(57)【要約】【課題】インタークーラの内部で凝縮水が発生することを抑制する。【解決手段】内燃機関１００における吸気通路１１には、吸気を圧送するコンプレッサ４１が取り付けられている。吸気通路１１におけるコンプレッサ４１よりも下流側の部分には、吸気を冷却するインタークーラ２３が取り付けられている。内燃機関１００における排気通路１３には、排気通路１３を流通する排気の一部を還流するＥＧＲ通路５１の一端が接続されている。ＥＧＲ通路５１の他端は、吸気通路１１におけるコンプレッサ４１よりも上流側の部分に接続されている。吸気通路１１において、ＥＧＲ通路５１との接続部分からコンプレッサ４１までの部分には、ガスに含まれる水分を除去する除湿機６０が取り付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気が流通する吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、吸気を圧送するコンプレッサと、前記吸気通路における前記コンプレッサよりも下流側の部分に設けられ、吸気を冷却するインタークーラと、排気通路に接続され、当該排気通路を流通する排気の一部を前記吸気通路における前記コンプレッサよりも上流側の部分へと還流するＥＧＲ通路とを備えている内燃機関であって、
前記吸気通路において、前記ＥＧＲ通路との接続部分から前記コンプレッサまでの部分には、ガスに含まれる水分を除去する除湿機が設けられている
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記除湿機は、ガスが流通する管形状の熱交換部を備え、前記熱交換部の内部を流通するガスを冷却することにより、ガスに含まれる水分を除去するものであって、
前記熱交換部は、流路断面積が当該熱交換部の上流端における流路断面積よりも大きい拡管部を備えている
請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記除湿機は、ガスが流通する管形状の熱交換部を備え、前記熱交換部の内部を流通するガスを冷却することにより、ガスに含まれる水分を除去するものであって、
前記熱交換部の外周面からは、板形状のフィン部が突出している
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記除湿機には、ガスに含まれていた水分が凝縮した凝縮水を、前記吸気通路におけるインタークーラよりも下流側の部分へ供給する供給通路が接続されており、
前記供給通路には、当該供給通路の流路を開状態及び閉状態に切り替える供給バルブが設けられている
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の内燃機関の吸気通路には、ターボチャージャのコンプレッサが取り付けられている。コンプレッサは、吸気通路における当該コンプレッサよりも下流側に吸気を圧送する。吸気通路におけるコンプレッサよりも下流側の部分には、吸気を冷却するインタークーラが取り付けられている。一方、内燃機関の排気通路には、当該排気通路を流通する排気の一部を還流するＥＧＲ通路の一端が接続されている。ＥＧＲ通路の他端は、吸気通路におけるコンプレッサよりも上流側の部分に接続されている。
【０００３】
特許文献１のＥＧＲ通路の途中には、排気に含まれる水分を除去する除湿機が取り付けられている。したがって、吸気通路におけるコンプレッサよりも上流側の部分には、水分が除去された排気が還流される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−００２８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の内燃機関において、吸気通路におけるＥＧＲ通路との接続部分よりも下流側では、水分が除去された排気と外部から取り込まれた吸気との混合ガスが流通する。この混合ガスのうち、外部から取り込まれた吸気は水分が除去されていない。そのため、混合ガスがインタークーラによって冷却されると、インタークーラの内部で凝縮水が発生することがある。インタークーラの内部で発生した凝縮水は、インタークーラの腐食等の原因となり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための内燃機関は、吸気が流通する吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、吸気を圧送するコンプレッサと、前記吸気通路における前記コンプレッサよりも下流側の部分に設けられ、吸気を冷却するインタークーラと、排気通路に接続され、当該排気通路を流通する排気の一部を前記吸気通路における前記コンプレッサよりも上流側の部分へと還流するＥＧＲ通路とを備えている内燃機関であって、前記吸気通路において、前記ＥＧＲ通路との接続部分から前記コンプレッサまでの部分には、ガスに含まれる水分を除去する除湿機が設けられている。
【０００７】
上記構成では、外部から吸気通路に導入される吸気とＥＧＲ通路から吸気通路に導入される排気との混合ガスの水分を除去できる。そのため、吸気通路における除湿機よりも下流側には、水分が除去された混合ガスが流通する。これにより、混合ガスがインタークーラで冷却されても、インタークーラの内部で凝縮水が発生しにくい。
【０００８】
上記構成において、前記除湿機は、ガスが流通する管形状の熱交換部を備え、前記熱交換部の内部を流通するガスを冷却することにより、ガスに含まれる水分を除去するものであって、前記熱交換部は、流路断面積が当該熱交換部の上流端における流路断面積よりも大きい拡管部を備えていてもよい。
【０００９】
上記構成では、熱交換部を流通している間にガスが冷却されることでガスに含まれる水分が凝縮され、ガスに含まれる水分が除去される。ここで、上記構成では、熱交換部の拡管部を流通するガスの流速は、熱交換部よりも上流側の吸気通路を流通するガスの流速に比べて小さくなる。そのため、上記構成では、ガスが熱交換部の拡管部を流通する時間が長くなり、その分、ガスが冷却されやすくなる。
【００１０】
上記構成において、前記除湿機は、ガスが流通する管形状の熱交換部を備え、前記熱交換部の内部を流通するガスを冷却することにより、ガスに含まれる水分を除去するものであって、前記熱交換部の外周面からは、板形状のフィン部が突出していてもよい。
【００１１】
上記構成によれば、フィン部の存在により、熱交換部の内部のガスと熱交換部の外部との熱交換が促進される。これにより、熱交換部の内部のガスが冷却されやすくなる。
上記構成において、前記除湿機には、ガスに含まれていた水分が凝縮した凝縮水を、前記吸気通路におけるインタークーラよりも下流側の部分へ供給する供給通路が接続されており、前記供給通路には、当該供給通路の流路を開状態及び閉状態に切り替える供給バルブが設けられていてもよい。
【００１２】
上記構成では、供給バルブによって供給通路の流路が開状態になると、供給通路を介して吸気通路に凝縮水が供給される。そして、吸気通路内や気筒内において凝縮水が気化して吸気の温度が低下すると、気筒内の燃料の燃焼温度も低下する。これにより、燃料の燃焼に伴う窒素酸化物等の生成を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】内燃機関の全体図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図１にしたがって説明する。以下の説明において、単に上流、下流というときは、吸気、排気、及び凝縮水の流れにおける上流、下流を示すものとする。
【００１５】
図１に示すように、内燃機関１００は、当該内燃機関１００の外部から吸気を導入するための吸気通路１１を備えている。吸気通路１１には、吸気に含まれる異物を取り除くエアクリーナ２１が取り付けられている。吸気通路１１におけるエアクリーナ２１よりも下流側には、ターボチャージャ４０におけるコンプレッサ４１が取り付けられている。コンプレッサ４１は、吸気通路１１におけるコンプレッサ４１よりも下流側に吸気を圧送する。吸気通路１１におけるコンプレッサ４１よりも下流側には、スロットルバルブ２２が取り付けられている。スロットルバルブ２２は、吸気通路１１の流路を開閉することにより、当該吸気通路１１の流通する吸気量を制御する。吸気通路１１におけるスロットルバルブ２２よりも下流側には、インタークーラ２３が取り付けられている。インタークーラ２３は、コンプレッサ４１によって圧送された吸気を冷却する。
【００１６】
吸気通路１１の下流端には、燃料を吸気と混合して燃焼させる気筒１２が接続されている。気筒１２内には図示しない燃料噴射弁によって燃料が噴射され、当該気筒１２内において燃料が燃焼する。気筒１２には、当該気筒１２から排気を排出するための排気通路１３の上流端が接続されている。排気通路１３には、ターボチャージャ４０におけるタービン４２が取り付けられている。タービン４２は、回転軸４３を介してコンプレッサ４１に連結されている。排気の流れによってタービン４２が回転すると、コンプレッサ４１も回転する。排気通路１３におけるタービン４２よりも下流側には、排気を浄化するための触媒３１が取り付けられている。
【００１７】
排気通路１３における触媒３１よりも下流側の部分には、ＥＧＲ通路５１の上流端が接続されている。ＥＧＲ通路５１の下流端は、吸気通路１１におけるエアクリーナ２１とコンプレッサ４１との間の部分に接続されている。ＥＧＲ通路５１は、排気通路１３を流通する排気の一部を、吸気通路１１におけるエアクリーナ２１よりも下流側であって、吸気通路１１におけるコンプレッサ４１よりも上流側の部分へと還流する。
【００１８】
ＥＧＲ通路５１には、還流する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ５２が取り付けられている。ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲクーラ５２よりも下流側には、ＥＧＲバルブ５３が取り付けられている。ＥＧＲバルブ５３は、ＥＧＲ通路５１の流路を開閉することにより、当該ＥＧＲ通路５１を流通する排気量を制御する。
【００１９】
吸気通路１１において、ＥＧＲ通路５１の下流端との接続部分からコンプレッサ４１までの部分には、ガスに含まれる水分を除去する除湿機６０が取り付けられている。除湿機６０における熱交換部６１は、全体として円管形状になっている。熱交換部６１の材質は、熱伝導率の高い材質、例えばアルミニウム合金である。除湿機６０は、熱交換部６１の内部と外部との間で熱交換することで、当該熱交換部６１の内部を流通するガスを冷却する。そして、除湿機６０は、ガスに含まれる水分を凝縮させて、当該ガスに含まれる水分を除去する。
【００２０】
熱交換部６１は、上流側に位置する上流側管部６２と、略中央に位置する拡管部６３と、下流側に位置する下流側管部６４とに大別できる。上流側管部６２の上流端は、除湿機６０よりも上流側の吸気通路１１に接続されている。上流側管部６２の上流端の内径は、除湿機６０よりも上流側の吸気通路１１の下流端の内径と略同じになっている。上流側管部６２の内径は、下流側ほど大きくなっている。
【００２１】
上流側管部６２の下流端には、拡管部６３の上流端が接続されている。拡管部６３の上流端の内径は、上流側管部６２の下流端の内径と略同じになっている。拡管部６３の内径は、拡管部６３の軸線方向において略一定になっている。すなわち、拡管部６３の流路断面積は、拡管部６３の全域において、熱交換部６１における上流側管部６２の上流端の流路断面積よりも大きくなっている。
【００２２】
拡管部６３の下流端には、下流側管部６４の上流端が接続されている。下流側管部６４の上流端の内径は、拡管部６３の下流端の内径と略同じになっている。下流側管部６４の内径は、下流側ほど小さくなっている。下流側管部６４の下流端は、除湿機６０よりも下流側の吸気通路１１に接続されている。下流側管部６４の下流端の内径は、除湿機６０よりも下流側の吸気通路１１の上流端の内径と略同じになっている。
【００２３】
熱交換部６１における拡管部６３の外周面からは、拡管部６３の径方向外側に向かって複数のフィン部６６が突出している。フィン部６６は、拡管部６３の周方向に延びる略板形状になっている。フィン部６６は、拡管部６３の軸線方向から視たときに、全体として円環形状になっている。本実施形態では、フィン部６６の材質が、熱交換部６１と同じアルミニウム合金である。すなわち、フィン部６６の熱伝導率は、熱交換部６１の熱伝導率と略同じになっている。また、本実施形態では、フィン部６６が、溶接によって熱交換部６１における拡管部６３の外周面に対して固定されている。なお、図１では、フィン部６６の数や形状を簡略化して図示している。
【００２４】
熱交換部６１には、供給通路７１の上流端が接続されている。供給通路７１の上流端は、熱交換部６１が車両に搭載された状態において当該熱交換部６１の鉛直方向の最も下方の位置に接続されている。供給通路７１の下流端は、吸気通路１１におけるインタークーラ２３よりも下流側の部分に接続されている。供給通路７１は、熱交換部６１で発生した凝縮水を、吸気通路１１におけるインタークーラ２３よりも下流側の部分へ供給する。
【００２５】
供給通路７１には、熱交換部６１で発生した凝縮水を貯留するための凝縮水タンク７２が取り付けられている。凝縮水タンク７２は、車両に搭載された状態において熱交換部６１よりも鉛直方向下側に配置されている。したがって、熱交換部６１で発生した凝縮水は、重力によって供給通路７１を介して凝縮水タンク７２に案内される。供給通路７１における凝縮水タンク７２よりも下流側には、ポンプ７３が取り付けられている。ポンプ７３は、凝縮水タンク７２側からインタークーラ２３よりも下流側の吸気通路１１側に凝縮水を圧送する。供給通路７１の下流側端部には、供給通路７１の流路を開状態及び閉状態に切り替える供給バルブ７４が取り付けられている。供給バルブ７４は、ポンプ７３によって圧送される凝縮水を吸気通路１１内に噴射する。
【００２６】
上記のスロットルバルブ２２、ＥＧＲバルブ５３、及び供給バルブ７４は、制御装置８０によって開閉制御される。制御装置８０は、スロットルバルブ２２に対して、当該スロットルバルブ２２を開閉制御するための制御信号を出力する。また、制御装置８０は、ＥＧＲバルブ５３に対して、当該ＥＧＲバルブ５３を開閉制御するための制御信号を出力する。制御装置８０は、供給バルブ７４に対して、当該供給バルブ７４を開閉制御するための制御信号を出力する。なお、本実施形態において、制御装置８０は、燃料噴射弁の燃料噴射量、及びターボチャージャ４０による過給運転制御など、内燃機関１００全体を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）として構成されている。
【００２７】
本実施形態の作用及び効果について説明する。
図１に示すように、内燃機関１００では、吸気通路１１から気筒１２に吸気が導入される。気筒１２の内部では燃料が吸気と混合されて燃焼し、気筒１２から排気通路１３へ高温の排気が排出される。ここで、ＥＧＲバルブ５３が開状態に制御されていると、排気通路１３を流通する排気の一部がＥＧＲ通路５１を介して吸気通路１１におけるエアクリーナ２１よりも下流側であって、吸気通路１１におけるコンプレッサ４１よりも上流側の部分へと還流される。
【００２８】
本実施形態では、吸気通路１１において、ＥＧＲ通路５１の下流端との接続部分からコンプレッサ４１までの部分に除湿機６０が取り付けられている。そのため、外部から吸気通路１１に導入される吸気とＥＧＲ通路５１から吸気通路１１に導入される排気との混合ガスは、除湿機６０における熱交換部６１の内部を流通することで冷却される。すると、除湿機６０における熱交換部６１の内部において、混合ガスに含まれている水分が凝縮され、当該混合ガスに含まれる水分の大半が除去される。これにより、吸気通路１１における除湿機６０よりも下流側には、水分が除去された混合ガスが流通する。その結果、混合ガスがインタークーラ２３で冷却されても、インタークーラ２３の内部で凝縮水が発生しにくい。そして、このようにインタークーラ２３の内部で発生した凝縮水によって、インタークーラ２３の腐食等が生じることを抑制できる。
【００２９】
また、吸気通路１１におけるインタークーラ２３よりも上流側の部分に除湿機６０が取り付けられていたとしても、仮に、吸気通路１１におけるコンプレッサ４１よりも下流側の部分に除湿機６０が取り付けられている場合には、コンプレッサ４１の内部で凝縮水が発生し得る。これに対して、本実施形態では、吸気通路１１におけるコンプレッサ４１よりも上流側の部分に除湿機６０が取り付けられているため、コンプレッサ４１の内部においても凝縮水が発生しにくい。
【００３０】
本実施形態では、熱交換部６１における拡管部６３の流路断面積は、熱交換部６１における上流側管部６２の上流端の流路断面積よりも大きくなっている。そのため、熱交換部６１における拡管部６３を流通する混合ガスの流速は、熱交換部６１よりも上流側の吸気通路１１を流通する混合ガスの流速に比べて小さくなる。これにより、本実施形態では、混合ガスが熱交換部６１の拡管部６３を流通する時間が長くなり、その分、混合ガスが冷却されやすくなる。
【００３１】
さらに、本実施形態では、熱交換部６１における拡管部６３の外周面からは、拡管部６３の径方向外側に向かって複数のフィン部６６が突出している。そのため、本実施形態では、フィン部６６の存在によって、熱交換部６１の熱が外部に放熱されやすくなる。これにより、熱交換部６１の内部の混合ガスと熱交換部６１の外部との熱交換が促進される。その結果、熱交換部６１の内部を流通する混合ガスが冷却されやすくなる。
【００３２】
また、本実施形態では、フィン部６６の材質も熱交換部６１の材質も、比較的に熱伝導率が高いアルミニウム合金である。そのため、熱交換部６１の内部を流通する混合ガスの熱は、フィン部６６や熱交換部６１によって熱交換部６１の外部に放熱されやすい。
【００３３】
ところで、本実施形態では、除湿機６０における熱交換部６１の内部において発生した凝縮水は、供給通路７１を介して凝縮水タンク７２に案内される。そして、凝縮水タンク７２内の凝縮水は、ポンプ７３によって凝縮水タンク７２側からインタークーラ２３よりも下流側の吸気通路１１側に圧送される。ここで、供給バルブ７４が開状態に制御されると、圧送された凝縮水が吸気通路１１内に供給される。この凝縮水が吸気通路１１内や気筒１２内において気化して吸気の温度が低下すると、気筒１２内で燃焼する燃料の燃焼温度も低下する。これにより、燃料の燃焼に伴う窒素酸化物等の生成を抑制できる。
【００３４】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、除湿機６０における熱交換部６１の構成は適宜変更できる。例えば、除湿機６０における熱交換部６１を湾曲させてもよい。このように熱交換部６１を湾曲させれば、比較的に小さなスペースであっても熱交換部６１の流路長さを確保しやすい。また、熱交換部６１を湾曲させれば、当該熱交換部６１を流通する混合ガスの流速を小さくしやすい。
【００３５】
・熱交換部６１において、上流側管部６２の上流端よりも流路断面積が大きい拡管部６３が設けられていなくてもよい。例えば、上記した変更例のように、熱交換部６１の流路長さが十分に長い場合には、拡管部６３が設けられていなくても、十分な水分除去を行える。
【００３６】
・上記実施形態において、除湿機６０における熱交換部６１は、内部にガスが流通できる形状になっていればよく、全体として楕円管形状や四角管形状になっていてもよいし、内部が仕切り壁で区画されていてもよい。
【００３７】
・上記実施形態において、除湿機６０における熱交換部６１の材質は変更してもよい。例えば、熱交換部６１の材質は、熱伝導率の高い材質としてアルミニウム合金以外の金属に変更してもよい。また、熱交換部６１の内周面にコーティング処理を行うことで熱交換部６１の腐食を抑制してもよい。同様に、フィン部６６の材質は、アルミニウム合金以外の金属に変更してもよい。この場合、フィン部６６の材質は、熱交換部６１と同程度の熱伝導率の材質、又は熱交換部６１よりも熱伝導率が高い材質に変更することが好ましい。
【００３８】
・上記実施形態において、熱交換部６１に対するフィン部６６の固定構成は適宜変更できる。例えば、熱交換部６１及びフィン部６６を鋳造によって一体的に形成してもよい。
・上記実施形態において、除湿機６０におけるフィン部６６の構成は適宜変更できる。例えば、フィン部６６は、熱交換部６１における上流側管部６２、拡管部６３、及び下流側管部６４の各部から突出してもよい。また、フィン部６６は、熱交換部６１の周方向の一部に設けられていてもよい。
【００３９】
・上記実施形態において、除湿機６０におけるフィン部６６を省略してもよい。例えば、熱交換部６１の外周面に冷却水を流通させる配管を固定し、その配管に冷却水を流通させることで熱交換部６１の熱を外部に放熱させてもよい。このように熱交換部６１の内部においてガスを十分に冷却できるのであれば、フィン部６６を省略してもよい。
【００４０】
・上記実施形態において、ガスを冷却することによってガスに含まれる水分を除去する除湿機以外の除湿機を採用してもよい。例えば、旋回流によってガスに含まれる水分を除去する、いわゆるサイクロン式の除湿機を採用してもよい。具体的には、サイクロン式の除湿機の本体部が略円管形状になっており、本体部の内周面を沿うようにガスを流通させて本体部の内部でガスを旋回させる。そして、ガスの旋回によって発生する遠心力によってガスに含まれる水分を除去してもよい。
【００４１】
・上記構成において、ターボチャージャ４０に代えて内燃機関１００のクランクシャフトの回転によって駆動されるスーパーチャージャを適用してもよい。すなわち、吸気通路１１には、ターボチャージャ４０におけるコンプレッサ４１に代えて、スーパーチャージャにおけるコンプレッサを適用してもよい。また、同様に、ターボチャージャ４０に代えて電動モータによって駆動される電動式のスーパーチャージャを適用してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１１…吸気通路、１２…気筒、１３…排気通路、２１…エアクリーナ、２２…スロットルバルブ、２３…インタークーラ、３１…触媒、４０…ターボチャージャ、４１…コンプレッサ、４２…タービン、４３…回転軸、５１…ＥＧＲ通路、５２…ＥＧＲクーラ、５３…ＥＧＲバルブ、６０…除湿機、６１…熱交換部、６２…上流側管部、６３…拡管部、６４…下流側管部、６６…フィン部、７１…供給通路、７２…凝縮水タンク、７３…ポンプ、７４…供給バルブ、８０…制御装置、１００…内燃機関。
【図１】
2019190451.tif 000003