(57)【要約】【課題】内燃機関に導入される新気及びＥＧＲガスに含まれる水分に起因する凝縮水の発生箇所を制御することができる凝縮水発生制御システムを提供する。【解決手段】新気とＥＧＲガスの混合気体Ａ＋Ｇｅが通過する空間に隣接し、または、この空間を覆うエンジン部品に関して、その内部における上記空間に近傍する位置に低温形成装置を設ける。低温形成装置は、エンジン２を備えた車両のイグニッションキーのオフ時に、この位置に対向する上記空間を構成する壁面の温度をその周辺の壁面の温度より低くする装置である。【選択図】図１
2020084762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮水の発生を制御する凝縮水発生制御システムにおいて、
内燃機関に供給される新気とＥＧＲガスの混合気体が通過する空間に隣接し、または、この空間を覆うエンジン部品と、
このエンジン部品に関して、その内部における前記空間に近傍する位置に設けられて、前記内燃機関を備えた車両のイグニッションキーのオフ時にこの位置に対向する前記空間を構成する壁面の温度をその周辺の壁面の温度より低くする低温形成装置を備えることを特徴とする凝縮水発生制御システム。
【請求項２】
前記低温形成装置がペルチェ素子であることを特徴とする請求項１に記載の凝縮水発生制御システム。
【請求項３】
前記低温形成装置が、前記周辺の壁面の材質より熱伝導率の高い材質で形成された高熱伝導率部材であることを特徴とする請求項１に記載の凝縮水発生制御システム。
【請求項４】
前記エンジン部品が吸気マニホールドであり、この吸気マニホールドの内部における前記空間を構成する吸気通路に関して、その途中で吸気の上流側から下流側に向かって上り勾配となるように形成して、この上り勾配の開始位置より上流側の壁面に対向する前記吸気マニホールドの内部位置に低温形成装置及び凝縮水蓄積構造を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の凝縮水発生制御システム。
【請求項５】
内燃機関と、前記内燃機関に供給される吸気が通過する吸気通路とを有する凝縮水発生制御システムにおいて、
前記吸気通路の周辺に設けられ、吸熱部と放熱部とを有する低温形成装置と、前記低温形成装置への通電を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記内燃機関を備えた車両のイグニッションキーのオフ時に、前記低温形成装置の吸熱部が吸気より吸熱するように前記低温形成装置への通電を制御することを特徴とする凝縮水発生制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、凝縮水発生制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気流路から吸気流路に還流されるＥＧＲガスから発生する凝縮水を貯留する凝縮水貯留部を備えたＥＧＲ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８―０５３７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
凝縮水は、車両のイグニッションキーのオフ時に、内燃機関に導入される新気及びＥＧＲガスに含まれる水分に起因して発生する場合がある。このとき、凝縮水の発生箇所は内燃機関内に複数点在しており、上記の凝縮水貯留部に限らない。発生箇所の全てを特定することは困難であるため、凝縮水の発生箇所を制御する技術が求められていた。
【０００５】
本開示は、内燃機関に導入される新気及びＥＧＲガスに含まれる水分に起因する凝縮水の発生箇所を制御することができる凝縮水発生制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明の態様の凝縮水発生制御システムは、凝縮水の発生を制御する凝縮水発生制御システムにおいて、内燃機関に供給される新気とＥＧＲガスの混合気体が通過する空間に隣接し、または、この空間を覆うエンジン部品と、このエンジン部品に関して、その内部における前記空間に近傍する位置に設けられて、前記内燃機関を備えた車両のイグニッションキーのオフ時にこの位置に対向する前記空間を構成する壁面の温度をその周辺の壁面の温度より低くする低温形成装置を備えることを特徴とする。
【０００７】
あるいは、上記の目的を達成するための本発明の態様の凝縮水発生制御システムは、内燃機関と、前記内燃機関に供給される吸気が通過する吸気通路とを有する凝縮水発生制御システムにおいて、前記吸気通路の周辺に設けられ、吸熱部と放熱部とを有する低温形成装置と、前記低温形成装置への通電を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記内燃機関を備えた車両のイグニッションキーのオフ時に、前記低温形成装置の吸熱部が吸気より吸熱するように前記低温形成装置への通電を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、内燃機関に導入される新気及びＥＧＲガスに含まれる水分に起因する凝縮水の発生箇所を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の凝縮水発生制御システムの構成を例示する図である。
【図２】図１の吸気マニホールド周辺の構成を拡大して示す図である。
【図３】第２実施形態の凝縮水発生制御システムの構成を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の第１実施形態の凝縮水発生制御システムについて、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１に例示するように、凝縮水発生制御システム１は、エンジン（内燃機関）２と、吸気系通路３と、排気系通路４と、ＥＧＲ通路５と、を備えて構成されるシステムである。
【００１２】
エンジン２は、気筒（シリンダ）６内をピストン７が往復摺動することで、気筒６とピストン７とシリンダヘッド８で囲まれた空間である燃焼室９にて、新気ＡとＥＧＲガスＧｅの混合気体と燃料Ｆを混合圧縮して燃焼させる装置である。気筒６及びピストン７はシリンダブロック１０の内部に収納される。シリンダブロック１０はまた、ピストン７とコンロッド１１を介して接続されるクランク軸１２を収納する。クランク軸１２は、燃焼室９内での燃焼反応により得られたピストン７の直進動力からコンロッド１１を介して変換された回転動力により回転する装置である。シリンダヘッド８は、シリンダブロック１０の上面に載置及び連結される装置で、その内部に吸気弁１３、排気弁１４及び燃料噴射装置１５を備えている。シリンダヘッド８及びシリンダブロック１０の材質としては、鋳鉄ブロック、または、アルミニウムが例示される。吸気弁１３は、シリンダヘッド８の内部に配置された図示しない動弁機構の動作に連動して、少なくとも燃焼室９に混合気体Ａ＋Ｇｅを導入するときに開状態となる装置である。排気弁１４は、上記動弁機構の動作に連動して、少なくとも燃焼室９から排気ガスＧを排出するときに開状態となる装置である。燃料噴射装置１５は、吸気弁１３と排気弁１４の間に配置されて、燃焼室９に燃料Ｆを噴射する装置である。これらの装置１３〜１５は、燃焼室９を介してピストン７の上面と対向して配置される。
【００１３】
吸気系通路３は、吸気弁１３を介して燃焼室９と連通されて、新気Ａを燃焼室９に導入する通路である。吸気系通路３は、新気Ａの流れ方向に関して上流側より順に、第１吸気通路３ａと、第２吸気通路３ｂと、第３吸気通路３ｃと、に分けられる。第１吸気通路３ａは、新気ＡとＥＧＲガスＧｅの合流がなされる通路である。第１吸気通路３ａは、その一端部が大気に開放されて、その他端部が第２吸気通路３ｂの一端部と連通する。第１吸気通路３ａの材質としては、樹脂が例示される。第２吸気通路３ｂは、シリンダヘッド８に連結される吸気マニホールド１６の内部空間として形成される通路である。第２吸気通路３ｂの一端部は第１吸気通路３ａの他端部と連通して、その他端部は第３吸気通路３ｃの一端部と連通する。吸気マニホールド１６の材質としては、アルミニウム、銅、金、銀等の熱伝導率が樹脂に比して比較的高い材質が例示される。第３吸気通路３ｃは、シリンダヘッド８の内部空間として形成される通路である。第３吸気通路３ｃの一端部は第２吸気通路３ｂの他端部と連通して、その他端部は吸気弁１３を介して燃焼室９と連通する。
【００１４】
排気系通路４は、排気弁１４を介して燃焼室９と連通されて、燃焼室９内での燃焼反応により発生する排気ガスＧの大部分を大気に排出する通路である。ＥＧＲ通路５は、排気系通路４と吸気系通路３（第１吸気通路３ａ）を連通する通路で、排気ガスＧの一部をＥＧＲガスＧｅとして還流する通路である。ＥＧＲ通路５には、ＥＧＲガスＧｅの流れ方向に関して上流側より順に、ＥＧＲクーラ１７と、ＥＧＲバルブ１８と、が配置される。ＥＧＲクーラ１７は、その内部でＥＧＲガスＧｅと冷却媒体（例えばエンジン冷却水）の間で熱交換して、ＥＧＲガスＧｅを冷却する装置である。ＥＧＲバルブ１８は、その開度に応じて排気系通路４から吸気系通路３に還流されるＥＧＲガスＧｅの流量を可変させる装置である。
【００１５】
第１実施形態の凝縮水発生制御システム１では、吸気マニホールド１６の内部（第２吸気通路３ｂの周辺）にペルチェ素子（低温形成装置）１９を設ける。ペルチェ素子１９は、２種類の金属の接合部に電流を流して、一方の金属から他方の金属に熱を移動させるペルチェ効果を利用した素子である。本実施形態では、ペルチェ素子１９の周囲から熱量を得る一方の金属を吸熱部１９ａ、吸熱部１９ａが得た熱量の移動先である他方の金属を放熱部１９ｂとする。図２に示すように、第２吸気通路３ｂの壁面を吸気マニホールド１６の内壁面として、ペルチェ素子１９は、吸気マニホールド１６の外壁面１６ａに配置される。吸熱部１９ａは吸気マニホールド１６の内壁面３ｂに対向する位置に、放熱部１９ｂは吸気マニホールド１６の外部（大気）に対向する位置に配置される。吸熱部１９ａはこの吸熱部１９ａに対向する内壁面３ｂより予め設定される設定距離ｄだけ外壁面１６ａ側に離間して配置される。この設定距離ｄは、第２吸気通路３ｂを通過する吸気ガスＡ＋Ｇｅの熱量により吸熱部１９ａが熱損しない距離で、かつ、吸熱部１９ａにより吸熱部１９ａに対向する内壁面３ｂの温度低下が可能な距離に設定される。設定距離として、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下が例示される。放熱部１９ｂは吸気マニホールド１６の外壁面１６ａの一部を構成して、吸熱部１９ａより得た熱量を大気に放出する。放熱部１９ｂは大気に露出していればよく、その周辺の吸気マニホールド１６の外壁面１６ａに対して突出していてもよいし、窪んでいてもよい。放熱部１９ｂはフィン形状にすることが好ましい。
【００１６】
第２吸気通路３ｂは、新気ＡとＥＧＲガスＧｅの混合気体の流れ方向に関して、その途中で上り勾配となる部分３ｂａが含まれるように形成される。ペルチェ素子１９は、この上り勾配となる部分３ｂａより上流側の壁面に対向する位置に配置される。ペルチェ素子１９への通電によりこの対向位置の壁面の温度がその周囲の壁面の温度より低下したときに、凝縮水はこの対向位置の壁面に集中的に発生する。凝縮水の発生を促すために、この対向位置の壁面をペルチェ素子１９側に窪ませてこの壁面の表面積を増加させると好ましい。この窪ませた壁面が凝縮水を貯留する凝縮水蓄積構造となる。
【００１７】
ペルチェ素子１９は、制御装置２０に接続される。制御装置２０は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。エンジン２を備えた車両のイグニッションキーがオフになったときに、この制御信号が制御装置２０に入力される。制御装置２０は、この入力時に、ペルチェ素子１９の吸熱部１９ａが第２吸気通路３ｂを通過する吸気より吸熱するようにペルチェ素子１９への通電を制御する。
【００１８】
なお、ペルチェ素子１９は、燃焼前の混合気体Ａ＋Ｇｅの通過する空間で凝縮水が発生するように、この空間を形成する吸気系通路３または燃焼室９の壁面の一部に近傍する位置に設けられればよく、第１実施形態の設置位置に限定されない。したがって、ペルチェ素子１９は、吸気系通路３または燃焼室９に隣接し、または、これらの装置３、９を覆うエンジン部品（ピストン７、シリンダヘッド８、シリンダブロック１０、吸気マニホールド１６）の内部に設けられる。このエンジン部品は、樹脂に比してアルミニウム等の比較的熱伝導率の高い材質で構成される部材であると、吸熱部１９ａに対向する凝縮水の発生箇所となる壁面と吸熱部１９ａの間の熱伝導が良化するため好ましい。特に、ペルチェ素子１９を吸気マニホールド１６の内部に設けると、ペルチェ素子１９と制御装置２０を接続する配線の配置が容易となり、また、エンジン２から離間した位置で凝縮水が発生するので好ましい。
【００１９】
第１実施形態の凝縮水発生制御システム１を用いた制御方法について説明する。ステップＳ１で、エンジン２を備えた車両のイグニッションキーがオンからオフに切り替わったか否かを判定する。ステップＳ１で、イグニッションキーがオンのままであると判定された場合（ＮＯ）にはリターンに進んで凝縮水発生制御システム１を用いた制御は行わない。一方、イグニッションキーがオンからオフに切り替わったと判定された場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２に進み、ステップＳ２でこの切り替わりの制御信号を制御装置２０に入力する。入力後、ステップＳ３に進む。ステップＳ３で、制御装置２０は、タイマー等を用いてペルチェ素子１９を予め設定した設定時間ｔだけ通電させる制御を行う。設定時間ｔは、吸熱部１９ａに対向する第２吸気通路３ｂの壁面で凝縮水が集中的に発生するのに十分な時間に設定される。例えば、第２吸気通路３ｂの内部空間の温度Ｔが６０℃程度である場合、設定時間ｔは３０秒〜９０秒程度にするのが好ましい。第２吸気通路３ｂの内部空間の温度Ｔと吸熱部１９ａの温度の差が大きくなるにつれて、凝縮水の発生量は多くなる。設定時間ｔが経過後、第４ステップＳ４に進み、第４ステップＳ４で、ペルチェ素子１９への通電を終了して、凝縮水発生制御システム１を用いた制御を終了する。
【００２０】
なお、第２ステップＳ２と第３ステップＳ３の間に、第２吸気通路３ｂの内部空間の温度Ｔを第２吸気通路３ｂに設けた温度センサにより検出するステップＳ２Ａと、この検出値Ｔが予め設定された設定温度Ｔ１以下であるか否かの判定を行うステップＳ２Ｂとを加えてもよい。この場合、ステップＳ２Ｂにて、検出値Ｔが設定温度Ｔ１以下である場合には第３ステップＳ３に進み、検出値Ｔが設定温度Ｔ１を上回る場合にはリターンに進んで凝縮水発生制御システム１を用いた制御は行わない。設定温度Ｔ１は、凝縮水の発生が懸念される程度の温度に設定される。
【００２１】
ペルチェ素子１９への通電により第２吸気通路３ｂの内部に、新気Ａ及びＥＧＲガスＧｅに起因した凝縮水が発生して、ペルチェ素子１９に対向する壁面に貯留する。そして、次回のエンジン始動時にこの貯留した凝縮水は第２吸気通路３ｂを通過する混合気体Ａ＋Ｇｅにより燃焼室９側に吹き飛ばされる。燃焼室９に流入した凝縮水は燃焼室９の内部での燃焼反応により蒸発する。
【００２２】
以上により、第１実施形態の凝縮水発生制御システム１では、混合気体Ａ＋Ｇｅが通過する空間（第２吸気通路）３ｂを覆う吸気マニホールド（エンジン部品）１６に関して、その内部における空間３ｂに近傍する位置にペルチェ素子１９を設ける。そして、イグニッションキーのオフ時に、ペルチェ素子１９に通電して、ペルチェ素子１９の設置位置に対向する空間３ｂを構成する壁面の温度をその周辺の空間３ｂを構成する壁面の温度より低くする。これにより、エンジン２に導入される新気Ａ及びＥＧＲガスＧｅに含まれる水分に起因する凝縮水を第２吸気通路３ｂの内部に限定して集中的に発生させることができる。また、第２吸気通路３ｂの内部に凝縮水を集中的に発生させることで、混合気体Ａ＋Ｇｅ中の水分濃度を低下させることができる。言い換えれば、凝縮水の発生箇所を制御することで、混合気体Ａ＋Ｇｅが通過する他の箇所での凝縮水の発生を防止できる。
【００２３】
低温形成装置としてペルチェ素子１９を用いる。これにより、イグニッションキーのオフ時にペルチェ素子１９に対向する第２吸気通路３ｂの壁面の温度をその周辺の壁面の温度より凝縮水が発生可能な温度まで確実に低温化させることができる。
【００２４】
第２吸気通路３ｂの途中で混合気体（吸気）Ａ＋Ｇｅの上流側から下流側に向かって上り勾配となるように形成して、この上り勾配の部分３ｂａの開始位置より上流側の第２吸気通路３ｂの壁面に対向してペルチェ素子１９を設ける。これにより、第２吸気通路３ｂを混合気体Ａ＋Ｇｅが通過しない限り、イグニッションキーのオフ時に貯留した凝縮水を燃焼室９側に流出させることなくこの壁面に留まらせることができる。
【００２５】
ペルチェ素子１９の放熱部１９ｂの形状がフィン形状であると、吸熱部１９ａから放熱部１９ｂに流れる熱量の大気への放出効率を向上させることができる。
【００２６】
第２実施形態の凝縮水発生制御システム１について図３を参照しながら説明する。図３の凝縮水発生制御システム１は、低温形成装置としてペルチェ素子１９ではなく高熱伝導率部材２１を用いる点と、この高熱伝導率部材２１をピストン７の内部に設けている点で第１実施形態の凝縮水発生制御システム１とは異なる。高熱伝導率部材２１は、この部材２１が埋め込まれるピストン７の材質（例えばアルミニウム）より熱伝導率の高い材質（例えば金、銀、銅）で形成される部材である。高熱伝導率部材２１は、燃焼室９内の温度の低温化に伴い自動的に低温化する部材で、制御装置２０に接続されない。
【００２７】
なお、高熱伝導率部材２１は、燃焼前の混合気体Ａ＋Ｇｅの通過する空間で凝縮水が発生するように、この空間を形成する吸気系通路３または燃焼室９の壁面の一部に近傍する位置に設けられればよく、第２実施形態の設置位置に限定されない。したがって、高熱伝導率部材２１の材質は、高熱伝導率部材２１に対向する壁面の周辺の壁面の材質より熱伝導率の高い材質であればよい。
【００２８】
第２実施形態のように、低温形成装置として高熱伝導率部材２１を用いると、制御装置２０と高熱伝導率部材２１の接続が不要となるので、高熱伝導率部材２１の配置レイアウトの自由度を高くすることができる。また、制御装置２０の負担を軽減することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  凝縮水発生制御システム
２  エンジン（内燃機関）
３  吸気系通路
３ａ  第１吸気通路
３ｂ  第２吸気通路
３ｃ  第３吸気通路
４  排気系通路
５  ＥＧＲ通路
６  気筒
７  ピストン
８  シリンダヘッド
９  燃焼室
１０  シリンダブロック
１１  コンロッド
１２  クランク軸
１３  吸気弁
１４  排気弁
１５  燃料噴射装置
１６  吸気マニホールド
１６ａ  吸気マニホールドの外壁面
１７  ＥＧＲクーラ
１８  ＥＧＲ弁
１９  ペルチェ素子
１９ａ  吸熱部
１９ｂ  放熱部
２０  制御装置
２１  高熱伝導率部材
【図１】
2020084762.tif 000003
【図２】
2020084762.tif 000004
【図３】
2020084762.tif 000005