JPS60132026A - 過給機付エンジンのインタク−ラ装置 - 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】 （技術分野） この発明は、液体の気化潜熱を利用して過給機付エンジ
ンの加圧吸気を冷却する工うにしたインタクーラ装置に
関する。

（従来技術） 内燃機関の高出力化を図るものとして、排気ガスのエネ
ルギに１リタービンを駆動し、これと連動するコンプレ
ッサに↓り機関に吸入される空気全過給するターボ過給
機等が知られている。

このような過給機では、自然吸気に比較して多量の空気
をシリンダ内に押し込むので、その分だけ燃料の増量が
可能となり１機関上大型化することなく出力全増大する
ことができるのである。

ところが、この過給機によって吸入空気を圧縮する際に
吸気温度が上昇し、これ會そのまま機関し供給する場合
には、空気密度の低下に工Ｖ実質的な吸気充填効率はそ
れほど高まらず、またガソリン機関では吸気温度の上昇
に伴いノッキングが生じやすくなるという問題が派生し
、このため圧縮比を下げｍり、点点火時期遅遅せｆｃり
していた。

そこで、このような問題？解消し、過給機のもつ優れた
機能を保つために、従来温度の上昇した吸入空気？シリ
ンダに吸入される前に冷却するようにしたインタクーラ
が実用化されている。

第１図は空冷式のインタクーラ上水すもので（自動車工
学−Ｖｏｌ、３２．Ｎ［Ｌ９・Ｐ８６〜８８　昭和５８
年９月発行参照〕、過給機１で加圧された吸気は長い吸
気通路２全通って、車両３の前端に設置されたり一う本
体４に流入し、ここから再び吸気通路２全通って図示し
ない吸気マニホールドに接続するスロットルチャンバ５
へと送られる。

このクーラ本体４は、エンジンのラジェータ（図示しな
い）と同じ↓うな構造で、車両３の走行時に車両３の前
方から流れ込む走行風により内部を通る吸気上冷却する
ようになっており、例えばインタクーラの無い場合に比
較して吸気温度は第２図に示すように下げられる。

しかし、このような空冷式のインタクーラでは。

クーラ本体４の設置場所の関係刀）ら吸気通路２が〃＼
なり長くな９．その通路容積も相当大きくならざるを得
す、このためエンジン加速時等の過給応答じ遅れが生じ
やすいという問題があった。また、空冷式のインタクー
ラは熱交換率が低り、シたがって吸気温度を第２図のよ
うに下げるにはクーラ本体４としてη）なり大型のもの
２用いなければならないという問題があった。

これに対して、第３図に示すものは水冷式のインタクー
ラで、クーラ本体６は過給機７とスロットルチャンバ８
との間の吸気通路９に介装され、ここでエンジン１０に
過給される空気がクーラ本体６円の冷却水と熱交換し冷
却される。

このクーラ本体６もエンジンのラジェータとほぼ同様の
構造で、その冷却水は電動ポンプ１２に↓り放熱器１３
に送られると共に、この放熱器１３に冷却ファン等から
送風され、放熱後の冷却水がクーラ本体６に循環される
↓うになっている。　１このような水冷式のインタクー
ラにあっては。

吸気通路９がそれほど長くなるようなことはなく。

また水と空気との熱交換であるから比較的良好彦冷却効
率が得られ、したがって前述しに空冷式のものと較べて
安定した過給応答が確保されると共にクーラ本体６等が
割合小型になるという利点がある。

して１しながら、このような水冷式のインタクーラでは
、冷却水’（１２７）なり多量に循環することが必要で
、そのためボンデ１２の駆動動力が大きくなり、バッテ
リ等の負担が増加することが避けられないという問題が
あった。また、吸気温度を第２図ぐらいの温度に下げる
のが精一杯で、さらに下げようとすると、クーラ本体６
や放熱器１３等會それほど小型化することはできず、ま
だまだ期待したほどの冷却性能を得ることはできなかっ
た。

（発明の目的ン この発明は、このような従来の問題点を解決し、小型で
優れた冷却性能を有するインタクーラ装置を提供するこ
とを目的としている。

（発明の構成ならびに作用） この発明は、過給機付エンジンのインタクーラ装置にお
いて、過給機下流の吸気通路に所定の空間部（蒸発空間
）を残して液状の冷媒が充填されたクーラ本体（蒸発器
）が介装される。

そして、このクーラ本体と冷媒の凝縮器とを。

上部の冷媒蒸気を流す蒸気管と下部の凝縮冷媒を戻す戻
り管とで連通して閉ループの冷却回路を形成すると共に
、この冷却回路内の圧力全減圧する手段が設けられる。

このクーラ本体に充填された冷媒は、過給機〃）らの加
圧吸気がクーラ本体全血る際に加圧吸気から熱を奪い沸
騰蒸発し、その蒸気が蒸気管を介して凝縮器へと流入す
る。

凝縮器では、流入した蒸気が例えば冷却ファン等〃為ら
の送風量に応じて冷却凝縮され、もとの液体となった冷
媒が戻り管を介してポンプもしくは凝縮器との位置の高
低差によりクーラ本体へと戻される。

このような冷媒の沸騰気化潜熱は極めて大きく。

しかも冷媒の沸点は冷却回路内の圧力會減圧することで
任意に下げられるηλら、冷媒は所定低温下で沸騰し、
このため加圧吸気力Ａら十分に熱全奪うことができる。

他方、蒸気にＬる凝縮器での放熱作用は著しく高り、シ
タがって少敏の冷媒で加圧吸気？効率良く所定の温度に
的確に冷却することが可能となる。

これに工９、装置全体の小型化が図れ、またポンプを用
いた場合にもその動力は極めて小さくなり、インタクー
ラとしての優れた性能が確保されるのである。

（実施例） 第４図は本発明のインタクーラ装置の笑施例會示す構成
断面図で、過給機（図示しない）により加圧された吸気
をエンジンのスロットルチャンバ（図示しない）へと導
く吸気通路１４の途中に略箱形のクーラ本体１５が介装
される。

このクーラ本体１５は、第５図に示すように内部に方形
パイプ状の空気通路１６が間隔をおいて多数配列され、
この空気通路１６がクーラ本体１５前後の吸気通路１４
と接続される。

この空気通路１６の内壁には多数の伝熱フィン１７が突
設され、空気通路１６を除くクーラ本体１５の内部は吸
気通路１４やクーラ本体１５外と隔成するように形成さ
れる。

そして、この空気通路１６の上方と下方のクーラ本体１
５内部に、いくら〃・の空間を設けて蒸気留部１８と液
留部１９とが形成され、蒸気留部１８全残してクーラネ
体１５内部に所足址の冷媒が充填される。

この冷媒は、水と不凍液と葡混合した通常のエンジン冷
却液で良く、この場合空気１ｔｌｌ路１６が最大蒸発時
蕗出しない程度に充填される。

他方、蒸気留部１８にはクーラ本体１５の上方より比較
的径の大きい蒸気管２０が、液留部１９にはクーラ本体
１５の側方↓９小径の戻り管２１がそれぞれ開口接続し
、クーラ本体１５と反対側の位置の蒸気管２０と戻！ｌ
ｌ管２１との間に冷媒の凝縮器２２が配設される。

この凝縮６２２は、エンジンのラジェータとほぼ同じよ
うな構造で、そのほぼ全面にわたって例えば冷却ファン
（図示しない）刀・ら送られる冷却風や走行風が通過す
る多数の冷却空気通路２３が形成され、この通路２３の
外壁に多数の放熱フィン２４を設けている。

凝縮器２２０内部は冷却空気通路２３等と隔成。

密閉され、その上部と下部に集合室２５．２６が形成さ
れる。

そして、この集合室２５に前記蒸気管２０が、集合室２
６に戻り管２１がそれぞれ開口接続し、この凝縮器２２
と蒸気管２０と戻ジ管２１とクーラ本体１５とで閉ルー
プの冷却（ロ）路が形成される。

この場合、凝縮器２２は集合室２６がクーラ本体１５↓
り高い位置となるように設置され１例えば大型車等に適
用するときには運転室の上部等に設置しても良い。

一方、前記冷却回路内の圧力２減圧する手段として真空
ポンプ２７が設けられ、その吸込側が配管２８會介して
凝縮器２２の上部の集合室２５に連通される。

この真空ボンデ２７は電動式のもので、制御回路２９に
エフ駆動制御され、この制御回路２９には、凝縮器２２
の集合室２５内に設置されたバキュームセンサ（圧力セ
ンサ）　３０　＞らの圧力信号と、エンジンの始動キー
３２のＯＮ　、ＯＦＦ信号が入力される。

そして、制御回路２９は、これらの信号に基づいてエン
−）／の始動直後から冷却回路内の圧力を所定の圧力に
減圧するように、真空ポンプ２７會駆動制御する。

この場合、冷却回路内の圧力は例えば第６図に示す↓う
に７２ｔｘｒｍＨｆ位まで減圧され、これに、ｃ！ｌｌ
クーラ本体１５内に充填された冷媒の沸点全豹４５℃に
設定するようになっている。

この工うに構成され１次にその作用を説明する。

エンジンの始動直後には、バキュームセンサ３０の信号
に応じて真空ボンデ２７が駆動され、冷却回路内の圧力
が所定の圧力（約７２　ｔｔａｎＨｆ　）に設定される
。

この状態において、過給機で加圧された高温の吸気がク
ーラ本体１５の空気通路１６ｉＩｆｆｉると、その吸気
〃）らの熱でクーラ本体１５円に充填されている冷媒が
加熱される。

そして、これに伴い冷媒の温度が上昇するが。

このとき冷却回路内の圧力に応じて定まる温度（約４５
℃）Ｋ達すると、冷媒は沸騰し始め、吸気から気化潜熱
を奪しながら蒸発を始めるのである。

即ち、冷却回路内の圧力會低圧にしたことで。

所定低温下で冷媒を沸騰させることができ、したがって
極めて大きな沸騰気化酷熱により吸気から十分に熱を奪
うことが可能となる。

そして、この沸騰蒸気は軽いため、クーラ本体１５の蒸
気留部１８η）ら蒸気管２０會介して凝縮器２２へとス
ムーズに流入し、ここで冷却ファン等からの通風により
放熱し冷却され、もとの液体に凝縮される。

この蒸気による凝縮器２２での放熱効率は極めて良好で
、このため比較的弱い通風でも蒸気の冷却、凝縮は十分
に促進される。

そして、ここで凝縮液化された冷媒は、凝縮器２２の集
合室２６ｖＣＷ下し、戻り管２１’ｉ介して集合室２６
．Ｃ！Ｑも低位置にあるクーラ本体１５にく十分に冷却
することができ、したがって少量の冷媒で加圧吸気？的
確に所定の温度まで５例えば５０℃まで容易に下げるこ
とが可能になる。

この結果、装置全体の小型化が図れ、冷媒全循環するポ
ンプが不要となり、さらには冷却ファンの駆動動力も少
なくてすみ、インタクーラとして優れた性能が確保され
るのである。

なお、真空ポンプ２７はバキュームセンサ３０の信号に
応じて駆動されるので、冷却（ロ）路内の圧力がリーク
にエリ上昇した場合には所定圧に迄戻され運転時には常
に装置の正常な動作が維持されるようにするがハンチン
グ防止の為ヒステリシスを待たせるのが好ましい。

第７図は本発明の池の実施例で１乗用車等に適用される
に好適のもので、凝縮器２２がクーラ本体１５と同じ高
さもしくはこれ按Ｊニジ低い位置に設置される工うなと
きに、エンジン冷却水温センサ３１と、凝縮器２２とク
ーラ本体１５と全接続する戻り管２１の途中に供給ポン
プ（電動ボンデ）３３を設置し、このボンデ３３にニジ
凝縮器２２からの液化冷媒をクーラ本体１５へと送るよ
うにしたものである。

そして、この場合第８図に示す↓うにクーラ本体１５の
側面に開口する液面制御手段としてのオーバーフロー管
３４が設ｆｆられ、このオーバーフロー管３４が戻り管
２１と並列に設けられたドレーン管３５ケ介して凝縮器
２２の下部に接続される。

凝縮器２２の液化冷媒は供給ボンデ３３にエフクーラ本
体１５へと送られるが、このときクーラ本体１５の冷媒
液面がオーバーフロー管３４の画さを越えると、その冷
媒はオーバーフロー管３４゜ドレーン管３５により凝縮
器２２へと戻され、したがってクーラ本体１５の冷媒液
面は常に適正レベルに保たれるのである。

マタ、ドレーン管３５は、オーバーフロー管３４と分岐
してクーラ本体１５の下部の液留部１９に開口し、その
途中に′イ磁弁３６が介装される。

この電磁弁３６は、供給ポンプ３３お工び冷却回路内の
圧力を減圧する真空７Ｊ５ンデ２７と共に制御回路３７
に、、ｃ！ｌｌ駆動制御され、エンジンの停止時および
エンジンの冷却水温が低い暖機時にのみ開〃）れる。

即ち、エンジンの停止時から始動後の暖機時に〃≧けて
、電磁弁３６？！１″開くことでクーラネ体１５内の冷
媒音凝縮器２２に貯留させ、ターラネ体１５円葡空状態
に保つ。このため、過給機がほとんど作動しない暖機運
転時等に吸気を冷却することは回避され、暖機性能なら
びに冷間始動性能が大幅に向上される。

尚、始動キーがオンされ７ｃ揚合エンジン冷却水温が例
えば６０℃以上ある↓うなときは暖機再始動と判断し、
電磁弁３６はすぐ閉じられる。

他方、供給ボンデ３３は、電磁弁３６が閉じた後に駆動
され、前述し′ｆｃ↓うに冷媒音クーラ本体１５に送る
が、この場合過給機からの吸気の圧力が低いとき１例え
ば大気圧以下となる条件では吸気の冷却を必要としない
から、その駆動を停止させるようにすれば、駆動動力の
低減が図れる。なお、この実施例においても前記実施例
と同様小皺の冷媒で効率良く吸気？冷却できる〃１ら、
このようにポンプ３３葡用いてももともとその谷言およ
び動力は極めて小さくてすみ１例えば第３図のものと較
べてお工そし□。となる。

ところで、クーラ本体１５内の冷媒はその液面が上昇す
ると５オーバーフロー管３４〃為ら凝縮器２２へと戻さ
れ、このため凝縮器２２側の冷媒とクーラ本体１５側の
冷媒は常に混流した状態にある。したがって、冷媒に水
と不凍液との混合液ケ用いた場合、水だけが蒸発してそ
の蒸気が蒸気管２０〃）ら凝縮器２２へと流入するが、
凝縮器２２側の冷媒の不凍液の磯贋のみが下がるような
ことはなく、良好な防錆効果が保たれる。

なお１図中３８はバキュームタンクで、その一方が真空
ポンプ２７に（真空ポンプ２７の排気１Ｈ口に）接続し
、他方が逆止弁３９葡介して図示しないエンジンの絞弁
下流の吸気マニホールド等に接続されている。過給機が
作動しないアイドリング時等に、バキュームタンク３８
Ｖｃ絞弁の下流にて発生した強い吸入負圧が蓄えられ、
この負圧にニジ真空ボンデ２７の駆動を補う。これによ
り、真空ボンデ２７の圧力比を小さくすることができ。

例えば小型で簡単なダイヤフラム式等のポンプが使用可
能となる。

（発明の効果） 冷媒の沸点を下げ、冷媒の大きな沸騰気化潜熱に、Ｃり
、過給機からの加圧吸気全効率良く冷却することができ
、小型で優れた冷却性能のインタクーラが得られるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の概略構成図、第２図はその冷却作用を
示すグラフ、第３図は他の従来例の構成断面図、第４図
は本発明の実施例を示す構成断面図、第５図はそのＡ−
ＡＭ断面図、第６図は回路内圧力の設定例を示すグラフ
、第７図は本発明の他の実施例を示す構成断面図、第８
図はそのＢ−ＢＷＢ断面図である。 １４・・・吸気通路％　１５・・・クーラ本体、２０・
・・蒸気管、２１・・・戻９管、２２・・・凝縮器、２
７・・・真空ボンデ、２９・・・制御回路、３０・・・
バキュームセンサ、３１・・・冷却水温センサ、３２・
・・始動キー。 ３３・・・供給ポンプ、３４・・・オーバーフロー管。 ３６・・・電磁弁、３７・・・制御回路、３８・・・バ
キュームタンク。 特許出願人　日産自動車株式会社 第１図　第２図 第４図 ３２２９ ３Ｏ２７ ２５２８ ２２４ ２／　Ａ ２６　°／８　／６．２ ４ １９・ 第６図 も 天 ン４トサ工の３列５〆ヒ、　。Ｃ ２１１９／７　／ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　過給機から吸気通路を介して機関本体に送られる
   加圧吸気全冷却する過給機付エンジンのインタクーラ装
   置において、過給機下流の吸気通路に上部に所定の空間
   部を残して液状の冷媒が充填されたクーラ本体全介装し
   、このクーラ本体と冷媒の凝縮器とを、上部の冷媒蒸気
   を流す蒸気管と下部の凝縮冷媒會戻す戻り管とで連通し
   て閉回路を形成すると共に、この閉回路内の圧力全減圧
   する手段を設けたことを特徴とする過給機付エンジンの
   インタクーラ装置。 ２、上記減圧手段は、上記空間部と連通ずる通路に設け
   に真空ポンプである特許請求の範囲第１項記載の過給機
   付エンジンのインタクーラ装置。 ３、上記減圧手段は、閉ループ内の圧力と、エンジン始
   動キーに応じて作動する特許請求の範囲第１項ｔ７Ｃは
   第２項記載の過給機付エンジンのインタクーラ装置。