JPS6312825A - 内燃機関の吸入空気冷却装置 - 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〕 この発明は過給機を備えた空調器付き車両用内燃機関に
おける吸入空気冷却装置に関する。

〔従来の技術〕

過給機を備えた内燃機関では過給による断熱圧縮で高ま
った空気の温度を下げ出力を上げるために吸入空気冷却
装置（所謂インタクーラ）を設置することが行われる。

水冷式のインタクーラのものは外気温が高い夏季に十分
な効果が得られない。

又、エンジン室内の熱で冷却媒体である水の温度を十分
低下できず、高過給時にはまだエンジンの性能を十分に
発揮させるには至らない。更には外気温やエンジン室内
の熱の変動によりインタクーラの冷却能力も変動するた
め安定したエンジン性能を引き出せていない。

この問題点を解決するため、特公昭６０−３５５３０号
公報では車室冷房用空調器から分岐し、かっこの空調器
とは独立に作動するサージタンク冷却装置を吸気管に取
付たちのが提案されている。即ち、過給機からの空気を
空調器から分岐する低温の冷却媒体によって強力に冷却
しようとするものである。そして、吸入空気の温度を検
知して、これが所定値を超えたときにサージタンク冷却
装置を作動させる制御回路を備えている。その他、関連
する従来技術として、実開昭５９−９１４２１等がある
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術では車室冷房用空調器の冷却媒体の通路を単に
吸気管に接続し、吸入空気との熱交換を行わせるという
思想のものである。従って、車室内の冷房と、吸入空気
の冷却との双方を十分に行わせるには冷却装置の冷却能
力を高くしなければならない。即ち、゛従来のものでは
、車室冷房要求の最大と吸入空気冷却要求の最大との和
としての冷却能力を持つ必要があるのである。

この発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解決し、
冷却装置の容量を押さえたにも係わらず十分な冷却を行
うことができるようにすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明によれば、吸気管に過給機を設置し、過給機の
下流に水冷式の吸入空気冷却！Ａ置を配置した空調器付
き車両用内燃機関において、冷却水容器を備え、過給機
からの吸気管及び空ｔＡ器から分岐される冷却媒体通路
が前記冷却水タンクと熱交換可能に設置され、空調器冷
却媒体によって冷却された冷却水容器内の冷却水によっ
て吸入空気の冷却を行うことを特徴とする内燃機関の吸
入空気冷却装置が提供される。

〔実施例〕

第１図において、１はピストン、２は燃焼室、３は吸気
弁、３′は排気弁、４は吸気管、５はアクセルペダル（
図示せず）に連動する主スロットル弁、６はエアーフロ
ーメータである。７は機械式過給機であり、主スロット
ル弁５の下流に設置される。機械式過給機７は例えばル
ーツポンプとして構成され、複数のロータ７ａがハウジ
ングに対して微小間隙を維持しながら回転することによ
り吸入空気の圧縮を行うことにより過給が行われる。ロ
ータ７ａの一方の回転軸８にクラッチ付きプーリ１０が
設置され、このプーリ１０はヘルド１２によってクラン
ク軸１４上のプーリ１６に連結される。プーリ１０のク
ラッチ部の係合する高回転高負荷時にクランク軸１４の
回転がプーリ１６、ベルト１２、プーリ１０を介してロ
ータ７ａに伝達され過給が行われる。

過給機７を迂回するように第１のバイパス通路１８が吸
気管４に連結される。第１のバイパス通路１８にバイパ
ス制御弁２０が設置される。このバイパス制御弁２０は
負圧アクチュエータ２２によって駆動される。即ら、負
圧アクチュエータ２２は過給機７の下流の圧力取出ポー
ト２４に連結され、吸気管圧力に応したバイパス制御弁
２゜の駆動を行う。即ち、低負荷時はポート２４の圧力
が低いため、アクチュエータ２ｏは負圧作用によってバ
イパス制御弁２０を開弁じ、吸入空気の一部はバイパス
通路１８に分岐され、過給ａ７による過給効果は弱めら
れ。一方、高負荷時はボート２４の圧力は高くなるので
アクチュエータ２２はバイパス制御弁２０を閉弁し、吸
入空気が全量過給機７を介して燃焼室２に供給され、過
給機７はその全能力を発揮することになる。第２図にバ
イパス制御弁２０のスロットル弁開度に対する開度特性
を示す。

２７は水冷式の吸入空気冷却装置（以下インタクーラ）
である。インククーラ２７は過給機７の下流の吸気管４
を迂回するように取付した第２のバイパス通路２９上に
設置される。吸入空気冷却装置２７は冷却水容器３１と
、吸入空気通路３２と、空調器冷媒通路３４とを有し、
後述のように冷却水容器３１内の冷却水は吸入空気通路
３２を流れる吸入空気及び冷媒通路３４を流れる空調器
冷媒と熱交換可能に設置される。冷却水容器３１は冷却
水配管３５を介して循環ポンプ３６に連結され、冷却水
の循環系が構成される。

副スロツトル弁３７がリンク系３８を介して主スロット
ル弁５に連結される。リンク３８は第３図のような主ス
ロットル弁５−副スロツトル弁３７の開度特性が得られ
るように構成される。即ち、主スロットル弁５の全閉時
は副スロツトル弁３７は全開となるため吸入空気冷却装
置２７への吸入空気の流れは実質上体じない。そしてス
ロットル弁５が成る開度まで開放された後は、即ち過給
の行われる高負荷時には副スロツトル弁３７は閉鎖され
、吸入空気は第２バイパス通路２９を介してインククー
ラ２７に向かうので、過給によって温度の高められた吸
入空気の冷却が行われる。

空調器用コンプレツサは符号４４で示され、ベルト４６
によってクランク軸１４にに連結され、その回転駆動力
を受けるようになっている。空調器コンプレッサ４４は
、コンデンサ４８、レシーバ５０、膨張弁５２及びエバ
ポレータ５４に空調器冷却媒体配管５６を介して順次連
結される。図中、空調器における冷却媒体の流れ方向を
矢印をもって示す。

インタクーラ２７の冷媒通路３４は空調器用エバポレー
タ５４と並列に配置される。冷媒通路３４は一端が膨張
弁５８及び接合用Ｔ字管６０を介してレシーバ５０の下
流の空調器用冷却媒体配管系５６の下流に接続され、他
端はＴ字管６２を介して車室用エバポレータ５４の下流
に接続される。空調器用冷却媒体の流通を選択的に遮断
する開閉弁である第１の電磁弁６４、及び第２の電磁弁
６６が夫々車室用循環系を構成する配管系５６と、貯留
タンク用循環系を構成する配管系５７に設置される。

第４図〜第６図はインククーラ２７の構成を詳細に示す
ものである。冷却水容器３１は入口ユニオン３１ａ、出
口ユニオン３１ｂを備え、夫々第１図の冷却水配管３５
に接続される。吸入空気通路３２は、第１図の第２バイ
パス通路２９に接続される入口部３２ａと出口部３２ｂ
と、冷却水容器３１に周囲を包囲される多段の熱交換部
３２ｃとよりなる。熱交換部３２ｃの内部にフィン５８
（第６図）が配置され、冷却水容器３１を流れる冷却水
と熱交換部３２ｃ内を流れる吸入空気の熱交換が良好に
行われるようになっている。また冷媒通路３４は、第１
図のインククーラ用冷媒配管系５７に接続される入口部
３４ａ及び出口部３４＋）と、冷却水容器３１中に配置
される多数の熱交換部３４Ｃとより成る。熱交換部３４
ｃを流れる冷媒と冷却水容器３１内の冷却水との熱交換
によって吸入空気を冷却するための冷却水の冷却が行わ
れる。

冷却水容器３１内の冷却水は冷媒通路３４の熱交換部３
４Ｃ内の冷媒と熱交換を行うことで冷却される。そして
このように冷却された冷却水は吸入空気冷却通路３２の
熱交換部３２ｃと熱交換を行い、その内部を流れる吸入
空気の冷却が行われる。（第７図参照。）そしてポンプ
３６が停止した状態では、自然対流によって水の循環が
行われる。

第１図において、制御回路７０は過給機や空調器、この
発明の加冷却装置、更には内燃機関の種々の運転制御を
行うもので、マイクロコンピュータシステムとして構成
することができる。即ち、制御回路７０は、中央処理装
置（ＣＰＵ）７０ａとメモリ７０ｂと、入力ポードア０
ｃと、出カポ７０ｄと、これらを接続するバス７０ｅと
より構成される。入力ポードア０Ｃにはこの発明の制御
実行のため、種々のセンサが接続され、夫々の検知信号
が入力される。エアーフローメータ６からは吸入空気量
信号Ｑが入る。スロットルセンサ７４からはスロットル
弁５の開度に応じた信号Ｔ）Ｉが入る。スロットルセン
サ７４としては、例えば、周知のスロットル弁軸ととも
に動く回転ブラシを具備したものが採用できる。このタ
イプのスロットルセンサ７４はスロットル弁の開度に応
じたパルス信号が得られるディジタル型のものである。

７６は空調器作動スイッチで、通常は運転席に設置され
、車室の冷房を行うときに操作されるものである。イン
ククーラ２７用の冷却水の温度Ｔを知るため温度センサ
７７が冷却水容器７７に設置される（第５図参照）。更
に、エンジン回転数Ｎｅを知るための回転数センサ７９
が設けられる。このセンサは、例えば、クランク軸の回
転パルス信号を発生するパルス発生器として構成するこ
とができる。

出力ポードア０ｄはクラッチ付きブー１Ｊ１０のクラッ
チ作動部、インタクーラ冷却水循環ポンプ３６、及び第
１電磁弁６４、第２電磁弁６６に接続される。そして、
メモリ７０ｂに格納されたプログラムに従ってこれらの
制御が実行される。そのうち過給機７の作動及び運転者
が操作する空調器スイッチ７６のＯＮ、ＯＦＦによる空
調器用コンプレッサ４４の作動自体はこの発明と直接関
係しないので詳細な説明はしない。以下この発明に直接
関係する制御回路の作動を第８図、第９図のフローチャ
ートを参照しながら説明する。

第８図は過給機作動ルーチンを示している。ステップ８
０では負荷相当値としての吸入空気量一回転数比Ｑ　／
　Ｎ　ｅ　、及びエンジン回転数Ｎｅが入力される。ス
テップ８１では過給機の作動か、否かの認識が吸入空気
量−回転数比及び回転数より行われる。過給機７は、こ
の実施例では、吸入空気量一回転数比Ｑ　／　Ｎ　ｅ≧
Ｏ−６（１／ｒｅｖ）又は回転数Ｎｅ≧３００Ｏｒｐｍ
である。ステップ８２では過給機作動域か否か判別し、
作動域のときはステップ８３で過給機作動用プーリ１０
のクラッチ部の保合信号が出され、非作動域のときはス
テップ８４に進みクラッチ１０の解放信号が出される。

第９図は冷却制御ルーチンを示す。ステップ８５では空
調器スイッチ７６がＯＮか否か判別される。空Ａｍ　Ｒ
７ｉスイッチ７６がＯＦＦのときはステップ８６に進み
、電磁弁６４が閉鎖される。そのため空調器冷媒は空調
２３冷媒循環系５６を流れるのが禁止される。ステップ
８７では冷却水容器３１内の冷却水の温度Ｔが所定値］
゛、（例えば３０℃）以上か否か判別される。Ｔ≧Ｔ１
のときはステップ８８に進み、コンプレッサ４４の作動
クラッチ（図示せず）が係合される。ステップ８９では
第２の電磁弁６６が開放される。そのため、冷媒はイン
クターラ用冷媒循環系５７を流れることができる。即ち
、冷媒はコンプレッサ４４よりコンデンサ４８、レシー
バ５０、膨張弁５８を経て冷媒通路３４に導入される。

そのため、熱交換部３４との熱交換によって冷却水タン
ク３１内のインタクーラ用冷却水の冷却が行われる。ス
テップ９０ではウォータポンプ３６の作動が行われる。

ステップ９２では急加速か否か判別される。この判別は
、例えば、スロットルセンサ７４からのパルス信号の間
隔を検出し、この時間間隔が所定値以下のときは急加速
と判別することができる。急加速と判定すれば、ステッ
プ９３に進み、空調器コンプレッサ４４の作動を停止す
る。その結果、コンプレッサ４４の負荷がエンジンにか
からなくなるため、エンジンの負荷は空調器の負荷分だ
け軽くなり加速性を向上することができる。

急加速でない場合はステップ９２よりステップ９６に流
れ、急加速後所定時間、例えば５秒経過したか否か判別
される。５秒経過と判別すれば、ステップ９８に進み、
空調器コンプレッサ４４のクラッチに係合信号が送られ
、コンプレッサ４４は再び駆動される。

水温が所定値Ｔ１未満のときはステップ８７よリステッ
プ１００に進み、水温Ｔが所定値Ｔ２（〈Ｔｌ）以下と
なったか否か判別する。第１０図参照。ゴ２＜Ｔ＜７’
、のときはステップ１００よりステップ９０に進み、Ｔ
≧ＴＩのときと同じ作動となる。即ち、空調器からの冷
却媒体はその一部が冷媒通路３４を循環され、一方循環
ボンブ３６の作動によって冷却水容器３１内の冷却水は
冷媒通路３４の熱交換部３４ｃを通る冷媒によって冷却
される。また急加速時のコンプレッサ４４の停止も行わ
れる。

水温がＴ２以下となると、ステップ１００よりステップ
１０２に進み空調器コンプレッサ４４は停止される。ス
テップ１０４で第２電磁弁６６が閉鎖される。そして、
ステップ１０６でウォータポンプ３６の作動が停止され
る。即ち′Ｆ≦Ｔ２のときは冷媒通路３４・＼の空工）
Ｎ器冷却媒体の導入が停止されると同時に、冷却水容器
３１での冷却水の循環が停止される。

水温がＴ２を超えたがＴ１まで回復しないときはステッ
プ１００よりステップ９０に進むため、ウォータポンプ
３６の作動は行われるが、空調器コンプレッサ４４は停
止、第２電磁弁６６は閉状態を維持し、インクターラ用
冷媒通路３４への冷媒の循環は行われない。これによっ
て、空調器コンプレッサ４４、第２電磁弁５８はヒステ
リシス的な作動を行うことになる。

再び水温がＴ、を超えるとステップ８７．８８゜８９と
流れるため、空調器コンプレッサ４４作ａ１、第２電磁
弁６６が開放となり、ウォータボンブ３６は駆動される
。これは、Ｔ≦′ｒ２となる迄引き続き、そのときステ
ップ１００．１０２と進むため、空調器コンプレッサ４
４の停止、第１電磁弁６６は閉鎖、ウォータポンプ３６
は停止となる。

空調器作動時にはスイッチ７６がＯＮであり、ステップ
８５よりステップ１０８に進み、第１電磁弁６４が開放
される。そのため、コンプレッサ４４からの冷却媒体は
車室冷房用エバポレータ５４に行くことができる。イン
タクーラの作動制御のためのステップ１１０以下の処理
は空調器停止時の作動と殆ど共通している。但し、水温
Ｔ２以下のときはステップ１１２よりステップ１０４に
進み、ステップ１０２を迂回するので空調器コンプレッ
サ４４は作動状態に維持される。

第１１図〜第１３図は冷却装置２７の第２実施例の構成
を示す。冷媒通路３４の熱交換部３４Ｃは蛇行しながら
吸入空気通路の熱交換部３２Ｃの間を通過する（第１３
図）。即ち、冷媒は空気の流れを横切りながら上下に流
れる。そして、フィン）４０が熱交換部３２Ｃと３４ｃ
との間に設けられる。この実施例では冷却水容器３１内
の冷却水は循環されない。１４２は冷却水の注入用キャ
ップである。他の構成は第４図〜第６図に示す第１実施
例と同じなので説明を省略する。

〔効　果〕

この発明によれば、冷却水容器を設け、吸入空気通路及
び冷媒通路を該容器中の冷却水と熱交換可、能に設置し
ている。そのため、冷媒によって冷却された冷却水によ
って吸入空気の冷却を効率的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の全体構成図。 第２図は主スロットル弁−副スロットル弁の開度特性図
。 第３図は吸気管圧カーバイパス制御弁開度の特性図。 第４図は冷却装置の上面図。 第５図は第４図のＶ−Ｖ線に沿う断面図。 第６図は第４図のＶｌ−Ｖｌ線に沿う断面図。 第７図は冷却装置の冷却水容器、吸入空気通路及び冷媒
通路の配置関係を説明するための概略斜視図。 第８図、第９図は第１図の制御回路の作動を説明するフ
ローヂャート図。 第１０図は冷却水温度に対する電磁弁の作動特性図。 第１１図は第２実施例の冷却装置の正面図。 第１２図は第１１図のｘｎ−ｘＩＩ線に沿う断面図。 第１３図は第１２図のｘｎｔ−ｘｍ線に沿う断面図。 ４・・・吸気管 ７・・・機械式過給機 １０・・・クラッチ付きプーリ １８・・・バイパス通路 ２０・・・バイパス制御弁 ２７・・・インタクーラ ３１・・・冷却水容器 ３６・・・ウォータポンプ ４４・・・空調器コンプレ、す ６４．６６・・・電磁弁 ７０・・・制御回路 ７６・・・空調器スイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気管に過給機を設置し、過給機の下流に水冷式の吸入
   空気冷却装置を配置した空調器付き車両用内燃機関にお
   いて、冷却水容器を備え、過給機からの吸気管及び空調
   器から分岐される冷却媒体通路が前記冷却水タンクと熱
   交換可能に設置され、空調器冷却媒体によって冷却され
   た冷却水容器内の冷却水によって吸入空気の冷却を行う
   ことを特徴とする内燃機関の吸入空気冷却装置。