JP6398597B2 - Intake condensate treatment equipment - Google Patents
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Description
この発明は、エンジンの吸気に含まれる水分が凝縮して、その凝縮水が吸気通路内に滞留することを抑制する吸気凝縮水処理装置に関する。 The present invention relates to an intake condensed water treatment apparatus that suppresses the condensation of moisture contained in intake air of an engine and the retention of the condensed water in an intake passage.
エンジンから排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)を低減するため、排気ガスの一部を燃焼室に還流する排気ガス再循環装置が用いられる。 In order to reduce nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas discharged from the engine, an exhaust gas recirculation device that recirculates a part of the exhaust gas to the combustion chamber is used.
このような排気ガス再循環装置において、窒素酸化物の発生をさらに低減するために、燃焼室に還流される排気ガス(以下、「還流ガス」と称する)の温度を、冷却装置(以下、「還流ガスクーラ」と称する)によって低下させている。 In such an exhaust gas recirculation device, in order to further reduce the generation of nitrogen oxides, the temperature of the exhaust gas recirculated to the combustion chamber (hereinafter referred to as “reflux gas”) is changed to a cooling device (hereinafter referred to as “ It is lowered by a “reflux gas cooler”).
また、還流ガスの温度を低減するために、過給器の排気タービンや触媒の下流側から還流ガスを取り出す低圧排気ガス再循環装置もある。低圧排気ガス再循環装置では、還流通路に還流ガスクーラを備えるほか、還流ガスが吸気に再還流した後、インタークーラ等の吸気冷却装置を通過させるなど、さらなる冷却処理を施している。 There is also a low-pressure exhaust gas recirculation device for taking out the reflux gas from the exhaust turbine of the supercharger or the downstream side of the catalyst in order to reduce the temperature of the reflux gas. In the low-pressure exhaust gas recirculation device, a recirculation gas cooler is provided in the recirculation passage, and further cooling processing is performed such that the recirculation gas is recirculated to the intake air and then passed through an intake air cooling device such as an intercooler.
しかしながら、上述のような吸気冷却装置において、特に寒冷時等では、吸気冷却装置内の壁面温度が、還流ガス中の水蒸気の露点以下に低下してしまう場合がある。このような場合、還流ガスに含まれる水蒸気が吸気冷却装置内で凝縮し、その凝縮水が吸気通路内部に滞留することとなる。 However, in the above-described intake air cooling device, particularly in cold weather, the wall surface temperature in the intake air cooling device may fall below the dew point of the water vapor in the reflux gas. In such a case, water vapor contained in the reflux gas is condensed in the intake air cooling device, and the condensed water stays inside the intake passage.
吸気通路内部の凝縮水は、温度条件等が変化した際に、再蒸発して少量ずつ燃焼室に供給されていくことが望ましい。凝縮水には還流ガスに含まれる酸性成分が含まれ、そのままでは外部に排水できないからである。 It is desirable that the condensed water inside the intake passage is re-evaporated and supplied to the combustion chamber little by little when the temperature condition changes. This is because the condensed water contains an acidic component contained in the reflux gas and cannot be drained to the outside as it is.
しかし、再蒸発ができない状態が続けば、凝縮水の量は徐々に増加していくこととなり、吸気系の各部部材の腐食の原因となるので好ましくない。さらに、凝縮水が長く滞留すれば、その凝縮水に含まれる酸性成分が徐々に濃縮されていくことにも繋がる。 However, if the state where re-evaporation cannot be continued continues, the amount of condensed water gradually increases, which causes corrosion of each member of the intake system, which is not preferable. Furthermore, if condensed water stays long, it will also lead to the acidic component contained in the condensed water being concentrated gradually.
また、滞留した凝縮水の量が多くなると、それが吸気系の圧力損失の要因となり、エンジンの出力を低下させる原因ともなり得る。さらに、吸気量が多い運転条件の際には、強い吸気の流れに乗って凝縮水が大量に燃焼室に流れ込み、燃焼を悪化させることにも繋がりかねない。 Further, when the amount of the condensate that stays increases, it may cause a pressure loss in the intake system, and may cause a decrease in engine output. Further, under operating conditions with a large intake amount, a large amount of condensed water flows into the combustion chamber along with a strong intake flow, which may lead to deterioration of combustion.
そこで、特許文献1には、吸気冷却装置の出口に霧化装置を設け、吸気量と還流ガスの導入量から凝縮水が滞留しているかどうかを推定し、凝縮水が滞留している場合にその霧化装置を作動させるようにしている。
Therefore, in
特許文献1の技術は、吸気通路内の凝縮水を強制的に霧化して燃焼室に送りこむことにより、その滞留量をある程度減少させることができる。
The technique of
しかし、その霧化装置の作動は、還流ガスが導入されている状態で、吸気冷却装置を通過する吸気量が一定量以下の状態(いわば凝縮水が滞留しやすい状態)が、所定時間以上続いた場合としているにすぎない。このため、吸気通路内の凝縮水の滞留状態を的確に反映して対策を講じているとはいえない。すなわち、運転条件によっては、吸気通路内に凝縮水が大量に滞留する危惧を否定できない。しかし、凝縮水の滞留をなくすために、霧化装置を常時作動させることは、燃費を悪化させ経済的ではない。 However, the operation of the atomizing device continues for a predetermined time or longer in a state where the recirculated gas is introduced and the amount of intake air passing through the intake air cooling device is equal to or less than a certain amount (condensed water tends to stay). It's just a case. For this reason, it cannot be said that the countermeasures are taken by accurately reflecting the condensate retention state in the intake passage. That is, depending on the operating conditions, there is no denying the fear that a large amount of condensed water will remain in the intake passage. However, it is not economical to always operate the atomizing device in order to eliminate the stay of condensed water, which deteriorates fuel consumption.
そこで、この発明の課題は、吸気通路内に凝縮水が大量に滞留することを防止することである。 Therefore, an object of the present invention is to prevent a large amount of condensed water from staying in the intake passage.
上記の課題を解決するために、この発明は、エンジンの吸気通路に配置した吸気冷却装置と、エンジンの排気通路から排気の一部を還流ガスとして前記吸気冷却装置の上流側の前記吸気通路へ還流させる排気還流通路と、前記吸気通路を通過する吸気に含まれる水分量を推定する水分量推定手段と、前記吸気冷却装置又はその下流側の前記吸気通路に配置された霧化装置と、前記霧化装置の作動を制御する霧化装置制御手段とを備え、前記霧化装置制御手段は、前記水分量推定手段によって推定された水分量が、その吸気通路内の壁面の温度における飽和水蒸気量を超える場合に前記霧化装置を作動させ、飽和水蒸気量以下の場合に前記霧化装置の作動を停止させる吸気凝縮水処理装置を採用した。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an intake air cooling device disposed in an intake passage of an engine, and a part of the exhaust gas from the exhaust passage of the engine as a recirculation gas to the intake passage upstream of the intake air cooling device. An exhaust gas recirculation passage for recirculation, a moisture amount estimation means for estimating the amount of water contained in the intake air passing through the intake passage, the intake air cooling device or an atomization device disposed in the intake passage downstream thereof, An atomizing device control means for controlling the operation of the atomizing device, wherein the atomizing device control means is configured such that the water amount estimated by the water amount estimating means is a saturated water vapor amount at the temperature of the wall surface in the intake passage. The intake condensate treatment device is employed that operates the atomization device when the amount of water exceeds the value, and stops the operation of the atomization device when the amount is less than the saturated water vapor amount.
また、前記吸気通路内に滞留する凝縮水の滞留量を検知する凝縮水検知手段を備え、前記霧化装置制御手段は、前記凝縮水検知手段によって推定された滞留量が所定量を超える場合に前記霧化装置を作動させ、所定量以下の場合に前記霧化装置の作動を停止させる構成とすることができる。 Further, the apparatus includes a condensed water detection unit that detects a retention amount of the condensed water staying in the intake passage, and the atomizer control unit is configured so that the retention amount estimated by the condensed water detection unit exceeds a predetermined amount. It can be set as the structure which operates the said atomization apparatus and stops the operation | movement of the said atomization apparatus when it is below a predetermined amount.
また、大気温度を検出する大気温度検出装置を備え、前記吸気通路内の壁面温度は、前記大気温度に基づいて推定される構成を採用することができる。さらに、前記吸気通路内の壁面温度が、その大気温度に等しいと推定される構成を採用することができる。 Further, it is possible to employ an arrangement in which an atmospheric temperature detecting device for detecting the atmospheric temperature is provided, and the wall surface temperature in the intake passage is estimated based on the atmospheric temperature. Furthermore, it is possible to employ a configuration in which the wall surface temperature in the intake passage is estimated to be equal to the atmospheric temperature.
前記水分量推定手段によって推定される吸気の水分量を前記吸気通路を通過する吸気量に基づいて積算する凝縮水積算手段を備え、前記霧化装置制御手段は、前記水分量が前記飽和水蒸気量以下となった場合にも、前記凝縮水積算手段によって算出された積算発生量が、前記霧化装置によって霧化された霧化量以下となるまで、前記霧化装置の作動を継続する構成を採用することができる。 Condensed water integrating means for integrating the moisture content of the intake air estimated by the moisture content estimating means based on the intake air amount passing through the intake passage is provided, and the atomizer control means is configured so that the water content is the saturated water vapor amount. Even when it becomes the following, the configuration in which the operation of the atomizing device is continued until the accumulated amount calculated by the condensed water integrating means becomes equal to or less than the atomizing amount atomized by the atomizing device. Can be adopted.
前記水分量推定手段によって推定される吸気の水分量は、外部からの吸入空気に含まれる水分量と、前記還流ガスに含まれる水分量の和で推定される構成を採用することができる。 The moisture content of the intake air estimated by the moisture content estimation means can be configured to be estimated by the sum of the moisture content contained in the intake air from the outside and the moisture content contained in the reflux gas.
このとき、前記還流ガスに含まれる水分量は、燃焼室からの排気中の水分質量割合に、その導入される前記還流ガスの質量を乗じて推定される構成を採用することができる。 At this time, it is possible to adopt a configuration in which the amount of water contained in the recirculation gas is estimated by multiplying the mass ratio of water in the exhaust gas from the combustion chamber by the mass of the recirculation gas introduced.
また、燃焼室からの排気中の水分質量割合は、その燃焼室からの排気ガス質量に対する、その燃焼室からの排気中の水分質量の占める割合で推定され、燃焼室からの排気中の水分質量は、外部からの吸入空気に含まれる水分量と、前記還流ガスに含まれる水分量と、燃焼生成水分量との和で推定される構成を採用することができる。 The moisture mass ratio in the exhaust from the combustion chamber is estimated by the ratio of the moisture mass in the exhaust from the combustion chamber to the exhaust gas mass from the combustion chamber, and the moisture mass in the exhaust from the combustion chamber. Can adopt a configuration estimated by the sum of the amount of moisture contained in the intake air from the outside, the amount of moisture contained in the recirculation gas, and the amount of combustion-generated moisture.
さらに、外部からの吸入空気に含まれる水分量は、外気の飽和水蒸気量に相対湿度と外部からの吸入空気の質量を乗じて推定され、燃焼生成水分量は、消費した燃料の質量に、燃料の1mol当たりの質量に対する水の1mol当たりの質量の比率と、燃料1molに対して生成される水のmol数の倍率とを乗じて推定される構成を採用することができる。 Furthermore, the amount of moisture contained in the intake air from the outside is estimated by multiplying the saturated water vapor amount of the outside air by the relative humidity and the mass of the intake air from the outside, and the amount of combustion generated moisture is calculated by multiplying the mass of fuel consumed by the fuel It is possible to employ a configuration estimated by multiplying the ratio of the mass per 1 mol of water to the mass per 1 mol of the water by the ratio of the number of moles of water generated per 1 mol of fuel.
この発明によれば、吸気通路に備えられる霧化装置が、水分量推定手段によって推定された水分量が、その吸気通路内の壁面温度における飽和水蒸気量を超える場合に作動し、飽和水蒸気量以下の場合に作動が停止するので、吸気通路の凝縮水は発生する度に適切に霧化されて吸気とともに燃焼室に送られる。このため、吸気通路内に凝縮水が大量に滞留することを防止することができる。 According to the present invention, the atomizing device provided in the intake passage operates when the amount of water estimated by the water amount estimation means exceeds the saturated water vapor amount at the wall surface temperature in the intake passage, and is equal to or less than the saturated water vapor amount. In this case, since the operation is stopped, the condensed water in the intake passage is appropriately atomized each time it is generated and sent to the combustion chamber together with the intake air. For this reason, it is possible to prevent a large amount of condensed water from staying in the intake passage.
この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。図1は、この発明の吸気凝縮水処理装置を備えたエンジンEの構成を示す全体図である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall view showing a configuration of an engine E provided with an intake condensate treatment apparatus of the present invention.
エンジンEは自動車用ディーゼルエンジンであり、図1に示すように、ピストンを収容した気筒内に混合気を送り込む吸気ポートに通じる吸気通路1、排気ポートから引き出された排気通路2、燃料噴射装置等を備えている。吸気ポート及び排気ポートは、それぞれバルブによって開閉される。
The engine E is an automobile diesel engine, and as shown in FIG. 1, an
吸気通路1には、吸気ポートから上流側に向かって、吸気通路1の流路面積を調節する第一のスロットルバルブ5、吸気通路1を流れる吸気を冷却する吸気冷却装置6(以下、「インタークーラ6」と称する)、ターボチャージャのコンプレッサ17、吸気通路1の流路面積を調節する第二のスロットルバルブ15、エアクリーナを収容したエアクリーナケース18等が設けられる。エアクリーナケース18内には、大気温度検出装置19として管内の吸気温度を検出できる温度センサが設けられている。
The
排気通路2には、排気ポートから下流側に向かって、ターボチャージャのタービン7、排気中の窒素酸化物(NOx)等を除去する触媒等を備えた排気浄化部8、排気管(マフラ)9が設けられる。
In the
排気通路2のタービン7と排気ポートとの中途部分と、吸気通路1の吸気ポートと第一のスロットルバルブ5との中途部分は、高圧排気ガス再循環装置を構成する高圧排気還流通路3によって連通している。高圧排気還流通路3を介して、エンジンEから排出される排気ガスの一部が、高圧還流ガスとして吸気通路1に還流する。高圧排気還流通路3には高圧排気還流弁4が設けられている。高圧排気還流弁4の開閉と第一のスロットルバルブ5の開閉に伴う吸気通路1内の圧力状態に応じて、高圧還流ガスが吸気通路1内の吸気に合流する。
A midway portion between the
また、排気通路2における排気浄化部8の下流側に位置する排気管9と、吸気通路1のコンプレッサ17と第二のスロットルバルブ15との中途部分は、低圧排気ガス再循環装置を構成する低圧排気還流通路13によって連通している。低圧排気還流通路13を介して、エンジンEから排出される排気ガスの一部が、低圧還流ガスとして吸気通路のインタークーラ6の上流側に還流する。この低圧排気還流通路13には低圧排気還流弁14が設けられている。そして、低圧排気還流弁14の開閉と第二のスロットルバルブ15の開閉に伴う吸気通路1内の圧力状態に応じて、低圧還流ガスが吸気通路1内の吸気に合流する。以下、この低圧還流ガスを、単に「還流ガス」と称する。
Further, the exhaust pipe 9 located on the downstream side of the exhaust purification unit 8 in the
低圧排気ガス再循環装置の低圧排気還流通路13には、還流ガスを冷却する還流ガスクーラ11が設けられている。還流ガスクーラ11としては、冷媒として冷却水を用いた熱交換器を備えた水冷式冷却装置を採用してもよいし、空冷式の熱交換器を備えた空冷式冷却装置を採用してもよい。
In the low-pressure exhaust
吸気通路1のインタークーラ6の下流側には、その吸気通路1内の凝縮水の量を検知する凝縮水検知手段32が設けられている。この実施形態では、凝縮水検知手段32として、液体の水の有無を検出できる電気抵抗式の水分計を採用している。凝縮水検知手段32としては、他に、電気抵抗式以外の水分計や、液体の水の水位を検知できる装置などを採用してもよい。
On the downstream side of the
また、インタークーラ6又はそのインタークーラ6の下流側の吸気通路1には、霧化装置31が配置されている。この実施形態では、霧化装置31は、インタークーラ6と凝縮水検知手段32との間に設けられている。霧化装置31は、凝縮水が溜まりやすい位置であるインタークーラ6、又は、インタークーラ6の下流側の吸気配管の最も低い位置に配置することが望ましい。
An
霧化装置31は、圧電振動子を用いた高周波加振装置である。高周波加振装置を作動させることにより、滞留する水を霧状にして、空気中に浮遊させることができる。この霧化装置としては、高周波加振装置以外にも、例えば、静電式の霧化装置や、インジェクタなどを用いてもよい。
The
霧化装置31の駆動電力は、減速回生電力を使用してもよい。バッテリの充電状況に応じて、電力の消費先をバッテリと減速回生電力とに切り替えることもできる。
The drive power of the
霧化装置31の作動は、霧化装置制御手段30によって制御される。霧化装置制御手段30は、このエンジンEを搭載する車両が備える電子制御ユニット(Electronic Control Unit)20と連携して動作するようになっている。電子制御ユニット20自身に、霧化装置制御手段30の機能を備えてもよい。
The operation of the
霧化装置制御手段30は、凝縮水検知手段32によって推定された凝縮水の滞留量が所定量を超える場合に霧化装置31を作動させ、所定量以下の場合に霧化装置31の作動を停止させる。この実施形態では、その所定量をゼロに設定することで、凝縮水が少しでも滞留すれば、霧化装置31を作動させるように制御している。すなわち、凝縮水の有無に基づいて、霧化装置31の作動及び停止を制御している。
The atomizing device control means 30 operates the
凝縮水検知手段32によって取得された凝縮水の滞留量の情報は、電子制御ユニット20が備える凝縮水検知制御手段22に送られ、その凝縮水検知制御手段22からの情報に基づき、霧化装置制御手段30が制御を行っている。
The information on the condensate retention amount acquired by the condensate detection means 32 is sent to the condensate detection control means 22 included in the
また、この吸気凝縮水処理装置は、電子制御ユニット20内に水分量推定手段21を備える。水分量推定手段21は、エンジンEの回転数、エンジンEの負荷、還流ガスの導入量、及び、吸気温度に基づいて、吸気通路1のインタークーラ6を通過する吸気に含まれる水分量を推定する機能を有する。
Further, the intake condensed water treatment apparatus includes a moisture amount estimation means 21 in the
霧化装置制御手段30は、水分量推定手段21によって推定された吸気内の水分量が、その吸気通路1内の壁面温度における飽和水蒸気量を超える場合に霧化装置31を作動させ、飽和水蒸気量以下の場合に霧化装置31の作動を停止させる。
The atomizer control means 30 operates the
エンジンEの各種運転状況や車両外部の環境状況などの情報は、それぞれケーブルを通じて、電子制御ユニット20が取得している。この電子制御ユニット20からの情報に基づき、水分量推定手段21の情報を通じて、霧化装置制御手段30が制御を行っている。
Information such as various operating conditions of the engine E and environmental conditions outside the vehicle is acquired by the
吸気通路1内の壁面温度としては、インタークーラ6の壁面温度を採用している。また、この実施形態では、大気温度を検出する大気温度検出装置19をエアクリーナケース18内に備えており、インタークーラ6の壁面温度は、大気温度に基づいて推定される。インタークーラ6の壁面温度は大気温度とほぼ同等であるので、インタークーラ6の壁面温度を大気温度に等しいと推定するように設定され、その設定に基づき、霧化装置制御手段30は制御を行っている。
As the wall surface temperature in the
ここで、予め、インタークーラ6の壁面温度と大気温度との関係を測定データ等に基づいて算出しておき、実際に検出した大気温度の情報に基づいて、インタークーラ6の壁面温度を推定する手法としてもよい。また、インタークーラ6を通過する気体の温度を検出するインタークーラ通過ガス温度検出装置を設けて、そのインタークーラ通過ガス温度検出装置によって気体の温度を取得してもよい。
Here, the relationship between the wall surface temperature of the
この吸気凝縮水処理装置は、電子制御ユニット20内に凝縮水積算手段23を備える。凝縮水積算手段23は、水分量推定手段21によって推定される吸気の水分量を、吸気通路1を通過する吸気量に合わせて積算する機能を有する。
This intake condensate treatment apparatus includes a condensed water integrating means 23 in the
霧化装置制御手段30は、水分量推定手段21によって推定された吸気内の水分量が飽和水蒸気量以下となった場合にも、凝縮水積算手段23によって算出された積算発生量が、霧化装置31によって霧化された霧化量以下となるまで、霧化装置31の作動を継続する。すなわち、積算発生量=霧化量、又は、積算発生量<霧化量となるまで、霧化装置31の作動を継続する。
The atomization device control means 30 is configured so that the accumulated generation amount calculated by the condensed water accumulation means 23 is atomized even when the moisture amount in the intake air estimated by the moisture amount estimation means 21 is equal to or less than the saturated water vapor amount. The operation of the
以下、霧化装置制御手段30による制御方法について、図3に示すフローチャートと、具体的な算定式に基づいて説明する。 Hereinafter, the control method by the atomizer control means 30 will be described based on the flowchart shown in FIG. 3 and a specific calculation formula.
図3のステップS1において、凝縮水検知手段32によって推定された凝縮水の滞留量が、所定量以上であるかが判断される。ここでは、所定量がゼロに設定されているので、凝縮水の滞留があるかどうかが判断される。また、ステップS2では、制御に必要な環境条件や運転条件が検出される。 In step S <b> 1 of FIG. 3, it is determined whether the amount of condensate retention estimated by the condensate detection means 32 is greater than or equal to a predetermined amount. Here, since the predetermined amount is set to zero, it is determined whether or not the condensed water is retained. In step S2, environmental conditions and operating conditions necessary for control are detected.
つぎに、ステップS3において、水分量推定手段21によって、インタークーラ6を通過する吸気に含まれる水分量を推定する。
Next, in step S <b> 3, the moisture content estimation means 21 estimates the moisture content contained in the intake air passing through the
水分量推定手段21によって推定される吸気の水分量は、エアクリーナケース18を経由して外部から導入される吸入空気に含まれる水分量と、還流ガスに含まれる水分量の和で推定される。
The moisture content of the intake air estimated by the moisture content estimation means 21 is estimated by the sum of the moisture content contained in the intake air introduced from the outside via the
ここでは、吸気通路1に設けられる吸気量検出装置(エアフローセンサ)、外気相対湿度検出装置、大気温度検出装置19、インタークーラ通過ガス温度検出装置からの情報と、電子制御ユニット20から得られる還流ガス率設定値、投入燃料量、及び、飽和水蒸気量特性マップを用いる。
Here, information from an intake air amount detection device (air flow sensor), an outside air relative humidity detection device, an atmospheric
前述のように、水分量推定手段21によって推定される吸気の水分量、すなわち、インタークーラ6を通過する水分量M(H2O_吸気)は、エアクリーナケース18を経由して外部から導入される吸入空気に含まれる水分量M(H2O_外気)と、還流ガスに含まれる水分量M(H2O_還流ガス)の和であり、
M(H2O_吸気)=M(H2O_外気)+M(H2O_還流ガス) ・・・・(1)
である。ここで、各水分量Mは、水の質量を意味する(以下、同じ)。
As described above, the moisture content of the intake air estimated by the moisture content estimation means 21, that is, the moisture content M (H 2 O_intake) passing through the
M (H2O_intake) = M (H2O_outside air) + M (H2O_reflux gas) (1)
It is. Here, each water content M means the mass of water (hereinafter the same).
還流ガスに含まれる水分量M(H2O_還流ガス)は、燃焼室からの排気中の水分質量割合R(H2O_排気)に、その導入される還流ガスの質量M(還流ガス)を乗じて推定され、
M(H2O_還流ガス)=R(H2O_排気)×M(還流ガス) ・・・・(2)
である。ただし、0≦R(H2O_排気)≦1。
The amount of moisture M (H2O_reflux gas) contained in the reflux gas is estimated by multiplying the moisture mass ratio R (H2O_exhaust) in the exhaust from the combustion chamber by the mass M (reflux gas) of the introduced reflux gas. ,
M (H2O_reflux gas) = R (H2O_exhaust gas) × M (reflux gas) (2)
It is. However, 0 ≦
燃焼室からの排気中の水分質量割合R(H2O_排気)は、その燃焼室からの排気ガス質量M(排気)に対する、その燃焼室からの排気中の水分質量M(H2O_排気)の占める割合で推定され、
R(H2O_排気)
= M(H2O_排気)/M(排気)
={M(H2O_外気)+M(H2O_還流ガス)+M(H2O_燃料)}/M(排気) ・・・・(3)
である。
The moisture
R (H2O_exhaust)
= M (H2O_exhaust) / M (exhaust)
= {M (H2O_outside air) + M (H2O_reflux gas) + M (H2O_fuel) } / M (exhaust) (3)
It is.
すなわち、燃焼室からの排気中の水分質量M(H2O_排気)は、外部からの吸入空気に含まれる水分量M(H2O_外気)と、前記還流ガスに含まれる水分量M(H2O_還流ガス)と、燃料が燃焼することによって生成される水分量、すなわち、燃焼生成水分量M(H2O_燃料)との和で推定される。ここで、燃焼室からの排気の質量M(排気)、外部からの吸入空気の質量M(外気)、燃料の質量M(燃料)は、
M(排気)=M(外気)+M(燃料)+M(還流ガス)
である。
That is, the moisture mass M (H 2 O_exhaust) in the exhaust gas from the combustion chamber includes the moisture amount M (H 2 O_outside air) contained in the intake air from the outside, and the moisture amount M (H 2 O_reflux gas) contained in the reflux gas. The amount of water generated by the combustion of the fuel, that is, the sum of the amount of water generated by combustion M (H 2 O_fuel) is estimated. Here, the mass M (exhaust) of the exhaust from the combustion chamber, the mass M (outside air) of the intake air from the outside , and the mass M (fuel) of the fuel are:
M (exhaust) = M (outside air) + M (fuel) + M (reflux gas)
It is.
(2)式及び(3)式より、M(H2O_還流ガス)は、
M(H2O_還流ガス)
= R(H2O_排気)×M(還流ガス)
={M(H2O_排気)/M(排気)}×M(還流ガス)
=[{M(H2O_外気)+M(H2O_還流ガス)+M(H2O_燃料)}
/M(排気)] ×M(還流ガス)
これを解くと、
M(H2O_還流ガス)
=[{M(H2O_外気)+M(H2O_燃料)}
/{M(排気)−M(還流ガス)}]×M(還流ガス)
=[{M(H2O_外気)+M(H2O_燃料)}
/{(M(外気)+M(燃料)+M(還流ガス))−M(還流ガス)}]×M(還流ガス)
よって、
M(H2O_還流ガス)
=[{M(H2O_外気)+M(H2O_燃料)}
/{M(外気)+M(燃料)}]×M(還流ガス) ・・・・(4)
である。
From the formulas (2) and (3), M (H 2 O_reflux gas) is
M (H2O_reflux gas)
= R (H2O_exhaust) x M (reflux gas)
= {M (H2O_exhaust) / M (exhaust) } x M (reflux gas)
= [{M (H2O_outside air) + M (H2O_reflux gas) + M (H2O_fuel) }
/ M (exhaust) ] × M (reflux gas)
Solving this,
M (H2O_reflux gas)
= [{M (H2O_outside air) + M (H2O_fuel) }
/ {M (exhaust) -M (reflux gas) }] × M (reflux gas)
= [{M (H2O_outside air) + M (H2O_fuel) }
/ {(M (outside air) + M (fuel) + M (reflux gas) ) -M (reflux gas) }] × M (reflux gas)
Therefore,
M (H2O_reflux gas)
= [{M (H2O_outside air) + M (H2O_fuel) }
/ {M (outside air) + M (fuel) }] × M (reflux gas) (4)
It is.
外部からの吸入空気に含まれる水分量M(H2O_外気)は、外気の飽和水蒸気量M(飽和_外気)に、外気相対湿度検出装置で取得される相対湿度RH(%)(0≦RH≦100)と、外部からの吸入空気の質量M(外気)を乗じて推定され、
M(H2O_外気)= M(飽和_外気)×RH/100×M(外気)・・・・(5)
である。
The amount of moisture M (H2O_outside air) contained in the intake air from the outside is equal to the saturated water vapor amount M (saturated_outside air) of the outside air, and the relative humidity RH (%) (0 ≦ RH ≦) acquired by the outside air relative humidity detector. 100) and the mass M (outside air) of the intake air from the outside ,
M (H2O_outside air) = M (saturated_outside air) × RH / 100 × M (outside air) (5)
It is.
ここで、簡易的に推定するならば、外気相対湿度検出装置の装着を省き、外気相対湿度を所定値(例えば、100%)として、インタークーラ6を通過する水分量を推定することもできる。さらに、簡易的に推定するならば、外気相対湿度を所定値とした場合も凝縮水生成運転域をマップ情報として保有し、そのマップ情報を基に推定を行ってもよい。
Here, if it is simply estimated, it is also possible to estimate the amount of water passing through the
燃料である軽油(C16H30)の炭素−水素比を1.875とすると、燃焼生成水分量M(H2O_燃料)は、消費した燃料の質量M(燃料)に、燃料の1mol当たりの質量G(C16H30)(この例では222g/mol)に対する、水の1mol当たりの質量G(H2O)(18g/mol)の比率と、燃料1molに対して生成される水のmol数の倍率とを乗じて推定される。
M(H2O_燃料)= 15×{G(H2O)/G(C16H30)×M(燃料)
・・・・(6)
Assuming that the carbon-hydrogen ratio of light oil (C 16 H 30 ), which is a fuel, is 1.875, the amount of combustion generated water M (H 2 O_fuel) is the mass of fuel consumed M (fuel) per 1 mol of fuel. Multiplying the ratio of the mass G (H 2 O) (18 g / mol) per mole of water to the ratio of G 1 (C16H30) (222 g / mol in this example) and the magnification of the number of moles of water produced per mole of fuel. Is estimated.
M (H2O_fuel) = 15 × {G (H2O) / G (C16H30) × M (fuel)
.... (6)
ここで、その倍率15は、
C16H30+ {16+(15/2)}O2 → 16CO2 + 15H20
の化学式に基づいて、C16H30とH20の係数比で求められる。
Here, the
C 16 H 30 + {16+ (15/2)} O 2 → 16CO 2 + 15H 2 0
Based on the formula, it is determined by the coefficient ratio of C 16 H 30 and H 2 0.
(1)式に(4)(5)(6)式を代入することで、インタークーラ6を通過する水分量を推定することができる。なお、インタークーラ6を通過するガスを空気と仮定し、その通過ガスの温度(すなわち、インタークーラ6の壁面温度)での飽和水蒸気量を、インタークーラ6を通過するガスの飽和水蒸気量としている。図2に、上記水分量の算定の基礎とした数値が、吸気通路1、排気通路2のどの部分に該当する数値であるかを示す。
By substituting the equations (4), (5), and (6) into the equation (1), the amount of water that passes through the
上記のように水分量の推定を行い、ステップS3において、推定された吸気通路1内の凝縮水の滞留量、及び、推定された水分量のいずれかが、それぞれ上述した条件を満たすと判断された場合に、霧化装置31を作動させるよう制御が行われる(ステップS5参照)。また、滞留量、及び、水分量の両方が条件を満たさない場合は、霧化装置31を作動を停止する制御が行われる(ステップS4参照)。
The amount of moisture is estimated as described above, and it is determined in step S3 that either the estimated amount of condensed water in the
このように、吸気系に滞留する凝縮水を、霧化装置31により適切に除去することで、、吸気通路1に凝縮水が大量に滞留することを防止することができる。また、凝縮水が一度に大量に燃焼室に流れ込んで、燃焼を悪化させるような事態を防止することができる。
As described above, by appropriately removing the condensed water staying in the intake system by the
この発明によれば、環境温度や吸気量などの運転条件によらず、還流ガスに含まれる水分を燃焼室に送りこむことができるので、その送り込むガスは、インタークーラ6の下流側に導入する高圧還流ガスと同等の位置づけとして扱うことができる。
According to the present invention, the moisture contained in the recirculated gas can be fed into the combustion chamber regardless of the operating conditions such as the environmental temperature and the intake air amount, so that the fed gas is a high pressure introduced downstream of the
この実施形態では、ディーゼルエンジンを例に本発明の構成を説明したが、ガソリンエンジンにおいても本発明の構成を採用することができる。 In this embodiment, the configuration of the present invention has been described by taking a diesel engine as an example, but the configuration of the present invention can also be adopted in a gasoline engine.
この実施形態では、凝縮水積算手段23によって算出された積算発生量が、霧化装置31によって霧化された霧化量以下となるまで、霧化装置31の作動を継続するとしたが、積算発生量が多く、積算発生量≦霧化量となるまでに長期間を要する場合にはインタークーラ6の壁面温度を大気温度より高くすべく、インタークーラ6の大気への暴露を抑制してもよい。
In this embodiment, the operation of the
1 吸気通路
2 排気通路
3 高圧排気還流通路
4 高圧排気還流弁
5 第一のスロットルバルブ
6 吸気冷却装置(インタークーラ)
7 タービン
8 排気浄化部
9 排気管
11 還流ガスクーラ
13 低圧排気還流通路
14 低圧排気還流弁
15 第二のスロットルバルブ
19 大気温度検出装置
20 電子制御ユニット
21 水分量推定手段
22 凝縮水検知制御手段
23 凝縮水積算手段
30 霧化装置制御手段
31 霧化装置
32 凝縮水検知手段
DESCRIPTION OF
7 Turbine 8 Exhaust gas purification unit 9
Claims (6)
エンジンの排気通路から排気の一部を還流ガスとして前記吸気冷却装置の上流側の前記吸気通路へ還流させる排気還流通路と、
前記吸気通路を通過する吸気に含まれる水分量を推定する水分量推定手段と、
前記吸気冷却装置又はその下流側の前記吸気通路に配置された霧化装置と、
前記霧化装置の作動を制御する霧化装置制御手段とを備え、
前記霧化装置制御手段は、前記水分量推定手段によって推定された水分量が、その吸気通路内の壁面の温度における飽和水蒸気量を超える場合に前記霧化装置を作動させ、飽和水蒸気量以下の場合に前記霧化装置の作動を停止させ、
前記吸気通路内に滞留する凝縮水の滞留量を検知する凝縮水検知手段を備え、
前記霧化装置制御手段は、前記凝縮水検知手段によって推定された滞留量が所定量を超える場合に前記霧化装置を作動させ、所定量以下の場合に前記霧化装置の作動を停止させ、
前記水分量推定手段によって推定される吸気の水分量を前記吸気通路を通過する吸気量に合わせて積算する凝縮水積算手段を備え、
前記霧化装置制御手段は、前記水分量が前記飽和水蒸気量以下となった場合にも、前記凝縮水積算手段によって算出された積算発生量が、前記霧化装置によって霧化された霧化量以下となるまで、前記霧化装置の作動を継続する吸気凝縮水処理装置。 An intake air cooling device disposed in the intake passage of the engine;
An exhaust gas recirculation passage for recirculating part of the exhaust gas from the exhaust passage of the engine to the intake air passage on the upstream side of the intake air cooling device;
Moisture amount estimation means for estimating the amount of moisture contained in the intake air passing through the intake passage;
An atomizer disposed in the intake air cooling device or the intake passage downstream thereof;
An atomizer control means for controlling the operation of the atomizer,
The atomizer control means operates the atomizer when the water amount estimated by the water amount estimation means exceeds the saturated water vapor amount at the temperature of the wall surface in the intake passage, and is equal to or less than the saturated water vapor amount. the operation of the atomization apparatus is stopped when,
Condensed water detection means for detecting the amount of condensed water staying in the intake passage,
The atomization apparatus control unit, the atomization device is operated, stops the operation of the atomization apparatus when the predetermined amount or less when the retention amount estimated by the condensed water detecting means exceeds a predetermined amount ,
Condensed water integrating means for integrating the moisture content of the intake air estimated by the water content estimating device according to the intake air amount passing through the intake passage,
The atomizing device control means is configured such that the accumulated amount calculated by the condensed water integrating means is atomized by the atomizing device even when the water content is equal to or less than the saturated water vapor amount. It follows until, you continue the operation of the atomization apparatus air condensate treatment apparatus.
前記吸気通路内の壁面温度は、前記大気温度に基づいて推定される請求項1に記載の吸気凝縮水処理装置。 Equipped with an atmospheric temperature detection device that detects the atmospheric temperature,
The wall surface temperature in the intake passage, the intake condensed water treatment apparatus according to claim 1 which is estimated based on the ambient temperature.
燃焼室からの排気中の水分質量は、外部からの吸入空気に含まれる水分量と、前記還流ガスに含まれる水分量と、燃焼生成水分量との和で推定される請求項4に記載の吸気凝縮水処理装置。 The moisture mass ratio in the exhaust from the combustion chamber is estimated by the ratio of the moisture mass in the exhaust from the combustion chamber to the exhaust gas mass from the combustion chamber,
Water mass in the exhaust from the combustion chamber, the amount of water contained in the intake air from the outside, the amount of water contained in the recirculated gas, according to claim 4, which is estimated by the sum of the combustion product water content Intake condensate treatment device.
燃焼生成水分量は、消費した燃料の質量に、燃料の1mol当たりの質量に対する水の1mol当たりの質量の比率と、燃料1molに対して生成される水のmol数の倍率とを乗じて推定される請求項5に記載の吸気凝縮水処理装置。 The amount of moisture contained in the intake air from the outside is estimated by multiplying the saturated water vapor amount of the outside air by the relative humidity and the mass of the intake air from the outside,
The amount of water produced by combustion is estimated by multiplying the mass of fuel consumed by the ratio of the mass per mol of water to the mass per mol of fuel and the ratio of the number of mols of water generated per mol of fuel. The intake condensate treatment apparatus according to claim 5 .
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