(57)【要約】【課題】吸気の十分な冷却による熱効率向上効果を得つつ、運転条件の変化に伴う熱効率低下が抑制される吸気冷却システムを提供する。【解決手段】吸気冷却システム１０は、冷熱源を生成する冷凍部１４と、冷凍部１４を駆動する熱回収部１３と、冷却部１５と、熱伝達抑制部３１を備える。冷却部１５は、冷凍部１４が生成した冷熱源を用いて内燃機関１１の吸気を冷却する。熱伝達抑制部３１は、燃焼室１２内のガスからシリンダ３２、シリンダヘッド３３およびピストン３４の内部への熱伝達を抑制する。このように冷凍部１４が生成した冷熱源で吸気を冷却すると充填効率が向上し、熱効率が向上する。また、熱伝達抑制部３１が燃焼室形成部の内部への熱伝達を抑制すると、内燃機関１１の低負荷時に冷却度合いが高い状態であっても筒内温度が低下しすぎないので、燃焼悪化や失火が抑えられる。そのため、運転条件の変化に伴う熱効率低下が抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１１、６１、１５０）に用いられる吸気冷却システムであって、
冷熱源を生成する冷凍部（１４、１００、１１０、１２５、１４８）と、
前記冷凍部を駆動するためのエネルギを前記内燃機関の排気または過給後吸気から回収するエネルギ回収部（１３、８１、１２０、１４０、１５２、１６０、１７０）と、
前記冷凍部が生成した冷熱源を用いて前記内燃機関の吸気を冷却する冷却部（１５、９５）と、
前記内燃機関の燃焼室（１２）を形成する部分を燃焼室形成部（３２、３３、３４）とすると、前記燃焼室内のガスから前記燃焼室形成部の内部への熱伝達を抑制する熱伝達抑制部（３１、１３０、１８０、１９０）と、
を備える吸気冷却システム。
【請求項２】
前記エネルギ回収部（１３、８１）は、温熱源から熱を回収する熱回収部であり、
前記冷凍部（１４）は、前記熱回収部が回収した熱を用いる吸着式冷凍機である請求項１に記載の吸気冷却システム。
【請求項３】
前記エネルギ回収部は、温熱源から熱を回収する熱回収部であり、
前記冷凍部（１００）は、前記熱回収部が回収した熱を用いる吸収式冷凍機である請求項１に記載の吸気冷却システム。
【請求項４】
前記エネルギ回収部は、温熱源から熱を回収する熱回収部であり、
前記冷凍部（１１０）は、前記熱回収部が回収した熱を用いる熱音響冷凍機である請求項１に記載の吸気冷却システム。
【請求項５】
前記エネルギ回収部（１２０）は、温熱源から熱を回収する熱回収部（８１）と、当該熱回収部が回収した熱を用いて蒸気を発生させるボイラ（１２１）と、当該ボイラで発生した蒸気を用いて回転するタービン（１２２）と、を含み、
前記冷凍部（１２５）は、前記タービンに連結されているコンプレッサ（１２６）を含むターボ式の蒸発圧縮冷凍機である請求項１に記載の吸気冷却システム。
【請求項６】
前記エネルギ回収部（１４０）は、前記内燃機関の排気から電力を回収するタービン発電機（１４１）と、前記タービン発電機が発電した電力を用いて駆動する電動モータ（１４２）を含み、
前記冷凍部（１４８）は、前記電動モータに連結されているコンプレッサ（１４９）を含む電気式の蒸発圧縮冷凍機である請求項１に記載の吸気冷却システム。
【請求項７】
前記温熱源は前記内燃機関の排気である請求項２〜５のいずれか一項に記載の吸気冷却システム。
【請求項８】
前記熱回収部は、前記内燃機関の排気通路における排気処理触媒の下流側に設けられる熱交換器（８３）を含む請求項７に記載の吸気冷却システム。
【請求項９】
前記熱回収部（８１）は、
前記内燃機関の排気通路（６２）における排気処理触媒（８５）の上流側に設けられる第１熱交換器（８２）と、
前記排気通路における前記排気処理触媒の下流側に設けられる第２熱交換器（８３）と、
前記排気通路における前記排気処理触媒の上流側の排気温度に基づき、排気が前記排気処理触媒を熱劣化させる状態であるか否かを判定する熱劣化判定部（２９）と、
排気が前記排気処理触媒を熱劣化させる状態である場合、前記第１熱交換器から熱を回収する回収元制御部（９３）と、
を有する請求項７に記載の吸気冷却システム。
【請求項１０】
前記温熱源は、前記内燃機関（１５０）の過給後の吸気である請求項２〜５のいずれか一項に記載の吸気冷却システム。
【請求項１１】
前記熱伝達抑制部（３１）は、前記燃焼室に面する前記燃焼室形成部の壁面（３５、３６、３７）の温度を上昇させる手段である請求項１〜１０のいずれか一項に記載の吸気冷却システム。
【請求項１２】
前記熱伝達抑制部は、熱伝達率および比熱の少なくとも一方が前記燃焼室形成部の内部と比べて小さい材料からなり、前記燃焼室に面する前記燃焼室形成部の前記壁面を有する断熱膜（３１１、３１２、３１３）である請求項１１に記載の吸気冷却システム。
【請求項１３】
前記冷却部（９５）が冷却する吸気は、新気とＥＧＲガスとが混合したガスである請求項１〜１２のいずれか一項に記載の吸気冷却システム。
【請求項１４】
前記内燃機関（６１）は、吸気の通路として、互いに並行する第１吸入通路（７４）および第２吸入通路（７５）を有しており、
前記冷却部（９５）は、前記第１吸入通路および前記第２吸入通路の一方に設けられる熱交換器（９６）を有する請求項１〜１３のいずれか一項に記載の吸気冷却システム。
【請求項１５】
前記冷却部は、
前記内燃機関の負荷が所定負荷以下であるか否かを判定する負荷判定部（９８）と、
前記内燃機関の負荷が前記所定負荷以下である場合、吸気を前記第１吸入通路および前記第２吸入通路の他方に導く通路制御部（９９）と、
を有する請求項１４に記載の吸気冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いられる吸気冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の吸気を冷却する冷凍機が知られている。吸気を冷却すると充填効率が向上し、熱効率が向上する。例えば特許文献１には、内燃機関の冷却水から回収した熱エネルギを用いて駆動する吸収式冷凍機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許２００１−１９３５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、冷凍機で吸気冷却を行う車両では、運転条件によっては冷凍機を駆動するためのエネルギが不足して吸気を十分に冷却することができない場合がある。このような状況は、特にアイドリングストップ車やハイブリッド車などにおいて起こり得る。
その一方で、吸気を冷却しすぎると内燃機関の燃焼悪化あるいは失火が発生する可能性がある。この解決策として、冷凍機の冷却度合いを調整することが挙げられる。しかし、冷凍機の冷却度合い調整の応答性はあまり高くない。そのため、例えば内燃機関の負荷が低減するように運転条件が変化した際、冷却度合いの高い状態がしばらく維持されることになる。これにより筒内温度が過度に低下する結果、上述の燃焼悪化あるいは失火が発生し、熱効率が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気の十分な冷却による熱効率向上効果を得つつ、運転条件の変化に伴う熱効率低下が抑制される吸気冷却システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の吸気冷却システムは、冷凍部（１４、１００、１１０、１２５、１４８）、エネルギ回収部（１３、８１、１２０、１４０、１５２、１６０、１７０）、冷却部（１５、９５）および熱伝達抑制部（３１、１３０、１８０、１９０）を備える。冷凍部は冷熱源を生成する。エネルギ回収部は冷凍部を駆動するためのエネルギを内燃機関の排気または過給後吸気から回収する。冷却部は、冷凍部が生成した冷熱源を用いて内燃機関の吸気を冷却する。内燃機関の燃焼室（１２）を形成する部分を燃焼室形成部（３２、３３、３４）とすると、熱伝達抑制部は、燃焼室内のガスから燃焼室形成部の内部への熱伝達を抑制する。
【０００７】
このように冷凍部が生成した冷熱源で吸気を冷却すると充填効率が向上し、熱効率が向上する。
また、熱伝達抑制部が燃焼室形成部の内部への熱伝達を抑制すると、内燃機関の低負荷時に冷却度合いが高い状態であっても筒内温度が低下しすぎないので、燃焼悪化や失火が抑えられる。そのため、運転条件の変化に伴う熱効率低下が抑制される。
【０００８】
ここで、冷凍部と熱伝達抑制部とを両方備えることの利点について説明する。
例えば冷凍部に相当する構成のみを備える第１の比較形態では、吸気が冷却され充填効率が向上する結果、熱効率が向上する。しかし、吸気を冷却しすぎると燃焼悪化あるいは失火が発生し、熱効率が低下する。
また、熱伝達抑制部に相当する構成のみを備える第２の比較形態では、冷却損失が減少する一方、筒内温度の上昇に伴って充填効率が低下し、またＮＯｘが増加する。
【０００９】
これに対して、本発明では、熱伝達抑制部を設けたことで、エネルギ回収部が回収するエネルギが増加する。例えば、エネルギ回収部が内燃機関の排気から熱エネルギを回収する形態においては、熱伝達抑制部を設けたことで排気熱量が増加するため、エネルギの回収量が増加する。また、エネルギ回収部が排気で発電機を駆動して電気エネルギを回収する形態、または、過給後吸気から熱エネルギを回収する形態においては、熱伝達抑制部を設けたことで排気圧が増加して過給効果が上がるため、エネルギの回収量が増加する。このようにして回収されたエネルギを用いて冷凍部が駆動されるので、冷熱源の出力向上または温度低下が得られ、冷却部の冷却能力が向上する。そのため、熱伝達抑制部が設けられていることと相まって、吸気の温度を一層下げても燃焼悪化や失火が抑えられる。したがって、上述の比較形態以上に吸気を燃焼室に導入することができるとともにＮＯｘ増加を抑制することができるというような相乗効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。
【図２】図１の内燃機関の断面図であって、内燃機関に設けられた熱伝達抑制部を示す図である。
【図３】図２の熱伝達抑制部の材料および燃焼室形成部の内部の材料に関して、比熱と熱伝導率との関係を説明する図である。
【図４】図２の熱伝達抑制部および燃焼室形成部の内部に関して、内燃機関のクランク角度と温度との関係を示す図である。
【図５】図１の第１実施形態、および、冷凍部のみを備える第１の比較形態に関して、吸気の温度と内燃機関の熱効率との関係を示す図である。
【図６】第２実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。
【図７】図６の制御装置が用いるマップであって、排気温度と排気酸素濃度と触媒劣化領域との関係を示すマップである。
【図８】図６の制御装置が用いるマップであって、エンジントルクとエンジン回転数と冷却領域との関係を示すマップである。
【図９】第３実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。
【図１０】第４実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。
【図１１】第５実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。
【図１２】第６実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。
【図１３】第７実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。
【図１４】第８実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。
【図１５】第９実施形態の吸気冷却システムを概念的に示す図である。
【図１６】第１０実施形態の吸気冷却システムの熱伝達抑制部を説明する図であって、内燃機関の断面図である。
【図１７】第１１実施形態の吸気冷却システムの熱伝達抑制部を説明する図であって、内燃機関の断面図である。
【図１８】第１２実施形態の吸気冷却システムの熱伝達抑制部を説明するための内燃機関の断面拡大図であって、熱伝達抑制部としてのインジェクタによる燃料噴霧を示す図である。
【図１９】図１８の燃料噴霧が燃焼しているときの気筒内の状態を示す図である。
【図２０】図１８の第１２実施形態に対する比較形態の内燃機関の断面拡大図であって、インジェクタによる燃料噴霧を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
第１実施形態の吸気冷却システムを図１に示す。吸気冷却システム１０は、車両の内燃機関１１の吸気（すなわち、燃焼室１２内に吸入されるガス）を冷却するシステムであり、熱回収部１３、冷凍部１４および冷却部１５を備えている。
【００１２】
＜熱回収部＞
熱回収部１３は、冷凍部１４を駆動するためのエネルギを回収するエネルギ回収部であり、温熱源から熱（すなわち熱エネルギ）を回収する。具体的には、熱回収部１３は、排気通路１６に設けられている熱交換器であり、内燃機関１１の排気と温水との間で熱交換を行う。排気が温熱源となる。排気から熱を吸収した温水は、温水配管１７を通じて冷凍部１４に供給される。
【００１３】
＜冷凍部＞
冷凍部１４は、熱回収部１３が回収した熱（すなわち温水の熱）を用いて冷熱源を生成する吸着式冷凍機である。吸着式冷凍機は、シリカゲル等の多孔質材が水蒸気等のガスを吸着する現象を利用した冷凍機である。
冷凍部１４の蒸発器２１は、液体の冷媒を蒸発させる際に周囲から熱を吸収するとき、周囲にある冷却配管２２およびその中の水を冷やす。このとき得られる冷水が冷熱源となる。冷水は、冷却配管２２を通じて冷却部１５に供給される。
【００１４】
吸着器２３は、蒸発器２１で発生した冷媒蒸気を冷却しながら吸着材２４に吸着させる。この吸着器２３は、所定のタイミングで脱着器２５に切り替えられる。脱着器２５は、温水配管１７の温水の熱が加えられて吸着材２４から冷媒蒸気を脱着させる。凝縮器２６は、脱着された冷媒蒸気を冷却して液体冷媒とし、蒸発器２１に供給する。熱回収部１３は、駆動源となる温水を供給することで冷凍部１４を駆動する。
【００１５】
＜冷却部＞
冷却部１５は、冷凍部１４が生成した冷熱源である冷水を用いて内燃機関１１の吸気を冷却する。具体的には、冷却部１５は、吸入通路２７のうち、内燃機関１１の吸入ポート直上のインテークマニホールド２８に設けられている熱交換器であり、冷水と吸気との間で熱交換を行う。吸気を冷却した後の冷水は、冷却配管２２を通じて冷凍部１４に戻される。
【００１６】
＜熱伝達抑制部＞
吸気冷却システム１０は、熱伝達抑制部３１をさらに備えている。熱伝達抑制部３１は、内燃機関１１の燃焼室１２内のガスから燃焼室形成部（燃焼室１２を形成する部分）の内部への熱伝達を抑制する。
具体的には図２に示すように、熱伝達抑制部３１は、燃焼室形成部としてのシリンダ３２、シリンダヘッド３３およびピストン３４に設けられた断熱膜３１１、３１２、３１３である。断熱膜３１１は、燃焼室１２に面するシリンダ３２の内壁面３５を有する。断熱膜３１２は、燃焼室１２に面するシリンダヘッド３３の下壁面３６を有する。断熱膜３１３は、燃焼室１２に面するピストン３４の頂壁面３７を有する。
【００１７】
断熱膜３１１、３１２、３１３は、熱伝達率および比熱がシリンダ３２、シリンダヘッド３３およびピストン３４の内部と比べて小さい材料からなる（図３参照）。本実施形態では、シリンダ３２、シリンダヘッド３３およびピストン３４はアルミニウム合金からなる。一方、断熱膜３１１、３１２、３１３は、例えばアルミナなどのセラミックからなる。
このような熱伝達抑制部３１を備えることで、燃焼室１２に面する燃焼室形成部の壁面３５、３６、３７の温度は、燃焼室形成部の内部の温度と比べて高くなる（図４参照）。熱伝達抑制部３１は、壁面３５、３６、３７の温度を上昇させる手段となる。
【００１８】
＜効果＞
以上説明したように、第１実施形態では、吸気冷却システム１０は、冷凍部１４、熱回収部１３、冷却部１５および熱伝達抑制部３１を備える。冷凍部１４は冷熱源を生成する。熱回収部１３は冷凍部１４を駆動するためのエネルギを内燃機関１１の排気から回収する。冷却部１５は、冷凍部１４が生成した冷熱源を用いて内燃機関１１の吸気を冷却する。熱伝達抑制部３１は、燃焼室１２内のガスから燃焼室形成部（すなわちシリンダ３２、シリンダヘッド３３およびピストン３４）の内部への熱伝達を抑制する。
【００１９】
このように冷凍部１４が生成した冷熱源で吸気を冷却すると充填効率が向上し、熱効率が向上する。
また、熱伝達抑制部３１が燃焼室形成部の内部への熱伝達を抑制すると、内燃機関１１の低負荷時に冷却度合いが高い状態であっても筒内温度が低下しすぎないので、燃焼悪化や失火が抑えられる。そのため、運転条件の変化に伴う熱効率低下が抑制される。
【００２０】
ここで、冷凍部１４と熱伝達抑制部３１とを両方備えることの利点について説明する。
例えば冷凍部１４に相当する構成のみを備える第１の比較形態では、吸気が冷却され充填効率が向上する結果、所定の運転条件において図５に破線で示すように所定温度Ｔ１までは熱効率が向上する。しかし、吸気を冷却しすぎて所定温度Ｔ１以下になると燃焼悪化あるいは失火が発生し、熱効率が低下する。
また、熱伝達抑制部３１に相当する構成のみを備える第２の比較形態では、冷却損失が減少する一方、筒内温度の上昇に伴って充填効率が低下し、またＮＯｘが増加する。
【００２１】
これに対し、第１実施形態では、熱伝達抑制部３１を設けることで増加する排気熱を用いて熱回収部１３が冷凍部１４を駆動する結果、冷熱源の出力向上または温度低下が得られ、冷却部１５の冷却能力が向上する。そのため、熱伝達抑制部３１が設けられていることと相まって、図５に実線で示すように吸気の温度を所定温度Ｔ１以下に下げても燃焼悪化や失火が抑えられる。したがって、上述した比較形態以上の吸気を燃焼室１２に導入することができるとともにＮＯｘ増加を抑制することができるというような相乗効果が得られる。
【００２２】
また、第１実施形態では、冷凍部１４は、熱回収部１３が温熱源から回収した熱を用いる吸着式冷凍機である。したがって、温熱源が比較的低温であっても冷凍部１４を駆動することが可能である。
また、第１実施形態では、温熱源は内燃機関１１の排気である。したがって、熱回収部１３が比較的多くの熱を回収することができる。
【００２３】
また、第１実施形態では、熱伝達抑制部３１は、燃焼室１２に面する燃焼室形成部の壁面３５、３６、３７の温度を上昇させる手段である。これにより燃焼室形成部の内部への熱伝達を抑制することができる。
【００２４】
また、第１実施形態では、熱伝達抑制部３１は、熱伝達率および比熱の少なくとも一方が燃焼室形成部の内部と比べて小さい材料からなり、燃焼室１２に面する燃焼室形成部の壁面３５、３６、３７を有する断熱膜３１１、３１２、３１３である。したがって、エネルギを消費することなく燃焼室形成部の内部への熱伝達を抑制することができる。
【００２５】
［第２実施形態］
第２実施形態では、図６に示すように内燃機関６１は、排気通路６２に設けられたタービン６３と吸入通路６４に設けられたコンプレッサ６５とからなる過給器６６を備えている。コンプレッサ６５で圧縮された新気は、チャージクーラ６７およびインテークマニホールド６８を通って燃焼室１２に吸入される。
【００２６】
排気通路６２と吸入通路６４との間にはＥＧＲ通路７１が設けられている。ＥＧＲ通路７１は、排気通路６２から排気の一部を吸入通路６４に戻して再度循環させる排気再循環（Exhaust Gas Recirculation）を行う。ＥＧＲ通路７１のガス（以下、ＥＧＲガス）は、ＥＧＲクーラ７２およびＥＧＲ弁７３を経て吸入通路６４に戻される。
【００２７】
吸入通路６４は、ＥＧＲ通路７１との合流箇所の下流側において互いに並行する第１吸入通路７４および第２吸入通路７５を有している。第１吸入通路７４および第２吸入通路７５は、インテークマニホールド６８が有する通路である。第１吸入通路７４と第２吸入通路７５との分岐箇所には切替弁７６が設けられている。切替弁７６は、吸気が通る通路を第１吸入通路７４と第２吸入通路７５との間で切り替える。
【００２８】
＜熱回収部＞
熱回収部８１は、第１熱交換器８２、第２熱交換器８３および制御装置８４を有している。
第１熱交換器８２は、排気通路６２における排気処理触媒８５の上流側に設けられている。第２熱交換器８３は、排気通路６２における排気処理触媒８５の下流側に設けられている。第１熱交換器８２につながる第１供給元配管８６は、脱着器２５につながる供給先配管８７に接続されている。第２熱交換器８３につながる第２供給元配管８８は、同様に供給先配管８７に接続されている。供給先配管８７が第１供給元配管８６および第２供給元配管８８と接続する２箇所には切替弁８９、９１が設けられている。切替弁８９、９１は、供給先配管８７が連通する配管を第１供給元配管８６と第２供給元配管８８との間で切り替える。
【００２９】
制御装置８４は、熱劣化判定部９２および回収元制御部９３を有している。熱劣化判定部９２は、排気通路６２における排気処理触媒８５の上流側の排気温度に基づき、排気が排気処理触媒８５を熱劣化させる状態であるか否かを判定する。具体的には、熱劣化判定部９２は、図７に示すマップから、図示しないセンサから得られた現在の排気温度および排気酸素濃度に基づき、現在の状態が熱劣化領域（すなわち、排気が排気処理触媒８５を熱劣化させる状態に対応する領域）に属するか否かを判定する。
【００３０】
回収元制御部９３は、熱劣化判定部９２での判定が肯定された場合、第１熱交換器８２から熱が回収されるように（すなわち、供給先配管８７が第１供給元配管８６と連通するように）切替弁８９、９１を制御する。また、回収元制御部９３は、熱劣化判定部９２での判定が否定された場合、第２熱交換器８３から熱が回収されるように（すなわち、供給先配管８７が第２供給元配管８８と連通するように）切替弁８９、９１を制御する。
【００３１】
＜冷凍部＞
冷却配管２２には制御弁９４が設けられている。制御弁９４は、冷却配管２２の連通状態と遮断状態とを切り替えることで、冷熱源である冷水を冷却部９５に供給する状態と供給しない状態とを制御する。
【００３２】
＜冷却部＞
冷却部９５は、熱交換器９６および制御装置９７を有している。
熱交換器９６は、吸入通路６４におけるＥＧＲ通路７１との合流箇所の下流側であって、第１吸入通路７４に設けられている。そのため冷却部９５が冷却する吸気は、新気とＥＧＲガスとが混合したガスである。
【００３３】
制御装置９７は、負荷判定部９８および通路制御部９９を有している。負荷判定部９８は、内燃機関６１の負荷が所定負荷以下であるか否かを判定する。具体的には、負荷判定部９８は、図８に示すマップから、図示しないセンサから得られた現在のエンジントルクおよびエンジン回転数に基づき、現在の状態が非冷却領域（すなわち、負荷が所定負荷以下である状態に対応する領域）に属するか、冷却領域（すなわち、負荷が所定負荷よりも大きい状態に対応する領域）に属するかを判定する。通路制御部９９は、内燃機関６１の負荷が所定負荷以下である場合、切替弁７６を制御して吸気を第２吸入通路７５に導く。また、通路制御部９９は、内燃機関６１の負荷が所定負荷を超える場合、切替弁７６を制御して吸気を第１吸入通路７４に導く。
【００３４】
＜効果＞
以上説明したように、第２実施形態では、熱回収部８１は、排気処理触媒８５の上流側に設けられる第１熱交換器８２と、排気処理触媒８５の下流側に設けられる第２熱交換器８３と、排気処理触媒８５の上流側の排気温度に基づき、排気が排気処理触媒８５を熱劣化させる状態であるか否かを判定する熱劣化判定部９２と、排気が排気処理触媒８５を熱劣化させる状態である場合、第１熱交換器８２から熱を回収する回収元制御部９３とを有する。
【００３５】
そのため、排気が比較的高温であるとき排気熱が第１熱交換器８２で回収されて排気温度が低下するので、排気処理触媒８５の熱劣化を抑制することができる。また、熱回収部８１が回収する熱量が増加する。
また、第２実施形態では、回収元制御部９３は、排気が排気処理触媒８５を熱劣化させる状態ではない場合、第２熱交換器８３から熱を回収する。そのため、排気処理触媒８５の過度の温度低下が抑制され、排気浄化性能が維持される。
このように排気の状態に応じて熱回収元を選択することで、排気処理触媒８５の熱劣化抑制と排気浄化性能の確保とを両立することができる。
【００３６】
また、第２実施形態では、冷却部９５が冷却する吸気は、新気とＥＧＲガスとが混合したガスである。そのため、吸気の冷却効率を向上させることができる。
また、第２実施形態では、内燃機関６１は、吸気の通路として、互いに並行する第１吸入通路７４および第２吸入通路７５を有している。冷却部９５は、第１吸入通路７４に設けられる熱交換器９６を有する。そのため、吸気の冷却を選択的に実施することができる。
【００３７】
また、第２実施形態では、冷却部９５は、内燃機関６１の負荷が所定負荷以下であるか否かを判定する負荷判定部９８と、内燃機関６１の負荷が所定負荷以下である場合、吸気を第１吸入通路７４ではなく第２吸入通路７５に導く通路制御部９９とを有する。そのため、低負荷での燃焼悪化を抑制することができる。
【００３８】
［第３実施形態］
第３実施形態では、図９に示す冷凍部１００は、熱回収部８１が回収した熱を用いる吸収式冷凍機である。吸収式冷凍機は、吸収液（吸収力の高い液体）が水等の冷媒を吸収する現象を利用した冷凍機である。
冷凍部１００の蒸発器１０１は、液体の冷媒（水）を蒸発させる際に周囲から熱を吸収するとき、周囲にある冷却配管２２およびその中の水を冷やす。このとき得られる冷水が冷熱源となる。冷水は、冷却配管２２を通じて冷却部９５に供給される。
【００３９】
吸収器１０２は、蒸発器１０１で発生した冷媒蒸気（水蒸気）を冷却しながら吸収液に吸収させる。再生器１０３は、吸収器１０２から供給された冷媒と吸収液との混合液を加熱することで、冷媒を蒸発させる。凝集器１０４は、冷媒蒸気を冷却して液体冷媒とし、蒸発器１０１に供給する。
＜効果＞
以上のように冷凍部１００は吸収式冷凍機であってもよい。それでも第１実施形態と同様に、吸気の冷却による熱効率向上効果を得ることができる。また、吸収式冷凍機は高い冷凍効率を得ることができる。
【００４０】
［第４実施形態］
第４実施形態では、図１０に示す冷凍部１１０は、熱回収部８１が回収した熱を用いる熱音響冷凍機である。熱音響冷凍機は、熱と音波との間で互いにエネルギをやりとりする作用を利用した冷凍機である。
冷凍部１１０の冷凍管１１１には熱交換器からなる第１スタック１１２および第２スタック１１３が設けられている。供給先配管８７の温水の熱が第１スタック１１２の一端部１１４に与えられると、第１スタック１１２の他端部１１５側から音波が発生する。この音波が冷凍管１１１内を通じて第２スタック１１３の一端部１１６に伝播すると、当該第２スタック１１３の一端部１１６の温度が下がるとともに第２スタック１１３の他端部１１７の温度が上がる。この一端部１１６により冷却配管２２およびその中の水が冷やされる。このとき得られる冷水が冷熱源となる。
【００４１】
＜効果＞
以上のように冷凍部１１０は熱音響冷凍機であってもよい。それでも第１実施形態と同様に、吸気の冷却による熱効率向上効果を得ることができる。また、熱音響冷凍機は高い冷凍効率を得ることができる。
【００４２】
［第５実施形態］
第５実施形態では、図１１に示すエネルギ回収部１２０は、ランキンサイクルを利用したものであり、第２実施形態における熱回収部８１に加えて、ボイラ１２１、タービン１２２、復水器１２３およびポンプ１２４を有している。ボイラ１２１は、熱回収部８１が回収した熱を用いて蒸気を発生させる。タービン１２２は、ボイラ１２１で発生した蒸気を用いて回転する。このタービン１２２の回転動力は、後述の冷凍部１２５の駆動源となる。復水器１２３は、タービン１２２を回したあとの蒸気を冷却して水にする。ポンプ１２４は、復水器１２３の水を加圧してボイラ１２１に供給する。
【００４３】
冷凍部１２５は、タービン１２２に連結されているコンプレッサ１２６を含むターボ式の蒸発圧縮冷凍機である。蒸発圧縮冷凍機は、蒸発圧縮冷凍サイクルを利用したものである。具体的には、冷凍部１２５は、気体の冷媒をコンプレッサ１２６で圧縮して昇温したあとコンデンサ１２７で放熱凝縮して液体とし、液体の冷媒を膨張弁１２８で減圧膨張させて一部を蒸発させ、残りをエバポレータ１２９で蒸発気化させる。膨張弁１２８で一部の冷媒を蒸発させる際に周囲の残りの冷媒が冷やされる。このとき得られる冷えた冷媒が冷熱源となる。冷えた冷媒は、冷却配管２２を通じて冷却部９５に供給される。
【００４４】
＜効果＞
以上のように冷凍部１２５はターボ式の蒸発圧縮冷凍機であってもよい。それでも第１実施形態と同様に、吸気の冷却による熱効率向上効果を得ることができる。また、蒸発圧縮冷凍機は高い冷凍効率を得ることができる。また、コンプレッサ１２６は、冷房用のものと共用すること可能であり、これにより車両搭載性が良好となる。
【００４５】
［第６実施形態］
第６実施形態では、図１２に示すエネルギ回収部１４０は、タービン発電機１４１および電動モータ１４２を備えている。タービン発電機１４１は、過給器６６のタービン６３を迂回する迂回排気通路１４３において、ウェイストゲートバルブ１４４の下流側に設けられているタービン１４５と、タービン１４５で回転させられる発電機１４６とを有している。タービン発電機１４１が発電した電力はバッテリ１４７に蓄電される。電動モータ１４２は、バッテリ１４７の電力を用いて回転作動する。
冷凍部１４８は、電動モータ１４２に連結されているコンプレッサ１４９を含む電気式の蒸発圧縮冷凍機である。電動モータ１４２がコンプレッサ１４９を駆動すること以外、冷凍部１４８の構成は、第５実施形態における冷凍部１２５の構成と同様である。
【００４６】
＜効果＞
以上のように冷凍部１２５は電気式の蒸発圧縮冷凍機であってもよい。第６実施形態では、熱伝達抑制部３１を設けたことで排気圧が増加し、エネルギ回収部１４０が回収するエネルギが増加する（すなわちタービン発電機１４１の発電量が増加する）。このようにして回収されたエネルギを用いて冷凍部１４８が駆動されるので、冷熱源の出力向上または温度低下が得られ、冷却部９５の冷却能力が向上する。したがって、第１実施形態と同様に、吸気の冷却による熱効率向上効果を得ることができる。また、蒸発圧縮冷凍機は高い冷凍効率を得ることができる。また、コンプレッサ１４９は、冷房用のものと共用することが可能であり、これにより車両搭載性が良好となる。
【００４７】
［第７実施形態］
第７実施形態では、図１３に示すように内燃機関１５０は過給器６６を備えている。コンプレッサ６５で圧縮された新気は、チャージクーラ６７およびインテークマニホールド１５１を通って燃焼室１２に吸収される。
冷却部１５は、インテークマニホールド１５１に設けられた熱交換器であり、冷凍部１４が生成した冷熱源を用いて吸気を冷却する。
【００４８】
エネルギ回収部としての熱回収部１５２は、温熱源から熱を回収するものであり、吸入通路６４におけるチャージクーラ６７とコンプレッサ６５との間に設けられた熱交換器である。温熱源は、内燃機関１５０の過給後の吸気である。
＜効果＞
以上のように温熱源が過給後の吸気であってもよい。第７実施形態では、熱伝達抑制部３１を設けたことで排気圧が増加して過給効果が上がり、過給後の吸気温度が上がるため、エネルギ回収部１４０が回収するエネルギが増加する。このようにして回収されたエネルギを用いて冷凍部１４が駆動されるので、冷熱源の出力向上または温度低下が得られ、冷却部１５の冷却能力が向上する。したがって、第１実施形態と同様に、吸気の冷却による熱効率向上効果を得ることができる。また、吸気は、熱回収部１５２が熱を回収したあとに冷却部１５により冷却される。そのため吸気の冷却性能が一層向上する。
【００４９】
［第８実施形態］
第８実施形態では、図１４に示すようにエネルギ回収部としての熱回収部１６０は、温熱源から熱を回収するものであり、内燃機関１１を冷却するための冷却装置から構成されている。具体的には、熱回収部１６０は、内燃機関１１の冷却部の入口および出口につながっている冷却配管１６１を含む。温熱源は、内燃機関１１の本体（シリンダ３２等）である。
【００５０】
＜効果＞
以上のように温熱源が内燃機関１１の本体であってもよい。それでも第１実施形態と同様に、吸気の冷却による熱効率向上効果を得ることができる。また、内燃機関１１の本体の温度変動は比較的小さいので、熱回収部１６０が安定的に熱を回収することができる。
【００５１】
［第９実施形態］
第９実施形態では、図１５に示すように内燃機関１１が搭載された車両は、別の動力源としてモータ１７１を備えている。
エネルギ回収部としての熱回収部１７０は、温熱源から熱を回収するものであり、モータ１７１および関連部品（すなわちインバータ１７２および電池１７３）を冷却するための冷却装置から構成されている。具体的には、熱回収部１７０は、モータ１７１、インバータ１７２および電池１７３を通る冷却配管１７４を含む。温熱源は、モータ１７１、インバータ１７２および電池１７３である。
【００５２】
＜効果＞
以上のように温熱源がモータ１７１、インバータ１７２および電池１７３等であってもよい。それでも第１実施形態と同様に、吸気の冷却による熱効率向上効果を得ることができる。また、このようなシステムは電動化車両に好適である。
【００５３】
［第１０実施形態］
第１０実施形態では、図１６に示すように熱伝達抑制部１８０は、燃焼室形成部としてのシリンダ３２およびピストン３４に設けられている電熱ヒータ１８１、１８２から構成されている。電熱ヒータ１８１は、燃焼室１２に面するシリンダ３２の内壁面３５の温度を上昇させる手段となる。電熱ヒータ１８２は、燃焼室１２に面するピストン３４の頂壁面３７の温度を上昇させる手段となる。
【００５４】
＜効果＞
このように熱伝達抑制部１８０を電熱ヒータ１８１、１８２から構成してもよい。それでも第１実施形態と同様に、燃焼悪化や失火が抑えられ、熱効率低下を抑制することができる。また、比較的容易に熱伝達抑制部を設けることができる。
【００５５】
［第１１実施形態］
第１１実施形態では、図１７に示すように熱伝達抑制部１９０は、燃焼室形成部としてのシリンダ３２近傍に設けられている誘導加熱器である。誘導加熱器は、燃焼室１２に面するシリンダ３２の壁部に渦電流を発生させるものであり、内壁面３５の温度を上昇させる手段となる。
【００５６】
＜効果＞
このように熱伝達抑制部１９０を誘導加熱器から構成してもよい。それでも第１実施形態と同様に、燃焼悪化や失火が抑えられ、熱効率低下を抑制することができる。また、熱伝達抑制部を設けるにあたり、エンジンブロックやピストンの設計変更を極力抑えることができる。
【００５７】
［第１２実施形態］
第１２実施形態では、図１８に示すように熱伝達抑制部１３０は、燃料噴霧１３１を燃焼室１２の中央部に集中させるように燃料を噴射するインジェクタである。図２０に示す比較形態のインジェクタ１３２による燃料噴霧１３３と比べて、図１８に示す燃料噴霧１３１は燃焼室１２の中央部寄りとなる。これにより、図１９に示すように発火後の高温の燃焼ガスとピストン３４との間に、ピストン３４内部への熱伝達を抑制するガス断熱層１３４が形成される。
【００５８】
＜効果＞
このように熱伝達抑制部１３０を、燃料噴霧１３１を燃焼室１２の中央部に集中させるインジェクタから構成してもよい。それでも第１実施形態と同様に、燃焼悪化や失火が抑えられ、熱効率低下を抑制することができる。また、熱伝達抑制部を設けるにあたり、エンジンブロックやピストンを変更することなく、インジェクタを交換するだけでよい。既存システムからの変更を極力小さくすることができる。
【００５９】
［他の実施形態］
他の実施形態では、熱回収部は、熱交換器であって、内燃機関の排気通路における排気処理触媒の下流側にのみ設けられてもよい。
他の実施形態では、熱伝達抑制部としての断熱膜は、アルミナ以外のセラミックであってもよいし、セラミック以外の耐熱材料からなるものであってもよい。
【００６０】
他の実施形態では、熱伝達抑制部としての断熱膜は、シリンダ、シリンダヘッドおよびピストンのうち少なくとも１つに設けられてもよい。
他の実施形態では、熱伝達抑制部としてのガス断熱層は、例えば燃焼室形成部に設けられるガス供給孔などから供給されるガスにより形成されてもよい。要するに、ガス断熱層は、燃焼ガス等の高温ガスと燃焼室形成部との間に形成されていればよい。
【００６１】
他の実施形態では、冷熱源は、水に限らず、オイル等の他の液体であってもよい。
他の実施形態では、吸気と熱交換するものは、冷熱源に限らず、冷熱源の冷気を蓄える蓄冷剤などであってもよい。つまり、冷熱源が吸気を直接的に冷やす形態に限らず、冷熱源が他の物質を介して間接的に吸気を冷やす形態であってもよい。
他の実施形態では、温熱源と熱交換するものは、水に限らず、オイル等の他の液体であってもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０・・・吸気冷却システム
１２・・・燃焼室
１３、８１、１５２、１６０、１７０・・・熱回収部（エネルギ回収部）
１２０、１４０、・・・エネルギ回収部
１４、１００、１１０、１２５、１４８・・・冷凍部
１５、９５・・・冷却部
３１、１３０、１８０、１９０・・・熱伝達抑制部
３２・・・シリンダ（燃焼室形成部）
３３・・・シリンダヘッド（燃焼室形成部）
３４・・・ピストン（燃焼室形成部）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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