JP2015036526A - エンジンの制御装置及び車両の制御装置 - Google Patents

エンジンの制御装置及び車両の制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、EGR装置を備えたエンジンの制御装置において、寒冷時においてもEGRを実行し、燃費性能の向上を図りながら、吸気通路に溜まった相当量の水がアクセルペダルを踏み込んだときに、燃焼室内に流入することによるエンジンにダメージを与えるのを防止することを課題とする。【解決手段】エンジンの制御装置は、吸気通路に所定量以上の凝縮水が貯留されたか否かを判定する判定手段と、判定手段が所定量以上の凝縮水が貯留されたことを判定したときに、EGR装置による排気ガスの環流を制限するEGR制限手段とを備えたことを特徴とする。【選択図】図2

Description

本発明は、自動車等の車両用のエンジン、特に排気通路から吸気通路に一部の排気ガスを還流させるEGR装置が設けられたエンジンの制御技術の分野に属する。
近年、車両用のガソリンエンジンにおいて、燃費性能の向上のために、エンジンを高圧縮比化する技術が実用化されている。もっとも、エンジンの圧縮比を高くすると、圧縮行程で燃焼室温度が過度に上昇してノッキングが発生しやすくなる。そこで、ノッキングを抑制するために、例えば4気筒エンジンの場合、いわゆる4−2−1排気マニホルドを採用する方法が考えられる。この方法によれば、通常の4−1排気マニホルドに比べて、隣接気筒間で排気行程が連続することによる掃気性の悪化が抑制されるため、燃焼室温度が過度に上昇するのを抑制することができる。
一方、車両用エンジンにおいては、燃費性能の向上のために、排気通路に排気熱回収装置を設ける技術が採用されている。この排気熱回収装置により回収された排気熱を利用してヒータコアを暖めることで、室内暖房のためにエンジンのアイドル回転数を高くしたり、ハイブリッド車両においてモータ走行中にエンジンを作動させたりする必要がなくなる。ところが、排気熱回収装置を設けると排気系が大型化するため、4−2−1排気マニホルドよりもコンパクトな4−1排気マニホルドを採用せざるを得なくなる場合がある。
そこで、ノッキングを抑制する他の方法として、EGR(排気再循環)によって吸気系に環流される一部の排気ガス(以下、「EGRガス」という)をクーラで冷却する方法が考えられる。
この方法の場合、寒冷時においては、吸気温度も低い(例えば0℃以下)ため、EGRガス中の水分が凝縮する。そのためアイドリング時間或いはエンジンのごく低回転状態の時間が長いと、吸気通路内に相当量の水が溜まる。そして、発進或いは加速に際し、吸気通路内に水が溜まった状態でアクセルペダルを急に踏み込むと、その水が一気に燃焼室内に流入し、いわゆるリキッドコンプレッションが発生してエンジンにダメージを与えるおそれがある。
このリキッドコンプレッションを防止するために、外気温が0℃以下ではEGRを停止することが考えられる。しかし、アイドリング時等のエンジンの低回転運転時の燃費性能向上のためには、例えば外気温が−10℃以上のスロットルアイシングが発生するおそれがない温度では、EGRを実行させたいという要求がある。
ここで、特許文献1には、EGRガス中の水分が凝縮する問題に関して、EGR通路中の凝縮水の生成量が許容限度を超えたとき、EGR弁を開く技術が開示されている。しかし、この先行技術では、寒冷時にエンジンの低回転状態で吸気通路内に相当量の水が溜まり、これが燃焼室内に流入するという上述の問題に対処することができない。
特開2007−205303号公報
そこで、本発明は、EGR装置を備えたエンジンの制御装置において、寒冷時においてもEGRを実行し、燃費性能の向上を図りながら、吸気通路に溜まった相当量の水がアクセルペダルを踏み込んだときに燃焼室内に流入し、エンジンにダメージを与えるという問題を解決することを課題とする。
なお、EGRクーラを設けない場合にも、寒冷時にはEGRガス中の水分が凝縮する可能性があるので、この場合にも上述の課題が問題となる。
前記課題を解決するために、本発明に係るエンジンの制御装置は次のように構成したことを特徴とする。
まず、本願の請求項1に記載の発明は、
排気通路から吸気通路に一部の排気ガスを環流させるEGR装置を備えたエンジンの制御装置であって、
前記吸気通路に所定量以上の凝縮水が貯留されたか否かを判定する判定手段と、
該判定手段が所定量以上の凝縮水が貯留されたことを判定したときに、前記EGR装置による排気ガスの環流を制限するEGR制限手段と、を備える
ことを特徴とするエンジンの制御装置である。
なお、ここで、前記の「還流を制限する」とは、還流量を減少させる場合と、還流を停止する場合とを含む。
また、本願の請求項2に記載の発明は、前記請求項1に記載の発明において、
前記判定手段は、前記EGR装置による排気ガスの環流中であって、吸気温度が排気ガス中の水分が凝縮する所定温度以下であり、かつエンジン回転数が所定回転数以下の状態が所定時間継続したときに、吸気通路に所定量以上の凝縮水が貯留されたと判定する
ことを特徴とする。
また、本願の請求項3に記載の発明は、前記請求項1または2のいずれか1項に記載の発明において、
前記EGR制限手段による排気ガス環流の制限中に、エンジン回転数が所定の制限解除回転数を超えたときに、排気ガスの環流の制限を解除する制限解除手段を備える
ことを特徴とする。
また、本願の請求項4に記載の発明は、前記請求項1または2のいずれか1項に記載の発明において、
前記EGR制限手段による排気ガス環流の制限中に、吸気温度が所定の制限解除温度を超えたときに、排気ガスの環流の制限を解除する制限解除手段を備える
ことを特徴とする。
また、本願の請求項5に記載の発明は、
エンジンと自動変速機を備えた車両の制御装置であって、
請求項1から4のいずれか1項に記載の前記エンジンの制御装置と、
前記吸気通路における前記凝縮水の貯留量が所定上限値を超えたか否かを判定する第2の判定手段と、
該第2の判定手段が前記凝縮水の貯留量が前記所定上限値を超えたと判定したとき、前記車両が停車状態の場合、前記車両に搭載された自動変速機を中立状態とする中立状態切替手段と、
該中立状態切替手段による中立状態への切換後、エンジン回転数を前記所定回転数より一時的に上昇させるエンジン回転数上昇手段と、を備える
ことを特徴とする。
また、本願の請求項6に記載の発明は、
駆動輪に連結されたモータと、該モータに連結されたエンジンとを備えた車両の制御装置であって、
請求項1から4のいずれか1項に記載の前記エンジンの制御装置と、
前記吸気通路における前記凝縮水の貯留量が所定上限値を超えたか否かを判定する第2の判定手段と、
該第2の判定手段が前記凝縮水の貯留量が前記所定上限値を超えたと判定したとき、前記車両が停車状態の場合、エンジン回転数を前記所定回転数より一時的に上昇させるエンジン回転数上昇手段と、
該エンジン回転数上昇手段による前記エンジン回転数の上昇と共に、前記モータのモータブレーキを増大させるモータブレーキ増大手段と、を備える
ことを特徴とする。
また、本願の請求項7に記載の発明は、
駆動輪に連結されたモータと、該モータにクラッチを介して連結されたエンジンとを備えた車両の制御装置であって、
請求項1から4のいずれか1項に記載の前記エンジンの制御装置と、
前記吸気通路における前記凝縮水の貯留量が所定上限値を超えたか否かを判定する第2の判定手段と、
該第2の判定手段が前記凝縮水の貯留量が前記所定上限値を超えたと判定したとき、前記車両をモータ走行に切り換える動力源切換手段と、
該動力源切換手段によるモータ走行への切り換えと共に、前記クラッチを切断するクラッチ切断手段と、
該クラッチ切断手段による前記クラッチの切断後、エンジン回転数を前記所定回転数より一時的に上昇させるエンジン回転数上昇手段と、を備える
ことを特徴とする。
以上の構成により、本願各請求項に係る発明によれば、次の効果が得られる。
請求項1に係る発明によれば、吸気通路に所定量以上の凝縮水が貯留されたと判定したときに、EGR装置による排気ガスの環流を制限するので、吸気通路に所定量以上の凝縮水が貯留するまでは、寒冷時(例えば、−10〜0℃)においてもEGRを実行することができ、燃費性能の向上を図れる。
さらに、吸気通路に所定量以上の凝縮水が貯留すると、EGRを制限するので、それ以降、凝縮水の増加を抑制することができる。したがって、燃焼室内に一気に流れるとリキッドコンプレッションが発生する程の大量の凝縮水がすぐに吸気通路に貯留するのを防止できる。特に、吸気通路に所定量以上の凝縮水が貯留した際、EGRを停止するように制御した場合、EGRを停止して以降、凝縮水は増えないので、大量の凝縮水が吸気通路に貯留するのを確実に防止できる。
EGR中に吸気温度が排気ガス中の水分が凝縮する温度以下であると共に、エンジン回転数が低回転のときに、吸気通路に凝縮水が貯留可能な状態となるので、この状態での経過時間に応じて凝縮水の貯留量が増加する。請求項2に係る発明によれば、EGR装置による排気ガスの環流中であって、吸気温度が排気ガス中の水分が凝縮する所定温度以下であり、かつエンジン回転数が所定回転数以下の状態が所定時間経過したときに、吸気通路に所定量以上の凝縮水が貯留されたと判定するので、凝縮水の貯留量を精度良く推定できる。したがって、水検出センサなど実際の凝縮水を検知するシステムを設ける必要がなく、従前のシステム構成のままで上述の請求項1に係る発明の効果を実現できる。
エンジン回転数が上がるとエンジンのエア吸引力が上がるので、吸気通路に貯留していた凝縮水は燃焼室を介して除去されやすくなり、エンジン回転数が所定の回転数を超えると、吸気通路に貯留していた凝縮水はほとんど全て除去される。したがって、エンジン回転数によって凝縮水が除去されたか否かを推定できる。請求項3に係る発明によれば、この推定に基づいてEGRの再開を行うので、燃費性能を向上できる。
吸気温度が上がると、EGRガス中の水分は吸気通路で凝縮しなくなるので、EGRを再開しても、吸気通路に貯留している凝縮水はそれ以上増えない。したがって、請求項4に係る発明によれば、吸気温度が上がった際にEGRの再開を行うように制御するので、燃費性能を向上できる。
なお、請求項1から4に係る発明は、エンジンのみを駆動源とする通常の車両はもちろんのこと、種々のハイブリッド車両にも適用可能であるので、車両の種類によらず、上述の請求項1から4に係る発明による効果を得ることができる。
請求項5に係る発明によれば、エンジンのみを駆動源とする通常の車両において、凝縮水の貯留量が所定上限値を超えると、車両が停車状態の場合、車両に搭載された自動変速機を中立状態とした後、エンジン回転数を一時的に上昇させるので、車両が停車したまま、凝縮水を強制的に除去することができる。この凝縮水の除去後は、EGRの再開が可能となるので、燃費性能を向上できる。
請求項6に係る発明によれば、この種のハイブリッド車両において、凝縮水の貯留量が所定上限値を超えると、車両が停車状態の場合、エンジン回転数を一時的に上昇させると共に、モータブレーキを増大させるので、エンジンの駆動力の増大に伴い車両が動こうとする、いわゆるクリープ力をモータブレーキの増大によって抑制することができる。したがって、クリープ力が増すことによってブレーキペダルを踏んでいるドライバに違和感を与えることがなく、凝縮水の強制的な除去を行うことができる。さらに、この凝縮水の除去後は、EGRの再開が可能となるので、燃費性能を向上できる。
請求項7に係る発明によれば、この種のハイブリッド車両において、凝縮水の貯留量が所定上限値を超えると、エンジン走行からモータ走行に切り換わると共に、クラッチを切断後、エンジン回転数を一時的に上昇させるので、モータと駆動伝達が遮断されたエンジンのエンジン回転数を上昇させても駆動輪には伝達されない。したがって、走行性能に影響を与えずに、貯留した凝縮水を強制的に除去できる。この凝縮水の除去後は、EGRの再開が可能となるので、燃費性能を向上できる。
本発明の第1の実施形態に係る車両の構成を概念的に表した概略構成図である。 図1の車両に備わるエンジンの制御システムの構成を示す構成図である。 図1の車両の制御方法を示すフローチャートである。 図1の車両の制御方法の変形例を示すフローチャートである。 図4の制御方法による凝縮水貯留量の変化について説明する図である。 本発明の第2の実施形態に係る車両の制御方法を示すフローチャートである。 図6の車両の制御方法の変形例を示すフローチャートである。 図7の制御方法による凝縮水貯留量の変化について説明する図である。 本発明の第3の実施形態に係る車両の構成を概念的に表した概略構成図である。 図9の車両の制御方法を示すフローチャートである。 本発明の第4の実施形態に係る車両の構成を概念的に表した概略構成図である。 図11の車両の制御方法を示すフローチャートである。
(第1の実施形態について)
まず、図1を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る車両の構成について説明する。
この車両100は、エンジンのみを駆動源とする通常の車両であって、駆動輪101と、ガソリンエンジンなどのエンジン102と、該エンジン102と駆動輪101の間に設けられた遊星歯車式有段変速機などの自動変速機103とを有する。自動変速機103には、エンジン102の駆動力が駆動輪101に伝達するのを遮断するためのクラッチ104が配設されている。また、車両100は、複数の制御ユニットを有し、エンジン102を制御するエンジン制御ユニット105(以下、「ECU105」という)、自動変速機103を制御する自動変速機制御ユニット106(以下、「ATCU106」という)などを含む。図1に示すように、このECU105は、ATCU106と相互に信号を伝達可能に構成されている。
次に、エンジン102の制御システムの構成について、図2を参照しながら詳細に説明する。
図2に示すように、エンジン102の本体1には、ピストン2によって画成された燃焼室3が設けられ、該燃焼室3の上部には点火プラグ4が、また側部には燃焼室3内に燃料を直接噴射するインジェクタ5が臨まれている。燃焼室3には、吸気弁6と排気弁7を介して吸気通路8と排気通路9がそれぞれ接続されている。吸気通路8には、上流側からエアクリーナ10、エアフローセンサ11、スロットル弁12及びサージタンク13が配設されている。排気通路9には、三元触媒やNOx吸蔵還元型触媒等の触媒14が配設されている。
排気通路9における触媒14の上流側と吸気通路8におけるサージタンク13の下流側との間に排気管流通路15(以下、「EGR通路15」という)が設けられている。排気通路9内を流れる排気ガスの一部がこのEGR通路15を通って吸気通路8乃至燃焼室3に環流される。EGR通路15には、その上流側から該EGR通路15を通るEGRガスを冷却するEGRクーラ16と、EGR量を調整するEGR弁17が設けられている。
ECU105には、運転者のアクセルペダル操作量を検出するアクセルセンサ(図示しない)からの信号、スロットル弁12の開度を検出するスロットル開度センサ(図示しない)からの信号、EGR弁17の開度を検出する環流量センサ(図示しない)からの信号、吸入空気量を検出するエアフローセンサ11からの信号、エンジン本体1を冷却する冷却水の水温Twを検出する水温センサ18からの信号、エンジン102のエンジン回転数Neを検出するエンジン回転センサ19からの信号、吸気温Taを検出する吸気温センサ20からの信号などが入力される。
ECU105は、これらの各種入力信号に基づいて、スロットル弁12、EGR弁17、インジェクタ5、点火プラグ4を点火させる点火回路(図示しない)などに制御信号を出力する。また、ECU105は、所定のトリガ入力からの経過時間tを出力するカウントアップ型のタイマを備えており、この経過時間tはゼロにリセットすることができる。
これにより、ECU105は、スロットル開度制御、EGR制御、燃料噴射量制御、燃料噴射時間制御、点火時期制御などを総合的に行う。
なお、図示しないが、ECU105には、運転者のブレーキペダル操作量を検出するブレーキ圧センサからの信号、ATCU106からの出力信号なども入力されている。このATCU106には、運転者の操作により選択されたレンジを検出するレンジセンサ(図示しない)からの信号、当該車両の車速を検出する車速センサ(図示しない)からの信号、タービンの回転数(すなわち入力軸の回転数)を検出するタービン回転数センサ(図示しない)からの信号、摩擦要素の締結状態をセンシングするための油圧センサ(図示しない)からの信号などが入力されている。
各制御ユニットは、マイクロプロセッサ、メモリ、関連ハードウェア及びソフトウェアを含み、以下で説明する車両100の制御方法を遂行するようにプログラムされている。なお、以下の制御方法は、ECU105によって遂行されるのが好ましいが、これら制御ユニットを統括的に制御する車両制御ユニット(図示しない)によって遂行されてもよい。
次に、エンジン始動後の車両100の制御方法について、図3のフローチャートに従って説明する。
まず、水温センサ18、吸気温センサ20、エンジン回転センサ19からの入力信号に基づいて、エンジン102を冷却する冷却水の水温Tw、吸気通路8内の吸気温Ta、エンジン102のエンジン回転数Neをそれぞれ読み込む(ステップS1)。
次に、EGR実行条件の一つとして、水温Twが所定温度Tw0(例えば、60〜70℃)よりも高いか否か、すなわちエンジン102の暖機が完了したか否かを判定する(ステップS2)。そして、水温Twが所定温度Tw0よりも高い(エンジン102の暖機が完了した)と判定したときには、もう一つのEGR実行条件として、吸気温Taが所定温度Ta0(例えば−10℃)よりも高いか否かを判定する(ステップS3)。上述の吸気温の所定温度Ta0には、例えば、スロットル弁12が凍り付いて動かなくなる、いわゆるスロットルアイシングが発生し得る最高温度を設定してもよい。
EGR実行条件を全て満たすとき、すなわち、ステップS2で、水温Twが所定温度Tw0より高い(エンジン102の暖機が完了)と判定すると共に、ステップS3で、吸気温Taが所定温度Ta0より高いと判定したとき、EGR弁17を開いて排気ガスの環流を実行する(ステップS4)。
次に、吸気通路8に凝縮水が貯留可能な条件として、エンジン回転数Neが所定回転数Ne0(例えば、1300rpm)よりも小さく、かつ、排気ガス中の水分が凝縮し得る最高温度である第2の所定温度Ta1(例えば、0℃)よりも吸気温Taが高いか否かを判定する(ステップS5)。上述の所定回転数Ne0には、吸気通路8内に貯留した凝縮水を燃焼室3を介して除去可能な吸引力を発生できる最小のエンジン回転数を設定する。
吸気通路8に凝縮水が貯留可能な条件が成立するとき、すなわち、ステップS5で、エンジン回転数Neが所定回転数Ne0より小さく、かつ、吸気温Taが第2の所定温度Ta1より小さいとき、凝縮水の貯留量を推定するためのタイマのカウントアップをスタートする(ステップS6)。
次に、凝縮水が所定量以上貯留されたか否かを推定するために、タイマの経過時間tが所定時間t0(例えば、60分)を超えたか否かを判定する(ステップS7)。上述の所定量には、一気に燃焼室3内に流れてもリキッドコンプレッションが発生しない程度の貯留量を設定する。
タイマの経過時間tが所定時間t0を経過したと判定したとき、凝縮水が所定量以上貯留したと推定してEGRを停止し(ステップS8)、タイマのカウントアップをストップする(ステップS9)。
次に、EGRを再開できる条件として、エンジン回転数Neが所定回転数Ne0以上である、または、吸気温Taが第2の所定温度Ta1(例えば0℃)以上であるか否かを判定する(ステップS10)。
EGRを再開できる条件が成立するとき、すなわち、ステップS10で、エンジン回転数Neが所定回転数Ne0以上であるときは、タイマをリセットする一方、吸気温Taが第2の所定温度Ta1以上であるときは、タイマのカウントアップをストップし(ステップS11)、いずれの場合もEGRを再開し(ステップS12)、ステップS1に戻る。
ここで、ステップS4でEGR実行後、吸気通路8に凝縮水が貯留可能な条件が不成立であるとき、すなわち、ステップS5で、エンジン回転数Neが所定回転数Ne0以上であると判定したときは、吸気通路8に凝縮水が溜まっていないものと推定して、タイマをリセットする一方で、吸気温Taが第2の所定温度Ta1以上であると判定したときは、吸気通路8に凝縮水がそれ以上溜まらないので、タイマのカウントアップをストップし(ステップS13)、EGRを継続させたまま、ステップS1に戻る。
また、ステップS1の実行後、EGR実行条件を満たさないとき、すなわち、ステップS2で、水温Twが所定温度Tw0以下である(エンジン102の暖機が完了していない)と判定したか、または、ステップS3で、吸気温Taが所定温度Ta0以下である(スロットルアイシングが発生するおそれがある寒冷時)と判定したとき、EGR弁17を閉じてEGRの実行を停止し(ステップS14)、これにより凝縮水の貯留量が増加しなくなるので、タイマを停止し(ステップS15)、ステップS1に戻る。したがって、例えば、エンジン102の冷間始動時またはスロットルアイシングが発生するおそれがある寒冷時には、EGRは実行されない。
したがって、第1の実施形態によれば、吸気通路8に所定量以上の凝縮水が貯留されたと判定されるまではEGRが実行されるので、寒冷時(例えば、−10〜0℃)においても、吸気通路8に所定量以上の凝縮水が貯留するまではEGRを実行することができ、燃費性能の向上を図れる。
さらに、吸気通路8に所定量以上の凝縮水が貯留すると、EGRを停止するので、それ以降、凝縮水の増加を抑制することができる。したがって、燃焼室3内に一気に流れるとリキッドコンプレッションが発生する程の大量の凝縮水が吸気通路8に貯留するのを確実に防止できる。
第1の実施形態によれば、EGR通路15及びEGR弁17を介した排気ガスの環流中であって、吸気温度が排気ガス中の水分が凝縮する所定温度以下であり、かつエンジン回転数Neが所定回転数以下の状態が所定時間経過したときに、吸気通路8に所定量以上の凝縮水が貯留されたと判定するので、凝縮水の貯留を精度良く推定できる。したがって、水検出センサなど実際の凝縮水を検知するシステムを設ける必要がなく、従前のシステム構成のままで上述の請求項1に係る発明の効果を実現できる。
エンジン回転数Neが上がるとエンジン102のエア吸引力が上がるので、吸気通路8に貯留していた凝縮水は燃焼室3を介して除去されやすくなる。したがって、エンジン回転数Neによって凝縮水が除去されたか否かを推定できる。第1の実施形態によれば、この推定に基づいてEGRの再開を行うので、リキッドコンプレッションを防止しながら燃費性能を向上できる。
吸気温度が上がると、EGRガス中の水分は吸気通路8で凝縮しなくなるので、EGRを再開しても、吸気通路8に貯留している凝縮水はそれ以上増えない。したがって、第1の実施形態によれば、吸気温度が上がった際にEGRの再開を行うので、リキッドコンプレッションを防止しながら燃費性能を向上できる。
なお、本実施形態の場合には、EGRの実行後にEGRの実行条件が不成立になるとEGRを停止するように制御するので、このような場合にも適切なEGR制御が可能である。
(第1の実施形態の変形例について)
上述の第1の実施形態においては、凝縮水が所定量貯留したと判定すると、EGRを停止する場合について説明したが、EGRの停止の前にまずはEGRを減量してもよい。EGRを減量する場合について、第1の実施形態の変形例として、図4のフローチャートを参照しながら説明する。なお、第1の実施形態における図3のフローチャートと同じ部分については、詳細な説明を省略する。
ステップS27で、タイマの経過時間tが所定時間t0を経過したか否かを判定し、所定時間t0を経過したと判定したとき、凝縮水が第1の所定量V1以上貯留したと推定してEGRを減量し(ステップS28)、このEGRの減量に対応して、タイマの単位時間当たりのカウントアップ数を制限する(ステップS29)。例えば、EGR弁17を制御してEGRを半分に減量した場合、単位時間当たりに溜まる凝縮水の量も約半分となると考えられるので、タイマの単位時間当たりのカウントアップ数も半分に設定すればよい。
次に、EGRの減量を解除して通常量のEGRを再開できる条件として、エンジン回転数Neが所定回転数Ne0以上である、または、吸気温Taが第2の所定温度Ta1(例えば0℃)以上であるか否かを判定し(ステップS30)、このEGRの再開条件が成立すると判定した場合、後述のステップS35に進む。
このEGRの再開条件が不成立である判定した場合、凝縮水が第2の所定量V2(V2>V1)以上貯留されたか否かを推定するために、タイマの経過時間tが所定時間t0+t1(例えば90分)を超えたか否かを判定する(ステップS31)。
ここで、タイマの経過時間tが所定時間t0+t1を経過した判定するまでは、ステップS30に戻るが、タイマの経過時間tが所定時間t0+t1を経過したと判定すると、凝縮水が第2の所定量V2以上貯留したと推定されるので、EGRを停止し(ステップS32)、タイマのカウントアップをストップする(ステップS33)。
次に、EGRを再開できる条件として、エンジン回転数Neが所定回転数Ne0以上である、または、吸気温Taが第2の所定温度Ta1(例えば0℃)以上であるか否かを判定する(ステップS34)。
EGRを再開できる条件が成立するとき、すなわち、ステップS34で、エンジン回転数Neが所定回転数Ne0以上であるときは、タイマをリセットする一方、吸気温Taが第2の所定温度Ta1以上であるときは、タイマのカウントアップをストップし(ステップS35)、いずれの場合もEGRを再開し(ステップS36)、ステップS25に戻る。
ここで、本変形例の場合、ステップS21の実行後、EGR実行条件を満たさないとき、すなわち、ステップS22で、水温Twが所定温度Tw0以下である(エンジン102の暖機が完了していない)と判定したか、または、ステップS23で、吸気温Taが所定温度Ta0以下である(スロットルアイシングが発生するおそれがある寒冷時)と判定したとき、ステップS21に戻るように構成されている。しかし、第1の実施形態と同様に、EGRの実行後にEGRの実行条件が不成立になる場合があることを考慮して、EGRの実行判定が不成立の場合に、EGRを停止し、タイマをストップするように制御すると共に、EGRの再開後にフローチャートの最初に戻るように制御してもよい。なお、以下の第3、第4の実施形態にも同様のことが言える。
したがって、この変形例によれば、EGRを停止させる前にEGRを減量することで、凝縮水が貯留する速度を低減できるので、第1の実施形態よりも長時間EGRを実行することができ、燃費性能をさらに向上することができる。
次に、図4の制御方法によって凝縮水の貯留量がどのように変化するのか、図5を参照しながら、具体的に説明する。
最初に、エンジン102の冷間始動の直後は、冷却水の温度が低いので、EGRが実行されない。ここで、例えば、アイドル回転数(例えば、1000rpm)を一時的に上昇させる、いわゆるアイドルアップ(例えば、1300〜1500rpmまで上昇)を行った場合、冷却水の温度が上昇し、エンジン102が暖機される。このとき、吸気温度が、例えば−5℃の場合、EGRの実行が開始される(ステップS24)。
次に、暖機後にエンジン回転がアイドル回転数(例えば、1000rpm)に戻ると、凝縮水の貯留が可能となるので、凝縮水が貯留を開始し、この凝縮水の貯留量は、時間にほぼ比例して増加する。
貯留水の貯留を開始してからt0(例えば、60分)だけ時間が経過すると、EGRの減量を開始し(ステップS28)、以降の貯留量は、時間にほぼ比例して増加するが、増加する速度は、EGRの減量を開始する前と比べて小さくなる。
EGRが減量されながらも凝縮水の貯留量がV1から徐々に増加している間であって、貯留水の貯留を開始してからt0+t2(例えば、合計100分、t2<t1)だけ時間が経過した時に、例えば、吸気温度が0℃まで上昇した場合、EGRが再開されるが(ステップS36)、EGR凝縮水の貯留量はV2のままで増加しない(実線グラフ参照)。
一方、EGRが減量されながらも凝縮水の貯留量がV1から徐々に増加し、例えば、貯留水の貯留を開始してからt0+t1(例えば、合計120分)だけ時間が経過した時、EGRが停止され(ステップS32)、EGR凝縮水の貯留量はV3のままで増加しない(一点鎖線グラフ参照)。
いずれの場合においても、その後、例えば、発車のためにアクセルペダルが踏まれ、走行中にエンジン回転がNe0以上に上昇したとき、貯留していた凝縮水が燃焼室3を介して除去されるので、貯留量はゼロとなる。
(第2の実施形態について)
上述の第1の実施形態及びその変形例においては、凝縮水が所定量貯留すると、EGRを停止または減量させて、これから凝縮水が貯留する速度を制限するようにした。しかし、エンジン回転数が所定回転数以上になるまでは、既に貯留した凝縮水が減らないので、例えば停車状態でアイドル運転をしている間はEGRを再開できず、燃費性能があまり向上できない。そこで、EGRを停止させる前に、既に貯留した凝縮水を燃焼室を介して強制的に除去することで、ERGを継続させる方法について、第2の実施形態として、図6を参照しながら説明する。
エンジン始動後の車両100の制御方法について、図6のフローチャートに従って説明する。なお、第1の実施形態における図3のフローチャートと同じ部分については、詳細な説明を省略する。
ステップS47で、タイマの経過時間tが所定時間t0を経過したと判定したとき、すなわち、凝縮水の貯留量が所定上限値を超えたと推定されたとき、車両100が停車状態か否かを判定し(ステップS48)、停車状態と判定した場合、瞬間的に自動変速機103をNレンジにすると共に、エンジン回転数Neを所定回転数Ne0まで上昇させ(ステップS49)、タイマをリセットし(ステップS50)、ステップ45に戻る。
ステップS48で、停車状態ではないと判定した場合、EGRを停止する(ステップS51)が、このEGR停止(ステップS51)からEGR再開(ステップS55)までは、第1の実施形態(図3のステップS8からステップS12)と同様であるので説明を省略する。
したがって、第2の実施形態によれば、例えば停車状態でアイドル運転をしている間にも、既に貯留した凝縮水を燃焼室を介して強制的に除去することで、ERGを継続できるので、燃費性能をさらに向上できる。さらに、第2の実施形態によれば、上述の第1の実施形態で説明したのと同等の機能を有するので、上述の第1の実施形態と同様の効果を奏することができる。
(第2の実施形態の変形例について)
上述の第2の実施形態の場合、凝縮水がEGRを停止させる貯留量に達するまでに、停車状態になっても貯留した凝縮水を強制的に除去できないので、凝縮水がEGRを停止させる貯留量に達してから車両が停車するまでの間は、EGRを実行できず、この間は燃費性能を向上できない。そのため、凝縮水がEGRを停止させる貯留量に達する前でも、車両が停車状態となれば、貯留した凝縮水を強制的に除去するように制御することで、EGRをより継続できるので、さらなる燃費性能の向上を期待できる。このような制御について、第2の実施形態の変形例として、図7のフローチャートを参照しながら説明する。なお、第1の実施形態における図3のフローチャートと同じ部分については、詳細な説明を省略する。
ステップS68で停車状態ではないと判定されると、凝縮水が所定量以上貯留されたか否かを推定するために、タイマの経過時間tが所定時間t0+t1(例えば90分)を超えたか否かを判定する(ステップS71)。
ここで、タイマの経過時間tが所定時間t0+t1を経過するまでは、次のステップS65に戻るが、タイマの経過時間tが所定時間t0+t1を経過したと判定すると、EGRを停止する(ステップS72)が、このEGR停止(ステップS72)からEGR再開(ステップS76)までは、第1の実施形態(図3のステップS8からステップS12)と同様であるので説明を省略する。
したがって、この変形例によれば、EGRが停止する前に、停車状態の場合にエンジン回転を瞬間的に上昇させて吸気通路8から凝縮水を強制的に除去できるので、第2の実施形態よりもEGRを継続して実施することができ、燃費性能をさらに向上することができる。
次に、図7の制御方法によって凝縮水の貯留量がどのように変化するのか、図8を参照しながら、具体的に説明する。
最初に、エンジン102の冷間始動の直後は、冷却水の温度が低いので、EGRが実行されない。ここで、例えば、アイドル回転数(例えば、1000rpm)を一時的に上昇させる、いわゆるアイドルアップ(例えば、1300〜1500rpmまで上昇)を行った場合、冷却水の温度が上昇し(例えば、60〜70℃)、エンジン102が暖機される。このとき、吸気温度が、例えば−5℃の場合、EGRの実行が開始される(ステップS64)。
次に、暖機後にエンジン回転がアイドル回転数(例えば、1000rpm)に戻ると、凝縮水の貯留が可能となるので、凝縮水が貯留を開始し、この凝縮水の貯留量は、時間にほぼ比例して増加する。
貯留水の貯留を開始してからt0(例えば、60分)だけ時間が経過した時、車両100が停車状態か否かで場合分けされる。停車状態の場合、瞬間的にNレンジに切り替えてエンジン回転をNe0まで上昇させる(ステップS69)ので、吸気通路8内に貯留した凝縮水は、燃焼室3を介して強制的に除去され、その貯留量はV1からゼロに減少するが、この間もEGRを継続しているので、再び凝縮水が溜まり始める。したがって、停車状態でアイドル運転が続いている間は、貯留量はゼロとV1の間で増加と減少を繰り返す(実線グラフを参照)。
一方、貯留水の貯留を開始してからt0だけ時間が経過した時点で、(低速)走行状態の場合、貯留水の貯留を開始してからt0+t1(例えば、90分)だけ時間が経過するまでは、引き続きEGRが継続されるので、貯留量は経過時間に応じて増加する(一点鎖線グラフを参照)。
ここで、貯留水の貯留を開始してからt0+t1(例えば、90分)だけ時間が経過すると、EGRが停止され(ステップS72)、EGR凝縮水の貯留量はV2のままで増加しなくなる。その後、エンジン回転がNe0以上に上昇したとき、貯留していた凝縮水が燃焼室3を介して除去されて貯留量はゼロとなる。
(第3の実施形態について)
上述の第1、2の実施形態及びそれらの変形例は、通常のガソリンエンジンを搭載した車両を対象としていたが、エンジン及びモータを搭載したハイブリッドの車両の場合について、第3の実施形態として、図9、図10を参照しながら説明する。
まず、図9を参照しながら、本発明の第3の実施形態に係る車両の構成について説明する。
この車両200は、いわゆるハイブリッド車であって、駆動輪201と、ガソリンエンジンなどのエンジン202と、該エンジン202に接続されたモータ203と、該モータ203と駆動輪201の間に設けられた遊星歯車式有段変速機などの自動変速機204とを有し、エンジン202及びモータ203の駆動力が駆動輪201に伝達されるように構成されている。また、車両200は、複数の制御ユニットを有し、エンジン202を制御するエンジン制御ユニット205(以下、「ECU205」という)、モータ203を制御するモータ制御ユニット206(以下、「MCU206」という)、自動変速機204を制御する自動変速機制御ユニット(図示しない)、これら制御ユニットを統括的に制御するハイブリッド制御ユニット207(以下、「HVCU207」という)などを含む。また、図9に示すように、このHVCU207は、ECU205、MCU206及び自動変速機制御ユニットに対して相互に信号を伝達可能に構成されている。
また、第3の実施形態に係る車両200に搭載されるエンジン202の制御システムの構成は、図2に記載された第1の実施形態の場合と同様であるので説明を省略する。
各制御ユニットは、マイクロプロセッサ、メモリ、関連ハードウェア及びソフトウェアを含み、以下で説明する車両200の制御方法を遂行するようにプログラムされている。なお、以下の制御方法は、各制御対象を直接的に制御する制御ユニット(例えば、エンジン202に関する制御はECU205)によって遂行されるのが好ましいが、これら制御ユニットを統括的に制御するハイブリッド制御ユニット207によって遂行されてもよい。
次に、エンジン始動後の車両200の制御方法について、図10のフローチャートに従って説明する。なお、第1の実施形態における図3のフローチャートと同じ部分については、詳細な説明を省略する。
ステップS87で、タイマの経過時間tが所定時間t0を経過したと判定したとき、すなわち、凝縮水の貯留量が所定上限値を超えたと推定されたとき、車両200が停車状態か否かを判定し(ステップS88)、停車状態であると判定したとき、エンジン回転をNe0まで上昇させると共に、モータ203のモータブレーキを増大させ(ステップS89)、タイマをリセットする(ステップS90)。
したがって、第3の実施形態によれば、この種のハイブリッドの車両200において、凝縮水の貯留量が所定上限値を超えると、車両200が停車状態の場合、エンジン回転数Neを一時的に上昇させると共に、モータブレーキを増大させるので、エンジン202の駆動力の増大に伴い車両200が動こうとする、いわゆるクリープ力をモータブレーキの増大によって抑制することができる。したがって、クリープ力が増すことによってブレーキペダルを踏んでいるドライバに違和感を与えることがなく、凝縮水の強制的な除去を行うことができる。さらに、この凝縮水の除去後は、EGRの再開が可能となるので、燃費性能を向上できる。また、第3の実施形態によれば、上述の第1の実施形態で説明したのと同等の機能を有するので、上述の第1の実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、第3の実施形態に係る車両200は、エンジン202とモータ203が直結されているものには限らない。例えば、エンジン202とモータ203の間に動力分割機構(図示しない)を備えると共に、この動力分割機構に発電機(図示しない)がさらに接続され、エンジン202からの動力を動力分割機構により分割し、発電機と車輪の駆動へ振り分けたり、エンジン202とモータ203からの駆動力を自由に合成することが可能な、いわゆるスプリット方式のハイブリッド車両であってもよい。
(第4の実施形態について)
上述の第3の実施形態は、エンジンとモータの間の駆動伝達を切断できないハイブリッドの車両を対象としていたが、エンジンとモータの間に設けたクラッチによってこれらの間の駆動伝達を切断可能なハイブリッドの車両の場合について、第4の実施形態として、図11、図12を参照しながら説明する。
この車両300は、第3の実施形態の車両200とは、エンジン302とモータ303間にクラッチ305が設けられているという点でのみ実質的に異なる。その具体的な構成は、駆動輪301と、ガソリンエンジンなどのエンジン302と、該エンジン302に接続されたモータ303と、該モータ303と駆動輪301の間に設けられた遊星歯車式有段変速機などの自動変速機304と、エンジン302とモータ303との間の駆動伝達を切断可能に設けられたクラッチ305とを有し、エンジン302及びモータ303の駆動力が駆動輪301に伝達されるように構成されている。また、車両300は、複数の制御ユニットを有し、エンジン302を制御するエンジン制御ユニット306(以下、「ECU306」という)、モータ303を制御するモータ制御ユニット307(以下、「MCU307」という)、自動変速機304を制御する自動変速機制御ユニット(図示しない)、これら制御ユニットを統括的に制御すると共にクラッチ305を制御するハイブリッド制御ユニット308(以下、「HVCU308」という)などを含んでいる。図11に示すように、このHVCU308は、ECU306、MCU307及び自動変速機制御ユニットに対して相互に信号を伝達可能に構成されている。さらに、モータ303には、モータ駆動用のバッテリ(図示しない)が接続されており、該バッテリはバッテリ管理システム(図示しない)によってその充電状態(SOC)等が管理されている。
また、第4の実施形態に係る車両300に搭載されるエンジン302のシステム構成は、図2に記載された第1の実施形態の場合と同様であるので説明を省略する。
各制御ユニットは、マイクロプロセッサ、メモリ、関連ハードウェア及びソフトウェアを含み、以下で説明する車両300の制御方法を遂行するようにプログラムされている。なお、以下の制御方法は、各制御対象を直接的に制御する制御ユニット(例えば、エンジン302に関する制御はECU306)によってそれぞれ遂行されるのが好ましいが、これら制御ユニットを統括的に制御するハイブリッド制御ユニット308によって遂行されてもよい。
次に、エンジン始動後の車両300の制御方法について、図12のフローチャートに従って説明する。なお、第1の実施形態における図3のフローチャートと同じ部分については、詳細な説明を省略する。
ステップS107で、タイマの経過時間tが所定時間t0を経過したと判定したとき、すなわち、凝縮水の貯留量が所定上限値を超えたと推定されたとき、充電状態SOCcがモータ走行のために最低限必要とされる所定量SOCo(例えば、30〜40%)より大きいか否かを判定し(ステップS108)、充電状態SOCcが所定量SOCoより大きいと判定した場合、エンジン走行からモータ走行に切り替えると共にクラッチ305をカット(ステップS109)することで、エンジンとモータ間の駆動伝達が切断された状態にし、この状態で瞬間的にエンジン回転をNe0まで上昇させ(ステップS110)、タイマをリセットし(ステップS111)、ステップS105に戻る。
一方でステップS108において、充電状態SOCcが所定量SOCo以下であると判定した場合、EGRを停止する(ステップS112)。このEGR停止(ステップS112)からEGR再開(ステップS116)までは、第1の実施形態(図3のステップS8からステップS12)と同様であるので説明を省略する。
したがって、第4の実施形態によれば、このハイブリッドの車両300において、凝縮水の貯留量が所定上限値を超えると、エンジン走行からモータ走行に切り換わると共に、クラッチ305を切断後、エンジン回転数Neを一時的に上昇させるので、モータ303と駆動伝達が遮断されたエンジン302のエンジン回転数Neを上昇させても駆動輪301には伝達されない。したがって、走行性能に影響を与えずに、貯留した凝縮水を強制的に除去できる。この凝縮水の除去後は、EGRの再開が可能となるので、燃費性能を向上できる。さらに、第4の実施形態によれば、上述の第1の実施形態で説明したのと同等の機能を有するので、上述の第1の実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、本発明は例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
以上のように、本発明によれば、寒冷時においてもEGRを実行し、燃費性能の向上を図りながら、吸気通路に溜まった相当量の水がアクセルペダルを踏み込んだときに、燃焼室内に流入することによるエンジンにダメージを与えるのを防止できるので、この種の車両の製造産業分野において好適に利用される可能性がある。
8 吸気通路
9 排気通路
15 EGR通路(EGR装置)
17 EGR弁(EGR装置)
100、200、300 車両
101、201、301 駆動輪
102、202、302 エンジン
103、204、304 自動変速機
105、205、306 ECU(エンジンの制御装置、車両の制御装置)
106 ATCU(車両の制御装置)
206、307 MCU(車両の制御装置)
207、308 HVCU(車両の制御装置)
203、303 モータ
305 クラッチ

Claims (7)

  1. 排気通路から吸気通路に一部の排気ガスを環流させるEGR装置を備えたエンジンの制御装置であって、
    前記吸気通路に所定量以上の凝縮水が貯留されたか否かを判定する判定手段と、
    該判定手段が所定量以上の凝縮水が貯留されたことを判定したときに、前記EGR装置による排気ガスの環流を制限するEGR制限手段と、を備える
    ことを特徴とするエンジンの制御装置。
  2. 前記判定手段は、前記EGR装置による排気ガスの環流中であって、吸気温度が排気ガス中の水分が凝縮する所定温度以下であり、かつエンジン回転数が所定回転数以下の状態が所定時間継続したときに、吸気通路に所定量以上の凝縮水が貯留されたと判定する
    ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御装置。
  3. 前記EGR制限手段による排気ガス環流の制限中に、エンジン回転数が所定の制限解除回転数を超えたときに、排気ガスの環流の制限を解除する制限解除手段を備える
    ことを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置。
  4. 前記EGR制限手段による排気ガス環流の制限中に、吸気温度が所定の制限解除温度を超えたときに、排気ガスの環流の制限を解除する制限解除手段を備える
    ことを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置。
  5. エンジンと自動変速機を備えた車両の制御装置であって、
    請求項1から4のいずれか1項に記載の前記エンジンの制御装置と、
    前記吸気通路における前記凝縮水の貯留量が所定上限値を超えたか否かを判定する第2の判定手段と、
    該第2の判定手段が前記凝縮水の貯留量が前記所定上限値を超えたと判定したとき、前記車両が停車状態の場合、前記車両に搭載された自動変速機を中立状態とする中立状態切替手段と、
    該中立状態切替手段による中立状態への切換後、エンジン回転数を前記所定回転数より一時的に上昇させるエンジン回転数上昇手段と、を備える
    ことを特徴とする車両の制御装置。
  6. 駆動輪に連結されたモータと、該モータに連結されたエンジンとを備えた車両の制御装置であって、
    請求項1から4のいずれか1項に記載の前記エンジンの制御装置と、
    前記吸気通路における前記凝縮水の貯留量が所定上限値を超えたか否かを判定する第2の判定手段と、
    該第2の判定手段が前記凝縮水の貯留量が前記所定上限値を超えたと判定したとき、前記車両が停車状態の場合、エンジン回転数を前記所定回転数より一時的に上昇させるエンジン回転数上昇手段と、
    該エンジン回転数上昇手段による前記エンジン回転数の上昇と共に、前記モータのモータブレーキを増大させるモータブレーキ増大手段と、を備える
    ことを特徴とする車両の制御装置。
  7. 駆動輪に連結されたモータと、該モータにクラッチを介して連結されたエンジンとを備えた車両の制御装置であって、
    請求項1から4のいずれか1項に記載の前記エンジンの制御装置と、
    前記吸気通路における前記凝縮水の貯留量が所定上限値を超えたか否かを判定する第2の判定手段と、
    該第2の判定手段が前記凝縮水の貯留量が前記所定上限値を超えたと判定したとき、前記車両をモータ走行に切り換える動力源切換手段と、
    該動力源切換手段によるモータ走行への切り換えと共に、前記クラッチを切断するクラッチ切断手段と、
    該クラッチ切断手段による前記クラッチの切断後、エンジン回転数を前記所定回転数より一時的に上昇させるエンジン回転数上昇手段と、を備える
    ことを特徴とする車両の制御装置。
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