JP2021127697A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気通路に導入されるＥＧＲガスの温度が過度に上昇することを抑制する。【解決手段】内燃機関の制御装置は、温度算出部、温度検出部、温度取得部、低下量算出部、上限熱交換量算出部、上限ガス量算出部、及び制御部を備える。温度算出部は、ＥＧＲ通路における吸気通路側のＥＧＲガス温を算出する。温度検出部は、ＥＧＲ通路における吸気通路側のＥＧＲガス温を検出する。温度取得部は、ＥＧＲ通路における排気通路側のＥＧＲガス温を取得する。低下量算出部は、温度算出部の算出値及び温度検出部の検出値に基づいてＥＧＲクーラの冷却性能の低下量を算出する。上限熱交換量算出部は、低下量に基づいてＥＧＲクーラが熱交換可能な上限熱交換量を算出する。上限ガス量算出部は、ＥＧＲクーラにより冷却可能な上限ガス量を上限熱交換量に基づいて算出する。制御部は、ＥＧＲガス量が上限ガス量を超えないようにＥＧＲバルブの開度を制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１に記載されている内燃機関は、ＥＧＲ通路、ＥＧＲバルブ、及びＥＧＲクーラを備えている。ＥＧＲ通路は、排気通路及び吸気通路を接続している。ＥＧＲバルブ及びＥＧＲクーラは、ＥＧＲ通路に設けられている。ＥＧＲバルブは、ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの量を調整する。ＥＧＲクーラは、ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスを冷却する。

特開２００３−３３６５４９号公報

ＥＧＲクーラを流通するＥＧＲガスが冷やされることで発生したデポジット等によってＥＧＲクーラの冷却性能が低下することがある。ＥＧＲクーラの冷却性能が低下すると、ＥＧＲクーラに導入されるＥＧＲガスの量が同じであったとしても、ＥＧＲクーラによってＥＧＲガスを十分に冷却しきれない場合が生じる。この場合、ＥＧＲ通路を通じて吸気通路に導入されるＥＧＲガスの温度が過度に上昇するおそれがある。例えば、吸気通路の一部が樹脂製品である場合には、その樹脂製品の耐久温度よりも高い温度のＥＧＲガスが導入されることで樹脂製品が変形するおそれがある。

上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関は、排気通路及び吸気通路を接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられて当該ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲ通路に設けられて当該ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスを冷却する水冷式のＥＧＲクーラとを備えており、前記制御装置は、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも前記吸気通路側の部分を流通するＥＧＲガスの温度を内燃機関の運転状態に基づいて算出する温度算出部と、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも前記吸気通路側の部分を流通するＥＧＲガスの温度を検出する温度検出部と、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも前記排気通路側の部分を流通するＥＧＲガスの温度を取得する温度取得部と、前記温度算出部の算出値及び前記温度検出部の検出値に基づいて前記ＥＧＲクーラの冷却性能の低下量を算出する低下量算出部と、前記ＥＧＲクーラに供給される冷却水の温度及び供給量と前記低下量とに基づいて前記ＥＧＲクーラが熱交換可能な最大の熱量である上限熱交換量を算出する上限熱交換量算出部と、前記温度取得部により取得されるＥＧＲガスの温度を予め定められた規定温度にまで前記ＥＧＲクーラにより冷却可能な最大のＥＧＲガスの流量である上限ガス量を前記上限熱交換量に基づいて算出する上限ガス量算出部と、前記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガス量が前記上限ガス量を超えないように前記ＥＧＲバルブの開度を制御する制御部とを備える。

以下、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲクーラよりも吸気通路側の部分を流通するＥＧＲガスの温度について、ＥＧＲクーラの冷却性能が低下する前の温度を基準温度と、温度検出部によって検出される温度を実温度という。さらに、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲクーラよりも排気通路側の部分を流通するＥＧＲガスの温度を冷却前温度という。

ＥＧＲクーラの冷却性能が低下していない場合、実温度は基準温度と一致する。ＥＧＲクーラの冷却性能が低下すると、基準温度に対して実温度が上昇する。この上昇量は、ＥＧＲクーラの冷却性能が低下するほど大きくなる。したがって、ＥＧＲクーラの冷却性能の低下量は、基準温度と実温度とに基づいて低下量算出部により算出できる。なお、基準温度は、当該基準温度と内燃機関の運転状態との関係を実験等によって予め求めておくことにより、内燃機関の運転状態に基づいて温度算出部により算出できる。実温度は、温度検出部により検出できる。冷却前温度は、内燃状態の運転状態に基づいて算出したり、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲクーラよりも排気通路側の部分を流通するＥＧＲガスの温度を検出したりすることで、温度取得部により取得できる。

冷却性能が低下していないときのＥＧＲクーラの冷却性能は、当該ＥＧＲクーラに供給される冷却水の温度及び供給量に基づいて決定できる。したがって、このＥＧＲクーラの冷却性能とＥＧＲクーラの冷却性能の低下量とに基づいて、冷却性能の低下したＥＧＲクーラによって実際に熱交換できる最大の熱量である上限熱交換量を上限熱交換量算出部により算出できる。

実温度は、上限熱交換量が少ないときほど高くなる。また、実温度は、ＥＧＲクーラを通過したＥＧＲガスの流量が多いときほど高くなる。さらに、実温度は、冷却前温度が高いときほど高くなる。したがって、実温度を規定温度にまで冷却可能な最大のＥＧＲガスの流量である上限ガス量は、冷却前温度と上限熱交換量とに基づいて上限ガス量算出部により算出できる。

上記構成によれば、ＥＧＲクーラに導入されるＥＧＲガスの流量が上限ガス量を超えないように、制御部によりＥＧＲバルブの開度が制御される。その結果、ＥＧＲクーラの冷却性能が低下したとしても、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導入されるＥＧＲガスの温度が規定温度を超えて過度に上昇することを抑制できる。

内燃機関及び内燃機関の制御装置の概略構成図。 機関回転数及び機関負荷率に応じた排気温度を示す説明図。 ＥＧＲ制御を示すフローチャート。 ＥＧＲ制御を示すフローチャート。

以下、内燃機関の制御装置の一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。先ず、車両１００の概略構成について説明する。
図１に示すように、車両１００は、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、気筒１１、ピストン１２、コネクティングロッド１３、クランクシャフト１４、吸気通路１６、及び排気通路１７を備えている。

気筒１１では、燃料と吸気との混合気が燃焼する。なお、気筒１１は複数設けられているが、図１では１つのみを図示している。ピストン１２は、気筒１１の内部で往復運動可能に収容されている。クランクシャフト１４は、コネクティングロッド１３を介してピストン１２に連結されている。

吸気通路１６は、気筒１１に接続されている。吸気通路１６は、内燃機関１０の外部から気筒１１に吸気を導入する。吸気通路１６は、吸気脈動等を抑制するサージタンク１６Ａを備えている。サージタンク１６Ａを構成する部分の材質は、合成樹脂である。排気通路１７は、気筒１１に接続されている。排気通路１７は、気筒１１からの排気を内燃機関１０の外部に排出する。

内燃機関１０は、スロットルバルブ２２、第１燃料噴射弁２６、第２燃料噴射弁２７、触媒２４、ウォータポンプ３１、ターボチャージャ４０、及び供給通路６１を備えている。ターボチャージャ４０は、コンプレッサ４１、シャフト４２、及びタービン４３を備えている。コンプレッサ４１は、吸気通路１６におけるサージタンク１６Ａよりも上流側の部分に取り付けられている。タービン４３は、排気通路１７に取り付けられている。タービン４３は、シャフト４２を介してコンプレッサ４１に連結されている。タービン４３が排気の流れによって回転すると、コンプレッサ４１がタービン４３と一体回転して吸気が過給される。

スロットルバルブ２２は、吸気通路１６におけるコンプレッサ４１よりも下流側であってサージタンク１６Ａよりも上流側の部分に取り付けられている。スロットルバルブ２２は、単位時間当たりに吸気通路１６を流通する吸気の量である吸気量を調整する。

第１燃料噴射弁２６は、吸気通路１６におけるサージタンク１６Ａよりも下流側の部分に取り付けられている。第１燃料噴射弁２６は、図示しない燃料タンクから供給される燃料を吸気通路１６に噴射する。第２燃料噴射弁２７は、気筒１１に取り付けられている。第２燃料噴射弁２７は、図示しない燃料タンクから供給される燃料を気筒１１に噴射する。触媒２４は、排気通路１７におけるタービン４３よりも下流側の部分に取り付けられている。触媒２４は、排気通路１７を流通する排気を浄化する。

ウォータポンプ３１は、供給通路６１を介して内燃機関１０の各部に冷却水を供給する。ウォータポンプ３１は、クランクシャフト１４に連結されている。ウォータポンプ３１は、クランクシャフト１４の駆動力によって駆動する、いわゆる機械式のウォータポンプである。ウォータポンプ３１では、クランクシャフト１４の回転速度が高くなるほど、単位時間当たりに吐出する冷却水の量が多くなる。

内燃機関１０は、ＥＧＲ通路５１、ＥＧＲバルブ５２、及びＥＧＲクーラ５３を備えている。ＥＧＲ通路５１は、排気通路１７におけるタービン４３よりも上流側の部分と、吸気通路１６におけるサージタンク１６Ａとを接続している。ＥＧＲ通路５１は、排気通路１７を流通する排気をＥＧＲガスとして吸気通路１６に還流させる。

ＥＧＲバルブ５２は、ＥＧＲ通路５１の途中に取り付けられている。ＥＧＲバルブ５２は、ＥＧＲ通路５１において排気通路１７側から吸気通路１６側に単位時間当たりに流通するＥＧＲガスの量であるＥＧＲガス量を調整する。

ＥＧＲクーラ５３は、ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲバルブ５２よりも吸気通路１６側に取り付けられている。ＥＧＲクーラ５３には、供給通路６１を介して冷却水が供給される。ＥＧＲクーラ５３は、水冷式のインタークーラである。ＥＧＲクーラ５３は、冷却水との熱交換によってＥＧＲクーラ５３の内部を流通するＥＧＲガスを冷却する。

内燃機関１０は、エアフローメータ７１、水温センサ７２、クランク角センサ７３、及びＥＧＲガス温センサ７４を備えている。エアフローメータ７１は、吸気通路１６におけるコンプレッサ４１よりも上流側の部分に取り付けられている。エアフローメータ７１は、吸気通路１６を単位時間当たりに流通する吸気の量である吸気量ＧＡを検出する。

水温センサ７２は、供給通路６１を流通する冷却水の温度である水温ＷＨを検出する。クランク角センサ７３は、クランクシャフト１４の近傍に取り付けられている。クランク角センサ７３は、クランクシャフト１４の回転角であるクランク角ＳＣを検出する。

ＥＧＲガス温センサ７４は、ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲクーラ５３よりも吸気通路１６側の部分に取り付けられている。ＥＧＲガス温センサ７４は、ＥＧＲ通路５１を流通するＥＧＲガスの温度であるＥＧＲガス温ＴＥを検出する。

車両１００は、制御装置８０を備えている。制御装置８０には、吸気量ＧＡを示す信号がエアフローメータ７１から入力される。制御装置８０には、水温ＷＨを示す信号が水温センサ７２から入力される。制御装置８０には、クランク角ＳＣを示す信号がクランク角センサ７３から入力される。制御装置８０には、ＥＧＲガス温ＴＥを示す信号がＥＧＲガス温センサ７４から入力される。

制御装置８０は、クランク角ＳＣに基づいて、クランクシャフト１４の単位時間当たりの回転数である機関回転数ＮＥを算出する。制御装置８０は、機関回転数ＮＥ及び吸気量ＧＡに基づいて、機関負荷率ＫＬを算出する。ここで、機関負荷率ＫＬとは、現在の機関回転数ＮＥにおいてスロットルバルブ２２を全開とした状態で内燃機関１０を定常運転したときの気筒流入空気量に対する、現在の気筒流入空気量の比率を表している。なお、気筒流入空気量とは、吸気行程において各気筒１１に流入する吸気の量である。

制御装置８０は、制御部８１を備えている。制御部８１は、スロットルバルブ２２の開度制御や、第１燃料噴射弁２６及び第２燃料噴射弁２７の燃料噴射制御といった各種の機関制御を実行する。具体的には、制御部８１は、機関回転数ＮＥ及び機関負荷率ＫＬに基づいて、３つの運転領域を選択する。制御部８１には、選択すべき運転領域を、機関回転数ＮＥ及び機関負荷率ＫＬと対応付けて表した運転領域選択マップが記憶されている。図２に示すように、運転領域選択マップでは、機関回転数ＮＥが所定値未満であり、且つ、機関負荷率ＫＬが所定値未満である場合には、燃費優先領域Ａ１が選択される。また、運転領域選択マップでは、機関回転数ＮＥが所定値未満であり、且つ、機関負荷率ＫＬが所定値以上である場合には、触媒優先領域Ａ２が選択される。運転領域選択マップでは、機関回転数ＮＥが所定値以上であり、且つ、機関負荷率ＫＬが所定値以上である場合には、理論空燃比優先領域Ａ３が選択される。ここで、燃費優先領域Ａ１とは、内燃機関１０での燃料の消費を抑制することを優先する運転領域である。また、触媒優先領域Ａ２とは、触媒２４を流通する排気の温度が過度に高くなることの抑制を優先する運転領域である。理論空燃比優先領域Ａ３とは、気筒１１での燃料の燃焼を理論空燃比での燃焼に近づけることを優先する運転領域である。

制御部８１は、機関回転数ＮＥ、機関負荷率ＫＬ、及び運転領域に基づいて、スロットルバルブ２２に制御信号Ｓ１を出力することでスロットルバルブ２２の開度を制御する。そして、制御部８１は、スロットルバルブ２２を通じて吸気通路１６を単位時間当たりに流通する吸気の量である吸気量を調整する。また、制御部８１は、機関回転数ＮＥ、機関負荷率ＫＬ、及び運転領域に基づいて、第１燃料噴射弁２６に制御信号Ｓ２を出力することで第１燃料噴射弁２６の燃料噴射制御を実行する。制御部８１は、機関回転数ＮＥ、機関負荷率ＫＬ、及び運転領域に基づいて、第２燃料噴射弁２７に制御信号Ｓ３を出力することで第２燃料噴射弁２７の燃料噴射制御を実行する。

制御部８１は、ＥＧＲバルブ５２の開度を制御するＥＧＲバルブ制御を実行する。制御部８１は、機関回転数ＮＥ、機関負荷率ＫＬ、及び運転領域に基づいて、ＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率Ｘを算出する。ここで、ＥＧＲ率とは、吸気通路１６に還流するＥＧＲガス量と吸気通路１６を流通する吸気の量である吸気量ＧＡとの比である。また、制御部８１は、目標ＥＧＲ率Ｘ及び吸気量ＧＡに基づいて、ＥＧＲ通路５１を単位時間当たりに流通するＥＧＲガス量の基準値であるベースＥＧＲガス量Ｙを算出する。そして、制御部８１は、ベースＥＧＲガス量Ｙ及び後述する上限ガス量Ｍ２に基づいて、ＥＧＲ通路５１を単位時間当たりに流通するＥＧＲガス量の目標値である目標ＥＧＲガス量Ｚを算出する。制御部８１は、目標ＥＧＲガス量Ｚに基づいて、ＥＧＲバルブ５２に制御信号Ｓ４を出力する。そして、制御部８１は、ＥＧＲバルブ５２の開度を制御することでＥＧＲ通路５１を単位時間当たりに流通するＥＧＲガスの量であるＥＧＲガス量を調整する。

制御装置８０は、温度算出部８２を備えている。温度算出部８２は、ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲクーラ５３よりも吸気通路１６側の部分を流通するＥＧＲガスの温度の推定値である推定下流温度Ｔｏｕｔ１を算出する。ここで、温度算出部８２には、推定下流温度Ｔｏｕｔ１を、ＥＧＲクーラ５３の冷却性能が低下していない製造時点の内燃機関１０の運転状態と対応付けた推定温度マップが記憶されている。推定温度マップは、推定下流温度Ｔｏｕｔ１を、機関回転数ＮＥ、機関負荷率ＫＬ、及び目標ＥＧＲ率と対応付けて表したマップである。なお、推定温度マップは、予め実験等を行うことにより求めることができる。温度算出部８２は、推定温度マップを参照して、機関回転数ＮＥ、機関負荷率ＫＬ、及び目標ＥＧＲ率に基づいて推定下流温度Ｔｏｕｔ１を算出する。温度算出部８２の算出する推定下流温度Ｔｏｕｔ１は、機関回転数ＮＥが大きいほど高い。温度算出部８２の算出する推定下流温度Ｔｏｕｔ１は、機関負荷率ＫＬが高いほど高い。温度算出部８２の算出する推定下流温度Ｔｏｕｔ１は、目標ＥＧＲ率が高いほど高い。

制御装置８０は、温度検出部８３を備えている。温度検出部８３は、ＥＧＲガス温センサ７４により検出されるＥＧＲガス温ＴＥを、ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲクーラ５３よりも吸気通路１６側の部分のＥＧＲガスの温度である検出下流温度Ｔｏｕｔ２として取得する。したがって、温度検出部８３は、ＥＧＲガス温センサ７４を通じて検出下流温度Ｔｏｕｔ２を検出する。

制御装置８０は、低下量算出部８４を備えている。低下量算出部８４は、推定下流温度Ｔｏｕｔ１及び検出下流温度Ｔｏｕｔ２に基づいて、ＥＧＲクーラ５３の性能低下量ΔＱを算出する。ここで、ＥＧＲクーラ５３では、当該ＥＧＲクーラ５３を流通するＥＧＲガスが冷やされることでデポジットが発生する。こうしたデポジットがＥＧＲクーラ５３の内部に付着すると、ＥＧＲクーラ５３の冷却性能が低下する。性能低下量ΔＱは、上記のように冷却性能が低下するＥＧＲクーラ５３の冷却性能の低下量を表すものである。

制御装置８０は、温度取得部８５を備えている。温度取得部８５は、ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲクーラ５３よりも排気通路１７側の部分を流通するＥＧＲガスの温度の推定値である推定排気温度Ｔｉｎを算出する。ここで、図２において破線で示すように、気筒１１から排気通路１７に排出される排気の温度は、機関回転数ＮＥが大きいほど、機関負荷率ＫＬが高いほど、高くなる。温度取得部８５には、推定排気温度Ｔｉｎを、機関回転数ＮＥ及び機関負荷率ＫＬと対応付けて表した推定排気温度マップが記憶されている。そして、温度取得部８５は、推定排気温度マップを参照して、機関回転数ＮＥ及び機関負荷率ＫＬに基づいて推定排気温度Ｔｉｎを算出する。

制御装置８０は、上限熱交換量算出部８６を備えている。上限熱交換量算出部８６は、水温ＷＨ、機関回転数ＮＥ、及び性能低下量ΔＱに基づいて、ＥＧＲクーラ５３の上限熱交換量Ｑ２ｍａｘを算出する。ここで、ＥＧＲクーラ５３の上限熱交換量Ｑ２ｍａｘとは、現在のＥＧＲクーラ５３が単位時間当たりに熱交換可能な最大の熱量である。

制御装置８０は、上限ガス量算出部８７を備えている。上限ガス量算出部８７は、上限熱交換量Ｑ２ｍａｘに基づいて、上限ガス量Ｍ２を算出する。ここで、上限ガス量Ｍ２とは、ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲクーラ５３よりも排気通路１７側の部分を流通するＥＧＲガスの温度を予め定められた規定温度Ｔｏｕｔ３にまで冷却可能な最大のＥＧＲガスの単位時間当たりの流量である。また、規定温度Ｔｏｕｔ３は、合成樹脂製のサージタンク１６Ａの耐久温度よりも低い温度として定められている。

なお、制御装置８０は、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って各種処理を実行する１つ以上のプロセッサを含む回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）として構成し得る。なお、制御装置８０は、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の１つ以上の専用のハードウェア回路、又はそれらの組み合わせを含む回路として構成してもよい。プロセッサは、ＣＰＵ及び、ＲＡＭ並びにＲＯＭ等のメモリを含む。メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコード又は指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用又は専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる媒体を含む。

次に、図３及び図４を参照して制御装置８０が実行するＥＧＲ制御について説明する。制御装置８０は、当該制御装置８０が動作を開始したときから動作を終了するときまで、ＥＧＲ制御を繰り返し実行する。

図３に示すように、制御装置８０は、ＥＧＲ制御を開始すると、ステップＳ１１の処理を進める。ステップＳ１１において、制御装置８０は、ステップＳ１１の処理時点で水温センサ７２により検出される水温ＷＨを取得する。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ１２に進める。

ステップＳ１２において、制御装置８０は、ステップＳ１１で取得した水温ＷＨが予め定められた所定範囲内にあるか否かを判定する。ここで、所定範囲の具体例としては、８６℃〜９０℃である。ステップＳ１２において、制御装置８０は、ステップＳ１１で取得した水温ＷＨが予め定められた所定範囲内にないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、処理をステップＳ２５に進める。ステップＳ１２において、制御装置８０は、ステップＳ１１で取得した水温ＷＨが予め定められた所定範囲内にあると判定した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１３に進める。

ステップＳ１３において、制御装置８０は、水温ＷＨが予め定められた所定範囲内にあると判定され続けている時間を示す計時時間の計時中であるか否かを判定する。ステップＳ１３において、制御装置８０は、計時中であると判定した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１５に進める。ステップＳ１３において、制御装置８０は、計時中でないと判定した場合（Ｓ１３：ＮＯ）、処理をステップＳ１４に進める。

ステップＳ１４において、制御装置８０は、水温ＷＨが予め定められた所定範囲内にあると判定され続けている時間を示す計時時間の計時を開始する。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ１５に進める。

ステップＳ１５において、制御装置８０は、計時時間が予め定められた所定期間以上であるか否かを判定する。ここで、所定期間の具体例としては、十数秒である。ステップＳ１５において、制御装置８０は、計時時間が予め定められた所定期間以上でないと判定した場合（Ｓ１５：ＮＯ）、処理をステップＳ１１に戻す。ステップＳ１５において、制御装置８０は、計時時間が予め定められた所定期間以上であると判定した場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、処理をステップＳ２１に進める。なお、この場合、計時時間をリセットする。

ステップＳ２１において、温度算出部８２は、所定期間における推定下流温度Ｔｏｕｔ１の平均値を、推定下流温度ＴＡｏｕｔ１として算出する。その後、処理をステップＳ２２に進める。

ステップＳ２２において、温度検出部８３は、所定期間における検出下流温度Ｔｏｕｔ２の平均値を、検出下流温度ＴＡｏｕｔ２として算出する。その後、ステップＳ２３に進める。

ステップＳ２３において、温度取得部８５は、所定期間における推定排気温度Ｔｉｎの平均値を、推定排気温度ＴＡｉｎとして算出する。その後、処理をステップＳ２４に進める。

ステップＳ２４において、低下量算出部８４は、ＥＧＲクーラ５３の冷却性能の低下量である性能低下量ΔＱを算出する。ここで、冷却性能が低下していない製造時点のＥＧＲクーラ５３により単位時間当たりに熱交換可能な熱量Ｑ１は式（１）で表される。

式（１）：Ｑ１＝Ｍ×Ｃ×（ＴＡｉｎ−ＴＡｏｕｔ１）
Ｍ：ＥＧＲ通路５１を単位時間当たりに流通するＥＧＲガスの量
Ｃ：ＥＧＲガスの比熱
また、ステップＳ２４の処理時点のＥＧＲクーラ５３により単位時間当たりに熱交換可能な熱量Ｑ２は式（２）で表される。

式（２）：Ｑ２＝Ｍ×Ｃ×（ＴＡｉｎ−ＴＡｏｕｔ２）
さらに、ＥＧＲクーラ５３の冷却性能の低下量である性能低下量ΔＱは式（３）で表される。

式（３）：ΔＱ＝Ｑ１−Ｑ２＝Ｍ×Ｃ×（ＴＡｏｕｔ２−ＴＡｏｕｔ１）
そこで、低下量算出部８４は、式（３）を参照して、性能低下量ΔＱを算出する。ここで、低下量算出部８４は、ステップＳ２４の処理時点の目標ＥＧＲガス量Ｚに基づいて、ステップＳ２４の処理時点にＥＧＲ通路５１を単位時間当たりに流通するＥＧＲガスの量であるＥＧＲガス量Ｍを算出する。また、低下量算出部８４は、ＥＧＲガスの比熱Ｃを１とする。なお、低下量算出部８４は、算出した性能低下量ΔＱを記憶する。その後、低下量算出部８４は、処理をステップＳ３１に進める。

なお、上述したとおり、ステップＳ１２において、制御装置８０は、ステップＳ１１で取得した水温ＷＨが予め定められた所定範囲内にないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、処理をステップＳ２５に進める。

ステップＳ２５において、低下量算出部８４は、当該低下量算出部８４に記憶された性能低下量ΔＱのうちの最新の性能低下量ΔＱを、今回の性能低下量ΔＱとする。なお、制御装置８０の製造時点では、性能低下量ΔＱとして「０」が記憶されている。その後、低下量算出部８４は、処理をステップＳ３１に進める。

ステップＳ３１において、上限熱交換量算出部８６は、水温ＷＨ及び機関回転数ＮＥに基づいて、基準熱交換量Ｑ１ｍａｘを算出する。ここで、基準熱交換量Ｑ１ｍａｘは、ステップＳ３１の処理時点においてＥＧＲクーラ５３に供給される冷却水の温度及び供給量により、冷却性能の低下していない製造時点のＥＧＲクーラ５３が単位時間当たりに熱交換できる最大の熱量である。上限熱交換量算出部８６には、基準熱交換量Ｑ１ｍａｘを、ＥＧＲクーラ５３の冷却性能が低下していない製造時点の内燃機関１０の運転状態と対応付けた基準熱交換量マップが記憶されている。基準熱交換量マップは、基準熱交換量Ｑ１ｍａｘを、水温ＷＨ及び機関回転数ＮＥと対応付けて表したマップである。なお、基準熱交換量マップは、予め実験等を行うことにより求めることができる。水温ＷＨが低いほどＥＧＲクーラ５３に供給される冷却水の温度が低くなり、ＥＧＲクーラ５３によりＥＧＲガスを冷却しやすい。すなわち、水温ＷＨは、ＥＧＲクーラ５３に供給される冷却水の温度を示すものである。また、機関回転数ＮＥが大きいほどＥＧＲクーラ５３に供給される冷却水の供給量が多くなり、ＥＧＲクーラ５３によりＥＧＲガスを冷却しやすい。すなわち、機関回転数ＮＥは、ＥＧＲクーラ５３に供給される冷却水の供給量を示すものである。上限熱交換量算出部８６は、基準熱交換量マップを参照して、水温ＷＨ及び機関回転数ＮＥに基づいて基準熱交換量Ｑ１ｍａｘを算出する。その後、上限熱交換量算出部８６は、処理をステップＳ３２に進める。

ステップＳ３２において、上限熱交換量算出部８６は、基準熱交換量Ｑ１ｍａｘ及び性能低下量ΔＱに基づいて、ＥＧＲクーラ５３の上限熱交換量Ｑ２ｍａｘを算出する。ここで、上限熱交換量Ｑ２ｍａｘは式（４）で表される。

式（４）：Ｑ２ｍａｘ＝Ｑ１ｍａｘ−ΔＱ
そこで、上限熱交換量算出部８６は、式（４）を参照して、ＥＧＲクーラ５３の上限熱交換量Ｑ２ｍａｘを算出する。その後、上限熱交換量算出部８６は、処理をステップＳ３３に進める。

ステップＳ３３において、上限ガス量算出部８７は、温度取得部８５により取得される推定排気温度ＴＡｉｎを予め定められた規定温度Ｔｏｕｔ３にまで冷却するための上限ガス量Ｍ２を算出する。ここで、ＥＧＲクーラ５３の上限熱交換量Ｑ２ｍａｘは式（５）で表される。

式（５）：Ｑ２ｍａｘ＝Ｍ２×Ｃ×（ＴＡｉｎ−Ｔｏｕｔ３）
また、上限ガス量Ｍ２は、上記の式（４）及び式（５）を変換すると、式（６）で表される。

式（６）：Ｍ２＝Ｑ２ｍａｘ／（Ｃ×（ＴＡｉｎ−Ｔｏｕｔ３））
そこで、上限ガス量算出部８７は、上記の式（６）を参照して、上限熱交換量Ｑ２ｍａｘ、比熱Ｃ、推定排気温度ＴＡｉｎ、及び規定温度Ｔｏｕｔ３に基づいて上限ガス量Ｍ２を算出する。その後、上限ガス量算出部８７は、処理をステップＳ４１に進める。

ステップＳ４１において、制御部８１は、ベースＥＧＲガス量Ｙが上限ガス量Ｍ２よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ４１において、制御部８１は、ベースＥＧＲガス量Ｙが上限ガス量Ｍ２以下であると判定した場合（Ｓ４１：ＮＯ）、処理をステップＳ８１に進める。一方、ステップＳ４１において、制御部８１は、ベースＥＧＲガス量Ｙが上限ガス量Ｍ２よりも大きいと判定した場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、処理をステップＳ４２に進める。

ステップＳ４２において、制御部８１は、燃料増量制御が必要であるか否かを判定する。ここで、燃料増量制御とは、第２燃料噴射弁２７からの燃料噴射量を増量補正して燃料の気化熱を増大させることにより、気筒１１から排気通路１７に排出される排気の温度や触媒２４の温度が過度に上昇することを抑制する制御のことである。ステップＳ４２において、制御部８１は、燃料増量制御が必要でないと判定した場合（Ｓ４２：ＮＯ）、処理をステップＳ６１に進める。一方、ステップＳ４２において、制御部８１は、燃料増量制御が必要であると判定した場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、処理をステップＳ５１に進める。

ステップＳ５１において、制御部８１は、燃料増量制御を実行する。その後、制御部８１は、処理をステップＳ５２に進める。ステップＳ５２において、制御部８１は、目標ＥＧＲガス量Ｚとして「０」を設定する。なお、この場合、目標ＥＧＲガス量Ｚが「０」であって吸気通路１６にＥＧＲガスが導入されなくなる一方、燃料増量制御が実行されるため、気筒１１から排気通路１７に排出される排気の温度や触媒２４の温度が過度に上昇することが抑制される。その後、制御部８１は、今回のＥＧＲ制御を終了する。

上述したとおり、ステップＳ４２において否定判定される場合、処理がステップＳ６１に進む。ステップＳ６１において、制御部８１は、燃費優先領域Ａ１であるか否かを判定する。ステップＳ６１において、制御部８１は、燃費優先領域Ａ１でないと判定した場合（Ｓ６１：ＮＯ）、処理をステップＳ７１に進める。一方、ステップＳ６１において、制御部８１は、燃費優先領域Ａ１であると判定した場合（Ｓ６１：ＹＥＳ）、処理をステップＳ６２に進める。

ステップＳ６２において、制御部８１は、ＥＧＲガス量を「０」から上限ガス量Ｍ２まで間で設定したと仮定したときの燃費のうち、最も良い燃費となる最良燃費を算出する。その後、処理をステップＳ６３に進める。ステップＳ６３において、制御部８１は、目標ＥＧＲガス量Ｚとして、最良燃費のときのＥＧＲガス量を設定する。その後、制御部８１は、今回のＥＧＲ制御を終了する。

上述したとおり、ステップＳ６１において否定判定される場合、処理がステップＳ７１に進む。ステップＳ７１において、制御部８１は、目標ＥＧＲガス量Ｚとして、上限ガス量Ｍ２を設定する。その後、制御部８１は、今回のＥＧＲ制御を終了する。

上述したとおり、ステップＳ４１において否定判定される場合、処理がステップＳ８１に進む。ステップＳ８１において、制御部８１は、目標ＥＧＲガス量Ｚとして、ベースＥＧＲガス量Ｙを設定する。その後、制御部８１は、今回のＥＧＲ制御を終了する。

本実施形態の作用について説明する。
上述したように、ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲクーラ５３よりも吸気通路１６側の部分を流通するＥＧＲガスの温度について、推定下流温度ＴＡｏｕｔ１はＥＧＲクーラ５３の冷却性能が低下する前の温度を示し、検出下流温度ＴＡｏｕｔ２は現時点の実際の温度を示すものである。また、推定排気温度ＴＡｉｎは、ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲクーラ５３よりも排気通路１７側の部分を流通するＥＧＲガスの温度を示すものである。なお、本実施形態において、推定下流温度ＴＡｏｕｔ１は、ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲクーラ５３よりも吸気通路１６側の部分を流通するＥＧＲガスの基準温度に相当する。また、検出下流温度ＴＡｏｕｔ２は、ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲクーラ５３よりも吸気通路１６側の部分を流通するＥＧＲガスの実温度に相当する。さらに、推定排気温度ＴＡｉｎは、ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲクーラ５３よりも排気通路１７側の部分を流通するＥＧＲガスの冷却前温度に相当する。

ＥＧＲクーラ５３の冷却性能が低下していない場合、推定下流温度ＴＡｏｕｔ１は検出下流温度ＴＡｏｕｔ２と一致する。ＥＧＲクーラ５３の冷却性能が低下すると、推定下流温度ＴＡｏｕｔ１に対して検出下流温度ＴＡｏｕｔ２が上昇する。この上昇量は、ＥＧＲクーラ５３の冷却性能が低下するほど大きくなる。したがって、ＥＧＲクーラ５３の冷却性能の低下量である性能低下量ΔＱは、推定下流温度ＴＡｏｕｔ１及び検出下流温度ＴＡｏｕｔ２に基づいて低下量算出部８４により算出できる。具体的には、性能低下量ΔＱは式（３）で表される。

式（３）：ΔＱ＝Ｑ１−Ｑ２＝Ｍ×Ｃ×（ＴＡｏｕｔ２−ＴＡｏｕｔ１）
なお、推定下流温度ＴＡｏｕｔ１は、当該推定下流温度ＴＡｏｕｔ１と内燃機関１０の運転状態との関係を実験等により予め求めておくことにより、内燃機関１０の運転状態に基づいて温度算出部８２により算出できる。また、検出下流温度ＴＡｏｕｔ２は、ＥＧＲガス温センサ７４を通じて温度検出部８３により検出できる。

また、冷却性能の低下していない製造時点のＥＧＲクーラ５３の冷却性能を示す基準熱交換量Ｑ１ｍａｘは、水温ＷＨ及び機関回転数ＮＥに基づいて決定できる。そして、この基準熱交換量Ｑ１ｍａｘ及び性能低下量ΔＱに基づいて、性能低下したＥＧＲクーラ５３によって実際に熱交換できる最大の熱量である上限熱交換量Ｑ２ｍａｘを上限熱交換量算出部８６により算出できる。

具体的には、上限熱交換量Ｑ２ｍａｘは式（４）で表される。
式（４）：Ｑ２ｍａｘ＝Ｑ１ｍａｘ−ΔＱ
ここで、ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲクーラ５３よりも吸気通路１６側の部分を流通するＥＧＲガスの温度は、上限熱交換量Ｑ２ｍａｘが少ないときほど高くなる。また、ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲクーラ５３よりも吸気通路１６側の部分を流通するＥＧＲガスの温度は、ＥＧＲクーラ５３を通過したＥＧＲガスの流量が多いときほど高くなる。さらに、ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲクーラ５３よりも吸気通路１６側の部分を流通するＥＧＲガスの温度は、推定排気温度ＴＡｉｎが高いときほど高くなる。したがって、ＥＧＲ通路５１を流通するＥＧＲガスの温度を規定温度Ｔｏｕｔ３にまで冷却可能な最大のＥＧＲガスの流量である上限ガス量Ｍ２は、推定排気温度ＴＡｉｎ及び規定温度Ｔｏｕｔ３に基づいて算出できる。具体的には、上限ガス量Ｍ２は式（６）で表される。

式（６）：Ｍ２＝Ｑ２ｍａｘ／（Ｃ×（ＴＡｉｎ−Ｔｏｕｔ３））
本実施形態の効果について説明する。
（１）ＥＧＲクーラ５３に導入されるＥＧＲガスの流量が上限ガス量Ｍ２を超えないように、制御部８１によりＥＧＲバルブ５２の開度が制御される。その結果、ＥＧＲクーラ５３の冷却性能が低下したとしても、ＥＧＲ通路５１を介して吸気通路１６に導入されるＥＧＲガスの温度が規定温度Ｔｏｕｔ３を超えて過度に上昇することを抑制できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、ＥＧＲ制御は変更できる。例えば、ＥＧＲガス量が上限ガス量Ｍ２を超えないようにＥＧＲバルブ５２の開度を制御する観点では、目標ＥＧＲガス量Ｚの上限値を規定する上限ガス量Ｍ２を算出できさえすればよい。したがって、ステップＳ４１〜ステップＳ８１までの処理を省略してもよい。

・また、例えば、温度算出部８２は、所定期間における推定下流温度Ｔｏｕｔ１の平均値である推定下流温度ＴＡｏｕｔ１の算出処理を省略してもよい。同様に、温度検出部８３は、所定期間における検出下流温度Ｔｏｕｔ２の平均値である推定下流温度ＴＡｏｕｔ１の算出処理を省略してもよい。この場合、低下量算出部８４は、推定下流温度ＴＡｏｕｔ１及び検出下流温度ＴＡｏｕｔ２に代えて、推定下流温度Ｔｏｕｔ１及び検出下流温度Ｔｏｕｔ２に基づいて性能低下量ΔＱを算出すればよい。

・また、同様に、温度取得部８５は、所定期間における推定排気温度Ｔｉｎの平均値である推定排気温度ＴＡｉｎの算出処理を省略してもよい。この場合、上限ガス量算出部８７は、推定排気温度ＴＡｉｎに代えて、推定排気温度Ｔｉｎを用いて上限ガス量Ｍ２を算出すればよい。

・ステップＳ１２における所定範囲は変更できる。
・ステップＳ１５における所定期間は変更できる。
・上記実施形態において、規定温度Ｔｏｕｔ３は、例えば吸気通路１６の材質に合わせて適宜変更すればよい。

・上記実施形態において、制御装置８０の構成は変更できる。例えば、制御部８１は、３つの運転領域を選択する必要はない。そして、制御部８１は、運転領域に拘わらず、ＥＧＲガス量が上限ガス量Ｍ２を超えないようにＥＧＲバルブ５２の開度を制御すればよい。

・上記実施形態において、内燃機関１０の構成は変更できる。例えば、ウォータポンプ３１は、機械式のウォータポンプに限らず、電動モータにより駆動する電動式のウォータポンプでもよい。なお、電動式のウォータポンプを採用する場合、上限熱交換量算出部８６は、電動モータの回転速度に基づいて、ＥＧＲクーラ５３に供給される冷却水の供給量を算出すればよい。

・例えば、内燃機関１０は、ＥＧＲ通路５１におけるＥＧＲクーラ５３よりも排気通路１７側の部分を流通するＥＧＲガスの温度を検出する温度センサを備えていてもよい。そして、温度取得部８５は、上記の温度センサにより検出される検出温度を、推定排気温度Ｔｉｎに代えて用いてもよい。

ΔＱ…性能低下量
Ｍ２…上限ガス量
Ｑ１ｍａｘ…基準熱交換量
Ｑ２ｍａｘ…上限熱交換量
ＴＡｉｎ…推定排気温度
ＴＡｏｕｔ１…推定下流温度
ＴＡｏｕｔ２…検出下流温度
ＴＥ…ＥＧＲガス温
Ｔｉｎ…推定排気温度
Ｔｏｕｔ３…規定温度
ＷＨ…水温
１０…内燃機関
１１…気筒
１６…吸気通路
１７…排気通路
３１…ウォータポンプ
５１…ＥＧＲ通路
５２…ＥＧＲバルブ
５３…ＥＧＲクーラ
７４…ＥＧＲガス温センサ
８０…制御装置
８１…制御部
８２…温度算出部
８３…温度検出部
８４…低下量算出部
８５…温度取得部
８６…上限熱交換量算出部
８７…上限ガス量算出部
１００…車両

Claims (1)

1. 内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、
   排気通路及び吸気通路を接続するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に設けられて当該ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲバルブと、
   前記ＥＧＲ通路に設けられて当該ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスを冷却する水冷式のＥＧＲクーラとを備えており、
   前記制御装置は、
   前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも前記吸気通路側の部分を流通するＥＧＲガスの温度を内燃機関の運転状態に基づいて算出する温度算出部と、
   前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも前記吸気通路側の部分を流通するＥＧＲガスの温度を検出する温度検出部と、
   前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも前記排気通路側の部分を流通するＥＧＲガスの温度を取得する温度取得部と、
   前記温度算出部の算出値及び前記温度検出部の検出値に基づいて前記ＥＧＲクーラの冷却性能の低下量を算出する低下量算出部と、
   前記ＥＧＲクーラに供給される冷却水の温度及び供給量と前記低下量とに基づいて前記ＥＧＲクーラが熱交換可能な最大の熱量である上限熱交換量を算出する上限熱交換量算出部と、
   前記温度取得部により取得されるＥＧＲガスの温度を予め定められた規定温度にまで前記ＥＧＲクーラにより冷却可能な最大のＥＧＲガスの流量である上限ガス量を前記上限熱交換量に基づいて算出する上限ガス量算出部と、
   前記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガス量が前記上限ガス量を超えないように前記ＥＧＲバルブの開度を制御する制御部とを備える
   内燃機関の制御装置。

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