JP2017075555A - 内燃機関の凝縮水排出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の運転状況に応じて開閉弁の適切な開閉制御を行ない、効率的な排水を可能とする。
【解決手段】吸気管２０に備えられたインタークーラ２４と、排気の一部をインタークーラ２４の上流側の吸気管２０に還流する低圧排気還流通路４５とを有するエンジン１に設けられた凝縮水排出装置であって、インタークーラ２４を通過した吸気から発生した凝縮水を捕集する凝縮水捕集タンク５２と、凝縮水捕集タンク５２と排気管３０とを連通し、凝縮水捕集タンク５２に捕集されている凝縮水を排気管３０に排出する排水路５０と、排水路５０を開閉する開閉弁５１と、凝縮水捕集タンク５２における凝縮水捕集量を検出（推定）する捕集量推定部７１と、凝縮水捕集量Ｍが閾値Ｍa、Ｍbより大きく、かつ所定の排出許可条件が成立した際に、開閉弁５１の開弁制御を行なうエンジンコントロールユニット７０と、を備え、エンジンコントロールユニット７０は、複数設定した閾値Ｍa、Ｍbに応じて排出許可条件を異なって設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気還流によって吸気通路に発生する凝縮水を排気通路に排水する凝縮水排出装置に関する。

内燃機関の排気浄化装置の一つとして、排気還流装置が知られている。過給機を備えた内燃機関に採用される排気還流装置としては、過給機のタービン上流側の排気通路からコンプレッサ下流側の吸気通路に排気の一部を還流させる高圧排気還流装置と、タービン下流側の排気通路からコンプレッサ上流側の吸気通路に排気の一部を還流させる低圧排気還流装置がある。更に、過給機を備えた内燃機関においては、コンプレッサ下流側の吸気通路に吸気を冷却するインタークーラ等の冷却装置を備えたものが多い。しかし、このように吸気通路にインタークーラを備えるとともに低圧排気還流装置を備えた内燃機関においては、低圧排気還流装置によって吸気通路に還流された排気がインタークーラを通過することで排気中の水分が凝縮して凝縮水が発生し、この凝縮水が吸気とともに内燃機関の燃焼室に進入してしまう虞がある。

そこで、特許文献１では、低圧排気還流装置と吸気通路にインタークーラを備えた内燃機関において、インタークーラの下流側の吸気通路から低圧排気還流装置の排気導入位置よりも下流側の排気通路に凝縮水を排水する排水路を設ける技術が開示されている。更に、特許文献１では、この排水路に開閉弁を設け、排気通路の温度に基づいて開閉弁の開閉制御することで、排水路による凝縮水の排水が終了した際に開閉弁を閉弁し、吸気が排水路を通過して排気通路に流出してしまうことを抑制して、内燃機関の出力低下を抑制することができる。

特開２０１５−１０２０１１号公報

しかしながら、上記特許文献１のように開閉弁の開閉制御をしたとしても、例えば車両加速時や排気通路に設けられた触媒の再生処理実行時には開閉弁の開弁によってこれらの機能に影響を与えてしまう虞がある。また、開閉弁の開弁を抑えると、凝縮水の排出性能が確保できなくなる虞がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、内燃機関の運転状況に応じて開閉弁の適切な開閉制御を行ない、凝縮水の効率的な排水が可能な内燃機関の凝縮水排出装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の内燃機関の凝縮水排出装置は、 吸気通路に備えられた吸気冷却部と、排気の一部を前記吸気冷却部の上流側の前記吸気通路に還流する排気環流部と、を有する内燃機関に設けられた凝縮水排出装置であって、前記吸気冷却部を通過した吸気から発生した凝縮水を捕集する凝縮水捕集部と、前記凝縮水捕集部と前記内燃機関の排気通路とを連通し、前記凝縮水捕集部に捕集されている凝縮水を前記排気通路に排出する排水路と、前記排水路を開閉する開閉弁と、前記凝縮水捕集部における凝縮水捕集量を検出する捕集量検出部と、前記凝縮水捕集量に応じて、前記排気通路から凝縮水を排出するか否かの排出許可条件を変更し、前記排出許可条件が成立した際に、前記開閉弁の開弁制御を行なう制御部と、を備えることを特徴とする。

また、好ましくは、前記制御部は、複数設定された前記凝縮水捕集量の閾値に応じて異なる前記排出許可条件を設定するとよい。
また、好ましくは、前記凝縮水排出装置は、外気温度を検出する外気温度検出部と、前記排水路の両端の圧力差を検出する圧力検出部と、を更に備え、前記排出許可条件は、前記圧力差が所定圧以上であることと前記外気温度が前記凝縮水の凍結温度より高いことである第１の許可条件を少なくとも含むとよい。

また、好ましくは、前記内燃機関は、過給機を有し、前記排出許可条件は、前記過給機の実過給圧と目標過給圧との差が所定値以下である第２の許可条件を更に含むとよい。
また、好ましくは、前記内燃機関は、前記排水路による前記凝縮水の排出位置より下流の前記排気通路に設けられた排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒に流入する排気の温度または空燃比を制御して前記排気浄化触媒を再生処理する触媒再生制御部と、を有し、前記排出許可条件は、前記再生処理が実施していない第３の許可条件を更に含むとよい。

また、好ましくは、前記制御部は、前記外気温度が前記凍結温度より高い所定温度以下では前記第１の許可条件のみを前記排出許可条件とし、前記外気温度が前記所定温度より高い場合には前記第２の許可条件での前記閾値と前記第３の許可条件での前記閾値とを異なる値に設定するとよい。
また、好ましくは、前記制御部は、前記外気温度が前記所定温度より高い場合には、前記第２の許可条件での前記閾値と前記第３の許可条件での前記閾値を、前記外気温度に基づいて連続的に変化させて設定するとよい。

本発明の内燃機関の凝縮水排出装置によれば、吸気冷却部を通過した吸気から発生した凝縮水を凝縮水捕集部から排水路によって排気通路に排出して、凝縮水が内燃機関の燃焼室内に流入することを抑制することができる。
そして、凝縮水捕集量に応じて、開閉弁を開弁させる排出許可条件が変更されるので、凝縮水排出の必要度合いに応じた排出許可条件に設定することができる。例えば凝縮水捕集量が大きくなってきた場合に排出許可条件を低くして凝縮水捕集量の許容以上の増加を抑え、凝縮水捕集量が小さい場合には排出許可条件を高くして開閉弁の開弁に伴う内燃機関の運転への影響を抑制することができ、凝縮水捕集量の増加抑制と内燃機関の運転への影響の抑制とを両立できるような、効率的な排水が可能となる。

本発明の実施形態におけるディーゼルエンジンの吸排気系の概略構成図である。 低圧排気還流通路と排気管との接続部の詳細な構造を示す断面図である。 エンジンコントロールユニットにおいて実行する凝縮水の排出制御の制御要領を示すフローチャートである。 排出許可条件設定制御要領を示すフローチャートである。 排出制御の終了判定制御要領を示すフローチャートである。 凝縮水の排出制御を実行した際の各種フラグ、凝縮水捕集量、凝縮水排出出口温度の推移の一例を示すグラフである。 第１の実施形態における凝縮水捕集量と排出許可条件との関係を示すマップである。 第２の実施形態における凝縮水捕集量と排出許可条件との関係を示すマップである。 第３の実施形態における凝縮水捕集量と排出許可条件との関係を示すマップである。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の排気浄化装置が適用されたディーゼルエンジン（以下、エンジン１という）の吸排気系の概略構成図である。
エンジン１は、走行駆動源として車両に搭載されており、ターボチャージャ２(過給機)を備えた多気筒の筒内直接噴射式エンジン（例えばコモンレール式ディーゼルエンジン）である。詳しくは、エンジン１は、シリンダブロック３の上部にシリンダヘッド４が設けられている。エンジン１の気筒毎にシリンダヘッド４に燃料噴射ノズル５が設けられており、燃料ポンプ６によってコモンレール７に蓄圧された高圧燃料を、当該燃料噴射ノズル５に供給し、任意の噴射時期及び噴射量で当該燃料噴射ノズル５から各気筒の燃焼室８内に噴射可能な構成を成している。

エンジン１の燃焼室８には、インテークポート１０とエキゾーストポート１１とが連通されている。
インテークポート１０には、燃焼室８と当該インテークポート１０との連通と遮断を行うインテークバルブ１２が設けられている。また、エキゾーストポート１１には、燃焼室８と当該エキゾーストポート１１との連通と遮断とを行うエキゾーストバルブ１３が設けられている。

インテークポート１０の上流には、吸入した空気を各気筒に分配するインテークマニフォールド１４が連通するように設けられている。そして、エキゾーストポート１１の下流には、各気筒から排出される排気をまとめるエキゾーストマニフォールド１５が連通するように設けられている。
インテークマニフォールド１４には、吸気通路である吸気管２０が接続され、吸気管２０には、上流側からインテークマニフォールド１４に向かって順番に、新気中のゴミを取り除くエアークリーナ２１と、新気の流量を調整しつつ、後述する低圧排気還流通路４５（排気還流部）により導入される低圧の排気の流量を調整するための電子制御スロットルバルブ２２と、ターボチャージャ２のコンプレッサ２３と、コンプレッサ２３により圧縮され高温となった吸気を冷却するインタークーラ２４（吸気冷却部）と、インタークーラ２４通過後の吸気の流量を調整するための電子制御スロットルバルブ２５が介装されている。

エキゾーストマニフォールド１５の下流の排気通路である排気管３０には、上流側より順番に、ターボチャージャ２のタービン３１、排気中の被酸化成分を酸化する酸化触媒３２と、排気中の黒鉛を主成分とする微粒子状物資を捕集し燃焼させるディーゼルパティキュレートフィルタ３３と、排気中の窒素酸化物（以下、ＮＯx）を捕集、浄化するＮＯxトラップ触媒３４（排気浄化触媒）とが設けられている。なお、酸化触媒３２とディーゼルパティキュレートフィルタ３３は、同一のケーシング内に収納されている。

また、エンジン１のシリンダヘッド４と、エアークリーナ２１と電子制御スロットルバルブ２２との間の吸気管２０との間には、エンジン１のブローバイガスを吸気管２０に戻すブローバイガス通路３５が設けられている。
電子制御スロットルバルブ２５より下流側の吸気管２０と、タービン３１より上流側の排気管３０との間には、排気の一部を吸気へ戻す、即ち高温・高圧の排気を吸気に導入する高圧排気還流通路４０が設けられている。また、高圧排気還流通路４０と吸気管２０との接続部には、高温・高圧の排気が吸気に戻る量を調整する排気還流バルブ４１が設けられている。更に、高圧排気還流通路４０には、インテークマニフォールド１４に導入する排気を冷却する排気還流クーラ４２が設けられている。

また、電子制御スロットルバルブ２２とコンプレッサ２３との間の吸気管２０と、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３とＮＯxトラップ触媒３４との間の排気管３０とを連通する低圧排気還流通路４５が設けられている。低圧排気還流通路４５は、タービン３１、酸化触媒３２及びディーゼルパティキュレートフィルタ３３を通過した低温・低圧の排気の一部を吸気に導入する（還流する）機能を有する。

低圧排気還流通路４５には、還流する排気を冷却する排気還流クーラ４７が設けられている。また、低圧排気還流通路４５と吸気管２０との接続部には、低圧排気還流通路４５を開閉する排気還流バルブ４８が設けられている。
更に、本実施形態では、インタークーラ２４より下流の吸気管２０から排気管３０に凝縮水を排水する凝縮水排出装置を備えている。凝縮水排出装置は、インタークーラ２４と電子制御スロットルバルブ２５との間の吸気管２０と、低圧排気還流通路４５との接続部とＮＯxトラップ触媒３４との間の排気管３０とを接続し、当該吸気管２０から当該排気管３０へ凝縮水を排水する排水路５０を備えている。排水路５０には、電子制御の開閉弁５１が設けられている。吸気管２０と排水路５０との接続部には、凝縮水を貯留可能な凝縮水捕集タンク５２（凝縮水捕集部）が設けられている。

インテークマニフォールド１４には、吸気圧を検出するブーストセンサ５５が設けられている。また、インタークーラ２４と電子制御スロットルバルブ２５との間の吸気管２０には、インタークーラ２４通過後の吸気の圧力を検出する吸気圧センサ５６(圧力検出部)が設けられている。
低圧排気還流通路４５との接続部とＮＯxトラップ触媒３４との間の排気管３０には、排気圧を検出する排気圧センサ５７(圧力検出部)が設けられている。

更に、排水路５０と排気管３０との接続部には、排水路５０の出口温度を検出する出口温度センサ５８が設けられている。
また、エンジン１を搭載した車両には、外気温度Ｔを検出する外気温度センサ５９（外気温度検出部）が備えられている。
そして、ブーストセンサ５５、吸気圧センサ５６（圧力検出部）、排気圧センサ５７、出口温度センサ５８、外気温度センサ５９や図示しないエンジン回転速度センサ、吸気温度センサ、その他排気温度センサ、空燃比センサ等の各種センサと、燃料噴射ノズル５、電子制御スロットルバルブ２２、２５、排気還流バルブ４１、４８及び開閉弁５１等の各種機器は、エンジンコントロールユニット７０（制御部）に電気的に接続されている。

図２は、排水路５０と排気管３０との接続部の詳細な構造を示す断面図である。
図２に示すように、出口温度センサ５８は、排水路５０と排気管３０との接続位置よりも排水路５０の上流側（吸気管２０側）に若干遡った位置に設けられている。出口温度センサ５８は、排気管３０内を通過する排気を直接検出するのではなく、排気管３０を伝う熱伝導、あるいは排水路５０を遡った排気の温度を検出する。これにより、出口温度センサ５８は、高温側の検出範囲を抑えることができ、部品コストを低減することができる。

エンジンコントロールユニット７０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、タイマ及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成され、上記各センサからの検出情報及びアクセル操作量等の情報を入力し、当該各種情報に基づいて目標トルクを演算し、燃料噴射量、燃料噴射時期、電子制御スロットルバルブ２２、２５及び排気還流バルブ４１、４８の開度を演算して、上記各種機器の作動制御を行うことで、エンジン１の運転制御を行う。

エンジンコントロールユニット７０は、エンジン１の目標トルクに基づいて、高圧排気還流通路４０による排気還流と、低圧排気還流通路４５による排気還流とを切換える。
例えば、目標トルクが適宜設定された所定値より低い低負荷では高圧排気還流通路４０により排気を還流させ、目標トルクが当該所定値以上の高負荷では低圧排気還流通路４５により排気を還流させる。

以上のように低圧排気還流通路４５による排気還流装置（低圧排気還流装置）を備えたエンジン１では、高負荷時に低圧排気還流装置により吸気管２０に排気を還流させた際に、当該吸気管２０に還流した排気がインタークーラ２４を通過して吸気管２０内で凝縮水が発生する可能性がある。この凝縮水は凝縮水捕集タンク５２に貯留される。ところで、排水路５０の開閉弁５１は、通常は吸気が排水路５０を介して排気管３０に流出しないように閉弁制御されており、高負荷運転が継続されることで凝縮水が凝縮水捕集タンク５２から溢れて、インテークマニフォールド１４を介してエンジン１の燃焼室８に流入してしまう虞がある。

そこで、エンジンコントロールユニット７０は、凝縮水捕集タンク５２における凝縮水捕集量に基づいて、開閉弁５１の開閉制御、即ち排水路５０による凝縮水の排出制御を行なう。
図３は、エンジンコントロールユニット７０において実行する凝縮水の排出制御の制御要領を示すフローチャートである。図４は、排出許可条件設定制御要領を示すフローチャートである。図５は、排出制御の終了判定制御要領を示すフローチャートである。

図３に示す凝縮水の排出制御、図４に示す排出許可条件設定制御、図５に示す排出制御の可否判定制御は、エンジン１の運転中に夫々所定時間（例えば数ｍｓｅｃ）毎に繰り返し行なわれる。
図３に示すように、始めにステップＳ１０では、凝縮水捕集タンク５２における凝縮水捕集量Ｍを演算する。凝縮水捕集量Ｍは、例えば外気の飽和水蒸気量からインタークーラ通過水分量を減算して求めればよい。インタークーラ通過水分量は、吸入空気中水分量と排気還流ガス中水分量を加算して求められる。排気還流ガス中水分量は、吸入空気中水分量、燃焼生成水分量、吸入空気量、投入燃料量、排気還流ガス質量に基づいて求められる。吸入空気中水分量は、外気の飽和水蒸気量と相対湿度を用いて求められ、燃焼生成水分量は投入燃料量に基づいて求められる。なお、本ステップにおける凝縮水捕集量Ｍの演算は、エンジンコントロールユニット７０における捕集量推定部７１（捕集量検出部）によって演算される。

なお、このような演算の代わりに、凝縮水捕集タンク５２に凝縮水捕集量Ｍを検出するレベルセンサを設け、このレベルセンサの検出値を用いてもよい。そして、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、ステップＳ１０で算出した凝縮水捕集量Ｍが排出要求値Ｍcより大きいか否かを判別する。排出要求値Ｍcは、凝縮水捕集タンク５２における凝縮水の最大可能捕集量Ｍmaxより小さい値に設定すればよい。凝縮水捕集量Ｍが排出要求値Ｍcより大きい場合には、ステップＳ３０に進む。凝縮水捕集量Ｍが排出要求値Ｍc以下の場合には、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ３０では、排水路５０による凝縮水の排出制御の要求フラグをＯＮにする。そして、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０では、凝縮水の排出許可条件が成立したか否かを判別する。排出許可条件は、後述する図４に示す排出制御の許可判定制御によって設定された排出許可条件である。排出許可条件が成立した場合には、ステップＳ５０に進む。排出許可条件が成立しない場合には、ステップＳ６０に進む。

ステップＳ５０では、排水路５０による凝縮水の排出制御の許可フラグをＯＮにする。そして、ステップＳ６０に進む。
ステップＳ６０では、排出制御の要求フラグがＯＮであるか否かを判別する。排出制御の要求フラグがＯＮである場合には、ステップＳ７０に進む。排出制御の要求フラグがＯＦＦである場合には、本ルーチンを終了する。

ステップＳ７０では、排出制御の許可フラグがＯＮであるか否かを判別する。排出制御の許可フラグがＯＮである場合には、ステップＳ８０に進む。排出制御の許可フラグがＯＦＦである場合には、本ルーチンを終了する。
ステップＳ８０では、排出制御を実施する。具体的には、開閉弁５１を開弁制御する。そして、本ルーチンを終了する。

次に、図３に示す凝縮水の排出制御と並行して行なわれる排出許可条件設定制御について、図４を用いて説明する。なお、この排出許可条件設定制御については、図３のステップＳ４０において排出許可条件が成立したか否かを判別する際に、その判別前に都度行なってもよい。

図４に示すように、排出許可条件設定制御は、はじめにステップＳ１００では、ステップＳ１０で演算した直近の凝縮水捕集量Ｍが閾値Ｍaより大きいか否かを判別する。閾値Ｍaは、排出要求値Ｍcより大きく、凝縮水捕集タンク５２における凝縮水の最大可能捕集量Ｍmaxより小さい値である。凝縮水捕集量Ｍが閾値Ｍaより大きい場合には、ステップＳ１２０に進む。凝縮水捕集量Ｍが閾値Ｍa以下の場合には、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０で演算した直近の凝縮水捕集量Ｍが閾値Ｍbより大きいか否かを判別する。閾値Ｍbは、排出要求値Ｍcより大きく、閾値Ｍaより小さい値である。凝縮水捕集量Ｍが閾値Ｍbより大きい場合には、ステップＳ１３０に進む。凝縮水捕集量Ｍが閾値Ｍb以下の場合には、ステップＳ１４０に進む。
なお、閾値Ｍa、閾値Ｍb、排出要求値Ｍcは、本発明の閾値に該当する。

ステップＳ１２０では、凝縮水の排出許可条件として、許可条件（１）に設定する。
第１の許可条件である許可条件（１）は、下記式（Ａ）に示すように吸気管２０と排気管３０との間で凝縮水排出に必要な圧力差があることと、下記式（Ｂ）に示すように外気温度センサ５９により検出した外気温度Ｔが０℃（凝縮水の凍結温度）より高いことの２つの条件である。凝縮水排出に必要な圧力差があることについては、詳しくは、吸気圧センサ５６によりインタークーラ２４下流の吸気圧Ｐinを検出するとともに、排気圧センサ５７により排気管３０の圧力Ｐoutを検出し、その差圧（Ｐin−Ｐout）が排出可能差圧Ｐａ以上である場合に凝縮水排出に必要な圧力差があると判定する。排出可能差圧Ｐａは、排水路５０によって凝縮水が吸気管２０から排気管３０に排出可能な値に適宜設定すればよい。

Ｐin−Ｐout≧Ｐa・・・（Ａ）
Ｔ＞０（℃）・・・（Ｂ）
そして、本ルーチンを終了する。
ステップＳ１３０では、凝縮水の排出許可条件として、許可条件（１）＋（２）に設定する。

第２の許可条件である許可条件（２）は、下記式（Ｃ）に示すように、目標過給圧Ｐtgtとブーストセンサ５５により検出したインマニ圧Ｐimとの差が所定圧Ｐb以下であることである。所定圧Ｐbは、開閉弁５１の開弁により吸気の一部が排気管３０に流出してしまってもトルク立ち上がりやレスポンスの悪化が許容範囲内になるような状況、例えば車両加速時を除く状況が判定できるような値に設定すればよい。

Ｐtgt−Ｐim≦Ｐb・・・（Ｃ）
そして、本ルーチンを終了する。
ステップＳ１４０では、凝縮水の排出許可条件として、許可条件（１）＋（２）＋（３）に設定する。
第３の許可条件である許可条件（３）は、ＮＯxトラップ触媒３４の再生制御をしていないことである。

ＮＯxトラップ触媒３４の再生制御は、エンジンコントロールユニット７０の触媒再生制御部７２において実行される。ＮＯxトラップ触媒３４の再生制御とは、エンジン１の運転時間経過とともに低下するＮＯxトラップ触媒３４によるＮＯxの吸着性能を回復させるための制御であって、公知のＮＯx浄化制御及び硫黄除去制御である。これらのＮＯx浄化制御及び硫黄除去制御では、ＮＯxトラップ触媒３４に流入する排気の空燃比をストイキ以下に制御する。このようなＮＯxトラップ触媒３４の再生制御の実行中に開閉弁５１を開弁すると、吸気の一部が排水路５０を通過して排気管３０に流入し、ＮＯxトラップ触媒３４に流入する排気の空燃比が上昇して再生制御を阻害してしまうので、許可条件（３）はこのような再生制御の機能を確保するためのものである。そして、本ルーチンを終了する。

図５に示す排出制御の終了判定制御は、図３に示す凝縮水の排出制御と並行して行なわれる。
始めにステップＳ２００では、開閉弁５１が開弁しているか否か、即ち排出制御の実行中であるか否かを判別する。開閉弁５１が開弁している場合には、ステップＳ２１０に進む。開閉弁５１が開弁していない場合には、ステップＳ２００を繰り返して待機する。

ステップＳ２１０では、出口温度センサ５８により検出した温度が高温側へ移行したか否かを判別する。凝縮水の排出が完了して凝縮水が凝縮水捕集タンク５２や排水路５０からなくなると、出口温度センサ５８により検出した凝縮水排出出口温度Ｔoutが上昇するので、ここでは当該凝縮水排出出口温度Ｔoutが所定値（例えば１００℃）より高くなった場合に高温側へ推移したとして、ステップＳ２２０に進む。出口温度センサ５８により検出した凝縮水排出出口温度Ｔoutが当該所定値以下の場合には、高温側へ推移していないとして、ステップ２１０を繰り返して待機する。

ステップＳ２２０では、開閉弁５１を閉弁して排出制御を終了させる。そして、本ルーチンを終了する。
なお、この図５に示す排出制御の終了判定制御を行なわず、排出制御の実行を開始してから所定時間経過したら排出制御を終了させるように制御してもよい。
更に、エンジンコントロールユニット７０は、排水制御を実施した際に、出口温度センサ５８によって検出される凝縮水排出出口温度Ｔoutに基づいて、排出の可否を判定する機能を有している。

図６は、凝縮水の排出制御を実行した際の各種フラグ、凝縮水捕集量Ｍ、凝縮水排出出口温度Ｔoutの推移の一例を示すグラフである。
図６に示すように、排出制御許可フラグがＯＮになっている状態で、凝縮水捕集量Ｍが排出要求値Ｍc以上となると、排出制御要求フラグがＯＮになり、排出制御が実施される。これにより、正常であれば凝縮水が排気管３０に排出されて凝縮水排出出口温度Ｔoutが低下する。そして、凝縮水排出出口温度Ｔoutが排出可否判定温度Ｔa（例えば１００℃）以下になれば、排出可否判定がＯＮになり、排出制御が継続される。ここで、凝縮水排出出口温度Ｔoutが排出可否判定温度Ｔa以下にならなければ、排水路５０での閉塞、開閉弁５１の故障が考えられるので、排出制御を中止する。なお、このように、排出制御が中止された場合には、排出制御が開始してから排出制御が中止されるまでは、実際には凝縮水が排水されていないとして、凝縮水捕集量Ｍを演算している場合には、凝縮水捕集量Ｍの減算はしない。

また、排出制御が中止された場合には、再度排出制御を試みて、排出制御の中止が数回繰り返された場合には、開閉弁５１の故障等の凝縮水の排出制御システムの故障として、ドライバに異常を警告すればよい。
以上のように、本実施形態では凝縮水捕集量Ｍが排出要求値Ｍc以上になれば、排出要求されるが、凝縮水捕集量Ｍに基づいて設定される排出許可条件を満たさないと、排出制御されない。

そして、本発明の第１の実施形態では、凝縮水の排出許可条件としては、凝縮水捕集量Ｍに基づいて３種類の許可条件が設定される。
図７は、第１の実施形態における凝縮水捕集量Ｍと排出許可条件との関係を示すマップである。
図７に示すように、凝縮水捕集量Ｍが閾値Ｍaより大きい場合、即ち凝縮水捕集量Ｍが最大可能捕集量Ｍmaxに近く排出要求が高い場合には、許可条件（１）のみとしている。許可条件（１）は、凝縮水排出に必要な圧力差があることと、凝縮水が凍結してないことであるので、排出制御の必須要件である。このように、排出要求が高い場合には、排出制御の必須要件を満たした上で、比較的容易に排出制御が実行される。

凝縮水捕集量Ｍが閾値Ｍa以下、閾値Ｍbより大きい場合には、即ち排出要求が中程度の場合には、排出許可条件として許可条件（１）と（２）を必要とする。許可条件（２）は、目標過給圧Ｐtgtとインマニ圧Ｐimとの差が所定圧Ｐb以下、即ち車両加速時ではないことを排出許可条件としている。これにより、排出要求が中程度では、車両加速時に排出制御を許可せずに、車両加速性能を確保することができる。

凝縮水捕集量Ｍが閾値Ｍb以下の場合、即ち排出要求が低い場合には、排出許可条件として許可条件（１）、（２）更に（３）を必要とする。許可条件（３）は、ＮＯxトラップ触媒３４の再生制御を実施していないことを条件としている。再生制御の実施時に排水制御を行なうと、排水路５０を介して排気管３０に流入する吸気によって、ＮＯxトラップ触媒３４に流入する排気の空燃比が上昇してしまい、再生制御の効率が低下してしまうので、本実施形態では排出要求が低い場合に再生制御が実行していないことを排出許可条件として加えて、再生制御の効率を確保することができる。

このように、排出許可判定される凝縮水捕集量Ｍの閾値を複数有し、凝縮水捕集量Ｍに基づいて凝縮水の排出許可条件を変更することで、排出要求（排水必要度合い）に応じた排出許可条件に設定される。したがって、凝縮水捕集量Ｍが凝縮水捕集タンク５２の最大可能捕集量Ｍmaxを超えることを抑制しつつ、凝縮水捕集量Ｍに余裕がある場合には、排出制御を段階的に抑制して、車両加速性能及び再生制御の効率を確保することができる。これにより、凝縮水の排出機能と車両の加速や再生制御等の内燃機関の運転への影響の抑制とを両立できるような、効率的な排水が可能となる。

なお、以上の実施形態では、凝縮水捕集量Ｍに基づいて排出許可条件を設定しているが、凝縮水捕集量Ｍと外気温度Ｔに基づいて排出許可条件を設定するとよい。
図８は、第２の実施形態における凝縮水捕集量Ｍ及び外気温度Ｔと排出許可条件との関係を示すマップである。
図８に示すように、第２の実施形態では、外気温度Ｔが排出可否判定温度Ｔb(本発明の所定温度)以上である場合には、上記第１の実施形態と同様に、凝縮水捕集量Ｍに基づいて排出許可条件を３段階に設定しているが、外気温度Ｔが排出可否判定温度Ｔb未満である場合には、排出許可条件を（１）のみとする。なお、排出可否判定温度Ｔbは、低圧排気還流装置（低圧排気還流通路４５）による排気の導入を禁止する温度にすればよい。この低圧排気還流装置による導入を禁止する温度は、０℃よりも高く、かつ０℃に近い低温域に設定されている。

このように、第２の実施形態では、外気温度Ｔが排出可否判定温度Ｔbよりも低下した場合には、排出許可条件を（１）のみとすることで、０℃に近い低温域で排水制御が実行され易くなる。これにより、例えば外気温度Ｔが０℃以下に向かって徐々に低下していくような場合に、外気温度Ｔが０℃以下に低下する手前で、排水制御が積極的に行なわれ、排水制御が不能となる外気温度が０℃以下になったときに、凝縮水捕集量Ｍをあらかじめ少なくしておき、凝縮水の凍結を抑制することができる。

図９は、第３の実施形態における凝縮水捕集量Ｍ及び外気温度Ｔと排出許可条件との関係を示すマップである。
図９に示すように、第３の実施形態では、第２の実施形態と同様に、外気温度Ｔが排出可否判定温度Ｔb未満である場合には、排出許可条件を（１）のみとする。また、外気温度Ｔが排出可否判定温度Ｔb以上である場合には、上記第２の実施形態と同様に凝縮水捕集量Ｍに基づいて排出許可条件を３段階に設定するが、外気温度Ｔに基づいて排出許可条件を切換える閾値Ｍa、Ｍbが変化する。詳しくは、外気温度Ｔが低下するに伴って排出許可条件を切換える閾値Ｍa、Ｍbが低下する。なお、外気温度Ｔが排出可否判定温度Ｔbである場合には、排出許可条件を切換える閾値Ｍa、Ｍbはいずれも排出要求値Ｍcと同一であり、排出可否判定温度Ｔbから外気温度Ｔが上昇するに伴って、閾値Ｍaの方が閾値Ｍbよりも大きくなる。

このように第３の実施形態では、外気温度Ｔが排出可否判定温度Ｔb以上である場合でも、外気温度Ｔが低下するに伴ってより少ない凝縮水捕集量Ｍで許可条件（１）となる。したがって、第３の実施形態では、第２の実施形態よりも、外気温度が０℃に低下するまでに凝縮水捕集量Ｍをより少なくしておくことができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定するものではない。本発明は、低圧排気還流装置と排水路を有する内燃機関に広く適用することができる。

１ エンジン
２ ターボチャージャ（過給機）
２０ 吸気管（吸気通路）
２４ インタークーラ（吸気冷却部）
３０ 排気管（排気通路）
３４ ＮＯxトラップ触媒（排気浄化触媒）
４５ 低圧排気還流通路（排気還流部）
５０ 排水路
５１ 開閉弁
５２ 凝縮水捕集タンク（凝縮水捕集部）
５６ 吸気圧センサ（圧力検出部)
５７ 排気圧センサ（圧力検出部)
５９ 外気温度センサ(外気温度検出部)
７０ エンジンコントロールユニット(制御部)
７１ 捕集量推定部（捕集量検出部）
７２ 触媒再生制御部

Claims (7)

1. 吸気通路に備えられた吸気冷却部と、排気の一部を前記吸気冷却部の上流側の前記吸気通路に還流する排気環流部と、を有する内燃機関に設けられた凝縮水排出装置であって、
   前記吸気冷却部を通過した吸気から発生した凝縮水を捕集する凝縮水捕集部と、
   前記凝縮水捕集部と前記内燃機関の排気通路とを連通し、前記凝縮水捕集部に捕集されている凝縮水を前記排気通路に排出する排水路と、
   前記排水路を開閉する開閉弁と、
   前記凝縮水捕集部における凝縮水捕集量を検出する捕集量検出部と、
   前記凝縮水捕集量に応じて、前記排気通路から凝縮水を排出するか否かの排出許可条件を変更し、前記排出許可条件が成立した際に、前記開閉弁の開弁制御を行なう制御部と、を備えることを特徴とする内燃機関の凝縮水排出装置。
2. 前記制御部は、複数設定された前記凝縮水捕集量の閾値に応じて異なる前記排出許可条件を設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の凝縮水排出装置。
3. 前記凝縮水排出装置は、
   外気温度を検出する外気温度検出部と、
   前記排水路の両端の圧力差を検出する圧力検出部と、を更に備え、
   前記排出許可条件は、前記圧力差が所定圧以上であることと前記外気温度が前記凝縮水の凍結温度より高いことである第１の許可条件を少なくとも含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の凝縮水排出装置。
4. 前記内燃機関は、過給機を有し、
   前記排出許可条件は、前記過給機の実過給圧と目標過給圧との差が所定値以下である第２の許可条件を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の凝縮水排出装置。
5. 前記内燃機関は、前記排水路による前記凝縮水の排出位置より下流の前記排気通路に設けられた排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒に流入する排気の温度または空燃比を制御して前記排気浄化触媒を再生処理する触媒再生制御部と、を有し、
   前記排出許可条件は、前記再生処理が実施していない第３の許可条件を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の凝縮水排出装置。
6. 前記制御部は、前記外気温度が前記凍結温度より高い所定温度以下では前記第１の許可条件のみを前記排出許可条件とし、前記外気温度が前記所定温度より高い場合には前記第２の許可条件での前記閾値と前記第３の許可条件での前記閾値とを異なる値に設定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の凝縮水排出装置。
7. 前記制御部は、前記外気温度が前記所定温度より高い場合には、前記第２の許可条件での前記閾値と前記第３の許可条件での前記閾値を、前記外気温度に基づいて連続的に変化させて設定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の凝縮水排出装置。

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