JP5817202B2 - 内燃機関の排気循環装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気循環装置に関するものである。

従来から、内燃機関の燃料消費量の低減を図るために、燃焼室において燃焼したガスをＥＧＲガスとして吸気通路に再循環させる排気循環装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に開示された排気循環装置は、排気通路を流れる排気の一部を吸気通路に再循環させるＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に設けられ、吸気通路に再循環させるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、ＥＧＲバルブより排気通路側に設けられ、再循環させるＥＧＲガスを機関冷却水との熱交換により冷却するＥＧＲクーラと、を備えている。

このような排気循環装置は、ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの流量をＥＧＲバルブにより調整することによって、内燃機関の運転状態に応じた排気通路から吸気通路へのＥＧＲガスの還流を実現するようになっている。

このＥＧＲガスには、煤などの粒子状物質が含まれており、粒子状物質がＥＧＲクーラに付着すると、ＥＧＲガスの冷却効率が低下する。また、燃料に含まれている塩素成分や硫黄成分などの腐食成分がＥＧＲガスに混入しＥＧＲクーラに導入される。このとき、ＥＧＲクーラ内に凝縮水が発生していると、これらの腐食成分が凝縮水に溶け込み腐食水となる。結果として、この腐食水がＥＧＲクーラを腐食させる原因となる。

そこで、ＥＧＲクーラに水を噴射することにより、ＥＧＲクーラの内部を洗浄する排気循環装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

この特許文献２に開示された排気循環装置は、ＥＧＲクーラのＥＧＲガス流れ上流側に水噴射用のインジェクタを備えており、エンジンの燃焼中にインジェクタから水を噴射させ、ＥＧＲガスに水を混入させることにより、ＥＧＲクーラ内に水を供給するようになっている。これにより、ＥＧＲクーラ内に付着した煤を洗い流すとともに、高温のＥＧＲガスにより水が気化する際に、気化熱としてＥＧＲガスの熱を消費するので、ＥＧＲガスの冷却を行うことが可能になる。

特開２００９−２２８５３０号公報 特開２０１０−４８１１３号公報

しかしながら、上述した従来の排気循環装置は、インジェクタから水を噴射するタイミングについて考慮するようなものではなかった。

そのため、排気循環が行われないエンジンの暖機中にインジェクタが水を噴射すると、噴射された水はＥＧＲガスによりＥＧＲクーラから吹き飛ばされず、ＥＧＲクーラ内に溜まることとなる。また、暖機中のためＥＧＲバルブが閉じられた状態であっても、排気脈動に起因して排気ガスがＥＧＲ管内に出入りを繰り返す。その結果、ＥＧＲクーラに溜まった水は、排気ガスに含まれる腐食成分が溶け込み腐食水となるため、ＥＧＲクーラを腐食させてしまうという問題があった。

また、エンジンの暖機が終了し、冷却水温が排気循環制御を実行する温度に達した場合においても、ＥＧＲクーラ内部の壁温は、水を蒸発させるための温度としては不十分である。

したがって、排気循環制御の実行中は、ＥＧＲクーラの壁温が露点よりも高く、本来は凝縮水が発生しない状況であるにもかかわらず、インジェクタから噴射された水がＥＧＲクーラ内に溜まりＥＧＲガスに含まれる腐食成分が混入して腐食水となる可能性が生じ、結果としてＥＧＲクーラを腐食させてしまうという問題があった。

つまり、ＥＧＲクーラに対する水噴射制御が好適に実行されておらず、ＥＧＲクーラの腐食を十分抑制できないという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ＥＧＲクーラに対する水噴射制御を好適に実行しＥＧＲクーラの腐食を抑制できる内燃機関の排気循環装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の排気循環装置は、上記目的達成のため、内燃機関から排気通路に排出された排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に循環させる内燃機関の排気循環装置であって、前記排気通路と前記吸気通路とを連通するＥＧＲ通路に設置され、少なくとも前記ＥＧＲガスの循環を遮断可能な閉状態と前記ＥＧＲガスの循環を可能とする開状態とを取るＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲ通路に設置され、前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラに設置され、前記ＥＧＲクーラ内に水を噴射するインジェクタと、前記インジェクタによる水の噴射を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記ＥＧＲバルブが閉状態であり、かつ、前記内燃機関の冷却水温が所定値以下であることを条件として、前記インジェクタによる水の噴射を禁止することを特徴とする。

この構成により、冷却水温が所定値以下であり、ＥＧＲクーラに噴射された水がＥＧＲクーラ内に溜まる可能性が高い場合には、水の噴射を禁止することにより、ＥＧＲクーラ内に水が溜まりＥＧＲガスに含まれる腐食成分がこの水に溶け込むことにより腐食水となることを抑制できる。したがって、ＥＧＲクーラが腐食水により腐食することを抑制できる。

また、本発明に係る内燃機関の排気循環装置は、前記制御手段は、前記冷却水温が前記所定値を超えていることを条件として前記インジェクタによる水の噴射を開始することを特徴とする。

この構成により、インジェクタから噴射された水は、排気還流量制御が実行されるとＥＧＲガスによって吹き飛ばされるため、ＥＧＲクーラ内に水が溜まることを抑制できる。また、冷却水温が所定値を超えた際に、ＥＧＲクーラ内には暖機中に発生した腐食水がすでに存在している可能性がある。そのため、排気還流量制御が開始される前に内燃機関が停止すると、腐食水がＥＧＲクーラに溜まったままとなるが、噴射された水により腐食水の濃度が薄められているので、ＥＧＲクーラの腐食を抑制することができる。

また、本発明に係る内燃機関の排気循環装置は、前記制御手段は、前記ＥＧＲバルブが開状態であり、かつ、前記冷却水温が前記所定値よりも高温側に設定されたもう一つの所定値を超えたことを条件として、前記インジェクタによる水の噴射を禁止することを特徴とする。

この構成により、ＥＧＲクーラ内において凝縮水が発生しない条件が成立している場合には、インジェクタによる水の噴射を禁止することができる。したがって、凝縮水が発生し得ない状態であるにもかかわらず、水の噴射が継続されることにより、逆にＥＧＲクーラ内に水が溜まる可能性が生じることを防止できる。

また、本発明に係る内燃機関の排気循環装置は、前記制御手段は、前記内燃機関が停止していることを条件として、前記インジェクタによる水の噴射を禁止することを特徴とする。

この構成により、内燃機関の停止による冷却水温の低下により、当該冷却水温が所定値ともう一つの所定値との間になった場合においても、インジェクタによる水の噴射が禁止される。したがって、ＥＧＲクーラ内に凝縮水が発生していないにもかかわらず、インジェクタによる水の噴射が実行されることにより、逆にＥＧＲクーラ内に水が溜まることを防止できる。

本発明によれば、ＥＧＲクーラに対する水噴射制御を好適に実行しＥＧＲクーラの腐食を抑制できる内燃機関の排気循環装置を提供できる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気循環装置を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る排気循環装置およびその周辺の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る冷却水回路の構成を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係るＥＧＲクーラの内部を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る水噴射制御を説明するための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、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態においては、本発明に係る排気循環装置を４気筒のガソリンエンジンを搭載した車両に適用する場合について説明する。

まず、構成について説明する。

図１に示すように、エンジン１は、シリンダヘッド１０と、不図示のシリンダブロックを備えており、シリンダヘッド１０およびシリンダブロックは、４つの気筒５を形成している。これらの気筒５には、ピストンにより燃焼室７がそれぞれ画成されている。また、シリンダヘッド１０には、外気を気筒５に導入するための吸気ポートおよび排気ガスを気筒５から排出するための排気ポートが形成されている。

各吸気ポートには、燃料噴射用インジェクタが設置されており、噴射された燃料は空気と混ざり混合気として燃焼室７に導入される。また、シリンダヘッド１０には、吸気カムシャフトの所定の回転角毎に吸気ポートと燃焼室７との連通状態を切替える吸気バルブと、排気カムシャフトの所定の回転角毎に排気ポートと燃焼室７との連通状態を切替える排気バルブが設置されている。

また、シリンダヘッド１０には、各燃焼室７に導入された混合気に点火するための点火プラグ１５が配置されており、点火プラグ１５は後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit）８０によって点火時期を制御されるようになっている。

また、燃料噴射用インジェクタは電磁駆動式の開閉弁により構成されており、ＥＣＵ８０により所定電圧が印加されると、開弁して各気筒５の吸気ポートに燃料を噴射するようになっている。

エンジン１は、さらに、シリンダヘッド１０に接続される吸気マニホールド１１ａを有しており、この吸気マニホールド１１ａは吸気通路１１の一部を構成している。吸気通路１１には、上流側から順に図示しないエアクリーナやエアフロメータ２２が設けられている。吸気通路１１には、さらに、吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ１８が吸気マニホールド１１ａの上流側に設けられている。

スロットルバルブ１８は、その開度を無段階に調整することが可能な電子制御式の開閉弁により構成されており、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整するようになっている。ＥＣＵ８０は、スロットルバルブ１８に設置されたスロットルモータを制御してスロットルバルブ１８の開度を調節するようになっている。

エンジン１は、さらに、シリンダヘッド１０に接続される排気マニホールド１２ａを有しており、この排気マニホールド１２ａは排気通路１２の一部を構成している。排気通路１２には、例えば三元触媒により構成されている触媒装置１３が配置されている。

エンジン１は、さらに、排気循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）３０を備えている。ＥＧＲ装置３０は、排気通路１２を流れる排気ガスの一部を吸気通路１１に還流させて、各気筒５の燃焼室７へＥＧＲガスとして供給するようになっている。これにより、燃焼室７内の燃焼温度が低下し、ＮＯｘ発生量が低減する。また、ポンピングロスが低減し、燃費が向上するようになっている。

ＥＧＲ装置３０は、吸気通路１１を形成する吸気管１４と、排気通路１２を形成する排気管１６とを接続し、内部にＥＧＲ通路３４が形成されたＥＧＲ管３３を備えている。このＥＧＲ管３３には、ＥＧＲガス流れの上流側から順に、ＥＧＲ通路３４を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３１およびＥＧＲバルブ３２が設けられている。

ＥＧＲバルブ３２は、その内部に設けられたリニアソレノイド３２ａと、基端部分がリニアソレノイド３２ａに挿通された状態で配設され、その先端部分にＥＧＲ通路３４を開閉する弁体３２ｂが設けられたシャフト３２ｃとを備えている。そして、リニアソレノイド３２ａを通電制御することにより、その電磁力と図示しないスプリングの付勢力によりシャフト３２ｃがその軸方向に往復駆動され、弁体３２ｂによりＥＧＲ通路３４が開閉される。

本実施の形態におけるＥＧＲバルブ３２は、リニアソレノイド３２ａが通電された状態で開状態となり、リニアソレノイド３２ａが通電されていない状態で閉状態となるノーマリークローズ型のバルブにより構成されている。

ＥＣＵ８０は、ＥＧＲバルブ３２の開度を調整することによって、排気通路１２と吸気通路１１とを連通し吸気マニホールド１１ａに導入されるＥＧＲガス量、すなわち排気還流量を調整するようになっている。

ＥＧＲクーラ３１は、筐体内におけるＥＧＲガスの通路の外周部に冷媒室６２（図４参照）が張り巡らされた構成を有している。ＥＧＲ管３３から供給されたＥＧＲガスは、ＥＧＲガスの通路を通過する際に冷媒室６２を流れる冷却水との熱交換により冷却され、下流側へ導かれるようになっている。また、本実施の形態に係るＥＧＲクーラ３１は、後述するように、水噴射用インジェクタ３５を有している。

図１および図２に示すように、本実施の形態に係るエンジン１を搭載した車両は、冷却水温センサ２１、エアフロメータ２２、吸気温センサ２３、圧力センサ２４、排気カム角センサ２５、排気温センサ２６、スロットル開度センサ２７、アクセル開度センサ２９、リフトセンサ３６、エンジン回転数センサ３７、外気温センサ５５および湿度センサ５６を備えている。これらのセンサは、検出結果を表す信号をＥＣＵ８０にそれぞれ出力するようになっている。

冷却水温センサ２１は、エンジン１のシリンダブロックに形成されたウォータージャケットに配置されており、エンジン１の冷却水温Ｔｗに応じた検出信号をＥＣＵ８０に出力する。エアフロメータ２２は、吸気通路１１のスロットルバルブ１８の上流側に配置され、吸入空気量に応じた検出信号をＥＣＵ８０に出力する。

吸気温センサ２３は、吸気マニホールド１１ａに配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号をＥＣＵ８０に出力する。圧力センサ２４は、吸気マニホールド１１ａに配置され、吸気圧に応じた検出信号をＥＣＵ８０に出力する。

排気カム角センサ２５は、排気カムシャフトに設けられた排気カムセンサプレートの所定の位置、すなわち、所定の回転角を検出し、排気カムシャフトの回転角の検出を行うようになっている。また、排気温センサ２６は、触媒装置１３の下流側の排気通路１２に配置されており、排気温度に応じた検出信号をＥＣＵ８０に出力する。

スロットル開度センサ２７は、スロットルバルブ１８の開度に応じた検出信号をＥＣＵ８０に出力する。アクセル開度センサ２９は、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号をＥＣＵ８０に出力する。エンジン回転数センサ３７は、エンジン１のクランクシャフトの回転数を検出し、エンジン回転数としてＥＣＵ８０に出力する。

リフトセンサ３６は、直流駆動される抵抗体と、抵抗体の表面を摺動するブラシとを有している。ブラシは、ＥＧＲバルブ３２のシャフト３２ｃと一体に作動し得るように構成されている。そして、シャフト３２ｃのリフト位置、すなわちＥＧＲバルブ３２の開度に応じた電圧信号がブラシに現れる。したがって、ＥＣＵ８０は、リフトセンサ３６のブラシに現れる信号を取得することにより、ＥＧＲバルブ３２の開度を検出することができる。外気温センサ５５および湿度センサ５６は、それぞれ車両の外気の温度および湿度を検出し、ＥＣＵ８０に出力する。

ＥＣＵ８０は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）８１、ＲＯＭ（Read Only Memory）８２、ＲＡＭ（Random Access Memory）８３およびバックアップメモリ８４などを備えている。なお、本実施の形態に係るＥＣＵ８０は、本発明に係る制御手段を構成する。

ＲＯＭ８２は、排気還流量制御、水噴射制御および気筒５に対する燃料噴射量を制御するための制御プログラムを含む各種制御プログラムや、これらの各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。ＣＰＵ８１は、ＲＯＭ８２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行するようになっている。また、ＲＡＭ８３は、ＣＰＵ８１による演算結果や、上述した各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するようになっている。バックアップメモリ８４は、不揮発性のメモリにより構成されており、例えばエンジン１の停止時に保存すべきデータ等を記憶するようになっている。

ＣＰＵ８１、ＲＯＭ８２、ＲＡＭ８３およびバックアップメモリ８４は、バス８７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース８５および出力インターフェース８６と接続されている。

入力インターフェース８５には、冷却水温センサ２１、エアフロメータ２２、吸気温センサ２３、圧力センサ２４、排気カム角センサ２５、排気温センサ２６、スロットル開度センサ２７、アクセル開度センサ２９、リフトセンサ３６、エンジン回転数センサ３７、外気温センサ５５および湿度センサ５６が接続されている。なお、車両がＥＣＵ８０以外の他のＥＣＵを搭載し、これらのセンサのうち少なくとも一部から出力された信号が、当該他のＥＣＵを介してＥＣＵ８０に入力されるようにしてもよい。

出力インターフェース８６は、点火プラグ１５、スロットルバルブ１８、ＥＧＲバルブ３２、水噴射用インジェクタ３５や、燃料噴射用インジェクタなどに接続されている。そして、ＥＣＵ８０は、上記した各種センサの出力に基づいて、排気還流量制御、水噴射制御および燃料噴射量制御などを含むエンジン１の各種制御を実行する。

図３は、本実施の形態に係るＥＧＲ装置３０に冷却水を供給する冷却水回路４０を示す模式図である。冷却水回路４０は、ウォーターポンプ４４から吐出した冷却水を、エンジン１、ヒータコア４１、ＥＧＲクーラ３１、ＥＧＲバルブ３２およびスロットルバルブ１８の順に供給し、ウォーターポンプ４４に戻す第１経路４７と、エンジン１を構成するシリンダヘッド１０の下流に設置されている図示しないサーモスタットにより第１経路４７から分岐され、エンジン１から流出した冷却水の一部をラジエータ４２に供給し、ウォーターポンプ４４に戻す第２経路４８とを有している。

第１経路４７を還流する冷却水は、エンジン１を構成するシリンダブロックおよびシリンダヘッド１０との熱交換により加熱されると、ヒータコア４１との熱交換により冷却され、その後ＥＧＲクーラ３１に供給される。

一方、第２経路４８を還流する冷却水は、シリンダヘッド１０の下流に設置されているサーモスタットにより第１経路４７から分岐されると、ラジエータ４２に供給され外気との熱交換により冷却される。また、サーモスタットは、冷却水温Ｔｗが上昇するにしたがって、第２経路４８を徐々に開放し、第１経路４７を還流する冷却水量に対する第２経路４８を還流する冷却水量の割合を増加するようになっている。

以下、本発明の実施の形態に係るＥＧＲ装置３０のより特徴的な構成について、図１および図４を参照して説明する。

本実施の形態に係るＥＧＲクーラ３１には、ＥＧＲクーラ３１内に水を噴射するための水噴射用インジェクタ３５が設置されている。

また、車両には、水タンク５１が設置されており、水タンク５１内の水は、ポンプ５２によりフィルタ５３を介して吸い上げられ、水噴射用インジェクタ３５に供給される。

ポンプ５２は、公知の電動ポンプにより構成されているが、機械式ポンプなどにより構成されていてもよい。水は、例えば蒸留水など、腐食水を洗浄することができる液体であればよい。

水噴射用インジェクタ３５は、噴射弁としてのニードルと、当該ニードルを軸方向に所定のリフト量で変位させるソレノイドとを有している。したがって、ＥＣＵ８０は、ソレノイドに対する通電時間を制御することによって水噴射用インジェクタ３５から噴射される水の量を調節するようになっている。

ＥＧＲクーラ３１の内部は、図４に示すように、内部にＥＧＲガスが導かれるケーシング６１と、ケーシング６１内に冷媒としての冷却水が流通する冷媒室６２が形成されるように設けられる仕切り板６３と、冷媒室６２を貫通するように配置され内部をＥＧＲガスが通過する複数の冷却管６４とを備えている。冷却管６４は、ケーシング６１内に一方向に並べて配置されている。また、これらの冷却管６４は、上流側端部６４ａおよび下流側端部６４ｂがそれぞれ同一平面上に揃うように配置されている。冷却管６４内にはＥＧＲガスから冷却水への熱の伝達が促進されるようにフィン６５が設けられている。ＥＧＲガスは、導入口６１ａを介してケーシング６１内に導入される。その後、ＥＧＲガスは複数の冷却管６４内を通過し、排出口６１ｂから排出される。

冷媒室６２には、冷却水導入口６２ａが形成されており、ヒータコア４１（図３参照）を通過した冷却水が冷却水導入口６２ａを介して導入される。そして、冷却水は、複数の冷却管６４の間を通過して冷却水排出口６２ｂから排出され、ＥＧＲバルブ３２（図３参照）に供給されるようになっている。このように冷却水を流すことにより、複数の冷却管６４を通過しているＥＧＲガスと冷却水との間で熱交換を行わせ、ＥＧＲガスを冷却することができる。

また、本実施の形態に係るＥＧＲクーラ３１は、上流側端部６４ａよりも上流側のケーシング６１に水噴射用インジェクタ３５が設置されている。水噴射用インジェクタ３５は、各冷却管６４のフィン６５に向けて水を噴射し、フィン６５をはじめとする冷却管６４に付着している腐食水を洗い流すようになっている。

図１に戻り、ＥＣＵ８０は、冷却水温センサ２１から入力される信号に基づいて、冷却水温Ｔｗが所定値Ａ以下であると判断すると、水噴射用インジェクタ３５による水噴射を禁止するようになっている。ここで、本実施の形態に係る所定値Ａは、本発明に係る所定値を構成する。この所定値Ａは、ＥＧＲガスの露点温度である５５℃の近傍に設定されている。

冷却水温Ｔｗが所定値Ａ以下の場合には、ＥＧＲクーラ３１内において凝縮水が一旦発生すると、排気還流量制御が実行されていないためＥＧＲガスにより吹き飛ばされたり乾燥することがない。そのため、水噴射用インジェクタ３５により水がＥＧＲクーラ３１内に噴射されると、この水はＥＧＲクーラ３１内に溜まることとなる。そして、冷却水温Ｔｗが所定値Ａ以下の場合には、まだ排気還流量制御が開始されていないためＥＧＲバルブ３２が全閉状態になっているものの、エンジン１の駆動により発生する排気通路１２内の排気脈動に起因して排気ガスがＥＧＲ通路３４内に流出入を繰り返し、徐々にＥＧＲクーラ３１内に侵入する。その結果、ＥＧＲクーラ３１内に溜まった水は、排気ガスに含まれる腐食成分が溶け込み腐食水となり、ＥＧＲクーラ３１を腐食させる原因となる。したがって、ＥＣＵ８０は、冷却水温Ｔｗが所定値Ａ以下の場合には、水噴射用インジェクタ３５による水噴射を禁止し、ＥＧＲクーラ３１内に腐食水の原因となる水が溜まることを防止するようになっている。

ここで、所定値Ａは、ＥＧＲクーラ３１内において凝縮水が発生しない温度、つまりＥＧＲガスの露点温度近傍、かつ、露点温度より高い温度であり、さらには、排気還流量制御が実行される温度より低い温度に設定されるものであり、一定値あるいは変動値のいずれであってもよい。所定値Ａを一定値とする場合には、所定値Ａは、想定される外気温や湿度に基づき、最も高くなる排気ガスの露点温度を基準に設定するようにする。

一方、所定値Ａを変動値とする場合には、ＥＣＵ８０は、外気温および湿度に応じて所定値Ａを算出するようになっている。この場合、ＥＣＵ８０は、外気温および湿度から所定値Ａを算出するための計算式を予めＲＯＭ８２に記憶しておく。そして、ＥＣＵ８０は、外気温センサ５５および湿度センサ５６から外気温および湿度を表す信号を取得すると、ＲＯＭ８２に記憶されている計算式に基づいて所定値Ａを算出する。

あるいは、ＥＣＵ８０は、外気温および湿度と所定値Ａとを対応付けたマップを予めＲＯＭ８２に記憶しておき、外気温センサ５５および湿度センサ５６から外気温および湿度を表す信号を取得すると、ＲＯＭ８２に記憶されているマップを参照して所定値Ａを算出する。

なお、本実施の形態においては、ＥＣＵ８０は、エンジン１の始動時のみに所定値Ａの算出を行うようになっているが、これに限定されず、ＥＣＵ８０は、エンジン１の駆動中において所定の時間間隔ごとに所定値Ａを算出し、すでに設定されている所定値Ａを新たに算出された値で更新するようにしてもよい。

また、ＥＣＵ８０は、冷却水温センサ２１から入力される信号に基づいて、冷却水温Ｔｗが所定値Ａを超えたと判断した場合には、水噴射用インジェクタ３５による水噴射を開始するようになっている。

冷却水温Ｔｗが所定値Ａを超えたときには、ＥＧＲクーラ３１内には、ＥＧＲクーラ３１が露点温度以下であった際に生成された凝縮水が既に溜まっており、上述した排気脈動により腐食成分が溶け込み腐食水になっている。したがって、ＥＣＵ８０は、ＥＧＲクーラ３１内に水を噴射することによって、ＥＧＲクーラ３１内にすでに溜まっている腐食水の濃度を薄めることができる。

また、この状態でエンジン１が停止し、冷却水温Ｔｗが低下し始めると、ＥＧＲクーラ３１内に生成されている凝縮水は、蒸発することなく、また、排気還流量制御の実行開始前であるため、ＥＧＲガスにより吹き飛ばされることもない。そのため、ＥＧＲクーラ３１内に腐食水として溜まったままになる。しかしながら、ＥＣＵ８０は、冷却水温Ｔｗが所定値Ａを超えた時点ですでに水噴射を実行したため、水噴射を実行しなかった場合と比較して腐食水の濃度が低下されており、ＥＧＲクーラ３１の腐食が抑制されるようになっている。

また、冷却水温Ｔｗが排気還流量制御の実行温度に達すると、ＥＣＵ８０は、ＥＧＲバルブ３２の開度を制御する排気還流量制御を開始する。

ここで、排気還流量制御の実行開始温度は、例えば７０℃に設定されている。したがって、ＥＣＵ８０は、冷却水温センサ２１から入力された信号に基づき、冷却水温Ｔｗが７０℃に達したと判断すると、排気還流量制御の実行を開始する一方、水噴射用インジェクタ３５による水噴射は継続する。したがって、ＥＧＲクーラ３１内に噴射された水は、ＥＧＲガスにより吹き飛ばされ、ＥＧＲクーラ３１から排出され、ＥＧＲガスとともにエンジン１に流入し、排気ガスとともに車両の外部に排出されるようになっている。

また、ＥＣＵ８０は、水噴射制御において、ＥＧＲクーラ３１内に生成されている凝縮水を最小限の噴射量により洗浄するよう、水噴射用インジェクタ３５を制御して水を間欠的に噴射させるようになっている。

具体的には、ＥＧＲクーラ３１内に噴射された水は、ＥＧＲガスの流量が大きいほどＥＧＲクーラ３１から吹き飛ばされやすくなる。また、ＥＧＲクーラ３１へのＥＧＲガスの流量は、排気脈動の影響を大きく受ける。そのため、ＥＣＵ８０が排気バルブの開閉タイミングに同期して水噴射用インジェクタ３５を制御することにより、ＥＧＲクーラ３１へのＥＧＲガスの流量が大きい状態で水噴射が実行するようになっている。この場合、ＥＣＵ８０は、排気カム角センサ２５から入力される信号に基づいて、各気筒に配置された排気バルブのそれぞれの開タイミングにおいて水が噴射されるよう水噴射用インジェクタ３５を制御するようにする。

一方、エンジン回転数や機関負荷率が高く、かつ、ＥＧＲバルブ３２が全開状態およびその近傍となることによりＥＧＲガスの流量が大きくなると、ＥＧＲガスの流量の変動は、排気バルブの開閉タイミングよりも吸気バルブの開閉タイミングによる影響を強く受けるようになる。したがって、ＥＣＵ８０は、ＥＧＲガスの流量が所定値より大きくなる車両の走行状況においては、水噴射用インジェクタ３５の制御を吸気バルブの開閉タイミングに同期させるようにしてもよい。この場合、ＥＣＵ８０は、水噴射用インジェクタ３５を吸気バルブおよび排気バルブのいずれの開閉タイミングと同期させるかを、エンジン回転数および機関負荷率に応じて設定されたマップに基づいて決定する。このマップは、実験的な測定により設定されており、予めＲＯＭ８２に記憶されている。そして、ＥＣＵ８０は、吸気バルブと同期して水噴射制御を実行する場合には、各気筒に配置された吸気バルブのそれぞれの開タイミングにおいて水が噴射されるよう水噴射用インジェクタ３５を制御するようにする。

また、ＥＣＵ８０は、水噴射用インジェクタ３５の各噴射タイミングにおける噴射量を制御するようにしてもよい。この場合、上記のように、ＥＧＲクーラ３１内に噴射された水は、ＥＧＲガスの流量が大きいほどＥＧＲクーラ３１から吹き飛ばされやすくなる。したがって、ＥＣＵ８０は、ＥＧＲガスの流量が大きいほど噴射量を増加させ、ＥＧＲガスと水とが一定の割合になるようにする。例えば、ＥＣＵ８０は、エアフロメータ２２により検出される吸入空気量２２およびＥＧＲ率に基づいてＥＧＲガスの流量を算出する。そして、ＥＣＵ８０は、算出されたＥＧＲガスの流量に応じた噴射量となるよう水噴射用インジェクタ３５を制御する。

また、ＥＣＵ８０は、冷却水温Ｔｗが所定値Ｂを超えた場合には、水噴射用インジェクタ３５による水の噴射を禁止するようになっている。ここで、本実施の形態に係る所定値Ｂは、本発明に係るもう一つの所定値を構成しており、ＥＧＲクーラ３１内に凝縮水が発生し得ず、かつ、排気還流量制御が実行される温度である７５℃近傍に設定されている。

ＥＧＲクーラ３１の内壁温度は、冷却水温Ｔｗとほぼ一致する。そのため、冷却水温Ｔｗが７５℃を超えていれば、ＥＧＲクーラ３１の内壁温度はＥＧＲガスの露点温度より十分高くなっており、ＥＧＲクーラ３１内において凝縮水が新たに発生し得ない。しかしながら、エンジン１の暖機後における冷却水温Ｔｗは通常７５℃から１００℃の範囲であるため、この状況下において水噴射の実行が継続されると、ＥＧＲクーラ３１内において水が十分に蒸発せずかえって水が溜まる可能性が生じる。また、この状態においては、排気還流量制御が実行されているため、溜まった水がＥＧＲガスに絶えず曝される。したがって、ＥＧＲガスに含まれる腐食成分がこの溜まった水に溶け込み、溜まった水が腐食水としてＥＧＲクーラ３１を腐食させることとなる。さらには、溜まった水の一部が蒸発することによりＥＧＲクーラ３１内の湿度が上昇し、ＥＧＲクーラ３１内の腐食を一層促進する可能性が生じる。したがって、ＥＣＵ８０は、冷却水温Ｔｗが７５℃を超えた場合には、水噴射用インジェクタ３５による水噴射を禁止するようになっている。

また、一旦冷却水温Ｔｗが７５℃以上となり水噴射が禁止されると、上述したようにＥＧＲクーラ３１内は乾燥した状態となる。そのため、エンジン１の停止など冷却水温Ｔｗが７５℃以上の状態から５５℃〜７５℃の範囲、すなわち上記所定値Ａと所定値Ｂとの間に低下したとしても、ＥＧＲクーラ３１内に凝縮水などの水が溜まっていない。このような乾燥した状態であるにもかかわらず、水噴射が実行されると、ＥＧＲクーラ３１内にかえって水が溜まり、腐食水としてＥＧＲクーラ３１を腐食させる原因となる。

したがって、ＥＣＵ８０は、エンジン１が停止したことにより冷却水温Ｔｗが低下し所定値Ａと所定値Ｂとの間となっている場合には、ＥＧＲクーラ３１内に凝縮水が発生していないため、水噴射用インジェクタ３５による水噴射を禁止するようになっている。

この場合、ＥＣＵ８０は、エンジン回転数センサ３７から入力される信号に基づいて、エンジン１が停止していると判断した場合には、水噴射用インジェクタ３５による水噴射を禁止するようにしてもよい。あるいは、ＥＣＵ８０は、冷却水温センサ２１から入力される信号に基づいて冷却水温Ｔｗの時間変化を算出し、冷却水温Ｔｗが低下をしていると判断した場合には水噴射用インジェクタ３５による水噴射を禁止するようにしてもよい。

また、ＥＣＵ８０は、水噴射制御を禁止するか否かを表す水噴射禁止フラグをＲＡＭ８３に有している。ＥＣＵ８０は、上記のように冷却水温Ｔｗが所定値Ａ以下の場合、冷却水温Ｔｗが所定値Ｂを超えた場合、あるいはエンジン１が停止している場合には、この水噴射禁止フラグをＯＮとし、これ以外の場合には水噴射禁止フラグをＯＦＦとする。そして、ＥＣＵ８０は、水噴射禁止フラグがＯＦＦになっている場合には水噴射制御を実行し、ＯＮになっている場合には水噴射制御を禁止するようになっている。なお、水噴射禁止フラグは、ＲＡＭ８２の代わりにバックアップメモリ８４に記憶されるようにしてもよい。

次に、本実施の形態に係る水噴射制御処理について図５を参照して説明する。なお、以下の処理は、ＥＣＵ８０を構成するＣＰＵ８１によって所定のタイミングで実行されるとともに、ＣＰＵ８１によって処理可能なプログラムを実現する。

図５に示すように、ＥＣＵ８０は、まず、冷却水温センサ２１から入力される信号に基づいて、エンジン１の冷却水温Ｔｗを取得する（ステップＳ１１）。

次に、ＥＣＵ８０は、冷却水温Ｔｗが所定値Ａ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。具体的には、ＥＣＵ８０は、外気温センサ５５および湿度センサ５６から入力される信号に基づいて、現在の外気温及び湿度を表す信号を取得すると、ＲＯＭ８２に記憶されている計算式に基づいて所定値Ａを設定する。なお、上述のように、所定値Ａは露点温度の近傍に設定されている。

ＥＣＵ８０は、冷却水温Ｔｗが所定値Ａ以下であると判断した場合には（ステップＳ１２でＹＥＳ）、ＲＡＭ８３に記憶されている水噴射禁止フラグをＯＮにし、水噴射を禁止する（ステップＳ１３）。また、上述のように、排気還流量制御は、冷却水温Ｔｗが所定値Ａと所定値Ｂの間になった場合に開始されるので、冷却水温Ｔｗが所定値Ａ以下であるならば、ＥＧＲバルブ３２は閉状態になっている。

一方、ＥＣＵ８０は、冷却水温Ｔｗが所定値Ａを超えていると判断した場合には（ステップＳ１２でＮＯ）、冷却水温Ｔｗが所定値Ｂを超えているか否かを判断する（ステップＳ１４）。所定値Ｂは、上記のように、ＥＧＲクーラ３１内において凝縮水が確実に発生しない温度であり、本実施の形態においては、７５℃に設定されている。

ＥＣＵ８０は、冷却水温Ｔｗが所定値Ｂを超えていると判断した場合には（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ＲＡＭ８３に記憶されている水噴射禁止フラグをＯＮにし、水噴射を禁止する（ステップＳ１５）。

一方、ＥＣＵ８０は、冷却水温Ｔｗが所定値Ｂ以下であると判断した場合には（ステップＳ１４でＮＯ）、ステップＳ１６に移行し、冷却水温Ｔｗの下降中であるか否かを判断する（ステップＳ１６）。

具体的には、ＥＣＵ８０は、エンジン回転数センサ３７からエンジン回転数を表す信号を入力する。その結果、エンジン回転数が所定値以上である場合には、エンジン１が駆動中であり、冷却水温Ｔｗは下降していないと判断する。ここで、所定値は、アイドル回転数など、エンジン１が駆動している場合に取り得る回転数に設定されている。一方、エンジン回転数が所定値未満である場合には、冷却水温Ｔｗは下降していると判断する。

ＥＣＵ８０は、冷却水温Ｔｗが下降していると判断した場合には（ステップＳ１６でＹＥＳ）、水噴射禁止フラグをＯＮにし、水噴射を禁止する（ステップＳ１８）。

一方、ＥＣＵ８０は、冷却水温Ｔｗが下降していないと判断した場合には（ステップＳ１６でＮＯ）、ＲＡＭ８３に記憶されている水噴射禁止フラグをＯＦＦにする。したがって、ＥＣＵ８０は、水噴射禁止フラグを参照した際に水噴射禁止フラグがＯＦＦとなっているため、水噴射制御を実行する（ステップＳ１７）。

以上のように、本発明の実施の形態に係るＥＧＲ装置３０は、冷却水温Ｔｗが所定値Ａ以下であり、ＥＧＲクーラ３１に噴射された水がＥＧＲクーラ３１内に溜まる可能性が高い場合には、水の噴射を禁止することにより、ＥＧＲクーラ３１内に水が溜まりＥＧＲガスに含まれる腐食成分がこの水に溶け込むことにより腐食水となることを抑制できる。したがって、ＥＧＲクーラ３１が腐食水により腐食することを抑制できる。

また、冷却水温Ｔｗが所定値Ａを超えた後に水噴射用インジェクタ３５から噴射された水は、排気還流量制御が実行されるとＥＧＲガスによって吹き飛ばされるため、ＥＧＲクーラ３１内に水が溜まることを抑制できる。また、冷却水温Ｔｗが所定値Ａを超えた際に、ＥＧＲクーラ３１内には暖機中に発生した腐食水がすでに存在している可能性がある。そのため、排気還流量制御が開始される前にエンジン１が停止すると、腐食水がＥＧＲクーラ３１に溜まったままとなるが、噴射された水により腐食水の濃度が薄められているので、ＥＧＲクーラ３１の腐食を抑制することができる。

また、冷却水温Ｔｗが所定値Ｂを超え、ＥＧＲクーラ３１内において凝縮水が発生しない条件が成立している場合には、水噴射用インジェクタ３５による水の噴射を禁止することができる。したがって、凝縮水が発生し得ない状態であるにもかかわらず、水の噴射が継続されることにより、逆にＥＧＲクーラ３１内に水が溜まる可能性が生じることを防止できる。

また、エンジン１の停止による冷却水温Ｔｗの低下により、当該冷却水温Ｔｗが所定値Ａと所定値Ｂとの間になった場合においても、水噴射用インジェクタ３５による水の噴射が禁止される。したがって、ＥＧＲクーラ３１内に凝縮水が発生していないにもかかわらず、水噴射用インジェクタ３５による水の噴射が実行されることにより、逆にＥＧＲクーラ３１内に水が溜まることを防止できる。

なお、以上の説明においては、車両が水タンク５１を搭載し、水タンク５１内の水がポンプ５２により水噴射用インジェクタ３５に供給される場合について説明したが、これに限定されず、エンジン１の冷却水が水噴射用インジェクタ３５から噴射されるようにしてもよい。この場合、エンジン１の冷却水はウォーターポンプ４４により所定の水圧にまで高められているので、新たなポンプを設置することなく水噴射用インジェクタ３５から水を噴射させることが可能となる。

また、以上の説明においては、ＥＣＵ８０は、排気バルブあるいは吸気バルブに同期して水噴射用インジェクタ３５を制御する場合について説明した。しかしながら、ＥＣＵ８０は、噴射された水がＥＧＲクーラ３１から十分排出される限り、任意の時間間隔で、あるいは連続的に水が噴射されるよう水噴射用インジェクタ３５を制御するようにしてもよい。

また、以上の説明においては、ＥＧＲ装置３０がターボユニットを備えないエンジン１に適用される場合について説明したが、これに限定されず、ＥＧＲ装置３０がターボユニットを備えるエンジン１に適用されてもよい。

この場合、ＥＧＲ装置３０は、タービンホイールの上流側から排気ガスを取得してコンプレッサホイールの下流側にＥＧＲガスとして還流するいわゆるＨＰＬ（High-Pressure Loop）を構成してもよい。また、ＥＧＲ装置３０が、タービンホイールの下流側から排気ガスを取得してコンプレッサホイールの上流側にＥＧＲガスとして還流するＬＰＬ（Low-Pressure Loop）を構成していてもよい。

また、ＥＧＲ装置３０は、ガソリンエンジンにより構成されたエンジン１を搭載した車両に適用される場合について説明したが、これに限定されず、ＥＧＲ装置３０は、ディーゼルエンジンなど公知の内燃機関を搭載した車両に適用されていればよい。

また、以上の説明においては、燃料が吸気ポートに噴射されるポート噴射式エンジンにＥＧＲ装置３０が適用される場合について説明したが、これに限定されず、燃料が各燃焼室７に直接噴射される筒内噴射式エンジンにＥＧＲ装置３０が適用されていてもよい。また、筒内噴射およびポート噴射のいずれもが行われるエンジンにＥＧＲ装置３０が適用されていてもよい。

また、ＥＧＲ装置３０は、エンジン１のみを動力源とする車両のみならず、エンジン１および回転電機を動力源とするハイブリッド車両に適用されてもよい。この場合、ハイブリッド車両は、エンジン１の始動と停止を繰り返すため、ＥＧＲクーラ３１の壁温がＥＧＲガスの露点温度をまたいで上下する頻度が増加し、結果としてＥＧＲクーラ３１内に腐食水が生成される可能性も増大する。しかしながら、本実施の形態に係るＥＧＲ装置３０を適用することにより、腐食水を洗浄し、ＥＧＲクーラ３１の腐食を抑制することが可能となる。

以上のように、本発明に係る排気循環装置は、ＥＧＲクーラ３１に対する水噴射制御を好適に実行しＥＧＲクーラ３１の腐食を抑制できるという効果を奏するものであり、内燃機関の排気循環装置に有用である。

１ エンジン
７ 燃焼室
１１ 吸気通路
１１ａ 吸気マニホールド
１２ 排気通路
１２ａ 排気マニホールド
１８ スロットルバルブ
２１ 冷却水温センサ
２２ エアフロメータ
２３ 吸気温センサ
２５ 排気カム角センサ
２６ 排気温センサ
２７ スロットル開度センサ
３０ ＥＧＲ装置
３１ ＥＧＲクーラ
３２ ＥＧＲバルブ
３３ ＥＧＲ管
３４ ＥＧＲ通路
３５ 水噴射用インジェクタ
３７ エンジン回転数センサ
４０ 冷却水回路
４７ 第１経路
５１ 水タンク
５２ ポンプ
５３ フィルタ
５５ 外気温センサ
５６ 湿度センサ
６４ 冷却管
８０ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 内燃機関から排気通路に排出された排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に循環させる内燃機関の排気循環装置であって、
   前記排気通路と前記吸気通路とを連通するＥＧＲ通路に設置され、少なくとも前記ＥＧＲガスの循環を遮断可能な閉状態と前記ＥＧＲガスの循環を可能とする開状態とを取るＥＧＲバルブと、
   前記ＥＧＲ通路に設置され、前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラに設置され、前記ＥＧＲクーラ内に水を噴射するインジェクタと、
   前記インジェクタによる水の噴射を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記ＥＧＲバルブが閉状態であり、かつ、前記内燃機関の冷却水温が所定値以下であることを条件として、前記インジェクタによる水の噴射を禁止し、さらに、前記ＥＧＲバルブが開状態であり、かつ、前記冷却水温が前記所定値よりも高温側に設定されたもう一つの所定値を超えたことを条件として、前記インジェクタによる水の噴射を禁止することを特徴とする内燃機関の排気循環装置。
2. 前記制御手段は、前記冷却水温が前記所定値を超えていることを条件として前記インジェクタによる水の噴射を開始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循環装置。
3. 前記制御手段は、前記内燃機関が停止していることを条件として、前記インジェクタによる水の噴射を禁止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気循環装置。

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