JP2010521614A - 車輌の冷却装置 - Google Patents

Abstract

本発明は燃焼機関によって駆動される車輌（１）における冷却装置に関するものである。前記冷却装置は、循環する冷却剤の形態の第一の媒体を冷却する第一の冷却要素（２０）と、冷却剤が第一の冷却要素（２０）を通って循環するとき該冷却剤を冷却するため第一の冷却要素（２０）を通して空気の流れを発生するようにされたラジエータファン（１０）を含む。前記冷却装置はまた、第一の冷却要素（２０）を通過する空気のための流路（２２）として作用するようにされたチューブ状ケーシング（２１）と、第二の媒体を冷却するための少なくとも１個の別の冷却要素（９ａ，１５ａ）であって、前記流路（２２）を通る冷却空気の所定の流れ方向に対して前記第一の冷却要素（２０）の下流側の位置において前記流路（２２ａ）に配置されている別の冷却要素（９ａ，１５ａ）を含む。

Description

本発明は特許請求の範囲の請求項１の序に記載の車輌における冷却装置に関するものである。

特に大型車輌において、燃焼機関を冷却するための冷却系統が車輌のその他の構成要素や系統を冷却するためにも益々使用されつつある。しかしながら、もしも冷却系統の負荷が大き過ぎるとすれば、燃焼機関を冷却するというその主要な機能に満足に対応できない危険性がある。

ＥＧＲ（排気ガス再循環）と称される技術は燃焼機関における燃焼過程からの排気ガスの一部を戻り配管を介して、燃焼機関へ空気を供給するための入口配管まで導くための既知の方法である。このように、空気と排気ガスの混合物が入口配管を介して、燃焼が行われる燃焼機関のシリンダまで供給される。空気に排気ガスを添加することによって燃焼温度を下げさせ、その結果特に排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘの含有量を低減させる。この技術はオットー機関およびディーゼル機関の双方に使用される。しかしながら、排気ガスは比較的高温にあり、従って空気と共に燃焼機関の燃焼空間中へ導かれる前に冷却される必要がある。従来のＥＧＲ冷却器は車輌の通常の冷却系統の冷却剤を再循環されている排気ガスの冷却に使用している。

燃焼機関まで導かれる空気は燃焼機関中へ可能な限り大量の空気を導くことができるように通常圧縮される。空気は圧縮中に加熱される。従って、燃焼機関へ最適量の空気が供給されるようにするために、圧縮空気は燃焼機関まで導かれる前に冷却される必要がある。圧縮空気はそこを貫流する空気が周囲温度である給気冷却器において通常冷却される。このように、圧縮空気は周囲温度をほんの数度上回るところの温度まで冷却することができる。そのような冷却を達成するために、一般に給気冷却器は冷却剤を冷却する通常のラジエータの前方に位置される。従って、通常の冷却系統における冷却剤が周囲温度よりも高い温度である空気によって冷却される場合、もたらされる冷却効果は低くなる。従って、通常の冷却系統の能力はそのような給気冷却器が使用される場合は低下する。

本発明の目的は、車輌の通常の冷却系統のラジエータを貫流するものと概ね同じ空気によって、通常の冷却系統の能力を著しく損なうことなく車輌の各種の構成要素や各種の系統を効果的に冷却することのできる車輌における冷却装置を提供することである。

本発明の目的は特許請求の範囲の請求項１の特徴を述べる部分に指示された特徴を有する前記請求項の導入部分に記載の種類の装置によって達成される。そのようなチューブ状ケーシングが第一の冷却要素を通過した空気の全てをその下流側に位置した別の冷却要素まで導く。前記の別の冷却要素の第二の媒体によってもたらされる冷却効果は前記第二の媒体と前記の別の冷却要素を貫流する冷却空気との間の温度差Δｔによって左右される。もしも前記第二の媒体が高温にあるとすれば、たとえ冷却空気の流れが周囲温度よりも多少高い温度にあるとしても、結果的には比較的大きな温度差がある。冷却効果に影響を及ぼす別の要因は単位時間当たりに別の冷却要素を貫流する冷却空気の量である。このように、チューブ状ケーシングが存在することによって、第一の冷却要素を通過するのと同じ大量の空気の流れが別の冷却要素をも確実に通過するようにする。このように、比較的大きな温度差と大量の空気の流れの双方があることによって、その結果別の冷却要素において第二の媒体の良好な冷却をもたらすことが可能である。別の冷却要素が第一の冷却要素の下流側に位置するという事実は第一の冷却要素の冷却剤の冷却を全く損なうものでなく、そのため同様に車輌の通常の冷却系統の機能を損なうものでもない。

本発明の好適実施例によれば、前記別の冷却要素は、燃焼機関の排気配管から燃焼機関への空気入口配管まで導かれる再循環排気ガスを冷却するための空冷されたＥＧＲ冷却器である。燃焼機関からの排気ガスは通常約５００−６００℃の温度である。循環する排気ガスの温度は高いので、第一の冷却要素を通過した後ある程度昇温している空気によっても周囲温度の空気によるのと同様に概ね効果的に冷却される。このように、再循環する排気ガスはチューブ状ケーシング内に位置した前記ＥＧＲ冷却器において効果的に冷却される。前記空冷のＥＧＲ冷却器は戻り排気ガスに有利に第一段階の冷却を行うようにされており、かつ冷却装置は戻り排気ガスに第二段階の冷却を行う第二のＥＧＲ冷却器を含んでいる。再循環する排気ガスの効果的な冷却は前記ＥＧＲ冷却器において実行可能であるが、排気ガスは前記チューブ状ケーシング内の冷却空気の流れの温度以下の温度までは冷却することはできない。排気ガスを周囲温度近辺の温度まで冷却することが望ましいことが多いので、再循環の排気ガスに第二段階の冷却を提供する第二のＥＧＲ冷却器を使用することが有利である。第二のＥＧＲ冷却器は周囲温度の空気がそこを貫流するように位置されることが有利である。その場合、第二のＥＧＲ冷却器は第一の冷却要素を貫流する空気の所定の流れ方向に対して第一の冷却要素の上流側に位置させればよい。それによって、第一の冷却要素における冷却剤を冷却する冷却空気の流れが若干昇温するので、第一の冷却要素における冷却剤の冷却は若干損なわれるが、第二のＥＧＲ冷却器に到来する再循環排気ガスは既に第一段階の冷却を経過しているので高温すぎるということは無いため、冷却空気の流れの温度上昇は比較的適度である。

本発明の別の実施例によれば、別の冷却要素は燃焼機関まで導かれる圧縮空気を冷却するための空冷の給気冷却器である。圧縮空気は圧縮の後は高温である。従って、圧縮空気は、周囲温度にある空気によるのと同じように多少昇温した空気によっても概ね効果的に冷却される。このように、給気にはチューブ状ケーシング内に位置した前記の給気冷却器において効果的な冷却が行われる。前記空冷の給気冷却器は圧縮空気に有利に第一段階の冷却を行うようにされており、かつ本冷却装置は圧縮空気に第二段階の冷却を行うための第二の給気冷却器も含んでいる。圧縮空気は前記第一の給気冷却器において効果的な冷却が行われうるが、それはチューブ状ケーシング内の冷却空気の流れの温度以下の温度までは冷却できない。排気ガスを周囲温度近辺の温度まで冷却することが望ましいことが多いので、圧縮空気に第二段階の冷却を行う第二の給気冷却器を使用することが有利である。第二の給気冷却器は空気が周囲温度でそこを貫流するように位置されることが有利である。この場合、第二の給気冷却器は第一の冷却要素を貫流する空気の所定の流れ方向に対して第一の冷却要素の上流側に位置させればよい。このように、第一の冷却要素で冷却剤を冷却する冷却空気の流れが多少昇温するので、第一の冷却要素における冷却剤の冷却は若干損なわれるが、第二の給気冷却器に到来する圧縮空気は既に第一段階の冷却を経過していて、相対的に低い温度にはないので冷却空気の流れの温度上昇は比較的適度である。

本発明の別の好適実施例によれば、チューブ状ケーシングは入口開口と１個以上の出口開口を含む流路を画成している。入口開口は、第一の冷却要素を通過する空気の全てが前記チューブ状ケーシングによって画成された流路中へ確実に導かれるようにするために第一の冷却要素に近接して配置すればよい。前記の別の冷却要素はチューブ状ケーシングの出口開口に近接して位置されることが有利である。また、例えばＥＧＲ冷却器や給気冷却器のような複数の要素を前記チューブ状ケーシング内で前後に、あるいは例えば出口開口に近接して平行に位置させることも可能である。

本発明の別の好適実施例によれば、冷却装置は特定の状況下において空気が流路を通過しないよう阻止するようにされた流れ制限手段を含む。そのような流路が存在することによる結果空気がある抵抗に抗して該流路を押し通されることは不可避である。このことは通常そのような流路を備えた車輌が作動中ある程度高い空気抵抗を受ける結果へ導く。流路を通る空気の流れが必要でないある作動状態においては、前記流れ制限装置が起動して流路を通る空気の流れを遮断することができる。車輌の作動中でのその結果によって車両の前方部分に向かって導かれる空気は車輌を周回して流れ、多くの場合車輌の空気抵抗を低減させ燃料を節約することを可能とする。前記流れ制限装置は、平行に配置され、空気が流路を通らないように阻止する遮断位置と空気が流路を通過できるようにする非遮断位置との間で枢動可能である複数のスラット状要素から構成しうる。そのようなよろい窓状形態は流路を通る空気の流れを停止／再開させるための比較的容易な方法である。前記流れ制限装置は何らかのその他の方法で構成してもよいことは勿論である。

添付図面を参照して本発明の好適実施例を例示によって以下説明する。

本発明の実施例に係る車両における冷却装置を示す。

図１は車輌１における過給機装備の燃焼機関の排気ガスを再循環させる装置を示す。前記燃焼機関はここではディーゼル機関２として例示している。そのような再循環は通常ＥＧＲ（排気ガス再循環）と称されている。燃焼機関のシリンダまで導かれる圧縮空気に排気ガスを添加することによって燃焼温度を、従ってまた燃焼過程で形成される窒素酸化物（ＮＯｘ）の含有量も下げる。ディーゼル機関２は重車輌１を駆動する意図のものでよい。ディーゼル機関２のシリンダからの排気ガスは排気マニホールド３を介して排気配管４まで導かれる。大気圧以上である、排気配管４における排気ガスはタービン５まで導かれる。このように、タービン５には駆動力が提供され、該駆動力はコンプレッサ６への接続部を介して伝達される。コンプレッサ６は直ちに空気フィルタ７を介して入口配管８中へ導かれる空気を圧縮する。第一の給気冷却器９ａおよび第二の給気冷却器９ｂは入口配管８に配置され、圧縮空気にそれがディーゼル機関２に導かれる前に２段階の冷却を行う。

排気配管４における排気ガスの一部を再循環させる装置は排気配管４と入口配管８の間を延在する戻り配管１１を含む。戻り配管１１は、該戻り配管１１における排気ガスの流れを遮断することのできるＥＧＲ弁１２を含む。ＥＧＲ弁１２はまた、排気配管４から戻り配管１１を介して入口配管８まで導かれる排気ガスの量を無段制御するためにも使用しうる。制御装置１３は、ディーゼル機関２の現在の作動状態についての情報に基づいてＥＧＲ弁１２を制御するようにされている。前記制御装置１３は適当なソフトウエアを備えたコンピュータ装置でよい。戻り配管１１は排気ガスに第一段階の冷却を行う第一のＥＧＲ冷却器１５ａと、排気ガスに第二段階の冷却を行う第二のＥＧＲ冷却器１５ｂを含む。過給機装備のディーゼル機関２のある作動状態においては、排気配管４における排気ガスの圧力は入口配管８における圧縮空気の圧力よりも低い。そのような作動状態においては、特殊な補助手段無しには戻り配管１１における排気ガスを入口配管８における圧縮空気と混合させることはできない。このために、例えばベンチュリ１６を使用することができる。もしも燃焼機関２が代わりに過給機装備のオットー機関であるとすれば、オットー機関の概ね全ての作動状態において排気配管における排気ガスは入口配管８における圧縮空気よりも高い圧力であるので戻り配管１１における排気ガスは直接入口配管８中へ導かれうる。排気ガスが入口配管８において圧縮空気と混合されてしまうと、その混合物はマニホールド１７を介してディーゼル機関２のそれぞれのシリンダまで導かれる。ディーゼル機関２は循環する冷却剤を入れている冷却系統によって従来の方法で冷却される。冷却剤は車輌１の前方部分に近接して装着された冷却要素２０において冷却される。

ラジエータファン１０は循環している冷却剤を冷却するために冷却要素２０を通して空気の流れを発生させるようにされている。ラジエータファン１０は、空気が流れるための流路２２として作用するチューブ状ケーシング２１に密閉されている。前記流路２２はここでは入口開口２２ａと２個の出口開口２２ｂ，２２ｃを有している。前記冷却要素２０は入口開口２２ａに近接して配置されている。第一の給気冷却器９ａが第一の出口開口２２ｂに近接して配置されている。第一のＥＧＲ冷却器１５ａが第二の出口開口２２ｃに近接して配置されている。第二の給気冷却器９ｂは、この場合車輌１の前方部分にある車輌１の周辺領域Ａに配置されている。このように圧縮空気は周囲温度にある空気によって第二の給気冷却器９ｂにおいて冷却される。第二のＥＧＲ冷却器１５ｂも車輌１の周辺領域Ａに配置されている。戻りつつある排気ガスはこのように、同様に周囲温度である空気によって第二のＥＧＲ冷却器１５ｂにおいて冷却される。第二の給気冷却器９ｂおよび第二のＥＧＲ冷却器１５ｂは空気の所定の流れ方向に対して冷却要素２０の上流側に配置されている。

第一の流れ制限装置２３ａが第一の出口開口２２ｂの近傍の流路２２の部分に配置されており、第二の流れ制限装置２３ｂが第二の出口開口２２ｃの近傍の流路２２の部分に配置されている。前記の流れ制限装置２３ａ，２３ｂは、それぞれ平行に配置され、かつそれらが空気の流れの主要方向に対して概ね平行である開放位置とそれらが空気の流れの主要方向に対して概ね垂直であり、それによってそれぞれの出口開口２２ｂ，２２ｃを空気が通過しないようにする遮断位置との間で枢動可能である複数のスラット状要素を含んでいる。制御装置１３はそれぞれ概略的に図示したスイッチ装置２４ａ，２４ｂによって前記の流れ制限装置２３ａ，２３ｂを調節するようにされている。

ディーゼル機関２の作動中、排気配管４における排気ガスは、それらが周囲環境へ導出される前にタービン５を駆動する。それによって、タービン５にはコンプレッサ６を駆動する駆動力が提供される。コンプレッサ６は空気フィルタ７を介して入口配管８中へ導かれてくる空気を圧縮する。空気を圧縮することはまた、空気の温度も上昇させる。圧縮された空気は先ず、第一の出口開口２２ｂに近接して流路２２内に配置された第一の給気冷却器９ａにおいて冷却される。ディーゼル機関２の作動の間、ラジエータファン１０は車輌１の運動と組み合わされて、先ず第二の給気冷却器９ｂ，第二のＥＧＲ冷却器１５ｂおよび冷却要素２０を通過する空気の流れを発生させる。その空気はその後、流路２２の入口開口２２ａを通して導入される。この段階では、空気は上流側に位置した冷却要素９ｂ，１５ｂ，２０内の媒体を冷却するために使用されたので周囲温度に対して温度は上昇しているが、通常は第一の給気冷却器９ａにおける圧縮空気よりも明らかに低い温度である。このように、圧縮空気には第一の給気冷却器９ａを貫流する空気によって第一段階の冷却を行うことができる。その後圧縮空気は第二の給気冷却器９ｂまで導かれ、そこで周囲温度の空気によって第二段階の冷却が行われ、それによって圧縮空気を周囲温度よりほんの数度高い温度まで冷却する。

ディーゼル機関２の殆どの作動状態において、制御装置１３は排気配管４における排気ガスの一部が戻り配管１１中へ導かれるようにＥＧＲ弁１２を開放状態に保つ。排気配管４における排気ガスは第一のＥＧＲ冷却器１５ａに達するときは通常約５００−６００℃の温度である。第一のＥＧＲ冷却器１５ａは第二の出口２２ｃに近接してチューブ状ケーシング２１内に配置されている。ここでは冷却空気の流れはこのように周囲温度より高い温度にあるが、第一のＥＧＲ冷却器１５ａにおける排気ガスの温度よりは明らかに低い。従って、この空気の流れは戻り排気ガスに第一段階の冷却を行うために使用することができる。このように、戻り排気ガスは、この空気の温度近辺の温度まで第一段階の冷却を行うことができ、それは７０−９０℃の範囲でありうる。その後、排気ガスは第二の給気冷却器９ｂと並んで車輌の周辺領域Ａに位置している第二のＥＧＲ冷却器１５ｂまで導かれる。このように、第二のＥＧＲ冷却器１５ｂには周囲温度の空気がそこを確実に貫流するようにされる。適度の寸法とされた第二のＥＧＲ冷却器１５ｂによって、戻り排気ガスは空気の流れによって周囲温度に概ね対応する温度まで冷却することができる。このように、戻り配管１１における排気ガスは第二の給気冷却器９ｂにおける圧縮空気と概ね同じ温度までの冷却を行うことができる。その後、冷却された排気ガスと圧縮空気との混合物は入口配管８およびマニホールド１７を介してディーゼル機関２の各シリンダまで導かれる。

再循環している排気ガスと圧縮空気の双方は比較的高温であるので、それらは例えば周囲温度である空気によるのと同様に第一の冷却要素２０を通過した後若干昇温された温度である空気によって概ね効果的に冷却することができる。このように、圧縮空気は第一の給気冷却器９ａにおいて第一段階の効果的な冷却が行われ、再循環している排気ガスは第一のＥＧＲ冷却器１５ａにおいて第一段階の効果的な冷却が行われる。第一の給気冷却器９ａと第一のＥＧＲ冷却器１５ａが第一の冷却要素２０の下流側に位置しているという事実は、圧縮空気と排気ガスの第一段階の冷却が第一の冷却要素２０の冷却剤の冷却に対して、従って燃焼機関２の冷却に対して相対的に効果が少ないことを意味している。圧縮空気と再循環排気ガスを周囲温度近辺の温度まで冷却することが望ましいことが多いので、圧縮空気と再循環排気ガスに第二段階の冷却を行うために第二の給気冷却器９ｂと第二のＥＧＲ冷却器１５ｂを使用することが有利である。実用的な理由から、第二の給気冷却器９ｂと第二のＥＧＲ冷却器１５ｂはここでは第一の冷却要素を通る空気の所定の流れ方向に対して第一の冷却要素２０の上流側に位置している。このことは、第一の冷却要素２０において冷却剤を冷却する冷却空気の流れが温度は若干昇温するので、第一の冷却要素２０における冷却剤の冷却を若干損なうことは不可避であるが、第二の給気冷却器９ｂに到達する圧縮空気と、第二のＥＧＲ冷却器１５ｂに到達する再循環排気ガスとは既に第一段階の冷却を経過しているため特に高温ではないので、冷却空気の流れの温度上昇は相対的に適度なものである。

圧縮空気を第一の給気冷却器９ａにおいて冷却する必要は無く、および（または）再循環する排気ガスを第一のＥＧＲ冷却器１５ａにおいて冷却する必要の無いある作動状態においては、制御装置１３は流れ制限装置２３ａ，２３ｂを起動させることができる。流路２２を通る空気の流れが停止するように空気は出口開口２２ｂ，２２ｃを貫流しないようにされる。従って、車輌の作動の間車輌の前方部分に向かって流れる空気は車輌を周回して流れ、それによって多くの場合、車輌の空気抵抗を低減させ、燃料を節約することができる。前記の流れ制限装置はここでは、平行に配置され、かつ空気が流路を通過しないようにする遮断位置と空気が流路を通過できるようにする非遮断位置との間で枢動可能である複数のスラット状要素を備えたよろい窓状形態からなる。

本発明は図面を参照して説明した実施例に何ら限定されるのではなく、特許請求の範囲内で自在に変更可能である。例えば、チューブ状ケーシング２１は所望するいずれの個数の入口開口および出口開口を有してもよい。ＥＧＲ冷却器および給気冷却器は１個の同じ出口開口に近接して前記チューブ状ケーシング内に配置させてもよい。チューブ状ケーシング２１はＥＧＲ冷却器および給気冷却器の双方を収容する必要は無く、前記冷却器の一方のみを収容してもよい。

Claims (10)

1. 燃焼機関によって駆動される車輌（１）における冷却装置であって、循環する冷却剤の形態の第一の媒体を冷却するための第一の冷却要素（２０）と、前記冷却剤が第一の冷却要素（２０）を通して循環するとき該冷却剤を冷却するために前記第一の冷却要素（２０）を通して空気の流れを発生させるラジエータファン（１０）を含む冷却装置において、第一の冷却要素（２０）を通過する空気のための流路（２２）として作用するようにされたチューブ状ケーシング（２１）と、第二の媒体を冷却するための少なくとも１個の別の冷却要素（９ａ，１５ａ）であって、前記別の冷却要素（９ａ，１５ａ）が前記流路（２２）を通る冷却空気の所定の流れ方向に対して前記第一の冷却要素（２０）の下流側の位置において前記流路（２２）に配置されている別の冷却要素（９ａ，１５ａ）を含むことを特徴とする車輌（１）における冷却装置。
2. 前記別の冷却要素が燃焼機関の排気配管（４）から燃焼機関への空気の入口配管（８）まで導かれる再循環排気ガスを冷却する空冷のＥＧＲ冷却器（１５ａ）であることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記空冷のＥＧＲ冷却器（１５ａ）が戻り排気ガスに第一段階の冷却を行うようにされており、かつ前記冷却装置が戻り排気ガスに第二の段階の冷却を行う第二のＥＧＲ冷却器（１５ｂ）を含むことを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記第二のＥＧＲ冷却器（１５ｂ）が前記第一の冷却要素（２０）を通る空気の流れの所定方向に対して前記第一の冷却要素（２０）の上流側に位置していることを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記別の冷却要素が燃焼機関（２）まで導かれる圧縮空気を冷却する空冷の給気冷却器（９ａ）であることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
6. 前記空冷の給気冷却器（９ａ）が圧縮空気に第一段階の冷却を行うようにされており、かつ前記冷却装置が圧縮空気に第二段階の冷却を行うための第二の空冷のＥＧＲ冷却器（９ｂ）を含むことを特徴とする請求項５に記載の冷却装置。
7. 前記第二のＥＧＲ冷却器（９ｂ）が前記第一の冷却要素（２０）を通る冷却空気の所定の流れ方向に対して前記第一の冷却要素（２０）の上流側に位置していることを特徴とする請求項６に記載の冷却装置。
8. 前記チューブ状ケーシング（２１）が入口開口（２２ａ）と１個以上の出口開口（２２ｂ，ｃ）を含む流路（２２）を画成していることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の冷却装置。
9. 前記冷却装置が特定の状況において空気が前記流路（２２）を通過しないようにされた流れ制限装置（２３ａ，２３ｂ）を含むことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の冷却装置。
10. 前記流れ制限装置が、平行に配置され、かつ空気が前記流路（２２）を通過しないようにする遮断位置と空気が前記流路（２２）を通過できるようにする非遮断位置との間で枢動可能である複数のスラット状要素（２３ａ，ｂ）を含むことを特徴とする請求項９に記載の冷却装置。

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