(57)【要約】【課題】排気再循環装置に関し、エンジン性能に影響を与えることなく、捕集した凝結水を効果的に排出させる。【解決手段】エンジン１０の排気系１７と吸気系１１とを接続するＥＧＲ配管２０と、ＥＧＲ配管２０に設けられて、排気系１７から吸気系１１へ流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２１と、ＥＧＲクーラ２１よりも下流側のＥＧＲ配管２０に設けられて凝結水を貯留する凝結水貯留タンク２３と、ＥＧＲ配管２０に接続されて圧縮空気を供給する圧縮吸気供給機構３０と、圧縮吸気供給機構３０の駆動を制御するＥＣＵ４０と、を備え、ＥＣＵ４０は燃料噴射量がゼロの時に、圧縮吸気供給機構３０を駆動させて凝縮水を排出させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系と吸気系とを接続する再循環用配管と、
前記再循環用配管に設けられて、前記排気系から前記吸気系へ流れる再循環排気を冷却するクーラと、
前記クーラよりも下流側の再循環用配管に設けられて凝結水を貯留する貯留部と、
前記再循環用配管に接続されて、前記再循環用配管に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、
前記圧縮空気供給手段の駆動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記内燃機関の燃料噴射量がゼロの時に、前記圧縮空気供給手段を駆動させて前記貯留部に貯留されている凝縮水を排出させる
ことを特徴とする排気再循環装置。
【請求項２】
前記圧縮空気供給手段は、前記再循環用配管の吸気系との合流部に接続される請求項１に記載の排気再循環装置。
【請求項３】
前記圧縮空気供給手段は、車両の少なくとも一方の前輪から取り出される動力で駆動する請求項１又は２に記載の排気再循環装置。
【請求項４】
前記圧縮空気供給手段は、吸気流量センサとエアフィルタとの間の吸気系から吸入空気を取り込む吸気取込用配管を有する請求項１から３の何れか一項に記載の排気再循環装置。
【請求項５】
前記排気系に設けられて、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
一端部を前記貯留部に接続されると共に、他端部を前記フィルタの出口部の排気系に接続されて、前記貯留部に貯留された凝結水を排出させる排出用配管と、をさらに備える請求項１から４の何れか一項に記載の排気再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気再循環装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関では、排気の一部を吸気系に再循環させる排気再循環装置を備えたものが知られている。一般的に、排気再循環装置は、再循環排気（以下、ＥＧＲガスという）をＥＧＲクーラでエンジン冷却水と熱交換することで冷却させている。
【０００３】
ＥＧＲクーラの冷却によりＥＧＲガスの温度が低下すると、ＥＧＲガス中に含まれる水分の凝縮により凝結水が生成される。この凝結水は、排気中の酸化物が溶け込んで強い酸性を示すため、ＥＧＲ配管内に溜まり、さらには吸気系に流れ込んでインタークーラや過給機のコンプレッサ等に付着すると、これら部品の腐食や耐久性の低下を招く要因となる。
【０００４】
このような課題に着目して、例えば特許文献１には、ＥＧＲクーラの冷却により生じる凝結水を捕集することが開示されており、例えば特許文献２には、凝結水を排出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１２２３３７号公報
【特許文献２】特開２００８−２３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、捕集した凝結水をＥＧＲ配管内の圧力上昇により排出する構造では、排出を実行するタイミングによってはエンジン性能に影響を与える可能性がある。例えば、燃料噴射期間であるエンジンの負荷運転時に凝結水の排出を実行すると、ＥＧＲガス量を目標流量に制御することが困難となり、排ガスの悪化や燃費の低下を招く要因となる。また、アイドル運転時であっても、ＥＧＲガス量を制御する必要があるため、このようなアイドル運転時に凝結水の排出を実行することは、負荷運転時と同様に好ましくない。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的は、エンジン性能に影響を与えることなく、捕集した凝結水を効果的に排出させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の排気再循環装置は、内燃機関の排気系と吸気系とを接続する再循環用配管と、前記再循環用配管に設けられて、前記排気系から前記吸気系へ流れる再循環排気を冷却するクーラと、前記クーラよりも下流側の再循環用配管に設けられて凝結水を貯留する貯留部と、前記再循環用配管に接続されて、前記再循環用配管に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、前記圧縮空気供給手段の駆動を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記内燃機関の燃料噴射量がゼロの時に、前記圧縮空気供給手段を駆動させて前記貯留手部に貯留されている凝縮水を排出させることを特徴とする。
【０００９】
また、前記圧縮空気供給手段は、前記再循環用配管の吸気系との合流部に接続されてもよい。
【００１０】
また、前記圧縮空気供給手段は、車両の少なくとも一方の前輪から取り出される動力で駆動するものであってもよい。
【００１１】
また、前記圧縮空気供給手段は、吸気流量センサとエアフィルタとの間の吸気系から吸入空気を取り込む吸気取込用配管を有するものであってもよい。
【００１２】
また、前記排気系に設けられて、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、一端部を前記貯留部に接続されると共に、他端部を前記フィルタの出口部の排気系に接続されて、前記貯留部に貯留された凝結水を排出させる排出用配管と、をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の排気再循環装置によれば、エンジン性能に影響を与えることなく、捕集した凝結水を効果的に排出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気再循環装置を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る排気再循環装置の屈曲部に設けられた凝結水貯留タンクを示す模式的な斜視図である。
【図３】他の実施形態に係る排気再循環装置の屈曲部に設けられた変流プレートを示す模式的な平面断面図である。
【図４】他の実施形態に係る排気再循環装置の凝結水排出用配管を示す模式的な平面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る排気再循環装置の排出制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気再循環装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１６】
まず、図１に基づいて、本実施形態の排気再循環装置が適用される吸排気系、及び、車両の駆動系から説明する。
【００１７】
ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の吸気マニホールド１０ａには、吸気管１１が接続されると共に、排気マニホールド１０ｂには、排気管１７が接続されている。吸気管１１には、吸気上流側から順に、エアクリーナ１２、吸気流量センサ（以下、ＭＡＦセンサ）１３、吸気スロットル１４、過給機のコンプレッサ１５ａ、インタークーラ１６が設けられている。排気管１７には、排気上流側から順に、過給機のタービン１５ｂ、排気中に含まれる粒子状物質を捕集するディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（以下、ＤＰＦ）１８が設けられている。
【００１８】
エンジン１０の出力軸は、クラッチ２を介して変速機３の入力軸に接続されている。また、変速機３の出力軸は、プロペラシャフト４、差動装置５、ドライブシャフト６を介して、左右の駆動輪７Ｌ，７Ｒにそれぞれ接続されている。なお、図１中の符号８Ｌ，８Ｒは、車両を旋回させる左右の操舵輪（前輪）をそれぞれ示している。
【００１９】
次に、図１〜４に基づいて、本実施形態に係る排気再循環装置の詳細構成を説明する。
【００２０】
本実施形態の排気再循環装置は、ＥＧＲ配管２０と、ＥＧＲクーラ２１と、ＥＧＲバルブ２２と、凝結水貯留タンク２３と、凝結水排出用配管２４と、圧縮吸気供給機構３０と、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）４０とを備えている。
【００２１】
ＥＧＲ配管２０は、タービン１５ｂよりも排気下流側の排気管１７と、コンプレッサ１５ａよりも吸気上流側の吸気管１１とを連通する。すなわち、本実施形態の排気再循環装置は、低圧ＥＧＲ装置として構成されている。このＥＧＲ配管２０は、排気管１７との分岐部から吸気管１１との合流部に至る複数箇所で屈曲して形成されている。
【００２２】
ＥＧＲクーラ２１は、凝結水貯留タンク２３よりも上流側のＥＧＲ配管２０に設けられており、通過するＥＧＲガスをエンジン冷却水と熱交換することで冷却する。このＥＧＲクーラ２１よりも上流側のＥＧＲ配管２０には、ＥＧＲクーラ２１による冷却で生成される凝結水がＥＧＲ配管２０から排気管１７に逆流することを防止する逆流防止弁２５が設けられている。
【００２３】
ＥＧＲバルブ２２は、ＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じて開閉作動することで、排気管１７から吸気管１１へ流れるＥＧＲガスの流量を調整する。このＥＧＲバルブ２２は、ＥＧＲ配管２０の下流端、すなわち、吸気管１１との合流部に設けられており、凝結水を排出する際に、後述する加圧ポンプ３３で圧縮された吸気がＥＧＲバルブ２２よりも吸気管１１側に流れ込まないようになっている。
【００２４】
凝結水貯留タンク２３は、ＥＧＲ配管２０に形成された複数の屈曲部のうち、ＥＧＲクーラ２１出口部に最も近い最初の屈曲部２０ａの下方に設けられている。この屈曲部２０ａには、図２に示すように、下方に向けて開口する捕集用の開口部２３ａが形成されており、凝結水貯留タンク２３は、開口部２３ａに凝結水取入用配管２３ｂを介して接続されている。
【００２５】
このように、凝結水貯留タンク２３をＥＧＲクーラ２１出口部から最も近い最初の屈曲部２１ａに設けたことで、ＥＧＲクーラ２１の冷却によりＥＧＲガス中の水分が凝縮して生成される凝結水を効果的に捕集することができる。また、凝結水貯留タンク２３をＥＧＲガスの流れが変流する屈曲部２０ａに設けたことで、屈曲部２０ａの内周面に付着するＥＧＲガス中に含まれる水分も効果的に捕集することができる。
【００２６】
なお、凝結水を貯留する手段はタンクに限定されず、屈曲部２０ａの下面に形成される凹部であってもよい。また、ＥＧＲガス中に含まれる水分を積極的に捕集するために、図３に示すように、ＥＧＲ配管２０内に、ＥＧＲガスの流れを変流させる複数枚の変流プレートＡを設けてもよい。この変流プレートＡを設ける位置は、屈曲部２０ａに限定されず、直線状の部分であってもよい。
【００２７】
凝結水排出用配管２４は、凝結水貯留タンク２３内から凝結水を排出するもので、凝結水貯留タンク２３と排気管１７とを連通する。この凝結水排出用配管２４には、凝結水を排出させる際に、ＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じて開閉する排出用バルブ２４ａが設けられている。なお、凝結水排出用配管２４の排出側端は、必ずしも排気管１７に接続される必要はなく、大気解放されるものであってもよい。また、図４に示すように、凝結水排出用配管２４の排出側端をＤＰＦ１８の出口部に接続してもよい。このように、凝結水をＤＰＦ１８の出口部に排出させれば、ＤＰＦ１８の強制再生時に高温になる排気により凝結水を効果的に蒸発させることができる。
【００２８】
圧縮吸気供給機構３０は、凝結水を排出させる際に圧縮された吸入空気（以下、圧縮吸気という）を供給するもので、吸気取込用配管３１と、圧縮吸気供給用配管３２と、加圧ポンプ３３とを備え構成されている。
【００２９】
吸気取込用配管３１は、吸気管１１から取り入れた吸入空気（以下、吸気という）を加圧ポンプ３３に送り込むもので、上流側端をエアクリーナ１２とＭＡＦセンサ１３との間の吸気管１１に接続されると共に、下流側端を加圧ポンプ３３に接続されている。この吸気取込用配管３１には、吸気管１１から取り入れた吸気の逆流を防止する逆流防止弁３４が設けられている。
【００３０】
圧縮吸気供給用配管３２は、加圧ポンプ３３で圧縮された吸気を凝結水貯留タンク２３に供給するもので、上流側端を加圧ポンプ３３に接続されると共に、下流側端をＥＧＲ配管２０と吸気管１１との合流部に接続されている。
【００３１】
加圧ポンプ３３の回転軸（不図示）は、クラッチ３７、プーリ３６、ベルト３５を介して右側の操舵輪８Ｒに接続されている。すなわち、ＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じてクラッチ３７が接に制御されると、加圧ポンプ３３はベルト３５、プーリ３６、クラッチ３７を介して伝達される操舵輪８Ｒの回転力で駆動するように構成されている。
【００３２】
ＥＣＵ４０は、エンジン１０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うため、ＥＣＵ４０には、ＭＡＦセンサ１３、車速センサ５１、アクセル開度センサ５２、ブレーキペダルセンサ５３等の各種センサの出力信号が入力される。また、ＥＣＵ４０は、制動力判定部４１と、排出制御部４２とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
【００３３】
制動力判定部４１は、車速センサ５１、アクセル開度センサ５２、ブレーキペダルセンサ５３のセンサ値に基づいて、制動力の発生有無を判定する。本実施形態において、制動力判定部４１は、アクセル開度ゼロ（燃料噴射量ゼロ）の状態で車両の減速が検出されるエンジンブレーキ作動時、もしくは、運転者によるブレーキペダルの踏み込みが検出されるブレーキ操作時に、制動力の発生を有りと判定する。
【００３４】
排出制御部４２は、車両に制動力が発生すると、圧縮吸気供給機構３０の加圧ポンプ３３を駆動させて、凝結水貯留タンク２３から凝結水を排出させる排出制御を実行する。より詳しくは、排出制御部４２は、制動力判定部４１により制動力の発生が有りと判定されると、クラッチ３７を接、ＥＧＲバルブ２２を全閉、排出用バルブ２４ａを全開にする指示信号を出力する。
【００３５】
このように、凝結水の排出制御が実行されると、クラッチ３７の接により加圧ポンプ３３が操舵輪８Ｒの動力で駆動されることで、吸気取込用配管３１から取り入れた吸気は圧縮吸気供給用配管３２に圧送される。この時、ＥＧＲバルブ２２は全閉とされるので、圧縮吸気はＥＧＲ配管２０内を圧送されて凝結水貯留タンク２３に供給される。そして、圧縮吸気により凝結水貯留タンク２３内の圧力が上昇することで、凝結水貯留タンク２３内の凝結水は、排出用バルブ２４ａを全開とされた凝結水排出用配管２４から排気管１７内に排出されるように構成されている。
【００３６】
次に、図５に基づいて、本実施形態の排気再循環装置による排出制御のフローを説明する。本制御はエンジン１０の始動（イグニッションスイッチのキースイッチＯＮ）と同時にスタートする。
【００３７】
ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、制動力判定部４１によって制動力の発生有無が判定される。制動力が発生している場合、本制御はＳ１１０に進む一方、制動力が発生していない場合はリターンされる。
【００３８】
Ｓ１１０では、凝結水の排出制御を実行すべく、排出制御部４２から出力される指示信号に応じてクラッチ３７が接、ＥＧＲバルブ２２が全閉、排出用バルブ２４ａが全開に制御される。すなわち、加圧ポンプ３３の駆動により凝結水貯留タンク２３内の圧力が上昇し、凝結水は凝結水排出用配管２４を介して排気管１７に排出される。
【００３９】
その後、Ｓ１２０では、制動力判定部４１によって制動力の継続有無が判定される。制動力が継続して発生している場合、本制御はＳ１１０に戻される。すなわち、加圧ポンプ３３の駆動が継続されて、凝結水の排出も継続される。
【００４０】
一方、制動力が継続されていない場合、本制御はＳ１３０に進む。Ｓ１３０では、クラッチ３７を断、排出用バルブ２４ａを全閉にすると共に、ＥＧＲバルブ２２の開閉がエンジン１０の運転状態に基づいた通常の制御に切り替えられて、本制御はリターンされる。その後、Ｓ１００〜１３０の各ステップは、エンジン１０の停止（イグニッションスイッチのキースイッチＯＦＦ）まで繰り返し実行される。
【００４１】
次に、本実施形態に係る排気再循環装置による作用効果を説明する。
【００４２】
ＥＧＲクーラ２１の冷却によりＥＧＲガス中の水分が凝縮して生成される凝結水は、ＥＧＲクーラ２１出口部のＥＧＲ配管２０内に溜まりやすい傾向がある。また、ＥＧＲガス中に含まれる水分は、ＥＧＲガスの流れが変流する屈曲部２０ａの内周面に付着して溜まる傾向がある。これら凝結水は、排気中の酸化物が溶け込んで強い酸性を示すため、腐食や耐久性の低下を招く要因となる。
【００４３】
本実施形態の排気再循環装置では、凝結水を貯留する凝結水貯留タンク２３をＥＧＲクーラ２１出口部から最も近い最初の屈曲部２０ａの下方に設けている。すなわち、ＥＧＲクーラ２１の冷却により生成される凝結水や、屈曲部２０ａの内周面に付着するＥＧＲガス中の水分は、これら凝結水が最も集まりやすい屈曲部２０ａに設けられた凝結水貯留タンク２３によって効果的に捕集されるように構成されている。
【００４４】
したがって、本実施形態の排気再循環装置によれば、ＥＧＲクーラ２１の冷却による凝結水や、屈曲部２０ａの内周面に付着するＥＧＲガス中の水分を効果的に捕集することが可能となり、これら凝結水による腐食や耐久性低下を確実に防止することができる。特に、本実施形態の排気再循環装置は低圧ＥＧＲ装置として構成されているので、凝結水が吸気系に流れ込んでコンプレッサ１５ａやインタークーラ１６等に付着することを効果的に防止することができる。
【００４５】
また、本実施形態の排気再循環装置では、凝結水貯留タンク２３に貯留した凝結水は、アクセル開度がゼロになるエンジンブレーキ作動時、もしくは、ブレーキペダルの操作時に、圧縮吸気供給機構３０を作動させて、ＥＧＲ配管２０から凝結水貯留タンク２３に圧縮吸気を供給することで排出される。すなわち、ＥＧＲ配管２０内の圧力上昇を伴う凝結水の排出は、ＥＧＲガスの再循環を行わないエンジンブレーキ作動時やブレーキペダル操作時にのみ実行されるように構成されている。
【００４６】
したがって、本実施形態の排気再循環装置によれば、凝結水の排出をＥＧＲガス量の流量制御を行わないエンジンブレーキ作動時やブレーキ操作時に実行することで、排ガス悪化や燃費低下等、エンジン性能に与える影響を確実に低減することができる。
【００４７】
また、本実施形態の排気再循環装置では、圧縮吸気供給用配管３２の下流端は、ＥＧＲバルブ２２の直下流側に接続されている。このＥＧＲバルブ２２は、ＥＧＲ配管２０の下流端（吸気管１１との合流部近傍）に設けられている。すなわち、凝結水の排出時に加圧ポンプ３３から供給される圧縮空気は、ＥＧＲバルブ２２の直下流側から凝結水貯留タンク２３に至るＥＧＲ配管２０内の長い距離を圧送されるように構成されている。
【００４８】
したがって、本実施形態の排気再循環装置によれば、凝結水貯留タンク２３に捕集されずに、この凝結水貯留タンク２３よりも下流側のＥＧＲ配管２０内に残された凝結水や、屈曲部２０ａ以外の屈曲内周面に付着したＥＧＲガス中の水分を圧送される圧縮吸気で効果的に排出することができる。
【００４９】
また、本実施形態の排気再循環装置では、吸気管１１から加圧ポンプ３３に吸気を取り入れる吸気取込用配管３１は、その上流側端をエアクリーナ１２とＭＡＦセンサ１３との間の吸気管１１に接続されている。すなわち、加圧ポンプ３３を駆動させて凝結水の排出を行う際は、エアクリーナ１２によって異物を除去された吸気が供給されるように構成されている。
【００５０】
したがって、本実施形態の排気再循環装置によれば、ＥＧＲ配管２０内やＥＧＲバルブ２２、ＥＧＲクーラ２１への異物の付着が効果的に抑止されて、これら部品の固着等を確実に防止することができる。また、ＭＡＦセンサ１３よりも上流側から吸気を取り出す構造により、加圧ポンプ３３が駆動してもＭＡＦセンサ１３とエンジン１０の実吸気流量との間に差異が発生しないため、エンジン１０の各種制御に与える影響を効果的に低減することができる。
【００５１】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００５２】
例えば、加圧ポンプ３３は、操舵輪８Ｒから取り出した動力で駆動するものとしたが、駆動系から取り出した制動エネルギを回生エネルギとして電力に変換するリターダ等を用い、加圧ポンプ３３を係る電力により駆動する電動式ポンプとして構成することもできる。
【００５３】
また、排気再循環装置は低圧ＥＧＲ装置に限定されず、ＥＧＲ配管２０がタービン１５ｂよりも排気上流側の排気管１７と、コンプレッサ１５ａよりも吸気下流側の吸気管１１とを連通する高圧ＥＧＲ装置として構成することもできる。
【００５４】
また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限られず、ガソリンエンジン等にも広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  エンジン
１１  吸気管
１５ａ  コンプレッサ
１５ｂ  タービン
１７  排気管
１８  ＤＰＦ
２０  ＥＧＲ配管
２１  ＥＧＲクーラ
２２  ＥＧＲバルブ
２３  凝結水貯留タンク
２４  凝結水排出用配管
３０  圧縮吸気供給機構（圧縮空気供給手段）
４０  ＥＣＵ（制御手段）
４１  制動力判定部
４２  排出制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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