JP5962233B2

JP5962233B2 - 凝縮水排出制御機構

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Publication number: JP5962233B2
Application number: JP2012129996A
Authority: JP
Inventors: 雄輔磯部
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: EP2672087A3; CN103485943B; EP2672087A2; JP2013253561A; CN103485943A; EP2672087B1

Description

本発明は、過給機及びインタークーラを装備する内燃機関の吸気管路において結露した水を排出する凝縮水排出制御機構に関する。

出力を向上させるために過給機及びインタークーラを装備する内燃機関がある。この内燃機関は、排気中のＮＯｘを低減するために、排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置を更に装備する場合がある。ＥＧＲは、排気ガスの一部を吸気側へ還流し、新気とともに再燃焼させる。

特許文献１に記載された技術による装置は、エンジンの排気ポートから過給機のタービンまでの間の排気ガスを、インタークーラからエンジンの吸気ポートまでの間の吸気系へ還流させる高圧ＥＧＲを備えている。そして、この装置では、過給システムの異常を検出するために、吸気量センサ及び吸気圧センサなどを備えるほか、エンジン回転数やアクセル開度などのエンジン運転状態を基に過給状態を推定している。

特許文献２に記載された技術の内燃機関は、高圧ＥＧＲを備えるとともに、低圧ＥＧＲも備えている。低圧ＥＧＲは、過給機のタービンよりも下流の排気管路中の排気ガスの一部を、過給機のコンプレッサよりも上流の吸気管路へ還流させる。この内燃機関において、圧力センサ、クランクポジションセンサ、アクセルポジションセンサなど各種センサを備えるとともに、高圧ＥＧＲ弁、低圧ＥＧＲ弁、第１スロットル弁、第２スロットル弁をそれぞれ備える。第１スロットル弁は、低圧ＥＧＲ流路が接続された部分よりも上流の吸気管路に設置され、第２スロットル弁は、高圧ＥＧＲ流路が接続された部分よりも上流の吸気管路に設置されている。そして、吸気管路に吸気漏れが生じていないか検出する。

特許文献３に記載された技術の内燃機関は、過給機、アフタクーラ（特許文献１及び特許文献２のインタークーラに同じ）、および結露水排出装置を備えている。結露水排出装置は、アフタクーラにおいて凝縮された結露水を排出する。結露水排出装置は、結露水とともに吸気の一部が放出されないように、過給圧が上昇するのに伴って閉塞するドレンバルブを備えている。

特許文献４に記載された過給機付内燃機関は、過給機、インタークーラ、低圧ＥＧＲを備えている。インタークーラにおいて凝縮された結露水は、低圧ＥＧＲが接続された部分よりも下流の排気管路へ排出され、排気熱によって気化されて水蒸気として排出される。この過給機付内燃機関は、結露水を排出する排水経路に弁を設けている。インタークーラ内の圧力が排気通路内の圧力よりも低い極低出力域の運転状態のとき弁を閉じて排気ガスが排気管路から逆流することを防止するとともに、高出力域の運転状態のときにも弁を閉じて吸入空気が排気管路へ貫けることを防止している。

特開２０１０−０９６０５０号公報特開２０１０−２４２６４０号公報特開２０００−１３０１７２号公報特開２００２−３０３１４６号公報

ところで、低圧ＥＧＲを備える内燃機関の場合、還流させた排気ガスもインタークーラを通過するようになる。したがって、排気ガス中に含まれる水蒸気もインタークーラにおいて結露し、より多くの凝縮水が生成されることとなる。高速道路を走行するなど、低圧ＥＧＲを使用する運転条件が長時間にわたって連続すると、凝縮水が溜まり吸気管路が閉塞してしまうことが懸念される。そのため、凝縮水がある量以上に溜まらないように、定期的に排出しなければならない。

また、低圧ＥＧＲは、排気管路の触媒よりも上流の位置から排気ガスの一部を吸気管路へ還流させる。そのため、凝縮水を連続的に排出できるように排水経路を常時開放したままにすると、低圧ＥＧＲによって還流した排気ガスの一部が排水経路を通って排出されてしまうだけでなく、過給機で加圧した圧力が排水経路から逃げてしまいエンジンの出力が低下する。アクセルペダルを踏んでいる間にエンジンの出力が低下すると、運転者に違和感を与えてしまうかもしれない。

そこで、本発明は、過給機とインタークーラとを備える内燃機関において、凝縮水を適度なタイミングで排水しつつ、吸気ガスを排水経路から放出させない凝縮水排出制御機構を提供する。

本発明に係る一実施形態の凝縮水排出制御機構は、過給機とインタークーラと圧力センサと溜部とバイパス通路とバイパス弁と制御部とを備える。過給機は、内燃機関の吸気管路に設けられる。インタークーラは、過給機の下流に設置される。圧力センサは、インタークーラの下流の吸気管路内の圧力を測定する。溜部は、インタークーラの下流の吸気管路内に設置され、インタークーラで結露した凝縮水を貯留する。バイパス通路は、溜部に連通し、凝縮水を排出する。バイパス弁は、バイパス通路に設置される。制御部は、圧力センサ及びバイパス弁に少なくとも接続され、バイパス弁を開状態にした場合に圧力センサで計測される吸気管路内の圧力の変化を基に溜部における凝縮水の排水状態を判定する。

このとき、制御部は、凝縮水が溜部にあるか否かを判定するために、バイパス通路を通って凝縮水が排出される場合の吸気管路内の圧力として第１の圧力を設定する。そして制御部は、バイパス弁を開状態にした後、圧力センサで検出された圧力が第１の圧力に維持される間はバイパス弁を開状態に維持し、圧力センサで検出された圧力が第１の圧力を下回った場合はバイパス弁を閉状態にする。

本発明に係る凝縮水排出制御機構において、制御部は、内燃機関の運転状態によって決定される吸気管路内の定常圧力を設定し、バイパス弁を開状態にしたときに圧力センサによって検出された圧力が定常圧力を超えた場合、バイパス弁を閉状態にする。

本発明に係る凝縮水排出制御機構において、制御部は、バイパス弁を開状態にしている間はインタークーラの下流の吸気管路内の圧力を増大させる。

また、本発明に係る凝縮水排出制御機構において、吸気管路に設置され制御部に接続されたスロットルと、このスロットルの開度を調整するアクセルと、制御部に接続されてアクセルが操作されたオン状態及び操作されないオフ状態を検出するアクセルスイッチと、を内燃機関がさらに備える場合、制御部は、アクセルスイッチがオフ状態である間にバイパス弁を開状態にする。

このとき、内燃機関が溜部の貯水量を検出する貯水量検出手段を備える場合、制御部は、アクセルスイッチがオン状態であっても貯水量検出手段により溜部の貯水量が所定値を超えたと判断したときバイパス弁を開状態にする。さらに、内燃機関は、制御部に接続されてアクセルの操作に応じて燃料の供給量を調整する燃料噴射装置を備え、制御部は、バイパス弁を開状態にするとともに、アクセルの操作に応じた燃料の供給量よりも多い燃料を燃料噴射装置で供給する。

本発明に係る凝縮水排出制御機構において、内燃機関は、後処理装置が設置された排気管路を有しており、バイパス通路はこの後処理装置よりも下流の排気管路に連結している。また過給機の下流の排気管路から、インタークーラよりも上流の吸気管路へ、排気ガスの一部を還流させる排気ガス還流通路を、内燃機関が備えていてもよい。

本発明に係る凝縮水排出制御機構によれば、バイパス弁を開状態にし、その時のインタークーラよりも下流の吸気管路内の圧力の変化を基に溜部における凝縮水の排水状態を判定する。凝縮水が溜まっているか否かを判定するために、凝縮水の量を検出するための水位センサや運転状況から凝縮水の生成量を推定するためのロジックが不要である。したがって、凝縮水の有無を判定するこの凝縮水排出制御機構は、比較的安価に提供することができる。

また、凝縮水を排出する間の吸気管路内の圧力として第１の圧力を設定し、バイパス弁を開いた場合にこの第１の圧力が維持されている場合にはバイパス弁を開状態に維持し、第１の圧力よりも下回った場合にはバイパス弁を閉状態にする本発明の凝縮水排出制御機構によれば、バイパス弁を開いたのち圧力センサで検出される圧力を基に、溜部に凝縮水が有るか無いか容易に判定することができる。つまり、バイパス弁を開いたのち第１の圧力が維持されれば溜部に凝縮水があることを意味し、第１の圧力よりも下回れば溜部に凝縮水が無いことを意味する。そして、第１の圧力が計測されている間にはバイパス弁を開状態に維持することで凝縮水を全て排出し、第１の圧力よりも圧力が低下した場合には直ちにバイパス弁を閉状態にすることで吸気がバイパス通路を介して排出されることを防止する。したがって、溜まった凝縮水を確実に排出できるとともに、吸気を漏出させないことによっていわゆるブースト抜けを防止することができる。

また、吸気管路内の定常圧力を設定し、バイパス弁を開状態にしたときに圧力センサによって検出された圧力が定常圧力を超えた場合にバイパス弁を閉状態にする発明の凝縮水排出制御機構によれば、バイパス通路を介して逆流が生じることを防止する。

バイパス弁を開放している間はインタークーラの下流の吸気管路内の圧力を増大させる発明の凝縮水制御機構によれば、凝縮水が排出されている間に低下する過給圧を補うので、内燃機関の出力が低下することを抑制できる。

スロットルとアクセルとアクセルスイッチとを内燃機関が備え、アクセルスイッチがオフ状態である間にバイパス弁を開状態にする発明の凝縮水排出制御機構によれば、バイパス弁を開状態にして吸気管路内の圧力が低下しても、アクセルスイッチがオフ状態、すなわちアクセルが操作されていない状態である。したがって、運転者にとってアクセルを操作したことに対する応答すなわち内燃機関の出力が、期待値よりも低い状態になっていても、運転者が感じることはない。

溜部の貯水量を検出する貯水量検出手段を内燃機関が備える場合、アクセルスイッチがオン状態であっても貯水量検出手段によって溜部の貯水量が所定値を超えたと制御部が判断したときにバイパス弁を開状態にする発明の凝縮水排出制御機構によれば、長時間の連続運転が続いても、凝縮水を確実に排水させることができる。さらに制御部に接続されてアクセルの操作に応じて燃料の供給量を調整する燃料噴射装置を内燃機関が備えており、制御部が、バイパス弁を開状態にするとともに、アクセルの操作に応じた燃料の供給量よりも多い燃料を燃料噴射装置で供給する発明の凝縮水排出制御機構によれば、バイパス弁を開状態にしたことに伴って内燃機関の出力が低下することを補整することができる。

後処理装置が設置された排気管路を内燃機関が備えており、バイパス通路がこの後処理装置よりも下流の排気管路に連通する発明の凝縮水排出制御機構によれば、後処理装置に必要な熱を凝縮水が奪うことが無い。つまり、後処理装置の性能を低下させない。

過給機の下流の排気管路からインタークーラよりも上流の吸気管路へ、排気ガスの一部を還流させる排気ガス還流通路を内燃機関がさらに備える発明の凝縮水排出制御機構によれば、還流された排気ガス中の水分がインタークーラで凝縮されても、凝縮水を確実に排出させることができるので、排気ガス還流による効果を発揮させることができる。

本発明に係る一実施形態の凝縮水排出制御機構を備える内燃機関を示す図。図１の内燃機関の溜部を拡大した断面図。図２の溜部とバイパス通路の接続部を拡大した断面図。図１の内燃機関において実施される凝縮水排出制御のフローチャート。図４のフローチャートのＳ５からＳ７までの段階における内燃機関のバイパス弁の状態と圧力センサの検出値の変化を時間経過にともなって示す図。図４のフローチャートのＳ５からＳ７までの段階における内燃機関のバイパス弁の状態と圧力センサの検出値の変化を時間経過にともなって示す図。図４のフローチャートのＳ１１およびＳ１２を経る場合の内燃機関のバイパス弁の状態と流量センサの検出値の変化を時間経過にともなって示す図。

本発明に係る一実施形態の凝縮水排出制御機構について、図１から図７を参照して説明する。凝縮水排出制御機構を備える内燃機関１の概念図を図１に示す。図１に示す内燃機関１は、エンジン１１に通じる吸気管路１２及びエンジン１１から延びる排気管路１３を備えており、吸気管路１２と排気管路１３の間に過給機１４が設置されている。吸気管路１２は、過給機１４よりも下流にインタークーラ１２１と溜部１２２と圧力センサ１２３とを有し、過給機１４よりも上流に流量センサ１２４を有している。排気管路１３は、過給機１４よりも下流に後処理装置１３１，１３２を有している。過給機１４は、いわゆるターボチャージャであって、排気管路１３中に配置されたタービンと吸気管路１２中に配置されたコンプレッサとを有している。

溜部１２２は、図１に示すようにインタークーラ１２１の下流に位置している。溜部１２２は、図２に示すようにインタークーラ１２１の下流からエンジン１１の吸気ポート１１１までの間の吸気管路１２の中で低くなった位置、好ましくはインタークーラ１２１から下流で最初に低くなる位置、に形成され、インタークーラ１２１で結露した凝縮水Ｗを貯留する。

圧力センサ１２３は、インタークーラ１２１の下流の吸気管路１２に配置され、吸気管路１２内の圧力を測定する。したがって、この圧力センサ１２３は、溜部１２２にかかっている圧力も測定する。流量センサ１２４は、吸気管路１２に取り込まれる新気の流量を測定する。

図１に示す内燃機関１は、図２に示すように溜部１２２の底に近い部分に連通するバイパス通路１５を備えている。バイパス通路１５は、溜部１２２の外側に取り付けられた管台１５１と、この管台１５１に対してフレア管継手によって接続されたノズル１５２と、ノズル１５２に装着された排水管１５３と、排水管１５３の途中に設置されたバイパス弁１５４とを含む。バイパス通路１５の下流端は、図１に示すように後処理装置１３１，１３２よりも下流の排気管路１３に接続されている。バイパス弁１５４は、開状態及び閉状態に操作され、凝縮水Ｗを任意のタイミングで放出するように制御される。

さらに、この内燃機関１は、図１に示すように、いわゆるデュアルループＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムを採用しており、排気ガス還流通路の一形態である高圧ＥＧＲ管路１６１及び低圧ＥＧＲ管路１６２を有している。高圧ＥＧＲ管路１６１は、エンジン１１の排気ポート１１２から過給機１４までの間の排気管路１３をインタークーラ１２１から吸気ポート１１１までの間の吸気管路１２に連通させる。低圧ＥＧＲ管路１６２は、過給機１４より下流の排気管路１３を過給機１４よりも上流の吸気管路１２に連通させる。高圧ＥＧＲ管路１６１は、吸気管路１２側の端部に高圧ＥＧＲ弁１６３を備え、低圧ＥＧＲ管路１６２は、吸気管路１２側の端部に低圧ＥＧＲ弁１６４を備える。高圧ＥＧＲ弁１６３及び低圧ＥＧＲ弁１６４が開弁されると、高圧ＥＧＲ管路１６１及び低圧ＥＧＲ管路１６２によってそれぞれ排気ガスの一部が還流される。

内燃機関１は、吸気管路１２に設置されたスロットル１７と、このスロットル１７の開度を調整するアクセル１７Ａと、アクセル１７Ａが操作されたオン状態及び操作されていないオフ状態を検出するアクセルスイッチ１７０とを備える。スロットル１７は、高圧スロットル１７１及び低圧スロットル１７２を含む。高圧スロットル１７１は、溜部１２２と高圧ＥＧＲ弁１６３との間の吸気管路１２に配置されている。低圧スロットル１７２は、低圧ＥＧＲ弁１６４よりも上流の吸気管路１２に配置されている。

圧力センサ１２３、流量センサ１２４、バイパス弁１５４、高圧ＥＧＲ弁１６３、低圧ＥＧＲ弁１６４、高圧スロットル１７１、低圧スロットル１７２、アクセル１７Ａ、アクセルスイッチ１７０はそれぞれ制御部１８に接続されている。制御部１８は、内燃機関１を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）の一部に設けられてもよいし、ＥＣＵとは独立して設置されていてもよい。本発明の一実施形態に係る凝縮水排出制御機構は、過給機１４とインタークーラ１２１と圧力センサ１２３と溜部１２２とバイパス通路１５とバイパス弁１５４と制御部１８とで少なくとも構成される。そして、制御部１８は、バイパス弁１５４を開状態にした場合に圧力センサ１２３で計測される吸気管路１２内の圧力の変化を基に、溜部１２２における凝縮水Ｗの排水状態を判定する。

制御部１８が凝縮水Ｗの排水状態を判定する方法を図４から図７を参照して説明する。

図４は、溜部１２２に凝縮水Ｗが溜まっているか否かを制御部１８が判定するフローチャートである。このフローチャートによれば、まず、バイパス弁１５４が閉じられる（Ｓ１）。次に、低圧ＥＧＲが作動中であるか否か確認するために、低圧ＥＧＲ弁１６４が閉じられているか判断（Ｓ２）する。低圧ＥＧＲ弁１６４が閉じられている場合、つまり低圧ＥＧＲが作動していない場合は、エンジン１１のキーがオフになっているか判断（Ｓ３）し、オフになっている場合は、このフローは終了（Ｓ４）し、オンになっている場合は、再び低圧ＥＧＲ弁１６４が閉じられているか判断（Ｓ２）し、低圧ＥＧＲ弁１６４が開状態になるかキーがオフになるまで、Ｓ２とＳ３を繰り返す。

低圧ＥＧＲ弁１６４が開状態、すなわち低圧ＥＧＲが作動している場合、制御部１８は、任意のタイミングでバイパス弁１５４を開状態にし（Ｓ５）、圧力センサ１２３によって検出される圧力の変化を基に溜部１２２に凝縮水Ｗが溜まっているか否か判断する。具体的には、図５に示すように制御部１８は、過給機１４が作動している場合の過給圧や定常運転時の吸気圧等の定常圧力Ｐ_０に対して、凝縮水Ｗがバイパス通路１５を通って排出される場合の吸気管路内の圧力として第１の圧力Ｐ_１を設定している。

第１の圧力Ｐ_１は、実験などによって予めデータ取りされた値である。凝縮水Ｗが排出される間の第１の圧力Ｐ_１は、定常圧力Ｐ_０よりも下がるが、溜部１２２に凝縮水Ｗが溜まっておらず吸気がそのままバイパス通路１５を通って排出される場合の第２の圧力Ｐ_２よりも、バイパス通路１５に対する凝縮水Ｗの粘性などによる流動抵抗の分だけ高い。そこで制御部１８は、圧力センサ１２３で検出される圧力Ｐを基に凝縮水Ｗが排出されているか否か、すなわち凝縮水Ｗが溜まっているか否かを判断する（Ｓ６）。図５に示すように、バイパス弁１５４を開状態にしたのち圧力センサ１２３で検出された圧力が第１の圧力Ｐ_１以上かつ定常圧力Ｐ_０以下に維持される場合（Ｐ_０≧Ｐ≧Ｐ_１）、制御部１８はバイパス弁１５４を開状態に維持する。

検出された圧力Ｐが第１の圧力Ｐ_１を下回った場合（Ｐ_１＞Ｐ）、凝縮水Ｗが溜部１２２から排出されてしまい吸気がバイパス通路１５から放出されようとしていることを意味する。また、図６に示すように、バイパス弁１５４を開状態にしたことによって検出された圧力Ｐが定常圧力Ｐ_０よりも上昇した場合（Ｐ＞Ｐ_０）、バイパス通路１５が逆流していることを意味する。圧力Ｐが第１の圧力Ｐ_１を下回った場合（Ｐ_１＞Ｐ）及び圧力Ｐが定常圧力Ｐ_０よりも上昇した場合（Ｐ＞Ｐ_０）のいずれも凝縮水Ｗを排出することはできないので、制御部１８はバイパス弁１５４を閉状態にする（Ｓ７）。バイパス弁１５４が閉じられると、低圧ＥＧＲ弁１６４が閉じられているか判断するＳ２へ戻り、Ｓ２からＳ７を繰り返す。

また、本実施形態の内燃機関１は、アクセルスイッチ１７０を備えているので、これをトリガーとして凝縮水Ｗを排出するか否かを判断してもよい。バイパス弁１５４を開いたことによって吸気管路１２の圧力Ｐが低下するとエンジン１１の出力も低下する。したがって、アクセル１７Ａが踏まれている間にバイパス弁１５４を開くと、アクセル１７Ａを踏んだ量に応じた出力が得られない。そこで、Ｓ２において低圧ＥＧＲ弁１６４が開状態であると判断された場合、アクセルスイッチ１７０がオンであるか否か、すなわち、運転者によってアクセル１７Ａが踏み込まれているか否かを判断（Ｓ８）する。

具体的には、Ｓ８において、アクセルスイッチ１７０がオフ、すなわちアクセル１７Ａが踏まれていない場合、バイパス弁１５４を開状態にする（Ｓ５）。Ｓ８においてアクセルスイッチ１７０がオン、すなわちアクセル１７Ａが踏まれている場合、バイパス弁１５４が閉状態であるか判断（Ｓ９）する。バイパス弁１５４が開状態であった場合、バイパス弁１５４を閉状態にし（Ｓ１０）、判断Ａ（Ｓ１１）へ移行する。また、Ｓ９において、バイパス弁１５４が閉状態であった場合、そのまま判断Ａ（Ｓ１１）へ移行する。

判断Ａ（Ｓ１１）は、アクセル１７Ａが長時間踏み込まれた状態である場合、例えば高速道路を走行するなど、アクセルスイッチ１７０がオフになるまでの期間が長く、溜部１２２の容積を超えて許容量以上に凝縮水Ｗが溜まる恐れがある場合を想定して用意されている。本実施形態の内燃機関１は、圧力センサ１２３及び流量センサ１２４の他に、エンジン１１のシリンダ内の圧力を測定する筒内圧センサを備えている。制御部１８は、各センサの検出値を基に判定するための２つの条件を判断Ａ（Ｓ１１）に設定している。

第１の条件では、圧力センサ１２３によって計測された圧力Ｐが定常圧力Ｐ_０であるのに流量センサ１２４によって計測された流量Ｖがエンジン１１の出力に応じた定常流量Ｖ_０よりも低下したことを検出する。凝縮水Ｗが溜部１２２の許容量を超えて吸気管路１２に溜まることによって、流路断面が狭められて流量Ｖが減少すると予想される。したがって、図７に示すように、流量Ｖが定常流量Ｖ_０よりも低下して閾値Ｖ_１よりも減少した場合、制御部１８は、これをトリガーにしてバイパス弁１５４を開状態にする（Ｓ５）。本実施形態における閾値Ｖ_１は、エンジン１１の動作を維持するための流量下限値として設定される。

また、第２の条件では、エンジン１１の圧縮行程中の筒内圧センサの値が設定圧力値に対して異常に上昇したことを検出する。溜部１２２の許容量を超えて凝縮水が吸気管路に溜まった結果、その一部がシリンダ内へ侵入することによって筒内圧センサの値が設定圧力値に対して異常に上昇すると考えられる。したがって、筒内圧センサの値が異常に高くなった場合、制御部１８は、これをトリガーにしてバイパス弁１５４を開状態にする（Ｓ５）。

判断Ａにおける第１の条件及び第２の条件は、いずれも溜部１２２の容積を超えて許容量以上に凝縮水が溜まった場合を意味している。したがって、この判断Ａは、溜部１２２の貯水量を検出する貯水量検出手段として機能し、検出及び判定に寄与する圧力センサ１２３、流量センサ１２４、筒内圧センサおよび制御部１８などによって貯水量検出手段が構成される。そしてこの貯水量検出手段は、水位センサなどの専用の装置を必要としていない点において、内燃機関を複雑化しない。

このように制御部１８は、アクセルスイッチ１７０がオンであることに関係なく、判断Ａ（Ｓ１１）によってバイパス弁１５４を開状態にし（Ｓ５）、凝縮水Ｗを強制排出する。判断Ａ（Ｓ１１）において、流量Ｖが定常流量Ｖ_０であり、かつ、筒内圧センサの値が設定圧力値である場合、制御部１８は、凝縮水Ｗが溜部１２２の許容量を超えていないと判断し、アクセルスイッチ１７０がオフになるまで、Ｓ８からＳ１１を繰り返す。そして、アクセルスイッチ１７０がオフになった場合、これをトリガーにしてバイパス弁１５４を開状態にする（Ｓ５）。

制御部１８は、判断Ａ（Ｓ１１）を経てバイパス弁１５４を開状態（Ｓ５）にした場合、圧力センサ１２３の計測値を基に判断（Ｓ６）する。圧力Ｐが定常圧力Ｐ_０以下かつ第１の圧力Ｐ_１以上である場合、再び判断Ａ（Ｓ１２）において、第１の条件または第２の条件を満たすか判定する。第１の条件又は第２の条件のどちらかを満たす場合、凝縮水Ｗが排出されていないことを意味するので、Ｓ６に戻って圧力センサ１２３の計測値を判定する。

凝縮水Ｗの排出が進み、Ｓ１２における判断Ａの第１の条件及び第２の条件を満たさなくなった場合、エンジン１１の出力を低下させる程度に凝縮水Ｗが溜まっていないことを意味する。そこで、制御部１８は、Ｓ８に戻ってアクセルスイッチ１７０がオンであるか確認する。アクセルスイッチ１７０がオンである場合は、バイパス弁１５４が閉じられているか確認する（Ｓ９）。バイパス弁１５４が開かれているとエンジン１１の出力が低下するのでこれを防止するべくバイパス弁１５４を閉状態にする（Ｓ１０）。Ｓ８においてアクセルスイッチ１７０がオフである場合、バイパス弁１５４を開状態にする（Ｓ５）。

さらに、本実施形態の場合、Ｓ８においてアクセルスイッチ１７０がオフであった場合、効率よく凝縮水Ｗを排出するために第１のオプションＰＯ１を設けてもよい。第１のオプションＯＰ１では、図４に示すようにブレーキ装置が作動しているか確認（Ｓ１３）する。ブレーキ装置は、少なくともエンジンブレーキとフットブレーキとを含む。制御部１８は、フットブレーキが作動していることを検出するために、ブレーキペダルに設置されて踏込量を検出するブレーキセンサ１９０に接続される。ブレーキセンサ１９０の信号はＥＣＵ(Engine Control Unit)を介して取得してもよい。エンジンブレーキが作動していることは、ＥＣＵから取得してもよいし、エンジン１１の回転数の減衰率などから算出してもよい。

第１のオプションＯＰ１において制御部１８は、エンジンブレーキの作動、または、フットブレーキの作動を検出する（Ｓ１３）と、ブレーキ作動量の増加に伴い、高圧スロットル１７１を絞り（Ｓ１４）、インタークーラ１２１の下流の吸気管路１２内の圧力を増大させる。

高圧スロットル１７１を絞った状態で、バイパス弁１５４を開状態にする（Ｓ５）ことによって、インタークーラ１２１の下流の吸気管路１２内の圧力、すなわち溜部１２２における圧力が増大し、凝縮水Ｗを排出することが促進される。または、過給機１４がタービン側に可変ベーン１４１を備えるターボチャージャである場合、制御部１８は、上記と同様に、ブレーキ作動量の増加に伴い、エンジン１１の運転状態に応じた位置よりも可変ベーン１４１を絞る（Ｓ１４）。可変ベーン１４１を絞ると、過給機１４のタービンの回転数が増大する。その結果、タービンに連動するコンプレッサによって吸気側の圧力が増大するので、高圧スロットル１７１を絞った場合と同様に、インタークーラ１２１の下流の吸気管路１２内の圧力、すなわち溜部１２２における圧力が増大し、凝縮水Ｗを排出することが促進される。ブレーキ装置が使用されている場合、ポンプロスなどによってエンジン１１の出力が低下しても、運転性能（ドライバビリティ）に影響はない。このように、高圧スロットル１７１や可変ベーン１４１を絞って、バイパス通路１５の上流側の圧力を高くすると、凝縮水Ｗの排出効率が高まる。第１のオプションＯＰ１は、Ｓ１３及びＳ１４を含む。

制御部１８は、Ｓ６において圧力センサ１２３で検出された圧力Ｐが第１の圧力Ｐ_１を下回ったことによって凝縮水Ｗが排出されたことを確認する。圧力Ｐが第１の圧力Ｐ_１を下回ったことを検出すると、制御部１８は、Ｓ７においてバイパス弁１５４を閉状態にし、Ｓ１４の操作を解除（Ｓ１５）する、すなわち、絞った高圧スロットル１７１又は可変ベーン１４１をエンジン１１の出力に応じた位置状態であるもとの状態に戻す。

また、Ｓ６において圧力Ｐが第１の圧力Ｐ_１以上で定常圧力Ｐ_０以下である間、つまり凝縮水Ｗを排出している間に、Ｓ１２の判断Ａによって第１の条件及び第２の条件のいずれでもなくなった場合、Ｓ８でアクセルスイッチ１７０がオンであると判定された場合にも、Ｓ９及びＳ１０を経てバイパス弁１５４が閉状態にされると、Ｓ１４の操作を解除する（Ｓ１７）。

アクセルスイッチ１７０がオフになったことによってＳ５でバイパス弁１５４を開状態にする制御フローを経る場合、Ｓ１１及びＳ１２における判断Ａの第１の条件または第２の条件を満たす判定がされていた場合であっても、Ｓ６を経ることによって凝縮水Ｗは吸気管路１２の内部のみならず溜部１２２からも排出される。溜部１２２から凝縮水Ｗが排出されてしまえば、しばらく吸気管路１２が凝縮水Ｗで塞がることはない。したがって、制御部１８は、判断Ａの判定を解除し（Ｓ１６）、Ｓ２へ戻る。

Ｓ８においてアクセルスイッチ１７０がオンであり、Ｓ１１において判断Ａの第１の条件又は第２の条件が満たされた場合、Ｓ５でバイパス弁１５４が開状態にされて吸気管路１２内の圧力Ｐが低下したことに伴い、エンジン１１の出力は少し低下する。そこで、この場合のエンジン１１の出力低下を補完するための制御として第２のオプションＯＰ２を加えてもよい。

本実施形態ではＳ５において凝縮水Ｗの排出を開始した後、圧力Ｐが定常圧力Ｐ_０から第１の圧力Ｐ_１の間に維持されている間、すなわち凝縮水Ｗが放出されて吸気管路１２の流量Ｖが定常流量Ｖ_０に回復するまでＳ６とＳ１２を繰り返す間に、第２のオプションＯＰ２を設ける。第２のオプションＯＰ２では図４に示すように、圧力センサ１２３によって検出される圧力Ｐが定常圧力Ｐ_０であるか判断（Ｓ１８）する。定常圧力Ｐ_０を維持できている場合は、エンジン１１の出力が維持されていることを意味するので、Ｓ６に戻る。圧力Ｐが定常圧力Ｐ_０を下回っている場合、第２のオプションＯＰ２では、エンジン１１の出力が低下しないように、アクセル１７Ａの操作に応じた燃料の供給量よりも多い燃料を燃料噴射装置２０から噴射させるまたは過給機１４の可変ベーン１４１を絞る（Ｓ１９）ことによって、圧力Ｐを増加させることを試みる。制御部１８は、Ｓ１９の結果、圧力Ｐが増加したか確認（Ｓ２０）し、前よりも増加している場合Ｓ１８に戻って、圧力Ｐが定常圧力Ｐ_０であるか確認する。圧力Ｐが増加していない場合、Ｓ６に戻る。第２のオプションＯＰ２は、Ｓ１８からＳ２０を含む。

燃料噴射量を増加させたり可変ベーン１４１を絞ったりするＳ１９を経ている場合、制御部１８は、凝縮水Ｗが排出されてＳ７においてバイパス弁１５４を閉状態にしたあと、Ｓ１５においてＳ１４を解除するときにＳ１９も解除する。Ｓ１９を経ている場合、Ｓ１１やＳ１２の判断Ａも実施されているので、さらにＳ１６において判断Ａの判定をクリアし、Ｓ２へ戻る。

以上のように構成された本発明の凝縮水排出制御機構によれば、低圧ＥＧＲが作動している場合、凝縮水Ｗを排出するためのバイパス通路１５に設置されたバイパス弁１５４を開状態にし、吸気管路１２に設置されている圧力センサ１２３によって検出される圧力Ｐの変化を基に、凝縮水Ｗを確実に排出することができる。このとき、凝縮水Ｗの排出中であることを示す第１の圧力Ｐ_１を、圧力Ｐが下回った場合にバイパス弁１５４を閉弁状態にすることで、凝縮水Ｗが排出され切った後に続いて吸気管路１２中の吸気が排出されてしまうことを防止できる。

また、本発明の凝縮水排出制御機構によれば、バイパス通路１５の下流端を排気管路１３に接続する場合、後処理装置１３１，１３２が設置された位置よりも下流にバイパス通路１５を連通させる。後処理装置１３１，１３２は、排気ガス中のＮＯｘ，ＳＯｘ，ＨＣなどの化学物質を処理する触媒を内蔵している。触媒は、排気ガスの熱によって活性温度に加熱されることで、触媒反応を行うことができる。

したがって、バイパス通路１５を後処理装置１３１，１３２の上流に連通させ、触媒の上流に凝縮水Ｗを排出すると、排気ガスの熱が凝縮水Ｗを気化させるために消費され、触媒の温度を低下させてしまう。触媒の活性温度を下回ると触媒反応が抑制され、本来の機能を果たせなくなる。また、触媒がセラミックス製である場合、凝縮水Ｗによって急冷されると割れる恐れもある。

本発明の凝縮水排出制御機構によれば、バイパス通路１５は、後処理装置１３２の下流側に連通しているので、触媒反応を阻害することはない。また、圧力センサ１２３によって圧力Ｐが第１の圧力Ｐ_１以下になったことを検出し、直ちにバイパス弁１５４を閉状態にするので、低圧ＥＧＲ管路１６２によって吸気管路１２へ還流させた排気ガスの一部が、バイパス通路１５を通って排出される心配がない。

なお、図４に示したフローチャートでは、低圧ＥＧＲ弁１６４が閉じられていない、つまり低圧ＥＧＲが作動している場合に凝縮水Ｗを排出するか否かの制御を行っている。これは、低圧ＥＧＲが作動していると凝縮水Ｗが増えることを考慮したためである。したがって、図４に示したフローチャートのＳ２を省略し、低圧ＥＧＲが作動しているか作動していないかにかかわらずバイパス弁１５４を開状態にして凝縮水Ｗの有無を確認することも本発明に含まれる。その場合、図４に示したフローチャートのＳ２において、凝縮水排出が必要であるか否か判定し、不要である場合はＳ３へ、必要である場合はＳ５へそれぞれ進むようにすればよい。凝縮水の排出が必要であるか否かは、内燃機関１を始動してからの経過時間やアクセルが連続して踏み込まれている時間を基に判断してもよい。
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］内燃機関の吸気管路に設けられた過給機と、前記過給機の下流に設置されたインタークーラと、前記インタークーラの下流の前記吸気管路内の圧力を測定する圧力センサと、前記インタークーラの下流の前記吸気管路内に設置され前記インタークーラによって結露した凝縮水を貯留する溜部と、前記溜部に連通し前記凝縮水を排出するバイパス通路と、前記バイパス通路に設置されるバイパス弁と、前記バイパス弁及び前記圧力センサに接続され、前記バイパス弁を開状態にした場合に前記圧力センサによって計測される前記吸気管路内の圧力の変化を基に前記溜部における前記凝縮水の排水状態を判定する制御部とを備える凝縮水排出制御機構。
［２］前記制御部は、前記バイパス通路を通って前記凝縮水が排出される場合の前記吸気管路内の圧力として第１の圧力を設定し、前記圧力センサで検出された圧力が前記第１の圧力に維持される間は前記バイパス弁を開状態に維持し、前記圧力センサで検出された圧力が前記第１の圧力を下回った場合は前記バイパス弁を閉状態にすることを特徴とする［１］に記載の凝縮水排出制御機構。
［３］前記制御部は、前記内燃機関の運転状態によって決定される前記吸気管路内の定常圧力を設定し、前記バイパス弁を開状態にしたときに前記圧力センサによって検出された圧力が前記定常圧力を超えた場合に前記バイパス弁を閉状態にすることを特徴とする［１］または［２］に記載の凝縮水排出制御機構。
［４］前記制御部は、前記バイパス弁を開状態にしている間は前記インタークーラの下流の前記吸気管路内の圧力を増大させることを特徴とする［１］から［３］のいずれか１つに記載の凝縮水排出制御機構。
［５］前記内燃機関は、前記吸気管路に設置され前記制御部に接続されたスロットルと、前記スロットルの開度を調整するアクセルと、前記制御部に接続されて前記アクセルが操作されたオン状態及び操作されないオフ状態を検出するアクセルスイッチとを備え、前記制御部は、前記アクセルスイッチがオフ状態である間に前記バイパス弁を開状態にすることを特徴とする［１］から［４］のいずれか１つに記載の凝縮水排出制御機構。
［６］前記内燃機関は、前記溜部の貯水量を検出する貯水量検出手段を備え、前記制御部は、前記アクセルスイッチがオン状態であっても前記貯水量検出手段により前記溜部の貯水量が所定値を超えたと判断したとき前記バイパス弁を開状態にすることを特徴とする［５］に記載の凝縮水排出制御機構。
［７］前記内燃機関は、前記制御部に接続されて前記アクセルの操作に応じて燃料の供給量を調整する燃料噴射装置を備え、前記制御部は、前記バイパス弁を開状態にするとともに、前記アクセルの操作に応じた燃料の供給量よりも多い燃料を前記燃料噴射装置で供給することを特徴とする［６］に記載の凝縮水排出制御機構。
［８］前記内燃機関は、後処理装置が設置された排気管路を有し、前記バイパス通路は、前記後処理装置よりも下流の前記排気管路に連通していることを特徴とする［１］から［７］のいずれか１つに記載の凝縮水排出制御機構。
［９］前記内燃機関は、前記過給機の下流の排気管路から、前記インタークーラよりも上流の前記吸気管路へ、排気ガスの一部を還流させる排気ガス還流通路を備えることを特徴とする［１］から［８］のいずれか１つに記載の凝縮水排出制御機構。

１…内燃機関、１２…吸気管路、１２１…インタークーラ、１２２…溜部、１２３…圧力センサ、１２４…流量センサ、１３…排気管路、１３１，１３２…後処理装置、１４…過給機、１５…バイパス通路、１５４…バイパス弁、１６２…低圧ＥＧＲ管路（排気ガス還流通路）、１７…スロットル、１７Ａ…アクセル、１７０…アクセルスイッチ、１８…制御部、２０…燃料噴射装置、Ｗ…凝縮水、Ｐ…圧力、Ｐ_０…定常圧力、Ｐ_１…第１の圧力、Ｖ…流量、Ｖ_０…定常流量、Ｖ_１…閾値（流量下限値）。

Claims

内燃機関の吸気管路に設けられた過給機と、
前記過給機の下流に設置されたインタークーラと、
前記インタークーラの下流の前記吸気管路内の圧力を測定する圧力センサと、
前記インタークーラの下流の前記吸気管路内に設置され前記インタークーラによって結露した凝縮水を貯留する溜部と、
前記溜部に連通し前記凝縮水を排出するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設置されるバイパス弁と、
前記バイパス弁及び前記圧力センサに接続され、前記バイパス弁を開状態にした場合に前記圧力センサによって計測される前記吸気管路内の圧力の変化を基に前記溜部における前記凝縮水の排水状態を判定する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記バイパス通路を通って前記凝縮水が排出される場合の前記吸気管路内の圧力として第１の圧力を設定し、
前記圧力センサで検出された圧力が前記第１の圧力に維持される間は前記バイパス弁を開状態に維持し、
前記圧力センサで検出された圧力が前記第１の圧力を下回った場合は前記バイパス弁を閉状態にする
ことを特徴とする凝縮水排出制御機構。
前記制御部は、
前記内燃機関の運転状態によって決定される前記吸気管路内の定常圧力を設定し、前記バイパス弁を開状態にしたときに前記圧力センサによって検出された圧力が前記定常圧力を超えた場合に前記バイパス弁を閉状態にする
ことを特徴とする請求項１に記載の凝縮水排出制御機構。
前記制御部は、前記バイパス弁を開状態にしている間は前記インタークーラの下流の前記吸気管路内の圧力を増大させる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の凝縮水排出制御機構。
前記内燃機関は、前記吸気管路に設置され前記制御部に接続されたスロットルと、前記スロットルの開度を調整するアクセルと、前記制御部に接続されて前記アクセルが操作されたオン状態及び操作されないオフ状態を検出するアクセルスイッチとを備え、
前記制御部は、前記アクセルスイッチがオフ状態である間に前記バイパス弁を開状態にする
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の凝縮水排出制御機構。
前記内燃機関は、前記溜部の貯水量を検出する貯水量検出手段を備え、
前記制御部は、前記アクセルスイッチがオン状態であっても前記貯水量検出手段により前記溜部の貯水量が所定値を超えたと判断したとき前記バイパス弁を開状態にする
ことを特徴とする請求項４に記載の凝縮水排出制御機構。
前記内燃機関は、前記制御部に接続されて前記アクセルの操作に応じて燃料の供給量を調整する燃料噴射装置を備え、
前記制御部は、前記バイパス弁を開状態にするとともに、前記アクセルの操作に応じた燃料の供給量よりも多い燃料を前記燃料噴射装置で供給する
ことを特徴とする請求項５に記載の凝縮水排出制御機構。
前記内燃機関は、後処理装置が設置された排気管路を有し、
前記バイパス通路は、前記後処理装置よりも下流の前記排気管路に連通している
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の凝縮水排出制御機構。
前記内燃機関は、前記過給機の下流の排気管路から、前記インタークーラよりも上流の前記吸気管路へ、排気ガスの一部を還流させる排気ガス還流通路を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の凝縮水排出制御機構。