JP2019138221A

JP2019138221A - 内燃機関

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Publication number: JP2019138221A
Application number: JP2018022337A
Authority: JP
Inventors: 友斗吉崎; Yuto Yoshizaki; 裕樹松井; Hiroki Matsui
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2038-02-09
Also published as: JP7114921B2

Abstract

【課題】過給機を冷却する冷却装置を備える内燃機関に関して、コンプレッサにおいてデポジットが生成されることを抑制する。【解決手段】内燃機関９０は、第１過給機７１及び第２過給機７２と、ブローバイガスを吸気通路に導入する還流通路４２と、冷却回路３０に冷却水を循環させる冷却装置１０と、を備えている。内燃機関９０の吸気通路９１は、吸気分岐部９１Ａにおいて分岐しており吸気分岐部９１Ａの下流側の各通路に、第１過給機７１の第１コンプレッサ７１Ａと第２過給機７２の第２コンプレッサ７２Ａとがそれぞれ配置されている。冷却回路３０では、第１過給機７１を冷却する第１過給機冷却流路１４の下流側に第２過給機７２を冷却する第２過給機冷却流路１７が接続されている。そして、還流通路４２が吸気分岐部９１Ａと第１コンプレッサ７１Ａとの間に接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、過給機を備える内燃機関に関する。

特許文献１には、分岐した吸気通路のそれぞれに過給機のコンプレッサが配設されている内燃機関が開示されている。そして、この内燃機関では、吸気通路において一方の過給機のコンプレッサよりも上流側に、ブローバイガスを吸気通路に導入する導入通路が接続されている。

また、過給機を備える内燃機関では、冷却水を循環させる冷却回路を備える冷却装置による過給機の冷却が一般的に行われている。

特開平２‐４２１６８号公報

コンプレッサよりも上流側の吸気通路にブローバイガスのような燃料を含有する気体を導入する場合、過給機が高温であると、気体が含有する燃料に起因したデポジットが生成される虞がある。

このため過給機の冷却が求められているが、特許文献１のように二基の過給機を備える内燃機関の場合、各過給機を冷却するための冷却回路の部品点数が多くなりやすいという問題があった。

上記課題を解決するための内燃機関は、排気タービン式の第１過給機及び第２過給機と、燃料を含有する気体を吸気通路に導入する導入通路と、冷却回路に冷却水を循環させる冷却装置と、を備え、前記吸気通路が吸気分岐部において分岐しており該吸気分岐部の下流側の各通路に、前記第１過給機の第１コンプレッサと前記第２過給機の第２コンプレッサとがそれぞれ配置されている内燃機関であって、前記冷却回路において、前記第１過給機を冷却する第１過給機冷却流路の下流側に前記第２過給機を冷却する第２過給機冷却流路が接続されており、前記吸気通路において、前記吸気分岐部と前記第１コンプレッサとの間に前記導入通路が接続されていることをその要旨とする。

上記構成では、第１過給機冷却流路と第２過給機冷却流路とを直列に接続することによって、部品点数の増加を抑制した簡潔な冷却回路を構成することができる。また、第１過給機冷却流路が第２過給機冷却流路よりも冷却回路において上流側に位置しているため、第２過給機よりも第１過給機が冷却されやすい。そして、上記構成では、燃料を含有する気体が、冷却されやすい第１過給機における第１コンプレッサの上流側となる吸気通路に導入される。これによって、冷却回路を簡潔に構成しつつ、導入通路を介して吸気通路に導入される気体が含有する燃料に起因したデポジットの生成を抑制することができる。

内燃機関の一実施形態を示す模式図。

以下、内燃機関の一実施形態である内燃機関９０について、図１を参照して説明する。
図１には、内燃機関９０と、内燃機関９０に適用される冷却装置１０とを示している。
内燃機関９０は、排気タービン式の第１過給機７１及び第２過給機７２を備える過給機付き内燃機関である。内燃機関９０の燃焼室に吸気を導入する吸気通路９１には、エアクリーナ９２が設けられている。吸気通路９１には、エアクリーナ９２よりも下流側において吸気分岐部９１Ａが設けられており、吸気通路９１が二本に分岐されている。

吸気通路９１において吸気分岐部９１Ａよりも下流側には、第１過給機７１の第１コンプレッサ７１Ａと、第２過給機７２の第２コンプレッサ７２Ａと、がそれぞれ設けられている。吸気通路９１には、第１コンプレッサ７１Ａを通過した吸気と、第２コンプレッサ７２Ａを通過した吸気とが合流する吸気合流部９１Ｂが設けられている。吸気合流部９１Ｂは、第１コンプレッサ７１Ａ及び第２コンプレッサ７２Ａの下流側に位置している。吸気合流部９１Ｂにおいて、吸気分岐部９１Ａよりも下流側から分岐していた通路が合流する。

吸気通路９１において吸気合流部９１Ｂよりも下流側には、冷却装置１０の一部をなすインタークーラ２０が設けられている。インタークーラ２０は、冷却水が通過する流路を備えている。インタークーラ２０を通過する吸気と冷却水との熱交換によって、第１過給機７１及び第２過給機７２によって過給された吸気が冷却される。インタークーラ２０よりも下流側には、スロットルバルブ９３が配設されている。スロットルバルブ９３を通過した吸気は、インテークマニホールドを通過して内燃機関９０のシリンダブロック９４に設けられている燃焼室に導入される。

シリンダブロック９４には、各燃焼室から排出された排気を集合させて排気通路９９に排出する第１エキゾーストマニホールド９５と第２エキゾーストマニホールド９６とが接続されている。

排気通路９９において第１エキゾーストマニホールド９５の下流側には、第１過給機７１の第１タービン７１Ｂが設けられている。第１タービン７１Ｂの下流側には、第１触媒９７が配設されている。排気通路９９には、第１タービン７１Ｂを迂回する第１ウェイストゲート７３が設けられている。第１ウェイストゲート７３は、第１エキゾーストマニホールド９５と第１タービン７１Ｂとの間と、第１タービン７１Ｂと第１触媒９７との間とを接続している。第１ウェイストゲート７３には、第１ウェイストゲートバルブ７４が設けられている。

排気通路９９において第２エキゾーストマニホールド９６の下流側には、第２過給機７２の第２タービン７２Ｂが設けられている。第２タービン７２Ｂの下流側には、第２触媒９８が配設されている。排気通路９９には、第２タービン７２Ｂを迂回する第２ウェイストゲート７５が設けられている。第２ウェイストゲート７５は、第２エキゾーストマニホールド９６と第２タービン７２Ｂとの間と、第２タービン７２Ｂと第２触媒９８との間とを接続している。第２ウェイストゲート７５には、第２ウェイストゲートバルブ７６が設けられている。

内燃機関９０は、燃焼室からクランクケース内に流入した未燃燃料を含むブローバイガスを吸気通路９１に還流する還流通路４２を備えている。還流通路４２の一端は、内燃機関９０のクランクケース又はシリンダヘッドカバーに接続されている。還流通路４２の他端は、吸気通路９１における吸気分岐部９１Ａと第１コンプレッサ７１Ａとの間である接続部４３に接続されている。還流通路４２には、還流通路４２の連通と遮断とを切り換えるＰＣＶバルブ４１が設けられている。

冷却装置１０は、冷却水を循環させる冷却回路３０を備えている。冷却装置１０は、空気との熱交換によって冷却水を冷却する第１ラジエータ１１と第２ラジエータ１２を備えている。冷却装置１０は、冷却水を圧送するポンプ１３を備えている。

冷却回路３０において、第１ラジエータ１１及び第２ラジエータ１２の上流側には、ラジエータ上流部３３が設けられている。第１ラジエータ１１と第２ラジエータ１２には、ラジエータ上流部３３から分岐した流路がそれぞれ接続されている。

冷却回路３０は、第１ラジエータ１１及び第２ラジエータ１２の下流側であるラジエータ下流部３１において、第１ラジエータ１１を通過した冷却水と第２ラジエータ１２を通過した冷却水とが合流するように構成されている。ラジエータ下流部３１よりも下流側には、ポンプ１３とインタークーラ２０とが順に配設されている。

インタークーラ２０は、ポンプ１３から吐出された冷却水が導入されるＩＣ入口２１と、冷却水の流路としての往路２２とを有している。往路２２は、インタークーラ２０を通過する吸気の流れ方向と直交する方向に、ＩＣ入口２１から延伸されている。インタークーラ２０は、往路２２と並設されている復路２３を備えている。往路２２と復路２３とは、往路２２における下流側の端部に設けられている折返し部２５によって接続されている。復路２３では、往路２２の冷却水流れ方向とは反対方向に冷却水が流れる。インタークーラ２０内では、往路２２は、復路２３よりもインタークーラ２０を通過する吸気の流れ方向における下流側に配置されている。復路２３の下流側の端部には、インタークーラ２０から冷却水が排出される第１ＩＣ出口２４が設けられている。

さらにインタークーラ２０は、折返し部２５から分岐して往路２２の延伸方向に延伸されている分岐路２６を備えている。分岐路２６の下流側の端部には、インタークーラ２０から冷却水が排出される第２ＩＣ出口２７が設けられている。

第１過給機７１には、冷却水の流路である第１過給機冷却流路１４が設けられている。第１過給機冷却流路１４を流れる冷却水との熱交換によって第１過給機７１が冷却される。第１過給機冷却流路１４では、第１ＴＣ入口１５から冷却水が導入され、第１ＴＣ出口１６から冷却水が排出される。図１に示した第１過給機７１において第１ＴＣ入口１５及び第１ＴＣ出口１６が設けられている位置は、模式的なものであり、第１ＴＣ入口１５及び第１ＴＣ出口１６の位置を限定するものではない。

第２過給機７２には、冷却水の流路である第２過給機冷却流路１７が設けられている。第２過給機冷却流路１７を流れる冷却水との熱交換によって第２過給機７２が冷却される。第２過給機冷却流路１７では、第２ＴＣ入口１８から冷却水が導入され、第２ＴＣ出口１９から冷却水が排出される。図１に示した第２過給機７２において第２ＴＣ入口１８及び第２ＴＣ出口１９が設けられている位置は、模式的なものであり、第２ＴＣ入口１８及び第２ＴＣ出口１９の位置を限定するものではない。

冷却回路３０は、ポンプ１３とＩＣ入口２１とを接続する導入流路３４を備えている。冷却回路３０は、第２ＩＣ出口２７と第１ＴＣ入口１５とを接続する接続流路３５を備えている。冷却回路３０は、第１ＴＣ出口１６と第２ＴＣ入口１８とを接続するＴＣ間流路３６を備えている。冷却回路３０は、第２ＴＣ出口１９とラジエータ上流部３３とを接続する第１排出流路３７を備えている。冷却回路３０は、一端が第１ＩＣ出口２４に接続され、他端が第１排出流路３７における合流部３２に接続されている第２排出流路３８を備えている。

冷却回路３０では、インタークーラ２０の往路２２から分岐した分岐路２６の下流側に第１過給機冷却流路１４が接続されている。さらに、第１過給機冷却流路１４の下流側には、第２過給機冷却流路１７が接続されている。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
冷却装置１０では、インタークーラ２０内において往路２２から分岐させた分岐路２６と、第１過給機冷却流路１４と、を直列に接続している。これによって、第１過給機冷却流路１４に導入する冷却水の流量をインタークーラ２０に導入する冷却水の流量と異ならせるようにすることができる。さらに、インタークーラ２０内において冷却水の流路を分岐させているため、インタークーラ２０と第１過給機冷却流路１４とを仮に並列に構成した場合の冷却回路と比較して部品点数を削減できる。これによって、冷却装置１０の小容量化に寄与することができる。

さらに、冷却装置１０では、第１過給機冷却流路１４と第２過給機冷却流路１７を直列に接続している。これによって、第１過給機冷却流路１４と第２過給機冷却流路１７とを並列に構成した場合の冷却回路と比較して、冷却回路を簡潔に構成することができる。

また、仮にインタークーラ２０の往路２２と復路２３、さらには第１過給機冷却流路１４を直列に構成した冷却回路の場合には、インタークーラ２０を通過して温度が上昇した冷却水が第１過給機冷却流路１４に導入されるため、インタークーラ２０よりも下流側における冷却効率が低下する虞がある。この点、冷却装置１０によれば、往路２２と復路２３からなるインタークーラ２０の冷却流路のうち往路２２のみを通過して分岐された分岐路２６から第１過給機冷却流路１４に冷却水が導入される。これによって、インタークーラ２０の冷却流路の一部と第１過給機冷却流路１４とを直列に構成しつつも、温度の上昇が比較的少ない冷却水を接続流路３５に供給することができる。

さらに、インタークーラ２０では、折返し部２５を備えていることによって、往路２２から復路２３を通過して第２排出流路３８へ排出される冷却水だけでなく、往路２２から分岐路２６を通過して第１過給機冷却流路１４に導入される冷却水も往路２２を流通することになる。したがって、往路２２から復路２３を通過する冷却水が単に流通するだけの流路構成を採用する場合に比べて、往路２２に流通する冷却水の流量をより多くすることができ、それだけ、インタークーラ２０において熱交換による吸気の冷却を効率よく行うことができる。

また、冷却装置１０では、例えば復路２３に対する分岐路２６の通路断面積を調節することで、第１過給機冷却流路１４に導入する冷却水の流量を調節することができる。すなわち、折返し部２５よりも下流側である復路２３側と、分岐路２６側とにおける流路の抵抗を変更することによって、インタークーラ２０に導入する冷却水の流量と第１過給機冷却流路１４に導入する冷却水の流量とを変化させることができる。

内燃機関９０の冷却装置１０では、第１過給機冷却流路１４と第２過給機冷却流路１７とを直列に構成した冷却回路３０を備えているため、第２過給機冷却流路１７を流れる冷却水の温度が第１過給機冷却流路１４を流れる冷却水の温度と比較して高くなる。すなわち、第２過給機冷却流路１７では第１過給機冷却流路１４と比較して熱交換による冷却効果が低くなる。仮に第２過給機７２の第２コンプレッサ７２Ａにブローバイガスが導入された吸気が流れ込むと、ブローバイガスが含有する未燃燃料に起因したデポジットが第２コンプレッサ７２Ａ内に生成される虞がある。

この点、内燃機関９０では、吸気通路９１における吸気分岐部９１Ａと第１コンプレッサ７１Ａとの間である接続部４３に還流通路４２を接続している。すなわち、吸気通路９１における第１コンプレッサ７１Ａ又は第２コンプレッサ７２Ａよりも上流側の部分のうち第２過給機７２と比較して温度が低くなりやすい第１過給機７１側の部分にブローバイガスを導入するように構成している。このように、第１過給機７１よりも比較的温度が高くなりやすい第２過給機７２側にはブローバイガスを導入しないことによって、デポジットの生成を抑制することができる。

すなわち、内燃機関９０によれば、第１過給機冷却流路１４と第２過給機冷却流路１７とを直列に接続することによって冷却回路３０を簡潔に構成しつつ、吸気通路９１において過給機よりも上流側にブローバイガスを導入することによるデポジットの生成を抑制することができる。

以下、上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係を記載する。
「燃料を含有する気体」は、ブローバイガスに対応する。「燃料を含有する気体を吸気通路に導入する導入通路」は、還流通路４２に対応する。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、ブローバイガスを吸気通路９１に導入する還流通路４２を、吸気通路９１における吸気分岐部９１Ａと第１コンプレッサ７１Ａとの間に接続している。燃料を含有する気体を吸気通路に導入する導入通路としては、還流通路４２に限られるものではない。例えば内燃機関には、燃料タンク内に発生した蒸発燃料を含む気体をパージガスとして吸気通路に導入するパージ機構が設けられることがある。内燃機関９０にパージ機構を採用し、吸気通路９１における吸気分岐部９１Ａと第１コンプレッサ７１Ａとの間にパージ通路を接続することもできる。

図１を用いて詳述すると、パージ機構５０は、燃料タンク５１と、蒸発燃料を捕集するキャニスタ５２と、キャニスタ５２から脱離させた蒸発燃料を吸気通路９１に導入するパージ通路５３と、によって構成される。パージ通路５３の一端は、キャニスタ５２に接続されている。パージ通路５３にはパージバルブ５５が設けられている。このパージ機構５０を採用する内燃機関９０では、パージ通路５３の他端が、吸気通路９１における吸気分岐部９１Ａと第１コンプレッサ７１Ａとの間であるパージ通路接続部５４に接続されている。

パージガスは、ブローバイガスと同様に燃料を含有しているため、例えば吸気通路において過給機よりも上流側にパージガスを導入すると、パージガスの含有する燃料に起因したデポジットがコンプレッサ内に発生する虞がある。そこで、吸気通路９１における吸気分岐部９１Ａと第１コンプレッサ７１Ａとの間にパージ通路５３を接続し、上記実施形態と同様に、吸気通路９１における第１コンプレッサ７１Ａ又は第２コンプレッサ７２Ａよりも上流側の部分のうち第２過給機７２と比較して温度が低くなりやすい第１過給機７１側の部分にパージガスを導入することによって、デポジットの生成を抑制することができる。

なお、この変更例における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は以下の通りである。
「燃料を含有する気体」は、パージガスに対応する。「燃料を含有する気体を吸気通路に導入する導入通路」は、パージ通路５３に対応する。

・上記実施形態の冷却装置１０において、インタークーラ２０の往路２２と第１過給機冷却流路１４とを直列に構成した冷却回路３０は、必須の構成要件ではない。冷却回路３０としては、第１過給機冷却流路１４と第２過給機冷却流路１７とが直列に構成されていれば、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

・上記実施形態では、第１ラジエータ１１と第２ラジエータ１２とを備える冷却装置１０を例示しているが、冷却装置１０が備えるラジエータは一つでもよい。この場合、ラジエータの上流側に第１排出流路３７が接続するように構成すれば、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

１０…冷却装置、１４…第１過給機冷却流路、１７…第２過給機冷却流路、３０…冷却回路、３４…導入流路、３５…接続流路、３６…ＴＣ間流路、３７…第１排出流路、３８…第２排出流路、４１…ＰＣＶバルブ、４２…還流通路、４３…接続部、５０…パージ機構、５１…燃料タンク、５２…キャニスタ、５３…パージ通路、５４…パージ通路接続部、５５…パージバルブ、７１…第１過給機、７１Ａ…第１コンプレッサ、７１Ｂ…第１タービン、７２…第２過給機、７２Ａ…第２コンプレッサ、７２Ｂ…第２タービン、９０…内燃機関、９１…吸気通路、９１Ａ…吸気分岐部、９１Ｂ…吸気合流部、９９…排気通路。

Claims

排気タービン式の第１過給機及び第２過給機と、燃料を含有する気体を吸気通路に導入する導入通路と、冷却回路に冷却水を循環させる冷却装置と、を備え、前記吸気通路が吸気分岐部において分岐しており該吸気分岐部の下流側の各通路に、前記第１過給機の第１コンプレッサと前記第２過給機の第２コンプレッサとがそれぞれ配置されている内燃機関であって、
前記冷却回路において、前記第１過給機を冷却する第１過給機冷却流路の下流側に前記第２過給機を冷却する第２過給機冷却流路が接続されており、
前記吸気通路において、前記吸気分岐部と前記第１コンプレッサとの間に前記導入通路が接続されている内燃機関。