JPS6258018A - 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】 （産業上の利用分野） 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ようにしたインタクーラ装置に
関する。

（従来の技術） 内燃機関の高出力化を図るらのとして、排気がスのエネ
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
ＰＩ！１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高出力を増大
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たり、５α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
入される前に冷却するようにしたインタクーラがある。

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　’Ｃ〜１
２０　”Ｃにもなる吸気を冷やすことで、上記問題を解
消し、過給機の持つ本来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も１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（特願昭５８−２
３９３２６号公報参照、）これを第７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からなる過給機で、その吸気コンプレッサ４
からの加圧吸気をエンジン１に導＜　Ｉｆｉ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と後続して
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が後続し、その反対
側に冷媒７の凝縮器９が配設、後続される。

この凝縮器９は、エンジンのラジェータ（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却される。

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を介して後続され、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に後続される。

この真空ポンプ１２は電動式のもので、制御回路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からの信号に基づいて駆動制御され、例え
ば第８図に示すように冷却回路内の圧力を７２　ｍｍｔ
ｌｇ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で、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た冷媒は、凝縮器９下部の
冷媒通路１０がら供給ポンプ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ｖＬ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
げることがで外、優れた冷却性能が得られるのである。

尚、１７はエフ７０−メータ、１８は絞弁、１９は燃料
噴射弁、２０は排気通路で、２１は過給機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を聞いて排気の一部を逃がす排気バイパス弁である
。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、このインタクーラにあっては、潜動回路内の
圧力がリークして上昇すると、真空ポンプ１２を駆動し
て回路内の圧力を減圧すると共に、侵入空気を排出する
ようになっているが、この場合真空ポンプ１２の吸込側
が蒸気通路８に後続しているため、回路内の蒸気が吸出
されやすく、侵入空気を有効に排出することは難しい。

また、バキュームセンサ１６の信号を６とに真空ポンプ
１２を駆動するようになっているが、これだと回路内の
蒸気が多いときには蒸気が多量に吸出される半面、回路
内の圧力がなかなか下がらず、真空ポンプ１２がそれだ
け長い時間駆動されることになる。

したがって、侵入空気により冷却性能を低下させると共
に、回路内の冷媒が次第に減少しかねないという問題が
あった。

さらには、かなりの低圧を検出するバキュームセンサ１
６が必妥となっており、このため高価でコストアップは
避けられなかった。

（問題点を解決するための手段） この発明は、ｔ５１図に示すように過給機の下流の吸気
通路ａに所定量の冷媒が充填された蒸発器からなるクー
ラ本体すを介装し、このクーラ本体すと冷媒の凝縮器Ｃ
とを、上部の冷媒蒸気を導（蒸気通路ｄと、下部の凝縮
液化冷媒を供給ポンプｅを介して戻す冷媒通路ｒとで連
通して閑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ボンプビを有する過給機付エンジン
のインタクーラ装置においで、前記真空ポンプｇを弁手
段１１を介して凝縮器Ｃの上部タンクに後続する一方、
クーラ本体すの入口吸気温度を検出する手段ｉと、クー
ラ本体す内の冷媒温度を検出する手段ｊとを設け、これ
らの温度のどちちか一方でも設定値より低いエンジン始
動時に、前記供給ポンプｅを逆転方向に駆動し、かつ前
記真空ボンプビと弁手段１１を駆動して冷却回路内の！
２気を排出する制御手段ｋを備える。

（作用） クーラ本体すの入口吸気温度や冷媒温度が低いエンジン
始動時には、冷却回路内の蒸気量が極めて少ない状態と
なっており、したがってこの時真空ポンプ、と弁子Ｐｉ
ｈを駆動することで、冷却回路内の圧力は的確に減圧さ
れる。

また、この場合供給ポンプｅを逆転してクーラ本体す内
の冷媒を空にすると、蒸気量が増えることはなく、さら
には真空ポンプｇをもともと温度が低くクーラ本体すか
ら離れた凝縮器Ｃの上部タンクに後続したので、真空ポ
ンプｇの駆動に伴って冷却回路内の蒸気を吸出すること
なく、空気のみが確実に排出される。

（実施例） 第２図は本発明の実施例を示す構成断面図で、６は過給
機２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風により冷却層化する凝縮
器、１０は液化後の冷媒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はその吸込側が配管２４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に後続される。

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Ｇ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４３号は制御手段としての制
御回路２９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エータ３０からの点火信号
やクランクセンサからの回転数信号等が制御回路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（例えば５０℃）よりも高いか低いかを
判断し、ともに設定値よりも高いときには、冷媒通路１
０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６内の冷媒量を所定レベルに保ち、通常運転に
入る。

他方、エンジン１が始動されると、クーラ本体６の人口
吸気温度と冷媒温度のどちちか一方でも設定値より低い
ときには、制御ｌ路２９は第３図に示すタイミングチャ
ートに基づいて供給ポンプ１１と真空ポンプ１２と電磁
弁２５を駆動制御する。

艮体的には、入口吸気温度や冷媒温度が低くてもエンジ
ン始動により過給機２が働き始めると、これらの温度は
徐々に上昇するのであるが、この上昇によりこれらの温
度が基準値（前記設定値と同値でよい）に達した時点で
まず供給ポンプ１１を逆転方向に駆動し、真空ポンプ１
２を駆動し、電磁弁２５を開く。この後、所定時開経過
すれば、電磁弁２５を■じ、供給ポンプ１１を停止し、
さらに真空ポンプ１２を停止すると共に、供給ポンプ１
１を正転方向に駆動して通常運転に移行する。

尚、その他の構成について第７図と同一の部分には同符
号を付すことにする。

次に作用を第４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内は何回の冷却運
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、Ｓ２にて点火信号
等からエンジンが完全に始動したがどうかが判断され、
完全に始動すると、Ｓ３にて温度センサ２７，２８の信
号がらクーラ本体６の人口吸気温度と冷媒温度が設定値
と比較される。

そして、これらの温度がともに設定値よりも高い場合、
Ｓ３から８４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２からの加圧吸気を冷
却する通常の冷却運転に入る。

なお、冷却運転中、吸気温度が下限値よりも下がれば、
つまり低速低負荷状態で吸気冷却の必要がないときには
、Ｓ４からＳ　５　、Ｓ　６に進み、供給ポンプ１１を
停止して駆動動力の軽減が図られる。

これに対して、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ちか一方でも設定値より低い場合、
Ｓ３からＳ　７　、Ｓ　８に進み、このときエンジン始
動により過給機２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、Ｓ
９にて供給ポンプ１１が逆転方向に駆動される。そして
、１秒後、Ｓ１０にて真空ポンプ１２の駆動が開始され
、！秒後８１１にて電磁弁２５が開かれる。

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の人口吸気温度や冷媒温度が低いエ
ンジン始動時には、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するができる。

また、この場合供給ポンプ１１を逆転してクーラ本体６
内の冷媒を空にするので、吸気温度が上昇しても蒸気量
が増えることはなく、さらには真空ポンプ１２をもとも
と温度が低くクーラ本体６から離れた凝縮器９の上部タ
ンク２６に後続したことで、真空ポンプ１２の駆動によ
って冷却回路内の蒸気を吸出することは回避され、回路
内の空気のみを確実に排出することができるのである。

そして、Ｓｌｌがら１秒後８１２にて電磁弁２５が閉じ
られ、Ｓ１３．Ｓ１４にて供給ポンプ１１と真空ポンプ
１２が停止され、以後はＳ４のフローの通常冷却連頓に
入る。

ただし、ｊ＠４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１こ移動さ
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１時間、ｍ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。

したがって、冷却回路内の冷媒が減少することは防止さ
れ、常に商い冷却性能を確保することが可能となる。

ところで、本実施例ではクーラ本体６の入口吸気温度と
冷媒温度が基準値（例えば５０℃）に達した時点で真空
ポンプ１２等を駆動するようにしているが、このように
すると、従来例のようにバキュームセンサを設けずとも
真空ポンプ１２の駆動時間とによって冷却回路内の圧力
を常に正確に減圧することができる。このため、＾価な
バキュームセンサが不要となり、コストの低減が図れる
。

また、第５図、第６図に本装置（図中Ｄ）による場合と
種々の方法（図中Ａ−Ｃ）による場合の冷却性能の向上
の差を示す０図中Ａはクーラ本体６側に真空ポンプ１２
を後続したもの、Ｂは凝縮器９側に真空ポンプ１２を後
続したもの、Ｃはクーラ本体６の冷媒を凝縮器９に移動
しかつクーラ本体６側に真空ポンプ１２を後続したもの
で、真空ポンプ１２の駆動条件としては本装置いと同様
にエンジン始動時にクーラ本体６の入口吸気温度と冷媒
温度が５０℃に達したときに所定時間駆動するようにな
っており、またＱは冷却運転に入ったときに一定の運転
条件における吸気冷却熱量を、ＱＳは室温の状態で真空
ポンプ１２を駆動した後に一定の冷却運転に入ったとき
の吸気冷却熱量を示している。

したがって、この実験によると、Ａ−Ｃでは真　−空ポ
ンプ１２を駆動しても回路内の空気が良好に排出されな
いため、蒸気温度が高くなりそれほど良好な冷却性能は
得られないが、これに対して本装置りでは冷却性能が大
幅に向上されることが確認されている。

なお、本装置によれば、人口吸気温度と冷媒温度が低い
エンジン始動時には真空ポンプ１２が駆動されることか
ら、予め冷却回路内の圧力を減圧しておく心安はない。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、真空ポンプを弁手段を介
して凝縮器の上部タンクに後続する一方、クーラ本体の
入口吸気温度や冷媒温度が低いエンジン始動時にクーラ
本体内の冷媒を空にした状態で真空ポンプを駆動するの
で、冷却回路内の冷媒を吸出することなく空気のみを確
実に排出することができ、優れた冷却性能を確保できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、ｔ５２図は本発明の実施例を
示す構成断面図、第３図、第４図はそのタイミングチャ
ートと７０−チャート、第５図、第６図は種々の空気抜
き方法を示す説明図と冷却性能の差異を示すグラフ、第
７図、第８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。 ２・・・過給機、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
、２５・・・電磁弁、２６・・・上部タンク、２７・・
・吸気温度センサ、２８・・・冷媒温度センサ、２９・
・・制御回路。 第６図 ンシ云ｐ回脂ト同貞１気温４し　６ｃ オ媒ｃｎ堝点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で、前記真空ポンプを弁手
   段を介して凝縮器の上部タンクに後続する一方、クーラ
   本体の入口吸気温度を検出する手段と、クーラ本体内の
   冷媒温度を検出する手段とを設け、これらの温度のどち
   ちか一方でも設定値より低いエンジン始動時に、前記供
   給ポンプを逆転方向に駆動し、かつ前記真空ポンプと弁
   手段を駆動して冷却回路内の空気を排出する制御手段を
   備え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。