JP2010510425A - 内燃機関における吸気装置および給気冷却器のユニット - Google Patents

Abstract

内燃機関用の吸気装置（２）および給気冷却器のユニットは、吸気装置と給気冷却器を備え、給気冷却器は、給気冷却器内の給気の流れ方向が、燃焼用空気がシリンダヘッド内のシリンダ流入口にそれを介して搬送されるアパーチャ（５）を含んだ構成要素に対して垂直な平面内に存在するような形で吸気ハウジング（１３）内に一体化されている。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の内燃機関内の吸気装置および給気冷却器のユニットに関する。

このようなユニットが、国際公開第２００５／１１６４１５Ａ１号パンフレットに記述されている。吸気装置は、内燃機関のシリンダの流入口へと吸気ポートがそこから分岐した吸気プレナム室を含んだ吸気ハウジングを特色として有する。吸気プレナム室の前には、排出ガスターボチャージャ内の給気冷却器の上流で圧縮された圧縮燃焼用空気が中で冷却される給気冷却器が位置付けられている。吸気装置のハウジングにフランジ状に取り付けられた給気冷却器は２つの部分からなり、２つの部分を互いに平行に配置して備え、供給された燃焼用空気は２つの部分的流れに分岐し、それらの流れはそれぞれの給気冷却部に供給される。次いで、冷却された空気は両方の給気冷却部から、吸気プレナム室内に供給される。吸気プレナム室から内燃機関の各シリンダへと分岐が起こる。吸気装置の吸気プレナム室は、内燃機関の個々のシリンダへと吸気ポートがそこから分岐した横空気導管として設計されている。吸気ポートのアパーチャが給気冷却器の平面に対して垂直である平面上に位置付けられるように、シリンダの流入口に通じた吸気ポートは湾曲され、９０°の角度を有する。これによって、吸気装置および給気冷却器のユニットを内燃機関のシリンダヘッドに対して横方向にオフセットして位置決めすることが可能になる。

本発明は、簡単な構造的方策を使用して、コンパクトかつ高性能な吸気装置および給気冷却器のユニットを創出する課題に取り組む。

本発明によると、この課題は請求項１の特徴によって解決される。従属請求項は適切なさらなる発展形態を明記している。

吸気装置と給気の冷却器からなる本発明によるユニットは、燃焼用空気が内燃機関のシリンダにそれを介して供給されることが可能な吸気装置の吸気ハウジングを特色として有し、ユニット全体が吸気ハウジングを介して内燃機関のシリンダヘッドに固定されなければならない。シリンダヘッド内の対応したシリンダ流入口と連通したアパーチャが吸気ハウジング内に実現されている。

給気冷却器は、給気冷却器内の給気の流れ方向が、アパーチャを含んだ吸気ハウジングの構成要素に対して垂直な平面上に位置付けられるような形で、吸気ハウジング内に一体化されている。この構造は、吸気装置を含んだ給気冷却器が、シリンダヘッドの上に直接的に位置決めされることが可能であることを保証して、流れ方向が１つの平面上でのみ実質的に連続するようにしている。これは、燃焼用空気に対していくつかの偏向がもたらされることを回避する。燃焼用空気に対するいくつかの偏向は、一般的な従来技術にあり、圧力の減少をもたらす。したがって、本発明による実施形態では、燃焼用空気に対する偏向が少なくてすみ、燃焼用空気がシリンダの流入口に到達する前の圧力低下も小さい。

さらに、本発明によるユニットが直にシリンダヘッドに配置されて、シリンダヘッドまたはエンジンブロック以外に追加の設置スペースが必要とされないことから、コンパクトなアセンブリを実現することが可能である。

吸気装置のハウジング内への給気冷却器の一体化は、吸気装置のハウジングがシリンダヘッドにそれによって固定されなければならない固定用ネジ同士が互いに充分な間隔を置いて配置されて、それらの間の面積が空けられて給気冷却器を受け取ることができるような方法で実現されることが可能である。

有利には、固定用フランジが吸気ハウジングに位置付けられ、固定用ハウジングは吸気ハウジングと一体をなすように設計されることも、あるいは別個の構成要素であるが吸気ハウジングに接続されるように設計されることも可能である。吸気装置は吸気ハウジングを介して内燃機関のシリンダヘッドに固定されなければならない。固定用フランジはその形状に関してシリンダヘッドの上表面に適合され、シリンダヘッド内のシリンダの流入口に対応した燃焼用空気用のアパーチャを特色として有する。固定用フランジは有利にはシリンダヘッドにネジ締めされている。給気冷却器は固定用フランジの、シリンダヘッドに背いたフランジの側に間接的または直接的に配置されている。給気冷却器を中に含んだ吸気ハウジングをシリンダヘッドの上に位置決めすることによって、吸気装置内の中央吸気プレナム室からの空気がそれを介して個々のシリンダに分配される湾曲された吸気ポートが必要なくなる。事実、吸気プレナム室をシリンダの流入口に、アパーチャを介して直接的に接続するだけで十分である。

給気冷却器は様々な方法で吸気ハウジング内に固定されることが可能である。１つの可能性として、例えば、給気冷却器をハウジング内に締め付けることによる確動式固定または非確動式固定のいずれかが考えられる。さらに、給気冷却器は、通常通り固定用装置によって固定されること、特にネジ締めされることも可能である。

他の有利な実施形態によると、導入された燃焼用空気流れが、給気冷却器を迂回することによって任意選択でアパーチャを介して直接的にシリンダの流入口に搬送されることが可能であるように、給気冷却器を迂回するバイパスが、吸気装置および給気冷却器のユニット内に設けられている。この動作方法は、圧縮によって予備加熱された燃焼用空気を冷却せずに直接的にエンジンに搬送して、エンジンならびに下流の排出ガス浄化装置のより速いウォームアップを得るために、特に内燃機関の低温始動後に使用される。有利には、周囲の条件に応じて空気流れを給気冷却器内またはバイパス内のいずれかに搬送する制御弁が、バイパスに割り付けられている。

さらに、内燃機関に排出ガス再循環システムが設けられている場合、吸気ハウジング内または吸気ハウジング付近に排出ガス冷却器を設けることが適切である可能性がある。内燃機関の特定の動作段階中、特に部分負荷範囲において、排出ガスの部分的質量流れが排出ガスシステムからこのような排出空気再循環システムを介して、再循環ラインを介して吸気システム内に搬送され、そこで排出ガスの部分的質量流れが、供給された燃焼用空気に加えられる。再循環された排出ガスは排出ガス冷却器内で冷却される。排出ガス冷却器を吸気ハウジング内または吸気ハウジング付近に一体化させることによって、給気冷却器と排出ガス冷却器を含んだ吸気装置の他の簡略化された構造ならびに特にコンパクトな設計を達成することが可能である。この場合、給気冷却器の傍の給気の流れ方向に対して排出ガス冷却器を配置することが適切である場合がある。

さらなる請求項、図の説明、および図面から他の利点および適切な実施形態が理解されることが可能である。

これらの図面は同一の構成要素を同じ参照符号によって示している。

吸気装置および給気冷却器のユニットであって、内燃機関のシリンダヘッドにユニットがそれによって固定されなければならない固定用フランジを吸気装置に割り付けて備えたユニットの斜視図である。 給気冷却器ユニット用の吸気装置の側面図である。 給気冷却器が中に設置された吸気装置の吸気ハウジングを備えたユニットの斜視図である。 さらに排出ガス冷却器を特色として有した、吸気装置および給気冷却器のユニットの実施形態の他の実施例を示した図である。

図１に表された吸気装置および給気冷却器のユニット１は、内燃機関、例えばディーゼルエンジンまたはオットーエンジンなどに燃焼用空気がそれを介して搬送されなければならない吸気装置２を備える。さらに、ユニット１は、吸気装置２の吸気ハウジング内に一体化された給気冷却器３を備える。給気冷却器３は、排出ガスターボチャージャの一部であることも独立型のモータ付コンプレッサとして設計されることも可能な上流のコンプレッサ内で圧縮された圧縮燃焼用空気を冷却する働きがある。

吸気装置２の一部は、有利には吸気装置２の吸気ハウジングの一部である固定用フランジ４である。内燃機関のシリンダヘッドへの完全なユニット１の取付けは、固定用フランジ４によって行われる。固定用フランジ４は、特に吸気ハウジングと単一体をなすように設計されているが、吸気ハウジングに堅固に固定される分離した構成要素として設計された実施形態も可能である。

固定用フランジ４内には複数のアパーチャ５が実現される。これらは、ユニットが取り付けられるとき、シリンダヘッドでシリンダの流入口に直接的に当接し、シリンダの流入口に対応する。燃焼用空気はアパーチャ５を介して内燃機関のシリンダに搬送される。

給気冷却器３は、アパーチャ５から背いた固定用フランジ４の側に位置付けられている。給気冷却器３は、図１に表されていない吸気ハウジング内に一体化され、固定用フランジ４または吸気ハウジングのいずれかの他の構成要素に固定されている。吸気装置および給気冷却器のユニット１内への空気供給は、制御弁７に通じた流入ポート６を介して保証される。制御弁７からは、流入する燃焼用空気が制御弁７の位置に応じて、交互に、導管セクション８を介して給気冷却器３の流入口側、またはバイパス９を介して給気冷却器３を迂回することによって、空気導管１０内に直接的に搬送される。空気導管１０は、固定用フランジ４に直接的に位置付けられた、固定用フランジ４内のアパーチャ５と連通した吸気プレナム室を形成している。開放されたバイパス９と給気冷却器３を迂回することとを備えたこの動作方法は、内燃機関の迅速な加熱、ならびに内燃機関の下流に位置付けられた排出ガス浄化システムの迅速な加熱を達成するために、特に冷却始動後に実施される。しかし、通常動作では、バイパス９は制御弁９の対応した切り替え位置によって閉鎖され、流入する燃焼用空気は導管セクション８を介して給気冷却器３内に供給され、給気冷却器３で、圧縮燃焼空気は冷却される。次いで冷却された燃焼用空気が固定用フランジ４で空気導管１０内に供給され、そこからアパーチャを介して内燃機関のシリンダの流入口内に供給される。制御弁７を切り替えるために、内燃機関の調整制御ユニットによって発信される作動信号によって起動されるアクチュエータが設けられている。

固定用フランジ４はボアホール１１を有し、そこから、完全なユニット１が内燃機関のシリンダヘッドにそれによって固定されなければならないネジが挿入されることが可能である。給気冷却器３は、参照符号１２が付された通気の方向が固定用フランジ４の平面に対して垂直方向に向けられ、アパーチャ５がフランジ４内に含まれるような形でユニット１内に一体化されている。この実施形態の利点は、ユニット１内に導入されてそこを通過する燃焼用空気は、少数の偏向しか取らないということである。特に、燃焼用空気が給気冷却器３に進入した後は、偏向は必要とされない。むしろ燃焼用空気は給気冷却器３を直進して通過し、ユニット１から排出されることが可能である。

図２による実施形態の実施例では、給気冷却器３が中に一体化された吸気ハウジング１３が見られることができる。図２にも、固定用フランジ４に平行して、かつ給気冷却器を通って通気の方向を横断して突き出て、固定用フランジに直接的に当接した空気導管１０が表わされている。固定用フランジ４内に含まれたアパーチャ５が空気導管１０から分岐している。ユニット１に通じた吸気セクションが、修正版で図２に示されている。分離した２つの制御弁７ａと７ｂはそれぞれ絞り弁として設計され、閉鎖位置と開放位置との間で切り替えられることが可能である。第１絞り弁７ａは、導管セクション８内に位置付けられ、導管セクション８は流入ポート６から分岐し、給気冷却器３の流入口に通じている。第２絞り弁７ｂはバイパス９内に位置付けられ、バイパス９は、給気冷却器３を迂回することによって流入ポート６を空気導管１０ｂに接続している。導管セクション８は、吸気ハウジング１３内に一体化されて給気冷却器３の上流に直接的に位置付けられた流入導管１４内に通じている。

図３から分かるように、給気冷却器３は、給気冷却器のハウジングを形成した底板１５とかぶせ板１６との間に格納されたラメラ構造を有する。底板１５とかぶせ板１６は一緒にネジ締めされている。給気冷却器３は、吸気装置２の吸気ハウジング１３にねじ締めされることが可能である。これを行うために、溶接ナット１７が金属プレート１５と１６に位置付けられる。他の実施形態（図示せず）では、給気冷却器は、一緒にろう付けされた板の芯部から製作されることが可能であり、上記芯部は吸気ハウジングに固定されている。先の実施形態のように、熱交換を高めるために板同士の間にいくつかの羽根が設けられることが可能である。

図４による実施形態の実施例では、ユニット１は、吸気装置２および給気冷却器３に加えて、吸気装置２のハウジング内に一体化された、あるいは吸気ハウジングの外側に固定された排出ガス冷却器１８を備えて、排出ガス冷却器１８も構造的な意味ではユニット１の一部となるようにしている。機能的には、排出ガス冷却器１８は排出ガス再循環システムに属し、このシステムによって排出ガスは、排出ガスシステムから再循環ラインを介して吸気システム内に搬送され、吸気システム内で排出ガスは燃焼用空気に加えられる。この実施例では、これは、空気導管１０内に通じたライン１９を介して実現されており、空気導管１０は固定用フランジ４内のアパーチャを介してシリンダの流入口と連通している。

Claims (9)

1. 内燃機関用の吸気装置および給気冷却器のユニットにして、内燃機関のシリンダに燃焼用空気がそれを介して供給されることが可能な吸気装置（２）の吸気ハウジング（１３）であって内燃機関のシリンダヘッドに固定されなければならず、燃焼用空気がアパーチャ（５）を介してシリンダヘッド内のシリンダ流入口内に搬送されなければならない吸気ハウジング（１３）、ならびに給気冷却器（３）を備えたユニットであって、給気冷却器（３）が、給気冷却器（３）内の給気の流れ方向（１２）が、アパーチャ（５）を含んだ固定用フランジ（４）に対して垂直な平面内に存在するような形で吸気ハウジンング（１３）内に一体化されていることを特徴とする、吸気装置および給気冷却器のユニット。
2. 吸気装置（２）が内燃機関のシリンダヘッドにそれによって固定される固定用フランジ（４）が、吸気ハウジング（１３）に位置付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の吸気装置および給気冷却器のユニット。
3. 固定用フランジ（４）が、吸気ハウジングをエンジンに固定する上方手段と下方手段を有し、前記上方固定手段と下方固定手段がそれぞれアパーチャ（５）の上と下に位置付けられ、これによって固定用フランジ（４）が上方固定手段と下方固定手段との間に高さｈを画定し、給気冷却器ユニットが高さｈよりも小さな高さｈ’を有することを特徴とする、請求項１に記載の吸気装置および給気冷却器のユニット。
4. 空気流入口導管（１０）のアパーチャ（５）が固定用フランジ（４）内で実現されていることを特徴とする、請求項２に記載の吸気装置および給気冷却器のユニット。
5. 給気冷却器（３）が固定用フランジ（４）の上流に直接的に位置付けられていることを特徴とする、請求項２または３に記載の吸気装置および給気冷却器のユニット。
6. 給気冷却器（３）が、特に確動式または摩擦係合式の取付けで、吸気ハウジング（１３）内に取り付けられ、その中に固定されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の吸気装置および給気冷却器のユニット。
7. 制御弁（７）が、流入する空気流れが給気冷却器（３）内または給気冷却器（３）を迂回するバイパス（９）内のいずれにもそれを介して搬送されることが可能な吸気ハウジング（１３）内に位置付けられていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の吸気装置および給気冷却器のユニット。
8. さらに、排出ガス再循環装置の吸気システムによって再循環された排出ガスがそれを介して冷却されなければならない排出ガス冷却器（１８）が、吸気ハウジング（１３）に位置付けられてい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吸気装置および給気冷却器のユニット。
9. 排出空気冷却器（１８）が、給気の流れ方向（１２）に関して給気冷却器（３）の傍に位置付けられていることを特徴とする、請求項７に記載の吸気装置および給気冷却器のユニット。

Images