JPH0460116A - 過給機付エンジンの吸気温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両用過給機付エンジンの吸気温度制御に関
し、詳しくは過給空気の冷却を行なう反面、低負荷時に
吸気を加温することに関する。

〔従来の技術〕

過給機付エンジンでは、高負荷領域における出力向上に
対し、高い充填効率を得るために、過給空気を冷却する
インタークーラを有している。また低温時およびエンジ
ン低負荷領域において、良好な燃焼を得るために、吸気
を加温して燃料の霧化を向上させる加温手段を設けるこ
とが知られている。

例えば、特開昭６２−２１８６１８号公報には、エンジ
ン出力軸により駆動されるコンプレッサからの冷媒によ
って車室内を冷房する冷凍回路を利用して、吸気通路に
配設した熱交換部を、エンジン高負荷時にエバポレータ
として作用させて吸気冷却を行ない、エンジン冷機時に
は熱交換部をコンデンサとして作用させて吸気加熱を行
なうことが示されている。

さらに、実開昭６０−２６２３４号公報には、インター
クーラ内に、熱交換器構造を通る通路と熱交換器構造を
通らない直接的通路とが分離形成され、両逆路への空気
の流れを切換える弁装置を配置したことが示されている
。

また、実開昭６０−７８９２９号公報には、主ラジェー
タを有するエンジンブロック冷却水系と副ラジェータを
有する過給気冷却水系とを接続管路で互いに接続し、エ
ンジンブロック冷却水温が設定値を越えた時に、切換弁
によりエンジンブロック冷却水系の冷却水の一部を過給
気冷却水系に循環させることか示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記第１の先行技術では、高負荷時に車室内
冷房を確保すると共に、吸気の冷却を行なう場合には冷
凍能力を上げる必要があるため、コンプレッサの圧縮仕
事が大となり、エンジンのコンプレッサ駆動損失か大と
なるという問題点がある。

第２の先行技術では、過給状態では空気が熱交換器構造
を通ることで冷却され、無過給状態では空気が直接的通
路を通ることで非冷却とされるけれど、燃料の霧化向上
は期待できない。

第３の先行技術では、エンジンブロック冷却水温が設定
値を越えた時に、エンジンブロック冷却水系の冷却水の
一部を過給気冷却水系に循環させて、エンジンブロック
冷却水系の一部冷却水が副ラジェータへ流通することに
より、エンジンブロック冷却水系の冷却水温度を低下さ
せるものてあり、燃料の霧化向上は第２の先行技術と同
様に期待できない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、高負荷領域においては高い充填効率を
得ると共に、低負荷領域では良好な燃焼を得るために、
吸気を冷却、加温制御する過給機付エンジンの吸気温度
制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、エンジンのウォー
タジャケットと主ラジェータとの間に、上記エンジンを
冷却する冷却水が循環するエンジン冷却水通路を連通形
成すると共に、エンジン冷却水温度が所定温度より低い
温度の時に上記主ラジェータをバイパスする第１切換弁
とバイパス通路とを有し、上記エンジンの吸気通路に設
けられたインタークーラと副ラジェータとの間に、上記
エンジンに設けられた過給機からの過給空気を冷却する
冷却水が循環する吸気冷却水通路を連通形成してなる過
給機付エンジンにおいて、上記吸気通路に、上記インタ
ークーラと並列にインターヒータを配設し、上記エンジ
ンの負荷が高負荷領域では上記インタークーラ上流側を
、高負荷領域以外では上記インターヒータ上流側を、そ
れぞれ上記吸気通路へ選択的に切換え連通する吸気切換
弁を設け、上記エンジン冷却水通路の第１切換弁上流側
に、エンジン冷却水温度が所定温度以上になった時に切
換えられる第２切換弁を設け、上記インターヒータの冷
却水流入口を、上記第２切換弁を介して上記エンジン冷
却水通路へ連通形成すると共に、上記インターヒータの
冷却水流出口を、上記エンジン冷却水通路の第１切換弁
と第２切換弁との間の上記エンジン冷却水通路へ連通形
成して構成したものである。

〔作　　　用〕 上記構成に基づき、エンジン負荷が低・中負荷領域では
、吸気切換弁はインタークーラ側の吸気通路を閉じる。

吸気はインターヒータ内を流れ、エンジンのウォータジ
ャケットからの加温された冷却水により加温される。こ
れによって吸気温度が上昇し、燃料の霧化か促進され、
エンジンは良好な燃焼と共に安定した燃焼を行なう。

他方、高負荷領域では、吸気切換弁はインターヒータ側
の吸気通路を閉しる。吸気はインタークーラ内を流れ、
副ラジェータからの冷却水によって冷却される。これに
よって吸気温度が低下し、エンジンは高い充填効率か得
られる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、符号１はエンジン、２はエンジン１の
図示しないクランク軸によって駆動される水ポンプ、３
は過給機であり、過給機３はハウジング４の圧縮機室４
ａ内に設けられた圧縮機５ａとタービン室４ｂ内に設け
られたタービン５ｂとが回転軸５Ｃによって連結されて
いる。そして圧縮機室４ａは吸気通路６へ、タービン室
４ｂは排気通路７へ連通している。

熱交換器９はインターヒータ１０とインタークラ１■と
から構成され、インターヒータ１０とインク−クーラ１
１の吸気流入口側は分岐管１２の通路１２ａ　。

１２ｂに連通し、分岐管１２の分岐部１２ｃには吸気切
換弁１３か設けられている。

吸気切換弁１３は、吸気通路６からの吸気を通路１２ａ
または通路１２ｂへ選択的に切換える第１アクチユエー
タ１４に連結されており、第１アクチユエータ１４が非
通電とされた時に通路１２ｂを閉し、第１アクチユエー
タ１４が通電とされた時に通路＋２ａを閉じるように設
定している。

また、インターヒータ１０とインタークーラ１１の吸気
吐出口側は分岐集合管１５の通路１５ａ　、　１５ｂに
連通していて、インターヒータ１０とインタークーラ１
１とは通路６に対して並列に配設されている。

エンジン１のウォータジャケット１ａと主ラジェータ２
０との間には、水ポンプ２によって冷却水を循環するエ
ンジン冷却水通路２１か配設され、エンジン冷却水通路
２１は、ウォータジャケット１ａの冷却水流出口１ｂと
主ラジェータ２０の冷却水流入口２０ａとは冷却水通路
２１ａによって連通形成され、主ラジェータ２０の冷却
水流出口２０ｂと水ポンプ２の吸入側とは冷却水通路２
１ｂによって連通形成されている。

そして主ラジェータ２０をバイパスするバイパス通路２
１ｃが、第２アクチユエータ２２ａによって動作する第
１切換弁２２を介して冷却水通路２Ｌａと２１、　ｂと
に連通形成されている。

第１切換弁２２上流側の冷却水通路２１ａには、第３ア
・クチュエータ２３ａによって動作する第２切換弁２３
が設けられ、インターヒータ１０の冷却水流入口１０ａ
と第２切換弁２３とは、冷却水通路２１ｄによって連通
形成され、インターヒータＩＯの冷却水流出口１０ｂは
、冷却水通路２１ｅによって第１切換弁２２と第２切換
弁２３との間の冷却水通路２１ａへ連通形成されている
。

インタークーラ１１の冷却系として、副ラジェータ２４
が設けられ、インタークーラＩＩと副うジエタ２４との
間には、モータ２５によって駆動される水ポンプ２６に
よって冷却水を循環する吸気冷却水通路２７が配設され
ている。また、副ラジェータ２４の冷却水流出口２４ａ
とインタークーラ１１の冷却水流入口１１ａとは、冷却
水通路２７ａによって連通形成され、インタークーラＩ
Ｉの冷却水流出口１１ｂと副ラジェータ２４の冷却水流
入口２４ｂとは、冷却水通路２７ｂによって連通形成さ
れている。そして冷却水通路２７ａには水ポンプ２６か
介設されている。

制御系として、マイクロコンピュータ等からなる制御ユ
ニット３０を有し、制御ユニット３０には、エンジン１
の負荷を判定するための過給圧センサ８１、エンジンｌ
の冷却水温度を検出するエンジン冷却水温度センサ３２
からの信号か入力される。

そして制御ユニット３０からの出力信号は、吸気切換弁
１３の切換えを行なう第１アクチユエータ１４゜バイパ
ス通路２１ｃの切換えを行なう第１切換弁２２の第２ア
クチュエータ２２ａ、インターヒータｌＯへの冷却水循
環と循環停止とを切換える第２切換弁２３の第３アクチ
ュエータ２３ａ、およびインタークラ１１への吸気冷却
水循環用の水ポンプ２６を駆動・停止するモータ２５の
モータスイッチへ出力する。

次いで、かかる構成の吸気温度制御の作動および手順を
第２図（ａ）　、　（ｂ）のフローチャートに基づいて
述べる。

まず第２図（ａ）のフローチャートに基づいて、インタ
ーヒータ１０とインタークーラ】１との選択切換制御に
ついて述べる。

ステップ５１０１にてエンジン１の負荷を判定するため
の過給圧Ｐｓを読込み、ステップ５１．０２にて過給圧
Ｐｓが設定過給圧Ｐｓｓと比較され、過給圧Ｐｓが設定
過給圧Ｐｓｓ以上の時（Ｐｓ≧Ｐ　ｓｓ）には高負荷と
判断し、ステップ８１０３へ進む。

ステップＳ］０３にてモータ２５のモータスイッチがオ
ンとされ、ステップ５１０４’へ進む。

ステップ５１０４にて吸気切換弁１３の第１アクチユエ
ータ１４が通電とされ、これによりインタークーラ１１
が開、インターヒータ】０が閉とされる。

また、ステップ５１０２にてＰＳ＜ＰＳＳと判断された
時にはステップＳ］０５へ進み、ステ・ツブＳ　］　０
５にてモータスイッチがオフとされ、ステップ５１０６
へ進む。

ステップＳ］０６にて第１アクチユエータ１４か非通電
とされ、これによってインターヒータ１０か開、インタ
ークーラ１１か閉とされる。

従って、エンジン１の負荷か高負荷領域にある時には、
熱交換器９は吸気切換弁Ｉ３が通路１２ａを閉じること
によってインタークーラ１１へ切換えられ、冷却水は水
ポンプ２６によって吸気冷却水通路２７を介してインタ
ークーラ１１と副ラジェータ２４との間を循環する。こ
れによって、高負荷領域における高温の吸気（過給空気
）がインタークーラ１１にて冷却されるため、高い充填
効率か得られる。

他方、高負荷領域以外では、熱交換器９は吸気切換弁Ｉ
３が通路＋２ｂを閉じることによってインターヒータ１
０へ切換えられ、水ポンプ２６は停止し、インタークー
ラ１１と副ラジェータ２４との間の冷却水循環は停止す
る。

ついで第２図（ｂ）のフローチャートに基づいて、エン
ジン冷却水の温度制御について述べる。

ステップ５２０１にてエンジン冷却水温度Ｔｗを読込み
、ステップ５２０２にてエンジン冷却水温度ＴＶと第１
所定温度Ｔ　ｗｓｌ　とを比較し、エンジンＩが暖機さ
れた否かを判定する。そしてエンジン冷却水温度Ｔνが
第１所定温度Ｔ　ｗｓｌより低い（Ｔｖ　＜　Ｔｗｓｌ
　）時には、エンジン１は暖機中と判定してステップ５
２０３へ進む。

ステップ８２０３では、第１切換弁２２の第２アクチユ
エータ２２ａが非通電とされると共に、第２切換弁２３
の第３アクチユエータ２３ａも非通電とされる。

ステップ５２０２にてＴ　ｗｓｌ　≦Ｔｗと判定された
時には、エンジン１が暖機完了と判断してステップ５２
０４へ進み、ステップ５２０４にて第２所定温度Ｔνｓ
２と比較され、エンジン冷却水温度ＴｖがＴ　ｖｓｌ　
≦Ｔｖ＜Ｔｗｓ２の時にはステップ５２０５へ進む。

ステップ５２０５では、第１切換弁２２の第２アクチユ
エータ２２ａか非通電とされ、第２切換弁２３の第３ア
クチユエータ２３ａが通電とされる。

ステップ５２０４にてエンジン冷却水温度ＴｖかＴ　ｖ
ｓｌ　≦Ｔｗ＜Ｔｗｓ２の範囲内にない時には、ステッ
プ５２０６へ進む。

ステップ５２０６では、第１切換弁２２の第２アクチユ
エータ２２ａが通電とされ、第２切換弁２３の第３アク
チユエータ２３ａも通電とされる。

従って、エンジン１が暖機中（Ｔ　ｗｓｌ　＞　Ｔ　ｖ
）にある時には、エンジン１のエンジン冷却水は第１図
の太い実線で示す矢印のように循環する。

すなわち、水ポンプ２→ウオータジヤケツト１ａ−第２
切換弁２３−冷却水通路２１ａ−第１切換弁２２→バイ
パス通路２１ｃ→冷却水通路２１ｂ＝水ポンプ２と循環
する。

エンジン１が暖機された後、エンジン冷却水温度がＴｗ
が第１．第２所定温度Ｔｖｓ１　、　Ｔｗｓ２の間にあ
る（　Ｔ　ｗｓｌ　≦Ｔｗ　＜　Ｔｗｓ、２　）時には
、第２切換弁２３の第３アクチユエータ２３ａが通電さ
れ、第２切換弁２３が冷却水通路２１ｄ側へ切換えられ
、エンジン１のエンジン冷却水は第１図の点線で示す矢
印のように循環する。

すなわち、水ポンプ２→ウォータジャケットＩａ→第２
切換弁２３→冷却水通路２１ｄ→インターヒータ１０→
冷却水通路２１ｅ→冷却水通路２１ａ→バイパス通路２
１ｃ−冷却水通路２１ｂ−水ポンプ２と循環する。

エンジン冷却水温度Ｔｗが第２所定温度より高い（Ｔ　
ｖｓ２≦Ｔｗ）時には、第１切換弁２２の第２アクチユ
エータ２２ａか通電され、第１切換弁２２は主ラジェー
タ２０側へ切換えられ、第２切換弁２３の第３アクチユ
エータ２３ａが通電とされ、第２切換弁２８は冷却水通
路２１ｄ側へ切換えられ、エンジン１のエンジン冷却水
は第１図の細い実線で示す矢印のように循環する。

すなわち、水ポンプ２−ウォータジャケット１ａ−第２
切換弁２３−冷却水通路２］ｄ−インターヒダ１０−冷
却水通路２１ｅ−冷却水通路２１ａ−第１切換弁２２−
主ラジエータ２〇−冷却水通路２１ｂ＝水ポンプ２と循
環し、エンジン冷却水温度Ｔｖが第２所定温度Ｔ　ｖｓ
２以上になると、エンジン冷却水は主ラジェータ２０に
よって冷却される。

このようにして、高負荷以外の領域では、吸気はインタ
ーヒータ１０を介してエンジン１へ流入し、エンジン１
の暖機後はエンジン冷却水温度Ｔｗが第１所定温度Ｔ　
ｗｓ１以上、第２所定温度Ｔ　ｖｓ２より低いため、エ
ンジン冷却水はインターヒータＩＯを循環する。

ついで吸気の加温および冷却を、第３図に基づいて述べ
る。

エンジンｌが過給領域に入ると、吸気温度Ｔは過給圧Ｐ
ｓが高くなるのに応して実線で示すようにＲ点から上昇
する。この場合、無過給領域のエンジン１が暖機中では
エンジン１の暖機を早期に行なうために、インターヒー
タ１０へのエンジン冷却水循環は行なわない。

エンジン１の暖機が終了すると、すなわちエンジン冷却
水温度Ｔｖか第１所定温度Ｔ　ｖｓ１以上になると、エ
ンジン冷却水はインターヒータ１０との間を循環し、第
３図のＰ点から吸気はインターヒータ１０て加温され、
第３図の一点鎖線Ａて示すように吸気温度ＴはＴ１に加
温される。この場合、インターヒータ１０はエンジン冷
却水の冷却を行なうことになる。

過給圧Ｐｓか設定過給圧Ｐｓｓになると、第３図の０点
で吸気は吸気切換弁１３によってインターヒータ１０か
らインタークーラ１１側へ流入し、副ラジェータ２４と
の間で冷却水循環が行なわれ、第３図のＢで示す一点鎖
線のように吸気温度Ｔは冷却される。

従って、高負荷領域以外では吸気はインターヒータ１０
にてエンジン冷却水により加温されるため、燃料の霧化
が促進されて良好な燃焼が得られると共に、吸気体積が
増大することによりエンジン１のポンプ損失は減少し、
エンジン１の出力向上が得られる。

また、吸気体積が大となることによって吸気流速が大と
なるため、エンジン１の図示しないシリンダ内での乱流
か促進されることにより燃焼か向上する。

高負荷領域では、吸気はインタークーラＩＩを流れて冷
却され、これによって吸気密度が大となるため、高負荷
領域での充填効率が大となり、エンジン１の出力トルク
は向上する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、吸気通路に、イ
ンタークーラと並列にインターヒータを配設し、エンジ
ンの負荷か高負荷領域ではインタークーラ上流側を、高
負荷領域以外ではインタヒータ上流側を、それぞれ吸気
通路へ選択的に切換え連通ずる吸気切換弁を設けたので
、高負荷領域では吸気がインタークーラによって冷却さ
れるため、充填効率が大となり、エンジンの出力トルク
が向上する。

さらに、エンジン冷却水通路の第１切換弁上流側に、エ
ンジン冷却水温度か所定温度以上になった時に切換えら
れる第２切換弁を設け、インタヒータの冷却水流入口を
、第２切換弁を介してエンジン冷却水通路へ連通形成す
ると共に、インターヒータの冷却水流出口を、エンジン
冷却水通路の第１切換弁と第２切換弁との間のエンジン
冷却水通路へ連通形成したので、エンジン暖機後からエ
ンジン冷却水はインターヒータとの間で循環し、吸気が
インターヒータを流れて加温されるため、燃料の霧化が
促進されて良好な燃焼か得られる。

また、吸気体積が増大するため、エンジンのポンプ損失
が減少してエンジンの出力向上が図られると共に吸気流
速が大となり、エンジンのシリンダ内での乱流が促進さ
れて燃焼が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体概略構成図、 第２図（ａ）　、　（ｂ）は制御手順のフローチャート
、第３図は過給圧に対する吸気温度およびエンジン冷却
水温度との関係を示す図である。 １　・・エンジン、３・・過給機、６　吸気通路、１０
・・インターヒータ、４Ｄａ・・冷却水流入口、１．Ｏ
ｂ・・・冷却水流出口、１１・・・インタークーラ、１
３・・・吸気切換弁、２０・・主うシェーク、２１・・
、エンジン冷却水通路、２２・・第１切換弁、２３・・
・第２切換弁、２４・副ラジェータ、２７・・・吸気冷
却水通路。 特許出願人　　　富士重工業株式会社 代理人　弁理士　　小　橋　信　浮 量　　弁理士　　小　倉　　　亘 （ｂｌ 第２図 悩づ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジンのウォータジャケットと主ラジエータとの間に
   、上記エンジンを冷却する冷却水が循環するエンジン冷
   却水通路を連通形成すると共に、エンジン冷却水温度が
   所定温度より低い温度の時に上記主ラジエータをバイパ
   スする第１切換弁とバイパス通路とを有し、上記エンジ
   ンの吸気通路に設けられたインタークーラと副ラジエー
   タとの間に、上記エンジンに設けられた過給機からの過
   給空気を冷却する冷却水が循環する吸気冷却水通路を連
   通形成してなる過給機付エンジンにおいて、上記吸気通
   路に、上記インタークーラと並列にインターヒータを配
   設し、 上記エンジンの負荷が高負荷領域では上記インタークー
   ラ上流側を、高負荷領域以外では上記インターヒータ上
   流側を、それぞれ上記吸気通路へ選択的に切換え連通す
   る吸気切換弁を設け、上記エンジン冷却水通路の第１切
   換弁上流側に、エンジン冷却水温度が所定温度以上にな
   った時に切換えられる第２切換弁を設け、 上記インターヒータの冷却水流入口を、上記第２切換弁
   を介して上記エンジン冷却水通路へ連通形成すると共に
   、上記インターヒータの冷却水流出口を、上記エンジン
   冷却水通路の第１切換弁と第２切換弁との間の上記エン
   ジン冷却水通路へ連通形成したことを特徴とする過給機
   付エンジンの吸気温度制御装置。