(57)【要約】【課題】  ターボチャージャを有する自動車の循環配置構造を改良する。【解決手段】  ターボチャージャを有する自動車の、エンジン（８）へ供給される過給空気（１３）を冷却するための低温循環部（ＮＫ）を有する循環配置構造において、第１の低圧ターボチャージャ（１）と第２の高圧ターボチャージャ（２）内で、過給空気（１３）の２段階の圧縮が行われ、過給空気（１３）を冷却するために、低圧ターボチャージャ（１）の後段かつ高圧ターボチャージャ（２）の前段に第１のクーラー（３）が、高圧ターボチャージャ（２）の後段かつエンジン（８）の前段に第２のクーラー（４）が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャを有する自動車の、エンジン（８）へ供給される過給空気（１３）を冷却するための低温循環部（ＮＫ）を有する循環配置構造において、
第１の低圧ターボチャージャ（１）と第２の高圧ターボチャージャ（２）内で、過給空気（１３）の２段階の圧縮が行われ、過給空気（１３）を冷却するために、低圧ターボチャージャ（１）の後段かつ高圧ターボチャージャ（２）の前段に第１のクーラー（３）が、高圧ターボチャージャ（２）の後段かつエンジン（８）の前段に第２のクーラー（４）が設けられていることを特徴とする循環配置構造。
【請求項２】
過給空気（１３）の第１の冷却のために、低圧−過給空気／冷却剤クーラー（３）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の循環配置構造。
【請求項３】
過給空気（１３）の第２の冷却のために、高圧−過給空気／空気クーラー（４）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の循環配置構造。
【請求項４】
高圧−過給空気／空気クーラー（４）が、低温クーラー（５）の隣りかつ冷却空気（１５）の空気流れ方向に見てメイン−冷却剤クーラー（６）の前に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の循環配置構造。
【請求項５】
低温クーラー（５）の前面が、前面全体の２０％から５０％を占めることを特徴とする請求項４に記載の循環配置構造。
【請求項６】
低温循環部（ＮＫ）がエンジン冷却循環部（ＭＫ）から独立しており、かつ冷却剤（１４）を給送するための専用のポンプ（１０）を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の循環配置構造。
【請求項７】
ポンプ（１０）が低温循環部（ＮＫ）内で、低温クーラー（５）と低圧−過給空気／冷却剤クーラー（３）の間、あるいは低圧−過給空気／冷却剤クーラー（３）と低温クーラー（５）の間に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の循環配置構造。
【請求項８】
低温循環部（ＮＫ）が、エンジン冷却循環部（ＭＫ）の一部であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１押に記載の循環配置構造。
【請求項９】
低温循環部（ＮＫ）がポンプ（９）の圧力側でエンジン冷却循環部（ＭＫ）から分岐して、エンジン出口においてエンジン冷却循環部（ＭＫ）へ再び供給されることを特徴とする請求項８に記載の循環配置構造。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の冷却循環（Ｋ）を駆動する方法において、
過給空気（１３）が、それぞれ圧縮後に少なくとも２段階で冷却されることを特徴とする、循環配置構造を駆動する方法。
【請求項１１】
過給空気（１３）は、低圧ターボチャージャ（１）内で中間冷却された後に、４０℃と１１０℃の間の温度を有することを特徴とする請求項１０に記載の循環配置構造（Ｋ）を駆動する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の、ターボチャージャを有する自動車における過給空気を冷却するための循環配置構造（すなわち、ターボチャージャを有する自動車の、エンジンへ供給される過給空気を冷却するための低温循環部を有する循環配置構造）およびこの種の循環配置構造を駆動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術によれば、エンジンのパワーを増大させるために、エンジン内の空気流量を増大させるターボチャージャが使用される。しかし、そのために必要な圧縮において、以下においては過給空気と称する空気が、ターボチャージャ内の圧縮に基づいて加熱される。過給空気の加熱に伴って生じる密度損失を補償するため、すなわち空気密度を高めるために、空気クーラーが使用され、その空気クーラーは冷却モジュール内の前の方に配置されて、過給空気を冷却するために用いられる。その場合に過給空気は熱交換機を通って流れ、その熱交換機は周囲空気によって貫流されて、それによって冷却される。それによって過給空気を、周囲空気の温度の約１５Ｋ上にある温度に冷却することが可能である。
【０００３】
さらに、過給空気の冷却が、たとえば低温循環内の、冷却剤循環を介して行われることが知られており、その低温循環内で冷却剤が極めて低い温度に冷却される。この冷たい冷却剤によって、過給空気／冷却剤クーラー内で過給空気が予め定められた冷熱温度まで冷却される。低温循環を接続するために、２つの変形例、すなわち低温循環をエンジン冷却システムのサブ循環内へ組み込むこと、または別体の循環の形式で形成することがある。
【０００４】
エンジンパワーをさらに増大させようとする場合には、既知の過給システムは、低負荷における過給度と応答特性に関してその限界に突き当たる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、冒頭で挙げた種類の循環配置構造（すなわち、すなわち、ターボチャージャを有する自動車の、エンジンへ供給される過給空気を冷却するための低温循環を有する循環配置構造）を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１の特徴を有する循環配置構造（すなわち、第１の低圧ターボチャージャと第２の高圧ターボチャージャ内で、過給空気の２段階の圧縮が行われ、その場合に過給空気を冷却するために、低圧ターボチャージャの後段かつ高圧ターボチャージャの前段に第１のクーラーが、高圧ターボチャージャの後段かつエンジンの前段に第２のクーラーが設けられていることを特徴とする循環配置構造）によって解決される。
【発明の実施形態】
【０００７】
本発明によれば、ターボチャージャを有する自動車の、エンジンへ供給される過給空気を冷却するための低温循環部を有する循環配置構造が設けられる。第１の低圧ターボチャージャと第２の高圧ターボチャージャ内で過給空気の２段階の圧縮が行われる。過給空気を冷却するために低圧ターボチャージャの後段かつ高圧ターボチャージャの前段に第１のクーラーが設けられ、高圧ターボチャージャの後段かつエンジンの前段に第２のクーラーが設けられている。第１の低圧ターボチャージャの後段で中間冷却することによって、高すぎる空気温度が発生しないことが保証され、それによって高い温度にさらされる、使用される構成部品の寿命を増大させることができる。２段階の冷却は、好ましい動的行動を示す。中間冷却は部分負荷内では熱負荷を吸収しないので、冷温循環部内に含まれる冷却剤は周囲温度の上すれすれの低い温度水準に冷却される。それに基づいて多大な冷却出力リザーブが得られ、それを高いエンジン負荷へ移行する際に利用することができる。
【０００８】
組込み空間需要は、既知の解決に比較して比較的小さい。というのは、中間冷却にもかかわらず、冷却モジュールへ至る、かつそこから出るそれぞれ１本の過給空気導管しか生じず、エンジン近傍の冷却剤冷却される過給空気クーラーのみが配置されるからである。
【０００９】
好ましくは過給空気の第１の冷却のために、低圧−過給空気／冷却剤クーラーが設けられており、過給空気の第２の冷却のために高圧−過給空気／空気クーラーが設けられている。その場合に特に中間冷却によって、空気冷却される高圧−過給空気／空気クーラーにおける安定性問題が回避される。
【００１０】
組込み空間は、高圧−過給空気／空気クーラーが低圧クーラーのすぐ隣りかつ、冷却空気の空気流れ方向に見てメイン冷却剤クーラーの前に配置さていることによって、最適に利用することができる。その場合に低温クーラーの前面は、前面全体の好ましくは２０％から５０％までを占める。
【００１１】
好ましい変形例によれば、低温循環部はエンジン冷却循環部の一部であるが、別に形成することもでき、その場合にコストを節約するために、閉ループ制御は必ずしも必要ではない。同様に、空気による中間冷却および／または第２の圧縮段後の冷却剤による冷却も可能である。
【実施例】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、２つの実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、相前後して接続された２台のターボチャージャ、すなわち低圧ターボチャージャ１と高圧ターボチャージャ２を冷却するために用いられる、循環配置構造Ｋを示している。参照符号１３で示す過給空気が、周囲から吸い込まれて、低圧ターボチャージャ１内で第１段階において圧縮される。その場合に過給空気１３の温度が上昇する。過給空気１３と直接または間接に接触する構成部品の加熱の結果（アルミニウムの場合には約２３０℃からそうなるが）、寿命を損なわずにさらに圧縮するために、圧縮された過給空気が、低温循環部ＮＫの一部である、低圧−過給空気／冷却剤クーラー３内で冷却される。低温循環部ＮＫについては、後に詳細に説明する。
【００１４】
低圧−過給空気／冷却剤クーラー３内で冷却された後に、過給空気１３は高圧ターボチャージャ２内へ達し、その中で再びその最終圧力に圧縮され、それがまた加熱と結びついている。（燃焼）エンジン８内の過給空気密度を上昇させるために、熱い過給空気１３は、エンジン８へ供給される前に、過給空気／空気クーラー４内で冷却される。中間冷却の結果、最後のターボチャージャ段の後の最大の過給空気温度を、空気冷却される過給空気クーラーの使用を許す程度に制限することができる（図３を参照）。これは、コストおよび存在している組込み空間に関して、利点である。
【００１５】
中間冷却のための低圧−過給空気／冷却剤クーラー３は、エンジン近傍に配置されており、別体の低温循環部ＮＫによって供給を受ける。その場合に低温循環部ＮＫ内に、以下においては低温クーラー５と称する、空気クーラーが設けられており、その空気クーラーを低温冷却剤１４が低圧過給空気／冷却剤クーラー３に続いて貫流する。
【００１６】
図１に示すように、低温クーラー５は、高圧過給空気／空気クーラー４の隣りに直接連続して配置されており、それら両者は冷却空気１５の流れ方向に見て、メイン冷却剤クーラー６の前に配置されている。その場合に空気は、メイン冷却剤クーラー６の後方に配置されている、ベンチレータ７によって吸い込まれる。低温クーラー５は、その前面が冷却モジュール内で最大可能な前面の２０％と５０％の間にあるような寸法に設計されている（図４を参照）。代替的に、低温クーラー５を、空気冷却される高圧−過給空気／空気クーラー４の前の空気流内に配置することもできる。
【００１７】
その場合にクーラーは、低い平均温度水準にあるクーラーが冷たい冷却空気流内に位置決めされて、高い温度水準にあるクーラーは暖かい冷却空気流内に位置決めされるように、配置されている。
【００１８】
低温冷却剤１４は、さらに、冷却剤１４を循環させるポンプ１０へ流れ、そこからまた低圧−過給空気／冷却剤クーラー３へ流れる。
【００１９】
この実施例によれば、低温冷却剤循環部ＮＫは、閉ループ制御されないが、できるだけ良好な過給空気冷却が得られ、しかし冷却剤１４における沸騰問題が生じることがないように、調節することができる。低温冷却剤循環部ＮＫは、比較的わずかな冷却剤１４しか有していない。沸騰問題は、容易に回避される。というのは、第１の圧縮段の出口に極めて高い過給空気温度は発生しないからである。
【００２０】
エンジン８は、エンジン冷却剤１２がその中を流れる、エンジン冷却循環部ＭＫによって冷却される。その中で、メイン冷却剤クーラー６内で冷却された冷却剤１２がポンプ９を介してエンジン８へ供給される。冷却出力の閉ループ制御は、バイパスサーモスタット１１によって既知の方法で行われる。
【００２１】
図２は、第２の実施例に基づく循環配置構造Ｋを示しており、それは大体において第１の実施例の循環配置構造と一致し、その限りにおいては、以下では説明しない。その場合に同一の参照符号が使用されている。
【００２２】
第１の実施例とは異なり、第２の実施例によれば、別体の低温循環部ＮＫは設けられていない。むしろ、冷却剤１４はエンジン冷却循環部ＭＫからポンプ９の圧力側で分岐して、低温クーラー５へ供給される。低温クーラー５内で、冷却剤１４が著しく冷却されて、次に冷却剤冷却される低圧−過給空気／冷却剤クーラー３へ流れて、そこで過給空気１３の中間冷却に用いられる。次に、冷却剤１４はエンジンの出口で再びエンジン冷却循環部ＭＫの冷却剤流に混合される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施例に基づく循環配置を示している。
【図２】第２の実施例に基づく循環配置を示している。
【図３】第２の圧縮段の流出温度を中間冷却の流出温度を介して示す、グラフである。
【図４】低温クーラーの前面割合を中間冷却の流出温度を介して示す、グラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１    低圧ターボチャージャ
２    高圧ターボチャージャ
３    低圧−過給空気／冷却材クーラー
４    高圧−過給空気／空気クーラー
５    低温クーラー
６    メイン冷却剤クーラー
７    ベンチレータ
８    エンジン
９    ポンプ
１０  ポンプ
１１  サーモスタット
１２  冷却剤
１３  過給空気
１４  低温冷却剤
１５  冷却空気
Ｋ    循環配置構造
ＭＫ  エンジン冷却循環部
ＮＫ  低温循環部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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