(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられ、アンモニアによってＮＯｘを還元して浄化する選択還元型のＮＯｘ触媒と、
アンモニア又はアンモニアの前駆体である添加剤を前記ＮＯｘ触媒の上流の前記排気通路に供給する添加剤供給弁と、
を備えた内燃機関に適用される内燃機関の凝縮水処理装置であって、
前記内燃機関の排気系で生成された凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、
前記凝縮水タンクと前記排気通路とを連通する排水通路と、
前記排水通路の閉鎖と開通とを切り替える切替弁と、
前記添加剤が前記添加剤供給弁を介して前記排気通路に供給されている間に前記凝縮水が前記排水通路を介して前記排気通路に排水されるように前記切替弁を制御する排水制御手段と、
を備える内燃機関の凝縮水処理装置。
【請求項２】
前記排水通路と前記排気通路とが接続される接続位置が前記添加剤供給弁の下流側に設定されている請求項１の凝縮水処理装置。
【請求項３】
前記排水通路と前記排気通路とが接続される接続位置が前記ＮＯｘ触媒の上流側に設定されており、
前記排水制御手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度に応じて前記凝縮水の排水量を算出する請求項１又は２の凝縮水処理装置。
【請求項４】
前記排水制御手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度が高いほど大きな値となるように設定された上限値を超えない限度で前記排水量を算出する請求項３の凝縮水処理装置。
【請求項５】
前記凝縮水の前記排気通路への排水時は前記凝縮水の前記排気通路への非排水時に比べて前記添加剤の前記排気通路への供給量が多くなるように、前記添加剤の前記排気通路への供給量を増量する添加剤増量手段を更に備える請求項１〜４のいずれか一項の凝縮水処理装置。
【請求項６】
前記添加剤増量手段は、前記凝縮水が前記排気通路に排水される排水量及び前記凝縮水タンクに貯留された前記凝縮水のｐＨに基づいて前記添加剤の供給量を増量する請求項５の凝縮水処理装置。
【請求項７】
前記添加剤供給弁に接続されて前記添加剤を保持する添加剤保持部を更に備え、
前記添加剤増量手段は、前記添加剤保持部の前記添加剤の保持量が所定値以下の場合に前記添加剤の供給量の増量を禁止し、
前記所定値は、前記凝縮水タンクに貯留された前記凝縮水のｐＨが小さいほど小さくなるように設定されている請求項５又は６の凝縮水処理装置。
【請求項８】
前記内燃機関は、前記ＮＯｘ触媒の下流の前記排気通路から排気を取り出して吸気系に導くＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラと、前記排水通路と前記排気通路とが接続される接続位置よりも下流側で、かつ前記ＥＧＲ通路が排気を取り出す位置よりも下流側に設けられ前記排気通路の流路を絞ることが可能な背圧調整弁と、を更に備え、
前記凝縮水タンクは、前記ＥＧＲクーラで生成された凝縮水を、前記排気系で生成された前記凝縮水として貯留し、
前記排水制御手段は、前記添加剤の供給量の増量が禁止されている場合に、前記排気通路の前記流路が絞られた状態で前記凝縮水が前記排気通路に排水されるように前記背圧調整弁を操作する請求項７の凝縮水処理装置。
【請求項９】
前記内燃機関は、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁を更に備え、
前記排水制御手段は、前記ＥＧＲ通路が閉鎖されるように前記ＥＧＲ弁を操作する請求項８の凝縮水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気系で生成された凝縮水を処理する内燃機関の凝縮水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の凝縮水処理装置として、ＥＧＲクーラで生成された凝縮水を凝縮水タンクに貯留し、凝縮水タンクの貯水量が所定量に達した時に凝縮水を吸気通路に噴射するものが知られている（特許文献１）。吸気通路に供給された凝縮水が吸気とともに気筒内に導かれて気化することによって燃焼温度が抑制される結果、燃焼に伴うＮＯｘの生成量が抑制される。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３１８０４９号公報
【特許文献２】特開２０１０−４３５８５号公報
【特許文献３】特開２００７−１５４７９５号公報
【特許文献４】特開２０００−２７７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のような凝縮水処理装置は凝縮水を際限なく内燃機関に供給することができない。そのため、凝縮水タンクの貯水量が過多となった場合には、凝縮水タンクに貯留された凝縮水を内燃機関の外部へ排水して凝縮水タンクの貯水量を減らす必要がある。しかし、酸性度が高い状態の凝縮水が内燃機関の外部に排水されることを可能な限り抑制することが望ましい。【０００５】
そこで、本発明は、酸性度が高い状態の凝縮水が内燃機関の外部に排水されることを抑制できる内燃機関の凝縮水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の凝縮水処理装置は、排気通路に設けられ、アンモニアによってＮＯｘを還元して浄化する選択還元型のＮＯｘ触媒と、アンモニア又はアンモニアの前駆体である添加剤を前記ＮＯｘ触媒の上流の前記排気通路に供給する添加剤供給弁と、を備えた内燃機関に適用される内燃機関の凝縮水処理装置であって、前記内燃機関の排気系で生成された凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、前記凝縮水タンクと前記排気通路とを連通する排水通路と、前記排水通路の閉鎖と開通とを切り替える切替弁と、前記添加剤が前記添加剤供給弁を介して前記排気通路に供給されている間に前記凝縮水が前記排水通路を介して前記排気通路に排水されるように前記切替弁を制御する排水制御手段と、を備えるものである。【０００７】
アンモニア又はアンモニアの前駆体である添加剤が排気通路に供給されると、排気通路内にアンモニアが存在する状態に至る。本発明の凝縮水処理装置によれば、こうした添加剤が排気通路に供給されている間に凝縮水タンクに貯留された凝縮水が排水通路を介して排気通路に排水される。そのため、排気通路に排水された凝縮水と排気通路内に存在するアンモニアとが混合して中和する。これにより、排気通路に排水された凝縮水のｐＨが上昇して酸性度が弱められる。したがって、酸性度が弱められた凝縮水が排気通路を通じて内燃機関の外部に排水されるので、酸性度が高い状態の凝縮水が内燃機関の外部に排水されることを抑制できる。【０００８】
本発明の凝縮水処理装置の一態様として、前記排水通路と前記排気通路とが接続される接続位置が前記添加剤供給弁の下流側に設定されてもよい。この態様によれば、排気通路への凝縮水の排水時に添加剤供給弁が凝縮水に曝されることを抑制できる。これにより、凝縮水に曝されることを原因とした添加剤供給弁の腐食を抑制できる。【０００９】
本発明の凝縮水処理装置の一態様として、前記排水通路と前記排気通路とが接続される接続位置が前記ＮＯｘ触媒の上流側に設定されており、前記排水制御手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度に応じて前記凝縮水の排水量を算出してもよい。この態様によれば、ＮＯｘ触媒の温度に応じた凝縮水の排水が行われるのでＮＯｘ触媒の温度を適正な範囲に保つことができる。【００１０】
この態様において、前記排水制御手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度が高いほど大きな値となるように設定された上限値を超えない限度で前記排水量を算出してもよい。この場合には、ＮＯｘ触媒の温度の過度な上昇と過度な降下とを抑制できるため、凝縮水の排水を原因としたＮＯｘ触媒の過剰な活性低下を抑制できる。【００１１】
本発明の凝縮水処理装置の一態様として、前記凝縮水の前記排気通路への排水時は前記凝縮水の前記排気通路への非排水時に比べて前記添加剤の前記排気通路への供給量が多くなるように、前記添加剤の前記排気通路への供給量を増量する添加剤増量手段を更に備えてもよい。この態様によれば、凝縮水の中和にアンモニアが用いられることによってＮＯｘ触媒に保持されるべきアンモニアが不足することを抑制できる。これにより、添加剤の本来の使用目的を阻害することなく凝縮水を中和することができる。【００１２】
上記の態様において、前記添加剤増量手段は、前記凝縮水が前記排気通路に排水される排水量及び前記凝縮水タンクに貯留された前記凝縮水のｐＨに基づいて前記添加剤の供給量を増量してもよい。凝縮水の中和に必要な添加剤の量は、凝縮水の排水量及び凝縮水のｐＨによって変わる。したがって、凝縮水の排水量及び凝縮水のｐＨに基づいて添加剤の供給量を増量することより、添加剤の過剰な増量を抑制できる。【００１３】
また、上記の態様においては、前記添加剤供給弁に接続されて前記添加剤を保持する添加剤保持部を更に備え、前記添加剤増量手段は、前記添加剤保持部の前記添加剤の保持量が所定値以下の場合に前記添加剤の供給量の増量を禁止し、前記所定値は、前記凝縮水タンクに貯留された前記凝縮水のｐＨが小さいほど小さくなるように設定されてもよい。凝縮水のｐＨが小さいほど酸性度が高いので添加剤の増量によって凝縮水を中和する必要性が高い。つまり、凝縮水のｐＨが小さいほど添加剤の増量を禁止せずに続行することが望ましい。しかし、ＮＯｘ触媒への供給が添加剤の本来の使用目的であるので、添加剤の保持量が低下した場合には本来の使用目的を優先すべきである。したがって、添加剤の増量を禁止する所定値を凝縮水のｐＨが小さいほど小さくなるように設定することにより、添加剤の本来の使用目的を維持しつつ凝縮水を中和の必要性をできるだけ満足させることができる。【００１４】
添加剤の増量が禁止される場合、次の態様によって凝縮水を排水することが好ましい。すなわち、前記内燃機関は、前記ＮＯｘ触媒の下流の前記排気通路から排気を取り出して吸気系に導くＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラと、前記排水通路と前記排気通路とが接続される接続位置よりも下流側で、かつ前記ＥＧＲ通路が排気を取り出す位置よりも下流側に設けられ前記排気通路の流路を絞ることが可能な背圧調整弁と、を更に備え、前記凝縮水タンクは、前記ＥＧＲクーラで生成された凝縮水を、前記排気系で生成された前記凝縮水として貯留し、前記排水制御手段は、前記添加剤の供給量の増量が禁止されている場合に、前記排気通路の前記流路が絞られた状態で前記凝縮水が前記排気通路に排水されるように前記背圧調整弁を操作してよい。これにより、添加剤の増量が禁止されている場合は、ＥＧＲ通路が排気を取り出す位置よりも下流側の流路が絞られた状態で凝縮水が排気通路に排水される。そのため、凝縮水がＥＧＲ通路に取り込まれる割合が増加するので、排気通路を通じて外部に排水される凝縮水の排水量を低減できる。【００１５】
上記の場合、前記内燃機関は、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁を更に備え、前記排水制御手段は、前記ＥＧＲ通路が閉鎖されるように前記ＥＧＲ弁を操作してよい。これにより、排気通路に排水された凝縮水の一部は背圧調整弁の下流に排水されるが、残りの凝縮水は排気通路→ＮＯｘ触媒→ＥＧＲ通路→ＥＧＲクーラ→凝縮水タンク→排水通路→排気通路という経路で循環する。このように凝縮水が循環するので、内燃機関の吸気系等の予期しない経路への凝縮水の流入を回避できるため、凝縮水の流入に伴う腐食の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一形態に係る凝縮水処理装置が適用された内燃機関の全体構成を示した図。
【図２】第１の形態に係る制御ルーチンのメインルーチンの一例を示したフローチャート。
【図３】図２のサブルーチンの一例を示したフローチャート。
【図４】凝縮水の排水量の算出方法を説明するための図。
【図５】尿素水の増量を禁止する所定値の設定方法の一例を示した図。
【図６】第２の形態に係る制御ルーチンのサブルーチンの一例を示したフローチャート。
【図７】減速時に凝縮水の排水を行う領域を示した図。
【図８】減速時に凝縮水の排水を行った場合の効果を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１の形態）
図１に示すように、内燃機関１は、４つの気筒２が一方向に配置された直列４気筒型のディーゼルエンジンとして構成されている。内燃機関１は、例えば自動車の走行用動力源として搭載される。内燃機関１には、各気筒２内に燃料を供給するため燃料噴射弁３が気筒２毎に設けられている。各燃料噴射弁３は燃料が圧送されるコモンレール５に接続されており、コモンレール５を介して各燃料噴射弁３に燃料が供給される。各気筒２には吸気通路１０及び排気通路１１がそれぞれ接続されている。
【００１８】
吸気通路１０に導かれた空気は吸気行程で各気筒２に充填される。燃料噴射弁３から気筒２内に噴射された燃料は圧縮行程で自着火して燃焼する。燃焼後の排気は排気通路１１に導かれる。排気通路１１に導かれた排気は、選択還元型のＮＯｘ触媒１２にてＮＯｘが浄化されてから大気に放出される。ＮＯｘ触媒１２の上流にはターボチャージャ１５のタービン１５ａが設けられている。ＮＯｘ触媒１２の下流には排気通路１１の流路を絞ることが可能な背圧調整弁１３が設けられている。周知のように、背圧調整弁１３にて排気通路１１の流路を絞ることにより内燃機関１の背圧が上昇してポンピングロスが増加するので減速時の制動力を高めることができる。吸気通路１０にはターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ｂと、コンプレッサ１５ｂで加圧された空気を冷却するインタークーラ１６と、吸気の流量を調整するスロットルバルブ１７とが設けられている。
【００１９】
内燃機関１には、ＮＯｘ触媒１２にアンモニアの前駆体である尿素水を添加剤として供給するため添加剤供給装置１８が設けられている。添加剤供給装置１８はＮＯｘ触媒１２の上流の排気通路１１に尿素水を供給する添加剤供給弁１８ａと、尿素水を貯留する添加剤保持部としての尿素水タンク１８ｂと、添加剤供給弁１８ａと尿素水タンク１８ｂとを接続する供給通路１８ｃと、供給通路１８ｃ内の尿素水を加圧する電動式のポンプ１８ｄとを備えている。添加剤供給弁１８ａの開弁期間を制御することにより尿素水の供給量を制御することができる。尿素水タンク１８ｂには、尿素水の保持量である貯水量（水面レベル）に応じた信号を出力する水位センサ１８ｅが設けられている。ＮＯｘ触媒１２の上流に尿素水が供給されると加水分解反応によってアンモニアが生成され、そのアンモニアがＮＯｘ触媒１２に保持される。ＮＯｘ触媒１２に保持されたアンモニアが還元剤として機能することによりＮＯｘが還元されて浄化される。ＮＯｘ触媒１２にはその温度に応じた信号を出力する温度センサ１９が設けられている。
【００２０】
内燃機関１にはＮＯｘの低減や燃費向上のため排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を実施するＥＧＲ装置２０が設けられている。ＥＧＲ装置２０は、排気通路１１と吸気通路１０とを結ぶＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１内の排気を冷却するＥＧＲクーラ２２と、吸気通路１０に導く排気（ＥＧＲガス）の流量を調整するためのＥＧＲ弁２３とを備えている。ＥＧＲ通路２１は、排気側の端部がＮＯｘ触媒１２の下流側かつ背圧調整弁１３の上流側に開口し、吸気側の端部がコンプレッサ１５ｂの上流側に開口する。周知のように、ＥＧＲクーラ２２は、内燃機関１の冷却水を冷媒として利用し、その冷媒と暖かい排気との間で熱交換を行うことによりＥＧＲガスの温度を下げるものである。ＥＧＲガスの温度が下がることによりＥＧＲガスに含まれる水分が凝縮するためＥＧＲクーラ２２内に凝縮水が生成される。また、ＥＧＲ通路２１内のＥＧＲガスの温度が下がることによってＥＧＲ通路２１においても凝縮水が生成される。
【００２１】
ＥＧＲクーラ２２やＥＧＲ通路２１等の排気系で生成された凝縮水を回収して処理するため、内燃機関１には凝縮水処理装置３０が設けられている。凝縮水処理装置３０は、凝縮水ＣＷを貯留する凝縮水タンク３１と、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水ＣＷを、内燃機関１の吸気系に供給又は排気通路１１に排水する供給排水機構３２とを備えている。凝縮水タンク３１には、凝縮水ＣＷの貯水量（水面レベル）に応じた信号を出力する水位センサ３３と、貯留された凝縮水ＣＷのｐＨに応じた信号を出力するｐＨセンサ３４とが設けられている。供給排水機構３２は、凝縮水タンク３１から凝縮水ＣＷを取り出す導出経路３５を有している。導出経路３５は吸気通路１０に接続される供給通路３５ａと、排気通路１１に接続される排水通路３５ｂとに分岐している。導出経路３５の分岐位置には切替弁３６が設けられている。切替弁３６は、排水経路３５ｂを閉鎖しかつ供給通路３５ａを開通して凝縮水をａ方向に導く供給位置と、供給通路３５ａを閉鎖しかつ排水通路３５ｂを開通して凝縮水をｂ方向に導く排水位置との間で動作できる。切替弁３６の操作によって凝縮水の吸気系への供給と排気系への排水とを切り替えることができる。
【００２２】
供給通路３５ａには電動式のポンプ３７と、ポンプ３７で加圧された凝縮水を吸気通路１０内に噴射して供給する噴射弁３８とが設けられている。噴射弁３８の開弁期間を制御することによって凝縮水の供給量を制御することができる。排水通路３５ｂは、添加剤供給弁１８ａとＮＯｘ触媒１２との間の排気通路１１に接続されている。なお、図示による説明を省略するが、排水通路３５ｂが開通した場合に凝縮水が重力によって排気通路１１に排水されるように排水通路３５ｂが配置されている。排水通路３５ｂと排気通路１１とが接続される接続位置が添加剤供給弁１８ａの下流側に設定されているので、排気通路１１への凝縮水の排水時に添加剤供給弁１８ａが凝縮水に曝されることを抑制できる。これにより、凝縮水に曝されることを原因とした添加剤供給弁１８ａの腐食を抑制できる。また、その接続位置がＮＯｘ触媒１２の上流に設定されているので、凝縮水の排水をＮＯｘ触媒１２の温度調整に利用することもできる。
【００２３】
内燃機関１には、その各部を制御するコンピュータとして構成されたエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４０が設けられている。ＥＣＵ４０は内燃機関１の燃料噴射量や噴射時期を燃料噴射弁３の操作によって制御する主要な動作制御を行う他に、ＥＧＲ装置２０や凝縮水処理装置３０の制御にも利用される。さらに、ＥＣＵ４０はＮＯｘ触媒１２にアンモニアが保持された状態が維持されるように添加剤供給弁１８ａを操作することによって、尿素水の供給を特別な条件を除き連続的に実施する。尿素水の供給によって発生したアンモニアはその一部がＮＯｘ触媒１２に保持され、残りの一部がＮＯｘ触媒１２をすり抜ける。尿素水の供給量はＮＯｘ触媒１２の温度やアンモニアの保持量等の諸条件に基づいて設定される。
【００２４】
ＥＣＵ４０には内燃機関１の運転状態を把握するため種々の物理量を検出する多数のセンサからの信号が入力される。例えば、本発明に関連するセンサとしては、内燃機関１のクランク角に応じた信号を出力するクランク角センサ４１、内燃機関１に設けられたアクセルペダル５０の踏み込み量（アクセル開度）に応じた信号を出力するアクセル開度センサ４２等が内燃機関１に設けられていて、これらのセンサの出力信号はＥＣＵ４０に入力される。また、上述した水位センサ１８ｅ、温度センサ１９、水位センサ３３、及びｐＨセンサ３４の各出力信号もＥＣＵ４０に入力される。
【００２５】
本形態は凝縮水タンク３１の貯水量が過多となった場合にＥＣＵ４０が実施する凝縮水の排水制御に特徴がある。図２及び図３に示し各制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ４０に記憶されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップＳ１において、ＥＣＵ４０は水位センサ３３の出力信号を参照して、凝縮水タンク３１の貯水量Ｑｗを取得する。なお、水位センサ３３を使用する代りに、内燃機関１の運転状態と、外気温や冷却水温等の温度情報とに基づいて凝縮水の生成量を推定し、その推定結果に基づいて凝縮水タンク３１の貯水量Ｑｗを推定により取得することも可能である。ステップＳ２において、ＥＣＵ４０は貯水量Ｑｗが閾値ｔｕよりも多いか否かを判定する。この閾値ｔｕは貯水量の過多を判定するための閾値である。例えば、凝縮水タンク３１の許容量の９０％に相当する値が閾値ｔｕとして設定される。貯水量Ｑｗが閾値ｔｕよりも多い場合はステップＳ３に進み、貯水量Ｑｗが閾値ｔｕ以下の場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。
【００２６】
ステップＳ３において、ＥＣＵ４０は尿素水の供給中か否か、すなわち尿素水が添加剤供給弁１８ａを介して排気通路１１に供給されている間か否かを判定する。この判定は図２及び図３の制御ルーチンと並行して実行される添加剤供給装置１８に対する制御の進行状況を把握することによって実施される。尿素水の供給中である場合はステップＳ４に進み凝縮水の排水制御を実行する。尿素水の供給中でない場合はステップＳ４をスキップして今回のルーチンを終える。
【００２７】
図３のステップＳ４１において、ＥＣＵ４０は温度センサ１９の出力信号を参照してＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｃを取得する。ステップＳ４２において、ＥＣＵ４０はＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｃに応じて凝縮水の排水量Ｗｅを算出する。凝縮水を無制限に排水するとＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｃが過剰に低下してＮＯｘ触媒１２が不活性に至るおそれがある。一方、排気温の上昇を伴うＰＭ再生制御やポスト噴射等が行われて、ＮＯｘ触媒Ｔｃが過熱するような状況では、凝縮水の排水によってＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｃを下げることができる。
【００２８】
そこで、ＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｃを活性可能な適正な範囲に保つため、排出量ＷｅにはＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｃに応じた図４に示すような上限値Ｕｍが定められている。ＥＣＵ４０はこの上限値Ｕｍを超えないように排水量Ｗｅを算出する。上限値ＵｍはＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｃが高いほど大きな値となるように設定されている。そのため、ＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｃの過度な上昇と過度な降下とを抑制できるため、凝縮水の排水を原因としたＮＯｘ触媒１２の過剰な活性低下を抑制できる。
【００２９】
ステップＳ４２における排水量Ｗｅの具体的な算出方法は次の通りである。まず、凝縮水の排出量の暫定値を求める。この暫定値は、閾値ｔｕよりも小さい例えば許容量の７０％に貯水量Ｑｗが低下するまでに必要な排水量である。次に、ＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｃに対応する上限値Ｕｍを特定する。次に、特定した上限値Ｕｍと暫定値とを比較して、暫定値が上限値Ｕｍを超える場合は上限値Ｕｍを排水量Ｗｅとして算出し、暫定値が上限値Ｕｍ以下の場合は暫定値を排水量Ｗｅとして算出する。これにより、上限値Ｕｍを超えない限度で排水量Ｗｅが算出される。なお、上限値Ｕｍが０に設定された領域に相当する場合は凝縮水の排水を実施せずに本ルーチンの実行は中止される。
【００３０】
ステップＳ４３において、ＥＣＵ４０は排水通路３５ｂが開通するように切替弁３６を排水位置に操作する。これにより凝縮水の排気通路１１への排水が開始する。ステップＳ４４において、ＥＣＵ４０はｐＨセンサ３４の出力信号を参照して凝縮水のｐＨを取得する。ステップＳ４５において、ＥＣＵ４０は水位センサ１８ｅの出力信号を参照して尿素水の貯水量ｑｗを取得する。
【００３１】
ステップＳ４６において、ＥＣＵ４０は、凝縮水のｐＨ及び尿素水の貯水量ｑｗに基づいて増量禁止条件の成否を判定する。この増量禁止条件は、尿素水の供給量を凝縮水の非排水時よりも増量する後述の増量制御を禁止する条件である。増量禁止条件の成否は、図５に示したように、尿素水の貯水量ｑｗが凝縮水のｐＨに応じて設定された所定値ｑｗｔ以下となるか否かに基づいて判定される。図５に示したように、所定値ｑｗｔは凝縮水のｐＨが小さいほど小さくなるように設定されている。尿素水の貯水量ｑｗが所定値ｑｗｔ以下の領域Ａ１では増量禁止条件が成立して尿素水の増量が禁止される。一方、尿素水の貯水量ｑｗが所定値ｑｗｔよりも多い領域Ａ２では増量禁止条件が成立せず尿素水の増量が実施される。増量禁止条件が成立しない場合は、ステップＳ４７及びステップＳ４８の増量制御を実施し、増量禁止条件が成立した場合は、これらの処理をスキップしてステップＳ４９に進む。
【００３２】
なお、図５に示した領域Ａ１に該当しかつ凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水が中性又は弱アルカリ性である場合には凝縮水を中和する必要性が低い。そのため、ＥＣＵ４０は本制御ルーチンの実行を中止して尿素水が供給中であるか否かを問わずに内燃機関１の停止時などに凝縮水を排気通路１０に排水することもできる。
【００３３】
ステップＳ４７において、ＥＣＵ４０は、尿素水の増量後の供給量を、凝縮水の排水量Ｗｅ及び凝縮水のｐＨに基づいて算出する。凝縮水の中和に必要なアンモニアの量は凝縮水の排水量Ｗｅ及び凝縮水のｐＨによって変わる。つまり、凝縮水の排水量Ｗｅが多いほど又は凝縮水のｐＨが高いほど、凝縮水の中和に必要なアンモニアの量が増える。したがって、凝縮水の排水量Ｗｅ及び凝縮水のｐＨに基づいて増量後の尿素水の供給量を算出することより供給量の適正値が得られるため、尿素水の過剰な増量を抑制できる。
【００３４】
ステップＳ４８において、ＥＣＵ４０はステップＳ４７で算出した供給量の尿素水が排気通路１１に供給されるように添加剤供給弁１８ａを操作する。これにより、ＮＯｘ触媒１２へのアンモニアの補充という本来の使用目的で供給される尿素水の供給量よりも尿素水の供給量が増加する。したがって、凝縮水の中和にアンモニアが用いられることによってＮＯｘ触媒１２に保持されるべきアンモニアが不足することを抑制できる。そのため、添加剤の本来の使用目的を阻害することなく凝縮水を中和することができる。
【００３５】
ステップＳ４９において、ＥＣＵ４０は凝縮水タンク３１の貯水量Ｑｗが排水終了値ｔｄに達したか否かを判定する。排水終了値ｔｄは、ステップＳ４２で算出した排水量Ｗｅに相当する凝縮水が排水された後の凝縮水タンク３１の貯水量を意味する。したがって、貯水量Ｑｗが終了値ｔｄを超えている場合は今回の制御で排水すべき排水量Ｗｅに達していないので、処理をステップＳ４３に戻して凝縮水の排水を続行する。一方、貯水量Ｑｗが終了値ｔｄ以下の場合は今回の制御で排水すべき排水量Ｗｅに達したので、凝縮水の排水を終了してステップＳ５０に進む。ステップＳ５０において、ＥＣＵ４０は排水通路３５ｂが閉鎖するように切替弁３６を供給位置に操作する。これにより凝縮水の排気通路１１への排水が終了する。
【００３６】
本形態によれば、尿素水が排気通路１１に供給されている間に、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水が排水通路３５ｂを介して排気通路１１に排水される。そのため、排気通路１１に排水された凝縮水と排気通路１１内に存在するアンモニアとが混合して中和する。これにより、排気通路１１に排水された凝縮水のｐＨが上昇して酸性度が弱められる。したがって、酸性度が弱められた凝縮水が排気通路１１を通じて内燃機関１の外部に排水されるので、酸性度が高い状態の凝縮水が内燃機関１の外部に排水されることを抑制できる。
【００３７】
また、本形態は、尿素水の貯水量ｑｗが、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨが小さいほど小さくなるように設定された所定値ｑｗｔ以下となる場合に尿素水の増量が禁止される。凝縮水のｐＨが小さいほど酸性度が高いので尿素水の増量によって凝縮水を中和する必要性が高い。つまり、凝縮水のｐＨが小さいほど尿素水の増量を禁止せずに続行することが望ましい。しかし、ＮＯｘ触媒１２への供給が尿素水の本来の使用目的であるので、尿素水の貯水量ｑｗが低下した場合には本来の使用目的を優先すべきである。本形態はこのような事情を考慮して、尿素水の増量を禁止する所定値ｑｗｔが、凝縮水のｐＨが小さいほど小さくなるように設定されている。このため、尿素水の本来の使用目的を維持しつつ凝縮水を中和の必要性をできるだけ満足させることができる。
【００３８】
ＥＣＵ４０は、図２及び図３の各制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る排水制御手段として機能する。また、ＥＣＵ４０は、図３のステップＳ４４〜ステップＳ４８を実行することにより、本発明に係る添加剤増量手段として機能する。
【００３９】
（第２の形態）
次に、図６〜図８を参照しながら本発明の第２の形態を説明する。第２の形態は、第１の形態の図３の排水制御の一部を変更したものに相当する。第２の形態の物理的構成は第１の形態と同じである。図６から明らかなように、第２の形態の排水制御は図３のステップＳ４６とステップＳ４９との間にステップＳ５１〜ステップＳ５４を追加したものに相当する。ＥＣＵ４０は図３の制御ルーチンとともに、そのサブルーチンである図６の制御ルーチンを実行する。ステップＳ５１〜ステップＳ５４以外の処理は図３の制御ルーチンと同じであるので説明を省略する。
【００４０】
ステップＳ５１において、ＥＣＵ４０は、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨと尿素水の貯水量ｑｗとが図７に示す領域Ｂに該当するか否かを判定する。この領域Ｂは増量禁止条件が成立する領域Ａ１内に設けられ、一点鎖線で囲まれた領域である。この領域Ｂは凝縮水の酸性度が比較的高いため、尿素水の増量を禁止した場合に凝縮水の中和が不十分になるおそれがある。そのため、排気通路１１を通じた内燃機関１の外部への凝縮水の排水量をできるだけ低減することが望ましい。そこで、ＥＣＵ４０はステップＳ５２〜ステップＳ５４の処理を実行して凝縮水の外部への排水量を低減する。
【００４１】
凝縮水のｐＨと貯水量ｑｗとが領域Ｂに該当する場合はステップＳ５２に進み、そうでない場合はステップＳ４９に進む。ステップＳ５２において、ＥＣＵ４０は内燃機関１の減速中であるか否かを判定する。減速中の場合はステップＳ５３に進み、そうでない場合はステップＳ４９に進む。
【００４２】
ステップＳ５３において、ＥＣＵ４０は排気通路１１の流路が絞られるように背圧調整弁１３を操作する。これにより、排気通路１１の流路が絞られた状態で凝縮水が排水される。排気通路１１の流路が絞られると、背圧調整弁１３の上流側に接続されたＥＧＲ通路２１に取り込まれる凝縮水の割合が増加するので、排気通路１１を通じて内燃機関１の外部に排水される凝縮水の排水量を低減できる。さらに、ステップＳ５４において、ＥＣＵ４０はＥＧＲ弁２３を閉じてＥＧＲ通路２１を閉鎖する。
【００４３】
これにより、図８に示したように、排気通路１１に排水された凝縮水の一部は破線の矢印で示すように背圧調整弁１３の下流に排水されるが、残りの凝縮水は実線の矢印で示す循環経路に従って流れる。すなわち、この残りの凝縮水は、排気通路１１→ＮＯｘ触媒１２→ＥＧＲ通路２１→ＥＧＲクーラ２２→凝縮水タンク３１→排水通路３５ｂ→排気通路１１という経路で循環する。このように凝縮水が循環するので、吸気通路１０等の予期しない経路への凝縮水の流入を回避できる。そのため、凝縮水の流入に伴う腐食の発生を防止できる。第２の形態において、ＥＣＵ４０は図２及び図６の制御ルーチンを実行することにより本発明に係る排水制御手段として機能する。
【００４４】
本発明は上記各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記各形態の排水制御は、凝縮水の排水を尿素水が排気通路に供給されていることを前提として実施する。しかしながら、例えば、ＮＯｘ触媒のアンモニアの保持量が十分であり尿素水の供給が不要である場合等の特別な条件が成立している際に、凝縮水の排水と同期して尿素水が排気通路に供給されるように添加剤供給弁を制御する形態で本発明を実施することも可能である。
【００４５】
凝縮水の排水通路と排気通路との接続位置は図示の形態に限定されない。排気通路のいずれかに尿素水が供給されていれば排気通路内にアンモニアが存在する状態に至る。このため、凝縮水の中和の効率は別として排気通路のいずれかの箇所に凝縮水を排水することによって凝縮水の中和が可能となるからである。例えば、排水通路と排気通路との接続位置をＮＯｘ触媒の下流に設定することもできる。
【００４６】
上記各形態はアンモニアの前駆体である尿素水を排気通路に供給しているが、アンモニアをガス又は水溶液の状態で添加剤として排気通路に供給するように変更できる。
【００４７】
上記各形態は、凝縮水を内燃機関の吸気系に供給してＮＯｘ生成量の低減等に利用しているが、内燃機関への凝縮水の供給は必須ではない。つまり、凝縮水タンクに貯留された凝縮水を内燃機関の燃焼に利用しない形態で本発明を実施することもできる。上記各形態の内燃機関１はディーゼルエンジンとして構成されているが、本発明の適用対象となるエンジンはディーゼルエンジンに限らない。したがって、火花点火型の内燃機関に本発明を適用することもできる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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