JP6399023B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明はEGR通路とEGRバルブとを有する内燃機関の制御装置に関する。
従来から、EGR通路とEGRバルブとを有する内燃機関が知られている。この種の内燃機関の例としては、例えば特許文献1に記載されたものがある。特許文献1に記載された内燃機関では、内燃機関本体に加圧した吸気を供給する過給装置と、内燃機関本体に接続された排気通路を流れる排気の一部を、内燃機関本体に接続された吸気通路に還流させるEGR通路と、EGR通路を経由して吸気通路に還流するEGRガスの量を調節するためにEGR通路に配設されたEGRバルブとが設けられている。
特許文献1に記載された内燃機関では、過給装置によって加圧された吸気をEGR通路に導入することによって、EGR通路内の凝縮水が排気通路に吹き飛ばされる。
特開2007−198310号公報
ところで、特許文献1に記載された内燃機関では、EGRバルブの閉弁期間中に、EGR通路内の凝縮水が、蒸発せしめられることなく、排気通路に吹き飛ばされる。そのため、特許文献1に記載された内燃機関では、EGRバルブの閉弁期間中にEGR通路から排気通路に吹き飛ばされた凝縮水が排気通路などにおいて悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。
また、特許文献1に記載された内燃機関では、EGRバルブの閉弁期間中にEGR通路内の凝縮水が蒸発せしめられないため、EGRバルブの開弁動作開始時に、吹き飛ばされなかった凝縮水がEGR通路内に残っているおそれがある。凝縮水がEGR通路内に残っている状態でEGRバルブの開弁動作が開始されると、EGRバルブの開弁動作開始後にEGR通路から吸気通路に移動した凝縮水が吸気通路などにおいて悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。
前記問題点に鑑み、本発明は、EGR通路内からEGR通路外に移動した凝縮水がEGR通路外において悪影響を及ぼすおそれを低減することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
本発明によれば、内燃機関本体と、
前記内燃機関本体に接続された吸気通路と、
前記内燃機関本体に接続された排気通路と、
前記排気通路を流れる排気の一部を前記吸気通路に還流させるEGR通路と、
前記EGR通路に配設され、前記EGR通路を経由して前記吸気通路に還流するEGRガスの量を調節するEGRバルブとを具備する内燃機関の制御装置において、
エンジン暖機過程であって、前記内燃機関本体に供給される空気量である吸入空気量が所定値以下のときに、
前記制御装置は、前記EGR通路のうちの前記EGRバルブよりも排気通路側の部分である排気通路側部分の凝縮水が前記EGR通路のうちの前記EGRバルブよりも吸気通路側の部分である吸気通路側部分に流入する前記EGRバルブの最小開度より小さい開度である微小開度で、前記EGRバルブを開弁することを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。
つまり、特許文献1に記載された内燃機関のようにEGRバルブの閉弁期間中にEGR通路内の凝縮水が蒸発せしめられることなく排気通路に吹き飛ばされるのではなく、本発明の内燃機関の制御装置では、エンジン暖機過程に、EGR通路のうちのEGRバルブよりも排気通路側の部分(排気通路側部分)の凝縮水がEGR通路のうちのEGRバルブよりも吸気通路側の部分(吸気通路側部分)に流入するEGRバルブの最小開度より小さい開度(微小開度)で、EGRバルブが開弁される。
詳細には、本発明の内燃機関の制御装置では、EGRバルブを微小開度で開弁しても、排気通路側部分の凝縮水がEGRバルブを介して吸気通路側部分に流入しない(つまり、排気通路側部分と吸気通路側部分との差圧が殆ど無い)運転条件下のエンジン暖機過程、すなわち、内燃機関本体に供給される空気量(吸入空気量)が所定値以下の運転条件下のエンジン暖機過程に、微小開度でEGRバルブが開弁される。
その結果、本発明の内燃機関の制御装置では、排気通路側部分の凝縮水が吸気通路側部分に流入することなく、吸気通路側部分の低温の新気と排気通路側部分の高温のEGRガス(既燃ガス)との温度差により、EGR通路(排気通路側部分および吸気通路側部分)内に対流が発生する。詳細には、排気通路側部分のEGRガスの一部がEGRバルブを介して吸気通路側部分に移動し、吸気通路側部分の新気の一部がEGRバルブを介して排気通路側部分に導入される。
それゆえ、本発明の内燃機関の制御装置では、エンジン暖機過程であって、吸入空気量が所定値以下のときに、吸気通路側部分からEGRバルブを介して排気通路側部分に導入された新気によって、排気通路側部分のEGRガスの濃度が薄められ、排気通路側部分の凝縮水が蒸発せしめられる。
そのため、本発明の内燃機関の制御装置では、排気通路側部分の凝縮水が蒸発せしめられない場合よりも、EGR通路内からEGR通路外に移動した凝縮水がEGR通路外において悪影響を及ぼすおそれを低減することができる。
本発明の内燃機関の制御装置では、前記制御装置は、
前記微小開度で開弁された前記EGRバルブを介して前記吸気通路側部分から前記排気通路側部分に導入された新気の積算量である積算新気導入量を算出する積算新気導入量算出部を具備することもでき、
前記エンジン暖機過程であって、前記吸入空気量が前記所定値以下のときであって、前記積算新気導入量算出部によって算出された前記積算新気導入量が、前記排気通路側部分の凝縮水を蒸発させるために必要な量である蒸発必要量に到達するまでの期間中、
前記制御装置は、前記微小開度で前記EGRバルブを開弁することもできる。
つまり、本発明の内燃機関の制御装置では、排気通路側部分に導入された新気の積算量である積算新気導入量が、排気通路側部分の凝縮水を蒸発させるために必要な量である蒸発必要量に到達するまでの期間中、微小開度でEGRバルブが開弁される。
そのため、本発明の内燃機関の制御装置では、積算新気導入量が蒸発必要量に到達するまで新気が排気通路側部分に導入されない場合よりも、蒸発せしめられることなく排気通路側部分に残存する凝縮水を低減することができ、EGR通路内からEGR通路外に移動した凝縮水がEGR通路外において悪影響を及ぼすおそれを低減することができる。
本発明の内燃機関の制御装置では、前記制御装置は、
前記EGR通路の壁面温度を推定する壁面温度推定部と、
前記排気通路側部分の凝縮水の蒸発完了に要する時間である蒸発所要時間を算出する蒸発所要時間算出部とを具備することもでき、
前記積算新気導入量が前記蒸発必要量に到達した後であって、前記壁面温度推定部によって推定された前記壁面温度が前記排気通路側部分の凝縮水の露点より高くなった後であって、前記蒸発所要時間算出部によって算出された前記蒸発所要時間が経過するまでの期間中、
前記制御装置は、前記排気通路を流れる排気の一部が前記EGRバルブを介して前記吸気通路に還流せしめられるような前記EGRバルブの駆動であるEGRバルブ本駆動を待機することもできる。
つまり、本発明の内燃機関の制御装置では、排気通路側部分の凝縮水の蒸発完了に要する時間である蒸発所要時間が経過するまでの期間中、排気通路を流れる排気の一部がEGRバルブを介して吸気通路に還流せしめられるようなEGRバルブの駆動であるEGRバルブ本駆動が、開始されることなく、待機される。
そのため、本発明の内燃機関の制御装置では、凝縮水が排気通路側部分に残存している状態でEGRバルブ本駆動が開始されることに伴って、その凝縮水がEGRバルブを介して吸気通路に流入し、吸気通路などに悪影響を及ぼしてしまうおそれを低減することができる。
本発明によれば、EGR通路内からEGR通路外に移動した凝縮水がEGR通路外において悪影響を及ぼすおそれを低減することができる。
第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの一例を示した概略構成図である。 第1の実施形態の内燃機関の制御装置によって実行される排気通路側部分10bの凝縮水を蒸発させるためのEGRバルブ11の制御を概略的に説明するフローチャートである。 図2のステップS101において実行されるEGRバルブ極小駆動の制御を概略的に説明するフローチャートである。 エンジン暖機過程であって吸入空気量が所定値以下のときにおけるEGRバルブ11の開度[%]と、排気通路側部分10bのEGRガスの温度と、吸気通路側部分10aから排気通路側部分10bに導入される単位時間当たりの新気導入量Q1[g/s]との関係を示した図である。 第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの一例におけるエンジン回転速度などのタイムチャートである。
以下、本発明の内燃機関の制御装置の第1の実施形態について説明する。図1は第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの一例を示した概略構成図である。
図1に示す例では、内燃機関本体1に吸気通路2と排気通路3とが接続されている。吸気通路2には、過給装置4のコンプレッサ4aが配設されている。排気通路3には、過給装置4のタービン4bが配設されている。つまり、図1に示す例では、過給装置4のコンプレッサ4aによって加圧された吸気が内燃機関本体1に供給される。
また、図1に示す例では、吸気通路2のうちのコンプレッサ4aよりも上流側の部分にエアクリーナ5が配設されている。吸気通路2のうちのコンプレッサ4aよりも下流側の部分にインタークーラ6が配設されている。吸気通路2のうちのインタークーラ6よりも下流側の部分にスロットルバルブ7が配設されている。
さらに、図1に示す例では、排気通路3のうちのタービン4bよりも下流側の部分に排気浄化装置8、9が配設されている。排気浄化装置8、9としては、フィルタ、NOx触媒、酸化触媒、三元触媒等の触媒、あるいは、これらの適当な組み合わせによって構成された装置を用いることができる。
図1に示す例では、排気通路3を流れる排気の一部を吸気通路2に還流させるEGR通路10が設けられている。具体的には、図1に示す例では、EGR通路10が、吸気通路2のうちのエアクリーナ5とコンプレッサ4aとの間の部分と、排気通路3のうちの排気浄化装置8と排気浄化装置9との間の部分とを接続している。EGR通路10には、EGR通路10を経由して吸気通路2に還流するEGRガスの量を調節するEGRバルブ11が設けられている。さらに、EGR通路10のうちのEGRバルブ11よりも排気通路3の側の部分(排気通路側部分10b)にEGRクーラ12が配設されている。
内燃機関の冷間暖機過程(エンジン暖機過程)においては、EGRバルブ11(図1参照)の閉弁期間中に、排気通路3(図1参照)内に発生する脈動に伴って、凝縮水がEGR通路10(図1参照)内(詳細には、排気通路側部分10b(図1参照))に発生する。仮に、この凝縮水がEGR通路10から排気通路3(図1参照)に流入すると、凝縮水が排気浄化装置9(図1参照)などに悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。
また、仮に、EGRバルブ11の閉弁期間中に発生した凝縮水がEGR通路10内(詳細には、排気通路側部分10b)に残っている状態でEGRバルブ11の開弁動作が開始されると、EGRバルブ11の開弁動作開始後にEGR通路10から吸気通路2に流入した凝縮水がコンプレッサ4a(図1参照)、内燃機関本体1(図1参照)などに悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。
これらの点に鑑み、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図1に示す例では、特許文献1に記載された内燃機関のように、EGR通路10のうちのEGRバルブ11よりも排気通路3の側の部分(排気通路側部分10b)に発生した凝縮水が排気通路3に吹き飛ばされるのではなく、排気通路側部分10bに発生した凝縮水が蒸発せしめられる。具体的には、排気通路側部分10bのEGRガスの濃度を薄める(つまり、露点を低下させる)ことによって凝縮水を蒸発させるために、後で詳細に説明する手法により、EGR通路10のうちのEGRバルブ11よりも吸気通路2の側の部分(吸気通路側部分10a)の新気の一部がEGRバルブ11を介して排気通路側部分10bに導入される。
また、図1に示す例では、EGR通路10内のEGRガスの温度を検出するEGRガス温度センサ14が、例えば排気通路側部分10bに配設されている。EGRガス温度センサ14の出力信号は、制御装置(ECU)50に入力される。制御装置50の壁面温度推定部50aは、EGRガス温度センサ14の出力信号に基づいて、EGR通路10の排気通路側部分10bの壁面温度を推定することができる。
さらに、図1に示す例では、吸気通路側部分10aの周囲にエンジン冷却水路(図示せず)が配設されている。このエンジン冷却水路は、吸気通路側部分10aを加温する加温装置として機能する。また、エンジン冷却水路内の冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ(図示せず)が設けられている。冷却水温度センサの出力信号は、制御装置50に入力される。制御装置50の壁面温度推定部50aは、冷却水温度センサの出力信号に基づいて、EGR通路10の吸気通路側部分10aの壁面温度を推定することができる。
第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図1に示す例では、EGRガス温度センサ14の出力信号、あるいは、冷却水温度センサの出力信号に基づき、壁面温度推定部50aによって、EGR通路10の壁面温度が推定されるが、他の例では、代わりに、EGR通路10の壁面温度を検出する壁面温度センサ(図示せず)の出力信号に基づいて、EGR通路10の壁面温度を推定することもできる。
図2は第1の実施形態の内燃機関の制御装置によって実行される排気通路側部分10bの凝縮水を蒸発させるためのEGRバルブ11の制御を概略的に説明するフローチャートである。
図2に示す制御が開始されると、まずステップS100において、内燃機関の冷間暖機過程(エンジン暖機過程)であるか否かが、制御装置50(図1参照)によって判定される。YESのときには、ステップS101に進み、NOのときには、図2に示す制御を終了する。エンジン暖機過程であるか否かは、例えば冷却水温度、潤滑油温度などに基づいて判定することができる。
ステップS101では、EGRバルブ11を微小開度(「微小開度」については、後で詳細に説明する。)で開弁するEGRバルブ極小駆動が実行される。
図3は図2のステップS101において実行されるEGRバルブ極小駆動の制御を概略的に説明するフローチャートである。
図3に示すEGRバルブ極小駆動の制御が開始されると、まずステップS200において、内燃機関本体1(図1参照)に供給される空気量(吸入空気量)が所定値以下であるか否かが、制御装置50(図1参照)によって判定される。YESのときには、ステップS201に進み、NOのときには、図3に示す制御を終了する。吸入空気量が所定値以下であるか否かは、例えばエンジン回転速度、過給装置4(図1参照)の回転速度などに基づいて判定することができる。
図3に示す例では、ステップS200の所定値として、例えば、排気通路側部分10b(図1参照)と吸気通路側部分10a(図1参照)との差圧が殆ど無い運転条件において内燃機関本体1に供給される空気量(吸入空気量)の値が設定されている。
ステップS200においてYESと判定されるときには、排気通路側部分10bと吸気通路側部分10aとの差圧が殆ど無いため、EGRバルブ11(図1参照)が開弁されても、排気通路3(図1参照)を流れる排気は、EGR通路10(図1参照)を介して吸気通路2(図1参照)に殆ど還流しない。
そのため、ステップS201では、EGRバルブ極小駆動が許可され、例えば、その旨を示すフラグがたてられる。
次いで、ステップS202では、EGRバルブ11(図1参照)の開度が微小開度に設定される。
「微小開度」について説明する。
エンジン暖機過程においては(つまり、図2のステップS100においてYESと判定されるときには)、凝縮水が排気通路側部分10b(図1参照)に存在している。
凝縮水が排気通路側部分10bに存在しているときに、EGRバルブ11の開度の値がX1(>0)[%]以上100[%]以下に設定されると、排気通路側部分10bと吸気通路側部分10a(図1参照)との差圧が殆ど無い場合(つまり、吸入空気量が図3のステップS200の所定値以下の場合)であっても、排気通路3(図1参照)内の脈動などによって、排気通路側部分10bの凝縮水が、開弁しているEGRバルブ11を介して吸気通路側部分10aに流入するおそれがある。
つまり、X1[%]〜100[%]が、排気通路側部分10bの凝縮水が吸気通路側部分10aに流入するEGRバルブ11の開度に相当し、X1[%]が、排気通路側部分10bの凝縮水が吸気通路側部分10aに流入するEGRバルブ11の最小開度に相当する。
一方、エンジン暖機過程であって、吸入空気量が図3のステップS200の所定値以下のとき、EGRバルブ11の開度が、上記の最小開度X1[%]より小さい微小開度X2[%](0<X2<X1)に設定されると、排気通路3内に脈動などが発生しても、排気通路側部分10bの凝縮水は吸気通路側部分10aに流入しない。
そこで、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図2および図3に示す例では、上述したように、ステップS202において、EGRバルブ11の開度が微小開度X2[%]に設定され、EGRバルブ11が微小開度X2[%]で開弁される。
ステップS202においてEGRバルブ11(図1参照)が微小開度X2[%]で開弁されると、排気通路側部分10b(図1参照)の凝縮水が吸気通路側部分10a(図1参照)に流入することなく、吸気通路側部分10aの低温の新気と排気通路側部分10bの高温のEGRガス(既燃ガス)との温度差により、排気通路側部分10bおよび吸気通路側部分10aに対流が発生する。詳細には、排気通路側部分10bのEGRガスの一部がEGRバルブ11を介して吸気通路側部分10aに移動し、吸気通路側部分10aの新気の一部がEGRバルブ11を介して排気通路側部分10bに導入される。
その結果、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図2および図3に示す例では、エンジン暖機過程(図2のステップS100においてYESと判定されるとき)であって、吸入空気量が所定値以下のとき(図3のステップS200においてYESと判定されるとき)に、吸気通路側部分10aからEGRバルブ11を介して排気通路側部分10bに導入された新気によって、排気通路側部分10bのEGRガスの濃度が薄められ、排気通路側部分10bの凝縮水が蒸発せしめられる。
そのため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図2および図3に示す例では、排気通路側部分10bの凝縮水が蒸発せしめられない場合よりも、EGR通路10内からEGR通路10外に移動した凝縮水がEGR通路10外において悪影響を及ぼすおそれを低減することができる。
排気通路側部分10b(図1参照)の凝縮水を蒸発させるために必要な新気の量である蒸発必要量Qは、排気通路側部分10bの容積Vなどから算出することができる。詳細には、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの図1に示す例では、蒸発必要量Qが、下記の式1、式2および式3に基づいて算出され、制御装置50の例えばROM(図示せず)に予め格納されている。
Ttrg-T0=237.3*log(Δe/6.11)/(7.5*log10+log(6.11/Δe))…(式1)
Δe=6.11*10^(7.5*t/(273.3+T))* ΔRh/100…(式2)
Q=ΔRh/(100-ΔRh)*V…(式3)
上記の式1、式2および式3において、
Ttrgは目標露点、
T0は現在露点、
ΔRhは現在露点T0から目標露点Ttrgに下げるのに必要な相対湿度変化量、
eは水蒸気圧、
TはEGR通路10内のEGRガスの温度またはEGR通路10の壁面温度、
Vは排気通路側部分10bの容積、
Qは容積Vの湿度を相対湿度変化量ΔRhだけ下げるのに必要な新気供給量(蒸発必要量)である。
排気通路3内の相対湿度を100%と仮定(EGR100%)する。
一方、エンジン暖機過程(図2のステップS100においてYESと判定されるとき)であって、吸入空気量が所定値以下のとき(図3のステップS200においてYESと判定されるとき)、微小開度X2[%]で開弁されたEGRバルブ11(図1参照)を介して吸気通路側部分10a(図1参照)から排気通路側部分10b(図1参照)に導入される単位時間当たりの新気導入量Q1[g/s]は、排気通路側部分10bのEGRガス(既燃ガス)の温度に応じて異なる。
図4はエンジン暖機過程であって吸入空気量が所定値以下のときにおけるEGRバルブ11の開度[%]と、排気通路側部分10bのEGRガスの温度と、吸気通路側部分10aから排気通路側部分10bに導入される単位時間当たりの新気導入量Q1[g/s]との関係を示した図である。
図4に示すように、EGRバルブ11の開度が微小開度に設定されているとき、排気通路側部分10bのEGRガスの温度が高いほど、対流速度が増加し、吸気通路側部分10aから排気通路側部分10bに導入される単位時間当たりの新気導入量Q1[g/s]が大きくなる。
図3の説明に戻り、次いで、ステップS203では、図4に示す単位時間当たりの新気導入量Q1[g/s]と、EGRバルブ11(図1参照)を微小開度X2[%]で開弁する制御の継続期間(積算期間)Pとの積である積算新気導入量Q2(=Q1×P)が、制御装置50(図1参照)の積算新気導入量算出部50c(図1参照)によって算出される。
図2および図3に示す例では、単位時間当たりの新気導入量Q1[g/s]および微小開度X2[%]が、予め設定され、制御装置50(図1参照)の例えばROM(図示せず)に格納されている。
つまり、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの図1に示す例では、排気通路側部分10bの凝縮水を蒸発させるために、積算新気導入量Q2が蒸発必要量Qに到達するまで、EGRバルブ11を微小開度で開弁する制御を実行する(つまり、図3のステップS202を実行する)必要がある。
図2および図3に示す例では、図3のステップS203に次いで、図2のステップS102が実行される。ステップS102では、壁面温度推定部50a(図1参照)によって推定されたEGR通路10(図1参照)の壁面温度が、EGRガスの露点(排気通路側部分10b(図1参照)の凝縮水の露点)よりも高いか否かが、制御装置50(図1参照)によって判定される。YESのときには、ステップS103に進み、NOのときには、図2に示す制御を終了する。EGRガスの露点は、制御装置50の例えばROM(図示せず)に予め格納されている。
ステップS103では、制御装置50(図1参照)の蒸発所要時間算出部50b(図1参照)によって、排気通路側部分10b(図1参照)の凝縮水が蒸発完了するのに要する蒸発所要時間trが算出される。
つまり、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの図1に示す例では、積算新気導入量Q2が蒸発必要量Qに到達してから、排気通路側部分10bの凝縮水が蒸発完了するまでに、所定の時間(具体的には、蒸発所要時間tr)が経過する必要があることが、考慮されている。
具体的には、排気通路側部分10bの凝縮水が蒸発完了するのに要する蒸発所要時間trは、下記の式4に基づいて算出される。
dm=D(dρ/dx)dFdtr…(式4)(Fickの拡散法則)
上記の式4において、
mは蒸発質量
Dは拡散係数
ρは水蒸気分圧
xは液面からの距離
Fはxに垂直な平面積
trは蒸発所要時間である。
図2の説明に戻り、次いで、ステップS104では、ステップS203において算出された積算新気導入量Q2が蒸発必要量Q以上になったか否か、つまり、積算新気導入量Q2が蒸発必要量Qに到達したか否かが、制御装置50(図1参照)によって判定される。YESのときには、ステップS105に進み、NOのときには、図2に示す制御を終了する。
排気通路側部分10b(図1参照)に対して蒸発必要量Qの新気が供給されても、仮に、排気通路側部分10bの凝縮水の蒸発が完了する前に、排気通路3(図1参照)を流れる排気の一部がEGRバルブ11(図1参照)を介して吸気通路2(図1参照)に還流せしめられるようなEGRバルブ11の駆動であるEGRバルブ本駆動が開始されると、EGRバルブ本駆動の開始後に排気通路側部分10bの凝縮水がEGRバルブ11を介して吸気通路2に流入し、コンプレッサ4a(図1参照)、内燃機関本体1(図1参照)などに悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。
この点に鑑み、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図2に示す例では、ステップS105において、EGRバルブ本駆動が待機される。
次いで、ステップS106では、EGR通路10(図1参照)の壁面温度がEGRガスの露点より高くなった(つまり、ステップS102においてYESと判定された)後であって、積算新気導入量Q2が蒸発必要量Qに到達した(つまり、ステップS104においてYESと判定された)後に、蒸発所要時間trが経過したか否かが、制御装置50(図1参照)によって判定される。
EGR通路10の壁面温度がEGRガスの露点より高くなった後に蒸発所要時間trが経過しており、かつ、積算新気導入量Q2が蒸発必要量Qに到達した後に蒸発所要時間trが経過している場合には、ステップS107に進む。
EGR通路10の壁面温度がEGRガスの露点より高くなった後に蒸発所要時間trが経過していない場合、あるいは、積算新気導入量Q2が蒸発必要量Qに到達した後に蒸発所要時間trが経過していない場合には、ステップS105に戻り、EGRバルブ本駆動の待機が継続される。
つまり、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図2に示す例では、ステップS105およびステップS106において、EGR通路10(図1参照)の壁面温度がEGRガスの露点より高くなった後に蒸発所要時間trが経過するまで、EGRバルブ本駆動が待機されると共に、積算新気導入量Q2が蒸発必要量Qに到達した後に蒸発所要時間trが経過するまで、EGRバルブ本駆動が待機される。
図2のステップS107では、EGRバルブ本駆動が許可され、例えば、その旨を示すフラグがたてられる。さらに、EGRバルブ本駆動が開始され、排気通路3(図1参照)を流れる排気の一部がEGRバルブ11(図1参照)を介して吸気通路2(図1参照)に還流せしめられる。
図5は第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの一例におけるエンジン回転速度などのタイムチャートである。詳細には、図5(A)はエンジン回転速度を示しており、図5(B)はEGR通路10(図1参照)の壁面温度を示しており、図5(C)はEGRバルブ極小駆動の状態を示しており、図5(D)はEGRバルブ本駆動の状態を示している。
図5に示す例では、時間t1以前に、ステップS100(図2参照)においてYESと判定される。さらに、図5(A)に示すように、エンジン回転速度が閾値NETHより大きいため、ステップS200(図3参照)において吸入空気量が所定値より大きいと判定される(つまり、ステップS200においてNOと判定される)。その結果、図5(C)に示すように、EGRバルブ極小駆動(図3のステップS202)が実行されない(OFFになる)。また、図5(B)に示すように、EGR通路10(図1参照)の壁面温度がEGRガスの露点T1より低いため、ステップS102(図2参照)においてNOと判定される。その結果、図5(D)に示すように、EGRバルブ本駆動(図2のステップS107)が実行されない(OFFになる)。
図5に示す例では、期間t1〜t2に、ステップS100(図2参照)においてYESと判定される。さらに、図5(A)に示すように、エンジン回転速度が閾値NETH以下になる(詳細には、エンジン回転速度が、例えばアイドリングエンジン回転速度になる)ため、ステップS200(図3参照)において吸入空気量が所定値以下であると判定される(つまり、ステップS200においてYESと判定される)。その結果、図5(C)に示すように、EGRバルブ極小駆動(図3のステップS202)が実行される(ONになる)。また、図5(B)に示すように、EGR通路10(図1参照)の壁面温度がEGRガスの露点T1より低いため、ステップS102(図2参照)においてNOと判定される。その結果、図5(D)に示すように、EGRバルブ本駆動(図2のステップS107)が実行されない(OFFになる)。
図5に示す例では、期間t2〜t3に、ステップS100(図2参照)においてYESと判定される。さらに、図5(A)に示すように、エンジン回転速度が閾値NETHより大きいため、ステップS200(図3参照)において吸入空気量が所定値より大きいと判定される(つまり、ステップS200においてNOと判定される)。その結果、図5(C)に示すように、EGRバルブ極小駆動(図3のステップS202)が実行されない(OFFになる)。また、図5(B)に示すように、EGR通路10(図1参照)の壁面温度がEGRガスの露点T1より低いため、ステップS102(図2参照)においてNOと判定される。その結果、図5(D)に示すように、EGRバルブ本駆動(図2のステップS107)が実行されない(OFFになる)。
図5に示す例では、期間t3〜t4に、ステップS100(図2参照)においてYESと判定される。さらに、図5(A)に示すように、エンジン回転速度が閾値NETH以下になるため、ステップS200(図3参照)において吸入空気量が所定値以下であると判定される(つまり、ステップS200においてYESと判定される)。その結果、図5(C)に示すように、EGRバルブ極小駆動(図3のステップS202)が実行される(ONになる)。また、図5(B)に示すように、EGR通路10(図1参照)の壁面温度がEGRガスの露点T1より低いため、ステップS102(図2参照)においてNOと判定される。その結果、図5(D)に示すように、EGRバルブ本駆動(図2のステップS107)が実行されない(OFFになる)。
図5に示す例では、期間t4〜t5に、ステップS100(図2参照)においてYESと判定される。さらに、図5(A)に示すように、エンジン回転速度が閾値NETHより大きいため、ステップS200(図3参照)において吸入空気量が所定値より大きいと判定される(つまり、ステップS200においてNOと判定される)。その結果、図5(C)に示すように、EGRバルブ極小駆動(図3のステップS202)が実行されない(OFFになる)。また、図5(B)に示すように、EGR通路10(図1参照)の壁面温度がEGRガスの露点T1より低いため、ステップS102(図2参照)においてNOと判定される。その結果、図5(D)に示すように、EGRバルブ本駆動(図2のステップS107)が実行されない(OFFになる)。
図5に示す例では、期間t5〜t6に、ステップS100(図2参照)においてYESと判定される。さらに、図5(A)に示すように、エンジン回転速度が閾値NETH以下になるため、ステップS200(図3参照)において吸入空気量が所定値以下であると判定される(つまり、ステップS200においてYESと判定される)。その結果、図5(C)に示すように、EGRバルブ極小駆動(図3のステップS202)が実行される(ONになる)。また、図5(B)に示すように、EGR通路10(図1参照)の壁面温度がEGRガスの露点T1より低いため、ステップS102(図2参照)においてNOと判定される。その結果、図5(D)に示すように、EGRバルブ本駆動(図2のステップS107)が実行されない(OFFになる)。
図5に示す例では、期間t6〜t7に、ステップS100(図2参照)においてYESと判定される。さらに、図5(A)に示すように、エンジン回転速度が閾値NETHより大きいため、ステップS200(図3参照)において吸入空気量が所定値より大きいと判定される(つまり、ステップS200においてNOと判定される)。その結果、図5(C)に示すように、EGRバルブ極小駆動(図3のステップS202)が実行されない(OFFになる)。また、図5(B)に示すように、EGR通路10(図1参照)の壁面温度がEGRガスの露点T1より低いため、ステップS102(図2参照)においてNOと判定される。その結果、図5(D)に示すように、EGRバルブ本駆動(図2のステップS107)が実行されない(OFFになる)。
図5に示す例では、期間t7〜t8に、ステップS100(図2参照)においてYESと判定される。さらに、図5(A)に示すように、エンジン回転速度が閾値NETH以下になるため、ステップS200(図3参照)において吸入空気量が所定値以下であると判定される(つまり、ステップS200においてYESと判定される)。その結果、図5(C)に示すように、EGRバルブ極小駆動(図3のステップS202)が実行される(ONになる)。また、図5(B)に示すように、EGR通路10(図1参照)の壁面温度がEGRガスの露点T1より低いため、ステップS102(図2参照)においてNOと判定される。その結果、図5(D)に示すように、EGRバルブ本駆動(図2のステップS107)が実行されない(OFFになる)。
図5に示す例では、時間t8に、ステップS100(図2参照)においてYESと判定される。さらに、図5(A)に示すように、エンジン回転速度が閾値NETH以下になるため、ステップS200(図3参照)において吸入空気量が所定値以下であると判定される(つまり、ステップS200においてYESと判定される)。その結果、図5(C)に示すように、EGRバルブ極小駆動(図3のステップS202)が実行される(ONになる)。また、時間t8に、図5(B)に示すように、EGR通路10(図1参照)の壁面温度がEGRガスの露点T1より高くなる。そのため、ステップS102(図2参照)においてYESと判定される。
さらに、図5に示す例では、時間t8に、積算新気導入量Q2(=Q1×P)が蒸発必要量Qに到達する。詳細には、EGRバルブ極小駆動の継続期間(積算期間)Pが、期間t1〜t2と期間t3〜t4と期間t5〜t6と期間t7〜t8との合計値である。
そのため、ステップS104(図2参照)においてYESと判定される。
また、図5に示す例では、時間t8に、ステップS105(図2参照)が実行され、EGRバルブ本駆動の待機が開始される。また、ステップS106(図2参照)においてNOと判定される。その結果、図5(D)に示すように、EGRバルブ本駆動(図2のステップS107)が実行されない(OFFになる)。
図5に示す例では、期間t8〜t9に、ステップS106(図2参照)におけるNOの判定と、ステップS105(図2参照)の実行とが繰り返されている。
次いで、図5に示す例では、時間t9に、EGR通路10(図1参照)の壁面温度がEGRガスの露点より高くなった時点(時間t8)から蒸発所要時間trが経過し、かつ、積算新気導入量Q2が蒸発必要量Qに到達した時点(時間t8)から蒸発所要時間trが経過する。そのため、ステップS106においてYESと判定される。その結果、図5(D)に示すように、EGRバルブ本駆動(図2のステップS107)が実行される(ONになる)。
尚、図5(D)における「EGRバルブ本駆動」の「ON」は、EGRバルブ11(図1参照)の開度の全開状態を意味しているのではなく、内燃機関の運転状態に応じてEGRバルブ11の開度が変動する状態を意味している。
図5に示す例では、時間t9以降に、図示しないEGRバルブ本駆動の制御が実行される。つまり、蒸発所要時間trが経過し(図2のステップS106においてYESと判定され)、EGRバルブ本駆動が許可された後(図2のステップS107が実行された後)においては、エンジン回転速度が閾値NETH以下になり、吸入空気量が所定値以下になっても、EGRバルブ極小駆動は実行されない。
上述したように、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムでは、特許文献1に記載された内燃機関のようにEGRバルブ11(図1参照)の閉弁期間中にEGR通路10(図1参照)内の凝縮水が蒸発せしめられることなく排気通路3(図1参照)に吹き飛ばされるのではなく、エンジン暖機過程(図2のステップS100においてYESと判定されるとき)に、ステップS202(図3参照)において、排気通路側部分10b(図1参照)の凝縮水が吸気通路側部分10a(図1参照)に流入するEGRバルブ11(図1参照)の最小開度X1[%]より小さい微小開度X2[%]で、EGRバルブ11が開弁される。
詳細には、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムでは、EGRバルブ11を微小開度で開弁しても、排気通路側部分10bの凝縮水がEGRバルブ11を介して吸気通路側部分10aに流入しない(つまり、排気通路側部分10bと吸気通路側部分10aとの差圧が殆ど無い)運転条件下のエンジン暖機過程、すなわち、吸入空気量が所定値以下の運転条件下(つまり、図3のステップS200においてYESと判定されるとき)のエンジン暖機過程(図2のステップS100においてYESと判定されるとき)に、ステップS202において、微小開度X2(>0)[%]でEGRバルブ11が開弁される。
その結果、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムでは、エンジン暖機過程であって、吸入空気量が所定値以下のときに、吸気通路側部分10aからEGRバルブ11を介して排気通路側部分10bに導入された新気によって、排気通路側部分10bのEGRガスの濃度が薄められ、排気通路側部分10bの凝縮水が蒸発せしめられる。
そのため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムでは、排気通路側部分10bの凝縮水が蒸発せしめられない場合よりも、EGR通路10内からEGR通路10外に移動した凝縮水がEGR通路10外において悪影響を及ぼすおそれを低減することができる。
さらに、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムでは、排気通路側部分10b(図1参照)に導入された新気の積算量である積算新気導入量Q2が、排気通路側部分10bの凝縮水を蒸発させるために必要な量である蒸発必要量Qに到達するまでの期間(図5に示す例では、期間t1〜t2、期間t3〜t4、期間t5〜t6、および、期間t7〜t8)中、微小開度X2[%]でEGRバルブ11(図1参照)が開弁される。
そのため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムでは、積算新気導入量Q2が蒸発必要量Qに到達するまで新気が排気通路側部分10bに導入されない場合よりも、蒸発せしめられることなく排気通路側部分10bに残存する凝縮水を低減することができ、EGR通路10(図1参照)内からEGR通路10外に移動した凝縮水がEGR通路10外において悪影響を及ぼすおそれを低減することができる。
また、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムでは、排気通路側部分10b(図1参照)の凝縮水の蒸発完了に要する時間である蒸発所要時間trが経過するまでの期間(図5に示す例では、期間t8〜t9)中、排気通路3(図1参照)を流れる排気の一部がEGRバルブ11(図1参照)を介して吸気通路2(図1参照)に還流せしめられるようなEGRバルブ11の駆動であるEGRバルブ本駆動が、開始されることなく、待機される。
そのため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムでは、凝縮水が排気通路側部分10bに残存している状態でEGRバルブ本駆動が開始されることに伴って、その凝縮水がEGRバルブ11を介して吸気通路2に流入し、吸気通路2などに悪影響を及ぼしてしまうおそれを低減することができる。
図5に示す例では、EGR通路10(図1参照)の壁面温度がEGRガスの露点T1より高くなると同時(時間t8)に、積算新気導入量Q2(=Q1×P)が蒸発必要量Qに到達するが、第1の実施形態の内燃機関の制御装置は、EGR通路10の壁面温度がEGRガスの露点T1より高くなるタイミングと、積算新気導入量Q2が蒸発必要量Qに到達するタイミングとが異なるエンジンシステムに対しても適用することができる。
EGR通路10の壁面温度がEGRガスの露点T1より高くなるタイミングと、積算新気導入量Q2が蒸発必要量Qに到達するタイミングとが異なる場合には、EGR通路10の壁面温度がEGRガスの露点より高くなった時点から蒸発所要時間trが経過し、かつ、積算新気導入量Q2が蒸発必要量Qに到達した時点から蒸発所要時間trが経過したときに、EGRバルブ本駆動が開始される。
図2および図3に示す例では、積算新気導入量Q2が蒸発必要量Qに到達してから、蒸発所要時間trが経過するまでの期間(図5の期間t8〜t9)中、ステップS106におけるNOの判定と、ステップS105の実行とが繰り返されているため、EGRバルブ極小駆動が実行されない(ステップS202が実行されない)が、他の例では、代わりに、積算新気導入量Q2が蒸発必要量Qに到達してから、蒸発所要時間trが経過するまでの期間中、エンジン暖機過程であって吸入空気量が所定値以下の場合には、EGRバルブ極小駆動を実行することもできる。
第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの図1に示す例では、吸気通路2のうちのエアクリーナ5とコンプレッサ4aとの間の部分と、排気通路3のうちの排気浄化装置8と排気浄化装置9との間の部分とを接続している低圧EGR通路10に対して、凝縮水の悪影響を低減するための上述した処理が実行されているが、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの他の例では、代わりに、吸気通路2のうちのコンプレッサ4aよりも下流側の部分と、排気通路3のうちのタービン4bよりも上流側の部分とを接続している高圧EGR通路(図示せず)に対して、凝縮水の悪影響を低減するための上述した処理と同様の処理を実行することもできる。
第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムのさらに他の例では、代わりに、過給装置4を省略し、過給装置を有さないエンジンシステムのEGR通路(図示せず)に対して、凝縮水の悪影響を低減するための上述した処理と同様の処理を実行することもできる。
第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの図1に示す例では、EGR導入促進(つまり、吸気通路側部分10aと排気通路側部分10bとの差圧を増加させること)を目的とする吸気絞り弁(図示せず)および排気絞り弁(図示せず)が吸気通路2および排気通路3に設けられていないが、それらの吸気絞り弁および排気絞り弁が吸気通路2および排気通路3に設けられている他の例では、EGRバルブ極小駆動が実行されるときに、それらの吸気絞り弁および排気絞り弁が全開される。
特許文献1に記載された内燃機関では、EGR通路10内の凝縮水を吹き飛ばすために吸気がEGR通路10に供給されるときに、多量の吸気がEGR通路10に供給されることによって、排気浄化装置9(図1参照)がリーン化し、その排気浄化性能が低下することに伴ってエミッションが悪化するおそれがある。一方、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図1に示す例では、上述したように、EGR通路10内の凝縮水を蒸発させるために、EGR通路10に対して新気が必要最小量のみ供給される。その結果、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図1に示す例では、排気浄化装置9の排気浄化性能が低下することに伴ってエミッションが悪化するおそれを低減することができる。
上述したように、仮に、凝縮水が排気通路側部分10b(図1参照)に残っている状態でEGRバルブ本駆動が開始されると、EGRバルブ本駆動の開始後にEGR通路10から吸気通路2に流入した凝縮水がコンプレッサ4a(図1参照)、内燃機関本体1(図1参照)などに悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。
そのため、EGRバルブ本駆動の開始前に、排気通路側部分10bの凝縮水を蒸発させておくことが好ましい。
第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図1に示す例のようにEGRバルブ本駆動の開始前に排気通路側部分10bに新気が供給されない場合には、排気通路側部分10bのEGRガスの濃度が濃い(つまり、露点が高い)ため、排気通路側部分10bの凝縮水が蒸発完了するのに要する蒸発所要時間trが長くなる。その結果、EGRバルブ本駆動の開始が遅れてしまい、燃費が悪化するおそれがある。
一方、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図1に示す例では、上述したように、EGRバルブ本駆動の開始前に排気通路側部分10bに新気が供給されるため、排気通路側部分10bのEGRガスの濃度が薄められ(つまり、露点が低下せしめられ)、それに伴い、排気通路側部分10bの凝縮水が蒸発完了するのに要する蒸発所要時間trが短くなる。その結果、EGRバルブ本駆動の開始を早めることができ、燃費を向上させることができる。
第2の実施形態では、上述した第1の実施形態および各例を適宜組み合わせることもできる。
1 内燃機関本体
2 吸気通路
3 排気通路
4 過給装置
4a コンプレッサ
4b タービン
5 エアクリーナ
6 インタークーラ
7 スロットルバルブ
8、9 排気浄化装置
10 EGR通路
10a 吸気通路側部分
10b 排気通路側部分
11 EGRバルブ
12 EGRクーラ
14 EGRガス温度センサ
50 制御装置
50a 壁面温度推定部
50b 蒸発所要時間算出部(EGRバルブ駆動待機時間算出部)
50c 積算新気導入量算出部

Claims (3)

  1. 内燃機関本体と、
    前記内燃機関本体に接続された吸気通路と、
    前記内燃機関本体に接続された排気通路と、
    前記排気通路を流れる排気の一部を前記吸気通路に還流させるEGR通路と、
    前記EGR通路に配設され、前記EGR通路を経由して前記吸気通路に還流するEGRガスの量を調節するEGRバルブとを具備する内燃機関の制御装置において、
    エンジン暖機過程であって、前記内燃機関本体に供給される空気量である吸入空気量が所定値以下のときに、
    前記制御装置は、前記EGR通路のうちの前記EGRバルブよりも排気通路側の部分である排気通路側部分の凝縮水が前記EGR通路のうちの前記EGRバルブよりも吸気通路側の部分である吸気通路側部分に流入する前記EGRバルブの最小開度より小さい開度である微小開度で、前記EGRバルブを開弁し、
    前記微小開度は、前記排気通路側部分のEGRガスの一部が前記EGRバルブを介して前記吸気通路側部分に移動し、かつ、前記吸気通路側部分の新気の一部が前記EGRバルブを介して前記排気通路側部分に導入されるように前記排気通路側部分および前記吸気通路側部分に対流を生じさせる開度であ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、
    前記微小開度で開弁された前記EGRバルブを介して前記吸気通路側部分から前記排気通路側部分に導入された新気の積算量である積算新気導入量を算出する積算新気導入量算出部を具備し、
    前記エンジン暖機過程であって、前記吸入空気量が前記所定値以下のときであって、前記積算新気導入量算出部によって算出された前記積算新気導入量が、前記排気通路側部分の凝縮水を蒸発させるために必要な量である蒸発必要量に到達するまでの期間中、
    前記制御装置は、前記微小開度で前記EGRバルブを開弁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EGR通路の壁面温度を推定する壁面温度推定部と、
    前記排気通路側部分の凝縮水の蒸発完了に要する時間である蒸発所要時間を算出する蒸発所要時間算出部とを具備し、
    前記積算新気導入量が前記蒸発必要量に到達した後であって、前記壁面温度推定部によって推定された前記壁面温度が前記排気通路側部分の凝縮水の露点より高くなった後であって、前記蒸発所要時間算出部によって算出された前記蒸発所要時間が経過するまでの期間中、
    前記制御装置は、前記排気通路を流れる排気の一部が前記EGRバルブを介して前記吸気通路に還流せしめられるような前記EGRバルブの駆動であるEGRバルブ本駆動を待機することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の制御装置。
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