JP4661618B2 - 過給機付内燃機関の吸気冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給機付内燃機関の吸気冷却装置に関する。

過給機付内燃機関において、過給機による過給が行われると吸気温度が上昇することになる。吸気温度が過剰に上昇すると、ノッキングが発生したり、ＮＯｘ発生量が増加したりする虞がある。そのため、吸気を冷却するために過給機のコンプレッサより下流側の吸気通路にインタークーラが設けられている。また、インタークーラに水を供給することで該インタークーラでの吸気の冷却を促進する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１９５７７７号公報 特開平８−１５８９５２号公報 特開２０００−１３０１７２号公報

本発明は、過給機付内燃機関の吸気冷却装置において、より好適に吸気を冷却することが可能な技術を提供することを課題とする。

本発明は、過給機のコンプレッサより下流側且つインタークーラより上流側の吸気通路に設けられた水添加手段と、インタークーラより下流側の吸気通路に設けられた燃料添加手段と、を備えている。そして、燃料添加手段によって添加された燃料が気化することで吸気が冷却され、それによって発生した凝縮水を、水添加手段による水添加に使用する。

より詳しくは、本発明に係る過給機付内燃機関の吸気冷却装置は、
吸気通路に設けられたコンプレッサを有する過給機を備えた過給機付内燃機関の吸気冷却装置であって、
前記コンプレッサより下流側の吸気通路に設けられたインタークーラと、
前記コンプレッサより下流側且つ前記インタークーラより上流側の吸気通路に設けられ吸気中に水を添加する水添加手段と、
前記インタークーラより下流側の吸気通路に設けられ吸気中に燃料を添加する燃料添加手段と、
該燃料添加手段によって添加された燃料が気化することで吸気が冷却され、それによって発生した凝縮水を回収する回収手段と、を備え、
該回収手段によって回収された凝縮水を前記水添加手段による水添加に使用することを特徴とする。

本発明においては、インタークーラにおいても吸気が冷却される。また、水添加手段によって水が添加されることで、インタークーラに流入する前の段階でも吸気が冷却されると共にインタークーラでの吸気の冷却が促進される。

さらに、本発明では、インタークーラより下流側の吸気通路において燃料添加手段によって燃料が添加される。これにより、燃料が気化するときに該燃料の気化潜熱によって吸気をさらに冷却することが出来る。

燃料が気化するときに気化潜熱によって吸気が冷却されると吸気通路内において凝縮水
が発生する。本発明では、この凝縮水を回収手段によって回収する。そして、回収された凝縮水を水添加手段による水添加に使用する。

これにより、吸気通路での水添加および燃料添加によって吸気をより冷却することが出来ると共に、水添加に使用される水を運転者が補給する頻度を低減することが出来る。また、回収手段によって回収される凝縮水は吸気が冷却されることで発生したものである。そのため、水添加手段から添加される水の水質が悪化するのを抑制することが出来る。以上のように、本発明によれば、より好適に吸気を冷却することが出来る。

本発明においては、コンプレッサより下流側の吸気通路における吸気圧を検出する吸気圧検出手段をさらに備えても良い。この場合、吸気圧検出手段によって検出される吸気圧が第一所定吸気圧以上のときに燃料添加手段による燃料添加を実行し、吸気圧検出手段によって検出される吸気圧が、第一所定吸気圧よりも高い第二所定吸気圧以上のときに水添加手段による水添加を実行しても良い。

水添加実行手段による水添加を実行していない状態であっても、燃料添加手段による燃料添加を実行することによって吸気を冷却することが出来る。ここで、第一所定吸気圧は、インタークーラのみによる冷却では吸気温度が過剰に上昇する虞があると判断出来る閾値となる吸気圧である。また、第二所定吸気圧は、インタークーラおよび燃料添加のみによる冷却では吸気温度が過剰に上昇する虞があると判断出来る閾値となる吸気圧である。

上記によれば、吸気の冷却のために水添加よりも燃料添加が優先的に行われる。そのため、水添加の実行頻度を抑制することが出来る。これにより、運転者による水の補給頻度をより低減することが出来る。

本発明において、コンプレッサより下流側の吸気通路における吸気圧を検出する吸気圧検出手段をさらに備えた場合、該吸気圧検出手段によって検出される吸気圧が水添加吸気圧以上のときに水添加手段による水添加を実行しても良い。このとき、インタークーラが空冷式の場合は、内燃機関を搭載した車両の速度が高いほど水添加吸気圧を高い値に設定しても良い。

インタークーラが空冷式の場合、内燃機関を搭載した車両の速度が高いほど該インタークーラによる吸気の冷却がより促進される。そのため、吸気圧がより高いときであっても、水添加を実行せずに吸気を十分に冷却することが可能となる。

従って、水添加吸気圧を上記のように設定しても吸気温度の過剰な上昇を抑制することが出来る。そして、水添加吸気圧を上記のように設定することで、水添加の実行頻度を抑制することが出来る。以って、運転者による水の補給頻度を低減することが出来る。

本発明においては、回収手段が、水を貯留する水タンクと、燃料添加手段より下流側の吸気通路と水タンクとを連通する回収通路と、該回収通路を遮断もしくは開通させる回収制御弁と、を有していても良い。そして、この場合、過給機によって過給が行われているときに回収制御弁を開弁することで、吸気通路において発生した凝縮水を水タンクに回収しても良い。

これによれば、吸気圧が上昇しているときに凝縮水の回収が行われる。そのため、凝縮水を水タンクにより容易に回収することが出来る。

本発明において、コンプレッサより下流側の吸気通路における吸気圧を検出する吸気圧検出手段をさらに備えた場合、吸気圧検出手段によって検出される吸気圧が回収吸気圧以
上のときに前記回収手段による凝縮水の回収を実行しても良い。このとき、インタークーラが空冷式である場合、内燃機関を搭載した車両の速度が高いほど回収吸気圧を低い値に設定しても良い。

上述したように、インタークーラが空冷式の場合、内燃機関を搭載した車両の速度が高いほど、該インタークーラによる吸気の冷却がより促進される。そのため、吸気圧が同様の値であっても内燃機関を搭載した車両の速度が高いほど吸気通路における凝縮水の発生量が多くなる。

従って、回収吸気圧を上記のように設定することで、凝縮水をより好適なタイミングで回収することが出来る。

本発明に係る過給機付内燃機関の吸気冷却装置によれば、より好適に吸気を冷却することが出来る。

以下、本発明に係る過給機付内燃機関の吸気冷却装置の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

＜内燃機関の吸排気系の概略構成＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１には吸気通路２および排気通路３が接続されている。吸気通路２にはターボチャージャ４のコンプレッサハウジング４ａが設置されている。排気通路３にはターボチャージャ４のタービンハウジング４ｂが設置されている。

吸気通路２におけるコンプレッサハウジング４ａより下流側にはインタークーラ５が設けられている。該インタークーラ５は、内燃機関１を搭載した車両が走行しているときの走行風によって吸気を冷却する空冷式のインタークーラである。また、吸気通路２におけるコンプレッサハウジング４ａより下流側且つインタークーラ５より上流側には吸気中に水を噴射する水噴射弁６が設けられている。本実施例においては、水噴射弁６が本発明に係る水添加手段に相当する。

吸気通路２におけるインタークーラ５より下流側にはサージタンク９が形成されている。該サージタンク９には吸気中に燃料を噴射する燃料噴射弁８が設けられている。本実施例においては、燃料噴射弁８が本発明に係る燃料添加手段に相当する。また、インタークーラ５より下流側且つサージタンク９より上流側の吸気通路２には吸気圧を検出する圧力センサ７が設けられている。

内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。該ＥＣＵ２０には、圧力センサ７および内燃機関１を搭載した車両の速度を検出する車速センサ１６が電気的に接続されている。

また、ＥＣＵ２０には水噴射弁６および燃料噴射弁８が電気的に接続されている。これらがＥＣＵ２０によって制御される。

＜吸気の冷却および凝縮水の回収＞
本実施例においては、ターボチャージャ４によって過給されることで昇温した吸気がインタークーラ５によって冷却される。また、水噴射弁６によって水噴射を行うことで、イ
ンタークーラ５に流入する前の段階でも吸気が冷却されると共にインタークーラ５での吸気の冷却が促進される。

さらに、燃料噴射弁８によって燃料噴射が行われると、噴射された燃料がサージタンク９内で気化する。このとき、燃料の気化潜熱によっても吸気が冷却される。

このように、吸気通路２において水噴射および燃料噴射を行うことで吸気をより冷却することが出来る。これにより、吸気温度の過剰な上昇をより抑制することが出来、以って、ノッキングの発生や内燃機関１でのＮＯｘ発生量を抑制することが出来る。

ここで、上述したように、燃料噴射弁８によって燃料噴射が行われると、サージタンク９内において吸気温度が低下する。これにより、サージタンク９内において凝縮水が発生する。本実施例においては、この凝縮水を回収するための回収装置１０が設けられている。

回収装置１０は、水タンク１１および水回収通路１４、回収制御弁１３を有している。水タンク１１は、水噴射弁６に供給される水を貯留するタンクである。該水タンク１１と水噴射弁６とは水供給通路１５によって連通されている。また、水回収通路１４は一端がサージタンク９に接続されており他端が水タンク１１に接続されている。回収制御弁１３は水回収通路１４に設けられており該水回収通路１４を遮断もしくは開通させる。

回収制御弁１３はＥＣＵ２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０によって回収制御弁１３が開弁されることによって、サージタンク９内に溜まった凝縮水が水タンク１１に回収されることになる。以下、このように回収装置１０によってサージタンク９内に溜まった凝縮水を水タンク１１に回収する制御を凝縮水回収制御と称する。

尚、水タンク１１は運転者によっても水を補給することが可能となっている。また、水タンク１１は吸気通路２におけるコンプレッサハウジング４ａよりも上流側とも接続されている。これにより、該水タンク１１内の圧力の過剰な上昇が抑制される。

本実施例によれば、吸気通路２において吸気が冷却されることで発生した凝縮水が回収装置１０によって回収される。そして、この回収された凝縮水が水噴射弁６による水噴射に使用される。

これにより、水噴射に使用される水を運転者が水タンク１１に補給する頻度を低減することが出来る。また、本実施例では、回収装置１０によって回収される凝縮水は吸気が冷却されることで発生したものである。そのため、水噴射弁６から噴射される水の水質が悪化するのを抑制することが出来る。以上ように、本実施例によれば、より好適に吸気を冷却することが出来る。

＜水噴射および燃料噴射の実行時期＞
次に、本実施例に係る、水噴射弁６による水噴射の実行時期および燃料噴射弁８による燃料噴射の実行時期について説明する。

ターボチャージャ４によって過給されることで吸気圧が上昇するほど吸気温度が高くなる。そこで、本実施例においては、ターボチャージャ４による過給が行われており、圧力センサ７によって検出される吸気圧が第一所定吸気圧以上のときに燃料噴射弁８による燃料噴射を実行する。そして、吸気圧がさらに上昇し、該吸気圧が第一吸気圧よりも高い第二吸気圧以上となったときに水噴射弁６による水噴射を実行する。

ここで、第一所定吸気圧は、インタークーラ５のみによる冷却では吸気温度が過剰に上昇する虞があると判断出来る閾値となる吸気圧である。水噴射弁６による水噴射が行われていない場合であっても燃料噴射弁８による燃料噴射を実行することで吸気を冷却することが出来る。また、第二所定吸気圧は、インタークーラ５および燃料噴射弁８による燃料添加のみによる冷却では吸気温度が過剰に上昇する虞があると判断出来る閾値となる吸気圧である。燃料噴射弁８による燃料噴射に加えて水噴射弁６によって水噴射を実行することで吸気の冷却をより促進することが出来る。第一所定吸気圧および第二所定吸気圧は実験等によって予め求めることが出来る。尚、本実施例においては、第一所定吸気圧が本発明に係る第一所定吸気圧に相当し、第二所定吸気圧が本発明に係る第二所定吸気圧および水噴射吸気圧に相当する。

上記によれば、吸気の冷却のために水噴射よりも燃料噴射が優先的に行われる。そのため、水噴射の実行頻度を抑制することが出来る。これにより、運転者による水の補給頻度をより低減することが出来る。

以下、本実施例に係る水噴射および燃料噴射制御の制御ルーチンについて図２に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返される。

本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１において、ターボチャージャ４による過給が行われているか否かを判別する。Ｓ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。

Ｓ１０２において、ＥＣＵ２０は、圧力センサ７によって検出される吸気圧Ｐｉｎが第一所定吸気圧Ｐｉｎ１以上であるか否かを判別する。Ｓ１０２において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０３に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。

Ｓ１０３において、ＥＣＵ２０は燃料噴射弁８による燃料噴射を実行する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０４に進み、車速センサ１６によって検出される車両の速度に基づいて第二所定吸気圧Ｐｉｎ２を設定する。本実施例において、インタークーラ５は空冷式であるため、車両の速度が高いほど該インタークーラ５による吸気の冷却がより促進される。そのため、吸気圧がより高いときであっても、水噴射を実行せずに吸気を十分に冷却することが可能となる。そこで、Ｓ１０４においては、車両の速度が高いほど第二所定吸気圧Ｐｉｎ２が高い値に設定される。車両の速度と第二所定吸気圧Ｐｉｎ２との関係はマップとしてＥＣＵ２０に予め記憶されている。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５に進み、圧力センサ７によって検出される吸気圧ＰｉｎがＳ１０４において設定された第二所定吸気圧Ｐｉｎ２以上であるか否かを判別する。Ｓ１０５において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０６に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。

Ｓ１０６において、ＥＣＵ２０は水噴射弁６による水噴射を実行する。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。

以上説明した制御ルーチンによれば、水噴射は、吸気圧が第二所定吸気圧以上のときにのみ実行される。そのため、水噴射の実行頻度を抑制することが出来る。

また、車両の速度が高いほど第二所定吸気圧Ｐｉｎ２が高い値に設定される。これによ
り、吸気温度の過剰な上昇を抑制しつつ水噴射の実行頻度をより抑制することが出来る。

尚、本実施例においては、第二所定吸気圧と同様、第一所定吸気圧を車両の速度が高いほどより高い値に設定しても良い。これによれば、燃料噴射弁８による燃料噴射の実行頻度を抑制することが出来る。その結果、燃費の悪化を抑制することが出来る。

＜凝縮水回収制御の実行時期＞
次に、本実施例に係る凝縮水回収制御の実行時期について説明する。本実施例において、凝縮水回収制御はターボチャージャ４による過給が行われているときに実行される。

ターボチャージャ４による過給が行われた場合、該過給が行われていない場合に比べて吸気圧が高くなる。そのため、このときに回収制御弁１３を開弁することで、サージタンク９に溜まった凝縮水を水タンク１１により容易に回収することが可能となる。

以下、本実施例に係る凝縮水回収制御の制御ルーチンについて図３に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返される。

本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ２０１において、ターボチャージャ４による過給が行われているか否かを判別する。Ｓ２０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。

Ｓ２０２において、ＥＣＵ２０は、車速センサ１６によって検出される車両の速度に基づいて第三所定吸気圧Ｐｉｎ３を設定する。ここで、第三所定吸気圧Ｐｉｎ３は凝縮水回収制御を実行するか否かを判別する閾値となる値である。

上述したように、本実施例においては、車両の速度が高いほど該インタークーラ５による吸気の冷却がより促進される。そのため、吸気圧が同様の値であっても車両の速度が高いほど吸気通路２における凝縮水の発生量が多くなる。つまり、サージタンク９に溜まる凝縮水の量が多くなる。そこで、Ｓ２０２においては、車両の速度が高いほど第三所定吸気圧Ｐｉｎ３が低い値に設定される。車両の速度と第三所定吸気圧Ｐｉｎ３との関係はマップとしてＥＣＵ２０に予め記憶されている。尚、本実施例においては、第三所定吸気圧Ｐｉｎ３が本発明に係る回収吸気圧に相当する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０３に進み、圧力センサ７によって検出される吸気圧Ｐｉｎが第三所定吸気圧Ｐｉｎ３以上であるか否かを判別する。Ｓ２０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０４に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。

Ｓ２０４において、ＥＣＵ２０は回収制御弁１３を開弁する。即ち、凝縮水回収制御を実行する。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。

以上説明した制御ルーチンによれば、ターボチャージャ４による過給が行われているときであって、吸気圧が第三所定吸気圧以上であるときに実行される。そして、車両の速度が高いほど第三所定吸気圧が低い値に設定される。

これにより、サージタンク９に溜まった凝縮水を水タンク１１により容易に回収することが出来る。また、該凝縮水をより好適なタイミングで回収することが出来る。

尚、凝縮水回収制御においては、吸気圧が第三所定吸気圧以上となりその実行が開始さ
れてから所定の時間が経過した時点で回収制御弁１３を閉弁しても良い。

また、水噴射弁６による水噴射が実行されていないときであっても、インタークーラ５や燃料噴射弁８による燃料噴射の実行によって吸気が冷却されると凝縮水が発生する。そのため、本実施例においては、水噴射が実行されていない状態であっても凝縮水回収制御を実行しても良い。

本発明の実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図。 本発明の実施例に係る水噴射および燃料噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャート。 本発明の実施例に係る凝縮水回収制御の制御ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
４・・・ターボチャージャ
４ａ・・コンプレッサハウジング
４ｂ・・タービンハウジング
５・・・インタークーラ
６・・・水噴射弁
７・・・圧力センサ
８・・・燃料噴射弁
９・・・サージタンク
１０・・回収装置
１１・・水タンク
１３・・回収制御弁
１４・・水回収通路
１５・・水供給通路
２０・・ＥＣＵ

Claims (4)

1. 吸気通路に設けられたコンプレッサを有する過給機を備えた過給機付内燃機関の吸気冷却装置であって、
   前記コンプレッサより下流側の吸気通路に設けられた空冷式のインタークーラと、
   前記コンプレッサより下流側且つ前記インタークーラより上流側の吸気通路に設けられ吸気中に水を添加する水添加手段と、
   前記インタークーラより下流側の吸気通路に設けられ吸気中に燃料を添加する燃料添加手段と、
   該燃料添加手段によって添加された燃料が気化することで吸気が冷却され、それによって発生した凝縮水を回収する回収手段と、
   前記コンプレッサより下流側の吸気通路における吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、を備え、
   該回収手段によって回収された凝縮水を前記水添加手段による水添加に使用し、
   該吸気圧検出手段によって検出される吸気圧が第一所定吸気圧以上のときに前記燃料添加手段による燃料添加を実行し、
   前記吸気圧検出手段によって検出される吸気圧が、前記第一所定吸気圧よりも高い第二所定吸気圧以上のときに前記水添加手段による水添加を実行し、
   前記内燃機関を搭載した車両の速度が高いほど前記第二所定吸気圧を高い値に設定することを特徴とする過給機付内燃機関の吸気冷却装置。
2. 吸気通路に設けられたコンプレッサを有する過給機を備えた過給機付内燃機関の吸気冷却装置であって、
   前記コンプレッサより下流側の吸気通路に設けられた空冷式のインタークーラと、
   前記コンプレッサより下流側且つ前記インタークーラより上流側の吸気通路に設けられ吸気中に水を添加する水添加手段と、
   前記インタークーラより下流側の吸気通路に設けられ吸気中に燃料を添加する燃料添加手段と、
   該燃料添加手段によって添加された燃料が気化することで吸気が冷却され、それによって発生した凝縮水を回収する回収手段と、
   前記コンプレッサより下流側の吸気通路における吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、を備え、
   該回収手段によって回収された凝縮水を前記水添加手段による水添加に使用し、
   該吸気圧検出手段によって検出される吸気圧が水添加吸気圧以上のときに前記水添加手段による水添加を実行し、
   前記内燃機関を搭載した車両の速度が高いほど前記水添加吸気圧を高い値に設定することを特徴とする過給機付内燃機関の吸気冷却装置。
3. 吸気通路に設けられたコンプレッサを有する過給機を備えた過給機付内燃機関の吸気冷却装置であって、
   前記コンプレッサより下流側の吸気通路に設けられた空冷式のインタークーラと、
   前記コンプレッサより下流側且つ前記インタークーラより上流側の吸気通路に設けられ吸気中に水を添加する水添加手段と、
   前記インタークーラより下流側の吸気通路に設けられ吸気中に燃料を添加する燃料添加手段と、
   該燃料添加手段によって添加された燃料が気化することで吸気が冷却され、それによって発生した凝縮水を回収する回収手段と、
   前記コンプレッサより下流側の吸気通路における吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、を備え、
   該回収手段によって回収された凝縮水を前記水添加手段による水添加に使用し、
   該吸気圧検出手段によって検出される吸気圧が回収吸気圧以上のときに前記回収手段による凝縮水の回収を実行し、
   前記内燃機関を搭載した車両の速度が高いほど前記回収吸気圧を低い値に設定することを特徴とする過給機付内燃機関の吸気冷却装置。
4. 前記回収手段が、
   水を貯留する水タンクと、
   前記燃料添加手段より下流側の吸気通路と前記水タンクとを連通する回収通路と、
   該回収通路を遮断もしくは開通させる回収制御弁と、を有し、
   前記過給機によって過給が行われているときに前記回収制御弁を開弁することで、吸気通路において発生した凝縮水を水タンクに回収することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の過給機付内燃機関の吸気冷却装置。

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