(57)【要約】エンジン・アフタークーリング・システム（１０）は、圧縮機から排出され、内熱機関で燃焼させるために用いられる圧縮空気を冷却するための液対空気式アフタークーラー（１１）、アフタークーラー（１１）から排出された冷却液を冷却するラジエター（１９）、システム（１０）内にて冷却液を連続的に送液するポンプ（２１）、アフタークーラー（１１）で冷却された圧縮空気の温度を検知する出口空気温度センサー（２７）、アフタークーラー（１１）から排出された冷却液の温度を検知する冷却液温度センサー、ならびに、検知された空気温度および冷却液温度に応じて、システム（１０）を流れる冷却液の流速を制御するコントローラー（２６）を有して成る。
2008528857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン・アフタークーリング・システムであって、
圧縮機から排出され、内熱機関で燃焼させるために用いられる圧縮空気を冷却するための液対空気式アフタークーラー、
前記アフタークーラーから排出された冷却液を冷却するラジエター、
前記システム内にて冷却液を連続的に送液するポンプ、
前記アフタークーラーで冷却された圧縮空気の温度を検知する出口空気温度センサー、
前記アフタークーラーから排出された冷却液の温度を検知する冷却液温度センサー、ならびに
検知された空気温度および冷却液温度に応じて、前記システムを流れる冷却液の流速を制御するコントローラー
を有して成る、エンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項２】
前記液対空気式アフタークーラーは、
圧縮機から得られる圧縮入口空気が通過するパイプ、および
前記パイプに隣接した配置された複数の冷却セクション
を有して成る、請求項１に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項３】
ラジエターがトリプルパス・ラジエターである、請求項１に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項４】
ポンプが可変流速ポンプである、請求項１に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項５】
ポンプが、液圧モーターまたは電気モーターを含んでいる、請求項１に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項６】
液圧モーターまたは電気モーターの速度を変えることができる、請求項５に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項７】
エンジンが作動している間、ポンプが連続的に作動する、請求項１に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項８】
圧縮空気が前記アフタークーラーによって冷却される前に圧縮空気の温度を検知する入口空気温度センサーを更に有して成る、請求項１に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項９】
コントローラーが、ポンプの流速を制御する液圧コントローラーまたは電子コントローラーを含んでいる、請求項１に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項１０】
コントローラーは、ポンプによって前記システム内にて送液される冷却液の速度を制御することによって、前記システム内を流れる前記冷却液の流速を制御する、請求項１に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項１１】
ポンプが、ラジエターによって冷却された冷却液をラジエターから前記アフタークーラーへと送液する、請求項１に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項１２】
前記システムの周囲の外界空気温度を検知する外界空気温度センサーを更に有して成る、請求項８に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項１３】
空気がラジエターを通ることになるように空気を送るファンを更に有して成る、請求項１に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項１４】
コントローラーが、ファンの速度を制御できる、請求項１３に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項１５】
外界空気温度センサーによって検知される外界空気温度と、入口温度センサーによって検知される「圧縮機から得られ、冷却または凝縮が行われるアフタークーラーへと供給される圧縮空気の温度」との差をコントローラーが決定する、請求項１２に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項１６】
外界空気温度センサーによって検知される外界空気温度と、出口空気温度センサーによって検知される「アフタークーラーから排出された圧縮空気の温度」との差をコントローラーが決定する、請求項１５に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項１７】
冷却液温度およびアフタークーラーから排出された圧縮空気の温度が最適温度に維持される冷却液流速を決定するために、コントローラーが、
外界空気温度とアフタークーラーで冷却される前の圧縮入口空気の温度との差、
外界空気温度とアフタークーラーから排出された圧縮入口空気の温度との差、および
冷却液温度センサーで検知された冷却液の温度
を用いる、請求項１６に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項１８】
ファンの速度に起因して、アフタークーラーから排出された圧縮入口空気が最適温度に維持されるように、コントローラーがファンを制御する、請求項１４に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【請求項１９】
冷却液の流速に起因して、アフタークーラーから排出された圧縮入口空気が最適温度に維持されるように、コントローラーが、ポンプによって前記システム内を流れる冷却液の流速を制御する、請求項１に記載のエンジン・アフタークーリング・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に冷却システムに関する。より詳細には、ターボチャージャーまたはスーパーチャージャー（もしくは過給機）等の圧縮機から排出され、内熱機関（または内熱エンジン）で燃焼させるために用いる圧縮空気を冷却するエンジン・アフタークーリング・システム（engine after-cooling system）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、多くの場合、ターボチャージャーまたはサーチャージャー等の圧縮機（またはコンプレッサー）を含んでおり、ディーゼル燃料と混合され、燃焼に付される前の入口空気を圧縮している。入口空気を圧縮することによって、ディーゼルエンジンの各サイクルに際してディーゼル燃料をより多く燃焼させることができるので、エンジンの出力エネルギーが増加することになる。
【０００３】
最近の多くのディーゼルエンジンのエネルギー出力および燃料消費量は、排出要件を満たすようにコンピューター制御されている。それゆえ、このような種類のエンジンは、しばしば「排出制御エンジン（emission-controlled engine）」とも呼ばれる。ディーゼルエンジンの周りの外界温度が増加し、それによってエンジンの入口空気の温度が増加すると、エンジンのエネルギー出力が減少するように制御コントローラーによって自動的にエンジンの出力レベルが下がることになる。尚、入口空気の温度が増加すると、圧縮機から排出される圧縮空気が膨張して薄くなり、その結果、単位体積の空気当たり効率的に燃焼できるディーゼルの量が減少するので、エンジンの出力レベルが下がる。このことは、エンジンの各燃焼サイクルに際して燃焼するディーゼルおよび空気が少なくなり、エンジンの出力エネルギーが減少することを意味している。エンジンの出力レベルが下がると、エンジンから排出される汚染物質の量が減少するものの、エンジンのエネルギー出力が相当に減少してしまう（特に負荷が大きい条件の場合）。
【０００４】
ディーゼルエンジンの圧縮された入口空気の温度は、エンジンの周囲の外界空気温度にのみ依存するものではない。入口空気がターボチャージャーまたはサーチャージャーなどの圧縮機で圧縮される場合、かかる圧縮によって入口空気の温度が相当に増加する。エンジンに組み込まれたコンピューター管理システムによって出力レベルを下げることができる最近のディーゼルエンジンの場合では、圧縮に伴う入口空気の温度の増加によって、エンジンの出力レベルが低下し、エンジンから生じるエネルギーが少なくなってしまう。
【０００５】
圧縮入口空気に依存するディーゼルエンジンが自動車用途および定置式機械用途に用いられる場合、通常、ディーゼルエンジンにはアフタークーリング・システム（after-cooling system）が設けられる。かかるアフタークーリング・システムは、圧縮された入口空気を冷却できるので、エンジン性能が向上することになる。アフタークーリング・システムは、「空気対空気式アフタークーラー（air-to-air after-cooler）」を含んでいる。かかる空冷式アフタークーラーは、常套の「水対空気式ラジエター（water-to-air radiator）」と同様の設計となっており、圧縮された入口空気が通過する複数の冷却チューブ、および、かかる冷却チューブに隣接して配置された冷却フィンを有しており、圧縮入口空気からの熱が冷却フィンを介して冷却フィンの周囲の空気流れへ伝達するようになっている。自動車用途および定置式機械用途では、エンジンの正面に通常配置される水冷式ラジエターの正面に対して、「空気対空気式アフタークーラー」が通常配置されている。
【０００６】
「空気対空気式アフタークーラー」を含むようなアフタークーリング・システムは、圧縮入口空気の冷却およびエンジン性能の増加の点で効率的であるものの、外界空気温度が高くなると、「空気対空気式アフタークーラー」の冷却効率が減少してしまうという欠点を抱えている。「空気対空気式アフタークーラー」の冷却効率が減少すると、アフタークーラーから排出される圧縮入口空気の温度が増加することになるので、エンジン性能が減じられると共に、エンジンに組み込まれたコンピューター管理システムが、排出要件および排出規制を満たすべく、冷却効率の低下に応じてエンジンのエネルギー出力レベルを自動的に下げることになる。
【０００７】
外界空気温度の上昇に伴う「空気対空気式アフタークーラー」の冷却効率の低下は、かかるアフタークーラーのサイズを大きくすることによって或る程度は解消する。なぜなら、アフタークーラーのサイズを大きくと、外界空気温度の上昇を少なくとも部分的に相殺するように、より多くの冷却が行われるからである。しかしながら、現実的には、「空気対空気式アフタークーラー」のサイズを大きくするにも限度がある。例えば、「空気対空気式アフタークーラー」のサイズは、かかるアフタークーラーを収納できるスペースの大きさによって制限される。
【０００８】
圧縮空気の凝縮に「空気対空気式アフタークーラー」を用いる代わりに「水対空気式アフタークーラー」を用いると、アフタークーリング・システムの効率は相当に増加する。「水対空気式アフタークーラー」は、舶用ディーゼルエンジンに用いられており、アフタークーラーの冷却に空気ではなく海水を用いている。このような舶用アフタークーリング・システムでは、同じ海水がアフタークーラーを通るように連続的に流れるのではなく、常に新しい海水がアフタークーラーおよび熱交換機を通るように連続的に流れる。舶用エンジンにおいて、空冷式のアフタークーリング・システムでなく海水冷式のアフタークーリング・システム（即ち、海水を用いて冷却を行うアフタークーリング・システム）が用いられると、出力エネルギーが増加する。
【０００９】
海水を用いて冷却を行うアフタークーリング・システムは、陸用エンジンに対して使用するには明らかに適していない。陸用エンジンとして用いるべく既存の「水対空気式クーリング・システム」を改良する試みが行われたことがあったものの、本願出願の発明者の知る限り成功した例は特にないといえる。
【００１０】
従来技術の「水対空気式アフタークーリング・システム」の例は、米国特許第４６９７５５１号（Ｌａｒｓｅｎ等）に開示されている。この米国特許第４６９７５５１号では、冷却液が低流速となっている冷却システムにおいて、冷却液流れを迅速に調整する方法および装置が開示されている。冷却液流れを迅速に調整することによって、アフタークーリングを通過した後の空気の温度を所望の温度に維持することができ、また、種々のエンジン負荷および外界温度においてエンジンブロックの温度を所定範囲内におさえることができる。米国特許第４６９７５５１号では特に、迅速に作動する比例弁としてのシャトル弁、および、アフタークーラー用の迅速に作動するシャトル弁が開示されており、シャトル弁は、「ラジエターの入口から得られる高温の冷却液」と、「ラジエターの出口から得られる冷却され、アフタークーラーに用いられる冷却液」との混合のために用いられている。また、アフタークーラー用のシャトル弁は、「ラジエターの出口から得られる冷却された冷却液」と、「アフタークーラーから得られ、エンジンブロックに用いられる冷却液」との混合のために用いられている。ラジエター用のシャトル弁の操作は、バルブ駆動コントローラーによって制御されており、アフタークーラーから排出される空気温度（空気温度センサーによって測定される温度）に応じて制御されている。また、アフタークーラー用のシャトル弁の操作は、バルブ駆動コントローラーによって制御されており、エンジンブロックにおける冷却液の温度に応じて制御されている。尚、ラジエター、アフタークーラーおよびエンジンブロックを冷却液が流れるように、ポンプが用いられている。
【００１１】
また、従来技術の「水対空気式アフタークーラー」の別の例は、米国特許第５２０１２８５号（McTaggart）に開示されている。米国特許第５２０１２８５号には、ターボチャージャーを備えた内熱機関用の制御可能な冷却システムが開示されている。この冷却システムは、熱交換ラジエター、エンジンからの熱を吸収する液体クーラント、クーラントを循環させるポンプ、エンジン冷却液用ラジエターを備えた熱交換機に空気を強制的に送り込むためのファン、ならびに、空気が含まれたアフタークーラー用クーラントのための別のラジエターを有して成る。エンジンのための冷却ターボ過給システムは、温度制御弁を含んでおり、それによって、エンジンから排出された液体クーラントの一部をラジエターへと導き、また、エンジンから排出された後の液体クーラントの温度に応じて液体クーラントの一部がエンジンを迂回するように導いている。液体サブクーラー熱交換機では、ファンによって強制的に空気が送り込まれる熱交換機に通過させることによって液体クーラントの温度が下げられる。フロー制御バルブによって、ラジエターから排出された液体クーラントの一部がサブクーラー熱交換機へと導かれ、液体クーラントの一部の残りがエンジンへと導かれる。また、アフタークーラー熱交換機では、液体サブクーラー熱交換機から得られる液体クーラントが流れる熱交換機を通過させることによって、ターボ圧縮機から排出される燃焼空気の温度が下げられる。
【００１２】
従来技術の「水対空気式アフタークーリング・システム」の更に別の例は、米国特許第４９７７８６２号（アイハラ等）に開示されている。米国特許第４９７７８６２号には、アフタークーリング・システムを含んだエンジンのための機関室冷却制御システムが開示されている。アフタークーリング・システムは、圧縮機（ターボチャージャーの形態の圧縮機）から排出され、エンジンで燃焼させるために用いられる圧縮ガスを冷却する「液対空気式アフタークーラー」または中間冷却機を含んでいる。また、開示されているアフタークーリング・システムは、アフタークーラーから排出された液体クーラントを冷却するためのラジエター、システム内を流れるようにクーラントを送液するポンプ、アフタークーラーで冷却された圧縮空気の温度を検知する空気温度センサー、アフタークーラーから排出されたクーラントの温度を検知するクーラント温度センサー、ならびに、検知された空気温度およびクーラント温度に応じて、システム内を流れるクーラントの流速を制御するコントローラーを有している。開示されている冷却回路では、アフタークーラーが冷やされるだけでなく、圧縮機も冷やされている。
【００１３】
米国特許第４９７７８６２号に開示されているアフタークーリング・システムは幾つかの欠点を有している。最も顕著な欠点は、システムのコントローラーによって、ポンプによるアフタークーラーへのクーラントの供給が停止し得ることである。アフタークーラーを通るクーラントの流れが停止すると、アフタークーラー自体の故障が引き起こされてしまう。かかるアフタークーリング・システムのアフタークーラー・アッセンブリの入口および出口は通気口またはダクトを含んでおり、それによって、アフタークーラーの入口側の加圧空気がアフタークーラーのコアのより大きい内面へと分配されることになる。圧縮空気が第１アフタークーラー・コアの中央に衝突する箇所にホット・スポット（hot-spot）が存在する。クーラントがコアを通るように動かないと、高温の空気が衝突する中央領域から熱を除去することができない。このように除熱できない中央領域は、加熱に伴って大きくなる。アフタークーラー・コアの周囲構造は、かかるホット・スポットの影響を受けないので、クーラントは流れることがなく、アフタークーラー・コアの座屈破壊および構造破壊が生じてしまう。かかる現象が一旦生じると、空気に起因してクーラントが沸点に達することになるので、冷却能力が失われ、正常な運転するのに必要なクーラントポンプの性能が大きく減じられることになる。ポンプの吸引側において空気がシステム内に閉じ込められるので、クーラントの流れに悪影響が及ぼされることになる。
【００１４】
それゆえ、陸用ディーゼルエンジン等の陸用エンジンに使用するのに適当な「水対空気式アフタークーリング・システム」が望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、上述の従来技術の不利益な点の１つ以上を解消又は少なくとも軽減することであり、あるいは、有用な選択肢または商業的に好ましい選択肢を供することがである。
【００１６】
本発明の他の目的および利点は、図面を参照した以下の説明から明らかになるであろう。尚、かかる説明は、本発明の好ましい態様を示しており、単なる例示にすぎない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１の要旨として、本発明では、エンジン・アフタークーリング・システムが提供される。かかるエンジン・アフタークーリング・システムは、
圧縮機から排出され、内熱機関（または内熱エンジン）で燃焼させるために用いられる圧縮空気（または圧縮された空気）を冷却するための液対空気式アフタークーラー（liquid-to-air after-cooler）、
前記アフタークーラーから排出された冷却液を冷却するラジエター、
前記システム内にて冷却液を連続的に送液するポンプ、
前記アフタークーラーで冷却された圧縮空気の温度を検知する出口空気温度センサー、
前記アフタークーラーから排出された冷却液の温度を検知する冷却液温度センサー、ならびに
検知された空気温度および冷却液温度に応じて、前記システムを流れる冷却液の流速を制御するコントローラー
を有して成る。
【００１８】
アフタークーリング・システムは、適当な内熱機関を共に用いられ得る。かかる適当な内熱機関は、「出力レベルを下げることが可能な排出制御エンジン」であってよいし、そうでなくてもよい。また、かかる内熱機関は、車両に取り付けられてもよいし、取り付けられていなくてもよい。しかしながら、アフタークーリング・システムは、例えば、「出力レベルを下げることが可能な排出制御ディーゼルエンジン」などの「出力レベルを下げることが可能な排出制御エンジン」と共に使用されることが好ましい。
【００１９】
エンジン・アフタークーリング・システムによって、出力レベルを下げることが可能な排出制御制御エンジン（例えばアフタークーリング・システムを用いた「出力レベルを下げることが可能な排出制御ディーゼルエンジン」）が、比較的高い外界温度であっても高い出力レベルを下げることなく維持される。また、アフタークーリング・システムによって、かかるエンジンの燃焼消費が減じられる。
【００２０】
アフタークーリング・システムは、適用な圧縮機（例えば、ターボチャージャーまたはスーパーチャージャーなどの圧縮機）を備える適当な内熱機関（例えば、ディーゼル、ガソリンまたはガスをエネルギー源にした内熱機関）と共に用いることができる。尚、入口空気（inlet air）は、内熱機関で燃焼させる前に、圧縮機によって圧縮させられる。
【００２１】
本発明のアフタークーリング・システムは、同様のサイズの他のエンジン・アフタークーリング・システムよりも優れた性能を有している。このため、本発明のアフタークーリング・システムは、エンジン・アフタークーリング・システムを収容できるスペースが重要となるような状況で使用するのに特に適している。
【００２２】
好ましくは、アフタークーリング・システムは、エンジン冷却システム等の他の冷却システムとは独立している。
【００２３】
エンジン・アフタークーリング・システムの「液対空気式アフタークーラー」は、いずれの適当な種類であってよい。好ましい態様では、液対空気式アフタークーラーは、圧縮機から排出された「圧縮された入口空気」が通過するパイプ、および、かかるパイプに隣接して配置される複数の冷却チューブを有して成る。熱は、圧縮された入口空気から冷却チューブを流れる冷却液へと伝わることになる。特に好ましい態様では、液対空気式アフタークーラーは、複数の冷却チューブを各々含んだ３つの冷却セクションを含んでいる。冷却セクションの各々は、入口ポートおよび出口ポートを有している。
【００２４】
エンジン・アフタークーリング・システムでは、適当な液対空気式冷却ラジエターが使用され得る。例えば、垂直方向に延在する冷却チューブを幾つか備えたような液対空気式冷却ラジエターを用いてよい。好ましい態様において、高温および／または高い負荷の用途では、ラジエターは、複数の水平な冷却チューブを各々含んだ３つのセクションを備えたトリプルパス・ラジエター（triple-pass radiator）であることが特に有用である。
【００２５】
好ましくは、第１セクションの冷却チューブは、ラジエターの入口ポートから延在している。そのため、入口ポートを介して、冷却液が第１セクションの冷却チューブ内に流入できる。第２セクションの冷却チューブは、好ましくは第１セクションの下方に位置している。好ましくは、第２セクションの冷却チューブは、第１セクションが設けられている側とは反対側にて入口ポートに接続されている。そのため、第１セクションの冷却チューブを通る冷却液の流れとは反対方向となるように、冷却液が、第１セクションの冷却チューブから第２セクションの冷却チューブへと流れることができる。第３セクションの冷却チューブは、好ましくは第２セクションの下方に位置している。好ましくは、第３セクションの冷却チューブは、第１セクションが接続されている第２セクション端部とは反対側の第２セクション端部に接続されている。そのため、第２セクションの冷却チューブを通る冷却液の流れとは反対方向となるように、冷却液が、第２セクションの冷却チューブから第３セクションの冷却チューブへと流れることができる。好ましくは、第２セクションの冷却チューブが接続されていない側の「第３セクションの冷却チューブの端部」は、ラジエターの出口に接続されており、それによって、冷却液が、第３セクションの冷却チューブから出口を通って流れることができる。水平に延在する冷却チューブを備えたラジエターは、垂直な冷却チューブを備えたラジエターよりも効率的に「ラジエターを流れる冷却液」を冷却することができることを見出しており、それゆえ、ラジエターは、水平に延在する冷却チューブを有することが好ましい。尚、水平に延在する冷却チューブを備えたラジエターでは、望ましくない「高い温度範囲」または「ホット・スポット」が生じにくい。ラジエターは、いずれの適当なサイズおよび形状であってよく、いずれの適当な材料から形成されてもよい。
【００２６】
好ましくは、複数の垂直な冷却フィンは、ラジエターの種々のセクションの冷却チューブに隣接して配置されている。そのため、熱は、冷却チューブ内の冷却液から冷却フィンへと伝わり、その後、冷却フィンを通過する空気へと伝わることになる。
【００２７】
好ましくは、ラジエターは、その側部にヘッダー・タンクを有している。ラジエターは、ヘッダー・タンクにて複数のバッフル・プレートを含んでいることが好ましい。かかるバッフル・プレートによって、ラジエターの種々のセクションへと流れるように冷却液が方向付けられる。
【００２８】
好ましくは、ラジエターは、アルミニウム合金から形成されている。
【００２９】
ラジエターとアフタークーラーとは互いに似ていることが好ましい。
【００３０】
ポンプは、いずれの適当な種類であってよい。例えば、ポンプは、可変流速ポンプまたは一定流速ポンプであってよい。ポンプが可変式の流速ポンプである場合では、例えば、容積移送式の羽根ポンプを用いてもよい。特に好ましい態様では、ポンプの流速は、１分間当たりの冷却液量が１〜２５０Ｌまたは３０〜１８０Ｌとなる流速であってよい。ポンプが一定流速ポンプである場合、例えば遠心ポンプを用いてもよい。好ましくは、ポンプは液圧モーター（または油圧モーター）または電気モーターによって駆動するものであることが好ましく、ポンプ流速を変えられるポンプ又はポンプ流速を変えられないポンプのいずれでもよい。
【００３１】
エンジンが作動している間、ポンプによって、エンジン・アフタークーリング・システム内に冷却液が連続的に送液されることが好ましい。特に好ましくは、エンジンが作動している間だけ、ポンプによって、エンジン・アフタークーリング・システム内に冷却液が連続的に送液される。
【００３２】
好ましくは、アフタークーラーで冷却される前の圧縮空気の温度を検知する入口空気温度センサーが備えられる。入口温度センサーは、アフタークーラーによって冷却される前の圧縮空気の温度を検知するのに適当な空気温度センサーであってよい。好ましい態様では、入口空気温度センサーは、空気温度プローブの形態を有している。入口空気温度センサーは、例えば赤外線センサー等のリモートセンサーであってもよい。入口空気温度センサーは、圧縮空気が流入されるアフタークーラーの入口に隣接するように配置されることが好ましい。
【００３３】
出口空気温度センサーは、アフタークーラーによって冷却された圧縮空気の温度を検知するのに適当な空気温度センサーであってよい。好ましくは、出口空気温度センサーは、空気温度プローブの形態を有している。出口空気温度センサーは、例えば赤外線センサー等のリモートセンサーであってもよい。出口空気温度センサーは、冷却された圧縮空気が排出される「アフタークーラーの出口」に隣接するように配置されることが好ましい。
【００３４】
冷却液温度センサーは、アフタークーラーから排出される冷却液の温度を検知するのに適当ないずれの種類の温度センサーであってよい。好ましい態様では、冷却液温度センサーは、水温度プローブの形態を有している。冷却液温度センサーは、例えば赤外線センサー等のリモートセンサーであってもよい。
【００３５】
コントローラーは、空気温度センサーおよび冷却液温度センサーによって検知された空気温度および冷却液温度に応じて、システム内を流れる冷却液の流速を制御するのに適当なものであれば、いずれのコントローラーであってもかまわない。好ましい態様では、ポンプの速度を制御する液圧コントローラーまたは電子コントローラーが含まれており、また、検知された空気温度および冷却液温度に応じて、液圧コントローラーまたは電子コントローラーを制御するためのプログラマブル論理コントローラー（ＰＬＣ）が含まれている。
【００３６】
コントローラーによって、システム内を流れる冷却液の流速が適当な方法で制御され得る。好ましくは、コントローラーは、ポンプによりシステム内を送液される冷却液の流速、即ち、ポンプの流速を制御する。別の好ましい態様では、コントローラーは、ポンプの流速を制御することによって、システム内を流れる冷却液の制御を行わない。例えば、ポンプは、システム内を一定の速度で流れるように冷却液を連続的に送液する一定流速ポンプであってよく、システムが、コントローラーで制御することのできるブリード弁を１つ以上備えたものであってよい。尚、システムがブリード弁を備えていると、システム内を流れる冷却液の量を増加または減少させることができるので、システム内を流れる冷却液を制御することができる。
【００３７】
好ましくは、ポンプは、ラジエターにより冷却された冷却液を、ラジエターからアフタークーラーへと送液する。
【００３８】
好ましくは、アフタークーリング・システムは、システムの周囲付近に存在する外界空気の温度を検知する外界空気温度センサーを含んでいる。外界空気温度センサーは、アフタークーリング・システムの周りに存在する空気の温度を検知するのに適当な空気温度センサーであればいずれの種類の空気温度センサーであってよい。好ましい態様では、外界空気温度センサーは、空気温度プローブの形態を有している。外界空気温度センサーは、例えば赤外線センサー等のリモートセンサーであってもよい。外界空気温度センサーは、アフタークーリング・システムに隣接して配置されることが好ましい。
【００３９】
アフタークーリング・システムは、空気を強制的にラジエターへと送るファンを含んでいることが好ましい。アフタークーリング・システムにファンが設けられると、ラジエターを通過する冷却液を冷却する点でにおいてラジエターが助力される。ファンはいずれの種類のファンであってよく、例えば、可変速ファンまたは一定速度ファンであってよい。尚、ファンの回転方向を変えることができるファンが好ましい。好ましくは、コントローラーが、ファンの速度（もしくは回転速度）またはファンの回転方向を制御することができる。
【００４０】
好ましい態様では、外界空気温度センサーによって検知される外界空気温度と、入口温度センサーによって検知される「圧縮機（例えばターボチャージャーまたはスーパーチャージャー）から得られ、冷却または凝縮が行われるアフタークーラーへと供給される圧縮空気の温度」との差をコントローラーが決定する。また、好ましい態様では、外界空気温度センサーによって検知される外界空気温度と、出口空気温度センサーによって検知される「アフタークーラーから排出される圧縮空気の温度」との差をコントローラーが決定する。更に、好ましい態様では、冷却液温度およびアフタークーラーから排出された圧縮空気の温度が最適温度に維持される冷却液流速（即ち、システム内を流れる冷却液の流速）およびファンの速度を決定するために、コントローラーが、
外界空気温度とアフタークーラーで冷却される前の圧縮入口空気の温度との差、
外界空気温度とアフタークーラーから排出された圧縮入口空気の温度との差、および
冷却液温度センサーで検知された冷却液の温度
を用いる。
【００４１】
好ましくは、ファンの速度に起因して、アフタークーラーから排出された圧縮入口空気が冷却液温度によって最適温度に維持されるように、コントローラーがファンを制御する。好ましくは、冷却液の流速に起因して、アフタークーラーから排出された圧縮入口空気が最適温度に維持されるように、コントローラーが、ポンプによって前記システム内を流れる冷却液の流速（即ち、ポンプの流速）を制御する。
【００４２】
最適温度は、いずれの適当な温度であってよい。エンジンが「出力レベルを下げることが可能なエンジン」である場合、アフタークーラーから排出された圧縮入口空気の最適温度は、エンジンの出力レベルの低下を防止する温度、または、エンジンの出力レベル低下量が最小限となる温度であることが好ましい。
【００４３】
好ましくは、アフタークーリング・システムは、マニホールド・タンクを含んでいる。マニホールド・タンクは、いずれの適当なサイズおよび形状であってよく、いずれの適当な材料から形成されてもよい。また、マニホールド・タンクは、ポンプの出口およびアフタークーラーの入口に接続されていることが好ましい。
【００４４】
好ましくは、アフタークーリング・システムは、ヘッダー・タンクを含んでいる。ヘッダー・タンクは、いずれの適当なサイズおよび形状であってよく、いずれの適当な材料から形成されてもよい。また、ヘッダー・タンクはマニホールド・タンクに接続されていることが好ましい。
【００４５】
アフタークーリング・システムは、冷却液レベル・センサーを含んでいることが好ましい。冷却液レベル・センサーは、いずれの適当な種類のセンサーであってよい。好ましい態様では、冷却液レベル・センサーは、ヘッダー・タンクの冷却液レベル（または冷却液の液面）を検知する。
【００４６】
好ましくは、アフタークーリング・システムは、補助タンク（または膨張タンク，expansion tank）を含んでいる。補助タンクは、いずれの適当なサイズおよび形状であってよく、いずれの適当な材料から形成されてもよい。また、補助タンクはヘッダー・タンクに接続されていることが好ましい。
【００４７】
アフタークーラー、ラジエター、ポンプおよび「種々の要素を接続するパイプもしくは導管」が含まれる熱回路を備えたアフタークーリング・システムは、いずれの適当な材料から形成されていてもよい。好ましい形態では、熱回路は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。アルミニウムおよびアルミニウム合金は優れた熱伝導性を有しているので、システム１０内の温度変化がコントローラーによって比較的迅速に検知され、検知された温度変化にコントローラーが迅速に対応することができる。その結果、コントローラーが、システムをリアルタイムに効率的に制御することが可能となる。
【００４８】
図１を参照しながら、本発明の好ましい態様について説明する。これにより、本発明をより十分に理解できると共に、本発明の実施が可能であるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１は、「出力レベルを下げることが可能な排出制御ディーゼルエンジン」に使用するのに適当な本発明のエンジン・アフタークーリング・システム１０の好ましい態様を模式的に示している。
【００５０】
エンジン・アフタークーリング・システム１０は、ターボチャージャーまたはスーパーチャージャー等の圧縮機から排出され、内熱機関で燃焼させるのに用いられる圧縮空気を冷却する「液対空気式アフタークーラー１１」を含んでいる。アフタークーラー１１は、圧縮機（例えばターボチャージャーまたはスーパーチャージャー）の出口に接続されたパイプ１２を含んでいる。そのため、圧縮機から排出された圧縮入口空気がパイプ１２を通過することになる。アフタークーラー１１は、各々が複数の冷却チューブを備えたセクション１３を複数有している。かかるセクション１３は、パイプ１２に隣接して配置されているので、パイプ１２を通過する圧縮空気の熱が、各々のセクション１３の複数のチューブを通過する冷却液（例えば水）へと伝えられることになる。セクション１３は、入口ポート１４および出口ポート１５をそれぞれ有している。それゆえ、冷却液が、各々の入口ポート１４を介して各々のセクション１３へと流入した後、各々の出口ポート１５を介して各々のセクション１３から排出される。
【００５１】
アフタークーラー１１の各々の入口ポート１４はマニホールド・タンク１６に接続されている。そのため、マニホールド・タンク１６から流出する冷却液が、入口ポート１４を介してセクション１３へと流れることになる。
【００５２】
アフタークーラー１１の各々の出口ポート１５は冷却液温度センサー１７と接続されている。その結果、出口ポート１５を介してセクション１３から流出する冷却液が冷却液温度センサー１７を通過するので、かかる冷却液の温度が検知されることになる。
【００５３】
かかる水温度センサー１７は、ラジエター１９の入口ポート１８に接続されている。そのため、温度センサー１７を通過した冷却液は入口ポート１８を介してラジエターコアに流入することになる。ラジエター１９は、水平冷却チューブおよび出口ポート２０を備えたトリプルパス・ラジエターである。尚、ラジエター１９の上部に入口ポート１８が設けられており、かかる入口ポート１８と斜め向かいに出口ポート２０が設けられている。入口ポート１８を介してラジエター１９に流入した冷却液は、ラジエター１９の水平冷却チューブを流れる。従って、冷却液の熱は、水平冷却チューブの周囲の空気へと伝えられるので、冷却液から熱が除去される。そして、「冷却された冷却液」は、ラジエター１９の底部の出口ポート１９を介してラジエター１９から排出される。
【００５４】
ラジエター１９の出口ポート２０は、液圧モーターまたは電気モーター２２によって駆動する冷却液ポンプ２１の入口ポートに接続されている。ポンプ２１は、１分間当たり１〜２５０Ｌまたは３０〜１８０Ｌの冷却液を連続的に送液できるポンプである。ポンプ２１の出口ポートはマニホールド・タンク１６に接続され、マニホールド・タンク１６とヘッダー・タンク２３とが互いに接続されている。従って、ポンプ２１の出口ポートから排出された冷却液が、マニホールド・タンク１６およびヘッダー・タンク２３に貯まることになる。
【００５５】
ヘッダー・タンク２３は補助タンク（膨張タンク）２４に隣接して配置されている。冷却液レベル・センサー２５は、管理システムのために、ヘッダー・タンク２３の内側の冷却液のレベル（液面）を検知する。エンジン・アフタークーリング・システム１０を循環する冷却液は、ヘッダー２３および補助タンク２４から補給される。
【００５６】
ラジエター１９には、ラジエターコアへと空気を強制的に送ることができる可変速ファン３０が設けられている。そのため、「ラジエター１９を通過する冷却液」から「ファン３０によってラジエター１９へと強制的に送られる空気」へと熱が伝わることになるので、冷却液が冷却される。
【００５７】
「冷却液温度センサー１７によって検知された冷却液温度」、「出口空気温度センサー２７によって検知された“アフタークーラー１１から排出された圧縮入口空気の温度”」、「入口空気温度センサー２８によって検知された“アフタークーラー１１によって冷却される前の圧縮入口空気の温度」および「外界空気温度センサー２９によって検知された外界空気温度”」に応じて、コントローラー２６は、液圧モーター２２の速度を制御し、それによって、ポンプ２１の流速を制御する。特に、コントローラー２６は、検知された冷却液温度および空気温度に応じて、システム１０内を流れる冷却液を送液するポンプ２１の速度（即ち、ポンプ２１の流速）を制御するので、アフタークーラー１１から排出される「冷却された圧縮入口空気」の温度を最適温度に維持することができる。アフタークーラー１１から排出される圧縮空気の最適温度は、例えば、エンジンの出力レベル低下を防止できるような温度であり、あるいは、エンジンの出力レベルの低下量を最小限にできる温度である。
【００５８】
コントローラー２６は、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）またはコンピューター、および、液圧コントローラーまたは電子コントローラーを含んでいる。冷却液温度センサー１７および空気温度センサー２７〜２９の出力側は、ＰＬＣまたはコンピューターの入力側に接続されている。ＰＬＣまたはコンピューターでは、センサー１７および２７〜２９によって検知される空気温度および冷却液温度が処理され、液圧コントローラーまたは電子コントローラーを制御するための制御信号が出力される。センサー１７および２７〜２９で検知された「エンジン入口空気温度」および「冷却液温度」の処理の一部として、ＰＬＣまたはコンピューターは、空気温度センサー２９によって検知された外界空気温度と、空気温度センサー２８によって検知された「アフタークーラー１１へと送られる入口空気温度」との差を算出する。また、ＰＬＣまたはコンピューターは、入口空気温度センサー２９によって検知された外界空気温度と、入口空気温度センサー２７によって検知された「アフタークーラー１１から排出される出口空気の温度」との差を計算する。ＰＬＣまたはコンピューターは、かかる温度差および冷却液温度センサー１７を使用することによって、アフタークーラー１１から排出された圧縮入口空気が最適温度または最適温度付近に維持されるポンプ２１の流速およびファン３０の速度を決定している。ＰＬＣまたはコンピューターは、ファン３０およびポンプ２１の液圧コントローラーまたは電子コントローラーに対して制御信号を出力するので、ポンプ２１の流速およびファン３０の速度が、ＰＬＣまたはコンピューターで計算された値に維持される。特に、液圧コントローラーまたは電子コントローラーは、ＰＬＣまたはコンピューターからの流速制御信号に応じて、液圧モーターまたは電気モーター２２の速度を制御するので、ポンプ２１の流速がＰＬＣまたはコンピューターで計算された値に維持される（それゆえ、システム１０を流れる冷却液の流速も同様に維持される）。
【００５９】
ＰＬＣまたはコンピューターは、ファン３０の速度を制御できるだけでなく、ファン３０の回転方向も制御できる。ファン３０の回転方向は、コントローラー２６のＰＬＣまたはコンピューターで設定されるパラメーターによって決定される。
【００６０】
アフタークーラー１１、ラジエター１９、ポンプ２１および「種々の要素を接続するパイプ」を含め、熱回路のあらゆる要素は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。アルミニウムまたはアルミニウム合金の優れた熱伝導性に起因して、システム１０内の温度変化がコントローラー２６によって比較的迅速に検知できるので、コントローラー２６が検知された温度変化に迅速に対応できる。その結果、コントローラー２６によって、システム１０がリアルタイムに効率的に制御される。
【００６１】
本明細書で特に言及しない限り、特許請求の範囲および明細書で用いられている「有して成る」または「含んで成る」という表現は、言及している要素の他に更なる別の要素をも有する又は含むことを意味している。
【００６２】
また、本明細書で特に言及しない限り、特許請求の範囲および明細書で用いられている「実質的」または「約」という表現は、それによって規定さている数値にのみ限定されるものではないことを意味している。
【００６３】
本発明の範囲または概念から逸脱することなく、当業者によって本発明に修正および変更を加えることができることを理解されたい。尚、当業者に明らかである修正および変更は、特許請求の範囲で規定された範囲内またはその均等の範囲にあるものといえる。
【００６４】
先行技術に関する刊行物が本明細書で言及されている場合、その言及は、その刊行物がオーストラリアその他の国における当該分野の共通一般認識の一部を形成していると認めることにはならないことは明白に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は、本発明のエンジン・アフタークーリング・システム１０の好ましい態様を模式的に示している。
【図１】
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【国際調査報告】
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