(57)【要約】【課題】ＥＧＲクーラの腐食を抑えることのできる内燃機関の排気還流装置を提供する。【解決手段】ＥＧＲガスから生じる凝縮水に含まれるアルカリ性成分の沸点を第１沸点とし、第１沸点よりも高い温度であって凝縮水に含まれる酸性成分の沸点を第２沸点とし、第１沸点以上であり且つ第２沸点よりも低い温度を第１温度とし、第２沸点以上の温度であり且つＥＧＲクーラで冷却される前のＥＧＲガスの温度よりも低い温度を第２温度とする。排気還流装置２００は、ＥＧＲガスを第１温度まで冷却可能であり且つＥＧＲガスの流路が耐酸性材料で形成された第１ＥＧＲクーラ４０と、ＥＧＲガスを第２温度まで冷却可能な第２ＥＧＲクーラ４１とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを備える内燃機関の排気還流装置であって、
ＥＧＲガスから生じる凝縮水に含まれるアルカリ性成分の沸点を第１沸点とし、前記第１沸点よりも高い温度であって前記凝縮水に含まれる酸性成分の沸点を第２沸点とし、前記第１沸点以上であり且つ前記第２沸点よりも低い温度を第１温度とし、前記第２沸点以上の温度であり且つ前記ＥＧＲクーラで冷却される前のＥＧＲガスの温度よりも低い温度を第２温度としたときに、
前記ＥＧＲクーラとして、ＥＧＲガスを前記第１温度まで冷却可能であり且つＥＧＲガスの流路が耐酸性材料で形成された第１ＥＧＲクーラと、ＥＧＲガスを前記第２温度まで冷却可能な第２ＥＧＲクーラと、を備えるとともに、
前記第１ＥＧＲクーラにて冷却されたＥＧＲガス及び前記第２ＥＧＲクーラにて冷却されたＥＧＲガスを内燃機関の吸気通路に供給する吸気側ＥＧＲ通路と、
内燃機関の排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして前記第１ＥＧＲクーラ及び前記第２ＥＧＲクーラにそれぞれ独立して供給する排気側ＥＧＲ通路と、を備える
内燃機関の排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気還流装置にはＥＧＲクーラが設けられている。例えば特許文献１に記載の排気還流装置は、冷却効率の高い第１ＥＧＲクーラと冷却効率の低い第２ＥＧＲクーラとを備えており、各ＥＧＲクーラは、熱伝導率の高いアルミニウム合金で形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８５３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＧＲガスから生じる凝縮水には、燃料成分に起因した塩酸や硫酸などの酸性成分や水酸化アンモニウムなどのアルカリ性成分が含まれることがある。ここで、冷却効率の高い上記第１ＥＧＲクーラにて、アルカリ性成分の沸点よりも低い温度までＥＧＥガスが冷却されると、アルカリ性成分が凝縮水には含まれるようになるため、アルミニウム合金で作られた第１ＥＧＲクーラのガス流路は腐食するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する内燃機関の排気還流装置は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを備えている。そして、ＥＧＲガスから生じる凝縮水に含まれるアルカリ性成分の沸点を第１沸点とし、前記第１沸点よりも高い温度であって前記凝縮水に含まれる酸性成分の沸点を第２沸点とし、前記第１沸点以上であり且つ前記第２沸点よりも低い温度を第１温度とし、前記第２沸点以上の温度であり且つ前記ＥＧＲクーラで冷却される前のＥＧＲガスの温度よりも低い温度を第２温度としたときに、前記ＥＧＲクーラとして、ＥＧＲガスを前記第１温度まで冷却可能であり且つＥＧＲガスの流路が耐酸性材料で形成された第１ＥＧＲクーラと、ＥＧＲガスを前記第２温度まで冷却可能な第２ＥＧＲクーラと、を備えている。そして、前記第１ＥＧＲクーラにて冷却されたＥＧＲガス及び前記第２ＥＧＲクーラにて冷却されたＥＧＲガスを内燃機関の吸気通路に供給する吸気側ＥＧＲ通路と、内燃機関の排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして前記第１ＥＧＲクーラ及び前記第２ＥＧＲクーラにそれぞれ独立して供給する排気側ＥＧＲ通路と、を備えている。
【０００６】
同構成によれば、第１ＥＧＲクーラをＥＧＲガスが通過する際には、そのＥＧＲガスの温度が上記第１温度にまで低下するため、アルカリ性成分は気化した状態になり、凝集水には酸性成分が残るようになる。ここで、第１ＥＧＲクーラにおけるＥＧＲガスの流路は耐酸性材料で形成されているため、第１ＥＧＲクーラで発生した凝集水に酸性成分が残っていても、同流路の腐食は抑えられるようになる。
【０００７】
また、第２ＥＧＲクーラをＥＧＲガスが通過する際には、そのＥＧＲガスの温度が上記第２温度にまで低下するため、アルカリ性成分や酸性成分はともに気化した状態になり、それら各成分が凝集水には含まれにくくなる。従って、第２ＥＧＲクーラにおいて凝縮水が発生した場合に、その発生した凝縮水によって第２ＥＧＲクーラのガス流路が腐食することも抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態における内燃機関の排気還流装置を示す模式図。
【図２】同実施形態のＥＧＲクーラの冷却能力を示す図。
【図３】同実施形態の変更例における排気還流装置を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、内燃機関の排気還流装置の一実施形態について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
図１に示すように、内燃機関１０は、スロットルバルブ１４を備える吸気通路１３と、排気が流れる排気通路１５とを備えている。
【００１０】
排気通路１５には、排気浄化用の触媒である三元触媒１７が設けられている。三元触媒１７に流入してくる排気には、燃料成分に起因した塩酸や硫酸などが含まれることがあり、三元触媒１７よりも上流側の排気にはそうした酸性成分が多く含まれることがある。この排気に含まれる酸性成分は三元触媒１７を通過する際の触媒作用によって減少する。また、三元触媒１７を排気が通過する際の触媒作用と燃料成分とに起因して、三元触媒１７を通過した排気には、水酸化アンモニウムなどが含まれることがあり、そうしたアルカリ性成分が含まれる場合には、三元触媒１７よりも下流側の排気には、酸性成分よりもアルカリ性成分の方が多く含まれるようになる。
【００１１】
この内燃機関１０は、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路１３に戻す排気還流装置２００を備えている。
排気還流装置２００は、機関冷却水とＥＧＲガスとの間で熱交換を行う水冷式の第１ＥＧＲクーラ４０と、同じく水冷式の第２ＥＧＲクーラ４１とを備えている。第１ＥＧＲクーラ４０は、耐酸性材料（例えばアルミニウム合金など）で形成されており、これにより当該第１ＥＧＲクーラ４０においてＥＧＲガスが流れるガス流路も耐酸性材料で形成されている。一方、第２ＥＧＲクーラ４１は、耐アルカリ性材料（例えばステンレス鋼など）で形成されており、これにより当該第２ＥＧＲクーラ４１においてＥＧＲガスが流れるガス流路も耐アルカリ性材料で形成されている。
【００１２】
図２に示すように、ＥＧＲクーラで冷却される際にＥＧＲガスから生じる凝縮水に含まれるアルカリ性成分の沸点を第１沸点ＢＴａとし、第１沸点ＢＴａよりも高い温度であって同凝縮水に含まれる酸性成分の沸点を第２沸点ＢＴｓとする。なお、上記第１沸点ＢＴａとしては、例えば凝縮水に含まれる水酸化アンモニウムの沸点である３７．７度などを挙げることができる。また、上記第２沸点ＢＴｓとしては、例えば凝縮水に含まれる硫酸の沸点である２９０度などを挙げることができる。
【００１３】
また、第１沸点ＢＴａ以上であり且つ第２沸点ＢＴｓよりも低い温度を第１温度ＴＨ１とし、第２沸点ＢＴｓ以上の温度であり且つＥＧＲクーラで冷却される前のＥＧＲガスの温度ＴＨｅｇｒ（例えば４５０度〜５００度など）よりも低い温度を第２温度ＴＨ２とする。
【００１４】
そして、第１ＥＧＲクーラ４０の冷却能力ＣＡは、当該第１ＥＧＲクーラ４０に流入するＥＧＲガスを上記第１温度ＴＨ１まで冷却可能な能力となるように、同第１ＥＧＲクーラ４０の冷却構造が構成されている。
【００１５】
また、第２ＥＧＲクーラ４１の冷却能力ＣＢは、当該第２ＥＧＲクーラ４１に流入するＥＧＲガスを上記第２温度ＴＨ２まで冷却可能な能力となるように、同第２ＥＧＲクーラ４１の冷却構造が構成されている。なお、第１ＥＧＲクーラ４０及び第２ＥＧＲクーラ４１内を流れる機関冷却水の温度は、酸性成分の沸点である上記第２沸点ＢＴｓよりも低くなっている。
【００１６】
図１に示すように、排気還流装置２００は、排気通路１５を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして第１ＥＧＲクーラ４０及び第２ＥＧＲクーラ４１にそれぞれ独立して供給する排気側ＥＧＲ通路３０を備えている。
【００１７】
排気側ＥＧＲ通路３０は、三元触媒１７よりも下流側の排気通路１５から分岐した排気側分岐通路３１と、同排気側分岐通路３１及び第１ＥＧＲクーラ４０を接続する第１排気側通路３２と、同排気側分岐通路３１及び第２ＥＧＲクーラ４１を接続する第２排気側通路３３とを備えている。なお、本実施形態の排気還流装置２００は、第１ＥＧＲクーラ４０で生じた凝縮水ＬＱ１や、第２ＥＧＲクーラ４１で生じた凝縮水ＬＱ２が排気側ＥＧＲ通路３０を介して排気通路１５に導入されるように構成されている。
【００１８】
また、排気還流装置２００は、第１ＥＧＲクーラ４０にて冷却されたＥＧＲガス及び第２ＥＧＲクーラ４１にて冷却されたＥＧＲガスを吸気通路１３に供給する吸気側ＥＧＲ通路５０とを備えている。
【００１９】
吸気側ＥＧＲ通路５０は、吸気通路１３から分岐した吸気側分岐通路５１と、同吸気側分岐通路５１及び第１ＥＧＲクーラ４０を接続する第１吸気側通路５２と、同吸気側分岐通路５１及び第２ＥＧＲクーラ４１を接続する第２吸気側通路５３とを備えている。
【００２０】
また、排気還流装置２００は、第１吸気側通路５２に設けられて第１ＥＧＲクーラ４０を通過するＥＧＲガスの流量（ＥＧＲガス流量）を調整する第１ＥＧＲバルブ６０を備えている。この第１ＥＧＲバルブ６０が開弁しているときには、ＥＧＲガスが第１ＥＧＲクーラ４０を流れる。
【００２１】
そして、排気還流装置２００は、第２吸気側通路５３に設けられて第２ＥＧＲクーラ４１を通過するＥＧＲガスの流量（ＥＧＲガス流量）を調整する第２ＥＧＲバルブ６１を備えている。この第２ＥＧＲバルブ６１が開弁しているときには、ＥＧＲガスが第２ＥＧＲクーラ４１を流れる。なお、本実施形態では、第２ＥＧＲバルブ６１は第１ＥＧＲバルブ６０と同一のバルブになっている。
【００２２】
図１に示すように、制御装置１００は、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）１１０や、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリ１２０を備えている。そして、メモリ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が実行することにより各種制御を実行する。
【００２３】
制御装置１００には、内燃機関１０のクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ７０、内燃機関１０の吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ７１、内燃機関１０の冷却水の温度である冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ７２などが接続されている。そして、それら各種センサからの出力信号が制御装置１００には入力される。なお、制御装置１００は、クランク角センサ７０の出力信号Ｓｃｒに基づいて機関回転速度ＮＥを演算する。また、制御装置１００は、機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量ＧＡに基づいて機関負荷率ＫＬを演算する。
【００２４】
そして、制御装置１００は、それらセンサの検出結果に基づき、内燃機関１０の各種制御を実施する。そうした各種制御の１つとして、例えば制御装置１００は、機関回転速度ＮＥや機関負荷率ＫＬ等に基づいて第１ＥＧＲバルブ６０及び第２ＥＧＲバルブ６１の開度調整を行うことにより排気還流制御を行う。なお、そうした排気還流制御を実行する際には、第１ＥＧＲバルブ６０と第２ＥＧＲバルブ６１とが同一開度で制御される。
【００２５】
次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。
（１）上述したように、三元触媒１７よりも下流の排気に酸性成分やアルカリ性成分が含まれる場合には、そうした各種成分を含む排気がＥＧＲガスとして排気側ＥＧＲ通路３０に流れ込むため、そのＥＧＲガスが第１ＥＧＲクーラ４０や第２ＥＧＲクーラ４１に流れ込む。
【００２６】
ここで第１ＥＧＲクーラ４０をＥＧＲガスが通過する際には、そのＥＧＲガスの温度が上記第１温度ＴＨ１にまで低下するため、アルカリ性成分は気化した状態になり、凝集水には酸性成分が残るようになる。ここで、第１ＥＧＲクーラ４０のガス流路は耐酸性材料で形成されているため、第１ＥＧＲクーラ４０で発生した凝集水に酸性成分が残っていても、同ガス流路の腐食は抑えられるようになる。
【００２７】
（２）また、第２ＥＧＲクーラ４１をＥＧＲガスが通過する際には、そのＥＧＲガスの温度が上記第２温度ＴＨ２にまで低下するため、アルカリ性成分や酸性成分はともに気化した状態になり、それら各成分が凝集水には含まれにくくなる。従って、第２ＥＧＲクーラ４１において凝縮水が発生しても、その凝縮水によって第２ＥＧＲクーラ４１のガス流路が腐食することは抑えることができる。
【００２８】
（３）上述したように、第１ＥＧＲクーラ４０をＥＧＲガスが通過する際には、そのＥＧＲガスの温度が上記第１温度ＴＨ１にまで低下するため、アルカリ性成分は気化した状態になる一方、酸性成分は凝縮水中に残るようになる。従って、第１ＥＧＲクーラ４０を通過したＥＧＲガスＧＳ１（図１参照）には、アルカリ性成分が多く含まれるようになる。
【００２９】
一方、第２ＥＧＲクーラ４１をＥＧＲガスが通過する際には、そのＥＧＲガスの温度が上記第２温度ＴＨ２にまで低下するため、アルカリ性成分や酸性成分はともに気化した状態になる。従って、第２ＥＧＲクーラ４１を通過したＥＧＲガスＧＳ２（図１参照）には、アルカリ性成分や酸性成分が含まれるようになる。
【００３０】
従って、吸気側分岐通路５１には、アルカリ性成分が多く含むＥＧＲガスＧＳ１とアルカリ性成分及び酸性成分を含むＥＧＲガスＧＳ２とが合流すると、それら各成分は一定量中和される。そのため、吸気側分岐通路５１から吸気通路１３に供給されるＥＧＲガスに含まれるアルカリ性成分や酸性成分の量は減少する。従って、吸気通路１３内に凝縮水が発生した場合でもその凝縮水には、ＥＧＲガスに由来するアルカリ性成分や酸性成分が含まれにくくなる。そのため、吸気通路１３内に凝縮水が発生した場合の吸気系の腐食も抑えることができる。
【００３１】
（４）排気還流装置２００は、第１ＥＧＲクーラ４０を備えるＥＧＲ通路（第１排気側通路３２及び第１吸気側通路５２）と、第２ＥＧＲクーラ４１を備えるＥＧＲ通路（第２排気側通路３３及び第２吸気側通路５３）とを有しており、ＥＧＲガスはそれら２系統のＥＧＲ通路をそれぞれ流れるようになっている。また、第１ＥＧＲバルブ６０及び第２ＥＧＲバルブ６１によって各系統におけるＥＧＲガス流量は同一となるようになっている。そのため、１系統のＥＧＲ通路のみを有しており、その１系統のＥＧＲ通路におけるＥＧＲガス流量を調整するために１つのＥＧＲバルブを有する場合と比較して、同一のＥＧＲガス流量を確保するために必要となる第１ＥＧＲバルブ６０及び第２ＥＧＲバルブ６１の開度は概ね半分になり、開弁状態から閉弁状態になるまでに要する時間は短くなる。
【００３２】
従って、本実施形態では第１ＥＧＲバルブ６０及び第２ＥＧＲバルブ６１を速やかに閉弁させることが可能となり、これにより減速時におけるＥＧＲバルブの閉弁遅れに起因した失火の発生が抑えられるようになる。そして、このようにＥＧＲバルブの閉弁遅れに起因した失火の発生が抑えられるようになるため、例えば減速開始前には大量のＥＧＲガスを還流させることが可能となり、燃費などを向上させることができる。
【００３３】
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・第１ＥＧＲクーラ４０をアルミニウム合金で形成したが、その他の耐酸性材料で形成してもよい。
【００３４】
・第２ＥＧＲクーラ４１で発生する凝縮水には、アルカリ性成分や酸性成分が含まれにくい。そのため、第２ＥＧＲクーラ４１を耐アルカリ性材料以外の材料で形成してもよい。
【００３５】
・第２ＥＧＲバルブ６１は、第１ＥＧＲバルブ６０と同一のバルブになっていたが、第２ＥＧＲバルブ６１は、第１ＥＧＲバルブ６０と流量特性の異なるバルブ（すなわち弁開度とガス流量との対応関係が異なるバルブ）にしてもよい。この場合でも、上述した１系統のＥＧＲ通路のみを有する場合と比較して、第１ＥＧＲバルブ６０及び第２ＥＧＲバルブ６１が開弁状態から閉弁状態になるまでに要する時間は短くなるため、上記（４）と同様な作用効果を得ることができる。
【００３６】
・排気還流制御を実行する際には、第１ＥＧＲバルブ６０と第２ＥＧＲバルブ６１とが同一開度となるようにしたが、異なる開度となるように制御してもよい。この場合でも、上述した１系統のＥＧＲ通路のみを有する場合と比較して、第１ＥＧＲバルブ６０及び第２ＥＧＲバルブ６１が開弁状態から閉弁状態になるまでに要する時間は短くなるため、上記（４）と同様な作用効果を得ることができる。
【００３７】
・酸性成分の沸点である第２沸点ＢＴｓの例として、硫酸の沸点である２９０度を挙げたが、その他の酸性成分の沸点、例えば塩酸の沸点である１１０度を上記第２沸点ＢＴｓとしてもよい。
【００３８】
・第１ＥＧＲクーラ４０や第２ＥＧＲクーラ４１は水冷式であったが、上記冷却能力ＣＡ、ＣＢを満たすことができるのであれば、他の方式（空冷式など）でもよい。
・図３に示すように、排気側ＥＧＲ通路３０から排気側分岐通路３１を省略する。そして、第１ＥＧＲクーラ４０に接続される第１排気側通路３２を三元触媒１７よりも下流側の排気通路１５に接続するとともに、第２ＥＧＲクーラ４１に接続される第２排気側通路３３を三元触媒１７よりも上流側の排気通路１５に接続してもよい。この場合には、第２ＥＧＲクーラ４１に酸性成分を多く含むＥＧＲガスが流れ込むようになり、その酸性成分は気化した状態で第２ＥＧＲクーラ４１を通過するため、その第２ＥＧＲクーラ４１を通過したＥＧＲガスＧＳ２には酸性成分が多く含まれるようになる。一方、第１ＥＧＲクーラ４０にはアルカリ性成分を多く含むＥＧＲガスが流れ込むようになり、そのアルカリ性成分は気化した状態で第１ＥＧＲクーラ４０を通過するため、その第１ＥＧＲクーラ４０を通過したＥＧＲガスＧＳ１にはアルカリ性成分が含まれるようになる。このようにこの変形例では、ＥＧＲクーラを通過した後のＥＧＲガスに含まれる成分について、酸性成分が優勢になるのかアルカリ性成分が優勢になるのかがより明確になるとともに、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００３９】
・機関冷間時には第２ＥＧＲクーラ４１を優先的に使用することにより、比較的温度の高いＥＧＲガスを吸気に導入して混合気の燃焼を安定させるようにしてもよい。また、機関温間時には第１ＥＧＲクーラ４０を優先的に使用することにより、比較的温度の低いＥＧＲガスを吸気に導入して燃焼ガスの温度を下げるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０…内燃機関、１３…吸気通路、１４…スロットルバルブ、１５…排気通路、１７…三元触媒、３０…排気側ＥＧＲ通路、３１…排気側分岐通路、３２…第１排気側通路、３３…第２排気側通路、４０…第１ＥＧＲクーラ、４１…第２ＥＧＲクーラ、５０…吸気側ＥＧＲ通路、５１…吸気側分岐通路、５２…第１吸気側通路、５３…第２吸気側通路、６０…第１ＥＧＲバルブ、６１…第２ＥＧＲバルブ、７０…クランク角センサ、７１…エアフロメータ、７２…水温センサ、１００…制御装置、１１０…中央処理装置（ＣＰＵ）、１２０…メモリ、２００…排気還流装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020063684.tif 000005