JP5265779B2 - 膨張タンク - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の膨張タンクに関する。

過給燃焼機関に供給することができる空気の量は、空気圧だけでなく空気の温度にも依存する。できるだけ多くの量の空気を燃焼機関に供給するには、燃焼機関に導かれる前に空気を効果的に冷却することが必要となる。給気の効果的な冷却は、給気に２つの冷却ステップを施すことによって達成することができる。給気は、燃焼機関の冷却システムからの冷却材によって第１給気冷却器内で第１冷却ステップを受けることができる。この第１ステップは、冷却材の温度に近い温度まで給気を冷却することができる。給気は、その後、低温冷却システムからの冷却材によって第２給気冷却器内で第２冷却ステップを受けることができる。給気は、このようにして、周囲温度に近い温度まで冷却することができる。

ＥＧＲ（排気ガス再循環）として知られている技術は、燃焼機関における燃焼プロセスからの排気ガスの一部を再循環する公知の方法である。再循環する排気ガスは、燃焼機関のシリンダに導かれる前に給気と混合される。空気に排気ガスを加えることにより、より低い燃焼温度となって、とりわけ、排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘの含有量が減少する。この技術は、オットー機関とディーゼル機関との両方に用いられる。大量の排気ガスを燃焼機関に供給するには、ここでもまた、それらが燃焼機関に導かれる前に排気ガスを効果的に冷却することが必要となる。排気ガスは、同様に２段階で冷却されることがある。それらは、燃焼機関の冷却システムからの冷却材による第１ＥＧＲ冷却器内での第１冷却ステップと、低温冷却システムからの冷却材による第２ＥＧＲ冷却器内での第２冷却ステップを受けることがある。したがって、排気ガスもまた、周囲温度に近い温度まで冷却されることがある。

上記のような給気と再循環する排気ガスの２段階の冷却には、２つの別々の冷却システムを用いることが必要となる。それぞれの冷却システム内の冷却材は、同じ種類のものであるが、作動の間、異なる作動温度を有する。したがって、冷却材が混合されることは適切ではない。冷却材は、作動の間にそれぞれの冷却システム内で温まっていき、これは、それらがより大きい体積をとることを意味する。冷却材の体積変化に対応するために、各冷却システムは、それ独自の膨張タンクを有する。修理に際して、冷却システムのそれぞれの膨張タンク内の冷却材液位は、必要に応じて確認され補充される。

本発明の目的は、２つの別々のシステムの修理及び液体補充のために用いることができる膨張タンクを提供することである。

この目的は、請求項１の特徴部分に示された機能によって特徴付けられる冒頭で述べた種類の装置で達成される。同じタイプの液体が両方のシステムで用いられることが想定される。膨張タンクは、２つの別々のシステム内の冷却材を受け入れるのに用いられる２つの膨張室を備える。膨張タンクは、それぞれの膨張室の液体補充のための入口孔を有する通路を備える。通路は、有利なことに液体が重力によって通路を通って流れるように、入口孔からの下向きの傾斜をもつ。液体は、最初に通路の共通部分を通って流れる。入口孔から或る距離において、通路は、液体を第１膨張室に導く第１分岐部と、液体を第２膨張室に導く第２分岐部とに分かれる。こうした通路は、単一の地点から２つの異なるシステムの膨張室に同時に液体を補充することを可能にする。

本発明の実施例によれば、膨張タンクは、第１膨張室と第２膨張室との間の隔壁を構成する壁部材を備える。こうした隔壁は、膨張タンク内に存在するスペースの、第１膨張室と第２膨張室への簡単且つ機能的な分割をもたらす。膨張タンクは、通路の中に突出する壁部を備えることができ、それによって第１分岐部が壁部の一方の側に形成され、第２分岐部が壁部の反対側に形成される。通路が例えば注入管の形態をとる場合、注入管の下方端に突出するように適切に形状設定された、こうした壁部によって、通路の簡単な分岐が達成される。注入管は、ここでは、入口孔における上方端から下方端までの広がりを有する。有利には、通路を第１分岐部と第２分岐部に分ける壁部は、前述の壁部材の一部を構成する。膨張室の間の隔壁を構成する壁部材は、ここでは、注入管の中に延びるように適切に形状設定された上部を有してもよい。通路の分岐は、このようにして、単純な方法で達成される。

本発明の別の好ましい実施例によれば、通路は、第１膨張室内の液体の最高液位と第２膨張室内の液体の最高液位に対応する高さレベルで第１分岐部と第２分岐部に分かれる。液体が共通の入口孔を介して加えられるとき、一方の膨張室が、普通は他方よりも先に最高液位に達する。それぞれの膨張室内の液体の最高液位と同じ高さの地点にある前述の分岐部の位置により、結果として、既に十分に満たされた膨張室に液体を導く分岐部もまた、同じく液体で完全に満たされる。液体は、したがって、第２分岐部を介して、まだ十分に満たされていない第２膨張室にのみ導かれ続けることができる。液体補充プロセスは、第２膨張室内の液体水位もまた最高水位に達するまで続く。

本発明の別の好ましい実施例によれば、カバーは、カバーが取り付けられた状態にあるときに第１分岐部及び／又は第２分岐部を閉鎖するように適合された閉鎖部材を備える。取り付けられた状態にあるカバーが前述の分岐部のうちの少なくとも１つを閉鎖するので、システムが作動状態にあるとき、２つの分岐部の間の、結果として２つの膨張室の間の、液体の移動はなされない。２つのシステムは、したがって、カバーが取り付けられた状態にあるとき、互いに完全に分離している。閉鎖部材は、カバーが取り付けられた状態にあるとき、少なくとも第１分岐部への入口孔を画定する接触面及び／又は第２分岐部への入口孔を画定する接触面と接触することになるように適合された、接触面を備えてもよい。前述の接触面の適切な構成は、カバーが取り付けられた状態にあるとき、第１分岐部及び／又は第２分岐部の良好な閉鎖をもたらす。膨張タンクは、有利なことに少なくとも１つの前述の接触面を画定する少なくとも１つのシール部材を備える。こうしたシール部材は、弾性材料、例えばゴム材料で形成することができる。第１分岐部及び／又は第２分岐部は、このようにして非常に確実に閉鎖することができる。

本発明の別の好ましい実施例によれば、閉鎖部材は、第１分岐部及び／又は第２分岐部を撓み性の力で閉鎖するように適合される。この閉鎖部材は、カバーが取り付けられた状態にあるときにばねの力によって閉鎖部材を接触面に押し当てるような方法でばね手段を用いることができる。膨張室のいずれかにおける圧力が許容できる最高値よりも上のレベルまで上昇する場合、閉鎖部材がばね手段の作用に対抗して持ち上がり、これによって膨張室内の圧力が減少する。膨張室内の圧力が許容できるレベルまで減少する場合、ばね手段が閉鎖部材を再び閉鎖するようになる。

本発明の別の好ましい実施例によれば、液体は、２つの別々の冷却システム内で循環することを意図された冷却材であり、それぞれの冷却システム内の冷却材は、作動している間は別々の作動温度となることを意図される。一方の冷却システムは、燃焼機関を冷却する冷却システムであってもよく、他方の冷却システムは、冷却材が燃焼機関の冷却システム内の冷却材よりも著しく低い作動温度を有する低温冷却システムであってもよい。

本発明の好ましい実施例を、単なる例として添付の図面を参照しながら以下で説明する。

本発明に係る２つの冷却システムと１つの膨張タンクを備えた車両を示す図である。 カバーが取り外された状態にある、図１の膨張タンクを示す図である。 図２の膨張タンクの平面Ｃ−Ｃの断面図である。 カバーが取り付けられた状態にある、図２の膨張タンクを示す図である。

図１は、過給燃焼機関２によって動力を与えられる車両１を概略的に示す。車両１は、有利なことに大型車両である。燃焼機関は、ここではディーゼル機関２として例示される。ディーゼル機関２のシリンダからの排気ガスが、排気マニホルド３を介して排気管路４に導かれる。ディーゼル機関２には、タービン５と圧縮機６とを備えるターボ・ユニットが設けられる。大気圧を上回るであろう排気管路４内の排気ガスは、最初にタービン５に導かれる。これにより、タービン５に、接続部を介して圧縮機６に伝達される駆動力が与えられる。これにより、圧縮機６が、エアフィルタ７を介して空気吸入管路８の中に引き込まれる空気を圧縮する。吸入管路８内の空気は、燃焼機関の冷却システムＡからの冷却材によって、第１給気冷却器９内で第１冷却ステップを受ける。圧縮空気は、その後、低温冷却システムＢからの冷却材によって、第２給気冷却器１０内で第２冷却ステップを受ける。

排気管路４内の排気ガスの一部の再循環をもたらすための戻り管路１１は、排気管路４と吸入管路８との間の範囲に広がっている。戻り管路１１は、戻り管路１１内の排気の流れを制御することができるＥＧＲ弁１２を備える。制御ユニット１３は、ディーゼル機関２の現在の作動状態に関する情報に基づいてＥＧＲ弁１２を制御するように適合される。戻り管路１１は、排気ガスに第１冷却ステップを施すための第１ＥＧＲ冷却器１４を備える。排気ガスは、燃焼機関の冷却システムＡからの冷却材によって、第１ＥＧＲ冷却器１４内で冷却される。排気ガスは、低温冷却システムＢからの冷却材によって、第２ＥＧＲ冷却器１５内で第２冷却ステップを受ける。冷却され再循環する排気ガスと冷却された空気は、その混合物がマニホルド１７を介してディーゼル機関２のそれぞれのシリンダに導かれる前に、混合装置１６内で混合される。

燃焼機関２は、冷却システムＡ内で循環する冷却材によって冷却される。冷却液ポンプ１８は、冷却システムＡ内で冷却材を循環させる。冷却材の主な流れは、燃焼機関２を通して導かれる。冷却材は、燃焼機関２を冷却した後で、管路２１内で冷却システムのサーモスタット１９に導かれる。冷却材が通常作動温度に到達した場合に、サーモスタット１９は、冷却材を冷却するために、車両の前方部に取り付けられたラジエータ２０に冷却材を導くように適合される。冷却システム内の冷却材のより少ない一部分は、燃焼機関２に導かれることはなく、管路回路２２を通じて、圧縮空気に第１冷却ステップを施す第１給気冷却器９と、再循環する排気ガスに第１冷却ステップを施す第１ＥＧＲ冷却器１４と、に循環される。

低温冷却システムＢは、車両１の外縁領域においてラジエータ２０の前方に取り付けられたラジエータ部材２４を備える。ここでは、外縁領域は、車両１の前部に位置する。ラジエータ・ファン２５は、ラジエータ部材２４及びラジエータ２０を通る周囲空気の流れを生成するように適合される。ラジエータ部材２４はラジエータ２０の前方に位置するので、ラジエータ部材２４内の冷却材は、周囲温度の空気によって冷却される。このため、ラジエータ部材２４内の冷却材は、周囲温度に近い温度まで冷却することができる。ラジエータ部材２４からの低温の冷却材は、ポンプ２７によって管路回路２６の低温冷却システムＢ内で循環される。管路回路２６は、冷却材を、圧縮空気に第２冷却ステップを施す第２給気冷却器１０と、再循環する排気ガスに第２冷却ステップを施す第２給気冷却器１５と、に導く。

ディーゼル機関２の作動中には、燃焼機関の冷却システムＡ内の冷却材は、約８０〜９０℃の作動温度を有するであろう。燃焼機関の冷却システムＡ内の冷却材は、したがって、第１給気冷却器９内の燃焼機関２の給気と第１ＥＧＲ冷却器１４内の再循環する排気ガスとの両方を冷却する。低温冷却システムＢ内の冷却材は、約３０〜５０℃の作動温度を有することができる。低温冷却システムＢ内の冷却材の温度は、周囲空気の温度と共に変化するが、燃焼機関の冷却システムＡ内の冷却材の温度よりもほとんど常に著しく低い温度となるであろう。低温冷却システムＢ内の冷却材は、このように、第２給気冷却器１０内の空気と第２ＥＧＲ冷却器１５内の再循環する排気ガスを冷却する。

冷却システムＡ、Ｂ内の冷却材の体積は、それらが温まるにつれて増加するであろう。本発明は、それぞれの冷却システムＡ、Ｂ内の冷却材の体積変化を吸収するために共通の膨張タンク２８を用いる。膨張タンク２８は、燃焼機関の冷却システムＡ内の冷却材のための第１膨張室２９を備える。第１膨張室２９は、管路２９ａによって燃焼機関の冷却システムＡに接続される。膨張タンク２８は、低温冷却システムＢ内の冷却材のための第２膨張室３０を備える。第２膨張室３０は、管路３０ａによって低温冷却システムＢに接続される。膨張タンク２８内の隔壁３１は、膨張室２９、３０を互いから分離する。膨張タンク２８は、冷却システムＡ、Ｂの冷却材の補充を可能にするために、上部に、取り外し可能なカバー３２を備える。

図２は、膨張タンク２８をより詳細に示す。管路２９ａ、３０ａは、車両１に取り付けられた状態における膨張タンク２８の下方の壁部においてそれぞれの膨張室２９、３０に接続される。注入管３３は、膨張タンク２８の上方の壁部に設けられる。注入管３３は、膨張タンク２８の冷却材補充のための内部ダクト３４を画定する。カバー３２を注入管３３上にねじで留める及び注入管３３からねじで外すことができるように、カバー３２には注入管３３の雄ねじ３３ａと協働するように適合された雌ねじ３２ａが設けられる。通路３４は、カバー３２が注入管３３からねじで外されるとき開いたままである入口孔３４ａを備える。壁部材３１は、主に通路３４を通して延びる平面Ｄ内に広がっている。壁部材３１の上部３１ａは、注入管３３の中に幾らか突出する。壁部材の上部３１ａの形状は、通路３４の下方区域を第１分岐部３４ｂと第２分岐部３４ｃに分けるようなものである。壁部上方３１ａは、第１分岐部３４ｂへの入口孔３４ｂ’と第２分岐部３４ｃへの入口孔３４ｃ’との間に位置する縁面３１ａ’を有する。第１分岐部３４ｂは第１膨張室２９に接続され、第２分岐部３４ｃは第２膨張室３０に接続される。

膨張室２９、３０には、それぞれの膨張室２９、３０内の最高冷却材水位３８、３９とそれぞれの膨張室２９、３０内の最低冷却材水位４０、４１とを表すマークが設けられる。第１膨張室２９内の冷却材の最高水位３８と第２膨張室３０内の冷却材の最高水位３９は、膨張タンク２８内の同一のレベルに位置する。膨張室２９、３０内の冷却材の最高水位３８、３９は、壁部上方の縁面３１ａ’と同一の高さレベル３７に位置する。カバー３２は、シール部材４４の形態の閉鎖部材を備える。シール部材４４は、有利には、弾性的性質をもつ材料、例えばゴム材料から形成される。シール部材４４は、この場合、カバー３２が取り付けられた状態にあるとき、壁部上方の縁面３１ａ’及び注入管３３の接触面４３と接触するように適合された、実質的に平坦な接触面４２を有する。注入管の接触面４３は、半径方向内向きに向けられるとともに注入管３３の下方端に位置付けられた部分３３ｂによって画定される。カバー３２は、ベース部３２ｂと、ベース部３２ｂに対して移動可能な前部３２ｃとを備える。ばねの力によって前部３２ｃをベース部３２ｂに対して所定の位置に保つために、ベース部３２ｂと前部３２ｃとの間の空間内にばね手段４５が取り付けられる。シール部材４４は、前部３２ｃの一部を形成する。

図２は、修理状況にある膨張タンク２８を示す。第１膨張室２９内の冷却材水位は、ここでは最低水位４０よりも下である。燃焼機関の冷却システムＡは、したがって、冷却材を補充する必要がある。対照的に、第２膨張室３０内の冷却材水位は、最高水位３９と最低水位４１との間にあるので許容できる。カバー３２は、ここでは、膨張タンク２８に冷却材を補充することができるように、取り外された状態にある。図３は、図２の平面Ｃ−Ｃを通る断面図を示す。平面Ｃ−Ｃは、高さレベル３７に位置している。この図は、第１分岐部３４ｂへの入口孔３４ｂ’と第２分岐部３４ｃへの入口孔３４ｃ’が、壁部上方の縁面３１ａ’と注入管３３の接触面４３によって画定されることを示す。注入管３３の中に入れられた冷却材は、重力によって下向きに通路３４内に導かれる。この場合、注入管３３は、全面的に垂直方向の広がりを有するが、代替的に、より傾斜した広がりを有してもよい。冷却材が高さレベル３７に達すると、冷却材は、第１分岐部３４ｂの中に、したがって第１膨張室２９に、又は第２分岐部３４ｃの中に、したがって第２膨張室３０に、のいずれかに導かれる。

冷却材の補充プロセスの間に、膨張室２９、３０内の最高水位３８、３９は、普通は同時に到達されない。例えば、第２膨張室３０内の最高冷却材水位３９に到達されるとき、第２分岐部３４ｃもまた、入口孔３４ｃ’まで達した冷却材で満たされるであろう。したがって、第２分岐部３４ｃのさらなる冷却材の補充は、すべての冷却材が第１分岐部３４ｂの中に、したがって第１膨張室２９に導かれることになるため、不可能である。冷却材の補充プロセスは、このようにして、冷却材がまた第１膨張室２９内の最高水位３８に到達するまで続く。こうした膨張タンク２８は、２つの別々の冷却システムＡ、Ｂのために共通の地点から冷却材を補充することができる。それぞれの分岐部３４ｂ、３４ｃへの入口孔３４ｂ’、３４ｃ’が、膨張室２９、３０内の冷却材の最高水位３８、３９と同一の高さレベル３７に位置するという事実によって、他方の膨張室２９、３０内の冷却材水位が最高水位３８、３９に達する前に、一方の膨張室２９、３０内の冷却材水位が最高水位３８、３９を越えることは起こりえないことが確実となる。

図４は、燃焼機関２が作動している間の膨張タンク２８を示す。カバー３２が取り付けられた状態にあるとき、シール部材４４は、壁部上方の縁面３１ａ’に及び接触面４３に圧力により当接する。その結果、分岐部３４ｂ、３４ｃへの入口孔３４ｂ’、３４ｃ’を画定する接触面３１ａ’、４３とシール部材４４とが密接に接触する。シール部材４４は、カバー３２が取り付けられた状態にあるとき、分岐部３３ｂ、３３ｃへの入口孔３３ｂ’、３３ｃ’をこのように閉鎖する。カバー３２が取り付けられた状態にあるとき、冷却材は、膨張室２９、３０から出るのをこのように防止される。同時に、シール部材４４は、膨張室２９、３０の間の冷却材の移動を防止する。２つの冷却システムＡ、Ｂ内の冷却材は異なる作動温度を有するので、異なる冷却システムＡ、Ｂの間の冷却材の望ましくない混合がこのように防止される。２つの冷却システムＡ、Ｂは、作動の間、２つの完全に別々の冷却システムを構成する。シール部材４４の接触面４２は、ばね手段４５によって規定される圧力により接触面４３に当接する。したがって、それぞれの膨張室２９、３０内で最高許容圧を維持することができる。一方の膨張室２９、３０内の圧力が最高許容圧よりも高い圧力まで上昇する場合、シール部材４４が、ばね手段４５の作用に対抗して接触面４３から持ち上がるであろう。したがって、少量の空気とおそらくは冷却材が、膨張室２９、３０から出て行くことができる。空気は、カバーのねじ３２ａと注入管のねじ３３ａとの間に存在する通路を介して周囲に出て行くように導かれる前に、カバー３２と注入管３３との間の周辺通路内を上向きに導かれる。膨張室２９、３０内の過度の圧力が除去されたときに、ばね手段４５が再びシール部材４４を接触面３ｌａ’、４３に押し当てるであろう。

本発明は、図面を参照する実施例に決して限定されるものではなく、請求項の範囲内で自由に変化されてもよい。シール部材は、代替的に注入管に設置されて、注入管のカバーとの接触面を画定してもよい。

Claims (8)

1. 膨張タンク（２８）に液体を補充するための入口孔（３４ａ）を有する通路（３４）と、取り外された状態にあるときに前記通路（３４）を開いたままにし、取り付けられた状態にあるときに前記通路（３４）を閉鎖するカバー（３２）と、第１システム（Ａ）内で循環する液体を受け入れるための第１膨張室（２９）と、第２システム（Ｂ）内で循環する液体を受け入れるための第２膨張室（３０）とを備え、前記通路（３４）が、前記入口孔（３４ａ）から或る距離において、液体を前記第１膨張室（２９）に導く第１分岐部（３４ｂ）と、液体を前記第２膨張室（３０）に導く第２分岐部（３４ｃ）とに分かれる、膨張タンク（２８）であって、
   前記通路（３４）が、前記第１膨張室（２９）内の前記液体の最高水位（３８）及び前記第２膨張室（３０）内の前記液体の最高水位（３９）と同一の高さ（３７）で前記第１分岐部（３４ｂ）及び第２分岐部（３４ｃ）に分かれ、
   前記カバー（３２）が、前記カバー（３２）が取り付けられた状態にあるときに前記第１分岐部（３４ｂ）及び前記第２分岐部（３４ｃ）を閉鎖するように適合された閉鎖部材（４４）を備えることを特徴とする膨張タンク。
2. 前記第１膨張室（２９）と前記第２膨張室（３０）との間の隔壁を構成する壁部材（３１）を備えることを特徴とする請求項１に記載の膨張タンク。
3. 前記通路（３４）の中に突出する壁部（３１ａ）を備え、それによって前記第１分岐部（３４ｂ）が前記壁部（３１ａ）の一方の側に形成され、前記第２分岐部（３４ｃ）が前記壁部（３１ａ）の反対側に形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の膨張タンク。
4. 前記通路（３４）を前記第１分岐部（３４ｂ）と第２分岐部（３４ｃ）とに分ける前記壁部（３１ａ）が、前記壁部材（３１）の一部を形成することを特徴とする請求項２に記載の膨張タンク。
5. 前記閉鎖部材（４４）が、前記カバー（３２）が取り付けられた状態にあるときに、前記第１分岐部（３４ｂ）への入口孔（３４ｂ’）を画定する接触面（３ｌａ’、４３）及び前記第２分岐部（３４ｃ）への入口孔（３４ｃ’）を画定する接触面（３１ａ’、４３）と接触するように適合された接触面（４２）を備えることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の膨張タンク。
6. 前記接触面（３１ａ’、４２、４３）のうちの少なくとも１つを形成する少なくとも１つのシール部材（４４）を備えることを特徴とする請求項５に記載の膨張タンク。
7. 前記閉鎖部材（４４）が前記第１分岐部（３４ｂ）及び前記第２分岐部（３４ｃ）を撓み性の力で閉鎖するように適合されることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の膨張タンク。
8. 前記液体が、２つの別々の冷却システム（Ａ、Ｂ）内で循環することを意図された冷却材であり、前記それぞれの冷却システム（Ａ、Ｂ）内の前記冷却材が、作動している間は別々の作動温度を有することを意図されることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の膨張タンク。

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