JP2003201903A - Ｅｇｒを使用する内燃機関の凝縮制御方法およびシステム - Google Patents

Ｅｇｒを使用する内燃機関の凝縮制御方法およびシステム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 現在の大気条件および作動条件をモニタし
て、条件がＥＧＲガスの凝縮にとって好都合であるか否
かを決定し、好ましくは吸気マニホルド温度を上昇させ
ることにより凝縮を防止するように内燃機関を制御する
システムおよび方法を提供すること。 【解決手段】 吸気マニホルド温度は、ＥＧＲ流の一部
または全部を方向変換してＥＧＲクーラを回避させるこ
とにより上昇される。また、給気の一部または全部を方
向変換して給気クーラをバイパスさせ、および／または
ターボチャージャ圧縮機の出口から入口へと方向変換す
ることにより、給気温度従って吸気マニホルド温度を有
効に上昇させることができる。凝縮に好適な条件は、エ
ンジン速度およびエンジン負荷、大気温度、マニホルド
圧力、計画されたまたは実際のＥＧＲ流量、および計画
されたまたは実際の空燃比に基いて決定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】（技術分野）本発明は、内燃機関（エンジ
ン）の排気ガス再循環装置（exhaust gas recirculatio
n：ＥＧＲ）に付随する凝縮を低減させるシステムおよ
び方法に関する。
【０００２】（背景技術）排気ガス再循環装置（ＥＧ
Ｒ）を駆動および制御してトラック用エンジン、自動車
用エンジンおよび発電所電プラント用定置エンジンのエ
ミッションを低減させるように、給気ハンドリングおよ
びターボチャージングを変える多くの手法が開発されて
いる。１つのアプローチは、ＥＧＲ回路と組み合せて可
変ジオメトリターボチャージャ（variable geometry tu
rbocharger：ＶＧＴ）を使用し、移行状態および定常状
態作動の下での所望のＥＧＲ流量比および空燃比を達成
することである。この構成では、ＥＧＲ回路は、一般
に、調節弁（プロポーショナル弁）またはオン／オフＥ
ＧＲ弁、ＥＧＲクーラ、および適当な作動条件下で排気
ガスをエンジン吸気に導く適当な通路または一体型通路
を備えたＥＧＲ流量決定装置を有している。ＥＧＲ流の
管理は、電子制御ユニット（electronic control uni
t：ＥＣＵ）により行なわれる。ＥＣＵはＥＧＲ流量決
定に基いたＥＧＲ流の閉ループ制御を使用できる。ＥＣ
Ｕはまた、流量決定装置からの入力に基いてＶＧＴおよ
び／またはＥＧＲ弁を制御して、ＥＧＲ流を調整する。
【０００３】再循環される排気ガスは、給気の希釈剤と
して作用しかつピーク燃焼温度を低下させてＮＯｘ生成
を低減させる。しかしながら、これはエンジンの容積効
率をも低下させてしまい、従って、非ＥＧＲエンジンに
比べて低い（濃い）空燃比としてしまう。なぜならば、
再循環される排気ガスは、前の燃焼行程で酸素が消費さ
れているため給気よりも酸素含有量が小さいからであ
る。ＥＧＲエンジンが、非ＥＧＲエンジンと同じ作動条
件下で非ＥＧＲエンジンと同じ空燃比を維持するために
は、一般に大きいターボブーストを必要とし、このため
には再循環される排気ガスを駆動するように背圧を高め
る必要がある。
【０００４】前述のように、ＮＯｘの生成はピーク燃焼
温度の上昇につれて増大する。いずれにせよ、ＮＯｘの
生成は、給気クーラおよびＥＧＲガスの下流側の圧縮さ
れた吸気温度を示す吸気マニホルド温度（intake manif
old temperature：ＩＭＴ）に直接関連している。ＥＧ
Ｒクーラは、ＩＭＴ全体を低下させかつＮＯｘの生成を
低減させるため、排気ガスが給気と混合される前に排気
ガスを冷却するのに使用される。しかしながら、或る作
動条件および大気条件下では、ＥＧＲクーラは再循環さ
れる排気ガス温度を下げ過ぎて酸性凝縮を発生させてし
まい、このため、吸気マニホルドおよびシリンダライナ
等の一式を含む種々の構成部品の早期劣化を招く虞れが
ある。
【０００５】（発明の開示）本発明は、ＥＧＲ凝縮物の
生成を低減させまたは無くするように内燃機関を制御す
るシステムおよび方法を提供する。本発明の一実施形態
での代表的システムおよび方法は、現在の大気条件およ
び作動条件をモニタして、これらの条件がＥＧＲガスの
凝縮にとって好適であるか否かを決定する。これらの条
件が検出されると、凝縮を防止するようにエンジンが制
御される。エンジンは、凝縮を低減させまたは無くする
ように、吸気マニホルド温度を上昇させるように制御す
るのが好ましい。一実施形態では、吸気マニホルド温度
は、平均ＥＧＲガス温度が上昇して吸気マニホルド温度
の上昇をもたらすように、ＥＧＲ流の一部または全部が
ＥＧＲクーラを通らないように方向変換することにより
上昇される。別の構成として、またはこのことと組み合
せて、給気の一部または全部を、給気クーラをバイパス
させて再循環させ、および／またはターボチャージャ圧
縮機の出口から吸気マニホルドに再循環させることによ
り吸気温度を有効に上昇させ、これにより吸気マニホル
ド温度を上昇させる。
【０００６】本発明の一実施形態では、ＥＧＲ凝縮を低
減させるように内燃機関を制御する方法が、現在の大気
条件を決定するステップと、現在のエンジン作動パラメ
ータを決定するステップと、現在の大気条件およびエン
ジン作動条件に基いて露点を決定するステップと、吸気
マニホルド温度と露点とを比較するステップと、吸気マ
ニホルド温度が露点の特定範囲内にあるときに凝縮を防
止するようにエンジンを制御するステップとを有してい
る。凝縮を防止するエンジンの制御には、ＥＧＲガスお
よび／または給気の一部または全部を方向変換して、対
応するそれぞれのＥＧＲクーラおよび給気クーラをバイ
パスさせるステップを含めることができる。
【０００７】本発明は多くの長所を提供する。例えば、
本発明は、吸気システム内の凝縮生成を低減させるか無
くすことができ、このため種々のエンジン部品が、ＥＧ
Ｒの使用に付随する腐食凝縮物を受けることがなくな
る。本発明は、凝縮を防止するように大気中の湿度を検
出する湿度センサが不要であり、従って、幾つかの従来
技術によるアプローチよりも低コストで簡単なＥＧＲ凝
縮防止のための戦略が得られる。
【０００８】他の種々の特徴および長所に加えて、本発
明の上記特徴および長所を実施するに際し、多気筒圧縮
点火内燃機関の排気ガス再循環を行なうシステムは、エ
ンジンの排気側に連通していて、排気ガスの一部をＥＧ
Ｒ回路を通してエンジンの吸気側に選択的に分流させる
ＥＧＲ弁を有している。ＥＧＲ回路には、ＥＧＲ流を冷
却するＥＧＲクーラが配置されている。一実施形態で
は、ＥＧＲ弁の下流側でかつＥＧＲクーラの上流側には
バイパス弁が配置されており、該バイパス弁は、再循環
される排気ガスの凝縮を低減させるか無くするように、
エンジン条件および大気作動条件に基いて、再循環され
る排気ガスの少なくとも一部をＥＧＲクーラの回りに選
択的に分流させる。本発明のシステムはまた、単独でま
たはＥＧＲバイパス弁と組み合わせて使用される給気ク
ーラバイパス弁を有し、該弁は、吸気マニホルド内での
凝縮を低減させるか無くするように、ターボチャージャ
からの給気がＥＧＲ流と混合される前に、給気の一部ま
たは全部を給気クーラから選択的にバイパスさせる。
【０００９】本発明はまた、内燃機関を制御するように
コンピュータにより実行される記憶命令を有するコンピ
ュータ読取り可能な記憶媒体を提供する。命令には、凝
縮の生成に好適な現在のエンジン条件および大気作動条
件を検出する命令、吸気マニホルド温度を上昇させてＥ
ＧＲガスの凝縮を防止するようにＥＧＲバイパス弁およ
び／または給気クーラバイパス弁を制御する命令が含ま
れる。
【００１０】（発明を実施するための最良の形態）本発
明の種々の長所および特徴は、添付図面を参照して以下
に述べる発明を実施するための最良の形態についての説
明から容易に明らかになるであろう。
【００１１】図１は、本発明の一実施形態によるＥＧＲ
凝縮を防止ための内燃機関の制御システムまたは方法の
作動を示す概略ブロック図である。システム１０は、用
途に応じて車両１４に搭載される、ディーゼルエンジン
１２のような多気筒圧縮点火式内燃機関を有している。
一実施形態では、車両１４は、トラクタ１６またはセミ
・トレーラ１８である。以下に詳述するように、ディー
ゼルエンジン１２はトラクタ１６に搭載され、かつエン
ジン／車両ワイヤハーネスを介して、エンジン１２、ト
ラクタ１６およびセミ・トレーラ１８に配置された種々
のセンサおよびアクチュエータとインターフェースす
る。他の用途では、発電機、圧縮機および／またはポン
プ等を駆動するように、定置用途の産業用機械および建
設機械の駆動にも使用できる。
【００１２】電子エンジン制御モジュール（electronic
engine control module：ＥＣＭ）２０が、エンジンセ
ンサ２２および車両センサ２４により発生された信号を
受けかつ該信号を処理して、燃料噴射装置２６等のエン
ジンアクチュエータおよび／または車両アクチュエータ
を制御する。ＥＣＭ２０は、好ましくは、エンジン１２
を制御するようにコンピュータにより実行できる情報を
表すデータを記憶するためのコンピュータ読取り可能な
記憶媒体（その全体を参照番号２８で示す）を有してい
る。コンピュータ読取り可能な記憶媒体２８には、作動
変数、パラメータ等に加えて、較正情報を含めることも
できる。一実施形態では、コンピュータ読取り可能な記
憶媒体２８は、読出し専用メモリ（read-only memory：
ＲＯＭ）３２およびキープアライブメモリ（keep-alive
memory：ＫＡＭ）すなわち不揮発性メモリ３４等の種
々の不揮発性メモリに加えて、ランダム・アクセスメモ
リ（random access memory：ＲＡＭ）３０を有してい
る。コンピュータ読取り可能な記憶媒体２８は、標準制
御／アドレスバスを介して、マイクロプロセッサ（μ
Ｐ）３８および入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路３６に接続さ
れている。当業者には理解されようが、コンピュータ読
取り可能な記憶媒体２８には、ソリッドステートデバイ
ス、磁気デバイス、光学デバイスおよびこれらの組合せ
デバイスを含むデータの一次的および／または持続的記
憶を行う種々の形式の物理的デバイスを含めることがで
きる。例えば、コンピュータ読取り可能な記憶媒体２８
は、ＤＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、
フラッシュメモリ等の１つ以上の物理的デバイスを用い
て実施できる。コンピュータ読取り可能な記憶媒体２８
には、特定用途に基いて、フレキシブルディスク、ＣＤ
ＲＯＭ等を含めることができる。
【００１３】一般的な用途では、ＥＣＭ２０は、コンピ
ュータ読取り可能な記憶媒体２８に記憶された情報を実
行することによりエンジンセンサ２２および車両センサ
／スイッチ２４からの入力を処理して、エンジン１２を
制御する適当な出力信号を発生する。本発明の一実施形
態では、エンジンセンサ２２は、クランクシャフト位置
の表示を行ないかつエンジン速度を決定するのに使用で
きるタイミング基準センサ（timing reference senso
r：ＴＲＳ）４０を有している。油圧センサ（oilpressu
re sensor：ＯＰＳ）４２および油温センサ（oil tempe
rature sensor：ＯＴＳ）４４を使用して、エンジンオ
イルのそれぞれ圧力および温度がモニタされる。
【００１４】気温センサ（air temperature sensor：Ａ
ＴＳ）４６を使用して、現在の吸気温度すなわち大気温
度の表示を行なう。ターボブーストセンサ（turbo boos
t sensor：ＴＢＳ）４８を使用して、ターボチャージャ
（以下に詳述するように可変ジオメトリターボチャージ
ャまたは可変ノズルターボチャージャが好ましい）のブ
ースト圧力の表示を行なう。当業者により知られている
ように、ＴＢＳ４８は、吸気マニホルド圧力の表示を行
なうのにも使用できる。クーラント温度センサ（coolan
t temperature sensor：ＣＴＳ）５０を使用して、クー
ラント温度の表示を行なう。特定のエンジン構造および
用途に基いて、種々の付加センサを設けることができ
る。例えば本発明による排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）
を使用するエンジンには、ＥＧＲ温度センサ（EGR temp
erature sensor：ＥＴＳ）５１およびＥＧＲ流センサ
（EGR flow sensor：ＥＦＳ）５３を設けるのが好まし
い。ＥＦＳ５３は、加熱された２つの要素の温度差を検
出してＥＧＲ回路を通るＥＧＲの質量流量を決定するこ
とが好ましい。加熱される要素は、煤の蓄積を低減させ
または防止する温度まで加熱されることにより、熱分解
洗浄を行なうものが好ましい。或いは、本発明の出願人
の所有する２０００年８月１６日付米国特許出願第０９
／６４１，２５６号明細書に記載されているようなΔＰ
センサを使用してＥＧＲ流量を決定できる。
【００１５】コモンレール燃料システムを使用する用途
には、対応燃料圧力センサ（corresponding fuel press
ure sensor：ＣＦＰＳ）５２を設けることができる。同
様に、インタークーラ・クーラント圧力センサ（interc
ooler coolant pressure sensor：ＩＣＰＳ）５４およ
びインタークーラ・クーラント温度センサ（intercoole
r coolant temperature sensor：ＩＣＴＳ）５６を設け
て、インタークーラの圧力および温度を検出することが
できる。エンジン１２には、燃料温度センサ（fuel tem
perature sensor：ＦＴＳ）５８および同期基準センサ
（synchronous reference sensor：ＳＲＳ）６０を設け
ることも好ましい。ＳＲＳ６０は、エンジン１２の特定
シリンダの点火順序の表示を行なう。このセンサは、例
えば或る定置発電機の用途に使用されるような多エンジ
ン構造の調和制御すなわち同期制御を行なうのに使用で
きる。また、ＥＧＲクーラ（図２）および対応温度セン
サを設けて、再循環される排気ガスがエンジン吸気マニ
ホルドに導入される前に、この排気ガスを冷却すること
もできる。
【００１６】また、エンジン１２にはオイルレベルセン
サ（oil level sensor：ＯＬＳ）６２を設けて、低いオ
イルレベルに関連する種々のエンジン保護を行なうこと
もできる。また、燃料フィルタをモニタして予防的メイ
ンテナンスを目的とした警告を与えるのに、燃料制限セ
ンサ（fuel restriction sensor：ＦＲＳ）６４を使用
できる。燃料圧力センサ（fuel pressure sensor：ＦＰ
Ｓ）６８が燃料圧力を表示して、切迫した出力損失およ
びエンジン給油の警告を行なう。同様に、クランクケー
ス圧力センサ（crankcase pressure sensor：ＣＰＳ）
６６が、エンジン故障を示すクランクケース圧力内の突
然の上昇を検出することにより、種々のエンジン保護を
行なうのに使用できるクランクケース圧力の表示を行な
う。
【００１７】システム１０には、車両１４およびエンジ
ン１２の制御に使用される車両の作動パラメータおよび
ドライバ入力をモニタする種々の車両センサ／スイッチ
２４を設けるのが好ましい。例えば、車両センサ／スイ
ッチ２４には、現在の車両速度の表示を行なう車両速度
センサ（vehicle speed sensor：ＶＳＳ）を含めること
ができる。クーラントレベルセンサ（coolant level se
nsor：ＣＬＳ）７２は、車両のラジエータ内のエンジン
クーラントのレベルをモニタする。エンジン作動モード
を選択し、またはエンジン１２または車両１４の作動を
制御するのに使用されるスイッチとして、好ましくは低
（Ｌ）、中（Ｍ）、高（Ｈ）およびオフの選択が行なえ
るエンジンブレーキ選択スイッチ７４、クルーズコント
ロールスイッチ７６、７８、８０（ＳＥＴ／ＣＯＡＳ
Ｔ、ＲＥＳ／ＡＣＣ、ＣＣ ＥＮＢ）、診断スイッチ
（ＤＩＡＧ）８２および任意であるが種々のデジタルお
よび／またはアナログスイッチ（ＯＰＴ）８４がある。
ＥＣＭ２０はまた、アクセルペダルすなわちフートペダ
ル８６、クラッチ８８およびブレーキ９０に関連する信
号も受ける。ＥＣＭ２０は更に、キースイッチ９２の位
置および車両バッテリ９４により供給されるシステム電
圧をモニタすることができる。
【００１８】ＥＣＭ２０は、状態インジケータ／ライト
９６、アナログディスプレイ９８、デジタルディスプレ
イ１００、および種々のアナログ／デジタルゲージ１０
２等の種々の車両出力装置に接続されている。本発明の
一実施形態では、ＥＣＭ２０は、工業規格のデータリン
ク１０４を用いて、エンジン速度、アクセルペダル位
置、車両速度等を含む種々の状態メッセージおよび／ま
たは制御メッセージを同報通信する。データリンク１０
４はＳＡＥ Ｊ１９３９およびＳＡＥ Ｊ１５８７と同じ
もので、種々のサービス、診断および制御情報を、他の
エンジンシステム、サブシステムおよびディスプレイ１
００等の接続されたデバイスに供給するものが好まし
い。好ましくはＥＣＭ２０は、現在のエンジン条件およ
び大気作動条件を決定してＥＧＲに好適な条件を検出す
る制御論理を有し、従ってＥＧＲ凝縮を防止するように
エンジンを制御する。より詳細に後述するように、ＥＣ
Ｍ２０は、エンジン速度および負荷、大気温度、ＥＧＲ
流および温度、ターボブースト圧力および／またはマニ
ホルド圧力、および空燃比をモニタして、凝縮防止戦略
の活動化のための閾値を決定するのが好ましく、凝縮防
止戦略として、吸気マニホルド温度を上昇させかつ再循
環された排気ガスの凝縮を低減させるか無くするよう
に、ＥＧＲ流の少なくとも一部をＥＧＲクーラの回りに
選択的に分流する戦略がある。同様に、給気の少なくと
も一部を給気クーラの周囲に選択的に分流することがで
きる。
【００１９】サービスツール１０６を、データリンク１
０４を介して周期的に接続し、ＥＣＭ２０に記憶された
選択されたパラメータをプログラムしおよび／またはＥ
ＣＭ２０から診断情報を受けるように構成できる。同様
に、コンピュータ１０８を、データリンク１０４を介し
て適当なソフトウェアおよびハードウェアに接続して、
情報をＥＣＭ２０に伝送し、かつエンジン１２および／
または車両１４の作動に関する種々の情報を受けるよう
に構成することもできる。
【００２０】図２は、本発明の一実施形態による、凝縮
を低減させまたは無くするようにＥＧＲ回路の作動を制
御する制御論理を備えたＥＣＭに接続された代表的ＥＧ
Ｒシステムを示すブロック図である。エンジン１２０
は、吸気マニホルド１２２と、排気マニホルド１２４
と、排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム（その全体を参
照番号１２６で示す）とを有している。エンジン制御モ
ジュール（ＥＣＭ）１２８は、エンジン１２０を制御す
るための命令および較正情報を表す記憶データを有して
いる。ＥＣＭ１２８は、ＥＧＲ流センサ１３０およびＥ
ＧＲ温度センサ１３２等のＥＧＲセンサを含む種々のセ
ンサおよびアクチュエータに接続されている。ＥＣＭ１
２８は、ＥＧＲ弁１３４、ＥＧＲクーラバイパス弁（Ｂ
ＰＶＥＧＲ）１３６、および任意であるが１つ以上の給
気クーラバイパス弁（ＢＰＶＣＡＣ）１３８、１４０等
のアクチュエータを介してＥＧＲシステム１２６を制御
する。また、ＥＣＭ１２８は、好ましくは、可変ノズル
ターボチャージャまたは可変ジオメトリターボチャージ
ャ（ＶＧＴ）１４２を制御し、かつ図１に関連して説明
したように、関連ターボ速度センサ１４４およびターボ
ブーストセンサをモニタする。
【００２１】ＥＧＲシステム１２６には、全体を参照番
号１５２で示すエンジンクーラント回路に連結されるＥ
ＧＲクーラ１５０を設けるのが好ましい。ＥＧＲクーラ
１５０はエンジンクーラントシステムに直列に連結され
るフルフロー・クーラが好ましい。すなわちＥＧＲクー
ラ１５０はエンジン１２２への全クーラント流を受け入
れるものが好ましいが、本発明の範囲から逸脱すること
なく、他の構造および形式のＥＧＲクーラを使用するこ
ともできる。ＥＧＲクーラ１５０は、対応する水ポンプ
すなわちクーラントポンプ１５４に直接連結するか、特
定用途に基いてエンジン冷却回路の他の位置に配置する
こともできる。また、ＥＧＲクーラ１５０は、コアを通
る再循環排気ガスの第一パス１５６および第二パス１５
８を備えた２パスクーラが好ましい。
【００２２】ＥＧＲクーラバイパス弁（ＢＰＶＥＧＲ）
１３６はＥＣＭ１２８により選択的に作動され、図３に
関連して示されかつ説明されるように、現在の大気条件
およびエンジン作動条件に基いてＥＧＲクーラ１５０の
回りに流れの一部または全部を分流するか、全く分流し
ないことにより、ＥＧＲ流の温度を制御することができ
る。弁１３６は、凝縮を促進する作動条件および大気条
件下でＥＧＲ流の一部または全部を、ＥＧＲクーラ１５
０からバイパスさせるソレノイド作動型オン／オプ弁で
構成できる。或る用途では調節バイパス弁（modulating
bypass valve）が有効であるが、ＥＧＲ弁１３４の調
節は全ＥＧＲ流の制御に使用されるため、調節バイパス
弁は不要である。同様に、給気温度従って吸気マニホル
ド温度を選択的に上昇させるのに、１つ以上の給気バイ
パス弁（ＢＰＶＣＡＣ）１３８、１４０を設けることが
できる。図示のように、給気バイパス弁１４０は、一部
または全部の給気を、給気クーラ１７４の回りに選択的
に分流させるか、全く分流させない。別の構成として、
またはこれと組み合せて、バイパス弁１４０はターボチ
ャージャ圧縮機１７０の出口から入口へと、給気の一部
または全部を分流するか、全く分流しないで入口空気温
度を上昇させる。ＥＣＭ１２８は、現在の大気条件およ
び作動条件に基いて弁１３６および／または１３８およ
び／または１４０を作動させて、ＥＧＲ回路および吸気
マニホルド内での再循環排気ガスの凝縮を低減させまた
は無くすことが好ましい。後述のように、この制御戦略
は、大気温度、相対湿度、吸気マニホルド温度および圧
力、空燃比および排気ガス再循環（ＥＧＲ）％を用い
て、ＥＧＲ弁１３４および１つ以上のバイパス弁１３
６、１３８、１４０を制御し、凝縮を低減させまたは無
くすことができる。
【００２３】作動に際し、ＥＣＭ１２８は、現在の大気
条件および作動条件および較正条件に基いてＥＧＲシス
テム１２６およびＶＧＴ１４２を制御し、ミキサ１６２
（好ましくはパイプユニオン）１６２を介して、再循環
排気ガスと給気とを混合させる。混合された給気および
再循環排気ガスは、次に、吸気マニホルド１２２を通っ
てエンジン１２０に供給される。好ましい一実施形態で
は、エンジン１２０は、６気筒圧縮点火内燃機関であ
る。ＥＣＭ１２８は、温度および任意であるが湿度、エ
ンジン制御パラメータおよびＥＧＲシステム１２６を制
御するための作動条件等の現在の大気条件および作動条
件をモニタする制御論理を有している。エンジン１２０
の作動中、吸気は、高温排気ガスによりタービン部分１
７２で駆動されるＶＧＴ１４２の圧縮機部分１７０を通
る。圧縮された空気は、給気クーラ１７４（該クーラ
は、ラム空気１７６により冷却される空気対空気クーラ
が好ましい）に通される。給気はクーラ１７４を通って
ミキサ１６２（好ましくはパイプユニオン）に進み、こ
こで、現在のエンジン作動条件に基いて再循環排気ガス
と混合される。排気マニホルド１２４を通ってエンジン
１２０を出る排気ガスは、ＥＧＲ弁１３４を通り、ここ
で排気ガスの一部がＥＧＲクーラ１５０を通って選択的
に分流される。バイパス弁１３６は、分流された排気ガ
スの一部をクーラ１５０の回りに分流するように選択的
に作動され、再循環される排気ガスの温度を調節する。
ＥＧＲガスはＥＧＲ流センサ１３０および温度センサ１
３２を通って混合弁（ミキサ）１６２へと流れ、ここ
で、圧縮された給気と混合される。ＥＧＲ弁により分流
されなかった残りの排気ガスは、大気中に排出される前
に、ＶＧＴ１４２のタービン部分１７２に通される。Ｅ
ＧＲクーラ１５０は、エンジンクーラント回路１４４を
使用して、加熱された排気ガスを冷却する。エンジンク
ーラントは、冷却ファン１８４およびラジエータ１８６
により冷却される。
【００２４】前述のように、給気の一部または全部がＶ
ＧＴ１４２の圧縮機部分１７０から選択的に分流される
か、全く分流されないようにするため、給気クーラ（ch
argeair cooler：ＣＡＣ）１７４の上流側でエンジン１
２０の吸気側には１つ以上のバイパス弁を付加できる。
ＣＡＣバイパス弁（単一または複数）は、図３に関連し
て説明しかつ示したように、吸気マニホルド内の凝縮を
促進する大気条件および作動条件下で、ＥＧＲバイパス
弁１３６と同様に選択的に作動される。この戦略は、ミ
キサ１６２でＥＧＲの流れと混合した後の給気または混
合気の決定温度、見積り温度または予測温度に基いて行
なうことができる。
【００２５】図３は、ＥＧＲ凝縮を防止する本発明によ
るエンジン制御システムまたは方法の一実施形態の作動
を示すブロック図である。当業者には理解されようが、
図３のブロック図は、ハードウェア、ソフトウェアまた
はハードウェアとソフトウェアとの組合せにおいて実施
すなわち実行できる制御論理を示すものである。種々の
機能は、Detroit Diesel Corporation（Detroit、ミシ
ガン州）の製造に係るＤＤＥＣコントローラのようなプ
ログラムされたマイクロプロセッサにより行なうのが好
ましい。エンジン／車両の制御には、精緻な電気、電子
または集積回路により実施される１つ以上の機能を含め
ることができることはもちろんである。また、当業者な
らば理解されようが、この制御論理は、任意数の既知の
プログラミングおよび処理技術および戦略を用いて実施
でき、図３に示した順序すなわちシーケンスに限定され
るものではない。例えば、中断処理またはドリブン処理
でも、一般に、図示の純粋に連続的な戦略よりもむしろ
エンジンまたは車両の制御のようなリアルタイム制御用
途に使用される。同様に、本発明の目的、特徴および長
所を達成するのに、並列処理、マルチタスキングまたは
多織糸（multi-threaded）システムおよび方法を使用で
きる。本発明は、図示の制御論理の開発および／または
実施に使用される特定のプログラミング言語、作動シス
テム、プロセッサまたは回路とは無関係である。同様
に、特性のプログラミング言語および処理戦略に基い
て、種々の機能を実質的に同時に図示のシーケンスで行
なうか、異なるシーケンスで行なって本発明の特徴およ
び長所を達成することができる。図示の機能は、本発明
の精神または範囲を逸脱することなく変更できるし、或
る場合には省略することもできる。
【００２６】本発明の種々の実施形態では、図示の制御
論理は主としてソフトウェアで実施され、ＥＣＭ内のコ
ンピュータ読取り可能な記憶媒体に記憶される。当業者
には理解されようが、ＥＣＭ内に記憶された種々の制御
パラメータ、命令および較正情報は車両の所有者／オペ
レータにより選択的に変更でき、一方、他の情報は権限
を有するサービス業者または工場従業者に限定される。
コンピュータ読取り可能な記憶媒体はまた、車両の所有
者／オペレータのためのエンジン／車両作動情報および
メインテナンス／サービス業者のための診断情報を記憶
するのに使用できる。明示されてはいないが、種々のス
テップすなわち機能は、使用される処理形式に基いて反
復して遂行される。
【００２７】図３に示す本発明の代表的な実施形態で
は、ブロック２００に示すように、現在の大気条件が決
定またはモニタされる。大気条件は、用途に応じて、適
当なセンサを用いて決定、予測または推定される。ブロ
ック２００は、ブロック２０２に示すように、少なくと
も大気温度の決定を含むことが好ましい。ブロック２０
４に示すように相対湿度も決定され、これはブロック２
０６に示すようにセンサを用いて行なわれる。相対湿度
は、ブロック２０８に示すように所定値に設定すること
もできる。例えば、本発明は、湿度センサを必要としな
いで、例えば１００％の高い値の一定相対湿度を使用す
ることもでき、これは極めて伝統的な較正を意味する。
これは、吸気マニホルド内にＥＧＲ凝縮を生成すること
なく作動するための誤差の最大の保護または余裕を与え
る。もちろん、これより低い記憶された湿度値を使用し
て、ＥＧＲクーラおよび／または給気クーラをバイパス
させるか否かを決定できるが、低い湿度値は、或る大気
条件および作動条件下で幾分かの凝縮を生じさせる傾向
が高くなる。
【００２８】ブロック２１０に示すように、現在のエン
ジン作動条件がモニタされまたは決定される。これに
は、吸気マニホルド温度の決定（ブロック２１２）、エ
ンジン速度および負荷の決定（ブロック２１４）、吸気
マニホルド圧力の決定（ブロック２１６）、ＥＧＲ流の
決定（ブロック２１８）、空燃比の決定（ブロック２２
０）を含めることができる。ＥＧＲ流の決定（ブロック
２１８）および空燃比の決定（ブロック２２０）は、計
画値に基いて、または特定用途に基いて実際に検出した
値に基いて行なうことができる。ブロック２００および
２１０で決定された、それぞれ現在の大気条件および作
動条件は、次に、ブロック２２２に示すように、これら
の条件が吸気マニホルド内でのＥＧＲ凝縮にとって好適
なものであるか否かを決定するのに使用される。一実施
形態では、ブロック２２４に示すように、現在の大気条
件およびエンジン作動条件に基いて、ＥＧＲと給気との
混合気の露点が決定される。次に吸気マニホルド温度が
露点（または他の関連閾値）と比較され、ブロック２２
６に示すように、これらの条件が凝縮に好適であるか否
か、すなわち吸気マニホルド温度が露点の特定範囲（較
正可能および／または適合可能な範囲）内にあるか否か
を決定する。次に、ブロック２２８に示すように、凝縮
を低減させまたは防止するようにエンジンが制御され
る。エンジンの制御には、ブロック２３０に示すような
給気流の変更およびブロック２３２に示すようなＥＧＲ
流の変更の少なくとも一方を含めるのが好ましい。本発
明に従って、吸気マニホルド温度を上昇させる他の方法
を使用することもできる。図２に示す代表的な実施形態
では、ＥＧＲ流は、その一部または全部をＥＧＲクーラ
の回りに方向変換するか、全く方向変換しないようにす
る対応バイパス弁を用いて変更することができる。同様
に、給気流も、その温度を上昇させるように方向変換さ
れる。
【００２９】湿度センサを必要としない本発明の一実施
形態では、ＥＣＭは、ＥＧＲと給気との混合気の露点を
実際に計算または決定するのではなく、種々の大気条件
および作動条件での吸気マニホルド温度の閾値が母集団
となった少なくとも１つの記憶テーブルを有している。
これらの予め記憶された値は、次に、例えば現在の大気
温度、エンジン速度およびエンジン負荷に基いてアクセ
スすなわち検索される。現在の吸気マニホルド温度が閾
値より低い温度に低下した場合には、温度閾値は、ＥＧ
Ｒ流および／または給気流が変更された現在の吸気マニ
ホルド温度と比較される。ＥＧＲ流および／または給気
流は、その／それらの温度を上昇させて吸気マニホルド
温度を上昇させ、吸気マニホルド内のＥＧＲ凝縮を低減
させまたは無くすことが好ましい。一実施形態では、Ｅ
ＧＲ流は、該流れの一部または全部が対応するＥＧＲク
ーラをバイパスするように変更される。別の構成とし
て、またはこのことと組合せて、給気流も、その一部ま
たは全部が給気クーラをバイパスするように変更でき
る。当業者ならば、本発明に従って吸気マニホルド温度
を高めるのに、ＥＧＲ流および／または給気流を変更す
る他の方法を考えることができるであろう。例えば、給
気の一部を、給気クーラの上流側でターボチャージャ圧
縮機の吸入側に方向変換することもできる。
【００３０】上記のように、本発明は内燃機関の吸気マ
ニホルド内のＥＧＲ凝縮を低減させまたは無くすシステ
ムおよび方法を提供する。本発明の実施形態を例示しか
つ説明したが、これらの実施形態は本発明の可能性のあ
る全ての形態を例示しかつ説明するものではない。それ
どころか、本願明細書に使用された用語は制限的なもの
ではなく、かつ本発明の精神および範囲から逸脱するこ
となく種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるＥＧＲ凝縮を防止す
るための内燃機関制御システムまたは方法を示すブロッ
ク図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＥＧＲクーラバイパ
スおよび給気クーラバイパスを備えた圧縮点火エンジン
用の代表的ＥＧＲ回路を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＥＧＲ凝縮を防止す
るための内燃機関制御システムまたは方法の作動を示す
ブロック図である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/02 Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０Ｅ 45/00 ３０１ 45/00 ３０１Ｅ ３０１Ｆ ３６４ ３６４Ｅ ３６８ ３６８Ｆ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｄ ５７０Ｊ ５８０ ５８０Ｆ (72)発明者 ラヴィシャンカー ラママーシー アメリカ合衆国 ミシガン州 48141 イ ンクスター チェリー ヴァリー ドライ ヴ 139 アパートメント シー−23 (72)発明者 サミール バールガヴァ アメリカ合衆国 ミシガン州 48188 キ ャントン ストロベリー コート 41643 Ｆターム(参考） 3G062 AA01 DA02 EA10 EB04 EB06 ED02 ED04 ED08 FA02 FA05 FA06 FA11 GA02 GA06 GA08 GA11 GA12 3G084 AA01 BA04 BA08 BA20 DA27 EA02 EA11 FA02 FA06 FA11 FA12 FA18 FA33 FA37 3G092 AA02 AA17 AA18 BA02 DB03 EA08 FB06 HA04Z HA05Z HA11Z HA16Z HD07Z HE01Z HF15Z HF26Z 3G301 HA02 HA13 JB09 NA08 PA07Z PA10Z PA16Z PA17Z PD15Z PE01Z PF05Z PF06Z

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＥＧＲ回路を備えた多気筒内燃機関を、
    吸気マニホルド内のＥＧＲガスの凝縮を低減させまたは
    無くすように制御する方法であって、 現在の大気条件を決定するステップと、 少なくとも吸気マニホルド温度を含む現在のエンジン作
    動条件を決定するステップと、 現在の大気条件およびエンジン作動条件に基いて露点を
    決定するステップと、 吸気マニホルド温度と露点とを比較するステップと、 吸気マニホルド温度が露点の特定範囲内にあるときに凝
    縮を防止するようにエンジンを制御するステップと、を
    有する、 ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 現在の大気条件を決定するステップが、
    大気温度および湿度を決定することを含む、 請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 現在のエンジン作動条件を決定するステ
    ップが、エンジン速度、ターボブースト圧力、ＥＧＲ
    流、および空燃比を決定することを含む、 請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 エンジンを制御するステップが、吸気マ
    ニホルド温度を上昇させることを含む、 請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 エンジンを制御するステップが、ＥＧＲ
    流の少なくとも一部を、ＥＧＲクーラをバイパスさせる
    ように方向変換することを含むことを特徴とする請求項
    １記載の方法。
  6. 【請求項６】 エンジンを制御するステップが、給気の
    少なくとも一部を、給気クーラをバイパスさせるように
    方向変換することを含む、 請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 露点を決定するステップが、現在の大気
    温度と、湿度についての記憶された所定値とに基いて露
    点を決定する、 請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 露点の特定範囲は可適応範囲を含む、 請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 露点の特定範囲は、現在のエンジン作動
    条件に基いて決定される、 請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 現在のエンジン作動条件は、エンジン
    速度およびエンジン負荷を含む、 請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 ＥＧＲクーラを備えたＥＧＲ回路と、
    給気クーラを備えた給気回路とを有する多気筒圧縮点火
    内燃機関を制御する方法において、 現在の大気温度を決定するステップと、 現在のエンジン速度を決定するステップと、 現在のエンジン負荷を決定するステップと、 現在の吸気マニホルド圧力および吸気マニホルド温度を
    決定するステップと、 ＥＧＲ流を決定するステップと、 空燃比を決定するステップと、 現在の大気温度、エンジン速度、エンジン負荷、吸気マ
    ニホルド圧力、ＥＧＲ流および空燃比に基いて、ＥＧＲ
    凝縮の生成可能性を示す閾値を決定するステップと、 現在の吸気マニホルド温度と閾値とを比較するステップ
    と、 現在の吸気マニホルド温度が閾値と交差するときに、Ｅ
    ＧＲまたは給気の少なくとも一部を、それぞれ、ＥＧＲ
    クーラまたは給気クーラの回りに方向変換するステップ
    とを有する、 ことを特徴とする方法。
  12. 【請求項１２】 閾値を決定するステップが更に、相対
    湿度についての所定の固定値に基いて閾値を決定するこ
    とを含む、 請求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 吸気マニホルド圧力を決定するステッ
    プが、ターボブースト圧力を決定することを含む、 請求項１１に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 方向変換するステップが、ＥＧＲ流お
    よび給気流の両方を、それぞれ、ＥＧＲクーラおよび給
    気クーラの回りに方向変換することを含む、 請求項１１に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲク
    ーラを備えたＥＧＲ回路と、給気クーラを備えた給気回
    路とを有する多気筒圧縮点火式内燃機関を制御する方法
    において、 現在の大気温度、エンジン速度、エンジン負荷および吸
    気マニホルド温度を決定するステップと、 現在の大気温度、エンジン速度およびエンジン負荷に基
    いて、予め記憶されている吸気マニホルド温度の閾値を
    検索するステップと、 現在の吸気マニホルド温度と、検索した吸気マニホルド
    温度の閾値とを比較するステップと、 閾値より小さい現在の吸気マニホルド温度に基いて、Ｅ
    ＧＲ流または給気流を変更するステップとを有する、 特徴とする方法。
  16. 【請求項１６】 変更するステップが、ＥＧＲ流または
    給気流の温度を上昇させて吸気マニホルド温度を上昇さ
    せることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 ＥＧＲ回路を備えた多気筒内燃機関を
    制御してＥＧＲガスの凝縮を低減させまたは無くするよ
    うに、コンピュータにより実行できる命令を表す記憶さ
    れたデータを有するコンピュータ読取り可能な記憶媒体
    において、 現在の大気条件を決定する命令と、 少なくとも吸気マニホルド温度を含む現在のエンジン作
    動条件を決定する命令と、 現在の大気条件およびエンジン作動条件に基いて露点を
    決定する命令と、 吸気マニホルド温度と露点とを比較する命令と、 吸気マニホルド温度が露点の特定範囲内にあるときに凝
    縮を防止するようにエンジンを制御する命令とを有す
    る、 ことを特徴とするコンピュータ読取り可能な記憶媒体。
  18. 【請求項１８】 現在の大気条件を決定する命令が、大
    気温度および湿度を決定することを含むこと、 請求項１７に記載のコンピュータ読取り可能な記憶媒
    体。
  19. 【請求項１９】 現在のエンジン作動条件を決定する命
    令が、エンジン速度、ターボブースト圧力、ＥＧＲ流、
    および空燃比を決定する命令を含む、 請求項１７に記載のコンピュータ読取り可能な記憶媒
    体。
  20. 【請求項２０】 エンジンを制御する命令が、吸気マニ
    ホルド温度を上昇させる命令を含む、 請求項１７に記載のコンピュータ読取り可能な記憶媒
    体。
  21. 【請求項２１】 エンジンを制御する命令が、ＥＧＲ流
    の少なくとも一部を、ＥＧＲクーラをバイパスさせるよ
    うに方向変換する命令を含む、 請求項１７に記載のコンピュータ読取り可能な記憶媒
    体。
  22. 【請求項２２】 エンジンを制御する命令が、給気の少
    なくとも一部を、給気クーラをバイパスさせるように方
    向変換する命令を含む、 請求項１７に記載のコンピュータ読取り可能な記憶媒
    体。
  23. 【請求項２３】 露点を決定する命令が、現在の大気温
    度と、湿度についての記憶された所定値とに基いて露点
    を決定する命令を含む、 請求項１７に記載のコンピュータ読取り可能な記憶媒
    体。
  24. 【請求項２４】 露点の特定範囲は可適応範囲を含む、 請求項１７に記載のコンピュータ読取り可能な記憶媒
    体。
  25. 【請求項２５】 露点の特定範囲は、現在のエンジン作
    動条件に基いて決定される、 請求項１７に記載のコンピュータ読取り可能な記憶媒
    体。
  26. 【請求項２６】 現在のエンジン作動条件は、エンジン
    速度およびエンジン負荷を含む、 請求項２５に記載のコンピュータ読取り可能な記憶媒
    体。
  27. 【請求項２７】 吸気マニホルドの上流側で給気と混合
    させるように排気ガスを再循環させるＥＧＲ回路と、給
    気を圧縮する圧縮機をもつターボチャージャおよび該タ
    ーボチャージャ圧縮機の下流側に配置された給気クーラ
    を備えた給気回路とを有する内燃機関の吸気マニホルド
    内のＥＧＲ凝縮を低減させまたは無くすシステムにおい
    て、 給気クーラの上流側かつターボチャージャ圧縮機の下流
    側で給気回路内に配置されたバイパス弁を有し、該バイ
    パス弁は、命令信号に応答して給気の少なくとも一部
    を、再循環された排気ガスと混合される前に選択的に分
    流して給気温度を上昇させ、 バイパス弁に接続されたコントローラを更に有し、該コ
    ントローラは、現在の大気条件およびエンジン作動条件
    をモニタして、現在の大気条件およびエンジン作動条件
    が凝縮にとって好適であるときは命令信号を発生する、 ことを特徴とするシステム。
  28. 【請求項２８】 ＥＧＲ回路は、再循環される排気ガス
    が給気と混合する前に該排気ガスを冷却するＥＧＲクー
    ラを備え、 ＥＧＲクーラの上流側のＥＧＲ回路内に配置されたバイ
    パス弁を更に有し、該バイパス弁は、コントローラから
    の命令信号に応答して、再循環される排気ガスの少なく
    とも一部を選択的に分流して、再循環される排気ガスが
    給気と混合される前に該排気ガスの温度を上昇させる、 請求項２７に記載のシステム。
  29. 【請求項２９】 バイパス弁は、給気の一部を、ターボ
    チャージャ圧縮機から該圧縮機の吸入側に選択的に分流
    する、 請求項２７に記載のシステム。
  30. 【請求項３０】 コントローラは、現在のエンジン速
    度、エンジン負荷および大気温度を用いて、予め記憶さ
    れている閾値を検索し、かつ該閾値と現在の吸気マニホ
    ルド温度とを比較して、条件が凝縮に好適であるか否か
    を決定する、 請求項２７に記載のシステム。
  31. 【請求項３１】 コントローラは、再循環された排気ガ
    スと給気との混合気の露点を計算し、かつ該露点と現在
    の吸気マニホルド温度とを比較して、条件が凝縮に好適
    であるか否かを決定する、 請求項２７に記載のシステム。
  32. 【請求項３２】 吸気マニホルドの上流側で給気と混合
    させるように排気ガスを再循環させるＥＧＲ回路と、給
    気を圧縮する圧縮機をもつターボチャージャおよび該タ
    ーボチャージャ圧縮機の下流側に配置された給気クーラ
    を備えた給気回路とを有する内燃機関の吸気マニホルド
    内のＥＧＲ凝縮を低減させまたは無くすシステムにおい
    て、 命令信号に応答して、給気と再循環される排気ガスとが
    混合される前に給気の温度を選択的に上昇させる手段
    と、 該手段に接続されたコントローラを更に有し、該コント
    ローラは、現在の大気条件およびエンジン作動条件をモ
    ニタして、現在の大気条件およびエンジン作動条件が凝
    縮にとって好適であるときは命令信号を発生する、 ことを特徴とするシステム。
  33. 【請求項３３】 命令信号に応答して、再循環される排
    気ガスの温度を選択的に上昇させる手段を更に有し、該
    手段がコントローラに接続されている、 請求項３２に記載のシステム。
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