JP2016125386A - 熱交換機構 - Google Patents
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Abstract
【課題】スロットルバルブを安定して作動させることができるとともに内燃機関の出力を確保することができるようにした、熱交換機構を提供する。
【解決手段】内燃機関の吸気通路１０に介装され、吸気の流通量を調整するスロットルバルブ２２を有するスロットルボディ２０と、スロットルボディ２０内の吸気通路１０となるボア部２０ａの外周でスロットルバルブ２２よりも吸気流通方向上流側に配置されて吸気よりも高温の第一熱媒体が流通する第一回路６０と、ボア部２０ａの外周でスロットルバルブ２２よりも吸気流通方向下流側に配置されて吸気よりも低温の第二熱媒体が流通する第二回路７０と、を備える。
【選択図】図３
【解決手段】内燃機関の吸気通路１０に介装され、吸気の流通量を調整するスロットルバルブ２２を有するスロットルボディ２０と、スロットルボディ２０内の吸気通路１０となるボア部２０ａの外周でスロットルバルブ２２よりも吸気流通方向上流側に配置されて吸気よりも高温の第一熱媒体が流通する第一回路６０と、ボア部２０ａの外周でスロットルバルブ２２よりも吸気流通方向下流側に配置されて吸気よりも低温の第二熱媒体が流通する第二回路７０と、を備える。
【選択図】図３
Description
本発明は、エンジン（内燃機関）の吸気温度を制御する熱交換機構に関する。
従来、エンジンの吸気系において、スロットルバルブが設けられたスロットルボディ内に熱媒体の流路を形成し、エンジンの作動状態に応じて流路に熱媒体を供給することで吸気温度を制御する技術が知られている。すなわち、外気温よりも高温の熱媒体で吸気温度を上昇させ、あるいは、外気温よりも低温の熱媒体で吸気温度を低下させるものである。
吸気は、温度が低下するほど単位質量あたりの体積が小さくなる。そのため、吸気を冷却することで、エンジンの充填効率を向上させることができ、エンジンの出力を高めることができる。一方、冬期や寒冷地といった低温環境下でエンジンを暖機運転する場合には、吸気温度を上昇させることで、機械的摩擦損失の低下や燃焼の安定化を促すことができる。
吸気は、温度が低下するほど単位質量あたりの体積が小さくなる。そのため、吸気を冷却することで、エンジンの充填効率を向上させることができ、エンジンの出力を高めることができる。一方、冬期や寒冷地といった低温環境下でエンジンを暖機運転する場合には、吸気温度を上昇させることで、機械的摩擦損失の低下や燃焼の安定化を促すことができる。
このような制御を実現するための熱交換機構としては、エンジン冷却水やインタークーラ冷却水（過給機用の冷却水）を熱媒体としたものが考えられる。例えば、スロットルボディにインタークーラ冷却水の循環路を内蔵させ、この循環路にエンジン冷却水の流路を接続するとともに、この流路上にバルブを介装する（特許文献１参照）。このような構造により、インタークーラ冷却水を冷却用熱媒体として機能させつつ、エンジン冷却水を加熱用熱媒体として機能させることができる。
上記のような熱交換機構を用いてスロットルボディ全体を冷却した場合、スロットルボディ内を通過する吸気温度と比較して、吸気通路の表面温度が低くなることがある。この場合、吸気中の水分が吸気通路の表面に結露し、凝縮水がスロットルバルブに付着するおそれがある。このような凝縮水は、スロットルバルブの固着を誘発し、スロットルバルブの動作を不安定にさせる一因となる。
本発明は、上記のような課題に鑑み創案されたもので、その目的の一つは、スロットルバルブを安定して作動させることができるとともに内燃機関の出力を確保することができるようにした、熱交換機構を提供することである。
なお、ここでいう目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的として位置づけることができる。
なお、ここでいう目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的として位置づけることができる。
（１）本発明の熱交換機構は、内燃機関の吸気通路に介装され、吸気の流通量を調整するスロットルバルブを有するスロットルボディと、前記スロットルボディ内の前記吸気通路となるボア部の外周で前記スロットルバルブよりも吸気流通方向上流側に配置されて吸気よりも高温の第一熱媒体が流通する第一回路と、前記ボア部の外周で前記スロットルバルブよりも吸気流通方向下流側に配置されて吸気よりも低温の第二熱媒体が流通する第二回路と、を備えることを特徴としている。
（２）前記吸気通路が複数の列をなして並んで設けられ、前記スロットルボディは、前記吸気通路のそれぞれに対応して前記ボア部が配置された多連型であって、前記第一回路および前記第二回路のそれぞれが、前記ボア部のそれぞれの外周を覆うように前記ボア部の並ぶ方向に沿って連設されることが好ましい。
（３）前記内燃機関から流出する排気が流通する排気通路と前記吸気通路とを連通して前記排気通路内の排気を前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路を備えることが好ましい。
（３）前記内燃機関から流出する排気が流通する排気通路と前記吸気通路とを連通して前記排気通路内の排気を前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路を備えることが好ましい。
（４）前記吸気通路において前記スロットルバルブよりも吸気流通方向下流側に、結露した凝縮水を排出する排水口を備えることが好ましい。
（５）前記ボア部の内壁面に沿った曲面形状に形成され、前記第一回路および前記第二回路内のそれぞれに挿入されたスペーサを備えることが好ましい。
（５）前記ボア部の内壁面に沿った曲面形状に形成され、前記第一回路および前記第二回路内のそれぞれに挿入されたスペーサを備えることが好ましい。
（６）前記第一回路は、前記内燃機関を冷却する前記第一熱媒体が循環して流通する内燃機関冷却回路であることが好ましい。すなわち、前記第一熱媒体がエンジン冷却水であることが好ましい。
（７）前記吸気通路において前記スロットルボディよりも吸気流通方向下流側に介装され、吸気を冷却する冷却装置を備えることが好ましい。前記冷却装置の具体例としては、インタークーラが挙げられる。
（７）前記吸気通路において前記スロットルボディよりも吸気流通方向下流側に介装され、吸気を冷却する冷却装置を備えることが好ましい。前記冷却装置の具体例としては、インタークーラが挙げられる。
（８）前記第二回路は、空調用の前記第二熱媒体が循環して流通する空調冷却回路であることが好ましい。すなわち、前記第二熱媒体が空調冷媒であることが好ましい。
（９）前記吸気通路において前記スロットルボディよりも吸気流通方向上流側に介装され、吸気を過給する過給機を備えることが好ましい。
（１０）前記第一回路の前記第一熱媒体による加熱度合いと前記第二回路の前記第二熱媒体による冷却度合いとを制御する制御装置を備えることが好ましい。
（９）前記吸気通路において前記スロットルボディよりも吸気流通方向上流側に介装され、吸気を過給する過給機を備えることが好ましい。
（１０）前記第一回路の前記第一熱媒体による加熱度合いと前記第二回路の前記第二熱媒体による冷却度合いとを制御する制御装置を備えることが好ましい。
本発明の熱交換機構によれば、吸気がスロットルバルブよりも吸気流通方向上流側で加熱されるとともに吸気流通方向下流側で冷却されるため、スロットルバルブへの凝縮水の付着を抑えながら、吸気を冷却することができる。よって、スロットルバルブを安定して作動させることができるとともに内燃機関の出力を確保することができる。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。
本熱交換機構では、内燃機関の吸気系に設けられたスロットルボディに二系統の熱交換回路が設けられている。ここでは、内燃機関として、車両に搭載されたエンジンを例に挙げて説明する。
なお、本実施形態では、吸気および排気の流通方向を基準に上流（吸気流通方向上流）および下流（吸気流通方向下流）を定め、同様に、熱交換回路を流通する熱媒体の流通方向を基準に上流および下流を定める。また、重力の作用方向を下方とする。
本熱交換機構では、内燃機関の吸気系に設けられたスロットルボディに二系統の熱交換回路が設けられている。ここでは、内燃機関として、車両に搭載されたエンジンを例に挙げて説明する。
なお、本実施形態では、吸気および排気の流通方向を基準に上流（吸気流通方向上流）および下流（吸気流通方向下流）を定め、同様に、熱交換回路を流通する熱媒体の流通方向を基準に上流および下流を定める。また、重力の作用方向を下方とする。
〔Ｉ．一実施形態〕
［１．構成］
以下、本実施形態の熱交換機構の基本的な構成について、エンジンの吸排気系，熱交換回路の順に説明する。
［１．構成］
以下、本実施形態の熱交換機構の基本的な構成について、エンジンの吸排気系，熱交換回路の順に説明する。
［１−１．吸排気系］
はじめに、図１を参照して、エンジン１の吸気系および排気系の構成を説明する。以下、エンジン１，吸気系および排気系に跨って設けられるターボチャージャ（過給機）４０およびＥＧＲ通路５０，吸気系ならびに排気系の順に各構成を説明する。なお、白抜きの矢印で吸気通路１０における吸気の流通方向を示し、黒塗りの矢印で排気通路３０における排気の流通方向を示し、斜線を付した矢印でＥＧＲ通路５０において還流する排気の流通方向を示す。
はじめに、図１を参照して、エンジン１の吸気系および排気系の構成を説明する。以下、エンジン１，吸気系および排気系に跨って設けられるターボチャージャ（過給機）４０およびＥＧＲ通路５０，吸気系ならびに排気系の順に各構成を説明する。なお、白抜きの矢印で吸気通路１０における吸気の流通方向を示し、黒塗りの矢印で排気通路３０における排気の流通方向を示し、斜線を付した矢印でＥＧＲ通路５０において還流する排気の流通方向を示す。
［１−１−１．エンジン］
エンジン１は、シリンダ１ａ（破線で示し一箇所のみに符号を付す）内で燃料を燃焼させた熱エネルギーにより出力を得る内燃機関である。ここでは、複数のシリンダ１ａが設けられた多気筒型であって図示省略する点火プラグが装備されたガソリンエンジンをエンジン１の例に挙げて説明する。
エンジン１には、吸気ポート２および排気ポート３（それぞれ破線で示し一箇所のみに符号を付す）が、燃焼室となるシリンダ１ａのそれぞれに連通して設けられている。吸気ポート２のそれぞれは、上流側から下流側に向けて複数に分岐しており、同様に、排気ポート３のそれぞれは、下流側から上流側に向けて複数に分岐している。ここでは、各ポート２，３が二つに分岐したものを例示している。
エンジン１は、シリンダ１ａ（破線で示し一箇所のみに符号を付す）内で燃料を燃焼させた熱エネルギーにより出力を得る内燃機関である。ここでは、複数のシリンダ１ａが設けられた多気筒型であって図示省略する点火プラグが装備されたガソリンエンジンをエンジン１の例に挙げて説明する。
エンジン１には、吸気ポート２および排気ポート３（それぞれ破線で示し一箇所のみに符号を付す）が、燃焼室となるシリンダ１ａのそれぞれに連通して設けられている。吸気ポート２のそれぞれは、上流側から下流側に向けて複数に分岐しており、同様に、排気ポート３のそれぞれは、下流側から上流側に向けて複数に分岐している。ここでは、各ポート２，３が二つに分岐したものを例示している。
吸気ポート２には、シリンダ１ａに流入する吸気が流通し、排気ポート３には、シリンダ１ａから流出した排気が流通する。
なお、四つのシリンダ１ａを例示するが、シリンダ１ａは、三つ以下であってもよいし五つ以上であってもよい。
なお、四つのシリンダ１ａを例示するが、シリンダ１ａは、三つ以下であってもよいし五つ以上であってもよい。
吸気ポート２よりも上流側にはエンジン１に流入する吸気が流通する通路（以下、「吸気通路」という）１０が形成され、排気ポート３よりも下流側にはエンジン１から流出した排気が流通する通路（以下、「排気通路」という）３０が形成されている。
これらの吸排気系１０，３０に跨って、ターボチャージャ４０およびＥＧＲ通路５０が設けられている。
これらの吸排気系１０，３０に跨って、ターボチャージャ４０およびＥＧＲ通路５０が設けられている。
［１−１−２．ターボチャージャおよびＥＧＲ通路］
ターボチャージャ４０は、吸気を過給する機構である。このターボチャージャ４０は、同軸に設けられたタービン４１およびコンプレッサ４２を有する。これらのタービン４１およびコンプレッサ４２は一体に回転するように結合されている。タービン４１は排気通路３０に介装され、コンプレッサ４２は吸気通路１０に介装されている。
ターボチャージャ４０では、排気によってタービン４１が回転してコンプレッサ４２が回転し、吸気が圧縮される。そして、圧縮された吸気がエンジン１に供給される。すなわち、吸気が過給される。
ターボチャージャ４０は、吸気を過給する機構である。このターボチャージャ４０は、同軸に設けられたタービン４１およびコンプレッサ４２を有する。これらのタービン４１およびコンプレッサ４２は一体に回転するように結合されている。タービン４１は排気通路３０に介装され、コンプレッサ４２は吸気通路１０に介装されている。
ターボチャージャ４０では、排気によってタービン４１が回転してコンプレッサ４２が回転し、吸気が圧縮される。そして、圧縮された吸気がエンジン１に供給される。すなわち、吸気が過給される。
ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路５０は、排気を排気通路３０から吸気通路１０へと還流させるものである。具体的には、ＥＧＲ通路５０によって、排気側の端部である一端部５０ａと吸気側の端部である他端部５０ｂとが連通され、タービン４１よりも下流側の排気通路３０内を流通する排気はコンプレッサ４２よりも上流側の吸気通路１０に導入される。このようにして、窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）の生成量の低減が図られる。
このＥＧＲ通路５０には、ＥＧＲクーラ５１およびＥＧＲバルブ５２が介装されている。このＥＧＲクーラ５１は、ＥＧＲバルブ５２よりも一端部５０ａ側に設けられている。
ＥＧＲクーラ５１は、還流する排気を冷却する装置である。ＥＧＲクーラ５１を流通する排気は、外気と熱交換することで冷却される。
ＥＧＲバルブ５２は、排気の還流量を調整するものである。ここでは、開度調整可能なＥＧＲバルブ５２が採用されている。
ＥＧＲクーラ５１は、還流する排気を冷却する装置である。ＥＧＲクーラ５１を流通する排気は、外気と熱交換することで冷却される。
ＥＧＲバルブ５２は、排気の還流量を調整するものである。ここでは、開度調整可能なＥＧＲバルブ５２が採用されている。
［１−１−３．吸気系］
吸気系では、新気の吸気が流通する順に、エアクリーナ１１，上述したコンプレッサ４２，インタークーラ（冷却装置）１２，スロットルボディ２０，サージタンク１３，インテークマニホールド（以下、「インマニ」と略称する）１４が吸気通路１０に介装されている。
吸気系では、新気の吸気が流通する順に、エアクリーナ１１，上述したコンプレッサ４２，インタークーラ（冷却装置）１２，スロットルボディ２０，サージタンク１３，インテークマニホールド（以下、「インマニ」と略称する）１４が吸気通路１０に介装されている。
エアクリーナ１１は、吸入される新気中の異物を取り除く濾過装置である。
インタークーラ１２は、吸気を冷却するものである。このインタークーラ１２では、吸気と外気との熱交換により、ターボチャージャ４０で圧縮されて上昇した吸気の温度が低下され、吸気の空気密度の低下が回復する。
インタークーラ１２は、吸気を冷却するものである。このインタークーラ１２では、吸気と外気との熱交換により、ターボチャージャ４０で圧縮されて上昇した吸気の温度が低下され、吸気の空気密度の低下が回復する。
スロットルボディ２０は、吸気通路１０となるボア部２０ａ（破線で示す）と、このボア部２０ａにおいて吸気の流通量を調整するスロットルバルブ２２（破線で示す）とを有する。このスロットルバルブ２２によって、ボア部２０ａにおける吸気の流通量が調整され、エンジン１に流入する吸気の量が制御される。なお、スロットルボディ２０については、構成の詳細を後述する。
サージタンク１３は、吸気の圧力脈動を抑えるものである。このサージタンク１３は、次に説明するインマニ１４の上流側に連結された空間を有する。この空間において、例えば圧力波の共鳴が吸収され、シリンダ１ａどうしの吸気圧の干渉が抑えられる。
インマニ１４は、エンジン１の各シリンダ１ａに向かってサージタンク１３から分岐するように形成された多岐管である。ここでは、エンジン１に四つのシリンダ１ａが設けられているため、インマニ１４は四つの分岐管１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを有する。
インマニ１４は、エンジン１の各シリンダ１ａに向かってサージタンク１３から分岐するように形成された多岐管である。ここでは、エンジン１に四つのシリンダ１ａが設けられているため、インマニ１４は四つの分岐管１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを有する。
これらの分岐管１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、複数の列をなして並んで設けられている。また、分岐管１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄそれぞれの内部には、吸気通路１０が形成されている。すなわち、インマニ１４では、吸気通路１０が複数の列をなして並んで設けられている。
また、分岐管１４ａには、燃料を噴射するインジェクタ１５ａが設けられている。同様に、分岐管１４ｂ，１４ｃ，１４ｄのそれぞれには、対応するインジェクタ１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが設けられている。すなわち、インジェクタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、対応する各分岐管１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの内部に燃料を噴射するポート噴射型のものである。
また、分岐管１４ａには、燃料を噴射するインジェクタ１５ａが設けられている。同様に、分岐管１４ｂ，１４ｃ，１４ｄのそれぞれには、対応するインジェクタ１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが設けられている。すなわち、インジェクタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、対応する各分岐管１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの内部に燃料を噴射するポート噴射型のものである。
［１−１−４．排気系］
排気系では、排気が流通する順に、エキゾーストマニホールド（以下、「エキマニ」と略称する）３１，上述したタービン４１，排気処理装置３２が排気通路３０に介装されている。
エキマニ３１は、エンジン１の各シリンダ１ａから合流するように形成された多岐管である。ここではエンジン１に四つのシリンダ１ａが設けられているため、エキマニ３１は、インマニ１４と同様に、四つの分岐管が複数の列をなしており、各分岐管の内部に排気通路３０が形成されている。
排気系では、排気が流通する順に、エキゾーストマニホールド（以下、「エキマニ」と略称する）３１，上述したタービン４１，排気処理装置３２が排気通路３０に介装されている。
エキマニ３１は、エンジン１の各シリンダ１ａから合流するように形成された多岐管である。ここではエンジン１に四つのシリンダ１ａが設けられているため、エキマニ３１は、インマニ１４と同様に、四つの分岐管が複数の列をなしており、各分岐管の内部に排気通路３０が形成されている。
排気処理装置３２は、排気に含まれる有害成分を浄化処理するものである。ここでは、排気処理装置３２として三元触媒コンバータを用いている。
三元触媒コンバータとは、排気に含まれる炭化水素（以下、「ＨＣ」という），一酸化炭素（以下、「ＣＯ」という），およびＮＯｘの三成分を酸化または還元させて浄化処理する変換装置である。この三元触媒コンバータでは、ＨＣが水（Ｈ2Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ2）に、ＣＯが二酸化炭素に、ＮＯｘが窒素（Ｎ2）に、酸化または還元される。三元触媒コンバータとしては、セラミックスやコーディエライトなどで生成された触媒担体にプラチナ，パラジウム，ロジウムなどの貴金属の微粒子を担持させたものが挙げられる。
三元触媒コンバータとは、排気に含まれる炭化水素（以下、「ＨＣ」という），一酸化炭素（以下、「ＣＯ」という），およびＮＯｘの三成分を酸化または還元させて浄化処理する変換装置である。この三元触媒コンバータでは、ＨＣが水（Ｈ2Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ2）に、ＣＯが二酸化炭素に、ＮＯｘが窒素（Ｎ2）に、酸化または還元される。三元触媒コンバータとしては、セラミックスやコーディエライトなどで生成された触媒担体にプラチナ，パラジウム，ロジウムなどの貴金属の微粒子を担持させたものが挙げられる。
［１−２．熱交換回路］
次に、熱交換回路の基本的な構成について説明する。
熱交換回路では、循環して流通する熱媒体と熱交換対象とが熱エネルギーを授受（すなわち熱交換）する。このようにして、熱交換対象が加熱または冷却される。
次に、熱交換回路の基本的な構成について説明する。
熱交換回路では、循環して流通する熱媒体と熱交換対象とが熱エネルギーを授受（すなわち熱交換）する。このようにして、熱交換対象が加熱または冷却される。
ここでは、三系統の熱交換回路を説明する。具体的には、エンジン１を冷却するエンジン冷却水（第一熱媒体）が流通するエンジン冷却回路（内燃機関冷却回路，第一回路）６０と、空調用の空調冷媒（第二熱媒体）が流通する空調冷媒回路（第二回路）７０と、インタークーラ１２を冷却するインタークーラ冷媒（以下、「ＩＣ冷媒」という）が流通するインタークーラ冷却回路（以下、「ＩＣ冷却回路」という）８０とを説明する。これらの冷却回路６０，７０，８０は互いに独立しており、エンジン冷却水，空調冷媒，ＩＣ冷媒は互いに混ざることがない。
エンジン冷却回路６０を流通するエンジン冷却水は、エンジン１によって昇温される。そのため、空調冷却回路７０を流通する空調冷媒やＩＣ冷却回路８０を流通するＩＣ冷媒よりも比較的高温になるものといえる。
エンジン冷却回路６０を流通するエンジン冷却水は、エンジン１によって昇温される。そのため、空調冷却回路７０を流通する空調冷媒やＩＣ冷却回路８０を流通するＩＣ冷媒よりも比較的高温になるものといえる。
［１−２−１．エンジン冷却回路］
エンジン冷却回路６０には、冷却対象のエンジン１と放熱器のラジエータ６２との間を環状に接続する流路と、ラジエータ６２と並列に接続される流路とが設けられる。前者は、おもに作動中のエンジン１を冷却する機能を持つのに対し、後者はラジエータ６２を迂回してエンジン冷却水の過冷却を防止する機能を持つ。また、本実施形態ではこれらの流路に加えて、スロットルボディ２０を冷却するための流路が設けられ、ラジエータ６２に対して並列に接続される。
エンジン冷却回路６０には、冷却対象のエンジン１と放熱器のラジエータ６２との間を環状に接続する流路と、ラジエータ６２と並列に接続される流路とが設けられる。前者は、おもに作動中のエンジン１を冷却する機能を持つのに対し、後者はラジエータ６２を迂回してエンジン冷却水の過冷却を防止する機能を持つ。また、本実施形態ではこれらの流路に加えて、スロットルボディ２０を冷却するための流路が設けられ、ラジエータ６２に対して並列に接続される。
エンジン１の本体（シリンダブロック，シリンダヘッド）内には、ウォータージャケットが形成され、その流入口１ｂと流出口１ｃとにエンジン冷却回路６０が接続される。また、エンジン１の流入口１ｂには、エンジン冷却水を圧送するエンジン冷却水ポンプ６１が付設される。エンジン冷却水が圧送されることで、エンジン冷却水がエンジン冷却回路６０を流通し、エンジン１において流入口１ｂから流入して流出口１ｃから流出する。ウォータージャケットの内部をエンジン冷却水が流通することで、エンジン冷却水とエンジン１とが熱交換し、エンジン冷却水はもっぱら昇温する。このようにして、エンジン冷却水はエンジン冷却回路６０を循環して流通する。
エンジン１の流出口１ｃよりも下流側の分岐箇所Ｅ1では、第一分岐路６０ａと第二分岐路６０ｂとの二つに分岐している。第二分岐路６０ｂでは、分岐箇所Ｅ1よりも下流側の分岐箇所Ｅ2において第三分岐路６０ｃと第四分岐路６０ｄとに分岐している。
第三分岐路６０ｃには、ラジエータ６２が介装されている。ラジエータ６２は、エンジン冷却水の熱を放出させる放熱器である。ラジエータ６２の内部を流通するエンジン冷却水は、外気と熱交換することで冷却される。
第三分岐路６０ｃには、ラジエータ６２が介装されている。ラジエータ６２は、エンジン冷却水の熱を放出させる放熱器である。ラジエータ６２の内部を流通するエンジン冷却水は、外気と熱交換することで冷却される。
また、第四分岐路６０ｄには、エンジン冷却水が流通する方向の順に、第一切替弁６５およびスロットルボディ２０が介装されている。第一切替弁６５は、エンジン冷却水の流通とその停止とを切り替える弁である。ここでは、第一切替弁６５が開度調整可能に構成されており、エンジン冷却水の流通量を連続的あるいは段階的に調整することができる。
第一分岐路６０ａと第三分岐路６０ｃとは各下流端で合流し、その下流端にサーモスタット６３が設けられている。このサーモスタット６３よりも下流側に第一合流路６０ｅが設けられる。
サーモスタット６３は、エンジン冷却水の温度に応じてエンジン冷却水の流通量を調整する温度感応型の弁である。具体的に言えば、サーモスタット６３は、エンジン冷却水の温度が所定温度よりも高くなれば第三分岐路６０ｃの流路を開放し、逆に、エンジン冷却水の温度が所定温度よりも低くなるに連れて第三分岐路６０ｃの流路の開度を小さくし、更にエンジン冷却水の温度が低くなると第三分岐路６０ｃの流路を閉鎖する弁である。ここでいう所定温度は、例えば７５℃や８０℃である。
サーモスタット６３は、エンジン冷却水の温度に応じてエンジン冷却水の流通量を調整する温度感応型の弁である。具体的に言えば、サーモスタット６３は、エンジン冷却水の温度が所定温度よりも高くなれば第三分岐路６０ｃの流路を開放し、逆に、エンジン冷却水の温度が所定温度よりも低くなるに連れて第三分岐路６０ｃの流路の開度を小さくし、更にエンジン冷却水の温度が低くなると第三分岐路６０ｃの流路を閉鎖する弁である。ここでいう所定温度は、例えば７５℃や８０℃である。
なお、サーモスタット６３は、第一分岐路６０ａおよび第一合流路６０ｅの各流路の開度については調整しない。これらの第一分岐路６０ａおよび第一合流路６０ｅの各流路は開放されている。
第一合流路６０ｅの下流端である合流箇所Ｅ3には、第四分岐路６０ｄが合流している。この合流箇所Ｅ3よりも下流側の第二合流路６０ｆは、その下流端にエンジン１の流入口１ｂが接続されており、上記したエンジン冷却水ポンプ６１が介装されている。
第一合流路６０ｅの下流端である合流箇所Ｅ3には、第四分岐路６０ｄが合流している。この合流箇所Ｅ3よりも下流側の第二合流路６０ｆは、その下流端にエンジン１の流入口１ｂが接続されており、上記したエンジン冷却水ポンプ６１が介装されている。
［１−２−２．空調冷却回路］
空調冷却回路７０は、空調用のメイン回路７０ａと、このメイン回路７０ａの一部を迂回するサブ回路７０ｂとを有する。
メイン回路７０ａには、空調冷媒が流通する順に、コンプレッサ７１，コンデンサ７２，膨張弁７３，エバポレータ７４が介装されている。
空調冷却回路７０は、空調用のメイン回路７０ａと、このメイン回路７０ａの一部を迂回するサブ回路７０ｂとを有する。
メイン回路７０ａには、空調冷媒が流通する順に、コンプレッサ７１，コンデンサ７２，膨張弁７３，エバポレータ７４が介装されている。
コンプレッサ７１は、空調冷媒を圧縮する圧縮機である。このコンプレッサ７１により空調冷媒が圧送される。このコンプレッサ７１は、空調装置の作動および非作動に応じて駆動される。
コンデンサ７２は、コンプレッサ７１で圧縮された空調冷媒を凝縮し液化する凝縮機である。コンデンサ７２には、空調冷媒が凝縮するときには凝縮熱が発生するため、送風して凝縮熱の発散を促すファンが設けられていてもよい。
コンデンサ７２は、コンプレッサ７１で圧縮された空調冷媒を凝縮し液化する凝縮機である。コンデンサ７２には、空調冷媒が凝縮するときには凝縮熱が発生するため、送風して凝縮熱の発散を促すファンが設けられていてもよい。
膨張弁７３は、コンデンサ７２により液化された空調冷媒を膨張させて低圧の霧状に変化させる弁である。この膨張弁７３とコンデンサ７２との間には、空調冷媒を一時的に貯留するレシーバが設けられていてもよい。レシーバが設けられていれば、膨張弁７３に流入する空調冷媒の量や圧力の変動が緩和される。
エバポレータ７４は、膨張弁によって霧化された空調冷媒を気化させる蒸発器である。空調冷媒が気化するときの潜熱によってエバポレータ７４は冷却される。このエバポレータ７４には、ブロア７４ａが付設されている。ブロア７４ａは、冷却されたエバポレータ７４に送風することで、冷却された空気を車室に送る。
エバポレータ７４は、膨張弁によって霧化された空調冷媒を気化させる蒸発器である。空調冷媒が気化するときの潜熱によってエバポレータ７４は冷却される。このエバポレータ７４には、ブロア７４ａが付設されている。ブロア７４ａは、冷却されたエバポレータ７４に送風することで、冷却された空気を車室に送る。
エバポレータ７４よりも下流側の分岐箇所Ａ1では、メイン回路７０ａからサブ回路７０ｂが分岐している。この分岐箇所Ａ1よりも下流側の合流箇所Ａ2において、サブ回路７０ｂがメイン回路７０ａに合流している。
サブ回路７０ｂには、空調冷媒が流通する方向の順に、第二切替弁７５およびスロットルボディ２０が介装されている。第二切替弁７５は、空調冷媒の流通とその停止とを切り替える弁である。ここでは、第二切替弁７５が開度調整可能に構成されており、空調冷媒の流通量を連続的あるいは段階的に調整することができる。
サブ回路７０ｂには、空調冷媒が流通する方向の順に、第二切替弁７５およびスロットルボディ２０が介装されている。第二切替弁７５は、空調冷媒の流通とその停止とを切り替える弁である。ここでは、第二切替弁７５が開度調整可能に構成されており、空調冷媒の流通量を連続的あるいは段階的に調整することができる。
［１−２−３．ＩＣ冷却回路］
ＩＣ冷却回路８０には、ＩＣ冷媒が流通する順に、ＩＣ冷媒を圧送するＩＣ冷媒ポンプ８１とＩＣ冷媒を冷却する放熱器８２とインタークーラ１２とが介装されている。
ＩＣ冷媒は、インタークーラ１２において吸気通路１０とは異なる内部通路を流通する。このＩＣ冷媒がインタークーラ１２において熱交換することでインタークーラ１２が冷却される。
なお、ＩＣ冷媒ポンプ８１は、エンジン１によって機械的に駆動されてもよいし、電気的に駆動されてもよい。同様に、上述したエンジン冷却水ポンプ６１およびコンプレッサ７１も、機械的に駆動されてもよいし、電気的に駆動されてもよい。
ＩＣ冷却回路８０には、ＩＣ冷媒が流通する順に、ＩＣ冷媒を圧送するＩＣ冷媒ポンプ８１とＩＣ冷媒を冷却する放熱器８２とインタークーラ１２とが介装されている。
ＩＣ冷媒は、インタークーラ１２において吸気通路１０とは異なる内部通路を流通する。このＩＣ冷媒がインタークーラ１２において熱交換することでインタークーラ１２が冷却される。
なお、ＩＣ冷媒ポンプ８１は、エンジン１によって機械的に駆動されてもよいし、電気的に駆動されてもよい。同様に、上述したエンジン冷却水ポンプ６１およびコンプレッサ７１も、機械的に駆動されてもよいし、電気的に駆動されてもよい。
［１−３．スロットルボディ］
次に、図２〜図４を参照して、スロットルボディ２０の構成を詳細に説明する。
ここでは、スロットルバルブ２２として、アクセルペダルの操作量が電気的に伝達されることで作動するドライブバイワイヤ方式のものを例に挙げて説明する。ただし、アクセルペダルの操作量が機械的に伝達されることで作動するスロットルバルブを用いてもよい。
次に、図２〜図４を参照して、スロットルボディ２０の構成を詳細に説明する。
ここでは、スロットルバルブ２２として、アクセルペダルの操作量が電気的に伝達されることで作動するドライブバイワイヤ方式のものを例に挙げて説明する。ただし、アクセルペダルの操作量が機械的に伝達されることで作動するスロットルバルブを用いてもよい。
［１−３−１．構造］
はじめに、スロットルボディ２０の構造を説明する。
図２および図３に示すように、スロットルボディ２０には、ボア部２０ａの吸気流通方向中間部にスロットルバルブ２２が設けられている。すなわち、ボア部２０ａは、図３に示すように、スロットルバルブ２２に対して上流側のボア部（以下、「上流ボア部」という）２０１と下流側のボア部（以下、「下流ボア部」という）２０２とを有する。
はじめに、スロットルボディ２０の構造を説明する。
図２および図３に示すように、スロットルボディ２０には、ボア部２０ａの吸気流通方向中間部にスロットルバルブ２２が設けられている。すなわち、ボア部２０ａは、図３に示すように、スロットルバルブ２２に対して上流側のボア部（以下、「上流ボア部」という）２０１と下流側のボア部（以下、「下流ボア部」という）２０２とを有する。
図２に示すように、スロットルボディ２０は、内部のボア部２０ａを囲繞するボア壁部２１と、スロットルバルブ２２を駆動するための機構が収容される駆動機構収容部２３との二つの部位に大別することができる。なお、図３および図４には、駆動機構収容部２３を簡略化して模式的に示す。
図２および図４に示すように、ボア壁部２１は、吸気通路１０（図１参照）の一部をなすボア部２０ａの周りを囲む円筒状の部位である。ボア壁部２１の内部では、ボア部２０ａが円柱状の空間をなしている。すなわち、ボア壁部２１の内壁面２１ａはボア部２０ａがなす円柱空間の外表面に対応している。
図２および図４に示すように、ボア壁部２１は、吸気通路１０（図１参照）の一部をなすボア部２０ａの周りを囲む円筒状の部位である。ボア壁部２１の内部では、ボア部２０ａが円柱状の空間をなしている。すなわち、ボア壁部２１の内壁面２１ａはボア部２０ａがなす円柱空間の外表面に対応している。
図３に示すように、ボア壁部２１は、上流ボア部２０１を囲繞する上流ボア壁部２１１と下流ボア部２０２を囲繞する下流ボア壁部２１２とを有する。これらの上流ボア壁部２１１，下流ボア壁部２１２は、スロットルバルブ２２を挟んでその上流側と下流側とに配置される。上流ボア壁部２１１は、上流ボア部２０１のなす円柱空間の外表面に対応する上流内壁面２１１ａを有し、同様に、下流ボア壁部２１２は、下流ボア部２０２のなす円柱空間の外表面に対応する下流内壁面２１２ａを有する。
図２〜図４に示すように、下流ボア壁部２１２の下部には排水口２９ａが穿設されており、この排水口２９ａには排水管２９が接続されている。
図２〜図４に示すように、下流ボア壁部２１２の下部には排水口２９ａが穿設されており、この排水口２９ａには排水管２９が接続されている。
ボア壁部２１には、スロットルバルブ２２がそのスロットルシャフト２２ａを介して９０°回転自在に支持されている。すなわち、スロットルバルブ２２は、ボア部２０ａの流路断面に対応する円盤状に形成されており、スロットルシャフト２２ａを機軸に揺動するバタフライバルブである。なお、スロットルシャフト２２ａには、図示省略するリターンスプリングが設けられている。
図２に示すように、駆動機構収容部２３は、スロットルバルブ２２を回転駆動するためのモータ（例えばＤＣモータ）が収容されるモータ収容部２３ａと、モータ収容部２３ａに収容されたモータの出力軸に連結された歯車列（ギヤトレイン）やベルトなどの動力伝達機構を介して連結されるアクチュエータが収容されたメカニカル機構収容部２３ｂとに大別することができる。
スロットルバルブ２２は、図示省略するアクセルペダルが操作されると、その操作量に応じてモータ収容部２３ａに収容されたモータの出力軸が所定の回転角度だけ回転し、その回転力がメカニカル機構収容部２３ｂに収容された動力伝達機構によってスロットルシャフト２２ａに伝達され、スロットルバルブ２２が所定の回転角度だけ回転する。その結果、ボア部２０ａが所定の開度で開放される。よって、ボア部２０ａを流通する吸気の量が調整され、エンジン１（図１参照）に流入する吸気の量が制御される。
［１−３−２．冷却回路］
次に、図３および図４を参照して、スロットルボディ２０に設けられたエンジン冷却回路６０および空調冷却回路７０について説明する。
エンジン冷却回路６０を流通するエンジン冷却水は、エンジン１（図１参照）に流入した吸気の燃焼エネルギーによって昇温される。よって、エンジン冷却水は吸気よりも高温になりやすい。また、スロットルボディ２０を流通するエンジン冷却水は、ラジエータ６２で冷却されていない点からも吸気に対して高温になりやすい。一方、エンジン冷却水に対して比較的低温の空調冷媒は、吸気に対して低温になりやすい。また、スロットルボディ２０を流通する空調冷媒は、エバポレータ７４で放熱した後にスロットルボディ２０を流通する点からも吸気に対して低温になりやすい。
次に、図３および図４を参照して、スロットルボディ２０に設けられたエンジン冷却回路６０および空調冷却回路７０について説明する。
エンジン冷却回路６０を流通するエンジン冷却水は、エンジン１（図１参照）に流入した吸気の燃焼エネルギーによって昇温される。よって、エンジン冷却水は吸気よりも高温になりやすい。また、スロットルボディ２０を流通するエンジン冷却水は、ラジエータ６２で冷却されていない点からも吸気に対して高温になりやすい。一方、エンジン冷却水に対して比較的低温の空調冷媒は、吸気に対して低温になりやすい。また、スロットルボディ２０を流通する空調冷媒は、エバポレータ７４で放熱した後にスロットルボディ２０を流通する点からも吸気に対して低温になりやすい。
スロットルボディ２０では、ボア部２０ａの外周にエンジン冷却回路６０および空調冷却回路７０が設けられている。具体的には、ボア壁部２１１，２１２の各内部に、エンジン冷却水または空調冷媒が流通する空間が形成されており、この空間が冷却回路６０，７０の一部をなしている。
ここでは、冷却回路６０，７０の一部をなす空間が、吸気の流通方向に直交する断面においてランドルト環の開放側（Ｃ字の開放側）を下方に向けたような形状をなしている。特に、下流ボア壁部２１２においては、空調冷却回路７０をなす空間が形成されていない領域に上記の排水口２９ａが穿設されている。
図３に示すように、スロットルバルブ２２に対して、上流側にエンジン冷却回路６０が配置され、下流側に空調冷却回路７０が配置されている。
図３に示すように、スロットルバルブ２２に対して、上流側にエンジン冷却回路６０が配置され、下流側に空調冷却回路７０が配置されている。
図３および図４に示すように、エンジン冷却回路６０には、上流ボア部２０１を囲繞する上流ボア壁部２１１の上流内壁面２１１ａに沿った曲面形状のスペーサ６９（二点鎖線で示す）が挿入されていてもよい。
同様に、空調冷却回路７０には、下流ボア部２０２を囲繞する下流ボア壁部２１２の下流内壁面２１２ａに沿った曲面形状のスペーサ７９（二点鎖線で示す）が挿入されていてもよい。
同様に、空調冷却回路７０には、下流ボア部２０２を囲繞する下流ボア壁部２１２の下流内壁面２１２ａに沿った曲面形状のスペーサ７９（二点鎖線で示す）が挿入されていてもよい。
スペーサ６９，７９は、冷却回路６０，７０を流通するエンジン冷却水あるいは空調冷媒の流れを適正化する挿入部材である。これらのスペーサ６９，７９は、想定されるエンジン冷却水あるいは空調冷媒の流れによって種々の形状に設定されうる。例えば、スペーサ６９，７９は樹脂から成形される。
［１−４．制御装置］
次に、図１を参照して、本熱交換機構を制御する制御装置１００について説明する。
制御装置１００は、例えばCPU（Central Processing Unit）に代表されるマイクロプロセッサ（MPU，Micro Processing Unit），ROM（Read Only Memory），RAM（Random Access Memory），不揮発メモリなどを集積した電子デバイスである。マイクロプロセッサは、制御ユニット（制御回路）や演算ユニット（演算回路），キャッシュメモリ（レジスタ群）などを内蔵する処理装置（プロセッサ）である。また、ROM，RAMおよび不揮発メモリは、プログラムや作業中のデータが格納されるメモリ装置である。不揮発メモリの具体例としては、フラッシュメモリ，相変化メモリ（Phase Change Memory），抵抗変化メモリ（Resistive RAM），強誘電体メモリ（Ferroelectric RAM），磁気抵抗メモリ（Magneto-resistive RAM）などが挙げられる。制御装置１００での制御内容は、例えばアプリケーションプログラムとしてROMや不揮発メモリ内に記録される。また、プログラムの実行時には、プログラムの内容がRAMや不揮発メモリ内のメモリ空間内に展開され、マイクロプロセッサによって実行される。
この制御装置１００は、入力側に接続された各種センサ類からの情報に基づいて各制御を実施する。
次に、図１を参照して、本熱交換機構を制御する制御装置１００について説明する。
制御装置１００は、例えばCPU（Central Processing Unit）に代表されるマイクロプロセッサ（MPU，Micro Processing Unit），ROM（Read Only Memory），RAM（Random Access Memory），不揮発メモリなどを集積した電子デバイスである。マイクロプロセッサは、制御ユニット（制御回路）や演算ユニット（演算回路），キャッシュメモリ（レジスタ群）などを内蔵する処理装置（プロセッサ）である。また、ROM，RAMおよび不揮発メモリは、プログラムや作業中のデータが格納されるメモリ装置である。不揮発メモリの具体例としては、フラッシュメモリ，相変化メモリ（Phase Change Memory），抵抗変化メモリ（Resistive RAM），強誘電体メモリ（Ferroelectric RAM），磁気抵抗メモリ（Magneto-resistive RAM）などが挙げられる。制御装置１００での制御内容は、例えばアプリケーションプログラムとしてROMや不揮発メモリ内に記録される。また、プログラムの実行時には、プログラムの内容がRAMや不揮発メモリ内のメモリ空間内に展開され、マイクロプロセッサによって実行される。
この制御装置１００は、入力側に接続された各種センサ類からの情報に基づいて各制御を実施する。
［１−４−１．センサ類］
まず、制御装置１００の入力側に接続された各種センサ類について具体的に説明する。
制御装置１００の入力側には、三つの温度センサ９０，９１，９２，湿度センサ９３，スロットルポジションセンサ９４およびブーストセンサ９５が接続されている。各センサ９０，９１，９２，９３，９４，９５によって検出されたそれぞれの情報は制御装置に伝達される。
まず、制御装置１００の入力側に接続された各種センサ類について具体的に説明する。
制御装置１００の入力側には、三つの温度センサ９０，９１，９２，湿度センサ９３，スロットルポジションセンサ９４およびブーストセンサ９５が接続されている。各センサ９０，９１，９２，９３，９４，９５によって検出されたそれぞれの情報は制御装置に伝達される。
温度センサ９０，９１，９２のそれぞれは、吸気の温度を検出するものである。これらの温度センサ９０，９１，９２は、吸気系においてそれぞれ異なる箇所に設けられている。以下の説明では、温度センサ９０，９１，９２のそれぞれについて、上流から配置される順に、第一温度センサ９０，第二温度センサ９１，第三温度センサ９２という。
第一温度センサ９０は、エアクリーナ１１の直下流であって吸気通路１０とＥＧＲ通路５０との接続箇所よりも上流側に配置される。すなわち、第一温度センサ９０は、吸気系に流入した直後の吸気の温度を検出する。そのため、第一温度センサ９０は外気温に対応する温度を検出するものといえる。
第二温度センサ９１は、インタークーラ１２とスロットルボディ２０との間に配置される。すなわち、第二温度センサ９１は、インタークーラ１２によって冷却されてスロットルボディ２０のボア部２０ａに流入する吸気の温度を検出する。
第二温度センサ９１は、インタークーラ１２とスロットルボディ２０との間に配置される。すなわち、第二温度センサ９１は、インタークーラ１２によって冷却されてスロットルボディ２０のボア部２０ａに流入する吸気の温度を検出する。
第三温度センサ９２は、サージタンク１３に配置される。すなわち、第三温度センサ９２は、スロットルバルブ２２を通過してエンジン１に流入する直前の吸気の温度を検出する。
湿度センサ９３は、吸気の湿度を検出するものである。この湿度センサ９３は、インタークーラ１２の直上流に配置される。すなわち、湿度センサ９３は、インタークーラ１２に流入する吸気の湿度を検出する。
湿度センサ９３は、吸気の湿度を検出するものである。この湿度センサ９３は、インタークーラ１２の直上流に配置される。すなわち、湿度センサ９３は、インタークーラ１２に流入する吸気の湿度を検出する。
スロットルポジションセンサ９４は、スロットルボディ２０に配置され、スロットルバルブ２２の開度を検出するものである。ここで検出されたスロットルバルブ２２の実開度情報は、制御装置１００に伝達される。このスロットルポジションセンサ９４は、スロットルバルブ２２が固着している場合には、例えばスロットルバルブ２２の開度に対応する電流値よりも大きな電流値を出力する。このようにして、スロットルバルブ２２の固着情報も制御装置１００に伝達することができる。
ブーストセンサ９５は、吸気の圧力を検出するものである。このブーストセンサ９５は、サージタンク１３に配置される。すなわち、ブーストセンサ９５は、エンジン１に流入する吸気の圧力（以下、「ブースト圧」という）を検出する。
ブーストセンサ９５は、吸気の圧力を検出するものである。このブーストセンサ９５は、サージタンク１３に配置される。すなわち、ブーストセンサ９５は、エンジン１に流入する吸気の圧力（以下、「ブースト圧」という）を検出する。
［１−４−２．制御内容］
次に、制御装置１００によって実施される各種の制御について説明する。
制御装置１００は、エンジン１の吸排気系やこれに適用される熱交換回路に関する広汎なシステムを制御する。ここでは、制御装置１００によって実施される制御のうち、吸排気系については排気を還流させるＥＧＲ制御を説明し、熱交換回路についてはエンジン冷却回路６０および空調冷却回路７０による熱交換度合いに関する熱交換制御を説明する。
次に、制御装置１００によって実施される各種の制御について説明する。
制御装置１００は、エンジン１の吸排気系やこれに適用される熱交換回路に関する広汎なシステムを制御する。ここでは、制御装置１００によって実施される制御のうち、吸排気系については排気を還流させるＥＧＲ制御を説明し、熱交換回路についてはエンジン冷却回路６０および空調冷却回路７０による熱交換度合いに関する熱交換制御を説明する。
まず、ＥＧＲ制御について説明する。ＥＧＲ制御における具体的な制御対象としては、ＥＧＲバルブ５２が挙げられる。このＥＧＲバルブ５２は、制御線を介して制御装置１００に接続されている。
制御装置１００は、ＥＧＲ条件の成立を判断するとＥＧＲ制御を実施する。ここでいうＥＧＲ条件は、エンジン１の作動状態に応じて予め実験的または経験的に設定されている。
制御装置１００は、ＥＧＲ条件の成立を判断するとＥＧＲ制御を実施する。ここでいうＥＧＲ条件は、エンジン１の作動状態に応じて予め実験的または経験的に設定されている。
ＥＧＲ制御では、排気の還流量に応じてＥＧＲバルブ５２を開放する。このＥＧＲ制御では、副次的にスロットルバルブ２２の開度が調整されて、排気の還流量が調整されてもよい。この場合、制御装置１００にはスロットルバルブ２２が開度調整可能に接続される。さらに、制御装置１００は、ＥＧＲ条件の成立下において、エンジン１の作動状態に応じてＥＧＲバルブ５２あるいはスロットルバルブ２２の開度を調整することで、排気の還流量を増減させることができる。
［１−４−３．熱交換制御］
次に、熱交換制御について説明する。熱交換制御における具体的な制御対象としては、第一切替弁６５および第二切替弁７５が挙げられる。これらの切替弁６５，７５は、制御線を介して制御装置１００に接続されている。
上述したように、スロットルボディ２０では、エンジン冷却回路６０のエンジン冷却水が吸気に対して高温になりやすく、空調冷却回路７０の空調冷媒が吸気に対して低温になりやすい。したがって、エンジン冷却回路６０のエンジン冷却水によって吸気が加熱されやすく、空調冷却回路７０の空調冷媒によって吸気が冷却されやすい。これらより、以下の説明では、吸気に対してエンジン冷却水が高温であるとともに空調冷媒が低温であるものとして説明する。すなわち、スロットルボディ２０では、エンジン冷却回路６０のエンジン冷却水によって吸気が加熱されるものとし、空調冷却回路７０の空調冷媒によって吸気が冷却されるものとする。
制御装置１００は、熱交換条件が成立すると熱交換制御を実施する。
次に、熱交換制御について説明する。熱交換制御における具体的な制御対象としては、第一切替弁６５および第二切替弁７５が挙げられる。これらの切替弁６５，７５は、制御線を介して制御装置１００に接続されている。
上述したように、スロットルボディ２０では、エンジン冷却回路６０のエンジン冷却水が吸気に対して高温になりやすく、空調冷却回路７０の空調冷媒が吸気に対して低温になりやすい。したがって、エンジン冷却回路６０のエンジン冷却水によって吸気が加熱されやすく、空調冷却回路７０の空調冷媒によって吸気が冷却されやすい。これらより、以下の説明では、吸気に対してエンジン冷却水が高温であるとともに空調冷媒が低温であるものとして説明する。すなわち、スロットルボディ２０では、エンジン冷却回路６０のエンジン冷却水によって吸気が加熱されるものとし、空調冷却回路７０の空調冷媒によって吸気が冷却されるものとする。
制御装置１００は、熱交換条件が成立すると熱交換制御を実施する。
〈熱交換条件〉
熱交換条件は、制御装置１００によって成立または不成立が判断される。この熱交換条件には、凝縮水生成条件，固着条件および乾燥条件が含まれる。これらの凝縮水生成条件，固着条件および乾燥条件は、それぞれ予め実験的または経験的に設定されている。
以下、凝縮水生成条件，固着条件および乾燥条件の順に説明する。
熱交換条件は、制御装置１００によって成立または不成立が判断される。この熱交換条件には、凝縮水生成条件，固着条件および乾燥条件が含まれる。これらの凝縮水生成条件，固着条件および乾燥条件は、それぞれ予め実験的または経験的に設定されている。
以下、凝縮水生成条件，固着条件および乾燥条件の順に説明する。
凝縮水生成条件とは、吸気から生成された凝縮水がスロットルバルブに付着するのを防止する制御を実施するための条件である。言い換えれば、スロットルボディ２０に流入する吸気から凝縮水が生成されやすい状態であるか否かを判断するための条件のことである。
以下、凝縮水生成条件について、吸気の温度，吸気に含まれる水蒸気量，吸気の圧力の三つの要因に着目して説明する。なお、吸気には水蒸気が含有されることを前提とする。
以下、凝縮水生成条件について、吸気の温度，吸気に含まれる水蒸気量，吸気の圧力の三つの要因に着目して説明する。なお、吸気には水蒸気が含有されることを前提とする。
吸気は、温度が低くなるほど飽和水蒸気量が小さくなる。そのため、吸気の温度が低くなるほど、吸気に含まれる水蒸気の量（以下、「実水蒸気量」という）よりも飽和水蒸気量のほうが小さくなり、水蒸気が凝縮した水（以下、「凝縮水」という）が生成されやすくなる。
また、吸気の実水蒸気量が多いほど、飽和水蒸気量に対する実水蒸気量が多くなるため、凝縮水が生成されやすい。例えば、排気にはエンジン１における燃焼によって生成された水分（水蒸気）が含まれるため、排気が還流された吸気のほうが新気の吸気よりも実水蒸気量が多い傾向にある。
また、吸気は、圧力が高くなるほど飽和水蒸気量が小さくなる。そのため、吸気の圧力が高くなるほど、実水蒸気量よりも飽和水蒸気量のほうが小さくなり、凝縮水が生成されやすくなる。
また、吸気は、圧力が高くなるほど飽和水蒸気量が小さくなる。そのため、吸気の圧力が高くなるほど、実水蒸気量よりも飽和水蒸気量のほうが小さくなり、凝縮水が生成されやすくなる。
ここでは、下記の（Ａ１）〜（Ａ６）の少なくとも何れかに該当する場合に凝縮水生成条件が成立するものとしている。
（Ａ１）ＥＧＲバルブ５２が開放されていること。
（Ａ２）第一温度センサ９０により検出された温度が所定温度以下であること。
（Ａ３）第二温度センサ９１により検出された温度が所定温度以下であること。
（Ａ４）第三温度センサ９２により検出された温度が所定温度以下であること。
（Ａ５）湿度センサ９３により検出された湿度が所定湿度以上であること。
（Ａ６）ブーストセンサ９５により検出されたブースト圧が所定圧力以上であること。
（Ａ１）ＥＧＲバルブ５２が開放されていること。
（Ａ２）第一温度センサ９０により検出された温度が所定温度以下であること。
（Ａ３）第二温度センサ９１により検出された温度が所定温度以下であること。
（Ａ４）第三温度センサ９２により検出された温度が所定温度以下であること。
（Ａ５）湿度センサ９３により検出された湿度が所定湿度以上であること。
（Ａ６）ブーストセンサ９５により検出されたブースト圧が所定圧力以上であること。
上記（Ａ１）は、吸気に含まれる水蒸気量を要因とする凝縮水生成条件の成立に該当する。この（Ａ１）は、ＥＧＲ制御を実施しているときに該当する。このため、制御装置１００は、ＥＧＲ制御を実施しているか否かを判断することで、（Ａ１）に該当するか否かを判断することができる。
上記（Ａ２），（Ａ３）および（Ａ４）は、吸気の温度を要因とする凝縮水生成条件の成立に該当する。これらの（Ａ２），（Ａ３）および（Ａ４）における各所定温度は、吸気から凝縮水が生成されやすいか否かを判断する閾値として、予め実験的または経験的に設定される。これらの所定温度は、それぞれ異なる温度に設定されてもよいし、同温度に設定されてもよい。制御装置１００は、温度センサ９０，９１，９２の検出情報に基づいて、（Ａ２），（Ａ３）または（Ａ４）に該当するか否かを判断することができる。
上記（Ａ５）は、吸気の実水蒸気量を要因とする凝縮水生成条件の成立に該当する。この（Ａ５）における所定湿度は、吸気から凝縮水が生成されやすいか否かを判断する閾値として、予め実験的または経験的に設定される。制御装置１００は、湿度センサ９３の検出情報に基づいて、（Ａ５）に該当するか否かを判断することができる。
上記（Ａ６）は、吸気の圧力を要因とする凝縮水生成条件の成立に該当する。例えば、（Ａ６）はターボチャージャ４０による吸気の圧縮効率が高いときに成立する。この（Ａ６）における所定圧力は、吸気から凝縮水が生成されやすいか否かを判断する閾値として、予め実験的または経験的に設定される。制御装置１００は、ブーストセンサ９５の検出情報に基づいて、（Ａ６）に該当するか否かを判断することができる。
固着条件とは、スロットルバルブ２２が固着する条件のことである。制御装置１００は、スロットルポジションセンサ９４によりスロットルバルブ２２の固着が検出されているときに、固着条件の成否を判断することができる。
乾燥条件とは、吸気が乾燥する条件のことである。ここでは、湿度センサ９３により検出された湿度が（Ａ５）の所定湿度よりも低い第二の所定湿度以下であるときに乾燥条件の成立が判断される。エンジン１に流入する吸気の湿度が低ければ（すなわち、吸気が乾燥していると）、エンジン１のノッキングを招くおそれがある。そのため、第二の所定湿度は、エンジン１のノッキングを招くおそれがあるか否かの閾値として予め実験的または経験的に設定される。制御装置１００は、湿度センサ９３の検出情報に基づいて、乾燥条件の成否を判断することができる。
〈熱交換制御〉
熱交換制御では、エンジン冷却回路６０のエンジン冷却水による加熱度合いと空調冷却回路７０の空調冷媒による冷却度合いとが制御される。例えば、エンジン冷却水による加熱度合いと空調冷媒による冷却度合いとが同程度に制御されてもよいし、エンジン冷却水による加熱度合いよりも空調冷媒による冷却度合いのほうが増大されてもよい。
制御装置１００は、第一切替弁６５の開度を開放側または閉鎖側に制御することでエンジン冷却水による加熱度合いを増減させることができ、第二切替弁７５の開度を開放側または閉鎖側に制御することで空調冷媒による冷却度合いを増減させることができる。
熱交換制御では、エンジン冷却回路６０のエンジン冷却水による加熱度合いと空調冷却回路７０の空調冷媒による冷却度合いとが制御される。例えば、エンジン冷却水による加熱度合いと空調冷媒による冷却度合いとが同程度に制御されてもよいし、エンジン冷却水による加熱度合いよりも空調冷媒による冷却度合いのほうが増大されてもよい。
制御装置１００は、第一切替弁６５の開度を開放側または閉鎖側に制御することでエンジン冷却水による加熱度合いを増減させることができ、第二切替弁７５の開度を開放側または閉鎖側に制御することで空調冷媒による冷却度合いを増減させることができる。
エンジン冷却水ポンプ６１が電動であれば、エンジン冷却水ポンプ６１の回転速度を上昇または低下（すなわちエンジン冷却水の圧送量の増大または減少）させることで、エンジン冷却水による加熱度合いが制御されてもよい。この場合、制御装置１００は、回転速度を制御可能にエンジン冷却水ポンプ６１と接続される。同様に、コンプレッサ７１が電動であれば、コンプレッサ７１の回転速度を上昇または低下（すなわち空調冷媒の圧送量の増大または低下）させることで、空調冷媒による冷却度合いが制御されてもよい。この場合、制御装置１００は、回転速度を制御可能にコンプレッサ７１と接続される。
以下、熱交換制御について具体的に説明する。
熱交換制御は、凝縮水生成条件が成立した場合に第一熱交換制御が実施され、固着条件が成立した場合に第二熱交換制御が実施され、乾燥条件が成立した場合に第三熱交換制御が実施される。
第一熱交換制御では、エンジン冷却回路６０のエンジン冷却水による加熱度合いを増大させ、空調冷却回路７０の空調冷媒による冷却度合いを減少させる。このようにして、スロットルバルブ２２への凝縮水の付着を防止するための制御が実施される。
熱交換制御は、凝縮水生成条件が成立した場合に第一熱交換制御が実施され、固着条件が成立した場合に第二熱交換制御が実施され、乾燥条件が成立した場合に第三熱交換制御が実施される。
第一熱交換制御では、エンジン冷却回路６０のエンジン冷却水による加熱度合いを増大させ、空調冷却回路７０の空調冷媒による冷却度合いを減少させる。このようにして、スロットルバルブ２２への凝縮水の付着を防止するための制御が実施される。
さらに、制御装置１００は、凝縮水生成条件の成立下において、スロットルボディ２０に流入する吸気から凝縮水が生成されやすくなるほど、エンジン冷却回路６０のエンジン冷却水による加熱度合いを更に増大させ、空調冷却回路７０の空調冷媒による冷却度合いを更に減少させてもよい。延いては、エンジン冷却回路６０のエンジン冷却水による加熱度合いを最も増大させ、空調冷却回路７０の空調冷媒による冷却を停止してもよい。
一方で、スロットルボディ２０に流入する吸気の温度が高いほど空調冷却回路７０の空調冷媒による冷却度合いの減少度合いを抑える、延いては、空調冷媒による冷却度合いを増大させてもよい。
第二熱交換制御では、少なくともエンジン冷却水による加熱度合いが増大される。合わせて、空調冷媒による冷却度合いが減少されることが好ましい。
第三熱交換制御では、少なくとも空調冷媒による冷却度合いが減少される。
第二熱交換制御では、少なくともエンジン冷却水による加熱度合いが増大される。合わせて、空調冷媒による冷却度合いが減少されることが好ましい。
第三熱交換制御では、少なくとも空調冷媒による冷却度合いが減少される。
［２．作用および効果］
本発明の一実施形態における熱交換機構は、上述したように構成されるため、以下のような作用及び効果を得ることができる。
本熱交換機構によれば、ボア部２０ａを流通する吸気が、スロットルバルブ２２よりも上流側でエンジン冷却回路６０を流通するエンジン冷却水によって加熱される。したがって、スロットルバルブ２２よりも上流側の吸気（以下、「上流側吸気」という）は、温度が上昇することで、飽和水蒸気量が大きくなる。そのため、上流側吸気は、実水蒸気量よりも飽和水蒸気量のほうが大きくなりやすくなる。言い換えれば、上流側吸気では、飽和水蒸気量と実水蒸気量との差が確保されやすくなる。よって、上流側吸気から水が凝縮されにくくなり、スロットルバルブ２２への凝縮水の付着を抑えることができる。
本発明の一実施形態における熱交換機構は、上述したように構成されるため、以下のような作用及び効果を得ることができる。
本熱交換機構によれば、ボア部２０ａを流通する吸気が、スロットルバルブ２２よりも上流側でエンジン冷却回路６０を流通するエンジン冷却水によって加熱される。したがって、スロットルバルブ２２よりも上流側の吸気（以下、「上流側吸気」という）は、温度が上昇することで、飽和水蒸気量が大きくなる。そのため、上流側吸気は、実水蒸気量よりも飽和水蒸気量のほうが大きくなりやすくなる。言い換えれば、上流側吸気では、飽和水蒸気量と実水蒸気量との差が確保されやすくなる。よって、上流側吸気から水が凝縮されにくくなり、スロットルバルブ２２への凝縮水の付着を抑えることができる。
また、エンジン冷却回路６０を流通するエンジン冷却水により、スロットルバルブ２２よりも上流側のボア部２０ａの表面温度、すなわち、上流内壁面２１１ａの温度が上昇する。そのため、吸気中の水分が上流内壁面２１１ａに結露するのを抑えることができる。この点からも、スロットルバルブ２２への凝縮水の付着を抑えることができる。
さらに、スロットルボディ２０では、スロットルバルブ２２が、上流側のエンジン冷却回路６０により加熱されるとともに下流側の空調冷却回路７０により冷却される。したがって、スロットルバルブ２２ではエンジン冷却回路６０および空調冷却回路７０それぞれからの熱エネルギーが打ち消しあうことになる。このことから、一系統の冷却回路がスロットルボディに設けられた機構に比較して、吸気を冷却する場合に、スロットルバルブ２２の温度変化が抑えられる。つまり、吸気の温度に対してスロットルバルブ２２の温度が低くなるのを抑えることができる。よって、スロットルバルブ２２によって吸気が冷却されることで凝縮水が生成されるのを抑えることができ、スロットルバルブ２２への凝縮水の付着を抑えることができる。
凝縮水は、スロットルバルブの固着を誘発し、スロットルバルブの動作を不安定にさせる一因となる。しかしながら、本熱交換機構によれば、スロットルバルブ２２への凝縮水の付着が抑えられるため、スロットルバルブ２２の固着を抑えることができ、スロットルバルブ２２を安定して作動させることができる。
例えば、スロットルバルブは、凝縮水が付着したままエンジン１が停止され、冬期や寒冷地といった低温環境下におかれることで、凝縮水の凍結により固着するおそれがある。しかしながら、本熱交換機構によれば、スロットルバルブ２２への凝縮水の付着が抑えられるため、凝縮水の凍結によってスロットルバルブ２２が固着するのを抑えることができる。このようにして、スロットルバルブ２２の固着を未然に防ぐことができる。
例えば、スロットルバルブは、凝縮水が付着したままエンジン１が停止され、冬期や寒冷地といった低温環境下におかれることで、凝縮水の凍結により固着するおそれがある。しかしながら、本熱交換機構によれば、スロットルバルブ２２への凝縮水の付着が抑えられるため、凝縮水の凍結によってスロットルバルブ２２が固着するのを抑えることができる。このようにして、スロットルバルブ２２の固着を未然に防ぐことができる。
また、本熱交換機構によれば、ボア部２０ａを流通する吸気が、スロットルバルブ２２よりも下流側で空調冷却回路７０を流通する空調冷媒によって冷却される。そのため、例えばエンジン冷却回路６０による加熱度合いよりも空調冷却回路７０による冷却度合いを大きくすることで、ボア部２０ａに流入する吸気の温度よりもボア部２０ａから流出する吸気の温度を低くすることができる。このようにして、スロットルボディ２０で吸気を冷却することができる。よって、エンジン１の充填効率を向上させることができる。したがって、エンジン１の出力を確保することができる。さらに、開度が絞られたスロットルバルブ２２を膨張弁として機能させることで、下流側吸気の冷却効率を向上させることもできる。
このようにして、スロットルバルブ２２を安定して作動させることができるとともにエンジン１の出力を確保することができる。
このようにして、スロットルバルブ２２を安定して作動させることができるとともにエンジン１の出力を確保することができる。
排気にはエンジン１における燃焼によって生成された水分（水蒸気）が含まれるため、排気が還流された吸気のほうが新気の吸気よりも実水蒸気量が多い傾向にある。具体的に言えば、ＥＧＲ通路５０によって還流された排気を含む吸気は、新気よりも多くの水分を含んでいることが多い。そのため、ＥＧＲ通路５０が設けられていると凝縮水が生成されやすい。
また、吸気は、圧力が高くなるほど凝縮水が生成されやすい。具体的に言えば、ターボチャージャ４０によって圧縮された吸気は、凝縮水が生成されやすい。そのため、ターボチャージャ４０が設けられていると凝縮水が生成されやすい。
また、吸気は、圧力が高くなるほど凝縮水が生成されやすい。具体的に言えば、ターボチャージャ４０によって圧縮された吸気は、凝縮水が生成されやすい。そのため、ターボチャージャ４０が設けられていると凝縮水が生成されやすい。
しかしながら、本熱交換機構によれば、ＥＧＲ通路５０やターボチャージャ４０が設けられることで凝縮水が生成されやすいとしても、スロットルバルブ２２への凝縮水の付着を効果的に抑えることができ、延いては、スロットルバルブ２２の固着を効果的に抑えることができる。よって、スロットルバルブ２２を確実に作動させることができる。
ＥＧＲ通路５０によって還流される排気の量が抑えられれば、凝縮水の生成は抑えられるものの、排気の還流に関する制御性が低下する。また、ターボチャージャ４０のコンプレッサ４２による吸気の過給が抑えられれば、凝縮水の生成は抑えられるものの、吸気の充填効率を確保することができないおそれがある。しかしながら、本熱交換機構によれば、凝縮水の生成を抑えることができるため、排気の還流に関する制御性を向上させることができ、また、吸気の充填効率を確実に向上させることができる。
ＥＧＲ通路５０によって還流される排気の量が抑えられれば、凝縮水の生成は抑えられるものの、排気の還流に関する制御性が低下する。また、ターボチャージャ４０のコンプレッサ４２による吸気の過給が抑えられれば、凝縮水の生成は抑えられるものの、吸気の充填効率を確保することができないおそれがある。しかしながら、本熱交換機構によれば、凝縮水の生成を抑えることができるため、排気の還流に関する制御性を向上させることができ、また、吸気の充填効率を確実に向上させることができる。
スロットルバルブ２２よりも下流側の吸気（以下、「下流側吸気」という）は、空調冷却回路７０によって冷却されるため、凝縮水が生成されやすい。言い換えれば、下流側吸気は除湿されやすい。また、空調冷却回路７０を流通する空調冷媒により、スロットルバルブ２２よりも下流側のボア部２０ａの表面温度、すなわち、下流内壁面２１２ａの温度が低下する。そのため、吸気中の水分が下流内壁面２１２ａに結露して凝縮水が生成されやすくなる。これに対し、下流ボア壁部２１２の下部に排水口２９ａが穿設されているため、下流内壁面２１２ａに結露した凝縮水を排出することができる。また、エンジン１への凝縮水の流入を抑えることができる。よって、エンジン１の燃焼を安定させることができ、エンジンストールやウォータハンマといった不具合の発生を抑えることができる。さらに、下流側吸気が除湿されることで、エンジン１の安定燃焼に寄与しうる。
エンジン冷却回路６０に上流ボア部２０１の上流内壁面２１１ａに沿った曲面形状のスペーサ６９が挿入されていれば、上流ボア部２０１の温度分布を適正化することができ、温度調節機能を向上させることができる。同様に、空調冷却回路７０の下流ボア部２０２の下流内壁面２１２ａに沿った曲面形状のスペーサ７９が挿入されていれば、下流ボア部２０２の温度分布を適正化することができ、温度調節機能を向上させることができる。
エンジン冷却回路６０を流通するエンジン冷却水はエンジン１を冷却する。逆に言えば、エンジン冷却水はエンジン１によって昇温される。そのため、エンジン冷却水がスロットルボディ２０におけるエンジン冷却回路６０において放熱することで、上流ボア壁部２１１および上流ボア部２０１を流通する上流側吸気を確実に加熱することができる。
一方、空調冷却回路７０を流通する空調用の空調冷媒は、エンジン冷却水よりも比較的低温であり、ここではエバポレータ７４で放熱した後にスロットルボディ２０を流通する。そのため、空調冷媒がスロットルボディ２０における空調冷却回路７０（すなわちサブ回路７０ｂ）において吸熱することで、下流ボア壁部２１２とこの内部の下流ボア部２０２を流通する下流側吸気を確実に冷却することができる。
スロットルボディ２０において、上流側の熱交換回路にエンジン１を冷却するエンジン冷却回路６０を兼用し、また、下流側の熱交換回路に空調用の空調冷却回路７０を兼用しているため、例えばスロットルボディ２０に熱交換回路を別途の設ける必要がない。したがって、製造コストを低減させることができ、熱交換機構の小型化に寄与する。
スロットルボディ２０において、上流側の熱交換回路にエンジン１を冷却するエンジン冷却回路６０を兼用し、また、下流側の熱交換回路に空調用の空調冷却回路７０を兼用しているため、例えばスロットルボディ２０に熱交換回路を別途の設ける必要がない。したがって、製造コストを低減させることができ、熱交換機構の小型化に寄与する。
制御装置１００は、エンジン冷却水による加熱度合いと空調冷媒による冷却度合いとを制御するため、上流側吸気の加熱度合いと下流側吸気の冷却度合いとを調節することができる。
具体的には、制御装置１００は、第一熱交換制御において、エンジン冷却回路６０のエンジン冷却水による加熱度合いを増大させ、空調冷却回路７０の空調冷媒による冷却度合いを減少させるため、上流側吸気が温度上昇しやすく、下流側吸気が温度低下しにくくなる。よって、凝縮水が生成されやすい凝縮水生成条件の成立下で、凝縮水の生成を抑えることができる。延いては、スロットルバルブ２２の固着を効果的に抑えることができ、スロットルバルブ２２を更に安定して作動させることができる。
具体的には、制御装置１００は、第一熱交換制御において、エンジン冷却回路６０のエンジン冷却水による加熱度合いを増大させ、空調冷却回路７０の空調冷媒による冷却度合いを減少させるため、上流側吸気が温度上昇しやすく、下流側吸気が温度低下しにくくなる。よって、凝縮水が生成されやすい凝縮水生成条件の成立下で、凝縮水の生成を抑えることができる。延いては、スロットルバルブ２２の固着を効果的に抑えることができ、スロットルバルブ２２を更に安定して作動させることができる。
また、制御装置１００は、第二熱交換制御においてエンジン冷却水による加熱度合いを増大させるため、スロットルバルブ２２を昇温させることができる。この場合、空調冷媒に冷却度合いが減少されていれば、スロットルバルブ２２を効率よく昇温させることができる。これにより、固着条件の成立下で、例えば凍結によって固着したスロットルバルブ２２を解凍することができる。このようにして、スロットルバルブ２２を作動させることができる。
また、制御装置１００は、第三熱交換制御において空調冷媒による冷却度合いを減少させるため、乾燥条件の成立下で吸気の湿度低下を抑えることができ、延いては、エンジン１におけるノッキングの発生を抑えることができる。
また、制御装置１００は、第三熱交換制御において空調冷媒による冷却度合いを減少させるため、乾燥条件の成立下で吸気の湿度低下を抑えることができ、延いては、エンジン１におけるノッキングの発生を抑えることができる。
なお、制御装置１００によって、エンジン冷却水による加熱度合いと空調冷媒による冷却度合いとが同程度にされれば、スロットルバルブ２２の温度は略変化しない。また、エンジン冷却水によって昇温された上流側吸気がスロットルバルブ２２に向かう。そのため、ボア部２０ａに流入する吸気とボア部２０ａから流出する吸気との温度差を抑えたうえで、上流側吸気の温度を昇温させることができる。よって、スロットルバルブ２２への凝縮水の付着を抑えることができる。延いては、スロットルバルブ２２の固着を未然に防ぐことができ、昇温された上流側吸気によってスロットルバルブ２２を昇温させることができる。
また、制御装置１００によってエンジン冷却水による加熱度合いよりも空調冷媒による冷却度合いのほうが増大させられれば、スロットルボディ２０のボア部２０ａにおいて吸気を冷却することができる。この場合、一系統の冷却回路がスロットルボディに設けられたスロットルバルブの温度に比較して、スロットルバルブ２２の温度変化が抑えられ、また、上流側吸気が昇温される。よって、スロットルバルブ２２への凝縮水の付着を抑えつつ、吸気を冷却することができる。
〔ＩＩ．変形例〕
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。上述した一実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、適宜組み合わせてもよい。
以下、本発明の変形例を説明する。変形例で説明する点を除いては上述した一実施形態と同様の構成になっており、これらについては、同様の符号を付し、各部の説明を省略する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。上述した一実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、適宜組み合わせてもよい。
以下、本発明の変形例を説明する。変形例で説明する点を除いては上述した一実施形態と同様の構成になっており、これらについては、同様の符号を付し、各部の説明を省略する。
［１．配設箇所の異なるスロットルボディ］
［１−１．インマニにスロットルボディを配設した例］
上述の一実施形態では、スロットルボディ２０が吸気通路１０においてインタークーラ１２とサージタンク１３との間に配置されたものを説明したが、このような配置に替えて、図５に示すように、スロットルボディ２０′がインマニ１４に介装されていてもよい。
［１−１．インマニにスロットルボディを配設した例］
上述の一実施形態では、スロットルボディ２０が吸気通路１０においてインタークーラ１２とサージタンク１３との間に配置されたものを説明したが、このような配置に替えて、図５に示すように、スロットルボディ２０′がインマニ１４に介装されていてもよい。
スロットルボディ２０′は、インマニ１４の分岐管１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄそれぞれに対応したスロットルバルブ２２′ａ，２２′ｂ，２２′ｃ，２２′ｄを内蔵している。このスロットルボディ２０′は、吸気通路１０をなす分岐管１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄそれぞれに対応してボア部２０′ａ，２０′ｂ，２０′ｃ，２０′ｄが配置された多連型である。ここでは、スロットルボディ２０′が所謂四連スロットル型に構成されている。
これらのスロットルバルブ２２′ａ，２２′ｂ，２２′ｃ，２２′ｄは、共通のスロットルシャフト２２１を介して９０°回転自在に支持されている。
このように構成されたスロットルボディ２０′において、エンジン冷却回路６０′の第四分岐路６０′ｄと空調冷却回路７０′のサブ回路７０′ｂとのそれぞれが、ボア部２０′ａ，２０′ｂ，２０′ｃ，２０′ｄそれぞれの外周を覆うようにボア部２０′ａ，２０′ｂ，２０′ｃ，２０′ｄの並ぶ方向に沿って連設されている。言い換えれば、ボア部２０′ａ，２０′ｂ，２０′ｃ，２０′ｄの並ぶ方向に沿って、エンジン冷却回路６０′の第四分岐路６０′ｄと空調冷却回路７０′のサブ回路７０′ｂとのそれぞれが延びて設けられている。
このように構成されたスロットルボディ２０′において、エンジン冷却回路６０′の第四分岐路６０′ｄと空調冷却回路７０′のサブ回路７０′ｂとのそれぞれが、ボア部２０′ａ，２０′ｂ，２０′ｃ，２０′ｄそれぞれの外周を覆うようにボア部２０′ａ，２０′ｂ，２０′ｃ，２０′ｄの並ぶ方向に沿って連設されている。言い換えれば、ボア部２０′ａ，２０′ｂ，２０′ｃ，２０′ｄの並ぶ方向に沿って、エンジン冷却回路６０′の第四分岐路６０′ｄと空調冷却回路７０′のサブ回路７０′ｂとのそれぞれが延びて設けられている。
なお、本変形例では、インマニ１４が四つの分岐管１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを有するものを例示したが、少なくとも二本以上の分岐管が設けられていればよい。この場合、分岐管の本数に応じた個数のスロットルバルブが設けられる。
このように構成された熱交換機構によれば、ボア部２０′ａ，２０′ｂ，２０′ｃ，２０′ｄのそれぞれに、例えば分岐したエンジン冷却回路や分岐した空調冷却回路を設けることを要せず、配管構造を簡素化することができる。
スロットルボディ２０′がエンジン１に連結されたインマニ１４に介装されるため、エンジン１に流入する直前の吸気に対して、凝縮水の生成を抑えつつ冷却することができる。また、エンジン冷却回路６０′の配管を短くすることもできる。これにより、構造の簡素化に寄与し、重量増加の抑制に寄与しうる。
スロットルボディ２０′がエンジン１に連結されたインマニ１４に介装されるため、エンジン１に流入する直前の吸気に対して、凝縮水の生成を抑えつつ冷却することができる。また、エンジン冷却回路６０′の配管を短くすることもできる。これにより、構造の簡素化に寄与し、重量増加の抑制に寄与しうる。
もちろん、エンジン１のレスポンスの向上やエンジン１の周辺構造の小型化といった一般的な四連スロットルによって得られる効果を奏することもできる。
その他、上述した一実施形態の熱交換機構による効果を得ることもできる。
その他、上述した一実施形態の熱交換機構による効果を得ることもできる。
［１−２．インタークーラよりも上流側にスロットルボディを配設した例］
また、吸気通路１０においてコンプレッサ４２とインタークーラ１２との間にスロットルボディが設けられていてもよい。この場合、制御装置１００は、湿度センサ９３により検出された湿度が高いほど、下流側吸気を冷却することで吸気の除湿を促すことが好ましい。
また、吸気通路１０においてコンプレッサ４２とインタークーラ１２との間にスロットルボディが設けられていてもよい。この場合、制御装置１００は、湿度センサ９３により検出された湿度が高いほど、下流側吸気を冷却することで吸気の除湿を促すことが好ましい。
このような構成によれば、コンプレッサ４２で圧縮された吸気がスロットルボディのボア部を流通する。この吸気は圧縮されているため凝縮水が生成されやすいものの、本熱交換機構によれば、スロットルバルブへの凝縮水の付着を効果的に抑えることができ、延いては、固着が効果的に抑えられてスロットルバルブを確実に作動させることができる。
また、インタークーラ１２で冷却される前の吸気がスロットルバルブのボア部を流通する。そのため、スロットルバルブにおける下流側吸気から凝縮水を排水口から排水したうえで、吸気をインタークーラ１２に供給することができる。したがって、インタークーラ１２の内部における凝縮水の付着を抑えることができる。よって、スロットルバルブから流出した凝縮水の付着によるインタークーラ１２の腐食を防ぎ、冷却効率の低下を抑えることができる。湿度センサ９３により検出された湿度が高いほど下流側吸気が冷却されれば、インタークーラ１２の腐食と冷却効率の低下とを効率よく抑えることができる。
［２．吸排気系の構成が置換または省略された例］
上述の一実施形態では、ＥＧＲ通路５０およびインタークーラ１２が設けられたものを説明したが、ＥＧＲ通路５０またはインタークーラ１２は設けられていなくてもよい。また、ターボチャージャ４０に替えてまたは加えて、エンジン１により駆動されるスーパーチャージャ（過給機）が設けられていてもよい。
上述の一実施形態では、ＥＧＲ通路５０およびインタークーラ１２が設けられたものを説明したが、ＥＧＲ通路５０またはインタークーラ１２は設けられていなくてもよい。また、ターボチャージャ４０に替えてまたは加えて、エンジン１により駆動されるスーパーチャージャ（過給機）が設けられていてもよい。
［３．その他の例］
上述の一実施形態では、排水口２９ａがスロットルボディ２０，２０′に穿設されたものを示したが、スロットルボディ２０，２０′よりも下流側であってエンジン１よりも上流側の吸気通路１０に排水口が穿設され、この排水口に排水管が接続されていてもよい。この場合、下流側吸気から生成された凝縮水を確実に排水することができる。一方、排水口を省略してもよい。この場合、製造コストを低減させることができる。
上述の一実施形態では、排水口２９ａがスロットルボディ２０，２０′に穿設されたものを示したが、スロットルボディ２０，２０′よりも下流側であってエンジン１よりも上流側の吸気通路１０に排水口が穿設され、この排水口に排水管が接続されていてもよい。この場合、下流側吸気から生成された凝縮水を確実に排水することができる。一方、排水口を省略してもよい。この場合、製造コストを低減させることができる。
また、エンジン冷却回路６０，６０′のエンジン冷却水および空調冷却回路７０，７０′の空調冷媒がスロットルボディ２０，２０′のボア壁部２１に設けられた空間を流通する構造を示したが、このような構造に限定されるものではない。例えば、ボア壁部を空間が設けられない中実の構造とし、このボア壁部の外周にエンジン冷却回路や空調冷却回路が巻回される構造を採用してもよい。
本熱交換機構が適用されるエンジン１は、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンであってもよい。エンジン１がディーゼルエンジンの場合には、排気処理装置３２として、三元触媒コンバータに替えて、酸化触媒（所謂ＤＯＣ）やフィルタ（所謂ＤＰＦ）などが用いられる。
また、下流側吸気を、空調冷却回路７０，７０′で冷却するものを示したが、ＩＣ冷却回路８０で冷却してもよい。すなわち、下流ボア部２０２の外周にＩＣ冷却回路８０が設けられていてもよい。このＩＣ冷却回路８０を流通するＩＣ冷媒は、空調冷媒と同様に、エンジン冷却水よりも比較的低温であり、吸気よりも低温となりやすい。このため、上述したように、下流側吸気を冷却することができる。
さらに、ＩＣ冷却回路８０と空調冷却回路７０，７０′とが連通されていてもよい。つまり、ＩＣ冷却回路８０と空調冷却回路７０，７０′とで共通の冷媒を用いてもよい。
さらに、ＩＣ冷却回路８０と空調冷却回路７０，７０′とが連通されていてもよい。つまり、ＩＣ冷却回路８０と空調冷却回路７０，７０′とで共通の冷媒を用いてもよい。
１ エンジン（内燃機関）
１ａ シリンダ
１０ 吸気通路
１１ エアクリーナ
１２ インタークーラ（冷却装置）
１３ サージタンク
１４ インテークマニホールド
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 分岐管
２０ スロットルボディ
２０ａ，２０′ａ，２０′ｂ，２０′ｃ，２０′ｄ ボア部
２０１ 上流ボア部
２０２ 下流ボア部
２１ ボア壁部
２１１ 上流ボア壁部
２１２ 下流ボア壁部
２１ａ ボア内壁面（内壁面）
２１１ａ 上流内壁面
２１２ａ 下流内壁面
２２，２２′ａ，２２′ｂ，２２′ｃ，２２′ｄ スロットルバルブ
２２ａ，２２１ スロットルシャフト
２９ 排水管
２９ａ 排水口
３０ 排気通路
４０ ターボチャージャ（過給機）
５０ ＥＧＲ通路
６０ エンジン冷却回路（内燃機関冷却回路，第一回路）
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ 分岐路
６０ｅ，６０ｆ 合流路
６１ エンジン冷却水ポンプ
６２ ラジエータ
６３ サーモスタット
６５ 第一切替弁
６９ スペーサ
７０ 空調冷却回路（第二回路）
７０ａ メイン回路
７０ｂ サブ回路
７１ コンプレッサ
７２ コンデンサ
７３ 膨張弁
７４ エバポレータ
７４ａ ブロア
７５ 第二切替弁
７９ スペーサ
８０ ＩＣ冷却回路
８１ ＩＣ冷媒ポンプ
８２ 放熱器
９０，９１，９２ 温度センサ
９３ 湿度センサ
９４ スロットルポジションセンサ
９５ ブーストセンサ
１００ 制御装置
Ａ1，Ａ2，Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3， 分岐箇所，合流箇所
１ａ シリンダ
１０ 吸気通路
１１ エアクリーナ
１２ インタークーラ（冷却装置）
１３ サージタンク
１４ インテークマニホールド
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 分岐管
２０ スロットルボディ
２０ａ，２０′ａ，２０′ｂ，２０′ｃ，２０′ｄ ボア部
２０１ 上流ボア部
２０２ 下流ボア部
２１ ボア壁部
２１１ 上流ボア壁部
２１２ 下流ボア壁部
２１ａ ボア内壁面（内壁面）
２１１ａ 上流内壁面
２１２ａ 下流内壁面
２２，２２′ａ，２２′ｂ，２２′ｃ，２２′ｄ スロットルバルブ
２２ａ，２２１ スロットルシャフト
２９ 排水管
２９ａ 排水口
３０ 排気通路
４０ ターボチャージャ（過給機）
５０ ＥＧＲ通路
６０ エンジン冷却回路（内燃機関冷却回路，第一回路）
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ 分岐路
６０ｅ，６０ｆ 合流路
６１ エンジン冷却水ポンプ
６２ ラジエータ
６３ サーモスタット
６５ 第一切替弁
６９ スペーサ
７０ 空調冷却回路（第二回路）
７０ａ メイン回路
７０ｂ サブ回路
７１ コンプレッサ
７２ コンデンサ
７３ 膨張弁
７４ エバポレータ
７４ａ ブロア
７５ 第二切替弁
７９ スペーサ
８０ ＩＣ冷却回路
８１ ＩＣ冷媒ポンプ
８２ 放熱器
９０，９１，９２ 温度センサ
９３ 湿度センサ
９４ スロットルポジションセンサ
９５ ブーストセンサ
１００ 制御装置
Ａ1，Ａ2，Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3， 分岐箇所，合流箇所
Claims (10)
- 内燃機関の吸気通路に介装され、吸気の流通量を調整するスロットルバルブを有するスロットルボディと、
前記スロットルボディ内の前記吸気通路となるボア部の外周で前記スロットルバルブよりも吸気流通方向上流側に配置されて吸気よりも高温の第一熱媒体が流通する第一回路と、
前記ボア部の外周で前記スロットルバルブよりも吸気流通方向下流側に配置されて吸気よりも低温の第二熱媒体が流通する第二回路と、を備えた
ことを特徴とする、熱交換機構。 - 前記吸気通路が複数の列をなして並んで設けられ、
前記スロットルボディは、前記吸気通路のそれぞれに対応して前記ボア部が配置された多連型であって、
前記第一回路および前記第二回路のそれぞれが、前記ボア部のそれぞれの外周を覆うように前記ボア部の並ぶ方向に沿って連設された
ことを特徴とする、請求項１に記載の熱交換機構。 - 前記内燃機関から流出する排気が流通する排気通路と前記吸気通路とを連通して前記排気通路内の排気を前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路を備えた
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換機構。 - 前記吸気通路において前記スロットルバルブよりも吸気流通方向下流側に設けられ、結露した凝縮水を排出する排水口を備えた
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の熱交換機構。 - 前記ボア部の内壁面に沿った曲面形状に形成され、前記第一回路および前記第二回路内のそれぞれに挿入されたスペーサを備えた
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の熱交換機構。 - 前記第一回路は、前記内燃機関を冷却する前記第一熱媒体が循環して流通する内燃機関冷却回路である
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の熱交換機構。 - 前記吸気通路において前記スロットルボディよりも吸気流通方向下流側に介装され、吸気を冷却する冷却装置を備えた
ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の熱交換機構。 - 前記第二回路は、空調用の前記第二熱媒体が循環して流通する空調冷却回路である
ことを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載の熱交換機構。 - 前記吸気通路において前記スロットルボディよりも吸気流通方向上流側に介装され、吸気を過給する過給機を備えた
ことを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載の熱交換機構。 - 前記第一回路の前記第一熱媒体による加熱度合いと前記第二回路の前記第二熱媒体による冷却度合いとを制御する制御装置を備えた
ことを特徴とする、請求項１〜９の何れか１項に記載の熱交換機構。
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-
2014
- 2014-12-26 JP JP2014265250A patent/JP6421596B2/ja active Active
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