JP2017101611A - 内燃機関の吸気冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気流れの方向に対してインタークーラの熱交換部に流す冷却水の向きを変えることにより冷却効率を制御して、インタークーラにおける凝縮水発生を抑えることを目的とする。【解決手段】吸気を冷却する水冷式インタークーラ１５と、冷却水を循環させる循環ポンプ６１と、下流側熱交換部５３ｂから上流側熱交換部５３ａに冷却水を流す第１冷却水流回路６３ａと、上流側熱交換部５３ａから下流側熱交換部５３ｂに冷却水を流す第２冷却水流回路６３ｂと、第１冷却水流回路６３ａの流れと第２冷却水流回路６３ｂの流れを切換える冷却水流切換部（循環ポンプ）６１と、熱交換部５３を通過する吸気の吸気温度が吸気に含まれる水分の凝縮温度以下の場合には、第２冷却水流回路６３ｂの流れに切換える制御装置７１と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関の吸気冷却装置に関し、特に、インタークーラでの凝縮水の生成を抑制する吸気冷却装置に関する。

一般に、内燃機関の出力向上、燃費改善を図るため排ガスを利用した排気ターボチャージャ等の過給機が多用されている。排気ターボチャージャは、排気通路を流れる排ガスによって排気タービンを駆動し、排気タービンと同軸的に連結されたコンプレッサによって、空気を過給し、内燃機関の出力を上げている。
過給された空気は温度上昇により、空気密度が低くなっているため、コンプレッサの吸気通路下流側に、インタークーラを配置して、吸気を冷却して空気密度を高くすることにより、内燃機関の出力を向上させている。

排気ターボチャージャにて圧縮された空気は、高温高圧になっており、この高温高圧の状態から冷却されて、温度、圧力が共に下がるため、空気中に含まれていた水分が凝縮して液状になる。特に、排気ガスをコンプレッサの上流側に還流する低圧ループＥＧＲを採用した場合に、凝縮水は生成されやすい。
液状になった凝縮水はインタークーラの重力方向の低い部分に溜まる。溜まった凝縮水は、吸気通路断面積を小さくして、内燃機関の出力低下又は、エンジンストップ、排ガス中に含まれている酸性物質による吸気管の腐食等を起こす。更には、寒冷地において、凝縮水が溜まった状態で運転終了後、翌朝、凝縮水が凍結して、吸気管閉塞状態が生じる等の場合がある。

インタークーラにおける凝縮水の発生を抑制するものとして、特許文献１が開示されている。
特許文献１によると、高温の冷却水が流通する高温系冷却水通路と、低温の冷却水が流通する冷却水通路と、を備え、低温系冷却水通路はインタークーラを通って循環する冷却水通路を形成し、高温系冷却水通路は内燃機関の本体部を通って循環する冷却水通路を形成しており、高温系冷却水通路と低温系冷却水通路とを連通する２つの連通路の夫々に制御弁を設けて、インタークーラから流出するガスの温度が露点温度よりも高くなるように、連通路の夫々の制御弁を制御することが示されている。

特開２０１４−１５６８０４号公報

ところが、特許文献１には、インタークーラを通って循環する低温系冷却水通路に対して、内燃機関の本体部を通って循環する高温系冷却水通路の冷却水を導入する構成であり、高温系冷却水通路と低温系冷却水通路とを連通する２つの連通路の夫々に制御弁を設けて、インタークーラから流出するガスの温度が露点温度よりも高くなるように制御するため、配管構造及び制御弁の制御構成が複雑化して装置が大型化する。
また、特許文献１には、インタークーラが設置される吸気通路を流れる吸気流の方向に対するインタークーラの熱交換部の配置関係や、吸気流の方向に対する熱交換部への冷却水の水流の向きまでを特定した技術は開示されていない。

水冷式インタークーラは、吸気通路中に設置したインタークーラに冷却水の出入り口を設け、冷却水を一方向で循環し、高温になった吸気を冷却する構成であるため、冷却水の導入方向においては、設置レイアウトの制約にもよるが、冷却効率が高くなるように、吸気の流れに対して対向する方向で冷却水を流す、向流方式が理想的である。また、吸気を暖気したい場合においては、吸気流れに対して並行して冷却水を流す並流方式の方が向流方式より効率が良い場合がある。
従って、吸気流れの方向に対してインタークーラの熱交換部に冷却水を流す向きを変えることで、冷却効率を変化させることが可能である。

そこで、これら技術的課題及び知見に鑑み、本発明の少なくとも一つの実施形態は、内燃機関の吸気流れの方向に対してインタークーラの熱交換部に流す冷却水の向きを変えることにより冷却効率を制御して、インタークーラにおける凝縮水発生を抑える内燃機関の吸気冷却装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る内燃機関の吸気冷却装置は、内燃機関の吸気通路に設置され、吸気を冷却する水冷式インタークーラと、循環ポンプによって圧送された冷却水が前記水冷式インタークーラとラジエータとを循環するように形成された冷却水回路と、前記吸気通路に設置される前記水冷式インタークーラの熱交換部を構成し、吸気流に対して上流側に設置される上流側熱交換部と、該上流側熱交換部の下流側に設置される下流側熱交換部と、前記下流側熱交換部に流入して前記上流側熱交換部から流出する方向に前記冷却水を流す第１冷却水流回路と、前記上流側熱交換部に流入して前記下流側熱交換部から流出する方向に前記冷却水を流す第２冷却水流回路と、前記第１冷却水流回路の流れと前記第２冷却水流回路の流れとを切換える冷却水流切換部と、前記冷却水流切制部による冷却水流方向の切換えを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記水冷式インタークーラの熱交換部を通過する吸気の吸気温度が吸気に含まれる水分の凝縮温度以下の場合には、冷却水流切換部によって前記第２冷却水流回路の流れに切換えることを特徴とする。

前記構成（１）によれば、水冷式インタークーラの熱交換部を通過する吸気の吸気温度が吸気に含まれる水分の凝縮温度以下の場合には、第２冷却水流回路に切換えられることで、冷却水は上流側熱交換部に流入して下流側熱交換部から流出されるようになる。この場合には、吸気流の方向と冷却水流の方向が同方向になり、所謂並流方式の冷却となる。
なお、水冷式インタークーラの熱交換部を通過する吸気の吸気温度が吸気に含まれる水分の凝縮温度以下ではない場合には、冷却効率が高くなるように、冷却水は下流側熱交換部に流入して上流側熱交換部から流出されるように第１冷却水流回路によって流れる。この第１冷却水流回路による流れの場合には、吸気流の方向と冷却水流の方向が逆方向になり、所謂向流方式の冷却となる。

従って、第２冷却水流回路に切換えられることで、水冷式インタークーラに流入する吸気は、上流側熱交換部に流入するため、最も冷却されている冷却水が吸気と接触することで、吸気と冷却水との温度差が大きいことから上流側熱交換部では冷却効果が大きい。しかし下流側熱交換部では吸気と冷却水との温度差が小さくなることから、吸気の冷却効率は上流側熱交換部より小さい。このため、熱交換部全体として向流方式の冷却に比べて並流方式の冷却効率は低下する。なお、向流方式の冷却効率は並流方式の冷却効率より一般的に大きいものである。

従って、向流方式の冷却から並流方式に切換えることで、熱交換部全体としての冷却効率は下がり、吸気の温度低下は抑えられて、凝縮水の発生が抑えられる。
このため、並流方式に切換えることで、向流方式において生成していた凝縮水を簡単な構成によって解消することが可能になる。

（２）幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、前記制御部は、前記水冷式インタークーラの出口吸気温度を検出する吸気温度センサを設け、該吸気温度センサからの信号に基づいて前記第２冷却水流回路の流れに切換えることを特徴とする。

前記構成（２）によれば、水冷式インタークーラの出口吸気温度を基に、水冷式インタークーラの熱交換部を通過する吸気の吸気温度が吸気に含まれる水分の凝縮温度以下かを判定して、第２冷却水流回路の流れに切換えるので、簡単かつ確実に凝縮水発生状態に至るか否かを判定して切換えることが可能である。

（３）幾つかの実施形態では、前記構成（１）又は（２）の構成において、前記冷却水流切換部は、前記循環ポンプの回転方向を正転と逆転とを切換えて前記冷却水の流れ方向を切換えることを特徴とする。

前記構成（３）によれば、第１冷却水流回路による流れと第２冷却水流回路による流れの切換えを循環ポンプの回転方向で切換えるので、配管構成を複雑化することなく達成できる。

（４）幾つかの実施形態では、前記構成（１）又は（２）の構成において、前記冷却水流切換部は、前記冷却水回路に設けられた切換弁によって前記冷却水の流れ方向を切換えることを特徴する。

前記構成（４）によれば、第１冷却水流回路による流れと第２冷却水流回路による流れの切換えを切換弁により切り換えられるため、循環ポンプの回転方向で切換える場合に比べて、流れの切換えが迅速に行われる。

（５）幾つかの実施形態では、前記構成（１）から（４）のいずれかの構成において、前記水冷式インタークーラの熱交換部は吸気マニホールド内に設置されることを特徴とする。

前記構成（５）によれば、水冷式インタークーラの熱交換部を吸気マニホールド内に設置するので、熱交換部の収容スペースの確保が容易であり、また、冷却水が内燃機関の排ガスに影響されずに配管及び接続が可能である。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、吸気流れの方向に対してインタークーラの熱交換部に流す冷却水の向きを変えることにより冷却効率を制御して、インタークーラから流出する吸気温度が水分の凝縮温度よりも高くなるように制御して、インタークーラにおける凝縮水発生を抑えることができる。

一実施形態に係る内燃機関の吸気冷却装置の概略構成図である。 一実施形態に係る内燃機関の吸気冷却装置の概略構成図である。 一実施形態に係る内燃機関の吸気冷却装置の概略構成図である。 一実施形態に係る水冷式インタークーラにおける冷却水の流れ方向を説明する説明図である。 一実施形態に係る水冷式インタークーラの構造を示す説明図である。 一実施形態に係る制御装置の制御フローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

本発明の幾つかの実施形態に係る内燃機関の吸気冷却装置は、図１に示すような全体構成を有する。内燃機関は一例としてディーゼルエンジン（以下、エンジンと称す）１とし、該エンジン１に適用した吸気冷却装置３を説明する。

エンジン１には排気マニホールド５を介して燃焼室７から排出される排ガスによって駆動される排気ターボチャージャ（以下、ターボチャージャと称す）９が設けられている。
ターボチャージャ９を駆動した排ガスは、排気管１１に介装され排ガスを浄化する排ガス浄化装置１３を通って排出される。

吸気系は、ターボチャージャ９によって過給された空気（吸気）を冷却する水冷式インタークーラ（以下、インタークーラと称す）１５と、インタークーラ１５で冷却された空気をエンジン１の燃焼室７に導入する第１吸気管１７と、第１吸気管１７に接続され、燃焼室７内に吸気を導入する吸気マニホールド１８と、を備え、さらに、外気を除塵するエアクリーナ１９からの空気をターボチャージャ９に導入する第２吸気管２１と、第１吸気管１７と排気マニホールド５との間に配置された高圧ループＥＧＲ装置２３と、排気管１１の排ガス浄化装置１３の下流側と第２吸気管２１との間に配設された低圧ループＥＧＲ装置２５と、を備えている。そして、エンジン１の運転を制御する図示されないエンジン制御ＥＣＵを備えている。

燃焼室７は、エンジン１内のシリンダ２７と、シリンダ２７内をシリンダ２７の軸線方向に摺動するピストン２９と、シリンダ２７の上部を閉塞するシリンダヘッド３１とによって囲繞されて形成される空間部である。
燃料噴射弁３３が燃焼室７内に燃料を噴射可能に設置されている。ピストン２９が圧縮上死点近傍に達した時に、燃料は、燃料噴射弁３３から噴射され、燃焼室７内に流入して圧縮された吸気の圧縮熱により着火して燃焼する。

ターボチャージャ９は、該ターボチャージャ９の排気タービンをエンジン１の燃焼室７から排出された排ガスによって駆動され、排気タービンと同軸に配設されたコンプレッサによって、エアクリーナ１９からの空気を圧縮する。圧縮された空気は昇温するため、インタークーラ１５によって冷却して空気密度を高くして、燃焼室７に導入され、エンジン１の出力を向上させる。

ターボチャージャ９の排気タービン側には、排ガス浄化装置１３が介装されており、排ガス浄化装置１３の内部には、排ガス流路上流側から酸化触媒１３ａ、パティキュレートフィルタ１３ｂの順に配置されている。浄化された排ガスは排気管１１を流れ、大気に放出される。

第１吸気管１７と排気マニホールド５との間に配置された高圧ループＥＧＲ装置２３は、高圧側ＥＧＲクーラ３５と、高圧側ＥＧＲクーラ３５で冷却された排ガスを第１吸気管１７内への導入量の調整を行う高圧側ＥＧＲバルブ３７と、第１スロットルバルブ３９とを備えている。
高圧側ＥＧＲバルブ３７、及び第１スロットルバルブ３９の開閉制御はエンジン制御ＥＣＵによって行われる。
高圧ループＥＧＲ装置２３は、エンジン１の低負荷時に燃焼室７に導入されるＥＧＲガスの必要量を確保して、酸素量を減少させることにより燃焼室７内での燃焼温度を下げることにより、ＮＯｘ発生を抑えるものである。
高圧側ＥＧＲクーラ３５は排ガスを冷却することにより、燃焼室７に導入される排ガスの密度を高くするためである。

一方、排気管１１の排ガス浄化装置１３の下流側と第２吸気管２１との間に配設された低圧ループＥＧＲ装置２５は、低圧側ＥＧＲクーラ４１と、低圧側ＥＧＲクーラ４１で冷却された排ガスを第２吸気管２１内への導入量の調整を行う低圧側ＥＧＲバルブ４３と、第２スロットルバルブ４５とを備えている。
低圧側ＥＧＲバルブ４３、及び第２スロットルバルブ４５の開閉制御はエンジン制御ＥＣＵによって行われる。
エンジン１の高回転、高負荷時は、第１吸気管１７の空気圧力が高くなり、第１吸気管１７内へＥＧＲガスの導入が不十分になる。
低圧ループＥＧＲ装置２５は、エンジン１の高負荷、高回転時にターボチャージャ９のコンプレッサ上流側にＥＧＲガスを混入させることにより、燃焼室７に導入されるＥＧＲガスの量を確保する。
低圧側ＥＧＲクーラ４１は排ガスを冷却することにより、燃焼室７に導入される排ガスの密度を高くするためである。

インタークーラ１５はターボチャージャ９のコンプレッサの下流側であって、第１スロットルバルブ３９の上流側の第１吸気管１７に配置されている。
このインタークーラ１５は、インタークーラ本体部５１の壁面には、熱交換部５３への冷却水の流入と流出を行う第１冷却水管５５、第２冷却水管５７が、それぞれ接続される第１配管接続口５５ａ、第２配管接続口５７ａが設けられる。
この第１配管接続口５５ａは、吸気流Ａに対して下流側に位置し、第２配管接続口５７ａは、吸気流Ａに対して上流側に位置して設けられている。また、第１冷却水管５５は、第１配管接続口５５ａとラジエータ５９とを連結し、第２冷却水管５７は、第２配管接続口５７ａとラジエータ５９とを連結している。
そして、第１冷却水管５５には循環ポンプ６１が設置され、循環ポンプ６１の作動によって、インタークーラ１５の熱交換部５３を通過して吸気を冷却した後の冷却水をラジエータ５９に戻して循環させることで、空気（大気）との熱交換によって冷却して再び熱交換部５３に供給するように冷却水回路６３が形成されている。

熱交換部５３は、図１、４等に示すように、吸気流Ａに対して上流側に設置される上流側熱交換部５３ａと、該上流側熱交換部５３ａの下流側に設置される下流側熱交換部５３ｂとによって構成されている。
下流側熱交換部５３ｂに流入して上流側熱交換部５３ａから流出する方向に冷却水を流す第１冷却水流回路６３ａを形成するともに、上流側熱交換部５３ａに流入して下流側熱交換部５３ｂから流出する方向に冷却水を流す第２冷却水流回路６３ｂを形成する。

循環ポンプ６１は、循環ポンプ６１の回転方向を正回転、逆回転を切換えることで、第１冷却水流回路６３ａの流れと第２冷却水流回路６３ｂの流れとを切換える冷却水流切換部を構成している。例えば、正回転方向の場合には、第１冷却水流回路６３ａの流れを形成し、後述する向流方式の冷却となる。また、逆回転方向の場合には、第２冷却水流回路６３ｂの流れを形成し、後述する並流方式の冷却となる。
冷却水流切換部を循環ポンプ６１によって構成するため、配管が簡素化されて装置の大型化が抑えられている。

また、循環ポンプ６１の回転方向を切換える制御装置（制御部）７１が備えられている。
制御装置７１には、図示しない信号入力部、信号出力部、記憶部、演算部等が設けられ、信号入力部には、インタークーラ１５の熱交換部５３を通過した後の吸気温度を検出する吸気温度センサ７３からの信号が入力される。
信号出力部からは、冷却水流切換部である循環ポンプ６１に回転方向の制御信号を出力するようになっている。また、回転方向の制御信号だけではなく、回転数を制御して冷却水の流量調整も制御するようになっている。

制御装置７１は、吸気温度センサ７３の計測値によって、熱交換部５３を通過する吸気の吸気温度が吸気に含まれる水分の凝縮温度以下の場合を判定したときには、冷却水流切換部である循環ポンプ６１の回転方向を切換えて、第１冷却水流回路６３ａの流れから第２冷却水流回路６３ｂの流れに切換えるように制御する。

すなわち、吸気温度が水分凝縮温度以上に上昇して第１冷却水流回路６３ａによる向流方式の冷却が行われた後に、水分凝縮水温度以下に低下した場合には、第１冷却水流回路６３ａの流れから第２冷却水流回路６３ｂの流れに切換えられる。

かかる実施形態の構成によれば、インタークーラ１５の熱交換部５３を通過する吸気の吸気温度が吸気に含まれる水分の凝縮温度以下の場合には、冷却水流切換部である循環ポンプ６１の回転方向が切換えられて、第１冷却水流回路６３ａから第２冷却水流回路６３ｂに切換えられることで、冷却水は上流側熱交換部５３ａに流入して下流側熱交換部５３ｂから流出されるようになる。この場合には、吸気流Ａの方向と冷却水流の方向が同方向になり、所謂、並流方式の冷却となる。
なお、吸気温度が吸気に含まれる水分の凝縮温度以下に低下しない場合には、冷却効率が高くなるように、冷却水は下流側熱交換部５３ｂに流入して上流側熱交換部５３ａから流出されるように第１冷却水流回路６３ａによって流れる。この第１冷却水流回路６３ａによる流れの場合には、吸気流の方向と冷却水流の方向が逆方向になり、所謂、向流方式の冷却となる。

従って、第１冷却水流回路６３ａの流れから第２冷却水流回路６３ｂに切換えられることで、インタークーラ１５に流入する吸気は、上流側熱交換部５３ａに流入するため、最も冷却されている冷却水が吸気と接触することで、吸気と冷却水との温度差が大きいことから上流側熱交換部５３ａでは冷却効果が大きい。しかし下流側熱交換部５３ｂでは吸気と冷却水との温度差が小さくなることから、吸気の冷却効率は上流側熱交換部５３ａより小さい。このため、熱交換部５３の全体としては、向流方式の冷却に比べて並流方式の冷却効率は低下する。なお、向流方式の冷却効率は並流方式の冷却効率より大きいと一般的に言われている。

従って、向流方式の冷却から並流方式に切換えることで、熱交換部５３の全体としての冷却効率は下がり、吸気の温度低下は抑えられて、凝縮水の発生が抑えられる。
並流方式に切換えることで、向流方式において生成していた凝縮水を簡単な構成によって解消することが可能になる。

本発明の幾つかの実施形態では、図２に示すように、第１冷却水流回路６３ａの流れと第２冷却水流回路６３ｂの流れとを切換える冷却水流切換部を、切換弁７７によって構成する。その他の構成は、図１の構成と同様である。

図２のように、循環ポンプ６１と第１配管接続口５５ａの間の第１冷却水管５５と、第２冷却水管５７とを接続するように切換弁７７が設けられている。
制御装置７１からの切換え信号によって、切換弁７７が循環ポンプ６１からの冷却水を、第１冷却水管５５側に流す場合には、第１冷却水流回路６３ａの流れが形成され、切換弁７７が循環ポンプ６１からの冷却水を第２冷却水管５７側に流す場合には、第２冷却水流回路６３ｂの流れが形成される。

かかる実施形態の構成によれば、第１冷却水流回路６３ａによる流れと第２冷却水流回路６３ｂによる流れの切換えを切換弁７７により切り換えられるため、循環ポンプ６１の回転方向で切換える場合に比べて、流れの切換えが迅速かつ確実に行われる。

本発明の幾つかの実施形態では、インタークーラ８１の熱交換部５３は、図３に示すように、吸気マニホールド８３（１８）内に収容する。図３は、エンジン１及び吸気マニホールド８３の部分の平面視図を模式的に示している。
図１、図２の実施形態においては、インタークーラ１５はターボチャージャ９のコンプレッサの下流側であって、第１スロットルバルブ３９の上流側の第１吸気管１７に配置されているが、本実施形態では、インタークーラ８１の熱交換部５３を、吸気マニホールド８３（１８）内に収容する。その他の構成は、図１、２の実施形態の構成と同様である。

吸気マニホールド８３は、第１吸気管１７の端部が接続する吸気取入れ部８５と、エンジン１の本体側への取り付けを行う取付け部８７と、インタークーラ８１を構成する本体部９０と、を備え、本体部９０の内部には吸気と接触して熱交換を行うインタークーラ８１の熱交換部５３が収容されている。

かかる実施形態の構成によれば、インタークーラ８１の熱交換部５３を吸気マニホールド８３内に収容して設置するので、熱交換部５３の収容スペースの確保が容易であり、また、冷却水回路６３を吸気通路側に配置できるため、内燃機関の排ガスの熱に影響されずに配管及び接続が可能となる。

本発明の幾つかの実施形態では、熱交換部５３の構成は、図４、５に示す構成を備えている。
図４において、インタークーラ１５における冷却水の流れ方向、及び熱交換部５３の概要を示す。なお、図４は、図１、２のＸ方向の平面視模式図である。熱交換部５３は第１吸気管１７内に収容されて設置された状態を示している。既に説明したように、熱交換部５３は、吸気流Ａに対して上流側に設置される上流側熱交換部５３ａと、上流側熱交換部５３ａの下流側に設置される下流側熱交換部５３ｂとによって構成されている。

図５に示すように、熱交換部５３は、空気が通過する空気層９１と、冷却水が通過する冷却水層９３とが交互に積層されて構成されている。
冷却水層９３は、カッププレート９５から構成され、上カッププレート９５ａと下カッププレート９５ｂが重ねられて、その間に冷却水が流れる冷却水通路が形成される。カッププレート９５は平面視形状が長方形をしており、長手方向の一端側の短辺に沿って第１開口９７と第２開口９９とが形成されている。上カッププレート９５ａと下カッププレート９５ｂとの間の内部には、長手方向に沿って延びて断面が波板状のインナーフィン１０１を備えて冷却水通路を形成するとともに、短手方向の中央部を長手方向に沿って延びる仕切部１０３が設けられている。仕切部１０３によって、冷却水通路は略Ｕ字形状に形成されている。

例えば、吸気流Ａに対する向流の場合の冷却水の流れを説明すると、第１配管接続口５５ａを介して第１開口９７から流入した冷却水は、仕切部１０３によって仕切られた一方の流路を第１開口９７とは、反対側の短辺に向かって流れて、反対側の短辺近傍でＵターンして、仕切部１０３によって仕切られた他方の流路を第２開口９９に戻るように流れて第２開口９９から流出される。

また、空気層９１は、複数の冷却水層９３相互間の間隙に設けられ、薄板を蛇行状に折り曲げ加工してなるコルゲートフィン１０５を備え、コルゲートフィン１０５の折り曲げ頂部が冷却水層９３のカッププレート９５に接合している。

吸気流Ａに対して冷却水層９３内を流れる冷却水流は略直角方向に交差して流れる。また、吸気流Ａに対して上流側に設置される上流側熱交換部５３ａは、仕切部１０３に対して他方側の符号５３ａ（図５参照）の部分に形成され、下流側熱交換部５３ｂは、仕切部１０３に対して一方側の符号５３ｂ（図５参照）の部分に形成される。

かかる実施形態の構成によれば、冷却水層９３を、上カッププレート９５ａと下カッププレート９５ｂによって形成され、その内部に、長手方向に沿って延びて断面が波板状のインナーフィン１０１を備えて冷却水通路を形成するとともに、さらに短手方向の中央部を長手方向に沿って延びる仕切部１０３が設けられて、冷却水通路を略Ｕ字形状に形成して冷却水を流す構成とすることで、インタークーラ１５の熱交換部５３内に上流側熱交換部５３ａと下流側熱交換部５３ｂとをコンパクトに形成することが可能になる。
その結果、冷却水の流れ方向の切換えに対して、向流及び並流の切換えが可能な熱交換部５３を第１吸気管１７内にコンパクトに収容することができる。

本発明の幾つかの実施形態では、制御装置７１は、図６に示すフローチャートに沿って制御される。
図６において、まず、ステップＳ１において、インタークーラ出口吸気温度を吸気温度センサ７３によって計測し、ステップＳ２において、出口吸気温度が、吸気中の水分凝縮温度以下か否かを判定する。
水分凝縮温度は、例えば、エンジン１の燃焼室７に導入する第１吸気管１７内の圧力によって変化するため、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて過給圧力を予めマップデータとしておき、運転状態に応じた過給圧力と吸気温度センサ７３からの計測値に基づいて水分凝縮温度を算出し、または予め設定されたマップデータから求めて水分凝縮温度を算出する。

ステップＳ２で、水分凝縮温度以下でない場合は、凝縮水は生成されないため、ステップＳ４に進んで、インタークーラ冷却水を向流方向に流す。この向流方向の流れは、図１のシステムにおいては、循環ポンプ６１を正回転方向に制御して、または図２のシステムでは、切換弁７７を切り換える制御を行って、第１冷却水流回路６３ａの流れを形成し、向流方式の冷却とする。この向流方式の冷却水の流れによって、冷却効率を高めた冷却を行うことができる。
そして、次に、ステップＳ５に進んで、インタークーラ出口吸気温度が目標吸気温度になるように、循環ポンプ６１の回転数を制御して、冷却水回路６３を循環する冷却水の流量を調整する。この目標吸気温度は、例えば、エンジン１の運転状態であるエンジン回転数とエンジン負荷とを基に予め設定された目標とする吸気温度である。

また、ステップＳ２で、水分凝縮温度以下である場合には、ステップＳ３に進んで、凝縮水が生成される可能性が高いと判定して、インタークーラ１５の冷却水を並流方向に流す。この並流方向の流れは、図１のシステムにおいては、循環ポンプ６１を逆回転方向に制御して、または図２のシステムでは、切換弁７７を切り換える制御を行って、第２冷却水流回路６３ｂの流れを形成し、並流方式の冷却とする。
水分凝縮温度以下の場合には、第２冷却水流回路６３ｂに切換えられ、向流方式の冷却から並流方式に切換えることで、熱交換部５３全体としての冷却効率は下がり、吸気の温度低下は抑えられて、凝縮水の発生が抑えられる。
並流方式に切換えることで、向流方式において生成しやすい凝縮水を簡単な構成によって抑制することが可能になる。
そして、次に、ステップＳ５に進んで、目標吸気温度になるように、循環ポンプ６１の回転数を制御して、冷却水回路６３内を循環する冷却水の流量を調整する。

かかる実施形態の構成によれば、ステップＳ２からＳ４によって、インタークーラ１５の出口吸気温度を基に、熱交換部５３において凝縮水が生成されるか否かを判定して、生成の可能性が高いと判定した場合には、第２冷却水流回路６３ｂの流れに切換えることで、インタークーラ１５における凝縮水の発生を簡単に且つ確実に抑制できる。

なお、吸気温度が水分凝縮温度以上に上昇して第１冷却水流回路６３ａによる向流方式の冷却が行われた後に、水分凝縮水温度以下に低下した場合には、第１冷却水流回路６３ａの流れから第２冷却水流回路６３ｂの流れに切換えられるが、吸気温度が水分凝縮温度以上に上昇する前においては、第２冷却水流回路６３ｂによる並流方式の冷却水の流れとなっている。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、エンジンの吸気流れの方向に対してインタークーラの熱交換部に流す冷却水の向きを変えることにより冷却効率を制御して、インタークーラから流出する吸気温度が水分の凝縮温度よりも高くなるように制御して、インタークーラにおける凝縮水発生を抑えることができるので、インタークーラを備えた内燃機関の吸気冷却装置への利用に適している。

１ エンジン（内燃機関）
３ 吸気冷却装置
５ 排気マニホールド
９ ターボチャージャ
１５ 水冷式インタークーラ
１７ 第１吸気管（吸気通路）
１８ 吸気マニホールド（吸気通路）
２１ 第２吸気管（吸気通路）
５３ 熱交換部
５３ａ 上流側熱交換部
５３ｂ 下流側熱交換部
５５ 第１冷却水管
５７ 第２冷却水管
５９ ラジエータ
６１ 循環ポンプ（冷却水流切換部）
６３ 冷却水回路
６３ａ 第１冷却水流回路
６３ｂ 第２冷却水流回路
７１ 制御装置（制御部）
７３ 吸気温度センサ
７７ 切換弁（冷却水流切換部）
９１ 空気層
９３ 冷却水層
１０３ 仕切部

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気通路に設置され、吸気を冷却する水冷式インタークーラと、
   循環ポンプによって圧送された冷却水が前記水冷式インタークーラとラジエータとを循環するように形成された冷却水回路と、
   前記吸気通路に設置される前記水冷式インタークーラの熱交換部を構成し、吸気流に対して上流側に設置される上流側熱交換部と、該上流側熱交換部の下流側に設置される下流側熱交換部と、
   前記下流側熱交換部に流入して前記上流側熱交換部から流出する方向に前記冷却水を流す第１冷却水流回路と、
   前記上流側熱交換部に流入して前記下流側熱交換部から流出する方向に前記冷却水を流す第２冷却水流回路と、
   前記第１冷却水流回路の流れと前記第２冷却水流回路の流れとを切換える冷却水流切換部と、
   前記冷却水流切制部による冷却水流方向の切換えを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記水冷式インタークーラの熱交換部を通過する吸気の吸気温度が吸気に含まれる水分の凝縮温度以下の場合には、冷却水流切換部によって前記第２冷却水流回路の流れに切換えることを特徴とする内燃機関の吸気冷却装置。
2. 前記制御部は、前記水冷式インタークーラの出口吸気温度を検出する吸気温度センサを設け、該吸気温度センサからの信号に基づいて前記第２冷却水流回路の流れに切換えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気冷却装置。
3. 前記冷却水流切換部は、前記循環ポンプの回転方向を正転と逆転とを切換えて前記冷却水の流れ方向を切換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気冷却装置。
4. 前記冷却水流切換部は、前記冷却水回路に設けられた切換弁によって前記冷却水の流れ方向を切換えることを特徴する請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気冷却装置。
5. 前記水冷式インタークーラの熱交換部は吸気マニホールド内に設置されることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の吸気冷却装置。

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