JP6048582B2 - 内燃機関の凝縮水処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気系で生成された凝縮水を処理する内燃機関の凝縮水処理装置に関する。
内燃機関の凝縮水処理装置として、EGRクーラで生成された凝縮水を凝縮水タンクに貯留し、凝縮水タンクの貯水量が所定量に達した時に凝縮水を吸気通路に噴射するものが知られている(特許文献1)。吸気通路に供給された凝縮水が吸気とともに気筒内に導かれて気化することによって燃焼温度が抑制される結果、燃焼に伴うNOxの生成量が抑制される。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2〜4が存在する。
特開平10−318049号公報 特開2010−43585号公報 特開2007−154795号公報 特開2000−27715号公報
特許文献1のような凝縮水処理装置は凝縮水を際限なく内燃機関に供給することができない。そのため、凝縮水タンクの貯水量が過多となった場合には、凝縮水タンクに貯留された凝縮水を内燃機関の外部へ排水して凝縮水タンクの貯水量を減らす必要がある。しかし、酸性度が高い状態の凝縮水が内燃機関の外部に排水されることを可能な限り抑制することが望ましい。
そこで、本発明は、酸性度が高い状態の凝縮水が内燃機関の外部に排水されることを抑制できる内燃機関の凝縮水処理装置を提供することを目的とする。
本発明の内燃機関の凝縮水処理装置は、排気通路に設けられ、アンモニアによってNOxを還元して浄化する選択還元型のNOx触媒と、アンモニア又はアンモニアの前駆体である添加剤を前記NOx触媒の上流の前記排気通路に供給する添加剤供給弁と、を備えた内燃機関に適用される内燃機関の凝縮水処理装置であって、前記内燃機関の排気系で生成された凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、前記凝縮水タンクと前記排気通路とを連通する排水通路と、前記排水通路の閉鎖と開通とを切り替える切替弁と、前記添加剤が前記添加剤供給弁を介して前記排気通路に供給されている間に前記凝縮水が前記排水通路を介して前記排気通路に排水されるように前記切替弁を制御する排水制御手段と、を備えるものである。
アンモニア又はアンモニアの前駆体である添加剤が排気通路に供給されると、排気通路内にアンモニアが存在する状態に至る。本発明の凝縮水処理装置によれば、こうした添加剤が排気通路に供給されている間に凝縮水タンクに貯留された凝縮水が排水通路を介して排気通路に排水される。そのため、排気通路に排水された凝縮水と排気通路内に存在するアンモニアとが混合して中和する。これにより、排気通路に排水された凝縮水のpHが上昇して酸性度が弱められる。したがって、酸性度が弱められた凝縮水が排気通路を通じて内燃機関の外部に排水されるので、酸性度が高い状態の凝縮水が内燃機関の外部に排水されることを抑制できる。
本発明の凝縮水処理装置の一態様として、前記排水通路と前記排気通路とが接続される接続位置が前記添加剤供給弁の下流側に設定されてもよい。この態様によれば、排気通路への凝縮水の排水時に添加剤供給弁が凝縮水に曝されることを抑制できる。これにより、凝縮水に曝されることを原因とした添加剤供給弁の腐食を抑制できる。
本発明の凝縮水処理装置の一態様として、前記排水通路と前記排気通路とが接続される接続位置が前記NOx触媒の上流側に設定されており、前記排水制御手段は、前記NOx触媒の温度に応じて前記凝縮水の排水量を算出してもよい。この態様によれば、NOx触媒の温度に応じた凝縮水の排水が行われるのでNOx触媒の温度を適正な範囲に保つことができる。
この態様において、前記排水制御手段は、前記NOx触媒の温度が高いほど大きな値となるように設定された上限値を超えない限度で前記排水量を算出してもよい。この場合には、NOx触媒の温度の過度な上昇と過度な降下とを抑制できるため、凝縮水の排水を原因としたNOx触媒の過剰な活性低下を抑制できる。
本発明の凝縮水処理装置の一態様として、前記凝縮水の前記排気通路への排水時は前記凝縮水の前記排気通路への非排水時に比べて前記添加剤の前記排気通路への供給量が多くなるように、前記添加剤の前記排気通路への供給量を増量する添加剤増量手段を更に備えてもよい。この態様によれば、凝縮水の中和にアンモニアが用いられることによってNOx触媒に保持されるべきアンモニアが不足することを抑制できる。これにより、添加剤の本来の使用目的を阻害することなく凝縮水を中和することができる。
上記の態様において、前記添加剤増量手段は、前記凝縮水が前記排気通路に排水される排水量及び前記凝縮水タンクに貯留された前記凝縮水のpHに基づいて前記添加剤の供給量を増量してもよい。凝縮水の中和に必要な添加剤の量は、凝縮水の排水量及び凝縮水のpHによって変わる。したがって、凝縮水の排水量及び凝縮水のpHに基づいて添加剤の供給量を増量することより、添加剤の過剰な増量を抑制できる。
また、上記の態様においては、前記添加剤供給弁に接続されて前記添加剤を保持する添加剤保持部を更に備え、前記添加剤増量手段は、前記添加剤保持部の前記添加剤の保持量が所定値以下の場合に前記添加剤の供給量の増量を禁止し、前記所定値は、前記凝縮水タンクに貯留された前記凝縮水のpHが小さいほど小さくなるように設定されてもよい。凝縮水のpHが小さいほど酸性度が高いので添加剤の増量によって凝縮水を中和する必要性が高い。つまり、凝縮水のpHが小さいほど添加剤の増量を禁止せずに続行することが望ましい。しかし、NOx触媒への供給が添加剤の本来の使用目的であるので、添加剤の保持量が低下した場合には本来の使用目的を優先すべきである。したがって、添加剤の増量を禁止する所定値を凝縮水のpHが小さいほど小さくなるように設定することにより、添加剤の本来の使用目的を維持しつつ凝縮水を中和の必要性をできるだけ満足させることができる。
添加剤の増量が禁止される場合、次の態様によって凝縮水を排水することが好ましい。すなわち、前記内燃機関は、前記NOx触媒の下流の前記排気通路から排気を取り出して吸気系に導くEGR通路と、前記EGR通路に設けられたEGRクーラと、前記排水通路と前記排気通路とが接続される接続位置よりも下流側で、かつ前記EGR通路が排気を取り出す位置よりも下流側に設けられ前記排気通路の流路を絞ることが可能な背圧調整弁と、を更に備え、前記凝縮水タンクは、前記EGRクーラで生成された凝縮水を、前記排気系で生成された前記凝縮水として貯留し、前記排水制御手段は、前記添加剤の供給量の増量が禁止されている場合に、前記排気通路の前記流路が絞られた状態で前記凝縮水が前記排気通路に排水されるように前記背圧調整弁を操作してよい。これにより、添加剤の増量が禁止されている場合は、EGR通路が排気を取り出す位置よりも下流側の流路が絞られた状態で凝縮水が排気通路に排水される。そのため、凝縮水がEGR通路に取り込まれる割合が増加するので、排気通路を通じて外部に排水される凝縮水の排水量を低減できる。
上記の場合、前記内燃機関は、前記EGR通路に設けられたEGR弁を更に備え、前記排水制御手段は、前記EGR通路が閉鎖されるように前記EGR弁を操作してよい。これにより、排気通路に排水された凝縮水の一部は背圧調整弁の下流に排水されるが、残りの凝縮水は排気通路→NOx触媒→EGR通路→EGRクーラ→凝縮水タンク→排水通路→排気通路という経路で循環する。このように凝縮水が循環するので、内燃機関の吸気系等の予期しない経路への凝縮水の流入を回避できるため、凝縮水の流入に伴う腐食の発生を防止できる。
本発明の一形態に係る凝縮水処理装置が適用された内燃機関の全体構成を示した図。 第1の形態に係る制御ルーチンのメインルーチンの一例を示したフローチャート。 図2のサブルーチンの一例を示したフローチャート。 凝縮水の排水量の算出方法を説明するための図。 尿素水の増量を禁止する所定値の設定方法の一例を示した図。 第2の形態に係る制御ルーチンのサブルーチンの一例を示したフローチャート。 減速時に凝縮水の排水を行う領域を示した図。 減速時に凝縮水の排水を行った場合の効果を示した図。
(第1の形態)
図1に示すように、内燃機関1は、4つの気筒2が一方向に配置された直列4気筒型のディーゼルエンジンとして構成されている。内燃機関1は、例えば自動車の走行用動力源として搭載される。内燃機関1には、各気筒2内に燃料を供給するため燃料噴射弁3が気筒2毎に設けられている。各燃料噴射弁3は燃料が圧送されるコモンレール5に接続されており、コモンレール5を介して各燃料噴射弁3に燃料が供給される。各気筒2には吸気通路10及び排気通路11がそれぞれ接続されている。
吸気通路10に導かれた空気は吸気行程で各気筒2に充填される。燃料噴射弁3から気筒2内に噴射された燃料は圧縮行程で自着火して燃焼する。燃焼後の排気は排気通路11に導かれる。排気通路11に導かれた排気は、選択還元型のNOx触媒12にてNOxが浄化されてから大気に放出される。NOx触媒12の上流にはターボチャージャ15のタービン15aが設けられている。NOx触媒12の下流には排気通路11の流路を絞ることが可能な背圧調整弁13が設けられている。周知のように、背圧調整弁13にて排気通路11の流路を絞ることにより内燃機関1の背圧が上昇してポンピングロスが増加するので減速時の制動力を高めることができる。吸気通路10にはターボチャージャ15のコンプレッサ15bと、コンプレッサ15bで加圧された空気を冷却するインタークーラ16と、吸気の流量を調整するスロットルバルブ17とが設けられている。
内燃機関1には、NOx触媒12にアンモニアの前駆体である尿素水を添加剤として供給するため添加剤供給装置18が設けられている。添加剤供給装置18はNOx触媒12の上流の排気通路11に尿素水を供給する添加剤供給弁18aと、尿素水を貯留する添加剤保持部としての尿素水タンク18bと、添加剤供給弁18aと尿素水タンク18bとを接続する供給通路18cと、供給通路18c内の尿素水を加圧する電動式のポンプ18dとを備えている。添加剤供給弁18aの開弁期間を制御することにより尿素水の供給量を制御することができる。尿素水タンク18bには、尿素水の保持量である貯水量(水面レベル)に応じた信号を出力する水位センサ18eが設けられている。NOx触媒12の上流に尿素水が供給されると加水分解反応によってアンモニアが生成され、そのアンモニアがNOx触媒12に保持される。NOx触媒12に保持されたアンモニアが還元剤として機能することによりNOxが還元されて浄化される。NOx触媒12にはその温度に応じた信号を出力する温度センサ19が設けられている。
内燃機関1にはNOxの低減や燃費向上のため排気の一部を吸気系に還流するEGR(Exhaust Gas Recirculation)を実施するEGR装置20が設けられている。EGR装置20は、排気通路11と吸気通路10とを結ぶEGR通路21と、EGR通路21内の排気を冷却するEGRクーラ22と、吸気通路10に導く排気(EGRガス)の流量を調整するためのEGR弁23とを備えている。EGR通路21は、排気側の端部がNOx触媒12の下流側かつ背圧調整弁13の上流側に開口し、吸気側の端部がコンプレッサ15bの上流側に開口する。周知のように、EGRクーラ22は、内燃機関1の冷却水を冷媒として利用し、その冷媒と暖かい排気との間で熱交換を行うことによりEGRガスの温度を下げるものである。EGRガスの温度が下がることによりEGRガスに含まれる水分が凝縮するためEGRクーラ22内に凝縮水が生成される。また、EGR通路21内のEGRガスの温度が下がることによってEGR通路21においても凝縮水が生成される。
EGRクーラ22やEGR通路21等の排気系で生成された凝縮水を回収して処理するため、内燃機関1には凝縮水処理装置30が設けられている。凝縮水処理装置30は、凝縮水CWを貯留する凝縮水タンク31と、凝縮水タンク31に貯留された凝縮水CWを、内燃機関1の吸気系に供給又は排気通路11に排水する供給排水機構32とを備えている。凝縮水タンク31には、凝縮水CWの貯水量(水面レベル)に応じた信号を出力する水位センサ33と、貯留された凝縮水CWのpHに応じた信号を出力するpHセンサ34とが設けられている。供給排水機構32は、凝縮水タンク31から凝縮水CWを取り出す導出経路35を有している。導出経路35は吸気通路10に接続される供給通路35aと、排気通路11に接続される排水通路35bとに分岐している。導出経路35の分岐位置には切替弁36が設けられている。切替弁36は、排水経路35bを閉鎖しかつ供給通路35aを開通して凝縮水をa方向に導く供給位置と、供給通路35aを閉鎖しかつ排水通路35bを開通して凝縮水をb方向に導く排水位置との間で動作できる。切替弁36の操作によって凝縮水の吸気系への供給と排気系への排水とを切り替えることができる。
供給通路35aには電動式のポンプ37と、ポンプ37で加圧された凝縮水を吸気通路10内に噴射して供給する噴射弁38とが設けられている。噴射弁38の開弁期間を制御することによって凝縮水の供給量を制御することができる。排水通路35bは、添加剤供給弁18aとNOx触媒12との間の排気通路11に接続されている。なお、図示による説明を省略するが、排水通路35bが開通した場合に凝縮水が重力によって排気通路11に排水されるように排水通路35bが配置されている。排水通路35bと排気通路11とが接続される接続位置が添加剤供給弁18aの下流側に設定されているので、排気通路11への凝縮水の排水時に添加剤供給弁18aが凝縮水に曝されることを抑制できる。これにより、凝縮水に曝されることを原因とした添加剤供給弁18aの腐食を抑制できる。また、その接続位置がNOx触媒12の上流に設定されているので、凝縮水の排水をNOx触媒12の温度調整に利用することもできる。
内燃機関1には、その各部を制御するコンピュータとして構成されたエンジンコントロールユニット(ECU)40が設けられている。ECU40は内燃機関1の燃料噴射量や噴射時期を燃料噴射弁3の操作によって制御する主要な動作制御を行う他に、EGR装置20や凝縮水処理装置30の制御にも利用される。さらに、ECU40はNOx触媒12にアンモニアが保持された状態が維持されるように添加剤供給弁18aを操作することによって、尿素水の供給を特別な条件を除き連続的に実施する。尿素水の供給によって発生したアンモニアはその一部がNOx触媒12に保持され、残りの一部がNOx触媒12をすり抜ける。尿素水の供給量はNOx触媒12の温度やアンモニアの保持量等の諸条件に基づいて設定される。
ECU40には内燃機関1の運転状態を把握するため種々の物理量を検出する多数のセンサからの信号が入力される。例えば、本発明に関連するセンサとしては、内燃機関1のクランク角に応じた信号を出力するクランク角センサ41、内燃機関1に設けられたアクセルペダル50の踏み込み量(アクセル開度)に応じた信号を出力するアクセル開度センサ42等が内燃機関1に設けられていて、これらのセンサの出力信号はECU40に入力される。また、上述した水位センサ18e、温度センサ19、水位センサ33、及びpHセンサ34の各出力信号もECU40に入力される。
本形態は凝縮水タンク31の貯水量が過多となった場合にECU40が実施する凝縮水の排水制御に特徴がある。図2及び図3に示し各制御ルーチンのプログラムはECU40に記憶されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップS1において、ECU40は水位センサ33の出力信号を参照して、凝縮水タンク31の貯水量Qwを取得する。なお、水位センサ33を使用する代りに、内燃機関1の運転状態と、外気温や冷却水温等の温度情報とに基づいて凝縮水の生成量を推定し、その推定結果に基づいて凝縮水タンク31の貯水量Qwを推定により取得することも可能である。ステップS2において、ECU40は貯水量Qwが閾値tuよりも多いか否かを判定する。この閾値tuは貯水量の過多を判定するための閾値である。例えば、凝縮水タンク31の許容量の90%に相当する値が閾値tuとして設定される。貯水量Qwが閾値tuよりも多い場合はステップS3に進み、貯水量Qwが閾値tu以下の場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。
ステップS3において、ECU40は尿素水の供給中か否か、すなわち尿素水が添加剤供給弁18aを介して排気通路11に供給されている間か否かを判定する。この判定は図2及び図3の制御ルーチンと並行して実行される添加剤供給装置18に対する制御の進行状況を把握することによって実施される。尿素水の供給中である場合はステップS4に進み凝縮水の排水制御を実行する。尿素水の供給中でない場合はステップS4をスキップして今回のルーチンを終える。
図3のステップS41において、ECU40は温度センサ19の出力信号を参照してNOx触媒12の温度Tcを取得する。ステップS42において、ECU40はNOx触媒12の温度Tcに応じて凝縮水の排水量Weを算出する。凝縮水を無制限に排水するとNOx触媒12の温度Tcが過剰に低下してNOx触媒12が不活性に至るおそれがある。一方、排気温の上昇を伴うPM再生制御やポスト噴射等が行われて、NOx触媒Tcが過熱するような状況では、凝縮水の排水によってNOx触媒12の温度Tcを下げることができる。
そこで、NOx触媒12の温度Tcを活性可能な適正な範囲に保つため、排出量WeにはNOx触媒12の温度Tcに応じた図4に示すような上限値Umが定められている。ECU40はこの上限値Umを超えないように排水量Weを算出する。上限値UmはNOx触媒12の温度Tcが高いほど大きな値となるように設定されている。そのため、NOx触媒12の温度Tcの過度な上昇と過度な降下とを抑制できるため、凝縮水の排水を原因としたNOx触媒12の過剰な活性低下を抑制できる。
ステップS42における排水量Weの具体的な算出方法は次の通りである。まず、凝縮水の排出量の暫定値を求める。この暫定値は、閾値tuよりも小さい例えば許容量の70%に貯水量Qwが低下するまでに必要な排水量である。次に、NOx触媒12の温度Tcに対応する上限値Umを特定する。次に、特定した上限値Umと暫定値とを比較して、暫定値が上限値Umを超える場合は上限値Umを排水量Weとして算出し、暫定値が上限値Um以下の場合は暫定値を排水量Weとして算出する。これにより、上限値Umを超えない限度で排水量Weが算出される。なお、上限値Umが0に設定された領域に相当する場合は凝縮水の排水を実施せずに本ルーチンの実行は中止される。
ステップS43において、ECU40は排水通路35bが開通するように切替弁36を排水位置に操作する。これにより凝縮水の排気通路11への排水が開始する。ステップS44において、ECU40はpHセンサ34の出力信号を参照して凝縮水のpHを取得する。ステップS45において、ECU40は水位センサ18eの出力信号を参照して尿素水の貯水量qwを取得する。
ステップS46において、ECU40は、凝縮水のpH及び尿素水の貯水量qwに基づいて増量禁止条件の成否を判定する。この増量禁止条件は、尿素水の供給量を凝縮水の非排水時よりも増量する後述の増量制御を禁止する条件である。増量禁止条件の成否は、図5に示したように、尿素水の貯水量qwが凝縮水のpHに応じて設定された所定値qwt以下となるか否かに基づいて判定される。図5に示したように、所定値qwtは凝縮水のpHが小さいほど小さくなるように設定されている。尿素水の貯水量qwが所定値qwt以下の領域A1では増量禁止条件が成立して尿素水の増量が禁止される。一方、尿素水の貯水量qwが所定値qwtよりも多い領域A2では増量禁止条件が成立せず尿素水の増量が実施される。増量禁止条件が成立しない場合は、ステップS47及びステップS48の増量制御を実施し、増量禁止条件が成立した場合は、これらの処理をスキップしてステップS49に進む。
なお、図5に示した領域A1に該当しかつ凝縮水タンク31に貯留された凝縮水が中性又は弱アルカリ性である場合には凝縮水を中和する必要性が低い。そのため、ECU40は本制御ルーチンの実行を中止して尿素水が供給中であるか否かを問わずに内燃機関1の停止時などに凝縮水を排気通路10に排水することもできる。
ステップS47において、ECU40は、尿素水の増量後の供給量を、凝縮水の排水量We及び凝縮水のpHに基づいて算出する。凝縮水の中和に必要なアンモニアの量は凝縮水の排水量We及び凝縮水のpHによって変わる。つまり、凝縮水の排水量Weが多いほど又は凝縮水のpHが高いほど、凝縮水の中和に必要なアンモニアの量が増える。したがって、凝縮水の排水量We及び凝縮水のpHに基づいて増量後の尿素水の供給量を算出することより供給量の適正値が得られるため、尿素水の過剰な増量を抑制できる。
ステップS48において、ECU40はステップS47で算出した供給量の尿素水が排気通路11に供給されるように添加剤供給弁18aを操作する。これにより、NOx触媒12へのアンモニアの補充という本来の使用目的で供給される尿素水の供給量よりも尿素水の供給量が増加する。したがって、凝縮水の中和にアンモニアが用いられることによってNOx触媒12に保持されるべきアンモニアが不足することを抑制できる。そのため、添加剤の本来の使用目的を阻害することなく凝縮水を中和することができる。
ステップS49において、ECU40は凝縮水タンク31の貯水量Qwが排水終了値tdに達したか否かを判定する。排水終了値tdは、ステップS42で算出した排水量Weに相当する凝縮水が排水された後の凝縮水タンク31の貯水量を意味する。したがって、貯水量Qwが終了値tdを超えている場合は今回の制御で排水すべき排水量Weに達していないので、処理をステップS43に戻して凝縮水の排水を続行する。一方、貯水量Qwが終了値td以下の場合は今回の制御で排水すべき排水量Weに達したので、凝縮水の排水を終了してステップS50に進む。ステップS50において、ECU40は排水通路35bが閉鎖するように切替弁36を供給位置に操作する。これにより凝縮水の排気通路11への排水が終了する。
本形態によれば、尿素水が排気通路11に供給されている間に、凝縮水タンク31に貯留された凝縮水が排水通路35bを介して排気通路11に排水される。そのため、排気通路11に排水された凝縮水と排気通路11内に存在するアンモニアとが混合して中和する。これにより、排気通路11に排水された凝縮水のpHが上昇して酸性度が弱められる。したがって、酸性度が弱められた凝縮水が排気通路11を通じて内燃機関1の外部に排水されるので、酸性度が高い状態の凝縮水が内燃機関1の外部に排水されることを抑制できる。
また、本形態は、尿素水の貯水量qwが、凝縮水タンク31に貯留された凝縮水のpHが小さいほど小さくなるように設定された所定値qwt以下となる場合に尿素水の増量が禁止される。凝縮水のpHが小さいほど酸性度が高いので尿素水の増量によって凝縮水を中和する必要性が高い。つまり、凝縮水のpHが小さいほど尿素水の増量を禁止せずに続行することが望ましい。しかし、NOx触媒12への供給が尿素水の本来の使用目的であるので、尿素水の貯水量qwが低下した場合には本来の使用目的を優先すべきである。本形態はこのような事情を考慮して、尿素水の増量を禁止する所定値qwtが、凝縮水のpHが小さいほど小さくなるように設定されている。このため、尿素水の本来の使用目的を維持しつつ凝縮水を中和の必要性をできるだけ満足させることができる。
ECU40は、図2及び図3の各制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る排水制御手段として機能する。また、ECU40は、図3のステップS44〜ステップS48を実行することにより、本発明に係る添加剤増量手段として機能する。
(第2の形態)
次に、図6〜図8を参照しながら本発明の第2の形態を説明する。第2の形態は、第1の形態の図3の排水制御の一部を変更したものに相当する。第2の形態の物理的構成は第1の形態と同じである。図6から明らかなように、第2の形態の排水制御は図3のステップS46とステップS49との間にステップS51〜ステップS54を追加したものに相当する。ECU40は図3の制御ルーチンとともに、そのサブルーチンである図6の制御ルーチンを実行する。ステップS51〜ステップS54以外の処理は図3の制御ルーチンと同じであるので説明を省略する。
ステップS51において、ECU40は、凝縮水タンク31に貯留された凝縮水のpHと尿素水の貯水量qwとが図7に示す領域Bに該当するか否かを判定する。この領域Bは増量禁止条件が成立する領域A1内に設けられ、一点鎖線で囲まれた領域である。この領域Bは凝縮水の酸性度が比較的高いため、尿素水の増量を禁止した場合に凝縮水の中和が不十分になるおそれがある。そのため、排気通路11を通じた内燃機関1の外部への凝縮水の排水量をできるだけ低減することが望ましい。そこで、ECU40はステップS52〜ステップS54の処理を実行して凝縮水の外部への排水量を低減する。
凝縮水のpHと貯水量qwとが領域Bに該当する場合はステップS52に進み、そうでない場合はステップS49に進む。ステップS52において、ECU40は内燃機関1の減速中であるか否かを判定する。減速中の場合はステップS53に進み、そうでない場合はステップS49に進む。
ステップS53において、ECU40は排気通路11の流路が絞られるように背圧調整弁13を操作する。これにより、排気通路11の流路が絞られた状態で凝縮水が排水される。排気通路11の流路が絞られると、背圧調整弁13の上流側に接続されたEGR通路21に取り込まれる凝縮水の割合が増加するので、排気通路11を通じて内燃機関1の外部に排水される凝縮水の排水量を低減できる。さらに、ステップS54において、ECU40はEGR弁23を閉じてEGR通路21を閉鎖する。
これにより、図8に示したように、排気通路11に排水された凝縮水の一部は破線の矢印で示すように背圧調整弁13の下流に排水されるが、残りの凝縮水は実線の矢印で示す循環経路に従って流れる。すなわち、この残りの凝縮水は、排気通路11→NOx触媒12→EGR通路21→EGRクーラ22→凝縮水タンク31→排水通路35b→排気通路11という経路で循環する。このように凝縮水が循環するので、吸気通路10等の予期しない経路への凝縮水の流入を回避できる。そのため、凝縮水の流入に伴う腐食の発生を防止できる。第2の形態において、ECU40は図2及び図6の制御ルーチンを実行することにより本発明に係る排水制御手段として機能する。
本発明は上記各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記各形態の排水制御は、凝縮水の排水を尿素水が排気通路に供給されていることを前提として実施する。しかしながら、例えば、NOx触媒のアンモニアの保持量が十分であり尿素水の供給が不要である場合等の特別な条件が成立している際に、凝縮水の排水と同期して尿素水が排気通路に供給されるように添加剤供給弁を制御する形態で本発明を実施することも可能である。
凝縮水の排水通路と排気通路との接続位置は図示の形態に限定されない。排気通路のいずれかに尿素水が供給されていれば排気通路内にアンモニアが存在する状態に至る。このため、凝縮水の中和の効率は別として排気通路のいずれかの箇所に凝縮水を排水することによって凝縮水の中和が可能となるからである。例えば、排水通路と排気通路との接続位置をNOx触媒の下流に設定することもできる。
上記各形態はアンモニアの前駆体である尿素水を排気通路に供給しているが、アンモニアをガス又は水溶液の状態で添加剤として排気通路に供給するように変更できる。
上記各形態は、凝縮水を内燃機関の吸気系に供給してNOx生成量の低減等に利用しているが、内燃機関への凝縮水の供給は必須ではない。つまり、凝縮水タンクに貯留された凝縮水を内燃機関の燃焼に利用しない形態で本発明を実施することもできる。上記各形態の内燃機関1はディーゼルエンジンとして構成されているが、本発明の適用対象となるエンジンはディーゼルエンジンに限らない。したがって、火花点火型の内燃機関に本発明を適用することもできる。

Claims (9)

  1. 排気通路に設けられ、アンモニアによってNOxを還元して浄化する選択還元型のNOx触媒と、
    アンモニア又はアンモニアの前駆体である添加剤を前記NOx触媒の上流の前記排気通路に供給する添加剤供給弁と、
    を備えた内燃機関に適用される内燃機関の凝縮水処理装置であって、
    前記内燃機関の排気系で生成された凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、
    前記凝縮水タンクと前記排気通路とを連通する排水通路と、
    前記排水通路の閉鎖と開通とを切り替える切替弁と、
    前記添加剤が前記添加剤供給弁を介して前記排気通路に供給されている間に前記凝縮水が前記排水通路を介して前記排気通路に排水されるように前記切替弁を制御する排水制御手段と、
    を備える内燃機関の凝縮水処理装置。
  2. 前記排水通路と前記排気通路とが接続される接続位置が前記添加剤供給弁の下流側に設定されている請求項1の凝縮水処理装置。
  3. 前記排水通路と前記排気通路とが接続される接続位置が前記NOx触媒の上流側に設定されており、
    前記排水制御手段は、前記NOx触媒の温度に応じて前記凝縮水の排水量を算出する請求項1又は2の凝縮水処理装置。
  4. 前記排水制御手段は、前記NOx触媒の温度が高いほど大きな値となるように設定された上限値を超えない限度で前記排水量を算出する請求項3の凝縮水処理装置。
  5. 前記凝縮水の前記排気通路への排水時は前記凝縮水の前記排気通路への非排水時に比べて前記添加剤の前記排気通路への供給量が多くなるように、前記添加剤の前記排気通路への供給量を増量する添加剤増量手段を更に備える請求項1〜4のいずれか一項の凝縮水処理装置。
  6. 前記添加剤増量手段は、前記凝縮水が前記排気通路に排水される排水量及び前記凝縮水タンクに貯留された前記凝縮水のpHに基づいて前記添加剤の供給量を増量する請求項5の凝縮水処理装置。
  7. 前記添加剤供給弁に接続されて前記添加剤を保持する添加剤保持部を更に備え、
    前記添加剤増量手段は、前記添加剤保持部の前記添加剤の保持量が所定値以下の場合に前記添加剤の供給量の増量を禁止し、
    前記所定値は、前記凝縮水タンクに貯留された前記凝縮水のpHが小さいほど小さくなるように設定されている請求項5又は6の凝縮水処理装置。
  8. 前記内燃機関は、前記NOx触媒の下流の前記排気通路から排気を取り出して吸気系に導くEGR通路と、前記EGR通路に設けられたEGRクーラと、前記排水通路と前記排気通路とが接続される接続位置よりも下流側で、かつ前記EGR通路が排気を取り出す位置よりも下流側に設けられ前記排気通路の流路を絞ることが可能な背圧調整弁と、を更に備え、
    前記凝縮水タンクは、前記EGRクーラで生成された凝縮水を、前記排気系で生成された前記凝縮水として貯留し、
    前記排水制御手段は、前記添加剤の供給量の増量が禁止されている場合に、前記排気通路の前記流路が絞られた状態で前記凝縮水が前記排気通路に排水されるように前記背圧調整弁を操作する請求項7の凝縮水処理装置。
  9. 前記内燃機関は、前記EGR通路に設けられたEGR弁を更に備え、
    前記排水制御手段は、前記EGR通路が閉鎖されるように前記EGR弁を操作する請求項8の凝縮水処理装置。
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