(57)【要約】【課題】インタークーラにおける吸入空気の出口付近に霜が発生することを防止できる吸気装置を提供する。【解決手段】吸気装置３７は、ディーゼルエンジン２と接続され、吸入空気が流れる吸気通路８と、吸気通路８に配設されたインタークーラ１６とを備え、インタークーラ１６は、吸入空気が通る吸入空気流通部２６と、吸入空気流通部２６を流れる吸入空気を冷却する空気が通る冷却空気流通部２７とを有し、インタークーラ１６における吸入空気の出口側の部分には、吸入空気流通部２６を流れる吸入空気を加熱するようにディーゼルエンジン２を冷却した後のエンジン冷却水が流れる温水配管３０が取り付けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと接続され、吸入空気が流れる吸気通路と、
前記吸気通路に配設されたインタークーラとを備え、
前記インタークーラは、前記吸入空気が通る吸入空気流通部と、前記吸入空気流通部を流れる前記吸入空気を冷却する冷却空気が通る冷却空気流通部とを有し、
前記インタークーラにおける前記吸入空気の出口側の部分には、前記吸入空気流通部を流れる前記吸入空気を加熱するように前記エンジンを冷却した後のエンジン冷却水が流れる温水配管が取り付けられている吸気装置。
【請求項２】
前記インタークーラは、前記吸入空気流通部に前記吸入空気を導入する入口ヘッダと、前記吸入空気流通部から前記吸入空気を導出する出口ヘッダとを有すると共に、前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとの間において前記吸入空気流通部と前記冷却空気流通部とが交互に積層されており、
前記温水配管は、前記インタークーラの側面における前記吸入空気の出口側の部分において、前記吸入空気流通部及び前記冷却空気流通部の積層方向に延びるように取り付けられている請求項１記載の吸気装置。
【請求項３】
前記温水配管の一端と前記エンジン冷却水を循環させる循環経路における前記エンジンとラジエータとの間の部分とを接続する第１配管と、
前記温水配管の他端と前記循環経路における前記ラジエータの下流側の部分とを接続する第２配管とを備える請求項１または２記載の吸気装置。
【請求項４】
前記第１配管に配設された開閉弁と、
外気温を検出する検出部と、
前記検出部により検出された外気温が氷点以下のときに、前記開閉弁を開いて前記温水配管へ前記エンジン冷却水が流れるように制御する制御部とを備える請求項３記載の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の吸気装置としては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載の吸気装置は、エンジンの吸気マニホールドと接続され、エンジンでの燃焼に必要な吸気をエンジンに送るための吸気通路と、吸気通路に設けられた過給機のコンプレッサと、吸気通路におけるコンプレッサよりもエンジン側に設けられ、コンプレッサによって圧縮されて温度が上昇した吸気と大気とを熱交換するインタークーラとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−５９４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、車両の走行時に、インタークーラにおける吸気（吸入空気）の出口付近の温度が０℃以下になると、インタークーラにおける吸気の出口付近に霜が発生する。その後、屋内駐車場等のように外気温が０℃よりも高い場所に車両が移動すると、インタークーラにおける吸気の出口付近の霜が融解し、インタークーラ内に多量の水が溜まる。その水がエンジン内に浸入すると、ラフアイドル等の不具合が発生する。
【０００５】
本発明の目的は、インタークーラにおける吸入空気の出口付近に霜が発生することを防止できる吸気装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る吸気装置は、エンジンと接続され、吸入空気が流れる吸気通路と、吸気通路に配設されたインタークーラとを備え、インタークーラは、吸入空気が通る吸入空気流通部と、吸入空気流通部を流れる吸入空気を冷却する冷却空気が通る冷却空気流通部とを有し、インタークーラにおける吸入空気の出口側の部分には、吸入空気流通部を流れる吸入空気を加熱するようにエンジンを冷却した後のエンジン冷却水が流れる温水配管が取り付けられている。
【０００７】
このような吸気装置においては、インタークーラにおける吸入空気の出口側の部分に取り付けられた温水配管に、吸入空気流通部を流れる吸入空気を加熱するようにエンジンを冷却した後の温かいエンジン冷却水が流れる。従って、インタークーラにおける吸入空気の出口付近の温度が氷点以下になりにくいため、インタークーラにおける吸入空気の出口付近に霜が発生することが防止される。
【０００８】
インタークーラは、吸入空気流通部に吸入空気を導入する入口ヘッダと、吸入空気流通部から吸入空気を導出する出口ヘッダとを有すると共に、入口ヘッダと出口ヘッダとの間において吸入空気流通部と冷却空気流通部とが交互に積層されており、温水配管は、インタークーラの側面における吸入空気の出口側の部分において、吸入空気流通部及び冷却空気流通部の積層方向に延びるように取り付けられていてもよい。このような構成では、吸入空気流通部の出口ヘッダ付近の温度及び出口ヘッダの温度が氷点以下になりにくいため、吸入空気流通部の出口ヘッダ付近及び出口ヘッダに霜が発生することが防止される。
【０００９】
吸気装置は、温水配管の一端とエンジン冷却水を循環させる循環経路におけるエンジンとラジエータとの間の部分とを接続する第１配管と、温水配管の他端と循環経路におけるラジエータの下流側の部分とを接続する第２配管とを備えてもよい。このような構成では、エンジンを通過した直後のエンジン冷却水が第１配管を通って温水配管に供給されるため、温水であるエンジン冷却水が確実に温水配管を流れるようになる。
【００１０】
吸気装置は、第１配管に配設された開閉弁と、外気温を検出する検出部と、検出部により検出された外気温が氷点以下のときに、開閉弁を開いて温水配管へエンジン冷却水が流れるように制御する制御部とを備えてもよい。このような構成では、外気温が氷点以下のときは、開閉弁が開弁することで、エンジン冷却水が温水配管を流れ、外気温が氷点以下でないときは、開閉弁が閉弁することで、エンジン冷却水が温水配管を流れない。従って、外気温が氷点よりも高い状態において、冷却空気による吸入空気の冷却効率に影響を与えることがない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、インタークーラにおける吸入空気の出口付近に霜が発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る吸気装置を備えたエンジンシステムを示す概略構成図である。
【図２】インタークーラの側面図をコンプレッサ及びエアクリーナと共に示す図である。
【図３】インタークーラの平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る吸気装置の一部を含むエンジン冷却水循環系を示す構成図である。
【図５】インタークーラに霜が発生した状態を示す拡大側面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る吸気装置の一部を含むエンジン冷却水循環系を示す構成図である。
【図７】ＥＣＵにより実行される開閉弁制御処理の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】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る吸気装置を備えたエンジンシステムを示す概略構成図である。同図において、エンジンシステム１は、ディーゼルエンジン２を備えている。ディーゼルエンジン２は、４気筒直列型エンジンである。ディーゼルエンジン２は、４つのシリンダ３を有している。各シリンダ３には、燃焼室４が設けられている。
【００１５】
また、エンジンシステム１は、各燃焼室４に燃料を噴射する４つのインジェクタ５と、各インジェクタ５に高圧燃料を供給するコモンレール６とを備えている。
【００１６】
また、エンジンシステム１は、ディーゼルエンジン２にインテークマニホールド７を介して接続された吸気通路８と、ディーゼルエンジン２にエキゾーストマニホールド９を介して接続された排気通路１０とを備えている。吸気通路８は、各燃焼室４に吸入される空気（吸入空気）が流れる通路である。排気通路１０は、各燃焼室４で発生した排気ガスが流れる通路である。
【００１７】
また、エンジンシステム１は、吸入空気を過給するターボ過給機１１を備えている。ターボ過給機１１は、排気通路１０に配設されたタービン１２と、吸気通路８に配設されたコンプレッサ１３と、タービン１２とコンプレッサ１３とを連結するシャフト１４とを有している。タービン１２は、排気ガスの流れを受けて回転する。コンプレッサ１３は、タービン１２のトルクを利用して吸入空気を圧縮する。
【００１８】
吸気通路８におけるコンプレッサ１３の上流側には、吸入空気に含まれる塵及び埃等の異物を取り除くエアクリーナ１５が配設されている。吸気通路８におけるコンプレッサ１３の下流側には、ディーゼルエンジン２に向けて空冷式のインタークーラ１６及びスロットルバルブ１７が順に配設されている。インタークーラ１６は、ターボ過給機１１により過給された吸入空気を冷却する熱交換器である。スロットルバルブ１７は、ディーゼルエンジン２に吸入される空気流量を調整する。排気通路１０におけるタービン１２の下流側には、排気ガス中の粒子状物質を除去する触媒付きＤＰＦ１８が配設されている。
【００１９】
また、エンジンシステム１は、燃焼室４で発生した排気ガスの一部をＥＧＲガス（排気再循環ガス）として燃焼室４に還流させるＥＧＲユニット２０を備えている。ＥＧＲユニット２０は、エキゾーストマニホールド９と吸気通路８とを接続するＥＧＲ通路２１と、エキゾーストマニホールド９から吸気通路８へのＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲバルブ２２と、ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２３と、このＥＧＲクーラ２３をバイパスするようにＥＧＲ通路２１に接続されたバイパス通路２４と、ＥＧＲガスの流路をＥＧＲクーラ２３またはバイパス通路２４に切り替える切替弁２５とを有している。
【００２０】
図２は、インタークーラ１６の側面図をコンプレッサ１３及びエアクリーナ１５と共に示す図である。図３は、インタークーラ１６の平面図である。図２及び図３において、インタークーラ１６は、直方体形状を呈している。
【００２１】
インタークーラ１６は、吸入空気が通る複数の扁平チューブ状の吸入空気流通部２６と、吸入空気流通部２６を流れる吸入空気を冷却する冷却空気（走行風）が通る複数の冷却空気流通部２７と、各吸入空気流通部２６の上流側に配置された入口ヘッダ２８と、各吸入空気流通部２６の下流側に配置された出口ヘッダ２９とを有している。
【００２２】
吸入空気流通部２６と冷却空気流通部２７とは、入口ヘッダ２８と出口ヘッダ２９との間において交互に積層されている。インタークーラ１６の最上部及び最下部には、吸入空気流通部２６が配置されている。冷却空気流通部２７には、フィンが設けられている。冷却空気流通部２７は、吸入空気と冷却空気とを熱交換する。吸入空気流通部２６を吸入空気が通る方向は、冷却空気流通部２７を冷却空気が通る方向と直交している。
【００２３】
入口ヘッダ２８は、コンプレッサ１３側の吸気通路８と各吸入空気流通部２６とを連通させ、吸気通路８から各吸入空気流通部２６に吸入空気を導入する。出口ヘッダ２９は、各吸入空気流通部２６とスロットルバルブ１７側の吸気通路８とを連通させ、各吸入空気流通部２６から吸気通路８に吸入空気を導出する。
【００２４】
インタークーラ１６における吸入空気の出口側の部分には、吸入空気流通部２６を流れる吸入空気を加熱するようにディーゼルエンジン２を冷却した後のエンジン冷却水が流れる温水配管３０が取り付けられている。温水配管３０は、インタークーラ１６における冷却空気の上流側の側面１６ａに溶接により取り付けられている。温水配管３０は、インタークーラ１６の側面１６ａにおける吸入空気の出口側の部分において、インタークーラ１６の高さ方向（吸入空気流通部２６及び冷却空気流通部２７の積層方向）にインタークーラ１６の下端から上端まで延びるように取り付けられている。具体的には、温水配管３０は、インタークーラ１６の側面１６ａにおける出口ヘッダ２９よりも所定長だけ入口ヘッダ２８側に取り付けられている。
【００２５】
温水配管３０は、インタークーラ１６の側面１６ａに溶接しやすいように、角筒状を呈している。ただし、温水配管３０は、円筒状を呈していてもよい。温水配管３０の寸法は、常温（例えば２５℃）環境下でのインタークーラ１６の冷却効率に影響しないように決定される。
【００２６】
図４は、本発明の一実施形態に係る吸気装置の一部を含むエンジン冷却水循環系を示す構成図である。図４において、エンジン冷却水循環系３１は、エンジン冷却水が循環する循環経路３２を有している。循環経路３２には、ディーゼルエンジン２及びラジエータ３３が順に配設されている。ラジエータ３３は、ディーゼルエンジン２を通過した後の温かいエンジン冷却水を走行風により冷却する。ディーゼルエンジン２を通過した直後のエンジン冷却水の温度は、８０℃〜９０℃程度である。ディーゼルエンジン２には、エンジン冷却水を圧送して循環させるウォータポンプ３４が取り付けられている。
【００２７】
温水配管３０の一端と循環経路３２におけるディーゼルエンジン２とラジエータ３３との間の部分とは、バイパス配管３５（第１配管）を介して接続されている。温水配管３０の他端と循環経路３２におけるラジエータ３３の下流側の部分とは、バイパス配管３６（第２配管）を介して接続されている。なお、バイパス配管３５，３６の径は、循環経路３２を構成する配管の径に比べて十分に小さい。
【００２８】
このようなエンジン冷却水循環系３１においては、エンジン冷却水が循環経路３２を循環することで、ディーゼルエンジン２が冷却される。このとき、ディーゼルエンジン２を通過した後の温かいエンジン冷却水は、バイパス配管３５、温水配管３０及びバイパス配管３６を流れて循環経路３２に戻る。
【００２９】
以上において、吸気通路８、コンプレッサ１３、エアクリーナ１５、インタークーラ１６、スロットルバルブ１７、温水配管３０及びバイパス配管３５，３６は、本実施形態の吸気装置３７を構成している。
【００３０】
ところで、例えば寒冷地において、外気温が０℃（氷点）よりも低い状態で車両が走行しているときには、コンプレッサ１３により吸入空気が圧縮されて吸入空気の温度が上昇するため、インタークーラ１６における吸入空気の入口側の温度は０℃以下にはならないが、インタークーラ１６における吸入空気の出口付近では、吸入空気がインタークーラ１６を入口側から出口側にかけて流れる中で冷却されるので、吸入空気の温度は０℃以下になる。このため、図５に示されるように、インタークーラ１６における吸入空気の出口付近に霜Ｓが発生する。具体的には、各吸入空気流通部２６の出口ヘッダ２９側の部分及び出口ヘッダ２９に霜Ｓが発生する。その後、屋内駐車場等のように外気温が０℃よりも高い場所に車両が移動すると、インタークーラ１６における吸入空気の出口付近の霜Ｓが融解して、インタークーラ１６内に多量の水が溜まる。その水がディーゼルエンジン２の燃焼室４に浸入すると、ディーゼルエンジン２の稼働中にラフアイドル等の不具合が発生する。
【００３１】
このような課題に対し、本実施形態では、インタークーラ１６における吸入空気の出口側の部分に取り付けられた温水配管３０に、吸入空気流通部２６を流れる吸入空気を加熱するようにディーゼルエンジン２を冷却した後の温かいエンジン冷却水が流れる。従って、インタークーラ１６における吸入空気の出口付近の温度が氷点以下になりにくいため、インタークーラ１６における吸入空気の出口付近に霜Ｓが発生することが防止される。これにより、インタークーラ１６に発生した霜Ｓが融解してインタークーラ１６内に水が溜まることが防止されるため、インタークーラ１６内からディーゼルエンジン２の燃焼室４に水が浸入することが防止される。
【００３２】
また、本実施形態では、温水配管３０は、インタークーラ１６の側面１６ａにおける吸入空気の出口側の部分において、吸入空気流通部２６及び冷却空気流通部２７の積層方向に延びるように取り付けられている。従って、各吸入空気流通部２６の出口ヘッダ２９付近の温度及び出口ヘッダ２９の温度が氷点以下になりにくいため、各吸入空気流通部２６の出口ヘッダ２９付近及び出口ヘッダ２９に霜Ｓが発生することが防止される。
【００３３】
また、本実施形態では、温水配管３０の一端と循環経路３２におけるディーゼルエンジン２とラジエータ３３との間の部分とはバイパス配管３５を介して接続されており、温水配管３０の他端と循環経路３２におけるラジエータ３３の下流側の部分とはバイパス配管３６を介して接続されている。従って、ディーゼルエンジン２を通過した直後のエンジン冷却水がバイパス配管３５を通って温水配管３０に供給されるため、温水であるエンジン冷却水が確実に温水配管３０を流れるようになる。
【００３４】
図６は、本発明の他の実施形態に係る吸気装置の一部を含むエンジン冷却水循環系を示す構成図である。図６において、本実施形態の吸気装置４０は、上記の吸気装置３７の構成に加え、電磁式の開閉弁４１と、吸気温センサ４２と、ＥＣＵ（電子制御ユニット）４３とを備えている。
【００３５】
開閉弁４１は、バイパス配管３５に配設されている。吸気温センサ４２は、例えばエアクリーナ１５等に取り付けられている。吸気温センサ４２は、吸入空気の温度（吸気温）を計測することで、外気温を検出する検出部を構成している。
【００３６】
ＥＣＵ４３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。ＥＣＵ４３は、吸気温センサ４２の検出値に基づいて、開閉弁４１を制御する制御部を構成している。
【００３７】
図７は、ＥＣＵ４３により実行される開閉弁制御処理の手順を示すフローチャートである。図７において、ＥＣＵ４３は、まず吸気温センサ４２の検出値を取得する（手順Ｓ１０１）。ＥＣＵ４３は、吸気温センサ４２により検出された外気温が氷点以下であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０２）。
【００３８】
ＥＣＵ４３は、外気温が氷点以下であると判断したときは、開閉弁４１を開くように制御する（手順Ｓ１０３）。これにより、ディーゼルエンジン２を通過した直後の温かいエンジン冷却水がバイパス配管３５を通って温水配管３０に流れる。ＥＣＵ４３は、外気温が氷点以下でないと判断したときは、開閉弁４１を閉じるように制御する（手順Ｓ１０４）。これにより、ディーゼルエンジン２を通過した直後の温かいエンジン冷却水が温水配管３０に流れることがない。
【００３９】
このような本実施形態においては、外気温が氷点以下のときは、開閉弁４１が開弁することで、エンジン冷却水が温水配管３０を流れ、外気温が氷点以下でないときは、開閉弁４１が閉弁することで、エンジン冷却水が温水配管３０を流れない。従って、外気温が氷点よりも高い状態において、冷却空気による吸入空気の冷却効率に影響を与えることがない。
【００４０】
なお、本実施形態では、吸気温センサ４２により吸気温を計測することで、外気温を検出しているが、特にその形態には限られず、エンジン冷却水の水温から外気温を推定してもよいし、或いは外気温を直接計測してもよい。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、温水配管３０は、インタークーラ１６の側面１６ａにおける出口ヘッダ２９よりも所定長だけ入口ヘッダ２８側に取り付けられているが、特にその形態には限られない。温水配管３０は、インタークーラ１６の側面１６ａにおける出口ヘッダ２９に隣接した位置に取り付けられていてもよいし、或いは出口ヘッダ２９に取り付けられていてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、温水配管３０は、インタークーラ１６における冷却空気の上流側の側面１６ａに取り付けられているが、温水配管３０がインタークーラ１６における吸入空気の出口側の部分に取り付けられているのであれば、特にその形態には限られない。温水配管３０は、インタークーラ１６における冷却空気の下流側の側面に取り付けられていてもよいし、或いはインタークーラ１６における冷却空気の上流側及び下流側の側面にそれぞれ取り付けられていてもよい。また、温水配管３０は、インタークーラ１６における冷却空気の上流側及び下流側の側面とインタークーラ１６の上面または下面とにＵ字状にわたって取り付けられていてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、ディーゼルエンジン２は４気筒直列型エンジンであるが、ディーゼルエンジン２の構造としては、特にそれには限られず、６気筒直列型エンジンまたは８気筒直列型エンジン等でもよいし、或いはＶ型エンジンであってもよい。
【００４４】
また、本発明は、ディーゼルエンジン２には限られず、ガソリンエンジンにも適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
２…ディーゼルエンジン（エンジン）、８…吸気通路、１６…インタークーラ、１６ａ…側面、２６…吸入空気流通部、２７…冷却空気流通部、２８…入口ヘッダ、２９…出口ヘッダ、３０…温水配管、３２…循環経路、３３…ラジエータ、３５…バイパス配管（第１配管）、３６…バイパス配管（第２配管）、３７…吸気装置、４０…吸気装置、４１…開閉弁、４２…吸気温センサ（検出部）、４３…ＥＣＵ（制御部）。
【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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【図６】
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【図７】
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