JPWO2014207915A1 - 内燃機関の凝縮水処理装置 - Google Patents

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Abstract

凝縮水処理装置は、凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが閾値ｔよりも小さいか否かを判定する（Ｓ２）。凝縮水のｐＨが閾値ｔよりも小さい場合は、ＮＯｘ触媒の上流に供給する尿素水の供給量を、凝縮水のｐＨが閾値ｔ以上の場合に実施する通常制御時（Ｓ４）よりも増加させる（Ｓ７）。

Description

本発明は、ＥＧＲ装置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が存在する。
特開平１０−３１８０４９号公報 特開２０１０−４３５８５号公報
内燃機関の排気系で生成される凝縮水は酸性であるから、その凝縮水を供給する箇所が金属製であるとその供給箇所に腐食が生じるおそれがある。
そこで、本発明は、凝縮水の供給箇所の腐食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、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ＥＧＲガスとして吸気系に導入するＥＧＲ装置と、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ＥＧＲ装置で生成された凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、前記凝縮水タンクに貯留された凝縮水を前記内燃機関又は前記内燃機関に関連する関連装置に供給する凝縮水供給機構と、前記凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが閾値よりも小さい場合は、前記凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが前記閾値以上の場合よりも、前記添加剤の前記排気通路への供給量を増加させる添加剤供給制御手段と、を備えるものである。
選択還元型のＮＯｘ触媒の上流の排気通路にアンモニア又はその前駆体である添加剤を供給すると、ＮＯｘ触媒にアンモニアが保持されてＮＯｘの還元に利用される。一方、ＮＯｘ触媒に保持されなかったアンモニアはＮＯｘ触媒をすり抜ける。ＥＧＲ装置がＮＯｘ触媒の下流から排気を取り出すと、ＥＧＲ装置が取り出す排気にＮＯｘ触媒をすり抜けたアンモニアが混入する。そのため、ＥＧＲ装置で生成される凝縮水にアンモニアが溶け込むので、凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが上昇する。
本発明の凝縮水処理装置によれば、凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが閾値よりも小さい場合は、凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが閾値以上の場合よりも、排気通路への添加剤の供給量を増加させる。これにより、凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが閾値よりも小さい場合はｐＨが閾値以上の場合よりも多くのアンモニアがＮＯｘ触媒をすり抜けて凝縮水に溶け込む。そのため、凝縮水タンクに貯留された凝縮水の酸性度が高いほど、ＮＯｘ触媒をすり抜けたアンモニアが凝縮水の酸性度を弱める方向に作用する。その結果、凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが過剰に低下することを回避できるから、凝縮水が供給される内燃機関又は関連装置の供給箇所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、前記添加剤供給制御手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度が高いほど、前記添加剤の供給量を少なくしてもよい。ＮＯｘ触媒の温度が高いほどＮＯｘ触媒がアンモニアを保持する量が低下する。この態様によれば、ＮＯｘ触媒の温度が高いほど添加剤の供給量を少なくすることにより、高温時のＮＯｘ触媒をアンモニアが過剰にすり抜けることを防止できる。これにより、凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが過剰に上昇す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、前記添加剤供給制御手段は、前記内燃機関の加速終了後の減量期間内に前記添加剤の供給量を減量補正してもよい。内燃機関の加速が行われるとＮＯｘ触媒の温度が上昇してアンモニアの保持量が低下する。この態様によれば、加速終了後の減量期間内に添加剤の供給量が減量補正されるので、加速終了後にアンモニアがＮＯｘ触媒を過剰にすり抜けることを防止できる。これにより、凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが過剰に上昇す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、前記添加剤供給制御手段は、前記内燃機関の減速終了後の増量期間内に前記添加剤の供給量を増量補正してもよい。内燃機関の減速が行われるとＮＯｘ触媒の温度が低下してアンモニアの保持量が増加する。この態様によれば、減速終了後の増量期間内に添加剤の供給量が増量補正されるので、減速終了後にＮＯｘ触媒をすり抜けるアンモニアの量が減ることを抑制できる。これにより、内燃機関の減速を原因として貯留タンクに貯留された凝縮水のｐＨの上昇が遅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と、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、前記添加剤の供給を禁止する添加剤供給禁止手段と、前記添加剤供給禁止手段にて前記添加剤の供給が禁止され、かつ前記凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが前記閾値よりも小さい場合において、前記ＥＧＲ装置で生成される凝縮水のｐＨが前記凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨよりも大きい運転状態の時に前記ＥＧＲガスの前記吸気系への導入量を増量する凝縮水生成手段と、を更に備えてもよい。
この態様によれば、添加剤の保持量が所定値以下に不足した場合には添加剤の供給が禁止されるため添加剤の枯渇を防止できる。そして、添加剤の供給が禁止された場合でも、ＥＧＲ装置で生成される凝縮水のｐＨが凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨよりも大きい運転状態の時にＥＧＲガスの吸気系への導入量が増量される。このような運転状態でＥＧＲガスの導入量が増量されることにより、凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨよりも大きいｐＨの凝縮水の生成が促進される。これにより、凝縮水タンクに貯留された凝縮水がＥＧＲガスの増量により生成された凝縮水に希釈される。その結果、添加剤の保持量が不足する場合であっても、凝縮水タンクに貯留された凝縮水の酸性度を弱めることができる。
なお、内燃機関へ凝縮水を供給することには、内燃機関の吸気系や排気系へ凝縮水を供給することのみならず、内燃機関に取り付けられた各種装置へ凝縮水を供給することも含まれる。また、関連装置に凝縮水を供給することは、内燃機関に関連するが内燃機関の燃焼に直接関与しない各種装置に凝縮水を供給することを意味する。
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一例を示したフローチャート。 ＮＯｘ触媒の温度とアンモニアの供給量との関係を示した図。 ＥＧＲ量の増量制御を実施した制御結果の一例を示したタイムチャート。 第２の形態の制御内容を示したタイムチャート。 第３の形態の制御内容を示したタイムチャート。
（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。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の吸気系に供給する凝縮水供給機構３２とを備えている。凝縮水タンク３１には貯留された凝縮水ＣＷのｐＨに応じた信号を出力するｐＨセンサ３４が設けられている。凝縮水供給機構３２は凝縮水タンク３１と吸気通路１０とを接続する凝縮水通路３５を有する。凝縮水通路３５には電動式のポンプ３６と、ポンプ３６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３７とが設けられている。噴射弁３７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。
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の一部はＮＯｘ触媒１２に保持されずにＮＯｘ触媒１２をすり抜けて凝縮水に溶け込む。これにより、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水ＣＷのｐＨが上昇する。詳しくは後述するが、ＥＣＵ４０は尿素水の供給量を意図的に変更することによってＮＯｘ触媒１２をすり抜けるアンモニアの量を変化させて凝縮水タンク３１内の凝縮水ＣＷのｐＨを調整する。
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３８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、及びｐＨセンサ３４の各出力信号もＥＣＵ４０に入力される。
図２の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は凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水ＣＷのｐＨをｐＨセンサ３４の出力信号に基づいて取得する。ステップＳ２において、ＥＣＵ４０はステップＳ１で取得したｐＨが閾値ｔよりも小さいか否かを判定する。この閾値ｔとしては４が設定されている。凝縮水のｐＨが閾値ｔよりも小さい場合、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水は強酸性と判断される。ｐＨが閾値ｔよりも小さい場合はステップＳ３に進む。ｐＨが閾値ｔ以上の場合はステップＳ４に進む。ステップＳ４において、ＥＣＵ４０は予め設定された供給量の尿素水を排気通路１１に供給してＮＯｘ触媒１２のアンモニア保持量を維持する上述した通常制御を実施する。
ステップＳ３において、ＥＣＵ４０は水位センサ１８ｅの出力信号を参照し、尿素水タンク１８ｂに貯留された尿素水の貯水量ｑｗを取得する。尿素水の保持量としての貯水量ｑｗが所定値ｑｗｔよりも多い場合はステップＳ６に進む。貯水量ｑｗが所定値ｑｗｔ以下の場合はステップＳ９に進む。所定値ｑｗｔは尿素水が不足するか否かを判断するための値として設定されている。したがって、貯水量ｑｗが所定値ｑｗｔよりも多い場合は尿素水が十分にあって貯水量ｑｗに余裕がある状態である。一方、貯水量ｑｗが所定値ｑｗｔ以下の場合は尿素水が不足して貯水量ｑｗに余裕がない状態である。
ステップＳ６において、ＥＣＵ４０はＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｃを温度センサ１９の出力信号を参照して取得する。ステップＳ７において、ＥＣＵ４０は尿素水の供給量ｑを算出する。この処理で算出される供給量ｑは上述した通常制御における尿素水の供給量よりも大きい。供給量ｑは、ステップＳ１で取得した凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨが小さいほど大きくなるように算出される。
図３の破線で示したように、ＮＯｘ触媒１２に保持されるアンモニアの保持量Ｑａ１はＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｃが高いほど少なくなる。つまり、ＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｃが高くなるほど、ＮＯｘ触媒１２に保持されずにＮＯｘ触媒１２をすり抜ける割合が大きくなる。そこで、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘ触媒１２をすり抜けるアンモニアのすり抜け量Ｑａ２が高温時に過剰になることを抑制するため、尿素水の供給量ｑを実線で示すようにＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｃが高いほど少なくなるように算出する。
尿素水の供給量ｑは、例えば次の方法で算出される。すなわち、凝縮水のｐＨとＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｃとを変数として供給量ｑを与え、上述した特性が反映された算出マップ（不図示）を予めＥＣＵ４０に記憶させておく。そして、ＥＣＵ４０がこの算出マップを参照し、ステップＳ１で取得したｐＨ及びステップＳ６で取得した温度Ｔｃに対応する供給量ｑを特定することにより、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨと、ＮＯｘ触媒１２の温度Ｔｃとを考慮した供給量ｑが算出される。
ステップＳ８において、ＥＣＵ４０はステップＳ７で算出した供給量ｑ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、適正量のアンモニアがＮＯｘ触媒１２をすり抜けて凝縮水に溶け込むため、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨが上昇して凝縮水の酸性度が弱められる。ＥＣＵ４０は、図２のステップＳ１〜ステップＳ８を実行することにより、本発明に係る添加剤供給制御手段として機能する。
ステップＳ９において、ＥＣＵ４０は、尿素水タンク１８ｂの貯水量ｑｗに余裕がないことを考慮して、尿素水の排気通路１１への供給を禁止する。これにより、ＥＣＵ４０は本発明に係る添加剤供給禁止手段として機能する。ステップＳ１０において、ＥＣＵ４０は内燃機関１の運転状態として、エンジン回転数及び負荷を取得する。エンジン回転数はクランク角センサ４１の出力信号に基づいて、負荷はアクセル開度センサ４２の出力信号に基づいてそれぞれ取得される。ステップＳ１１において、ＥＣＵ４０はステップＳ１０で取得したエンジン回転数及び負荷に基づいて排気中のＮＯｘ濃度を推定し、そのＮＯｘ濃度に基づいてＥＧＲ装置２０で生成される凝縮水のｐＨ′を推定する。
ステップＳ１２において、ＥＣＵ４０はＥＧＲ装置２０で生成される凝縮水のｐＨ′が凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨよりも大きいか否かを判定する。ＥＧＲ装置２０で生成される凝縮水のｐＨ′が凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨよりも大きい場合はステップＳ１３に進み、そうでない場合はステップＳ１３をスキップして今回のルーチンを終える。ステップＳ１３において、ＥＣＵ４０はＥＧＲ量の増量制御を行う。この増量制御は、内燃機関１の運転状態に基づいて定められるＥＧＲ量よりもＥＧＲ量を増量することによって、凝縮水の生成を促進するものである。ＥＧＲ量が増加すると排気中の水蒸気量が増える結果、凝縮水の生成量が増加する。この増量制御によって生成される凝縮水のｐＨ′は凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨよりも大きい。したがって、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水が増量制御によって生成された凝縮水に希釈されて酸性度が弱められる。ＥＣＵ４０はステップＳ１３を実行することにより、本発明に係る凝縮水生成手段として機能する。
このＥＧＲ量の増量制御については、図４を参照しながらさらに説明する。なお、図４に示したＥＧＲ量は、ＥＣＵ４０がＥＧＲ弁２３に与える開度の指令値に相当し、実際に吸気系に導入されたＥＧＲ量を示すものではない。図４に示すように、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨが時刻ｔ１で閾値ｔ（ｔ＝４）よりも小さいとＥＣＵ４０が判断すると、ＥＣＵ４０はＥＧＲ量を内燃機関１の運転状態に基づいて定められた値ＱｅからΔＱｅだけ増量する。この増量によって、ＮＯｘ生成量、スモーク生成量及び燃料消費率は時刻ｔ１において増加する。その後、ＥＧＲ量の増量により燃焼温度が低下するので、一時的に増加したＮＯｘ生成量は減少に転じてＥＧＲ量の増量前とほぼ同じ状態に戻る。時刻ｔ１にＥＧＲ量が増量され、かつその状態が時刻ｔ２まで維持されることにより凝縮水の生成量が増加して、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水が希釈されるため、その凝縮水のｐＨは上昇して酸性度が弱められる。
ＥＣＵ４０は、ＥＧＲ量の増量のために維持されていたＥＧＲ弁２３の開度を時刻ｔ２から徐々に減少させてＥＧＲ量を徐々に減らす。これにより、スモーク生成量及び燃料消費率は徐々に低下する。このため、ＥＧＲ量の急減に伴うスモーク生成量及び燃料消費率の悪化を抑制できる。時刻ｔ３において、ＥＧＲ弁２３の開度がＥＧＲ量の増量前の開度に戻ると、スモーク生成量及び燃料消費率のそれぞれもＥＧＲ量の増量前の状態に戻る。これにより、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨは平衡状態となる。
第１の形態によれば、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨが閾値ｔよりも小さい場合はｐＨが閾値ｔ以上の場合よりも多くのアンモニアがＮＯｘ触媒１２をすり抜けて凝縮水に溶け込む。そのため、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水の酸性度が高いほど、ＮＯｘ触媒１２をすり抜けたアンモニアが凝縮水の酸性度を弱める方向に作用する。その結果、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨが過剰に低下することを回避できるから、凝縮水が供給される内燃機関１の各部の腐食を抑制できる。
また、尿素水タンク１８ｂの貯水量ｑｗに余裕がない場合は尿素水の供給が禁止されるため尿素水の枯渇を防止できる。そして、尿素水の供給が禁止された場合でも、ＥＧＲ装置２０で生成される凝縮水のｐＨ′が凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨよりも大きい運転状態の時にＥＧＲ量が増量される。その増量によって生成された凝縮水によって凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水が希釈される。これにより、尿素水の貯水量ｑｗが不足する場合でもＥＧＲ量の増量により凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨを上昇させて酸性度を弱めることができる。
（第２の形態）
次に、図５を参照しながら本発明の第２の形態を説明する。第２の形態は加速過渡時の制御に特徴があり、第１の形態の制御と合わせて実施できる。第２の形態の物理的構成については第１の形態と同じであるから図１が参照される。
内燃機関１が急加速すると、排気温度の上昇に伴ってＮＯｘ触媒１２の温度が急上昇する。上述したように、ＮＯｘ触媒１２のアンモニアの保持量は温度が高くなるほど低下する。このため、急加速によってＮＯｘ触媒１２の温度が急上昇する状況で、尿素水の供給量を第１の形態の定常時の場合と同様に算出するとアンモニアがＮＯｘ触媒１２を過剰にすり抜けて凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨが過剰に上昇する可能性がある。そこで、第２の形態は、急加速後の一定期間にわたり尿素水の供給量を減量補正する。
図５はＥＣＵ４０が第１の形態の制御とともに第２の形態の制御を行った場合の諸パラメータの時間的変化を示している。図５に示すように、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨが時刻ｔ２１で閾値ｔ（ｔ＝４）よりも小さいとＥＣＵ４０が判断すると、上述したように、ＥＣＵ４０は尿素水の供給量を通常時よりも増加させる。これにより、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨは上昇する。
時刻ｔ２２において、アクセル開度の増加方向の時間変化θａが所定の閾値を超えた場合、ＮＯｘ触媒１２の温度が急上昇とともにアンモニアの保持量が減少する。この閾値はＮＯｘ触媒１２の温度上昇に影響する急加速か否かを判別するための値として設定される。ＥＣＵは、時刻ｔ２２において内燃機関１が急加速されたと判断し、その加速終了後の減量期間Ｔｄにおいて尿素水の供給量を減量補正する。これにより、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨを中性に留めることができる。減量期間Ｔｄの長さ及び補正量は適宜定めることができる。減量期間Ｔｄの長さ及び補正量は一定値であってもよいし、ＮＯｘ触媒１２の温度に応じてこれらを変化させてもよい。
第２の形態によれば、尿素水の供給量を加速終了後の減量期間Ｔｄに減量補正することにより、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨが図５の破線で示すように過剰に上昇することを抑制できる。ＥＣＵ４０は図５に示した制御を実施することにより、本発明に係る添加剤供給制御手段として機能する。
（第３の形態）
次に、図６を参照しながら本発明の第３の形態を説明する。第３の形態は減速過渡時の制御に特徴があり、第１の形態の制御と合わせて実施できる。また、第３の形態は第２の形態とともに第１の形態と合わせて実施することもできる。第３の形態の物理的構成については第１の形態と同じであるから図１が参照される。
内燃機関１が急減速すると、加速時における温度の上昇速度に比べて緩やかであるが、ＮＯｘ触媒１２の温度が低下する。ＮＯｘ触媒１２の温度が低下すると、アンモニアの保持量が増加するので、ＮＯｘ触媒１２をすり抜けるアンモニアの量が低下する。このため、凝縮水に溶け込むアンモニアの量が低下して凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨの上昇が遅れる。そこで、第３の形態は、急減速後の一定期間にわたり尿素水の供給量を増量補正する。
図６はＥＣＵ４０が第１の形態の制御とともに第３の形態の制御を行った場合の諸パラメータの時間的変化を示している。図６に示すように、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨが時刻ｔ３１で閾値ｔ（ｔ＝４）よりも小さいとＥＣＵ４０が判断すると、上述したように、尿素水の供給量を通常時よりも増加させる。これにより、凝縮水タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨは上昇する。
時刻ｔ３２において、アクセル開度の減少方向の時間変化θｄが所定の閾値を超えた場合、ＮＯｘ触媒１２の温度が低下するとともにアンモニアの保持量が増加する。この閾値はＮＯｘ触媒１２の温度低下に影響する急減速か否かを判別するための値として設定される。ＥＣＵは、時刻ｔ３２において内燃機関１が急減速されたと判断し、その減速終了後の増量期間Ｔｉにおいて尿素水の供給量を増量補正する。これにより、凝縮水に溶け込むアンモニアの量の低下を抑えることができる。増量期間Ｔｉの長さ及び補正量は適宜定めることができる。増量期間Ｔｉの長さ及び補正量は一定値であってもよいし、ＮＯｘ触媒１２の温度に応じてこれらを変化させてもよい。
第３の形態によれば、尿素水の供給量を減速終了後の増量期間Ｔｉに増量補正することにより、減速終了後にＮＯｘ触媒１２をすり抜けるアンモニアの量が減ることを抑制できる。これにより、内燃機関１の減速を原因として、貯留タンク３１に貯留された凝縮水のｐＨの上昇が破線で示すように遅れることを抑制できる。ＥＣＵ４０は図６に示した制御を実施することにより、本発明に係る添加剤供給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。上記各形態は、凝縮水を内燃機関１の吸気通路１０に供給しているが、凝縮水の供給先は内燃機関の吸気系に限らない。例えば、凝縮水を排気系に供給し、いわゆる内部ＥＧＲと同様の手法で、バルブオーバーラップの期間内に凝縮水を気筒内に導くようにすることも可能である。
また、内燃機関に取り付けられた各種装置に凝縮水を供給する形態に変更することもできる。例えば、ターボチャージャにて加圧された空気を冷却するインタークーラや内燃機関の潤滑油や吸気を加熱するために用いられる蓄熱装置等の各種装置に凝縮水を供給する形態で本発明を実施することもできる。さらに、内燃機関に関連する関連装置に凝縮水を供給することもできる。例えば、内燃機関の出力トルクが伝達される駆動装置や内燃機関で発生する熱を利用した空調装置等の各種装置に凝縮水を供給する形態で本発明を実施することもできる。これらの各種装置に凝縮水を供給した場合、凝縮水の供給箇所の腐食を抑制できる。
上記各形態では、尿素水の供給量を凝縮水のｐＨ及びＮＯｘ触媒の温度に基づいて算出しているが、凝縮水のｐＨ及びＮＯｘ触媒の温度をパラメータとして尿素水の供給量を算出することは必須ではない。凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが閾値よりも小さい場合における尿素水の供給量が、凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨがその閾値以上の場合における尿素水の供給量よりも多くなれば、算出の基礎となるパラメータはどのようなものでもよい。例えば、凝縮水のｐＨ又はＮＯｘ触媒の温度のいずれか一方をパラメータとして尿素水の供給量を算出することもできる。
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。また、ターボチャージャの有無によって本発明の適用が左右されるものではない。したがって、自然吸気型の内燃機関にも本発明を適用できる。自然吸気型の内燃機関に本発明を適用した場合、吸気通路の負圧を利用して凝縮水を吸気系に供給できるので、上記各形態のように凝縮水を加圧するポンプを省略できる。
上記各形態はＮＯｘ触媒にアンモニアの前駆体である尿素水を供給しているが、アンモニアを気体又は液体の状態で添加剤としてＮＯｘ触媒に供給するように変更できる。
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、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ＥＧＲガスとして吸気系に導入するＥＧＲ装置と、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ＥＧＲ装置で生成された凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、前記凝縮水タンクに貯留された凝縮水を前記内燃機関又は前記内燃機関に関連する関連装置に供給する凝縮水供給機構と、前記凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが閾値よりも小さい場合は、前記凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが前記閾値以上の場合よりも、前記添加剤の前記排気通路への供給量を増加させる添加剤供給制御手段と、を備え、前記添加剤供給制御手段は、前記内燃機関の加速終了後の減量期間内に前記添加剤の供給量を減量補正するものである。
選択還元型のＮＯｘ触媒の上流の排気通路にアンモニア又はその前駆体である添加剤を供給すると、ＮＯｘ触媒にアンモニアが保持されてＮＯｘの還元に利用される。一方、ＮＯｘ触媒に保持されなかったアンモニアはＮＯｘ触媒をすり抜ける。ＥＧＲ装置がＮＯｘ触媒の下流から排気を取り出すと、ＥＧＲ装置が取り出す排気にＮＯｘ触媒をすり抜けたアンモニアが混入する。そのため、ＥＧＲ装置で生成される凝縮水にアンモニアが溶け込むので、凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが上昇する。また、内燃機関の加速が行われるとＮＯｘ触媒の温度が上昇してアンモニアの保持量が低下するが、加速終了後の減量期間内に添加剤の供給量が減量補正されるので、加速終了後にアンモニアがＮＯｘ触媒を過剰にすり抜けることを防止できる。これにより、凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが過剰に上昇することを抑制できる。

Claims (5)

  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、
    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ＥＧＲガスとして吸気系に導入するＥＧＲ装置と、
    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ＥＧＲ装置で生成された凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、
    前記凝縮水タンクに貯留された凝縮水を前記内燃機関又は前記内燃機関に関連する関連装置に供給する凝縮水供給機構と、
    前記凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが閾値よりも小さい場合は、前記凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが前記閾値以上の場合よりも、前記添加剤の前記排気通路への供給量を増加させる添加剤供給制御手段と、
    を備える内燃機関の凝縮水処理装置。
  2. 前記添加剤供給制御手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度が高いほど、前記添加剤の供給量を少なくする請求項１の凝縮水処理装置。
  3. 前記添加剤供給制御手段は、前記内燃機関の加速終了後の減量期間内に前記添加剤の供給量を減量補正する請求項１又は２の凝縮水処理装置。
  4. 前記添加剤供給制御手段は、前記内燃機関の減速終了後の増量期間内に前記添加剤の供給量を増量補正する請求項１〜３のいずれか一項の凝縮水処理装置。
  5. 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と、
    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、前記添加剤の供給を禁止する添加剤供給禁止手段と、
    前記添加剤供給禁止手段にて前記添加剤の供給が禁止され、かつ前記凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨが前記閾値よりも小さい場合において、前記ＥＧＲ装置で生成される凝縮水のｐＨが前記凝縮水タンクに貯留された凝縮水のｐＨよりも大きい運転状態の時に前記ＥＧＲガスの前記吸気系への導入量を増量する凝縮水生成手段と、
    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。
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