(57)【要約】  本発明は、燃焼シリンダ（５）の上流側に配置するように企図された給気冷却器（７）であって、当該給気が、少なくとも１つのターボチャージャー（３）から来て、内燃エンジンの前記燃焼シリンダ（５）へ供給されるように企図されている給気冷却器（７）に関する。当該給気冷却器（７）は、給気用の１つの入口容器（７０）と、給気用の１つの出口容器と、給気と第２の熱伝達流体との間の熱交換面（７２）とを備えている。少なくとも給気用の入口容器（７０）および／または出口容器が、相変化材料（１５）を備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼シリンダ（５）の上流側に配置するように企図された給気冷却器（７）であって、当該給気が、少なくとも１つのターボチャージャー（３）から来て、内燃エンジンの前記燃焼シリンダ（５）へ供給されるように企図されており、
給気用の１つの入口容器（７０）と、給気用の１つの出口容器と、前記給気と第２の熱伝達流体との間の熱交換面（７２）とを備えた給気冷却器（７）において、
少なくとも給気用の前記入口容器（７０）および／または前記出口容器が、相変化材料（１５）を備えている、ことを特徴とする給気冷却器（７）。
【請求項２】
前記相変化材料（１５）は、給気用の前記入口容器（７０）および／または前記出口容器の壁の中に組み込まれている、ことを特徴とする前記請求項に記載の給気冷却器（７）。
【請求項３】
前記相変化材料（１５）は、給気用の前記入口容器（７０）および／または前記出口容器内に配置される相変化材料のカプセル（１５）の形態である、ことを特徴とする請求項１記載の給気冷却器（７）。
【請求項４】
前記相変化材料のカプセル（１５）を備えた給気用の前記入口容器（７０）および／または前記出口容器は、給気用の当該入口容器（７０）および／または当該出口容器内で当該相変化材料のカプセル（１５）を保持するための手段（７６）を備えている、ことを特徴とする前記請求項に記載の給気冷却器（７）。
【請求項５】
前記保持手段（７６）は、前記交換面（７２）の入口および／または出口の所、並びに、給気用の前記入口容器（７０）の入口の所、および／または、給気用の前記出口容器の出口の所に配置されている、ことを特徴とする前記請求項に記載の給気冷却器（７）。
【請求項６】
給気用の前記入口容器（７０）および／または前記出口容器内で前記相変化材料のカプセル（１５）を保持するための前記手段（７６）はグリッドである、ことを特徴とする請求項４および５のいずれか一項に記載の給気冷却器（７）。
【請求項７】
給気用の前記入口容器（７０）および／または前記出口容器内で前記相変化材料のカプセル（１５）を保持するための前記手段（７６）はフィルタである、ことを特徴とする請求項４および５のいずれか一項に記載の給気冷却器（７）。
【請求項８】
前記相変化材料（１５）は１８０℃から２００℃の間の相変化温度を有している、ことを特徴とする前記請求項のうちいずれか一項に記載の給気冷却器（７）。
【請求項９】
前記相変化材料（１５）は２８０ｋＪ／ｍ３以上の潜熱を有している、ことを特徴とする前記請求項のうちいずれか一項に記載の給気冷却器（７）。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の給気冷却器（７）を備えた給気回路（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に自動車両用の、吸気回路の熱管理システムに関する。より特定的には、本発明は、ターボチャージャー（ターボ式過給機）からの空気の、内燃エンジンの燃焼シリンダ内へと吸気される前の冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャー付きエンジンの自動車の分野においては、少なくとも１つのターボチャージャーからの吸気を、燃焼シリンダの上流側に配置された少なくとも１つの給気冷却器（ＲＡＳ）を用いて冷却することが知られている。かくしてＲＡＳは、ターボチャージャーの出口で高温となっている給気の温度を低下させることを可能とする。実際、従来の給気回路において、給気は、ターボチャージャーで圧縮を受けることにより、その温度を上昇させ、その密度を低下させる。吸気の温度降下によって、自然着火のリスクを減少させることが可能となり、給気の密度を向上させることができる。これにより、燃焼出力が高められるのである。
【０００３】
ＲＡＳは一般的に、空気／空気型、或いは空気／液体型の熱交換器であり、特にエンジンの作動の関数としてのターボチャージャーの周期的な使用による熱的な見地から、相当な応力を受けるものである。実際、ターボチャージャーを使用すれば必ず、給気の圧力と温度とが上昇する。ターボチャージャーの使用に関連付けられた給気の温度上昇が、図１に示されている。当該図１は、ターボチャージャーの出口における給気についての、時間の関数としての温度曲線を示している。かくして、ターボチャージャーが使用されているときには２４０℃の高さまでも上昇し得る、給気についての温度ピークを認めることができる。
【０００４】
これらの相当な温度上昇は、かくして、これらの高温に耐えることのできる材料の使用や、各要素の機械的作用の目的のための相当な材料の厚さの実施、更にまた、これらの高温を管理する観点での大型のＲＡＳの使用を要求する。
【０００５】
全体的な必要空間を制限して、エンジンコンパートメント内で利用可能な空間内にＲＡＳを配置する観点で、もっと小型の２つのＲＡＳを直列に配置することが知られている。しかしながら、この解決策は満足のゆくものではない。全体的な必要空間の減少は限定されており、ＲＡＳの数の増加が、製造コストの増大を引き起こし得るからである。
【０００６】
ターボチャージャーとＲＡＳとの間の導管内に、相変化材料を配置することも知られている。しかしながら、この型式の組込みは、当該導管が相変化材料を受け入れられるように、その導管に対する修正を必要とする。かくして、これもまた、製造コストの増大を引き起こし得るのである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って本発明の目的の１つは、先行技術の欠点を少なくとも部分的に改善し、最適化された給気冷却器および吸気回路を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かくして本発明は、燃焼シリンダの上流側に配置するように企図された給気冷却器であって、当該給気が、少なくとも１つのターボチャージャーから来て、内燃エンジンの燃焼シリンダへ供給されるように企図されており、給気用の１つの入口容器と、給気用の１つの出口容器と、給気と第２の熱伝達流体との間の熱交換面とを備えた給気冷却器において、少なくとも給気用の入口容器および／または出口容器が、相変化材料を備えている給気冷却器に関する。
【０００９】
相変化材料は、給気に由来する熱エネルギーの吸収を可能とする。この相変化材料によって吸収された熱エネルギーは、温度ピークが存在するときに、もはや給気冷却器によって放散されるべきものではなく、かくして当該給気冷却器は、より小さな寸法のものでありながら同様に効率的であり得るのである。
【００１０】
本発明の一態様によれば、相変化材料は、給気用の入口容器および／または出口容器の壁の中に組み込まれている。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、相変化材料は、給気用の入口容器および／または出口容器内に配置される相変化材料のカプセルの形態である。
【００１２】
第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器および／または少なくとも１つの出口容器内への相変化材料の組込みによって、給気冷却器の寸法の増大を回避することが可能となる。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、相変化材料のカプセルを備えた給気用の入口容器および／または出口容器は、給気用の当該入口容器および／または当該出口容器内で当該相変化材料のカプセルを保持するための手段を備えている。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、保持手段は、交換面の入口および／または出口の所、並びに、給気用の入口容器の入口の所、および／または、給気用の出口容器の出口の所に配置されている。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、給気用の入口容器および／または出口容器内で相変化材料のカプセルを保持するための手段はグリッドである。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、給気用の入口容器および／または出口容器内で相変化材料のカプセルを保持するための手段はフィルタである。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、相変化材料は１８０℃から２００℃の間の相変化温度を有している。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、相変化材料は２８０ｋＪ／ｍ３以上の潜熱を有している。
【００１９】
本発明はまた、上述したような給気冷却器を備えた給気回路に関する。
【００２０】
本発明のその他の特徴や利点は、非限定的な例示として与えられる以下の説明、および添付図面を読み取ることで、よりはっきりと明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ターボチャージャーの出口における、時間の関数としての給気についての温度曲線を示す図。
【図２】吸気回路の模式図。
【図３】給気冷却器の断面模式図。
【図４】給気冷却器の拡大した斜視模式図。
【図５】様々な型式の給気冷却器の出口における給気温度の段階的変化を示す曲線。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
種々の図において、同等の要素には同じ参照符号が付けられている。
【００２３】
図２は、給気回路１の模式図を示している。当該給気回路１は、ターボチャージャー３を備えている。そのターボチャージャー３は、排気マニホールド１１の出口で収拾された排気ガスの作用を介して、空気取入口１３によって収拾された燃焼シリンダ５用の空気を圧縮するものである。かくして作り出された給気は、それからターボチャージャー３と燃焼シリンダ５との間に配置された給気冷却器（ＲＡＳ）７内へと通って行く。
【００２４】
図３および図４に示すように、ＲＡＳ７は給気用の入口容器７０を備えている。その入口容器７０内には、給気が、当該給気と第２の熱伝達流体との間での熱交換面７２同士の間に分散されるために到来する。ＲＡＳ７はまた、各熱交換面７２の出口の所に給気用の出口容器（図示せず）を備えている。その出口容器は、各熱交換面７２からやって来る冷却された空気を集めて、その空気を燃焼シリンダ５へ運ぶ導管へと案内する。第２の熱伝達流体は例えば、空冷式ＲＡＳの場合には空気であってよく、或いは水冷式ＲＡＳの場合にはグリコール化水であってもよい。
【００２５】
熱交換面７２は、例えば第２の熱伝達流体が内部を循環する扁平管であって、それらの扁平管同士の間を給気が通過するものであってもよい。
【００２６】
ＲＡＳ７はまた、プレート式交換器であってもよい。即ち、給気と第２の熱伝達流体との間の熱交換面７２は、第２の熱伝達流体が流体入口と流体出口との間で内部を循環する連通式交換プレート７４の積重ねであってもよい。そして給気は、当該交換プレート７４同士の間の空間７３内を循環して、第２の熱伝達流体と熱エネルギーを交換することができる。
【００２７】
第２の熱伝達流体（例えば、グリコール化水）の入口および出口は、低温回路と呼ばれる温度調整回路、例えば空気調節回路などに接続されてもよい。
【００２８】
ＲＡＳ７はまた、給気用の、その入口容器７０、および／または、その出口容器内に、相変化材料（ＭＣＰ）１５を備えている。ＭＣＰ１５は、給気に由来する熱エネルギーの吸収を可能とする。このＭＣＰ１５によって吸収された熱エネルギーは、温度ピークが存在するときに、もはやＲＡＳ７によって放散されるべきものではない。第１の熱伝達流体用の入口容器７０および／または出口容器内へのＭＣＰ１５の組込みによって、かくしてＲＡＳ７の寸法の増大を回避することが可能となるのである。
【００２９】
このことは特に、ＲＡＳ７の出口における空気温度の段階的変化を、時間の関数として、またＲＡＳ７の様々な型式の関数として描くグラフを表す図５に示されている。
【００３０】
１番目の曲線５０は、従来の先行技術のＲＡＳ７の出口における空気温度の（時間ｔの関数としての）段階的変化を示している。温度曲線における４つの特定区域が存在することに気付くであろう：
−  ターボチャージャーが作動中ではなく、ＲＡＳの出口における空気温度が一定である、ｔ＝０ｓからｔ＝５００ｓの安定温度区域。試験条件下では、この値は４８℃程度である。この温度値は、もちろん外部温度条件や取入れ空気の温度の関数として変化しやすいものである。かくして、寒冷な気象条件下では、この値はもっと低くなり得る。
−  高温の圧縮された給気をＲＡＳへと運ぶターボチャージャー３の起動に対応した、ｔ＝５００ｓからｔ＝６００ｓの間における温度の急上昇の区域。
−  給気からの熱エネルギーの放散によるＲＡＳの作用の効果に対応した、ｔ＝６００ｓからｔ＝８５０ｓの間における６０℃程度の値での給気温度の安定化の区域。この温度値は、もちろん使用されたＲＡＳの効率の関数である。
−  ターボチャージャー３の作動停止による、ｔ＝８５０ｓからｔ＝１０００ｓの間の、最初の区域と同じＲＡＳの出口における空気温度の安定温度への帰還の区域。
【００３１】
一方、２番目の曲線５２は、前述のＲＡＳと同じ寸法でＭＣＰ１５を備えたＲＡＳ７の出口における空気温度の段階的変化に対応している。ほんの僅かな相違で、同様の特定の各区域が存在している：
−  熱エネルギーを吸収するＭＣＰ１５の作用によって、５４℃から５７℃程度の、より低い温度で安定化区域が生じている。
−  ＭＣＰ１５によって吸収された熱エネルギーの漸進的な放散によって、ターボチャージャー３の作動停止後における空気温度の安定温度への帰還の区域が、ｔ＝８５０ｓからｔ＝１４００ｓまでと、より長く漸進的なものとなっている。
【００３２】
３番目の曲線５４は、ＭＣＰ１５を備えているが、前述の各ＲＡＳよりも約３０％だけ小型のＲＡＳ７の出口における空気温度の段階的変化に対応している。かくして、以下のことに気付くであろう：
−  安定化区域は、ＭＣＰ１５無しのＲＡＳのものと同様である。
−  ＭＣＰ１５によって吸収された熱エネルギーの漸進的な放散によって、ターボチャージャー３の作動停止後における空気温度の安定温度への帰還の区域が、ｔ＝８５０ｓからｔ＝１１００ｓまでの間の、同様に漸進的なものとなっている。
【００３３】
かくして、ＭＣＰ１５を付加したおかげで、より小さな寸法で、同様な効率のＲＡＳ７を得ることが可能である。
【００３４】
ＭＣＰ１５は例えば、給気用の入口容器および／または出口容器における実際の壁の中へ組み込まれていてもよい。
【００３５】
ＭＣＰ１５はまた、重合材料の保護層で覆われた相変化材料のカプセルの形態であってもよい。この型式のＭＣＰのカプセル１５は、当業者に非常によく知られたものである。用いられるＭＣＰは特に、重合材料の保護層で覆われた、例えば球状、半球状、または無定形状などのランダム形状の、押出成形式や重合型のＭＣＰであってよい。ＭＣＰのカプセル１５は、０．５ｍｍから８ｍｍの間の直径を有していることが好ましい。
【００３６】
給気回路１における使用温度範囲の理由から、用いられるＭＣＰ１５は特に１８０℃から２００℃の間の相変化温度を有していてよい。更に、用いられるＭＣＰ１５は２８０ｋＪ／ｍ３以上の潜熱を有していることが、最適な効率をもたらすためには有利である。
【００３７】
ＭＣＰ１５がカプセルの形態にある場合には、図３および図４に示すように、ＭＣＰ１５を備えた給気用の入口容器７０および／または出口容器が、当該相変化材料のカプセル１５を給気用の当該入口容器７０および／または当該出口容器内に保持するための手段７６を具備している。
【００３８】
保持手段７６は、ＭＣＰのカプセル１５が交換面７２同士の間に進入しないように、また給気の流れを遮ったり妨げたりしないようにするために、これらの交換面７２の入口および／または出口の所に配置されることが好ましい。保持手段７６はまた、ＲＡＳ７とターボチャージャー３との間の導管内へと、或いは燃焼シリンダ５の方へと、カプセルが脱出しないように、給気用の入口容器７０の入口の所および／または給気用の出口容器の出口の所に配置される。
【００３９】
保持手段７６は例えば、ＭＣＰのカプセル１５の直径よりも小さいメッシュを有したグリッドか、或いは多孔質拡散型のフィルタであってもよい。
【００４０】
各交換面７２の入口および／または出口の所で、保持手段７６は、図３に示す第１実施形態により、給気用の入口容器７０および／または出口容器の各交換面７２との間の全面を覆っていてもよい。図４に示す第２実施形態によれば、保持手段７６は、給気が内部を循環する空間７３だけを覆っている。
【００４１】
かくして、本発明による給気冷却器７は、内部の相変化材料１５の存在により給気の冷却を向上させることを可能とする、ということを容易に分かることができる。本発明による給気冷却器７はかくして、従来の給気冷却器と同等なほど効率的でありながら、より寸法が小さくなり得るのである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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