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JP6070587B2 - 内燃機関 - Google Patents

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Description

この発明は、内燃機関に係り、特に、吸入空気を過給する過給機付きの内燃機関に関する。
従来、例えば特許文献１には、内燃機関のＥＧＲ装置が開示されている。この従来のＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路に凝縮水捕集部を備えている。より具体的には、凝縮水捕集部は、ＥＧＲクーラーよりもＥＧＲガス流れの下流側のＥＧＲ通路の内壁に設けられた凹凸部によりＥＧＲガスから生じた凝縮水を捕集するものである。凝縮水捕集部により捕集した凝縮水は、ＥＧＲ通路に接続された貯留部に収容して貯留することとされている。
特開２０１３−０２９０８１号公報
特許文献１に記載の凝縮水の貯留部には、凝縮水の排出用の通路とバルブの存在が図示されているが、凝縮水の処理方法は明記されていない。また、吸入空気を過給するコンプレッサよりも上流側の吸気通路にＥＧＲガスを導入する構成を備えている内燃機関では、ＥＧＲガスが新気に合流した後においても凝縮水が発生し得る。特に、吸気通路の壁面に結露した凝縮水が粒径の大きな液滴としてコンプレッサインペラの外周部（周速が最も高い部分）に当たると、エロージョンが発生することが懸念される。この課題は、燃費向上のために大量のＥＧＲガスの導入を行う内燃機関においては凝縮水がより発生し易くなるので顕著である。したがって、コンプレッサよりも上流側の吸気通路にＥＧＲガスを導入する構成を備えている内燃機関では、液滴のままで凝縮水がコンプレッサに流入することを抑制可能となっていることが望ましい。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、吸入空気を過給するコンプレッサよりも上流側の吸気通路にＥＧＲガスが導入される内燃機関であって、液滴のままで凝縮水がコンプレッサに流入することを抑制できるようにした内燃機関を提供することを目的とする。
第１の発明は、内燃機関であって、
吸入空気を過給するコンプレッサと、
前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路にＥＧＲガスを導入するＥＧＲ装置と、
前記コンプレッサの入口の外周に備えられ、当該コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路内で生じた凝縮水を捕集する捕集ポケットと、
を備え、
前記捕集ポケットは、前記コンプレッサの上流側に向かって開口し、前記コンプレッサの入口の外周を囲む環状に形成されており、
前記捕集ポケットは、当該捕集ポケットの内部空間内で重力下方向に移動しようとする凝縮水の流れを堰き止める隔壁を少なくとも１つ備えていることを特徴とする。
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記捕集ポケットに対して吸気の流れの直上に位置する前記吸気通路の内壁が、前記コンプレッサの入口の径方向において前記捕集ポケットの一部を覆っていることを特徴とする。
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記隔壁によって区画された前記捕集ポケットのセルの壁面のうちで重力下方向側となる周壁面は、前記捕集ポケットの入口側の部位と比べて奥側の部位の方が重力方向の下方に位置していることを特徴とする。
また、第４の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、
前記コンプレッサを構成するハウジングを冷却する冷却水が流れる冷却水通路と、
前記冷却水通路内の冷却水流量を調整する流量調整装置と、
をさらに備えることを特徴とする。
また、第５の発明は、第４の発明において、
前記流量調整装置は、前記吸気通路における前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの導入部よりも下流側の下流側吸気通路にて凝縮水が発生する状況であり、かつ、前記捕集ポケットの壁面温度が所定値以下である場合に、前記冷却水通路内の冷却水流量を制限するように制御されることを特徴とする。
また、第６の発明は、第５の発明において、
前記捕集ポケットの壁面温度に関する前記所定値は、前記下流側吸気通路にて発生する凝縮水の沸点であることを特徴とする。
また、第７の発明は、第１〜第６の発明の何れか１つにおいて、
前記隔壁は、前記コンプレッサの入口の中心から当該入口の径方向に放射状に延びるように前記捕集ポケット内に形成されていることを特徴とする。
また、第８の発明は、第１〜第６の発明の何れか１つにおいて、
前記隔壁は、重力方向に延びるように前記捕集ポケット内に形成されていることを特徴とする。
第１の発明によれば、コンプレッサの入口の外周に備えられた捕集ポケットによって、コンプレッサよりも上流側の吸気通路で発生して吸気通路の壁面を伝って下流側に流れる凝縮水を捕集することができる。また、捕集ポケットに備えられた隔壁によって、捕集ポケット内の水を分散することができる。コンプレッサを構成するハウジングは、コンプレッサにより圧縮されたガスからの熱を受け、それに伴い、隔壁を含む捕集ポケットは、ハウジングからの熱を受ける。この熱を利用することで、特別な熱源を必要とすることなく、捕集ポケットを加熱して捕集ポケット内の凝縮水を蒸発させることができる。このため、本発明によれば、液滴のままで凝縮水がコンプレッサに流入することを抑制できるようになる。また、捕集ポケット内で蒸発した凝縮水は、吸気とともにコンプレッサに吸入されることで処理される。このため、捕集ポケット内に貯留された凝縮水の特別な排水対策を必要としない。
第２の発明によれば、捕集ポケットにおける重力方向の下方側の部位において、捕集ポケット内に貯留された凝縮水がコンプレッサの上流側に流出するのを防止することができる。
第３の発明によれば、捕集ポケット内に貯留された凝縮水がコンプレッサの上流側に流出するのを防止することができる。
第４の発明によれば、コンプレッサを構成するハウジングを冷却するための冷却水通路を備えていることで、ハウジングの温度が高くなり過ぎないように冷却することにより、コンプレッサの内部のガス通路にデポジットが堆積するのを防止できるようになる。その一方で、捕集ポケット内の凝縮水の蒸発促進という観点では、ハウジングの温度は高い方が好ましい。本発明によれば、上記冷却水通路とともに、当該冷却水通路内の冷却水流量を調整する流量調整装置を備えていることで、デポジットの堆積防止と捕集ポケット内の凝縮水の蒸発促進とを両立させられる構成を得ることができる。
第５の発明によれば、上記ハウジングの温度が冷却水温度よりも高い前提状況下において、冷却水流量の制限によって捕集ポケットの温度低下を抑制することができる。これにより、冷却水の流通によってハウジングの冷却機能を確保しつつ、凝縮水が発生する状況下ではハウジングからの受熱を利用した捕集ポケットの加熱機能の低下を抑制することができる。
第６の発明によれば、冷却水流量の制限によって捕集ポケットの加熱機能の低下を抑制すべき状況を好適に判定することができる。
第７および第８の発明によれば、隔壁を利用して捕集ポケット内で凝縮水を好適に分散して貯留することができる。
本発明の実施の形態１の内燃機関のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１におけるコンプレッサの入口周りの特徴的な構成を表した断面図である。 捕集ポケットをコンプレッサ入口の上流側から見た図である。 本発明の対象となる捕集ポケットの他の構成例を表した図である。 本発明の実施の形態２におけるコンプレッサの入口周りの特徴的な構成を説明するための図である。 ＥＧＲガスの導入を行う運転領域での凝縮水発生域と冷却水制限域を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。
本実施形態のシステムは、内燃機関（一例として火花点火式ガソリンエンジン）１０を備えている。内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。
吸気通路１２の入口近傍には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８が設けられている。エアクリーナ１６の下流には、ターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａが設置されている。コンプレッサ２０ａは、遠心式のコンプレッサであり、排気通路１４に配置されたタービン２０ｂと連結軸２０ｃ（図２参照）を介して一体的に連結されている。コンプレッサ２０ａの入口周りの構成は、本実施形態の特徴部分であるため、図２および図３を参照して後に詳述する。
コンプレッサ２０ａの下流には、コンプレッサ２０ａにより圧縮された空気を冷却するためのインタークーラー２２が設けられている。また、インタークーラー２２の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。
タービン２０ｂよりも下流側の排気通路１４には、排気浄化触媒（ここでは、三元触媒）２６が配置されている。さらに、図１に示す内燃機関１０は、低圧ループ（ＬＰＬ）式のＥＧＲ装置２８を備えている。ＥＧＲ装置２８は、排気浄化触媒２６よりも下流側の排気通路１４と、コンプレッサ２０ａよりも上流側の吸気通路１２とを接続するＥＧＲ通路３０を備えている。このＥＧＲ通路３０の途中には、吸気通路１２に導入される際のＥＧＲガスの流れの上流側から順に、ＥＧＲクーラー３２およびＥＧＲバルブ３４がそれぞれ設けられている。ＥＧＲクーラー３２は、ＥＧＲ通路３０を流れるＥＧＲガスを冷却するために備えられており、ＥＧＲバルブ３４は、ＥＧＲ通路３０を通って吸気通路１２に還流されるＥＧＲガスの量を調整するために備えられている。
さらに、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、上述したエアフローメータ１８に加え、エンジン回転数を検知するためのクランク角センサ４２等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ４０の入力部には、さらに、エンジン本体を冷却する冷却水の温度を検出するための冷却水温度センサ４４が電気的に接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力部には、上述したスロットルバルブ２４およびＥＧＲバルブ３４に加え、内燃機関１０に燃料を供給するための燃料噴射弁４６、および、筒内の混合気に点火するための点火装置４８等の内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ４０は、上述した各種センサの出力と所定のプログラムとに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転を制御するものである。
本実施形態の内燃機関１０のように吸入空気を過給するコンプレッサよりも上流側の吸気通路にＥＧＲガスを導入する構成を備えている内燃機関では、ＥＧＲガスが新気に合流した際に凝縮水が発生し得る。特に、吸気通路の壁面に結露した凝縮水が粒径の大きな液滴としてコンプレッサインペラの外周部（周速が最も高い部分）に当たると、エロージョンが発生することが懸念される。この課題は、内燃機関１０がそうであるように燃費向上のために大量のＥＧＲガスの導入を行う内燃機関においては凝縮水がより発生し易くなるので顕著である。
図２は、本発明の実施の形態１におけるコンプレッサ２０ａの入口周りの特徴的な構成を表した断面図である。
本実施形態では、上記の課題を解決するために、コンプレッサ入口部２０ａ２に凝縮水を捕集するための捕集ポケット５０を備えることとした。
まず、コンプレッサ２０ａの基本構成について概略的に説明する。コンプレッサ２０ａは、吸気通路１２の途中に介在し、その内部は、吸気通路１２の一部として機能する。図２に示すように、ターボ過給機２０は、コンプレッサ２０ａ周りのハウジングとして、コンプレッサハウジング２０ａ１と、当該コンプレッサハウジング２０ａ１に組み合わされるハウジングであって連結軸２０ｃを支持する機能を有するベアリングハウジング２０ｄとを有している。コンプレッサハウジング２０ａ１には、コンプレッサ２０ａの直上の吸気通路１２に接続されるコンプレッサ入口部２０ａ２と、連結軸２０ｃに固定されたコンプレッサインペラ２０ａ３を収容するインペラ部２０ａ４と、渦巻き状のスクロール部２０ａ５とが形成されている。また、コンプレッサハウジング２０ａ１とベアリングハウジング２０ｄとによって形成される部位として、ディフューザ部２０ａ６が備えられている。ディフューザ部２０ａ６は、インペラ部２０ａ４とスクロール部２０ａ５との間においてインペラ部２０ａ４よりも外周側に位置し、かつ円板状の通路である。
コンプレッサ入口部２０ａ２からコンプレッサ２０ａの内部に取り込まれたガスは、インペラ部２０ａ４およびディフューザ部２０ａ６を通る際に加圧されたうえで、スクロール部２０ａ５を通ってコンプレッサ２０ａの下流側の吸気通路１２に排出されるようになっている。
次に、図２とともに図３を参照して、捕集ポケット５０の構成について説明する。
図２に示すように、捕集ポケット５０は、コンプレッサ２０ａよりも上流側の吸気通路１２内で生じた凝縮水を捕集するために、コンプレッサ入口部２０ａ２におけるコンプレッサ入口２０ａ７の外周に備えられている。捕集ポケット５０は、コンプレッサ２０ａの上流側に向かって開口し、コンプレッサ入口２０ａ７の外周を囲む環状（本実施形態では、円環状）に形成されている。
図２に示す例では、捕集ポケット５０は、コンプレッサ入口部２０ａ２を形成するコンプレッサハウジング２０ａ１に形成されている。しかしながら、捕集ポケット５０は、コンプレッサハウジング２０ａ１とは別体の部材として、コンプレッサ２０ａの上流側の吸気通路１２を構成する吸気管とコンプレッサハウジング２０ａ１との間に介在するものであってもよい。ただし、捕集ポケット５０は、コンプレッサハウジング２０ａ１と一体的に形成されている方がスクロール部２０ａ５からの伝熱性が良く、したがって、後述の捕集ポケット５０内の凝縮水の蒸発の促進という観点において好ましい。
図３は、捕集ポケット５０をコンプレッサ入口２０ａ７の上流側から見た図である。
図２、３に示すように、捕集ポケット５０は、内周壁部５０ａと外周壁部５０ｂとを備えている。内周壁部５０ａは、コンプレッサ入口２０ａ７の外周を構成している。外周壁部５０ｂは、捕集ポケット５０の外周を構成し、内周壁部５０ａの内側周壁面５０ａ１と捕集ポケット５０の内部空間を挟んで対向する内側周壁面５０ｂ１を有している。
捕集ポケット５０には、その内部空間内で重力下方向に移動しようとする凝縮水の流れを堰き止める板状の複数の隔壁５２が形成されている。図３に示す例では、複数の隔壁５２は、コンプレッサ入口２０ａ７の中心から八方に放射状に延びるように形成されている。具体的には、隔壁５２のそれぞれは内側周壁面５０ａ１と内側周壁面５０ｂ１とを繋ぐように形成されている。このような複数の隔壁５２により、捕集ポケット５０の内部空間は、複数のセル５０ｃに区画されている。捕集ポケット５０の各セル５０ｃの容量および隔壁５２の数は、想定される凝縮水の発生量等を考慮して設定される。
コンプレッサハウジング２０ａ１は一般的に金属（ここでは、一例としてアルミニウム合金）で形成される。したがって、コンプレッサハウジング２０ａ１に形成されている捕集ポケット５０および隔壁５２の材質もコンプレッサハウジング２０ａ１と同じ金属である。このため、捕集ポケット５０および隔壁５２は、コンプレッサハウジング２０ａ１からの熱伝導に優れている。
また、図２に示すように、捕集ポケット５０に対して吸気の流れの直上に位置する吸気通路１２の内壁１２ａは、コンプレッサ入口２０ａ７の径方向において捕集ポケット５０の一部を覆っている。すなわち、内壁１２ａの半径は、図２中に示すオーバーラップ量Ａだけ外周壁部５０ｂの内側周壁面５０ｂ１の半径よりも小さくされている。なお、凝縮水が吸気通路１２の内壁１２ａを伝って捕集ポケット５０の各セル５０ｃ内に流入できるようにするために、オーバーラップ量Ａの大きさは、コンプレッサ２０ａの上流側に向かって開口している部位が各セル５０ｃに確保できるように設定されている。また、凝縮水が各セル５０ｃ内に流入し易くするために、内壁１２ａのＢ部（図２参照）は面取りがなされていてもよい。
図３に示すように隔壁５２が放射状に形成されている場合には、捕集ポケット５０における重力方向の下半分の部位に位置するセル５０ｃでは、隔壁５２は外周壁部５０ｂ側が下方となるように傾斜している。その結果、セル５０ｃ内に捕集された凝縮水は外周壁部５０ｂ側に流れていき、蒸発するまでの間は外周壁部５０ｂ近傍で貯留されることになる。吸気通路１２の内壁１２ａを各セル５０ｃの前面において上記のようにオーバーラップさせることで、重力方向の下半分の部位に位置するセル５０ｃ内に貯留されている凝縮水がコンプレッサ２０ａの上流側に流出しないように堰き止めることができる。
一方、捕集ポケット５０における重力方向の上半分の部位に位置するセル５０ｃでは、隔壁５２は内周壁部５０ａ側が下方となるように傾斜している。その結果、セル５０ｃ内に捕集された凝縮水は内周壁部５０ａ側に流れていき、蒸発するまでの間は内周壁部５０ａ近傍で貯留されることになる。そこで、捕集ポケット５０における重力方向の上半分の部位では、内周壁部５０ａの内側周壁面５０ａ１が、図２に示すように捕集ポケット５０の入口側の部位と比べて奥側の部位の方が重力方向の下方に位置するように段付き形状で形成されている。これにより、重力方向の上半分の部位に位置するセル５０ｃ内に貯留されている凝縮水がコンプレッサ２０ａの上流側に流出しないように堰き止めることができる。
なお、図２に示す例では、重力方向の上半分側の内周壁部５０ａの内側周壁面５０ａ１は、一例として、入口から所定長さだけ奥側に進んだ位置において段付き状に重力方向の下方に下がった後に、奥側に向かうにつれて重力方向のより下方に位置するように傾斜している。しかしながら、内側周壁面５０ａ１の形状は、コンプレッサ２０ａの上流側への凝縮水の流出を抑制するための配慮がなされているものであればよい。すなわち、例えば、途中で段付き状に下方に下がった後の部位は重力方向において平坦になるように形成されていてもよく、あるいは、段付き形状ではなく入口側から奥側に向けて一律に下がるように傾斜した面であってもよい。
以上説明した捕集ポケット５０を備えておくことにより、吸気通路１２の内壁１２ａに付着して吸気の流れによって下流側に流されていく凝縮水の慣性力を利用して各セル５０ｃ内に凝縮水を捕集することができる。捕集ポケット５０の各壁面は、圧縮された空気により高温となるスクロール部２０ａ５からの受熱によって高温になる。このため、捕集ポケット５０の加熱のための特別な熱源を必要とすることなく、各セル５０ｃ内に捕集された凝縮水を蒸発させることができる。より具体的には、凝縮水は、セル５０ｃ内に貯留された後に蒸発し、あるいは、セル５０ｃの壁面の温度次第では壁面に触れた際に直ちに蒸発する。蒸発した凝縮水は、吸気とともにコンプレッサ２０ａに吸入されることで処理される。このため、貯留した凝縮水の特別な排水対策を必要としない。以上のように、本実施形態の構成によれば、発生した凝縮水が液滴のままでコンプレッサ２０ａに流入するのを抑制することができるので、コンプレッサインペラ２０ａ３のエロージョンの発生を防止することができる。これにより、エロージョン対策に起因する運転制約（低外気温度時のＥＧＲガスの導入制限など）を回避できるようになる。
また、捕集ポケット５０は、複数の隔壁５２によって複数のセル５０ｃに区画（分割）されている。その結果、捕集ポケット５０と各壁面と同じくスクロール部２０ａ５からの受熱によって高温となる隔壁５２をも利用して凝縮水と壁面との接触面積を増やすことができ、かつ、凝縮水が捕集ポケット５０の重力方向の下部に１ヶ所で溜まることを防止することができる。これらにより、凝縮水の蒸発を促進させることができる。さらに付け加えると、少量でのＥＧＲガスの導入であれば、凝縮水の発生量が少ないため、重力方向の下部での１ヶ所に凝縮水を溜めるだけで十分といえる。これに対し、内燃機関１０のように大量のＥＧＲガスの導入を行う場合には、新気とＥＧＲガスとのミキシングが促進されて、吸気通路１２の内壁１２ａの周方向の全体に渡って凝縮水が多量で発生し易くなる。このような場合であっても、複数の隔壁５２によって捕集ポケット５０を区画しておくことで、周方向全体に渡って発生した凝縮水を各セル５０ｃにて捕集することができる。そして、凝縮水を各セル５０ｃで個別に分散して貯留できることと、上記のように接触面積が増えることとによって、１ヶ所で貯留する場合と比べて、貯留している部位から凝縮水が溢れ出しにくくすることができる。
ところで、上述した実施の形態１においては、コンプレッサ入口２０ａ７の中心から八方に放射状に延びるように形成された複数の隔壁５２を備える捕集ポケット５０を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明における捕集ポケットは、捕集ポケットの内部空間内で重力下方向に移動しようとする凝縮水の流れを堰き止める隔壁を少なくとも１つ備えているものであればよい。例えば、捕集ポケットの内周壁部の最下端位置から外周壁部に向けて重力方向の真下に延びる隔壁を１つだけ備えている場合であっても、捕集ポケット内の重力方向の下部に向けて移動しようとする凝縮水を左右に分けて堰き止めることができる。そして、当該隔壁に触れる凝縮水の蒸発を促進させる効果も有する。したがって、このような態様での隔壁も本発明の対象に含まれ得る。ただし、捕集ポケットの内周壁部の最上端位置から外周壁部に向けて重力方向の真上に延びる隔壁を１つだけ備えることは、本発明の対象にはならない。このような態様の隔壁では、内部空間内で重力下方向に移動しようとする凝縮水の流れを堰き止める機能を有していないためである。また、図３に示す例以外の隔壁の具体的な構成例としては、例えば、以下の図４に示す例を挙げることができる。
図４は、本発明の対象となる捕集ポケットの他の構成例を表した図である。
図４（Ａ）に示す捕集ポケット６０が備える複数の隔壁６２は、内周壁部６０ａへの接続位置としては、捕集ポケット６０の周方向において均等であり、放射状に延びるように隔壁５２が備えられた図３に示す例と同様である。図３に示す例との相違点は、コンプレッサ入口２０ａ７を中心とする放射状の基準線に対して、凝縮水が溜まる側（捕集ポケット６０における重力方向の上半分側では内周壁部６０ａ側であり、重力方向の下半分側では外周壁部６０ｂ側）の部位での隔壁６２と内側周壁面６０ａ１もしくは６０ｂ１との角度が急となるように構成されている点である。
一方、図４（Ｂ）に示す捕集ポケット７０が備える複数の隔壁７２は、板状であって、重力方向に延びるように形成されている。複数の隔壁７２の間隔は、一定であってもよいし、不規則なものであってもよい。このように形成される隔壁７２には、隔壁５２および６２の例とは異なり、内周壁部７０ａの内側周壁面７０ａ１と外周壁部７０ｂの内側周壁面７０ｂ１とを繋ぐものだけでなく、図４（Ｂ）中に示すように外周壁部７０ｂの内側周壁面７０ｂ１同士を繋ぐものも含まれる。この図４（Ｂ）に示す例によっても、凝縮水が溜まる部位での隔壁７２と内側周壁面７０ａ１もしくは７０ｂ１との角度が図３に示す例と比べて急となっているといえる。
上記角度を急とすることで、図３に示す例と比べて、各セル６０ｃ、７０ｃにおいて溜められる凝縮水の量を増やすことができる。また、図４に示す各例に関しても、各セル６０ｃ、７０ｃに貯留された凝縮水がコンプレッサ２０ａの上流側に流出するのを防止するためには、捕集ポケット６０、７０における重力方向の下半分の部位に関しては、上記オーバーラップ量Ａだけ吸気通路１２の内壁１２ａが捕集ポケット６０、７０の前面に重なるように構成することが好適である。捕集ポケット６０、７０における重力方向の上半分の部位に関しては、図２に示す構成と同様に内側周壁面６０ａ１、７０ａ１に段付き形状等を備えることが好適である。また、本発明における隔壁は、水平方向に延びるように構成しないことが好ましい。水平にすると、セル内の凝縮水がコンプレッサの上流側に流出し易くなるためである。
また、上述した実施の形態１においては、捕集ポケット５０に対して吸気の流れの直上に位置する吸気通路１２の内壁１２ａによって、コンプレッサ入口２０ａ７の径方向において捕集ポケット５０の一部を覆うように構成されている。しかしながら、本発明の捕集ポケットに関し、想定される凝縮水の発生量次第では必ずしも上記構成を備えていなくてもよい。
また、上述した実施の形態１においては、捕集ポケット５０における重力方向の上半分の部位では、内周壁部５０ａの内側周壁面５０ａ１が、図２に示すように捕集ポケット５０の入口側の部位と比べて奥側の部位の方が重力方向の下方に位置するように段付き形状で形成されている。放射状に延びる隔壁５２を備える捕集ポケット５０では、重力方向の上半分側の部位においては内周壁部５０ａの内側周壁面５０ａ１が「隔壁によって区画された捕集ポケットのセルの壁面のうちで重力下方向側となる周壁面」に該当する。一方、捕集ポケット５０における重力方向の下半分側の部位に関しては外周壁部５０ｂの内側周壁面５０ｂ１が「隔壁によって区画された捕集ポケットのセルの壁面のうちで重力下方向側となる周壁面」に該当する。そこで、捕集ポケット５０における重力方向の下半分側の部位に関しては、実施の形態１のように吸気通路１２の内壁１２ａを捕集ポケット５０の前面に被せることに代え、あるいはそれとともに、外周壁部５０ｂの内側周壁面５０ｂ１が、図２に示す構成のように捕集ポケット５０の入口側の部位と比べて奥側の部位の方が重力方向の下方に位置するように段付き形状に形成してもよい。
実施の形態２．
次に、図５〜図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図５は、本発明の実施の形態２におけるコンプレッサ８０ａの入口周りの特徴的な構成を説明するための図である。なお、図５において、上記図２に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
本実施形態の内燃機関は、以下に示す相違点を除き、上述した内燃機関１０と同様に構成されている。すなわち、本実施形態の内燃機関は、コンプレッサ２０ａに代えてコンプレッサ８０ａを備えている。コンプレッサ８０ａは、ディフューザ部２０ａ６の冷却のために、コンプレッサハウジング２０ａ１に第１冷却水通路８０ａ１を備え、かつ、ベアリングハウジング２０ｄに第２冷却水通路８０ａ２を備えている。これらの冷却水通路８０ａ１、８０ａ２には、エンジン本体を冷却するための冷却水が循環しているものとする。さらに、第１冷却水通路８０ａ１に冷却水を供給する冷却水通路（図示省略）には、第１冷却水通路８０ａ１の冷却水流量を調整するための流量調整バルブ８２が備えられている。なお、コンプレッサハウジング２０ａ１に設ける第１冷却水通路８０ａ１は、図５中に矢印で示すスクロール部２０ａ５から捕集ポケット５０への伝熱の妨げとならないようにするために、図５に示す配置がそうであるようにスクロール部２０ａ５と捕集ポケット５０との間に介在することを避けて配置されることが好ましい。
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ４０に代えて、ＥＣＵ８４が備えられている。ＥＣＵ８４には、ＥＣＵ４０に接続されるものと同じ各種のセンサおよびアクチュエータ以外に、上記流量調整バルブ８２、コンプレッサ流入ガス温度センサ８６、吸気通路壁面温度センサ８８およびポケット壁面温度センサ９０が追加的に接続されている。コンプレッサ流入ガス温度センサ８６は、コンプレッサ８０ａに流入するガス、すなわち、新気とＥＧＲガスとの混合ガスの温度を検出する。吸気通路壁面温度センサ８８は、ＥＧＲ通路３０の接続部とコンプレッサ入口部２０ａ２との間の吸気通路１２の壁面温度を検出する。ポケット壁面温度センサ９０は、捕集ポケット５０の壁面温度を検出する。
実施の形態１において既述したように、スクロール部２０ａ５の熱を利用して捕集ポケット５０を加熱することで、捕集ポケット５０に捕集した凝縮水を蒸発させることができる。その一方で、圧縮されたガスによってコンプレッサハウジング２０ａ１およびベアリングハウジング２０ｄの温度が高くなり、その結果としてディフューザ部２０ａ６の温度が高くなると、ディフューザ部２０ａ６の壁面にデポジットが堆積し易くなる。
ディフューザ部２０ａ６でのデポジット堆積抑制のために冷却水通路８０ａ１等を利用してディフューザ部２０ａ６の冷却を常時行うこととすると、スクロール部２０ａ５から捕集ポケット５０への伝熱が阻害されてしまう状況が生じ得る。そこで、本実施形態では、スクロール部２０ａ５からの受熱を利用した捕集ポケット５０の加熱とディフューザ部２０ａ６の冷却という２つの機能を両立させるために、第１冷却水通路８０ａ１内の冷却水流量を調整することとした。具体的には、ＥＧＲ通路３０の下流側の吸気通路１２にて凝縮水が発生する状況において、捕集ポケット５０の壁面温度が所定値（好ましくは凝縮水の沸点ＴＢＰ）以下である場合には、第１冷却水通路８０ａ１内の冷却水流量を制限することとした。
図６は、ＥＧＲガスの導入を行う運転領域での凝縮水発生域と冷却水制限域を説明するための図である。
図６中に「凝縮水発生域」として示すように、コンプレッサ８０ａに流入するガスの温度が吸気通路１２の壁面温度（内壁１２ａの温度）よりも高い状況下において、吸気通路１２の壁面温度が凝縮水の露点ＴＤＰ以下になると、ガスが内壁１２ａに触れることで凝縮水が発生する。一方、捕集ポケット５０の壁面温度が凝縮水の沸点ＴＢＰ以下になると、捕集ポケット５０内で凝縮水を蒸発させられなくなる。したがって、図６中に示す「冷却水制限域」では、冷却水の流量を制限する必要がある。
図７は、本発明の実施の形態２における特徴的な制御を実現するためにＥＣＵ８４が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
図７に示すルーチンでは、ＥＣＵ８４は、まず、コンプレッサ流入ガス温度センサ８６と吸気通路壁面温度センサ８８とを用いて、コンプレッサ８０ａに流入するガスの温度と、吸気通路１２の壁面温度（内壁１２ａの温度）とを検出する（ステップ１００）。なお、これらの温度はセンサを用いずに所定の推定手法に基づいて取得してもよい。すなわち、当該ガス温度は、例えば、ＥＧＲガス量および新気量に基づいて推定することができる。また、吸気通路壁面温度は、例えば、外気温度、ＥＧＲガス量、負荷率、エンジン回転数および運転履歴に基づいて推定することができる。
次に、ＥＣＵ８４は、ＥＧＲ通路３０の下流側の吸気通路１２にて凝縮水が発生する状況であるか否かを判断するために、吸気通路壁面温度がガス温度よりも低いか否かを判定する（ステップ１０２）。なお、当該判断は、本ステップ１０２の手法以外にも、例えば、吸気通路壁面温度が凝縮水の露点ＴＤＰ以下であるか否かに基づいて行ってもよい。
ステップ１０２の判定が成立する場合、すなわち、ＥＧＲ通路３０の下流側の吸気通路１２にて凝縮水が発生する状況にあると判断できる場合には、ＥＣＵ８４は、次いで、ポケット壁面温度センサ９０を用いて捕集ポケット５０の壁面温度を検出する（ステップ１０４）。なお、この温度はセンサを用いずに所定の推定手法に基づいて取得してもよい。すなわち、ポケット壁面温度は、例えば、外気温度、ＥＧＲガス量、負荷率、エンジン回転数および運転履歴に基づいて推定することができる。
次に、ＥＣＵ８４は、ポケット壁面温度が所定値以下であるか否かを判定する（ステップ１０６）。ここでは、上記所定値は、好ましい一例として凝縮水の沸点ＴＢＰに基づく値とされている。なお、凝縮水の沸点ＴＢＰは、単なる水だけではなくＥＧＲガスに含まれる成分も考慮したものである。
ステップ１０６の判定が成立する場合には、ＥＣＵ８４は、コンプレッサハウジング２０ａ１を冷却するための第１冷却水通路８０ａ１内の冷却水流量を制限する（ステップ１０８）。具体的には、次の（１）式に示す相関式を用いて、冷却水流量Ｑｗが決定される。
Figure 0006070587
 ただし、上記（１）式において、ＴＣ／ｈｓｇは捕集ポケット５０の壁面温度であり、Ｔｗは冷却水温度である。
本ステップ１０８では、上記（１）式にしたがって、ポケット壁面温度ＴＣ／ｈｓｇが低いほど、冷却水流量Ｑｗが減らされる。また、冷却水温度Ｔｗが低いほど、冷却水流量Ｑｗが減らされる。ただし、この制御は、コンプレッサハウジング２０ａ１の温度の方が冷却水温度Ｔｗよりも高い状況を想定したものである。仮に、例えば、低外気温度下でコンプレッサハウジング２０ａ１が外気によって冷やされているような状況下では、コンプレッサハウジング２０ａ１の温度の方が冷却水温度Ｔｗよりも低いこともあり得る。このような状況下では、上記の制御のように冷却水流量Ｑｗを制限するのではなく、捕集ポケット５０の加熱促進のために、冷却水の流通を許容してコンプレッサハウジング２０ａ１を早く温めるようにしてもよい。したがって、コンプレッサハウジング２０ａ１が冷却水温度Ｔｗよりも高いか否かに応じて、上記の制御を切り替えてもよい。
以上説明した図７に示すルーチンによれば、吸気通路壁面温度がガス温度よりも低く、かつ、ポケット壁面温度が所定値（凝縮水の沸点ＴＢＰ）以下である場合には、第１冷却水通路８０ａ１内の冷却水流量Ｑｗが少なく制限される。これにより、ＥＧＲ通路３０の下流側の吸気通路１２にて凝縮水が発生する状況にある場合に、ポケット壁面温度の低下を抑制することができる。したがって、冷却水の循環によってディフューザ部２０ａ６の冷却機能を確保しつつ、スクロール部２０ａ５からの受熱を利用した捕集ポケット５０の加熱機能の低下を抑制することができる。
ところで、上述した実施の形態２においては、吸気通路壁面温度がガス温度よりも低く、かつ、ポケット壁面温度が所定値（凝縮水の沸点ＴＢＰ）以下である場合には、ポケット壁面温度ＴＣ／ｈｓｇと冷却水温度Ｔｗとに応じた値で第１冷却水通路８０ａ１内の冷却水流量Ｑｗを制限することとしている。しかしながら、この場合の冷却水流量Ｑｗの制限の態様は、上記のものに限らず、例えば、第１冷却水通路８０ａ１内の冷却水の流通を停止するものであってもよい。また、第１冷却水通路８０ａ１に代え、あるいはそれとともに、第２冷却水通路８０ａ２内の冷却水流量を制限（流通停止を含む）してもよい。ただし、捕集ポケット５０への伝熱に対する配慮としての冷却水流量Ｑｗの調整は、捕集ポケット５０に近い側の第１冷却水通路８０ａ１を対象として行うことが効果的である。
また、上述した実施の形態２においては、ディフューザ部２０ａ６の冷却のために、コンプレッサハウジング２０ａ１に第１冷却水通路８０ａ１を備え、かつ、ベアリングハウジング２０ｄに第２冷却水通路８０ａ２を備えている。しかしながら、本発明における冷却水通路は、「コンプレッサを構成するハウジング」に備えられたものであれば、例えば、コンプレッサハウジング２０ａ１およびベアリングハウジング２０ｄのうちの何れか一方に備えられたものであってもよい。
ところで、上述した実施の形態１〜２においては、コンプレッサ２０ａもしくは８０ａを有する過給機として、排気エネルギを駆動力として利用するターボ過給機２０等を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明におけるコンプレッサは、ターボ過給機として構成されたものに限定されるものではなく、例えば、内燃機関のクランク軸からの動力を利用して駆動されるものであってもよく、或いは、電動モータによって駆動されるものであってもよい。
１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１２ａ 吸気通路の内壁
１４ 排気通路
１６ エアクリーナ
１８ エアフローメータ
２０ ターボ過給機
２０ａ、８０ａ コンプレッサ
２０ａ１ コンプレッサハウジング
２０ａ２ コンプレッサ入口部
２０ａ３ コンプレッサインペラ
２０ａ４ インペラ部
２０ａ５ スクロール部
２０ａ６ ディフューザ部
２０ａ７ コンプレッサ入口
２０ｂ タービン
２０ｃ 連結軸
２０ｄ ベアリングハウジング
２２ インタークーラー
２４ スロットルバルブ
２６ 排気浄化触媒
２８ ＥＧＲ装置
３０ ＥＧＲ通路
３２ ＥＧＲクーラー
３４ ＥＧＲバルブ
４０、８４ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４２ クランク角センサ
４４ 冷却水温度センサ
４６ 燃料噴射弁
４８ 点火装置
５０、６０、７０ 捕集ポケット
５０ａ、６０ａ、７０ａ 内周壁部
５０ａ１、６０ａ１、７０ａ１ 内周壁部の内側周壁面
５０ｂ、６０ｂ、７０ｂ 外周壁部
５０ｂ１、６０ｂ１、７０ｂ１ 外周壁部の内側周壁面
５０ｃ、６０ｃ、７０ｃ セル
５２、６２、７２ 隔壁
８０ａ１ 第１冷却水通路
８０ａ２ 第２冷却水通路
８２ 流量調整バルブ
８６ コンプレッサ流入ガス温度センサ
８８ 吸気通路壁面温度センサ
９０ ポケット壁面温度センサ

Claims (8)

  1. 吸入空気を過給するコンプレッサと、
    前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路にＥＧＲガスを導入するＥＧＲ装置と、
    前記コンプレッサの入口の外周に備えられ、当該コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路内で生じた凝縮水を捕集する捕集ポケットと、
    を備え、
    前記捕集ポケットは、前記コンプレッサの上流側に向かって開口し、前記コンプレッサの入口の外周を囲む環状に形成されており、
    前記捕集ポケットは、当該捕集ポケットの内部空間内で重力下方向に移動しようとする凝縮水の流れを堰き止める隔壁を少なくとも１つ備えていることを特徴とする内燃機関。
  2. 前記捕集ポケットに対して吸気の流れの直上に位置する前記吸気通路の内壁が、前記コンプレッサの入口の径方向において前記捕集ポケットの一部を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
  3. 前記隔壁によって区画された前記捕集ポケットのセルの壁面のうちで重力下方向側となる周壁面は、前記捕集ポケットの入口側の部位と比べて奥側の部位の方が重力方向の下方に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
  4. 前記コンプレッサを構成するハウジングを冷却する冷却水が流れる冷却水通路と、
    前記冷却水通路内の冷却水流量を調整する流量調整装置と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関。
  5. 前記流量調整装置は、前記吸気通路における前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの導入部よりも下流側の下流側吸気通路にて凝縮水が発生する状況であり、かつ、前記捕集ポケットの壁面温度が所定値以下である場合に、前記冷却水通路内の冷却水流量を制限するように制御されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
  6. 前記捕集ポケットの壁面温度に関する前記所定値は、前記下流側吸気通路にて発生する凝縮水の沸点であることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
  7. 前記隔壁は、前記コンプレッサの入口の中心から当該入口の径方向に放射状に延びるように前記捕集ポケット内に形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載の内燃機関。
  8. 前記隔壁は、重力方向に延びるように前記捕集ポケット内に形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載の内燃機関。
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