(57)【要約】【課題】凝縮水の生成不足の発生を抑制することができる内燃機関のＥＧＲ装置を提供する。【解決手段】排気通路４から排気の一部を取り出してＥＧＲガスとして吸気通路３に導くＥＧＲ通路１１と、ＥＧＲ通路１１に設けられ、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１２と、ＥＧＲクーラ１２で生成された凝縮水を貯留する凝縮水貯留部２０と、凝縮水貯留部２０に貯留された凝縮水の水中にＥＧＲガスの少なくとも一部を導入させるＥＧＲガス導入路２３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】
排気通路から排気の一部を取り出してＥＧＲガスとして吸気通路に導くＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラで生成された凝縮水を貯留する凝縮水貯留部と、前記凝縮水貯留部に貯留された凝縮水の水中に前記ＥＧＲガスの少なくとも一部を導入させるＥＧＲガス導入路と、を備えることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲクーラで生成された凝縮水を貯留する凝縮水貯留部を備える内燃機関のＥＧＲ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＧＲクーラで生じた凝縮水を貯留するタンクを備える内燃機関のＥＧＲ装置が知られている（特許文献１参照）。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が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１１２３６７号
【特許文献２】特開２００８−０５１３５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＧＲクーラで生成された凝縮水を活用する内燃機関において、ＥＧＲクーラで凝縮水を生成するだけでは、凝縮水の生成が不足する場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、凝縮水の生成不足の発生を抑制することができる内燃機関のＥＧＲ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ＥＧＲ装置は、排気通路から排気の一部を取り出してＥＧＲガスとして吸気通路に導くＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラで生成された凝縮水を貯留する凝縮水貯留部と、前記凝縮水貯留部に貯留された凝縮水の水中に前記ＥＧＲガスの少なくとも一部を導入させるＥＧＲガス導入路と、を備える（請求項１）。
【０００７】
本発明の内燃機関のＥＧＲ装置によれば、凝縮水貯留部に貯留された凝縮水の水中に導入されたＥＧＲガスは気泡となって水中を通過することによって冷却され、ＥＧＲガス中の水蒸気が凝縮されて凝縮水が生成される。したがって、ＥＧＲクーラのみならず、凝縮水貯留部でも凝縮水を生成できるため、凝縮水の生成不足の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上に説明したように、本発明の内燃機関のＥＧＲ装置によれば、凝縮水貯留部も凝縮水生成手段として追加されるため、凝縮水の生成不足の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一形態に係る内燃機関を示した図。
【図２】本発明の一形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置を示した図。
【図３】特定の運転領域においてＥＧＲガス中の水蒸気を効率よく凝縮水として捕集できる流量調整弁の開度を示した図。
【図４】ＥＣＵが実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図５】特定の運転領域においてＥＧＲガス中の水蒸気を効率よく凝縮水として捕集できる流量調整弁の開度を示した図。
【図６】第２の形態においてＥＣＵが実行する制御ルーチンを示したフローチャート。
【図７】第３の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の形態）
図１に示した内燃機関１は不図示の車両に走行用動力源として搭載される。内燃機関１は、４つの気筒２が一方向に並べられた直列４気筒型の内燃機関として構成されている。各気筒２には、吸気通路３及び排気通路４がそれぞれ接続されている。排気通路４は触媒５を備えており、各気筒２から排出される排気は触媒５にて有害物質が浄化されてから大気に放出される。
【００１１】
内燃機関１には、排気通路４から排気の一部を取り出して吸気通路３に再循環させるＥＧＲ装置１０Ａが設けられている。図２に示した内燃機関のＥＧＲ装置１０Ａは、排気通路４から排気の一部をＥＧＲガスとして取り出して吸気通路３に導くＥＧＲ通路１１を備えている。ＥＧＲ通路１１には、ＥＧＲ通路１１に導かれたＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１２が設けられている。ＥＧＲクーラ１２には熱交換部１３が設けられている。熱交換部１３には内燃機関１の冷却水通路が接続され、冷却水は冷却水入口１４から熱交換部１３へ流入し、冷却水出口１５から冷却水通路に流出する。ＥＧＲクーラ１２に導入されたＥＧＲガスは、熱交換部１３の周囲を流れることによって冷却される。
【００１２】
ＥＧＲガスの温度がＥＧＲクーラ１２の内部で露点温度を跨ぐように低下した場合、ＥＧＲガス中の水蒸気が熱交換部１３の表面で凝縮（結露）して水となる。熱交換部１３の表面で凝縮した水滴は、ＥＧＲクーラ１２と一体として構成された凝縮水貯留部２０に落下して貯留される。凝縮水貯留部２０に貯留された凝縮水２１は、水供給管２２を経由して、凝縮水２１が活用される場所へ供給される。
【００１３】
ＥＧＲ装置１０Ａは、ＥＧＲ通路１１からＥＧＲガスの一部を取り出して凝縮水貯留部２０に貯留された凝縮水２１の水中に導入させるＥＧＲガス導入路２３を備えている。ＥＧＲ通路１１とＥＧＲガス導入路２３との分岐位置には、ＥＧＲガス導入路２３を流れるＥＧＲガスの流量を調整できる流量調整弁２４が設けられている。流量調整弁２４の開度を大きくすればＥＧＲガス導入路２３を流れるＥＧＲガスの流量が多くなり、流量調整弁２４の開度を小さくすればＥＧＲガス導入路２３を流れるＥＧＲガスの流量が少なくなる。
【００１４】
ＥＧＲガス導入路２３を経由して水中に導入されたＥＧＲガスは、気泡２５となって水中を通過し水面の上方に出て、ＥＧＲ通路１１に合流する。ＥＧＲガスは水中を通過することによって冷却され、ＥＧＲガス中の水蒸気が凝縮される。そして、ＥＧＲガス中の水蒸気が凝縮されることによって生成された凝縮水が凝縮水貯留部２０に貯留される。このように、ＥＧＲガスを水中に導入することによって、ＥＧＲクーラ１２のみならず、凝縮水貯留部２０でも凝縮水を生成できる。そのため、凝縮水の生成不足の発生を抑制することができる。
【００１５】
凝縮水貯留部２０には、凝縮水貯留部２０の貯留水量を検出する水量センサ３０と、貯留された凝縮水２１の温度を検出する凝縮水温度センサ３１とが設けられている。熱交換部１３には、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ３２が設けられている。
【００１６】
内燃機関１の各部の制御は、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にて制御される。ＥＣＵ４０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含む。ＥＣＵ４０は、流量調整弁２４等に対して各種の制御を行う。ＥＣＵ４０には、水量センサ３０の出力信号、凝縮水温度センサ３１の出力信号、冷却水温度センサ３２の出力信号及びクランク角センサ４１の出力信号等が入力される。クランク角センサ４１の出力により、エンジン回転速度（エンジン回転数）を検出することができる。
【００１７】
ＥＣＵ４０には、エンジン回転数及びトルクにて特定される内燃機関１の運転領域ごとに、図３に示すような貯留水量Ｑ、凝縮水温度Ｔｗ及び冷却水温度Ｔｃによって定まる流量調整弁２４の開度のマップが記憶されている。図３は流量調整弁２４の開度が等しい点を連ねて線として表わしたものである。そして、矢印Ａの方向つまり図３の右下に行くほど流量調整弁２４の開度が大きくなり、矢印Ａとは逆の方向つまり図３の左上に行くほど流量調整弁２４の開度が小さくなることを示している。このマップで示された開度に流量調整弁２４を制御することによって、ＥＧＲガス中の水蒸気を効率よく凝縮水として捕集できる。これらの開度の値は、いずれも予め実験や数値計算等により求められたものである。
【００１８】
図４は、ＥＣＵ４０が実施する制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図４の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ４０に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ＥＣＵ４０は、図４の制御ルーチンを実行することにより、流量調整弁２４の制御手段として機能する。
【００１９】
この制御ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、まずステップＳ１において、クランク角センサ４１の出力からエンジン回転数を検出し、燃料噴射量からトルクを検出することによって、現状の内燃機関１の運転領域を特定する。そして、ＥＣＵ４０は、水量センサ３０の出力から貯留水量Ｑを検出し、凝縮水温度センサ３１の出力から凝縮水温度Ｔｗを検出し、冷却水温度センサ３２の出力から冷却水温度Ｔｃを検出する。
【００２０】
次のステップＳ２において、ＥＣＵ４０は、貯留水量Ｑが規定値を超えたか判定する。この規定値は、例えば凝縮水貯留部２０の容量の９０パーセントの水量などと予め定めておいたものである。貯留水量Ｑが規定値を超えている場合は、流量調整弁２４を動作させることなく、今回のルーチンを終了する。一方、貯留水量Ｑが規定値を超えていない場合は、ステップＳ３に進む。
【００２１】
ステップＳ３において、ＥＣＵ４０は、ＥＣＵ４０に記憶されている上記の運転領域における流量調整弁２４の開度のマップと、ステップＳ１で検出した貯留水量Ｑ、凝縮水温度Ｔｗ及び冷却水温度Ｔｃの値から、流量調整弁２４の開度を決定し、その開度に流量調整弁２４を制御する。そして、今回のルーチンを終了する。
【００２２】
図４の制御ルーチンをＥＣＵ４０が実行することにより、内燃機関１の運転領域、貯留水量、凝縮水温度及び冷却水温度の状態に応じてＥＧＲガス中の水蒸気を効率よく凝縮水として捕集できる。
【００２３】
（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を図５及び図６を参照して説明する。この形態は、ＥＣＵ４０による流量調整弁２４の制御方法が異なることを除き、第１の形態と同一構成を有している。以下、第２の形態の特徴部分を説明し、第１の形態との共通部分については図面に同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
第１の形態では、貯留水量が規定値を超えると、ＥＣＵ４０は流量調整弁２４の制御を行わない。しかし、凝縮水貯留部２０や水供給管２２などの腐食を考慮すると、貯留された凝縮水のｐＨは中性に近い方が望ましい。そのため、貯留水量が規定値を超えていても、貯留された凝縮水よりも新たに捕集される凝縮水の方が中性に近い場合は、凝縮水を捕集するように流量調整弁２４の開度を調整することが好ましい。そこで、本形態では、貯留された凝縮水よりも新たに捕集される凝縮水の方が中性に近い場合は、貯留水量が規定値を超えていても、ＥＣＵ４０は流量調整弁２４の制御を行う。
【００２５】
ＥＣＵ４０には、エンジン回転数及びトルクにて特定される内燃機関１の運転領域ごとに、図５に示すような貯留水量Ｑ、凝縮水温度Ｔｗ及び冷却水温度Ｔｃによって定まる流量調整弁２４の開度のマップが記憶されている。図５は、図３と同様に、流量調整弁２４の開度が等しい点を連ねて線として表わしたものである。そして、図３と同様に、矢印Ａの方向に行くほど流量調整弁２４の開度が大きくなり、矢印Ａとは逆の方向に行くほど流量調整弁２４の開度が小さくなることを示している。第１の形態では貯留水量が規定値を超えると流量調整弁２４を制御しないため、図３には貯留水量Ｑが規定値を超えた領域が表記されていない。一方、本形態では貯留水量Ｑが規定値を超えても流量調整弁２４を制御することがあるため、図５では貯留水量Ｑが規定値を超えた領域を破線で表記している。図５のマップで示された開度に流量調整弁２４を制御することによって、ＥＧＲガス中の水蒸気を効率よく凝縮水として捕集できる。これらの開度の値は、いずれも予め実験や数値計算等により求められたものである。
【００２６】
また、ＥＣＵ４０には、内燃機関１の運転領域ごとに、ＥＧＲクーラ１２及び凝縮水貯留部２０で新たに捕集される凝縮水のｐＨの値が記憶されている。これらのｐＨの値は、いずれも予め実験や数値計算等により求められたものである。
【００２７】
図６は、ＥＣＵ４０が実施する制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図６の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ４０に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ＥＣＵ４０は、図６の制御ルーチンを実行することにより、流量調整弁２４の制御手段として機能する。
【００２８】
この制御ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、まずステップＳ１１において、クランク角センサ４１の出力からエンジン回転数を検出し、燃料噴射量からトルクを検出することによって、現状の内燃機関１の運転領域を特定する。そして、ＥＣＵ４０は、水量センサ３０の出力から貯留水量Ｑを検出し、凝縮水温度センサ３１の出力から凝縮水温度Ｔｗを検出し、冷却水温度センサ３２の出力から冷却水温度Ｔｃを検出する。
【００２９】
次のステップＳ１２において、ＥＣＵ４０は、貯留水量Ｑが規定値を超えたか判定する。この規定値は、例えば凝縮水貯留部２０の容量の９０パーセントの水量などと予め定めておいたものである。貯留水量Ｑが規定値を超えている場合は、ステップＳ１３に進む。一方、貯留水量Ｑが規定値を超えていない場合は、ステップＳ１４に進む。
【００３０】
ステップＳ１３において、ＥＣＵ４０は、ＥＣＵ４０に記憶されている上記の運転領域における新たに捕集される凝縮水のｐＨの値と、貯留された凝縮水のｐＨの値とから、凝縮水貯留部２０に貯留された凝縮水よりも新たに捕集される凝縮水の方が中性に近いか判定する。貯留された凝縮水のｐＨの値は、例えば、凝縮水貯留部２０にｐＨセンサを設ける等の方法により検出する。凝縮水貯留部２０に貯留された凝縮水よりも新たに捕集される凝縮水の方が中性に近い場合は、ステップＳ１４に進む。一方、凝縮水貯留部２０に貯留された凝縮水よりも新たに捕集される凝縮水の方が中性に近い場合でなければ、流量調整弁２４を動作させることなく、今回のルーチンを終了する。
【００３１】
ステップＳ１４において、ＥＣＵ４０は、ＥＣＵ４０に記憶されている上記の運転領域における流量調整弁２４の開度のマップと、ステップＳ１１で検出した貯留水量Ｑ、凝縮水温度Ｔｗ及び冷却水温度Ｔｃの値から、流量調整弁２４の開度を決定し、その開度に流量調整弁２４を制御する。そして、今回のルーチンを終了する。
【００３２】
図６の制御ルーチンをＥＣＵ４０が実行することにより、内燃機関１の運転領域、貯留水量、凝縮水温度及び冷却水温度の状態に応じてＥＧＲガス中の水蒸気を効率よく凝縮水として捕集できる。また、貯留水量が規定値を超えても凝縮水の捕集を継続することにより、凝縮水貯留部２０に貯留される凝縮水を中性に近づけて、凝縮水貯留部２０や水供給管２２などの腐食を抑制することができる。なお、本形態では、貯留水量が規定値を超えても凝縮水を捕集するため、貯留水量が凝縮水貯留部２０の容量を超えないように凝縮水貯留部２０から凝縮水を排出することが好ましい。そのため、貯留水量に応じて、凝縮水を活用する場所で消費する水量を増やすことが好ましい。ただし、凝縮水を大気へ排出する排水経路が設けられている場合は、凝縮水を消費する水量を増やす代わりに、貯留水量が凝縮水貯留部２０の容量を超えないように排水経路から凝縮水を排出してもよい。
【００３３】
図６の制御ルーチンでは、規定値を固定し、貯留水量が規定値を超えたら、新たに捕集される凝縮水のｐＨの値及び貯留された凝縮水のｐＨの値に応じてＥＣＵ４０は流量調整弁２４を制御するか否か決めている。図６の制御ルーチンを実行する代わりに、第１の形態と同様に貯留水量が規定値を超えれば流量調整弁２４を制御しないこととしつつ、新たに捕集される凝縮水のｐＨの値及び貯留された凝縮水のｐＨの値に応じて規定値を変更することによって、ＥＣＵ４０が流量調整弁２４を制御する領域を増減させてもよい。この場合でも、ＥＣＵ４０が図４の制御ルーチンのステップＳ３と同様に、ＥＣＵ４０に記憶されている流量調整弁２４の開度のマップ等から、流量調整弁２４の開度を決定し、その開度に流量調整弁２４を制御すれば、図６の制御ルーチンを実行した場合と同様に、内燃機関１の運転領域、貯留水量、凝縮水温度及び冷却水温度の状態に応じてＥＧＲガス中の水蒸気を効率よく凝縮水として捕集し、凝縮水貯留部２０や水供給管２２などの腐食を抑制することができる。
【００３４】
（第３の形態）
次に、本発明の第３の形態を図７を参照して説明する。この形態は、ＥＧＲクーラ１２と凝縮水貯留部２０とが別体となっていることを除き、第１の形態と同一構成を有している。以下、第３の形態の特徴部分を説明し、第１の形態との共通部分については図面に同一符号を付して説明を省略する。
【００３５】
図７に示したＥＧＲ装置１０ＢはＥＧＲクーラ１２及び凝縮水貯留部２０を備えるが、ＥＧＲクーラ１２及び凝縮水貯留部２０は分離した別体として構成されており、ＥＧＲクーラ１２及び凝縮水貯留部２０は凝縮水通路５０により接続されている。熱交換部１３の表面で凝縮した水滴は、凝縮水通路５０を経由して凝縮水貯留部２０に貯留される。ＥＧＲガス導入路２３を経由して水中に導入されたＥＧＲガスは、気泡２５となって水中を通過し水面の上方に出て、凝縮水通路５０を経由してＥＧＲ通路１１に合流する。
【００３６】
このように、ＥＧＲクーラ１２及び凝縮水貯留部２０を分離した別体として構成することにより、一体として構成した第１の形態よりもＥＧＲクーラ１２及び凝縮水貯留部２０を車両に搭載し易くなる。また、凝縮水貯留部２０をエンジンから離れた位置に設置することが可能となり、凝縮水貯留部２０に貯留された凝縮水２１の温度を低く保てるため、凝縮水の捕集効率が向上し、第１の形態よりも更に凝縮水の生成不足の発生を抑制することができる。
【００３７】
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。上記各形態では４気筒の内燃機関に本発明を適用したが、気筒数を問わず本発明を適用できる。また、上記各形態ではＥＧＲガス導入路を流れる流量を調整できる流量調整弁を備えた内燃機関のＥＧＲ装置に適用したが、ＥＧＲガス導入路を備えていれば、流量調整弁を備えていない内燃機関のＥＧＲ装置にも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１  内燃機関
３  吸気通路
４  排気通路
１０Ａ、１０Ｂ  ＥＧＲ装置
１１  ＥＧＲ通路
１２  ＥＧＲクーラ
２０  凝縮水貯留部
２３  ＥＧＲガス導入路
【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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