JP6007436B2 - エンジンの凝縮水排出装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの凝縮水排出装置に関する。

低圧ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排ガス再循環装置）を備える内燃機関では、低圧ＥＧＲから出てきたＥＧＲガスがインタークーラを通過する際、ガス中の水分が凝縮し、凝縮水が生成され、インタークーラの下流に溜まる。

下記特許文献１には、インタークーラの下流に凝縮水排出口を設け、その凝縮水排出口に連結したドレンパイプを排気用通路に接続することで、凝縮水によるインテークマニホールドの腐食を防止する技術が開示されている。

下記特許文献２には、凝縮水を貯蔵するタンクに溜まった凝縮水の水位を検出する水位センサの検出出力に基づいて、開閉バルブ及びドレンバルブを開閉制御することで、タンクに溜まった凝縮水の量に応じて適切に且つ自動的に凝縮水の排出操作を行う技術が開示されている。

下記特許文献３には、インテークマニホールドの下面に凝縮水除去装置を取り付けることで、手動操作を行わずに吸気系の水溜りを回避可能とし、ドレンパイプからの凝縮水の排出量を大幅に削減する技術が開示されている。

特開２０００−２７７１５号公報 特開２０１１−２４１７９７号公報 特開２００４−１７６６９１号公報

インタークーラ下流に凝縮水が溜まった状態で、エンジンを停止し、キーＯＦＦした場合、寒冷地や冬季等の条件では、凝縮水が凍結して吸気用通路を閉塞し、エンジン再始動が困難になる等の症状を引き起こす可能性がある。

そこで本発明では、車両走行時に生成された凝縮水を、車両走行時と、エンジン停止後のキーＯＦＦ時に、吸気用通路から排気用通路へ排出する制御を行うことを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置は、
モータ発電機が駆動することにより、車両の走行状態に依存せず吸気用通路内の過給圧を制御することが可能な電動アシストターボチャージャとインタークーラとを備えるエンジンの凝縮水排出装置であって、
前記吸気用通路において、前記インタークーラの下流側に設けられる凝縮水貯蔵タンクと、
前記凝縮水貯蔵タンクと、排気用通路における前記電動アシストターボチャージャの下流側とを連通するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられた開閉弁と、
前記電動アシストターボチャージャの駆動と前記開閉弁の開閉状態とを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、所定の条件で、前記電動アシストターボチャージャを駆動するとともに前記開閉弁を開くことで、前記凝縮水貯蔵タンクに貯蔵された凝縮水をバイパス通路を介して前記排気用通路に強制的に排出させる凝縮水排出制御を実施することを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置は、
上記第１の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置において、
前記制御手段は、前記車両が停止状態でかつキーＯＦＦ時と判定した場合に、前記凝縮水排出制御を実施することを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置は、
上記第１または２の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置において、
前記制御手段は、前記車両が走行中でかつ減速状態であると判定した場合に、前記凝縮水排出制御を実施することを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置は、
上記第１または２の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置において、
前記制御手段は、前記吸気用通路のブースト抜けが発生したと判定した場合に、前記凝縮水排出制御を停止することを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置は、
上記第１乃至４のいずれか１つの発明に係るエンジンの凝縮水排出装置において、
前記吸気用通路において、前記凝縮水貯蔵タンクよりも下流側に設けられているスロットルバルブを備え、
前記凝縮水排出制御中は、前記制御手段は、さらに前記スロットルバルブを閉状態に制御することを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置は、
上記第１乃至５のいずれか１項の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置において、
前記吸気用通路の前記電動アシストターボチャージャの上流側へ、排気用通路の当該電動アシストターボチャージャの下流側から、排ガスを送り込む排ガス再循環装置をさらに備えることを特徴とする。

上記第１，６の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置によれば、電動アシストターボチャージャを電力により駆動するとともに開閉弁を開いてバイパス通路を排気用通路に連通させることで、凝縮水貯蔵タンクに溜まった凝縮水を電動アシストターボチャージャの駆動により生じる過給圧により強制的に排気用通路に排出することができる。

上記第２，６の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置によれば、車両走行時に生成された凝縮水を、キーＯＦＦ後に排出することができるので、エンジン再始動時に凝縮水の凍結により吸気用通路が塞がれることを確実に防止することができる。

上記第３，６の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置によれば、車両走行時に生成された凝縮水が減速時に排出されるので、より確実に凝縮水を排出することができる。しかもキーＯＦＦ後に排出する量が低減されるので、凝縮水排出制御の時間を短くすることができる。即ち、電動アシストターボチャージャの駆動に要する電力を節約するのに有効である。

上記第４，６の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置によれば、ブースト抜けが発生するまでは凝縮水排出制御が継続されるので、確実に凝縮水が排出され、凝縮水貯蔵タンク内に凝縮水が残留することを防止できる。

上記第５，６の発明に係るエンジンの凝縮水排出装置によれば、スロットルバルブを閉じることで、過給圧が上昇しやすくなるため、凝縮水の排出がより一層確実かつスムーズとなる。

本発明の実施例１に係るエンジンの凝縮水排出装置を備えた内燃機関の概略図である。 本発明の実施例１に係るエンジンの凝縮水排出装置の作動を説明するフローチャートである。

以下、本発明に係るエンジンの凝縮水排出装置を実施例にて図面を用いて説明する。

本発明の実施例１に係るエンジンの凝縮水排出装置について図１を用いて詳述する。図１はＥＧＲを備えた内燃機関の概略図である。当該内燃機関は、吸気用通路１２、排気用通路１３、触媒１４、エンジン１５、電動アシストターボチャージャ２１、インタークーラ２２、凝縮水貯蔵タンク２３、バイパス通路２４、開閉弁２５、高圧ＥＧＲ２７、高圧スロットルバルブ２８、低圧ＥＧＲ３０、低圧スロットルバルブ３１、ブーストセンサ４０、車速センサ４１及びＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｕｎｉｔ：電子制御装置）４２を備える。

上述の電動アシストターボチャージャ２１は、排気用通路１３の排気を利用して、吸気用通路１２内の空気を圧縮し、充填効率を高めるものであり、吸気用通路１２と排気用通路１３とを跨ぐように設けられており、吸気用通路１２側にはコンプレッサを、排気用通路１３側にはタービンをそれぞれ有する（図示略）ものである。排気用通路１３において排気が行われていない状態、あるいは排気が弱い状態では、モータ発電機が駆動することにより、吸気用通路１２内の空気を圧縮し、充填効率を高めることができるものである。通常のターボチャージャであれば車両の走行状態によって過給圧が異なるが、電動アシストターボチャージャ２１は車両の走行状態に依存せず過給圧を制御することが可能である。

上述のインタークーラ２２は、ターボチャージャ２１から送られてきた吸気を冷却し、充填効率をさらに高めるためのものであり、吸気用通路１２においてターボチャージャ２１よりも下流側に設けられている。

上述の凝縮水貯蔵タンク２３は、吸気がインタークーラ２２を通過することにより発生する凝縮水を貯蔵するものであり、吸気用通路１２において、インタークーラ２２の下流側に設けられている。

上述のバイパス通路２４は、凝縮水貯蔵タンク２３と、排気用通路１３における電動アシストターボチャージャ２１及び触媒１４の下流側とを連通している（尚、触媒１４とは、排気用通路１３に設けられた排ガス成分を清浄化するフィルタである）。

上述の開閉弁２５は、バイパス通路２４に設けられた弁であり、ＥＣＵ４２により開閉自在となっている。

上述の高圧ＥＧＲ２７は、吸気用通路１２の、インタークーラ２２とエンジン１５との間へ、排気用通路１３の、エンジン１５とターボチャージャ２１との間から、排ガスを送り込むＥＧＲである。この高圧ＥＧＲ２７の、吸気用通路１２との合流部分には、排ガス再循環量をコントロールする高圧ＥＧＲバルブ２９が設けられており、この高圧ＥＧＲバルブ２９が、吸気用通路１２において、高圧スロットルバルブ２８よりも下流側に位置するように配置されている。

上述の高圧スロットルバルブ２８は、吸気の吸い込み量を調節する絞り弁であり、吸気用通路１２において、凝縮水貯蔵タンク２３の下流側に設けられている。

上述の低圧ＥＧＲ３０は、吸気用通路１２の電動アシストターボチャージャ２１の上流側へ、排気用通路１３の電動アシストターボチャージャ２１と触媒１４の下流側から、排ガスを送り込むＥＧＲである。この低圧ＥＧＲ３０には、内部を通過する空気を冷却するＥＧＲクーラ３３が設けられ、吸気用通路１２との合流部分に排ガス再循環量をコントロールする低圧ＥＧＲバルブ３２が設けられている。

上述の低圧スロットルバルブ３１は、吸気の吸い込み量を調節する絞り弁であり、吸気用通路１２において、低圧ＥＧＲバルブ３２の上流側に設けられている。

上述のブーストセンサ４０は、吸気用通路１２内の過給圧を計測するセンサである。但し、高圧スロットルバルブ２８を完全に閉じてしまうと、ブーストセンサ４０による過給圧の計測ができなくなってしまう。

上述のＥＣＵ４２は、ブーストセンサ４０から入力した過給圧及び車両の加減速状態が所定の条件となると、電動アシストターボチャージャ２１、開閉弁２５及び高圧スロットルバルブ２８の開閉を行い、凝縮水貯蔵タンク２３に溜まった凝縮水が、バイパス通路２４を介して排気用通路１３の電動アシストターボチャージャ２１と触媒１４の下流へ強制的に排出されるようにする。尚、車両の加減速状態は車速センサ４１またはアクセル開度から判定する。

以下、本装置の作動を、図２に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１では、エンジン１５を始動する。このとき開閉弁２５は閉じた状態に維持されている。

ステップＳ２では、車速から車両が走行中か否かを判定する。走行中であればステップＳ３へ移行し、停止状態であればステップＳ１０へ移行する。

ステップＳ３では、アクセル開度からアクセルのＯＮ／ＯＦＦを検出し、アクセルＯＦＦか否か、即ち車両が減速中か否かを判定する。アクセルＯＦＦで車両が減速状態であればステップＳ４へ移行し、減速状態でなければステップＳ２へ移行する。

ステップＳ４では、車両走行中でかつ減速状態であると判定したことを確認する。

ステップＳ５では、凝縮水排出制御を実施する。即ち、まず高圧スロットルバルブ２８を閉じた状態とし、開閉弁２５を開け、電動アシストターボチャージャ２１を電力により駆動する。これにより、吸気用通路１２内の過給圧が上昇し、凝縮水貯蔵タンク２３に溜まった凝縮水が、吸気用通路１２内の過給圧によって、バイパス通路２４を通り、排気用通路１３へ排出される。

上述のステップＳ５において、高圧スロットルバルブ２８を閉じ、かつ開閉弁２５を開けた状態とし、かつ電動アシストターボチャージャ２１を電力により駆動したが、以下のステップＳ６〜Ｓ８は、当該状態を保持したまま行うものとする。

ステップＳ６では、ブーストセンサ４０から入力した吸気用通路１２内の過給圧の情報を基に、吸気用通路１２のブースト抜けが発生しているか否かを判定する。発生していなければステップＳ７へ移行し、発生していればステップＳ９へ移行する。ここで、吸気用通路１２のブースト抜けが発生している状態とは、凝縮水貯蔵タンク２３に溜まっていた凝縮水がバイパス通路２４を通り全て排出されたことで、吸気用通路１２内の圧力が変化したことを示すものであり、反対に、ブースト抜けが発生していない状態とは、まだ凝縮水が凝縮水貯蔵タンク２３に溜まっていることを示すものである。

ステップＳ７では、車両が走行中であるか否かを判定する。走行中であればステップＳ８へ移行し、停止状態であればステップＳ９へ移行する。

ステップＳ８では、車両が減速中か否かを判定する。減速状態であればステップＳ６へ戻り、加速状態であればステップＳ９へ移行する。

ステップＳ９では、凝縮水排出制御を停止する。即ち、高圧スロットルバルブ２８を開け、電動アシストターボチャージャ２１の電力による駆動を停止し、開閉弁２５を閉じた状態とする。

上記ステップＳ７，Ｓ８では、吸気用通路１２のブースト抜けが発生する前に車両停止、または車両の減速が終了したか否かを判定している。車両停止、または車両が減速状態から加速状態（アクセルＯＦＦからＯＮ）に変わった場合は、凝縮水排出制御を停止して通常走行状態に戻る。車両走行中かつ減速状態であれば、ブースト抜けが発生するまで凝縮水排出制御を実施し続ける。

上記ステップＳ３〜Ｓ９は、車両が走行中でかつ減速状態である場合に凝縮水排出制御を実施するものである。尚、電動アシストターボチャージャ２１に用いる電力については、バッテリから供給しても良いし、減速時に発電可能な車両であれば減速時に発電した電力を用いても良い。

尚、上記ステップＳ３を行う理由は、上記ステップＳ５において吸気用通路１２内の過給圧の制御によりバイパス通路２４から凝縮水を排出するが、アクセルを踏んで加速する際に当該制御が行われると、運転者に違和感を与える可能性があり、当該制御はアクセルが踏まれていない減速時に行った方が好ましいためである。

次に、ステップＳ１０では、キーＯＦＦか否かを判定する。キーＯＦＦであればステップＳ１１へ移行し、キーＯＦＦでなければステップＳ２へ移行する。

ステップＳ１１では、車両停止状態でかつキーＯＦＦ時と判定したことを確認する。

ステップＳ１２では、凝縮水排出制御を実施する。当該制御については、上記ステップＳ５と同様のため説明は省略する。本ステップＳ１２で制御した高圧スロットルバルブ２８、電動アシストターボチャージャ２１及び開閉弁２５の状態は、ステップＳ１３においても保持される。

ステップＳ１３では、吸気用通路１２のブースト抜けが発生しているか否かを判定する。発生している場合は、ステップＳ１４へ移行し、発生していない場合は、本ステップＳ１３を繰り返す。

ステップＳ１４では、凝縮水排出制御を停止する。当該制御については、上記ステップＳ９と同様のため説明は省略する。

上記ステップＳ１０〜Ｓ１４は、車両が停止状態でかつキーＯＦＦである場合に凝縮水排出制御を実施し、吸気用通路１２のブースト抜けが発生した場合に凝縮水排出制御を停止するものである。

尚、本装置においては、高圧スロットルバルブ２８は必須の構成要件ではない。それは、電動アシストターボチャージャ２１を備えることで、高圧スロットルバルブ２８を備えなくとも、吸気用通路１２内の過給圧を制御することが可能なためである。よって上記ステップのうち高圧スロットルバルブ２８の制御も必須のものではない。

以上、実施例１に係るエンジンの凝縮水排出装置について詳述したが、換言すれば本装置は、モータ発電機が駆動することにより、車両の走行状態に依存せず吸気用通路１２内の過給圧を制御することが可能な電動アシストターボチャージャ２１とインタークーラ２２とを備えるエンジンの凝縮水排出装置であって、吸気用通路１２において、インタークーラ２２の下流側に設けられる凝縮水貯蔵タンク２３と、凝縮水貯蔵タンク２３と排気用通路１３における電動アシストターボチャージャ２１の下流側とを連通するバイパス通路２４と、バイパス通路２４に設けられた開閉弁２５と、電動アシストターボチャージャ２１の駆動と開閉弁２５の開閉状態とを制御するＥＣＵ４２（制御手段）とを備え、ＥＣＵ４２は、所定の条件で、電動アシストターボチャージャ２１を駆動するとともに開閉弁２５を開くことで、凝縮水貯蔵タンク２３に貯蔵された凝縮水をバイパス通路２４を介して排気用通路１３に強制的に排出させる凝縮水排出制御を実施するものである。

これにより、電動アシストターボチャージャ２１を電力により駆動するとともに開閉弁２５を開いてバイパス通路２４を排気用通路１３に連通させることで、凝縮水貯蔵タンク２３に溜まった凝縮水を電動アシストターボチャージャ２１の駆動により生じる過給圧により強制的に排気用通路１３に排出することができる。

また、ＥＣＵ４２は、車両が停止状態でかつキーＯＦＦ時と判定した場合に、凝縮水排出制御を実施するものである。

これにより、車両走行時に生成された凝縮水を、キーＯＦＦ後に排出することができるので、エンジン１５再始動時に凝縮水の凍結により吸気用通路１２が塞がれることを確実に防止することができる。

さらに、ＥＣＵ４２は、車両が走行中でかつ減速状態であると判定した場合に、凝縮水排出制御を実施するものである。

これにより、車両走行時に生成された凝縮水が減速時に排出されるので、より確実に凝縮水を排出することができる。しかもキーＯＦＦ後に排出する量が低減されるので、凝縮水排出制御の時間を短くすることができる。即ち、電動アシストターボチャージャ２１の駆動に要する電力を節約するのに有効である。

さらに、ＥＣＵ４２は、吸気用通路１２のブースト抜けが発生したと判定した場合に、凝縮水排出制御を停止するものである。

これにより、ブースト抜けの発生で凝縮水排出制御が停止される（即ち、ブースト抜けが発生するまでは凝縮水排出制御が継続される）ので、確実に凝縮水が排出され、凝縮水貯蔵タンク２３内に凝縮水が残留することを防止できる。

そして、本装置は、吸気用通路１２において、凝縮水貯蔵タンク２３よりも下流側に設けられているスロットルバルブ（高圧スロットルバルブ２８）を備え、凝縮水排出制御中においては、ＥＣＵ４２は、さらに高圧スロットルバルブ２８を閉状態に制御するものとしても良い。

このように、スロットルバルブを閉じることで、過給圧が上昇しやすくなるため、凝縮水の排出がより一層確実かつスムーズとなる。

また、本装置は、吸気用通路１２の電動アシストターボチャージャ２１の上流側へ、排気用通路１３の電動アシストターボチャージャ２１の下流側から、排ガスを送り込む低圧ＥＧＲ３０を備えるものである。

本発明は、エンジンの凝縮水排出装置として好適である。

１２ 吸気用通路
１３ 排気用通路
１４ 触媒（フィルタ）
１５ エンジン
２１ 電動アシストターボチャージャ
２２ インタークーラ
２３ 凝縮水貯蔵タンク
２４ バイパス通路
２５ 開閉弁
２７ 高圧ＥＧＲ
２８ 高圧スロットルバルブ
２９ 高圧ＥＧＲバルブ
３０ 低圧ＥＧＲ
３１ 低圧スロットルバルブ
３２ 低圧ＥＧＲバルブ
３３ ＥＧＲクーラ
４０ ブーストセンサ
４１ 車速センサ
４２ ＥＣＵ

Claims (6)

1. モータ発電機が駆動することにより、車両の走行状態に依存せず吸気用通路内の過給圧を制御することが可能な電動アシストターボチャージャとインタークーラとを備えるエンジンの凝縮水排出装置であって、
   前記吸気用通路において、前記インタークーラの下流側に設けられる凝縮水貯蔵タンクと、
   前記凝縮水貯蔵タンクと、排気用通路における前記電動アシストターボチャージャの下流側とを連通するバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられた開閉弁と、
   前記電動アシストターボチャージャの駆動と前記開閉弁の開閉状態とを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、所定の条件で、前記電動アシストターボチャージャを駆動するとともに前記開閉弁を開くことで、前記凝縮水貯蔵タンクに貯蔵された凝縮水をバイパス通路を介して前記排気用通路に強制的に排出させる凝縮水排出制御を実施することを特徴とするエンジンの凝縮水排出装置。
2. 前記制御手段は、前記車両が停止状態でかつキーＯＦＦ時と判定した場合に、前記凝縮水排出制御を実施することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの凝縮水排出装置。
3. 前記制御手段は、前記車両が走行中でかつ減速状態であると判定した場合に、前記凝縮水排出制御を実施することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの凝縮水排出装置。
4. 前記制御手段は、前記吸気用通路のブースト抜けが発生したと判定した場合に、前記凝縮水排出制御を停止することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの凝縮水排出装置。
5. 前記吸気用通路において、前記凝縮水貯蔵タンクよりも下流側に設けられているスロットルバルブを備え、
   前記凝縮水排出制御中は、前記制御手段は、さらに前記スロットルバルブを閉状態に制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエンジンの凝縮水排出装置。
6. 前記吸気用通路の前記電動アシストターボチャージャの上流側へ、排気用通路の当該電動アシストターボチャージャの下流側から、排ガスを送り込む排ガス再循環装置をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエンジンの凝縮水排出装置。

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