JP2018202960A - 吸気冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷却能力の余力を有効活用することができる吸気冷却システムを提供する。【解決手段】吸気冷却システム１０は、冷凍部１４、熱回収部１３および冷却部１５を備える。冷凍部１４は冷熱源を生成する。熱回収部１３は冷凍部１４を駆動する。冷却部１５は、冷凍部１４が生成した冷熱源を用いて内燃機関１１の吸気を冷却可能であり、また、冷熱源を用いて車両の冷房用冷媒を冷却可能である。このように冷却部１５が吸気以外の冷房用冷媒を冷却することで、冷却能力の余力を有効活用することができる。また、内燃機関１１の低負荷時に吸気冷却が実施されない場合に冷房用冷媒を冷却するので、冷房装置４１の消費エネルギを低減することができる。そのため実用燃費が向上する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の内燃機関に用いられる吸気冷却システムに関する。

従来、冷熱源を生成し、その冷熱源を用いて内燃機関の吸気を冷却する冷凍機が知られている。吸気を冷却すると充填効率が向上し、熱効率が向上する。例えば特許文献１には、内燃機関の冷却水から回収した熱エネルギを用いて駆動する吸収式冷凍機が開示されている。

特許２００１−１９３５６３号公報

ところで、内燃機関の低負荷時には吸気の冷却による熱効率向上が困難であるため、吸気を冷却しても燃費向上につながらない。また、吸気を冷却した後の冷熱源が依然として十分に低温である場合がある。これらの場合における冷却能力の余力を有効活用することが望まれている。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却能力の余力を有効活用することができる吸気冷却システムを提供することである。

本発明の吸気冷却システムは、冷凍部（１４、４２、１００、１１０、１２５、１４８）、エネルギ回収部（１３、８１、１２０、１４０、１５２、１６０、１７０）および冷却部（１５、９５、１３７、２３２、２４１、２５１、２６１、２７１）を備える。冷凍部は冷熱源を生成する。エネルギ回収部は、冷凍部を駆動するためのエネルギを回収する。冷却部は、冷凍部が生成した冷熱源を用いて内燃機関（１１、６１、１５０）の吸気を冷却可能であり、また、冷熱源を用いて車両の冷房用冷媒または車室空気を冷却可能である。

このように冷却部が吸気以外の冷房用冷媒または車室空気を冷却することで、冷却能力の余力を有効活用することができる。例えば、内燃機関の低負荷時に吸気冷却が実施されない場合に冷房用冷媒または車室空気を冷却することが考えられる。また、吸気冷却を実施するとともに、吸気を冷却した後の冷熱源が依然として十分に低温である場合に冷房用冷媒または車室空気も冷却することが考えられる。これによれば、冷房装置の消費エネルギを低減することができ、あるいは、冷房装置の冷凍部を吸気冷却システムのものと共通化することができる。そのため実用燃費が向上する。

第１実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。 図１の内燃機関の断面図であって、内燃機関に設けられた熱伝達抑制部を示す図である。 図２の熱伝達抑制部の材料および燃焼室形成部の内部の材料に関して、比熱と熱伝導率との関係を説明する図である。 図２の熱伝達抑制部および燃焼室形成部の内部に関して、内燃機関のクランク角度と温度との関係を示す図である。 図１の制御装置が用いるマップであって、エンジントルクとエンジン回転数と各冷却領域との関係を示すマップである。 図１の第１実施形態、および、冷凍部のみを備える第１の比較形態に関して、吸気の温度と内燃機関の熱効率との関係を示す図である。 第２実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。 図７の制御装置が用いるマップであって、排気温度と排気酸素濃度と触媒劣化領域との関係を示すマップである。 第３実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。 第４実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。 第５実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。 第６実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。 第７実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。 第８実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。 第９実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。 第１０実施形態の吸気冷却システムの熱伝達抑制部を説明する図であって、内燃機関の断面図である。 第１１実施形態の吸気冷却システムの熱伝達抑制部を説明する図であって、内燃機関の断面拡大図である。 第１２実施形態の吸気冷却システムの熱伝達抑制部を説明するための内燃機関の断面拡大図であって、熱伝達抑制部としてのインジェクタによる燃料噴霧を示す図である。 図１８の燃料噴霧が燃焼しているときの気筒内の状態を示す図である。 図１８の第１２実施形態に対する比較形態の内燃機関の断面拡大図であって、インジェクタによる燃料噴霧を示す図である。 第１３実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。 第１４実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。 第１５実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。 第１６実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。 第１７実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。

以下、複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
第１実施形態の吸気冷却システムを図１に示す。吸気冷却システム１０は、車両の内燃機関１１の吸気（すなわち、燃焼室１２内に吸入されるガス）を冷却するシステムであり、熱回収部１３、冷凍部１４および冷却部１５を備えている。

＜熱回収部＞
熱回収部１３は、冷凍部１４を駆動するためのエネルギを回収するエネルギ回収部であり、温熱源から熱（すなわち熱エネルギ）を回収する。具体的には、熱回収部１３は、排気通路１６に設けられている熱交換器であり、内燃機関１１の排気と温水との間で熱交換を行う。排気が温熱源となる。排気から熱を吸収した温水は、温水配管１７を通じて冷凍部１４に供給される。

＜冷凍部＞
冷凍部１４は、熱回収部１３が回収した熱（すなわち温水の熱）を用いて冷熱源を生成する吸着式冷凍機である。吸着式冷凍機は、シリカゲル等の多孔質材が水蒸気等のガスを吸着する現象を利用した冷凍機である。
冷凍部１４の蒸発器２１は、液体の冷媒を蒸発させる際に周囲から熱を吸収するとき、周囲にある冷却配管２２１およびその中の水を冷やす。このとき得られる冷水が冷熱源となる。冷水は、冷却配管２２１、２２２を通じて冷却部１５に供給される。

吸着器２３は、蒸発器２１で発生した冷媒蒸気を冷却しながら吸着材２４に吸着させる。この吸着器２３は、所定のタイミングで脱着器２５に切り替えられる。脱着器２５は、温水配管１７の温水の熱が加えられて吸着材２４から冷媒蒸気を脱着させる。凝縮器２６は、脱着された冷媒蒸気を冷却して液体冷媒とし、蒸発器２１に供給する。熱回収部１３は、駆動源となる温水を供給することで冷凍部１４を駆動する。

＜冷却部＞
冷却部１５は、冷凍部１４が生成した冷熱源である冷水を用いて内燃機関１１の吸気を冷却可能である。具体的には、冷却部１５は、吸入通路２７のうち、内燃機関１１の吸入ポート直上のインテークマニホールド２８に設けられている熱交換器２９を有している。熱交換器２９は、冷水と吸気との間で熱交換を行う。吸気を冷却した後の冷水は、冷却配管２２３、２２４を通じて冷凍部１４に戻される。

＜熱伝達抑制部＞
吸気冷却システム１０は、熱伝達抑制部３１をさらに備えている。熱伝達抑制部３１は、内燃機関１１の燃焼室１２内のガスから燃焼室形成部（燃焼室１２を形成する部分）の内部への熱伝達を抑制する。
具体的には図２に示すように、熱伝達抑制部３１は、燃焼室形成部としてのシリンダ３２、シリンダヘッド３３およびピストン３４に設けられた断熱膜３１１、３１２、３１３である。断熱膜３１１は、燃焼室１２に面するシリンダ３２の内壁面３５を有する。断熱膜３１２は、燃焼室１２に面するシリンダヘッド３３の下壁面３６を有する。断熱膜３１３は、燃焼室１２に面するピストン３４の頂壁面３７を有する。

断熱膜３１１、３１２、３１３は、熱伝達率および比熱がシリンダ３２、シリンダヘッド３３およびピストン３４の内部と比べて小さい材料からなる（図３参照）。本実施形態では、シリンダ３２、シリンダヘッド３３およびピストン３４はアルミニウム合金からなる。一方、断熱膜３１１、３１２、３１３は、例えばアルミナなどのセラミックからなる。
このような熱伝達抑制部３１を備えることで、燃焼室１２に面する燃焼室形成部の壁面３５、３６、３７の温度は、燃焼室形成部の内部の温度と比べて高くなる（図４参照）。熱伝達抑制部３１は、壁面３５、３６、３７の温度を上昇させる手段となる。

＜冷却部のさらなる特徴＞
次に、冷却部１５のさらなる特徴について説明する。
図１に示すように、内燃機関１１は、冷房装置４１を備えている。冷房装置４１の冷凍部４２は、図示しない電動モータに連結されているコンプレッサ４３を含む電気式の蒸発圧縮冷凍機である。蒸発圧縮冷凍機は、蒸発圧縮冷凍サイクルを利用したものである。具体的には、冷凍部４２は、気体の冷房用冷媒をコンプレッサ４３で圧縮して昇温したあとコンデンサ４４で放熱凝縮して液体とし、液体の冷房用冷媒を膨張弁４５で減圧膨張させて一部を蒸発させ、残りをエバポレータ４６で蒸発気化させる。エバポレータ４６は車室空気と触れる位置に設けられる。エバポレータ４６で冷房用冷媒を蒸発させる際に周囲の車室空気が冷やされる。

冷却部１５は、冷凍部１４が生成した冷熱源である冷水を用いて冷房用冷媒を冷却可能である。具体的には、冷却部１５は、熱交換器４８および制御装置５１を有している。
熱交換器４８は、冷房用冷媒が通る冷媒通路４７のうち、コンプレッサ４３の下流であってコンデンサ４４の上流に設けられており、冷水と冷房用冷媒との間で熱交換を行う。熱交換器４８には、冷却配管２２１、２２５を通じて冷水が供給される。冷房用冷媒を冷却した後の冷水は、冷却配管２２６、２２４を通じて冷凍部１４に戻される。

冷却配管２２５は、冷却配管２２１と冷却配管２２２との接続箇所に接続している。つまり、冷凍部１４から熱交換器２９、４８へ向かう往路において、冷却配管２２１から冷却配管２２２および冷却配管２２５に分岐するようになっている。
冷却配管２２６は、冷却配管２２３と冷却配管２２４との接続箇所に接続している。つまり、熱交換器２９、４８から冷凍部１４へ戻る復路において、冷却配管２２３および冷却配管２２６から冷却配管２２６に集合するようになっている。

冷却配管２２１と冷却配管２２２との接続箇所には切替弁５２が設けられている。切替弁５２は、冷却配管２２１が冷却配管２２２だけに連通する状態と、冷却配管２２１が冷却配管２２５だけに連通する状態とを切り替える。
冷却配管２２３と冷却配管２２４との接続箇所には切替弁５３が設けられている。切替弁５３は、冷却配管２２４が冷却配管２２３だけに連通する状態と、冷却配管２２４が冷却配管２２６だけに連通する状態とを切り替える。

制御装置５１は、負荷判定部５４、冷房要求判定部５５および冷却対象制御部５６を有している。負荷判定部５４は、内燃機関１１の負荷が所定負荷以下であるか否かを判定する。具体的には、負荷判定部５４は、図５に示すマップから、図示しないセンサから得られた現在のエンジントルクおよびエンジン回転数に基づき、現在の状態が冷媒冷却領域（すなわち、負荷が所定負荷以下である状態に対応する領域）に属するか、吸気冷却領域（すなわち、負荷が所定負荷よりも大きい状態に対応する領域）に属するかを判定する。以降、特に記載しないが、内燃機関１１の負荷判定には図５のマップまたはそれと同等のものが用いられる。

冷房要求判定部５５は、図示しない冷房設定スイッチまたは冷房用制御装置等からの信号に基づき、車室の冷房要求があるか否かを判定する。
冷却対象制御部５６は、内燃機関の負荷が所定負荷よりも大きい場合、冷水を用いて吸気を冷却する。具体的には、切替弁５２を制御して冷却配管２２１と冷却配管２２２とを連通させるとともに、切替弁５３を制御して冷却配管２２３と冷却配管２２４とを連通させる。このとき熱交換器２９に供給される冷水と吸気との間の熱交換によって吸気が冷却される。

また、冷却対象制御部５６は、内燃機関の負荷が所定負荷以下であり且つ車室の冷房要求がある場合、冷水を用いて冷房用冷媒を冷却する。具体的には、切替弁５２を制御して冷却配管２２１と冷却配管２２５とを連通させるとともに、切替弁５３を制御して冷却配管２２６と冷却配管２２４とを連通させる。このとき熱交換器４８に供給される冷水と冷房用冷媒との間の熱交換によって冷房用冷媒が冷却される。

このように冷却対象制御部５６は、内燃機関１１の運転条件等に応じて、吸気を冷却する状態と冷房用冷媒を冷却する状態とを切り替える。吸気を冷却する状態とは、冷却配管２２１、２２２を通じて熱交換器２９に冷水を供給しつつ、冷却に用いたあとの冷水を、冷却配管２２３、２２４を通じて冷凍部１４に戻す状態である。また、冷房用冷媒を冷却する状態とは、冷却配管２２１、２２５を通じて熱交換器４８に冷水を供給しつつ、冷却に用いたあとの冷水を、冷却配管２２６、２２４を通じて冷凍部１４に戻す状態である。

＜効果＞
以上説明したように、第１実施形態では、吸気冷却システム１０は、冷凍部１４、熱回収部１３および冷却部１５を備える。冷凍部１４は冷熱源を生成する。熱回収部１３は、冷凍部１４を駆動するためのエネルギを回収する。冷却部１５は、冷凍部１４が生成した冷熱源を用いて内燃機関１１の吸気を冷却可能であり、また、冷熱源を用いて車両の冷房用冷媒を冷却可能である。

このように冷却部１５が吸気以外の冷房用冷媒を冷却することで、冷却能力の余力を有効活用することができる。また、内燃機関１１の低負荷時に吸気冷却が実施されない場合に冷房用冷媒を冷却するので、冷房装置４１の消費エネルギを低減することができる。そのため実用燃費が向上する。

また、第１実施形態では、冷却部１５は、冷熱源である冷水と冷房用冷媒との間の熱交換によって冷房用冷媒を冷却する。このようにして冷却能力の余力を使って冷房用冷媒を冷却することができる。

また、第１実施形態では、冷却部１５は、内燃機関１１の負荷が所定負荷以下であるか否かを判定する負荷判定部５４と、車室の冷房要求があるか否かを判定する冷房要求判定部５５と、内燃機関１１の負荷が所定負荷以下であり且つ車室の冷房要求がある場合、冷熱源を用いて冷房用冷媒を冷却する冷却対象制御部５６とを有している。これにより、内燃機関１１の低負荷時に冷却能力の余力があるとき、その余力を使って冷房用冷媒を冷却することができる。

また、第１実施形態では、冷却対象制御部５６は、吸気を冷却する状態と冷房用冷媒を冷却する状態とを切り替える。これにより、内燃機関１１の低負荷時等に吸気冷却が実施されない場合に冷房用冷媒を冷却することができる。

また、第１実施形態では、吸気冷却システム１０は熱伝達抑制部３１を備えている。熱伝達抑制部３１は、燃焼室１２内のガスから燃焼室形成部（すなわちシリンダ３２、シリンダヘッド３３およびピストン３４）の内部への熱伝達を抑制する。このように冷凍部１４が生成した冷熱源で吸気を冷却すると充填効率が向上し、熱効率が向上する。また、熱伝達抑制部３１が燃焼室形成部の内部への熱伝達を抑制すると、内燃機関１１の低負荷時に冷却度合いが高い状態であっても筒内温度が低下しすぎないので、燃焼悪化や失火が抑えられる。そのため、運転条件の変化に伴う熱効率低下が抑制される。

ここで、冷凍部１４と熱伝達抑制部３１とを両方備えることの利点について説明する。
例えば冷凍部１４に相当する構成のみを備える第１の比較形態では、吸気が冷却され充填効率が向上する結果、所定の運転条件において図６に破線で示すように所定温度Ｔ１までは熱効率が向上する。しかし、吸気を冷却しすぎて所定温度Ｔ１以下になると燃焼悪化あるいは失火が発生し、熱効率が低下する。
また、熱伝達抑制部３１に相当する構成のみを備える第２の比較形態では、冷却損失が減少する一方、筒内温度の上昇に伴って充填効率が低下し、またＮＯｘが増加する。

これに対し、第１実施形態では、熱伝達抑制部３１を設けることで増加する排気熱を用いて熱回収部１３が冷凍部１４を駆動する結果、冷熱源の出力向上または温度低下が得られ、冷却部１５の冷却能力が向上する。そのため、熱伝達抑制部３１が設けられていることと相まって、図６に実線で示すように吸気の温度を所定温度Ｔ１以下に下げても燃焼悪化や失火が抑えられる。したがって、上述した比較形態以上の吸気を燃焼室１２に導入することができるとともにＮＯｘ増加を抑制することができるというような相乗効果が得られる。

また、第１実施形態では、冷凍部１４は、熱回収部１３が温熱源から回収した熱を用いる吸着式冷凍機である。したがって、温熱源が比較的低温であっても冷凍部１４を駆動することが可能である。
また、第１実施形態では、温熱源は内燃機関１１の排気である。したがって、熱回収部１３が比較的多くの熱を回収することができる。

また、第１実施形態では、熱伝達抑制部３１は、燃焼室１２に面する燃焼室形成部の壁面３５、３６、３７の温度を上昇させる手段である。これにより燃焼室形成部の内部への熱伝達を抑制することができる。

また、第１実施形態では、熱伝達抑制部３１は、熱伝達率および比熱の少なくとも一方が燃焼室形成部の内部と比べて小さい材料からなり、燃焼室１２に面する燃焼室形成部の壁面３５、３６、３７を有する断熱膜３１１、３１２、３１３である。したがって、エネルギを消費することなく燃焼室形成部の内部への熱伝達を抑制することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図７に示すように内燃機関６１は、排気通路６２に設けられたタービン６３と吸入通路６４に設けられたコンプレッサ６５とからなる過給器６６を備えている。コンプレッサ６５で圧縮された新気は、チャージクーラ６７およびインテークマニホールド６８を通って燃焼室１２に吸入される。

排気通路６２と吸入通路６４との間にはＥＧＲ通路７１が設けられている。ＥＧＲ通路７１は、排気通路６２から排気の一部を吸入通路６４に戻して再度循環させる排気再循環（Exhaust Gas Recirculation）を行う。ＥＧＲ通路７１のガス（以下、ＥＧＲガス）は、ＥＧＲクーラ７２およびＥＧＲ弁７３を経て吸入通路６４に戻される。

吸入通路６４は、ＥＧＲ通路７１との合流箇所の下流側において互いに並行する第１吸入通路７４および第２吸入通路７５を有している。第１吸入通路７４および第２吸入通路７５は、インテークマニホールド６８が有する通路である。第１吸入通路７４と第２吸入通路７５との分岐箇所には切替弁７６が設けられている。切替弁７６は、吸気が通る通路を第１吸入通路７４と第２吸入通路７５との間で切り替える。

＜熱回収部＞
熱回収部８１は、第１熱交換器８２、第２熱交換器８３および制御装置８４を有している。
第１熱交換器８２は、排気通路６２における排気処理触媒８５の上流側に設けられている。第２熱交換器８３は、排気通路６２における排気処理触媒８５の下流側に設けられている。第１熱交換器８２につながる第１供給元配管８６は、脱着器２５につながる供給先配管８７に接続されている。第２熱交換器８３につながる第２供給元配管８８は、同様に供給先配管８７に接続されている。供給先配管８７が第１供給元配管８６および第２供給元配管８８と接続する２箇所には切替弁８９、９１が設けられている。切替弁８９、９１は、供給先配管８７が連通する配管を第１供給元配管８６と第２供給元配管８８との間で切り替える。

制御装置８４は、熱劣化判定部９２および回収元制御部９３を有している。熱劣化判定部９２は、排気通路６２における排気処理触媒８５の上流側の排気温度に基づき、排気が排気処理触媒８５を熱劣化させる状態であるか否かを判定する。具体的には、熱劣化判定部９２は、図８に示すマップから、図示しないセンサから得られた現在の排気温度および排気酸素濃度に基づき、現在の状態が熱劣化領域（すなわち、排気が排気処理触媒８５を熱劣化させる状態に対応する領域）に属するか否かを判定する。

回収元制御部９３は、熱劣化判定部９２での判定が肯定された場合、第１熱交換器８２から熱が回収されるように（すなわち、供給先配管８７が第１供給元配管８６と連通するように）切替弁８９、９１を制御する。また、回収元制御部９３は、熱劣化判定部９２での判定が否定された場合、第２熱交換器８３から熱が回収されるように（すなわち、供給先配管８７が第２供給元配管８８と連通するように）切替弁８９、９１を制御する。

＜冷却部＞
冷却部９５は、第１実施形態と同じである熱交換器４８に加えて、熱交換器９６および制御装置９７を有している。
熱交換器９６は、吸入通路６４におけるＥＧＲ通路７１との合流箇所の下流側であって、第１吸入通路７４に設けられている。そのため冷却部９５が冷却する吸気は、新気とＥＧＲガスとが混合したガスである。

制御装置９７は、第１実施形態と同じである負荷判定部５４、冷房要求判定部５５および冷却対象制御部５６に加えて、通路制御部９９を有している。通路制御部９９は、内燃機関６１の負荷が所定負荷以下である場合、切替弁７６を制御して吸気を第２吸入通路７５に導く。また、通路制御部９９は、内燃機関６１の負荷が所定負荷よりも大きい場合、切替弁７６を制御して吸気を第１吸入通路７４に導く。

＜効果＞
以上説明したように、第２実施形態では、熱回収部８１は、排気処理触媒８５の上流側に設けられる第１熱交換器８２と、排気処理触媒８５の下流側に設けられる第２熱交換器８３と、排気処理触媒８５の上流側の排気温度に基づき、排気が排気処理触媒８５を熱劣化させる状態であるか否かを判定する熱劣化判定部９２と、排気が排気処理触媒８５を熱劣化させる状態である場合、第１熱交換器８２から熱を回収する回収元制御部９３とを有する。

そのため、排気が比較的高温であるとき排気熱が第１熱交換器８２で回収されて排気温度が低下するので、排気処理触媒８５の熱劣化を抑制することができる。また、熱回収部８１が回収する熱量が増加する。
また、第２実施形態では、回収元制御部９３は、排気が排気処理触媒８５を熱劣化させる状態ではない場合、第２熱交換器８３から熱を回収する。そのため、排気処理触媒８５の過度の温度低下が抑制され、排気浄化性能が維持される。
このように排気の状態に応じて熱回収元を選択することで、排気処理触媒８５の熱劣化抑制と排気浄化性能の確保とを両立することができる。

また、第２実施形態では、冷却部９５が冷却する吸気は、新気とＥＧＲガスとが混合したガスである。そのため、吸気の冷却効率を向上させることができる。
また、第２実施形態では、内燃機関６１は、吸気の通路として、互いに並行する第１吸入通路７４および第２吸入通路７５を有している。冷却部９５は、第１吸入通路７４に設けられる熱交換器９６を有する。そのため、吸気の冷却を選択的に実施することができる。

また、第２実施形態では、冷却部９５は、内燃機関６１の負荷が所定負荷以下であるか否かを判定する負荷判定部５４と、内燃機関６１の負荷が所定負荷以下である場合、吸気を第１吸入通路７４ではなく第２吸入通路７５に導く通路制御部９９とを有する。そのため、低負荷での燃焼悪化を抑制することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態では、図９に示すように冷凍部１００は、熱回収部８１が回収した熱を用いる吸収式冷凍機である。吸収式冷凍機は、吸収液（吸収力の高い液体）が水等の冷媒を吸収する現象を利用した冷凍機である。
冷凍部１００の蒸発器１０１は、液体の冷媒（水）を蒸発させる際に周囲から熱を吸収するとき、周囲にある冷却配管２２１およびその中の水を冷やす。このとき得られる冷水が冷熱源となる。冷水は、冷却配管２２１、２２２を通じて冷却部９５に供給される。

吸収器１０２は、蒸発器１０１で発生した冷媒蒸気（水蒸気）を冷却しながら吸収液に吸収させる。再生器１０３は、吸収器１０２から供給された冷媒と吸収液との混合液を加熱することで、冷媒を蒸発させる。凝集器１０４は、冷媒蒸気を冷却して液体冷媒とし、蒸発器１０１に供給する。
＜効果＞
以上のように冷凍部１００は吸収式冷凍機であってもよい。それでも第１実施形態と同様に、吸気の冷却による熱効率向上効果を得ることができる。また、吸収式冷凍機は高い冷凍効率を得ることができる。

［第４実施形態］
第４実施形態では、図１０に示すように冷凍部１１０は、熱回収部８１が回収した熱を用いる熱音響冷凍機である。熱音響冷凍機は、熱と音波との間で互いにエネルギをやりとりする作用を利用した冷凍機である。
冷凍部１１０の冷凍管１１１には熱交換器からなる第１スタック１１２および第２スタック１１３が設けられている。供給先配管８７の温水の熱が第１スタック１１２の一端部１１４に与えられると、第１スタック１１２の他端部１１５側から音波が発生する。この音波が冷凍管１１１内を通じて第２スタック１１３の一端部１１６に伝播すると、当該第２スタック１１３の一端部１１６の温度が下がるとともに第２スタック１１３の他端部１１７の温度が上がる。この一端部１１６により冷却配管２２１およびその中の水が冷やされる。このとき得られる冷水が冷熱源となる。

＜効果＞
以上のように冷凍部１１０は熱音響冷凍機であってもよい。それでも第１実施形態と同様に、吸気の冷却による熱効率向上効果を得ることができる。また、熱音響冷凍機は高い冷凍効率を得ることができる。

［第５実施形態］
第５実施形態では、図１１に示すようにエネルギ回収１２０は、ランキンサイクルを利用したものであり、第２実施形態における熱回収部８１に加えて、ボイラ１２１、タービン１２２、復水器１２３およびポンプ１２４を有している。ボイラ１２１は、熱回収部８１が回収した熱を用いて蒸気を発生させる。タービン１２２は、ボイラ１２１で発生した蒸気を用いて回転する。このタービン１２２の回転動力は、後述の冷凍部１２５の駆動源となる。復水器１２３は、タービン１２２を回したあとの蒸気を冷却して水にする。ポンプ１２４は、復水器１２３の水を加圧してボイラ１２１に供給する。

冷凍部１２５は、タービン１２２に連結されているコンプレッサ１２６を含むターボ式の蒸発圧縮冷凍機である。蒸発圧縮冷凍機は、蒸発圧縮冷凍サイクルを利用したものである。具体的には、冷凍部１２５は、気体の冷媒をコンプレッサ１２６で圧縮して昇温したあとコンデンサ１２７で放熱凝縮して液体とし、液体の冷媒を膨張弁１２８で減圧膨張させて一部を蒸発させ、残りをエバポレータ１２９で蒸発気化させる。膨張弁１２８で一部の冷媒を蒸発させる際に周囲の残りの冷媒が冷やされる。このとき得られる冷えた冷媒が冷熱源となる。

コンプレッサ１２６、コンデンサ１２７、膨張弁１２８およびエバポレータ１２９は、冷媒通路１３５に配置されている。冷却配管２２は、冷媒通路１３５における膨張弁１２８の下流から分岐して熱交換器９６を経由して再び冷媒通路１３５に合流するように設けられている。冷媒通路１３５と冷却配管２２との分岐箇所には切替弁１３６が設けられている。冷凍部１２５が生成した冷熱源である冷媒は、冷却配管２２を通じて冷却部１３７に供給される。

冷凍部１２５は、冷房装置の冷凍部も兼ねている。つまり、車室空気は、エバポレータ１２９で冷媒を蒸発させる際に冷やされるようになっている。
冷却部１３７は、冷熱源である冷媒を用いて吸気を冷却可能であるとともに、車室空気を冷却可能である。具体的には、冷却部１３７は、熱交換器９６および制御装置１３８を有している。

制御装置１３８は、第２実施形態と同じである負荷判定部５４、冷房要求判定部５５および通路制御部９９に加えて、冷却対象制御部１３９を有している。冷却対象制御部１３９は、内燃機関の負荷が所定負荷よりも大きい場合、冷媒を用いて吸気を冷却する。具体的には、切替弁１３６を制御して冷媒通路１３５と冷却配管２２とを連通させる。また、冷却対象制御部１３９は、内燃機関の負荷が所定負荷以下であり且つ車室の冷房要求がある場合、冷媒を用いて車室空間を冷却する。具体的には、切替弁１３６を制御して冷媒通路１３５と冷却配管２２との連通を遮断する。このように冷却対象制御部１３９は、内燃機関６１の運転条件等に応じて、吸気および車室空気を冷却する状態と、車室空気を冷却する状態とを切り替える。

＜効果＞
以上のように冷凍部１２５はターボ式の蒸発圧縮冷凍機であってもよい。それでも第１実施形態と同様に、吸気の冷却による熱効率向上効果を得ることができる。また、蒸発圧縮冷凍機は高い冷凍効率を得ることができる。また、冷凍部１２５を冷房装置の冷凍部と共用すること可能であり、これにより車両搭載性が良好となる。

また、第５実施形態では、冷却部１３７が吸気以外の車室空気を冷却することで、冷却能力の余力を有効活用することができる。また、冷却対象制御部１３９は、内燃機関６１の負荷が所定負荷以下であり且つ車室の冷房要求がある場合、冷熱源を用いて車室空気を冷却する。これにより、内燃機関６１の低負荷時に冷却能力の余力があるとき、その余力を使って車室空気を冷却することができる。

［第６実施形態］
第６実施形態では、図１２に示すエネルギ回収部１４０は、タービン発電機１４１および電動モータ１４２を備えている。タービン発電機１４１は、過給器６６のタービン６３を迂回する迂回排気通路１４３において、ウェイストゲートバルブ１４４の下流側に設けられているタービン１４５と、タービン１４５で回転させられる発電機１４６とを有している。タービン発電機１４１が発電した電力はバッテリ１４７に蓄電される。電動モータ１４２は、バッテリ１４７の電力を用いて回転作動する。

冷凍部１４８は、電動モータ１４２に連結されているコンプレッサ１４９を含む電気式の蒸発圧縮冷凍機である。電動モータ１４２がコンプレッサ１４９を駆動すること以外、冷凍部１４８の構成は、第５実施形態における冷凍部１２５の構成と同様である。

＜効果＞
以上のように冷凍部１２５は電気式の蒸発圧縮冷凍機であってもよい。それでも第１実施形態と同様に、吸気の冷却による熱効率向上効果を得ることができる。また、蒸発圧縮冷凍機は高い冷凍効率を得ることができる。また、冷凍部１４８を冷房装置の冷凍部と共用すること可能であり、これにより車両搭載性が良好となる。

［第７実施形態］
第７実施形態では、図１３に示すように内燃機関１５０は過給器６６を備えている。コンプレッサ６５で圧縮された新気は、チャージクーラ６７およびインテークマニホールド１５１を通って燃焼室１２に吸収される。
冷却部１５は、インテークマニホールド１５１に設けられた熱交換器であり、冷凍部１４が生成した冷熱源を用いて吸気を冷却する。

エネルギ回収部としての熱回収部１５２は、温熱源から熱を回収するものであり、吸入通路６４におけるチャージクーラ６７とコンプレッサ６５との間に設けられた熱交換器である。温熱源は、内燃機関１５０の過給後の吸気である。
＜効果＞
以上のように温熱源が過給後の吸気であってもよい。それでも第１実施形態と同様に、吸気の冷却による熱効率向上効果を得ることができる。また、吸気は、熱回収部１５２が熱を回収したあとに冷却部１５により冷却される。そのため吸気の冷却性能が一層向上する。

［第８実施形態］
第８実施形態では、図１４に示すようにエネルギ回収部としての熱回収部１６０は、温熱源から熱を回収するものであり、内燃機関１１を冷却するための冷却装置から構成されている。具体的には、熱回収部１６０は、内燃機関１１の冷却部の入口および出口につながっている冷却配管１６１を含む。温熱源は、内燃機関１１の本体（シリンダ３２等）である。

＜効果＞
以上のように温熱源が内燃機関１１の本体であってもよい。それでも第１実施形態と同様に、吸気の冷却による熱効率向上効果を得ることができる。また、内燃機関１１の本体の温度変動は比較的小さいので、熱回収部１６０が安定的に熱を回収することができる。

［第９実施形態］
第９実施形態では、図１５に示すように内燃機関１１が搭載された車両は、別の動力源としてモータ１７１を備えている。
エネルギ回収部としての熱回収部１７０は、温熱源から熱を回収するものであり、モータ１７１および関連部品（すなわちインバータ１７２および電池１７３）を冷却するための冷却装置から構成されている。具体的には、熱回収部１７０は、モータ１７１、インバータ１７２および電池１７３を通る冷却配管１７４を含む。温熱源は、モータ１７１、インバータ１７２および電池１７３である。

＜効果＞
以上のように温熱源がモータ１７１、インバータ１７２および電池１７３等であってもよい。それでも第１実施形態と同様に、吸気の冷却による熱効率向上効果を得ることができる。また、このようなシステムは電動化車両に好適である。

［第１０実施形態］
第１０実施形態では、図１６に示すように熱伝達抑制部１８０は、燃焼室形成部としてのシリンダ３２およびピストン３４に設けられている電熱ヒータ１８１、１８２から構成されている。電熱ヒータ１８１は、燃焼室１２に面するシリンダ３２の内壁面３５の温度を上昇させる手段となる。電熱ヒータ１８２は、燃焼室１２に面するピストン３４の頂壁面３７の温度を上昇させる手段となる。

＜効果＞
このように熱伝達抑制部１８０を電熱ヒータ１８１、１８２から構成してもよい。それでも第１実施形態と同様に、燃焼悪化や失火が抑えられ、熱効率低下を抑制することができる。また、比較的容易に熱伝達抑制部を設けることができる。

［第１１実施形態］
第１１実施形態では、図１７に示すように熱伝達抑制部１９０は、燃焼室形成部としてのシリンダ３２近傍に設けられている誘導加熱器である。誘導加熱器は、燃焼室１２に面するシリンダ３２の壁部に渦電流を発生させるものであり、内壁面３５の温度を上昇させる手段となる。

＜効果＞
このように熱伝達抑制部１９０を誘導加熱器から構成してもよい。それでも第１実施形態と同様に、燃焼悪化や失火が抑えられ、熱効率低下を抑制することができる。また、熱伝達抑制部を設けるにあたり、エンジンブロックやピストンの設計変更を極力抑えることができる。

［第１２実施形態］
第１２実施形態では、図１８に示すように熱伝達抑制部１３０は、燃料噴霧１３１を燃焼室１２の中央部に集中させるように燃料を噴射するインジェクタである。図２０に示す比較形態のインジェクタ１３２による燃料噴霧１３３と比べて、図１８に示す燃料噴霧１３１は燃焼室１２の中央部寄りとなる。これにより、図１９に示すように発火後の高温の燃焼ガスとピストン３４との間に、ピストン３４内部への熱伝達を抑制するガス断熱層１３４が形成される。

＜効果＞
このように熱伝達抑制部１３０を、燃料噴霧１３１を燃焼室１２の中央部に集中させるインジェクタから構成してもよい。それでも第１実施形態と同様に、燃焼悪化や失火が抑えられ、熱効率低下を抑制することができる。また、熱伝達抑制部を設けるにあたり、エンジンブロックやピストンを変更することなく、インジェクタを交換するだけでよい。既存システムからの変更を極力小さくすることができる。

［第１３実施形態］
第１３実施形態では、図２１に示すように、冷却配管２２３から分岐して冷却配管２２５に合流する冷却配管２２７が設けられている。冷却配管２２３から冷却配管２２７が分岐する分岐箇所には切替弁２３１が設けられている。切替弁２３１は、冷水が冷却配管２２３から切替弁５３を経由して冷却配管２２４に流れる状態と、冷水が冷却配管２２３から冷却配管２２７を経由して冷却配管２２５に流れる状態とを切り替える。

冷却部２３２は、冷熱源である冷水を用いて吸気を冷却可能であり、また、冷房用冷媒を冷却可能である。具体的には、冷却部２３２は、熱交換器９６、熱交換器４８および制御装置２３３を有している。
制御装置２３３は、第２実施形態と同じである負荷判定部５４、冷房要求判定部５５および通路制御部９９に加えて、冷却対象制御部２３４を有している。冷却対象制御部２３４は、内燃機関の負荷が所定負荷よりも大きく且つ車室の冷房要求がない場合、冷水を用いて吸気を冷却する。具体的には、切替弁５２を制御して冷却配管２２１と冷却配管２２２とを連通させ、切替弁２３１を制御して冷却配管２２３と冷却配管２２７との連通を遮断し、切替弁５３を制御して冷却配管２２３と冷却配管２２４とを連通させる。このとき熱交換器９６に供給される冷水と吸気との間の熱交換によって吸気が冷却される。

また、冷却対象制御部５６は、内燃機関の負荷が所定負荷以下であり且つ車室の冷房要求がある場合、冷水を用いて冷房用冷媒を冷却する。具体的には、切替弁５２を制御して冷却配管２２１と冷却配管２２５とを連通させるとともに、切替弁５３を制御して冷却配管２２６と冷却配管２２４とを連通させる。このとき熱交換器４８に供給される冷水と冷房用冷媒との間の熱交換によって冷房用冷媒が冷却される。

また、冷却対象制御部５６は、内燃機関の負荷が所定負荷よりも大きく且つ車室の冷房要求がある場合、冷水を用いて吸気を冷却するとともに、吸気を冷却した後の冷水を用いて冷房用冷媒を冷却する。具体的には、切替弁５２を制御して冷却配管２２１と冷却配管２２２とを連通させ、切替弁２３１を制御して冷却配管２２３と冷却配管２２７とを連通させ、切替弁５３を制御して冷却配管２２６と冷却配管２２４とを連通させる。このとき熱交換器９６に供給される冷水と吸気との間の熱交換によって吸気が冷却されつつ、熱交換器４８に供給される冷水と冷房用冷媒との間の熱交換によって冷房用冷媒が冷却される。

このように冷却対象制御部２３４は、内燃機関１１の運転条件等に応じて、吸気を冷却する状態と、冷房用冷媒を冷却する状態と、吸気および冷房用冷媒の両方を冷却する状態とを切り替える。

＜効果＞
以上説明したように、第１３実施形態によれば、冷却部２３２が吸気以外の冷房用冷媒を冷却することで、冷却能力の余力を有効活用することができる。また、吸気冷却を実施するとともに、吸気を冷却した後の冷熱源を用いて冷房用冷媒を冷却するので、冷房装置４１の消費エネルギを低減することができる。そのため実用燃費が向上する。

また、第１３実施形態では、冷却部２３２は、冷熱源である冷水と車室空気との間の熱交換によって車室空気を冷却する。このようにして冷却能力の余力を使って車室空気を冷却することができる。

［第１４実施形態］
第１４実施形態では、図２２に示すように、冷却部２４１は熱交換器２４２を有している。熱交換器２４２は、第１３実施形態における熱交換器４８に代えて設けられるものであって、蒸発圧縮冷凍サイクルを利用する冷房装置４１のコンデンサ４４の下流で冷房用冷媒と熱交換する。
＜効果＞
以上のように、冷却部２４１が冷房装置４１のコンデンサ４４の下流で冷房用冷媒と熱交換することで、冷房効率を向上させることができる。

［第１５実施形態］
第１５実施形態では、図２３に示すように冷却部２５１は、冷熱源である冷水を用いて吸気を冷却可能であり、また、車室空気を冷却可能である。具体的には、冷却部２５１は、熱交換器９６、熱交換器２５２および制御装置２３３を有している。熱交換器２５２は、冷房装置２５３を構成しており、冷水と車室空気との間の熱交換によって車室空気を冷却する。
＜効果＞
以上のように、冷却部２５１が冷水と車室空気との間の熱交換によって車室空気を冷却してもよい。

［第１６実施形態］
第１６実施形態では、図２４に示すように冷却部２６１は、冷熱源である冷媒を用いて吸気を冷却可能であり、また、車室空気を冷却可能である。具体的には、冷却部２６１は、熱交換器９６、熱交換器２６２および制御装置１３８を有している。熱交換器２６２は、冷却配管２６３と冷却配管２６４との間に設けられている。冷却配管２６３は、冷媒通路１３５から分岐する配管であり、冷凍部１２５が生成した冷熱源である冷媒が流れる。冷却配管２６４は、熱交換器９６から延びる配管であり、冷水が流れる。熱交換器２６２は、冷媒と冷水との間で熱交換する。
＜効果＞
以上のように、冷却部２６１は、冷熱源を用いて冷水を介して吸気を冷却してもよい。

［第１７実施形態］
第１７実施形態では、図２５に示すように冷却部２７１は、冷熱源である冷媒を用いて吸気を冷却可能であり、また、車室空気を冷却可能である。具体的には、冷却部２７１は、熱交換器９６、蓄冷材２７２および制御装置１３８を有している。蓄冷材２７２は、熱交換器９６と冷却配管２２との間に設けられており、冷媒の冷熱を蓄冷する。冷却部２７１は、蓄冷材２７２を介して吸気と冷媒との間の熱交換を行う。
＜効果＞
以上のように、冷却部２７１は、蓄冷材２７２を介して吸気と冷媒との間の熱交換を行うように構成してもよい。

［他の実施形態］
他の実施形態では、冷熱源は、水に限らず、オイル等の他の液体であってもよい。
他の実施形態では、温熱源と熱交換するものは、水に限らず、オイル等の他の液体であってもよい。
他の実施形態では、熱回収部は、熱交換器であって、内燃機関の排気通路における排気処理触媒の下流側にのみ設けられてもよい。

他の実施形態では、熱伝達抑制部としての断熱膜は、アルミナ以外のセラミックであってもよいし、セラミック以外の耐熱材料からなるものであってもよい。
他の実施形態では、熱伝達抑制部としての断熱膜は、シリンダ、シリンダヘッドおよびピストンのうち少なくとも１つに設けられてもよい。
他の実施形態では、熱伝達抑制部としてのガス断熱層は、例えば燃焼室形成部に設けられるガス供給孔などから供給されるガスにより形成されてもよい。要するに、ガス断熱層は、燃焼ガス等の高温ガスと燃焼室形成部との間に形成されていればよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０・・・吸気冷却システム
１１、６１、１５０・・・内燃機関
１３、８１、１５２、１６０、１７０・・・熱回収部（エネルギ回収部）
１２０、１４０・・・エネルギ回収部
１４、４２、１００、１１０、１２５、１４８・・・冷凍部
１５、９５、１３７、２３２、２４１、２５１、２６１、２７１・・・冷却部

Claims (14)

1. 車両の内燃機関（１１、６１、１５０）に用いられる吸気冷却システムであって、
   冷熱源を生成する冷凍部（１４、４２、１００、１１０、１２５、１４８）と、
   前記冷凍部を駆動するためのエネルギを回収するエネルギ回収部（１３、８１、１２０、１４０、１５２、１６０、１７０）と、
   前記冷凍部が生成した冷熱源を用いて前記内燃機関の吸気を冷却可能であり、また、前記冷熱源を用いて前記車両の冷房用冷媒または車室空気を冷却可能である冷却部（１５、９５、１３７、２３２、２４１、２５１、２６１、２７１）と、
   を備える吸気冷却システム。
2. 前記冷却部（１５、９５、２３２、２４１）は、前記冷熱源と前記冷房用冷媒との間の熱交換によって当該冷房用冷媒を冷却する請求項１に記載の吸気冷却システム。
3. 前記冷却部（２４１）は、前記冷熱源と前記冷房用冷媒との間の熱交換を、蒸発圧縮冷凍サイクルを利用する冷房装置のコンデンサの下流で行う請求項２に記載の吸気冷却システム。
4. 前記冷熱源は前記冷房用冷媒であり、
   前記冷却部（１３７、２５１、２６１、２７１）は、前記冷熱源と車室空気との間の熱交換によって車室空気を冷却する請求項１に記載の吸気冷却システム。
5. 前記冷却部は、
   前記内燃機関の負荷が所定負荷以下であるか否かを判定する負荷判定部（５４、９８）と、
   車室の冷房要求があるか否かを判定する冷房要求判定部（５５）と、
   前記内燃機関の負荷が前記所定負荷以下であり且つ車室の冷房要求がある場合、前記冷熱源を用いて前記冷房用冷媒または車室空気を冷却する冷却対象制御部（５６、１３９、２３４）と、
   を有する請求項２〜４のいずれか一項に記載の吸気冷却システム。
6. 前記冷却対象制御部（２３４）は、前記内燃機関の負荷が前記所定負荷よりも大きく且つ車室の冷房要求がある場合、前記冷熱源を用いて吸気を冷却するとともに、吸気を冷却した後の前記冷熱源を用いて前記冷房用冷媒または車室空気を冷却する冷却対象制御部と、
   を有する請求項５に記載の吸気冷却システム。
7. 前記エネルギ回収部（１２０）は、温熱源から熱を回収する熱回収部（８１）と、当該熱回収部が回収した熱を用いて蒸気を発生させるボイラ（１２１）と、当該ボイラで発生した蒸気を用いて回転するタービン（１２２）と、を含み、
   前記冷凍部（１２５）は、前記タービンに連結されているコンプレッサ（１２６）を含むターボ式の蒸発圧縮冷凍機である請求項１〜６のいずれか一項に記載の吸気冷却システム。
8. 前記エネルギ回収部（１４０）は、前記内燃機関の排気から電力を回収するタービン発電機（１４１）と、前記タービン発電機が発電した電力を用いて駆動する電動モータ（１４２）を含み、
   前記冷凍部（１４８）は、前記電動モータに連結されているコンプレッサ（１４９）を含む電気式の蒸発圧縮冷凍機である請求項１〜６のいずれか一項に記載の吸気冷却システム。
9. 前記温熱源は前記内燃機関の排気である請求項７に記載の吸気冷却システム。
10. 前記内燃機関の燃焼室を形成する部分を燃焼室形成部とすると、
    前記燃焼室内のガスから前記燃焼室形成部の内部への熱伝達を抑制する熱伝達抑制部（３１、１３０、１８０、１９０）をさらに備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の吸気冷却システム。
11. 前記熱伝達抑制部（３１、１３０、１８０）は、前記燃焼室に面する前記燃焼室形成部の壁面（３５、３６、３７）の温度を上昇させる手段である請求項１０に記載の吸気冷却システム。
12. 前記熱伝達抑制部（３１）は、熱伝達率および比熱の少なくとも一方が前記燃焼室形成部の内部と比べて小さい材料からなり、前記燃焼室に面する前記燃焼室形成部の前記壁面を有する断熱膜である請求項１１に記載の吸気冷却システム。
13. 前記内燃機関（６１）は、吸気の通路として、互いに並行する第１吸入通路（７４）および第２吸入通路（７５）を有しており、
    前記冷却部は、
    前記第１吸入通路および前記第２吸入通路の一方に設けられる熱交換器（９６）と、
    前記内燃機関の負荷が前記所定負荷以下である場合、吸気を前記第１吸入通路および前記第２吸入通路の他方に導く通路制御部（９９）と、
    を有する請求項５または６に記載の吸気冷却システム。
14. 前記冷却部（２７１）は、蓄冷材（２７２）を介して吸気と前記冷熱源との間の熱交換を行う請求項１〜１３のいずれか一項に記載の吸気冷却システム。

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