JP2016065508A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動ウォータポンプを適切に制御することで、インタークーラ内で発生する結露を確実に抑制する。【解決手段】エンジンの制御装置は、水冷式のインタークーラ８と、インタークーラ８に通水する冷却水の流量を制御する電動ウォータポンプ９と、排気ガスをインタークーラ８の上流側に還流させる低圧ＥＧＲ装置４８と、インタークーラ８の下流側の吸気温度（実吸気温度）を検出する吸気温度センサ１０６と、実吸気温度が所定の目標吸気温度に維持されるように電動ウォータポンプ９を制御するＥＣＵ６０と、を有し、ＥＣＵ６０は、実吸気温度が目標吸気温度以上である場合において、実吸気温度から目標吸気温度を減算して得た温度差が第１閾値未満である場合には、温度差が第１閾値以上である場合よりも、インタークーラ８に通水する単位時間当たりの冷却水流量が小さくなるように電動ウォータポンプ８を制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、水冷式インタークーラを有するエンジンの制御装置に関する。

従来から、吸気通路上にインタークーラを設け、インタークーラの上流側の吸気通路に排気ガスを還流させるＥＧＲ装置が知られている。このようにインタークーラの上流側の吸気通路に排気ガスを還流させた場合には、排気ガスを含む吸気がインタークーラで冷却された際に、インタークーラにおいて排気ガス中の水蒸気が結露して、水（凝縮水）が発生することがある。その場合、エンジン内に水が導入されて、失火したり、エンジンが損傷したりするおそれがある。

上記したようなインタークーラ内で発生する結露を防止することを図った技術が、例えば特許文献１に提案されている。具体的には、特許文献１には、水冷式のインタークーラ（アフタークーラ）と、インタークーラへの冷却水供給量を調整可能な調整用バルブと、インタークーラの上流側の吸気通路に排気ガスを還流させるＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路上に設けられた水冷式のＥＧＲクーラと、ＥＧＲクーラへの冷却水供給量を調整可能な調整用バルブと、を有するエンジンにおいて、吸気がインタークーラ内で露点以下にまで冷却されないように、エンジンの運転状態に基づいて、インタークーラへの冷却水供給量及びＥＧＲクーラへの冷却水供給量を制御する技術が記載されている。

特開平８−１３５５１９号公報

しかしながら、上記したような水冷式のインタークーラでは、インタークーラに供給する冷却水流量を制御する際に、インタークーラへの冷却水の流し方によっては、凝縮水が発生する可能性がある。例えば、インタークーラへの冷却水の供給開始時に、インタークーラに冷却水を一気に流した場合に、インタークーラの温度が急激に低下することにより（つまりインタークーラの冷却能力が急上昇することにより）、吸気温度が急低下して凝縮水が発生する可能性がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、電動ウォータポンプを用いてインタークーラに供給する冷却水流量を制御するエンジンの制御装置において、電動ウォータポンプを適切に制御することで、インタークーラ内で発生する結露を確実に抑制することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンの制御装置であって、エンジンの吸気通路上に設けられ、吸気を冷却するインタークーラであって、通水された冷却水を用いて吸気を冷却する水冷式のインタークーラと、インタークーラに通水する冷却水の流量を制御する電動ウォータポンプと、エンジンの排気通路内の排気ガスをインタークーラの上流側の吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、インタークーラの下流側の吸気通路上に設けられ、この吸気通路を通過する吸気の温度である実吸気温度を検出する吸気温度センサと、実吸気温度が所定の目標吸気温度に維持されるように、電動ウォータポンプを駆動してインタークーラに冷却水を通水する制御を行う電動ウォータポンプ制御手段と、を有し、電動ウォータポンプ制御手段は、実吸気温度が目標吸気温度以上である場合において、実吸気温度から目標吸気温度を減算して得た温度差が第１閾値未満である場合には、温度差が第１閾値以上である場合よりも、インタークーラに通水する単位時間当たりの冷却水流量が小さくなるように電動ウォータポンプを制御する。
このように構成された本発明においては、実吸気温度が目標吸気温度以上である場合において、実吸気温度から目標吸気温度を減算して得た温度差が第１閾値未満である場合には（つまり実吸気温度が目標吸気温度を少しだけ上回っている場合）、温度差が第１閾値以上である場合（つまり実吸気温度が目標吸気温度を大きく上回っている場合）よりも、インタークーラに通水する単位時間当たりの冷却水流量が小さくなるように電動ウォータポンプを制御する。これにより、インタークーラにおいて吸気が一気に冷却されて、吸気に含まれる水蒸気（詳しくはＥＧＲ装置によって吸気系に還流された排気ガスに含まれる水蒸気）が露点温度以下となり、凝縮水が発生してしまうことを抑制することができる、つまりインタークーラ８において結露が発生してしまうことを抑制することができる。

本発明において、好ましくは、電動ウォータポンプ制御手段は、温度差が第１閾値未満である場合には、電動ウォータポンプの駆動と停止とを繰り返し切り替える間欠駆動制御を実行する。
このように構成された本発明においては、電動ウォータポンプに対する駆動制御によって、小さな冷却水流量にてインタークーラに通水することを適切に実現することができる。これにより、インタークーラにおいて吸気温度が急低下して凝縮水が発生してしまうことを適切に抑制することができる。

本発明において、好ましくは、電動ウォータポンプ制御手段は、温度差が第１閾値以上である場合には、電動ウォータポンプを連続的に駆動する連続駆動制御を実行し、温度差が第１閾値未満で、且つ第１閾値よりも小さい第２閾値以上である場合には、間欠駆動制御を実行し、温度差が第２閾値未満である場合には、電動ウォータポンプを停止する。
このように構成された本発明においては、吸気温度差が第１閾値以上である場合には、電動ウォータポンプの連続駆動制御を実行し、吸気温度差が第１閾値未満で且つ第２閾値（＜第１閾値）以上である場合には、電動ウォータポンプの間欠駆動制御を実行し、吸気温度差が第２閾値未満である場合には、電動ウォータポンプを停止するので、インタークーラでの凝縮水の発生を抑制しつつ、実吸気温度を目標吸気温度に適切に収束させることができる。

本発明において、好ましくは、目標吸気温度は、ＥＧＲ装置によって還流される排気ガス量が多いほど、高い温度に設定される。
このように構成された本発明においては、上記したように電動ウォータポンプを制御する際に用いる目標吸気温度を、ＥＧＲガス量が多いほど高い温度に設定するので、凝縮水が発生しやすいＥＧＲガス量が多い領域において、電動ウォータポンプを駆動させにくくして、インタークーラへの冷却水の供給を抑制することができ、インタークーラでの凝縮水の発生を効果的に抑制することが可能となる。

本発明において、好ましくは、目標吸気温度は、外気温が高いほど、高い温度に設定される。
このように構成された本発明においては、外気温が高いほど目標吸気温度を高い温度に設定するので、凝縮水が発生しやすい外気温が高い状況において、電動ウォータポンプを駆動させにくくして、インタークーラへの冷却水の供給を抑制することができ、インタークーラでの凝縮水の発生を効果的に抑制することが可能となる。

別の観点では、上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンの制御装置であって、エンジンの吸気通路上に設けられ、吸気を冷却するインタークーラであって、通水された冷却水を用いて吸気を冷却する水冷式のインタークーラと、インタークーラに通水する冷却水の流量を制御する電動ウォータポンプと、エンジンの排気通路内の排気ガスをインタークーラの上流側の吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、インタークーラの下流側の吸気通路上に設けられ、この吸気通路を通過する吸気の温度である実吸気温度を検出する吸気温度センサと、実吸気温度が所定の目標吸気温度に維持されるように、電動ウォータポンプを駆動してインタークーラに冷却水を通水する制御を行う電動ウォータポンプ制御手段と、を有し、目標吸気温度は、ＥＧＲ装置によって還流される排気ガス量が多いほど、高い温度に設定される。
このように構成された本発明においては、電動ウォータポンプを制御する際に用いる目標吸気温度を、ＥＧＲガス量が多いほど高い温度に設定するので、凝縮水が発生しやすいＥＧＲガス量が多い領域において、電動ウォータポンプを駆動させにくくして、インタークーラへの冷却水の供給を抑制することができ、インタークーラでの凝縮水の発生を効果的に抑制することが可能となる。

本発明によれば、電動ウォータポンプを用いてインタークーラに供給する冷却水流量を制御するエンジンの制御装置において、電動ウォータポンプを適切に制御することで、インタークーラ内で発生する結露を確実に抑制することができる。

本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の実施形態による基本制御を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による電動ウォータポンプ制御フローを示すフローチャートである。 本発明の実施形態による目標吸気温度設定マップを示す図である。 本発明の実施形態によるＥＧＲ装置の作動領域を示す図である。 本発明の実施形態による電動ウォータポンプ制御におけるタイムチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置について説明する。

＜システム構成＞
まず、図１を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。

図１に示すように、エンジンシステム２００は、主に、ディーゼルエンジンとしてのエンジンＥと、エンジンＥに吸気を供給する吸気系ＩＮと、エンジンＥに燃料を供給するための燃料供給系ＦＳと、エンジンＥの排気ガスを排出する排気系ＥＸと、エンジンシステム２００に関する各種の状態を検出するセンサ９９〜１２２と、エンジンシステム２００の制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０と、を有する。

まず、吸気系ＩＮは、吸気が通過する吸気通路１を有しており、この吸気通路１上には、上流側から順に、外部から導入された空気を浄化するエアクリーナ３と、通過する吸気を圧縮して吸気圧を上昇させる、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａと、通過する吸気流量を調整する吸気シャッター弁７と、通水された冷却水を用いて吸気を冷却する水冷式のインタークーラ８と、インタークーラ８に通水する冷却水の流量を制御する電動ウォータポンプ９と、インタークーラ８と電動ウォータポンプ９とを接続し、これらの間で冷却水を循環させる通路である冷却水通路１０と、エンジンＥに供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク１２と、が設けられている。
また、吸気系ＩＮにおいては、エアクリーナ３の直下流側の吸気通路１上には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ１０１と吸気温度を検出する吸気温度センサ１０２とが設けられ、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａには、このコンプレッサ５ａの回転数を検出するターボ回転数センサ１０３が設けられ、吸気シャッター弁７には、この吸気シャッター弁７の開度を検出する吸気シャッター弁位置センサ１０５が設けられ、インタークーラ８の直下流側の吸気通路１上には、吸気温度を検出する吸気温度センサ１０６と吸気圧を検出する吸気圧センサ１０７とが設けられ、サージタンク１２には、吸気マニホールド温度センサ１０８が設けられている。これらの、吸気系ＩＮに設けられた各種センサ１０１〜１０８は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１０１〜Ｓ１０８をＥＣＵ６０に出力する。

次に、エンジンＥは、吸気通路１（詳しくは吸気マニホールド）から供給された吸気を燃焼室１７内に導入する吸気バルブ１５と、燃焼室１７に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２０と、始動時などでの着火を確保するための補助熱源としてのグロープラグ２１と、燃焼室１７内での混合気の燃焼により往復運動するピストン２３と、ピストン２３の往復運動により回転されるクランクシャフト２５と、燃焼室１７内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路４１へ排出する排気バルブ２７と、を有する。更に、エンジンＥには、このエンジンＥの出力を利用して発電するオルタネータ２６が設けられている。
また、エンジンＥには、エンジンＥなどを冷却する冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ１０９と、クランクシャフト２５のクランク角度を検出するクランク角センサ１１０と、油圧及び／又は油温を検出する油圧／油温センサ１１１と、オイルレベルを検出する光学式オイルレベルセンサ１１２と、が設けられている。これらの、エンジンＥに設けられた各種センサ１０９〜１１２は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１０９〜Ｓ１１２をＥＣＵ６０に出力する。

次に、燃料供給系ＦＳは、燃料を貯蔵する燃料タンク３０と、燃料タンク３０から燃料噴射弁２０に燃料を供給するための燃料供給通路３８とを有する。燃料供給通路３８には、上流側から順に、低圧燃料ポンプ３１と、高圧燃料ポンプ３３と、コモンレール３５とが設けられている。また、低圧燃料ポンプ３１には燃料ウォーマー３２が設けられ、高圧燃料ポンプ３３には燃圧レギュレータ３４が設けられ、コモンレール３５にはコモンレール減圧弁３６が設けられている。
また、燃料供給系ＦＳにおいては、高圧燃料ポンプ３３には、燃料温度を検出する燃料温度センサ１１４が設けられ、コモンレール３５には、燃圧を検出する燃圧センサ１１５が設けられている。これらの、燃料供給系ＦＳに設けられた各種センサ１１４、１１５は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１１４、Ｓ１１５をＥＣＵ６０に出力する。

次に、排気系ＥＸは、排気ガスが通過する排気通路４１を有しており、この排気通路４１上には、上流側から順に、通過する排気ガスによって回転され、この回転によって上記したようにコンプレッサ５ａを駆動する、ターボ過給機５のタービン５ｂと、排気ガスの浄化機能を有するディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）４５及びディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel particulate filter）４６と、通過する排気流量を調整する排気シャッター弁４９と、が設けられている。
また、排気系ＥＸにおいては、ターボ過給機５のタービン５ｂの上流側の排気通路４１上には、排気圧を検出する排気圧センサ１１６と排気温度を検出する排気温度センサ１１７とが設けられ、ＤＯＣ４５の直上流側及びＤＯＣ４５とＤＰＦ４６との間には、それぞれ、排気温度を検出する排気温度センサ１１８、１１９が設けられ、ＤＰＦ４６には、このＤＰＦ４６の上流側と下流側との排気圧の差を検出するＤＰＦ差圧センサ１２０が設けられ、ＤＰＦ４６の直下流側の排気通路４１上には、酸素濃度を検出するリニアＯ₂センサ１２１と排気温度を検出する排気温度センサ１２２とが設けられている。これらの、排気系ＥＸに設けられた各種センサ１１６〜１２２は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１１６〜Ｓ１２２をＥＣＵ６０に出力する。

ここで、本実施形態では、ターボ過給機５は、タービン５ｂの全周を囲むように複数の可動式のフラップ５ｃが設けられ、これらのフラップ５ｃによりタービン５ｂへの排気の流通断面積（ノズル断面積）を変化させるようにした可変ジオメトリーターボチャージャー（ＶＧＴ：Variable Geometry Turbocharger）として構成されている。例えば、フラップ５ｃは、ダイヤフラムに作用する負圧の大きさが電磁弁により調節され、アクチュエータによって回動される。また、そのようなアクチュエータの位置により、フラップ５ｃの開度を検出するＶＧＴ開度センサ１０４が設けられている。このＶＧＴ開度センサ１０４は、検出した開度に対応する検出信号Ｓ１０４をＥＣＵ６０に出力する。

また、本実施形態では、エンジンシステム２００は、高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８を有する。高圧ＥＧＲ装置４３は、ターボ過給機５のタービン５ｂの上流側の排気通路４１とターボ過給機５のコンプレッサ５ｂの下流側（詳しくはインタークーラ８の下流側）の吸気通路１とを接続する高圧ＥＧＲ通路４３ａと、高圧ＥＧＲ通路４３ａを通過させる排気ガスの流量を調整する高圧ＥＧＲバルブ４３ｂと、を有する。低圧ＥＧＲ装置４８は、ターボ過給機５のタービン５ｂの下流側（詳しくはＤＰＦ４６の下流側で且つ排気シャッター弁４９の上流側）の排気通路４１とターボ過給機５のコンプレッサ５ｂの上流側の吸気通路１とを接続する低圧ＥＧＲ通路４８ａと、低圧ＥＧＲ通路４８ａを通過する排気ガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ４８ｂと、低圧ＥＧＲ通路４８ａを通過させる排気ガスの流量を調整する低圧ＥＧＲバルブ４８ｃと、低圧ＥＧＲフィルタ４８ｄと、を有する。
ここで、高圧ＥＧＲ装置４３によって吸気系ＩＮに還流される排気ガス量（以下「高圧ＥＧＲガス量」と呼ぶ。）は、排気通路４１内における排気圧と、吸気シャッター弁７の開度によって作り出される吸気圧と、高圧ＥＧＲバルブ４３ｂの開度とによって概ね決定される。また、低圧ＥＧＲ装置４８によって吸気系ＩＮに還流される排気ガス量（以下「低圧ＥＧＲガス量」と呼ぶ。）は、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａ上流側の吸気圧と、排気シャッター弁４９の開度によって作り出される排気圧と、低圧ＥＧＲバルブ４８ｃの開度とによって概ね決定される。

次に、ＥＣＵ６０は、上述した各種センサ１０１〜１２２の検出信号Ｓ１０１〜Ｓ１２２に加えて、外気温を検出する外気温センサ９８、大気圧を検出する大気圧センサ９９、及びアクセルペダル９５の開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１００のそれぞれが出力した検出信号Ｓ９８〜Ｓ１００に基づいて、エンジンシステム２００内の構成要素に対する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ６０は、ターボ過給機５のタービン５ｂにおけるフラップ５ｃの開度を制御すべく、このフラップ５ｃを駆動するアクチュエータ（不図示）に対して制御信号Ｓ１３０を出力する。また、ＥＣＵ６０は、吸気シャッター弁７の開度を制御すべく、吸気シャッター弁７を駆動するアクチュエータ（不図示）に対して制御信号Ｓ１３１を出力する。また、ＥＣＵ６０は、インタークーラ８に供給する冷却水の流量を制御すべく、電動ウォータポンプ９に対して制御信号Ｓ１３２を出力する。また、ＥＣＵ６０は、エンジンＥの燃料噴射量などを制御すべく、燃料噴射弁２０に制御信号Ｓ１３３を出力する。また、ＥＣＵ６０は、オルタネータ２６、燃料ウォーマー３２、燃圧レギュレータ３４及びコモンレール減圧弁３６を制御すべく、これらのそれぞれに対して制御信号Ｓ１３４、Ｓ１３５、Ｓ１３６、Ｓ１３７を出力する。また、ＥＣＵ６０は、高圧ＥＧＲバルブ４３ｂの開度を制御すべく、高圧ＥＧＲバルブ４３ｂを駆動するアクチュエータ（不図示）に対して制御信号Ｓ１３８を出力する。また、ＥＣＵ６０は、低圧ＥＧＲバルブ４８ｃの開度を制御すべく、低圧ＥＧＲバルブ４８ｃを駆動するアクチュエータ（不図示）に対して制御信号Ｓ１３９を出力する。また、ＥＣＵ６０は、排気シャッター弁４９の開度を制御すべく、排気シャッター弁４９を駆動するアクチュエータ（不図示）に対して制御信号Ｓ１４０を出力する。

＜基本制御＞
次に、図２を参照して、本発明の実施形態によるエンジンシステム２００において実施される基本制御について説明する。図２は、本発明の実施形態による基本制御を示すフローチャートである。このフローでは、要求噴射量などに応じた目標酸素濃度及び目標吸気温度を実現するための制御がなされる。また、このフローは、ＥＣＵ６０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１１では、ＥＣＵ６０は、上述した各種センサ９８〜１２２が出力した検出信号Ｓ９８〜Ｓ１２２のうちの少なくとも一以上を取得する。
次いで、ステップＳ１２では、ＥＣＵ６０は、アクセル開度センサ１００が検出したアクセル開度（検出信号Ｓ１００に対応する）に基づいて、エンジンＥから出力させるべき目標トルクを設定する。
次いで、ステップＳ１３では、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１２で設定した目標トルクと、エンジン回転数とに基づいて、燃料噴射弁２０から噴射させるべき要求噴射量を設定する。
次いで、ステップＳ１４では、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１３で設定した要求噴射量と、エンジン回転数とに基づいて、燃料の噴射パターンと、燃圧と、目標酸素濃度と、目標吸気温度と、ＥＧＲ制御モード（高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８の両方又は一方を作動させるモード、或いは高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８のいずれも作動させないモード）とを設定する。
次いで、ステップＳ１５では、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１４で設定した目標酸素濃度及び目標吸気温度を実現する状態量を設定する。例えば、この状態量には、高圧ＥＧＲ装置４３によって吸気系ＩＮに還流させる排気ガス量（高圧ＥＧＲガス量）や、低圧ＥＧＲ装置４８によって吸気系ＩＮに還流させる排気ガス量（低圧ＥＧＲガス量）や、ターボ過給機５による過給圧などが含まれる。
次いで、ステップＳ１６では、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１５で設定した状態量に基づいて、エンジンシステム２００の各構成要素のそれぞれを駆動する各アクチュエータを制御する。この場合、ＥＣＵ６０は、状態量に応じた制限値や制限範囲を設定し、状態値が制限値や制限範囲による制限を遵守するような各アクチュエータの制御量を設定して制御を実行する。

＜電動ウォータポンプ制御＞
以下では、本発明の実施形態による電動ウォータポンプ制御について説明する。

最初に、本発明の実施形態による電動ウォータポンプ制御の概要について、簡単に説明する。

本実施形態では、ＥＣＵ６０は、本発明における「電動ウォータポンプ制御手段」として機能して、インタークーラ８の下流側に設けられた吸気温度センサ１０６によって検出された吸気温度である実吸気温度と所定の目標吸気温度とを比較し、実吸気温度が目標吸気温度に維持されるように、電動ウォータポンプ９を駆動してインタークーラ８に冷却水を通水する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ６０は、実吸気温度が目標吸気温度を少しだけ上回っている場合には、インタークーラ８によって吸気が一気に冷却されて、インタークーラ８で凝縮水が発生してしまうことを抑制すべく、インタークーラ８に通水する単位時間当たりの冷却水流量が小さくなるように電動ウォータポンプ９を制御する。これに対して、ＥＣＵ６０は、実吸気温度が目標吸気温度を大きく上回っている場合には、インタークーラ８の冷却能力を上昇させて、インタークーラ８によって吸気を速やかに冷却すべく、インタークーラ８に通水する単位時間当たりの冷却水流量が大きくなるように電動ウォータポンプ９を制御する。

より詳しくは、ＥＣＵ６０は、実吸気温度から目標吸気温度を減算して得た温度差（以下では単に「吸気温度差」と呼ぶ。）が第１閾値未満で且つ第２閾値以上である場合（第２閾値＜第１閾値であるものとする）、例えば吸気温度差が５℃以上で１０℃未満である場合には、電動ウォータポンプ９の駆動と停止とを周期的に切り替える間欠駆動制御を実行する。これに対して、ＥＣＵ６０は、吸気温度差が第１閾値以上である場合、例えば吸気温度差が１０℃以上である場合には、電動ウォータポンプ９を連続的に駆動する連続駆動制御を実行する。他方で、ＥＣＵ６０は、吸気温度差が第２閾値未満である場合、例えば吸気温度差が５℃未満である場合には、インタークーラ８に冷却水を通水することによるインタークーラ８の冷却能力の上昇を抑えて、インタークーラ８において吸気が大きく冷却されてしまうのを抑制すべく、電動ウォータポンプ９の駆動を停止する。

また、本実施形態では、ＥＣＵ６０は、エンジンＥの種々の運転状態に基づいて、上述した目標吸気温度を設定する。具体的には、ＥＣＵ６０は、インタークーラ８で発生する凝縮水の抑制、エンジンＥの失火の抑制、エンジンＥで発生するスモークの抑制、及びエンジンＥの出力確保（言い換えるとエンジンＥの着火性確保）の観点から、電動ウォータポンプ９を駆動してインタークーラ８に冷却水を通水する制御を行う際に用いる目標吸気温度を設定する。詳しくは、ＥＣＵ６０は、インタークーラ８において凝縮水が発生し得る状況、及びエンジンＥにおいて失火が発生し得る状況では、インタークーラ８に冷却水が供給されないように電動ウォータポンプ９を駆動させにくくするために、目標吸気温度を比較的高い温度に設定する。こうすることで、実吸気温度を低下させないようにする。他方で、ＥＣＵ６０は、エンジンＥにおいてスモークが発生し得る状況、及びエンジンＥの出力を確保すべき状況では、インタークーラ８に冷却水が供給されるように電動ウォータポンプ９を駆動させやすくするために、目標吸気温度を比較的低い温度に設定する。こうすることで、実吸気温度を低下させるようにする。

次に、図３を参照して、本発明の実施形態による電動ウォータポンプ制御の全体の流れについて具体的に説明する。図３は、本発明の実施形態による電動ウォータポンプ制御フローを示すフローチャートである。このフローは、ＥＣＵ６０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２１では、ＥＣＵ６０は、各種センサから、エンジンＥの運転状態を取得する。具体的には、ＥＣＵ６０は、アクセル開度センサ１００が検出したアクセル開度と、クランク角センサ１１０が検出したクランク角から求まるエンジン回転数と、外気温センサ９８が検出した外気温と、吸気温度センサ１０６が検出した吸気温度（実吸気温度）と、を取得する。また、ＥＣＵ６０は、燃料噴射弁２０から噴射させる燃料噴射量（上述した要求噴射量でもよい）も取得する。

次いで、ステップＳ２２では、ＥＣＵ６０は、ステップＳ２１で取得したエンジンＥの運転状態に基づいて、電動ウォータポンプ９の制御に用いる目標吸気温度を設定する。具体的には、ＥＣＵ６０は、予め作成されてメモリなどに記憶されたマップを参照して、目標吸気温度を設定する（以下ではこのマップを「目標吸気温度設定マップ」と呼ぶ）。

ここで、図４を参照して、本発明の実施形態による目標吸気温度設定マップの具体例について説明する。図４（Ａ）は、エンジン回転数及び燃料噴射量に対して設定すべき目標吸気温度が規定された目標吸気温度設定マップを３次元マップとして表した図であり、図４（Ｂ）は、エンジン回転数及び燃料噴射量に対して設定すべき目標吸気温度の数値が規定された目標吸気温度設定マップをテーブルとして表した図である。

図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、目標吸気温度設定マップにおいては、エンジンＥの高負荷領域では、具体的にはエンジン回転数及び燃料噴射量が大きい領域では、目標吸気温度が比較的低い温度に設定されている。こうしているのは、エンジンＥへの吸気の充填量を確保するためである。つまり、エンジンＥの高負荷領域では、エンジンＥの出力の確保、及びエンジンＥで発生するスモークの抑制を優先することとし、電動ウォータポンプ９を駆動させやすくするために目標吸気温度を比較的低い温度に設定することにより、インタークーラ８に冷却水を供給して吸気温度を低下させるようにしている。

他方で、目標吸気温度設定マップにおいては、エンジンＥの中負荷領域では、具体的には図４（Ｂ）中の矢印Ａ１で示すような領域では、目標吸気温度が比較的高い温度に設定されている。こうしているのは、インタークーラ８で発生する凝縮水を抑制するためである。図４（Ｂ）中の矢印Ａ１で示す領域は、低圧ＥＧＲガス量が多い領域に相当するため、この領域では、インタークーラ８の上流に還流される排気ガス量が多いので、排気ガスを含む吸気がインタークーラ８で冷却された際に、インタークーラ８において排気ガス中の水蒸気が結露して凝縮水が発生する可能性が高い。そのため、当該領域では、インタークーラ８で発生する凝縮水の抑制を優先することとして、電動ウォータポンプ９を駆動させにくくするために目標吸気温度を比較的高い温度に設定することにより、インタークーラ８への冷却水の供給を抑えて吸気温度を低下させないようにしている。

ここで、図５を参照して、上述した低圧ＥＧＲガス量が多い領域について説明する。図５（Ａ）は、横軸にエンジン回転数を示し、縦軸に燃料噴射量を示しており、高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８を作動させる領域を概略的に示している。具体的には、領域Ｒ１は、高圧ＥＧＲ装置４３のみを作動させる領域を示しており、領域Ｒ２は、高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８の両方を作動させる領域を示しており、領域Ｒ３は、低圧ＥＧＲ装置４８のみを作動させる領域を示しており、領域Ｒ４は、高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８を両方とも作動させない領域を示している。
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）中のエンジン回転数Ｎ１での燃料噴射量とＥＧＲガス量との関係を例示している。図５（Ｂ）において、領域Ｒ５は、燃料噴射量と高圧ＥＧＲ装置４３によって還流されるＥＧＲガス量（高圧ＥＧＲガス量）との関係を示しており、領域Ｒ６は、燃料噴射量と低圧ＥＧＲ装置４８によって還流されるＥＧＲガス量（低圧ＥＧＲガス量）との関係を示している。これより、燃料噴射量Ｑ１において、低圧ＥＧＲガス量が最大となることがわかる。
このようなことから、エンジン回転数及び燃料噴射量によって低圧ＥＧＲ装置４８を作動させる領域が規定されると共に、エンジン回転数及び燃料噴射量によって、低圧ＥＧＲ装置４８の作動時における低圧ＥＧＲガス量が変わることがわかる。そのため、低圧ＥＧＲガス量が多い領域を、エンジン回転数及び燃料噴射量によって規定することができる、つまり、エンジン回転数及び燃料噴射量によって規定される領域と対応付けることができる。したがって、本実施形態では、目標吸気温度設定マップをエンジン回転数及び燃料噴射量によって規定すると共に、低圧ＥＧＲガス量が多い領域をエンジン回転数及び燃料噴射量によって規定し、そのようなエンジン回転数及び燃料噴射量によって規定された、低圧ＥＧＲガス量が多い領域において、比較的高い目標吸気温度が決定されるように目標吸気温度設定マップを設定した（図４参照）。

なお、図４に示した目標吸気温度設定マップは、或る外気温（例えば２５℃）で用いる１つのマップを示しており、実際には、種々の外気温に対応付けられた複数の目標吸気温度設定マップが用意される。具体的には、この複数の目標吸気温度設定マップは、外気温が高くなるほど目標吸気温度が低い温度となるように規定されている。こうしているのは、外気温が高くなるほど、飽和水蒸気量が大きくなり、新気に含まれる水分量が多くなるため、インタークーラ８において凝縮水が発生しやすいからである。そのため、外気温が高い場合には、インタークーラ８で発生する凝縮水の抑制を優先することとして、電動ウォータポンプ９を駆動させにくくするために目標吸気温度を比較的高い温度に設定して、インタークーラ８への冷却水の供給を抑えて吸気温度を低下させないようにしている。
好適には、外気温が所定温度未満の領域では、目標吸気温度が一定であり（つまり外気温に応じて目標吸気温度が変化しない）、外気温が所定温度以上の領域では、外気温が高くなるほど目標吸気温度が低い温度となるように、上記した複数の目標吸気温度設定マップを規定するとよい。

本実施形態では、ＥＣＵ６０は、図３のフローのステップＳ２２において、上述したような目標吸気温度設定マップを参照して、現在のエンジン回転数、燃料噴射量及び外気温に対応する目標吸気温度を設定する。具体的には、ＥＣＵ６０は、複数の目標吸気温度設定マップの中から、現在の外気温に応じた目標吸気温度設定マップを選択し、この目標吸気温度設定マップを参照して、現在のエンジン回転数及び燃料噴射量に対応する目標吸気温度を設定する。この場合、現在の外気温に対応する目標吸気温度設定マップが存在しなければ、現在の外気温に最も近い温度に対応する２つの目標吸気温度設定マップを選択し、それらの目標吸気温度設定マップのそれぞれから得られた目標吸気温度を線形補間することで、現在の外気温に対応する目標吸気温度を求めるとよい。
なお、燃料噴射量に基づいて目標吸気温度設定マップを規定することに限定はされず、燃料噴射量の代わりにエンジントルクに基づいて目標吸気温度設定マップを規定してもよい。その場合、現在の燃料噴射量の代わりに、現在のエンジントルクに基づいて、目標吸気温度設定マップから目標吸気温度を設定すればよい。

図３に戻って、ステップＳ２３以降の処理について説明する。ステップＳ２３では、ＥＣＵ６０は、吸気温度センサ１０６によって検出された吸気温度（実吸気温度）から目標吸気温度を減算して得た吸気温度差が第１閾値（例えば１０℃）以上であるか否かを判定する。吸気温度差が第１閾値以上である場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、ステップＳ２４に進み、ＥＣＵ６０は、インタークーラ８の冷却能力を上昇させて、インタークーラ８によって吸気を速やかに冷却すべく、電動ウォータポンプ９を連続的に駆動する連続駆動制御を実行する。つまり、ＥＣＵ６０は、電動ウォータポンプ９を継続的にオンにする制御を実行する。

他方で、吸気温度差が第１閾値未満である場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、ステップＳ２５に進み、ＥＣＵ６０は、吸気温度差が第２閾値（例えば５℃）以上であるか否かを判定する。吸気温度差が第２閾値以上である場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、ステップＳ２６に進み、ＥＣＵ６０は、インタークーラ８によって吸気が一気に冷却されて、インタークーラ８で凝縮水が発生してしまうことを抑制すべく、電動ウォータポンプ９の駆動と停止とを周期的に切り替える間欠駆動制御を実行する。つまり、ＥＣＵ６０は、所定のデューティ比を用いて、電動ウォータポンプ９に対する通電のオンとオフとを周期的に切り替える制御を実行する。

他方で、吸気温度差が第２閾値未満である場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、ステップＳ２７に進み、ＥＣＵ６０は、インタークーラ８に冷却水を通水することによるインタークーラ８の冷却能力の上昇を抑えて、インタークーラ８において吸気が大きく冷却されてしまうのを抑制すべく、電動ウォータポンプ９の駆動を停止する。

次に、図６を参照して、本発明の実施形態による電動ウォータポンプ制御におけるタイムチャートについて説明する。図６は、本発明の実施形態による電動ウォータポンプ制御を実行した場合のタイムチャートの一例を示している。

図６は、上のグラフに、実吸気温度の時間変化を示し、下のグラフに、電動ウォータポンプ９の駆動デューティ（％）の時間変化を示している。具体的には、上のグラフにおいて、符号Ｔｒを付したラインは目標吸気温度を示し、符号Ｔｈ１を付したラインは目標吸気温度Ｔｒに第１閾値（例えば１０℃）を加算した温度を示し、符号Ｔｈ２を付したラインは目標吸気温度Ｔｒに第２閾値（例えば５℃）を加算した温度を示している。なお、ここでは、説明の便宜上、アクセル開度及び車速が一定であるために、設定された目標吸気温度Ｔｒが一定である場合を例に挙げる。

まず、時刻ｔ１において、ＥＣＵ６０は、実吸気温度が温度Ｔｈ２以上で且つ温度Ｔｈ１未満となるため、つまり実吸気温度から目標吸気温度Ｔｒを減算して得た吸気温度差が第２閾値以上で且つ第１閾値未満となるため、電動ウォータポンプ９の間欠駆動制御を開始する。例えば、ＥＣＵ６０は、駆動デューティが５０（％）で１．５（ｓｅｃ）の幅を有するパルスを４．０（ｓｅｃ）間隔で周期的に電動ウォータポンプ９に付与する制御を行う。この後、時刻ｔ２において、ＥＣＵ６０は、実吸気温度が温度Ｔｈ２を下回るため、詳しくは温度Ｔｈ２よりも所定温度（例えば３℃）だけ低い温度を実吸気温度が下回るため、電動ウォータポンプ９の間欠駆動制御を終了する、つまり電動ウォータポンプ９の駆動を停止する。このように、制御を開始する際の判定温度と制御を終了する際の判定温度とを異ならせることで（つまりヒステリシスを設けることで）、制御のハンチングを防止している。

次に、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間でも、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間と同様に、ＥＣＵ６０は、電動ウォータポンプ９の間欠駆動制御を実行する。この後、時刻ｔ５から電動ウォータポンプ９の間欠駆動制御を再び実行している際に、時刻ｔ６において、実吸気温度が温度Ｔｈ１以上となるため、つまり実吸気温度から目標吸気温度Ｔｒを減算して得た吸気温度差が第１閾値以上となるため、ＥＣＵ６０は、電動ウォータポンプ９の連続駆動制御を実行する。例えば、ＥＣＵ６０は、９５（％）の駆動デューティで電動ウォータポンプ９を連続的に制御する。なお、電動ウォータポンプ９の連続駆動制御についても、制御を開始する際の判定温度と制御を終了する際の判定温度とを異ならせることで（つまりヒステリシスを設けることで）、制御のハンチングを防止するとよい。

なお、上述した実施形態では、第２閾値として０℃よりも大きな温度（例えば５℃）を用いていたが、変形例では、第２閾値として０℃を用いてもよい。言い換えると、変形例では、第２閾値を用いずに、第１閾値のみを用いてもよい。その場合には、実吸気温度から目標吸気温度を減算して得た吸気温度差が第１閾値以上である場合には、電動ウォータポンプ９の連続駆動制御を実行し、実吸気温度が目標吸気温度以上で且つ吸気温度差が第１閾値未満である場合には、電動ウォータポンプ９の間欠駆動制御を実行し、実吸気温度が目標吸気温度未満である場合には、電動ウォータポンプ９の駆動を停止すればよい。

＜作用効果＞
次に、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の作用効果について説明する。

本実施形態によれば、実吸気温度が目標吸気温度を少しだけ上回っている場合、具体的には実吸気温度と目標吸気温度との吸気温度差が第１閾値未満である場合には、インタークーラ８に通水する単位時間当たりの冷却水流量が小さくなるように電動ウォータポンプ９を制御するので、インタークーラ８において吸気が一気に冷却されて、吸気に含まれる水蒸気（詳しくは低圧ＥＧＲ装置４８によって吸気系ＩＮに還流された排気ガスに含まれる水蒸気）が露点温度以下となり凝縮水が発生してしまうことを抑制することができる、つまりインタークーラ８において結露が発生してしまうことを抑制することができる。特に、本実施形態では、実吸気温度が目標吸気温度を少しだけ上回っている場合に、電動ウォータポンプ９の駆動と停止とを繰り返し切り替える間欠駆動制御を実行するので、小さな冷却水流量にてインタークーラ８に通水することが適切に実現され、インタークーラ８において吸気温度が急低下してしまうことを効果的に抑制することができる。
具体的には、上記の間欠駆動制御では、所定時間（例えば、図６の時刻ｔ１から時刻ｔ２まで）、電動ウォータポンプ９を駆動してインタークーラ８に小さな冷却水流量を流し（以下、単に「駆動期間」と呼ぶ）、その後所定時間（例えば、図６の時刻ｔ２から時刻ｔ３まで）電動ウォータポンプ９の駆動を停止して冷却水を流すことを止める（以下、単に「停止期間」と呼ぶ）ことを繰り返すので、インタークーラ８において吸気温度が急低下してしまうことを効果的に抑制することができる。電動ウォータポンプ９の駆動により吸気温度が下がることになるが、このように吸気温度が下がったことが吸気温度センサ１０６の検出値に現れるまでには時間遅れが存在する。この間欠駆動制御においては、電動ウォータポンプ９の駆動期間の後に、停止期間が設けられ、駆動期間中の吸気温度低下の影響が、吸気温度センサ１０６に現れるまで待った後に、次の電動ウォータポンプ９の駆動を行うようにしているため、このような時間遅れに起因して、必要以上の冷却水流量がインタークーラ８に通水されて、吸気温度が冷やされることを効果的に抑制することができる。

また、本実施形態によれば、吸気温度差が第１閾値以上である場合には、電動ウォータポンプ９の連続駆動制御を実行し、吸気温度差が第１閾値未満で、且つ第１閾値よりも小さい第２閾値以上である場合には、電動ウォータポンプ９の間欠駆動制御を実行し、吸気温度差が第２閾値未満である場合には、電動ウォータポンプ９を停止するので、インタークーラ８での凝縮水の発生を抑制しつつ、実吸気温度を目標吸気温度に適切に収束させることができる。

また、本実施形態によれば、上記したように電動ウォータポンプ９を制御する際に用いる目標吸気温度を、低圧ＥＧＲガス量が多いほど高い温度に設定するので、凝縮水が発生しやすい低圧ＥＧＲガス量が多い領域において、電動ウォータポンプ９を駆動させにくくして、インタークーラ８への冷却水の供給を抑制することができ、インタークーラ８での凝縮水の発生を適切に抑制することが可能となる。

また、本実施形態によれば、外気温が高いほど目標吸気温度を高い温度に設定するので、凝縮水が発生しやすい外気温が高い状況において、電動ウォータポンプ９を駆動させにくくして、インタークーラ８への冷却水の供給を抑制することができ、インタークーラ８での凝縮水の発生を適切に抑制することが可能となる。

１ 吸気通路
５ ターボ過給機
５ａ コンプレッサ
５ｂ タービン
８ インタークーラ
９ 電動ウォータポンプ
４１ 排気通路
４３ 高圧ＥＧＲ装置
４８ 低圧ＥＧＲ装置
６０ ＥＣＵ
１０６ 吸気温度センサ
２００ エンジンシステム
Ｅ エンジン

Claims (6)

1. エンジンの制御装置であって、
   エンジンの吸気通路上に設けられ、吸気を冷却するインタークーラであって、通水された冷却水を用いて吸気を冷却する水冷式の上記インタークーラと、
   上記インタークーラに通水する冷却水の流量を制御する電動ウォータポンプと、
   エンジンの排気通路内の排気ガスを上記インタークーラの上流側の吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、
   上記インタークーラの下流側の吸気通路上に設けられ、この吸気通路を通過する吸気の温度である実吸気温度を検出する吸気温度センサと、
   上記実吸気温度が所定の目標吸気温度に維持されるように、上記電動ウォータポンプを駆動して上記インタークーラに冷却水を通水する制御を行う電動ウォータポンプ制御手段と、を有し、
   上記電動ウォータポンプ制御手段は、上記実吸気温度が上記目標吸気温度以上である場合において、上記実吸気温度から上記目標吸気温度を減算して得た温度差が第１閾値未満である場合には、上記温度差が上記第１閾値以上である場合よりも、上記インタークーラに通水する単位時間当たりの冷却水流量が小さくなるように上記電動ウォータポンプを制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 上記電動ウォータポンプ制御手段は、上記温度差が上記第１閾値未満である場合には、上記電動ウォータポンプの駆動と停止とを繰り返し切り替える間欠駆動制御を実行する、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 上記電動ウォータポンプ制御手段は、
   上記温度差が上記第１閾値以上である場合には、上記電動ウォータポンプを連続的に駆動する連続駆動制御を実行し、
   上記温度差が上記第１閾値未満で、且つ上記第１閾値よりも小さい第２閾値以上である場合には、上記間欠駆動制御を実行し、
   上記温度差が上記第２閾値未満である場合には、上記電動ウォータポンプを停止する、請求項２に記載のエンジンの制御装置。
4. 上記目標吸気温度は、上記ＥＧＲ装置によって還流される排気ガス量が多いほど、高い温度に設定される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
5. 上記目標吸気温度は、外気温が高いほど、高い温度に設定される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
6. エンジンの制御装置であって、
   エンジンの吸気通路上に設けられ、吸気を冷却するインタークーラであって、通水された冷却水を用いて吸気を冷却する水冷式の上記インタークーラと、
   上記インタークーラに通水する冷却水の流量を制御する電動ウォータポンプと、
   エンジンの排気通路内の排気ガスを上記インタークーラの上流側の吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、
   上記インタークーラの下流側の吸気通路上に設けられ、この吸気通路を通過する吸気の温度である実吸気温度を検出する吸気温度センサと、
   上記実吸気温度が所定の目標吸気温度に維持されるように、上記電動ウォータポンプを駆動して上記インタークーラに冷却水を通水する制御を行う電動ウォータポンプ制御手段と、を有し、
   上記目標吸気温度は、上記ＥＧＲ装置によって還流される排気ガス量が多いほど、高い温度に設定される、ことを特徴とするエンジンの制御装置。