JP2018204569A - エンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】インタークーラーにて生成される凝縮水を効果的に処理することのできるエンジンシステムを提供する。【解決手段】エンジンシステムは、ターボチャージャー１７と、吸気通路１６におけるコンプレッサー１８の下流に配設されたインタークーラー１９と、インタークーラー１９の下流に配設されたスロットル２０と、タービン２３を通過した排気ガスの一部を吸気通路１６におけるコンプレッサー１８の上流に還流する低圧ＥＧＲ装置３５と、インタークーラー１９に連通してインタークーラー１９にて生成された凝縮水を貯留する貯留部４１と、貯留部４１に貯留された凝縮水を吸気通路１６におけるスロットル２０の下流に供給可能に構成された供給通路４３と、供給通路４３に配設されて供給通路４３の流路断面積を変更可能な供給弁４５と、供給弁４５を制御する制御装置５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガスの一部をインタークーラーの上流に還流するＥＧＲ装置を備えるエンジンシステムに関する。

従来から、ターボチャージャーを備えたエンジンシステムに関して、排気ガスの一部を吸気側に還流する排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置として高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置とを備えたエンジンシステムが知られている。高圧ＥＧＲ装置は、タービンを通過するまえの排気ガスの一部を高圧ＥＧＲガスとしてコンプレッサーの下流に還流する。低圧ＥＧＲ装置は、タービンを通過した排気ガスの一部を低圧ＥＧＲとしてコンプレッサーの上流へ還流する。

こうしたエンジンシステムでは、低圧ＥＧＲガスと空気との混合気体がコンプレッサーによって圧縮され、その後、インタークーラーによって冷却される。そのため、インタークーラーでは、低圧ＥＧＲガス中の水分が凝縮した凝縮水が生成される。この凝縮水は、低圧ＥＧＲガス中の硫黄成分などが溶解することによって高い腐食性を有する。そのため、特許文献１では、そうした凝縮水をインタークーラーの下流を流れる作動ガスに添加してエンジンに供給することで凝縮水を処理する技術が開示されている。

特開２０１５−２５３９４号公報

しかしながら、特許文献１では、インタークーラーで生成された凝縮水が直ちに作動ガスに添加されるため、凝縮水を効果的に処理するうえで改善の余地がある。
本発明は、インタークーラーにて生成される凝縮水を効果的に処理することのできるエンジンシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するエンジンシステムは、エンジンの排気通路に配設されたタービンと前記エンジンの吸気通路に配設されたコンプレッサーとを有するターボチャージャーと、前記吸気通路における前記コンプレッサーの下流に配設されたインタークーラーと、前記吸気通路における前記インタークーラーの下流に配設されたスロットルと、前記タービンを通過した排気ガスの一部を前記吸気通路における前記コンプレッサーの上流に還流するＥＧＲ装置と、前記インタークーラーに連通して前記インタークーラーにて生成された凝縮水を貯留する貯留部と、前記貯留部に貯留された凝縮水を前記吸気通路における前記スロットルの下流に供給可能に構成された供給通路と、前記供給通路に配設されて前記供給通路の流路断面積を変更可能な供給弁と、前記供給弁を制御する制御装置と、を備える。

上記構成によれば、エンジンへの凝縮水の供給タイミングが制御可能であることから、凝縮水を効果的に処理することができる。
上記構成のエンジンシステムは、前記エンジンの運転状態に関する情報を検出する情報検出部を備え、前記制御装置は、前記情報検出部の検出した情報を取得し、前記取得した情報に基づく前記エンジンの運転状態が高負荷状態である場合に前記供給弁を開状態に制御することが好ましい。

上記構成によれば、筒内圧力が高くなりやすい高負荷状態にあるエンジンに対して凝縮水が供給される。これにより、高負荷状態における筒内圧力の過度な上昇を抑えることができる。

上記構成のエンジンシステムにて、前記制御装置は、前記エンジンの運転状態が低負荷状態あるいは中負荷状態である場合に前記供給弁を閉状態に制御することが好ましい。
上記構成によれば、エンジンが低負荷状態あるいは中負荷状態にある場合には凝縮水の貯留が優先して行われる。これにより、エンジンが高負荷状態にあるときに処理可能な凝縮水を増やすことができる。

上記構成のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、前記エンジンの運転状態がアイドリング状態である場合に前記供給弁を開状態に制御することが好ましい。
上記構成によれば、アイドリング状態にあるエンジンが排出するＮＯｘ量を低減することができる。

上記構成のエンジンシステムは、前記貯留部における凝縮水の貯留量を測定する測定部を備え、前記制御装置は、前記測定部が測定した測定値を取得し、前記測定値が下限値以上、上限値以下である場合に前記エンジンの運転状態に基づいて前記供給弁を制御し、前記測定値が下限値未満である場合に前記供給弁を閉状態に制御し、前記測定値が上限値を超えている場合に前記供給弁を開状態に制御することが好ましい。

上記構成によれば、凝縮水の貯留量が下限値未満である場合には凝縮水の貯留が優先して行われ、凝縮水の貯留量が上限値を超えている場合には凝縮水の処理が優先して行われる。その結果、貯留量が下限値以上、上限値以下の状態に維持されやすくなることから、アクセル開度に基づく供給弁の制御が実行されやすくなる。

上記構成のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、前記エンジンの運転状態が暖機完了前である場合には前記供給弁を優先的に閉状態に制御する好ましい。
上記構成によれば、冷間状態にあるエンジンに対する凝縮水の供給が回避されるため、凝縮水の供給に起因してエンジンの暖機に要する時間が長引くこともない。また、冷間状態にあるエンジンにおいて燃焼温度の過度な低下が抑えられることから、黒煙の発生を抑えることもできる。

上記構成のエンジンシステムは、前記供給通路が、前記貯留部と前記吸気通路における前記スロットルの下流とを接続していてもよい。
上記構成のように、貯留部と吸気通路におけるスロットルの下流とを接続する通路を供給通路に設定することができる。

上記構成のエンジンシステムは、前記ＥＧＲ装置である低圧ＥＧＲ装置と、前記タービンを通過する前の排気ガスの一部を高圧ＥＧＲガスとして前記吸気通路における前記スロットルの下流に供給する高圧ＥＧＲ装置とを備え、前記高圧ＥＧＲ装置は、前記高圧ＥＧＲガスが流れる高圧ＥＧＲ通路と、前記高圧ＥＧＲ通路に配設された高圧ＥＧＲ弁とを備え、前記供給通路が、前記貯留部と前記高圧ＥＧＲ通路における前記高圧ＥＧＲ弁の下流とを接続していてもよい。

上記構成によれば、凝縮水は、高圧ＥＧＲ通路における高圧ＥＧＲ弁の下流に位置する部位を通じて吸気通路に供給される。そして、温度の高い高圧ＥＧＲガスに対して凝縮水が供給されることで凝縮水の気化を促進させることができる。その結果、凝縮水が分散されやすくなることから、エンジンの各シリンダーに吸入される凝縮水量の均一化を図ることができる。

上記構成のエンジンシステムは、前記吸気通路に対する前記高圧ＥＧＲ通路の合流部分に接続されて、当該合流部分に供給された凝縮水の一部を前記インタークーラーに還流する凝縮水還流通路をさらに備えることが好ましい。
上記構成によれば、合流部分に供給された凝縮水の余剰分をインタークーラーに還流することができる。

第１実施形態におけるエンジンシステムの概略構成を示す図。 第１実施形態における凝縮水処理装置の概略構成を示す図。 エンジンシステムにおける電気的な構成の一部を示す機能ブロック図。 選択処理の手順の一例を示すフローチャート。 制御対象と制御モードごとの制御態様との関係の一例を示す図。 第２実施形態におけるエンジンシステムの概略構成を示す図。 （ａ）第２実施形態において高圧ＥＧＲ弁が閉状態にあるときの状態を模式的に示す図、（ｂ）第２実施形態において高圧ＥＧＲ弁が開状態にあるときの状態を模式的に示す図。

（第１実施形態）
図１〜図５を参照してエンジンシステムの第１実施形態について説明する。
図１に示すように、エンジンシステムは、エンジン１０を備えている。エンジン１０のシリンダーブロック１１には複数のシリンダー１２が形成されている。各シリンダー１２においては、吸入した作動ガスに対してインジェクター１３から燃料が噴射され、作動ガスと燃料との混合気が燃焼する。こうした混合気の燃焼が所定の順番で各シリンダー１２において行われることにより、エンジン１０のクランクシャフト１０ａが駆動される。

シリンダーブロック１１には、各シリンダー１２に作動ガスを分配するインテークマニホールド１４と、各シリンダー１２から排気ガスが排出されるエキゾーストマニホールド１５とが接続されている。インテークマニホールド１４に接続される吸気通路１６は、上流側から順に図示されないエアクリーナー、ターボチャージャー１７のコンプレッサー１８、インタークーラー１９を備えている。コンプレッサー１８で圧縮された作動ガスは、インタークーラー１９の上流側タンク１９ａに流入したのちコア部１９ｂにて冷却され、下流側タンク１９ｃを通じてインタークーラー１９から流出する。吸気通路１６は、インタークーラー１９の下流であって、かつ、後述する高圧ＥＧＲ通路３１の合流部分よりも上流に、吸気通路１６の流路断面積を変更可能なスロットル２０を備えている。エキゾーストマニホールド１５に接続される排気通路２１は、コンプレッサー１８にタービンシャフトを介して連結されたタービン２３と、タービン２３を通過した排気ガスを浄化する排気浄化装置２５とを備えている。

エンジンシステムは、高圧ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置３０と低圧ＥＧＲ装置３５とを備えている。
高圧ＥＧＲ装置３０は、タービン２３を通過するまえの排気ガスの一部を高圧ＥＧＲガスとして吸気通路１６におけるスロットル２０の下流に還流する。高圧ＥＧＲ装置３０は、高圧ＥＧＲ通路３１と、高圧ＥＧＲクーラー３２と、高圧ＥＧＲ弁３３とを有している。高圧ＥＧＲ通路３１は、エキゾーストマニホールド１５と吸気通路１６におけるスロットル２０の下流とを接続する。高圧ＥＧＲクーラー３２は、高圧ＥＧＲ通路３１に配設されており、高圧ＥＧＲガスを冷却することにより高圧ＥＧＲガスの密度を高める。高圧ＥＧＲ弁３３は、高圧ＥＧＲ通路３１における高圧ＥＧＲクーラー３２の下流に配設されており、高圧ＥＧＲ通路３１の流路断面積を変更可能に構成されている。高圧ＥＧＲ装置３０は、例えば、エンジン１０に対するドライバーの要求負荷が高負荷であるときに作動状態に制御される。

低圧ＥＧＲ装置３５は、タービン２３および排気浄化装置２５を通過した排気ガスの一部を低圧ＥＧＲガスとしてコンプレッサー１８の上流に還流する。低圧ＥＧＲ装置３５は、低圧ＥＧＲ通路３６と、低圧ＥＧＲクーラー３７と、低圧ＥＧＲ弁３８とを有している。低圧ＥＧＲ通路３６は、排気通路２１における排気浄化装置２５の下流と吸気通路１６におけるコンプレッサー１８の上流とを接続する。低圧ＥＧＲクーラー３７は、低圧ＥＧＲ通路３６に配設されており、低圧ＥＧＲガスを冷却することにより低圧ＥＧＲガスの密度を高める。低圧ＥＧＲ弁３８は、低圧ＥＧＲ通路３６における低圧ＥＧＲクーラー３７の下流に配設されており、低圧ＥＧＲ通路３６の流路断面積を変更可能に構成されている。低圧ＥＧＲ装置３５は、例えば、エンジン１０に対するドライバーの要求負荷が低負荷あるいは中負荷であるときに作動状態に制御される。

低圧ＥＧＲ装置３５の作動中、インタークーラー１９においては、低圧ＥＧＲガスと空気との混合気体が作動ガスとして流通する。そのため、インタークーラー１９においては、低圧ＥＧＲガス中の水蒸気が凝縮し、その凝縮した水分に低圧ＥＧＲガス中の硫黄成分や未燃燃料成分が溶解することにより高い腐食性を有する凝縮水が生成される。エンジンシステムは、凝縮水を処理する凝縮水処理装置４０を備えている。

図２に示すように、凝縮水処理装置４０は、貯留部４１と、供給通路４３と、供給弁４５とを有している。貯留部４１は、インタークーラー１９で生成された凝縮水を貯留する。貯留部４１は、凝縮水による腐食に対する耐性が高い材料、例えばステンレスなどの高耐食性材料によって構成される。貯留部４１は、インタークーラー１９で生成された凝縮水が流入しやすいように、インタークーラー１９に対する重力方向側に位置しているとともにインタークーラー１９に対して下流側タンク１９ｃの底部で連通している。また、貯留部４１には、凝縮水の貯留量Ｗを測定する測定部であるレベルセンサー４２が備えたれている。レベルセンサー４２は、所定の制御間隔で貯留量Ｗを測定し、その測定した貯留量Ｗを示す検出信号を後述する制御装置５０に出力する。

供給通路４３は、貯留部４１の底部と吸気通路１６におけるスロットル２０の下流とを接続している。供給通路４３は、吸気通路１６に対して、高圧ＥＧＲ通路３１の合流部分よりもスロットル２０寄りの位置であってスロットル２０の直下流に接続されている。供給通路４３は、貯留部４１と同様、凝縮水による腐食に対する耐性が高い材料、例えばステンレスなどの高耐食性材料によって構成される。供給通路４３は、貯留部４１に貯留されている凝縮水が流入しやすいように、貯留部４１の底面４１ｂに流入口４３ａを有している。供給通路４３は、流入口４３ａから重力方向に延びたのちに折返し部４４において反重力方向へ折り返されるトラップ形状を有しており、該供給通路４３における最も高い位置で吸気通路１６に接続されている。

供給弁４５は、供給通路４３の流路断面積を変更可能に構成された弁であり、例えば供給通路４３を開閉する開閉弁である。供給弁４５は、凝縮水による腐食に対する耐性が高い材料、例えばステンレスなどの高耐食性材料を中心に構成されており、貯留部４１よりも反重力方向側の位置に位置している。供給弁４５の開閉状態は、後述する制御装置５０によって制御される。

こうした構成の凝縮水処理装置４０においては、供給弁４５が閉状態にあるとき、凝縮水は、折返し部４４によって、貯留部４１寄りに位置する凝縮水と供給弁４５寄りに位置する凝縮水とに分けられる。そして、供給弁４５が開状態に制御されると、凝縮水には、インタークーラー１９の下流側タンク１９ｃ内の圧力である上流側圧力Ｐ１と、吸気通路１６におけるスロットル２０の下流であって吸気通路１６に対する供給通路４３の接続部分における圧力である下流側圧力Ｐ２とが作用する。下流側圧力Ｐ２は、スロットル２０における圧力損失やスロットル２０を通過する作動ガスによるベンチュリ効果などによって上流側圧力Ｐ１よりも低くなる。凝縮水処理装置４０は、上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２との間に生じる圧力差ΔＰにより、貯留部４１内の凝縮水を供給通路４３を通じて吸気通路１６に供給する。凝縮水処理装置４０は、上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２との圧力差ΔＰが大きいほど、単位時間における凝縮水の供給量が大きくなる。すなわち、凝縮水の供給量は、スロットル２０における流路断面積が同じであればエンジン１０の負荷が高いほど多くなり、また、エンジン１０の負荷が同じであればスロットル２０における流路断面積が小さいほど多くなる。

このように凝縮水処理装置４０は、貯留部４１に貯留された凝縮水を吸気通路１６におけるスロットル２０の下流に供給することにより凝縮水を処理する。スロットル２０の下流に供給された凝縮水は、吸気通路１６およびインテークマニホールド１４を通じて作動ガスとともにエンジン１０の各シリンダー１２に導入されたのち、排気ガスの一部としてエキゾーストマニホールド１５に排出される。

吸気通路１６に供給された凝縮水は、作動ガスの比熱比を低下させるとともに、吸熱により作動ガスの温度を低下させることにより密度を増大させ、シリンダー１２に導入される作動ガスを増量させる。シリンダー１２に導入された凝縮水は、混合気の燃焼時に燃焼熱の一部を吸熱することにより燃焼温度を低下させる。凝縮水は、こうした作動ガスの比熱比の低下、作動ガスの増量、および、燃焼温度の低下により、燃焼時におけるシリンダー１２内の圧力である筒内圧力を低下させる。凝縮水は、燃料噴射量や吸入空気量など、同じ燃焼条件のもとでは温度が低いほど燃焼温度および筒内圧力を低下させる。

図３に示すように、エンジンシステムは、上述したスロットル２０、高圧ＥＧＲ装置３０の高圧ＥＧＲ弁３３、低圧ＥＧＲ装置３５の低圧ＥＧＲ弁３８、および、凝縮水処理装置４０の供給弁４５を制御対象とする制御装置５０を備えている。

制御装置５０は、プロセッサ、メモリー、入力インターフェース、および、出力インターフェース等がバスを介して互いに接続された１以上のマイクロコンピューターを中心に構成される。制御装置５０は、入力インターフェースを介して取得した各種情報、ならびに、メモリーに格納された各種制御プログラムおよび各種データに基づいて各種処理を実行する。制御装置５０は、各種処理の結果に基づく制御信号を出力インターフェースを介して各種制御対象に出力する。

制御装置５０は、各種機能部として、各制御対象の制御モードを選択する選択処理を実行する選択部５１と、供給弁４５を制御対象とする供給弁制御部５２と、スロットル２０を制御対象とするスロットル制御部５３と、高圧ＥＧＲ弁３３および低圧ＥＧＲ弁３８を制御対象とするＥＧＲ弁制御部５４と、を有する。供給弁制御部５２、スロットル制御部５３、および、ＥＧＲ弁制御部５４は、選択部５１の選択した制御モードに基づいて各々の制御対象を制御する。なお、選択部５１と供給弁制御部５２とは、貯留部４１、供給通路４３、および、供給弁４５とともに凝縮水処理装置４０を構成する。

選択部５１は、選択処理に関連して、エンジン１０の運転状態に関する情報を検出する情報検出部を通じて該情報を取得可能に構成されている。選択部５１は、測定値取得部として、レベルセンサー４２からの検出信号に基づいて貯留部４１における凝縮水の貯留量Ｗを取得する。選択部５１は、温度取得部として、エンジン１０を冷却する冷却水の冷却水温度Ｔｗを検出する温度センサー４７からの検出信号に基づいて冷却水温度Ｔｗを取得する。制御装置５０は、開度取得部として、ドライバーが操作するアクセルペダルの操作量を検出する開度検出部としてのアクセル開度センサー４８からの検出信号に基づいてアクセル開度ＡＣＣを取得する。アクセル開度ＡＣＣは、エンジン１０に対するドライバーの要求負荷を示す。また、制御装置５０は、エンジン１０の運転状態に関する情報を検出する各種のセンサー４９からの検出信号に基づいて例えばエンジン回転数Ｎｅなどを取得可能に構成されている。

図４および図５を参照して、選択部５１が実行する選択処理と各制御モードにおける各制御対象の制御態様とについて説明する。図４は、選択処理の手順の一例を示すフローチャートであり、図５は、制御モードと各制御対象の制御態様との関係の一例を示している。選択部５１は、エンジン１０の始動後、選択処理を繰り返し実行する。

図４に示すように、選択処理において、選択部５１は、冷却水温度Ｔｗを取得し、その取得した冷却水温度Ｔｗが暖機完了温度Ｔｗ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。暖機完了温度Ｔｗ１は、エンジン１０の暖機が完了していると判断可能な冷却水温度Ｔｗである。

冷却水温度Ｔｗが暖機完了温度Ｔｗ１未満であった場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、すなわちエンジン１０の暖機が完了していない場合、選択部５１は、制御モードとして冷間モードを選択し（ステップＳ１０２）、一連の処理を一旦終了する。一方、冷却水温度Ｔｗが暖機完了温度Ｔｗ１以上である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、すなわちエンジン１０の暖機が完了している場合、選択部５１は、貯留部４１における貯留量Ｗを取得し、その取得した貯留量Ｗについての判定である貯留量判定を行う（ステップＳ１０３）。この貯留量判定について、選択部５１は、３つの判定結果を有する。

貯留量判定の第１の判定結果は、貯留量Ｗが下限値Ｗｍｉｎ未満であること（ステップＳ１０３：Ｗ＜Ｗｍｉｎ）である。下限値Ｗｍｉｎは、凝縮水の貯留量Ｗが少なすぎると判断される値である。この場合、選択部５１は、凝縮水の貯留を優先させる貯留モードを選択し（ステップＳ１０４）、一連の処理を一旦終了する。

貯留量判定の第２の判定結果は、貯留量Ｗが上限値Ｗｍａｘを超えていること（ステップＳ１０３：Ｗｍａｘ＜Ｗ）である。上限値Ｗｍａｘは、凝縮水の貯留量Ｗが多すぎると判断される値である。この場合、選択部５１は、凝縮水の処理を優先させる処理モードを選択し（ステップＳ１０５）、一連の処理を一旦終了する。

貯留量判定の第３の判定結果は、貯留量Ｗが下限値Ｗｍｉｎ以上、上限値Ｗｍａｘ以下（ステップＳ１０３：Ｗｍｉｎ≦Ｗ≦Ｗｍａｘ）である。この場合、選択部５１は、アクセル開度ＡＣＣを取得し、その取得したアクセル開度ＡＣＣについての判定であるアクセル開度判定を行う（ステップＳ１０６）。アクセル開度判定について、選択部５１は、３つの判定結果を有する。

アクセル開度判定の第１の判定結果は、アクセル開度ＡＣＣが０より大きく、高負荷開度ＡＣＣ１未満（ステップＳ１０６：０＜ＡＣＣ＜ＡＣＣ１）である。高負荷開度ＡＣＣ１は、ドライバーの要求負荷が高負荷であることを示すアクセル開度ＡＣＣの最低値である。この場合、選択部５１は、エンジン１０の運転状態が低負荷状態あるいは中負荷状態にあるとして貯留モードを選択し（ステップＳ１０４）、一連の処理を一旦終了する。

アクセル開度判定の第２の判定結果は、アクセル開度ＡＣＣが０であること（ステップＳ１０６：ＡＣＣ＝０）である。この場合、選択部５１は、エンジン１０の運転状態がアイドリング状態にあるとして処理モードを選択し（ステップＳ１０５）、一連の処理を一旦終了する。

アクセル開度判定の第３の判定結果は、アクセル開度ＡＣＣが高負荷開度ＡＣＣ１以上であること（ステップＳ１０６：ＡＣＣ１≦ＡＣＣ）である。この場合、選択部５１は、エンジン１０の運転状態が高負荷状態にあるとして凝縮水の貯留と処理とを並行して行う並行モードを選択し（ステップＳ１０７）、一連の処理を一旦終了する。

図５に示すように、冷間モードにおいて、供給弁制御部５２は供給弁４５を閉状態（ＣＬＯＳＥ）に制御し、スロットル制御部５３およびＥＧＲ弁制御部５４は各々の制御対象を冷間制御で制御する。冷間制御において、スロットル制御部５３およびＥＧＲ弁制御部５４は、その時々のドライバーの要求負荷に対応しつつ、エンジン１０の暖機が早期に完了するように各々の制御対象を制御する。すなわち、冷間モードは、エンジン１０への凝縮水の供給が禁止しつつエンジン１０の暖機の早期完了が図られる制御モードである。

貯留モードにおいて、供給弁制御部５２は供給弁４５を閉状態に制御し、スロットル制御部５３およびＥＧＲ弁制御部５４は各々の制御対象を通常制御で制御する。通常制御において、スロットル制御部５３およびＥＧＲ弁制御部５４は、その時々におけるドライバーの要求負荷に対応しつつ、例えば排気ガスに含まれる有害成分が少なくなるように各々の制御対象を制御する。通常制御においては、エンジン１０の運転状態に応じて低圧ＥＧＲ弁３８が開状態に制御されることによりインタークーラー１９にて凝縮水が生成される。すなわち、貯留モードは、エンジン１０への凝縮水の供給が禁止された状態で凝縮水が生成されることで凝縮水の貯留量Ｗが増える制御モードである。

処理モードにおいて、供給弁制御部５２は供給弁４５を開状態（ＯＰＥＮ）に制御し、スロットル制御部５３はスロットル２０を処理制御で制御し、ＥＧＲ弁制御部５４は高圧ＥＧＲ弁３３および低圧ＥＧＲ弁３８を閉状態（ＣＬＯＳＥ）に制御する。処理制御において、スロットル制御部５３は、エンジン１０の運転状態に応じて、通常制御と同じ流路断面積、あるいは、通常制御よりも小さい流路断面積にスロットル２０を制御する。すなわち、処理モードは、新たな凝縮水の生成を禁止しつつ貯留部４１の凝縮水を積極的に処理する制御モードである。なお、処理モードにおいて、供給弁制御部５２は、例えばエンジン１０の運転状態がアクセルオフにともなう燃料カット状態である場合には供給弁４５を一時的に閉状態に制御してもよい。

並行モードにおいて、供給弁制御部５２は供給弁４５を開状態に制御し、スロットル制御部５３はスロットル２０を処理制御で制御し、ＥＧＲ弁制御部５４は高圧ＥＧＲ弁３３および低圧ＥＧＲ弁３８の各々を通常制御で制御する。並行モードにおいては、エンジン１０が高負荷状態にあることから、単位時間における凝縮水の平均供給量は、あらゆる運転状態において選択可能な処理モードよりも多くなる。すなわち、並行モードは、凝縮水を生成しつつ高負荷状態にあるエンジン１０に積極的に凝縮水を供給する制御モードであり、処理モードよりも単位時間あたりの凝縮水の処理量が多い制御モードである。

上述したエンジンシステムの作用について説明する。
上述したエンジンシステムは、凝縮水を貯留する貯留部４１と、貯留部４１の底部と吸気通路１６におけるスロットル２０の下流とを接続する供給通路４３と、供給通路４３を開閉する供給弁４５と、供給弁４５の開閉を制御する制御装置５０とを有している。制御装置５０は、エンジン１０の運転状態に応じて制御モードを選択する選択部５１と、選択部５１の選択した制御モードに応じて供給弁４５を制御する供給弁制御部５２とを有している。そのため、エンジン１０の運転状態に応じて凝縮水を処理するタイミングを制御することができる。

上記実施形態のエンジンシステムによれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１−１）エンジンシステムでは、エンジン１０の運転状態に応じて凝縮水が処理されるタイミングが制御可能であることから、凝縮水の処理を効果的に行うことができる。

（１−２）高負荷状態にあるエンジン１０においては筒内圧力が高くなるため、シリンダーブロック１１などに対する機械的な負荷が大きくなる。この点、制御装置５０は、エンジン１０の暖機完了後、貯留量Ｗが下限値Ｗｍｉｎ以上、上限値Ｗｍａｘ以下であり、かつ、アクセル開度ＡＣＣが高負荷開度ＡＣＣ１以上である場合に供給弁４５を開状態に制御する。また、制御装置５０は、エンジン１０の運転状態が高負荷状態にある場合を含め、貯留量Ｗが上限値Ｗｍａｘを超えている場合に供給弁４５を開状態に制御する。こうした構成によれば、高負荷状態にあるエンジン１０に対して凝縮水が供給されることから、筒内圧力の過度な上昇を抑えることができる。そして、エンジン１０が高負荷状態にあるときにより多くの凝縮水が処理されるように構成されていることから、凝縮水の処理を効果的に行うことができる。また、凝縮水の供給によって筒内圧力の抑制が図られることから、筒内圧力の抑制のためにエンジン１０が吸入する作動ガス量を減らす必要がない。すなわち、高負荷状態にあるエンジン１０に供給される空気量が確保されやすくなることから、黒煙の排出量を抑えることができる。

（１−３）制御装置５０は、エンジン１０の暖機完了後、貯留量Ｗが下限値Ｗｍｉｎ以上、上限値Ｗｍａｘ以下であり、かつ、アクセル開度ＡＣＣが０より大きく、高負荷開度ＡＣＣ１未満である場合に貯留モードを選択し、供給弁４５を閉状態に制御する。こうした構成によれば、エンジン１０の運転状態が低負荷状態あるいは中負荷状態にある場合に凝縮水の貯留が優先して行われるため、エンジン１０の運転状態が高負荷状態にあるときに処理可能な凝縮水を増やすことができる。

（１−４）制御装置５０は、エンジン１０の暖機完了後、アクセル開度ＡＣＣが０である場合に処理モードを選択して供給弁４５を開状態に制御する。これにより、アイドリング状態におけるＮＯｘの排出量を低減することができる。

（１−５）処理モードにおいて、制御装置５０は、高圧ＥＧＲ弁３３および低圧ＥＧＲ弁３８を閉状態に制御する。これにより、エンジン１０の吸入する空気量が多くなることで上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２との圧力差ΔＰが大きくなる。すなわち、処理モードにおいては、エンジン１０の運転状態が同じ高負荷状態であれば並行モードよりも多くの凝縮水をエンジン１０に供給することができる。そして、エンジン１０が吸入する作動ガスが空気のみになることで並行モードよりも燃焼温度が高くなりやすいがその温度の上昇を凝縮水で抑えることができる。

（１−６）処理モードにおいて、制御装置５０は、高圧ＥＧＲ弁３３および低圧ＥＧＲ弁３８を閉状態に制御する。これにより、エンジン１０の吸入する空気量が多くなることで上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２との圧力差ΔＰが大きくなる。すなわち、処理モードにおいては、ＥＧＲ弁３３，３８が通常制御で制御される場合に比べて、エンジン１０に対する凝縮水の供給量が多くなる。その結果、凝縮水の貯留量Ｗが上限値Ｗｍａｘ以下に減るまでに要する時間を短くすることができる。

（１−７）処理モードにおいては、エンジン１０が吸入する作動ガスが空気のみで構成されるため、ＥＧＲ弁３３，３８が通常制御で制御される場合に比べて燃焼温度が高くなりやすい。この点、上記構成においては、ＥＧＲ弁３３，３８が閉状態に制御されることによって凝縮水の供給量が多くなるため、燃焼温度が過度に高くなることを効果的に抑えることができる。

（１−８）処理制御によって制御されるスロットル２０は、通常制御よりも流路断面積が小さくなるように制御されることが好ましい。こうした構成によれば、上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２との圧力差ΔＰが大きくなることから、供給通路４３を通じて吸気通路１６に供給される凝縮水を多くすることができる。

（１−９）制御装置５０は、凝縮水の貯留量Ｗが下限値Ｗｍｉｎ未満である場合には貯留モードを選択して凝縮水の貯留を優先し、凝縮水の貯留量Ｗが上限値Ｗｍａｘを超えている場合に処理モードを選択して凝縮水の処理を優先する。これにより、凝縮水の貯留量Ｗが下限値Ｗｍｉｎ以上、上限値Ｗｍａｘ以下に維持されやすくなることから、エンジン１０の運転状態に基づく供給弁４５の制御が実行されやすくなる。その結果、エンジン１０が高負荷状態にあるときに処理される凝縮水が多くなることから、凝縮水をより効果的に処理することができる。

（１−１０）暖機完了前のエンジン１０に凝縮水を供給した場合、燃焼温度の過度な低下により黒煙の排出量が増加するおそれがある。この点、制御装置５０は、エンジン１０の暖機が完了していない場合に冷間モードを選択して供給弁４５を閉状態に制御し、エンジン１０への凝縮水の供給を禁止する。これにより、燃焼温度の過度な低下が抑えられることで暖機完了前における凝縮水の供給に起因して黒煙の排出量が増加することもない。

（１−１１）凝縮水処理装置４０は、貯留部４１に貯留した凝縮水を吸気通路１６におけるスロットル２０の下流に供給する供給通路４３を有している。こうした構成によれば、スロットル２０による流路断面積の絞り量によって、エンジン１０の凝縮水の供給量を調整することができる。

なお、上記第１実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・エンジンシステムは、低圧ＥＧＲ装置３５を有していればよく、高圧ＥＧＲ装置３０を有していなくともよい。また、エンジンシステムにおいては、凝縮水の供給タイミングを制御できればよい。そのため、制御装置５０は、例えば、エンジン１０の暖機が完了しているか否かにかかわらず、エンジン１０の運転状態に応じて各種制御モードを選択してもよい。こうした構成においては、燃焼温度の過度な低下を抑えるべく、凝縮水の供給量が制御可能であることが好ましい。凝縮水の供給量の制御は、例えば、供給弁４５として供給通路４３における流路断面積を連続的に変更可能な電動弁を採用することにより具現化可能である。また、制御装置５０は、例えば、貯留部４１における凝縮水の貯留量Ｗにかかわらず、エンジン１０の運転状態に応じた制御モードを選択してもよい。こうした構成であっても、例えば、高負荷状態にあるエンジン１０に対して凝縮水を供給することは可能であり、凝縮水の貯留量Ｗが極少量（＜下限値Ｗｍｉｎ）であるときに供給弁４５が開状態に制御されることによって貯留部４１や供給通路４３を掃気することができる。

・制御装置５０は、エンジン１０の運転状態がアイドリング状態である場合に供給弁４５を閉状態に制御してもよい。
・制御装置５０は、エンジン１０の運転状態が低負荷状態あるいは中負荷状態である場合に供給弁４５を開状態に制御してもよい。こうした構成においては、例えば、貯留量Ｗが上限値Ｗｍａｘに到達するまで凝縮水を貯留し、貯留量Ｗが下限値Ｗｍｉｎを下回るまで凝縮水が処理されることが好ましい。

・制御装置５０は、アクセル開度ＡＣＣに限らず、例えば吸入空気量やエンジン回転数、燃料噴射量なども含めてエンジン１０の運転状態を判断してもよい。
・制御装置５０は、供給弁４５の制御状態にかかわらず、スロットル２０、高圧ＥＧＲ弁３３、および、低圧ＥＧＲ弁３８をその時々のエンジン１０の運転状態に応じて制御してもよい。

（第２実施形態）
図６および図７を参照してエンジンシステムの第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態のエンジンシステムは、第１実施形態におけるエンジンシステムと主要な構成が同じである。そのため、第２実施形態においては、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、第１実施形態と同様の部分については同様の符号を付すことによりその詳細な説明は省略する。

図６に示すように、凝縮水処理装置４０は、貯留部４１と高圧ＥＧＲ通路３１における高圧ＥＧＲ弁３３の直下流とを接続する供給通路４３を有している。すなわち、供給通路４３は、高圧ＥＧＲ通路３１における高圧ＥＧＲ弁３３よりも下流の部位である下流通路３１ｂを通じて吸気通路１６に凝縮水を供給可能に構成されている。また、凝縮水処理装置４０は、吸気通路１６と高圧ＥＧＲ通路３１との合流部分６０に供給された凝縮水の余剰分をインタークーラー１９に還流する凝縮水還流通路６１を有している。凝縮水還流通路６１は、合流部分６０の底部とインタークーラー１９の下流側タンク１９ｃの底部とを接続する。すなわち、エンジンシステムは、貯留部４１に貯留された凝縮水が供給通路４３および下流通路３１ｂを通じて吸気通路１６に供給されるとともに、合流部分６０において滞留する凝縮水がインタークーラー１９に還流されるように構成されている。

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、合流部分６０においては、例えば、上流側配管１６ａにおける出口部１６ｂと下流側配管１６ｃの入口部１６ｄとが互いに対向するように配置されている。供給弁４５が開状態に制御されると、凝縮水には、インタークーラー１９の下流側タンク１９ｃ内の圧力である上流側圧力Ｐ１が作用するとともに、高圧ＥＧＲ通路３１における下流通路３１ｂの圧力が下流側圧力Ｐ２として作用する。

図７（ａ）に示すように、高圧ＥＧＲ弁３３が閉状態にあるとき、下流側圧力Ｐ２は、インタークーラー１９から合流部分６０までの圧力損失や該合流部分６０を流れる作動ガス６５によるベンチュリ効果によって上流側圧力Ｐ１よりも低くなる。また、図７（ｂ）に示すように、高圧ＥＧＲ弁３３が開状態にあるとき、下流側圧力Ｐ２は、高圧ＥＧＲ弁３３を通過した直後の高圧ＥＧＲガス６６によるベンチュリ効果によって上流側圧力Ｐ１よりも低くなる。こうした圧力差ΔＰによって、貯留部４１に貯留されている凝縮水が高圧ＥＧＲ通路３１の下流通路３１ｂに供給され、その後、吸気通路１６に供給される。

上記第２実施形態のエンジンシステムによれば、第１実施形態に記載した（１−１）〜（１−１０）の作用効果に加えて、以下に示す作用効果を得ることが可能である。
（２−１）供給通路４３が高圧ＥＧＲ通路３１における下流通路３１ｂに接続されており、また、高負荷状態にあるエンジン１０に対して凝縮水が供給される並行モードにおいては高圧ＥＧＲ弁３３が通常制御によって制御される。こうした構成によれば、高圧ＥＧＲ弁３３が開状態にあるときに高圧ＥＧＲガスに対して凝縮水が供給されることで凝縮水の気化を促進することができる。これにより、エンジン１０に吸入される作動ガスにおける凝縮水の濃度分布の均一化、すなわち、エンジン１０の各シリンダー１２に供給される凝縮水量の均一化を図ることができる。その結果、高負荷状態にあるエンジン１０においてシリンダー１２ごとの出力のばらつきを抑えつつ凝縮水を処理することができる。

（２−２）合流部分６０においては、作動ガスへの合流にともなって高圧ＥＧＲガスの温度が低下する。そのため、高圧ＥＧＲガスが合流した作動ガスの飽和水蒸気量は、高圧ＥＧＲガスの飽和水蒸気量よりも小さくなるとはいえ、高圧ＥＧＲガスが合流する前の作動ガスの飽和水蒸気量よりは大きい。このことから、飽和水蒸気量の高い高圧ＥＧＲガスに対して凝縮水を供給することにより、高圧ＥＧＲガスの合流前の作動ガスに対して凝縮水を供給する場合に比べて、気相状態で流通可能な凝縮水が多くなる。その結果、より多くの凝縮水をエンジン１０に供給することができる。

（２−３）気相状態で流通する凝縮水が多くなることで、吸気通路１６の表面やエンジン１０の吸気バルブなどに液化した凝縮水が付着することが抑えられる。その結果、これらの部材の腐食を抑えることができる。

（２−４）凝縮水を含む高圧ＥＧＲガスは、吸気通路１６を流れる作動ガスとの合流により合流部分６０において飽和水蒸気が小さくなる。そのため、合流部分６０は、凝縮水が液化しやすい部位でもある。この点、凝縮水処理装置４０は、合流部分６０とインタークーラー１９とを接続する凝縮水還流通路６１を有している。これにより、合流部分６０に滞留している凝縮水をインタークーラー１９へと還流可能であることから、凝縮水の滞留に起因した合流部分６０の腐食を抑えることができる。

なお、上記第２実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・エンジンシステムは、凝縮水処理装置４０の供給通路４３が高圧ＥＧＲ通路３１の下流通路３１ｂを通じて吸気通路１６に凝縮水を供給する構成であればよく、凝縮水還流通路６１が割愛された構成であってもよい。

１０…エンジン、１０ａ…クランクシャフト、１１…シリンダーブロック、１２…シリンダー、１３…インジェクター、１４…インテークマニホールド、１５…エキゾーストマニホールド、１６…吸気通路、１６ａ…上流側配管、１６ｂ…出口部、１６ｃ…下流側配管、１６ｄ…入口部、１７…ターボチャージャー、１８…コンプレッサー、１９…インタークーラー、１９ａ…上流側タンク、１９ｂ…コア部、１９ｃ…下流側タンク、２０…スロットル、２１…排気通路、２３…タービン、２５…排気浄化装置、３０…高圧ＥＧＲ装置、３１…高圧ＥＧＲ通路、３１ｂ…下流通路、３２…高圧ＥＧＲクーラー、３３…高圧ＥＧＲ弁、３５…低圧ＥＧＲ装置、３６…低圧ＥＧＲ通路、３７…低圧ＥＧＲクーラー、３８…低圧ＥＧＲ弁、４０…凝縮水処理装置、４１…貯留部、４１ｂ…底面、４２…レベルセンサー、４３…供給通路、４３ａ…流入口、４４…折返し部、４５…供給弁、４７…温度センサー、４８…アクセル開度センサー、４９…センサー、５０…制御装置、５１…選択部、５２…供給弁制御部、５３…スロットル制御部、５４…ＥＧＲ弁制御部、６０…合流部分、６１…凝縮水還流通路、６５…作動ガス、６６…高圧ＥＧＲガス。

Claims (9)

1. エンジンの排気通路に配設されたタービンと前記エンジンの吸気通路に配設されたコンプレッサーとを有するターボチャージャーと、
   前記吸気通路における前記コンプレッサーの下流に配設されたインタークーラーと、
   前記吸気通路における前記インタークーラーの下流に配設されたスロットルと、
   前記タービンを通過した排気ガスの一部を前記吸気通路における前記コンプレッサーの上流に還流するＥＧＲ装置と、
   前記インタークーラーに連通して前記インタークーラーにて生成された凝縮水を貯留する貯留部と、
   前記貯留部に貯留された凝縮水を前記吸気通路における前記スロットルの下流に供給可能に構成された供給通路と、
   前記供給通路に配設されて前記供給通路の流路断面積を変更可能な供給弁と、
   前記供給弁を制御する制御装置と、を備える
   エンジンシステム。
2. 前記エンジンの運転状態に関する情報を検出する情報検出部を備え、
   前記制御装置は、前記情報検出部の検出した情報を取得し、前記取得した情報に基づく前記エンジンの運転状態が高負荷状態である場合に前記供給弁を開状態に制御する
   請求項１に記載のエンジンシステム。
3. 前記制御装置は、前記エンジンの運転状態が低負荷状態あるいは中負荷状態である場合に前記供給弁を閉状態に制御する
   請求項２に記載のエンジンシステム。
4. 前記制御装置は、前記エンジンの運転状態がアイドリング状態である場合に前記供給弁を開状態に制御する
   請求項２または３に記載のエンジンシステム。
5. 前記貯留部における凝縮水の貯留量を測定する測定部を備え、
   前記制御装置は、前記測定部が測定した測定値を取得し、前記測定値が下限値以上、上限値以下である場合に前記エンジンの運転状態に基づいて前記供給弁を制御し、前記測定値が下限値未満である場合に前記供給弁を閉状態に制御し、前記測定値が上限値を超えている場合に前記供給弁を開状態に制御する
   請求項２〜４のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
6. 前記制御装置は、前記エンジンの運転状態が暖機完了前である場合には前記供給弁を優先的に閉状態に制御する
   請求項２〜５のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
7. 前記供給通路が、前記貯留部と前記吸気通路における前記スロットルの下流とを接続している
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
8. 前記エンジンシステムは、前記ＥＧＲ装置である低圧ＥＧＲ装置と、前記タービンを通過する前の排気ガスの一部を高圧ＥＧＲガスとして前記吸気通路における前記スロットルの下流に供給する高圧ＥＧＲ装置とを備え、
   前記高圧ＥＧＲ装置は、前記高圧ＥＧＲガスが流れる高圧ＥＧＲ通路と、前記高圧ＥＧＲ通路に配設された高圧ＥＧＲ弁とを備え、
   前記供給通路が、前記貯留部と前記高圧ＥＧＲ通路における前記高圧ＥＧＲ弁の下流とを接続している
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
9. 前記吸気通路に対する前記高圧ＥＧＲ通路の合流部分に接続されて、当該合流部分に供給された凝縮水の一部を前記インタークーラーに還流する凝縮水還流通路をさらに備える
   請求項８に記載のエンジンシステム。
   

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