JPS6093116A - 蒸発冷却式インタ−ク−ラ装置 - Google Patents

蒸発冷却式インタ−ク−ラ装置

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JPS6093116A
JPS6093116A JP58200353A JP20035383A JPS6093116A JP S6093116 A JPS6093116 A JP S6093116A JP 58200353 A JP58200353 A JP 58200353A JP 20035383 A JP20035383 A JP 20035383A JP S6093116 A JPS6093116 A JP S6093116A
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refrigerant
evaporator
expansion valve
temperature
tank
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JP58200353A
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Yoshinori Hirano
芳則 平野
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Nissan Motor Co Ltd
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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 この発明は過給機付内燃機関において、過給機通過後の
高温化した吸気を冷却する蒸発冷却式インタークーラ装
置に関する。
÷十壬脣 −7゛ →→モ責 −−。
の逼1Fが暑?昇」 、−−;、−″ ゞ−、−1,゛
従来技術 周知のように過給機により圧縮された吸気はその温度が
上昇し、実質的な充填効率の低減やノッキング(ガソリ
ン機関の場合)等の問題を生じるので、その吸気通路中
に空冷式もしくは水冷式のインタークーラ装置を設けた
ものがある。
LかL、空冷式のインタークーラ装置は熱効換率が低く
、大型のものが必要で、まだ水冷式のものも空冷式に比
べて構造が著しくイリ雑化するわりには高い冷却性能が
得られない。
これに対して、冷却水(冷媒)の大きな気化潜熱を利用
して効率良く冷却を行う蒸発冷却式のインタークーラ装
置がr MOTORTREND J (1,983年6
月発行、米国)、特開昭56−146417号公報など
にて提案されている。
これを第1図に基づいて説明すると、コンデンサ1で冷
却凝縮してタンク2に溜められた液相冷媒が、供給通路
3を経由して、一部が吸気冷却用の熱交換器4へ、残部
が供給ポンプ10にて機関本体9のウォータジャケット
11へと夫々送り込まれ、上記熱交換器4において過給
吸気5(!:の間で熱交換を行う。つまり冷媒は、高温
吸気5の熱を受けて蒸発し、この際に大きな気化潜熱を
奪って吸気を低温吸気6とし、かつ冷媒自身は蒸気とな
って蒸気通路7を流れるのである。
一方、機関本体9に送り込まれた冷媒は、ウォータジャ
ケット11内で高湿高圧の蒸気を含む湛水となった後、
ジェットポンプ(エゼクタポンプ)8の可変ノズルから
噴出され、このと六に上記蒸気通路7を流れる蒸気を吸
引して圧縮する。そして、この圧縮された冷媒蒸気がコ
ンデンサ1で外気により冷却される結果、再び液相冷媒
となってタンク2に循環回収されるのである。
このようにして冷媒の極めて大きな気化潜熱を利用して
過給機通過後の高温吸気から熱を奪いさるため、効率よ
く吸気温度を下げることができる。
しかしながら、このインタークーラ装置gにおいては、
熱交換器4部分を流れる冷媒の量や系内の圧力等が極め
て不安定であり、安定した冷却性能が得られないととも
に、吸気の温度制御が全く不可能であり、吸気温度を適
正に維持することができない。
発明の目的 この発明は一ト記のような従来の問題に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、水等の冷媒の気化潜
熱を利用した極めて効率の良い冷却を実現できるととも
に、冷却性能の1r変制1flJ]により適正な吸気温
〆を安定的に得ることが川面な蒸発冷却式インタークー
ラ装置を提供することにある。
第1発明の概要 $1発明に係る蒸発冷却式インタークーラ装置は、過給
機と機関本体との間の吸気通路中に介装されたエバポレ
ータと、このエバポレータの冷媒出口側に接続され、エ
バポレータでの発生蒸気を外気によって凝縮液化するコ
ンデンサと、このコンデンサの出口側に設けられ、かつ
液化冷媒を一時貯留する冷媒タンクと、上記エバポレー
タの冷媒入口側に配設され、かつエバポレータ近傍に配
した感温筒によって開度制御される膨張弁と、上記冷媒
タンクと上記膨張弁とを接続した冷媒通路に介装され、
液相冷媒を加圧して上記膨張弁側に循環供給する加圧ポ
ンプとを備えて構成される。
この構成において、冷媒タンク内に一旦集められた液相
冷媒は、上記加圧ポンプによってカロ圧された後に膨張
弁を介してエバポレータ内つまり低圧空間に霧状となっ
て拡散し、エバポレータ内で蒸発気化する。この蒸発気
化によりK n=吸気に対する冷却を行い、その後、蒸
気はコンデンサに導かれて、ここで外気により冷却され
て凝縮液化し、再び冷媒タンクに回収される。すなわち
、冷媒は気化・凝縮のサイクルを繰り返しつつ循環し、
その極めて大きな気化潜熱を利用した吸気の冷却が実現
される。そして、上記膨張弁はエバポレータ近傍に配し
た感温筒の検知温度に応じて開度か制御され、つまりは
上記検知温度を略一定とするように冷媒の供給量が制御
される。この結果、エバポレータにて冷却された吸気の
温度が(晒一定に安定的に得られるのである。
第2発明の概要 第2発明に係る蒸発冷却式インタークーラ装置は、過給
機と機関本体との間の吸気通路中に介装されたエバポレ
ータト、このエバポレータの冷媒出口側に接続され、エ
バポレータでの発生蒸気を外気によって凝縮液化するコ
ンデンサと、このコンデンサの出口側に設けられ、かつ
液化冷媒を一時貯留する冷媒タンクと、上記エバポレー
タノ冷媒入口側に配設され、かつエバポレータ近傍に配
した感温筒によって開IW制岬される膨張弁と、上記冷
媒タンクと上記膨張弁とを接続、した冷媒通路に介装さ
れ、液相冷媒を加圧して上記膨張弁側に(1# m供給
する加圧ポンプと、上記エバポレータ。
コンデンサ、冷媒タンク、膨張弁、加圧ポンプからなる
冷媒循環系の系外に設けられると吉もに、該循環系内を
満水にするに十分な液相冷媒を貯留したリザーバタンク
と、上紀循壌系と上記リザーバタンクとの間に設けられ
、リザーバタンクから系内への冷媒導入時および系内か
らリザーバタンクへの冷媒排出時に両者を連通ずる開閉
手段と、上記循環系の最上端に接続され、かつ開閉弁を
備えた空気排出通路とを備えて構成される。
この構成においても、冷媒は一]二記第1発明の場合と
同様に、冷媒タンク→加圧ポンプ→膨張弁→エバポレー
タ→コンデンサ→冷媒タンクの経路で気化・凝縮のサイ
クルを繰り返しつつ倣嬢し、冷媒の極めて大きな気化潜
熱を利用した吸気冷却が実現されるとともに、上記膨張
弁が感温筒の横細温度に応じて開度制御される結果、吸
気温度が略一定に安定的に得られることになる。
更に、この第2発明においては、機関の運転停止後にリ
ザーバタンクと循環系との間の開閉手段を開くことによ
って循環系内が液相冷媒にて満水となり、系内の負圧化
が回避されて、運転停止中の空気の侵入や配管の圧潰等
を防止する。また、伺らかの原因で、あるいは経時的に
系内に不凝縮気体である空気が溜まった場合に、空気排
出通路を開いて系内を一旦完全に満水にすることにより
、その空気の排出が達成される。いずれの場合にも、通
常運転時には、系内からリザーバタンクへ余剰の液相冷
媒の排出を行い、系内に所定iケの冷媒が封入された状
態となる。すなわち、系内への空気の混入による熱父換
率の低下を防止して、常に所期の冷却性能を発揮し得る
ことになる。
実施例 第2図は、第1発明および第2発明に係るインタークー
ラ装置の一実施例を示すもので、同図において、21は
過給機と機関本体とを接続した吸気通路、22はこの吸
気通路21中に介装されたエバポレータ、23は発生蒸
気を外気による冷却によって凝縮するためのコンデンサ
、24は電動式の加圧ポンプ、25は膨張弁を夫々示し
ている。
上記エバポレータ22は例り、ば冷媒が通流する微細な
チューブとフィンとからなるもので、その冷媒出口側に
蒸気通路26を介してコンデンサ23のアッパタンク2
3 aが接続されているとともに、冷媒入口側には上記
膨張弁25が配設されている。
上記コンデンサ23は、例えばアッパタンク23 aと
ロアタンク23 bとを上下方向に沿った微細なチュー
ブで連結した構成であって、車両前部など重両走行風を
受け得る位置に股IWされ、史にその前面あるいは背面
に強制冷却用の′イ動式冷却ファン27を備えている。
また上記ロアタンク23 bは、液化冷媒を一時貯留す
る冷媒タンクとして機能し、その下部と上記力ロ圧ポン
プ24の吸入側とが低圧冷媒通路28によって接続され
ている。
また、上記加圧ポンプ24の吐出側は篩用冷媒通路29
を介して上記膨張弁25に接続されており、かつ上記高
圧冷媒通路29から分岐した戻り通路30が調圧弁31
を介して低圧冷媒通路28に接続されている。尚、高圧
冷媒通路29には更に三方虚磁弁である第1醒磁弁32
が介装されているが、これは後述するように通常運転状
態では非通電状態に制御され、上記高圧冷媒通路29を
互いに連通状態(流路A)としている。
一方、上記膨張弁25は感温筒25 aの倹知湛IWに
応じて開度制御されるもので、上記感温筒25 aは例
ヌーはエバポレータ22の、冷媒出口に設けられている
。また、上記感温筒25 aとともに、上記エバポレー
タ22の冷媒出口には温度センサ33が設はうしており
、上記冷却ファン27はこの検出温間に基づき制御装置
34を介して駆動制御され、具体的にはエバポレータ2
2出口側の蒸気の過熱度を比軸的小さく抑制するように
、上記感温筒25 aによる制御目標温#吉略同−の湯
度にて上記冷却ファン27をON、 −0FII’的に
制御している。
以上のロアタンク23 b→加圧ポンプ2/I→膨張弁
25→エバポレータ22→コンデンザ2;3→ロ了タン
ク23 bの経路によって冷媒の循環系が構成され、通
常運転時にはこの循環系内で、例えば水に若干の添加物
を加えた冷媒が蒸発・凝縮を繰り返[Jながら徳望し、
エバポレータ22によ)いて効率良く吸気を冷却するこ
とになる。
具体的に説明すると、ロアタンク23b内に貯留された
液相冷媒は加圧ポンプ24によって吸い出され、かつ該
ポンプ24によって加圧され゛C彰鳴弁z5゜に送り込
まれる。このとき、エバポレータ22内部は大気圧1技
下の圧力に保たれており、液相冷媒は膨張弁25によっ
て霧状に拡散し、かつエバポレータ22内部−7’l吸
気通路21の胃温吸気との熱交換によって蒸発気化する
。ここで−ヒ雨“膨張弁25は、感温筒25 aの検知
温度が旨い場合には開度が1大」に、検知温度が低い場
合には開1メ(が「−小」になって、冷媒の流出量を制
御するので、過@佛吐出後の吸気温度が大幅に変動する
場合でも、エバポレータ221i+i過後の吸気温度は
1賂一定に安定的に確保される。次にエバポレータ22
から出た冷媒蒸気は、コンデンサ23に流入し、ここで
外気により冷却されて故縮液化し、再度ロアタンク23
11に回収される。
このコンデンサ23の凝縮に関しては、上述したように
冷却ファン27かエバポレータ221J、口側温度によ
って膨張弁25開度と連動するようなtVで制flll
さし、ソの結果エバポレータ22出口での蒸気の過熱度
が小さく抑制されるので、エバポレータ22での冷却効
率およびコンデンサ23での放熱効率がともに良好に得
られることになる。
尚、膨張弁25での冷媒流量が少ない場合などには、戻
り通路30および調圧弁31の作用によって一部高圧冷
媒が低圧側に戻され、夫々の圧力を略一定に保っている
次に、41は上記循環系の系外に設けられて予備液相冷
媒を貯留するりザーバタンクを示し、このリザーバタン
ク41は通気機能を有するキャップ42を介して大気に
開放されているとともに、その底部から、系内への冷媒
導入用の第1補助冷媒通路43および系内からの冷媒排
出用の、J2補助冷媒通路44が夫々導出されている。
上記第1補助冷媒通路43は電ah式の冷媒供給ポンプ
45を介してコンデンサロアタンク23 b下部に接続
されており、かつ上2冷媒供給ポンプ45をバイパスす
る形でバイパス通路43 aおよび常開型の第2電磁弁
46が設けられている。また、上記第2補助冷媒通路4
4は、上述した第1′区磁弁32を介して加圧ポンプ2
4の吐出側に連通可能となっており、具体的には、第1
電磁弁32の通電時に矢印Bとして示す流路が形成され
るようになっている。更に、この第2補助冷媒通路44
は、調圧弁47を介して加圧ポンプ24の吸入側つまり
低圧冷媒通路28に接続されている。
一方、上述した冷媒循環系の最上部であるエバポレータ
22の冷媒入口側には、系内の空気を排出するための空
気排出通路48が接続されており、かつ空気排出時に同
時に溢れ出た液相冷媒を回収するだめに、上記空気排出
通路48の先端部がリザーバタンク41内に挿入され、
その比較的上部に開口している。そして、上記空気排出
通路48には、常閉型の第3電磁弁49が介装されてい
る。
またコンデンサロアタンク23 ’b内の所定茜さ位置
に、例えばリードスイッチを用いたフロート式センサか
らなる液面センサ50が配設されており、ロアタンク2
3 b内液面が所定レベルに達したか否かをON −O
FF的に検出するようになっている。
上記の第1〜第3′ft磁弁32 、46 、49およ
び冷媒供給ポンプ45は、前述した加圧ポンプ24およ
び冷却ファン27とともに、制御装置a34によって駆
動制御され、その結果、リザーバタンク41内ト冷媒循
環系内とで液相冷媒を適宜に移動させて、系内がらの空
気の排出、系内の冷媒量の1141整、運転停止時にお
ける系内の常圧化を実行する。
これを具体的に制御手順に従って説、明すると、先ず機
関始動と同時にインタークーラ装置を作動させる場合、
その機関の始動が初期始動であるか再始動であるかを、
温度センサ33の検出湛度力(例えば45゛C以下であ
るか否がから判断して、初期始動であれば、運転停止中
に系内に不凝縮気体である空気の混入の慣れがあるので
空気排出制御を行う。
上F空気排出制御は、第1′心磁弁32をOFF (流
路Al、第2電磁弁46を「閉」、第3゛醒磁弁49を
「開」として冷媒供給ポンプ45を一?時間(系内を満
水にするに十分なように予め設定される)駆動して系内
を一旦完全に満水(液相冷媒を満たすこと)にすること
によって行う。これにより系内に残存もしくは混入した
空気は系」二部に集められた後、空気排出通路48を介
して系外に強制的に排出される。尚、同時に溢れ出た液
相冷媒はリザーバタンク41に回収される。この空気排
出が終了すると、第1電磁弁32をON(流路Bl、第
3電磁弁49を「閉」として次に余剰冷媒の排出を行う
尚、機関の始動が再始動であった場合には上[1r’l
の空気排出を省略して直ちに余剰冷媒の排出を行うこと
になる。
この余剰冷媒の排出は、上述し九各11t、磁弁の状態
(第1*ffl弁32:流路B、第2電磁弁・16:閉
第3電磁弁49:閉)にて加圧ポンプ24を駆!1fl
lすることによって行う。つまり系内の液相冷媒は加圧
ポンプ24によって第1’d磁弁32および第2袖助冷
媒通路44を経由して系外のりザーバタンク41に強制
的に排出される、ここで密閉されているm33系内に負
圧が生じることになるが、調圧弁47の作用によって所
定の負圧状態(例λ−ば0.20 ata )に保たれ
る。この結果、冷媒として水を用いた場合に飽和温度が
60°″C程度となり、吸気通路21を通流する吸気の
熱によって系内に徐々に冷媒蒸気が発生し、つまり気相
空間が徐々に拡大して、液相冷媒が排出される。この余
剰冷媒の排出は、コンデンサロアタンク23 b内の液
面か所定レベルに達するまで継続され、その液面低下が
液面センサ50によって検出された時点で第1電磁弁3
2をOFFつまり流路A側に切換夕て通常運転状態とす
る。
この通常運転状態では、前述したようにロアタンク23
 b→加圧ポンプ24→膨張弁25→エバポレータ22
→コンデンサ23→ロアタンク2:3bの密閉された冷
媒循環系内で冷媒メ1に蒸発・凝縮を繰り返しながら循
環し、エバポレータ22において吸気冷却を行って安定
した吸気温度を得ることができる。
一方、機関の運転が停止されると、制御系全体の通電が
直ちにもしくは若干遅れて遮断され、第1′il!磁弁
32が流路A、第2゛亀磁弁46が開、第3戚磁弁49
が閉となる。この結果、低圧状帖にある系内にリザーバ
タンク4】から第1補助冷媒通路43およびバイパス通
路43 aを経由して液相冷媒が導入され、更に系内が
温度低下するに従って、いずれ系内が満水状態となる。
これによって、機関の停止中は系内が略常圧に保たれる
ことになり、外部からの空気の侵入やシール部分の劣化
・損傷、配、管の潰れ等が防止される。
尚、先にこのインタークーラ装置の制(i11開始を1
段間の始動と同時に行うものとして説、明したが、1吸
気温度が所定温)「に達した時点でインタークーラ装置
を作動させるようにしても良い。
このように上記構成によれば、冷媒循環系内からの空気
の除去が容易にかつ確実に行え、例えばエバポレータ2
2内やコンデンサ23内に空気が滞留して熱交換率を大
幅に低下させてしまうようなことが無く、常に良好な冷
却性能を維持できることになる。また一方、インターク
ーラ装置の作動停止時には、上述したように系内が略常
圧に保たれ、空気の侵入やり一ル部分の劣化等が防止さ
れ、インタークーラ装置としての信頼性や耐久性が優れ
たものとなる。
尚、上記実施例においては、第1′4磁弁32と第2電
磁弁46と冷媒供給ポンプ45との絹み合せによって系
内とリザーバタンク41との間の開閉手段を構成してい
るのであるが、これは適宜に変史することが可能である
。また、例えば系内とリザーバタンク41との液面の高
低差を利用してリザーバタンク41から系内へ液相冷媒
を導入するようにすれば、上記冷媒供給ポンプ45の省
略も可能となる。
次に第3図に示す実施例は、膨弓長弁25の感臨筒25
 aと冷却ファン27制御用の温度センサ33′を、吸
気通路21のエバポレータ22下流側に配設したもので
あって、機関に供給する吸気温度に直接的に感応して温
度制御を行っている。尚、この場合、エバポレータ22
の冷媒出口側のm厩センサ33は、始動時の温度栄件判
定にのみ用いられることになるが、その省略も可能であ
る。
発明の効果 以上の説明で明らかなように、第1.第2発明に係る蒸
発冷却式インタークーラ装+iにおいては、密閉した循
環系内で冷媒を加圧ポンプにより循環させて蒸発・凝縮
のサイクルを繰り返させることによって、極めて高い冷
却性能が安定して得られるトトモに、エンジンルーム内
の温度や流入空気温度等が変動しても膨張弁の開度制御
により吸気温度を略一定に安定的に制御することが可能
となり、吸気の過冷却による運転性の悪化や過度運転時
の冷却不足によるノッキング等を確実に防止することが
できる。しかも、その構成も比較的簡素なものとするこ
とが可能である。
更に第2発明に係る蒸発冷却式インタークーラ装置にお
いては、上述した冷媒循環系内からの空気の除去が確実
かつ容易に行え、空気の混入に起因したPA父換率の低
下を防止して常に所期の良好な冷却性能を発揮できると
ともに、作動停止時における空気の侵入やシール部分の
劣化・損傷等を防止でき、優れた耐久性、信頼性を得る
こ吉が7きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の蒸発冷却式インタークーラ装置の一例を
示す構成説明図、第2図は)■1.第2発明に係る蒸発
冷却式インタークーラ装置Wの一実1イ目例を示す構成
説明図、第3図は異なる実施例を示す構成説明図である
。 21・・・吸気通路、22・・・エバポレータ、2:(
・・・コンデンサ、23b・・・ロアタンク、2・1・
・加圧ポンプ、’、15・・・膨張弁、25 a・・・
感温筒、27・・冷却ファン、z8・・・低圧冷媒通路
、29・・・制圧冷媒通路、:30・・戻り通路、31
・・・調圧弁、;32・・・第1電磁弁1.ゲi 、 
:4:(’・1晶11Yセンサ、34・・制御装置、旧
 ・リザーバタンク、43・・・第1補助冷媒通路、4
4・・第2補助冷ts通路、45・・冷媒供給ポンプ、
46・・第2電磁弁、47・・調圧弁、48・・・9気
排出通路、49・・・第3′醒(配弁、?i0・・液面
センサ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)過給機と機関本体との間の吸気通路中正こ介装さ
    れたエバポレータと、このエバポレータの冷媒出口側に
    接続され、エバポレータでの発生蒸気を外気によって凝
    縮液化するコンデンサと、このコンデンサの出口1則に
    設けられ、かつ液化冷媒を一時貯留する冷媒タンクと、
    上記エバポレータの冷媒人口側に配設され、かつエバポ
    レータ近傍に配した感温筒によって開度制御される膨張
    弁と、上記冷媒タンクと上記1杉張弁とを接続した冷媒
    通路に介装され、液相冷媒を加圧して上記膨張弁側に循
    環供給する加圧ポンプとを備えてなる蒸発冷却式インタ
    ークーラ装置1り。
  2. (2)過給機(!:磯関本体との間の吸気通路中に介装
    されたエバポレータと、このエバポレータの冷媒出口側
    に接続され、エバポレータでの発生蒸気を外気によって
    凝縮液化するコンデンサと、このコンデンサの出口側に
    設けられ、かつ液化冷媒を一時貯留する冷媒タンクと、
    上5eエバポレータの冷媒入口側に配設され、かつエバ
    ポレータ近傍に配した感温筒によって開度制御される膨
    張弁と、上記冷媒タンクと上記膨張弁とを接続した冷媒
    通路に介装され、液相冷媒を加圧して上記膨張弁側に循
    環供給する加圧ポンプと。 上記エバポレータ、コンデンサ、冷媒タンク。 膨張弁、加圧ポンプからなる冷媒循項系の系外に設けら
    れるとともに、該循環系内を満水にするに十分な液相冷
    媒を貯留したりザーバタンクと、上記循環系と上記リザ
    ーバタンクトノ間ニ設けられ、リザーバタンクから系内
    への冷媒導入時および系内からリザーバタンクへの冷媒
    排出時に両者を連通ずる開閉手段と、上記循環系の最上
    端に接続され、かつ開閉弁を備えた空気排出通路とを備
    えてなる蒸発冷却式インタークーラ装置。
JP58200353A 1983-10-26 1983-10-26 蒸発冷却式インタ−ク−ラ装置 Pending JPS6093116A (ja)

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