JP4631886B2

JP4631886B2 - 内燃機関の排気還流システム

Info

Publication number: JP4631886B2
Application number: JP2007220738A
Authority: JP
Inventors: 晃山下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2027-08-28
Also published as: JP2009052486A

Description

本発明は、内燃機関の排気還流システムに関する。

排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャを備え、タービンよりも下流の排気通路とコンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を吸気通路に還流させる低圧ＥＧＲ通路を備える内燃機関の排気還流システムが知られている。

低圧ＥＧＲ通路には、タービンや触媒を通過した排気が導入されるため、該低圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの温度が低い。そのため、この低圧ＥＧＲ通路に入り込んだ排気がＥＧＲクーラで冷却されると、該ＥＧＲクーラにおいて水の凝縮が起こり、該ＥＧＲクーラや低圧ＥＧＲ通路に水が溜まる。また、吸気通路（特に、インタークーラ）において、さらにＥＧＲガスが冷却されると、該ＥＧＲガスに含まれる水の凝縮が起こる。

そして、排気中には硫黄成分等が含まれているため、凝縮水中にもこれらの成分が含まれている。これらの成分はインタークーラやターボチャージャを腐食させて、これらの性能を低下させる。

また、インタークーラ等で発生した凝縮水に、ＥＧＲガス中の粒子状物質が付着すると、インタークーラにおける吸気の流量低下やインタークーラの冷却効率の低下が起こるおそれがある。

ここで、低圧ＥＧＲ通路を備える内燃機関の排気還流システムにおいて、インタークーラよりも下流の吸気通路と排気通路とを接続する連通路を備え、インタークーラにおいて発生する凝縮水を、連通路を介して排気通路へ排出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３０３１４６号公報特開平１１−２００９５６号公報

しかし、インタークーラにおいて凝縮水が発生することには変わりがないため、該インタークーラや吸気系のその他の部材が腐食するおそれがある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気還流システムにおいて、ＥＧＲガスに含まれる水分が吸気系で凝縮することを抑制できる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気還流システムは、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気還流システムは、
内燃機関の排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記コンプレッサよりも上流の吸気通路と前記排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記コンプレッサよりも下流の吸気通路に設けられるインタークーラと、
前記ＥＧＲ通路に設けられるＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲクーラから流出するＥＧＲガスの温度を推定するＥＧＲガス温度推定手段と、
前記インタークーラから流出する吸気の温度を推定する吸気温度推定手段と、
前記インタークーラから流出する吸気中に水蒸気の状態で存在可能な水分の最大量であって前記吸気温度推定手段により推定される温度に対応した最大水蒸気量よりも、前記ＥＧＲクーラから流出するＥＧＲガスと前記コンプレッサから流出して前記インタークーラへ流入する新気とを合わせた吸気中の水分の量が少なくなるように、前記インタークーラまたは前記ＥＧＲクーラの少なくとも一方の能力を調節する温度調節手段と、
を備えることを特徴とする。

ＥＧＲクーラから流出するＥＧＲガスの温度は、ＥＧＲクーラの出口温度としても良い。また、インタークーラから流出する吸気の温度は、インタークーラの出口温度としても良い。ＥＧＲガス温度推定手段または吸気温度推定手段は、温度を推定する代わりに測定してもよい。

ＥＧＲ通路が、コンプレッサよりも上流の吸気通路へ接続されているため、吸気通路に導入されたＥＧＲガスは、インタークーラを通過する。そして、ＥＧＲクーラから流出するＥＧＲガスの温度がインタークーラから流出する吸気の温度よりも高い場合には、吸気中に含まれるＥＧＲガスがインタークーラを通過するときに冷却されるため、凝縮水が発生する虞がある。

ここで、ＥＧＲ通路やＥＧＲクーラは腐食に耐えるように例えばステンレス鋼を材料として用いることができる。そのため、ＥＧＲ通路やＥＧＲクーラで凝縮水が発生しても、この水を排出すれば腐食を抑制できる。

しかし、吸気系に備わるインタークーラ等では、性能向上等のため例えばアルミニウム合金を材料に用いているため、腐食し易い。

このようなことから、ＥＧＲ通路やＥＧＲクーラで凝縮水を発生させるようにして、その分インタークーラ等の吸気系で凝縮水を発生させないようにすれば、吸気系を構成する部材の腐食を抑制できる。

そして、前記ＥＧＲガス温度推定手段により推定される温度が前記吸気温度推定手段により推定される温度以下となるようにすれば、吸気系で凝縮水が発生することを抑制できる。ＥＧＲクーラから流出するＥＧＲガスの温度は、例えばＥＧＲクーラを冷却するための熱媒体の流量を調節したり、ＥＧＲガスの流量を調節したりすることにより可能となる。また、インタークーラから流出する吸気の温度は、例えばインタークーラを冷却するための熱媒体の流量を調節したり、吸気の量を調節したりすることにより可能となる。

このように、ＥＧＲ通路内で水を十分に凝縮させてから吸気通路へＥＧＲガスを還流させるため、吸気通路内での水の凝縮を抑制できる。

また本発明においては、前記内燃機関の運転状態及び前記吸気温度推定手段により推定される温度に基づいて、インタークーラにおいて水蒸気の状態で存在可能な水分の最大量と、インタークーラを通過する新気中の水分量と、を算出し、これらの差から、インタークーラを通過するＥＧＲガス中の水分が水蒸気の状態で存在可能な最大量を算出し、
ＥＧＲクーラを通過するＥＧＲガス中の水分が水蒸気の状態で存在可能な最大量が、インタークーラを通過するＥＧＲガス中の水分が水蒸気の状態で存在可能な最大量よりも少なくなるように、前記ＥＧＲクーラから流出するＥＧＲガスの温度を調節することができる。

ここで、インタークーラよりも下流の温度が分かれば、インタークーラにおいて水蒸気の状態で存在可能な水分の最大量（以下、最大水蒸気量という。）を求めることができる。そして、ＥＧＲガスと新気とを合わせた吸気中の水分が、最大水蒸気量を超えると水が凝縮する。

つまり、インタークーラにおける凝縮水の発生を抑制するためには、インタークーラに流入するＥＧＲガス中の水分を少なくすれば良い。すなわち、インタークーラにおいて吸気中の水分が最大水蒸気量を超えないように、ＥＧＲクーラにて水を凝縮させる。そのために、ＥＧＲクーラから流出するＥＧＲガスの温度を調節する。

これにより、ＥＧＲガスの温度低下を必要最低限にすることができるため、内燃機関の冷却水を用いてＥＧＲクーラを冷却している場合には、冷却水の温度上昇を抑制できる。また、ＥＧＲクーラとインタークーラとが同じ熱媒体で冷却されている場合には、インタークーラの温度上昇を抑制できる。さらに、ＥＧＲガスの過冷却によるエミッションの悪化を抑制できる。

また、本発明においては、前記インタークーラは前記内燃機関の冷却水と吸気とで熱交換を行い、前記ＥＧＲクーラは前記内燃機関の冷却水とＥＧＲガスとで熱交換を行い、
前記内燃機関の冷却水の温度を測定する冷却水温度測定手段を備え、
前記温度調節手段は、
前記冷却水温度測定手段により測定される冷却水の温度が所定温度よりも低い場合には、前記ＥＧＲクーラから流出するＥＧＲガスの温度は変更せずに前記インタークーラから流出する吸気の温度を変更し、
前記冷却水温度測定手段により測定される冷却水の温度が所定温度以上の場合には、前記インタークーラから流出する吸気の温度は変更せずに前記ＥＧＲクーラから流出するＥＧＲガスの温度を変更することができる。

所定温度とは、内燃機関の暖機が完了したときの冷却水温度とすることができる。すなわち、内燃機関の暖機が完了する前にＥＧＲクーラへ多くの冷却水を供給すると、ＥＧＲガスの温度が低くなりすぎてしまう。これに対し、インタークーラから流出する吸気の温度を上昇させれば、吸気の温度低下を抑制しつつインタークーラにおける凝縮水の発生を抑制できる。

なお、インタークーラへ供給する冷却水量を減少させることにより、該インタークーラから流出する吸気の温度を上昇させることができる。

本発明に係る内燃機関の排気還流システムによれば、ＥＧＲガスに含まれる水分が吸気系で凝縮することを抑制できる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気還流システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気還流システムを適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、吸気通路３および排気通路４が接続されている。この吸気通路３の途
中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５ａが設けられている。また、コンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が設けられている。このエアフローメータ７により、内燃機関１の吸入空気量が測定される。

コンプレッサハウジング５ａよりも下流の吸気通路３には、吸気と内燃機関１の冷却水とで熱交換を行うインタークーラ８が設けられている。このインタークーラ８は、アルミニウムを主成分とする合金を材料としている。そして、インタークーラ８には第１冷却水通路８１が接続されており、該第１冷却水通路８１には内燃機関１の冷却水が循環している。そして、この第１冷却水通路８１の途中には、該第１冷却水通路８１の流路面積を可変とする第１調節弁８２が設けられている。この第１調節弁８２の開度を変更することにより、インタークーラ８の冷却能力を変更することができる。すなわち、第１調節弁８２の開度を変更することにより、第１冷却水通路８１を流通する冷却水の量を調節することができ、これにより、インタークーラ８における吸気の温度低下の度合いを調節することができる。

また、エアフローメータ７よりも下流で且つコンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量を調節するスロットル９が設けられている。

一方、排気通路４の途中には、前記ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが設けられている。また、タービンハウジング５ｂよりも下流の排気通路４には、パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１０が設けられている。このフィルタ１０にはＮＯx触媒が担持されている。

そして、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部を吸気通路３へ再循環させるＥＧＲ装置３０が備えられている。このＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路３１、ＥＧＲ弁３２、およびＥＧＲクーラ３３を備えて構成されている。

ＥＧＲ通路３１は、フィルタ１０よりも下流の排気通路４と、コンプレッサハウジング５ａとスロットル９との間の吸気通路３と、を接続している。このＥＧＲ通路３１を通って、排気が再循環される。また、ＥＧＲ弁３２は、ＥＧＲ通路３１の通路断面積を変更することにより、該ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスの量を変更する。さらに、ＥＧＲクーラ３３は、ＥＧＲ弁３２よりも排気通路４側に備えられ、該ＥＧＲクーラ３３を通過するＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水とで熱交換をして、該ＥＧＲガスの温度を低下させる。ＥＧＲ通路３１及びＥＧＲクーラ３３は、主にステンレス鋼を材料としている。

ＥＧＲクーラ３３には第２冷却水通路３４が接続されており、該第２冷却水通路３４には内燃機関１の冷却水が循環している。そして、この第２冷却水通路３４の途中には、該第２冷却水通路３４の流路面積を可変とする第２調節弁３５が設けられている。この第２調節弁３５の開度を変更することにより、ＥＧＲクーラ３３の冷却能力を変更することができる。すなわち、第２調節弁３５の開度を変更することにより、第２冷却水通路３４を流通する冷却水の量を調節することができ、これにより、ＥＧＲクーラ３３におけるＥＧＲガスの温度低下の度合いを調節することができる。

そして、インタークーラ８よりも下流の吸気通路３には、該吸気通路３を流通する吸気の温度を測定する吸気温度センサ２１が取り付けられている。なお、本実施例においては吸気温度センサ２１が、本発明における吸気温度推定手段に相当する。

また、ＥＧＲクーラ３３よりも下流で且つＥＧＲ弁３２よりも上流のＥＧＲ通路３１には、該ＥＧＲ通路３１を流通するＥＧＲガスの温度を測定するＥＧＲ温度センサ２２が取り付けられている。なお、本実施例においてはＥＧＲ温度センサ２２が、本発明におけるＥＧＲガス温度推定手段に相当する。

さらに、内燃機関１には、該内燃機関１の冷却水の温度を測定する冷却水温度センサ２３が取り付けられている。なお、本実施例においては冷却水温度センサ２３が、本発明における冷却水温度測定手段に相当する。

また、スロットル９よりも下流で且つコンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の圧力を検出する第１圧力センサ２４が取り付けられている。また、コンプレッサハウジング５ａよりも下流で且つインタークーラ８よりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の圧力を検出する第２圧力センサ２５が取り付けられている。

なお、本実施例では、ＥＧＲクーラ３３から流出するＥＧＲガスの温度を「ＥＧＲクーラ出口温度」と称する。このＥＧＲクーラ出口温度は、ＥＧＲ温度センサ２２により測定される。また、インタークーラ８から流出する吸気の温度を「インタークーラ出口温度」と称する。このインタークーラ出口温度は、吸気温度センサ２１により測定される。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

また、ＥＣＵ２０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１４を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１５、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１６が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ２０には、スロットル９、ＥＧＲ弁３２、第１調節弁８２、第２調節弁３５が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ２０によりこれらの機器が制御される。

そして本実施例では、ＥＧＲクーラ出口温度がインタークーラ出口温度よりも常に低くなるようにＥＧＲクーラ３３を循環する冷却水温度、ＥＧＲガス量、インタークーラ８を循環する冷却水温度の少なくとも１つを制御する。ＥＧＲクーラ３３を循環する冷却水温度を制御することは、ＥＧＲクーラ３３から流出するＥＧＲガスの温度を制御することに等しい。また、インタークーラ８を循環する冷却水温度を制御することは、インタークーラ８から流出する吸気の温度を制御することに等しい。なお、本実施例においてはこのような制御を行うＥＣＵ２０が、本発明における温度調節手段に相当する。

つまり、ＥＧＲクーラ３３にてＥＧＲガス中の水を凝縮させることにより、該ＥＧＲクーラ３３よりも高い温度では水の凝縮が起こり難くなる。そのため、ＥＧＲクーラ出口温度よりもインタークーラ出口温度を高くすることにより、インタークーラ８で水が凝縮することを抑制できる。

また、ＥＧＲクーラ出口温度及びインタークーラ出口温度を以下のようにして決定してもよい。

ここで、ＥＧＲガスまたは吸気に含まれる水分が、水蒸気の状態で存在するのか、または液体の状態で存在するのかは、ガスに含まれる水分量及びガスの温度と関連している。
そして図２は、ガスの温度と水蒸気量との関係を示した図である。水分が水蒸気で存在できるときの最大量を実線で示している。この実線よりも水分量が多くなると、実線を超えた分の水は液体で存在する。そして、温度が高いほど水蒸気の状態で存在する水の量が多くなり、液体の状態で存在する水の量が少なくなる。

そして図２を用いて、インタークーラ出口温度に応じてＥＧＲクーラ出口温度を決定する場合について説明する。ここで、Ａで示される温度はＥＧＲクーラ出口温度であり、Ｂで示される温度はインタークーラ出口温度であり、Ｃで示される温度は本実施例による制御を行わなかったときのＥＧＲクーラ出口温度である。

先ず、インタークーラ出口温度を測定し、その値を図２へ代入することにより、その温度において水分が水蒸気の状態で存在できる最大の量（以下、最大水蒸気量という。）を得ることができる。すなわち、図２中のＢで示される温度に対して、Ｄで示される最大水蒸気量を得ることができる。

そして、インタークーラ８を通過する吸気中の水分が、このＤで示される最大水蒸気量よりも少なければ、該インタークーラ８にて水が凝縮することを抑制できる。

そこで本実施例では、インタークーラ８を通過する吸気中の水分が最大水蒸気量よりも少なくなるように、ＥＧＲガス中の水分量を調節する。ここで本実施例では、新気中の水分量を減少させる手段を持たないため、大気の湿度に応じた量の水分はそのままインタークーラ８を通過する。そのため、本実施例では、インタークーラ出口温度に対する最大水蒸気量Ｄから新気中の最大水蒸気量Ｍａｉｒを減じた水分量よりも、ＥＧＲガス中の水分量が少なくなるようにしている。つまり、インタークーラ出口温度を図２へ代入して得られる最大水蒸気量Ｄから、新気中の最大水蒸気量Ｍａｉｒを減じることにより、ＥＧＲガス中で許容される水分量（以下、許容水蒸気量という。）Ｍｌｐｌを得ることができる。

そして、ＥＧＲクーラ３３を通過する水分量が、許容水蒸気量Ｍｌｐｌ以下となるようにＥＧＲクーラ３３の温度を調節する。つまり、許容水蒸気量Ｍｌｐｌよりも多い水分は、ＥＧＲクーラ３３にて凝縮させる。具体的には、許容水蒸気量Ｍｌｐｌが、ＥＧＲクーラ出口温度に対する最大水蒸気量と等しくなる温度（図２中のＡに相当）を、図２に基づいて得る。そして、ＥＧＲクーラ出口温度が、図２中のＡで示される温度となるように、第２調節弁３５の開度を調節する。このように、ＥＧＲクーラ出口温度を低下させることにより、ＥＧＲガスに含まれる水分量を、許容水蒸気量Ｍｌｐｌまで減少させることができる。

ここで、ＥＧＲクーラ出口温度は通常、Ｃで示される温度となっているため、このときにはＥＧＲガス中にＥで示されるだけの水分が含まれている。そして、ＥＧＲクーラ出口温度をＡで示される温度まで低下させることにより、Ｅで示される水分量から許容水蒸気量Ｍｌｐｌを減じた分の水分がＥＧＲクーラ３３にて凝縮する。なお、ＥＧＲクーラ３３やＥＧＲ通路３１は、ステンレス鋼を主な材料としているため、凝縮水が発生したとしても腐食し難い。

なお、ＥＧＲ弁３２の開度を変更することによりＥＧＲクーラ出口温度を調節してもよい。つまり、ＥＧＲガスの流量を少なくすることにより、ＥＧＲクーラ３３にてＥＧＲガスがより冷却されるようになるため、該ＥＧＲガスの温度が低下する。これにより、ＥＧＲガス中の水分をより多く凝縮させることができる。

次に図３は、インタークーラ８において凝縮水が発生することを抑制するためのフローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、内燃機関１の運転状態が検出される。例えば機関回転数、燃料噴射量、ＥＧＲ弁３２の開度等が検出される。これらは、ＥＧＲガスを再循環させることができる状態であるのかを判定するために検出される。

ステップＳ１０２では、ＥＧＲガスが再循環されているか否か判定される。本実施例におけるＥＧＲガスは、低負荷・低回転から中負荷・中回転のときに再循環されるため、このような運転状態であるか否か判定される。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０３では、インタークーラ出口温度ＴＨＡ１が、ＥＧＲクーラ出口温度ＴＨＡ２よりも低いか否か判定される。すなわち、凝縮水が発生する虞があるか否か判定される。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０４では、許容水蒸気量Ｍｌｐｌが算出される。先ず、インタークーラ出口温度を図２に代入して、インタークーラ８における最大水蒸気量Ｍｍａｘを算出する。なお、インタークーラ８では、ターボチャージャ５により圧縮されたガスが流通しているため、以下のようにして大気圧換算する。
Ｍｍａｘ＝Ｍ／（Ｐ３／Ｐ１）
但し、Ｍはインタークーラ８における実際の温度及び圧力での最大水蒸気量である。また、Ｐ１はコンプレッサハウジング５ａよりも上流で且つスロットル９よりも下流の吸気の圧力（すなわち、第１圧力センサ２４で得られる圧力）であり、Ｐ３はコンプレッサハウジング５ａよりも下流で且つインタークーラ８よりも上流の吸気の圧力（すなわち、第２圧力センサ２５で得られる圧力）である。

ここで、一般的に飽和水蒸気量は、温度が高くなるほど増加し、圧力が高くなるほど減少する。そして、本実施例のようにターボチャージャ５で過給を行なっている場合には、インタークーラ８を通過する吸気の圧力は大気圧よりも高くなる。インタークーラ８を通過する吸気と大気とで温度が等しいとすると、インタークーラ８での飽和水蒸気量は、大気圧での飽和水蒸気量よりも少なくなる。つまり、インタークーラ８にて凝縮水を発生させないためには、吸気中の水分がインタークーラ８における最大水蒸気量よりも少なくなるようにする必要がある。

例えば温度２５℃で且つ大気圧における飽和水蒸気量は、２３ｇ／ｍ^３であるから、吸気中の水分が２３ｇ／ｍ^３以上であれば、その水分は液体となる。

一方、温度２５℃で且つ大気圧状態のときに飽和状態の水蒸気を圧縮（例えば圧力を３倍）とすると、２３×（１／３）＝７．７ｇ／ｍ^３が飽和水蒸気量となり（２３−７．７）＝１５．３ｇ／ｍ^３が液体の水となる。よって、インタークーラ８にて水を凝縮させないようにするためには、新気とＥＧＲガスとを加えた吸気中の水蒸気量を７．７ｇ／ｍ^３以下にする必要がある。

そして、内燃機関１の運転条件に基づいて、新気中の最大水蒸気量Ｍａｉｒを算出する。例えばエアフローメータ７に湿度センサを併設する。そして、新気中の湿度を測定し、該測定値とエアフローメータ７により得られる新気量とから新気中の最大水蒸気量Ｍａｉｒを算出することができる。また、温度と湿度とにはある程度の相関関係があるため、エアフローメータ７に温度センサを併設し、該温度センサにより得られる新気の温度から湿度を算出することもできる。ここで、図４は、温度と湿度との推移を例示したタイムチャ
ートである。実線が湿度を示し、破線が温度を示している。この関係に基づけば、温度を測定することにより湿度を得ることができる。そして、湿度を得ることができれば、上述のようにして新気中の最大水蒸気量Ｍａｉｒを算出することができる。

このようにして新気中の最大水蒸気量Ｍａｉｒを算出し、次いで以下のようにして許容水蒸気量Ｍｌｐｌを算出する。
Ｍｌｐｌ＋Ｍａｉｒ＜Ｍｍａｘ
すなわち、Ｍｌｐｌ＜Ｍｍａｘ−Ｍａｉｒ

つまり、許容水蒸気量Ｍｌｐｌと、新気中の最大水蒸気量Ｍａｉｒと、の総量が、インタークーラ８における最大水蒸気量Ｍｍａｘよりも少なくなるようにする。このようにして許容水蒸気量Ｍｌｐｌを得ることができる。

ステップＳ１０５では、冷却水温度Ｔｗが所定値以上であるか否か判定される。この所定値とは、暖機が完了しているとされる冷却水温度である。すなわち、冷却水温度Ｔｗが所定値に達していない場合には、ＥＧＲガスの温度が低くなりすぎて、これにより吸気の温度が低くなりすぎるため、気筒２内での燃焼状態が悪化する虞がある。これにより、エミッションが悪化する虞があるため、冷却水温度Ｔｗが所定値未満のときには、ＥＧＲ出口温度を低下させる代わりに、インタークーラ出口温度を上昇させる。

ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０６では、ＥＧＲクーラ出口温度の目標温度ＴＨＡ２’が算出される。すなわち、ステップＳ１０４で算出される許容水蒸気量Ｍｌｐｌを図２へ代入することにより、目標温度ＴＨＡ２’が算出される。

ステップＳ１０７では、実際のＥＧＲクーラ出口温度ＴＨＡ２が、目標温度ＴＨＡ２’となるように、第２冷却水通路３４を流通する冷却水量Ｑｗ２を増加させる。つまり、第２調節弁３５の開度を調節する。または、ＥＧＲ通路３１を流通するＥＧＲガス量を減少させる。つまり、ＥＧＲ弁３２の開度を調節する。

すなわち、ＥＧＲクーラ３３を循環する冷却水量を増加させることにより、ＥＧＲガスがより冷却される。これにより、ＥＧＲクーラ３３にて、より多くの水分が凝縮する。また、ＥＧＲクーラ３３を通過するＥＧＲガス量を減少させることにより、ＥＧＲガスがより冷却される。これによっても、ＥＧＲクーラ３３にて、より多くの水分が凝縮する。これらは、同時に行なっても良い。

ステップＳ１０８では、インタークーラ出口温度の目標温度ＴＨＡ１’が算出される。本ステップでは、インタークーラ出口温度を調節することにより、インタークーラ８にて水が凝縮することを抑制する。すなわち、インタークーラ出口温度を高くすることにより、インタークーラ８における最大水蒸気量を増加させることができるため、水の凝縮を抑制できる。なお、ＥＧＲクーラ出口温度よりもインタークーラ出口温度が高くなるように目標温度ＴＨＡ１’が設定される。

ステップＳ１０９では、実際のインタークーラ出口温度ＴＨＡ１が、目標温度ＴＨＡ１’となるように、第１冷却水通路８１を流通する冷却水量Ｑｗ１を減少させる。つまり、第１調節弁８２の開度を調節する。

このようにして、インタークーラ８にて水が凝縮することを抑制できるため、インター
クーラ８が腐食することを抑制できる。

ここで、ＥＧＲクーラ３３及びＥＧＲ通路３１はステンレス鋼を主な材料としているため腐食し難いが、インタークーラ８や吸気通路３では、軽量化や性能向上のためにアルミニウム合金を材料としているため腐食し易い。つまり、ＥＧＲクーラ３３にて多くの水を凝縮させることにより、インタークーラ８が腐食することを抑制できる。なお、ＥＧＲ通路３１に傾斜を付ける等して、該ＥＧＲ通路３１に凝縮水が溜まらないようにしてもよい。

また、ＥＧＲクーラ出口温度の低下を必要最小限に抑えることができるため、冷却水温度の上昇を抑制することができる。これにより、内燃機関１の過熱を抑制したり、インタークーラ８における冷却効率の低下を抑制したりできる。また、吸気温度が低下しすぎることによるエミッションの悪化を抑制できる。

ＥＧＲガスを減量させる場合にも必要最小限に抑えることができるため、エミッションの悪化を抑制できる。

また、冷却水温度が低いときにはインタークーラ出口温度を上昇させるようにしたので、エミッションの悪化を抑制できる。

実施例に係る内燃機関の排気還流システムを適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。ガスの温度と水蒸気量との関係を示した図である。インタークーラにおいて凝縮水が発生することを抑制するためのフローを示したフローチャートである。温度と湿度との推移を例示したタイムチャートである。

符号の説明

１内燃機関
２気筒
３吸気通路
４排気通路
５ターボチャージャ
５ａコンプレッサハウジング
５ｂタービンハウジング
７エアフローメータ
８インタークーラ
９スロットル
１０パティキュレートフィルタ
１４アクセルペダル
１５アクセル開度センサ
１６クランクポジションセンサ
２０ＥＣＵ
２１吸気温度センサ
２２ＥＧＲ温度センサ
２３冷却水温度センサ
２４第１圧力センサ
２５第２圧力センサ
３０ＥＧＲ装置
３１ＥＧＲ通路
３２ＥＧＲ弁
３３ＥＧＲクーラ
３４第２冷却水通路
３５第２調節弁
８１第１冷却水通路
８２第１調節弁

Claims

内燃機関の排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記コンプレッサよりも上流の吸気通路と前記排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記コンプレッサよりも下流の吸気通路に設けられるインタークーラと、
前記ＥＧＲ通路に設けられるＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲクーラから流出するＥＧＲガスの温度を推定するＥＧＲガス温度推定手段と、
前記インタークーラから流出する吸気の温度を推定する吸気温度推定手段と、
前記インタークーラから流出する吸気中に水蒸気の状態で存在可能な水分の最大量であって前記吸気温度推定手段により推定される温度に対応した最大水蒸気量よりも、前記ＥＧＲクーラから流出するＥＧＲガスと前記コンプレッサから流出して前記インタークーラへ流入する新気とを合わせた吸気中の水分の量が少なくなるように、前記インタークーラまたは前記ＥＧＲクーラの少なくとも一方の能力を調節する温度調節手段と、
前記内燃機関の冷却水の温度を測定する冷却水温度測定手段と、
を備え、
前記インタークーラは前記内燃機関の冷却水と吸気とで熱交換を行い、前記ＥＧＲクーラは前記内燃機関の冷却水とＥＧＲガスとで熱交換を行い、
前記温度調節手段は、
前記冷却水温度測定手段により測定される冷却水の温度が所定温度よりも低い場合には、前記ＥＧＲクーラから流出するＥＧＲガスの温度は変更せず、且つ、冷却水の温度が所定温度以上の場合よりも前記インタークーラから流出する吸気の温度を高くし、
前記冷却水温度測定手段により測定される冷却水の温度が所定温度以上の場合には、前記インタークーラから流出する吸気の温度は変更せずに前記ＥＧＲクーラから流出するＥＧＲガスの温度を変更することを特徴とする内燃機関の排気還流システム。
前記温度調節手段は、前記ＥＧＲガス温度推定手段により推定される温度が前記吸気温度推定手段により推定される温度よりも低くなるように、前記ＥＧＲクーラから流出するＥＧＲガスの温度または前記インタークーラから流出する吸気の温度の少なくとも一方を調節することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流システム。