KR20170065566A

KR20170065566A - 냉각 시스템 및 이와 같은 유형의 냉각 시스템을 구비한 내연 기관

Info

Publication number: KR20170065566A
Application number: KR1020177010905A
Authority: KR
Inventors: 올리버 마르킨
Original assignee: 엠테우 프리드리히스하펜 게엠베하
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2015-10-01
Publication date: 2017-06-13
Also published as: EP3201445A1; RU2017115013A; US20170204776A1; WO2016050939A1; CN106715858A; RU2017115013A3; KR101950261B1; RU2680278C2; CN106715858B; US10895194B2; EP3201445B1

Abstract

본 발명에서 냉각 시스템(3)이 제안되고, 상기 냉각 시스템은 적어도 하나의 냉각될 제1 구성 소자(5)를 포함하고, 상기 제1 구성 소자 내부로 제1 냉각제 라인(7)이 맞물리며, 이때 제1 배기 라인(9)이 상기 제1 구성 소자(5)의 배기를 위해 상기 제1 구성 소자(5)에 유체 연결되어 있다. 상기 냉각 시스템(3)은 상기 제1 배기 라인(9)이 제2 냉각제 라인(11) 내부로 맞물리는 것을 특징으로 한다.

Description

냉각 시스템 및 이와 같은 유형의 냉각 시스템을 구비한 내연 기관{COOLING SYSTEM, AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE COMPRISING A COOLING SYSTEM OF SAID TYPE}

본 발명은 냉각 시스템 및 이와 같은 유형의 냉각 시스템을 구비한 내연 기관에 관한 것이다.

본 출원서에서 언급되는 유형의 냉각 시스템은 통상적으로 냉각제 순환계를 포함하고, 상기 냉각제 순환계를, 예를 들어 내연 기관의 냉각될 구성 소자들로부터 열을 흡수하기 위한 액상의 냉각제가 관류한다. 냉각제의 충전시 또는 보충시, 또는 이와 같은 유형의 냉각 시스템의 경우에 따라 발생하는 누출에 의해 공기 봉입이 야기될 수 있으며, 이러한 공기 봉입은 상기 냉각 시스템의 냉각 효율에 단점적으로 작용한다. 이와 관련하여, 공지된 냉각 시스템들에서는 구성 소자의 배기를 위해, 배기 라인이 냉각제 라인을 통해 냉각제를 공급받는 냉각될 구성 소자에 유체 연결된다. 이 경우, 상기 배기 라인은 상기 냉각제 라인과 상이하며, 냉각제의 공급에 이용되는 것이 아니라, 오히려 구성 소자의 배기에 특수하게 이용된다. 상기 배기 라인은 일반적으로 상기 냉각 시스템의 기포 분리기(bubble separator)로 가이드 되고, 상기 기포 분리기 내부로 일반적으로 상이한 구성 소자들로부터 비롯되는 다수의 배기 라인이 맞물리거나, 또는 상기 배기 라인은 상기 냉각제 순환계의 팽창 탱크(expansion tank) 내로 가이드 되고, 이때 상기 기포 분리기 또는 상기 수집 탱크(collection tank) 내부의 공기는 냉각제로부터 분리될 수 있다. 상기 기포 분리기 또는 상기 팽창 탱크에 도달하기 위해, 어느 경우든 이와 같은 기포 분리기 및 팽창 탱크로부터 더 멀리 떨어져서 배치되어 있는 구성 소자들로부터 긴 배기 라인들이 필요한데, 상기 배기 라인들은 특히 내연 기관에서 복잡한 방식으로 설치되어야만 한다. 그로 인해, 구성, 제조, 조립 및 적응의 현저한 복잡성, 그리고 높은 개발 비용이 주어진다. 계속해서, 이와 같은 유형의 긴 라인들의 접근 가능성이 모든 곳에서 보장되지는 않는데, 이와 같은 사실은 조립의 복잡성 또는 비용을 높이거나, 또는 잠재적인 재구성 단계를 요구한다. 상기 배기 라인들을 진동에 대해, 그리고 경우에 따라 진동에 의해 야기되는 파손에 대해 덜 취약하게 하기 위해, 이와 같은 배기 라인들을 규칙적인 간격들로 고정해야 한다. 이와 같은 상황은 특히, 긴 배기 라인들이 상이한 부품들에 고정되도록 요구하는데, 이때 공차가 보상되어야 하거나 공차 보상이 불가능한 경우, 연속 조립 공정의 장애가 야기될 수 있다. 상기 배기 라인들이 인장 되어 조립되면, 이와 같은 상황은 작동 중에 라인들의 파손을 야기할 수 있다. 추가적인 문제는 의도한 위치들에서 배기 라인들의 고정이 불가능한 경우가 많다는 점에서 주어지는데, 그 이유는 경로에 다른 부품들이 있기 때문이다. 이 경우, 더 큰 간격들이 상기 배기 라인들에 의해 자려 발진(self-oscillation) 방식으로 극복되어야 한다. 이때 상기 배기 라인들의 진동 취약성은 이러한 배기 라인들의 자려 발진 길이에 따라 증가한다. 또한, 추가적인 문제는 기포 분리기 또는 팽창 탱크 내부로 중앙 공급되는 상이한 배기 라인들에 패널들이 할당되어야 한다는 점에서 발생하는데, 상기 패널들은 상이한 지름에 의해 배기 될 구성 소자들의 상이한 압력 레벨들이 보상되도록 보장한다. 이 경우, 부분적으로 1㎜ 이하의 유동 지름을 갖는 패널들이 사용되어야 하는데, 이때 높은 유동 저항이 발생하고, 예를 들어 냉각제 내에 입자들이 존재하는 경우에 막힘 위험성이 있다.

본 발명의 과제는 냉각 시스템 및 이와 같은 유형의 냉각 시스템을 구비한 내연 기관을 제조하는 것이며, 이때 언급된 상기 단점들이 발생하지 않아야 한다.

상기 과제는 독립 청구항들의 대상들이 제조됨으로써 해결된다. 바람직한 형성 예들은 종속 청구항들로부터 주어진다.

상기 과제는 특히 냉각 시스템이 제조됨으로써 해결되는데, 상기 냉각 시스템은 적어도 하나의 냉각될 제1 구성 소자를 포함하고, 상기 제1 구성 소자 내부로 제1 냉각제 라인이 맞물리며, 이때 상기 제1 구성 소자의 배기를 위해 상기 제1 냉각제 라인과 상이한 제1 배기 라인이 상기 제1 구성 소자에 유체 연결되어 있다. 이 경우, 상기 제1 배기 라인은 제2 냉각제 라인 내부로 맞물린다. 다시 말해, 상기 제1 구성 소자로부터 출발하는 배기 라인은 팽창 탱크 또는 기포 분리기와 같은 중앙 공급 위치로 가이드 되지 않고, 오히려 -특히 분산적으로- 제2 냉각제 라인 내부로 가이드 됨으로써, 결과적으로 상기 제1 구성 소자로부터 방출된 공기는 상기 제2 냉각제 라인을 통해 냉각제 순환계를 따라 계속 이송될 수 있다. 이와 같은 분산형 형성 예에 의해, 상기 배기 라인은 특히 상기 냉각될 제1 구성 소자가 팽창 탱크로부터 떨어져 배치되어 있는 경우에도 중앙 도입 위치 및 다수의 배기 라인의 병합이 제공되는 경우보다 더 짧게 형성될 수 있다. 그럼으로써, 긴 배기 라인들과 결부된 단점들 -특히 구성 방식의 단점들과 고정 및 진동 취약성과 관련한 단점들-이 적어도 전반적으로 -바람직하게는 완전히- 방지될 수 있다. 또한, 패널들을 혼동할 위험성이 더는 발생하지 않는다. 오히려 상이한 배기 라인들을 위해 동일한 패널 지름이 이용될 수 있음으로써, 결과적으로 동일 부재들이 사용될 수 있다. 중앙 도입 위치에서 다수의 구성 소자의 상이한 압력 레벨이 더는 보상될 필요가 없기 때문에, 패널 지름도 더 크게 선택될 수 있으며, 그 결과 냉각제 내에 존재하는 입자들에 의한 막힘 위험성이 방지된다.

상기 냉각 시스템은 바람직하게 액상의 냉각제를 사용하기 위해 설계되어 있다. 이 경우, "액상"이라는 용어는 본 출원서에서 특히, 냉각제가 냉각 시스템 내에 주도하는 조건들 아래에서, 특히 작동 중에 상기 냉각 시스템 내에 주도하는 압력 및 온도 아래에서 액상의 응집 상태로 존재한다는 사실을 의미한다. 특히 상기 냉각제는 바람직하게 정상 조건들(normal conditions)에서, 다시 말해 특히 1013mbar 및 25℃에서 액상 형태로 존재한다. 이와 같은 유형의 냉각제는 바람직하게, 특히 기체 형태의 냉각제보다 더 높은 열 용량을 갖는다. 따라서, 상기 냉각제는 더 작은 용적 흐름 및/또는 질량 흐름에서 더 큰 열량을 운반할 수 있고, 그에 따라 효과적인 냉각을 가능하게 한다. 특히 바람직하게, 상기 냉각 시스템은 냉각제로서 물을, 바람직하게는 적어도 하나의 부동액 -예컨대 글리콜-을 구비한 혼합물로서 사용하기 위해 설계되어 있다. 이 경우, 물은 특히 높은 열 용량을 갖는 것을 특징으로 한다. 그러나 관찰된 라인 섹션 내에 존재하는 냉각제와 공기의 혼합물의 열 용량이 순수한 냉각제와 비교하여 감소하고, 이와 같은 방식으로 냉각 효과가 감소한다는 문제가 발생한다. 또한, 냉각될 구성 소자들의 측지적으로(geodetic) 높게 놓인 위치들에서 공기 쿠션(air cushion)이 형성될 수 있으며, 상기 공기 쿠션은 경우에 따라 냉각제 유량을 현저히 감소시키거나, 또는 심지어 완전히 정지시킬 수 있다. 따라서, 이와 같은 유형의 냉각 시스템의 냉각 효율을 향상시키기 위해 냉각될 구성 소자들의 배기가 필요하다.

냉각될 구성 소자는 특히, 냉각 시스템에 의해 냉각되어야 하는 장치의 부재, 특히 부품 또는 기능 부품으로 이해된다. 특히 이 경우, 내연 기관의 부재, 부품 또는 기능 부품이 고려될 수 있는데, 예를 들어 터보차저(turbocharger)의 터빈 하우징(turbine housing) 또는 압축기 하우징(compressor housing), 혹은 크랭크 케이스(crank case)가 고려된다.

냉각제 라인은 특히, 냉각제를 가이드 하기 위해, 말하자면 냉각될 구성 소자를 냉각시킬 목적으로 상기 냉각될 구성 소자로 냉각제를 공급하기 위해, 상기 냉각될 구성 소자를 통해 냉각제를 전달하기 위해, 그리고/또는 상기 냉각될 구성 소자로부터 냉각제를 방출시키기 위해 설계되어 있는 라인으로 이해된다. 이 경우, 냉각제 라인은 특히 자체 횡단면의 관점에서, 냉각될 구성 소자를 이러한 구성 소자의 냉각을 위해 충분한 냉각제의 질량 흐름 또는 용적 흐름이 관류할 수 있도록 설계되어 있다. 이와 같은 유형의 냉각제 라인은 상기 냉각될 구성 소자와 별도의, 그러나 이와 같은 냉각될 구성 소자에 유체 연결된 라인으로서, 그리고 냉각될 구성 소자 내부의 냉각제 경로로서 예를 들어 이중벽으로 형성된 하우징에 의해 형성될 수 있다. 냉각제 라인들은 바람직하게, -특히 압력 손실, 유속, 공동 현상(cavitation) 및 다른 관련 조건들과 관련하여- 냉각될 모든 구성 소자들로 효과적인 그리고 효율적인 냉각제 가이딩이 보장되도록 배치된다.

배기 라인은 특히, 냉각될 구성 소자의 배기를 위해 제공되었고, 특히 상기 냉각될 구성 소자로부터 공기 또는 냉각제/공기-혼합물을 방출시키기 위해 설계된 라인으로 이해된다. 이 경우, 배기를 목적으로 상기 배기 라인을 통해 상기 냉각될 구성 소자로부터 방출된 냉각제/공기-혼합물은 경우에 따라 냉각제 라인을 통해 유동하는 냉각제/공기-혼합물보다 공기 비율이 더 높다. 효과적인 배기를 위해, 상기 배기 라인은 바람직하게, 이러한 배기 라인에 실질적으로 공기가 공급되도록 상기 냉각될 구성 소자에 배치되지만, 이때 특히 상기 배기 라인 내부로 도달하는 기포는 냉각제를 동반할 수 있다. 그럼으로써, 상기 배기 라인 내부에서 어느 경우든 냉각제 라인과 비교하여 공기 비율이 높아지고, 상기 배기 라인을 통해 가이드 된 혼합물의 냉각제 비율은 상기 냉각제 라인 내부에서보다 현저히 더 낮다. 또한, 상기 배기 라인은 상기 냉각될 구성 소자의 냉각을 위해 충분한 냉각제의 질량 흐름 또는 용적 흐름을 가이드 할 필요가 없기 때문에, 상기 배기 라인은 바람직하게 상기 냉각제 라인보다 더 작은 횡단면을 갖는다. 배기 라인들은 바람직하게, 냉각제의 유동을 보장하기 위해 적합한 압력 레벨이 도달되거나 유지되도록 냉각될 구성 소자에 배치된다. 또한, 배기 라인들은 바람직하게 가급적 짧게 형성된다.

배기는 본 출원서에서 특히, 냉각 효과 및 냉각될 구성 소자를 통한 냉각제의 유동을 향상시키기 위해, 공기가 상기 냉각될 구성 소자에 할당된 냉각제 라인으로부터, 또는 상기 냉각될 구성 소자의 냉각제 경로로부터 방출되는 것을 의미한다.

가능한 경우에 한해, 배기 라인들은 바람직하게, 효과적인 배기를 보장하기 위해 상승하도록 설치된다.

상기 냉각될 제1 구성 소자에는 특히 적어도 2개의 라인이 유체 연결되어 있는데, 말하자면 한편에는 제1 냉각제 라인이 유체 연결되어 있고, 그리고 이와 같은 제1 냉각제 라인과 상이한, 바람직하게는 이와 같은 제1 냉각제 라인과 별도의, 다시 말해 특히 분리되어 배치된 제1 배기 라인이 유체 연결되어 있으며, 이때 상기 냉각제 라인은 상기 배기 라인과 달리, 상기 냉각될 구성 소자에 이러한 냉각될 구성 소자의 냉각을 위해 충분한 냉각제의 질량 흐름 또는 용적 흐름을 공급하기 위해 설계되어 있고, 이때 상기 배기 라인은 상기 제1 구성 소자의 배기를 보장하기 위해 설계되어 있다. 상기 냉각될 구성 소자는 바람직하게 추가적으로 -제3 라인으로서- 추가 냉각제 라인에 유체 연결되어 있고, 냉각제는 상기 냉각될 구성 소자를 관류한 이후에 상기 추가 냉각제 라인을 통해 방출된다. 다시 말해, 상기 배기 라인은 특히 냉각제의 방출을 위해서 이용되지 않고, 오히려 배기를 위해서, 바람직하게는 배기만을 위해서 이용된다.

상기 배기 라인은 바람직하게 상기 제1 구성 소자 내부의 냉각제 경로에 유체 연결되어 있다. 그 자체로 냉각제 라인을 나타내는 이와 같은 유형의 냉각제 경로는 특히 바람직하게 상기 제1 구성 소자의 이중벽 또는 다중벽으로 형성된 하우징에 의해 형성된다. 상기 배기 라인이 이와 같은 냉각제 경로 내부로 맞물림으로써, 상기 제1 구성 소자는 매우 효과적으로 배기 될 수 있다. 바람직하게 상기 제1 배기 라인은 상기 제1 구성 소자로부터, 특히 상기 냉각제 경로로부터 분기하거나, 또는 상기 제1 배기 라인은 상기 냉각될 제1 구성 소자로부터, 바람직하게는 상기 냉각제 경로로부터 출발한다.

상기 제1 배기 라인은 -바람직하게 상기 제1 구성 소자의 하류에서- 제2 냉각제 라인 내부로 맞물리고, 이때 "하류"라는 용어는 본 출원서에서 특히 상기 제1 구성 소자로부터 방출된 공기의 유동 방향과 관련이 있다. 다시 말해, 공기 또는 공기 비율이 높은 냉각제/공기-혼합물은 상기 제1 구성 소자로부터 상기 제1 배기 라인을 따라 방출되어 상기 제2 냉각제 라인 내부로 유입된다.

상기 제2 냉각제 라인은 바람직하게 -냉각 시스템의 냉각제 순환계를 기준으로- 상기 제1 냉각제 라인의 하류에 배치되어 있다. 특히, 냉각제를 상기 냉각될 제1 구성 소자로부터 방출시키기 위해, 상기 제2 냉각제 라인은 -제3 라인으로서- 상기 냉각될 제1 구성 소자로부터 분기할 수 있고, 그리고/또는 이와 같은 제1 구성 소자에 직접 유체 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2 냉각제 라인은 상기 냉각될 제1 구성 소자에 직접 유체 연결되어 있지는 않지만, 냉각 시스템의 냉각제 순환계 내에서 상기 냉각될 제1 구성 소자의 유체학적 하류에 직렬 배치될 수 있다. 그러나 상기 제2 냉각제 라인이 냉각 시스템 내에서 상기 제1 냉각제 라인에 대해 병렬 배치될 수도 있는데, 예를 들어 냉각 시스템의 평행한 냉각 분기 내에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 개선 예에 따르면, 제2 냉각제 라인은 냉각될 제2 구성 소자 내부의 냉각제 경로로서 형성되어 있다. 이는 특히, 제2 냉각제 라인으로서 예를 들어 제2 구성 소자의 이중벽 하우징에 의해 형성된 일체형 냉각제 경로를 포함하는 상기 냉각될 제2 구성 소자가 제공되어 있다는 사실을 의미하고, 이때 제1 배기 라인이 이와 같은 냉각제 경로 내부로 맞물린다. 다시 말해, 냉각될 제1 구성 소자로부터 방출된 공기는 상기 냉각될 제2 구성 소자 내부에서 재차 냉각제 순환계 내로 가이드 될 수 있고, 상기 제2 구성 소자로부터 -경우에 따라 추가 냉각제 라인들을 통해- 계속 운반될 수 있다. 특히, 상기 제1 구성 소자와 상기 제2 구성 소자가 서로 이웃하여 배치되어 있는 경우, 이와 같은 방식으로 매우 짧은 배기 라인들이 주어진다.

대안적으로, 제1 배기 라인은 냉각될 구성 소자의 외부에서 제2 냉각제 라인 내부로 맞물릴 수 있다. 다시 말해, 냉각될 구성 소자를 관통하지 않고, 오히려 예를 들어 냉각될 구성 소자 방향으로 가이드 되거나, 또는 냉각될 구성 소자로부터 멀어지는 방향으로 가이드 되는 냉각제 라인 내부로 상기 배기 라인이 맞물리는 형성 예도 가능하다. 마찬가지로, 제2 냉각제 라인이 냉각 시스템의 팽창 탱크로 가이드 되고, 특히 이와 같은 팽창 탱크에 직접 유체 연결될 수도 있다. 계속해서, 제2 냉각제 라인이 냉각 시스템의 공기 분리기(air separator)로 가이드 되고, 특히 이와 같은 공기 분리기에 직접 유체 연결될 수 있다.

본 발명의 일 개선 예에 따르면, 냉각 시스템의 작동 중에 제1 냉각제 라인 내부에 제1 압력이 주도하고, 이때 제2 냉각제 라인 내부에 제2 압력이 주도하며, 이때 상기 제1 압력은 상기 제2 압력보다 더 크다. 바람직하게 냉각제는 압력차에 의해 상기 냉각 시스템을 따라서, 그리고 특히 상기 냉각 시스템의 냉각제 순환계를 따라서 이송된다. 이 경우, 상기 냉각제의 유동 방향은 특히 상기 냉각 시스템 내부의 상이한 압력 레벨들에 의해 사전 결정되어 있다. 상기 냉각 시스템의 작동 중에 상기 제2 냉각제 라인 내부의 압력이 상기 제1 냉각제 라인 내부의 압력보다 낮음으로써, 냉각될 제1 구성 소자로부터 배출된 공기가 이와 같은 제1 구성 소자로부터 이송되어 상기 제2 냉각제 라인 내로 공급되도록 보장되며, 그 결과 배기시 규정된 유동 방향이 주어진다. 다시 말해, 상기 냉각될 제1 구성 소자의 배기는 특히 압력에 의해 작동된다.

본 발명의 일 개선 예에 따르면, 제1 냉각제 라인은 제1 단면적을 갖고, 이때 제1 배기 라인은 제2 단면적을 가지며, 이때 상기 제1 단면적은 상기 제2 단면적보다 더 크다. 이와 같은 사실은 바람직한데, 그 이유는 용도에 따라 상기 배기 라인은 단지 냉각될 제1 구성 소자의 배기를 위해서만 이용되어야 하는 반면, 상기 제1 냉각제 라인은 상기 냉각될 제1 구성 소자에 이러한 제1 구성 소자의 냉각을 위해 충분한 냉각제의 질량 흐름 또는 용적 흐름을 공급하기 위해 제공되어 있기 때문이다. 상응하게 선택된 단면적들에 의해, 상이한 라인들이 상이한 자체 용도를 충족시킬 수 있도록 보장되고, 그 밖에, 의도하지 않게 지나치게 많은 냉각제 흐름이 상기 배기 라인을 따라 이송되어 다른 방식으로 냉각 시스템의 기능에 결함을 야기하지 않도록 보장된다.

대안적으로 또는 추가적으로 제2 냉각제 라인은 제1 배기 라인의 제2 단면적보다 더 큰 제3 단면적을 갖는다.

제1 단면적 및/또는 제3 단면적은 바람직하게 제2 단면적보다 최소 16배만큼, 바람직하게 최소 16배 내지 최대 400배만큼, 바람직하게 최소 25배 내지 최대 225배만큼, 바람직하게 최소 36배 내지 최대 100배만큼, 바람직하게 최소 25배 내지 최대 49배만큼, 바람직하게 최소 25배 내지 최대 36배만큼 더 크다. 상응하게, 제1 냉각제 라인 및/또는 제2 냉각제 라인은 원형의 횡단면에서 제1 지름 또는 제3 지름 혹은 제1 반지름 또는 제3 반지름을 갖고, 이때 제1 배기 라인은 -마찬가지로 원형의 횡단면에서- 제2 지름 또는 제2 반지름을 가지며, 이때 상기 제1 지름 및/또는 상기 제3 지름 혹은 상기 제1 반지름 및/또는 상기 제3 반지름은 상기 제2 지름 또는 상기 제2 반지름보다 더 큰데, 말하자면 바람직하게 최소 4배 내지 바람직하게 최대 20배만큼, 바람직하게 최소 5배 내지 최대 15배만큼, 바람직하게 최소 6배 내지 최대 10배만큼, 바람직하게 최소 5배 내지 최대 7배만큼, 특히 바람직하게 최소 5배 내지 최대 6배만큼 더 크다.

제1 냉각제 라인의 제1 단면적과 제2 냉각제 라인의 제3 단면적은 크기가 같을 수 있지만, 상기 제1 단면적과 상기 제3 단면적의 크기가 상이할 수도 있다. 그 밖에, 상기 제1 단면적과 상기 제3 단면적은 동일하거나 상이한 형태 또는 구조를 가질 수 있다.

냉각 시스템의 일 실시 예에서 냉각제 라인은 바람직하게 40㎜ 이상의 라인 지름을 갖는다. 배기 라인은 바람직하게 최소 5㎜ 내지 최대 10㎜, 바람직하게는 최소 6㎜ 내지 최대 8㎜, 바람직하게 7㎜의 라인 지름을 갖는다.

전반적으로, 배기 라인의 횡단면은 일반적으로 냉각될 구성 소자의 필요한 냉각제-용적 흐름과 무관하게 선택되는 것으로 확인된다. 오히려 본 출원서에서는 바람직하게, 배기 라인을 따라 냉각제 흐름을 적게 유지하기 위해 가급적 작은 파이프 라인 크기가 사용되는데, 그 이유는 이와 같은 배기 라인이 냉각을 위해 이용되지 않기 때문이다.

본 발명의 일 개선 예에 따르면, 제1 배기 라인은 냉각될 제1 구성 소자에 연결 위치에서 유체 연결되어 있고, 상기 연결 위치는 제1 냉각제 라인의 개구보다 더 높게, 다시 말해 상기 냉각될 제1 구성 소자 내부로 연결되는 상기 제1 냉각제 라인의 개구의 특히 측지적으로 상부에 배치되어 있다. "측지적으로 상부"라는 용어는 본 출원서에서 특히, 중력에 의해 수직 방향으로도 언급되는 탁월한 방향이 사전 결정되고, 이때 냉각 시스템의 용도에 따른 배치에서 지구 중심을 향하는 냉각 시스템의 측면이 측지적으로 아래로서 언급되고, 지구 중심을 등지는 냉각 시스템의 측면이 측지적으로 위로서 언급되는 것에서 비롯된다. 다시 말해, 상기 제1 배기 라인의 연결 위치가 상기 제1 냉각제 라인의 개구의 측지적으로 상부에 배치되어 있다는 사실은, 특히 이와 같은 연결 위치가 -수직 방향으로 볼 때- 상기 제1 냉각제 라인의 개구 위에 배치되어 있다는 것을 의미한다. 그럼으로써, 상기 제1 냉각제 라인을 통해 상기 제1 구성 소자 내부로 유입되는 공기가 위로 상승할 수 있도록 보장되고, 이때 상기 공기는 상기 제1 냉각제 라인의 개구 위치의 상부에서 상기 배기 라인 내부로 누출될 수 있다. 특히 바람직하게 배기 라인의 연결 위치는 제1 구성 소자의 측지적으로 최상의 위치에 배치되어 있다. 이와 같은 상황은 특히, 상기 제1 구성 소자 내부에 존재하는 공기가 측지적으로 최상의 위치에서 수집되어, 상기 최상의 위치로부터 상기 배기 라인을 통해 방출될 수 있다는 장점이 있다. 이와 같은 방식으로 특히 상기 제1 구성 소자의 측지적으로 최상의 위치에서 공기 쿠션의 형성이 방지될 수 있다.

제1 냉각제 라인이 제1 구성 소자의 측지적으로 하부면에서 이와 같은 제1 구성 소자 내부로 맞물릴 수 있다. 이 경우, 냉각제는 상기 냉각될 제1 구성 소자 내부에서 아래에서 위로 유동하다가 -상기 냉각제를 상기 제1 구성 소자로부터 방출시키는 냉각제 라인의 개구 위치에 따라- 재차 아래로 유동하거나, 또는 상기 냉각제는 상기 제1 냉각제 라인의 개구의 측지적으로 상부에 놓인 위치에서 상기 제1 구성 소자로부터 방출된다.

제2 냉각제 라인 내부로 연결되는 제1 배기 라인의 개구는 측지적으로 아래에 놓인 위치에 형성되거나, 또는 측지적으로 위에 놓인 위치에 형성될 수 있는데, 특히 냉각될 제2 구성 소자 내로 형성될 수 있다. 상기 냉각될 제2 구성 소자의 냉각제 경로 내부로 측지적으로 위에서 맞물리는 경우, 상기 냉각제 경로 내로 유입되는 공기가 상기 제2 구성 소자 내부에서 상승하지 않아도 되고, 오히려 측지적으로 위에 머물러 있다가, 바람직하게 이곳에서 추가 배기 라인에 의해 재차 상기 제2 구성 소자로부터 방출될 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 일 개선 예에 따르면, 냉각 시스템은 공기 분리기를 포함하고, 상기 공기 분리기는 -냉각제의 유동 방향을 기준으로- 제2 냉각제 라인 내부로 연결되는 제1 배기 라인의 개구의 하류에 배치되어 있다. 상기 공기 분리기는 바람직하게 특히 상기 제2 냉각제 라인에 유체학적으로 직렬 배치되어 있고, 이때 상기 제2 냉각제 라인은 상기 공기 분리기 내부로 직접 맞물리거나, 또는 이때 상기 공기 분리기는 -냉각제의 유동 방향으로 볼 때- 제2 냉각제 라인의 하류에 배치되어 있다. 상기 공기 분리기에는 제2 배기 라인이 유체 연결되어 있다. 그에 따라, 상기 제2 냉각제 라인을 따라 이송된 공기가 상기 공기 분리기에 의해 마찬가지로 상기 제2 냉각제 라인을 따라 이송된 냉각제로부터 분리되어 상기 제2 배기 라인을 통해 방출될 수 있다.

공기 분리기는 특히, 유체 흐름에 포함된 공기를 유체 흐름의 액체 비율로부터 분리하기 위해 설계된 장치로 이해된다. 상기 공기 분리기는 특히, 상기 분리된 공기를 제2 배기 라인에 공급하여, 이와 같은 방식으로 냉각 시스템의 냉각제 순환계를 배기하기 위해 설계되어 있다. 실제로 상기 공기 분리기 내에서 공기와 냉각제의 완전한 분리가 경우에 따라 달성되지 않는다는 사실은 방해가 되지 않으며, 이때 특히 액상의 냉각제가 상기 분리된 공기와 함께 제2 배기 라인 내로 도달할 수 있다. 그러나 상기 제2 배기 라인 내부로 가이드 된 공기/냉각제-혼합물은 어느 경우든 상기 공기 분리기 내로 유입되는 냉각제/공기-혼합물보다 공기 비율이 더 높고 냉각제 비율이 더 낮다. 상응하게 상기 공기 분리기의 하류에서 이와 같은 공기 분리기로부터 비롯되는 냉각제 라인 내부에서 유동하는 냉각제/공기-혼합물은 상기 공기 분리기 내로 유입되는 냉각제/공기-혼합물보다 냉각제 비율이 더 높고 공기 비율이 더 낮다.

바람직하게 상기 공기 분리기는 분리 수단을 포함하고, 상기 분리 수단은 공기를 상기 공기 분리기를 관류하는 냉각제 흐름으로부터 분리하여 제2 배기 라인에 공급하기 위해 설계되어 있다. 상기 분리 수단은 바람직하게 상기 공기 분리기를 관류하는 냉각제 흐름 내에 배치된 립(lip) 또는 디스크(disk)로서 형성되어 있다. 상기 립 또는 디스크는 바람직하게, 제1 측면에서 공기 비율이 통과하고 제2 측면에서 액상의 냉각제가 통과하는 방식으로 상기 냉각제 흐름의 공기 비율 및 액상의 냉각제 비율이 상기 립 또는 디스크를 관류함으로써, 결과적으로 상기 립 또는 디스크의 제1 측면에서 분리되는 공기가 냉각제 순환계로부터 제거되도록 배치되어 있다. 상기 립 또는 디스크는 특히 상기 공기 분리기의 측지적으로 상부 측면에 배치되어 있고, 상기 상부 측면으로부터 출발하여 냉각제의 유동 방향으로 볼 때 냉각제 흐름 내로 비스듬하게 돌출한다. 상기 립 또는 디스크의 상부에는 바람직하게 상기 공기 분리기 내부에 개구가 제공되어 있고, 상기 개구 내로 제2 배기 라인이 맞물린다. 이와 같은 방식으로 상기 립 또는 디스크에 의해 공기가 냉각제 흐름으로부터 건져져서 상기 제2 배기 라인에 공급될 수 있다.

상기 립 또는 디스크는 바람직하게 숟가락 형태로 형성되어 있고, 그로 인해 공기가 특히 우수하게 건져진다. 이 경우, 특히 일반적으로 측지적으로 위에서 유동하는 공기 비율이 건져짐으로써, 결과적으로 이와 같이 위에서 유동하는 공기 비율은 상기 숟가락 형태의 디스크 또는 립에 의해 이러한 디스크 또는 립의 제1 측면에서 유도되고, 이때 상기 립 또는 디스크를 관류하는 냉각제는 -이러한 립 또는 디스크에 충돌하는 경우에- 상기 숟가락 형태에 의해 와류 내로 복귀하여 상기 립 또는 디스크의 제2 측면을 스쳐 지나간다.

바람직하게 상기 공기 분리기는 냉각 시스템의 냉각제 라인 내에 통합되어 있거나, 또는 냉각제 라인, 예컨대 제2 냉각제 라인에 직접 유체 연결되어 있다. 그에 따라 상기 공기 분리기는 냉각제 순환계 내에 통합되어 있다. 이러한 이유에서도 상기 냉각 시스템은 매우 작게 형성될 수 있다.

상기 공기 분리기의 분리 수단은 바람직하게, 알루미늄, 구리, 강철, 플라스틱, 고무, 탄소, 금속 합금 및 복합물로 구성된 그룹에서 선택된 재료를 포함하거나 상기 재료로 구성되어 있다.

상기 냉각 시스템은 바람직하게 냉각제 순환계를 따라 냉각제를 이송하기 위한 냉각제 라인들을 구비한 상기 냉각제 순환계, 적어도 하나의 냉각될 구성 소자, 냉각제를 냉각하기 위한 열 교환기(heat exchanger) 및 상기 냉각제 순환계를 따라 냉각제를 이송하기 위한 적어도 하나의 이송 장치를 포함하고, 이때 상기 냉각제는 상기 냉각제 순환계를 따라 상기 적어도 하나의 냉각될 구성 소자 및 상기 열 교환기를 통해 유동한다. 상기 이송 장치는 바람직하게 펌프로서 형성되어 있다. 특히 상기 냉각제 순환계를 따라 상기 냉각제의 이송 공정은 바람직하게 상기 냉각제 순환계 내에서 상이한 압력 레벨들이 발생함으로써, 그리고 압력 경도(pressure gradient)를 따라 상기 냉각제가 이송됨으로써 이루어진다.

상기 공기 분리기는 바람직하게 -특히 이송 장치의 바로 하류에서- 냉각제 순환계의 최대 압력 레벨보다 더 낮은 압력 레벨을 갖는 냉각제 순환계의 영역에 배치되어 있는데, 특히 바람직하게 최소 압력 레벨을 갖는 냉각제 순환계의 영역에 배치되어 있다. 이 경우, 공기를 상기 공기 분리기 내로 맞물리는 상승하는 제2 배기 라인을 통해 특히 효과적으로 방출시킬 수 있다.

본 발명의 일 형성 예에 따르면, 바람직하게 제2 냉각제 라인 내부로 연결되는 제1 배기 라인의 개구가 공기 분리기로부터 간격을 두고 배치됨으로써, 상기 제1 배기 라인을 통해 상기 제2 냉각제 라인 내로 제공된 공기는 상기 제2 냉각제 라인 내부의 공기 분리기로 향하는 유동 경로 상에서 상승하여, 상기 제2 냉각제 라인의 측지적으로 상부 영역에서 수집될 수 있다. 동시에, 제2 냉각제 라인 내부로 연결되는 제1 배기 라인의 개구는 바람직하게 상기 공기 분리기에 가급적 가까이에 제공됨으로써, 결과적으로 상기 제2 냉각제 라인 내로 제공된 공기는 냉각제 순환계를 따라 가급적 짧은 구간에 걸쳐서 가이드 된다. 또한, 상기 공기 분리기로부터 개구의 간격은 이미 상기 제2 냉각제 라인 내부에 존재하는 공기가 와류를 형성하지 않도록 보장한다. 동시에, 바람직하게 공기가 상기 제2 냉각제 라인 내부로 연결되는 상기 제1 배기 라인의 개구를 통해 유동 사각지대 내로 유도되지 않도록 보장되는데, 그 이유는 그렇지 않으면 개구 위치에서 공기 쿠션이 형성될 수 있기 때문이다.

본 발명의 일 개선 예에 따르면, 제2 냉각제 라인 및/또는 제2 배기 라인은 냉각제를 위한 냉각 시스템의 팽창 탱크 내로 맞물린다. 이와 같은 상황은, 상기 제2 냉각제 라인 및/또는 상기 제2 배기 라인을 통해 상기 팽창 탱크 내로 제공된 공기가 이러한 팽창 탱크 내에서 상승하여 냉각제로부터 분리될 수 있다는 장점이 있다.

팽창 탱크는 본 출원서에서 특히 냉각제용 저장기로 이해되고, 상기 저장기는 냉각 시스템 내의 압력 변동 및/또는 온도 변동을 보상하기 위해 이용되는데, 이때 냉각제가 상기 팽창 탱크로부터 냉각제 순환계 내로 공급되거나, 또는 상기 냉각제 순환계로부터 상기 팽창 탱크 내로 복귀할 수 있다. 이 경우, 상기 팽창 탱크는 바람직하게 상기 냉각제 순환계의 구성 부품이다.

특히 냉각제 순환계의 구성 부품인 팽창 탱크를 구비한 상기 냉각제 순환계를 포함하는 냉각 시스템의 일 실시 예가 바람직하다. 상기 팽창 탱크 자체는 냉각제 라인 또는 배기 라인이 아니다. 바람직하게 상기 팽창 탱크는 적어도 하나의 냉각제 라인 및/또는 적어도 하나의 배기 라인에 유체 연결되어 있다.

상기 냉각 시스템은 하나 이상의 냉각될 제1 구성 소자를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로 냉각 시스템은 하나 이상의 냉각될 제2 구성 소자를 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 냉각 시스템은 다수의 냉각제 라인 및/또는 배기 라인을 포함한다. 이 경우, 추가 냉각제 라인 및/또는 냉각될 추가 구성 소자 내로 맞물리는 적어도 하나의 배기 라인에 추가하여, 팽창 탱크 내로 직접 맞물리는 적어도 하나의 배기 라인이 제공될 수 있다. 이 경우, 특히 이와 같은 유형의 배기 라인은 공기 분리기에 직접 유체 연결되지 않을 수 있다. 계속해서, 그 내부로 배기 라인이 맞물리는 냉각제 라인이 공기 분리기에 연결될 수 있으며, 이때 그 내부로 배기 라인이 맞물리는 다른 냉각제 라인은 상기 공기 분리기를 우회하여 팽창 탱크에 연결되어 있다. 팽창 탱크에 대해 공간적으로 더 가까이 배치되어 있는 냉각될 구성 소자들로부터 상기 팽창 탱크로 직접적인 배기가 이루어질 수 있는 한편, 특히 팽창 탱크로부터 공간적으로 더 멀리 떨어져 배치되어 있는 구성 소자들의 경우, 상기 구성 소자들로부터 냉각제 라인들로 또는 냉각될 다른 구성 소자들로 배기가 이루어질 수 있다. 이와 같은 방식으로 특히 짧으면서도 모든 구성 소자들에 대해 동일한 길이의 배기 라인들이 사용될 수 있다.

본 출원서에서 제안되는 냉각 시스템은 특히 상이한 내연 기관들 및/또는 자동차들에 이용되기에 적합한데, 그 이유는 예를 들어 시험대 상에서 구체적인 적용을 위한 조정 작업들과 그와 결부된 개발 작업들 및/또는 구성 작업들 또는 개별 배기 라인 내의 진동 형성들을 감소시키기 위한 상응하는 개발 루프들이 생략될 수 있기 때문이다.

공기 분리기에 의해 공기 비율로부터 제거된 냉각제는 직접 팽창 탱크 내로 가이드 될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이와 같은 유형의 냉각제는 이전에 팽창 탱크를 통과하지 않고, 공기 분리기로부터 직접 냉각될 구성 소자에 공급될 수 있다.

본 발명의 일 개선 예에 따르면, 제2 냉각제 라인은 냉각될 제1 구성 소자보다 팽창 탱크에 공간적으로 더 가까이 배치되어 있다. 상기 제1 구성 소자로부터 방출된 공기는 이와 같은 방식으로 공급시 팽창 탱크에 더 가까운 상기 제2 냉각제 라인 내부로 이송되고, 그에 따라 동시에 압력 경도를 따라 더 낮은 압력 레벨로 이송된다.

본 발명의 일 개선 예에 따르면, 냉각될 제2 구성 소자는 냉각될 제1 구성 소자보다 팽창 탱크에 공간적으로 더 가까이 배치되어 있다. 상기 제1 구성 소자로부터 방출된 공기는 이와 같은 방식으로 공급시 팽창 탱크에 더 가까운 상기 제2 구성 소자 내부로 이송되고, 그에 따라 동시에 압력 경도를 따라 더 낮은 압력 레벨로 이송된다.

제1 구성 소자로부터 방출된 공기가 제2 구성 소자에 공급되고, 이와 같은 제2 구성 소자로부터 재차 방출되어 후속하여 제3 구성 소자에 공급될 수 있으며, 이때 이와 같은 과정은 상기 공기가 마침내 공기 분리기 및/또는 팽창 탱크에 공급될 때까지 계속될 수 있다. 그러나 대안적으로, 제1 구성 소자로부터 방출된 공기를 위해 제2 구성 소자 형태의 단지 정확히 하나의 중간 정거장만이 제공됨으로써, 결과적으로 이와 같은 공기는 상기 제2 구성 소자를 통과한 이후에 공기 분리기 및/또는 팽창 탱크에 직접 공급될 수도 있다.

본 발명의 일 개선 예에 따르면, 냉각될 제1 구성 소자는 터보차저의 터빈 하우징으로서 형성되어 있다. 바람직하게 냉각될 제2 구성 소자는 터보차저의 압축기 하우징으로서 형성되어 있다. 이와 같은 방식으로 상기 제1 구성 소자, 말하자면 터빈 하우징으로부터 분기하여 상기 제2 구성 소자, 말하자면 바람직하게 상기 터빈 하우징에 직접 이웃한 압축기 하우징 내로 맞물리는 특히 짧은 배기 라인이 제공될 수 있다.

제1 구성 소자는 내연 기관의 크랭크 케이스로서 형성될 수도 있다.

상기 냉각 시스템에 바람직하게 제공되는, 비교적 짧은 배기 라인들이 더 긴 배기 라인들보다 진동에 덜 취약하기 때문에, 이와 같은 짧은 배기 라인들은 단단한 재료들, 특히 금속 또는 플라스틱으로 제조될 수 있다. 재료로서는 바람직하게 강철도 사용될 수 있다.

상기 냉각 시스템은 바람직하게 작게 형성되어 있고, 특히 가급적 적은 개수의 바람직하게는 짧은 배기 라인을 구비한다.

바람직하게 상기 냉각 시스템은 폐쇄된 연속 배기 시스템으로서 형성되어 있다.

상기 냉각 시스템의 냉각제 라인 내부 또는 외부에 공기 분리기를 배치함으로써, 이와 같은 냉각제 라인 및 상기 전체 냉각 시스템도 영구적으로, 그리고 작동 중에 연속적으로 배기 된다. 이는 특히, 상기 냉각 시스템의 작동시 모든 시점에 냉각제가 적어도 하나의 공기 분리기 외부에서 유동하거나 적어도 하나의 공기 분리기를 통해서 유동하고, 바람직하게는 냉각제 흐름 내에 존재하는 공기 비율이 분리된다는 사실을 의미한다.

상기 냉각 시스템은 폐쇄 상태로 작동할 수 있는데, 특히 폐쇄된 연속 배기 시스템으로서 형성됨으로써, 결과적으로 바람직하게 분리된 공기는 대기로 직접 배출되지 않고, 오히려 특히 수집 탱크 내에 저장된다. 폐쇄된 냉각 시스템은 개방된 시스템과 비교하여 더 높은 압력을 구현함으로써, 상응하는 냉각제는 더 높은 끓는점을 갖고, 그 결과 재차 허용되는 냉각제 온도가 상승할 수 있다.

마지막으로 상기 과제는 앞서 기술된 실시 예들 중 하나의 실시 예에 따른 냉각 시스템을 포함하는 내연 기관이 제조됨으로써 해결된다. 이 경우, 상기 내연 기관과 관련하여 특히, 이미 냉각 시스템과 관련하여 설명된 장점들이 주어진다.

상기 내연 기관은 바람직하게 피스톤 기관(piston engine)으로서 형성되어 있다. 상기 내연 기관은 승용차, 화물차 또는 상용차를 작동시키기 위해 설계될 수 있다. 바람직한 일 실시 예에서, 내연 기관은 특히 무거운 육상 차량 또는 수상 차량을 작동시키기 위해 이용되는데, 예를 들어 마인 트럭(mine truck), 기차를 작동시키기 위해 이용되고, 이때 상기 내연 기관은 기관차 또는 기동차 내에서 사용되며, 또는 선박을 작동시키기 위해 이용된다. 상기 내연 기관은 방어용 차량들, 예컨대 탱크를 작동시키기 위해서 이용될 수도 있다. 내연 기관의 일 실시 예는 바람직하게 고정식으로도 이용되는데, 예를 들어 비상 전원 작동시, 연속 부하 작동시 또는 첨두 부하 작동시 고정된 에너지 공급을 위해 이용되며, 이때 상기 내연 기관은 이와 같은 경우에 바람직하게 발전기를 작동시킨다. 보조 장치, 예컨대 굴착 장치상의 소화 펌프를 작동시키기 위해 내연 기관이 고정식으로 사용될 수 있다. 계속해서, 화석 원료 및 특히 연료, 예컨대 오일 및/또는 가스의 이송 영역에서 내연 기관이 사용될 수도 있다. 산업 분야 또는 건축 분야에서, 예를 들어 건축 장비 또는 건설 장비, 예컨대 크레인(crane) 또는 굴삭기에서 내연 기관이 사용될 수도 있다. 상기 내연 기관은 바람직하게 디젤 엔진으로서, 가솔린 엔진으로서, 천연 가스, 바이오 가스, 특수 가스 또는 다른 적합한 가스로 작동하는 가스 엔진으로서 형성되어 있다. 특히 상기 내연 기관이 가스 엔진으로서 형성되어 있는 경우, 상기 내연 기관은 고정된 에너지 생성을 위한 열병합 발전소 내에서 이용되기에 적합하다.

본 발명은 다음에서 도면을 참조하여 더 상세하게 설명된다.
도 1은 냉각 시스템을 구비한 내연 기관의 제1 실시 예의 개략도이,
도 2는 냉각 시스템을 구비한 내연 기관의 제2 실시 예의 도면이며,
도 3은 도 2에 따른 내연 기관의 다른 관점의 도면이고, 그리고
도 4는 냉각 시스템의 일 실시 예의 공기 분리기의 일 실시 예를 절단한 단면도이다.

도 1은 냉각 시스템(3)을 구비한 내연 기관(1)의 제1 실시 예의 개략도이다. 상기 냉각 시스템(3)은 냉각될 제1 구성 소자(5)를 포함하고, 상기 제1 구성 소자 내로 제1 냉각제 라인(7)이 맞물린다. 상기 제1 냉각제 라인(7)과 상이한 제1 배기 라인(9)은 제1 구성 소자의 배기를 위해 상기 제1 구성 소자(5)에 유체 연결되어 있다. 상기 제1 배기 라인(9)은 제2 냉각제 라인(11) 내로 맞물린다.

이 경우, 본 도면에서 상기 제2 냉각제 라인(11)은 냉각제 경로(13)로서 형성되어 있고, 상기 냉각제 경로는 냉각될 제2 구성 소자(15) 내부에서, 예를 들어 상기 제2 구성 소자(15)의 이중벽 하우징의 형태로 형성되어 있다.

대안적으로, 제1 배기 라인(9)이 냉각될 구성 소자 외부에서 냉각 시스템(3)의 냉각제 순환계(17)의 냉각제 라인 내로 맞물릴 수도 있다. 이와 같은 상황은 심지어 바람직한 일 형성 예를 나타내는데, 그 이유는 이 경우, 추가 구성 소자에 다른 구성 소자로부터 배기 된 공기가 공급되지 않기 때문이다. 그러나 냉각 시스템(3)의 스키밍 부품(skimming part) 및/또는 팽창 탱크로부터 배기 될 구성 소자의 구조적 거리가 지나치게 크면, 가급적 짧고 진동에 덜 취약한 배기 라인들의 관점에서 더 가까이 놓인 냉각될 추가 구성 소자 내로 배기 되는 것이 바람직하다. 반대로, 배기 될 구성 소자가 팽창 탱크에 대해 공간적으로 가까이 배치되어 있으면, 바람직하게 상기 팽창 탱크 내부로 직접 배기 된다.

상기 냉각 시스템(3)의 작동 중에 상기 제1 냉각제 라인(7) 내부에 제1 압력이 주도하며, 상기 제1 압력은 상기 제2 냉각제 라인(11) 내부에 주도하는 제2 압력보다 더 크다. 다시 말해, 상기 제1 구성 소자(5)의 배기는 특히 압력에 의해 작동된다.

상기 제1 냉각제 라인(7) 및/또는 상기 제2 냉각제 라인(11)은 바람직하게 제1 단면적을 갖고, 이때 상기 제1 배기 라인(9)은 제2 단면적을 가지며, 이때 상기 제1 단면적은 상기 제2 단면적보다 더 큰데, 바람직하게 최소 16배 내지 바람직하게 최대 400배만큼, 바람직하게 최소 25배 내지 최대 225배만큼, 바람직하게 최소 36배 내지 최대 100배만큼, 바람직하게 최소 25배 내지 최대 49배만큼, 바람직하게 최소 25배 내지 최대 36배만큼 더 크다.

상기 냉각 시스템(3)은 본 도면에서 공기 분리기(19)를 포함하고, 상기 공기 분리기는 상기 제2 냉각제 라인(11) 내로 연결되는 상기 제1 배기 라인(9)의 개구의 하류에 배치되어 있다. 상기 공기 분리기(19)에는 제2 배기 라인(21)이 유체 연결되어 있다. 상기 공기 분리기(19)는 바람직하게 분리 수단을 포함하고, 상기 분리 수단은 공기를 상기 공기 분리기(19)를 관류하는 냉각제 흐름으로부터 분리하여 상기 제2 배기 라인(21)에 공급하기 위해 설계되어 있다.

상기 제2 배기 라인(21)은 본 도면에서 냉각제를 위한 냉각 시스템(3)의 팽창 탱크(23) 내로 맞물린다. 이 경우, 상기 팽창 탱크(23)는 특히 냉각제 순환계(17) 내에서 열로 인한 냉각제의 부피 변동을 보상하기 위해 이용되고, 기포 분리기 또는 분리 장치로써 이용되는데, 상기 분리 장치 내에서 공기가 상승하여 냉각제로부터 누출되고, 그에 따라 상기 냉각제 순환계(17)로부터 방출될 수 있다. 이 경우, 상기 냉각 시스템(3)은 개방된 시스템으로서 형성될 수 있거나 폐쇄된 시스템으로도 형성될 수 있으며, 이때 공기는 후자의 경우에 대기로 방출되지 않고, 오히려 상기 팽창 탱크(23) 내에 수집된다.

도 1에 도시된 상이한 구성 소자들(5, 15)의 배치는 내연 기관(1)에서 이러한 구성 소자들의 실제 공간적인 배치를 재현하기보다, 오히려 냉각 시스템(3) 및 냉각제 순환계(17)의 구조적인 설명을 위해 이용된다. 바람직하게, 특히 상기 제2 구성 소자(15)가 상기 제1 구성 소자(5)에 대해 공간적으로 가까이 배치되어 있다. 계속해서, 상기 제2 구성 소자(15)는 바람직하게 상기 제1 구성 소자(5)보다 상기 팽창 탱크(23)에 공간적으로 더 가까이 배치되어 있다.

상기 냉각 시스템(3)의 냉각제 순환계(17)는 도 1에 따른 실시 예에서 구체적으로 다음의 소자들을 포함한다: 개관을 용이하게 하기 위해, 다수의 추가 냉각제 라인은 본 도면에서 전체적으로 도면 부호 25로 표시되어 있다. 계속해서 추가적인 배기 라인들이 제공되어 있으며, 상기 추가적인 배기 라인들은 본 도면에서 간소화를 위해 전체적으로 도면 부호 27로 표시되어 있다.

냉각제는 펌프로서 형성된 이송 장치(29)에 의해 상기 냉각제 순환계(17)를 따라 이송된다. 이 경우, 상기 냉각제 순환계(17)는 냉각될 구성 소자로서 특히 내연 기관(1)의 크랭크 케이스(31), 내연 기관(1)의 실린더 헤드(cylinder head)(33), 배기가스 라인(35), 과급 공기 냉각기(37), 오일-열 교환기(39) 및 본 도면에서 터보차저(42)의 터빈 하우징(41)으로서 형성되어 있는, 이미 언급된 냉각될 제1 구성 소자(5), 그리고 본 도면에서 터보차저(42)의 압축기 하우징(43)으로서 형성되어 있는 냉각될 제2 구성 소자를 포함한다.

다시 말해, 본 도면에 도시된 실시 예에서 특히 상기 터빈 하우징(41)은 상기 제1 배기 라인(9)을 통해 상기 압축기 하우징(43) 내부로 배기 된다.

그뿐만 아니라, 상기 냉각제 순환계(17)는 냉각제를 냉각하기 위한 냉각제 열 교환기(45)를 포함한다.

이제는, 특정 구성 소자들이 다른 구성 소자들 내부로 배기 될 수 있다는 사실이 확인되는데, 본 도면에서는 특히 상기 터빈 하우징(41)이 상기 압축기 하우징(43) 내부로 배기 되며, 그런 다음 상기 제2 냉각제 라인(11) 내부로 배기 된 공기는 이와 같은 제2 냉각제 라인을 통해 계속 운반되어 마침내 상기 과급 공기 냉각기(37)와 상기 공기 분리기(19) 사이에서, 재차 상기 공기 분리기(19)로 가이드 되는 추가 냉각제 라인(25) 내부로 공급되고, 그런 다음 상기 공기는 상기 공기 분리기(19) 내에서 냉각제 흐름으로부터 분리되어 상기 제2 배기 라인(21)을 통해 상기 팽창 탱크(23)에 공급된다.

특히 상기 공기 분리기(19)에 공간적으로 더 가까이 배치된 다른 구성 소자들은 바람직하게, 배기 된 공기가 냉각될 추가 구성 소자를 통해 가이드 되기 이전에, 상기 과급 공기 냉각기(37)와 상기 공기 분리기(19) 사이에서 상기 공기 분리기(19)에 직접 유체 연결된 상기 냉각제 라인(25) 내부로 직접 배기 된다. 예를 들어 상기 과급 공기 냉각기(37) 자체와 크랭크 케이스(31)의 경우가 상기 상황에 해당된다. 배기 된 공기 또는 배기 라인(27)을 따라 유동하는 공기/냉각제-혼합물은 상기 공기 분리기(19)의 상류에서 이와 같은 공기 분리기로부터 간격을 두고 상기 냉각제 라인(25) 내로 공급되고, 그에 따라 상기 공기는 상기 공기 분리기(19) 이전에 상기 냉각제 라인(25) 내부에서 상승하여 이와 같은 방식으로 상기 공기 분리기(19) 내에서 특히 효과적으로 분리될 시간이 있다.

냉각될 추가 구성 소자들, 특히 상기 팽창 탱크(23)에 대해 공간적으로 더 가까이 배치되어 있는 구성 소자들은 배기 라인들(27)을 통해 상기 팽창 탱크(23) 내로 직접 배기 된다. 본 도면에서는 특히 상기 크랭크 케이스(31)에 대해 추가적으로, 상기 배기가스 라인(35) 및 상기 오일-열 교환기(39)의 경우가 상기 상황에 해당된다.

일반적으로 상기 배기 라인들(9, 21, 27)은 바람직하게, 가급적 짧게 형성됨으로써, 결과적으로 튀어 오르지 않도록 가이드 된다. 계속해서, 상기 배기 라인들(9, 21, 27)의 개수는 냉각 시스템의 공지된 실시 예들과 비교하여 현저히 감소할 수 있다.

상기 팽창 탱크(23)는 바람직하게 상기 냉각 시스템(3)의 측지적으로 최상의 위치에 배치됨으로써, 결과적으로 상기 팽창 탱크(23)로 향하는 공기는 상기 배기 라인들(21, 27)에 의해 상승할 수 있고, 이때 상기 배기 라인들(21, 27) 내부로 공기가 복귀하는 상황이 방지된다.

또한, 냉각을 위해 상기 제1 냉각제 라인(7)을 통해 공급된 냉각제가 재차 냉각될 구성 소자(5)로부터 방출되기 위해, 상기 냉각될 제1 구성 소자(5)로부터 제3 라인으로서 추가 냉각제 라인(25)이 분기된다는 사실이 확인된다. 이 경우, 상기 제1 배기 라인(9)이 냉각제의 공급 및 배출을 위해 이용되지 않고, 오히려 실제로 상기 제1 구성 소자(5)의 배기를 위해서만 특수하게 이용된다는 사실이 분명해진다. 이와 관련하여, 배기 된 공기에 의해 동반된 냉각제가 경우에 따라 마찬가지로 상기 배기 라인(9)을 따라 가이드 된다는 사실이 방해가 되지 않는다. 상기 제1 배기 라인(9)을 따라 가이드 된 공기/냉각제-혼합물은 어느 경우든 냉각제 라인(25)을 따라 가이드 된 냉각제가 어느 정도 공기를 함유하고 있는 경우, 경우에 따라 상기 냉각제 라인(25)을 따라 상기 제1 구성 소자(5)로부터 방출된 냉각제/공기-혼합물보다 공기 비율이 훨씬 더 높은 동시에 냉각제 비율이 더 낮다.

도 2는 냉각 시스템(3)을 구비한 내연 기관(1)의 제2 실시 예의 도면이다. 동일한, 그리고 동일하게 기능 하는 소자들에는 동일한 도면 부호들이 제공됨으로써, 결과적으로 이와 같은 점에서 이전의 상세 설명이 참조된다. 이 경우, 본 도면에서 2개의 터보차저(42.1, 42.2)에 각각 하나의 터빈 하우징(41.1, 41.2)이 각각 냉각될 제1 구성 소자(5.1, 5.2)로서 제공되어 있고, 이때 이와 같은 제1 구성 소자들(5.1, 5.2)은 각각 매우 짧은 제1 배기 라인(9.1, 9.2)을 통해 개별적인 압축기 하우징(43.1, 43.2) 내로 배기 된다. 추가 배기 라인(27)도 도시되어 있으며, 상기 추가 배기 라인을 통해 배기가스 라인(35)의 도시되지 않은 냉각제 라인이 배기 된다. 계속해서, 팽창 탱크(23)가 도시되어 있다.

본 도면에서 특히, 상기 제1 배기 라인들(9.1, 9.2)이 상기 제1 구성 소자들(5.1, 5.2)에 연결 위치들(47.1, 47.2)에서 유체 연결되어 있고, 상기 연결 위치들은 본 도면에 도시되지 않은 제1 냉각제 라인들의 마찬가지로 도시되지 않은 개구들의 측지적으로 상부에 배치되어 있으며, 특히 상기 제1 구성 소자들(5.1, 5.2)의 측지적으로 최상의 위치에 배치되어 있다는 사실이 분명해진다. 이와 같은 사실은 상기 제1 구성 소자들(5.1, 5.2)의 특히 효과적인 배기를 구현한다. 일반적으로 배기 라인들은 바람직하게 배기 될 구성 소자들의 측지적으로 상부에, 특히 측지적으로 최상의 위치에 배치되어 있다.

도 3은 도 2에 따른 냉각 시스템(3)을 구비한 내연 기관(1)의 실시 예를 다른 관점에서 보여주는, 부분 확대도(D)를 포함한 도면이다. 동일한, 그리고 동일하게 기능 하는 소자들에는 동일한 도면 부호들이 제공됨으로써, 결과적으로 이와 같은 점에서 이전의 상세 설명이 참조된다. 이 경우, 본 도면에는 특히 크랭크 케이스(31)로부터 분기되는 배기 라인들(27)이 도시되어 있고, 상기 배기 라인들은 공기 분리기(19)의 상류에서 이와 같은 공기 분리기(19) 내부로 맞물리는 냉각제 라인(25) 내로 맞물림으로써, 결과적으로 상기 크랭크 케이스(31)로부터 배기 된 공기는 상기 냉각제 라인(25)을 통해 상기 공기 분리기(19)에 공급된다. 그런 다음, 상기 공기는 상기 공기 분리기(19) 내에서 냉각제로부터 분리되어 제2 배기 라인(21)을 통해 수집 탱크(23)에 공급될 수 있다.

또한, 추가 배기 라인들(27)이 도시되어 있으며, 상기 추가 배기 라인들은 냉각될 다른 구성 소자들로부터 상기 수집 탱크(23) 내로 직접 가이드 된다. 예를 들어, 하나의 배기 라인(27)은 오일-열 교환기(39)로부터 상기 수집 탱크(23) 내로 직접 가이드 된다.

도 2 및 도 3을 참조함으로써 특히, 크랭크 케이스(31)가 배기 될 제1 구성 소자들(5.1, 5.2)로서 터빈 하우징(41.1, 41.2)보다 공기 분리기(19)에 더 가까이 배치되어 있다는 사실이 확인된다. 따라서, 상기 크랭크 케이스(31)는 상기 공기 분리기(19) 내부로 맞물리는 냉각제 라인(25) 내로 직접 배기 되는 한편, 상기 터빈 하우징(41.1, 41.2)은 우선 압축기 하우징(43.1, 43.2) 내로 배기 되는 것이 바람직하다. 이와 같은 방식으로 가능한 경우에 모든 곳에서 가급적 짧고 가급적 적은 개수의 배기 라인이 사용될 수 있다.

도 4는 공기 분리기(19)의 일 실시 예의 도면이다. 이와 같은 공기 분리기는 분리 수단(49)을 포함하고, 상기 분리 수단은 본 도면에서 디스크로서 형성되어 있다. 동일한, 그리고 동일하게 기능 하는 소자들에는 동일한 도면 부호들이 제공됨으로써, 결과적으로 이와 같은 점에서 이전의 상세 설명이 참조된다. 상기 분리 수단(49)은 공기를 화살표(P)를 따라 상기 공기 분리기(19)를 관류하는 냉각제 흐름으로부터 분리하여, 본 도면에서 상기 공기 분리기(19) 내로 연결되는 보어의 형태로 도시되어 있는 제2 배기 라인(21)에 공급하기 위해 설계되어 있다. 그에 상응하게, 상기 분리 수단(49)의 하류에 배치된 상기 공기 분리기(19)의 부품(51)은 적은 공기를 가이드 하거나, 또는 심지어 공기를 전혀 가이드 하지 않음으로써, 결과적으로 상기 공기 분리기(19)의 하류에서 냉각될 구성 소자의 효과적인 냉각이 달성된다.

냉각제에 포함된 공기는 상기 공기 분리기(19)를 통과하는 자체 경로 상에서 증가하는데, 이미 그 이전에 이와 같은 공기 분리기에 연결된 냉각제 라인(25)에 의해 측지적으로 상부에서 증가하고, 특히 상기 분리 수단(49)의 측지적으로 상부의 제1 측면(53) 상에서 증가한다. 다시 말해, 상기 공기는 항상 상기 제1 측면(53)을 따라 제2 배기 라인(21) 내로 유도되고, 상기 제2 배기 라인으로부터 방출되는 방식으로 상기 분리 수단(49)을 스쳐 지나간다. 반대로, 상기 냉각제는 상기 분리 수단(49)의 측지적으로 하부의 제2 측면(55)을 따라 상기 공기 분리기(19)를 통해 유동하고, 특히 상기 분리 수단(49)의 하류에 배치된 부품(51)을 통해 냉각제 순환계를 따라 계속 유동한다.

상기 공기 분리기(19)는 바람직하게 냉각제 열 교환기(45)의 바로 상류에 배치될 수 있다.

전체적으로, 본 출원서에서 제안되는 냉각 시스템(3) 및 내연 기관(1)에 의해 길이가 길고 진동에 취약한 배기 라인들을 방지하면서 최적의 배기와 함께 매우 효과적인 냉각이 가능하다는 사실이 확인된다.

Claims

냉각 시스템(3)으로서,
적어도 하나의 냉각될 제1 구성 소자(5)를 포함하고, 상기 제1 구성 소자 내부로 제1 냉각제 라인(7)이 맞물리며, 이때 제1 배기 라인(9)이 상기 제1 구성 소자(5)의 배기를 위해 상기 제1 구성 소자(5)에 유체 연결되어 있는 냉각 시스템에 있어서,
상기 제1 배기 라인(9)은 제2 냉각제 라인(11) 내부로 맞물리는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 냉각제 라인(11)은 냉각제 경로(13)로서 냉각될 제2 구성 소자(15) 내부에 형성되어 있거나, 또는 상기 제1 배기 라인(9)은 냉각될 구성 소자(5, 15)의 외부에서 상기 제2 냉각제 라인(11) 내부로 맞물리는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 냉각 시스템(3)의 작동 중에 상기 제1 냉각제 라인(7) 내부에 제1 압력이 주도하고, 이때 상기 제2 냉각제 라인(11) 내부에 제2 압력이 주도하며, 이때 상기 제1 압력은 상기 제2 압력보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 냉각제 라인(7)은 제1 단면적을 갖고, 이때 상기 제1 배기 라인(9)은 제2 단면적을 가지며, 이때 상기 제1 단면적은 상기 제2 단면적보다 더 큰데, 바람직하게 최소 16배 내지 바람직하게 최대 400배만큼, 바람직하게 최소 25배 내지 최대 225배만큼, 바람직하게 최소 36배 내지 최대 100배만큼 더 큰 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 배기 라인(9)은 상기 제1 구성 소자(5)에 연결 위치(47)에서 유체 연결되어 있고, 상기 연결 위치는 상기 제1 구성 소자(5) 내부로 연결되는 상기 제1 냉각제 라인(7)의 개구보다 더 높이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 시스템(3)은 공기 분리기(air separator)(19)를 포함하고, 상기 공기 분리기는 상기 제2 냉각제 라인(11) 내부로 연결되는 상기 제1 배기 라인(9)의 개구의 하류에 배치되어 있으며, 이때 상기 공기 분리기(19)에는 제2 배기 라인(21)이 유체 연결되어 있고, 이때 상기 공기 분리기(19)는 바람직하게 분리 수단(49)을 포함하며, 상기 분리 수단은 공기를 상기 공기 분리기(19)를 관류하는 냉각제 흐름으로부터 분리하여 상기 제2 배기 라인(21)에 공급하기 위해 설계되어 있는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 냉각제 라인(11) 및/또는 상기 제2 배기 라인(21)은 냉각제를 위한 상기 냉각 시스템(3)의 팽창 탱크(expansion tank)(23) 내부로 맞물리는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 냉각제 라인(11)은 상기 제1 구성 소자(5)보다 상기 팽창 탱크(23)에 공간적으로 더 가까이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 구성 소자(5)는 터보차저(turbocharger)(42)의 터빈 하우징(turbine housing)(41)으로서 형성되어 있고, 이때 바람직하게 상기 제2 구성 소자(15)는 터보차저(42)의 압축기 하우징(compressor housing)(43)으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 냉각 시스템(3)을 구비한 내연 기관(1).