JP2507732B2

JP2507732B2 - 自動車用エンジンの吸気冷却装置

Info

Publication number: JP2507732B2
Application number: JP9019887A
Authority: JP
Inventors: 恒洋川喜田; 佳酒川
Original assignee: Calsonic Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1987-04-13
Filing date: 1987-04-13
Publication date: 1996-06-19
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: JPS63255516A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、自動車用空調装置の冷凍サイクルを利用し
て蓄冷した冷熱でエンジン吸気を冷却することにより、
エンジン出力の増大を図った自動車用エンジンの吸気冷
却装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、車両の出力を向上させるために、エンジンの給
排系にターボチャージャ（排気タービン過給機）を搭載
したものが知られている。

また、この種の車両では、ターボチャージャのコンプ
レッサからの高温の圧縮空気を冷却して、エンジンの燃
焼室への給気温度を下げ、これにより燃焼効率を上げる
ために、ターボチャージャと吸気マニホールドとの間に
インタークーラを設けたものが知られている。

ところで、従来のターボチャージャを搭載した車両に
おいては、エンジンの吸気冷却は、空冷式に頼っていた
が、ある一定限度までしか冷却効率を上げることができ
なかった。

そこで、例えば、特開昭61−37523号公報に開示され
るように、車両に装置されている空調装置の冷凍サイク
ルを利用して吸気冷却を行なうことが考えられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の方法では、単に冷凍
サイクルの冷気をインタークーラに導くだけであったた
め、充分に吸気を冷却することができず、特に、車両の
急加速時において出力増大が不十分になるという欠点が
あった。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる欠点を解消すべくなされたもので、
車両の急加速時においても充分に出力の増大を図ること
ができるとともに、冷凍サイクルの冷気をインタークー
ラに導く時に生ずる種々の問題を一挙に解決した自動車
用エンジンの吸気冷却装置を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係わる自動車用エンジンの吸気冷却装置は、
電磁クラッチを介してエンジンにより駆動される圧縮機
からの高温冷媒をコンデンサにより液冷媒とし、エバポ
レータにより前記液冷媒を蒸発させ、車室内の冷房空気
を冷却する空調用冷却系と、前記コンデンサの液冷媒を
導入し、蓄冷材を冷却する蓄冷式インタークーラを備え
た蓄冷系と、ターボチャージャで圧縮された高温の圧縮
空気を冷却し、この圧縮空気を直接エンジンに導くとと
もに、吸気切換弁の切り換えにより前記蓄冷材と熱交換
した圧縮空気をエンジンに導く吸気用冷却系と、前記エ
バポレータおよび蓄冷式インタークーラの入口側にそれ
ぞれ配置される電磁弁と、前記エンジンの出力増大信
号，前記電磁クラッチのON/OFF信号，エアコンスイッチ
のON/OFF信号，前記エバポレータの配管温度信号，前記
蓄冷材の温度信号および車室内の温度信号を入力し、前
記電磁弁および吸気切換弁の開閉を行なうコントローラ
とを有するものである。

〔発明の作用〕

本発明の自動車用エンジンの吸気冷却装置において
は、コントローラに、エンジンの出力増大信号，電磁ク
ラッチのON/OFF信号，エアコンスイッチのON/OFF信号，
エバポレータの配管温度信号，蓄冷材の温度信号および
車室内の温度信号が入力され、コントローラは、これ等
の信号に基づいて電磁弁および吸気切換弁の開閉を行な
う。

すなわち、本発明では、コントローラは、エンジンの
出力増大信号が入力された時に電磁クラッチをOFFと
し、吸気切換弁を蓄冷式インタークーラ側に切り換える
ことにより、エンジンの負担を軽減しながら吸気の冷却
を行なう。

また、コントローラは、蓄冷材の温度が設定値より小
さい時に、蓄冷式インタークーラの入口側の電磁弁を閉
とし、蓄冷式インタークーラの凍結を防止する。

なお、ここで蓄冷材温度の代わりに、インタークーラ
内の冷媒配管温度を用いても良いことは勿論である。

さらに、コントローラは、蓄冷材の温度が設定値より
大きい時に、電磁クラッチをONにするとともに、この状
態で、エアコンスイッチがONとされ、エバポレータの配
管温度が設定値より小さい時に、エバポレータの入口側
の電磁弁を閉とし、エバポレータの凍結を防止する。

また、コントローラは、蓄冷材の温度が設定値より大
きい時に、電磁クラッチをONとするとともに、この状態
で、エアコンスイッチがONとされ、エバポレータの配管
温度が設定値より大きく、かつ、車室内の温度が設定値
より大きい時に、エバポレータの入口側の電磁弁を開と
し、蓄冷式インタークーラの入口側の電磁弁を閉とする
ことによりクールダウンに対処する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を図面に示す一実施例について説
明する。

第１図は、本発明の自動車用エンジンの吸気冷却装置
の一実施例を示すもので、この自動車用エンジンの吸気
冷却装置は、空調用冷却系11,蓄冷系13および吸気用冷
却系15とから主体部分が構成されている。

図において符号17は、空調用冷却系11に配置される圧
縮機を示している。19は圧縮されて外気温度より20〜30
度高くなった冷媒（例えば、無害で化学的に安定し、か
つ物理的に冷房に適した特性を持つジクロルジフルオル
メタン等）の熱を放熱し、高温，高圧の液冷媒とするコ
ンデンサ、21は冷媒を蒸発させて低熱源を得、冷房空気
を冷却させるためのエバポレータ（空調用熱交換器）、
23は高温，高圧の冷媒を蓄えるレシーバ（受液器）であ
る。

空調用冷却系11から分岐して、コンデンサ19からの液
冷媒を導入し、蓄冷材25を冷却する蓄冷式インタークー
ラ27を備えた蓄冷系13が配置されている。

符号15は、吸気用冷却系を示しており、この吸気用冷
却系15は、ターボチャージャ29で圧縮された高温の圧縮
空気を冷却し、この圧縮空気を直接エンジン31に導く第
１吸気冷却系33と、吸気切換弁35の切り換えにより、蓄
冷材25と熱交換した圧縮空気をエンジン31に導く第２吸
気冷却系37とから構成されている。

エバポレータ21および蓄冷式インタークーラ27の上流
には、電磁弁39および41が配置されている。

この電磁弁39および41は、コントローラ43からの信号
により開閉し、空調用冷却系11の冷媒をエバポレータ21
と蓄冷式インタークーラ27とに必要に応じて適時に流す
構造とされている。

コントローラ43には、入力信号として、アクセルペダ
ル45に連動するキックダウンスイッチ47からの信号、エ
バポレータ21内の冷媒管温度T_EA,蓄冷式インタークーラ
27内の冷媒管温度T_Ei,車室49内の温度を示す車室温度
T_R,およびエアコンスイッチ51のON/OFF信号が入力され
る。

また、このコントローラ43からは、電磁弁39,41の開
閉信号の他に、吸気切換弁35の切り換え信号，圧縮機17
を回転停止させる電磁クラッチ53のON/OFF信号，吸気用
冷却系15に配置される補助用インタークーラ55に装着さ
れたモータファン57のON/OFF信号が出力される。

なお、図において、符号59,61は、空調用冷却系11お
よび蓄冷系13に配置される膨張弁を示している。

蓄冷系13に配置される蓄冷式インタークーラ27には、
蓄冷系13の配管と、吸気用冷却系15の第２吸気冷却系37
の配管とが挿通されており、これ等の配管は、その一部
を蓄冷材25中に埋没されている。

従って、空調用冷却系11の配管により冷却された蓄冷
材25の冷熱は、吸気が第２吸気冷却系37を通る時に放出
され、これにより吸気が冷却される。

なお、蓄冷式インタークーラ27の外周には、蓄冷材25
に蓄冷された冷熱が逃げないように、その外周に断熱材
63が巻かれている。

以上のように構成された自動車用エンジンの吸気冷却
装置では、車両の急加速時のように吸気のさらなる冷却
が必要な時には、ターボチャージャ29から補助インター
クーラ55を通った空気は、第２吸気冷却系37を通り、蓄
冷式インタークーラ27で冷却された後、エンジン31に流
入するように吸気切換弁35がユントローラ43により制御
される。

また、定常走行時等の蓄冷時には、ターボチャージャ
29から補助インタークーラ55を通った空気は、第１吸気
冷却系33を通り、直接エンジン31に流入するように吸気
切換弁35がコントローラ43により制御される。

さらに、車両の急加速時等の放冷時には、圧縮機17の
電磁クラッチ53がOFFとされ、圧縮機17の回転が停止さ
れエンジン31の負担が軽減される。

また、エバポレータ21の凍結を防止するために、エバ
ポレータ21内の冷媒管温度T_EAがセンサにより検出さ
れ、この冷媒管温度T_EAは、コントローラにより設置T
_EAoと比較され、電磁クラッチ53のON/OFFおよび電磁弁3
9,41の開閉が判断される。

これは、エバポレータ21が凍結した時には、エバポレ
ータ21の車室送風抵抗が大きくなり、車室送風機のモー
タが焼き切れる虞があるからである。

さらに、蓄冷式インタークーラ27の凍結を防止するた
めに、蓄冷式インタークーラ27内の蓄冷材25の温度、こ
の実施例では、冷媒管温度T_Eiがセンサにより検出され
る。この冷媒管温度T_Eiは、コントローラにより設定値T
_Eioと比較され、電磁クラッチ53のON/OFFおよび電磁弁3
9,41の開閉が判断される。

これは、蓄冷式インタークーラ27が凍結すると蓄冷式
インタークーラ27内の第２吸気冷却系37の抵抗が大きく
なり、エンジン31の出力が上がらなくなる虞があるから
である。

さらに、この実施例では、クールダウンか否かを判断
するため、車室内温度T_Rがセンサにより検出され、この
車室内温度T_Rは、コントローラ43により設定値T_R0と比
較される。

すなわち、一般に、蓄冷式インタークーラ27へ蓄冷時
には、空調用冷却系11から冷熱を蓄冷式インタークーラ
27に与えるために、車室49内冷房能力が低下するが、炎
天下における車両の長期放置後のクールダウン等の急速
冷房時にはこれは不利である。

そこで、コントローラ43は、エアコンスイッチ51が入
り、かつ、車室内温度T_Rが設定値T_R0より大きい時にク
ールダウンであると判断し、電磁弁41を閉とする。

なお、これ以外の時には、通常蓄冷されるが、蓄冷と
冷房とを同時に行なう時には、電磁弁39,41の開閉はデ
ューティ制御とされ、主に、冷房を主体に、すなわち、
電磁弁39の開時間が閉時間に比較して長く取られ、一
方、電磁弁41の閉時間が開時間に比較して長く取られ
る。

このように、デューティ制御を行なうことで、冷房と
の両用が可能となる。なお、この開閉の比率は、任意に
設定可能とすることで、蓄冷式インタークーラ27の性能
を重視するか、あるいは冷房を重視するかを、運転者の
好みに任せることができる。

また、この実施例では、放冷，蓄冷の判断は、アクセ
ルペダル45と連動するキックダウンスイッチ47のON/OFF
に基づいて行なわれる。

以上述べた制御は、具体的には、第２図に示すような
フローチャートで行なわれる。なお、この図において○
で囲まれる数字は、以下述べるステップを示す数字に対
応している。

第２図において、ステップ１では、初期設定がされ、
ステップ２で、蓄冷式インタークーラ27に対する蓄冷，
放冷の判断としてキックダウンスイッチ47のON/OFFが判
断される。

すなわち、キックダウンスイッチ47が入っている時に
は、アクセルペダル45がある程度以上踏み込まれている
ので、蓄冷式インタークーラ27から放冷する必要があ
る。

従って、この場合には、以下述べるステップ３〜６に
進む。

なお、この時には、ステップ４に示すように、電磁ク
ラッチ53がOFFとされ、圧縮機17が回転していないの
で、空調用冷却系11は作動していない。

従って、電磁弁39,41は開閉のどちらでも良いが一応
ステップ５の如く、電磁弁39が開とされ、電磁弁41が閉
とされる。

また、この時には、補助インタークーラ55のモータフ
ァン57がステップ６に示すようにONとされる。

さらに、この時には、補助インタークーラ55からの吸
気が第２吸気冷却系37を通過するように吸気切換弁35が
切り換えられる。

次に、ステップ２において、キックダウンスイッチ47
がOFFの時には、アクセルペダル45があまり踏み込まれ
ていないので、蓄冷式インタークーラ27は、蓄冷とされ
る。

この時には、吸気は、補助インタークーラ55により冷
却されるが、補助インタークーラ55用のモータファン57
を回転することで、冷却効果を増大することが可能であ
る。

しかしながら、放冷，蓄冷の両時にモータファン57を
回転することは、バッテリが上がる虞がある。従って、
この実施例では、ステップ８のように、モータファン57
がOFFとされる。

また、この時には、ステップ７に示すように、吸気切
換弁35は第１吸気冷却系33側に制御される。

次に、この実施例では、蓄冷式インタークーラ27の凍
結防止として、センサにより検出された冷媒管温度T_Ei
がコントローラ43内の設定値T_Eioより大であるかどうか
が判断される（ステップ９）。

ここで、冷媒管温度T_Eiが設定値T_Eioより小さい時に
は、蓄冷式インタークーラ27が凍結する虞がある。

従って、この場合には、電磁弁41が閉とされ凍結が防
止される（ステップ10）。

なお、電磁弁39は、エアコン使用の場合も考慮して開
とされる（ステップ10）。

次に、エアコンが使用されているか否かがエアコンス
イッチ51のON/OFFにより判断される（ステップ11）。

エアコンスイッチ51がONの場合にも、エバポレータ21
の凍結防止として冷媒管温度T_EAを判断する必要があ
り、冷媒管温度T_EAが設定値T_EAoより大であるか否かが
判断される（ステップ12）。

冷媒管温度T_EAが設定値T_EAoより小の時には、凍結防
止のため、電磁クラッチ53がOFFとされる（ステップ1
3）一方、エアコンスイッチ51がOFFの時には、電磁クラ
ッチ53は、勿論OFFとされる（ステップ11,13）。

ステップ11,13における以外の場合には、電磁クラッ
チ53は、ONとされる（ステップ14）。

次に、ステップ９において、冷媒管温度T_Eiが設定値T
_Eioより大の時には、蓄冷式インタークーラ27は、凍結
の虞が無いので、電磁クラッチ53がONとされ、空調用冷
却系11が作動される（ステップ15）。

次に、ステップ16において、エアコンスイッチ51がON
とされていない場合には、蓄冷式インタークーラ27を蓄
冷のみとするため、電磁弁39が閉、電磁弁41が開とされ
る（ステップ17）。

また、エアコンスイッチ51が入っている時でも、冷媒
管温度T_EAが設定値T_EAoより小さい時（ステップ18）に
は、凍結防止の観点から電磁弁39が閉とされ、電磁弁41
が開とされる（ステップ17）。

ステップ18において、エアコンスイッチ51が入り、し
かも、冷媒管温度T_EAが設定値T_EAoより大の時、すなわ
ち、エアコンが作動している時には、クールダウンが考
えられる。

クールダウンであるかどうかは、車室内温度T_Rが設定
値T_R0より小かどうかで判断される（ステップ19）。

車室内温度T_Rが設定値T_R0より大きい時には、クール
ダウンと判断し、電磁弁39が開、電磁弁41が閉とされる
（ステップ20）。

一方、車室内温度T_Rが設定値T_R0より小さい時には、
電磁弁39,41を開閉する前述したデューティ制御により
エアコンの使用と併用して蓄冷が行なわれる（ステップ
21）。

以上述べたようにして車両の走行状態等に対応した最
適な制御が行なわれる。

すなわち、この実施例の自動車用エンジンの吸気冷却
装置では、空調用冷却系11を利用して蓄冷式インターク
ーラ27に蓄冷した冷熱でエンジン31の吸気を冷却するこ
とによりエンジン31の急加速時に出力の増大を充分に図
ることが可能となる。

そして、この実施例では、蓄冷式インタークーラ27の
蓄冷熱量が限られるため、最も出力が必要な時にのみ放
冷し、それ以外の時には、蓄冷しておくことが可能とな
る。

すなわち、この実施例では、定常走行時等のエンジン
31の出力の必要性が比較的小さい時に、蓄冷式インター
クーラ27に蓄冷しておき、急加速時等のようにエンジン
31の出力が必要とされる時に、蓄冷した冷熱をエンジン
31の吸気に一時に放冷することが可能となる。

そして、本発明では、コントローラ43は、エンジン31
の出力増大信号が入力された時に電磁クラッチ53をOFF
とし、吸気切換弁35を蓄冷式インタークーラ27側に切り
換えるので、エンジン31の負担を軽減しながら吸気の冷
却を行なうことが可能となる。

また、コントローラ43は、蓄冷材25の温度が設定値よ
り小さい時に、蓄冷式インタークーラ27の入口側の電磁
弁41を閉とするので、これにより、蓄冷式インタークー
ラ27の凍結が有効に防止される。

さらに、コントローラ43は、蓄冷材25の温度が設定値
より大きい時に、電磁クラッチ53をONにするとともに、
この状態で、エアコンスイッチ51がONとされ、エバポレ
ータ21の配管温度が設定値より小さい時に、エバポレー
タ21の入口側の電磁弁39を閉とするので、エバポレータ
39の凍結が有効に防止される。

また、コントローラ43は、蓄冷材25の温度が設定値よ
り大きい時に、電磁クラッチ53をONとするとともに、こ
の状態で、エアコンスイッチ51がONとされ、エバポレー
タ21の配管温度が設定値より大きく、かつ、車室49内の
温度が設定値より大きい時に、エバポレータ21の入口側
の電磁弁39を開とし、蓄冷式インタークーラ27の入口側
の電磁弁41を閉とするので、これによりクールダウンに
有効に対処することができる。

また、定常走行時には、蓄冷式インタークーラ27は、
蓄冷のための放冷効果を発揮できなくなるが、この実施
例では、補助インタークーラ55を配置したので、定常走
行時にも、この補助インタークーラ55により充分な吸気
の冷却効率を得ることができる。

さらに、補助インタークーラ55にモータファン57を配
置し、このモータファン57を急加速時にのみ回転するよ
うにしたので、急加速時におけるエンジン31の出力を効
率的に増加することができ、また、バッテリ上がりを防
止することができる。

なお、以上述べた実施例では、キックダウンスイッチ
47の信号を急加速信号として用いた例について説明した
が、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく、
例えば、キックダウンスイッチ47の信号の替わりに、バ
キューム圧信号（過給圧信号），スロットル開度信号，
燃料流量信号、エアフローメータ信号等の信号を用いて
制御できることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の自動車用エンジンの吸気
冷却装置では、コントローラに、エンジンの出力増大信
号，電磁クラッチのON/OFF信号，エアコンスイッチのON
/OFF信号，エバポレータの配管温度信号，蓄冷材の温度
信号および車室内の温度信号を入力し、これ等の信号に
基づいて電磁弁および吸気切換弁の開閉を行なうように
したので、車両の急加速時においても充分に出力の増大
を図ることができるとともに、冷凍サイクルの冷気をイ
ンタークーラに導く時に生ずる種々の問題を一挙に解決
できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動車用エンジンの吸気冷却装置の一
実施例を示す配管系統図、第２図は第１図の自動車用エ
ンジンの吸気冷却装置を制御するコントローラのフロー
チャートである。 11……空調用冷却系、13……蓄冷系、15……吸気用冷却
系、17……圧縮機、19……コンデンサ、21……エバポレ
ータ、25……蓄冷材、27……蓄冷式インタークーラ、29
……ターボチャージャ、35……吸気切換弁、39,41……
電磁弁、43……コントローラ、47……キックダウンスイ
ッチ、49……車室、51……エアコンスイッチ、53……電
磁クラッチ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁クラッチを介してエンジンにより駆動
される圧縮機からの高温冷媒をコンデンサにより液冷媒
とし、エバポレータにより前記液冷媒を蒸発させ、車室
内の冷房空気を冷却する空調用冷却系と、前記コンデン
サの液冷媒を導入し、蓄冷材を冷却する蓄冷式インター
クーラを備えた蓄冷系と、ターボチャージャで圧縮され
た高温の圧縮空気を冷却し、この圧縮空気を直接エンジ
ンに導くとともに、吸気切換弁の切り換えにより前記蓄
冷材と熱交換した圧縮空気をエンジンに導く吸気用冷却
系と、前記エバポレータおよび蓄冷式インタークーラの
入口側にそれぞれ配置される電磁弁と、前記エンジンの
出力増大信号，前記電磁クラッチのON/OFF信号，エアコ
ンスイッチのON/OFF信号，前記エバポレータの配管温度
信号，前記蓄冷材の温度信号および車室内の温度信号を
入力し、前記電磁弁および吸気切換弁の開閉を行なうコ
ントローラとを有することを特徴とする自動車用エンジ
ンの吸気冷却装置。
【請求項２】コントローラは、エンジンの出力増大信号
が入力された時に電磁クラッチをOFFとし、吸気切換弁
を蓄冷式インタークーラ側に切り換える特許請求の範囲
第１項記載の自動車用エンジンの吸気冷却装置。
【請求項３】コントローラは、蓄冷材の温度が設定値よ
り小さい時に、蓄冷式インタークーラの入口側の電磁弁
を閉とし、蓄冷式インタークーラの凍結を防止する特許
請求の範囲第１項または第２項記載の自動車用エンジン
の吸気冷却装置。
【請求項４】コントローラは、蓄冷材の温度が設定値よ
り大きい時に、電磁クラッチをONにするとともに、この
状態で、エアコンスイッチがONとされ、エバポレータの
配管温度が設定値より小さい時に、エバポレータの入口
側の電磁弁を閉とし、エバポレータの凍結を防止する特
許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項記載の
自動車用エンジンの吸気冷却装置。
【請求項５】コントローラは、蓄冷材の温度が設定値よ
り大きい時に、電磁クラッチをONとするとともに、この
状態で、エアコンスイッチがONとされ、エバポレータの
配管温度が設定値より大きく、かつ、車室内の温度が設
定値より大きい時に、エバポレータの入口側の電磁弁を
開とし、蓄冷式インタークーラの入口側の電磁弁を閉と
する特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項
記載の自動車用エンジンの吸気冷却装置。
【請求項６】出力増大信号は、キックダウンスイッチか
らの信号である特許請求の範囲第１項ないし第５項のい
ずれか１項記載の自動車用エンジンの吸気冷却装置。