JP2017507272A - 熱エンジンの冷却液用、並びにエンジン潤滑油及び/又はトランスミッション潤滑油用のタンクと、これを含む回路 - Google Patents
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Abstract
本発明は、自動車両の熱エンジン用の冷却液と、エンジン潤滑油及び/又はトランスミッション潤滑油とを貯蔵するためのタンク、並びに前記エンジンの冷却及び熱制御用回路に関する。前記タンク1は、前記冷却液用吸入口31及び出口32を含む断熱外壁2によって画定され、壁の内部に、車両を冷間起動する目的で冷却液を予熱することができる加熱手段3aを含む。本発明によれば、タンクは、前記吸入口及び前記出口を備えた、冷却液用の第1区画3と、エンジン潤滑油又はトランスミッション潤滑油を保管するのに適した少なくとも1つの他の区画4、5であって、第1区画の下側区域にある水密隔壁6によって第1区画から離隔された少なくとも1つの他の区画4、5とを有し、少なくとも1つの他の区画はそれぞれ、加熱手段として少なくとも1つの局所的加熱手段3a、4a、5aを含有する。
Description
本発明は、自動車両熱エンジン用の冷却液と、エンジン潤滑油及び/又はトランスミッション潤滑油とのための貯蔵タンク、並びにこのエンジンの冷却及び温熱調節用回路(circuit for cooling and heat regulation)に関する。本発明は、概括的には、内燃熱エンジンを含む全ての動力付車両用(詳細には自動車、例えば乗用車及び/又は重量トラックであり得る陸上車両、鉄道車両、海洋車両、或いは河川車両用)の冷却液並びにエンジン潤滑油及び/又はトランスミッション潤滑油、及び特に車両の乗員室又は任意の他の部材若しくはシステム(例えば電池又は電子システム)を予熱するために(電気推進エンジンを始動し、熱エンジンを予熱し、次いで熱エンジンを始動する)ハイブリッド車の熱エンジンを予熱するための電気推進エンジン又は蓄電池を更に内蔵するハイブリッド車用の冷却液並びにエンジン潤滑油及び/又はトランスミッション潤滑油の温度を制御することに適用される。
米国特許第6,102,103(A)号及び米国特許第8,191,618(B2)号の文献から、フィンの付いた管を有する熱交換器と接触する相変化材料(PCM:Phase Change Material)で充填された断熱外壁を有するタンクを使用して、車両の冷間エンジン始動のために自動車両の熱エンジンの冷却液を再加熱することが知られている。
既存の冷却及び温熱調節回路の1つの大きな欠点は、熱エンジンで使用されるエンジン潤滑油及びトランスミッション潤滑油の温度を、単純で容易に制御することを可能にする手段、又は冷却液と同時にそれらの潤滑油を再加熱するための手段がないことにある。
本発明の1つの目的は、自動車両の熱エンジンの冷却液をエンジンの冷却及び温熱調節回路内に保管するのに適したタンクを提案することであり、このタンクは、具体的には、エンジンが高温であっても低温であっても、特に冷却液と、エンジン潤滑油及び/又はトランスミッション潤滑油とを均一な温度に保つこと、及びこれらの流体を1つ又はいくつかの所定の温度まで予熱することを可能にすることによってこの欠点を解決するものであり、タンクは、この液用の入口及び出口を含む断熱外壁によって画定され、タンクは、壁の内部に、車両の冷間エンジン始動のためにこの液体を予熱することができる加熱手段を有する。
その目的のために、本発明によるタンクは、前記入口及び前記出口を備えた冷却液用の第1区画と、エンジンの潤滑油又はトランスミッション潤滑油を保管するのに適切である少なくとも1つの他の区画(即ち、エンジンオイル用の別の構成要素及び/又はトランスミッションオイル用の別の分離した区画)であって、前記第1区画の下側域にある気密仕切りによって第1区画から離隔された少なくとも1つの他の区画とを有し、前記第1区画及び前記少なくとも1つの他の区画はそれぞれ、加熱手段として少なくとも1つの局所的加熱手段を含有している。
「気密仕切り(tight partition)」は、本明細書での意味においては、仕切りの両側にあるさまざまな流体を完全に漏らさない仕切りを意味している。具体的には、前記少なくとも1つの他の区画と前記第1区画とを離隔する気密仕切りは、冷却液と、エンジン潤滑油又はトランスミッション潤滑油とを漏らさない。
本発明の1つの有利な例示的実施例によれば、前記少なくとも1つの局所的加熱手段は、少なくとも1つの相変化材料(PCM)を有し、この局所的加熱手段は、ある区画と別の区画とで異なっていてもよいという特徴がある。
しかしながら、他の局所的加熱手段が、例えば、非限定的ではあるが、化学的手段によって及び/又は耐熱材料によって、代替物として又はPCMに追加して使用され得ることに留意されたい。
本発明によるタンクで使用可能な相変化材料は、ステアリン酸などの脂肪酸類を、これに限定するわけではなく含み、例えばステアリン酸を有するいくつかの飽和脂肪酸類及び/又は不飽和脂肪酸類の混合物を使用することが可能であるという特徴がある。しかしながら、例えば、水和塩類又は金属塩類の中から選択されたPCM、パラフィン類、及び/又はポリオレフィン類も使用され得ることに留意されたい。
本発明によるこの仕切られた一体成形タンク(single−piece tank)を、エンジンの冷却及び温熱調節回路内に包含することで、この熱エンジンを使用している車両を再始動する時に、冷却液と、エンジン潤滑油及び/又はトランスミッション潤滑油との再加熱を満足できるように温熱調節することが可能になることに留意されたい。実際には、熱エンジンが停止した後に、冷却液は、ある期間を通して、約70°Cから90°Cまでの比較的に高い温度を維持し続け、これにより、それぞれの溶解したPCMが、対応する流体に熱を放出することになり、したがって、熱エンジンが再始動される時、対応する流体は、既に比較的熱くなっている。このことは、冷間エンジン時の観察結果と比べて、具体的には排気中の二酸化炭素排出及び燃料消費過剰の削減をもたらす。同様に、エンジンオイル及び/又はトランスミッションオイルを再加熱することで、車両の熱エンジンが最適化されて作動することが可能になる。
本発明によるタンクは、冷却液、及び随意的にエンジン潤滑油及び/又は前記少なくとも1つの相変化材料以外の潤滑油用の補助的に加熱する手段又は予熱する手段を組み込むことができることに更に留意されたい。これらの補助手段は、例えば、冷却液を(予め)加熱するために前記第1区画の中に、並びに/又はエンジン潤滑油及び/若しくはトランスミッション潤滑油を(予め)加熱するために他の区画の中に直接的に収納された電気抵抗を有する。
本発明の別の特徴によれば、前記第1区画は、少なくとも一部が実質的に垂直方向に沿って延びていてもよく、前記少なくとも1つの他の区画は、全般的に、実質的に横方向に沿って前記第1区画の下方に延びていてもよい。
本発明の1つの特に有利な実施例によれば、タンクは、前記エンジン潤滑油を保管するのに適した第1の他の区画と、前記トランスミッション潤滑油を保管するのに適した第2の他の区画とでそれぞれ構成された2つの前記他の区画を有し、2つの前期他の区画はそれぞれ、前記少なくとも1つの相変化材料を含有しており、且つ別の気密仕切りによって相互に離隔されている。
前記気密仕切りに関して上述したように、前記他の気密仕切りは、トランスミッション潤滑油及びエンジン潤滑油の両方を漏らさない。
本発明によるタンクをエンジン区画の中に組み込むことで、本発明によるこのタンクを備えていないエンジン区画と比較して、流体(即ち、エンジン潤滑油及びトランスミッション潤滑油)の量を準一定の体積に保つことが可能になることに留意されたい。
更により有利には、前記第1の他の区画及び/又は前記第2の他の区画は、前記第1区画の下側面で構成されている前記気密仕切りによって前記第1区画から離隔され得るので、タンクは、全般的に、L字形状又は逆T字形状を有することができる。
好ましくは、前記他の気密仕切りは、前記第1の気密仕切りに対して実質的に垂直である。
本発明の別の特徴によれば、前記気密仕切り及び前記他の気密仕切りはそれぞれ、冷却液、前記エンジン潤滑油、及び前記トランスミッション潤滑油を少なくとも1つの均一な温度に保つように熱橋(thermal bridge:ヒートブリッジ)を作り出すのに適切であり得る。
有利には、前記気密仕切り及び前記他の気密仕切りは、これらの熱橋(これは即ち、仕切りの設計及び材料を通じて得られる)及び/又はこれらの仕切りを横切る熱パイプ(即ち、これらの熱橋は、区画間の熱の交換を可能にするこれらの熱パイプによって得られる)を作り出すのに適する熱浸透性を有することができる。
本発明の別の特徴によれば、前記第1区画及び前記少なくとも1つの他の区画は、前記少なくとも1つの相変化材料用の支持構造をそれぞれ備えていることができ、これらの支持構造は、前記外壁に固定することが可能であり、且つ前記冷却液に、並びに前記エンジン潤滑油及び/又はトランスミッション潤滑油に適合するものである。
有利には、前記支持構造は、前記少なくとも1つの相変化材料を含有する閉端部を備えた中空管を有することができる。
本発明の別の特徴によれば、タンクは、前記第1区画の上方に形成されるタンクの上側域に位置する膨張及び脱ガス槽を形成する手段を更に有することができる。
本発明の別の特徴によれば、タンクの前記外壁は、2つの囲い(enclosure:カバー)と、これらの囲いの間に配置され、随意的に吸引機(vacuum)と連結される超断熱エアロゲルとを有することができる。
このエアロゲルに代わるものとして、断熱は、これらの2つの囲いの間で、吸引機、簡素な断熱材、及び/又は放射線反射コーティングによって行なわれ得ることを留意されたい。
しかしながら、冷却液、エンジン潤滑油及び随意的にトランスミッション潤滑油が、タンクの外側の環境から完全に断熱されるために、他の超断熱外壁構造を使用してもよいことに留意されたい。
有利には、前記外壁は、少なくとも部分的に、外壁に回転幾何形状(例えば円筒形又は球形の)を付与する丸みを帯びた断面、例えば円形断面を有することができる。
本発明によるタンクのこの特有の幾何形状は、有利には、吸込み又は吸引がもたらす陰圧に対して十分な強度を提供することを可能にすることを留意されたい。
自動車両の熱エンジンの冷却及び温熱調節用の本発明による回路は、基本的に、熱エンジンと、加熱システムに結合された恒温ケース(thermostatic case)と、ループによって前記エンジン及び前記ケースに結合された冷却液タンクと、前記エンジンのラジエータとを有し、またこの回路は、タンクが上に定義したものであることを特徴とする。
本発明の別の特徴によれば、前記第1区画は、熱エンジンの後ろに、熱エンジンの実質的な全高を覆って位置していてもよい。
本発明の別の特徴によれば、前記少なくとも1つの他の区画は、熱エンジンの下方に、熱エンジンの長さの少なくとも一部を覆って位置していてもよい。
本発明によるタンクに保管された流体は、重力によりそれらの容器に到達し得るが、該当する場合には、吸上ポンプなどの移動部材を使用して、それらをそれぞれの回路の中に戻すことが可能である。
本明細書の導入部に示した通り、本発明によるタンクの中に保管され、前記冷却及び温熱調節回路の中で循環する冷却液は、電気推進エンジン、又はハイブリッドエンジン車両に備えられた蓄電池を冷却するのに更に使用され得ることを留意されたい。
本発明の他の特徴、利点、及び詳細は、例示として、非限定的に提供されている、本発明のいくつかの例示的実施例についての以下の説明を読むことで明らかになる。説明は、添付図を参照しながら行なわれる。
図1に示す一体成形タンク1は、垂直断面において逆非対称T字形を実質的に形成している外壁2によって画定されており、
T字形の縦部分を形成する垂直部分であって、車両のフードの内側のエンジン区画の後方に位置する垂直部分において、第1区画3が、車両の熱エンジンの冷却液を含有し、冷却液のための入口31及び出口32を有し、且つ前記冷却液のための局所的(予)加熱手段3aを提供しており、
T字形の逆頂部を形成する水平部であって、エンジン区画の背後から正面まで延びる水平部分において、それぞれが入口41、51及び出口42、52を有し、且つ局所的(予)加熱手段4a及び5aを備える2つの他の区画4及び5が、エンジンオイルを含有する後方区画4と、トランスミッションオイルを含有する前方区画5とを含む。
T字形の縦部分を形成する垂直部分であって、車両のフードの内側のエンジン区画の後方に位置する垂直部分において、第1区画3が、車両の熱エンジンの冷却液を含有し、冷却液のための入口31及び出口32を有し、且つ前記冷却液のための局所的(予)加熱手段3aを提供しており、
T字形の逆頂部を形成する水平部であって、エンジン区画の背後から正面まで延びる水平部分において、それぞれが入口41、51及び出口42、52を有し、且つ局所的(予)加熱手段4a及び5aを備える2つの他の区画4及び5が、エンジンオイルを含有する後方区画4と、トランスミッションオイルを含有する前方区画5とを含む。
随意的に、各入口41、51は、エンジンが停止された後で、対応するオイルを重力によって区画4、5に向かって移動させるための電磁弁を備えている。同じく随意的に、各出口42、52は、例えばホースを備えた吸上ポンプのような、対応するオイル回路内に当該オイルを再注入するための手段を備えている。
本発明によれば、第1区画3は、気密水平仕切り6によって区画4及び5から厳密に離隔されており、また区画4及び5は、気密垂直仕切り7によって相互に離隔されている。局所的(予)加熱手段3a、4a、5aはそれぞれ、例えば、電気抵抗などの他の補助的な(予)加熱手段と随意的に組み合わされた1つ又は複数の相変化材料(PCM)3a、4a、5aを有する。これらのPCM3a、4a、5aは、有利には、3つの気密区画3、4、及び5のそれぞれの中で閉端部が壁2の内面に固定された中空管3b、4b、5bによって支持される(PCMを受け入れるこれらの管は、図1の線図に部分的にだけ示されている)。
更に、図1のこの実例のタンク1は、上側区画3の頂部にある、仕切り9によって上側区画3から離隔された膨張及び脱ガス槽8を有する。
図2から図6までの代替物では、本発明によるタンク1’は、図2に示すように幾分実質的にL字(又は非対称の逆T字)形をした外壁2’を有し、エンジン区画の後ろで膨張及び脱ガス槽8’から、エンジンオイルを含有する区画4’まで(この膨張槽A’は、仕切り9’によって区画3’から離隔されている)概ね垂直に延びる第1区画3’が、冷却液を含有している。この区画4’は、気密水平仕切り6’によって区画3’から離隔されており、背後から正面に、トランスミッションオイルを含有する前方区画5’まで全体的に水平に延び、また区画5’からは別の実質的に垂直な気密仕切り7’によって離隔されている。
(ギアボックスを有する)トランスミッションは、明瞭化のために図2から図6のエンジン区画には見えないが、このトランスミッションは実際には区画5’より上方のエンジン10の延長部で見出されることに留意されたい。
図1の実例及び図2から図6までの本発明による代替物を参照すると、タンク1、1’に含まれる仕切り6、7、9又は6’、7’、9’は全て、冷却液と、エンジンオイル及びトランスミッションオイルとを均一な温度に保つために、熱橋(図1の両方向を指す矢印を参照)をこれらの仕切り6、7、9又は6’、7’、9’の両側に配置するのに適している。
本発明によるタンク1、1’は、図1から図6に示すタンク以外の多様な形状を有していてもよく、主な要点は、それがエンジンの構築に適しており、同時に、エンジン区画内の使用可能空間に直接組み込まれることであると留意すべきである。
図7から図10は、図10の本発明の実例による流体冷却及び温熱調節回路の主要素、部材及びループを示し、これらの4つの図のそれぞれで作動ループは点線(dashes)で示され、それぞれの要素は以下のように特定される。
− 膨張槽(expansion vessel)8も形成している、冷却液専用の貯蔵タンク1a
− 膨張槽8及びエンジンオイル用区画4を備えた、冷却液のための本発明による貯蔵タンク1”(図10)
− 安全プラグ8a(1.4 105Pa)
− 熱エンジン10
− 恒温ケース11
− 冷却液のための、エンジン10に結合されたポンプ12
− エンジン10に結合されたオイルポンプ13(図10)
− エンジン10に結合されたターボ圧縮機14
− ケース11に結合された加熱システム15
− 脱ガス16
− ケース11に結合されたエンジン10のラジエータ17
− ラジエータ20、インバータ21、「STT」22及びポンプ23を備え、電気推進エンジン19に関連付けられたループ18
− 膨張槽(expansion vessel)8も形成している、冷却液専用の貯蔵タンク1a
− 膨張槽8及びエンジンオイル用区画4を備えた、冷却液のための本発明による貯蔵タンク1”(図10)
− 安全プラグ8a(1.4 105Pa)
− 熱エンジン10
− 恒温ケース11
− 冷却液のための、エンジン10に結合されたポンプ12
− エンジン10に結合されたオイルポンプ13(図10)
− エンジン10に結合されたターボ圧縮機14
− ケース11に結合された加熱システム15
− 脱ガス16
− ケース11に結合されたエンジン10のラジエータ17
− ラジエータ20、インバータ21、「STT」22及びポンプ23を備え、電気推進エンジン19に関連付けられたループ18
冷却液専用の貯蔵タンク1aが低温な状態で車両を始動した時の閉鎖ループB1の作動を説明している図7では、このループB1が、熱エンジン10及び恒温ケース11に限定されていることが分かる。
冷却液専用の貯蔵タンク1aが高温ではあるけれども、作動温度が100°C未満の状態で車両を始動した時の閉鎖ループB2の作動を説明している図8では、このループB2が、熱エンジン10及び恒温ケース11に加えて、タンク1aにも関連していることが分かる。
冷却液専用の貯蔵タンク1aが高温であり、作動温度が100°Cより高い状態で車両を始動した時の閉鎖ループB3の作動を説明している図9では、このループB3が、タンク1a、熱エンジン10、及びケース11に加えて、エンジン10のラジエータ17にも関連していることが分かる。
冷却液及びエンジンオイル用の本発明による貯蔵タンク1”が低温である状態で車両を始動した時の閉鎖ループB4の作動を説明している図10では、このループB4が、図7では影響を受けるにすぎなかった熱エンジン10及び恒温ケース11に加えて、エンジンオイル用の区画4にも関連していることが分かる。
一般には、高温エンジン/低温エンジンのマネージメントは、車両に搭載されたシステムによって処理され、電磁弁又は循環/移動ポンプなどのサブシステムが、冷却液を循環させること、又は循環させないことを可能にしていることを最後に留意されたい。
Claims (16)
- 自動車両の熱エンジン(10)の冷却液を、前記エンジンの冷却及び温熱調節回路内に貯蔵するのに適したタンク(1、1’、1”)であって、前記タンクは、前記冷却液用の入口(31)及び出口(32)を含む断熱外壁(2、2’)によって画定されており、また前記タンクは、前記車両の冷間エンジン始動のために前記冷却液を予熱することができる加熱手段(3a)を前記壁の内部に有している、タンクにおいて、
前記タンクが、前記入口及び前記出口を備えた、前記冷却液用の第1区画(3、3’)と、少なくとも1つの他の区画(4又は4’、5又は5’)とを有し、前記少なくとも1つの他の区画(4又は4’、5又は5’)は、前記エンジンの潤滑油又はトランスミッション潤滑油を貯蔵するのに適し、且つ前記第1区画の下側域において気密仕切り(6、6’)によって前記第1区画から離隔されており、また前記第1区画及び前記少なくとも1つの他の区画はそれぞれ、加熱手段として少なくとも1つの局所的加熱手段(3a、4a、5a)を含有している
ことを特徴とするタンク。 - 前記少なくとも1つの局所的加熱手段(3a、4a、5a)が、少なくとも1つの相変化材料(3a、4a、5a)を有することを特徴とする、請求項1に記載のタンク(1、1’、1”)。
- 前記第1区画(3、3’)が、少なくとも部分的に、実質的に垂直方向に沿って延びていること、及び前記少なくとも1つの他の区画(4又は4’、5又は5’)が、全体的に、実質的に横方向に沿って前記第1区画の下方で延びていることを特徴とする、請求項1又は2に記載のタンク(1、1’、1”)。
- 前記タンクが、2つの前記他の区画(4又は4’、5又は5’)を有し、2つの前記他の区画(4又は4’、5又は5’)は、前記エンジン潤滑油を貯蔵するのに適した第1の他の区画(4又は4’)と、前記トランスミッション潤滑油を貯蔵するのに適した第2の他の区画(5又は5’)とでそれぞれ構成されており、2つの前記他の区画がそれぞれ、前記少なくとも1つの相変化材料(4a及び5a)を含有し、且つ他の気密仕切り(7又は7’)によって相互に離隔されていることを特徴とする、請求項1から3までの一項に記載のタンク(1、1’)。
- 前記第1の他の区画(4又は4’)及び/又は前記第2の他の区画(5又は5’)が、前記第1区画の下側面で構成されている前記気密仕切り(6又は6’)によって前記第1区画(3又は3’)から離隔されており、また前記タンクが、全体的に、L字形形状又は逆T字形状を有していることを特徴とする、請求項4に記載のタンク(1、1’)。
- 前記他の気密仕切り(7又は7’)が、前記第1の気密仕切り(6又は6’)に対して実質的に垂直であることを特徴とする、請求項4又は5に記載のタンク(1、1’)。
- 前記気密仕切り(6又は6’)及び前記他の気密仕切り(7又は7’)が、前記冷却液、前記エンジン潤滑油、及び前記トランスミッション潤滑油を少なくとも1つの均一な温度に保つように熱橋を作り出すのにそれぞれ適していることを特徴とする、請求項4から6までの一項に記載のタンク(1、1’)。
- 前記気密仕切り(6又は6’)及び前記他の気密仕切り(7又は7’)が、前記熱橋及び/又は前記仕切りを横切る熱パイプを作り出すのに適した熱浸透性を有することを特徴とする、請求項7に記載のタンク(1、1’)。
- 前記第1区画(3又は3’)及び前記少なくとも1つの他の区画(4又は4’、5又は5’)が、前記少なくとも1つの相変化材料(3a、4a、5a)用の支持構造(3b、4b、5b)をそれぞれ備えることができ、前記支持構造は、前記外壁(2、2’)に固定されており、且つ前記冷却液に、及び前記エンジン潤滑油及び/又はトランスミッション潤滑油に適合するものであることを特徴とする、請求項1から8までの一項に記載のタンク(1、1’)。
- 前記支持構造が、前記少なくとも1つの相変化材料(3a、4a、5a)を含有する閉端部を備えた中空管(3b、4b、5b)を有することを特徴とする、請求項9に記載のタンク(1、1’)。
- 前記タンクが、前記第1区画(3、3’)の上方に形成された前記タンクの上側域に位置する膨張及び脱ガス槽(8、8’)を形成する手段を更に有することを特徴とする、請求項1から10までの一項に記載のタンク(1、1’、1”)。
- 前記タンクの前記外壁(2、2’)が、2つの囲いと、前記囲いの間に配置される超断熱エアロゲルとを有することを特徴とする、請求項1から11までの一項に記載のタンク(1、1’)。
- 前記外壁(2、2’)が、少なくとも部分的に、前記外壁に回転幾何形状を付与する丸みのある断面、例えば円形の断面を有することを特徴とする、請求項1から12までの一項に記載のタンク(1、1’)。
- 自動車両の熱エンジン(10)の前記冷却及び温熱調節用の回路であって、前記回路は、前記熱エンジンと、加熱システム(15)に接続された恒温ケース(11)と、ループ(B4)によって前記エンジン及び前記ケースに接続された冷却液タンク(1、1’、1”)と、前記エンジンのラジエータ(17)とを本質的に有し、前記タンクが、請求項1から13までのいずれか一項に定義されたものであることを特徴とする回路。
- 前記第1区画(3、3’)が、前記熱エンジン(10)の背後に、且つ前記熱エンジン(10)の実質的に全高に亘って、配置されていることを特徴とする、請求項14に記載の回路。
- 前記少なくとも1つの他の区画(4又は4’、5又は5’)が、前記熱エンジン(10)の下方に、且つ前記熱エンジン(10)の長さの少なくとも一部に亘って配置されていることを特徴とする、請求項15に記載の回路。
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