JP6141746B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、例えば過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。
従来から、自動車等の車両の燃費低減技術の一つとして、圧縮比を高くしてエンジン（内燃機関）の理論熱効率を向上させる技術（エンジンの高圧縮比化）が知られている。また、他の燃費低減技術として、エンジンのダウンサイジング化も知られており、このダウンサイジング化によってポンピングロスや機械損失を低減させることができる。
しかしながら、ダウンサイジングしたエンジンにおいては、トルク（出力）を維持するために過給圧力を上昇させる必要があり、過給圧力を上昇させると、それに応じて過給機のコンプレッサ下流の吸気の温度（以下、吸気温度という）が上昇する。このような吸気温度の上昇は、エンジンのノッキングやプレイグニッションと呼ばれる異常燃焼の発生に繋がるため、過給機を備えたエンジンでは、吸気中にインタークーラを配設し、該インタークーラにより吸気を冷却した後に燃焼室に導入することが提案されている。従って、エンジンの最大過給圧力を上昇させると、それに応じてインタークーラにおける冷却量が増加し、インタークーラ内もしくはその下流において吸気の凝縮水が発生する可能性がある。そして、この凝縮水が吸気の流れによってエンジンの燃焼室に導入されると、ウォーターハンマ等の発生によりエンジンが破損するといった問題が生じ得る。
なお、上記した凝縮水は、大気中に存在する水蒸気の分圧が飽和水蒸気圧を超えて凝縮することで生成される液体であり、このような凝縮水は、大気中に存在する水蒸気の分圧が高い、すなわち大気の湿度が高いほど発生し易いことが知られている。
また、高過給のエンジンでは、異常燃焼の発生を回避するために、排気の一部を吸気に戻すＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムの導入が進められている。特に、近年では、過給領域においても大量のＥＧＲガスを循環させ得る低圧ＥＧＲシステムが着目されている。この低圧ＥＧＲシステムは、過給機のタービン下流の排気を過給機のコンプレッサ上流に還流するシステムであり、ＥＧＲガスは排気そのものであるため、燃焼によって生成された多くの水蒸気を含んでいる。この低圧ＥＧＲシステムでは、一般に空気よりも水蒸気量の多いＥＧＲガスと空気とが混合されて生成された混合気がコンプレッサにより圧縮され、その後にインタークーラで冷却されるため、前述した凝縮水が発生し易いといった問題が生じ得る。また、この凝縮水には、上記したように腐食性のある排気成分の一部が混入するため、インタークーラや吸気管が腐食して破損する可能性があるといった問題も生じ得る。
このような問題に対し、特許文献１には、吸気管に設けられたインタークーラの出口側吸気での凝縮水の生成を防止する技術が開示されている。
特許文献１に開示されている内燃機関は、車両に搭載され、吸気管に走行風と吸気とを熱交換させて吸気を冷却するインタークーラを備えた内燃機関において、インタークーラの上流側吸気温度を検出する上流側吸気温度検出手段と、インタークーラの上流側吸気湿度を検出する上流側吸気湿度検出手段と、インタークーラに配設され、インタークーラに当る走行風量を調節する開度調節可能なシャッタ装置と、上流側吸気温度検出手段及び上流側吸気湿度検出手段の検出値から吸気の水蒸気分圧を算出し、インタークーラ出口側吸気温度が水蒸気分圧を飽和水蒸気分圧とする温度以上となるようにシャッタ装置の作動を制御するコントローラと、を備えているものである。
特開２０１３−３６４５２号公報
しかしながら、特許文献１に開示されている内燃機関においては、インタークーラに当る走行風量を調節する開度調節可能なシャッタ装置の作動を制御してインタークーラ出口側吸気温度を調整するため、例えばインタークーラ出口側吸気温度を上昇させるのに時間を要し、応答性が低く、インタークーラの出口側吸気で過渡的に凝縮水が発生し得るといった課題があった。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、過給機を備えた内燃機関における凝縮水の発生を確実に抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
上記する課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃焼室に導入される吸気の湿度を検出する湿度検出部と前記吸気を過給する過給機とを備えた内燃機関の制御装置であって、前記制御装置は、前記吸気の湿度に基づき前記過給機の駆動状態を制御して前記吸気の圧力を調整することを特徴とする。
以上の説明から理解できるように、本発明によれば、湿度検出部により検出される吸気の湿度に基づき過給機の駆動状態を制御し、吸気の圧力（過給圧力）を調整して吸気の水蒸気分圧を調整することにより、吸気中の水蒸気分圧を応答性良く制御することができ、吸気中における凝縮水の発生を確実に抑制することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明に係る内燃機関の制御装置の第１実施形態が搭載された内燃機関のシステム構成図。 図１に示す湿度センサの構成を概略的に示す構成図。 エンジンの吸気湿度、吸気圧力、及びインタークーラ温度と、凝縮水発生の有無との関係を示す図。 図１に示す制御装置（ＥＣＵ）の内部構成を示すシステムブロック図。 図１に示す制御装置（ＥＣＵ）の内部構成を概念的に示すブロック図。 図１に示す制御装置（ＥＣＵ）による凝縮水発生判定及び凝縮水発生回避の制御フローを示すフローチャート。 図１に示す制御装置（ＥＣＵ）による凝縮水発生判定及び凝縮水発生回避の制御内容を時系列で示すタイムチャート。 本発明に係る内燃機関の制御装置の第２実施形態が搭載された内燃機関のシステム構成図。 エンジンのＥＧＲ率、吸気圧力、及びインタークーラ温度と、凝縮水発生の有無との関係を示す図。 図８に示す制御装置（ＥＣＵ）の内部構成を示すシステムブロック図。 図８に示す制御装置（ＥＣＵ）の内部構成を概念的に示すブロック図。 図８に示す制御装置（ＥＣＵ）による凝縮水発生判定及び凝縮水発生回避の制御フローを示すフローチャート。 図８に示す制御装置（ＥＣＵ）による凝縮水発生判定及び凝縮水発生回避の制御内容を時系列で示すタイムチャート。
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施形態を図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
まず、図１〜図７を参照して、本発明に係る内燃機関の制御装置の第１実施形態の構成及び動作について説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関（エンジン）の制御装置の第１実施形態が搭載された自動車用筒内噴射式ガソリンエンジンのシステム構成を示したものである。
図示するエンジン１００は、例えば、火花点火式燃焼を実施する自動車用の４気筒ガソリンエンジンである。エンジン１００の燃焼室に吸気を導入する吸気管１８の適宜位置には、吸入空気量を計測するエアフローセンサ１と、吸気の湿度（以下、吸気湿度という）を検出する湿度センサ（湿度検出部）３と、吸気を過給するための過給機４のコンプレッサ４ａと、コンプレッサ４ａ下流で過給後の吸気を冷却するためのインタークーラ７と、インタークーラ直後の吸気の温度（以下、吸気温度といい、特にインタークーラ直後の吸気温度をインタークーラ温度と規定する）を計測するインタークーラ温度センサ８と、吸気管圧力を調整する電子制御スロットル２と、吸気マニホールド６内の吸気の圧力（以下、吸気圧力という）を計測する吸気圧力センサ１４と、が備えられている。なお、湿度センサ３は、吸気管１８のうちで上流側に配設されており、該湿度センサ３によって検出される吸気湿度（絶対湿度）は、大気湿度（外気湿度）にほぼ相当する。
また、エンジン１００には、各気筒毎に、シリンダ１５の内部に燃料を噴射する燃料噴射装置であるインジェクタ１３と点火エネルギを供給する点火プラグ１７とが備えられている。また、エンジン１００のシリンダヘッドには、気筒内に流入又は気筒内から排出するガスを調整する可変バルブ５が備えられ、この可変バルブ５を調整することにより、例えば１番から４番までの全気筒の吸気量が調整される。また、インジェクタ１３には、該インジェクタ１３に高圧燃料を供給するための高圧燃料ポンプが燃料配管を介して接続されており、この燃料配管には、燃料噴射圧力を計測するための燃料圧力センサが備えられている（不図示）。さらに、エンジン１００のクランク軸には、回転角度を算出するためのクランク角度センサが備えられている（不図示）。
エンジン１００の排気管１６の適宜位置には、排気エネルギによって過給機４のコンプレッサ４ａに回転力を与えるためのタービン４ｂと、このタービン４ｂに流れる排気の流量を調整するための電子制御ウェイストゲート弁１１と、排気を浄化する三元触媒１０と、空燃比検出器の一態様であって三元触媒１０の上流側で排気の空燃比を検出する空燃比センサ９と、が備えられる。ウェイストゲート弁１１は、過給機４のタービン４ｂの上流側と下流側とをバイパスするバイパス流路１９に配設され、このウェイストゲート弁１１の開度が調整されることで、排気管１６を流れる排気ガスの一部が分流され、過給機４のタービン４ａへの排気ガスの流入量（排気エネルギ）が調整される。これにより、過給機４自体の駆動状態（例えば、回転数等）が制御されて、過給機４のコンプレッサ４ａによる過給圧力（すなわち、吸気圧力）が調整される。
エアフローセンサ１と湿度センサ３と空燃比センサ９とインタークーラ温度センサ８と吸気圧力センサ１４とから得られる信号（検出結果）は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ：Engine Control Unit）（制御装置）２０に送信されると共に、アクセル開度センサ１２から得られる信号（検出結果）もＥＣＵ２０に送信される。なお、アクセル開度センサ１２は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出するものである。ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１２の出力信号に基づいて要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ１２は、エンジン１００への要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＥＣＵ２０は、不図示のクランク角度センサの出力信号に基づいて、エンジン１００の回転速度を演算する。ＥＣＵ２０は、上記した各種センサの出力信号等から得られるエンジン１００の運転状態に基づいて、空気流量、燃料噴射量、点火時期、燃料圧力等といったエンジン１００の主要な作動量を適正に演算する。
ＥＣＵ２０は、その演算結果に基づいて、電子制御スロットル２、インジェクタ１３、点火プラグ１７、ウェイストゲート弁１１、インタークーラ７のインタークーラ冷却水弁７ａ、エンジン１００の動力軸に連結された変速機３０等を制御する。
例えば、ＥＣＵ２０で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ駆動信号としてインジェクタ１３に送信される。また、ＥＣＵ２０で演算された点火時期で点火されるように、その点火時期に基づき生成される点火信号が点火プラグ１７に送信される。また、ＥＣＵ２０で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル２に送信される。また、ＥＣＵ２０で演算された可変バルブ５の作動量は、可変バルブ駆動信号として可変バルブ５へ送信される。また、ＥＣＵ２０で演算されたウェイストゲート弁開度は、ウェイストゲート弁駆動信号としてウェイストゲート弁１１へ送信される。さらに、ＥＣＵ２０で演算されたインタークーラ冷却水弁開度は、インタークーラ冷却水弁開度駆動信号としてインタークーラ７のインタークーラ冷却水弁７ａへ送信される。
吸気管１８から吸気バルブを介してシリンダ１５内に導入された空気に対し、インジェクタ１３から所定量の燃料が噴射されて混合気が形成される。この混合気は、所定の点火時期で点火プラグ１７から発生される火花により燃焼され、その燃焼圧によりピストンが押し下げられてエンジン１００の駆動力が生成される。燃焼後の排気ガスは、排気管１６を介して三元触媒１０に送られ、その排気成分が三元触媒１０内で浄化されて外部へ排出される。
図２は、図１に示す湿度センサの構成を概略的に示したものである。
図示するように、湿度センサ３は、基板３ａ上に正電極３ｂと負電極３ｃと感湿膜３ｄとが実装され、正電極３ｂと負電極３ｃとによって感湿膜３ｄが挟持されている。このような構成により、湿度センサ３は、感湿膜３ｄを誘電体としたコンデンサとなり、センサ素子である感湿膜３ｄの静電容量の変化によって、吸気管１８を流れる吸気の相対湿度が検出される。また、この湿度センサ３は不図示の温度検出部を更に備えており、検出した相対湿度および温度から絶対湿度を演算できるようになっている。
図３は、エンジンの吸気湿度、吸気圧力、及びインタークーラ温度と、凝縮水発生の有無との関係を示したものである。
湿度センサ３および吸気圧力センサ１４によって検出される吸気湿度（絶対湿度）および吸気圧力（過給圧力）が高くなるに従って、吸気中の水蒸気分圧は上昇する。そして、その吸気中の水蒸気分圧が飽和水蒸気分圧を超過すると、凝縮水の発生が開始することとなる。ここで、飽和水蒸気圧は、雰囲気温度、すなわちインタークーラ温度の関数として表され、インタークーラ温度が高い場合は、凝縮水発生の限界線が高吸気圧力かつ高吸気湿度側に遷移し、インタークーラ温度が低い場合は、凝縮水発生の限界線が低吸気圧力かつ低吸気湿度側に遷移する。
このように、吸気湿度が高い、吸気圧力(過給圧力)が高い、あるいはインタークーラ温度が低い場合に、凝縮水が発生し易いことから、この凝縮水の発生を回避もしくは抑制するためには、ＥＣＵ２０により、吸気湿度を減少させる、吸気圧力(過給圧力)を減少させる、あるいはインタークーラ温度を上昇させるように制御することが有効であると考えられる。そこで、本第１実施形態では、ＥＣＵ２０は、例えば吸気湿度（大気湿度）が高くなったり、吸気圧力(過給圧力)が高くなり、吸気中の水蒸気分圧が上昇すると、吸気圧力(過給圧力)を減少させて吸気中の水蒸気分圧を減少させる、あるいは、インタークーラ温度を上昇させて凝縮水発生の限界線を変化させるようにして凝縮水の発生を回避もしくは抑制する。また、ＥＣＵ２０は、エンジン回転数を上昇させるようにして吸気圧力(過給圧力)の減少に伴うトルク（出力）低下を抑制する。
図４は、図１に示す制御装置（ＥＣＵ）の内部構成を示したものである。ＥＣＵ２０は、主に、入力回路２０ａと入出力ポート２０ｂとＲＡＭ２０ｃとＲＯＭ２０ｄとＣＰＵ２０ｅとを有すると共に、電子制御スロットル２等の各アクチュエータを駆動させるための駆動信号を生成する駆動回路を有している。
具体的には、エアフローセンサ１、湿度センサ３、インタークーラ温度センサ８、空燃比センサ９、アクセル開度センサ１２、吸気圧力センサ１４等の出力信号は、ＥＣＵ２０の入力回路２０ａに入力される。なお、入力信号はこれらのみに限定されないことは勿論である。入力回路２０ａに入力された各センサの入力信号は、入出力ポート２０ｂ内の入力ポートに送られる。入力ポートに送られた信号はＲＡＭ２０ｃに格納されると共に、ＣＰＵ２０ｅで演算処理される。ここで、ＣＰＵ２０ｅでの演算処理内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ２０ｄに予め書き込まれている。
前記制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ２０ｃに格納された後に入出力ポート２０ｂ内の出力ポートに送られ、各駆動回路（例えば、電子制御スロットル駆動回路２０ｆ、インジェクタ駆動回路２０ｇ、ウェイストゲート弁駆動回路２０ｈ、インタークーラ冷却水弁駆動回路２０ｊ、変速機駆動回路２０ｋ）を介して各アクチュエータ（例えば、電子制御スロットル２、インジェクタ１３、ウェイストゲート弁１１、インタークーラ７のインタークーラ冷却水弁７ａ、変速機３０）に駆動信号として送信される。なお、ＥＣＵ２０は、前記駆動回路の全てを備える必要はなく、前記駆動回路のうちのいずれかもしくは複数のみを備えていてもよい。
ここで、ＥＣＵ２０は、入力回路２０ａに入力される入力信号、特に湿度センサ３、インタークーラ温度センサ８、吸気圧力センサ１４から入力される入力信号に基づいて、凝縮水発生の有無、特にインタークーラ７の内部や出口側での凝縮水発生の有無を判定しており、凝縮水が発生すると判定した場合、上記した駆動回路のうち、ウェイストゲート弁駆動回路２０ｈ、インタークーラ冷却水弁駆動回路２０ｊ、変速機駆動回路２０ｋを介してウェイストゲート弁１１、インタークーラ冷却水弁７ａ、変速機３０を制御する。
図５は、図１に示す制御装置（ＥＣＵ）の内部構成を概念的に示したものである。図示するように、ＥＣＵ２０は、主に、吸気水蒸気分圧演算部５１と飽和水蒸気分圧演算部５２と比較部５３とを有する凝縮水発生判定部５４と、凝縮水発生回避制御部５５と、を備えている。また、ＥＣＵ２０は、上記構成に加えて、湿度センサ３の異常もしくは故障を診断する診断部５６と、所定の情報に基づいて湿度センサ３による検出結果（すなわち、吸気湿度）を補正する補正部５７と、を備えている。
湿度センサ３から入力される入力信号は診断部５６及び補正部５７に送信される。診断部５６は、その入力信号に基づいて湿度センサ３の異常もしくは故障を診断し、その診断結果を凝縮水発生判定部５４の吸気水蒸気分圧演算部５１に送信する。また、補正部５７は、雨や霧等といった吸気湿度に影響を及ぼし得る情報に基づいてその入力信号（湿度センサ３によって検出される吸気湿度）を補正し、その補正結果を凝縮水発生判定部５４の吸気水蒸気分圧演算部５１に送信する。例えば、補正部５７は、エンジン１００が搭載された自動車等の車両の外界環境に関する情報や、ドライバによるワイパー（例えば、自動車のフロントガラスに備えられたワイパー）やフォグランプ（例えば、自動車の前面に備えられたフォグランプ）等の車両の操作に関する情報を取得し、それらの情報に基づいて湿度センサ３により検出される吸気湿度を補正する。これにより、雨や霧等による吸気湿度への影響を抑制し得る。ここで、車両の外界環境に関する情報は、車両の外界環境を認識するために車室内や車室外に搭載されたカメラや、車両の外界環境のうち特に降雨状態を認識するために搭載されたレインセンサ等から送信される。また、ドライバによる操作に関する情報は、車両のコントロールパネル等から送信される。なお、エンジン１００の燃焼室に導入される吸気流量と、その燃焼室に導入される燃料流量と、空燃比センサ９から得られる排気の空燃比とから吸気湿度の推定値が算出されるため、補正部５７は、湿度センサ３から入力される入力信号（湿度センサ３によって検出される吸気湿度）をより精緻に補正するために、その吸気湿度の推定値に基づいて湿度センサ３から入力される入力信号を補正してもよい。
吸気水蒸気分圧演算部５１は、補正部５７から送信される吸気湿度の補正結果と吸気圧力センサ１４から入力される入力信号（吸気圧力）に基づいて、吸気中の吸気水蒸気分圧を演算し、その演算結果を比較部５３に送信する。
ここで、吸気水蒸気分圧演算部５１は、診断部５６から送信される診断結果に基づき湿度センサ３が異常もしくは故障であると判断した場合には、補正部５７から送信される吸気湿度の補正結果あるいは湿度センサ３により検出される吸気湿度が湿度上限値であると仮定して、吸気中の吸気水蒸気分圧を演算する。なお、湿度上限値とは、吸気中で水蒸気が飽和している状態、すなわち相対湿度が100%である状態の湿度である。
インタークーラ温度センサ８から入力される入力信号は飽和水蒸気分圧演算部５２に送信され、飽和水蒸気分圧演算部５２は、その入力信号（インタークーラ温度）に基づいて飽和水蒸気分圧を演算し、その演算結果を比較部５３に送信する。
比較部５３は、吸気水蒸気分圧演算部５１によって演算された吸気水蒸気分圧と飽和水蒸気分圧演算部５２によって演算された飽和水蒸気分圧とを比較して凝縮水発生の有無を判定し、その判定結果を凝縮水発生回避制御部５５に送信する。
凝縮水発生回避制御部５５は、凝縮水発生判定部５４から入力される判定結果に基づき凝縮水が発生する条件であると判断した場合、凝縮水発生を回避するために、ウェイストゲート弁１１、インタークーラ冷却水弁７ａ、変速機３０等に制御信号を送信し、ウェイストゲート弁１１を開いて吸気圧力（過給圧力）を調整する（低下させる）と共に、変速機３０の変速比を増加させてエンジン出力を維持したり、インタークーラ７のインタークーラ冷却水弁７ａを閉じてインタークーラ７直後の吸気温度を上昇させる。一方、凝縮水発生回避制御部５５は、凝縮水が発生しない条件であると判断した場合には、現在の設定を継続する。
図６は、図１に示す制御装置（ＥＣＵ）による凝縮水発生判定及び凝縮水発生回避の制御フローを具体的に示したものである。なお、図６に示す制御フローは、ＥＣＵ２０により所定の周期で繰り返し実行される。また、図６に示す例では、診断部５６による湿度センサ３の異常もしくは故障の診断フロー、補正部５７による湿度センサ３の検出結果の補正フローを省略し、湿度センサ３により検出される吸気湿度が吸気水蒸気分圧演算部５１に送信されて吸気水蒸気分圧の演算に使用される場合を想定している。
まず、ＥＣＵ２０は、ステップＳ６０１において、湿度センサ３の出力信号（吸気湿度）を読み込み、ステップＳ６０２において、吸気圧力センサ１４の出力信号（吸気圧力）を読み込む。次いで、ＥＣＵ２０は、ステップＳ６０３において、吸気水蒸気分圧演算部５１にて、読み込んだ湿度センサ３と吸気圧力センサ１４の出力信号等から、以下の式（１）を用いて吸気中の水蒸気分圧PH2Oを演算する。
Figure 0006141746
 ここで、PH2O：吸気水蒸気分圧 [Pa]、
Pin：吸気（過給）圧力 [Pa]、
HV ：吸気湿度（容積絶対湿度） [g/m3]、
MH2O：水の分子量（≒18.0） [g/mol]、
Pa ：吸気管入口圧力（≒大気圧） [Pa]、
Ta ：吸気管入口温度（≒大気温度） [K]、
R ：気体定数 [Pa・m3/mol・K]
なお、上記したように、ＥＣＵ２０は、湿度センサ３が異常もしくは故障していると判断した場合には、このステップＳ６０３において、湿度センサ３により検出される吸気湿度が湿度上限値であると仮定して、吸気中の吸気水蒸気圧PH2Oを演算する。
次に、ＥＣＵ２０は、ステップＳ６０４において、インタークーラ温度センサ８の出力信号（インタークーラ温度）を読み込み、ステップＳ６０５において、飽和水蒸気分圧演算部５２にて、読み込んだインタークーラ温度センサ８の出力信号等から、以下の式（２）を用いて飽和水蒸気分圧P’H2Oを演算する。
Figure 0006141746
 ここで、P’H2O：飽和水蒸気分圧 [Pa]、
TIC ：インタークーラ温度 [K]
次に、ＥＣＵ２０は、ステップＳ６０６において、比較部５３にて、ステップＳ６０３で演算した吸気水蒸気分圧PH2OとステップＳ６０５で演算した飽和水蒸気分圧P’H2Oとを以下の式（３）を用いて比較し、凝縮水が発生する条件であるか否かを判定する。
Figure 0006141746
 ここで、α：制御裕度に関するパラメータ（通常は約１）
ＥＣＵ２０は、上記した式（３）が成立する場合には凝縮水が発生する条件であると判定してステップＳ６０７に進む。一方、ＥＣＵ２０は、上記した式（３）が成立しない、すなわち吸気水蒸気分圧PH2Oが飽和水蒸気分圧P’H2O以下である場合には凝縮水が発生しない条件であると判定して一連の制御を終了する。
ＥＣＵ２０は、凝縮水が発生する条件であると判定すると、ステップＳ６０７において、吸気圧力（過給圧力）を低下させるために、過給機４のタービン４ｂの上流側と下流側とをバイパスするバイパス流路１９に配設されたウェイストゲート弁１１の開度を増加させ、過給機４の駆動状態（例えば、回転数等）を制御する。次いで、ＥＣＵ２０は、ステップＳ６０８において、過給圧力の低下に伴う出力低下を補うために、エンジン１００の動力軸に連結された変速機３０の変速比を増加させてエンジン回転数を上昇させる。
次に、ＥＣＵ２０は、ステップＳ６０９において、現在の運転条件における点火時期がノッキング限界点（つまり、トレースノッキング点）に設定されているか否かを判定し、現在の運転条件における点火時期がノッキング限界点であると判定した場合には、一連の制御を終了する。一方、ＥＣＵ２０は、現在の運転条件における点火時期がノッキング限界点でない、すなわちエンジン１００のノッキング発生までに余裕があると判定した場合には、ステップＳ６１０において、インタークーラ温度を上昇させるために、インタークーラ７のインタークーラ冷却水弁７ａの開度を低下させ、インタークーラ７の冷却水路に流れる冷却水の流量を減少させる。なお、インタークーラ冷却水弁７ａの開度を低下させる代わりに、インタークーラ７の冷却水路にヒータ等を配設し、該ヒータを制御してインタークーラ７の冷却水路に流れる冷却水の温度を直接上昇させて、インタークーラ温度を上昇させてもよい。
図７は、図１に示す制御装置（ＥＣＵ）による凝縮水発生判定及び凝縮水発生回避の制御内容を時系列で示したものである。図７では、上段から、凝縮水発生判定フラグ、大気湿度、インタークーラ下流の水蒸気分圧（吸気水蒸気分圧および飽和水蒸気分圧）、アクセル開度、ウェイストゲート弁開度、吸気圧力、変速比（エンジン回転数）、インタークーラ冷却水弁開度、インタークーラ温度を時間列で示している。また、図７に示す例では、ドライバがアクセルペダルを踏み込んで車両が加速する場面を想定している。
図示するように、ドライバがアクセルを踏み込むに伴い、ウェイストゲート弁１１の開度（ウェイストゲート弁開度）が減少され、吸気圧力（過給圧力）が上昇し、それに伴い、インタークーラ７下流の吸気水蒸気分圧PH2Oが上昇する。
時刻tAになると、上昇した吸気水蒸気分圧PH2Oが飽和水蒸気分圧P’H2O、より具体的には飽和水蒸気分圧P’H2Oと制御裕度に関するパラメータαとの積算値を超過して凝縮水判定フラグが１となる。凝縮水判定フラグが１となる、すなわち凝縮水が発生する条件であると判定されると、凝縮水発生回避制御として、ウェイストゲート弁１１を開いて吸気圧力（過給圧力）を減少させると共に、出力を維持するべく、変速機３０の変速比を増加させてエンジン回転数を上昇させる。また、この場面では、点火時期がノッキング限界点に設定されていないとして、インタークーラ温度を上昇させて凝縮水発生の限界線を遷移させるべく、インタークーラ冷却水弁７ａの開度（インタークーラ冷却水弁開度）を所定値まで低下させる。なお、インタークーラ温度は、インタークーラ冷却水弁開度を低下させてからある一定の時間が経過した後に、すなわちある一定の時間遅れをもって上昇する（図示例では、時刻tD以降）。
時刻tBになると、ドライバによるアクセル踏み込み量が略一定となるものの、凝縮水判定フラグは１であるため、ウェイストゲート弁開度の増加および変速比の増加を継続する。
時刻tCになると、吸気水蒸気分圧PH2Oが飽和水蒸気分圧P’H2O、より具体的には飽和水蒸気分圧P’H2Oとパラメータαとの積算値を下回り、凝縮水判定フラグが再び０に戻るため、それ以降では、アクセル開度が一定のもとで、ウェイストゲート弁開度および変速比を略一定に保持する。
時刻tDになると、インタークーラ温度が遅れて上昇し始め、このインタークーラ温度の上昇に伴い、図３に基づき説明したように、凝縮水が発生する限界線が吸気圧力の高い側へ変化するため、吸気圧力を上昇させるべく、ウェイストゲート弁開度を低下させ、それに伴い変速機３０の変速比を低下させる。
時刻tEになると、インタークーラ温度の上昇が終了するため、それ以降では、アクセル開度が一定のもとで、ウェイストゲート弁開度および変速比を略一定に保持する。
このように、第１実施形態の制御装置によれば、過給機３０を備えたエンジン１００において、吸気管１８に配設された湿度センサ３により検出された吸気湿度に基づき凝縮水発生の有無を判定し、その判定結果に基づいて過給機３０の駆動状態等を制御し、吸気圧力（過給圧力）を調整して凝縮水発生回避制御を実施することで、例えば大気湿度が高い条件下においても、インタークーラ内もしくはその下流での凝縮水発生を効果的に回避することができ、エンジンへのダメージや吸気管の腐食、運転性の悪化を抑制することができる。
また、湿度センサ３により検出された吸気湿度や吸気圧力センサ１４により検出された過給機４のコンプレッサ４ａ下流の吸気圧力等に基づき演算されるインタークーラ７直後の吸気の水蒸気分圧と、インタークーラ温度センサ８により検出されたインタークーラ７直後の吸気温度等に基づき演算されるインタークーラ７直後の吸気の飽和水蒸気分圧とを比較して凝縮水発生の有無を判定することにより、凝縮水発生の有無を精緻に判定して凝縮水の発生を効果的に抑制することができる。
また、凝縮水が発生すると判定された場合に、エンジン１００の動力軸に連結された変速機３０の変速比を増加させてエンジン回転数を上昇させることにより、過給機３０の駆動状態等を制御して吸気圧力（過給圧力）を低下させた場合であっても、エンジントルク（出力）を確保して運転性の低下を抑制することができる。
［第２実施形態］
次に、図８〜図１３を参照して、本発明に係る内燃機関の制御装置の第２実施形態の構成及び動作について説明する。なお、図８〜図１３に示す第２実施形態の制御装置は、図１〜図７に示す第１実施形態の制御装置に対して、内燃機関に設けられた低圧ＥＧＲシステムを制御する構成が相違しており、その他の構成は第１実施形態の制御装置と同様である。したがって、第１実施形態と同様の構成には同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図８は、本発明に係る内燃機関（エンジン）の制御装置の第２実施形態が搭載された低圧ＥＧＲシステムを有する自動車用筒内噴射式ガソリンエンジンのシステム構成を示したものである。
図８に示すエンジン１００Ａは、図１に示すエンジン１００の各構成に加えて、排気管１６Ａに配設された三元触媒１０Ａの下流側から吸気管１８Ａに配設された湿度センサ３Ａの下流側且つ過給機４Ａのコンプレッサ４ａＡの上流側に排気の一部を還流させるＥＧＲ管４０Ａを有する低圧ＥＧＲシステムを備えている。この過給機４Ａのタービン４ｂＡの下流側の排気管１６Ａと過給機４Ａのコンプレッサ４ａＡの上流側の吸気管１８Ａとを連結するＥＧＲ管４０Ａの適宜位置には、ＥＧＲ管４０Ａを流れるＥＧＲガス（排気）を冷却するためのＥＧＲクーラ４２Ａ、ＥＧＲガスの流量（ＥＧＲ流量）を制御するためのＥＧＲ弁４１Ａ、ＥＧＲ弁４１Ａの前後の差圧（ＥＧＲ弁前後差圧）を検出してＥＧＲ流量を計測する差圧センサ（ＥＧＲ流量検出部）４３Ａ、ＥＧＲガスの温度（ＥＧＲ温度）を検出するＥＧＲ温度センサ（ＥＧＲ温度検出部）４４Ａが取り付けられている。
エアフローセンサ１Ａと湿度センサ３Ａと空燃比センサ９Ａとインタークーラ温度センサ８Ａと吸気圧力センサ１４Ａと差圧センサ４３ＡとＥＧＲ温度センサ４４Ａから得られる信号（検出結果）は、ＥＣＵ（制御装置）２０Ａに送信されると共に、アクセル開度センサ１２Ａから得られる信号（検出結果）もＥＣＵ２０Ａに送信される。ＥＣＵ２０Ａは、アクセル開度センサ１２Ａの出力信号に基づいて要求トルクを演算すると共に、不図示のクランク角度センサの出力信号に基づいて、エンジン１００Ａの回転速度を演算する。ＥＣＵ２０Ａは、上記した各種センサの出力信号等から得られるエンジン１００Ａの運転状態に基づいて、空気流量、燃料噴射量、点火時期、燃料圧力等といったエンジン１００Ａの主要な作動量を適正に演算する。
ＥＣＵ２０Ａは、その演算結果に基づいて、上記した第１実施形態と同様、電子制御スロットル２Ａ、インジェクタ１３Ａ、点火プラグ１７Ａ、ウェイストゲート弁１１Ａ、インタークーラ７Ａのインタークーラ冷却水弁７ａＡ、エンジン１００Ａの動力軸に連結された変速機３０Ａ等を制御すると共に、ＥＧＲ管４０Ａに取り付けられたＥＧＲ弁４１Ａを制御する。すなわち、ＥＣＵ２０Ａで演算されたスロットル開度等が駆動信号として電子制御スロットル２等に送信されると共に、ＥＣＵ２０Ａで演算されたＥＧＲ弁開度がＥＧＲ弁開度駆動信号としてＥＧＲ弁４１Ａに送信される。
図９は、エンジンのＥＧＲ率、吸気圧力、及びインタークーラ温度と、凝縮水発生の有無との関係を示したものである。
吸気中のＥＧＲガスの割合を表すＥＧＲ率および吸気圧力センサ１４Ａによって検出される吸気圧力（過給圧力）が高くなるに従って、吸気中の水蒸気分圧は上昇する。そして、その吸気中の水蒸気分圧が飽和水蒸気分圧を超過すると、凝縮水の発生が開始することとなる。ここで、飽和水蒸気圧は、雰囲気温度、すなわちインタークーラ温度の関数として表され、インタークーラ温度が高い場合は、凝縮水発生の限界線が高吸気圧力かつ高ＥＧＲ率側に遷移し、インタークーラ温度が低い場合は、凝縮水発生の限界線が低吸気圧力かつ低ＥＧＲ率側に遷移する。
このように、ＥＧＲ率が高い、吸気圧力(過給圧力)が高い、あるいはインタークーラ温度が低い場合に、凝縮水が発生し易いことから、この凝縮水の発生を回避もしくは抑制するためには、ＥＣＵ２０Ａにより、ＥＧＲ率を減少させる、吸気圧力(過給圧力)を減少させる、あるいはインタークーラ温度を上昇させるように制御することが有効であると考えられる。そこで、本第２実施形態では、ＥＣＵ２０Ａは、吸気湿度（大気湿度）が高くなったり、吸気圧力(過給圧力)が高くなり、吸気中の水蒸気分圧が上昇すると、ＥＧＲ率を減少させる或いは吸気圧力(過給圧力)を減少させて吸気中の水蒸気分圧を減少させる、あるいは、インタークーラ温度を上昇させて凝縮水発生の限界線を変化させるようにして凝縮水の発生を回避もしくは抑制する。また、ＥＣＵ２０Ａは、エンジン回転数を上昇させるようにして吸気圧力(過給圧力)の減少に伴うトルク（出力）低下を抑制する。
なお、第２実施形態においても、エンジンの吸気湿度、吸気圧力、及びインタークーラ温度と、凝縮水発生の有無との関係は、図３に示す関係と同様である。
図１０は、図８に示す制御装置（ＥＣＵ）の内部構成を示したものである。図１０に示すＥＣＵ２０Ａは、図４に示すＥＣＵ２０の各構成に加えて、ＥＧＲ弁４１Ａを駆動させるための駆動信号を生成するＥＧＲ弁駆動回路２０ｍＡを有している。
具体的には、上記した第１実施形態と同様、エアフローセンサ１Ａ、湿度センサ３Ａ、インタークーラ温度センサ８Ａ、空燃比センサ９Ａ、アクセル開度センサ１２Ａ、吸気圧力センサ１４Ａ等の出力信号がＥＣＵ２０Ａの入力回路２０ａＡに入力されると共に、差圧センサ４３ＡとＥＧＲ温度センサ４４Ａの出力信号がＥＣＵ２０Ａの入力回路２０ａＡに入力される。入力回路２０ａＡに入力された各センサの入力信号は、入出力ポート２０ｂＡ内の入力ポートに送られる。入力ポートに送られた信号はＲＡＭ２０ｃＡに格納されると共に、ＣＰＵ２０ｅＡで演算処理される。ここで、ＣＰＵ２０ｅＡでの演算処理内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ２０ｄＡに予め書き込まれている。
前記制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ２０ｃＡに格納された後に入出力ポート２０ｂＡ内の出力ポートに送られ、各駆動回路（例えば、電子制御スロットル駆動回路２０ｆＡ、インジェクタ駆動回路２０ｇＡ、ウェイストゲート弁駆動回路２０ｈＡ、インタークーラ冷却水弁駆動回路２０ｊＡ、変速機駆動回路２０ｋＡ、ＥＧＲ弁駆動回路２０ｍＡ）を介して各アクチュエータ（例えば、電子制御スロットル２Ａ、インジェクタ１３Ａ、ウェイストゲート弁１１Ａ、インタークーラ７Ａのインタークーラ冷却水弁７ａＡ、変速機３０Ａ、ＥＧＲ弁４１Ａ）に駆動信号として送信される。
ここで、ＥＣＵ２０Ａは、入力回路２０ａＡに入力される入力信号、特に湿度センサ３Ａ、インタークーラ温度センサ８Ａ、吸気圧力センサ１４Ａから入力される入力信号に基づいて、凝縮水発生の有無、特にインタークーラ７Ａの内部や出口側での凝縮水発生の有無を判定しており、凝縮水が発生すると判定した場合、上記した駆動回路のうち、ウェイストゲート弁駆動回路２０ｈＡ、インタークーラ冷却水弁駆動回路２０ｊＡ、変速機駆動回路２０ｋＡ、ＥＧＲ弁駆動回路２０ｍＡを介してウェイストゲート弁１１Ａ、インタークーラ冷却水弁７ａＡ、変速機３０Ａ、ＥＧＲ弁４１Ａを制御する。
図１１は、図８に示す制御装置（ＥＣＵ）の内部構成を概念的に示したものである。図１１に示すＥＣＵ２０Ａは、図５に示すＥＣＵ２０と同様、診断部５６Ａと、補正部５７Ａと、吸気水蒸気分圧演算部５１Ａと飽和水蒸気分圧演算部５２Ａと比較部５３Ａとを有する凝縮水発生判定部５４Ａと、凝縮水発生回避制御部５５Ａと、を備えている。
湿度センサ３Ａから入力される入力信号は診断部５６Ａ及び補正部５７Ａに送信される。診断部５６Ａは、その入力信号に基づいて湿度センサ３Ａの異常もしくは故障を診断し、その診断結果を凝縮水発生判定部５４Ａの吸気水蒸気分圧演算部５１Ａに送信する。また、補正部５７Ａは、雨や霧等といった吸気湿度に影響を及ぼし得る情報やエンジン１００Ａの燃焼室に導入される吸気流量等から算出される吸気湿度の推定値等に基づいてその入力信号（湿度センサ３Ａによって検出される吸気湿度）を補正し、その補正結果を凝縮水発生判定部５４Ａの吸気水蒸気分圧演算部５１Ａに送信する。
ここで、一般にＥＧＲガスに含まれる水蒸気量は大気（湿度センサ３Ａを通る吸気）に含まれる水蒸気量よりも多いため、吸気に還流されるＥＧＲガスの流量が多い場合には、補正部５７Ａは、湿度センサ３Ａから入力される入力信号を補正せずに吸気水蒸気分圧演算部５１Ａに送信してもよい。すなわち、補正部５７Ａは、ＥＧＲ管４０Ａを流れるＥＧＲガスの流量が所定値以下である（ＥＧＲ管４０ＡにＥＧＲガスが流れていない、もしくは、ＥＧＲガスの流量が極めて小さい（例えばＥＧＲ率が3%以下である））場合のみに、湿度センサ３Ａから入力される入力信号を補正して吸気水蒸気分圧演算部５１Ａに送信してもよい。
吸気水蒸気分圧演算部５１Ａは、補正部５７Ａから送信される吸気湿度の補正結果と吸気圧力センサ１４Ａ、差圧センサ４３Ａ、ＥＧＲ温度センサ４４Ａから入力される入力信号（吸気圧力、ＥＧＲ弁前後差圧、ＥＧＲ温度）に基づいて、吸気中の吸気水蒸気分圧を演算し、その演算結果を比較部５３Ａに送信する。ここで、吸気水蒸気分圧演算部５１Ａは、診断部５６Ａから送信される診断結果に基づき湿度センサ３Ａが異常もしくは故障であると判断した場合には、補正部５７Ａから送信される吸気湿度の補正結果あるいは湿度センサ３Ａにより検出される吸気湿度が湿度上限値であるとして、吸気中の吸気水蒸気分圧を演算する。
インタークーラ温度センサ８Ａから入力される入力信号は飽和水蒸気分圧演算部５２Ａに送信され、飽和水蒸気分圧演算部５２Ａは、その入力信号（インタークーラ温度）に基づいて飽和水蒸気分圧を演算し、その演算結果を比較部５３Ａに送信する。
比較部５３Ａは、上記した第１実施形態と同様、吸気水蒸気分圧演算部５１Ａによって演算された吸気水蒸気分圧と飽和水蒸気分圧演算部５２Ａによって演算された飽和水蒸気分圧とを比較して凝縮水発生の有無を判定し、その判定結果を凝縮水発生回避制御部５５Ａに送信する。
凝縮水発生回避制御部５５Ａは、凝縮水発生判定部５４Ａから入力される判定結果に基づき凝縮水が発生する条件であると判断した場合、凝縮水発生を回避するために、ウェイストゲート弁１１Ａ、インタークーラ冷却水弁７ａＡ、変速機３０Ａ、ＥＧＲ弁４１Ａ等に制御信号を送信し、ウェイストゲート弁１１Ａを開いて吸気圧力（過給圧力）を調整する（低下させる）と共に、変速機３０Ａの変速比を増加させてエンジン出力を維持したり、インタークーラ７Ａのインタークーラ冷却水弁７ａＡを閉じてインタークーラ７Ａ直後の吸気温度を上昇させたり、ＥＧＲ弁４１Ａを閉じてＥＧＲ率を低下させる。一方、凝縮水発生回避制御部５５Ａは、凝縮水が発生しない条件であると判断した場合には、現在の設定を継続する。
図１２は、図８に示す制御装置（ＥＣＵ）による凝縮水発生判定及び凝縮水発生回避の制御フローを具体的に示したものである。なお、図１２に示す制御フローは、ＥＣＵ２０Ａにより所定の周期で繰り返し実行される。また、図１２に示す例では、診断部５６Ａによる湿度センサ３Ａの異常もしくは故障の診断フロー、補正部５７Ａによる湿度センサ３Ａの検出結果の補正フローを省略し、湿度センサ３Ａにより検出される吸気湿度が吸気水蒸気分圧演算部５１Ａに送信されて吸気水蒸気分圧の演算に使用される場合を想定している。
まず、ＥＣＵ２０Ａは、ステップＳ１２０１において、湿度センサ３Ａの出力信号（吸気湿度）を読み込み、ステップＳ１２０２において、吸気圧力センサ１４Ａの出力信号（吸気圧力）を読み込み、ステップＳ１２０３において、差圧センサ４３Ａの出力信号（ＥＧＲ弁前後差圧）を読み込み、ステップＳ１２０４において、ＥＧＲ温度センサ４４Ａの出力信号（ＥＧＲ温度）を読み込む。次いで、ＥＣＵ２０Ａは、ステップＳ１２０５において、吸気水蒸気分圧演算部５１Ａにて、読み込んだ湿度センサ３Ａと吸気圧力センサ１４Ａと差圧センサ４３ＡとＥＧＲ温度センサ４４Ａの出力信号等から、以下の式（４）を用いて吸気中の水蒸気分圧PH2Oを演算する。
Figure 0006141746
 ここで、PH2O：吸気水蒸気分圧 [Pa]、
Pa ：吸気管入口圧力（≒大気圧） [Pa]、
Pin ：吸気(過給)圧力 [Pa]、
HV_a：吸気湿度（容積絶対湿度） [g/m3]、
HV_EGR：ＥＧＲ中の水蒸気の容積絶対湿度 [g/m3]、
MH2O：水の分子量（≒18.0） [g/mol]、
Ma ：空気の平均分子量（≒29.0） [g/mol]、
MEGR：ＥＧＲの平均分子量（≒28.9） [g/mol]、
Min：空気/ＥＧＲ混合気の平均分子量 [g/mol]、
Ta ：吸気管入口温度（≒大気温度） [K]、
TEGR：ＥＧＲ温度 [K]、
γEGR：ＥＧＲ率（質量ベース）、
R ：気体定数 [Pa・m3/mol・K]
なお、上記した式（４）のＥＧＲ率γEGRおよびＥＧＲ中の水蒸気の容積絶対湿度HV_EGRはそれぞれ、以下の式（５）、（６）を用いて求められる。
Figure 0006141746
 ここで、mair ：空気質量流量 [g/s]
mEGR ：ＥＧＲ質量流量 [g/s]
REGR ：ＥＧＲのガス定数 [Pa・m3/g・K]
TEGR ：ＥＧＲ温度 [K]
ΔPEGR：ＥＧＲ弁前後差圧 [Pa]
A ：ＥＧＲ弁開口面積 [m2]
C ：ＥＧＲ弁の圧力損失係数
ρ ：ＥＧＲ密度 [g/m3]
Figure 0006141746
 ここで、PEGR ：ＥＧＲ管内圧力 [Pa]、
YH2O_EGR：ＥＧＲ中の水のモル分率 [mol/mol]、
YH2O_a ：大気中の水のモル分率 [mol/mol]
次に、ＥＣＵ２０Ａは、ステップＳ１２０６において、インタークーラ温度センサ８Ａの出力信号（インタークーラ温度）を読み込み、ステップＳ１２０７において、飽和水蒸気分圧演算部５２Ａにて、読み込んだインタークーラ温度センサ８Ａの出力信号等から、上記した式（２）を用いて飽和水蒸気分圧P’H2Oを演算する。
次に、ＥＣＵ２０Ａは、ステップＳ１２０８において、比較部５３Ａにて、ステップＳ１２０５で演算した吸気水蒸気分圧PH2OとステップＳ１２０７で演算した飽和水蒸気分圧P’H2Oとを上記した式（３）を用いて比較し、凝縮水が発生する条件であるか否かを判定する。
ＥＣＵ２０Ａは、上記した式（３）が成立する場合には凝縮水が発生する条件であると判定してステップＳ１２０９に進む。一方、ＥＣＵ２０Ａは、上記した式（３）が成立しない、すなわち吸気水蒸気分圧PH2Oが飽和水蒸気分圧P’H2O以下である場合には凝縮水が発生しない条件であると判定して一連の制御を終了する。
ＥＣＵ２０Ａは、凝縮水が発生する条件であると判定すると、ステップＳ１２０９において、排気温度限界やノッキング限界等の観点からＥＧＲ率γEGRの低減可能性を判断するために、以下の式（７）を用いて現在のＥＧＲ率γEGRが運転限界であるＥＧＲ率γLIM以下であるか否かを判定する。ここで、運転限界であるＥＧＲ率γLIMは、例えば排気温度限界やノッキング限界等の観点から予め設定されており、運転条件毎にＥＣＵ２０Ａに記憶されている。
Figure 0006141746
ＥＣＵ２０Ａは、上記した式（７）が成立する場合には、ＥＧＲ率をこれ以上減少させることできないと判断してステップＳ１２１１に進む。一方、ＥＣＵ２０Ａは、上記した式（７）が成立しない、すなわち現在のＥＧＲ率γEGRが運転限界であるＥＧＲ率γLIMよりも大きい場合にはステップＳ１２１０に進み、ＥＧＲ率を低下させるべく、ＥＧＲ弁４１Ａの開度を減少させて一連の制御を終了する。
ＥＣＵ２０Ａは、凝縮水が発生する条件であり、かつ、ＥＧＲ率をこれ以上減少させることできないと判定すると、上記した第１実施形態のステップＳ６０７〜Ｓ６１０（図６参照）と同様、ステップＳ１２１１において、吸気圧力（過給圧力）を低下させるためにウェイストゲート弁１１Ａの開度を増加させて過給機４Ａの駆動状態（例えば、回転数等）を制御する。次いで、ＥＣＵ２０Ａは、ステップＳ１２１２において、過給圧力の低下に伴う出力低下を補うために、変速機３０Ａの変速比を増加させてエンジン回転数を上昇させる。
次に、ＥＣＵ２０Ａは、ステップＳ１２１３において、現在の運転条件における点火時期がノッキング限界点（つまり、トレースノッキング点）に設定されているか否かを判定し、現在の運転条件における点火時期がノッキング限界点であると判定した場合には、一連の制御を終了する。一方、ＥＣＵ２０Ａは、現在の運転条件における点火時期がノッキング限界点でない、すなわちエンジン１００Ａのノッキング発生までに余裕があると判定した場合には、ステップＳ１２１４において、インタークーラ温度を上昇させるために、インタークーラ７Ａのインタークーラ冷却水弁７ａＡの開度を低下させ、インタークーラ７Ａの冷却水路に流れる冷却水の流量を減少させる。なお、インタークーラ冷却水弁７ａＡの開度を低下させる代わりに、インタークーラ７Ａの冷却水路にヒータ等を配設し、該ヒータを制御してインタークーラ７Ａの冷却水路に流れる冷却水の温度を直接上昇させて、インタークーラ温度を上昇させてもよい。
図１３は、図８に示す制御装置（ＥＣＵ）による凝縮水発生判定及び凝縮水発生回避の制御内容を時系列で示したものである。図１３では、上段から、凝縮水発生判定フラグ、大気湿度、インタークーラ下流の水蒸気分圧（吸気水蒸気分圧および飽和水蒸気分圧）、アクセル開度、ＥＧＲ弁開度、ＥＧＲ率、ウェイストゲート弁開度、吸気圧力、変速比（エンジン回転数）を時間列で示している。また、図１３に示す例では、ドライバがアクセルペダルを二段階で踏み込んで車両が二段階で加速する場面を想定している。
図示するように、ドライバがアクセルを踏み込むに伴い、ウェイストゲート弁１１Ａの開度（ウェイストゲート弁開度）が減少され、吸気圧力（過給圧力）が上昇し、それに伴い、インタークーラ７Ａ下流の吸気水蒸気分圧PH2Oが上昇する。
時刻t1になると、上昇した吸気水蒸気分圧PH2Oが飽和水蒸気分圧P’H2O、より具体的には飽和水蒸気分圧P’H2Oと制御裕度に関するパラメータαとの積算値を超過して凝縮水判定フラグが１となる。凝縮水判定フラグが１となる、すなわち凝縮水が発生する条件であると判定されると、凝縮水発生回避制御として、まず、ＥＧＲ率γEGRを低下させるべく、ＥＧＲ弁４１Ａの開度（ＥＧＲ弁開度）を減少させる。ここで、ＥＧＲ率γEGRは運転限界であるＥＧＲ率γLIMよりも大きい。アクセル開度の上昇に伴い、吸気圧力（過給圧力）は依然として上昇していくものの、ＥＧＲ率γEGRの減少により吸気水蒸気分圧PH2Oが低下する。
時刻t2になると、ドライバによるアクセル踏み込み量が略一定となり、ＥＧＲ率の減少により吸気水蒸気分圧PH2Oが飽和水蒸気分圧P’H2O、より具体的には飽和水蒸気分圧P’H2Oとパラメータαとの積算値を下回り、凝縮水判定フラグが再び０に戻る。そのため、それ以降では、アクセル開度が一定のもとで、ＥＧＲ弁開度およびウェイストゲート弁開度を略一定に保持する。
時刻t3には、再びドライバのアクセル踏み込みによる加速操作が開始され、ウェイストゲート弁開度が減少され、上昇した吸気水蒸気分圧PH2Oが飽和水蒸気分圧P’H2O、より具体的には飽和水蒸気分圧P’H2Oと制御裕度に関するパラメータαとの積算値を超過して凝縮水判定フラグが再び１となる。凝縮水判定フラグが１となると、上記と同様、まず、ＥＧＲ率γEGRを低下させるべく、ＥＧＲ弁開度を減少させる。
時刻t4になり、減少したＥＧＲ率γEGRが運転限界であるＥＧＲ率γLIMに到達すると、これ以降は、ノッキング発生や空気量変動等による運転性低下の観点からＥＧＲ率γEGRを減少させることができない。そのため、ＥＧＲ弁開度を略一定に保持した状態で、ウェイストゲート弁１１Ａを開いて吸気圧力（過給圧力）を減少させると共に、出力を維持するべく、変速機３０Ａの変速比を増加させてエンジン回転数を上昇させる。
時刻t5になると、吸気圧力（過給圧力）の減少により吸気水蒸気分圧PH2Oが飽和水蒸気分圧P’H2O、より具体的には飽和水蒸気分圧P’H2Oとパラメータαとの積算値を下回り、凝縮水判定フラグが再び０に戻るため、それ以降では、ウェイストゲート弁開度を略一定に保持する。
時刻t6になると、ドライバによるアクセル踏み込み量が略一定となるため、それ以降では、アクセル開度が一定のもとで、ＥＧＲ弁開度、ウェイストゲート弁開度、および変速比を略一定に保持する。
なお、図１３に示す例では、点火時期がノッキング限界点に設定されていると仮定して、インタークーラ温度の上昇制御を実施しない形態について説明したが、点火時期がノッキング限界点に設定されていない場合には、図７に基づき説明したように、インタークーラ冷却水弁開度を低下させたり、インタークーラの冷却水路に流れる冷却水の温度を直接上昇させて、インタークーラ温度を上昇させてもよい。
このように、第２実施形態の制御装置によれば、過給機３０Ａおよび低圧ＥＧＲシステムを備えたエンジン１００Ａにおいて、吸気管１８Ａに配設された湿度センサ３Ａにより検出された吸気湿度に基づき凝縮水発生の有無を判定し、その判定結果に基づいて過給機３０Ａの駆動状態やＥＧＲ弁４１Ａの開度等を制御し、吸気圧力（過給圧力）を調整して凝縮水発生回避制御を実施することにより、凝縮水が発生しやすい低圧ＥＧＲシステムを備えたエンジン１００Ａにおいても、例えばインタークーラ内もしくはその下流での凝縮水発生をより効果的に回避することができ、エンジンへのダメージや吸気管の腐食、運転性の悪化を効果的に抑制することができる。
また、インタークーラ７Ａ直後の吸気の水蒸気分圧とインタークーラ７Ａ直後の吸気中の飽和水蒸気分圧とを比較して凝縮水発生の有無を判定し、凝縮水が発生すると判定された場合に、ＥＧＲ弁４１Ａの開度を制御してＥＧＲ管４０Ａを流れるＥＧＲガスの流量を減少させ、ＥＧＲガスの流量が下限値に到達した後に、過給機４Ａの駆動状態を制御して吸気圧力を調整して凝縮水発生回避制御を実施することにより、凝縮水発生を迅速に抑制できると共に、ＥＧＲガスの流量減少に伴うノッキング発生や空気量変動等の運転性の悪化を抑制しつつ、凝縮水発生を効果的に抑制することができる。
なお、上記する第２実施形態では、ＥＧＲ管４０Ａを流れるＥＧＲガスが湿度センサ３Ａの下流側且つ過給機４Ａのコンプレッサ４ａＡの上流側に還流される、すなわち、湿度センサ３Ａが、ＥＧＲ管４０Ａと吸気管１８Ａとの接続点よりも上流側に配設され、湿度センサ３ＡによりＥＧＲガスと混合される前の吸気の湿度を検出するため、上記した式（４）等で示すように、湿度センサ３Ａと吸気圧力センサ１４Ａと差圧センサ４３ＡとＥＧＲ温度センサ４４Ａの出力信号等から吸気中の水蒸気分圧PH2Oを演算した。一方で、ＥＧＲシステムを備えたエンジン１００Ａにおいて、ＥＧＲ管４０Ａを流れるＥＧＲガスが湿度センサ３Ａの上流側に還流される、すなわち湿度センサ３Ａが、ＥＧＲ管４０Ａと吸気管１８Ａとの接続点よりも下流側に配設され、湿度センサ３ＡによりＥＧＲガスと混合される後の吸気の湿度を検出する場合には、第１実施形態と同様、上記した式（１）を用いて、湿度センサ３Ａと吸気圧力センサ１４Ａの出力信号等から吸気中の水蒸気分圧PH2Oを演算することができる。
また、上記する第１及び第２実施形態では、過給機のタービンの上流側と下流側をバイパスするバイパス流路に配設されたウェイストゲート弁の開度を制御することにより過給機の駆動状態（例えば、回転数）を制御する形態について説明したが、例えば過給機の段数を切替える等、ウェイストゲート弁の開度の制御以外の方法により過給機の駆動状態を制御してもよいことは勿論である。
なお、本発明は上記した第１及び第２実施形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した第１及び第２実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
１…エアフローセンサ
２…電子制御スロットル
３…湿度センサ（湿度検出部）
３ａ…基板
３ｂ…正電極
３ｃ…負電極
３ｄ…感湿膜
４…過給機
４ａ…コンプレッサ
４ｂ…タービン
５…可変バルブ
６…吸気マニホールド
７…インタークーラ
７ａ…インタークーラ冷却水弁
８…インタークーラ温度センサ
９…空燃比センサ
１０…三元触媒
１１…ウェイストゲート弁
１２…アクセル開度センサ
１３…インジェクタ
１４…吸気圧力センサ
１５…シリンダ
１６…排気管
１７…点火プラグ
１８…吸気管
１９…バイパス流路
２０…ＥＣＵ（制御装置）
２０ａ…入力回路
２０ｂ…入出力ポート
２０ｃ…ＲＡＭ
２０ｄ…ＲＯＭ
２０ｅ…ＣＰＵ
２０ｆ…電子制御スロットル駆動回路
２０ｇ…インジェクタ駆動回路
２０ｈ…ウェイストゲート弁駆動回路
２０ｊ…インタークーラ冷却水弁駆動回路
２０ｋ…変速機駆動回路
２０ｍＡ…ＥＧＲ弁駆動回路
３０…変速機
４０Ａ…ＥＧＲ管
４１Ａ…ＥＧＲ弁
４２Ａ…ＥＧＲクーラ
４３Ａ…差圧センサ（ＥＧＲ流量検出部）
４４Ａ…ＥＧＲ温度センサ（ＥＧＲ温度検出部）
５１…吸気水蒸気分圧演算部
５２…飽和水蒸気分圧演算部
５３…比較部
５４…凝縮水発生判定部
５５…凝縮水発生回避制御部
５６…診断部
５７…補正部
１００…エンジン（内燃機関）

Claims (17)

  1. 燃焼室に導入される吸気の湿度を検出する湿度検出部と前記吸気を過給する過給機とを備えた内燃機関の制御装置であって、
    前記湿度検出部は、前記燃焼室に前記吸気を導入する吸気管内に備えられ、
    前記制御装置は、前記湿度検出部により検出される前記吸気の湿度が高くなると前記吸気の圧力を低下させるように前記過給機の駆動状態を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記制御装置は、前記過給機を構成するタービンの上流側と下流側をバイパスするバイパス流路に配設されたウェイストゲート弁の開度を制御することによって前記過給機の駆動状態を制御することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記制御装置は、前記吸気を冷却するためのインタークーラ下流の吸気の水蒸気分圧と前記インタークーラ下流の吸気の飽和水蒸気分圧とに基づいて凝縮水発生の有無を判定する凝縮水発生判定部と、前記凝縮水発生判定部により凝縮水が発生すると判定された場合に、凝縮水発生を回避するべく前記過給機の駆動状態を制御して前記吸気の圧力を調整する凝縮水発生回避制御部と、を備えることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記凝縮水発生回避制御部は、前記凝縮水発生判定部により凝縮水が発生すると判定された場合に、前記インタークーラ下流の吸気の温度を上昇させる、もしくは、前記内燃機関の動力軸に連結された変速機の変速比を増加させることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記凝縮水発生回避制御部は、前記インタークーラの冷却水路に流れる冷却水の流量を減少させる、もしくは、前記冷却水の温度を上昇させることにより、前記インタークーラ下流の吸気の温度を上昇させることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記凝縮水発生回避制御部は、前記内燃機関のノッキング発生までに余裕があると判定した場合に、前記インタークーラ下流の吸気の温度を上昇させることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
  7. 前記凝縮水発生判定部は、前記吸気の湿度と前記過給機を構成するコンプレッサの下流の吸気の圧力とに基づいて前記水蒸気分圧を演算する、又は、前記インタークーラ下流の吸気の温度に基づいて前記飽和水蒸気分圧を演算することを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
  8. 前記内燃機関には、前記過給機のタービンの下流側の排気管と前記過給機のコンプレッサの上流側の吸気管とを連結するＥＧＲ管と、前記ＥＧＲ管を流れるＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲ弁とが備えられ、
    前記凝縮水発生回避制御部は、前記凝縮水発生判定部により凝縮水が発生すると判定された場合に、前記ＥＧＲ弁の開度を制御して前記ＥＧＲガスの流量を減少させることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
  9. 前記凝縮水発生回避制御部は、前記凝縮水発生判定部により凝縮水が発生すると判定された場合に、前記ＥＧＲ弁の開度を制御して前記ＥＧＲガスの流量を所定値まで減少させた後に、前記過給機の駆動状態を制御して前記吸気の圧力を調整することを特徴とする、請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
  10. 前記所定値は、ノッキング限界もしくは排気温度限界によって規定されることを特徴とする、請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
  11. 前記内燃機関には、前記過給機のタービンの下流側の排気管と前記過給機のコンプレッサの上流側の吸気管とを連結するＥＧＲ管と、前記ＥＧＲ管を流れるＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲ弁と、前記ＥＧＲガスの流量を検出するＥＧＲ流量検出部と、前記ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲ温度検出部と、が備えられ、
    前記凝縮水発生判定部は、
    前記湿度検出部が、前記ＥＧＲ管と前記吸気管との接続点よりも上流側に配設されている場合には、前記吸気の湿度と前記過給機を構成するコンプレッサの下流の吸気の圧力と前記ＥＧＲガスの流量と前記ＥＧＲガスの温度とに基づいて前記水蒸気分圧を演算し、
    前記湿度検出部が、前記ＥＧＲ管と前記吸気管との接続点よりも下流側に配設されている場合には、前記吸気の湿度と前記過給機を構成するコンプレッサの下流の吸気の圧力とに基づいて前記水蒸気分圧を演算することを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
  12. 前記制御装置は、前記湿度検出部の異常もしくは故障を診断する診断部を更に備え、
    前記凝縮水発生判定部は、前記診断部により前記湿度検出部が異常もしくは故障であると判定された場合、前記吸気の湿度が湿度上限値であるとして凝縮水発生の有無を判定することを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
  13. 前記制御装置は、前記内燃機関が搭載された車両の外界環境に関する情報、及び／又は、ドライバによる前記車両の操作に関する情報に基づいて前記湿度検出部により検出された前記吸気の湿度を補正することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  14. 前記車両の外界環境に関する情報は、車両の外界環境を認識するカメラ又はレインセンサから取得されることを特徴とする、請求項１３に記載の内燃機関の制御装置。
  15. 前記車両の操作は、前記車両に装備されたワイパー又はフォグランプの操作を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の内燃機関の制御装置。
  16. 前記制御装置は、前記内燃機関の燃焼室に導入される吸気の流量及び燃料の流量と排気の空燃比とに基づいて前記湿度検出部により検出された前記吸気の湿度を補正することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  17. 前記内燃機関には、前記過給機のタービンの下流側の排気管と前記過給機のコンプレッサの上流側の吸気管とを連結するＥＧＲ管と、前記ＥＧＲ管を流れるＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲ弁と、が備えられ、
    前記制御装置は、前記ＥＧＲ管に流れるＥＧＲガスの流量が所定値以下である場合に、前記湿度検出部により検出された前記吸気の湿度を補正することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
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