(57)【要約】【課題】吸気の流入状況に応じてインタークーラの冷媒流量を適切に調整することのできる吸気冷却装置を提供する。【解決手段】エンジン１０の吸気通路１２を流れる吸気を、冷媒との熱交換により冷却するインタークーラ２０を備える吸気冷却装置において、インタークーラ２０を通過する冷媒の流量を調整する冷媒流量調整部２７は、インタークーラ２０に流入する吸気の流量、温度及び湿度を取得し、吸気の流量及び温度を変化させずに吸気の湿度を変化させたときに同湿度が高くなるほど冷媒の流量が多くなるようにインタークーラ２０を通過する冷媒の流量を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気通路を流れる吸気を、冷媒との熱交換により冷却するインタークーラを備える吸気冷却装置において、
前記インタークーラに流入する前記吸気の流量、温度及び湿度を取得し、該取得した前記吸気の流量、温度及び湿度に基づいて前記インタークーラ内を通過する前記冷媒の流量を調整する調整部であって、前記吸気の流量及び温度を変化させずに前記吸気の湿度を変化させたときに同湿度が高くなるほど前記冷媒の流量が多くなるように前記調整を行う冷媒流量調整部を備える
吸気冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの吸気を冷却する吸気冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機を備えるエンジンの多くでは、過給時の圧縮により蓄熱した空気を冷却するためのインタークーラが吸気通路に設けられている。インタークーラは、通過する吸気を、不凍液などの冷媒との熱交換により冷却する。そして従来、特許文献１に見られるように、インタークーラに流入する吸気の流量及び温度に基づき、吸気の冷却不足が生じない限りにおいて流量が少なくなるように、インタークーラに流す冷媒の流量を調整する吸気冷却装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０４９８３３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、吸気は、湿度が高いほど比熱が大きくなって、温度が下がり難くなる。そのため、上記従来の吸気冷却装置のように、吸気の流量及び温度に応じてインタークーラの冷媒流量を調整するだけでは、インタークーラでの吸気の冷却に過不足が生じてしまう虞がある。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、吸気の流入状況に応じてインタークーラの冷媒流量を適切に調整することのできる吸気冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する吸気冷却装置は、エンジンの吸気通路を流れる吸気を、冷媒との熱交換により冷却するインタークーラを備える。そして、同吸気冷却装置は、インタークーラに流入する吸気の流量、温度及び湿度を取得し、該取得した吸気の流量、温度及び湿度に基づいて、インタークーラを通過する冷媒の流量を調整する調整部であって、吸気の流量及び温度を変化させずに吸気の湿度を変化させたときに同湿度が高くなるほど上記冷媒の流量が多くなるように上記調整を行う冷媒流量調整部を備える。
【０００７】
吸気の湿度が高くなると、吸気の比熱が大きくなる。そのため、インタークーラに流入する吸気の流量に変わりがなくても、同吸気の湿度が高くなれば、同吸気の熱容量が大きくなり、所望とする温度まで吸気を冷却するために必要なインタークーラの冷媒流量は多くなる。これに対して、上記吸気冷却装置における冷媒流量調整部は、流量及び温度を変化させずに湿度を変化させたときに同湿度が高いほど冷媒の流量を多くする。こうした冷媒流量調整部により調整された冷媒流量は、湿度による吸気の熱容量の増減に対応して増減する量となる。したがって、上記吸気冷却装置によれば、吸気の流入状況に応じてインタークーラの冷媒流量を適切に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】吸気冷却装置の一実施形態の構成を模式的に示す図。
【図２】同吸気冷却装置の冷媒流量調整部が実行する冷媒流量調整ルーチンのフローチャート。
【図３】同吸気冷却装置において冷媒流量調整部が算出する必要冷媒流量と吸気湿度との関係を示すグラフ。
【図４】空燃比と吸気湿度との関係を示すグラフ。
【図５】ＮＯｘ排出量と吸気湿度との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、吸気冷却装置の一実施形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の吸気冷却装置が適用されるエンジン１０は、排気タービン式の過給機１１を備える。過給機１１は、エンジン１０の吸気通路１２に設置されたコンプレッサホイール１３と、同エンジン１０の排気通路１４に設置されたタービンホイール１５との、一体回転可能に連結した２つのホイールを備えている。こうした過給機１１のタービンホイール１５は、排気通路１４の排気流により回転し、コンプレッサホイール１３を連動して回転させる。そして、コンプレッサホイール１３の回転により、吸気を圧縮することで、エンジン１０の過給が行われる。
【００１０】
こうした吸気通路１２におけるコンプレッサホイール１３よりも上流側の部分には、吸気通路１２に取り込んだ外気に含まれる塵等の不純物をろ過するエアクリーナ１６が設けられている。また、吸気通路１２におけるコンプレッサホイール１３よりも下流側の部分には、コンプレッサホイール１３による圧縮を通じて高温となった吸気を冷却するための熱交換器であるインタークーラ２０が設置されている。さらに、吸気通路１２におけるインタークーラ２０よりも下流側の部分には、同吸気通路１２を流れる吸気の流量を調整するための流量調整弁であるスロットルバルブ２１が設置されている。
【００１１】
なお、吸気通路１２におけるエアクリーナ１６とコンプレッサホイール１３との間の部分には、同吸気通路１２を流れる吸気の流量（吸気流量ＧＡ）を検出するエアフローメータ１７と、同吸気の湿度（吸気湿度ＨＵＭ）を検出する湿度センサ１８と、が設けられている。また、吸気通路１２におけるコンプレッサホイール１３とインタークーラ２０との間の部分には、吸気の温度（吸気温ＴＨＡ）を検出する吸気温センサ１９が設置されている。なお、上記吸気流量ＧＡ、吸気湿度ＨＵＭ、及び吸気温ＴＨＡはそれぞれ、インタークーラ２０に流入する吸気の流量、湿度、及び温度に対応している。さらに、排気通路１４におけるタービンホイール１５よりも下流側の部分には、エンジン１０で燃焼した混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ２２と、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の量（ＮＯｘ排出量ＭＮＯＸ）を検出するＮＯｘセンサ２３と、が配設されている。
【００１２】
本実施形態の吸気冷却装置は、こうしたエンジン１０において、コンプレッサホイール１３による圧縮で高温となった吸気を上記インタークーラ２０により冷却する装置として構成されている。同吸気冷却装置は、インタークーラ２０に加え、ラジエータ２４、冷媒回路２５、及び電動ポンプ２６を備えている。冷媒回路２５には、電動ポンプ２６により冷媒が循環される。そして、冷媒と吸気との間で熱交換を行う熱交換器であるインタークーラ２０と、冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器であるラジエータ２４とが、冷媒回路２５上に設けられている。なお、冷媒としては、氷結し難くするための添加剤を水に加えた水溶液、いわゆる不凍液が用いられている。
【００１３】
さらに吸気冷却装置は、電動ポンプ２６の印加電圧（以下、ポンプ電圧ＶＰと記載する）の制御を通じて、冷媒回路２５を循環する冷媒の流量を、ひいてはインタークーラ２０に流入する冷媒の流量を調整する電子制御ユニットである冷媒流量調整部２７を備えている。冷媒流量調整部２７には、上述のエアフローメータ１７、湿度センサ１８、吸気温センサ１９の検出結果が入力されている。
【００１４】
次に、冷媒流量調整部２７による冷媒流量の調整制御について説明する。
図２に、冷媒流量調整部２７が実行する冷媒流量調整ルーチンのフローチャートを示す。冷媒流量調整部２７は、エンジン１０の運転中、既定の制御周期毎に、本ルーチンの処理を繰り返し実行する。
【００１５】
本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、エアフローメータ１７、湿度センサ１８及び吸気温センサ１９がそれぞれ検出した吸気流量ＧＡ、吸気温ＴＨＡ、及び吸気湿度ＨＵＭの取得が行われる。そして、続くステップＳ１１０において、吸気流量ＧＡ、及び吸気湿度ＨＵＭに基づき、インタークーラ２０に流入する吸気の熱容量の算出が行われる。具体的には、吸気湿度ＨＵＭから求められた吸気の比熱に吸気流量ＧＡを乗算した積が、上記吸気の熱容量の値として算出される。なお、吸気の比熱は、吸気湿度ＨＵＭが高いほど、大きい値となる。
【００１６】
続いて、ステップＳ１２０において、吸気温ＴＨＡと上記吸気の熱容量とに基づき、必要冷媒流量の算出が行われる。ここでの必要冷媒流量の算出に際しては、まず、インタークーラ２０の通過後の吸気の目標温度に対する吸気温ＴＨＡの差に上記吸気の熱容量を乗算した積として、インタークーラ２０における吸気の必要放熱量が求められる。そして、インタークーラ２０において吸気からその必要放熱量分の熱を奪うために必要な冷媒の流量が必要冷媒流量の値として算出される。算出された必要冷媒流量の値は、吸気温ＴＨＡが高いほど、或いは吸気の熱容量が大きいほど、大きい値となる。なお、必要放熱量からの必要冷媒流量の算出は、予め実験等で求められた、インタークーラ２０に流入する冷媒の流量と、同インタークーラ２０において吸気が奪われる熱量との関係に基づいて行われている。
【００１７】
その後、ステップＳ１３０において、必要冷媒流量に基づいて算出された値にポンプ電圧ＶＰが制御された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。必要冷媒流量からのポンプ電圧ＶＰの算出は、予め求められたポンプ電圧ＶＰと、電動ポンプ２６の冷媒の吐出流量との関係に基づいて行われている。
【００１８】
続いて、以上のように構成された本実施形態の吸気冷却装置の作用、効果を説明する。
吸気湿度ＨＵＭが高くなると、インタークーラ２０に流入する吸気の比熱が大きくなる。そのため、吸気流量ＧＡに変わりがなくても、吸気湿度ＨＵＭが高くなれば、インタークーラ２０に流入する吸気の熱容量が大きくなる。
【００１９】
これに対して、上記吸気冷却装置における冷媒流量調整部２７は、吸気流量ＧＡ、及び吸気湿度ＨＵＭからインタークーラ２０に流入する吸気の熱容量を求めている。そして、電動ポンプ２６が吐出する冷媒の流量が、ひいてはインタークーラ２０を通過する冷媒の流量が、その熱容量に基づき算出した必要冷媒流量分となるように電動ポンプ２６を制御している。
【００２０】
図３に、吸気流量ＧＡ及び吸気温ＴＨＡを変化させずに、吸気湿度ＨＵＭを変化させたときの、吸気湿度ＨＵＭと必要冷媒流量との関係を示す。同図に示すように、必要冷媒流量は、吸気湿度ＨＵＭが高くなるほど、大きい値となる。
【００２１】
こうした冷媒流量調整部２７により調整された冷媒流量は、吸気湿度ＨＵＭによる吸気の熱容量の増減に対応して増減する量となる。したがって、上記吸気冷却装置によれば、吸気の流入状況に応じてインタークーラ２０の冷媒流量を適切に調整することができる。
【００２２】
なお、上記実施形態は、次のように変更して実施することも可能である。
上記実施形態では、冷媒流量調整部２７がインタークーラ２０の冷媒流量の調整のために使用する吸気湿度ＨＵＭとして、湿度センサ１８を用いて実測した値を用いていたが、例えば下記のように推定した値を用いることも可能である。そうした場合、湿度センサ１８は割愛可能である。
【００２３】
まず、エンジン１０で燃焼する混合気の空燃比を用いた吸気湿度ＨＵＭの推定方法を説明する。エアフローメータ１７が検出した吸気流量ＧＡからは、エンジン１０での燃焼に供される混合気の空気量を求めることができる。そして、その空気量と燃料噴射量とから、燃焼した混合気の空燃比を計算することが可能である。
【００２４】
ただし、厳密には、吸気が湿気を含んでいる場合のエアフローメータ１７の吸気流量ＧＡの検出値は、吸気中の空気と水分との合計分の値となる。よって、空燃比は、吸気流量ＧＡ、燃料噴射量、吸気湿度の３変数の関数として表わされる。さらにこうした関係から、エアフローメータ１７が検出した吸気流量ＧＡ、空燃比センサ２２が検出した空燃比ＡＦ、及び燃料噴射量の３つから、吸気湿度を求めることが可能となる。
【００２５】
こうした空燃比を用いた吸気湿度ＨＵＭの推定は、例えば次の態様で行うことができる。まず、吸気湿度が既定の標準湿度であるとして、吸気流量ＧＡ及び燃料噴射量から空燃比を計算する。そして、空燃比センサ２２による空燃比ＡＦの検出値とその計算値とを比較する。図４に示すように、このときの実際の吸気の湿度が標準湿度よりも低ければ、空燃比ＡＦの検出値は計算値よりも大きくなる。また、実際の吸気湿度が標準湿度よりも高ければ、空燃比ＡＦの検出値は計算値よりも小さくなる。よって、空燃比ＡＦの検出値とその計算値との差から吸気湿度ＨＵＭを推定することが可能である。
【００２６】
また、ＮＯｘセンサ２３によるエンジン１０のＮＯｘ排出量ＭＮＯＸの検出結果から吸気湿度ＨＵＭを推定することもできる。燃焼時のＮＯｘ生成量は、燃焼温度が高いほど多くなる。一方、混合気に含まれる水分が多くなれば、すなわち吸気の湿度が高くなれば、その分、混合気の熱容量が大きくなって燃焼温度は低下する。このように、燃焼によるＮＯｘ生成量、すなわちエンジン１０のＮＯｘ排出量ＭＮＯＸと吸気湿度ＨＵＭとの間には負の相関があり、その関係を用いて吸気湿度ＨＵＭを推定することができる。
【００２７】
こうしたＮＯｘ排出量ＭＮＯＸを用いた吸気湿度ＨＵＭの推定は、例えば次の態様で行うことができる。まず、吸気湿度が既定の標準湿度であるとして、エンジン１０の運転状態（エンジン回転数、エンジン負荷）からＮＯｘ排出量を推定する。そして、ＮＯｘセンサ２３の検出値とその推定値とを比較する。図５に示すように、このときの実際の吸気湿度が標準湿度よりも低ければ、ＮＯｘ排出量ＭＮＯＸの検出値は推定値よりも大きい値となる。また、実際の吸気湿度が標準湿度よりも高ければ、ＮＯｘ排出量ＭＮＯＸの検出値は推定値よりも小さい値となる。よって、ＮＯｘ排出量ＭＮＯＸの検出値とその推定値との差から吸気湿度ＨＵＭを推定することが可能である。
【００２８】
さらに、上記実施形態は、次のように変更することもできる。
・上記実施形態では、電動ポンプ２６の冷媒の吐出流量を変化させることで、インタークーラ２０を通過する冷媒の流量を調整していたが、これ以外の方法で、その調整を行うようにしてもよい。例えば、インタークーラ２０を迂回して冷媒を流すバイパス通路と、インタークーラ２０及びバイパス通路それぞれに流す冷媒の流量の比率を変更するための流量調整弁とを冷媒回路２５に設ける。こうした場合、流量調整弁の制御を通じてインタークーラ２０の冷媒流量の調整を行うことが可能となる。
【００２９】
・上記実施形態の吸気冷却装置は、排気タービン式の過給機１１を備えるエンジン１０に適用されていたが、エンジン出力を用いて過給を行う機械式の過給機を備えるエンジンにも同吸気冷却装置は同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０…エンジン、１１…過給機、１２…吸気通路、１３…コンプレッサホイール、１４…排気通路、１５…タービンホイール、１６…エアクリーナ、１７…エアフローメータ、１８…湿度センサ、１９…吸気温センサ、２０…インタークーラ、２１…スロットルバルブ、２２…空燃比センサ、２３…ＮＯｘセンサ、２４…ラジエータ、２５…冷媒回路、２６…電動ポンプ、２７…冷媒流量調整部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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