(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機と、
吸気通路の前記過給機よりも下流に介装され、吸入空気を冷却するインタークーラと、
排気通路と前記吸気通路の前記インタークーラよりも上流の部分とを接続するＥＧＲ通路と、
前記インタークーラの下部と前記排気通路とを接続する凝結水排水通路と、
前記凝結水排水通路に介装された開閉弁と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該運転状態検出手段の検出情報に基づき、前記インタークーラ内の圧力が前記排気通路内の圧力よりも低い極低出力域の運転状態にあるとき、及び、高出力域の運転状態にあるとき、前記開閉弁を閉作動させる開閉弁制御手段と、
を備えたことを特徴とする過給機付内燃機関。
【請求項２】
前記開閉弁制御手段は、前記運転状態検出手段からの情報に基づき現運転状態での空気過剰率を算出する空気過剰率算出手段を有し、
前記開閉弁制御手段は、前記空気過剰率算出手段により算出される空気過剰率が前記極低出力域の運転状態の閾値としての第１の空気過剰率よりも大きいとき、及び、前記高出力域の運転状態の閾値としての第２の空気過剰率よりも小さいとき、前記開閉弁を閉作動させることを特徴とする、請求項１記載の過給機付内燃機関。
【請求項３】
前記開閉弁制御手段は、前記空気過剰率算出手段により算出される空気過剰率が前記第１の空気過剰率よりも小さく且つ前記第２の空気過剰率よりも大きいとき、前記開閉弁を所定期間に亘り開作動させることを特徴とする、請求項２記載の過給機付内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給機付内燃機関に係り、詳しくは、インタークーラ内で凝結する水分の排出技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
バス、トラック等に搭載されるディーゼルエンジンでは、出力を向上させることを目的として、吸入空気を過給機で圧縮するとともにインタークーラで冷却して燃焼室内の体積効率を高めることが一般に行われている。
また、主として排気中のＮＯxを低減することを目的として、排ガスの一部を吸気系に還流させて新気とともに再燃焼させる排気再循環（ＥＧＲ）も一般に行われている。
【０００３】
ところで、吸入される新気中や還流されるＥＧＲガス中には水分が水蒸気として多く含まれており、かかる新気やＥＧＲガスをインタークーラで冷却すると、結露が生じ、当該結露水が燃焼室内に進入して部材の腐食等の不具合が生じるという問題がある。
そこで、インタークーラと排気通路とを排水管で連結し、インタークーラ内の結露水を排気通路に排出させる装置が特開平１１−２７０３４１号公報等に開示されている。これにより、排気通路に排出された結露水が排気熱によって気化され、水蒸気として大気中に放出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バス、トラック等においては排気通路が長いために排気圧力が高く、インタークーラ内の結露水を排気通路に排出させようとしても、インタークーラ内の圧力が低いようなときには排ガスが排水管を逆流する等して結露水が十分に排出されないという問題が起こり得る。
【０００５】
また、高出力を得ようとした場合には、過給機で吸入空気の圧力を十分に高める必要があるが、排水管により結露水を排出しようとすると、同時に結露水以外の吸入空気も排出されることになり（ブースト抜け）、吸入空気の圧力が低下して十分な出力が得られず、性能悪化を招くおそれもある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、内燃機関の性能悪化なく且つ排ガスの逆流なくインタークーラ内の結露水を確実に排出可能な過給機付内燃機関を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、過給機と、吸気通路の前記過給機よりも下流に介装され、吸入空気を冷却するインタークーラと、排気通路と前記吸気通路の前記インタークーラよりも上流の部分とを接続するＥＧＲ通路と、前記インタークーラの下部と前記排気通路とを接続する凝結水排水通路と、前記凝結水排水通路に介装された開閉弁と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段の検出情報に基づき、前記インタークーラ内の圧力が前記排気通路内の圧力よりも低い極低出力域の運転状態にあるとき、及び、高出力域の運転状態にあるとき、前記開閉弁を閉作動させる開閉弁制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
従って、インタークーラ内の圧力が排気通路内の圧力よりも低い極低出力域の運転状態にあるときには開閉弁が閉弁させられることになり、排ガスが凝結水排水通路を介して吸気系に逆流することが防止される。
また、高出力域の運転状態にあるときにも開閉弁が閉弁させられるので、吸入空気の排出が防止されて高出力が必要なときには吸気圧が確保され、内燃機関の出力低下が防止される。
【０００８】
即ち、開閉弁は極低出力域でも高出力域でもない中低出力域においてのみ開弁することになり、インタークーラ内の結露水は、内燃機関の性能悪化なく且つ排ガスの逆流なく良好に排気通路に排出され、排気熱により蒸発する。
また、請求項２の発明では、前記開閉弁制御手段は、前記運転状態検出手段からの情報に基づき現運転状態での空気過剰率を算出する空気過剰率算出手段を有し、前記開閉弁制御手段は、前記空気過剰率算出手段により算出される空気過剰率が前記極低出力域の運転状態の閾値としての第１の空気過剰率よりも大きいとき、及び、前記高出力域の運転状態の閾値としての第２の空気過剰率よりも小さいとき、前記開閉弁を閉作動させることを特徴としている。
【０００９】
従って、内燃機関の出力と空気過剰率とは相関関係があり、内燃機関が低出力域の運転状態では空気過剰率は大きく、高出力域の運転状態では空気過剰率は小さいことから、空気過剰率が極低出力域の運転状態の閾値としての第１の空気過剰率よりも大きいときに開閉弁を閉弁することにより、排ガスの吸気系への逆流が確実に防止される。
【００１０】
また、空気過剰率が高出力域の運転状態の閾値としての第２の空気過剰率よりも小さいときに開閉弁を閉弁することにより、高出力が必要なときの内燃機関の出力低下が好適に防止される。
即ち、開閉弁は空気過剰率が第１の空気過剰率と第２の空気過剰率との間にあるとき、つまり中低出力域においてのみ開弁することになり、インタークーラ内の結露水は、確実に内燃機関の性能悪化なく且つ排ガスの逆流なく排気通路に排出される。
【００１１】
また、請求項３の発明では、前記開閉弁制御手段は、前記空気過剰率算出手段により算出される空気過剰率が前記第１の空気過剰率よりも小さく且つ前記第２の空気過剰率よりも大きいとき、前記開閉弁を所定期間に亘り開作動させることを特徴としている。
従って、開閉弁は空気過剰率が第１の空気過剰率と第２の空気過剰率との間にあるとき、つまり中低出力域において所定期間だけ開弁することになり、インタークーラ内の結露水が内燃機関の性能悪化なく且つ排ガスの逆流なく十分に排気通路に排出可能であるとともに、中低出力域においても吸入空気が必要以上に排出されてしまうことが防止される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る過給機付内燃機関の一実施例を説明する。
図１を参照すると、本発明に係る過給機付内燃機関の概略構成図が示されており、以下同図に基づき説明する。
【００１３】
エンジン１としては、ここでは直列４気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記す）が採用される。
エンジン１の図示しない吸気ポートには、吸気マニホールド２を介して吸気管４が接続されており、一方、図示しない排気ポートには、排気マニホールド６を介して排気管８が接続されている。
【００１４】
そして、これら吸気管４と排気管８には、吸気管４側にコンプレッサ１２を有し、排気管８側にタービン１４を有するようにしてターボチャージャ（過給機）１０が介装されている。ターボチャージャ１０は、吸入空気を圧縮することによってエンジン１の燃焼室内の体積効率を高めるものである。
吸気管４のターボチャージャ１０と吸気マニホールド２との間には、インタークーラ１６が介装されている。インタークーラ１６は、ターボチャージャ１０により圧送される吸入空気を冷却し、エンジン１の燃焼室内の体積効率をさらに高める機能を果たす。
【００１５】
排気管８には、排気ブレーキ２０が介装されるとともに、後処理装置２２及びマフラ２４が介装されている。
排気ブレーキ２０は、閉弁することにより排気管内の排気圧力を上げてエンジン１に制動をかける仕組みの制動装置であり、例えばアクチュエータ（図示せず）により開閉される電磁式のバタフライバルブが採用されている。
【００１６】
後処理装置２２は、排ガスに含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等）やＰＭ（パティキュレート・マター）を浄化処理するための触媒コンバータやディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）からなる排気浄化装置であり、マフラ２４は消音装置である。
排気管８の後処理装置２２よりも下流の部分からは、分岐して排ガスの一部（ＥＧＲガス）を吸気系に還流させるためのＥＧＲ通路３０が延びており、当該ＥＧＲ通路３０の先端は吸気管４のターボチャージャ１０よりも上流の部分に接続されている。
【００１７】
そして、ＥＧＲ通路３０には、ＥＧＲ通路３０の開閉制御を行う電磁式のＥＧＲ弁３２が介装されており、さらに、体積効率を高めるべくＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３４が介装されている。
これにより、アクチュエータ（図示せず）の作動によりＥＧＲ弁３２が開弁し、排気管８からＥＧＲ通路３０を通ってＥＧＲガスが吸気系に還流されると、当該ＥＧＲガスが新気とともに燃焼室内に導入されて燃焼することになり、燃焼が緩慢となってＮＯxの発生が抑制される。
【００１８】
ところで、インタークーラ１６においては、吸入空気やＥＧＲガスに含まれる水分が冷却により凝結し凝結水となる。そこで、インタークーラ１６内には、かかる凝結水を集めるための溜部１７が設けられており、当該溜部１７からは凝結水排水通路４０が延びている。凝結水排水通路４０の先端は排気管８のうちＥＧＲ通路３０との分岐よりも下流の部分に接続されている。
【００１９】
そして、凝結水排水通路４０には、アクチュエータ（図示せず）により作動し、凝結水排水通路４０の連通と遮断とを行う電磁式の開閉弁４２が介装されている。
電子コントローラ（ＥＣＵ）５０は、エンジン１を含めた本発明に係る過給機付内燃機関の総合的な制御を行うための制御装置である。
【００２０】
ＥＣＵ５０の入力側には、エンジン１に設けられたエンジン回転速度等を検出する各種センサ類が接続されるとともに、アクセルペダル５２の操作量を検出するアクセルセンサ５４が接続されている。
一方、ＥＣＵ５０の出力側には、上記排気ブレーキ２０、ＥＧＲ弁３２、開閉弁４２の各アクチュエータが接続されている。
【００２１】
これにより、ＥＣＵ５０から排気ブレーキ２０のアクチュエータに作動信号が供給されると排気ブレーキ２０としてのバタフライバルブが開閉弁し、ＥＧＲ弁３２のアクチュエータに開度信号が供給されるとＥＧＲ弁３２の開度が調整され、開閉弁４２のアクチュエータに作動信号が供給されると開閉弁４２が開閉弁する。
【００２２】
以下、上記のように構成された本発明に係る過給機付内燃機関の作用、即ち凝結水排水制御について説明する。
上述したように、インタークーラ１６には吸入空気やＥＧＲガスに含まれる水分が冷却により凝結して凝結水として溜まることになるが、かかる凝結水を凝結水排水通路４０を介して排気管８に排出しようとする場合、常に凝結水が抜けるようにしておくと、例えばアイドル運転時のように排気管８内の排気圧力の方がインタークーラ１６内の吸気圧力よりも高いような場合、凝結水が凝結水排水通路４０に抜けるどころか排ガスが逆流してしまうという問題があり、一方、高出力を得たいような場合であっても、ブースト抜けにより吸気圧が上がらず、即ち燃焼室内の体積効率を十分に高められず、所望の出力を得られないという問題がある。
【００２３】
そこで、本発明では、凝結水の排水を行う時期を必要最小限に制限するようにしている。
図２を参照すると、インタークーラ１６内圧力（実線）及び排気管８内圧力（破線）と空気過剰率λとの関係が示されているが、本発明では、空気過剰率λに応じて開閉弁４２を開閉制御するようにしており（開閉弁制御手段）、以下同図に基づき説明する。
【００２４】
ここに、空気過剰率λを開閉弁４２の開閉制御のためのパラメータとするのは、エンジン１の出力と空気過剰率λとの相関が高いためである。
空気過剰率λは、燃料噴射量Ｑ、エンジン回転速度Ｎe、ＥＧＲ量等に基づいて決定され、具体的には、アクセルセンサ５４からのアクセル開度情報、エンジン１からのエンジン回転速度情報Ｎe、ＥＧＲ弁３２の開度指令値等から演算により求められる。実際には、これらは予めマップ化されており、空気過剰率λは当該マップから読みとられる（運転状態検出手段、空気過剰率算出手段）。
【００２５】
ここでは、例えば極低出力域の運転状態の閾値として値λ1（第１の空気過剰率）が設定されており、高出力域の運転状態の閾値として値λ2（第２の空気過剰率）が設定されている。
そして、空気過剰率λが値λ1よりも大きいようなとき（Ａ領域）には、開閉弁４２を閉作動させる。つまり、アイドル運転時のように、エンジン１が極低出力域にあり排気管８内圧力の方がインタークーラ１６内圧力よりも高くなるようなときには、開閉弁４２を閉状態とする。これにより、排ガスが吸気系側に逆流することが確実に防止される。
【００２６】
また、空気過剰率λが値λ2よりも小さいようなとき（Ｃ領域）にも、開閉弁４２を閉作動させる。つまり、エンジン１が高出力域にあるときには、開閉弁４２を閉状態とする。これにより、ブースト抜けが防止され、エンジン１の出力の低下が好適に防止される。
一方、空気過剰率λが値λ1と値λ2の間（Ｂ領域）にあるときには、開閉弁４２を開作動させる。つまり、エンジン１が中低出力域にあるときにのみ開閉弁４２を開作動させ、凝結水の排出を行うようにする。
【００２７】
好ましくは、空気過剰率λが値λ1と値λ2の間にあるときに、所定時間（数秒）だけ開閉弁４２を開作動させるようにする。これにより、凝結水の排出を十分に行いながら、吸入空気が必要以上に排出されてしまうことが防止される。
従って、本発明の過給機付内燃機関では、インタークーラ１６内の結露水をエンジン１の性能悪化なく且つ排ガスの吸気系への逆流なく良好に排気管８に排出させるようにでき、かかる結露水を排気熱によって良好に蒸発させることができる。これにより、エンジン１の主としてピストンやシリンダ壁及びインタークーラ等における腐食の発生を未然に防止できる。
【００２８】
なお、ＥＧＲガスは通常の新気よりも多くの水分を含むため、中低出力域（Ｂ領域）であってもできるだけＥＧＲを実施しているときに定期的に開閉弁４２を開弁するのがよい。具体的には、ＥＧＲについては低出力域（Ｂ領域のうちＡ領域寄りの範囲）で実施する傾向にあるので、空気過剰率λがかかる領域にあるときに開閉弁４２を開弁するのがよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の過給機付内燃機関によれば、インタークーラ内の圧力が排気通路内の圧力よりも低い極低出力域の運転状態にあるときに開閉弁を閉弁するので、排ガスが凝結水排水通路を介して吸気系に逆流することを防止でき、また、高出力域の運転状態にあるときにも開閉弁を閉弁するので、高出力が必要な場合に吸入空気の排出を防止して吸気圧を確保でき、内燃機関の出力低下を防止することができる。
【００３０】
従って、極低出力域でも高出力域でもない中低出力域においてのみ開閉弁を開弁するようにでき、インタークーラ内の結露水を内燃機関の性能悪化なく且つ排ガスの逆流なく良好に排気通路に排出させ、排気熱によって蒸発させることができる。
また、請求項２の過給機付内燃機関によれば、内燃機関の出力と空気過剰率とは相関関係があり、内燃機関が低出力域の運転状態では空気過剰率は大きく、高出力域の運転状態では空気過剰率は小さいことから、空気過剰率が極低出力域の運転状態の閾値としての第１の空気過剰率よりも大きいときに開閉弁を閉弁することで、排ガスの吸気系への逆流を確実に防止でき、また、空気過剰率が高出力域の運転状態の閾値としての第２の空気過剰率よりも小さいときに開閉弁を閉弁することで、高出力が必要なときの内燃機関の出力低下を好適に防止できる。
【００３１】
従って、空気過剰率が第１の空気過剰率と第２の空気過剰率との間にあるとき、つまり中低出力域においてのみ開閉弁を開弁するようにでき、インタークーラ内の結露水を確実に内燃機関の性能悪化なく且つ排ガスの逆流なく排気通路に排出させることができる。
また、請求項３の過給機付内燃機関によれば、空気過剰率が第１の空気過剰率と第２の空気過剰率との間にあるとき、つまり中低出力域において所定期間だけ開閉弁を開弁するので、インタークーラ内の結露水を内燃機関の性能悪化なく且つ排ガスの逆流なく十分に排気通路に排出できるとともに、中低出力域においても吸入空気が必要以上に排出されてしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る過給機付内燃機関の概略構成図である。
【図２】インタークーラ内圧力及び排気管内圧力と空気過剰率λとの関係を示す図であって、開閉弁の開閉制御について説明する図である。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン
４  吸気管
８  排気管
１０  ターボチャージャ（過給機）
１６  インタークーラ
３０  ＥＧＲ通路
３２  ＥＧＲ弁
４０  凝結水排水通路
４２  開閉弁
５０  電子コントローラ（ＥＣＵ）
５４  アクセルセンサ
【図１】
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【図２】
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