JP2557256B2 - インタクーラの冷却制御方法 - Google Patents

インタクーラの冷却制御方法

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JP2557256B2 JP63173199A JP17319988A JP2557256B2 JP 2557256 B2 JP2557256 B2 JP 2557256B2 JP 63173199 A JP63173199 A JP 63173199A JP 17319988 A JP17319988 A JP 17319988A JP 2557256 B2 JP2557256 B2 JP 2557256B2
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Description

【発明の詳細な説明】 A.発明の目的 (1) 産業上の利用分野 本発明は、車両に搭載された内燃機関用吸気通路のタ
ーボチャージャよりも下流側に配設されたインタクーラ
に冷却水を供給するための水ポンプの作動を、機関本体
の冷却水温に応じて制御するインタクーラの冷却制御方
法に関する。
(2) 従来の技術 従来、かかる冷却制御方法は、たとえば特開昭58−15
0021号公報により公知である。
(3) 発明が解決しようとする課題 ところで、上記従来のものでは、機関本体の冷却水温
が一定値たとえば20℃以下では水ポンプを作動させず、
20℃を超えてから水ポンプを作動させるようにしてい
る。このように冷却水温判定値を比較的低く設定してお
くと、該冷却水温の中、高温時にはターボチャージャに
吸引される空気温が比較的低くて過給気の冷却が不要な
ときにも水ポンプが作動することになり、バッテリの無
駄な電力消費および過給気の過冷却の原因となる。また
前記冷却水温設定値を比較的高く設定すると、機関保護
が必要なときのみ水ポンプが作動することになり、過給
気温の適性化が困難となるものである。而してこのよう
に冷却水温設定値を固定しておくと、上記いずれかの問
題が生じることになる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、
無駄な電力消費および過給気の過冷却を回避し得るとと
もに過給気温の適性制御を可能としたインタクーラの冷
却制御方法を提供することを目的とする。
B.発明の構成 (1) 課題を解決するための手段 本発明方法は、車両に搭載された内燃機関の吸気通路
のターボチャージャよりも下流側に配設されたインタク
ーラに冷却水を供給するための水ポンプの作動を、機関
本体の冷却水温に応じて制御するインタクーラの冷却制
御方法において、水ポンプ作動判定のための機関本体の
冷却水温判定値を、車両に搭載されたエアコンディショ
ナの作動状態に応じて変化させることを特徴とする。
(2) 作用 上記方法によると、エアコンディショナは、ターボチ
ャージャに吸引される空気温すなわち外気温やエンジン
ルーム内の空気温が比較的高いときに作動せしめるもの
であり、このエアコンディショナの作動によりターボチ
ャージャに吸引される空気温の状態をほぼ把握すること
ができる。したがってエアコンディショナの作動により
冷却水温判定値を変化させることにより、ターボチャー
ジャに吸引される空気温を加味した冷却水温判定値とす
ることができる。
(3) 実施例 以下、図面により本発明の一実施例について説明する
と、先ず第1図において、車両に搭載された多気筒内燃
機関の機関本体Eにおける各気筒の吸気ポートには吸気
マニホールド1が接続され、この吸気マニホールド1は
さらに吸気管2、スロットルボデイ3、インタクーラ4
およびターボチャージャ5を介してエアクリーナ6に接
続される。また各気筒の排気ポートには排気マニホール
ド7が接続され、この排気マニホールド7はターボチャ
ージャ5を中間部に介設した排気管8を介して三元触媒
を内蔵した触媒コンバータ9に接続される。また各気筒
の吸気ポートに向けて燃料をそれぞれ噴射するための燃
料噴射弁10が吸気マニホールド1の各吸気ポートに近接
した部分に取付けられる。
ターボチャージャ5には水ジャケット11が設けられて
おり、この水ジャケット11の入口とインタクーラ4の入
口とは、吸入口をラジエータ12に接続した水ポンプ13の
吐出口に並列に接続され、水ジャケット11およびインタ
クーラ4の出口はラジエータ12に接続される。しかもラ
ジエータ12は、機関本体Eにおける冷却水用のラジエー
タとは別に設けられるものである。
次に第2図、第3図および第4図を参照しながらター
ボチャージャ5の構成について説明すると、このターボ
チャージャ5は、コンプレッサケーシング14と、該コン
プレッサケーシング14の背面を閉塞する背板15と、主軸
16を支承する軸受ケーシング17と、タービンケーシング
18とを備える。
コンプレッサケーシング14および背板15間にはスクロ
ール通路19が画成され、コンプレッサケーシング14の中
央部には軸方向に延びる入口通路20が形成される。しか
もスクロール通路19の中央部であって入口通路20の内端
に位置する部分における主軸16の一端部にはコンプレッ
サホイル21が取付けられる。
コンプレッサケーシング14と背板15とは複数のボルト
22により締着されており、この背板15の中央部に軸受ケ
ーシング17が接続される。軸受ケーシング17には、相互
に間隔をあけて一対の軸受孔23,24が同軸に穿設されて
おり、これらの軸受孔23,24に挿通される主軸16と軸受
孔23,24との間にはラジアル軸受メタル25,26がそれぞれ
介装され、これにより主軸16が回転自在にして軸受ケー
シング17に支承される。また主軸16のコンプレッサホイ
ル21側に臨む段部16aと、コンプレッサホイル21との間
には、段部16a側から順にカラー27、スラスト軸受メタ
ル28およびブッシング29が介装されており、コンプレッ
サホイル21の外端に当接するナット30を主軸16の一端部
に螺合して締付けることにより、主軸16のスラスト方向
支持およびコンプレッサホイル21の主軸16への取付けが
行なわれる。
軸受ケーシング17の上部には、図示しない潤滑油ポン
プに接続される潤滑油導入孔32が設けられ、軸受ケーシ
ング17内にはラジアル軸受メタル25,26およびスラスト
軸受メタル28に潤滑油導入孔32から供給される潤滑油を
導くための潤滑油通路33が穿設される。また軸受ケーシ
ング17の下部には各潤滑部から流出する潤滑油を下方に
排出するための潤滑油排出口34が設けられており、この
潤滑油排出口34から排出される潤滑油は図示しないオイ
ルサンプに回収される。
ブッシング29は、背板15の中央部に穿設された透孔35
を貫通して配置されており、スラスト軸受メタル28から
流出する潤滑油がコンプレッサホイル21側に流れること
を防止するためにブッシング29の外面および透孔35の内
面間にはシールリング36が介装される。また背板15とス
ラスト軸受メタル28との間にはブッシング29貫通させる
ガイド板37が挟持される。したがってスラスト軸受メタ
ル28から流出した潤滑油はブッシング29から半径方向外
方に飛散してガイド板37で受止められる。しかもガイド
板37の下部は受止めた潤滑油を潤滑油排出口34に円滑に
案内すべく彎曲成形される。
軸受ケーシング17には、主軸16の周囲に水ジャケット
11が設けられるとともに、該水ジャケット11に水ポンプ
13(第1図参照)からの水を導くための水供給口38なら
びに水ジャケット11からの水をラジエータ12(第1図参
照)に導くための水排出口39が穿設される。しかも水ジ
ャケット11は、タービンケーシング18寄りの部分では主
軸16を囲む円環状に形成されるとともに潤滑油排出口34
の上方に対応する部分では主軸16の上方で下方に開いた
略U字状の横断面形状を有するように形成され、水供給
口38は水ジャケット11の下部に連通すべく軸受ケーシン
グ17に穿設され、水排出口39は水ジャケット11の上部に
導通すべく軸受ケーシング17に穿設される。
タービンケーシング18内には、スクロール通路41と、
該スクロール通路41に連通して接線方向に延びる入口通
路42と、スクロール通路41に連通して軸線方向に延びる
出口通路43とが設けられる。
軸受ケーシング17とタービンケーシング18とは、それ
らの間に背板44を挟持するようにして相互に結合され
る。すなわちタービンケーシング18には複数のスタッド
ボルト45が螺着されており、軸受ケーシング17に係合す
るリング部材46をスタッドボルト45に螺合するナット47
によって締付けることにより軸受ケーシング17とタービ
ンケーシング18とが相互に結合され、背板44の外周部に
設けられるフランジ部44aが軸受ケーシング17およびタ
ービンケーシング18間に挟持される。
背板44には固定ベーン部材48が固着されており、この
固定ベーン部材48によりスクロール通路41内が外周路41
aと流入路41bとに区画される。該固定ベーン部材48は、
出口通路43に同軸に嵌合する円筒部48aと、該円筒部48a
の中間部外面から半径方向外方に張出す円板部48bと、
該円板部48bの外周端から背板44側に向けて延びる複数
たとえば4つの固定ベーン49とから成り、主軸16の他端
部に設けられるタービンホイル50が該固定ベーン部材48
内に収納される。前記円筒部48aは、その外面に嵌着さ
れたシールリング51を介して出口通路43に嵌合され、固
定ベーン49がボルト52により背板44に結合される。
固定ベーン49は、周方向に等間隔をあけた位置でター
ビン部材48の外周部に設けられるものであり、各固定ベ
ーン49はそれぞれ円弧状に形成される。また各固定ベー
ン49間には、主軸16の軸線と平行にして背板44に回動自
在に枢着された回動軸53に一端を固着された可動ベーン
54がそれぞれ配置され、これらの可動ベーン54により各
固定ベーン49間の空隙の流通面積が調整される。
各可動ベーン54は、固定ベーン49と同等の曲率の円弧
状に形成されており、第3図の実線で示す全閉位置と、
鎖線で示す全開位置との間で回動可能である。しかも各
回動軸53は、背板44および軸受ケーシング17間に配置さ
れるリンク機構55を介してアクチュエータ(図示せず)
に連結されており、そのアクチュエータの作動により各
可動ベーン54が同期して開閉駆動される。
背板44および軸受ケーシング17間には、タービンホイ
ル50の背部に延びるシールド板56が挟持されており、こ
のシールド板56により流入路41bを流れる排ガスの熱が
軸受ケーシング17の内部に直接伝達されることが極力防
止される。また排ガスが軸受ケーシング17内に漏洩する
ことを防止するために、タービンケーシング18内に主軸
16を突出させるべく軸受ケーシング17に設けられた透孔
57に対応する部分で、主軸16にはラビリンス溝として機
能する複数の環状溝58が設けられる。
かかるターボチャージャ5では、機関本体Eから排出
される排ガスが、入口通路42から外周路41aに流入し、
可動ベーン54の回動量に応じた可動ベーン54および固定
ベーン49間の空隙の流通面積に応じた流速で排ガスが流
入路41b内に流入し、タービンホイル50を回転駆動して
出口通路43から排出される。このタービンホイル50の回
転に応じてコンプレッサホイル21が回転し、エアクリー
ナ6から入口通路20に導かれた空気が、コンプレッサホ
イル21により圧縮されながらスクロール通路19を経てイ
ンタクーラ4に向けて供給されることになる。この空気
圧縮時の温度上昇による軸受ケーシング17の温度上昇が
水ジャケット11への冷却水の供給により極力防止され、
また吸気温の上昇がインタクーラ4への冷却水の供給に
より防止される。
再び第1図において、水ポンプ13のオン・オフ作動は
コンピュータから成る制御手段Cにより制御されるもの
である。この制御手段Cには、機関本体E内に設けられ
た水ジャケット(図示せず)の水温TWを検出する水温セ
ンサSWと、インタクーラ4よりも下流側の吸気温度TA
検出する吸気温センサSAと、機関回転数NEを検出する回
転数検出器SNと、車両に搭載されたエアコンディショナ
ACにおけるコンプレッサ吐出圧が設定値以上となったと
きに該エアコンディショナACが作動状態になったとして
信号を出力する圧力スイッチSPとが接続される。また制
御手段Cは、機関の運転状態に応じて燃料供給量を制御
すべく各燃料噴射弁10の作動をも制御するものであり、
而して制御手段Cでは噴射すべき燃料量を機関の運転状
態に応じて演算し、その演算結果に基づいて各燃料噴射
弁10の作動を制御するものであり、実際の燃料噴射量T
OUTを制御手段Cの内部で検知可能である。これにより
制御手段Cは、水温TW、エアコンディショナACの作動状
態、吸気温度TA、機関回転数NEおよび実燃料噴射量TOUT
に基づいて水ポンプ13のオン・オフ作動を制御する。
ここで制御手段Cで行われる燃料噴射量TOUTの演算に
ついて説明すると、燃料噴射量TOUTは次の第(1)式に
基づいて演算される。
TOUT=Ti×K1+K2 …(1) この第(1)式において、Tiは燃料噴射弁10の基本噴
射量であり、機関回転数NEと吸気管内絶対圧とに応じて
空燃比が14.7となるように設定される。K1はたとえば吸
気温度TA、水温TW、スロットル開度等により定まる各種
補正係数であり、K2はたとえば加速時に増量するための
補正定数である。
また制御手段C内には、第5図で示すように、水温TW
を第1設定水温TWIC1および第2設定水温TWIC2によりi
=1〜3に区画するとともに、機関回転数NEを第1設定
機関回転数NEIC1および第2設定機関回転数NEIC2により
j=1〜3に区画して9つの番地を形成するマップが設
定されており、ijで定まる各番地には設定燃料噴射量T
OUTICijがそれぞれ設定される。
次に制御手段Cでの制御手順について第6図を参照し
ながら説明すると、第1ステップS1では、各データすな
わち水温TW、圧力スイッチSPからの信号、吸気温度TA
機関回転数NEおよび実際の燃料噴射量TOUTが読込まれ、
次の第2ステップS2では圧力スイッチSPからの信号によ
りエアコンディショナACが作動しているか否かが判定さ
れる。エアコンディショナACが作動しているときには第
3ステップS3に進み、この第3ステップS3では水温TW
第1判定値TWICH1よりも高いかどうかが判定され、TW
TWICH1であるときには第5ステップS5に、またTW≦T
WICH1であるときには第7ステップS7に進む。
第2ステップS2で、エアコンディショナACが非作動状
態にあると判断されたときには、第4ステップS4に進
み、この第4ステップS4では水温TWが第2判定値TWICH2
より高いかどうかが判断される。しかもこの第2判定値
TWICH2は、前記第1判定値TWICH1よりも高く(TWICH2
TWICH1)設定されるものであり、この第4ステップS4で
水温TWが第2判定値TWICH2よりも高い(TW>TWICH2)と
判断されたときには第5ステップS5に進み、第2判定値
TWICH2以下(TW≦TWICH2)と判断されたときには第7ス
テップS7に進む。
第5ステップS5では機関回転数NEがアイドリング相当
の設定回転数NELOP未満であるかどうかが判断される。
この第5ステップS5でNE<NELOPであるときには第6ス
テップS6に進んで水ポンプ13の作動は停止され、NE≧N
ELOPであるときには第25ステップS25に進む。
また第7ステップS7では、機関回転数NEが設定回転数
NEA未満であるかどうかが判断される。この第7ステッ
プS7は、機関のクランキングが開始されているかどうか
を判断するものであり、設定回転数NEAはたとえば400rp
m程度に設定される。この第7ステップS7でNEA>NEであ
ると判断されたときには第6ステップS6に進み、NEA≦N
Eであると判断されたときには、第8ステップS8に進
む。
第8ステップS8では、機関の始動後に所定時間が経過
したかどうか、たとえば始動時に所定数のTDCパルスが
発生したかどうかが判断され、所定時間が経過していな
いときには第6ステップS6に進み、所定時間が経過して
いる時には第9ステップS9に進む。第9ステップS9では
吸気温度TAが第1設定吸気温度TAIC1未満であるか否か
が判断される。この第1設定吸気温度TAIC1はヒステリ
シスを有して設定されるものであり、たとえば15℃/13
℃である。TA<TAIC1であったときには第10ステップS10
に進み、TA≧TAIC1であるときには第11ステップS11に進
む。
第10ステップS10では実際の燃料噴射量TOUTが設定燃
料噴射量TOUTIC0を超えるかどうかが判定される。この
設定燃料噴射量TOUTIC0は機関が高負荷運転状態にある
かどうかを判断するためのものであり、TOUT>TOUTIC0
であるときすなわち機関が高負荷運転状態にあるときに
は第25ステップS25に進み、TOUT≦TOUTIC0であるときす
なわち機関が中、低負荷運転状態にあるときには第6ス
テップS6に進む。
第11ステップS11では吸気温度TAが第2設定吸気温度T
AIC2を超えるかどうかが判断される。この第2設定吸気
温度TAIC2はヒステリシスを有して設定されるものであ
り、たとえば90℃/88℃である。この第11ステップS11で
TA>TAIC2であると判断されたときには、第12ステップS
12に進み、TA≦TAIC2であると判断されたときには、第1
3ステップS13に進む。
第12ステップS12では、燃料噴射量TOUTが設定燃料噴
射量TOUTIC4未満であるかどうかが判定される。この設
定燃料噴射量TOUTIC4は、機関が中負荷状態にあるかど
うかを判断するためのものであり、TOUT>TOUTIC4であ
るときすなわち機関が中、高負荷運転状態にあるときに
は第25ステップS25に進み、TOUT≦TOUTIC4であるときす
なわち機関が低負荷運転状態にあるときには第6ステッ
プS6に進む。
第13ステップS13から第22ステップS22までは第5図で
示したマップの番地を定めるための手順であり、第13ス
テップS13では水温TWが第1設定水温TWIC1未満であるか
どうかが判断され、TW<TWIC1であるときには第14ステ
ップS14でi=1とされ、TW≧TWIC1であるときには第15
ステップS15で水温TWが第2設定水温TWIC2未満であるか
どうかが判定される。TW<TWIC2であるときには第16ス
テップS16でi=2とされ、TW≧TWIC2であるときには第
17ステップS17でi=3とされる。
ここで第1および第2設定水温TWIC1,TWIC2はヒステ
リシスを有して定められるものであり、第1設定水温T
WIC1はたとえば20℃/18℃であり、第2設定水温TWIC2
たとえば50℃/48℃である。
第14,16,17ステップS14,16,17の処理が終了した後
は、第18ステップS18に進み、この第18ステップS18では
機関回転数NEが第1設定回転数NEIC1未満であるかどう
かが判定される。NE<NEIC1であるときには第19ステッ
プS19でj=1とされ、NE≧NEIC1であるときには第20ス
テップS20で機関回転数NEが第2設定回転数NEIC2未満で
あるかどうかが判断され、NE<NEIC2であるときには第2
1ステップS21でj=2とされ、NE≧NEIC2であるときに
は第22ステップS22でj=3とされる。
ここで第1および第2設定回転数NEIC1,NEIC2はたと
えば3500rpm、6000rpmにそれぞれ設定される。
このようにしてi,jが定まることにより、第5図のマ
ップにおける番地が定まるので、次の第23ステップS23
で対応する番地の設定燃料噴射量TOUTICijが読出され
る。次いで第24ステップS24では実際の燃料噴射量TOUT
が前記マップから読出された設定燃料噴射量TOUTICij
超えるかどうかが判定される。ここでTOUT>TOUTICij
あるときには、第25ステップS25に進み、TOUT≦T
OUTICijであるときには第6ステップS6に進む。第25ス
テップS25では、バッテリ電圧VEが設定電圧VBICを超え
るかどうかが判定され、VB>VBICであるときには第26ス
テップS26で水ポンプ13の作動が開始され、またVB≦V
BICであるときには第6ステップS6に進む。
しかも第5図のマップにおける各番地の設定燃料噴射
量TOUTICiは、機関の低負荷運転状態と高負荷運転状態
とでそれぞれ次のように設定される。すなわち機関の低
負荷運転状態では、番地ij=32,23,33にける設定燃料噴
射量TOUTICijが水ポンプ13の作動を可能とすべく実際の
燃料噴射量TOUT未満となるように設定され、機関の高負
荷運転状態では、番地ij=31,22,32,13,23,33における
設定燃料噴射量TOUTICijが水ポンプ13の作動を可能とす
べく実際の燃料噴射量TOUT未満となるように設定され
る。
次にこの実施例の作用について説明すると、機関の始
動時には水ポンプ13の作動は停止されており、機関始動
後に水温TWおよびエアコンディショナACの作動状態によ
り水ポンプ13のオン・オフ制御が行なわれる。すなわち
エアコンディショナACの非作動状態では水温判定値が比
較的高い第2判定値TWICH2に定められ、エアコンディシ
ョナACの作動時には比較的低い第1判定値TWICH1に定め
られる。すなわちエアコンディショナACが作動せしめら
れるときは、外気温およびエンジンルーム内気温が比較
的高くてターボチャージャ5に吸引される空気温度が比
較的高い状態であると考えられ、この状態では比較的低
温の第1判定値TWICH1により水ポンプ13の作動が制御さ
れる。また外気温およびエンジンルーム内空気温が比較
的低くてエアコンディショナACも非作動状態となるとき
には、比較的高温の第2判定値TWICH2により水ポンプ13
の作動が制御される。したがってターボチャージャ11に
吸引される空気温を加味して、インタクーラ4への水供
給が制御されることにより、無駄な電力消費を回避する
ことができるとともに過給気温の適性制御が可能とな
り、さらに機関耐久性の向上にも寄与することができ
る。
また機関始動後において吸気温度TAが第1設定吸気温
度TAIC1未満の低吸気温度の状態では、機関が低、中負
荷運転状態にあるときに水ポンプ13の作動はオフ状態と
され、高負荷運転状態にあるときに水ポンプ13の作動が
オン状態となる。また吸気温度TAが第2設定吸気温度T
AIC2を超える高吸気温度状態では、機関が低負荷運転状
態にあるときに水ポンプ13の作動はオフ状態とされ、機
関が中、高負荷運転状態にあるときに水ポンプ13の作動
がオン状態となる。
また吸気温度TAが第2設定吸気温度TAIC2未満であっ
て第1設定吸気温度TAIC1以上であるときには、水温TW
および機関回転数NEで定まるマップによって設定される
設定燃料噴射量TOUTICijと実際の燃料噴射量TOUTを比較
し、TOUT>TOUTICijであるときのみ、水ポンプ13の作動
を可能としたので、機関の運転状態に即応した制御を可
能とすることができる。これにより機関冷機時の高負荷
運転状態のときに吸気が必要以上に冷却されたり、高負
荷運転直後の低負荷運転時に吸気温度TAが上昇し過ぎた
りすることが防止される。したがって水ポンプ13のオン
作動を必要最小限として吸気の過冷却、過熱およびター
ボチャージャ5の過熱を効率よく防止でき、無駄な電力
消費も防止することができる。
さらに吸気温度TAに応じて水ポンプ13のオン・オフ状
態を制御するので、外気温の変動、過給状態および車両
走行状態等を全て加味した状態で吸気温度TAを適切に制
御することができ、高速走行時に吸気の過冷却が生じる
こともなく、吸気の過冷却および過熱を防止することが
できる。なお吸気温度TAが高くしかも機関の中、高負荷
運転時以外は水ポンプ13の作動が停止することになる
が、そのときには水ジャケット11およびインタクーラ4
内に滞留している水により充分な冷却が行なわれる。
C.発明の効果 以上のように本発明方法によれば、水ポンプ作動判定
のための機関本体の冷却水温判定値を、車両に搭載され
たエアコンディショナの作動状態に応じて変化させるの
で、ターボチャージャに吸引される空気温を加味して制
御することができ、吸気の過冷却および無駄な電力消費
を回避することができるとともに、機関耐久性の向上を
図りながら吸気温の適性制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例を示すもので、第1図は内燃機
関の吸気系および排気系を示す全体概略図、第2図はタ
ーボチャージャの拡大縦断面図、第3図は第2図のIII
−III線断面図、第4図は第2図のIV−IV線断面図、第
5図は制御手段で設定されるマップを示す図、第6図は
制御手段での処理手順を示すフローチャートである。 4……インタクーラ、5……チャーボチャージャ、 13……水ポンプ、 AC……エアコンディショナ、E……機関本体

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車両に搭載された内燃機関用吸気通路のタ
    ーボチャージャよりも下流側に配設されたインタクーラ
    に冷却水を供給するための水ポンプの作動を、機関本体
    の冷却水温に応じて制御するインタクーラの冷却制御方
    法において、水ポンプ作動判定のための機関本体の冷却
    水温判定値を、車両に搭載されたエアコンディショナの
    作動状態に応じて変化させることを特徴とするインタク
    ーラの冷却制御方法。
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