JP6958097B2 - インタークーラの水抜き装置 - Google Patents

Description

本発明は、インタークーラの水抜き装置に関し、特に、過給機によって加圧された吸気をインタークーラで冷却する際に生成された凝縮水を排出するインタークーラの水抜き装置に関する。

過給機（ターボチャージャ等）を備えたエンジンは、過給機によって加圧された吸気を冷却するためのインタークーラを吸気通路内に配置している。

また、インタークーラによって吸気を冷却する際には、水分が凝縮されて凝縮水が生成される。この凝縮水がインタークーラの内部にそのまま溜まってしまうと、インタークーラが腐食してしまう虞がある。

そこで、エンジンの運転状態に応じた適切なタイミングでインタークーラで生成した凝縮水を吸気通路に良好に排出制御するインタークーラの水抜き装置が既に知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１４０８６８号公報

しかしながら、このような先行技術文献に開示のインタークーラの水抜き装置にあっては、エンジンの運転状態に応じた適切なタイミングで凝縮水を排出制御するため、通常の吸気系の制御に加えて凝縮水の排出制御をおこなわなければならず、制御系がより一層複雑になるという問題が生じていた。

本開示の技術は、上述のような課題を解決するために、専用の検出センサや制御装置を用いた複雑な凝縮水の排出制御を行うことなく、良好に凝縮水を排出することができるインタークーラの水抜き装置を提供することを目的とする。

本開示の技術は、上記目的を達成のため、内燃機関の吸気を過給する過給機よりも下流側の吸気通路に配置されたインタークーラと、インタークーラよりも下流側の吸気通路に配置された吸気調整弁と、一端がインタークーラに接続され、他端が吸気調整弁よりも下流側の吸気通路に接続されてインタークーラによって生成された凝縮水を含む空気を吸気通路に排出する凝縮水除去通路と、を備え、凝縮水除去通路は、吸気通路の吸気方向と直交する吸気通路断面積に対して凝縮水を含む空気の排出方向と直交する排出通路断面積が狭くされるとともに、通路終端部に排出通路断面積よりもさらに狭いオリフィスが設けられている。

また、凝縮水除去通路は、一端をインタークーラに接続した排水配管と、排水配管の他端と吸気調整弁よりも下流側の吸気通路とを接続するとともに、オリフィスを配置した接続部と、によって画成されている、のが好ましい。

また、吸気通路は、吸気調整弁と吸気マニホールドとの間に吸気通路よりも拡径したコモンチャンバを備え、凝縮水除去通路は、一端をインタークーラに接続した排水配管と、排水配管の他端とコモンチャンバとを接続するとともに、オリフィスを配置した接続部と、によって画成されている、のが好ましい。

また、排水配管は、少なくとも他端において接続部と水平方向で接続される接続流路を備え、接続部は、コモンチャンバの上面と垂直方向下向きで接続される排出流路を備え、オリフィスは、接続流路の終端部と水平方向で接続されているとともに、排出流路と水平方向で接続されている、のが好ましい。

本開示の技術によれば、専用の検出センサや制御装置を用いた複雑な凝縮水の排出制御を行うことなく、良好に凝縮水を排出することができる。

本実施形態に係るインタークーラの水抜き装置を適用したエンジン系の説明図である。 本実施形態に係るインタークーラの水抜き装置の要部の拡大断面図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るインタークーラの水抜き装置について説明する。なお、同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

また、以下の説明において、前後左右上下の各方向は、車両前進走行時における運転者から見た前後左右上下と同じとして説明する。したがって、左右方向は車幅方向と同義である。ただし、前後左右上下方向には、厳密な意味での前後左右上下方向を示すものとは限らない。例えば、前後左右方向は水平面内を基準とするとは限らず、上下方向は鉛直方向を基準とするとは限らず、機能的な意味で各方向を示す場合を含むものとする。

図１に示すように、エンジン（内燃機関）１は、車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関としてのディーゼルエンジンである。なお、図１に示す例では直列４気筒エンジンとなっているが、エンジン１のシリンダ配置形式や気筒数等は任意である。

エンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に接続された吸気通路３及び排気通路４と、過給機５と、燃料噴射装置６と、を備える。エンジン本体２は、図示は省略するが、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、バルブ等の可動部品と、を含む。

燃料噴射装置６は、例えば、コモンレール式燃料噴射装置が用いられ、各気筒に設けられた燃料噴射弁としてのインジェクタ７と、インジェクタ７に接続されたコモンレール８と、を備える。インジェクタ７は、シリンダ９の内部である燃焼室内に燃料を直接噴射する。コモンレール８は、インジェクタ７から噴射される燃料を高圧状態で貯留する。

吸気通路３は、エンジン本体２（特に、シリンダヘッド）に接続された吸気マニホールド１０と、吸気マニホールド１０の上流端に接続された吸気管１１と、によって主に吸気系が画成されている。吸気マニホールド１０は、吸気管１１から送られてきた吸気を各気筒の吸気ポートに分配供給する。

吸気管１１には、上流側から順に、エアクリーナ１２、過給機５のコンプレッサ５Ｃ、インタークーラ１３、電子制御式の吸気調整弁１４、コモンチャンバ１５、が設けられている。

排気通路４は、エンジン本体２（特に、シリンダヘッド）に接続された排気マニホールド２０と、排気マニホールド２０の下流側に配置された排気管２１と、によって主に排気系が画成されている。排気マニホールド２０は、各気筒の排気ポートから送られてきた排気ガスを集合させる。

排気管２１（若しくは排気マニホールド２０と排気管２１との間）には、過給機５のタービン５Ｔが設けられる。排気管２１には、タービン５Ｔよりも下流側に各種触媒やセンサ等が設けられる。

一方、エンジン１はＥＧＲ装置３０を備える。ＥＧＲ装置３０は、排気通路４、特に、排気マニホールド２０の内部を流れる排気ガスの一部（以下、「ＥＧＲガス」とも称する。）を吸気通路３に還流させるためのＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁３３と、を備える。

また、エンジン１は、図示は省略するが、制御ユニット若しくはコントローラをなす電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する。）が設けられる。このＥＣＵは、中央処理装置（ＣＰＵ）や半導体記憶素子（ＲＯＭ、ＲＡＭ）等の各種回路部品を含み、インジェクタ７、吸気調整弁１４、ＥＧＲ弁３３、等を制御する。

なお、ＥＣＵは、例えば、図示を略す吸気系並びに排気系に配置した各種センサ及びエンジン回転速度センサやアクセル開度センサ等からの検出信号に基づいて、インジェクタ７の燃料噴射量や吸気調整弁１４の開度等を含むエンジン駆動に関する各種制御を実行する。

ところで、上述したように、インタークーラ１３によって吸気を冷却する際には、水分が凝縮されて凝縮水が生成される。この凝縮水がインタークーラ１３の内部にそのまま溜まってしまうと、インタークーラ１３が腐食してしまう虞がある。

特に、ＥＧＲ装置３０を配置したエンジン１では、排気再循環により吸気通路３に供給されるＥＧＲガスは温度が比較的高いこともあり、水分が水蒸気として比較的多く含まれている。

そのため、ＥＧＲ装置３０のＥＧＲ通路３１は、吸気調整弁１４とコモンチャンバ１５との間で吸気通路３と接続されている。これにより、ＥＧＲ装置３０で発生した水蒸気はコモンチャンバ１５によって回収することが可能となっている。

コモンチャンバ１５は、吸気通路３の吸気の流れの慣性を利用して吸気充填効率を高めることによって出力向上を図るうえ、内部に残存する空気によってエンジン１の始動時における回転数の立ち上がり量を増大させる。コモンチャンバ１５は、内部で結露した水分（凝縮水）が下流側に流れ込まないように少なくとも下側に拡径している。なお、コモンチャンバ１５は、その水分を大気に排水可能としてもよい。

また、本実施の形態におけるエンジン１は、上述したインタークーラ１３により吸気を冷却した際に生成した凝縮水を排出する凝縮水除去通路４０を備える。

凝縮水除去通路４０は、一端をインタークーラ１３に接続した排水配管４１と、排水配管４１の他端と吸気調整弁１４よりも下流側の吸気通路３とを接続する接続部４２と、によって画成されている。

図２に示すように、接続部４２は、一端を開放して水平方向に延びる排水配管４１の他端とインロー方式で接続されるジョイント部材４３と、ジョイント部材４３を貫通するボルト部材４４と、ジョイント部材４３の外周においてボルト部材４４との間に位置するパッキン４５と、を備える。

ボルト部材４４は、ねじ部４４ａがコモンチャンバ１５の上面から上向きに隆起する隆起部１５ａに形成された雌ねじ穴１５ｂと螺合することにより排水配管４１をコモンチャンバ１５に固定する。これにより、パッキン４５は、ボルト部材４４の頭部４４ｂと隆起部１５ａとに挟まれた状態でジョイント部材４３とボルト部材４４との間を密閉する。

ねじ部４４ａには、軸線方向に沿って先端に開放する排出流路４４ｃと、頭部４４ｂに近接する基部付近に軸線方向と直交するオリフィス４４ｄと、が形成されている。

したがって、排水配管４１の他端が水平方向でジョイント部材４３と接続され、ボルト部材４４のねじ部４４ａは、コモンチャンバ１５の上面側で隆起する隆起部１５ａと垂直方向でジョイント部材４３を貫通している。

これにより、排水配管４１は、少なくとも他端において接続部４２のジョイント部材４３と水平方向で接続される接続流路４１ａを備え、接続部４２は、コモンチャンバ１５の上面と垂直方向下向きで貫通穴１５ｃと接続される排出流路４４ｃを備え、オリフィス４４ｄは、接続流路４１ａの終端部と水平方向で接続されているとともに、排出流路４４ｃとも水平方向で接続されていることとなる。

オリフィス４４ｄは、排水配管４１を吸気通路３へと接続する接続部４２に水平方向に設けることにより、排水配管４１を通して空気が過剰にエンジン１に供給されることを防いでいる。これにより、特に、天然ガスを燃料とするＣＮＧ車両等に有効である。すなわち、ＣＮＧ車両では、エンジン１の出力を吸気調整弁１４の開度（吸気量）で制御するため、吸気量のコントロールが重要となる。

具体的に、オリフィス４４ｄの流路と直交する断面積は、例えば、吸気調整弁１４が吸気通路３を設計上の全閉としたときに発生する吸気通路３との隙間によって吸気を許容する断面積を１とした場合に、０．０８以下の割合に設定している。

これにより、吸気通路３を流れる吸気に伴ってコモンチャンバ１５の貫通穴１５ｃに発生する負圧によって、インタークーラ１３から凝縮水を含む空気を、排水配管４１、ジョイント部材４３を含む水平方向に延びる接続流路４１ａ、オリフィス４４ｄ、排出流路４４ｃ、貫通穴１５ｃ、をこの順に経由してコモンチャンバ１５の内部の吸気通路３に排出することができる。

このように、本実施の形態に係るインタークーラ１３の水抜き装置は、エンジン（内燃機関）１の吸気を過給する過給機５よりも下流側の吸気通路３に配置されたインタークーラ１３と、インタークーラ１３よりも下流側の吸気通路３に配置された吸気調整弁１４と、一端がインタークーラ１３に接続され、他端が吸気調整弁１４よりも下流側の吸気通路３に接続されてインタークーラ１３によって生成された凝縮水を含む空気を吸気通路３に排出する凝縮水除去通路４０と、を備え、凝縮水除去通路４０は、吸気通路３の吸気方向と直交する吸気通路断面積に対して凝縮水を含む空気の排出方向と直交する排出通路４４ｃの断面積が狭くされるとともに、通路終端部に排出通路４４ｃの断面積よりもさらに狭いオリフィス４４ｄが設けられていることにより、専用の検出センサや制御装置を用いた複雑な凝縮水の排出制御を行うことなく、良好に凝縮水を排出することができる。

また、本実施の形態に係るインタークーラ１３の水抜き装置は、凝縮水除去通路４０は、一端をインタークーラ１３に接続した排水配管４１と、排水配管４１の他端と吸気調整弁１４よりも下流側の吸気通路３とを接続するとともに、オリフィス４４ｄを配置した接続部４２と、によって画成されている。具体的には、吸気通路３は、吸気調整弁１４と吸気マニホールド１０との間に吸気通路３よりも拡径したコモンチャンバ１５を備え、凝縮水除去通路４０は、一端をインタークーラ１３に接続した排水配管４１と、排水配管４１の他端とコモンチャンバ１５とを接続するとともに、オリフィス４４ｄを配置した接続部４２と、によって画成されていることにより、凝縮水をコモンチャンバ１５に排水することができるとともに、吸気マニホールド１０への凝縮水の過剰な混入を抑制することができる。

また、本実施の形態に係るインタークーラの水抜き装置は、排水配管４１は、少なくとも他端において接続部４２と水平方向で接続される接続流路４１ａを備え、接続部４２は、コモンチャンバ１５の上面と垂直方向下向きで接続される排出流路４４ｃを備え、オリフィス４４ｄは、接続流路４１ａの終端部と水平方向で接続されているとともに、排出流路４４ｃと水平方向で接続されていることにより、オリフィス４４ｄにおけるエマルジョンや異物の詰まりを抑制することができる。

ところで、本発明のインタークーラの水抜き装置は、上記の実施の形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した技術的範囲には、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々、設計変更した形態が含まれる。

例えば、インタークーラ１３の水抜き装置は、排水配管４１と接続部４２とを備えた構成となっているが、これに限らず、例えば、排水配管４１の他端をエルボ管構造としてコモンチャンバ１５の上面に直接接続するとともに、排水配管４１の中途部（水平部分）にオリフィス構造を有するように小孔を形成したブロック部材を配置した構成であってもよい。

なお、以上の説明において、「水平」「垂直」等の記載がある場合に、これらの各記載は厳密な意味ではない。すなわち、「水平」「垂直」とは、設計上や製造上等における公差や誤差が許容され、「実質的に水平」「実質的に垂直」という意味である。なお、ここでの公差や誤差とは、本発明の構成・作用・効果を逸脱しない範囲における単位のことを意味するものである。

１ エンジン
１３ インタークーラ
４０ 凝縮水除去通路
４１ 排水配管
４１ａ 接続流路
４２ 接続部
４４ ボルト部材
４４ｃ 排出流路
４４ｄ オリフィス

Claims (2)

1. 車両の内燃機関の吸気を過給する過給機よりも下流側の吸気通路に配置されたインタークーラと、
   前記インタークーラよりも下流側の前記吸気通路に配置された吸気調整弁と、
   一端が前記インタークーラに接続され、他端が前記吸気調整弁よりも下流側の前記吸気通路に接続されて前記インタークーラによって生成された凝縮水を含む空気を前記吸気通路に排出する凝縮水除去通路と、を備え、
   前記凝縮水除去通路は、
   前記吸気通路の吸気方向と直交する吸気通路断面積に対して凝縮水を含む空気の排出方向と直交する排出通路断面積が狭くされるとともに、通路終端部に前記排出通路断面積よりもさらに狭いオリフィスが設けられており、
   前記内燃機関は、内燃機関本体を有し、
   前記吸気通路は、
   前記内燃機関本体に接続されており、前記内燃機関本体に前記吸気通路内の吸気を供給する吸気マニホールドと、
   前記吸気通路における前記吸気調整弁と前記吸気マニホールドとの間に設けられており、前記吸気通路よりも前記車両の上下方向における少なくとも下側に拡径したコモンチャンバと、を備え、
   前記凝縮水除去通路は、
   一端が前記インタークーラに接続された排水配管と、
   前記排水配管の他端と前記コモンチャンバとを接続するボルトを含む接続部と、
   を有し、
   前記ボルトに、前記排水配管と連通する前記オリフィスが形成されている、
   ことを特徴とするインタークーラの水抜き装置。
2. 前記排水配管は、
   少なくとも前記他端において前記接続部と水平方向で接続される接続流路を備え、
   前記接続部は、
   前記コモンチャンバの上面と垂直方向下向きで接続される排出流路を備え、
   前記オリフィスは、
   前記接続流路の終端部と水平方向で接続されているとともに、前記排出流路と水平方向で接続されている、
   請求項１に記載のインタークーラの水抜き装置。

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