JP2002303146A - 過給機付内燃機関 - Google Patents

過給機付内燃機関

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JP2002303146A JP2001108645A JP2001108645A JP2002303146A JP 2002303146 A JP2002303146 A JP 2002303146A JP 2001108645 A JP2001108645 A JP 2001108645A JP 2001108645 A JP2001108645 A JP 2001108645A JP 2002303146 A JP2002303146 A JP 2002303146A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の性能悪化なく且つ排ガスの逆流な
くインタークーラ内の結露水を確実に排出可能な過給機
付内燃機関を提供する。 【解決手段】 インタークーラの下部と排気通路とを接
続する凝結水排水通路と、凝結水排水通路に介装された
開閉弁と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出
手段と、該運転状態検出手段の検出情報に基づき、イン
タークーラ内の圧力が排気通路内の圧力よりも低い極低
出力域の運転状態にあるとき（A領域）、及び、高出力
域の運転状態にあるとき（Ｃ領域）、開閉弁を閉作動さ
せる開閉弁制御手段とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、過給機付内燃機関
に係り、詳しくは、インタークーラ内で凝結する水分の
排出技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】バス、トラック等に搭載されるデ
ィーゼルエンジンでは、出力を向上させることを目的と
して、吸入空気を過給機で圧縮するとともにインターク
ーラで冷却して燃焼室内の体積効率を高めることが一般
に行われている。また、主として排気中のＮＯxを低減
することを目的として、排ガスの一部を吸気系に還流さ
せて新気とともに再燃焼させる排気再循環（ＥＧＲ）も
一般に行われている。
【０００３】ところで、吸入される新気中や還流される
ＥＧＲガス中には水分が水蒸気として多く含まれてお
り、かかる新気やＥＧＲガスをインタークーラで冷却す
ると、結露が生じ、当該結露水が燃焼室内に進入して部
材の腐食等の不具合が生じるという問題がある。そこ
で、インタークーラと排気通路とを排水管で連結し、イ
ンタークーラ内の結露水を排気通路に排出させる装置が
特開平１１−２７０３４１号公報等に開示されている。
これにより、排気通路に排出された結露水が排気熱によ
って気化され、水蒸気として大気中に放出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バス、
トラック等においては排気通路が長いために排気圧力が
高く、インタークーラ内の結露水を排気通路に排出させ
ようとしても、インタークーラ内の圧力が低いようなと
きには排ガスが排水管を逆流する等して結露水が十分に
排出されないという問題が起こり得る。
【０００５】また、高出力を得ようとした場合には、過
給機で吸入空気の圧力を十分に高める必要があるが、排
水管により結露水を排出しようとすると、同時に結露水
以外の吸入空気も排出されることになり（ブースト抜
け）、吸入空気の圧力が低下して十分な出力が得られ
ず、性能悪化を招くおそれもある。本発明はこのような
問題点を解決するためになされたもので、その目的とす
るところは、内燃機関の性能悪化なく且つ排ガスの逆流
なくインタークーラ内の結露水を確実に排出可能な過給
機付内燃機関を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１の発明では、過給機と、吸気通路の前
記過給機よりも下流に介装され、吸入空気を冷却するイ
ンタークーラと、排気通路と前記吸気通路の前記インタ
ークーラよりも上流の部分とを接続するＥＧＲ通路と、
前記インタークーラの下部と前記排気通路とを接続する
凝結水排水通路と、前記凝結水排水通路に介装された開
閉弁と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手
段と、該運転状態検出手段の検出情報に基づき、前記イ
ンタークーラ内の圧力が前記排気通路内の圧力よりも低
い極低出力域の運転状態にあるとき、及び、高出力域の
運転状態にあるとき、前記開閉弁を閉作動させる開閉弁
制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】従って、インタークーラ内の圧力が排気通
路内の圧力よりも低い極低出力域の運転状態にあるとき
には開閉弁が閉弁させられることになり、排ガスが凝結
水排水通路を介して吸気系に逆流することが防止され
る。また、高出力域の運転状態にあるときにも開閉弁が
閉弁させられるので、吸入空気の排出が防止されて高出
力が必要なときには吸気圧が確保され、内燃機関の出力
低下が防止される。
【０００８】即ち、開閉弁は極低出力域でも高出力域で
もない中低出力域においてのみ開弁することになり、イ
ンタークーラ内の結露水は、内燃機関の性能悪化なく且
つ排ガスの逆流なく良好に排気通路に排出され、排気熱
により蒸発する。また、請求項２の発明では、前記開閉
弁制御手段は、前記運転状態検出手段からの情報に基づ
き現運転状態での空気過剰率を算出する空気過剰率算出
手段を有し、前記開閉弁制御手段は、前記空気過剰率算
出手段により算出される空気過剰率が前記極低出力域の
運転状態の閾値としての第１の空気過剰率よりも大きい
とき、及び、前記高出力域の運転状態の閾値としての第
２の空気過剰率よりも小さいとき、前記開閉弁を閉作動
させることを特徴としている。
【０００９】従って、内燃機関の出力と空気過剰率とは
相関関係があり、内燃機関が低出力域の運転状態では空
気過剰率は大きく、高出力域の運転状態では空気過剰率
は小さいことから、空気過剰率が極低出力域の運転状態
の閾値としての第１の空気過剰率よりも大きいときに開
閉弁を閉弁することにより、排ガスの吸気系への逆流が
確実に防止される。
【００１０】また、空気過剰率が高出力域の運転状態の
閾値としての第２の空気過剰率よりも小さいときに開閉
弁を閉弁することにより、高出力が必要なときの内燃機
関の出力低下が好適に防止される。即ち、開閉弁は空気
過剰率が第１の空気過剰率と第２の空気過剰率との間に
あるとき、つまり中低出力域においてのみ開弁すること
になり、インタークーラ内の結露水は、確実に内燃機関
の性能悪化なく且つ排ガスの逆流なく排気通路に排出さ
れる。
【００１１】また、請求項３の発明では、前記開閉弁制
御手段は、前記空気過剰率算出手段により算出される空
気過剰率が前記第１の空気過剰率よりも小さく且つ前記
第２の空気過剰率よりも大きいとき、前記開閉弁を所定
期間に亘り開作動させることを特徴としている。従っ
て、開閉弁は空気過剰率が第１の空気過剰率と第２の空
気過剰率との間にあるとき、つまり中低出力域において
所定期間だけ開弁することになり、インタークーラ内の
結露水が内燃機関の性能悪化なく且つ排ガスの逆流なく
十分に排気通路に排出可能であるとともに、中低出力域
においても吸入空気が必要以上に排出されてしまうこと
が防止される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係る過給機付内燃機関の一実施例を説明する。図１を参
照すると、本発明に係る過給機付内燃機関の概略構成図
が示されており、以下同図に基づき説明する。
【００１３】エンジン１としては、ここでは直列４気筒
ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記す）が採
用される。エンジン１の図示しない吸気ポートには、吸
気マニホールド２を介して吸気管４が接続されており、
一方、図示しない排気ポートには、排気マニホールド６
を介して排気管８が接続されている。
【００１４】そして、これら吸気管４と排気管８には、
吸気管４側にコンプレッサ１２を有し、排気管８側にタ
ービン１４を有するようにしてターボチャージャ（過給
機）１０が介装されている。ターボチャージャ１０は、
吸入空気を圧縮することによってエンジン１の燃焼室内
の体積効率を高めるものである。吸気管４のターボチャ
ージャ１０と吸気マニホールド２との間には、インター
クーラ１６が介装されている。インタークーラ１６は、
ターボチャージャ１０により圧送される吸入空気を冷却
し、エンジン１の燃焼室内の体積効率をさらに高める機
能を果たす。
【００１５】排気管８には、排気ブレーキ２０が介装さ
れるとともに、後処理装置２２及びマフラ２４が介装さ
れている。排気ブレーキ２０は、閉弁することにより排
気管内の排気圧力を上げてエンジン１に制動をかける仕
組みの制動装置であり、例えばアクチュエータ（図示せ
ず）により開閉される電磁式のバタフライバルブが採用
されている。
【００１６】後処理装置２２は、排ガスに含まれる有害
成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等）やＰＭ（パティキュレー
ト・マター）を浄化処理するための触媒コンバータやデ
ィーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）から
なる排気浄化装置であり、マフラ２４は消音装置であ
る。排気管８の後処理装置２２よりも下流の部分から
は、分岐して排ガスの一部（ＥＧＲガス）を吸気系に還
流させるためのＥＧＲ通路３０が延びており、当該ＥＧ
Ｒ通路３０の先端は吸気管４のターボチャージャ１０よ
りも上流の部分に接続されている。
【００１７】そして、ＥＧＲ通路３０には、ＥＧＲ通路
３０の開閉制御を行う電磁式のＥＧＲ弁３２が介装され
ており、さらに、体積効率を高めるべくＥＧＲガスを冷
却するためのＥＧＲクーラ３４が介装されている。これ
により、アクチュエータ（図示せず）の作動によりＥＧ
Ｒ弁３２が開弁し、排気管８からＥＧＲ通路３０を通っ
てＥＧＲガスが吸気系に還流されると、当該ＥＧＲガス
が新気とともに燃焼室内に導入されて燃焼することにな
り、燃焼が緩慢となってＮＯxの発生が抑制される。
【００１８】ところで、インタークーラ１６において
は、吸入空気やＥＧＲガスに含まれる水分が冷却により
凝結し凝結水となる。そこで、インタークーラ１６内に
は、かかる凝結水を集めるための溜部１７が設けられて
おり、当該溜部１７からは凝結水排水通路４０が延びて
いる。凝結水排水通路４０の先端は排気管８のうちＥＧ
Ｒ通路３０との分岐よりも下流の部分に接続されてい
る。
【００１９】そして、凝結水排水通路４０には、アクチ
ュエータ（図示せず）により作動し、凝結水排水通路４
０の連通と遮断とを行う電磁式の開閉弁４２が介装され
ている。電子コントローラ（ＥＣＵ）５０は、エンジン
１を含めた本発明に係る過給機付内燃機関の総合的な制
御を行うための制御装置である。
【００２０】ＥＣＵ５０の入力側には、エンジン１に設
けられたエンジン回転速度等を検出する各種センサ類が
接続されるとともに、アクセルペダル５２の操作量を検
出するアクセルセンサ５４が接続されている。一方、Ｅ
ＣＵ５０の出力側には、上記排気ブレーキ２０、ＥＧＲ
弁３２、開閉弁４２の各アクチュエータが接続されてい
る。
【００２１】これにより、ＥＣＵ５０から排気ブレーキ
２０のアクチュエータに作動信号が供給されると排気ブ
レーキ２０としてのバタフライバルブが開閉弁し、ＥＧ
Ｒ弁３２のアクチュエータに開度信号が供給されるとＥ
ＧＲ弁３２の開度が調整され、開閉弁４２のアクチュエ
ータに作動信号が供給されると開閉弁４２が開閉弁す
る。
【００２２】以下、上記のように構成された本発明に係
る過給機付内燃機関の作用、即ち凝結水排水制御につい
て説明する。上述したように、インタークーラ１６には
吸入空気やＥＧＲガスに含まれる水分が冷却により凝結
して凝結水として溜まることになるが、かかる凝結水を
凝結水排水通路４０を介して排気管８に排出しようとす
る場合、常に凝結水が抜けるようにしておくと、例えば
アイドル運転時のように排気管８内の排気圧力の方がイ
ンタークーラ１６内の吸気圧力よりも高いような場合、
凝結水が凝結水排水通路４０に抜けるどころか排ガスが
逆流してしまうという問題があり、一方、高出力を得た
いような場合であっても、ブースト抜けにより吸気圧が
上がらず、即ち燃焼室内の体積効率を十分に高められ
ず、所望の出力を得られないという問題がある。
【００２３】そこで、本発明では、凝結水の排水を行う
時期を必要最小限に制限するようにしている。図２を参
照すると、インタークーラ１６内圧力（実線）及び排気
管８内圧力（破線）と空気過剰率λとの関係が示されて
いるが、本発明では、空気過剰率λに応じて開閉弁４２
を開閉制御するようにしており（開閉弁制御手段）、以
下同図に基づき説明する。
【００２４】ここに、空気過剰率λを開閉弁４２の開閉
制御のためのパラメータとするのは、エンジン１の出力
と空気過剰率λとの相関が高いためである。空気過剰率
λは、燃料噴射量Ｑ、エンジン回転速度Ｎe、ＥＧＲ量
等に基づいて決定され、具体的には、アクセルセンサ５
４からのアクセル開度情報、エンジン１からのエンジン
回転速度情報Ｎe、ＥＧＲ弁３２の開度指令値等から演
算により求められる。実際には、これらは予めマップ化
されており、空気過剰率λは当該マップから読みとられ
る（運転状態検出手段、空気過剰率算出手段）。
【００２５】ここでは、例えば極低出力域の運転状態の
閾値として値λ1（第１の空気過剰率）が設定されてお
り、高出力域の運転状態の閾値として値λ2（第２の空
気過剰率）が設定されている。そして、空気過剰率λが
値λ1よりも大きいようなとき（Ａ領域）には、開閉弁
４２を閉作動させる。つまり、アイドル運転時のよう
に、エンジン１が極低出力域にあり排気管８内圧力の方
がインタークーラ１６内圧力よりも高くなるようなとき
には、開閉弁４２を閉状態とする。これにより、排ガス
が吸気系側に逆流することが確実に防止される。
【００２６】また、空気過剰率λが値λ2よりも小さい
ようなとき（Ｃ領域）にも、開閉弁４２を閉作動させ
る。つまり、エンジン１が高出力域にあるときには、開
閉弁４２を閉状態とする。これにより、ブースト抜けが
防止され、エンジン１の出力の低下が好適に防止され
る。一方、空気過剰率λが値λ1と値λ2の間（Ｂ領域）
にあるときには、開閉弁４２を開作動させる。つまり、
エンジン１が中低出力域にあるときにのみ開閉弁４２を
開作動させ、凝結水の排出を行うようにする。
【００２７】好ましくは、空気過剰率λが値λ1と値λ2
の間にあるときに、所定時間（数秒）だけ開閉弁４２を
開作動させるようにする。これにより、凝結水の排出を
十分に行いながら、吸入空気が必要以上に排出されてし
まうことが防止される。従って、本発明の過給機付内燃
機関では、インタークーラ１６内の結露水をエンジン１
の性能悪化なく且つ排ガスの吸気系への逆流なく良好に
排気管８に排出させるようにでき、かかる結露水を排気
熱によって良好に蒸発させることができる。これによ
り、エンジン１の主としてピストンやシリンダ壁及びイ
ンタークーラ等における腐食の発生を未然に防止でき
る。
【００２８】なお、ＥＧＲガスは通常の新気よりも多く
の水分を含むため、中低出力域（Ｂ領域）であってもで
きるだけＥＧＲを実施しているときに定期的に開閉弁４
２を開弁するのがよい。具体的には、ＥＧＲについては
低出力域（Ｂ領域のうちＡ領域寄りの範囲）で実施する
傾向にあるので、空気過剰率λがかかる領域にあるとき
に開閉弁４２を開弁するのがよい。
【００２９】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請
求項１の過給機付内燃機関によれば、インタークーラ内
の圧力が排気通路内の圧力よりも低い極低出力域の運転
状態にあるときに開閉弁を閉弁するので、排ガスが凝結
水排水通路を介して吸気系に逆流することを防止でき、
また、高出力域の運転状態にあるときにも開閉弁を閉弁
するので、高出力が必要な場合に吸入空気の排出を防止
して吸気圧を確保でき、内燃機関の出力低下を防止する
ことができる。
【００３０】従って、極低出力域でも高出力域でもない
中低出力域においてのみ開閉弁を開弁するようにでき、
インタークーラ内の結露水を内燃機関の性能悪化なく且
つ排ガスの逆流なく良好に排気通路に排出させ、排気熱
によって蒸発させることができる。また、請求項２の過
給機付内燃機関によれば、内燃機関の出力と空気過剰率
とは相関関係があり、内燃機関が低出力域の運転状態で
は空気過剰率は大きく、高出力域の運転状態では空気過
剰率は小さいことから、空気過剰率が極低出力域の運転
状態の閾値としての第１の空気過剰率よりも大きいとき
に開閉弁を閉弁することで、排ガスの吸気系への逆流を
確実に防止でき、また、空気過剰率が高出力域の運転状
態の閾値としての第２の空気過剰率よりも小さいときに
開閉弁を閉弁することで、高出力が必要なときの内燃機
関の出力低下を好適に防止できる。
【００３１】従って、空気過剰率が第１の空気過剰率と
第２の空気過剰率との間にあるとき、つまり中低出力域
においてのみ開閉弁を開弁するようにでき、インターク
ーラ内の結露水を確実に内燃機関の性能悪化なく且つ排
ガスの逆流なく排気通路に排出させることができる。ま
た、請求項３の過給機付内燃機関によれば、空気過剰率
が第１の空気過剰率と第２の空気過剰率との間にあると
き、つまり中低出力域において所定期間だけ開閉弁を開
弁するので、インタークーラ内の結露水を内燃機関の性
能悪化なく且つ排ガスの逆流なく十分に排気通路に排出
できるとともに、中低出力域においても吸入空気が必要
以上に排出されてしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る過給機付内燃機関の概略構成図で
ある。
【図２】インタークーラ内圧力及び排気管内圧力と空気
過剰率λとの関係を示す図であって、開閉弁の開閉制御
について説明する図である。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン ４ 吸気管 ８ 排気管 １０ ターボチャージャ（過給機） １６ インタークーラ ３０ ＥＧＲ通路 ３２ ＥＧＲ弁 ４０ 凝結水排水通路 ４２ 開閉弁 ５０ 電子コントローラ（ＥＣＵ） ５４ アクセルセンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｃ ５５０Ｒ Ｆターム(参考） 3G005 FA21 GD13 GD14 HA04 HA12 HA13 JA02 JA05 JA24 JA39 JA42 JB02 3G062 AA01 AA03 AA05 BA02 CA07 EA10 ED01 ED04 ED08 ED10 GA04 GA06 GA07 GA15 GA21 3G092 AA02 AA13 AA17 AA18 DB03 DB04 DC08 DC12 DG07 EB05 EC09 FA00 GA05 HB01Z HD07Z HE01Z HF08Z

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 過給機と、 吸気通路の前記過給機よりも下流に介装され、吸入空気
    を冷却するインタークーラと、 排気通路と前記吸気通路の前記インタークーラよりも上
    流の部分とを接続するＥＧＲ通路と、 前記インタークーラの下部と前記排気通路とを接続する
    凝結水排水通路と、 前記凝結水排水通路に介装された開閉弁と、 内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、 該運転状態検出手段の検出情報に基づき、前記インター
    クーラ内の圧力が前記排気通路内の圧力よりも低い極低
    出力域の運転状態にあるとき、及び、高出力域の運転状
    態にあるとき、前記開閉弁を閉作動させる開閉弁制御手
    段と、を備えたことを特徴とする過給機付内燃機関。
  2. 【請求項２】 前記開閉弁制御手段は、前記運転状態検
    出手段からの情報に基づき現運転状態での空気過剰率を
    算出する空気過剰率算出手段を有し、 前記開閉弁制御手段は、前記空気過剰率算出手段により
    算出される空気過剰率が前記極低出力域の運転状態の閾
    値としての第１の空気過剰率よりも大きいとき、及び、
    前記高出力域の運転状態の閾値としての第２の空気過剰
    率よりも小さいとき、前記開閉弁を閉作動させることを
    特徴とする、請求項１記載の過給機付内燃機関。
  3. 【請求項３】 前記開閉弁制御手段は、前記空気過剰率
    算出手段により算出される空気過剰率が前記第１の空気
    過剰率よりも小さく且つ前記第２の空気過剰率よりも大
    きいとき、前記開閉弁を所定期間に亘り開作動させるこ
    とを特徴とする、請求項２記載の過給機付内燃機関。
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