(57)【要約】【課題】  排気マニホールドの冷却および昇温を行うことができる内燃機関を提供する。【解決手段】  内燃機関（２００）は、ボルテックスチューブ（５０）と、内部を流動する気体と排気マニホールド（２０）との間で熱交換を行う熱交換手段（６０）と、過給機からの圧縮空気の一部をボルテックスチューブに流入させる経路（７０）と、過給機からの圧縮空気を冷却するインタークーラ（４０）を経由した後の圧縮空気の一部をボルテックスチューブに流入させる経路（７１）と、ボルテックスチューブからの暖気を熱交換手段に流入させる経路（７２）と、ボルテックスチューブからの冷気を熱交換手段に流入させる経路（７３）と、を有する経路群と、排気の温度に基づいて経路群の各経路を流動する気体の流量を調整する流量調整手段（８０，８１，８２，８３，８４，１００）と、を備えることを特徴とするものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から流入した気体を暖機および冷気にするボルテックスチューブと、
内燃機関本体と過給機とを接続する排気マニホールドの外周の少なくとも一部に配置され、内部を流動する気体と前記排気マニホールドとの間で熱交換を行う熱交換手段と、
前記過給機からの圧縮空気の一部を前記ボルテックスチューブに流入させる経路と、前記過給機からの圧縮空気を冷却するインタークーラを経由した後の圧縮空気の一部を前記ボルテックスチューブに流入させる経路と、前記ボルテックスチューブからの前記暖気を前記熱交換手段に流入させる経路と、前記ボルテックスチューブからの前記冷気を前記熱交換手段に流入させる経路と、を有する経路群と、
排気の温度に基づいて前記経路群の各経路を流動する気体の流量を調整する流量調整手段と、を備えることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特に過給機とインタークーラとを備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、過給機とインタークーラとを備える内燃機関において、排気マニホールドが高温になることを抑制するために、過給機により圧縮された圧縮空気の一部を用いて排気マニホールドを冷却する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２０７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に係る技術では、例えば内燃機関が高負荷状態の場合にあっては、圧縮空気が高温になることから、排気マニホールドの冷却は困難になる。また、例えば内燃機関が始動直後の場合には、排気マニホールドの昇温を行って過給機の下流に配置された排気浄化触媒を活性化させることが望まれる。しかしながら、特許文献１に係る技術では、圧縮空気が低温の場合に排気マニホールドの昇温を行うことは困難である。
【０００５】
本発明は、排気マニホールドの冷却および昇温を行うことができる内燃機関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】
【０００６】
本発明に係る内燃機関は、外部から流入した気体を暖機および冷気にするボルテックスチューブと、内燃機関本体と過給機とを接続する排気マニホールドの外周の少なくとも一部に配置され、内部を流動する気体と排気マニホールドとの間で熱交換を行う熱交換手段と、過給機からの圧縮空気の一部をボルテックスチューブに流入させる経路と、過給機からの圧縮空気を冷却するインタークーラを経由した後の圧縮空気の一部をボルテックスチューブに流入させる経路と、ボルテックスチューブからの暖気を熱交換手段に流入させる経路と、ボルテックスチューブからの冷気を熱交換手段に流入させる経路と、を有する経路群と、排気の温度に基づいて経路群の各経路を流動する気体の流量を調整する流量調整手段と、を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係る内燃機関によれば、流量調整手段が排気の温度に基づいてボルテックスチューブに流入する気体の流量およびボルテックスチューブから熱交換手段に流入する暖気および冷気の流量を調整することにより、熱交換手段を介して排気マニホールドの冷却および昇温を行うことができる。例えば内燃機関が高負荷状態の場合のように排気の温度が所定温度以上である場合には、インタークーラで冷却された圧縮空気をボルテックスチューブに流入させ、ボルテックスチューブからの冷気を熱交換手段に流入させることによって排気マニホールドを冷却することができる。例えば内燃機関が始動直後の場合のように排気の温度が所定温度より低い場合には、過給機を経由した圧縮空気をボルテックスチューブに流入させ、ボルテックスチューブからの暖気を熱交換手段に流入させることによって排気マニホールドを昇温させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、排気マニホールドの冷却および昇温を行うことができる内燃機関を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１０】
本発明の実施例１に係る内燃機関２００について説明する。図１は、実施例１に係る内燃機関２００の模式図である。なお、図１は、温度センサ９０の検出結果が所定温度以上の場合における内燃機関２００を模式的に図示している。図２（ａ）は、図１の暖気冷気調整バルブ８２付近の拡大図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）を背面側から見た図である。
【００１１】
図１、図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して、内燃機関２００は、主として、内燃機関本体１０と、マニホールド（排気マニホールド２０および吸気マニホールド２１）と、過給機３０と、インタークーラ４０と、ボルテックスチューブ５０と、熱交換部６０と、経路群（第１流入経路７０、第２流入経路７１、暖気経路７２、冷気経路７３、暖気バイパス経路７４および冷気バイパス経路７５）と、各種バルブ（第１流入経路用バルブ８０、第２流入経路用バルブ８１、暖気冷気調整バルブ８２、暖気バイパス経路用バルブ８３および冷気バイパス経路用バルブ８４）と、温度センサ９０と、ＥＣＵ１００と、を備える。
【００１２】
内燃機関本体１０は、排気ポート１１と吸気ポート１２とを有する。排気ポート１１には排気マニホールド２０が接続されている。吸気ポート１２には吸気マニホールド２１が接続されている。排気ポート１１からの排気ガスは排気マニホールド２０を流動して過給機３０に供給される。
【００１３】
過給機３０は、排気マニホールド２０の下流側に接続されている。過給機３０は、排気ポート１１からの排気によって駆動して、圧縮空気を生成する。過給機３０が生成した圧縮空気は、吸気マニホールド２１を流動してインタークーラ４０に供給される。また、過給機３０を経由した排気は、過給機３０の過給機用排気管３１を流動して排出される。なお、過給機用排気管３１の下流には、排気浄化触媒（図示せず）が配置されている。
【００１４】
インタークーラ４０は、吸気マニホールド２１を介して過給機３０および吸気ポート１２に接続されている。インタークーラ４０は、過給機３０からの圧縮空気を冷却する。インタークーラ４０によって冷却された圧縮空気は、吸気マニホールド２１を流動して吸気ポート１２に流入する。
【００１５】
ボルテックスチューブ５０は、外部から流入した圧縮空気を暖気と冷気とに分離して排出するチューブである。なお、ボルテックスチューブに流入する圧縮空気の圧力が高い程、暖気の温度は上昇し、冷気の温度は低下する。ボルテックスチューブに流入する圧縮空気の圧力としては、例えば０．１４ＭＰａ以上の圧力が用いられる。
【００１６】
熱交換部６０は、排気マニホールド２０の外周部の少なくとも一部に配置され、内部を流動する気体と排気マニホールド２０との間で熱交換を行う。本実施例において熱交換部６０は、排気マニホールド２０の外周部の一部に沿って配置されたチャンバである。熱交換部６０を流動した気体は、熱交換部用排気管６１を流動して排出される。
【００１７】
経路群について説明すると、第１流入経路７０は、過給機３０からの圧縮空気の一部をボルテックスチューブ５０に流入させる経路である。第２流入経路７１は、インタークーラ４０を経由した圧縮空気の一部をボルテックスチューブ５０に流入させる経路である。なお、本実施例において第１流入経路７０および第２流入経路７１の下流側は合流している。
【００１８】
暖気経路７２は、ボルテックスチューブ５０からの暖気を熱交換部６０に流入させる経路である。冷気経路７３は、ボルテックスチューブ５０からの冷気を熱交換部６０に流入させる経路である。なお、本実施例において暖気経路７２および冷気経路７３の下流側は合流している。
【００１９】
暖気バイパス経路７４は、ボルテックスチューブ５０からの暖気を熱交換部６０を迂回させて大気へ排出させる経路である。冷気バイパス経路７５は、ボルテックスチューブ５０からの冷気を熱交換部６０を迂回させて大気へ排出させる経路である。図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して、暖気バイパス経路７４の上流側は、暖気経路７２に接続されている。冷気バイパス経路７５の上流側は、冷気経路７３に接続されている。図１を参照して、本実施例において暖気バイパス経路７４および冷気バイパス経路７５の下流側は、合流して熱交換部用排気管６１に接続されている。
【００２０】
各種バルブについて説明すると、第１流入経路用バルブ８０および第２流入経路用バルブ８１は、それぞれ第１流入経路７０および第２流入経路７１の入口に配置されている。第１流入経路用バルブ８０は、ＥＣＵ１００からの指示を受けて第１流入経路７０を流動する圧縮空気の流量を調整する。第２流入経路用バルブ８１は、ＥＣＵ１００からの指示を受けて第２流入経路７１を流動する圧縮空気の流量を調整する。
【００２１】
暖気冷気調整バルブ８２は、暖気経路７２および冷気経路７３の合流点に配置されている。暖気冷気調整バルブ８２は、ＥＣＵ１００からの指示を受けて、暖気経路７２を流動して熱交換部６０に流入する暖気の流量および冷気経路７３を流動して熱交換部６０に流入する冷気の流量を調整する。
【００２２】
図２（ｂ）を参照して、暖気バイパス経路用バルブ８３は、暖気バイパス経路７４に配置されている。暖気バイパス経路用バルブ８３は、ＥＣＵ１００からの指示を受けて暖気バイパス経路７４を流動する暖気の流量を調整する。冷気バイパス経路用バルブ８４は、冷気バイパス経路７５に配置されている。冷気バイパス経路用バルブ８４は、ＥＣＵ１００からの指示を受けて冷気バイパス経路７５を流動する冷気の流量を調整する。
【００２３】
温度センサ９０は、排気の温度を検出して検出結果をＥＣＵ１００に伝える。本実施例においては、温度センサ９０は過給機用排気管３１に接続されて過給機３０を経由した排気の温度を検出する。
【００２４】
ＥＣＵ１００は、演算処理を行うＣＰＵ１０１と、記憶処理を行うＲＯＭ１０２およびＲＡＭ１０３と、を有するマイクロコンピュータである。本実施例においてＥＣＵ１００は、温度センサ９０の検出結果に基づいて各種バルブの動作を制御する。
【００２５】
続いて、例えば温度センサ９０の検出結果が所定温度以上の場合を一例として、ＥＣＵ１００の動作および内燃機関２００の動作について説明する。図１を参照して、温度センサ９０の検出結果が所定温度以上の場合、ＥＣＵ１００は、第１流入経路用バルブ８０を閉状態にし、第２流入経路用バルブ８１を開状態にする。図２（ａ）を参照して、ＥＣＵ１００は、暖気経路７２が閉じるように暖気冷気調整バルブ８２を制御する。図２（ｂ）を参照して、ＥＣＵ１００は、暖気バイパス経路用バルブ８３を開状態にし、冷気バイパス経路用バルブ８４を閉状態にする。
【００２６】
上記のように各種バルブが制御された場合、図１を参照して、インタークーラ４０を経由した圧縮空気の一部は、第２流入経路７１を流動してボルテックスチューブ５０に流入する。ボルテックスチューブ５０からの冷気は、冷気経路７３を流動して熱交換部６０に流入する。それにより、熱交換部６０を介して排気マニホールド２０が冷却される。熱交換部６０を経由した冷気は、熱交換部用排気管６１を流動して大気に排出される。また、ボルテックスチューブ５０からの暖気は、暖気経路７２、暖気バイパス経路７４および熱交換部用排気管６１を順に流動して大気へ排出される。
【００２７】
続いて、例えば温度センサ９０の検出結果が所定温度より低い場合を一例としてＥＣＵ１００の動作および内燃機関２００の動作について説明する。図３は、温度センサ９０の検出結果が所定温度より低い場合の内燃機関２００を示す模式図である。図４（ａ）は、図３の暖気冷気調整バルブ８２付近の拡大図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）を背面側から見た図である。図３を参照して、温度センサ９０の検出結果が所定温度より低い場合、ＥＣＵ１００は、第１流入経路用バルブ８０を開状態にし、第２流入経路用バルブ８１を閉状態にする。図４（ａ）を参照して、ＥＣＵ１００は、冷気経路７３が閉じるように暖気冷気調整バルブ８２を制御する。図４（ｂ）を参照して、ＥＣＵ１００は、暖気バイパス経路用バルブ８３を閉状態にし、冷気バイパス経路用バルブ８４を開状態にする。
【００２８】
上記のように各種バルブが制御された場合、図３を参照して、過給機３０を経由した圧縮空気の一部は、インタークーラ４０を迂回して第１流入経路７０を流動してボルテックスチューブ５０に流入する。ボルテックスチューブ５０からの暖気は、暖気経路７２を流動して熱交換部６０に流入する。それにより、熱交換部６０を介して排気マニホールド２０が昇温される。熱交換部６０を経由した暖気は、熱交換部用排気管６１を流動して大気に排出される。また、ボルテックスチューブ５０からの冷気は、冷気経路７３、冷気バイパス経路７５および熱交換部用排気管６１を順に流動して大気へ排出される。
【００２９】
なお、図１〜図４において、ＥＣＵ１００は、経路群の各経路が開口または閉口されるように各種バルブを制御しているが、これに限られない。ＥＣＵ１００は、各種バルブの開弁率を所望の値に制御することによって、経路群の各経路の開口率を所望の値にしてもよい。
【００３０】
以上のように、本実施例に係る内燃機関２００によれば、ＥＣＵ１００が温度センサ９０の検出結果に基づいて各種バルブを制御することにより、ボルテックスチューブ５０に流入する気体の流量およびボルテックスチューブ５０から熱交換部６０に流入する暖気および冷気の流量が調整される。それにより、熱交換部６０を介して排気マニホールド２０の冷却および昇温を行うことができる。例えば内燃機関２００が高負荷状態となって排気の温度が所定温度以上になる場合には、インタークーラ４０によって冷却された圧縮空気の一部をボルテックスチューブ５０に流入させ、ボルテックスチューブ５０からの冷気を熱交換部６０に流入させることによって排気マニホールド２０を冷却することができる。この場合、排気浄化触媒の熱劣化が抑制される。例えば内燃機関２００が始動直後のときのように排気の温度が所定温度より低い場合には、過給機３０からの圧縮空気（インタークーラ４０で冷却される前の圧縮空気）をボルテックスチューブ５０に流入させ、ボルテックスチューブ５０からの暖気を熱交換部６０に流入させることによって排気マニホールド２０を昇温させることができる。この場合、排気浄化触媒の活性化が促進される。
【００３１】
本実施例において、熱交換部６０は熱交換手段に相当し、各種バルブおよびＥＣＵ１００は流量調整手段に相当する。
【００３２】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、温度センサ９０の検出結果が所定温度以上の場合における実施例１に係る内燃機関２００の模式図である。
【図２】図２（ａ）は、図１の暖気冷気調整バルブ８２付近の拡大図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）を背面側から見た図である。
【図３】図３は、温度センサ９０の検出結果が所定温度より低い場合の内燃機関２００を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）は、図３の暖気冷気調整バルブ８２付近の拡大図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）を背面側から見た図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  内燃機関本体
２０  排気マニホールド
３０  過給機
４０  インタークーラ
５０  ボルテックスチューブ
６０  熱交換部
７０  第１流入経路
７１  第２流入経路
７２  暖気経路
７３  冷気経路
７４  暖気バイパス経路
７５  冷気バイパス経路
８０  第１流入経路用バルブ
８１  第２流入経路用バルブ
８２  暖気冷気調整バルブ
８３  暖気バイパス経路用バルブ
８４  冷気バイパス経路用バルブ
９０  温度センサ
１００  ＥＣＵ
２００  内燃機関
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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