JP2020041435A - 排気再循環装置の動作制御方法及び排気再循環装置 - Google Patents

排気再循環装置の動作制御方法及び排気再循環装置 Download PDF

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Abstract

【課題】目標のＥＧＲ流量を確実に確保しつつ凝縮水の発生を抑圧、防止可能とする。【解決手段】電子制御ユニットにおいては、水冷インタークーラの出口付近の目標温度としてのインタークーラ下流側温度が演算算出され、その演算結果が低圧排気再循環通路の排気再循環量の制御に供される一方、水冷インタークーラの出口近傍の露点が算出され、算出された露点とインタークーラ下流側温度との比較が行われ、いずれか高い方を水冷インタークーラの出口付近の目標温度として、水冷インタークーラの水量調整が実行されることで、水冷インタークーラの出口付近での凝縮水の発生を抑圧、防止しつつ、目標のＥＧＲ量が確保されるものとなっている。【選択図】図２

Description

本発明は、排気再循環（ＥＧＲ）装置の動作制御方法及び排気再循環装置に係り、特に、高圧と低圧の２つの排気再循環通路を有する構成の排気再循環装置における動作効率の向上等を図ったものに関する。
従来から、内燃機関のエミッション特性の向上のため、種々の排気再循環装置が提案、実用化されていることは良く知られている通りである。
具体的には、例えば、内燃機関の排気マニホールドと吸気マニホールドとを連通する高圧排気再循環通路と、排気管に配設されたタービンの下流側と吸気管に配設されたコンプレッサの上流側とを連通する低圧排気再循環通路との、２つの排気再循環通路を設けた構成のものなどが知られている（例えば、特許文献１等参照）。
この２つの排気再循環通路を有する排気再循環装置は、内燃機関の運転状態に応じて高圧排気再循環通路と低圧排気再循環通路を使い分けることで、適切な排気の再循環制御を可能とするものである。
ところが、上述のような高圧と低圧の２つの排気再循環通路を有する排気再循環装置にあっては、燃料の燃焼によって吸気管側の新気に比べてより多くの水分を含んだ排気が低圧排気再循環通路から還流されるために、吸気管に設けられたインタークーラ下流側に凝縮水が発生し易い。かかる凝縮水は、内燃機関の中に吸入されると、いわゆるウォータハンマー現象を引き起こし内燃機関を損傷させる畏れがある。
このような問題を解決する方策として、従来は、インタークーラ下流に凝縮水を発生させない低圧排気再循環通路における最大許容還流量を、所定の演算式等により算出し、還流量の制限を行うことで凝縮水の発生を防止する方法などが知られている。
特開２００７−１２６９９５号公報
しかしながら、低圧排気再循環通路における還流量を制限することは、排気再循環装置全体としての目標ＥＧＲ量を達成できなくなる可能性を招き、結果的にＮＯｘが増加してしまうため、排気再循環装置を設ける本来の意義が失われてしまうという問題がある。
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、目標のＥＧＲ流量を確実に確保しつつ凝縮水の発生を抑圧、防止可能とする排気再循環装置の動作制御方法及び排気再循環装置を提供するものである。
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る排気再循環装置の動作制御方法は、
高圧排気再循環通路と低圧排気再循環通路の２つ排気再循環通路が設けられると共に、吸気管には水冷インタークーラが配設され、前記水冷インタークーラの出口付近の目標温度としてのインタークーラ下流側温度が演算により算出されて前記低圧排気再循環通路の排気再循環量の制御に供されるよう構成されてなる排気再循環装置における排気再循環動作制御方法であって、
前記水冷インタークーラの出口近傍の露点を算出し、前記インタークーラ下流側温度と比較し、いずれか高い方を前記水冷インタークーラの出口付近の目標吸気温度として、前記水冷インタークーラの水量調整を行うよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る排気再循環装置は、
高圧排気再循環通路と低圧排気再循環通路の２つ排気再循環通路が設けられると共に、吸気管には水冷インタークーラが配設される一方、前記高圧排気再循環通路及び前記低圧排気再循環通路におけるそれぞれの排気再循環量を制御可能に構成された電子制御ユニットが設けられ、当該電子制御ユニットは、前記水冷インタークーラの出口付近の目標温度としてのインタークーラ下流側温度を演算算出し、当該演算結果を前記低圧排気再循環通路の排気再循環量の制御に供するよう構成されてなる排気再循環装置において、
前記電子制御ユニットは、
前記水冷インタークーラの出口近傍の露点を算出し、前記インタークーラ下流側温度と比較し、いずれか高い方を前記水冷インタークーラの出口付近の目標吸気温度として、前記水冷インタークーラの水量調整を可能に構成されてなるものである。
本発明によれば、可変コンプレッサの下流側の水冷インタークーラの水量を調節して凝縮水の発生を抑圧、防止することで、従来の制御処理によって凝縮水の発生を考慮することなく低圧排気再循環通路の排気再循環量を制御することが可能となり、目標のＥＧＲ量を確実に確保でき、従来に比して、動作効率のより良好な排気再循環装置を提供することができるという効果を奏するものである。
本発明の実施の形態における排気再循環装置の構成例を示す構成図である。 本発明の実施の形態における排気再循環装置において実行される排気再循環動作制御処理の手順を示すサブルーチンフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における排気再循環装置の構成例について、図１を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における排気再循環装置は、高圧排気再循環通路５と低圧排気再循環通路６の２つ排気再循環通路が設けられた構成を有しており、かかる構成自体は従来から知られているものである。
本発明の実施の形態における排気再循環装置において、内燃機関としてのエンジン１は、例えば、ディーゼルエンジンである。
このエンジン１のインテークマニホールド４ａには、燃料の燃焼のために必要な空気を取り入れる吸気管２が、また、エキゾーストマニホールド４ｂには、排気のための排気管３が、それぞれ接続されている。
そして、吸気管２のインテークマニホールド４ａ近傍の適宜な部位と、排気管３のエキゾーストマニホールド４ｂ近傍の適宜な部位の間には、双方を連通する高圧排気再循環通路５が設けられている。
この高圧排気再循環通路５には、吸気管２側から、高圧排気再循環通路５の連通状態、換言すれば、排気の還流量を調整するための高圧ＥＧＲバルブ７と、通過する排気の冷却を行うための高圧ＥＧＲクーラ８が順に配設されている。
さらに、高圧ＥＧＲクーラ８の両端近傍の高圧排気再循環通路５には、高圧ＥＧＲクーラ８の両端近傍を連通するバイパス通路９が設けられている。このバイパス通路９の上流側、すなわち、エキゾーストマニホールド４ｂ側の端部には、バイパスバルブ１０が設けられており、バイパス量の調整が可能となっている。
また、吸気管２に設けられた圧縮機１３と、排気管３に設けられた可変タービン１２とを主たる構成要素としてなる公知・周知の構成を有する可変ターボ１１が設けられている。
すなわち、圧縮機１３は、高圧排気再循環通路５より上流側の吸気管２の適宜な位置に、また、可変タービン１２は、高圧排気再循環通路５より下流側の排気管３の適宜な位置に、それぞれ設けられたものとなっている。
可変ターボ１１は、可変タービン１２により得られた回転力により圧縮機１３が回転せしめられて、圧縮された空気を吸入空気としてインテークマニホールド４ａへ送出可能となっている。
さらに、吸気管２には、先に述べた高圧排気再循環通路５と可変ターボ１１の間の適宜な位置において、吸入空気の冷却を行う水冷インタークーラ１４が設けられている。
水冷インタークーラ１４は、流量調整用ポンプ（図１においては「Ｐ」と表記）１５によって水量調節が可能となっているもので、かかる水冷インタークーラ１４自体は従来同様のものである。
また、水冷インタークーラ１４と高圧排気再循環通路５との間には、吸入空気の量を調整するためのインテークスロットルバルブ１６が設けられている。
さらに、圧縮機１３の上流側の吸気管２と可変タービン１２の下流側の排気管３の適宜な部位には、双方を連通する低圧排気再循環通路６が設けられている。
この低圧排気再循環通路６には、排気管３側から低圧ＥＧＲクーラ１９、低圧ＥＧＲバルブ２０が順に設けられている。
また、この低圧排気再循環通路６と可変タービン１２との間の排気管３には、可変タービン１２側から、下流方向に向かって排気浄化のための窒素酸化物吸蔵還元触媒(NOx Storage Catalyst)１７、ディーゼル微粒子捕集フィルタ(Diesel Particulate Filter)１８が順に設けられている。
一方、吸気管２において低圧排気再循環通路６との連通部分よりも上流側には、上流側から下流側に向かって、エアフィルタ２１、吸入空気量を計測するエアマスセンサ２２、低圧用スロットルバルブ２３が順に設けられている。なお、エアマスセンサ２２には、温度センサが内蔵されており、吸気温度が計測可能となっている。
また、本発明の実施の形態における排気再循環装置においては、次述する各種のセンサが設けられている。
まず、吸気管２のエアフィルタ２１とエアマスセンサ２２との間には湿度センサ３１が設けられている。
さらに、吸気管２において、インテークスロットルバルブ１６と高圧排気再循環通路５との接続部分との間には、吸気圧センサ３２とインタークーラ下流側温度センサ３３が設けられている。吸気圧センサ３２によりエンジン１の吸気圧が、インタークーラ下流側温度センサ３３により水冷インタークーラ１４の下流側温度が、それぞれ検出可能となっている。
またさらに、排気管３においては、可変タービン１２と窒素酸化物吸蔵還元触媒（以下、「ＮＳＣ」と称する）１７との間に、上流側から第１の排気温度センサ３４、第１のラムダセンサ３６が順に設けられている。
また、ＮＳＣ１７とディーゼル微粒子捕集フィルタ（以下、「ＤＰＦ」と称する）１８の間には、第２の排気温度センサ３５が設けられる一方、排気管３の低圧排気再循環通路６との接続部分とＤＰＦ１８との間には、第２のラムダセンサ３７が設けられている。
さらに、ＤＰＦ１８が設けられた箇所には、排気用差圧センサ３８が設けられており、ＤＰＦ１８前後の圧力差が検出可能となっている。
また、低圧排気再循環通路６の低圧ＥＧＲバルブ２０の位置には、低圧用差圧センサ３９が設けられており、低圧ＥＧＲバルブ２０の前後の圧力差が検出可能となっている。
上述の高圧ＥＧＲバルブ７、バイパスバルブ１０、流量調整用ポンプ１５、インテークスロットルバルブ１６、低圧ＥＧＲバルブ２０、低圧用スロットルバルブ２３などは、その動作が電子制御ユニット５０により制御されるようになっている。また、先に述べた可変タービン１２などの動作も電子制御ユニット５０により制御されるようになっている。
かかる電子制御ユニット５０は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータを中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を備えると共に、入出力インターフェイス回路（図示せず）を主たる構成要素として構成されてなるものである。
この電子制御ユニット５０には、エアマスセンサ２２、湿度センサ３１、吸気圧センサ３２、インタークーラ下流側温度センサ３３、第１の排気温度センサ３４、第１のラムダセンサ３６、第２の排気温度センサ３５、第２のラムダセンサ３７、排気用差圧センサ３８、低圧用差圧センサ３９の各検出信号と共に、図示されないセンサ等により検出された車両の動作制御に必要な各種の信号、例えば、大気圧、エンジン回転数、アクセル開度、エンジン冷却水温等が入力されるようになっている。
上述のように電子制御ユニット５０に入力された各種の検出信号は、燃料噴射弁(図示せず)の燃料噴射制御処理や、後述する本発明の実施の形態における排気再循環動作制御等に供されるようになっている。
次に、電子制御ユニット５０により実行される本発明の実施の形態における排気再循環動作制御処理について、図２を参照しつつ説明する。
まず、本発明の実施の形態における電子制御ユニット５０は、従来同様、燃料噴射弁（図示せず）の燃料噴射制御やエンジン１の回転制御等のエンジン１の動作制御等が実行可能に構成されたものであることを前提とする。
電子制御ユニット５０による制御が開始されると、最初に、後述する露点算出に必要とされる各種の演算要素の入力が行われる（図２のステップＳ１００参照）。
本発明の実施の形態における具体的な各種の演算要素は、相対湿度、インタークーラ下流側過給圧、インタークーラ下流側温度、大気圧、外気温、空気過剰率、吸入空気量、低圧連通路空気量である。
上述の露点算出に用いられる演算要素は、必要最小限のものである。したがって、これらの演算要素に、さらに適宜新たな演算要素を加えることで、算出される露点の精度を高めるようにしても良い。
相対湿度は、湿度センサ３１によって検出されたものである。
インタークーラ下流側過給圧は、水冷インタークーラ１４の下流側における過給圧である。本発明の実施の形態においは、過給圧制御において従来から用いられている過給モデルに基づく演算によって算出された値が用いられるものとなっている。
インタークーラ下流側温度は、インタークーラ下流側温度センサ３３によって検出されたものである。
大気圧は、図示されない大気圧センサによって、また、外気温度は、同じく図示されない外気温度センサによって、それぞれ検出されたものである。
空気過剰率は、第２のラムダセンサ３７によって検出されたものである。
吸入空気量は、エアマスセンサ２２によって検出されたものである。
低圧連通路空気量は、低圧排気再循環通路６を通過する排気量であって、演算により算出される計算値である。この低圧連通路空気量の計算値を求める演算には、エアマスセンサ２２により検出された吸入空気量と、低圧用差圧センサ３９により検出された低圧ＥＧＲバルブ２０の前後における差圧とがパラメータの一つとして用いられるようになっている。
次に、水冷インタークーラ１４の下流、すなわち、出口付近における露点が、上述した各種の演算要素を用いて予め設定された演算式によって算出される（図２ステップＳ２００参照）。
水冷インタークーラ１４の出口付近の露点を求める演算式は、排気再循環装置や車両の具体的な仕様等によって最適な式が異なるものであるので、これらを考慮しつつ、試験結果やシミュレーション結果等に基づいて定めるのが好適である。
次いで、上述のようにして算出された露点が、水冷インタークーラ１４の下流側の目標温度（以下、説明の便宜上「インタークーラ下流側目標温度」と称する）を超えているか否かが判定される（図２のステップＳ３００参照）。
ここで、インタークーラ下流側目標温度は、高圧と低圧の２つの排気再循環通路を有する構成の排気再循環装置において、低圧側の排気再循環通路の排気再循環量を制御するために演算処理により算出されるものである。
かかる演算処理は、本発明特有のものではなく従来から行われているものである。
本発明の実施の形態における排気再循環装置は、上述のような演算処理等の基本的な排気再循環制御が従来同様に実行されるものであることを前提としている。
しかして、ステップＳ３００において、露点がインタークーラ下流側目標温度を超えていると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、水冷インタークーラ１４の出口付近の目標吸気温度として露点が選択されることとなる（図２のステップＳ４００参照）。
一方、ステップＳ３００において、露点がインタークーラ下流側目標温度を超えていない判定された場合（ＮＯの場合）には、水冷インタークーラ１４の出口付近における目標吸気温度としてインタークーラ下流側目標温度が選択されることとなる（図２のステップＳ５００参照）。なお、ここで、”目標吸気温度”は、インテークマニホールド４ａに過給される空気の目標温度を意味する。
次いで、ステップＳ６００においては、水冷インタークーラ１４出口付近の目標吸気温度が、上述のようにして選択されたいずれかの温度となるように、電子制御ユニット１５による流量調整用ポンプ１５の駆動制御が行われて水冷インタークーラ１４の水量調整が行われる。
その結果、水冷インタークーラ１４出口近傍における凝縮水の発生を考慮することなく従来の制御処理によって低圧排気再循環通路６の排気再循環量を制御することが可能となり、目標のＥＧＲ量が確実に確保されることとなる。
目標のＥＧＲ流量を確実に確保しつつ凝縮水発生の抑圧、防止が所望される排気再循環装置に適用できる。
１…エンジン
５…高圧排気再循環通路
６…低圧排気再循環通路
１４…水冷インタークーラ
５０…電子制御ユニット

Claims (4)

  1. 高圧排気再循環通路と低圧排気再循環通路の２つ排気再循環通路が設けられると共に、吸気管には水冷インタークーラが配設され、前記水冷インタークーラの出口付近の目標温度としてのインタークーラ下流側温度が演算により算出されて前記低圧排気再循環通路の排気再循環量の制御に供されるよう構成されてなる排気再循環装置における排気再循環動作制御方法であって、
    前記水冷インタークーラの出口近傍の露点を算出し、前記インタークーラ下流側温度と比較し、いずれか高い方を前記水冷インタークーラの出口付近の目標吸気温度として、前記水冷インタークーラの水量調整を行うことを特徴とする排気再循環動作制御方法。
  2. 前記露点の算出には、少なくとも相対湿度、前記水冷インタークーラの下流側における過給圧、前記水冷インタークーラの下流側の温度、大気圧、外気温、前記低圧排気再循環通路入口付近の空気過剰率、吸入空気量、及び、低圧連通路の空気量が用いられることを特徴とする請求項１記載の排気再循環動作制御方法。
  3. 高圧排気再循環通路と低圧排気再循環通路の２つ排気再循環通路が設けられると共に、吸気管には水冷インタークーラが配設される一方、前記高圧排気再循環通路及び前記低圧排気再循環通路におけるそれぞれの排気再循環量を制御可能に構成された電子制御ユニットが設けられ、当該電子制御ユニットは、前記水冷インタークーラの出口付近の目標温度としてのインタークーラ下流側温度を演算算出し、当該演算結果を前記低圧排気再循環通路の排気再循環量の制御に供するよう構成されてなる排気再循環装置において、
    前記電子制御ユニットは、
    前記水冷インタークーラの出口近傍の露点を算出し、前記インタークーラ下流側温度と比較し、いずれか高い方を前記水冷インタークーラの出口付近の目標吸気温度として、前記水冷インタークーラの水量調整を可能に構成されてなることを特徴とする排気再循環装置。
  4. 前記電子制御ユニットは、
    少なくとも相対湿度、前記水冷インタークーラの下流側における過給圧、前記水冷インタークーラの下流側の温度、大気圧、外気温、前記低圧排気再循環通路入口付近の空気過剰率、吸入空気量、及び、低圧連通路の空気量を用いて前記露点を算出するよう構成されてなることを特徴とする請求項３記載の排気再循環装置。
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