JP2017194024A - エンジンの水供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より容易にエンジンに設置可能なエンジンの水供給装置を提供する。【解決手段】エンジン本体を通って冷却液を循環させる高温側冷却液回路、エンジン本体を通らずに冷却液を循環させる低温側冷却液回路、吸気中に再循環されるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ４２を備えるエンジンにおいて、ＥＧＲクーラに導入される冷却液を、高温側冷却液回路を流れる高温冷却液と、低温側冷却液回路を流れる低温冷却液とで切り換える第１電磁弁５７，第２電磁弁６８を設けるとともに、エンジンの高負荷運転時に、第１電磁弁５７及び第２電磁弁６８により、ＥＧＲクーラに導入される冷却液を高温冷却液から低温冷却液に切り換えるとともに、ＥＧＲバルブ４２によるＥＧＲガスの流量の調整を通じて、ＥＧＲクーラでのＥＧＲガスの冷却により発生する凝縮水の量を制御する凝縮水発生制御部７０を設けるようにした。【選択図】図３

Description

本発明は、ＥＧＲクーラでのＥＧＲガスの冷却により発生した凝縮水を燃焼室に供給するエンジンの水供給装置に関する。

周知のように、エンジンの燃焼室に水を供給し、その供給した水と共に燃料を燃焼することで、燃焼状態やエミッションの改善を図ることがある。こうした燃焼室への水供給を行う水供給装置には、エンジンの運転状況に応じて水の供給量を調整する仕組みが必要である。

従来、エンジンの水供給装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。同文献に記載の水供給装置は、水タンクと水添加弁とを備えている。水タンクは、吸気中に再循環される排気（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラで発生する凝縮水を貯めるタンクであり、エンジン本体の外部に設置されている。水添加弁は、水タンク内の凝縮水を吸気中に添加する弁であり、エンジンの吸気ポートに設置されている。そして、同水供給装置では、水添加弁による吸気への凝縮水の添加量をエンジン負荷に応じて制御することで、エンジンの運転状況に応じた凝縮水の供給量を調整している。

特開２０１５−０９６７１３号公報

ところで、新規のエンジン設計は、多くの場合、既存のエンジンの設計をある程度流用して行われる。しかしながら、上記従来の水供給装置を既存のエンジンに追加しようとすると、エンジンの設計を大きく変更しなければならなくなる。例えば、上記従来の水供給装置が備える水タンクには、一定の容積が必要であり、その設置スペースを確保するため、エンジン周りの部品配置の大幅な変更を要することがある。また、上記従来の水供給装置の場合、ＥＧＲガスから凝縮水を分離する機構をＥＧＲクーラに設けなれければならず、既存のエンジンのＥＧＲクーラをそのまま流用できなくなる。さらに、上記従来の水供給装置では、水添加弁を吸気ポートに設置しているため、エンジン本体の構造も、既存のエンジンのものから変更しなければならなくなる。

このように従来の水供給装置を備えるエンジンは、既存のエンジンからの大幅な設計の変更を必要とし、またその結果、多くの新規部品を必要とするものとなっている。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、より容易にエンジンに設置可能なエンジンの水供給装置を提供することにある。

上記課題を解決するエンジンの水供給装置は、冷却液を循環させる冷却液回路として、エンジン本体を通って冷却液を循環させる高温側冷却液回路と、エンジン本体を通らずに冷却液を循環させる低温側冷却液回路と、を備えるとともに、吸気中に再循環される排気であるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、外部から導入された冷却液により前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラとを備えるエンジンに設置されており、ＥＧＲクーラでのＥＧＲガスの冷却により発生する凝縮水をＥＧＲガスと共にエンジンの燃焼室に供給する。そして、同水供給装置は、ＥＧＲクーラに導入される冷却液を、高温側冷却液回路を流れる冷却液と、低温側冷却液回路を流れる冷却液とで切り換える冷却液切換部と、エンジンの高負荷運転時に、同冷却液切換部によってＥＧＲクーラに導入される冷却液を、高温側冷却液回路を流れる冷却液から低温側冷却液回路を流れる冷却液へと切り換えるとともに、ＥＧＲバルブによるＥＧＲガスの流量の調整を通じて、上記ＥＧＲクーラでのＥＧＲガスの冷却により発生する凝縮水の量を制御する凝縮水発生制御部と、を備えている。

こうした水供給装置が適用されるエンジンにおいて、高温側冷却液回路を循環する冷却液は、燃焼が行われるエンジン本体の熱を受けるため、低温側冷却液回路を循環する冷却液よりも高温となる傾向がある。一方、ＥＧＲクーラでの冷却により、ＥＧＲガス中の水分が凝縮することがあり、これにより発生した凝縮水はＥＧＲガスと共にエンジンの燃焼室に導入される。

ここで、冷却液切換部が、ＥＧＲクーラに導入する冷却液を、高温側冷却液回路を流れる、より高温の冷却液から、低温側冷却液回路を流れる、より低温の冷却液回路に切り替えると、ＥＧＲクーラでのＥＧＲガスがより低温まで冷却されるようになり、凝縮水が発生しやすくなる。一方、ＥＧＲクーラでの凝縮水の発生量は、同ＥＧＲクーラを通過するＥＧＲガスの流量に相関する。そのため、ＥＧＲバルブによりＥＧＲガスの流量を調整することで、このときのＥＧＲクーラでのＥＧＲガスの冷却により発生する凝縮水の量を、ひいてはＥＧＲガスと共に燃焼室に供給される凝縮水の量を制御することができる。

上記エンジンの水供給装置において、凝縮水発生制御部は、燃焼温度が高くなりやすい高負荷運転時には、冷却液切換部によって、ＥＧＲクーラに導入される冷却液を、高温側冷却液回路を流れる冷却液から低温側冷却液回路を流れる冷却液へと切り換えて、ＥＧＲクーラで凝縮水が発生しやすくしている。さらに、このときの凝縮水発生制御部は、ＥＧＲバルブによるＥＧＲガスの流量を調整することで、ＥＧＲクーラでのＥＧＲガスの冷却により発生する凝縮水の量を制御している。そのため、適量の凝縮水を燃焼室に導入して、同凝縮水の気化熱で燃焼温度を下げることができる。しかも、上記２つの冷却液回路、ＥＧＲバルブ、ＥＧＲクーラを備えるエンジンであれば、エンジン本体やＥＧＲクーラの構成は殆ど変更することなく、上記２つの冷却液回路に対して、配管の取り回しを変更したり、冷却液切換部を構成する弁機構などを追加したりするだけで、こうした水供給装置を追加することができる。したがって、上記エンジンの水供給装置によれば、ＥＧＲクーラでのＥＧＲガスの冷却により発生する凝縮水を燃焼室に供給するとともに、その凝縮水の供給量を制御可能な水供給装置を、より容易にエンジンに設置できるようになる。

水供給装置の一実施形態が設けられたエンジンの吸排気系の構成を模式的に示す図。 同実施形態の水供給装置が設けられたエンジンの冷却系の構成を模式的に示す図。 同実施形態の水供給装置の制御構造を示すブロック図。 同水供給装置が適用されるエンジンでの、ＥＧＲ流量、ＥＧＲクーラに流入する冷却水の温度とＥＧＲ出口ガス温との関係を示すグラフ。 同水供給装置において実行される凝縮水発生制御ルーチンのフローチャート。

以下、エンジンの水供給装置の一実施形態を、図１〜図５を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の水供給装置が設けられたエンジンＥは、各気筒の燃焼室１１が設けられたエンジン本体１０（シリンダヘッド、シリンダブロック）を備える。また、エンジンＥには、各気筒の燃焼室１１に流入する吸気が流れる吸気通路２０と、各気筒の燃焼室１１から排出された排気が流れる排気通路３０とが設けられている。さらに、エンジンＥには、排気通路３０を流れる排気の一部を、吸気通路２０を流れる吸気中に再循環するためのＥＧＲ通路４０も設けられている。なお、同図は、エンジンＥが直列４気筒のエンジンである場合を示しており、エンジン本体１０に４つの燃焼室１１が設けられている。

エンジン本体１０には、エンジンＥの回転に応じてパルス状のクランク信号を出力するクランク角センサ１２が設けられている。エンジン回転数ＮＥは、こうしたクランク角センサ１２のクランク信号を用いて検出されている。

吸気通路２０には、吸気流量ＧＡを検出するエアフローメータ２１が設けられている。吸気通路２０におけるエアフローメータ２１よりも下流側の部分には、吸気を圧縮するコンプレッサ２２が設けられ、更にそのコンプレッサ２２よりも下流側の部分には、コンプレッサ２２での圧縮により高温となった吸気を、外部から導入された冷却液により冷却するインタークーラ２３が設けられている。吸気通路２０におけるインタークーラ２３よりも下流側の部分には、スロットルバルブ２４が設けられている。そして、吸気通路２０は、スロットルバルブ２４よりも下流側の部分において、各気筒の燃焼室１１に向けて分岐されている。さらに吸気通路２０には、コンプレッサ２２による圧縮後の吸気の圧力（吸気圧ＰＡ）を検出する吸気圧センサ２５、及び同圧縮後の吸気の温度（吸気温ＴＨＡ）を検出する吸気温センサ２６が設けられている。

排気通路３０には、同排気通路３０を流れる排気の流れを利用してコンプレッサ２２を駆動するタービン３１が設けられている。排気通路３０におけるタービン３１よりも下流側の部分には、排気中の有害成分を浄化する触媒３２が設けられている。

ＥＧＲ通路４０は、排気通路３０におけるタービン３１よりも上流側の部分と、吸気通路２０におけるスロットルバルブ２４よりも下流側で、各燃焼室１１への分岐位置よりも上流側の部分とを繋ぐように設けられている。ＥＧＲ通路４０には、同ＥＧＲ通路４０を通って吸気中に再循環される排気（以下、ＥＧＲガスと記載する）を、外部から導入された冷却液により冷却するＥＧＲクーラ４１が設けられている。さらに、ＥＧＲ通路４０におけるＥＧＲクーラ４１よりも下流側の部分には、開度の変更を通じてＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ４２が設けられている。

なお、このエンジンＥの各気筒の燃焼室１１にはそれぞれ、点火プラグ１１ａが設けられている。そして、各点火プラグ１１ａは、ノックコントロールシステム（以下、ＫＣＳ１１ｂと記載する）により制御されている。ＫＣＳ１１ｂは、エンジンＥでのノッキングの発生を監視しつつ、点火時期を徐々に進角し、ノッキングの発生が確認されると、ノッキングが発生しなくなるまで点火時期を遅角する。これにより、ＫＣＳ１１ｂは、ノッキングを回避可能な限界まで点火時期を進角して、エンジンＥの熱機関としての効率を高めている。

図２に、本実施形態の水供給装置が設けられたエンジンＥの冷却系の構成を示す。同エンジンＥの冷却系には、冷却液を循環させる冷却液回路として、エンジン本体１０を通って冷却液を循環させる高温側冷却液回路５０と、エンジン本体１０を通らずに冷却液を循環させる低温側冷却液回路６０と、が設けられている。

高温側冷却液回路５０には、エンジンＥの動力により動作して、冷却液を吸引して吐出する機械式のポンプである主ポンプ５１が設けられている。主ポンプ５１の吐出側にはアウトレット通路５２が接続され、同主ポンプ５１の吸引側にはインレット通路５３が接続されている。アウトレット通路５２は、途中で分岐しており、分岐した一方の先は、エンジン本体１０に、もう一方の先は、空気との熱交換により冷却液を冷却する副ラジエータ６１に、それぞれ接続されている。

高温側冷却液回路５０は、主ポンプ５１からアウトレット通路５２に吐出された冷却液のうち、同アウトレット通路５２の分岐点でエンジン本体１０側に向かった冷却液を、エンジン本体１０の内部を通った後、インレット通路５３を通じて主ポンプ５１に戻すように設けられている。こうした高温側冷却液回路５０には、エンジン本体１０を通過した直後の冷却液の温度（以下、エンジン出口液温ＴＨＷと記載する）を検出する第１液温センサ５９が設けられている。

なお、高温側冷却液回路５０は、エンジン本体１０よりも下流側の部分において、ラジエータ通路５４とバイパス通路５５との２つの通路に分岐されている。ラジエータ通路５４は、エンジン本体１０を通過した冷却液を、空気との熱交換により冷却液を冷却する主ラジエータ５６を通ってインレット通路５３に流すように設けられている。一方、バイパス通路５５は、エンジン本体１０を通過した冷却液を、主ラジエータ５６を迂回してインレット通路５３に流すように設けられている。

さらに、高温側冷却液回路５０におけるバイパス通路５５の途中の部分からは、デバイス通路５８が分岐されている。デバイス通路５８は、バイパス通路５５から分流した冷却液を、上述のＥＧＲクーラ４１に送り、同ＥＧＲクーラ４１を通過した冷却液をインレット通路５３に流すように設けられている。なお、デバイス通路５８において、ＥＧＲクーラ４１を通過した冷却液の一部は、さらにスロットルバルブ２４を通過してからインレット通路５３に流される。

一方、低温側冷却液回路６０は、主ポンプ５１がアウトレット通路５２に吐出した冷却液のうち、アウトレット通路５２の分岐点で副ラジエータ６１側に向かった冷却液を、上述のインタークーラ２３の内部を通った後、インレット通路５３を通じて主ポンプ５１に戻すように設けられている。こうした低温側冷却液回路６０は、高温側冷却液回路５０から完全に独立しておらず、インレット通路５３、主ポンプ５１、及びアウトレット通路５２の一部を高温側冷却液回路５０と共有している。なお、低温側冷却液回路６０における副ラジエータ６１よりも下流側で、インタークーラ２３よりも上流側の部分には、副ポンプ６２が設けられている。副ポンプ６２は、給電により駆動する電動式のポンプとして構成されている。そして、副ポンプ６２は、駆動に応じて、主ポンプ５１がアウトレット通路５２に吐出した冷却液を、副ラジエータ６１を介して吸引してインタークーラ２３に向けて送り出す。この副ポンプ６２の冷却液吐出量を調整することで、高温側冷却液回路５０及び低温側冷却液回路６０の冷却液の流量割合が変更される。なお、低温側冷却液回路６０には、インタークーラ２３に流入する直前の冷却液の温度（以下、ＩＣ入口液温ＴＨＬと記載する）を検出する第２液温センサ６３が設けられている。

また、同冷却系には、サーモ機構が設けられている。サーモ機構は、感温部６４と、第１サーモ弁６５と、第２サーモ弁６６と、を備えている。感温部６４は、インレット通路５３における主ポンプ５１の接続部分に設けられている。また、第１サーモ弁６５は、高温側冷却液回路５０のラジエータ通路５４における主ラジエータ５６よりも下流側の部分に設けられている。さらに、第２サーモ弁６６は、低温側冷却液回路６０における副ラジエータ６１よりも下流側で、副ポンプ６２よりも上流側の部分に設けられている。感温部６４は、同感温部６４を通過する冷却液の温度に応じて作動して、第１サーモ弁６５及び第２サーモ弁６６を駆動する。具体的には、感温部６４は、上記冷却液の温度が規定の温度よりも低いときには、第１サーモ弁６５及び第２サーモ弁６６を閉弁して、主ラジエータ５６及び副ラジエータ６１を通じた冷却水の流れを止めている。そして、感温部６４は、上記冷却液の温度が規定の温度以上となると、第１サーモ弁６５及び第２サーモ弁６６を閉弁して、主ラジエータ５６及び副ラジエータ６１を通じた冷却水の流れを許容している。

本実施形態の水供給装置は、高温側冷却液回路５０を流れる冷却液と、低温側冷却液回路６０を流れる冷却液とで、ＥＧＲクーラ４１に導入される冷却液を切り換える冷却液切換部を、こうした冷却系に備える。冷却液切換部は、第１電磁弁５７、取出通路６７、及び第２電磁弁６８により構成されている。

第１電磁弁５７は、高温側冷却液回路５０のバイパス通路５５におけるデバイス通路５８の分岐部分よりも上流側の部分に設けられている。第１電磁弁５７は、通電が停止された状態では、開弁しており、エンジン本体１０からバイパス通路５５及びデバイス通路５８への冷却液の流れを許容する。一方、第１電磁弁５７は、通電に応じて閉弁して、エンジン本体１０からバイパス通路５５及びデバイス通路５８への冷却液の流れを禁止する。

取出通路６７は、低温側冷却液回路６０における副ポンプ６２よりも下流側で、インタークーラ２３よりも上流側の部分と、ＥＧＲクーラ４１とを繋ぐように設けられている。第２電磁弁６８は、こうした取出通路６７に設けられている。第２電磁弁６８は、通電が停止された状態では、閉弁しており、同取出通路６７を通じた冷却液の流れを遮断している。一方、第２電磁弁６８は、通電に応じて開弁して、取出通路６７を通じた冷却液の流れを許容する。

ここで、第１電磁弁５７を開弁するとともに、第２電磁弁６８を閉弁すると、デバイス通路５８を通じて、エンジン本体１０を通過した高温側冷却液回路５０の冷却液（以下、高温冷却液と記載する）がＥＧＲクーラ４１に導入される。一方、第１電磁弁５７を閉弁するとともに、第２電磁弁６８を開弁すると、取出通路６７を通じて、副ラジエータ６１を通過した低温側冷却液回路６０の冷却液（以下、低温冷却液と記載する）がＥＧＲクーラ４１に導入される。高温冷却液は、主ポンプ５１からの吐出後、エンジン本体１０を通過する際にエンジンＥの燃焼熱で暖められた冷却液であるのに対し、低温冷却液は、主ポンプ５１からの吐出後、副ラジエータ６１で冷却された冷却液である。そのため、低温冷却液は、高温冷却液よりも低温となっている。なお、第１液温センサ５９により検出されるエンジン出口液温ＴＨＷは、高温冷却液の温度に対応し、第２液温センサ６３により検出されるＩＣ入口液温ＴＨＬは、低温側冷却液の温度に対応する。

図３に、本実施形態の水供給装置の制御構造を示す。同図に示すように、本実施形態の水供給装置は、凝縮水発生制御部７０を備える。凝縮水発生制御部７０には、上述のクランク角センサ１２、エアフローメータ２１、吸気圧センサ２５、吸気温センサ２６、第１液温センサ５９、第２液温センサ６３の検出信号が入力されている。凝縮水発生制御部７０は、これらの検出信号から、エンジン回転数ＮＥ、吸気流量ＧＡ、吸気圧ＰＡ、吸気温ＴＨＡ、エンジン出口液温ＴＨＷ、及びＩＣ入口液温ＴＨＬの検出結果を取得する。そして、凝縮水発生制御部７０は、それらの検出結果に基づき、ＥＧＲバルブ４２の開度、第１電磁弁５７及び第２電磁弁６８の開閉を制御している。

以上のように構成された本実施形態の水供給装置が設けられたエンジンＥの高負荷運転時には、コンプレッサ２２での吸気の圧縮率が高くなり、吸気温ＴＨＡが高まることから、燃焼温度が高くなり、ノッキングが生じ易くなる。そこで、高負荷運転時には、ＥＧＲガスの大量導入により、燃焼温度を下げて、ノッキングの発生を抑えている。ただし、ＥＧＲガスの導入量がある程度を超えると、燃焼が不安定となって、失火が発生してしまう。そのため、ＥＧＲガスの導入による燃焼温度の低下には限界があり、ＫＣＳ１１ｂによる点火時期の遅角がノッキングの抑制に必要となって、エンジンＥの効率の悪化を招いてしまうことがある。また、吸気温ＴＨＡが高くなると、吸気の熱膨張により、燃焼室１１に導入可能な吸気の最大質量が減ってしまうため、エンジンＥの最大出力が低下するようにもなる。

一方、ＥＧＲクーラ４１において、ＥＧＲガスが露点以下に冷やされると、ＥＧＲガス中の水分が凝縮する。こうして発生した凝縮水は、ＥＧＲガスと共に、吸気通路２０を流れる吸気中に、更には燃焼室１１に導入される。燃焼室１１に凝縮水が導入されると、同凝縮水の気化熱により、燃焼温度が低下する。そのため、燃焼温度が高温となるやすいエンジンＥの高負荷運転時には、ＥＧＲクーラ４１で凝縮水を発生させるとともに、その発生する凝縮水の量を適宜に調整することで、燃焼温度の高温化を抑えて、ノッキングの抑制や、エンジンＥの出力性能の向上を図ることができる。

本実施形態の水供給装置において凝縮水発生制御部７０は、燃焼温度が高温化するエンジンＥの高負荷運転時には、ＥＧＲクーラ４１に導入される冷却液を高温冷却液から低温冷却液へと切り換えることで、同ＥＧＲクーラ４１で凝縮水が発生しやすい状況としている。さらに、凝縮水発生制御部７０は、ＥＧＲバルブ４２による吸気中に導入されるＥＧＲガスの流量（以下、ＥＧＲガス流量と記載する）を調整することで、このときのＥＧＲクーラ４１でのＥＧＲガスの冷却により発生する凝縮水の量を適度な量に制御している。

図４に、ＥＧＲクーラ４１に導入される冷却液の温度（クーラ内液温）、及びＥＧＲガス流量と、ＥＧＲクーラ４１通過後のＥＧＲガスの温度（以下、クーラ出口ガス温と記載する）との関係を示す。同図に示すように、クーラ出口ガス温は、クーラ内液温が低いほど、また、ＥＧＲガス流量が少ないほど、低くなる。

ＥＧＲガス中の水蒸気量が同ＥＧＲガスの飽和水蒸気量を超えると、超えた分の水蒸気が凝縮して水滴となる。そして、ＥＧＲガスの飽和水蒸気量は、同ＥＧＲガスが低温となるほど少なくなる。よって、クーラ出口ガス温が、ＥＧＲガス中の水蒸気量が飽和水蒸気量を超える温度、すなわち露点以下となれば、ＥＧＲクーラ４１で凝縮水が発生するようになる。ＥＧＲガス流量を一定したときの凝縮水の発生量は、クーラ出口ガス温が露点を下回って低下するほど、多くなる。一方、上述のように、クーラ出口ガス温は、クーラ内液温とＥＧＲガス流量とにより変化する。よって、クーラ内液温及びＥＧＲガス流量を調整することで、ＥＧＲクーラ４１での凝縮水の発生量を制御することができる。

ＥＧＲガス流量は、ＥＧＲバルブ４２の開度により制御することができる。また、本実施形態の水供給装置では、第１電磁弁５７及び第２電磁弁６８の開閉により、ＥＧＲクーラ４１に導入される冷却液を、高温側冷却液回路５０を流れる高温冷却液と、低温側冷却液回路６０を流れる低温冷却液とで切り換えることで、クーラ内液温を変えることができる。そのため、冷却液切換部（第１電磁弁５７、取出通路６７、第２電磁弁６８）による冷却液の切り換えと、ＥＧＲバルブ４２によるＥＧＲガス流量の調整とを通じて、ＥＧＲクーラ４１における凝縮水の発生量を制御することができる。

図５に、本実施形態の水供給装置において、凝縮水発生制御部７０が実行する凝縮水発生制御ルーチンの処理手順を示す。凝縮水発生制御部７０は、エンジンＥの運転中、本ルーチンの処理を、規定の制御周期毎に繰り返し実行する。

本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００において、エンジン回転数ＮＥ、吸気圧ＰＡ、吸気温ＴＨＡ、エンジン出口液温ＴＨＷ、及びＩＣ入口液温ＴＨＬの検出値が読み込まれる。そして、続く、ステップＳ１０１において、エンジン回転数ＮＥ、吸気圧ＰＡ、及び吸気温ＴＨＡなどに基づき、要求水量が演算される。要求水量の演算は、凝縮水発生制御部７０に予め記憶されたマップを用いて行われ、その演算値は、ノッキングを抑制可能な温度まで燃焼温度を低下するために必要な、ＥＧＲクーラ４１での凝縮水の発生量となるように求められている。エンジンＥの高負荷運転域以外では、燃焼室１１への凝縮水の供給を行わなくても、ノッキングが発生するまで燃焼温度が上がらないため、要求水量の演算値は「０」とされている。

続いて、ステップＳ１０２において、要求水量の演算値が「０」よりも大きいか否かが判定される。すなわち、ノッキングを抑制するための燃焼室１１への凝縮水の供給が必要か否かの判定が行われる。

ここで、要求水量が「０」の場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、ステップＳ１２０に処理が進められ、そのステップＳ１２０において、エンジンＥの運転状況に応じたＥＧＲ率が得られる開度となるようにＥＧＲバルブ４２が制御される。このときのＥＧＲ率は、エンジン回転数ＮＥ、吸気流量ＧＡ、吸気圧ＰＡ、エンジン出口液温ＴＨＷなどから演算され、その演算値は、ＥＧＲクーラ４１に高温冷却液を導入するとしたときに同ＥＧＲクーラ４１で凝縮水が発生せず、また失火を回避可能なＥＧＲ率の上限値である失火限界を超えない値とされる。そして、ステップＳ１２２において、第１電磁弁５７が開かれ、且つ第２電磁弁６８が閉じられて、ＥＧＲクーラ４１に高温冷却液が導入される状態とされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

一方、要求水量の演算値が「０」より大きい場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、ステップＳ１０３に処理が進められ、そのステップＳ１０３において、ＥＧＲクーラ４１に低温冷却液を導入するとしたときに、要求水量分の凝縮水の発生に必要なＥＧＲガス流量（以下、必要流量αと記載する）が演算される。ここでの必要流量αの演算は、ＩＣ入口液温ＴＨＬに基づき行われる。そして、続くステップＳ１０４において、必要流量αが、失火を回避可能なＥＧＲ流量の上限値である失火限界流量以下であるか否かが判定される。失火限界流量の値は、エンジン回転数ＮＥや吸気流量ＧＡなどに応じて求められている。

ここで、必要流量αが失火限界流量を超えていれば（Ｓ１０４：ＮＯ）、ステップＳ１２１に処理が進められ、ＥＧＲバルブ４２が全閉となるように制御される。そして、ステップＳ１２２において、第１電磁弁５７が開かれ、且つ第２電磁弁６８が閉じられて、ＥＧＲクーラ４１に高温冷却液が導入される状態とされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

一方、必要流量αが失火限界流量以下の場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０に処理が進められ、そのステップＳ１１０において、必要流量α分のＥＧＲガス流量の確保に必要な開度となるようにＥＧＲバルブ４２が制御される。そして、ステップＳ１１１において、第１電磁弁５７が閉じられ、且つ第２電磁弁６８が開かれて、ＥＧＲクーラ４１に低温冷却液が導入される状態とされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

続いて、以上のように構成された本実施形態の作用を説明する。
本実施形態のエンジンＥの水供給装置では、高負荷運転域以外の運転域では、凝縮水発生制御部７０は、第１電磁弁５７を開くとともに第２電磁弁６８を閉じて、高温側冷却液回路５０を流れる高温冷却液がＥＧＲクーラ４１に導入されるようにする。また、このときの凝縮水発生制御部７０は、エンジンＥの運転状況に応じて、燃費性能や排気性能の向上に適したＥＧＲ率が得られるように、ＥＧＲバルブ４２の開度を制御する。なお、このときのＥＧＲ率は、ＥＧＲクーラ４１で凝縮水が発生しない値とされる。そのため、ＥＧＲクーラ４１で恒常的に凝縮水が発生して、ＥＧＲ通路４０を構成する配管などが腐食することを防止することができる。

一方、ＥＧＲクーラ４１に高温冷却液を導入したとする場合に、ノッキングが発生するまで燃焼温度が高まる高負荷運転域では、凝縮水発生制御部７０は、第１電磁弁５７を閉じるとともに第２電磁弁６８を開いて、低温側冷却液回路６０を流れる低温冷却液がＥＧＲクーラ４１に導入されるようにする。これにより、ＥＧＲクーラ４１に導入される冷却液の温度が下がって、ＥＧＲクーラ４１でＥＧＲガスがより低温まで冷却されるようになるため、同ＥＧＲクーラ４１での凝縮水の発生が促進される。また、このときの凝縮水発生制御部７０は、ＥＧＲクーラ４１で発生する凝縮水の量が、ノッキングが抑えられるまで燃焼温度を下げるために必要な量（要求水量）となるように、ＥＧＲバルブ４２の開度を制御する。

このときのＥＧＲクーラ４１で発生した凝縮水は、ＥＧＲガスとともに吸気中に導入され、さらに吸気と共に燃焼室１１に送られる。そして、凝縮水の気化熱により、燃焼温度が低下され、ノッキングの発生が抑えられる。また、その結果、ノッキング抑制のためのＫＣＳ１１ｂによる点火時期の遅角化が抑えられるため、エンジンＥの効率や出力性能が高まるようにもなる。

ただし、要求水量分の凝縮水の発生に必要なＥＧＲガス流量が、失火限界流量を超えてしまう場合、凝縮水発生制御部７０は、第１電磁弁５７を開くとともに第２電磁弁６８を閉じることで、低温側冷却液回路６０を流れる低温冷却液のすべてがインタークーラ２３を流れるようにしている。また、そうした場合、凝縮水発生制御部７０は、ＥＧＲバルブ４２を全閉として、ＥＧＲガスの導入を停止してもいる。

こうした場合、失火を回避可能な限界までＥＧＲクーラ４１で凝縮水を発生させても、ノッキングを抑えられず、ＫＣＳ１１ｂによる点火時期の遅角化は避けられないことになる。一方、インタークーラ２３を流れる低温冷却液の流量を増やせば、インタークーラ２３において吸気がより低温まで冷却されて、熱膨張による燃焼室１１への吸気の充填率の低下が抑えられる。さらに、ＥＧＲガスの導入を停止すれば、その分、燃焼室１１に導入される新気の量が増える。そのため、点火時期の遅角によるエンジンＥの出力低下分が、燃焼室１１の新気導入量の増加によって補われるようになる。

以上のような、本実施形態の水供給装置では、ＥＧＲクーラ４１に導入する冷却液を高温冷却液から低温冷却液へと切り換え、さらにＥＧＲバルブ４２によるＥＧＲガス流量の調整を通じてＥＧＲクーラ４１の凝縮水発生量を制御することで、エンジンＥの高負荷運転時における燃焼室１１への水供給を行っている。ＥＧＲガスの流量を制御するエンジンであれば、ＥＧＲバルブ４２は元より設けられている。また、高温側冷却液回路５０及び低温側冷却液回路６０の２系統の冷却液回路を備えるエンジンであれば、取出通路６７を構成する配管と、２つの電磁弁（５７，６８）を追加するだけで上記冷却液の切換を実現できる。そのため、本実施形態の水供給装置は、上述したような、水タンクや水添加弁を必要とする従来の水供給装置に比べ、より容易に設置することが可能である。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、エンジンＥの高負荷運転時にあっても、要求水量分の凝縮水の発生に必要なＥＧＲガス流量が失火限界流量を超える場合には、ＥＧＲガスの導入を停止するようにしていたが、このときにも、失火限界流量を超えない範囲で、ＥＧＲガスの導入を行うようにしてもよい。こうした場合、要求水量より少ない量であっても、凝縮水が燃焼室１１に供給されて、ある程度までは燃焼温度が下げられる。そのため、ＫＣＳ１１ｂにより点火時期が遅角されるとしても、その遅角量をより少なくして、点火時期の遅角に伴うエンジンＥの効率低下を抑えることができる。

・上記実施形態の水供給装置は、コンプレッサ２２及びタービン３１を有した過給機付きのエンジンＥに設けられていたが、同実施形態の水供給装置は、自然吸気のエンジンにも同様に設けることができる。

・上記実施形態では、２つの電磁弁（５７，６８）により、ＥＧＲクーラ４１に導入する冷却液の切り換えを行うようにしていたが、その切り換えを、三方弁などの他の弁機構を用いて行うようにしてもよい。

・上記実施形態では、高温側冷却液回路５０及び低温側冷却液回路６０が、冷却液の循環経路の一部を共用する構成となっていたが、これら２つの冷却液回路を完全に独立した冷却液回路としてもよい。また、上記実施形態では、インタークーラ２３に流す冷却液を循環させる冷却液回路を、エンジン本体１０を通らずに冷却液を循環させる低温側冷却液回路６０として用いていたが、それ以外の冷却液回路を低温側冷却液回路として用いるようにしてもよい。例えばハイブリッド車両には、インバータを冷却するための冷却液回路が、エンジン本体を冷却する冷却液回路とは別に設けられていることがある。多くの場合、こうしたインバータの冷却用の冷却液回路を循環する冷却液は、燃焼が行われるエンジン本体の冷却用の冷却液回路を循環する冷却液よりも温度が低くなる。そのため、ＥＧＲクーラに導入する冷却液を、エンジン本体の冷却用の冷却液回路を流れる冷却液から、インバータの冷却用の冷却液回路を流れる冷却液へと切り換えることで、ＥＧＲクーラでのＥＧＲガスの冷却を、ひいてはＥＧＲクーラでの凝縮水の発生を促進することが可能となる。そして、その上で、ＥＧＲガスの流量を調整することで、ＥＧＲクーラでの凝縮水の発生量を制御できるようになる。

Ｅ…エンジン、１０…エンジン本体、１１…燃焼室、４１…ＥＧＲクーラ、４２…ＥＧＲバルブ、５０…高温側冷却液回路、５７…第１電磁弁（冷却液切換部）、６０…低温側冷却液回路、６７…取出通路（冷却液切換部）、６８…第２電磁弁（冷却液切換部）、７０…凝縮水発生制御部。

Claims (1)

1. 冷却液を循環させる冷却液回路として、エンジン本体を通って冷却液を循環させる高温側冷却液回路と、エンジン本体を通らずに冷却液を循環させる低温側冷却液回路と、を備えるとともに、吸気中に再循環される排気であるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、外部から導入された冷却液により前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラとを備えるエンジンに設置されて、前記ＥＧＲクーラでの前記ＥＧＲガスの冷却により発生する凝縮水を前記ＥＧＲガスと共に前記エンジンの燃焼室に供給するエンジンの水供給装置において、
   前記ＥＧＲクーラに導入される冷却液を、前記高温側冷却液回路を流れる冷却液と、前記低温側冷却液回路を流れる冷却液とで切り換える冷却液切換部と、
   前記エンジンの高負荷運転時に、前記冷却液切換部によって前記ＥＧＲクーラに導入される冷却液を、前記高温側冷却液回路を流れる冷却液から前記低温側冷却液回路を流れる冷却液に切り換えるとともに、前記ＥＧＲバルブによる前記ＥＧＲガスの流量の調整を通じて、前記ＥＧＲクーラでの前記ＥＧＲガスの冷却により発生する凝縮水の量を制御する凝縮水発生制御部と、
   を備えることを特徴とするエンジンの水供給装置。

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