(57)【要約】【課題】ＥＧＲガスと新気との混合ガスから凝縮水を分離することのできる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関は、ＥＧＲ通路２５を備え、排気の一部を吸気通路１０に還流させる。この内燃機関は、吸気通路１０におけるＥＧＲ通路２５が接続された接続部よりも吸気の流れ方向下流側の部分に、吸気通路１０内を流れるガスを吸気通路１０の中心軸線Ｃを中心として旋回させる旋回流発生装置２８が設けられ、吸気通路１０における旋回流発生装置２８よりも吸気の流れ方向下流側の部分に、壁に多数の孔４０が形成された筒状の内管３７、及び同内管３７よりも直径が大きく同内管３７の外側に離間して設けられた筒状の外管３８を含む二重管部３９が設けられている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が吸気通路に接続され他端が排気通路に接続されたＥＧＲ通路を備え、
排気の一部を前記吸気通路に還流させる内燃機関であって、
前記吸気通路における前記ＥＧＲ通路が接続された接続部よりも吸気の流れ方向下流側の部分には、前記吸気通路内を流れるガスを前記吸気通路の中心軸線を中心として旋回させる旋回流発生装置が設けられ、
前記吸気通路における前記旋回流発生装置よりも吸気の流れ方向下流側の部分には、壁に多数の孔が形成された筒状の内管、及び同内管よりも直径が大きく同内管の外側に離間して設けられた筒状の外管を含む二重管部が設けられてなる内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気の一部を吸気通路に還流させることによって排気を再循環させる内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気の一部を吸気通路に還流させる排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）システムを備える内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の内燃機関は、ＥＧＲシステムとして、排気通路と吸気通路とを繋ぐＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブとを備えている。そして、ＥＧＲバルブの開度を制御することによって、排気通路から吸気通路に再循環されるガスの量、すなわちＥＧＲガスの量を調節している。
【０００３】
また、特許文献１に記載の内燃機関では、吸気通路における過給器のコンプレッサよりも吸気の流れ方向上流側の部分にＥＧＲガスを還流させる。ＥＧＲガスには凝縮水が含まれており、こうした凝縮水は、ＥＧＲガスとともに吸気通路に戻されると、過給器のコンプレッサに衝突して同コンプレッサの回転に影響を及ぼすおそれがある。このため、特許文献１に記載の内燃機関では、ＥＧＲガスを吸気通路に戻す際に、ＥＧＲガスを旋回させてＥＧＲガスに含まれる凝縮水を遠心分離することで、吸気中の凝縮水の量を低減するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３‐１７７９０４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ガスが吸気通路に戻されると、同吸気通路内を流れる新気とＥＧＲガスとが混ざり合ってＥＧＲガスの温度が低下する。このため、ＥＧＲガスに含まれる水蒸気が凝縮して吸気中に凝縮水が生じる。この点、上記特許文献１に記載の内燃機関は、ＥＧＲガスを吸気通路に戻す際にＥＧＲガスを旋回させるものであるため、新気と混合される前のＥＧＲガスからは凝縮水が遠心分離されるものの、ＥＧＲガスと新気とが混合することによって新たに生じる凝縮水を十分に分離することができない。このため、特許文献１に記載の内燃機関では、吸気中の凝縮水の量を十分に低減することができないおそれがある。
【０００６】
なお、凝縮水はＥＧＲガス中の酸性成分を含んでおり、内燃機関の各部の腐食を引き起こす原因になる。このため、ＥＧＲシステムを備える内燃機関では、過給器を備えていない場合であっても、ＥＧＲガスと新気との混合ガスから凝縮水を分離することが望ましい。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲガスと新気との混合ガスから凝縮水を分離することのできる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための内燃機関は、一端が吸気通路に接続され他端が排気通路に接続されたＥＧＲ通路を備え、排気の一部を前記吸気通路に還流させる内燃機関であって、吸気通路におけるＥＧＲ通路が接続された接続部よりも吸気の流れ方向下流側の部分には、吸気通路内を流れるガスを吸気通路の中心軸線を中心として旋回させる旋回流発生装置が設けられ、吸気通路における旋回流発生装置よりも吸気の流れ方向下流側の部分には、壁に多数の孔が形成された筒状の内管、及び同内管よりも直径が大きく同内管の外側に離間して設けられた筒状の外管を含む二重管部が設けられてなる。
【０００９】
上記構成によれば、ＥＧＲ通路を通じて吸気通路に還流した排気、いわゆるＥＧＲガスは吸気通路内の新気と合流した後に、旋回流発生装置に流れ込む。そして、旋回流発生装置を通過する際にＥＧＲガスと新気とが旋回流となり、これらガスが混ざり合った状態で二重管部に流入する。二重管部に流れ込んだ混合ガスは、内管の壁面に沿って旋回しながら流れる。これにより、混合ガスから凝縮水が遠心分離される。なお、二重管部の内管には多数の孔が形成されているため、遠心分離された凝縮水は、同孔を通じて外管側に排出されて内管と外管との間に捕集される。このように、上記構成では、ＥＧＲガスが吸気通路に戻されて新気と合流した後に凝縮水の分離が行われる。したがって、ＥＧＲガスと新気とが混合することによって生じる凝縮水も分離することができる。すなわち、ＥＧＲガスと新気との混合ガスから凝縮水を分離することができ、ひいては吸気中の凝縮水の量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】内燃機関の一実施形態の構成を示す模式図。
【図２】同実施形態の内燃機関が備える旋回流発生装置の構成を示す正面図。
【図３】同旋回流発生装置の分解斜視図。
【図４】同実施形態の内燃機関における吸気通路内のガスの流れを模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、内燃機関の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関１のシリンダブロック２には、シリンダ３が設けられている。シリンダ３には、ピストン４が摺動可能に収容されている。ピストン４はコネクティングロッド５を介してクランクシャフト６に接続されている。シリンダブロック２の下端にはオイルパン７が接続されている。シリンダブロック２の上端には、シリンダヘッド８が接続されている。シリンダヘッド８の下面、シリンダ３、及びピストン４の上面によって燃焼室９が区画形成されている。
【００１２】
燃焼室９には、吸気通路１０と排気通路１１とがそれぞれ接続されている。また、燃焼室９には、燃焼室９内に燃料を噴射する燃料噴射弁１２と、燃焼室９内の吸気と燃料との混合気を燃焼させるための点火プラグ１３とが設けられている。
【００１３】
吸気通路１０には、吸気口１４から吸入した新気中の不純物を濾過するエアクリーナ１５が設けられている。吸気通路１０におけるエアクリーナ１５よりも吸気の流れ方向下流側（以下、単に下流側という）の部分には、過給器１６のコンプレッサ１７が設けられている。過給器１６は、排気通路１１に設けられたタービン１８も有しており、コンプレッサ１７とタービン１８とが回転軸１９により連結されている。このため、排気通路１１を流れる排気の作用によりタービン１８が回転すると、これに同期してコンプレッサ１７が回転し、吸気通路１０内の吸気が加圧されて燃焼室９に導入されるようになる。
【００１４】
なお、排気通路１１には、排気中の煤などの粒子状物質を捕集するフィルタ２０と、排気を浄化する触媒２１とが設けられている。燃焼室９から排出されてタービン１８を通過した排気は、フィルタ２０及び触媒２１を通過する際に浄化され、排出口２２から外部に排出される。
【００１５】
また、吸気通路１０におけるコンプレッサ１７よりも下流側の部分には、コンプレッサ１７を通過した後の新気を冷却するインタークーラ２３が設けられている。また、インタークーラ２３よりも下流側の部分には、燃焼室９に導入される吸気の量を調整するスロットルバルブ２４が設けられている。
【００１６】
内燃機関１には、吸気通路１０と排気通路１１とを繋ぐＥＧＲ通路２５が設けられている。ＥＧＲ通路２５は、一端が吸気通路１０におけるスロットルバルブ２４よりも下流側の部分に接続されており、他端が排気通路１１におけるタービン１８よりも排気の流れ方向上流側の部分に接続されている。このため、排気の一部は、ＥＧＲ通路２５を通じて吸気通路１０に還流可能になっている。ＥＧＲ通路２５には、排気通路１１から吸気通路１０に還流する排気、すなわちＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２６が設けられている。また、ＥＧＲ通路２５には、その開度によってＥＧＲガスの量を調節するＥＧＲバルブ２７が設けられている。
【００１７】
吸気通路１０におけるＥＧＲ通路２５の一端が接続された接続部よりも下流側の部分には、吸気通路１０内を流れるガスを吸気通路１０の中心軸線を中心として旋回させる旋回流発生装置２８が設けられている。
【００１８】
図２及び図３に示すように、旋回流発生装置２８は、吸気の流れ方向に延びる３つの円筒体からなる。すなわち、外筒２９と、外筒２９よりも直径が小さく、同外筒２９の内部に組み付けられる中筒３０と、中筒３０よりも直径が小さく、同中筒３０の内部に組み付けられる内筒３１とからなる。なお、これら各筒２９，３０，３１の中心軸線は、吸気通路１０の中心軸線Ｃとほぼ重なっている。
【００１９】
内筒３１における吸気の流れ方向上流側（以下、単に上流側という）の端部には、径方向内側、すなわち中心軸線Ｃに向かって延びる複数の羽根３２が設けられている。これら各羽根３２は、内筒３１の上記端部から径方向に延びる延出部３３と、中心軸線Ｃ側の先端部ほど下流側に位置するように同延出部３３から延びる屈曲部３４とを有している。図２に示すように、屈曲部３４は、内筒３１の周方向における一端部が下流側（図２の奥行き方向）に更に折れ曲がった形状を有している。このため、図２に実線の矢印で示すように、吸気通路１０内を流れるガスが内筒３１に設けられた羽根３２に衝突すると、ガスは同羽根３２の屈曲部３４に沿って流れて中心軸線Ｃを中心として図２の時計回りに旋回する。
【００２０】
また、図３に示すように、中筒３０における下流側の端部には、径方向内側、すなわち中心軸線Ｃに向かって延びる複数の羽根３５が設けられている。これら各羽根３５は、中筒３０の上記端部から径方向に延びるとともに、中筒３０の径方向に延びる仮想線を回転軸としてそれぞれ所定角度だけ傾斜している。また、これらの羽根３５は、中筒３０の周方向における一端部が下流側に更に折れ曲がった形状を有している。このため、図２に破線の矢印で示すように、吸気通路１０内を流れるガスが中筒３０に設けられた羽根３５に衝突すると、ガスは各羽根３５に沿って流れて中心軸線Ｃを中心として図２の時計回りに旋回する。
【００２１】
また、図３に示すように、外筒２９における吸気の流れ方向上流側の端部には、径方向内側に延びて中筒３０を支持する複数の支持片３６が設けられている。
旋回流発生装置２８は、外筒２９の支持片３６に中筒３０を組み付けてこれらを固定するとともに、中筒３０の上流側の端部に内筒３１を組み付けてこれらを固定することにより、構成されている。
【００２２】
図１に戻り、吸気通路１０における旋回流発生装置２８よりも下流側の部分には、筒状の内管３７と、同内管３７よりも直径が大きく同内管３７の外側に離間して設けられた筒状の外管３８を含む二重管部３９が設けられている。
【００２３】
図４に示すように、内管３７は吸気通路１０を構成し、その壁には、周方向の全周に亘って多数の孔４０が形成されている。外管３８は、内管３７と対向する対向部４１と、同対向部４１における吸気の流れ方向（図４の上下方向）の両端部に設けられた側壁部４２とを有している。内管３７は外管３８の側壁部４２を貫通した状態で外管３８に固定されている。これにより、内管３７と外管３８との間の空間が外部と遮断されている。外管３８における鉛直方向の下方（図４の奥行き方向）に位置する下部には、排出管４３が接続されている。排出管４３には、内管３７と外管３８との間の空間と、排出管４３の内部の空間とを連通したり、遮断したりする排出バルブ４４が設けられている。
【００２４】
図１に示すように、排出管４３には貯留タンク４５が接続されている。貯留タンク４５には、酸を中和する中和剤が入っている。
また、図１及び図４に示すように、吸気通路１０における旋回流発生装置２８と二重管部３９との間の部分には、二重管部３９側ほど縮径した絞り部４６が設けられている。また、吸気通路１０における二重管部３９よりも下流側の部分には、下流側ほど拡径した拡径部４７が設けられている。
【００２５】
こうした内燃機関１には、制御装置４８が設けられている。制御装置４８には、機関回転速度を検出する回転速度センサ４９の出力信号、及びアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ５０の出力信号、スロットルバルブ２４の開度を検出するスロットル開度センサ５１の出力信号などが入力される。制御装置４８は、これら各センサから入力される信号に基づいて演算を行い、各種の制御を実行する。例えば、点火プラグ１３を制御して点火時期制御を実行したり、燃料噴射弁１２を制御して燃料噴射量制御を実行したりする。また、ＥＧＲバルブ２７の開度を制御してＥＧＲガスの量を制御したり、スロットルバルブ２４の開度を制御して燃焼室９に導入される吸気の量を制御したりする。また、排出バルブ４４を開閉制御したりもする。なお、制御装置４８は、例えば内燃機関１がアイドリング状態であるときなど低負荷状態のときに排出バルブ４４を開弁し、高負荷状態のときに排出バルブ４４を閉弁する。
【００２６】
次に、図４を参照して、本実施形態の作用について説明する。
図４に示すように、ＥＧＲ通路２５は、吸気通路１０における旋回流発生装置２８よりも上流側の部分に接続されている。このため、ＥＧＲ通路２５を通じて吸気通路１０に還流したＥＧＲガスは、吸気通路１０内の新気と合流した後に、旋回流発生装置２８に流れ込む。上述したように、旋回流発生装置２８では、吸気通路１０内を流れるガスが吸気通路１０の中心軸線Ｃを中心に旋回するようになる。このため、旋回流発生装置２８を通過する際にＥＧＲガスと新気とが旋回流となり、これらガスが混ざり合った状態で二重管部３９に流入する。
【００２７】
二重管部３９に流れ込んだ混合ガスは、内管３７の壁面に沿って旋回しながら流れる。これにより、混合ガスから凝縮水が遠心分離される。このため、ＥＧＲガスが吸気通路１０に戻されて新気と合流した後の混合ガスから凝縮水の分離が行われる。なお、二重管部３９の内管３７には多数の孔４０が形成されているため、遠心分離された凝縮水は、図４に破線の矢印で示すように、同孔４０を通じて外管３８側に排出されて内管３７と外管３８との間に捕集される。
【００２８】
また、ＥＧＲガスを単に吸気通路１０内に導入しただけでは、新気との混合が十分に行われず、燃焼室９に導入される吸気の酸素濃度が不均一になり、スモークが発生するおそれがある。
【００２９】
本実施形態では、旋回流発生装置２８によってＥＧＲガスと新気とが旋回流となりこれらの混合が促進されるため、吸気の酸素濃度が不均一になることが抑制され、スモークの発生が抑えられる。
【００３０】
また、吸気通路１０における旋回流発生装置２８と二重管部３９との間の部分には絞り部４６が設けられており、この絞り部４６によって混合ガスの流速が増大するため、二重管部３９において混合ガスから凝縮水を一層効果的に遠心分離することができる。
【００３１】
また、混合ガスから分離された凝縮水は、外管３８と内管３７との間に捕集されるため、分離された凝縮水が内管３７内を流れる混合ガスに再び混入してしまうことが抑制される。
【００３２】
なお、こうして分離された凝縮水には、ＥＧＲガス中の酸性成分が含まれているが、分離された凝縮水は排出バルブ４４が開弁した際に排出管４３を通じて中和剤が入れられた貯留タンク４５に排出される。このため、凝縮水は中和された状態で貯留される。なお、貯留タンク４５内に貯留された凝縮水は、メンテナンス時に廃棄される。
【００３３】
また、内管３７の孔４０を通じて外管３８側に排出された凝縮水は、自重により外管３８の壁面を伝って鉛直方向下方に移動する。このため、外管３８の下部には凝縮水が溜まりやすい。本実施形態では、凝縮水の溜まりやすい外管３８の下部に排出管４３が接続されているため、凝縮水を二重管部３９から効率良く排出することができる。
【００３４】
また、凝縮水を排出するために排出バルブ４４を開弁させると、吸気通路１０内を流れるガスが排出管４３に流れ込み、燃焼室９に導入される吸気の量が減少するおそれがある。この点、本実施形態では、アイドリング時などの内燃機関１が低負荷状態であるときに、排出バルブ４４を開弁させるようにしている。すなわち、吸気通路１０内を流れる吸気の量が少ない状態のときに排出バルブ４４が開弁するため、排出管４３に流れ込む吸気の量を抑えて内燃機関１の運転状態への影響を抑えることができる。
【００３５】
以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）吸気通路１０におけるＥＧＲ通路２５との接続部よりも下流側の部分に旋回流発生装置２８を設け、吸気通路１０における旋回流発生装置２８よりも下流側の部分に二重管部３９を設けたため、ＥＧＲガスが吸気通路１０に戻されて新気と合流した後に凝縮水の分離を行うことができる。このため、ＥＧＲガスと新気とが混合することによって生じる凝縮水も分離することができる。これにより、ＥＧＲガスと新気との混合ガスから凝縮水を分離することができ、ひいては吸気中の凝縮水の量を低減することができる。
【００３６】
なお、上記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。
・旋回流発生装置２８の構成は、上記実施形態のものに限られない。例えば、内筒３１及び中筒３０のいずれか一方を省略してもよい。また、外筒２９を省略してもよい。要は、吸気通路１０内を流れるガスを吸気通路１０の中心軸線Ｃを中心として旋回させることができればよい。
【００３７】
・内管３７の周方向の一部のみに孔４０を設けるようにしてもよい。
・吸気通路１０に絞り部４６を設けなくてもよい。
・吸気通路１０に拡径部４７を設けなくてもよい。
【００３８】
・貯留タンク４５に外部と連通する廃棄管を接続し、貯留タンク４５内に排出されて中和された凝縮水を廃棄管から自動で外部に排出する構成を採用してもよい。また、貯留タンク４５と排気通路１１とを接続する接続管を新たに設けて、中和した凝縮水を排気と一緒に排出口２２から排出するようにしてもよい。なお、廃棄管及び接続管に各管の連通、遮断を切り換える制御バルブを設けることで任意のタイミングで凝縮水を排出することができる。
【００３９】
・内燃機関が高負荷状態のときに排出バルブ４４を開弁させるようにしてもよい。例えば、排出バルブ４４を開弁させたとしても内燃機関の運転状態に影響がないか、その影響が許容される範囲内に収まる場合には、内燃機関が高負荷状態のときに排出バルブ４４を開弁させることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…内燃機関、２…シリンダブロック、３…シリンダ、４…ピストン、５…コネクティングロッド、６…クランクシャフト、７…オイルパン、８…シリンダヘッド、９…燃焼室、１０…吸気通路、１１…排気通路、１２…燃料噴射弁、１３…点火プラグ、１４…吸気口、１５…エアクリーナ、１６…過給器、１７…コンプレッサ、１８…タービン、１９…回転軸、２０…フィルタ、２１…触媒、２２…排出口、２３…インタークーラ、２４…スロットルバルブ、２５…ＥＧＲ通路、２６…ＥＧＲクーラ、２７…ＥＧＲバルブ、２８…旋回流発生装置、２９…外筒、３０…中筒、３１…内筒、３２…羽根、３３…延出部、３４…屈曲部、３５…羽根、３６…支持片、３７…内管、３８…外管、３９…二重管部、４０…孔、４１…対向部、４２…側壁部、４３…排出管、４４…排出バルブ、４５…貯留タンク、４６…絞り部、４７…拡径部、４８…制御装置、４９…回転速度センサ、５０…アクセルセンサ、５１…スロットル開度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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