JPS62153517A - 内燃機関の吸気冷却装置 - 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〕 本発明は過給機付き内燃機関の吸気冷却装置に関する。

〔従来技術と問題点〕

内燃機関の吸気系に排気ターボ過給機やエンジン駆動過
給機等の過給機を設け、機関に過給して出力を高めるこ
とは周知である。

機関を過給するとシリンダの圧縮圧力が増加すると共に
吸気温度が上昇し、ノッキングが発生し易くなる。そこ
で、水冷式または空冷式のインタークーラにより吸気を
冷却することが一般に行われている。しかし、この種の
インタークーラは特に吸入空気量が多くなる高速高負荷
運転域での冷却能力が十分でないので、この様な運転域
では点火時期を遅らせたり混合気の空燃比を？ｒ：ｔＪ
！にする等の方法によりノッキングの発生を防止するこ
とを要し、機関出力および燃費が犠牲となる。

また、自動車の車室冷房装置（エア・コンディショナ）
の冷媒を利用して吸気を冷却することも知られている（
特公昭６０−３５５３０号および実開昭５９−９１４２
１号）。この方式では、冷媒はコンプレッサにより圧縮
され、このコンプレッサは電磁クラッチを介して機関の
クランクプリー等により駆動される。この吸気冷却方式
では、単室の冷房と吸気の冷却との双方を同時に行うた
めには大容量のコンプレッサが必要となるという問題が
ある。また、コンプレッサ容量を増加させない場合には
、吸気冷却時に車室の冷房効果が低減する。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、効率的な吸気冷却を行って機関出力を
向上させることが可能で、吸気冷却時に車室冷房装置の
冷却能力を低下させることの無い吸気冷却装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決すための手段および作用の概要〕本発明
の吸気冷却装置は水冷式の第１のインタークーラと冷媒
により冷却される第２のインタークーラとを有し、これ
ら２つのインタークーラは過給機の下流において互いに
直列に吸気系に配置される。第１インタークーラにはラ
ジェータで冷却された冷却液が循環される。第２インタ
ークーラには車室冷房装置の冷凍回路から分岐回路を介
して冷媒が供給される。

水冷式の第１インタークーラは機関負荷が設定値以上の
時に運転される。他方、冷媒冷却式の第２インタークー
ラは、機関のノッキング発生が頻繁になり点火時期の遅
角補正量が所定値以上になった時にのみ運転される。

〔実施例］ 次に、添付図面により本発明の詳細な説明する。

第１図を参照するに、エンジン１０の燃焼室１２には吸
気通路■４が接続されている。吸気通５１４には周知の
様にエアフローメータ１６、スロットル弁１８、および
ルーツブロワ型過給機２０が設けてあり、吸入空気は吸
気弁２２を経て燃焼室１２に送られる。エアフローメー
タ１６は公知のもので、吸入空気量を計測しアナログ信
号を制御回路２４に出力する。スロットル弁１８には従
来型のスロットル開度センサ２６が連動してあり、その
アナログ信号は制御回路２４に入力される。

過給機２０はエンジン１０のクランクプリー２８により
ヘルド３０および電磁クラッチ３２を介して駆動される
。過給機２０のバイパス３４はバイパス制御弁３６によ
り制御される。

エンジンの点火系は、イグナイタ３８、イグニッション
コイル４０、ディストリビュータ４２、点火プラグ４４
から成り、点火時期はシリンダブロックに設けた従来型
のノックセンサ４６からの信号に基いて後述の如く制御
される。

エンジン回転数を検出するため、ディストリビュータ４
２には従来型のクランク角センサ４８が設けてあり、そ
の出力パルスは制御回路に送られる。

次に吸気冷却装置について説明するに、吸気通路１４に
は第１インタークーラ５０と第２インタークーラ５２の
直列に設置しである。第１インタークーラ５０は水冷式
のインタークーラであり、冷却液循環手段５４により冷
却液が循環される。

この冷却液循環手段５４は、閉回路状の配管５６と、電
動ウォータポンプ５８と、ラジェータ６０から成り、ラ
ジェータ６０で冷却された冷却液はウォーターポンプ５
８により第１インタークーラ５０に送られる。ウォータ
ーポンプ５８は後述の如く制御回路２４により制御され
る。

第２インタークーラ５２は車室冷房装置の冷凍回路６２
の冷媒が循環されるエバポレータから成る。この冷凍回
路６２は、閉回路状の配管６４と、冷媒コンプレッサ６
６と、コンデンサ６８と、アキュームレータ７０と、第
１の電磁式遮断弁７２と、膨張弁７４と、車室冷房用エ
バポレータ７６と、圧力調整弁７８で構成される。コン
プレッサ６６はベルト８０および電磁クラッチ８２を介
してエンジンクランクプリー２８により駆動される。

第１電磁弁７２と電磁クラッチ８２は後述の如く制御回
路２４によりオン・オフ制御される。車室冷房装置の運
転はエアコンスイッチ８４により乗員が選択することが
でき、その出力信号は制御回路２４に入力される。

冷凍回路６２内の冷媒を第２インタークーラ５２に循環
させるため、配管６４には分岐回路８６が接続してあり
、この分岐回路８６の途中に第２電磁式遮断弁８８、膨
張弁９０、および第２インタークーラ５２が配置しであ
る。電磁タラソ千８２が接続されコンプレッサ６６が作
動している時に第２電磁弁８８を開らくと、冷媒は第２
インタークーラ５２を循環して吸気を冷却することが理
解できよう。

点火時期の制御および吸気冷却装置の制御は制御回路２
４により行われる。この制御回路２４はエンジン制御用
のマイクロコンピュータから成る。

第２図を参照して制御回路２４の構成例を説明する。制
御回路２４は、中央演算装置（ＣＰＵ）９２、ランダム
アクセスメモリ　（ＲＡＭ）９４、リードオンリーメモ
リ　（ＲＯＭ）９６、入出カポ−Ｉ−９８，１００，ク
ロック発生回路（図示せず）、これらを接続するバス１
０２、等から構成されている。エアフローメータ１６か
らのアナログ信号はバッファ１０４を介してマルチプレ
クサ１０６に送られ、ＣＰＵ９２の指令に応じてＡ／Ｄ
変換器１０８に印加され、２進信号に変換された後、Ｒ
ＡＭ９４に格納される。同様に、スロットルセンサ２６
からのアナログ信号はバッファ１１０を介してマルチプ
レクサ１０６に送られ、Ａ／Ｄ変換器１０８により２進
信号に変換されてＲＡＭ９４に記憶される。

エアコンスイッチ８４からのデジタル信号はバッファ１
１２を介して入出力ボート１００に送られ、ＣＰＵ９２
の指令により読み出される。

クランク角センサ４８からのクランク角３０’毎のパル
スはバッファ１１４を介して入出力ボート１００に送ら
れる。ＣＰＵ９２は各パルスを受取る度に前後パルス間
の時間を計算し、エンジン回転数を演算してＲＡＭ９４
に格納する。

ノックセンサ４６の出力信号は、インピーダンス変換用
のバッファ及びノッキング固有の周波数帯域（７〜８Ｋ
ＩＩｚ）が通過帯域であるバンドパスフィルタから成る
回路１１６を介してピークホールド回路１１８及び整流
回路１２０に送り込まれる。ピークホールド回路１２０
は線１２２および入出力ボート１００を介して“１”レ
ベルの信号がＣＰＵ９２から印加されている際にのみ、
ノックセンサ４６からの出力信号を取り込み、その最大
振幅のホールド動作を行う。ピークホールド回路１１８
の出力は・アナログマルチプレクサ１２４に送り込まれ
ＣＰＵ９２からの指示に応じて選択されてＡ／Ｄ変換器
１２６に印加され、２進信号に変換された後、入出力ボ
ートｌＯＯを介してＲＡＭ９４に格納される。

整流回路１２０は、ノックセンサ４６からの出力信号を
全波整流もしくは半波整流する。整流された信号は積分
回路１２８に送り込まれて時間に関して積分される。従
って、積分回路１２８の出力はノックセンサ４６の出力
信号の振幅を平均化した値となる。積分回路１２８の出
力はアナログマルチプレクサ１２４に送り込まれて、選
択的にＡ／Ｄ変換器１２６に印加され２進信号に変換さ
れた後、ＲＡＭ９４に格納される。ただしＡ／Ｄ変換器
１２６のＡ／Ｄ変換開始は、入出力ボート１００及び線
１３０を介してＣＰＵ９２から印加されるＡ／Ｄ変換起
動信号によって行われる。また、Ａ／Ｄ変換が終了する
とＡ／Ｄ変換器１２６は、線１３２及び人出力ポート１
００を介してＣＰＵ９２にＡ／Ｄ変換完了通知を行う。

一方、ＣＰＵ９２から、入出力ボート１００を介して駆
動回路１３４に点火信号が出力されると、これが増幅さ
れてイグナイタ３８が付勢され、その点火信号の持続時
間及び持続時期に応じた点火制御が行われる。

ウォーターポンプ５８、第１電磁弁７２、第２電磁弁８
８、電磁クラッチ８２は夫々の駆動回路１３６、１３８
．１４０．１４２からの出力により駆動される。

次に第３図のフローチャートを参照して点火時期制御ル
ーチンを説明する、このルーチンのプログラムはＲＯＭ
９６に格納されており、ＣＰＵ９２はこのプログラムを
実行することにより点火時期を制御する。また、このル
ーチンで求められた点火進角の遅角補正値は後述の吸気
冷却制御ルーチンで使用される。

この点火時期制御ルーチンはクランク角１８０゜毎に実
行される。ステップ２０１から２０７はノッキング発生
状態に基いて遅角補正値θ、を求め、実行進角値θ。を
演算する手順を示す。ステップ２００でプログラムが起
動され、ステップ２０１ではこの直前で点火した燃焼に
おいてノッキングが生じたか否かを判定する。即ち、ノ
ックセンサ４６の積分回路１２Ｂからの出力をＡ／Ｄ変
換して得た２進値を所定倍してノック判定レベルを求め
、ノックセンサ４６のピークホールド回路１１８からの
出力をＡ／Ｄ変換して得た２進値がこの判定レベルより
大きければノッキングが発生したものと判定し、判定レ
ベルより小さければノンキングは発生しなかったものと
判定する。

ステップ２０１で“ノンキング発生”と判定されると、
ステップ２０６に進み、遅角補正値に０．５゜を加算し
くθイーθに＋０．５′）、ステップ２０５に進む。

他方、ステップ２０１で“ノンキング無し”と判定され
るとステップ２０２に進み、ＲＡＭ９４に用意されたノ
ッキング欠如回数計数カウンタの値ＣＫＮＯＣにに１を
加算しくＣＫＮＯＣＫ−ＣＫＮＯＣＫ＋　１　）　、続
くステップ２０３でカウンタの値（ＪＮＯＣＫが２０以
上か否かを判定して“Ｎｏ”ならばステップ２０７に進
む。ステップ２０３の判定結果が“ＹＥＳ″の場合、即
ち、ノッキングが検出されない回数が２０以上となった
場合には、ステップ２０４に進み、遅角補正値θ、から
０．５°を減算した値を新たに遅角補正値としくθ、−
θに−０，５°）、ステップ２０５へ進む。この様に、
ステップ２０２〜２０４においてノッキングが２０回以
上発生しないとθ８を減少させない様にしたのは誤判定
を避けるためであり、点火時期の進角（即ち、θヤの減
少）は遅れがちに行われることとなる。これに対し、１
回でもノッキング発生と判定されればステップ２０６で
０３は増加され、点火時期の遅角は直ちに行われる。

ステップ２０５ではカウンタを帰零してステップ２０７
に進む。以上を繰返し実行することにより、遅角補正値
θ、はノッキングが生じたら大きくなりノッキングが発
生しなければ小さくなる。この遅角補正値θ、はＲＡＭ
９４に格納され、吸気冷却制御ルーチンにおいて利用さ
れる。ステップ２０７では点火時期基本進角値θ、から
遅角補正値θうを減算して実行進角値θ。を得る（θ、
−θ８−θＫ）。このステップでは、クランク角センサ
４８の出力から求めた機関回転数ｐＪｅとエアフローメ
ータ１６の出力から求めた吸入空気ｆＪＱに基いて機関
負荷Ｑ／Ｎが求められ、斯く得たＮｅとＱ／Ｈに基づい
て基本進角マツプまたはテーブルを用いて補間計算等に
より基本進角値θ３が求められる。このため、ＲＯＭ９
６には基本進角マツプまたはテーブルが予め格納されて
いる。

ステップ２０７の次にステップ２０８に進み、実行進角
値θ。と現在の時刻からイグナイタ３８を“ＯＮ”にす
る時刻を求め、入出力ポートｌＯＯに設けられた出力レ
ジスタに“ＯＮ”時刻を設定する。設定された“ＯＮ”
時刻が到来するとイグナイタ３８からイグニッションコ
イル４０に高圧電流が流れ、スパークが発生される。

次に、第４図のフローチャートを参照して吸気冷却装置
の制御ルーチンのプログラムを説明する。

ステップ３０１ではメインルーチンの割込みルーチンと
して例えば１０ミリ秒ごとにこの制御ルーチンが開始さ
れる。ステップ３０２では機関負荷が設定値Ａより大き
いか否かを判定する。このためには、エアフローメータ
１６で計測した吸入空気量Ｑとクランク角センサ４８か
らの信号により計算したエンジン回転数Ｎｅに基いて機
関１回転当りの吸入空気量Ｑ／Ｎを演算し、これを設定
値Ａと比較することができる。この場合、設定値Ａは例
えば０．６　（１／ｒｅｖ）にすることができる。或い
は、スロットル開度センサ２６で検出したスロットル開
度に基いて負荷を判定してもよい。

負荷が設定値以上の場合には、ステップ３０３に進み、
駆動回路１３６を介してウォーターポンプ５８を作動さ
せる。これにより冷却液はラジェータ６０を経て第１イ
ンタークーラ５０に循環され、吸入空気は第１インター
クーラ５０により冷却される。なお、ステップ３０３に
おいてウォーターポンプ５８を作動させる場合には、Ｒ
ＡＭ９４のメモリ領域を利用したフラグに“ｌ”を立て
、ウォーターポンプ５８が“ＯＮ”状態にある事を記録
しておく。この情報はステップ３０４の判定で利用され
る。

ステップ３０２の判定において負荷が設定値より小さい
場合には、ステップ３０４に進み、前回のルーチンの実
行においてウォーターポンプ５８が“ＯＮ”にされてい
るか否かを判定する。この判定は前述したフラグを用い
て行う。“ＯＮ”の場合にはステップ３０５に進み、エ
ンジンがアイドル運転状態にあるか否かを判定する。こ
の判定はスロットル開度センサ２６で検出したスロット
ル開度に基いて行うことができ、スロットル弁１８が全
閉の場合にはアイドル状態と判定する。アイドル状態の
場合にはステップ３０６に進み、ウォーターポンプ５８
を停止すると共にフラグを“Ｏ″にする。これにより第
１インタークーラ５０への冷却液の循環が停止せられ、
第１インタークーラ５０の機能が停止する。アイドル状
態でない場合には、ステップ３０３に進み、ウォーター
ポンプ５８の運転を続行する。この様に、負荷が設定値
以下になっても直ちにウォーターポンプ５８が停止せら
れる事はなく、アイドル状態を経過しない限りポンプ５
８の運転は続行される。負荷が設定値以下となった後更
にアイドル状態になって始めてステップ３０６において
ウォーターポンプ５８が停止せられるのである。この様
にしたのは、負荷の変動に応じてウォーターポンプ５８
が繰り返しオン・オフされるのを防止するためであり、
ウォーターポンプの制御にヒステリシスを与えるためで
ある。ステップ３０４の判定においてウォーターポンプ
５８がＯＦＦ″の場合にはステップ３０６に進み、ウォ
ーターポンプの停止を接続する。以上から判る様に、本
発明の吸気冷却装置では、機関負荷が設定値以上の時に
は水冷式の第１インタークーラ５０は作動せられる。

次に、ステップ３０７に進み、エアコンスイッチ８４が
“ＯＮ”状態にあるか否かを判定する。

“ＯＮ”の場合にはステップ３０８において駆動回路１
４２を介してコンプレッサ６６用の電磁クラッチ８２を
接続する。これによりコンプレッサ６６は冷媒を圧縮し
て冷凍回路６２に循環され、冷凍サイクルが開始される
。次にステップ３０９に進み、点火時期制御ルーチンで
求めた遅角補正値θ、が設定値Ｂ（例えば、クランク角
度３°）以上であるか否かを判定し、θ、≧Ｂの場合に
はステップ３１０において駆動回路１４０を励起して第
２電磁弁８８を開いた後ステップ３１１において駆動回
路１３８を励起して第１電磁弁７２を開く。その結果、
コンプレッサ６６で圧縮されコンプレッサ６８で冷却凝
縮された冷媒は車室冷房用配管６４と吸気冷却用分岐回
路８６の双方に循環せられ、第２インタークーラ５２に
より吸入空気が冷却されると共に車室の冷房が行われる
。

ステップ３０９の判定において遅角補正値θ、が設定値
Ｂより小さい場合にはステップ３１２に進み第２電磁弁
８８を閉じる。これにより分岐回路８６への冷媒の循環
は停止され、第２インタークーラ５２による吸気冷却は
停止する。

ステップ３０７の判定結果が“Ｎｏ”の場合、つまり車
両乗員が車室冷房を選択していない場合には、ステップ
３１３に進んで遅角補正値θ、が前記設定値Ｂ以上であ
るか否かを判定する。以上の場合には、ステップ３１４
でコンプレッサ用電磁クラッチ８２を接続し、ステップ
３１５で第２電磁弁８８を開らき、ステップ３１６で第
１電磁弁７２を閉じる。その結果、冷媒は第２インター
クーラ５２のある分岐回路８６のみを循環せられること
となり、車掌の冷房は行われないが吸気は第２インター
クーラ５２により冷却される。

ステップ３１３の判定において遅角補正値θヤが設定値
Ｂより小さい場合には、ステップ３１７でコンプレッサ
用電磁クラッチ８２を切り、ステップ３１８で第２電磁
弁８８を閉じた後、ステップ３１６を経てステップ３１
９に進みメインルーチンに復帰する。

この様に、ノンキングが繰り返し発生することにより遅
角補正値θ、が設定値（例えば、３°）以上になると、
第２インタークーラ５２が作動せられる。

以上から判る様に、負荷が設定値以上であり、かつ、遅
角補正値が設定値以上の場合には水冷式の第１インター
クーラ５０と冷媒冷却式の第２インタークーラ５２の双
方が稼動し、吸気冷却装置の冷却能力は最大となる。

また、機関負荷が設定値以上であるが遅角補正値が設定
値を超えない場合には、水冷式の第１インタークーラの
みが作動せられる。従って、車室冷房装置のエバポレー
タに十分な量の冷媒を循環させることができ、車室冷房
能力を確保することができる。

なお、以上の実施例では、エアコンスイッチが“ＯＮ”
状態にある場合において遅角補正値が設定値以上の時に
は吸気冷却と単室冷房の双方が行われるが、吸気冷房効
果を増加させるため車室冷房を一時的に中断することも
可能である。

〔発明の効果〕

本発明の吸気冷却装置によれば、機関負荷が高くかつノ
ッキングが発生しやすい機関運転条件下では、水冷式イ
ンタークーラと冷媒冷却式インタークーラとの双方によ
り吸入空気の２段冷却が行われる。従って、ノッキング
の発生を防止しながらも点火時期進角の遅角量を小さく
抑えることができ、機関出力を向上させることができる
。

しかも、遅角補正量が所定値以下の高負荷時には、水冷
式インタークーラのみによって吸気冷却が行われ、冷媒
冷却式インタークーラは休止せられるので、車室冷房装
置の冷却能力を十分確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の模式図、第２図は制？１■回
路のブロック図、第３図は点火時期制御ルー千ンのフロ
ーチャート、第４図は吸気冷却装置の制御ルーチンのフ
ローチャートである。 １４・・・吸気通路、　　　２０・・・過給機、２４・
・・制御回路、　　　２８・・・クランクブリー、３８
・・・イグナイタ、 ４０・・・イグニッションコイル、 ４６・・・ノックセンサ、 ５０・・・水冷式第１インタークーラ、５２・・・冷媒
冷却式第２インタークーラ、５４・・・冷却液循環手段
、 ５８・・・ウォーターポンプ、 ６０・・・ラジェータ、 ６２・・・車室冷房装置の冷凍回路、 ６６・・・コンプレッサ、６８・・・コンデンサ、７６
・・・車室冷房用エバポレータ、 ８２・・・電磁クラッチ、 ８４・・・エアコンスイッチ、 ８６・・・分岐回路、 ８８・・・第２電磁式遮断弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車室冷房装置の冷凍回路（６２）に配置された冷媒
   コンプレッサ（６６）を電磁クラッチ（８２）を介して
   駆動する出力部（２８）を備え、吸気系に過給機（２０
   ）を備え、ノッキング発生状態に応じて点火時期が遅角
   方向に補正される様になった内燃機関において、 （イ）吸気を冷却するべく過給機の下流において吸気系
   に設置された水冷式の第１のインタークーラ（５０）と
   、 （ロ）冷却された冷却液を前記第１インタークーラに循
   環させる冷却液循環手段（５４）と、（ハ）過給機の下
   流において第１インタークーラと直列に吸気系に設置さ
   れ冷媒により吸気を冷却する第２のインタークーラ（５
   ２）と、 （ニ）前記冷凍回路（６２）内を流れる冷却された冷媒
   を該冷凍回路から分岐させて前記第２インタークーラに
   循環させる分岐回路（８６）と、（ホ）前記分岐回路を
   開閉する電磁式遮断弁（８８）と、 （へ）前記電磁クラッチと冷却液循環手段と電磁式遮断
   弁とを制御する制御回路であって、機関負荷が設定値以
   上の時に前記冷却液循環手段を作動させ、点火時期の遅
   角方向補正値が設定値以上の時に第２インタークーラに
   冷媒を循環させるべく前記電磁クラッチおよび電磁式遮
   断弁を作動させる制御回路（２４）、 とを備えてなる吸気冷却装置。