JP4695809B2 - 遮断可能な熱交換器 - Google Patents

Description

【０００１】
背景技術
本発明は請求項１の上位概念に記載の形式の熱交換器に関する。
【０００２】
内燃機関による二酸化炭素の放出による環境への著しい負荷は、主として内燃機関の効率に関係している。この効率はとりわけ、内燃機関が最適の運転温度よりも低い温度で運転される場合は満足できるものではない。ある運転状態、例えばコールドスタートや自動車による長時間の谷走行の際には、内燃機関の最良の温度が得られない。このことは燃料消費を高めにつながり、排ガス放出を高くする。外気温が低い場合のコールドスタート時には、車両安全性と走行快適性の改善のため、窓ガラスの除氷または車両内室の加熱のために付加的に熱が必要である。今日では、このような問題を解決するために化学的または電気的な熱供給装置が使用される。しかしながらこのような使用も燃料消費を高くする。
【０００３】
ＭＴＺ（Motor Technische Zeitschrift）７／２ ９８の別冊付録の「システムパートナー９８（System Partner９８)」４頁により、内燃機関の燃焼室に戻すべき排ガスを冷却するために、排ガス戻し導管に組み込まれた熱交換器が公知である。排ガスを冷却することにより充填が改善される。内燃機関の全運転中に熱交換器が常に使用されているので、内燃機関の冷却媒体には継続的に、即ち全負荷運転中も熱がもたらされる。しかしながらこの運転状態における冷却媒体および内燃機関の過熱を回避するために、熱は付加的に内燃機関の主冷却器を介して排出されなければならない。主冷却器およびこれに所属のファンは相応に大きく設計されなければならない。
【０００４】
発明の効果
本発明によれば、主排ガス流内に熱交換器が配置されていて、冷却媒体供給部に遮断装置が設けられている。これによりコールドスタート時には、排ガスの利用可能な熱を最適に利用し、内燃機関の運転温度にできるだけ早く達し、十分な熱量を、車両窓ガラスの除氷および車両客室の加熱のために使用することができる。E.D.ポット（E.D.Pott）の論文「Verbrauchs-, Emissions-, und Heizkomfortoptimierung bei Dieselfahrzeugen durch Energieflussmanagement」によれば、排ガスの利用可能な熱は、比較的小さな乗用車ディーゼル内燃機関で既に、１走行サイクルで平均約１．４ＫＷであると記載されている。オットー原理で働く内燃機関を有する乗用車では、従って、排ガス温度が比較的高いので、利用可能な熱はをさらに大きくなる。
【０００５】
内燃機関が最適な運転温度に達したら、遮断装置が冷却媒体流入部を閉鎖し、これにより熱交換器を通る冷却媒体流を遮断するので、内燃機関の主冷却器と、これに所属のブロワは、大きく設計する必要はない。
【０００６】
熱交換器内の冷却媒体流入部が遮断された場合に残された冷却媒体が過熱され、この場合、分解されて、熱交換器の冷却媒体通路内に堆積してしまうことを防止するために、有利には、冷却媒体は、冷却媒体流入部における遮断装置が閉鎖されるとすぐに冷却媒体通路から押しのけられる。この冷却媒体は、遮断装置が再び開放される直前に、冷却媒体通路に戻される。このために冷却媒体通路の高部に配置された個所にはガス蓄え器が接続されていて、ここから、通常は空気であるガスが冷却媒体通路に供給され、後に再び取り出される。
【０００７】
ガス蓄え器が折り畳みベローズとして形成されていて、該折り畳みベローズの一方の端面では接続導管が冷却媒体通路へと通じていて、反対側の端面にはアクチュエータが作用すると簡単である。アクチュエータは折り畳みベローズを短くし、押圧し、これにより、相応のガス体積が接続導管を通り冷却媒体通路に達する。このアクチュエータは、電気的及び／又は液圧的及び／又はニューマチック式に作動されてよい。アクチュエータが戻されると、折り畳みベローズは再び膨張し、空気を冷却媒体通路から吸い込む。
【０００８】
これに対して選択的な構成では、排ガス流入部と排ガス流出部との間にバイパス導管が設けられており、該バイパス導管の分岐部に、排ガス流入部と排ガス導管とを相補的に制御するために、遮断装置が配置されている。遮断装置が冷却媒体流を閉鎖すると、同時にバイパス導管の分岐部に設けられた遮断装置が排ガスの流入を遮断し、バイパス導管を開放する。熱交換器にはもはや排ガスが流れないので、冷却媒体が過熱されることは確実に回避される。
【０００９】
基本的に熱交換器は、車両の排ガス流の、任意な適当な個所に配置することができる。しかしながら有利には、排ガス触媒がその作動温度に遅れずに達するように、熱交換器は排ガス触媒の後方に配置されている。
【００１０】
次に図面につきさらなる利点を説明する。図面には本発明の実施例が示されている。図面、明細書、請求の範囲は組み合わせた形で多くの特徴を有している。当業者であればこれらの特徴を有利には個々にも考慮し、有利な別の組合せで構成することができる。
【００１１】
実施例の説明
図示した熱交換器１０は逆流原理に従って働き、主排ガス流３４内に配置されている。熱交換器１０は排ガス流入部３０と排ガス流出部３２とを有していて、これらは排ガス通路３６によって互いに接続されている。排ガス通路３６には、冷却媒体通路１４が隣接しており、この冷却媒体通路１４は冷却媒体流入部２６と冷却媒体戻し部２８とに接続されている。冷却媒体流は矢印３８，４０によって示されている。
【００１２】
冷却媒体流入部２６には遮断装置２０が設けられている。この遮断装置２０によって冷却媒体流入部２６は運転パラメータと周辺パラメータとに応じて多かれ少なかれ絞られ、もしくは閉鎖されている。遮断装置２０は信号ライン４２を介して電子的な制御装置１２によって制御される。この制御装置１２は、エンジン電子機器の組み込まれた構成部分であってよい。
【００１３】
冷却媒体通路１４は高部に配置された個所で接続導管１８を介してガス蓄え器１６に接続されている。ガス蓄え器１６は折り畳みベローズとして形成されていて、アクチュエータによってその長さをライン５２と５４との間で変化させることができる。接続導管１８はガス蓄え器１６の端面４８に設けられており、アクチュエータ２２は反対側の端面５０に作用する。アクチュエータ２２は信号ライン４４を介しても電子的な制御ユニット１２によって制御される。
【００１４】
遮断装置２０が閉鎖されると、アクチュエータ２２が作動し始め、折り畳みベローズ１６を短くする。この場合、折り畳みベローズ１６の内室４６は小さくなるので、通常は空気であるガスは、接続導管１８を介して冷却通路１４に供給され、ここで冷却媒体を押しのける。従って、冷却媒体はもはや排ガスによってさらに暖められることはない。
【００１５】
遮断装置２０が再び開放される直前に、アクチュエータ２２は再びその出発位置に戻る。この場合、アクチュエータ２２はガスを冷却通路１４から、再び膨張する折り畳みベローズ１６の内室４６へと戻し吸込みする。従って冷却媒体は、熱交換器１０を通る流れが再生された状態で、排ガスから熱を奪う。
【００１６】
これに対して選択的なものが破線で示されている。この場合、排ガス流入部３０はバイパス導管５６を介して排ガス流出部３２に接続されている。バイパス導管５６の分岐部の領域には別の遮断装置５８が設けられている。この遮断装置５８は信号ライン６０を介して制御ユニット１２に接続されていて、排ガス流入部３０とバイパス導管５６とを相補的に制御する。即ち排ガス流入部３０は、バイパス導管５６が開放されるほど絞られるか閉鎖される。
【００１７】
冷却媒体流入部２６の遮断装置２０が閉鎖されると、ほぼ同時に、遮断装置５８が排ガス流入部３０を閉鎖し、バイパス導管５６を開放する。従って排ガスは熱交換器１０の傍らを通り過ぎるので、冷却媒体通路１４における冷却媒体は過熱され得ない。遮断装置２０が開放されると、遮断装置５８も排ガス流入部３０を開放し、バイパス導管５６を閉鎖する。
【００１８】
排ガス触媒（図示せず）の作動状態を妨げないために有利には、熱交換器１０は排ガス触媒の下流に配置される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 遮断可能な熱交換器を概略的に示した図である。
【符号の説明】
１０ 熱交換器、 １２ 制御ユニット、 １４ 冷却媒体通路、 １６ ガス蓄え器、 １８ 接続導管、 ２０ 遮断装置、 ２２ アクチュエータ、 ２４ 高部に配置された個所、 ２６ 冷却媒体流入部、 ２８ 冷却媒体戻し部、 ３０ 排ガス流入部、 ３２ 排ガス流出部、 ３４ 主排ガス流、 ３６ 排ガス通路、 ３８，４０ 矢印、 ４２，４４ 信号ライン、 ４６ 内室、 ４８，５０ 端面、 ５２，５４ ライン、 ５６ バイパス導管、 ５８ 遮断装置、 ６０ 信号ライン

Claims (5)

1. 内燃機関の排ガス導管と冷却回路との間の熱交換器（１０）であって、冷却媒体通路（１４）のための冷却媒体流入部（２６）と冷却媒体戻し部（２８）並びに排ガス通路（３６）のための排ガス流入部（３０）と排ガス流出部（３２）を有している形式のものにおいて、
   熱交換器（１０）が、主排ガス流（３４）内に配置されていて、冷却媒体通路（２６）に遮断装置（２０）が設けられており、冷却媒体通路（１４）の高部に配置された個所（２４）に、ガス蓄え器（１６）が接続されていて、このガス蓄え器（１６）からは、遮断装置（２０）が閉鎖されている場合で、冷却媒体の上限温度が超過された場合、ガスが冷却媒体通路（１４）内に供給され、このガスが冷却媒体を熱交換器（１０）から押しのけ、遮断装置（２０）が開放される直前に、このガスはガス蓄え器（１６）に戻されることを特徴とする、内燃機関の排ガス導管と冷却回路との間の熱交換器。
2. ガス蓄え器（１６）が折り畳みベローズとして形成されていて、該折り畳みベローズ（１６）の一方の端面（４８）には接続導管（１８）が配置されていて、他方の端面（５０）にはアクチュエータ（２２）が作用する、請求項１記載の熱交換器。
3. 前記アクチュエータ（２２）が、電気的及び／又は液圧的及び／又はニューマチック式に作動される、請求項２記載の熱交換器。
4. 熱交換器が、主排ガス流（３４）内に、流れ方向で見て排ガス触媒の後方に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の熱交換器。
5. 排ガス流入部（３０）と排ガス流出部（３２）との間にバイパス導管（５６）が設けられており、該バイパス導管（５６）の分岐部に、排ガス流入部（３０）とバイパス導管（５６）とを相補的に制御するために、遮断装置（５８）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の熱交換器。

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