JP6098593B2 - エンジンの排気還流制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気還流制御装置に関する。

水冷式のインタークーラ（Ｉ／Ｃ）を付設したターボ過給器付きエンジンにおいては、低エミッション化及び低燃費化を図るために、排気の一部を吸気に戻す排気再循環（ＥＧＲ）装置が従来技術として知られている。

特許文献１には、水冷式のインタークーラが設けられており、該インタークーラを通る水の温度が所定値以下となった際に、凝縮水が凍結しインタークーラ内の吸気通路が閉塞するおそれがあると判定して、排気再循環を停止する技術が開示されている。

特開２０１１−１９０７４３号公報

一般に、エンジンの冷却液により冷却するＥＧＲクーラを備えたＥＧＲ装置においては、冷却液の温度（液温）から、ＥＧＲクーラ及びＥＧＲ弁を含むＥＧＲ通路が凍結する可能性があるか否かの判定を行い、凍結する可能性があると判定された場合には、ＥＧＲの使用を禁止することが考えられる。

しかしながら、排気の一部をインタークーラの上流に戻す、いわゆる低圧ＥＧＲ装置の場合、ＥＧＲ弁だけでなく、排気管をその下流で開閉する排気シャッタ弁（ＥＳＶ）の凍結と、インタークーラ内の流路の凍結とを考慮する必要がある。

排気シャッタ弁の凍結は、ＥＧＲ弁やＥＧＲ通路の凍結形態とは異なることを考慮する必要がある。ＥＧＲ弁やＥＧＲ通路の凍結は、液温が低い中でＥＧＲが行われると、該ＥＧＲ中で発生した凝縮水がＥＧＲクーラで冷却され次々と凍って堆積してＥＧＲクーラ内及びその下流のＥＧＲ弁を備えるＥＧＲ通路を凍結させるものである。これに対し、排気シャッタ弁の凍結は、ＥＧＲを行う前のエンジン始動前に発生しているもので、これは排気シャッタ弁の雰囲気温度に関係し、始動時の液温（機関温度）も関係するものの、ＥＧＲクーラのようにエンジン冷却液を用いた冷却は行われていないため外気温度との関係性の方が大きい。

その上、インタークーラは、その冷却方法によっては、エンジンの冷却システムから独立した、例えば電動ポンプ式の冷却システムを用いる場合も想定される。

従って、エンジンの冷却液の液温のみを凍結の判定に用いる従来の方法では、エンジンの排気還流の制御を確実に行うことができないという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、冷却システムがエンジン及びその補機の一系統のみでなく、別系統の冷却システムを有する場合で、且つ低温下の状況にあっても、排気還流の制御を確実に行える技術を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、ＥＧＲ弁（ＥＧＲ通路）とは独立して、排気シャッタ弁又は水冷式のインタークーラ内の吸気通路の凍結可能性の判定を行えることを特徴とする。

具体的には、本発明は、エンジンの排気還流制御装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、ＥＧＲを流通させるＥＧＲ通路に設けられ、流通するＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁を備えるエンジンの排気還流制御装置を対象とし、排気通路に設けられ、ＥＧＲ弁と共にＥＧＲ量を制御する排気シャッタ弁をさらに備え、排気シャッタ弁の凍結している可能性を、外気温度及びエンジンの始動時の冷却液の液温度に基づいて判定し、ＥＧＲ供給の禁止又は許可を判断するものである。

これによれば、排気シャッタ弁を直接に冷却する外気温度及びエンジンの始動時の冷却液の液温度に基づいて、排気シャッタ弁の凍結している可能性を推定できるので、ＥＧＲ供給の禁止又は許可をより確実に行うことができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、ＥＧＲ弁上流のＥＧＲ通路に設けられ、流通するＥＧＲを冷却するためのエンジンの冷却液を用いる水冷式のＥＧＲクーラをさらに備え、冷却液の液温度から、ＥＧＲを行うことによりＥＧＲ弁及びＥＧＲクーラから下流側のＥＧＲ通路が凍結する可能性を判定し、ＥＧＲ供給の禁止又は許可を判断するものである。

これによれば、排気シャッタ弁の凍結状態の判定に加え、これとは独立してＥＧＲ弁及びＥＧＲクーラから下流側のＥＧＲ通路における凍結可能性を冷却液の液温度に基づいて高精度に推定できるので、ＥＧＲ供給の禁止又は許可をより確実に行うことができる。

第３の発明は、上記第２の発明において、エンジンの冷却液とは異なる冷却系に属する電動ポンプによる水冷式のインタークーラをさらに備え、インタークーラの上流からＥＧＲ供給が行われ、電動ポンプは、インタークーラの下流の吸気温が高温の際に作動し、エンジンの始動直後のＥＧＲ供給が行われていない状態の吸気温に基づいて、ＥＧＲを行うことによりインタークーラ内の吸気通路が凍結する可能性を判定し、ＥＧＲ供給の禁止又は許可を判断するものである。

これによれば、ＥＧＲ通路及び排気シャッタ弁の凍結状態の判定に加え、水冷式のインタークーラにおける凍結可能性を該インタークーラの下流の吸気温に基づいて、低吸気温状態にあり電動ポンプが停止中であった場合でも、インタークーラ内の液温度を高精度に推定できるので、ＥＧＲ供給の禁止又は許可をより確実に行うことができる。

第４の発明は、上記第１乃至第３の発明において、排気シャッタ弁の凍結判定の結果に基づきＥＧＲの供給を禁止する際に、外気温及びエンジンの始動時の冷却液の液温に基づいて禁止を解除するまでの時間を設定するものである。

これによれば、排気シャッタ弁が受ける熱量（排気ボリューム及び排気温度に影響される）を、エンジン始動からの経過時間で推定して排気シャッタ弁の凍結解除を容易に判定できるので、これにより、ＥＧＲ供給の許可を行えることが可能となる。

第５の発明は、上記第３の発明において、インタークーラの下流にＥＧＲ供給を行う高圧ＥＧＲシステムと、排気シャッタ弁を含み且つインタークーラの上流からＥＧＲ供給を行う低圧ＥＧＲシステムとをさらに備え、一部の運転領域においては、高圧ＥＧＲシステム及び低圧ＥＧＲシステムを併用してＥＧＲ供給を行い、インタークーラ、ＥＧＲ通路及びＥＧＲ弁が、ＥＧＲを行うことにより凍結状態であっても、排気シャッタ弁が凍結している可能性があると判定された際には、ＥＧＲ供給を禁止するものである。

これによれば、排気シャッタ弁の作動禁止時と作動許可時とにおいて、低圧ＥＧＲシステムの供給能力が異なるのに伴い、高圧ＥＧＲシステムの制御をも変更することによる制御の複雑化を防止することができる。

第６の発明は、上記第３の発明において、排気シャッタ弁は、操作をされない通常状態で全開であり、インタークーラ内の吸気通路、ＥＧＲ通路及びＥＧＲ弁が、ＥＧＲを行うことにより凍結する可能性がないと判定され、且つ、排気シャッタ弁が凍結している可能性があると判定された際には、排気シャッタ弁の駆動に伴うＥＧＲ供給を禁止し、排気シャッタ弁を全開としてＥＧＲ供給を行うものである。

これによれば、排気シャッタ弁が凍結している可能性がある状態にあっても、ある程度までの低圧ＥＧＲシステムによるＥＧＲ供給が可能となる。

第７の発明は、ＥＧＲを流通させるＥＧＲ通路に設けられ、流通するＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁と、ＥＧＲ弁上流のＥＧＲ通路に設けられ、流通するＥＧＲを冷却するためのエンジンの冷却液を用いる水冷式のＥＧＲクーラとを備え、冷却液の液温度から、ＥＧＲを行うことによりＥＧＲ弁及びＥＧＲクーラから下流のＥＧＲ通路が凍結する可能性を判定し、ＥＧＲ供給の禁止又は許可を判断するエンジンの排気還流制御装置を対象とし、エンジンの冷却液とは異なる冷却系に属する電動ポンプによる水冷式のインタークーラをさらに備え、インタークーラの上流からＥＧＲ供給が行われ、電動ポンプは、インタークーラの下流の吸気温が高温の際に作動し、エンジンの始動直後のＥＧＲ供給が行われていない状態の吸気温に基づいて、インタークーラ内の吸気通路が凍結する可能性を判定し、ＥＧＲ供給の禁止又は許可を判断するものである。

これによれば、ＥＧＲ通路の凍結状態の判定に加え、水冷式のインタークーラにおける凍結可能性を該インタークーラの下流の吸気温に基づいて、低吸気温状態にあり電動ポンプが停止中であった場合でも、インタークーラ内の液温をより高精度に推定できるので、ＥＧＲ供給の禁止又は許可をより確実に行うことができる。

本発明によれば、冷却システムがエンジン及びその補機の一系統のみでなく、別系統の冷却システムを有する場合で、且つ低温下の状況にあっても、排気還流の制御を確実に行うことができる。

図１は一実施形態に係るエンジンとそれに付設された排気還流制御装置との各構成を示す概略構成図である。 図２は排気還流制御装置の制御系の構成を示すブロック図である。 図３は一実施形態に係るエンジンの寒冷地始動時におけるインタークーラ、低圧ＥＧＲ弁（ＬＰ−ＥＧＲＶ）及び排気シャッタ弁（ＥＳＶ）の各温度変化と、該ＥＳＶの温度変化をタイマで判断するグラフである。 図４は一実施形態に係るエンジンの寒冷地再始動時におけるインタークーラ、低圧ＥＧＲ弁（ＬＰ−ＥＧＲＶ）及び排気シャッタ弁（ＥＳＶ）の各温度変化と、該ＥＳＶの温度変化をタイマで判断するグラフである。 図５は一実施形態に係るインタークーラ、低圧ＥＧＲ弁及び排気シャッタ弁の凍結判定並びに凍結解除判定と、運転シーンにおける凍結解除の順番とを表した表である。 図６は一実施形態及びその一変形例に係るエンジン運転時における排気還流の制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物又はその用途を制限することを意図しない。

（一実施形態）
図１は、一実施形態に係るエンジンの制御装置、特に排気還流制御装置により制御されるエンジン１の概略構成を示している。エンジン１は、車両に搭載されるディーゼルエンジンであって、複数の気筒１１ａ（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック１１と、該シリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン１３とを有している。エンジン１の各気筒１１ａ内には、ピストン１４が往復動可能にそれぞれ嵌挿されており、ピストン１４の頂面には深皿形燃焼室１４ａを区画するキャビティが形成されている。ピストン１４は、コンロッド１４ｂを介してクランク軸１５と連結されている。

シリンダヘッド１２には、気筒１１ａごとに吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されていると共に、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７の燃焼室１４ａ側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

また、シリンダヘッド１２には、燃料を噴射するインジェクタ１８と、エンジン１の冷間時に気筒１１ａ内に吸入されたガスを暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ１９とが設けられている。インジェクタ１８は、その燃料噴射口が燃焼室１４ａの天井面から該燃焼室１４ａに臨むように配設されており、燃焼室１４ａに燃料を直接に噴射供給するようになっている。

インジェクタ１８には、燃料供給システム５１を介して燃料が燃料タンク５２から供給されるようになっている。燃料供給システム５１は、低圧燃料ポンプ（不図示）、燃料フィルタ５３、高圧燃料ポンプ５４及びコモンレール５５を有している。高圧燃料ポンプ５４は、低圧燃料ポンプ及び燃料フィルタ５３を介して燃料タンク５２より供給されてきた低圧の燃料をコモンレール５５に高圧で圧送し、該コモンレール５５は、その圧送された燃料を、その高圧の圧力でもって蓄える。そして、インジェクタ１８が作動することによって、コモンレール５５に蓄えられている燃料がインジェクタ１８から燃焼室１４ａに噴射される。尚、低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプ５４、コモンレール５５及びインジェクタ１８のそれぞれで生じた余剰の燃料は、リターン通路５６を介して燃料タンク５２に戻される。

高圧燃料ポンプ５４は、エンジン１の回転部材（例えばカムシャフト）によって駆動される。高圧燃料ポンプ５４には、電磁弁で構成された調圧弁が設けられており、該調圧弁によって、高圧燃料ポンプ５４からコモンレール５５に供給する燃料の圧力（コモンレール５５で蓄えられる燃料の圧力、燃圧）、つまり、インジェクタ１８から噴射される燃圧を調整することができる。

エンジン１の一側面には、各気筒１１ａの吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１１ａの燃焼室１４ａからの既燃ガス（排気）を排出する排気通路４０が接続されている。これら吸気通路３０及び排気通路４０には、吸入空気（後述の低圧ＥＧＲ通路８１により還流された排気を含む）の過給を行う排気ターボ過給機６１が配設されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。一方、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３４が配設されている。サージタンク３４よりも下流側の吸気通路３０は、気筒１１ａごとに分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１１ａの吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３４との間には、上流側から順に、排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａと、吸気シャッタ弁３６と、コンプレッサ６１ａにより圧縮されたガスを冷却するインタークーラ３５とが配設されている。吸気シャッタ弁３６は、基本的には全開状態とされるが、後述の高圧ＥＧＲ通路７１による排気の還流量を確保するために、全開よりも小さい開度とされる場合がある。インタークーラ３５は、電動ウォータポンプ９１による冷却水の供給により、吸気を冷却するように構成されている。ここで、電動ウォータポンプ９１は、例えば、インタークーラ３５の下流の吸気温が４０℃〜６０℃程度を超えた場合に作動するようにしてもよい。また、インタークーラ３５の冷却水には、水に限られず、いわゆる不凍液（クーラント）を用いることができる。

排気通路４０の上流側の部分は、気筒１１ａごとに分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂと、エンジン１の排気中の有害成分を浄化する排気浄化装置４１と、サイレンサ４２とが配設されている。

排気浄化装置４１は、酸化触媒４１ａと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと呼ぶ。）４１ｂとを有しており、上流側から順次並んでいる。酸化触媒４１ａは、白金又は該白金にパラジウムを加えた合金等を担持した酸化触媒を有しており、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を酸化して二酸化炭素（ＣＯ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）を生成する反応を促す。また、フィルタ４１ｂは、エンジン１の排気中に含まれる煤等の微粒子を捕集する。尚、フィルタ４１ｂに酸化触媒をコーティングしてもよい。

排気ターボ過給機６１は、上記のように吸気通路３０に配設されたコンプレッサ６１ａと、上記のように排気通路４０に配設されたタービン６１ｂとを有しており、該タービン６１ｂが排気流により回転し、タービン６１ｂの回転により、該タービン６１ｂと同軸上に連結されたコンプレッサ６１ａが作動する。排気通路４０におけるタービン６１ｂの上流側の近傍には、ＶＧＴ絞り弁６２が設けられており、該ＶＧＴ絞り弁６２の開度（絞り量）を制御することにより、タービン６１ｂへの排気の流速を調整することができる。これにより、排気流により回転するタービン６１ｂの回転速度、つまり排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａの圧力比（コンプレッサ６１ａへの流入直前のガス圧力に対する、コンプレッサ６１ａからの流出直後のガス圧力の比）を調整することができる。

エンジン１は、その排気の一部を排気通路４０から吸気通路３０に還流させるように構成されている。すなわち、排気の還流のために、高圧ＥＧＲ通路７１と、低圧ＥＧＲ通路８１とが設けられている。

高圧ＥＧＲ通路７１は、排気通路４０における排気マニホールドと排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂとの間の部分（つまり、排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂよりも上流側部分）と、吸気通路３０におけるサージタンク３４とインタークーラ３５との間の部分（つまり、排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａよりも下流側部分）とを接続している。高圧ＥＧＲ通路７１には、該高圧ＥＧＲ通路７１の断面積を変更可能な高圧ＥＧＲ弁７３が配設されている。高圧ＥＧＲ弁７３により、高圧ＥＧＲ通路７１による排気の還流量（以下、高圧ＥＧＲ量と呼ぶ。）が調節される。

低圧ＥＧＲ通路８１は、排気通路４０における排気浄化装置４１とサイレンサ４２との間の部分（つまり、排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂよりも下流側部分）と、吸気通路３０における排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａとエアクリーナ３１との間の部分（つまり、排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａよりも上流側部分）とを接続している。低圧ＥＧＲ通路８１には、その内部を通過する排気を冷却する低圧ＥＧＲクーラ８２が配設されている。低圧ＥＧＲクーラ８２は、エンジン１の冷却水の供給により、排気を冷却するように構成されている。また、低圧ＥＧＲ通路８１における低圧ＥＧＲクーラ８２の下流側には、低圧ＥＧＲ通路８１の断面積を変更可能な低圧ＥＧＲ弁８３が配設されている。

排気通路４０における低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分よりも下流側（且つサイレンサ４２の上流側）には、排気シャッタ弁４３が配設されている。排気シャッタ弁４３は、該排気シャッタ弁４３の配設部分における排気通路４０の断面積を変更し、該断面積が小さくなる（排気シャッタ弁４３の開度が小さくなる）と、排気通路４０における低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分の圧力（排気の低圧ＥＧＲ通路８１への流入圧力）が高くなって、排気の低圧ＥＧＲ通路８１への流入圧力と流出圧力（吸気通路３０における低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分の圧力）との間の差圧が大きくなる。従って、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッタ弁４３の開度を制御することにより、低圧ＥＧＲ通路８１による排気の還流量（以下、低圧ＥＧＲ量と呼ぶ。）が調節される。

エンジン１には、クランク軸１５の回転角度位置を検出することでエンジン１の回転数（以下、エンジン回転数と呼ぶ。）を検出するエンジン回転数センサ１０１が設けられている。

また、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１の下流側近傍（低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分よりも上流側）には、吸気通路３０に吸入された吸入空気（新気）の流量を検出するエアフローセンサ１０２と、外気の吸入直後の温度を外気温度として検出する吸気温度センサ１０３とが配設されている。さらに、サージタンク３４には、エンジン１の各気筒１１ａに吸入されるガス温度を検出する吸入ガス温度センサ１０４が配設されると共に、同じく当該部分におけるガスの圧力を検出する吸気圧センサ１０５が配設されている。また、吸気通路３０におけるインタークーラ３５の下流側近傍には、該インタークーラ３５の直下流の吸気温度を検出するＩ／Ｃ下流吸気温度センサ１０９が配設されている。

さらに、排気通路４０における高圧ＥＧＲ通路７１の接続部分の上流側（且つ排気マニホールドの下流側）には、エンジン１より排出された排気の圧力を検出する排気圧センサ１０６が配設されている。また、排気通路４０における排気浄化装置４１と低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分との間には、当該部分における排気の温度を検出する排気温度センサ１０７が設けられている。

また、エンジン１のシリンダブロック１１には、該エンジン１の冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ１０８が設けられている。

このように構成されたエンジン１は、コントロールユニット１００によって制御される。コントロールユニット１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭ及びＲＯＭ等により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力を行う入出力（Ｉ／Ｏ）バスとを備えている。

図２に示すように、上記のエンジン回転数センサ１０１、エアフローセンサ１０２、吸気温度センサ１０３、吸入ガス温度センサ１０４、吸気圧センサ１０５、排気圧センサ１０６、排気温度センサ１０７、エンジン水温センサ１０８及びＩ／Ｃ下流吸気温度センサ１０９等のセンサ値の信号が、コントロールユニット１００に入力される。また、コントロールユニット１００には、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１０（図２にのみ示す）のセンサ値の信号が入力される。

コントロールユニット１００は、上記の入力信号に基づいて、インジェクタ１８、吸気シャッタ弁３６、排気シャッタ弁４３、高圧燃料ポンプ５４（詳細には、調圧弁）、ＶＧＴ絞り弁６２、高圧ＥＧＲ弁７３、低圧ＥＧＲ弁８３、及び電動ウォータポンプ９１等を制御する。

−寒冷地におけるエンジンの始動−
図３に、寒冷地でのエンジン１の始動後におけるインタークーラ３５、低圧ＥＧＲ（ＬＰ−ＥＧＲ）弁８３及び排気シャッタ弁（ＥＳＶ）４３が凍結温度から非凍結温度に至るまでのタイムチャートを示す。

図３に示すように、インタークーラ３５、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッタ弁４３の全ての温度が非凍結（解氷）閾値を下回る状態で、エンジン１を始動した場合を説明する。

インタークーラ３５は、その冷却液にエンジン１の冷却システムの冷却液を用いていないため、エンジン１が始動しても、インタークーラ３５の冷却液の温度は上昇しにくい。このため、インタークーラ３５の温度が非凍結閾値を超えるのは最も遅くなる。

これに対し、低圧ＥＧＲ弁８３は、上述したように、その冷却液にエンジン１の冷却システムの冷却液を用いているので、インタークーラ３５よりも早く非凍結閾値を超える。

また、排気シャッタ弁４３は、エンジン１の排気に直にさらされるため、インタークーラ３５、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッタ弁４３が同一の温度から上昇し始めたとすると、最初に非凍結閾値を超え、すなわち、最も早く解氷する。

次に、図４に、寒冷地でのエンジン１の再始動時におけるインタークーラ３５、低圧ＥＧＲ（ＬＰ−ＥＧＲ）弁８３及び排気シャッタ弁（ＥＳＶ）４３の各温度及びその後のタイムチャートを示す。

図４に示すように、インタークーラ３５及び低圧ＥＧＲ弁８３は、エンジン１の冷却液の液温度の影響を受けるため、エンジン１の停止から短時間の経過での再始動においては、外気温度が相当低くても、凍結することはない。

これに対し、排気シャッタ弁４３は、エンジン１及びインタークーラ３５のいずれの冷却液の影響も受けず、排気温度及び外気温度のみの影響を受ける。従って、寒冷地では、エンジン停止から短時間の経過での再始動でも、排気シャッタ弁４３は凍結する場合がある。

図５に、インタークーラ３５、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッタ弁４３におけるエンジン始動時（ＩＧ−ＯＮ時）の凍結判定並びに運転中の凍結解除判定に対する判定対象と、運転シーンにおける凍結が解除される順番とをまとめた表を示す。

図５に示すように、エンジン１の始動時においては、インタークーラ３５の凍結判定対象は、該インタークーラ３５の下流の吸気温度とする。低圧ＥＧＲ弁８３の凍結判定対象は、エンジン１の冷却液の温度とする。

排気シャッタ弁４３の凍結判定対象は、エンジン１の冷却液の液温度と外気温度とする。これにより、図３及び図４のそれぞれ下段の「タイマ」のタイムチャートに示されるように、外気温度、及びエンジン始動時の冷却液の液温度に基づいて、低圧ＥＧＲの使用禁止を解除するまでのタイマを設定することができる。ここでは、エンジン始動時からの経過時間として、タイマ時間を設定することができる。

また、運転シーンごとに凍結が解除されていく順番は、図３から明らかなように、冷間始動の場合は、排気シャッタ弁４３、低圧ＥＧＲ弁８３及びインタークーラ３５の順である。また、図４から明らかなように、再始動の場合は、低圧ＥＧＲ弁８３及びインタークーラ３５は、ほぼ凍結しておらず、排気シャッタ弁４３のみが凍結する可能性がある。

−エンジン運転時における排気還流の制御方法−
ここで、コントロールユニット１００によるエンジン運転時における排気還流の制御方法について、図６のフローチャートに基づいて説明する。

図６のステップＳＴ０１に示すように、エンジン運転時において、上記各種センサからエンジン１の回転数、アクセル（スロットル）の開度、外気温度、エンジンの冷却液の液温度、及びインタークーラ（Ｉ／Ｃ）の下流の吸気温度をそれぞれ読み込む。

以降のステップＳＴ１１〜ＳＴ１６は、排気シャッタ弁（ＥＳＶ）４３の凍結判定のフローである。ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３は、低圧ＥＧＲ弁（ＬＰ−ＥＧＲＶ）８３の凍結判定のフローである。また、ステップＳＴ３１〜ＳＴ３３は、インタークーラ（Ｉ／Ｃ）３５の凍結判定のフローである。

まず、ステップＳＴ１１において、始動時の吸気温度センサ１０３による外気温度が所定温度Ｔａｏ未満で、且つ、始動時のエンジン水温センサ１０８による冷却液の液温度が所定温度Ｔｗ１未満か否かを判定する。外気温度が所定温度Ｔａｏ未満で、且つ、冷却液の液温度が所定温度Ｔｗ１未満の場合は、次のステップＳＴ１２において、外気温度及び冷却液の液温度に基づいてタイマＴの時間を設定し、次のステップＳＴ１３において、エンジン始動からの経過時間がタイマの設定時間Ｔを超えているか否かを判定する。タイマの設定時間Ｔを超えている場合は、ステップＳＴ１４において、排気シャッタ弁（ＥＳＶ）４３が解氷していると判断する。また、タイマの設定時間Ｔ以下の場合は、ステップＳＴ１５において、ＥＳＶ４３が未だ凍結している可能性があると判断する。ここで、ステップＳＴ１２におけるタイマの設定時間Ｔは、外気温度が所定温度Ｔａｏよりも低くなるほど長く設定され、冷却液の液温度が解氷の閾値の近傍にある場合と比べて、該液温度が解氷の閾値から大きく離れて低くなるほど長く設定される。一方、始動時の外気温度が所定温度Ｔａｏ以上の場合は、ステップＳＴ１６において、ＥＳＶ４３が非凍結であると判断する。外気温度の判定に用いる所定温度Ｔａｏは、一例として１℃〜５℃程度に設定することができる。また、エンジン始動後のタイマの設定時間Ｔは、一例として５秒〜１分程度に設定することができる。

次に、ステップＳＴ２１において、エンジン水温センサ１０８によるエンジン１の冷却液の液温度が所定温度Ｔｗｏ未満か否かを判定する。液温度が所定温度Ｔｗｏ未満の場合は、次のステップＳＴ２２において、低圧ＥＧＲ（ＬＰ−ＥＧＲ）の供給により低圧ＥＧＲ弁（ＬＰ−ＥＧＲＶ）８３等（低圧ＥＧＲクーラ８２内及びその下流の低圧ＥＧＲ通路８１を含む）が凍結する可能性があると判断する。また、液温度が所定温度Ｔｗｏ以上の場合は、ステップＳＴ２３において、低圧ＥＧＲ（ＬＰ−ＥＧＲ）の供給によりＬＰ−ＥＧＲＶ８３等が凍結する可能性はないと判断する。冷却液の液温度の判定に用いる所定温度Ｔｗｏは、一例として１℃〜５℃程度に設定することができる。

次に、ステップＳＴ３１において、Ｉ／Ｃ下流吸気温度センサ１０９によるインタークーラ（Ｉ／Ｃ）３５の下流の吸気温度が所定温度Ｔｉｎｏ未満か否かを判定する。吸気温度が所定温度Ｔｉｎｏ未満の場合は、次のステップＳＴ３２において、低圧ＥＧＲ（ＬＰ−ＥＧＲ）の供給によりインタークーラ３５が凍結する可能性があると判断する。また、吸気温度が所定温度Ｔｉｎｏ以上の場合は、ステップＳＴ３３において、低圧ＥＧＲ（ＬＰ−ＥＧＲ）の供給によりインタークーラ３５内の吸気通路が凍結する可能性はないと判断する。吸気温度の判定に用いる所定温度Ｔｉｎｏは、一例として１℃〜５℃程度に設定することができる。

次に、ステップＳＴ１３〜ＳＴ１６、ＳＴ２２、ＳＴ２３、ＳＴ３２及びＳＴ３３からの結果を、ステップＳＴ４１において判定する。すなわち、判断された結果の全てが非凍結又は解氷であれば、次のステップＳＴ４２において、低圧ＥＧＲ（ＬＰ−ＥＧＲ）の供給を許可する。また、判断された結果のうち少なくとも１つが凍結している又は凍結する可能性があれば、ステップＳＴ４３において、低圧ＥＧＲ（ＬＰ−ＥＧＲ）の供給を禁止する。

（一変形例）
以上に示した、ステップＳＴ４１〜ＳＴ４３におけるＬＰ−ＥＧＲの許可／禁止判定（Ａ１）に代えて、一変形例として、排気シャッタ弁（ＥＳＶ）４３のみが凍結している可能性があると判断された場合に、ＬＰ−ＥＧＲの供給を制限的に行う許可／禁止判定（Ａ２）とする。

具体的には、ステップＳＴ４１において判断された結果のうち少なくとも１つが凍結している可能性又は凍結する可能性があり、それがＥＳＶ４３のみであれば、次のステップＳＴ５２において、ＥＳＶ４３を全開とした状態でＬＰ−ＥＧＲの供給を実行してもよい。従って、排気シャッタ弁（ＥＳＶ）４３は、操作をされない通常の状態（初期状態）で全開となるように配設されており、ＥＳＶ４３のみが凍結している可能性があると判定された際には、ＬＰ−ＥＧＲの供給を禁止せず、ＥＳＶ４３を全開とし、且つ低圧ＥＧＲ弁８３を制御しながら供給してもよい。

−効果−
以上より、本実施形態及びその一変形例によれば、冷却システムがエンジン及びその補機の一系統のみでなく、例えば、水冷式のインタークーラが別系統の冷却システムを有する場合で且つ低温下の状況にあっても、排気還流の制御を確実に行うことができる。

以上説明したように、本発明に係るエンジンの排気還流制御装置は、エンジン以外の水冷式の冷却システムを設ける構成に適用することができる。

１ エンジン
３０ 吸気通路
３１ エアクリーナ
３５ インタークーラ
３６ 吸気シャッタ弁
４０ 排気通路
４１ 排気浄化装置
４３ 排気シャッタ弁
６１ 排気ターボ過給機
６１ａ コンプレッサ
６１ｂ タービン
７１ 高圧ＥＧＲ通路
７３ 高圧ＥＧＲ弁
８１ 低圧ＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）
８２ 低圧ＥＧＲクーラ（ＥＧＲクーラ）
８３ 低圧ＥＧＲ弁（ＥＧＲ弁）
９１ 電動ウォータポンプ（電動ポンプ）
１０２ エアフローセンサ（新気量センサ）
１０３ 吸気温度センサ
１０５ 吸気圧センサ
１０６ 排気圧センサ
１０７ 排気温度センサ
１０８ エンジン水温センサ
１０９ Ｉ／Ｃ下流吸気温度センサ

Claims (7)

1. ＥＧＲを流通させるＥＧＲ通路に設けられ、流通するＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁を備えるエンジンの排気還流制御装置において、
   排気通路に設けられ、前記ＥＧＲ弁と共にＥＧＲ量を制御する排気シャッタ弁をさらに備え、
   前記排気シャッタ弁の凍結している可能性を、外気温度及びエンジンの始動時の冷却液の液温度に基づいて判定し、ＥＧＲ供給の禁止又は許可を判断することを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの排気還流制御装置において、
   前記ＥＧＲ弁上流のＥＧＲ通路に設けられ、流通するＥＧＲを冷却するためのエンジンの冷却液を用いる水冷式のＥＧＲクーラをさらに備え、
   前記冷却液の液温度から、ＥＧＲを行うことにより前記ＥＧＲ弁及びＥＧＲクーラから下流側のＥＧＲ通路が凍結する可能性を判定し、ＥＧＲ供給の禁止又は許可を判断することを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
3. 請求項２に記載のエンジンの排気還流制御装置において、
   エンジンの冷却液とは異なる冷却系に属する電動ポンプによる水冷式のインタークーラをさらに備え、
   前記インタークーラの上流からＥＧＲ供給が行われ、
   前記電動ポンプは、前記インタークーラの下流の吸気温度が高温の際に作動し、
   エンジンの始動直後のＥＧＲ供給が行われていない状態の吸気温度に基づいて、ＥＧＲを行うことにより前記インタークーラが凍結する可能性を判定し、ＥＧＲ供給の禁止又は許可を判断することを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジンの排気還流制御装置において、
   前記排気シャッタ弁の凍結判定の結果に基づきＥＧＲの供給を禁止する際に、外気温度及びエンジンの始動時の前記冷却液の液温度に基づいて禁止を解除するまでの時間を設定することを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
5. 請求項３に記載のエンジンの排気還流制御装置において、
   前記インタークーラの下流にＥＧＲ供給を行う高圧ＥＧＲシステムと、前記排気シャッタ弁を含み且つ前記インタークーラの上流からＥＧＲ供給を行う低圧ＥＧＲシステムとをさらに備え、
   一部の運転領域においては、前記高圧ＥＧＲシステム及び前記低圧ＥＧＲシステムを併用してＥＧＲ供給を行い、
   前記インタークーラ、前記ＥＧＲ通路及び前記ＥＧＲ弁が、ＥＧＲを行うことにより凍結する可能性がないと判定された場合であっても、前記排気シャッタ弁が凍結していると判定された際には、ＥＧＲ供給を禁止することを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
6. 請求項３に記載のエンジンの排気還流制御装置において、
   前記排気シャッタ弁は、操作をされない通常状態で全開であり、
   前記インタークーラ、前記ＥＧＲ通路及び前記ＥＧＲ弁が、ＥＧＲを行うことにより凍結する可能性がないと判定され、且つ、前記排気シャッタ弁が凍結している可能性があると判定された際には、前記排気シャッタ弁の駆動に伴うＥＧＲ供給を禁止し、前記排気シャッタ弁を全開としてＥＧＲ供給を行うことを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。
7. ＥＧＲを流通させるＥＧＲ通路に設けられ、流通するＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁と、
   前記ＥＧＲ弁上流のＥＧＲ通路に設けられ、流通するＥＧＲを冷却するためのエンジンの冷却液を用いる水冷式のＥＧＲクーラとを備え、
   前記冷却液の液温度から、ＥＧＲを行うことにより前記ＥＧＲ弁及びＥＧＲクーラから下流側のＥＧＲ通路が凍結する可能性を判定し、ＥＧＲ供給の禁止又は許可を判断するエンジンの排気還流制御装置において、
   エンジンの冷却液とは異なる冷却系に属する電動ポンプによる水冷式のインタークーラをさらに備え、
   前記インタークーラの上流からＥＧＲ供給が行われ、
   前記電動ポンプは、前記インタークーラの下流の吸気温度が高温の際に作動し、
   エンジンの始動直後のＥＧＲ供給が行われていない状態の吸気温度に基づいて、ＥＧＲを行うことにより前記インタークーラが凍結する可能性を判定し、ＥＧＲ供給の禁止又は許可を判断することを特徴とするエンジンの排気還流制御装置。

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