JP6476829B2

JP6476829B2 - インタークーラ

Info

Publication number: JP6476829B2
Application number: JP2014255962A
Authority: JP
Inventors: 洋之木村; 雄輔磯部
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: JP2016114044A

Description

本発明は、吸気の冷却を行なうインタークーラに関する。

過給器を備えたエンジンにおいては、過給器で圧縮されて高温となった吸入空気を冷却するインタークーラが吸気通路に設けられている。
走行風で吸入空気を冷却するインタークーラは、インタークーラを走行風の通る箇所に配置しなければならない。そのため、インタークーラに接続される吸気通路部分が長くなるため、アクセルを踏み込んだときのエンジンの応答性が低下し、また、上記吸気通路部分が大きなスペースを占有する不利がある。
そこで、引用文献１には、過給された吸入空気と還流されたＥＧＲガスとが吸気として導入されるエンジンに、冷却水を用いてＥＧＲを含む吸気を冷却するインタークーラを用いることでインタークーラに接続される吸気通路部分を短縮した技術が提案されている。
このインタークーラはＥＧＲガスを含む吸気を冷却する複数の冷却路を有し、インテークマニホールドのサージタンクに組み込まれている。インタークーラは、サージタンク内に吸気を導入する吸気導入口と、サージタンク内に導入された吸気を各冷却路に取り込む複数の開口とを備えている。
そして、各冷却路で冷却された吸気がエンジンの各吸気ポートに導入される。

特開２０１４−５１９０７号公報

上述のように冷却水を用いて吸気を冷却するインタークーラでは、凝縮水が発生する。凝縮水の一部は吸気と共にエンジンの筒内に排出されて処理されるが、一定量以上の凝縮水がインタークーラ内部に溜まると吸気通路の断面積が低下してエンジンの出力低下を招く。そこで、インタークーラの冷却水の循環量を減らすことで冷却性能を低下させ、凝縮水の発生量を抑制することが考えられる。
ところが、インタークーラの冷却性能を低下させると、凝縮水の発生量は抑制できるものの、吸気温度が上昇して吸気の体積が増加することで吸気の密度が低下し、酸素不足や筒内温度上昇によるＮＯｘ発生量の増大といった不具合が懸念される。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インタークーラの冷却性能を維持しつつ発生した凝縮水の量の増加を抑制する上で有利なインタークーラを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、エンジンに吸気を導入する吸気通路に設けられ前記吸気を冷媒で冷却するインタークーラであって、前記インタークーラは、吸気入口部と、前記吸気入口部に続き前記吸気を冷媒で冷却する冷却部と、前記冷却部に続く吸気出口部とを備えるとともに、前記吸気入口部と前記吸気出口部とを前記冷却部を経ずにつなぐバイパス流路と、前記バイパス流路を流れる前記吸気の流量を制御するバイパス流量制御部と、前記吸気出口部にＥＧＲガスを供給するＥＧＲガス供給部と、を備え、前記バイパス流量制御部は、前記冷却部で発生する凝縮水の量を推定し、前記吸気出口部において前記凝縮水を下方に押すのに必要なＥＧＲガスの流量である必要ＥＧＲガス流量を推定し、前記ＥＧＲガス供給部によって供給される前記ＥＧＲガスの量が前記必要ＥＧＲガス流量に満たない場合には、前記バイパス流路に吸気を導入して前記吸気出口部に供給する、ことを特徴とする。

本発明によれば、吸気入口部と吸気出口部とを冷却部を経ずにつなぐバイパス流路が設けられているので、冷却部で冷却されない状態の吸気が吸気出口部に導入される。バイパス流路を経た相対的に高温な吸気により、吸気出口部の凝縮水が加熱されて蒸発が促進される。
したがって、エンジン側に流れる凝縮水が減少して、凝縮水によってエンジンの出力が低下するのを防止する上で有利となる。
本発明によれば、バイパス流路に吸気が流れている場合は、バイパス流路に吸気が流れていない場合よりも冷却部の冷却効率を上げるので、バイパス流路を経た相対的に高温な吸気を吸気出口部に導入した場合でも、エンジンに導入される吸気の温度を一定に保つことができ、吸気温度の上昇によってエンジンの出力が低下するのを防止する上で有利となる。
本発明によれば、吸気出口部へのＥＧＲガスの供給量に基づいてバイパス流路の吸気の流量を変更するので、エンジンの稼働状態などにより供給量が変動するＥＧＲガスに代えて吸気を導入することができ、吸気出口部に導入するガス流量を安定して確保する上で有利となる。
本発明によれば、吸気出口部にＥＧＲガスが供給されている場合は、ＥＧＲガスが供給されていない場合よりもバイパス流路の吸気の流量を減らすので、吸気出口部に導入するガス流量を安定して確保する上で有利となる。
本発明によれば、バイパス流路を流れた吸気は吸気出口部の内部で上部から下方に向けて供給されるので、上壁近傍を飛散する凝縮水は下方に導かれ、エンジン側に流れる凝縮水が減少して、凝縮水によってエンジンの出力が低下するのを防止する上で有利となる。
本発明によれば、バイパス流路がＥＧＲガス供給部に連通され、バイパス流路を流れた吸気はＥＧＲガスが供給される開口から吸気出口部の内部で上部から下方に向けて供給される。よって、上壁近傍を飛散する凝縮水は下方に導かれ、エンジン側に流れる凝縮水が減少して、凝縮水によってエンジンの出力が低下するのを防止する上で有利となる。また、ＥＧＲガスの供給口と吸気の供給口とを共通とすることによって、限りある吸気出口部のスペースを有効に利用することができる。

実施の形態のインタークーラが適用されたエンジンの構成を示す説明図である。第１の実施の形態のインタークーラの斜視図である。図２のＡＡ線断面図である。図２のＢＢ線断面図である。図２のＣＣ線断面図である。図２のＤＤ線断面図である。図２のＥＥ線断面図である。図７のＡ矢視図である。インタークーラ制御部２５の構成を示すブロック図である。インタークーラ制御部２５の処理の手順を示すフローチャートである。

（実施の形態）
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、本発明のインタークーラが適用されたエンジンの構成について説明する。
本実施の形態では、エンジンがディーゼルエンジンである場合について説明する。なお、本発明はガソリンエンジンにも無論適用可能である。

図１に示すように、エンジン１０は、エンジン本体１２と、吸気通路１４と、排気通路１６と、過給機１８と、低圧ＥＧＲ装置２０と、高圧ＥＧＲ装置２２と、本発明に係るインタークーラ２４とを含んで構成されている。

エンジン本体１２は、シリンダヘッド１２０２と、シリンダブロック１２０４とを含んで構成されている。
シリンダヘッド１２０２に燃焼室が形成され、シリンダブロック１２０４にピストンを収容する複数の気筒（シリンダ室）が形成されている。

吸気通路１４は、吸気管１４０２と、インテークマニホールド１４０４と、エンジン本体１２の吸気ポートとを含んで構成されている。
吸気管１４０２には、吸気の上流側から下流側に向かって、エアクリーナ１４１０、低圧スロットル１４１２、コンプレッサ１８０２、高圧スロットル１４１４がこれらの順に設けられている。
排気通路１６は、エンジン本体１２の排気ポートと、エキゾーストマニホールド１６０４と、排気管１６０２とを含んで構成されている。
排気管１６０２には、排気の上流側から下流側に向かって、タービン１８０４、排気ガス浄化装置２６がこれらの順に設けられている。

過給機１８は、コンプレッサ１８０２とタービン１８０４とで構成され、排気管１６０２を通る排気ガスのエネルギーによりタービン１８０４が回転されることでコンプレッサ１８０２を回転させ吸気管１４０２の吸気を圧縮して高圧の吸気としてエンジン本体１２に供給するものである。

低圧ＥＧＲ装置２０は、排気ガス浄化装置２６から排出される排気ガスを低圧ＥＧＲガスとしてコンプレッサ１８０２の上流側の吸気管１４０２の箇所に還流するものである。
低圧ＥＧＲ装置２０は、低圧ＥＧＲガスを還流する低圧ＥＧＲ通路２００２を備え、低圧ＥＧＲ通路２００２には、低圧ＥＧＲガスに含まれる排気系製造時の溶接スパッタやスラグ，触媒片やＤＰＦ片を除去するＥＧＲフィルタ２００４と、低圧ＥＧＲガスを冷却する空冷式の低圧ＥＧＲクーラ２００６と、低圧ＥＧＲガスの還流量を制御する低圧ＥＧＲバルブ２００８とを含んで構成されている。

高圧ＥＧＲ装置２２は、タービン１８０４の上流側の排気管１６０２の箇所から取り出した排気ガスをＥＧＲガス（高圧ＥＧＲガス）としてコンプレッサ１８０２の下流側に位置するインタークーラ２４に還流するものである。
高圧ＥＧＲ装置２２は、排気管１６０２とインタークーラ２４とを接続してＥＧＲガスを還流する高圧ＥＧＲ通路２２０２と、高圧ＥＧＲバルブ２２０４とを含んで構成されている。

次に、インタークーラ２４について詳細に説明する。
図２はインタークーラ２４の斜視図であり、図３は図２のＡＡ線断面図であり、図４は図２のＢＢ線断面図であり、図５は図２のＣＣ線断面図であり、図６は図２のＤＤ線断面図である。また、図７は図２のＥＥ線断面図であり、図８は図７のＡ矢視図である。

インタークーラ２４は、吸気入口部３８と、吸気入口部３８に続く冷却部４８と、冷却部４８に続く吸気出口部４０と、ＥＧＲガス供給部５０と、温度センサ５４と、バイパス流路４１とを含んで構成されている。

冷却部４８は、吸気を冷媒で冷却するものである。
冷却部４８は、互いに並設された複数の吸気路３６と複数の冷媒路４２とを含んで構成されている。
図１に示すように、冷却部４８には、ラジエータ２８と電動ウォータポンプ３０とが冷却水通路３２を介して接続され、電動ポンプにより冷却水がラジエータ２８とインタークーラ２４との間で循環される。これにより、吸気を冷却することで加熱された冷却水がラジエータ２８で冷却される。
また、本実施の形態では、冷却部４８は、冷媒として冷却水を用いるが、冷媒として冷却水以外の従来公知の様々な冷媒ガス、冷却液を用いてもよいことは無論である。

本実施の形態では、インタークーラ２４は、インテークマニホールド１４０４に一体的に設けられており、吸気管１４０２からインテークマニホールド１４０４に導入された吸気を冷却部４８で冷却するように構成されている。
インタークーラ２４は、ボデー３４を有し、図中、符号Ｗはボデー３４の幅方向、符号Ｈはボデー３４の高さ方向、符号Ｌはボデー３４の長さ方向を示す。
図２から図７に示すように、吸気入口部３８および吸気出口部４０は、ボデー３４の延在方向の両端に設けられ、シリンダヘッド１２０２の端面に複数の気筒の吸気ポートの開口が直線状に並べられた方向の幅と、この幅よりも小さい寸法の高さとを有して横長状を呈している。

吸気路３６は、冷媒により吸気が冷却される部分であり、図６に示すように、吸気路３６は、ボデー３４の内部でボデー３４の長さ方向Ｌに延在し吸気入口部３８と吸気出口部４０とを接続している。
図４から図６に示すように、吸気路３６は、横吸気路部３６０２と、第１の縦吸気路部３６０４と、第２の縦吸気路部３６０６とを有している。
横吸気路部３６０２は、高さ方向Ｈの中間部で幅方向Ｗに延在し、横吸気路部３６０２の幅方向Ｗの両端は、ボデー３４の幅方向Ｗ両端の面の近傍に位置している。
第１の縦吸気路部３６０４は、横吸気路部３６０２の延在方向に間隔をおいた複数箇所から高さ方向Ｈの一方に延在している。
第２の縦吸気路部３６０６は、横吸気路部３６０２の延在方向に間隔をおいた複数箇所から高さ方向Ｈの他方に延在している。
図４に示すように、第１の縦吸気路部３６０４の幅Ｗ１と第２の縦吸気路部３６０６の幅Ｗ２は横吸気路部３６０２から離れるにつれて次第に小さくなるように設けられている。
横吸気路部３６０２から離れた第１の縦吸気路部３６０４の先部と第２の縦吸気路部３６０６の先部は、ボデー３４の高さ方向Ｈ両端の面の近傍に位置している。

ボデー３４の長さ方向Ｌの他端に冷媒入口部４４が設けられ、ボデー３４の長さ方向Ｌの一端に冷媒出口部４６が設けられている。
図５に示すように、冷媒入口部４４は、冷媒路４２に冷媒として冷却水を供給する部分であり、ボデー３４の長さ方向Ｌの他方の端部において、吸気出口部４０の吸気上流側に隣接して設けられている。冷媒入口部４４は、吸気路３６の外側でボデー３４の高さ方向Ｈ、幅方向Ｗの全域に広がる空間で形成されている。
冷媒出口部４６は、冷媒路４２から冷却水を排出する部分であり、ボデー３４の長さ方向Ｌの一方の端部において、吸気入口部３８の吸気下流側に隣接して設けられている。吸気出口部４０は、吸気入口部３８と同様に、吸気路３６の外側でボデー３４の高さ方向Ｈ、幅方向Ｗの全域に広がる空間で形成されている。
本実施の形態では、冷媒入口部４４は電動ウォータポンプ３０の吐出口に接続され、冷媒出口部４６はラジエータ２８に接続される。

冷媒路４２は、吸気路３６に沿ってボデー３４の長さ方向Ｌに延在し冷媒入口部４４と冷媒出口部４６とを接続している。
図４、図６に示すように、冷媒路４２は、冷却水が流れる部分であり、冷媒路４２は、一対の横冷媒路部４２０２と、複数の縦冷媒路部４２０４とを有している。
一対の横冷媒路部４２０２は、ボデー３４の高さ方向Ｈの一端においてボデー３４の幅方向Ｗに延在する第１の横冷媒路部４２０２Ａと、ボデー３４の高さ方向Ｈの他端においてボデー３４の幅方向Ｗに延在する第２の横冷媒路部４２０２Ｂとを備えている。
第１の横冷媒路部４２０２Ａと第２の横冷媒路部４２０２Ｂの延在方向の両端は、ボデー３４の幅方向Ｗ両端の面の近傍に位置している。
複数の縦冷媒路部４２０４は、第１の横冷媒路部４２０２Ａから隣り合う第１の縦吸気路部３６０４の間で横吸気路３６に向かって延在する複数の第１の縦冷媒路部４２０４Ａと、第２の横冷媒路部４２０２Ｂから隣り合う第２の縦吸気路部３６０６の間で横吸気路３６に向かって延在する複数の第２の縦冷媒路部４２０４Ｂとを備えている。
第１の横冷媒路部４２０２Ａから離れた第１の縦冷媒路部４２０４Ａの先部と、第２の横冷媒路部４２０２Ｂから離れた第２の横冷媒路部４２０２Ｂの先部は、横吸気路３６の近傍に位置している。
図４に示すように、第１の縦冷媒路部４２０４Ａの幅Ｗ３は第１の横冷媒路部４２０２Ａから離れるにつれて次第に小さくなるように設けられ、第２の縦冷媒路部４２０４Ｂの幅Ｗ４は第２の横冷媒路部４２０２Ｂから離れるにつれて次第に小さくなるように設けられている。
ここで、吸気路３６を流れる吸気の向きと、冷媒路４２を流れる冷却水の向きとを互いに反対向きとなる対向流とすることで冷却効率向上を図っている。
なお、吸気路３６および冷媒路４２の構造は、実施の形態に限定されるものではなく、例えば吸気路３６が単一のものでもよく、本発明は従来公知の様々な吸気路３６および冷媒路４２の構造が採用可能である。

吸気入口部３８と吸気出口部４０はボデー３４に一体に成形されている。
図２、図７に示すように、吸気入口部３８の下部には、吸気管１４０２の上流端が接続されている。
吸気出口部４０は、図７に示すように、複数の吸気路３６の下流端が位置するボデー３４の壁面５６と、壁面５６を囲む壁部５８との間の空間でボデー３４の長さＬ方向に延在形成されている。
図６、図７に示すように、壁部５８は、上下方向において互いに対向する上壁５８０２および下壁５８０４と、ボデー３４の幅Ｗ方向の両端に位置する一対の側壁５８０６とを有し、壁部５８の端部は、シリンダヘッド１２０２の端面に取着されるフランジ５８０８が形成されている。
吸気出口部４０は、冷却部４８に続く上流出口部４０Ａと、上流出口部４０Ａに続く下流出口部４０Ｂとを有している。
下流出口部４０Ｂは、図８に示すように、ボデー３４の幅Ｗ方向に仕切られた複数の下流吸気路６０で構成されている。
複数の下流吸気路６０の上流端は、上流出口部４０Ａの下流端に連通し、複数の下流吸気路６０の下流端は、シリンダヘッド１２０２の端面に開口する各吸気ポートに接続される。
上流出口部４０Ａの上壁５８０２は、下流出口部４０Ｂに近づくにつれて次第に下壁５８０４に近づく傾斜面５８０２Ａで形成されている。
下流出口部４０Ｂの上壁５８０２は、傾斜面５８０２Ａの下端に接続され下端と同じ高さで形成されており、図８に示すように、上壁５８０２は上方に凸の湾曲面で形成されている。

図２、図７に示すように、ＥＧＲガス供給部５０は、ＥＧＲガス導入口６２と、ＥＧＲガス流路６４とを含んで構成されている。
図２に示すように、ＥＧＲガス導入口６２は、ボデー３４の延在方向の他端でボデー３４の幅Ｗ方向の一端である右側面に形成され、ＥＧＲガス導入口６２には高圧ＥＧＲ通路２２０２（図１参照）が接続されている。
図７に示すように、ＥＧＲガス流路６４はボデー３４の内部に設けられている。
ＥＧＲガス流路６４はＥＧＲガス導入口６２に接続され、下流出口部４０Ｂの上流側の上壁５８０２上をボデー３４の幅Ｗ方向に延在し、上壁５８０２には流路部６６と複数の下流吸気路６０とを接続する開口６６が形成されている。
すなわち、ＥＧＲガス供給部５０は、上壁５８０２に設けられ、吸気出口部４０の内部で上部から下方に向けてＥＧＲガスを供給する。
また、ＥＧＲガス流路６４には、ＥＧＲガス流路６４を流れるＥＧＲガスの流量を検出するＥＧＲ流量センサ６４０２が設けられている。ＥＧＲ流量センサ６４０２によって、吸気に還流されるＥＧＲガス量を検出することができる。

温度センサ５４は、吸気出口部４０を流れる吸気の温度を検出する。
温度センサ５４は、ＥＧＲガス供給部５０よりも吸気出口部４０を流れる吸気の下流側の上壁５８０２の箇所に配置される。本実施の形態では、温度センサ５４は、複数の下流吸気路６０のうち中央に位置する下流吸気路６０の上壁５８０２に設けられている。

図２、図７に示すように、バイパス流路４１は、吸気入口部３８と吸気出口部４０とを冷却部４８を経ずにつなぐ部分であり、ボデー３４の外部でボデー３４の長さ方向Ｌに延在し吸気入口部３８と吸気出口部４０とを接続している。バイパス流路４１を流れた吸気は、冷却部４８での冷却が行われずにエンジン本体１２に導入される。
より詳細には、バイパス流路４１は、吸気入口部３８の上部３８０２に連通されたバイパス入口部４１０２と、ボデー３４の外部でボデー３４の長さ方向Ｌ（冷却部４８の延在方向）に延在するバイパス上流部４１０４と、バイパスバルブ４３と、バイパスバルブ４３より下流のバイパス下流部４１０６と、ＥＧＲガス流路６４に連通されたバイパス出口部４１０８とを備える。
本実施の形態では、バイパス流路４１を流れる吸気の量は、バイパスバルブ４３によって変更される。バイパスバルブ４３は、シャフト４３０４の先端に取り付けられたバルブヘッド４３０２で、バイパス上流部４１０４とバイパス下流部４１０６との接続開口部４１１０の開度を変更する。
シャフト４３０４にはスプリング４３０６が設けられ、通常はスプリング４３０６の付勢力によりバルブヘッド４３０２が図面右側へ付勢され接続開口部４１１０を塞いでいる。バイパス流路４１への吸気の導入が必要な場合には、バルブリフター４３０８によりシャフト４３０４をスプリング４３０６の付勢力に逆らって図面左側へ押し出すことによってバルブヘッド４３０２を図面左側に移動させ、接続開口部４１１０を開放する。接続開口部４１１０を開放量は、シャフト４３０４の押し出し量（バルブヘッド４３０２の移動量）に連動する。
バイパス出口部４１０８はＥＧＲガス流路６４に連通されており、バイパス流路４１を流れる吸気はＥＧＲガス流路６４を流れるＥＧＲガスとともに、開口６６から吸気出口部４０の内部に上部から下方に向けて供給される。
なお、バイパス出口部４１０８をＥＧＲガス流路６４に連通させずに、ＥＧＲガスの開口６６とは別個の開口を設けて、バイパス流路４１を流れる吸気を吸気出口部４０に供給してもよい。この場合でも、吸気を供給する開口を上壁５８０２に設け、吸気出口部４０の内部で上部から下方に向けて吸気を供給するのが好ましい。

差圧センサ４５は、吸気入口部３８に設けられた入口側測定部４５０２と、吸気出口部４０に設けられた出口側測定部４５０４と、圧力差検出部４５０６とを備え、吸気入口部３８と吸気出口部４０との圧力差、すなわちバイパス流路４１の入口部と出口部との圧力差を検出する。

つづいて、インタークーラ２４を制御するインタークーラ制御部２５について説明する。
図９は、インタークーラ制御部２５の構成を示すブロック図である。
インタークーラ制御部２５は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成され、上記ＣＰＵが上記制御プログラムを実行することによって、インタークーラ制御部２５として機能する。
なお、図９ではインタークーラ制御部２５とＥＣＵ（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）６９とを別体として図示しているが、インタークーラ制御部２５とＥＣＵ６９の一機能として実現してもよい。

インタークーラ制御部２５は、バイパス流量制御部２５０２および吸気冷却制御部２５０４を含んで構成される。
バイパス流量制御部２５０２は、バイパス流路４１を流れる吸気の流量を制御する。
後述のように、バイパス流量制御部２５０２は、例えば冷却部４８で発生する凝縮水量を推定し、吸気出口部４０において凝縮水を下方に押すのに必要なＥＧＲガスの流量を推定し、ＥＧＲガス供給部５０によって供給されるＥＧＲガスの量が上記必要ＥＧＲガス流量に満たない場合には、バイパス流路４１に吸気を導入して吸気出口部４０に供給する。
本実施の形態では、バイパス流量制御部２５０２は、バイパスバルブ４３のバルブ開度を変更することによりバイパス流路４１を流れる吸気の流量を制御する。
すなわち、バイパス流路４１に吸気を流す必要がない場合にはバルブヘッド４３０２で接続開口部４１１０を閉塞して、バイパス流路４１に吸気を流さず、すべての吸気が冷却部４８を通過するようにする。また、バイパス流路４１に吸気を流す必要がある場合にはバルブヘッド４３０２を移動させ接続開口部４１１０を開き、吸気の一部がバイパス流路４１を流れるようにする。
バイパス流路４１を流れる吸気の量は、接続開口部４１１０の開放量に連動する。すなわち、接続開口部４１１０の開度が大きいほど、多くの吸気がバイパス流路４１を流れる。

吸気冷却制御部２５０４は、冷却部４８における吸気の冷却効率を制御する。
後述のように、吸気冷却制御部２５０４は、バイパス流路４１への吸気の導入の有無や下流出口部４０Ｂを通過する吸気とＥＧＲガスの混合気の温度に基づいて、冷却部４８の冷却効率を変化させる。
本実施の形態では、吸気冷却制御部２５０４は、冷却部４８の電動ウォータポンプ３０における冷媒の吐出量（ポンプ回転数）を変更することにより冷却部４８における吸気の冷却効率を制御する。
より詳細には、電動ウォータポンプ３０の吐出量（回転数）を増大させると、冷媒の循環量が多くなり、吸気から奪うことができる熱量が多くなるため冷却部４８における冷却効率が向上する。また、電動ウォータポンプ３０の吐出量（回転数）を減少させると、冷媒の循環量が少なくなり、吸気から奪うことができる熱量が少なくなるため冷却部４８における冷却効率が低下する。

次にインタークーラ２４の基本的な動作について説明する。
エンジン１０の運転中、吸気は、インタークーラ２４の吸気入口部３８から冷却部４８に導入される。
この際、高圧ＥＧＲバルブ２２０４が開となり、ＥＧＲガス導入口６２から導入されたＥＧＲガスがＥＧＲガス流路６４から開口６６を介して吸気出口部４０の内部で上部から下方に向けて供給される。
冷却部４８の吸気路３６を通ることによって冷却された吸気は、吸気出口部４０から各吸気ポートへ導入される。
この際、吸気路３６で生成された凝縮水は、吸気と共に吸気路３６の下流端へ流され、吸気出口部４０に排出される。吸気出口部４０に排出された凝縮水の一部は、吸気の勢いによって液滴状となり、吸気の流れに沿って吸気の下流側に飛散する。

本実施の形態では、ＥＧＲガス供給部５０は、上壁５８０２に設けられた開口６６から、吸気出口部４０の内部で上部から下方に向けてＥＧＲガスを供給する。
そのため、ＥＧＲガス供給部５０からＥＧＲガスが供給されると、下流出口部４０Ｂの上流側を流れる吸気がＥＧＲガスにより加熱されつつ下方に押される。
したがって、上壁５８０２近傍を飛散する凝縮水は下方に導かれると共に、ＥＧＲガスで加熱されることで蒸発が促進される。

また、吸気入口部３８を流れる吸気の一部はバイパス流路４１に導入され、冷却部４８での冷却がされないまま吸気出口部４０に供給される。よって、吸気出口部４０（下流出口部４０Ｂ）に流れる吸気の温度が高くなり、凝縮水が吸気で加熱されることで蒸発が更に促進される。
また、本実施の形態では、バイパス流路４１はＥＧＲガス供給部５０に連通され、バイパス流路４１を流れた吸気は、開口６６から吸気出口部４０の内部で上部から下方に向けて供給される。よって、下流出口部４０Ｂの上流側を流れる冷却された吸気が、バイパス流路４１を流れた吸気によっても下方に押され、上壁５８０２近傍を飛散する凝縮水を下方に導く力を更に強めることができる。

これにより、エンジン本体１２側に流れる凝縮水が減少して、凝縮水によってエンジン本体１２の出力が低下するのを防止する上で有利となる。
また、下流出口部４０Ｂに設けられた温度センサ５４等の計器が被水するのを抑制する上で有利となるとともに、温度センサ５４の素子割れや検出異常の防止、検出精度の向上を図る上で有利となる。

次に、インタークーラ制御部２５による制御の詳細について説明する。
上述のように、インタークーラ２４にはバイパス流路４１が設けられ、冷却部４８で冷却しない状態の吸気を吸気入口部３８に導入可能である。インタークーラ制御部２５は、バイパス流路４１への吸気の導入の有無を判断するとともに、バイパス流路４１へ吸気を導入した際に冷却部４８の冷却効率を変更することによって、インタークーラ２４が適切に作動するようにしている。

図１０は、インタークーラ制御部２５の処理の手順を示すフローチャートである。
図１０のフローチャートにおいて、インタークーラ制御部２５は、まず、バイパス流量制御部２５０２によって、ＥＧＲガス供給部５０から供給するＥＧＲガスの必要流量を算出する（ステップＳ９０２）。
ＥＧＲガスの必要流量とは、冷却部４８で発生する凝縮水を下方に押し流すだけの流量であり、例えば、冷却部４８で発生する凝縮水の量および凝縮水が混入する吸気の流速などから算出する。
凝縮水量の推定は、例えば吸気の温度、低圧ＥＧＲガスの導入の有無、冷却部４８を通過する吸気の流量などに基づいて行う。
次に、バイパス流量制御部２５０２は、ＥＧＲ流量センサ６４０２の検出値を参照して、ＥＧＲガス流路６４を流れるＥＧＲガスの流量（実ＥＧＲ流量）が、ステップＳ９０２で算出した必要流量以上か否かを判断する（ステップＳ９０４）。
ＥＧＲガス流路６４を流れるＥＧＲガスの流量が必要流量以上の場合は（ステップＳ９０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ９０２に戻り、以降の処理をくり返す。

一方、ＥＧＲガス流路６４を流れるＥＧＲガスの流量が必要流量未満の場合は（ステップＳ９０４：Ｎо）、バイパス流路４１を経由して吸気を引き込み、ＥＧＲガスとともに吸気出口部４０に供給することになる。
バイパス流量制御部２５０２は、バイパス流路４１に引き込む吸気量であるバイパス流量を算出する（ステップＳ９０６）。バイパス流量は、ステップＳ９０２で算出した必要流量からＥＧＲ流量センサ６４０２の検出値（ＥＧＲガス流量）を差し引いた値となる。
すなわち、バイパス流量制御部２５０２は、吸気出口部４０へのＥＧＲガスの供給量に基づいてバイパス流路４１の吸気の流量を変更する。より詳細には、バイパス流量制御部２５０２は、吸気出口部４０にＥＧＲガスが供給されていない場合は、ＥＧＲガスが供給されている場合よりもバイパス流路４１の吸気の流量を増やす。また、吸気出口部４０にＥＧＲガスが供給されている場合は、ＥＧＲガスが供給されていない場合よりもバイパス流路４１の吸気の流量を減らす。

つづいて、インタークーラ制御部２５は、ステップＳ９０６で算出したバイパス流量の吸気がバイパス流路４１に流れるようにバイパスバルブ４３の開度を調整する（ステップＳ９０８）。
本実施の形態では、差圧センサ４５で得られたバイパス流路４１の入口部と出口部との圧力差と、バイパスバルブ４３の開度（開口面積）から実際のバイパス流量を算出し、バイパス流量が実際のバイパス流量と等しくなるようにバイパスバルブ４３の開度を調整する。バイパス流路４１を経由した吸気は、ＥＧＲガス流路６４を流れるＥＧＲガスとともに開口６６から吸気出口部４０に供給される。
なお、バイパスバルブ４３の開度調整は差圧センサ４５を用いるに限らず、例えば、バイパスバルブ４３の開度とバイパス流量との関係を示すマップを用いるなど、従来公知の様々な方法で実現可能である。

バイパス流路４１に吸気が流れるように制御した場合、インタークーラ制御部２５の吸気冷却制御部２５０４は、バイパス流路４１に吸気が流れていない場合よりも電動ウォータポンプ３０の吐出量を増加させる（ステップＳ９１０）。すなわち、冷却部４８における冷却効率を上げる。
これは、バイパス流路４１を経由して吸気出口部４０に供給される吸気は、冷却部４８を経由した吸気よりも温度が高く、エンジン本体１２に導入される吸気（冷却されていない吸気と冷却された吸気とＥＧＲガスとの混合気）の温度が、バイパス流路４１に吸気が流れていない場合よりも高くなるためである。冷却部４８の冷却効率を上げることによって、吸気の冷却が促進されて、冷却部４８を通過した吸気の温度が低下する。よって、エンジン本体１２に導入される混合気の温度が低下する。

つづいて、吸気冷却制御部２５０４は、温度センサ５４の検出値を参照して、下流出口部４０Ｂを通過する吸気とＥＧＲガスの混合気の温度が所定の目標温度（所定温度）であるか否かを判断する（ステップＳ９１２）。なお、目標温度は所定の幅を有する温度帯であってもよい。
混合気の温度が目標温度である場合には（ステップＳ９１２：Ｙｅｓ）、混合気の温度が適切に保たれているためステップＳ９０２に戻り以降の処理をくり返す。
また、混合気の温度が目標温度でない場合は（ステップＳ９１２：Ｎｏ）、混合気の温度が目標温度を超えているか（ステップＳ９１４：Ｙｅｓ）、目標温度未満か（ステップＳ９１４：Ｎｏ）を判断する。
混合気の温度が目標温度を超えている場合（ステップＳ９１４：Ｙｅｓ）、吸気冷却制御部２５０４は、電動ウォータポンプ３０の吐出量をさらに増加させる（ステップＳ９１６）。すなわち、冷却部４８における冷却効率をさらに向上させる。
この結果、冷却部４８での吸気の冷却がさらに促進されて、吸気の温度がさらに低下する。よって、下流出口部４０Ｂを通過しエンジン本体１２に導入される吸気とＥＧＲガスの混合気の温度が低下する。
また、混合気の温度が目標温度未満である場合には（ステップＳ９１４：Ｎｏ）、吸気を冷やし過ぎていると判断し、吸気冷却制御部２５０４は電動ウォータポンプ３０の吐出量を減少させる（ステップＳ９１８）。すなわち、冷却部４８における冷却効率を低下させる。
この結果、冷却部４８での吸気の冷却が穏やかになり、吸気の温度が上昇する。よって、下流出口部４０Ｂを通過してエンジン本体１２に導入される吸気とＥＧＲガスの混合気の温度が上昇する。
すなわち、吸気冷却制御部２５０４は、混合気の温度が所定温度を超える場合には、混合気の温度が所定温度の場合よりも冷却部４８の冷却効率を向上させ、混合気の温度が所定温度未満の場合には、混合気の温度が所定温度の場合よりも冷却部４８の冷却効率を低下させる。
このような制御により、エンジン本体１２に導入される混合気の温度を適切に保ち、燃焼効率を向上させることができる。
その後は、ステップＳ９０２に戻り、以降の処理をくり返す。

以上説明したように、実施の形態にかかるインタークーラ２４は、吸気入口部３８と吸気出口部４０とを冷却部４８を経ずにつなぐバイパス流路４１が設けられているので、冷却部４８で冷却されない状態の吸気が吸気出口部４０に導入され、バイパス流路４１を経た相対的に高温な吸気により、吸気出口部４０の凝縮水が加熱されて蒸発が促進される。
したがって、エンジン本体１２側に流れる凝縮水が減少して、凝縮水によってエンジン１０の出力が低下するのを防止する上で有利となる。
また、インタークーラ制御部２５は、バイパス流路４１に吸気が流れている場合は、バイパス流路４１に吸気が流れていない場合よりも冷却部４８の冷却効率を上げるので、バイパス流路４１を経た相対的に高温な吸気を吸気出口部４０に導入した場合でも、エンジン本体１２に導入される吸気の温度を一定に保つことができ、吸気温度の上昇によってエンジン１０の出力が低下するのを防止する上で有利となる。
また、インタークーラ制御部２５は、吸気出口部４０へのＥＧＲガスの供給量に基づいてバイパス流路４１の吸気の流量を変更するので、エンジン１０の稼働状態などにより供給量が変動するＥＧＲガスに代えて吸気を導入することができ、吸気出口部４０に導入するガス流量を安定して確保する上で有利となる。
また、インタークーラ２４は、バイパス流路４１を流れた吸気は吸気出口部４０の内部で上部から下方に向けて供給されるので、上壁５８０２近傍を飛散する凝縮水は下方に導かれ、エンジン本体１２側に流れる凝縮水が減少して、凝縮水によってエンジンの出力が低下するのを防止する上で有利となる。
また、インタークーラ２４は、バイパス流路４１がＥＧＲガス供給部５０に連通され、バイパス流路４１を流れた吸気はＥＧＲガスが供給される開口６６から吸気出口部４０の内部で上部から下方に向けて供給される。ＥＧＲガスの供給口と吸気の供給口とを共通とすることによって、限りある吸気出口部４０のスペースを有効に利用することができる。

なお、本実施の形態では、吸気出口部４０に温度センサ５４を設けたが、温度センサ５４に代えて、吸気出口部４０を流れる吸気に含まれる酸素濃度を検出する酸素濃度センサを設けてもよい。
この場合、吸気出口部４０を流れる吸気の酸素濃度が目標酸素濃度となるように、電動ウォータポンプ３０の吐出量をフィードバック制御して、冷却部４８の冷却効率を調整する。冷却部の冷却効率を上げれば吸気の温度が下がり、密度が増加して酸素濃度が上昇する。反対に、冷却部４８の冷却効率を下げれば吸気の温度が下がり、密度が減少して酸素濃度が低下することになる。
なお、目標酸素濃度は、例えばマップを用いて定義する。

また、実施の形態では、インタークーラ２４がインテークマニホールド１４０４と一体的に構成されている場合について説明したが、インタークーラ２４は、インテークマニホールド１４０４と別体に構成され、インテークマニホールド１４０４の上流側に配置されていてもよい。

１０エンジン
１４吸気通路
２４インタークーラ
２５インタークーラ制御部
２５０２バイパス流量制御部
２５０４吸気冷却制御部
３８吸気入口部
４０吸気出口部
４１バイパス流路
４３バイパスバルブ
４８冷却部
５０ＥＧＲガス供給部

Claims

エンジンに吸気を導入する吸気通路に設けられ前記吸気を冷媒で冷却するインタークーラであって、
前記インタークーラは、吸気入口部と、前記吸気入口部に続き前記吸気を冷媒で冷却する冷却部と、前記冷却部に続く吸気出口部とを備えるとともに、
前記吸気入口部と前記吸気出口部とを前記冷却部を経ずにつなぐバイパス流路と、
前記バイパス流路を流れる前記吸気の流量を制御するバイパス流量制御部と、
前記吸気出口部にＥＧＲガスを供給するＥＧＲガス供給部と、を備え、
前記バイパス流量制御部は、前記冷却部で発生する凝縮水の量を推定し、前記吸気出口部において前記凝縮水を下方に押すのに必要なＥＧＲガスの流量である必要ＥＧＲガス流量を推定し、前記ＥＧＲガス供給部によって供給される前記ＥＧＲガスの量が前記必要ＥＧＲガス流量に満たない場合には、前記バイパス流路に吸気を導入して前記吸気出口部に供給する、
ことを特徴とするインタークーラ。
前記冷却部の冷却効率を制御する吸気冷却制御部を更に備え、
前記吸気冷却制御部は、前記バイパス流路に前記吸気が流れている場合は、前記バイパス流路に前記吸気が流れていない場合よりも前記冷却部の冷却効率を上げる、
ことを特徴とする請求項１記載のインタークーラ。
前記吸気出口部は、上下方向において互いに対向する上壁と下壁とを有し、
前記バイパス流路を流れた前記吸気は、前記上壁に設けられた開口から前記吸気出口部の内部で上部から下方に向けて供給される、
ことを特徴とする請求項１または２記載のインタークーラ。
前記吸気出口部は、上下方向において互いに対向する上壁と下壁とを有し、
前記ＥＧＲガス供給部は、前記上壁に設けられた開口から前記吸気出口部の内部で上部から下方に向けて前記ＥＧＲガスを供給し、
前記バイパス流路は前記ＥＧＲガス供給部に連通され、前記バイパス流路を流れた前記吸気は前記開口から前記吸気出口部の内部で上部から下方に向けて供給される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のインタークーラ。