JP2021055618A

JP2021055618A - 凝縮水排水装置

Info

Publication number: JP2021055618A
Application number: JP2019179647A
Authority: JP
Inventors: 栄治和光; Eiji Wako
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2021-04-08

Abstract

【課題】内燃機関に於いて凝縮水を排水する凝縮水排水装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０１に於いて凝縮水を排水する凝縮水排水装置１００であって、内燃機関１０１に吸気通路１０２を通じて導入される吸気を過給する過給機１０３と、吸気通路１０２に設けられ、凝縮水を排水する排水口１０４と、開状態で排水口１０４を開き、閉状態で排水口１０４を閉じる弁体１０５と、弁体１０５を開状態又は閉状態とする制御装置１０６と、を備え、制御装置１０６は、過給機１０３の非作動時に弁体１０５を開状態とし、過給機１０３の作動時に弁体１０５を閉状態とする凝縮水排水装置１００によって課題を解決する事が出来る。【選択図】図１

Description

内燃機関に於いて凝縮水を排水する凝縮水排水装置に関する。

ブローバイガス還元（PCV；Positive Crankcase Ventilation）装置や排気再循環（EGR；Exhaust Gas Recirculation）装置を備える内燃機関では、特に、低冷却水温時や低外気温時（例えば、冷間始動時や長時間アイドル時）に、ブローバイガスやＥＧＲガスに含有された水分が冷却されて、ＰＣＶ通路、ＥＧＲ通路、及び／又は吸気通路で凝縮水が生成される場合が有る。

特開２０１３−２５３５６１号公報特開２００２−３０３１４６号公報特開２０１６−３１０４２号公報特開２０１６−２０５３２１号公報

凝縮水は、内燃機関での発錆、摩耗、及び／又はオイル劣化をもたらす虞が有るので、凝縮水が生成され易い低冷却水温時や低外気温時に於けるＥＧＲ装置の作動制限、防錆加工、及び／又は防錆オイル塗布が必要と成る。

然し乍ら、ＥＧＲ装置の作動制限は排気浄化に悪影響を及ぼすので、凝縮水が生成され易い全ての条件下でＥＧＲ装置の作動制限を行う事は困難である。また、ＥＧＲ装置の作動制限を行っても、凝縮水の生成を完全に防止する事は困難である。更に、防錆加工や防錆オイル塗布はコスト増加に繋がる。

以上の事情に鑑み、内燃機関に於いて凝縮水を排水する凝縮水排水装置を提供する事を目的とする。

内燃機関に於いて凝縮水を排水する凝縮水排水装置であって、前記内燃機関に吸気通路を通じて導入される吸気を過給する過給機と、前記吸気通路に設けられ、前記凝縮水を排水する排水口と、開状態で前記排水口を開き、閉状態で前記排水口を閉じる弁体と、前記弁体を前記開状態又は前記閉状態とする制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記過給機の非作動時に前記弁体を前記開状態とし、前記過給機の作動時に前記弁体を前記閉状態とする凝縮水排水装置を提供する。

前記排水口は、前記吸気通路に於ける過給機の下流に設けられる事が望ましい。

前記凝縮水を貯留するポケットを更に備え、前記排水口は、前記ポケットに形成される事が望ましい。

前記ポケットの上流で前記吸気から前記凝縮水を分離する気水分離装置を更に備える事が望ましい。

前記制御装置は、冷却水温、外気温、及び吸気温が閾値以上の場合は、前記過給機の非作動時でも、前記弁体を前記閉状態とする事が望ましい。

前記制御装置は、前記内燃機関の回転数、燃料噴射量、又は過給圧が閾値以上の場合は、前記過給機の非作動時でも、前記弁体を前記閉状態とする事が望ましい。

内燃機関に於いて凝縮水を排水する凝縮水排水装置を提供する事が出来る。

凝縮水排水装置の構造を説明する図である。凝縮水排水装置の動作を説明する図である。

図１に示す様に、凝縮水排水装置１００は、内燃機関１０１に於いて凝縮水を排水するものである。

凝縮水排水装置１００は、内燃機関１０１に吸気通路１０２を通じて導入される吸気を過給する過給機１０３と、吸気通路１０２に設けられ、凝縮水を排水する排水口１０４と、開状態で排水口１０４を開き、閉状態で排水口１０４を閉じる弁体１０５と、弁体１０５を開状態又は閉状態とする制御装置１０６と、凝縮水を貯留するポケット１０７と、ポケット１０７の上流で吸気から凝縮水を分離する気水分離装置１０８と、を備える。

吸気通路１０２には、内燃機関１０１から排気通路１０９を通じて排出された排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気通路１０２に環流させるＥＧＲ通路１１０が接続される。ＥＧＲ通路１１０には、ＥＧＲガスの流量（ＥＧＲ量）を調整するＥＧＲバルブ１１１と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１１２と、が設置される。ＥＧＲバルブ１１１の開度は、制御装置１０６で制御される。ＥＧＲ通路１１０と、ＥＧＲバルブ１１１と、ＥＧＲクーラ１１２と、制御装置１０６と、でＥＧＲ装置１１３が構成される。低冷却水温時や低外気温時は、ＥＧＲガスに含有された水分が冷却されて、ＥＧＲ通路１１０や吸気通路１０２で凝縮水が生成され易い。

また、吸気通路１０２には、内燃機関１０１で漏出されたブローバイガスを吸気通路１０２に環流させるＰＣＶ通路１１４が接続される。ＰＣＶ通路１１４には、ブローバイガスからオイルを分離するオイルセパレータ１１５と、ブローバイガスの流量を調整するＰＣＶバルブ１１６と、が設置される。オイルセパレータ１１５には、ブローバイガスから分離されたオイルを内燃機関１０１に環流させるオイル戻し通路１１７が接続される。ＰＣＶ通路１１４と、オイルセパレータ１１５と、ＰＣＶバルブ１１６と、オイル戻し通路１１７と、でＰＣＶ装置１１８が構成される。低冷却水温時や低外気温時は、ブローバイガスに含有された水分が冷却されて、ＰＣＶ通路１１４や吸気通路１０２で凝縮水が生成され易い。

更に、吸気通路１０２には、過給機１０３の下流で吸気を冷却するインタクーラ１１９と、インタクーラ１１９の下流で過給圧を検出する過給圧センサ１２０と、が設置される。過給圧センサ１２０で検出された過給圧は、制御装置１０６に入力される。インタクーラ１１９の下流では、ＥＧＲ通路１１０が吸気通路１０２と接続され、当該接続部でＥＧＲガスと吸気とが合流される。

過給機１０３は、吸気通路１０２に設置されたコンプレッサ１２１で吸気を圧縮（過給）するものである。コンプレッサ１２１は、機械的又は電気的に駆動（回転）されるシャフト１２２を介して駆動される。コンプレッサ１２１の上流では、ＰＣＶ通路１１４が吸気通路１０２と接続され、当該接続部でブローバイガスと吸気とが合流される。シャフト１２２は、排気通路１０９に設置されたタービン１２３で機械的に駆動されても良く、モータ１２４で電気的に駆動されても良い。タービン１２３は、排気で駆動される。コンプレッサ１２１やモータ１２４の回転数は、制御装置１０６で制御される。シャフト１２２には、接状態で回転力の伝達を許可し、断状態で回転力の伝達を拒否するクラッチ（不図示）が設置されても良い。クラッチの状態は、制御装置１０６で制御される。コンプレッサ１２１とタービン１２３は、シャフト１２２を介して同軸に接続される。過給機１０３は、ベーン（不図示）の開度に応じて容量を変化させる事が可能な可変容量過給機（VGT；Variable Geometry Turbocharger）である。ベーンの開度は、制御装置１０６で制御される。

排水口１０４は、ポケット１０７に形成される。ポケット１０７は、凝縮水を任意の位置で纏めて貯留すべく、通路の断面が凹状に形成されたものである。気水分離装置１０８は、旋回流を発生させて吸気から凝縮水を分離するものである。凝縮水が生成され易い位置（例えば、インタクーラ１１９の下流、ＥＧＲクーラ１１２の下流、又は吸気通路１０２とＰＣＶ通路１１４とが接続される部分）や凝縮水が集合され易い位置（例えば、配索レイアウトの関係で通路が屈曲される部分）にポケット１０７を形成し、気水分離装置１０８でポケット１０７に凝縮水を集合させ、ポケット１０７の底面１２５に排水口１０４を形成する事によって、凝縮水を効率的に排水する事が出来る。尚、凝縮水を排水する際は、排気通路１０９に設置された排気浄化装置１２６の上流に凝縮水を排水して、凝縮水を排気浄化装置１２６で浄化しても良い。

弁体１０５は、制御装置１０６で任意に開状態又は閉状態とする事が可能な電磁弁である。制御装置１０６は、過給機１０３の非作動時（非過給時）に弁体１０５を開状態とし、過給機１０３の作動時（過給時）に弁体１０５を閉状態とする。尚、制御装置１０６は、過給圧、ベーンの開度、コンプレッサ１２１の回転数、クラッチの状態、及びモータの回転数を基に、過給機１０３の作動／非作動を判定する。排水口１０４、ポケット１０７、気水分離装置１０８、及び弁体１０５が設置される位置は、図１の位置（インタクーラ１１９の下流、且つＥＧＲ通路１１０と吸気通路１０２とが接続される部分の下流の吸気通路１０２）に限定されず、凝縮水が生成され易い位置であれば何処でも良い。

また、制御装置１０６は、冷却水温、外気温、及び吸気温が閾値以上の場合は、過給機１０３の非作動時でも、弁体１０５を閉状態とする。冷却水温は、冷却水温センサ１２７で検出され、外気温は、外気温センサ１２８で検出され、吸気温は、吸気温センサ１２９で検出される。冷却水温センサ１２７で検出された冷却水温、外気温センサ１２８で検出された外気温、及び吸気温センサ１２９で検出された吸気温は、制御装置１０６に入力される。閾値は、凝縮水が生成され易い温度と凝縮水が生成され難い温度との境界を基準に設定される。即ち、冷却水温、外気温、及び吸気温が高い場合は、結露が生じ難く、凝縮水が生成され難いので、凝縮水を排水する必要が無い。従って、冷却水温、外気温、及び吸気温が高い場合に弁体１０５を閉状態とする事によって、弁体１０５を開状態とする頻度が減少し、弁体１０５を開状態とする事に起因して過給圧が低下する頻度を最小限に抑制する事が出来る。

更に、制御装置１０６は、内燃機関１０１の回転数、燃料噴射量、又は過給圧が閾値以上の場合は、過給機１０３の非作動時でも、弁体１０５を閉状態とする。内燃機関１０１の回転数は、回転数センサ１３０で検出される。燃料噴射量は、内燃機関１０１の運転状態を基に制御装置１０６で指示される値である。即ち、燃料噴射量は、制御装置１０６で把握されている。内燃機関１０１の回転数、燃料噴射量、又は過給圧が高い場合に弁体１０５を開状態とすると、内燃機関１０１の運転状態に大きな変動を与える虞が有るので、内燃機関１０１の運転状態に大きな変動を与える虞が有る場合は、たとえ過給機１０３が非作動時であっても、弁体１０５を閉状態とする事によって、内燃機関１０１の運転状態が大きく変動する事が無い様にする。即ち、閾値は、内燃機関１０１の運転状態が大きく変動する値と内燃機関１０１の運転状態が大きく変動しない値の境界を基準に設定される。

図２に示す様に、凝縮水排水装置１００は、ステップＳ１０１で、制御装置１０６によって、過給機１０３の作動／非作動を判定し、過給機１０３の作動時はステップＳ１０２に進み、過給機１０３の非作動時はステップＳ１０３に進む。具体的には、制御装置１０６は、過給圧が過給機１０３が作動していると考えられる程度に高いか、ベーンの開度が過給機１０３が作動していると考えられる程度に大きいか、コンプレッサ１２１の回転数が過給機１０３が作動していると考えられる程度に高いか、クラッチが接状態であるか、又はモータ１２４の回転数が過給機１０３が作動していると考えられる程度に高い場合に、過給機１０３が作動していると判定する。

ステップＳ１０２では、制御装置１０６によって、弁体１０５が開状態の場合は弁体１０５を閉状態とし、弁体１０５が既に閉状態の場合は弁体１０５を閉状態に維持する。過給機１０３が作動している場合に弁体１０５を開状態とすると、排水口１０４を通じた過給圧の抜けが生じ、内燃機関１０１の運転状態が大きく変動して、運転者に大きな違和感を与える（運転者の意図に反して内燃機関１０１の出力が低下し、ドライバビリティが悪化する）虞が有るので、過給機１０３が作動している場合は、弁体１０５を閉状態とし、排水口１０４を通じた過給圧の抜けを防止する。

ステップＳ１０３では、制御装置１０６によって、冷却水温、外気温、及び吸気温が閾値以上か否かを判定し、冷却水温、外気温、及び吸気温が閾値以上の場合はステップＳ１０２に進み、冷却水温、外気温、及び吸気温が閾値未満の場合はステップＳ１０４に進む。冷却水温、外気温、及び吸気温が閾値以上の場合は、結露が生じ難く、凝縮水が生成され難いので、凝縮水を排水する事よりも内燃機関１０１の運転状態を安定させる事を優先して、弁体１０５を閉状態とする。

ステップＳ１０４では、制御装置１０６によって、内燃機関１０１の回転数、燃料噴射量、又は過給圧が閾値以上か否かを判定し、内燃機関１０１の回転数、燃料噴射量、又は過給圧が閾値以上の場合はステップＳ１０２に進み、内燃機関１０１の回転数、燃料噴射量、又は過給圧が閾値未満の場合はステップＳ１０５に進む。内燃機関１０１の回転数、燃料噴射量、又は過給圧が閾値以上の場合は、弁体１０５を開状態とすると、内燃機関１０１の運転状態に大きな変動を与える虞が有るので、凝縮水を排水する事よりも内燃機関１０１の運転状態を安定させる事を優先して、弁体１０５を閉状態とする。

ステップＳ１０５では、凝縮水が生成され易い条件が揃っており、凝縮水が内燃機関１０１での発錆、摩耗、及び／又はオイル劣化をもたらす虞が有ると考えられるので、制御装置１０６によって、弁体１０５が閉状態の場合は弁体１０５を開状態とし、弁体１０５が既に開状態の場合は弁体１０５を開状態に維持する。即ち、ステップＳ１０５では、内燃機関１０１の運転状態を安定させる事よりも凝縮水を積極的に排水して凝縮水に起因する不具合を防止すべく、弁体１０５を開状態とする。

以上の動作によって、内燃機関１０１の運転状態の安定を図り乍らも、凝縮水に起因する不具合を防止する事が出来る。

従って、凝縮水排水装置１００によれば、ＥＧＲ装置１１３の作動制限、防錆加工、及び／又は防錆オイル塗布を伴わずに、内燃機関１０１での発錆、摩耗、及び／又はオイル劣化を抑制する事が出来る。

１００凝縮水排水装置
１０１内燃機関
１０２吸気通路
１０３過給機
１０４排水口
１０５弁体
１０６制御装置
１０７ポケット
１０８気水分離装置
１０９排気通路
１１０ＥＧＲ通路
１１１ＥＧＲバルブ
１１２ＥＧＲクーラ
１１３ＥＧＲ装置
１１４ＰＣＶ通路
１１５オイルセパレータ
１１６ＰＣＶバルブ
１１７オイル戻し通路
１１８ＰＣＶ装置
１１９インタクーラ
１２０過給圧センサ
１２１コンプレッサ
１２２シャフト
１２３タービン
１２４モータ
１２５底面
１２６排気浄化装置
１２７冷却水温センサ
１２８外気温センサ
１２９吸気温センサ
１３０回転数センサ

Claims

内燃機関に於いて凝縮水を排水する凝縮水排水装置であって、
前記内燃機関に吸気通路を通じて導入される吸気を過給する過給機と、
前記吸気通路に設けられ、前記凝縮水を排水する排水口と、
開状態で前記排水口を開き、閉状態で前記排水口を閉じる弁体と、
前記弁体を前記開状態又は前記閉状態とする制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記過給機の非作動時に前記弁体を前記開状態とし、前記過給機の作動時に前記弁体を前記閉状態とする
事を特徴とする凝縮水排水装置。
前記排水口は、前記吸気通路に於ける前記過給機の下流に設けられる
請求項１に記載の凝縮水排水装置。
前記凝縮水を貯留するポケットを更に備え、
前記排水口は、前記ポケットに設置される
請求項１又は２に記載の凝縮水排水装置。
前記ポケットの上流で前記吸気から前記凝縮水を分離する気水分離装置を更に備える
請求項３に記載の凝縮水排水装置。
前記制御装置は、冷却水温、外気温、及び吸気温が閾値以上の場合は、前記過給機の非作動時でも、前記弁体を前記閉状態とする
請求項１乃至４の何れか一項に記載の凝縮水排水装置。
前記制御装置は、前記内燃機関の回転数、燃料噴射量、又は過給圧が閾値以上の場合は、前記過給機の非作動時でも、前記弁体を前記閉状態とする
請求項１乃至５の何れか一項に記載の凝縮水排水装置。