JP4614134B2

JP4614134B2 - 過給機付内燃機関

Info

Publication number: JP4614134B2
Application number: JP2005364107A
Authority: JP
Inventors: 孝寛櫛部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: JP2007162667A

Description

本発明は過給機付内燃機関に係り、特に、吸気通路内に設けられたコンプレッサにより吸気を過給する過給機を備えた内燃機関に関する。

エンジンに過給機を搭載してエンジン出力を増大することが知られている。過給機としては、エンジンの排気エネルギを利用してタービンを駆動し、タービンと同軸のコンプレッサによって吸入空気を圧縮して燃焼室に供給するターボ過給機（ターボチャージャ）が一般的である。

また、コンプレッサによって吸入空気を圧縮すると吸気温度が上昇するため、圧縮後の吸気を冷却して吸気温度を下げることが行われる。これにより吸気の充填効率を向上し、供給可能な燃料量を増大して出力を増大することができる。また、吸気温度の低下によりノッキング及びＮＯｘをも抑制することができる。具体的には、コンプレッサ下流側の吸気通路にインタークーラを設置し、このインタークーラによって吸気温度を下げることが一般的に行われている。また、特許文献１及び２に開示されているように、コンプレッサ下流側の吸気通路内に水を噴射し、吸気から気化潜熱を奪って吸気温度を下げることも行われる場合がある。

特開２００３−２４７４６４号公報実開昭５９−１７２２２７号公報

ところで、吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開閉により吸気量を調節し、エンジン出力を調節するガソリンエンジンの場合、ターボ過給機を搭載すると、吸気絞り弁が急閉されたときにいわゆるサージ現象（或いはサージング）が生じることがある。このサージ現象とは、過給状態で吸気絞り弁が急閉された直後、コンプレッサ下流側、より具体的にはコンプレッサと吸気絞り弁との間における吸気圧が、コンプレッサ上流側の吸気圧より高くなり、コンプレッサを吸気が間欠的に逆流する現象である。このサージ現象が起きるとコンプレッサが異常振動を起こしたり、異音（いわゆるサージ音）が発生するなどの問題がある。

そこで、このサージ現象を防止するため、コンプレッサと吸気絞り弁との間における吸気通路をコンプレッサ上流側の吸気通路にバイパス通路で連通させることが知られている。こうすると、コンプレッサ下流側の吸気圧をバイパス通路を通じてコンプレッサ上流側に逃がす或いはバイパスすることができ、サージ現象を防止することができる。なお、通常運転時にはバイパス通路を閉じておく必要があることから、バイパス通路にはバイパス弁が設置される。バイパス弁は、吸気絞り弁下流側の吸気圧に基づいて開閉し、より具体的には、吸気絞り弁の急閉直後、吸気絞り弁下流側の吸気圧が急減したときに開弁する。

ところが、この場合に吸気冷却のための水噴射をコンプレッサと吸気絞り弁との間の吸気通路に行うと、次のような問題が生じる。即ち、バイパス通路を通じて吸気がコンプレッサ上流側に戻されるとき、その戻される吸気には水分が含まれる。そして、噴射された水が完全にミスト化されていれば問題ないものの、一部ミスト化されないで水滴となっている場合もある。この場合、水滴がコンプレッサに付着し、コンプレッサを腐食させたり、最悪コンプレッサを破損させたりする問題がある。

そこで、以上の事情に鑑みて本発明は創案されたものであり、その目的は、吸気冷却用の水噴射を行う場合に水分によるコンプレッサの損傷を防止することができる過給機付内燃機関を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る過給機付内燃機関は、吸気通路内に設けられたコンプレッサにより吸気を過給する過給機と、前記コンプレッサの下流側における前記吸気通路に設けられた吸気絞り弁と、前記コンプレッサ及び前記吸気絞り弁の間における前記吸気通路と、前記コンプレッサの上流側における前記吸気通路とを連通するバイパス通路と、該バイパス通路を、前記吸気絞り弁の下流側における前記吸気通路内の圧力に基づいて開閉するバイパス弁と、前記コンプレッサ及び前記吸気絞り弁の間における前記吸気通路内に吸気冷却用の水を噴射する水噴射弁と、前記バイパス通路に設けられ、該バイパス通路内を流れる吸気中に含まれる水分を分離する気液分離器とを備えたことを特徴とする。

この本発明の一形態によれば、吸気絞り弁の急閉直後、バイパス弁が開弁し、吸気がバイパス通路を通じてコンプレッサ上流側にバイパス或いは戻される。このとき、吸気が気液分離器を通過し、そこで、吸気中に含まれる完全にミスト化していない水滴分が、気液分離器によって分離除去される。従って、吸気中の水滴分がコンプレッサ上流側に戻ってコンプレッサに付着し、コンプレッサを腐食、損傷させるという問題が効果的に解消される。

好ましくは、前記コンプレッサ及び前記吸気絞り弁の間における前記吸気通路に設けられたインタークーラをさらに備え、前記水噴射弁が前記インタークーラの上流側に水を噴射する。

この好ましい形態によれば、インタークーラにより吸気が冷却されて吸気温度を下げられる一方、水噴射弁がインタークーラの上流側に水を噴射するため、噴射された水のうちの水滴分がインタークーラに付着して蒸発し、このときインタークーラを冷却し、吸気温度低下に有利となる。また、噴射された水のミスト化も促進されて好適な燃焼を実現できる。

好ましくは、前記コンプレッサ及び前記吸気絞り弁の間における前記吸気通路に設けられ、吸気温を検出する吸気温検出手段と、該吸気温検出手段により検出された吸気温に応じて前記水噴射弁を開閉制御する水噴射弁制御手段とをさらに備える。

この好ましい形態によれば、吸気温が一定以上高いときのみ水噴射を実行して吸気温度の上昇を適切に抑制できると共に、過剰な水の消費をも抑制できる。

好ましくは、前記気液分離器が、略円筒状の容器内をサイクロン室となして、その周壁に設けた導入口から水分を含む吸気を内周壁面に沿って周方向に導入し、旋回流の遠心分離作用によって吸気から水分を分離するものである。これにより吸気中の水滴分を効率的に分離できる。

好ましくは、前記水噴射弁に供給する水を貯留する水タンクをさらに備え、該水タンク内に前記気液分離器が配置される。

この好ましい形態によれば、気液分離器によって分離した水滴分を直接、配管等を用いずに水タンク内に回収することができ、構成を単純化することができる。また気液分離器によって分離した水滴分を再び水噴射弁に供給して水噴射に利用できるので、水の消費量を抑制することが可能となる。

本発明によれば、吸気冷却用の水噴射を行う場合に水分によるコンプレッサの損傷を防止することができる過給機付内燃機関を提供することができるという、優れた効果が発揮される。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づき詳述する。

図１は、本実施形態に係る内燃機関を概略的に示す。図示されるエンジン（内燃機関）１は、１気筒のみ代表的に示されているものの、多気筒エンジンであり、気筒数に特に制限は無い。これら気筒毎に、筒内燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２が設けられている。エンジン１は火花点火式エンジンであり、より具体的にはガソリンエンジンである。但し、代替燃料としてのアルコール又はこれとガソリンとの混合燃料、ＣＮＧ等の気体燃料、その他の燃料を用いるものであってもよい。

エンジン１は過給機としてのターボチャージャ３を備えている。ターボチャージャ３は、排気通路１８に設けられたタービン４と吸気通路９に設けられたコンプレッサ５とを有し、排気通路１８を流れる排気ガスのエネルギを利用してタービン４を駆動すると共に、タービン４に同軸連結されたコンプレッサ５を駆動して、吸気通路９内の吸気を圧縮し、過給するようになっている。タービン４にはこれをバイパスするウェストゲート６と、ウェストゲート６を開閉するウェストゲートバルブ７とが設けられている。

エアクリーナ８から吸入された空気は、吸気通路９を通じて各気筒の燃焼室２８に分配供給される。吸気通路９は、上流側から順に配置された吸気管１０、吸気マニホールド１１及び吸気ポート１２により主に区画形成され、吸気管１０には、前記コンプレッサ５と、コンプレッサ５の下流側に位置されるインタークーラ１３と、インタークーラ１３の下流側に位置される電子制御式吸気絞り弁１４とが設けられる。インタークーラ１３はこれを通過する吸気を冷却する。本実施形態のインタークーラ１３は空冷式であるが、水冷式などであってもよい。なお、本実施形態のエンジン１は車両に搭載されるものであり、吸気はインタークーラ１３を介して外気（特に走行風）との間で熱交換を行い冷却される。吸気マニホールド１１は、上流側に位置された集合部としてのサージタンク１５と、サージタンク１５及び各気筒の吸気ポート１２を気筒毎に接続する複数の枝管１６とからなる。吸気ポート１２はエンジン１のシリンダヘッド１７に気筒毎に形成される。

排気通路１８も同様に、エンジン１のシリンダヘッド１７に気筒毎に形成された排気ポート１９と、これら排気ポート１９に接続される排気マニホールド２０と、排気マニホールド２０の下流側に接続される排気管２１とにより主に区画形成され、排気マニホールド２０と排気管２１との間に前記タービン４が介設されている。

吸気ポート１２の出口が吸気弁２２により開閉され、排気ポート１９の入口が排気弁２３により開閉される。これら吸気弁２２と排気弁２３とはそれぞれ図示しないカムシャフトによって個別に開閉される。

エンジン１のシリンダ２６内にはピストン２７が往復動可能に配設され、ピストン２７の上方には筒内燃焼室２８が区画形成される。筒内燃焼室２８に臨んで点火プラグ２９がシリンダヘッド１７に取り付けられる。

燃料噴射弁２は、吸気行程及び圧縮行程のいずれか一方又は両方で燃料噴射を行う。圧縮行程噴射の場合、上昇してくるピストン２７の頂部の凹部３２に向けて燃料を噴射し、凹部３２内面に沿って巻き上がるタンブル状の流れを生成する過程で燃料と空気とを混合させ、点火プラグ２９付近に比較的リッチな混合気層を形成する。このリッチな混合気層の周りにはリーンな混合気層或いは空気層が形成され、これにより筒内燃焼室２８内の混合気が成層化され、成層燃焼が実現される。燃料噴射弁２は、電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）１００からの開弁信号に基づいて開弁し、燃料を噴射し、ＥＣＵ１００からの開弁信号が停止すると閉弁して燃料噴射を停止する。筒内燃焼室２８内の混合気は、ＥＣＵ１００からの点火信号に基づき、点火プラグ２９により点火され、燃焼する。筒内燃焼室２８内の排気は排気通路１８を通じて排出される。

なお、本実施形態のエンジンは筒内噴射式或いは直噴式だが、これに限らず、例えば吸気通路噴射式（特にポート噴射式）や双方の噴射方式を併せ持つデュアル噴射式などであってもよい。図示省略するが、燃料噴射弁２には、燃料タンク内の燃料が図示しない燃料供給装置を介して供給される。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサ類からの入力信号を受け、これに基づいて所定の処理を行い、燃料噴射弁２、点火プラグ２９、吸気絞り弁１４の駆動モータ３４、及びウェストゲートバルブ７の駆動アクチュエータ３５等を制御する。

前記センサ類として、吸気絞り弁１４の弁開度センサ４４及びアクセル開度センサ４５が含まれる。弁開度センサ４４は吸気絞り弁１４の開度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力し、アクセル開度センサ４５は、車両の運転手により操作されるアクセルペダルの開度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。ＥＣＵ１００は、弁開度センサ４４により検出される吸気絞り弁１４の開度が、アクセル開度センサ４５により検出されるアクセル開度に応じた開度となるように、吸気絞り弁１４の駆動モータ３４を制御し、吸気絞り弁開度をフィードバック制御する。吸気絞り弁開度とアクセル開度との関係は予め定められ、マップ等の形でＥＣＵ１００に記憶される。なお、吸気絞り弁はこのような電子制御式でなくてもよく、アクセルペダルに単に機械的に連結されてアクセルペダルに連動するものであってもよい。

コンプレッサ５及び吸気絞り弁１４の間における吸気通路９に、吸気温を検出する吸気温検出手段としての吸気温センサ４０が設けられる。吸気温センサ４０は本実施形態の場合インタークーラ１３の上流側に設けられる。吸気温センサ４０は吸気温に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。

コンプレッサ５及び吸気絞り弁１４の間における吸気通路９と、コンプレッサの上流側における吸気通路９とを連通するバイパス通路５０が設けられる。そしてバイパス通路５０に後に詳述するバイパス弁５１及び気液分離器５２がそれぞれ上流側及び下流側の位置設けられている。バイパス通路５０の上流端はインタークーラ１３の直上流側の吸気通路９に接続され、バイパス通路５０の下流端はエアクリーナ８の下流側の吸気通路９に接続されている。

一方、コンプレッサ５及び吸気絞り弁１４の間における吸気通路９内に吸気冷却用の水を噴射する水噴射弁５３が設けられている。水噴射弁５３は本実施形態の場合吸気温センサ４０とインタークーラ１３との間の位置に設けられ、また、バイパス通路５０の上流端と吸気通路９との接続部の上流側に設けられている。水噴射弁５３に供給される水は水タンク５４に貯留され、この水タンク５４に貯留された水が例えば電動式の水ポンプ５５により一定圧で水供給通路５６を通じて水噴射弁５３に供給される。水噴射弁５３はＥＣＵ１００からの開弁信号に基づいて開弁し、水を噴射し、ＥＣＵ１００からの開弁信号が停止すると閉弁して水噴射を停止する。

特に、気液分離器５２は水タンク５４内に配置され、気液分離器５２によって分離された水が気液分離器５２から重力により滴下し、水タンク５４内に直接溜められるようになっている。

バイパス弁５１には第１導圧路５７を介して吸気絞り弁１４の下流側における吸気通路９内の圧力（吸気圧）が導入される。本実施形態では第１導圧路５７がバイパス弁５１とサージタンク１５とを接続している。

また、第１導圧路５７から分岐して、バイパス弁５１に別系統で吸気絞り弁１４の下流側における吸気通路９内の圧力（吸気圧）を導入する第２導圧路５８が設けられている。第２導圧路５８には導圧弁５９が設けられている。

図２にバイパス弁５１の構成を示す。バイパス弁５１は、バイパス通路５０の一部をなす通路６０と、通路６０を開閉する弁部６１とを有する。通路６０における吸気流れ方向を白抜き矢印で示す。弁部６１は円盤状の弁体６２と一端が弁体６２に接続された弁軸６３とを有し、弁軸６３の軸方向に移動して通路６０を開閉する。弁部６１はアクチュエータとしての負圧アクチュエータ６４によって開閉駆動される。負圧アクチュエータ６４は、弁軸６３の他端が接続されるダイヤフラム６５と、ダイヤフラム６５の両面側にそれぞれ独立して区画形成された第１導圧室６６及び第２導圧室６７とを有する。第１導圧室６６には第１導圧路５７が接続され、第２導圧室６７には、導圧弁５９が設けられた第２導圧通路５８が接続される。第１導圧室６６には、ダイヤフラム６５を介して弁部６１を閉弁方向に付勢するバネ６８が設けられる。

図３に導圧弁５９の構成を示す。導圧弁５９は、逆止弁７０と絞り７１とを並列に備えた構成とされる。逆止弁７０は、バイパス弁５１側圧力がサージタンク１５側圧力より高い場合には閉弁し、バイパス弁５１側圧力がサージタンク１５側圧力より低い場合には開弁する。言い換えれば、逆止弁７０は、バイパス弁５１側負圧がサージタンク１５側負圧より大きい場合には開弁し、バイパス弁５１側負圧がサージタンク１５側負圧より小さい場合には閉弁する。

図４に気液分離器５２の構成を示す。気液分離器５２は、サイクロン式の構成とされ、下半部がテーパ状に縮径する略円筒状の容器７５内をサイクロン室７６となしている。サイクロン室７６の上端部に近い周壁７６Ａには、バイパス弁５１を通過してきた水分を含む吸気を導入するための導入口７７が形成され、導入口７７にバイパス通路５０に連通する導入管７８が接続されている。導入管７８は、サイクロン室７６の内周壁面７６Ｂの接線方向に配設してあり、導入口７７から導入される吸気がサイクロン室７６の内周壁面７６Ｂに沿って周方向に流入するように吸気を案内する。これにより、吸気は、サイクロン室７６の内周壁面７６Ｂに沿う旋回流となり、周方向に旋回しながら、下方へ向かう間に、旋回流の遠心分離作用で水分を分離する。

サイクロン室７６内には、その上端面中央部を貫通して導出管７９が延びている。導出管７９は、サイクロン室７６の上半部内に同心状に配置され、その下端開口は吸気の導出口８０となしてある。導出管７９の下端部外周に、これを取り巻くようにリング状のプレート部材よりなるバッフルプレート８２を配設している。導出管７９の上端部は下流側のバイパス通路５０に接続する。水分を分離した後の吸気は、導出口８０から導出管７９に導入され、バイパス通路５０を経て、コンプレッサ５上流側の吸気通路５０に流される。また、サイクロン室７６の下半部は、下方に向けてテーパ状に縮径する漏斗状となっており、下端開口部を、分離後の水分が排出される排出口８１としている。分離された水分は、排出口８１から重力によって滴下し、そのまま水タンクに５４に回収される。

バッフルプレート８２は、サイクロン室７６内を、導入口７７が開口する上部空間と、導出口８０が開口する下部空間とに略区画して、吸気が十分旋回しないまま導出されないようにし、吸気をサイクロン室７６の内周壁面７６Ｂに沿って旋回させるバッフル機能を有する。これにより、サイクロン室７６における旋回流の形成が容易になり、水分の分離効率を高められる。水分の分離効率を向上させるには、吸気とサイクロン室７６の内周壁面７６Ｂとの接触機会（距離、時間）を増やすのが効果的であることが知られている。よってバッフルプレート８２を設けることでそのような接触機会が増え、水分の分離効率を向上させることができる。

次に、本実施形態にかかる過給機付内燃機関の特徴を説明する。

図１を参照して、エンジン運転中、排気エネルギによってタービン４及びコンプレッサ５が回転駆動され、吸気通路９内に導入された吸気はコンプレッサ５によって過給される。この過給によって吸気の圧力が高まると吸気の温度が上昇するが、その後吸気はインタークーラ１３によって冷却される。これにより、吸気の充填効率が向上し、エンジン出力の増大並びにノッキング及びＮＯｘの抑制が図られる。

また、吸気温度が一定以上高い場合には水噴射弁５３から水噴射が行われ、これによってインタークーラ１３に入る前に吸気がさらに冷却される。具体的には、ＥＣＵ１００は、吸気温センサ４０により検出された吸気温が予め記憶された所定値以上と判断したとき、水噴射弁５３を開弁して水噴射を実行させる。これにより吸気から気化潜熱を奪って吸気をさらに冷却することができ、より一層の吸気充填効率の向上、エンジン出力増大、ノッキング及びＮＯｘの抑制が図られる。水噴射量は水噴射弁５３の通電時間を変えることにより制御され、例えば、検出された吸気温と前記所定値との差に拘わらず一定量を噴射するようにしてもよいし、その差が大きくなるほど噴射量を増大するようにしてもよい。水噴射は間欠的に行っても連続的に行ってもよい。

ところで、エンジンが高速回転していて過給状態（吸気圧が大気圧より高い状態）にあり、吸気絞り弁開度が比較的大きく、水噴射が実行されている場合を想定する。このとき、バイパス弁５１においては図２に示すように、第１導圧室６６及び第２導圧室６７に過給圧が等しく導入され、バネ６８によって弁部６１の弁体６２は図示の如く弁シートに押しつけられ、バイパス弁５１は閉じている。従って吸気通路９からバイパス通路５０への吸気の導入は無く、吸気は全て燃焼室２８に導入され、このとき吸気中に噴射された水もミスト化して吸気と一緒に燃焼室２８に導入される。

この後、例えば運転手が変速操作をしようとして、アクセルペダルを急激に戻し、吸気絞り弁１４が急激に閉じられたとする。すると吸気絞り弁１４の下流側の吸気通路９内は負圧状態となる。一方、吸気絞り弁１４の急閉直後はまだタービン４及びコンプレッサ５が慣性で高速回転しているので、コンプレッサ５は吸気を圧縮し続け、コンプレッサ５と吸気絞り弁１４との間の吸気通路９内は過給状態となる。

かかる状態となると、バイパス弁５１は開弁され、コンプレッサ５と吸気絞り弁１４との間の吸気通路９内の圧力（及び吸気）がバイパス通路５０を通じてコンプレッサ５上流側の吸気通路９にバイパスされる。従って、コンプレッサ５下流側の吸気圧が減少し、コンプレッサ５を吸気が逆流するサージ現象が防止される。バイパス後の吸気は大部分がコンプレッサ５側に導入されて吸気通路９とバイパス通路５０とからなる循環路を循環され、残りがエアクリーナ８側に逆流し大気開放される。

吸気絞り弁１４の急閉直後のバイパス弁５１及び導圧弁５９の作動を図２及び図３を参照しつつ説明する。吸気絞り弁１４の急閉直後、サージタンク１５内の圧力が急減されて負圧となる。この負圧は、第１導圧路５７を通じてバイパス弁５１の第１導圧室６６に即座に導入される。一方、サージタンク１５内の負圧は第２導圧路５８を通じて導圧弁５９にも導入されるが、この負圧によって逆止弁７０は開かず、従ってバイパス弁５１の第２導圧室６７の過給圧は導圧弁５９の絞り７１を通じてゆっくりとサージタンク１５側に漏れ出す。この結果、バイパス弁５１では、第２導圧室６７の圧力に対して第１導圧室６６の圧力が急速に減少され、この圧力差がバネ６８に逆らってダイヤフラム６５及び弁部６１を開弁位置に駆動する。これによってバイパス弁５１が開放し、吸気のコンプレッサ５上流側へのバイパスが可能になる。

この後、バイパス弁５１の第２導圧室６７の圧力が低下するにつれ、第２導圧室６７の圧力が第１導圧室６６の圧力に徐々に近づくようになる。こうなるとバネ６８の力でダイヤフラム６５及び弁部６１が押し戻され、バイパス弁５１が徐々に閉じるようになる。

このようにバイパス弁５１は、吸気絞り弁１４の下流側における吸気通路９（サージタンク１５）内の圧力に基づいてバイパス通路５０を開閉する。そしてバイパス弁５１は、吸気絞り弁１４の急閉直後に即座に開放し、その後徐々に閉弁する。この徐々に閉弁する機能をバイパス弁５１に与えるのが導圧弁５９であり、導圧弁５９はバイパス弁５１の閉弁タイミング及び閉弁速度を制御する。

この後、例えば運転手が変速操作を終了してアクセルペダルを再度踏み込み、吸気絞り弁１４が開かれたとき、サージタンク１５内の圧力が高くなり、その圧力が即座にバイパス弁５１の第１導圧室６６に導入される。一方、導圧弁５９においても、サージタンク１５内の圧力によって逆止弁７０が開かれ、その圧力が導圧弁５９の逆止弁７０及び絞り７１を通過し、バイパス弁５１の第２導圧室６７に即座に導入される。これによりバイパス弁５１はバネ６８の力で即座に閉じられ、吸気バイパスが直ちに停止されることとなる。

ところで、本実施形態においては、吸気絞り弁１４の急閉直後、吸気がバイパス通路５０を通じてコンプレッサ上流側にバイパス或いは戻されるとき、吸気が気液分離器５２を通過し、そこで、吸気中に含まれる完全にミスト化していない水滴分が、上述のように気液分離器５２によって分離除去される。従って、吸気中の水滴分がコンプレッサ上流側に戻されるのを防止でき、その水滴がコンプレッサ５に付着し、コンプレッサ５を腐食、損傷させる問題を効果的に解消できる。

なお、特許文献１には、本実施形態の枝管１６に相当する部位に水滴分離器を設置し、吸気中の水滴を分離することが開示されている。しかし、特許文献１に記載の技術は、あくまで吸気通路内を流れる吸気から水滴を分離するものであり、本発明のように吸気をコンプレッサ上流側にバイパスさせるバイパス通路に気液分離器を設置し、バイパスされる吸気から水滴を分離するものではない。従って、本発明は特許文献１に記載の技術とは明らかに相違する。しかも、特許文献１及び２には、吸気をコンプレッサ上流側にバイパスさせる点も、そのバイパスされる吸気から水滴を分離する点も、一切開示及び示唆していない。従って本発明は特許文献１及び２に記載の技術から当業者が容易に想到できるものでは決してない。

他方、本実施形態においては、水噴射弁５３がコンプレッサ５の下流側に水を噴射するため、通常運転時にその噴射された水がコンプレッサ５に付着するのを防止できる。また、水噴射弁５３がインタークーラ１３の上流側に水を噴射するため、噴射された水のうちミスト化されない水滴分がインタークーラ１３に付着して蒸発し、このときインタークーラ１３を冷却し、吸気温度低下を促進することができる。また、噴射された水のミスト化も図って好適な燃焼を実現できる。

また、本実施形態においては、吸気温を検出する吸気温センサ４０と、吸気温センサ４０により検出された吸気温に応じて水噴射弁５３を開閉制御する水噴射弁制御手段としてのＥＣＵ１００とを設けたので、吸気温が一定以上高いときのみ水噴射を実行して吸気温度の上昇を適切に抑制できると共に、過剰な水の消費をも抑制できる。

さらに、本実施形態においては、気液分離器５２が、略円筒状の容器７５内をサイクロン室７６となして、その周壁７６Ａに設けた導入口７７から水分を含む吸気を内周壁面７６Ｂに沿って周方向に導入し、旋回流の遠心分離作用によって水分を吸気から分離するものであるので、吸気中の水滴分を効率的に分離できる。

加えて、本実施形態においては、水タンク５４内に気液分離器５２を配置したので、気液分離器５２によって分離した水滴分を直接、配管等を用いずに水タンク５４内に回収することができ、構成を単純化することができる。また気液分離器５２によって分離した水滴分を再び水噴射弁５３に供給して水噴射に利用できるので、水の消費量を抑制することが可能となる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、他にも様々な実施形態を採り得る。例えば、エンジンや過給機のタイプは特に限定がなく、エンジンはディーゼルエンジン等であってもよい。過給機についても機械駆動式（スーパーチャージャ）、電気駆動式等が適用可能である。

本発明の一実施形態に係る過給機付内燃機関を示す図である。バイパス弁の断面図である。導圧弁の概略断面図である。気液分離器の断面図である。

符号の説明

１エンジン
２燃料噴射弁
３ターボチャージャ
５コンプレッサ
９吸気通路
１４吸気絞り弁
１５サージタンク
４０吸気温センサ
５０バイパス通路
５１バイパス弁
５２気液分離器
５３水噴射弁
４０吸気温センサ
７５容器
７６サイクロン室
７６Ａ周壁
７６Ｂ内周壁面
７７導入口
１００電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims

吸気通路内に設けられたコンプレッサにより吸気を過給する過給機と、
前記コンプレッサの下流側における前記吸気通路に設けられた吸気絞り弁と、
前記コンプレッサ及び前記吸気絞り弁の間における前記吸気通路と、前記コンプレッサの上流側における前記吸気通路とを連通するバイパス通路と、
該バイパス通路を、前記吸気絞り弁の下流側における前記吸気通路内の圧力に基づいて開閉するバイパス弁と、
前記コンプレッサ及び前記吸気絞り弁の間における前記吸気通路内に吸気冷却用の水を噴射する水噴射弁と、
前記バイパス通路に設けられ、該バイパス通路内を流れる吸気中に含まれる水分を分離する気液分離器と
を備えたことを特徴とする過給機付内燃機関。
前記コンプレッサ及び前記吸気絞り弁の間における前記吸気通路に設けられたインタークーラをさらに備え、前記水噴射弁が前記インタークーラの上流側に水を噴射することを特徴とする請求項１記載の過給機付内燃機関。
前記コンプレッサ及び前記吸気絞り弁の間における前記吸気通路に設けられ、吸気温を検出する吸気温検出手段と、該吸気温検出手段により検出された吸気温に応じて前記水噴射弁を開閉制御する水噴射弁制御手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の過給機付内燃機関。
前記気液分離器が、略円筒状の容器内をサイクロン室となして、その周壁に設けた導入口から水分を含む吸気を内周壁面に沿って周方向に導入し、旋回流の遠心分離作用によって吸気から水分を分離するものであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の過給機付内燃機関。
前記水噴射弁に供給する水を貯留する水タンクをさらに備え、該水タンク内に前記気液分離器が配置されることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の過給機付内燃機関。