JP2016223319A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲバルブでの凝縮水発生を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】コンプレッサよりも吸気上流側の吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲバルブと、を備え、熱源からの受熱により昇温された冷媒をＥＧＲバルブに設けられたウォータジャケットに流通させて、当該ＥＧＲバルブの暖機を行う内燃機関において、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲバルブと排気通路との間に設けられたＥＧＲクーラと、ＥＧＲクーラへ冷媒を流通させて当該ＥＧＲクーラへ流入するＥＧＲガスを冷却する冷却装置と、を備える。制御装置は、ＥＧＲバルブの暖機時において、ＥＧＲバルブの温度がＥＧＲガスの露点に達するまでの期間は、ＥＧＲクーラの温度をＥＧＲバルブの温度よりも低温に保持するように冷却装置を制御する。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、排気ガスの一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。

例えば、特開２００８−８８８６２号公報には、ＥＧＲバルブの冷却と暖機とを選択的に実施するための技術が開示されている。この技術では、ＥＧＲバルブに形成されたＥＧＲバルブ水路に機関冷却水を供給する装置において、供給される機関冷却水が、ラジエータから流出して内燃機関のウォータジャケットへ供給される前の機関冷却水と、当該ウォータジャケットを通過してラジエータへ供給される前の機関冷却水との間で選択的に切り替えられることが行なわれる。これにより、ＥＧＲバルブ水路に供給される機関冷却水の温度を変化させることができるので、ＥＧＲバルブの暖機要求又は冷却要求に応じた温度制御が可能となる。

特開２００８−８８８６２号公報 特開２０１４−１４８９５７号公報 国際公開第２０１０／１２８５４７号 特開２０１３−５２４０６９号公報

ところで、排気ガスの温度が露点を下回ると、排気ガス中の水分が凝縮して凝縮水が生成されることが知られている。上記技術は、ＥＧＲバルブの速やかな暖機を可能としているが、例えばＥＧＲバルブの暖機開始の直後等、未だＥＧＲバルブの温度が排気ガスの露点温度よりも低い期間においては、当該ＥＧＲバルブに排気ガスが触れることによって凝縮水が発生してしまう。その後ＥＧＲバルブが開弁されると、凝縮した水滴や氷塊が吸気通路へ流入し、コンプレッサの損傷や腐食の原因になりうる。上記の技術では、このようなＥＧＲバルブでの凝縮水発生に対して、何ら対策がなされていない。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、ＥＧＲバルブでの凝縮水発生を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
吸入空気を過給するコンプレッサと、前記コンプレッサよりも吸気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たＥＧＲバルブと、を備え、熱源からの受熱により昇温されたＥＧＲバルブ用冷媒を前記ＥＧＲバルブに設けられたウォータジャケットに流通させて、当該ＥＧＲバルブの暖機を行う内燃機関において、
前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲバルブと前記排気通路との間に設けられたＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲクーラへ冷媒を流通させて当該ＥＧＲクーラへ流入するＥＧＲガスを冷却する冷却装置と、を備え、
前記ＥＧＲバルブの暖機時において、前記ＥＧＲバルブの温度が前記ＥＧＲガスの露点に達するまでの期間は、前記ＥＧＲクーラの温度を前記ＥＧＲバルブの温度よりも低温に保持するように前記冷却装置を制御することを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブの暖機時において、前記ＥＧＲバルブの温度が前記ＥＧＲガスの露点に達するまでの期間は、前記ＥＧＲバルブ用冷媒よりも低温の冷媒が前記ＥＧＲクーラに流通するように前記冷却装置を制御することが好ましい。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブの暖機時において、前記ＥＧＲバルブの温度が排気ガスの露点に達した後は、前記ＥＧＲバルブ用冷媒の温度以上の冷媒が前記ＥＧＲクーラに流通するように前記冷却装置を制御することが好ましい。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記内燃機関は、前記コンプレッサよりも吸気下流側の吸気通路に設けられたインタークーラを備え、前記ＥＧＲバルブ用冷媒よりも低温のインタークーラ用冷却水を前記インタークーラへ流通させて当該インタークーラへ流入する吸気を冷却するように構成され、
前記冷却装置は、前記冷媒として前記ＥＧＲバルブ用冷媒を流通させる第１流路形態と前記インタークーラ用冷却水を流通させる第２流路形態とを切替可能に構成され、
前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブの暖機時において、前記ＥＧＲバルブの温度が排気ガスの露点に達するまでの期間は、前記第２流路形態により前記冷却装置を駆動し、前記ＥＧＲバルブの温度が排気ガスの露点に達した後の期間は、前記第１流路形態により前記冷却装置を駆動することが好ましい。

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブの暖機時において、前記ＥＧＲクーラの温度が前記ＥＧＲバルブの温度よりも高い場合には、冷媒が前記ＥＧＲクーラから持ち去る熱量が増量されるように前記冷却装置を制御することが好ましい。

第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブの暖機時において、前記ＥＧＲクーラの内部に付着している凝縮水量が所定の閾値以下となった場合に、前記ＥＧＲバルブを開弁するＥＧＲ動作の実行を許可するように構成されることが好ましい。

第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記ＥＧＲバルブ用冷媒は、前記内燃機関に形成された冷却水流路を流れる機関冷却水であることが好ましい。

第１の発明によれば、ＥＧＲバルブの暖機時において、ＥＧＲバルブの温度がＥＧＲガスの露点に達するまでの期間は、ＥＧＲバルブの上流側に位置するＥＧＲクーラの温度がＥＧＲバルブの温度よりも低温に保持される。これにより、排気ガス中の水分は、ＥＧＲバルブよりも上流側のＥＧＲクーラにおいて積極的に凝縮されるので、ＥＧＲバルブの温度がＥＧＲガスの露点に達するまでの期間にＥＧＲバルブにおいて発生する凝縮水を有効に抑制することができる。

第２の発明によれば、ＥＧＲバルブの暖機時において、ＥＧＲバルブの温度がＥＧＲガスの露点に達するまでの期間は、ＥＧＲバルブ用冷媒よりも低温の冷媒がＥＧＲクーラへ流通される。これにより、ＥＧＲバルブの暖機時において、ＥＧＲバルブ用冷媒によって暖機されるＥＧＲバルブよりもＥＧＲクーラの温度を低温に保つことができるので、ＥＧＲクーラにおいて効果的に凝縮水を発生させることができる。

第３の発明によれば、ＥＧＲバルブの暖機時において、ＥＧＲバルブの温度がＥＧＲガスの露点に達した後は、ＥＧＲバルブ用冷媒以上の温度の冷媒がＥＧＲクーラへ流通される。ＥＧＲクーラは、ＥＧＲバルブよりも温度が上昇し易いため、付着した凝縮水が逸早く蒸発する。このため、本発明によれば、ＥＧＲクーラの凝縮水を効率よく減らすことができるので、ＥＧＲバルブを開弁するＥＧＲ動作を逸早く開始することができる。

第４の発明によれば、ＥＧＲバルブの暖機時において、ＥＧＲバルブの温度がＥＧＲガスの露点に達するまでの期間は、ＥＧＲバルブ用冷媒よりも低温のインタークーラ用冷却水がＥＧＲクーラへ流通され、ＥＧＲバルブの温度がＥＧＲガスの露点に達した後の期間は、ＥＧＲバルブ用冷媒がＥＧＲクーラへ流通される。これにより、ＥＧＲバルブの温度がＥＧＲガスの露点に達する前後の期間において、ＥＧＲクーラへ流入する冷媒の温度を簡易に変化させることができる。

第５の発明によれば、ＥＧＲバルブの暖機時において、ＥＧＲクーラの温度がＥＧＲバルブの温度よりも高い場合には、冷媒がＥＧＲクーラから持ち去る熱量が増量される。これにより、ＥＧＲクーラの温度がＥＧＲバルブの温度よりも低温となるまでの時間を有効に短縮してＥＧＲバルブでの凝縮水の発生を抑制することができる。

第６の発明によれば、ＥＧＲバルブの暖機時において、ＥＧＲクーラの内部の凝縮水量が所定の閾値以下となった場合に、ＥＧＲバルブを開弁するＥＧＲ動作が許可される。これにより、ＥＧＲ弁を開弁した際に凝縮水が吸気通路へ流通することを有効に回避することができる。

第７の発明によれば、ＥＧＲバルブ用冷媒として内燃機関に形成された冷却水流路を流れる機関冷却水が用いられる。このため、本発明によれば、簡易な構成でＥＧＲバルブの暖機を行うことができる。

本発明の実施の形態１の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。 ＥＧＲバルブの内部構造を説明するための図である。 第１流路形態の回路構成図を示している。 第２流路形態の回路構成図を示している。 エンジン暖機時において、エンジン冷却水を用いてＥＧＲバルブを暖機した場合の、エンジン冷却水流通量、各種温度及び凝縮水の付着量の時間変化を示すタイムチャートである。 ＥＧＲバルブの暖機中における温度分布を示す図である。 エンジン暖機時において、エンジン冷却水を用いてＥＧＲバルブ及びＥＧＲクーラを暖機した場合の、エンジン冷却水流通量、各種温度及び凝縮水の付着量の時間変化を示すタイムチャートである。 排気圧力の脈動を示す図である。 ＥＧＲバルブの暖機制御のルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。

［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態に係る内燃機関は、ターボ過給機を備えた過給エンジン（以下、「エンジン」とも称する）であり、より詳しくは、エンジン本体２に複数の気筒が備えられた火花点火式の４ストロークレシプロエンジンである。

本実施の形態に係る過給エンジンは、吸気通路１０に設けられ吸入空気を過給するコンプレッサ３２と排気通路２０に設けられたタービン３４とからなるターボ過給機３０を備えている。吸気通路１０はエンジン本体２に取り付けられた吸気マニホールド１２に接続されている。吸気マニホールド１２は、コンプレッサ３２によって圧縮された吸気を冷却するためのインタークーラ１４を内蔵したインタークーラ内蔵型の吸気マニホールドとして構成されている。インタークーラ１４は水冷式のクーラであり、冷媒としての冷却水が流通可能な内部流路１４ａを備えている。

吸気通路１０の入口にはエアクリーナ１６が設けられ、その下流であってコンプレッサ３２よりも上流には空気流量を計測するためのエアフローメータ（図示せず）が配置されている。コンプレッサ３２の下流側の吸気通路１０には、エンジン内に供給される空気量を調整するためのスロットルバルブ１８が配置されている。

また、排気通路２０はエンジン本体２に取り付けられた排気マニホールド２２に接続されている。排気通路２０のタービン３４の下流にはスタート触媒（以下、「Ｓ／Ｃ」と称する）２４およびアンダーフロア触媒（以下、「Ｕ／Ｆ」と称する）２６がこの順に設けられている。Ｓ／Ｃ２４及びＵ／Ｆ２６は所謂三元触媒であって、理論空燃比近傍において排気ガスに含まれるＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの３成分を効率的に浄化する。

また、本実施の形態に係る過給エンジンは、排気ガスの一部を筒内へ還流させるＥＧＲ装置４０を備えている。ＥＧＲ装置４０は、コンプレッサ３２の吸気上流側にＥＧＲガスを導入するいわゆる低圧側ＥＧＲ（ＬＰＬ−ＥＧＲ）装置として構成されている。より詳しくは、ＥＧＲ装置４０はＥＧＲ通路４２を備えている。ＥＧＲ通路４２は、その一端がＳ／Ｃ２４とＵ／Ｆ２６との間の排気通路２０に接続され、他端がエアクリーナ１６とコンプレッサ３２との間の吸気通路１０に接続されている。ＥＧＲ通路４２の途中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４４が設けられている。ＥＧＲクーラ４４は、水冷式のクーラであり、冷媒としての冷却水が流通可能な内部流路４４ａを備えている。

ＥＧＲクーラ４４よりも下流のＥＧＲ通路４２には、当該ＥＧＲ通路４２を開閉するためのＥＧＲバルブ４６が設けられている。図２は、ＥＧＲバルブの内部構造を説明するための図である。この図に示すように、ＥＧＲバルブ４６は、弁体としての傘部４６ａが内壁４６ｂに接触又は離反することにより流路が開閉されるポペットバルブとして構成されている。ＥＧＲバルブ４６の内壁４６ｂの周囲には、冷媒としての冷却水が流通可能なウォータジャケット４６ｃが設けられている。

本実施の形態に係る制御装置は、異なる冷却水を循環させる２系統の冷却装置を備えている。第１冷却装置５０は、エンジン本体２のエンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧを循環させるものであり、第１ラジエータ４、エンジン本体２の内部流路２ａ、ウォータポンプ（図示せず）、及び冷却水流路５２，５４を主要構成とするものである。このエンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧは、ウォータポンプの駆動によって、第１ラジエータ４、冷却水流路５２、内部流路２ａ、冷却水流路５４の順に流れる。第１ラジエータ４は、エンジン本体２を冷却するための通常のラジエータであり、エンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧは例えば８０℃〜９０℃程度の水温に制御される。

第２冷却装置６０は、インタークーラ１４のＩ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃを循環させるものであり、第２ラジエータ６、インタークーラ１４の内部流路１４ａ、ウォータポンプ（図示せず）、及び冷却水流路６２，６４を主要構成とするものである。このＩ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃは、ウォータポンプの駆動によって、第２ラジエータ６、冷却水流路６２、内部流路１４ａ、冷却水流路６４の順に流れる。第２ラジエータ６は、インタークーラ１４を冷却するためのラジエータであり、Ｉ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃは例えば３０℃程度の水温に制御される。

また、第１冷却装置５０は、上記構成に加えて、ＥＧＲバルブ４６のウォータジャケット４６ｃへエンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧを供給するための構成を有している。より詳しくは、第１冷却装置５０を構成する冷却水流路５２，５４は、冷却水流路５６，５８を介してウォータジャケット４６ｃに接続されている。このような構成によれば、エンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧは、上記エンジン本体２への循環に加えて、第１ラジエータ４、冷却水流路５２、冷却水流路５６、ウォータジャケット４６ｃ、冷却水流路５８、冷却水流路５４の順にも流れる。

また、上記２系統の冷却装置のそれぞれは、ＥＧＲクーラ４４の内部流路４４ａに接続されている。より詳しくは、第２冷却装置６０を構成する冷却水流路６２，６４は、冷却水流路６６，６８を介してそれぞれ内部流路４４ａに接続されている。また、第１冷却装置５０を構成する冷却水流路５６，５８は、冷却水流路７０，７２のそれぞれを介して内部流路４４ａに接続されている。冷却水流路６６，６８と内部流路４４ａとの接続部には、三方弁７４，７６がそれぞれ設けられている。三方弁７４は、内部流路４４ａの出口側との接続を冷却水流路７０と冷却水流路６６との間で切り替えるように構成されている。また、三方弁７６は、内部流路４４ａの入口側との接続を冷却水流路６８と冷却水流路７２との間で切り替えるように構成されている。

本実施の形態に係るエンジンシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８０を備えている。ＥＣＵ８０は、エンジンシステムの全体を総合制御する制御装置であって、本発明に係る制御装置はＥＣＵ８０の一つの機能として具現化されている。

ＥＣＵ８０は、エンジンシステムが備えるセンサの信号を取り込み処理する。センサは上述したエアフローメータの他、クランク軸の回転速度を検出する回転速度センサや、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ（何れも図示せず）なども取り付けられている。ＥＣＵ８０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。ＥＣＵ８０によって操作されるアクチュエータには、上述したＥＧＲバルブ４６、三方弁７４，７６、スロットルバルブ１８などが含まれている。なお、ＥＣＵ８０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。

［実施の形態１の動作］
（冷却水流路切替制御について）
次に、本実施の形態１の動作について説明する。ＥＧＲクーラ４４は高温のＥＧＲガスを冷却するためのものであり、内部流路４４ａへ絶えず冷媒を流通させている。本実施の形態の制御装置では、三方弁７４，７６の連通先を切り替えることにより、ＥＧＲクーラ４４の内部流路４４ａへエンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧを流通させる第１流路形態と、ＥＧＲクーラ４４の内部流路４４ａへＩ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃを流通させる第２流路形態と、を選択的に切り替える冷却水流路切替制御が実行される。

図３は第１流路形態の回路構成図を示している。図３に太線で示すように、第１流路形態は、三方弁７４，７６の連通先を冷却水流路７０，７２の側に切り替えることにより形成される。第１流路形態では、冷却水流路５２を流通するエンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧが、冷却水流路５６及び冷却水流路７０を介して内部流路４４ａを流通し、冷却水流路７２及び冷却水流路５８を介して冷却水流路５４へと戻される流路が形成される。

また、図４は第２流路形態の回路構成図を示している。図４に太線で示すように、第２流路形態は、三方弁７４，７６の連通先を冷却水流路６６，６８の側に切り替えることにより形成される。第２流路形態では、冷却水流路６２を流通するＩ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃが、冷却水流路６６を介して内部流路４４ａを流通し、冷却水流路６８を介して冷却水流路６４へと戻される流路が形成される。

（ＥＧＲバルブの暖機制御について）
エンジンの冷間始動では、ＥＧＲバルブ４６が閉弁された状態であるが、ＥＧＲ通路４２内のガスは排気の脈動によって絶えずガス交換される。このため、ＥＧＲ装置４０を構成するＥＧＲバルブ４６の温度がＥＧＲガスの露点（例えば５６〜６０℃）以下である期間は、当該ＥＧＲバルブ４６に接触したＥＧＲガスが露点以下に冷却されて凝縮水が発生する。発生した凝縮水が蒸発する前にＥＧＲ動作が開始されてしまうと、凝縮水が吸気通路１０に流入してしまい、コンプレッサ３２の損傷や腐食を招くおそれがある。このため、ＥＧＲ動作は、ＥＧＲバルブ４６に付着した凝縮水が蒸発した後に開始する必要があり、この場合ＥＧＲ動作を実行することができない期間における燃費やエミッションの悪化が問題となる。

そこで、上記問題の対策として、エンジン暖機時において、エンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧを利用してＥＧＲバルブ４６を暖機する暖機制御が考えられる。図５は、エンジン暖機時において、エンジン冷却水を用いてＥＧＲバルブを暖機した場合の、エンジン冷却水流通量、各種温度及び凝縮水の付着量の時間変化を示すタイムチャートである。なお、この図に示す例では、冷却水流路切替制御において第１流路形態が選択されてＥＧＲクーラ４４にエンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧが流通する場合を示している。この図に示すように、エンジン暖機が開始されると、一定量のエンジン冷却水がＥＧＲバルブ４６及びＥＧＲクーラ４４に流通される。また、エンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧの温度が上昇すると、ＥＧＲクーラ４４の内壁の温度及びＥＧＲバルブ４６の傘部４６ａの温度が共に上昇する。但し、これら２つの温度上昇度合を比較すると、ＥＧＲクーラ４４の内壁の温度の方がその上昇割合が大きい。これは、ＥＧＲバルブ４６の熱容量がＥＧＲクーラ４４よりも大きいことやＥＧＲバルブ４６の構造上の理由に起因する。図６は、ＥＧＲバルブの暖機中における温度分布を示す図である。なお、この図において、（ａ）から（ｅ）で示した菱形は、図２に示すＥＧＲバルブの（ａ）から（ｅ）に対応している。また、この図において、黒塗りの菱形は暖機開始後１２０秒を経過した時点の温度分布を、白抜きの菱形は暖機開始後６００秒を経過した時点の温度分布を、それぞれ示している。

図６に示すように、ＥＧＲバルブ４６は、その内部の部位によって温度の上昇度合が異なる。特に、傘部４６ａはウォータジャケット４６ｃからの熱が直接的に伝わらない上に放熱の影響も大きいため、昇温度合がより緩慢になる。

再び図５に戻り凝縮水の付着量に着目すると、ＥＧＲクーラ４４の内壁に付着する凝縮水は、エンジン暖機が開始されてからＥＧＲクーラ４４の内壁の温度がＥＧＲガスの露点に到達する時点ｔ１までの期間に急増する。ＥＧＲクーラ４４の内壁の温度は、エンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧの温度が上昇に追従して上昇するため、露点到達以降は発生した凝縮水が速やかに蒸発されて減少する。

また、ＥＧＲクーラ４４の内壁において凝縮水が発生している期間は、凝縮水が発生した後の水分含有量の少ないＥＧＲガスが下流側のＥＧＲバルブ４６へと到達する。このため、エンジン暖機が開始されてから時点ｔ１までの期間は、ＥＧＲバルブ４６の傘部４６ａに付着する凝縮水は微増となる。その後、傘部４６ａに付着する凝縮水は、傘部４６ａの温度がＥＧＲガスの露点に到達する時点ｔ２までの期間に増加する。

上述したように、ＥＧＲバルブ４６の傘部４６ａの温度はエンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧの温度に追従して昇温されないため、発生した凝縮水は速やかに蒸発されず長時間残存する。その後、傘部４６ａの凝縮水付着量がＥＧＲ導入が可能な所定の閾値まで減少する時点ｔ３において、ＥＧＲバルブ４６を開弁するＥＧＲ動作が許可される。

このように、ＥＧＲバルブ４６は、ウォータジャケット４６ｃにエンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧを流通させたとしても傘部４６ａの温度上昇が緩慢であるため、露点に到達するまでの期間に付着した凝縮水が蒸発して除去されるまでに時間を要してしまう。このことは、ポペットバルブとして構成されたＥＧＲバルブに限らず、バタフライバルブとして構成されたＥＧＲバルブの弁体についても当てはまる。

一方、ＥＧＲクーラ４４は、内部流路４４ａにエンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧを流通させることによりエンジン冷却水の温度に追従してその温度が上昇するため、凝縮水が付着したとしても比較的速やかに蒸発させて除去することができる。

そこで、本実施の形態の制御装置では、ＥＧＲバルブ４６の温度がＥＧＲガスの露点に到達するまでの期間は、ＥＧＲクーラ４４において積極的に凝縮水を発生させる制御を行うこととする。図７は、エンジン暖機時において、エンジン冷却水を用いてＥＧＲバルブ及びＥＧＲクーラを暖機した場合の、エンジン冷却水流通量、各種温度及び凝縮水の付着量の時間変化を示すタイムチャートである。なお、図７において比較例として記載したタイムチャートは、上述した図５に示すタイムチャートである。

この図に示すように、本実施の形態の制御装置では、ＥＧＲバルブ４６の温度がＥＧＲガスの露点に到達する時点ｔ２までの期間は、ＥＧＲクーラ４４の温度がＥＧＲバルブ４６の温度よりも低温となるように、冷却水流路切替制御において第２流路形態を選択することとする。このような制御によれば、ＥＧＲクーラ４４が低温のＩ／Ｃ冷却水によって冷却されて低温に保持されるので、排気通路２０からＥＧＲ通路４２に流入したＥＧＲガスがＥＧＲクーラ４４を流通する際に積極的に冷却される。これにより、ＥＧＲクーラ４４では多量の凝縮水が生成されるので、ＥＧＲバルブ４６における凝縮水の発生を有効に減らすことができる。

ＥＧＲバルブ４６の温度がＥＧＲガスの露点に到達した後は、ＥＧＲバルブ４６において凝縮水が生成されるおそれがない。このような期間は、ＥＧＲクーラ４４を積極的に昇温して当該ＥＧＲクーラ４４の内壁に付着している多量の凝縮水を逸早く蒸発させることが好ましい。そこで、本実施の形態の制御装置では、ＥＧＲバルブ４６の温度がＥＧＲガスの露点に到達した後の期間は、ＥＧＲクーラ４４を積極的に昇温させる制御を行うこととする。具体的には、ＥＧＲバルブ４６の温度がＥＧＲガスの露点に到達した時点ｔ２において、流路形態を第２流路形態から第１流路形態へと切り替える制御を行うこととする。このような制御によれば、ＥＧＲクーラ４４が高温のエンジン冷却水によって加熱されるので、ＥＧＲクーラ４４の内壁に付着している凝縮水が速やかに蒸発されて除去されていく。そして、ＥＧＲクーラ４４の内壁に付着している凝縮水が所定の凝縮水下限値を下回る時点ｔ３´においてＥＧＲバルブ４６の開弁が許可される。これにより、本実施の形態の制御装置では、比較例と比べてＥＧＲバルブ４６の開弁を逸早く許可することができるので、ＥＧＲ動作を行うことができずに燃費やエミッションが悪化することを有効に抑制することができる。

なお、ＥＧＲクーラ４４の内壁に付着している凝縮水の量は、ＥＧＲクーラ４４の温度が露点に到達する時点ｔ１´までの期間にＥＧＲクーラ４４内で発生した凝縮水量から、時点ｔ１´以降に蒸発した凝縮水量を差し引いた量として推定することができる。凝縮水の発生量は、より詳しくは、ＥＧＲクーラ４４の内壁温とＥＧＲガスの露点との差、ＥＧＲガス中の水分含有量、及びＥＧＲクーラ４４内へのＥＧＲガス交換速度に基づいて推定された単位時間当たりの凝縮水発生量を積算することにより計算することができる。この際、排気ガス（ＥＧＲガス）中の水分含有量及び露点は、燃料の諸元及び空燃比から算出することができる。ＥＧＲクーラ４４の内壁温は、温度センサによって検出されたＥＧＲクーラ４４内の冷媒の温度を用いることができる。

また、ＥＧＲガス交換速度は、排気圧力の脈動に基づいて計算することができる。図８は、排気圧力の脈動を示す図である。この図に示すように、排気には各気筒の排気行程に起因する脈動が存在する。このため、大気圧よりも高い排気圧力である順流成分と大気圧よりも低い逆流成分との比率によりＥＧＲクーラ４４内のガス交換速度を計算することができる。尚、ＥＧＲクーラ４４へ伝わる排気脈動は、例えばＳ／Ｃ２４とＵ／Ｆ２６との間の排気通路２０の排気圧力（すなわちＥＧＲ通路４２の上流端側の排気圧力）を圧力センサにより検出することにより把握することができる。

凝縮水の蒸発量は、より詳しくは、ＥＧＲクーラ４４の内壁温とＥＧＲガスの露点との差、ＥＧＲガス中の水分含有量、及びＥＧＲクーラ４４内へのＥＧＲガス交換速度に基づいて推定された単位時間当たりの凝縮水蒸発量を逐次積算することにより計算することができる。このような計算方法によれば、ＥＧＲクーラ４４の内壁に付着している凝縮水の量を精度よく推定することができるので、ＥＧＲガスの導入を許可可能な時期を高精度に判断することができる。

（実施の形態１の具体的処理）
本実施の形態１のＥＧＲバルブ４６の暖機制御は、ＥＣＵ８０が、図９のフローチャートに示すルーチンを実行することにより実現される。図９は、ＥＧＲバルブの暖機制御のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンでは、先ずエンジンの暖機が開始される（ステップＳ１０）。ここでは、具体的には、エンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧ及びＩ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃの循環が開始される。これによりＥＧＲバルブ４６にはエンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧが流通される。また、ＥＧＲクーラ４４の流路形態は初期状態では第２流路形態にされている。このため、冷却水の循環が開始されることにより、ＥＧＲクーラ４４にはＩ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃが流通される。

次に、ＥＧＲバルブ４６の傘部４６ａの温度ＴＥＧＲＶとＥＧＲクーラ４４の内壁温度ＴＥＧＲＣが取得される（ステップＳ１２）。ＥＧＲバルブ傘部温度ＴＥＧＲＶは、ＥＧＲバルブ４６の内壁等に設けた温度センサの検出値から推定された値が使用される。また、ＥＧＲクーラ内壁温度ＴＥＧＲＣは、温度センサによって計測されたＥＧＲクーラ４４内の冷媒温度が使用される。

次に、ＥＧＲバルブ傘部温度ＴＥＧＲＶがＥＧＲクーラ内壁温度ＴＥＧＲＣよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ１４）。その結果、ＴＥＧＲＶ＞ＴＥＧＲＣの成立が認められない場合には、ＥＧＲクーラ４４よりもＥＧＲバルブ４６において凝縮水が発生しやすい状態であると判断されて、次のステップに移行し、ＥＧＲクーラ４４への冷却水の流通量が増量される（ステップＳ１６）。ここでは、具体的には、Ｉ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃを循環させるためのＩ／Ｃ用ウォータポンプの送水量が増量される。

一方、上記ステップＳ１４の処理においてＴＥＧＲＶ＞ＴＥＧＲＣの成立が認められた場合、或いは上記ステップＳ１６の処理の後には、ＥＧＲバルブ傘部温度ＴＥＧＲＶがＥＧＲガスの露点を超えたか否かが判定される（ステップＳ１８）。その結果、ＴＥＧＲＶ＞露点の成立が認められない場合には、ＥＧＲクーラ４４の冷却を継続する必要があると判断されて、再びステップＳ１２の処理に移行する。

一方、上記ステップＳ１８の処理において、ＴＥＧＲＶ＞露点の成立が認められた場合には、ＥＧＲバルブ４６において凝縮水が発生しない状態であると判断されて、次のステップに移行し、ＥＧＲクーラ４４へ循環される冷媒がＩ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃからエンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧへと切り替えられる（ステップＳ２０）。ここでは、具体的には、三方弁７４，７６が制御されてＥＧＲクーラ４４の流路形態が第２流路形態から第１流路形態へと切り替られる。これにより、ＥＧＲクーラ４４へのＩ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃの流通が停止されてエンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧの流通が開始される。

図９に示すルーチンでは、次にＥＧＲクーラ４４の内壁に付着している凝縮水の量が所定の閾値以下となったか否かが判定される（ステップＳ２２）。ＥＧＲクーラ内の凝縮水量は、上述した排気脈動から推定する方法により取得される。また、所定の閾値は、吸気通路１０への凝縮水の流入が問題とならない程度となるＥＧＲクーラ内の凝縮水量の閾値として、予め設定された値が読み込まれる。その結果、ＥＧＲクーラ内の凝縮水量が閾値よりも大きい場合には、本ステップＳ２２の処理が再度実行される。そして、ＥＧＲクーラ内の凝縮水量が閾値以下となった場合に、ＥＧＲバルブ４６を開弁してＥＧＲ導入を行う動作が許可される（ステップＳ２４）。

このように、図９のフローチャートに示すルーチンによれば、ＥＧＲバルブ４６の暖機過程において当該ＥＧＲバルブ４６に凝縮水が付着することを抑制することができるので、ＥＧＲ動作の開始を早めることができる。

ところで、上述した実施の形態の制御装置では、吸気マニホールド１２に内蔵されたインタークーラ１４を備えるエンジンについて説明したが、インタークーラ１４は吸気マニホールド１２と別体として構成されていてもよい。

また、上述した実施の形態の制御装置では、ＥＧＲクーラ４４へ流通する冷媒として高温のエンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧと低温のＩ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃとを切り替え可能な構成を備えることとしている。しかしながら、本実施の形態の制御装置において使用可能な低温の冷媒はＩ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃに限られない。すなわち、例えば温度の異なる２系統のエンジン冷却水が流通する装置において、ＥＧＲクーラ４４へ流通する冷媒として、高温エンジン冷却水と低温エンジン冷却水とを切り替え可能な構成としてもよい。

また、上述した実施の形態の制御装置では、ＥＧＲバルブ４６のウォータジャケット４６ｃへエンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧを供給する構成について説明したが、ＥＧＲバルブ４６のウォータジャケット４６ｃへ冷媒を供給する構成はこれに限られない。すなわち、ＥＧＲバルブ４６を暖機可能な温度の冷媒がウォータジャケット４６ｃへ供給される構成であればよく、例えばエンジンオイル等、熱源からの受熱によって昇温された液体を冷媒として供給する構成としてもよい。

また、上述した実施の形態の制御装置では、ＥＧＲバルブ４６において凝縮水が発生するか否かを判定する際に、最も温度の上昇し難い傘部４６ａの温度を用いることとしているが、他の部位の温度を用いて判定してもよい。

また、上述した実施の形態の制御装置では、排気圧力の脈動を利用してＥＧＲクーラ４４内に付着している凝縮水の量を推定することとしているが、他の公知の方法を利用して推定する構成でもよい。

また、上述した実施の形態の制御装置では、ＥＧＲクーラ４４への冷媒の流通量を増量することによって、冷媒がＥＧＲクーラ４４から持ち去る熱量を増量することとした。しかしながら、冷媒による熱の持ち去り量を増量する方法はこれに限らず、例えば、第２ラジエータ６をバイパスするＩ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃの量を調整可能な装置において、第２ラジエータ６へ導入されるＩ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃの量を増量してＩ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃの温度を更に低下させることとしてもよい。また、ＥＧＲクーラ４４へ流通する冷媒の量を開度調整やバイパス構成によって調整可能な装置では、これらの装置の調整によってＥＧＲクーラ４４への冷媒の流通量を増量することとしてもよい。

なお、上述した実施の形態１では、エンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧが上記第１の発明の「ＥＧＲバルブ用冷媒」に相当し、ウォータジャケット４６ｃが上記第１の発明の「ウォータジャケット」に相当し、第１冷却装置５０及び第２冷却装置６０が上記第１の発明の「冷却装置」に相当し、ＥＣＵ８０が上記第１の発明の「制御装置」に相当している。

また、上述した実施の形態１では、Ｉ／Ｃ冷却水Ｗ_Ｉ／Ｃが上記第４の発明の「インタークーラ用冷却水」に相当している。

また、上述した実施の形態１では、内部流路２ａが上記第７の発明の「冷却水流路」に相当し、エンジン冷却水Ｗ_ＥＮＧが上記第７の発明の「機関冷却水」に相当している。

２ エンジン本体
２ａ 内部流路
４ 第1ラジエータ
６ 第２ラジエータ
１０ 吸気通路
１２ 吸気マニホールド
１４ インタークーラ
１６ エアクリーナ
１４ａ 内部流路
１８ スロットルバルブ
２０ 排気通路
２２ 排気マニホールド
３０ ターボ過給機
３２ コンプレッサ
３４ タービン
４０ ＥＧＲ装置
４２ ＥＧＲ通路
４４ ＥＧＲクーラ
４４ａ 内部流路
４６ ＥＧＲバルブ
４６ａ 傘部
４６ｂ 内壁
４６ｃ ウォータジャケット
５０ 第１冷却装置
５２，５４，５６，５８ 冷却水流路
６０ 第２冷却装置
６２，６４，６６，６８ 冷却水流路
７０，７２ 冷却水流路
７４，７６ 三方弁
８０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）

Claims (7)

1. 吸入空気を過給するコンプレッサと、前記コンプレッサよりも吸気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たＥＧＲバルブと、を備え、熱源からの受熱により昇温されたＥＧＲバルブ用冷媒を前記ＥＧＲバルブに設けられたウォータジャケットに流通させて、当該ＥＧＲバルブの暖機を行う内燃機関において、
   前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲバルブと前記排気通路との間に設けられたＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラへ冷媒を流通させて当該ＥＧＲクーラへ流入するＥＧＲガスを冷却する冷却装置と、を備え、
   前記ＥＧＲバルブの暖機時において、前記ＥＧＲバルブの温度が前記ＥＧＲガスの露点に達するまでの期間は、前記ＥＧＲクーラの温度を前記ＥＧＲバルブの温度よりも低温に保持するように前記冷却装置を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブの暖機時において、前記ＥＧＲバルブの温度が前記ＥＧＲガスの露点に達するまでの期間は、前記ＥＧＲバルブ用冷媒よりも低温の冷媒が前記ＥＧＲクーラに流通するように前記冷却装置を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブの暖機時において、前記ＥＧＲバルブの温度が排気ガスの露点に達した後は、前記ＥＧＲバルブ用冷媒の温度以上の冷媒が前記ＥＧＲクーラに流通するように前記冷却装置を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関は、前記コンプレッサよりも吸気下流側の吸気通路に設けられたインタークーラを備え、前記ＥＧＲバルブ用冷媒よりも低温のインタークーラ用冷却水を前記インタークーラへ流通させて当該インタークーラへ流入する吸気を冷却するように構成され、
   前記冷却装置は、前記冷媒として前記ＥＧＲバルブ用冷媒を流通させる第１流路形態と前記インタークーラ用冷却水を流通させる第２流路形態とを切替可能に構成され、
   前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブの暖機時において、前記ＥＧＲバルブの温度が排気ガスの露点に達するまでの期間は、前記第２流路形態により前記冷却装置を駆動し、前記ＥＧＲバルブの温度が排気ガスの露点に達した後の期間は、前記第１流路形態により前記冷却装置を駆動することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブの暖機時において、前記ＥＧＲクーラの温度が前記ＥＧＲバルブの温度よりも高い場合には、冷媒が前記ＥＧＲクーラから持ち去る熱量が増量されるように前記冷却装置を制御することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブの暖機時において、前記ＥＧＲクーラの内部に付着している凝縮水量が所定の閾値以下となった場合に、前記ＥＧＲバルブを開弁するＥＧＲ動作の実行を許可するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記ＥＧＲバルブ用冷媒は、前記内燃機関に形成された冷却水流路を流れる機関冷却水であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

Images