JP2016217249A - 過給エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアバイパスバルブが開いてＥＧＲガスを含む吸気が吸気通路を逆流したとき、逆流した吸気に含まれる水分がＥＧＲ通路の接続部よりも上流で凝縮することを抑える。
【解決手段】ＥＧＲガスに含まれる水分が吸気通路１０内で凝縮することを、吸気通路１０の内壁面温度を高くすることによって抑制する凝縮抑制手段を備える。凝縮抑制手段は、吸気通路１０の外側から管壁に熱を供給することにより、コンプレッサ５２からＥＧＲ通路６２の接続部１０６までの第１の区間の内壁面温度と、接続部１０６から接続部１０６よりも上流に設定された境界位置までの第２の区間の内壁面温度とを、境界位置よりも上流の第３の区間の内壁面温度よりも高くするように構成される。境界位置は、エアバイパスバルブ５６が開いたときにＥＧＲガスを含む吸気が吸気通路１０を逆流して到達する最大到達点よりも上流に設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、過給エンジンの吸気装置に関する。

過給エンジンには、コンプレッサを迂回するエアバイパス通路と、エアバイパス通路を開放／遮断するエアバイパスバルブとが設けられている。減速時、スロットルバルブが閉じられることで、スロットルバルブの上流の圧力である過給圧が上昇する。このとき、エアバイパスバルブを開くことによって、コンプレッサの上流から下流へ空気を戻して過給圧を低下させ、コンプレッサにサージが発生することを防ぐことができる。

低圧ＥＧＲ装置を備える過給エンジンでは、排気通路のタービンよりも下流の部位と、吸気通路のタービンよりも上流の部位とがＥＧＲ通路で接続される。例えば下記の特許文献１の図１に示されているように、一般に、ＥＧＲ通路が吸気通路に接続する接続部は、エアバイパス通路（特許文献１ではリサーキュレーション通路と表記されている）が吸気通路に接続する接続部よりも上流に位置している。

エアバイパスバルブが開いたときには、ＥＧＲガスを含む吸気がエアバイパス通路から吸気通路に流入し、吸気通路をその上流側に逆流する。特許文献１には、吸気通路を逆流した吸気に含まれるＥＧＲガス成分によってエアフローメータが汚損することを防ぐため、吸気通路のＥＧＲ通路の接続部よりも上流に、逆流した吸気を流入させる容積部を設けることが記載されている。

特開２０１３−００７２６８号公報 特開２００９−１７４４４４号公報 国際公開２０１１／１１１１７１号 特開２００２−０４７９５９号公報 特開２００４−０１９５８９号公報

ところで、ＥＧＲガスには燃料の燃焼によって生じた水分（水蒸気）が多く含まれている。ＥＧＲガスに含まれる水分は、ＥＧＲバルブを介して吸気通路に導入されたとき、相対的に低温の新気と混合することにより、また、相対的に低温の吸気通路の内壁面に触れることにより、凝縮して凝縮水となる場合がある。ＥＧＲガスに含まれる水分の凝縮は、ＥＧＲガスが定常的に流れているＥＧＲ通路の接続部よりも下流において起こりやすい。ただし、過給エンジンの減速に伴ってエアバイパスバルブが開いたときは、ＥＧＲガスを含む吸気が吸気通路をその上流側に逆流する。このため、定常状態ではＥＧＲガスが流れていないＥＧＲ通路の接続部よりも上流の側でも凝縮水の発生が起こりうる。発生した凝縮水が吸気とともにコンプレッサに流入すると、コンプレッサのインペラの破損やエロージョンを招くおそれがある。

しかしながら、上記の特許文献１は、ＥＧＲガスを含む吸気の吸気通路の上流の側への逆流について開示しているものの、逆流した吸気に含まれる水分がＥＧＲ通路の接続部よりも上流で凝縮することについては開示していない。また、上記の特許文献１は、ＥＧＲガスに含まれる水分の吸気通路内での凝縮に対する対策については何ら開示していない。

ＥＧＲガスに含まれる水分の吸気通路内での凝縮を抑制する技術は、例えば、上記の特許文献２に記載されている。特許文献２は、ＥＧＲ通路の接続部よりも上流に吸気ヒータを配置し、吸気ヒータで新気を加熱することによって、ＥＧＲガスが新気と合流したときの凝縮水の発生を抑えることを開示している。しかし、特許文献２は、エアバイパス通路及びエアバイパスバルブは開示していない。ゆえに、特許文献２では、ＥＧＲガスを含む吸気がエアバイパス通路から吸気通路に流入し、ＥＧＲガスを含む吸気が吸気通路を逆流する場合の問題については検討されていない。

仮に、特許文献２に記載の過給エンジンがエアバイパス通路及びエアバイパスバルブを備えているとすると、エアバイパスバルブが開いたとき、エアバイパス通路から逆流してきた吸気やＥＧＲ通路から導入されるＥＧＲガスに含まれる水分が吸気通路内で凝縮し、発生した凝縮水がコンプレッサに流入してしまう。なぜなら、吸気ヒータによっていくら新気を加熱できるようにしたとしても、吸気通路をコンプレッサの側から吸気が逆流している状況では、吸気ヒータが与える熱を吸気通路の下流に伝えることができないからである。つまり、新気を加熱してＥＧＲガスを含む吸気を昇温させる方法は、新気が下流に流れている場合にのみ有効であり、吸気通路内を吸気が逆流しているときには効果が得られない。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲガスに含まれる水分が吸気通路内で凝縮すること、特に、エアバイパスバルブが開いてＥＧＲガスを含む吸気が吸気通路を逆流したときに、逆流した吸気に含まれる水分がＥＧＲ通路の接続部よりも上流で凝縮することを抑えることのできる、過給エンジンの吸気装置を提供することを目的とする。

本発明に係る過給エンジンの吸気装置は、吸気通路と、吸気通路に配置されたコンプレッサと、コンプレッサを迂回するエアバイパス通路と、ＥＧＲガスを吸気通路に導入するＥＧＲ通路とを備える。エアバイパス通路にはエアバイパスバルブが配置される。エアバイパスバルブは、例えば減速時、より好ましくは、コンプレッサを通過する吸気の流量とコンプレッサの圧力比との関係からサージの発生が予測されたときに開かれる。ＥＧＲ通路はいわゆる低圧ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路であり、ＥＧＲ通路が吸気通路に接続する接続部は、エアバイパス通路が吸気通路に接続する接続部よりも吸気通路の上流に位置している。

本発明に係る過給エンジンの吸気装置は、ＥＧＲガスに含まれる水分が吸気通路内で凝縮することを抑制する凝縮抑制手段を備える。凝縮抑制手段は、吸気通路の内壁面温度を高くすることによって水分の凝縮を抑制するように構成される。ここで、コンプレッサからＥＧＲ通路の接続部までの区間を吸気通路の第１の区間（ＥＧＲ通路の接続部は第１区間に含まれる）、ＥＧＲ通路の接続部からＥＧＲ通路の接続部よりも上流に設定された境界位置までの区間を吸気通路の第２の区間、そして、境界位置よりも上流の区間を吸気通路の第３の区間と定義する。このような定義によれば、凝縮抑制手段は、より詳しくは、吸気通路の外側から吸気通路の管壁に熱を供給することにより、第１の区間の内壁面温度と第２の区間の内壁面温度とを、第３の区間の内壁面温度よりも高くするように構成される。

第１の区間は、過給エンジンの定常状態において、ＥＧＲ通路から吸気通路に導入されたＥＧＲガスが定常的に流れる区間である。第２の区間は、定常的にはＥＧＲガスが流れていないが、エアバイパスバルブが開いたときに、ＥＧＲガスを含む吸気が第１の区間を越えて逆流してくる可能性が高い区間である。本発明によれば、これらの区間の内壁面温度を、吸気通路の外側から管壁に供給される熱によって高くしているので、逆流する吸気（ＥＧＲガスを含む吸気）に含まれる水分が内壁面で結露することが抑えられる。吸気通路の外側からの管壁への熱供給によれば、吸気ヒータで新気を加熱して吸気通路の内側から内壁面を温める方法に比較して、吸気が逆流する状況でも確実に内壁面温度を高く保持することができる。

ＥＧＲガスを含む吸気が第２の区間を越えて第３の区間に到達するかどうかは、第２の区間と第３の区間との境界位置の設定に依存する。本発明では、エアバイパスバルブが開いたときにＥＧＲガスを含む吸気が吸気通路を逆流して到達する最大到達点よりも上流に、第２の区間と第３の区間との境界位置が設定されている。ゆえに、ＥＧＲガスを含む吸気が第３の区間まで逆流してくることは基本的にはないので、第３の区間の内壁面温度は、第１の区間や第２の区間の内壁面温度に比較して相対的に低くてもよい。そうすることで、吸気通路の外側から管壁に与える熱量を抑えることができる。なお、エアバイパスバルブが開いたときにＥＧＲガスを含む吸気が吸気通路を逆流して到達する最大到達点は、過給エンジンの仕様から予め計算により予測することもできるし、実験的に確認することもできる。好ましくは、最大到達点に第２の区間と第３の区間との境界位置を設定する。これによれば、吸気通路の外側から管壁に与える熱量を無駄にすることなく、吸気が逆流する区間の内壁面温度を高く保持することができる。

凝縮抑制手段のより詳細な構成として、少なくとも第１の区間を含む区間を内壁面温度がほぼ一様に高い高温区間とし、高温区間の上流端から境界位置までの内壁面温度を上流側に向けて徐々に低下させるようにしてもよい。過給エンジンの定常状態では、ＥＧＲガスは第１の区間を流れ、第１の区間より上流には流れていない。このときのＥＧＲガスを含む吸気の露点温度はＥＧＲ率によって決まり、設計上の最大ＥＧＲ率のときに露点温度は最も高くなる。一方、減速時にエアバイパスバルブが開くような高負荷運転時のＥＧＲ率は、一般的には最大ＥＧＲ率よりも低くされているので、エアバイパス通路から逆流してくる吸気の露点温度は、一般的には最大ＥＧＲ率のときの露点温度よりも低くなっている。また、逆流した吸気が吸気通路の上流に進むほど、新気による希釈が進んで吸気の露点温度は次第に低下する。よって、内壁面での結露を防ぐためには、少なくとも第１の区間は最大ＥＧＲ率に対応して内壁面温度は高くしておく必要があるが、その上流では第１の区間から上流側に遠くなるにつれて内壁面温度を次第に低くしてもよい。内壁面温度を低くすることができれば、その分、吸気通路の外側から管壁に与える熱量を抑えることができる。ゆえに、上記の構成によれば、逆流した吸気に含まれる水分がＥＧＲ通路の接続部よりも上流の内壁面で結露することを、より少ない熱量の供給で抑えることができる。

凝縮抑制手段のより詳細な構成の別の例として、第１の区間から第２の区間までの全区間を内壁面温度がほぼ一様に高い高温区間としてもよい。エアバイパスバルブが開くときのＥＧＲ率が設計上の最大ＥＧＲ率であることもありうるからである。第１の区間から第２の区間までの全区間の内壁面温度を、最大ＥＧＲ率に対応してほぼ一様に高くしておくことで、ＥＧＲ通路の接続部よりも上流の内壁面での結露をより確実に抑えることができる。

凝縮抑制手段は、金属で形成された第１の区間と第２の区間の管壁と、金属よりも熱伝導率の低い材料で形成された第３の区間の管壁と、高温区間の管壁を加熱する加熱装置と、を備えて構成されてもよい。第１の区間と第２の区間の管壁を熱伝導率の高い金属で形成し、第３の区間の管壁を金属よりも熱伝導率の低い材料で形成することによって、加熱装置により加えた熱を、第１の区間と第２の区間の内壁面温度の上昇に効率よく使うことができる。高温区間は、第１の区間と第２の区間のうちの少なくとも第１の区間を含む一部の区間でもよいし、第１の区間から第２の区間までの全区間でもよい。

凝縮抑制手段は、第１の区間と第２の区間の管壁を外側から保温する断熱材をさらに備えて構成されてもよい。断熱材によって吸気通路の外側への放熱を抑えることで、第１の区間と第２の区間の内壁面をより効率よく温めることができる。

加熱装置は、過給エンジンで温められたエンジン冷却水によって高温区間の管壁を加熱するように構成されてもよい。これによれば、エンジンの廃熱を有効に活用することができる。なお、この場合、少なくとも高温区間の管壁を二重管で構成し、二重管の内部にエンジン冷却水を通してもよい。

また、加熱装置は、電気ヒータによって高温区間の管壁を加熱するように構成されてもよい。これによれば、内壁面温度を適切な温度に調整することが容易である。

以上述べたように、本発明によれば、エアバイパスバルブが開いてＥＧＲガスを含む吸気が吸気通路を逆流したときに、逆流した吸気に含まれる水分がＥＧＲ通路の接続部よりも上流で凝縮することを抑えることができる。

本発明の各実施の形態の過給エンジンの構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１の吸気装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１による吸気通路の流れの方向における吸気通路の内壁面の温度分布を示す図である。 定常運転時の吸気通路内のガスの流れを模式的に示す図である。 エアバイパスバルブの開弁時の吸気通路内のガスの流れを模式的に示す図である。 本発明の実施の形態２の吸気装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態２による吸気通路の流れの方向における吸気通路の内壁面の温度分布を示す図である。 本発明の実施の形態３の吸気装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態３による吸気通路の流れの方向における吸気通路の内壁面の温度分布を示す図である。 本発明の実施の形態４の吸気装置の構成を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

［過給エンジンの構成］
まず、本発明の各実施の形態に共通する過給エンジンの構成について図１を用いて説明する。実施の形態に係る過給エンジン２は、火花点火式の４ストロークレシプロエンジンとして構成されたエンジン本体４を備える。

エンジン本体４には、各気筒の吸気ポートにつながる吸気マニホールド１２が接続されている。吸気マニホールド１２は、水冷式のインタークーラ１６と一体化されたサージタンク１４に接続されている。インタークーラ１６には、吸気通路１０が接続されている。

吸気通路１０の入口にはエアクリーナ２０が取り付けられている。吸気通路１０のエアクリーナ２０よりも下流には、吸気通路１０に吸入された新気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２２が取り付けられている。吸気通路１０のエアフローメータ２２よりも下流には、吸気量を調整するためのスロットルバルブ２４が配置されている。

吸気通路１０のエアフローメータ２２とスロットルバルブ２４との間には、ターボ過給機５０のコンプレッサ５２が配置されている。吸気通路１０には、コンプレッサ５２を迂回するエアバイパス通路５４が設けられている。エアバイパス通路５４には、エアバイパス通路５４の遮断／連通を制御するエアバイパスバルブ５６が配置されている。

エアバイパスバルブ５６は制御装置２００によって制御されている。制御装置２００は、コンプレッサ５２の上流圧に対する過給圧（下流圧）の圧力比と、コンプレッサ５２の流量とに基づいてコンプレッサ５２のサージを予測する。サージの発生が予測されたとき、制御装置は、エアバイパスバルブ５６を開き、コンプレッサ５２の下流から上流へエアバイパス通路５４を経由して吸気を戻すことにより過給圧を低下させる。

エンジン本体４には、各気筒の排気ポートにつながる排気マニホールド３２が接続されている。排気マニホールド３２には、ターボ過給機５０のタービン５８が配置されている。タービン５８の出口には三元触媒４０が配置され、三元触媒４０に排気通路３０が接続されている。排気通路３０には消音器４２が配置されている。

過給エンジン２は、排気通路３０から吸気通路１０へ排気の一部を再循環させる低圧ＥＧＲ装置６０を備える。低圧ＥＧＲ装置６０は、三元触媒４０よりも下流で排気通路３０から分岐し、コンプレッサ５２よりも上流で吸気通路１０に接続するＥＧＲ通路６２を備える。ＥＧＲ通路６２には、ＥＧＲガスの流れの上流側にＥＧＲクーラ６４が配置され、下流側にＥＧＲバルブ６６が配置されている。ＥＧＲ通路６２が吸気通路１０に接続する接続部は、エアバイパス通路５４が吸気通路１０に接続する接続部よりも吸気通路１０の上流に位置している。

ＥＧＲバルブ６６は制御装置２００によって制御されている。制御装置２００は、エンジン回転速度及びエンジン負荷にＥＧＲ率を関連付けたマップを参照して目標ＥＧＲ率を決定し、目標ＥＧＲ率にしたがってＥＧＲバルブ６６の開度を制御する。なお、図１に示すガス通路のうち、実線で示す通路は、過給エンジン２の定常状態においてＥＧＲガスが流れている通路である。

［実施の形態１の吸気装置］
本発明の実施の形態１の吸気装置は、上記構成の過給エンジン２に適用される。吸気装置は、エンジン本体４に吸気を供給する装置である。図１に示す構成においては、少なくとも吸気通路１０、コンプレッサ５２、エアバイパス通路５４、及びＥＧＲ通路６２は、吸気装置の構成要素に含まれる。

図２は、本発明の実施の形態１の吸気装置６Ａの構成を模式的に示す図である。図２に示すように、吸気通路１０のコンプレッサ５２よりも上流の区間は、３つの区間に分けられる。

第１の区間は、コンプレッサ５２の入口からＥＧＲ通路６２の接続部までの区間である。ＥＧＲ通路６２の接続部には、ＥＧＲ通路６２の出口１０６が形成されている。ＥＧＲ通路６２の出口１０６は、新気とＥＧＲガスが合流する合流点である。ＥＧＲ通路６２の出口１０６は第１の区間に含まれる。第１の区間において、ＥＧＲ通路６２の出口１０６よりも下流には、エアバイパス通路５４（図１参照）の出口１０４が形成されている。

第２の区間は、ＥＧＲ通路６２の接続部から逆流最大到達点までの区間である。逆流最大到達点とは、エアバイパスバルブ５６（図１参照）が開いたときに、ＥＧＲガスを含む吸気が吸気通路１０を上流側に逆流して到達する最も上流の地点である。逆流最大到達点は、エアバイパスバルブ５６が開く条件と、過給エンジン２のハードウェア仕様から予め計算により予測することができる。例えば、前出の特許文献１には、エアバイパスバルブ５６が開くことでエアバイパス通路出口１０４から吸気通路１０内に流入するガスの体積を計算する方法が記載されている。また、過給エンジン２の実機を用いて、逆流最大到達点を実験的に確認することもできる。

第３の区間は、境界位置である逆流最大到達点よりも上流の区間である。エアフローメータ２２（図１参照）は第３の区間に含まれる。

吸気装置６Ａは、吸気通路１０の構成に特徴を有している。吸気通路１０の第１の区間は、熱伝導率の高い金属製の二重管１００で構成されている。二重管１００の中は、エンジン冷却水が流れる冷却水流路１０２となっている。

吸気通路１０の第２の区間は、熱伝導率の高い金属製の管（一重管）１１０で構成されている。吸気通路１０の第１の区間及び第２の区間の外周には、内部を保温するための断熱材１２０が巻かれている。

吸気通路１０の第３の区間は、金属よりも熱伝導率の低い、つまり、断熱性の高いゴム製或いは樹脂製の管（一重管）１３０で構成されている。

吸気通路１０に接続されるＥＧＲ通路６２は、少なくともＥＧＲバルブ６６から接続部までの区間は、金属製の二重管１４０で構成されている。二重管１４０の中は、エンジン冷却水が流れる冷却水流路１４２となっている。断熱材１２０はＥＧＲ通路６２の外周にも巻かれている。

吸気通路１０の第１の区間の冷却水流路１０２とＥＧＲ通路６２の冷却水流路１４２は、冷却水導入管８２及び冷却水排出管８４を介してエンジン本体４に接続されている。これらの管８２，８４は、エンジン本体４を冷却するエンジン冷却システム８０の一部である。冷却水導入管８２に設けられたバルブ８６を開くことで、エンジン本体４を通過した高温のエンジン冷却水が冷却水流路１０２，１４２に流れるようになる。吸気装置６Ａでは、冷却水流路１０２は吸気通路１０の管壁を加熱する加熱装置として機能する。高温のエンジン冷却水により管壁の外側から加熱されることで、吸気通路１０の第１の区間の内壁面温度とＥＧＲ通路６２の内壁面温度は高く保持される。

図３は、吸気装置６Ａの構成により実現される、吸気通路１０の流れの方向における吸気通路１０の内壁面の温度分布を示す図である。エンジン冷却水により二重管１００の管壁を加熱されることにより、コンプレッサ入口から新気とＥＧＲガスの合流点までの区間（第１の区間）の内壁面温度は、ほぼ一様に高い温度に保持される。この内壁面温度がほぼ一様に高くなっている区間を高温区間と呼ぶ。新気とＥＧＲガスの合流点から逆流最大到達点までの区間（第２の区間）は、二重管１００から管１１０への熱伝導によって温められるため、その区間の内壁面温度は、上流側に向けて徐々に低下する。逆流最大到達点よりも上流の区間（第３の区間）は、断熱性の高い材料で管壁が形成されているため、管１１０からの伝熱がほとんどない。このため、逆流最大到達点を境界にして、その上流側では内壁面温度は大きく低下する。

高温区間である第１の区間の内壁面温度は、設計上の最大ＥＧＲ率のときの露点温度Ｔ１よりも高い温度に設定されている。過給エンジン２の定常状態では、ＥＧＲガスは第１の区間を流れている。このときのＥＧＲガスを含む吸気の露点温度はＥＧＲ率によって決まり、設計上の最大ＥＧＲ率のときに露点温度は最も高くなる。よって、内壁面温度を最大ＥＧＲ率のときの露点温度Ｔ１よりも高くしておけば、第１の区間の内壁面での結露を防ぐことができる。最大ＥＧＲ率のときの吸気の露点温度Ｔ１は、最大ＥＧＲ率のときの運転条件より計算で求めることができる。例えば最大ＥＧＲ率が２５％であるとすると、条件にもよるが露点温度は３７℃程度である。内壁面温度は、冷却水流路１０２に供給するエンジン冷却水の水温調整によって制御することができる。

第２の区間の内壁面温度は、逆流最大到達点で最も低くなる。第２の区間の管１１０の厚さや断熱材１２０の厚さは、逆流最大到達点における内壁面温度が、逆流時露点温度Ｔ２よりも高い温度になるように設計されている。逆流時露点温度Ｔ２は、エアバイパスバルブ５６が開くときのＥＧＲ率（例えば１５％程度）から決まる露点温度である。エアバイパスバルブ５６が開く高負荷運転時のＥＧＲ率は、最大ＥＧＲ率よりも低くされているので、逆流時露点温度Ｔ２は最大ＥＧＲ率のときの露点温度Ｔ１よりは低い。なお、逆流した吸気が吸気通路１０の上流に進むほど、新気による希釈が進んで吸気の露点温度は次第に低下するので、逆流最大到達点での実際の露点温度は、ＥＧＲ率から計算される逆流時露点温度Ｔ２よりも低くなっていると考えられる。

以上説明した吸気装置６Ａの構成は、ＥＧＲガスに含まれる水分が吸気通路１０内で凝縮することを、吸気通路１０の内壁面温度を高くすることによって抑制する凝縮抑制手段として機能する。

図４は、定常運転時の吸気通路１０内のガスの流れを模式的に示す図である。定常状態ではＥＧＲガスを含む吸気は第１の区間を下流に流れていく。第１の区間を流れる吸気のＥＧＲ率は過給エンジン２の運転状態によって変化するが、第１の区間は最大ＥＧＲ率を想定してほぼ一様に内壁面温度を高くされているので、ＥＧＲ率に変動があった場合でも内壁面の結露は抑えられる。

図５は、エアバイパスバルブ５６の開弁時の吸気通路１０内のガスの流れを模式的に示す図である。エアバイパスバルブ５６が開くと、エアバイパス通路出口１０４から吸気通路１０内に流入した吸気（ＥＧＲガスを含む吸気）は、第１の区間に溜まっている吸気（ＥＧＲガスを含む吸気）を吸気通路１０の上流側に押し上げていく。逆流する吸気は、吸気通路１０内の新気を押し戻しながら吸気通路１０の第２の区間を上昇していき、最も進んだときには逆流最大到達点に到達する。第２の区間の内壁面温度は、上流に行くにしたがって低下しているが、最も温度が低い逆流最大到達点でも逆流時露点温度Ｔ２よりも高い温度になっている。よって、第２の区間を逆流する吸気が内壁面で結露することは抑えられる。

以上述べたように、本実施の形態の吸気装置６Ａによれば、エアバイパスバルブ５６が開いてＥＧＲガスを含む吸気が吸気通路１０を逆流したときに、逆流した吸気に含まれる水分がＥＧＲ通路６２の接続部よりも上流で凝縮することを抑えることができる。

［実施の形態２の吸気装置］
図６は、本発明の実施の形態２の吸気装置６Ｂの構成を模式的に示す図である。図６において、図２に示す実施の形態１の吸気装置６Ａと共通する要素には同一の符号を付している。

本実施の形態の吸気装置６Ｂでは、第１の区間だけでなく、第１の区間と連続する第２の区間の一部まで二重管１００によって構成されている。二重管１００には、その上流端の近くまでエンジン冷却水が流れる冷却水流路１０２が形成されている。二重管１００の上流端から逆流最大到達点までの区間には金属製の管１１０が用いられている。二重管１００と管１１０の外周には、内部を保温するための断熱材１２０が巻かれている。

図７は、吸気装置６Ｂの構成により実現される、吸気通路１０の流れの方向における吸気通路１０の内壁面の温度分布を示す図である。内部をエンジン冷却水が流れる二重管１００がＥＧＲ通路６２の出口１０６よりも上流まで延ばされることで、第１の区間に加えて第２の区間の途中までが高温区間となっている。第２の区間の残りの部分は、二重管１００から管１１０への熱伝導によって温められるため、その区間の内壁面温度は、上流側に向けて徐々に低下する。しかし、管１１０は短いために温度の低下も小さく、逆流最大到達点における内壁面温度は逆流時露点温度Ｔ２よりも十分に高い温度になる。

［実施の形態３の吸気装置］
図８は、本発明の実施の形態３の吸気装置６Ｃの構成を模式的に示す図である。図８において、図２に示す実施の形態１の吸気装置６Ａと共通する要素には同一の符号を付している。

本実施の形態の吸気装置６Ｃでは、吸気通路１０の第１の区間から第２の区間までの全区間が二重管１００によって構成されている。二重管１００には、その上流端の近くまでエンジン冷却水が流れる冷却水流路１０２が形成されている。二重管１００の外周には、内部を保温するための断熱材１２０が巻かれている。

図９は、吸気装置６Ｃの構成により実現される、吸気通路１０の流れの方向における吸気通路１０の内壁面の温度分布を示す図である。第１の区間から第２の区間までの全区間をエンジン冷却水が流れる二重管１００とすることで、第１の区間から第２の区間までの全区間が高温区間となっている。このように、第１の区間から第２の区間までの全区間の内壁面温度を、最大ＥＧＲ率のときの露点温度Ｔ１よりもほぼ一様に高くしておくことで、ＥＧＲ通路６２の接続部よりも上流の内壁面での結露をより確実に抑えることができる。

［実施の形態４の吸気装置］
図１０は、本発明の実施の形態４の吸気装置６Ｄの構成を模式的に示す図である。図１０において、図２に示す実施の形態１の吸気装置６Ａと共通する要素には同一の符号を付している。

本実施の形態の吸気装置６Ｄでは、吸気通路１０の第１の区間から第２の区間までの全区間が金属製の一重管１５０によって構成されている。一重管１５０の第１の区間にあたる部分の外周には、加熱装置としての電気ヒータ１５２が巻かれている。吸気通路１０の第１の区間及び第２の区間の外周には、内部を保温するための断熱材１７０が巻かれている。吸気通路１０の第３の区間は、断熱性の高いゴム製或いは樹脂製の管１３０で構成されている。

吸気通路１０に接続されるＥＧＲ通路６２は、少なくともＥＧＲバルブ６６から接続部までの区間は、金属製の一重管１６０で構成されている。一重管１６０の第１の区間にあたる部分の外周には、電気ヒータ１６２が巻かれている。断熱材１７０はＥＧＲ通路６２の外周にも巻かれている。

吸気通路１０の電気ヒータ１５２とＥＧＲ通路６２の電気ヒータ１６２は、電力供給装置９０に接続されている。電力供給装置９０から電気ヒータ１５２，１６２に電力を供給し、電気ヒータ１５２，１６２により管壁を加熱することで、吸気通路１０の第１の区間の内壁面温度とＥＧＲ通路６２の内壁面温度は高く保持される。

なお、エンジン冷却水に変えて電気ヒータを用いることは、実施の形態２及び実施の形態３の各吸気装置にも応用することができる。

２ 過給エンジン
４ エンジン本体
１０ 吸気通路
２２ エアフローメータ
５２ コンプレッサ
５４ エアバイパス通路
５６ エアバイパスバルブ
６２ ＥＧＲ通路
６６ ＥＧＲバルブ
１００ 金属製の二重管
１０２ 冷却水流路
１０４ エアバイパス通路出口
１０６ ＥＧＲ通路出口
１１０ 金属製の管
１２０ 断熱材
１３０ 樹脂製或いはゴム製の管
１５０ 金属製の管
１５２ 電気ヒータ

Claims (7)

1. 吸気通路と、
   前記吸気通路に配置されたコンプレッサと、
   エアバイパスバルブが配置された、前記コンプレッサを迂回するエアバイパス通路と、
   ＥＧＲガスを前記吸気通路に導入するＥＧＲ通路と、を備え、
   前記ＥＧＲ通路が前記吸気通路に接続する接続部は、前記エアバイパス通路が前記吸気通路に接続する接続部よりも前記吸気通路の上流に位置している、過給エンジンの吸気装置において、
   ＥＧＲガスに含まれる水分が前記吸気通路内で凝縮することを、前記吸気通路の内壁面温度を高くすることによって抑制する凝縮抑制手段を備え、
   前記凝縮抑制手段は、前記吸気通路の外側から前記吸気通路の管壁に熱を供給することにより、前記コンプレッサから前記ＥＧＲ通路の接続部までの前記吸気通路の第１の区間の内壁面温度と、前記ＥＧＲ通路の接続部から前記ＥＧＲ通路の接続部よりも上流に設定された境界位置までの前記吸気通路の第２の区間の内壁面温度とを、前記境界位置よりも上流の前記吸気通路の第３の区間の内壁面温度よりも高くするように構成され、
   前記境界位置は、前記エアバイパスバルブが開いたときにＥＧＲガスを含む吸気が前記吸気通路を逆流して到達する最大到達点よりも上流に設定されていることを特徴とする過給エンジンの吸気装置。
2. 前記凝縮抑制手段は、少なくとも前記第１の区間を含む区間を内壁面温度がほぼ一様に高い高温区間とし、前記高温区間の上流端から前記境界位置までの内壁面温度を上流側に向けて徐々に低下させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の過給エンジンの吸気装置。
3. 前記凝縮抑制手段は、前記第１の区間から前記第２の区間までの全区間を内壁面温度がほぼ一様に高い高温区間とするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の過給エンジンの吸気装置。
4. 前記凝縮抑制手段は、
   金属で形成された前記第１の区間と前記第２の区間の管壁と、
   金属よりも熱伝導率の低い材料で形成された前記第３の区間の管壁と、
   前記高温区間の管壁を加熱する加熱装置と、を備えて構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の過給エンジンの吸気装置。
5. 前記凝縮抑制手段は、前記第１の区間と前記第２の区間の管壁を外側から保温する断熱材をさらに備えて構成されていることを特徴とする請求項４に記載の過給エンジンの吸気装置。
6. 前記加熱装置は、前記過給エンジンで温められたエンジン冷却水によって前記高温区間の管壁を加熱するように構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の過給エンジンの吸気装置。
7. 前記加熱装置は、電気ヒータによって前記高温区間の管壁を加熱するように構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の過給エンジンの吸気装置。

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