(57)【要約】【課題】コンプレッサへの凝縮水の導入を抑制することによりキャビテーションの発生を防止できる内燃機関の排気還流装置を提供する。【解決手段】排気還流装置１５はターボチャージャー６を備えた内燃機関１に適用され、排気通路から取り出した排気を冷却した後にコンプレッサ６Ａの上流側へ導入する。コンプレッサ６Ａは、インペラ２１と、インペラ２１にガスを導く主通路２４を形成するケーシング２２と、ケーシング２２に設けられ、かつ主通路２４から分岐して再び主通路２４に合流する副通路２５を形成するケーシングトリートメント２３とを有し、副通路２５には、水分を捕捉できかつ捕捉した水分を副通路２５を流れるガスによって乾燥させることができる吸着材２６が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとを有するターボチャージャーを備えた内燃機関に適用され、前記タービンの下流側の前記排気通路から排気の一部を取り出して冷却した後に前記コンプレッサの上流側の前記吸気通路へ導入する内燃機関の排気還流装置において、
前記コンプレッサは、インペラと、前記インペラにガスを導く主通路を形成するケーシングと、前記ケーシングに設けられ、かつ前記主通路から分岐して再び前記主通路に合流する副通路を形成するケーシングトリートメントとを有し、
前記ケーシングトリートメントにて形成された前記副通路には、水分を捕捉できかつ捕捉した水分を前記副通路を流れるガスによって乾燥させることができる吸着材が設けられていることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項２】
前記副通路は、前記インペラに向かう方向に延びているとともに、前記インペラから遠い側において前記主通路に開口する上流側開口部と、前記インペラに近い側において前記主通路に開口する下流側開口部とを有し、
前記吸着材は、前記上流側開口部に設けられている請求項１に記載の排気還流装置。
【請求項３】
前記吸着材は、前記上流側開口部の一部を塞ぐ状態で設けられている請求項２に記載の排気還流装置。
【請求項４】
前記コンプレッサは、前記上流側開口部が鉛直上方に向かって前記主通路に開口する向きとなるように前記吸気通路に設けられている請求項２又は３に記載の排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャーを備えた内燃機関に適用され、排気通路から排気の一部を取り出して冷却した後に吸気通路へ導入する内燃機関の排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気還流装置として、ターボチャージャーのタービンの下流から排気の一部を取り出して冷却した後にターボチャージャーのコンプレッサの上流へ導入するものが知られている（特許文献１）。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−６８３５８号公報
【特許文献２】特開２００３−１０６２９９号公報
【特許文献３】特開２００７−２２４７８９号公報
【特許文献４】特開２００１−２６３０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の排気還流装置は、排気通路から取出した排気の一部を冷却するため、その温度低下により凝縮水が発生し、取り出された排気とともにその凝縮水もコンプレッサの上流に導かれる。コンプレッサに凝縮水が導入されると、その凝縮水をインペラが撹拌することにより気泡が発生し、その気泡がインペラの翼背面の高圧場に到達して消滅する際に衝撃を引き起こすキャビテーションが発生する。キャビテーションの程度にもよるが、キャビテーションの衝撃によってコンプレッサのインペラが損傷する場合も起こり得る。
【０００５】
そこで、本発明は、コンプレッサへの凝縮水の導入を抑制することによりキャビテーションの発生を防止できる内燃機関の排気還流装置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】
【０００６】
本発明の排気還流装置は、排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとを有するターボチャージャーを備えた内燃機関に適用され、前記タービンの下流側の前記排気通路から排気の一部を取り出して冷却した後に前記コンプレッサの上流側の前記吸気通路へ導入する内燃機関の排気還流装置において、前記コンプレッサは、インペラと、前記インペラにガスを導く主通路を形成するケーシングと、前記ケーシングに設けられ、かつ前記主通路から分岐して再び前記主通路に合流する副通路を形成するケーシングトリートメントとを有し、前記ケーシングトリートメントにて形成された前記副通路には、水分を捕捉できかつ捕捉した水分を前記副通路を流れるガスによって乾燥させることができる吸着材が設けられていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この排気還流装置によれば、排気通路から取り出された排気を冷却することにより生じる凝縮水がコンプレッサの上流に導かれた場合でも、コンプレッサのケーシングトリートメントに設けられた吸着材にてその凝縮水を捕捉することができる。これにより、コンプレッサへの凝縮水の導入が抑制されるためキャビテーションの発生を防止することができる。そして、吸着材が凝縮水を捕捉した後には、ケーシングトリートメントの副通路を流れるガスによって凝縮水が乾燥により放出されるから吸着材の機能を維持できる。つまり、吸着材が捕捉した凝縮水を放出させるために特別な操作を行わなくても、内燃機関の運転を続行することで自然に吸着材の機能を回復させることができる。例えば、内燃機関が低回転軽負荷状態の場合にはＥＧＲ量が多く凝縮水の発生量が多くなるが、そのような運転状態の時には吸着材によって凝縮水を捕捉することができる。そして、内燃機関が高回転高負荷状態の場合にはＥＧＲ量が少なく凝縮水の発生量も少なくなり、しかもケーシングトリートメントを流れるガスの流量が多くなるので吸着材を乾燥することができる。
【０００８】
本発明の排気還流装置の一態様において、前記副通路は、前記インペラに向かう方向に延びているとともに、前記インペラから遠い側において前記主通路に開口する上流側開口部と、前記インペラに近い側において前記主通路に開口する下流側開口部とを有し、前記吸着材は、前記上流側開口部に設けられてもよい（請求項２）。この態様によれば、主通路に凝縮水が進入した場合にはインペラから遠い上流側でその凝縮水を吸着材にて捕捉できるので凝縮水がインペラーに近づくことを防止できる。
【０００９】
この態様においては、前記吸着材は、前記上流側開口部の一部を塞ぐ状態で設けられてもよい（請求項３）。この場合は、上流側開口部の全部が吸着材にて塞がれることがない。従って、副通路のガスの流れが完全に制限されることがないから、ケーシングトリートメントの機能が損なわれることがない。
【００１０】
これらの態様においては、前記コンプレッサは、前記上流側開口部が鉛直上方に向かって前記主通路に開口する向きとなるように前記吸気通路に設けられていてもよい（請求項４）。吸気通路に導かれた凝縮水は重力によって主通路の鉛直下方に集まるため、鉛直上方に開口する上流側開口部に凝縮水を効果的に導くことができる。これにより、上流側開口部に設けられた吸着材によって凝縮水を効率的に捕捉することができるようになる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、コンプレッサのケーシングトリートメントに設けられた吸着材にて凝縮水を捕捉することによりコンプレッサへの凝縮水の導入を抑制できるため、キャビテーションの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の排気還流装置が適用された内燃機関の要部を示している。内燃機関１は不図示の車両に走行用動力源として搭載され、４つの気筒２が一列に並べられた直列４気筒のディーゼルエンジンとして構成されている。各気筒２には吸気通路３及び排気通路４がそれぞれ接続されている。吸気通路３にはスロットル弁５、ターボチャージャー６のコンプレッサ６Ａ及びインタークーラ７が設けられている。排気通路４にはターボチャージャー６のタービン６Ｂ及び排気浄化装置８が設けられている。また、内燃機関１は各気筒２にそれぞれ設けられる燃料噴射弁９と、各燃料噴射弁９に供給する高圧の燃料を蓄えるコモンレール１０とを備えており、そのコモンレール１０には不図示の燃料ポンプにて燃料が高圧状態で供給される。
【００１３】
排気浄化装置８は、排気通路４の一部をなすケーシング１１と、そのケーシング１１に収容される酸化触媒１２及びフィルタ１３とを備えている。フィルタ１３は排気中のパティキュレートを捕集可能な不図示の基材を有している。フィルタ１３の基材に吸蔵還元型のＮＯｘ触媒物質をコーティングすることにより、フィルタ１３に排気中のＮＯｘを浄化させる機能を与えることも可能である。フィルタ１３に捕集されたパティキュレートの捕集量が限界に達した場合には、排気通路４に設けられた燃料添加弁１４にて排気通路４内に燃料を噴射し、その噴射燃料を酸化触媒１０で酸化（燃焼）させることによって生じた熱を利用してフィルタ１３に捕集されたパティキュレートを燃焼させてフィルタ１３の機能を回復させるＰＭ再生処理が行われる。
【００１４】
内燃機関１には吸気系に排気を還流させる排気還流装置１５が設けられている。排気還流装置１５はタービン６Ｂの下流側の排気通路４とコンプレッサ６Ａの上流側の吸気通路３とを結ぶＥＧＲ通路１６と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１７と、ＥＧＲガスの吸気通路３への導入量を調整するＥＧＲ弁１８とを備えている。これにより、排気還流装置１５はタービン６Ｂの下流側の排気通路４から排気の一部を取り出して、そのＥＧＲガスをＥＧＲクーラ１７にて冷却した後にコンプレッサ６Ａの上流側の吸気通路３に導入することができる。排気還流装置１５はタービン６Ｂの下流から排気を取り出してコンプレッサ６Ａの上流に導入することからロープレッシャーループ型の排気還流装置と呼ばれることがある。
【００１５】
ＥＧＲクーラ１７によるＥＧＲガスの冷却に伴い、排気中の水分を原因とした凝縮水が発生する。凝縮水は排気中に含まれる種々の物質が水に溶け込んだ液体である。この凝縮水はＥＧＲ通路１６を通じてコンプレッサ６Ａの上流に導かれる。凝縮水がコンプレッサ６Ａに導かれると、上述したキャビテーションが発生してコンプレッサ６Ａのインペラーを損傷させる原因となり得る。そこで、本形態の排気還流装置１５はコンプレッサ６Ａへの凝縮水の導入を抑制する対策が施されている。
【００１６】
図２はコンプレッサ６Ａの内部構造の詳細を模式的に示している。図２に示すように、コンプレッサ６Ａはインペラ２１と、インペラ２１にガスを導く主通路２４を形成するケーシング２２と、ケーシング２２に設けられて、かつ主通路２４から分岐して再び主通路２４に合流する副通路２５を形成するケーシングトリートメント２３とを有している。主通路２４は吸気通路３の一部として機能している。副通路２５はインペラ２１に向かう方向に延びている。副通路２５はインペラ２１から遠い側（図２の左側）において主通路２４に開口する上流側開口部２５ａと、インペラ２１に近い側（図２の右側）において主通路２４に開口する下流側開口部２５ｂとを有している。周知のように、ケーシングトリートメント２３は低流量時のサージングを防止するため、副通路２５を利用して図２の矢印方向にガスを循環させる機能を持っている。
【００１７】
ケーシングトリートメント２３の副通路２５には水分を捕捉できかつ副通路２５を流れるガスによって捕捉した水分を乾燥できる吸着材２６が設けられている。吸着材２６の素材としては、シリカゲルやゼオライト等を選択することができる。本形態では、副通路２５の上流側開口部２５ａにその一部を塞ぐ状態で吸着材２６が設けられている。そのため、図２に示すように、主通路２４に凝縮水Ｗが進入した場合にはインペラ２１から遠い上流側でその凝縮水Ｗを吸着材２６にて捕捉できるので、凝縮水Ｗがインペラー２１に近づくことを防止できる。そして、吸着材２６は上流側開口部２５ａの一部を塞いでいるだけでその全部を塞いでいない。このため、副通路２５のガスの流れが完全に制限されることがないから、ケーシングトリートメント２３の機能が損なわれることがない。
【００１８】
また、コンプレッサ６Ａは、副通路２５の上流側開口部２５ａが鉛直上方に向かって主通路２４に開口する向きとなるように吸気通路３に設けられている。吸気通路３に導かれた凝縮水は重力によって主通路２４の鉛直下方に集まるため、鉛直上方に開口する上流側開口部２５ａに凝縮水を効果的に導くことができる。これにより、上流側開口部２５ａに設けられた吸着材２６によって凝縮水を効率的に捕捉することができるようになる。
【００１９】
図３は吸着材２６の機能を内燃機関１の運転状態に関連付けて説明する説明図であり、その横軸は内燃機関１の回転速度（回転数）を、縦軸は内燃機関１の燃料噴射量をそれぞれ示している。図示の各曲線は同一吸気流量の運転状態を示している。一般に内燃機関１が低回転軽負荷であるほどＥＧＲ量が増えるため凝縮水の発生量が増加する。従って、図３に示すように、吸気流量が少ないほど凝縮水の発生量は増加する。そのため、ハッチングで示した吸気流量が少ない領域では凝縮水が停留し、それにより吸着材２６にてその凝縮水は捕捉される。これに対して、吸気流量が多い領域ではＥＧＲ量が少なく凝縮水の発生量も少ないので、ケーシングトリートメント２３の副通路２５のガスの流れにより吸着材２６が捕捉した凝縮水が乾燥し、吸着材２６の機能が回復する。吸着材２６はこうした機能を持っているので、捕捉した凝縮水を放出させるために特別な操作を行わなくても、内燃機関１の運転を続行することで自然に吸着材２６の機能を回復させることができる。
【００２０】
本発明は以上の形態に限定されず、種々の形態にて実施することができる。ケーシングトリートメントにて形成される副通路は、周囲が囲まれた管状であってもよいし、主通路に開口した溝状であってもよい。また、副通路の延びる方向も任意である。更に、副通路は主通路の周方向に一巡する環状の通路であってもよい。要はケーシングトリートメントにて形成される副通路のいずれかの位置に凝縮水を捕捉し得る吸着材が設けられていればよい。
【００２１】
吸着材の材質や大きさは凝縮水の発生量や常用される運転領域等の内燃機関の仕様に応じて適宜設定すればよい。また、本発明の適用対象となり得る内燃機関の形式はディーゼル機関に限らず、火花点火型内燃機関であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一形態に係る排気還流装置が適用された内燃機関の要部を示した図。
【図２】コンプレッサの内部構造の詳細を模式的に示した図。
【図３】吸着材の機能を内燃機関の運転状態に関連付けて説明する説明図。
【符号の説明】
【００２３】
１  内燃機関
３  吸気通路
４  排気通路
６  ターボチャージャー
６Ａ  コンプレッサ
６Ｂ  タービン
１５  排気還流装置
２１  インペラ
２２  ケーシング
２３  ケーシングトリートメント
２４  主通路
２５  副通路
２５ａ  上流側開口部
２５ｂ  下流側開口部
２６  吸着材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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