JP2015178775A - 内燃機関 - Google Patents

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Abstract

【課題】この発明は、内燃機関に関し、ＥＧＲバルブを早期に暖めてＥＧＲバルブ周りに凝縮水が存在していない状態でのＥＧＲガスの導入を早期に開始可能とすることを目的とする。【解決手段】吸気を過給するコンプレッサ２２ａより上流側の吸気通路１２にＥＧＲガスを導入するためのＥＧＲ通路３２とＥＧＲバルブ３６とを備える。コンプレッサ２２ａより下流側の吸気通路１２と、ＥＧＲガスの流れ方向におけるＥＧＲバルブ３６の直下のＥＧＲ通路３２とを接続する吸気バイパス通路５０を備える。吸気の流路形態を、コンプレッサ２２ａを通過した吸気が吸気通路１２を通ってそのまま筒内に流入する第１流路形態と、ＥＧＲバルブ３６が閉じている状態においてコンプレッサ２２ａを通過した吸気の一部が吸気バイパス通路５０およびＥＧＲ通路３２を通ってコンプレッサ２２ａの上流に還流する第２流路形態との間で選択可能とするためのバイパスバルブ５２を備える。【選択図】図３

Description

この発明は内燃機関に係り、特に、ＥＧＲガスを導入可能な内燃機関に関する。
従来、例えば特許文献１には、ターボ過給機付きの内燃機関が開示されている。この内燃機関は、過給された吸入空気を冷却するインタークーラーと、コンプレッサよりも上流側の吸気通路に導入されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーとを備えている。そして、インタークーラーおよびＥＧＲクーラーにて凝縮水が発生しないようにＥＧＲガス量が制御されるようになっている。
特開２０１２−０８７７７９号公報
ここで、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブがＥＧＲ通路の途中に設けられている構成を想定する。冷間状態からの始動開始後の暖機初期においては、凝縮水が発生し易いのでＥＧＲバルブは閉じられる。しかしながら、ＥＧＲバルブが閉じられていても、排気脈動によってＥＧＲバルブよりもＥＧＲガス流れの上流側のＥＧＲ通路は排気ガスで満たされており、ここでは絶えずガス交換が生じている。このため、冷えているＥＧＲバルブに排気ガス中の水分が触れることで結露が生じることがある。このように、ＥＧＲバルブが閉じている冷間時には、ＥＧＲバルブの排気通路側のバルブ表面およびその付近において凝縮水が発生し得る。
上記のようなＥＧＲバルブでの凝縮水の発生に対して何らの配慮なしにＥＧＲバルブを開いてＥＧＲガスの導入を行うと、この凝縮水が吸気通路に流入してしまう。一方、内燃機関が完全に暖機することによってＥＧＲバルブでの凝縮水が消滅するまでＥＧＲガスの導入を禁止すると、ＥＧＲガスの導入による燃費効果が得られなくなってしまう。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＥＧＲバルブを早期に暖めてＥＧＲバルブ周りに凝縮水が存在していない状態でのＥＧＲガスの導入を早期に開始できるようにした内燃機関を提供することを目的とする。
第１の発明は、内燃機関であって、
吸気を過給するコンプレッサと、
前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中に設けられ、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、
前記コンプレッサよりも下流側の吸気通路と、ＥＧＲガスの流れ方向における前記ＥＧＲバルブの直下の前記ＥＧＲ通路とを接続する吸気バイパス通路と、
前記吸気通路を流れる吸気の流路の形態を、前記コンプレッサを通過した吸気が前記吸気通路を通ってそのまま筒内に流入する第１流路形態と、前記ＥＧＲバルブが閉じている状態において前記コンプレッサを通過した吸気の一部が前記吸気バイパス通路および前記ＥＧＲ通路を通って前記コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路に還流する第２流路形態との間で選択可能な流路切替手段と、
を備えることを特徴とする。
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記流路切替手段は、前記第１流路形態および前記第２流路形態に加え、前記ＥＧＲバルブが開かれている状態で前記コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路を流れる吸気の一部が前記吸気バイパス通路および前記ＥＧＲ通路を通って前記排気通路に流出する第３流路形態を選択可能であることを特徴とする。
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記ＥＧＲバルブが閉じている状態で前記ＥＧＲバルブにて凝縮水が発生している場合もしくは発生する可能性がある場合に、前記第２流路形態が選択されるように前記流路切替手段を制御する第１制御手段をさらに備えることを特徴とする。
また、第４の発明は、第２の発明において、
前記ＥＧＲバルブよりも上流側の前記ＥＧＲ通路にて凝縮水が発生している場合もしくは発生する可能性がある場合に、前記第３流路形態が選択されるように前記ＥＧＲバルブおよび前記流路切替手段を制御する第２制御手段をさらに備えることを特徴とする。
また、第５の発明は、第２の発明において、
前記内燃機関の暖機が開始される場合に、前記ＥＧＲバルブが閉じている状態で前記第２流路形態が選択されるように前記流路切替手段を制御し、かつ、前記第２流路形態が選択されている際に前記ＥＧＲバルブにて凝縮水が発生しない状態になった場合に、前記ＥＧＲ通路から前記吸気通路へのＥＧＲガスの導入に先立って、前記第３流路形態が選択されるように前記ＥＧＲバルブおよび前記流路切替手段を制御する第３制御手段をさらに備えることを特徴とする。
第１の発明によれば、ＥＧＲバルブが閉じている冷間時に第２流路形態を選択することとすれば、コンプレッサにより昇温された吸気の一部が吸気バイパス通路を介してＥＧＲ通路に流入し、ＥＧＲバルブに触れながらＥＧＲ通路を流れるようにすることができる。その結果、当該吸気の熱によってＥＧＲバルブを加熱することができる。これにより、ＥＧＲバルブでの凝縮水の発生を抑止し、あるいは発生した凝縮水の除去（乾燥）を行うことができる。このため、ＥＧＲバルブを早期に暖めてＥＧＲバルブ周りに凝縮水が存在していない状態でのＥＧＲガスの導入を早期に開始させられる内燃機関を実現することができる。
第２の発明によれば、ＥＧＲ通路が冷えている状況下において第３流路形態を選択することとすれば、吸気バイパス通路に流入してＥＧＲ通路を逆流する吸気によって、ＥＧＲ通路内に滞留している凝縮水を排気通路に押し出して除去することができる。
第３の発明によれば、ＥＧＲバルブにて凝縮水が発生している場合もしくは発生する可能性がある場合に、吸気バイパス通路を利用して導入し吸気の熱によってＥＧＲバルブを加熱することができる。これにより、ＥＧＲバルブでの凝縮水の発生を抑止し、あるいは発生した凝縮水の除去（乾燥）を行うことができる。
第４の発明によれば、ＥＧＲバルブよりも上流側のＥＧＲ通路にて凝縮水が発生している場合もしくは発生する可能性がある場合に、ＥＧＲ通路内に滞留している凝縮水を吸気によって排気通路に押し出して除去することができる。これにより、凝縮水がＥＧＲバルブ周りだけでなくＥＧＲ装置の内部により確実に存在していない状態で、ＥＧＲガスを挿入できるようになる。
第５の発明によれば、暖機時に、凝縮水がＥＧＲ装置の内部により確実に存在していない状態で、ＥＧＲガスの早期導入を行えるようになる。
本発明の実施の形態１における内燃機関のシステム構成を概略的に説明するための図である。 図１に示すＥＧＲバルブ周りの特徴的な構成を表した図である。 図２中に示す破線部の構成を拡大して示す図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 ＥＧＲバルブの温度推定手法を説明するための図である。 ＥＧＲバルブ加熱モードによるＥＧＲバルブの早期昇温の効果を説明するための図である。 第１〜第３流路形態を実現するための他の構成例を示す図である。 図７中の破線部の構成を拡大して示す図である。 本発明の実施の形態２において第１および第２流路形態を実現するために備えられる構成の一例を示す図である。 図９中の破線部の構成を拡大して示す図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
実施の形態１．
［内燃機関のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関１０のシステム構成を概略的に説明するための図である。本実施形態のシステムは、内燃機関（一例として火花点火式エンジン）１０を備えている。内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。
吸気通路１２の入口近傍には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８、および吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ２０がそれぞれ設けられている。エアフローメータ１８の下流には、ターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａが設置されている。コンプレッサ２２ａは、排気通路１４に配置されたタービン２２ｂと連結軸を介して一体的に連結されている。
コンプレッサ２２ａの下流には、コンプレッサ２２ａにより圧縮された空気を冷却するためのインタークーラー２４が設けられている。インタークーラー２４の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２６が設けられている。タービン２２ｂよりも下流側の排気通路１４には、排気ガスを浄化するための排気浄化触媒として、ここでは、一例として、三元触媒である上流側触媒（Ｓ／Ｃ）２８が備えられている。
また、図１に示す内燃機関１０は、低圧ループ（ＬＰＬ）式のＥＧＲ装置３０を備えている。ＥＧＲ装置３０は、タービン２２ｂよりも下流側の排気通路１４と、コンプレッサ２２ａよりも上流側の吸気通路１２とを接続するＥＧＲ通路３２を備えている。このＥＧＲ通路３２の途中には、吸気通路１２に導入される際のＥＧＲガスの流れの上流側から順に、ＥＧＲクーラー３４およびＥＧＲバルブ３６が設けられている。ＥＧＲクーラー３４は、ＥＧＲ通路３２を流れるＥＧＲガスを冷却するために備えられた水冷式のクーラーである。ＥＧＲバルブ３６は、ＥＧＲ通路３２を通って吸気通路１２に還流されるＥＧＲガスの量を調整するために備えられている。なお、ＥＧＲバルブ３６のハウジング（図示省略）はエンジン冷却水によって暖められるようになっている。
本実施形態のシステムは、ＥＧＲバルブ３６周りの構成に特徴を有している。この特徴的な構成については図２および図３を参照して詳述する。さらに、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、上述したエアフローメータ１８および吸気温度センサ２０に加え、エンジン回転数を検知するためのクランク角センサ４２、およびエンジン冷却水温度を検出するための水温センサ４４等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。一方、ＥＣＵ４０の出力部には、上述したスロットルバルブ２６およびＥＧＲバルブ３６に加え、内燃機関１０の筒内もしくは吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁４６、および、筒内の混合気に点火するための点火装置４８等の内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、上述した各種センサの出力と所定のプログラムとに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転を制御するものである。
［ＬＰＬ式のＥＧＲ装置の課題］
冷間状態からの始動開始後の暖機初期においては、良好な燃焼を確保するために、また、凝縮水が発生し易いので、ＥＧＲバルブ３６は通常閉じられる。しかしながら、ＥＧＲバルブ３６が閉じられていても、排気脈動によってＥＧＲバルブ３６よりもＥＧＲガス流れの上流側（排気通路１４側）のＥＧＲ通路３２は排気ガスで満たされており、ここでは絶えずガス交換が生じている。このため、冷えているＥＧＲバルブ３６に排気ガス中の水分が触れることで結露が生じることがある。このように、ＥＧＲバルブ３６が閉じている冷間時には、ＥＧＲバルブ３６の排気通路１４側のバルブ表面およびその付近において凝縮水が発生し得る。
上記のようなＥＧＲバルブ３６での凝縮水の発生に対して何らの配慮なしにＥＧＲバルブ３６を開いてＥＧＲガスの導入を行うと、この凝縮水が吸気通路１２に流入してしまう。その結果、吸気系部品の腐食が発生することが懸念される。また、本実施形態の内燃機関１０のようにコンプレッサ２２ａよりも上流側の吸気通路１２にＥＧＲガスを導入する場合には、コンプレッサ２２ａの腐食だけでなく凝縮水の衝突によるコンプレッサ２２ａの摩耗（エロージョン）が発生することが懸念される。一方、内燃機関１０が完全に暖機することによってＥＧＲバルブ３６での凝縮水が消滅するまでＥＧＲガスの導入を禁止した場合、完全な暖機による凝縮水の除去（乾燥）には多くの時間を要するため、その時間内はＥＧＲガスの導入による燃費効果を引き出せなくなってしまう。
［ＥＧＲバルブ周りの特徴的な構成］
図２は、図１に示すＥＧＲバルブ３６周りの特徴的な構成を表した図である。本実施形態では、上記課題を解決するために、図２に示す吸気バイパス通路５０とバイパスバルブ５２とを備えることとした。吸気バイパス通路５０は、コンプレッサ２２ａよりも下流側の吸気通路１２と、（ＥＧＲガス導入時の）ＥＧＲガスの流れ方向におけるＥＧＲバルブ３６の直下のＥＧＲ通路３２とを接続するものである。バイパスバルブ５２は、吸気バイパス通路５０とＥＧＲ通路３２との接続部５４（図３参照）に配置されている。バイパスバルブ５２は上述したＥＣＵ４０に電気的に接続されている。
図３は、図２中に示す破線部の構成を拡大して示す図であり、ＥＧＲバルブ３６およびバイパスバルブ５２の制御によって実現される各種流路形態を示している。バイパスバルブ５２の回転軸５２ａは、図３に示すように、ＥＧＲバルブ３６が設けられている部位と反対側の接続部５４の端部（ＥＧＲ通路３２に対する吸気バイパス通路５０の開口端部）に設けられている。バイパスバルブ５２は、吸気バイパス通路５０を開放し、かつ（接続部５４よりもＥＧＲガス流れの下流側の）ＥＧＲ通路３２を閉塞した状態（図３（Ｂ））と、吸気バイパス通路５０を閉塞し、かつＥＧＲ通路３２を開放した状態（図３（Ｃ））との間で任意に開度調整が可能となっている。
先ず、バイパスバルブ５２の基本の制御状態は、吸気バイパス通路５０を閉塞し、かつＥＧＲ通路３２を開放するように開度調整された状態である。この制御状態によれば、吸気通路１２を流れる吸気の流路の形態として、コンプレッサ２２ａを通過した吸気が吸気通路１２を通って筒内に流入する流路形態（以下、「第１流路形態」と称する）が形成される。より具体的には、第１流路形態が形成されている際にＥＧＲバルブ３６が閉じられている場合には、吸気がコンプレッサ２２ａを通過したうえで吸気通路１２をそのまま通って筒内に流入する。一方、第１流路形態が形成されている際にＥＧＲバルブ３６が開かれている場合には、ＥＧＲバルブ３６の開度に応じた量のＥＧＲガスがＥＧＲ通路３２からコンプレッサ２２ａの上流側の吸気通路１２に導入される。このため、この場合には、図３（Ｃ）に示すように、ＥＧＲガスと吸気との混合ガスがコンプレッサ２２ａを通過したうえで吸気通路１２をそのまま通って筒内に流入する（ＥＧＲガス導入モード）。
次に、図３（Ａ）に示すように、ＥＧＲバルブ３６が閉じられ、かつバイパスバルブ５２が中間開度（吸気バイパス通路５０およびＥＧＲ通路３２のどちらも閉塞しない開度）に制御された状態では、吸気通路１２を流れる吸気の流路の形態として、コンプレッサ２２ａを通過した吸気の一部が吸気バイパス通路５０およびＥＧＲ通路３２を通ってコンプレッサ２２ａよりも上流側の吸気通路１２に還流する流路形態（以下、「第２流路形態」と称する）が形成される。また、この第２流路形態の選択時には、バイパスバルブ５２の開度を制御することで吸気バイパス通路５０を流れる吸気の流量を調整することができる。より具体的には、バイパスバルブ５２が吸気バイパス通路５０またはＥＧＲ通路３２を閉塞する位置から離れるように（中間位置に向けて）バイパスバルブ５２の開度を調整することで、上記流量を増やすことができる。
さらに、図３（Ｂ）に示すように、ＥＧＲバルブ３６が開かれ、かつバイパスバルブ５２によって吸気バイパス通路５０の開放とＥＧＲ通路３２の閉塞とがなされた状態では、吸気通路１２を流れる吸気の流路の形態として、コンプレッサ２２ａよりも上流側の吸気通路１２を流れる吸気の一部が吸気バイパス通路５０およびＥＧＲ通路３２を通って排気通路１４に流出する流路形態（以下、「第３流路形態」と称する）が形成される。また、この第３流路形態の選択時には、ＥＧＲバルブ３６の開度を調整することで排気通路１４側に流出する吸気の流量を調整することができる。より具体的には、ＥＧＲバルブ３６の開度を大きくするほど、排気通路１４側に流出する吸気の流量を増やすことができる。
［実施の形態１における特徴的な制御］
（ＥＧＲバルブ加熱モード）
本実施形態では、上述したＥＧＲバルブ３６周りの構成を利用して、内燃機関１０の運転中に次のような制御が行われる。すなわち、内燃機関１０が暖機を開始する時（つまり、冷間状態からの始動開始直後）では、既述したようにＥＧＲバルブ３６にて凝縮水が発生し得る。そこで、暖機を開始するのと同時に、図３（Ａ）に示す第２流路形態が選択されるようにＥＧＲバルブ３６およびバイパスバルブ５２を制御することとした。
吸気バイパス通路５０はＥＧＲガスの流れ方向におけるＥＧＲバルブ３６の直下のＥＧＲ通路３２に接続されている。このため、第２流路形態が選択されると、吸気バイパス通路５０からＥＧＲ通路３２に流入する吸気がＥＧＲバルブ３６に触れながらＥＧＲ通路３２を通過するようになる。また、吸気バイパス通路５０に流入する吸気の温度は、コンプレッサ２２ａによって圧縮されることによって必ず上昇する。したがって、このような制御によれば、コンプレッサ２２ａにより昇温された吸気をＥＧＲバルブ３６に当てることによって、ＥＧＲバルブ３６のハウジングへのエンジン冷却水の循環に頼る場合と比べ、ＥＧＲバルブ３６の温度を早期に高めることができる。これにより、ＥＧＲバルブ３６周りでの凝縮水の発生を抑止し、あるいは発生した凝縮水の除去（乾燥）を行うことができる。以下、第２流路形態を選択してＥＧＲバルブ３６の昇温を図る制御モードを「ＥＧＲバルブ加熱モード」と称する。
さらに付け加えると、本実施形態においてＥＧＲバルブ３６の昇温のための熱源として利用する吸気の温度は、コンプレッサ２２ａにより圧縮されることで速やかに上昇するので、昇温された過給空気は、暖機の開始直後に利用可能となる。また、本実施形態のバイパスバルブ５２の配置の態様によれば、図３（Ａ）に示すように、吸気バイパス通路５０からＥＧＲ通路３２に流入する吸気の流れ方向がバイパスバルブ５２によってＥＧＲバルブ３６方向に向けて曲げられるようになる。その結果、昇温した吸気をより効果的にＥＧＲバルブ３６に当てることができる。本ＥＧＲバルブ加熱モードによれば、これらのことからも、効果的なＥＧＲバルブ３６の早期昇温が可能となるといえる。
（凝縮水パージモード）
ＥＧＲバルブ加熱モードの実行によってＥＧＲバルブ３６周りに凝縮水が存在していない状態にしても、ＥＧＲバルブ３６から離れた上流側のＥＧＲ通路３２内にはＥＧＲクーラー３４の内部を含めて凝縮水が存在している可能性がある。そのような状況下においてＥＧＲガスの導入を行うと、当該凝縮水が吸気通路１２に流入してしまう。ＥＧＲバルブ加熱モードの実行直後の暖機期間中は、基本的に上記状況下に該当する。そこで、本実施形態では、ＥＧＲバルブ加熱モードによってＥＧＲバルブ３６周りに凝縮水が存在していない状態を得た後には、ＥＧＲガスの導入に先立って、図３（Ｂ）に示す第３流路形態が選択されるようにＥＧＲバルブ３６およびバイパスバルブ５２を制御することとした。
ＥＧＲクーラー３４の内部を含むＥＧＲ通路３２内に凝縮水が存在している状況下において第３流路形態が形成されると、コンプレッサ２２ａにより圧縮された吸気の一部が吸気バイパス通路５０に流入し、ＥＧＲ通路３２を排気通路１４側に向けて逆流する。このように逆流する吸気によって、ＥＧＲ通路３２内に滞留している凝縮水を排気通路１４に押し出して除去することができる。以下、第３流路形態を選択してＥＧＲクーラー３４内部を含むＥＧＲ通路３２内の凝縮水除去を図る制御モードを「凝縮水パージモード」と称する。なお、排気通路１４に押し出された凝縮水は、排気通路１４から外部に排出されるため、内燃機関１０およびこれを搭載する車両に対して問題を与える心配はない。
（実施の形態１における具体的処理）
図４は、本発明の実施の形態１における特徴的な制御を実現するためにＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、冷間状態での内燃機関１０の始動開始時（すなわち、暖機開始時）に起動されるものとする。
図４に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、先ず、ステップ１００においてＥＧＲバルブ加熱モードを実行する。具体的には、上述した第２流路形態を形成するためにＥＧＲバルブ３６が閉じられた状態を維持するとともにバイパスバルブ５２が制御される。なお、ＥＧＲバルブ加熱モードによって吸気バイパス通路５０にバイパスされる空気量が増えすぎると筒内に充填される空気量が不足する。このため、必要な筒内充填空気量を確保できるようにバイパスバルブ５２の開度が適切に調整される。
次に、ＥＣＵ４０は、ステップ１０２に進み、ＥＧＲガスを導入可能な水温条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、エンジン冷却水温度が所定値よりも高いか否かが判定される。エンジン冷却水温度が低すぎると内燃機関１０の燃焼が悪化する。上記所定値は、良好な燃焼が成立する温度にエンジン冷却水温度が達しているか否かを判断するための閾値として予め設定された値である。
ＥＣＵ４０は、ステップ１０２の判定が不成立となる場合にはステップ１００に戻り、一方、ステップ１０２の判定が成立する場合、すなわち、ＥＧＲガスを導入可能な水温条件が成立した場合にはステップ１０４に進み、ＥＧＲバルブ温度が所定値Ｘ１よりも高いか否かを判定する。所定値Ｘ１は、ＥＧＲバルブ３６にて結露が発生し始める温度（すなわち、ＥＧＲバルブ３６付近の排気ガスの露点温度）である。本ステップ１０４の処理により、ＥＧＲバルブ３６にて凝縮水が発生している場合もしくは発生する可能性がある場合であるか否かが判断される。
ＥＧＲバルブ温度は、例えば、吸気温度ＴＨＡ、エンジン冷却水温度ＴＨＷおよび時間の関数によって算出される値として推定することができる。図５は、ＥＧＲバルブ３６の温度推定手法を説明するための図である。ＥＣＵ４０は、図５に示すように吸気温度ＴＨＡとエンジン冷却水温度ＴＨＷとの関係でＥＧＲバルブ３６の温度のベース値Ｔｅｏを定めたマップを記憶している。ここでいうベース値Ｔｅｏとは、吸気温度ＴＨＡおよびエンジン冷却水温度ＴＨＷがそれぞれ任意の温度であるときの定常的なＥＧＲバルブ３６の温度のことである。
本ステップ１０４では、吸気温度センサ２０により検出される吸気温度ＴＨＡと水温センサ４４により検出されるエンジン冷却水温度ＴＨＷとに対応する値Ｔｅｏが図５に示すようなマップを参照して取得される。そして、この値Ｔｅｏを基礎として、（１）式に従って、吸気温度ＴＨＡおよびエンジン冷却水温度ＴＨＷの変化の影響を受けて時間的な遅れを伴って変化するＥＧＲバルブ３６の現在の温度Ｔｎが算出される。なお、（１）式において、Ｔｎ−１はＥＧＲバルブ３６の温度の前回値であり、ｋは事前に設定されたなまし係数（０＜ｋ＜１）である。また、水温センサ４４は、ＥＧＲバルブ３６のハウジングでのエンジン冷却水温度と相関のある位置にてエンジン冷却水温度ＴＨＷを計測しているものとする。
Figure 2015178775
ＥＣＵ４０は、ステップ１０４の判定が不成立となる場合にはステップ１００に戻り、ステップ１０４の判定が成立する場合、すなわち、ＥＧＲバルブ３６周りに凝縮水が存在していないと判断できる場合にはステップ１０６に進む。ステップ１０６では、ＥＣＵ４０は凝縮水パージモードを実行する。具体的には、上述した第３流路形態を形成するためにＥＧＲバルブ３６を開いた状態にするとともにバイパスバルブ５２が制御される。なお、凝縮水パージモードによってもＥＧＲ通路３２に流れる空気量が増えすぎると筒内に充填される空気量が不足する。このため、必要な筒内充填空気量を確保できるようにＥＧＲバルブ３６の開度が適切に調整される。
次に、ＥＣＵ４０は、ステップ１０８に進み、ＥＧＲクーラー３４の内部に凝縮水が存在していないか否かを判定する。ＥＣＵ４０は、事前に行った実験等の結果に基づいて、ＥＧＲクーラー３４の内部に凝縮水が存在している状況下で当該凝縮水を除去するために要する凝縮水パージモードの実行時間の判定値を記憶している。本ステップ１０８の判定は、凝縮水パージモードの実行時間が上記判定値に達した際に成立するものとされている。なお、本ステップ１０８の判定の具体例は、上記の手法に限られない。すなわち、ＥＧＲクーラー３４の内部の壁面温度を計測する温度センサを別途備え、当該温度センサにより計測される温度がＥＧＲガスの露点よりも高い場合に本ステップ１０８の判定が成立するものとしてもよい。
ＥＣＵ４０は、ステップ１０８の判定が不成立となる場合にはステップ１０６に戻り、ステップ１０８の判定が成立する場合、すなわち、ＥＧＲクーラー３４の内部に凝縮水が存在していないと判断できる場合にはステップ１１０に進む。ステップ１１０では、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲバルブ３６よりもＥＧＲガス流れの上流側のＥＧＲ通路３２内に凝縮水が存在していないか否かを判定する。ＥＣＵ４０は、事前に行った実験等の結果に基づいて、ＥＧＲ通路３２内に凝縮水が存在している状況下で当該凝縮水を除去するために要する凝縮水パージモードの実行時間の判定値を記憶している。本ステップ１１０の判定は、凝縮水パージモードの実行時間が上記判定値に達した際に成立するものとされている。なお、本ステップ１１０の判定の具体例は、上記の手法に限られない。すなわち、ＥＧＲ通路３２の内壁面温度を計測する温度センサを別途備え、当該温度センサにより計測される温度がＥＧＲガスの露点よりも高い場合に本ステップ１１０の判定が成立するものとしてもよい。
ＥＣＵ４０は、ステップ１１０の判定が不成立となる場合にはステップ１０６に戻り、ステップ１１０の判定が成立する場合、すなわち、ＥＧＲ通路３２内に凝縮水が存在していないと判断できる場合にはステップ１１２に進み、図３（Ｃ）に示すＥＧＲガス導入モードを実行する。このように、本ルーチンでは、ＥＧＲガスを導入可能な水温条件が成立し、かつ、ＥＧＲバルブ３６周り、ＥＧＲクーラー３４の内部、および、ＥＧＲバルブ３６よりも上流側のＥＧＲ通路３２内に凝縮水がそれぞれ存在していないと判断された場合に、ＥＧＲガスの導入が許可される。
以上説明した図４に示すルーチンによれば、暖機時に、ＥＧＲバルブ加熱モードによってＥＧＲバルブ３６を早期に暖めてＥＧＲバルブ３６周りに凝縮水が存在していない状態でのＥＧＲガスの導入を早期に開始できるようになる。以下、図６を参照して、ＥＧＲバルブ加熱モードによるＥＧＲバルブ３６の早期昇温の効果をより詳細に説明する。図６（Ａ）は、エンジン冷却水によって間接的にＥＧＲバルブを加熱する構成を備える内燃機関においてＥＧＲバルブ加熱モードが実行されない暖機時のものである。図６（Ａ）に示すように、暖機時には、時間経過とともにエンジン冷却水温度が上昇していく。熱はエンジン冷却水からＥＧＲバルブハウジングに伝わり、さらにＥＧＲバルブハウジングからＥＧＲバルブに伝わる。このため、暖機中のＥＧＲバルブ温度は常にエンジン冷却水温度よりも低くなる。このように、エンジン冷却水温度の上昇に時間がかかるうえに、ＥＧＲバルブがＥＧＲバルブハウジングを介して間接的に加熱されるため、ＥＧＲバルブの昇温が遅くなる。これに対し、図６（Ｂ）に示すように、コンプレッサ出口ガス温度はエンジン冷却水温度と比べて速やかに上昇する。そして、ＥＧＲバルブ加熱モードによれば、そのような高温のコンプレッサ出口ガスの一部を利用してＥＧＲバルブ３６を直接的に加熱することができる。したがって、ＥＧＲバルブ３６を早期に昇温させることができる。
さらに、上記ルーチンによれば、ＥＧＲガスの導入開始に先立ち、ＥＧＲバルブ加熱モードに続いて凝縮水パージモードを実行することによって、ＥＧＲクーラー３４の内部を含めてＥＧＲ通路３２内の凝縮水を除去することができる。これにより、凝縮水がＥＧＲバルブ３６周りだけでなくＥＧＲ装置３０の内部により確実に存在していない状態で、ＥＧＲガスの早期導入を行えるようになる。
ところで、上述した実施の形態１においては、図２および図３に示すように構成されたバイパスバルブ５２を利用している。しかしながら、本発明における流路切替手段は、上述した第１〜第３流路形態を択一的に選択できるように構成されたものであれば、上記構成に限定されない。すなわち、例えば、以下の図７および図８に示す構成を利用するものであってもよい。
図７は、第１〜第３流路形態を実現するための他の構成例を示す図である。図８は、図７中の破線部の構成を拡大して示す図である。なお、図７、８において、上記図２、３に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。図７に示す構成では、吸気バイパス通路５０とＥＧＲ通路３２との接続部５４ではなく吸気バイパス通路５０の途中にバイパスバルブ６０が配置されている。さらに、接続部５４よりもＥＧＲガス流れの下流側（吸気通路１２側）のＥＧＲ通路３２に、第２のＥＧＲバルブ６２が配置されている。
図７に示す構成であっても、第１〜第３流路形態を実現することができる。すなわち、バイパスバルブ６０を閉じた状態とすることで、第１流路形態を形成することができる。そして、第１流路形態を形成した状態においてＥＧＲバルブ３６および第２のＥＧＲバルブ６２を開くことにより図８（Ｃ）に示すようにＥＧＲガス導入モードを実現することができる。また、ＥＧＲバルブ３６を閉じ、かつバイパスバルブ６０および第２のＥＧＲバルブ６２を開くことにより図８（Ａ）に示すようにＥＧＲバルブ加熱モード時に使用する第２流路形態を形成することができる。さらに、ＥＧＲバルブ３６およびバイパスバルブ６０を開き、かつ第２のＥＧＲバルブ６２を閉じることにより図８（Ｂ）に示すように凝縮水パージモードに使用する第３流路形態を形成することができる。
なお、上述した実施の形態１においては、バイパスバルブ５２が前記第１の発明における「流路切替手段」に相当している。
また、ＥＣＵ４０が暖機の開始時にステップ１００の処理を実行することにより前記第３の発明における「第１制御手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ４０が暖機時にステップ１００〜１０４の処理に続いてステップ１０６の処理を実行することにより前記第４の発明における「第２制御手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ４０が暖機の開始時にステップ１００〜１０６の処理を実行することにより前記第５の発明における「第３制御手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１の変形例においては、バイパスバルブ６０および第２のＥＧＲバルブ６２が前記第１の発明における「流路切替手段」に相当している。
実施の形態２．
次に、図９〜図１１を主に参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態の内燃機関のハードウェア構成は、図２および図３を示すＥＧＲバルブ周りの構成に代えて図９および図１０に示す構成を備えている点を除き、実施の形態１の内燃機関のものと同様であるものとする。
上述した実施の形態１では、暖機時にＥＧＲバルブ加熱モードに続いて凝縮水パージモードを実行することとしている。しかしながら、本発明における制御は、必ずしもＥＧＲバルブ加熱モードに続いて凝縮水パージモードを実行するものに限られない。すなわち、以下に示す本実施形態の制御のように、暖機時にＥＧＲバルブ加熱モードを行うこととし、ＥＧＲバルブ加熱モードの実行が完了した場合にＥＧＲガスの所定の導入条件が成立することを条件として直ちにＥＧＲガスの導入を行うようにしてもよい。
図９は、本発明の実施の形態２において第１および第２流路形態を実現するために備えられる構成の一例を示す図である。図１０は、図９中の破線部の構成を拡大して示す図である。なお、図９、１０において、上記図２、３に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。既述したように、第１および第２流路形態の形成は、図２、３に示す構成または図７、８に示す構成を用いて実現することができるものであるが、本実施形態では第３流路形態を利用しないため、例えば、図９および図１０に示す構成が用いられていてもよい。
図９、１０に示す構成は、第２のＥＧＲバルブ６２が備えられていない点を除き、図７、８に示す構成と同様であり、以下に示すように第１および第２流路形態を実現することができる。すなわち、バイパスバルブ６０を閉じた状態とすることで、第１流路形態を形成することができる。そして、第１流路形態を形成した状態においてＥＧＲバルブ３６を開くことにより図１０（Ｂ）に示すようにＥＧＲガス導入モードを実現することができる。また、ＥＧＲバルブ３６を閉じ、かつバイパスバルブ６０を開くことにより図１０（Ａ）に示すようにＥＧＲバルブ加熱モード時に使用する第２流路形態を形成することができる。
図１１は、本発明の実施の形態２における特徴的な制御を実現するためにＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。図１１に示すルーチンの処理は、ステップ１０６〜１１０の処理が省略されている点、および、上記図１０に示す態様でバイパスバルブ６０が制御される点を除き、上記図４に示すルーチンの処理と同様であるため、本ルーチンに関する詳細な説明を省略する。本ルーチンを行うことによっても、暖機時に、ＥＧＲバルブ加熱モードによってＥＧＲバルブ３６を早期に暖めてＥＧＲバルブ３６周りに凝縮水が存在していない状態でのＥＧＲガスの導入を早期に開始できるようになる。
なお、上述した実施の形態２においては、バイパスバルブ６０が前記第１の発明における「流路切替手段」に相当している。
また、本実施形態においても、ＥＣＵ４０が暖機の開始時にステップ１００の処理を実行することにより前記第３の発明における「第１制御手段」が実現されている。
ところで、上述した実施の形態１および２においては、凝縮水パージモードは暖機時にＥＧＲバルブ加熱モードに続いて実行される制御として説明を行った。しかしながら、凝縮水パージモードは、ＥＧＲバルブ３６よりも上流側のＥＧＲ通路３２（ＥＧＲクーラー３４の内部を含む）にて凝縮水が発生している場合もしくは発生する可能性がある場合に行われるものであれば、ＥＧＲバルブ加熱モードに付随して暖機時に実行されるものに限定されない。例えば、車両が寒冷地を走行している場合には、運転中にＥＧＲガスを導入しない運転条件が継続的に成立していると、温度の低い外気による走行風によってＥＧＲバルブ３６よりも上流側のＥＧＲ通路３２が冷えてしまう場合がある。その結果、このような状況下では暖機後であってもＥＧＲ通路３２内に凝縮水が生じ得る。凝縮水パージモードは、このような状況下において独立的に実行されるものであってもよい。
また、ＥＧＲバルブ加熱モードに関しても、ＥＧＲバルブ３６が閉じている状態でＥＧＲバルブ３６にて凝縮水が発生している場合もしくは発生する可能性がある場合に実行されるものであれば、上述した暖機時に実行されるものに限られない。上述した内燃機関１０がそうであるようにＥＧＲバルブ３６のハウジングをエンジン冷却水によって暖めることができる構成を備えている場合であれば、暖機後の寒冷地の走行中に凝縮水が発生し得る程度にまでＥＧＲバルブ３６が冷やされることはないといえる。しかしながら、例えば、上記構成が備えられていない場合には、ＥＧＲバルブ３６も暖機後に冷やされる状況が想定され得る。したがって、ＥＧＲバルブ加熱モードは、暖機時に限らず、そのような状況下において実行されるものであってもよい。
また、上述した実施の形態１および２においては、吸入空気を過給するコンプレッサ２２ａを有する過給機として、排気エネルギーを駆動力として利用するターボ過給機２２を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明における過給機は、ターボ過給機に限定されるものではない。すなわち、本発明におけるコンプレッサは、吸入空気を過給するものであれば、例えば、内燃機関のクランク軸からの動力を駆動力として利用するものであってもよく、或いは、電動モータを駆動力として利用するものであってもよい。
１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ エアクリーナ
１８ エアフローメータ
２０ 吸気温度センサ
２２ ターボ過給機
２２ａ コンプレッサ
２２ｂ タービン
２４ インタークーラー
２６ スロットルバルブ
２８ 上流側触媒
３０ ＥＧＲ装置
３２ ＥＧＲ通路
３４ ＥＧＲクーラー
３６ ＥＧＲバルブ
４０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４２ クランク角センサ
４４ 水温センサ
４６ 燃料噴射弁
４８ 点火装置
５０ 吸気バイパス通路
５２、６０ バイパスバルブ
５２ａ バイパスバルブの回転軸
５４ 吸気バイパス通路とＥＧＲ通路との接続部
６２ 第２のＥＧＲバルブ

Claims (5)

  1. 吸気を過給するコンプレッサと、
    前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
    前記ＥＧＲ通路の途中に設けられ、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、
    前記コンプレッサよりも下流側の吸気通路と、ＥＧＲガスの流れ方向における前記ＥＧＲバルブの直下の前記ＥＧＲ通路とを接続する吸気バイパス通路と、
    前記吸気通路を流れる吸気の流路の形態を、前記コンプレッサを通過した吸気が前記吸気通路を通ってそのまま筒内に流入する第１流路形態と、前記ＥＧＲバルブが閉じている状態において前記コンプレッサを通過した吸気の一部が前記吸気バイパス通路および前記ＥＧＲ通路を通って前記コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路に還流する第２流路形態との間で選択可能な流路切替手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関。
  2. 前記流路切替手段は、前記第１流路形態および前記第２流路形態に加え、前記ＥＧＲバルブが開かれている状態で前記コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路を流れる吸気の一部が前記吸気バイパス通路および前記ＥＧＲ通路を通って前記排気通路に流出する第３流路形態を選択可能であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
  3. 前記ＥＧＲバルブが閉じている状態で前記ＥＧＲバルブにて凝縮水が発生している場合もしくは発生する可能性がある場合に、前記第２流路形態が選択されるように前記流路切替手段を制御する第１制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
  4. 前記ＥＧＲバルブよりも上流側の前記ＥＧＲ通路にて凝縮水が発生している場合もしくは発生する可能性がある場合に、前記第３流路形態が選択されるように前記ＥＧＲバルブおよび前記流路切替手段を制御する第２制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
  5. 前記内燃機関の暖機が開始される場合に、前記ＥＧＲバルブが閉じている状態で前記第２流路形態が選択されるように前記流路切替手段を制御し、かつ、前記第２流路形態が選択されている際に前記ＥＧＲバルブにて凝縮水が発生しない状態になった場合に、前記ＥＧＲ通路から前記吸気通路へのＥＧＲガスの導入に先立って、前記第３流路形態が選択されるように前記ＥＧＲバルブおよび前記流路切替手段を制御する第３制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
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