中冷器、冷卻系統及進氣控制系統的製作方法

2023-10-04 18:48:54 2

專利名稱：中冷器、冷卻系統及進氣控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用雙系統的製冷劑的中冷器、冷卻系統以及使用雙系統的製冷劑來控制內燃機的進氣溫度的進氣控制系統。
背景技術：
一般地，中冷器(charge air cooler, intercooler)用於具有增壓器的內燃機中。 當進氣被增壓器壓縮時，在該壓縮過程中進氣溫度上升。當進氣溫度過度上升時，內燃機的燃燒特性惡化，因此利用中冷器來降低進氣溫度。另外，只要沒有特別說明，本申請中的「增壓器」一詞是指包含渦輪增壓器等的廣義的增壓器(狹義的增壓器是指使用驅動源(內燃機)的驅動力進行增壓的機械增壓器(Super charger)。作為代表性的中冷器，存在有利用伴隨車輛的外部空氣的流動來進行冷卻的氣冷式中冷器、利用製冷劑(冷卻液、冷卻水)進行冷卻的水冷式中冷器。為了使結構簡單、成品率提高，公知有單獨製作構成冷卻水流路的換熱部、具有將換熱部插入殼體中的構造的水冷式中冷器。通過向殼體內流入進氣，冷卻水與進氣進行換熱。在水冷式中冷器中，利用與設有發動機冷卻用散熱器的發動機冷卻流路(高溫側冷卻流路)不同的、設有副散熱器的低溫側冷卻流路來冷卻進氣。向發動機供給的進氣的目標溫度為45°C左右，比較低。因此，在發動機冷卻流路中不能夠充分地冷卻進氣。因此， 利用低溫側冷卻流路來冷卻進氣。為了將進氣冷卻至45°C左右，在低溫側冷卻流路中流動的製冷劑需要在副散熱器中冷卻至40°C左右。為了利用副散熱器將製冷劑冷卻至40°C左右，必須使副散熱器大型化來提高冷卻能力。由於大型化的副散熱器的設置自由度受到限制，因此副散熱器配置在散熱器的前方是比較常見的(例如日本特表2006-522893號公報(專利文獻1)及日本特表 2007-514890號公報(專利文獻2))。當將大型化的副散熱器配置在散熱器的前方時，車輛前端的通氣阻力增加。為了改善前端的通氣阻力也可以使用電動機風扇，但是需要用於使電動機風扇轉動的能量。或者，當將電動機風扇設為大型時，對車載電池的負擔增加。

發明內容
本發明的目的在於提供一種抑制副散熱器大型化、能夠將進氣溫度冷卻到期望溫度的中冷器及冷卻系統。本發明的第1特徵是提供一種中冷器，其中，該中冷器具有第1換熱器，其用於冷卻第ι製冷劑；第2換熱器，其用於冷卻第2製冷劑，使第2製冷劑的溫度低於上述第1製冷劑；高溫側冷卻流路，其供被上述第1換熱器冷卻的上述第1製冷劑流通；低溫側冷卻流路，其供被上述第2換熱器冷卻的上述第2製冷劑流通；高溫側換熱器，其設置在上述高溫側冷卻流路上，且利用上述第1製冷劑來冷卻增壓後的進氣；低溫側換熱器，其設置在上述低溫側冷卻流路上，且利用上述第2製冷劑來冷卻在上述高溫側換熱器中被冷卻的進氣。
另外，本發明的第2特徵是提供一種冷卻系統，其中，該冷卻系統具有上述中冷器，在高溫側冷卻流路上設有第IEGR冷卻器，在低溫側冷卻流路上設有第2EGR冷卻器。採用上述第1及第2特徵，能夠抑制副散熱器大型化，能夠將進氣溫度冷卻到期望溫度。本發明的其他目的在於提供一種能夠響應性良好地將進氣溫度變為期望溫度的進氣控制系統。本發明的第3特徵是提供一種進氣控制系統，其中，該進氣控制系統具有上述第 1特徵的中冷器；旁路路徑，其在上述高溫側換熱器的下遊與上述低溫側換熱器並列地設置在進氣流路上，用於對上述低溫側換熱器構成旁路；溫度調整閥，其通過調整在上述低溫側換熱器中進行了換熱的進氣的流量與經由上述旁路路徑的進氣的流量來調整向內燃機供給的進氣的溫度。採用上述第3特徵，能夠響應性良好地將進氣溫度設為期望的溫度。


圖1是採用了本發明的中冷器的第1實施方式的冷卻系統(本發明的冷卻系統的第1實施方式)的框圖。圖2是本發明的中冷器的第1實施方式的示意性俯視圖。圖3是本發明的中冷器的第1實施方式的立體圖。圖4是本發明的中冷器的第1實施方式的換熱器的立體圖。圖5是本發明的中冷器的第1實施方式的分解立體圖。圖6是單系統冷卻系統中的進氣冷卻的說明圖。圖7是雙系統冷卻系統中的進氣冷卻的說明圖。圖8是表示EGR冷卻器的配置的概略圖。圖9是第1及第2EGR冷卻器的示意性剖面圖。圖10是採用了本發明的中冷器的冷卻系統的變形例的框圖。圖11是本發明的中冷器的變形例的局部框圖。圖12是本發明的進氣控制系統的實施方式的概略圖。圖13是用於本發明的進氣控制系統的實施方式的中冷器(本發明的中冷器的第 2實施方式)的分解立體圖。圖14(a)及圖14(b)是表示用於本發明的進氣控制系統的實施方式的溫度調整閥的動作的說明圖。圖15是表示進氣溫度與(軸轉矩/燃料)的關係的圖表。圖16是表示溫度調整閥的控制的流程圖。圖17(a)及圖17(b)是表示用於本發明的進氣控制系統的實施方式的換向閥的動作的說明圖。圖18是表示換向閥的換向點的圖表。圖19是表示換向閥的控制的流程圖。
具體實施方式
以下，參照附圖來說明本發明的實施方式。在附圖中，對於相同或等同的要素，標記相同的符號。但是，在附圖中，各個要素被示意性示出，其尺寸等與現實情況不同。因而， 具體的厚度、尺寸應該考慮以下的說明來進行判斷。如圖1所示，第1實施方式的中冷器100具有設置在高溫側冷卻流路1上的高溫側換熱器20a和設置在低溫側冷卻流路2上的低溫側換熱器20b。高溫側換熱器20a設置在供被第1換熱器(散熱器)130冷卻的第1製冷劑流通的高溫側冷卻流路1上。高溫側換熱器20a用第1製冷劑(第1冷卻水)來冷卻增壓後的進氣。低溫側換熱器20b設置在供被第2換熱器(副散熱器)110冷卻為溫度低於第1製冷劑的第2製冷劑流通的低溫側冷卻流路2上。低溫側換熱器20b用第2製冷劑(第2冷卻水)來冷卻在高溫側換熱器20a 中被冷卻的進氣。如圖2及圖3所示，殼體10具有用於導入被渦輪增壓器(增壓器)壓縮的進氣的導入管12和用於冷卻並排出進氣的排出管14。殼體10在其內部具有被增壓的進氣的流路。殼體10由耐熱性樹脂形成。如圖2所示，在殼體10的內部的上述流路中，在上遊配置有高溫側換熱器20a，在下遊配置有低溫側換熱器20b。如圖4所示，高溫側換熱器20a及低溫側換熱器20b具有芯40、加強板^aJ6b、 入口管22a、22b、出口管Ma、Mb。芯40由供第1製冷劑或第2製冷劑流通的扁平管和散熱片交替層疊而構成。加強板26a、26b作為加強材料發揮作用，設置在芯40的外側。入口管22a、2^分別設置在入口箱觀8、2汕上。從入口管22a、2^導入的第1製冷劑或第2製冷劑流入扁平管。出口管Ma、24b分別設置在出口箱^a、29b上。從扁平管流出的第1製冷劑或第2製冷劑經由出口箱^a、29b從出口管Ma、24b導出。說明中冷器100的組裝方法。首先，預組裝高溫側換熱器20a及低溫側換熱器20b 的芯40等構成構件並用夾具進行束縛。在該狀態下一體進行釺焊來組裝高溫側換熱器20a 與低溫側換熱器20b。如圖5所示，所組裝的高溫側換熱器20a及低溫側換熱器20b插入殼體10內，被螺釘70固定在殼體10內。在殼體10與高溫側換熱器20a及低溫側換熱器 20b的配合部處夾入有墊圈50，確保了密封性。採用了上述中冷器100的增壓發動機的冷卻系統設置在車輛的發動機隔間內的前方。如圖1所示，冷卻系統具有第1換熱器130、第2換熱器110及第3換熱器120。在第1換熱器130中，在設有發動機140及高溫側換熱器20a的高溫側冷卻流路1中循環的第1製冷劑被大氣冷卻。在第2換熱器110中，在設有低溫側換熱器20b的低溫側冷卻流路2中循環的第2製冷劑被大氣冷卻。第3換熱器120作為車輛空調用冷凝器發揮左右。高溫側冷卻流路1是經由第1換熱器130、泵131、暖風芯(heater core) 132、恆溫器133及發動機140的流路。泵131給予第1製冷劑能量以使第1製冷劑流動。在暖風芯132中，第1製冷劑的熱量散熱。恆溫器133為了將第1製冷劑維持為適當的溫度而切換為是否向第1換熱器130內流入第1製冷劑。發動機140與第1製冷劑進行換熱。恆溫器133配置在第1製冷劑從發動機140流出的流出部附近且位於第1製冷劑向第1換熱器 130內流入的流入部附近的位置。在高溫側冷卻流路1中，當第1製冷劑的溫度為規定溫度(例如80°C)以下時，恆溫器133不使第1製冷劑流入第1換熱器130而是使第1製冷劑的溫度上升(即，使發動機140的溫度上升)。另一方面，當第1製冷劑的溫度為規定溫度(例如80°C )以上時，恆溫器133使第1製冷劑流入第1換熱器130，使第1製冷劑的溫度降低(即，使發動機140 的溫度降低)。恆溫器133根據與第1製冷劑的目標溫度間的差值來改變第1製冷劑向第 1換熱器130流入的量，從而進行將第1製冷劑的溫度維持為恆定的控制。高溫側冷卻流路1通過將向發動機140供給的第1製冷劑的溫度維持為恆定，能夠將發動機140的溫度維持為恆定。在高溫側冷卻流路1中，被維持為規定溫度的第1製冷劑在通過了泵131之後，在發動機140中進行換熱。接著，第1製冷劑在暖風芯132中散熱之後，從入口管2 流入高溫側換熱器20a的入口箱^a內。流入入口箱^a內的第1製冷劑流入各個扁平管(參照圖2 圖4)。通過了扁平管的第1製冷劑，通過出口箱29a從出口管2 流出，再次流入發動機140。這樣，第1製冷劑重複在高溫側冷卻流路1中的循環。在低溫側冷卻流路2中，向低溫側換熱器20b供給的第2製冷劑被第2換熱器110 冷卻。在第2換熱器110中，第2製冷劑被冷卻為使得進氣能夠冷卻至目標溫度(45°C左右)的溫度(40°C左右)。在低溫側冷卻流路2中，在第2換熱器110中被冷卻的第2製冷劑在通過了泵112 之後，從入口管22b流入低溫側換熱器20b的入口箱^b內。流入入口箱^b內的第2製冷劑流入各個扁平管(參照圖2 圖4)。通過了扁平管的第2製冷劑經由出口箱29b從出口管24b流出，再次流入第2換熱器110。這樣，第2製冷劑重複在低溫側冷卻流路2中的循環。中冷器100與用於壓縮進氣的渦輪增壓器(增壓器)150和發動機140相連接。中冷器100用於冷卻在渦輪增壓器150中被壓縮的進氣，將所冷卻的進氣供給到發動機140。被渦輪增壓器150壓縮而成為高溫的進氣從導入管12被導入到中冷器100的殼體10內，通過高溫側換熱器20a的芯40 (參照圖2 圖4)。此時，進氣的熱量經由散熱片及扁平管向第1製冷劑傳遞，進氣溫度降低。具體來說，約160°C的進氣通過高溫側換熱器 20a，從而冷卻為約105°C。接著，通過高溫側換熱器20a而被冷卻的進氣通過與高溫側換熱器20a相鄰設置的低溫側換熱器20b的芯40 (參照圖2 圖4)。此時，進氣的熱量經由散熱片和扁平管向第 2製冷劑傳遞，進氣溫度進一步降低。具體來說，約105°C的進氣通過低溫側換熱器20b，從而冷卻為約45°C。被低溫側換熱器20b冷卻的進氣從排出管14排出並供給到發動機140。以下，參照圖6及圖7來說明以往的單系統冷卻系統與第1實施方式的雙系統冷卻系統的熱量比較例。在單系統冷卻系統中，僅靠中冷器(CAC)的副散熱器(副RAD)這一個系統來冷卻進氣。在雙系統冷卻系統中，在中冷器100中，利用散熱器(RAD) 130及副 RADllO這兩個系統來冷卻進氣。在圖6中，示出了在單系統冷卻系統中將向中冷器供給的 150°C的進氣冷卻到45°C所需的熱量(散熱量)以及副RAD的所需性能。在圖7中，示出了在雙系統冷卻系統中將向中冷器100供給的150°C的進氣冷卻到45°C所需的熱量(散熱量)以及RAD與副RAD的所需性能。如圖6所示，在單系統冷卻系統中，將以380g/h向中冷器供給的150°C的進氣冷卻到45°C所需的熱量為7858kcal/h。另外，所使用的冷卻水(製冷劑)的比熱是0. 243kcal/ g°C。而且，當熱量為7858kcal/h時，使用25°C的大氣將RAD的冷卻水的出口溫度設為45°C 所需的副RAD的所需性能是393kcal/h°C。
另一方面，如圖7的上層所示，在雙系統冷卻系統中，利用RAD130的冷卻系統將以 380g/h向中冷器100供給的150°C的進氣冷卻到80°C所需的熱量為5240kcal/h。而且，當熱量為5240kcal/h時，使用通過了第3換熱器120後的35°C的大氣將RAD130的冷卻水的出口溫度設為80°C所需的RAD的所需性能是116kcal/VC。接著，如圖7的下層所示，利用副RADllO的冷卻系統將以380g/h向中冷器100供給的在RAD130中被冷卻的80°C的進氣冷卻到45°C所需的熱量為^20kcal/h。而且，當熱量為^20kcal/h時，使用25°C的大氣將副RADllO的冷卻水的出口溫度設為45°C所需的副 RAD的所需性能是131kCal/h°C。即，如圖7所示，在雙系統冷卻系統中，RAD及副RAD的所需性能合計為161+131 = 247kcal/h°C。雙系統冷卻系統的合計所需性能為單系統冷卻系統的所需性能的約40%左右。即，能夠將雙系統冷卻系統的副RADl 10及RAD130的合計尺寸縮小大約近40%。而且， 第1製冷劑在從中冷器100返回到發動機140之後以大流量在RAD130內流動。S卩，RAD130 與副RADllO相比，性能比面積較高，因此實際上能夠將尺寸縮小40%以上。採用第1實施方式的中冷器100及冷卻系統，首先，採用在利用第1換熱器130對向中冷器100供給的進氣進行冷卻之後利用第2換熱器110進一步冷卻進氣的、雙系統冷卻系統。因此，即使第2換熱器110的散熱份額較少，也能夠將進氣溫度冷卻到期望溫度。 而且，由於第2換熱器110的散熱份額減少，因此能夠使第2換熱器110小型化。另外，由於能夠使第2換熱器110小型化，因此車載設置位置的自由度擴大。因而， 第2換熱器110並不限定於第1換熱器130的前方這樣的以往的設置位置，能夠配置在除第1換熱器130的前方以外的設置位置。如果將第2換熱器110配置在除第1換熱器130 的前方以外的設置位置，則能夠抑制車輛前端的通氣阻力增加。另外，由於能夠抑制車輛前端的通氣阻力增加，因此用於改善通氣阻力的電動機風扇並不是必須的。因而，能夠減少電動鼓風機的動能，能夠降低車載電池的負擔。而且，如圖8所示，在上述冷卻系統中，在高溫側冷卻流路1上設有第 IEGR (Exhaust Gas Recirculation 排氣再循環)冷卻器80a，在低溫側冷卻流路2上設有第2EGR冷卻器80b。另外，在圖1中未圖示第IEGR冷卻器80a及第2EGR冷卻器80b。EGR對降低排氣中的NOx排出量是極其有效的，多安裝在柴油車上。EGR冷卻器是對利用EGR回流的排氣進行冷卻的冷卻器。第IEGR冷卻器80a及第2EGR冷卻器80b具有排氣通路與冷卻水通路，在排氣與冷卻水之間進行換熱。通過使冷卻的排氣向發動機的進氣側回流，最高燃燒溫度降低，NOx排出量減少。第IEGR冷卻器80a在高溫側冷卻流路1上與高溫側換熱器20a並列設置。在第 IEGR冷卻器80a中供給有用於冷卻發動機140的第1製冷劑。因而，向第IEGR冷卻器80a 的製冷劑入口 81a供給的第1製冷劑的溫度與向高溫側換熱器20a的入口管2 供給的第 1製冷劑的溫度相同(例如IOO0C )。即，第IEGR冷卻器80a在利用第1製冷劑將導入的排氣冷卻之後將排氣排出。第2EGR冷卻器80b在低溫側冷卻流路2上與低溫側換熱器20b串聯設置。第2EGR 冷卻器80b設置在低溫側換熱器20b的下遊。在第2EGR冷卻器80b中供給有從低溫側換熱器20b排出的第2製冷劑。因而，向第2EGR冷卻器80b的製冷劑入口 81b供給的第2製冷劑的溫度與從低溫側換熱器20b的出口管24b排出的第2製冷劑的溫度相同(例如43°C )。即，第2EGR冷卻器80b在利用第2製冷劑將導入的排氣冷卻之後將排氣排出。第IEGR冷卻器80a利用在高溫側冷卻流路1中循環的第1製冷劑來冷卻排氣，第 2EGR冷卻器80b利用在低溫側冷卻流路2中循環的第2製冷劑來冷卻排氣。由於回流的排氣被雙系統冷卻，因此第IEGR冷卻器80a及第2EGR冷卻器80b的各個散熱份額較少，能夠將排氣溫度冷卻到期望溫度。另外，如上所述，第IEGR冷卻器80a設置在高溫側冷卻流路1上，第2EGR冷卻器 80b設置在低溫側冷卻流路2上，但如圖9所示，第IEGR冷卻器80a及第2EGR冷卻器80b 成形為一體。如圖9所示，第IEGR冷卻器80a及第2EGR冷卻器80b被連結部90連結在一起。 在第IEGR冷卻器80a的端部，設有成為排氣的入口的氣體入口 92。在第2EGR冷卻器80b 的端部，設有成為排氣的出口的氣體出口 93。在第IEGR冷卻器80a的外殼殼體8 上，設有作為第1製冷劑的入口的製冷劑入口 81a及作為第1製冷劑的出口的製冷劑出口 82a。製冷劑入口 81a及製冷劑出口 8 可以與外殼殼體8 —體形成，也可以製作為獨立的個體並通過焊接等安裝在外殼殼體8 上。在外殼殼體8 內，排列有作為排氣的流路的多個排氣管85a。各個排氣管8 的兩端通過釺焊、焊接等固定在設於端板86a的插入孔上。第1製冷劑經由軟管等配管從製冷劑入口 81a導入到第IEGR冷卻器80a內，儲存在形成於排氣管85a的周圍的製冷劑儲存部87a內。第1製冷劑在製冷劑儲存部87a內成為渦流並在排氣管85a的周圍流動。第1製冷劑在製冷劑儲存部87a內自各個方向流動， 即使配置許多個排氣管8 也不會產生不流暢或停滯。將排氣冷卻後的第1製冷劑從與製冷劑出口 8 相連接的配管排出。在第2EGR冷卻器80b的外殼殼體84b上，設有作為第2製冷劑的入口的製冷劑入口 81b及作為第2製冷劑的出口的製冷劑出口 82b。製冷劑入口 81b及製冷劑出口 82b可以與外殼殼體84b —體形成，也可以製作為獨立的個體並通過焊接等安裝在外殼殼體84b 上。在外殼殼體84b內，排列有作為排氣的流路的多個排氣管85b。各個排氣管8 的兩端通過釺焊、焊接等固定在設於端板86b的插入孔內。第2製冷劑經由軟管等配管從製冷劑入口 81b導入到第2EGR冷卻器80b內，儲存在形成於排氣管85b的周圍的製冷劑儲存部87b內。第2製冷劑在製冷劑儲存部87b內成為渦流並在排氣管85b的周圍流動。第2製冷劑在製冷劑儲存部87b內自各個方向流動， 即使配置許多個排氣管8 也不會產生不流暢或停滯。將排氣冷卻後的第2製冷劑從與製冷劑出口 82b相連接的配管排出。以下，說明圖9所示的由第IEGR冷卻器80a及第2EGR冷卻器80b進行的排氣的冷卻過程的一個例子。從氣體入口 92流入的300°C左右的高溫排氣在通過多個排氣管8 的期間被冷卻之後到達連結部90。在排氣管85a的周圍，100°C左右的第1製冷劑面向排氣的流向地流動，因此，高溫排氣在排氣管85a內流動的同時被逐漸冷卻。到達了連結部90的排氣被冷卻到102 °C左右。到達了連結部90的排氣在通過多個排氣管85b的期間被冷卻之後到達氣體出口 93。在排氣管85b的周圍，40°C左右的第2製冷劑面向排氣的流向地流動，因此，從第IEGR
9冷卻器80a排出的排氣在排氣管85a內流動的同時被逐漸冷卻。到達了氣體出口 93的排氣被冷卻到42°C左右。在第IEGR冷卻器80a及第2EGR冷卻器80b中被冷卻的排氣從氣體出口 93排出， 經由用於控制流量的EGR閥(未圖示)在發動機的進氣通路內再次循環。另外，上述實施方式的冷卻系統中所示的高溫側冷卻流路1 (第1製冷劑的流路)， 只不過是例示了路徑上的構成構件的一個配置。高溫側冷卻流路1也能夠變更為其他配置的另一方式的路徑。如圖1所示，在上述實施方式的高溫側冷卻流路1中，在第1換熱器 130中被冷卻的第1製冷劑在發動機140中進行換熱，在暖風芯132中散熱之後，供給到高溫側換熱器20a。與此相對，圖10中示出了冷卻系統(高溫側冷卻流路1)的變形例。如圖10所示， 在高溫側冷卻流路1中，將在第1換熱器130中被冷卻的第1製冷劑供給到高溫側換熱器 20a，在發動機140中進行換熱之後，在暖風芯132中散熱。即使是該變形例，也能夠獲得與上述實施方式的冷卻系統相同的效果。另外，如果是該變形例，則當發動機140的溫度為低溫時，易於使發動機140的溫度上升。而且，如果是該變形例，則能夠向高溫側換熱器20a 供給溫度比上述實施方式的冷卻系統低溫的第1製冷劑。另外，如圖11所示，也可以在上述實施方式的中冷器100的第2換熱器(副散熱器)110的出口箱1 IOb上配置用於對車輛空調用的製冷劑進行冷卻的冷凝器160。如果這樣進行配置，則在冷凝器160中流動的空調用製冷劑被第2製冷劑冷卻。通過用第2製冷劑來冷卻在冷凝器160中流動的空調用製冷劑，在怠速時等能夠輔助第3換熱器(冷凝器)120。 其結果，空調效率提高，因此能夠使第3換熱器120小型化。如上述實施方式所示，除了由雙系統冷卻系統帶來的第2換熱器110的小型化以外，也能夠實現第3換熱器120的小型化， 因此能夠更容易地將第2換熱器110配置在除第1換熱器130的前方以外的設置位置。其結果，能夠進一步抑制車輛前端的通氣阻力增加。另外，冷凝器160設置在第2換熱器(副散熱器)110的出口箱IlOb內，但是也可以設置在入口箱IlOa內。另外，在上述實施方式中，在第1換熱器130中被冷卻的第1製冷劑及在第2換熱器110中被冷卻的第2製冷劑只要在不成為較高的溫度的範圍內，就能夠冷卻其他發熱體。接著，說明進氣控制系統。在內燃機中，有時由於進氣溫度的變化而產生有20% 30%的燃油消耗率惡化。因此為了改善燃油消耗率就要求將進氣溫度恆定地維持在適當的溫度。在由增壓器壓縮進氣時或夏季等大氣溫度高的時候，進氣溫度增高，因此為了維持適當的進氣溫度，必須對進氣進行冷卻。另一方面，在穩定駕駛時或冬季等大氣溫度低的時候，進氣溫度降低，因此為了維持適當的進氣溫度，必須對進氣進行加熱。因此，提出了用於維持適當的進氣溫度的供氣溫度控制方法(例如日本特開 2003-262131號公報(專利文獻幻)。在該控制方法中，檢測進氣通路中的進氣溫度和在中冷器中流動的製冷劑(冷卻水)的溫度。根據進氣溫度的檢測值，調整在中冷器中流動的製冷劑的量，從而將進氣溫度控制在規定溫度。另外，根據製冷劑溫度的檢測值，調整在用於對中冷器的製冷劑進行冷卻的冷卻裝置中流動的製冷劑的量，從而將製冷劑溫度控制在規定溫度。但是，當對製冷劑溫度進行控制並維持最佳的進氣溫度時，首先必須將製冷劑溫度控制在規定的溫度，響應性較差。以下所述的進氣控制系統的目的在於響應性良好地使進氣溫度成為期望的溫度。對於與上述實施方式相同或等同的構成要素，標記相同的符號並省略其詳細說明。如圖12所示，本實施方式的進氣控制系統具有高溫側換熱器20a、低溫側換熱器20b、 旁路(by-pass)路徑44、溫度調整閥32。在高溫側換熱器20a中，藉助第1換熱器(散熱器)130進行換熱後的第1製冷劑與進氣進行換熱。低溫側換熱器20b在進氣流路中配置在高溫側換熱器20a的下遊。在低溫側換熱器20b中，藉助第2換熱器(副散熱器)110換熱為溫度比第1製冷劑低的第2製冷劑與在高溫側換熱器20a中進行了換熱後的進氣進行換熱。旁路路徑44與低溫側換熱器20b並列設置在高溫側換熱器20a的下遊。在高溫側換熱器20a中進行了換熱的進氣通過旁路路徑44，從而繞過低溫側換熱器20b。溫度調整閥32通過調整在低溫側換熱器20b中進行了換熱的進氣的流量與經由旁路路徑44的進氣的流量，來調整向發動機140供給的進氣的溫度。另外，高溫側換熱器20a、低溫側換熱器 20b及溫度調整閥32容納在後述的中冷器100X(第2實施方式)的殼體10內。進氣控制系統還具有渦輪增壓器(增壓器)150和換向閥30。渦輪增壓器150壓縮並供給進氣。換向閥30配置在進氣流路上的高溫側換熱器20a的上遊。換向閥30向高溫側換熱器20a供給在渦輪增壓器150中被壓縮的壓縮進氣與未經由渦輪增壓器150的自然進氣中的任意一者。另外，作為由於換向閥30的控制而未經由渦輪增壓器150的自然進氣的流路，設有渦輪旁路路徑42。如圖12所示，高溫側換熱器20a、低溫側換熱器20b及溫度調整閥32容納在殼體 10內。如圖13所示，殼體10具有導入被渦輪增壓器150壓縮的壓縮進氣或未經由渦輪增壓器150的自然進氣的導入管12和冷卻並排出進氣的排出管14。殼體10在其內部具有進氣的流路。殼體10由耐熱性樹脂等形成。如圖13所示，高溫側換熱器20a及低溫側換熱器20b具有芯40、入口管22a、22b、 出口管Ma、Mb。芯40由供第1製冷劑或第2製冷劑流通的扁平管和散熱片交替層疊而構成。入口管2 設置在入口箱28a上。從入口管2 導入的第1製冷劑流入扁平管。出口管2 設置在出口箱29a上。從扁平管流出的第1製冷劑經由出口箱29a從出口管2 導出。入口管2 及出口管24b設置在出入口箱29a上。從入口管2 導入的第2製冷劑流入一部分扁平管，到達另一端的折回箱^b。到達了折回箱29b的第2製冷劑流入剩餘的扁平管，流出至出入口箱29a並從出口管24b導出。第1製冷劑從入口管2 流入入口箱^a內，進一步流入各個扁平管。第1製冷劑在通過扁平管內之後，通過出入口箱^a，從出口管2 流出。第1製冷劑是在發動機冷卻系統的散熱器(第1換熱器)130中被冷卻的冷卻水。第2製冷劑從入口管22b流入出入口箱^a內，流入一部分扁平管。第2製冷劑在通過扁平管內之後，在折回箱^b中折回，經由剩餘的扁平管並流入出入口箱^a，從出口管24b流出。第2製冷劑是在與發動機冷卻系統獨立的副散熱器(第2換熱器)110中被冷卻的製冷劑循環系統的冷卻水。如圖14的(a)及圖14的(b)所示，溫度調整閥32調整在低溫側換熱器20b進行了換熱的進氣的流量與經由旁路路徑44的進氣的流量，以成為最佳燃油消耗率的進氣目標溫度。
參照圖15所示的圖表來說明最佳燃油消耗率的進氣目標溫度的計算方法的一個例子。圖15所示的圖表表示進氣溫度與軸轉矩(發動機轉矩)比燃油消耗率的關係。進氣溫度與軸轉矩比燃油消耗率的關係，能夠通過進氣溫度與燃油消耗率(燃料消耗率)的關係及進氣溫度與軸轉矩的關係來獲得。即，表示伴隨著進氣溫度變化的與燃油消耗率對應的軸轉矩的變化。圖表的曲線的頂點是軸轉矩與燃油消耗率達到最佳的時候，此時的進氣溫度被計算為穩定駕駛時的進氣目標溫度。參照圖16所示的流程圖來說明溫度調整閥32的控制。首先，利用配置在進氣流路上的高溫側換熱器20a的上遊的傳感器33，來測量向高溫側換熱器20a供給的進氣溫度(A點的進氣溫度)(步驟Sll)。接著，比較A點的進氣溫度與進氣目標溫度(步驟S12)。在此，進氣目標溫度是指在穩定駕駛時根據上述圖14所示的圖表求出的溫度，在加速時儘可能為低溫。A點的進氣溫度與進氣目標溫度的比較結果，當A點的進氣溫度不到目標溫度時，控制轉入步驟S13。 另一方面，當A點的進氣溫度為目標溫度以上時，控制轉入步驟S15。例如，進氣目標溫度為40°C，當A點的進氣溫度為-20°C時，轉入步驟S13，當A點的進氣溫度為150°C時，轉入步驟S15。當轉入步驟S13時，溫度調整閥32關閉(圖14的(b))。當溫度調整閥32關閉時，經由低溫側換熱器20b的進氣被阻隔，只有經由旁路路徑44的進氣供給到發動機140。 在控制了溫度調整閥32之後，在高溫側換熱器20a中將進氣加熱至目標溫度(步驟S14)。 例如，當A點的進氣溫度為_20°C時，通過高溫側換熱器20a的約90°C的第1製冷劑與進氣的換熱，將進氣加熱至目標溫度40°C。另一方面，當轉入步驟S15時，溫度調整閥32打開(圖14的(a))。當溫度調整閥 32打開時，經由低溫側換熱器20b的進氣未被阻隔地供給到發動機140 (旁路路徑44被阻斷)。在控制了溫度調整閥32之後，在高溫側換熱器20a及低溫側換熱器20b中將進氣冷卻至目標溫度(步驟S16)。例如，當A點的進氣溫度為150°C時，通過高溫側換熱器20a的約90°C的第1製冷劑與進氣的換熱，將進氣冷卻至約90°C。進一步通過低溫側換熱器20b 的約40°C的第2製冷劑與進氣的換熱，將進氣冷卻至目標溫度40°C。在步驟S14或步驟S16之後，利用配置在進氣流路上的發動機140的上遊的傳感器34，來測量向發動機140供給的進氣溫度(B點的進氣溫度)(步驟S17)。接著，比較B點的進氣溫度與進氣目標溫度(步驟S18)。B點的進氣溫度與進氣目標溫度的比較結果，當B點的進氣溫度與目標溫度一致時，溫度調整閥32的控制結束。另一方面，當B點的進氣溫度與目標溫度不同時，控制溫度調整閥32 (步驟S19)。在步驟S19 中的溫度調整閥32的控制中，調整在低溫側換熱器20b中進行了換熱的進氣的流量與經由旁路路徑44的進氣的流量，從而控制溫度調整閥32而使向發動機140供給的進氣的溫度成為目標溫度。如圖17的(a)及圖17的(b)所示，換向閥30向高溫側換熱器20a供給在渦輪增壓器150中被壓縮的壓縮空氣與未經由渦輪增壓器150的自然進氣中的任意一者。即，換向閥30是用於將向發動機供給的進氣切換為壓縮進氣與自然進氣中的任意一者的閥門。參照圖18所示的圖表來說明壓縮進氣與自然進氣的換向點。如圖18所示，在剛踏下油門踏板後，出現了壓縮進氣的進氣壓力低於自然進氣的進氣壓力的現象。在被渦輪增壓器150增壓的發動機140的加速初期、渦輪增壓器150的渦輪未充分旋轉時或者進氣為負壓時產生該現象。而且，當在該狀態下繼續踏下油門踏板時，壓縮進氣的進氣壓力變得高於自然進氣的進氣壓力。壓縮進氣的進氣壓力與自然進氣的進氣壓力之間的大小關係轉換的時刻被設定為壓縮進氣與自然進氣的換向點。參照圖19所示的流程圖來說明換向閥30的控制。首先，利用配置在進氣流路上的發動機140的上遊的傳感器34，來測量向發動機 140供給的進氣壓力(B點的進氣壓力)(步驟S21)。接著，比較B點的進氣壓力與換向點的壓力(步驟S22)。B點的進氣壓力與換向點的壓力的比較結果，當B點的進氣壓力不到換向點的壓力時，控制轉入步驟S23。另一方面，當B點的進氣壓力為換向點的壓力以上時，控制轉入步驟S25。當轉入步驟S23時，換向閥30打開(圖17的(a))。在換向閥30打開後，利用渦輪旁路路徑42向發動機140供給自然進氣(步驟S24)。之後，換向閥30對自然進氣的控制結束。另一方面，當轉入步驟S25時，溫度調整閥32關閉(圖17的(b))。在換向閥30 關閉後，利用渦輪增壓器150向發動機140供給壓縮進氣(步驟S26)。之後，換向閥30對壓縮進氣的控制結束。採用本實施方式的進氣控制系統，在加速時的換向點以前，換向閥30打開而成為自然進氣。此時，溫度調整閥32打開，進氣在高溫側換熱器20a及低溫側換熱器20b中被冷卻，因此加速初期的響應獲得改善。另一方面，在換向點以後，換向閥30關閉而成為壓縮進氣，因此發動機140內的進氣填充效率提高。而且，由於通過溫度調整閥32的控制來調整在低溫側換熱器20b中進行了換熱的進氣的流量與經由旁路路徑44的進氣的流量，因此向發動機140供給的進氣的溫度響應性良好地成為目標溫度，燃油消耗率獲得改善。在上述實施方式中，第2換熱器20b是進行在副散熱器110中流動的第2製冷劑的換熱的換熱器。但是，第2換熱器20b也可以是空調用蒸發器。在該情況下，空調用製冷劑為第2製冷劑。S卩，第2製冷劑是在空調循環的介質循環系統中通過在蒸發器(第2換熱器)20b 中的換熱而被冷卻的空調用製冷劑。即使是這種進氣控制系統，也能夠獲得與上述進氣控制系統相同的效果。另外，低溫側換熱器20b也可以具有儲熱材料20c (參照圖12)。藉助儲熱材料 20c，低溫側換熱器20b總是維持為低溫，在加速時能夠以蓄熱效果快速地冷卻進氣。因而， 低溫側換熱器20b通過具有儲熱材料20c而長久地維持為低溫(例如40°C )，因此能夠對應進氣溫度調整的時間增長。另外，目標進氣溫度不僅僅是如圖15所示的固定值，能夠採取各種各樣的方式。 例如，根據所檢測出的發動機的轉速或節氣門開度，也可以根據發動機轉速或發動機負荷來計算出最佳目標進氣溫度。在該情況下，設置根據發動機轉速、根據發動機負荷、或者根據發動機轉速及發動機負荷來計算出最佳目標進氣溫度並存儲到存儲器中的目標溫度計算部件。
根據上述實施方式說明了本發明，但是上述實施方式並不是限定本發明。根據上述公開，對於本領域技術人員而言，各種各樣的替代實施方式及運用技術應該是不言自明的。本發明能夠包含此處未記載的各種各樣的實施方式等。因而，根據上述公開，本發明僅由權利要求書的適當的技術特徵來限定。
權利要求
1.一種中冷器，其中，該中冷器具有 第1換熱器，其用於冷卻第1製冷劑；第2換熱器，其用於冷卻第2製冷劑，使得該第2製冷劑的溫度低於上述第1製冷劑的溫度；高溫側冷卻流路，其供被上述第1換熱器冷卻的上述第1製冷劑流通； 低溫側冷卻流路，其供被上述第2換熱器冷卻的上述第2製冷劑流通； 高溫側換熱器，其設置在上述高溫側冷卻流路上，用於利用上述第1製冷劑來冷卻增壓後的進氣；低溫側換熱器，其設置在上述低溫側冷卻流路上，用於利用上述第2製冷劑來冷卻被上述高溫側換熱器冷卻的進氣。
2.根據權利要求1所述的中冷器，其中，該中冷器還具有殼體，該殼體具有導入管、排出管、用於從上述排出管排出從上述導入管導入的進氣的流路，上述高溫側換熱器及上述低溫側換熱器成形為一體，容納在上述殼體的內部， 上述高溫側換熱器配置在上述殼體內的上述流路的上遊， 上述低溫側換熱器配置在上述殼體內的上述流路的下遊。
3.根據權利要求1或2所述的中冷器，其中，上述第2製冷劑的溫度是能夠將向內燃機供給的進氣冷卻到目標溫度的溫度。
4.根據權利要求1 3中任一項所述的中冷器，其中，用於冷卻空調用製冷劑的冷凝器配置在上述第2換熱器的箱內， 利用在上述低溫側冷卻流路中流動的製冷劑來冷卻上述空調用製冷劑。
5.一種冷卻系統，其中，該冷卻系統具有權利要1 4中任一項所述的中冷器， 在上述高溫側冷卻流路上設有第IEGR冷卻器， 在上述低溫側冷卻流路上設有第2EGR冷卻器。
6.根據權利要求5所述的冷卻系統，其中，上述第IEGR冷卻器及上述第2EGR冷卻器成形為一體。
7.一種進氣控制系統，其中，該進氣控制系統具有 權利要求1所述的中冷器；旁路路徑，其在上述高溫側換熱器的下遊與上述低溫側換熱器並列地設置在進氣流路上，用於對上述低溫側換熱器構成旁路；溫度調整閥，其用於調整在上述低溫側換熱器中進行了換熱後的進氣的流量和經由上述旁路路徑的進氣的流量，從而調整向內燃機供給的進氣的溫度。
8.根據權利要求7所述的進氣控制系統，其中，上述溫度調整閥根據基於燃油消耗率的目標進氣溫度，來調整在上述低溫側換熱器中進行了換熱後的進氣的流量和經由上述旁路路徑的進氣的流量。
9.根據權利要求7或8所述的進氣控制系統，其中，該進氣控制系統還具有在上述高溫側換熱器的上遊配置的換向閥，被增壓器壓縮的壓縮進氣和不經由上述增壓器的自然進氣中的任意一種進氣被上述換向閥選擇性地供給到上述高溫側換熱器。
10.根據權利要求9所述的進氣控制系統，其中，在油門打開後、在上述壓縮進氣的進氣壓力低於上述自然進氣的進氣壓力的換向點以前，上述換向閥被控制為供給上述自然進氣，在油門打開後、在上述壓縮進氣的進氣壓力高於上述自然進氣的進氣壓力的換向點以後，上述換向閥被控制為供給上述壓縮進氣。
11.根據權利要求10所述的進氣控制系統，其中， 上述增壓器是渦輪增壓器，上述換向點以前是指利用上述渦輪增壓器增壓的上述內燃機的加速初期、上述渦輪增壓器的渦輪未充分旋轉時或進氣為負壓時。
12.根據權利要求7 11中任一項所述的進氣控制系統，其中， 上述第1製冷劑是內燃機冷卻系統的製冷劑，上述第2製冷劑是與上述內燃機冷卻系統獨立的另外的製冷劑循環系統的製冷劑。
13.根據權利要求7 11中任一項所述的進氣控制系統，其中， 上述第1製冷劑是內燃機冷卻系統的製冷劑，上述第2製冷劑是空調冷卻循環的製冷劑循環系統的製冷劑。
14.根據權利要求7 13中任一項所述的進氣控制系統，其中， 上述低溫側換熱器具有蓄熱材料。
全文摘要
本發明提供中冷器、冷卻系統及進氣控制系統。中冷器具有高溫側換熱器與低溫側換熱器。高溫側換熱器設置在供被第1換熱器(散熱器)冷卻的第1製冷劑流通的高溫側冷卻流路上。高溫側換熱器利用第1製冷劑來冷卻增壓後的進氣。低溫側換熱器設置在供被第2換熱器(副散熱器)冷卻為溫度比第1製冷劑低的第2製冷劑流通的低溫側冷卻流路上。低溫側換熱器利用第2製冷劑來冷卻在高溫側換熱器中被冷卻的進氣。採用上述中冷器，能夠抑制第2換熱器(副散熱器)大型化，能夠將進氣溫度冷卻為期望的溫度。
文檔編號F02B29/04GK102362054SQ201080013549
公開日2012年2月22日 申請日期2010年3月15日 優先權日2009年3月23日
發明者巖崎充 申請人:康奈可關精株式會社