JP2008255991A - 吸気温度制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】大気の温度、圧力、湿度が種々変化した場合にも、吸気の温度を適正な値に維持して、有害排出物質を減少させ、エンジンの損傷の可能性を防止すること。
【解決手段】車両が、様々な周囲条件及び様々な作動パラメータのもとで作動する。周囲条件及びエンジンの作動パラメータを補償するために、供与側吸気温度が制御される。大気流制限システムが使用され、空気対空気構成アフタクーラを介して受容側大気空気流を変化させる。複数のルーバを閉位置と開位置との間で作動的に移動する。コントローラが、複数のセンサからのそれぞれの信号を解釈し、複数のルーバの位置を定める。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的に、エンジンに関し、特に、空気対空気構成アフタクーラによる吸気の冷却に関する。

ターボ過給エンジンの使用は、一般的な慣行である。ターボ過給機は、燃焼用空気の量を増加させ、熱価すなわち吸気温度を増加させる。増加した吸気温度を補償するため、アフタクーラを使用して、圧縮された吸気温度を減少させる。多くの冷却系統は、ウオータージャケット式アフタクーラを含む。ウオータージャケット式アフタクーラでは、エンジンからの冷却液をアフタクーラを通して循環させ、吸気を冷却する。エンジン冷却液を使用することにより、エンジンの温度は、吸気が冷却されるまでに制限される。最近になって、アフタクーラの冷却媒体は、大気を使用するように変わってきており、空気対空気構成アフタクーラがウオータージャケット式アフタクーラに取ってかわった。いくつかの用途において、かつ、いくつかの作動条件のもとで、空気対空気構成アフタクーラは、吸気温度を減少させ過ぎる。大気が、冷却材すなわち受容側流体として使用されるので、大気の温度、圧力、湿度は、地理的な場所及び季節によって変化する。かくして、吸気の温度と湿度は、それに応じて変化する。また、排出物質をさらに減少させる排気ガス再循環の出現により、水分含有量が種々異なる吸気と再循環される排気ガスとの混合物が、エンジンに有害な硫酸を生成することがわかってきた。これらの変動する条件のもとで、吸気、再循環される排気ガス、燃料の燃焼によって、種々の異なる特性がもたらされる。ある一定条件のもとでは、余分の炭化水素及び他の排出物質を形成する特性をもつ燃焼温度のために排出物質が増加することがある。又、他の条件のもとでは、過度の動力の発生により、エンジンの構造が損傷することがある。かくして、吸気の温度を制御するシステムが必要とされている。

本発明は、上述した１つまたはそれ以上の問題を克服することに向けられる。

本発明の一つの態様では、エンジンが、吸気マニホルドに流入する供与側吸気流を有する。供与側吸気流は、アフタクーラを通過し、所定の温度を有する。アフタクーラは、空気対空気構成のものである。エンジンは、アフタクーラを通過する受容側大気空気流と、受容側大気空気流の温度を測定するセンサと、受容側大気空気流の温度を定める信号がセンサから伝えられるコントローラと、アフタクーラを通る受容側大気空気の流量を定める受容側大気空気流制御システムと、を有する。

本発明の別の態様では、受容側大気空気流によって冷却され、空気対空気構成アフタクーラを通過する供与側吸気の温度を制御する方法が開示される。その方法は、供与側吸気の温度を検知するステップと、受容側大気空気流の温度を検知するステップと、一定の組の変数と対照して供与側吸気の温度を比較するステップと、空気対空気構成アフタクーラを通る受容側大気空気流の流量を制御するステップと、を含む。

本発明の別の態様では、車両がエンジンを有する。エンジンは、吸気マニホルドに連通した供与側吸気を有する。供与側吸気は、空気対空気構成形状のアフタクーラを通過し、受容側大気空気流がアフタクーラを通過する。車両は、受容側大気空気流の温度を求めるセンサと、受容側大気空気流の温度を表す信号がセンサから伝えられるコントローラと、受容側大気空気の流量を定める受容側大気空気流制限システムと、を有する。

図１において、車両１０が示される。この用途では、車両１０はハイウエイ用トラクタである。しかしながら、代わりに、車両１０は、オフハイウエイ用トラック、スクレーパ、ホイールローダ、又は履帯式機械のような、どんな形式の作業機械であってもよい。車両１０は、互いに反対側に後方部分１２及び前方部分１４を有する。フレーム１６が、後方部分１２と前方部分１４との間を延びる。
内燃エンジン１８が、フレーム１６に取り付けられ、車両１０の前方部分１４付近に配置されている。この用途では、内燃エンジン１８は、水冷式の圧縮着火エンジンであるが、本発明の要旨を変えることなく、火花点火、２サイクル及び／又は４サイクルのような他の型の内燃エンジン１８を使用することができる。エンジン１８は、通常の排気ガス再循環システムを有する。車両１０は、フレーム１６の前方部分１４に取り付けられたフード１９を有する。フード１９は、予め定められた形状を有する。エンジン１８は、動力を駆動トレイン（図示せず）に伝える後方部分２０を有する。又、エンジン１８は、その一部に従来構造の駆動トレイン２４をもつ前方部分２２を有する。駆動トレイン２４には、複数の被動プーリ２６が取り付けられている。複数のベルト２８が、複数の被動プーリ２６のそれぞれに作動的に連結しており、交流発電機、単数又は複数のファン、単数又は複数のポンプのような複数のアクセサリ３０を駆動する。エンジン１８は、複数のシリンダ（図示せず）及び複数のシリンダと連通された吸気マニホルド３２を有する。エンジン１８は、該エンジンに連結され、かつ、複数のシリンダと連通された排気系統３４を有する。ターボ過給機３６がエンジン１８に連結され、圧縮機セクション３７経由で吸気マニホルドと、かつ、タービンセクション３８経由で排気系統３４と通常の方法で連通している。

さらに、図２及び図３に示すように、ラジエータ４０が、通常の方法で前方部分１４付近においてフレーム１６に取り付けられ、フード１９の下に配置されている。ラジエータ４０は、互いに反対側に配置された吸気側４６及び排気側４８を有するコア４４が配置されたフレーム４２を備える。複数のアクセサリ３０の一つであるファン３０は、ラジエータ４０とエンジン１８の前方部分２２との間に介在される。この用途では、ファン３０は、吸引型の構成であり、矢印５０で示される受容側大気空気流を作り出す。ファン３０は、受容側大気空気をコア４４を通して吸気側４６から引き込み、排気側４８に排出する。

アフタクーラ５２が、ラジエータ４０の上方に配置される。変形例として、ラジエータ４０を通った大気流５０を妨げないように、ラジエータ４０からほんの少し距離をおいて、ラジエータ４０を通った大気流５０の上流側にアフタクーラ５２を配置することができる。別の変形例として、ラジエータ４０を通った大気流５０の下流側で排気側４８付近にアフタクーラ５２を配置することができる。更に別の変形例として、アフタクーラ５２をラジエータ４０の下に配置することができる。又、更に別の変形例として、アフタクーラ５２をラジエータ４０から遠く離れて配置することができ、受容側大気空気流５０を循環させるために補助ファン（図示せず）を使用することができる。この用途では、アフタクーラ５２は、大気すなわち受容側空気吸気側５６と、排気側５８をもつコア５４を有する。図２に示す形状において、アフタクーラ５２は、クロスフロー型アフタクーラの構成であり、コア５４が配置されたフレーム６０を有する。コア５４は、矢印６６で示される供与側吸気が流入する吸気側端部６４を有する。コア５４の排気側端部６８が、吸気側端部６４の反対側に位置決めされる。ターボ過給機３６及びエンジン１８のダクトシステム７０により、供与側吸気６６は、作動的に、吸気側端部６４に流入し、コア６４を通過し、排気側端部６８から流出し、ダクトシステム７０の別の部分を通って吸気マニホルド３２に伝わる。

大気流制限システム７２が、アフタクーラの周囲すなわち受容側空気の吸気側５６に取り付けられる。この用途において、大気流制限システム７２は、図２に示す閉位置７６と図３に示す開位置７８との間を移動可能な複数のルーバ７４を使用する。変形例として、本発明の本質を変えることなく、フラッパ又はギロチン装置を使用することができる。制限システム７２は、ほぼ矩形の形状のボックス部材９６を形成するように取り付けられた一対の水平部材９２及び一対の垂直部材９４をもつフレーム９０を有する。一対の垂直部材９４の各々には、複数のボア９８が形成されている。この用途では、複数のボア９８の各々は、所定の直径及び所定の間隔を有する。制限システム７２は、ボックス部材９６内に配置された複数のルーバ７４を有する。複数のルーバ７４の各々は、垂直部材９４の複数のボア９８のそれぞれの内部に配置された端部分１０２を有する。複数のルーバ７４のそれぞれが閉位置７６と開位置７８との間を可変に無段階に移動するように、端部分１０２の各々は、複数のボア９８のそれぞれの内部で回転可能に構成されている。制限システム７２は、フード１９の下に配置される。

リンク機構１１０が、複数のルーバ７４に連結され、制御システム１２０が、複数のルーバ７４の位置を、閉鎖部分７６と開放部分７８との間で作動するように制御する。

制御システム１２０は、この用途では、エンジン１８構造の一部であるコントローラ１２２を有する。しかしながら、変形例として、コントローラ１２２は、本発明の要旨を変えることなく、別のユニットとすることができる。アクチュエータ１２４が、コントローラ１２２及びリンク機構１１０と作動的に連通する。例えば、電磁石１２６が、コントローラ１２２と接続した電線１２８を有し、大きさが変動する信号が、電線１２８を介して電磁石１２６に伝えられる。変形例として、空気圧式又は4油圧式作動シリンダにより電磁石に代えることができ、複数の供給ラインを電線１２８の代わりとして使用することができる。複数のセンサ１３０が、エンジン１８の所定位置に取り付けられる。例えば、このような所定位置のいくつかは、吸気マニホルド３２及び排気システム３４内にある。複数のセンサ１３０の別の部分は、アフタクーラ５２の吸気側端部６４に流入する前、及び、排気側端部６８を流出した後の、受容側大気空気５０の流れ内、及び、供与側吸気６６の流れ内に位置決めされている。複数のセンサ１３０の部分は、温度、圧力、湿度を測定することができる。複数の電線１３２が、複数のセンサ１３０とコントローラ１２２との間に介在され、複数のセンサ１３０のそれぞれとコントローラ１２２との間を介して信号が伝えられる。

作動時に、車両１０は、例えば常時３２．２℃（９０°Ｆ）又はそれ以上の高温環境で作動する。このような条件のもとで、エンジン１８の最大出力を提供するために、供与側吸気６６を最大限又はその付近まで冷却する必要がある。かくして、複数のセンサ１３０は、エンジン１８の作動条件を監視し、それぞれの信号をコントローラ１２２に伝える。コントローラ１２２は、一定の組の変数に応じて、それぞれの信号を格納し、計算し、積分する。又、高温環境の作動条件のもとで、アクチュエータ１２４は、複数のルーバ７４を開位置７８に維持する。かくして、受容側大気空気５０の最大の流れがアフタクーラ５２のコア５４を通過し、供与側吸気６６は最大限又はその近辺まで冷却される。

別の例において、車両１０は、例えば常時１０℃（５０°Ｆ）又はそれ以下の低温環境で作動する。このような条件のもとで、エンジン１８への構造上の損傷を防ぎ、エンジン１８の作動を効率的に行い、過度の有害物質排出を防ぐために、供与側吸気６６が冷却されるのを防ぐ必要がある。かくして、複数のセンサ１３０は、エンジン１８の作動条件を監視し、それぞれの信号をコントローラ１２２に伝える。コントローラ１２２は、一定の組の変数に応じて、それぞれの信号を格納し、計算し、積分する。又、低温環境の作動条件のもとでは、複数のルーバ７４を閉位置７８に維持する。かくして、アフタクーラ５２のコア５４を通過する受容側大気空気５０の流量が最小となり、供与側吸気６６が冷却されるのを防ぐ。

車両１０が、例えば、常時１０℃〜２１．１℃（５０°Ｆ〜７０°Ｆ）のような高温でもなく低温でもない環境で作動する場合には、制限システム７２は、複数のルーバ７４が閉鎖部分７６と開放部分７８との間になるように作動させねばならない。このような条件のもとでは、エンジン１８の最大出力を提供し、エンジン１８からの有害排出物質を制御し、エンジンを効率的に作動させるために、供与側吸気６６を、最大値にも最小値にも達しないように冷却する必要がある。したがって、複数のセンサ１３０は、エンジン１８の作動条件を監視し、それぞれの信号をコントローラ１２２に伝える。コントローラ１２２は、一定の組の変数に応じて、信号を格納し、計算し、積分する。又、高温でもなく低温でもない環境の作動条件のもとで、複数のルーバ７４を閉位置７６と開位置７８との中間の位置に維持する。温度環境が変化すると、複数のルーバ７４の位置もまた、それに応じて閉位置７６と開位置７８との間で変化することになる。かくして、受容側大気空気５０の適切な流れが、アフタクーラ５２のコア５４を通過し、すべての周囲環境条件のもとで、供与側吸気６６はエンジン１８を効率的に作動させるように適当な温度に冷却される。

かくして、大気流制限システム７２を用いて、供与側吸気６６の温度を監視し、所定温度に制御することができる。受容側大気空気５０の周囲温度は高温と低温の間で変化するので、大気流制限システム７２、特に複数のルーバ７４は、受容側大気空気の流量を制御する。したがって、供与側吸気６６を冷却する必要がある場合には、受容側大気空気５０の流量は増加される。又、同様に、供与側吸気６６をより暖める必要がある場合には、受容側大気空気５０の流量は減少される。

本発明の他の態様、目的、及び利点は、図面、詳細な説明、そして添付の請求項の検討によって得ることができる。

本発明を具体化する車両の側面図である。 本発明を具体化する空気対空気構成アフタクーラの拡大図である。 本発明を具体化する空気対空気構成アフタクーラの拡大図である。

符号の説明

１０ 車両
１２ 後方部分
１４ 前方部分
１６ フレーム
１８ 内燃機関（エンジン）
１９ フード
２４ 駆動トレイン
２６ 被動プーリ
２８ ベルト
３０ アクセサリ
３２ 吸気マニホルド
３４ 排気系統
３６ ターボ過給機
４０ ラジエータ
５０ 受容側大気空気流
５２ アフタクーラ
７０ ダクトシステム
７２ 大気流制限システム
７４ ルーバ
１１０ リンク機構
１２０ 制御システム
１２２ コントローラ
１２４ アクチュエータ
１３０ センサ

Claims (19)

1. 吸気マニホルドに流入する供与側吸入空気流を有し、前記供与側空気流は空気対空気構成のアフタクーラを通過し、所定の温度をもつものであるエンジンであって、
   前記アフタクーラを通過する受容側大気空気流と、
   前記受容側大気空気流の温度を測定するセンサと、
   前記受容側大気空気流の前記温度を表す信号が前記センサから伝えられるコントローラと、
   前記アフタクーラを通る前記受容側大気空気の流量を定める受容側大気空気流制限システムと、を備えることを特徴とするエンジン。
2. 前記受容側大気空気流制御システムが、閉位置と開位置との間を移動可能な複数のルーバを含むことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
3. 前記受容側大気空気流の前記温度が高いとき前記複数のルーバが前記開位置にあることを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
4. 前記受容側大気空気流の前記温度が低いとき前記複数のルーバが前記閉位置にあることを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
5. 前記受容側大気空気流の前記温度が高くも低くもないとき前記複数のルーバが前記閉位置と前記開位置との中間にあることを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
6. 前記複数のルーバが、前記閉位置と前記開位置との間で無段階に移動可能であることを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
7. 前記コントローラが、前記エンジンの一部であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
8. 前記受容側大気空気流制限システムが、閉位置と開位置との間を作動的に移動可能な複数のルーバを接続するリンク機構に連結されたアクチュエータを含むことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
9. 前記アクチュエータが、電磁石であることを特徴とする請求項８に記載のエンジン。
10. 受容側大気空気流によって冷却され、空気対空気構成のアフタクーラを通過する供与側吸気の温度を制御する方法であって、
    前記供与側吸気温度を検知するステップと、
    前記受容側大気空気流の温度を検知するステップと、
    前記供与側吸気温度を一定の組の変数と対照して比較するステップと、
    前記受容側大気空気流の温度を一定の組の変数と対照して比較するステップと、
    前記空気対空気構成アフタクーラを通る前記受容側大気空気流の流量を制御するステップと、を含むことを特徴とする方法。
11. 前記受容側大気空気流の流量を制御する前記ステップが、前記アフタクーラを通る前記受容側大気空気流の流量を減少させることを特徴とする請求項１０に記載の供与側吸気温度を制御する方法。
12. 一定の組の変数と対照して前記受容側大気空気流の温度を比較する前記ステップが、前記温度が低いことを定める請求項１１に記載の供与側吸気の温度を制御する方法。
13. 前記受容側大気空気流の流量の前記制御が、前記アフタクーラを通る前記受容側大気空気流の流量を増加させることを含む請求項１０に記載の供与側吸気の温度を制御する方法。
14. 一定の組の変数と対照して前記受容側大気空気流の温度を比較する前記ステップが、前記温度が高いことを定める請求項１３に記載の供与側吸気の温度を制御する方法。
15. 前記受容側大気空気流の流量を制御する前記ステップが、閉位置と開位置との中間で複数のルーバを移動させるステップを含むことを特徴とする請求項１０に記載の供与側吸気の温度を制御する方法。
16. 前記閉位置と前記開位置との中間で前記複数のルーバを移動させる前記ステップが、前記移動が無段階に変化することを含む請求項１５に記載の供与側吸気の温度を制御する方法。
17. 吸気マニホルドに連通する供与側吸気を有し、前記供与側吸気が空気対空気構成のアフタクーラを通過し、受容側大気空気流が前記アフタクーラを通過するようになったエンジンを有する車両であって、
    前記受容側大気空気流の温度を測定するセンサと、
    前記受容側大気空気流の前記温度を表す前記信号が前記センサから伝えられるコントローラと、
    前記アフタクーラを通る前記受容側大気空気流の流量を定める受容側大気空気流制限システムと、を備えることを特徴とする車両。
18. 前記受容側大気空気流制限システムが、閉位置と開位置との間を移動可能な複数のルーバを含むことを特徴とする請求項１７に記載の車両。
19. 前記受容側大気空気流の前記温度が高いとき前記複数のルーバが前記開位置にあり、前記受容側大気空気流の前記温度が低いとき前記複数のルーバが前記閉位置にあることを特徴とする請求項１８に記載の車両。

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