(57)【要約】【課題】インタークーラを備える内燃機関において、気筒における失火の発生を抑制すること。【解決手段】内燃機関は、インタークーラと、インタークーラよりも上流側の上流吸気通路と、インタークーラよりも下流側であって、インタークーラと複数の気筒との間をつなぐ下流吸気通路と、排気ガスの一部を上流吸気通路に戻すＥＧＲ装置と、仕切りとを備える。仕切りは、インタークーラの内部及び下流吸気通路に配置され、インタークーラ内で発生した凝縮水を複数の気筒に分散して案内するように構成されている。【選択図】図２
2018145822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インタークーラと、
前記インタークーラよりも上流側の上流吸気通路と、
前記インタークーラよりも下流側であって、前記インタークーラと複数の気筒との間をつなぐ下流吸気通路と、
排気ガスの一部を前記上流吸気通路に戻すＥＧＲ装置と、
前記インタークーラの内部及び前記下流吸気通路に配置され、前記インタークーラ内で発生した凝縮水を前記複数の気筒に分散して案内する仕切りと
を備える
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インタークーラを備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、車両に搭載される内燃機関を開示している。当該内燃機関は、コンプレッサ、インタークーラ、複数の吸気枝管、及び制御装置を備えている。コンプレッサは、吸気通路を流れる吸気ガスを圧縮する。インタークーラは、コンプレッサによって圧縮された吸気ガスを冷却する。複数の吸気枝管は、インタークーラよりも下流側において分岐する。制御装置は、所定の条件が満たされたとき、特定の吸気枝管に接続された特定の気筒に対する燃料供給をカットする。
【０００３】
特許文献１に開示されている内燃機関は、更に、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置とガイド装置を備えている。ＥＧＲ装置は、排気通路を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてインタークーラよりも上流側の吸気通路に戻す。ＥＧＲガスを含む吸気ガスがインタークーラにおいて冷却されるとき、インタークーラ内で凝縮水が発生しやすい。ガイド装置は、インタークーラよりも下流側に設けられ、インタークーラ内で発生した凝縮水を上記特定の吸気枝管に案内する。つまり、ガイド装置は、凝縮水を、燃料供給がカットされた気筒につながる特定の吸気枝管に案内する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−０５０５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に開示された技術によれば、インタークーラ内で発生した凝縮水は、燃料供給がカットされた気筒に流れ込む。しかしながら、燃料供給カットが実施されない期間においては、凝縮水は燃焼中の気筒に流れ込むことになる。ここで、本願発明者は、車両旋回時等、横加速度が発生する状況に着目した。そのような状況では、凝縮水は遠心力の方向に集まり、１つの気筒に集中して流れ込むおそれがある。このことは、当該１つの気筒において失火が発生する原因となる。
【０００６】
本発明の１つの目的は、インタークーラを備える内燃機関において、気筒における失火の発生を抑制することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの観点において、内燃機関が提供される。
その内燃機関は、
インタークーラと、
前記インタークーラよりも上流側の上流吸気通路と、
前記インタークーラよりも下流側であって、前記インタークーラと複数の気筒との間をつなぐ下流吸気通路と、
排気ガスの一部を前記上流吸気通路に戻すＥＧＲ装置と、
前記インタークーラの内部及び前記下流吸気通路に配置され、前記インタークーラ内で発生した凝縮水を前記複数の気筒に分散して案内する仕切りと
を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、インタークーラの内部及び下流吸気通路に仕切りが配置されている。その仕切りは、インタークーラ内で発生した凝縮水を複数の気筒に分散して案内するように形成されている。従って、車両旋回時等、横加速度が発生する状況においても、凝縮水が一方向に集中することが防止される。すなわち、凝縮水が特定の１つの気筒に集中して流れ込むことが防止される。これにより、当該１つの気筒における失火の発生が抑制され、結果として、ノイズ及び振動の発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の構成例を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関におけるインタークーラ及び下流吸気通路の構成を概略的に示すＸＹ平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関におけるインタークーラの構成の一部を概略的に示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関におけるインタークーラ及び下流吸気通路の構成を概略的に示すＸＺ断面図であり、図２中の線Ａ−Ａに沿った構成を示している。
【図５】比較例の場合の凝縮水の流れを説明するための概念図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関のインタークーラにおける凝縮水の流れを説明するための概念図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の下流吸気通路における凝縮水の流れを説明するための概念図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関におけるインタークーラの構成を概略的に示す斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る内燃機関におけるインタークーラ及び下流吸気通路の構成を概略的に示すＸＺ断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る内燃機関における第２仕切りを説明するためのＹＺ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
１．第１の実施の形態
１−１．内燃機関の構成
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関１（エンジン）の構成例を示す概略図である。内燃機関１は車両に搭載される。内燃機関１は、主な構成として、複数の気筒１０、吸気通路２０、インタークーラ３０、排気通路４０、過給機５０、ＥＧＲ装置６０、及び制御装置７０を備えている。
【００１２】
複数の気筒１０の各々において燃焼が行われる。図１に示される例では、気筒１０の数は４個であり、内燃機関１は直列４気筒エンジンとして構成されている。
【００１３】
吸気通路２０は、気筒１０に吸気ガスを供給するためのものであり、気筒１０の上流側に配置されている。吸気通路２０の最上流部にはエアクリーナ２１が設けられている。エアクリーナ２１の下流には、過給機５０のコンプレッサ５１が設けられている。コンプレッサ５１の下流の吸気通路２０には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の下流には、インタークーラ３０が設けられている。インタークーラ３０よりも上流側の吸気通路２０は、以下「上流吸気通路２０Ａ」と呼ばれる。
【００１４】
インタークーラ３０の下流にはスペーサ２３（サージタンク）が設けられている。スペーサ２３の下流には吸気マニホールド２４が設けられている。吸気マニホールド２４は、複数の気筒１０のそれぞれに吸気ガスを導入するように接続されている。インタークーラ３０よりも下流側の吸気通路２０は、以下「下流吸気通路２０Ｂ」と呼ばれる。下流吸気通路２０Ｂは、スペーサ２３及び吸気マニホールド２４を含んでおり、インタークーラ３０と複数の気筒１０との間をつないでいる。
【００１５】
排気通路４０は、気筒１０から排気ガスを排出するためのものであり、気筒１０の下流側に配置されている。より詳細には、複数の気筒１０の排気口に排気マニホールド４１が接続されている。排気マニホールド４１の下流には、過給機５０のタービン５２が設けられている。タービン５２の下流の排気通路４０には、触媒４２が設けられている。例えば、触媒４２はスタート触媒（Ｓ／Ｃ）である。
【００１６】
タービン５２の出力軸は、吸気側のコンプレッサ５１に接続されている。気筒１０からの排気ガス流によってタービン５２が回転すると、コンプレッサ５１も回転し、それにより吸気ガスの圧縮が行われる。このようにして、過給機５０は、吸気ガスの圧力を大気圧以上に高めることができる。上記のインタークーラ３０は、コンプレッサ５１によって圧縮された吸気ガスを冷却するために設けられている。
【００１７】
ＥＧＲ装置６０は、排気通路４０を流れる排気ガスの一部を吸気通路２０に戻すＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を実施するために設けられている。特に、本実施の形態では、ＥＧＲ装置６０は、排気ガスの一部を、インタークーラ３０より上流側の上流吸気通路２０Ａに戻すように構成されている。
【００１８】
図１に示される例では、ＥＧＲ装置６０は、触媒４２の下流の排気通路４０から排気ガスの一部を取り込む。そして、ＥＧＲ装置６０は、取り込んだ排気ガスをＥＧＲガスとして上流吸気通路２０Ａに戻す。より詳細には、ＥＧＲガスの流路としてＥＧＲ通路６１が配置されている。ＥＧＲ通路６１の一端は、触媒４２よりも下流の位置において排気通路４０につながっている。ＥＧＲ通路６１の他端は、コンプレッサ５１よりも上流の位置において上流吸気通路２０Ａにつながっている。ＥＧＲ通路６１には、ＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁６２が設けられている。ＥＧＲ弁６２の開度を変更することによって、ＥＧＲ通路６１を流れるＥＧＲガス量を調節することができる。
【００１９】
制御装置７０は、内燃機関１の運転を制御する。典型的には、制御装置７０は、プロセッサ、記憶装置、及び入出力インタフェースを備えるマイクロコンピュータである。制御装置７０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ばれる。制御装置７０は、センサ群（図示されない）によって検出される内燃機関１の運転状態情報を受け取る。そして、制御装置７０は、受け取った運転状態情報に基づいて、各種アクチュエータ（例えば、スロットルバルブ２２、ＥＧＲ弁６２）を制御することによって、内燃機関１の運転を制御する。
【００２０】
以上に説明されたように、本実施の形態に係る内燃機関１では、ＥＧＲ装置６０が、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして上流吸気通路２０Ａに戻す。そのＥＧＲガスを含む吸気ガスがインタークーラ３０において冷却されるとき、インタークーラ３０内で凝縮水が発生しやすい。本実施の形態によれば、インタークーラ３０内で発生した凝縮水を複数の気筒１０に分散させるための工夫が、インタークーラ３０及び下流吸気通路２０Ｂに施される。以下、その工夫について詳しく説明する。
【００２１】
１−２．インタークーラ及び下流吸気通路の構成
図２は、本実施の形態におけるインタークーラ３０及び下流吸気通路２０Ｂの構成を概略的に示すＸＹ平面図である。図２に示されるように、インタークーラ３０、下流吸気通路２０Ｂ、及び気筒１０は、Ｘ方向に沿って順番に配置されている。下流吸気通路２０Ｂは、スペーサ２３及び吸気マニホールド２４を含んでいる。これらスペーサ２３及び吸気マニホールド２４も、Ｘ方向に沿って順番に配置されている。また、図２に示される例では、複数の気筒１０は、４個の気筒１０−１〜１０−４からなる。これら気筒１０−１〜１０−４は、Ｘ方向と直交するＹ方向に沿って配置されている。
【００２２】
上流吸気通路２０Ａからインタークーラ３０に入った吸気ガスは、主にＸ方向に沿ってインタークーラ３０及び下流吸気通路２０Ｂを通過し、複数の気筒１０−１〜１０−４に流れ込む。つまり、本実施の形態におけるＸ方向は、インタークーラ３０及び下流吸気通路２０Ｂにおいて吸気ガスが主に流れる方向、すなわち、主流方向である。Ｙ方向は、Ｘ方向と直交する平面方向であり、複数の気筒１０−１〜１０−４が並ぶ方向である。Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向と直交する鉛直方向である。
【００２３】
図２に示されるように、本実施の形態に係るインタークーラ３０の内部及び下流吸気通路２０Ｂには、「仕切り１００」が配置されている。上述の通り、ＥＧＲガスを含む吸気ガスがインタークーラ３０において冷却されると、インタークーラ３０内で凝縮水が発生する。本実施の形態に係る仕切り１００は、インタークーラ３０内で発生した凝縮水を複数の気筒１０−１〜１０−４に分散して案内するように形成されている。
【００２４】
例えば図２に示される例では、３本の仕切り１００が配置されている。各々の仕切り１００は、吸気ガスの流れ方向、すなわち、Ｘ方向に沿って延在している。すなわち、３本の仕切り１００は、互いに平行に配置されている。このような仕切り１００によって、インタークーラ３０及び下流吸気通路２０Ｂは、気筒１０−１〜１０−４毎にＹ方向に区切られる。その結果、インタークーラ３０内で発生した凝縮水が、複数の気筒１０−１〜１０−４のそれぞれに分散されることになる。
【００２５】
より具体的には、仕切り１００は、インタークーラ３０の内部に形成された第１仕切り１１０と、下流吸気通路２０Ｂの内部に形成された第２仕切り１２０とに区分けされる。図２に示される例では、気筒１０−ｉと気筒１０−（ｉ＋１）とを区切るための仕切り１００は、第１仕切り１１０−ｉと第２仕切り１２０−ｉを含んでいる（ここで、ｉ＝１〜３である）。尚、図２に示される例において、第１仕切り１１０と第２仕切り１２０は連続的に形成されているが、それらは必ずしも連続的に形成されている必要はない。
【００２６】
図３は、本実施の形態におけるインタークーラ３０の構成の一部を概略的に示す斜視図である。図３に示されるインタークーラ３０では、湾曲したフィン３１が層状に形成されている。この湾曲したフィン３１によって、吸気ガスが流れる空気流路３２が層状に形成されている。また、空気流路３２の層間には、冷媒が流れる冷媒流路３３が形成されている。更に、フィン３１上には、熱伝達を促進するためのルーバー形状の孔３４が形成されている。このようなインタークーラ３０の内部に第１仕切り１１０が配置されている。より詳細には、図３に示されるように、第１仕切り１１０は、ＸＺ面に平行に配置されている。
【００２７】
図４は、図２中の線Ａ−Ａに沿った構成を示すＸＺ断面図である。下流吸気通路２０Ｂ内の第２仕切り１２０も、ＸＺ面に平行に配置されている。但し、第２仕切り１２０は、吸気ガス流路を完全に分断するようには形成されていない。図４に示されるように、第２仕切り１２０は、Ｌ字形状を有している。
【００２８】
より詳細には、第２仕切り１２０は、高壁部１２１と低壁部１２２を含んでいる。高壁部１２１は、インタークーラ３０の出口面３０Ｅから一定距離にわたって形成されている。低壁部１２２は、高壁部１２１から下流に向かって延びるように形成されている。高壁部１２１は、下流吸気通路２０Ｂの下面２０Ｄから上面２０Ｕにわたって全体的に形成されている。一方、低壁部１２２は、下流吸気通路２０Ｂの下面２０Ｄから部分的に形成されており、上面２０Ｕまでは到達していない。この低壁部１２２が存在しない部分は、吸気ガスが行き来することができる空気通路部１２３である。
【００２９】
１−３．作用及び効果
本実施の形態に係る構成の作用及び効果を説明するために、まず比較例について説明する。図５は、比較例の場合の凝縮水の流れを説明するための概念図である。図５のフォーマットは、既出の図２のフォーマットと同じである。但し、比較例では、本実施の形態のような仕切り１００は配置されていない。
【００３０】
ここで、車両旋回時等、横加速度が発生する状況を考える。そのような状況では、凝縮水は、遠心力の影響を受けて移動する。本実施の形態では、遠心力の方向は「Ｙ方向」であるとする。このときの凝縮水の流れは次の通りである。
【００３１】
（１）インタークーラ３０内で発生した凝縮水の水滴は、遠心力の影響を受けて、インタークーラ３０内でＹ方向に移動する。より詳細には、凝縮水の水滴は、フィン３１に形成された孔３４（図３参照）を通ってＹ方向に移動する。その結果、インタークーラ３０の内部において、凝縮水はＹ方向端部に集まってくる。
【００３２】
（２）下流吸気通路２０Ｂに放出された凝縮水の水滴も、遠心力の影響を受けて、下流吸気通路２０Ｂ内でＹ方向に移動する。つまり、下流吸気通路２０Ｂの内部においても、凝縮水はＹ方向端部に集まってくる。
【００３３】
（３）そのようにして集まった凝縮水は、最もＹ方向側に位置する気筒１０−１に集中して流れ込む。その結果、気筒１０−１において失火が発生しやすくなる。このことは、ノイズ及び振動の発生の原因となる。
【００３４】
次に、図６及び図７を参照して、本実施の形態の場合の凝縮水の流れを説明する。図６のフォーマットは、既出の図３のフォーマットと同じである。図７のフォーマットは、既出の図４のフォーマットと同じである。
【００３５】
（１）インタークーラ３０内で発生した凝縮水の水滴は、遠心力の影響を受けて、インタークーラ３０内でＹ方向に移動する。より詳細には、図６に示されるように、凝縮水の水滴は、フィン３１に形成された孔３４を通ってＹ方向に移動する。しかしながら、インタークーラ３０内には第１仕切り１１０が設けられており、凝縮水の水滴は第１仕切り１１０を超えて移動することはない。すなわち、凝縮水のＹ方向の移動範囲は限られており、全ての凝縮水がＹ方向端部に集まることはない。
【００３６】
（２）図７に示されるように、インタークーラ３０の出口面３０Ｅから下流吸気通路２０Ｂに凝縮水の水滴が放出される。
【００３７】
（３）下流吸気通路２０Ｂに放出された凝縮水の水滴は、重力によって下面２０Ｄの方向に移動する。このとき、凝縮水の水滴は、第２仕切り１２０の高壁部１２１に沿って移動する。言い換えれば、第２仕切り１２０の高壁部１２１によって、凝縮水のＹ方向移動が防止される。
【００３８】
（４）一部の水滴は、吸気ガス流に乗って、空気通路部１２３を通って隣りの吸気ガス流路に移動するかもしれない。しかしながら、大部分の水滴は、下流吸気通路２０Ｂの下面２０Ｄ上に集まる。第２仕切り１２０が存在するため、下面２０Ｄ上の水滴がＹ方向に移動し、Ｙ方向端部に集まることはない。下面２０Ｄ上の水滴は、第２仕切り１２０の低壁部１２２に沿ってＸ方向に移動し、気筒１０に流れ込む。
【００３９】
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、インタークーラ３０の内部及び下流吸気通路２０Ｂに仕切り１００が配置されている。その仕切り１００は、インタークーラ３０内で発生した凝縮水を複数の気筒１０−１〜１０−４に分散して案内するように形成されている。従って、車両旋回時等、横加速度が発生する状況においても、凝縮水が一方向に集中することが防止される。すなわち、凝縮水が特定の１つの気筒１０に集中して流れ込むことが防止される。これにより、当該１つの気筒１０における失火の発生が抑制され、結果として、ノイズ及び振動の発生が抑制される。
【００４０】
尚、第１仕切り１１０と第２仕切り１２０は、連続的に形成されていてもよいし、Ｙ方向にずれていてもよい。仕切り１００が、全体として、凝縮水を複数の気筒１０に分散して案内するように形成されていれば、本実施の形態の効果は得られる。
【００４１】
更に、本実施の形態によれば、下流吸気通路２０Ｂ内の第２仕切り１２０は、高壁部１２１と低壁部１２２からなるＬ字形状を有している。つまり、第２仕切り１２０は吸気ガス流路を完全に分断しているわけではなく、吸気ガスがＹ方向に行き来することができる空気通路部１２３が存在している。このような空気通路部１２３が存在することにより、スペーサ２３の「サージタンクとしての機能」も確保される。気筒１０毎に独立したインタークーラ３０及びスペーサ２３（サージタンク）を設ける構成と比較して、サイズを大幅に削減することが可能となる。
【００４２】
２．第２の実施の形態
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関１におけるインタークーラ３０’の構成を概略的に示す斜視図である。本実施の形態に係るインタークーラ３０’は、ハニカム構造を有している。より詳細には、Ｘ方向に延びるハニカム壁３５によって、ハニカム構造が形成されている。
【００４３】
このようなハニカム構造の場合、図３及び図６で示されたような孔３４は存在せず、吸気ガスは空気流路３２に沿ってＸ方向にだけ流れる。従って、インタークーラ３０’の内部において凝縮水が一方向に集中するといった問題は発生しない。本実施の形態では、ハニカム構造を形成するハニカム壁３５が、第１仕切り１１０と同等の役割を果たしていると言える。言い換えれば、本実施の形態では、ハニカム壁３５と第２仕切り１２０が、仕切り１００を構成している。これにより、第１の実施の形態の場合と同様の効果が得られる。
【００４４】
３．第３の実施の形態
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る内燃機関１におけるインタークーラ３０及び下流吸気通路２０Ｂの構成を概略的に示すＸＺ断面図である。図９のフォーマットは、既出の図４及び図７のフォーマットと同じである。第１の実施の形態と重複する説明は適宜省略する。
【００４５】
本実施の形態によれば、第２仕切り１２０の上端に、返し部１２４が更に形成されている。特に、返し部１２４は、第２仕切り１２０の低壁部１２２の上端に形成されている。図１０は、図９中の線Ｂ−Ｂに沿った断面構造を示すＹＺ断面図である。図１０に示されるように、返し部１２４は、低壁部１２２の上端から、下流吸気通路２０Ｂの下面２０Ｄに向かう方向に形成されている。
【００４６】
下流吸気通路２０Ｂにおいて、凝縮水の水滴は遠心力に引っ張られる。第１の実施の形態では、一部の水滴が低壁部１２２を伝って、空気通路部１２３を通って隣りの吸気ガス流路に移動する可能性があった。しかしながら、本実施の形態によれば、返し部１２４が存在しているため、水滴が空気通路部１２３を通って隣りの吸気ガス流路に移動することが効果的に抑制される。
【００４７】
尚、第３の実施の形態と第２の実施の形態の組み合わせも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１    内燃機関
１０、１０−１〜１０−４    気筒
２０    吸気通路
２０Ａ  上流吸気通路
２０Ｂ  下流吸気通路
２０Ｕ  上面
２０Ｄ  下面
２１    エアクリーナ
２２    スロットルバルブ
２３    スペーサ（サージタンク）
２４    吸気マニホールド
３０、３０’    インタークーラ
３１    フィン
３２    空気流路
３３    冷媒流路
３４    孔
３５    ハニカム壁
４０    排気通路
４１    排気マニホールド
４２    触媒
５０    過給機
５１    コンプレッサ
５２    タービン
６０    ＥＧＲ装置
６１    ＥＧＲ通路
６２    ＥＧＲ弁
７０    制御装置
１００    仕切り
１１０、１１０−１〜１１０−３    第１仕切り
１２０、１２０−１〜１２０−３    第２仕切り
１２１    高壁部
１２２    低壁部
１２３    空気通路部
１２４    返し部
【図１】
2018145822.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018145822.tif 000007
【図６】
2018145822.tif 000008
【図７】
2018145822.tif 000009
【図８】
2018145822.tif 000010
【図９】
2018145822.tif 000011
【図１０】
2018145822.tif 000012