JPH0735729B2 - エンジンの吸気冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジンの吸気冷却装置の改良に関し、詳しく
は吸気冷却作用に加えて、必要時には逆に吸気加熱作用
を行って燃費性，暖機性の向上を図るようにしたものに
関する。

（従来の技術） 従来より、エンジンの吸気冷却装置として、例えば実開
昭57−101329号公報に開示されるように、車室内クーラ
を備えた冷凍回路を利用したものがある。このものは、
エンジン出力軸により駆動されるコンプレッサと、車室
外に配置されるコンデンサと、膨張弁と、車室内に配置
される車室内クーラとを順次接続して冷凍回路を形成
し、該冷凍回路で冷媒を循環させることにより、車室内
クーラで車室内から吸熱した熱量をコンデンサで外気に
放熱して、車室内を冷房可能にするとともに、エンジン
の吸気通路に吸気冷却用の熱交換部を配置し、且つ該熱
交換部を上記冷凍回路の車室内クーラに並列に接続し
て、コンデンサへの冷媒の一部を該熱交換部に流通循環
させることにより、該熱交換部で吸気の熱量を吸入して
吸気冷却を行い、このことにより吸気温度を下げ吸気充
填量の増大を図って、エンジン高負荷時での走行性能，
出力性能の向上を図るようにしたものである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、エンジンへの吸入空気の温度はエンジン性能
に大きな影響を与え、エンジン高負荷時には上記従来の
如く吸気温度を下げて充填効率を高めることが出力性能
上好ましく、またエンジン冷機時には、吸気を加熱して
吸気温度を高めれば、燃料の微粒化の促進が図られると
共に燃焼性が良くなり、燃費性，暖機性が向上するので
好ましい。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、吸気冷
却を要する時期と吸気加熱を要する時期とは異なること
に着目し、その目的は、上記の如き車室内冷却用の冷凍
回路を備えたエンジンにおいて、その既設の冷凍回路を
利用して、吸気冷却用の熱交換部を必要に応じてコンデ
ンサとしても作用し得るよう該冷凍回路に接続すること
により、エンジン高負荷時における吸気冷却作用に加え
て、エンジン冷機時には吸気加熱作用を行って、簡単な
構成でもってエンジン出力性能の向上と共に燃費性，暖
機性の向上を図ることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、エンジ
ン出力軸により駆動されるコンプレッサから冷媒をコン
デンサ及び膨張弁を経て車室内クーラに循環させて車室
内を冷房する冷凍回路を備えたエンジンにおいて、吸気
通路に配置され且つ上記冷凍回路に接続された熱交換部
を備えるとともに、エンジン冷機時を検出する冷機時検
出手段と、エンジンの負荷状態を検出する負荷検出手段
と、該両検出手段の出力を受け、エンジン高負荷時には
上記コンデンサ通過後の低温冷媒が上記熱交換部に流通
する一方、少なくともエンジン冷機時には上記コンプレ
ッサからの高温冷媒が上記熱交換部に流通するよう熱交
換部への冷媒流通方向を切換える切換制御手段とを設け
る構成としたものである。

（作用） 以上の構成により、本発明では、車室内クーラの作動時
には、コンプレッサからの冷媒が順次コンデンサ及び膨
張弁を経て車室内クーラに循環することにより、車室内
の熱量が車室内クーラで吸収されて、車室内が良好に冷
却される。

その際、吸気冷却用熱交換部への冷媒流通方向は、エン
ジン高負荷時とエンジン冷機時とで切換制御手段により
切換えられ、エンジン高負荷時には、コンデンサ通過後
の低温冷媒が熱交換部に流通して、該熱交換部が車室内
クーラと同様にエバポレータとして作用するので、吸入
空気はその熱量が冷媒に吸収されて冷却され、その結
果、吸気温度が低下して充填効率が高くなり、吸気充填
量が増大して出力性能，走行性能の向上が図られる。一
方、エンジン冷機時には、コンプレッサからの高温冷媒
が熱交換部に流通して、該熱交換部がコンデンサとして
作用するので、冷媒の有する熱量が吸入空気に放熱され
て吸気温度が上昇し、その結果、燃料の微粒化および燃
焼性が良好になって、車室内クーラによる車室内冷却作
用を良好に確保しつつ、燃費性，暖機性が向上すること
になる。

（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図は過給機を備えたエンジンの吸気冷却装置に本発
明を適用した実施例を示す。同図において、１はエンジ
ン、２は該エンジン１のシリンダ３に摺動自在に嵌挿し
たピストン４により容積可変に形成された燃焼室、５は
一端が大気に連通し、他端が燃焼室２に開口して吸気を
エンジン１に供給するための吸気通路、６は一端が燃焼
室２に開口し、他端が大気に開放されて排気を排出する
ための排気通路であって、上記吸気通路５の途中には、
吸入空気量を制御するスロットル弁７が配置されている
とともに、該吸気通路５の燃焼室２への開口部には吸気
弁８が配設されている。一方、排気通路６の燃焼室２へ
の開口部には排気弁９が配設されている。

また、上記排気通路６の途中には過給機10のタービン10
aが、吸気通路５のスロットル弁７上流側には上記ター
ビン10aに連結軸10bを介して連結されたコンプレッサ10
cが各々配設されていて、該過給機10のタービン10bを排
気により回転駆動することにより、コンプレッサ10aを
回転駆動して吸気通路２の吸入空気を過給し、吸気充填
効率を高めるようにしている。

さらに、上記エンジン１には車室内冷却用の冷凍回路13
が備えられている。該冷凍回路13は、上記エンジン１の
出力軸1aに駆動ベルト14を介して回転駆動されるコンプ
レッサ15と、車室外に配置されたコンデンサ16と、受液
器17と、膨張弁18と、車室内に配設された車室内クーラ
19とを備え、該各機器15〜19は各々冷媒通路20,20…で
冷媒の循環可能に接続されていて、車室内の冷房時に
は、コンプレッサ15からの冷媒を図中実線矢印の如くコ
ンデンサ16を経て車室内クーラ19に流通させ、その後再
びコンプレッサ15に戻すことを繰返すことにより、車室
内クーラ19をエバポレータとして作用させて、該車室内
クーラ19で車室内から吸熱した熱量をコンデンサ16で外
気に放熱することを繰返して車室内を冷房するようにな
されている。

そして、上記エンジン１の吸気通路５のスロットル弁７
下流に設けたサージタンク22には、該吸気通路５の吸気
を冷却するための熱交換部23が配置されている。該熱交
換部23の一端は、膨張弁24を介設した低温冷媒供給通路
25を介して上記冷凍回路13の受液器17と膨張弁18との間
の冷媒通路20に接続されていると共に、高温冷媒供給通
路26を介してコンプレッサ15とコンデンサ16との間の冷
媒通路20に接続されている。一方、熱交換器部23の他端
は、冷却側冷媒戻し通路27を介して車室内クーラ19下流
側の冷媒通路20に接続されていると共に、加熱側冷媒戻
し通路28を介して上記コンプレッサ15下流の冷媒通路20
の上記高温冷媒供給通路26との接続点よりも下流側に接
続されている。

そして、上記コンプレッサ15下流の冷媒通路20と高温冷
媒供給通路26との接続点には、コンプレッサ15からの高
温冷媒の供給をコンデンサ16側と熱交換部24側とに選択
的に切換える第１切換弁29が設けられているとともに、
上記冷却側冷媒戻し通路27と加熱側冷媒戻し通路28との
分岐点には、熱交換部23からの冷媒の戻しを該冷却側冷
媒戻し通路27側と加熱側冷媒戻し通路28側とに選択的に
切換える第２切換弁30が設けられている。

また、35は上記２個の切換弁29,30を切換制御すると共
にコンプレッサ15を運転／停止制御するCPU等を内蔵す
る制御回路であって、該制御回路35には、車室内の運転
席周りに配置したクーラスイッチ36の運転指令信号と、
車室内の温度を検出する室温センサ37の室温信号とが入
力可能になっていて、該両信号に基づいてコンプレッサ
15を運転／停止制御するものである。また、該制御回路
35には、エンジン冷却水温によりエンジン冷機時を検出
する冷機時検出手段としての水温スイッチ38と、エンジ
ンの負荷状態を検出する負荷検出手段としての負荷セン
サ39と、吸気通路５の吸気温度を検出する吸気温スイッ
チ40との各検出信号が入力されていて、エンジン高負荷
時には、第１切換弁29をコンデンサ16側（図示位置）
に、且つ第２切換弁30を冷却側冷媒戻し通路27側（図示
位置）に各々切換制御することにより、同図に一点鎖線
で示す如く、コンデンサ16通過後の低温冷媒が低温冷媒
供給通路25からの熱交換部23に流通したのち冷却側冷媒
戻し通路27を経て車室内クーラ19下流側に流通するよう
熱交換部23への冷媒流通方向を切換える一方、エンジン
冷機時およびエンジン軽負荷時には、第１切換弁29を熱
交換部23側に、且つ第２切換弁30を加熱側冷媒戻し通路
28側に各々利換制御することにより、同図に二点鎖線で
示す如く、コンプレッサ15からの高温冷媒が高温冷媒供
給通路26を経て熱交換部23に流通したのち、加熱側冷媒
戻し通路28を経てコンデンサ16側に戻すよう、熱交換部
23への冷媒流通方向を切換えるようにした切換制御手段
41を構成している。

尚、上記制御回路35は、吸気温スイッチ40の吸気温信号
に基づき、熱間再始動時等で吸気温度が設定値を超える
場合には、それに伴う燃料供給の障害を防止すべく、軽
負荷時でも切換弁29,30を上記高負荷時の場合と同様に
制御して吸気冷却を行うようにしている。また、エンジ
ン中負荷時には、吸気冷却や吸気加熱を停止するよう、
第２図に示す如く第１切換弁29をコンデンサ16側に、第
２切換弁30を加熱側冷媒戻し通路28側に切換制御して、
熱交換部23への冷媒流通を阻止するようにしている。さ
らに、軽負荷から高負荷に移行する加速過渡時には、第
１切換弁29を第２切換弁30よりも先に切換制御すること
により、車室内クーラ19に冷媒の多くを流して車室内の
冷房作用を確保するとともに、高負荷から軽負荷に移行
する減速過渡時には、第２切換弁30を先に切換制御し
て、車室内の冷房作用を確保するようにしている。

尚、第１図中、42は低温冷媒供給通路25に介設された一
方向弁であって、熱交換部23への冷媒流通のみを許容し
て、高温冷媒供給通路26の高温冷媒が低温冷媒供給通路
25に流通するのを阻止するものである。

したがって、上記実施例においては、吸気通路５の吸気
冷却および吸気加熱を要しない場合には、切換弁29,30
は制御回路35により第２図の如く切換えられる。このこ
とにより、コンプレッサ15からの高温冷媒は図中実線矢
印で示す如く、順次コンデンサ16及び膨張弁18を経て車
室内クーラ19に流通したのち、再びコンプレッサ15に戻
ることを繰返す。その結果、車室内クーラ19で車室内か
ら吸収した熱量がコンデンサ16で外気に放熱されて、車
室内が良好に冷房される。

今、この状態から高負荷状態に移行すると、制御回路35
により第１切換弁29はそのままで、第２切換弁30が冷却
側冷媒戻し通路27側に切換制御され、熱交換部23は冷媒
回路13の車室内クーラ19に対して並列に接続された形に
なる。このことにより、コンデンサ16からの低温冷媒
は、その多くが車室内クーラ19に流通して車室内の冷房
作用が確保されつつ、一部の冷媒が低温冷媒供給通路25
を経て膨張弁24で膨張したのち熱交換部23に流通して車
室内クーラ19下流側に戻り、該熱交換部23がエバポレー
タとして作用するので、吸気通路５の吸入空気は過給機
10による過給作用で高温になるものの、熱交換部23で熱
量を吸収されて良好に冷却される。その結果、吸気温度
が低下し吸気充填量が増大して、出力性能，走行性能の
向上が図られることになる。

これに対し、エンジン冷機時や軽負荷時には、制御回路
35により第１切換弁29が高温冷媒供給通路26側に切換制
御されると共に、第２切換弁30が加熱側冷媒戻し通路28
側に切換制御されて、熱交換部23は、冷凍回路13のコン
プレッサ15とコンデンサ16との間に配置された形とな
る。このことにより、熱交換部23には、コンプレッサ15
からの高温冷媒の一部が高温冷媒供給通路26を経て供給
されたのち、加熱側冷媒戻し通路28を経てコンデンサ16
側に戻るので、この高温冷媒の有する熱量が熱交換部23
で吸気通路５の吸気に与えられて吸気加熱が行われる。
その結果、燃料の微粒化が促進されると共に燃焼性が良
くなって、燃費性および暖機性の向上が図られることに
なる。よって、吸気冷却による出力性能の向上等に加え
て、吸気加熱をも行って、簡単な構成でもって燃費性，
暖機性の向上を図ることができる。

また、第３図は熱交換部23の配置位置の変形例を示し、
上記実施例では吸気通路５のサージタンク22内部に配置
して吸気の直接に冷却，加熱したのに代え、吸気通路５
の燃焼室２近傍に配置した燃焼噴射弁43の直上流に熱交
換部23′を吸気通路５の外周を包囲するように配置して
吸気を間接的に冷却，加熱するようにしたものであり、
この場合には構成，施工性の点で優れる利点がある。

尚、上記実施例では、吸気通路５の吸気加熱をエンジン
冷機時に加えて軽負荷時にも行うようにしたが、少なく
とも効果の顕著なエンジン冷機時において行えばよい。
また、過給機を備えないエンジンに対しても同様に適用
可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のエンジンの吸気冷却装置
によれば、車室内クーラを備えた冷凍回路を利用し、吸
気通路に配置した熱交換部を、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うことに加え
て、少なくともエンジン冷機時には車室内クーラによる
車室内の冷房作用を確保しながら、上記熱交換部をコン
デンサとして作用させて吸気加熱を行うようにしたの
で、エンジン高負荷時における出力性能，走行性能の向
上に加えて、エンジン冷機時における燃費性および暖機
性の向上を簡単な構成でもって図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体概略構成
図、第２図は吸気冷却および吸気加熱を停止する場合の
第１図相当図、第３図は熱交換部の配置の変形例を示す
要部構成図である。 １……エンジン、1a……エンジン出力軸、５……吸気通
路、13……冷凍回路、15……コンプレッサ、16……コン
デンサ、18……膨張弁、19……車室内クーラ、23,23′
……熱交換部、25……低温冷媒供給通路、26……高温冷
媒供給通路、27……冷却側冷媒戻し通路、28……加熱側
冷媒戻し通路、29……第１切換弁、30……第２切換弁、
35……制御回路、38……水温スイッチ、39……負荷セン
サ、41……切換制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジン出力軸により駆動されるコンプレ
   ッサから冷媒をコンデンサ及び膨張弁を経て車室内クー
   ラに循環させて車室内を冷房する冷凍回路を備えたエン
   ジンにおいて、吸気通路に配置され且つ上記冷凍回路に
   接続された熱交換部を備えるとともに、エンジン冷機時
   を検出する冷機時検出手段と、エンジンの負荷状態を検
   出する負荷検出手段と、該両検出手段の出力を受け、エ
   ンジン高負荷時には上記コンデンサ通過後の低温冷媒が
   上記熱交換部に流通する一方、少なくともエンジン冷機
   時には上記コンプレッサからの高温冷媒が上記熱交換部
   に流通するよう熱交換部への冷媒流通方向を切換える切
   換制御手段とを備えたことを特徴とするエンジンの吸気
   冷却装置。