JP6315312B2 - 排気循環制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関に関し、特に、内燃機関の排気ガスを吸気装置へ循環させる排気循環装置の動作を制御する排気循環制御装置に関する。

内燃機関の排気循環装置は、内燃機関の排気装置から排気ガスを吸気装置へ戻し、再燃焼させる装置として一般的に知られている。この排気循環装置は、排気ガスを再燃焼させることによるＮＯｘの低減、また、希薄燃焼による燃費の向上などの効果が期待できる。
ところで、外気温が低い寒冷地では、この排気循環装置によって高温の排気ガスを吸気装置へ戻したとき、高温の排気ガスが吸気装置内を流れる低温の吸気と接触し、吸気装置内に水分が結露することがある。そして、この結露が燃料噴射弁の噴射口で発生した場合、水分が氷結し噴射口を塞ぐ恐れがあった。

そこで、従来、この問題に鑑み、排気循環装置において、燃料噴射弁の噴射口温度を推定する噴射口温度推定手段を備え、この噴射口温度推定手段により推定された温度に基づき、排気循環の開始時期を設定する内燃機関の排気循環制御装置が開示されている（特許文献１）。なお、推定噴射口温度は、内燃機関の冷却水温度と、吸気温度（外気温度）とに基づいて算出される。特に、吸気温度は、始動時の吸気温度が採用され、この始動時の吸気温度が低いほど、推定噴射口温度が低く算出される。

特開２００１−１５２９７１号公報

しかしながら、吸気温度は、吸気装置の外側と内側とで温度差を生じることがある。また、吸気は、吸気装置の内側を通過する場合にも、温度が変化することがある。
したがって、前記特許文献１のように、内燃機関の冷却水温度と吸気温度（外気温度）とに基づいて推定噴射口温度を算出しても、推定噴射口温度が実際の温度と誤差が生じる問題が生じる。推定噴射口温度に誤差が生じると、結露が生じる状態であるにもかかわらず排気循環装置が作動される恐れがある。

そこで、この発明は、上記の問題に鑑みて成されたものであり、内燃機関に供給する吸気の温度を正確に推定し、排気循環装置を適切に作動させることができる排気循環制御装置を提供することを目的とする。

この発明は、内燃機関に接続された吸気装置と、前記内燃機関の排気装置から前記吸気装置へ排気ガスを戻す排気循環装置と、前記吸気装置に配置された吸気温センサと、前記吸気温センサより前記内燃機関とは反対側の前記吸気装置に配置された外気温センサと、前記外気温センサが検出した温度が所定温度より低い場合に前記排気循環装置を停止する制御手段と、を備え、前記所定温度は、前記吸気温センサが検出した温度と前記外気温センサが検出した温度との差が大きくなるほど低い温度に設定されることを特徴とする。

この発明は、外気が吸気装置へ侵入した際、または吸気装置内を通過する際の温度変化に基づき、吸気温度を推定するため、吸気が吸気装置を通過する際に温度変化が生じても、正確な温度を推定することができる。そして、この発明は、推定した吸気温度に基づいて、排気循環装置を停止させるため、結露を確実に防止できる。

図１は排気循環制御装置の概略構成図である。（実施例１） 図２は排気ガス導入判定マップを示す図である。（実施例１） 図３は排気循環制御装置の制御フローチャートである。（実施例１） 図４（Ａ）は高油温時排気ガス導入判定マップを示す図、図４（Ｂ）は低油温時排気ガス導入判定マップを示す図である。（実施例２） 図５は排気循環制御装置の制御フローチャートである。（実施例２）

以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図３は、この発明の実施例１を示すものである。図１において、内燃機関１は、変速機２を接続している。内燃機関１は、燃焼室３を備え、燃焼室３に連通する吸気ポート４と排気ポート５とを備えている。内燃機関１は、燃焼室３に吸気を供給する吸気装置６を接続し、燃焼室３の排気を排出する排気装置７を接続している。
前記吸気装置６は、吸気ダクト８とエアクリーナ９とスロットルボディ１０と吸気管１１と吸気マニホルド１２とを順次に接続し、吸気ポート４に連通する吸気通路１３を備えている。スロットボディ１０には、スロットルバルブ１４を備えている。吸気マニホルド１２には、各吸気ポート４に燃料を噴射する燃料噴射弁１５を備えている。前記排気装置７は、排気マニホルド１６と触媒コンバータ１７と排気管１８とを順次に接続し、排気ポート５に連通する排気通路１９を備えている。
前記内燃機関１は、排気装置７から吸気装置６へ排気ガスを戻す排気循環装置２０を備えている。排気循環装置２０は、排気装置７の排気管１８と吸気装置６の吸気管１１とを排気還流管２１により接続し、排気通路１９の排気ガスを吸気通路１３へと導く排気還流通路２２を備えている。排気還流管２１には、還流する排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ２３と、還流する排気ガスの流量を調整するＥＧＲバルブ２４とを備えている。排気循環装置２０は、排気通路１９の排気ガスを排気還流通路２２に取り入れ、ＥＧＲクーラ２３により冷却し、ＥＧＲバルブ２４により流量調整し、吸気通路１３へ戻す。
前記排気循環装置２０は、ＥＧＲバルブ２４を排気循環制御装置２５の制御手段２６に接続している。制御手段２６には、吸気装置６のエアクリーナ９に配置された吸気温センサ２７と、吸気温センサ２７の配置位置に対して内燃機関１とは反対側の吸気装置６の吸気ダクト８に配置された外気温センサ２８と、内燃機関１に配置された水温センサ２９と、変速機２に配置された油温センサ３０と、を接続している。
吸気温センサ２７は、吸気ダクト８から内燃機関１側のエアクリーナ９に流れた吸気の温度を検出する。外気温センサ２８は、吸気ダクト８に導入直後の吸気の温度（外気温度）を検出する。水温センサ２９は、内燃機関１の冷却水温度を検出する。油温センサ３０は、変速機２の変速機油温度を検出する。
排気循環制御装置２５は、制御手段２６によって、各センサ２７〜３０から入力する信号に基づいて排気循環装置２０の作動を制御し、吸気装置６へ排気ガスを戻すことで、ＮＯｘの低減、燃費の向上を図る。

排気循環制御の制御因子である吸気の温度は、吸気装置６の外側（吸気通路１３に導入直後の吸気（外気）の温度）と内側（吸気通路１３を内燃機関１側に流れた後の吸気の温度）とで差を生じることがある。また、吸気は、吸気装置６の内側を通過する場合にも、吸気通路１３内を流れている間に温度が変化することがある。したがって、吸気温度に基づいて排気循環装置２０の作動を制御する場合、吸気温度の変化を考慮する必要がある。
前記排気循環制御装置２５は、吸気温度の変化を考慮して、排気循環装置２０を作動・停止（吸気装置６への排気ガス戻しの許可・禁止）を判定するための、排気ガス導入判定マップを制御手段２６に備えている。排気ガス導入判定マップは、図２に示すように、外気温センサ２８により検出された外気温度毎に、吸気温センサ２７により検出された吸気温度と外気温センサ２８により検出された外気温度との変化値（差分）について、排気ガス導入の許可・禁止を判定する判定値を設定している。排気循環装置２０を作動する排気ガス導入許可の判定値（図２の「１」）は、高温範囲に設定している。排気循環装置２０を停止する排気ガス導入禁止の判定値（図２の「０」）は、低温範囲に設定している。
これより、排気循環制御装置２５は、吸気温センサ２７と外気温センサ２８とにより検出された吸気温度の変化値（差分）が低温範囲（図２の「０」の領域）であるとき、排気循環装置２０を停止する。

次に作用を説明する。
排気循環制御装置２５は、制御手段２６によって、図３に示すように、制御のプログラムがスタートすると（１００）、水温センサ２９から内燃機関１の冷却水温度を取得し（１０１）、冷却水温度により内燃機関１の暖機が完了したか否かを判断する（１０２）。
冷却水温度が暖機完了判定温度以上で、判断（１０２）がＹＥＳの場合は、吸気温センサ２７から吸気温度を取得し、外気温センサ２８から外気温度を取得し（１０３）、排気ガス導入判定マップから排気ガス導入の許可・禁止を判定する判定値を取得し（１０４）、吸気温センサ２７により検出された吸気温度と外気温センサ２８により検出された外気温度との変化値（差分）が排気ガス導入を許可する高温範囲（判定値＝１）であるか否かを判断する（１０５）。
この判断（１０５）がＹＥＳの場合は、排気循環装置２０を作動して排気ガスを吸気装置６に戻す排気循環制御を実行し（１０６）、冷却水温度の取得（１０１）にリターンする（１０７）。
前記暖機が完了したか否かの判断（１０２）がＮＯの場合、また、吸気温センサ２６により検出された吸気温度と外気温センサ２７により検出された外気温度との変化値（差分）が排気ガス導入を許可する高温範囲（判定値＝１）であるか否かの判断（１０５）がＮＯの場合は、排気循環装置２０を停止して排気ガスを吸気装置６に戻す排気循環制御を禁止し（１０８）、冷却水温度の取得（１０１）にリターンする（１０７）。
排気循環制御装置２５は、外気温度が低くても、吸気温度と外気温度との差が大きければ、排気ガスが合流する吸気管１１に至るまでにより吸気の温度が上昇すると判断し、吸気装置６への排気ガス導入を許可する。これにより、この排気循環制御装置２５は、より低吸気温時からも排気ガスを吸気装置６に戻すことが可能となる。

このように、排気循環制御装置２５は、外気が吸気装置６へ侵入した際、または吸気装置６内を通過する際の温度変化に基づき、吸気温度を推定するため、吸気が吸気装置６を通過する際に温度変化が生じても、正確な温度を推定することができる。そして、この排気循環制御装置２５は、推定した吸気温度に基づいて、排気循環装置２０を停止させるため、結露を確実に防止でき、吸気通路１３での凝縮水の堆積を防止できる。

図４、図５は、この発明の実施例２を示すものである。実施例２の排気循環制御装置２５は、実施例１と同様に構成されているので、図１の番号を引用して説明する。実施例２において、排気循環制御装置２５は、制御手段２６に、吸気装置６のエアクリーナ９に配置された吸気温センサ２７と、吸気温センサ２７の配置位置に対して内燃機関１とは反対側の吸気装置６の吸気ダクト８に配置された外気温センサ２８と、内燃機関１に配置された水温センサ２９と、変速機２に配置された油温センサ３０と、を接続している。
排気循環制御装置２５は、吸気温度の変化を考慮して、排気循環装置２０を作動・停止（吸気装置６への排気ガス戻しの許可・禁止）を判定するための、排気ガス導入判定マップとして、内燃機関１に接続された変速機２の変速機油温度が設定温度以上の時の高油温時排気ガス導入判定マップ（図４（Ａ））と、変速機２の油温が設定温度未満の時の低油温時排気ガス導入判定マップ（図４（Ｂ））と、を制御手段２６に備えている。
高油温時排気ガス導入判定マップと低油温時排気ガス導入判定マップとは、それぞれ、外気温センサ２８により検出された外気温度毎に、吸気温センサ２７により検出された吸気温度と外気温センサ２８により検出された外気温度との変化値（差分）について、排気ガス導入の許可・禁止を判定する判定値を設定している。排気循環装置２０を作動する排気ガス導入許可の判定値（図４の「１」）は、高温範囲に設定している。排気循環装置２０を停止する排気ガス導入禁止の判定値（図４の「０」）は、低温範囲に設定している。さらに、高油温時排気ガス導入判定マップの低温範囲は、低油温時排気ガス導入判定マップの低温範囲よりも、小さく設定されている。
これより、排気循環制御装置２５は、吸気温センサ２７と外気温センサ２８とにより検出された吸気温度の変化値（差分）が低温範囲（図４の「０」の領域）であるとき、排気循環装置２０を停止する。そして、排気循環制御装置２５は、低温範囲が変速機２の変速機油温が高くなるほど小さくなるように設定されている高油温時排気ガス導入判定マップと低油温時排気ガス導入判定マップとを、油温センサ２９が検出する変速機２の油温に応じて選択し、排気ガス導入の許可・禁止を判定する判定値を変更する。

次に作用を説明する。
排気循環制御装置２５は、制御手段２６によって、図５に示すように、制御のプログラムがスタートすると（２００）、水温センサ２９から内燃機関１の冷却水温度を取得し（２０１）、冷却水温度により内燃機関１の暖機が完了したか否かを判断する（２０２）。
冷却水温度が暖機完了判定温度以上で、判断（２０２）がＹＥＳの場合は、吸気温センサ２７から吸気温度を取得し、外気温センサ２８から外気温度を取得し、油温センサ３０から変速機油温度を取得し（２０３）、変速機油温度に応じて高油温時排気ガス導入判定マップと低油温時排気ガス導入判定マップとのいずれか一方を選択し、選択した一方の排気ガス導入判定マップから排気ガス導入の許可・禁止を判定する判定値を取得し（２０４）、吸気温センサ２７により検出された吸気温度と外気温センサ２８により検出された外気温度との変化値（差分）が排気ガス導入を許可する高温範囲（判定値＝１）であるか否かを判断する（２０５）。
この判断（２０５）がＹＥＳの場合は、排気循環装置２０を作動して排気ガスを吸気装置６に戻す排気循環制御を実行し（２０６）、冷却水温度の取得（２０１）にリターンする（１０７）。
前記暖機が完了したか否かの判断（２０２）がＮＯの場合、また、吸気温センサ２７により検出された吸気温度と外気温センサ２８により検出された外気温度との変化値（差分）が排気ガス導入を許可する高温範囲（判定値＝１）であるか否かの判断（２０５）がＮＯの場合は、排気循環装置２０を停止して排気ガスを吸気装置６に戻す排気循環制御を禁止し（２０８）、冷却水温の取得（２０１）にリターンする（２０７）。
排気循環制御装置２５は、外気温度が低くても、吸気温度と外気温度との差が大きければ、排気ガスが合流する吸気管１１に至るまでにより吸気の温度が上昇すると判断し、吸気装置６への排気ガス導入を許可する。これにより、この排気循環制御装置２５は、より低吸気温時からも排気ガスを吸気装置６に戻すことが可能となる。

このように、排気循環制御装置２５は、外気が吸気装置６へ侵入した際、または吸気装置６内を通過する際の温度変化に基づき、吸気温度を推定するため、吸気が吸気装置６を通過する際に温度変化が生じても、正確な温度を推定することができる。そして、この排気循環制御装置２５は、推定した吸気温度に基づいて、排気循環装置２０を停止させるため、結露を確実に防止できる。
また、内燃機関１は、変速機２の油温が高い場合に結露が発生しても、衝撃が生じ難い。このため、排気循環制御装置２５は、変速機２の油温が高くなるほど、低温範囲を小さくすることで、排気循環装置２０の停止範囲を狭めることができるので、排気循環装置２０の作動範囲を広げ、燃費の向上とＮＯｘの低減を図ることができる。

この発明は、内燃機関に供給する吸気の温度を正確に推定し、排気循環装置を適切に作動させることができるものであり、排気循環装置を備えた内燃機関に適用可能である。

１ 内燃機関
２ 変速機
３ 燃焼室
６ 吸気装置
７ 排気装置
１３ 吸気通路
１９ 排気通路
２０ 排気循環装置
２２ 排気還流通路
２３ ＥＧＲクーラ
２４ ＥＧＲバルブ
２５ 排気循環制御装置
２６ 制御手段
２７ 吸気温センサ
２８ 外気温センサ
２９ 水温センサ
３０ 油温センサ

Claims (2)

1. 内燃機関に接続された吸気装置と、
   前記内燃機関の排気装置から前記吸気装置へ排気ガスを戻す排気循環装置と、
   前記吸気装置に配置された吸気温センサと、
   前記吸気温センサより前記内燃機関とは反対側の前記吸気装置に配置された外気温センサと、
   前記外気温センサが検出した温度が所定温度より低い場合に前記排気循環装置を停止する制御手段と、を備え、
   前記所定温度は、前記吸気温センサが検出した温度と前記外気温センサが検出した温度との差が大きくなるほど低い温度に設定されることを特徴とする排気循環制御装置。
2. 前記内燃機関に接続された変速機を備え、
   前記所定温度が前記変速機の変速機油温度が高くなるほど小さくなるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の排気循環制御装置。

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