(57)【要約】【課題】凝縮水貯留部において貯留された凝縮水を効率よく低減する。【解決手段】エンジン１は、吸気が流通する吸気管１８と、吸気の流量を可変に調整するスロットルバルブ２４と、燃焼室９に接続され、燃焼室９から排出される排気ガスが流通する排気管２０と、排気管２０に接続され、排気管２０から排出された排気ガスがＥＧＲガスとして導入されるＥＧＲ管２６と、吸気管１８におけるスロットルバルブ２４よりも上流側に接続される掃気管３２と、ＥＧＲ管２６および掃気管３２に接続され、ＥＧＲ管２６および掃気管３２を開閉するＥＧＲバルブ２８と、ＥＧＲバルブ２８と吸気管１８におけるスロットルバルブ２４よりも下流側とを接続する還流管２９と、還流管２９に設けられ、ＥＧＲガスから発生する凝縮水を貯留する凝縮水貯留部３０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気が流通する吸気管と、
前記吸気の流量を可変に調整するスロットルバルブと、
燃焼室に接続され、前記燃焼室から排出される排気ガスが流通する排気管と、
前記排気管に接続され、前記排気管から排出された前記排気ガスがＥＧＲガスとして導入されるＥＧＲ管と、
前記吸気管における前記スロットルバルブよりも上流側に接続される掃気管と、
前記ＥＧＲ管および前記掃気管に接続され、前記ＥＧＲ管および前記掃気管を開閉するＥＧＲバルブと、
前記ＥＧＲバルブと前記吸気管における前記スロットルバルブよりも下流側とを接続する還流管と、
前記還流管に設けられ、前記ＥＧＲガスから発生する凝縮水を貯留する凝縮水貯留部と、
を備えるエンジン。
【請求項２】
前記凝縮水貯留部は、
前記還流管の最下部に設けられる請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
エンジンの運転状況に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を導出する導出部と、
前記ＥＧＲバルブの開閉を制御するバルブ制御部と、
を備え、
前記バルブ制御部は、
前記導出部によって導出された開度に基づいて前記ＥＧＲバルブの開度を制御し、前記凝縮水貯留部に貯留された前記凝縮水が予め設定された所定量以上となった場合、前記導出部によって導出された開度によらず、前記ＥＧＲ管を閉状態とし、前記掃気管を開状態とする請求項１または２に記載のエンジン。
【請求項４】
前記バルブ制御部は、
前記凝縮水貯留部に貯留された前記凝縮水が予め設定された所定量未満となった場合、前記ＥＧＲ管を開状態とし、前記掃気管を閉状態とする請求項３に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＥＧＲガスを吸気通路に還流するエンジンを備えた車両が普及している。例えば、特許文献１には、ＥＧＲ通路が排気通路と吸気通路とを接続し、ＥＧＲガスから分離された凝縮水を貯留しておく凝縮水貯留部を、吸気通路とＥＧＲ通路の接続部分に備えたエンジンが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０１５８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の凝縮水貯留部においては、凝縮水が貯留可能な水量以上とならないように、貯留されている凝縮水を適切に低減させることが望ましい。
【０００５】
そこで、本発明は、凝縮水貯留部において貯留された凝縮水を効率よく低減することができるエンジン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】
上記課題を解決するために、本発明のエンジンは、吸気が流通する吸気管と、吸気の流量を可変に調整するスロットルバルブと、燃焼室に接続され、燃焼室から排出される排気ガスが流通する排気管と、排気管に接続され、排気管から排出された排気ガスがＥＧＲガスとして導入されるＥＧＲ管と、吸気管におけるスロットルバルブよりも上流側に接続される掃気管と、ＥＧＲ管および掃気管に接続され、ＥＧＲ管および掃気管を開閉するＥＧＲバルブと、ＥＧＲバルブと吸気管におけるスロットルバルブよりも下流側とを接続する還流管と、還流管に設けられ、ＥＧＲガスから発生する凝縮水を貯留する凝縮水貯留部と、を備える。
【０００７】
また、凝縮水貯留部は、還流管の最下部に設けられるとよい。
【０００８】
また、エンジンの運転状況に基づいて、ＥＧＲバルブの開度を導出する導出部と、ＥＧＲバルブの開閉を制御するバルブ制御部とを備え、バルブ制御部は、導出部によって導出された開度に基づいてＥＧＲバルブの開度を制御し、凝縮水貯留部に貯留された凝縮水が予め設定された所定量以上となった場合、導出部によって導出された開度によらず、ＥＧＲ管を閉状態とし、掃気管を開状態とするとよい。
【０００９】
また、バルブ制御部は、凝縮水貯留部に貯留された凝縮水が予め設定された所定量未満となった場合、ＥＧＲ管を開状態とし、掃気管を閉状態とするとよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、凝縮水貯留部において貯留された凝縮水を効率よく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＥＧＲ管を開状態とし、掃気管を閉状態とした場合の説明図である。
【図２】ＥＧＲ管を閉状態とし、掃気管を開状態とした場合の説明図である。
【図３】凝縮水の水位に基づく、ＥＧＲ管および掃気管の開閉制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】変形例におけるエンジンの構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１３】
図１は、ＥＧＲ管を開状態とし、掃気管を閉状態とした場合の説明図である。また、図２は、ＥＧＲ管を閉状態とし、掃気管を開状態とした場合の説明図である。図１、図２に示すように、エンジン１は、例えば、水平対向４気筒エンジンである。エンジン１では、クランクシャフト２を挟んで２つのシリンダブロック３が配される。シリンダブロック３は、シリンダボア３ａがそれぞれ２つ設けられており、各シリンダブロック３のシリンダボア３ａが対向する。ここでは、水平対向４気筒エンジンを例示するが、エンジン１の種類は問わない。なお、図１、図２中、信号の流れを破線の矢印で示す。
【００１４】
シリンダブロック３には、クランクケース４が一体形成される。シリンダブロック３のうち、クランクケース４とは反対側に、シリンダヘッド５が固定されている。クランクシャフト２は、クランク室６内に回転自在に支持される。クランク室６は、クランクケース４によって形成される。
【００１５】
クランクシャフト２には、コネクティングロッド７を介してピストン８が連結される。ピストン８は、シリンダボア３ａに摺動可能に収容されている。燃焼室９は、シリンダボア３ａと、シリンダヘッド５と、ピストン８の冠面とによって囲まれた空間である。
【００１６】
シリンダヘッド５には、吸気ポート１０および排気ポート１１が燃焼室９に連通するように形成される。吸気ポート１０と燃焼室９との間には、吸気弁１２の先端が位置する。排気ポート１１と燃焼室９との間には、排気弁１３の先端が位置する。
【００１７】
シリンダヘッド５およびヘッドカバー１４に囲まれた空間がカム室である。カム室内には、吸気弁用カム１５および排気弁用カム１６が設けられる。吸気弁用カム１５は、吸気弁１２の他端に当接する。吸気弁用カム１５が回転することで、吸気弁１２が軸方向に移動する。これにより、吸気弁１２は、吸気ポート１０と燃焼室９との間を開閉する。排気弁用カム１６は、排気弁１３の他端に当接する。排気弁用カム１６が回転することで、排気弁１３が軸方向に移動する。これにより、排気弁１３は、排気ポート１１と燃焼室９との間を開閉する。
【００１８】
吸気ポート１０の上流側には、インテークマニホールド１７が設けられる。インテークマニホールド１７は、吸気ポート１０に連通する。インテークマニホールド１７は、吸気が流通する吸気管１８の一部を構成する。排気ポート１１の下流側には、エキゾーストマニホールド１９が設けられる。エキゾーストマニホールド１９は、排気ポート１１に連通する。エキゾーストマニホールド１９は、排気ガスが流通する排気管２０の一部を構成する。
【００１９】
インテークマニホールド１７は、集合部２１と、吸気管下流部２２とを有している。集合部２１は、吸気管１８のうち、インテークマニホールド１７に供給する吸気の流量を可変に調整するスロットルバルブ（Electronic Throttle Control：ＥＴＣ）２４より上流の吸気管上流部１８ａに連通する。集合部２１は、吸気管上流部１８ａから吸気が流入するタンクである。吸気管下流部２２は、集合部２１から分岐して下流端が吸気ポート１０に接続される。吸気管１８のうち、吸気管上流部１８ａには、エアクリーナ２３が設けられる。エアクリーナ２３は、吸気に含まれる塵や埃などの異物を除去する。スロットルバルブ２４の開度は、不図示のアクチュエータによって調整される。なお、スロットルバルブ２４の開度は、各シリンダボア３ａに供給する目標空気量に基づいて、予め設定されている所定のマップ（後述する掃気用のマップ、または、非掃気用のマップ）を参照して決定される。
【００２０】
スロットルバルブ２４により流量が調整された吸気は、インテークマニホールド１７の集合部２１に流入する。集合部２１に流入した吸気は、吸気管下流部２２へ分配され、吸気ポート１０を介して燃焼室９へ導かれる。燃焼室９に導かれた空気は、不図示のインジェクタから噴射された燃料と混合する。そして、吸気と燃料との混合気は、シリンダヘッド５に設けられた不図示の点火プラグによって点火される。
【００２１】
混合気の燃焼により、ピストン８がシリンダボア３ａ内で往復運動を行う。ピストン８の往復運動の動力は、コネクティングロッド７を通じてクランクシャフト２の回転運動の動力に変換される。排気ガスは、燃焼室９から、排気ポート１１、エキゾーストマニホールド１９を介して排気管２０に導かれる。排気ガスは、排気管２０に設けられた触媒２５で浄化された後、車外へ排出される。
【００２２】
また、エンジン１は、ＥＧＲ管２６、ＥＧＲクーラ２７、ＥＧＲバルブ２８、還流管２９、凝縮水貯留部３０、凝縮水位置センサ３１および掃気管３２が設けられている。
【００２３】
ＥＧＲ管２６は、排気管２０に接続され、排気管２０を流通する排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管１８に還流させる。ＥＧＲ管２６には、ＥＧＲクーラ２７が設けられる。ＥＧＲクーラ２７は、ＥＧＲ管２６を流通するＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲ管２６の一端は排気管２０に連通し、他端はＥＧＲバルブ２８に接続されている。
【００２４】
また、掃気管３２の一端は吸気管１８の吸気管上流部１８ａに連通し、他端はＥＧＲバルブ２８を介して還流管２９に接続されている。
【００２５】
ＥＧＲバルブ２８は、例えば、三方弁で構成される。ＥＧＲバルブ２８は、ＥＧＲ管２６、還流管２９および掃気管３２が接続される。ＥＧＲバルブ２８は、還流管２９に対して、ＥＧＲ管２６および掃気管３２の一方を連通させ、また、双方を閉鎖する。また、ＥＧＲバルブ２８は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１００によって開度が制御されることで、ＥＧＲ管２６から還流管２９へのＥＧＲガスの流量の調整、および、掃気管３２から還流管２９への吸気の流量の調整を行うことが可能である。なお、還流管２９とＥＧＲ管２６とが連通している状態を、ＥＧＲ管２６の開状態と称し、還流管２９とＥＧＲ管２６とが遮断している状態を、ＥＧＲ管２６の閉状態と称する。また、掃気管３２と還流管２９とが連通している状態を、掃気管３２の開状態と称し、掃気管３２と還流管２９とが遮断している状態を、掃気管３２の閉状態と称する。
【００２６】
還流管２９は、ＥＧＲバルブ２８と吸気管１８におけるスロットルバルブ２４よりも下流側である集合部２１とに接続される。掃気管３２は、ＥＧＲバルブ２８と、吸気管１８におけるスロットルバルブ２４よりも上流側とに接続される。
【００２７】
ところで、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ２７で冷却されたり、ＥＧＲ管２６等が外気によって冷却されると、ＥＧＲガス中の水分が凝縮し、凝縮水が発生する場合がある。この凝縮水は酸性であり、接触する各部の劣化要因となり得る。そこで、還流管２９には、ＥＧＲガスから発生する凝縮水を貯留する凝縮水貯留部３０が設けられる。
【００２８】
凝縮水貯留部３０には、貯留された凝縮水の水位を検出するための凝縮水位置センサ３１が設けられている。また、凝縮水貯留部３０は、耐食性の部材で構成されており、還流管２９の鉛直方向の最下部に設けられる。これにより、ＥＧＲガスから発生した凝縮水が、重力によって、凝縮水貯留部３０へと貯留されることとなる。また、凝縮水貯留部３０は、排気管２０（エキゾーストマニホールド１９）の近傍、または、排気管２０に接触するように配置されており、排気管２０内を流通する排気ガスの熱によって、凝縮水貯留部３０に貯留された凝縮水の蒸発を促進させる。
【００２９】
ＥＣＵ１００は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータで構成され、エンジン１全体を統括制御する。ＥＣＵ１００は、不図示のクランク角センサやアクセル開度センサからエンジン１の運転状況（エンジン回転数およびエンジン負荷）を取得する。また、ＥＣＵ１００は、凝縮水位置センサ３１から凝縮水貯留部３０の水位の情報を取得する。また、ＥＣＵ１００は、スロットルバルブ２４およびＥＧＲバルブ２８を制御するバルブ制御部１００ａとして機能する。
【００３０】
また、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ２８の開度を導出する導出部１００ｂとして機能する。具体的には、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数およびエンジン負荷に基づいて、スロットルバルブ２４を介して吸入される新気およびＥＧＲ管２６を通って還流されるＥＧＲガスの総量に対するＥＧＲガスの割合を示す目標ＥＧＲ率を予め設定された目標ＥＧＲ率マップを参照して導出する。なお、目標ＥＧＲ率マップには、エンジン回転数およびエンジン負荷に対する目標ＥＧＲ率が示されている。
【００３１】
そして、ＥＣＵ１００は、目標ＥＧＲ率、および、吸気管１８におけるスロットルバルブ２４の下流側に設けられる不図示のフローメータによって検出された吸気量に基づいて、吸気管に還流すべき目標ＥＧＲ流量を導出する。そして、ＥＣＵ１００は、目標ＥＧＲ流量に基づいて導出されるＥＧＲバルブの目標ＥＧＲ開度に応じて、ＥＧＲバルブ２８の開度を制御する。このとき、導出された目標ＥＧＲ開度が正の値でない場合には、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ管２６を閉状態とするとともに、掃気管３２を開状態にする。
【００３２】
また、導出された目標ＥＧＲ開度が正の値の場合であって、凝縮水貯留部３０に貯留された凝縮水の水位が所定量（例えば、満水時の８割）未満の場合、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ２８を制御して、ＥＧＲ管２６を開状態に制御して目標ＥＧＲ開度とし、掃気管３２を閉状態にする。これにより、図１に示すように、ＥＧＲ管２６および還流管２９を介してＥＧＲガスを集合部２１に還流させる。集合部２１に還流させれたＥＧＲガスは、吸気とともに燃焼室９に供給されることになる。このようにして、ＥＧＲガスを燃焼室９に供給することで、燃焼室９中の酸素濃度を低下させる。その結果、燃料の燃焼温度が下がり、ＮＯｘ（窒素酸化物）などの生成が抑制される。
【００３３】
一方、導出された目標ＥＧＲ開度が正の値の場合であって、凝縮水貯留部３０に貯留された凝縮水の水位が所定量以上の場合には、図２に示すように、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ２８を制御して、ＥＧＲ管２６を閉状態とし、掃気管３２を開状態にする。これにより、新たにＥＧＲ管２６を介して還流管２９へＥＧＲガスが導入されることがなくなるため、凝縮水貯留部３０に貯留される凝縮水の増加を抑制することができる。
【００３４】
さらに、吸気管上流部１８ａから掃気管３２へ導入した吸気を、還流管２９へと流通させることで、凝縮水貯留部３０に貯留された凝縮水の蒸気を強制的に集合部２１へと送出することができる。これにより、凝縮水貯留部３０に貯留される凝縮水を効率よく低減することが可能となる。このとき、ＥＣＵ１００は、予め設定された掃気用のマップを参照して、スロットルバルブ２４の開度を調整する。この掃気用のマップには、燃焼室９に供給される吸気量が、掃気管３２が閉状態の場合と同等としつつ、掃気管３２とスロットルバルブ２４を通る吸気を分配可能なスロットルバルブ２４の開度が示される。具体的には、ＥＣＵ１００は、掃気用のマップにしたがって、スロットルバルブ２４の開度を小さくすることで、掃気管３２に導入される吸気の流量を増加させる。また、ＥＣＵ１００は、掃気用のマップにしたがって、スロットルバルブ２４の開度を大きくすることで、掃気管３２に導入される吸気の流量を減少させる。
【００３５】
以上のように、導出された目標ＥＧＲ開度が正の値でない場合には、凝縮水貯留部３０に貯留された凝縮水の水位に関係なく、ＥＧＲ管２６を閉状態とするとともに、掃気管３２を開状態にする。一方、導出された目標ＥＧＲ開度が正の値の場合であっても、凝縮水貯留部３０に貯留された凝縮水の水位が所定量以上である場合には、ＥＣＵ１００（導出部１００ｂ）によって導出された目標ＥＧＲ開度の値によらず、ＥＧＲ管２６を閉状態とするとともに、掃気管３２を開状態にする。これによって、凝縮水貯留部３０に貯留される凝縮水を効率よく低減することが可能となる。
【００３６】
次に、ＥＧＲバルブ２８の制御処理の流れについて、説明を行う。図３は、凝縮水の水位に基づく、ＥＧＲ管および掃気管の開閉制御処理の流れを示すフローチャートである。
【００３７】
まず、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数およびエンジン負荷に基づいて、スロットルバルブ２４を介して吸入される新気およびＥＧＲ管２６を通って還流されるＥＧＲガスの総量に対するＥＧＲガスの割合を示す目標ＥＧＲ率を導出する。そして、ＥＣＵ１００は、目標ＥＧＲ率およびフローメータ（不図示）によって検出された吸気量に基づいて、吸気管に還流すべき目標ＥＧＲ流量を導出する。そして、ＥＣＵ１００は、目標ＥＧＲ流量に基づいて導出されるＥＧＲバルブの目標ＥＧＲ開度を導出する。ＥＣＵ１００は、導出された目標ＥＧＲ開度が正の値であるか、すなわち、ＥＧＲ管２６を開状態とするか否かを判定する（Ｓ１０）。その結果、ＥＧＲ管２６を開状態としないと判定した場合には（ステップＳ１０におけるＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ２８を制御して、ＥＧＲ管２６を閉状態とし、掃気管３２を開状態とする（Ｓ１２）。
【００３８】
一方、ＥＧＲ管２６を開状態とすると判定した場合には（ステップＳ１０におけるＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、凝縮水貯留部３０に設けられた凝縮水位置センサ３１によって検出された凝縮水の水位が所定値以上であるか否か判定する（Ｓ１４）。その結果、凝縮水の水位が所定値以上であれば（ステップＳ１４におけるＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ２８を制御して、ＥＧＲ管２６を閉状態とし、掃気管３２を開状態とする（Ｓ１６）。さらに、ＥＣＵ１００は、予め設定された掃気用のマップを参照して、スロットルバルブ２４を目標開度に制御する（Ｓ１８）。その後、ＥＣＵ１００は、凝縮水貯留部３０に設けられた凝縮水位置センサ３１によって検出された凝縮水の水位が所定値未満となるまで、再度、ステップＳ１８を実行する（ステップＳ２０におけるＹＥＳ）。
【００３９】
一方、凝縮水の水位が所定値未満であれば（ステップＳ１４およびステップＳ２０におけるＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ２８を制御することにより、ＥＧＲ管２６を開状態に制御して目標ＥＧＲ開度とし、掃気管３２を閉状態とする（Ｓ２２）。さらに、ＥＣＵ１００は、アクセル（不図示）の開度と、エンジン回転数に対してスロットルバルブ２４の開度が予め設定された非掃気用のマップを参照して、スロットルバルブ２４を目標開度に制御し（Ｓ２４）、当該ＥＧＲバルブ２８の制御処理を終了する。なお、エンジン回転数は、クランク角センサ（不図示）から取得したクランク角を示す信号に基づいてＥＣＵ１００によって導出される。
【００４０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４１】
例えば、上述した実施形態では、ＥＧＲバルブ２８が三方弁である場合について示したが、本発明はこれに限定されない。図４は、変形例におけるエンジン１ａの構成を説明するための図である。変形例は、ＥＧＲバルブ２８の代わりに、二方弁である第１のＥＧＲバルブ３３および第２のＥＧＲバルブ３４を備えること以外は、上記のエンジン１と同じ構成になっている。第１のＥＧＲバルブ３３は、ＥＧＲ管２６および還流管２９が接続され、ＥＧＲ管２６を開状態または閉状態にする。第２のＥＧＲバルブ３４は、掃気管３２および還流管２９が接続され、掃気管３２を開状態または閉状態にする。また、ＥＣＵ１００は、スロットルバルブ２４、第１のＥＧＲバルブ３３および第２のＥＧＲバルブ３４を制御する。
【００４２】
また、上述した実施形態および変形例では、凝縮水貯留部３０に貯留された凝縮水を蒸発させるために、排気管２０を流通する排気の熱を用いる場合について説明したが、例えば、シリンダブロック３やシリンダヘッド５の熱や、ＥＧＲ管２６を流通するＥＧＲガスの熱を用いてもよい。
【００４３】
また、上述した実施形態および変形例では、凝縮水貯留部３０に貯留された凝縮水の水位に基づいて、掃気の有無を決定する場合について説明した。しかし、掃気の有無を決定する条件は特に限定されず、所望の条件を設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、エンジンに利用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１、１ａ  エンジン
９  燃焼室
１８  吸気管
２０  排気管
２４  スロットルバルブ
２６  ＥＧＲ管
２８  ＥＧＲバルブ
２９  還流管
３２  掃気管
１００ａ  バルブ制御部
１００ｂ  導出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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