JP5869387B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。詳しくは、ＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスにデポジットが発生することを防止する内燃機関の制御装置に関する。

従来、特許文献１には、決定したＥＧＲガス温度と、算出された可溶有機成分濃度とから定まるデータに基づいて、ＥＧＲ弁内にデポジットが堆積するか否かを判定し、ＥＧＲ弁内にデポジットが発生すると判定される場合には冷媒流量を減らすかまたはゼロにする技術が開示されている。この特許文献１の技術により、運転状態によりＥＧＲガス温度と可溶有機分濃度とが相違しても、ＥＧＲ弁内でのデポジットの堆積を回避している。

特許文献２には、検出したＥＧＲガス温度がデポジットの発生し易いデポジット生成温度領域内であるか否かを判定し、デポジット生成温度領域内であると判定される場合にはＥＧＲ弁の開度を開側に補正してＥＧＲ量を増加させることにより、ＥＧＲ通路の内壁やＥＧＲ弁を速やかに温度上昇させる技術が開示されている。この特許文献２の技術により、ＥＧＲガスの放熱（温度低下）を少なくして、ＥＧＲガス温度をデポジット生成温度以上に上昇させることにより、ＥＧＲ通路の内壁やＥＧＲ弁の弁体などへのデポジットの堆積を抑えている。

特開２００７−１６２５５６号公報 特開平８−６１１５６号公報

上記特許文献１、２記載の技術では、ＥＧＲガス温度に応じてデポジットの発生状況を判断する。
しかし例えば、ＥＧＲクーラでは、冷却水が循環しているので、ＥＧＲクーラ壁面温度と、ＥＧＲクーラを通過しているＥＧＲガス温度との間には温度差が生じる。すなわち、ＥＧＲクーラ壁面が低温であるにも拘わらず、ＥＧＲクーラを通過しているＥＧＲガスが高温となり得る。
このため、上記特許文献１、２記載の技術では、ＥＧＲクーラ壁面が低温のためデポジットが発生する状況であるにも拘わらず、ＥＧＲガスが高温のためデポジットが発生しないと誤判定し、ＥＧＲガスの導入や冷却水の循環を実施してデポジットが発生する課題が生じる。

また、昇温時のＥＧＲ通路壁面やＥＧＲ弁壁面の昇温遅れに起因して、ＥＧＲ通路壁面やＥＧＲ弁壁面の温度と、ＥＧＲ通路やＥＧＲ弁を通過しているＥＧＲガス温度との間には温度差が生じる。この場合にも上記と同様の課題が生じる。

さらに、ヒータなどでＥＧＲ通路やＥＧＲ弁の温度を制御するときには、ＥＧＲ通路壁面やＥＧＲ弁壁面の温度と、ＥＧＲ通路やＥＧＲ弁を通過しているＥＧＲガス温度との間には上記と逆の温度差が生じる。この場合には、ＥＧＲ通路壁面やＥＧＲ弁壁面が高温のためデポジットが発生しない状況であるにも拘わらず、ＥＧＲガスが低温のためデポジットが発生すると誤判定し、ＥＧＲガスの導入やＥＧＲクーラへの冷却水の循環を禁止するため排気エミッションや燃焼安定性を悪化させる課題が生じる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスにデポジットが発生するか否かの判定の精度を向上させ、デポジットが発生することを確実に防止する内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明の内燃機関の制御装置では、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気通路（例えば、後述の排気管３）から吸気通路（例えば、後述の吸気管２）へ排気の一部をＥＧＲガスとして還流するためのＥＧＲ通路（例えば、後述のＥＧＲ通路４）と、前記ＥＧＲ通路に設けられ、ＥＧＲガス量を制御するためのＥＧＲ弁（例えば、後述のＥＧＲ弁４４）と、排気中の炭化水素の濃度を取得する炭化水素濃度取得手段（例えば、後述のＨＣ濃度取得部１０ｂ）と、ＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスの温度（例えば、後述のＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅ）を取得する温度取得手段（例えば、後述の温度取得部１０ｃ）と、前記炭化水素濃度取得手段が取得した炭化水素の濃度と前記温度取得手段が取得したＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスの温度とに基づいて、デポジットが発生するか否かを判定するデポジット発生判定手段（例えば、後述のデポジット発生判定部１０ｄ）と、前記デポジット発生判定手段によってデポジットが発生すると判定された場合には、前記ＥＧＲ弁を閉弁してＥＧＲガスの還流を禁止し、前記デポジット発生判定手段によってデポジットが発生しないと判定された場合には、ＥＧＲガスの還流を許可する還流制御手段（例えば、後述の還流制御部１０ｅ）と、排気を浄化するＤＰＦ（例えば、後述のＤＰＦ３２）またはＮＯｘ触媒（例えば、後述のＮＳＣ３３）と、排気空燃比をストイキよりも炭化水素の濃度の高いリッチ空燃比に制御することにより排気を昇温して前記ＤＰＦまたはＮＯｘ触媒を再生する再生手段（例えば、後述の再生部１０ａ）と、を備え、前記還流制御手段は、前記再生手段による前記ＤＰＦまたはＮＯｘ触媒の再生中に、前記デポジット発生判定手段によってデポジットが発生すると判定された場合には、前記ＥＧＲ弁を閉弁してＥＧＲガスの還流を禁止し、前記デポジット発生判定手段によってデポジットが発生しないと判定された場合には、ＥＧＲガスの還流を許可することを特徴とする。

本発明によると、取得したＨＣ濃度と取得したＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスの温度とに基づいて、デポジットが発生するか否かを判定する。これにより、ＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスの温度に応じてデポジットの発生状況を判断できる。したがって、ＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスにデポジットが発生するか否かの判定の精度を向上でき、デポジットが発生することを確実に防止できる。
このため、例えば高濃度のＨＣ排出時におけるＥＧＲデバイス温度が低いときのデポジットの発生を適切に回避できる。
加えて、デポジットが発生しないときには、ＥＧＲガスの還流を許可するので、排気エミッションを低減でき、また燃焼の安定化を図れる。

また本発明によると、ＥＧＲガス温度に基づいてデポジットの発生状況を判断しないので、ＥＧＲ通路壁面やＥＧＲデバイス壁面が低温のためデポジットが発生する状況であるにも拘わらず、ＥＧＲガスが高温のためデポジットが発生しないと誤判定することはない。よって、デポジットが発生する状況でＥＧＲガスの導入や冷却水の循環を実施してデポジットを発生させてしまうことがない。
またＥＧＲガス温度に基づいてデポジットの発生状況を判断しないので、ＥＧＲ通路壁面やＥＧＲデバイス壁面が高温のためデポジットが発生しない状況であるにも拘わらず、ＥＧＲガスが低温のためデポジットが発生すると誤判定することはない。よって、デポジットが発生しない状況でＥＧＲガスの導入を禁止して排気エミッションや燃焼安定性を悪化させることはない。

本発明によると、再生手段によるＤＰＦまたはＮＯｘ触媒の再生中にデポジットが発生することを防止する還流制御を実施する。ここで排気空燃比をストイキよりも炭化水素の濃度の高いリッチ空燃比に制御することにより排気を昇温して行うＤＰＦまたはＮＯｘ触媒の再生中は、デポジットの発生に関連する炭素数の多い含酸素化合物や多環芳香族などの高ＨＣ種が多量に排出される。このため、ＤＰＦまたはＮＯｘ触媒の再生中の高ＨＣ種の多量排出時におけるＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスの温度が低いときのデポジットの発生を適切に回避できる。
加えて、デポジットが発生しないときには、ＥＧＲガスの還流を許可するので、ＤＰＦまたはＮＯｘ触媒の再生中の排気エミッションを低減でき、また燃焼の安定化を図れる。

前記デポジット発生判定手段は、前記炭化水素濃度取得手段が取得した炭化水素の濃度に基づいて、ＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスに排気が接触したときにデポジットが発生する上限温度であるデポジット発生上限温度を算出するデポジット発生上限温度算出手段（例えば、後述のデポジット発生上限温度算出部１０ｆ）を有し、前記温度取得手段が取得したＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスの温度が、前記デポジット発生上限温度算出手段が算出したデポジット発生上限温度以下である場合には、デポジットが発生すると判定し、前記温度取得手段が取得したＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスの温度が、前記デポジット発生上限温度算出手段が算出したデポジット発生上限温度を超える場合には、デポジットが発生しないと判定することが好ましい。

本発明によると、デポジットの発生に関連する高ＨＣ種の排出量が、排気の全体のＨＣ排出量、すなわち排気中のＨＣ濃度に相関があることを用い、排気中のＨＣ濃度によってデポジット発生上限温度を設定する。排気中のＨＣ濃度によって設定されたデポジット発生上限温度に基づいて還流制御を実施することで、ＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスにデポジットが発生するか否かの判定の精度をより向上でき、デポジットが発生することをより確実に防止できる。

前記温度取得手段は、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲガスの状態を制御するための複数のＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスのうち、最下流に配置されたＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイス（例えば、後述のＥＧＲ弁４４）の温度を取得することが好ましい。

本発明によると、温度取得手段が複数のＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスのうち、最下流に配置されたＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスの温度を取得する。ここで最下流に配置されたＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスは、ＥＧＲガスが最も冷えた位置に配置されるため、デポジットが発生し易い。最下流に配置されたＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスの温度を基準に、デポジットが発生することを防止する還流制御を実施することで、全てのＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスにデポジットが発生することを確実に防止できる。

前記温度取得手段は、前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記内燃機関を循環する冷却媒体と熱交換することによりＥＧＲガスの温度を冷却するためのＥＧＲクーラ（例えば、後述のＥＧＲクーラ４１）の温度を取得することが好ましい。

本発明によると、温度取得手段がＥＧＲクーラの温度を取得する。ここでＥＧＲクーラは、内燃機関を循環する冷却媒体と熱交換しておりＥＧＲガスを冷やすため、デポジットが発生し易い。ＥＧＲクーラの温度を基準に、デポジットが発生することを防止する還流制御を実施することで、全てのＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスにデポジットが発生することを確実に防止できる。

前記排気通路に設けられ、排気を浄化するＤＰＦおよびＮＯｘ触媒を更に備え、前記デポジット発生上限温度算出手段は、前記再生手段が前記ＤＰＦを再生するときに、前記ＮＯｘ触媒を再生するときに比して、同じ炭化水素濃度であってもデポジット発生上限温度を高く算出することが好ましい。

本発明によると、デポジット発生上限温度算出手段は、再生手段がＤＰＦを再生するときに、ＮＯｘ触媒を再生するときに比して、同じＨＣ濃度であってもデポジット発生上限温度を高く算出する。ここで再生手段によるＤＰＦやＮＯｘ触媒の再生は、再生対象デバイスの違いや再生目的の違いによって昇温量などの再生の仕方や必要ＨＣ量が異なる。ＤＰＦの再生時は、ＮＯｘ触媒の再生時よりもデポジットが発生し易いので、デポジット発生上限温度を高くすることで、ＤＰＦの再生時にデポジットが発生することを確実に防止できる。
加えて、デポジットが発生しないときには、ＥＧＲガスの還流を許可するので、ＤＰＦの再生時のＮＯｘを低減でき、またＮＯｘ触媒の再生時の燃焼の安定化を図れる。

本発明によれば、ＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスにデポジットが発生するか否かの判定の精度を向上させ、デポジットが発生することを確実に防止する内燃機関の制御装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の構成を示す模式図である。 上記実施形態に係るフェノール類単体および試験的高濃度ＨＣガス成分の堆積量推移を示す図である。 上記実施形態に係るフェノール類単体および試験的高濃度ＨＣガス成分の蒸気圧曲線を示す図である。 上記実施形態に係る排気中のＨＣ濃度と含酸素化合物および多環芳香族の濃度との相関関係を示す図である。 上記実施形態に係るＥＣＵの機能ブロック図である。 上記実施形態に係るデポジット発生上限温度を算出するマップを示す図である。 上記実施形態に係るＥＧＲガスの還流制御ルーチンを示すフローチャートである。 上記実施形態に係るＥＧＲガスの還流制御の様子を示す図である。 比較例に係るＥＧＲガスの還流制御の様子を示す図である。

以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置を適用した内燃機関（以下、「エンジン」という）１の構成を示す模式図である。エンジン１は、各気筒の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンである。

エンジン１に燃料を供給する燃料供給系（図示せず）は、燃料タンクに貯留された燃料を加圧する燃料ポンプと、この燃料ポンプに加圧された燃料をエンジンの気筒ごとに設けられたインジェクタに供給するコモンレールとを備えて構成されている。

インジェクタからの燃料噴射量は、後述する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１０によって設定される。また、このインジェクタの開弁時間は、設定された燃料噴射量が得られるように、ＥＣＵ１０からの駆動信号により制御される。

エンジン１には、吸気が流通する吸気管２と、排気が流通する排気管３と、排気管３内の排気の一部をＥＧＲガスとして吸気管に還流するＥＧＲ通路４、吸気管２に吸気を圧送する過給機５とが設けられている。

吸気管２は、吸気マニホールド６の複数の分岐部を介してエンジン１の各気筒の吸気ポートに接続されている。排気管３は、排気マニホールド７の複数の分岐部を介してエンジン１の各気筒の排気ポートに接続されている。ＥＧＲ通路４は、排気マニホールド７から分岐し吸気管２に至る。

過給機５は、排気管３に設けられたタービン５１と、吸気管２に設けられたコンプレッサ５２とを備える。タービン５１は、排気管３を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサ５２は、タービン５１により回転駆動され、吸気を加圧して吸気管２内へ圧送する。
また、タービン５１は、図示しない複数の可変ベーンを有しており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転速度を変更できるように構成されている。タービン５１のベーン開度は、ＥＣＵ１０により電磁的に制御される。

吸気管２におけるコンプレッサ５２の上流側には、エアクリーナ２１が設けられている。
また、吸気管２におけるコンプレッサ５２の下流側には、コンプレッサ５２により加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ２２が設けられている。
吸気管２におけるインタークーラ２２の下流側には、エンジン１の吸入空気量を制御するスロットル弁２３が設けられている。このスロットル弁２３は、アクチュエータを介してＥＣＵ１０に接続されており、その開度はＥＣＵ１０により電磁的に制御される。

ＥＧＲ通路４は、排気マニホールド７と吸気管２とを接続し、エンジン１から排出された排気の一部をＥＧＲガスとして還流する。
ＥＧＲ通路４には、還流される排気を冷却するＥＧＲクーラ４１と、ＥＧＲガスにＥＧＲクーラ４１をバイパスさせるバイパス通路４２と、ＥＧＲガスにＥＧＲクーラ４１を流通させるかバイパス通路４２を流通させるかを切り替える切替弁４３と、ＥＧＲガス量を制御するためのＥＧＲ弁４４とが設けられている。
ＥＧＲクーラ４１は、エンジン１を循環する機関冷却水と熱交換することにより、ＥＧＲ通路４を流通するＥＧＲガスの温度を冷却する。
ＥＧＲ弁４４は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ１０に接続されており、その弁開度はＥＣＵ１０により電磁的に制御される。

排気管３におけるタービン５１の下流側には、排気を浄化するための酸化触媒（以下、「ＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）」という）３１もしくはＮＯｘ吸蔵触媒（以下、「ＮＳＣ（ＮＯｘ Ｓｔｒａｇｅ Ｃａｔａｌｙｓｔ）」という）３３と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ」という）３２とが上流側からこの順に設けられている。

ＤＯＣ３１は、排気との反応により発生する熱で排気を昇温する。ＤＯＣ３１には、例えば触媒として作用する白金（Ｐｔ）をアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）担体に担持させたものに、ＮＯｘの還元能力に優れたロジウム（Ｒｈ）や、ＨＣの吸着作用に優れたゼオライトなどを加えたものが用いられる。

ＮＳＣ３３は、エンジン１で燃焼する混合気を化学量論比よりもリーンに設定し、流入する排気の酸素濃度が比較的高い酸化雰囲気下で排気中のＮＯｘを捕捉する。また、ＮＳＣ３３は、流入する排気の還元剤の濃度が比較的高い還元雰囲気下で上記捕捉したＮＯｘを還元浄化する。
ＮＳＣ３３は、ＮＯｘを捕捉するとき、同時にＳＯｘも捕捉してＳＯｘ被毒が生じる。
ＮＳＣ３３としては、例えば白金などの貴金属と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類の内の少なくとも１つを含むゼオライトなどのＮＯｘ吸着材とから構成されたものが用いられる。
ＮＳＣ３３は、ＮＯｘやＳＯｘを過度に捕捉すると、排気浄化能力が低下するので、捕捉したＮＯｘやＳＯｘを浄化してＮＳＣ３３を再生する再生処理が適宜実行される。ここで、捕捉したＮＯｘを浄化してＮＳＣ３３を再生する再生処理を、ＮＯｘ再生処理といい、捕捉したＳＯｘを浄化してＮＳＣ３３を再生する再生処理を、ＳＯｘ再生処理という。

ＤＰＦ３２は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とする粒子状物質（以下、「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）」という）を、フィルタ壁の表面およびフィルタ壁中の孔に堆積させることにより捕集する。ＤＰＦ３２には、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミックス多孔体からなるハニカム構造体を利用したウォールフロー型ＤＰＦなどが用いられる。
ＤＰＦ３２は、捕集能力の限界、すなわち堆積限界までＰＭを捕集すると、圧力損失が大きくなるので、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭを燃焼してＤＰＦ３２を再生するＤＰＦ再生処理が適宜実行される。

ＥＣＵ１０には、筒内圧センサ１１、エアフロメータ１２、ＵＥＧＯセンサ１３、排気温度センサ１４などの各種センサが接続されている。これら筒内圧センサ１１、エアフロメータ１２、ＵＥＧＯセンサ１３、排気温度センサ１４は、それぞれ、エンジン１の筒内圧、エンジン１の吸入空気量、排気管３内の排気空燃比およびＤＰＦ３２の下流側の排気温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ１０に送信する。

ＥＣＵ１０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変化するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下、「ＣＰＵ」という）とを有する。この他、ＥＣＵ１０は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラムおよび演算結果などを記憶する記憶回路と、エンジン１の燃料噴射弁などに制御信号を出力する出力回路とを有する。

次に、ＥＣＵ１０によるエンジン１のＥＧＲガスの制御について説明する。
一般に、ＤＰＦ再生処理、ＮＯｘ再生処理およびＳＯｘ再生処理時にＥＧＲガスの還流制御が実施される。
ＤＰＦ再生処理では、ＥＧＲガスを導入することにより、ＮＯｘの排気エミッションを低減する。ＮＯｘ再生処理およびＳＯｘ再生処理では、ＥＧＲガスを導入することにより、燃焼安定性の悪化、具体的には筒内温度低下に起因する失火を防止する。

ここで、ＤＰＦ再生処理、ＮＯｘ再生処理およびＳＯｘ再生処理時には、排気空燃比をストイキよりもＨＣ濃度の高いリッチ空燃比に制御することにより、排気が高濃度ＨＣガスとなっている。このため、排気の一部であるＥＧＲガス中、具体的には高濃度ＨＣガス中には、デポジットが発生し易い含酸素化合物や多環芳香族（高ＨＣ種）が多く存在する。これら含酸素化合物や多環芳香族は、高濃度ＨＣガスの温度が低下すると凝縮点に達し、ＥＧＲ通路４の壁面に凝縮してデポジットを発生させる。

なお、高濃度ＨＣガス中の含酸素化合物や多環芳香族が、そのガス温度が低下すると凝縮点に達し、ＥＧＲ通路の壁面に凝縮してデポジットを発生させることは、以下のように本発明者らによって明らかにされた。

図２は、本実施形態に係るフェノール類単体および試験的高濃度ＨＣガス成分の堆積量推移を示す図である。図２の横軸にはＥＧＲ通路４の壁面温度をとり、縦軸には堆積量をとっている。図２に示す白丸はフェノール類単体のみの堆積量推移を示すプロットであり、黒丸は試験的高濃度ＨＣガス成分の堆積量推移を示すプロットである。
本発明者らは、ＤＰＦ再生処理、ＮＯｘ再生処理およびＳＯｘ再生処理時のＥＧＲガスである高濃度ＨＣガスには、フェノール類（「フェノール類」としては、主にレゾルシノール、フェノールおよびｍ−クレゾールである。以下単に「フェノール類」という）単体が多量に存在することを明らかにした。そこで、フェノール類単体と、ＥＧＲガスである高濃度ＨＣガスの主成分を擬似的に作成した、フェノール類、ホルムアルデヒドおよびＮＯｘからなる試験的高濃度ＨＣガス成分との比較を検討した。
そして、図２に示すように、ＥＧＲ通路４の壁面温度に対してフェノール類単体のみの堆積量推移と、試験的高濃度ＨＣガス成分の堆積量推移とをプロットして比較したところ、どちらも凝縮点が１５０℃近傍で一致することが判明した。

図３は、本実施形態に係るフェノール類単体および試験的高濃度ＨＣガス成分の蒸気圧曲線を示す図である。図３の横軸にはＥＧＲ通路４の壁面温度をとり、縦軸にはフェノール類単体および高濃度ＨＣガス成分の濃度をとっている。図３に示す実線はフェノール類単体の蒸気圧曲線であり、白丸はフェノール類単体のみの凝縮点の実測値を示すプロットであり、黒丸は試験的高濃度ＨＣガス成分の凝縮点の実測値を示すプロットである。
図３に示すように、試験的高濃度ＨＣガス成分の凝縮点の実測値をプロットしたところ、フェノール類単体の蒸気圧曲線上にプロットされ、フェノール類単体と試験的高濃度ＨＣガス成分との蒸気圧曲線が一致することが判明した。

以上、図２、図３に示すことから、高濃度ＨＣガス中に多量に存在するフェノール類の凝縮によって、高濃度ＨＣガスがデポジットを発生させることが判明した。
また、高濃度ＨＣガス中にはフェノール類に類似する含酸素化合物や多環芳香族も存在する。
上記より、高濃度ＨＣガスがデポジットを発生させないためには、高濃度ＨＣガス中に多量に存在するフェノール類に代表される含酸素化合物や多環芳香族を凝縮させないように、ＥＧＲガスの還流を制御する必要がある。

ここで、含酸素化合物および多環芳香族が凝縮する凝縮点は、図３に示すようにフェノール類単体の蒸気圧曲線を利用して求めることができる。つまり、ＥＧＲ通路４の壁面温度と含酸素化合物および多環芳香族の濃度との相関関係により求めることができる。

図４は、本実施形態に係る排気中のＨＣ濃度と含酸素化合物および多環芳香族の濃度との相関関係を示す図である。
図４に示すように、排気中のＨＣ濃度が増加すると、含酸素化合物および多環芳香族の濃度も一次直線的に増加する傾向の相関関係が判明した。
このため、含酸素化合物および多環芳香族の濃度を推定するために、排気中のＨＣ濃度を取得すればよいことが明らかとなった。

つまり、図３、図４に示すことから、含酸素化合物および多環芳香族が凝縮する凝縮点を、ＥＧＲ通路４の壁面温度と排気中のＨＣ濃度との相関関係に基づき、デポジット発生上限温度の特性曲線として算出できる。
ここで、デポジット発生上限温度とは、排気中のＨＣ濃度に基づいて、ＥＧＲ通路４の壁面に排気が接触したときにデポジットが発生する上限温度である。

また、図２、図３に示すことから、高濃度ＨＣガスがデポジットを発生させる場合として、フェノール類が凝縮される凝縮点を検出する対象としては、ＥＧＲ通路４を流通する高濃度ＨＣガスそのものの温度よりもＥＧＲ通路４の壁面温度が対象であることの方が好ましいことが判明した。
これは、実際にフェノール類が凝縮される対象がＥＧＲ通路４の壁面であるため、フェノール類が凝縮される凝縮点を検出する対象も、必然的にＥＧＲ通路４の壁面温度となるからである。
上記より、高濃度ＨＣガスがデポジットを発生させないためには、高濃度ＨＣガス中に多量に存在するフェノール類に代表される含酸素化合物や多環芳香族を凝縮させないように、ＥＧＲ通路４の壁面温度に着目してＥＧＲガスの還流を制御する必要がある。

したがって、本実施形態では、排気中のＨＣ濃度と、ＥＧＲ通路４の壁面温度とに着目し、高濃度ＨＣガスが低温のため含酸素化合物および多環芳香族が凝縮点に達する場合には、高濃度ＨＣガスの還流を禁止し、含酸素化合物および多環芳香族がＥＧＲ通路４の壁面に凝縮してデポジットが発生することを防止する還流制御を実施する。

図５は、本実施形態に係るＥＣＵ１０の機能ブロック図である。
上記で説明したハードウェア構成からなるＥＣＵ１０は、図５に示すように、再生部１０ａ、ＨＣ濃度取得部１０ｂ、温度取得部１０ｃ、デポジット発生判定部１０ｄおよび還流制御部１０ｅの各モジュールを備える。

再生部１０ａは、排気を昇温し、ＤＰＦ再生処理、ＮＯｘ再生処理およびＳＯｘ再生処理をそれぞれ実行する。
具体的には、ＤＰＦ再生処理では、堆積限界までＰＭを捕集すると、エンジン１の燃料噴射弁に制御信号を出力してアフター噴射を実行することによりリッチ化された排気に含まれる未燃燃料をＤＯＣ３１に導入する。これにより、ＤＯＣ３１で進行する酸化反応に伴う反応熱で排気を昇温してＤＰＦ３２が昇温され、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭを燃焼する。
ＮＯｘ再生処理およびＳＯｘ再生処理では、ＮＯｘやＳＯｘを過度に捕捉すると、エンジン１の燃料噴射弁に制御信号を出力してエンジン１で燃焼する混合気を化学量論比よりもリッチに設定し、リッチ化された排気をＤＯＣ３１に導入する。これにより、ＤＯＣ３１で進行する酸化反応に伴う反応熱で排気を昇温してＮＳＣ３３が昇温されるとともに、ＮＳＣ３３に流入する排気の還元性気体の濃度を比較的高い還元雰囲気にし、捕捉したＮＯｘやＳＯｘを還元浄化する。
なお、ＳＯｘ再生処理は、捕捉したＳＯｘがＮＯｘよりも脱離し難い性質を有することから、ＮＯｘ再生処理に比して高温・高還元雰囲気下で実行される。

ＨＣ濃度取得部１０ｂは、排気中のＨＣ濃度を取得する。
具体的には、エンジン１の機関負荷Ｑ、機関回転速度Ｎｅおよび冷却水温Ｔｗを取得し、機関負荷Ｑ、機関回転速度Ｎｅおよび冷却水温Ｔｗを予め設定されているマップに取り込み、排気中のＨＣ濃度を算出する。

温度取得部１０ｃは、ＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅを取得する。ＥＧＲ弁４４は、ＥＧＲ通路４に設けられたＥＧＲガスの状態を制御するための複数のＥＧＲデバイス（ＥＧＲクーラ４１、切替弁４３、ＥＧＲ弁４４など）のうち、ＥＧＲ通路４の最下流（最も吸気管２側）に配置されたＥＧＲデバイスである。温度取得部１０ｃがＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅを取得することで、複数のＥＧＲデバイスの内、最もデポジットが発生し易い環境下の壁面温度を取得することができる。
具体的には、エンジンの機関負荷Ｑ、機関回転速度Ｎｅおよび冷却水温Ｔｗを取得し、機関負荷Ｑ、機関回転速度Ｎｅおよび冷却水温Ｔｗを予め設定されているマップに取り込み、ＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅを算出する。
なお、温度取得部１０ｃは、ＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅを温度センサによって取得するものであってもよい。

デポジット発生判定部１０ｄは、ＨＣ濃度取得部１０ｂが取得したＨＣ濃度と温度取得部１０ｃが取得したＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅとに基づいて、デポジットが発生するか否かを判定する。

ここでデポジット発生判定部１０ｄには、デポジット発生上限温度算出部１０ｆが設けられている。
デポジット発生上限温度算出部１０ｆは、ＨＣ濃度取得部１０ｂが取得したＨＣ濃度と温度取得部１０ｃが取得したＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅとに基づいて、ＥＧＲ弁４４に排気が接触したときにデポジットが発生する上限温度であるデポジット発生上限温度を算出する。
図６は、本実施形態に係るデポジット発生上限温度を算出するマップを示す図である。図６の横軸にはＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅをとり、縦軸には排気中のＨＣ濃度をとっている。図６中の特性曲線がデポジット発生上限温度の特性曲線であり、デポジット発生上限温度の特性曲線よりも右下側の領域がデポジット非発生領域であり、特性曲線よりも左上側の領域がデポジット発生領域である。デポジット発生上限温度の特性曲線は、図３に示すフェノール類単体の蒸気圧曲線を利用して求められている。
具体的には、ＨＣ濃度およびＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅを取得し、ＨＣ濃度およびＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅを、予め設定されている図６に示すマップに取り込み、デポジット発生上限温度の特性曲線を利用してデポジット発生上限温度を算出する。

なお、デポジット発生上限温度算出部１０ｆは、ＤＰＦ再生時は、ＮＯｘ再生処理およびＳＯｘ再生処理時に比して、同じＨＣ濃度であってもデポジット発生上限温度を高く算出する。
具体的には、ＤＰＦ再生時は、ＮＯｘ再生処理およびＳＯｘ再生処理時に比して、図６に示すデポジット発生上限温度の特性曲線を右下へ移行した特性曲線（図６破線の特性曲線）を用いてデポジット発生上限温度を算出する。

このようなデポジット発生上限温度の算出は、図６に示すＤＰＦ再生時のデポジット発生上限温度の特性曲線だけをＥＣＵ１０に記憶させておき、ＮＯｘ再生処理およびＳＯｘ再生処理時のデポジット発生上限温度の特性曲線はＤＰＦ再生時の特性曲線に係数掛けして求め、それを用いて算出してもよい。
また、ＤＰＦ再生時、ＮＯｘ再生処理時、ＳＯｘ再生処理時でそれぞれの特性曲線を図６に示すようにＥＣＵ１０に記憶させておくものであってもよい。
このため、ＳＯｘ再生処理時は、ＮＯｘ再生処理に比して、図６に示すデポジット発生上限温度の特性曲線を右下へ移行した特性曲線を用いてデポジット発生上限温度を算出してもよい。

これにより、デポジット発生判定部１０ｄは、温度取得部１０ｃが取得したＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅが、デポジット発生上限温度算出部１０ｆが算出したデポジット発生上限温度以下である場合には、デポジットが発生すると判定する。
一方、温度取得部１０ｃが取得したＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅが、デポジット発生上限温度算出部１０ｆが算出したデポジット発生上限温度を超える場合には、デポジットが発生しないと判定する。

還流制御部１０ｅは、デポジット発生判定部１０ｄによってデポジットが発生すると判定されれば、ＥＧＲ弁４４を閉弁してＥＧＲガスの還流を禁止し、デポジット発生判定部１０ｄによってデポジットが発生しないと判定されれば、ＥＧＲガスの還流を許可する。

以下に、図５に示すＥＣＵの機能によって実行されるＥＧＲガスの還流制御ルーチンを説明する。
図７は、本実施形態に係るＥＧＲガスの還流制御ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ１では、ＥＣＵ１０が、エンジン１の機関負荷Ｑ、機関回転速度Ｎｅおよび冷却水温Ｔｗを取得する。

ステップＳ２では、ＨＣ濃度取得部１０ｂが、排気中のＨＣ濃度を取得する。具体的には、ステップＳ１で取得したエンジンの機関負荷Ｑ、機関回転速度Ｎｅおよび冷却水温Ｔｗを予め設定されているマップに取り込み、排気中のＨＣ濃度を算出する。

ステップＳ３では、温度取得部１０ｃが、ＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅを取得する。具体的には、ステップＳ１で取得したエンジンの機関負荷Ｑ、機関回転速度Ｎｅおよび冷却水温Ｔｗを予め設定されているマップに取り込み、ＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅを算出する。

ステップＳ４では、デポジット発生上限温度算出部１０ｆが、ステップＳ２で取得したＨＣ濃度とステップＳ３で取得したＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅとに基づいて、ＥＧＲ弁４４に排気が接触したときにデポジットが発生する上限温度であるデポジット発生上限温度を算出する。
具体的には、ステップＳ２で取得したＨＣ濃度およびステップＳ３で取得したＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅを予め設定されている図６に示すマップに取り込み、デポジット発生上限温度を算出する。

ステップＳ５では、デポジット発生判定部１０ｄは、ステップＳ３で取得したＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅが、ステップＳ４で算出したデポジット発生上限温度以下であるか否かを判定する。
ステップＳ５においてＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅが、デポジット発生上限温度以下である場合には、デポジットが発生すると判定してステップＳ６へ移行する。一方、ステップＳ５においてＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅが、デポジット発生上限温度を超える場合には、デポジットが発生しないと判定し本ルーチンを終了する。

ステップＳ６では、還流制御部１０ｅは、ステップＳ５によってデポジットが発生すると判定された場合には、ＥＧＲ弁４４を閉弁してＥＧＲガスの還流を禁止する。そして本ルーチンを終了する。

図８は、本実施形態に係るＥＧＲガスの還流制御の様子を示す図である。図８では、ＤＰＦ再生時の還流制御を例に挙げた。図８の横軸には時間をとり、縦軸にはＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅおよび排気中のＨＣ濃度をとっている。図８の実線がＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅの温度推移を示し、破線が排気中のＨＣ濃度の濃度推移を示している。
図８に示すように本実施形態に係るＥＧＲガスの還流制御では、ＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅがデポジット発生上限温度以下である場合にＥＧＲガスの導入を禁止する。そしてＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅが上昇していきＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅがデポジット発生上限温度を超えた時点でＥＧＲガスの導入を開始する。つまり、排気中のＨＣ濃度の上昇に対してＥＧＲガスの導入開始が遅延される。
なお、ＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅの上昇は、排気中のＨＣ濃度の上昇、すなわち排気管３の排気温度が上昇することに伴い、その熱が排気管壁（あるいは内燃機関壁）からＥＧＲ通路壁面に熱伝導されてＥＧＲ弁まで伝わることにより、排気中のＨＣ濃度の上昇に遅延して生じる。
このようにＥＧＲガスの導入開始が遅延されることにより、ＤＰＦ再生開始時のＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅが低いためにデポジットが発生することが防止される。

図９は、比較例に係るＥＧＲガスの還流制御の様子を示す図である。図９では、図８と同様にＤＰＦ再生時の還流制御を例に挙げた。図９に示す比較例では、ＤＰＦ再生開始時にＥＧＲガスを導入する従来の手法のＥＧＲガスの還流制御を実行した。図９の横軸には時間をとり、縦軸にはＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅおよび排気中のＨＣ濃度をとっている。図９の実線がＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅの温度推移を示し、破線が排気中のＨＣ濃度の濃度推移を示している。
図９に示すように比較例に係るＥＧＲガスの還流制御では、ＤＰＦ再生開始時点でＥＧＲガスの導入を開始する。
このようにＥＧＲガスの導入開始がＤＰＦ再生開始と一致していると、ＤＰＦ再生開始時のＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅが低いため、図９に示すＨＣ濃度が高くＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅが低い斜線部領域のＨＣが凝縮してデポジットが発生した。

以上の本実施形態に係るエンジン１によれば、以下の効果を奏する。

（１）取得したＨＣ濃度と取得したＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅとに基づいて、デポジットが発生するか否かを判定する。これにより、ＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅに応じてデポジットの発生状況を判断できる。したがって、ＥＧＲ弁４４にデポジットが発生するか否かの判定の精度を向上でき、デポジットが発生することを確実に防止できる。
このため、例えばＤＰＦ再生、ＮＯｘ再生およびＳＯｘ再生時におけるＥＧＲ弁４４温度が低いときのデポジットの発生を適切に回避できる。
加えて、デポジットが発生しないときには、ＥＧＲガスの還流を許可するので、排気エミッションを低減でき、また燃焼の安定化を図れる。

また、ＥＧＲガス温度に基づいてデポジットの発生状況を判断しないので、ＥＧＲ弁４４が低温のためデポジットが発生する状況であるにも拘わらず、ＥＧＲガスが高温のためデポジットが発生しないと誤判定することはない。よって、デポジットが発生する状況でＥＧＲガスの導入や冷却水の循環を実施してデポジットを発生させてしまうことがない。
またＥＧＲガス温度に基づいてデポジットの発生状況を判断しないので、ＥＧＲ弁４４が高温のためデポジットが発生しない状況であるにも拘わらず、ＥＧＲガスが低温のためデポジットが発生すると誤判定することはない。よって、デポジットが発生しない状況でＥＧＲガスの導入を禁止して排気エミッションや燃焼安定性を悪化させることはない。

（２）再生部１０ａによるＤＰＦ再生、ＮＯｘ再生およびＳＯｘ再生中にデポジットが発生することを防止する還流制御を実施する。ここで排気空燃比をストイキよりもＨＣ濃度の高いリッチ空燃比に制御することにより排気を昇温して行うＤＰＦ再生、ＮＯｘ再生およびＳＯｘ再生中は、デポジットの発生に関連する含酸素化合物や多環芳香族が多量に排出される。このため、ＤＰＦ再生、ＮＯｘ再生およびＳＯｘ再生中の含酸素化合物や多環芳香族の多量排出時におけるＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅが低いときのデポジットの発生を適切に回避できる。
加えて、デポジットが発生しないときには、ＥＧＲガスの還流を許可するので、ＤＰＦ再生、ＮＯｘ再生およびＳＯｘ再生中の排気エミッションを低減でき、また燃焼の安定化を図れる。

（３）デポジットの発生に関連する高ＨＣ種の排出量が、排気の全体のＨＣ排出量、すなわち排気中のＨＣ濃度に相関があることを用い、排気中のＨＣ濃度によってデポジット発生上限温度を設定する。排気中のＨＣ濃度によって設定されたデポジット発生上限温度に基づいて還流制御を実施することで、ＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスにデポジットが発生するか否かの判定の精度をより向上でき、デポジットが発生することをより確実に防止できる。

（４）温度取得部１０ｃが複数のＥＧＲデバイスのうち、最下流に配置されたＥＧＲ弁４４の温度（ＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅ）を取得する。ここで最下流に配置されたＥＧＲ弁４４は、ＥＧＲガスが最も冷えた位置に配置されるため、デポジットが発生し易い。最下流に配置されたＥＧＲ弁４４のＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅを基準に、デポジットが発生することを防止する還流制御を実施することで、全てのＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスにデポジットが発生することを確実に防止できる。

なお、温度取得部１０ｃがＥＧＲクーラ４１の温度を取得してもよい。ここでＥＧＲクーラ４１は、エンジン１を循環する機関冷却水と熱交換しておりＥＧＲガスを冷やすため、デポジットが発生し易い。ＥＧＲクーラ４１の温度を基準に、デポジットが発生することを防止する還流制御を実施することで、全てのＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスにデポジットが発生することを確実に防止できる。

（５）デポジット発生上限温度算出部１０ｆは、再生部１０ａがＤＰＦ再生時に、ＮＯｘ再生およびＳＯｘ再生時に比して、同じＨＣ濃度であってもデポジット発生上限温度を高く算出する。ここで再生部１０ａによるＤＰＦ再生、ＮＯｘ再生およびＳＯｘ再生は、再生対象デバイスの違いや再生目的の違いによって昇温量などの再生の仕方や必要ＨＣ量が異なる。ＤＰＦ再生時は、ＮＯｘ再生およびＳＯｘ再生時よりもデポジットが発生し易いので、デポジット発生上限温度を高くすることで、ＤＰＦ再生時にデポジットが発生することを確実に防止できる。
加えて、デポジットが発生しないときには、ＥＧＲガスの還流を許可するので、ＤＰＦ再生時のＮＯｘを低減でき、またＮＯｘ再生およびＳＯｘ再生時の燃焼の安定化を図れる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に包含される。
上記実施形態では、温度取得部１０ｃがＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅを取得するものであったが、これに限られない。温度取得部は、例えば、ＥＧＲ通路壁面の温度や、ＥＧＲクーラ、切替弁などの他のＥＧＲデバイスの温度を取得するものであってもよい。
また、上記実施形態では、還流制御部１０ｅは、デポジット発生判定部１０ｄによってデポジットが発生すると判定された場合には、ＥＧＲ弁４４を閉弁してＥＧＲガスの還流を禁止していたが、これに限られない。還流制御部は、デポジット発生判定部によってデポジットが発生すると判定された場合には、ＥＧＲ弁を閉弁側に制御してＥＧＲガスの還流量を低減するものであってもよい。還流量を低減する場合には、ＥＧＲ通路にＥＧＲガスが流通してＥＧＲ弁が高温の排気で直接暖められるので、ＥＧＲ弁壁面温度Ｔｅの上昇が排気中のＨＣ濃度の上昇に遅延する時間を短縮できる。

１…エンジン（内燃機関）
２…吸気管（吸気通路）
３…排気管（排気通路）
４…ＥＧＲ通路
４４…ＥＧＲ弁
１０ａ…再生部
１０ｂ…ＨＣ濃度取得部
１０ｃ…温度取得部
１０ｄ…デポジット発生判定部
１０ｅ…還流制御部
１０ｆ…デポジット発生上限温度算出部
３２…ＤＰＦ
３３…ＮＳＣ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路から吸気通路へ排気の一部をＥＧＲガスとして還流するためのＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に設けられ、ＥＧＲガス量を制御するためのＥＧＲ弁と、
   排気中の炭化水素の濃度を取得する炭化水素濃度取得手段と、
   ＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスの温度を取得する温度取得手段と、
   前記炭化水素濃度取得手段が取得した炭化水素の濃度と前記温度取得手段が取得したＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスの温度とに基づいて、デポジットが発生するか否かを判定するデポジット発生判定手段と、
   前記デポジット発生判定手段によってデポジットが発生すると判定された場合には、前記ＥＧＲ弁を閉弁してＥＧＲガスの還流を禁止し、前記デポジット発生判定手段によってデポジットが発生しないと判定された場合には、ＥＧＲガスの還流を許可する還流制御手段と、
   前記排気通路に設けられ、排気を浄化するＤＰＦまたはＮＯｘ触媒と、
   排気空燃比をストイキよりも炭化水素の濃度の高いリッチ空燃比に制御することにより排気を昇温して前記ＤＰＦまたはＮＯｘ触媒を再生する再生手段と、を備え、
   前記還流制御手段は、前記再生手段による前記ＤＰＦまたはＮＯｘ触媒の再生中に、前記デポジット発生判定手段によってデポジットが発生すると判定された場合には、前記ＥＧＲ弁を閉弁してＥＧＲガスの還流を禁止し、前記デポジット発生判定手段によってデポジットが発生しないと判定された場合には、ＥＧＲガスの還流を許可することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記デポジット発生判定手段は、前記炭化水素濃度取得手段が取得した炭化水素の濃度に基づいて、ＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスに排気が接触したときにデポジットが発生する上限温度であるデポジット発生上限温度を算出するデポジット発生上限温度算出手段を有し、
   前記温度取得手段が取得したＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスの温度が、前記デポジット発生上限温度算出手段が算出したデポジット発生上限温度以下である場合には、デポジットが発生すると判定し、
   前記温度取得手段が取得したＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスの温度が、前記デポジット発生上限温度算出手段が算出したデポジット発生上限温度を超える場合には、デポジットが発生しないと判定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記温度取得手段は、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲガスの状態を制御するための複数のＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスの内、最下流に配置されたＥＧＲ通路壁面またはＥＧＲデバイスの温度を取得することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記温度取得手段は、前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記内燃機関を循環する冷却媒体と熱交換することによりＥＧＲガスの温度を冷却するためのＥＧＲクーラの温度を取得することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記排気通路に設けられ、排気を浄化するＤＰＦおよびＮＯｘ触媒を備え、
   前記デポジット発生上限温度算出手段は、前記再生手段が前記ＤＰＦを再生するときに、前記ＮＯｘ触媒を再生するときに比して、同じ炭化水素濃度であってもデポジット発生上限温度を高く算出することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。

Images