JP2008520501A - 車輌の冷却装置 - Google Patents

Abstract

本発明は車輌の冷却装置に関するものである。この冷却装置は、圧縮空気が、周囲空気によってその内部で冷却される第１冷却素子（７）と、再循環排気が、周囲空気によってその内部で冷却される第２冷却素子（１２）とを含む。冷却された再循環排気と冷却された圧縮空気は、それらが車輌の過冷却された燃焼機関（１）に導入される前に、混合される。冷却装置は、第１冷却素子（７）および第２冷却素子（１２）用の共通の管状出口素子（１３）を有し、該冷却素子（７、１２）が複合ユニットを構成する。

Description

本発明は、請求項１の前段に記載した車輌の冷却装置に関するものである。

過給燃焼機関に供給可能な空気量は空気圧力のみならず、空気の温度にも依存する。したがって、最大限可能な空気量の燃焼機関への供給は、燃焼機関への導入前に、装入空気冷却装置内で圧縮空気を冷却する必要がある。通常、圧縮空気は、装入空気冷却装置を通して流れる周囲空気によって冷却される。したがって、周囲温度に事実上一致する温度にまで圧縮空気を冷却できる。

ＥＧＲ（排気再循環）として既知の技術は、燃焼機関内の燃焼過程から排気の一部を戻して燃焼機関に空気を供給するための入口ラインへ、還流ラインを経て導く既知の方法である。したがって、空気と排気の混合物は、入口ラインを経て、燃焼が行なわれる燃焼機関のシリンダーに供給される。空気に対する排気の添加は燃焼温度を低くし、その結果、とりわけ排気中の窒素酸化物ＮＯｘ量を減少させる。この技術は、オットー機関とディーゼル機関に適用される。還流される排気は、通常、いわゆるＥＧＲ冷却装置で冷却される。在来のＥＧＲ冷却装置では、燃焼機関をも冷却する車輌の冷却系内を循環する冷却剤によって排気が冷却される。したがって、ＥＧＲ冷却装置は、通常、周囲温度よりも十分高い冷却剤温度よりも低い温度にまで、排気を冷却することができないという制限を受ける。

したがって、冷却された排気は、通常、それらが燃焼機関に通じる入口ライン中で混合される時、冷却された圧縮ガスよりも高温である。故に、燃焼機関に導入される空気と排気の混合物は、排気の再循環のための装置を有しない過給燃焼機関に導入される圧縮空気よりも高温になるだろう。よって、排気の再循環をする過給燃焼機関の性能は、かかる再循環をしない過給燃焼機関の性能よりも幾分劣っているだろう。

本発明の目的は、比較的小さいスペースを占めかつ車輌内に容易に適合するとともに、再循環排気と圧縮空気の両者を、周囲温度に事実上一致する温度まで冷却できるようにする冷却装置を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴部分で規定される構成によって特徴づけられる明細書序文に述べられた形式の冷却装置によって達成される。この場合、排気と圧縮空気の両者は周囲空気によって冷却される。したがって、排気と圧縮空気の混合物は、事実上周囲温度と一致する温度まで冷却可能である。かくして、かかる冷却装置を有する過給燃焼機関の性能は、排気再循環用装置を有しない燃焼機関の性能と事実上一致する可能性がある。第１の冷却素子と第２の冷却素子が、共通の１つの管状出口素子を有するので、冷却装置は、別々の管状出口素子を有する２つの冷却素子と比べて、構成部品の数が少ない。したがって、冷却装置は２つの独立した冷却素子よりも小さいスペースを占めるだろう。冷却装置は、第１冷却素子と第２冷却素子用の共通の１つの管状出口素子を有するので、冷却装置は複合ユニットを構成する。かかる複合ユニットは小型にすることができ、独立した２つの冷却素子よりも極めて容易に車輌に適合する。最後に、排気と圧縮空気の有効な混合が既に管状出口素子で達成され、それによって排気と圧縮空気の均一な混合物が燃焼機関の各シリンダーに導かれることを保証するだろう。

本発明の好適形態によれば、第１冷却素子と第２冷却素子は、各々が一平面内に主たる拡がりを有する平坦な冷却装置パッケージ形態になされており、それによって、第１冷却素子と第２冷却素子が、事実上共通の平面内に拡がりを有するような態様で相互間の配設がなされる。冷却素子のかかる範囲により、それらは、冷却空気流が２つの冷却素子をとおして最適方向に生じる車輌のスペース内に容易に装着することができる。好適には、第１冷却素子が、車輌内に装着した状態で、第２冷却素子の上または下に配置される。別案として、第１冷却素子と第２冷却素子が、前記平面内に並列配置してもよい。好適には、共通の管状出口素子が、事実上直線部分を有し、この直線部分が第１冷却素子の側縁と第２冷却素子の側縁に沿って延在する。かかる管状出口素子を有するので、冷却装置は出口素子が位置する側で小型化された構成を有するだろう。

本発明の好適形態によれば、第１冷却素子と第２冷却素子が、既存の第３冷却素子の近くに配設される。この第３冷却素子の機能は冷却系の冷却剤を冷やすことであり、該冷却系は燃焼機関を冷却するためのものである。既存の冷却素子の近くには、空気を通過させるための領域が既にある。既に存在している領域に冷却装置を配置することは、冷却装置をも貫流する簡単な空気用手段になる。したがって、一般には、既存の放熱器ファンを用いて冷却装置を通る強制空気流を作ることは可能であろう。この場合、冷却装置の位置設定は、冷却空気流を、既存の第３の冷却素子に通す前に、第１冷却素子または第２冷却素子を通すようになされるだろう。したがって、第１冷却素子と第２冷却素子は、周囲温度の空気流による冷却を行なう。

本発明の好適形態によれば、第１冷却素子は、管状の入口素子を有し、この入口素子は、第１冷却素子の側縁に沿って延在する事実上直線状部分を有する。このことは、第１冷却素子もまた、入口素子が位置する側で小型化された構造を有するであろうことを意味する。好適には、第２冷却素子も同様に、第２冷却素子の側縁に沿って延在する事実上直線状の部分を含む管状入口素子を有する。したがって、第２冷却素子も同様に、入口素子が位置する側で小型化された構造を有するだろう。出口素子と入口素子のかかる構成は、事実上一平面内に延在する極めて小型化された構成を有する冷却装置をもたらす。

本発明の好適形態によれば、共通の管状出口素子が壁部材を含み、この壁部材は、排気と圧縮空気が共通の管状出口素子の第２部分で混ざり合う前に、共通の管状出口素子の第１部分で該排気と圧縮空気を互いに分離するようになっている。排気は、通常、排気が冷たくなった時に十分凝縮するであろう腐食性物質を含む。かかる物質に耐えるように、排気を冷却するための第２冷却素子は、通常、耐食性材料で作られる。このために、第２冷却素子はステンレス鋼で作ることができ、このステンレス鋼は耐性だけでなく、比較的良好な熱伝達特性を有する。圧縮空気は事実上腐食性物質を含んでいない。それ故、第１冷却素子は、有利には、アルミニウムから作られることができ、このアルミニウムは優れた熱伝達特性を有する。前記壁素子の目的は、排気から来る腐食性物質（第１冷却素子を損なう可能性がある）の第１冷却素子内への流入を防ぐことである。
以下、本発明の好適例について、添付図面を見ながら例示的に説明する。

図１は、過給燃焼機関の排気再循環装置を模式的に示す。燃焼機関１は、オットー機関またはディーゼル機関であってよい。斯かる排気の再循環は、ＥＧＲ（排気再循環）と呼ばれる。機関のシリンダーに導入される圧縮空気に対する排気の添加は、燃焼温度を低下させ、したがって、また、燃焼過程で形成される窒素酸化物（ＮＯｘ）の含有量をも下げる。燃焼機関１は、例えば、重車輌に動力供給するためのものであってもよい。燃焼機関１のシリンダーから出る排気は、排気マニホルド２を経て排気ライン３に導かれる。大気圧を超える、排気ライン３中の排気がタービン４に導かれる。かくして、タービン４に駆動動力が与えられ、この駆動動力が連結部を経て圧縮機５に伝えられる。圧縮機５は、入口ライン６を経て燃焼機関１に導かれる空気を圧縮する。装入空気冷却装置形態の第１冷却素子７が入口ライン６に配設される。第１冷却素子７の機能は、燃焼機関１に導入される前の圧縮空気を冷却することである。圧縮空気は、第１冷却素子７で周囲空気によって冷却される。

還流ライン８が、排気の一部を排気ライン３から再循環させる。還流ライン８は、ＥＧＲ弁９を含み、この弁によって、必要に応じて、還流ライン８中の排気流を止めることができる。ＥＧＲ弁９は、還流ライン８を経て入口ライン６に導かれる排気の量を制御するために用いることができる。制御ユニット１０は、燃焼機関１の現在の動作状態についての情報に基づいてＥＧＲ弁９を制御するためのものである。制御ユニット１０は、適切なソフトウエアを装備するコンピュータユニットであってよい。還流ライン８は、通常のＥＧＲ冷却装置１１を含み、排気は、この冷却装置において、燃焼機関の冷却系を循環する冷却剤によって、第１段階として冷却される。還流ライン８もまた、第２段階として排気を冷却するための第２冷却素子１２を含む。排気は、第２冷却素子１２で周囲空気によって冷却される。したがって、排気は、周囲温度を僅かに数度超える温度にまで冷却可能である。したがって、第１冷却素子７と第２冷却素子１２は複合冷却装置を構成し、該複合冷却装置は、冷却された排気と冷却された圧縮空気が、その内部で最初に混合される共通の管状出口素子１３を含む。排気が、出口素子１３内と入口ライン６の連続部内で圧縮空気と混ざった後に、その混合物は、マニホルド１４を経て燃焼機関１の各シリンダーに導かれる。

燃焼機関１の運転中、排気ライン３内の排気がタービン４を駆動する。したがって、タービン４は圧縮器５を駆動する駆動動力を提供される。圧縮機５は入口ライン６内へ導かれる空気を圧縮する。燃焼機関１の大部分の運転状態では、制御ユニット１０はＥＧＲ弁９を、排気ライン３中の排気の一部が還流ライン８へ導かれるように、開状態に保つ。この段階で、排気は温度約６００〜７００℃になる。還流ライン８中の排気がＥＧＲ冷却１１に達したとき、それらは、第１段階として、冷却系の冷却剤によって冷却作用を受ける。このとき、排気はそれらの主要な温度低下を受ける。しかしながら、ＥＧＲ冷却１１は、それは排気をせいぜい冷却剤の温度に事実上一致する温度まで冷却できるに過ぎない、という制限を受ける。冷却系内の冷却剤の温度は変ることができるが、通常の運転では、それは通常８０〜１００℃の範囲内にある。ディーゼル機関１に供給されることができる圧縮空気と排気の量は、空気と排気の圧力のみならず、それらの温度にも依存する。それ故、再循環する排気の事実上最適の冷却を提供することが重要である。それ故、排気は第２冷却１２内へ導かれ、その中でそれらは周囲空気によって冷却される。周囲空気を冷却剤として使用することは、排気を周囲空気の温度に近い温度まで冷却することを可能にする。したがって、排気は、第１冷却素子７内の圧縮空気と事実上同じ第２冷却素子１２内の温度にまで冷却されることができる。

図２は、有利にはアルミニウムから作られる第１冷却素子７と、有利にはステンレス鋼から作られる第２冷却素子１２とを含む複合冷却装置を示す。第１冷却素子７と第２冷却素子１２はパイプラインと冷却フランジを含み、これらは、事実上一平面内に拡がりを有する事実上平らな冷却装置パッケージを一緒に構成する。この場合、第２冷却素子１２は、それらが事実上共通の平面内に或る拡がりを有するように、第１冷却素子７に取り付けられる。運転中に、圧縮空気は、第１管状入口素子１５を経て、第１冷却素子７内に導かれ、この管状入口素子は第１冷却素子の側縁７ａに沿う事実上直線の範囲をもつ。入口素子１５は前記側縁７ａの近くに内部開口部を有し、圧縮空気が、第１冷却素子７内にある流通チャンネルへ事実上均等に導かれるようになっている。冷却された圧縮空気は、第１冷却素子の側縁７ｂ内の開口部を経て共通の管状出口部分１３へ導出される。入口素子１５と出口素子１３は第１冷却素子の対向する側縁７ａ，ｂに配置される。

循環する排気は、比較的短い第２管状入口素子１６を経て第２冷却素子１２内へ導かれ、この第２管状入口素子は、第２冷却素子の側縁１２ａに沿った直線の範囲をもつ。入口素子１６は開口部をもっていて、排気が第２冷却素子１２内にある流通チャンネルに事実上均等に導かれるようになっている。冷却された排気はその後、共通の管状出口部分１３へ側縁１２ｂを経て導出される。入口素子１６と出口素子１３は第２冷却素子の対向する側縁１２ａ、ｂに配置される。壁素子１７は、管状出口部分１３内の排気の出口の近くで、管状出口部分１３の内側に配置される。このことは、第１冷却素子７からの圧縮空気と第２冷却素子１２からの排気の流れは管状出口部分１３内で直接混合しないだろう、ということを意味する。排気が第２冷却素子１２内で冷えるとき、排気内の腐食性物質が第２冷却素子１２の側壁上に凝縮する危険性がある。上記壁素子１７の目的は、特に凝縮物の形をなす排気からの腐食性物質が、下方に出口素子１３内に戻って第１冷却素子７内に蓄積するのを防止することにある。この第１冷却素子は、かかる物質に対して完全には耐性を有しないアルミニウム等の材料で作ることができる。普通の管状出口素子１３はそれ故、壁素子１７を含み、この壁素子は、第２冷却素子１２の上縁まで事実上延在する領域において、共通の管状出口素子の第１の直線部分１３ａで、排気と圧縮空気を互いに分離するものである。それ故、排気と圧縮空気は、共通の管状出口素子の湾曲した第２部分１３ｂ内で混ざり合うに過ぎない。かかる複合冷却装置は小型であり、したがって車輌内では比較的制限された取り付けスペースを占めるだろう。

図３は冷却装置の別の実施例を示す。この実施例は、第１冷却装置７が代わりに第２の冷却素子１２の上に配置されている点で、図２の実施例とは異なっている。この場合、壁素子１７は、管状出口素子１３内の排気が第１冷却素子７に流入するのを防止するために、かなり長く作られている。この場合、壁素子１７は、事実上第１冷却素子７の上縁までの範囲をもつ。この場合にも、排気と圧縮空気はそれ故、共通の管状出口素子の湾曲した第２部分１３ｂで混ざり合い始めるに過ぎない。

図４は、図３の平面Ａ−Ａに沿う断面を示す。この場合、冷却装置は、燃焼機関１を冷却する冷却系内の冷却剤を冷却するために通常の冷却（放熱器）素子１８の前で車輌の前部に位置している。このことは、現存する放熱器ファン１９が、本発明による冷却装置と通常の冷却素子１８の両者を通して空気を吸引するために使用可能であることを意味する。第１冷却素子７と第２冷却素子１２は、慣例の冷却素子１８の主たる拡がり平面Ｃから或る距離をおいた共通平面Ｂ内に配置される。第１冷却素子７と第２冷却素子１２は、それらの共通の拡がり平面Ｂが慣例の冷却素子１８の主拡がり平面Ｃと平行になるように配置される。この場合、周囲空気は、慣例の冷却１８を通って流れる前に、第１冷却素子７または第２冷却素子１２を通って流れる。冷却素子７，１２，１８へ向かう空気流は、図４に矢印で表わされている。冷却空気流は冷却素子７，１２，１８の主拡がり平面Ｂ，Ｃを通して主として直角に導かれる。

本発明は、図に示された実施例に限定されるものではなく、請求項の範囲内で自由に変えることができる。例えば、全ての状況において壁素子は、排気が第１冷却素子内に導かれるのを防止するために、出口素子内に配置される必要はない。。

過給燃焼機関の排気再循環用構成を示す。 第１実施例による冷却装置を示す。 第２実施例による冷却装置を示す。 平面Ａ−Ａに沿った図３の冷却装置の横断面を示す。

Claims (10)

1. 冷却装置が、第１冷却素子（７）と、第２冷却素子（１２）とを含み、
   前記第１冷却素子（７）では、周囲空気によって圧縮空気が冷却され、
   第２冷却素子（１２）では、周囲空気によって再循環排気が冷却され、
   その後、前記圧縮空気および再循環排気が車輌の過給燃焼機関（１）に導入される前に、混合されるようになされている車輌の冷却装置において、
   前記冷却装置が、前記第１冷却素子（７）と前記第２冷却素子（１２）のための共通の管状出口素子（１３）を含み、前記冷却素子（７，１２）が複合ユニットを構成することを特徴とする車輌の冷却装置。
2. 前記第１冷却素子（７）と前記第２冷却素子（１２）は、各々が事実上一平面内に拡がりを有する平坦な冷却装置パッケージ形態になされており、それによって、前記第１冷却素子と第２冷却素子が、事実上共通の平面内に拡がりを有するような態様で相互間の配設がなされていることを特徴とする請求項１に記載された車輌の冷却装置。
3. 前記第１冷却素子（７）が、車輌に装着された状態で前記第２冷却素子（１２）の上または下に配設されていることを特徴とする請求項２に記載された車輌の冷却装置。
4. 共通の前記管状出口素子（１３）が、前記第１冷却素子の側縁（７ｂ）と前記第２冷却素子の側縁（１２ｂ）に沿って延在する事実上直線状部分（１３ａ）を有することを特徴とする請求項３に記載された車輌の冷却装置。
5. 前記第１冷却素子（７）と前記第２冷却素子（１２）が、前記第３冷却素子（１８）の近くに配設され、前記第３冷却素子が冷却系の冷却剤を冷却する機能を有し、該冷却系が前記過給燃焼機関（１）を冷却するようになされていることを特徴とする請求項２から請求項５までのいずれか１項に記載された車輌の冷却装置。
6. 前記第１冷却素子（７）が管状入口素子（１５）を含み、該管状入口素子が、前記第１冷却素子の側縁（７ａ）に沿って延在する事実上直線状の部分を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された車輌の冷却装置。
7. 前記第２冷却素子（１２）が管状入口素子（１５）を有し、該管状入口素子が、前記第２冷却素子の側縁（１２ａ）に沿って延在する事実上直線状の部分を有することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された車輌の冷却装置。
8. 共通の前記管状出口素子（１３）が壁部材（１７）を含み、該壁部材は、排気と圧縮空気が共通の管状出口素子の第２部分で混ざり合う前に、共通の前記管状出口素子の第１部分（１３ａ）で該排気と圧縮空気を互いに分離するようになていることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された車輌の冷却装置。
9. 前記第１冷却装置（７）が、原則としてステンレス鋼で作られることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された車輌の冷却装置。
10. 前記第２冷却装置が、原則としてアルミニウムで作られることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載された車輌の冷却装置。

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