(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系と吸気系とを接続する還流通路部と、
前記還流通路部を流通する排気を冷却する冷却器と、
重力作用方向において前記冷却器の下方に配置され、前記冷却器をバイパスするバイパス通路部と、
前記冷却器および前記バイパス通路部のうち少なくともいずれかに流通経路を切り替えるバルブ部とを備え、
前記冷却器および前記バイパス通路部のうち前記バイパス通路部を介して排気を流通させる場合に排気が流通する部分に前記冷却器で発生する凝縮水を貯留可能な貯留部を有し、
前記貯留部が貯留する凝縮水量が所定量よりも多い場合に前記冷却器および前記バイパス通路部のうち少なくとも前記バイパス通路部を介して排気を流通させる内燃機関の排気再循環装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の排気再循環装置であって、
前記貯留部が貯留する凝縮水量を推定する推定部をさらに備え、
前記推定部が前記冷却器の壁温、前記冷却器内の排気温度、前記排気系から前記吸気系に還流される排気の流量、前記排気系から前記吸気系に還流される排気の成分、外気温、および前記排気系から前記吸気系に還流される排気の湿度のうち少なくともいずれかに基づき、前記貯留部が貯留する凝縮水量を推定する内燃機関の排気再循環装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の内燃機関の排気再循環装置であって、
前記貯留部の内壁部に撥水性を有するコーティングを施している内燃機関の排気再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気再循環装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気系から吸気系に排気を還流させる内燃機関の排気再循環装置が知られている。排気再循環装置は例えば特許文献１で開示されている。特許文献１が開示する排気再循環装置ではバイパス通路がクーラ通路に対して下側に配設されている。このほか凝縮水を貯留する構成上、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献２、３で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８５８９７号公報
【特許文献２】特開２０００−８７８１０号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気再循環装置では排気に含まれる水分が凝縮することがある。そして、発生した凝縮水は凝縮水を貯留可能な貯留部を意図的に設けている場合を含め、溜まり易い部分に溜まってゆくことになる。ところが、凝縮水が過剰に溜まることが許容される場合には、内燃機関減速時に吸気負圧が増大したときなどなんらかの拍子に一度に大量の凝縮水が吸気系や内燃機関に流入する虞がある。一方、凝縮水にはＮＯｘやＳＯｘが溶け込むことで強酸が生成される。このため、凝縮水が過剰に溜まることが許容される場合には、吸気系の部品や燃料噴射弁を含む筒内各部が腐食され易くなる虞がある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み、凝縮水が過剰に溜まることが許容されることに起因して腐食が発生し易くなることを抑制可能な内燃機関の排気再循環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】
本発明は内燃機関の排気系と吸気系とを接続する還流通路部と、前記還流通路部を流通する排気を冷却する冷却器と、重力作用方向において前記冷却器の下方に配置され、前記冷却器をバイパスするバイパス通路部と、前記冷却器および前記バイパス通路部のうち少なくともいずれかに流通経路を切り替えるバルブ部とを備え、前記冷却器および前記バイパス通路部のうち前記バイパス通路部を介して排気を流通させる場合に排気が流通する部分に前記冷却器で発生する凝縮水を貯留可能な貯留部を有し、前記貯留部が貯留する凝縮水量が所定量よりも多い場合に前記冷却器および前記バイパス通路部のうち少なくとも前記バイパス通路部を介して排気を流通させる内燃機関の排気再循環装置である。
【０００７】
本発明は前記貯留部が貯留する凝縮水量を推定する推定部をさらに備え、前記推定部が前記冷却器の壁温、前記冷却器内の排気温度、前記排気系から前記吸気系に還流される排気の流量、前記排気系から前記吸気系に還流される排気の成分、外気温、および前記排気系から前記吸気系に還流される排気の湿度のうち少なくともいずれかに基づき、前記貯留部が貯留する凝縮水量を推定する構成とすることができる。
【０００８】
本発明は前記貯留部の内壁部に撥水性を有するコーティングを施している構成とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、凝縮水が過剰に溜まることが許容されることに起因して腐食が発生し易くなることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】車両の概略構成図である。
【図２】ＥＧＲ装置の要部を示す図である。
【図３】凝縮水の発生量と貯留量との関係を示す図である。
【図４】ＥＣＵの制御動作をフローチャートで示す図である。
【図５】ＥＧＲ装置の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【００１２】
図１は車両１００の概略構成図である。車両１００は内燃機関５０を搭載している。車両１００は例えば走行停止時に内燃機関５０の運転を自動停止する車両（アイドルストップを行う車両）とすることができる。また、内燃機関５０と内燃機関５０以外の動力装置（例えば回生モータ）を動力源とするハイブリッド車両とすることができる。
【００１３】
内燃機関５０は圧縮着火式の内燃機関（例えばディーゼルエンジン）となっている。このため、内燃機関５０は筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁５５を備えている。内燃機関５０は例えば火花点火式の内燃機関であってもよい。内燃機関５０は各気筒において１燃焼サイクルの間に複数回の燃料噴射（多段噴射）を行う内燃機関とすることができる。車両１００には内燃機関５０のほか、吸気系１０や排気系２０や過給機３０やＥＧＲ装置４０やＥＣＵ７０が搭載されている。
【００１４】
吸気系１０はエアフロメータ１１とインタークーラ１２とディーゼルスロットル１３とインテークマニホールド１４とを備えている。エアフロメータ１１は内燃機関５０の吸入空気量を計測する。インタークーラ１２は内燃機関５０の吸気を冷却する。ディーゼルスロットル１３は内燃機関５０の吸入空気量を調節することで、内燃機関５０に流入する新気の流量を調節する。ディーゼルスロットル１３は具体的には電子制御式のスロットル弁となっている。インテークマニホールド１４は内燃機関５０の各気筒に吸気を分配する。排気系２０はエキゾーストマニホールド２１と触媒２２とを備えている。エキゾーストマニホールド２１は内燃機関５０の各気筒からの排気を合流させる。触媒２２は排気を浄化する。
【００１５】
過給機３０は内燃機関５０に吸気を過給する。過給機３０は排気駆動式の過給機であり、コンプレッサ部３１とタービン部３２とを備えている。コンプレッサ部３１は吸気系１０に、タービン部３２は排気系２０にそれぞれ介在するようにして設けられている。このため、過給機３０はコンプレッサ部３１で吸気系１０の一部を構成し、タービン部３２で排気系２０の一部を構成している。
【００１６】
ＥＧＲ装置４０は内燃機関の排気再循環装置であり、ＥＧＲ配管４１とＥＧＲクーラ４２とＥＧＲバルブ４３とバイパス配管４４とバルブ部４５とを備えている。ＥＧＲ装置４０はＥＧＲ経路を形成している。ＥＧＲ配管４１は還流通路部であり、吸気系１０と排気系２０とを接続している。ＥＧＲ配管４１にはＥＧＲクーラ４２とＥＧＲバルブ４３とバルブ４５ａとが設けられている。ＥＧＲ配管４１は複数の配管を有して構成されていてよい。
【００１７】
ＥＧＲクーラ４２は冷却器であり、還流される排気（以下、ＥＧＲガスと称す）を冷却する。ＥＧＲクーラ４２は具体的には内燃機関５０の冷却水とＥＧＲガスとの間で熱交換を行うことで、ＥＧＲガスを冷却する熱交換器となっている。ＥＧＲバルブ４３は流量調節弁であり、ＥＧＲガスの流量を調節する。ＥＧＲバルブ４３はＥＧＲ配管４１のうち下流側の部分に設けられている。この部分はＥＧＲ配管４１のうち、ＥＧＲクーラ４２よりも下流側の部分となっている。ＥＧＲバルブ４３は具体的にはＥＧＲ配管４１のうち、吸気系１０側の端部に設けられている。
【００１８】
バイパス配管４４はバイパス通路部であり、ＥＧＲクーラ４２をバイパスするようにＥＧＲ配管４１に接続されている。バルブ部４５はＥＧＲ配管４１に設けられたバルブ４５ａとバイパス配管４４に設けられたバルブ４５ｂとを有して構成されている。バルブ４５ａ、４５ｂは具体的にはともに開閉弁となっている。バルブ部４５はＥＧＲクーラ４２およびバイパス配管４４のうち、少なくともいずれかに流通経路を切り替える。バルブ４５ａ、４５ｂは流量調節弁であってもよい。バルブ部４５は一つのバルブで構成されていてもよい。
【００１９】
図２はＥＧＲ装置４０の要部を示す図である。図２は水平方向に沿ってＥＧＲ装置４０の要部を見た図となっている。図２に示すようにバイパス配管４４は重力作用方向においてＥＧＲクーラ４２の下方に配置されている。この点、ＥＧＲ配管４１およびバイパス配管４４のうち、ＥＧＲ配管４１とバイパス配管４４とが上流側で分岐する部分には分岐部Ｂが設けられている。また、ＥＧＲ配管４１およびバイパス配管４４のうち、ＥＧＲ配管４１とバイパス配管４４とが下流側で合流する部分には合流部Ｊが設けられている。
【００２０】
分岐部Ｂと合流部Ｊとはともに重力作用方向に沿って延伸した形状を有している。そして、ＥＧＲ配管４１は分岐部Ｂのうち上方の部分から、バイパス配管４４は分岐部Ｂのうち下方の部分からともに水平方向に沿って延伸し、合流部Ｊで合流している。合流部Ｊの上流側にはバルブ部４５が隣接して設けられている。ＥＧＲ配管４１およびバイパス配管４４はさらに具体的には次のように設けられている。
【００２１】
すなわち、ＥＧＲクーラ４２およびバイパス配管４４のうちバイパス配管４４を介して排気を流通させる場合に排気が流通する部分であるバイパス時流通部Ｐがバイパス配管４４の部分で水平方向に沿って延伸するように設けられている。また、合流部Ｊよりも下流側の部分で合流部Ｊから斜め上方に向かって延伸するように設けられている。そしてこれにより、合流部Ｊよりも下流側の部分で内壁部の底部が合流部Ｊよりも高くなるように設けられている。バイパス配管４４の内壁部の底部と合流部Ｊの内壁部の底部とは互いに同等の高さに設定されている。
【００２２】
ＥＧＲ装置４０はバイパス時流通部ＰにＥＧＲクーラ４２で発生する凝縮水を貯留可能な貯留部Ｔを有している。貯留部Ｔは具体的には合流部Ｊに内壁部の底部を有するとともに、合流部Ｊよりも下流側の部分にかけて凝縮水を貯留可能な部分となっている。当該内壁部の底部はＥＧＲクーラ４２よりも低い位置に設けられている。バイパス時流通部Ｐのうち合流部Ｊよりも上流側の部分と貯留部Ｔとはバルブ部４５（具体的にはバルブ４５ｂ）によって区分されている。貯留部Ｔの内壁部には撥水性を有するコーティングが施されている。
【００２３】
貯留部ＴはＥＧＲクーラ４２およびバイパス配管４４のうちＥＧＲクーラ４２に流通経路を切り替えている場合に、ＥＧＲクーラ４２から排気とともに流出する凝縮水を貯留可能な部分となっている。この点、ＥＧＲ配管４１のうち合流部Ｊに上流側から接続している部分と下流側から接続している部分とは合流部Ｊのうち互いに対向する壁部に設けられている。一方、合流部Ｊに上流側から接続している部分は下流側から接続している部分よりも高い位置に設けられている。このため、ＥＧＲクーラ４２を流通した排気は合流部Ｊにおいて流通方向を下方に転換しながら合流部Ｊを流通する。
【００２４】
図１に示すＥＣＵ７０は電子制御装置であり、ＥＣＵ７０にはディーゼルスロットル１３やＥＧＲバルブ４３やバルブ部４５（具体的にはバルブ４５ａ、４５ｂ）や燃料噴射弁５５が制御対象として電気的に接続されている。また、エアフロメータ１１のほか、吸気温センサ６１や吸気圧センサ６２や排気温センサ６３や排気圧センサ６４がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。吸気温センサ６１および吸気圧センサ６２は吸気系１０のうち、ＥＧＲ配管４１が接続する部分の吸気の温度および圧力を、排気温センサ６３および排気圧センサ６４は排気系２０のうち、ＥＧＲ配管４１が接続する部分の排気の温度および圧力を検知できるように設けられている。
【００２５】
ＥＣＵ７０にはこれら以外にも内燃機関５０や車両１００の運転状態を検出するためのセンサ群６５が電気的に接続されている。センサ群６５は内燃機関５０の回転数を検出可能なクランクセンサや、内燃機関５０に対して加速要求を行うアクセルペダルの踏み込み量を検知するアクセル開度センサや、内燃機関５０の冷却水温を検知する水温センサや、内燃機関５０を始動するためのイグニッションスイッチや、車速を検出可能な車速センサを含む。センサ群６５の出力やセンサ群６５の出力に基づく各種の情報は例えば内燃機関５０制御用のＥＣＵを介して取得されてもよい。或いは、ＥＣＵ７０が内燃機関５０制御用のＥＣＵであってもよい。
【００２６】
ＥＣＵ７０ではＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行する。そしてこれにより、例えば次に示す制御部や推定部など各種の機能部が実現される。
【００２７】
制御部は貯留部Ｔが貯留する凝縮水量（以下、貯留量と称す）が所定量αよりも多い場合にＥＧＲクーラ４２およびバイパス配管４４のうち少なくともバイパス配管４４を介して排気を流通させる。制御部は具体的にはバルブ部４５を制御することでこのように排気を流通させる。ＥＧＲ装置４０はかかる制御部を実現するＥＣＵ７０をさらに備えることでこのように排気を流通させるように構成されている。
【００２８】
制御部はさらに具体的には貯留量が所定量αよりも多い場合にＥＧＲクーラ４２およびバイパス配管４４のうちバイパス配管４４を介して排気を流通させる。一方、貯留量が所定量αよりも少ない場合（具体的にはここでは所定量α以下である場合）には、ＥＧＲクーラ４２およびバイパス配管４４のうちＥＧＲクーラ４２を介して排気を流通させる。制御部は貯留量が所定量αよりも多い場合にさらにディーゼルスロットル１３の開弁度合いを減少させる。また、ＥＧＲバルブ４３の開弁度合いを増加させる。
【００２９】
推定部は貯留量を推定する。推定部は具体的にはＥＧＲクーラ４２の壁温、ＥＧＲクーラ４２内の排気温度、排気系２０から吸気系１０に還流される排気の流量、排気系２０から吸気系１０に還流される排気の成分、外気温および排気系２０から吸気系１０に還流される排気の湿度のうち少なくともいずれかに基づき貯留量を推定する。この点、ＥＣＵ７０には必要に応じてさらにこれらのパラメータを検出或いは推定可能なセンサが電気的に接続されている。
【００３０】
推定部はさらに具体的にはこれらのパラメータに基づきＥＧＲクーラ４２で発生する凝縮水量（以下、発生量と称す）を推定するとともに、推定した発生量に基づき貯留量を推定する。図３は凝縮水の発生量と貯留量との関係を示す図である。図３に示すように貯留量は発生量の大きさに応じた度合いで増加する。したがって、貯留量はかかる相関関係を予め把握することで、発生量に基づき推定できる。
【００３１】
推定部はさらにＥＧＲクーラ４２を流通する排気の温度および内燃機関５０の冷却水温に基づき、貯留部Ｔを乾燥させるのに必要な乾燥時間を推定する。そして、制御部はさらに推定部が推定する乾燥時間が経過した場合にＥＧＲクーラ４２およびバイパス配管４４のうちＥＧＲクーラ４２を介して排気を流通させる。また、ディーゼルスロットル１３の開弁度合いを減少させている状態およびＥＧＲバルブ４３の開弁度合いを増加させている状態を解除する。これらの状態を解除するタイミングは乾燥時間経過前であってもよい。
【００３２】
次にＥＣＵ７０の制御動作を図４に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ７０は貯留量を推定する（ステップＳ１）。続いてＥＣＵ７０は推定した貯留量が所定量αよりも多いか否かを判定する（ステップＳ２）。所定量αは例えば３０ｇである。否定判定であれば本フローチャートを一旦終了する。肯定判定であればＥＣＵ７０はバルブ４５ａを閉弁するとともに、バルブ４５ｂを開弁する（ステップＳ３）。また、ディーゼルスロットル１３の開弁度合いを減少させるとともに、ＥＧＲバルブ４３の開弁度合いを増加させる（ステップＳ４）。
【００３３】
ステップＳ３で上述のようにバルブ４５ａ、４５ｂを制御することで、ＥＧＲクーラ４２およびバイパス配管４４のうちバイパス配管４４を介して排気を流通させることができる。また、ステップＳ４でディーゼルスロットル１３の開弁度合いを減少させるとともに、ＥＧＲバルブ４３の開弁度合いを増加させることで、還流させる排気の流速を高めることができる。
【００３４】
ステップＳ４に続いてＥＣＵ７０は乾燥時間を推定し（ステップＳ５）、推定した乾燥時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ６）。否定判定であればステップＳ６に戻る。肯定判定であればＥＣＵ７０はバルブ４５ａを開弁するとともに、バルブ４５ｂを閉弁する（ステップＳ７）。また、ディーゼルスロットル１３の開弁度合いを減少させている状態およびＥＧＲバルブ４３の開弁度合いを増加させている状態を解除する（ステップＳ８）。
【００３５】
ステップＳ７で上述のようにバルブ４５ａ、４５ｂを制御することで、ＥＧＲクーラ４２およびバイパス配管４４のうちＥＧＲクーラ４２を介して排気を流通させることができる。また、ステップＳ８でディーゼルスロットル１３の開弁度合いを減少させる状態およびＥＧＲバルブ４３の開弁度合いを増加させている状態を解除することで、ディーゼルスロットル１３およびＥＧＲバルブ４３の通常制御を可能にすることができる。ステップＳ８の後には本フローチャートを一旦終了する。
【００３６】
次にＥＧＲ装置４０の主な作用効果について説明する。図５はＥＧＲ装置４０の動作説明図である。図５（ａ）は貯留量が所定量αよりも少ない場合（貯留量が所定量αよりも多くなる直前の状態）を示す。図５（ｂ）は貯留量が所定量αよりも多い場合（所定量αよりも多くなった直後の状態）を示す。図４（ａ）に示すように貯留量が所定量αよりも少ない場合には、ＥＧＲ装置４０はＥＧＲクーラ４２およびバイパス配管４４のうちＥＧＲクーラ４２を介して排気を流通させる。そしてこのとき、ＥＧＲクーラ４２で発生した凝縮水が貯留部Ｔに次第に溜まっていく。
【００３７】
図４（ｂ）に示すように凝縮水量が所定量αよりも多い場合には、ＥＧＲ装置４０はＥＧＲクーラ４２およびバイパス配管４４のうちバイパス配管４４を介して排気を流通させる。このため、ＥＧＲ装置４０は貯留量を所定量α以下に抑制することができる。結果、凝縮水が過剰に溜まることが許容されることに起因して腐食が発生し易くなることを抑制できる。また、この場合にはバイパス配管４４を介して流通させる排気の温度が高いことから、蒸発によって貯留量を減少させることもできる。
【００３８】
ＥＧＲ装置４０は具体的にはＥＧＲクーラ４２の壁温、ＥＧＲクーラ４２内の排気温度、排気系２０から吸気系１０に還流される排気の流量、排気系２０から吸気系１０に還流される排気の成分、外気温、および排気系２０から吸気系１０に還流される排気の湿度のうち少なくともいずれかに基づき、貯留量を推定する推定部を実現するＥＣＵ７０を備える構成とすることで、貯留量が所定量αよりも多い場合に上述のように排気を流通させることができる。
【００３９】
ＥＧＲ装置４０は貯留部Ｔの内壁部に撥水性を有するコーティングを施すことで、上述のように排気を流通させる際に貯留部Ｔから凝縮水を排出させ易くすることができる。結果、凝縮水が過剰に溜まることが許容されることに起因して腐食が発生し易くなることをより好適に抑制できる。
【００４０】
ＥＧＲ装置４０は貯留量が所定量αよりも多い場合にさらにディーゼルスロットル１３の開弁度合いを減少させるとともに、ＥＧＲバルブ４３の開弁度合いを増加させることで、還流させる排気の流速を高めることができる。この場合、貯留部Ｔから凝縮水が排出され易くなることから、貯留部Ｔから凝縮水を排出するにあたってバイパス配管４４を介して排気を流通させる時間を短くすることができる。結果、通常制御に復帰するまでに要する時間を短くすることができる点でも、凝縮水が過剰に溜まることが許容されることに起因して腐食が発生し易くなることを好適に抑制できる。
【００４１】
ＥＧＲ装置４０はＥＧＲクーラ４２を流通する排気の温度に基づき乾燥時間を推定し、推定した乾燥時間が経過した場合にＥＧＲクーラ４２およびバイパス配管４４のうちＥＧＲクーラ４２を介して排気を流通させることで、貯留部Ｔに凝縮水が残存していない状態で通常制御に復帰することを可能にすることができる。
【００４２】
そしてこの場合には、貯留部Ｔに残存する凝縮水によって貯留量の推定精度が低下することを防止することができる。このため、ＥＧＲ装置４０は貯留部Ｔに残存する凝縮水によって貯留量の推定精度が低下し、貯留量が所定量αを超える事態が発生することを回避できる点でも、凝縮水が過剰に溜まることが許容されることに起因して腐食が発生し易くなることを好適に抑制できる。
【００４３】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
ＥＧＲ装置                ４０
ＥＧＲ配管                ４１
ＥＧＲクーラ              ４２
ＥＧＲバルブ              ４３
バイパス配管              ４４
バルブ部                  ４５
内燃機関                  ５０
ＥＣＵ                    ７０
【図１】
0005799894.tif 000002
【図２】
0005799894.tif 000003
【図３】
0005799894.tif 000004
【図４】
0005799894.tif 000005
【図５】
0005799894.tif 000006