(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に流入するガスが流れるガス通路と、
前記ガス通路に設けられて前記筒内に流入するガスを冷却する冷却部と、
前記冷却部よりもガス流れ方向の上流側において前記ガス通路の一部を構成する水蒸気分離部であって、水蒸気分圧の異なる２つの空間を隔てるように設置された場合に水蒸気分圧が高い空間から水蒸気分圧の低い空間に向かって水蒸気を透過させる水蒸気透過膜を備える水蒸気分離部と、
前記ガス通路から前記水蒸気分離部に流入したガスが流れる前記水蒸気透過膜の内側の空間と、前記水蒸気透過膜によって前記内側の空間と隔てられた外側の空間との間に水蒸気分圧の差が生じるように、前記外側の空間の水蒸気分圧を減圧する減圧部と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記ガス通路の前記冷却部よりもガス流れ方向の下流側における相対湿度が１００％よりも高くなることが予測される場合、前記相対湿度が１００％と実質的に等しくなるように、前記減圧部によって減圧する前記外側の空間の水蒸気分圧の減圧量を調整する減圧量調整部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記減圧部によって減圧する前記外側の空間の水蒸気分圧の減圧量が、前記筒内に流入する新気の湿度が高いほど増やされることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記ガス通路に設けられた過給機のコンプレッサよりもガス流れ方向の下流側における圧力が高いほど前記減圧量が増やされることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記冷却部において前記筒内に流入するガスと熱交換させる冷却水の温度が低いほど前記減圧量が増やされることを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記冷却部において前記筒内に流入するガスと熱交換させる冷却水の流量が多いほど前記減圧量が増やされることを特徴とする請求項３乃至５何れか１項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記ガス通路は、吸気通路と排気通路を接続するＥＧＲ通路であり、
前記冷却部は、前記ＥＧＲ通路内を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラであり、
前記水蒸気分離部が、前記ＥＧＲ通路のうちの前記ＥＧＲクーラよりもガス流れ方向の上流側において前記ＥＧＲ通路の一部を構成することを特徴とする請求項１乃至６何れか１項に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記ガス通路は、過給機のコンプレッサが設けられた吸気通路であり、
前記冷却部は、前記コンプレッサで圧縮されたガスを冷却するインタークーラであり、
前記水蒸気分離部が、前記吸気通路のうちの前記コンプレッサよりもガス流れ方向の上流側において前記吸気通路の一部を構成することを特徴とする請求項１乃至６何れか１項に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記ガス通路は、過給機のコンプレッサが設けられた吸気通路、および、前記吸気通路のうちの前記コンプレッサよりもガス流れ方向の上流側と、排気通路のうちの前記過給機のタービンよりもガス流れ方向の下流側とを接続するＥＧＲ通路であり、
前記冷却部は、前記コンプレッサで圧縮されたガスを冷却するインタークーラ、および、前記ＥＧＲ通路内を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラであり、
前記水蒸気分離部が、前記吸気通路のうちの前記ＥＧＲ通路との接続部よりもガス流れ方向の上流側において前記吸気通路の一部を構成すると共に、前記ＥＧＲ通路のうちの前記ＥＧＲクーラよりもガス流れ方向の上流側において前記ＥＧＲ通路の一部を構成することを特徴とする請求項１乃至６何れか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＥＧＲ通路を介して過給機のタービンよりも下流側の排気通路に流す排気の一部を、当該過給機のコンプレッサよりも上流側の吸気通路に還流させるＥＧＲシステムを備える内燃機関が公知である。このようなＥＧＲシステムは、ＥＧＲ通路を介してタービンよりも上流側の排気通路に流す排気の一部を、コンプレッサよりも下流側の吸気通路に還流させるＥＧＲシステムと区別して、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムと称される。
【０００３】
ＬＰＬ−ＥＧＲシステムを備える内燃機関に関し、例えば特開２０１５−２０９７８２号公報には、コンプレッサよりも下流側の吸気通路に設けられて当該コンプレッサで圧縮したガス（新気または新気とＥＧＲガスの混合ガス）を冷却するインタークーラと、当該インタークーラの直下流であって重力方向下側の吸気通路の内壁面に形成された溝と、を備える内燃機関が開示されている。インタークーラを通過することでガス中の水蒸気が露点以下まで冷やされると凝縮水が発生する。この点、上記公報の機関構成によれば、インタークーラでの冷却に伴い発生した凝縮水を上記溝内に一時的に捕集することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２０９７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで上記公報では、上述した機関構成において、ＥＧＲガスの還流中に車両を減速させる場合であって、ＥＧＲガスと凝縮水の両者が筒内に流入することが予測されたときに、ＥＧＲガスの吸気通路への還流を制限する制御を行っている。この制御自体は、車両減速時にＥＧＲガスと凝縮水の両者が筒内に流入することで起こる燃焼悪化への対策として有効である。しかし、上記溝の構成が凝縮水を一時的に捕集する構成であり、また、上記溝の容量にも上限があることから、上記溝から溢れ出た凝縮水が意図しないタイミングで筒内に流入して失火を引き起こす可能性が少なくない。
【０００６】
また、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムでは、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラをＥＧＲ通路に設けることが一般的であり、当該ＥＧＲクーラでは上述したインタークーラでの現象と同様の現象が認められる。すなわち、ＥＧＲクーラを通過することでＥＧＲガス中の水蒸気が露点以下まで冷やされると凝縮水が発生する。そして、上記公報では言及されていないが、ＥＧＲクーラでの冷却に伴い発生した凝縮水にＥＧＲガス中の成分が溶解すると凝縮水が酸性化し、ＥＧＲクーラを通過したＥＧＲガスの経路上に、すなわち吸気通路上に位置するコンプレッサやインタークーラを腐食する原因となる。
【０００７】
しかし、上記公報にはＥＧＲクーラが開示されていないことから、上記公報の機関構成ではＥＧＲクーラでのＥＧＲガスの冷却に伴う凝縮水の酸性化を抑えることができるかどうかがそもそも不明である。また、このような酸性化は、上記溝に一時的に捕集した凝縮水においても同様に起こり得る。しかし、上記公報の機関構成はインタークーラでのガスの冷却に伴う凝縮水の発生を許容するものである。従って上記公報の機関構成では、インタークーラでのガスの冷却に伴う凝縮水の酸性化を抑えることもできない。
【０００８】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、インタークーラやＥＧＲクーラといった冷却部でのガスの冷却に伴う凝縮水の発生自体を抑えることのできる新規な内燃機関の構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る内燃機関は、ガス通路と、冷却部と、水蒸気分離部と、減圧部とを備えている。前記ガス通路には、筒内に流入するガスが流れる。前記冷却部は、前記ガス通路に設けられて前記筒内に流入するガスを冷却する。前記水蒸気分離部は、前記冷却部よりもガス流れ方向の上流側において前記ガス通路の一部を構成するものであり、水蒸気分圧の異なる２つの空間を隔てるように設置された場合に水蒸気分圧が高い空間から水蒸気分圧の低い空間に向かって水蒸気を透過させる水蒸気透過膜を備えている。前記減圧部は、前記ガス通路から前記水蒸気分離部に流入したガスが流れる前記水蒸気透過膜の内側の空間と、前記水蒸気透過膜によって前記内側の空間と隔てられた外側の空間との間に水蒸気分圧の差が生じるように、前記外側の空間の水蒸気分圧を減圧する。
【００１０】
前記水蒸気透過膜の内側の空間と、前記水蒸気透過膜によって前記内側の空間と隔てられた外側の空間との間に水蒸気分圧の差が生じるように、前記外側の空間の水蒸気分圧を減圧することで、筒内に流入するガスに含まれる水蒸気が前記内側の空間から前記外側の空間に向かって移動する。つまり、前記冷却部での冷却に先駆けて、筒内に流入するガスから水蒸気が取り除かれる。
【００１１】
本発明に係る内燃機関は、減圧量調整部を更に備えていてもよい。前記減圧量調整部は、前記ガス通路の前記冷却部よりもガス流れ方向の下流側における相対湿度が１００％よりも高くなることが予測される場合、前記相対湿度が１００％と実質的に等しくなるように、前記減圧部によって減圧する前記外側の空間の水蒸気分圧の減圧量を調整する。
【００１２】
前記ガス通路の前記冷却部よりもガス流れ方向の下流側における相対湿度が１００％よりも高くなることが予測される場合において、前記相対湿度が１００％と実質的に等しくなるように、前記減圧部によって減圧する前記外側の空間の水蒸気分圧の減圧量を調整することで、前記冷却部でのガスの冷却に伴う凝縮水の発生を抑えるのに最低限必要な水蒸気が前記内側の空間から前記外側の空間に向かって移動する。なお、本明細書において、「相対湿度が１００％と実質的に等しくなる」とは、相対湿度が１００％と等しくなる場合だけでなく、相対湿度が１００％よりも低いものの、１００％と等しいと見做すことができる場合をも含むことを意味している。
【００１３】
本発明に係る内燃機関において、前記減圧部によって減圧する前記外側の空間の水蒸気分圧の減圧量が、前記筒内に流入する新気の湿度が高いほど増やされてもよい。また、前記ガス通路に設けられた過給機のコンプレッサよりもガス流れ方向の下流側における圧力が高いほど前記減圧量が増やされてもよい。また、前記冷却部において前記筒内に流入するガスと熱交換させる冷却水の温度が低いほど前記減圧量が増やされてもよい。また、前記冷却部において前記筒内に流入するガスと熱交換させる冷却水の流量が多いほど前記減圧量が増やされてもよい。
【００１４】
本発明に係る内燃機関において、前記ガス通路は、吸気通路と排気通路を接続するＥＧＲ通路であってもよい。この場合、前記冷却部は、前記ＥＧＲ通路内を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラであり、前記水蒸気分離部は、前記ＥＧＲ通路のうちの前記ＥＧＲクーラよりもガス流れ方向の上流側において前記ＥＧＲ通路の一部を構成する。
【００１５】
本発明に係る内燃機関において、前記ガス通路は、過給機のコンプレッサが設けられた吸気通路であってもよい。この場合、前記冷却部は、前記コンプレッサで圧縮されたガスを冷却するインタークーラであり、前記水蒸気分離部は、前記吸気通路のうちの前記コンプレッサよりもガス流れ方向の上流側において前記吸気通路の一部を構成する。
【００１６】
本発明に係る内燃機関において、前記ガス通路は、過給機のコンプレッサが設けられた吸気通路、および、前記吸気通路のうちの前記コンプレッサよりもガス流れ方向の上流側と、排気通路のうちの前記過給機のタービンよりもガス流れ方向の下流側とを接続するＥＧＲ通路であってもよい。この場合、前記冷却部は、前記コンプレッサで圧縮されたガスを冷却するインタークーラ、および、前記ＥＧＲ通路内を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラであり、前記水蒸気分離部は、前記吸気通路のうちの前記ＥＧＲ通路との接続部よりもガス流れ方向の上流側において前記吸気通路の一部を構成すると共に、前記ＥＧＲ通路のうちの前記ＥＧＲクーラよりもガス流れ方向の上流側において前記ＥＧＲ通路の一部を構成する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る内燃機関によれば、インタークーラやＥＧＲクーラといった冷却部でのガスの冷却に伴う凝縮水の発生自体を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の全体構成を示す概略図である。
【図２】モジュール３４，３６の構成を示す概略図である。
【図３】モジュール３４，３６に流入したガスの流れを説明する図である。
【図４】管状膜４８における水蒸気の透過原理を説明する図である。
【図５】凝縮水の発生原理を示した図である。
【図６】本発明の実施の形態１の構成による効果を説明する図である。
【図７】外壁面４８ｂを囲む空間の水蒸気分圧を相対的に低くする他の手段を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る内燃機関の全体構成を示す概略図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係るバルブ制御の概要を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ７０により実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ７０により実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【図１２】分離限界値ｃを使用してモジュール３４，３６での水蒸気の目標分離量を算出する場合において、ＥＣＵ７０により実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
実施の形態１．
先ず、図１乃至図７を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
【００２１】
［内燃機関の構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関の全体構成を示す概略図である。図１に示す内燃機関１は、車両等に搭載されるＬＰＬ−ＥＧＲシステム付きの内燃機関である。内燃機関１は、直列４気筒型のエンジン本体１０を備えている。但し、エンジン本体１０の気筒数および気筒配列はこれに限定されない。エンジン本体１０の各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が接続されている。
【００２２】
吸気通路１２の入口近傍には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流には、過給機１８のコンプレッサ１８ａが設置されている。コンプレッサ１８ａは、排気通路１４に配置されたタービン１８ｂの回転により駆動される。コンプレッサ１８ａよりも下流側の吸気通路１２には、電子制御式のスロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０よりも下流側の吸気通路１２は、各気筒の吸気ポート（図示省略）に接続されるサージタンク２２が設けられている。サージタンク２２には、コンプレッサ１８ａで圧縮されたガスを冷却するインタークーラ２４が内蔵されている。
【００２３】
排気通路１４のタービン１８ｂよりも下流側には、エンジン本体１０の各気筒からの排気を浄化する触媒（一例として三元触媒）２６が備えられている。触媒２６よりも下流側の排気通路１４には、ＥＧＲ通路２８の一端が接続されている。ＥＧＲ通路２８の他端は、コンプレッサ１８ａよりも上流側の吸気通路１２と接続されている。ＥＧＲ通路２８の途中には、ＥＧＲバルブ３０が設けられている。ＥＧＲバルブ３０を開くことで、排気通路１４を流れる排気の一部がＥＧＲガスとして吸気通路１２に導入される。ＥＧＲバルブ３０よりも上流側（ＥＧＲガスの流れ方向の上流側）のＥＧＲ通路２８には、ＥＧＲ通路２８を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３２が設けられている。
【００２４】
過給機１８、インタークーラ２４、ＥＧＲ通路２８、ＥＧＲバルブ３０やＥＧＲクーラ３２が、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムを構成する。本実施の形態の内燃機関１は、このようなＬＰＬ−ＥＧＲシステムに加え、新気用とＥＧＲガス用の２つの水蒸気分離膜モジュールを備えている。新気用のモジュール３４は、ＥＧＲ通路２８の接続部とエアクリーナ１６の間の吸気通路１２に設けられている。一方、ＥＧＲガス用のモジュール３６は、ＥＧＲクーラ３２よりも上流側のＥＧＲ通路２８に設けられている。モジュール３４とモジュール３６の基本的な構成は共通しており、モジュール３４は吸引通路３８を介して減圧ポンプ４０と接続され、モジュール３６は吸引通路４２を介して減圧ポンプ４４に接続されている。
【００２５】
［水蒸気分離膜モジュールの構成の説明］
図２は、モジュール３４，３６の構成を示す概略図である。図２に示すように、モジュール３４，３６は、円管状のハウジング４６と、ハウジング４６内に充填された多数の管状膜４８と、を備えている。ハウジング４６は、例えば樹脂から構成され、その側面には、図１に示した吸引通路３８，４２の一端に接続される排出口５０が形成されている。モジュール３４のハウジング４６の側面は吸気通路１２の外壁面と連続し、モジュール３６のハウジング４６の側面はＥＧＲ通路２８の外壁面と連続している。つまり、モジュール３４のハウジング４６の側面は、吸気通路１２の外壁面の一部を構成し、モジュール３６のハウジング４６の側面は、ＥＧＲ通路２８の外壁面の一部を構成している。管状膜４８は、例えば親水性高分子、ゼオライト等から構成された中空糸膜であり、内壁面４８ａと外壁面４８ｂとを備えている。管状膜４８のそれぞれは、ハウジング４６の開口方向（図２中に示す矢印の方向）に沿って互いに平行かつ密に集合すると共に、ハウジング４６に対して一体的に固定されている。
【００２６】
ハウジング４６の一端からモジュール３４に流入した新気、または、ハウジング４６の一端からモジュール３６に流入したＥＧＲガスは、ハウジング４６の他端から排出される。図３は、モジュール３４，３６に流入したガスの流れを説明する図であり、この図には図２に示した多数の管状膜４８のうちの１本が描かれている。この図に太い矢印で示すように、管状膜４８に流入したガスは、内壁面４８ａの内側を流れて下流に向かう。また、膜厚方向に細い矢印で示すように、内壁面４８ａの内側を流れるガスに含まれる水蒸気の一部は、内壁面４８ａから外壁面４８ｂに向かって管状膜４８の内部を移動する。
【００２７】
管状膜４８の膜厚方向に水蒸気の一部が移動する理由は、管状膜４８を隔てた２つの空間の水蒸気分圧に差が生じているからである。図４は、管状膜４８における水蒸気の透過原理を説明する図であり、この図には図３に示した管状膜４８の一部が模式的に描かれている。図４に示す管状膜４８の左方空間の水蒸気分圧ｐ１が右方空間の水蒸気分圧ｐ２より高い場合、左方空間との界面を形成する管状膜４８の表面に水蒸気が溶解することで膜内に濃度勾配が生じ、この濃度勾配を駆動力として、左方空間側から右方空間側に水蒸気（より正確には水分子）が移動する。この水蒸気の移動は、２つの空間の水蒸気分圧差Δｐ（＝ｐ１−ｐ２）が無くなるまで続く。なお、管状膜４８は、水蒸気以外のガスが内部移動し難い構成とされており、故に、基本的には水蒸気のみが管状膜４８を隔てた２つの空間を移動する。
【００２８】
［実施の形態１における水蒸気分離］
本実施の形態では、図１に示した減圧ポンプ４０，４４が駆動されており、減圧ポンプ４０，４４よりも下流側の吸引通路３８，４２に送り出されるガス量が所定量に保たれている。そのため、減圧ポンプ４０，４４の駆動中は、図３に示した内壁面４８ａによって囲まれる空間よりも、外壁面４８ｂを囲む空間の方が水蒸気分圧において低くなる。モジュール３４では、内壁面４８ａの内側を流れる新気に含まれる水蒸気の一部が、内壁面４８ａから外壁面４８ｂに向かって移動する。そして、外壁面４８ｂを囲む空間に移動した水蒸気は、排出口５０を介して吸引通路３８に流入する。モジュール３６においても同様である。すなわち、モジュール３６では、内壁面４８ａの内側を流れるＥＧＲガスに含まれる水蒸気の一部が外壁面４８ｂを囲む空間に移動し、排出口５０を介して吸引通路４２に流入する。
【００２９】
内壁面４８ａの内側から吸引通路３８（または吸引通路４２）に流入した水蒸気は、吸引通路３８（または吸引通路４２）の減圧ポンプ４０（または減圧ポンプ４４）よりも下流側にそのまま放出され、または、当該下流側において収集される。一方、吸引通路３８に流入しなかった水蒸気、つまり、モジュール３４の内壁面４８ａから外壁面４８ｂに向かって移動しなかった水蒸気は、新気と共に内壁面４８ａの内側を流れ、モジュール３４の下流に位置するコンプレッサ１８ａに向かう。同様に、吸引通路４２に流入しなかった水蒸気、つまり、モジュール３６の内壁面４８ａから外壁面４８ｂに向かって移動しなかった水蒸気は、ＥＧＲガスと共に内壁面４８ａの内側を流れ、モジュール３６の下流に位置するＥＧＲクーラ３２に向かう。
【００３０】
図５は、凝縮水の発生原理を示した図である。この図に「圧縮、冷却前」として示す相対湿度が１００％未満のガスを等圧条件のもとで冷却した場合において、当該ガスの水蒸気分圧が低下して飽和水蒸気圧を上回ったときに凝縮水が発生する。「圧縮、冷却前」のガスを等温条件のもとで圧縮した場合において、当該ガスの水蒸気分圧が上昇して飽和水蒸気圧を上回ったときにも凝縮水が発生する。この原理に従えば、図１に示したインタークーラ２４での冷却に伴い、ガス（新気または新気とＥＧＲガスの混合ガスをいう。以下、新気とＥＧＲガスの混合ガスを単に「混合ガス」と称す。また、新気または混合ガスを「ガス（新気または混合ガス）」と称す。）中の水蒸気分圧が飽和水蒸気圧を上回ったときに凝縮水が発生することになる。ＥＧＲクーラ３２での冷却に伴いＥＧＲガス中の水蒸気分圧が飽和水蒸気圧を上回ったとき、および、コンプレッサ１８ａでの圧縮に伴いガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧が飽和水蒸気圧を上回ったときにも、凝縮水が発生することになる。
【００３１】
この点、図２乃至図３で説明した管状膜４８は、水蒸気以外のガスが透過し難い構成とされているので、減圧ポンプ４０，４４を駆動することで、インタークーラ２４に流入する前のガス（新気または混合ガス）や、ＥＧＲクーラ３２に流入する前のＥＧＲガスから、水蒸気を選択的に取り除くことができる。図６は、本発明の実施の形態１の構成による効果を説明する図である。図５と図６を比較すると分かるように、本実施の形態によれば、圧縮後、または、冷却後に凝縮水が発生しそうな状態にある「圧縮、冷却前」のガス中の水蒸気分圧を予め下げておくことができる。従って、図１に示したコンプレッサ１８ａでの圧縮、インタークーラ２４やＥＧＲクーラ３２での冷却に伴う凝縮水の発生を抑えることができる。
【００３２】
なお、上記実施の形態１においては、図１に示した吸気通路１２およびＥＧＲ通路２８が本発明の「ガス通路」に、図１に示したインタークーラ２４およびＥＧＲクーラ３２が本発明の「冷却部」に、図２乃至図３に示した管状膜４８が本発明の「水蒸気透過膜」に、図２に示したモジュール３４，３６が本発明の「水蒸気分離部」に、図１に示した吸引通路３８，４２および減圧ポンプ４０，４４が本発明の「減圧部」に、それぞれ相当している。
【００３３】
［減圧部の他の構成例］
ところで、上記実施の形態１では、モジュール３４，３６と組み合わせた減圧ポンプ４０，４４の駆動によって、内壁面４８ａで囲まれる空間よりも外壁面４８ｂを囲む空間の水蒸気分圧を低くした。しかし、減圧ポンプ４０，４４とは異なる手段によって外壁面４８ｂを囲む空間の水蒸気分圧を相対的に低くしてもよい。図７は、外壁面４８ｂを囲む空間の水蒸気分圧を相対的に低くする他の手段を説明する図である。この図に示すハウジング５２は、図２に示したハウジング４６の代わりにモジュール３４，３６に備え付けられるものであり、その側面には、供給口５４と排出口５６が形成されている。供給口５４は乾燥ガス（パージガス）を送り出すガス供給装置（図示しない）に接続されており、排出口５６は大気開放されている。モジュール３４，３６が備える管状膜４８の構成については、図３の説明の際に述べたとおりである。
【００３４】
図４の説明の際に述べたように、管状膜４８は水蒸気以外のガスが内部移動し難い膜構成とされていることから、ガス供給装置の駆動によって供給口５４からハウジング５２の内部に流入した乾燥ガスは、管状膜４８の内部を移動することなく外壁面４８ｂに沿って流れ、排出口５６に向かう。乾燥ガスが外壁面４８ｂに沿って流れることで、外壁面４８ｂを囲む空間の水蒸気分圧が内壁面４８ａによって囲まれる空間の水蒸気分圧よりも低くなるので、図４で説明した水蒸気の移動が起こることになる。このように、モジュール３４，３６と組み合わせたガス供給装置の駆動によっても、外壁面４８ｂを囲む空間の水蒸気分圧を相対的に低くできる。
【００３５】
［モジュールの他の構成例］
また、上記実施の形態１では、モジュール３４，３６が多数の管状膜４８を備える中空糸タイプであることを前提として説明した。しかし、中空糸タイプのモジュール構造に代えて、ハニカムモノリスタイプのモジュール構造、平膜タイプのモジュール構造、または、シェルアンドチューブタイプのモジュール構造を採用することができる。中空糸タイプのモジュール構造と同様に、新気やＥＧＲガスから水蒸気のみを分離できる機能を有する限りにおいて、モジュール構造は各種の変形が可能である。
【００３６】
［内燃機関の他の構成例］
また、上記実施の形態１では、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムを前提として説明した。しかし本発明は、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムから図１に示したＥＧＲ通路２８、ＥＧＲクーラ３２等を除いた非ＥＧＲ−過給システムにも適用することができ、また、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムから図１に示した過給機１８やインタークーラ２４等を除いた非過給−ＥＧＲシステムにも適用することができる。
具体的に、非ＥＧＲ−過給システムを前提とする場合は、モジュール３６の無いモジュール３４のみを備える機関構成となる。この場合は、モジュール３４と組み合わせた減圧ポンプ４０の駆動によって、図１に示したコンプレッサ１８ａでの圧縮やインタークーラ２４での冷却に伴う凝縮水の発生を抑えることができる。一方、非過給−ＥＧＲシステムを前提とする場合には、上記実施の形態１と同様にモジュール３４，３６を備える機関構成、または、モジュール３６のみを備える機関構成となる。モジュール３４，３６を備える場合は、上記実施の形態１と同様に、両モジュールと組み合わせた減圧ポンプ４０，４４の駆動によって、ＥＧＲクーラ３２での冷却に伴う凝縮水の発生を抑えることができる。モジュール３６のみを備える機関構成の場合は、モジュール３６と組み合わせた減圧ポンプ４４の駆動によって、ＥＧＲクーラ３２での冷却に伴う凝縮水の発生を抑えることができる。
【００３７】
［減圧ポンプの他の駆動例］
また、上記実施の形態１では、図１に示した減圧ポンプ４０，４４よりも下流側の吸引通路３８，４２に送り出すガス量を所定量に保った。しかし、減圧ポンプ４０，４４よりも下流側の吸引通路３８，４２に送り出すガス量を可変にしてもよい。
例えば、新気の湿度が高いほどインタークーラ２４およびＥＧＲクーラ３２において凝縮水が発生し易くなるので、当該湿度が高いほど吸引通路３８，４２に送り出すガス量を増やしてもよい。また、コンプレッサ１８ａよりも下流側かつインタークーラ２４の上流側のガスの圧力（過給圧）が高いほどインタークーラ２４およびＥＧＲクーラ３２において凝縮水が発生し易くなるので、過給圧が高いほど吸引通路３８，４２に送り出すガス量を増やしてもよい。
また、インタークーラ２４においてガス（新気または混合ガス）と熱交換させる冷却水の温度が低いほど凝縮水が発生し易くなるので、当該温度が低いほど吸引通路３８に送り出すガス量を増やしてもよい。この熱媒体の流量が多いほど凝縮水が発生し易くなるので、当該流量が多いほど吸引通路３８に送り出すガス量を増やしてもよい。
また、ＥＧＲクーラ３２においてＥＧＲガスと熱交換する冷却水の温度が低いほど凝縮水が発生し易くなるので、当該温度が低いほど吸引通路４２に送り出すガス量を増やしてもよい。また、この熱媒体の流量が多いほど凝縮水が発生し易くなるので、当該流量が多いほど吸引通路４２に送り出すガス量を増やしてもよい。
【００３８】
実施の形態２．
次に、図８乃至図１２を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
【００３９】
［内燃機関の構成の説明］
図８は、本発明の実施の形態２に係る内燃機関の全体構成を示す概略図である。図８に示す内燃機関２は、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムと、新気用とＥＧＲガス用の２つの水蒸気分離膜モジュール（つまり、モジュール３４，３６）を備える構成において図１に示した内燃機関１と共通する。従って、これらの構成の説明については省略する。
【００４０】
図８に示す内燃機関２は、減圧ポンプ４０よりも上流側の吸引通路３８に設けられた制御バルブ６０と、減圧ポンプ４４よりも上流側の吸引通路４２に設けられた制御バルブ６２と、これらの開度を制御するＥＣＵ７０と、を備えている。制御バルブ６０，６２は何れも電子制御式のバルブであり、ＥＣＵ７０の出力側に接続されている。上記実施の形態１同様、本実施の形態においても、減圧ポンプ４０，４４よりも下流側に向けて送り出されるガス量が所定量に保たれている。
【００４１】
図８に示したＥＣＵ７０の入力側には、各種センサが接続されている。各種センサには、エアクリーナ１６の近傍に取り付けられて新気流量Ｇａを検出するエアフローメータ７１、大気温度Ｔ０を検出する温度センサ７２、大気圧力Ｐ０を検出する圧力センサ７３、大気湿度ＲＨを検出する湿度センサ７４が含まれる。また、各種センサには、エンジン本体１０の気筒に流入するガス（新気または混合ガス）の温度と圧力をそれぞれ検出する複数の温度センサと複数の圧力センサが更に含まれる。
【００４２】
これらのセンサは具体的に次のとおりである。すなわち、コンプレッサ１８ａよりも下流側かつインタークーラ２４の上流側のガスの温度（以下「Ｉ／Ｃ前温度」と称す。）ＴＩ／Ｃｉｎを検出する温度センサ７５、コンプレッサ１８ａよりも下流側かつインタークーラ２４の上流側のガスの圧力（以下「Ｉ／Ｃ前圧力」と称す。）ＰＩ／Ｃｉｎを検出する圧力センサ７６、インタークーラ２４よりも下流側のガスの温度（以下「Ｉ／Ｃ後温度」と称す。）ＴＩ／Ｃｏｕｔを検出する温度センサ７７、ＥＧＲクーラ３２よりも上流側のガスの温度（以下「ＥＧＲ／Ｃ前温度」と称す。）ＴＥＧＲ／Ｃｉｎを検出する温度センサ７８、ＥＧＲクーラ３２よりも上流側のガスの圧力（以下「ＥＧＲ／Ｃ前圧力」と称す。）ＰＥＧＲ／Ｃｉｎを検出する圧力センサ７９、および、ＥＧＲクーラ３２よりも下流側のガスの温度（以下「ＥＧＲ／Ｃ後温度」と称す。）ＴＥＧＲ／Ｃｏｕｔを検出する温度センサ８０である。
【００４３】
［実施の形態２における水蒸気分離］
上記実施の形態１では、モジュール３４，３６と組み合わせた減圧ポンプ４０，４４の駆動によって、インタークーラ２４に流入する前のガス（新気または混合ガス）や、ＥＧＲクーラ３２に流入する前のＥＧＲガスから、水蒸気を選択的に取り除いた。しかし、インタークーラ２４等に流入するガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧（つまり、図５に示した「圧縮、冷却前」のガス中の水蒸気分圧）がそもそも高い場合には、新気やＥＧＲガスから水蒸気を取り除いたにも関わらず凝縮水が発生してしまう可能性がある。また、水の比熱は比較的大きいことから、モジュール３４，３６で必要以上に水蒸気を分離してしまうと、筒内での燃焼温度が上昇してＮＯｘの発生量が増えてしまう。
【００４４】
そこで本実施の形態では、ＥＣＵ７０においてインタークーラ２４の下流におけるガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧と、ＥＧＲクーラ３２の下流におけるＥＧＲガス中の水蒸気分圧とを予測する。そして、予測したインタークーラ２４の下流におけるガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧が、インタークーラ２４の下流における飽和水蒸気圧よりも高い場合には、当該水蒸気分圧が当該飽和水蒸気圧と実質的に等しくなるように制御バルブ６０の開度を調整する。つまり、インタークーラ２４の下流の相対湿度が１００％よりも高くなることが予測される場合には、この相対湿度が１００％と実質的に等しくなるように制御バルブ６０の開度を調整する。なお、本明細書において、「水蒸気分圧が飽和水蒸気圧と実質的に等しくなる」とは、水蒸気分圧が飽和水蒸気圧と完全に等しい場合だけでなく、水蒸気分圧が飽和水蒸気圧よりも低いものの、飽和水蒸気圧と等しいと見做すことができる場合をも含むことを意味している。
【００４５】
また、本実施の形態では、予測したインタークーラ２４の下流におけるガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧が、インタークーラ２４の下流における飽和水蒸気圧以下の場合であっても、予測したＥＧＲクーラ３２の下流におけるＥＧＲガス中の水蒸気分圧が、ＥＧＲクーラ３２の下流における飽和水蒸気圧よりも高い場合には、当該水蒸気分圧が当該飽和水蒸気圧と実質的に等しくなるように制御バルブ６２の開度を調整する。つまり、インタークーラ２４の下流の相対湿度が１００％以下となることが予測される場合であっても、ＥＧＲクーラ３２の下流の相対湿度が１００％よりも高くなることが予測されるときには、ＥＧＲクーラ３２の下流の相対湿度が１００％と実質的に等しくなるように制御バルブ６２の開度を調整する。
【００４６】
図９は、本発明の実施の形態２に係るバルブ制御の概要を説明する図である。この図の横軸に示す温度ＴＩ／Ｃｏｕｔは、インタークーラ２４から流出したガス（新気または混合ガス）の温度（つまり、Ｉ／Ｃ後温度）である。また、温度ＴＥＧＲ／Ｃｏｕｔは、ＥＧＲクーラ３２から流出したＥＧＲガスの温度（つまり、ＥＧＲ／Ｃ後温度）である。図６で説明したように、「圧縮、冷却前」のガス中の水蒸気分圧を予め下げておけば、コンプレッサ１８ａでの圧縮や、インタークーラ２４またはＥＧＲクーラ３２での冷却に伴う凝縮水の発生を抑えることができる。
【００４７】
本実施の形態に係るバルブ制御の手法は基本的にはこれと同じである。但し、本実施の形態に係るバルブ制御では、インタークーラ２４での冷却後のガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧がＩ／Ｃ後温度ＴＩ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧よりも高くなることが予測される場合に、当該ガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧がＩ／Ｃ後温度ＴＩ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧と実質的に等しくなるように制御バルブ６０の開度を調整する。このような開度調整をすることで、インタークーラ２４での冷却前のガス（新気または混合ガス）から必要最小限の水蒸気を分離して、インタークーラ２４での冷却に伴う凝縮水の発生を抑えつつ、ＮＯｘの発生量の増大を抑えることができる。
【００４８】
また、本実施の形態に係るバルブ制御では、インタークーラ２４での冷却後のガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧がＩ／Ｃ後温度ＴＩ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧以下となることが予測される場合であっても、ＥＧＲクーラ３２での冷却後のＥＧＲガス中の水蒸気分圧がＥＧＲ／Ｃ後温度ＴＥＧＲ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧よりも高くなることが予測されるときには、当該ＥＧＲガス中の水蒸気分圧がＩ／Ｃ後温度ＴＩ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧と実質的に等しくなるように制御バルブ６２の開度を調整する。このような開度調整をすることで、ＥＧＲクーラ３２での冷却前のＥＧＲガスから必要最小限の水蒸気を分離して、ＥＧＲクーラ３２での冷却に伴う凝縮水の発生を抑えることもできる。
【００４９】
なお、図６の説明で述べたように、コンプレッサ１８ａでの圧縮に伴い凝縮水が発生することがある。そのため、コンプレッサ１８ａから流出したガスに対してもバルブ制御の思想を適用して、制御バルブ６０の開度の調整に反映することもできる。しかし、吸気通路１２を流れるガス（新気または混合ガス）がコンプレッサ１８ａでの圧縮直後にインタークーラ２４に流入すること、および、コンプレッサ１８ａでの圧縮に伴う水蒸気分圧の上昇よりも、インタークーラ２４での冷却に伴う水蒸気分圧の低下の方が、凝縮水の発生に強く影響すること等の理由から、本実施の形態に係るバルブ制御では、コンプレッサ１８ａから流出したガスには着目していない。
【００５０】
［具体的な制御手法］
図１０乃至図１１を参照して、バルブ制御の具体的な処理について説明する。図１０乃至図１１は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ７０により実行される処理の一例を示すフローチャートである。なお、この図に示すルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
【００５１】
図１０に示すルーチンでは、先ず、外気条件が検出される（ステップＳ１００）。本ステップにおいてＥＣＵ７０は、温度センサ７２、圧力センサ７３および湿度センサ７４を用いて、大気温度Ｔ０、大気圧力Ｐ０および大気湿度ＲＨを検出する。
【００５２】
続いて、エンジン運転状態が検出される（ステップＳ１０２）。本ステップにおいてＥＣＵ７０は、インタークーラ２４の直下流を流れるガス（新気または混合ガス）の飽和水蒸気流量ＧＨ２０ｍａｘ，Ｉ／Ｃと水蒸気流量ＧＨ２０，Ｉ／Ｃ、および、ＥＧＲクーラ３２の直下流を流れるＥＧＲガスの飽和水蒸気流量ＧＨ２０ｍａｘ，ＥＧＲ／Ｃと水蒸気流量ＧＨ２０，ＥＧＲ／Ｃの算出に必要な情報を検出する。具体的に、ＥＣＵ７０は、新気流量Ｇａ、Ｉ／Ｃ前温度ＴＩ／Ｃｉｎ、Ｉ／Ｃ前圧力ＰＩ／Ｃｉｎ、Ｉ／Ｃ後温度ＴＩ／Ｃｏｕｔ、ＥＧＲ／Ｃ前温度ＴＥＧＲ／Ｃｉｎ、ＥＧＲ／Ｃ前圧力ＰＥＧＲ／ＣｉｎおよびＥＧＲ／Ｃ後温度ＴＥＧＲ／Ｃｏｕｔを検出する。これらのパラメータは、上述した各種センサから取得される。また、ＥＣＵ７０は、ＥＧＲ通路２８から吸気通路１２に流入するＥＧＲガス流量ＧＥＧＲと、筒内に噴射される燃料流量ＧＦを検出する。
【００５３】
続いて、新気中の水蒸気流量ＧＨ２０，ａｉｒが算出される（ステップＳ１０４）。水蒸気流量ＧＨ２０，ａｉｒはモジュール３４よりも上流側の吸気通路１２を流れる新気に含まれる水蒸気の流量である。本ステップにおいてＥＣＵ７０は、ステップＳ１００またはステップＳ１０２での検出値と次式（１）とに基づいて、水蒸気流量ＧＨ２０，ａｉｒを算出する。
水蒸気流量ＧＨ２０，ａｉｒ［ｇ／ｓ］
＝新気流量Ｇａ［ｇ／ｓ］×（大気の飽和水蒸気圧［ｋＰａ］×大気湿度ＲＨ／大気圧力Ｐ０）×（Ｈ２Ｏ分子量［ｇ／ｍｏｌ］／新気分子量［ｇ／ｍｏｌ］）  ・・・（１）
なお、式（１）中の新気分子量とＨ２Ｏ分子量は設定値であり、大気の飽和水蒸気圧はステップＳ１００で検出した大気温度Ｔ０に基づいて別途算出されるものとする。
【００５４】
続いて、ＥＧＲガスが導入中であるか否かが判定される（ステップＳ１０６）。本ステップにおいてＥＣＵ７０は、例えばエンジン回転速度と負荷に基づいて、ＥＧＲ通路２８から吸気通路１２にＥＧＲガスが導入されているか否かを判定する。その結果、ＥＧＲガスが導入されていると判定された場合（“ＹＥＳ”の場合）にはステップＳ１０８に進み、そうでないと判定された場合（“ＮＯ”の場合）にはステップＳ１１６に進む。
【００５５】
ステップＳ１０８では、ＥＧＲガス中の水蒸気流量ＧＨ２０，ＥＧＲが算出される。水蒸気流量ＧＨ２０，ＥＧＲはモジュール３６よりも上流側のＥＧＲ通路２８を流れるＥＧＲガスに含まれる水蒸気の流量である。本ステップにおいてＥＣＵ７０は、ステップＳ１００またはステップＳ１０２での検出値と次式（２）〜（４）とに基づいて、水蒸気流量ＧＨ２０，ＥＧＲを算出する。
水蒸気流量ＧＨ２０，ＥＧＲ［ｇ／ｓ］
＝ＥＧＲガス流量ＧＥＧＲ［ｇ／ｓ］×ＥＧＲガス中の水蒸気の割合×（Ｈ２Ｏ分子量［ｇ／ｍｏｌ］／排気分子量［ｇ／ｍｏｌ］）  ・・・（２）
ＥＧＲガス中の水蒸気の割合
＝排気中の水蒸気の割合
＝燃焼ガスの水蒸気流量ＧＨ２０，ＣＧ［ｇ／ｓ］／（新気流量Ｇａ［ｇ／ｓ］＋燃料流量ＧＦ［ｇ／ｓ］）  ・・・（３）
燃焼ガスの水蒸気流量ＧＨ２０，ＣＧ［ｇ／ｓ］
＝水蒸気流量ＧＨ２０，ａｉｒ［ｇ／ｓ］＋燃料流量ＧＦ［ｇ／ｓ］×（８×Ｈ２Ｏ分子量［ｇ／ｍｏｌ］／燃料分子量［ｇ／ｍｏｌ］）  ・・・（４）
なお、式（２）中の排気分子量や式（４）中の燃料分子量は、使用燃料がヘプタンであると仮定したときの下記の反応式（５）に基づいて別途計算される設定値であり、式（４）中のＨ２Ｏ分子量の係数もこの反応式（５）に基づいている。使用燃料に応じて式（２）中の排気分子量や式（４）中の燃料分子量が変わることは言うまでもない。
Ｃ７Ｈ１６＋１１Ｏ２→７ＣＯ２＋８Ｈ２Ｏ  ・・・（５）
【００５６】
続いて、飽和水蒸気流量ＧＨ２０ｍａｘ，Ｉ／Ｃと飽和水蒸気流量ＧＨ２０ｍａｘ，ＥＧＲ／Ｃが算出される（ステップＳ１１０，Ｓ１１２）。これらのステップにおいてＥＣＵ７０は、ステップＳ１００またはステップＳ１０２での検出値を次式（６），（７）に代入して飽和水蒸気流量ＧＨ２０ｍａｘ，Ｉ／Ｃと飽和水蒸気流量ＧＨ２０ｍａｘ，ＥＧＲ／Ｃを算出する。
飽和水蒸気流量ＧＨ２０ｍａｘ，Ｉ／Ｃ＝
混合ガスの流量［ｇ／ｓ］×（混合ガスの飽和水蒸気圧［ｋＰａ］／Ｉ／Ｃ前圧力ＰＩ／Ｃｉｎ［ｋＰａ］）×（Ｈ２Ｏ分子量［ｇ／ｍｏｌ］／混合ガスの分子量［ｇ／ｍｏｌ］）  ・・・（６）
飽和水蒸気流量ＧＨ２０ｍａｘ，ＥＧＲ／Ｃ＝
ＥＧＲガスの流量［ｇ／ｓ］×（ＥＧＲガスの飽和水蒸気圧［ｋＰａ］／ＥＧＲ／Ｃ前圧力ＰＥＧＲ／Ｃｉｎ［ｋＰａ］）×（Ｈ２Ｏ分子量［ｇ／ｍｏｌ］／混合ガスの分子量［ｇ／ｍｏｌ］）  ・・・（７）
なお、式（６），（７）中の混合ガスの分子量は、新気分子量や式（２）中の排気分子量とから算出される設定値である。また、式（６）中の混合ガスの飽和水蒸気圧は、Ｉ／Ｃ後温度ＴＩ／Ｃｏｕｔに基づいて別途算出されるものとする。同様に、式（７）中のＥＧＲガスの飽和水蒸気圧は、ＥＧＲ／Ｃ後温度ＴＥＧＲ／Ｃｏｕｔに基づいて別途算出されるものとする。
【００５７】
インタークーラ２４の下流におけるガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧をＩ／Ｃ後温度ＴＩ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧と等しくするためには、式（６）のＩ／Ｃ前圧力ＰＩ／Ｃｉｎをインタークーラ２４よりも下流側のガスの圧力（以下「Ｉ／Ｃ後圧力」と称す。）ＰＩ／Ｃｏｕｔとすべきであるが、Ｉ／Ｃ前圧力ＰＩ／Ｃｉｎを使用している理由は、吸気通路１２内で混合ガスの圧力が最も高くなる冷却前の混合ガスの圧力（つまり、Ｉ／Ｃ前圧力ＰＩ／Ｃｉｎ）を採用することで、凝縮水が発生し得る最悪の条件に設定するためである。同様の理由により、式（７）中でＥＧＲ／Ｃよりも下流側のガスの圧力（以下「ＥＧＲ／Ｃ後圧力」と称す。）ＰＥＧＲ／ＣｏｕｔではなくＥＧＲ／Ｃ前圧力ＰＥＧＲ／Ｃｉｎを使用している。そのため、式（６），（７）を用いる本ルーチンでは、インタークーラ２４の下流におけるガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧がＩ／Ｃ後温度ＴＩ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧を下回ることが予想され、ＥＧＲクーラ３２の下流におけるＥＧＲガス中の水蒸気分圧がＥＧＲ／Ｃ後温度ＴＥＧＲ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧を下回ることが予想される。なお、式（６）中のＩ／Ｃ前圧力ＰＩ／ＣｉｎをＩ／Ｃ後圧力ＰＩ／Ｃｏｕｔとしてもよいこと、および、式（７）中のＥＧＲ／Ｃ前圧力ＰＥＧＲ／ＣｉｎをＥＧＲ／Ｃ後圧力ＰＥＧＲ／Ｃｏｕｔとしてもよいことは言うまでもない。
【００５８】
続いて、各モジュールでの水蒸気の目標分離量が算出される（ステップＳ１１４）。本ステップの処理の詳細について、図１１を参照して説明する。この図に示すルーチンでは、先ず、インタークーラ２４での冷却に伴い発生する凝縮水の予測値ａが算出される（ステップＳ１４０）。本ステップにおいてＥＣＵ７０は、図１０のステップＳ１０４で算出された水蒸気流量ＧＨ２０，ａｉｒ、ステップＳ１０８で算出された水蒸気流量ＧＨ２０，ＥＧＲ、および、ステップＳ１１０で算出された飽和水蒸気流量ＧＨ２０ｍａｘ，Ｉ／Ｃを次式（８）に代入することで予測値ａを算出する。
予測値ａ［ｇ／ｓ］
＝（水蒸気流量ＧＨ２０，ａｉｒ［ｇ／ｓ］＋水蒸気流量ＧＨ２０，ＥＧＲ［ｇ／ｓ］）−飽和水蒸気流量ＧＨ２０ｍａｘ，Ｉ／Ｃ［ｇ／ｓ］  ・・・（８）
【００５９】
続いて、ＥＧＲクーラ３２での冷却に伴い発生する凝縮水の予測値ｂが算出される（ステップＳ１４２）。本ステップにおいてＥＣＵ７０は、図１０のステップＳ１０８で算出された水蒸気流量ＧＨ２０，ＥＧＲ、および、ステップＳ１１２で算出された飽和水蒸気流量ＧＨ２０ｍａｘ，ＥＧＲ／Ｃを次式（９）に代入することで予測値ｂを算出する。
予測値ｂ［ｇ／ｓ］
＝水蒸気流量ＧＨ２０，ＥＧＲ［ｇ／ｓ］−飽和水蒸気流量ＧＨ２０ｍａｘ，ＥＧＲ／Ｃ［ｇ／ｓ］  ・・・（９）
【００６０】
続いて、ステップＳ１４０で算出した予測値ａについて、ａ＞０が成立するか否かが判定される（ステップＳ１４４）。その結果、ａ＞０が成立すると判定された場合（“ＹＥＳ”の場合）は、モジュール３４で除湿をしないとインタークーラ２４での冷却に伴い凝縮水が発生すると予測できるので、ステップＳ１４６に進む。そうでないと判定された場合（“ＮＯ”の場合）は、モジュール３４で除湿をしなくてもインタークーラ２４での冷却に伴い凝縮水は発生しないと予測できるので、ステップＳ１４８に進む。
【００６１】
ステップＳ１４６では、ステップＳ１４０で算出した予測値ａについて、ａ＞ｄが成立するか否かが判定される。本ステップにおいて予測値ａと比較されるのは、モジュール３６の分離限界値ｄであり、具体的には次式（１０）に基づいて設定されている。
分離限界値ｄ［ｇ／ｓ］
＝透過係数ＰＨ２０，ＥＧＲ［ｇ／（ｓ・ｍ・ｋＰａ）］×膜面積ＡＥＧＲ［ｍ２］×水蒸気分圧の最大差圧ΔＰＨ２０ｍａｘ，ＥＧＲ［ｋＰａ］／膜厚δＥＧＲ［ｍ］  ・・・（１０）
なお、式（１０）における透過係数ＰＨ２０，ＥＧＲは、図２で説明した管状膜４８に固有の係数である。また、膜面積ＡＥＧＲおよび膜厚δＥＧＲは、管状膜４８の膜面積と膜厚にそれぞれ相当している。また、最大差圧ΔＰＨ２０ｍａｘ，ＥＧＲは、減圧ポンプ４４から送り出すガス量を最大としたときに、管状膜４８で隔てられた２つの空間に生じる水蒸気分圧差に相当している。
【００６２】
ステップＳ１４６においてａ＞ｄが成立すると判定された場合（“ＹＥＳ”の場合）は、モジュール３４，３６の両方で除湿が必要と予測できるので、ステップＳ１５０に進み、モジュール３６での水蒸気の目標分離量を分離限界値ｄと等しい値に設定し、モジュール３４での水蒸気の目標分離量を予測値ａと分離限界値ｄの差に等しい値に設定する。そうでないと判定された場合（“ＮＯ”の場合）は、モジュール３６で除湿してしまえば、モジュール３４で除湿をしなくてもインタークーラ２４での冷却に伴い凝縮水は発生しないと予測できるので、ステップＳ１５２に進む。
【００６３】
ステップＳ１５２では、ステップＳ１４０で算出した予測値ａとステップＳ１４２で算出した予測値ｂについて、ａ＞ｂが成立するか否かが判定される。その結果、ａ＞ｂが成立すると判定された場合（“ＹＥＳ”の場合）は、モジュール３６で予め多めに除湿しておけばインタークーラ２４での冷却に伴い凝縮水は発生しないと予測できるので、ステップＳ１５４に進み、モジュール３６での水蒸気の目標分離量を予測値ａと等しい値に設定すると共に、モジュール３４での水蒸気の目標分離量をゼロに設定する。そうでないと判定された場合（“ＮＯ”の場合）は、ステップＳ１５６に進み、モジュール３６での水蒸気の目標分離量を予測値ｂと等しい値に設定すると共に、モジュール３４での水蒸気の目標分離量をゼロに設定する。
【００６４】
ステップＳ１４８では、ステップＳ１４２で算出した予測値ｂについて、ｂ＞０が成立するか否かが判定される。その結果、ｂ＞０が成立すると判定された場合（“ＹＥＳ”の場合）は、モジュール３６で除湿をしないとＥＧＲクーラ３２での冷却に伴い凝縮水が発生すると予測できるので、ステップＳ１５８に進み、モジュール３６での水蒸気の目標分離量を予測値ｂと等しい値に設定すると共に、モジュール３４での水蒸気の目標分離量をゼロに設定する。そうでないと判定された場合（“ＮＯ”の場合）は、モジュール３６で除湿をしなくてもＥＧＲクーラ３２での冷却に伴い凝縮水は発生しないと予測できるので、ステップＳ１６０に進み、モジュール３４，３６の両方での水蒸気の目標分離量をゼロに設定する。
【００６５】
図１０に戻り、ステップＳ１１６〜Ｓ１２０では、吸気通路１２にＥＧＲガスの導入がない場合の各モジュールでの水蒸気の目標分離量が算出される。具体的に、ステップＳ１１６では、ＥＧＲガス用のモジュール、つまり、モジュール３６での水蒸気の目標分離量がゼロに設定される。この理由は単純で、ＥＧＲガスの導入がないからである。続いて、ステップＳ１１８では、飽和水蒸気流量ＧＨ２０ｍａｘ，Ｉ／Ｃが算出される。本ステップの処理はステップＳ１１０の処理と同じである。続いて、ステップＳ１２０では、新気用のモジュール、つまり、モジュール３４での水蒸気の目標分離量が、ステップＳ１０４で算出された水蒸気流量ＧＨ２０，Ｉ／Ｃ、および、ステップＳ１１８で算出された飽和水蒸気流量ＧＨ２０ｍａｘ，Ｉ／Ｃを次式（１１）に代入することで算出される（ステップＳ１２０）。
モジュール３４での水蒸気の目標分離量
＝ＧＨ２０，Ｉ／Ｃ［ｇ／ｓ］−ＧＨ２０ｍａｘ，Ｉ／Ｃ［ｇ／ｓ］  ・・・（１１）
【００６６】
ステップＳ１１４またはステップＳ１２０に続いて、各モジュールでの目標水蒸気分圧差が算出される（ステップＳ１２２）。本ステップにおいてＥＣＵ７０は、ＥＧＲガスの導入がある場合はステップＳ１１４で算出された目標分離量を次式（１２），（１３）に代入して、各モジュールでの目標水蒸気分圧差を算出する。ＥＧＲガスの導入がない場合、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１２０で算出された目標分離量を次式（１２）に代入して、モジュール３４での目標水蒸気分圧差を算出する。
モジュール３４での目標水蒸気分圧差［ｋＰａ］
＝モジュール３４での水蒸気の目標分離量［ｇ／ｓ］×膜厚δａｉｒ［ｍ］／透過係数ＰＨ２０，ａｉｒ［ｇ／（ｓ・ｍ・ｋＰａ）］／膜面積Ａａｉｒ［ｍ２］  ・・・（１２）
モジュール３６での目標水蒸気分圧差［ｋＰａ］
＝モジュール３６での水蒸気の目標分離量［ｇ／ｓ］×膜厚δＥＧＲ［ｍ］／透過係数ＰＨ２０，ＥＧＲ［ｇ／（ｓ・ｍ・ｋＰａ）］／膜面積ＡＥＧＲ［ｍ２］  ・・・（１３）
なお、式（１２）における透過係数ＰＨ２０，ａｉｒは式（１３）における透過係数ＰＨ２０，ＥＧＲと同一の値である。また、式（１２）における膜厚δａｉｒおよび膜面積Ａａｉｒは、式（１３）における膜面積ＡＥＧＲおよび膜厚δＥＧＲとそれぞれ同一の値である。
【００６７】
続いて、各モジュールでの目標減圧量が算出される（ステップＳ１２４）。本ステップにおいてＥＣＵ７０は、ステップＳ１２２で算出された各モジュールでの目標水蒸気分圧差などを次式（１４），（１５）に代入して、各モジュールでの目標減圧量を算出する。
モジュール３４での目標減圧量［ｋＰａ］
＝モジュール３４での目標水蒸気分圧差［ｋＰａ］−大気圧力Ｐ０［ｋＰａ］×大気湿度ＲＨ  ・・・（１４）
モジュール３６での目標減圧量［ｋＰａ］
＝モジュール３６での目標水蒸気分圧差［ｋＰａ］−ＥＧＲ／Ｃ前圧力ＰＥＧＲ／Ｃｉｎ［ｋＰａ］×ＥＧＲガス中の水蒸気の割合  ・・・（１５）
なお、式（１５）中のＥＧＲガス中の水蒸気の割合は、式（３）から算出される。
【００６８】
続いて、各制御バルブの開度が調整される（ステップＳ１２６）。本ステップにおいてＥＣＵ７０は、ステップＳ１２４で算出された各モジュールでの目標減圧量に到達するまで、制御バルブ６０，６２の開度をフィードバック制御によって調整する。
【００６９】
以上、図１０乃至図１１に示したルーチンによれば、インタークーラ２４の下流におけるガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧が、Ｉ／Ｃ前温度ＴＩ／Ｃｉｎでの飽和水蒸気圧よりも高い場合に、当該ガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧を、Ｉ／Ｃ前温度ＴＩ／Ｃｉｎでの飽和水蒸気圧と等しくすることができる。Ｉ／Ｃ後温度ＴＩ／ＣｏｕｔはＩ／Ｃ前温度ＴＩ／Ｃｉｎよりも低いので、Ｉ／Ｃ後温度ＴＩ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧はＩ／Ｃ前温度ＴＩ／Ｃｉｎでの飽和水蒸気圧よりも低くなる。従って、インタークーラ２４の下流におけるガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧をＩ／Ｃ前温度ＴＩ／Ｃｉｎでの飽和水蒸気圧と等しくすることができる図１０乃至図１１に示したルーチンによれば、当該ガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧を、Ｉ／Ｃ後温度ＴＩ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧と実質的に等しくすることができる。従って、インタークーラ２４での冷却に伴う凝縮水の発生を抑えつつ、ＮＯｘの発生量の増大を抑えることができる。
【００７０】
なお、図１０乃至図１１に示したルーチンにおいて、式（６）中のＩ／Ｃ前圧力ＰＩ／ＣｉｎをＩ／Ｃ後圧力ＰＩ／Ｃｏｕｔに置き換えた場合には、インタークーラ２４の下流におけるガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧がＩ／Ｃ後温度ＴＩ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧よりも高い場合に、当該ガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧をＩ／Ｃ後温度ＴＩ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧と等しくすることができる。
【００７１】
また、図１０乃至図１１に示したルーチンによれば、インタークーラ２４の下流におけるガス（新気または混合ガス）中の水蒸気分圧がＩ／Ｃ前温度ＴＩ／Ｃｉｎでの飽和水蒸気圧以下の場合であっても、ＥＧＲクーラ３２の下流におけるＥＧＲガス中の水蒸気分圧がＥＧＲ／Ｃ前温度ＴＥＧＲ／Ｃｉｎでの飽和水蒸気圧よりも高いときには、当該ＥＧＲガス中の水蒸気分圧を、ＥＧＲ／Ｃ前温度ＴＥＧＲ／Ｃｉｎでの飽和水蒸気圧と等しくすることができる。ＥＧＲ／Ｃ後温度ＴＥＧＲ／ＣｏｕｔはＥＧＲ／Ｃ前温度ＴＥＧＲ／Ｃｉｎよりも低いので、ＥＧＲ／Ｃ後温度ＴＥＧＲ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧はＥＧＲ／Ｃ前温度ＴＥＧＲ／Ｃｉｎでの飽和水蒸気圧よりも低くなる。従って、ＥＧＲクーラ３２の下流におけるＥＧＲガス中の水蒸気分圧を、ＥＧＲ／Ｃ前温度ＴＥＧＲ／Ｃｉｎでの飽和水蒸気圧と等しくすることのできる図１０乃至図１１に示したルーチンによれば、当該ＥＧＲガス中の水蒸気分圧を、ＥＧＲ／Ｃ後温度ＴＥＧＲ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧と実質的に等しくすることができる。従って、ＥＧＲクーラ３２での冷却に伴う凝縮水の発生を抑えることもできる。
【００７２】
なお、図１０乃至図１１に示したルーチンにおいて、式（７）中のＥＧＲ／Ｃ前圧力ＰＥＧＲ／ＣｉｎをＥＧＲ／Ｃ後圧力ＰＥＧＲ／Ｃｏｕｔに置き換えた場合には、ＥＧＲクーラ３２の下流におけるＥＧＲガス中の水蒸気分圧がＥＧＲ／Ｃ後温度ＴＥＧＲ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧よりも高い場合に、当該水蒸気分圧をＥＧＲ／Ｃ後温度ＴＥＧＲ／Ｃｏｕｔでの飽和水蒸気圧と等しくすることができる。
【００７３】
なお、上記実施の形態２においては、ＥＣＵ７０が図１０乃至図１１のルーチンの処理を実行することにより、本発明の「減圧量調整部」が実現されている。
【００７４】
［各モジュールでの水蒸気の目標分離量の他の算出例］
ところで、上記実施の形態２では、図１１に示したルーチンにおいて、予測値ａ，ｂにモジュール３６の分離限界値ｄを組み合わせてモジュール３４，３６での水蒸気の目標分離量を算出した。しかし、分離限界値ｄの代わりにモジュール３４の分離限界値ｃを使用してモジュール３４，３６での水蒸気の目標分離量を算出してもよい。図１２は、分離限界値ｃを使用してモジュール３４，３６での水蒸気の目標分離量を算出する場合において、ＥＣＵ７０により実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【００７５】
図１２に示すステップＳ１６２〜Ｓ１６６およびステップＳ１７０，Ｓ１７４〜Ｓ１８２の処理は、図１１に示したステップＳ１４０〜Ｓ１４４およびステップＳ１４８，Ｓ１５２〜Ｓ１６０の処理と同じである。図１１と図１２の処理における第１の違いは、ステップＳ１６８において予測値ａと比較されるのが分離限界値ｃである点である。分離限界値ｃは具体的には次式（１６）に基づいて設定されている。
分離限界値ｃ［ｇ／ｓ］
＝透過係数ＰＨ２０，ａｉｒ［ｇ／（ｓ・ｍ・ｋＰａ）］×膜面積Ａａｉｒ［ｍ２］×水蒸気分圧の最大差圧ΔＰＨ２０ｍａｘ，ａｉｒ［ｋＰａ］／膜厚δａｉｒ［ｍ］  ・・・（１６）
なお、式（１６）における最大差圧ΔＰＨ２０ｍａｘ，ａｉｒは、減圧ポンプ４０から送り出すガス量を最大としたときに、管状膜４８で隔てられた２つの空間に生じる水蒸気分圧差に相当している。
【００７６】
図１１と図１２の処理における第２の違いは、ステップＳ１６８においてａ＞ｃが成立すると判定された場合（“ＹＥＳ”の場合）に、モジュール３４での水蒸気の目標分離量を分離限界値ｃと等しい値に設定し、モジュール３６での水蒸気の目標分離量を予測値ａと分離限界値ｃの差に等しい値に設定する点である。
【００７７】
以上説明したように、分離限界値ｄの代わりに、予測値ａ，ｂにモジュール３６の分離限界値ｃを組み合わせてモジュール３４，３６での水蒸気の目標分離量を算出することもできる。図１１に示したルーチンによれば、モジュール３６で最大限除湿しつつモジュール３４で不足分を補うことができる。図１２に示したルーチンによれば、モジュール３４で最大限除湿しつつモジュール３６で不足分を補うことができる。
【００７８】
更に言うと、分離限界値ｃ，ｄを組み合わせてモジュール３４，３６での水蒸気の目標分離量を算出することもできる。図１１（または図１２）に示したルーチンに従って処理した場合には、モジュール３６（図１２に示したルーチンではモジュール３４）において最大限の除湿を行うケースが発生する（図１１のステップＳ１５０または図１２のステップＳ１７２参照）。水蒸気分離は減圧ポンプ４０，４４の駆動を伴うことから、モジュール３６（図１２に示したルーチンではモジュール３４）において最大限の除湿を行うことは、消費エネルギの増大に繋がり望ましくない。この点、モジュール３４，３６の構成は同一であることから、分離限界値ｃ，ｄを組み合わせ、図１１のステップＳ１４０で算出した予測値ａと、ステップＳ１４２で算出した予測値ｂとを足し合わせた予測値ａ＋ｂを、モジュール３４，３６で均等に分担するように目標分離量を算出すれば、減圧ポンプ４０，４４の駆動エネルギの総和を最小とした除湿を行うことが可能となる。
【００７９】
［内燃機関の他の構成例を適用した場合におけるモジュールでの水蒸気の目標分離量の算出例］
上記実施の形態２のバルブ制御を上記実施の形態１で述べた非ＥＧＲ−過給システムに適用する場合には、図８の構成からＥＧＲ通路２８、ＥＧＲクーラ３２、モジュール３６、温度センサ７８，８０、圧力センサ７９等を除いた上で、吸気通路１２にＥＧＲガスの導入がない場合と同様の処理をすればよい。具体的には、図１１のステップＳ１０６の処理をスキップして、ステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理と、ステップＳ１１６〜Ｓ１２０の処理とを行って、モジュール３４での水蒸気の目標分離量を算出すればよい。
【００８０】
上記実施の形態２のバルブ制御を上記実施の形態１で述べた非過給−ＥＧＲシステムに適用する場合には、機関構成に応じてモジュールでの水蒸気の目標分離量を算出すればよい。具体的に、モジュール３４，３６を備える機関構成の場合は、図８の構成から過給機１８、インタークーラ２４、温度センサ７５，７７、圧力センサ７６等を除いた上で、図１０乃至図１１の処理において、インタークーラ２４での冷却に関する処理をスキップ等すればよい。具体的には、図１０のステップＳ１１６，Ｓ１１８，Ｓ１２０、および、図１１のステップＳ１４０をスキップし、尚且つ、図１１のステップＳ１４４，Ｓ１４６，Ｓ１５０の処理において予測値ａを予測値ｂに置き換えた処理を行えばよい。また、予測値ａを予測値ｂに置換した後にステップＳ１４６において、ｂ＜ｄが成立すると判定された場合（“ＮＯ”の場合）に、モジュール３６での水蒸気の目標分離量を分離限界値ｄと等しい値に設定すると共に、モジュール３４での水蒸気の目標分離量をゼロに設定すればよい。
一方、モジュール３６のみを備える機関構成の場合は、図８の構成から過給機１８、インタークーラ２４、モジュール３４、温度センサ７５，７７、圧力センサ７６等を除いた上で、図１０乃至図１１の処理において、インタークーラ２４での冷却に関する処理と、モジュール３４の目標分離量の算出に関する処理とをスキップ等すればよい。具体的には、図１０のステップＳ１１６，Ｓ１１８，Ｓ１２０をキャンセルすると共に、図１１のステップＳ１４２以外の処理をキャンセルし、吸気通路１２にＥＧＲガスの導入がある場合（ステップＳ１０６の判定が“ＹＥＳ”の場合）には、図１１のステップＳ１４２で算出した予測値ｂをモジュール３６での水蒸気の目標分離量として設定し、そうでない場合（ステップＳ１０６の判定が“ＮＯ”の場合）には、モジュール３６での水蒸気の目標分離量をゼロに設定すればよい。
【符号の説明】
【００８１】
１，２  内燃機関
１０  エンジン本体
１２  吸気通路
１４  排気通路
１８  過給機
１８ａ  コンプレッサ
１８ｂ  タービン
２２  サージタンク
２４  インタークーラ
２８  ＥＧＲ通路
３２  ＥＧＲクーラ
３４，３６  水蒸気分離膜モジュール
３８，４２  吸引通路
４０，４４  減圧ポンプ
４６，５２  ハウジング
４８  管状膜
４８ａ  内壁面
４８ｂ  外壁面
５０，５６  排出口
５４  供給口
６０，６２  制御バルブ
７０  ＥＣＵ
７１  エアフローメータ
７２，７５，７７，７８，８０  温度センサ
７３，７６，７９  圧力センサ
７４  湿度センサ
【図１】
0006315023.tif 000002
【図２】
0006315023.tif 000003
【図３】
0006315023.tif 000004
【図４】
0006315023.tif 000005
【図５】
0006315023.tif 000006
【図６】
0006315023.tif 000007
【図７】
0006315023.tif 000008
【図８】
0006315023.tif 000009
【図９】
0006315023.tif 000010
【図１０】
0006315023.tif 000011
【図１１】
0006315023.tif 000012
【図１２】
0006315023.tif 000013