(57)【要約】【課題】ＥＧＲ装置と過給機とを備える内燃機関において凝縮水の発生を抑制することができる内燃機関を提供する。【解決手段】コンプレッサを含む過給機と、コンプレッサより上流の吸気が通過する第１の吸気管と、コンプレッサより下流の吸気が通過する第２の吸気管と、第１の吸気管と排気通路とを連通するＥＧＲ管を含むＥＧＲ装置と、を備えた内燃機関において、第１の吸気管は、少なくとも一部が第２の吸気管の内部を通っており、第１の吸気管を通過する吸気と第２の吸気管を通過する吸気とが第１の吸気管の壁を介して熱交換を行うことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサを含む過給機と、
前記コンプレッサより上流の吸気が通過する第１の吸気管と、
前記コンプレッサより下流の吸気が通過する第２の吸気管と、
前記第１の吸気管と排気通路とを連通するＥＧＲ管を含むＥＧＲ装置と、を備えた内燃機関において、
前記第１の吸気管は、少なくとも一部が前記第２の吸気管の内部を通っており、
前記第１の吸気管を通過する吸気と前記第２の吸気管を通過する吸気とが前記第１の吸気管の壁を介して熱交換を行うことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
コンプレッサを含む過給機と、
前記コンプレッサより上流の吸気が通過する第１の吸気管と、
前記コンプレッサより下流の吸気が通過する第２の吸気管と、
前記第１の吸気管と排気通路とを連通するＥＧＲ管を含むＥＧＲ装置と、を備えた内燃機関において、
前記第２の吸気管は、少なくとも一部が前記第１の吸気管の内部を通っており、
前記第１の吸気管を通過する吸気と前記第２の吸気管を通過する吸気とが前記第２の吸気管の壁を介して熱交換を行うことを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
前記第１の吸気管と前記ＥＧＲ管との接続部は、前記コンプレッサと、前記第１の吸気管及び前記第２の吸気管が形成する２重管の前記コンプレッサ側の端部との間に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼後の排気の一部を吸気通路へと循環するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備えた内燃機関が知られている。また、排気を利用して吸気を圧縮する過給機を備えた内燃機関が知られている。以下、ＥＧＲ装置及び過給機を備えた内燃機関について図７を参照して説明する。
【０００３】
図７は、ＥＧＲ装置及び過給機を備えた内燃機関の構成を説明するための概略構成図である。図７にはエンジン１００が示されている。エンジン１００には、ＥＧＲ管２２０、ＥＧＲクーラ２００、ＥＧＲ弁１８０を含むＥＧＲ装置が設けられている。また、エンジン１００の吸気通路１５０には、エアクリーナ１２０、過給機の構成部品であるコンプレッサ２８０が設けられている。なお、図７に示すＡ部は、吸気通路１５０とＥＧＲ管２２０との接続部である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３２４６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＥＧＲ装置によってＥＧＲガスが吸気通路に導入されると、高温のＥＧＲガスと常温の吸気とが混合され、ＥＧＲガスに含まれる水分が結露して凝縮水が発生する。凝縮水の発生は、例えば、図７のＡ部のような吸気通路とＥＧＲ管との接続部において引き起こされる。凝縮水が発生することで、吸気通路の腐食等の問題が発生する可能性がある。なお、本発明に関連する先行技術文献として上記特許文献１があげることができる。ただし、上記特許文献１には、この凝縮水の発生に関する対策はなんら開示されていない。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＥＧＲ装置と過給機とを備える内燃機関において凝縮水の発生を抑制する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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
コンプレッサを含む過給機と、
前記コンプレッサより上流の吸気が通過する第１の吸気管と、
前記コンプレッサより下流の吸気が通過する第２の吸気管と、
前記第１の吸気管と排気通路とを連通するＥＧＲ管を含むＥＧＲ装置と、を備えた内燃機関において、
前記第１の吸気管は、少なくとも一部が前記第２の吸気管の内部を通っており、
前記第１の吸気管を通過する吸気と前記第２の吸気管を通過する吸気とが前記第１の吸気管の壁を介して熱交換を行うことを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
コンプレッサを含む過給機と、
前記コンプレッサより上流の吸気が通過する第１の吸気管と、
前記コンプレッサより下流の吸気が通過する第２の吸気管と、
前記第１の吸気管と排気通路とを連通するＥＧＲ管を含むＥＧＲ装置と、を備えた内燃機関において、
前記第２の吸気管は、少なくとも一部が前記第１の吸気管の内部を通っており、
前記第１の吸気管を通過する吸気と前記第２の吸気管を通過する吸気とが前記第２の吸気管の壁を介して熱交換を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記第１の吸気管と前記ＥＧＲ管との接続部は、前記コンプレッサと、前記第１の吸気管及び前記第２の吸気管が形成する２重管の前記コンプレッサ側の端部との間に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コンプレッサ上流の吸気通路において新気を加熱してからＥＧＲガスと合流させることができるため、ＥＧＲガスに含まれる水分が結露しにくくなる。これにより、新気とＥＧＲガスとの合流地点での凝縮水の発生を抑制することができる。この結果、コンプレッサタービンに凝縮水が衝突して発生するエロージョンを抑制することができる。また、吸気通路に凝縮水が溜まることによって生じる吸気通路の腐食や閉塞を防止することができる。また、吸気通路を２重管構造にすることで、搭載スペースを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１の内燃機関の構成を説明するための概略構成図である。
【図２】図１に示す吸気通路１５のＡ−Ａの位置における断面図である。
【図３】実施の形態１の変形例について説明するための図である。
【図４】実施の形態２の内燃機関の構成を説明するための概略構成図である。
【図５】実施の形態２において、図３に示すＢ−Ｂの位置における内外管熱交換器の断面図である。
【図６】実施の形態３の内燃機関の構成を説明するための概略構成図である。
【図７】ＥＧＲ装置及び過給機を備えた内燃機関の構成を説明するための概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関の構成を説明するための概略構成図である。図１に示すエンジン１０は、複数の気筒３４を有するエンジン本体３２と吸排気系とを備える。図１には３つの気筒のみが描かれているが、本発明において、気筒数及び気筒配置はこれに限定されるものではない。吸排気系には過給機が備えられる。本実施形態では、過給機として、排気を利用して吸気を圧縮するターボチャージャが採用されている。過給機は、吸気通路１５に設けられるコンプレッサ２８と、排気通路４０に設けられるタービン３６とが軸を介在して連結される構造をとっている。
【００１３】
実施の形態１の吸気通路１５について説明する。図１に示すように、吸気通路１５には、気筒３４から上流に向けてインタークーラ３０、スロットル１１、コンプレッサ２８、エアクリーナ１２が順次設けられている。
【００１４】
図２は、図１に示す吸気通路１５のＡ−Ａの位置における断面図である。図２に示すように、吸気通路１５は２重管構造になっている。２重管の外側が外管１４であり、内側が内管１６である。
【００１５】
吸気通路１５のうち、エアクリーナ１２より下流、かつ、コンプレッサ２８より上流の管の一部が内管１６を構成し、コンプレッサ２８より下流、かつ、スロットル１１より上流の管の一部が外管１４を構成している。内管１６の内部は、エアクリーナ１２から導入された常温の新気が通過する。外管１４の内部は、新気と後述するＥＧＲ装置から導入されたＥＧＲガスとがコンプレッサ２８によって圧縮された高温の混合気（以下、圧縮混合気という。）が通過する。
【００１６】
実施の形態１の排気通路４０について説明する。排気通路４０には、気筒３４から下流に向けて、タービン３６、触媒２６、マフラー２４が設けられている。さらに、排気通路４０には、排気の一部を吸気通路１５に還流するためのＥＧＲ装置が設けられている。ＥＧＲ装置には、ＥＧＲ管２２、ＥＧＲクーラ２０、そしてＥＧＲバルブ１８が含まれている。ＥＧＲ管２２と吸気通路１５との合流地点をＡ部とする。なお、図１には、吸気通路１５のＡ部が２重管構造になっていないが、これに限定されるものではない。Ａ部が２重管構造であってもよいものとする。
【００１７】
実施の形態１の吸気通路１５において、内管１６を通過する新気と外管１４を通過する圧縮混合気とが、内管１６の壁を介して熱交換を行う。これにより、常温の新気が高温の圧縮混合気によって加熱される。
【００１８】
内管１６において新気を加熱してからＥＧＲガスと合流させることで、ＥＧＲガスに含まれる水分が結露しにくくなる。これにより、新気とＥＧＲガスとの合流地点での凝縮水の発生を抑制することができる。
【００１９】
また、凝縮水が吸気通路１５内に溜まると、ＥＧＲガス中の成分により酸化する。この結果、管の腐食が引き起こされる。さらに、凝縮水が吸気通路１５内に溜まると、冬季における管内の各部バルブ、小断面通路などの凍結が発生して吸気通路１５が閉塞する可能性がある。実施の形態１によれば、このような吸気通路１５の腐食や閉塞を防止することができる。
【００２０】
上記の効果の他に、吸気通路１５を２重管構造にすることで搭載スペースを小さくすることができる。例えば、エアクリーナ１２からコンプレッサ２８までの通路と、コンプレッサ２８からスロットル１１までの通路とがそれぞれ単管構造となっている吸気通路では、管２本分の搭載スペースとこれらの管に設ける隙間の搭載スペースが必要となる。対して、実施の形態１の吸気通路１５によれば、２重管一本分の搭載スペースで単管２本分の断面積を確保することができる。
【００２１】
また、実施の形態１では、システム構成にＥＧＲ装置が含まれていたが、ＥＧＲ装置を含まないエンジンであっても吸気通路１５を２重管構造とすれば、エンジンの搭載スペースを削減することができる。本変形例は、後述する実施の形態２及び３においても同様に適用可能である。
【００２２】
また、図３は、実施の形態１の変形例について説明するための図である。図３に示すように、ＥＧＲ管２２と内管１６との合流地点Ａ部が、吸気通路１５の２重管構造よりも上流に設けられている。このような構成とすることで、Ａ部で発生した凝縮水を２重管構造における熱交換によって低減することができる。本変形例は、後述する実施の形態２及び３においても同様に適用可能である。
【００２３】
なお、実施の形態１においては、内管１６が、前記第１の発明における「第１の吸気管」に、外管１４が、前記第１の発明における「第２の吸気管」に、それぞれ相当する。
【００２４】
実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２を説明する。図４では、実施の形態１と共通の構成に同一符号を付して説明を省略する。
【００２５】
図４は、実施の形態２の内燃機関の構成を説明するための概略構成図である。実施の形態２と実施の形態１との相違点は、吸気通路１５に内外管熱交換器３８が設けられていることである。内外管熱交換器３８は、新気と圧縮混合気とが積極的に熱交換を行うために設けられている。
【００２６】
図５は、実施の形態２において、図４に示すＢ−Ｂの位置における内外管熱交換器３８の断面図である。内外管熱交換器３８は、吸気通路１５の内側に設けられる格子状のハニカムである。ハニカムは、外管１４の内部及び内管１６の内部のそれぞれに設けられている。以下、内外管熱交換器３８における熱交換の流れについて説明する。
【００２７】
まず、外管１４を通過する圧縮混合気のもつ熱が、内管１６の壁に直接伝わるとともにハニカムからも伝わる。次に、内管１６の壁の熱が、内管１６に設けられたハニカムに伝わる。そして、内管１６に設けられたハニカムが加熱されることによって、内管１６を通過する新気が加熱される。この結果、外管１４を通過する圧縮混合気と内管１６を通過する新気との熱交換が促進される。
【００２８】
また、図４において、内外管熱交換器３８は、吸気通路１５の一部に限定的に設けられているが、吸気通路１５の全体に設けられていてもよい。
【００２９】
実施の形態３．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態３を説明する。図６では、実施の形態１と共通の構成に同一符号を付して説明を省略する。
【００３０】
図６は、実施の形態３の内燃機関の構成を説明するための概略構成図である。実施の形態３の吸気通路１５は、エアクリーナ１２より下流、かつ、コンプレッサ２８より上流の管の一部が外管１４を構成しており、コンプレッサ２８より下流、かつ、スロットル１１より上流の管の一部が内管１６を構成している。このように、実施の形態１の吸気通路１５の構成と反対の構成であってもよいものとする。
【００３１】
実施の形態３の吸気通路１５の構成では、新気が通過する管が外管１４である。このため、外管１４の壁が外気によって冷やされて、外管１４の内部を通過する新気が冷やされてしまう。これを防止するために、吸気通路１５を断熱材で覆う処理を施してもよい。
【００３２】
なお、実施の形態２においては、内管１６が、前記第２の発明における「第２の吸気管」に、外管１４が、前記第２の発明における「第１の吸気管」に、それぞれ相当する。
【符号の説明】
【００３３】
１０  エンジン
１４  外管
１６  内管
２８  コンプレッサ
３６  タービン
【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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