JPS62276218A - 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】 発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） ＋　　＋　　軸ｎｎ　　１Ｊ−ａＡ＋　　Ｉム・＾＾イ
　ｌしａｌｌ　Ａｋ　　九　１１「１口　富　　ｆ　　
：＃１　シ〜メ曝付エンジンの加圧吸気を冷却するよう
にしたインタクーラ装置に関する。

（従米の技術） 内燃機関の高出力化を図るものとして、排気〃スのエネ
ルギによりタービンを駆動し、これと連動するコンプレ
ッサにより機関に吸入される空気を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
をシリング内に押し込むので、その分だけ燃料の増量が
可能となり、機関を大型化することなく最ρｉ出力を増
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、これをそのまま機関に供給する場合
には、空気密度の低下により実質的な吸気充填率はそれ
ほど高まらず、また〃ソリン機関では吸気温度の上昇１
こ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たり、点火時期を遅らせたりし
ていた。

これに対して、温度の上昇した吸入空気をシリングに吸
入される萌に冷却するようにしたインククーラがある。

インタクーラには空冷式あるいは水冷式のものがあるが
、吸気コンプレッサで圧縮されて例えば８０℃〜１２０
°Ｃにもなる吸気を冷やすことで、上記問題を解消し、
過給機の持つ本末の機能を十分に引き出そうとするもの
である。

しかし、空冷式のインタクーラは熱交換率が低く、また
水冷式も空冷式に比べて構造が者しく複雑化するわりに
は期待したほどの冷却性能が得られない。

そこで、優れた冷却性能を確保するように、冷媒の持つ
大きな気化潜熱を利用して効率良く冷却を行なう沸騰冷
却式のインタクーラが考えられている（特開昭６０−１
３２０２　Ｇ号公報参照。）これをＭＳ３図に基づいて
説明すると、１はエンジン、２は排気タービン３と吸気
コンプレッサ４かＣ）なる過給機で、その吸気コンプレ
ッサ４がらの加圧吸気をエンジン１に導く吸気通路５の
途中にインタクーラの本体６が介装される。

このクーラ本体６は、その内側に吸気通路５と接続して
加圧吸気を通す多数の空気通路２３が配列され、これら
と隔成した本体６の内部に冷媒７が所定量充填される。

冷媒７は、例えば水と不凍液とを混合したもので、この
場合クーラ本体６の上部にいくらかの空間を残して充填
される。

クーラ本体６の上部には蒸気通路８が接続し、その反対
側に冷媒７の凝縮器９が配設、接続される。

この１ｊ縮器９は、エンジンのラノエータ（図示しない
）とほぼ同じような構造で、走行風や冷却ファン（図示
しない）等からの送風により冷」Ｊされる。

また、凝縮器９の下部とクーラ本体６の下部とが冷媒通
路１０を介して接続され、その途中に供給ポンプ１１が
設置され、これらで閉ループの冷却回路が形成される。

そして、この冷却回路内の圧力を減圧する手段として真
空ポンプ１２が備えられ、その吸込側が配管１３とチェ
ック弁１４を介して前記蒸気通路８に接続される。

この真空ポンプ１２は電動式のもので、制御器ｙＩ１１
１５により、蒸気通路８に設置されたバキュームセンサ
（圧力センサ）１６がらの信号に基づいて駆動制御され
、例えば第４図に示すように冷却回路内の圧力を７２　
ｍｗｌｌｇまで減圧する。これによりクーラ本体６内の
冷媒の沸点を約４５℃に設定するようになっている。

いま、このインタクーラにおい′ｃ１過給８！２で加圧
された高温の吸気がクーラ本体６を通ると、その吸気か
らの熱でクーラ本体６内の冷媒７が加熱されその温度が
上昇するが、このとき所定の温度に達すると、冷媒７は
沸騰し始め、吸気から気化潜熱を奪いながら蒸発を始め
る。

冷媒７は冷却回路内の圧力に応じた所定低温下で沸騰、
蒸発し、その大きな気化潜熱により吸気から十分に熱を
奪うのである。

そして、この冷媒蒸気はクーラ本体６の上部から蒸気通
路８を介して凝縮器９に流入し、ここで冷却ファン等か
らの送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９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ｔこ冷媒は、凝縮器９下部
の冷媒通路１０から供給ポンプ１１によってクーラ本体
６へと循環される。この供給ポンプ１１は制御回路１５
により常時駆動され、クーラ本体６内の冷媒量を常に所
定レベルに保つ。

このようにして、過給機２からの高温吸気が効率良く冷
却され、したがって少量の冷媒でも吸気温度を的確に下
げることができ、優れた冷却性能が得られるのである。

尚、１７はエア７０−メータ、１８は絞弁、１９は燃料
噴射弁、２（）は排気通路で、２１は過給８！２による
過給圧が過大となったときに排気タービン３のバイパス
通路２２を開いて排気の一部を逃がす排気バイパス弁で
ある。

ところで、このような装置では、過給機２が最泊ＩＬこ
働くときでも吸気の冷却を十分に行えるようにクーラ本
体６や凝縮器９″！？の容量が設定されており、このた
めエンジンのフィトリング時や低負荷時のようにほとん
ど過給が行なわれずもともと給気温度が低いときには、
吸気温度が必要以上に低下してしまう。

そこでこの対策として、吸気温度が設定値よりも低い時
には、供給ポンプ１１を停止してクーラ本体６への冷媒
の供給を中止することが考えられている。

また、図示しないが、この場合供給ポンプを停止すると
共に、冷媒通路とは別にクーラ本体と凝縮器とを接続す
るドレーン通路を設け、ドレーン通路を１剤くことでク
ーラ本体内の冷媒を凝縮器に戻すものが提案されている
（特願昭６０−２３０６９号）。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このように供給ポンプ１１を停止しても
クーラ本体６内に冷媒がある限りは沸騰、蒸発が行なわ
れるため、吸気の冷却を即座に中止することはできず、
その間吸気の温度は低下してしまう。

また、ドレーン通路により冷媒を凝縮器に戻すものにあ
っては、ドレーン通路を開閉する弁が必要となる等、構
造が複雑化する一方、冷媒の戻りが遅いため、やはり吸
気の冷却を即座に中止することは難しい。

したがって、これらの方法では車両用エンジンのように
負荷変動が激しく吸気冷却の要、不要の変化が早いもの
には対応することがでさず、例え１慌 ば１傷負荷域から低負荷域に入ったときに、→料と珠 吸気との混合気の生成が悪化して、燃豐に悪影響を午え
かねないのである。

尚、ドレーン通路を設けるものだと、接合部分が増える
ため、回路内に空気が流入しやすくなるという問題もあ
る。

この発明はこのような問題点を解決することを目的とし
ている。

（問題点を解決するための手段） この発明は、過給機の下流の吸気通路に所定量の冷媒が
充填された蒸発器からなるクーラ本体を介装し、このク
ーラ本体と冷媒の凝縮器とを、上部の冷媒蒸気を導く蒸
気通路と、下部の凝縮液化冷媒を供給ポンプを介して戻
す冷媒通路とで連通して閏ループの冷却回路を形成し、
この冷却回路内の圧力を減圧する真空ポンプを有する過
給機付エンジンのインタクーラ装置において、＋１ｔＪ
記’−ラ本体の入口吸気温度を検出する手段と、この入
口吸気温度が設定値よりも低いエンジン稼動時に前記供
給ポンプを逆（方向に駆動してクーラ本体内の冷媒を凝
縮器に回収する制御手段とを設ける。

（作用） したがって、吸気の温度が低いときには、供給ポンプを
逆転方向に駆動してクーラ本体内の冷媒を凝縮器に戻す
ため、吸気の冷却は即座に中止される。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示す構成断面図で、６は過給
機の下流の吸気通路５に介装されたクーラ本体、８はク
ーラ本体６からの冷媒蒸気を導く蒸気通路、９は冷媒蒸
気を冷却ファン等からの送品　Ｌゆ　）　　ｎ　　Ａ　
、Ｆ、ｎ　筋　イレ　＋　ス　Ｊｋｂλ　界　　　　１
１１１＋　妨　什矛興　σ）ｈ媒７を供給ポンプ１１に
よりクーラ本体６へと戻す冷媒通路を示し、これらで閉
ループの冷却回路を形成している。

１２はこの冷却回路内の圧力を減圧する手段としての真
空ポンプで、真空ポンプ１２はそのＩｌｌ込側が配管２
４と弁手段としての電磁弁２５を介して凝縮器９の上部
タンク２６に接続される。

一方、クーラ本体６の上流側の吸気通路５にクーラ本体
６に流入する入口１吸気温度を検出する手段として吸気
温度センサ２７が、クーラ本体６にクーラ本体６内の冷
媒温度を検出する手段として冷媒温度センサ２８がそれ
ぞれ設置され、これらの検出信号は制御手段としての制
御回路２さ〕に送られる。

また、エンジン１が始動されたかどうかを検出する手段
として、例えばディストリビュータ３（）からの点火信
す′やクランクセンサからの回転数１１１号等が制御回
路２９に送られる。

そして、制御回路２９はこれらの信号に基づき、エンジ
ン１が始動されると、クーラ本体６の入口吸気温度と冷
媒温度が設定値′ｌ゛１よりも高いか低いかを判断し、
ともに設定値Ｔ、よりも高いときには、冷媒通路１０の
供給ポンプ１１を正転方向に駆動する。

つまり、凝縮器９側の冷媒をクーラ本体６に圧送してク
ーラ本体Ｇ内の冷媒量を所定レベルに保ち、通常運転に
入る。

そして、通常運転時に、制御回路２９はクーラ本体６の
入口吸気温度が設定値′ｌ゛２よりも低くなると供給ポ
ンプ１１を逆転方向に駆動し、設定値１゛２以上になる
と供給ポンプ１１を再び正転方向に駆動するように制御
する。

なお、エンジン始動直後にクーラ本体６の入口吸気温度
と冷媒温度のどちらか一方でも設定値ｔ”１より低い時
には、制御回路２９は冷却回路内の圧力を所定値に減圧
するように、真空ポンプ１２と電磁弁２５を駆動し、同
時に供給ポンプ１１を逆転方向に駆動するようになって
いる。

次に冷却回路内の圧力設定を含めた作用を第２図の７０
−チャートに基づいて説明する。

エンジン停止状態では、クーラ本体６内は所定量の冷媒
を保っており、凝縮器９や蒸気通路８内は前回の冷却運
転による圧力の低い蒸発空間となっている。

この状態からエンジンを始動すると、Ｓｌにて点火（ｉ
号等からエンジンが完全に始動したかどうかがｔｑ断さ
れ、完全に始動すると、Ｓ２にて温度センサ２７，２８
の信号からクーラ本体６の入口吸気温度と冷媒温度が設
定値Ｔ、と比較される。

そして、これらの温度がともに設定値′ｌ′１よりも高
い場合、Ｓ２から３１２に進み、供給ポンプ１１が正転
方向に駆動される。

即ち、エンジンを運転した直後の再始動時であれば、凝
縮器９側の液化冷媒を供給ポンプ１１によりクーラ本体
６へと圧送し、これにより過給機からの加圧吸気を冷Ｊ
Ｊする通常の冷却運転に入る。

他方、エンジンを始動した直後に、入口吸気温度と冷媒
温度のどちらか一方でも設定値′１゛１より低い場合、
Ｓ２から８３．Ｓ４に進み、このときエンジン始動によ
り過給機が作動し始めるためこれらの温度が徐々に上昇
するが、これらの温度が基準値に達すると、Ｓ５にて供
給ポンプ１１が逆転方向に駆動される。そして、ｋ秒後
、Ｓ６にて真空ポンプ１２の駆動が開始され、ｒ秒後Ｓ
ｏｌこて電磁弁２５が閏かれる。

冷却回路内の圧力は一度設定してもある程度時間がたつ
と徐々にリークして上昇し、回路内に空気が侵入するよ
うになるが、これにより回路内の圧力は的確に減圧され
、回路内の空気は確実に排出される。

即ち、クーラ本体６の入口吸気温度や冷媒温度が低いエ
ンジン始動Ｉ１．７には、冷却回路内の蒸気量が極めて
少ない状態となっており、このためこのとき真空ポンプ
１２を駆動し、電磁弁２５を開くことで、冷却回路内の
圧力を的確に減圧することができる。また、この場合供
給ポンプ１１を逆転してクーラ本体６内の冷媒を空１こ
するので、吸気温度が上昇しでも蒸気量が増えることは
なく、真空ポンプ１２の駆動によって冷却回路内の蒸気
を実に排出することができる。

そして、Ｓ７から輸秒後Ｓ８にて電磁弁２５が閉じられ
、３９，８１０にて供給ポンプ１１と真空ポンプ１２が
停止され、以後はＳｌｌの７０−の通常冷却運転に入る
。

ただし、第２図中、ｋは供給ポンプ１１の逆転駆動によ
りクーラ本体６内の液相冷媒を凝縮器９側に移動させる
のに要する時間、ｌは真空ポンプ１２が配管２４内の空
気を抜くのに要する時間、「は真空ポンプ１２が冷却回
路内の空気を抜き、所定圧に減圧するのに要する時間で
ある。

そして、通常冷却運転に入ると、クーラ本体６の入口吸
気温度が設定値Ｔ２以上の中・高負荷運転時には、Ｓｌ
ｌにて供給ポンプ１１が正転方向に駆動され吸気の冷却
が行なわれるが、低負荷運転時やアイドリング運転に移
行し、クーラ本体６の人１−１吸気温度が設定値′ｌ゛
２よりも低くなると、Ｓ１１からＳ１２〜１５に進み、
供給ポンプ１１が逆転力向に駆動される。

すると、クーラ本体Ｇ内の冷媒が供給ポンプ１１の逆転
ｌこよって短時間のうちに凝縮器９に回収されるように
なり、吸気の冷却は即座に中止され′　　　る。

これにより、吸気の温度が低い低負荷運転時等に吸気の
過冷却が回避されるのであり、したがって燃料と吸気と
の混合が良好に維持され、良好な燃焼状態を確保するこ
とができる。

なお、吸気温度が設定値Ｔ２以上になると、Ｓ１５から
Ｓ１３．Ｓ１１に戻り、供給ポンプ１１は再び正転方向
に駆動され、冷却運転に復帰する。

もちろん、これらの途中でエンジンが停止されれば、Ｓ
１２．Ｓ１４からＳ１６に進み、供給ポンプ１１は停止
される。

この上う１こし′ζ、吸気の冷却の切換えを応答良く行
えるのであり、また従来例のようにドンーン通路等を設
けたりしないので、構造が簡素化すると共に、各接合部
分から空気が成人することを軽減することができ、した
がってエンジンの冷却装置としての高い信頼性が確保さ
れる。

（発明の効果） 以上のよう１こ本発明によれば、吸気の温度が低いとき
には供給ポンプを逆転駆動してクーラ本体内の冷媒を凝
縮器に戻すため、低負荷時やアイドリング時に吸気の過
冷却を確実に防止でき、冷却装置としての信頼性が向−
卜する。

図面のｒｆＪ単な説明 第１図は本発明の実施例を示す概略構成図、第２図はそ
の制御例を示ｒ７０−チャート、第二（図。

第４図は従来例の構成断面図と圧力の設定例を示すグラ
フである。

５・・・吸気通路、６・・・クーラ本体、８・・・蒸気
通路、９・・・凝縮器、１０・・・冷媒通路、１１・・
・供給ポンプ、１２・・・真空ポンプ、２７・・・吸気
温度センサ、２９・・・制御回路。

特許出願人　　　　　日産自動車株式会社玲 底 オ媒の塙点０Ｃ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 過給機の下流の吸気通路に所定量の冷媒が充填された蒸
   発器からなるクーラ本体を介装し、このクーラ本体と冷
   媒の凝縮器とを、上部の冷媒蒸気を導く蒸気通路と、下
   部の凝縮液化冷媒を供給ポンプを介して戻す冷媒通路と
   で連通して閉ループの冷却回路を形成し、この冷却回路
   内の圧力を減圧する真空ポンプを有する過給機付エンジ
   ンのインタクーラ装置において、前記クーラ本体の入口
   吸気温度を検出する手段と、この入口吸気温度が設定値
   よりも低いエンジン稼動時に前記供給ポンプを逆転方向
   に駆動してクーラ本体内の冷媒を凝縮器に回収する制御
   手段と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。