JP6597570B2 - 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関し、より詳しくは、内燃機関から排気されるガスの一部を吸気系へ還流する排気還流（Exhaust Gas Recirculation；ＥＧＲ）動作を行う内燃機関の制御装置に関する。
従来、例えば特許文献１には、還流ガスを流路切替バルブにより選択的にバイパス通路に流してＥＧＲクーラを迂回させるように構成したＥＧＲ装置が開示されている。この装置では、ＥＧＲクーラ及びバイパス通路のそれぞれの入口に設けられた弁座に対し個別に嵌合圧着して各入口を閉塞可能なスイング式の流路切替バルブが採用されている。このような流路切替バルブの構成によれば、ＥＧＲバルブの全閉時に排気ガスが僅かな隙間からＥＧＲクーラ内に出入りしてしまうことが防止される。また、特許文献２及び３にも、還流ガスを選択的にバイパス通路に流してＥＧＲクーラを迂回させるように構成したＥＧＲ装置が開示されている。
特開２０１６−０７５１６９号公報 特開２０１５−０６８２７４号公報 特開２０１４−１８１６０７号公報
還流される排気ガス（ＥＧＲガス）がＥＧＲ経路において露点以下に冷却されると、凝縮水が発生して腐食の原因となる。上記従来の技術では、ＥＧＲ弁が閉じている場合のＥＧＲクーラへのＥＧＲガスの出入りを防止することはできるが、ＥＧＲ弁が開いている場合のＥＧＲクーラへのＥＧＲガスの出入りについては、凝縮水を防止する観点からの考察がなされていない。このため、上記従来の技術では、幅広い運転状態において、ＥＧＲ経路での凝縮水の発生を抑えることについて、改善の余地が残されている。
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、ＥＧＲ経路での凝縮水の発生を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、第１の発明は、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に配置され、流入する冷媒とガスとの間で熱交換を行うＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲ通路から前記ＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路と、
前記ＥＧＲクーラへ流れるガス量と前記バイパス通路へ流れるガス量との流量比を調整する流量比調整弁と、
前記ＥＧＲ通路を介して前記内燃機関の筒内に排気ガスを還流するＥＧＲ動作の実行及び停止を制御するＥＧＲ制御弁と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記ＥＧＲ制御弁と前記流量比調整弁とを制御する制御装置と、
前記排気通路に配置された触媒の床温を取得するための床温取得手段と、を備え、
前記制御装置は、燃料噴射が停止される燃料カットが行われている場合において、前記床温が許容上限温度よりも低い場合、前記ＥＧＲクーラへ流れるガス量がゼロとなるように前記流量比を調整し、前記床温が前記許容上限温度に到達している場合、前記バイパス通路へ流れるガス量がゼロとなるように前記流量比を調整するように構成されていることを特徴としている。
また、上記課題を解決するため、第２の発明は、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に配置され、流入する冷媒とガスとの間で熱交換を行うＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲ通路から前記ＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路と、
前記ＥＧＲクーラへ流れるガス量と前記バイパス通路へ流れるガス量との流量比を調整する流量比調整弁と、
前記ＥＧＲ通路を介して前記内燃機関の筒内に排気ガスを還流するＥＧＲ動作の実行及び停止を制御するＥＧＲ制御弁と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記ＥＧＲ制御弁と前記流量比調整弁とを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ＥＧＲ動作が停止から実行へと移行した時点から、マップから取得した所定期間、前記ＥＧＲクーラへ流れるガス量がゼロとなるように前記流量比を調整するように構成され、
前記所定期間は、直前の前記ＥＧＲ動作の停止が行われている期間が長いほど前記所定期間が長くなるように前記マップに定められていることを特徴としている。
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記制御装置は、前記ＥＧＲ動作が停止してから実行へと移行した後、前記冷媒の温度が前記ＥＧＲクーラ又は前記ＥＧＲ通路において凝縮水が発生しないための温度の閾値よりも低い期間に、前記ＥＧＲクーラへ流れるガス量がゼロとなるように前記流量比を調整するように構成されていることを特徴としている。
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つに記載の発明において、
前記流量比調整弁は、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも排気通路側であって前記バイパス通路との接続部に設けられ、
前記ＥＧＲ制御弁は、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも吸気通路側であって前記バイパス通路との接続部よりも吸気通路側に設けられていることを特徴としている。
第５の発明は、第１乃至第３の何れか１つに記載の発明において、
前記流量比調整弁は、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも吸気通路側であって前記バイパス通路との接続部に設けられ、
前記ＥＧＲ制御弁は、前記ＥＧＲ通路における前記流量比調整弁よりも吸気通路側に設けられていることを特徴としている。
第６の発明は、第１乃至第３の何れか１つに記載の発明において、
前記流量比調整弁は、
前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも排気通路側であって前記バイパス通路との接続部よりも吸気通路側に設けられた第１流量調整弁と、
前記バイパス通路に設けられた第２流量調整弁と、を含んで構成され、
前記ＥＧＲ制御弁は、前記第１流量調整弁と前記第２流量調整弁と、を含んで構成されていることを特徴としている。
第７の発明は、第１乃至第３の何れか１つに記載の発明において、
前記流量比調整弁は、
前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも吸気通路側であって前記バイパス通路との接続部よりも排気通路側に設けられた第１流量調整弁と、
前記バイパス通路に設けられた第２流量調整弁と、を含んで構成され、
前記ＥＧＲ制御弁は、前記第１流量調整弁と前記第２流量調整弁と、を含んで構成されていることを特徴としている。
燃料カットが行なわれている期間はＥＧＲガスの温度が低いため、当該ＥＧＲガスがＥＧＲクーラへと流れるとＥＧＲクーラの温度が低下してしまう。第１の発明によれば、触媒の床温が許容上限温度よりも低い場合に、ＥＧＲクーラへ流れるガス量
がゼロとなるように流量比が調整され、触媒の床温が所定の過熱温度よりも高い場合に、バイパス通路へ流れるガス量がゼロとなるように流量比が調整される。燃料カット中にＥＧＲガスがＥＧＲクーラへ流れると、ＥＧＲクーラでの吸熱によって触媒に流通するガスの温度が低下する。これにより、ＥＧＲクーラ及びＥＧＲ通路において凝縮水が生成されることを防ぐとともに、触媒の性能低下を抑制することができる。
ＥＧＲ動作が停止されている期間はＥＧＲガスの流通がないため、ＥＧＲ通路及びＥＧＲクーラの温度は低下する。このため、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラへ流れるように流量比が調整された状態でＥＧＲ動作が再開されると、ＥＧＲクーラによってＥＧＲガスの温度が低下することにより、その後のＥＧＲ通路を流れる過程で、ＥＧＲガスの温度が露点以下まで低下してしまうおそれがある。第２の発明によれば、上記のような条件の場合に、ＥＧＲクーラへ流れるガス量がゼロとなるように流量比が調整されるので、ＥＧＲクーラ及びＥＧＲ通路において凝縮水が生成されることを防ぐことができる。
第３の発明によれば、ＥＧＲ動作が再開された後、冷媒の水温がＥＧＲクーラ又はＥＧＲ通路において凝縮水が発生しないための温度の閾値よりも低い期間に、ＥＧＲクーラへ流れるガス量がゼロとなるように流量比が調整される。これにより、ＥＧＲ動作中にＥＧＲガスがＥＧＲクーラで冷却されることによる凝縮水の発生を抑制することができる。
第４の発明によれば、流量比調整弁は、ＥＧＲクーラよりも排気通路側に設けられている。このため、本発明によれば、ＥＧＲクーラへ流れるガス量がゼロとなるように流量比が調整されている場合に、脈動によって排気ガスがＥＧＲクーラに流入することを防止することができる。また、流量比とＥＧＲ率とがそれぞれ別の弁によって調整されるので、流量比及びＥＧＲ率の調整が容易となる。
第５の発明によれば、流量比とＥＧＲ率とがそれぞれ別の弁によって調整されるので、流量比及びＥＧＲ率の調整が容易となる。
第６の発明によれば、ＥＧＲクーラよりも排気通路側に第１流量調整弁が設けられている。このような構成によれば、ＥＧＲクーラへ流れるガス量がゼロとなるように流量比が調整されている場合に、脈動によって排気ガスがＥＧＲクーラに流入することを防止することができる。
第７の発明によれば、ＥＧＲクーラよりも吸気通路側に第１流量調整弁が設けられている。このような構成によれば、第２流量調整弁が高温のＥＧＲガスによって過熱することを防ぐことができる。
本発明の実施の形態の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。 内燃機関の運転中における各種状態量の時間変化を示すタイムチャートである。 実施の形態１のシステムが実行するルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成の変形例を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、車両等の移動体に搭載される直列３気筒ディーゼルエンジンとして構成されている。但し、内燃機関１０の種別、気筒数および気筒配列はこれに限定されない。内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。
吸気通路１２には、過給機１６のコンプレッサ１６ａが設置されている。コンプレッサ１６ａは、排気通路１４に配置されたタービン１６ｂの回転により駆動される。コンプレッサ１６ａよりも下流側の吸気通路１２には、水冷式のインタークーラ１８が配置されている。インタークーラ１８よりも下流側の吸気通路１２は、内燃機関１０の吸気マニホールド（図示しない）に接続されている。タービン１６ｂよりも下流側の排気通路１４には、排気ガスを浄化するための触媒１９が設けられている。触媒１９には、触媒１９の床温を検出するための温度センサ３２が設けられている。
また、本実施の形態のシステムは、排気通路１４の一部として構成される排気マニホールド（図示しない）と、インタークーラ１８よりも下流側の吸気通路１２とを接続するＥＧＲ通路２０を備えている。ＥＧＲ通路２０にはＥＧＲ弁２２が設けられている。ＥＧＲ弁２２は、ＥＧＲ通路２０を介して内燃機関１０の筒内に還流されるＥＧＲガスの、当該筒内の吸気全体に占める割合であるＥＧＲ率を調整するＥＧＲ制御弁として機能する。ＥＧＲ通路２０においてＥＧＲ弁２２の排気通路側には、流入する冷媒とガスとの間で熱交換を行う水冷式のＥＧＲクーラ２４が備えられている。ＥＧＲ通路２０にはＥＧＲクーラ２４をバイパスするバイパス通路２６が設けられている。以下、ＥＧＲ通路２０とバイパス通路２６との接続部のうち、ＥＧＲクーラ２４よりも排気通路側の接続部を分岐部と称し、ＥＧＲクーラ２４よりも吸気通路側の接続部を合流部と称する。ＥＧＲ通路２０の分岐部には、ＥＧＲクーラ２４を流れる排気（ＥＧＲガス）とバイパス通路２６を流れる排気（ＥＧＲガス）との流量比を調整するための流量比調整弁２８が設けられている。
本実施の形態のシステムは、内燃機関１０の本体の内部に設けられたウォータジャケットから導出された冷却水を、冷媒としてＥＧＲクーラ２４へと導入するための冷媒回路（図示せず）を備えている。冷媒回路には、その途中にＥＧＲクーラ２４、サーモスタット（図示せず）及び電動のウォーターポンプ（図示せず）等が配置されている。このような構成によれば、ウォーターポンプが駆動されることにより、内燃機関１０の本体から導出された冷却水がＥＧＲクーラ２４へと導入される。また、内燃機関１０の本体におけるウォータジャケットの出口部には、冷却水の温度を検出するための温度センサ３４と、冷却水の流量を検出するための流量センサ３６とが設けられている。
また、本実施の形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０は、エンジンシステムの全体を総合制御する制御装置であって、本発明に係る制御装置はＥＣＵ３０の一つの機能として具現化されている。ＥＣＵ３０は、少なくとも入出力インタフェースとメモリとＣＰＵとを備えている。入出力インタフェースは、内燃機関１０および移動体に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関１０が備えるアクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられる。ＥＣＵ３０が信号を取り込むセンサには、吸気通路１２におけるＥＧＲ通路２０との接続部よりも下流側を流れる吸気の温度、すなわち内燃機関１０の筒内に吸入される吸気の温度を検出する温度センサ３２が含まれる。ＥＣＵ３０が操作信号を出すアクチュエータには、上述したＥＧＲ弁２２や流量比調整弁２８が含まれる。メモリには、内燃機関１０を制御するための各種の制御プログラム、マップ等が記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。なお、ＥＣＵ３０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
［実施の形態１の動作］
（１）ＥＧＲ制御
ＥＣＵ３０により実行されるエンジン制御にはＥＧＲ制御が含まれる。本実施の形態のＥＧＲ制御では、ＥＧＲ率、またはこれと相関を有するＥＧＲガス量等の状態量が、エンジン回転速度及び噴射量等の運転状態から定まる目標値となるように、フィードバック制御等によってＥＧＲ弁２２への開度指示値が決定される。なお、以下の説明では、目標とするＥＧＲ率を０％とするＥＧＲ制御、つまりＥＧＲ弁２２への開度指示値が全閉とされてＥＧＲ動作が停止された状態を「ＥＧＲカット」と称する。
（２）水止め制御
ＥＣＵ３０により実行されるエンジン制御には水止め制御が含まれる。水止め制御は、内燃機関１０の冷間始動時に、暖機促進を目的として冷却水の循環を停止させる制御である。本実施の形態の水止め制御では、温度センサ３４によって検出された冷却水の水温が所定の第１温度に到達するまでの間、ウォーターポンプの駆動を停止させることが行なわれる。第１温度は、内燃機関１０の暖機が進行したことを判定する温度として、予め設定された温度（例えば６０℃）が使用される。これにより、水止め制御の間は、内燃機関１０の本体からの冷却水の導出が停止されるとともに、ＥＧＲクーラ２４への冷却水の流通も停止される。水止め制御によれば、内燃機関１０の暖機に要する時間を短縮することができるので、燃費の向上に効果がある。なお、水止め制御は、ウォーターポンプの駆動をその水止め期間中に完全に停止させる制御に限られない。すなわち、水止め制御は、水止め期間中にウォーターポンプを間欠的に駆動させて冷却水の局所的な沸騰を防ぐ制御を含んでいてもよい。
（３）吸気温度制御
また、ＥＣＵ３０により実行されるエンジン制御には吸気温度制御が含まれる。本実施の形態の吸気温度制御では、ＥＧＲガスを筒内に還流している場合において、吸気通路１２に導入されるＥＧＲガスの温度を調整することにより、筒内に吸入される吸気の温度をエンジン回転速度及び噴射量等の運転状態から定まる目標吸気温度に近づくように制御するものである。
なお、ＥＧＲクーラ２４を通過するＥＧＲ経路は、バイパス通路２６を通過するＥＧＲ経路よりも冷却効率が高い。そこで、吸気温度の調整には、流量比調整弁２８が使用される。本実施の形態の吸気温度制御では、総ＥＧＲガス量に対するＥＧＲクーラ２４を通過するＥＧＲガスの流量比をＥＧＲ／Ｃ比率と定義し、吸気温度が目標吸気温度に近づくために要求されるＥＧＲ／Ｃ比率を算出する。例えばＥＧＲ／Ｃ比率がゼロとされると、ＥＧＲクーラ２４へ流れるガス量がゼロとなり、総ＥＧＲガス量の全量がバイパス通路２６へ流れる。一方、ＥＧＲ／Ｃ比率が１とされると、バイパス通路２６へ流れるガス量がゼロとなり、総ＥＧＲガス量の全量がＥＧＲクーラ２４へ流れる。ＥＧＲ／Ｃ比率は、エンジン回転速度及び噴射量等の運転領域に対応付けてマップ等により予め規定されている。本実施の形態の吸気温度制御では、吸気温度が運転領域から定まる目標吸気温度に近づくためのＥＧＲ／Ｃ比率が、マップから特定される。なお、本実施の形態の吸気温度制御では、実際の吸気温度が目標吸気温度に近づくように、フィードバック制御によってＥＧＲ／Ｃ比率を補正してもよい。
（３）本実施の形態の特徴的動作
ここで、排気ガスの温度が露点を下回ると、排気ガスの水分が凝縮して凝縮水が生成されることが知られている。このため、ＥＧＲ通路２０、ＥＧＲクーラ２４、ＥＧＲ弁等、ＥＧＲ経路を構成する部品類の温度がＥＧＲガスの露点（例えば、５６〜６０℃）以下である期間は、これらの部品に接触したＥＧＲガスが露点以下に冷却されて凝縮水が生成されるおそれがある。このことは、ＥＧＲ弁２２が閉弁されていたとしても、排気の脈動によってＥＧＲ通路２０内のガスが絶えずガス交換されることによって起こり得る。
そこで、本実施の形態のシステムでは、ＥＧＲ経路において凝縮水が生成される以下の３条件の場合に、ＥＧＲ／Ｃ比率Ｒがゼロとなるように流量比調整弁２８を調整する制御に特徴を有している。以下、各条件について更に詳しく説明する。
（ａ）水止め制御を実行している期間
（ｂ）燃料カットが行われている期間
（ｃ）ＥＧＲカットから復帰した直後の期間
図２は、内燃機関１０の運転中における各種状態量の時間変化を示すタイムチャートである。なお、図２に示すチャートにおいて、１段目のチャートは車速の時間変化を、２段目のチャートは水温の時間変化を、３段目のチャートは水止め制御の実行有無の時間変化を、そして４段目のチャートはＥＧＲ／Ｃ比率の時間変化を、それぞれ示している。
（ａ）水止め制御を実行している期間の制御
図２における時間ｔ０からｔ１までの期間は、上記（ａ）に記載の「水止め制御を実行している期間」に相当する。水止め制御の開始直後は、ＥＧＲクーラ２４内の冷却水の水温が低い状態にある。このため、水温が排気ガスの露点よりも低い期間にＥＧＲガスがＥＧＲクーラ２４へと流入すると、ＥＧＲクーラ２４内において凝縮水が生成されてしまう。また、上述したように、水止め制御の期間は、ＥＧＲクーラ２４内への冷却水の流入も停止されている。このため、水止め制御の期間にＥＧＲガスがＥＧＲクーラ２４へ流入し続けると、ＥＧＲクーラ２４内で冷却水が沸騰するおそれがある。なお、ＥＧＲクーラ２４へのＥＧＲガスの流入は、ＥＧＲ弁を全閉とするＥＧＲカット中であっても、ＥＧＲ／Ｃ比率がゼロよりも大きな値となるように流量比調整弁２８が制御されていれば、排気ガスの脈動によって生じ得る。
そこで、本実施の形態のシステムでは、水止め制御が実行されている期間において、ＥＧＲ／Ｃ比率がゼロとなるように流量比調整弁２８が制御される。水止め制御が実行されている期間か否かの判定は、温度センサ３４によって検出された水温が所定の第１温度より低く、且つ流量センサ３６が所定流量以下であるか否かを判断することによって行うことができる。所定流量は、水止め制御中に実現される最大流量、つまり、水止め制御中におけるウォーターポンプの間欠駆動時の流量として、予め設定された値を用いることができる。このような制御によれば、水止め制御が実行されている期間のＥＧＲクーラ２４での凝縮水発生を抑制するとともに、ＥＧＲクーラ２４での冷却水の沸騰を抑制することができる。
（ｂ）燃料カットが行われている期間の制御
図２における時間ｔ３からｔ４までの期間、及び時間ｔ８からｔ９までの期間は、上記（ｂ）に記載の「燃料カットが行われている期間」に相当する。車両の減速時には、燃料噴射を停止して燃費の向上を図る燃料カットが行われることがある。燃料カットが行われている期間は、内燃機関１０での燃焼が行なわれないため、温度の低いガスが排気通路１４へと排気される。このため、燃料カット期間にＥＧＲガスがＥＧＲクーラ２４へと流入すると、ＥＧＲクーラ２４の温度が排気ガスの露点以下に低下してしまうおそれがある。この場合、燃料噴射が再開されて排気ガスが低温のＥＧＲクーラ２４へと流入すると、ＥＧＲクーラ２４内において凝縮水が生成されるおそれがある。
そこで、本実施の形態のシステムでは、燃料カットが行われている期間において、ＥＧＲ／Ｃ比率がゼロとなるように流量比調整弁２８が制御される。このような制御によれば、燃料カットが行われている期間のＥＧＲクーラ２４の温度低下を抑制することができるので、燃料噴射の再開後のＥＧＲガスの流入時に凝縮水が発生することを抑制することができる。
なお、触媒１９の床温が許容上限温度（以下、過熱温度）に到達している場合には、触媒１９の保護の観点から触媒１９の床温を低下させることを優先させる必要がある。そこで、本実施の形態のシステムでは、燃料カットが行われている期間において、温度センサ３２によって検出された触媒１９の床温が過熱温度に到達しているとの判定（以下、触媒ＯＴ判定と称する）がなされた場合には、ＥＧＲ／Ｃ比率が１となるように流量比調整弁２８を制御し、触媒ＯＴ判定がなされていない場合には、ＥＧＲ／Ｃ比率がゼロとなるように流量比調整弁２８を制御することとしてもよい。これにより、触媒ＯＴ判定がなされた場合の排気ガス温度を低下させることができるので、触媒１９を過熱から保護して浄化性能の低下を抑制することができる。
なお、触媒ＯＴ判定は、温度センサ３２により検出された触媒１９の床温を用いる方法に限られない。すなわち、触媒１９の床温は、公知の手法によって内燃機関１０の運転状態から推定してもよい。また、内燃機関１０の運転状態を用いた他の公知の手法によって触媒ＯＴ判定を行ってもよい。
（ｃ）ＥＧＲカットから復帰した直後の期間の制御
図２における時間ｔ５からｔ６までの期間は、ＥＧＲカットが行われている期間に相当する。このため、時間ｔ６からｔ７までの期間は、上記（ｃ）に記載の「ＥＧＲカットから復帰した直後の期間」に相当する。ＥＧＲカットが行われている期間は、ＥＧＲ弁２２が全閉されているため、ＥＧＲ通路２０、ＥＧＲ弁２２、ＥＧＲクーラ２４等のＥＧＲ経路を構成する部品の温度は次第に低下する。このため、ＥＧＲカットからの復帰時に高温のＥＧＲガスがＥＧＲクーラ２４へと流入すると、ＥＧＲクーラ２４からＥＧＲ通路２０を介してＥＧＲ弁２２へとＥＧＲガスが流通する過程で当該ＥＧＲガスの温度が徐々に低下してしまう。この場合、ＥＧＲガスの温度が排気ガスの露点以下に低下して凝縮水が発生するおそれがある。
そこで、本実施の形態のシステムでは、ＥＧＲカットから復帰する時間ｔ６からの所定期間において、ＥＧＲ／Ｃ比率がゼロとなるように流量比調整弁２８が制御される。ＥＧＲカットが行われている期間が長いほど、ＥＧＲ経路を構成する部品の温度は低くなる。このため、ここでの所定期間は、例えば、直前のＥＧＲカットが行われている期間が長いほど当該所定期間が長くなるように予めマップ等で定めておくことが好ましい。このような制御によれば、ＥＧＲカットから復帰した直後のＥＧＲガスはＥＧＲクーラ２４をバイパスして流通するので、当該ＥＧＲガスの温度が大きく低下して排気ガスの露点以下の温度となることを抑制することができる。
ＥＧＲカットから復帰する時間ｔ６においてＥＧＲガスがバイパス通路２６側に流通されると、ＥＧＲガスの熱を受けてＥＧＲ通路２０及びＥＧＲ弁２２の温度が上昇する。このため、その後の時間ｔ７においてＥＧＲクーラ２４側へＥＧＲガスを流通させたとしても、ＥＧＲガスがその流通過程で露点以下の温度に低下することを抑制することができる。なお、ＥＧＲクーラ２４へ流入する冷却水の温度が極端に低い場合には、その後ＥＧＲクーラ２４側へＥＧＲガスを流通させた場合に、ＥＧＲガスの温度が露点以下になってしまうことも想定される。そこで、本実施の形態のシステムでは、ＥＧＲカットからの復帰直後にＥＧＲ／Ｃ比率がゼロとされた後、例えば冷却水の水温が所定の第２温度（例えば８０℃）よりも低い期間は、ＥＧＲ／Ｃ比率がゼロのまま維持されるように流量比調整弁２８が制御され、冷却水の水温が第２温度以上となった場合にＥＧＲ／Ｃ比率がゼロよりも大きな値となるように流量比調整弁２８が制御される。このような制御によれば、ＥＧＲカットからの復帰後に凝縮水が生成されることを抑制することができる。
［実施の形態１の具体的処理］
次に、フローチャートを参照して、実施の形態１において実行される吸気温度制御の具体的処理について説明する。図３は、実施の形態１のシステムが実行するルーチンのフローチャートである。なお、図３に示すルーチンは、ＥＣＵ３０によって所定の制御周期で繰り返し実行される。
図３に示すルーチンでは、先ず、水止め制御中か否かが判定される（ステップＳ２）。その結果、水止め制御中であると判定された場合には、ステップＳ１４へと移行して、ＥＧＲ／Ｃ比率がゼロに設定される。一方、水止め制御中ではないと判定された場合には、次のステップに移行して、噴射量＜０の成立を判定することにより、燃料カット中か否かが判定される（ステップＳ４）。その結果、噴射量＜０の成立が認められた場合には、燃料カット中であると判断されて、次にＯＴ判定が成立しているか否かが判定される（ステップＳ６）。その結果、ＯＴ判定が成立していない場合には、ステップＳ１４へと移行して、ＥＧＲ／Ｃ比率がゼロに設定される。一方、ＯＴ判定が成立している場合には、排気ガスの温度を下げることを目的として、ＥＧＲ／Ｃ比率が１に設定される。
上記ステップＳ４において、噴射量＜０の成立が認められない場合には、燃料カット中ではないと判断されて、次のステップに移行する。次のステップでは、ＥＧＲ要求があるか否かが判定される（ステップＳ８）。その結果、ＥＧＲ要求がないと判定された場合、つまり目標のＥＧＲ率が０％であるＥＧＲカット中の場合には、ステップＳ１８へと移行して、流量比調整弁２８を用いた通常の吸気温度制御が実行される。
一方、上記ステップＳ８において、ＥＧＲ要求があると判定された場合、つまり目標のＥＧＲ率が０％よりも大きな値である場合には、次のステップに移行して、先回のルーチンにおいてＥＧＲ要求がないか否かが判定される（ステップＳ１０）。その結果、先回のルーチンにおいてＥＧＲ要求がないと判定された場合には、ＥＧＲカットからの復帰時であると判断される。この場合、ステップＳ１４へと移行して、ＥＧＲ／Ｃ比率がゼロに設定される。
一方、上記ステップＳ１０において、先回のルーチンにおいてＥＧＲ要求があると判定された場合には、ＥＧＲカットから復帰した後の期間であると判断される。この場合、次のステップへと移行して、冷却水の水温が所定の第２温度よりも低いか否かが判定される（ステップＳ１２）。第２温度は、ＥＧＲクーラ２４又はＥＧＲ通路２０において凝縮水が発生しないための水温の閾値として、予め設定された値が読み込まれる。その結果、水温＜第２温度の成立が認められない場合には、凝縮水が発生するおそれがないと判断されて、ステップＳ１８へと移行して、流量比調整弁２８を用いた通常の吸気温度制御が実行される。一方、水温＜第２温度の成立が認められた場合には、未だ凝縮水が発生するおそれがあると判断されて、ステップＳ１４へと移行して、ＥＧＲ／Ｃ比率がゼロに設定される。
以上説明したように、実施の形態１のシステムによれば、幅広い運転状態において、ＥＧＲクーラ２４及びＥＧＲ通路２０での凝縮水の生成を抑制することが可能となる。
ところで、上述した実施の形態１のシステムでは、ＥＧＲ弁２２と流量比調整弁２８とを備えるシステムについて説明したが、これらの弁の配置及び構成は図１のものに限られない。図４乃至図６は、本発明の実施の形態の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成の変形例を示す図である。図４に示すシステムの構成では、流量比調整弁２８が、ＥＧＲ通路２０の合流点に設けられている点を除き、図１に示すシステムと同様の構成を備えている。このように構成された図４に示すシステムでは、ＥＧＲ弁２２と流量比調整弁２８を操作することにより、図１に示すシステムと同様の制御を行うことができる。
また、図５に示すシステムの構成では、ＥＧＲ弁２２と流量比調整弁２８に変えて第１流量調整弁４０及び第２流量調整弁４２を備えている点を除き、図１に示すシステムと同様の構成を備えている。第１流量調整弁４０は、ＥＧＲ通路２０において、分岐部とＥＧＲクーラ２４との間となる位置に配置されている。第１流量調整弁４０は、ＥＧＲクーラ２４を通過するＥＧＲガス流量を調整することができる。また、第２流量調整弁４２は、バイパス通路２６の途中に配置されている。第２流量調整弁４２は、バイパス通路２６を通過するＥＧＲガス流量を調整することができる。また、図６に示すシステムの構成では、第１流量調整弁４０がＥＧＲ通路２０において、ＥＧＲクーラ２４と合流部との間に配置されている点を除き、図５に示すシステムと同様の構成を備えている。このように構成された図５又は図６に示すシステムでは、第１流量調整弁４０を全閉に操作して第２流量調整弁４２の開度を調整することにより、ＥＧＲ／Ｃ比率をゼロにしつつＥＧＲ制御を行うことができる。また、第２流量調整弁４２を全閉に操作して第１流量調整弁４０の開度を調整することにより、ＥＧＲ／Ｃ比率を１にしつつＥＧＲ制御を行うことができる。
また、上述した実施の形態１のシステムでは、内燃機関１０の各種状態量を取得するために温度センサ３２，３４及び流量センサ３６等を用いたが、これらの状態量は公知の手法を採用して運転状態から推定する構成でもよい。
また、上述した実施の形態１のシステムでは、内燃機関１０の本体の内部に設けられたウォータジャケットから導出された冷却水を、冷媒としてＥＧＲクーラ２４へと導入するための冷媒回路を備えたシステムについて説明した。しかしながら、実施の形態１のシステムにおいて適用可能な冷媒回路の構成はこれに限られない。すなわち、ＥＧＲクーラ２４へ冷媒を導入する冷媒回路は、内燃機関１０の冷却水とは別系統の冷媒回路として構成されていてもよい。この場合、水止め制御が実行されている期間か否かの判定は、ＥＧＲクーラ２４へ導入される冷媒の水温及び流量をセンサ等で検出し、検出された水温が所定の暖機完了温度より低く、且つ検出された流量が所定流量以下であるか否かを判断することによって行うことができる。
また、実施の形態１のシステムが備えるＥＣＵ３０は、以下のように構成されてもよい。ＥＣＵ３０の各機能は、処理回路により実現されてもよい。ＥＣＵ３０の処理回路は、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリとを備えてもよい。処理回路が少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリとを備える場合、ＥＣＵ３０の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。ソフトウェア及びファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述されてもよい。ソフトウェア及びファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも１つのメモリに格納されてもよい。少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも１つのメモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御部の各機能を実現してもよい。少なくとも１つのメモリは、不揮発性または揮発性の半導体メモリ等を含んでもよい。
また、ＥＣＵ３０の処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェアを備えてもよい。処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェアを備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものでもよい。ＥＣＵ３０の各部の機能がそれぞれ処理回路で実現されても良い。また、ＥＣＵ３０の各部の機能がまとめて処理回路で実現されても良い。ＥＣＵ３０の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、他の一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、ＥＣＵ３０の各機能を実現してもよい。
１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ 過給機
１６ａ コンプレッサ
１６ｂ タービン
１８ インタークーラ
１９ 触媒
２０ ＥＧＲ通路
２２ ＥＧＲ弁
２４ ＥＧＲクーラ
２６ バイパス通路
２８ 流量比調整弁
３０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
３２，３４ 温度センサ
３６ 流量センサ
４０ 第１流量調整弁
４２ 第２流量調整弁

Claims (7)

  1. 内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
    前記ＥＧＲ通路に配置され、流入する冷媒とガスとの間で熱交換を行うＥＧＲクーラと、
    前記ＥＧＲ通路から前記ＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路と、
    前記ＥＧＲクーラへ流れるガス量と前記バイパス通路へ流れるガス量との流量比を調整する流量比調整弁と、
    前記ＥＧＲ通路を介して前記内燃機関の筒内に排気ガスを還流するＥＧＲ動作の実行及び停止を制御するＥＧＲ制御弁と、
    前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記ＥＧＲ制御弁と前記流量比調整弁とを制御する制御装置と、
    前記排気通路に配置された触媒の床温を取得するための床温取得手段と、を備え、
    前記制御装置は、燃料噴射が停止される燃料カットが行われている場合において、前記床温が許容上限温度よりも低い場合、前記ＥＧＲクーラへ流れるガス量がゼロとなるように前記流量比を調整し、前記床温が前記許容上限温度に到達している場合、前記バイパス通路へ流れるガス量がゼロとなるように前記流量比を調整するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
    前記ＥＧＲ通路に配置され、流入する冷媒とガスとの間で熱交換を行うＥＧＲクーラと、
    前記ＥＧＲ通路から前記ＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路と、
    前記ＥＧＲクーラへ流れるガス量と前記バイパス通路へ流れるガス量との流量比を調整する流量比調整弁と、
    前記ＥＧＲ通路を介して前記内燃機関の筒内に排気ガスを還流するＥＧＲ動作の実行及び停止を制御するＥＧＲ制御弁と、
    前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記ＥＧＲ制御弁と前記流量比調整弁とを制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記ＥＧＲ動作が停止から実行へと移行した時点から、マップから取得した所定期間、前記ＥＧＲクーラへ流れるガス量がゼロとなるように前記流量比を調整するように構成され、
    前記所定期間は、直前の前記ＥＧＲ動作の停止が行われている期間が長いほど前記所定期間が長くなるように前記マップに定められていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  3. 前記制御装置は、前記ＥＧＲ動作が停止してから実行へと移行した後、前記冷媒の温度が前記ＥＧＲクーラ又は前記ＥＧＲ通路において凝縮水が発生しないための温度の閾値よりも低い期間に、前記ＥＧＲクーラへ流れるガス量がゼロとなるように前記流量比を調整するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記流量比調整弁は、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも排気通路側であって前記バイパス通路との接続部に設けられ、
    前記ＥＧＲ制御弁は、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも吸気通路側であって前記バイパス通路との接続部よりも吸気通路側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記流量比調整弁は、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも吸気通路側であって前記バイパス通路との接続部に設けられ、
    前記ＥＧＲ制御弁は、前記ＥＧＲ通路における前記流量比調整弁よりも吸気通路側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記流量比調整弁は、
    前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも排気通路側であって前記バイパス通路との接続部よりも吸気通路側に設けられた第１流量調整弁と、
    前記バイパス通路に設けられた第２流量調整弁と、を含んで構成され、
    前記ＥＧＲ制御弁は、前記第１流量調整弁と前記第２流量調整弁と、を含んで構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  7. 前記流量比調整弁は、
    前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲクーラよりも吸気通路側であって前記バイパス通路との接続部よりも排気通路側に設けられた第１流量調整弁と、
    前記バイパス通路に設けられた第２流量調整弁と、を含んで構成され、
    前記ＥＧＲ制御弁は、前記第１流量調整弁と前記第２流量調整弁と、を含んで構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
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