特開 2023-180044 水供給装置の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023180044

(43)【公開日】2023-12-20

(54)【発明の名称】水供給装置の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 19/12 20060101AFI20231213BHJP

   F02M 26/05 20160101ALI20231213BHJP

   F02M 26/50 20160101ALI20231213BHJP

   F02M 25/025 20060101ALI20231213BHJP

【ＦＩ】

F02D19/12 A

F02M26/05

F02M26/50 321

F02M25/025 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022093102

(22)【出願日】2022-06-08

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100123593

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 宣夫

(74)【代理人】

【識別番号】100133835

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 努

(72)【発明者】

【氏名】中川 政善

【テーマコード（参考）】

3G062

3G092

【Ｆターム（参考）】

3G062AA05

3G062BA04

3G062ED08

3G062GA01

3G062GA04

3G062GA05

3G062GA06

3G062GA08

3G062GA12

3G092AA06

3G092AA17

3G092AA18

3G092AB17

3G092BB01

3G092BB10

3G092EA01

3G092EA02

3G092EA08

3G092EA14

3G092HA01Z

3G092HA04Z

3G092HA06Z

3G092HA11Z

3G092HD07Z

3G092HE01Z

3G092HE08Z

3G092HE09Z

3G092HG07Z

(57)【要約】

【課題】凝縮水の混入に伴う潤滑油の潤滑性能の低下を抑制する。
【解決手段】制御装置６０は、内燃機関１において生成された凝縮水を内燃機関の燃焼室内に供給する水供給装置５０を制御する。制御装置は、内燃機関の潤滑油中の水分率に応じて変化する水分率パラメータの値を検出又は算出する水分率検出部６４１と、水供給装置からの水の供給を制御する供給制御部６４２と、を有する。供給制御部は、潤滑油中の水分率が所定の基準値以上であるときには水供給装置からの燃焼室内への凝縮水の供給を停止し、潤滑油中の水分率が基準値未満であることを含む供給条件が成立しているときには水供給装置からの凝縮水の供給を実行する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関において生成された凝縮水を内燃機関の燃焼室内に供給する水供給装置を制御する制御装置であって、
前記内燃機関の潤滑油中の水分率に応じて変化する水分率パラメータの値を検出又は算出する水分率検出部と、
前記水供給装置からの水の供給を制御する供給制御部と、を有し、
前記供給制御部は、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値以上であることを示す値であるときには前記水供給装置からの燃焼室内への凝縮水の供給を停止し、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値未満であること表す値であることを含む供給条件が成立しているときには前記水供給装置からの凝縮水の供給を実行する、制御装置。

【請求項2】

前記供給条件は、前記潤滑油中の水の量が減少傾向にあることを含む、請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記供給制御部は、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値未満であることを表す値であっても前記潤滑油中の水の量が増加傾向にあるときには前記水供給装置からの燃焼室内への凝縮水の供給を停止する、請求項２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記供給制御部は、前記水供給装置から凝縮水を供給する場合には、前記潤滑油中の水の量の変化速度に基づいて前記水供給装置からの凝縮水の供給量を設定する、請求項１～３のいずれか１項に記載の制御装置。

【請求項5】

前記供給制御部は、前記水供給装置から凝縮水を供給する場合には、前記潤滑油中の水の量の変化速度に加えて、前記水供給装置からの凝縮水を供給したときの前記内燃機関における熱効率に基づいて前記水供給装置からの凝縮水の供給量を設定する、請求項４に記載の制御装置。

【請求項6】

前記内燃機関は、該内燃機関のＥＧＲガスから凝縮水を捕集する凝縮水の捕集機を有し、該捕集機はＥＧＲガスからの凝縮水の捕集率を変更することができるように構成され、
当該制御装置は、前記捕集機による捕集率を制御する捕集率制御部を更に有し、
前記捕集率制御部は、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値以上であることを示す値であるときの捕集率が、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値未満であること表す値であるときの捕集率よりも高くなるように捕集率を制御する、請求項１～３のいずれか１項に記載の制御装置。

【請求項7】

前記捕集率制御部は、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値未満であること表す値であって前記潤滑油中の水の量が増加傾向にあるときの捕集率が、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値未満であること表す値であって前記潤滑油中の水の量が減少傾向にあるときの捕集率以上になるように捕集率を制御する、請求項６に記載の制御装置。

【請求項8】

前記捕集率制御部は、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値未満であること表す値であって前記潤滑油中の水の量が増加傾向にあるときには、前記潤滑油中の水分率に基づいて前記捕集機による目標捕集率を設定する、請求項６に記載の制御装置。

【請求項9】

前記捕集率制御部は、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値未満であること表す値であって前記潤滑油中の水の量が増加傾向にあるときには、前記潤滑油中の水分率に加えて、前記捕集機によって凝縮水を捕集したときの前記内燃機関における熱効率に基づいて前記捕集機による目標捕集率を設定する、請求項８に記載の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、水供給装置の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、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、貯留された凝縮水を内燃機関の吸気通路内に供給する噴射弁とを有する水供給装置が知られている（特許文献１）。特に、特許文献１に記載された水供給装置では、凝縮水タンクの貯水量を適切に管理すべく、凝縮水タンクの貯水量に基づいて噴射弁からの水の供給量が制御される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６０７９８７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、内燃機関の潤滑に用いられる潤滑油に凝縮水が混入すると、潤滑油による潤滑性能が低下する。しかしながら、特許文献１に記載の水供給装置では、潤滑油に凝縮水が混入されることについて考慮されておらず、潤滑油の潤滑性能の低下を招く虞がある。

【0005】

上記課題に鑑みて、本開示の目的は、凝縮水の混入に伴う潤滑油の潤滑性能の低下を抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の要旨は以下のとおりである。

【0007】

（１）内燃機関において生成された凝縮水を内燃機関の燃焼室内に供給する水供給装置を制御する制御装置であって、
前記内燃機関の潤滑油中の水分率に応じて変化する水分率パラメータの値を検出又は算出する水分率検出部と、
前記水供給装置からの水の供給を制御する供給制御部と、を有し、
前記供給制御部は、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値以上であることを示す値であるときには前記水供給装置からの燃焼室内への凝縮水の供給を停止し、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値未満であること表す値であることを含む供給条件が成立しているときには前記水供給装置からの凝縮水の供給を実行する、制御装置。
（２）前記供給条件は、前記潤滑油中の水の量が減少傾向にあることを含む、上記（１）に記載の制御装置。
（３）前記供給制御部は、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値未満であることを表す値であっても前記潤滑油中の水の量が増加傾向にあるときには前記水供給装置からの燃焼室内への凝縮水の供給を停止する、上記（２）に記載の制御装置。
（４）前記供給制御部は、前記水供給装置から凝縮水を供給する場合には、前記潤滑油中の水の量の変化速度に基づいて前記水供給装置からの凝縮水の供給量を設定する、上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の制御装置。
（５）前記供給制御部は、前記水供給装置から凝縮水を供給する場合には、前記潤滑油中の水の量の変化速度に加えて、前記水供給装置からの凝縮水を供給したときの前記内燃機関における熱効率に基づいて前記水供給装置からの凝縮水の供給量を設定する、上記（４）に記載の制御装置。
（６）前記内燃機関は、該内燃機関のＥＧＲガスから凝縮水を捕集する凝縮水の捕集機を有し、該捕集機はＥＧＲガスからの凝縮水の捕集率を変更することができるように構成され、
当該制御装置は、前記捕集機による捕集率を制御する捕集率制御部を更に有し、
前記捕集率制御部は、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値以上であることを示す値であるときの捕集率が、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値未満であること表す値であるときの捕集率よりも高くなるように捕集率を制御する、上記（１）～（５）のいずれか１つに記載の制御装置。
（７）前記捕集率制御部は、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値未満であること表す値であって前記潤滑油中の水の量が増加傾向にあるときの捕集率が、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値未満であること表す値であって前記潤滑油中の水の量が減少傾向にあるときの捕集率以上になるように捕集率を制御する、上記（６）に記載の制御装置。
（８）前記捕集率制御部は、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値未満であること表す値であって前記潤滑油中の水の量が増加傾向にあるときには、前記潤滑油中の水分率に基づいて前記捕集機による目標捕集率を設定する、上記（６）又は（７）に記載の制御装置。
（９）前記捕集率制御部は、前記水分率パラメータの値が前記潤滑油中の水分率が所定の基準値未満であること表す値であって前記潤滑油中の水の量が増加傾向にあるときには、前記潤滑油中の水分率に加えて、前記捕集機によって凝縮水を捕集したときの前記内燃機関における熱効率に基づいて前記捕集機による目標捕集率を設定する、上記（８）に記載の制御装置。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、凝縮水の混入に伴う潤滑油の潤滑性能の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、内燃機関の概略的な構成図である。

【図2】図２は、水供給装置の概略的な構成図である。

【図3】図３は、ＥＣＵの構成を示す概略構成図である。

【図4】図４は、水供給装置からの水の供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図5】図５は、潤滑油の温度、機関回転速度及びブローバイガス量と揮発速度との関係を表す図である。

【図6】図６は、水の質量の変化速度と、水噴射弁からの目標水噴射量との関係を示す図である。

【図7】図７は、水供給装置からの水の供給制御及び捕集機による捕集制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図8】図８は、潤滑油中の水分率と第１目標捕集率との関係を示す図である。

【図9】図９は、内燃機関の熱効率と、捕集率との関係を示す図である。

【図10】図１０は、内燃機関の熱効率と、水噴射量との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

【0011】

第一実施形態
＜内燃機関全体の説明＞
まず、図１及び図２を参照して第一実施形態に係る水供給装置の制御装置が用いられる内燃機関１の構成について説明する。図１は、内燃機関１の概略的な構成図である。本実施形態の内燃機関１は、燃料として水素が用いられる内燃機関である。図１に示したように、内燃機関１は、機関本体１０、吸気系２０、排気系３０、排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム４０、水供給装置５０、及び制御装置６０を備える。

【0012】

機関本体１０は、複数の気筒１１が形成されたシリンダブロックと、吸気ポート及び排気ポートが形成されたシリンダヘッドと、クランクケースとを有する。各気筒１１内にはピストンが配置されると共に、各気筒１１は吸気ポート及び排気ポートに連通している。また、機関本体１０は、各気筒１１の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁１２を有する。なお、燃料噴射弁１２は、吸気ポート内に燃料を噴射するように機関本体１０に設けられてもよい。また、機関本体１０は、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグが設けられてもよい。

【0013】

吸気系２０は、吸気マニホルド２１、吸気管２２、エアクリーナ２３、排気ターボチャージャ５のコンプレッサ２４、インタークーラ２５、及びスロットル弁２６を有する。各気筒１１の吸気ポートは吸気マニホルド２１及び吸気管２２を介してエアクリーナ２３に連通している。吸気管２２内には、吸気管２２内を流通する吸入空気を圧縮して吐出する排気ターボチャージャ５のコンプレッサ２４と、コンプレッサ２４によって圧縮された空気を冷却するインタークーラ２５とが設けられている。スロットル弁２６は、スロットル弁駆動アクチュエータ２７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。

【0014】

排気系３０は、排気マニホルド３１、排気管３２、排気ターボチャージャ５のタービン３３、及び排気浄化触媒３４を有する。各気筒１１の排気ポートは、排気マニホルド３１及び排気管３２を介して排気浄化触媒３４に連通している。排気浄化触媒３４は、排気ガス中のＮＯｘ等の成分を浄化する。排気管３２には、排気ガスのエネルギによって回転駆動せしめられる排気ターボチャージャ５のタービン３３が設けられている。排気ターボチャージャ５のタービン３３が回転駆動せしめられると、これに伴ってコンプレッサ２４が回転し、よって吸入空気が圧縮せしめられる。

【0015】

ＥＧＲシステム４０は、機関本体１０から排出された排気ガスの一部を吸気通路に供給する。ＥＧＲシステム４０は、ＥＧＲ管４１と、ＥＧＲクーラ４２と、ＥＧＲ制御弁４３と、を有する。ＥＧＲ管４１は、排気マニホルド３１と吸気マニホルド２１とに連結され、これらを互いに連通させる。ＥＧＲ管４１には、ＥＧＲ管４１内を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ４２が設けられている。加えて、ＥＧＲ管４１には、ＥＧＲ管４１によって形成されるＥＧＲ通路の開口面積を変更することができるＥＧＲ制御弁４３が設けられている。ＥＧＲ制御弁４３の開度を制御することによって、排気マニホルド３１から吸気マニホルド２１へ還流せしめられるＥＧＲガスの流量が調整され、その結果、ＥＧＲ率が変化する。なお、ＥＧＲ率は、燃焼室内に供給される全ガス量（新気量とＥＧＲガス量との合計）に対するＥＧＲガス量の割合である。

【0016】

なお、本実施形態では、ＥＧＲ管４１は、排気マニホルド３１と吸気マニホルド２１とに連通する。しかしながら、ＥＧＲ管４１は、排気ターボチャージャ５のタービン３３よりも排気流れ方向下流側において排気管３２に連通すると共に、排気ターボチャージャ５のコンプレッサ２４よりも吸気流れ方向上流側において吸気管２２に連通してもよい。

【0017】

水供給装置５０は、内燃機関１において生成された凝縮水を各気筒１１の燃焼室内に供給する。図２は、水供給装置５０の概略的な構成図である。図１及び図２に示されるように、水供給装置５０は、捕集機５１、水捕集管５２、水貯留タンク５３、水供給管５４、水噴射弁５５及び水ポンプ５６を有する。

【0018】

捕集機５１は、本実施形態では、ＥＧＲクーラ４２において生成された凝縮水を捕集する。すなわち、捕集機５１は、ＥＧＲガスから凝縮水を捕集する。したがって、図１に示されるように、捕集機５１は、ＥＧＲガスの流れ方向にてＥＧＲクーラ４２の下流側において、ＥＧＲ管４１に設けられる。

【0019】

また、図２に示されるように、捕集機５１は、上流側（ＥＧＲクーラ４２側）のＥＧＲ管４１に連通する入口通路５１１と、下流側（ＥＧＲ制御弁４３側）のＥＧＲ管４１に連通する出口通路５１２と、これら入口通路５１１と出口通路５１２とに連通する旋回流生成部５１３と、を有する。旋回流生成部５１３は、その中をＥＧＲガスが旋回することができるように形成された容器である。入口通路５１１は旋回流生成部５１３の上部に水平に連通すると共に、出口通路５１２はその入口が旋回流生成部５１３の下部に位置するように垂直に旋回流生成部５１３に連通する。また、旋回流生成部５１３の底部には凝縮水を排出するための排出孔５１４が形成される。

【0020】

このように形成された捕集機５１では、入口通路５１１から旋回流生成部５１３に流入したＥＧＲガスは、旋回流生成部５１３内において旋回するように流れる（図中の矢印）。このとき、ＥＧＲガス中に含まれていた水分は、旋回流生成部５１３の内面に付着する。旋回流生成部５１３の内面に付着した水分は内面上を下方に向かって流れ、排出孔５１４から排出される。この結果、捕集機５１に流入したＥＧＲガス中に含まれていた水分は、凝縮水として排出孔５１４から排出される。

【0021】

加えて、本実施形態では、入口通路５１１に絞り弁５１５が設けられる。絞り弁５１５は、入口通路５１１の開度（流路面積）を変更可能であり、これに伴って旋回流生成部５１３に流入するＥＧＲガスの流速が変更される。旋回流生成部５１３内に流速の高い旋回流が形成されるほど、ＥＧＲガス中に含まれていた水分が旋回流生成部５１３の内面に付着しやすい。したがって、本実施形態の捕集機５１では、絞り弁５１５によって開度を変更することで、捕集機５１における捕集率を変更することができる。

【0022】

なお、図２に示した捕集機５１は、一例であり、ＥＧＲガスから凝縮水を捕集することができれば、如何なる構成を有していてもよい。また、本実施形態では、捕集機５１は、ＥＧＲガスから凝縮水を捕集しているが、内燃機関１において潤滑油に混入し得る凝縮水であれば、ＥＧＲガス以外から凝縮水を捕集してもよい。

【0023】

水貯留タンク５３は、捕集機５１によって捕集された凝縮水を貯留するタンクである。図２に示されるように、水貯留タンク５３は、水捕集管５２を介して捕集機５１の排出孔５１４に連通し、捕集機５１の排出孔５１４から排出された凝縮水が水貯留タンク５３に流入して、貯留される。また、水貯留タンク５３は、ガス抜き通路５７を介して、ＥＧＲガスの流れ方向において捕集機５１よりも下流側にてＥＧＲ管４１に連通する。これにより、水貯留タンク５３内の圧力の高くなったときに、水貯留タンク５３内のガスがＥＧＲ管４１内に放出される。

【0024】

水噴射弁５５は、各気筒１１に連通する吸気ポート又は吸気通路に水を噴射する弁である。このようにして水噴射弁５５から噴射された水は各気筒１１の燃焼室に流入するため、水噴射弁５５は、各気筒１１の燃焼室内に水を供給するといえる。水噴射弁５５は、水供給管５４を介して水貯留タンク５３に連通し、水噴射弁５５には水貯留タンク５３に貯留されている凝縮水が供給される。水ポンプ５６は、水供給管５４に設けられると共に、水貯留タンク５３内に貯留されていた水を水噴射弁５５に圧送する。なお、水噴射弁５５は、各気筒１１の燃焼室内に水を供給することができれば、各気筒１１内の燃焼室内に水を直接噴射するなど、他の態様で水の供給を行ってもよい。

【0025】

制御装置６０は、内燃機関１を制御する。特に、本実施形態では、制御装置６０は、内燃機関１の運転に加えて、水供給装置５０からの水の供給を制御する。制御装置６０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）６１及び各種センサを有する。

【0026】

制御装置６０は、内燃機関１に関する各種パラメータの値を検出するセンサとして、吸気量センサ７１、スロットル開度センサ７２、吸気温度センサ７３、吸気湿度センサ７４、ＥＧＲ温度センサ７５、ＥＧＲ湿度センサ７６、負荷センサ７７、クランク角センサ７８、油温センサ７９、及びブローバイセンサ８０を有する。

【0027】

吸気量センサ７１は、吸気管２２に配置されて、各気筒１１の燃焼室内に供給される吸気ガスの量又は流量を検出する。スロットル開度センサ７２は、スロットル弁２６に取り付けられてスロットル弁２６の開度を検出する。吸気温度センサ７３及び吸気湿度センサ７４は、吸気管２２又は吸気マニホルド２１に配置され、各気筒１１の燃焼室内に供給される吸気ガスの温度及び絶対湿度をそれぞれ検出する。ＥＧＲ温度センサ７５及びＥＧＲ湿度センサ７６は、排気マニホルド３１又はＥＧＲ管４１に配置され、ＥＧＲ管４１に流入するＥＧＲガスの温度及び絶対湿度をそれぞれ検出する。負荷センサ７７は例えば内燃機関１を搭載した車両のアクセルペダルに取り付けられ、内燃機関１の目標負荷を検出する。クランク角センサ７８は、例えば内燃機関１のクランクシャフトに取り付けられ、内燃機関１のクランク角を検出し、よって内燃機関１の回転速度を検出する。油温センサ７９は、例えば、内燃機関１の潤滑油を貯留するオイルパンに取り付けられて、内燃機関１内の潤滑油の温度を検出する。ブローバイセンサ８０は、内燃機関１の本体に取り付けられて、ブローバイガスの量を検出する。

【0028】

ＥＣＵ６１は、内燃機関１に関する各種パラメータの値を検出するセンサの出力を受信すると共に、内燃機関１に関する各種アクチュエータを制御する。図３は、ＥＣＵ６１の構成を示す概略構成図である。図３に示されるように、ＥＣＵ６１は、通信モジュール６２、メモリ６３及びプロセッサ６４を有する。通信モジュール６２及びメモリ６３は通信線を介してプロセッサ６４に接続されている。

【0029】

通信モジュール６２は、内燃機関１のセンサ７１～８０に接続され、これらセンサ７１～８０の出力が通信モジュール６２を介してプロセッサ６４に入力される。また、通信モジュール６２は、内燃機関１の各種アクチュエータに接続される。具体的には、斯かるアクチュエータには、例えば、燃料噴射弁１２、スロットル弁駆動アクチュエータ２７、ＥＧＲ制御弁４３、水ポンプ５６及び絞り弁５１５が含まれる。プロセッサ６４によって生成された駆動信号が通信モジュール６２を介してこれらアクチュエータに送信される。

【0030】

メモリ６３は、プロセッサで実行されるプログラム等を記憶する。メモリは、例えば、揮発性の半導体メモリ（例えば、ＲＡＭ）、不揮発性の半導体メモリ（例えば、ＲＯＭ）等を有する。

【0031】

プロセッサ６４は、一つ又は複数のＣＰＵ及びその周辺回路を有する。プロセッサ６４は、論理演算ユニット、数値演算ユニット又はグラフィック処理ユニットのような他の演算回路を更に有していてもよい。プロセッサ６４は、センサ７１～８０の出力に基づいて、メモリ６３に記憶されたコンピュータプログラムを用いて、各種処理を実行する。図３に示されるように、プロセッサ６４は、内燃機関１内の潤滑油中の水分率を検出する水分率検出部６４１と、水供給装置５０による燃焼室内への水の供給を制御する供給制御部６４２と、捕集機５１における凝縮水の捕集率を制御する捕集率制御部６４３と、を有する（捕集率制御部６４３は第一実施形態では設けられなくてもよい）。

【0032】

＜水の供給制御＞
次に、図４～図６を参照して、水供給装置５０による燃焼室内への水の供給制御について説明する。

【0033】

ところで、ＥＧＲシステム４０を利用して燃焼室内にＥＧＲガスを供給するときには、ＥＧＲガスの温度を下げることにより、内燃機関１における熱損失を低減させることができると共に内燃機関１に生じるノッキングを抑制することができる。このため、本実施形態では、ＥＧＲ管４１には、ＥＧＲガスの温度を下げるべく、ＥＧＲクーラ４２が設けられている。

【0034】

しかしながら、ＥＧＲクーラ４２では水蒸気を含んだＥＧＲガスが冷却されるため、凝縮水が生成される。特に、燃料として水素が用いられる内燃機関１では、ＥＧＲガス中に含まれる水蒸気が多く、よって凝縮水が生成され易い。このようにして生成された凝縮水を含んだＥＧＲガスをそのまま燃焼室に供給すると、凝縮水の一部は潤滑油に混入する。このように潤滑油に凝縮水が混入すると、オイルがエマルジョン化し、潤滑油による潤滑性能の劣化を招く。このため、本実施形態では、ＥＧＲクーラ４２の下流側に捕集機５１を設けることによってＥＧＲガス中の凝縮水が捕集される。これによって凝縮水を含むＥＧＲガスが燃焼室に供給することが抑制され、よって潤滑油に凝縮水が混入することが抑制される。

【0035】

一方、捕集機５１によって捕集された凝縮水は、排気ガス中の成分が溶解していることから、そのまま外部へ放出することはできない。また、排気浄化触媒３４の上流側に凝縮水を供給すると、排気浄化触媒３４の劣化や割れが生じる可能性がある。このため、本実施形態では、捕集機５１において捕集された凝縮水は、水噴射弁５５から吸気ポートに噴射されて、燃焼室に供給される。このように凝縮水を燃焼室に供給することで、排気浄化触媒３４の劣化や割れを抑制することができる。また、燃焼室内に凝縮水を供給することによって、凝縮水の気化熱により吸気ガスの温度を低下させることができ、よって内燃機関１における燃焼効率を高めることができる。

【0036】

ところが、水噴射弁５５から噴射された水は、必ずしも全てが気化して燃焼室における燃料の燃焼後に大気中に排出されるわけではなく、一部の水は潤滑油中に混入し得る。そこで、本実施形態では、潤滑油中の水分率（潤滑油に対する水の質量割合）が所定の基準値以上であるときには水供給装置５０からの燃焼室内への水の供給が停止され、潤滑油中の水分率が基準値未満であることを含む供給条件が成立しているときには水供給装置５０から水が供給される。

【0037】

図４は、水供給装置５０からの水の供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、ＥＣＵ６１のプロセッサ６４によって一定時間間隔毎に実行される。

【0038】

まず、水分率検出部６４１が、現在の潤滑油中の水分率Ｗｐ［％］及び潤滑油中の水の質量の変化速度Ｓｗ［ｇ／ｓ］を算出する（ステップＳ１１）。本実施形態では、水分率検出部６４１は、下記式（１）～（５）に基づいて、潤滑油中の水分率Ｗｐ及び潤滑油中の水の質量の変化速度Ｓｗを算出する。
Ｗｐ＝Ｗａ／Ｏａ …（１）
Ｗａ＝Ｗａ’＋Ｓｗ・Δｔ …（２）
Ｓｗ＝Ｓｃｅ・（１００－Ｃｒ）／１００＋Ｓｃｃ－Ｓｖ …（３）
Ｓｃｅ＝（Ｈｅ－Ａｅ）・Ｑｅ・Ｓｅ／Ｖｅ×α …（４）
Ｓｃｃ＝（Ｈｃ－Ａｃ）・Ｑｃ・Ｓｃ／Ｖｃ×β …（５）

【0039】

上記式（１）において、Ｗａは潤滑油中の水の質量［ｇ］を、Ｏａは潤滑油の質量［ｇ］をそれぞれ表している。内燃機関１に供給されている潤滑油の量は決まっているため、潤滑油の質量Ｏａは予め定められた一定値とされる。なお、内燃機関１に供給されている潤滑油の量を検出することができる油量センサが内燃機関１に設けられている場合には、この油量センサの出力に基づいて潤滑油の質量が算出されてもよい。

【0040】

一方、式（１）の潤滑油中の水の質量Ｗａは、上記式（２）によって算出される。式（２）において、Ｗａ’は前回の計算時における潤滑油中の水の質量を表している。また、Δｔは、水分率検出部６４１において計算が繰り返される時間間隔である。また、式（２）の水の質量の変化速度Ｓｗは、式（３）によって算出される。

【0041】

式（３）において、Ｃｒは、捕集機におけるＥＧＲガス中の凝縮水の捕集率［％］を表している。捕集率Ｃｒは、絞り弁５１５における開度に応じて変化する。したがって、捕集率Ｃｒは、この開度と捕集率Ｃｒとの関係を予め実験的に求め、求められた関係と絞り弁５１５における現在の開度とに基づいて算出される。

【0042】

また、式（３）におけるＳｖは、潤滑油からの水の揮発速度［ｇ／ｓ］を表している。本実施形態では、潤滑油からの水の揮発速度Ｓｖは、潤滑油の温度、機関回転速度及びブローバイガス量に基づいて算出される。潤滑油の温度は油温センサ７９によって検出され、機関回転速度はクランク角センサ７８によって検出され、ブローバイガス量はブローバイセンサ８０によって検出される。ここで、図５は、潤滑油の温度、機関回転速度及びブローバイガス量と揮発速度との関係を表す図である。このような潤滑油の温度、機関回転速度及びブローバイガス量と揮発速度との関係は予め実験的に求められてマップとしてメモリ６３に記憶される。水分率検出部６４１は、斯かるマップと、検出された潤滑油の温度、機関回転速度及びブローバイガス量とに基づいて、揮発速度を算出する。さらに、式（３）におけるＳｃｅ及びＳｃｃはそれぞれＥＧＲクーラ４２における水の凝縮速度［ｇ／ｓ］及び気筒１１内における水の凝縮速度［ｇ／ｓ］を表しており、それぞれ式（４）及び式（５）によって算出される。

【0043】

上記式（４）において、Ｈｅは、ＥＧＲガスの絶対湿度を表しており、ＥＧＲ湿度センサ７６によって検出される。ＡｅはＥＧＲガスの飽和水蒸気量を表しており、ＥＧＲ温度センサ７５によって検出されたＥＧＲガスの温度に基づいて算出される。ＱｅはＥＧＲ管４１を流れるＥＧＲガス流量［ｇ／ｓ］を表しており、ＥＧＲ制御弁４３の開度等に基づいて算出される。Ｓｅ及びＶｅは、それぞれＥＧＲ管４１の表面積及びＥＧＲ管４１内の容積であり、予め定められた一定値である。また、αは予め定められた一定の係数である。

【0044】

また、上記式（５）において、Ｈｃは、各気筒１１の燃焼室内に吸入される吸気ガスの絶対湿度を表しており、吸気湿度センサ７４によって検出される。Ａｃは斯かる吸気ガスの飽和水蒸気量を表しており、吸気温度センサ７３によって検出された吸気ガスの温度に基づいて算出される。Ｑｃは各気筒１１に吸入される吸気ガスの流量［ｇ／ｓ］を表しており、吸気量センサ７１によって検出される。Ｓｃ及びＶｃは、それぞれ各気筒１１の表面積及び各気筒１１内の容積であり、予め定められた一定値である。また、βは予め定められた一定の係数である。

【0045】

ステップＳ１１において水分率Ｗｐと水の質量の変化速度Ｓｗが算出されると、供給制御部６４２は、ステップＳ１１で算出された水分率Ｗｐが予め定められた上限値（基準値）Ｗｐｌｉｍ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において水分率Ｗｐが上限値Ｗｐｌｉｍ以上であると判定された場合には、供給制御部６４２は、水噴射弁５５からの目標水噴射量をゼロに設定し（ステップＳ１３）、よって水供給装置５０からの燃焼室内への凝縮水の供給が停止される。

【0046】

一方、ステップＳ１２において水分率Ｗｐが上限値Ｗｐｌｉｍ未満であると判定された場合には、供給制御部６４２は、ステップＳ１１において算出された潤滑油中の水の質量の変化速度Ｓｗがゼロ未満であるか否か、すなわち潤滑油中の水の質量が減少傾向にあるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４において潤滑油中の水の質量の変化速度Ｓｗがゼロ以上であると判定された場合には、供給制御部６４２は、水噴射弁５５からの目標水噴射量をゼロに設定する（ステップＳ１３）。

【0047】

一方、ステップＳ１４において潤滑油中の水の質量の変化速度Ｓｗがゼロ未満であると判定された場合には、供給制御部６４２は、ステップＳ１１において算出された潤滑油中の水の質量の変化速度Ｓｗに基づいて水噴射弁５５からの目標水噴射量を設定する（ステップＳ１５）。図６は、水の質量の変化速度Ｓｗと、水噴射弁からの目標水噴射量［ｇ／ｓ］との関係を示す図である。図６に示されるように、本実施形態では、潤滑油中の水の質量の変化速度Ｓｗが負の値であるとき、すなわち潤滑油中の水の質量が減少傾向にあるときには、目標水噴射量は、減少速度が速くなるほど多くなるように設定される。

【0048】

＜効果・変形例＞
以上より、本実施形態では、潤滑油中の水分率が基準値未満であることを含む供給条件が成立しているときに、水供給装置５０から凝縮水が供給される。これにより、燃焼室内に凝縮水を供給しつつ、潤滑油中に凝縮水が多量に混入して潤滑油の潤滑性能が劣化してしまうことが抑制される。

【0049】

また、本実施形態では、供給条件は、潤滑油中の水の量（上記実施形態では質量）が減少傾向にあることを含んでいる。逆に、本実施形態では、潤滑油中の水分率が基準値未満であっても潤滑油中の水の量が増加傾向にある場合には、水供給装置５０からの水の供給が停止される。これにより、潤滑油中に凝縮水が多量に混入してしまうことをより確実に抑制することができる。

【0050】

さらに、本実施形態では、潤滑油中の水の量の変化速度に基づいて、水供給装置５０からの水の供給量が設定される。具体的には、潤滑油中の水の量の減少速度が速くなるほど、水噴射弁５５からの目標水噴射量が多くなるように設定される。ここで、潤滑油中の水の量の減少速度が速いほど、水供給装置５０から水を供給しても潤滑油中に混入されていく水の量が多くなっていく可能性が低くなる。このため、このように潤滑油中の水の量の変化速度に基づいて水の供給量を設定することにより潤滑油中に凝縮水が多量に混入してしまうことをより確実に抑制することができる。

【0051】

なお、上述した第一実施形態は一つの例を示したものであり、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、潤滑油中の水分率が基準値未満であること及び潤滑油中の水の量が減少傾向にあることを含む供給条件が成立しているときに、水供給装置５０から凝縮水が供給される。しかしながら、潤滑油中の水分率が基準値未満である場合に、潤滑油中の水の量の変化速度と無関係に、水供給装置５０から凝縮水が供給されてもよい。

【0052】

また、上記実施形態では、潤滑油中の水分率に基づいて、水供給装置５０からの凝縮水の供給の可否が判断されている。しかしながら、潤滑油中の水分率に応じて変化する別の水分率パラメータの値に基づいて、水供給装置５０からの凝縮水の供給の可否が判断されてもよい。斯かる水分率パラメータとしては、例えば、潤滑油中の水の量（質量又は体積）等が挙げられる。水分率パラメータは、センサ等によって検出されてもよいし、センサ等の検出値に基づいて算出されてもよい。

【0053】

また、上記実施形態では、ＥＧＲクーラ４２における水の凝縮速度、気筒１１内における水の凝縮速度、潤滑油からの水の揮発速度等に基づいて、潤滑油中の水分率が算出される。しかしながら、潤滑油中の水分率は、他の任意の方法で算出されてもよい。

【0054】

具体的には、例えば、油圧センサ（図示せず）によって検出された内燃機関１の油圧、油温センサ７９によって検出された潤滑油の温度、及びクランク角センサ７８の出力に基づいて算出された機関回転速度等に基づいて、潤滑油中の水分率が算出されてもよい。ここで、潤滑油中に水が含まれると、潤滑油の粘度が高くなり、内燃機関１内における油圧が上昇する。一方、油温センサ７９及びクランク角センサ７８の出力に基づいて、潤滑油中に水が混入されていないときの油圧を推定することができる。そして、このようにして推定された油圧と油圧センサによって検出された油圧とに基づいて潤滑油中の水分率が算出される。特に、推定された油圧と検出された油圧との差が大きいほど潤滑油中の水分率が高いとして水分率が算出される。

【0055】

さらに、上記実施形態では燃料として水素が用いられているが、燃料として化石燃料等、水素以外の燃料が用いられてもよい。

【0056】

第二実施形態
次に、図７～図１０を参照して、第二実施形態に係る水供給装置５０の制御装置について説明する。第二実施形態に係る制御装置の構成及び動作は基本的に第一実施形態に係る制御装置の構成及び動作と同様である。以下では、第一実施形態に係る制御装置の構成及び動作と異なる部分を中心に説明する。

【0057】

上記第一実施形態では、捕集機５１における捕集率は、潤滑油中の水分率等に応じて制御されていなかった。しかしながら、本実施形態では、潤滑油中の水分率及び潤滑油中の水の量の変化速度等に基づいて、捕集機５１の目標捕集率［％］が制御される。

【0058】

また、上記第一実施形態では、潤滑油中の水の量の変化速度に基づいて水供給装置５０からの凝縮水の供給量が制御されている。しかしながら、本実施形態では、潤滑油中の水の量の変化速度に加えて、水供給装置５０から凝縮水を供給したときの内燃機関１における熱効率に基づいて、水供給装置５０からの凝縮水の供給量が制御される。

【0059】

図７は、水供給装置５０からの水の供給制御及び捕集機５１による捕集制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、ＥＣＵ６１のプロセッサによって一体時間間隔毎に実行される。なお、図７のステップＳ２１、Ｓ２２及びＳ２５は、それぞれ図４のステップＳ１１、Ｓ１２及びＳ１４と同様であるため説明を省略する。

【0060】

ステップＳ２２において水分率Ｗｐが上限値Ｗｐｌｉｍ以上であると判定された場合、供給制御部６４２は、水噴射弁５５からの目標水噴射量をゼロに設定し（ステップＳ２３）、よって水供給装置５０からの燃焼室内への凝縮水の供給が停止される。また、この場合、捕集率制御部６４３は、捕集機５１による目標捕集率を最大値に設定する（ステップＳ２４）。捕集機５１の絞り弁５１５の開度は、このようにして設定された目標捕集率に応じて設定される。具体的には、目標捕集率が大きくなるほど絞り弁５１５の開度が小さくされる。捕集機５１による目標捕集率が最大値に設定されると、絞り弁５１５はその開度が最小になるように制御される。

【0061】

ステップＳ２５において潤滑油中の水の質量の変化速度Ｓｗがゼロ以上であると判定された場合、供給制御部６４２は、水噴射弁５５からの目標水噴射量をゼロに設定する（ステップＳ２６）。また、この場合、捕集率制御部６４３は、捕集機５１による目標捕集率を、潤滑油中の水分率Ｗｐと内燃機関１の現在の熱効率とに基づいて設定する（ステップＳ２７）。具体的には、本実施形態では、目標捕集率は、潤滑油中の水分率Ｗｐに基づいて算出された目標捕集率（以下、「第１目標捕集率」という）と、内燃機関１の現在の熱効率に基づいて算出された目標捕集率（以下、「第２目標捕集率」という）のうち、高い方に設定される。

【0062】

図８は、潤滑油中の水分率Ｗｐと第１目標捕集率との関係を示す図である。図８に示されるように、水分率が上限値Ｗｐｌｉｍ以上であるときには、第１目標捕集率は最大値に設定される（実質的に、ステップＳ２４）。一方、水分率が上限値Ｗｐｌｉｍ未満であるときには、水分率が低下するにつれて第１目標捕集率も低下し、水分率が或る一定値以下になると、第１目標捕集率は最小値に設定される。

【0063】

図９は、内燃機関１の熱効率と、捕集率との関係を示す図である。図９に示されるように、第２目標捕集率は、内燃機関１の熱効率が最大となるように設定される。ここで、このような内燃機関１の熱効率と捕集率との関係は、機関回転速度及び機関負荷等に基づいて変化する。したがって、図９に示された関係を表すマップは、機関回転速度及び機関負荷等に予め実験的に求められ、メモリ６３に記憶される。そして、捕集率制御部６４３は、クランク角センサ７８の出力に基づいて算出された機関回転速度及び負荷センサ７７によって検出された機関負荷に基づいて、メモリ６３に記憶されたマップを用いて、図９に示されるような内燃機関１の熱効率と捕集率との関係を特定する。そして、捕集率制御部６４３は、このようにして特定された関係に基づいて、第２目標捕集率を算出する。なお、第２目標捕集率と機関回転速度及び機関負荷との関係を表すマップが予め求められ、機関回転速度及び機関負荷に基づいて第２目標捕集率が直接算出されてもよい。

【0064】

上述したように、本実施形態ではこのようにして算出された第１目標捕集率と第２目標捕集率とのうち高い方が目標捕集率に設定される。目標捕集率が設定されると、この目標捕集率に基づいて絞り弁５１５の開度が制御される。

【0065】

一方、ステップＳ２５において潤滑油中の水の質量の変化速度Ｓｗがゼロ未満であると判定された場合、供給制御部６４２は、ステップＳ１１において算出された潤滑油中の水の質量の変化速度Ｓｗと内燃機関１の現在の熱効率とに基づいて水噴射弁５５からの目標水噴射量を設定する（ステップＳ２８）。具体的には、本実施形態では、目標水噴射量は、潤滑油中の水の質量の変化速度Ｓｗに基づいて算出された目標水噴射量（以下、「第１目標水噴射量」という）と、内燃機関１の現在の熱効率に基づいて算出された目標水噴射量（以下、「第２目標水噴射量」という）のうち、高い方に設定される。このうち第１目標水噴射量は、図４のステップＳ１５と同様に算出される。

【0066】

図１０は、内燃機関１の熱効率と、水噴射量との関係を示す図である。図１０に示されるように、第２目標水噴射量は、内燃機関１の熱効率が最大となるように設定される。ここで、このような内燃機関１の熱効率と水噴射量との関係は、機関回転速度及び機関負荷等に基づいて変化する。したがって、図１０に示された関係を表すマップは、機関回転速度及び機関負荷等に予め実験的に求められ、メモリ６３に記憶される。そして、供給制御部６４２は、クランク角センサ７８の出力に基づいて算出された機関回転速度及び負荷センサ７７によって検出された機関負荷に基づいて、メモリ６３に記憶されたマップを用いて、図１０に示されるような内燃機関１の熱効率と捕集率との関係を特定する。そして、供給制御部６４２は、このようにして特定された関係に基づいて、第２目標水噴射量を算出する。なお、第２目標水噴射量と機関回転速度及び機関負荷との関係を表すマップを予め求め、機関回転速度及び機関負荷に基づいて第２目標水噴射量を直接算出してもよい。

【0067】

また、ステップＳ２５において潤滑油中の水の質量の変化速度Ｓｗがゼロ以上であると判定された場合、捕集率制御部６４３は、捕集機５１による目標捕集率を最小値に設定する（ステップＳ２９）。捕集機５１による目標捕集率が最小値に設定されると、絞り弁５１５はその開度が最大になるように制御される。

【0068】

以上より、本実施形態では、水供給装置５０から凝縮水が供給される場合には、潤滑油中の水の量の変化速度Ｓｗに加えて内燃機関１の熱効率に基づいて水供給装置５０からの凝縮水の供給量が設定される（ステップＳ２８）。これにより、内燃機関１の熱効率を高く維持しつつ潤滑油の潤滑性能の劣化を抑制することができる。

【0069】

また、本実施形態では、潤滑油中の水分率が基準値未満であるときの目標捕集率は最大値未満に設定される（ステップＳ２７、Ｓ２９）。一方、潤滑油中の水分率が上限値以上であるときの目標捕集率は最大値に設定される（ステップＳ２４）。したがって、本実施形態では、捕集率制御部６４３は、潤滑油中の水分率が基準値以上であるときの捕集率が、潤滑油中の水分率が基準値未満であるときの捕集率よりも高くなるように捕集率を制御する。これにより、潤滑油中の水分率が高いときに捕集機５１によって多くの凝縮水が捕集され、潤滑油に水がさらに混入することが抑制されて、潤滑油の潤滑性能の劣化を抑制することができる。

【0070】

さらに、本実施形態では、潤滑油中の水分率が基準値未満であって且つ潤滑油中の水の量が増加傾向にあるときの目標捕集率は、潤滑油の水分率に基づいて算出された第１目標捕集率と内燃機関１の熱効率に基づいて算出された第２目標捕集率のうち高い方に設定される（ステップＳ２７）。一方、潤滑油中の水分率が基準値未満であって且つ潤滑油中の水の量が減少傾向にあるときの目標捕集率は最小値に設定される（ステップＳ２９）。したがって、本実施形態では、捕集率制御部６４３は、潤滑油中の水分率が基準値未満であって且つ潤滑油中の水の量が増加傾向にあるときの捕集率が、潤滑油中の水分率が基準値未満であって且つ潤滑油中の水の量が減少傾向にあるときの捕集率よりも高くなるように捕集率を制御する。これにより、潤滑油中の水の量が増加傾向にあるときに捕集機５１によって多くの凝縮水が捕集され、よって潤滑油中の水の量が増加することが抑制され、ひいては潤滑油中に水が混入することにともなう潤滑油の潤滑油の劣化を抑制することができる。

【0071】

また、本実施形態では、水分率が基準値未満であって且つ潤滑油中の水の量が増加傾向にあるときには、潤滑油中の水分率に基づいて捕集機による目標捕集率が設定される（ステップＳ２７）。これにより、潤滑油中の水分率が多いほど目標捕集率を多くして、潤滑油中の水分率が高くなることを抑制することができる。なお、捕集機５１による目標捕集率は、潤滑油中の水分率のみに基づかずに一定の値に設定されてもよい。

【0072】

さらに、本実施形態では、水分率が基準値未満であって且つ潤滑油中の水の量が増加傾向にあるときには、潤滑油中の水分率に加えて、内燃機関１の熱効率に基づいて、捕集機５１による目標捕集率が設定される（ステップＳ２７）。これにより、内燃機関１の熱効率を高く維持しつつ潤滑油の潤滑性能の劣化を抑制することができる。なお、捕集機５１による目標捕集率は、内燃機関１の熱効率に基づかずに、潤滑油中の水分率のみに基づいて設定されてもよい。

【0073】

なお、上述した第二実施形態も一つの例を示したものであり、様々な変形が可能である。したがって、例えば、潤滑油中の水分率の代わりに、水分率とは別の水分率パラメータの値に基づいて目標捕集率を設定するなど、上述した第一実施形態の変形例と同様な変形を行うことが可能である。

【0074】

また、上記実施形態では、潤滑油中の水分率等に基づいて目標捕集率が設定されている。しかしながら、例えば、捕集率制御部６４３は、目標捕集率の代わりに、絞り弁５１５の開度等、そのパラメータの値を変更すると捕集率が変化するような別のパラメータの値を設定してもよい。

【0075】

以上、本開示に係る好適な実施形態及び変形例を説明したが、本開示はこれら実施形態及び変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。

【符号の説明】

【0076】

１ 内燃機関
４０ ＥＧＲシステム
４２ ＥＧＲクーラ
５０ 水供給装置
５１ 捕集機
５３ 水貯留タンク
５５ 水噴射弁
６０ 制御装置
６１ ＥＣＵ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】