JP6119976B2

JP6119976B2 - 凝縮水排出装置

Info

Publication number: JP6119976B2
Application number: JP2013041183A
Authority: JP
Inventors: 飯塚　章; 章飯塚
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2033-03-01
Also published as: JP2014169654A

Description

本願発明は、エンジンが備えるインタークーラで生成された凝縮水を外部に排出させる凝縮水排出装置に関する。

一般的に、過給機（ターボチャージャ等）を備えたエンジンは、過給機によって加圧された吸気を冷却するためのインタークーラを吸気通路に備えている。また過給機を備えたエンジンには、排ガスの一部を吸気通路に環流させて新気と共に再燃焼させる排気再循環（ＥＧＲ）装置を備えたものがある。

このような構成のエンジンでは、インタークーラ内において吸気を冷却する際に水分が凝縮されて凝縮水が生成される。そしてインタークーラ内に凝縮水が溜まると、インタークーラが腐食してしまう虞があり、またインタークーラから排出された凝縮水によって吸気通路を構成する配管（吸気管）が腐食してしまう虞がある。

排気再循環により吸気通路に供給されるＥＧＲガスは温度が比較的高いこともあり、ＥＧＲガスには水分が水蒸気として比較的多く含まれている。またＥＧＲガスには硫黄成分等も含まれているため、凝縮水中にもこれらの成分が含まれる。このため、ＥＧＲガスを含む吸気の場合、凝縮水によるインタークーラや吸気管の腐食が特に起こり易い。

このような問題を解消するため、凝縮水を所定のタイミングでインタークーラの外部に排出するようにしたものが様々提案されている。例えば、インタークーラと、第２のスロットル下流の吸気通路とを繋ぐ排出路を設けるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

エンジン（内燃機関）のアイドル時、第２のスロットル下流の吸気通路の圧力は、インタークーラ内の圧力よりも低くなる。特許文献１に係る発明では、この圧力差を利用し、エンジンのアイドル時に排出路を介してインタークーラ内の凝縮水を吸気通路に排出させている。これにより、凝縮水によるインタークーラや吸気管の腐食を抑制することはできる。

特開２００９−１０８７６１号公報

しかしながら、多量の凝縮水が吸気管に排出されて燃焼室内に一気に流れ込むと、いわゆるウォータハンマ現象等の発生によってエンジンが損傷してしまう虞がある。例えば、特許文献１に係る発明では、内燃機関のアイドル運転時（アクセルオフ時）に凝縮水が吸気通路に排出されており、吸気通路に流れ込む凝縮水の流量はコントロールされていない。したがって特許文献１に係る発明においても、凝縮水によってエンジンが損傷してしまう虞がある。またエンジンのアイドル運転時に凝縮水の除去制御を実行すると、エンジンの回転数に変動が生じ易く、ドライバビリティの悪化を招く虞もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、凝縮水によるエンジンの損傷やドライバビリティの悪化を抑制しつつインタークーラ内から凝縮水を吸気通路に良好に排出させることができる凝縮水排出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決刷る本発明の第１の態様は、燃焼室に連通する吸気通路と、前記吸気通路に設けられて前記燃焼室に導かれる吸気を冷却するインタークーラと、を備えるエンジンに設けられる凝縮水排出装置であって、前記インタークーラで凝縮された凝縮水を貯留する貯留タンクを備え、前記貯留タンクは、前記インタークーラの凝縮水が供給される供給路が接続された第１の貯留室と、前記第１の貯留室とは連通路を介して連通すると共に、前記インタークーラよりも下流側の前記吸気通路に凝縮水を排出する排出路が接続された第２の貯留室とを有し、前記連通路の断面積が、前記排出路の断面積よりも狭くなっていることを特徴とする凝縮水排出装置にある。

かかる第１の態様では、排出路から凝縮水が排出される際、連通路から第２の貯留室に供給される凝縮水の量は、排出される量よりも大幅に少なくなる。したがって、凝縮水の排出量は、第２の貯留室内に貯留されている量に実質的に制限される。

本発明の第２の態様は、第１の態様の凝縮水排出装置において、前記第１の貯留室と前記第２の貯留室とは、前記貯留タンク内に設けられた仕切り板によって仕切られており、前記連通路が、前記仕切り板の重力方向下端付近に設けられていることを特徴とする凝縮水排出装置にある。

かかる第２の態様では、連通路を仕切り板の重力方向下端付近に設けておくことで、第１の貯留室内の凝縮水は、確実にこの連通路を介して第２の貯留室に供給される。

本発明の第３の態様は、第２の態様の凝縮水排出装置において、前記仕切り板の重力方向上端付近には、前記第１の貯留室と前記第２の貯留室とを接続する接続口が設けられていることを特徴とする凝縮水排出装置にある。

かかる第３の態様では、凝縮水が排出路から排出される際、第２の貯留部が負圧になるのを抑制して、凝縮水を良好に排出させることができる。

本発明の第４の態様は、第１から３の何れか一つの態様の凝縮水排出装置において、前記貯留タンクが、前記第２の貯留室を外部に接続する大気開放孔を備えていることを特徴とする凝縮水排出装置にある。

かかる第４の態様では、凝縮水が排出路から排出される際、第２の貯留部が負圧になるのを抑制して、凝縮水を良好に排出させることができる。

かかる本発明の凝縮水排出装置では、エンジンの運転状態に拘わらず、貯留タンクから吸気通路に排出される凝縮水の量が一定量以下に制限される。凝縮水によるエンジンの損傷やドライバビリティの悪化を抑制しつつインタークーラで生成された凝縮水を吸気通路に良好に排出させることができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの概略構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る凝縮水除去装置の主要部の構成を示す概略図である。本発明の一実施形態に係る凝縮水除去装置の他の例を示す概略図である。本発明の一実施形態に係る凝縮水除去装置の他の例を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１０は、直列に配置された４つの気筒（燃焼室）１１を備える直列４気筒のディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）である。各気筒１１の吸気ポート（図示なし）には、吸気マニホールド（吸気通路）１２が接続され、吸気マニホールド１２には吸気管（吸気通路）１３が接続されている。一方、各気筒１１の排気ポート（図示なし）には、排気マニホールド１４が接続され、排気マニホールド１４には排気管（排気通路）１５が接続されている。

また各気筒１１に対応して燃料を噴射するためのインジェクタ（燃料噴射弁）１６が設けられており、各インジェクタ１６はそれぞれコモンレール１７に接続されている。なおコモンレール１７には、図示しないがサプライポンプ（高圧ポンプ）を介して燃料タンクに接続されている。このサプライポンプによって燃料タンクから燃料が圧送され、コモンレール１７内の高圧の燃料がインジェクタ１６から各気筒１１内に噴射されるようになっている。

吸気管１３及び排気管１５の途中には、ターボチャージャ（過給機）１８が設けられている。ターボチャージャ１８は、各気筒（燃焼室）１１から排ガスが流れ込むと、排ガスの流れによってタービンが回転し、このタービンの回転に伴ってコンプレッサが回転して吸気管１３からターボチャージャ１８内に空気が吸い込まれて加圧されるようになっている。

ターボチャージャ１８よりも上流側の吸気管１３には、エアクリーナ１９と、低圧用吸気調整弁である第１のスロットルバルブ２０と、が設けられている。エアクリーナ１９には吸気の湿度を検出する湿度センサ２１が設けられている。なお第１のスロットルバルブ２０は、エアクリーナ１９を通過した新気の量（新気量）を調整すると共に、この調整によって、後述する低圧ＥＧＲ管を介して吸気管１３に導入される排ガス量（低圧ＥＧＲガス量）を間接的に調整する。またエアクリーナ１９の下流側には、吸気流量を検出するエアフローセンサ２２が設けられている。このエアフローセンサ２２は、本実施形態では温度検出機能を備えており、吸気流量と共に吸気温度を検出する。

ターボチャージャ１８よりも下流側の吸気管１３には、ターボチャージャ１８での加圧により温度が上昇した吸気を冷却するインタークーラ２３が配されている。なおインタークーラ２３は、吸気管１３と共に吸気通路を構成する。インタークーラ２３よりも下流側の吸気管１３には、電動アクチュエータの駆動により吸気管１３を開閉する吸気調整弁である第２のスロットルバルブ２５が設けられている。

第２のスロットルバルブ２５は、インタークーラ２３を通過した吸気量（新気量＋低圧ＥＧＲガス量）を調整するとともに、この調整によって、後述するＥＧＲ管を介して吸気管１３に導入される排ガス量（ＥＧＲガス量）を間接的に調整する。

吸気管１３の第２のスロットルバルブ２５よりも下流側には、高圧の排ガス（ＥＧＲガス）が環流するＥＧＲ管（ＥＧＲ流路）２６の一端が接続されている。ＥＧＲ管２６の他端は、排気管１５のターボチャージャ１８よりも上流側に接続されている。ＥＧＲ管２６にはＥＧＲクーラ２７が設けられ、ＥＧＲ管２６の吸気管１３との接続部分にはＥＧＲ弁２８が設けられている。このＥＧＲ弁２８が開弁することで、排気管１５のターボチャージャ１８よりも上流側を流れる高圧の排ガスの一部がＥＧＲ管２６に流れ込み、ＥＧＲクーラ２７によって冷却された後、吸気管１３に供給されるようになっている。なお、ＥＧＲ弁２８は、ＥＧＲ管２６から吸気管１３に流れ込むＥＧＲガスの量を調整することができるように設けられていればよい。

なお吸気管１３のＥＧＲ管２６よりも下流側には、吸気の空燃比を検出する空燃比検出手段であるリニア空燃比センサ２９が設けられている。吸気マニホールド１２には、その内部の圧力を検出する圧力検出手段であるブースト圧センサ３０が設けられている。なお空燃比検出手段は、吸気の空燃比を検出することができるものであればよく、リニア空燃比センサの他、例えば、酸素（Ｏ_２）センサ等であってもよい。

また排気管１５のターボチャージャ１８よりも下流側には、排気浄化用触媒であるディーゼル酸化触媒３１と、排気浄化用フィルタであるディーゼル微粒子捕集フィルタ３２とが上流側から順に配されている。

排気管１５のターボチャージャ１８よりも下流側、本実施形態ではディーゼル微粒子捕集フィルタ３２の下流側には、低圧の排ガスの一部（低圧ＥＧＲガス）が環流する低圧用ＥＧＲ管（低圧ＥＧＲ流路）３３の一端が接続されている。低圧用ＥＧＲ管３３の他端は、ターボチャージャ１８と第１のスロットルバルブ２０との間で、吸気管１３に接続されている。この低圧用ＥＧＲ管３３には、ＥＧＲ管２６の場合と同様に、低圧用ＥＧＲクーラ３４及び低圧用ＥＧＲ弁３５が設けられている。そして低圧用ＥＧＲ弁３５が開弁することで、排気管１５のターボチャージャ１８よりも下流側を流れる低圧ＥＧＲガスが低圧用ＥＧＲクーラ３４によって冷却されて吸気管１３に供給されるようになっている。

また低圧用ＥＧＲ管３３の両端部には、差圧検出手段である差圧センサ３６が設けられている。この差圧センサ３６は、吸気管１３のターボチャージャ１８よりも上流側の圧力と、排気管１５のターボチャージャ１８よりも下流側の圧力との差圧を検出する。すなわち差圧センサ３６の検出結果から低圧用ＥＧＲ管３３を流れる低圧ＥＧＲガスの流速や流量等が求められる。

ところで、このような構成のエンジン１０においては、インタークーラ２３内において吸気を冷却する際に水分が凝縮されて凝縮水が生成される。生成された凝縮水は、インタークーラ２３内部、或いはインタークーラ２３付近の吸気管１３内に溜まり、インタークーラ２３や吸気管１３を腐食させるといった問題が生じる虞がある。このため、インタークーラ２３等に溜まった凝縮水を凝縮水排出装置４０によって適宜排出させている。

凝縮水排出装置４０は、インタークーラ２３で生成された凝縮水を貯留する貯留タンク４１を備える。貯留タンク４１は、インタークーラ２３の出口付近の吸気管１３に、供給管（供給通路）４２を介して接続されており、この供給管４２から凝縮水が貯留タンク４１に供給される。なお供給管４２は、凝縮水が溜まり易い部分に接続されていればよく、本実施形態では、吸気管１３に接続するようにしたが、例えば、インタークーラ２３自体に接続されていてもよい。

また貯留タンク４１には、排出管４３が接続されている。この排出管４３は、一端側が貯留タンク４１に接続されると共に、他端側が第２のスロットルバルブ２５よりも下流側の吸気通路、本実施形態では、吸気マニホールド１２に接続されている。

そして凝縮水排出装置４０は、例えば、車両の走行状態等に応じて第２のスロットルバルブ２５の開度を調整し、貯留タンク４１と吸気マニホールド１２との間に差圧を生じさせることで、貯留タンク４１内の凝縮水を、排出管４３から吸気マニホールド１２に適宜流出させている。

ここで、貯留タンク４１内から吸気マニホールド１２に流出する凝縮水の量は、貯留タンク４１と吸気マニホールド１２との差圧の大きさによって決まる。この差圧は第２のスロットルバルブ２５の開度により調整しているが、例えば、車両の走行状態が急激に変化した場合等、差圧が大きくなりすぎてしまう虞がある。すなわち、貯留タンク４１から多量の凝縮水が吸気マニホールド１２内に流出してしまう虞がある。

そこで本発明では、貯留タンク４１を以下に説明する構成とすることで、車両の走行状態（エンジンの運転状態）に拘わらず、排出管４３から吸気マニホールド１２に流出する凝縮水が一定量以下に制限されるようにしている。

本実施形態に係る貯留タンク４１は、図２に示すように、仕切り板４４によって仕切られた第１の貯留室４５と第２の貯留室４６とを備えている。第１の貯留室４５には、上述した供給管４２が接続され、インタークーラ２３で生成された凝縮水は、一旦、この第１の貯留室４５内に供給される。一方、第２の貯留室４６には、上述した排出管４３が接続されており、貯留タンク４１と吸気マニホールド１２との差圧によって、第２の貯留室４６に溜まった凝縮水が排出管４３から吸気マニホールド１２に流出する。これら第１の貯留室４５と第２の貯留室４６とは、仕切り板４４に設けられた連通路４７で連通されている。この連通路４７は、仕切り板４４の下端付近に設けられており、第１の貯留室４５に溜まった凝縮水は、基本的には、この連通路４７から第２の貯留室４６に供給される。

そして、この連通路４７の断面積は、排出管（排出路）４３の断面積よりも狭くなっている。すなわち連通路４７は、排出管４３の内径よりも小さい内径で形成されている。

また本実施形態では、仕切り板４４の上端付近に接続口４８が形成され、第１の貯留室４５と第２の貯留室４６とは、この接続口４８によっても接続されている。接続口４８は、凝縮水によって塞がれることがないように、仕切り板４４の上端付近に形成されている。

貯留タンク４１をこのような構成とすることで、車両の走行状態（エンジンの運転状態）に拘わらず、排出管４３から吸気マニホールド１２に流出する凝縮水が一定量以下に制限される。例えば、貯留タンク４１と吸気マニホールド１２とで大きな差圧が生じると、第２の貯留室４６内の凝縮水は、排出管４３から吸気マニホールド１２に流出する。このとき、第２の貯留室４６は接続口４８を介して第１の貯留室４５と接続されているため負圧が生じることがなく、第２の貯留室４６内の凝縮水を良好に排出させることができる。

一方で、連通路４７の断面積が排出管４３の断面積よりも狭くなっているため、第１の貯留室４５から第２の貯留室４６に供給される凝縮水の量は、排出管４３から排出される量よりも少なくなる。したがって、貯留タンク４１と吸気マニホールド１２との間の差圧が大きくなりすぎた場合でも、吸気マニホールド１２に流れ込む凝縮水の量は、第２の貯留室４６内に溜まっていた凝縮水の量に実質的に制限される。貯留タンク４１と吸気マニホールド１２との間の差圧が大きくなる程、凝縮水の量はより確実に制限される。

なお排出管４３の断面積を狭くすることでも吸気マニホールド１２に流れ込む凝縮水の量は抑えることができるが、排出管４３の詰まりが生じやすくなるため好ましくない。

また第２の貯留室４６の水位が下がると、凝縮水と共に第２の貯留室４６内の空気が排出管４３から排出される。すなわち空気が混合された凝縮水が排出管４３から排出される。これにより、吸気マニホールド１２内に流出する凝縮水が分散されやすくなるという効果もある。

このように、本発明の凝縮水排出装置４０によれば、凝縮水の排出量を制限することができるため、凝縮水によるエンジン１０の損傷やドライバビリティの悪化を抑制しつつ、凝縮水を吸気マニホールド（吸気通路）１２に良好に排出させることができる。

以上本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更が可能なものである。

例えば、上述の実施形態では、仕切り板４４に設けられた接続口４８によって第１の貯留室４５と第２の貯留室４６とが接続されていたが、この接続口４８は必ずしも設けられていなくてもよい。例えば、図３に示すように、仕切り板４４に接続口４８を設けずに、第２の貯留室４６を外部に接続する大気開放孔４９を貯留タンク４１に設けるようにしてもよい。このような構成としても、第２の貯留室４６に負圧が生じることがなく、第２の貯留室４６内の凝縮水を良好に排出させることができる。

上述の実施形態において、仕切り板４４に連通路４７と共に、接続口４８を設けた構成を例示したが、例えば、接続口４８が連通路を兼ねるようにしてもよい。また上述の実施形態では、貯留タンク４１内に仕切り板４４で仕切られた二つの貯留室４５，４６を設けた構成を例示したが、例えば、貯留タンク４１内に三つ以上の貯留室を設けるようにしてもよい。さらに貯留タンクは、各貯留室が仕切り板で仕切られた構成に限定されず、例えば、各貯留室が独立した容器で構成され、各容器が連通管（連通路）で接続されていてもよい。

また上述の実施形態では、貯留タンク４１の底部付近の一箇所に接続された排出管４３から凝縮水を排出させるようにしたが、例えば、図４に示すように、上下方向（重力方向）の異なる複数箇所（例えば、二箇所）で排出管４３Ａ，４３Ｂが貯留タンク４１に接続された構成としてもよい。このような構成とすることで、凝縮水の排出量を抑制できると共に、空気が混合された凝縮水が排出され易くなる。なお排出管を複数箇所で貯留管に接続させた構成とした場合、貯留タンクは、仕切り板等で仕切られていなくてもよい。すなわち貯留タンクは、必ずしも第１の貯留室と第２の貯留室とを有していなくてもよい。

１０エンジン
１１気筒（燃焼室）
１２吸気マニホールド
１３吸気管
１４排気マニホールド
１５排気管
１６インジェクタ
１７コモンレール
１８ターボチャージャ
１９エアクリーナ
２０第１のスロットルバルブ
２１湿度センサ
２２エアフローセンサ
２３インタークーラ
２５第２のスロットルバルブ
２６高圧用ＥＧＲ管
２７高圧用ＥＧＲクーラ
２８高圧用ＥＧＲ弁
２９リニア空燃比センサ
３０ブースト圧センサ
３１ディーゼル酸化触媒
３２ディーゼル微粒子捕集フィルタ
３３低圧用ＥＧＲ管
３４低圧用ＥＧＲクーラ
３５低圧用ＥＧＲ弁
３６差圧センサ
４０凝縮水排出装置
４１貯留タンク
４２供給管
４３排出管
４４仕切り板
４５第１の貯留室
４６第２の貯留室
４７連通路
４８接続口
４９大気開放孔

Claims

燃焼室に連通する吸気通路と、
前記吸気通路に設けられて前記燃焼室に導かれる吸気を冷却するインタークーラと、
を備えるエンジンに設けられる凝縮水排出装置であって、
前記インタークーラで凝縮された凝縮水を貯留する貯留タンクを備え、
前記貯留タンクは、前記インタークーラの凝縮水が供給される供給路が接続された第１の貯留室と、前記第１の貯留室とは連通路を介して連通すると共に、前記インタークーラよりも下流側の前記吸気通路に凝縮水を排出する排出路が接続された第２の貯留室とを有し、
前記連通路の断面積が、前記排出路の断面積よりも狭くなっていることを特徴とする凝縮水排出装置。
請求項１に記載の凝縮水排出装置において、
前記第１の貯留室と前記第２の貯留室とは、前記貯留タンク内に設けられた仕切り板によって仕切られており、
前記連通路が、前記仕切り板の重力方向下端付近に設けられていることを特徴とする凝縮水排出装置。
請求項２に記載の凝縮水排出装置において、
前記仕切り板の重力方向上端付近には、前記第１の貯留室と前記第２の貯留室とを接続
する接続口が設けられていることを特徴とする凝縮水排出装置。
請求項１から３の何れか一項に記載の凝縮水排出装置において、
前記貯留タンクが、前記第２の貯留室を外部に接続する大気開放孔を備えていることを特徴とする凝縮水排出装置。