JP2015209782A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関に関し、凝縮水発生条件下においてＥＧＲガスを導入している状況からの減速時に燃焼悪化が生じることを、その後の再加速時の燃焼に対して弊害をもたらさずに抑制することを目的とする。【解決手段】コンプレッサ２４ａよりも下流側の吸気通路１２を流れる吸入ガスを冷却するインタークーラー３２を備える。インタークーラー３２よりも上流側の吸気通路１２にＥＧＲガスを供給可能なＥＧＲ装置４２を備える。インタークーラー３２で発生した凝縮水が流入する位置において当該インタークーラー３２よりも下流側であって重力方向下側の吸気通路１２の内壁面に形成された溝形状のトラッパー３４を備える。ＥＧＲ装置４２は、インタークーラー３２で凝縮水が発生する凝縮水発生条件が成立し、かつ、トラッパー３４から凝縮水が流出する場合もしくは流出する可能性がある場合に、ＥＧＲガスの導入を制限する。【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関に係り、特に、排気ガスの一部をインタークーラーよりも上流側の吸気通路に還流させるＥＧＲ装置を備える過給機付きの内燃機関に関する。

従来、例えば特許文献１には、インタークーラーを備える過給機付きの内燃機関が開示されている。この従来の内燃機関では、インタークーラーから吸気通路内に冷却水（冷媒）が漏れる事態を想定して、漏れた冷却水が吸気通路の経路中において最も溜まり易い部位に対して当該冷却水を捕集するキャッチタンクを備えている。

特開２０１３−０９６３５３号公報

ところで、インタークーラーよりも上流側（主に、吸入ガスを過給するコンプレッサよりも上流側）の吸気通路にＥＧＲガスを導入する構成を備える内燃機関がある。このような内燃機関では、インタークーラー内で新気とＥＧＲガスとの混合ガスが当該混合ガスの露点以下に冷やされると、凝縮水が発生する。定常運転時であれば、ＥＧＲガスの導入中にインタークーラーで発生した凝縮水がそのまま筒内に吸入されても燃焼への影響は小さいといえる。一方、低負荷運転時にはＥＧＲガスの導入に対する燃焼耐性が低いため、減速時（より具体的には、内燃機関の運転領域が高負荷領域から低負荷領域に移行する過程である減速過渡時）にＥＧＲガスが導入されると、燃焼が悪化し易くなる。そのうえで、インタークーラーにて凝縮水が発生する凝縮水発生条件で減速時にＥＧＲガスが導入されると、吸入ガス中にＥＧＲガスだけでなく凝縮水が加わることで、燃焼がより悪化し易くなる。したがって、上記構成を有する内燃機関では、減速時にＥＧＲガスとともに凝縮水が筒内に導入されることに伴う燃焼悪化への対策がなされていることが望ましい。そして、そのような対策は、その後の再加速時の燃焼に対して弊害をもたらさないようになっていることが望ましい。

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、凝縮水発生条件下においてＥＧＲガスを導入している状況からの減速時に燃焼悪化が生じることを、その後の再加速時の燃焼に対して弊害をもたらさずに抑制することができる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、
吸気通路に配置され、当該吸気通路を流れる吸入ガスを過給するコンプレッサと、
前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路に配置され、当該吸気通路を流れる吸入ガスを冷却するインタークーラーと、
前記インタークーラーよりも上流側の前記吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路を有し、前記排気通路を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に供給可能なＥＧＲ装置と、
前記インタークーラーで発生した凝縮水が流入する位置において当該インタークーラーよりも下流側であって少なくとも重力方向下側の前記吸気通路の内壁面に凹部として形成されたトラッパーと、
を備え、
前記ＥＧＲ装置は、前記インタークーラーで凝縮水が発生する凝縮水発生条件が成立し、かつ、前記トラッパーから凝縮水が流出する場合もしくは流出する可能性がある場合に、ＥＧＲガスの導入を制限す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、
前記トラッパーに捕集されている凝縮水の量を検出もしくは推定する手段をさらに備え、
前記ＥＧＲ装置は、凝縮水発生条件が成立し、かつ、前記トラッパーに凝縮水が捕集されている状況下において吸入ガス流量が吸入ガスの流れによって前記トラッパーから凝縮水が流出し始める際の当該吸入ガスの流量値もしくは当該流量値に対して所定の余裕代だけ少ない流量値以上に増加した場合に、ＥＧＲガスの導入を制限することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、
前記ＥＧＲ装置は、凝縮水発生条件が成立し、かつ、吸入ガス流量が吸入ガスの流れによって前記トラッパーから凝縮水が流出し始める際の当該吸入ガスの流量値もしくは当該流量値に対して所定の余裕代だけ少ない流量値未満となる負荷状態で前記内燃機関が運転された後に吸入ガス流量が前記流量値以上に増加した場合に、ＥＧＲガスの導入を制限することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１〜第３の発明の何れかにおいて、
前記凹部に捕集されている凝縮水の量を検出もしくは推定する手段をさらに備え、
前記ＥＧＲ装置は、凝縮水発生条件が成立し、かつ、吸入ガス流量が吸入ガスの流れによって前記トラッパーから凝縮水が流出し始める際の当該吸入ガスの流量値もしくは当該流量値に対して所定の余裕代だけ少ない流量値未満であり、かつ、前記トラッパーに捕集されている凝縮水の量が許容値以上になる場合に、ＥＧＲガスの導入を制限することを特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明において、
前記許容値は、前記トラッパーの凝縮水捕集容量から、前記内燃機関の１回の減速時に捕集される凝縮水の量を引いて得られる値であることを特徴とする。

第１〜第３の発明によれば、インタークーラーで発生した凝縮水がトラッパーに流入する低吸入ガス流量となる負荷状態に向けて減速が行われた場合に、トラッパーを利用して凝縮水を捕集することができる。これにより、減速時にＥＧＲガスとともに凝縮水が筒内に導入されることに伴う燃焼悪化の発生を抑制することができる。そして、凝縮水発生条件が成立し、かつ、トラッパーから凝縮水が流出する場合もしくは流出する可能性がある場合にはＥＧＲガスの導入を制限するようにしているので、上記減速後の再加速時にトラッパーから凝縮水が流出することに伴う燃焼悪化を抑制することができる。このように、本発明によれば、凝縮水発生条件下においてＥＧＲガスを導入している状況からの減速時に燃焼悪化が生じることを、その後の再加速時の燃焼に対して弊害をもたらさずに抑制することができる。

第４の発明によれば、ＥＧＲガスの導入制限を利用した発生凝縮水量の抑制によって、トラッパーから凝縮水が溢れ出さないようにすることができる。

第５の発明によれば、トラッパー内に水がある状況下において減速が何時行われても、１回の減速時に発生が想定される凝縮水に対してトラッパーの凝縮水捕集能力を確保できるようになる。

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説明するための図である。 インタークーラー周りの構成を模式的に表した図である。 トラッパーの具体的な構造の一例を模式的に表した図である。 トラッパーによる凝縮水の捕集／排出に関する特性を説明するための図である。 ＥＧＲガスの導入に対する燃焼耐性とエンジン負荷との関係を表した図である。 図示平均有効圧と減速開始後の内燃機関のサイクル数との関係を表した図である。 ＬＰＬ式のＥＧＲ装置が用いられた場合の減速時のＥＧＲガスの応答遅れを説明するための図である。 減速時およびその後の再加速時でのトラッパーへの凝縮水の流入出とそれを考慮したＥＧＲ率の制御の一例を示すタイムチャートである。 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。

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のガソリンエンジン）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には、吸気通路１２に吸入される空気（新気）の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８、吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ２０、および、吸入空気の湿度を検出するための吸気湿度センサ２２がそれぞれ設けられている。エアクリーナ１６の下流には、ターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａが設置されている。コンプレッサ２４ａは、排気通路１４に配置されたタービン２４ｂに連結軸を介して一体的に連結されている。

コンプレッサ２４ａよりも下流側の吸気通路１２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。スロットルバルブ２６よりも下流側の吸気通路１２には、吸気圧力（過給圧）を検出するための吸気圧力センサ２８が設置されている。また、スロットルバルブ２６よりも下流側の吸気通路１２は、各気筒の吸気ポート（図示省略）に接続される吸気マニホールド３０として構成されている。吸気マニホールド３０は、サージタンク３０ａとして機能する集合部と、サージタンク３０ａと各吸気ポートとを接続する吸気枝管３０ｂとを備えている。

サージタンク３０ａには、コンプレッサ２４ａ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３２が設けられている。ここでは、インタークーラー３２は、一例として水冷式を用いるが空冷式であってもよい。インタークーラー３２よりも下流側のサージタンク３０ａには、インタークーラー３２で発生した凝縮水を捕集するためのトラッパー３４が形成されている。トラッパー３４に関係する構成は実施の形態１の特徴部分であるため、図２〜図４を参照して後に詳述する。また、インタークーラー３２には、クーラー本体（より具体的には、後述の冷却水配管３２ｂ）の温度を検出するためのクーラー温度センサ３６が取り付けられており、トラッパー３４には、トラッパー３４内に捕集した凝縮水の量を検出するための水位センサ３８が取り付けられている。

タービン２４ｂ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触媒（一例として三元触媒）４０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）式の排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）４２を備えている。ＥＧＲ装置４２は、触媒４０よりも下流側の排気通路１４と、コンプレッサ２４ａよりも上流側の吸気通路１２とを接続するＥＧＲ通路４４を備えている。このＥＧＲ通路４４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４６およびＥＧＲバルブ４８が設けられている。ＥＧＲクーラー４６は、ＥＧＲ通路４４を流れるＥＧＲガスを冷却するために備えられており、ＥＧＲバルブ４８は、ＥＧＲガスの流量を調整するために備えられている。

さらに、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したエアフローメータ１８、吸気温度センサ２０、吸気湿度センサ２２、吸気圧力センサ２８、クーラー温度センサ３６および水位センサ３８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５２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、ＥＣＵ５０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４８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５４、および、筒内の混合気に点火するための点火装置５６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。ＥＣＵ５０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。

［インタークーラー周りの構成］
図２は、インタークーラー３２周りの構成を模式的に表した図である。図２に示すように、インタークーラー３２は、その内部に吸気通路１２の一部として機能する内部吸気通路３２ａを備えており、内部吸気通路３２ａには、冷媒である冷却水が流通する冷却水配管３２ｂが吸気に曝されるように配置されている。このような構成によって、インタークーラー３２の内部で吸気と冷却水とが熱交換するようになっている。

内燃機関１０では、インタークーラー３２よりも上流側の吸気通路１２にＥＧＲガスが導入されるようになっているので、ＥＧＲガスの導入時には、新気とＥＧＲガスとの混合ガスが図２に示すようにインタークーラー３２に流入する。この際、インタークーラー３２内で当該混合ガスがその露点以下に冷やされると、凝縮水が発生する。そこで、内燃機関１０には、発生した凝縮水を捕集するためのトラッパー３４が備えられている。

図３は、トラッパー３４の具体的な構造の一例を模式的に表した図である。より具体的には、図３（Ａ）は吸入ガスの流れの下流側からトラッパー３４を見た図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）中に示す矢視Ａの方向からトラッパー３４を見た図である。トラッパー３４は、図３（Ｂ）に示すようにインタークーラー３２で発生した凝縮水が流入する位置において当該インタークーラー３２よりも下流側（ここでは、インタークーラー３２の直下）であって重力方向下側の吸気通路１２の内壁面に形成された溝として構成されている。そして、トラッパー３４は、図３（Ａ）に示すように吸入ガスの流れと直交する方向に延びる溝として構成されている。また、トラッパー３４の凝縮水捕集容量は、内燃機関１０において想定される凝縮水の発生量等を考慮して設定されるものであり、さらに付け加えると、トラッパー３４の凝縮水捕集容量は、少なくとも、減速動作が１回行われた際にトラッパー３４に流入するものとして想定される凝縮水の量Ｃ（詳細は後述）よりも大きくなるように設定される。

なお、インタークーラー３２で発生した凝縮水は、吸入ガスの流れの作用によって吸気通路１２の内壁面を伝って下流側に流れていく。インタークーラー３２からトラッパー３４までの区間の吸気通路１２の重力方向下側の内壁面は、図３に示す例のように水平であってもよい。この場合には、吸入ガスの流れの作用によって凝縮水がトラッパー３４に案内される。また、インタークーラー３２からトラッパー３４に凝縮水が流入し易くするために、上記区間の吸気通路１２の重力方向下側の内壁面は、インタークーラー３２からトラッパー３４に向かって下るように傾斜していてもよい。これにより、吸入ガスの流れの作用に加え、凝縮水の自重の作用をも利用して凝縮水がトラッパー３４に案内されるようにすることができる。

図４は、トラッパー３４による凝縮水の捕集／排出に関する特性を説明するための図である。上記のように溝形状で構成されたトラッパー３４によれば、トラッパー３４位置での吸入ガスの流量が低い状況下であれば、図４（Ａ）に示すように、インタークーラー３２から流出した凝縮水が溝内部に捕集されて溜まっていくようになる。すなわち、低吸入ガス流量下では、トラッパー３４内から凝縮水が持ち去られることはない。一方、吸入ガス流量が高くなるにつれ、吸入ガスの流れがトラッパー３４内部の凝縮水を持ち去ろうとする力が大きくなる。この力が凝縮水の重力よりも大きくなった高吸入ガス流量下では、図４（Ｂ）に示すように、トラッパー３４内部の凝縮水が持ち去られる（吹き飛ぶ）ようになる。このように、溝形状のトラッパー３４は、低吸入ガス流量下では凝縮水を溜める溜まり部としての機能を有することができる。付け加えると、上記高吸入ガス流量下で定常的に運転されている場合であれば、インタークーラー３２にて凝縮水が発生する凝縮水発生条件であっても、発生した凝縮水はトラッパー３４に溜まらずに下流側に流れていくことになる。

本願発明者の鋭意の実験および検証により、吸入ガス流量の高低に応じた上述の特性でトラッパーへの凝縮水の捕集と当該トラッパーからの凝縮水の排出が行われることが確認されている。そこで、本実施形態では、このような特性に着目して、吸入ガス流量が所定の流量値Ｂ未満である場合にはインタークーラー３２からの凝縮水がトラッパー３４内に捕集され、一方、吸入ガス流量が流量値Ｂ以上となる場合には凝縮水がトラッパー３４内に捕集されない（トラッパー３４内に凝縮水が溜まっている場合であれば当該凝縮水が外部に持ち去られる）特性が得られるように構成されたトラッパー３４を備えることとした。このような構成は、上記特性が得られるように溝断面形状などのトラッパー３４の形状を実験的に決定することにより実現することができるものであることが分かっている。さらに付け加えると、トラッパー３４の溝深さは、吸入ガス流量が流量値Ｂ以上となる状況下であればトラッパー３４内の水の全量が吸入ガスの流れによって流出する作用が得られるように設定されている。また、ここで用いられる流量値Ｂは、後述の減速時の燃焼悪化（失火を含む）の防止を考慮して決定されるもので、その詳細については図９を参照して後で詳述する。

［凝縮水発生条件下での減速過渡時の課題］
図５は、ＥＧＲガスの導入に対する燃焼耐性とエンジン負荷との関係を表した図である。図６は、図示平均有効圧と減速開始後の内燃機関のサイクル数との関係を表した図である。

定常運転時であれば、ＥＧＲガスの導入中にインタークーラーで発生した凝縮水がそのまま筒内に吸入されても燃焼への影響は小さいといえる。一方、低負荷運転時にはＥＧＲガスの導入に対する燃焼耐性（ＥＧＲ燃焼耐性）が低い。より具体的には、図５に示すように、低負荷側の運転領域では、エンジン負荷の変化に対するＥＧＲ燃焼耐性の変化が大きく、エンジン負荷が低くなるほどＥＧＲ燃焼耐性が低くなる。このため、減速時（より具体的には、内燃機関の運転領域が高負荷領域から低負荷領域に移行する過程である減速過渡時）にＥＧＲガスが導入されると、燃焼が悪化し易くなる。そのうえで、凝縮水発生条件で減速過渡時にＥＧＲガスが導入されると、吸入ガス中にＥＧＲガスだけでなく凝縮水が加わることで、燃焼がより悪化し易くなり、最悪の場合には失火してしまう。このことは、図６の関係からも把握することができる。すなわち、図６に示すように、凝縮水が発生する場合には、凝縮水が発生しない場合と比べ、減速開始初期において燃焼悪化に起因して図示平均有効圧の低下が大きくなる。

図７は、ＬＰＬ式のＥＧＲ装置が用いられた場合の減速時のＥＧＲガスの応答遅れを説明するための図である。内燃機関１０が備えるＥＧＲ装置４２がそうであるようにＬＰＬ式のＥＧＲ装置では、コンプレッサよりも上流側の吸気通路にＥＧＲガスが導入される。このため、ＬＰＬ式のＥＧＲ装置では、スロットルバルブよりも下流側のサージタンクにＥＧＲガスを導入する構成と比べ、ＥＧＲガスが通過する吸気通路容積（ＥＧＲバルブから吸気ポートまでの吸気通路容積）が大きいので、ＥＧＲバルブの操作に対して筒内に流入するＥＧＲガスの応答遅れが大きくなる。その結果、図７に示すように減速開始時にスロットルバルブおよびＥＧＲバルブが閉じられた際には、エンジン負荷の低下よりもＥＧＲ率の低下に対してより大きな遅れが生じる。したがって、減速過渡時には、ＥＧＲ燃焼耐性が良くない低負荷状態で大量のＥＧＲガスが吸入されることになる。以上のように、ＬＰＬ式のＥＧＲ装置が用いられている場合には、減速過渡時にＥＧＲガスと凝縮水の存在に起因する燃焼悪化が発生しないように対策がなされることがより強く求められるといえる。そして、そのような対策は、その後の再加速時の燃焼に対して弊害をもたらさないようになっていることが望ましい。

［トラッパーの利用方法とトラッパーに流入出する凝縮水の挙動を考慮したＥＧＲ制御］
本実施形態では、凝縮水発生条件下において吸入ガス流量が流量値Ｂ未満にまで下がる減速時に凝縮水を捕集するためにトラッパー３４を利用することとした。その一方で、トラッパー３４の構造によれば、トラッパー３４内に水が溜まっている状態で再加速がなされて吸入ガス流量が流量値Ｂ以上になるとトラッパー３４内から水が流出するようになる。この再加速が凝縮水発生条件下においてＥＧＲガスの導入中に行われるものであると、現在のＥＧＲガスの導入によって発生する凝縮水とトラッパー３４から流出する凝縮水とが筒内に吸入されることになる。その結果、これらの凝縮水およびＥＧＲガスの筒内への流入の程度と現在のエンジン負荷次第では燃焼悪化が発生することが懸念される。

そこで、本実施形態では、凝縮水発生条件が成立し、かつ、吸入ガス流量が流量値Ｂ以上となることでトラッパー３４から凝縮水が流出する場合には、燃焼悪化が生じないようにＥＧＲガスの導入を制限することとした。具体的には、ゼロとする場合（すなわち、ＥＧＲガスの導入を停止する場合）も含めてＥＧＲ率が制限されるようにした。なお、ここでは、吸入ガス流量が流量値Ｂ以上になると内部から水が流出するように構成されたトラッパー３４を備えている場合において、吸入ガス流量が当該流量値Ｂ以上となった際にＥＧＲ率を制限することとしているが、ＥＧＲ率の制限を開始する吸入ガス流量の値には所定の余裕代を設けてもよい。具体的には、再加速時に流量値Ｂよりも所定量だけ小さい流量値に吸入ガス流量が達した際にＥＧＲ率を制限することとしてもよい。すなわち、トラッパー３４から水が流出し始める流量値ＢとＥＧＲ率の制限の閾値として用いる流量値とは必ずしも同一でなくてもよい。

図８は、減速時およびその後の再加速時でのトラッパー３４への凝縮水の流入出とそれを考慮したＥＧＲ率の制御の一例を示すタイムチャートである。図８に示すように、減速時に吸入ガス流量が流量値Ｂ未満になると、発生した凝縮水がトラッパー３４に捕集されていく。既述したように、低負荷運転時にはＥＧＲ燃焼耐性が低くなる。このため、ＥＧＲ燃焼耐性が低くなる所定の低負荷運転領域での基本的なＥＧＲ率の設定は、エンジン負荷が低くなるほどＥＧＲ率が低くなるものとされている。なお、図８は、アイドル状態に向けて減速がなされ、ＥＧＲ率がゼロにまで下げられる例を一例として示している。しかしながら、減速時に目標とされるエンジン負荷次第では、減速によってＥＧＲ率はゼロにまでは下げられない状況も当然想定される。

図８より、減速初期のＥＧＲガスの応答遅れの発生中にはトラッパー３４に多くの凝縮水が捕集されることが分かる。そして、ＥＧＲガスの応答遅れが解消された後には、この例ではＥＧＲ率がゼロにまで下げられているので凝縮水が発生しなくなり、トラップ水量は変化しなくなる。なお、低吸入ガス流量下では、インタークーラー３２の温度（水冷式であればエンジン冷却水温度）にもよるが、ＥＧＲ率を完全にゼロにしなくてもＥＧＲ率を十分に下げることで凝縮水が出なくなる条件が存在する。

図８において減速後に再加速が行われた際に、凝縮水発生条件ではない場合には、本実施形態の特別な制御が行われないため、目標の負荷状態に応じたＥＧＲ率でＥＧＲガスが導入されることになる（図８（Ｂ）中の破線参照）。他にも、再加速時に本実施形態の特別な制御が行われない場合としては、吸入ガス流量が流量値Ｂ未満となるエンジン負荷状態が目標の負荷状態である場合が該当する。一方、凝縮水発生条件下においては、上述したように、吸入ガス流量が流量値Ｂ以上になると、トラッパー３４から流入する凝縮水分が加わることに起因する燃焼悪化が生じないように、ＥＧＲ率が制限される（図８（Ｂ）中の実線参照）。

また、再加速時に吸入ガス流量が流量値Ｂ以上となったことでトラッパー３４からの水の吹き飛びが開始された後には、時間経過とともにトラップ水量が減少していく。その後、トラップ水量がゼロになる時（トラップ水吹き飛び完了時）が到来すると、ＥＧＲ制限が解除され、今回の再加速時の目標のエンジン負荷状態に応じたＥＧＲ率（マップ値）となるようにＥＧＲ率が制御される。

さらに、本実施形態では、凝縮水発生条件下において吸入ガス流量が流量値Ｂ未満であり、かつトラップ水量が許容値Ａ以上になった場合にも、ＥＧＲガスの導入を制限する（具体的には、ＥＧＲ率の制限を行う）こととした。この場合に用いられる許容値Ａの詳細な設定については、図９を参照して後で詳述する。

図９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ＥＣＵ５０が実行する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、ＥＧＲガスを導入するＥＧＲ制御が開始された際に起動され、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

図９に示すルーチンでは、ＥＣＵ５０は、まず、ステップ１００にて凝縮水発生条件が成立するか否かを判定する。本ステップ１００における凝縮水発生条件の成立の有無は、一例として、クーラー温度センサ３６により検出されるインタークーラー３２の温度がインタークーラー３２に流入した吸入ガス（新気とＥＧＲガスとの混合ガス）の露点以下であるか否かの判定を利用して行うことができる。なお、吸入ガスの露点は、吸気温度センサ２０、吸気湿度センサ２２および吸気圧力センサ２８を利用して取得される吸気温度、吸気湿度および吸気圧力、ならびに吸入空気流量およびＥＧＲガス流量に基づいて所定のマップを参照して算出することができる。また、ＥＧＲガス流量は、例えば、エンジン回転数、吸入空気量およびＥＧＲバルブ４８の開度に基づいて算出することができる。

ステップ１００にて凝縮水発生条件が成立すると判定した場合には、ＥＣＵ５０は、ステップ１０２に進み、トラップ水量が許容値Ａ未満であるか否かを判定する。ここで用いられる許容値Ａは、トラッパー３４の凝縮水捕集容量から、内燃機関１０の１回の減速時に捕集される凝縮水の量（例えば、運転中に行われ得る各種態様での高負荷領域から低負荷領域への減速を想定した際に発生し得る凝縮水の量の最大値）Ｃを引いて得られる値である。この許容値Ａは、一定値ではなく、現在のＥＧＲ率に応じて順次更新されていく値である。既述したように、減速過渡時には、ＥＧＲガスと凝縮水とが筒内に流入することが燃焼悪化要因となる。ＥＧＲ率を下げることで、筒内に流入するＥＧＲガス量だけでなく、インタークーラー３２での発生凝縮水量も減らすことができる。このため、ＥＧＲ率の低下は、燃焼悪化発生に対する余裕代が拡大することに繋がる。ここで、トラップ水量が現在の許容値Ａ以上となったことで、後述のステップ１１２にてＥＧＲ率を制限したとする。そうすると、制限後のＥＧＲ率での運転下では、制限前と比べて燃焼悪化発生に対する余裕代が増えるようになる。このことは、許容値Ａが大きくなる（すなわち、１回の減速時のために確保しておくべきトラッパー３４内の空間が少なくて済む）ことに相当する。つまり、ステップ１０２の判定が不成立となったことに伴うＥＧＲ率の制限を繰り返し行っていくと、ＥＧＲ率が継続的に低下していくとともに、許容値Ａが継続的に大きくなっていくことになる。

ステップ１０２にてトラップ水量が許容値Ａ未満であると判定した場合には、ＥＣＵ５０は、ステップ１０４に進み、トラップ水量がゼロよりも多いか否か、すなわち、トラッパー３４内に水があるか否かを判定する。トラップ水量は、水位センサ３８を用いて検出することができる。ただし、トラップ水量は、水位センサ３８を用いる手法に代え、例えば、次のような手法を用いて推定されるものであってもよい。すなわち、インタークーラー３２にて発生する凝縮水の量である発生凝縮水量は、上述したセンサ２０等によって検出可能な吸気温度、吸気圧力および吸気湿度、ならびにＥＧＲ率との関係で発生凝縮水量を実験的に定めたマップ（図示省略）をＥＣＵ５０に記憶させておくことで推定可能である。そのうえで、トラップ水量と発生凝縮水量と吸入ガス流量（吸入空気流量とＥＧＲガス流量との和）等の所定のパラメータとの関係を実験的に定めたマップ（図示省略）をＥＣＵ５０に記憶させておくことで、発生凝縮水量と上記パラメータとに基づいてトラップ水量を推定することができる。

ステップ１０４の判定が不成立となる場合には、ＥＣＵ５０は、今回の処理サイクルにおける処理を速やかに終了する。なお、成立状態にあったステップ１０４の判定が不成立状態に切り替わる状況としては、吸入ガスの流れによってトラッパー３４内の水がすべて吹き飛ばされた時が該当する。

一方、ステップ１０４にてトラッパー３４内に水があると判定した場合には、ＥＣＵ５０は、ステップ１０６に進み、吸入ガス流量が上記流量値Ｂ以上であるか否かを判定する。既述したように、凝縮水発生条件下においてＥＧＲガスを導入している減速過渡時には、ＥＧＲガスに加えて凝縮水が筒内に流入すると、燃焼悪化（最悪の場合には失火）が生じることが懸念される。流量値Ｂは、当該減速過渡時にＥＧＲガスおよび凝縮水の流入を要因とする燃焼悪化が生じ得る吸入ガス流量の上限値として実験的に決定された値である。このような流量値Ｂの設定によれば、減速時に筒内に流入することを許容する凝縮水の量を燃焼悪化が生じない範囲内で最大化させることができる。

ステップ１０６の判定が不成立となる場合には、ＥＣＵ５０は、今回の処理サイクルにおける処理を速やかに終了する。一方、ステップ１０６にて吸入ガス流量が流量値Ｂ以上であると判定した場合には、ＥＣＵ５０は、ステップ１０８に進み、ＥＧＲバルブ４８の開度を調整してＥＧＲ率を制限する（ＥＧＲ率の制限Ａ）。トラッパー３４内に水がある状態で吸入ガス流量が流量値Ｂ以上になると、現在発生している凝縮水とトラッパー３４から流出した凝縮水とが筒内に流入することになる。そこで、本ステップ１０８では、これらの発生凝縮水量と流出凝縮水量とを考慮して、これらの凝縮水の筒内への流入が生じている状況下において燃焼悪化がしないようにＥＧＲ率を制限する。より具体的には、この場合には、発生凝縮水量と流出凝縮水量との和に相当する量の凝縮水とＥＧＲガスとが筒内に流入しても燃焼悪化がしないようにするために、流出凝縮水量相当分だけ発生凝縮水量を抑制できるようにＥＧＲ率が制限される。流出凝縮水量（単位時間当たりの水量）は、例えば、吸入ガス流量とトラップ水量との関係で流出凝縮水量を実験的に定めたマップ（図示省略）をＥＣＵ５０に記憶させておくことで推定することができる。そして、ＥＣＵ５０は、流出凝縮水量相当量の凝縮水の発生を抑制するために必要なＥＧＲ率の制限量（実験的に定めた値）を算出する。

一方、ステップ１０２にてトラップ水量が上記許容値Ａ以上であると判定した場合には、ＥＣＵ５０は、ステップ１１０に進み、ステップ１０６と同じ内容の処理によって吸入ガス流量が流量値Ｂ以上であるか否かを判定する。ＥＣＵ５０は、本ステップ１１０の判定が成立する場合にはステップ１０８に進み、一方、本ステップ１１０の判定が不成立となる場合にはステップ１１２に進む。

ステップ１１２では、ＥＣＵ５０はＥＧＲバルブ４８の開度を調整してＥＧＲ率を制限する（ＥＧＲ率の制限Ｂ）。ステップ１１２の処理は、トラップ水量が許容値Ａ以上であり、かつ吸入ガス流量が流量値Ｂ未満となる場合に実行されるものである。トラップ水量が許容値Ａに達している状況下において吸入ガス流量が流量値Ｂ未満であることで凝縮水がトラッパー３４に流入していくことを許容すると、１回の減速時に発生が想定される凝縮水の量Ｃ相当分の空間の余裕をトラッパー３４内に確保できなくなってしまう。そこで、本ステップ１１２では、現在の発生凝縮水量に応じてＥＧＲ率を制限する。より具体的には、発生凝縮水量が多いほど、ＥＧＲ率がより大きく制限される。これにより、上述したように、ＥＧＲ率の制限前と比べて許容値Ａを高められる効果を得ることができる。したがって、トラップ水量が許容値Ａに達した状況下において、凝縮水量Ｃ相当分の空間の余裕をトラッパー３４内に確保することを継続させられるようになる。

以上説明した本実施形態の内燃機関１０によれば、ＥＧＲガスとインタークーラー３２で発生した凝縮水とを要因として燃焼悪化が生じることが懸念される減速過渡時に、簡素な構造のトラッパー３４を利用して凝縮水を捕集することができる。これにより、上記要因での燃焼悪化を抑制できるようになる。そして、以上説明した図９に示すルーチンによれば、凝縮水発生条件が成立し、かつ、吸入ガス流量が流量値Ｂ以上となることでトラッパー３４から凝縮水が流出する場合には、ＥＧＲ率が制限される。これにより、高吸入ガス流量下においてトラッパー３４内の水が流出することに伴う燃焼悪化を抑制することができる。以上のように、本実施形態の内燃機関１０によれば、凝縮水発生条件下においてＥＧＲガスを導入している高負荷領域からの減速過渡時に燃焼悪化が生じることを、その後の再加速時の燃焼に対して弊害をもたらさずに抑制することができる。また、本実施形態のトラッパー３４とは異なり、大量の凝縮水を貯留可能なタンクを備えた場合には、タンクに貯留された排気ガス成分を含んだ大量の凝縮水の処理に関して課題が残される。しかしながら、本実施形態の構成によれば、簡素な構造のトラッパー３４を利用し、かつトラッパー３４からの凝縮水の流出を想定したＥＧＲガスの一時的な導入制限を行うことだけで、減速過渡時の燃焼悪化への対策が可能となる。

また、上記ルーチンによれば、凝縮水発生条件下において吸入ガス流量が流量値Ｂ未満であり、かつトラップ水量が許容値Ａ以上となった場合にも、ＥＧＲ率が制限される。これにより、トラッパー３４に凝縮水が流入していく状況下において、ＥＧＲ率の制限によって発生凝縮水量を抑制することができるので、トラッパー３４から凝縮水が溢れ出さないようにすることができる。そのうえで、上述した許容値Ａの設定によれば、トラッパー３４内に水がある状況下において減速が何時行われても、１回の減速時に発生が想定される凝縮水に対してトラッパー３４の凝縮水捕集能力を確保できるようになる。

ところで、上述した実施の形態１においては、トラッパー３４として溝形状を有するものを例に挙げて説明を行った。しかしながら、トラッパーは、凹部として形成されたものであれば、溝形状のものに限られない。すなわち、例えば、穴形状のものであってもよい。このような穴形状の凹部の一例としては、インタークーラーよりも下流側であって重力方向下側の吸気通路の内壁面に１つまたは複数の穴が形成されたものを挙げることができる。また、本発明の凹部を溝形状によって構成する場合には、重力方向下側の吸気通路の内壁面にのみ溝が形成されたものに必ずしも限られない。すなわち、重力方向下側の内壁面だけでなく、重力方向上側の内壁面をも伝ってインタークーラーからの凝縮水がトラッパーの位置にまで流れていく構造になっている内燃機関であれば、上記トラッパーは、例えば、インタークーラーよりも下流側の吸気通路の内壁面に環状の溝として形成されたものであってもよい。

また、上述した実施の形態１においては、ステップ１０４にて水位センサ３８を利用してトラッパー３４内に凝縮水が捕集されていると判定した場合であって吸入ガス流量が流量値Ｂ以上となる場合に、ＥＧＲ率の制限を行うこととしている。しかしながら、本発明において凝縮水発生条件が成立している状況下において吸入ガス流量が所定の流量値以上に増加した場合に行うＥＧＲガスの導入制限は、上記のように、トラッパー内に凝縮水があるか否かを判定した後に行われるものに限られない。すなわち、凝縮水発生条件が成立している状況下において吸入ガス流量が流量値Ｂ未満となる負荷状態で内燃機関が運転された場合には、凝縮水がトラッパー内に流入して捕集されると予測することができる。そこで、凝縮水発生条件が成立している状況下において、吸入ガス流量が流量値Ｂ未満となる負荷状態で内燃機関が運転された後に、当該吸入ガス流量が流量値Ｂ以上に増加した場合（すなわち、トラッパーから凝縮水が流出する可能性がある場合）に、ＥＧＲガスの導入を制限するようにしてもよい。具体的には、ステップ１０４の判定に代えて、凝縮水発生条件の成立後に吸入ガス流量が流量値Ｂ未満となる負荷状態で内燃機関１０が運転された運転履歴があるか否かを判定するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、コンプレッサ２４ａよりも上流側の吸気通路１２にＥＧＲ通路４４が接続された内燃機関１０を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明の対象となる内燃機関のＥＧＲ通路は、インタークーラーよりも上流側の吸気通路に接続されるものであれば必ずしも上記構成に限られるものではなく、コンプレッサよりも下流側であってインタークーラーよりも上流側の吸気通路に接続されるものであってもよい。

また、上述した実施の形態１においては、吸入空気を過給するコンプレッサ２４ａ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２４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 吸気湿度センサ
２４ ターボ過給機
２４ａ ターボ過給機のコンプレッサ
２４ｂ ターボ過給機のタービン
２６ スロットルバルブ
２８ 吸気圧力センサ
３０ 吸気マニホールド
３０ａ サージタンク
３０ｂ 吸気枝管
３２ インタークーラー
３２ａ インタークーラーの内部吸気通路
３２ｂ インタークーラーの冷却水配管
３４ トラッパー
３６ クーラー温度センサ
３８ 水位センサ
４０ 触媒
４２ ＥＧＲ装置
４４ ＥＧＲ通路
４６ ＥＧＲクーラー
４８ ＥＧＲバルブ
５０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５２ クランク角センサ
５４ 燃料噴射弁
５６ 点火装置

Claims (5)

1. 吸気通路に配置され、当該吸気通路を流れる吸入ガスを過給するコンプレッサと、
   前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路に配置され、当該吸気通路を流れる吸入ガスを冷却するインタークーラーと、
   前記インタークーラーよりも上流側の前記吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路を有し、前記排気通路を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に供給可能なＥＧＲ装置と、
   前記インタークーラーで発生した凝縮水が流入する位置において当該インタークーラーよりも下流側であって少なくとも重力方向下側の前記吸気通路の内壁面に凹部として形成されたトラッパーと、
   を備え、
   前記ＥＧＲ装置は、前記インタークーラーで凝縮水が発生する凝縮水発生条件が成立し、かつ、前記トラッパーから凝縮水が流出する場合もしくは流出する可能性がある場合に、ＥＧＲガスの導入を制限することを特徴とする内燃機関。
2. 前記トラッパーに捕集されている凝縮水の量を検出もしくは推定する手段をさらに備え、
   前記ＥＧＲ装置は、凝縮水発生条件が成立し、かつ、前記トラッパーに凝縮水が捕集されている状況下において吸入ガス流量が吸入ガスの流れによって前記トラッパーから凝縮水が流出し始める際の当該吸入ガスの流量値もしくは当該流量値に対して所定の余裕代だけ少ない流量値以上に増加した場合に、ＥＧＲガスの導入を制限す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装置は、凝縮水発生条件が成立し、かつ、吸入ガス流量が吸入ガスの流れによって前記トラッパーから凝縮水が流出し始める際の当該吸入ガスの流量値もしくは当該流量値に対して所定の余裕代だけ少ない流量値未満となる負荷状態で前記内燃機関が運転された後に吸入ガス流量が前記流量値以上に増加した場合に、ＥＧＲガスの導入を制限することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
4. 前記凹部に捕集されている凝縮水の量を検出もしくは推定する手段をさらに備え、
   前記ＥＧＲ装置は、凝縮水発生条件が成立し、かつ、吸入ガス流量が吸入ガスの流れによって前記トラッパーから凝縮水が流出し始める際の当該吸入ガスの流量値もしくは当該流量値に対して所定の余裕代だけ少ない流量値未満であり、かつ、前記トラッパーに捕集されている凝縮水の量が許容値以上になる場合に、ＥＧＲガスの導入を制限することを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関。
5. 前記許容値は、前記トラッパーの凝縮水捕集容量から、前記内燃機関の１回の減速時に捕集される凝縮水の量を引いて得られる値であることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。

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