(57)【要約】【課題】コンパクトな構成で吸気の冷却を充分に行わせ、エンジンの出力を向上させる。【解決手段】エンジン１の吸気通路２に、ペルチェ素子を備えた冷却ユニット７を設け、この冷却ユニット７に電力を供給して、吸気通路２内を通過する吸気を冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電能の異なる複数の金属を接合させて構成された熱電変換素子を備え、エンジンの吸気通路に設けられて、前記熱電変換素子により吸気を冷却する電子冷却手段と、
前記電子冷却手段に電力を供給する電力供給手段と、を含んで構成されるエンジンの吸気装置。
【請求項２】
前記吸気通路に過給機のコンプレッサを備え、
前記電子冷却素子は、前記コンプレッサの下流に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気装置。
【請求項３】
前記コンプレッサの下流にインタークーラが設けられたことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの吸気装置。
【請求項４】
前記エンジンの吸気温度を検出する吸気温度検出手段と、
前記吸気温度検出装置により検出された吸気温度に基づいて、前記電力供給手段により供給される電力を制御する制御手段と、を更に含んで構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの吸気装置。
【請求項５】
前記エンジンの冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段と、
前記冷却水温度検出手段により検出された冷却水温度に基づいて、前記電力供給手段による電力の供給を許容または禁止する供給許可判定手段と、を更に含んで構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの吸気装置。
【請求項６】
前記熱電変換素子は、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のエンジンの吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの吸気装置に関し、特に、吸気を冷却して、エンジンの高出力化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの出力を向上させるために、エンジンに過給機を備えることは公知であり、更に、過給機を備えたエンジンとして、インタークーラを備えたものがある。（特許文献１）このものにおいては、インタークーラは、過給機のコンプレッサとエンジン本体との間の吸気通路に介装されており、コンプレッサによって加圧されて高温となった吸気がインタークーラによって冷却されることにより、吸気の充填効率が向上し、エンジンの高出力化が図られる。
【特許文献１】特公昭６０−２５６０５号公報（第２頁左欄第８行〜１３行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このようなエンジンを車載エンジンとして適用する場合を想定すると、車上における設置スペース、重量等の理由からインタークーラの容量が制約され、吸気を充分に冷却できない場合がある。吸気の冷却が不十分であると、吸気の充填効率が低下してエンジンの出力が期待するほど向上しない。充填効率向上の要請は、過給機を備えたエンジン固有のものではなく、高出力が期待されるエンジン一般に通ずる問題である。
【０００４】
そこで、本発明は、コンパクトな構成で吸気の冷却を充分に行わせ、エンジンの出力を向上させるエンジンの吸気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、請求項１記載の発明は、熱電能の異なる複数の金属を接合させて構成された熱電変換素子を備え、エンジンの吸気通路に設けられて、熱電変換素子により吸気を冷却する電子冷却手段と、電子冷却手段に電力を供給する電力供給手段と、を含んでエンジンの吸気装置を構成する。
請求項２記載の発明は、吸気通路に過給機のコンプレッサを備え、電子冷却素子は、コンプレッサの下流に設けられたことを特徴とする。
【０００６】
請求項３記載の発明は、コンプレッサの下流にインタークーラが設けられたことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、エンジンの吸気温度を検出する吸気温度検出手段と、吸気温度検出装置により検出された吸気温度に基づいて、電力供給手段により供給される電力を制御する制御手段と、を更に含んで構成されることを特徴とする。
【０００７】
請求項５記載の発明は、エンジンの冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段と、冷却水温度検出手段により検出された冷却水温度に基づいて、電力供給手段による電力の供給を許容または禁止する供給許可判定手段と、を更に含んで構成されることを特徴とする。
請求項６記載の発明では、熱電変換素子は、ペルチェ素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、電子冷却手段により吸気を冷却することで、コンパクトな構成により吸気を冷却し、吸気の充填効率、延いてはエンジンの出力を向上させることができる。
請求項２記載の発明によれば、電子冷却手段を過給機のコンプレッサの下流に設けたことで、コンプレッサにより加圧された吸気を冷却し、吸気の充填効率を充分に向上させることができる。
【０００９】
請求項３記載の発明によれば、コンプレッサの下流にインタークーラを設けたことで、インタークーラの大型化を回避しつつ、コンプレッサにより加圧された吸気を充分に冷却することができる。
請求項４記載の発明によれば、吸気温度検出手段を設け、電子冷却手段に供給する電力を制御手段により吸気温度に基づいて制御することで、所要の冷却効果を確実に達成することができる。
【００１０】
請求項５記載の発明によれば、冷却水温度検出手段を設け、電力供給手段による電力の供給をエンジンの冷却水温度に基づいて許容または禁止することで、吸気の過度の冷却による失火を回避することができる。
請求項６記載の発明によれば、ペルチェ素子により電子冷却手段を簡易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジンの吸排気系の構成図である。
図１に示すように、車両に搭載されたエンジン１の吸気通路２には、上流側より順番に、外気から塵埃等の異物を取り除くエアクリーナ３、ターボチャージャ４を構成するコンプレッサ５、吸気を冷却するインタークーラ６及び冷却ユニット７が夫々介装されている。一方、エンジン１の排気通路８には、ターボチャージャ４を構成するタービン９が介装されている。また、エンジン１の吸気マニフォールド１０には、吸気温度Ｔｉを検出する吸気温度センサ１１が備えられている。
【００１２】
冷却ユニット７は、コントロールユニット１２により作動制御される。コントロールユニット１２は、エンジン１のエンジンコントロールユニット１３を介して、吸気温度センサ１１から吸気温度Ｔｉを、冷却水温度センサ１４から冷却水温度Ｔｗを、外気温度センサ１５から外気温度Ｔａを入力する。なお、吸気温度センサ１１は本実施形態に係る吸気温度検出手段に、冷却水温度センサ１４は冷却水温度検出手段に該当する。
【００１３】
図２は、冷却ユニットの構造図である。
図２に示すように、冷却ユニット７は、絶縁性を有するとともに熱伝導性に優れた２枚の板材２０、２１の間に、複数のペルチェ素子２２を挟んで形成されている。ペルチェ素子２２は、電気的に直列に接続されるとともに、２枚の板材２０、２１の間に並べて配置されている。板材２０は、排気通路２としての排気管に接して固定される一方、板材２１は外気に接している。
【００１４】
図３はペルチェ素子の構造図である。
図３に示すように、ペルチェ素子２２は、Ｎ型半導体２３とＰ型半導体２４とを金属製の電極で挟んで構成されている。Ｎ型半導体２３の一端には第１の電極２５が接続されるとともに、Ｐ型半導体の一端には第２の電極２６が接続されている。Ｎ型半導体２３の他端とＰ型半導体２４の他端とは第３の電極２７により接続されている。第１の電極２５及び第２の電極２６は板材２１に接合し、第３の電極２７は板材２０に接合している。ペルチェ素子２２は、第１の電極２５から第２の電極２６に電流が流れることにより、第１の電極２５及び第２の電極２６が発熱する一方、第３の電極２７が冷却される。したがって、冷却ユニット７は、電流が供給されることによって、板材２０が冷却されて吸熱面になるとともに、板材２１が加熱されて放熱面になる。
【００１５】
図４は、冷却ユニット７の駆動回路図である。
冷却ユニット７は、バッテリ３０に電源ライン３１を介して接続されており、第１の電極２５がバッテリ３０のプラス極に、第２の電極２６がバッテリ３０のマイナス極に接続されている。電源ライン３１には、可変抵抗３２が介装されており、この可変抵抗３２は、コントロールユニット１２からの信号に基づいて、その抵抗値がＲ１とＲ１より高い値であるＲ２との２段階に切り換わる。また、可変抵抗３２は、電源ライン３１を遮断するスイッチ機能を有しており、コントロールユニット１２からの信号に基づいて、電源ライン３１を接続または遮断する。なお、冷却ユニット７が本実施形態に係る電子冷却手段に、ペルチェ素子２２が熱電変換素子に該当する。また、バッテリ３０及び電源ライン３１が電力供給手段に、可変抵抗３２及びコントロールユニット１２が制御手段及び供給許可判定手段に該当する。
【００１６】
図５は、コントロールユニット１２における制御手順を示すフローチャートである。エンジン１のキースイッチがオンになることによって、コントロールユニット１２が起動し、本制御を開始する。なお、本制御は、キースイッチがオンである状態で、所定時間毎に繰り返し行われる。
始めにステップ１（図ではＳ１と表記する、以下同様）では、冷却水温度センサ１４により検出した冷却水温度Ｔｗを、エンジンコントロールユニット１３を介して入力する。
【００１７】
ステップ２では、ステップ１において入力した冷却水温度Ｔｗが設定水温Ｔ１以上であるか否かを判定する。設定水温Ｔ１以上であるときは、ステップ３に進む。設定水温Ｔ１未満であるときは、ステップ１０に進む。なお、設定水温Ｔ１を設定するのは、冷却水温度Ｔｗが低下した冷機状態で吸入空気を冷却した場合に、エンジン１に失火が発生する虞があるからである。
【００１８】
ステップ３では、外気温度センサ１５により検出した外気温度Ｔａを、エンジンコントロールユニット１３を介して入力する。
ステップ４では、ステップ３において入力した外気温度Ｔａが設定外気温度Ｔ２以上であるか否かを判定する。設定外気温度Ｔ２以上であるときは、ステップ５に進む。設定外気温度Ｔ２未満であるときは、ステップ１０に進む。なお、設定外気温度Ｔ２を設定するのは、外気温度が低い環境下では、ペルチェ素子２２によって逆に吸気が加熱される虞があるからである。
【００１９】
ステップ５では、吸気温度センサ１１において検出した吸気温度Ｔｉを、エンジンコントロールユニット１３を介して入力する。
ステップ６では、ステップ５において入力した吸気温度Ｔｉが設定吸気温度Ｔ３以上であるか否かを判定する。設定吸気温度Ｔ３以上であるときは、ステップ７に進む。設定吸気温度Ｔ３未満であるときは、ステップ１０に進む。なお、設定吸気温度Ｔ３は、エンジン１の出力が所望の範囲内に確保される上限の温度に設定すればよい。
【００２０】
ステップ７では、ステップ５において入力した吸気温度Ｔｉから設定吸気温度Ｔ３を減算し、その差が設定温度差Ｔ４以上であるか否かを判定する。設定温度差Ｔ４以上であるときは、ステップ８に進む。設定温度差Ｔ４未満であるときは、ステップ９に進む。
ステップ８では、可変抵抗３２の抵抗値がＲ１になるように、可変抵抗３２に制御信号を出力し、このルーチンを終了する。
【００２１】
ステップ９では、可変抵抗３２の抵抗値がＲ２になるように、可変抵抗３２に制御信号を出力し、このルーチンを終了する。
ステップ１０では、電源ライン３１が遮断されるように、可変抵抗３２に制御信号を出力し、このルーチンを終了する。
なお、コントロールユニット１２でのステップ５〜９の制御は、本発明の制御手段に該当する。また、ステップ１、ステップ２及びステップ１０の制御は、本発明の供給許可判定手段に該当する。
【００２２】
以上のような構成によると、吸気温度Ｔｉが設定吸気温度Ｔ３以上であるときには、バッテリ３０から冷却ユニット７に電力が供給され、冷却ユニット７によりエンジン１の吸気管を介して吸気が冷却される。これにより、吸気の充填効率が向上し、エンジン１の出力を向上させることができる。冷却ユニット７は、ペルチェ素子２２によって構成されているので、インタークーラ６及び冷却ユニット７を含む吸気の冷却システム全体をコンパクトかつ低重量に構成することができ、車両に搭載されたエンジンのように、設置スペースまたは重量に制限のある場合でも、この冷却システムによって、充分に冷却能力を発揮することができる。また、冷却ユニット７は、吸気温度に基づいてその冷却能力が２段階に切り換わるので、電力の消費を抑えつつ効率よく吸気を冷却することができる。また、エンジン１の冷却水温度が所定水温Ｔ１未満である場合には、冷却ユニット７への電力の供給が停止するので、吸気の過度の冷却による失火を回避することができる。
【００２３】
なお、本実施形態では、吸気温度Ｔｉに基づいて、冷却ユニット７の冷却能力が２段階に切り換わるが、２以上の段階または連続的に切り換えてもよい。これにより、電力の消費を更に抑えつつ効率よく吸気を冷却することができる。
また、本実施形態では過給機及びインタークーラを備えたエンジンに本発明を適用しているが、過給機及びインタークーラを備えていない自然吸気エンジンにも本発明を適用することができる。冷却ユニット７を吸気通路に設けることにより、例えば酷暑期において吸気温度が上昇しても、吸気の充填効率が向上しエンジンの出力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの給排気系の構成図
【図２】冷却ユニットの構造図
【図３】ペルチェ素子の構造図
【図４】冷却ユニットの駆動回路図
【図５】コントロールユニットにおける制御手順を示すフローチャート
【符号の説明】
【００２５】
１  エンジン
２  吸気通路
４  ターボチャージャ
５  コンプレッサ
６  インタークーラ
７  冷却ユニット
１１  吸気温度センサ
１２  コントロールユニット
１３  エンジンコントロールユニット
【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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