JP5382368B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本願発明は、過給機によって加圧された吸気を冷却するためのインタークーラを備えたエンジンの制御装置に関する。

過給機（ターボチャージャ等）を備えたエンジンは、一般的に、過給機によって加圧された吸気を冷却するためのインタークーラを吸気通路に備えている。また過給機を備えたエンジンには、排ガスの一部を吸気通路に環流させて新気と共に再燃焼させる排気再循環（ＥＧＲ）装置を備えたものがある。

このような構成のエンジンでは、インタークーラ内において吸気を冷却する際に水分が凝縮されて凝縮水が生成される。排気再循環により吸気通路に供給されるＥＧＲガスは温度が比較的高いこともあり水分が水蒸気として比較的多く含まれている。このためＥＧＲガスを含む吸気の場合、特に、インタークーラ内において凝縮水が生成され易い。そして、この凝縮水が燃焼室内に一気に流れ込むと、いわゆるウォータハンマ現象等の発生によってエンジンが損傷してしまう虞がある。このため、インタークーラ内で凝縮水の生成量は、極力少ないことが好ましい。

凝縮水の生成を抑制するために、例えば、排ガスの一部を環流させるためのＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを設けてＥＧＲガスを冷却し、ＥＧＲクーラを通過するＥＧＲガス中の水分量が、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小さくなるように、ＥＧＲクーラから流出するＥＧＲガスの温度や量を調整するようにしたものがある（特許文献１参照）。

ところで、理論上はインタークーラ出口での吸気の相対湿度が１．０を超えると凝縮水が生成され始めることになる。したがって、インタークーラ内で凝縮水が生成されないようにするためには、理論上、インタークーラ出口での吸気の相対湿度が１．０未満となるようにする必要がある。例えば、特許文献１に係る発明においても、インタークーラ出口での吸気の相対湿度が１．０未満となるようにＥＧＲガスの温度や量が制御されていると考えられる。このようにＥＧＲガスの温度や量を制御すれば凝縮水の生成を防止することはできる。

特開２００９−５２４８６号公報

上述のように吸気の相対湿度が１．０未満となるようにするために、例えば、ＥＧＲガスの量を大幅に減らすことが考えられる。これにより凝縮水の生成を防止することはできる。しかしながら、それに伴いＮＯｘの排出量が増加してしまうため、ＥＧＲガスの制限は最小限に抑えることが望ましい。また、例えば、インタークーラの冷却効率を大幅に低減することによっても、吸気の相対湿度を抑えることはできる。しかしながら、吸気マニホールド内の温度上昇による排ガスの悪化や、インタークーラの容量低減による出力の低下等の問題が生じる虞がある。

したがって、インタークーラ出口での吸気の相対湿度は、凝縮水が生成されない程度に可及的に大きい値に維持されていることが好ましい。

ここで、本願発明者は、インタークーラにおける凝縮水の生成について誠意研究を重ねた結果、インタークーラ出口での吸気の相対湿度が１．０を超えても所定範囲内であれば、凝縮水が水滴としては生成されないことを知見した。すなわち相対湿度が１．０を超えても所定範囲内であれば、凝縮水は生成されないか、生成されていたとしても水滴にはならない程度（インタークーラ内に溜まることがない程度）の微量であることを知見した。さらに本願発明者は、凝縮水が水滴として生成されない上記所定範囲が、インタークーラ内を通過する際の吸気の流量（流速）に応じて変化することを知見した。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、排ガスの悪化等の問題を抑制しつつインタークーラ内で生成される凝縮水によるエンジンの損傷を防止することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、吸気を過給する過給機よりも下流側の吸気通路に設けられるインタークーラを備えるエンジンを制御するエンジンの制御装置であって、前記インタークーラ出口における吸気の水蒸気圧に基づいて当該吸気の相対湿度を算出する相対湿度算出手段と、前記インタークーラを通過する吸気の流量に基づいて、当該インタークーラ内に凝縮水の液滴が生成され始める値である前記相対湿度の限界値を設定する限界値設定手段と、前記相対湿度算出手段によって算出された相対湿度が前記限界値設定手段によって設定された相対湿度の限界値を超えないように前記インタークーラに吸気を流入させる吸気制御手段と、を備え、前記相対湿度の限界値は、１．０よりも大きく、且つ、前記インタークーラを通過する吸気の流量が増加するに伴って大きくなる値であることを特徴とするエンジンの制御装置にある。

かかる第１の態様では、吸気の相対湿度を１．０よりも大きい値としても、インタークーラ内における凝縮水の生成を実質的に防止できる。したがって、排ガスの悪化等の問題を抑制しつつ凝縮水によるエンジンの損傷を防止することができる。

本発明の第２の態様は、前記過給機よりも下流側の排気通路と前記過給機よりも上流側の前記吸気通路とを接続するＥＧＲ流路を備え、前記吸気制御手段は、前記相対湿度が前記限界値を超えない程度に前記ＥＧＲ流路から前記吸気通路に供給されるＥＧＲガス量を変化させることを特徴とする第１の態様のエンジンの制御装置にある。

かかる第２の態様では、ＥＧＲガス量を変化させること、インタークーラでの凝縮水の生成をより確実に効率的に抑制することができる。

本発明の第３の態様は、前記吸気制御手段は、前記相対湿度が前記限界値を超えない程度に前記インタークーラの冷却効率を変化させることを特徴とする第１又は２の態様のエンジンの制御装置にある。

かかる第３の態様では、インタークーラの冷却効率を変化させることで、インタークーラでの凝縮水の生成をより確実に効率的に抑制することができる。

かかる本発明では、インタークーラ出口における吸気の相対湿度を１．０よりも大きい値としても、インタークーラにおける凝縮水の生成を実質的に防止できる。すなわち、従来に比べて吸気の相対湿度を高く維持しつつ、凝縮水の生成を実質的に防止できる。したがって、排ガスの悪化等の問題を抑制しつつ凝縮水によるエンジンの損傷を防止することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置の概略構成を示すブロック図である。 吸気の流量と飽和水蒸気圧との関係を規定するマップの一例を示す図である。 吸気の流量と凝縮水の水滴が生成され始める相対湿度との関係を規定したマップの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る凝縮水抑制制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム１０は、直列に配置された４つの気筒（燃焼室）１１を備える直列４気筒のディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）１２を備える。各気筒１１の吸気ポート（図示なし）には、吸気マニホールド１３が接続され、吸気マニホールド１３には吸気管（吸気通路）１４が接続されている。一方、各気筒１１の排気ポート（図示なし）には、排気マニホールド１５が接続され、排気マニホールド１５には排気管（排気通路）１６が接続されている。

また各気筒１１に対応して燃料を噴射するためのインジェクタ（燃料噴射弁）１７が設けられており、各インジェクタ１７はそれぞれコモンレール１８に接続されている。なおコモンレール１８には、図示しないがサプライポンプ（高圧ポンプ）を介して燃料タンクに接続されている。このサプライポンプによって燃料タンクから燃料が圧送され、コモンレール１８内の高圧の燃料がインジェクタ１７から各気筒１１内に噴射されるようになっている。

吸気管１４及び排気管１６の途中には、ターボチャージャ（過給機）１９が設けられている。ターボチャージャ１９は、エンジン１２から排ガスが流れ込むと、排ガスの流れによってタービンが回転し、このタービンの回転に伴ってコンプレッサが回転して吸気管１４からターボチャージャ１９内に空気が吸い込まれて加圧されるようになっている。

ターボチャージャ１９の上流側の吸気管１４には、エアクリーナ２０と、第１のスロットルバルブ２１と、が設けられている。エアクリーナ２０には吸気の湿度を検出する湿度センサ２２が設けられている。なお第１のスロットルバルブ２１は、エアクリーナ２０を通過した新気の量（新気量）を調整すると共に、この調整によって、後述する低圧ＥＧＲ管を介して吸気管１４に導入される排ガス量（低圧ＥＧＲガス量）を間接的に調整する。またエアクリーナ２０の下流側には、吸気流量を検出するエアフローセンサ２３が設けられている。このエアフローセンサ２３は、本実施形態では温度検出機能を備えており、吸気流量と共に吸気温度を検出する。

ターボチャージャ１９の下流側の吸気管１４には、ターボチャージャ１９での加圧により温度が上昇した吸気を冷却するインタークーラ２４が配されている。インタークーラ２４の出口付近には、吸気の温度を検出する温度検出手段である温度センサ２５が設けられている。インタークーラ２４の下流側の吸気管１４には、電動アクチュエータの駆動により吸気管１４を開閉する第２のスロットルバルブ２６が設けられている。

第２のスロットルバルブ２６は、インタークーラ２４を通過した吸気量（新気量＋低圧ＥＧＲガス量）を調整するとともに、この調整によって、後述する高圧ＥＧＲ管を介して吸気管１４に導入される排ガス量（高圧ＥＧＲガス量）を間接的に調整する。

吸気管１４の第２のスロットルバルブ２６よりも下流側には、高圧の排ガス（高圧ＥＧＲガス）が環流する高圧ＥＧＲ管２７の一端が接続されている。高圧ＥＧＲ管２７の他端は、排気管１６のターボチャージャ１９よりも上流側に接続されている。高圧ＥＧＲ管２７には高圧ＥＧＲクーラ２８が設けられ、高圧ＥＧＲ管２７の吸気管１４との接続部分には高圧ＥＧＲ弁２９が設けられている。この高圧ＥＧＲ弁２９が開弁することで、排気管１６のターボチャージャ１９よりも上流側を流れる高圧の排ガスの一部が高圧ＥＧＲ管２７に流れ込み、高圧ＥＧＲクーラ２８によって冷却された後、吸気管１４に供給されるようになっている。

なお吸気管１４の高圧ＥＧＲ管２７よりも下流側には、吸気の空燃比を検出する空燃比検出手段であるリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）３０が設けられている。吸気マニホールド１３には、その内部の圧力を検出する圧力検出手段であるブースト圧センサ３１が設けられている。

また排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側には、排気浄化用触媒であるディーゼル酸化触媒（以下、単に「酸化触媒」という）３２と、排気浄化用フィルタであるディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter：以下、「ＤＰＦ」と称する）３３とが上流側から順に配されている。

排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側、本実施形態ではＤＰＦ３３の下流側には、低圧の排ガスの一部（低圧ＥＧＲガス）が環流する低圧ＥＧＲ管３４の一端が接続されている。低圧ＥＧＲ管３４の他端は、ターボチャージャ１９とスロットルバルブ２１との間で、吸気管１４に接続されている。この低圧ＥＧＲ管３４には、高圧ＥＧＲ管２７の場合と同様に、低圧ＥＧＲクーラ３５及び低圧ＥＧＲ弁３６が設けられている。そして低圧ＥＧＲ弁３６が開弁することで、排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側を流れる低圧の排ガスの一部（低圧ＥＧＲガス）が低圧ＥＧＲクーラ３５によって冷却されて吸気管１４に供給されるようになっている。

また低圧ＥＧＲ管３４の両端部には、差圧検出手段である差圧センサ３７が設けられている。この差圧センサ３７は、吸気管１４のターボチャージャ１９よりも上流側の圧力と、排気管１６のターボチャージャ１９よりも下流側の圧力との差圧を検出する。すなわち差圧センサ３７の検出結果から低圧ＥＧＲ管３４を流れる低圧ＥＧＲガスの流速や流量等が求められる。

また、このようなエンジンシステム１０をエンジン１２は、ＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０によって制御されている。ＥＣＵ４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等で構成され、上記の各種センサからの信号に基づいてエンジン１２の総合的な制御を行う。すなわち本実施形態に係るエンジン１２の制御装置は、このようなＥＣＵ４０と各種センサ類とによって構成されている。

ＥＣＵ４０の入力側には、上述したエアフローセンサ２３、ＬＡＦＳ３０、ブースト圧センサ３１、湿度センサ２２、温度センサ２５、差圧センサ３７の他、エンジン１２のクランク角を検出するクランク角センサ等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。一方、ＥＣＵ４０の出力側には、インジェクタ１７、第１及び第２のスロットルバルブ２１，２６、高圧ＥＧＲ弁２９及び低圧ＥＧＲ弁３６等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、上記のような各種センサ類によって検出された検出情報に基づきＥＣＵ４０で演算された燃料噴射量、バルブ開度等の各種情報がそれぞれ出力される。

そして、このようなＥＣＵ４０と各種センサ類とで構成される本実施形態に係るエンジンの制御装置では、エンジン１２の運転状態に応じた所望の空燃比となるようにインジェクタ１７の開弁時期等を制御すると共に、以下に詳述するように、第１及び第２のスロットルバルブ２１，２６や、高圧及び低圧ＥＧＲ弁２９，３６等の作動を適宜制御することで、インタークーラ２４における凝縮水の生成を効率的に抑制している。

以下、本実施形態に係るエンジンの制御装置によるインタークーラにおける凝縮水の生成を抑制する制御（凝縮水抑制制御）について説明する。図２に示すように、ＥＣＵ４０は、空燃比制御手段４１と、相対湿度算出手段４２と、限界値設定手段４３と、吸気制御手段４４とを備えている。

空燃比制御手段４１は、吸気の空燃比が所定値になるように燃料噴射弁量を制御する。本実施形態では、空燃比制御手段４１は、エンジン１２の運転状態に応じた吸気の目標空燃比を設定し、ＬＡＦＳ３０の検出結果に基づいて、実際の吸気の空燃比が目標空燃比となるようにインジェクタ１７から噴射される燃料の量を適宜制御する。

相対湿度算出手段４２は、インタークーラ２４の出口付近における吸気の相対湿度を算出する。吸気の相対湿度とは、インタークーラ２４の出口付近における吸気に含まれる水蒸気圧（Ｙ）と、飽和水蒸気圧（Ｘ）との比（Ｙ／Ｘ）で表される値である。

ここで、吸気の相対湿度（Ｙ／Ｘ）の算出方法の一例について説明する。

まず飽和水蒸気圧（Ｘ）は、温度センサ２５の検出結果に基づいて、例えば、図３に示すような温度と飽和水蒸気圧との関係を規定した所定のマップから求められる。

一方、水蒸気圧（Ｙ＝Ｐ_{Ｈ２Ｏ＿ＩＣ}）は、インタークーラ通過水分量（Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＩＣ}［ｍｇ／ｓｔ］）と、インタークーラガス量（Ｍ_ＩＣ［ｍｇ／ｓｔ］）と、吸気マニホールド圧（Ｐ_ＩＭ［ｋＰａ］）とから、下記式（１）によって算出される。なお本実施形態では、水のモル質量（Ｇ_Ｈ２Ｏ）は１８［ｇ／ｍｏｌ］とし、外気（空気）のモル質量（Ｇ_ＡＩＲ）は２８．８［ｇ／ｍｏｌ］としている。
Ｐ_{Ｈ２Ｏ＿ＩＣ}＝（Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＩＣ}／１８）／（Ｍ_ＩＣ／２８．８）×Ｐ_ＩＭ （１）

ここで、吸気マニホールド圧（Ｐ_ＩＭ）は、ブースト圧センサ３１によって検出される。またインタークーラ通過水分量（Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＩＣ}［ｍｇ／ｓｔ］）は、外気（空気）の水分量（Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＡＩＲ}［ｍｇ／ｓｔ］）と低圧ＥＧＲガスの水分量（Ｍ（ｎ）_{Ｈ２Ｏ＿ＥＧＲ}［ｍｇ／ｓｔ］とから、下記式（２）によって算出される。
Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＩＣ}＝Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＡＩＲ}＋Ｍ（ｎ）_{Ｈ２Ｏ＿ＥＧＲ} （２）

外気の水分量（Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＡＩＲ}）は、空気（外気）の密度（ρ_a [ｋｇ/ｍ^３]）と、飽和水蒸気の密度（ρ_ｗｓ [ｋｇ/ｍ^３]）と、外気相対湿度（ＲＨ［％］）と、吸入空気量（Ｍ_ＡＩＲ［ｍｇ／ｓｔ］）とから、下記式（３）によって算出される。
Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＡＩＲ}＝（ρ_ｗｓ／ρ_a）×（ＲＨ／１００）×Ｍ_ＡＩＲ （３）

飽和水蒸気の密度（ρ_ｗｓ）は、エアフローセンサ２３の検出結果（外気温）に基づいて所定のマップ等から算出される。また外気相対湿度（ＲＨ）は、湿度センサ２２によって検出され、吸入空気量（Ｍ_ＡＩＲ）はエアフローセンサ２３によって検出される。

低圧ＥＧＲガスの水分量（Ｍ（ｎ）_{Ｈ２Ｏ＿ＥＧＲ}［ｍｇ／ｓｔ］）は、排ガス中の水分質量割合（Ｒ_{Ｈ２Ｏ＿ＥＸ}）と、全低圧ＥＧＲガス質量（Ｍ_ＥＧＲ［ｍｇ／ｓｔ］）とから、下記式（４）によって算出される。
Ｍ（ｎ）_{Ｈ２Ｏ＿ＥＧＲ}＝Ｒ_{Ｈ２Ｏ＿ＥＸ}×Ｍ_ＥＧＲ （４）

また排ガス中の水分質量割合（Ｒ_{Ｈ２Ｏ＿ＥＸ}）は、排ガスの水分量（Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＥＸ}［ｍｇ／ｓｔ］）と排ガスの質量（Ｍ_ＥＸ［ｍｇ／ｓｔ］）とから、下記式（５）によって算出される。
Ｒ_{Ｈ２Ｏ＿ＥＸ}＝Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＥＸ}／Ｍ_ＥＸ （５）

排ガスの水分量（Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＥＸ}）は、前回算出された低圧ＥＧＲガスの水分量（Ｍ（ｎ−１）_{Ｈ２Ｏ＿ＥＧＲ}）と、外気の水分量（Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＡＩＲ}）と、筒内における燃焼時に生成される水分量（燃焼生成水分量：Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＢＵＲＮ}）とを合計した値であり、下記式（６）で表される。
Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＥＸ}＝Ｍ（ｎ−１）_{Ｈ２Ｏ＿ＥＧＲ}＋Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＡＩＲ}＋Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＢＵＲＮ} （６）

排ガスの質量（Ｍ_ＥＸ）は、吸入空気量（Ｍ_ＡＩＲ）と、インジェクタ１７から各筒内に投入される投入燃料量（Ｍ_ＦＵＥＬ）と、低圧ＥＧＲガスの質量（Ｍ_ＥＧＲ）とを合計した値であり、下記式（７）で表される。
Ｍ_ＥＸ＝Ｍ_ＡＩＲ＋Ｍ_ＦＵＥＬ＋Ｍ_ＥＧＲ （７）

なお吸入空気量（Ｍ_ＡＩＲ）は、エアフローセンサ２３によって検出され、投入燃料量（Ｍ_ＦＵＥＬ）は、空燃比制御手段４１によって設定される目標燃料噴射量であり、低圧ＥＧＲガスの質量（Ｍ_ＥＧＲ）は、下記式（８）によって算出される。
Ｍ_ＥＧＲ＝［Ｓ×（２×ΔＰ×ρ_a）＾０．５］／（２×Ｎｅ） （８）
（Ｓ：低圧ＥＧＲ弁開度に応じた等価開口面積、ΔＰ：差圧（差圧センサの検出結果）、ρ_a：空気密度、Ｎｅ：エンジン回転数）

そして上記式（４）〜（７）より、低圧ＥＧＲガスの水分量（Ｍ（ｎ）_{Ｈ２Ｏ＿ＥＧＲ}）は、下記式（９）で表されることになる。
Ｍ（ｎ）_{Ｈ２Ｏ＿ＥＧＲ}＝［（Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＡＩＲ}＋Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＢＵＲＮ}）／（Ｍ_ＡＩＲ＋Ｍ_ＦＵＥＬ）］×Ｍ_ＥＧＲ （９）

また燃焼生成水分量（Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＢＵＲＮ}）は、使用燃料をＣＨ比１．８７５のＣ_１６Ｈ_３０と仮定して、下記式（１０）によって算出する。なお使用燃料のモル質量（Ｇ_{Ｃ１６Ｈ３０}）を２２２［ｇ／ｍｏｌ］とし、水のモル質量（Ｇ_Ｈ２Ｏ）を１８［ｇ／ｍｏｌ］とする。この値は、使用する燃料性状に応じて適宜変化させてもよい。
Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＢＵＲＮ}＝１５×（Ｇ_Ｈ２Ｏ／Ｇ_{Ｃ１６Ｈ３０}）×Ｍ_ＦＵＥＬ （１０）

そして、上記式（１）〜式（１０）によって、インタークーラ２４の出口付近における吸気に含まれる水蒸気圧（Ｙ＝Ｐ_{Ｈ２Ｏ＿ＩＣ}）が算出され、算出された上記水蒸気圧（Ｙ）と、飽和水蒸気圧（Ｘ）とから、インタークーラ２４の出口付近における相対湿度（Ｙ／Ｘ）が算出される。

限界値設定手段４３は、インタークーラ２４を通過する吸気の流量に基づいて、インタークーラ２４内に凝縮水の水滴が生成され始める相対湿度（Ｙ／Ｘ）の限界値を設定する。換言すれば、限界値設定手段４３は、凝縮水の水滴が生成されない範囲の上限値を設定する。なお凝縮水の水滴が生成されないとは、凝縮水が生成されないか、生成されていたとしても水滴にはならない程度（インタークーラ内に溜まることがない程度）の微量であることを言う。

さらに限界値設定手段４３が設定する相対湿度の限界値は、１．０よりも大きく、且つ、インタークーラ２４を通過する吸気の流量が増加するに伴って大きくなる値である。

ここで、理論上は吸気の相対湿度が１．０よりも大きくなると凝縮水が生成されるはずであるが、本願発明者は、インタークーラ２４出口での吸気の相対湿度が１．０を超えても所定範囲内であれば、凝縮水が水滴としては生成されないことを知見した。本願発明は、このような知見に基づくものであり、従来技術とは相違する全く新規なものである。

なお、相対湿度の限界値の設定は、エアフローセンサ２３の検出結果と、例えば、図４に示すようなインタークーラ２４を通過する吸気の流量とインタークーラ２４内に凝縮水の水滴が生成され始める相対湿度との関係を規定した所定のマップとに基づいて行われる。

吸気制御手段４４は、相対湿度算出手段４２によって算出された相対湿度（Ｙ／Ｘ）が、限界値設定手段４３によって設定された限界値を超えないようにインタークーラ２４に吸気を流入させる。例えば、本実施形態に係る吸気制御手段４４は、低圧ＥＧＲ管３４を介して吸気管１４に環流される低圧ＥＧＲガス量を変化させる制御を行うことで、相対湿度（Ｙ／Ｘ）が限界値を超えないようにインタークーラ２４に吸気を流入させている。

このように相対湿度の限界値を超えないようにインタークーラ２４に吸気を流入させることにより、インタークーラにおける凝縮水の生成を効率的に防止することができる。すなわち相対湿度の限界値に応じてインタークーラ２４に流入させる吸気の流量（流速）を適宜調整することにより、インタークーラ２４出口における吸気の相対湿度を１．０よりも大きい値としても、インタークーラにおける凝縮水の生成を実質的に防止することができる。したがって、排ガスの悪化等の問題を抑制しつつ凝縮水によるエンジンの損傷を防止することができる。

なお吸気制御手段４４は、低圧ＥＧＲガス量の制御に加えて、或いは低圧ＥＧＲガス量の制御に代えて、インタークーラ２４の冷却効率を変化させる制御を行うことようにしてもよい。すなわち吸気制御手段４４は、相対湿度が限界値を超えない程度にインタークーラ２４の冷却効率を高めるようにしてもよい。なおインタークーラ２４の冷却効率を変化させる方法は、特に限定されないが、例えば、インタークーラ２４に熱交換器の面積を変化させるためのシャッタを設けておき、このシャッタの開閉により冷却効率を変化させることができる。

以下、図５のフローチャートを参照して本実施形態に係るインタークーラにおける凝縮水抑制制御についてさらに説明する。

図５に示すように、まずエンジン１２が始動されると、ステップＳ１でエアクリーナ２０に設けられている湿度センサ２２によって外気湿度が検出される。ステップＳ２では、吸気温度が検出され、ステップＳ３では新気流量が検出される。本実施形態では、エアフローセンサ２３が温度検出機能を備えているため、エアフローセンサ２３によって吸気温度及び新気流量が検出される。

次いでステップＳ４で吸気の水分量（Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＡＩＲ}）が算出される。具体的には、まずはステップＳ２で検出された吸気温度から、上述したように図３に示すようなマップに基づいて飽和水蒸気圧Ｍ_{ＳＴ＿ＡＩＲ}が算出される。そしてこの飽和水蒸気圧Ｍ_{ＳＴ＿ＡＩＲ}と、ステップＳ３で検出された吸気流量Ｍ_ＡＩＲと、ステップＳ１で検出された外気湿度ＲＨとから、上記式（３）によって吸気の水分量（Ｍ_{Ｈ２Ｏ＿ＡＩＲ}）が算出される。

ステップＳ５では、燃料噴射量が検出される。ここで検出される燃料噴射量は、上述のように空燃比制御手段４１によって設定される目標燃料噴射量である。インジェクタ１７から噴射される燃料噴射量は、エンジン１２の運転状態に応じてフィードバック制御されており、目標燃料噴射量とは、このフィードバック制御において設定される値である。

ステップＳ６では、低圧ＥＧＲガス量が上記式（８）によって算出される。ステップＳ７では、温度センサ２５によってインタークーラ２４の出口付近における吸気の温度が検出される。またステップＳ８では、ブースト圧センサ３１によって吸気マニホールド１３内の圧力（インマニ圧）が検出される。なお吸気温の検出方法は、温度センサ２５によって直接検出する方法に限定されず、例えば、外気の温度や、排ガスの温度等に基づいて推定する方法であってもよい。

ステップＳ９では、インタークーラ２４の出口付近における吸気の飽和水蒸気圧（Ｘ）が算出され、ステップＳ１０ではインタークーラ２４の出口付近における吸気の水蒸気圧（Ｙ）が算出される。そしてステップＳ１１では、ステップＳ９及びステップＳ１０の算出結果に基づいて、インタークーラ２４の出口付近における吸気の相対湿度（Ｙ／Ｘ）が算出される。なお飽和水蒸気圧（Ｘ）は、上述のように温度センサ２５の検出結果（インタークーラ２４の出口付近における吸気温度）から所定のマップに基づいて求められ、水蒸気圧（Ｙ）は上述した計算式に基づいて算出される。

次いでステップＳ１２で、インタークーラ２４を通過する吸気の流量（流速）に基づいて、インタークーラ２４内に凝縮水の水滴が生成され始める相対湿度（Ｙ／Ｘ）の限界値が設定される。この限界値は、上述のように図４に示すマップ等に基づいて設定される。

ここで、限界値は１．０よりも大きく、且つ、インタークーラ２４を通過する吸気の流速が高くなるに伴って大きくなる値である。例えば、本実施形態では、限界値設定手段４３が、インタークーラ２４を通過する吸気の流量に応じて限界値を１．３〜１．４程度の値に設定している。

ステップＳ１３では、相対湿度（Ｙ／Ｘ）が、設定された限界値よりも小さいか否かが判定される。ここで、相対湿度が限界値に達している場合には（ステップＳ１３：ＮＯ）、インタークーラ２４内で凝縮水の水滴が生成されていると判断されて、低圧ＥＧＲガス量が減少するように低圧ＥＧＲ弁３６が制御される（ステップＳ１４）。すなわち低圧ＥＧＲ弁３６を制御して相対湿度（Ｙ／Ｘ）が限界値よりも小さくなるようにする。一方、相対湿度が限界値に達していない場合には（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、インタークーラ２４内で凝縮水の水滴が生成されていないと判断されて、低圧ＥＧＲガス量を変化させることなく、一連の凝縮水抑制制御を終了する。

なお相対湿度が限界値に達していない場合には、必要に応じて、低圧ＥＧＲ弁３６の開度を制御して相対湿度が限界値を超えない程度に低圧ＥＧＲガス量を増加させるようにしてもよい。これにより、インタークーラでの凝縮水の生成をさらに効率的に抑制することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能なものである。

例えば、上述の実施形態では、ＥＧＲ流路を介してＥＧＲガスを環流させるＥＧＲ装置を備えた構成を例示して本発明を説明したが、ＥＧＲ装置は、必ずしも設けられていなくてもよい。その場合には、インタークーラの冷却効率を変化させることで、吸気の相対湿度が限界値を超えないようにすればよい。

１０ エンジンシステム
１１ 気筒
１２ エンジン
１３ 吸気マニホールド
１４ 吸気管
１５ 排気マニホールド
１６ 排気管
１７ インジェクタ
１８ コモンレール
１９ ターボチャージャ
２０ エアクリーナ
２１ 第１のスロットルバルブ
２２ 湿度センサ
２３ エアフローセンサ
２４ インタークーラ
２５ 温度センサ
２６ 第２のスロットルバルブ
２７ 高圧ＥＧＲ管
２８ 高圧ＥＧＲクーラ
２９ 高圧ＥＧＲ弁
３１ ブースト圧センサ
３４ 低圧ＥＧＲ管
３５ 低圧ＥＧＲクーラ
３６ 低圧ＥＧＲ弁
３７ 差圧センサ

Claims (3)

1. 吸気を過給する過給機よりも下流側の吸気通路に設けられるインタークーラを備えるエンジンを制御するエンジンの制御装置であって、
   前記インタークーラ出口における吸気の水蒸気圧に基づいて当該吸気の相対湿度を算出する相対湿度算出手段と、
   前記インタークーラを通過する吸気の流量に基づいて、当該インタークーラ内に凝縮水の液滴が生成され始める値である前記相対湿度の限界値を設定する限界値設定手段と、
   前記相対湿度算出手段によって算出された相対湿度が前記限界値設定手段によって設定された相対湿度の限界値を超えないように前記インタークーラに吸気を流入させる吸気制御手段と、
   を備え、
   前記相対湿度の限界値は、１．０よりも大きく、且つ、前記インタークーラを通過する吸気の流量が増加するに伴って大きくなる値であることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記過給機よりも下流側の排気通路と前記過給機よりも上流側の前記吸気通路とを接続するＥＧＲ流路を備え、
   前記吸気制御手段は、前記相対湿度が前記限界値を超えない程度に前記ＥＧＲ流路から前記吸気通路に供給されるＥＧＲガス量を変化させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記吸気制御手段は、前記相対湿度が前記限界値を超えない程度に前記インタークーラの冷却効率を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。

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