JP2014208986A - 内燃機関の排気還流制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】排気還流装置内でのデポジットの生成過程における水分の関与を明らかにするとともに、実際のデポジットの生成過程に即した適切なタイミングでその生成を抑制する制御を行うことができる内燃機関の排気還流制御装置を提供すること。【解決手段】排気還流制御装置は、排気の一部を還流するEGR機構と、EGR機構内の壁温を取得する温度取得手段と、壁温を上昇させる昇温制御を行う昇温制御手段と、を備える。昇温制御手段は、壁温がEGR機構内における凝縮水の発生と関連付けられた凝縮水連続発生上限温度Td以上でありかつEGR機構内における凝縮水の蒸発と関連付けられた凝縮水完全乾燥温度Teより低いと判定された場合に昇温制御を行う。【選択図】図5
Description
本発明は、内燃機関の排気還流制御装置に関する。より詳しくは、内燃機関の排気の一部を吸気に還流する還流装置内におけるデポジットの堆積を抑制する排気還流制御装置に関する。
内燃機関の排気中のNOxを低減したり燃費を向上したりする技術として、排気の一部を取り出し吸気に再び導入する排気再循環(Exhaust Gas Recirculation)が知られている。この排気再循環を行う装置は、排気還流装置と呼称され、排気系と吸気系とを接続するEGR管、このEGR管を開閉するEGR弁、及びEGR管内のガスを冷却するEGRクーラなどで構成される。
排気還流装置によって排気を還流すると、排気中に含まれる粒子状物質や未燃炭化水素などの成分が装置内で固形状に堆積する場合がある。以下では、このような排気還流装置内における堆積物を総称してデポジットという。デポジットが装置内に過剰に堆積すると、EGR管内のガスの流れが悪化したり、EGR弁のシール性能が低下したりする場合がある。また、デポジットは粘性があるため、EGR弁の制御性が悪化する場合もある。このため、排気還流装置内におけるデポジットの堆積を抑制するための様々な技術が提案されている(特許文献1及び2参照)。
特許文献1の技術は、EGR管を流れる排気の温度がデポジットの生成と相関があることに着目したものである。より具体的には、特許文献1の技術では、約110℃以下をデポジット生成領域と定義し、排気の温度がこのデポジット生成領域内である場合には、排気の温度をデポジット生成領域より高くすることにより、デポジットの生成を抑制している。
特許文献2の技術は、排気の温度だけでなく排気の可溶有機分濃度もデポジットの生成と相関があることに着目したものである。より具体的には、特許文献2の技術では、排気の温度と可溶有機分濃度に基づいてデポジットが堆積するか否かを判定している。
以上の2つの技術は、何れもその時の排気の温度がデポジットの生成に最も相関があるものとしてなされたものである。上述のように実際に排気還流装置において生成されるデポジットは粘性があることから、その生成には排気中の水分が何等かの影響を及ぼしているものと考えられる。しかしながら、このような水分の存在とデポジットの生成との相関はこれまで十分に検討されておらず、したがって従来の排気還流装置のデポジット抑制技術では精度良くデポジットの生成を抑制できているとはいえない。すなわち、従来の技術では、実際のデポジットの生成領域を正しく判定できておらず、したがって適切なタイミングでデポジットの生成を抑制する制御を行うことはできない。
本発明は、排気還流装置内でのデポジットの生成過程における水分の関与を明らかにするとともに、実際のデポジットの生成過程に即した適切なタイミングでその生成を抑制する制御を行うことができる内燃機関の排気還流制御装置を提供することを目的とする。
(1)本発明の内燃機関(例えば、後述のエンジン1)の排気還流制御装置は、内燃機関の排気通路(例えば、後述の排気管4)から吸気通路(例えば、後述の吸気管3)へ排気の一部を還流する還流装置(例えば、後述のEGR機構6)と、前記還流装置の還流装置温度(例えば、後述の壁温)を取得する温度取得手段(例えば、後述の水温センサ82、及びECU7)と、前記還流装置温度を上昇させる昇温制御(例えば、後述の図13のS134)を行う昇温制御手段(例えば、後述のECU7)と、前記還流装置温度が前記還流装置内における凝縮水の発生と関連付けられた第1温度(例えば、後述の凝縮水連続発生上限温度Td)以上でありかつ前記還流装置内における凝縮水の蒸発と関連付けられた第2温度(例えば、後述の凝縮水完全乾燥温度Te)以下であるか否かを判定する装置温度判定手段(例えば、後述の図13のS133の処理の実行に係る手段、及びECU7等)とを備える。前記昇温制御手段は、前記判定手段によって前記還流装置温度が前記第1温度以上かつ前記第2温度以下であると判定された場合に前記昇温制御を行う。
(2)この場合、前記第1温度は、前記還流装置内において凝縮水が継続的に発生する温度の上限に相当し、前記第2温度は、前記還流装置内の凝縮水が全て蒸発する温度の下限に相当ことが好ましい。この場合、前記還流装置温度が前記第1温度以上でありかつ前記第2温度以下であるとき、前記還流装置内の凝縮水は蒸発し減少する。
(3)この場合、前記排気還流制御装置は、前記機関が始動されたことに応じて、当該機関の代表温度である機関温度(例えば、後述の水温)を上昇させる暖機制御(例えば、後述の図9のS95)を開始する暖機制御手段(例えば、後述のECU7)をさらに備え、前記還流装置は、前記機関温度が所定温度(例えば、後述の暖機完了温度Twarm)を超えることを開始条件の1つとし、当該開始条件が満たされたことに応じて排気の還流を開始し、前記昇温制御手段は、前記還流装置による排気の還流を開始した後に前記昇温制御を行うことが好ましい。
(4)この場合、前記還流装置温度が前記第1温度を超えてから、その後前記第1温度を下回るまで前記還流装置内には凝縮水は存在しないと判定する凝縮水判定手段(例えば、後述図11のS116〜S120の実行に係る手段、及びECU7等)をさらに備え、前記昇温制御手段は、前記凝縮水判定手段により凝縮水が存在しないと判定されている間(図13のS132の処理においてNOと判定されている間)は前記昇温制御を行わないことが好ましい。
(1)本願発明者によれば、還流装置内におけるデポジットの生成には、還流装置の管路内で冷却された排気によって発生する凝縮水の存在とその蒸発の過程が関与することが明らかになった。より詳しくは、本願発明者によれば、このデポジットの堆積量は、一旦生じた凝縮水が還流装置内において乾燥して無くなるまでにかかった時間が長くなるほど増加することが明らかになった(後述の試験1、2参照)。このような新たな知見に基づき、本発明では、還流装置を流れる排気の温度ではなく還流装置自体の温度である還流装置温度を取得し、この還流装置温度が凝縮水の発生と関連付けられた第1温度以上でありかつ凝縮水の蒸発と関連付けられた第2温度以下であるか否かを判定し、還流装置温度がこれら第1〜第2温度の範囲内のデポジットの生成が促進される温度域内であると判定された場合に昇温制御を行う。
第1に、本発明によれば、排気の温度よりも還流装置内における凝縮水の発生や蒸発に相関の強い還流装置温度を引数として昇温制御の実行を判断することにより、排気の温度を引数として昇温制御の実行を判断する従来場合よりも確実にデポジットの生成を抑制できる。第2に、本発明によれば、還流装置温度が凝縮水の発生と関連のある第1温度以上でありかつ凝縮水の蒸発と関連のある第2温度以下である場合に昇温制御を行うことにより、還流装置内で生成された凝縮水を速やかに乾燥させることができるので、デポジットの堆積量を抑制できる。
(2)本発明では、第1温度を還流装置内において凝縮水が継続的に発生する温度の上限とし、第2温度をその凝縮水が全て蒸発する温度の下限とする。すなわち、還流装置温度がこれら第1温度から第2温度の間にある場合、還流装置内ではそれまでに発生していた凝縮水が徐々に蒸発すると考えられる。本発明では、このような第1〜第2温度領域内で昇温制御を行うことにより、還流装置内の凝縮水が蒸発して無くなるまでにかかる時間を短くし、ひいてはデポジットの堆積を抑制できる。
(3)上述のように、デポジットは、生成された凝縮水が蒸発する過程で生成されることが明らかとなった。すなわち、還流装置内の温度がどのように変化しようが、凝縮水が存在しない限りデポジットは生成されない。そこで本発明では、還流装置温度が第2温度を超えた後、すなわち還流装置内の全ての凝縮水が蒸発した後は、その後第1温度を下回るまで還流装置内には凝縮水が存在しないと判定する。そして、凝縮水が存在しないと判定されている間は、昇温制御を行わない。これにより、凝縮水が存在せず、デポジットが生成されない環境下で必要以上に昇温制御を実行することによる燃費の悪化を防止できる。
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関(以下、「エンジン」という)1及びその排気還流制御装置の構成を示す図である。
図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関(以下、「エンジン」という)1及びその排気還流制御装置の構成を示す図である。
エンジン1には、吸気が流れる吸気管3と、排気が流れる排気管4と、排気の圧力を利用して吸気を圧送する過給機5と、排気管4内の排気の一部をEGRガスとして吸気管3に還流するEGR機構6と、これらの電子制御ユニット(以下、「ECU(Electronic Control Unit」という)7と、が設けられている。
エンジン1は、軽油を燃料とし、これを圧縮着火によって燃焼するディーゼルエンジンであるが、本発明はこれに限らない。エンジン1には、図示しない燃料ポンプを介して供給された燃料を、シリンダ内に直接噴射する燃料噴射弁11が設けられている。燃料噴射弁11は、図示しないドライバを介してECU7に接続されている。燃料噴射弁11の開弁時期及び開弁時間、すなわち燃料噴射時期及び燃料噴射量は、ECU7における後述の燃料噴射制御によって制御される。
過給機5は、排気管4に設けられたタービン51と、吸気管3に設けられたコンプレッサ52と、を備える。タービン51は、排気管4を流れる排気の運動エネルギーによって駆動される。コンプレッサ52は、タービン51によって回転駆動され、吸気管3内の吸気をエンジン1へ圧送する。
吸気管3には、上流側から下流側へ向かって順に、過給機5のコンプレッサ52と、スロットル弁32とが設けられている。スロットル弁32は、エンジン1に供給される空気の量(以下、「吸気量」という)を制御する。スロットル弁32は、図示しないドライバを介してECU7に接続されている。すなわち、このスロットル弁32は、運転車が操作するアクセルペダル(図示せず)と機械的な接続が絶たれたいわゆるDBW(Drive By Wire)スロットルと呼称されるものである。スロットル弁32の開度、すなわち吸気流量は、ECU7における後述の吸気量制御によって制御される。
排気管4には、上流側から下流側へ向かって順に、過給機5のタービン51と、排気を浄化する排気浄化触媒41とが設けられている。
EGR機構6は、排気管4のうちタービン51より上流側と吸気管3のうちコンプレッサ52より下流側とを連通するEGR管61と、EGR管61内のEGRガスの流路を開閉するEGR弁62と、EGRガスを冷却するEGRクーラ63と、を含んで構成される。
EGR弁62は、EGR管61内に設けられ、EGRガスの流路を開閉する弁体621と、この弁体621を進退させるソレノイドアクチュエータ622と、を含んで構成される。このソレノイドアクチュエータ622は、図示しないドライバを介してECU7に接続されている。弁体621のリフト量、すなわちEGR管61を介して還流されるEGRガスの量(以下、「EGR量」という)は、ECU7における図示しない吸気量制御によって制御される。
ECU7は、エンジン1及びEGR機構2に設けられた各種装置を制御する電子制御ユニットであり、CPU、ROM、RAM、及び各種インターフェースなどの電子回路を含んで構成される。ECU7には、エンジン1の状態及びEGR機構2の状態等を把握するため、複数のセンサ81〜86が接続されている。
吸気温度センサ81は、吸気管3のうち過給機5のコンプレッサ52より上流側の吸気の温度に略比例した検出信号をECU7に出力する。なお、吸気管3のうちコンプレッサ52より上流側は、ほぼ大気圧と等しい。
水温センサ82は、エンジン1のシリンダブロックに形成された冷却水路(図示せず)内を流れる冷却水の温度(以下、単に「水温」という)に略比例した検出信号をECU7に出力する。ECU7では、水温センサ82によって検出された水温をエンジン1の代表温度とするが、これに限るものではない。
アクセルペダルセンサ83は、運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み量を検出し、これに応じた検出信号をECU7に出力する。
アクセルペダルセンサ83は、運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み量を検出し、これに応じた検出信号をECU7に出力する。
クランク角センサ84は、エンジン1の図示しないクランクシャフトの回転に応じて所定のクランク角ごとにパルス信号をECU7へ出力する。ECU7では、クランク角センサの出力に基づいて実際のエンジン1の回転数が把握される。
LAFセンサ85は、排気管4のうち排気浄化触媒41より上流側に設けられ、排気の酸素濃度(空燃比)に略比例した検出信号をECU7へ出力する。
エアフローメータ86は、吸気管3のうち過給機5のコンプレッサ52より上流側の吸気の流量に略比例した検出信号をECU7へ出力する。
エアフローメータ86は、吸気管3のうち過給機5のコンプレッサ52より上流側の吸気の流量に略比例した検出信号をECU7へ出力する。
イグニッションスイッチIGは、運転者が操作可能な位置に設けられている。イグニッションスイッチIGは、OFFの状態からONにされると、エンジン1の始動を要求する始動要求信号をECU7へ出力する。また、イグニッションスイッチIGは、ONの状態からOFFにされると、エンジン1の停止を要求する停止要求信号をECU7へ出力する。
警告灯MIは、運転者から視認可能な位置に設けられている。警告灯MIは、ECU7から送信される制御信号に基づいて点灯し、所定の処理を実行中であることを運転者に報知する。
ECU7では、以上のような複数のセンサ81〜86の出力に基づいて、以下のような吸気量制御及び燃料噴射制御を実行する。
吸気量制御部71は、エンジン回転数、アクセルペダルの踏み込み量、及び車速等に基づいて予め定められたマップを検索することによってエンジン1の要求出力を算出する。吸気量制御部71は、エンジン回転数、吸気流量、吸気温度、要求出力、及び燃料噴射制御部72において算出された燃料噴射量等に基づいて予め定められたマップを検索することによってエンジン1への吸気量の目標となる目標吸気量、及びEGR量の目標となる目標EGR量を算出する。さらに吸気量制御部71は、算出した目標吸気量及び目標EGR量に基づいて、予め定められたマップを検索することによってスロットル弁の開度の目標となる目標スロットル開度及びEGR弁の開度の目標となる目標EGR開度を算出し、これが実現されるようにスロットル弁32及びEGR弁62に対する制御入力を決定し、各々のドライバへ入力する。このように最終的にスロットル弁32及びEGR弁62に対する制御入力を決定するために吸気量制御部71において用いられる複数のマップは、燃費や排気浄化触媒による浄化性能の向上に重点を置いて定められる。以下では、このようなマップに基づく吸気量制御を通常吸気量制御という。
燃料噴射制御部72は、エンジン回転数、吸気流量、吸気温度、及び水温等に基づいて予め定められたマップを検索することによって燃料噴射量及び燃料噴射時期に対する基本値を算出する。さらに燃料噴射制御部72は、決定した基本値に、LAFセンサの出力に基づいて算出された補正係数を加算又は乗算することによって燃料噴射量及び燃料噴射時期を算出し、これが実現するように燃料噴射弁11に対する制御入力を決定し、そのドライバへ入力する。このように最終的に燃料噴射弁11に対する制御入力を決定するために燃料噴射制御部72において用いられる複数のマップは、燃費や排気浄化触媒による浄化性能の向上に重点を置いて定められる。以下では、このように予め定められたマップに基づく燃料噴射制御を通常噴射制御という。
次に、EGR機構2内におけるデポジットの生成過程及び分解過程等を明らかにするために行った試験とその結果について説明する。
<試験1>
実際にEGR機構内に堆積するデポジットは粘性がある。このため、デポジットの生成過程には、EGR機構内に存在する水分が何等かの影響を及ぼしていると考えられる。また、長時間にわたって車両を停止させた後にエンジンを始動した場合、EGR機構の温度は、ほぼ外気と等しくなっている。このようにEGR機構の配管や弁の温度が低い状態でエンジンの排気を導入すると、排気に含まれる水蒸気が配管内で冷却されることによって凝縮水が発生する。したがって、凝縮水がデポジットの生成に影響を及ぼしていると考えられる。
実際にEGR機構内に堆積するデポジットは粘性がある。このため、デポジットの生成過程には、EGR機構内に存在する水分が何等かの影響を及ぼしていると考えられる。また、長時間にわたって車両を停止させた後にエンジンを始動した場合、EGR機構の温度は、ほぼ外気と等しくなっている。このようにEGR機構の配管や弁の温度が低い状態でエンジンの排気を導入すると、排気に含まれる水蒸気が配管内で冷却されることによって凝縮水が発生する。したがって、凝縮水がデポジットの生成に影響を及ぼしていると考えられる。
試験1及び試験2では、特にエンジン始動直後に発生しやすい凝縮水がデポジットの生成に及ぼす影響について検証した。より具体的には、試験1では、冷え切った状態の実際の車両のエンジンを始動した後、EGR機構内に発生した凝縮水が乾燥して無くなった後のEGR弁の座面への貼り付き荷重を測定した。特にこの試験1では、始動時のエンジンの燃料噴射量や吸気量を調整することによって、エンジンからの排熱で昇温するEGR機構の昇温速度、すなわち凝縮水の乾燥速度を3段階に分け、それぞれの場合におけるEGR弁の貼り付き荷重を測定した。
図2は、試験1の結果を示す図である。図2において、横軸は凝縮水の乾燥にかかった時間[sec]であり、縦軸はEGR弁の貼り付き荷重[kgf]である。
図2に示すように、エンジンの始動直後に発生する凝縮水の乾燥時間が長くなるほど貼り付き荷重が増加する。乾燥時間が約280秒であった場合、EGR弁及びその周囲には、タール(デポジット)が付着することによる光沢が目視で確認された。これに対し、乾燥時間が約30秒程度であった場合、EGR弁及びその周囲にはタールが全く付着しておらず、光沢も確認されなかった。したがって、貼り付き荷重がデポジットの堆積量に比例すると仮定すれば、図2の結果から、デポジットの堆積量はEGR機構内に生成された凝縮水の乾燥にかかった時間にほぼ比例することが検証された。
図2に示すように、エンジンの始動直後に発生する凝縮水の乾燥時間が長くなるほど貼り付き荷重が増加する。乾燥時間が約280秒であった場合、EGR弁及びその周囲には、タール(デポジット)が付着することによる光沢が目視で確認された。これに対し、乾燥時間が約30秒程度であった場合、EGR弁及びその周囲にはタールが全く付着しておらず、光沢も確認されなかった。したがって、貼り付き荷重がデポジットの堆積量に比例すると仮定すれば、図2の結果から、デポジットの堆積量はEGR機構内に生成された凝縮水の乾燥にかかった時間にほぼ比例することが検証された。
<試験2>
上記試験1では、冷え切った状態の車両のエンジンを始動した後、発生した凝縮水が乾燥するまでエンジンを始動し続けた。これに対し試験2では、低温環境下で冷え切った状態の車両のエンジンを始動した後、断続的にエンジンの停止及び始動を繰り返すことにより、EGR機構のうちEGRガスが直に接触する特定箇所の温度(以下、「壁温」という)が所定の上限温度を超えないようにした。特に試験2では、EGR機構の壁温に対する上限温度を、EGR機構内で連続的に凝縮水が発生し、かつ発生した凝縮水が乾燥しないような温度(例えば、40℃)とした。
上記試験1では、冷え切った状態の車両のエンジンを始動した後、発生した凝縮水が乾燥するまでエンジンを始動し続けた。これに対し試験2では、低温環境下で冷え切った状態の車両のエンジンを始動した後、断続的にエンジンの停止及び始動を繰り返すことにより、EGR機構のうちEGRガスが直に接触する特定箇所の温度(以下、「壁温」という)が所定の上限温度を超えないようにした。特に試験2では、EGR機構の壁温に対する上限温度を、EGR機構内で連続的に凝縮水が発生し、かつ発生した凝縮水が乾燥しないような温度(例えば、40℃)とした。
図3は、試験2の手順を模式的に示す図である。図3において横軸は時間[sec]であり、縦軸はEGR機構内の壁温[℃]である。
図3で模式的に示すように、試験2では、EGR機構も含めて車両全体が冷え切った状態からエンジンを始動し、その後所定のアイドル時間にわたってアイドル運転を行ってからエンジンを停止し、所定のソーク時間にわたって車両を放置した後、再びエンジンを始動する。試験2では、EGR機構内の壁温が所定の上限温度を超えないように、所定のアイドル時間にわたるアイドル運転と所定のソーク時間にわたる車両の放置とを繰り返し行った。なお、実際の車両では、エンジンを始動した直後はエンジンの暖機制御を行い、この暖機制御によって水温がある程度上昇してからEGRガスの導入(EGR弁の開弁)を開始する。したがって、実際の試験では、図3で模式的に示すものとは異なり、エンジンの始動を開始してから、EGR機構内の温度が上昇し始めるまでの間に数秒程度の遅れが生じる。
図3で模式的に示すように、試験2では、EGR機構も含めて車両全体が冷え切った状態からエンジンを始動し、その後所定のアイドル時間にわたってアイドル運転を行ってからエンジンを停止し、所定のソーク時間にわたって車両を放置した後、再びエンジンを始動する。試験2では、EGR機構内の壁温が所定の上限温度を超えないように、所定のアイドル時間にわたるアイドル運転と所定のソーク時間にわたる車両の放置とを繰り返し行った。なお、実際の車両では、エンジンを始動した直後はエンジンの暖機制御を行い、この暖機制御によって水温がある程度上昇してからEGRガスの導入(EGR弁の開弁)を開始する。したがって、実際の試験では、図3で模式的に示すものとは異なり、エンジンの始動を開始してから、EGR機構内の温度が上昇し始めるまでの間に数秒程度の遅れが生じる。
試験2では、外気温度=1℃、試験開始時の水温=3℃、アイドル時間=1分、ソーク時間=2分の条件下で、アイドル運転と車両の放置とを繰り返し行った。
図4は、試験2の結果を示す図である。より具体的には、図4は、試験2が終わった後のEGR機構内のEGR弁近傍を示す図である。図4に示すように、試験2後のEGR機構内には凝縮水が残留していた。また、凝縮水を透かしてEGR弁の金属表面を目視で確認でき、したがってデポジットの生成は確認できなかった。したがって試験2の結果によれば、凝縮水が沢山発生しても、発生した凝縮水が乾燥しなければデポジットも発生しないことが検証された。すなわち、凝縮水が多く発生したからといってそれだけ多くのデポジットが堆積するとは限らないといえる。
図4は、試験2の結果を示す図である。より具体的には、図4は、試験2が終わった後のEGR機構内のEGR弁近傍を示す図である。図4に示すように、試験2後のEGR機構内には凝縮水が残留していた。また、凝縮水を透かしてEGR弁の金属表面を目視で確認でき、したがってデポジットの生成は確認できなかった。したがって試験2の結果によれば、凝縮水が沢山発生しても、発生した凝縮水が乾燥しなければデポジットも発生しないことが検証された。すなわち、凝縮水が多く発生したからといってそれだけ多くのデポジットが堆積するとは限らないといえる。
図5は、上記試験1,2の結果から導かれるデポジット生成促進温度域の概念を説明するための図である。
図5において、横軸はエンジンを始動してから経過した時間[s]であり、縦軸はEGR機構内の壁温[℃]である。
図5において、横軸はエンジンを始動してから経過した時間[s]であり、縦軸はEGR機構内の壁温[℃]である。
試験1の結果によれば、EGR機構内に発生した凝縮水が乾燥するのにかかった時間が長くなるほど、デポジットの堆積量は増加する。また、試験2の結果によれば、EGR機構内に発生した凝縮水の量はデポジットの堆積量と無関係であり、かつ壁温が凝縮水が蒸発し始める温度を超えない限りデポジットが堆積することはない。これらより、デポジットの堆積量は、一旦生じた凝縮水がEGR機構内において乾燥して無くなるまでにかかった時間が長くなるほど増加するものと考えられる。すなわち、EGR機構内において乾燥過程にある凝縮水では、排気中の粒子状物質や未燃炭化水素などの成分の溶解吸収が促進され、これによってデポジットの堆積が促進されるものと考えられる。
以上より、図5に示すように、EGR機構内の壁温に対して、凝縮水の発生と関連付けられた温度Tdから凝縮水の蒸発と関連付けられた温度Teまでの間をデポジット生成促進温度域と定義すると、デポジットの堆積量は、EGR機構内に凝縮水が生じた状態でデポジット生成促進温度域を通過した時間に比例すると考えられる。デポジット生成促進温度域の下限、すなわち図5の温度Tdは、EGR機構内において排気が冷却されることによって排気中の水蒸気から凝縮水が連続的に生成され、かつ発生した凝縮水が蒸発しない壁温の上限に相当し、以下では凝縮水連続発生上限温度という。また、デポジット生成促進温度域の上限、すなわち温度Teは、EGR機構内の凝縮水が全て蒸発し、壁面の乾燥状態が常に保たれるような壁温の下限に相当し、以下では凝縮水完全乾燥温度という。したがって、壁温が凝縮水連続発生上限温度以上でありかつ凝縮水完全乾燥温度以下であるとき、EGR機構内に凝縮水が存在していた場合これは蒸発し減少する傾向がある。なお、凝縮水連続発生上限温度は、例えば40℃であり、凝縮水完全乾燥温度は、例えば100℃である。
エンジンの始動後、破線51で示すような態様でEGR機構内の壁温が昇温された場合と、実線52で示すような態様で壁温が昇温された場合とを比較すると、実線52の態様で壁温が昇温された場合の方が、デポジット生成促進温度域を通過する時間が短いので、デポジットの堆積量は少ないと考えられる。したがって、本実施形態では、凝縮水が存在した状態で壁温がデポジット生成促進温度域内にある場合には、壁温を上昇させる昇温制御を行うことによってデポジット生成促進温度域を速やかに通過させ、デポジットの生成及び堆積を抑制する。
また、一旦、壁温が凝縮水完全乾燥温度Teを超えた場合、その後、壁温が凝縮水連続発生上限温度Tdを下回らない限り、EGR機構内には凝縮水はほとんど生成されないと考えられる。したがって、一点鎖線53で示すように、壁温が凝縮水完全乾燥温度Teより高い状態から低下し、デポジット生成促進温度域に入った場合、その後、壁温が凝縮水連続発生上限温度を下回らない限り凝縮水が発生することはないので、デポジット生成促進温度域を速やかに通過させるための壁温の昇温は不要である。
<試験3>
試験3では、実際にEGR機構内に生成されたデポジットを採取し、これを加熱することによってデポジットが熱分解される過程を検証した。
図6は、試験3の結果であって、デポジットを加熱した場合の外観の変化を示す図である。図6には、左側から順に、(a)常温時、(b)100℃以上に加熱した時、(c)150℃以上に加熱した時のデポジットの外観を示す。
実際のデポジットは、EGR機構内において漆のように壁面に貼り付いている。図6の(a)は、壁面に貼り付いたデポジットをへらで削ぎ落として採取したものである。したがって、図6の(a)に示すように常温では削ぎ落とした際に生じた角が確認される。
試験3では、実際にEGR機構内に生成されたデポジットを採取し、これを加熱することによってデポジットが熱分解される過程を検証した。
図6は、試験3の結果であって、デポジットを加熱した場合の外観の変化を示す図である。図6には、左側から順に、(a)常温時、(b)100℃以上に加熱した時、(c)150℃以上に加熱した時のデポジットの外観を示す。
実際のデポジットは、EGR機構内において漆のように壁面に貼り付いている。図6の(a)は、壁面に貼り付いたデポジットをへらで削ぎ落として採取したものである。したがって、図6の(a)に示すように常温では削ぎ落とした際に生じた角が確認される。
図6の(b)に示すように、削ぎ落としたデポジットを100℃以上まで加熱すると、デポジットに含まれていた水分が蒸発し角が取れて丸くなる。すなわち、デポジットは、加熱すると軟化し冷却すると再び固化する熱可塑性を有する。
図6の(c)に示すように、さらに150℃以上まで加熱すると、水分だけでなく有機成分も飛び、ほぼ粉末状になるまで小さくなる。これは実際の車両に置き換えれば、堆積していたデポジットが熱分解され、ほぼ完全に除去された状態であるといえる。
図6の(c)に示すように、さらに150℃以上まで加熱すると、水分だけでなく有機成分も飛び、ほぼ粉末状になるまで小さくなる。これは実際の車両に置き換えれば、堆積していたデポジットが熱分解され、ほぼ完全に除去された状態であるといえる。
試験3では、以上のようにデポジットを加熱した際に放出されるガスの成分及びその発生量を、昇温脱離分析法及びガスクロマトグラフィーによって詳細に特定した。
図7は、試験3の結果であって、デポジットを加熱した際に放出される成分とその瞬間発生量[ppm/s]の変化を示す図であり、図8は総発生量[ppm]の変化を示す図である。
図7に示すように、常温からデポジットを加熱し始めると、ほぼ100℃において水の瞬間発生量がピークを迎え、デポジットの軟化が開始する。ただし、100℃程度ではデポジットからは水しか抜けていないため、この温度から常温に戻ると再び固化してしまう。すなわち、100℃程度ではデポジットを除去できない。100℃からさらに加熱すると、約150℃からCO2、低分子有機ガス、酢酸、クレゾール、アセトン、C8H10、SO2、及びN2等のガスが放出されることが確認された。なお、図7では、図示を明確にするため、酢酸、C8H10、SO2、及びN2は省略した。これらCO2、有機ガス等は、デポジットの熱分解によって生じたものである。したがって、一旦生成されたデポジットは、少なくとも150℃程度まで加熱しなければ除去できないことが確認された。以下では、このようなデポジットに含まれる水分が蒸発する温度よりも高く、かつデポジットが加熱分解されて有機成分等が放出され始める温度をデポジット分解温度という。
図7は、試験3の結果であって、デポジットを加熱した際に放出される成分とその瞬間発生量[ppm/s]の変化を示す図であり、図8は総発生量[ppm]の変化を示す図である。
図7に示すように、常温からデポジットを加熱し始めると、ほぼ100℃において水の瞬間発生量がピークを迎え、デポジットの軟化が開始する。ただし、100℃程度ではデポジットからは水しか抜けていないため、この温度から常温に戻ると再び固化してしまう。すなわち、100℃程度ではデポジットを除去できない。100℃からさらに加熱すると、約150℃からCO2、低分子有機ガス、酢酸、クレゾール、アセトン、C8H10、SO2、及びN2等のガスが放出されることが確認された。なお、図7では、図示を明確にするため、酢酸、C8H10、SO2、及びN2は省略した。これらCO2、有機ガス等は、デポジットの熱分解によって生じたものである。したがって、一旦生成されたデポジットは、少なくとも150℃程度まで加熱しなければ除去できないことが確認された。以下では、このようなデポジットに含まれる水分が蒸発する温度よりも高く、かつデポジットが加熱分解されて有機成分等が放出され始める温度をデポジット分解温度という。
<デポジット生成抑制制御>
次に、上記試験1,2によって明らかとなったデポジットの生成過程を考慮したデポジットの堆積抑制制御と、このデポジット堆積抑制制御と関連したエンジン始動時の制御の具体的な手順について、図9から図13を参照して説明する。
次に、上記試験1,2によって明らかとなったデポジットの生成過程を考慮したデポジットの堆積抑制制御と、このデポジット堆積抑制制御と関連したエンジン始動時の制御の具体的な手順について、図9から図13を参照して説明する。
図9は、エンジン始動直後に実行されるエンジン及びその水温を暖機する暖機制御の具体的な手順を示すフローチャートである。この処理は、イグニッションスイッチがOFFからONにされたことを契機として、ECUにより実行される。
S91では、ECUは、各種センサからの出力に基づいて始動直後のエンジンの初期状態(例えば、吸気温度、水温等)を取得する。なお、このステップS91においてエンジン始動時に取得された吸気温度は、以下では始動時吸気温度sTaとし、水温は、始動時冷却水温sTwとし、後の処理において適宜利用される。
S92では、低温始動か否か、より具体的には、エンジンの排気を供給するとEGR機構内に凝縮水が発生しうる状態であるか否かを判別する。後に図12を参照して説明するように、エンジンの水温はEGR機構内の壁温とほぼ等しいとみなすことができる。したがって、始動時冷却水温sTwが凝縮水連続発生上限温度Td以下である場合、排気をEGR機構内に導入すると、EGR機構内には凝縮水が発生すると考えられる。S92の判別がYESである場合(sTw≦Tdの場合)、凝縮水フラグF_condを1にセットし(S93)、NOである場合(sTw>Tdの場合)、凝縮水フラグF_condを0にセットする(S94)。この凝縮水フラグF_condは、EGR機構内に凝縮水が存在するか、又はEGR機構内にEGRガスを導入すると凝縮水が発生すると推定されることを示すフラグである。凝縮水フラグF_condは、エンジン始動後は、後述の図11のS116〜S120において壁温に応じて更新される。
S95では、エンジン暖機制御を開始する。より具体的には、S95では、所定の暖機完了条件が満たされるまで(S96)、エンジンの燃料噴射量を通常噴射制御時に定められる量よりも所定量だけ増量し続ける。これにより、エンジン、エンジン水温、及び排気浄化触媒等の温度が通常噴射制御時よりも速く上昇する。なお、この暖機完了条件には、例えば、エンジンの水温が所定の暖機完了温度(例えば、60℃)に達すること、及び排気浄化触媒が所定の活性温度に達すること、等が含まれる。また、後に図10を参照して説明するように、EGR弁は、エンジンの暖機が完了するまで開かれることがない。すなわち、S95においてエンジン暖機制御を行っている間は、EGR弁は閉じられたままであり、EGR管内に排気が導入されることがないので、EGR機構内の壁温はほとんど上昇しない。
図10は、EGRガスの導入を判断する手順を示すフローチャートである。この処理は、イグニッションスイッチがOFFからONにされた後、ECUにより所定の周期で実行される。
S101では、ECUは、エンジンの水温Twが暖機完了温度Twarm(例えば、60℃)を超えたか否か(Tw>Twarm?)を判別する。S101の判別がNOである場合、EGR弁を閉じ(S102)、この処理を終了する。したがって、図9のS95で説明したエンジンの暖機制御が完了していない間は、EGR弁を閉じEGRガスを導入しない。また、S101の判別がYESである場合にのみ、S103に移り、EGRガスの導入を開始する。
S103では、エンジン回転数及びエンジン負荷に比例した吸気量等の基本パラメータに基づいて、所定のEGR導入領域判定マップを検索することにより、現在のエンジンの運転状態がEGR導入領域内であるか否かを判別する。S103の判別がNOである場合には、S102に移り、EGRガスの導入を停止する。S103の判別がYESである場合には、S104に移り、通常吸気量制御に基づいてEGR弁を開き、EGRガスを導入し、この処理を終了する。
図11は、EGR機構内の壁温の取得及び凝縮水フラグF_condの更新に係る手順を示すフローチャートである。この処理は、イグニッションスイッチがOFFからONにされた後、ECUにより所定の周期で実行される。
S111では、現在、EGRガスの導入中であるか否かを判別する。S111の判別がNOである場合、すなわちEGRガスが導入されていない場合には、デポジットが堆積することはないので、S111以降の処理を行うことなく、この処理を終了する。S111の判別がYESである場合、S112へ移り、壁温を取得する。以下では、既存のセンサから壁温を推定する場合について説明するが(S112〜S115)、壁温を取得する具体的な手順はこれに限るものではない。例えば、EGR機構内のうち適当な検出箇所(例えば、デポジットの堆積をできるだけ抑制したいEGR弁の近傍、又はデポジットが発生しやすい箇所)を特定し、この検出箇所の温度を壁温として温度センサによって直接検出してもよい。すなわち、S112〜S115の処理は、温度センサの出力に基づいて壁温Tを検出する処理と置き換えてもよい。
S112では、現在の水温Twと吸気温度Taの温度差ΔT=|Tw−Ta|を算出し、S113へ移る。上述のように、吸気温度センサは、ほぼ大気圧と等しい環境下に設けられているため、ここで検出された吸気温度Taは、ほぼ外気温度と等しい。したがって温度差ΔTは、水温と外気温度の差とみなすことができ、車両全体の暖機状態を判断する目安となる。もちろん、吸気温度センサとは別に外気の温度を検出するセンサがある場合、その出力から得られた外気温度を用いてもよい。
図12は、エンジン停止後の水温及びEGR機構内の壁温の変化を模式的に示す図である。図12において横軸は、エンジン停止後に経過した時間(ソーク時間)[sec]であり、縦軸は温度[℃]である。
EGR機構のうちEGR弁の周囲及びこれを駆動するアクチュエータは、エンジンの冷却水によって暖められる。したがって、エンジンの暖機が終了し、EGRガスの導入が開始し、さらにその後十分な時間が経過すると、EGR機構内の壁温は水温と概ね等しくなる。このため、エンジン暖機後十分に時間が経過した後であれば、壁温は水温とほぼ等しい。ただし、EGR機構内には排気が導入されるため、図12に示すように、EGR機構内の壁温は水温より少し高くなる傾向がある。また、エンジンを停止すると、壁温及び水温はともに低下し、最終的には何れも外気温とほぼ等しくなる。
EGR機構のうちEGR弁の周囲及びこれを駆動するアクチュエータは、エンジンの冷却水によって暖められる。したがって、エンジンの暖機が終了し、EGRガスの導入が開始し、さらにその後十分な時間が経過すると、EGR機構内の壁温は水温と概ね等しくなる。このため、エンジン暖機後十分に時間が経過した後であれば、壁温は水温とほぼ等しい。ただし、EGR機構内には排気が導入されるため、図12に示すように、EGR機構内の壁温は水温より少し高くなる傾向がある。また、エンジンを停止すると、壁温及び水温はともに低下し、最終的には何れも外気温とほぼ等しくなる。
したがって、S112で算出した温度差ΔTは、現在の車両の状態が、車両全体が暖められた暖状態であるか、冷え切った冷状態であるかを判別する目安として用いられる。
ここで、暖状態とは、より具体的には、エンジンの暖機が完了し、EGRガスの導入を開始し、さらにその後十分に暖められた冷却水がエンジンルーム内の各種装置に行き渡る程度に十分な時間が経過した後の状態に相当する。また、エンジンの暖機完了直後であっても、例えばソーク時間が短くエンジンルーム内が冷え切らない状態で始動された場合も、この暖状態に相当する。
冷状態とは、上記暖状態以外の状態をいう。より具体的には、冷状態とは、エンジンの始動直後(エンジンの暖機中)や、エンジンの暖機が完了し、EGRガスの導入を開始してから間もない状態に相当する。また、エンジンの暖機が完了し、EGRガスの導入を開始してから十分な時間が経過した後であっても、例えばソーク時間が長くエンジンルーム内が冷え切った状態で始動された場合も、この冷状態に相当する。
ここで、暖状態とは、より具体的には、エンジンの暖機が完了し、EGRガスの導入を開始し、さらにその後十分に暖められた冷却水がエンジンルーム内の各種装置に行き渡る程度に十分な時間が経過した後の状態に相当する。また、エンジンの暖機完了直後であっても、例えばソーク時間が短くエンジンルーム内が冷え切らない状態で始動された場合も、この暖状態に相当する。
冷状態とは、上記暖状態以外の状態をいう。より具体的には、冷状態とは、エンジンの始動直後(エンジンの暖機中)や、エンジンの暖機が完了し、EGRガスの導入を開始してから間もない状態に相当する。また、エンジンの暖機が完了し、EGRガスの導入を開始してから十分な時間が経過した後であっても、例えばソーク時間が長くエンジンルーム内が冷え切った状態で始動された場合も、この冷状態に相当する。
図11に戻って、S113では、温度差ΔTが所定の温度差ΔTs以上であるか否かを判別する。S113の判別がYESである場合、現在の車両の状態は暖状態であると判断し、現在の水温Twを壁温Tとする(S114)。S113の判別がNOである場合、現在の車両の状態は冷状態であると判断し、始動時冷却水温sTwを壁温Tする。なお、現在の状態が冷状態である場合、エンジンの暖機が完了した直後であると推定される。また、上述のようにエンジンの暖機中は、EGRガスの導入を開始しないため、その壁温は始動時の温度とさほど変わりないと考えられる。したがって、冷状態である場合には、始動時冷却水温sTwを壁温Tとみなすことは妥当である。
以上の手順によって壁温Tを取得した後、S116では、凝縮水フラグF_condが1であるか否かを判別する。S116の判別がYESである場合、S117へ移り、前回のS117の実行時から今回のS117の実行時にかけて壁温Tが凝縮水完全乾燥温度Teを超えたか否かを判別する。S117の判別がYESである場合、EGR機構内に存在していた凝縮水は、前回から今回にかけて全て蒸発したと推定されるので、凝縮水フラグF_condを1から0にリセットし(S118)、この処理を終了する。S116の判別がNOである場合、S89へ移り、前回のS119の実行時から今回のS119の実行時にかけて壁温Tが凝縮水連続発生上限温度Tdを下回ったか否かを判別する。S119の判別がYESである場合、EGR機構内には凝縮水が発生し始めると推定されるので、凝縮水フラグF_condを0から1にセットし(S120)、この処理を終了する。
図13は、図11に示す手順に従って取得した壁温Tに基づいてデポジットの堆積を抑制する制御の手順を示すフローチャートである。この処理は、イグニッションスイッチがOFFからONにされたことを契機として、他の処理と並行してECUにより所定の周期で実行される。
S131では、現在、EGRガスの導入中であるか否かを判別する。S131の判別がNOである場合、すなわちEGRガスが導入されていない場合には、デポジットが堆積することはないので、S132以降の処理を行うことなく、この処理を終了する。
S131の判別がYESである場合、S132へ移り、凝縮水フラグF_condが1であるか否かを判別する。S132の判別がNOである場合、EGR機構内には凝縮水が発生しておらず、したがって壁温がどのような温度であってもデポジットは堆積することがないので、S133以降の処理を行うことなく、この処理を終了する。
S132の判別がYESである場合、S133へ移り、図11の処理で取得した壁温Tがデポジット生成促進温度域内であるか否か(Td≦T≦Te?)を判別する。S133の判別がYESである場合、すなわち、EGR機構内に凝縮水が存在し(F_cond=1)かつ壁温Tがデポジット生成促進温度域内である場合には、デポジット生成促進温度域を速やかに通過させるべく、S134へ移り、EGR機構内の壁温を上昇させる昇温制御を行う。この昇温制御は、より具体的には、壁温Tが少なくとも凝縮水完全乾燥温度Teを超えるまで(S147)、エンジンの燃料噴射量を通常噴射制御時に定められる量よりも所定量だけ増量した状態を維持する。これにより、通常噴射制御時よりも熱い排気がEGR機構内に導入されるので、壁温が上昇する。また、昇温制御では、EGR弁を通常吸気量制御時よりも大きく開くなどして、EGR機構内に導入されるEGRガス量を増加させることによって壁温を上昇させてもよい。さらに、EGR機構を加熱する加熱装置を備える場合、この昇温制御では、加熱装置を駆動することによって壁温を上昇させてもよい。
S133の判別がNOである場合、すなわちEGR機構内に残留水が存在するが壁温がデポジット生成促進温度域内でない場合には、デポジットが生成されることはないので、S104の昇温制御を行うことなくこの処理を終了する。
<デポジット除去制御>
次に、上記試験3によって明らかとなったデポジットの分解過程を考慮したデポジットの除去制御の具体的な手順について、図14から図17を参照して説明する。
次に、上記試験3によって明らかとなったデポジットの分解過程を考慮したデポジットの除去制御の具体的な手順について、図14から図17を参照して説明する。
図14は、EGR機構内に堆積しているデポジットの量を算出する具体的な手順を示すフローチャートである。この処理は、イグニッションスイッチがOFFからONにされたことに応じて、ECUにより所定の周期で実行される。
S141では、現在、EGRガスを導入しているか否かを判別する。S141の判別がNOである場合、すなわちEGRガスが導入されていない場合には、EGR機構内にデポジットが堆積することも除去されることもないので、S142以降の処理を行うことなく、この処理を終了する。
S141の判別がYESである場合、S142へ移り、凝縮水フラグF_condが1であるか否かを判別する。凝縮水フラグF_condが0である場合、EGR機構内には凝縮水が発生しておらず、したがって壁温がどのような温度であってもデポジットは堆積することがない。また、凝縮水フラグF_condが1である場合、EGR機構内には凝縮水が存在しており、したがって壁温がデポジット生成促進温度域内である場合、デポジットが生成され得る。
S142の判別がNOである場合、S143へ移り、壁温が所定のデポジット分解壁温Tbよりも高いか否かを判別する(T≧Tb?)。このデポジット分解壁温Tbは、試験3において明らかになったデポジット分解温度(約150℃)と関連付けられた壁温であり、実験的に定められる。S143の判別がNOである場合、デポジットの熱分解は進行しないと推定されるので、S144以降の処理を行うことなく、この処理を終了する。S143の判別がYESである場合、壁温Tがデポジット分解壁温Tb以上であった時間D2を積算し(S144)、S147へ移る。上述のように、壁温Tがデポジット分解壁温Tb以上になると、壁面に付着していたデポジットの熱分解が進行すると考えられる。したがって積算時間D2は、堆積していたデポジットのうち除去された分に比例し、以下ではデポジット分解時間という。
S142の判別がYESである場合、S145へ移り、壁温がデポジット生成促進温度域内であるか否かを判別する(Td≦T≦Te?)。S145の判別がNOである場合、デポジットの堆積は進行しないと推定されるので、S146以降の処理を行うことなく、この処理を終了する。S145の判別がYESである場合、壁温Tがデポジット生成促進温度域内であった時間D1を積算し(S146)、S147へ移る。デポジットの生成量は、壁温Tがデポジット生成促進温度域内にある時間(乾燥時間)に比例する。したがって、積算時間D1は、以下ではデポジット生成時間という。
S147では、デポジット生成時間からデポジット分解時間を減算することによって時間差ΔD(=D1−D2)を算出し、この処理を終了する。
図15は、EGR機構内に堆積したデポジットを除去する具体的な手順を示すフローチャートである。この処理は、イグニッションスイッチがOFFからONにされたことに応じて、ECUにより所定の周期で実行される。
S151では、現在、EGRガスの導入中であるか否かを判別する。S151の判別がNOである場合、すなわちEGRガスが導入されていない場合には、デポジットが堆積していたとしてもこれを除去することができないので、S152以降の処理を行うことなく、この処理を終了する。S151の判別がYESである場合、S152へ移り、時間差ΔDが所定の開始判定時間DL以上であるか否かを判別する(ΔD≧DL?)。
図16は、除去制御開始判定時間DLを模式的に示す図である。図16において、縦軸はEGR機構内に堆積したデポジットの量[g]であり、横軸はデポジット生成時間D1とデポジット分解時間D2の時間差ΔD[sec]である。
まず、デポジット生成時間D1はデポジットの生成量に比例し、デポジット分解時間D2は除去されたデポジットの量に比例する。したがって、時間差ΔDは、図16に示すように、実際にEGR機構内に堆積しているデポジットの量に比例する。そしてS152における開始判定時間DLは、EGR機構内に堆積させておくことができるデポジットの限界量を、時間に換算したものである。すなわち、この限界量を超えてデポジットが堆積すると、EGR管内における排気の流れやEGR弁の動特性に悪影響が生じる可能性がある。
まず、デポジット生成時間D1はデポジットの生成量に比例し、デポジット分解時間D2は除去されたデポジットの量に比例する。したがって、時間差ΔDは、図16に示すように、実際にEGR機構内に堆積しているデポジットの量に比例する。そしてS152における開始判定時間DLは、EGR機構内に堆積させておくことができるデポジットの限界量を、時間に換算したものである。すなわち、この限界量を超えてデポジットが堆積すると、EGR管内における排気の流れやEGR弁の動特性に悪影響が生じる可能性がある。
図15に戻って、S152の判別がNOである場合、EGR機構内には悪影響が生じるほどデポジットは堆積していないと推定されるので、S153以降の処理を行うことなくこの処理を終了する。S152の判別がYESである場合、S153へ移り、EGR機構内の壁温を上昇し、ひいては壁面に堆積したデポジットの温度を上昇させることによってデポジットを除去する除去制御を行う。より具体的には、この除去制御では、壁温Tが少なくともデポジット分解壁温Tbを超えた状態を、所定の時間にわたって維持し続けることによって、堆積したデポジットを除去する。ここで、壁温Tをデポジット分解壁温Tbより高くする手段としては、S104の昇温制御と同様に、燃料噴射量の増加、EGR機構内に導入される排気の量の増加、及び加熱装置による昇温が適宜用いられる。
この除去制御によって壁温が昇温された状態は、デポジット堆積量に比例した時間差ΔDが、開始判定時間DLより小さな終了判定時間Ds(図16参照)以下になるまで維持される(S156)。また、この除去制御が実行されている間は、イグニッションスイッチがOFFにされてもエンジンが停止するのを禁止するとともに(S154)、警告灯を点灯することによって、デポジットの除去制御が行われた状態であることを運転者に報知することが好ましい(S155)。除去制御の実行中にイグニッションスイッチがOFFにされた場合、時間差ΔTが終了判定時間Ds以下となり、除去制御が完了してからエンジンを停止する。
図17は、以上のような除去制御の具体的な例を示すタイムチャートである。図17において、エンジンを始動してから経過した時間[sec]であり、縦軸はデポジットの堆積量[g]に比例した時間差ΔD[sec]である。
上述のように、エンジンを始動してからEGRガスをEGR機構内に導入すると凝縮水が発生する。そしてこの凝縮水が存在した状態で壁温がデポジット生成促進温度域(Td〜Te)内にあると、凝縮水が蒸発しこの過程でデポジットが生成される。ただし、一旦生成されたデポジットは、壁温がデポジット分解壁温Tbより高くなると加熱分解され、除去される。
図14に示す処理では、壁温Tがデポジット生成促進温度域(Td〜Te)内にあった時間はデポジット生成時間D1として積算され(S146)、壁温Tがデポジット分解壁温Tbを超えた時間はデポジット分解時間D2として積算される(S144)。したがって、図14に示すように、デポジットの堆積量に比例した時間差ΔDは、デポジット生成時間D1が加算される区間では上昇し、デポジット分解時間D2が加算される区間では低下する。そして時間差ΔDが開始判定時間DLを超えたことを契機として、壁温を上昇させるデポジットの除去制御が開始する(S155)。なお、時間差ΔDが一定で変化しない区間とは、例えばEGRガスが導入されていない場合や、凝縮水が発生しているが壁温Tが凝縮水連続発生上限温度Tdより低く蒸発しない場合や、凝縮水は発生していないが壁温Tがデポジット分解壁温Tbより低くデポジットの水分のみ放出されている場合等に相当する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。
上記実施形態では、EGR機構の壁温を推定し、この推定した壁温に基づいてデポジット抑制制御及びデポジット除去制御を開始するタイミングを決定したが、本発明はこれに限らない。推定した壁温ではなく、温度センサによって直接検出された壁温に基づいて、これらデポジット抑制制御やデポジット除去制御を開始するタイミングを決定してもよい。またこの場合、温度センサを設ける場所、すなわち温度センサの検出箇所は、EGR機構のうちデポジットが生成され得る場所であればどこでもよい。
上記実施形態では、EGR機構の壁温を推定し、この推定した壁温に基づいてデポジット抑制制御及びデポジット除去制御を開始するタイミングを決定したが、本発明はこれに限らない。推定した壁温ではなく、温度センサによって直接検出された壁温に基づいて、これらデポジット抑制制御やデポジット除去制御を開始するタイミングを決定してもよい。またこの場合、温度センサを設ける場所、すなわち温度センサの検出箇所は、EGR機構のうちデポジットが生成され得る場所であればどこでもよい。
1…エンジン(内燃機関)
3…吸気管(吸気通路)
4…排気管(排気通路)
6…EGR機構(還流装置)
7…ECU(温度取得手段、昇温制御手段、装置温度判定手段、凝縮水判定手段)
82…水温センサ(温度取得手段)
Td…凝縮水連続発生上限温度
Te…凝縮水完全乾燥温度
3…吸気管(吸気通路)
4…排気管(排気通路)
6…EGR機構(還流装置)
7…ECU(温度取得手段、昇温制御手段、装置温度判定手段、凝縮水判定手段)
82…水温センサ(温度取得手段)
Td…凝縮水連続発生上限温度
Te…凝縮水完全乾燥温度
Claims (4)
- 内燃機関の排気通路から吸気通路へ排気の一部を還流する還流装置と、
前記還流装置の還流装置温度を取得する温度取得手段と、
前記還流装置温度を上昇させる昇温制御を行う昇温制御手段と、を備えた内燃機関の排気還流制御装置であって、
前記還流装置温度が前記還流装置内における凝縮水の発生と関連付けられた第1温度以上でありかつ前記還流装置内における凝縮水の蒸発と関連付けられた第2温度以下であるか否かを判定する装置温度判定手段をさらに備え、
前記昇温制御手段は、前記判定手段によって前記還流装置温度が前記第1温度以上かつ前記第2温度以下であると判定された場合に前記昇温制御を行うことを特徴とする内燃機関の排気還流制御装置。 - 前記第1温度は、前記還流装置内において凝縮水が継続的に発生する温度の上限に相当し、
前記第2温度は、前記還流装置内の凝縮水が全て蒸発する温度の下限に相当し、
前記還流装置温度が前記第1温度以上でありかつ前記第2温度以下であるとき、前記還流装置内の凝縮水は蒸発し減少することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気還流制御装置。 - 前記機関が始動されたことに応じて、当該機関の代表温度である機関温度を上昇させる暖機制御を開始する暖機制御手段をさらに備え、
前記還流装置は、前記機関温度が所定温度を超えることを開始条件の1つとし、当該開始条件が満たされたことに応じて排気の還流を開始し、
前記昇温制御手段は、前記還流装置による排気の還流を開始した後に前記昇温制御を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気還流制御装置。 - 前記還流装置温度が前記第1温度を超えてから、その後前記第1温度を下回るまで前記還流装置内には凝縮水は存在しないと判定する凝縮水判定手段をさらに備え、
前記昇温制御手段は、前記凝縮水判定手段により凝縮水が存在しないと判定されている間は前記昇温制御を行わないことを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気還流制御装置。
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