JP3713720B2

JP3713720B2 - 車両用内燃機関の吸気温制御装置

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Publication number: JP3713720B2
Application number: JP00551394A
Authority: JP
Inventors: 和貴鈴木; 竜雄杉本; 保利山中; 孝幸林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1993-06-03
Filing date: 1994-01-24
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2020-11-09
Also published as: JPH0749063A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジン冷却水を利用して内燃機関の吸気温を適正な温度に制御する車両用内燃機関の吸気温制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両では、内燃機関に吸入される吸入空気の温度（以下吸気温と言う）が上昇すると、空気が希薄となって出力低下を招き、吸気温が低過ぎると、空気の密度が大きくなって多量のＨＣを排出してしまう。
そこで、従来より、吸気温が高過ぎる場合には、冷房手段（冷凍サイクル）によって得られた冷風を利用して吸気温を低下させる方法が提案されている（実開昭６０−４３１３２号公報参照）。また、吸気温が低過ぎる場合には、吸入空気を高温のエンジン冷却水と熱交換させることによって吸気温を上昇させる方法が提案されている（実開平１−１７３４４９号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、冷風を利用して吸気温を低下させる方法は、冷媒圧縮機の負荷が増大することで燃費の悪化を招くとともに、冷媒圧縮機の耐久性が低下するという課題を有している。
また、上述の吸気温を低下させる方法と吸気温を上昇させる方法とを組み合わせて吸気温を適正な温度に制御しようとした場合、両者の方法では、吸入空気との熱交換を行う熱交換媒体が異なり、２つの熱交換系を構成することになるため、構造が複雑になってコストが高くなる。
本発明の車両用内燃機関の吸気温制御装置は、上記事情に基づいて成されたもので、第１の目的は、燃費の悪化を招くことなく吸気温を低下させることにあり、第２の目的は、低コストで吸気温を適正な温度に制御することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、下記の構成を備えた技術的手段を採用する。請求項１では、ラジエータを有する内燃機関の冷却水回路と、前記ラジエータをバイパスするバイパス水路と、このバイパス水路の下流側と前記冷却水回路との接続部に配され、冷却水温度に応じて前記冷却水回路側の開度と前記バイパス水路側の開度とを相対的に可変させるサーモスタットと、この冷却水回路と環状に接続されて、前記冷却水回路を流れる冷却水の一部が循環する低温水回路と、この低温水回路に設けられて、前記冷却水回路より導かれた冷却水を冷却媒体との熱交換によって冷却するサブラジエータと、前記低温水回路の前記サブラジエータより下流に設けられるとともに、前記内燃機関の吸気経路に配されて、前記サブラジエータで冷却された冷却水と前記内燃機関に吸入される吸入空気との熱交換を行なう吸気熱交換器と、前記サーモスタットよりも冷却水下流側となる位置において前記冷却水回路と前記九期熱交換器とを接続する帰路配管と、この帰路配管が接続される部位よりも冷却水流れの下流側に配されるウォータポンプとを備え、前記ラジエータを流れる冷却水と前記サブラジエータを流れる冷却水が分かれて流れるように前記ラジエータおよび前記サブラジエータは配されており、前記サブラジエータは、冷却水と冷却媒体との熱交換を行う放熱部と、この放熱部の上部に設けられるアッパタンクと、前記放熱部の下部に設けられるロアタンクとを備え、前記アッパタンクと前記ロアタンクとを介して、前記放熱部を冷却水が蛇行して流れる様に構成されていることを特徴とする。
【０００５】
請求項２では、請求項１記載の車両用内燃機関の吸気温制御装置において、前記低温水回路を通って前記吸気熱交換器へ流入する冷却水量と前記高温冷却水路を通って前記吸気熱交換器へ流入する冷却水量との割合を調節する冷却水量調節手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項３では、請求項２記載の車両用内燃機関の吸気温制御装置において、
前記冷却水量調節手段は、前記吸気経路を流れる吸入空気の温度を検出する吸気温検出手段と、前記冷却水回路より前記低温水回路を通って前記吸気熱交換器へ流れる冷却水路と前記冷却水回路より前記高温冷却水路を通って前記吸気熱交換器へ流れる冷却水路との切り替えを行なう水路切替弁と、前記吸気温検出手段の検出値に基づいて前記水路切替弁の作動を制御する制御装置とを備える。
【０００７】
請求項４では、請求項２記載の車両用内燃機関の吸気温制御装置において、
前記冷却水量調節手段は、前記高温冷却水路より流入する冷却水の温度に基づいて、前記低温水回路を通って前記吸気熱交換器へ流入する冷却水量と前記高温冷却水路を通って前記吸気熱交換器へ流入する冷却水量との割合を調節するサーモスタットを使用したものである。
【０００８】
請求項５では、請求項１記載の車両用内燃機関の吸気温制御装置において、前記ラジエータより上流の前記冷却水回路から前記内燃機関の吸気経路に設けられた気化器へ冷却水を導き、前記冷却水回路と前記低温水回路とを接続するアイシング防止回路を備え、前記冷却水回路より前記アイシング防止回路を通って前記気化器へ導かれる冷却水量と前記冷却水回路より低温水回路および前記アイシング防止回路の一部を通って前記気化器へ導かれる冷却水量との割合を調節する冷却水量調節手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項６では、請求項５記載の車両用内燃機関の吸気温制御装置において、
前記冷却水量調節手段は、前記アイシング防止回路より流入する冷却水の温度に基づいて、前記冷却水回路より前記アイシング防止回路を通って前記気化器へ導かれる冷却水量と前記冷却水回路より前記低温水回路および前記アイシング防止回路の一部を通って前記気化器へ導かれる冷却水量との割合を調節するサーモスタットを使用したものである。
【００１０】
請求項７では、請求項５記載の車両用内燃機関の吸気温制御装置において、
前記冷却水量調節手段は、前記吸気経路を流れる吸入空気の温度を検出する吸気温検出手段と、前記冷却水回路より前記アイシング防止回路を通って前記気化器へ流れる冷却水路と前記冷却水回路より前記低温水回路および前記アイシング防止回路の一部を通って前記気化器へ流れる冷却水路との切り替えを行なう水路切替弁と、前記吸気温検出手段の検出値に基づいて前記水路切替弁の作動を制御する制御装置とを備える。
【００１１】
請求項８では、請求項５〜７記載の何れかの車両用内燃機関の吸気温制御装置において、前記アイシング防止回路は、前記気化器に導かれた冷却水を、前記気化器より下流の前記吸気経路に導くように構成されている。
請求項９では、請求項１〜８記載の何れかの車両用内燃機関の吸気温制御装置において、前記サブラジエータは、前記ラジエータと一体に設けられていることを特徴とする。
請求項１０では、請求項１〜８記載の何れかの車両用内燃機関の吸気温制御装置において、前記サブラジエータは、前記ラジエータの一部を利用して設けられていることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
上記各請求項に係わる本発明は、以下の作用を奏する。
（請求項１に係る本発明）
冷却水回路より低温水回路に導かれた冷却水は、その低温水回路に設けられたサブラジエータによって冷却された後、サブラジエータより下流に設けられた吸気熱交換器へ送られる。吸気熱交換器では、低温水回路を通って導かれた冷却水と内燃機関の吸気経路を流れる吸入空気との熱交換が行われる。従って、サブラジエータで冷却水の温度を吸気温より低くすることで、吸気温を低下させることができる。
【００１３】
（請求項２に係る本発明）
内燃機関に吸入される吸入空気は、吸気経路に配された吸気熱交換器で冷却水と熱交換される。吸気熱交換器には、冷却水量調節手段によって調節された割合に応じて、サブラジエータで冷却された低温の冷却水と高温冷却水路を通って導かれた高温の冷却水とが流入する。従って、吸気熱交換器に流入する低温の冷却水と高温の冷却水との流入割合を調節することで、最適な吸気温を得ることができる。
【００１４】
（請求項３に係る本発明）
請求項２に記載された冷却水量調節手段は、吸気経路を流れる吸入空気の温度に基づいて水路切替弁の作動が制御される。これにより、最適な吸気温が得られるように、吸気熱交換器へ流入する低温の冷却水量と高温の冷却水量との割合を調節することができる。
【００１５】
（請求項４に係る本発明）
請求項２に記載された冷却水量調節手段は、サーモスタットを使用することにより、高温冷却水路より流入する冷却水の温度に基づいて、低温水回路を通って吸気熱交換器へ流入する冷却水量と高温冷却水路と通って吸気熱交換器へ流入する冷却水量との割合を調節することができる。
【００１６】
（請求項５に係る本発明）
内燃機関の吸気経路に設けられた気化器を通過する吸入空気は、気化器での氷結を防止するためのアイシング防止回路を通って気化器へ導かれた冷却水、あるいは低温水回路およびアイシング防止回路の一部を通って気化器へ導かれた冷却水との間で熱交換される。従って、アイシング防止回路を通って気化器へ導かれる冷却水量と低温水回路およびアイシング防止回路の一部を通って気化器へ導かれる冷却水量との割合を冷却水量調節手段により調節することで、最適な吸気温を得ることができる。
【００１７】
（請求項６に係る本発明）
請求項５に記載された冷却水量調節手段は、サーモスタットを使用することにより、アイシング防止回路より流入する冷却水の温度に基づいて、冷却水回路よりアイシング防止回路を通って気化器へ流入する冷却水量と冷却水回路より低温水回路およびアイシング防止回路の一部を通って気化器へ流入する冷却水量との割合を調節することができる。
【００１８】
（請求項７に係る本発明）
請求項５に記載された冷却水量調節手段は、吸気経路を流れる吸入空気の温度に基づいて水路切替弁の作動が制御される。これにより、最適な吸気温が得られるように、気化器へ流入する低温の冷却水量と高温の冷却水量との割合を調節することができる。
【００１９】
（請求項８に係る本発明）
アイシング防止回路によって気化器に導かれた冷却水は、さらに気化器より下流の吸気経路に導かれて、吸気経路を流れる吸入空気との間で熱交換が行なわれる。
（請求項９に係る本発明）
サブラジエータは、ラジエータと一体に設けることができる。
（請求項１０に係る本発明）
サブラジエータは、ラジエータの一部を利用して設けることができる。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明の車両用内燃機関の吸気温制御装置の第１実施例を図１ないし図９を基に説明する。
図１はエンジンルーム内に配置された吸気温制御装置の全体構成図である。
本実施例の吸気温制御装置１は、ラジエータ２を有するエンジン３の冷却水回路４に接続された温水回路５、ラジエータ２の一部を利用して設けられたサブラジエータ６、エンジン３の吸入空気と冷却水との熱交換を行う吸気熱交換器７、この吸気熱交換器７に流入する低温の冷却水量と高温の冷却水量との割合を調節する冷却水量調節手段（後述する）等を備える。
【００２１】
冷却水回路４は、エンジン３のウォータジャケット（図示しない）とラジエータ２とを環状に接続する環状水路４ａと、ラジエータ２を迂回するバイパス水路４ｂを備える。この冷却水回路４には、エンジン３によって駆動されるウォータポンプ８と、ラジエータ２への冷却水量を制御するサーモスタット９が配されている。
【００２２】
サーモスタット９は、環状水路４ａとバイパス水路４ｂとの接続部に配されて、環状水路４ａ側の開度とバイパス水路４ｂ側の開度とを相対的に可変する。サーモスタット９の開度（環状水路４ａ側の開度）は、エンジン出口水温がＴw1（例えば約８０℃）以下の時に全閉（環状水路４ａ側の開度が全閉）となり、以後、冷却水温の上昇に応じて開度が大きくなり、エンジン出口水温がＴw2（例えば約９０℃）以上の時に全開となる。なお、冷却水回路４には、図１に示すように、温水配管１０によってヒータコア１１が接続され、その温水配管１０に設けられたウォータバルブ１２を開くことによって、冷却水回路４とヒータコア１１とを冷却水が循環するように設けられている。
【００２３】
ラジエータ２は、図２に示すように、放熱部１３、アッパタンク１４、ロアタンク１５より成り、ラジエータ２の車両後方側（図１の下方）に設置されたクーリングファン１６の送風を受けて冷却水の放熱を行う。なお、図１に示すラジエータ２の車両前方側には、冷凍サイクルの冷媒凝縮器１７が配置されている。
【００２４】
放熱部１３は、図３に示すように、冷却水路を成す複数のチューブ１３ａとコルゲートフィン１３ｂとを交互に積層して成り、放熱部１３の上部側にアッパタンク１４、下部側にロアタンク１５が配置されている。そのアッパタンク１４およびロアタンク１５は、各チューブ１３ａの端部が挿入されるコアプレート１８にパッキン１９を介してかしめ固定されている。
【００２５】
アッパタンク１４には、図２に示すように、冷却水を流入させる流入パイプ２０とサブラジエータ６用の流出パイプ２１とが設けられ、ロアタンク１５には、冷却水を流出させる流出パイプ２２が設けられている。また、アッパタンク１４には、ラジエータ２の内圧を設定圧以下に保つための加圧キャップ２３が設けられている。この加圧キャップ２３は、ラジエータ２の内圧が設定圧に達することでオーバフローパイプ２４を開口する。オーバフローパイプ２４より流出した冷却水は、ラジエータ２の外部に設置されたリザーブタンク２５へ流入する（図１参照）。
【００２６】
このラジエータ２は、上述のサブラジエータ６を一体に構成するもので、流入パイプ２０より流入した冷却水が、ラジエータ２の放熱部１３とサブラジエータ６の放熱部１３′とに分かれて流れるように設けられている。
サブラジエータ６は、本発明の冷却手段を成すもので、アッパタンク１４とロアタンク１５との間を冷却水が蛇行して流れるように、アッパタンク１４内とロアタンク１５内にそれぞれ仕切板２６を設置して構成されている（図２および図３参照）。このサブラジエータ６は、ラジエータ２に対して冷却水量が少なく、且つ放熱部１３′を冷却水が蛇行して流れるように設けたことで（放熱面積が増大する）、ラジエータ２で冷却された冷却水より低い温度の冷却水（理想的には外気温）を得ることができる。サブラジエータ６で冷却された冷却水は、アッパタンク１４の側端部に設けられた流出パイプ２１より温水回路５へ導かれる。
【００２７】
温水回路５は、低温水配管２７、高温水配管（下述する）、および帰路配管２８を備える。
低温水配管２７は、サブラジエータ６と吸気熱交換器７とを接続して、サブラジエータ６で冷却された冷却水を吸気熱交換器７に導く。
【００２８】
高温水配管は、ラジエータ２より上流の冷却水を吸気熱交換器７に導くもので、エンジン３の吸気経路に設けられたスロットルボディ２９での氷結を防止するためのアイシング防止回路３０と、このアイシング防止回路３０と吸気熱交換器７とを連絡する連絡配管３１より成る。アイシング防止回路３０は、ラジエータ２より上流の冷却水回路４とスロットルボディ２９とを接続して、エンジン冷却後の冷却水をスロットルボディ２９まで導く。連絡配管３１は、吸気熱交換器７より上流の低温水配管２７に接続されて、アイシング防止回路３０を介してスロットルボディ２９まで供給された冷却水を吸気熱交換器７に導く。
【００２９】
帰路配管２８は、吸気熱交換器７とラジエータ２より下流（サーモスタット９より下流位置）の冷却水回路４とを接続して、吸気熱交換器７でエンジン３の吸入空気と熱交換された冷却水を冷却水回路４へ還流させる。
【００３０】
吸気熱交換器７は、図４に示すように、吸気経路に介在されたエアクリーナ３２のケース３２ａ内で、フィルタ３２ｂの下流側に配置されている。なお、吸気経路は、エンジンルームＲ内の前方寄りに開口する吸気ダクト３３、エアクリーナ３２、このエアクリーナ３２でろ過された空気をスロットルボディ２９へ導くエアクリーナホース３４、スロットルボディ２９、エンジン３の吸気脈動を防止するためのサージタンク３５、および吸入空気をエンジン３の各シリンダ（図示しない）へ供給するインテークマニホールド３６より構成される。
【００３１】
冷却水量調節手段は、吸気温を検出する吸気温センサ３７、低温水配管２７と連絡配管３１との接続部に設けられた冷温水切替弁３８と、この冷温水切替弁３８を制御する制御装置３９より成る。
吸気温センサ３７は、エアクリーナ３２のケース３２ａ内で吸気熱交換器７より後方（下流）に設けられて、吸気熱交換器７で冷却水と熱交換された後の吸入空気の温度を検出する。
冷温水切替弁３８は、低温水配管２７を通って吸気熱交換器７へ流入する低温の冷却水と高温水配管を通って吸気熱交換器７へ流入する高温の冷却水との流量割合を調節するもので、その構造および作動を以下に説明する。
【００３２】
冷温水切替弁３８は、図５に示すように、２つの流入ポート４０ａ、４０ｂと１つの流出ポート４０ｃを有する弁本体４０、各流入ポート４０ａ、４０ｂを切り替えるスプール弁４１、このスプール弁４１を付勢するスプリング４２、スプール弁４１を駆動するカム４３、このカム４３を駆動する駆動用モータ４４等より構成される。
【００３３】
流入ポート４０ａは、低温水配管２７が接続されて、サブラジエータ６で冷却された冷却水が供給され、流入ポート４０ｂは、連絡配管３１が接続されて、スロットルボディ２９に導かれた冷却水が供給される。流出ポート４０ｃは、接続ホース４５を介して吸気熱交換器７の冷却水流入口（図示しない）に連絡されている。
【００３４】
スプール弁４１は、弁本体４０内を摺動可能に設けられて、カム４３の回転に伴ってリフト量ｘが可変し、そのリフト位置に応じて、流入ポート４０ａより流入する冷却水量と流入ポート４０ｂより流入する冷却水量との割合が決まる。具体的には、リフト量ｘが最小の時（図５に示す状態）には、流入ポート４０ａを閉じて流入ポート４０ｂと流出ポート４０ｃとを連通することにより、流入ポート４０ｂのみより冷却水が流入する。リフト量ｘが最大の時には、流入ポート４０ｂを閉じて流入ポート４０ａと流出ポート４０ｃとを連通することにより、流入ポート４０ａのみより冷却水が流入する。また、リフト量ｘが最小と最大の間では、流入ポート４０ａおよび流入ポート４０ｂが共に流出ポート４０ｃと連通し、リフト量ｘに応じて、流入ポート４０ａおよび流入ポート４０ｂより流入する冷却水の流入割合が決まる。
【００３５】
スプリング４２は、その一端が、Ｏリング４６を介して弁本体４０の下端部に固定されたキャップ４７に係止され、他端がスプール弁４１の下端面に係止されて、リフト量ｘが最小となる方向（図５の上方）へスプール弁４１を付勢する。カム４３は、自身の回転運動がシャフト４８を介してスプール弁４１に伝えられることで、スプール弁４１に変位を与える。シャフト４８は、Ｏリング４９を介して弁本体４０に支持されている。
【００３６】
駆動用モータ４４は、カム４３の回転角を任意に可変するために、小刻みな等回転角運動で回転することのできるステップモータを採用する。
制御装置３９は、マイクロコンピュータ（図示しない）を内蔵するもので、吸気温センサ３７の検出値Ｔaiを基に冷温水切替弁３８の作動を制御する。
【００３７】
次に、本実施例の作動を制御装置３９の処理手順に基づいて説明する。
図６は制御装置３９の作動を示すフローチャートである。
まず、吸気温センサ３７の検出値Ｔaiを読み込む（ステップＳ１）。
続いて、吸気温センサ３７の検出値Ｔaiが、例えば３０℃〜４０℃の範囲内（３０℃≦Ｔai≦４０℃）にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。これは、エンジン３の燃料消費率が最小範囲となる吸気温に制御するためで、一般に、吸気温と燃料消費量との関係は図７に示す様になる。
【００３８】
このステップＳ２の判定で、吸気温（検出値Ｔai）が例えば３０℃より低い時は、スプール弁４１のリフト量ｘが最小となるようにカム４３の回転角を制御する（ステップＳ３）。この結果、冷温水切替弁３８のスプール弁４１が流入ポート４０ａを閉じて流入ポート４０ｂと流出ポート４０ｃとを連通することにより、高温水配管を介して供給された冷却水が冷温水切替弁３８を経て吸気熱交換器７へ導かれる（ステップＳ４）。これにより、冷却水温が３０℃未満の時には、エアクリーナ３２に供給された吸入空気が吸気熱交換器７で冷却水と熱交換されることで、冷却水温の上昇とともに吸気温（検出値Ｔai）も上昇する。
【００３９】
一方、ステップＳ２の判定で、吸気温（検出値Ｔai）が例えば４０℃より高い時は、スプール弁４１のリフト量ｘが最大となるようにカム４３の回転角を制御する（ステップＳ５）。この結果、冷温水切替弁３８のスプール弁４１が流入ポート４０ｂを閉じて流入ポート４０ａと流出ポート４０ｃとを連通することにより、低温水配管２７を介して供給された冷却水が冷温水切替弁３８を経て吸気熱交換器７へ導かれる（ステップＳ６）。この場合、流入ポート４０ｂが閉じられることにより、高温水配管に冷却水の流れは生じないが、アイシング防止回路３０内の対流によって、スロットルボディ２９での氷結を防止することは可能である。
【００４０】
これにより、エアクリーナ３２に供給された吸入空気が、サブラジエータ６で外気温近く（例えば３０℃）まで冷却された冷却水と熱交換されることで吸気温（検出値Ｔai）が低下する。なお、外気温が３０℃以下の場合でも、吸気ダクト３３がエンジンルームＲ内に開口することから、エンジンルームＲ内の雰囲気温度が上昇する（エンジン３の排気輻射熱等により）ことで、吸気ダクト３３より吸入された吸入空気が４０℃以上になる場合がある。
【００４１】
また、ステップＳ２の判定で、吸気温（検出値Ｔai）が例えば３０℃〜４０℃の範囲内にある時は、予め吸気温（検出値Ｔai）に対して設定されたリフト量ｘが得られるようにカム４３の回転角を制御する（ステップＳ７）。この結果、冷温水切替弁３８のスプール弁４１が、流入ポート４０ａおよび流入ポート４０ｂを共に流出ポート４０ｃと連通させることにより、高温水配管を介して供給された冷却水と低温水配管２７を介して供給された冷却水とが冷温水切替弁３８を経て吸気熱交換器７へ導かれる（ステップＳ８）。この時、高温水配管を介して供給された冷却水と低温水配管２７を介して供給された冷却水との割合は、スプール弁４１のリフト位置に応じて決まる。これにより、エアクリーナ３２に供給された吸入空気は、冷温水切替弁３８を経て温度調節された冷却水との熱交換によって、吸気温（検出値Ｔai）が３０℃〜４０℃の範囲内に保たれる。
【００４２】
このように本実施例では、吸入空気を適正な温度に保つことができるため、充填効率が向上し、その結果、エンジン３の出力が向上する。従って、エンジン３の出力を同一とした場合の燃料消費量を少なくすることができる。実際に、従来の方法で吸気温を制御した場合と本実施例の吸気温制御装置１で吸気温を制御した場合とで燃料消費量を比較すると、図８に示すように、本実施例の方が燃料消費量を少なくすることができた。
【００４３】
また、本実施例では、アイシング防止回路３０から吸気熱交換器７へ冷却水を導くように構成したことにより、吸気熱交換器７で熱交換された吸入空気が、スロットルボディ２９を通過する際に、アイシング防止回路３０でスロットルボディ２９に導かれた冷却水と再度熱交換されることになる。従って、エンジン始動時の冷却水温が低い時でも、従来の方法よりエンジン３を始動してから速く吸気温を高めることが可能である。実際に、エンジン始動後のＨＣの量を測定すると、図９に示すように、従来の方法で吸気温を制御した場合と比較して、本実施例の方がエンジン始動直後よりＨＣの量を低減することができた。
【００４４】
なお、本実施例では、冷却水回路４内の差圧を利用して温水回路５に冷却水を流すことができるため、冷却水回路４のウォータポンプ８以外に温水回路５用のポンプを設ける必要はない。従って、冷却水温がサーモスタット９の開弁温度以下の時でも、帰路配管２８の下流端が冷却水回路４のサーモスタット９より下流位置に連絡されていることから、冷却水回路４から温水回路５へ冷却水が流れることは可能である。
【００４５】
次に、本発明の第２実施例を説明する。
図１０は冷温水切替弁３８ａの断面図である。
本実施例は、冷却水量調節手段としてワックス式の冷温水切替弁３８ａを使用したものである。
ワックス式冷温水切替弁３８ａは、第１実施例に示した冷温水切替弁３８のスプール弁４１の代わりに、温度に応じて膨脹および収縮するワックス５０を封入したエレメント５１を備える。このエレメント５１には、エレメント５１の変位に伴って流出ポート４０ｃと連通する流入ポート４０ａ、４０ｂの切り替えを行うバルブ５２が装着されている。
【００４６】
エレメント５１のリフト量ｘは、図１１に示すように、流入ポート４０ｂより流入する冷却水温Ｔｗに応じて決まる。例えば、冷却水温Ｔｗが３０℃より低い時には、ワックス５０が収縮してリフト量ｘが最小（図１０に示す状態）となることで、流入ポート４０ａが閉じて流入ポート４０ｂと流出ポート４０ｃが連通する。冷却水温Ｔｗが例えば４０℃を越えると、ワックス５０が膨脹してリフト量ｘが最大となることで、流入ポート４０ｂが閉じて流入ポート４０ａと流出ポート４０ｃが連通する。冷却水温Ｔｗが例えば３０℃〜４０℃の範囲内（３０℃≦Ｔｗ≦４０℃）の時には、その冷却水温Ｔｗに応じてワックス５０が膨脹し、エレメント５１が変位する（リフトする）ことで、流入ポート４０ａおよび流入ポート４０ｂが共に流出ポート４０ｃと連通する。
【００４７】
次に、本実施例の冷温水切替弁３８ａの作動を図１２に示すフローチャートを基に説明する。
冷温水切替弁３８ａの流入ポート４０ｂより流入する冷却水温Ｔｗが例えば３０℃より低い時（ステップＳ１０でＴｗ＜３０℃）は、エレメント５１のリフト量ｘが最小となって流入ポート４０ｂが開き、流入ポート４０ａが閉じられることにより（ステップＳ２０）、流入ポート４０ｂより冷却水が流入する（ステップＳ３０）。これにより、吸気熱交換器７にはラジエータ２より上流の冷却水が供給される（つまり、サブラジエータ６で冷却された冷却水は供給されない）ため、冷却水温の上昇に伴ってより早く吸気温を上昇させることができる。また、それによって、水温の立上り特性の向上にも有利となる。
【００４８】
その後、冷却水温Ｔｗの上昇に伴って、冷却水温Ｔｗが例えば３０℃〜４０℃の範囲内にある時（ステップＳ１０でＹＥＳ）は、その冷却水温Ｔｗに応じたエレメント５１のリフト量ｘ（ステップＳ４０）に従って、流入ポート４０ａより流入する冷却水量と流入ポート４０ｂより流入する冷却水量との割合が決まる（ステップＳ５０）。これにより、吸入空気は、冷温水切替弁３８ａを経て温度調節された冷却水との熱交換によって、適正な吸気温に保たれる。
【００４９】
さらに、冷却水温Ｔｗが上昇して例えば４０℃を越えると（ステップＳ１０で４０℃＜Ｔｗ）、エレメント５１のリフト量ｘが最大となって流入ポート４０ａが開き、流入ポート４０ｂが閉じられることにより（ステップＳ６０）、流入ポート４０ａより冷却水が流入する（ステップＳ７０）。これにより、吸気熱交換器７では、サブラジエータ６で冷却された冷却水のみが供給されて吸入空気との熱交換が行われるため、吸気熱交換器７に供給される冷却水の温度に応じて、吸入空気をほぼ適正な温度に保つことが可能である。
【００５０】
この場合は、第１実施例と同様に、流入ポート４０ｂが閉じられることで、高温水配管に冷却水の流れは生じないが、アイシング防止回路３０内の対流によって、スロットルボディ２９での氷結を防止することは可能である。なお、この場合、冷却水温Ｔｗが４０℃を越えても、サーモスタット９の開弁温度以下であればサーモスタット９が環状水路４ａ側を閉じることになるが、第１実施例で説明したように、帰路配管２８の下流端が冷却水回路４のサーモスタット９より下流位置に連絡されていることから、差圧に応じて低温水配管２７を冷却水が流れることはできる。
【００５１】
次に、本発明の第３実施例を説明する。
図１３は冷温水切替弁３８ｂの断面図である。
本実施例のワックス式冷温水切替弁３８ｂは、エレメント５１のリフト量ｘが最大で、流出ポート４０ｃが流入ポート４０ａのみと連通した状態の時に、高温水配管より供給された冷却水をサーモスタット９より下流の冷却水回路４へ還流させるための第２流出ポート４０ｄを有する。この第２流出ポート４０ｄは、図１４に示すように、連通管５３によって帰路配管２８の途中に接続されており、エレメント５１のリフト量ｘが最大の時に、流入ポート４０ｂと連通する（この時、流入ポート４０ａは流出ポート４０ｃと連通している）ことで、高温水配管より供給された冷却水が、吸気熱交換器７を通過することなく、直接帰路配管２８へ流れるように設けられている。なお、冷温水切替弁３８ｂの作動は、前述の実施例で説明したワックス式冷温水切替弁３８ａと同様に、流入ポート４０ｂより流入する冷却水温Ｔｗに応じてエレメント５１のリフト量ｘが決まる（作動説明は省略する）。
【００５２】
本実施例では、吸気熱交換器７に低温水配管２７から導かれた冷却水のみが供給される場合でも、流入ポート４０ｂと第２流出ポート４０ｄが連通することにより、高温水配管に冷却水を流すことができる。このため、スロットルボディ２９を常時冷却水が流れることになり、本来のアイシング防止機能を損なうことはない。
【００５３】
次に、本発明の第４実施例を説明する。
図１５は吸気温制御装置の全体構成図、図１６はスロットルボディの模式図である。
本実施例の吸気温制御装置１は、エンジン３の低負荷時（アイドリング〜低速時）から急激に加速して高負荷時に達した時のエンジン３の出力低下を防止するもので、アイシング防止回路３０、サブラジエータ６（第１実施例参照）、低温水配管２７、および冷却水量調節手段（後述する）を備える。
【００５４】
なお、エンジン３の出力低下は以下の理由に因る。
エンジン３の吸気経路に設けられたスロットルボディ２９は、氷結を防止するために高温（約９０〜１００℃）の冷却水が流れていることから、エンジン３の低負荷時にスロットルボディ２９のバイパス通路２９ａ（図１６参照）を流れる空気がスロットルボディ２９より吸熱して高温（例えば７０〜８５℃）になってしまう。このため、低負荷時から急激に加速した場合には、バイパス通路２９ａを通過した高温の空気の影響により吸気温が上昇してノッキングが発生し易くなる。そこで、現状では、ノッキングの発生を防止するためにエンジン３の点火時期がコンピュータ制御によって遅角操作されており、それに伴ってエンジン３の出力低下を招いている。
【００５５】
本実施例のアイシング防止回路３０は、図１６に示すように、バイパス通路２９ａが設けられたスロットルボディ２９を通って、ラジエータ２の上流側と下流側とを接続する。スロットルボディ２９は、エンジン３の低負荷時（アイドリング〜低速）にスロットルバルブ２９ｂの開度が小さくなる（アイドリング時には、図１６の二点鎖線で示す様にほぼ全閉する）ことから、スロットルボディ２９を通過する吸入空気は、バイパス通路２９ａを流れることになる。なお、バイパス通路２９ａを通過する空気量は、スロットルアジャストスクリュ２９ｃの回転操作によって調整される。
【００５６】
サブラジエータ６は、第１実施例と同様の構造でラジエータ２と一体に設けられ（図２および図３参照）、ラジエータ２で冷却された冷却水より低い温度の冷却水（理想的には外気温）を得ることができる。
低温水配管２７は、サブラジエータ６で冷却された冷却水をスロットルボディ２９より上流のアイシング防止回路３０に導くもので、冷却水量調節手段を介してアイシング防止回路３０に接続されている。
【００５７】
冷却水量調節手段は、第２実施例で説明したワックス式冷温水切替弁３８ａを用いたもので、ワックスを封入したエレメント５１のリフト量ｘが、流入ポート４０ｂより流入する冷却水温Ｔｗに応じて決まる（図１１参照）。流入ポート４０ａは、低温水配管２７が接続されて、サブラジエータ６で冷却された冷却水が供給され、流入ポート４０ｂは、冷却水回路４側のアイシング防止回路３０が接続されて、冷却水回路４より高温の冷却水が供給され、流出ポート４０ｃは、スロットルボディ２９側のアイシング防止回路３０が接続されて、スロットルボディ２９に冷却水を導く。
【００５８】
次に、本実施例の作動を説明する。
流入ポート４０ｂより流入する冷却水温Ｔｗに応じてエレメント５１のリフト量ｘが変化し、そのリフト量ｘに応じて流入ポート４０ａより流入する冷却水量と流入ポート４０ｂより流入する冷却水量との割合が調節される。例えば、流入ポート４０ｂより流入する冷却水温Ｔｗが３０℃以下の時は、リフト量ｘが最小となることから、流入ポート４０ｂが開いて、流入ポート４０ａが閉じることにより、通常のアイシング防止回路３０として機能する。
【００５９】
また、流入ポート４０ｂより流入する冷却水温Ｔｗが３０℃以上に上昇（Ｔｗ＜４０℃）すると、その冷却水温Ｔｗに応じたエレメント５１のリフト量ｘに従って、流入ポート４０ａより流入する冷却水量と流入ポート４０ｂより流入する冷却水量との割合が決まる。さらに、流入ポート４０ｂより流入する冷却水温Ｔｗが４０℃以上に上昇すると、エレメント５１のリフト量ｘが最大となることから、流入ポート４０ｂが閉じて、流入ポート４０ａが開くことにより、スロットルボディ２９には、サブラジエータ６で冷却された低温の冷却水のみが供給される。
【００６０】
この結果、スロットルボディ２９は、エンジン冷却後の冷却水温が４０℃以上に上昇しても、サブラジエータ６で冷却された冷却水が流れることから、スロットルボディ２９自体を比較的低温（例えば４０℃以下）に保つことができる。従って、エンジン３の低負荷時にスロットルボディ２９のバイパス通路２９ａを流れる吸入空気が、スロットルボディ２９より吸熱して高温（例えば７０〜８５℃）になるのを防止することができる。これにより、エンジン３の低負荷時から急激に加速するような時でも低温の吸入空気がエンジン３に供給されることからノッキングの発生が無くなり、それに伴って点火時期の遅角操作が不要となるため、エンジン３の出力低下を抑えることができる。
【００６１】
このように、本実施例では、スロットルボディ２９の温度上昇を抑えて、スロットルボディ２９のバイパス通路２９ａを通過する吸入空気を冷却することができるため、エンジン３の低負荷時に急激に加速した時の吸気温の上昇を効果的に抑えることができる。また、本実施例の吸気温制御装置は、第１〜３実施例に示した吸気熱交換器が不要となることから、低コストなシステムを構成することができる。
【００６２】
この第４実施例では、冷却水量調節手段としてワックス式の冷温水切替弁３８ａを使用したが、第１実施例と同様に、吸気温を検出する吸気温センサ、冷温水切替弁（本発明の水路切替弁）、および吸気温センサの検出値に基づいて冷温水切替弁の作動を制御する制御装置より構成しても良い。なお、冷温水切替弁は、冷却水回路４より低温水配管２７およびアイシング防止回路３０の一部を通ってスロットルボディ２９へ流れる冷却水路と冷却水回路４よりアイシング防止回路３０を通ってスロットルボディ２９へ流れる冷却水路との切り替えを行なう。
【００６３】
次に、本発明の第５実施例を説明する。
図１７は本実施例に係る吸気温制御装置の模式図である。
本実施例の吸気温制御装置１は、第４実施例に示したアイシング防止回路３０が、スロットルボディ２９の下流でサージタンク３５内（インテークマニホールド３６内でも良い）を通るように構成されている。これにより、スロットルボディ２９でバイパス通路２９ａを通過する吸入空気と熱交換された冷却水が、再びサージタンク３５内を流れる吸入空気と熱交換されるため、冷却効果を高めることができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の車両用内燃機関の吸気温制御装置は、低温水回路に設けられたサブラジエータで冷却された冷却水と内燃機関に吸入される吸入空気とを熱交換させることにより、吸入空気の温度を低下させることができる。このため、従来のように冷房手段によって得られた冷風を利用する必要がないことから、冷媒圧縮機の負荷が増大することに伴う燃費の悪化ならびに冷媒圧縮機の耐久性低下を防止することができる。
【００６５】
また、本発明では、ラジエータの上流から導かれた冷却水と吸入空気とを熱交換させることで吸入空気の温度を高めることができる。従って、サブラジエータで冷却された冷却水とラジエータの上流から導かれた冷却水との割合を調節して吸入空気と熱交換させることで、吸入空気の温度を適正に保つことができる。
【００６６】
さらには、サブラジエータで冷却された低温の冷却水をアイシング防止回路を利用して気化器へ導くことにより、気化器自体を比較的低温に保つことができる。この結果、内燃機関の低負荷時に気化器を流れる吸入空気が気化器より吸熱して高温になるのを防止することができるため、低負荷時から急激に加速した場合の吸気温の上昇が抑えられて、内燃機関の出力低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る車両用内燃機関の吸気温制御装置の全体構成図である。
【図２】ラジエータの正面図である。
【図３】サブラジエータの構成を示す断面図である。
【図４】吸気熱交換器を含むエアクリーナの断面図である。
【図５】冷温水切替弁の断面図である。
【図６】制御装置の作動を示すフローチャートである。
【図７】吸気温と燃料消費率との関係を示すグラフである。
【図８】従来例と本実施例の燃料消費量を比較したグラフである。
【図９】従来例と本実施例のＨＣの量を比較したグラフである。
【図１０】第２実施例に係る冷温水切替弁の断面図である。
【図１１】冷却水温と冷温水切替弁のリフト量との関係を示すグラフ（第２実施例）。
【図１２】第２実施例の作動を示すフローチャートである。
【図１３】第３実施例に係る冷温水切替弁の断面図である。
【図１４】第３実施例に係る吸気温制御装置の全体模式図である。
【図１５】第４実施例に係る吸気温制御装置の全体構成図である。
【図１６】スロットルボディの模式図である（第４実施例）。
【図１７】第５実施例に係る吸気温制御装置の模式図である。
【符号の説明】
１吸気温制御装置
２ラジエータ
３エンジン（内燃機関）
４冷却水回路
６サブラジエータ
７吸気熱交換器
１３′ サブラジエータの放熱部
１４アッパタンク
１５ロアタンク
２７低温水配管（低温水回路）
２８帰路配管（低温水回路）
２９スロットルボディ（気化器）
３０アイシング防止回路（高温冷却水路）
３１連絡配管（高温冷却水路）
３２エアクリーナ（吸気経路）
３３吸気ダクト（吸気経路）
３４エアクリーナホース（吸気経路）
３５サージタンク（吸気経路）
３６インテークマニホールド（吸気経路）
３７吸気温センサ（吸気温検出手段）
３８冷温水切替弁（水路切替弁・第１実施例）
３８ａ冷温水切替弁（冷却水量調節手段・第２実施例）
３８ｂ冷温水切替弁（冷却水量調節手段・第３実施例）
３９制御装置

Claims

ラジエータを有する内燃機関の冷却水回路と、
前記ラジエータをバイパスするバイパス水路と、
このバイパス水路の下流側と前記冷却水回路との接続部に配され、冷却水温度に応じて前記冷却水回路側の開度と前記バイパス水路側の開度とを相対的に可変させるサーモスタットと、
この冷却水回路と環状に接続されて、前記冷却水回路を流れる冷却水の一部が循環する低温水回路と、
この低温水回路に設けられて、前記冷却水回路より導かれた冷却水を冷却媒体との熱交換によって冷却するサブラジエータと、
前記低温水回路の前記サブラジエータより下流に設けられるとともに、前記内燃機関の吸気経路に配されて、前記サブラジエータで冷却された冷却水と前記内燃機関に吸入される吸入空気との熱交換を行なう吸気熱交換器と、
前記サーモスタットよりも冷却水下流側となる位置において前記冷却水回路と前記九期熱交換器とを接続する帰路配管と、
この帰路配管が接続される部位よりも冷却水流れの下流側に配されるウォータポンプとを備え、
前記ラジエータを流れる冷却水と前記サブラジエータを流れる冷却水が分かれて流れるように前記ラジエータおよび前記サブラジエータは配されており、
前記サブラジエータは、冷却水と冷却媒体との熱交換を行う放熱部と、この放熱部の上部に設けられるアッパタンクと、前記放熱部の下部に設けられるロアタンクとを備え、前記アッパタンクと前記ロアタンクとを介して、前記放熱部を冷却水が蛇行して流れる様に構成されていることを特徴とする車両用内燃機関の吸気温制御装置。
前記低温水回路を通って前記吸気熱交換器へ流入する冷却水量と前記高温冷却水路を通って前記吸気熱交換器へ流入する冷却水量との割合を調節する冷却水量調節手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の車両用内燃機関の吸気温制御装置。
請求項２記載の車両用内燃機関の吸気温制御装置において、
前記冷却水量調節手段は、
前記吸気経路を流れる吸入空気の温度を検出する吸気温検出手段と、
前記冷却水回路より前記低温水回路を通って前記吸気熱交換器へ流れる冷却水路と前記冷却水回路より前記高温冷却水路を通って前記吸気熱交換器へ流れる冷却水路との切り替えを行なう水路切替弁と、
前記吸気温検出手段の検出値に基づいて前記水路切替弁の作動を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする車両用内燃機関の吸気温制御装置。
請求項２記載の車両用内燃機関の吸気温制御装置において、
前記冷却水量調節手段は、前記高温冷却水路より流入する冷却水の温度に基づいて、前記低温水回路を通って前記吸気熱交換器へ流入する冷却水量と前記高温冷却水路を通って前記吸気熱交換器へ流入する冷却水量との割合を調節するサーモスタットを使用したことを特徴とする車両用内燃機関の吸気温制御装置。
前記ラジエータより上流の前記冷却水回路から前記内燃機関の吸気経路に設けられた気化器へ冷却水を導き、前記冷却水回路と前記低温水回路とを接続するアイシング防止回路を備え、
前記冷却水回路より前記アイシング防止回路を通って前記気化器へ導かれる冷却水量と前記冷却水回路より前記低温水回路および前記アイシング防止回路の一部を通って前記気化器へ導かれる冷却水量との割合を調節する冷却水量調節手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の車両用内燃機関の吸気温制御装置。
請求項５記載の車両用内燃機関の吸気温制御装置において、
前記冷却水量調節手段は、前記アイシング防止回路より流入する冷却水の温度に基づいて、前記冷却水回路より前記アイシング防止回路を通って前記気化器へ導かれる冷却水量と前記冷却水回路より前記低温水回路および前記アイシング防止回路の一部を通って前記気化器へ導かれる冷却水量との割合を調節するサーモスタットを使用したことを特徴とする車両用内燃機関の吸気温制御装置。
請求項５記載の車両用内燃機関の吸気温制御装置において、
前記冷却水量調節手段は、
前記吸気経路を流れる吸入空気の温度を検出する吸気温検出手段と、
前記冷却水回路より前記アイシング防止回路を通って前記気化器へ流れる冷却水路と前記冷却水回路より前記低温水回路および前記アイシング防止回路の一部を通って前記気化器へ流れる冷却水路との切り替えを行なう水路切替弁と、
前記吸気温検出手段の検出値に基づいて前記水路切替弁の作動を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする車両用内燃機関の吸気温制御装置。
請求項５〜７記載の何れかの車両用内燃機関の吸気温制御装置において、
前記アイシング防止回路は、前記気化器に導かれた冷却水を、前記気化器より下流の前記吸気経路に導くことを特徴とする車両用内燃機関の吸気温制御装置。