JP2020037912A - エンジンの制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ配管にＥＧＲクーラが設けられるエンジンにおいて、ＥＧＲクーラの冷却効率の低下によるＮＯｘ排出量の増加を適切に抑制する。【解決手段】ＥＧＲ配管にＥＧＲクーラが設けられるエンジンにおいて、ＥＣＵは、ＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘ排出量が閾値を超えたか否かを判定する。ＥＣＵは、ＮＯｘ排出量が閾値を超えた場合に、ＥＧＲクーラの冷却効率が低下したと判定して、エンジンの吸入空気量を増加することでＥＧＲガス流量を増加させてＥＧＲクーラ内の粒子状物質を除去するためのＥＧＲクーラ再生処理を実行する。【選択図】図４

Description

本開示は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備えるエンジンの制御システムに関する。

排気通路内の排気の一部を吸気通路に還流させるためのＥＧＲ配管と、ＥＧＲ配管を流れる排気（以下「ＥＧＲガス」ともいう）を冷却するＥＧＲクーラとを備えたエンジンが知られている。このようなエンジンにおいて、ＥＧＲガス中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）がＥＧＲクーラの熱交換部に付着すると、ＥＧＲクーラの冷却効率が低下する。ＥＧＲクーラの冷却効率が低下すると、吸気通路に還流されるＥＧＲガスの温度が高くなり気筒内での燃焼温度が高くなるため、エンジンから排出される窒素酸化物ＮＯｘの量（以下「ＮＯｘ排出量」ともいう）が増加してしまう。

ＥＧＲクーラの冷却効率の低下によるＮＯｘ排出量の増加を抑制するための制御システムが、たとえば特開２００９−４６９８２号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１に開示された制御システムは、ＥＧＲ配管にＥＧＲクーラが設けられるエンジンにおいて、ＥＧＲクーラの入口ガス温度と出口ガス温度と冷却水温度とに基づいてＥＧＲクーラの冷却効率を推定し、推定されたＥＧＲクーラの冷却効率が低いほど燃料噴射時期の遅角量を大きくする。燃料噴射時期の遅角によって気筒内での燃焼温度のピーク値が下がるので、ＥＧＲクーラの冷却効率が低下している場合であってもＮＯｘ排出量の増加が抑制される。

特開２００９−４６９８２号公報

特許文献１に開示された制御システムにおいては、ＥＧＲクーラの冷却効率の低下によるＮＯｘ排出量の増加を、燃料噴射時期の遅角によって抑制している。そのため、たとえば燃料噴射時期がハード制約などによって決まる遅角限界に達した場合には、燃料噴射時期をさらに遅角させることはできず、ＮＯｘ排出量を適切に抑制することができなくなるという問題があった。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ＥＧＲ配管にＥＧＲクーラが設けられるエンジンにおいて、ＥＧＲクーラの冷却効率の低下によるＮＯｘ排出量の増加を適切に抑制することである。

（１） 本開示によるシステムは、エンジンの制御システムである。エンジンは、吸気通路および排気通路に接続される気筒と、排気通路内の排気の一部を吸気通路に還流させるためのＥＧＲ配管と、ＥＧＲ配管に設けられるＥＧＲクーラとを備える。制御システムは、排気通路に設けられ、窒素酸化物の排出量を検出するセンサと、制御装置とを備える。制御装置は、センサによって検出された窒素酸化物の排出量に基づいてＥＧＲクーラの冷却効率が低下したか否かを判定し、ＥＧＲクーラの冷却効率が低下したと判定された場合にＥＧＲクーラ内の粒子状物質を除去するためのＥＧＲクーラ再生処理を実行する。

上記システムによれば、センサによって検出された窒素酸化物の排出量（ＮＯｘ排出量）に基づいてＥＧＲクーラの冷却効率が低下したと判定された場合には、ＥＧＲクーラ内の粒子状物質を除去するためのＥＧＲクーラ再生処理が実行される。このＥＧＲクーラ再生処理によって、たとえばＥＧＲガス流量が増加され、ＥＧＲクーラに付着した粒子状物質がＥＧＲガスによって吹き飛ばされる。これにより、ＥＧＲクーラの冷却効率が回復し得る。その結果、ＥＧＲ配管にＥＧＲクーラが設けられるエンジンにおいて、ＥＧＲクーラの冷却効率の低下による窒素酸化物の排出量の増加を適切に抑制することができる。

（２） ある形態においては、制御装置は、窒素酸化物の排出量が閾値を超えた場合にＥＧＲクーラの冷却効率が低下したと判定してＥＧＲクーラ再生処理を実行する。

ＥＧＲクーラの冷却効率が低下した場合には、ＥＧＲガスの密度が低下して気筒内へ還流されるＥＧＲガス量が減少する影響で、ＮＯｘ排出量は増加することになる。この点に着目して、上記形態では、ＮＯｘ排出量が閾値を超えた場合にＥＧＲクーラの冷却効率が低下したと判定してＥＧＲクーラ再生処理を実行する。これにより、ＮＯｘ排出量に基づいてＥＧＲクーラの冷却効率が低下したか否かを適切に判定した上で、ＥＧＲクーラ再生処理を実行することができる。

（３） ある形態においては、エンジンは、気筒への１サイクルの燃料噴射としてパイロット噴射とメイン噴射とが行なわれるエンジンである。制御装置は、窒素酸化物の排出量が閾値を超える毎にメイン噴射の時期を所定量だけ遅角し、メイン噴射の時期が予め定められた遅角限界に達した場合にＥＧＲクーラの冷却効率が低下したと判定してＥＧＲクーラ再生処理を実行する。

上記形態によれば、センサによって検出されたＮＯｘ排出量が閾値を超える毎にメイン噴射時期を所定量だけ遅角する。これにより、ＥＧＲクーラの冷却効率の低下によるＮＯｘ排出量の増加を、ＥＧＲクーラ再生処理を実行するのではなく、メイン噴射の時期を遅角することによって抑制することができる。そのため、ＮＯｘ排出量が閾値を超える毎にＥＧＲクーラ再生処理を実行する場合に比べて、ＥＧＲクーラ再生処理の実行回数が低減される。そして、ＮＯｘ排出量が閾値を超える毎にメイン噴射時期を所定量だけ遅角したことによってメイン噴射の時期が遅角限界に達した場合には、ＥＧＲクーラ効率が低下したと判定してＥＧＲクーラ再生処理を実行する。その結果、ＥＧＲクーラ再生処理の実行回数を低減しつつ、ＮＯｘ排出量の増加を抑制することができる。

（４） ある形態においては、エンジンは、複数の気筒を有し、各気筒への１サイクルの燃料噴射としてパイロット噴射とメイン噴射とが行なわれるエンジンである。制御装置は、センサによる検出結果に基づいて複数の気筒の間で窒素酸化物の排出量が均等になるように複数の気筒のパイロット噴射量を増減させるフィードバック制御を実行し、複数の気筒のパイロット噴射量のフィードバック調整量の少なくとも１つが所定の調整範囲から外れる場合にＥＧＲクーラの冷却効率が低下したと判定してＥＧＲクーラ再生処理を実行する。

上記形態によれば、センサによる検出結果に基づいて、気筒間でＮＯｘ排出量が均等になるように複数の気筒のパイロット噴射量を増減させるフィードバック制御が実行される。ここで、ＥＧＲクーラ効率が低下した場合には、ＥＧＲガスの密度が低下してＥＧＲガス濃度の偏りが生じる影響で、各気筒内に流入するＥＧＲガス量の差が大きくなり気筒間のＮＯｘ排出量の差が大きくなる。したがって、ＥＧＲクーラ効率が低下した場合には、パイロット噴射量のフィードバック調整量（フィードバック制御によるパイロット噴射量の増減量）の大きさが増加することになる。この点に着目して、上記形態では、複数の気筒のパイロット噴射量のフィードバック調整量の少なくとも１つが所定の調整範囲から外れる場合にＥＧＲクーラの冷却効率が低下したと判定されてＥＧＲクーラ再生処理が実行される。これにより、センサによる検出結果に基づいて制御されるパイロット噴射量のフィードバック調整量に基づいてＥＧＲクーラの冷却効率が低下したか否かを適切に判定した上で、ＥＧＲクーラ再生処理を実行することができる。

（５） ある形態においては、ＥＧＲクーラ再生処理は、エンジンの吸入空気量を所定時間増加させる制御である。

ＥＧＲクーラの冷却効率の低下は、ＥＧＲクーラの熱交換部の表面にＥＧＲガス中の粒子状物質が付着して熱交換が阻害されることが主な原因であると想定される。そこで、上記形態では、ＥＧＲクーラ再生処理として、エンジンの吸入空気量を所定時間増加させる制御が実行される。これにより、ＥＧＲガス流量が増加され、ＥＧＲクーラの熱交換部の表面に付着した粒子状物質がＥＧＲガスによって吹き飛ばされる。その結果、ＥＧＲクーラの冷却効率を回復させることができる。

本開示によれば、ＥＧＲ配管にＥＧＲクーラが設けられるエンジンにおいて、ＥＧＲクーラの冷却効率の低下によるＮＯｘ排出量の増加を適切に抑制することができる。

エンジン制御システムの全体構成の一例を模式的に示す図である。 ＥＧＲクーラ効率とＮＯｘ排出量との対応関係を模式的に示す図である。 ＮＯｘ排出量および吸入空気量の変化の一例を模式的に示す図である。 ＥＣＵが実行する処理の概要を示すフローチャート（その１）である。 ＮＯｘ排出量、メイン噴射時期、パイロット噴射量、吸入空気量の変化の一例を模式的に示す図である。 ＥＣＵが実行する処理の概要を示すフローチャート（その２）である。 エンジンの４つの気筒におけるパイロットＦ／Ｂ調整量のばらつきの一例を示す図である。 ＥＣＵが実行する処理の概要を示すフローチャート（その３）である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本実施の形態によるエンジン制御システム１の全体構成の一例を模式的に示す図である。このエンジン制御システム１は、図示しない車両に搭載される。

エンジン制御システム１は、複数（図１に示す例では４つ）の気筒を有するエンジン１００と、複数の気筒に対してそれぞれ設けられる複数のＮＯｘセンサ１２１と、排気温センサ１２５と、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」（Electronic Control Unit）ともいう）２００とを備える。

エンジン１００は、複数（図１に示す例では４つ）の気筒を有する、コモンレール式のディーゼルエンジンである。

エンジン１００は、燃料噴射装置１１０と、吸気管１０８および吸気マニホールド１２０を含む吸気通路と、排気マニホールド１３０および排気管１３１を含む排気通路と、とを備える。燃料噴射装置１１０は、サプライポンプ１１４と、コモンレール（蓄圧室）１１６と、複数の気筒に対してそれぞれ設けられる複数のインジェクタ１１８とを含む。

エンジン１００に吸入される空気は、エアクリーナ１０２によりろ過され、ターボチャージャのコンプレッサ１０４により圧縮される。圧縮された空気は、インタークーラ１０６で冷却され、吸気管１０８および吸気マニホールド１２０を通り、各気筒の燃焼室内に導入される。

各気筒の燃焼室には、サプライポンプ１１４により加圧され、コモンレール１１６に蓄えられた燃料が、インジェクタ１１８により噴射される。燃焼室内で、空気と燃料との混合気が燃焼することにより、エンジン１００は駆動力を発生する。

燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、排気マニホールド１３０に導かれ、ターボチャージャのタービン１２２を通り抜けた後、排気管１３１内の触媒１２４により浄化され、車外に排出される。

エンジン１００は、さらに、排気通路（図１に示す例では排気マニホールド１３０）内の排気の一部を吸気通路に還流させるためのＥＧＲ配管１４０と、ＥＧＲ配管１４０に設けられる水冷式のＥＧＲクーラ１４２と、ＥＧＲバルブ１４４とを備える。

各気筒から排気マニホールド１３０に排出された排気の一部は、ＥＧＲ配管１４０を経由して吸気通路に還流される。ＥＧＲ配管１４０を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ１４２の熱交換部で冷却水との間で熱交換させられて冷却される。ＥＧＲクーラ１４２の熱交換部には、熱伝導性の高い金属が用いられる。

ＥＧＲクーラ１４２で冷却されたＥＧＲガスは、ＥＧＲバルブ１４４を経由して吸気側に再循環させられる。ＥＧＲガスの還流量は、ＥＧＲバルブ１４４の開度により調整される。ＥＧＲバルブ１４４の開度は、ＥＣＵ２００からの制御信号によって制御される。

各ＮＯｘセンサ１２１は、対応する気筒の排出ポートと排気マニホールド１３０との接続部分に設けられ、対応する気筒のＮＯｘ排出量を検出し、検出結果を示す信号をＥＣＵ２００に送信する。

排気温センサ１２５は、排気管１３１を流れる排気の温度を検出し、検出結果を示す信号をＥＣＵ２００に送信する。

ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理プログラム等を記憶するメモリ、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）等を含み、メモリに記憶された情報、各センサからの情報などに基づいて、所定の演算処理を実行する。そして、ＥＣＵ２００は、演算処理の結果に基づいて、サプライポンプ１１４およびインジェクタ１１８などを制御する。

たとえば、ＥＣＵ２００は、エンジン１００を作動させる場合、各気筒への１サイクルの燃料噴射としてパイロット噴射とメイン噴射とを行なう。具体的には、ＥＣＵ２００は、要求パワーに応じたメイン噴射指令を所定のタイミングでインジェクタ１１８に出力する。これにより、メイン噴射指令に応じた燃料がインジェクタ１１８から噴射される「メイン噴射」が行なわれる。また、ＥＣＵ２００は、燃焼騒音を低減したり排気を浄化したりするために、メイン噴射指令に先立って極少量の燃料を噴射させるためのパイロット噴射指令をインジェクタ１１８に出力する。これにより、メイン噴射に先立って、パイロット噴射指令に応じた極少量の燃料がインジェクタ１１８から噴射される「パイロット噴射」が行なわれる。なお、各気筒への１サイクルの燃料噴射としてパイロット噴射およびメイン噴射以外の噴射が行なわれるようにしてもよい。

＜ＥＧＲクーラの再生＞
上述のように、本実施の形態によるエンジン１００には、ＥＧＲ配管１４０およびＥＧＲクーラ１４２が設けられる。新気（燃焼前の吸気）よりも比熱比の高い成分が多く含まれるＥＧＲガスが新気に混合されることによって、気筒内での燃焼温度の上昇が抑制され、排気中の窒素酸化物ＮＯｘが低減される。さらに、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ１４２で冷却されることによって、ＥＧＲガスが冷却されない場合よりも気筒内での燃焼の初期温度が低下するため、窒素酸化物ＮＯｘをより多く低減することができる。また、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ１４２で冷却されることによって、ＥＧＲガスの体積膨張が抑制されるため、より多くのＥＧＲガスを筒内へ供給することができるため、窒素酸化物ＮＯｘをより多く低減することができる。

しかしながら、ＥＧＲガス中のＰＭ（粒子状物質）がＥＧＲクーラ１４２の熱交換部の金属表面に付着すると、ＥＧＲクーラ１４２の熱交換部でのＥＧＲガスと冷却水との熱交換が阻害されるため、ＥＧＲクーラ１４２の冷却効率（以下、単に「ＥＧＲクーラ効率」ともいう）が低下する。ＥＧＲクーラ効率が低下すると、吸気通路に還流されるＥＧＲガスの温度が高くなり、気筒内での燃焼温度が高くなるため、ＮＯｘ排出量が増加してしまう。

図２は、ＥＧＲクーラ効率とＮＯｘ排出量との対応関係を模式的に示す図である。ＥＧＲクーラ１４２が初期状態であるときはＰＭは付着していないため、図２に示すように、ＥＧＲクーラ効率の初期値Ｃ０は高い状態であり、その結果、ＮＯｘ排出量の初期値Ｅ０が低い値に抑えられている。しかしながら、ＰＭ付着による経年劣化によってＥＧＲクーラ効率が低下するほど、ＮＯｘ排出量は増加してしまう。

従来においては、ＥＧＲクーラ効率がＰＭ付着による経年劣化によって所定値Ｃ１まで低下することを想定し、ＥＧＲクーラ効率が所定値Ｃ１まで低下した時のＮＯｘ排出量Ｅ１が規制値を超えないようにＥＧＲクーラ１４２の性能を決定するという技術があった。しかしながら、この技術では、ＮＯｘ排出量が規制値に近い値まで増加することを許容することになり、ＮＯｘ排出量の増加そのものを抑制することはできない。今後においては、ＥＧＲクーラ効率を初期値Ｃ０に近い値に維持することによって、ＮＯｘ排出量の増加そのものを抑制する技術の開発が望まれる。

そこで、本実施の形態によるＥＣＵ２００は、ＮＯｘセンサ１２１によって検出されたＮＯｘ排出量に基づいてＥＧＲクーラ効率が低下したか否かを判定する。そして、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲクーラ効率が低下したと判定された場合には、ＥＧＲクーラ１４２内のＰＭを除去するためのＥＧＲクーラ再生処理を実行する。以下、これらの処理について詳しく説明する。

＜＜ＥＧＲクーラ効率の低下判定処理＞＞
まず、本実施の形態におけるＥＧＲクーラ効率の低下判定処理について説明する。ＥＧＲクーラ効率が低下した場合、ＥＧＲガスの密度が低下するため、気筒内へ還流されるＥＧＲガス量が減少する。ＥＧＲガス量が減少することによって、気筒内での燃料の着火性が向上（着火遅れ期間が減少）する。燃料の着火性が向上することによって気筒内の燃焼温度は上昇するため、ＮＯｘ排出量は増加する。すなわち、ＥＧＲクーラ効率が低下することによって、ＮＯｘ排出量は増加することになる。

ＥＣＵ２００は、このＮＯｘ排出量の増加を検出することによって、ＥＧＲクーラ効率の低下の有無を判定する。具体的には、ＥＣＵ２００は、複数のＮＯｘセンサ１２１のうちの少なくとも１つによって検出されたＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈを超えたか否かを判定する。この判定においては、複数のＮＯｘセンサ１２１によってそれぞれ検出された複数のＮＯｘ排出量を閾値Ｅｔｈと比較するようにしてもよいし、複数のＮＯｘセンサ１２１のうちの特定のＮＯｘセンサ１２１によって検出されたＮＯｘ排出量のみを閾値Ｅｔｈと比較するようにしてもよい。

なお、この判定は、必ずしも複数のＮＯｘセンサ１２１を要するものではない。たとえば、排気マニホールド１３０よりも下流側の排気経路に１つのＮＯｘセンサ１２１を有するエンジンであれば、そのＮＯｘによって検出されたＮＯｘ排出量を閾値Ｅｔｈと比較するようにすればよい。

ＮＯｘセンサ１２１によって検出されたＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈを超えた場合、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲクーラ効率が基準値Ｃｔｈよりも低下したと判定する（上述の図２参照）。

なお、従来においては、ＥＧＲクーラの入口ガス温ＴＧｉｎと出口ガス温ＴＧｏｕｔと入口水温ＴＷとを下記の式（１）に代入することによって、ＥＧＲクーラ効率を推定するものが存在した。

ＥＧＲクーラ効率＝（ＴＧｉｎ−ＴＧｏｕｔ）／（ＴＧｉｎ−ＴＷ） …（１）
しかしながら、上記の式（１）を用いてＥＧＲクーラ効率を推定する場合には、少なくともＥＧＲクーラの入口ガス温ＴＧｉｎを検出する温度センサ、ＥＧＲクーラの出口ガス温ＴＧｏｕｔを検出する温度センサ、ＥＧＲクーラの入口水温ＴＷを検出する温度センサ、の３つの温度センサが必要になり、コスト増および搭載性の問題が生じ得る。

これに対し、本実施の形態においては、少なくとも１つのＮＯｘセンサ１２１を用いてＥＧＲクーラ効率を推定するため、上記のコスト増および搭載性の問題を解消し得る。

＜＜ＥＧＲクーラ再生処理＞＞
次に、ＥＧＲクーラ再生処理について説明する。上述したように、ＥＧＲクーラ効率の低下は、ＥＧＲクーラ１４２の熱交換部の金属表面にＥＧＲガス中のＰＭが付着して熱交換が阻害されることが主な原因であると想定される。

そこで、上述の低下判定処理によってＥＧＲクーラ効率が基準値Ｃｔｈよりも低下したと判定された場合、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲガス流量を増加させることによって、ＥＧＲクーラ１４２の熱交換部の金属表面に付着したＰＭを除去する。具体的には、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲバルブ１４４を開いた状態で、吸入空気量が通常使用時（ＥＧＲクーラ効率が低下したと判定されない時）よりも大きい所定値Ｇ１となるように各気筒への燃料噴射量（メイン噴射量）を増加させる処理を、所定時間Ｔ１（たとえば数分程度）継続する。この処理がＥＧＲクーラ再生処理である。

このＥＧＲクーラ再生処理によって、ＥＧＲガス流量が増加され、ＥＧＲクーラ１４２の熱交換部の金属表面に付着したＰＭがＥＧＲガスによって吹き飛ばされる。これにより、ＥＧＲクーラ効率が初期値Ｃ０に近い値に回復する（上述の図２参照）。その結果、ＮＯｘ排出量も初期値Ｅ０に近い値に低減される。

図３は、ＥＧＲクーラ効率の低下判定処理およびＥＧＲクーラ再生処理が実行される場合のＮＯｘ排出量および吸入空気量の変化の一例を模式的に示す図である。ＰＭ付着による経年劣化によってＥＧＲクーラ効率が低下するほど、ＮＯｘ排出量は初期値Ｅ０から徐々に増加していく。

時刻ｔ１にてＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈに達すると、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲクーラ効率が低下したと判定する。なお、経年劣化によってＮＯｘ排出量が初期値Ｅ０から増加し始める時刻ｔ０から閾値Ｅｔｈに達する時刻ｔ１までの期間は、図３上では便宜上比較的短い期間として示されているが、実際には数か月あるいは数年程度の比較的長い期間となることが想定される。

ＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈに達する時刻ｔ１にてＥＧＲクーラ効率が低下したと判定されると、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲクーラ再生処理を実行する。これにより、時刻ｔ１から所定時間Ｔ１（たとえば数分程度）が経過する時刻ｔ２までの期間、吸入空気量が所定値Ｇ１に増加される。これにより、ＥＧＲガス流量が増加され、ＥＧＲクーラ１４２に付着したＰＭがＥＧＲガスによって吹き飛ばされる。そのため、ＥＧＲクーラ効率を初期値Ｃ０に近い値に回復させることができる。その結果、ＮＯｘ排出量を初期値Ｅ０に近い値に低減させることができる。

図４は、上述のＥＧＲクーラ効率の低下判定処理およびＥＧＲクーラ再生処理をＥＣＵ２００が行なう際に実行する処理の概要を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジン１００の作動中において所定条件が成立する毎（たとえば所定周期毎）に繰り返し実行される。

まず、ＥＣＵ２００は、ＮＯｘセンサ１２１によって検出されたＮＯｘ排出量を取得し（ステップＳ１０）、ＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２）。なお、この判定においては、上述したように、複数のＮＯｘセンサ１２１によってそれぞれ検出された複数のＮＯｘ排出量を閾値Ｅｔｈと比較するようにしてもよいし、複数のＮＯｘセンサ１２１のうちの特定のＮＯｘセンサ１２１によって検出されたＮＯｘ排出量のみを閾値Ｅｔｈと比較するようにしてもよい。

ＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈよりも大きいと判定されない場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、ＥＣＵ２００は、以降の処理をスキップしてリターンへと処理を移す。

一方、ＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈよりも大きいと判定された場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲクーラ効率が基準値Ｃｔｈよりも低下したと判定し（ステップＳ１４）、所定時間Ｔ１、吸入空気量が所定値Ｇ１となるようにメイン噴射量を増加させる上述のＥＧＲクーラ再生処理を実行する（ステップＳ１８）。

以上のように、本実施の形態によるＥＣＵ２００は、ＮＯｘセンサ１２１によって検出されたＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈを超えた場合にＥＧＲクーラ効率が低下したと判定して、メイン噴射量を増加することでＥＧＲガス流量を増加させるＥＧＲクーラ再生処理を実行する。これにより、ＥＧＲクーラ１４２の熱交換部に付着したＰＭをＥＧＲガスによって吹き飛ばすことができる。その結果、経年劣化したＥＧＲクーラ効率を回復させてＮＯｘ排出量を低減することができる。

＜変形例１＞
上述の実施の形態においては、ＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈを超えた場合にＥＧＲクーラ効率が低下したと判定してＥＧＲクーラ再生処理を実行する例を示した。しかしながら、ＥＧＲクーラ再生処理はメイン噴射量を増加させる処理であるため、ＥＧＲクーラ再生処理を頻繁に行なうと燃費が悪化してしまうことが懸念される。

そこで、本変形例１によるＥＣＵ２００は、ＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈを超える毎に各気筒のメイン噴射時期を所定量αだけ遅角する。これにより、ＥＧＲクーラ効率の低下によるＮＯｘ排出量の増加を、ＥＧＲクーラ再生処理を実行するのではなく、メイン噴射時期の遅角によって抑制することができる。そして、本変形例１によるＥＣＵ２００は、ＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈを超える毎にメイン噴射時期の遅角が繰り返されることによって、メイン噴射時期がハード制約などによって決まる遅角限界に達した場合に、ＥＧＲクーラ効率がメイン噴射時期の遅角では抑制できないレベルにまで低下したと判定して、ＥＧＲクーラ再生処理を実行する。その結果、ＥＧＲクーラ再生処理の実行回数を低減しつつ、ＮＯｘ排出量の増加を抑制することができる。

図５は、本変形例１によるＥＧＲクーラ効率の低下判定処理およびＥＧＲクーラ再生処理が実行される場合のＮＯｘ排出量、メイン噴射時期、パイロット噴射量、吸入空気量の変化の一例を模式的に示す図である。なお、図５には、メイン噴射時期の初期値が、上死点ＴＤＣ（Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ）よりも遅角側に設定されている例が示されている。

ＰＭ付着による経年劣化によってＥＧＲクーラ効率が低下すると、ＮＯｘ排出量が増加する。時刻ｔ３にてＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈを超えると、ＥＣＵ２００は、メイン噴射時期を所定量αだけ遅角する。これにより、気筒内での燃焼温度のピーク値が下がるので、ＮＯｘ排出量が低減される。

なお、メイン噴射時期の遅角によって気筒内での燃料の着火性は悪くなるため、本変形例１によるＥＣＵ２００は、メイン噴射時期を所定量αだけ遅角するのに加えて、パイロット噴射量を所定値βだけ増加する。これにより、パイロット噴射量を増加しない場合に比べて、着火性が確保されるため、ＮＯｘ排出量の増加がより抑制される。

メイン噴射時期の遅角（さらにはパイロット噴射量の増加）によってＮＯｘ排出量は一旦低減されるが、その後のＰＭ付着によってＥＧＲクーラ効率がさらに低下すると、ＮＯｘ排出量が再び増加する。時刻ｔ４にてＮＯｘ排出量が再び閾値Ｅｔｈを超えると、ＥＣＵ２００は、メイン噴射時期をさらに所定量αだけ遅角するとともに、パイロット噴射量をさらに所定値βだけ増加する。同様の処理が時刻ｔ５においても繰り返される。

時刻ｔ６では、ＥＧＲクーラ効率のさらなる低下によってＮＯｘ排出量が再び増加して閾値Ｅｔｈを超えているが、仮にこの時点でメイン噴射時期をさらに所定量αだけ遅角すると、メイン噴射時期が予め定められた遅角限界に達してしまう。なお、遅角限界は、ハード制約などによって決まる値であり、たとえばメイン噴射時期の遅角によるエンジン１００の性能劣化および潤滑不純が生じない限界値とすることができる。

そこで、本変形例１によるＥＣＵ２００は、時刻ｔ６にてメイン噴射時期が遅角限界に達した場合に、ＥＧＲクーラ効率がメイン噴射時期の遅角では抑制できないレベルにまで低下したと判定して、ＥＧＲクーラ再生処理を実行する。これにより、経年劣化したＥＧＲクーラ効率を回復させて、ＮＯｘ排出量を初期値Ｅ０付近にまで低減することができる。

なお、本変形例１によるＥＣＵ２００は、ＥＧＲクーラ再生処理を実行したことに伴ない、メイン噴射時期およびパイロット噴射量をそれぞれ初期化する（初期値に戻す）。

図６は、本変形例１によるＥＧＲクーラ効率の低下判定処理およびＥＧＲクーラ再生処理をＥＣＵ２００が行なう際に実行する処理の概要を示すフローチャートである。なお、図６に示すステップＳ１０，Ｓ１２，Ｓ１８の処理内容は、それぞれ、上述の図４に示すステップＳ１０，Ｓ１２，Ｓ１８の処理内容と同じである。

まず、ＥＣＵ２００は、ＮＯｘセンサ１２１によって検出されたＮＯｘ排出量を取得し（ステップＳ１０）、ＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈよりも大きいと判定されない場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、ＥＣＵ２００は、以降の処理をスキップしてリターンへと処理を移す。

ＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈよりも大きいと判定された場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２００は、現在のメイン噴射時期を所定量αだけ遅角した時期を、遅角後のメイン噴射時期として算出する（ステップＳ２０）。

次いで、ＥＣＵ２００は、遅角後のメイン噴射時期が予め定められた遅角限界に達するか否かを判定する（ステップＳ２２）。

遅角後のメイン噴射時期が遅角限界に達しない場合（ステップＳ２２においてＮＯ）、ＥＣＵ２００は、メイン噴射時期の遅角を実行する（ステップＳ２４）とともに、パイロット噴射量の増量を実行する（ステップＳ２８）。すなわち、ＥＣＵ２００は、メイン噴射時期を現在のメイン噴射時期よりも所定量αだけ遅角するとともに、パイロット噴射量を現在のパイロット噴射量よりも所定値βだけ増加する。

一方、遅角後のメイン噴射時期が遅角限界に達する場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲクーラ効率がメイン噴射時期の遅角では抑制できないレベルにまで低下したと判定し（ステップＳ１４Ａ）、ＥＧＲクーラ再生処理を実行する（ステップＳ１８）。ＥＧＲクーラ再生処理を実行後において、ＥＣＵ２００は、メイン噴射時期を初期化する（ステップＳ３０）とともに、パイロット噴射量を初期化する（ステップＳ３２）。

以上のように、本変形例１によるＥＣＵ２００は、ＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈを超える毎にメイン噴射時期を所定量αだけ遅角し、この遅角が繰り返されることによってメイン噴射時期が遅角限界に達した場合にＥＧＲクーラ効率が低下したと判定してＥＧＲクーラ再生処理を実行する。その結果、ＥＧＲクーラ再生処理の実行回数を低減しつつ、ＮＯｘ排出量の増加を抑制することができる。

＜変形例２＞
上述の実施の形態においては、ＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈを超えた場合にＥＧＲクーラ効率が低下したと判定してＥＧＲクーラ再生処理を実行する例を示した。また、上述の変形例１においては、ＮＯｘ排出量が閾値Ｅｔｈを超える毎にメイン噴射時期を所定量αだけ遅角し、メイン噴射時期が遅角限界に達した場合にＥＧＲクーラ効率が低下したと判定してＥＧＲクーラ再生処理を実行する例を示した。

これに対し、本変形例２によるＥＣＵ２００は、複数の気筒の間でＮＯｘ排出量が均等になるように複数の気筒のパイロット噴射量を増減させるフィードバック制御を実行し、複数の気筒のパイロット噴射量のフィードバック調整量の少なくとも１つが所定の調整範囲から外れる場合にＥＧＲクーラ効率が低下したと判定してＥＧＲクーラ再生処理を実行する。以下、この点について詳しく説明する。

ＥＧＲクーラ効率が低下すると、ＥＧＲガスの密度が低下して気筒内へ還流されるＥＧＲガス量が減少するため、吸気マニホールド１２０内でのＥＧＲガス濃度の偏りが顕著化する。これにより、各気筒内に流入するＥＧＲガス量の差が大きくなり、気筒間で着火性のばらつきが生じ、その影響で気筒間のＮＯｘ排出量の差が大きくなる。すなわち、ＥＧＲクーラ効率が低下すると、各気筒内に流入するＥＧＲガス量の差が大きくなり、気筒間のＮＯｘ排出量の差が大きくなる。

この点に鑑み、本変形例２によるＥＣＵ２００は、複数の気筒間でＮＯｘ排出量が均等になるように複数の気筒のパイロット噴射量を増減させるフィードバック制御を実行する。ＥＧＲガス量が多い気筒は、着火性が低下して燃焼温度が低下するため、ＮＯｘ排出量は減少する傾向にある。したがって、ＮＯｘ排出量は減少している気筒に対しては、ＥＣＵ２００は、パイロット噴射量を基本噴射量（各気筒の平均噴射量）よりも減少させることによって、ＮＯｘ排出量を増加させる。なお、パイロット噴射量を基本噴射量よりも減少させる場合には、合せてメイン噴射時期を所定量進角するようにしてもよい。

一方、ＥＧＲガス量が少ない気筒は、着火性が向上して燃焼温度が上昇するため、ＮＯｘ排出量は増加する傾向にある。したがって、ＮＯｘ排出量が増加している気筒に対しては、ＥＣＵ２００は、パイロット噴射量を基本噴射量よりも増加させることによって、ＮＯｘ排出量を減少させる。なお、パイロット噴射量を基本噴射量よりも増加する場合には、合せてメイン噴射時期を所定量遅角するようにしてもよい。

各気筒のＥＧＲガス量の差（ＮＯｘ排出量の差）は、各気筒に対応して設けられた複数のＮＯｘセンサ１２１の検出値によって把握することができる。なお、特定の負荷において実験計画法を用いて各気筒のＥＧＲガス量の差（ＮＯｘ排出量の差）を把握するようにしてもよい。実験計画法を用いる場合には、複数の気筒からの排気が集合する排気管１３１に設けられた１つのＮＯｘセンサおよび排気温センサ１２５の検出値を使用して、各気筒のＥＧＲガス量の差を把握することができる。

上述のようなフィードバック制御を実行する場合においても、各気筒のパイロット噴射量の基本噴射量に対する増減量（以下「パイロットＦ／Ｂ調整量」ともいう）には調整限界が存在する。そこで、本変形例２によるＥＣＵ２００は、複数の気筒のパイロットＦ／Ｂ調整量の少なくとも１つが所定の調整範囲（調整下限値から調整上限値までの範囲）から外れる場合にＥＧＲクーラ効率が低下したと判定してＥＧＲクーラ再生処理を実行する。

図７は、エンジン１００の４つの気筒（＃１、＃２、＃３、＃４）におけるパイロットＦ／Ｂ調整量のばらつきの一例を示す図である。図７に示す例では、＃１および＃４の気筒においてパイロット噴射量を基本噴射量よりも増加させる場合のパイロットＦ／Ｂ調整量が示され、＃２および＃３の気筒においてパイロット噴射量を基本噴射量よりも低下させる場合のパイロットＦ／Ｂ調整量が示される。

図７に示す例では、＃４の気筒におけるパイロットＦ／Ｂ調整量が調整範囲から外れている（調整上限値を超えている）。このような状態である場合に、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲクーラ効率が低下したと判定してＥＧＲクーラ再生処理を実行する。

図８は、本変形例２によるＥＧＲクーラ効率の低下判定処理およびＥＧＲクーラ再生処理をＥＣＵ２００が行なう際に実行する処理の概要を示すフローチャートである。

まず、ＥＣＵ２００は、各ＮＯｘセンサ１２１から各気筒のＮＯｘ排出量を取得する（ステップＳ５０）。

次いで、ＥＣＵ２００は、ステップＳ５０で取得された各気筒のＮＯｘ排出量を用いて、各気筒のＥＧＲガス量が均等になるように各気筒のパイロットＦ／Ｂ調整量を算出する（ステップＳ５２）。

次いで、ＥＣＵ２００は、各気筒のパイロットＦ／Ｂ調整量のなかに、所定の調整範囲から外れる（すなわち調整上限値を上回る、あるいは調整下限値を下回る）パイロットＦ／Ｂ調整量があるか否かを判定する（ステップＳ６０）。

所定の調整範囲から外れるパイロットＦ／Ｂ調整量がない場合（ステップＳ６０においてＮＯ）、ＥＣＵ２００は、基本噴射量に各気筒のパイロットＦ／Ｂ調整量を加えた値を、各気筒のパイロット噴射量に設定する（ステップＳ６２）。

所定の調整範囲から外れるパイロットＦ／Ｂ調整量がある場合（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲクーラ効率が低下したと判定し（ステップＳ１４Ｂ）、ＥＧＲクーラ再生処理を実行する（ステップＳ１８）。

以上のように、本変形例２によるＥＣＵ２００は、各ＮＯｘセンサ１２１によって検出されたＮＯｘ排出量に基づいて、複数の気筒の間でＮＯｘ排出量が均等になるように複数の気筒のパイロット噴射量を増減させるフィードバック制御を実行する。そして、ＥＣＵ２００は、複数の気筒のパイロットＦ／Ｂ調整量の少なくとも１つが所定の調整範囲から外れる場合にＥＧＲクーラ効率が低下したと判定してＥＧＲクーラ再生処理を実行する。これにより、各ＮＯｘセンサ１２１によって検出されたＮＯｘ排出量に基づいて制御されるパイロット噴射量のフィードバック調整量に基づいてＥＧＲクーラの冷却効率が低下したか否かを適切に判定した上で、ＥＧＲクーラ再生処理を実行することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ エンジン制御システム、１００ エンジン、１０２ エアクリーナ、１０４ コンプレッサ、１０６ インタークーラ、１０８ 吸気管、１１０ 燃料噴射装置、１１４ サプライポンプ、１１６ コモンレール、１１８ インジェクタ、１２０ 吸気マニホールド、１２１ ＮＯｘセンサ、１２２ タービン、１２４ 触媒、１２５ 排気温センサ、１３０ 排気マニホールド、１３１ 排気管、１４０ 配管、１４２ クーラ、１４４ バルブ、２００ ＥＣＵ。

Claims (5)

1. エンジンの制御システムであって、
   前記エンジンは、
   吸気通路および排気通路に接続される気筒と、
   前記排気通路内の排気の一部を前記吸気通路に還流させるためのＥＧＲ配管と、
   前記ＥＧＲ配管に設けられるＥＧＲクーラとを備え、
   前記制御システムは、
   前記排気通路に設けられ、窒素酸化物の排出量を検出するセンサと、
   制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記センサによって検出された前記窒素酸化物の排出量に基づいて前記ＥＧＲクーラの冷却効率が低下したか否かを判定し、
   前記ＥＧＲクーラの冷却効率が低下したと判定された場合に前記ＥＧＲクーラ内の粒子状物質を除去するためのＥＧＲクーラ再生処理を実行する、エンジンの制御システム。
2. 前記制御装置は、前記窒素酸化物の排出量が閾値を超えた場合に前記ＥＧＲクーラの冷却効率が低下したと判定して前記ＥＧＲクーラ再生処理を実行する、請求項１に記載のエンジンの制御システム。
3. 前記エンジンは、前記気筒への１サイクルの燃料噴射としてパイロット噴射とメイン噴射とが行なわれるエンジンであり、
   前記制御装置は、
   前記窒素酸化物の排出量が閾値を超える毎に前記メイン噴射の時期を所定量だけ遅角し、
   前記メイン噴射の時期が予め定められた遅角限界に達した場合に前記ＥＧＲクーラの冷却効率が低下したと判定して前記ＥＧＲクーラ再生処理を実行する、請求項１に記載のエンジンの制御システム。
4. 前記エンジンは、複数の前記気筒を有し、各前記気筒への１サイクルの燃料噴射としてパイロット噴射とメイン噴射とが行なわれるエンジンであり、
   前記制御装置は、
   前記センサによる検出結果に基づいて複数の前記気筒の間で前記窒素酸化物の排出量が均等になるように複数の前記気筒のパイロット噴射量を増減させるフィードバック制御を実行し、
   複数の前記気筒の前記パイロット噴射量のフィードバック調整量の少なくとも１つが所定の調整範囲から外れる場合に前記ＥＧＲクーラの冷却効率が低下したと判定して前記ＥＧＲクーラ再生処理を実行する、請求項１に記載のエンジンの制御システム。
5. 前記ＥＧＲクーラ再生処理は、前記エンジンの吸入空気量を所定時間増加させる制御である、請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの制御システム。

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