JP6108222B2 - 内燃機関の吸気通路構造 - Google Patents

Description

本発明は、吸気を冷却する冷却装置から内燃機関に吸気を供給するまでの吸気通路構造に関する。

一般に、内燃機関の出力向上、燃費改善を図るため排ガスを利用したターボチャージャ等の過給機が多用されている。
ターボチャージャは、排気通路を流れる排ガスによって排気タービンを駆動し、排気タービンと同軸的に連結されたコンプレッサによって、空気を過給し、内燃機関の出力を高くしている。
過給された空気は温度上昇により、空気密度が低くなっているため、コンプレッサの吸気通路下流側に、インタークーラを配置して、吸気を冷却して空気密度を高くすることにより、内燃機関の出力を向上させている。
特に、排ガスをコンプレッサの上流側に還流する低圧ループＥＧＲを採用した場合に、凝縮水は生成されやすい。

ターボチャージャにて圧縮された吸気は、高温高圧になっており、この高温高圧の状態から冷却されて、温度、圧力が共に下がるため、吸気中に含まれていた水分が凝縮して液状になる。
液状になった凝縮水はインタークーラの重力方向の低い部分に溜まる。
溜まった凝縮水は、吸気通路断面積を小さくして、内燃機関の出力低下又は、エンジンストップ、排ガス中に含まれている酸性物質による吸気管の腐食等を起こす。
更には、寒冷地において、凝縮水が溜まった状態で運転終了後、翌朝、凝縮水が凍結して、吸気管閉塞状態が生じる等の場合がある。

このような対応として、特許文献１が開示されている。
特許文献１によると、インタークーラの下方に設けられた凝縮水を溜める凝縮水タンクと、インタークーラと凝縮水タンクとを連通する連通管に設けられ、連通管の連通を開閉する開閉バルブと、凝縮水タンクの下部に接続されたドレン管に設けられ、凝縮水タンクに溜まった凝縮水の水位を検出する水位センサと、水位センサの検出出力に基づいて開閉バルブ及びドレンバルブを開閉制御するコントローラを備え、凝縮水タンクに溜まった凝縮水の量に応じて適切に且つ、自動的に凝縮水の排出操作を行うものである。

特開２０１１−２４１７９７号公報

ところが、特許文献１によると、インタークーラの底部に溜まった凝縮水の排出に、凝縮水タンク、連通管、水位センサ、連通管に配設された開閉バルブ、凝縮水タンクの下部に接続されたドレン管、ドレン管に介装されたドレンバルブ、これら開閉バルブ及びドレンバルブを開閉操作するコントローラ等を備えており、装置全体が大きくなり、車両に搭載する場合のレイアウトが難しくなると共に、コスト高となる要因を有している。

本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みなされた発明であって、吸気の冷却によって生起した凝縮水を、低コストで且つ確実に排出するための内燃機関の吸気通路構造の提供を目的とする。

上記目的を達成するため本発明によれば、吸気を冷却する冷却装置の吸気出口に接続される吸気管と、
前記吸気管の外壁面に接続される空洞の容積体と、を備える内燃機関の吸気通路構造であって、
前記吸気管は、該吸気管の重力方向最下部に設けられ、吸気の流れが下降から上昇に変化する屈曲部と、該屈曲部の重力方向最下部の前記吸気管の壁面に設けられた開口部を有し、
前記容積体は、前記屈曲部の重力方向下方に設けられると共に、前記開口部を介して前記吸気管内部と連通し、前記容積体の内部空間は前記開口部に対し下流側に形成される下流側壁面と、前記開口部に対し上流側に形成され前記下流側壁面と対向する面とを備えたことを特徴とする内燃機関の吸気通路構造の提供ができる。

本発明によると、吸気管を吸気が脈動流通することに伴って、容積体の空気が振動し、吸気管内に伝播する。この振動により冷却装置で生成された凝縮水を微細化することができるため、吸気管内に凝縮水が貯溜することが抑制できる。
従って、大量の凝縮水が燃焼室に一度に吸気と伴に混入することが防止でき、ウォータハンマによる内燃機関の破損等が防止できる。
特に、開口部は吸気流速が速くなる屈曲外周側の壁面に形成されているため、振動が増大され易くなり、凝縮水の微粒化が促進される。
また、開口部が吸気管の最下部に設けられているため、微細化できなかった凝縮水は開口部を介して容積体内に貯溜される。
このため、凝縮水の凍結による吸気管閉塞、ＥＧＲガス中に含まれる酸性成分（ＳＯｘ）による吸気管腐蝕も抑制できる。

また、本発明において好ましくは、前記容積体の内壁面の一部は、前記吸気管の外壁面で形成されているとよい。

このような構成にすることにより、容積体内の振動に伴って、容積体の内壁面の一部である吸気管の外壁面も振動する。
このため、吸気管内壁面に付着した凝縮水が微細化され易くなると共に、壁面の振動により壁面から吸気通路中央側に放出され易くなるため、吸気管内に凝縮水が溜まることを更に抑制できる。

また、本発明において好ましくは、前記容積体の重力方向上方の内壁面は、前記開口部を有する前記屈曲部の重力方向下方の外壁面で形成されているとよい。

このような構成にすることにより、容積体内の振動に伴って、開口部の端縁も振動するため、開口部付近まで壁面を伝わってきた凝縮水が、壁面の振動によって吸気管の中央方向に放出され易くなるため、吸気管内に凝縮水が溜まることを更に抑制できる。
また、容積体内に凝縮水が浸入し難くなるため、容積体の腐蝕を抑制して耐久性を向上させることができる。

また、本発明において好ましくは、前記開口部より吸気通路上流側の前記吸気管内に、前記内燃機関の運転状態に応じて吸気流を前記開口部側に偏流するように作動するスロットルバルブを備えるとよい。

このような構成にすることにより、内燃機関の運転状態に応じて開口部近傍の吸気流速を変化させることが可能となる。
このため、高負荷運転時のように凝縮水が発生し易い場合にスロットルバルブを閉作動させることで、開口部付近の吸気流速を増加させて、吸気管内に凝縮水が溜まることをより確実に抑制することができる。
従って、微細化した凝縮水をより確実に吸気と伴に内燃機関に導入することができるため、ウォータハンマによる内燃機関の破損等をより一層抑制できる。

また、本発明において好ましくは、一端が前記容積体の重力方向下部に開口し、他端が前記吸気管の前記スロットルバルブの吸気通路下流側に開口して、吸気管内に凝縮水を微細化させて吸い出させる凝縮水排出管を備えるとよい。

このような構成にすることにより、凝縮水排出管の他端を、スロットルバルブ下流側に開口させることにより、スロットルバルブ閉作動時に、減圧部が発生して、他端から容積体の凝縮水を吸気通路内に微細化状態で吸い出させることにより、容積体内の凝縮水を減少させて、車両の走行振動等により凝縮水が容積体の開口部から吸気管内に直接流れないようにすることができる。

また、本発明において好ましくは、前記スロットルバルブの前記作動を行う駆動装置と、
前記容積体内の吸気の圧力を測定する圧力センサと、
前記内燃機関の回転数を検知する回転数センサと、
前記内燃機関の負荷を検知する負荷センサと、
前記圧力センサ、回転数センサおよび、負荷センサからの検出値に基づいて前記駆動装置の制御する制御装置と、を備えているとよい。

このようにすることにより、スロットルバルブによって、開口部側に吸気流を偏流させるようにしたので、運転状況に応じて吸気管内の凝縮水の排除が確実に実施できる。

また、本発明において好ましくは、前記制御装置は、前記負荷センサによって、検知した負荷が高負荷になるにしたがって、前記吸気流を前記開口部側に偏流するように前記スロットルバルブを駆動するとよい。

このようにすることにより、制御装置は、内燃機関が高出力・高負荷になるにしたがって、吸気流を前記開口部側に偏流するようにスロットルバルブを駆動させるようにしたので、内燃機関高負荷時にインタークーラにて多く発生した凝縮水を効果的に排出し、負荷が小さい時には、スロットルバルブで吸気流を開口部側に偏流させない（スロットルバルブの平面部を吸気流に沿う）ようにする制御するので、低負荷時の吸気抵抗が軽減され、低負荷時における燃費改善が図れる。

本発明によれば、吸気の冷却によって生起した凝縮水を、低コストで、且つ確実に排出するインタークーラの凝縮水排出装置を提供できる。

本発明の第１実施形態における全体概略構成図を示す。 本発明の第１実施形態をインタークーラ下流側に実施した概略説明図を示す。 （Ａ）は本発明を排気管の屈曲部で排気管下流側が上昇する場合の模式的取付け状況図、（Ｂ）は排気管が吸気通路上流側から下降して屈曲する場合の模式的取付け状況図を示す。 本発明の容積体作用を模式的に説明するための拡大図を示す。 図２のＡ部拡大断面図を示す。 （Ａ）は本発明の第１実施形態における容積体内に貯溜する凝縮水量と時間との関係を実験結果に基づいて表した図、（Ｂ）は凝縮水貯溜量が均衡した時の残存空間容積表を示す。 本発明の第２実施形態における全体概略構成図を示す。 本発明の第２実施形態におけるスロットルバルブの駆動制御フロー図を示す。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態における全体概略構成図を示す。
図１に示すように、本実施形態に係る内燃機関であるエンジンシステム１００は、エンジン１と、エンジン１のエキゾーストマニホールド１７を介して燃焼室１３から排出される排ガスによって駆動されるターボチャージャ９と、ターボチャージャ９を駆動した排ガスを排気管７１に介装され、該排ガスを浄化する排ガス浄化装置７と、ターボチャージャ９によって過給された吸気を冷却するインタークーラ２と、インタークーラ２で冷却された吸気をエンジン１の燃焼室１３に導入する第１吸気管３と、外気を除塵するエアクリーナ８１からの空気をターボチャージャ９に導入する第２吸気管８と、第１吸気管３とエキゾーストマニホールド１７間に配置された高圧ループＥＧＲ６と、排気管７１に介装された排ガス浄化装置７の下流側と第２吸気管８間に配設された低圧ループＥＧＲ５と、第1吸気管３に介装されたインタークーラ２と高圧ループＥＧＲ６との間に開口された開口部３５を介して第1吸気管３内を流通する吸気流によって空気振動を生起する容積体３３と、図示されないこれらエンジンシステム１００の稼働を制御する制御装置ＥＣＵとで構成されている。
燃焼室１３は、エンジン１内のシリンダ１２と、シリンダ１２内をシリンダ１２の軸線方向に摺動するピストン１１と、シリンダ１２の上部を閉塞するシリンダヘッド１０とによって囲繞されて形成される空間部である。
１５は燃料噴射弁である。燃料噴射弁１５から噴射された燃料と、吸気とが燃焼室１３に導入され、点火プラグ１４によって燃焼させる。

ターボチャージャ９は、該ターボチャージャ９の排気タービンをエンジン１の燃焼室１３から排出された排ガスによって駆動され、排気タービンと同軸に配設されたコンプレッサによって、エアクリーナ８１から導入された吸気を圧縮する。圧縮された吸気は昇温するため、インタークーラ２によって冷却され、空気密度を高くして燃焼室１３に導入され、エンジン１の出力を向上が図られている。
ターボチャージャ９の排気タービン側には、排気管７１が連結されている。排気管７１には排ガス浄化装置７が介装されており、排ガス浄化装置７の内部には、排ガス流路上流側から酸化触媒７ａ、パティキュレートフィルタ７ｂの順に配置されている。浄化された排ガスは排気管７１を流れ、大気に放出される。

第１吸気管３とエキゾーストマニホールド１７間に配置された高圧ループＥＧＲ６は、高圧側ＥＧＲクーラ６１と、高圧側ＥＧＲクーラ６１で冷却された排ガスを第１吸気管３内へのＥＧＲ導入を行う高圧側ＥＧＲバルブ６２と、第１吸気管３内へのＥＧＲ導入量の調整を行う第２スロットルバルブ３１とを備えている。
高圧側ＥＧＲバルブ６２、及び第２スロットルバルブ３１の開閉制御は制御装置３２（ＥＣＵ）によって行われる。
高圧ループＥＧＲ６は、エンジン１の低負荷時に燃焼室１３に導入されるＥＧＲガスの必要量を確保して、酸素量を減少させることにより燃焼室１３内での燃焼温度を下げて、有害ガスであるＮＯｘ発生を抑えるものである。
高圧側ＥＧＲクーラ６１は排ガスを冷却することにより、燃焼室１３に導入される排ガスの密度を高くするためである。

一方、排気管７１の排ガス浄化装置７の下流側と第２吸気管８間に配設された低圧ループＥＧＲ５は、低圧側ＥＧＲクーラ５１と、低圧側ＥＧＲクーラ５１で冷却された排ガスを第２吸気管８内への導入量の調整を行う低圧側ＥＧＲバルブ５２と、第１スロットルバルブ８２とを備えている。
低圧側ＥＧＲバルブ５２、及び第１スロットルバルブ８２の開閉制御は、図示省略のエンジンシステム１００の運転を制御する制御装置ＥＣＵによって行われる。
エンジン１の高回転、高負荷時は、第１吸気管３内の空気圧力が高くなり、第１吸気管３内へＥＧＲガスの導入が不十分になる。
従って、低圧ループＥＧＲ５は、エンジン１の高負荷、高回転時にターボチャージャ９のコンプレッサ上流側にＥＧＲガスを混入させることにより、燃焼室１３に導入されるＥＧＲガスの量を確保する。
低圧側ＥＧＲクーラ５１は排ガスを冷却することにより、燃焼室１３に導入される排ガスの密度を高くするためである。

図２は本発明の第１実施形態をインタークーラに実施した模式的な概略説明図を示す。
２はインタークーラ全体を示す。インタークーラ２は、図２において吸気が左側（吸気通路上流側）から右側（吸気通路下流側）に流れる。
インタークーラ２の上流側流入口２１にはターボチャージャ９からの圧縮空気を導入する第２吸気管８が接続されている。
インタークーラ２の下流側流出口２２には、インタークーラ２内で冷却された圧縮空気を燃焼室１３に導入する第１吸気管３が接続されている。

インタークーラ２の内部は、細い筒状の中空管部を吸気が流通する熱伝導率が高い金属製のチューブ２ａと、該チューブ２ａの外周面に装着されチューブ２ａを冷却するフィン２ｂとで構成されている。
ターボチャージャ９にて加圧された吸気は、チューブ２ａ内を通過しながらチューブ２ａの壁面と熱交換して冷却される。チューブ２ａの熱は外周部に装着されているフィン２ｂに熱伝導し、フィン２ｂは、フィン２ｂとフィン２ｂとの間を通過する外気によって冷却される。

第１吸気管３は、一端が、インタークーラ２の下流側流出口２２に接続し、他端がエンジン１の吸気マニホールド１６（図１参照）に接続している。
第１吸気管３のインタークーラ２との連結部下流側は、重力方向下方に傾斜し、第１吸気管３の重力方向最下部から上方へ屈曲した屈曲部３ａを有した形状を成している。
屈曲部３ａの外周側には、空間容積Ｖを有する容積体３３が配設されている。
図３（Ａ）は、本発明の容積体３３が第１吸気管３の屈曲部３１ａの排気管下流側が上昇する位置に取付けた状況図、図３（Ｂ）は、排気管が吸気通路上流側から下降した重力方向最下部に形成された屈曲部に容積体３３が取付けられた場合の状況図を示すもので、共にインタークーラ２によって凝縮された凝縮水が溜まり易い第１吸気管３の重力方向最下部に配設されている。

図４は、本発明の容積体の作用を模式的に説明するための拡大図を示す。
第１吸気管３の屈曲部３ａの屈曲外周壁に円形状の開口部３５が開口されている。
開口部３５は、屈曲部３ａの吸気通路下流側が重力方向上方へ傾斜する部分に開口されている。
従って、インタークーラ２で凝縮された水滴は自重及び吸気流に押されて開口部３５に流れてくる。
空間容積Ｖは、略直方体で内部空間容積が３０ｃｃ（本実施形態において）で略直方体を成している。直方体には開口部３５以外の開口は無い。
開口部３５は略直方体の第１吸気管３と接する面（面は第１吸気管３の外周壁）の略中央に位置している。
即ち、開口部３５の端縁は、略直方体の吸気通路の下流側壁面３３ａから上流側に向けて延在した導入部３３ｄが形成された構造となっている。
導入部３３ｄの先端が開口部３５の開口端縁３４になっている。

屈曲部３ａ内を流れる吸気流は、第１吸気管３の外周壁面側の流れが速いと共に、空気密度も高くなっており、慣性力によって第１吸気管３の外周壁面に沿って流れる。
従って、開口端縁３４は、第１吸気管３の屈曲部３ａの外周壁面に形成されているので、吸気流の一部は、開口端縁３４によって分流され、該開口端縁３４から導入部３３ｄに沿って空間容積Ｖの下流側壁面３３ａ側に流れ、吸気通路下流側壁面３３ａに衝突する。
衝突した吸気流（分流）は、反転して対向する面（吸気通路上流側に位置する面）３３ｂに衝突する。
各壁面への衝突・反転を繰返しながら疎密波が成長しながら容積体３３の下面３３ｃ側に流れ、下面３３ｃに衝突して上方へ反転する。
下面３３ｃで反転した吸気流は、上昇（開口部３５側へ）するが、開口部３５から断続して導入される吸気流との衝突によって更に疎密波の周波数は高く成長する。
成長した疎密波は、断続的に導入される吸気流によって開口部３５方向に押し出されるように流れる。
この疎密波の振動によって、開口部３５から容積空間Ｖに入ってくる凝縮水粒が霧化され、第１吸気管３に戻され、吸気流に混合して燃焼室１３に導入される。

図５は、本発明の実施形態における図２（Ａ）部の拡大図を示す。
容積体３３は、第１吸気管３の重力方向最下部で、該最下部から上方へ反転する部分の外周壁の重力方向下側に開口した開口部３５に装着されている。
そして、容積体３３の重力方向最下部の下面３３ｃは、吸気通路重力方向下流側に向けて、水平から重力方向下方へ傾斜した略直方体形状をなしている。

図６（Ａ）は、本発明の実施形態における容積体内に貯溜する凝縮水量と時間との関係を実験結果に基づいて表し、（Ｂ）は凝縮水貯溜量が均衡した時の残存空間容積表を示す。
容積体３３に、インタークーラ２によって発生した凝縮水貯溜容積（ｃｃ）と時間との関係を実車試験にて得た結果を示したものである。
横軸に低圧ＥＧＲ（内燃機関負荷大）導入時間（ｍｉｎ）、縦軸に容積体３３に試験終了時に採取された凝縮水量（ｃｃ）を表している。
試験の条件として、
・内燃機関 ；４気筒―４サイクル
総排気量 ；２２００ｃｃ
・車速 ；７０ｋｍ／ｈ（定常走行）
・内燃機関の負荷 ；低圧ＥＧＲ作動（内燃機関負荷大）
・容積体の空間容積Ｖ０；１８７ｃｃ
・吸気管内径 ；φ５０ｍｍ
・開口部径 ；φ１５ｍｍ
・吸気流速 ；３４６．３４ｍ／ｓ
・吸気温度 ；２５℃
本実験では、第１吸気管３に取付けられる容積体（タンク）３３の取付状態等に伴い、凝縮水貯溜可能容積Ｖｐは、容積体３３の空間容積Ｖ０；１８７ｃｃに対し１１０ｃｃとなっている。
これは、第１吸気管３は、重力方向最下部で上方へ反転した形状を成しており、該反転部分に容積体３３が取付けられているためである。
従って、容積体３３の空間容積Ｖ０から凝縮水貯溜可能容積Ｖｐを差引いた余分空間Ｖｅは７７ｃｃとなる。

図５によると、容積体３３に貯溜される凝縮水は６０〜９５ｃｃぐらいの範囲で均衡することを確認した。
凝縮水の貯溜が多い上限のＡ線の場合、容積体３３内に貯溜された凝縮水量は略９５ｃｃで均衡している。
従って、空間容積の下限である下限残存空間容積Ｖｓｄは、
Ｖｓｄ＝Ｖ０―Ｖｐ＋１５（ｃｃ）＝１８７−１１０＋１５＝９２（ｃｃ）
・・・・・（１）
Ｖｓｄ；下限残存空間容積
Ｖ０ ；容積体の空間容積
Ｖｐ ；凝縮水貯溜可能容積
この結果から、９２ｃｃの空間容積Ｖｓがあればインタークーラ２からの凝縮水は微細化されて、内燃機関１の燃焼室１３内に効率よく導かれていることを確認した。

一方、凝縮水の貯溜が少ない下限のＢ線の場合、容積体（タンク）３３内に貯溜された凝縮水量は略６０ｃｃで均衡している。
従って、空間容積の上限である上限残存空間容積Ｖｓｕは、
Ｖｓｕ＝Ｖ０―Ｖｐ＋６０＝１８７―１１０＋６０＝１２７（ｃｃ）
・・・・・（２）
容積体３３には１５〜５０ｃｃの凝縮水貯溜容積があるにも関わらず６０〜９５ｃｃの貯溜量で均衡した状態になった。
図６（Ｂ）に表したように、式（１）及び式（２）の計算結果から、残存空間容積Ｖｓは、９２〜１２７ｃｃあれば、インタークーラ２内で生成された凝縮水は、容積体３３によって効率よく霧化（微粒化）されて、内燃機関１の燃焼室１３に効率的に導入されていることを確認した。

このような構造にすることにより、第１吸気管３を吸気が脈動流通することに伴って、容積体３３の残存空間容積Ｖｓｕ（Ｖｓｄ）の空気が振動し、第１吸気管３内に伝播する。この振動によりインタークーラ２（冷却装置）で生成された凝縮水を微細化することができるため、吸気管内に凝縮水が貯溜することが抑制できる。
従って、大量の凝縮水が燃焼室に一度に吸気と伴に混入することが防止でき、ウォータハンマによる内燃機関の破損等が防止できる。
特に、開口部は吸気流速が速くなる屈曲外周側の壁面に形成されているため、振動が増大され易くなり、凝縮水の微粒化が促進される。
また、開口部が吸気管の最下部に設けられているため、微細化できなかった凝縮水は開口部を介して容積体内に貯溜される。
このため、凝縮水の凍結による吸気管閉塞、ＥＧＲガス中に含まれる酸性成分（ＳＯｘ）による吸気管腐蝕も抑制できる。

（第２実施形態）
本実施形態は、容積体の吸気通路上流側に第３スロットルバルブを配設し、該第３スロットルバルブを駆動制御する制御手段を追加した以外は、第１実施形態と同じなので、第３スロットルバルブの配設と第３スロットルバルブを駆動制御する制御手段以外の説明は省略する。
同じ機能を有する部材は、同一符号を付して説明は省略する。

図７は本発明の第２実施形態における全体概略構成図を示す。
本実施形態は、吸気管が直線状の部分において、インタークーラからの凝縮水を霧化させるための実施形態である。
図７に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム１１０は、エンジン１と、エンジン１のエキゾーストマニホールド１７を介して排ガスによって駆動されるターボチャージャ９と、ターボチャージャ９を駆動した排ガスを浄化する排ガス浄化装置７と、ターボチャージャ９によって過給された吸気を冷却するインタークーラ２と、インタークーラ２で冷却された吸気をエンジン１の燃焼室に導入する第１吸気管３と、外気を除塵するエアクリーナ８１からの空気をターボチャージャ９に導入する第２吸気管８と、第１吸気管３とエキゾーストマニホールド１７間に配設された高圧ループＥＧＲ６と、排気管７１の排ガス浄化装置７の下流側と第２吸気管８間に配設された低圧ループＥＧＲ５と、第1吸気管３のインタークーラ２と高圧ループＥＧＲ６との間に開口された開口部３５を介して第1吸気管３内を流通する吸気流によって超音波を生起する容積体３３と、第1吸気管３内で容積体３３の吸気通路上流側に配設された吸気流を偏流させる吸気流変動手段３０と、これらエンジンシステム１１０の稼働を制御する制御装置３２（ＥＣＵ）とで構成されている。

また、容積体３３には、該容積体３３の底部に一端３６ａが開口し、他端３６ｂが第１吸気管３の吸気流変動手段３０の一部を構成するスロットルバルブ３７の吸気通路下流側に開口した凝縮水排水管３６（図５の符号３６を参照）を備えている。
更に、凝縮水排水管３６の他端３６ｂは容積体３３の開口部３５の下流側出スロットルバルブ３７による偏流が解消されない範囲で且つ、開口部３５と対向した側の壁面に開口されている。
他端３６ｂは、開口部３５の吸気通路下流側に開口することにより、他端３６ｂから噴出した凝縮水の微細化が開口部３５内に入らないようにしてある。
また、容積体３３の重力方向最下部の下面３３ｃは、吸気通路重力方向下流側に向けて、水平から重力方向下方へ傾斜している。
下面３３ｃの傾斜した最下部に凝縮水排水管３６の一端３６ａが開口しており、第１吸気管３を流れる吸気に凝縮水が吸い出されやすくなっている。

吸気流変動手段３０は、インタークーラ２と高圧ループＥＧＲ６の第２スロットルバルブ３１との間で且つ、開口部３５の吸気通路上流側近傍に配設された第３スロットルバルブ３７と、該第３スロットルバルブ３７に連結して第３スロットルバルブ３７を駆動するステップモータ３８と、エンジン１の負荷を検出する負荷検出手段と、負荷検出手段の検出結果に基づいて、ステップモータ３８の駆動制御を行う駆動手段と、を備えている。
負荷検出手段は、容積体３３内の圧力を検出する圧力センサ３９と、エンジン１の回転数を検知する回転数センサ１８、エンジン１の出力負荷を検出する負荷センサ１９と、を備えている。
尚、制御装置３２は、エンジンシステム１１０の稼働を制御する制御装置内に組込まれており、エンジン１の稼働状況の検出結果を共有している。
負荷センサ１９は、アクセルペダル１９ａの踏込み量（エンジン１への燃料供給量）を検知する方法を採用している。

制御装置３２の制御方法の一例を図８に基づいて説明する。
尚、図８において、第３スロットルバルブ３７は、第３ＳＴＶ３７と記載する。
また、第３スロットルバルブ３７が開の場合は、第３スロットルバルブ３７の平面部が吸気流の流れに対し、平行状態になる状況を示し、第３スロットルバルブ３７が閉の場合は、第３スロットルバルブ３７の平面部が吸気流の流れに対し交差する方向（負荷が増大する方向）に操作される状況を示し、吸気流が開口部３５側に偏流されることを示す。

ステップＳ１でスタートする。ステップＳ２においてエンジン（Ｅ／Ｇ）１の回転数Ｎｒｐｍを基準回転数と比較する。
回転数Ｎｒｐｍ≧基準値Ｎｓとなっているかを判断する。
Ｙｅｓの場合、即ち、エンジン１が高速で回転している場合は、低圧ループＥＧＲ５が作動しているので、インタークーラ２において凝縮水が発生している状況にある。
回転数Ｎｒｐｍ＜基準値Ｎｓの場合は、高圧ループＥＧＲ６が作動しているので、インタークーラ２において凝縮水の発生はない。
この場合は、Ｎｏを選択してステップＳ７に進み、第３スロットルバルブ３７は開状態を維持した状態になる。

ステップＳ２でＹｅｓが選択されると、ステップＳ３に進む。
ステップＳ３において、エンジン（Ｅ／Ｇ）１の負荷トルクＴを基準トルクＴｓと比較する。
負荷Ｔ≧基準Ｔｓとなっているかを判断する。
負荷Ｔ≧基準Ｔｓの場合は、アクセルペダルが１９ａの踏込み量が大きく燃料の噴射量が大きいため、ＥＧＲの供給量を増加させる必要がある。
従って、低圧ループＥＧＲ５が作動するので、インタークーラ２において凝縮水が発生している状況にあり、Ｙｅｓが選択される。

負荷Ｔ＜基準Ｔｓの場合は、エンジン１は軽負荷運転状態にあるので、高圧ループＥＧＲ６が作動しているので、インタークーラ２において凝縮水の発生はない。
この場合は、Ｎｏを選択してステップＳ７に進み、第３スロットルバルブ（ＳＴＶ）３７は開状態を維持した状態になる。
ステップＳ３でＹｅｓを選択した場合はステップＳ４に進む。

ステップＳ４においては容積体３３（空間容積Ｖ）における吸気圧力Ｐを判定する。
容積体３３内の吸気圧力Ｐが、下側基準圧力Ｐｄ≦Ｐ≦上側基準圧力Ｐｕになっている場合、容積体３３内の吸気圧力Ｐが基準圧力範囲内にあると判定する。
第３スロットルバルブ３７の開度は正常範囲になっていることを示す。
即ち、インタークーラ２によって生成された凝縮粒は、効率よく霧化されていると共に、第１吸気管３内における吸気の流動抵抗も設定値以内に収まっており、エンジン出力に影響を与えていないと判断される。
この場合は、Ｙｅｓが選択され、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６においては、第３スロットルバルブ３７の開度が正常範囲になっているので、第３スロットルバルブ３７の開度が現状位置に維持される。
その後、ステップＳ１０に進み、リターンする。

ステップＳ４において、容積体３３内の吸気圧力Ｐは基準値範囲外の場合は、ステップＳ５に進む。
ステップＳ５において、容積体３３内の吸気圧力Ｐ＜下側基準圧力Ｐｄか否かが判定される。
容積体３３内の吸気圧力Ｐが下側基準圧力Ｐｄより低いのは、容積体３３内に吸気の一部（分流）が十分に導入されていないことを示す。
従って、インタークーラ２で生成された凝縮粒を十分に霧化するのに必要な超音波が発生していないと判断する。
従って、この場合は、Ｙｅｓが選択され、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、第３スロットルバルブ３７は、制御装置（ＥＣＵ）３７の指令に基づいて駆動されるステップモータ３８によって、閉方向に操作され、容積体３３内への吸気の導入量を増加するように制御する。
その後、ステップＳ４に戻り、再度、容積体Ｖ内の吸気圧力Ｐの判断が実施される。

ステップＳ５において、容積体３３内の吸気圧力Ｐ＞下側基準圧力Ｐｄと判定された場合、容積体３３内の吸気圧力Ｐは、ステップＳ４において容積体３３内の吸気圧力Ｐは基準値範囲外と判定されているので、容積体３３内の吸気圧力Ｐ＞上側基準圧力Ｐｕと判定される。
この場合、容積体３３内への吸気の導入量が多い状況になっていることを示す。
即ち、第３スロットルバルブ３７は、吸気流を容積体３３の開口部３５側に偏流しすぎた状態（閉方向に操作され過ぎている）になっていると判断する。
この状態は、第１吸気管３内の吸気流の流動抵抗が大きくなり、エンジン出力に影響を与える場合がある。
この場合、ステップＳ５においてＮｏが選択され、ステップＳ９に進み、第３スロットルバルブ３７は開方向に操作され、容積体３３内への吸気の導入量を抑制するように制御する。
その後、ステップＳ４に戻り、再度、容積体３３内の吸気圧力Ｐの判断が実施される。

このように、第１吸気管３内の気流を第３スロットルバルブにて、エンジン１の運転状況に応じて、開口部３５側への偏流量制御を行うことで、インタークーラ２から排出される凝縮水（凝縮粒）を効果的に霧化することにより、凝縮水の凍結による吸気管閉塞、ＥＧＲガス中に含まれる酸性成分（ＳＯｘ）による吸気管腐蝕、大量の凝縮水が燃焼室に混入することにより発生するウォータハンマによる内燃機関の破損等が防止できる。
更に、運転状況に応じて、第１吸気管３内の気流の偏流量制御を行うので、エンジン１の吸気抵抗が軽減され、エンジン出力向上効果を得ることができる。

また、スロットルバルブ３７が閉方向に駆動された場合、吸気流は容積体３３の開口部３５側に偏流されるので、スロットルバルブ３７の吸気通路下流側は負圧（減圧）されて、凝縮水排水管３６の第１吸気管３側の一端３６ｂの開口から、容積体３３に貯溜している凝縮水が吸気流によって霧状（微細化）になって噴出（吸い出される）する。
従って、容積体３３内の凝縮水を減少させて、車両の走行振動等により凝縮水が容積体３３の開口部３５から第１吸気管３内に直接流れないようにすることができる。

吸気を冷却する冷却装置から内燃機関に吸気を供給するまでの吸気通路構造に利用できる。

１ エンジン（内燃機関）
２ インタークーラ
３ 第１吸気管（吸気通路）
３ａ 屈曲部
５ 低圧ループＥＧＲ
６ 高圧ループＥＧＲ
７ 排ガス浄化装置
８ 第２吸気管
９ ターボチャージャ
１３ 燃焼室
３０ 吸気流偏流手段
３３ 容積体
３３ｄ 導入部
３４ 開口端縁
３５ 開口部
３６ 凝縮水排水管
３７ 第３スロットルバルブ
Ｖ０ 空間容積
Ｖｐ 凝縮水貯溜可能容積
Ｖｓｄ 下限残存空間容積
Ｖｓｕ 上限残存空間容積

Claims (7)

1. 吸気を冷却する冷却装置の吸気出口に接続される吸気管と、
   前記吸気管の外壁面に接続される空洞の容積体と、を備える内燃機関の吸気通路構造であって、
   前記吸気管は、該吸気管の重力方向最下部に設けられ、吸気の流れが下降から上昇に変化する屈曲部と、該屈曲部の重力方向最下部の前記吸気管の壁面に設けられた開口部を有し、
   前記容積体は、前記屈曲部の重力方向下方に設けられると共に、前記開口部を介して前記吸気管内部と連通し、前記容積体の内部空間は前記開口部に対し下流側に形成される下流側壁面と、前記開口部に対し上流側に形成され前記下流側壁面と対向する面とを備えたことを特徴とする内燃機関の吸気通路構造。
2. 前記容積体の内壁面の一部は、前記吸気管の外壁面で形成されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気通路構造。
3. 前記容積体の重力方向上方の内壁面は、前記開口部を有する前記屈曲部の重力方向下方の外壁面で形成されていることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の吸気通路構造。
4. 前記開口部より吸気通路上流側の前記吸気管内に、前記内燃機関の運転状態に応じて吸気流を前記開口部側に偏流するように作動するスロットルバルブを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の吸気通路構造。
5. 一端が前記容積体の重力方向下部に開口し、他端が前記吸気管の前記スロットルバルブの吸気通路下流側に開口して、吸気管内に凝縮水を微細化させて吸い出させる凝縮水排出管を備えたことを特徴とする請求項４記載の内燃機関の吸気通路構造。
6. 前記スロットルバルブの前記作動を行う駆動装置と、
   前記容積体内の吸気の圧力を測定する圧力センサと、
   前記内燃機関の回転数を検知する回転数センサと、
   前記内燃機関の負荷を検知する負荷センサと、
   前記圧力センサ、回転数センサおよび、負荷センサからの検出値に基づいて前記駆動装置の制御を実施する制御装置と、を備えたことを特徴とする請求項４記載の内燃機関の吸気通路構造。
7. 前記制御装置は、前記負荷センサによって、検知した負荷に基づいて前記負荷が高負荷になるにしたがって、前記吸気流を前記開口部側に偏流するように前記スロットルバルブを駆動するようにしたことを特徴とする請求項６記載の内燃機関の吸気通路構造。
   

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