JP2005502812A - 自動車の内燃機関エンジンの取り入れ空気を熱制御するための改善された装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、自動車の内燃機関エンジンの取り入れ空気を熱制御するための装置に関する。本発明の装置は、取り入れ空気の温度を制御するように構成され、かつ低温熱伝達流体回路２４に接続された第１の取り入れ空気／熱伝達流体交換器２２と、同様に取り入れ空気の温度を制御するように構成され、かつ非常に低温の熱伝達流体回路２８に接続された第２の取り入れ空気／熱伝達流体交換器２６とを備え、この非常に低温の熱伝達流体が、低温熱伝達流体回路２４の熱伝達流体より低温である。低温熱伝達流体回路２４は、好ましくは、例えば、自動車の前面３１に支持された空気／熱伝達流体交換器３０を備える。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の内燃機関エンジンに取り入れられた空気の温度を調整するための改善された装置に関する。
【０００２】
本発明は、適切であれば、粒子フィルタが取り付けられた排気システムに接続された過給エンジンに取り入れられた空気の温度を調整するために特に適用される。
【背景技術】
【０００３】
特に、エンジンが、第１にエンジンから下流側に配置されかつエンジンからの排気ガスによって駆動されるタービンを備え、第２にエンジンから上流側に配置された取り入れ空気コンプレッサを備えるターボコンプレッサユニットによって過給されるとき、エンジンに取り入れられた空気を冷却することが望ましい。コンプレッサ内で加熱されるので、エンジンに取り入れられた空気は、エンジンの性能を最適化しかつ汚染排出物を最小化するために、コンプレッサを出るときに冷却されなければならない。
【０００４】
特にターボコンプレッサユニットのコンプレッサからの出口で、エンジンに取り入れられた空気を冷却するために、自動車の内燃機関エンジンに取り入れられた空気の温度を調整するための装置を提供することが、従来技術において既に知られている。この装置は、第１の熱交換器を備えるタイプであり、第１の熱交換器は、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換し、取り入れ空気の温度を調整するよう作用し、かつ低温熱伝達液体の回路に接続される。
【０００５】
そのような温度調整器装置は、特に米国特許第４０９６６９７号に記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の特定の目的は、特にターボコンプレッサユニットのコンプレッサからの出口で、エンジンに取り入れられた空気の冷却を最適化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このために、本発明は、自動車内燃機関エンジンに取り入れられた空気の温度を調整するための装置を提供し、この装置は、上記で特定されたタイプであり、第２の熱交換器を備え、この第２の熱交換器は、取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換し、同様に取り入れ空気の温度を調整するように作用し、低温熱伝達液体回路の熱交換液体より低温である非常に低温の熱伝達流体のための回路に接続されることを特徴とする。
【０００８】
装置の様々な実施形態の特徴によれば、
低温熱伝達液体回路は、空気と低温熱伝達液体との間で熱交換するための熱交換器を備え、この熱交換器は、低温度熱交換器と呼ばれ、好ましくは自動車の前面で担持される。
【０００９】
熱伝達液体は、ポンプによって低温熱伝達液体回路内で循環させられる。
【００１０】
取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための第２の熱交換器内と、非常に低温の熱伝達流体回路内との両方で循環する熱伝達流体は、液体である。
【００１１】
取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための第２の熱交換器内と、非常に低温の熱伝達流体回路内との両方で循環する熱伝達流体は、ヒートポンプによって循環される二酸化炭素ＣＯ２またはフロンなどの流体である。
【００１２】
装置が、ヒートポンプを備え、非常に低温の熱伝達液体回路が、ヒートポンプの低温源と熱的に結合される。
【００１３】
取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器と、取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための第２の熱交換器とが、同一のモジュールに配置される。
【００１４】
エンジンは、一部分がリサイクルされる排気ガスを送り、装置は、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器と並列に接続された、リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間で熱交換するための熱交換器をさらに備える。
【００１５】
リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間で熱交換するための熱交換器も、そのモジュールに配置される。
【００１６】
取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器が、低温熱伝達液体回路の液体より高温である、「高温」であると呼ばれる液体のための回路に接続され、接続が、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器に対して高温または低温液体を選択するためのセレクタ手段を介する。
【００１７】
高温熱伝達液体回路が、内燃機関エンジンを冷却する回路に接続される。
【００１８】
高温熱伝達液体回路が、ヒートポンプの高温源に熱的に結合される。
【００１９】
セレクタ手段が、少なくとも３つのポートを有するセレクタバルブを備え、ポートが、低温熱伝達液体回路に接続された熱伝達液体入口のための第１のポートと、高温熱伝達液体回路に接続された熱伝達液体入口のための第２のポートと、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器の熱伝達液体入口に接続された熱伝達液体出口のための第３のポートとを含む。
【００２０】
セレクタバルブの第３のポートが、低温および高温熱伝達液体回路に共通のダクトを介して、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための熱交換器の熱伝達液体入口と、リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間で熱交換するための熱交換器の液体入口との両方に接続される。
【００２１】
セレクタ手段が、リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間で熱交換するための熱交換器を通る熱伝達液体の流量を制御するバルブを含み、バルブが、共通ダクトを、リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体熱交換器との間で熱交換するための前記熱交換器の入口に接続する。
【００２２】
取り入れ空気が、内燃機関エンジンからの排気ガスによって駆動されるタービンを有するターボコンプレッサユニットによって、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器と、取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための第２の熱交換器とを通って、大気圧より高い圧力で入れられる。
【００２３】
例えばディーゼルタイプの内燃機関エンジンが、粒子フィルタを備える排気システムに接続される。
【００２４】
熱伝達液体が、水と不凍剤との混合物である。
【００２５】
取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための第２の熱交換器が、取り入れ空気の流れ方向において、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器から下流側に配置される。
【００２６】
本発明は、添付の図面を参照してなされ、純粋に例として与えられる以下の記載を読めばより良く理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、エンジン１０に空気を取り入れるための回路１２を形成する上流側手段と、排気システム１４を形成する下流側手段とに接続された、例えばディーゼルタイプエンジンである、自動車の内燃機関エンジン１０を示す。
【００２８】
エンジン１０は、ターボコンプレッサユニットによって過給され、このエンジンは、第１に、エンジン１０からの排気ガスによって駆動され、かつ排気システム１４においてエンジン１０から下流側に配置されたタービン１６を備え、第２に、取り入れ空気回路１２においてエンジン１０から上流側に配置された取り入れ空気コンプレッサ１８を備える。タービン１６およびコンプレッサ１８は、従来の方法でともに順番に結合される。
【００２９】
排気システムは、従来の粒子フィルタ１９を備える。
【００３０】
コンプレッサ１８を出る取り入れ空気の温度は、本発明の温度調整器装置２０によって調整され、本発明の２つの実施形態が、図２および図３に示される。これらの図において、同様な要素は、同一の参照符号で示されていることが見られる。
【００３１】
以下の記載において、２つの部材が、適切な熱交換器によって互いの間で熱交換するときに、互いに熱的に結合されると呼ばれる。
【００３２】
図２は、本発明の第１の実施形態における取り入れ空気の温度を調整する装置２０を示す。
【００３３】
装置２０は、コンプレッサ１８によって送られるとき、取り入れ空気の温度を調整するために、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための従来の第１の熱交換器２２を備える。第１の熱交換器２２は、取り入れ空気を冷却するために低温熱伝達液体のための回路２４に接続される。
【００３４】
装置２０は、同様に取り入れ空気の温度を調整するように作用する、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための従来の第２の熱交換器２６をも備える。この第２の熱交換器２６は、低温熱伝達液体回路２４の液体より低温である非常に低温の熱伝達液体のための回路２８に接続される。
【００３５】
取り入れ空気は、コンプレッサ１８によって大気圧より高い圧力で、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器２２および第２の熱交換器２６を通って駆動される。これらの熱交換器２２および２６を通過する冷却空気の流れは、図２において、左から右へ進む矢印によって示される。
【００３６】
取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第２の熱交換器２６が、取り入れ空気の流れ方向において、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための従来の第１の熱交換器２２から下流側に配置されることが見られる。
【００３７】
変形形態において、取り入れ空気と冷却流体との間で熱交換するための第２の熱交換器が、取り入れ空気の流れ方向において、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための従来の第１の熱交換器から上流側に配置されることができる。
【００３８】
低温熱伝達液体回路２４は、自動車外部の空気と低温熱伝達液体との間で熱交換するための従来の熱交換器３０を備え、この従来の熱交換器３０は、低温度熱交換器と呼ばれ、好ましくは、自動車の前面３１に担持される。低温熱伝達液体は、従来の電気ポンプ３２によって第１の低温熱伝達液体回路２４を回って循環される。
【００３９】
図４は、例えば、車内の空調のためのヒートポンプ３４を示し、ヒートポンプ３４は、低温源３８の少なくともいくらかの熱を高温源４０へ伝達するために、低温源３８から熱を奪うための圧縮タイプの冷却流体回路３６を備える。冷却流体は、メタンまたはエタンの塩素およびフッ素誘導体（フロン）、アンモニア、二酸化炭素などの従来のタイプである。
【００４０】
低温源３８および高温源４０は、コンプレッサ４２および膨張弁４４によって相互接続される。冷却流体は、低温源３８から熱を奪って気化する。コンプレッサ４２は、気化された流体を吸い込み、それを高温源に向かって送り、高温源で、気化された流体は冷却される間に凝縮する。膨張弁４４は、液体冷却流体が、その下げられた圧力によって低温源３８を通ることを可能にする。回路３６における冷却流体の流れ方向は、図４において矢印によって示される。
【００４１】
例として、非常に低温の熱伝達液体回路２８は、直接または間接に、ヒートポンプ３４の低温源３８に熱的に結合される。
【００４２】
それぞれ低温熱伝達液体回路２４および非常に低温の熱伝達液体回路２８を流れる熱伝達液体は、例えば、水と不凍剤との混合物を含む従来のタイプである。
【００４３】
好ましくは、第１の空気／液体熱交換器２２および第２の空気／液体熱交換器２６は、共通のモジュール内に配置される。
【００４４】
以下に、図２に示されるように、本発明の第１の実施形態を構成する、温度調整器装置２０の動作の特定の本質的な態様が記載される。
【００４５】
この動作の記載から分かるように、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２および第２の熱交換器２６は、取り入れ空気を冷却する段階的な手段を形成する。
【００４６】
非常に低温の熱伝達液体回路２８に接続される、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第２の熱交換器２６は、より詳細には、エンジン１０が高いトルクを提供するとき、例えば、自動車が丘を登るとき、またはエンジン１０が加速するとき、過給されたエンジン１０の動作が最適化されることを可能にする。
【００４７】
自動車を囲む周囲の空気が、初期的に２５℃の温度であると仮定すると、コンプレッサに吸い込まれたときにこの空気は、コンプレッサ１８からの出口で約１５０℃の温度に達する。
【００４８】
１５０℃の温度の取り入れ空気は、低温熱伝達液体回路２４によって低温熱交換器３０に接続された、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２によって初期的に冷却される。第１の熱交換器２２を出るとき、取り入れ空気の温度は約５０℃である。空気は、次に、非常に低温の熱伝達液体回路２８に接続された、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第２の熱交換器２６を通過する。
【００４９】
非常に低温の熱伝達液体回路２８が、ヒートポンプの低温源３８に熱的に結合されると仮定すると、第２の熱交換器２６からの出口での取り入れ空気の温度は、約２０℃になり得る。
【００５０】
上記例において、空気は、周囲空気の温度（２５℃）より低い温度（２０℃）でエンジン１０に取り入れられ、それによって、エンジンの性能を改善することができる。取り入れ空気の温度で１０℃下げることは、ディーゼルまたはガソリンタイプのエンジンの性能における３％の利得を提供することが見出された。
【００５１】
取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第２の熱交換器２６で変換されるパワーは、比較的低い（約２キロワット（ｋＷ））ことが見られる。このパワーは、取り入れ空気流の流れ方向における、比較的小さい寸法の第２の熱交換器２６によって得られることができる。したがって、この小型の熱交換器２６は、空気流が受けるヘッドロスに対して限定された影響を有する。
【００５２】
一般に、ヒートポンプ３４のコンプレッサ４２（非常に低温の熱伝達液体回路２８に熱的に結合される低温源３８を備える）は、エンジン１０のシャフトに自体が結合される。
【００５３】
したがって、ヒートポンプ３４を動作させることは、エンジンの機械性能を低減させる。それにもかかわらず、全体のエネルギー収支は、正のままである。取り入れ空気の温度で３０℃下げることは、エンジン１０のシャフトでの機械性能における７％の正味の利得に対応する。
【００５４】
取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２は、上記例において、取り入れ空気の温度を５０℃に低下させるために、その最大パワーで使用される。第１の熱交換器２２と直列の、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第２の熱交換器２６は、エンジンの動作を最適にするように、取り入れ空気の温度をさらに低下させるように作用する。
【００５５】
図３は、本発明の第２の実施形態における、取り入れ空気の温度を調整するための装置２０を示す。
【００５６】
特定のタイプのエンジンにおいて、排気ガスの一部は、適切な従来の手段を使用して、取り入れ空気とともに再循環される。これは、一般に、排気ガスリサイクリング（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ、ＥＧＲ）と呼ばれる。適切な従来の手段によって取り入れ空気と混合されたとき、リサイクルされた排気ガスは、エンジン１０に送られる。
【００５７】
図３に示される第２の実施形態の取り入れ空気温度調整器装置２０は、特に、取り入れ空気と混合しかつエンジン１０へ送る前に排気ガスの温度を低下させるために、リサイクルされる排気ガスの温度を調整することを可能にする。
【００５８】
このために、リサイクルされる排気ガスと熱伝達液体との間の熱交換するための熱交換器４６は、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２と並列に接続される。熱交換器４６を通過する排気ガスの再循環された流れは、左から右へ進む矢印によって図３に示される。
【００５９】
リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間の熱交換するための熱交換器４６は、同様に、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２および第２の熱交換器２６と一体であるモジュールに配置されることが好ましい。
【００６０】
さらに、本発明の第２の実施形態における取り入れ空気温度調整器装置２０は、取り入れ空気を冷却することと、取り入れ空気を加熱することと両方に作用することができる。
【００６１】
特に、エンジンが、粒子フィルタを有する排気システムに接続されるとき、エンジンのために取り入れ空気を加熱することが望ましい。フィルタは、フィルタ内に蓄積された煤煙の粒子を取り除くように、定期的に再生されなければならない。再生は、煤煙の粒子を燃焼させるのに十分に高い温度に、取り入れ空気を加熱することによって実行される。
【００６２】
取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２は、熱交換器２２に対して高温液体または低温液体を選択する手段を介して、取り入れ空気を加熱するための「高温」液体回路４８に接続される。
【００６３】
高温熱伝達液体回路４８で循環する液体は、従来のタイプであり、例えば、水と不凍剤との混合物を含む。
【００６４】
セレクタ手段は、例えばオン／オフタイプまたは比例タイプの従来の３ポートセレクタバルブ５０を備え、
低温熱伝達液体回路２４に接続された熱伝達液体のための第１の入口ポート５０Ａ、
高温熱伝達液体回路４８に接続された熱伝達液体のための第２の入口ポート５０Ｂ、および
低温液体回路２４および高温液体回路４８に共通のダクト５２を介して、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２の液体入口と、リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間の熱交換するための熱交換器４６の液体入口との両方に接続された液体出口ポートを構成する第３のポート５０Ｃを備える。
【００６５】
高温熱伝達液体回路４８は、例えば、（図示されていない）エンジン１０のための従来の冷却回路に接続される。変形形態において、高温熱伝達液体回路４８は、直接または間接に、ヒートポンプ３４の高温源４０と熱的に結合されることができる。
【００６６】
リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間の熱交換するための熱交換器４６を通って流れる液体の流量を調節するためのバルブ５４は、共通のダクト５２を、熱交換器４６の入口に接続する。調節バルブ５４は、例えば、オン／オフタイプまたは比例タイプの従来のタイプである。
【００６７】
以下に、図３に示される本発明の第２の実施形態の温度調整器装置２０の動作の特定の本質的な態様を記載する。
【００６８】
コンプレッサ１８からの出口での、リサイクルされる排気ガスと取り入れ空気との両方を冷却するために、調節バルブ５４が開放され、セレクタバルブ５０は、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２を、低温熱伝達液体回路２４に接続するように配置される。低温度熱交換器３０を通過する低温熱伝達液体の流量は、ポンプ３２によって調整される。
【００６９】
それぞれ熱交換器２２および４６を通る熱伝達液体流の分布は、バルブ５４を調節することによって調節されることができる。
【００７０】
第１の熱交換器２２内で循環する熱伝達液体は、取り入れ空気から熱を奪うことによって取り入れ空気を冷却する。この取り入れ空気は、同様に、上述の動作と同じ方法で、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第２の熱交換器２６によって冷却される。
【００７１】
例えば、粒子フィルタ１９を再生する目的で、取り入れ空気を加熱するために、調節バルブ５４が閉鎖され、セレクタバルブ５０が、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２を、高温熱伝達液体回路４８に接続するように設定される。熱交換器２２を通って流れる液体は、取り入れ空気へ熱を送ることによって取り入れ空気を加熱する。当然、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第２の熱交換器２６は作動されない。
【００７２】
本発明は、利点を含み、それによって、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第２の熱交換器２６は、特にターボコンプレッサユニットのコンプレッサからの出口で、エンジンに対する取り入れ空気の冷却を最適化させることができる。
【００７３】
さらに、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２および第２の熱交換器２６は、取り入れ空気の温度を調整するための装置において共通のモジュールに配置されることができ、リサイクルされる排気ガスと熱伝達液体との間の熱交換するための熱交換器４６も、同じモジュールに配置されることができる。
【００７４】
本発明は、上述の実施形態に限定されない。
【００７５】
特に、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第２の熱交換器２６、および非常に低温の熱伝達液体回路２８を通って流れる熱伝達液体は、適切であれば、ヒートポンプ３４などのヒートポンプによって循環される、二酸化炭素ＣＯ２またはフロンなどの熱伝達流体で置き換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】取り入れ空気回路を形成する上流側手段と、排気システムを形成する下流側手段とに接続された内燃機関エンジンを示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態におけるエンジンに取り入れられた空気の温度を調整するための装置を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態におけるエンジンに取り入れられた空気の温度を調整するための装置を示す概略図である。
【図４】本発明の温度調整器装置の少なくとも１つの回路に熱的に結合されるのに適したヒートポンプを示す概略図である。
【０００１】
本発明は、自動車の内燃機関エンジンに取り入れられた空気の温度を調整するための改善された装置に関する。
【０００２】
本発明は、適切であれば、粒子フィルタが取り付けられた排気システムに接続された過給エンジンに取り入れられた空気の温度を調整するために特に適用される。
【背景技術】
【０００３】
特に、エンジンが、第１にエンジンから下流側に配置されかつエンジンからの排気ガスによって駆動されるタービンを備え、第２にエンジンから上流側に配置された取り入れ空気コンプレッサを備えるターボコンプレッサユニットによって過給されるとき、エンジンに取り入れられた空気を冷却することが望ましい。コンプレッサ内で加熱されるので、エンジンに取り入れられた空気は、エンジンの性能を最適化しかつ汚染排出物を最小化するために、コンプレッサを出るときに冷却されなければならない。
【０００４】
特にターボコンプレッサユニットのコンプレッサからの出口で、エンジンに取り入れられた空気を冷却するために、自動車の内燃機関エンジンに取り入れられた空気の温度を調整するための装置を提供することが、従来技術において既に知られている。この装置は、第１の熱交換器を備えるタイプであり、第１の熱交換器は、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換し、取り入れ空気の温度を調整するよう作用し、かつ低温熱伝達液体の回路に接続される。
【０００５】
そのような温度調整器装置は、特に米国特許第４０９６６９７号に記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の特定の目的は、特にターボコンプレッサユニットのコンプレッサからの出口で、エンジンに取り入れられた空気の冷却を最適化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このために、本発明は、自動車内燃機関エンジンに取り入れられた空気の温度を調整するための装置を提供し、この装置は、上記で特定されたタイプであり、第２の熱交換器を備え、この第２の熱交換器は、取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換し、同様に取り入れ空気の温度を調整するように作用し、低温熱伝達液体回路の熱交換液体より低温である非常に低温の熱伝達流体のための回路に接続されることを特徴とする。
【０００８】
装置の様々な実施形態の特徴によれば、
低温熱伝達液体回路は、空気と低温熱伝達液体との間で熱交換するための熱交換器を備え、この熱交換器は、低温度熱交換器と呼ばれ、好ましくは自動車の前面で担持される。
【０００９】
熱伝達液体は、ポンプによって低温熱伝達液体回路内で循環させられる。
【００１０】
取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための第２の熱交換器内と、非常に低温の熱伝達流体回路内との両方で循環する熱伝達流体は、液体である。
【００１１】
取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための第２の熱交換器内と、非常に低温の熱伝達流体回路内との両方で循環する熱伝達流体は、ヒートポンプによって循環される二酸化炭素ＣＯ２またはフロンなどの流体である。
【００１２】
装置が、ヒートポンプを備え、非常に低温の熱伝達液体回路が、ヒートポンプの低温源と熱的に結合される。
【００１３】
取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器と、取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための第２の熱交換器とが、同一のモジュールに配置される。
【００１４】
エンジンは、一部分がリサイクルされる排気ガスを送り、装置は、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器と並列に接続された、リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間で熱交換するための熱交換器をさらに備える。
【００１５】
リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間で熱交換するための熱交換器も、そのモジュールに配置される。
【００１６】
取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器が、低温熱伝達液体回路の液体より高温である、「高温」であると呼ばれる液体のための回路に接続され、接続が、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器に対して高温または低温液体を選択するためのセレクタ手段を介する。
【００１７】
高温熱伝達液体回路が、内燃機関エンジンを冷却する回路に接続される。
【００１８】
高温熱伝達液体回路が、ヒートポンプの高温源に熱的に結合される。
【００１９】
セレクタ手段が、少なくとも３つのポートを有するセレクタバルブを備え、ポートが、低温熱伝達液体回路に接続された熱伝達液体入口のための第１のポートと、高温熱伝達液体回路に接続された熱伝達液体入口のための第２のポートと、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器の熱伝達液体入口に接続された熱伝達液体出口のための第３のポートとを含む。
【００２０】
セレクタバルブの第３のポートが、低温および高温熱伝達液体回路に共通のダクトを介して、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための熱交換器の熱伝達液体入口と、リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間で熱交換するための熱交換器の液体入口との両方に接続される。
【００２１】
セレクタ手段が、リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間で熱交換するための熱交換器を通る熱伝達液体の流量を制御するバルブを含み、バルブが、共通ダクトを、リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体熱交換器との間で熱交換するための前記熱交換器の入口に接続する。
【００２２】
取り入れ空気が、内燃機関エンジンからの排気ガスによって駆動されるタービンを有するターボコンプレッサユニットによって、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器と、取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための第２の熱交換器とを通って、大気圧より高い圧力で入れられる。
【００２３】
例えばディーゼルタイプの内燃機関エンジンが、粒子フィルタを備える排気システムに接続される。
【００２４】
熱伝達液体が、水と不凍剤との混合物である。
【００２５】
取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための第２の熱交換器が、取り入れ空気の流れ方向において、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器から下流側に配置される。
【００２６】
本発明は、添付の図面を参照してなされ、純粋に例として与えられる以下の記載を読めばより良く理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、エンジン１０に空気を取り入れるための回路１２を形成する上流側手段と、排気システム１４を形成する下流側手段とに接続された、例えばディーゼルタイプエンジンである、自動車の内燃機関エンジン１０を示す。
【００２８】
エンジン１０は、ターボコンプレッサユニットによって過給され、このエンジンは、第１に、エンジン１０からの排気ガスによって駆動され、かつ排気システム１４においてエンジン１０から下流側に配置されたタービン１６を備え、第２に、取り入れ空気回路１２においてエンジン１０から上流側に配置された取り入れ空気コンプレッサ１８を備える。タービン１６およびコンプレッサ１８は、従来の方法でともに順番に結合される。
【００２９】
排気システムは、従来の粒子フィルタ１９を備える。
【００３０】
コンプレッサ１８を出る取り入れ空気の温度は、本発明の温度調整器装置２０によって調整され、本発明の２つの実施形態が、図２および図３に示される。これらの図において、同様な要素は、同一の参照符号で示されていることが見られる。
【００３１】
以下の記載において、２つの部材が、適切な熱交換器によって互いの間で熱交換するときに、互いに熱的に結合されると呼ばれる。
【００３２】
図２は、本発明の第１の実施形態における取り入れ空気の温度を調整する装置２０を示す。
【００３３】
装置２０は、コンプレッサ１８によって送られるとき、取り入れ空気の温度を調整するために、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための従来の第１の熱交換器２２を備える。第１の熱交換器２２は、取り入れ空気を冷却するために低温熱伝達液体のための回路２４に接続される。
【００３４】
装置２０は、同様に取り入れ空気の温度を調整するように作用する、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための従来の第２の熱交換器２６をも備える。この第２の熱交換器２６は、低温熱伝達液体回路２４の液体より低温である非常に低温の熱伝達液体のための回路２８に接続される。
【００３５】
取り入れ空気は、コンプレッサ１８によって大気圧より高い圧力で、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器２２および第２の熱交換器２６を通って駆動される。これらの熱交換器２２および２６を通過する冷却空気の流れは、図２において、左から右へ進む矢印によって示される。
【００３６】
取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第２の熱交換器２６が、取り入れ空気の流れ方向において、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための従来の第１の熱交換器２２から下流側に配置されることが見られる。
【００３７】
変形形態において、取り入れ空気と冷却流体との間で熱交換するための第２の熱交換器が、取り入れ空気の流れ方向において、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための従来の第１の熱交換器から上流側に配置されることができる。
【００３８】
低温熱伝達液体回路２４は、自動車外部の空気と低温熱伝達液体との間で熱交換するための従来の熱交換器３０を備え、この従来の熱交換器３０は、低温度熱交換器と呼ばれ、好ましくは、自動車の前面３１に担持される。低温熱伝達液体は、従来の電気ポンプ３２によって第１の低温熱伝達液体回路２４を回って循環される。
【００３９】
図４は、例えば、車内の空調のためのヒートポンプ３４を示し、ヒートポンプ３４は、低温源３８の少なくともいくらかの熱を高温源４０へ伝達するために、低温源３８から熱を奪うための圧縮タイプの冷却流体回路３６を備える。冷却流体は、メタンまたはエタンの塩素およびフッ素誘導体（フロン）、アンモニア、二酸化炭素などの従来のタイプである。
【００４０】
低温源３８および高温源４０は、コンプレッサ４２および膨張弁４４によって相互接続される。冷却流体は、低温源３８から熱を奪って気化する。コンプレッサ４２は、気化された流体を吸い込み、それを高温源に向かって送り、高温源で、気化された流体は冷却される間に凝縮する。膨張弁４４は、液体冷却流体が、その下げられた圧力によって低温源３８を通ることを可能にする。回路３６における冷却流体の流れ方向は、図４において矢印によって示される。
【００４１】
例として、非常に低温の熱伝達液体回路２８は、直接または間接に、ヒートポンプ３４の低温源３８に熱的に結合される。
【００４２】
それぞれ低温熱伝達液体回路２４および非常に低温の熱伝達液体回路２８を流れる熱伝達液体は、例えば、水と不凍剤との混合物を含む従来のタイプである。
【００４３】
好ましくは、第１の空気／液体熱交換器２２および第２の空気／液体熱交換器２６は、共通のモジュール内に配置される。
【００４４】
以下に、図２に示されるように、本発明の第１の実施形態を構成する、温度調整器装置２０の動作の特定の本質的な態様が記載される。
【００４５】
この動作の記載から分かるように、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２および第２の熱交換器２６は、取り入れ空気を冷却する段階的な手段を形成する。
【００４６】
非常に低温の熱伝達液体回路２８に接続される、取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第２の熱交換器２６は、より詳細には、エンジン１０が高いトルクを提供するとき、例えば、自動車が丘を登るとき、またはエンジン１０が加速するとき、過給されたエンジン１０の動作が最適化されることを可能にする。
【００４７】
自動車を囲む周囲の空気が、初期的に２５℃の温度であると仮定すると、コンプレッサに吸い込まれたときにこの空気は、コンプレッサ１８からの出口で約１５０℃の温度に達する。
【００４８】
１５０℃の温度の取り入れ空気は、低温熱伝達液体回路２４によって低温熱交換器３０に接続された、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２によって初期的に冷却される。第１の熱交換器２２を出るとき、取り入れ空気の温度は約５０℃である。空気は、次に、非常に低温の熱伝達液体回路２８に接続された、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第２の熱交換器２６を通過する。
【００４９】
非常に低温の熱伝達液体回路２８が、ヒートポンプの低温源３８に熱的に結合されると仮定すると、第２の熱交換器２６からの出口での取り入れ空気の温度は、約２０℃になり得る。
【００５０】
上記例において、空気は、周囲空気の温度（２５℃）より低い温度（２０℃）でエンジン１０に取り入れられ、それによって、エンジンの性能を改善することができる。取り入れ空気の温度で１０℃下げることは、ディーゼルまたはガソリンタイプのエンジンの性能における３％の利得を提供することが見出された。
【００５１】
取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第２の熱交換器２６で変換されるパワーは、比較的低い（約２キロワット（ｋＷ））ことが見られる。このパワーは、取り入れ空気流の流れ方向における、比較的小さい寸法の第２の熱交換器２６によって得られることができる。したがって、この小型の熱交換器２６は、空気流が受けるヘッドロスに対して限定された影響を有する。
【００５２】
一般に、ヒートポンプ３４のコンプレッサ４２（非常に低温の熱伝達液体回路２８に熱的に結合される低温源３８を備える）は、エンジン１０のシャフトに自体が結合される。
【００５３】
したがって、ヒートポンプ３４を動作させることは、エンジンの機械性能を低減させる。それにもかかわらず、全体のエネルギー収支は、正のままである。取り入れ空気の温度で３０℃下げることは、エンジン１０のシャフトでの機械性能における７％の正味の利得に対応する。
【００５４】
取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２は、上記例において、取り入れ空気の温度を５０℃に低下させるために、その最大パワーで使用される。第１の熱交換器２２と直列の、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第２の熱交換器２６は、エンジンの動作を最適にするように、取り入れ空気の温度をさらに低下させるように作用する。
【００５５】
図３は、本発明の第２の実施形態における、取り入れ空気の温度を調整するための装置２０を示す。
【００５６】
特定のタイプのエンジンにおいて、排気ガスの一部は、適切な従来の手段を使用して、取り入れ空気とともに再循環される。これは、一般に、排気ガスリサイクリング（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ、ＥＧＲ）と呼ばれる。適切な従来の手段によって取り入れ空気と混合されたとき、リサイクルされた排気ガスは、エンジン１０に送られる。
【００５７】
図３に示される第２の実施形態の取り入れ空気温度調整器装置２０は、特に、取り入れ空気と混合しかつエンジン１０へ送る前に排気ガスの温度を低下させるために、リサイクルされる排気ガスの温度を調整することを可能にする。
【００５８】
このために、リサイクルされる排気ガスと熱伝達液体との間の熱交換するための熱交換器４６は、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２と並列に接続される。熱交換器４６を通過する排気ガスの再循環された流れは、左から右へ進む矢印によって図３に示される。
【００５９】
リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間の熱交換するための熱交換器４６は、同様に、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２および第２の熱交換器２６と一体であるモジュールに配置されることが好ましい。
【００６０】
さらに、本発明の第２の実施形態における取り入れ空気温度調整器装置２０は、取り入れ空気を冷却することと、取り入れ空気を加熱することと両方に作用することができる。
【００６１】
特に、エンジンが、粒子フィルタを有する排気システムに接続されるとき、エンジンのために取り入れ空気を加熱することが望ましい。フィルタは、フィルタ内に蓄積された煤煙の粒子を取り除くように、定期的に再生されなければならない。再生は、煤煙の粒子を燃焼させるのに十分に高い温度に、取り入れ空気を加熱することによって実行される。
【００６２】
取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２は、熱交換器２２に対して高温液体または低温液体を選択する手段を介して、取り入れ空気を加熱するための「高温」液体回路４８に接続される。
【００６３】
高温熱伝達液体回路４８で循環する液体は、従来のタイプであり、例えば、水と不凍剤との混合物を含む。
【００６４】
セレクタ手段は、例えばオン／オフタイプまたは比例タイプの従来の３ポートセレクタバルブ５０を備え、
低温熱伝達液体回路２４に接続された熱伝達液体のための第１の入口ポート５０Ａ、
高温熱伝達液体回路４８に接続された熱伝達液体のための第２の入口ポート５０Ｂ、および
低温液体回路２４および高温液体回路４８に共通のダクト５２を介して、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２の液体入口と、リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間の熱交換するための熱交換器４６の液体入口との両方に接続された液体出口ポートを構成する第３のポート５０Ｃを備える。
【００６５】
高温熱伝達液体回路４８は、例えば、（図示されていない）エンジン１０のための従来の冷却回路に接続される。変形形態において、高温熱伝達液体回路４８は、直接または間接に、ヒートポンプ３４の高温源４０と熱的に結合されることができる。
【００６６】
リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間の熱交換するための熱交換器４６を通って流れる液体の流量を調節するためのバルブ５４は、共通のダクト５２を、熱交換器４６の入口に接続する。調節バルブ５４は、例えば、オン／オフタイプまたは比例タイプの従来のタイプである。
【００６７】
以下に、図３に示される本発明の第２の実施形態の温度調整器装置２０の動作の特定の本質的な態様を記載する。
【００６８】
コンプレッサ１８からの出口での、リサイクルされる排気ガスと取り入れ空気との両方を冷却するために、調節バルブ５４が開放され、セレクタバルブ５０は、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２を、低温熱伝達液体回路２４に接続するように配置される。低温度熱交換器３０を通過する低温熱伝達液体の流量は、ポンプ３２によって調整される。
【００６９】
それぞれ熱交換器２２および４６を通る熱伝達液体流の分布は、バルブ５４を調節することによって調節されることができる。
【００７０】
第１の熱交換器２２内で循環する熱伝達液体は、取り入れ空気から熱を奪うことによって取り入れ空気を冷却する。この取り入れ空気は、同様に、上述の動作と同じ方法で、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第２の熱交換器２６によって冷却される。
【００７１】
例えば、粒子フィルタ１９を再生する目的で、取り入れ空気を加熱するために、調節バルブ５４が閉鎖され、セレクタバルブ５０が、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２を、高温熱伝達液体回路４８に接続するように設定される。熱交換器２２を通って流れる液体は、取り入れ空気へ熱を送ることによって取り入れ空気を加熱する。当然、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第２の熱交換器２６は作動されない。
【００７２】
本発明は、利点を含み、それによって、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第２の熱交換器２６は、特にターボコンプレッサユニットのコンプレッサからの出口で、エンジンに対する取り入れ空気の冷却を最適化させることができる。
【００７３】
さらに、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第１の熱交換器２２および第２の熱交換器２６は、取り入れ空気の温度を調整するための装置において共通のモジュールに配置されることができ、リサイクルされる排気ガスと熱伝達液体との間の熱交換するための熱交換器４６も、同じモジュールに配置されることができる。
【００７４】
本発明は、上述の実施形態に限定されない。
【００７５】
特に、取り入れ空気と熱伝達液体との間の熱交換するための第２の熱交換器２６、および非常に低温の熱伝達液体回路２８を通って流れる熱伝達液体は、適切であれば、ヒートポンプ３４などのヒートポンプによって循環される、二酸化炭素ＣＯ２またはフロンなどの熱伝達流体で置き換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】取り入れ空気回路を形成する上流側手段と、排気システムを形成する下流側手段とに接続された内燃機関エンジンを示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態におけるエンジンに取り入れられた空気の温度を調整するための装置を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態におけるエンジンに取り入れられた空気の温度を調整するための装置を示す概略図である。
【図４】本発明の温度調整器装置の少なくとも１つの回路に熱的に結合されるのに適したヒートポンプを示す概略図である。
Claims (19)
- 自動車内燃機関エンジン（１０）のための取り入れ空気の温度を調整するための装置であって、前記装置が、前記取り入れ空気の温度を調整するための、前記取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器（２２）を備え、該第１の熱交換器（２２）が、低温熱伝達液体のための回路（２４）に接続され、
前記装置が、さらに、同様に前記取り入れ空気の温度を調整するように作用する、前記取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための第２の熱交換器（２６）を備え、該第２の熱交換器（２６）が、前記低温熱伝達液体回路（２４）の熱伝達液体より低温である非常に低温の熱伝達流体のための回路（２８）に接続されることを特徴とする装置。 - 前記低温熱伝達液体回路（２４）が、空気と前記低温熱伝達液体との間で熱交換するための熱交換器（３０）を備え、該熱交換器（３０）が、低温度熱交換器と呼ばれ、好ましくは前記自動車の前面（３１）に担持されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
- 前記熱伝達液体が、ポンプ（３２）によって前記低温熱伝達液体回路（２４）内で循環されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
- 前記取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための前記第２の熱交換器（２６）内と、前記非常に低温の熱伝達流体回路（２８）内との両方で循環する前記熱伝達流体が、液体であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
- 前記取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための前記第２の熱交換器（２６）内と、前記非常に低温の熱伝達流体回路（２８）内との両方で循環する前記熱伝達流体が、ヒートポンプによって循環される、二酸化炭素ＣＯ２またはフロンなどの流体であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
- 前記装置が、ヒートポンプ（３４）を備え、前記非常に低温の熱伝達液体回路（２８）が、前記ヒートポンプの低温源（３８）に熱的に結合されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
- 前記取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器（２２）と、前記取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための第２の熱交換器（２６）とが、同一のモジュールに配置されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
- 前記エンジン（１０）が、一部分がリサイクルされる排気ガスを送り、前記装置が、前記取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器（２２）と並列に接続された、前記リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間で熱交換するための熱交換器（４６）をさらに備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
- 前記リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間で熱交換するための熱交換器（４６）も、モジュールに配置されることを特徴とする、請求項７に従属する請求項８に記載の装置。
- 前記取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器（２２）が、前記低温熱伝達液体回路（２４）の液体より高温である、「高温」であると呼ばれる液体のための回路（４８）に接続され、該接続が、前記取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器（２２）に対して、高温または低温液体を選択するためのセレクタ手段（５０、５４）を介することを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
- 前記高温熱伝達液体回路（４８）が、前記内燃機関エンジン（１０）を冷却するための回路に接続される、請求項１０に記載の装置。
- 前記高温熱伝達液体回路（４８）が、ヒートポンプ（３４）の高温源（４０）に熱的に結合されることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
- 前記セレクタ手段が、少なくとも３つのポートを有するセレクタバルブ（５０）を備え、前記ポートが、前記低温熱伝達液体回路（２４）に接続された熱伝達液体入口のための第１のポート（５０Ａ）と、前記高温熱伝達液体回路（４８）に接続された熱伝達液体入口のための第２のポート（５０Ｂ）と、前記取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器（２２）の熱伝達液体入口に接続された熱伝達液体出口のための第３のポート（５０Ｃ）とを含むことを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の装置。
- 前記セレクタバルブの第３のポート（５０Ｃ）が、前記低温および高温熱伝達液体回路（２４、４８）に共通のダクト（５２）を介して、前記取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための前記熱交換器（２２）の熱伝達液体入口と、前記リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間で熱交換するための前記熱交換器（４６）の液体入口との両方に接続されることを特徴とする、請求項８に従属する請求項１３に記載の装置。
- 前記セレクタ手段が、前記リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間で熱交換するための前記熱交換器（４６）を通る熱伝達液体の流量を制御するためのバルブ（５４）を含み、該バルブが、前記共通ダクト（５２）を、前記リサイクルされた排気ガスと熱伝達液体との間で熱交換するための前記熱交換器（４６）の入口に接続することを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
- 前記取り入れ空気が、前記内燃機関エンジン（１０）からの排気ガスによって駆動されるタービン（１６）を有するターボコンプレッサユニットによって、前記取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器（２２）および前記取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための第２の熱交換器（２６）を通り、大気圧より高い圧力で入れられることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
- 例えばディーゼルタイプの前記内燃機関エンジン（１０）が、粒子フィルタ（１９）を備える排気システム（１４）に接続されることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置。
- 前記熱伝達液体が、水と不凍剤との混合物であることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置。
- 前記取り入れ空気と熱伝達流体との間で熱交換するための第２の熱交換器（２６）が、前記取り入れ空気の流れ方向において、前記取り入れ空気と熱伝達液体との間で熱交換するための第１の熱交換器（２２）から下流側に配置されることを特徴とする、請求項１から１８のいずれか一項に記載の装置。
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