(57)【要約】【課題】排気中のＮＯｘ及びすすを効率的に低減する。【解決手段】内燃機関の水供給制御装置は、内燃機関（２００）の燃焼室（２０１）に水（４１０，４２０）を供給する水供給手段（２５０）と、内燃機関の運転条件が、内燃機関の燃焼室で発生する燃焼ガスの成分について、すすよりもＮＯｘの低減が要求される第１運転条件であるか、又はＮＯｘよりもすすの低減が要求される第２運転条件であるかを判定する運転条件判定手段（１５１）と、内燃機関の運転条件が第２運転条件であると判定された場合に、第１運転条件であると判定された場合と比べて、水供給手段により供給される水の硝酸濃度を高くする硝酸濃度制御手段（１５４）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】
内燃機関の燃焼室に水を供給する水供給手段と、
前記内燃機関の運転条件が、前記内燃機関の燃焼室で発生する燃焼ガスの成分について、すすよりもＮＯｘの低減が要求される第１運転条件であるか、又はＮＯｘよりもすすの低減が要求される第２運転条件であるかを判定する運転条件判定手段と、
前記内燃機関の運転条件が前記第２運転条件であると判定された場合に、前記第１運転条件であると判定された場合と比べて、前記水供給手段により供給される水の硝酸濃度を高くする硝酸濃度制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の水供給制御装置。
【請求項２】
前記水供給手段は、排気側から吸気側へと還流される排気を冷却する還流排気冷却手段において発生する凝縮水を、前記内燃機関の燃焼室に供給することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の水供給制御装置。
【請求項３】
前記硝酸濃度制御手段は、前記凝縮水のｐＨが低いほど硝酸濃度が高いと推定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の水供給制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関から排出されるＮＯｘの量に基づいて、前記還流排気冷却手段で発生する前記凝縮水の硝酸濃度又はｐＨを推定する濃度推定手段と、
前記濃度推定手段で推定された硝酸濃度又はｐＨに応じて、前記凝縮水を複数の貯留タンクに分けて貯蔵する凝縮水貯留手段と
を更に備え、
前記硝酸濃度制御手段は、前記複数の貯留タンクの各々から取り出す前記凝縮水の割合を変化させて、前記水供給手段により供給される水の硝酸濃度又はｐＨを調整する
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の水供給制御装置。
【請求項５】
前記還流排気冷却手段における前記凝縮水の発生位置に設けられており、前記凝縮水のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、
前記ｐＨ検出手段で検出されたｐＨに応じて、前記凝縮水を複数の貯留タンクに分けて貯蔵する凝縮水貯留手段と
を更に備え、
前記硝酸濃度制御手段は、前記複数の貯留タンクの各々から取り出す前記凝縮水の割合を変化させて、前記水供給手段により供給される水の硝酸濃度又はｐＨを調整する
ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の水供給制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＮＯｘを低減するために内燃機関の燃焼室に水を供給する内燃機関の水供給制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では燃焼室内での燃焼に伴いＮＯｘが生成される。このＮＯｘの排出量を低減するための技術として、内燃機関の燃焼室に水を供給する技術が提案されている。例えば特許文献１では、排気側から吸気側に還流される排気を冷却する冷却手段において生ずる凝縮水を、内燃機関の吸気通路内に噴射するという技術が開示されている。
【０００３】
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】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３１８０４９号公報
【特許文献２】特開２００４−０６０５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＮＯｘの排出量は、特許文献１に記載されている技術のように、内燃機関に水を供給することで低減できる。しかしながら、ＮＯｘと同様に排気に含まれるすすについては、単に内燃機関に水を供給するだけでは効果的に低減できない。即ち、特許文献１を含む従来技術は、排気中のＮＯｘを低減できたとしても、すすを低減できないという技術的問題点を有している。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、排気中のＮＯｘ及びすすを効率的に低減することが可能な内燃機関の水供給制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
＜１＞
本発明の内燃機関の水供給制御装置は、内燃機関の燃焼室に水を供給する水供給手段と、前記内燃機関の運転条件が、前記内燃機関の燃焼室で発生する燃焼ガスの成分について、すすよりもＮＯｘの低減が要求される第１運転条件であるか、又はＮＯｘよりもすすの低減が要求される第２運転条件であるかを判定する運転条件判定手段と、前記内燃機関の運転条件が前記第２運転条件であると判定された場合に、前記第１運転条件であると判定された場合と比べて、前記水供給手段により供給される水の硝酸濃度を高くする硝酸濃度制御手段とを備える。
【０００８】
本発明の内燃機関の水供給制御装置によれば、水供給手段により、内燃機関の燃焼室に水を供給可能とされている。これにより、内燃機関の排気中に含まれるＮＯｘやすす等の低減が実現される。具体的には、内燃機関の燃焼室に水が供給されることで、気化熱により燃焼温度が低下し、燃焼に伴うＮＯｘの発生量が抑制される。或いは、水分中の硝酸が炭化水素と結びつき二酸化炭素を発生させることで、すすの発生量が抑制される。
【０００９】
ちなみに、本発明に係る水供給手段は、水を内燃機関の燃焼室に直接供給するようなものに限定されず、例えば内燃機関の吸気通路に水を噴射するなど間接的に燃焼室に水を供給するものであってもよい。
【００１０】
本発明の内燃機関の水供給制御装置の動作時には、先ず運転条件判定手段により、内燃機関の運転条件が第１運転条件であるか、又は第２運転条件であるかが判定される。ここで「第１運転条件」とは、内燃機関の燃焼室で発生する燃焼ガスの成分について、すすよりもＮＯｘの低減が要求される運転条件である。一方、「第２運転条件」とは、ＮＯｘよりもすすの低減が要求される運転条件である。運転条件判定手段は、例えば内燃機関の回転数やトルクから排気に含まれる各成分の量を推定して判定を行う。具体的には、内燃機関の負荷が高く比較的ＮＯｘが多く排出されると推定される場合には、内燃機関が第１運転条件であると判定し、内燃機関の負荷が低く比較的ＮＯｘの排出量が少ない（言い換えれば、相対的にすすの排出量が多い）と推定される運転条件である場合には、内燃機関が第２運転条件であると判定すればよい。
【００１１】
運転条件が判定されると、その判定結果に基づいて、硝酸濃度制御手段による水（即ち、水供給手段により内燃機関の燃焼室に供給される水）の硝酸濃度調整が行われる。具体的には、硝酸濃度制御手段は、内燃機関の運転条件が第２運転条件であると判定された場合に、第１運転条件であると判定された場合と比べて、水供給手段により供給される水の硝酸濃度を高くする。逆に言えば、硝酸濃度制御手段は、内燃機関の運転条件が第１運転条件であると判定された場合には、第２運転条件であると判定された場合と比べて、水供給手段により供給される水の硝酸濃度を低くする。
【００１２】
上述したように硝酸濃度を調整すれば、ＮＯｘよりもすすの低減が要求される場合（即ち、第２運転条件の場合）には、硝酸濃度が比較的高い水が内燃機関の燃焼室に供給される。内燃機関の燃焼室に水が供給されると、燃焼温度の低下によりＮＯｘの発生量を低減できる。また、硝酸濃度が高い水は特に、すすを酸化させる力が強いため、燃焼に伴うすすの発生量を効果的に低減できる。ただし、硝酸は、すすを酸化させる際にＮＯ２（即ち、ＮＯｘ）を発生させてしまう。よって、硝酸濃度が高い水は、すすの発生量を大きく低減できる一方で、ＮＯｘの発生量を低減させるという観点から見れば必ずしも有効とは言えない。
【００１３】
しかしながら本発明では、すすよりもＮＯｘの低減が要求される場合（即ち、第１運転条件の場合）には、硝酸濃度が比較的低い水が内燃機関の燃焼室に供給される。この場合、すすの発生量を低減する効果は低下してしまうが、すすを酸化させることに起因するＮＯ２の発生も抑制される。よって、内燃機関の燃焼室に水を供給することによるＮＯｘの低減効果が顕著に発揮される。
【００１４】
以上説明したように、本発明の内燃機関の水供給制御装置によれば、ＮＯｘ及びすすのいずれを優先して低減すべきかに応じて、硝酸濃度の異なる水が内燃機関の燃焼室に供給される。従って、排気中から低減すべき成分を、水の供給により効果的に低減することが可能である。
【００１５】
なお、内燃機関の燃焼室に供給される水の硝酸濃度は、第１運転条件又は第２運転条件に応じた２つの値（即ち、低い値又は高い値）を選択的に決定するものに限定されず、例えばＮＯｘ又はすすの発生量に応じて多段階で、或いはリニアに変動されてもよい。具体的には、第１運転条件と判定された場合であっても、ＮＯｘの発生量が極めて多いと推定される場合には、更に硝酸濃度の低い水が供給されてもよい。同様に、第２運転条件と判定された場合であっても、すすの発生量が極めて多いと推定される場合には、更に硝酸濃度の高い水が供給されてもよい。言い換えれば、すすの低減要求が高いほど内燃機関に供給する水の硝酸濃度を高くすれば、排気中のＮＯｘ及びすすを効率的に低減できる。
【００１６】
＜２＞
本発明の内燃機関の水供給制御装置の他の態様では、前記水供給手段は、排気側から吸気側へと還流される排気を冷却する還流排気冷却手段において発生する凝縮水を、前記内燃機関の燃焼室に供給する。
【００１７】
この態様によれば、還流排気冷却手段において発生する凝縮水を利用して、排気中のＮＯｘ及びすすを低減できる。よって、内燃機関の燃焼室に供給する専用の水を別途用意する必要がなく、装置構成の複雑化や大型化、或いはコストの増大を防止できる。
【００１８】
＜３＞
上述の如く、還流排気冷却手段において発生する凝縮水を内燃機関の燃焼室に供給する態様では、前記硝酸濃度制御手段は、前記凝縮水のｐＨが低いほど硝酸濃度が高いと推定してもよい。
【００１９】
還流排気冷却手段において発生する凝縮水は、その特性上、還流する排気中に含まれるＮＯ２由来の硝酸濃度に大きく依存してｐＨが変化する。よって、還流排気冷却手段において発生する凝縮水を内燃機関の燃焼室に供給する場合には、凝縮水の硝酸濃度を検出せずとも、比較的検出し易いｐＨに応じて硝酸濃度の推定が可能となる。
【００２０】
＜４＞
或いは、還流排気冷却手段において発生する凝縮水を内燃機関の燃焼室に供給する態様では、前記内燃機関から排出されるＮＯｘの量に基づいて、前記還流排気冷却手段で発生する前記凝縮水の硝酸濃度又はｐＨを推定する濃度推定手段と、前記濃度推定手段で推定された硝酸濃度又はｐＨに応じて、前記凝縮水を複数の貯留タンクに分けて貯蔵する凝縮水貯留手段とを更に備え、前記硝酸濃度制御手段は、前記複数の貯留タンクの各々から取り出す前記凝縮水の割合を変化させて、前記水供給手段により供給される水の硝酸濃度又はｐＨを調整してもよい。
【００２１】
この場合、凝縮水を捕集する際には、先ず濃度推定手段により、内燃機関から排出されるＮＯｘの量に基づいて、還流排気冷却手段で発生する凝縮水の硝酸濃度又はｐＨが推定される。具体的には、内燃機関から多くのＮＯｘが排出される場合は、還流される排気中のＮＯｘも多くなると考えられるため、還流排気冷却手段において発生する凝縮水の硝酸濃度は高いと推定される。同様に、内燃機関からのＮＯｘの排出量が少ない場合は、還流される排気中のＮＯｘも少なくなると考えられるため、還流排気冷却手段において発生する凝縮水の硝酸濃度は低いと推定される。
【００２２】
凝縮水の硝酸濃度又はｐＨが推定されると、凝縮水貯留手段により、還流排気冷却手段において発生した凝縮水が、推定された硝酸濃度又はｐＨに応じて複数の貯留タンクに分けて貯蔵される。即ち、硝酸濃度が高い凝縮水と、硝酸濃度が低い凝縮水とは互いに異なる貯留タンクに貯蔵される。
【００２３】
そして特に、硝酸濃度制御手段による硝酸濃度又はｐＨの調整時には、複数の貯留タンクの各々から取り出す凝縮水の割合を変化させて、水供給手段により供給される水の硝酸濃度又はｐＨが調整される。具体的には、硝酸濃度が高い水を内燃機関に供給したい場合には、硝酸濃度の高い凝縮水を貯蔵している貯留タンクから多くの水を取り出し、硝酸濃度の低い凝縮水を貯蔵している貯留タンクからは少量の水を取り出せばよい。同様に、硝酸濃度が低い水を内燃機関に供給したい場合には、硝酸濃度の高い凝縮水を貯蔵している貯留タンクから少量の水を取り出し、硝酸濃度の低い凝縮水を貯蔵している貯留タンクからは多くの水を取り出せばよい。
【００２４】
上述した構成によれば、貯留タンクから取り出す水の割合を変更するだけで、凝縮水の硝酸濃度又はｐＨの調整を精度よく行える。従って、適切な濃度の凝縮水を内燃機関の燃焼室に好適に供給できる。
【００２５】
＜５＞
上述の如く、凝縮水のｐＨが低いほど硝酸濃度が高いと推定する態様では、前記還流排気冷却手段における前記凝縮水の発生位置に設けられており、前記凝縮水のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、前記ｐＨ検出手段で検出されたｐＨに応じて、前記凝縮水を複数の貯留タンクに分けて貯蔵する凝縮水貯留手段とを更に備え、前記硝酸濃度制御手段は、前記複数の貯留タンクの各々から取り出す前記凝縮水の割合を変化させて、前記水供給手段により供給される水の硝酸濃度又はｐＨを調整してもよい。
【００２６】
この場合、凝縮水を捕集する際には、先ず還流排気冷却手段における凝縮水の発生位置に設けられたｐＨ検出手段により、凝縮水のｐＨ（即ち、硝酸濃度に相当する値）が検出される。ｐＨ検出手段は、例えばｐＨセンサとして構成される。
【００２７】
凝縮水のｐＨが検出されると、凝縮水貯留手段により、還流排気冷却手段において発生した凝縮水が、検出されたｐＨに応じて複数の貯留タンクに分けて貯蔵される。即ち、ｐＨが高い凝縮水と、ｐＨが低い凝縮水とは互いに異なる貯留タンクに貯蔵される。
【００２８】
そして特に、硝酸濃度制御手段による硝酸濃度又はｐＨの調整時には、複数の貯留タンクの各々から取り出す凝縮水の割合を変化させて、水供給手段により供給される水の硝酸濃度又はｐＨが調整される。具体的には、硝酸濃度が高い水を内燃機関に供給したい場合には、ｐＨの低い凝縮水を貯蔵している貯留タンクから多くの水を取り出し、ｐＨの高い凝縮水を貯蔵している貯留タンクからは少量の水を取り出せばよい。同様に、硝酸濃度が低い水を内燃機関に供給したい場合には、ｐＨの低い凝縮水を貯蔵している貯留タンクから少量の水を取り出し、ｐＨの高い凝縮水を貯蔵している貯留タンクからは多くの水を取り出せばよい。
【００２９】
上述した構成によれば、貯留タンクから取り出す水の割合を変更するだけで、凝縮水の硝酸濃度又はｐＨの調整を精度よく行える。従って、適切な濃度の凝縮水を内燃機関の燃焼室に好適に供給できる。
【００３０】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態に係るエンジンシステムの全体構成を示す概略構成図である。
【図２】実施形態に係る内燃機関の水供給制御装置の構成を示す概略構成図である。
【図３】実施形態に係る内燃機関の水供給制御装置による凝縮水捕集時の動作を示すフローチャートである。
【図４】エンジンの運転条件と、ＥＧＲクーラにおける凝縮水を捕集する領域との関係を示すマップである。
【図５】実施形態に係る内燃機関の水供給制御装置による凝縮水供給時の動作を示すフローチャートである。
【図６】エンジンの運転条件と供給する凝縮水のｐＨとの関係を示すマップである。
【図７】触媒の床温とＮＯｘの浄化率との関係を示す特性図である。
【図８】冷間時におけるエンジンの運転条件と供給する凝縮水のｐＨとの関係を示すマップである。
【図９】半暖機時におけるエンジンの運転条件と供給する凝縮水のｐＨとの関係を示すマップである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、内燃機関の水供給制御装置の実施形態について説明する。
【００３３】
（１）車両のエンジンシステム構成
初めに、図１を参照しながら、本実施形態に係る内燃機関の水供給制御装置が搭載される車両のエンジンシステム構成について説明する。ここに図１は、実施形態に係るエンジンシステムの全体構成を示す概略構成図である。
【００３４】
図１において、本実施形態に係るエンジン２００は、コンプレッサ１１０及びタービン１２０を備える過給エンジンとして構成されている。
【００３５】
コンプレッサ１１０は、流入された空気を圧縮し、圧縮空気として下流に供給する。タービン１２０は、エンジン２００から排気管１１５を介して供給された排気を動力として回転する。タービン１２０は、シャフトを介してコンプレッサ１１０に連結されており、相互に一体に回転することが可能に構成されている。即ち、タービン１２０とコンプレッサ１１０とによって、ターボチャージャが構成されている。
【００３６】
エンジン２００は、例えばシリンダブロック内にシリンダ２０１が４本直列に配置されてなる直列４気筒エンジンである。なお、ここでの詳細な図示は省略しているが、エンジン２００は、各シリンダ２０１内部において空気と燃料との混合気が燃焼するに際して生じるピストンの往復運動を、コネクティングロッドを介してクランクシャフトの回転運動に変換することが可能に構成されている。
【００３７】
コンプレッサ１１０における入口側（即ち、コンプレッサ１１０より上流側）の吸気管１０１には、エアフローメータ１０２が設けられている。エアフローメータ１０２は、外部から吸い込まれた空気の量を検出することが可能に構成されている。また、エアフローメータ１０２の後段には、吸気絞り弁１０３が設けられている。吸気絞り弁１０３は、例えば電子制御式のバルブであり、その開閉動作が不図示のスロットルバルブモータによって制御されるように構成されている。吸気絞り弁１０３の開閉動作により、吸気管１０１に流入する空気の量が調整される。
【００３８】
コンプレッサ１１０における出口側（即ち、コンプレッサ１１０より下流側）であって、エンジン２００における吸気側（即ち、シリンダ２０１より上流側）の吸気管１１１には、インタークーラ１１３が設けられている。インタークーラ１１３は、吸入空気を冷却して空気の過給効率を上昇させることが可能に構成されている。また、インタークーラの後段には、エンジン２００に凝縮水（後述するＥＧＲクーラ１２７において発生した凝縮水）を供給するための凝縮水噴射弁２５０が設けられている。凝縮水噴射弁は、本発明の「水供給手段」の一例である。
【００３９】
エンジン２００におけるシリンダ２０１内の燃焼室には、吸気管１１１を介して供給される空気と、インジェクタ２１０から噴射供給される燃料とが混合されてなる混合気が吸入される。吸気側からシリンダ２０１内部に導かれた混合気は、例えば不図示の点火プラグ、或いは圧縮着火等によって点火せしめられ、シリンダ２０１内で爆発工程が行われる。爆発工程が行われると、燃焼済みの混合気（一部未燃状態の混合気を含む）は、爆発工程に続く排気工程において、不図示の排気ポートに排出される。排気ポートに排出された排気は、排気管１１５に導かれる。
【００４０】
タービン１２０における出口側（即ち、タービン１２０より下流側）の排気管１２１には、スタートコンバータ１２３と、後処理装置１２４とに加えて、ＥＧＲ管１２５、ＥＧＲバルブ１２６、及びＥＧＲクーラ１２７からなるＥＧＲシステムが設けられている。
【００４１】
スタートコンバータ１２３は、例えば酸化触媒を含んで構成されており、タービン１２０を通過した排気中に含まれる物質を浄化する。
【００４２】
後処理装置１２４は、排気管１２２におけるスタートコンバータ１２３より下流側に設けられており、排気中に含まれる粒子状物質を捕集して減少させる。
【００４３】
ＥＧＲ管１２５は、スタートコンバータ１２３の下流の排気を、コンプレッサ１１０の入口側である吸気管１０１に還流可能に構成されている。ＥＧＲ管１２５上には、ＥＧＲバルブ１２６が設けられており、還流するＥＧＲガスの量が調節可能とされている。また、ＥＧＲ管１２５上には、還流されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１２７が設けられている。なお、ここでのＥＧＲクーラ１２７は、本発明の「還流排気冷却手段」の一例であり、排気の冷却時に発生した凝縮水を捕集すると共に、捕集した凝縮水を凝縮水噴射弁２５０を介してエンジン２００に供給可能に構成されている。
【００４４】
（２）内燃機関の水供給制御装置の構成
次に、図２を参照しながら、本実施形態に係る内燃機関の水供給制御装置の構成について説明する。ここに図２は、実施形態に係る内燃機関の水供給制御装置の構成を示す概略構成図である。
【００４５】
図２において、本実施形態に係る内燃機関の水供給制御装置は、ＥＧＲクーラ１２７の周辺に設けられた凝縮水捕集装置と、捕集された凝縮水をエンジン２００に供給する凝縮水供給装置と、それらを制御するＥＣＵ１００とを備えて構成されている。
【００４６】
凝縮水捕集装置は、冷媒通路３１１、３１２、３１３及び３１５と、３方弁３１５と、第１貯留タンク３２１と、第２貯留タンク３２２と、ｐＨセンサ３３１及び３３２とを備えて構成されている。
【００４７】
冷媒通路３１１は、ＥＧＲクーラ１２７の最前方（図中の右側を前方、左側を後方とする）に冷媒を供給するための通路である。他方、冷媒通路３１２、３１３及び３１５の各々は、ＥＧＲクーラ１２７を循環した冷媒を排出するための通路である。冷媒通路３１２は、ＥＧＲクーラ１２７の前方側に設けられており、冷媒通路３１３は、ＥＧＲクーラ１２７の後方側に設けられている。冷媒通路３１２及び３１３の各々を通過した冷媒は、冷媒通路３１２及び３１３の連結部分から延びる冷媒通路３１４を介して排出される。
【００４８】
また、冷媒通路３１２及び３１３の連結部分には、冷媒の流れを制御するための３方弁３１５が設けられている。３方弁３１５は、その角度が調整されることにより、冷媒通路３１２及び冷媒通路３１４間を接続すると共に、冷媒通路３１３及び冷媒通路３１４間を閉鎖する第１状態と、冷媒通路３１２及び冷媒通路３１４間、並びに冷媒通路３１３及び冷媒通路３１４間の両方を接続する第２状態とを実現可能とされている。よって、３方弁が第１状態とされている場合には、冷媒はＥＧＲクーラ１２７の前方部分のみを循環して排出される。一方で、３方弁が第２状態とされている場合には、冷媒はＥＧＲクーラ１２７の全域を循環して排出される。
【００４９】
第１貯留タンク３２１は、ＥＧＲクーラの前方部分で発生した凝縮水を貯蔵可能に構成されている。第１貯留タンク３２１には、後述する凝縮水捕集時の制御により、ｐＨの低い低ｐＨ凝縮水４１０が貯蔵される。一方、第２貯留タンク３２２は、ＥＧＲクーラの後方部分で発生した凝縮水を貯蔵可能に構成されている。第２貯留タンク３２２には、後述する凝縮水捕集時の制御により、ｐＨの高い高ｐＨ凝縮水４２０が貯蔵される。なお、第１貯留タンク３２１及び第２貯留タンク３２２の各々には、貯蔵されている凝縮水のｐＨを検出するためのｐＨセンサ３３１及び３３２がそれぞれ設けられている。
【００５０】
凝縮水供給装置は、凝縮水通路３４１、３４２及び３４３と、３方弁３４４とを備えて構成されている。
【００５１】
凝縮水通路３４１は、第１貯留タンク３２１に接続されており、第１貯留タンク３２１貯蔵された低ｐＨ凝縮水４１０を取り出すことが可能に構成されている。また、凝縮水通路３４２は、第２貯留タンク３２２に接続されており、第２貯留タンク３２２貯蔵された高ｐＨ凝縮水４２０を取り出すことが可能に構成されている。凝縮水通路３４１及び凝縮水通路３４２の各々を通過した凝縮水は、凝縮水通路３４１及び凝縮水通路３４２の連結部分から延びる凝縮水通路３４３を介して、凝縮水噴射弁２５０（図１参照）に供給される。
【００５２】
また、凝縮水通路３４１及び凝縮水通路３４２の連結部分には、第１貯留タンク３２１及び第２貯留タンク３２２の各々から取り出す凝縮水の量を調整するための３方弁３４４が設けられている。３方弁３１５は、その角度が調整されることにより、第１貯留タンク３２１及び第２貯留タンク３２２の各々から取り出す（即ち、凝縮水通路３４３側に通過させる）凝縮水の割合を変化させることが可能である。これにより、冷却通路３４３から凝縮水噴射弁２５０へと供給される凝縮水のｐＨを調整できる。
【００５３】
具体的には、第１貯留タンク３２１から比較的多くの低ｐＨ凝縮水４１０を取り出し、第２貯留タンク３２２から比較的少ない高ｐＨ凝縮水４２０を取り出すようにすれば、ｐＨの低い凝縮水を凝縮水噴射弁２５０に供給できる。同様に、第１貯留タンク３２１から比較的少ない低ｐＨ凝縮水４１０を取り出し、第２貯留タンク３２２から比較的多くの高ｐＨ凝縮水４２０を取り出すようにすれば、ｐＨの高い凝縮水を凝縮水噴射弁２５０に供給できる。また、第１貯留タンク３２１及び第２貯留タンク３２２の各々から、低ｐＨ凝縮水４１０及び高ｐＨ凝縮水４２０をそれぞれ同量取り出すようにすれば、ｐＨが中程度の凝縮水を凝縮水噴射弁２５０に供給できる。
【００５４】
ＥＣＵ１５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、内燃機関の水供給制御装置の各部の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットである。またＥＣＵ１５０は、内燃機関の水供給制御装置が搭載される車両全体の動作を制御可能に構成されてもよい。
【００５５】
本実施形態に係るＥＣＵ１５０は特に、運転条件判定部１５１と、ｐＨ推定部１５２と、凝縮水捕集制御部１５３と、凝縮水供給制御部１５４とを備えて構成されている。
【００５６】
運転条件判定部１５１は、本発明の「運転条件判定手段」の一例であり、例えば各種センサにおいて検出されるエンジン２００のトルクＴｑ及び回転数Ｎｅに基づいて、エンジン２００の運転条件を判定する。具体的には、運転条件判定部１５１は、凝縮水の捕集制御時において、エンジン２００がどの程度のＮＯｘを排出する運転条件であるのかを判定する。また、運転条件判定部１５１は、凝縮水の供給制御時において、エンジン２００が排気中のすすよりもＮＯｘの低減が要求されるような運転条件であるか、或いはＮＯｘよりもすすの低減が要求されるような運転条件であるかを判定する。
【００５７】
ｐＨ推定部１５２は、凝縮水の捕集制御時に、運転条件判定部１５１で判定されたエンジン２００の運転条件に基づいて、捕集される凝縮水のｐＨを推定する。例えば、ｐＨ推定部１５２は、エンジン２００の運転条件から排気中のＮＯｘの量を推定し、推定されたＮＯｘの量に基づいて捕集されるｐＨを推定する。より具体的には、ｐＨ推定部は、排気中のＮＯｘの量が比較的多くなる運転条件である場合には、還流される排気中のＮＯｘも多くなるため凝縮水のｐＨは低いと推定する。他方、ｐＨ推定部は、排気中のＮＯｘの量が比較的少なくなる運転条件である場合には、還流される排気中のＮＯｘも少なくなるため凝縮水のｐＨは高いと推定する。この場合のｐＨ推定部１５２は、本発明の「濃度推定手段」の一例である。
【００５８】
なお、ＥＧＲクーラ１２７における凝縮水の発生位置にｐＨセンサを設け、発生する凝縮水のｐＨを直接的に検出できるように構成すれば、ｐＨの検出値をそのまま捕集される凝縮水のｐＨとして利用することもできる。この場合のｐＨセンサは、本発明の「ｐＨ検出手段」の一例である。
【００５９】
ｐＨ推定部１５２は更に、凝縮水の供給制御時に、運転条件判定部１５１で判定されたエンジン２００の運転条件に基づいて、エンジン２００に供給すべき凝縮水のｐＨ（以下、適宜「目標ｐＨ」と称する）を推定する。具体的には、ｐＨ推定部１５２は、エンジン２００がＮＯｘを多く発生させるような運転条件である場合には、目標ｐＨを比較的高い値として設定する。他方、ｐＨ推定部１５２は、エンジン２００がＮＯｘ発生量の少なくなるような運転条件（言い換えれば、すすの相対的な発生量が多くなるような運転条件）である場合には、目標ｐＨを比較的低い値として設定する。
【００６０】
なお、ＥＧＲクーラ１２７において発生する凝縮水のｐＨは、排気中に含まれるＮＯｘに大きく依存している。具体的には、排気中に含まれるＮＯｘの量が多く、凝縮水の硝酸濃度が高い場合にはｐＨが低くなる。逆に、排気中に含まれるＮＯｘの量が少なく、凝縮水の硝酸濃度が低い場合にはｐＨが高くなる。よって、凝縮水のｐＨの高さは、硝酸濃度の低さと言い換えることもできる。よって、ＥＣＵ１００は、上述したｐＨ推定部１５２に代えて、硝酸濃度を推定する硝酸濃度判定部を備えてもよい。
【００６１】
凝縮水捕集制御部１５３は、ｐＨ推定部１５２において推定されたｐＨに基づいて、凝縮水捕集装置の３方弁３１５の角度を調整する。なお、凝縮水捕集制御部１５３による具体的な制御については後の動作説明において詳述する。
【００６２】
凝縮水供給制御部１５４は、ｐＨ推定部１５２において推定された目標ｐＨに基づいて、凝縮水供給装置の３方弁３４４の角度を調整する。なお、凝縮水供給制御部１５４による具体的な制御については後の動作説明において詳述する。
【００６３】
（３）凝縮水捕集時の動作
次に、図３を参照しながら、本実施形態に係る内燃機関の水供給制御装置による凝縮水捕集時の動作について説明する。ここに図３は、実施形態に係る内燃機関の水供給制御装置による凝縮水捕集時の動作を示すフローチャートである。
【００６４】
図３において、本実施形態に係る内燃機関の水供給制御装置による凝縮水捕集時には、先ず運転条件判定部１５１において、エンジン２００の運転条件が判定される（ステップＳ１０１）。即ち、エンジン２００のトルクＴｑや回転数Ｎｅに基づいて、エンジン２００がどの程度のＮＯｘを発生させる運転条件であるかが判定される。
【００６５】
エンジン２００の運転条件が判定されると、ｐＨ推定部１５２において、ＥＧＲクーラ１２７で捕集される凝縮水のｐＨが推定される（ステップＳ１０２）。具体的には、ｐＨ推定部１５２では、エンジン２００で発生されるＮＯｘの量に基づいてｐＨが推定される。
【００６６】
凝縮水のｐＨが推定されると、凝縮水捕集制御部１５３において、推定されたｐＨが６以上であるか否かが判定される（ステップＳ１０３）。なお、ここでの「ｐＨ６」は捕集されるｐＨの高低を判定するための閾値の一例であり、異なるｐＨを適宜閾値に設定することもできる。
【００６７】
推定されたｐＨが６未満である場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、ＥＧＲクーラ１２７の前方のみでＥＧＲガスの冷却及び凝縮水の捕集が行われる（ステップＳ１０５）。よって、ｐＨ６未満の凝縮水はＥＧＲクーラ１２７の前方部分でのみ発生し、第１貯留タンク３２１に貯蔵される。
【００６８】
一方、推定されたｐＨが６以上である場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ＥＧＲクーラ１２７の全域でＥＧＲガスの冷却及び凝縮水の捕集が行われる（ステップＳ１０４）。よって、ｐＨ６以上の凝縮水はＥＧＲクーラ１２７の後方部分でも発生し、第２貯留タンク３２２に貯蔵される。
【００６９】
ここで、図４を参照しながら、上述した凝縮水のｐＨに基づく捕集方法の変更について具体的に説明する。ここに図４は、エンジンの運転条件と、ＥＧＲクーラにおける凝縮水を捕集する領域との関係を示すマップである。
【００７０】
図４に示すように、エンジン２００のトルクＴｑ及び回転数Ｎｅの両方が高い場合には、エンジン２００が高負荷状態であり、燃焼に伴い比較的多くのＮＯｘが発生すると考えられる。よって、この場合には、還流される排気中のＮＯｘの量も多くなり、その結果ＥＧＲクーラ１２７で発生する凝縮水のｐＨは低くなると推定される。
【００７１】
凝縮水のｐＨが低いと推定された場合は、３方弁３１５が第１状態（即ち、冷媒通路３１２及び冷媒通路３１４間を接続すると共に、冷媒通路３１３及び冷媒通路３１４間を閉鎖する状態）とされ、ＥＧＲクーラ１２７の前方側でのみＥＧＲガスの冷却が行われる。よって、ｐＨの低い凝縮水はＥＧＲクーラ１２７の前方部分でのみ発生し、結果として前方側の第１貯留タンク３２１に貯蔵される凝縮水は低ｐＨ凝縮水４１０となる。
【００７２】
他方、エンジン２００のトルクＴｑ及び回転数Ｎｅが比較的低い場合には、エンジン２００が低負荷状態であり、燃焼に伴い発生するＮＯｘの量も少ないと考えられる。よって、この場合には、還流される排気中のＮＯｘの量も少なくなり、その結果ＥＧＲクーラ１２７で発生する凝縮水のｐＨは高くなると推定される。
【００７３】
凝縮水のｐＨが高いと推定された場合は、３方弁３１５が第２状態（即ち、冷媒通路３１２及び冷媒通路３１４間、並びに冷媒通路３１３及び冷媒通路３１４間の両方が接続された状態）とされ、ＥＧＲクーラ１２７の後方側でもＥＧＲガスの冷却が行われる。よって、ｐＨの高い凝縮水はＥＧＲクーラ１２７の後方部分でも発生し、結果として後方側の第２貯留タンク３２２に貯蔵される凝縮水は高ｐＨ凝縮水４２０となる。
【００７４】
なお、本実施形態では、凝縮水をｐＨに応じて２つの貯留タンクに分けて貯蔵する例について説明したが、より多くの貯留タンクに分けて貯蔵するようにしても構わない。例えば、ｐＨの低い凝縮水を貯蔵する第１貯留タンク３２１、及びｐＨの高い凝縮水を貯蔵する第２貯留タンク３２２に加えて、ｐＨが中程度の凝縮水を貯蔵する第３貯留タンクを備えるように構成してもよい。
【００７５】
また、貯蔵された凝縮水のｐＨが極端に低い場合（例えば、ｐＨ１〜２程度の場合）は、強い酸化力により凝縮水を供給する経路が腐食してしまうおそれがある。よって、ｐＨが極端に低い凝縮水は捕集しない、或いは捕集後に廃棄するようにしてもよい。ちなみに、捕集された凝縮水は、エンジン２００の排気側に廃棄すればよい。
【００７６】
（４）凝縮水供給時の動作
次に、図５を参照しながら、本実施形態に係る内燃機関の水供給制御装置による凝縮水供給時の動作について説明する。ここに図５は、実施形態に係る内燃機関の水供給制御装置による凝縮水供給時の動作を示すフローチャートである。
【００７７】
図５において、本実施形態に係る内燃機関の水供給制御装置による凝縮水供給時には、先ず運転条件判定部１５１において、エンジン２００の運転条件が判定される（ステップＳ２０１）。即ち、エンジン２００のトルクＴｑや回転数Ｎｅに基づいて、エンジン２００が排気中のすすよりもＮＯｘの低減が要求されるような運転条件であるか、或いはＮＯｘよりもすすの低減が要求されるような運転条件であるかが判定される。より端的に言い換えれば、運転条件判定部１５１では、エンジン２００の運転条件に応じたすすに対するＮＯｘの低減優先度、或いはＮＯｘに対するすすの低減優先度が判定される。
【００７８】
エンジン２００の運転条件が判定されると、ｐＨ推定部１５２において、エンジン２００に供給する凝縮水の目標ｐＨが推定される（ステップＳ２０２）。具体的には、ｐＨ推定部１５２では、排気中のＮＯｘ及びすすのいずれを優先的に低減させるべきかに応じて目標ｐＨが推定される。
【００７９】
ここで、図６を参照しながら、エンジン２００の運転条件から凝縮水の目標ｐＨを推定する方法について具体的に説明する。ここに図６は、エンジンの運転条件と供給する凝縮水のｐＨとの関係を示すマップである。
【００８０】
図６に示すように、目標ｐＨは、エンジン２００のトルクＴｑ及び回転数Ｎｅが高い（即ち、エンジン２００の負荷が高い）ほど低い値として推定される。これは、エンジン２００のトルクＴｑ及び回転数Ｎｅが高いほど、燃焼に伴い発生するＮＯｘの量が増加し、結果として相対的にＮＯｘの低減優先度が高まるからである。逆に言えば、目標ｐＨは、エンジン２００のトルクＴｑ及び回転数Ｎｅが低い（即ち、エンジン２００の負荷が低い）ほど高い値として推定される。これは、エンジン２００のトルクＴｑ及び回転数Ｎｅが低いほど、燃焼に伴い発生するＮＯｘの量が減少し、結果として相対的にすすの低減優先度が高まるからである。
【００８１】
ここで、凝縮水に含まれる硝酸は、すすを酸化させて発生量を抑制する効果を有している（下式参照）。
【００８２】
Ｃ＋４ＨＮＯ３→ＣＯ２＋４ＮＯ２＋２Ｈ２Ｏ
従って、硝酸濃度が高い（即ち、ｐＨが低い）凝縮水であるほど、すすに対する高い低減効果を発揮する。よって、すすの低減優先度が高い場合には、ｐＨの低い凝縮水をエンジン２００に供給すれば、効果的にすすを低減できる。
【００８３】
ただし硝酸は、上式を見ても分かるように、すすを酸化させる際にＮＯ２（即ち、ＮＯｘ）を発生させてしまう。よって、硝酸濃度が高い凝縮水（即ち、ｐＨの低い凝縮水）は、すすの発生量を大きく低減できる一方で、ＮＯｘの発生量を低減させるという観点から見れば必ずしも有効とは言えない。
【００８４】
これに対し本実施形態では、ＮＯｘの低減優先度が高い場合には、ｐＨの高い凝縮水がエンジン２００に供給される。これにより、上式によるＮＯｘの発生を抑制しつつ、燃焼温度低下によるＮＯｘ低減効果を発揮させることができる。
【００８５】
なお、ＮＯｘの低減優先度は、ＮＯｘを浄化する触媒（即ち、スタートコンバータ１２３）の状態によっても変化し得る。具体的には、触媒が完全に暖機され本来のＮＯｘ浄化機能を発揮できる状態であれば、ＮＯｘの低減要求は高くなり難い。しかしながら、冷間始動時等の触媒のＮＯｘ浄化機能が低い状態では、ＮＯｘの低減要求が高くなり易い。
【００８６】
以下では、図７から図９を参照しながら、触媒の暖機状態に基づくｐＨ推定方法の変更について説明する。ここに図７は、触媒の床温とＮＯｘの浄化率との関係を示す特性図である。また図８は、冷間時におけるエンジンの運転条件と供給する凝縮水のｐＨとの関係を示すマップであり、図９は、半暖機時におけるエンジンの運転条件と供給する凝縮水のｐＨとの関係を示すマップである。
【００８７】
図７に示すように、スタートコンバータ１２３（以下、単に「触媒」と称することがある）のＮＯｘ浄化率は、触媒床温に応じて変化する。具体的には、触媒が完全に暖機されている状態であればＮＯｘ浄化率は高く、十分にＮＯｘを浄化できると考えられる。しかしながら、冷間時や半暖機状態においてはＮＯｘ浄化率が完全暖機状態と比べると低く、十分にＮＯｘを浄化できないおそれがある。よって、図６で示したような目標ｐＨを推定するためのマップは、触媒の暖機状態に応じて異なるものとすべきである。ちなみに、図６で示したマップは、触媒が完全暖機状態である場合のマップである。
【００８８】
図８に示すように、冷間時でスタートコンバータ１２３のＮＯｘ浄化率が極めて低い場合には、ＮＯｘを増加させるおそれのあるｐＨの低い凝縮水のエンジン２００への供給は行わない方が好ましい。より具体的には、エンジン２００のトルクＴｑ及び回転数Ｎｅが低い場合（即ち、低速、低負荷の場合）には、凝縮水をエンジン２００に供給せず、エンジン２００のトルクＴｑ及び回転数Ｎｅが高い場合（即ち、高速、高負荷の場合）には、第２貯留タンク３２２（即ち、高ｐＨ凝縮水４２０を貯蔵しているタンク）からのみ凝縮水をエンジン２００に供給すればよい。このようにすれば、凝縮水をエンジン２００供給することに起因するＮＯｘの発生を効果的に抑制できる。従って、触媒のＮＯｘ浄化率が低い場合でも、過剰なＮＯｘの発生を防止できる。
【００８９】
図９に示すように、スタートコンバータ１２３が半暖機状態でありＮＯｘ浄化率が十分でない場合には、図６に示した完全暖機時のマップと、図８で示した冷間時のマップとの中間的なマップを使用すればよい。具体的には、エンジン２００のトルクＴｑ及び回転数Ｎｅが極めて低い場合にのみ凝縮水をエンジン２００に供給せず、それ以外の場合は、エンジン２００のトルクＴｑ及び回転数Ｎｅが高いほど、ｐＨの低い凝縮水をエンジン２００に供給すればよい。このようにすれば、ＮＯｘ浄化率が十分に高められていない場合であっても、過剰なＮＯｘの発生を防止でき、更にはすすについても効果的に低減することができる。
【００９０】
図５に戻り、上述した方法により目標ｐＨが推定されると、目標ｐＨと、実際に供給可能な作成ｐＨ（より具体的には、低ｐＨ凝縮水４１０と高ｐＨ凝縮水４２０の割合を調整することで実現し得る、目標ｐＨに最も近いｐＨ）とが互いに比較され、目標ｐＨより作成ｐＨの方が高いか否かが判定される（ステップＳ２０３）。
【００９１】
ここで、目標ｐＨより作成ｐＨの方が高くないと判定されると（ステップＳ２０３：ＮＯ）、更に、目標ｐＨと作成ｐＨの差が２未満であるか否かが判定される（ステップＳ２０４）。そして、目標ｐＨと作成ｐＨの差が２未満でない（即ち、２以上である）と判定されると（ステップＳ２０４：ＮＯ）、凝縮水をエンジン２００に供給せずに一連の処理が終了する。このようにすれば、ｐＨの低い凝縮水の強い酸化力により、凝縮水を供給する通路内が腐食してしまうことを防止できる。或いは、エンジン２００に供給される凝縮水のｐＨが低すぎることで、低減すべきＮＯｘが逆に増加してしまうことを防止できる。
【００９２】
他方で、目標ｐＨと作成ｐＨの差が２未満であると判定されると（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、３方弁３４４が制御され作成ｐＨの凝縮水がエンジン２００に供給される（ステップＳ２０５）。また、目標ｐＨより作成ｐＨの方が高いと判定された場合には（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、仮に目標ｐＨと作成ｐＨの差が２以上であっても腐食の心配はないため、３方弁３４４が制御され作成ｐＨの凝縮水がエンジン２００に供給される（ステップＳ２０５）。
【００９３】
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の水供給制御装置によれば、ＥＧＲクーラ１２７においてｐＨに応じて別々に捕集された凝縮水が、エンジン２００の運転条件に応じて好適に供給される。従って、排気中のＮＯｘ及びすすを効率的に低減することが可能である。
【００９４】
なお、本実施形態では、ＥＧＲクーラ１２７で捕集した凝縮水のみをエンジン２００に供給する例について説明したが、それ以外の水をエンジン２００に供給する場合であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。よって、本実施形態に係る凝縮水捕集装置を備えずに、例えば予め貯蔵されたｐＨ調整済みの水を適宜混合してエンジン２００に供給するように構成してもよい。また、予め貯蔵されたｐＨ調整済みの水を、ＥＧＲクーラ１２７で捕集した凝縮水と混合してエンジン２００に供給するように構成してもよい。
【００９５】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の水供給制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９６】
１０１，１１１  吸気管
１０２  エアフローメータ
１０３  吸気絞り弁
１１０  コンプレッサ
１１３  インタークーラ
１２０  タービン
１１５，１２１  排気管
１２３  スタートコンバータ
１２４  後処理装置
１２５  ＥＧＲ管
１２６  ＥＧＲバルブ
１２７  ＥＧＲクーラ
１５０  ＥＣＵ
１５１  運転条件判定部
１５２  ｐＨ推定部
１５３  凝縮水捕集制御部
１５４  凝縮水供給制御部
２００  エンジン
２０１  シリンダ
２１０  インジェクタ
２５０  凝縮水噴射弁
３１１，３１２，３１３，３１４  冷媒通路
３１５  ３方弁
３２１  第１貯留タンク
３２２  第２貯留タンク
３３１，３３２  ｐＨセンサ
３４１，３４２，３４３  凝縮水通路
３４４  ３方弁
４１０  低ｐＨ凝縮水
４２０  高ｐＨ凝縮水
【図１】
2015108341.tif 000003
【図２】
2015108341.tif 000004
【図３】
2015108341.tif 000005
【図４】
2015108341.tif 000006
【図５】
2015108341.tif 000007
【図６】
2015108341.tif 000008
【図７】
2015108341.tif 000009
【図８】
2015108341.tif 000010
【図９】
2015108341.tif 000011