JP5494528B2 - 凝縮水排出装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼室に導かれる気体中に含まれる水分が凝縮した凝縮水を排出する装置に関する。

従来、自動車では、燃焼室から排出される排気の一部を吸気通路に戻す排気還流装置がある。吸気通路に戻された排気は、空気と混合され、再び燃焼室に導かれる。吸気通路中には、燃焼室に導かれる空気の量を多くするために、空気を冷却する冷却部としてのインタークーラが設けられている。空気は、インタークーラを通過することによって冷却されて、体積が小さくなる。この結果、より多くの空気が燃焼室に導かれるようになる。

燃焼室から排出される排気中には、水蒸気が含まれている。このため、排気還流装置によって吸気通路に戻された排気がインタークーラを通過することによって冷却されると、排気中の水蒸気が凝縮されて凝縮水となる。凝縮水は、排気中に含まれる硫黄成分を含むので、凝縮水が蒸発することによって、凝縮水が強酸性となる。このため、吸気通路においてインタークーラの下流は、耐食性を向上する処理が必要となるので、コストが高くなる。

一方、凝縮水を気通路中に設けられる触媒の上流に戻す技術がある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−２７５６７３号公報

特許文献１では、液体の凝縮水が触媒の上流に戻されるので、吸気通路の耐食性を向上する必要がなくなる。しかしながら、凝縮水が触媒に接触することによって、触媒の温度が低下することがある。触媒の温度が、活性温度より低くなると、排気の浄化機能が低下するので好ましくない。また、凝縮水が排気の流れにのって触媒に衝突するので、凝縮水によって触媒が浸食したり、凝縮水により触媒が急冷されることにより，触媒の割れや欠けなどが発生することがある。一方、触媒の温度が上昇しすぎることも好ましくない。

本発明は、コストの高騰と排気通路中に設けられる触媒の浸食、損傷を抑えつつ、触媒の温度を調整できる凝縮水排出装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明の凝縮水排出装置は、燃焼室に連通する吸気通路と、前記燃焼室に連通する排気通路と、前記吸気通路に設けられて前記燃焼室に導かれる気体が流動するとともに、前記気体を冷却する冷却部と、前記燃焼室から排出される排気を前記吸気通路において前記冷却部の上流に導く排気還流装置と、前記排気通路中に設けられて排気を浄化する浄化装置とを備えるエンジンに設けられる。前記凝縮水排出装置は、前記冷却部で凝縮された凝縮水を蒸発させる蒸発手段と、前記蒸発手段で形成された水蒸気を、前記排気通路中において前記浄化装置の上流に排出する排出手段とを備える。

更に、前記浄化装置の温度を算出する浄化装置温度算出手段を備える。前記排出手段は、前記浄化装置の温度が所定温度を越えていると判定すると、前記蒸発手段で形成された水蒸気を排出する。

請求項２に記載の発明の凝縮水排出装置では、請求項１の記載において、前記蒸発手段は、前記排気通路の一部と、前記凝縮水をためるとともに、前記排気通路からの排熱を受熱する受熱部を備えたタンクとを備える。

請求項３に記載の発明の凝縮水排出装置は、請求項２の記載において、前記タンク内の圧力を検出するタンク内圧検出手段と、前記排気通路において蒸気が戻される位置の圧力を検出する排気通路圧力検出手段とを備える。前記排出手段は、前記タンク内圧が前記排気通路圧力を上回っていると判定すると、前記蒸発手段で形成された水蒸気を排出する。

本発明によれば、コストの高騰と排気通路中に設けられる触媒の浸食や損傷を抑えつつ、触媒の温度を調整できる凝縮水排出装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る凝縮水排出装置を備える自動車を示す概略図。 図１に示される排気マニホールドの近傍を、排気マニホールドが一部切断された状態で示す断面図。 図２に示されるＦ３−Ｆ３線に沿って示すタンクの近傍を示す断面図。 図１に示されるタンク内を一部切り欠いて示す斜視図。 本発明の第２の実施形態に係る凝縮水排出装置を備える自動車を示す概略図。

本発明の第１の実施形態に係る凝縮水排出装置を、図１〜４を用いて説明する。図１は、本実施形態の凝縮水排出装置１００を備える自動車１を示す概略図である。図１中、凝縮水排出装置１００は、概略的に示されている。

図１に示すように、自動車１は、エンジン１０と、一対の前輪２と、一対の後輪３と、アクセルペダル４と、アクセルセンサ５と、メインＥＣＵ６とを備えている。凝縮水排出装置１００は、エンジン１０の一部である。自動車１は、後述されるエンジン１０が備える機関部分２０が発生する駆動力を前輪２に伝達する伝達機構を備えている。自動車１は、機関部分２０が発生する駆動力によって走行可能となる。

アクセルペダル４は、運転者が車を走行する際に踏み込むペダルである。アクセルセンサ５は、アクセルペダル４の踏み込み量を検出する。アクセルセンサ５は、メインＥＣＵ６に連結されている。アクセルセンサ５は、検出結果をメインＥＣＵ６に送信する。メインＥＣＵ６は、自動車１の様々な制御を行う。メインＥＣＵ６は、アクセルセンサ５の検出結果に基づいて、後述されるエンジンＥＣＵ６０に出力の要求を送信する。

図１に示すように、エンジン１０は、機関部分２０と、吸気系３０と、排気系４０と、ターボチャージャ５０と、エンジンＥＣＵ６０とを備えている。

機関部分２０は、エンジン１０において燃焼室が設けられる部分である。本実施形態では、機関部分２０は、レシプロ式のディーゼル機関であり、シリンダブロック６００とシリンダヘッド６０１とから構成されている。機関部分２０は、４気筒を備えている。なお、図１中では、１つの燃焼室２１を示している。燃焼室２１には、燃料を噴射するインジェクタ２３が設けられている。

ターボチャージャ５０は、後述される吸気通路３１中に設けられるコンプレッサホイールと、後述される排気通路４１中に設けられるタービンホイール５５とを備えている。

吸気系３０は、機関部分２０に、空気Ａ、または、空気Ａと排気Ｈとの混合気Ｍとを導く。吸気系３０は、吸気通路３１と、エアクリーナ３２と、エアフローセンサ３３と、低圧排気還流装置用スロットルバルブ装置３４と、ターボチャージャ５０のコンプレッサホイールと、インタークーラ３５と、高圧排気還流装置用スロットルバルブ装置３６と、凝縮水排出装置１００とを備えている。

吸気通路３１は、空気Ａ、または、空気Ａと排気Ｈとの混合気Ｍとが流動する。吸気通路３１は、吸気通路本体３１ａと、吸気マニホールド３１ｂとを備える。吸気マニホールド３１ｂは、機関部分２０の各燃焼室２１に連通している。吸気通路本体３１ａは、吸気マニホールド３１ｂに連結されている。吸気通路本体３１ａは、吸気マニホールド３１ｂに連通している。なお、ここで言う吸気通路本体３１ａとは、吸気通路３１において吸気マニホールド３１ｂ以外の部分を示す。

エアクリーナ３２は、吸気通路３１中に設けられている。エアクリーナ３２は、外部から導かれる空気Ａを濾過する。エアフローセンサ３３は、吸気通路３１においてエアクリーナ３２の下流に設けられている。エアフローセンサ３３は、吸気通路３１を流れる吸入空気量を検出する。

低圧排気還流装置用スロットルバルブ装置３４は、吸気通路３１においてエアフローセンサ３３の下流に設けられている。低圧排気還流装置用スロットルバルブ装置３４は、吸気通路３１中においてエアフローセンサ３３の下流に配置されるスロットルバルブ３４ａと、スロットルバルブ３４ａを回転することによって吸気通路３１内でのスロットルバルブ３４ａの姿勢を変化するバルブ駆動部３４ｂとを備えている。スロットルバルブ３４ａは、一例として、バタフライバルブである。吸気通路３１内でスロットルバルブ３４ａの姿勢が変化することによって、低圧排気還流装置用スロットルバルブ装置３４を通過する空気Ａの量が調節される。言い換えると、スロットルバルブ３４ａの開度が調節される。

図中、ターボチャージャ５０のコンプレッサホイールは、後述されるタービンホイール５５の奥に配置されており、それゆえ、図中には示されていない。コンプレッサホイールは、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａの下流に設けられている。インタークーラ３５は、吸気通路３１においてコンプレッサホイールの下流に設けられている。インタークーラ３５内を空気Ａ、または、空気Ａと排気Ｈとの混合気Ｍが流れる。インタークーラ３５は、外部の空気との間で熱交換をすることによって、インタークーラ３５内を流れる気体を冷却する。インタークーラ３５は、本発明で言う冷却部の一例である。

高圧排気還流装置用スロットルバルブ装置３６は、吸気通路３１においてインタークーラ３５の下流であって吸気マニホールド３１ｂよりも上流に設けられている。高圧排気還流装置用スロットルバルブ装置３６は、吸気通路３１においてインタークーラ３５の下流に配置されるスロットルバルブ３６ａと、吸気通路３１内でのスロットルバルブ３６ａの姿勢を調節するバルブ駆動部３６ｂとを備える。

バルブ駆動部３６ｂがスロットルバルブ３６ａを回転することによってスロットルバルブ３６ａの姿勢を調節すると、スロットルバルブ３６ａの開度が調節されて、スロットルバルブ３６ａを通過する空気Ａまたは混合気Ｍの量が調節される。

また、スロットルバルブ３６ａの開度が調節されることによって、吸気通路３１においてスロットルバルブ３６ａの上流と下流とで圧力差を作ることができる。スロットルバルブ３６ａの開度を小さくすると、言い換えるとスロットルバルブ３６ａを絞ってスロットルバルブ３６ａを通過する気体の流量を小さくすると、スロットルバルブ３６ａの下流に対して上流の圧力を高くすることができる。

凝縮水排出装置１００については、後で詳細に説明する。

排気系４０は、各燃焼室２１から排出される排気Ｈを外部へ導く。排気系４０は、排気通路４１と、ターボチャージャ５０のタービンホイール５５と、触媒装置４２と、温度センサ４４と、酸素濃度検出センサ４５と、ＮＯｘトラップ触媒装置４３と、低圧排気還流装置７０と、高圧排気還流装置８０と、酸素濃度検出センサ９０とを備えている。低圧排気還流装置７０は、本発明で言う排気還流装置の一例である。

排気通路４１は、機関部分２０の各燃焼室２１から排出される排気Ｈが流動する。排気通路４１は、排気通路本体４１ａと、排気マニホールド４１ｂとを備えている。排気マニホールド４１ｂは、各燃焼室２１に連通している。排気通路本体４１ａは、排気マニホールド４１ｂに連通している。排気通路本体４１ａは、排気通路４１において排気マニホールド４１ｂ以外の部分を示す。タービンホイール５５は、排気通路本体４１ａに設けられている。

触媒装置４２は、排気通路４１においてタービンホイール５５の下流に設けられている。触媒装置４２は、ハウジング４２ｃと、酸化触媒４２ａと、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）４２ｂとを備えている。ハウジング４２ｃは、排気通路４１の一部を構成している。ＤＰＦ４２ｂと、酸化触媒４２ａとは、ハウジング４２ｃ内に収容されている。酸化触媒４２ａは、ＤＰＦ４２ｂよりも上流に位置している。

ＤＰＦ４２ｂは、排気Ｈ中に含まれる煤などのディーゼルパティキュレートマターを捕集する機能を有する。酸化触媒４２ａは、排気Ｈ中の未燃成分を酸化する機能を有する。触媒装置４２は、本発明で言う浄化部の一例である。

温度センサ４４は、排気通路４１においてＤＰＦ４２ｂの直ぐ下流に設けられている。本実施形態では、一例として、ハウジング４２ｃに設けられている。温度センサ４４は、排気通路４１においてＤＰＦ４２ｂの直ぐ下流を流れる排気Ｈの温度を検出する。

酸素濃度検出センサ４５は、排気通路４１において触媒装置４２の下流に設けられている。酸素濃度検出センサ４５は、排気Ｈ中の酸素濃度を検出する。

ＮＯｘトラップ触媒装置４３は、排気通路４１の一部を形成するハウジング４３ａと、ハウジング４３ａ内に収容されるＮＯｘトラップ触媒４３ｂとを備えている。ハウジング４３ａは、排気通路４１において触媒装置４２の下流に設けられている。ＮＯｘトラップ触媒４３ｂは、排気Ｈ中のＮＯｘを捕集し浄化する機能を有してＮＯｘを窒素に還元する機能を有している。

低圧排気還流装置７０は、本発明で言う排気還流装置７０の一例である。低圧排気還流装置７０は、低圧排気還流装置用通路７１と、低圧排気還流装置用クーラ７２と、低圧排気還流装置用バルブ装置７３とを備えている。

低圧排気還流装置用通路７１の一端７４は、排気通路４１において酸素濃度検出センサ４５の下流であってかつＮＯｘトラップ触媒装置４３の上流の位置に連通している。低圧排気還流装置用通路７１の他端７５は、吸気通路３１においてコンプレッサホイールとスロットルバルブ３４ａとの間に連通している。低圧排気還流装置用通路７１は、排気通路４１と吸気通路３１を連通している。低圧排気還流装置用クーラ７２は、低圧排気還流装置用通路７１中に設けられている。

低圧排気還流装置用バルブ装置７３は、低圧排気還流装置用通路７１の他端７５に設けられている。低圧排気還流装置用バルブ装置７３は、バルブ７３ａと、バルブ７３ａを駆動するバルブ駆動部７３ｂとを備えている。バルブ７３ａは、他端７５を開閉する。

バルブ駆動部７３ｂによってバルブ７３ａが移動されて、バルブ７３ａが他端７５を開く状態であると、言い換えると、バルブ７３ａが開くと、低圧排気還流装置用通路７１を通って排気Ｈが吸気通路３１に流入する。バルブ７３ａが他端７５を閉塞する状態であると、言い換えると、バルブ７３ａが閉じると、排気Ｈは、吸気通路３１に流入しない。

高圧排気還流装置８０は、高圧排気還流装置用通路８１と、高圧排気還流装置用クーラ８２と、高圧排気還流装置用バルブ装置８３とを備えている。高圧排気還流装置用通路８１の一端８４は、排気マニホールド４１ｂに連通している。高圧排気還流装置用通路８１の他端８５は、吸気通路３１において、スロットルバルブ３６ａの下流に連通している。高圧排気還流装置用通路８１は、排気通路４１と吸気通路３１とを連通している。高圧排気還流装置用クーラ８２は、高圧排気還流装置用通路８１に設けられている。

高圧排気還流装置用バルブ装置８３は、高圧排気還流装置用通路８１の他端８５に設けられている。高圧排気還流装置用バルブ装置８３は、バルブ８３ａと、バルブ８３ａを駆動するバルブ駆動部８３ｂとを備えている。バルブ８３ａは、他端８５を開閉する。

バルブ駆動部８３ｂによってバルブ８３ａが移動されて、バルブ８３ａが他端８５を開く状態であると、言い換えると、バルブ８３ａが開くと、高圧排気還流装置用通路８１を通って排気Ｈが吸気通路３１に流入する。バルブ８３ａが他端８５を閉塞する状態であると、言い換えると、バルブ８３ａが閉じると、排気Ｈは、吸気通路３１に流入しない。

酸素濃度検出センサ９０は、排気通路４１において触媒装置４２の下流に連結されている。

エンジンＥＣＵ６０は、エアフローセンサ３３と、温度センサ４４と、酸素濃度検出センサ４５とに接続されている。エアフローセンサ３３と温度センサ４４と酸素濃度検出センサ４５とは、検出結果をエンジンＥＣＵ６０に送信する。エンジンＥＣＵ６０は、温度センサ４４の検出結果に基づいて、温度センサ４４の上流に位置する酸化触媒４２ａとＤＰＦ４２ｂとの温度を検出する。本実施形態では、エンジンＥＣＵ６０は、温度センサ４４の検出結果に対応する、酸化触媒４２ａの温度、ＤＰＦ４２ｂの温度の情報を備えている。この情報は、例えばマップなどである。エンジンＥＣＵ６０は、この情報に基づいて、酸化触媒４２ａの温度とＤＰＦ４２ｂの温度とを得ることができる。

エンジンＥＣＵ６０は、メインＥＣＵ６に接続されており、メインＥＣＵ６から指示を受ける。エンジンＥＣＵ６０は、低圧排気還流装置用スロットルバルブ装置３４のバルブ駆動部３４ｂと、高圧排気還流装置用スロットルバルブ装置３６のバルブ駆動部３６ｂと、低圧排気還流装置用バルブ装置７３のバルブ駆動部７３ｂと、高圧排気還流装置用バルブ装置８３のバルブ駆動部８３ｂとに接続されており、これらバルブの開閉を制御する。また、エンジンＥＣＵ６０は、インジェクタ２３の動作を制御する。

具体的に説明すると、メインＥＣＵ６は、アクセルセンサ５の検出結果に基づいて、エンジンＥＣＵ６０に出力の要請を出す。エンジンＥＣＵ６０は、メインＥＣＵ６からの指示に基づいて、または、機関部分２０の運転状態に応じて、バルブ駆動部３４ｂ，３６ｂ，７３ｂ，８３ｂと、各インジェクタ２３との動作を制御する。

つぎに、凝縮水排出装置１００について説明する。凝縮水排出装置１００は、タンク装置１０１と、導入通路１０２と、排出通路１０３と、カバー部材１０４と、吸気通路用圧力センサ１０５と、排気通路用圧力センサ１０６（排気通路圧力検出手段）とを備えている。図２は、排気マニホールド４１ｂの近傍を示すとともに、排気マニホールド４１ｂが一部切断された状態を示している。

図２に示される、排気マニホールド４１ｂと、機関部分２０との配置関係を説明する。図２において、機関部分２０は、排気マニホールド４１ｂの奥に配置されている。また、図２中、各燃焼室２１が並ぶ方向Ｃを矢印で示す。

車体上下方向Ｂについて説明する。図２中、車体上下方向Ｂは、前輪２と後輪３などの車輪が取り付けられた自動車１が平面上に置かれたときに、この平面に垂直な方向に平行とする。そして、上記垂直な方向のうち、平面において自動車１が置かれた側から平面に向かう方向を下方向とし、この反対方向を上方向とする。なお、自動車１が平面上におかれた状態とは、車輪がこの平面に接触しており、自動車１が走行可能な姿勢でおかれた状態である。重力の作用する方向に垂直な平面上に自動車１が置かれると、重力の作用する方向が下方向となる。

図３は、図２中に示されるＦ３―Ｆ３線に沿って示す断面図である。図２，３に示すように、タンク装置１０１は、排気マニホールド４１ｂに対して車体上下方向Ｂに沿って上方に位置している。タンク装置１０１は、排気マニホールド４１ｂに対して離間している。また、タンク装置１０１の全体は、車体上下方向Ｂに沿って見たときに排気マニホールド４１ｂに重なっている。言い換えると、タンク装置１０１の全体は、車体上下方向Ｂに沿って見たときに、排気マニホールド４１ｂの外観を形成する縁の内側に位置している。タンク装置１０１は、ブラケット１０７によって機関部分２０に固定されている。

図４は、タンク装置１０１の内部を示している。図４に示すように、タンク装置１０１は、タンク１１０と、流動抑制筒１１１と、気液分離板１１２と、タンク用圧力センサ１１３（タンク内圧検出手段）とを備えている。タンク用圧力センサ１１３は、図１にのみ示されている。タンク１１０は、入口用貫通孔１１６と出口用貫通孔１１７以外の箇所が液密に密閉される筒状である。タンク１１０の外観を形成する壁部２０１の底壁部２０２は、排気マニホールド４１ｂに対面している。

流動抑制筒１１１は、複数の貫通孔が形成される多孔板が筒状に形成されることによって構成されている。流動抑制筒１１１の両端は、開口している。本実施形態では、大きさの違う２つの流動抑制筒１１１が設けられている。小さい方の流動抑制筒１１１は、大きい方の流動抑制筒１１１の内側に収容されている。各流動抑制筒１１１の車体上下方向Ｂに下端の全域は、タンク１１０の底面に接触した状態で、この底面に固定されている。

車体上下方向Ｂに垂直な方向に沿ってタンク１１０の内面１１４と外側の流動抑制筒１１１との間には、隙間が形成されている。車体上下方向Ｂに垂直な方向に沿って一方の流動抑制筒１１１と他方の流動抑制筒１１１との間にも隙間が形成されている。なお、流動抑制筒１１１の数は、２つに限定されるものではない。１つでもよい。好ましくは、複数であるとよい。複数である場合は、図４に示すように、大きい流動抑制筒１１１内に小さい流動抑制筒１１１が収容される。

気液分離板１１２は、複数の貫通孔が形成される多孔板であり、一例として平板である。本実施形態では、一例として、気液分離板１１２は、３つ設けられている。各気液分離板１１２は、タンク１１０内において車体上下方向Ｂに沿って流動抑制筒１１１の上方に配置されている。気液分離板１１２の各々は、互いに離間しており、周縁の全域がタンク１１０の内面１１４に接触した状態で、内面１１４に固定されている。

図１に示すように、タンク用圧力センサ１１３は、タンク１１０内に設けられており、タンク１１０内の圧力を検出する。タンク用圧力センサ１１３は、エンジンＥＣＵ６０に接続されている。タンク用圧力センサ１１３は、検出結果をエンジンＥＣＵ６０に送信する。

タンク１１０において車体上下方向Ｂにそって上壁部１１５には、入口用貫通孔１１６と、出口用貫通孔１１７とが形成されている。

図１に示すように、導入通路１０２は、例えば管部材で形成されており、インタークーラ３５とタンク１１０とに連通している。導入通路１０２の一端は、インタークーラ３５内の空気Ａまたは空気Ａと排気Ｈとの混合気Ｍが流動する流路において、凝縮された凝縮水がたまりやすい部位に連通している。凝縮された凝縮水がたまりやすい部位は、本実施形態では、インタークーラ３５内の空気Ａまたは空気Ａと排気Ｈとの混合気Ｍが流動する流路において車体上下方向Ｂに最も下端の位置に連通している。

なお、インタークーラ３５内において空気Ａまたは空気Ａと排気Ｈとの混合気Ｍが流動する流路において凝縮水がたまりやすい部位は、インタークーラの構造によって異なる。インタークーラ内において空気Ａまたは空気Ａと排気Ｈとの混合気Ｍが流動する流路において凝縮水がたまりやすい部位は、実験などによって求めることができる。

ここで、インタークーラ３５とタンク装置１０１との位置関係を説明する。本実施形態では、タンク装置１０１は、インタークーラ３５に対して車体上下方向Ｂに下側に配置されている。なお、タンク装置１０１とインタークーラ３５とは、車体上下方向Ｂに見たときに重なっていなくてもよい。

導入通路１０２は、入口用貫通孔１１６に連結されている。入口用貫通孔１１６の縁は、導入通路１０２が連結されることによって液密にシールされる。または、液密にシールするために、シール部材が用いられてもよい。

導入通路１０２は、タンク１１０内に連通している。導入通路１０２によって、インタークーラ３５とタンク１１０とが連通する。インタークーラ３５内で凝集した凝縮水Ｗは、導入通路１０２を通ってタンク１１０内に導かれる。入口用貫通孔１１６には、車体上下方向Ｂに沿って気液分離板１１２よりも下方に凝縮水Ｗを導く管部材１１８が取り付けられている。

タンク１１０内には、耐食性を高める処理が施されている。本実施形態では、タンク１１０の内面１１４と、管部材１１８と、後述される管部材１１９と、流動抑制筒１１１と、気液分離板１１２とには、耐食性を向上するために、ニッケル系の金属がコーティングされている。

排出通路１０３は、例えば管部材で形成されている。排出通路１０３の一端は、出口用貫通孔１１７に連結されている。出口用貫通孔１１７の縁は、排出通路１０３が連結されることによって気密にシールされる。または、気密にシールするために、シール部材が用いられてもよい。出口用貫通孔１１７には、タンク１１０内に向かって延びる管部材１１９が連結されている。管部材１１９は、気液分離板１１２と接触しない位置まで、車体上下方向Ｂに沿って延びている。

図１に示すように、排出通路１０３の他端は、排気通路４１において触媒装置４２の上流であってかつターボチャージャ５０のタービンホイール５５下流の位置に連結されている。排出通路１０３を介して、タンク１１０内と排気通路４１とは連通している。排出通路１０３内には、蒸気調節バルブ装置１２０が設けられている。

蒸気調節バルブ装置１２０は、排出通路１０３内に設けられるバルブ本体１２１と、排出通路１０３内でのバルブ本体１２１の位置を調節するバルブ駆動部１２２とを備えている。バルブ本体１２１は、排出通路１０３を塞ぐ位置と、排出通路１０３を開く位置との２つの位置を変位可能である。バルブ駆動部１２２は、エンジンＥＣＵ６０に接続されている。バルブ駆動部１２２は、エンジンＥＣＵ６０によって制御されて、バルブ本体１２１を塞ぐ位置または開く位置に位置決めする。排出通路１０３と蒸気調節バルブ装置１２０とは、本発明で言う排出手段の一例を構成している。

図２，３に示すように、カバー部材１０４は、タンク装置１０１の全体と、排気マニホールド４１ｂの全体とを覆っている。カバー部材１０４は、一例として、ブラケット４００を介して排気マニホールド４１ｂに固定されている。図３には、ブラケット４００の一部が図示されている。なお、カバー部材１０４の固定構造は、上記以外の構造であってもよい。タンク１０１を固定する固定具として、ブラケット４００以外の固定具が用いられてもよい。

カバー部材１０４は、車体上下方向Ｂに沿って上方に位置する上壁部１０４ａと、機関部分２０とタンク装置１０１との間に配置される側壁部１０４ｂと、タンク装置１０１を挟んで側壁部１０４ｂの反対側に配置される側壁部１０４ｃと、側壁部１０４ｂ，１０４ｃを連結する側壁部１０４ｄ，１０４ｅとを備えている。

図２に示すように、上壁部１０４ａは、排気マニホールド４１ｂとタンク装置１０１とに沿って形成されている。この点について具体的に説明すると、排気マニホールド４１ｂが延びる方向である方向Ｂは、本実施形態では、一例として車体上下方向Ｂに垂直な方向である。

そして、タンク装置１０１は、車体上下方向Ｂに見たときに、排気マニホールド４１ｂの中央に重なる。排気マニホールド４１ｂとタンク装置１０１とは、Ｔ字を逆さまにした形状を構成する。上壁部１０４ａは、Ｔ字を逆さまにした形状である。このため、上壁部１０４ａと排気マニホールド４１ｂとの間の隙間、上壁部１０４ａとタンク装置１０１との隙間とは、小さく形成されている。

側壁部１０４ｂ〜１０４ｅは、タンク装置１０１の周方向に連結されている。側壁部１０４ｂは、車体上下方向Ｂに沿ってブラケット１０７まで延びている。側壁部１０４ｃ〜１０４ｅは、車体上下方向Ｂに沿って排気マニホールド４１ｂの下端よりも下方に延びている。

図１に示すように、吸気通路用圧力センサ１０５は、インタークーラ３５内の流路内の圧力を検出する。本実施形態では、インタークーラ３５内の圧力は、吸気通路３１においてインタークーラ３５の上流の位置の圧力と同じである。このため、本実施形態では、吸気通路用圧力センサ１０５は、一例として、吸気通路３１においてインタークーラ３５の上流に設けられている。吸気通路用圧力センサ１０５は、エンジンＥＣＵ６０に接続されている。吸気通路用圧力センサ１０５は、検出結果をエンジンＥＣＵ６０に送信する。

排気通路用圧力センサ１０６は、排気通路４１において排出通路１０３が連結される部位に作用する圧力を検出する。本実施形態では、排気通路用圧力センサ１０６は、排気通路４１において、触媒装置４２の上流であってかつ、タービンホイール５５の下流の位置に設けられている。本実施形態では、一例として、ハウジング４２ｃに設けられている。排気通路用圧力センサ１０６は、排気通路４１内の圧力を検出する。排気通路用圧力センサ１０６は、エンジンＥＣＵ６０に接続されている。排気通路用圧力センサ１０６は、検出結果をエンジンＥＣＵ６０に送信する。

つぎに、凝縮水排出装置１００の動作を説明する。エンジンＥＣＵ６０は、メインＥＣＵ６からの指示によって排気Ｈを吸気通路３１に導く場合、低圧排気還流装置用バルブ装置７３を開く。このことによって、排気Ｈの一部は、低圧排気還流装置用通路７１を通って吸気通路３１に導かれる。

吸気通路３１に排気Ｈが導かれることによって、空気Ａと排気Ｈとの混合気Ｍが形成される。排気Ｈは、水蒸気を含んでいる。ここで言う水蒸気は、水が蒸発して気体となったものであり、凝結して水の細かい粒となったものなどの液体は含まない。このため、混合気Ｍも水蒸気を含む。混合気Ｍは、コンプレッサホイールを通過した後、インタークーラ３５に流入する。混合気Ｍは、インタークーラ３５を通過することによって冷却される。混合気Ｍが冷却されることによって、混合気Ｍ中の水蒸気が凝縮されて凝縮水Ｗができる。

エンジンＥＣＵ６０は、排気Ｈが吸気通路３１に戻される際には、蒸気調節バルブ装置１２０を開く。そして、高圧排気還流装置用スロットルバルブ装置３６のスロットルバルブ３６ａの開度を調整する。具体的には、インタークーラ３５内の圧力をＰ１とし、タンク１１０内の圧力をＰ２とすると、Ｐ１＞Ｐ２となるように、スロットルバルブ３６ａの開度を調整する。

エンジンＥＣＵ６０は、吸気通路用圧力センサ１０５と、タンク用圧力センサ１１３との検出結果から、圧力Ｐ１，Ｐ２を得ることができる。Ｐ１＞Ｐ２となることによって、インタークーラ３５内で凝縮された凝縮水Ｗは、導入通路１０２を通ってタンク１１０内に導かれる。タンク１１０内に導かれた凝縮水Ｗは、タンク１１０内にたまる。

タンク１１０は、自動車１の走行に起因する振動によって揺れる。このとき、凝縮水Ｗは、流動抑制筒１１１に形成される複数の孔を通ることによって、タンク１１０内で大きく揺れることが抑制されるので、当該揺れに起因して音が発生することが抑制される。

図２，３に示すように、タンク１１０は、車体上下方向Ｂに沿って排気マニホールド４１ｂの上方に位置している。カバー部材１０４内の空気は、排気マニホールド４１ｂによって暖められると、車体上下方向Ｂに沿って上方に移動する。暖められた空気は、タンク１１０にぶつかる。タンク１１０は、排気マニホールド４１ｂによって暖められた空気がぶつかることによって昇温される。タンク１１０の壁部２０１において、底壁部２０２と底壁部２０２の近傍の部位は、本発明で言う受熱部として機能する。

タンク１１０内にためられた凝縮水Ｗは、上記のように昇温されたタンク１１０を介して昇温される。この結果、凝縮水Ｗは、タンク１１０内で蒸発する。蒸発して気体となった水蒸気Ｖは、タンク１１０内で上方に移動する。タンク１１０内で上方に移動した水蒸気Ｖは、気液分離板１１２にぶつかる。ここで言う水蒸気Ｖは、水が蒸発して気体となったものであり、凝結して水の細かい粒となったものなどの液体は含まない。タンク１１０と排気マニホールド４１ｂとは、本発明で言う蒸発手段の一例を構成している。

水蒸気Ｖが気液分離板１１２にぶつかることによって、水蒸気Ｖとともに上昇した水滴、または、水蒸気Ｖの一部が凝結して水の細かい粒となったものが、水蒸気Ｖから分離される。

エンジンＥＣＵ６０は、温度センサ４４の検出結果に基づいて触媒装置４２の酸化触媒４２ａの温度とＤＰＦ４２ｂの温度とを算出している。エンジンＥＣＵ６０は、触媒装置４２の温度が上昇しすぎていると判定すると、タンク１１０内の水蒸気Ｖを排気通路４１において触媒装置４２の上流に戻す。エンジンＥＣＵ６０は、本発明で言う浄化装置温度算出手段の一例を兼ねている。

なお、触媒装置４２の温度が上昇しすぎていると判定する状態は、酸化触媒４２ａの温度が、耐熱温度を超えて触媒の劣化が急激に進行する温度になっている状態、または、ＤＰＦ４２ｂの温度がその耐熱温度をこえてクラックの発生や溶損に至るおそれのある状態である。これら温度は、予め得ることができる温度であり、エンジンＥＣＵ６０に予め記憶されている。エンジンＥＣＵ６０は、温度センサ４４の検出結果に基づいて得られる酸化触媒４２ａの温度とＤＰＦ４２ｂの温度が、上記２つの温度のうち少なくとも１一方の温度をこえていると、触媒装置４２の温度が上昇しすぎていると判定する。

より具体的には、酸化触媒４２ａの温度がその耐熱温度を超えている状態、または、ＤＰＦ４２ｂの温度がその耐熱温度をこえている状態のいずれいか一方の状態になると、エンジンＥＣＵ６０は触媒装置４２の温度が上昇しすぎていると判定する。これら耐熱温度は、本発明で言う所定温度の一例である。

触媒装置４２の温度が上昇する場合は、以下の場合がある。ＤＰＦ４２ｂが捕集した煤が燃焼することによって、ＤＰＦ４２ｂの温度が上昇する。また、Ｎｏｘトラップ触媒４３ｂに吸着されたサルファをパージする際に、エンジンＥＣＵ６０は、ポスト噴射を行う。ポスト噴射が行われると、排気Ｈ中の未燃燃料の成分が多くなる。このため、排気Ｈ中の未燃成分が酸化触媒４２ａで酸化されることによって、酸化触媒４２ａの温度が上昇する。また、酸化触媒４２ａで昇温された排気Ｈの熱によってＤＰＦ４２ｂも昇温する。

なお、触媒装置４２の温度が上昇しすぎていると判定する際に用いられる温度は、上記の２つの温度だけではなく、例えば、より安全を考慮してより低い温度に設定されてもよく、任意に決定できる。

エンジンＥＣＵ６０は、触媒装置４２の温度が上昇しすぎていると判定すると、蒸気調節バルブ装置１２０を開く。そして、高圧排気還流装置用スロットルバルブ装置３６のスロットルバルブ３６ａの開度を調整する。具体的には、インタークーラ３５内の圧力をＰ１とし、タンク１１０内の圧力をＰ２とし、排気通路４１において蒸気が戻される位置の圧力をＰ３すると、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３となるように、スロットルバルブ３６ａの開度を調整する。

Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３となることによって、液体が分離された水蒸気Ｖは、排出通路１０３を通って排気通路４１において触媒装置４２の上流に確実に導かれる。触媒装置４２の上流に戻された蒸気は、触媒装置４２を通過する際に、酸化触媒４２ａとＤＰＦ４２ｂとを冷却する。酸化触媒４２ａは、蒸気によって冷却されることによって、温度が耐熱温度をこえることが抑制される。ＤＰＦ４２ｂは、蒸気によって冷却されることによって、耐熱温度をこえることが抑制される。

このように構成される凝縮水排出装置１００では、インタークーラ３５で凝縮した凝縮水Ｗは、タンク１１０に導かれるので、凝縮水Ｗがインタークーラ３５内にたまるとともに蒸発することが抑制される。このことによって、インタークーラ３５が腐食することを抑制することができる。また、インタークーラ３５の耐食性を向上する処理が不要またはその処理の程度を小さくすることができるので、コストの高騰を抑えることができる。

さらに、吸気通路３１においてインタークーラ３５の下流に、凝縮水Ｗが飛散することがないので、吸気通路３１においてインタークーラ３５の下流が腐食することを抑制することができる。特に、吸気通路３１中に酸素濃度検出センサなどのセンサが設けられる場合、これらセンサは、水分の付着が故障の原因となる場合がある。本実施形態のように、インタークーラ３５の下流に凝縮水Ｗが飛散することが抑制されることによって、吸気通路３１においてインタークーラ３５の下流にセンサなどの水分が故障の原因となる部品が設けられても、これら部品が故障することを抑制することができる。

さらに、吸気通路３１においてインタークーラ３５の下流の耐食性を向上する処理が不要またはその処理の程度を小さくすることができるので、コストの高騰を抑えることができる。

また、気体となった水蒸気Ｖを利用して、酸化触媒４２ａとＤＰＦ４２ｂとを冷却している。このため、酸化触媒４２ａが過冷却されることを抑制することができる。この点について具体的に説明する。酸化触媒４２ａに、液体の凝縮水Ｗが戻されると、酸化触媒４２ａは、過冷却される。しかしながら、気体である水蒸気Ｖによって冷却されることによって、酸化触媒４２ａは、過冷却されない。さらに、液体ではなく水蒸気Ｖが酸化触媒４２ａに導かれることによって、酸化触媒４２ａが浸食、損傷されることを抑制できる。

また、凝縮水Ｗを蒸発する手段として、排気通路４１を熱源として利用することによって、別途に凝縮水を加熱する手段を必要としないので、凝縮水排出装置１００の構成を簡素にすることができる。さらに、排気通路４１において温度が高い排気マニホールド４１ｂを熱源として利用することによって、凝縮水Ｗを効率よく蒸発することができる。

また、タンク１１０が排気マニホールド４１ｂに対して車体上下方向Ｂに沿って上方に位置することによって、排気マニホールド４１ｂの熱を利用してタンク１１０の凝縮水Ｗを効率よく蒸発させることができる。

また、排気通路４１の一部として排気通路４１のうち温度が高い排気マニホールド４１ｂに対して車体上下方向Ｂに沿って上方にタンク１１０を配置することによって、排気マニホールド４１ｂが有する熱を有効に利用することができる。

また、タンク１１０の全体が排気マニホールド４１ｂに車体上下方向Ｂに重なることによって、排気マニホールド４１ｂの熱が効率よくタンク１１０に伝わるようになる。

また、カバー部材１０４を備えることによって、排気マニホールド４１ｂの熱がタンク１１０に効率よく伝わるようになる。

また、凝縮水Ｗは、蒸発して気体となった水蒸気Ｖとして排気通路４１に戻されるので、排気通路４１に設けられるセンサなど水分の付着が故障の原因となる部品を故障させることがない。

また、流動抑制筒１１１と、気液分離板１１２とは、タンク１１０に接続されているので、タンク１１０の外から伝わる熱が流動抑制筒１１１と気液分離板１１２とを介して凝縮水Ｗに効率よく伝達されるので、凝縮水Ｗの蒸発を促進することができる。

つぎに、本発明の第２の実施形態に係る凝縮水排出装置を、図５を用いて説明する。本実施形態において第１の実施形態と同様の機能を有する構成は、第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、排気系４０は、ＮＯｘトラップ触媒装置４３に代えてＮＯｘ選択還元触媒装置４６を備える点と、尿素添加インジェクタ４７を備える点とが、第１の実施形態と異なる。また、エンジンＥＣＵ６０は、第１の実施形態の動作に加えて、さらに、尿素添加インジェクタ４７の動作を制御する。他の点は、第１の実施形態と同じである。

図５は、本実施形態の凝縮水排出装置１００を備える自動車１を示す概略図である。図５に示すように、また、上記したように、本実施形態の排気系４０は、Ｎｏｘトラップ触媒装置４３に代えてＮＯｘ選択還元触媒装置４６を備えるとともに、尿素添加インジェクタ４７を備える。

ＮＯｘ選択還元触媒装置４６は、排気通路４１の一部を形成するハウジング４６ａと、Ｎｏｘ選択還元触媒４６ｂとを備える。ハウジング４６ａは、排気通路４１において低圧排気還流装置用通路７１の一端７４の下流に設けられている。Ｎｏｘ選択還元触媒４６ｂは、ハウジング４６ａ内に収容されている。ＮＯｘ選択還元触媒４６ｂは、排気Ｈ中のＮｏｘを吸着するとともに、還元剤として尿素が添加されると、ＮＯｘを還元する機能を有する。

尿素添加インジェクタ４７は、排気通路４１において、ＮＯｘ選択還元触媒装置４６の上流に配置されており、Ｎｏｘ選択還元触媒４６ｂに向かって尿素を噴射する。尿素添加インジェクタ４７は、尿素を蓄えるタンク５００に連結されており、尿素が供給される。

エンジンＥＣＵ６０は、尿素添加インジェクタ４７の動作を制御する。具体的には、エンジンＥＣＵ６０は、例えばディーゼル機関部分２０の運転時間などからＮＯｘ選択還元触媒４６ｂが吸着したＮＯｘを還元する時期になったと判定すると、尿素添加インジェクタ４７を制御して、尿素添加インジェクタ４７から尿素を噴射させる。

一方、ＮＯｘ選択還元触媒４６ｂでＮＯｘを還元する場合、ＮＯｘ選択還元触媒４６ｂに供給される排気Ｈ中のＮＯ（窒素）と、ＮＯ_２との割合が、一対一であることが好ましい。ＮＯ_２を生成するためには、酸化能力の高い酸化触媒が必要である。このため、本実施形態の酸化触媒４２ａは、排気Ｈ中のＮＯとＮＯ_２との割合が、一対一となる程度の酸化能力を有している。酸化触媒４２ａの酸化能力が上記のように高いことによって、ＤＰＦ４２ｂの再生時などにポスト噴射をすると、酸化触媒４２ａの温度が上昇する。

本実施形態であっても凝縮水排出装置１００は、第１の実施形態と同様に動作する。

本実施形態のように、酸化触媒４２ａの酸化能力が比較的高く、それゆえ、酸化触媒４２ａの温度が耐熱温度域をこえる温度まで上昇しやすい場合であっても、触媒４２ａの温度を活性温度域内にとどめることができる。

なお、第１，２の実施形態では、タンク１１０内には、耐食性を向上するための処理として、ニッケル系の金属がコーティングされている。しかしながら、これに限定されない。たとえば、タンク１１０内に、排気を浄化する触媒がコーティングされてもよい。触媒がコーティングされることによって、凝縮水Ｗとともにタンク１１０内に導かれる排気Ｈを浄化することができる。

または、第１，２の実施形態のタンク１１０内には、耐食性を向上する処理に加えて、上記された触媒のコーティングが施されてもよい。

また、第１，２の実施形態では、凝縮水Ｗを蒸発するための蒸発手段として、タンク１１０と、排気通路４１とを利用している。しかしながら、排気通路４１を利用しない構造であってもよい。例えば、凝縮水Ｗを蒸発するための蒸発手段は、熱源として加熱ヒータを備えてこの加熱ヒータによって凝縮水Ｗを蒸発させてもよい。

また、第１，２の実施形態では、凝縮水Ｗを蒸発するための熱源として、排気マニホールドが用いられた。しかしながら、例えば、排気通路において、排気マニホールド以外の部分が用いられてもよい。この場合、タンク装置が第１，２の実施形態において、排気通路において排気マニホールド以外の部分が排気マニホールドに置き換えられる。排気通路において排気マニホールド以外の部位は、排気の熱によって高温になるので、第１，２の実施形態と同様の効果が得られる。なお、好ましくは、第１，２の実施形態のように、排気マニホールドが用いられるとよい。

また、第１，２の実施形態では、タンク１１０は、排気マニホールド４１ｂの車体上下方向Ｂに沿って上方に配置されている。しかしながら、タンク１１０は、排気マニホールド４１ｂから熱が伝達されて凝縮水Ｗが蒸発される位置にあればよい。このため、タンク１１０は、排気マニホールド４１ｂに接触していてもよい。または、タンク１１０は、タンク１１０の一部が排気マニホールド４１ｂの内部に入り込んでいてもよい。

なお、第１，２の実施形態では、タンク１１０は、底壁部２０２と、底壁部２０２の近傍の部分とが本発明で言う受熱部の一例として機能している。例えば、タンク１１０は、受熱部として、フィンなどの熱を受ける部分を備えてもよい。

この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

２０…ディーゼルエンジン（エンジン）、２１…燃焼室、３１…吸気通路、３５…インタークーラ（冷却部）、４１…排気通路、４１ｂ…排気マニホールド（排気通路の一部、蒸発手段）、４２…触媒装置（浄化装置）、６０…エンジンＥＣＵ（浄化装置温度検出手段）、１００…凝縮水排出装置、１０３…排出通路（排出手段）、１０６…排気通路用圧力センサ（排気通路圧力検出手段）、１１０…タンク（蒸発手段）、１１３…タンク用圧力センサ（タンク内圧検出手段）、１２０…蒸気調節バルブ（排出手段）、２０２…底壁部（受熱部）。

Claims (3)

1. 燃焼室に連通する吸気通路と、
   前記燃焼室に連通する排気通路と、
   前記吸気通路に設けられて前記燃焼室に導かれる気体が流動するとともに、前記気体を冷却する冷却部と、
   前記燃焼室から排出される排気を前記吸気通路において前記冷却部の上流に導く排気還流装置と、
   前記排気通路中に設けられて排気を浄化する浄化装置と
   を備えるエンジンに設けられる凝縮水排出装置であって、
   前記冷却部で凝縮された凝縮水を蒸発させる蒸発手段と、
   前記浄化装置の温度を算出する浄化装置温度算出手段と、
   前記浄化装置の温度が所定温度を越えていると判定すると、前記蒸発手段で形成された水蒸気を、前記排気通路中において前記浄化装置の上流に排出する排出手段と、
   を具備することを特徴とする凝縮水排出装置。
2. 前記蒸発手段は、
   前記排気通路の一部と、
   前記凝縮水をためるとともに、前記排気通路からの排熱を受熱する受熱部を備えたタンクと
   を具備することを特徴とする請求項１に記載の凝縮水排出装置。
3. 前記タンク内の圧力を検出するタンク内圧検出手段と、
   前記排気通路において蒸気が戻される位置の圧力を検出する排気通路圧力検出手段とを備え、
   前記排出手段は、前記タンク内圧が前記排気通路圧力を上回っていると判定すると、前記蒸発手段で形成された水蒸気を排出すること
   を特徴とする請求項２に記載の凝縮水排出装置。

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