(57)【要約】【課題】  過給機のコンプレッサより上流側でＥＧＲガスに由来する凝縮水の発生を抑制して、コンプレッサ翼やコンプレッサハウジング等の吸気系部品延いては内燃機関を腐食から保護する。【解決手段】  本発明は、排気処理装置１０より排気下流側から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして低圧ＥＧＲ通路１０１を介して吸気通路に介装される過給機３より吸気上流側に還流させる低圧ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の凝縮水抑制装置であって、低圧ＥＧＲ通路１０１部と過給機３との間の吸気通路２の壁温を加温する壁温加温装置２０と、当該吸気通路２の壁温を検出する壁温センサ２１Ａと、を含んで構成され、前記凝縮水抑制装置は、前記吸気通路２の壁温が所定の基準温度より高くなるように壁温加温装置２０により前記吸気通路２の壁温を加温する。【選択図】図１
2018021510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気処理装置より排気下流側から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして低圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に介装される過給機より吸気上流側に還流させる低圧ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の凝縮水抑制装置であって、
低圧ＥＧＲ通路と吸気通路の接続部と、過給機と、の間の吸気通路に設けられ、当該吸気通路の壁温を加温する壁温加温装置と、
当該吸気通路の壁温を検出する壁温センサと、
を含んで構成され、
前記凝縮水抑制装置は、前記吸気通路の壁温が所定の基準温度より高くなるように壁温加温装置により前記吸気通路の壁温を加温する
ことを特徴とする凝縮水抑制装置。
【請求項２】
前記凝縮水抑制装置は、前記吸気通路の壁温が所定の基準温度より高くなったときに壁温加温装置による前記吸気通路の壁温の加温を停止することを特徴とする請求項１に記載の凝縮水抑制装置。
【請求項３】
前記壁温加温装置の熱媒体が、給気を冷却するためのインタークーラの冷却に利用される低水温冷却システムの冷却水であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の凝縮水抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凝縮水抑制装置に関する。より詳しくは、内燃機関等の燃焼装置からの排気の一部をシリンダ内に還流させて再燃焼させるＥＧＲ（排気再循環）装置のＥＧＲガスから生じる凝縮水の発生を抑制する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関からの排気を浄化して大気汚染の拡大を抑制することは重要な課題であるが、このためのシステム（装置）の一つとして、内燃機関からの排気の一部をシリンダ内に還流させて再燃焼させることで燃焼温度を下げ、排気中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）の濃度（排出量）を低減するためのいわゆるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）システムが知られている。
【０００３】
また、最近の低燃費ディーゼルエンジンでは、高効率過給機との組み合わせで吸排気差圧が低下する傾向があり、従来型の高圧ＥＧＲ（ＨＰＬ−ＥＧＲ：Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｏｐ−ＥＧＲ）のみでは必要ＥＧＲ率を得ることが難しくなるといった実情がある。なお、ＥＧＲ率は、ＥＧＲガス量／（新気量＋ＥＧＲガス量）×１００（％）である。
【０００４】
かかる実情の対策として、吸排気差圧に依存せずにＥＧＲを行うことができる低圧ＥＧＲ（ＬＰＬ−ＥＧＲ：Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｏｐ−ＥＧＲ）が検討され、一部の乗用車では実用化されている。
【０００５】
しかし、かかる低圧ＥＧＲにおいては比較的排気エネルギが低い低圧経路にてＥＧＲが行われることからＥＧＲガス温度が低いため、ＥＧＲガス温度が露点温度以下となり易く、凝縮水が発生し易い状況となっている。
【０００６】
ＥＧＲガスは燃料中の硫黄分を含むため凝縮水には硫酸が含まれることになるから、この硫酸を含む凝縮水が付着・滞留などすると、ＥＧＲ系部品、吸排気系部品などの腐食を引き起こすおそれがある。
【０００７】
このようなことから、例えば特許文献１には、ＥＧＲクーラより上流側のＥＧＲ管を加熱することにより、ＥＧＲクーラより上流側のＥＧＲ管において凝縮水が発生することを抑止し、ＥＧＲ管の腐食を抑制するようにしたものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ２０１２／１２７５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、低圧ＥＧＲ（ＬＰＬ−ＥＧＲ）においては、排気通路から導いてきたＥＧＲガスを吸気通路に還流させる際に、排気過給機（排気ターボチャージャ）のコンプレッサより吸気上流側に戻すため、このような場合には、過給機のコンプレッサより上流側で凝縮水を発生させてしまうと、コンプレッサ翼を攻撃したり、コンプレッサ翼やコンプレッサハウジング等の腐食を引き起こすおそれがあり、信頼性の低下を招いてしまうおそれがあるといった実情がある。
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑みなされたもので、簡単かつ低コストな構成でありながら、過給機のコンプレッサより上流側でＥＧＲガスに由来する凝縮水の発生を抑制して、コンプレッサ翼やコンプレッサハウジング等の吸気系部品延いては内燃機関を腐食から保護することができる凝縮水抑制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】
【００１１】
このため、本発明に係る凝縮水抑制装置は、
排気処理装置より排気下流側から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして低圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に介装される過給機より吸気上流側に還流させる低圧ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の凝縮水抑制装置であって、
低圧ＥＧＲ通路と吸気通路の接続部と、過給機と、の間の吸気通路に設けられ、当該吸気通路の壁温を加温する壁温加温装置と、
当該吸気通路の壁温を検出する壁温センサと、
を含んで構成され、
前記凝縮水抑制装置は、前記吸気通路の壁温が所定の基準温度より高くなるように壁温加温装置により前記吸気通路の壁温を加温する
ことを特徴とする。
【００１２】
本発明において、前記凝縮水抑制装置は、前記吸気通路の壁温が所定の基準温度より高くなったときに壁温加温装置による前記吸気通路の壁温の加温を停止することを特徴とすることができる。
【００１３】
本発明において、前記壁温加温装置の熱媒体が、給気を冷却するためのインタークーラの冷却に利用される低水温冷却システムの冷却水であることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡単かつ低コストな構成でありながら、過給機のコンプレッサより上流側でＥＧＲガスに由来する凝縮水の発生を抑制して、コンプレッサ翼やコンプレッサハウジング等の吸気系部品延いては内燃機関を腐食から保護することができる凝縮水抑制装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る凝縮水抑制装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す全体構成図である。
【図２】同上実施の形態に係る凝縮水抑制装置の加温通路、壁温センサ、吸気通路を拡大して示す斜視図である。
【図３】同上実施の形態に係る制御装置が行う凝縮水抑制装置を用いた凝縮水抑制制御の一例を説明するフローチャートである。
【図４】凝縮水発生シミュレーション結果を示す該当部分の吸気通路の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る一実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態に係る内燃機関１においては、エアクリーナ２Ａを介して外気（新気）が吸入されるが、該新気は吸気通路２を介して過給機３のコンプレッサ（インペラ）３Ａに導かれて所定に圧縮された後、吸気通路２に介装されるインタークーラ４を介して所定に冷却されて、シリンダ５内に導かれる。
【００１８】
シリンダ５から排出される燃焼後のガスは、排気マニホールド６を介して、過給機３の排気タービン３Ｂに回転エネルギを供給した後、排気通路７の下流に配設されている排気処理装置（酸化触媒、ＮＯｘ低減触媒、ディーゼルパティキュレートフィルタなど）１０において所定の処理を受けて浄化され、大気中に排出される。
【００１９】
また、本実施の形態では、燃焼後のガス（すなわち、排気）の一部を吸気（新気）と共にシリンダ５に再び導くことで、燃焼温度を低下させてＮＯｘの低減を図るための低圧ＥＧＲ装置１００が設けられている。
【００２０】
本実施の形態に係る低圧ＥＧＲ装置（ＬＰＬ−ＥＧＲシステム）１００は、比較的排気圧力が低い部分である排気処理装置１０の排気下流側の排気通路７と、エアクリーナ２Ａとコンプレッサ３Ａとの間の吸気通路２と、を連通する低圧ＥＧＲ通路（排気還流通路）１０１を含んで構成され、該低圧ＥＧＲ通路１０１には当該低圧ＥＧＲ通路１０１を流れる排気（ＥＧＲガス：還流排気）を所定に冷却するための低圧ＥＧＲクーラ１１０が介装されている。
【００２１】
また、低圧ＥＧＲ通路１０１には、吸気通路２との接続部付近に、低圧ＥＧＲバルブ１２０が介装され、所定の運転状態において、所定に開弁されて、排気通路７を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして、低圧ＥＧＲクーラ１１０により冷却しつつ、内燃機関１の吸気通路２に導くようになっている。
【００２２】
また、本実施の形態においては、高圧ＥＧＲ装置（ＨＰＬ−ＥＧＲ高圧ＥＧＲシステム）２００が備えられており、比較的排気圧力が高い部分である排気マニホールド６と、インタークーラ４の吸気流れ下流側の吸気通路２（インタークーラ４とシリンダ５の間の吸気通路２）と、を連通する高圧ＥＧＲ通路２０１を含んで構成され、該高圧ＥＧＲ通路２０１には当該高圧ＥＧＲ通路２０１を流れる排気（ＥＧＲガス：還流排気）を所定に冷却するための高圧ＥＧＲクーラ２１０が介装されている。
【００２３】
更に、高圧ＥＧＲ通路２０１には、吸気通路２との接続部付近に、高圧ＥＧＲバルブ２２０が介装され、所定の運転状態において、所定に開弁されて、排気マニホールド６から排気の一部をＥＧＲガスとして、高圧ＥＧＲクーラ２１０により冷却しつつ、内燃機関１の吸気通路２に導くようになっている。
【００２４】
ここで、本実施の形態では、低圧ＥＧＲ通路１０１が接続される吸気通路（吸気パイプ）２のその接続部より吸気下流側に、図２に示すように、壁温加温（加熱）装置２０が備えられている。なお、低圧ＥＧＲ通路１０１から吸気通路２に導入されるＥＧＲガスは、エアクリーナ２Ａから導入される比較的低温な新気と混合されて冷却されるため、過給機３のコンプレッサ（インペラ）３Ａの吸気上流側（壁温加温（加熱）装置２０が設けられる付近）で露点以下となり凝縮水を発生させ易い。
【００２５】
壁温加温（加熱）装置２０は、吸気通路（吸気パイプ）２の外周を覆うような熱媒体が通る加温通路２１（例えば、二重管構造、ウォータージャケット構造、或いは熱媒体が流れる細いパイプ状部材を螺旋状に巻回した構造などを採用することができる）を有し、電磁弁２４にてインレットパイプ２２を介して加温通路２１へ供給される熱媒体の流入を制御するようになっている。
【００２６】
熱媒体は、過給された吸気（給気）を冷却するためのインタークーラ４の冷却に利用される低水温冷却システムの冷却水を利用することができる。低水温冷却システムの一例としては、図１に示したように、低水温ラジエタ４Ｃからインタークーラ４へ冷却水を供給する供給通路４Ａに水ポンプ４Ｄを介装すると共に、インタークーラ４にて熱交換した後の冷却水はリターン通路４Ｂを介して低水温ラジエタ４Ｃへ戻されるようになっている。なお、リターン通路４Ｂの低水温ラジエタ４Ｃの入口部付近には、サーモスタット４Ｅが備えられていて、冷却水が所定温度以下の場合には、サーモスタット４Ｅの温度に応じた開度に従い、低水温ラジエタ４Ｃへの流入を制限してバイパス通路４Ｆに冷却水を流すように構成されている。
【００２７】
本実施の形態では、上述したリターン通路４Ｂから分岐させたインレットパイプ２２から、加温通路２１へ熱媒体（冷却水）を供給し、加温通路２１にて熱交換を行った後の熱媒体（冷却水）を、アウトレットパイプ２３を介してリターン通路４Ｂ（サーモスタット４Ｅの上流側）へ戻し、延いては低水温ラジエタ４Ｃへ戻すように構成している。なお、加温通路２１への熱媒体（冷却水）の流入制御は、前述したように、前記電磁弁２４にて行う。
【００２８】
ここにおいて、本実施の形態に係る加温通路２１、インレットパイプ２２、アウトレットパイプ２３、電磁弁２４、低水温ラジエタ４Ｃ、熱媒体（冷却水）などを含む壁温加温（加熱）装置２０が本発明に係る壁温加温装置の一例に相当する。壁温加温装置は、上記に限らず、電熱式ヒータ、燃焼式ヒータなどの加温手段（加熱手段）を利用することなども可能である。
【００２９】
なお、壁温加温（加熱）装置２０に利用する熱媒体は、内燃機関１の冷却水（８５°Ｃ程度：エンジン冷却用高水温回路の冷却水）とすることもできるが、上記のように低水温冷却回路（システム）の冷却水を利用する場合には、冷却水（熱媒体）の温度が４５°Ｃ付近となるため、より好ましい。すなわち、ＥＧＲガスに由来する凝縮水の露点温度は４０°Ｃ近辺であるため、凝縮水の発生を抑制できる一方で、吸気のコンプレッサ入口温度を必要以上に上昇させることがないため、コンプレッサ効率の悪化を抑制でき、延いては燃費の悪化を抑制することができる。言い換えると、凝縮水の発生の抑制と、性能（燃費）の維持・向上と、の両立を図ることができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、加温通路２１に包囲されている部分の吸気通路２の内壁面の壁温（Ｔｗａｌｌ）を検出する壁温センサ２１Ａが備えられる。例えば、熱電対を壁面に埋め込む構成などとすることができる。
【００３１】
上述した構成を備えた壁温加温（加熱）装置２０を、本実施の形態に係る凝縮水抑制装置では、図３に示すフローチャートに例示したような制御を行う。
なお、本フローチャートは、低圧ＥＧＲ（ＬＰＬ−ＥＧＲ）制御の実行中に実施される。また、本フローチャートは、低水温冷却システムの熱媒体（冷却水）の温度が所定温度以上であるときに実施される。
【００３２】
すなわち、
ステップ（図では、Ｓと記す。以下同様。）１では、大気条件（温度、湿度、大気圧）、ＥＧＲ率、燃料噴射量、吸入空気量などに基づいて、所定の基準値（基準温度、ＥＧＲガスを含むガスの露点温度）を取得する。算出の他、マップ等のルックアップなどの方法により取得することも可能である。
【００３３】
ステップ２では、壁温センサ２１Ａにより、加温通路２１に包囲されている部分の吸気通路２の内壁面の壁温（Ｔｗａｌｌ）を取得し、取得した壁温（Ｔｗａｌｌ）（実際の壁温）と、基準値（基準温度）と、を比較する。
壁温（Ｔｗａｌｌ）≦基準値（基準温度）であれば、凝縮水が発生するとして、ステップ３へ進む。
【００３４】
ステップ３では、電磁弁２４を開弁して、熱媒体（約４５°Ｃ程度）を加温通路２１へ供給して、加温通路２１が包囲している部分の吸気通路２の内壁面の温度を加温（昇温）し、ステップ２へ戻る。
すなわち、ステップ２にて、壁温（Ｔｗａｌｌ）＞基準値（基準温度）と判定されるまで、熱媒体（約４５°Ｃ程度）にて吸気通路２の内壁面の温度を加温（昇温）する。
【００３５】
この一方、ステップ２にて、壁温（Ｔｗａｌｌ）＞基準値（基準温度）と判定された場合には、凝縮水は発生しないとして、電磁弁２４を閉弁して、熱媒体（約４５°Ｃ程度）の加温通路２１への供給を停止し、本フローを終了する。
【００３６】
なお、壁温（Ｔｗａｌｌ）＞基準値（基準温度）となった場合でも、熱媒体（約４５°Ｃ程度）の加温通路２１への供給を継続すると、吸気通路２の内壁面の温度が上昇して、吸気のコンプレッサ入口温度を必要以上に上昇させることになり、コンプレッサ効率の悪化を招くおそれがある。しかし、ステップ２，４のように、壁温（Ｔｗａｌｌ）＞基準値となった場合に熱媒体（約４５°Ｃ程度）の加温通路２１への供給を停止するようにすれば、吸気のコンプレッサ入口温度を必要以上に上昇させることがないため、コンプレッサ効率の悪化を抑制でき、延いては燃費の悪化を抑制することができる。
すなわち、本実施の形態の制御方法（ステップ２，３，４）によれば、凝縮水の発生の抑制と、性能（燃費）の維持・向上と、の両立を図ることができる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態に係る凝縮水抑制装置によれば、低圧ＥＧＲ（ＬＰＬ−ＥＧＲ）制御の実行中に、低圧ＥＧＲ通路１０１から吸気通路２に導入されるＥＧＲガスが新気と混合されて冷却され易い部分の吸気通路２の壁温を基準値（露点）以上とすることができるので、凝縮水の発生を抑制することができる。
【００３８】
なお、本実施の形態に係る凝縮水抑制装置において、ガス温度を制御するのではなく、吸気通路の壁温を制御して基準値（露点）以上とするのは、ガス温度は新気の温度の影響を受けるので変動が大きく制御が困難であると共に、本発明者は、図４に示したようなシミュレーション結果や、当該シミュレーション結果に基づいた実機を用いた実験により、ガス温度を制御するより、壁温を制御した方が、凝縮水の発生の抑制に効果的であるという知見を得たからである。すなわち、吸気通路を流れるガス流路の中心近傍の温度が基準値（露点）以下であっても、壁温が基準値（露点）以上の場合には凝縮水は発生しないという知見を得た。
【００３９】
本実施の形態では、エアクリーナ２Ａと、過給機３のコンプレッサ３Ａと、の間の吸気通路２に、低圧ＥＧＲ通路（排気還流通路）１０１を接続して、ＥＧＲガスを吸気に還流させているが、この部分は、吸気通路２に導入されたＥＧＲガスが新気と混合されて冷却され易い部分であると共に、過給機３のコンプレッサ３Ａの吸気上流であり過給される前で温度が低く、吸気通路２の壁温が露点以上となり易く凝縮水が発生し易い部分であることから（図４参照）、この部分に壁面加温装置２０の加温通路２１を設けた。
【００４０】
しかし、壁面加温装置２０の加温通路２１は、かかる部位に限定されるものではなく、吸気通路２の壁温が露点以上となり易く凝縮水を発生させ易い部分であれば、その部分に適用することができるものである。
【００４１】
このように、本実施の形態に係る凝縮水抑制装置によれば、ＥＧＲガスが混合された後の吸気通路の壁温を検出し、壁面温度が所定温度（基準値、基準温度、露点温度）以下となるように、壁温を制御するようにしたので、ＥＧＲガスに由来する凝縮水の発生を抑制して内燃機関を腐食から保護することができる。
【００４２】
すなわち、本実施の形態によれば、簡単かつ低コストな構成でありながら、過給機のコンプレッサより上流側でＥＧＲガスに由来する凝縮水の発生を抑制して、コンプレッサ翼やコンプレッサハウジング等の吸気系部品延いては内燃機関を腐食から保護することができる凝縮水抑制装置を提供することができる。
【００４３】
ところで、本発明に係る内燃機関は、特に限定されるものではなく、例えば、車両に搭載されるものに限らず定置式のものにも本発明は適用可能であり、またディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、その他の燃料を燃焼方式に関わらず燃焼させる内燃機関に適用可能である。
【００４４】
なお、図２において、熱媒体ＩＮ（インレットパイプ２２）を熱媒体ＯＵＴ（アウトレットパイプ２３）より吸気上流側に配置したが、これに限定されるものではなく、図２の配置とは逆に、熱媒体ＯＵＴ（アウトレットパイプ２３）を熱媒体ＩＮ（インレットパイプ２２）より吸気上流側に配置することができ、かかる場合には吸気流れの方向と熱媒体流れの方向を対向させる（逆向きにする）ことができるため、熱交換効率を高めることに貢献可能である。
【００４５】
なお、本実施の形態では、過給機３をコンプレッサ３Ａ，排気タービン３Ｂを備えた排気ターボチャージャを例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、スーパーチャージャ等の他の方式の過給機を備えた内燃機関にも適用可能である。
【００４６】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることはできるものである。
【符号の説明】
【００４７】
１      内燃機関
２      吸気通路
３      過給機
３Ａ    コンプレッサ
３Ｂ    排気タービン
４      インタークーラ
４Ｃ    低水温ラジエタ
５      シリンダ
６      排気マニホールド
７      排気通路
１０    排気処理装置（酸化触媒、ＮＯｘ低減触媒、ＤＰＦなど）
２０    壁温加温（加熱）装置
２１    加温通路（加熱通路）
２１Ａ  壁温センサ
２２    インレットパイプ
２３    アウトレットパイプ
２４    電磁弁
１００  低圧ＥＧＲ装置（ＬＰＬ−ＥＧＲシステム）
１０１  低圧ＥＧＲ通路（排気還流通路）
１１０  低圧ＥＧＲクーラ
１２０  低圧ＥＧＲバルブ
【図１】
2018021510.tif 000003
【図２】
2018021510.tif 000004
【図３】
2018021510.tif 000005
【図４】
2018021510.tif 000006