JP6155892B2 - 凝縮水処理機構 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの吸気系で生成された凝縮水の処理に関するものである。

エンジン出力を向上させるために、過給機で圧縮された吸気をインタークーラで冷却して燃焼室に供給することにより、燃焼室内の体積効率を向上される技術が実用化されている。
また、排気中の窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を低減させるために、排気の一部を吸気通路に還流させて新気とともに再燃焼させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムが実用化されている。

ＥＧＲシステムとしては、従来、排気処理装置よりも上流の排気をインタークーラよりも下流に還流させるもの（いわゆる高圧ＥＧＲ）が用いられていたが、近年、排気処理装置よりも下流の排気を過給器よりも上流に還流させるもの（以下、「低圧ＥＧＲ」という）が開発されている。
通常、排気には、燃焼により生成された水蒸気が含まれるため、新気よりも多くの水蒸気が含まれている。このため、低圧ＥＧＲで還流された排気を含む吸気が、過給機で圧縮されインタークーラで冷却されることにより、吸気中の水蒸気が凝縮して水（以下、「凝縮水」という）が生成される場合がある。

この凝縮水が燃焼室に流入すると、例えば、エンジンの低温燃焼時やアイドリング時であれば燃焼が不安定になるおそれがあり、また、エンジンの高負荷運転時であれば要求トルクを出力することができないおそれがある。このように、燃焼室への凝縮水の流入により不具合が生じる場合がある。
そこで、低圧ＥＧＲを備えた吸排気系において、インタークーラで生成された凝縮水を処理する技術が開発されている。かかる技術が、例えば特許文献１〜３に開示されている。

特許文献１には、凝縮水を貯留する凝縮水タンクがインタークーラと一体的に設けられ、この貯留された凝縮水がフィルタ等を有する凝縮水浄化手段により浄化され、この浄化された凝縮水がインタークーラやＥＧＲクーラといった熱交換器のうち空冷式のものに散布されることが示されている。これにより、凝縮水の有効利用を図ることができるとしている。

特許文献２には、インタークーラ内に設けられ凝縮水を溜める溜部と、この溜部と低圧ＥＧＲの排気側の接続部よりも下流側とを接続する凝縮水排水通路と、この凝縮水排水通路に介装された開閉弁とを備えたものが示されている。この開閉弁を、エンジンの運転状態に応じて開閉することにより、逆流を防止して凝縮水を排出することができ、また、吸気圧を確保（いわゆるブースト抜けを回避）して内燃機関の性能悪化を回避することができるとしている。

特許文献３には、インタークーラの底面部とこれよりも下流側の吸気通路とを連通する凝縮水除去通路が設けられ、この凝縮水除去通路の上流端と下流端との間の吸気通路にスロットルバルブが設けられたものが示されている。このスロットルバルブが開度調整されることにより、凝縮水が燃焼室に流入しても支障のない所定条件下において凝縮水除去通路の上流端と下流端とに差圧を生じさせて凝縮水を処理することで、エンジンの損傷やドライバビリティの悪化を抑制しつつ凝縮水を除去することができるとしている。

特開２０１２−１８９０２２号公報 特許第３６６６５８３号公報 特開２０１２−１４０８６８号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２の技術では、インタークーラに凝縮水が貯留されるため、この凝縮水が吸気に巻き上げられて燃焼室に流入してしまうおそれがある。また、特許文献３の技術では、凝縮水を貯留するための構成が無いため、凝縮水除去通路に収まりきらない凝縮水が巻き上げられて燃焼室に流入してしまうおそれがある。よって、エンジンの運転状態によっては不具合が生じてしまうおそれがある。

本発明の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、吸気による凝縮水の巻き上げを防止し、適切に凝縮水を処理することができるようにした、凝縮水処理機構を提供することである。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的として位置づけることができる。

（１）上記の目的を達成するために、本発明の凝縮水処理機構は、エンジンの吸気通路において吸気を過給する過給機よりも下流側に介装され、前記過給機により過給された吸気を冷却するインタークーラと、前記エンジンの排気通路と前記吸気通路の前記過給機よりも上流側とを接続するＥＧＲ通路と、一端部が前記吸気通路の前記インタークーラ又は前記インタークーラよりも下流側に接続され、他端部が前記吸気通路の前記一端部よりも下流側に接続され、前記インタークーラで生成された凝縮水が流通する凝縮水通路と、前記凝縮水通路に介装され、前記凝縮水を貯留する貯留部と、前記凝縮水通路の前記貯留部よりも下流側に介装され、開状態で前記貯留部と前記凝縮水通路の前記他端部とを連通し、閉状態で前記貯留部と前記凝縮水通路の前記他端部との連通を遮断する開閉弁と、前記凝縮水通路の前記貯留部よりも前記一端部側に介装された切替弁と、一端部が前記排気通路に接続され、他端部が切替弁に接続された背圧用通路と、を備える。前記切替弁は、前記凝縮水通路の前記一端部と前記貯留部とを連通し、且つ、前記背圧用通路を介した前記排気通路と前記貯留部との連通を遮断する状態と、前記凝縮水通路の前記一端部と前記貯留部との連通を遮断し、且つ、前記背圧用通路を介した前記排気通路と前記貯留部とを連通する状態とを切り替える。

（２）前記吸気通路の前記凝縮水通路の前記一端部と前記凝縮水通路の前記他端部との間に介装されたスロットル弁を備えたことが好ましい。
（３）前記開閉弁は、その開度を調整可能な弁であることが好ましい。
（４）前記凝縮水通路の前記一端部は、前記吸気通路を形成する吸気管に形成されたスリット又は細孔であることが好ましい。
（５）前記凝縮水通路の前記一端部は、前記吸気通路の前記インタークーラよりも下流側のなかで鉛直高さが最も低い部分に接続されたことが好ましい。

本発明の凝縮水処理機構によれば、インタークーラで生成された凝縮水が、凝縮水通路を流通して貯留部に貯留されるため、吸気通路に凝縮水が溜まることがなく、凝縮水の巻き上げを防止することができる。

貯留部よりも下流側の凝縮水通路には、開状態で貯留部と凝縮水通路の他端部とを連通し、閉状態で貯留部と凝縮水通路の他端部との連通を遮断する開閉弁が介装されているため、凝縮水を吸気通路に排出しても支障がない場合（例えば燃焼室に凝縮水が流入しても支障がない場合）に開閉弁を開状態にすれば、凝縮水は吸気通路に排出され、また、凝縮水を吸気通路に排出すると支障をきたす場合（例えば燃焼室に凝縮水が流入すると支障をきたす場合）に開閉弁を閉状態にすれば、凝縮水は排出されずに貯留部に貯留されるので、適切に凝縮水を処理することができる。
このように、凝縮水を貯留する貯留部とこれよりも下流側に介装された開閉弁とが凝縮水通路に設けられているため、凝縮水の巻き上げを防止し、適切に凝縮水を処理することができる。

本発明の一実施形態に係る凝縮水処理機構及びこれが適用されるエンジンの吸排気系を示す模式図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本発明の凝縮水処理機構は、エンジンの吸排気系に適用される。このため、本発明の凝縮水処理機構の前提構成となるエンジン及びその吸排気系の構成を説明し、その次に凝縮水処理機構の構成を説明し、その次に凝縮水処理機構を制御する制御装置の構成を説明する。
なお、本実施形態でいう上流及び下流は、吸気，排気又は凝縮水の流れる方向を基準にしている。

〔一実施形態〕
〔１．構成〕
〔１−１．エンジン及びその吸排気系〕
まず、図１を参照して、エンジン並びにその吸気系及び排気系の構成を説明する。
〔１−１−１．エンジン〕
エンジン１は、ディーゼルエンジンであり、シリンダヘッド２，シリンダブロック３及びクランクケース４を有している。なお、エンジン１は、図示省略するが気筒を複数有する多気筒エンジンとして構成されている。

シリンダヘッド２には、吸気ポート２ａ及び排気ポート２ｂが燃焼室５に連通して設けられ、また、各気筒に対応して燃料を噴射するインジェクタ２ｃが設けられている。なお、詳細は図示しないが、各インジェクタ２ｃは燃料タンクから燃料を供給するサプライポンプ（高圧ポンプ）を介したコモンレールに接続されており、サプライポンプにより供給された高圧燃料がコモンレール内から各インジェクタ２ｃに送られて対応する気筒内に噴射され、この噴射燃料と吸気とが混合されて燃焼されるようになっている。

シリンダブロック３には、その内部に円筒状の空間（以下、「シリンダ」という）が形成され、このシリンダ内をピストン３ａが往復摺動可能に設けられている。燃焼室５は、シリンダブロック３とピストン３ａとシリンダヘッド２とに囲繞されて形成されている。

クランクケース４には、その内部にエンジンオイル６が貯留され、クランク軸４ａが収容されている。このクランク軸４ａは、その入力側がピストン３ａとコネクティングロッド３ｂを介して接続され、その出力側がエンジン１の出力軸（図示略）と連結されている。したがって、クランク軸４ａの回転数は、エンジン１の回転数と同じ又は対応したものとなっている。
また、エンジン１には、クランク軸４ａの回転角度を検出し、この回転角度からエンジン１の回転数（以下、「エンジン回転数」という）を検出するクランク角センサ９０が付設されている。

〔１−１−２．吸気系〕
次に、エンジン１の上流側に設けられた吸気系の構成を説明する。
吸気系には、吸気管１０及びこれに介装又は付設された各装置と、吸気管１０とエンジン１の吸気ポート２ａとの間に介装されているインテークマニホールド（以下、「インマニ」と略称する）１９とが備えられている。
吸気管１０及びこれに介装又は付設された各装置とインマニ１９とは、それぞれの内部に吸気通路１０Ａ（図１では一箇所にのみ符号を付す）を形成している。

以下、吸気系の構成を上流から順に説明する。
吸気管１０には、上流から順にエアクリーナ２０，第一スロットル弁２１，ターボチャージャ（過給機）５０のコンプレッサ５０ａ，インタークーラ２２，第二スロットル弁２３が配置されている。

エアクリーナ２０は、吸入される新気中の異物を取り除くフィルタである。このエアクリーナ２０には、新気中の湿度（水蒸気量）を検出する湿度センサ９１が付設されている。また、エアクリーナ２０の直下流には、エアクリーナ２０を通過した新気の流速（単位時間当たりの流量，以下、「新気量」という）を検出するエアフローセンサ９２が設けられている。

第一スロットル弁２１は、そのスロットル開度によって、新気量を調整するものである。なお、第一スロットル弁２１よりも下流側であってターボチャージャ５０のコンプレッサ５０ａの上流側には、後述する低圧ＥＧＲシステム５１が接続されており、第一スロットル弁２１の調整によって、低圧ＥＧＲシステム５１により還流される排気量も間接的に調整される。

ターボチャージャ５０は、吸気を圧縮するものである。具体的には、排気により回転されるタービン５０ｂと同軸に設けられたコンプレッサ５０ａを回転させることにより、ターボチャージャ５０を流通する吸気が圧縮される。
インタークーラ２２は、吸気の冷却装置である。このインタークーラ２２では、ターボチャージャ５０により圧縮されて上昇した吸気温度が低下され、吸気の空気密度の低下が回復される。

インタークーラ２２よりも下流側であって第二スロットル弁２３よりも上流側の吸気管１０は、吸気管１０のなかで最も鉛直高さが低い部分（以下、「最低部」という）１０ａを有する。この最低部１０ａは、インマニ１９の鉛直高さよりも低くなっている。すなわち、最低部１０ａは、吸気通路１０Ａのなかで鉛直高さが最も低い部分を形成している。なお、最低部１０ａには、後述する凝縮水処理機構６０が接続されている。

第二スロットル弁２３は、そのスロットル開度によって、吸気量を調整するものである。なお、第二スロットル弁２３よりも下流側であってインマニ１９よりも上流側には、高圧ＥＧＲシステム５２が接続され、また、第二スロットル弁２３の上流側及び下流側のそれぞれに後述する凝縮水処理機構６０が接続されている。この第二スロットル弁２３の調整によって、高圧ＥＧＲシステム５０により還流される排気量が間接的に調整され、また、後述する凝縮水処理機構６０からの凝縮水の排出量が調整される。

インマニ１９には、連続的に空燃比を検出するリニア空燃比センサ（いわゆるＬＡＦＳ）９３が設けられている。なお、インマニ１９のリニア空燃比センサ９３よりも下流側には、凝縮水処理機構６０が接続されている。

〔１−１−３．排気系〕
次に、エンジン１の下流側に設けられた排気系の構成について説明する。
排気系には、エキゾーストマニホールド（以下、「エキマニ」と略称する）３９と、この下流側に接続された排気管３０及びこれに介装又は付設された各装置とが備えられている。
エキマニ３９と排気管３０及びこれに介装又は付設された各装置とは、それぞれの内部に排気通路３０Ａ（図１では一箇所にのみ符号を付す）を形成している。

以下、排気系の構成を上流から順に説明する。
エキマニ３９には、後述する高圧ＥＧＲシステム５２が接続され、この下流側に後述する凝縮水処理機構６０の背圧用配管６５が接続されている。
排気管３０には、上流から順に上述のターボチャージャ５０のタービン５０ｂ，一次排気処理装置４０，二次排気処理装置４１が配置されている。

一次排気処理装置４０は、排気中の粒子状物質（Particulate Matter，以下、「ＰＭ」と略称する）を捕集するためのものである。この一次排気処理装置４０は、上流側のＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）４０ａと、下流側のＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）４０ｂとを有する。
ＤＯＣ４０ａは、排気中の成分に対する酸化能をもった触媒であり、金属或いはセラミックス等からなるハニカム状の担体に触媒を担持したものである。このＤＯＣ４０ａによって酸化される排気中の成分としては、ＮＯ（一酸化窒素），未燃燃料中のＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）等が挙げられる。

ＤＰＦ４０ｂは、排気中に含まれるＰＭを捕集する多孔質フィルタであり、上流側と下流側とを連通する通路が壁体を介して多数並設されているとともに、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖（封止）されている。このＤＰＦ４０ｂの壁体には、ＰＭの大きさに見合った大きさの多数の細孔が形成されている。このため、ＰＭを含んだ排気がＤＰＦ４０ｂを流通すると、壁体内や壁体表面にＰＭが捕集される。
また、一次排気処理装置４０には、ＤＰＦ４０ｂの上流と下流との差圧を検出する差圧センサ９４が付設されている。

一次排気処理装置４０では、ＤＯＣ４０ａによって排気中の還元成分を酸化（燃焼）させて酸化熱（燃焼熱）を発生させることにより、ＤＯＣ４０ａの下流側のＤＰＦ４０ｂを昇温させ、ＤＰＦ４０ｂに捕集されたＰＭが焼却（ＤＰＦ再生）されるようになっている。このように、一次排気処理装置４０は、酸化熱による排気昇温機能を有している。
また、ＤＯＣ４０ａによる酸化熱により、一次排気処理装置４０下流側の二次排気処理装置４１に吸蔵された硫黄成分が放出（いわゆるＳパージ）されるようになっている。

なお、一次排気処理装置４０よりも下流側であって二次排気処理装置４１よりも上流側には、低圧ＥＧＲ５１の低圧ＥＧＲ管５１ｃが接続されている。
二次排気処理装置４１は、排気中に含まれるＮＯｘを浄化するためのものである。具体的に言えば、二次排気処理装置４１は、バリウムやカリウムなどの塩基類を吸蔵材に使用し、ＮＯｘを硝酸塩として吸蔵するものである。このように、二次排気処理装置４１は、発熱せずに排気を浄化処理する。

〔１−１−４．ＥＧＲ〕
本吸排気系には、吸気系と排気系に跨って低圧ＥＧＲシステム５１及び高圧ＥＧＲシステム５２が設けられている。これらのＥＧＲシステム５１，５２は、排気を吸気に還流させることによりＮＯｘを低減させるためのものである。

低圧ＥＧＲシステム５１は、一次排気処理装置４０よりも下流であって二次排気処理装置４１よりも上流を流通する排気を第一スロットル弁２１よりも下流であってターボチャージャ５０のタービン５０ａよりも上流の吸気通路１０Ａに還流させるものである。この低圧ＥＧＲシステム５１は、排気側の端部である一端部５１ａと吸気側の端部である他端部５１ｂとを接続する低圧ＥＧＲ管５１ｃと、この低圧ＥＧＲ管５１ｃに介装された低圧ＥＧＲクーラ５１ｄ及び低圧ＥＧＲ弁５１ｅとを有する。

低圧ＥＧＲ管５１ｃの内部には、還流される排気が流通する低圧ＥＧＲ通路５１Ａが形成される。この低圧ＥＧＲ管５１ｃの一端部５１ａは、一次排気処理装置４０よりも下流側であって二次排気処理装置４１よりも上流側に接続されている。一方、低圧ＥＧＲ管５１ｃの他端部５１ｂは、第一スロットル弁２１よりも下流側であってターボチャージャ５０のコンプレッサ５０ａよりも上流側に接続されている。
低圧ＥＧＲクーラ５１ｄは、還流される排気の温度を低下させる冷却装置である。この低圧ＥＧＲクーラ５１ｄよりも他端部５１ｂ側（吸気側）には、低圧ＥＧＲ弁５１ｅが設けられている。
低圧ＥＧＲ弁５１ｅは、低圧ＥＧＲシステム５１による排気の還流量を調整するものであり、開度調整可能な弁として構成されている。

また、高圧ＥＧＲシステム５２は、エキマニ３９を流通する排気を排気通路１０Ａの第二スロットル弁２３よりも下流側の部分に還流させるものである。この高圧ＥＧＲシステム５２は、排気側の端部である一端部５２ａと吸気側の端部である他端部５２ｂとを接続する高圧ＥＧＲ管５２ｃと、この高圧ＥＧＲ管５２ｃに介装された高圧ＥＧＲクーラ５２ｄ及び高圧ＥＧＲ弁５２ｅとを有する。

高圧ＥＧＲ管５２ｃの内部には、還流される排気が流通する高圧ＥＧＲ通路５２Ａが形成される。この高圧ＥＧＲ管５２ｃの一端部５２ａは、凝縮水処理機構６０の背圧用配管６５よりも上流側のエキマニ３９に接続されている。一方、高圧ＥＧＲ管５２ｃの他端部５２ｂは、第二スロットル弁２３よりも下流側であってインマニ１９よりも上流側に接続されている。
高圧ＥＧＲクーラ５２ｄは、低圧ＥＧＲクーラ５１ｄと同様に構成された冷却装置であり、また、高圧ＥＧＲ弁５２ｅは、低圧ＥＧＲ弁５１ｅと同様に構成された開度調整可能な弁である。

〔１−２．凝縮水処理機構〕
次に、上記したエンジン１の吸排気系に適用される凝縮水処理機構６０の構成について説明する。
凝縮水処理機構６０は、ターボチャージャ５０で圧縮された吸気がインタークーラ２２で冷却されることにより生成された凝縮水を処理するための機構である。具体的には、最低部１０ａに溜まろうとする凝縮水を吸気通路１０Ａの系外に導いて貯留し、凝縮水が燃焼室５に流入しても支障のないときに凝縮水を吸気通路１０Ａに排出させるためのものである。

このために、凝縮水処理機構６０は、凝縮水が流通する凝縮水通路６０Ａを内部に形成する凝縮水管６１と、凝縮水を貯留するタンク（貯留部）６２と、切替弁６３と、開閉弁６４と、背圧用通路６５Ａを内部に形成する背圧用配管６５とを有する。凝縮水管６１には、凝縮水の流通する順に、切替弁６３，タンク６２，開閉弁６４が設けられている。また、切替弁６３には、背圧用配管６５が接続されている。

なお、下記では、凝縮水通路６０Ａを三つに分けたものを用いて説明する。具体的には、凝縮水の流通する順に、切替弁６３までの第一凝縮水通路６１Ａと、切替弁６３からタンク６２までの第二凝縮水通路６１Ｂと、タンク６２よりも下流の第三凝縮水通路６１Ｃとの三つに分けて説明する。
以下、凝縮水管６１，タンク６２，切替弁６３，背圧用配管６５，開閉弁６４の順に各構成を説明する。

凝縮水管６１は、凝縮水が流入する側の端部（凝縮水通路６０Ａの一端部６１ａと対応する）が吸気管１０の最低部１０ａに接続され、凝縮水が流出する側の端部（凝縮水通路６０Ａの他端部６１ｂと対応する）がインマニ１９に接続されている。吸気通路１０Ａのうち、凝縮水管６１により形成される凝縮水通路６０Ａの一端部６１ａと他端部６１ｂとの間には、第二スロットル弁２３が設けられている。したがって、凝縮水通路６０Ａの一端部６１ａは、吸気通路１０Ａの第二スロットル弁２３よりも上流側に接続され、凝縮水通路６０Ａの他端部６１ｂは、吸気通路１０Ａの第二スロットル弁２３よりも下流側に接続されている。

図２に示すように、凝縮水通路６０Ａの一端部６１ａ（何れも破線で示す）が接続される吸気管１０の最低部１０ａには、複数のスリット１１（一箇所にのみ符号を付す）が設けられている。
スリット１１は、吸気管１０に沿う吸気の流通を妨げないような大きさ又は配置で設けられている。ここでは、複数のスリット１１が千鳥状に配置され、各スリット１１の長手方向が吸気の流通方向に沿うように配向されたものを例示する。複数のスリット１１の千鳥状配置によれば、スリット１１の大きさの設定自由度を確保しやすく、各スリット１１の長手方向を吸気の流通方向に沿わせることにより、吸気の流通を妨げ難くすることができる。ただし、スリット１１の配向及び配置は何れも任意であり、その他の配向や配置を採ることができる。

図１に示すように、タンク６２には、その上部に凝縮水の流入口６２ａが形成され、その下部に凝縮水の流出口６２ｂが形成されている。言い換えれば、流入口６２ａは流出口６２ｂよりも高い部分に設けられている。つまり、タンク６２は、貯留された凝縮水により流出口６２ｂが浸漬されやすく、流入口６２ａが貯留された凝縮水により浸漬されにくくなっている。

切替弁６３は、凝縮水管６１の凝縮水が流入する側の端部（凝縮水通路６０Ａの一端部６１ａ）とタンク６２との間、即ち第三凝縮水通路６１Ｃに介装されており、流入側の二系統の接続部としての第一流入接続部６３ａ及び第二流入接続部６３ｂと、流出側の一系統の接続部としての流出接続部６３ｃとが設けられている。この切替弁６３は、（ｉ）流入接続部６３ａ，６３ｂの一方と流出接続部６３ｃとが連通されるとともに、流入接続部６３ａ，６３ｂの他方と流出接続部６３ｃとの連通が遮断された状態と、（ｉｉ）流入接続部６３ａ，６３ｂの他方と流出接続部６３ｃとが連通されるとともに、流入接続部６３ａ，６３ｂの一方と流出接続部６３ｃとの連通が遮断された状態と、を切り替えるものである。

ここでは、第一流入接続部６３ａ及び流出接続部６３ｃのそれぞれに凝縮水管６１が接続され、第二流入接続部６３ｃに背圧用配管６５が接続されている。
このため、切替弁６３は、（ｉ）第一凝縮水通路６１Ａと第二凝縮水通路６１Ｂとが連通され、且つ、背圧用通路６５Ａと第二凝縮水通路６１Ｂとの連通が遮断された状態と、（ｉｉ）第一凝縮水通路６１Ａと第二凝縮水通路６１Ｂとの連通が遮断され、且つ、背圧用通路６５Ａと第二凝縮水通路６１Ｂとが連通された状態と、を切り替えるようになっている。

言い換えれば、切替弁６３は、（ｉ）凝縮水通路６０Ａの一端部６１ａとタンク６２とを連通し、且つ、背圧用通路６５Ａを介した排気通路３０Ａとタンク６２との連通を遮断する状態（以下、「貯留状態」という）と、（ｉｉ）凝縮水通路６０Ａの一端部６１ａとタンク６２との連通を遮断し、且つ、背圧用通路６５Ａを介した排気通路３０Ａとタンク６２とを連通する状態（以下、「排出状態」という）と、を切り替え可能に構成されている。
背圧用配管６５は、排気が流入する側の端部である一端部６５ａがエキマニ３９に接続され、排気が流出する側の端部である他端部６５ｂが上記の切替弁６３に接続されている。

開閉弁６４は、タンク６２と凝縮水管６１の凝縮水が流出する側の端部（凝縮水通路６０Ａの他端部６１ｂ）との間に介装されている。この開閉弁６４は、開状態で第三凝縮水通路６１Ｃ（凝縮水通路６０Ａの他端部６１ｂとタンク６２との間）を連通し、閉状態で第三凝縮水通路６１Ｃの連通を遮断するものである。
さらに、開閉弁６４は、その開度を調整可能な弁である。この開閉弁６４の開度に応じて、開閉弁６４の配設箇所における凝縮水の流通度合い（排出度合い）が調整される。

〔１−３．制御装置〕
次に、凝縮水処理機構６０を制御する制御装置１００の構成を説明する。なお、制御装置１００は、マイクロプロセッサやＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積したＬＳＩデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される電子制御装置である。
制御装置１００は吸排気系の広汎なシステムを制御するものであり、その入力側に制御に用いる各種情報を検出するセンサ９０〜９４が接続され、その出力側に制御対象となる弁２１，２３，５１ｅ，５２ｅ，６３，６４が接続されている。この制御装置１００は、センサ９０〜９４による検出情報に基づいて、弁２１，２３，５１ｅ，５２ｅ，６３，６４の各開度を調整することにより各制御を実施するものである。

本実施形態では、制御装置１００により実施される制御のうち、ＥＧＲシステム５１，５２の制御及び凝縮水処理機構６０の制御に着目して説明する。

〔１−３−１．ＥＧＲシステムの制御〕
低圧ＥＧＲシステム５１は、主に低圧ＥＧＲ弁５１ｅの開度が調整されることにより制御され、副次的に第一スロットル弁２１の開度が調整されることにより制御される。これらの弁５１ｅ，２１の開度が調整されることで排気の還流量が制御され、低圧ＥＧＲシステム５１が制御される。

同様に、高圧ＥＧＲシステム５２は、主に高圧ＥＧＲ弁５２ｅの開度が調整されることにより制御され、副次的に第二スロットル弁２３の開度が調整されることにより制御される。これらの弁５２ｅ，２３の開度が調整されることで排気の還流量が制御され、高圧ＥＧＲシステム５２が制御される。
制御装置１００は、センサ９０〜９４による検出情報に基づいて、上記のＥＧＲシステム５１，５２にかかる弁２１，２３，５１ｅ，５２ｅの開度を制御し、排気の還流量を制御する。

〔１−３−２．凝縮水処理機構の制御〕
凝縮水処理機構６０は、開閉弁６４或いは第二スロットル弁２３の開度が調整され、切替弁６３が切り替えられることにより制御される。以下、凝縮水処理機構６０の制御について、凝縮水を貯留する貯留制御と、凝縮水を排出する排出制御とを説明する。

〔１−３−２−１．貯留制御〕
貯留制御は、凝縮水を吸気通路１０Ａからその系外に導いてタンク６２に貯留するものである。この貯留制御では、切替弁６３により上記（ｉ）の貯留状態にされ、開閉弁６４が閉状態にされる。なお、貯留制御では、第二スロットル弁２３は制御されず、そのスロットル開度は任意である。

〔１−３−２−２．排出制御〕
排出制御は、タンク６２に貯留された凝縮水をインマニ１９により形成される吸気通路１０Ａに排出するものである。ここでは、第一排出制御及び第二排出制御の二つの排出制御について説明する。
第一排出制御及び第二排出制御の何れも、開閉弁６４が開状態にされる。この開閉弁６４は、凝縮水の排出度合いに応じて、その開度が調整される。以下の説明では、第一排出制御と第二排出制御とで異なる点を説明する。

なお、第一排出制御が実施されるときには第二排出制御は実施されず、逆に、第二実施制御が実施されるときには第一排出制御は実施されない。
第一排出制御では、切替弁６３により上記（ｉｉ）の排出状態にされる。なお、第一排出制御では、第二スロットル弁２３は制御されず、そのスロットル開度は任意である。

また、第二排出制御では、切替弁６３により上記（ｉ）の貯留状態にされる。さらに、第二排出制御では、凝縮水処理機構６０の他端部６１ｂの吸気圧よりも一端部６１ａの吸気圧が高くなるように第二スロットル弁２３の開度が調整される。これにより、凝縮水通路６０Ａの他端部６１ｂの吸気圧よりも一端部６１ａの吸気圧が高くされ、両端部の間に差圧が発生される。例えば、第二スロットル弁２３の開度を絞ることにより、かかる差圧を発生させることができる。

〔１−３−２−３．制御条件〕
制御装置１００は、貯留制御及び排出制御を実施するにあたり、湿度センサ９１やエアフローセンサ９２の検出情報に基づいて、凝縮水の生成量を推定演算している。さらに、制御装置１００は、推定演算した凝縮水の生成量と予め記憶されたタンク６２の容量とに基づいて、タンク６２が凝縮水で満杯か否かを判定している。
この制御装置１００は、所定条件が成立していれば貯留制御を実施し、この所定条件が非成立であれば排出制御を実施する。

所定条件は、タンク６２が凝縮水で満杯でなく、凝縮水を吸気通路１０Ａに排出すると支障をきたすときに成立する。凝縮水を吸気通路１０Ａに排出すると支障をきたすときとは、エンジン１の燃焼室５に凝縮水が流入すると支障をきたすときといえる。このような支障をきたすときとしては、例えば、エンジン１の低温燃焼時，アイドリング時，高負荷運転時などが挙げられる。

なお、所定条件が非成立であれば、第一排出制御及び第二排出制御の何れが実施されてもよいが、例えば、第二排出制御にかかる吸気の差圧が確保できない場合やタンク６２に貯留された凝縮水の量が所定量以上（例えばタンク６２の容量の半分以上）の場合に第一排出制御が実施され、そうでないときに第二排出制御が実施される。

〔２．作用及び効果〕
本発明の一実施形態にかかる凝縮水処理機構６０は、上述のように構成されるため、以下のような作用及び効果を得ることができる。
新気の吸気は、エアクリーナ２０を経て、第一スロットル弁２１のスロットル開度に応じて絞られる。この下流の低圧ＥＧＲシステム５１の他端部５１ｂでは、低圧ＥＧＲ弁５１ｅの開度に応じて還流された排気と新気とが合流した吸気がターボチャージャ５０のコンプレッサ５０ａにより圧縮される。

通常、排気には、燃焼により生成された水蒸気が含まれるため、新気よりも多くの水蒸気が含まれている。このため、排気を含む吸気がターボチャージャ５０で圧縮されインタークーラ２２で冷却されることにより、吸気中の水蒸気が凝縮して凝縮水が生成される場合がある。
この凝縮水は、吸気管１０の最低部１０ａに溜まろうとするが、この最低部１０ａに接続された凝縮水処理機構６０の一端部６１ａから吸気系の系外に導かれる。

この場合、貯留制御が実施されていれば、凝縮水は、吸気管１０の最低部１０ａから第一凝縮水通路６１Ａ及び第二凝縮水通路６１Ｂを通ってタンク６２に貯留される。このとき、閉状態の開閉弁６４により第三凝縮水通路６１Ｃの連通が遮断されているため、タンク６２に貯留された凝縮水は、インマニ１９により形成される吸気通路１０Ａに排出されることはない。

また、吸気圧よりも排気圧の方が高圧であるのが通常であるため、第一排出制御が実施されると、背圧用通路６５Ａを介した排気通路３０Ａの排気圧がタンク６２に貯留された凝縮水を押し出す背圧となる。このとき、開状態の開閉弁６４により第三凝縮水通路６１Ｃが連通されているため、タンク６２に貯留された凝縮水は、背圧により押し出され、インマニ１９により形成される吸気通路１０Ａに排出される。

また、第二排出制御が実施されると、凝縮水通路６０Ａ（第一凝縮水通路６１Ａ，第二凝縮水通路６１Ｂ及び第三凝縮水通路６１Ｃ）は連通しているため、タンク６２に貯留された凝縮水は、凝縮水処理機構６０の他端部６１ｂの吸気圧よりも高い一端部６１ａの吸気圧（差圧）により押され、インマニ１９により形成される吸気通路１０Ａに排出される。
したがって、本実施形態の凝縮水処理機構６０によれば、凝縮水が吸気通路１０Ａに溜まることが無く、凝縮水の巻き上げを防止することができる。

所定条件が非成立であれば、開閉弁６４が開状態にされる第一排出制御又は第二排出制御が実施されることにより、凝縮水はインマニ１９により形成された吸気通路１０Ａに排出され、また、所定条件が成立していれば、開閉弁６４が閉状態にされる貯留制御が実施されることにより、凝縮水は排出されずにタンク６２に貯留されるので、適切に凝縮水を処理することができる。

このように、凝縮水を貯留するタンク６２とこれより下流側に介装された開閉弁６４とが凝縮水通路６０Ａに設けられていることにより、凝縮水の巻き上げを防止し、適切に凝縮水を処理することができる。
さらに、凝縮水が吸気通路１０Ａに排出されると、凝縮水が混合された吸気が燃焼室５で燃焼されるため、燃焼時の温度が低下することにより、ＮＯｘ或いはスモークを低減させることができる。

第一排出制御が実施されれば、切替弁６３により上記（ｉｉ）の排出状態にされ、開閉弁６４が開状態にされることにより、背圧用通路６５Ａを介した排気通路３０Ａの排気圧がタンク６２に貯留された凝縮水を押し出す背圧となるため、タンク６２に貯留された凝縮水を、インマニ１９により形成される吸気通路１０Ａに確実に排出することができる。

また、第二排出制御が実施されれば、凝縮水通路６０Ａの一端部６１ａと他端部６１ｂとの間に設けられた第二スロットル弁２３の開度を調整することにより、凝縮水通路６０Ａの他端部６１ｂの吸気圧よりも一端部６１ａの吸気圧が高くされるため、凝縮水を排出することができる。
開閉弁６４は、その開度を調整可能な弁であるため、第一排出制御及び第二排出制御が実施されるときに、凝縮水の排出度合いを調整することができる。これにより、更に適切に凝縮水を処理することができる。

凝縮水通路６０Ａの一端部６１ａは、吸気通路１０Ａの鉛直高さが最も低い部分を形成する最低部１０ａに接続されているため、効率良く凝縮水を吸気系外に導くことができる。
凝縮水通路６０Ａの一端部６１ａは、吸気通路１０Ａを形成する吸気管１０の最低部１０ａに形成されたスリット１１であるため、吸気の流通を妨げることがなく、凝縮水を凝縮水処理機構６０に導入することができる。

このように、凝縮水処理機構６０の一端部６１ａと他端部６１ｂとの間の吸気通路１０Ａにおける凝縮水の流通が回避されるため、一端部６１ａと他端部６１ｂとの間の吸気通路１０Ａに設けられたリニア空燃比センサ９３の被水を防止することができる。敷衍して言えば、一端部６１ａと他端部６１ｂとの間の吸気通路１０Ａに設けられた各種装置の被水を防止することができ、延いては、かかる各種装置の耐久性や信頼性を確保することができる。

〔３．その他〕
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
上述の実施形態では、最低部１０ａが吸気管１０のなかで最も鉛直高さが低いものを説明したが、最低部１０ａは、少なくともインタークーラ１９よりも下流側の吸気通路１０Ａのなかで最も低い部分であればよい。この場合も、最低部１０ａに溜まろうとする凝縮しは、凝縮水処理機構６０により適切に処理される。

また、凝縮水処理機構６０における凝縮水通路６０Ａの一端部６１ａの接続先が最低部１０ａのものを上述したが、この接続先は、インタークーラ２２における鉛直高さが最も低い部分（最低部）に接続されていてもよい。この場合、インタークーラ２２の最低部に溜まろうとする凝縮水は、凝縮水処理機構６０により適切に処理される。

また、ターボチャージャ５０に替えて、エンジン１の出力軸により駆動されるスーパーチャージャを用いてもよい。
また、背圧用配管６５は省略し、これに合わせて、切替弁６３も省略してもよい。この場合、凝縮水を排出するときには、第二スロットル弁２３の開度を調整する第二排出制御のみが実施される。

また、第二スロットル弁２３は省略してもよい。この場合、第一排出制御を実施することで凝縮水を排出することができる。また、第二スロットル弁２３を省略したとしても、凝縮水処理機構６０の他端部６１ｂの吸気圧よりも一端部６１ａの吸気圧が高い時に開閉弁６４を開状態にすることにより、凝縮水を排出することができ、第二排出制御を実施することができる。このとき、例えば、高圧ＥＧＲ弁５２ｅの開度を調整することにより、第二排出制御の実施精度を高めることができる。
また、開閉弁６４が開度を調整可能な弁として構成されているものを上述したが、開閉弁６４は、開閉状態が開状態と閉状態との二つの状態が切り替わるだけの二方弁であってもよい。

上述の一実施形態では、吸気管１０の最低部１０ａにスリット１１が形成されたものを説明したが、スリット１１に替えて又は加えて、丸孔や長孔といった任意の形状の細孔が形成されていてもよい。かかる細孔は、吸気管１０に沿う吸気の流通を妨げないような大きさ又は配置で設けられる。この場合にも、吸気の流通を妨げることがなく、凝縮水を凝縮水処理機構６０に導入することができる。

また、リニア空燃比センサ９３に替えて又は加えて、Ｏ₂センサがインマニ１９に付設されていてもよい。
また、ディーゼルエンジンを例に挙げて上述したが、これに替えてガソリンエンジンを用いてもよい。この場合、燃料としてガソリンを用いるのは勿論、インジェクタや後処理装置などの構成がガソリンエンジンに対応したものになる。

本発明の凝縮水処理機構は、エンジン及びその吸排気系を搭載した自動車などの車両に適用することができる。

１ エンジン
５ 燃焼室
１０ 吸気管
１０ａ 最低部
１０Ａ 吸気通路
１１ スリット
１９ インテークマニホールド
２２ インタークーラ
２３ 第二スロットル弁
３０ 排気管
３０Ａ 排気通路
３９ エキゾーストマニホールド
５０ ターボチャージャ（過給機）
５１ 低圧ＥＧＲシステム
５２ 高圧ＥＧＲシステム
６０ 凝縮水処理機構
６０Ａ 凝縮水通路
６１Ａ 第一凝縮水通路
６１Ｂ 第二凝縮水通路
６１Ｃ 第三凝縮水通路
６１ 凝縮水管
６１ａ 一端部
６１ｂ 他端部
６２ タンク（貯留部）
６３ 切替弁
６３ａ 第一流入接続部
６３ｂ 第二流入接続部
６３ｃ 流出接続部
６４ 開閉弁
６５ 背圧用配管
６５Ａ 背圧用通路
６５ａ 一端部
６５ｂ 他端部
９３ リニア空燃比センサ
１００ 制御装置

Claims (5)

1. エンジンの吸気通路において吸気を過給する過給機よりも下流側に介装され、前記過給機により過給された吸気を冷却するインタークーラと、
   前記エンジンの排気通路と前記吸気通路の前記過給機よりも上流側とを接続するＥＧＲ通路と、
   一端部が前記吸気通路の前記インタークーラ又は前記インタークーラよりも下流側に接続され、他端部が前記吸気通路の前記一端部よりも下流側に接続され、前記インタークーラで生成された凝縮水が流通する凝縮水通路と、
   前記凝縮水通路に介装され、前記凝縮水を貯留する貯留部と、
   前記凝縮水通路の前記貯留部よりも下流側に介装され、開状態で前記貯留部と前記凝縮水通路の前記他端部とを連通し、閉状態で前記貯留部と前記凝縮水通路の前記他端部との連通を遮断する開閉弁と、
   前記凝縮水通路の前記貯留部よりも前記一端部側に介装された切替弁と、
   一端部が前記排気通路に接続され、他端部が切替弁に接続された背圧用通路と、を備え、
   前記切替弁は、
   前記凝縮水通路の前記一端部と前記貯留部とを連通し、且つ、前記背圧用通路を介した前記排気通路と前記貯留部との連通を遮断する状態と、
   前記凝縮水通路の前記一端部と前記貯留部との連通を遮断し、且つ、前記背圧用通路を介した前記排気通路と前記貯留部とを連通する状態とを切り替える
   ことを特徴とする、凝縮水処理機構。
2. 前記吸気通路の前記凝縮水通路の前記一端部と前記凝縮水通路の前記他端部との間に介装されたスロットル弁を備えた
   ことを特徴とする、請求項１記載の凝縮水処理機構。
3. 前記開閉弁は、その開度を調整可能な弁である
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の凝縮水処理機構。
4. 前記凝縮水通路の前記一端部は、前記吸気通路を形成する吸気管に形成されたスリット又は細孔である
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の凝縮水処理機構。
5. 前記凝縮水通路の前記一端部は、前記吸気通路の前記インタークーラよりも下流側のなかで鉛直高さが最も低い部分に接続された
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の凝縮水処理機構。

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