JP2017180301A - 内燃機関の吸気整流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの失火の原因となる凝結水の発生を防止できる内燃機関の吸気整流装置を提供すること。【解決手段】内燃機関１の吸気通路１０に配置されたスロットル装置３０を備えるとともに、前記吸気通路にＥＧＲ通路２５が連通し、前記吸気通路における前記スロットル装置の下流側であって、前記ＥＧＲ通路との合流部近傍に整流部材４１を備えた内燃機関の吸気整流装置４０において、前記整流部材を加熱する加熱手段４６を備えた。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気整流装置に関し、特に、内燃機関の排気通路と吸気通路とを連結するＥＧＲ通路を備えた内燃機関において吸気通路に配置される吸気整流装置に関する。

自動車等の車両に搭載される内燃機関（エンジン）、例えば、自然吸気エンジンやターボ式過給を備えたエンジン等は、吸気マニホールドに接続される吸気通路と、排気マニホールドに接続される排気通路とを備え、排気通路と吸気通路とはＥＧＲ（排ガス再循環）通路によって連結される。吸気通路には、上流側から、ターボ式過給器のコンプレッサと、インタークーラと、スロットル装置とが配置され、排気通路には、ターボ式過給器のタービンが設けられる。ＥＧＲ通路は、スロットル装置の下流側において吸気通路に連結される。

吸気通路のスロットル装置は、吸気通路を形成するスロットルボディと、スロットルボディの内部に配置されたスロットル弁とを含み、吸気通路のスロットル弁の下流側には、整流部材を備えた吸気整流装置が配置される（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−２３６８５３号公報

上述のように、ＥＧＲ通路を備えた内燃機関では、ＥＧＲ通路を介して排ガスの一部を吸気通路に導入し、燃焼用空気（新気）に混合することによって、燃焼温度のコントロールやポンプ損失の低減を図り、内燃機関の熱効率を向上することができる。また、吸気整流装置は、整流部材によって、スロットル弁が急激に開弁した際に発生する吸気異音を低減することができる。

しかし、ＥＧＲ通路から吸気通路へ導入されるＥＧＲガスは、比較的高温であって、水分を多く含んでおり、冬季等の冷間始動時や、運転直後等の低温時には、高温のＥＧＲガスが、新気によって冷却された整流部材に接触することで、この整流部材に凝結水が付着する場合がある。さらに、整流部材に付着した凝結水は、冷却されて凍結することがある。

このような凝結水や凍結した氷が整流部材から離脱してエンジン本体に導入されると、エンジンの失火の原因となるおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、エンジンの失火の原因となる凝結水の発生を防止できる内燃機関の吸気整流装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の内燃機関の吸気整流装置は、内燃機関の吸気通路に配置されたスロットル装置を備えるとともに、前記吸気通路にＥＧＲ通路が連通し、前記吸気通路における前記スロットル装置の下流側であって、前記ＥＧＲ通路との合流部近傍に整流部材を備えた内燃機関の吸気整流装置において、前記整流部材を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、加熱手段によって整流部材を加熱することで、新気によって整流部材が冷却されることを防止し、その結果、整流部材に凝縮水が付着するのを防止することができる。

また、請求項２に記載の内燃機関の吸気整流装置は、請求項１に記載の内燃機関の吸気整流装置において、前記加熱手段は、前記内燃機関で加熱された流体によって前記整流部材を加熱することを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関で生成された熱を整流部材の加熱に利用することができるとともに、整流部材の加熱用に、別途、発熱装置等を設ける必要がないため、消費電力量を抑えることができる。

また、請求項３に記載の内燃機関の吸気整流装置は、請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気整流装置において、前記加熱手段は、前記ＥＧＲ通路から延在して前記整流部材の外周に沿って配設される加熱通路を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、ＥＧＲ通路から延在して整流部材に沿って配置される加熱通路を流通する高温のＥＧＲガスによって、整流部材を加熱することができる。また、整流部材は、吸気通路とＥＧＲ通路との合流部近傍に設けられているので、ＥＧＲ通路から延在する加熱通路の部分を比較的短くして、加熱通路の設置スペースを抑えることができる。

また、請求項４に記載の内燃機関の吸気整流装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気整流装置において、前記加熱手段は、前記スロットル装置のスロットルボディに形成された温水通路に連通するとともに前記整流部材の外周に沿って延在する加熱通路を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、スロットル装置のスロットルボディに形成された温水通路に連通するとともに整流部材の外周に沿って延在する加熱通路を備えているので、温水通路を通る温水によってスロットル装置を加熱することができるとともに、温水通路と連通する加熱通路を通る温水によって、整流部材を加熱することができる。整流部材は、スロットル弁が開弁した際の吸気異音を低減するように、スロットル装置のスロットル弁の近傍に配置されるので、整流部材の近傍に位置する温水通路の温水を利用して整流部材を加熱することができる。

また、請求項５に記載の内燃機関の吸気整流装置は、請求項３又は４に記載の内燃機関の吸気整流装置において、前記加熱通路は、前記整流部材の外周を囲むように略環状に配置されることを特徴とする。

この構成によれば、加熱通路は、整流部材の外周を囲むように配置されるので、整流部材への熱伝達率が高くなり、凝縮水の発生を効果的に防止することができる。

また、請求項６に記載の内燃機関の吸気整流装置は、請求項１に記載の内燃機関の吸気整流装置において、前記加熱手段は、前記整流部材の外周に沿って配置される電気ヒータであることを特徴とする。

この構成によれば、整流部材の外周に沿って電気ヒータを配置することで、整流部材を効率よく加熱することができる。

本発明に係る内燃機関の吸気整粒装置によれば、新気によって整流部材が冷却されることを防止し、その結果、整流部材にエンジンの失火の原因となる凝結水が発生するのを防止できる。

本発明の一実施形態である内燃機関の吸気整流装置の概要説明図。 図１のＩＩ部分の拡大模式的断面図であって、第１実施形態における吸気整流装置の概要を説明する図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面の模式的斜視図。 図１のＩＩ部分の拡大模式的断面図であって、第２実施形態における吸気整流装置の概要を説明する図。 図４に示す吸気整流装置の斜視図。 図１のＩＩ部分の拡大模式的断面図であって、第３実施形態における吸気整流装置の概要を説明する図。

（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態である内燃機関の吸気整流装置の概要説明図である。

図１に示すように、内燃機関（エンジン）１には、ターボ過給器５と、吸気通路１０と、排気通路２０と、ＥＧＲ通路２５とが設けられる。吸気通路１０には、スロットル装置３０と、吸気整流装置４０とが設けられる。

エンジン１は、例えば、水平対向、直列、Ｖ型等のエンジンを用いることができ、自動車等の車両に走行用駆動として搭載される。

ターボ過給器５は、コンプレッサ６及びタービン７等を備えた過給器である。コンプレッサ６は、エンジン１が吸入する燃料用空気（新気）を圧縮する遠心式圧縮機である。タービン７は、エンジン１の排気エネルギを用いてコンプレッサ６を駆動する。

吸気通路１０は、エンジン１に導入する新気の流通路である。吸気通路１０には、上流側から順に、エアクリーナ１１と、エアフローメータ１２と、ターボ過給器５のコンプレッサ６と、インタークーラ１３と、スロットル装置３０と、吸気整流装置４０とが設けられる。吸気通路１０のエンジン１側の端部には、エンジン１の各気筒の吸気ポートに新気を配分する分岐管である吸気マニホールド５０が設けられる。

エアクリーナ１１は、吸気通路１０に吸入された外気を濾過してダスト等を除去するものである。エアフローメータ１２は、吸気通路１０を通過する新気の流量を検出してエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）に伝達する。

インタークーラ１３は、コンプレッサ６で加圧されて高温になった新気を、例えば、走行風やエンジン冷却水等との熱交換によって冷却する。スロットル装置３０及び吸気整流装置４０については後述する。

排気通路２０は、エンジン１から排出された排気の流通路である。排気通路２０のエンジン１側の端部には、エンジン１の各気筒の排気ポートからの排気を合流させる集合管である排気マニホールド２１が設けられる。排気通路２０は、上流側から順に、ターボ過給器５のタービン７と、排ガス処理装置２２と、マフラー２３とを備える。

ＥＧＲ通路２５は、排気通路２０における排気マニホールド２１とタービン７との間から、あるいはタービン７の下流側から、排ガスの一部をＥＧＲガスとして抽出し、吸気通路１０に導入する流通路である。ＥＧＲ通路２５は、吸気通路１０のスロットル装置３０の下流側であって、吸気マニホールド５０の上流側で吸気通路１０と連通する。ＥＧＲ通路２５は、排ガス再循環通路を構成するＥＧＲ配管２６を備え、ＥＧＲ配管２６には、ＥＧＲクーラ２７と、ＥＧＲバルブ２８とが設けられる。

図２は、図１のＩＩ部分の拡大模式的断面図であって、本実施形態のスロットル装置３０と吸気整流装置４０との概要を説明する図である。

スロットル装置３０は、内部が略円筒形の吸入空気流路となるスロットルボア３２を備えたスロットルボディ３１と、スロットルボア３２を開閉して吸入空気量を調節するスロットル弁３３とを有する。

スロットル弁３３は、スロットルボディ３１に取付けられた弁軸３４と、弁軸３４を軸心として回動する弁体３５とを有する。弁軸３４は、スロットルボディ３１内を貫通するとともに、スロットルボア３２の中心軸に直交して配置される。弁体３５は、スロットルボア３２の形状に合わせて円板状に形成され、アクセルペダルの踏み込み量に応じて弁軸３４の周りを回動する。弁軸３４の一端は、図示しないギヤトレインに連結されており、スロットル弁３３は、モータによりギヤトレインを介して駆動される。

スロットルボディ３１の下流端にはフランジ３１ａが設けられており、該フランジ３１ａは、吸気マニホールド５０の上流端部に設けられたフランジ５１と連結される。スロットルボディ３１のフランジ３１ａと、吸気マニホールド５０のフランジ５１とは、後述する吸気整流装置４０の固定部３２と、ゴムリングからなるガスケット５６とを間に介して、連結具５５を用いて連結される。連結具５５としては、例えば、ボルト５５ａ及びナット５５ｂを用いることができる。

吸気整流装置４０は、金属製であって、整流部材４１と、整流部材４１を吸入空気流路内に固定する固定部４２と、整流部材を加熱する加熱手段４５とを有する。

整流部材４１は、吸入空気を整流する作用を有し、メッシュ状に形成される。

固定部４２は、整流部材４１を囲む環状に形成されており、内周部を除く部分又は全体が、スロットルボディ３１のフランジ３１ａと吸気マニホールド５０のフランジ５１との間に挟持された状態で、これらに固定される。

図２に示すように、整流部材４１は、吸入空気流路を覆う部位が、吸気通路１０の接続部位となるフランジ３１ａ，５１に対して吸気通路１０の上流側又は下流側に位置するように形成される。本実施形態の整流部材４１は、外周部４１ｂが、吸入空気流路の周面に沿うように固定部４２から上流側に突出しており、外周部４１ｂに囲まれた、吸入空気流路を覆う平面状部４１ａが、固定部４２及びフランジ３１ａ，５１に対して吸入空気流路の上流側に位置している。

加熱手段４５は、エンジン１で加熱された流体、すなわちＥＧＲガスが流通する加熱通路４６を有する。加熱通路４６は、ＥＧＲ通路２５から延在する通路であって、整流部材４１の外周に沿って配置される。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面の模式的斜視図であって、加熱通路４６の設置状態を説明する図である。なお、図３では、スロットルボディ３１と吸気マニホールド５０との接合部となるフランジ３１ａ，５１等の記載を省略している。本実施形態の加熱通路４６は、ＥＧＲ通路２５から延在し、整流部材４１の平面状部４１ａを囲むように、スロットルボディ３１の外周面に略環状に配置されたＥＧＲ配管２６によって形成される。なお、加熱通路４６は、ＥＧＲ配管２６をスロットルボディ３１に複数回巻き付けた螺旋環状であってもよい。

図２において、矢印は、ＥＧＲ通路２５を通るＥＧＲガスの流れ方向を示しており、図３において、矢印は、加熱通路４６（すなわちＥＧＲ通路２５）を通るＥＧＲガスの流れ方向を示している。

上述した吸気整流装置４０では、スロットル装置３０の下流側、つまりスロットル弁３３の下流側に配置された網目状の整流部材４１によって、吸入空気の整流機能が確保できる。具体的には、スロットル装置３０のスロットル弁３３が急激に開弁した際、特に、スロットル弁３３の外周縁部とスロットルボア３１の内周壁との隙間が比較的小さな低開度域において発生する吸気異音を低減することができる。

また、上述した吸気整流装置４０では、冬季等の冷間始動時や運転直後の低温時に、整流部材４１に凝結水が発生するのを防止できる。

加熱手段４５を有していない従来の吸気整流装置では、冷間始動時等、新気とＥＧＲガスとの温度差が大きい場合に、水分を多く含む高温のＥＧＲガスが、新気によって冷却された整流部材に接触して、整流部材に凝結水が発生していた。この凝結水が整流部材から離脱して吸気とともにエンジンへ導入されると、エンジンにおける失火の原因となるおそれがある。また、この凝結水には、ＥＧＲガスに含まれる硫黄成分等が含まれているため、強酸性の凝結水が空気の流通路内の各部を腐食させるおそれがある。一方、このような事態を回避するために、冷間始動時等にエンジンにおけるＥＧＲガスの再利用を停止すると、低燃費化を図ることができなくなる。

本実施形態の吸気整流装置４０では、冬季等の冷間始動時や運転直後の低温時に、ＥＧＲガスが、整流部材４１の周囲に配置された加熱通路４６を通って吸気通路１０へ導入される。この際、整流部材４１は、比較的高温のＥＧＲガスによって加熱される。これにより、新気とＥＧＲガスとの温度差が大きい場合であっても、新気による整流部材４１の冷却を防いで、整流部材４１に凝結水が付着するのを抑制することができる。その結果、冷間始動時等にＥＧＲガスを用いて低燃費化を図りながら、整流部材４１で発生した凝結水による、エンジン１の失火や、腐食の発生等の不具合を回避することができる。さらに、整流部材４１の加熱に、エンジン１によって加熱された気体、すなわちＥＧＲガスを利用することで、整流部材４１の加熱のために、別途、発熱装置等を設ける必要がなく、省電力化を図ることができる。

なお、上述した実施形態において加熱通路４６は、整流部材４１を囲むように環状に配置されているが、整流部材４１の配置態様はこれに限定されるものではなく、整流部材４１を加熱可能な態様で配置されていればよい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図４及び図５に基づいて説明する。図４は、図１のＩＩ部分の拡大模式的断面図であって、第２実施形態における内燃機関の吸気整流装置４０の概要を説明する図であり、図５は、図４に示す吸気整流装置４０の斜視図である。なお、図４及び図５において、第１実施形態と対応する部位には同一符号を付している。第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成については詳細な説明を省略する。

吸気整流装置４０は、スロットル装置３０の下流側に設けられ、金属製であって、整流部材４１と、整流部材４１を吸入空気流路内に固定する固定部４２と、整流部材４１を加熱する加熱手段４５とを有する。

整流部材４１は、吸入空気を整流する作用を有し、メッシュ状に形成される。

固定部４２は、整流部材４１を囲む環状に形成されており、内周部を除く部分又は全体が、スロットルボディ３１のフランジ３１ａと吸気マニホールド５０のフランジ５１との間に挟持された状態で、図示していない連結具を用いて、これらに固定される。

加熱手段４５は、ＥＧＲガスが流通する加熱通路４６を有し、加熱通路４６は、ＥＧＲ通路から延在する通路であって、整流部材４１の外周に沿って配置される。図５に示すように、本実施形態において加熱通路４６は、ＥＧＲ通路２５の一部を構成しており、固定部４２の内部に形成される。なお、図４において、矢印は、ＥＧＲ通路２５を通るＥＧＲガスの流れ方向を示しており、図５において、矢印は、加熱通路４６を通るＥＧＲガスの流れ方向を示している。加熱通路４６は、固定部４２内へのＥＧＲガスが流入する流入部４６ａと、固定部４２外へＥＧＲガスが流出する流出部４６ｂとを有する。流入部４６aと流出部４６ｂとは、固定部４２において近接する位置に形成され、加熱通路４６は整流部材４１の外周を囲むように略環状に配置される。

本実施形態の内燃機関の吸気整流装置４０では、第１実施形態の効果を奏することができる。また、加熱通路４６が固定部４２の内部に形成されているので、ＥＧＲガスの整流部材４１への熱伝達率を向上することができる。

なお、第１及び第２実施形態では、ＥＧＲ通路２５を通るＥＧＲガスの全部が加熱通路４６を通るように加熱通路４６を形成しているが、加熱通路４６は、ＥＧＲガスの一部が加熱通路を通るように、ＥＧＲ通路２５から分岐して延びる分岐通路であってもよい。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図６に基づいて説明する。図６は、図１のＩＩ部分の拡大模式的断面図であって、第３実施形態における吸気整流装置４０の概要を説明する図である。

なお、図６において、第１実施形態と対応する部位には同一符号を付している。第３実施形態において、第１実施形態と同一の構成については詳細な説明を省略する。

本実施形態において、スロットル装置３０は、内部が略円筒形の吸入空気流路となるスロットルボア３２を備えたスロットルボディ３１と、スロットルボア３２を開閉して吸入空気量を調節するスロットル弁３３とを有する。スロットルボディ３１には、温水通路３６と、吸気整流装置４０の加熱手段４５を構成する加熱通路４８とが設けられる。なお、ＥＧＲ通路２５を形成するＥＧＲ配管２６は、吸気整流装置４０の下流側近傍で吸気マニホールド５０に接続される。

吸気整流装置４０は、スロットル装置３０の下流側に設けられ、整流部材４１と、整流部材４１を吸入空気流路内に固定する固定部４２と、整流部材４１を加熱する加熱手段４５とを有する。加熱手段４５は、スロットル装置３０の温水通路３６と連通する加熱通路４８を有する。以下、温水通路３６と加熱通路４８とについて詳細に説明する。

温水通路３６は、スロットルボディ３１及びスロットル弁３３を加熱するために温水（エンジン冷却水）を導入する通路であり、スロットルボディ３１においてスロットル弁３３の近傍に設けられる。温水通路３６は、スロットル弁３３の周囲を囲むように略環状に形成される。温水通路３６の流入口は、温水通路３６に温水を供給する温水供給管６１に接続される。温水通路３６の流出口３６aは、連通路３７を介して加熱通路４８の流入口４８ａと接続される。

加熱通路４８は、温水通路３６と連通し、エンジンの冷却水が流通する通路であり、スロットルボディ３１において整流部材４１の周囲を囲むように環状に形成される。加熱通路４８の流出口は、加熱通路４８から温水を排出する温水排出管６２に接続される。なお、図示していないが、加熱通路４８は、整流部材４１を囲むように螺旋環状に形成してもよい。図６において、温水供給管６１及び温水排出管６２における矢印は、温水の流れ方向を示している。温水供給管６１内に形成された温水供給通路と、温水排出管６２内に形成された温水排出通路とは、温水通路３６と加熱通路４８とを介して連通される。

本実施形態の内燃機関の吸気整流装置４０では、温水通路３６を通る温水（エンジン冷却水）によって、スロットル弁３３の凍結を防止することができる。また、冬季等の冷間始動時や運転直後の低温時に、新気に比して高温のエンジン冷却水が、整流部材４１の周囲に配置された加熱通路４８を通ることで、整流部材４１を該温水によって加熱することができる。これにより、新気による整流部材４１の冷却を防いで、整流部材４１に凝結水が付着するのを抑制することができ、その結果、整流部材４１で発生した凝結水によるエンジン１の失火等の不具合を回避することができる。さらに、加熱通路４８を通るエンジン冷却水（流体）は、エンジン始動後にエンジン１が暖機することで暖かくなり、加熱効果が向上する。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、整流部材４１を加熱する加熱手段として、整流部材４１の外周に沿って配置された電気ヒータを用いることができる。電気ヒータは、スロットルボディ３１の外周面に整流部材４１を囲むように環状に配置されることが好ましい。

また、加熱手段は、第１又は第２実施形態におけるＥＧＲガスを用いた加熱手段と、第３実施形態における温水を用いた加熱手段とを組み合わせて用いる構成としてもよい。また、吸気整流装置４０の整流部材４１は、吸気通路１０とＥＧＲ通路２５との合流部の下流側に位置する構成であってもよい。また、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態において、吸気整流装置４０の各部位は、金属材料だけではなく、樹脂材料で形成することもできる。

１ エンジン
１０ 吸気通路
２０ 排気通路
２５ ＥＧＲ通路
３０ スロットル装置
３１ スロットルボディ
３３ スロットル弁
４０ 吸気整流装置
４１ 整流部材
４２ 固定部
４５ 加熱手段
４６，４８ 加熱通路

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気通路に配置されたスロットル装置を備えるとともに、前記吸気通路にＥＧＲ通路が連通し、前記吸気通路における前記スロットル装置の下流側であって、前記ＥＧＲ通路との合流部近傍に整流部材を備えた内燃機関の吸気整流装置において、
   前記整流部材を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気整流装置。
2. 前記加熱手段は、前記内燃機関で加熱された流体によって前記整流部材を加熱することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気整流装置。
3. 前記加熱手段は、前記ＥＧＲ通路から延在して前記整流部材の外周に沿って配設される加熱通路を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気整流装置。
4. 前記加熱手段は、前記スロットル装置のスロットルボディに形成された温水通路に連通するとともに前記整流部材の外周に沿って延在する加熱通路を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気整流装置。
5. 前記加熱通路は、前記整流部材の外周を囲むように略環状に配置されることを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の吸気整流装置。
6. 前記加熱手段は、前記整流部材の外周に沿って配置される電気ヒータであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気整流装置。

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