JP2005002983A - 水冷式吸気冷却装置及びその運転制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 過給機からエンジン燃焼室に送り込まれる圧縮空気の温度を外気温に左右されること無く、更に低い温度まで冷却可能な水冷式吸気冷却装置及びその運転制御方法を提供する。
【解決手段】 圧縮空気をエンジン燃焼室２０１に送り込む過給機３００と、該燃焼室との間に配設されるインタークーラー１０１を備える水冷式吸気冷却装置１００であって、インタークーラーで圧縮空気と熱交換した冷却水と、冷凍サイクルを循環する冷媒と熱交換する第２熱交換器１０３と第３熱交換器１０４ａと、これら熱交換器とインタークーラーとを接続する第１の冷却水配管１０５とを備えることにより、過給機から該燃焼室に送り込まれる圧縮空気を、冷却水を仲介にして冷媒で熱交換する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、過給機から車両用エンジンへ送り込まれる高温の圧縮空気を冷却水で冷却する水冷式吸気冷却装置とエンジンへ送り込まれる吸気温度を制御する水冷式吸気冷却装置の運転制御方法に関する。

従来から、図７に示すように車両に搭載される過給機３００から配管３０１を通ってエンジン燃焼室２０１に送り込まれる高温の圧縮空気を、エンジン燃焼室２０１に送り込まれる前の段階で、冷却水にて冷却する熱交換器であるインタークーラー１０１を備えた水冷式吸気冷却装置１００がある。この従来の水冷式吸気冷却装置１００は、インタークーラー１０１と、モータポンプ１０２と、ラジエータ１１０と、リザーブタンク１１１と、これらを直列に接続する冷却水配管１０５とから構成されている。

インタークーラー１０１の内部を循環する冷却水は、エンジン本体２００を冷却するための周知の冷却水回路（その一部が図示されている）１２０から分岐配管Ａを介して分流して流通している。そして、インタークーラー１０１内を循環し、過給機３００によって圧縮された高温の圧縮空気を冷却（熱交換）した冷却水は、ラジエータ１１０にて圧縮空気から受け取った熱量を外気に放出している。ラジエータ１１０で熱量を放出し終わった冷却水は、再度エンジン本体２００へ流通するか、又はリザーブタンク１１１を介してインタークーラー１０１へと流通する。

しかしながら、この従来の水冷式吸気冷却装置１００では、循環する冷却水が圧縮空気から受け取った熱量を放出（熱交換）する手法として、上述したラジエータ１１０で外気に放出する手法を採用している。

従って、熱量を放出（熱交換）した後の冷却水の温度は、ラジエータ１１０での外気への放出（外気との熱交換）が最高の効率で行われたと仮定しても、放出した際の外気の温度を下回ることはない。
例えば、外気温が約３０℃であり、ラジエータ１１０にて最高の熱交換効率で約３０℃の外気と冷却水とが熱交換（熱量の放出）を行ったと仮定しても、熱交換（熱量の放出）を終えた後の冷却水の温度は、外気温の約３０℃を下回ることはない。

このため、当然、外気温と略同等の温度（この場合だと約３０℃）の冷却水と圧縮空気とがインタークーラー１０１で熱交換をし、かつ両者の熱交換が最高の効率で行われたと仮定しても、圧縮空気を外気の温度（この場合だと約３０℃）までしか下げることができない。
即ち、冷却水をラジエータ１１０にて熱交換（熱量の放出）する従来の水冷式吸気冷却装置では、圧縮空気の温度を最大でも外気温に近い温度にまでしか下げることができないという問題があった。

また、従来の水冷式吸気冷却装置では、冷却水の熱量の放出にラジエータ１１０を使用しており、このラジエータ１１０は、空気（気体）と冷却水（液体）との熱交換であるため、熱交換効率が悪く、水冷式吸気冷却装置の小型・高性能化に限界があった。

更にまた、従来の水冷式吸気冷却装置では、吸入空気（圧縮空気）は冷却されるだけであるため、低外気温時等のエミッションの悪化が予想されるときにおいても、吸入空気の温度を上げてエミッションの低減を図ることができないという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、過給機からエンジン燃焼室に送り込まれる圧縮空気の温度を外気温に左右されることなく、更に低い温度まで冷却することが可能であると共に、小型・高性能化が図れ、低外気温時のエミッション低減を図ることができる水冷式吸気冷却装置及びその運転制御方法を提供することである。

請求項１に記載の水冷式吸気冷却装置は、圧縮空気を車両用エンジンの燃焼室に送り込む過給機と、この車両用エンジンの燃焼室との間に配設され、圧縮空気と冷却水とを熱交換し、圧縮空気を冷却する第１の熱交換手段を備える水冷式吸気冷却装置であって、この第１の熱交換手段で圧縮空気と熱交換する冷却水を、車両用空調装置に備わる冷凍サイクルを構成する冷凍回路内を循環する冷媒と熱交換する第２の熱交換手段と、第１の熱交換手段と第２の熱交換手段とを接続する第１の冷却水回路とを備えることを特徴とするものである。

この発明により、第２の熱交換手段にて冷媒と熱交換し、外気温より更に低い温度の冷却水と、過給機から車両用エンジンの燃焼室に送り込まれる圧縮空気とを熱交換するので、圧縮空気の温度を外気温に左右されることなく、更に低い温度にまで冷却することが可能となる。

請求項２の水冷式吸気冷却装置は、第１の冷却水回路が車両用エンジンの本体を冷却する第２の冷却水回路と接続されることを特徴とするものである。
この発明により、既に備わっているエンジンの本体を冷却するための第２の冷却水回路を流通する冷却水を分流し、その分流した冷却水を圧縮空気の冷却に用いることができるので、新らたに圧縮空気を冷却するための冷却水が流通する冷却水回路を構成する必要がなく、安価に本発明を構成することが可能となる。

請求項３の水冷式吸気冷却装置は、第１の冷却水回路における第２の熱交換手段の下流に、冷却水を貯えるリザーブタンクが接続されており、このリザーブタンクには、冷媒とリザーブタンクに貯えられた冷却水とを熱交換する第３の熱交換手段が備わることを特徴とするものである。
この発明により、リザーブタンク内に貯えられる冷却水を冷媒によって常に冷却することが可能となるので、過給機の始動時から圧縮空気を効果的に冷却することが可能となる。

請求項４の水冷式吸気冷却装置は、第２ならびに第３の熱交換手段が、車両用空調装置に備わる冷凍サイクルと接続され、この車両用空調装置に備わる冷凍サイクルを構成する冷凍回路から冷媒が分流されることを特徴とするものである。
この発明により、第２ならびに第３の熱交換手段で熱交換する冷媒を流通させるための新らたな冷凍サイクルを備える必要がなくなるので、本発明を安価に構成することが可能となる。また、従来のラジエータのように空気−冷却水の熱交換ではなく、冷媒−冷却水の熱交換であるので熱交換効率を向上させることができ、その分、熱交換手段の小型・高性能化を図ることができる。

請求項５の水冷式吸気冷却装置は、リザーブタンクを断熱構造としたことを特徴とするものである。
この発明により、リザーブタンクの蓄冷能力を高めることができ、リザーブタンクの小型化が図れる。

請求項６の水冷式吸気冷却装置は、車両用空調装置に備わる冷凍サイクルが、クーラサイクルとヒートポンプサイクルとを切り替えることができる冷凍回路を有していることを特徴とするものである。
この発明により、第２、第３の熱交換手段に高温冷媒を流して、これらの手段を冷却水の加熱に利用することができ、外気温度が非常に低いような場合において、冷却水を加熱して、過給機からの圧縮空気を加熱させることにより、低外気温時のエミッションの低減を図ることが可能となる。

請求項７に記載の水冷式吸気冷却装置の運転制御方法は、エンジンの出力アップを図るときに、リザーブタンク内の冷却水温度が所定の温度より低いときは、車両用空調装置に備わる冷凍サイクルを構成する冷凍回路内を循環する冷媒を利用せずに、リザーブタンク内の冷却水のみを使用して過給機からの圧縮空気の温度を下げるようにし、リザーブタンク内の冷却水温度が所定の温度より高いときは、冷凍回路内の循環する冷媒を、冷却水と冷媒との熱交換手段に導いて、冷却水を冷却することで、過給機からの圧縮空気の温度を下げるようにして、エンジンの出力アップを図ることを特徴とするものである。
この発明により、外気温に左右されることなく圧縮空気の温度を低い温度にまで下げることができ、エンジンの出力アップが効率よく行える。

請求項８に記載の水冷式吸気冷却装置の運転制御方法は、外気温度が設定温度よりも低い場合において、リザーブタンク内の冷却水温度が所定の温度よりも高いときは、車両用空調装置に備わる冷凍サイクルを構成する冷凍回路内を循環する冷媒を利用せずに、リザーブタンク内の冷却水のみを利用して、過給機からの圧縮空気の温度を上げるようにし、リザーブタンク内の冷却水温度が所定の温度よりも低いときは、車両用空調装置に備わる冷凍サイクルをヒートポンプサイクルに切り替えて作動し、高温冷媒を、冷却水と冷媒の熱交換手段に導いて冷却水を加熱し、過給機からの圧縮空気の温度を上げることを特徴とするものである。
この発明により、エミッションの悪化が予想される低外気温時において、エミッションの低減を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施形態の水冷式吸気冷却装置を図を用いて説明する。図１は、本発明の水冷式吸気冷却装置１００の構成の概略を示した構成図である。図１には、水冷式吸気冷却装置１００と、エンジン２００と、過給機３００と、空調装置４００とが示されている。
水冷式吸気冷却装置１００は、第１の熱交換手段であるインタークーラー１０１と、モータ駆動によるモータポンプ１０２と、第２の熱交換手段である第２熱交換器１０３と、蓄冷式リザーブタンク１０４と、これらを直列に接続する第１の冷却水配管（第１の冷却水回路）１０５とから構成されている。

インタークーラー１０１は、後述する過給機３００と、エンジン燃焼室２０１とを連通する配管３０１内に配設されており、過給機３００が圧縮し、高温になった圧縮空気と、第１の冷却水配管１０５内を流通する冷却水とを熱交換する。
モータポンプ１０２は、第１の冷却水配管１０５内を流通する冷却水を循環させる圧送装置であり、過給機３００の作動と連動して冷却水を循環させている。

第２熱交換器１０３は、後述する空調装置４００の冷凍サイクルを構成する冷凍回路から分流する冷媒と、インタークーラー１０１にて熱交換を終えた冷却水とを熱交換する冷却水−冷媒熱交換器である。この第２熱交換器１０３の断面図の一例を図２に示す。冷却水がインタークーラー１０１で圧縮空気から受け取った熱量を、空調装置４００の冷凍サイクルを構成する冷凍回路から分流する冷媒に渡す（冷媒に熱量を放出する）ために、冷媒を細長いチューブ１０３ａ内に流通させ、このチューブ１０３ａの外側の流路１０３ｂ内に冷却水を流通させることによって、冷媒と冷却水とを熱交換する。

蓄冷リザーブタンク１０４は、冷媒が流通する第３の熱交換手段である第３熱交換器１０４ａと周知のリザーブタンク１０４ｂとからなる。リザーブタンク１０４ｂの外殻又は内部に、空調装置４００の冷凍サイクルを構成する冷凍回路から分流した冷媒が流通する第３熱交換器１０４ａが配設されている。また、リザーブタンク１０４ｂは、真空断熱構造又は断熱材１０４ｃで覆う等の断熱構造をしている。この第３の熱交換器１０４ａは、冷媒とリザーブタンク１０４ｂ内に貯えられている冷却水とを常時熱交換することで、冷却水を冷媒と略同等の温度に保っている、即ち蓄冷している。

上述した蓄冷式リザーブタンク１０４の断面図の一例を図３（ａ）に示す。この例では、リザーブタンク１０４ｂの外殻を冷媒が流通する第３熱交換器１０４ａで覆うことで、リザーブタンク１０４ｂ内に貯えられる冷却水を常に冷媒と略同等の温度に保つことが可能になる。
また、図３（ａ）に示した蓄冷式リザーブタンク１０４の変形例を図３（ｂ）に示す。
この変形例では、冷媒が流通する第３熱交換器１０４ａが、貯留されている冷却水に浸るようにリザーブタンク１０４ｂの内部にも設けられている。
なお、図１では、第２の熱交換手段である第２熱交換器１０３と第３の熱交換手段である第３熱交換器１０４ａとが直列に接続して冷媒を導入するようにしているが、第２熱交換器１０３と第３熱交換器１０４ａとが並列に接続して冷媒を導入するようにしてもよい。

第１の冷却水配管（第１の冷却水回路）１０５は、上述したインタークーラー１０１と、モータポンプ１０２と、第２熱交換器１０３と、蓄冷式リザーブタンク１０４とを直列的かつ閉回路的に接続する配管であり、内部を冷却水が循環する水冷サイクルである。この第１の冷却水配管（第１の冷却水回路）１０５は、周知のエンジン本体２００を冷却する第２の冷却水回路１２０（一部が図１に示されている）と、分岐配管Ａを介して接続しており、この分岐配管Ａを介して第２の冷却水回路１２０から第１の冷却水配管（第１の冷却水回路）１０５へ冷却水が流通している。即ち、この冷却水はエンジン冷却水である。

後述する空調装置４００に備わる冷凍サイクルを構成する冷凍回路から冷媒を第２熱交換器１０３及び第３熱交換器１０４ａに導入するための配管（バイパス路）４１１には、開閉バルブ１０６が設けられている。この開閉バルブ１０６は、第２熱交換器１０３と蓄冷式リザーブタンク１０４に配設される第３熱交換器１０４ａへの冷媒の流通を制御している。
この開閉バルブ１０６が開放されると、通常は後述する配管（冷凍回路）４１０のみに循環している冷媒が、配管（バイパス路）４１１にも流通する。この開閉バルブ１０６とモータポンプ１０２とは、過給機３００が作動を開始したとき、それに連動して開閉バルブ１０６が開放され、モータポンプ１０２が駆動されるように構成されている。更にまた、開閉バルブ１０６は、後述するように蓄冷式リザーブタンク１０４内の冷却水の温度に基づいて制御されるようにも構成されている。

配管（バイパス路）４１１の第２熱交換器１０３の上流側には、膨張弁１０７が配置されている。この膨張弁１０７は、後述する空調装置の冷凍サイクルを構成する冷凍回路４１０から分流してきた冷媒の圧力を下げて、第２熱交換器１０３に送り出す減圧装置である。

過給機３００は、エンジン燃焼室２０１において、燃焼用の空気の充填効率を高めるための圧送手段の一種である。
一般的に過給機３００は、大別するとエンジン２００からの排ガスを利用して空気を圧縮するターボチャージャーと、エンジン２００の駆動を利用して空気を圧縮するスーパーチャージャーと２つのタイプが存在するが、本発明の水冷式吸気冷却装置１００は、どちらのタイプの過給機３００が圧縮した空気でも冷却することが可能であり、いずれのタイプの過給機３００でも使用することができる。

空調装置４００は、車両に搭載される周知のカーエアコンに相当する。この空調装置４００は、エキスパッションバルブ４０１と、エバポレータ４０２と、コンプレッサ４０３と、コンデンサ４０４と、これら４つの構成をそれぞれ直列に接続する配管４１０とから構成される閉回路である冷凍回路を備えており、これによって冷凍サイクルを形成している。
この冷凍回路には、上述した第２熱交換器１０３と、第３熱交換器１０４ａへ冷媒を流通させるための分岐配管Ｂと、この第２、第３熱交換器１０３，１０４ａを流通した冷媒が再び冷凍回路に合流する合流配管Ｃとが設けられ、バイパス回路を形成している。

分岐配管Ｂは、コンデンサ４０４と、その下流側に位置するエキスパッションバルブ４０１との間の配管４１０の途中に、配管４１１と接続するように設けられている。
また合流配管Ｃは、エバポレータ４０２と、その下流側に位置するコンプレッサ４０３との間の配管４１０の途中に、配管４１１と接続するように設けられている。
配管４１０を流通する冷媒は、開閉バルブ１０６が開弁しているときは、分岐配管Ｂを介して上述した第２熱交換器１０３と第３熱交換器１０４ａとに流通し、合流配管Ｃを介して再度配管４１０に合流する。

次に上記した構成の水冷式吸気冷却装置１００の、冷媒を用いての冷却水の作動について説明する。
まず、過給機３００が始動すると、これに連動してモータポンプ１０２が作動するとともに開閉バルブ１０６が開放する。開閉バルブ１０６が開放すると、空調装置４００が冷凍回路内を流通している冷媒が、第２熱交換器１０３と第３熱交換器１０４ａとに向かって分流する。

モータポンプ１０２の作動により、エンジン２００を冷却するための第２の冷却水回路１２０から分岐配管Ａを経て、第１の冷却水配管（第１の冷却水回路）１０５に冷却水が分流する。分岐配管Ａから流通してきた冷却水は、第１の冷却水配管１０５を流通し、蓄冷式リザーブタンク１０４のリザーブタンク１０４ｂ内に貯えられる。蓄冷式リザーブタンク１０４に設けられる第３熱交換器１０４ａには、開閉バルブ１０６が開放されたことにより、空調装置４００の冷凍回路から冷媒が分流してきているので、冷却水はリザーブタンク１０４ｂに貯えられている間、この第３熱交換器１０４ａを介して冷媒と熱交換しつづけ、冷媒と略同等の温度にまで下げられて保持、すなわち蓄冷される。

次に、蓄冷式リザーブタンク１０４にて冷媒と略同等の温度にまで冷却された冷却水は、蓄冷式リザーブタンク１０４を出て、第１の冷却水配管１０５を介して、配管３０１内に配設されているインタークーラー１０１を流通し、ここで過給機３００が圧縮し、高温となっている圧縮空気と熱交換する。
インタークーラー１０１で圧縮空気と熱交換する冷却水は、圧縮空気から熱量を受け取ることによって、圧縮空気を冷媒と略同等の温度にまで冷却することが可能となる。

その後、冷却水はモータポンプ１０２を経て第２熱交換器１０３に到達する。冷却水は、この第２熱交換器１０３のチューブ１０３ａの外側の流路１０３ｂを流通することで、チューブ１０３ａ内を流通する冷媒と熱交換し、圧縮空気から受け取った熱量をチューブ１０３ａを介して冷媒に放出する。第２熱交換器１０３にて熱量を放出し、再び冷却された冷却水は、再度蓄冷式リザーブタンク１０４に貯えられ、ここで再び蓄冷される。

次に空調装置４００の冷凍回路内を流通する冷媒に関して説明する。通常時、即ち開閉バルブ１０６が閉鎖されているとき、冷凍サイクルを構成する冷凍回路内を流通する冷媒は、冷凍回路の配管４１０のみを流通するが、開閉バルブ１０６が開放すると、分岐配管Ｂを介してバイパス回路の配管４１１側にも分流する。配管４１１を介して流通する冷媒は、配管４１１の途中の膨張弁１０７にて減圧した後、第２熱交換器１０３で冷却水と熱交換する。

第２熱交換器１０３にて冷却水と熱交換し終った冷媒は、その下流に設置される蓄冷式リザーブタンク１０４に設けられる第３熱交換器１０４ａで、リザーブタンク１０４ｂ内に貯えられる冷却水と熱交換する。このリザーブタンク１０４ｂ内に貯えられる冷却水と熱交換する作動が蓄冷に相当する。
蓄冷式リザーブタンク１０４で冷却水と熱交換し終った冷媒は、配管４１１を介して合流配管Ｃにまで到達し、ここで空調装置４００の冷凍回路に合流する。
合流後は周知の冷凍サイクルの作動にて、受け取った熱量を放出し、再度冷凍回路（即ち配管４１０側）または本発明の水冷式吸気冷却装置１００側（即ち配管４１１側）へと流通する。

上記した構成と作動とにより、過給機３００からエンジン燃焼室２０１に送り込まれる圧縮空気の温度を外気温に左右されることなく、冷媒によって外気温より更に低い温度にまで冷却することが可能になる。

図４は、本発明の別の実施形態を示している。この実施形態では、水冷式吸気冷却装置１００の第２の熱交換手段である第２熱交換器１０３及び第３の熱交換手段である第３熱交換器１０４ａ（図４では図示されていない）で使用する冷媒を、クーラサイクルとヒートポンプサイクルとに切り替えることができる冷凍サイクルを備えた空調装置４００から得ている。その他の構成、特に水冷式吸気冷却装置１００の構成については、先の実施形態と同様である。

この冷凍サイクルは、クーラサイクルとヒートポンプサイクルとにサイクルを切り替えるために、冷凍回路内に四方弁４０５が設けられている。
クーラサイクル時においては、四方弁４０５は、図４に実線で示される流れに切り替える。即ち、冷媒は、白い矢印で示すようにコンプレッサ４０３から四方弁４０５を通ってコンデンサ４０４で冷却される。その後、冷媒は、第１膨張弁４０１Ａを通ってエバポレータ４０２で放熱し、第１開閉バルブ１０６Ａを経て四方弁４０５を通り、アキュムレータ４０６からコンプレッサ４０３へと戻る、配管４１０で示される経路をたどる。第２開閉バルブ１０６Ｂが開放されているときは、一部の冷媒は分流し、配管４１１で示されるバイパス路に入り、第２膨張弁４０１Ｂから第２熱交換器１０３及び第３熱交換器１０４ａを経て、エバポレータ４０２を通った冷媒に合流する。このようにして、クーラサイクル時においては、第２熱交換器１０３及び第３熱交換器１０４ａによって、冷却水が冷却され、過給機３００からの圧縮空気の温度を下げることができる。なお、エバポレータ４０２は空調ダクト４２０に配置され、エバポレータ４０２の下流には、エンジンの冷却水が流通するヒータコア４３０が配置されている。

これに対して、ヒートポンプサイクル時においては、四方弁４０５は、図４に点線で示される流れに切り替えられる。即ち、ヒートポンプサイクルは、クーラサイクルの逆サイクルとなっており、冷媒は、冷凍回路内の配管４１０を逆の方向に循環する。即ち、冷媒は、図４に黒い矢印で示すようにコンプレッサ４０３から四方弁４０５を経て第１開閉バルブ１０６Ａを通ってエバポレータ４０２に達する。この場合、エバポレータ４０２は、コンデンサとして機能する。エバポレータ４０２を出た冷媒は第１膨張弁４０１Ａを経てコンデンサ４０４に達し、コンデンサ４０４から四方弁４０５を経てアキュムレータ４０６を通りコンプレッサ４０３に戻る。この場合、コンデンサ４０４は、エバポレータとして機能する。また、コンプレッサ４０３を出た冷媒は、その一部が第１開閉バルブ１０６Ａの手前で分流され、バイパス路の配管４１１に入り、第２熱交換器１０３及び第３熱交換器１０４ａに到る。この場合、第２熱交換器１０３及び第３熱交換器１０４ａは、コンデンサとして機能し、これらを通る冷却水を加熱する。第２熱交換器１０３及び第３熱交換器１０４ａを出た冷媒は、第２膨張弁４０１Ｂを経て第２開閉バルブ１０Ｂを通り、第１膨張弁４０１Ａを出た冷媒に合流する。このようにして、ヒートポンプサイクル時においては、第２熱交換器１０３及び第３熱交換器１０４ａを冷却水を加熱する加熱器として使用することができ、過給機３００からの圧縮空気の温度を更に上げることができる。

図５及び図６は、本発明の水冷式吸気冷却装置１００を利用した運転制御方法を示すフローチャートであり、図５は、エンジン出力アップ時の制御方法を、また図６は、エミッション低減時の制御方法を示している。なお、これらの運転制御を行う前提条件として、水冷式吸気冷却装置１００は、外気温度Ｔａを検出する外気温検出手段（図示せず）と蓄冷式リザーブタンク１０４内の冷却水の温度Ｔｔを検出する冷却水温度検出手段（図示せず）及びこれらの温度情報に基づいて開閉バルブ１０６，１０６Ｂの開閉を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）（図示せず）等を具備しているものである。

まず、エンジン出力アップ時の水冷式吸気冷却装置１００の運転制御方法について、図５のフローチャートに従って説明する。なお、この場合、図４では、クーラサイクルに四方弁４０５は切り替えられている。ステップＳ１において、出力アップが選択されると、ステップＳ２では、蓄冷式リザーブタンク１０４内の冷却水の温度Ｔｔが検出され、この冷却水温度Ｔｔが過給機３００からの圧縮空気に対し十分冷却性能を発揮できる温度（所定温度）になっているとき、即ち、冷却水温度Ｔｔが所定温度より低いときは、ステップＳ３に移り、開閉バルブ１０６（図４では、第２開閉バルブ１０６Ｂ）を閉じる。こうして、冷凍回路の配管４１０から冷媒をバイパス回路の配管４１１に分流させないようにする。次いで、ステップＳ４でモータポンプ１０２を駆動し、第１の冷却水回路の配管１０５内に冷却水を循環する。こうして、蓄冷式リザーブタンク１０４内の冷却水のみで、過給機３００からの圧縮空気をインタークーラー１０１で冷却し、その温度を下げる。ステップＳ５で必要な時間ΔＴだけ、モータポンプ１０２を駆動したら、ステップＳ６でモータポンプ１０２を停止し、ステップＳ７で空調装置４００の運転を停止する。

ステップＳ２で冷却水温度が所定温度よりも高い場合は、ステップＳ８で空調装置１００を作動し、ステップＳ９で開閉バルブ１０６（図４では、第２開閉バルブ１０６Ｂ）を開く。このようにして、冷凍回路の配管４１０から冷媒をバイパス路の配管４１１内に分流し、第２熱交換器１０３及び第３熱交換器１０４ａ内に冷媒を流通させる。同時に、ステップＳ１０でモータポンプ１０２を駆動し、第１の冷却水回路の配管１０５内に冷却水を循環させる。従って。冷却水は冷媒により冷却され、過給機３００からの圧縮空気はこの冷却水によって冷却され、温度が下げられる。ステップＳ１１で必要な時間ΔＴだけモータポンプ１０２を駆動したら、ステップＳ１２でモータポンプ１０２を停止し、ステップＳ１３で空調装置４００を停止する。
なお、ステップＳ１で出力アップを図る必要のないときは、ステップＳ１４に飛んで開閉バルブ１０６（図４では、第２開閉バルブ１０６Ｂ）を閉じておく。
このようにして、過給温度を下げることにより、エンジンの出力アップを図ることができる。

次に、エミッション低減時の水冷式吸気冷却制御装置の運転制御方法について、図６のフローチャートを使用して説明する。このエミッション低減時の制御においては、図４に示す冷凍回路がヒートポンプサイクルを行うように四方弁４０５が切り替えられている。この状態において、まずステップＴ１で外気温度Ｔａが検出されて、この外気温度Ｔａが外気設定温度よりも低い場合は、ステップＴ２に移り、蓄冷式リザーブタンク１０４内の冷却水の温度Ｔｔを検出し、この冷却水温度Ｔｔが、過給機３００からの圧縮空気に対して十分暖房性能を発揮できる冷却水温度（所定温度）になっていないとき、即ち冷却水温度Ｔｔが所定温度よりも低いときは、ステップＴ３に移り、空調装置４００をヒートポンプサイクルで駆動させる。同時に、ステップＴ４で第２開閉バルブ１０６Ｂを開放する。こうして、冷凍回路の配管４１０から冷媒をバイパス回路の配管４１１に分流させる。次いで、ステップＴ５でモータポンプ１０２を駆動し、第１の冷却水回路の配管１０５内に冷却水を循環させる。この場合、空調装置４００はヒートポンプサイクルで駆動しているので、第２熱交換器１０３及び第３熱交換器１０４ａはコンデンサとして機能し、冷却水は冷媒によって加熱され、結果として過給機３００からの圧縮空気が更に温度を上げられることで、エミッションの低減が図れる。ステップＴ６で必要な時間ΔＴだけモータポンプ１０２を駆動したら、ステップＴ７でモータポンプ１０２を停止し、ステップＴ８で空調装置４００を停止する。

外気温度Ｔａが外気設定温度よりも低い場合で、ステップＴ２で蓄冷式リザーブタンク１０４内の冷却水温度Ｔｔが所定の温度よりも高い場合は、ステップＴ９に移り、第２開閉バルブ１０６Ｂを閉じて、冷媒がバイパス回路の配管４１１に流通しないようにする。次いで、ステップＴ１０でモータポンプ１０２を駆動し、第１の冷却水回路の配管１０５内に冷却水を循環する。したがって、この場合、冷却水が保持している熱量のみで、過給機３００からの圧縮空気の加熱を図ることになる。ステップＴ１１で必要な時間ΔＴだけモータポンプ１０２を駆動したら、ステップＴ１２でモータポンプ１０２を停止し、ステップＴ１３で空調装置４００の駆動を停止する。
なお、ステップＴ１で外気温度Ｔａが外気設定温度よりも高いときは、ステップＴ１４に飛んで第２開閉バルブ１０６Ｂを閉じる。
このようにして、外気温度が非常に低いときに予想されるエミッションの悪化を低減することが可能となる。

本発明の実施形態の水冷式吸気冷却装置の構成の概略を示す構成図である。 第２熱交換器の断面の一例を示した断面図である。 （ａ）は蓄冷式リザーブタンクの断面図であり、（ｂ）は（ａ）の変形例の断面図である。 本発明の水冷式吸気冷却装置に使用される別の実施形態の冷凍サイクルをもつ空調装置を説明する図である。 エンジン出力アップ時における水冷式吸気冷却装置の運転制御方法を示すフローチャートである。 エミッション低減時における水冷式吸気冷却装置の運転制御方法を示すフローチャートである。 従来の水冷式吸気冷却装置の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

１００…水冷式吸気冷却装置
１０１…インタークーラー（第１の熱交換手段）
１０２…モータポンプ
１０３…第２熱交換器（第２の熱交換手段）
１０４…蓄冷式リザーブタンク
１０４ａ…第３熱交換器（第３の熱交換手段）
１０４ｃ…断熱材
１０５…第１の冷却水配管（第１の冷却水回路）
１０６…開閉バルブ
１０６Ｂ…第２開閉バルブ
１１０…従来のラジエータ
１１１…従来のリザーブタンク
２００…エンジン
２０１…エンジン燃焼室
３００…過給機
３０１…配管
４００…空調装置
４０１…エキスパッションバルブ
４０１Ａ…第１膨張弁
４０１Ｂ…第２膨張弁
４０２…エバポレータ
４０３…コンプレッサ
４０４…コンデンサ
４０５…四方弁
４０６…アキュムレータ
４１０…配管（冷凍回路）
４１１…配管（バイパス回路）

Claims (8)

1. 圧縮空気を車両用エンジンの燃焼室に送り込む過給機と、前記車両用エンジンの燃焼室との間に配設され、前記圧縮空気と冷却水とを熱交換し、前記圧縮空気を冷却する第１の熱交換手段を備える水冷式吸気冷却装置であって、
   前記第１の熱交換手段にて前記圧縮空気と熱交換する前記冷却水が、車両用空調装置に備わる冷凍サイクルを構成する冷凍回路内を循環する冷媒と熱交換する第２の熱交換手段と、前記第１の熱交換手段と前記第２の熱交換手段とを接続する第１の冷却水回路とを備えることを特徴とする水冷式吸気冷却装置。
2. 前記第１の冷却水回路は、前記車両エンジンの本体を冷却する第２の冷却水回路と接続されることを特徴とする請求項１に記載の水冷式吸気冷却装置。
3. 前記第１の冷却水回路における前記第２の熱交換手段の下流には、前記冷却水を貯えるリザーブタンクが接続されており、前記リザーブタンクには、前記冷媒と前記リザーブタンクに貯えられた前記冷却水とを熱交換する第３の熱交換手段が備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水冷式吸気冷却装置。
4. 前記第２及び前記第３の熱交換手段は、前記車両用空調装置に備わる冷凍サイクルと接続され、前記車両用空調装置に備わる冷凍サイクルを構成する冷凍回路から前記冷媒が分流されることを特徴とする請求項３に記載の水冷式吸気冷却装置。
5. 前記リザーブタンクが断熱構造をしていることを特徴とする請求項３又は４に記載の水冷式吸気冷却装置。
6. 前記車両用空調装置に備わる冷凍サイクルが、クーラサイクルとヒートポンプサイクルとを切り替えることができる冷凍回路を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の水冷式吸気冷却装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の水冷式吸気冷却装置が、
   第１の冷却水回路内に冷却水を貯めるリザーブタンクと、前記リザーブタンク内の冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段と、前記車両用空調装置に備わる冷凍サイクルを構成する冷凍回路の冷媒を、冷却水と冷媒との熱交換手段に導入するバイパス路を開閉する開閉バルブと、前記冷却水温度検出手段による冷却水の温度に基づいて前記開閉バルブを制御する制御手段とを具備していて、
   エンジン出力アップモード時に、前記リザーブタンク内の冷却水温度を検出し、その温度が所定の温度よりも低いときは、前記開閉バルブを閉じて前記冷却水と冷媒との熱交換手段に冷媒を導入せずに、前記リザーブタンク内の冷却水を利用して、過給機からの圧縮空気の温度を下げるようにし、
   また、前記冷却水温度が所定の温度よりも高いときは、前記車両用空調装置を作動させると共に、前記開閉バルブを開いて前記冷却水と冷媒との熱交換手段に冷媒を導入して、冷却水を冷却し、過給機からの圧縮空気の温度を下げるようにして、エンジンの出力アップを図ることを特徴とする水冷式吸気冷却装置の運転制御方法。
8. 請求項６に記載の水冷式吸気冷却装置が、外気の温度を検出する外気温度検出手段と、第１の冷却水回路内に冷却水を貯めるリザーブタンクと、前記リザーブタンク内の冷却水を温度を検出する冷却水温度検出手段と、前記車両用空調装置に備わる冷凍サイクルを構成する冷凍回路の冷媒を、冷却水と冷媒との熱交換手段に導入するバイパス路を開閉する開閉バルブと、前記冷却水温度検出手段による冷却水の温度に基づいて前記開閉バルブを制御する制御手段とを具備していて、
   外気温度が設定温度よりも低い場合において、
   前記リザーブタンク内の冷却水温度が所定の温度よりも高いときは、前記開閉バルブを閉じて前記冷却水を冷媒との熱交換手段に冷媒を導入せず、前記リザーブタンク内の冷却水を利用して、過給機からの圧縮空気の温度を上げるようにし、
   また、前記冷却水温度が所定の温度よりも低いときは、前記車両用空調装置に備わる冷凍サイクルをヒートポンプサイクルに切り替えて作動し、前記開閉バルブを開いて前記冷凍回路からの冷媒を、前記冷却水と冷媒との熱交換手段に導いて、冷却水を加熱し、過給機からの圧縮空気の温度を上げるようにして、エミッションを向上させることを特徴とする水冷式吸気冷却装置の運転制御方法。

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