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技術 内燃機関

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 瀬川拓
出願日 2014年1月22日 (5年10ヶ月経過) 出願番号 2014-009578
公開日 2015年7月30日 (4年3ヶ月経過) 公開番号 2015-137590
状態 特許登録済
技術分野 排気還流装置 過給機 吸い込み系統 機械または機関の冷却一般
主要キーワード 重力下方 流通停止 内側周壁 最上端位置 ポケット壁 堆積防止 運転制約 凝縮水発生
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年7月30日)のものです。
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図面 (8)

課題

吸入空気過給するコンプレッサよりも上流側の吸気通路に、EGRガスが導入される内燃機関であって、液滴のままで凝縮水がコンプレッサに流入することを抑制できるようにした内燃機関を提供する。

解決手段

吸入空気を過給するコンプレッサ20aと、コンプレッサ20aよりも上流側の吸気通路12にEGRガスを導入するEGR装置と、コンプレッサ入口20a7の外周に備えられ、コンプレッサ20aよりも上流側の吸気通路12内で生じた凝縮水を捕集する捕集ポケット50と、を備える。捕集ポケット50は、コンプレッサ20aの上流側に向かって開口し、コンプレッサ入口20a7の外周を囲む円環状に形成されている。捕集ポケット50は、当該捕集ポケット50の内部空間内で重力下方向に移動しようとする凝縮水の流れをき止める隔壁を備える。

概要

背景

従来、例えば特許文献1には、内燃機関EGR装置が開示されている。この従来のEGR装置は、EGR通路凝縮水捕集部を備えている。より具体的には、凝縮水捕集部は、EGRクーラーよりもEGRガス流れの下流側のEGR通路の内壁に設けられた凹凸部によりEGRガスから生じた凝縮水を捕集するものである。凝縮水捕集部により捕集した凝縮水は、EGR通路に接続された貯留部に収容して貯留することとされている。

概要

吸入空気過給するコンプレッサよりも上流側の吸気通路に、EGRガスが導入される内燃機関であって、液滴のままで凝縮水がコンプレッサに流入することを抑制できるようにした内燃機関を提供する。吸入空気を過給するコンプレッサ20aと、コンプレッサ20aよりも上流側の吸気通路12にEGRガスを導入するEGR装置と、コンプレッサ入口20a7の外周に備えられ、コンプレッサ20aよりも上流側の吸気通路12内で生じた凝縮水を捕集する捕集ポケット50と、を備える。捕集ポケット50は、コンプレッサ20aの上流側に向かって開口し、コンプレッサ入口20a7の外周を囲む円環状に形成されている。捕集ポケット50は、当該捕集ポケット50の内部空間内で重力下方向に移動しようとする凝縮水の流れをき止める隔壁を備える。

目的

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、吸入空気を過給するコンプレッサよりも上流側の吸気通路にEGRガスが導入される内燃機関であって、液滴のままで凝縮水がコンプレッサに流入することを抑制できるようにした内燃機関を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

吸入空気過給するコンプレッサと、前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路EGRガスを導入するEGR装置と、前記コンプレッサの入口の外周に備えられ、当該コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路内で生じた凝縮水捕集する捕集ポケットと、を備え、前記捕集ポケットは、前記コンプレッサの上流側に向かって開口し、前記コンプレッサの入口の外周を囲む環状に形成されており、前記捕集ポケットは、当該捕集ポケットの内部空間内で重力下方向に移動しようとする凝縮水の流れをき止める隔壁を少なくとも1つ備えていることを特徴とする内燃機関

請求項2

前記捕集ポケットに対して吸気の流れの直上に位置する前記吸気通路の内壁が、前記コンプレッサの入口の径方向において前記捕集ポケットの一部を覆っていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。

請求項3

前記隔壁によって区画された前記捕集ポケットのセルの壁面のうちで重力下方向側となる周壁面は、前記捕集ポケットの入口側の部位と比べて奥側の部位の方が重力方向の下方に位置し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。

請求項4

前記コンプレッサを構成するハウジングを冷却する冷却水が流れる冷却水通路と、前記冷却水通路内冷却水流量を調整する流量調整装置と、をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3の何れか1つに記載の内燃機関。

請求項5

前記流量調整装置は、前記吸気通路における前記EGR装置によるEGRガスの導入部よりも下流側の下流側吸気通路にて凝縮水が発生する状況であり、かつ、前記捕集ポケットの壁面温度所定値以下である場合に、前記冷却水通路内の冷却水流量を制限するように制御されることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関。

請求項6

前記捕集ポケットの壁面温度に関する前記所定値は、前記下流側吸気通路にて発生する凝縮水の沸点であることを特徴とする請求項5に記載の内燃機関。

請求項7

前記隔壁は、前記コンプレッサの入口の中心から当該入口の径方向に放射状に延びるように前記捕集ポケット内に形成されていることを特徴とする請求項1〜6の何れか1つに記載の内燃機関。

請求項8

前記隔壁は、重力方向に延びるように前記捕集ポケット内に形成されていることを特徴とする請求項1〜6の何れか1つに記載の内燃機関。

技術分野

0001

この発明は、内燃機関係り、特に、吸入空気過給する過給機付きの内燃機関に関する。

背景技術

0002

従来、例えば特許文献1には、内燃機関のEGR装置が開示されている。この従来のEGR装置は、EGR通路凝縮水捕集部を備えている。より具体的には、凝縮水捕集部は、EGRクーラーよりもEGRガス流れの下流側のEGR通路の内壁に設けられた凹凸部によりEGRガスから生じた凝縮水を捕集するものである。凝縮水捕集部により捕集した凝縮水は、EGR通路に接続された貯留部に収容して貯留することとされている。

先行技術

0003

特開2013−029081号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1に記載の凝縮水の貯留部には、凝縮水の排出用の通路バルブの存在が図示されているが、凝縮水の処理方法明記されていない。また、吸入空気を過給するコンプレッサよりも上流側の吸気通路にEGRガスを導入する構成を備えている内燃機関では、EGRガスが新気に合流した後においても凝縮水が発生し得る。特に、吸気通路の壁面に結露した凝縮水が粒径の大きな液滴としてコンプレッサインペラの外周部(周速が最も高い部分)に当たると、エロージョンが発生することが懸念される。この課題は、燃費向上のために大量のEGRガスの導入を行う内燃機関においては凝縮水がより発生し易くなるので顕著である。したがって、コンプレッサよりも上流側の吸気通路にEGRガスを導入する構成を備えている内燃機関では、液滴のままで凝縮水がコンプレッサに流入することを抑制可能となっていることが望ましい。

0005

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、吸入空気を過給するコンプレッサよりも上流側の吸気通路にEGRガスが導入される内燃機関であって、液滴のままで凝縮水がコンプレッサに流入することを抑制できるようにした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

0006

第1の発明は、内燃機関であって、
吸入空気を過給するコンプレッサと、
前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路にEGRガスを導入するEGR装置と、
前記コンプレッサの入口の外周に備えられ、当該コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路内で生じた凝縮水を捕集する捕集ポケットと、
を備え、
前記捕集ポケットは、前記コンプレッサの上流側に向かって開口し、前記コンプレッサの入口の外周を囲む環状に形成されており、
前記捕集ポケットは、当該捕集ポケットの内部空間内で重力下方向に移動しようとする凝縮水の流れをき止める隔壁を少なくとも1つ備えていることを特徴とする。

0007

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記捕集ポケットに対して吸気の流れの直上に位置する前記吸気通路の内壁が、前記コンプレッサの入口の径方向において前記捕集ポケットの一部を覆っていることを特徴とする。

0008

また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記隔壁によって区画された前記捕集ポケットのセルの壁面のうちで重力下方向側となる周壁面は、前記捕集ポケットの入口側の部位と比べて奥側の部位の方が重力方向の下方に位置していることを特徴とする。

0009

また、第4の発明は、第1〜第3の発明の何れか1つにおいて、
前記コンプレッサを構成するハウジングを冷却する冷却水が流れる冷却水通路と、
前記冷却水通路内冷却水流量を調整する流量調整装置と、
をさらに備えることを特徴とする。

0010

また、第5の発明は、第4の発明において、
前記流量調整装置は、前記吸気通路における前記EGR装置によるEGRガスの導入部よりも下流側の下流側吸気通路にて凝縮水が発生する状況であり、かつ、前記捕集ポケットの壁面温度所定値以下である場合に、前記冷却水通路内の冷却水流量を制限するように制御されることを特徴とする。

0011

また、第6の発明は、第5の発明において、
前記捕集ポケットの壁面温度に関する前記所定値は、前記下流側吸気通路にて発生する凝縮水の沸点であることを特徴とする。

0012

また、第7の発明は、第1〜第6の発明の何れか1つにおいて、
前記隔壁は、前記コンプレッサの入口の中心から当該入口の径方向に放射状に延びるように前記捕集ポケット内に形成されていることを特徴とする。

0013

また、第8の発明は、第1〜第6の発明の何れか1つにおいて、
前記隔壁は、重力方向に延びるように前記捕集ポケット内に形成されていることを特徴とする。

発明の効果

0014

第1の発明によれば、コンプレッサの入口の外周に備えられた捕集ポケットによって、コンプレッサよりも上流側の吸気通路で発生して吸気通路の壁面を伝って下流側に流れる凝縮水を捕集することができる。また、捕集ポケットに備えられた隔壁によって、捕集ポケット内の水を分散することができる。コンプレッサを構成するハウジングは、コンプレッサにより圧縮されたガスからの熱を受け、それに伴い、隔壁を含む捕集ポケットは、ハウジングからの熱を受ける。この熱を利用することで、特別な熱源を必要とすることなく、捕集ポケットを加熱して捕集ポケット内の凝縮水を蒸発させることができる。このため、本発明によれば、液滴のままで凝縮水がコンプレッサに流入することを抑制できるようになる。また、捕集ポケット内で蒸発した凝縮水は、吸気とともにコンプレッサに吸入されることで処理される。このため、捕集ポケット内に貯留された凝縮水の特別な排水対策を必要としない。

0015

第2の発明によれば、捕集ポケットにおける重力方向の下方側の部位において、捕集ポケット内に貯留された凝縮水がコンプレッサの上流側に流出するのを防止することができる。

0016

第3の発明によれば、捕集ポケット内に貯留された凝縮水がコンプレッサの上流側に流出するのを防止することができる。

0017

第4の発明によれば、コンプレッサを構成するハウジングを冷却するための冷却水通路を備えていることで、ハウジングの温度が高くなり過ぎないように冷却することにより、コンプレッサの内部のガス通路デポジット堆積するのを防止できるようになる。その一方で、捕集ポケット内の凝縮水の蒸発促進という観点では、ハウジングの温度は高い方が好ましい。本発明によれば、上記冷却水通路とともに、当該冷却水通路内の冷却水流量を調整する流量調整装置を備えていることで、デポジットの堆積防止と捕集ポケット内の凝縮水の蒸発促進とを両立させられる構成を得ることができる。

0018

第5の発明によれば、上記ハウジングの温度が冷却水温度よりも高い前提状況下において、冷却水流量の制限によって捕集ポケットの温度低下を抑制することができる。これにより、冷却水の流通によってハウジングの冷却機能を確保しつつ、凝縮水が発生する状況下ではハウジングからの受熱を利用した捕集ポケットの加熱機能の低下を抑制することができる。

0019

第6の発明によれば、冷却水流量の制限によって捕集ポケットの加熱機能の低下を抑制すべき状況を好適に判定することができる。

0020

第7および第8の発明によれば、隔壁を利用して捕集ポケット内で凝縮水を好適に分散して貯留することができる。

図面の簡単な説明

0021

本発明の実施の形態1の内燃機関のシステム構成を説明するための図である。
本発明の実施の形態1におけるコンプレッサの入口周りの特徴的な構成を表した断面図である。
捕集ポケットをコンプレッサ入口の上流側から見た図である。
本発明の対象となる捕集ポケットの他の構成例を表した図である。
本発明の実施の形態2におけるコンプレッサの入口周りの特徴的な構成を説明するための図である。
EGRガスの導入を行う運転領域での凝縮水発生域と冷却水制限域を説明するための図である。
本発明の実施の形態2において実行される制御ルーチンフローチャートである。

実施例

0022

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1の内燃機関10のシステム構成を説明するための図である。
本実施形態のシステムは、内燃機関(一例として火花点火式ガソリンエンジン)10を備えている。内燃機関10の各気筒には、吸気通路12および排気通路14が連通している。

0023

吸気通路12の入口近傍には、エアクリーナ16が取り付けられている。エアクリーナ16には、吸気通路12に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ18が設けられている。エアクリーナ16の下流には、ターボ過給機20のコンプレッサ20aが設置されている。コンプレッサ20aは、遠心式のコンプレッサであり、排気通路14に配置されたタービン20bと連結軸20c(図2参照)を介して一体的に連結されている。コンプレッサ20aの入口周りの構成は、本実施形態の特徴部分であるため、図2および図3を参照して後に詳述する。

0024

コンプレッサ20aの下流には、コンプレッサ20aにより圧縮された空気を冷却するためのインタークーラー22が設けられている。また、インタークーラー22の下流には、電子制御式スロットルバルブ24が設けられている。

0025

タービン20bよりも下流側の排気通路14には、排気浄化触媒(ここでは、三元触媒)26が配置されている。さらに、図1に示す内燃機関10は、低圧ループLPL)式のEGR装置28を備えている。EGR装置28は、排気浄化触媒26よりも下流側の排気通路14と、コンプレッサ20aよりも上流側の吸気通路12とを接続するEGR通路30を備えている。このEGR通路30の途中には、吸気通路12に導入される際のEGRガスの流れの上流側から順に、EGRクーラー32およびEGRバルブ34がそれぞれ設けられている。EGRクーラー32は、EGR通路30を流れるEGRガスを冷却するために備えられており、EGRバルブ34は、EGR通路30を通って吸気通路12に還流されるEGRガスの量を調整するために備えられている。

0026

さらに、図1に示すシステムは、ECU(Electronic Control Unit)40を備えている。ECU40の入力部には、上述したエアフローメータ18に加え、エンジン回転数を検知するためのクランク角センサ42等の内燃機関10の運転状態を検知するための各種センサ電気的に接続されている。ECU40の入力部には、さらに、エンジン本体を冷却する冷却水の温度を検出するための冷却水温度センサ44が電気的に接続されている。また、ECU40の出力部には、上述したスロットルバルブ24およびEGRバルブ34に加え、内燃機関10に燃料を供給するための燃料噴射弁46、および、筒内の混合気点火するための点火装置48等の内燃機関10の運転を制御するための各種アクチュエータが電気的に接続されている。ECU40は、上述した各種センサの出力と所定のプログラムとに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関10の運転を制御するものである。

0027

本実施形態の内燃機関10のように吸入空気を過給するコンプレッサよりも上流側の吸気通路にEGRガスを導入する構成を備えている内燃機関では、EGRガスが新気に合流した際に凝縮水が発生し得る。特に、吸気通路の壁面に結露した凝縮水が粒径の大きな液滴としてコンプレッサインペラの外周部(周速が最も高い部分)に当たると、エロージョンが発生することが懸念される。この課題は、内燃機関10がそうであるように燃費向上のために大量のEGRガスの導入を行う内燃機関においては凝縮水がより発生し易くなるので顕著である。

0028

図2は、本発明の実施の形態1におけるコンプレッサ20aの入口周りの特徴的な構成を表した断面図である。
本実施形態では、上記の課題を解決するために、コンプレッサ入口部20a2に凝縮水を捕集するための捕集ポケット50を備えることとした。

0029

まず、コンプレッサ20aの基本構成について概略的に説明する。コンプレッサ20aは、吸気通路12の途中に介在し、その内部は、吸気通路12の一部として機能する。図2に示すように、ターボ過給機20は、コンプレッサ20a周りのハウジングとして、コンプレッサハウジング20a1と、当該コンプレッサハウジング20a1に組み合わされるハウジングであって連結軸20cを支持する機能を有するベアリングハウジング20dとを有している。コンプレッサハウジング20a1には、コンプレッサ20aの直上の吸気通路12に接続されるコンプレッサ入口部20a2と、連結軸20cに固定されたコンプレッサインペラ20a3を収容するインペラ部20a4と、渦巻き状のスクロール部20a5とが形成されている。また、コンプレッサハウジング20a1とベアリングハウジング20dとによって形成される部位として、ディフューザ部20a6が備えられている。ディフューザ部20a6は、インペラ部20a4とスクロール部20a5との間においてインペラ部20a4よりも外周側に位置し、かつ円板状の通路である。

0030

コンプレッサ入口部20a2からコンプレッサ20aの内部に取り込まれたガスは、インペラ部20a4およびディフューザ部20a6を通る際に加圧されたうえで、スクロール部20a5を通ってコンプレッサ20aの下流側の吸気通路12に排出されるようになっている。

0031

次に、図2とともに図3を参照して、捕集ポケット50の構成について説明する。
図2に示すように、捕集ポケット50は、コンプレッサ20aよりも上流側の吸気通路12内で生じた凝縮水を捕集するために、コンプレッサ入口部20a2におけるコンプレッサ入口20a7の外周に備えられている。捕集ポケット50は、コンプレッサ20aの上流側に向かって開口し、コンプレッサ入口20a7の外周を囲む環状(本実施形態では、円環状)に形成されている。

0032

図2に示す例では、捕集ポケット50は、コンプレッサ入口部20a2を形成するコンプレッサハウジング20a1に形成されている。しかしながら、捕集ポケット50は、コンプレッサハウジング20a1とは別体の部材として、コンプレッサ20aの上流側の吸気通路12を構成する吸気管とコンプレッサハウジング20a1との間に介在するものであってもよい。ただし、捕集ポケット50は、コンプレッサハウジング20a1と一体的に形成されている方がスクロール部20a5からの伝熱性が良く、したがって、後述の捕集ポケット50内の凝縮水の蒸発の促進という観点において好ましい。

0033

図3は、捕集ポケット50をコンプレッサ入口20a7の上流側から見た図である。
図2、3に示すように、捕集ポケット50は、内周壁部50aと外周壁部50bとを備えている。内周壁部50aは、コンプレッサ入口20a7の外周を構成している。外周壁部50bは、捕集ポケット50の外周を構成し、内周壁部50aの内側周壁面50a1と捕集ポケット50の内部空間を挟んで対向する内側周壁面50b1を有している。

0034

捕集ポケット50には、その内部空間内で重力下方向に移動しようとする凝縮水の流れを堰き止める板状の複数の隔壁52が形成されている。図3に示す例では、複数の隔壁52は、コンプレッサ入口20a7の中心から八方に放射状に延びるように形成されている。具体的には、隔壁52のそれぞれは内側周壁面50a1と内側周壁面50b1とを繋ぐように形成されている。このような複数の隔壁52により、捕集ポケット50の内部空間は、複数のセル50cに区画されている。捕集ポケット50の各セル50cの容量および隔壁52の数は、想定される凝縮水の発生量等を考慮して設定される。

0035

コンプレッサハウジング20a1は一般的に金属(ここでは、一例としてアルミニウム合金)で形成される。したがって、コンプレッサハウジング20a1に形成されている捕集ポケット50および隔壁52の材質もコンプレッサハウジング20a1と同じ金属である。このため、捕集ポケット50および隔壁52は、コンプレッサハウジング20a1からの熱伝導に優れている。

0036

また、図2に示すように、捕集ポケット50に対して吸気の流れの直上に位置する吸気通路12の内壁12aは、コンプレッサ入口20a7の径方向において捕集ポケット50の一部を覆っている。すなわち、内壁12aの半径は、図2中に示すオーバーラップ量Aだけ外周壁部50bの内側周壁面50b1の半径よりも小さくされている。なお、凝縮水が吸気通路12の内壁12aを伝って捕集ポケット50の各セル50c内に流入できるようにするために、オーバーラップ量Aの大きさは、コンプレッサ20aの上流側に向かって開口している部位が各セル50cに確保できるように設定されている。また、凝縮水が各セル50c内に流入し易くするために、内壁12aのB部(図2参照)は面取りがなされていてもよい。

0037

図3に示すように隔壁52が放射状に形成されている場合には、捕集ポケット50における重力方向の下半分の部位に位置するセル50cでは、隔壁52は外周壁部50b側が下方となるように傾斜している。その結果、セル50c内に捕集された凝縮水は外周壁部50b側に流れていき、蒸発するまでの間は外周壁部50b近傍で貯留されることになる。吸気通路12の内壁12aを各セル50cの前面において上記のようにオーバーラップさせることで、重力方向の下半分の部位に位置するセル50c内に貯留されている凝縮水がコンプレッサ20aの上流側に流出しないように堰き止めることができる。

0038

一方、捕集ポケット50における重力方向の上半分の部位に位置するセル50cでは、隔壁52は内周壁部50a側が下方となるように傾斜している。その結果、セル50c内に捕集された凝縮水は内周壁部50a側に流れていき、蒸発するまでの間は内周壁部50a近傍で貯留されることになる。そこで、捕集ポケット50における重力方向の上半分の部位では、内周壁部50aの内側周壁面50a1が、図2に示すように捕集ポケット50の入口側の部位と比べて奥側の部位の方が重力方向の下方に位置するように段付き形状で形成されている。これにより、重力方向の上半分の部位に位置するセル50c内に貯留されている凝縮水がコンプレッサ20aの上流側に流出しないように堰き止めることができる。

0039

なお、図2に示す例では、重力方向の上半分側の内周壁部50aの内側周壁面50a1は、一例として、入口から所定長さだけ奥側に進んだ位置において段付き状に重力方向の下方に下がった後に、奥側に向かうにつれて重力方向のより下方に位置するように傾斜している。しかしながら、内側周壁面50a1の形状は、コンプレッサ20aの上流側への凝縮水の流出を抑制するための配慮がなされているものであればよい。すなわち、例えば、途中で段付き状に下方に下がった後の部位は重力方向において平坦になるように形成されていてもよく、あるいは、段付き形状ではなく入口側から奥側に向けて一律に下がるように傾斜した面であってもよい。

0040

以上説明した捕集ポケット50を備えておくことにより、吸気通路12の内壁12aに付着して吸気の流れによって下流側に流されていく凝縮水の慣性力を利用して各セル50c内に凝縮水を捕集することができる。捕集ポケット50の各壁面は、圧縮された空気により高温となるスクロール部20a5からの受熱によって高温になる。このため、捕集ポケット50の加熱のための特別な熱源を必要とすることなく、各セル50c内に捕集された凝縮水を蒸発させることができる。より具体的には、凝縮水は、セル50c内に貯留された後に蒸発し、あるいは、セル50cの壁面の温度次第では壁面に触れた際に直ちに蒸発する。蒸発した凝縮水は、吸気とともにコンプレッサ20aに吸入されることで処理される。このため、貯留した凝縮水の特別な排水対策を必要としない。以上のように、本実施形態の構成によれば、発生した凝縮水が液滴のままでコンプレッサ20aに流入するのを抑制することができるので、コンプレッサインペラ20a3のエロージョンの発生を防止することができる。これにより、エロージョン対策に起因する運転制約低外気温度時のEGRガスの導入制限など)を回避できるようになる。

0041

また、捕集ポケット50は、複数の隔壁52によって複数のセル50cに区画(分割)されている。その結果、捕集ポケット50と各壁面と同じくスクロール部20a5からの受熱によって高温となる隔壁52をも利用して凝縮水と壁面との接触面積を増やすことができ、かつ、凝縮水が捕集ポケット50の重力方向の下部に1ヶ所で溜まることを防止することができる。これらにより、凝縮水の蒸発を促進させることができる。さらに付け加えると、少量でのEGRガスの導入であれば、凝縮水の発生量が少ないため、重力方向の下部での1ヶ所に凝縮水を溜めるだけで十分といえる。これに対し、内燃機関10のように大量のEGRガスの導入を行う場合には、新気とEGRガスとのミキシングが促進されて、吸気通路12の内壁12aの周方向の全体に渡って凝縮水が多量で発生し易くなる。このような場合であっても、複数の隔壁52によって捕集ポケット50を区画しておくことで、周方向全体に渡って発生した凝縮水を各セル50cにて捕集することができる。そして、凝縮水を各セル50cで個別に分散して貯留できることと、上記のように接触面積が増えることとによって、1ヶ所で貯留する場合と比べて、貯留している部位から凝縮水が溢れ出しにくくすることができる。

0042

ところで、上述した実施の形態1においては、コンプレッサ入口20a7の中心から八方に放射状に延びるように形成された複数の隔壁52を備える捕集ポケット50を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明における捕集ポケットは、捕集ポケットの内部空間内で重力下方向に移動しようとする凝縮水の流れを堰き止める隔壁を少なくとも1つ備えているものであればよい。例えば、捕集ポケットの内周壁部の最下端位置から外周壁部に向けて重力方向の真下に延びる隔壁を1つだけ備えている場合であっても、捕集ポケット内の重力方向の下部に向けて移動しようとする凝縮水を左右に分けて堰き止めることができる。そして、当該隔壁に触れる凝縮水の蒸発を促進させる効果も有する。したがって、このような態様での隔壁も本発明の対象に含まれ得る。ただし、捕集ポケットの内周壁部の最上端位置から外周壁部に向けて重力方向の真上に延びる隔壁を1つだけ備えることは、本発明の対象にはならない。このような態様の隔壁では、内部空間内で重力下方向に移動しようとする凝縮水の流れを堰き止める機能を有していないためである。また、図3に示す例以外の隔壁の具体的な構成例としては、例えば、以下の図4に示す例を挙げることができる。

0043

図4は、本発明の対象となる捕集ポケットの他の構成例を表した図である。
図4(A)に示す捕集ポケット60が備える複数の隔壁62は、内周壁部60aへの接続位置としては、捕集ポケット60の周方向において均等であり、放射状に延びるように隔壁52が備えられた図3に示す例と同様である。図3に示す例との相違点は、コンプレッサ入口20a7を中心とする放射状の基準線に対して、凝縮水が溜まる側(捕集ポケット60における重力方向の上半分側では内周壁部60a側であり、重力方向の下半分側では外周壁部60b側)の部位での隔壁62と内側周壁面60a1もしくは60b1との角度が急となるように構成されている点である。

0044

一方、図4(B)に示す捕集ポケット70が備える複数の隔壁72は、板状であって、重力方向に延びるように形成されている。複数の隔壁72の間隔は、一定であってもよいし、不規則なものであってもよい。このように形成される隔壁72には、隔壁52および62の例とは異なり、内周壁部70aの内側周壁面70a1と外周壁部70bの内側周壁面70b1とを繋ぐものだけでなく、図4(B)中に示すように外周壁部70bの内側周壁面70b1同士を繋ぐものも含まれる。この図4(B)に示す例によっても、凝縮水が溜まる部位での隔壁72と内側周壁面70a1もしくは70b1との角度が図3に示す例と比べて急となっているといえる。

0045

上記角度を急とすることで、図3に示す例と比べて、各セル60c、70cにおいて溜められる凝縮水の量を増やすことができる。また、図4に示す各例に関しても、各セル60c、70cに貯留された凝縮水がコンプレッサ20aの上流側に流出するのを防止するためには、捕集ポケット60、70における重力方向の下半分の部位に関しては、上記オーバーラップ量Aだけ吸気通路12の内壁12aが捕集ポケット60、70の前面に重なるように構成することが好適である。捕集ポケット60、70における重力方向の上半分の部位に関しては、図2に示す構成と同様に内側周壁面60a1、70a1に段付き形状等を備えることが好適である。また、本発明における隔壁は、水平方向に延びるように構成しないことが好ましい。水平にすると、セル内の凝縮水がコンプレッサの上流側に流出し易くなるためである。

0046

また、上述した実施の形態1においては、捕集ポケット50に対して吸気の流れの直上に位置する吸気通路12の内壁12aによって、コンプレッサ入口20a7の径方向において捕集ポケット50の一部を覆うように構成されている。しかしながら、本発明の捕集ポケットに関し、想定される凝縮水の発生量次第では必ずしも上記構成を備えていなくてもよい。

0047

また、上述した実施の形態1においては、捕集ポケット50における重力方向の上半分の部位では、内周壁部50aの内側周壁面50a1が、図2に示すように捕集ポケット50の入口側の部位と比べて奥側の部位の方が重力方向の下方に位置するように段付き形状で形成されている。放射状に延びる隔壁52を備える捕集ポケット50では、重力方向の上半分側の部位においては内周壁部50aの内側周壁面50a1が「隔壁によって区画された捕集ポケットのセルの壁面のうちで重力下方向側となる周壁面」に該当する。一方、捕集ポケット50における重力方向の下半分側の部位に関しては外周壁部50bの内側周壁面50b1が「隔壁によって区画された捕集ポケットのセルの壁面のうちで重力下方向側となる周壁面」に該当する。そこで、捕集ポケット50における重力方向の下半分側の部位に関しては、実施の形態1のように吸気通路12の内壁12aを捕集ポケット50の前面に被せることに代え、あるいはそれとともに、外周壁部50bの内側周壁面50b1が、図2に示す構成のように捕集ポケット50の入口側の部位と比べて奥側の部位の方が重力方向の下方に位置するように段付き形状に形成してもよい。

0048

実施の形態2.
次に、図5図7を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
図5は、本発明の実施の形態2におけるコンプレッサ80aの入口周りの特徴的な構成を説明するための図である。なお、図5において、上記図2に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

0049

本実施形態の内燃機関は、以下に示す相違点を除き、上述した内燃機関10と同様に構成されている。すなわち、本実施形態の内燃機関は、コンプレッサ20aに代えてコンプレッサ80aを備えている。コンプレッサ80aは、ディフューザ部20a6の冷却のために、コンプレッサハウジング20a1に第1冷却水通路80a1を備え、かつ、ベアリングハウジング20dに第2冷却水通路80a2を備えている。これらの冷却水通路80a1、80a2には、エンジン本体を冷却するための冷却水が循環しているものとする。さらに、第1冷却水通路80a1に冷却水を供給する冷却水通路(図示省略)には、第1冷却水通路80a1の冷却水流量を調整するための流量調整バルブ82が備えられている。なお、コンプレッサハウジング20a1に設ける第1冷却水通路80a1は、図5中に矢印で示すスクロール部20a5から捕集ポケット50への伝熱の妨げとならないようにするために、図5に示す配置がそうであるようにスクロール部20a5と捕集ポケット50との間に介在することを避けて配置されることが好ましい。

0050

本実施形態のシステムは、ECU40に代えて、ECU84が備えられている。ECU84には、ECU40に接続されるものと同じ各種のセンサおよびアクチュエータ以外に、上記流量調整バルブ82、コンプレッサ流入ガス温度センサ86、吸気通路壁面温度センサ88およびポケット壁面温度センサ90が追加的に接続されている。コンプレッサ流入ガス温度センサ86は、コンプレッサ80aに流入するガス、すなわち、新気とEGRガスとの混合ガスの温度を検出する。吸気通路壁面温度センサ88は、EGR通路30の接続部とコンプレッサ入口部20a2との間の吸気通路12の壁面温度を検出する。ポケット壁面温度センサ90は、捕集ポケット50の壁面温度を検出する。

0051

実施の形態1において既述したように、スクロール部20a5の熱を利用して捕集ポケット50を加熱することで、捕集ポケット50に捕集した凝縮水を蒸発させることができる。その一方で、圧縮されたガスによってコンプレッサハウジング20a1およびベアリングハウジング20dの温度が高くなり、その結果としてディフューザ部20a6の温度が高くなると、ディフューザ部20a6の壁面にデポジットが堆積し易くなる。

0052

ディフューザ部20a6でのデポジット堆積抑制のために冷却水通路80a1等を利用してディフューザ部20a6の冷却を常時行うこととすると、スクロール部20a5から捕集ポケット50への伝熱が阻害されてしまう状況が生じ得る。そこで、本実施形態では、スクロール部20a5からの受熱を利用した捕集ポケット50の加熱とディフューザ部20a6の冷却という2つの機能を両立させるために、第1冷却水通路80a1内の冷却水流量を調整することとした。具体的には、EGR通路30の下流側の吸気通路12にて凝縮水が発生する状況において、捕集ポケット50の壁面温度が所定値(好ましくは凝縮水の沸点TBP)以下である場合には、第1冷却水通路80a1内の冷却水流量を制限することとした。

0053

図6は、EGRガスの導入を行う運転領域での凝縮水発生域と冷却水制限域を説明するための図である。
図6中に「凝縮水発生域」として示すように、コンプレッサ80aに流入するガスの温度が吸気通路12の壁面温度(内壁12aの温度)よりも高い状況下において、吸気通路12の壁面温度が凝縮水の露点DP以下になると、ガスが内壁12aに触れることで凝縮水が発生する。一方、捕集ポケット50の壁面温度が凝縮水の沸点TBP以下になると、捕集ポケット50内で凝縮水を蒸発させられなくなる。したがって、図6中に示す「冷却水制限域」では、冷却水の流量を制限する必要がある。

0054

図7は、本発明の実施の形態2における特徴的な制御を実現するためにECU84が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

0055

図7に示すルーチンでは、ECU84は、まず、コンプレッサ流入ガス温度センサ86と吸気通路壁面温度センサ88とを用いて、コンプレッサ80aに流入するガスの温度と、吸気通路12の壁面温度(内壁12aの温度)とを検出する(ステップ100)。なお、これらの温度はセンサを用いずに所定の推定手法に基づいて取得してもよい。すなわち、当該ガス温度は、例えば、EGRガス量および新気量に基づいて推定することができる。また、吸気通路壁面温度は、例えば、外気温度、EGRガス量、負荷率、エンジン回転数および運転履歴に基づいて推定することができる。

0056

次に、ECU84は、EGR通路30の下流側の吸気通路12にて凝縮水が発生する状況であるか否かを判断するために、吸気通路壁面温度がガス温度よりも低いか否かを判定する(ステップ102)。なお、当該判断は、本ステップ102の手法以外にも、例えば、吸気通路壁面温度が凝縮水の露点TDP以下であるか否かに基づいて行ってもよい。

0057

ステップ102の判定が成立する場合、すなわち、EGR通路30の下流側の吸気通路12にて凝縮水が発生する状況にあると判断できる場合には、ECU84は、次いで、ポケット壁面温度センサ90を用いて捕集ポケット50の壁面温度を検出する(ステップ104)。なお、この温度はセンサを用いずに所定の推定手法に基づいて取得してもよい。すなわち、ポケット壁面温度は、例えば、外気温度、EGRガス量、負荷率、エンジン回転数および運転履歴に基づいて推定することができる。

0058

次に、ECU84は、ポケット壁面温度が所定値以下であるか否かを判定する(ステップ106)。ここでは、上記所定値は、好ましい一例として凝縮水の沸点TBPに基づく値とされている。なお、凝縮水の沸点TBPは、単なる水だけではなくEGRガスに含まれる成分も考慮したものである。

0059

ステップ106の判定が成立する場合には、ECU84は、コンプレッサハウジング20a1を冷却するための第1冷却水通路80a1内の冷却水流量を制限する(ステップ108)。具体的には、次の(1)式に示す相関式を用いて、冷却水流量Qwが決定される。



ただし、上記(1)式において、TC/hsgは捕集ポケット50の壁面温度であり、Twは冷却水温度である。

0060

本ステップ108では、上記(1)式にしたがって、ポケット壁面温度TC/hsgが低いほど、冷却水流量Qwが減らされる。また、冷却水温度Twが低いほど、冷却水流量Qwが減らされる。ただし、この制御は、コンプレッサハウジング20a1の温度の方が冷却水温度Twよりも高い状況を想定したものである。仮に、例えば、低外気温度下でコンプレッサハウジング20a1が外気によって冷やされているような状況下では、コンプレッサハウジング20a1の温度の方が冷却水温度Twよりも低いこともあり得る。このような状況下では、上記の制御のように冷却水流量Qwを制限するのではなく、捕集ポケット50の加熱促進のために、冷却水の流通を許容してコンプレッサハウジング20a1を早く温めるようにしてもよい。したがって、コンプレッサハウジング20a1が冷却水温度Twよりも高いか否かに応じて、上記の制御を切り替えてもよい。

0061

以上説明した図7に示すルーチンによれば、吸気通路壁面温度がガス温度よりも低く、かつ、ポケット壁面温度が所定値(凝縮水の沸点TBP)以下である場合には、第1冷却水通路80a1内の冷却水流量Qwが少なく制限される。これにより、EGR通路30の下流側の吸気通路12にて凝縮水が発生する状況にある場合に、ポケット壁面温度の低下を抑制することができる。したがって、冷却水の循環によってディフューザ部20a6の冷却機能を確保しつつ、スクロール部20a5からの受熱を利用した捕集ポケット50の加熱機能の低下を抑制することができる。

0062

ところで、上述した実施の形態2においては、吸気通路壁面温度がガス温度よりも低く、かつ、ポケット壁面温度が所定値(凝縮水の沸点TBP)以下である場合には、ポケット壁面温度TC/hsgと冷却水温度Twとに応じた値で第1冷却水通路80a1内の冷却水流量Qwを制限することとしている。しかしながら、この場合の冷却水流量Qwの制限の態様は、上記のものに限らず、例えば、第1冷却水通路80a1内の冷却水の流通を停止するものであってもよい。また、第1冷却水通路80a1に代え、あるいはそれとともに、第2冷却水通路80a2内の冷却水流量を制限(流通停止を含む)してもよい。ただし、捕集ポケット50への伝熱に対する配慮としての冷却水流量Qwの調整は、捕集ポケット50に近い側の第1冷却水通路80a1を対象として行うことが効果的である。

0063

また、上述した実施の形態2においては、ディフューザ部20a6の冷却のために、コンプレッサハウジング20a1に第1冷却水通路80a1を備え、かつ、ベアリングハウジング20dに第2冷却水通路80a2を備えている。しかしながら、本発明における冷却水通路は、「コンプレッサを構成するハウジング」に備えられたものであれば、例えば、コンプレッサハウジング20a1およびベアリングハウジング20dのうちの何れか一方に備えられたものであってもよい。

0064

ところで、上述した実施の形態1〜2においては、コンプレッサ20aもしくは80aを有する過給機として、排気エネルギ駆動力として利用するターボ過給機20等を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明におけるコンプレッサは、ターボ過給機として構成されたものに限定されるものではなく、例えば、内燃機関のクランク軸からの動力を利用して駆動されるものであってもよく、或いは、電動モータによって駆動されるものであってもよい。

0065

10内燃機関
12吸気通路
12a 吸気通路の内壁
14排気通路
16エアクリーナ
18エアフローメータ
20ターボ過給機
20a、80aコンプレッサ
20a1コンプレッサハウジング
20a2コンプレッサ入口部
20a3コンプレッサインペラ
20a4インペラ部
20a5スクロール部
20a6ディフューザ部
20a7 コンプレッサ入口
20bタービン
20c連結軸
20dベアリングハウジング
22インタークーラー
24スロットルバルブ
26排気浄化触媒
28EGR装置
30EGR通路
32EGRクーラー
34EGRバルブ
40、84 ECU(Electronic Control Unit)
42クランク角センサ
44冷却水温度センサ
46燃料噴射弁
48点火装置
50、60、70捕集ポケット
50a、60a、70a内周壁部
50a1、60a1、70a1 内周壁部の内側周壁面
50b、60b、70b外周壁部
50b1、60b1、70b1 外周壁部の内側周壁面
50c、60c、70cセル
52、62、72隔壁
80a1 第1冷却水通路
80a2 第2冷却水通路
82流量調整バルブ
86 コンプレッサ流入ガス温度センサ
88吸気通路壁面温度センサ
90ポケット壁面温度センサ

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