(57)【要約】【課題】吸気温度を最適に制御し、内燃機関の運転状態を最適に保つこと。【解決手段】内燃機関１０の筒内へ送る吸入空気を圧縮する過給機２０と、吸入空気を冷却する水冷インタークーラー２２と、車両室内３５の空気調整を行う空気調整手段と、水冷インタークーラー２２と空気調整手段との間で熱交換を行う冷却タンク５０、冷却水５２、ラジエター３０，３６と、熱交換の動作を制御するＥＣＵ６０と、を備える。水冷インタークーラー２２と空気調整手段との間で熱交換を行うようにしたため、空気調整手段により水冷インタークーラー２２を冷却することが可能となる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内へ送る吸入空気を圧縮する過給手段と、
前記吸入空気を冷却する吸気冷却手段と、
車両室内の空気調整を行う空気調整手段と、
前記吸気冷却手段と前記空気調整手段との間で熱交換を行う熱交換手段と、
前記熱交換手段による熱交換の動作を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気温度制御装置。
【請求項２】
前記吸気冷却手段は第１の冷却水により前記吸入空気を冷却し、
前記空気調整手段は所定の冷媒により車両室内の空気調整を行い、
前記熱交換手段は、前記第１の冷却水と前記冷媒との間で前記熱交換を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気温度制御装置。
【請求項３】
前記熱交換手段は、前記第１の冷却水が通る第１のラジエターと前記冷媒が通る第２のラジエターとが内部に配置された冷却タンクと、前記冷却タンク内に満たされた第２の冷却水とを含むことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の吸気温度制御装置。
【請求項４】
車両室内及び前記第２のラジエターを通る所定の経路に前記冷媒を循環させるコンプレッサと、
前記コンプレッサから送られた冷媒を車両室内へ向かう経路と前記第２のラジエターへ向かう経路へ分配する切換弁と、
前記空気調整手段による車両室内の空気調整のオン／オフを切り換える切換スイッチと、を更に備え、
前記制御手段は、前記切換スイッチがオフの場合は前記第２のラジエターへ前記冷媒を送り、前記切換スイッチがオンの場合は車両室内及び前記第２のラジエターへ前記冷媒を送るように前記切換弁を制御することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の吸気温度制御装置。
【請求項５】
外気温を検出する外気温センサと、
前記第２のラジエターへ送る前記冷媒の流量を調整する流量制御弁と、を更に備え、
前記制御手段は、前記外気温センサの検出値に基づいて前記流量制御弁による前記冷媒の流量の調整を行うことを特徴とする請求項３又は４記載の内燃機関の吸気温度制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記外気温センサの検出値と所定値とを比較する外気温比較手段を含み、前記外気温センサの検出値が前記所定値よりも低い場合は、前記第２のラジエターへ送る前記冷媒の流量を減少させるように前記流量制御弁を制御することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の吸気温度制御装置。
【請求項７】
前記第２の冷却水の水温を検出する水温センサを更に備え、
前記制御手段は、前記外気温センサ又は前記水温センサの検出値に基づいて前記流量制御弁による前記冷媒の流量の調整を行うことを特徴とする請求項５記載の内燃機関の吸気温度制御装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記水温センサの検出値と所定値とを比較する水温比較手段を含み、前記水温センサの検出値が前記所定値よりも低い場合は、前記第２のラジエターへ送る前記冷媒の流量を減少させるように前記流量制御弁を制御することを特徴とする請求項７記載の内燃機関の吸気温度制御装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記外気温センサの検出値が所定の外気温よりも低く、且つ、前記水温センサの検出値が所定の水温よりも低い場合は、前記第２のラジエターへの前記冷媒の流れが停止するように前記流量制御弁を制御することを特徴とする請求項７記載の内燃機関の吸気温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の吸気温度制御装置に関し、特に、過給機を備えた内燃機関に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近時においては、機関出力増大のため過給機（ターボチャージャー、スーパーチャージャー）を備えた内燃機関が一般的となっている。過給機を備えた内燃機関では、機関筒内への吸入空気を過給機のコンプレッサによって圧縮するため、吸入空気温度が上昇する。吸入空気温度が上昇すると吸入空気の体積が膨張して筒内への空気の充填効率が低下するため、吸気通路にインタークーラーを設けて吸入空気を冷却することが行われている。
【０００３】
インタークーラーとしては空冷式、水冷式のものが一般に用いられている。このうち、水冷式のインタークーラーでは、吸気通路に設けたインタークーラー内に冷却水を循環させることでインタークーラーを冷却している。そして、走行風の当たるラジエターにインタークーラー内の冷却水を通すことで、冷却水を冷却している。
【０００４】
一方で、エンジン冷却水温の温度上昇を抑える方法として、特開昭６３−１７０５２０号公報に記載されているように、エアコン（Ａｉｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ）装置を備えた車両において、エアコンの冷媒を利用してエンジン冷却水温の上昇を抑える方法が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−１７０５２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近時では、過給機の過給圧を大きくして内燃機関の出力をより増大させる傾向にある。過給圧を大きくすることで、小排気量の機関であっても大排気量の機関と同等の出力を発揮させることができ、機関および車両の小型化、軽量化の点でもメリットは大きい。しかしながら、過給圧が上昇すると吸入空気がより圧縮されるため、吸入空気温度の上昇が顕著となる。この場合、内燃機関の仕様によっては吸入空気温度が２００℃以上まで急激に上昇することがあり、インタークーラーによる冷却効率を従来に増して高める必要がある。
【０００７】
しかしながら、インタークーラーの冷却効率を高めるためにはインタークーラーを大型化する必要があるが、インタークーラーが占有できるスペースは限られているため、大幅な冷却効率の向上は困難である。また、水冷式インタークーラーの場合、インタークーラーの冷却水が循環するラジエターの大型化などが必要となるが、やはりスペース上の制約があり、冷却効率を向上させることは困難である。
【０００８】
一方、特開昭６３−１７０５２０号公報に記載されている方法では、オーバーヒートの防止のためにエンジン冷却水温を大まかに制御することはできるが、これをインタークーラーに適用して吸入空気温度を最適に制御することは困難である。
【０００９】
すなわち、吸入空気温度は吸入空気の体積に直接的に影響し、吸入空気温度が上昇すると吸入空気の体積が増加して筒内への実質的な吸入空気量が減少する。このため筒内での燃焼状態が悪化し、出力低下（トルクダウン）、異常燃焼、ノッキング発生、そしてドライバビリティの悪化といった問題が生じる。
【００１０】
また、点火時期遅角制御を行う内燃機関では、ノッキングの発生により点火時期が遅角側へ制御されるため、更なる出力低下が生じるという問題がある。更に、点火時期遅角制御により排気ガス温度が上昇するため、これを回避するため燃料噴射量が増加する。これにより燃費が悪化し、更なる出力低下が生じるという弊害が生じる。
【００１１】
一方、エンジン冷却水温の変動が機関筒内での燃焼に与える直接的な影響は非常に小さく、エンジン冷却水温が非常に高くなった場合にオーバーヒートの問題が生じるのみである。このように、吸気温度の変動が筒内の燃焼状態に与える影響はエンジン冷却水温の変動が筒内の燃焼状態に与える影響に比べて非常に大きく、吸気温度を制御して筒内の燃焼を最適にするためには、より精度の高い温度制御が必要となる。従って、特開昭６３−１７０５２０号公報に記載された方法では、オーバーヒートの防止程度のエンジン冷却水温制御は可能であるが、これをインタークーラーによる吸気温度制御に適用することは困難である。
【００１２】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、吸気温度を最適に制御することで内燃機関の運転状態を最適に保つことを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記の課題を解決するため、内燃機関の筒内へ送る吸入空気を圧縮する過給手段と、前記吸入空気を冷却する吸気冷却手段と、車両室内の空気調整を行う空気調整手段と、前記吸気冷却手段と前記空気調整手段との間で熱交換を行う熱交換手段と、前記熱交換手段による熱交換の動作を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記吸気冷却手段は第１の冷却水により前記吸入空気を冷却し、前記空気調整手段は所定の冷媒により車両室内の空気調整を行い、前記熱交換手段は、前記第１の冷却水と前記冷媒との間で前記熱交換を行うことを特徴とする。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明において、前記熱交換手段は、前記第１の冷却水が通る第１のラジエターと前記冷媒が通る第２のラジエターとが内部に配置された冷却タンクと、前記冷却タンク内に満たされた第２の冷却水とを含むことを特徴とする。
【００１６】
第４の発明は、第３の発明において、車両室内及び前記第２のラジエターを通る所定の経路に前記冷媒を循環させるコンプレッサと、前記コンプレッサから送られた冷媒を車両室内へ向かう経路と前記第２のラジエターへ向かう経路へ分配する切換弁と、前記空気調整手段による車両室内の空気調整のオン／オフを切り換える切換スイッチと、を更に備え、前記制御手段は、前記切換スイッチがオフの場合は前記第２のラジエターへ前記冷媒を送り、前記切換スイッチがオンの場合は車両室内及び前記第２のラジエターへ前記冷媒を送るように前記切換弁を制御することを特徴とする。
【００１７】
第５の発明は、第３又は第４の発明において、外気温を検出する外気温センサと、前記第２のラジエターへ送る前記冷媒の流量を調整する流量制御弁と、を更に備え、前記制御手段は、前記外気温センサの検出値に基づいて前記流量制御弁による前記冷媒の流量の調整を行うことを特徴とする。
【００１８】
第６の発明は、第５の発明において、前記制御手段は、前記外気温センサの検出値と所定値とを比較する外気温比較手段を含み、前記外気温センサの検出値が前記所定値よりも低い場合は、前記第２のラジエターへ送る前記冷媒の流量を減少させるように前記流量制御弁を制御することを特徴とする。
【００１９】
第７の発明は、第５の発明において、前記第２の冷却水の水温を検出する水温センサを更に備え、前記制御手段は、前記外気温センサ又は前記水温センサの検出値に基づいて前記流量制御弁による前記冷媒の流量の調整を行うことを特徴とする。
【００２０】
第８の発明は、第７の発明において、前記制御手段は、前記水温センサの検出値と所定値とを比較する水温比較手段を含み、前記水温センサの検出値が前記所定値よりも低い場合は、前記第２のラジエターへ送る前記冷媒の流量を減少させるように前記流量制御弁を制御することを特徴とする。
【００２１】
第９の発明は、第７の発明において、前記制御手段は、前記外気温センサの検出値が所定の外気温よりも低く、且つ、前記水温センサの検出値が所定の水温よりも低い場合は、前記第２のラジエターへの前記冷媒の流れが停止するように前記流量制御弁を制御することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施形態について説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の吸気温度制御装置及びその周辺の構造を説明するための図である。図１に示すように、内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２の上流側の端部にはエアフィルタ１６が設けられている。また、排気通路１４の下流側には触媒１８が設けられている。
【００２４】
エアフィルタ１６の下流には過給機（ターボチャージャー）２０が配置されている。また、過給機２０には排気通路１４が導入している。過給機２０は、排気通路１４を流れる排気ガスによってタービン、コンプレッサを回転させ、吸気通路１２を流れる吸入空気を圧縮するものである。
【００２５】
過給機２０の下流には水冷インタークーラー２２が設けられている。また、水冷インタークーラー２２の更に下流にはサージタンク２５が設けられている。
水冷インタークーラー２２は配管２４を介してウォータポンプ２６、ラジエター２８、ラジエター３０と接続されている。水冷インタークーラー２２内は冷却水（ＬＬＣ：  Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）２３で満たされており、冷却水２３はウォータポンプ２６の作動によって水冷インタークーラー２２とラジエター３０の間で循環している。なお、ラジエター２８には走行風が当てられている。
【００２６】
また、本実施形態の吸気温度制御装置は車両室内の空気調整を行う空気調整装置（Ａｉｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ）を備えている。空気調整装置は車両の室内３５の温度調節、及び除湿を行うものである。空気調整装置は、コンプレッサ３２、エバポレータ３４、ラジエター３６、ラジエター３７を有して構成されている。コンプレッサ３２、エバポレータ３４、ラジエター３６，３７は配管３８によって接続されている。コンプレッサ３２の作動により配管３８内には図１中の矢印Ａの方向に冷媒が循環する。エバポレータ３４は室内３５に配置されており、循環する冷媒によって室温調整、除湿を行う。また、室内３５にはＡ／Ｃ（エアコン）スイッチ５８が設けられており、Ａ／Ｃスイッチ５８のオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）状態に基づいて室温調節、除湿が行われる。
【００２７】
コンプレッサ３２の下流において、配管３８には切換弁４２が設けられている。切換弁４２は電磁弁から構成され、コンプレッサ３２からエバポレータ３４へ向かう冷媒の流れを必要に応じてラジエター３６側へ切り換えるものである。図１に示すように、切換弁４２がオン（ＯＮ）の場合は、コンプレッサ３２から送られた冷媒の全てがラジエター３６へ送られる。また、切換弁４２がオフ（ＯＦＦ）の場合はコンプレッサ３２から送られた冷媒の一部がラジエター３６へ送られ、残りがエバポレータ３４へ送られる。このように、切換弁４２は、コンプレッサ３２から送られた冷媒を必要に応じてエバポレータ３４とラジエター３６の双方へ分配する３方向弁として機能する。
【００２８】
また、ラジエター３６の上流には流量制御弁４６が設けられている。流量制御弁４６は、その開度を変更することでラジエター３６へ向かう冷媒の流量を調整する。流量制御弁４６を開いている状態では切換弁４２から流れてきた冷媒は全てラジエター３６へ送られる。流量制御弁４６の開度を制御して流路を絞ると、流量制御弁４６の開度に応じた量の冷媒がラジエター３６へ送られる。
【００２９】
そして、図１に示すように、水冷インタークーラー２２の冷却水２３が循環しているラジエター３０と、冷媒が循環しているラジエター３６は、ともに冷却タンク５０内に配置されている。そして、冷却タンク５０内は冷却水５２で満たされている。冷却水５２はエンジン冷却水とは独立した冷却水であって、低温時の凍結防止、腐食防止などの観点から冷却水２３と同様にＬＬＣを用いることが望ましい。冷却タンク５０には冷却水５２の水温を検出するための水温センサ５４が装着されている。
【００３０】
また、本実施形態の制御装置はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）６０を備えている。ＥＣＵ６０には、コンプレッサ３２、切換弁４２、流量調整弁４６、水温センサ５４、及びＡ／Ｃスイッチ５８に加えて、外気温を検出する外気温センサ５６などが接続されている。
【００３１】
なお、図１では過給機２０としてターボチャージャーを例示しているが、スーパーチャージャーなど他の過給機を備えた内燃機関に適用しても良い。
【００３２】
このように構成された本実施形態の吸気温度制御装置において、過給機２０によって内燃機関１０の筒内への吸入空気が圧縮されると、吸入空気の温度が上昇する。吸入空気は吸気通路１２を下流に向かって流れ、水冷インタークーラー２２によって冷却される。水冷インタークーラー２２内の冷却水２３は、電動ウォータポンプ２６によってラジエター３０へ送られ、冷却タンク５０内の冷却水５２によって冷却される。そして、冷却水２３は電動ウォータポンプ２６によって水冷インタークーラー２２へ戻される。
【００３３】
一方、空気調整装置では、コンプレッサ３２の作動によって必要に応じて冷媒がエバポレータ３４へ送られる。これにより、室内３５の温度が適温に維持され、また室内３５の除湿が行われる。ラジエター３７には走行風が当てられており、配管３８を循環した冷媒はラジエター３７を通過する際に走行風によって冷却される。
【００３４】
そして、本実施形態の吸気温度制御装置では、空気調整装置の冷媒をラジエター３６へ送ることで、冷却タンク５０内の冷却水５２を冷却し、これによりラジエター３０内を循環する冷却水２３を冷却する。すなわち、本実施形態の構成によれば、冷却水５２を介してラジエター３０とラジエター３６の間で熱交換が行われ、冷却タンク５０、冷却水５２及びラジエター３０，３６が熱交換器として機能する。これにより、水冷インタークーラー２２内の冷却水２３の温度上昇を抑えることができ、冷却水２３を常に最適な温度に維持することができる。従って、過給機２０によって高過給圧がかけられ、吸入空気が大幅に圧縮された場合であっても、冷却水２３の水温上昇を抑えることができ、水冷インタークーラー２２による吸気冷却を確実に行うことができる。
【００３５】
また、冷却水５２の入った冷却タンク５０内に比較的大きな２つのラジエター３０，３６を配置したため、ラジエター３６によってラジエター３０の熱を確実に奪うことが可能となり、ラジエター３０とラジエター３６の間で確実に熱交換を行うことができる。
【００３６】
そして、本実施形態では、吸気温度を高い精度で制御するため、環境条件、運転状態、空気調整装置の稼動状態などの各種条件に応じて冷却タンク５０内へ送る冷媒量を制御するようにしている。
【００３７】
例えば、過給状態の走行が高い頻度で行われる状況下では、吸気温度が急激に上昇することが想定されるため、冷却タンク５０内により多くの冷媒を流入させて水冷インタークーラー２２の冷却効率を高めることが望ましい。一方、過給状態の走行が殆ど行われない場合、例えば外気温が低くて路面が凍結しているような状況下では、水冷インタークーラー２２内の冷却水２３の温度はそれほど上昇しない。従って、この場合は吸気通路１２が過冷却されないように、冷却タンク５０内に導入する冷媒量を抑えることが望ましい。
【００３８】
また、室内３５用に空気調整装置が稼動していない場合、すなわち、Ａ／Ｃスイッチ５８がオフの場合は、室内３５の空気調整用に冷媒を使用する必要がないため、水冷インタークーラー２２の冷却効率をより高める制御が可能となる。一方、Ａ／Ｃスイッチ５８がオンの場合は、室内３５の空気調整と吸気冷却を同時に行う必要も生じる。更に、冷却タンク５０内の冷却水５２の温度が既に低温である場合は、冷却タンク５０内に冷媒を導入する必要がない場合もある。
【００３９】
このように、外気温、Ａ／Ｃスイッチ５８の状態、冷却水５２の温度、などの条件に応じて冷却タンク５０内への冷媒の導入量を制御することで、吸気温度をより最適に制御することが可能となる。このため、本実施形態では、コンプレッサ３２、切換弁４２、流量制御弁４６などの冷媒の循環に関わる各構成要素の作動状態を制御し、冷却タンク５０内へ導入する冷媒量が最適となるように制御を行う。
【００４０】
以下、本実施形態の吸気温度制御装置による具体的な制御の方法を説明する。図２及び図３は外気温、冷却水５２の水温、Ａ／Ｃスイッチ５８の各状態に応じて、コンプレッサ３２、切換弁４２、流量制御弁４６を制御する方法を示す模式図である。ここで、図２は外気温、冷却水５２の水温、Ａ／Ｃスイッチ５８の状態がそれぞれ異なる８つのケース▲１▼〜▲８▼を示しており、図３は、ケース▲１▼〜▲８▼毎のコンプレッサ３２、切換弁４２、流量制御弁４６の制御方法と、冷媒による冷却タンク５０の冷却状態を示している。
【００４１】
図２において、ケース▲１▼，▲２▼は外気温が５℃以上、且つ、冷却水５２の水温が１５℃以上の場合である。更に、ケース▲１▼はＡ／Ｃスイッチ５８がオフの場合であり、ケース▲２▼はＡ／Ｃスイッチ５８がオンの場合である。
【００４２】
また、ケース▲３▼，▲４▼は外気温が５℃以上、冷却水５２の水温が１５℃未満の場合である。更に、ケース▲３▼はＡ／Ｃスイッチ５８がオフの場合であり、ケース▲４▼はＡ／Ｃスイッチ５８がオンの場合である。
【００４３】
また、ケース▲５▼，▲６▼は外気温が５℃未満、冷却水５２の水温が１５℃未満の場合である。更に、ケース▲５▼はＡ／Ｃスイッチ５８がオフの場合であり、ケース▲６▼はＡ／Ｃスイッチ５８がオンの場合である。
【００４４】
また、ケース▲７▼，▲８▼は外気温が５℃未満、冷却水５２の水温が１５℃以上の場合である。更に、ケース▲７▼はＡ／Ｃスイッチ５８がオフの場合であり、ケース▲８▼はＡ／Ｃスイッチ５８がオンの場合である。
【００４５】
ＥＣＵ６０は、５℃をしきい値として外気温が５℃以上であるか否かを判定し、また、１５℃をしきい値として冷却水５２の水温が１５℃以上であるか否かを判定する。また、Ａ／Ｃスイッチ５８についてはオン又はオフの状態を判定する。そして、ＥＣＵ６０は判定の結果に基づいてケース▲１▼〜▲８▼への当てはめを行い、図３に示すように各ケース▲１▼〜▲８▼毎にコンプレッサ３２、切換弁４２、流量制御弁４６の制御を行う。なお、外気温は外気温センサ５６から、冷却水５２の水温は水温センサ５４からそれぞれ検出する。
【００４６】
ケース▲１▼〜▲４▼のように、外気温が５℃以上の場合は、気温が比較的高く路面凍結などの心配がないため、過給状態の走行が行われる可能性が高い状況といえる。このため、高過給圧により吸入空気が圧縮された場合など水冷インタークーラー２２内の冷却水２３の温度が急激に上昇する場合が想定される。従って、図３に示すように、コンプレッサ３２をオンにして冷媒を配管３８内に循環させ、冷却タンク５０へ冷媒を導入する。
【００４７】
特に、ケース▲１▼，▲２▼では、冷却タンク５０内の冷却水５２の温度が既に１５℃以上であるため、より多くの冷媒を冷却タンク５０内へ導入しておかないと、更なる過給様態走行により冷却水２３の水温が上昇してしまう。従って、図３に示すように、流量制御弁４６を完全に開いてコンプレッサ３２側から送られてきた冷媒をそのままラジエター３６へ送るようにする。これにより、多量の冷媒をラジエター３６に送ることができ、冷却水５２の温度を低温に維持しておくことが可能となり、吸気温度を確実に低下させることができる。
【００４８】
また、ケース▲１▼の場合は、Ａ／Ｃスイッチ５８がオフであるため、室内３５の空気調整用に冷媒を使用する必要がない。従って、図３に示すように、ＥＣＵ６０は切換弁４２をオンに設定し、コンプレッサ３２から送られた冷媒をエバポレータ３４へ送ることなく直接ラジエター３６へ送る。これにより、冷却タンク５０内の冷却水５２の温度を確実に低温に維持できる。そして、過給状態の走行が継続して行われた場合であっても、水冷インタークーラー２２内の冷却水２３の温度が上昇してしまうことを抑止でき、吸気冷却を確実に行うことができる。
【００４９】
一方、ケース▲２▼ではＡ／Ｃスイッチ５８がオンであるため、室内３５の空気調整用としてエバポレータ３４に冷媒を供給する必要がある。従って、図３に示すように、ＥＣＵ６０はコンプレッサ３２をケース▲１▼と同様にオンに設定し、切換弁４２をオフに切り換える。これにより、コンプレッサ３２から送られた冷媒がエバポレータ３４とラジエター３６の双方へ供給されることとなる。従って、冷媒による室内３５の空気調整と、水冷インタークーラー２２の冷却とを同時に行うことができ、室内快適性を犠牲にすることなく吸気冷却を行うことが可能となる。また、図３に示すように、ケース▲２▼の場合は流量制御弁４６の開度を制御し、ラジエター３６へ向かう冷媒量を減少させる。これにより、コンプレッサ３２からエバポレータ３４へ向かって確実に冷媒を送り込むことが可能となる。
【００５０】
このように、ケース▲１▼，▲２▼では過給状態の走行が行われる可能性が高い状況であり、且つ、冷却タンク５０内の冷却水５２の水温が１５℃以上と比較的高いため、積極的に冷媒を冷却タンク５０内へ導入することによって、冷却タンク５０を冷却状態にしておく。これにより、吸入空気に高過給圧がかけられた場合であっても、吸入空気を確実に冷却することができる。
【００５１】
ケース▲３▼，▲４▼では冷却水５２の温度が１５℃未満であるため、冷却水５２を過度に冷却する必要はない。しかし、冷却水５２の温度が低い場合であっても、高過給圧がかけられると吸気温度は瞬時に上昇してしまうため、過給状態走行に備えて冷却タンク５０の冷却を継続しておく必要がある。このため、ケース▲３▼，▲４▼では、図３に示すようにコンプレッサ３２をオンにして冷媒を配管３８内に循環させるとともに、流量制御弁４６の開度を制御して流量制御弁４６を適度な開度で開いておく。これにより、必要量の冷媒をラジエター３６へ送ることができる。このように、冷却水５２の水温が低い場合であっても冷却タンク５０内へ所定量の冷媒を導入して冷却待機状態としておくことで、予め水冷インタークーラー２２内の冷却水２３を低温に維持しておくことができ、高過給圧がかかった場合の一時的な吸気温度上昇を抑えることができる。そして、冷却水５２の温度が１５℃以上となった場合に、流量制御弁４６を開き、ケース▲１▼，▲２▼と同様にラジエター３６への冷媒の流量を増加させるようにする。
【００５２】
また、ケース▲３▼の場合は、Ａ／Ｃスイッチ５８がオフであるため、ケース▲１▼の場合と同様、エバポレータ３４へ冷媒を送る必要はない。従って、切換弁４２をオンにし、コンプレッサ３２から送られた冷媒をラジエター３６へ直接送り込む。ケース▲４▼の場合はＡ／Ｃスイッチ５８がオンであるため、切換弁４２をオフにして冷媒をエバポレータ３４とラジエター３６の双方へ供給する。また、図３に示すように、ケース▲４▼の場合は流量制御弁４６の開度を制御し、ラジエター３６へ向かう冷媒量を減少させる。これにより、コンプレッサ３２からエバポレータ３４へ向かって確実に冷媒を送り込むことが可能となる。なお、ケース▲３▼の冷却待機の状態では、流量制御弁４６を完全に開いておいても良い。
【００５３】
このように、ケース▲３▼，▲４▼では、過給状態走行が行われることを予め想定して、所定量の冷媒をラジエター３６に流して冷却待機状態としておくことで、高過給圧がかかった場合の瞬間的な吸気温度上昇を抑えることができる。なお、冷却タンク５０へ導入する冷媒量を減らすためには、流量制御弁４６を用いることなく、コンプレッサ３２のオン／オフを切り換える制御で代用することも可能であるが、内燃機関１０の負荷が変動してドライバビリティが悪化するため、本実施形態のように流量制御弁４６で制御することが望ましい。
【００５４】
ケース▲５▼，▲６▼では、外気温が５℃未満であるため、冬場の路面凍結時などの状況が想定される。このような状況下では過給状態の走行が行われる可能性は低いため、吸入空気の温度が急激に上昇することは殆どないと考えられる。また、このような環境下では、吸気冷却をして機関出力を増大させる必要性は低い。更に、ケース▲５▼，▲６▼では冷却水５２の温度が既に１５℃未満と比較的低温であり、特に冬場の低温時には、吸入空気を過冷却すると吸気通路１２に結露が生じる場合があり、機関停止後に結露が凍結するため好ましくない。従って、ケース▲５▼，▲６▼の場合は冷却タンク５０への冷媒の供給を停止する制御を行う。
【００５５】
ケース▲５▼ではＡ／Ｃスイッチ５８がオフ（ＯＦＦ）であるため、コンプレッサ３２をオフにする。これにより、配管３８内における冷媒の循環が停止し、冷却タンク５０への冷媒の導入が停止される。この場合、切換弁４２、流量制御弁４６の設定に関わらず冷却タンク５０への冷媒の導入が停止されるため、切換弁４２、流量制御弁４６の設定は特に指定しなくても良い。
【００５６】
ケース▲６▼のように、外気温が低い（５℃未満）場合であっても室温調節、除湿のために、Ａ／Ｃスイッチ５８がオンに設定される場合がある。例えば冬場の室内３５の除湿時などがケース▲６▼に該当する。この場合はコンプレッサ３２をオンにして冷媒を循環させ、切換弁４２をオフにしてエバポレータ３４に冷媒を供給する。これにより、室内３５の除湿を行うことができる。
【００５７】
また、外気温が低い状態で除湿を行うのは主として冬の降雨、降雪時であり、吸入空気の湿度が高い状態である。従って、ケース▲６▼では吸気通路１２に結露が生じ易い状態となっている。このため、ＥＣＵ６０は流量制御弁４６を閉じ、ラジエター３６への冷媒の流れを停止させる。これにより、吸気通路１２の過冷却を抑え、吸気通路１２に結露が生じたり、結露が凍結してしまうことを抑止できる。
【００５８】
このように、ケース▲５▼，▲６▼では外気温が低温で過給状態走行が行われる可能性が低く、冷却タンク５０の冷却水５２の温度も低いため、吸気温度の急激な上昇は殆ど生じないものとして冷却タンク５０への冷媒の導入を停止させる。これにより、吸気通路１２の過冷却を抑えることができ、結露の発生及び凍結を抑止できる。また、ケース▲５▼ではコンプレッサ３２をオフにしているため、燃費の向上、機関出力増大に寄与できる。また、ケース▲６▼では室内３５の空気調整を行うとともに、吸気通路１２の過冷却を抑止できる。
【００５９】
ケース▲７▼，▲８▼では、外気温が５℃未満であるため、やはり冬場の路面凍結時などの状況が想定され、過給状態の走行が行われる可能性は低く、吸入空気の温度が急激に上昇することは殆どないと考えられる。しかし、ケース▲５▼，▲６▼の場合と異なり、冷却水５２の温度が１５℃以上と比較的高いため、図３に示すようにコンプレッサ３２をオンにして冷媒を配管３８内に循環させるとともに、流量制御弁４６の開度を制御して流量制御弁４６を適度な開度で開いておく。これにより、冷却水５２を冷却するために必要な量の冷媒をラジエター３６へ送ることができ、冷却水５２の温度を下げることができる。冷却水５２の温度が１５℃未満に低下した後、ケース▲５▼，▲６▼と同様の制御を行う。
【００６０】
また、ケース▲７▼の場合は、Ａ／Ｃスイッチ５８がオフであるためエバポレータ３４へ冷媒を送る必要はない。従って、切換弁４２をオンにし、コンプレッサ３２から送られた冷媒をラジエター３６へ直接送り込む。ケース▲８▼は、ケース▲６▼と同様に冬場の室内３５の除湿時などの場合が想定される。従って、切換弁４２をオフにしてエバポレータ３４とラジエター３６の双方に冷媒を供給する。なお、ケース▲７▼，▲８▼においては、冷却水５２の温度を判定するしきい値を更に設定しておき、冷却水５２の温度が例えばエンジン冷却水温と同等以上の温度まで上昇している場合は、過給走行性能を維持するため、流量制御弁４６を完全に開いて冷却水５２への冷却効率を高めるようにしても良い。また、ケース▲７▼，▲８▼で過給走行性能を常に維持したい場合は、流量制御弁４６を全開状態として冷却水５２への冷却効率を高めても良い。
【００６１】
なお、図２の例では、外気温５℃をしきい値として過給状態の走行が行われる可能性を判別しているが、５℃以外の所定温度をしきい値として判定しても良い。同様に、冷却水５２の水温１５℃をしきい値として冷却タンク５０への冷却状態／冷却待機状態を切り換えることとしているが、１５℃以外の所定温度をしきい値として冷却状態／冷却待機状態を切り換えても良い。
【００６２】
次に、図４のフローチャートに基づいて、上述した本実施形態の吸気温度制御装置による処理手順を説明する。先ず、ステップＳ１では、外気温センサ５６の検出値から、外気温が５℃以上であるか否かを判定する。外気温が５℃以上の場合は上述したケース▲１▼〜▲４▼の場合であり、ステップＳ２へ進んでコンプレッサ３２をオンにする。
【００６３】
次のステップＳ３では、水温センサ５４の検出値から冷却タンク５０内の冷却水５２の水温が１５℃以上であるか否かを判定する。冷却水５２の温度が１５℃以上の場合はケース▲１▼，▲２▼の場合であり、ステップＳ４へ進んでＡ／Ｃスイッチ５８がオンであるか否かを判定する。Ａ／Ｃスイッチ５８がオフのときはケース▲１▼の場合であり、ステップＳ５へ進んで切換弁４２をオンに設定し、流量制御弁４６を開く。これにより、コンプレッサ３２から送られた冷媒が全てラジエター３６へ流れ、冷却タンク５０が冷却状態となる。ステップＳ４でＡ／Ｃスイッチ５８がオンのときはケース▲２▼の場合であり、ステップＳ６へ進んで切換弁４２をオフに設定し、流量制御弁４６の開度を調整する。これにより、エバポレータ３４とラジエター３６の双方に冷媒が送られ、室内３５の空気調整と冷却タンク５０の冷却が行われる。
【００６４】
一方、ステップＳ３で冷却水５２の温度が１５℃未満の場合はケース▲３▼，▲４▼の場合であり、ステップＳ７へ進んでＡ／Ｃスイッチ５８がオンであるか否かを判定する。Ａ／Ｃスイッチ５８がオフのときはケース▲３▼の場合であり、ステップＳ８へ進んで切換弁４２をオンにし、流量制御弁４６を適切な開度で開く。これにより、冷却タンク５０へ必要量の冷媒が送られ、冷却タンク５０が冷却待機の状態となる。ステップＳ７でＡ／Ｃスイッチ５８がオンのときはケース▲４▼の場合であり、ステップＳ９へ進んで切換弁４２をオフにし、流量制御弁４６を適切な開度で開く。これにより、エバポレータ３４へ冷媒が送られるとともに冷却タンク５０へ必要量の冷媒が送られ、冷却タンク５０が冷却待機の状態となる。
【００６５】
ステップＳ１で外気温が５℃未満の場合は、ステップＳ１１へ進み、水温センサ５４の検出値から冷却タンク５０内の冷却水５２の水温が１５℃以上であるか否かを判定する。冷却水５２の温度が１５℃以上の場合はケース▲７▼，▲８▼の場合であり、ステップＳ１２へ進んでＡ／Ｃスイッチ５８がオンしているか否かを判定する。ステップＳ１２でＡ／Ｃスイッチ５８がオフの場合はケース▲７▼の場合であり、ステップＳ１３へ進んでコンプレッサ３２をオン、切換弁４２をオンにし、流量制御弁４６の開度を制御する。ステップＳ１２でＡ／Ｃスイッチ５８がオンの場合はケース▲８▼の場合であり、ステップＳ１４へ進んでコンプレッサ３２をオン、切換弁４２をオフにし、流量制御弁４６の開度を制御する。
【００６６】
一方、ステップＳ１１で冷却水５２の温度が１５℃未満の場合はケース▲５▼，▲６▼に該当し、ステップＳ１５へ進んでＡ／Ｃスイッチ５８がオンしているか否かを判定する。ステップＳ１５でＡ／Ｃスイッチ５８がオフのときはケース▲５▼の場合であり、ステップＳ１６へ進んでコンプレッサ３２をオフにする。これにより、冷却タンク５０への冷媒の導入が停止される。ステップＳ１５でＡ／Ｃスイッチ５８がオンのときはケース▲６▼の場合であり、ステップＳ１７へ進んでコンプレッサ３２をオンにし、切換弁４２をオフにし、流量制御弁４６を閉じる。これにより、冷媒による室内３５の除湿が行われ、且つ、冷却タンク５０への冷媒の導入が停止される。
【００６７】
以上説明したように実施の形態１によれば、空気調整装置の冷媒を用いて水冷インタークーラー２２の冷却水２３を冷却し、且つ、外気温、冷却タンク５０内の冷却水５２の水温、Ａ／Ｃスイッチ５８の状態に応じてコンプレッサ３２、切換弁４２、流量制御弁４６の設定を変更するようにしたため、水冷インタークーラー２２の冷却水２３の水温を常に最適に保つことが可能となる。従って、過給機２０による圧縮で吸気温度が上昇した場合であっても、水冷インタークーラー２２によって確実に吸気温度を低下させることができる。これにより、筒内への吸入空気の充填効率を高めて燃焼状態を良好にすることができ、機関出力向上、燃費向上を達成することが可能となる。また、吸気温度を確実に低下させることができるため、ノッキングの発生を抑止することが可能となり、ドライバビリティを良好にすることができる。
【００６８】
また、過給がかかっていない低回転時であっても安定して吸気冷却を行うことができるため、特に高負荷、低回転時のノッキング発生を抑止することができる。これにより、過給機付きエンジンの圧縮比をより高めることが可能となり、レスポンス向上、燃費改善などの効果を得ることもできる。
【００６９】
実施の形態２．
次に、図５及び図６に基づいて、この発明の実施の形態２について説明する。図５は、実施の形態２にかかる内燃機関の吸気温度制御装置及びその周辺の構造を説明するための図である。図５に示すように、実施の形態２にかかる吸気温度制御装置では、流量制御弁４６の位置が実施の形態１と相違しており、その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００７０】
上述したように、実施の形態１では、Ａ／Ｃスイッチ５８がオンの場合、ラジエター３６の上流に配置した流量制御弁４６を制御して、ラジエター３６へ向かう冷媒量を減少させ、確実にエバポレータ３４へ冷媒を送るようにしている。
【００７１】
実施の形態２では、エバポレータ３４から流れ出た冷媒がコンプレッサ３２へ戻る経路に流量制御弁４６を設けている。そして、エバポレータ３４の下流に配置した流量制御弁４６を制御して、エバポレータ３４を通過する冷媒量を調節するようにしている。
【００７２】
これにより、切換弁４２をオフにして冷媒を分流させた場合に、エバポレータ３４を流れる冷媒量を制御することができ、ラジエター３６へ向かう冷媒の量をより増大させる制御が可能となる。従って、実施の形態２によれば、室内３５の空気調整よりも水冷インタークーラー２２の冷却を優先した制御を行うことが可能となり、水冷インタークーラー２２の冷却水２３の温度上昇を確実に抑えることができる。
【００７３】
図６は、図３と同様に、図２に示すケース▲１▼〜▲８▼毎のコンプレッサ３２、切換弁４２、流量制御弁４６の制御方法と、冷媒による冷却タンク５０の冷却状態を示している。図６において、コンプレッサ３２の制御方法は図３と同様である。以下、図６に基づいて、実施の形態２にかかる吸気温度制御装置による制御を説明する。
【００７４】
ケース▲１▼では、冷却タンク５０内の冷却水５２を冷却する必要があるため、切換弁４２をオンにしてコンプレッサ３２から送られた冷媒を全てラジエター３６側へ送る。これにより、冷媒がラジエター３６側に流れて冷却水５２を確実に冷却できる。なお、この場合、エバポレータ３４には冷媒が流れないため、流量制御弁４６による制御は行わなくても良い。
【００７５】
ケース▲２▼では、冷却水５２を冷却するとともに、室内３５の空気調整用としてエバポレータ３４側に冷媒を流す必要があるため、切換弁４２をオフにしてコンプレッサ３２から送られた冷媒をラジエター３６側とエバポレータ３４側へ分流させる。そして、流量制御弁４６の開度を制御する。これにより、エバポレータ３４を流れる冷媒量を制御することができ、エバポレータ３４を流れる冷媒量を減少させることで、ラジエター３６側へより多くの冷媒を流すことも可能となる。
【００７６】
ケース▲３▼では、冷却タンク５０を冷却待機の状態にしておくため、切換弁４２をオンにしてコンプレッサ３２から送られた冷媒をラジエター３６側へ送る。ケース▲４▼では、冷却水５２を冷却するとともに、室内３５の空気調整用としてエバポレータ３４側に冷媒を流す必要があるため、切換弁４２をオフにしてコンプレッサ３２から送られた冷媒をラジエター３６側とエバポレータ３４側へ分流させる。そして、流量制御弁４６の開度を制御する。これにより、エバポレータ３４を流れる冷媒量を制御して、ラジエター３６側へ流れる冷媒量を制御することができる。
【００７７】
ケース▲５▼では、ラジエター３６及びエバポレータ３４へ冷媒を流す必要がないため、実施の形態１と同様にコンプレッサ３２をオフにする。ケース▲６▼では、室内３５の空気調整用としてエバポレータ３４側に冷媒を流す必要があるため、切換弁４２をオフし、流量制御弁４６を開く。これによりコンプレッサ３２から送られた冷媒がエバポレータ３４へ流れることとなり、室内３５の空気調整を行うことができる。
【００７８】
ケース▲７▼では、冷却水５２の温度が比較的高く、ラジエター３６側へ冷媒を流す必要があり、室内３５の空気調整を行う必要がないため、切換弁４２をオンにする。この場合、エバポレータ３４には冷媒が流れないため、流量制御弁４６による制御は特に行わなくても良い。ケース▲８▼では、室内３５の空気調整用としてエバポレータ３４側に冷媒を流す必要があるため、切換弁４２をオフにし、流量制御弁４６の開度を制御する。これにより、エバポレータ３４を流れる冷媒量を制御することができ、ラジエター３６側へ流れる冷媒量を制御することができる。
【００７９】
以上説明したように実施の形態２によれば、室内３５の空気調整よりも水冷インタークーラー２２の冷却を優先した制御を行うことが可能となり、水冷インタークーラー２２の冷却水２３の温度上昇を確実に抑えることができる。なお、実施の形態２にかかる吸気温度制御装置の処理は、図４と同様に行うことができる。
【００８０】
なお、上述の各実施形態では、冷却タンク５０内にラジエター３０及びラジエター３６を配置し、冷却タンク５０内を冷却水５２で満たすことで熱交換器を構成したが、熱交換の方法はこれに限定されるものではない。例えば、配管２４、ラジエター３０に直接冷媒を導入して熱交換を行っても良いし、配管２４、ラジエター３０の周辺に冷媒を循環させて熱交換を行ってもよい。
【００８１】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００８２】
第１の発明によれば、吸気冷却手段と空気調整手段との間で熱交換を行うようにしたため、空気調整手段により吸気冷却手段を冷却することが可能となる。これにより、過給手段による吸気圧縮で吸気温度が上昇した場合であっても、吸気冷却手段によって確実に吸気温度を低下させることができる。
【００８３】
第２の発明によれば、吸気冷却手段の第１の冷却水と空気調整手段の冷媒との間で熱交換を行うようにしたため、空気調整手段の冷媒によって吸気冷却手段の第１の冷却水を冷却することができる。
【００８４】
第３の発明によれば、吸気冷却手段の第１の冷却水が通る第１のラジエターと空気調整手段の冷媒が通る第２のラジエターとを冷却タンク内に配置して、冷却タンク内に第２の冷却水を満たすようにしたため、第１のラジエターと第２のラジエターとの間で確実に熱交換を行うことができる。
【００８５】
第４の発明によれば、切換スイッチがオンの場合は冷媒を車両室内及び第２のラジエターの双方へ流すことで室内の空気調整と吸気冷却を同時に行うことができ、また、切換スイッチがオフの場合は第２のラジエターに直接冷媒を送ることで吸気冷却効率を高めることができる。
【００８６】
第５の発明によれば、外気温に基づいて過給状態走行が行われる度合いを判別でき、外気温センサの検出値に基づいて流量制御弁による第２のラジエターへの冷媒の流量の調整することで、過給状態走行が行われる度合いに応じて吸気温度を制御することが可能となる。
【００８７】
第６の発明によれば、外気温センサの検出値が所定値よりも低い場合は、第２のラジエターへの冷媒の流量を減少させるようにしたため、過給状態走行が行われる可能性の低い低温時には冷媒による吸気冷却手段の冷却を待機状態にしておくことができる。
【００８８】
第７の発明によれば、外気温センサ又は水温センサの検出値に基づいて流量制御弁による冷媒の流量の調整を行うようにしたため、過給状態走行が行われる度合い、または冷却タンク内の水温に応じて吸気温度を制御することが可能となる。
【００８９】
第８の発明によれば、水温センサの検出値が所定の水温よりも低い場合は、第２のラジエターへの冷媒の流量を減少させるようにしたため、冷媒による吸気冷却手段の冷却を待機状態にしておくことができる。
【００９０】
第９の発明によれば、外気温センサの検出値が所定の外気温よりも低く、且つ、水温センサの検出値が所定の水温よりも低い場合は、第２のラジエターへの冷媒の流れを停止させるため、吸入空気、吸気通路が過冷却されることを抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の吸気温度制御装置及びその周辺の構造を説明するための模式図である。
【図２】外気温、冷却水タンクの水温、Ａ／Ｃスイッチの各状態を示す模式図である。
【図３】実施の形態１において、外気温、冷却水タンクの水温、Ａ／Ｃスイッチの各状態に応じて、コンプレッサ、切換弁、流量調整弁を制御する方法を示す模式図である。
【図４】実施の形態１にかかる吸気温度制御装置による処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の吸気温度制御装置及びその周辺の構造を説明するための模式図である。
【図６】実施の形態２において、外気温、冷却水タンクの水温、Ａ／Ｃスイッチの各状態に応じて、コンプレッサ、切換弁、流量調整弁を制御する方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１０  内燃機関
２０  過給機
２２  水冷インタークーラー
２３，５２  冷却水
３０，３６  ラジエター
３２  コンプレッサ
３４  エバポレータ
３５  室内
３８  配管
４０，４４  バイパス管
４２  切換弁
４６  流量制御弁
５０  冷却タンク
５４  水温センサ
５６  外気温センサ
５８  Ａ／Ｃスイッチ
６０  ＥＣＵ
【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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