連通している。望まれる場合に
は、ラジエータ20は、ヘッドライン59を介して分流
タンクに通気することもできる。
【0014】回路を冷却するアフタークーラー16につ
いて言えば、、遠心型の別回路アフタークーラー(SC
AC)ポンプ60が、SCACポンプ吸入路62を介し
て冷媒供給三方継手28と流体連通している。SCAC
ポンプ60は、冷媒をアフタークーラー供給路64へ、
さらにアフタークーラー16へと吐出する。アフターク
ーラー16は、本譲受人によって製作されているツーパ
ス・アフタークーラーが好ましい。
【0015】冷媒は、アフタークーラー16からアフタ
ークーラー戻りライン66へと出る。アフタークーラー
16を通る冷媒流量を制限するために、オリフィス68
をアフタークーラー戻りライン66に配置するのが好ま
しい。冷媒がオリフィスバイパスライン70を流れると
き、冷媒はオリフィスを迂回できる。又、オリフィスバ
イパスライン70を流れる量は、オリフィスバイパスサ
ーモスタット制御弁72によって制限することができ
る。さらに、アフタークーラー戻りライン66を流れる
量は、該戻りライン66に配置されているアフタークー
ラー戻りサーモスタット制御弁74によって制御するこ
とができる。冷媒は、アフタークーラー戻り管66か
ら、冷媒戻り三方継手50へと流れ、それから主ラジエ
ータ20の吸入口52へと流れる。
【0016】上記の開示内容を念頭に置きながら、アフ
タークーラーの吸入口における冷媒温度を低くし、それ
によりエミッションを削減するために、(通常の動作条
件及び周囲温度で最大の冷媒流量を提供するよう設定さ
れている)オリフィス68を用いてアフタークーラー1
6の冷媒流量を制限することで、又、サーモスタット4
6を高く設定することで、ラジエータ20へと流れる冷
媒の総量を出来るだけ少なくする。上記に開示されてい
るツーパス・ラジエータ20は、冷却チューブを通る冷
媒の流速を高めることで、こうした冷媒の流量を減らす
のに役立つ。同様に、上記に開示されているツーパス・
アフタークーラー16は、比較的少ない冷媒流量で、エ
ンジン充填空気の冷却を比較的高める。
【0017】サーモスタット46は、周囲温度が比較的
高く高負荷な時、そこを通って冷媒戻り管54へと流れ
る冷媒を全てではないにしろ、最も多く通過させる。こ
れにより、結果として、アフタークーラー16への冷媒
流量が低下する。これを防ぐためにオリフィス迂回サー
モスタット制御弁72が開き、冷媒はオリフィス68を
迂回し、それにより、アフタークーラー16を通る冷媒
流量が増える。また、アフタークーラー戻りサーモスタ
ット制御弁74は、こうした状態のとき完全に開いてい
る。その一方、周囲温度が低く軽負荷な時、サーモスタ
ット46は、比較的多量の冷媒を再循環ライン48へと
向かわせる。また、アフタークーラー戻りサーモスタッ
ト制御弁74も同様に、アフタークーラー戻り管66を
通る冷媒流量の調節を行う。
【0018】ここに示され、詳しい説明がなされている
独特の「ツーパス・ラジエータ付きターボ過給式エンジ
ン冷却システム」によって、上記で説明されている本発
明の狙いは完全に達成し得るが、それは目下のところ、
本発明の好ましい実施形態であり、従って、本発明が広
い意味で意図している内容を表すものであり、本発明の
範囲は、当業者にとって自明な他の実施形態を完全に包
含し、本発明の範囲は、特許請求の範囲以外のものによ
って制約されることはないと了解される。又、ここで
は、単数形の語に関する原則は、明確にそう述べられて
いない場合には、「ただ1つ」という意味ではなく、
「1つ或いはそれ以上」という意味である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本冷却システムの概略図であり、システムを通
って冷媒が流れる方向を矢印で示している。
【符号の説明】
12 エンジン 16 アフタークーラー 18 ターボ過給器 20 ラジエータ 28 冷媒供給三方継手 34 JWポンプ 40 エンジンオイル冷却器 42 エンジン部品 46 サーモスタット 50 冷媒戻り三方継手 56 分流タンク 60 SCACポンプ 72 オリフィス迂回サーモスタット制御弁 74 アフタークーラー戻りサーモスタット制御弁
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02B 29/04 F02B 29/04 B K R 37/00 302 37/00 302D (72)発明者 マイケル ディー ベッツ アメリカ合衆国 イリノイ州 61448− 9646 ノックスヴィル エイカー ドライ ヴ 729 (72)発明者 ローランド エル デュプリー アメリカ合衆国 イリノイ州 61571− 9506 ワシントン スクール ストリート 1276 Fターム(参考) 3G005 EA16 FA28 GB32 GB94

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つのツーパス・ラジエータ
    と、 ターボ過給器からのエンジン充填空気冷却用に設計され
    た少なくとも1つのアフタークーラーと、 前記ラジエータと流体連通しており、冷媒をラジエータ
    からエンジンへと圧送する少なくとも1つのジャケット
    ・ウォーター(JW)ポンプと、 前記ラジエータと流体連通し、冷媒をラジエータからア
    フタークーラーへと圧送する少なくとも1つの独立回路
    アフタークーリング(SCAC)ポンプと、 前記アフタークーラーと流体連通し、ゼロ或いはそれ以
    上のバルブを通ってアフタークーラーからラジエータへ
    と流体連通するための経路を提供する少なくとも1つの
    アフタークーラー冷却管と、 前記アフタークーラー冷媒管に直列に配置され、そこを
    通る液体の流れを制限する少なくとも1つのオリフィス
    と、を備えていることを特徴とする、エンジン及びエン
    ジンに付随したアフタークーラー用の冷却システム。
  2. 【請求項2】 前記JWポンプ上方に配置され、その吸
    入管と流体連通している少なくとも1つの分路タンクを
    さらに備えていることを特徴とする請求項1に記載のシ
    ステム。
  3. 【請求項3】 前記アフタークーラー及び前記ラジエー
    タと流体連通している少なくとも1つのオリフィスバイ
    パスラインと、前記オリフィスバイパスラインに設けら
    れた少なくとも1つのバルブをさらに備えていることを
    特徴とする請求項1に記載のシステム。
  4. 【請求項4】 前記アフタークーラー冷媒管に配置され
    ている少なくとも1つのサーモスタット制御弁をさらに
    備えていることを特徴とする請求項1に記載のシステ
    ム。
  5. 【請求項5】 前記ラジエータが分路タンクへと通気し
    ていることを特徴とする請求項2に記載のシステム。
  6. 【請求項6】 エンジンに組み合わされていることを特
    徴とする請求項1に記載のシステム。
  7. 【請求項7】 トラクターなどの車両に組み合わされて
    いることを特徴とする請求項6に記載の連結物。
  8. 【請求項8】 冷媒をツーパス・ラジエータ経由でエン
    ジンへと圧送し、 冷媒をラジエータへと戻し、 ターボ過給器からのエンジン充填空気を冷却するために
    冷媒をラジエータからアフタークーラーに流し、 アフタークーラーから再びラジエータへと管の中を冷媒
    を流し、 オリフィスを管に配置してそこを通る液の流れを制限す
    る、ことを特徴とするエンジン冷却方法。
  9. 【請求項9】 冷媒の圧送手段がJWポンプであり、分
    路タンクをポンプの吸入側に接続し、そこに静圧ヘッド
    を与えることを特徴とする請求項8に記載の方法。
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