(57)【要約】      （修正有）【課題】低圧ループのＥＧＲ装置の作動に起因した凝縮水の発生を抑制してターボチャージャのコンプレッサを腐食や損傷の虞れから保護する。【解決手段】ターボチャージャ２のタービン２ｂより下流の排気管１０から排気ガス８を低圧ＥＧＲガス８ａとして抜き出して前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａより上流の吸気管５へ再循環する低圧ループのＥＧＲ装置１２と、前記コンプレッサ２ａで過給した吸気４を冷却する水冷式のインタークーラ６とを備えたエンジン１の凝縮水抑制装置に関し、前記コンプレッサ２ａのハウジングにウォータジャケット２６を設け、少なくとも前記低圧ループのＥＧＲ装置１２の作動時に前記インタークーラ６を経た冷却水２２が前記ウォータジャケット２６を経由して循環するように構成する。【選択図】図１
2018062915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャのタービンより下流の排気管から排気ガスを抜き出して前記ターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気管へ再循環する低圧ループのＥＧＲ装置と、前記コンプレッサで過給した吸気を冷却する水冷式のインタークーラとを備えたエンジンの凝縮水抑制装置であって、前記コンプレッサのハウジングにウォータジャケットを設け、少なくとも前記低圧ループのＥＧＲ装置の作動時に前記インタークーラを経た冷却水が前記ウォータジャケットを経由して循環するように構成したことを特徴とするエンジンの凝縮水抑制装置。
【請求項２】
インタークーラから冷却水をサブラジエタに導く経路の途中に切替バルブを設け、該切替バルブにより前記サブラジエタに向かう冷却水の流れをウォータジャケットに向かう流れに切り替え得るように構成したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの凝縮水抑制装置。
【請求項３】
低圧ループのＥＧＲ装置が作動状態にあり且つコンプレッサの入口壁温が設定温度を下まわっていることを判定した時に切替バルブによりサブラジエタに向かう冷却水の流れをウォータジャケットに向かう流れに切り替える制御装置を備えたことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの凝縮水抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの凝縮水抑制装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のエンジン等では、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりＮＯx（窒素酸化物）の発生を低減するようにした、いわゆる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が行われており、この種の排気ガス再循環を行う場合には、排気マニホールドから排気管に亘る排気通路の適宜位置と、吸気管から吸気マニホールドに亘る吸気通路の適宜位置との間をＥＧＲパイプにより接続し、該ＥＧＲパイプを通して排気ガスを再循環するようにしている。
【０００３】
一般的に、ターボチャージャを備えたエンジンでは、排気マニホールドから高温高圧の排気ガスを抜き出して吸気マニホールドの入口に再循環するものを高圧ループのＥＧＲ装置と称し、ターボチャージャのタービンより下流の排気管から低温低圧の排気ガスを抜き出して前記ターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気管へ再循環するものを低圧ループのＥＧＲ装置と称している。
【０００４】
そして、高圧ループ及び低圧ループの何れのＥＧＲ装置においても、ＥＧＲパイプの途中に水冷式のＥＧＲクーラを装備して排気ガスを水冷するようにしており、このように排気ガスを水冷して再循環すると、排気ガスの温度が下がり且つその容積が小さくなることでエンジンの出力を余り低下させずに燃焼温度を下げて効果的にＮＯxの発生を低減させることができる。
【０００５】
尚、この種のエンジンの凝縮水抑制装置に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２３１７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した如き低圧ループのＥＧＲ装置にあっては、タービンを駆動することで圧力が大幅に低下し、しかも、吸気通路が煤等で汚れないよう排気管の出口付近にあるパティキュレートフィルタを通されてからコンプレッサの上流の吸気管まで長いＥＧＲパイプを介して戻されるようになっているため、吸気管へ戻されるまでに排気ガスの温度が大幅に下がり易く、その排気ガスの温度が露点以下まで低下してしまった場合や、再循環された排気ガスと接触する壁面温度が露点よりも低い場合等においては、結露により凝縮水が発生してターボチャージャのコンプレッサやハウジングに腐食を招いたり、その凝縮水が凍結してできた氷片の吸入によりコンプレッサのブレード等に損傷を招いたりする虞れがあった。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、低圧ループのＥＧＲ装置の作動に起因した凝縮水の発生を抑制してターボチャージャのコンプレッサを腐食や損傷の虞れから保護することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ターボチャージャのタービンより下流の排気管から排気ガスを抜き出して前記ターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気管へ再循環する低圧ループのＥＧＲ装置と、前記コンプレッサで過給した吸気を冷却する水冷式のインタークーラとを備えたエンジンの凝縮水抑制装置であって、前記コンプレッサのハウジングにウォータジャケットを設け、少なくとも前記低圧ループのＥＧＲ装置の作動時に前記インタークーラを経た冷却水が前記ウォータジャケットを経由して循環するように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
而して、このようにすれば、少なくとも低圧ループのＥＧＲ装置が作動している状態において、インタークーラを経た冷却水がウォータジャケットを経由して循環する結果、コンプレッサのハウジングがインタークーラからの適度な温度の冷却水により暖められ、前記ハウジング内における壁面温度が露点よりも高く維持されて凝縮水の発生が抑制されることになる。
【００１１】
ここで、水冷式のインタークーラは、エンジンの水冷系とは別の専用水冷系を独立して備えており、前記水冷式のインタークーラを経た冷却水の温度は、エンジンを経た冷却水の温度（約８０〜８５℃程度）よりも大幅に低い約４５〜５０℃程度となっており、再循環される排気ガス中の水蒸気の露点よりも十分に高いものの必要以上に高くない適度な温度となっているため、コンプレッサ効率の大幅な低下を招く程の悪影響を及ぼさなくて済む。
【００１２】
更に、コンプレッサのハウジングにおけるウォータジャケット自体が保温効果を持つことになるので、停車中にコンプレッサ内に残留した排気ガスから凝縮水が発生する虞れも大幅に抑制されることになる。
【００１３】
また、本発明をより具体的に実施するにあたっては、インタークーラから冷却水をサブラジエタに導く経路の途中に切替バルブを設け、該切替バルブにより前記サブラジエタに向かう冷却水の流れをウォータジャケットに向かう流れに切り替え得るように構成すると良く、更には、低圧ループのＥＧＲ装置が作動状態にあり且つコンプレッサの入口壁温が設定温度を下まわっていることを判定した時に切替バルブによりサブラジエタに向かう冷却水の流れをウォータジャケットに向かう流れに切り替える制御装置を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記した本発明のエンジンの凝縮水抑制装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１５】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、低圧ループのＥＧＲ装置の作動に起因した凝縮水の発生を抑制することができるので、凝縮水によるターボチャージャのコンプレッサやハウジングの腐食や、凝縮水が凍結してできた氷片の吸入によるコンプレッサのブレード等の損傷を極力回避することができ、しかも、コンプレッサのハウジングを過剰に加熱しなくて済むことからコンプレッサ効率の大幅な低下を回避することもでき、更には、ウォータジャケット自体に保温効果を持たせることにより停車中にコンプレッサ内に残留した排気ガスから凝縮水が発生する虞れも大幅に抑制することができる。
【００１６】
（ＩＩ）本発明の請求項２，３に記載の発明によれば、少なくとも低圧ループのＥＧＲ装置が作動している条件下で切替バルブを切り替えてウォータジャケットへ冷却水を循環し、コンプレッサのハウジングを暖めて凝縮水の発生を抑制することができ、エンジンの暖機完了後に低圧ループのＥＧＲ装置が非作動となっている条件では、インタークーラからサブラジエタへと冷却水を直接流して水ポンプの駆動ロスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の制御装置における具体的な制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、ここに図示している例では、エンジン１がターボチャージャ２を備えており、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてエンジン１の各気筒に分配されるようになっている。
【００２０】
更に、このエンジン１の各気筒から排出された排気ガス８は、排気マニホールド９を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８が排気管１０を介し車外へ排出されるようにしてあり、該排気管１０の途中には、排気ガス８を通過させる間にパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集するパティキュレートフィルタ１１が装備されている。
【００２１】
そして、このエンジン１にあっては、前記パティキュレートフィルタ１１の下流側から排気ガス８の一部を低圧ＥＧＲガス８ａとして抜き出して前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａより上流の吸気管５へ再循環する低圧ループのＥＧＲ装置１２と、排気マニホールド９から排気ガス８の一部を高圧ＥＧＲガス８ｂとして抜き出して吸気マニホールド７の入口付近に再循環する高圧ループのＥＧＲ装置１３とが装備されている。
【００２２】
前記低圧ループのＥＧＲ装置１２及び高圧ループのＥＧＲ装置１３の夫々には、排気ガス８の再循環量を調整するためのＥＧＲバルブ１４，１５と、再循環される低圧ＥＧＲガス８ａ，高圧ＥＧＲガス８ｂを冷却するためのＥＧＲクーラ１６，１７が装備されており、該ＥＧＲクーラ１６，１７で冷却水と低圧ＥＧＲガス８ａ，高圧ＥＧＲガス８ｂを熱交換させることにより低圧ＥＧＲガス８ａ，高圧ＥＧＲガス８ｂの温度を低下し且つその容積を小さくすることで、エンジン１の出力をあまり低下させずに燃焼温度を下げて効果的にＮＯxの発生を低減し得るようにしてある。
【００２３】
また、前記各ＥＧＲバルブ１４，１５の開度が、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１８からの開度指令信号１４ａ，１５ａにより制御されるようになっており、エンジン１の負荷や回転数等から把握される運転状態に基づいて、燃焼不良を招かない範囲で効果的なＮＯx低減率が得られるように適切な制御が実行されるようになっている。
【００２４】
ここで、本形態例にあっては、前記インタークーラ６に水冷式のものが採用されており、該インタークーラ６と専用のサブラジエタ１９との間を送り管２０と戻し管２１とを介して冷却水２２を循環させるようにしてあり、前記送り管２０の途中にはサーモスタット２３が装備され、前記戻し管２１の途中には水ポンプ２４が装備されており、冷却水２２の温度が規定水温以下の場合に前記サーモスタット２３の働きにより冷却水２２をバイパス管２５を介し前記サブラジエタ１９を迂回させて前記水ポンプ２４の入側へ導き得るようにしてある。
【００２５】
しかも、前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａのハウジングにはウォータジャケット２６が設けられており、前記送り管２０におけるサーモスタット２３より上流側に装備した切替バルブ２７と前記ウォータジャケット２６との間が連絡管２８により接続され、前記切替バルブ２７により前記サブラジエタ１９に向かう冷却水２２の流れを前記ウォータジャケット２６に向かう流れに切り替え得るようにしてある。
【００２６】
更に、前記送り管２０における前記切替バルブ２７と前記サーモスタット２３との間が連絡管２９により接続されており、前記ウォータジャケット２６を経た冷却水２２が前記連絡管２９を介して前記切替バルブ２７と前記サーモスタット２３との間に戻されるようになっている。
【００２７】
尚、前記コンプレッサ２ａのハウジングに設けられるウォータジャケット２６は、コンプレッサ２ａのハウジング内に一体成形するようにしても良いし、コンプレッサ２ａのハウジングの外周に別部品として組み付けるようにしても良い。
【００２８】
また、前記切替バルブ２７の切り替え操作は、前記制御装置１８により制御信号２７ａを介して制御されるようになっており、この制御装置１８においては、図２にフローチャートで示す如き制御手順で前記切替バルブ２７がコンプレッサ２ａ側とサブラジエタ１９側の何れかに切り替え操作されるようになっている。
【００２９】
即ち、前記切替バルブ２７の制御が開始されると、先ずステップＳ１において、制御装置１８で監視されているエンジン１の冷却水（図示せず）の温度が規定水温を上まわっているか否かが判定され、エンジン１の冷却水の温度が規定水温を上まわらないうちはステップＳ２を経由して判定が繰り返され、前記切替バルブ２７がコンプレッサ２ａ側に切り替えられるようになっている。
【００３０】
そして、ステップＳ１でエンジン１の冷却水（図示せず）の温度が規定水温を上まわっていると判定された場合には、ステップＳ３へと進んで低圧ループのＥＧＲ装置１２が作動状態にあるか否かが判定され、低圧ループのＥＧＲ装置１２が作動状態にある場合にのみステップＳ４へと進んでコンプレッサ２ａの入口壁温が設定温度を下まわっているか否かが判定され、コンプレッサ２ａの入口壁温が設定温度を下まわっている場合にステップＳ５へと進んで前記切替バルブ２７がコンプレッサ２ａ側に切り替えられるようになっている。
【００３１】
ここで、前記制御装置１８は、低圧ループのＥＧＲ装置１２におけるＥＧＲバルブ１４の開度制御を担っているので、該ＥＧＲバルブ１４が閉状態に制御されていなければ低圧ループのＥＧＲ装置１２が作動状態にあると判定でき、また、コンプレッサ２ａの入口壁温については、コンプレッサ２ａの入口吸気温度と吸気流量を実測して熱力学的に推定することができる（これら以外の手法を用いることも可能）。
【００３２】
他方、ステップＳ３にて低圧ループのＥＧＲ装置１２が作動状態にないと判定された場合や、ステップＳ４にてコンプレッサ２ａの入口壁温が設定温度を下まわっていないと判定された場合には、ステップＳ６へと進んで前記切替バルブ２７がサブラジエタ１９側に切り替えられるようになっている。
【００３３】
ここで、ステップＳ４に用いる設定温度は基本的に露点温度近辺で設定すれば良いものであるが、ＥＧＲ率、大気条件、吸気の温度や圧力等を勘案して適宜に補正するようにしても良い。
【００３４】
尚、ステップＳ１における判定は、現在のエンジン１が暖機を優先すべき状況にあるか否かを判定するもので、エンジン１の冷却水の温度が規定水温に上がるまでの冷間、暖機時にあっては、サーモスタット２３の働きにより冷却水２２をバイパス管２５を介しサブラジエタ１９を経由させずに循環し、これにより冷却水２２を早期に暖め且つその暖まった冷却水２２をコンプレッサ２ａのウォータジャケット２６へ循環してエンジン１の暖機を早めるようにしている。
【００３５】
一般的に、エンジン１が暖機を優先すべき状況にある場合に、低圧ループのＥＧＲ装置１２は非作動状態に維持されることになるが、エンジン１の暖機が早まれば、低圧ループのＥＧＲ装置１２をより早く作動させることが可能となり、ＮＯx低減性能の向上に寄与させることが可能となる。
【００３６】
而して、このようにすれば、エンジン１の暖機が完了して低圧ループのＥＧＲ装置１２が作動している状態において、インタークーラ６を経た冷却水２２がウォータジャケット２６を経由して循環する結果、コンプレッサ２ａのハウジングがインタークーラ６からの適度な温度の冷却水２２により暖められ、前記ハウジング内における壁面温度が露点よりも高く維持されて凝縮水の発生が抑制されることになる。
【００３７】
ここで、水冷式のインタークーラ６は、エンジン１の水冷系とは別の専用水冷系を独立して備えており、前記水冷式のインタークーラ６を経た冷却水２２の温度は、エンジン１を経た冷却水２２の温度（約８０〜８５℃程度）よりも大幅に低い約４５〜５０℃程度となっており、再循環される排気ガス８（低圧ＥＧＲガス８ａ）中の水蒸気の露点よりも十分に高いものの必要以上に高くない適度な温度となっているため、コンプレッサ効率の大幅な低下を招く程の悪影響を及ぼさなくて済む。
【００３８】
また、本発明をより具体的に実施するにあたっては、インタークーラ６から冷却水２２をサブラジエタ１９に導く経路の途中に切替バルブ２７を設け、該切替バルブ２７により前記サブラジエタ１９に向かう冷却水２２の流れをウォータジャケット２６に向かう流れに切り替え得るように構成すると良く、更には、低圧ループのＥＧＲ装置１２が作動状態にあり且つコンプレッサ２ａの入口壁温が設定温度を下まわっていることを判定した時に切替バルブ２７によりサブラジエタ１９に向かう冷却水２２の流れをウォータジャケット２６に向かう流れに切り替える制御装置１８を備えることが好ましい。
【００３９】
従って、上記形態例によれば、低圧ループのＥＧＲ装置１２の作動に起因した凝縮水の発生を抑制することができるので、凝縮水によるターボチャージャ２のコンプレッサ２ａやハウジングの腐食や、凝縮水が凍結してできた氷片の吸入によるコンプレッサ２ａのブレード等の損傷を極力回避することができ、しかも、コンプレッサ効率の大幅な低下を回避することもできる。
【００４０】
また、少なくとも低圧ループのＥＧＲ装置１２が作動している条件下でのみ切替バルブ２７を切り替えてウォータジャケット２６へ冷却水２２を循環し、コンプレッサ２ａのハウジングを暖めて凝縮水の発生を抑制することができ、エンジン１の暖機完了後に低圧ループのＥＧＲ装置１２が非作動となっている条件では、インタークーラ６からサブラジエタ１９へと冷却水２２を直接流して水ポンプ２４の駆動ロスを低減することができる。
【００４１】
尚、本発明のエンジンの凝縮水抑制装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
２      ターボチャージャ
２ａ    コンプレッサ
２ｂ    タービン
４      吸気
５      吸気管
６      インタークーラ
８      排気ガス
１０    排気管
１２    低圧ループのＥＧＲ装置
１８    制御装置
１９    サブラジエタ
２２    冷却水
２６    ウォータジャケット
２７    切替バルブ
【図１】
2018062915.tif 000003
【図２】
2018062915.tif 000004