JP2018109402A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン性能を最適化させ、しかも背圧および設置スペースの点で給気冷却回路を最適化すると共に、高効率でメンテナンスフリーなクランクケース換気法を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの給気冷却器と、少なくとも１つの制御装置と、第１冷却回路と、第２冷却回路とを有し、第１冷却回路は内燃機関のラジエータに流体接続され、内燃機関の第２冷却回路はインタークーラーと流体的に接続されている内燃機関、特にディーゼルエンジン。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも1つのインタークーラーと、少なくとも1つの制御ユニットと、少なくとも1つの第1冷却回路と、少なくとも1つの第２冷却回路とを備え、第１冷却回路のラジエータは内燃機関の冷却液と流体接続し、第２冷却回路のラジエータは内燃機関のインタークーラーと流体接続する内燃機関、特にディーゼルエンジンに関するものである。

［特許文献１］（ドイツ国特許公開第DE 10 2004 047 452 A1号公報）には、シリンダヘッドの第1冷却回路とエンジンブロックの第２冷却回路とを有する内燃機関の冷却システムが記載されている。これらの冷却回路は相互接続され、第１冷却回路と第２冷却回路との間に冷却液流を分ける制御可能な傾斜手段が設けられている。

［特許文献２］（欧州特許第1 035 306 A2号公報）にもシリンダヘッドを冷却するための第1冷却回路と、シリンダブロックを冷却するための第２冷却回路とを有する同様な冷却システムが記載されている。

［特許文献３］（ドイツ国特許公開第DE 10 2004 024 289 A1号公報）には高温回路と低温回路とを備えた車両の冷却システムが記載されている。高温回路は内燃機関を冷却するために設けられ、低温回路は給気冷却器、場合によってはオイル冷却器を冷却するために使用される。

［特許文献４］（ドイツ国特許公開第DE 10 2011101 337 A1号公報）には内燃機関の付属部品を冷却するための低温回路と、内燃エンジンとその他の補助ユニットを冷却するための高温回路とを備えた回路装置が記載されている。

［特許文献５］（実開平06-60745号公報）には、シリンダーライナーとシリンダーヘッドとから成る少なくとも1つのシリンダーを有する内燃機関が開示され、シリンダーライナーは流体接続された第1および第２の冷却ジャケットで囲まれている。第１の冷却ジャケットはシリンダハウジング内の第２の冷却ジャケットから流体分離されている。

同様な内燃機関は［特許文献６］（特開昭JP55-057614A号公報）または［特許文献７］（特開昭JP58-65927A号公報）にも記載されている。

現在、クランクケースの排気における高効率オイル分離が大きな問題になっている。ブローバイガス中に存在する油成分に対する最高分離効率に対応する要件を満たす種々のシステムが市販されているが、技術的な複雑さは相当なもので、費用も高くなる。

ドイツ国特許公開第DE 10 2004 047 452 A1号公報 欧州特許第1 035 306 A2号公報 ドイツ国特許公開第DE 10 2004 024 289 A1号公報 ドイツ国特許公第DE 10 2011101 337 A1号公報 実開平06-60745号公報 特開昭JP55-057614A号公報 特開昭JP58-65927A号公報

本発明の目的は、エンジン性能を最適化させ、しかも背圧および設置スペースの点で給気冷却回路（Ladeluftkuhlkreislauf）を最適化することにある。
本発明では、高効率でメンテナンスフリーなクランクケース換気法と、新しいチャージエアー冷却コンセプトと組み合わせる。本発明の目標はケーブルレスなモータ設計の統合ソリューションにある。

本発明の対象は、少なくとも一つの制御装置と、少なくとも一つのインタークーラーと、少なくとも一つの第１冷却回路および第２冷却回路とを有し、第1冷却回路のラジエータは内燃機関の冷却水に流体接続され、第２冷却回路は内燃機関のインタークーラーに流体接続された内燃エンジン、特にディーゼル内燃機関にある。

本発明はさらに、制御装置が給気冷却器の領域に配置され、それと同じ冷却回路で冷却できる。

本発明の別の実施形態では、第２冷却回路が少なくとも1つのポンプに流体接続されている。

本発明によるさらなる実施形態では、少なくとも1つのベンチュリ管を含む換気装置を有するアクティブクランクケースを提供する。

本発明ではさらに、ベンチュリ管が一種ブリーズビームポンプ（Saustrahlpumpe）として構成される。

本発明の別の実施形態では、インタークーラーがシリンダヘッドカバー上にほぼ配管フリーで取り付けられる。

本発明によるさらなる発展形態では、第1冷却回路および第２冷却回路が少なくとも1つの混合弁によって流体接続され、特にウオームアップ期に第1冷回路の冷却水によって加熱することができる。

本発明ではさらに、共振およびノイズを実質的に避けるために、シリンダヘッドカバーの実質的に全領域がバイオニックフード(bionischen Haube)で覆われている。

本発明による別の実施形態では、バイオニックフードは２つの同一の内面またはリブを有さない内部構造またはリブを有する。

さらに、低温ではインタークーラーをスイッチオフできるように設計することができ、インタークーラーのエアサイド設計は顧客の設置状態とは無関係にでき、オプションとしてエンジン制御ユニットの冷却と制御ユニットの取り付けとを統合でき、エンジン全体の外観と音響を最適化でき、エンジンの近くに吸気システムを作ってエンジンの最適設計が可能になる。
以下、例として示す本発明の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。

フードのない高温および低温回路を備えた内燃機関の図。 フードを付けた高温および低温回路を備えた内燃機関の図。 ［図２］のフードの内部を示す図。 ［図２］の実施例の側面図。 ［図３］のＡ−Ａ断面を示す図。

［図１］は、高温回路と低温回路を有する内燃機関１を図示しており、以下の図に示すフード１１は有していない。

この往復動エンジン１は低温−水−空気−給気冷却器（Niedrigtemperatur-Wasser-Luft-Lade-luftkuhler）２を有しており、この低温−水−空気−給気冷却器２はターボチャージャ４からの冷却されていない空気が追加の配管なしで低温−水−空気インタークーラー２に直接入ることができるようにバルブカバーフード３上に配置されている。エンジン５の入口バルブの前にある低温給気冷却器２の冷たい給気ダクトも最小限の配管しか必要としない。クーラントポンプ６は低温水回路に効率的に冷却水を流し、低温用ラジエータ８を介してエンジン制御装置７の要求に応じて水を吐出する。クランクケースブリーザ１２の上方に配置された弁カバーフード３は低温給気冷却器２のすぐ近くに配置されているので、ベンチュリ管１３は低温水−空気−給気冷却器２およびクランクケースブリーザ１２と動作可能に接続され、クランクケースブリーザ１２および低温給気冷却器２に最小限の配管で直接接続される。エンジン用ラジエータ１４は往復動エンジン１の冷却回路に接続され、冷却水ポンプは高温回路によってピストンエンジン１を冷却するように動作可能に接続されている。

この往復動エンジン１では低温給気冷却器２はバルブカバーフード３上に取り付けられ、給気側はエンジン５の吸気バルブの前の圧縮機側（非冷却側）４と低温充填空気ガイドとの間に直接最適に接続される。システムの冷却は前方エンジンラジエーターの前に置かれた低温水冷式ラジエータで行われる。冷却装置は、電気駆動式の制御可能なインタークーラーに取り付けられた冷却ポンプ６を用いて低温給気冷却器２を制御する。

低温冷却剤回路のオプションとしてこの冷却回路にバルブカバーの上に取り付けられたエンジン制御装置７を一体化することができる。

［図２］には高温回路と低温回路と、ラジエータ８，１４とを備えた内燃機関１が示されている。バルブカバーフード３上にはエンジン制御装置７、低温給気冷却器２、冷却水ポンプ６、クランクケースブリーザ１２およびベンチュリ管１３のような装置およびフード１１が配置されている。

［図３］は［図２］の側面図で、［図２］のフード１１の内部を示している。

［図４］は[図２]の側面図を示し、上記ユニットは独立したモジュール9として設計されている。ここでは個々の構成要素２，６，７，１２および１３は吸音装置によって覆われたバイオニック内部リブ(bionischen Innenverrippung)１０を有するフード１１を備えている。

［図５］は［図３］のフード１１のＡ−Ａ断面を示す。

給気は最も短く、最も合理化されたルートをとる。

エンジンの気流に悪影響を及ぼす可能性のある追加の配管は必要ない。システムを完全に統合することによって、システムの損失が減少し、エンジンはより効率的になる。

その結果、エンジンへの最適な空気供量が常に保証される。充填空気ギャップの抵抗が低いことによってエンジンの燃料消費量の低減につながる。

給気混合気中の死容積（Totvolumina）は絶対最小値まで減少する。その結果、ブースト圧力構造のデッドタイムが最適化され、エンジンの動特性が大幅に向上する。低温冷却回路用の電動冷却媒体ポンプの充電空気温度への影響を少なくすることができる。エンジンの運転停止段階では、低温システムの冷却剤の流れは、エンジンのウォームアップ時の全ての利点を有する給気冷却器のバイパスと同じ効果に最小化される。

調節自在なインタークーラーを用いることでエンジンウォームアップ中の排気後処理システムの吸気挙動に有意に正の影響がでる。

暖かいエンジンの場合、排気空気後処理装置を使用して排気ガス後処理システムの再生を補助することができる。

エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）をエンジンに近くに取り付けることで顧客に明確なハンドリングの利点を提供する。エンジン制御ユニットをバルブカバーの上に取り付けることで配線の大部分が覆われて保護される。デバイスへの転送ポイント（接続プラグ）の数を減らすことができ、必要なライン長を短くすることができる。ＥＣＵの冷却は、非常に短いケーブル長で完全に統合された給気冷却モジュールの低温冷却回路に接続することができる。

冷却のためにエンジン制御装置を燃料回路に組み込む必要がなくなるので、大幅なコスト削減につながる。さらに、エンジンの構造が明確に配置され、エンジンの外観が優れたものになる。バイオニック内部リブ付きカバーは、滑らかで汚れをはね返す表面を特徴とする。部品の必要剛性は完全に不均一であるが支持構造には最適な全体の力が与えられる。

バイモニック内部リブの利点はフード材料として最適な材料が使用できる点と、モーターの共振によって振動と一緒に設定できる類似の表面要素がないため音響特性を最適化できる点にある。共振周波数があったとしても、フードのごく小さな部分のみが振動するので、エンジン全体の音響吸収(Schallabstmahlung)に好ましい影響を与える。

低温水−空気−インタークーラー２は［図１］に示すように往復動内燃機関1のバルブカバーフード３の上に取り付けられ、圧縮機側４（冷却されていない側）とエンジン５の吸気弁前の低温吸気ダクトのインタークーラー側との間に最適な流路接続が形成される。

低温給気冷却器２は、エンジン制御装置７によって直接または間接的に制御される電気駆動で制御可能な冷却空気冷却器２と冷却水ポンプ付近のインタークーラー６とを含む。

既存の低温冷却回路は、冷却回路にバルブカバーの上に取り付けられたエンジン制御装置７を一体化する選択肢を提供する。
上記ユニットは独立したモジュール９として設計される。

ここでは、各コンポーネントが吸音材で覆われたバイオニック内部リブ(Innenverrippung)１０を有するフードＩＩでカバーされている。

このフード１１は高効率のクランクケースブリーザ（ベント）（Kurbelgehauseentluftung）１２を含む。このクランクケースブリーザ１２はいわゆる衝突原理またはサイクロン原理のものまたはその組合せ、あるいは他の公知の分離システムとの組み合わせで作動する。

分離可能性を高めるためには圧力勾配を生じさせる外部エネルギーを供給して、システム効率を確実に増加させる必要がある。従って、クランクケース換気システム１２に必要な負圧を発生させるために、上記フード１１にはインタークーラー２のブースト圧力を使用するベンチュリ１３が一体化されている。吸気空気経路から流れの一部を採取し、適当な点でエンジンの吸気管に戻す。

空気の流れは最も短く、最も合理的な方法で行う。

エンジンの最適な空気供給が常に保証される。充填空気経路の流れ抵抗が低いので、エンジンの燃料消費量は減少し、損失を最小限に抑えることができる。

チャージエアシステムの死容積は最小限に抑えられる。その結果、ブースト圧力構造のデッドタイムが最適化され、エンジンのダイナミックスが大幅に向上する。低温冷却剤循環のための制御可能な電気駆動の冷却剤ポンプ６は、給気温度に直接影響を及ぼすことができる。エンジンのコールドスタート期では、低温システムのクーラントの流れが最小限に抑えられ、チャージエアクーラーバイパスの場合と同様にエンジンのウォームアップ効果が得られる。

制御可能な中間冷却によって、エンジンの暖機中の排気ガス後処理システムの消灯挙動も有意に正の影響を与えることができる。

エンジンが暖かい場合、排気空気後処理装置を使用して、排気ガス後処理システムの再生を補助することができる。

制御装置７（ＥＣＵ）をエンジンの近くに配置したことによって特にサービス時のハンドリング性が良くなる。制御装置をバルブカバーの上に取り付けることで配線の大部分を覆い、保護することができる。また、デバイスへの転送ポイント（接続プラグ）の数および必要なライン長を減らすことができる。ＥＣＵの冷却路は極めて短いケーブル長で完全に統合されたインタークーラーの低温冷却回路に接続できる。エンジン制御装置７を冷却目的のために燃料回路に一体化する必要はない。これによって大幅なコスト削減ができる。さらに、エンジンのアーキテクチャがはるかに明確になり、エンジンの外観がすっきりする。

バイオニック内部リブ１０を有するカバー１１は外側が滑らかで、汚れを嫌う表面によって特徴付けられる。部品の必要剛性は完全に不均一であるが、支持構造に最適な力は与えられる。バイオニック内部リブ１０の利点はフードに最適な材料が使用でき、音響特性が最適化できる点にある。これはエンジンの共振によって振動に設定できる類似の表面要素がないためである。共振周波数がある場合でも、フードのごく小さな部分のみが振動し、エンジン全体の音響放射に好ましい影響を与える。

往復動式内燃機関のクランクケースの換気中に含まれオイル粒子を含有する「ブロー・バイ・ガス」のを高い効率を達成するためには高コストが必要である。これは将来の排ガス規制に関して特に真実である。

現在のところ、これは実現するには外部エネルギーを使用する必要がある。

従来法の代りに、外部駆動の回転システムを使用して換気駆動エネルギーを与えて、クランクケース換気システムに必要な十分高い圧力差を生成させることができる。

ここでは、必要な負圧を生成させるためのベンチュリ管１３を有するクランクケースブリーザ１２を使用し、過給式往復動エンジン１の給気システムに直接または最小限のオーバーヘッドを有する吸気冷却器２を一体化する。

この場合、このシステムは既存のエンジンのオプションソフトで構築できるモジュールを形成する。

従って、最小限の設置努力で往復動内燃エンジンの「ブローバイガス」から油粒子を非常に効率的に分離するシステムを提供することができる。

構造全体はバイオニック内部リブ１０を有する放出音最適化カバー１１の下で目に見えないように設置される。

バイオニックカバー：
内部支持構造は例えばトンボの羽根構造に対応する。

これは翼構造として構成してもよく、また、対称または非対称に配置される翼構造の種々の部分から構成してもよい。

リブの高さは一定でもよいが、理想的にはバイオモデルに従うようにし、コンポーネントの力曲線に応じた材料を使用する。

１ 往復動エンジン
２ 低温−水−空気−給気冷却器
３ バルブカバー
４ ターボチャージャーからの未冷却空気
５ エンジンの吸気バルブ前の冷たい吸気ダクトシステム
６ インタークーラー内蔵クーラントポンプ
７ エンジン制御装置
８ 低温ラジエータ
９ スタンドアロンモジュール
１０ バイオニック内部リブ
１１ フード
１２ クランクケースベンチレーション
１３ ベンチュリー管
１４ ラジエーター

Claims (9)

1. 少なくとも１つの給気冷却器と、少なくとも１つの制御装置と、第１冷却回路と、第２冷却回路とを有し、第１冷却回路は内燃機関のラジエータに流体接続され、内燃機関の第２冷却回路はインタークーラーと流体的に接続されている内燃機関、特にディーゼルエンジン。
2. 上記制御装置が上記給気冷却器の領域内に配置され、同じ冷却装置によって冷却されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 第２冷却回路が少なくとも１つのポンプに流体接続されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
4. 少なくとも１つのベンチュリ管を含む能動的なクランクケース換気装置を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関。
5. 上記ベンチュリ管がブリーズビーム型ポンプ(Art Saustrahlpumpe)として構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関。
6. 上記インタークーラーがシリンダーヘッドカバー上にほぼワイヤーレスの状態で設置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関。
7. 第１冷却回路と第２冷却回路が少なくとも一つの混合弁を介して流体連結され、特に、給気冷却器のウオームシップ期の間に第１冷却回路の冷却水によって加熱されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関。
8. 共振を回避するためにシリンダヘッドカバー上方の実質的に全領域が二重フードで覆われていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関。
9. バイオニックフードがバイオニック内部リブを有する、または有さない２つの同一の内部構造することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関。

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