(57)【要約】【課題】不凍液が混入した液体を内燃機関に供給する際に排気エミッションの悪化を抑制できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】本発明の内燃機関の制御装置は、凝縮水ＣＷを貯留する凝縮水タンク３１と、不凍液としてのエンジン冷却水ＬＬＣを貯留するリザーブタンク４１と、凝縮水タンク３１とリザーブタンク４１とを連通する接続通路４５と、接続通路４５を開通及び閉鎖する開閉弁４６と、凝縮水タンク３１内の液体を内燃機関１の吸気系に供給する凝縮水供給機構３２とを備え、凝縮水タンク３１内の凝縮水ＣＷにリザーブタンク４１内のエンジン冷却水ＬＬＣが混入された後は、その混入前よりも吸気系に供給する液体の供給量が増加するように凝縮水供給機構３２を制御する。【選択図】図１
2015214933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を貯留する水タンクと、
不凍液を貯留する不凍液タンクと、
前記水タンクと前記不凍液タンクとを連通する連通部と、
前記連通部を開通及び閉鎖する切替手段と、
前記水タンク内の液体を内燃機関の吸気系に供給する液体供給手段と、
前記水タンク内の水に前記不凍液タンク内の不凍液が混入された後は、その混入前よりも前記吸気系に供給する前記液体の供給量が増加するように前記液体供給手段を制御する液体供給制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気系に水を供給する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の制御装置として、燃料噴射弁が気筒内に噴射する燃料噴霧に向けて水を噴射することにより、気筒内温度を低下させてＮＯｘの生成を抑制するものが知られている（特許文献１）。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２０１２−２２５２１４号公報
【特許文献２】特開昭６３−２３５６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関に供給する水の凍結を防止するために不凍液を水に混入させることが考えられる。しかしながら、水よりも分子量が大きいエチレングリコール等の不凍液を水に混入させて吸気系に供給した場合には、不凍液を含まない同量の水が気筒内で気化した場合よりも水量が低下しかつその低下分だけ不凍液成分が占めるので気筒内のガス密度が高くなる。そのため、気筒内に燃料を直接噴射する際に燃料噴霧が拡散し難くなり排気エミッションが悪化するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、不凍液が混入した液体を内燃機関に供給する際に排気エミッションの悪化を抑制できる内燃機関の制御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制御装置は、水を貯留する水タンクと、不凍液を貯留する不凍液タンクと、前記水タンクと前記不凍液タンクとを連通する連通部と、前記連通部を開通及び閉鎖する切替手段と、前記水タンク内の液体を内燃機関の吸気系に供給する液体供給手段と、前記水タンク内の水に前記不凍液タンク内の不凍液が混入された後は、その混入前よりも前記吸気系に供給する前記液体の供給量が増加するように前記液体供給手段を制御する液体供給制御手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の制御装置によれば、不凍液が水に混入された場合はその混入前よりも内燃機関の吸気系に供給する液体の供給量が増加する。そのため、不凍液の混入による水の供給不足を回避できる。これにより、水の供給不足に伴う気筒内のガス密度の上昇を抑制できるので、不凍液の混入後でも燃料噴霧が拡散し難くなることを抑制できる。したがって、不凍液が混入した液体を内燃機関に供給する際に排気エミッションの悪化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一形態に係る制御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一例を示したフローチャート。
【図３】第２の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（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の各気筒２内には不図示の燃料噴射弁にて燃料が直接噴射される。各気筒２に噴射された燃料は圧縮行程で自着火して燃焼する。各気筒２には吸気通路５及び排気通路６がそれぞれ接続されている。吸気通路５に導かれた空気は吸気行程で各気筒２に充填される。吸気通路５は気筒２毎に分岐する吸気マニホールド８を含んでいる。吸気マニホールド８の上流にはターボチャージャ９のコンプレッサ９ａが設けられている。排気通路６は各気筒２の排気を集合する排気マニホ−ルド１０を含んでいる。排気マニホールド１０の下流にはターボチャージャ９のタービン９ｂが設けられている。タービン９ｂの下流には排気中の有害物質を浄化する排気浄化装置１１が設けられている。排気浄化装置１１は、排気中の粒子状物質を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１２と、排気中のＮＯｘを吸蔵及び還元して浄化する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒１３とを備えている。
【００１０】
図１に示すように、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ＥＧＲガスとして吸気系に還流するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を実施する２つのＥＧＲ装置２０Ａ、２０Ｂが設けられている。内燃機関１は負荷に応じて２つのＥＧＲ装置２０Ａ、２０Ｂを使い分ける。第１ＥＧＲ装置２０Ａは、ハイプレッシャーループ型のＥＧＲ装置として構成されていて、排気マニホールド１０と吸気マニホールド８とを結ぶＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁２２とを備えている。
【００１１】
第２ＥＧＲ装置２０Ｂは、排気通路６と吸気通路５の吸気マニホールド８とを結ぶＥＧＲ通路２５と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２６と、ＥＧＲクーラ２６をバイパスするバイパス通路２７と、ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁２８とを含む。ＥＧＲ弁２８は排気通路６とＥＧＲ通路２５との合流位置に設けられていて、ＥＧＲ通路２５に導かれる流量を連続的に変更できる。ＥＧＲ弁２８の下流の排気は不図示のテールパイプに導かれる。
【００１２】
バイパス通路２７とＥＧＲ通路２５との合流位置には流量配分変更弁２９が設けられている。流量配分変更弁２９はＥＧＲクーラ２６の流量とバイパス通路２７の流量との流量配分を連続的に変更できる。すなわち、流量配分変更弁２９は、ＥＧＲクーラ２６を閉鎖して流量を０としつつＥＧＲ通路２５を流れる排気の全量がバイパス通路２７を流れる状態から、バイパス通路２７を閉鎖して流量を０としつつＥＧＲ通路２５を流れる排気の全量がＥＧＲクーラ２６を流れる状態までの間で流量配分を変更できる。ＥＧＲクーラ２６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２６内に凝縮水が生成される。
【００１３】
内燃機関１には、ＥＧＲクーラ２６で生成された凝縮水を回収して処理するため、凝縮水処理装置３０が設けられている。凝縮水処理装置３０は水としての凝縮水を内燃機関１の吸気系に供給することにより凝縮水を処理する。凝縮水処理装置３０は、凝縮水ＣＷを貯留する水タンクとしての凝縮水タンク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の吸気系に供給する液体供給手段としての凝縮水供給機構３２とを備えている。凝縮水供給機構３２は凝縮水タンク３１と吸気通路５の吸気マニホールド８とを接続する凝縮水通路３５を有する。凝縮水通路３５には電動式のポンプ３６と、ポンプ３６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３７とが設けられている。噴射弁３７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。凝縮水タンク３１には貯留された凝縮水ＣＷの貯水量（液面レベル）に応じた信号を出力する水位センサ３３が設けられている。水位センサ３３は例えば超音波で水面の位置を特定できるように構成されている。
【００１４】
内燃機関１には、その各部の冷却を行うための冷却装置４０が設けられている。冷却装置４０は不凍液としてのエンジン冷却水ＬＬＣを貯留するリザーブタンク４１と、リザーブタンク４１から汲み出されたエンジン冷却水ＬＬＣの温度を下げるためのラジエータ４２とを含んでいる。エンジン冷却水ＬＬＣは不凍液成分及び防錆剤等を含む水溶液であり、その凍結温度は水の凍結温度よりも低い温度に調整されている。エンジン冷却水ＬＬＣを貯留するリザーブタンク４１は本発明に係る不凍液タンクに相当する。
【００１５】
エンジン冷却水ＬＬＣと凝縮水ＣＷとを混合させて凝縮水ＣＷの凍結を抑制するため、凝縮水タンク３１とリザーブタンク４１とは連通部としての接続通路４５にて連通している。接続通路４５には、接続通路４５を開通してエンジン冷却水ＬＬＣを凝縮水ＣＷに混入させる状態と接続通路４５を閉鎖して凝縮水ＣＷへのエンジン冷却水ＬＬＣの混入を阻止する状態とを切り替える切替手段としての開閉弁４６が設けられている。開閉弁４６は電磁駆動バルブとして構成されており、所定の制御信号に基づいて接続通路４５の開通及び閉鎖を切り替える。開閉弁４６にて接続通路４５が開通してエンジン冷却水ＬＬＣが凝縮水ＣＷに混入することにより凝縮水ＣＷの凍結温度が下がる結果、その混入後の液体である凝縮水ＣＷの凍結が抑制される。
【００１６】
内燃機関１には内燃機関１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）５０が設けられている。ＥＣＵ５０は燃料噴射量や噴射時期を制御する主要な動作制御を行う他に、ＥＧＲ装置２０Ａ、２０Ｂや凝縮水処理装置３０の制御にも利用される。ＥＣＵ５０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５１、内燃機関１の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５２、及び外気温に応じた信号を出力する外気温センサ５３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ＥＣＵ５０に入力される。また、上述した水位センサ３３の出力信号もＥＣＵ５０に入力される。
【００１７】
図２の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ５０に保持されており、適時に読み出されて所定の演算間隔で繰り返し実行される。ステップＳ１において、ＥＣＵ５０は内燃機関１の運転状態を取得する。本形態では、ＥＣＵ５０はクランク角センサ５１及びアクセル開度センサ５２の各出力信号を参照して内燃機関１の回転速度及び負荷を運転状態として取得する。
【００１８】
ステップＳ２において、ＥＣＵ５０はステップＳ１で取得した回転速度及び負荷が凝縮水の吸気系への供給を実施する凝縮水供給実施条件に該当しているか否かを判定する。凝縮水供給実施条件に該当している場合はステップＳ３に進み、そうでない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。
【００１９】
ステップＳ３において、ＥＣＵ５０は凝縮水ＣＷの吸気系への供給量である添加量Ｖｔｇｔを算出する。添加量Ｖｔｇｔの算出はステップＳ１で取得した回転速度及び負荷に基づいて実施される。例えば、回転速度及び負荷を変数として添加量Ｖｔｇｔを与える不図示の算出マップを予めＥＣＵ５０が保持しておき、この算出マップをＥＣＵ５０が検索することによって適切な添加量Ｖｔｇｔを算出する。
【００２０】
ステップＳ４において、ＥＣＵ５０は水位センサ３３及び外気温センサ５３の各出力信号を参照して、凝縮水タンク３１の貯水量Ｖ０及び外気温Ｔａを取得する。続くステップＳ５において、ＥＣＵ５０はエンジン冷却水ＬＬＣの凝縮水ＣＷへの混入を実施するか否かを決める不凍液混入条件の成否を判定する。例えば、ＥＣＵ５０は貯水量Ｖ０が所定の上限値を下回り、かつ外気温Ｔａが凝縮水の凍結が懸念される閾値を下回る場合に不凍液混入条件が成立したものと判定する。不凍液混入条件が成立した場合はステップＳ６に進み、不凍液混入条件が不成立の場合はステップＳ８に進む。
【００２１】
ステップＳ６において、ＥＣＵ５０は接続通路４５が開通するように開閉弁４６を操作して、エンジン冷却水ＬＬＣを凝縮水ＣＷに混入させる。エンジン冷却水ＬＬＣの混入量は予め定めた一定値でもよいし、外気温Ｔａ及び貯水量Ｖ０に応じて変化させた値でもよい。
【００２２】
ステップＳ７において、ＥＣＵ５０はエンジン冷却水ＬＬＣの凝縮水ＣＷへの混入を考慮して添加量Ｖｔｇｔを補正するために添加補正量ＣＶｔｇｔを算出する。ここでは、簡易的に添加量Ｖｔｇｔが大きいほど比例して大きくなるように添加補正量ＣＶｔｇｔが算出される。一方、ステップＳ８においては、エンジン冷却水ＬＬＣが凝縮水ＣＷへ混入されていないので、添加補正量ＣＶｔｇｔは０（零）に設定され、添加量Ｖｔｇｔの補正は実施されない。
【００２３】
ステップＳ９において、ＥＣＵ５０はポンプ３６を作動させつつステップＳ３で算出した添加量Ｖｔｇｔに添加補正量ＣＶｔｇｔを加えた量の液体（凝縮水ＣＷ又は凝縮水ＣＷとエンジン冷却水ＬＬＣとの混合液）が吸気系に供給されるように、噴射弁３７を操作する。そして、今回のルーチンを終了する。ＥＣＵ５０は図２の制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る液体供給制御手段として機能する。
【００２４】
本形態によれば、図２の制御ルーチンを参照すれば明らかなようにエンジン冷却水ＬＬＣが凝縮水に混入された場合はその混入前よりも内燃機関１の吸気系に供給する液体の供給量が増加する。そのため、エンジン冷却水ＬＬＣの混入による凝縮水ＣＷの供給不足を回避できる。これにより、凝縮水ＣＷの供給不足に伴う気筒内のガス密度の上昇を抑制できるので、不凍液の混入後でも燃料噴霧が拡散し難くなることを抑制できる。したがって、不凍液が混入した液体を内燃機関１に供給する際に排気エミッションの悪化を抑制できる。
【００２５】
（第２の形態）
次に、図３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、制御ルーチンの内容を除いて第１の形態を共通する。したがって、内燃機関１の構成については図１が参照される。
【００２６】
図３の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ５０に保持されており、適時に読み出されて所定の演算間隔で繰り返し実行される。ステップＳ２１において、ＥＣＵ５０は内燃機関１の運転状態を取得する。第１の形態と同様に、ＥＣＵ５０はクランク角センサ５１及びアクセル開度センサ５２の各出力信号を参照して内燃機関１の回転速度及び負荷を運転状態として取得する。ステップＳ２２において、ＥＣＵ５０はステップＳ２１で取得した回転速度及び負荷が凝縮水の吸気系への供給を実施する凝縮水供給実施条件に該当しているか否かを判定する。凝縮水供給実施条件に該当している場合はステップＳ２３に進み、そうでない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。
【００２７】
ステップＳ２３において、ＥＣＵ５０は凝縮水ＣＷの吸気系への供給量である添加量Ｖｔｇｔを算出する。添加量Ｖｔｇｔの算出はステップＳ１で取得した回転速度及び負荷に基づいて実施される。ステップＳ２４において、ＥＣＵ５０は水位センサ３３及び外気温センサ５３の各出力信号を参照して、凝縮水タンク３１の貯水量Ｖ０及び外気温Ｔａを取得する。さらに、ＥＣＵ５０は凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水ＣＷの分子量Ｃ０を取得する。この分子量Ｃ０は凝縮水ＣＷの組成を調査することによって特定されており、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。
【００２８】
ステップＳ２５において、ＥＣＵ５０はエンジン冷却水ＬＬＣの凝縮水ＣＷへの混入を実施するか否かを決める不凍液混入条件の成否を判定する。例えば、第１の形態と同様に、ＥＣＵ５０は貯水量Ｖ０が所定の上限値を下回り、かつ外気温Ｔａが凝縮水の凍結が懸念される閾値を下回る場合に不凍液混入条件が成立したものと判定する。不凍液混入条件が成立した場合はステップＳ２６に進み、不凍液混入条件が不成立の場合はステップＳ３０に進む。
【００２９】
ステップＳ２６において、ＥＣＵ５０は接続通路４５が開通するように開閉弁４６を操作して、エンジン冷却水ＬＬＣを凝縮水ＣＷに混入させる。エンジン冷却水ＬＬＣの混入量は予め定めた一定値でもよいし、外気温Ｔａ及び貯水量Ｖ０に応じて変化させた値でもよい。続くステップＳ２７において、ＥＣＵ５０はステップＳ２６の制御内容に基づいてエンジン冷却水ＬＬＣの混入量Ｖ１を取得する。
【００３０】
ステップＳ２８において、ＥＣＵ５０はエンジン冷却水ＬＬＣと凝縮水ＣＷとが混合した液体の分子量Ｃｍｉｘを次の式１に基づいて算出する。式１において、Ｃ１は不凍液であるエンジン冷却水ＬＬＣの分子量である。本形態では、エンジン冷却水ＬＬＣはエチレングリコールの濃度が３０％であり、分子量３１．２の水溶液として調整されている。
【００３１】
Ｃｍｉｘ＝Ｃ０・Ｖ０／（Ｖ０＋Ｖ１）＋Ｃ１・Ｖ１／（Ｖ０＋Ｖ１）  ………１
【００３２】
ステップＳ２９において、ＥＣＵ５０は不凍液の凝縮水ＣＷへの混入を考慮した添加量Ｖｔｇｔの補正量である添加補正量ＣＶｔｇｔを次の式２に基づいて算出する。
【００３３】
ＣＶｔｇｔ＝Ｖｔｇｔ・（Ｃｍｉｘ／Ｃ０−１）    …………２
【００３４】
一方、ステップＳ３０においては、エンジン冷却水ＬＬＣが凝縮水ＣＷへ混入されていないので、添加補正量ＣＶｔｇｔは０（零）に設定され、添加量Ｖｔｇｔの補正は実施されない。
【００３５】
ステップＳ３１において、ＥＣＵ５０はポンプ３６を作動させつつステップＳ２３で算出した添加量Ｖｔｇｔに補正量ＣＶｔｇｔを加えた量の液体（凝縮水ＣＷ又は凝縮水ＣＷとエンジン冷却水ＬＬＣとの混合液）が吸気系に供給されるように、噴射弁３７を操作する。そして、今回のルーチンを終了する。ＥＣＵ５０は図３の制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る液体供給制御手段として機能する。
【００３６】
第２の形態によれば、第１の形態と同様にエンジン冷却水ＬＬＣが凝縮水に混入された場合はその混入前よりも内燃機関１の吸気系に供給する液体の供給量が増加するので、第１の形態と同様に排気エミッションの悪化を抑制できる。さらに、第２の形態では、上記式１及び式２から明らかなように、凝縮水ＣＷの分子量Ｃ０、エンジン冷却水ＬＬＣ（不凍液）の分子量Ｃ１、エンジン冷却水ＬＬＣの混入量Ｖ１に基づいて、添加補正量ＣＶｔｇｔが算出されているので第１の形態よりも精度よく添加量Ｖｔｇｔを補正できる。したがって、排気エミッションを精度良く管理することができる。
【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。上記各形態の内燃機関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、筒内直接噴射型のガソリンエンジンに適用することもできる。
【００３８】
上記各形態は、内燃機関の吸気系に供給する水として、ＥＧＲクーラで生成された凝縮水を用いたが一例にすぎない。例えば、吸気系への供給専用の水を水タンクに貯留する形態として本発明を実施することができる。また、上記各形態は不凍液としてエンジン冷却水を用いたが、内燃機関の冷却に使用されない不凍液を別途準備して凝縮水に又は上記の水に混入する形態で本発明を実施することもできる。
【符号の説明】
【００３９】
１  内燃機関
３１  凝縮水タンク（水タンク）
３２  凝縮水供給機構（液体供給手段）
４１  リザーブタンク（不凍液タンク）
４５  接続通路（連通部）
４６  開閉弁（切替手段）
５０  ＥＣＵ（液体供給制御手段）
【図１】
2015214933.tif 000003
【図２】
2015214933.tif 000004
【図３】
2015214933.tif 000005