JP2014074357A

JP2014074357A - エンジンの凝縮水排出装置

Info

Publication number: JP2014074357A
Application number: JP2012221904A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Isobe; 雄輔磯部; Hiroyuki Kimura; 洋之木村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2014-04-24
Anticipated expiration: 2032-10-04
Also published as: JP6019479B2

Abstract

【課題】開閉弁の開閉状態を制御することで車両の減速時に生じるエンジンへの負圧を利用してバイパス通路内の気泡を取り除きつつ、凝縮水を吸気用通路へ排出することを可能とする。
【解決手段】凝縮水貯蔵タンク２３と、凝縮水貯蔵タンク２３とインテークマニホールド４１の近傍とを連通するバイパス通路２４と、バイパス通路２４の凝縮水貯蔵タンク２３側の端部に設けられた第１開閉弁２５と、バイパス通路２３のインテークマニホールド４１側の端部に設けられた第２開閉弁２６と、高圧スロットルバルブ２８と、車両の加減速状態に応じて、第１開閉弁２５、第２開閉弁２６及び高圧スロットルバルブ２８の開閉状態を制御するＥＣＵ４２とを備えるエンジンの凝縮水排出装置を提供することで、凝縮水を吸気用通路へ排出することを可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの凝縮水排出装置に関する。

低圧ＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排ガス再循環装置）を備える内燃機関では、低圧ＥＧＲから出てきたＥＧＲガスがインタークーラを通過する際、ガス中の水分が凝縮し、凝縮水が生成される。この凝縮水は吸気用通路の閉塞を引き起こす恐れがある。

そのため、従来は凝縮水を車外へ排出していたが、凝縮水は排ガス由来であり、環境面への悪影響が懸念されていた。しかし、凝縮水を車外へ排出せずに長時間溜めておくと、部品が腐食する可能性が出てきてしまう。

下記特許文献１，２には、エンジン運転中に、インタークーラに蓄積するオイルを、バイパス通路を用いてエンジン近傍の吸気用通路へ排出し、エンジン内で蒸発させる旨が記載されており、この技術を応用すれば凝縮水も同様に蒸発させることができ、上述のような問題を解決することが可能である。

特開平８−１００６６１号公報特開２００５−２２６４７６号公報

ところが上述の方法では、エンジンがインタークーラよりも上方にある場合、バイパス通路内の凝縮水は下方から上方に向けて流れなければならないため、バイパス通路に気泡が含まれていると、バイパス通路に差圧をかけても凝縮水が排出できない恐れがある。

さらに上述の方法では、エンジンの運転状態に関わらず凝縮水が排出される場合も考えられ、例えば加速中にエンジンへ凝縮水が排出されると、エンジンの燃焼が不安定になるなど、悪影響を及ぼす可能性がある。

そこで本発明では、バイパス通路の両端にＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＵｎｉｔ：電子制御装置）で制御可能な開閉弁を設置し、開閉弁の開閉状態を制御することで車両の減速時に生じるエンジンへの負圧を利用してバイパス通路内の気泡を取り除きつつ、凝縮水を吸気用通路へ排出することが可能なエンジンの凝縮水排出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置は、
吸気用通路において、インタークーラの下流側に設けられる凝縮水貯蔵タンクと、
前記凝縮水貯蔵タンクとインテークマニホールドの近傍とを連通するバイパス通路と、
前記バイパス通路の前記凝縮水貯蔵タンク側の端部に設けられた第１開閉弁と、
前記バイパス通路の前記インテークマニホールド側の端部に設けられた第２開閉弁と、
前記吸気用通路において、前記凝縮水貯蔵タンクよりも下流側に設けられているスロットルバルブと、
車両の加減速状態に応じて、前記第１開閉弁、前記第２開閉弁及び前記スロットルバルブの開閉状態を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、車両減速時に、前記凝縮水貯蔵タンクの凝縮水が前記バイパス通路を介して前記吸気用通路に排出されるよう前記第１開閉弁、前記第２開閉弁および前記スロットルバルブを制御することを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置は、
上記第１の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置において、
前記制御手段は、
車両減速時に、前記第１開閉弁を閉状態且つ前記第２開閉弁を開状態且つ前記スロットルバルブを閉状態とすることで、前記バイパス通路内を負圧とし、前記減速終了後、前記第１開閉弁を開状態且つ前記第２開閉弁を閉状態とすることで、前記凝縮水貯蔵タンクに溜まった凝縮水を前記バイパス通路内へ導入し、次の車両減速時に、前記第１開閉弁を開状態且つ前記第２開閉弁を開状態且つ前記スロットルバルブを閉状態とすることで、前記バイパス通路内の前記凝縮水を前記吸気用通路へ排出するよう制御することを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置は、
上記第１または第２の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置において、
前記吸気用通路のターボチャージャの上流側へ、排気用通路の当該ターボチャージャの下流側から、排ガスを送り込む排ガス再循環装置をさらに備えることを特徴とする。

上記第１の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置によれば、バイパス通路の第１開閉弁、第２開閉弁およびスロットルバルブの開閉状態を車両の加減速状態に応じて適宜制御することができるので、車両の減速時に生じるエンジンの負圧を利用して凝縮水貯蔵タンクに溜まった凝縮水を、吸気用通路のインテークマニホールド近傍へ排出することができる。また、凝縮水は、車両の減速時に排出されるのでエンジンへの影響を抑制することができる。

上記第２の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置によれば、車両の減速時に、バイパス通路内を負圧状態とした後に、凝縮水貯蔵タンクに溜まった凝縮水をバイパス通路内に吸引することにより、凝縮水に含まれる気泡を事前に取り除くことができる。そして、凝縮水の気泡を取り除いた状態で、車両の減速時の負圧を利用して吸気用通路へ凝縮水を排出することができるので、凝縮水の排出をよりスムーズかつ確実に行うことができる。

上記第３の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置によれば、排ガス再循環装置を用いた場合、凝縮水は排ガス由来となるため、車外へ排出してしまうと環境面への悪影響が懸念される。しかし、凝縮水を車外へ排出せずに内燃機関内に長時間溜めておくと部品が腐食する可能性がある。ところが本装置においては、凝縮水をエンジン内で蒸発させるため、これらの問題は解決される。よって本装置の効果がより顕著に発揮されることになる。

本発明の実施例１に係るエンジンの凝縮水排出装置を備えた内燃機関の概略図である。本発明の実施例１に係るエンジンの凝縮水排出装置の作動を説明するフローチャートである。

以下、本発明に係るエンジンの凝縮水排出装置を実施例にて図面を用いて説明する。

本発明の実施例１に係るエンジンの凝縮水排出装置について図１を用いて詳述する。図１はＥＧＲを備えた内燃機関の概略図である。当該内燃機関は、吸気用通路１２、排気用通路１３、触媒１４、エンジン１５、ターボチャージャ２１、インタークーラ２２、凝縮水貯蔵タンク２３、バイパス通路２４、第１開閉弁２５、第２開閉弁２６、高圧ＥＧＲ２７、高圧スロットルバルブ２８、低圧ＥＧＲ３０、低圧スロットルバルブ３１、インテークマニホールド４１及びＥＣＵ４２を備える。

上述のターボチャージャ２１は、吸気用通路１２内の空気を圧縮し、充填効率を高めるものであり、吸気用通路１２と排気用通路１３とを跨ぐように設けられており、吸気用通路１２側にはコンプレッサを、排気用通路１３側にはタービンをそれぞれ有する（図示略）ものである。

上述のインタークーラ２２は、ターボチャージャ２１から送られてきた吸気を冷却し、充填効率をさらに高めるためのものであり、吸気用通路１２においてターボチャージャ２１よりも下流側に設けられている。

上述の凝縮水貯蔵タンク２３は、吸気がインタークーラ２２を通過することにより発生する凝縮水を貯蔵するものであり、吸気用通路１２において、インタークーラ２２の下流側に設けられている。尚、凝縮水は仮に低圧ＥＧＲ３０を備えなくとも発生するものであるが、特に低圧ＥＧＲ３０を備える場合に凝縮水は排ガス由来のものとなり、各部品に悪影響を及ぼす可能性がある。

上述のバイパス通路２４は、凝縮水貯蔵タンク２３から凝縮水を排出するための通路であり、凝縮水貯蔵タンク２３と、インテークマニホールド４１の近傍とを連通している。

上述の第１開閉弁２５は、バイパス通路２４の凝縮水貯蔵タンク２３側の端部に設けられた弁であり、ＥＣＵ４２により開閉自在となっている。

上述の第２開閉弁２６は、バイパス通路２４の凝縮水貯蔵タンク２３側の端部に設けられた弁であり、第１開閉弁２５同様、ＥＣＵ４２により開閉自在となっている。

上述の高圧ＥＧＲ２７は、吸気用通路１２の、インタークーラ２２とエンジン１５との間へ、排気用通路１３の、エンジン１５とターボチャージャ２１との間から、排ガスを送り込むＥＧＲである。この高圧ＥＧＲ２７の、吸気用通路１２との合流部分には、排ガス再循環量をコントロールする高圧ＥＧＲバルブ２９が設けられており、この高圧ＥＧＲバルブ２９が、吸気用通路１２において、高圧スロットルバルブ２８よりも下流側に位置するように配置されている。

上述の高圧スロットルバルブ２８は、吸気の吸い込み量を調節する絞り弁であり、吸気用通路１２において、凝縮水貯蔵タンク２３の下流側に設けられている。

上述の低圧ＥＧＲ３０は、吸気用通路１２のターボチャージャ２１の上流側へ、排気用通路１３のターボチャージャ２１と触媒１４の下流側から、排ガスを送り込むＥＧＲである。尚、触媒１４とは、排気用通路１３に設けられた排ガス成分を清浄化するフィルタである。この低圧ＥＧＲ３０には、内部を通過する空気を冷却するＥＧＲクーラ３３が設けられ、吸気用通路１２との合流部分に排ガス再循環量をコントロールする低圧ＥＧＲバルブ３２が設けられている。

上述の低圧スロットルバルブ３１は、吸気の吸い込み量を調節する絞り弁であり、吸気用通路１２において、低圧ＥＧＲバルブ３２の上流側に設けられている。

上述のＥＣＵ４２は、車両のアクセル開度から加減速状態を判断し、加減速状態に応じて、第１開閉弁２５、第２開閉弁２６及び高圧スロットルバルブ２８の開閉を行い、凝縮水貯蔵タンク２３に溜まった凝縮水が、インテークマニホールド４１の近傍へ排出されるようにする。但し、システムの搭載レイアウト上、エンジン１５側の方がインタークーラ２２側よりも上方にある場合、バイパス通路２４内の凝縮水は下方から上方に向けて流れなければならないため、バイパス通路２４に気泡が含まれていると、バイパス通路２４に差圧をかけても凝縮水が排出できない恐れがある。そこで、気泡を含んでいない凝縮水をバイパス通路２４に導入する。尚、上述の加減速状態の判断については、アクセルＯＦＦ（全閉）を減速時、アクセルＯＮを減速解除（終了）と判断するものとする。

以下、ＥＣＵ４２の作動を、図２に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１では、第１開閉弁２５及び第２開閉弁２６が閉じた状態であることを確認する。当該開閉弁は、通常閉じた状態に維持されている。

ステップＳ２では、アクセル開度からアクセルのＯＮ／ＯＦＦを検出し、アクセルＯＦＦか否か、即ち車両が減速中であるか否かを判断する。アクセルＯＦＦで車両が減速中であればステップＳ３へ移行し、減速中でなければ本ステップＳ２を繰り返す。

ステップＳ３では、第２開閉弁２６を開ける。その後、高圧スロットルバルブ２８を閉じる。本ステップＳ３により、エンジン１５の回転を利用して、バイパス通路２４内を負圧にすることができる。

ステップＳ４では、再び車両が減速中か否かを判断する。ここでは、車両の減速状態が終了したかどうか判断している。減速中でない、即ち減速状態が終了していれば、ステップＳ５へ移行し、まだ減速中であれば減速終了まで本ステップＳ４を繰り返す。

ステップＳ５では、減速終了後、第２開閉弁２６を閉じる。その後、高圧スロットルバルブ２８が閉じた状態を解除する。

ステップＳ６では、減速時間がｔ₁秒以上であったか否かを判断する。ｔ₁秒以上であればステップＳ７へ移行し、ｔ₁秒未満であればステップＳ１へ移行する。尚、ｔ₁はキャリブレーションにより決定する。本ステップＳ６を行う理由は、減速時間が一定時間以上でないと、バイパス通路２４の負圧が不十分となり、凝縮水中の気泡を十分に取り除くことができないためである。

ステップＳ７では、凝縮水生成量が０より大きいか否かを判断する。０より大きければステップＳ８へ移行し、０であればステップＳ１へ移行する。尚、凝縮水生成量は予め備えられたマップ（データ）から積算するか、または専用センサを取り付け実測する。

ステップＳ８では、第１開閉弁２５を開ける。

ステップＳ９では、ステップＳ８終了後、ＥＣＵ４２に内蔵されたタイマによる計測を行い、所定時間ｔ₂秒経過したか否かを判断する。経過していればステップＳ１０へ移行し、経過していなければ本ステップＳ９を繰り返す。尚、所定時間ｔ₂は凝縮水を吸引するために十分な時間とし、キャリブレーションにより決定する。

上記ステップＳ８，Ｓ９により、バイパス通路２４が負圧になっているため、凝縮水貯蔵タンク２３内の凝縮水がバイパス通路２４内に吸引されると共に、気泡が取り除かれる。

ステップＳ１０では、第１開閉弁２５を閉じる。

ステップＳ１１では、車両が減速中であるか否かを判断する。アクセルＯＦＦで車両が減速中であればステップＳ１２へ移行し、減速中でなければ本ステップＳ１１を繰り返す。

ステップＳ１２では、第１開閉弁２５及び第２開閉弁２６を開ける。その後、高圧スロットルバルブ２８を閉じる。本ステップＳ１２により、バイパス通路２４に発生した差圧によって、凝縮水がバイパス通路２４から、インテークマニホールド４１の近傍へ排出される。

ステップＳ１３では、車両の減速状態が終了したか否かを判断する。減速状態が終了していればステップＳ１４へ移行し、まだ減速中であれば、減速終了まで本ステップＳ１３を繰り返す。

ステップＳ１４では、高圧スロットルバルブ２８の閉じた状態を解除する。また、ステップＳ７において凝縮水生成量のマップを用いて積算している場合は、積算された凝縮水生成量の値を０にリセットする。

ステップＳ１５では、第１開閉弁２５及び第２開閉弁２６を閉じる。その後、ステップＳ１へ戻る。

即ち、ＥＣＵ４２は、バイパス通路２４を負圧状態にした後、凝縮水貯蔵タンク２３から凝縮水を吸引することにより、バイパス通路２４に導入した凝縮水に含まれる気泡を取り除き、その後、高圧スロットルバルブ２８を絞ることにより、バイパス通路２４の凝縮水を吸気用通路１２のインテークマニホールド４１の近傍へ排出する制御を行うものである。排出された凝縮水はエンジン１５内で加熱され、蒸発する。

尚、上述では、実施例１に係るエンジンの凝縮水排出装置に高圧ＥＧＲ２７及び低圧ＥＧＲ３０を備えるものとしているが、高圧ＥＧＲ２７及び低圧ＥＧＲ３０は必須の構成要件ではない。即ち、先に述べたように、ＥＧＲを設けていない内燃機関においても凝縮水貯蔵タンク２３に凝縮水が溜まることが考えられ、その場合も上述の本装置の作動の効果が発揮される。但し、低圧ＥＧＲ３０を設けている内燃機関においては、排ガスを再利用していることから凝縮水が酸性になる可能性が高く、本装置の効果がより顕著に発揮される。

以上、実施例１に係るエンジンの凝縮水排出装置について詳述したが、換言すれば本装置は、吸気用通路１２において、インタークーラ２２の下流側に設けられる凝縮水貯蔵タンク２３と、凝縮水貯蔵タンク２３とインテークマニホールド４１の近傍とを連通するバイパス通路２４と、バイパス通路２４の凝縮水貯蔵タンク２３側の端部に設けられた第１開閉弁２５と、バイパス通路２３のインテークマニホールド４１側の端部に設けられた第２開閉弁２６と、吸気用通路１２において、凝縮水貯蔵タンク２３よりも下流側に設けられている高圧スロットルバルブ２８と、車両の加減速状態に応じて、第１開閉弁２５、第２開閉弁２６及び高圧スロットルバルブ２８の開閉状態を制御するＥＣＵ４２とを備え、ＥＣＵ４２は、車両減速時に、凝縮水貯蔵タンク２３の凝縮水がバイパス通路２４を介して吸気用通路１２に排出されるよう第１開閉弁２５、第２開閉弁２６および高圧スロットルバルブ２８を制御するものである。

これにより、バイパス通路２４の第１開閉弁２５、第２開閉弁２６および高圧スロットルバルブ２８の開閉状態を車両の加減速状態に応じて適宜制御することができるので、車両の減速時に生じるエンジン１５の負圧を利用して凝縮水貯蔵タンク２３に溜まった凝縮水を、吸気用通路１２のインテークマニホールド４１近傍へ排出することができる。また、凝縮水は、車両の減速時に排出されるのでエンジン１５への影響を抑制することができる。

また、ＥＣＵ４２は、車両減速時に、第１開閉弁２５を閉状態且つ第２開閉弁２６を開状態且つ高圧スロットルバルブ２８を閉状態とすることで、バイパス通路２４内を負圧とし、減速終了後、第１開閉弁２５を開状態且つ第２開閉弁２６を閉状態とすることで、凝縮水貯蔵タンク２３に溜まった凝縮水をバイパス通路２４内へ導入し、次の車両減速時に、第１開閉弁２５を開状態且つ第２開閉弁２６を開状態且つ高圧スロットルバルブ２８を閉状態とすることで、バイパス通路２４内の凝縮水を吸気用通路１２へ排出するよう制御するものである。

これにより、車両の減速時に、バイパス通路２４内を負圧状態とした後に、凝縮水貯蔵タンク２３に溜まった凝縮水をバイパス通路２４内に吸引することにより、凝縮水に含まれる気泡を事前に取り除くことができる。そして、凝縮水の気泡を取り除いた状態で、車両の減速時の負圧を利用して吸気用通路１２へ凝縮水を排出することができるので、凝縮水の排出をよりスムーズかつ確実に行うことができる。

さらに本装置は、吸気用通路１２のターボチャージャ２１の上流側へ、排気用通路１３のターボチャージャ２１の下流側から、排ガスを送り込む低圧ＥＧＲ３０を備えても良い。

このように低圧ＥＧＲ３０を用いた場合、凝縮水は排ガス由来となるため、車外へ排出してしまうと環境面への悪影響が懸念される。しかし、凝縮水を車外へ排出せずに内燃機関内に長時間溜めておくと部品が腐食する可能性がある。ところが本装置においては、凝縮水をエンジン１５内で蒸発させるため、これらの問題は解決される。よって本装置の効果がより顕著に発揮されることになる。

本発明は、エンジンの凝縮水排出装置として好適である。

１２吸気用通路
１３排気用通路
１４触媒（フィルタ）
１５エンジン
２１ターボチャージャ
２２インタークーラ
２３凝縮水貯蔵タンク
２４バイパス通路
２５第１開閉弁
２６第２開閉弁
２７高圧ＥＧＲ
２８高圧スロットルバルブ
２９高圧ＥＧＲバルブ
３０低圧ＥＧＲ
３１低圧スロットルバルブ
３２低圧ＥＧＲバルブ
３３ＥＧＲクーラ
４１インテークマニホールド
４２ＥＣＵ

Claims

吸気用通路において、インタークーラの下流側に設けられる凝縮水貯蔵タンクと、
前記凝縮水貯蔵タンクとインテークマニホールドの近傍とを連通するバイパス通路と、
前記バイパス通路の前記凝縮水貯蔵タンク側の端部に設けられた第１開閉弁と、
前記バイパス通路の前記インテークマニホールド側の端部に設けられた第２開閉弁と、
前記吸気用通路において、前記凝縮水貯蔵タンクよりも下流側に設けられているスロットルバルブと、
車両の加減速状態に応じて、前記第１開閉弁、前記第２開閉弁及び前記スロットルバルブの開閉状態を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、車両減速時に、前記凝縮水貯蔵タンクの凝縮水が前記バイパス通路を介して前記吸気用通路に排出されるよう前記第１開閉弁、前記第２開閉弁および前記スロットルバルブを制御することを特徴とするエンジンの凝縮水排出装置。
前記制御手段は、
車両減速時に、前記第１開閉弁を閉状態且つ前記第２開閉弁を開状態且つ前記スロットルバルブを閉状態とすることで、前記バイパス通路内を負圧とし、前記減速終了後、前記第１開閉弁を開状態且つ前記第２開閉弁を閉状態とすることで、前記凝縮水貯蔵タンクに溜まった凝縮水を前記バイパス通路内へ導入し、次の車両減速時に、前記第１開閉弁を開状態且つ前記第２開閉弁を開状態且つ前記スロットルバルブを閉状態とすることで、前記バイパス通路内の前記凝縮水を前記吸気用通路へ排出するよう制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの凝縮水排出装置。
前記吸気用通路のターボチャージャの上流側へ、排気用通路の当該ターボチャージャの下流側から、排ガスを送り込む排ガス再循環装置をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの凝縮水排出装置。