(57)【要約】  本発明は、特に自動車に搭載される、内燃機関１のための外気供給装置５に関する。この外気供給装置５は、フィルターエレメント１３と、冷媒流路３３を過給気流路３２に対して伝熱的に結合する過給気冷却手段１４と、外気導入部２５と、ろ過された外気のための導出ポート２６と、過給気のための導入ポート２７と、冷却された過給気のための過給気導出部２８と、液状の冷媒のための冷媒導入部２９と、冷媒導出部３０とを備えている。そして、外気導入部２５を導出ポート２６に接続すると共に、フィルターエレメント１３を通るように延びる外気流路３１をさらに備えている。過給気流路３２は、導入ポート２７を過給気導出部２８に接続すると共に、過給気冷却手段１４を通るように延びる一方、冷媒流路３３は、冷媒導入部２９を冷媒導出部３０に接続すると共に、過給気冷却手段１４を通るように延びる。
2015522760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサー（１１）及びタービン（１０）を有する排気ガスターボチャージャー（９）と、
フィルターエレメント（１３）、冷媒流路（３３）を過給気流路（３２）に対して伝熱的に結合する過給気冷却手段（１４）、外気のための外気導入部（２５）、ろ過された外気のための導出ポート（２６）、過給気のための導入ポート（２７）、冷却された過給気のための過給気導出部（２８）、液状の冷媒のための冷媒導入部（２９）、及び、該冷媒のための冷媒導出部（３０）を有する外気供給装置（５）とを備え、
前記コンプレッサー（１１）は、その入口側では前記導出ポート（２６）に流体接続される一方、その出口側では前記導入ポート（２７）に流体接続され、
前記外気導入部（２５）を前記導出ポート（２６）に接続すると共に、前記フィルターエレメント（１３）を通るように延びる外気流路（３１）をさらに備え、
前記過給気流路（３２）は、前記導入ポート（２７）を前記過給気導出部（２８）に接続すると共に、前記過給気冷却手段（１４）を通るように延び、
前記冷媒流路（３３）は、前記冷媒導入部（２９）を前記冷媒導出部（３０）に接続すると共に、前記過給気冷却手段（１４）を通るように延びる、特に自動車に搭載される、内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関において、
前記フィルターエレメント（１３）及び前記過給気冷却手段（１４）のための共有ハウジング（３４）が設けられ、
前記共有ハウジング（３４）は、前記フィルターエレメント（１３）を収容するためのフィルター室（３５）と、前記過給気冷却手段（１４）を収容するための、分断された冷却室（３６）とを有する、内燃機関。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関において、
前記冷媒導入部（２９）及び前記冷媒導出部（３０）は、前記共有ハウジング（３４）上に形成され且つ、前記冷却室（３６）内に開口し、
前記過給気流路（３２）及び前記冷媒流路（３３）は、前記冷却室（３６）を通るように延びる、内燃機関。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関において、
前記冷却室（３６）内に挿入された前記過給気冷却手段（１４）は、該冷却室（３６）内で前記過給気流路（３２）と前記冷媒流路（３３）とを互いに流体的に分断すると共に、両流路（３２，３３）を互いに伝熱的に結合する、内燃機関。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関において、
前記過給気冷却手段（１４）は、前記過給気流路（３２）を前記冷媒流路（３３）から密閉する、少なくとも１つのシール部材（３７）を有する、内燃機関。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関において、
前記共有ハウジング（３４）には、前記フィルター室（３５）、及び、前記冷却室（３６）の一部、を有し且つ、特に、前記外気導入部（２５）、前記導出ポート（２６）及び前記過給気導出部（２８）を有する基礎部材（３９）と、該基礎部材（３９）に取り付けられ、前記冷却室（３６）の一部を有し且つ、特に、前記導入ポート（２７）を有する被覆部材（４０）とが備えられる、内燃機関。
【請求項７】
請求項１に記載の内燃機関において、
前記フィルターエレメント（１３）を収容するためのフィルター室（３５）を含み且つ、前記外気導入部（２５）及び前記導出ポート（２６）を有するフィルター用ハウジング（４２）と、
前記過給気冷却手段（１４）を過給気導入側側部（４６）から過給気導出側側部（４７）にかけて取り囲むと共に、前記冷媒導入部（２９）及び前記冷媒導出部（３０）を有する冷却用ハウジング（４３）と、
前記過給気冷却手段（１４）の前記過給気導入側側部（４６）に接続され、前記導入ポート（２７）を有する導入用ハウジング（４４）と、
前記過給気冷却手段（１４）の前記過給気導出側側部（４７）に接続され、前記過給気導出部（２８）を有する導出用ハウジング（４５）とを備え、
前記冷媒流路（３３）は、前記冷却用ハウジング（４３）を通るように延びる、内燃機関。
【請求項８】
請求項７に記載の内燃機関において、
前記フィルター用ハウジング（４２）、前記導入用ハウジング（４４）及び前記導出用ハウジング（４５）は、合成樹脂から製造される一方、前記冷却用ハウジング（４３）は、金属又は合金から製造される、内燃機関。
【請求項９】
請求項８に記載の内燃機関において、
前記冷却用ハウジング（４３）は、前記過給気導入側側部（４６）にて前記導入用ハウジング（４４）に圧着され、及び／又は、
前記冷却用ハウジング（４３）は、前記過給気導出側側部（４７）にて前記導出用ハウジング（４５）に圧着される、内燃機関。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれか１つに記載の内燃機関において、
前記導入用ハウジング（４４）は、前記フィルター用ハウジング（４２）に挟着され、及び／又は、
前記導出用ハウジング（４５）は、前記フィルター用ハウジング（４２）に挟着される、内燃機関。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関において、
前記過給気冷却手段（１４）は、複数の管路部（５８）を有し、
前記管路部（５８）は、前記過給気冷却手段（１４）の過給気導入側側部（４６）側の一端部と、該過給気冷却手段（１４）の過給気導出側側部（４７）側の他端部とで開口し、
前記過給気流路（３２）は、前記管路部（５８）を通るように延びる、内燃機関。
【請求項１２】
請求項１１に記載の内燃機関において、
前記管路部（５８）は、隣り合う管路部（５８）間にそれぞれ隙間部（６０）が形成されるように、互いに間隔を空けて配設され、
前記冷媒流路（３３）は、前記隙間部（６０）を通るように延びる、内燃機関。
【請求項１３】
請求項１２に記載の内燃機関において、
前記隙間部（６０）は、前記過給気冷却手段（１４）の前記過給気導入側側部（４６）に隣接した第１端領域（６１）、及び、該過給気冷却手段（１４）の前記過給気導出側側部（４７）に隣接した第２端領域（６２）内では、該第１及び第２端領域（６１，６２）の間に配設された中央領域（６３）内よりも流れ抵抗が低い、内燃機関。
【請求項１４】
請求項１３に記載の内燃機関において、
前記隙間部（６０）における前記中央領域（６３）内にのみ、伝熱構造体（６４）が配設される、内燃機関。
【請求項１５】
請求項１１から請求項１４のいずれか１つに記載の内燃機関において、
前記過給気導入側側部（４６）には、各管路部（５８）毎に個別に設けた貫通孔（６６）を有し且つ、前記過給気流路（３２）を前記冷媒流路（３３）から分断する（第１）端板部（６５）が設けられ、及び／又は、
前記過給気導出側側部（４７）には、各管路部（５８）毎に個別に設けた貫通孔（６６）を有し且つ、前記冷媒流路（３３）を前記過給気流路（３２）から分断する（第２）端板部（６７）が設けられる、内燃機関。
【請求項１６】
請求項１５に記載の内燃機関において、
前記端板部（６５，６７）それぞれの外周縁部には、環状シール部材（３７）が配設され、
前記環状シール部材（３７）は、前記過給気冷却手段（１４）を収容するハウジング（３４）内に形成された受溝部（３８）に係入する、内燃機関。
【請求項１７】
フィルターエレメント（１３）と、
冷媒流路（３３）を過給気流路（３２）に対して伝熱的に結合する過給気冷却手段（１４）と、
外気のための外気導入部（２５）と、
排気ガスターボチャージャー（９）のコンプレッサー（１１）の外気入口に対して流体的に結合するための、ろ過された外気のための導出ポート（２６）と、
前記コンプレッサー（１１）の過給気出口に対して流体的に結合するための、過給気のための導入ポート（２７）と、
冷却された過給気のための過給気導出部（２８）と、
液状の冷媒のための冷媒導入部（２９）と、
前記冷媒のための冷媒導出部（３０）と、
前記外気導入部（２５）を前記導出ポート（２６）に接続すると共に、前記フィルターエレメント（１３）を通るように延びる外気流路（３１）とを備え、
前記過給気流路（３２）は、前記導入ポート（２７）を前記過給気導出部（２８）に接続すると共に、前記過給気冷却手段（１４）を通るように延び、
前記冷媒流路（３３）は、前記冷媒導入部（２９）を前記冷媒導出部（３０）に接続すると共に、前記過給気冷却手段（１４）を通るように延びる、特に自動車に搭載される、内燃機関（１）のための外気供給装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の外気供給装置において、
排気ガスターボチャージャー（９）のコンプレッサー（１１）は、前記入口側では前記導出ポート（２６）に流体接続される一方、前記出口側では前記導入ポート（２７）に流体接続される、外気供給装置。
【請求項１９】
請求項１７又は請求項１８に記載の外気供給装置において、
前記外気供給装置（５）は、前記内燃機関（１）各々とは独立して予め組み立て可能なユニットであり、該ユニットは、予め組み立てられた状態にあるときには、該内燃機関（１）各々に取り付け可能である、外気供給装置。
【請求項２０】
請求項１７から請求項１９のいずれか１つに記載の外気供給装置において、
前記導出ポート（２６）を前記コンプレッサー（１１）の前記外気入口に接続するための組立方向は、前記導入ポート（２７）を前記コンプレッサー（１１）の前記過給気出口に接続するための組立方向に対して平行に延びる、外気供給装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の外気供給装置において、
前記導出ポート（２６）は、前記外気の主たる流れ方向が、該導出ポート（２６）の導出口側端部周辺では、関連する前記組立方向に対して平行に延びるように配向され、
前記導入ポート（２７）は、前記過給気の主たる流れ方向が、該導入ポート（２７）の導入口側端部周辺では、関連する前記組立方向に対して平行に延びるように配向される、外気供給装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の外気供給装置において、
前記導出ポート（２６）の前記導出口側端部は、前記組立方向それぞれに対して垂直に広がる一平面上に存在すると共に、
前記導入ポート（２７）の前記導入口側端部は、前記組立方向それぞれに対して垂直に広がる一平面上に存在する、外気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に自動車に搭載される、内燃機関のための外気供給装置と、該外気供給装置を備えた内燃機関とに関する。
【背景技術】
【０００２】
外気供給装置は、内燃機関の燃焼室に外気（fresh air）を供給するための装置であって、通常、外部から吸入された空気を浄化するために、フィルターエレメントを備えている。この外気供給装置は、過給機付き内燃機関では、過給された外気を、該過給された外気が燃焼室内に流入する前に冷却すべく、過給気冷却手段も備えている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
自動車に内燃機関を搭載する上で、比較的小さな内燃機関にさえも過給機を設ける傾向が高まっている。比較的小さな自動車は、概して、比較的小さなエンジンルームを有しているから、可及的に小型且つコンパクトで、パワフルな外気供給装置が要求されている。
【０００４】
本発明の課題は、過給機付き内燃機関及び外気供給装置のための、改良された態様を特定することであって、特に、コンパクトな構成を有するような態様を特定することである。また、実施する上での費用対効果に優れた態様を特定することも課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、上記の課題は、独立請求項の主題によって解決される。有利な態様は、従属請求項の主題を構成している。
【０００６】
本発明は、液状の冷媒によって作動する冷却回路を利用することによって、過給気から不要な熱を除去することができるようにする、という全般的な考えに基づくものであり、これを達成するために、本発明に係る外気供給装置は、フィルターエレメントと、過給気冷却手段と、これらに関連する接続部及びインターフェースと、を有している。本発明によると、高度な機能密度（high functional density）を有する、取り分けコンパクトな組立体が得られることとなり、限られたスペースを有するエンジンルームにさえも搭載することができるようになる。
【０００７】
過給機付き内燃機関は、排気ガスターボチャージャーのコンプレッサーと、外気供給装置とを備えている。より詳細には、この外気供給装置は、内燃機関及び自動車の外部からの外気のための外気導入部（fresh air inlet）と、ろ過された外気のための導出ポート（discharge port）と、過給気のための、つまり、過給された外気のための導入ポート（intake port）と、冷却された過給気のための過給気導出部（charge air outlet）と、液状の冷媒のための冷媒導入部（coolant inlet）と、この冷媒のための冷媒導出部（coolant outlet）と、を備える。外気流路、過給気流路及び冷媒流路も、外気供給装置内に形成されており、この冷媒流路は、過給気冷却手段内で過給気流路に対して伝熱的に結合される。外気流路は、外気導入部を導出ポートに流体接続すると共に、フィルターエレメントを通るように延びる（lead through）。過給気流路は、導入ポートを過給気導出部に流体接続すると共に、過給気冷却手段を通るように延びる。冷媒流路は、冷媒導入部を冷媒導出部に流体接続すると共に、同様に、過給気冷却手段を通るように延びる。コンプレッサーは、導出ポートに流体接続される外気入口（fresh air entrance）と、導入ポートに流体接続される過給気出口（charge air exit）と、を有する。
【０００８】
取り分け有利な第１の基本態様によると、フィルターエレメント及び過給気冷却手段のための共有ハウジングが設けられ、この共有ハウジングは、フィルターエレメントを収容するためのフィルター室と、このフィルター室から分断された、つまり、このフィルター室から特に流体的に分断された、過給気冷却手段を収容するための冷却室と、を有する、としてもよい。液状の冷媒によって作動する過給気冷却手段と、フィルターエレメントとを、同一のハウジング内に収容することによって、外気供給装置のための、取り分けコンパクトな構成が得られる。
【０００９】
第１の基本態様に係る有利な発展形によると、冷媒導入部及び冷媒導出部は、前述の共有ハウジング上に形成され且つ、冷却室内に開口し、過給気流路及び冷媒流路は、冷却室を通るように延びる、としてもよい。このように、共有ハウジングは、過給気流路を境界付けるための気体用管路部を区画すると共に、冷媒流路を境界付けるための液体用管路部も区画する。したがって、共有ハウジングは、液状の冷媒を例えば案内するような追加機能を有しているため、過給気冷却手段の構造は、より簡素なものとなる。
【００１０】
さらなる発展形によると、冷却室内に挿入された過給気冷却手段は、この冷却室内で過給気流路と冷媒流路とを互いに流体的に分断すると共に、両流路を互いに伝熱的に結合する、としてもよい。言い換えると、過給気冷却手段が無ければ、冷却室内では、過給気流路と冷媒流路とが互いに露わに接続されてしまう一方、冷却室内に過給気冷却手段を取り付けるだけで、気体状の過給気と液状の冷媒との間には、必要とされる流体的な分断がもたらされることになる。したがって、過給気冷却手段及び共有ハウジングは、冷媒流路を形成すると共に、該冷媒流路を過給気流路から流体的に分断するように、協働する。
【００１１】
さらなる有利な発展形によると、過給気冷却手段は、過給気流路を冷媒流路から密閉する、少なくとも１つのシール部材を有する、としてもよい。一例として、過給気冷却手段は、そうしたシール部材として、過給気冷却手段の過給気導入側側部に配設され、過給気冷却手段を、その周方向に沿って気密状に取り囲む第１シール部材と、過給気冷却手段の過給気導出側側部に配設され、過給気冷却手段を、その周方向に沿って気密状に取り囲む第２シール部材と、から成る２つのシール部材を有している、としてもよい。これに加えて、共有ハウジングは、冷却室内に受溝部を有する、としてもよい。受溝部は、シール部材を補完するように、形成され且つ位置決めされており、この受溝部には、過給気冷却手段から突出したシール部材を係入することができる。そのため、シール部材及び受溝部は、さねはぎ接続（tongue-and-groove connection）を構成するように協働することになって、過給気冷却手段の組み立ての最中においては、シール部材及び受溝部を、案内部として利用することができる一方、組み立てられた状態においては、シール部材及び受溝部を、共有ハウジング内に過給気冷却手段を位置決め又は固定するのに利用したり、少なくとも、位置決め又は固定するのに貢献させたり、することができる。
【００１２】
さらなる有利な態様によると、共有ハウジングには、フィルター室、及び、冷却室の一部、を有する基礎部材（base body）が備えられる、としてもよい。これに加えて、この基礎部材は、外気導入部、導出ポート及び過給気導出部も有する、としてもよい。その上、共有ハウジングは、この基礎部材に取り付けられ且つ冷却室の他部を有する被覆部材（covering body）を備える。これに加えて、この被覆部材は、導入ポートも有する、としてもよい。被覆部材を基礎部材に取り付けると、被覆部材に設けた冷却室の一部は、基礎部材に設けた冷却室の一部を補完して、完全な冷却室を構成することになる。原則として、冷却室は、任意の分け方で、基礎部材と被覆部材との間で分割されていればよい。好ましい態様では、基礎部材及び被覆部材は、それぞれ、冷却室の略半分を有する。
【００１３】
さらなる発展形によると、被覆部材を、基礎部材に溶接してもよい。そうした溶接による接合は、特に、共有ハウジングを構成する各部材がそれぞれ合成樹脂から製造されていれば、取り分け安価に実施することができる。適切な溶接方法としては、例えば、摩擦圧接、レーザー溶接、赤外線溶接（infrared welding）及び熱風溶接が挙げられる。
【００１４】
第２の基本態様によると、フィルター用ハウジングと、冷却用ハウジングと、導入用ハウジングと、導出用ハウジングとが備えられ、これらのハウジングは、外気供給装置を実現するように、互いに取り付けられる、としてもよい。フィルター用ハウジングは、フィルターエレメントを収容するためのフィルター室を含み且つ、外気導入部及び導出ポートを有する。冷却用ハウジングは、過給気冷却手段を、その過給気導入側側部からその過給気導出側側部にかけて、周方向に沿って気密状に取り囲む。冷却用ハウジングは、冷媒導入部及び冷媒導出部も有する。この構成は、過給気冷却手段内に冷媒流路が完全に一体形成されており、それにより、冷媒流路が冷却用ハウジングを通るように延びる、ことを意味している。これによって、過給気冷却手段を構成する他の要素の形状が簡素になる。組み立てられた状態においては、導入用ハウジングは、過給気冷却手段の過給気導入側側部に接続されており、導入ポートを有する。導出用ハウジングは、過給気冷却手段の過給気導出側側部に接続されており、過給気導出部を有する。この構成によると、過給気冷却手段が、冷却用ハウジング及び一体形成された冷媒流路と共に、完全に予め組み立て可能なユニットを構成しており、このユニットを、好ましくは合成樹脂から製造された、外気供給装置における他のハウジングに対して簡素に取り付けることができる、という点で、外気供給装置を実施する上で、取り分けコンパクトな構成が可能になる。
【００１５】
第２の基本態様に係る有利な発展形によると、フィルター用ハウジング、導入用ハウジング及び導出用ハウジングは、合成樹脂から製造される一方、冷却用ハウジングは、金属又は合金から製造される、としてもよい。この構成によると、個々の要素を取り分け安価に実現することができるようになる。
【００１６】
さらなる発展形によると、冷却用ハウジングは、過給気導入側側部にて導入用ハウジングに圧着（crimp）される、としてもよい。これに加えて、又は、これに代えて、冷却用ハウジングは、過給気導出側側部にて導出用ハウジングに圧着される、としてもよい。圧着接続を用いることで、冷却用ハウジングにおける金属製の接続部材（connection sections）が、導入用ハウジング及び／又は導出用ハウジングにおける樹脂製の接続部材周辺で塑性的に変形されて、該樹脂製の接続部材に特に圧入される。その結果、金属製の部材と樹脂製の部材との間には、嵌合接続が構成される。
【００１７】
さらなる発展形によると、導入用ハウジングは、フィルター用ハウジングに挟着（clip）される、としてもよい。これに加えて、又は、これに代えて、導出用ハウジングは、フィルター用ハウジングに挟着される、としてもよい。冷却用ハウジングは、該冷却用ハウジングに取り付けられた導入用ハウジング及び導出用ハウジングと共に、導入用ハウジング及び導出用ハウジングの挟着接続部（clip connectors）を利用することによってフィルター用ハウジングに取り付け可能な、ハウジング組立体を構成する。
【００１８】
外気供給装置の第１の基本態様、及び、外気供給装置の第２の基本態様の両方と、各基本態様に係る発展形とで実施可能な、過給気冷却手段の取り分け有利な態様によると、過給気冷却手段は、複数の管路部、好ましくは扁平管状に形成された複数の管路部を有し、これらの管路部は、過給気冷却手段の過給気導入側側部の一端部と、過給気冷却手段の過給気導出側側部の他端部とで、それぞれ開口しており、過給気流路は、これらの管路部を通るように延びる、としてもよい。これによって、過給気冷却手段が取り分け安価に構成されることになる。
【００１９】
好都合な発展形によると、管路部は、隣り合う管路部間にそれぞれ隙間部が形成されるように、互いに間隔を空けて配設され、冷媒流路は、その隙間部を通るように延びる、としてもよい。そうした構成は、比較的安価に実施することができる。
【００２０】
伝熱性能を向上するために、例えばラメラ（lamellae）及び／又はタービュレータ（turbulators）として構成された伝熱構造体が、各管路部内に挿入される、としてもよい。
【００２１】
さらなる発展形によると、隙間部は、過給気冷却手段の過給気導入側側部に隣接した第１端領域（first end region）、及び、過給気冷却手段の過給気導出側側部に隣接した第２端領域（second end region）内では、第１端領域と第２端領域との間に配設された中央領域内よりも流れ抵抗が低い、としてもよい。この構成は、隙間部を通過するのに好ましい流れが、第１及び第２端領域内に実現されることを意味しており、その結果、冷媒流路内に、例えば分配室（distribution chamber）と、集合室（collection chamber）と、偏向室（deflection chamber）とを実現することができる。この分配室は、冷媒導入部と、第１及び第２端領域のうちの一方と、を連通させる。また、集合室は、冷媒導出部と、第１及び第２端領域のうちの他方とを連通させる。集合室及び分配室は、過給気冷却手段の同一の側部において、互いに隣り合うように配設される。また、偏向室は、分配室及び集合室の反対側に配設され、第１及び第２端領域の双方に連通する。そうして、冷媒流路は、冷媒導入部から分配室を通り抜けて、第１及び第２端領域のうちの一方を介して偏向室内に導入されて偏向室から第１及び第２端領域のうちの他方を介して集合室を通り抜け、集合室から冷媒導出部まで導かれる。なお、冷媒流路は、中央領域も通るものの、そのときには、冷媒の流れ速度が減少する。
【００２２】
さらなる有利な発展形によると、例えばラメラ及び／又はタービュレータとして構成された伝熱構造体が、隙間部における中央領域内にのみ配設される、としてもよい。この伝熱構造体は、隙間部を通過するのに望ましい狙い通りの流れを実現することを目的として、中央領域内の流れ抵抗を、第１及び第２端領域よりも増大させるのに使用することができる。
【００２３】
対向流原理（counterflow principle）に基づいて良好に作動するような過給気冷却手段では、第１端領域には、好ましくは冷媒導出部が割り当てられる一方、第２端領域には、好ましくは冷媒導入部が割り当てられる。
【００２４】
さらなる有利な態様によると、過給気導入側側部には、各管路部毎に個別に設けた貫通孔を有し且つ、過給気流路を冷媒流路から分断する（第１）端板部が設けられる、としてもよい。これと同様に、過給気導出側側部には、各管路部毎に個別に設けた貫通孔を有し且つ、冷媒流路を過給気流路から分断する（第２）端板部が設けられる、としてもよい。こうした端板部を設けることで、過給気冷却手段を、取り分け簡素に実現することができる。
【００２５】
したがって、本発明によると、外気供給装置は、フィルターエレメントと、冷媒流路を過給気流路に対して伝熱的に結合する過給気冷却手段と、外気のための外気導入部と、排気ガスターボチャージャーのコンプレッサーの外気入口に対して流体的に結合するための、ろ過された外気のための導出ポートと、コンプレッサーの過給気出口に対して流体的に結合するための、過給気のための導入ポートと、冷却された過給気のための過給気導出部と、液状の冷媒のための冷媒導入部と、この冷媒のための冷媒導出部と、外気導入部を導出ポートに接続すると共に、フィルターエレメントを通るように延びる外気流路とを備え、過給気流路は、導入ポートを過給気導出部に接続すると共に、過給気冷却手段を通るように延び、冷媒流路は、冷媒導入部を冷媒導出部に接続すると共に、過給気冷却手段を通るように延びる。
【００２６】
好ましい態様では、排気ガスターボチャージャーのコンプレッサーは、その入口側では導出ポートに流体接続される一方、その出口側では導入ポートに流体接続される。それによって、外気供給装置は、増大された集積度（increased degree of integration）を得ることになって、そのことで、内燃機関の組み立てが簡素になる。
【００２７】
特に、外気供給装置は、コンプレッサーの有無にかかわらず、内燃機関各々とは独立して予め組み立て可能な且つ、予め組み立てられた状態にあるときには、内燃機関各々に取り付け可能なユニットとして構成される、としてもよい。これによると、内燃機関の組み立てが可及的に簡素になる。
【００２８】
取り分け好都合な態様によると、導出ポートをコンプレッサーの外気入口に接続するための第１組立方向は、導入ポートをコンプレッサーの過給気出口に接続するための第２組立方向に対して平行に延びる、としてもよい。これによって、コンプレッサーを、外気供給装置の他の部材に対して取り分け簡素に固定することができる。コンプレッサーが内燃機関に予め取り付けられていたときには、外気供給装置を、内燃機関に対して簡素に固定することができる。
【００２９】
好ましい発展形によると、導出ポートは、外気の主たる流れ方向としての第１流れ方向が、導出ポートの導出口側端部（exit end）周辺では、関連する第１組立方向に対して平行に延びるように配向される一方、導入ポートは、過給気の主たる流れ方向としての第２流れ方向が、導入ポートの導入口側端部（entrance end）周辺では、関連する第２組立方向に対して平行に延びるように配向される、としてもよい。
【００３０】
取り分け有利な発展形によると、導出ポートの導出口側端部は、第１組立方向に対して垂直に広がる第１平面上に存在する一方、導入ポートの導入口側端部は、第２組立方向に対して垂直に広がる第２平面上に存在する、としてもよい。
【００３１】
さらなる態様によると、過給気導出部は、過給気分配手段の入口部(entrance of a charge air distributor)に接続するための組立方向が、導出ポート及び導入ポートの組立方向に対して平行に延びるように構成される、としてもよい。また、関連する組立方向に対して平行に配向された、主たる流れ方向は、過給気導出部の周辺に存在する、としてもよい。
【００３２】
本発明に係るさらに重要な特徴及び利点は、従属項の記載、図面、及び図面を用いた説明より得られる。
【００３３】
前述の特徴、及び、以下に説明される特徴は、記載されたそれぞれの組み合わせに限定して用いることができるのではなく、他の組み合わせであっても、又は、それら単独であっても本発明の範囲から逸脱すること無く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、外気供給装置を備えた内燃機関の外観を概略的に示す斜視図である。
【図２】図２は、第１の基本態様における、外気供給装置の外観を概略的に示す斜視図である。
【図３】図３は、図２で示した外気供給装置の構成を概略的に示す斜視断面図である。
【図４】図４は、図２で示した外気供給装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図５】図５は、第２の基本態様における、外気供給装置の外観を概略的に示す斜視図である。
【図６】図６は、図５で示した外気供給装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図７】図７は、過給気冷却手段の構成を概略的に示す斜視図である。
【図８】図８は、図７で示した過給気冷却手段の詳細な構成を、同図の矢印VIII方向で見て示す概略平面図である。
【図９】図９は、図７で示した過給気冷却手段の詳細な構成を、同図の矢印IX方向で見て示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の好ましい標準的な態様は、図面に示されており、以下の記載によってさらに詳細に説明される。各図において同じ又は類似の若しくは機能的に同じ部品には、同じ符号を付している。
【００３６】
図１に示すように、内燃機関１は、例えば自動車に搭載可能であり、エンジンブロック２を備えている。このエンジンブロック２は、シリンダーヘッド３によって覆われた、複数の燃焼室（詳細は不図示）を含んでいる。図１には、直列４気筒エンジンが例示されており、このエンジンは、各気筒に対応した４つの燃焼室を含んでいる。燃焼室に外気を供給するために、この内燃機関１には、外気供給装置５を有する外気システム４が備えられている。この内燃機関１には、燃焼室から排気ガスを排出することを目的として、例えば、通常は排気マニホールドと呼称される排気ガス捕集装置７と、触媒コンバータ８とを有する排気ガスシステム６が備えられている。図１には、過給のために使用される排気ガスターボチャージャー９を備えた、過給機付き内燃機関１が例示されている。この排気ガスターボチャージャー９は、タービン１０と、コンプレッサー１１とを有している。コンプレッサー１１は、外気中に圧力レベルを発生したり、或いは、外部１２から吸入された、大気から成る外気より過給気を生成したり、することを目的として、外気システム４に含まれている。一方で、タービン１０は、排気ガスシステム６に割り当てられており、コンプレッサー１１を駆動する。
【００３７】
以下では、外気供給装置５を、図２乃至図６を用いてさらに詳細に説明する。各図に示すように、外気供給装置５は、フィルターエレメント１３と、過給気冷却手段１４とを備えている。ここで図示した好ましい態様では、外気供給装置５は、スロットル装置１５及びエアーマスセンサ１６も備えている。
【００３８】
フィルターエレメント１３は、この外気供給装置５では、例えば環状のフィルターエレメントとして構成されており、その構成に応じて、環状又は円筒状のフィルター体１８を有している。このフィルター体１８は、好ましくは、網状に折り畳まれたフィルターマテリアルを利用して形成されており、フィルター体１８の軸方向の両端部は、２枚の円盤状端板部１７，１９によって境界付けられている。ここで示した例では、一方の円盤状端板部１７が閉塞されており、その結果、フィルター体１８は、フィルター体１８の軸方向の一端部又は一端面において、軸方向について閉塞されている。しかしながら、他方の円盤状端板部１９は、その中央部に円盤状の開口部２０が形成された、開口を有する円盤状端板部として構成されており、この開口部２０を介して、フィルター体１８によって取り囲まれた内部に対して、流体接続することが可能となる。開口を有する端板部１９上には、シール部材２１も一体的に形成されている。このシール部材２１は、フィルターエレメント１３が取り付けられた状態では、スリーブ２２に対して、径方向に沿って気密状に密着することになる。その上、各円盤状端板部１７，１９上には、それぞれ位置決め部材２３が配設されている。位置決め部材２３は、各円盤状端板部１７，１９上で、それぞれ一体的に形成されている、としてもよい。取り付けられた状態では、各位置決め部材２３は、組み立ての最中にはフィルターエレメント１３のための好ましい相対位置関係を見出すこと、及び、組み立て後にはその相対位置関係を保持することを目的として、補完位置決め手段（complementary positioner）２４に係合（interact with）している、としてもよい。
【００３９】
外気供給装置５は、外部１２に向けて開口した、外気のための外気導入部２５も有している。ろ過された外気のための導出ポート２６、及び、過給気のための導入ポート２７も有している。冷却された過給気のための過給気導出部２８も存在している。さらに、液状の冷媒のための冷媒導入部２９、及び、この冷媒のための冷媒導出部３０を有している。
【００４０】
外気流路３１は、矢印で示すように、外気導入部２５を導出ポート２６に接続すると共に、フィルターエレメント１３を通るように延びている。過給気流路３２は、矢印で示すように、導入ポート２７を過給気導出部２８に接続すると共に、過給気冷却手段１４を通るように延びている。冷媒流路３３は、矢印で示すように、冷媒導入部２９を冷媒導出部３０に接続すると共に、過給気冷却手段１４を通るように延びている。過給気冷却手段１４は、冷媒流路３３を過給気流路３２に対して伝熱的に結合するように、外気供給装置５内に配設されている。
【００４１】
以下では、外気供給装置５の第１の基本態様を、図２乃至図４を用いてさらに詳細に説明する。この第１の基本態様では、フィルターエレメント１３及び過給気冷却手段１４のための共有ハウジング３４が設けられている。この共有ハウジング３４は、フィルターエレメント１３を収容するためのフィルター室３５と、過給気冷却手段１４を収容するための冷却室３６とを有している。フィルター室３５及び冷却室３６は、互いに分断された部屋として、共有ハウジング３４内に構成されており、互いに流体的に分断されている。つまり、フィルター室３５及び冷却室３６は、互いに直接的には接続されていない。冷媒導入部２９及び冷媒導出部３０は、共有ハウジング３４上に形成されており、冷却室３６内に開口している。したがって、過給気流路３２及び冷媒流路３３は、双方とも、冷却室３６を通るように延びている。冷却室３６内に挿入された過給気冷却手段１４は、冷却室３６内で過給気流路３２と冷媒流路３３とを互いに流体的に分断すると共に、過給気流路３２と冷媒流路３３との間に所望の伝熱的な結合をもたらす。これを実現するために、過給気冷却手段１４には、この例では２つのシール部材３７が備えられている。これらのシール部材３７は、それぞれ、過給気冷却手段１４を周方向に沿って取り囲んでいる。シール部材３７は、過給気冷却手段１４が組み立てられた状態にあるときには、過給気流路３２及び冷媒流路３３が互いに密閉されるように設けられている。これを実現するために、シール部材３７は、共有ハウジング３４に係合している。このため、共有ハウジング３４上には受溝部３８が設けられていて、シール部材３７が、この受溝部３８に径方向から係入している、とすれば好都合である。
【００４２】
受溝部３８は、共有ハウジング３４上に一体的に形成されている、とすれば好都合である。シール部材３７は、射出成形されていたり、或いは、過給気冷却手段１４上に発泡形成されてたり、すれば好都合である。シール部材３７、及び、関連する受溝部３８は、併せて、共有ハウジング３４内に過給気冷却手段１４を軸方向について固定するための、さねはぎ接続を構成している。
【００４３】
“周方向”及び“径方向”といった方向を示す単語は、過給気流路３２が過給気冷却手段１４を通るときの流れ方向によって定義される軸方向に関する。
【００４４】
この第１の基本態様の主要な特徴は、冷媒流路３３を区画する冷却用ハウジングが個別には存在しておらず、共有ハウジング３４の一部として形成されている、ということである。過給気冷却手段１４が無ければ、共有ハウジング３４内では、過給気流路３２と冷媒流路３３とが互いに分断されずに、互いに流体接続されることになる。
【００４５】
ここで示した好ましい態様では、共有ハウジング３４は、基礎部材３９と、この基礎部材３９に取り付けられる被覆部材４０とを備えている。取付部材４０は、好ましくは、基礎部材３９に溶接されている。基礎部材３９は、フィルター室３５と、冷却室３６の一部とを有している。ここで示した例では、基礎部材３９は、外気導入部２５、導出ポート２６及び過給気導出部２８も有している。その上、この基礎部材には、スロットル装置１５と、エアーマスセンサ１６とが取り付けられている。一方で、被覆部材４０は、冷却室３６の他部と、さらに、この例では、導入ポート２７とを有している。取付部材４０を基礎部材３９に取り付けると、基礎部材３９側に存在する冷却室３６の一部は、取付部材４０側に存在する冷却室３６の他部によって補完されて、完全な冷却室３６を構成することになる。この例では、共有ハウジング３４を構成する２つの部材３９，４０の間には、過給気冷却手段１４の縦軸に対して傾斜するように（in an inclinedor oblique manner）分断面４１が延びており、それによって、基礎部材３９及び被覆部材４０は、双方ともくさび状に形成されている。
【００４６】
以下では、外気供給装置５の第２の基本態様を、図５及び図６を用いてさらに詳細に説明する。この第２の基本態様では、外気供給装置５は、複数のハウジング、例えば、フィルター用ハウジング４２と、冷却用ハウジング４３と、導入用ハウジング４４と、導出用ハウジング４５とを備えている。フィルター用ハウジング４２は、フィルターエレメント１３を収容するためのフィルター室３５を含んでいる。この例では、フィルター用ハウジング４２は、外気導入部２５及び導出ポート２６も有している。ここで示した例では、エアーマスセンサ１６も、フィルター用ハウジング４２に取り付けられている。
【００４７】
冷却用ハウジング４３は、過給気冷却手段１４を過給気導入側側部４６から過給気導出側側部４７にかけて取り囲んでおり、冷媒導入部２９と冷媒導出部３０とを有している。それゆえ、冷却用ハウジング４３は、過給気導入側側部４６から過給気導出側側部４７まで延設されており、過給気冷却手段１４を周方向に沿って気密状に取り囲んでいる。この構成によって、過給気冷却手段１４内には、一体形成されたり内蔵されたりした冷媒流路３３が実現されている。特に、冷却用ハウジング４３は、過給気冷却手段１４の構造的範囲（structural scope）に属しているため、外部から密閉された冷媒流路３３を備えるのを、取り分け簡素に実現することができる。
【００４８】
導入用ハウジング４４は、過給気導入側側部４６に接続されており、導入ポート２７を有している。導出用ハウジング４５は、過給気導出側側部４７に接続されており、過給気導出部２８を有している。この例では、スロットル装置１５も、導出用ハウジング４５に取り付けられている。
【００４９】
冷却用ハウジング４３が金属又は合金から製造されている一方、導入用ハウジング４４と導出用ハウジング４５とが合成樹脂から製造されている、とすれば好都合である。特に、フィルター用ハウジング４２も、合成樹脂から製造されている、としてもよい。好ましい態様では、導入用ハウジング４４と導出用ハウジング４５とを冷却用ハウジング４３に対して気密状に流体接続することを目的として、圧着接続部(crimp connections)４８が設けられている。この圧着接続部４８を利用することによって、各ハウジング４３，４４，４５間には、十分に、堅固で気密性に優れた嵌合接続が実現されている。ここで示した圧着接続部４８は、冷却用ハウジング４３の過給気導入側側部４６及び過給気導出側側部４７それぞれに形成され且つ、周方向に沿ってほぼ閉塞するように延びる軸方向に突出した圧着用鍔部４９内に、導入用ハウジング４４及び導出用ハウジング４５上に形成され且つ、周方向に沿って閉塞するように延びる径方向に突出した保持用鍔部５０が軸方向に沿って挿入されて、圧着接続部４８を形成するために設けられた、圧着用鍔部４９の端側部材が、各保持用鍔部５０に対して軸方向に沿って上から係合（engage over）することによって実現される。圧着用鍔部４９は、該鍔部４９の塑性的な変形によって、径方向内側に向かって塑性的に変形され、冷却用ハウジング４３から離れた一側から、各保持用鍔部５０に対して後方から係合（engage behind）している、としてもよい。これによって、嵌合接続が実現されている。
【００５０】
導入用ハウジング４４及び導出用ハウジング４５は、挟着接続部（clip connectors）５１を有しており、これらの挟着接続部５１を用いることによって、各ハウジング４４，４５は、フィルター用ハウジング４２に挟着されている、としてもよい。このようにして、フィルターエレメント１３を含む一体の組立体は、過給気冷却手段１４を備えた他の組立体に接続されている、としてもよい。
【００５１】
以下の説明は、図２から図４に示した第１の基本態様、及び、図５及び図６に示した第２の基本態様の両方に係るものである。
【００５２】
フィルター室３５を閉塞することを目的として、カバー５２が設けられている。このカバー５２は、保持クランプ（retaing clamps）５３を利用することによって、共有ハウジング３４又はフィルター用ハウジング４２に固定されている。スロットル装置１５は、スロットル部材５４を備えている。スロットル部材５４は、この例ではバタフライバルブであり、取り付けられた状態では、共有ハウジング３４又は導入用ハウジング４５上に一体形成されたスロットル室５５内に配設されている。スロットル装置１５は、取り付けられた状態では、スロットル室開口部（詳細は不図示）を閉塞するように構成されており、スロットル部材５４は、このスロットル室開口部から、スロットル室５５内に、気密状に挿入されている。スロットル室５５は、過給気流路３２内において、過給気冷却手段１４と過給気導出部２８との間に配設されている。
【００５３】
エアーマスセンサ１６は、取り付けられた状態ではセンサ室５７内に配設されるセンサシステム５６を備えている。このセンサ室５７は、共有ハウジング３４又はフィルター用ハウジング４２内に一体形成されている。その上、このセンサ装置１６は、この例では、取り付けられた状態ではセンサ室開口部（詳細は不図示）を閉塞するように構成されており、センサシステム５６は、このセンサ室開口部から、センサ室５７内に、気密状に挿入されている。センサ室５７は、外気流路３１内において、フィルターエレメント１３と導出ポート２６との間に配設されている。
【００５４】
図１に示すように、外気供給装置５が取り付けられた状態では、エンジンブロック２の燃焼室まで続く、外気のための、以下で説明するような流路が形成されている。外気は、外部１２から外気導入部２５を介して外気流路３１内に流入する。外気流路３１は、流入した外気を、該外気がフィルターエレメント１３とセンサ室５７とを通過して導出ポート２６まで流れるように案内する。導出ポート２６は、コンプレッサー１１の導入部６８に接続されている。コンプレッサー１１の導出部６９は、導入ポート２７に接続されており、コンプレッサー１１によって生成された過給気は、導入ポート２７を通過して過給気流路３２内に流入する。過給気流路３２は、流入した過給気を、該過給気が過給気冷却手段１４とスロットル室５５とを通過して過給気導出部２８まで流れるように案内する。過給気分配手段７０は、過給気導出部２８に接続されており、過給気を、内燃機関１の燃焼室に分配する。燃焼室内で生成された排気ガスは、排気ガス捕集装置７内で捕集されて、タービン１０に供給される。供給された排気ガスは、タービン１０から触媒コンバータ８を通過して排気ガス用導管部７１内に流入する。この排気ガス用導管部７１は、流入した排気ガスを、さらなる排気ガス処理装置、及び／又は、消音装置に供給する。
【００５５】
図７及び図８に示すように、過給気冷却手段１４は、複数の管路部５８を備えている。これらの管路部５８は、過給気導入側側部４６側の一端部と、過給気導出側側部４７側の他端部とで開口しており、過給気流路３２は、これらの管路部５８を通るように延びている。この場合、管路部５８は、矩形状の断面を有する扁平管状に形成されている。管路部５８は、積み重ね方向５９に沿って上下に積み重ねられており、積み重ね方向５９に沿って互いに離隔するように、互いに相対的に位置決めされている。これによって、隣り合う管路部５８の各ペア間には、隙間部６０が形成されている。冷媒流路３３は、これらの隙間部６０を通るように延びている。
【００５６】
図７に示すように、隙間部６０は、過給気導入側側部４６に隣接した第１端領域６１と、過給気導出側側部４７に隣接した第２端領域６２と、第１端領域６１から第２端領域６２まで延びる中央領域６３とを有している。これらの領域６１，６２，６３は、図７中では、波括弧で示されている。図７で示した態様では、隙間部６０内には、伝熱構造体６４が配設されている。この伝熱構造体６４は、通常、ラメラ又はタービュレータとして構成される。伝熱構造体６４は、中央領域６３内にのみ、配設されている。よって、中央領域６３は、第１及び第２端領域６１，６２よりも著しく高い流れ抵抗を有しており、その結果、隙間部６０内には、所望の冷媒流路３３を実現することを目的とした、好ましい流れ方向が設定されている。
【００５７】
冷媒流路３３を過給気流路３２から分断可能とすべく、過給気冷却手段１４は、前述のシール部材３７を有している。過給気導入側側部４６には、第１端板部６５も設けられている。この第１端板部６５は、各管路部５８毎に個別に設けられた貫通孔６６を有しており、過給気導入側側部４６において、過給気流路３２を冷媒流路３３から分断している。これと同様に、過給気導出側側部４７には、第２端板部６７が設けられている。この第２端板部６７も、各管路部５８毎に個別に設けられた貫通孔６６を有しており、過給気導出側側部４７において、冷媒流路３３を過給気流路３２から分断している。ここで示した好ましい態様では、シール部材３７は、射出成形されていたり、或いは、各端板部６５，６７の外周縁部上に発泡成形されていたり、されている。さらに、各シール部材３７は、図２乃至図４に示した態様では、関連する受溝部３８と協働することによって得られる案内機能及び位置決め機能を、一層安定させることができる。
【００５８】
図７乃至図９に示した過給気冷却手段１４の態様は、図２乃至図４に示した外気供給装置５の第１の基本態様において使用されている、とすれば好ましいが、原則的には、図５及び図６に示した第２の基本態様に係る冷却用ハウジング４３によって取り囲まれている、としてもよい。
【００５９】
図８に示すように、管路部５８の内部には、伝熱構造体７２が設けられている、としてもよい。この伝熱構造体７２は、例えばラメラ又はタービュレータとして構成されている、としてもよい。
【００６０】
特に、図２及び図５から見て取れるように、外気供給装置５は、内燃機関１各々とは独立して予め組み立て可能なユニットを構成しており、このユニットは、予め組み立てられた状態では、内燃機関１に取り付けることができる。外気供給装置５は、このユニット内に、コンプレッサー１１、又は、排気ガスターボチャージャー９全体を、予め備えている、としてもよい。外気供給装置５の他部に対するコンプレッサー１１の取り付けを簡素にしたり、コンプレッサー１１又は排気ガスターボチャージャー９が既に取り付けられた内燃機関１に対する外気供給装置５の取り付けを簡素にしたり、するために、ここでは、導出ポート２６をコンプレッサー１１の外気入口に接続するための組立方向は、導入ポート２７をコンプレッサー１１の過給気出口に接続するための組立方向に対して平行に延びている、としてもよい。ここで示した例では、導出ポート２６には、導出口側端部を有し且つ、円筒状に形成された端領域が設けられている一方、導入ポート２７には、導入口側端部を有し且つ、円筒状に形成された端領域が設けられている。その上、導出ポート２６は、外気の主たる流れ方向が、導出ポート２６の導出口側端部周辺では、関連する組立方向に対して平行に延びるように配向される一方、導入ポート２７は、過給気の主たる流れ方向が、導入ポート２７の導入口側端部周辺では、関連する組立方向に対して平行に延びるように配向されている。また、この例では、導出ポート２６の導出口側端部は、各組立方向に対して垂直に広がる一平面上に存在する一方で、導入ポート２７の導入口側端部は、各組立方向に対して垂直に広がる一平面上に存在するように構成されている。これら２つの平面を、互いに離隔させたり、一致させたり、してもよい。
【００６１】
図５に示すように、過給気導出部２８は、過給気分配手段７０の入口部に接続するための組立方向が、２つのポート２６，２７の組立方向に対して平行に延びるように構成されている、としてもよい。また、関連する組立方向に対して平行に配向された、主たる流れ方向は、過給気導出部２８の周辺に存在している、としてもよい。また、過給気導出部２８の導出口は、関連する組立方向に対して垂直に広がる平面上に存在している、としてもよい。この方法も、予め組み立てられたユニットの、内燃機関に対する取り付けを簡素にする。
【図１】
2015522760.tif 000003
【図２】
2015522760.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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2015522760.tif 000013
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