JPWO2013153654A1 - 内燃機関の流量制御装置 - Google Patents

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Abstract

内燃機関の流量制御装置はＥＧＲ経路を介して内燃機関（５０）の排気系（２０）から吸気系（１０）に還流する排気の流量と内燃機関（５０）に流入する新気の流量とのうち、少なくともいずれかを変更可能な流量変更部として、ＥＧＲバルブ（４３）とバイパス弁（４５）とディーゼルスロットル（１３）とを有して構成される流量変更部を備える。また、内燃機関（５０）の加速時および減速時のうち、少なくともいずれかにＥＧＲによって移動するＥＧＲ経路内の凝縮水の到達位置を判断する到達位置判断部と、到達位置判断部が判断する到達位置に基づき、流量変更部を制御する制御部とを実現するＥＣＵ（７０）を備える。

Description

本発明は内燃機関の流量制御装置に関する。
ＥＧＲ（排気再循環）経路を介して内燃機関の排気系から吸気系に還流する排気の流量と内燃機関に流入する新気の流量とのうち、少なくともいずれかを調節する内燃機関の流量制御装置に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１で開示されている。特許文献１ではエンジンの燃料カット状態時に吸気絞り弁を全閉し、ＥＧＲバルブを全開にするディーゼルエンジンの制御装置が開示されている。この制御装置はこれにより、燃料カット状態で新気がそのまま排気通路へと流入する結果、排気浄化手段の温度が低下することを抑制し、排気浄化性能を維持するようにしている。
特開２００７−１６６１１号公報
内燃機関の排気系から吸気系に排気を還流するＥＧＲ経路では、排気に含まれる水分が凝縮することがある。そして、発生した凝縮水は内燃機関の加速時や減速時にＥＧＲによって移動し、内燃機関の筒内に流入することがある。この点、筒内に流入した凝縮水は通常はいずれ気化し、筒内から排出され得る。
ところが、凝縮水の流入がある場合には凝縮水の流入がない場合と比較して、たとえ一時的にであっても筒内各部に凝縮水がより付着し易くなる。また、この場合には内燃機関の停止タイミングによっては筒内に流入した凝縮水がそのまま、或いは一時的に気化した状態で筒内に残留し、筒内各部に付着することもある。そして、凝縮水にはＮＯｘやＳＯｘが溶け込むことで強酸が生成される。このため、凝縮水の流入がある場合には筒内各部が腐食され易くなる虞がある。結果、例えば筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関では、燃料噴射弁の噴孔が腐食され易くなる虞がある。或いは、流入した凝縮水によって燃料再噴射時に燃焼が不安定になる虞がある。
本発明は上記課題に鑑み、ＥＧＲ経路内の凝縮水が内燃機関の筒内に流入することを抑制可能な内燃機関の流量制御装置を提供することを目的とする。
本発明はＥＧＲ経路を介して内燃機関の排気系から吸気系に還流する排気の流量と前記内燃機関に流入する新気の流量とのうち、少なくともいずれかを変更可能な流量変更部と、前記内燃機関の加速時および減速時のうち、少なくともいずれかにＥＧＲによって移動する前記ＥＧＲ経路内の凝縮水の到達位置を判断する到達位置判断部と、前記到達位置判断部が判断する到達位置に基づき、前記流量変更部を制御する制御部とを備える内燃機関の流量制御装置である。
本発明は前記到達位置判断部が前記内燃機関の加速時および減速時のうち、フューエルカットを伴う前記内燃機関の減速時にＥＧＲによって移動する前記ＥＧＲ経路内の凝縮水の到達位置を判断する構成とすることができる。
本発明は前記ＥＧＲ経路を形成するＥＧＲ装置を備えるとともに、前記ＥＧＲ装置が前記排気系と前記吸気系とを接続する還流通路部と、前記還流通路部を介して前記吸気系に流入する排気の流量を調節する流量調節弁と、前記還流通路部を流通する排気を冷却する冷却器と、前記流量調節弁および前記冷却器のうち前記冷却器をバイパスするバイパス通路部と、前記冷却器および前記バイパス通路部のうち少なくともいずれかに流通経路を調節可能に切り替えるバイパス弁とのうち、少なくとも前記還流通路部と前記流量調節弁と前記冷却器とを備え、前記流量変更部が前記流量調節弁と前記バイパス弁とのうち、少なくともいずれかを有して構成されるとともに、前記内燃機関の吸入空気量を調節可能なスロットル弁と、前記内燃機関に対して過給を行うことが可能な排気駆動式の可変容量型ターボチャージャと、前記内燃機関から排出される排気の流量を調節可能な排気絞り弁とのうち、少なくともいずれかを有して構成されている構成とすることができる。
本発明によれば、ＥＧＲ経路内の凝縮水が内燃機関の筒内に流入することを抑制できる。
車両の概略構成図である。 凝縮水の到達位置の変化傾向を示す図である。 ＥＣＵの制御例をフローチャートで示す図である。 加速時の各種パラメータの変化例を示す図である。 減速時の各種パラメータの変化例を示す図である。
図面を用いて本発明の実施例について説明する。
図１は車両１００の概略構成図である。車両１００は内燃機関５０を搭載している。車両１００は例えば走行停止時に内燃機関５０の運転を自動停止する車両（アイドルストップを行う車両）とすることができる。また、内燃機関５０と内燃機関５０以外の動力装置（例えば回生モータ）を動力源とするハイブリッド車両とすることができる。
内燃機関５０は圧縮着火式の内燃機関（例えばディーゼルエンジン）となっている。このため、内燃機関５０は筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁５５を備えている。内燃機関５０は例えば火花点火式の内燃機関であってもよい。内燃機関５０は各気筒において１燃焼サイクルの間に複数回の燃料噴射（多段噴射）を行う内燃機関とすることができる。車両１００には内燃機関５０のほか、吸気系１０や排気系２０や過給機３０やＥＧＲ装置４０やＥＣＵ７０が搭載されている。
吸気系１０はエアフロメータ１１とインタークーラ１２とディーゼルスロットル１３とインテークマニホールド１４とを備えている。エアフロメータ１１は内燃機関５０の吸入空気量を計測する。インタークーラ１２は内燃機関５０の吸気を冷却する。ディーゼルスロットル１３は内燃機関５０の吸入空気量を調節することで、内燃機関５０に流入する新気の流量を調節する。ディーゼルスロットル１３は具体的には電子制御式のスロットル弁となっている。インテークマニホールド１４は内燃機関５０の各気筒に吸気を分配する。排気系２０はエキゾーストマニホールド２１と触媒２２とを備えている。エキゾーストマニホールド２１は内燃機関５０の各気筒からの排気を合流させる。触媒２２は排気を浄化する。
過給機３０は内燃機関５０に吸気を過給する。過給機３０は排気駆動式の過給機であり、コンプレッサ部３１とタービン部３２とを備えている。コンプレッサ部３１は吸気系１０に、タービン部３２は排気系２０にそれぞれ介在するようにして設けられている。このため、過給機３０はコンプレッサ部３１で吸気系１０の一部を構成し、タービン部３２で排気系２０の一部を構成している。過給機３０は具体的には可変容量型のターボチャージャであり、流入する排気の流量を変更可能なバリアブルノズルをタービン部３２内に備えている。過給機３０はバリアブルノズルの開度を変更することで、タービン容量を変更することができる。
ＥＧＲ装置４０はＥＧＲ配管４１とＥＧＲクーラ４２とＥＧＲバルブ４３とバイパス配管４４とバイパス弁４５とを備えている。ＥＧＲ装置４０はＥＧＲ経路を形成している。ＥＧＲ配管４１は還流通路部であり、吸気系１０と排気系２０とを接続している。ＥＧＲ配管４１にはＥＧＲクーラ４２とＥＧＲバルブ４３とが設けられている。ＥＧＲ配管４１は複数の配管を有して構成されていてよい。
ＥＧＲクーラ４２は冷却器であり、還流される排気（以下、ＥＧＲガスと称す）を冷却する。ＥＧＲクーラ４２は具体的には内燃機関５０の冷却水とＥＧＲガスとの間で熱交換を行うことで、ＥＧＲガスを冷却する熱交換器となっている。ＥＧＲバルブ４３は流量調節弁であり、ＥＧＲガスの流量を調節する。ＥＧＲバルブ４３はＥＧＲ配管４１のうち下流側の部分に設けられている。この部分はＥＧＲ配管４１のうち、ＥＧＲクーラ４２よりも下流側の部分となっている。ＥＧＲバルブ４３は具体的にはＥＧＲ配管４１のうち、吸気系１０側の端部に設けられている。
バイパス配管４４はバイパス通路部であり、ＥＧＲクーラ４２およびＥＧＲバルブ４３のうち、ＥＧＲクーラ４２をバイパスするようにＥＧＲ配管４１に接続されている。バイパス配管４４はＥＧＲクーラ４２よりも通路が細くなっている。バイパス弁４５はＥＧＲ配管４１とバイパス配管４４との合流部に設けられており、ＥＧＲクーラ４２およびバイパス配管４４のうち、少なくともいずれかに流通経路を調節可能に切り替える。バイパス弁４５はＥＧＲクーラ４２およびバイパス配管４４間で一方の側に占める開弁割合を他方の側に占める開弁割合よりも大きくすることで、ＥＧＲクーラ４２およびバイパス配管４４のうち、いずれかに優先的に排気を流通させることができる。
ＥＣＵ７０は電子制御装置であり、ＥＣＵ７０にはディーゼルスロットル１３や過給機３０やＥＧＲバルブ４３やバイパス弁４５や燃料噴射弁５５が制御対象として電気的に接続されている。また、エアフロメータ１１のほか、吸気温センサ６１や吸気圧センサ６２や排気温センサ６３や排気圧センサ６４がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。吸気温センサ６１および吸気圧センサ６２は吸気系１０のうち、ＥＧＲ配管４１が接続する部分の吸気の温度および圧力を、排気温センサ６３および排気圧センサ６４は排気系２０のうち、ＥＧＲ配管４１が接続する部分の排気の温度および圧力を検知できるように設けられている。
ＥＣＵ７０にはこれら以外にも内燃機関５０や車両１００の運転状態を検出するためのセンサ群６５が電気的に接続されている。センサ群６５は内燃機関５０の回転数を検出可能なクランクセンサや、内燃機関５０に対して加速要求を行うアクセルペダルの踏み込み量を検知するアクセル開度センサや、内燃機関５０の冷却水温を検知する水温センサや、内燃機関５０を始動するためのイグニッションスイッチや、車速を検出可能な車速センサを含む。センサ群６５の出力やセンサ群６５の出力に基づく各種の情報は例えば内燃機関５０制御用のＥＣＵを介して取得されてもよい。或いは、ＥＣＵ７０が内燃機関５０制御用のＥＣＵであってもよい。
ＥＣＵ７０ではＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行する。そしてこれにより、例えば次に示す到達位置判断部など各種の機能部が実現される。
到達位置判断部は内燃機関５０の加速時および減速時のうち、少なくともいずれかにＥＧＲによって移動するＥＧＲ経路内の凝縮水の到達位置を判断する。到達位置判断部は内燃機関５０の加速時および減速時のうち、フューエルカットを伴う内燃機関５０の減速時にＥＧＲによって移動するＥＧＲ経路内の凝縮水の到達位置を判断する構成とすることができる。到達位置判断部は具体的には凝縮水の到達位置を推定することで、凝縮水の到達位置を判断する。
図２は凝縮水の到達位置の変化傾向を示す図である。縦軸は到達位置、横軸はガスの流速を示す。直線Ｌ１は直線Ｌ１、Ｌ２間で相対的に凝縮水の量が多い場合を、直線Ｌ２は直線Ｌ１、Ｌ２間で相対的に凝縮水の量が少ない場合を示す。図２に示すように、凝縮水の到達位置はガスの流速が速い場合ほど遠くにまで到達する。また、凝縮水の量が多い場合ほど遠くにまで到達する。
このため、到達位置判断部は具体的にはＥＧＲ経路内の凝縮水に作用するガスの流速ｕとＥＧＲ経路内の凝縮水の量とに応じて、凝縮水の到達位置を推定する。
流速ｕはＥＧＲガスの平均流速である流速ｕ１と、新気およびＥＧＲガスの混合ガスの平均流速である流速ｕ２とのうち、少なくとも流速ｕ１である。流速ｕは次の式（１）で表される。
ｕ＝Ｖ／Ａ・・・（１）
Ｖは体積流量、Ａは通路断面積である。そして、体積流量Ｖは質量流量ｍを流体密度ρで割ることで求めることができる。また、流体密度ρは流体圧力Ｐに置き換えることができる。このため、流速ｕはエアフロメータ１１や吸排気温センサ６１、６３や吸排気圧センサ６２、６４の出力に基づき推定できる。
凝縮水の量は所定の位置における凝縮水の量とすることができる。この点、所定の位置における凝縮水の量は内燃機関５０の運転状態に応じて変化する。このため、所定の位置における凝縮水の量は所定の位置において内燃機関５０の運転状態に応じて増減する凝縮水の増減量を積算することで推定できる。さらに当該増減量は例えば台上試験によって内燃機関５０の運転状態に応じて予め把握することができる。このため、当該増減量は内燃機関５０の運転状態に応じて予めマップデータで設定しておくことができる。
内燃機関５０の運転状態には凝縮水の増加量に影響するパラメータと減少量に影響するパラメータとを用いることができる。増加量に影響するパラメータには例えば通路壁温がＥＧＲガスに含まれる水分の露点よりも低い状態がどの程度継続しているかを判断可能なパラメータ（例えば内燃機関５０の冷却水温）を用いることができる。減少量に影響するパラメータには例えば通路壁温が露点よりも高い状態がどの程度継続しているかを判断可能なパラメータ（例えば内燃機関５０の冷却水温）を用いることができる。また、ＥＧＲの実行条件を規定するパラメータ（例えば内燃機関５０の回転数および燃料噴射量）やＥＧＲの実行状態に影響するパラメータ（例えば吸排気温や吸排気圧）やＥＧＲの実行期間を用いることができる。
所定の位置は例えばＥＧＲクーラ４２で発生する凝縮水が滞留し易い部分とすることができる。したがって、上述の通路壁温は具体的には例えばＥＧＲクーラ４２の通路壁温である。この点、ＥＧＲクーラ４２では例えば内燃機関５０の暖機後であっても、ＥＧＲを行っていない間に通路壁温が低下することで凝縮水が発生し得る。また、車両１００がアイドルストップを行う車両やハイブリッド車両である場合には、車両１００の運転継続時における内燃機関５０の停止中にＥＧＲクーラ４２の通路壁温が低下することで凝縮水が発生し得る。
このため、内燃機関５０の運転状態は増加量に影響するパラメータとしてさらに例えば内燃機関５０の吸気温や車速やＥＧＲ停止期間や車両１００の運転継続時における内燃機関５０の停止期間を有して構成することができる。この点、内燃機関５０の運転状態はさらに内燃機関５０を備える車両１００の運転状態を含んでもよい。或いは、内燃機関５０の運転状態を内燃機関５０の運転状態を含む車両１００の運転状態としてもよい。
一方、凝縮水の増加度合いはＥＧＲガスに含まれる水分の割合に応じて変化する。また、ＥＧＲガスに含まれる水分の割合はＥＧＲガスの密度に応じて変化する。そして、ＥＧＲガスの密度は吸排気温や吸排気圧に応じて変化する。このため、内燃機関５０の運転状態は凝縮水の増加度合いに影響するパラメータとしてさらに例えば吸排気温と吸排気圧とを有して構成することができる。
凝縮水の量を推定するにあたり、内燃機関５０の運転状態は必ずしもこれらに限られず、例えばこのほか適宜のパラメータを有して構成されるなど、これらとは一致しない適宜のパラメータを有して構成されてもよい。一方、凝縮水の量は例えばすべて演算式によって推定されてもよい。或いは、演算式とマップデータとの組み合わせによって推定されてもよい。
凝縮水の量は必ずしも所定の位置における凝縮水の量に限られず、例えばＥＧＲ経路内全体としてのおおよその凝縮水量であってもよい。これはこの場合でも傾向としてはＥＧＲ経路内の凝縮水の量が全体として多い場合ほど、凝縮水の到達位置が内燃機関５０に近づくことになるためである。ＥＧＲ経路内全体としての凝縮水の量も例えば内燃機関５０の運転状態に応じて予めマップデータで設定しておくことができる。
ＥＣＵ７０では上述してきたように流速ｕを推定する流速推定部と凝縮水の量を推定する凝縮水量推定部とがさらに実現される。流速推定部は内燃機関５０の加速時および減速時のうち、少なくともいずれかの流速ｕを推定する。流速推定部は具体的には加速時には加速中に最大となる流速ｕを、減速時には減速中に最大となる流速ｕを推定することができる。
この点、流速推定部は減速時にはエアフロメータ１１、吸排気温センサ６１、６３および吸排気圧センサ６２、６４の出力に基づき減速開始時の流速ｕを推定することで、推定した減速開始時の流速ｕに基づき減速中に最大となる流速ｕを推定することができる。流速推定部は加速時にはこれらのセンサの出力に基づき加速開始時の流速ｕを推定するとともに、推定した加速開始時の流速ｕに加えてさらに例えば加速要求の度合いに基づき、加速中に最大となる流速ｕを推定することができる。
凝縮水量推定部は内燃機関５０の加速時および減速時のうち、少なくともいずれかの凝縮水の量を推定する。凝縮水量推定部は具体的には内燃機関５０の加速時には加速開始時の、内燃機関５０の減速時には減速開始時の凝縮水の量を推定することができる。
このため、到達位置判断部はさらに具体的には流速推定部が推定する流速ｕと凝縮水量推定部が推定する凝縮水の量とに基づき、凝縮水の到達位置を推定する。また、推定した到達位置がＥＧＲバルブ４３よりも上流側であるか否かを判断する。推定した到達位置がＥＧＲバルブ４３である場合はＥＧＲバルブ４３よりも上流側である場合と下流側である場合とのうち、いずれかに含むことができる。
到達位置判断部は例えば推定した到達位置がＥＧＲバルブ４３よりも上流側であるか否かを判断する代わりにＥＧＲ配管４１と吸気系１０との合流地点よりも手前であるか否かを判断してもよい。また、例えば流速ｕの代わりにＥＧＲ率に基づき到達位置を推定してもよい。ＥＧＲ率は内燃機関５０の筒内に吸入されるガス全体の量に占めるＥＧＲガスの量の割合である。この場合には、流速推定部の代わりにＥＧＲ率を推定するＥＧＲ率推定部を実現することができる。そして、到達位置判断部は流速推定部が推定する流速ｕの代わりにＥＧＲ率推定部が推定するＥＧＲ率に基づき到達位置を推定することができる。
ＥＧＲ率推定部は例えば検出或いは推定可能な圧力や体積や温度に基づき内燃機関５０の筒内に吸入されるガス全体の量を推定するとともに、推定したガス全体の量と検出可能な新気の量とに基づき、ＥＧＲ率を推定できる。ＥＧＲ率推定部は例えば加速時には加速開始時のＥＧＲ率を、さらには加速中に最大となるＥＧＲ率を流速推定部と同様に推定できる。また、減速時には減速開始時のＥＧＲ率を、さらには減速中に最大となるＥＧＲ率を流速推定部と同様に推定できる。
ＥＣＵ７０では到達位置判断部が到達位置を判断するのに先立ち、さらにＥＧＲ経路内に凝縮水の付着があるか否かを判断する付着判断部が実現される。したがって、到達位置判断部はさらに具体的には付着判断部が凝縮水の付着があると判断した場合に凝縮水の到達位置を判断する。付着判断部は具体的には凝縮水量推定部が推定する凝縮水の量に基づき凝縮水の付着があるか否かを判断する。また、凝縮水量推定部が推定する凝縮水の量がゼロでない場合に、凝縮水の付着があると判断する。凝縮水の付着があるか否かの判断は例えば到達位置判断部が行ってもよい。
ＥＣＵ７０では到達位置判断部が判断する到達位置に基づき、ＥＧＲバルブ４３とディーゼルスロットル１３とのうち、少なくともいずれかを制御する制御部がさらに実現される。制御部は具体的には流速ｕが所定値よりも低くなるようにＥＧＲバルブ４３とディーゼルスロットル１３とのうち、少なくともいずれかを制御する。
この点、ＥＧＲバルブ４３とディーゼルスロットル１３とはＥＧＲガスの流量と内燃機関５０に流入する新気の流量とのうち、少なくともいずれかを変更可能な流量変更部を構成している。そして、制御部は複数の構成を有して構成されている流量変更部を制御するにあたり、流量変更部を構成する各構成のうち、少なくともいずれかを制御することができる。
制御部は具体的には到達位置がＥＧＲバルブ４３よりも上流側であると到達位置判断部が判断した場合に、ＥＧＲバルブ４３を制御することでＥＧＲガスの流量を調節する。また、このとき流速ｕ１が所定値αよりも低くなるようにＥＧＲガスの流量を調節する。この点、流速ｕ１には具体的にはＥＧＲバルブ４３の配置上、ＥＧＲ配管４１のうち、ＥＧＲバルブ４３よりも上流側の部分を流通するＥＧＲガスの流速が反映される。このため、このようにＥＧＲガスの流量を調節するにあたり、制御部はさらに具体的には開弁度合いが小さくなるようにＥＧＲバルブ４３を制御する。
制御部は到達位置がＥＧＲバルブ４３よりも下流側であると到達位置判断部が判断した場合には、ＥＧＲバルブ４３とディーゼルスロットル１３とを制御することで、ＥＧＲガスの流量と新気の流量とを調節する。また、このとき流速ｕ１が所定値α２よりも低くなり、且つ流速ｕ２が所定値βよりも低くなるようにＥＧＲガスの流量と新気の流量とを調節する。
この点、ＥＧＲガスおよび新気の混合ガスは吸気系１０のうち、ディーゼルスロットル１３よりも下流側の部分を流通する。このため、このようにＥＧＲガスの流量と新気の流量とを調節するにあたり、制御部はさらに具体的には開弁度合いが小さくなるようにＥＧＲバルブ４３を制御するとともに、開弁度合いが大きくなるようにディーゼルスロットル１３を制御する。所定値α１と所定値α２とは同じであってもよい。
なお、ＥＧＲガスの流量と新気の流量とのうち、いずれか一方を変更した場合にはその影響を受けて他方も変化し得る。この点、流量変更部を構成するＥＧＲバルブ４３は具体的にはＥＧＲ経路においてＥＧＲガスの流量を変更可能な還流量変更部を構成している。また、流量変更部を構成するディーゼルスロットル１３は吸気系１０および排気系２０のうち、少なくともいずれかにおいて新気の流量を変更可能な新気量変更部を構成している。
そして、流量変更部は具体的には還流量変更部と新気量変更部とを備えることで、ＥＧＲガスの流量と新気の流量とのうち、少なくともいずれかを変更可能に構成されている。この点、本発明は例えば流量変更部のうち、還流量変更部がＥＧＲガスの流量を変更した場合にその影響を受けて新気の流量が変化することを許容する。これは流量変更部のうち、新気量変更部が新気の流量を変更する場合についても同様である。
ＥＧＲバルブ４３はさらに具体的にはバイパス弁４５とともに還流量変更部を構成している。これに対し、制御部はＥＧＲバルブ４３を制御する場合に、さらに具体的にはＥＧＲバルブ４３とバイパス弁４５とのうち、少なくともＥＧＲバルブ４３を制御する。
この点、制御部は複数の構成を有して構成される還流量変更部を制御するにあたって、還流量変更部を構成する各構成のうち、少なくともいずれかを制御することができる。これは新気量変更部についても同様である。還流量変更部（或いは新気量変更部）を構成する各構成のうち、２以上の構成を制御する場合、それらの構成を制御するタイミングそれぞれは互いに異なってもよい。これは流量変更部を制御するにあたり、還流量変更部を構成する各構成のうち少なくともいずれかを制御するとともに、新気量変更部を構成する各構成のうち少なくともいずれかを制御する場合についても同様である。
制御タイミングに関し、制御部は例えばフューエルカットを伴う内燃機関５０の減速時には減速開始時からフューエルカット開始時までの間に必要に応じてバイパス弁４５を制御するとともに、フューエルカット開始時にＥＧＲバルブ４３を制御することができる。制御部は内燃機関５０の加速時には加速開始時に制御を行うことができる。この点、制御タイミングを含む制御部のさらに具体的な制御については以下で適宜説明する。
本実施例ではディーゼルスロットル１３とＥＧＲバルブ４３とバイパス弁４５とＥＣＵ７０とを備える内燃機関の流量制御装置（以下、流量制御装置と称す）が実現されている。
次にＥＣＵ７０の制御動作の一例を図３に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ７０は内燃機関５０の運転状態を検出するとともに（ステップＳ１）、内燃機関５０に対する加減速要求があるか否かを判定する（ステップＳ２）。加減速要求があるか否かは例えばアクセル開度センサの出力に基づき判定できる。否定判定であれば本フローチャートを一旦終了する。肯定判定であればＥＣＵ７０は流速ｕを推定するとともに凝縮水の量を取得する（ステップＳ３）。この点、凝縮水の量は本フローチャートとは別に随時推定されており、ステップＳ３では随時推定されている凝縮水の量をステップＳ２の肯定判定に続いて取得することになる。
ステップＳ３ではステップＳ２の肯定判定に続いて流速ｕを推定するとともに凝縮水の量を取得することで、内燃機関５０の加速開始時または減速開始時の流速ｕと凝縮水の量とが推定される。この点、フューエルカットを伴う内燃機関５０の減速開始時であるか否かはさらに例えば内燃機関５０のフューエルカット制御の実行条件（例えば車速が所定値よりも高いことや、減速直前の加速要求の度合いが所定の度合いよりも大きいことなど）が成立しているか否かをステップＳ２で判定することで判定できる。ステップＳ３でＥＣＵ７０はさらに具体的には加速時には加速中に最大となる流速ｕを、減速時には減速中に最大となる流速ｕを推定する。
ステップＳ３に続き、ＥＣＵ７０は推定した凝縮水の量に基づき凝縮水の付着がある否かを判断する（ステップＳ４）。否定判定であれば本フローチャートを一旦終了する。この場合には従来通りの制御を行うことができる。ステップＳ４で肯定判定であれば、ＥＣＵ７０はバイパス弁４５の状態をＥＧＲクーラ４２側に固定する（ステップＳ５）。
この点、ステップＳ５でＥＣＵ７０は具体的にはバイパス弁４５がＥＧＲクーラ４２に優先的に排気を流通させている場合には、バイパス弁４５の状態をそのままにする。一方、バイパス弁４５がバイパス配管４４に優先的に排気を流通させている場合には、ＥＧＲクーラ４２側に占める開弁割合をバイパス配管４４側に占める開弁割合よりも大きくする。したがって、制御部はバイパス弁４５を制御するにあたり、具体的には凝縮水の付着があると判断された場合に、このように必要に応じてバイパス弁４５を制御することができる。
続いてＥＣＵ７０は推定した流速ｕと取得した凝縮水の量とに基づき、到達位置を推定する（ステップＳ６）。また、推定した到達位置がＥＧＲバルブ４３よりも上流側であるか否かを判定する（ステップＳ７）。到達位置は例えばステップＳ３に続いて推定されてもよい。ステップＳ７で肯定判定であれば、ＥＣＵ７０は流速ｕ１が所定値α１よりも低くなるようにＥＧＲガスの流量を調節する（ステップＳ８）。このとき、ＥＣＵ７０は具体的には開弁度合いが小さくなるようにＥＧＲバルブ４３を制御する。
ステップＳ７で否定判定であれば、ＥＣＵ７０は流速ｕ２が所定値α２よりも低く、且つ流速ｕ２が所定値βよりも低くなるようにＥＧＲガスの流量と新気の流量とを調節する（ステップＳ９）。このとき、ＥＣＵ７０は具体的には開弁度合いが小さくなるようにＥＧＲバルブ４３を制御するとともに、開弁度合いが大きくなるようにディーゼルスロットル１３を制御する。ステップＳ８またはＳ９の後には本フローチャートを一旦終了する。
次に図３に示すフローチャートに対応する各種パラメータの変化例について説明する。図４は内燃機関５０加速時の各種パラメータの変化の一例を示す図である。図５は内燃機関５０減速時の各種パラメータの変化の一例を示す図である。図４、図５は凝縮水の到達位置がＥＧＲバルブ４３よりも下流側であると判断された場合の変化例を示す。図４、図５において破線は従来通りの制御を行った場合の変化例を、実線はＥＣＵ７０が制御を行った場合の変化例を示す。この点、制御部は当該従来通りの制御を凝縮水の付着がないと判断された場合に行うことができる。図４、図５では各種パラメータとして内燃機関５０の回転数、燃料噴射量、ディーゼルスロットル１３の状態、ＥＧＲバルブ４３の状態、バイパス弁４５の状態、流速ｕ１、ｕ２を示す。
図４に示す例では時間ｔ１１で加速が開始され、時間ｔ１３で加速が終了している。このためこの場合には、時間ｔ１１から時間ｔ１３にかけて回転数が上昇するとともに、燃料噴射量が増加している。この点、従来通りの制御では例えば次のようにディーゼルスロットル１３、ＥＧＲバルブ４３およびバイパス弁４５を制御する。
すなわち、ディーゼルスロットル１３に関しては、時間ｔ１１から（すなわち加速開始時から）加速要求の度合いに応じて開弁度合いが次第に大きくなるように制御する。ＥＧＲバルブ４３に関しては、時間ｔ１１から加速要求の度合いに応じて開弁度合いが次第に小さくなるように制御する。バイパス弁４５に関しては、時間ｔ１２で示す加速開始時から加速終了時までの間にバイパス配管４４側に占める開弁割合よりもＥＧＲクーラ４２側に占める開弁割合を大きくする。そしてこれにより、バイパス弁４５の状態を通路が広いＥＧＲクーラ４２側に固定する。
このためこの場合には流速ｕ１、ｕ２は次のように変化する。すなわち、流速ｕ１は時間ｔ１１から時間ｔ１２にかけて次第に高まる。また、時間ｔ１２で一度低下した後に、時間ｔ１２から時間ｔ１３にかけて次第に高まる。流速ｕ２は時間ｔ１１から時間ｔ１３にかけて次第に高まる。結果、この場合には流速ｕ１が所定値α２よりも高まり得る。また、流速ｕ２が所定値βよりも高まり得る。
これに対し、ＥＣＵ７０は次のようにディーゼルスロットル１３、ＥＧＲバルブ４３およびバイパス弁４５を制御する。すなわち、ディーゼルスロットル１３に関しては、制御部が時間ｔ１１で（すなわち加速開始時に）加速要求の度合いに応じた所定の度合いだけ開弁度合いが大きくなるように制御する。ＥＧＲバルブ４３に関しては、制御部が時間ｔ１１で加速要求の度合いに応じた所定の度合いだけ開弁度合いが小さくなるように制御する。バイパス弁４５に関しては、制御部が時間ｔ１１でバイパス配管４４側に占める開弁割合よりもＥＧＲクーラ４２側に占める開弁割合を大きくする。
このためこの場合には流速ｕ１、ｕ２は次のように変化する。すなわち、流速ｕ１、ｕ２はともに時間ｔ１１で直ちに低下した後に、時間ｔ１１から時間ｔ１３にかけて次第に高まる。またこの場合には、時間ｔ１１でバイパス弁４５をＥＧＲクーラ４２側に固定することで、流速ｕ１、ｕ２が時間ｔ１１から緩やかに増加することになる。結果、この場合には流速ｕ１を所定値α２よりも低く、且つ流速ｕ２を所定値βよりも低くすることができる。
図５に示す例では時間ｔ２１で減速が開始され、時間ｔ２４で減速が終了している。また、時間ｔ２３でフューエルカットが開始されている。このためこの場合には、回転数と燃料噴射量とは次のように変化している。すなわち、回転数は時間ｔ２１から時間ｔ２４にかけて次第に減少している。燃料噴射量は時間ｔ２１からゼロになるように次第に減少している。そして、時間ｔ２３から時間ｔ２４にかけてゼロになった後に、時間ｔ２４で増加している。この点、従来通りの制御では例えば次のようにディーゼルスロットル１３、ＥＧＲバルブ４３およびバイパス弁４５を制御する。
すなわち、ディーゼルスロットル１３に関しては、時間ｔ２３で（すなわち、フューエルカット開始時に）開弁度合いが所定の度合いだけ小さくなるように制御する。ＥＧＲバルブ４３に関しては、時間ｔ２３で開弁度合いが所定の度合いだけ大きくなるように制御する。そしてこれにより、フューエルカット中に新気の流入を抑制するとともにＥＧＲを積極的に行うことで、触媒２２の温度低下を抑制する。バイパス弁４５に関しては、時間ｔ２２で示す減速開始時からフューエルカット開始時までの間にＥＧＲクーラ４２側に占める開弁割合よりもバイパス配管４４側に占める開弁割合を大きくする。
このためこの場合には流速ｕ１、ｕ２は次のように変化する。すなわち、流速ｕ１は時間ｔ２２、ｔ２３で高まるとともに、時間ｔ２４で低下する。流速ｕ２は時間ｔ２２で高まるとともに時間ｔ２３で低下し、さらに時間ｔ２４で高まる。結果、この場合には流速ｕ１、ｕ２のうち、少なくとも流速ｕ１が所定値α２よりも高まり得る。またこの場合、流速ｕ１を低下させるべく例えばディーゼルスロットル１３およびＥＧＲバルブ４３のうち、ＥＧＲバルブ４３のみをさらに閉じると、今度は流速ｕ２が大幅に高まる結果、流速ｕ２が所定値βよりも高まり得る。
これに対し、ＥＣＵ７０は次のようにディーゼルスロットル１３、ＥＧＲバルブ４３およびバイパス弁４５を制御する。すなわち、ディーゼルスロットル１３に関しては、制御部が時間ｔ２３で開弁度合いが所定の度合いだけ大きくなるように制御する。ＥＧＲバルブ４３に関しては、制御部が時間ｔ２３で開弁度合いが所定の度合いだけ小さくなるように制御する。バイパス弁４５に関しては、バイパス弁４５の状態をそのままにする。結果、この場合には流速ｕ１、ｕ２の変動を抑制することで、流速ｕ１を所定値α２よりも低く、且つ流速ｕ２を所定値βよりも低くすることができる。
次に本実施例の流量制御装置の主な作用効果について説明する。本実施例の流量制御装置は加速時または減速時のうち、少なくともいずれかにＥＧＲによって移動するＥＧＲ経路内の凝縮水の到達位置を判断する。また、判断した到達位置に基づきＥＧＲバルブ４３とディーゼルスロットル１３とのうち、少なくともいずれかを制御する。そして、ＥＧＲバルブ４３を制御する場合にはＥＧＲバルブ４３とバイパス弁４５とのうち、少なくともＥＧＲバルブ４３を制御する。
そしてこれにより、到達位置がＥＧＲバルブ４３よりも上流側であると判断された場合には、流速ｕ１が所定値α１よりも低くなるようにＥＧＲバルブ４３とバイパス弁４５とのうち、少なくともＥＧＲバルブ４３を制御することで、内燃機関５０の筒内に凝縮水が流入することを抑制できる。
また、到達位置がＥＧＲバルブ４３よりも下流側である場合には、流速ｕ１が所定値α２よりも低くなり、且つ流速ｕ２が所定値βよりも低くなるようにＥＧＲバルブ４３とバイパス弁４５とのうち、少なくともＥＧＲバルブ４３を制御するとともに、ディーゼルスロットル１３を制御することで、内燃機関５０の筒内に凝縮水が流入することを抑制できる。
フューエルカットを伴う内燃機関５０の減速時には、フューエルカット中に新気の流入を抑制するとともにＥＧＲを積極的に行うことで、触媒２２の温度低下を抑制できる。ところが、この場合には前述したように流速ｕ１や流速ｕ２が高まることで、内燃機関５０の筒内に凝縮水が流入する可能性が高くなる。結果、この場合には触媒２２の温度低下を抑制する代わりに、内燃機関５０の筒内各部が腐食され易くなる。これに対し、本実施例の流量制御装置はフューエルカットを伴う内燃機関５０の減速時に触媒２２の温度低下を抑制するにあたり、凝縮水の流入を優先的に抑制することで、内燃機関５０の筒内各部が腐食され易くなることを優先的に抑制することもできる。
本実施例の流量制御装置は具体的にはＥＧＲ装置４０を備え、流量変更部がＥＧＲバルブ４３とバイパス弁４５とのうち、少なくともいずれか（例えばＥＧＲバルブ４３およびバイパス弁４５）を有して構成されている構成とすることができる。すなわち、本実施例の流量制御装置は例えばＥＧＲバルブ４３だけでなくバイパス弁４５を制御することで、ＥＧＲガスの流量を調節する構成とすることができる。そしてこれにより、例えば内燃機関５０の加速時に流速ｕ１を所定値α２よりも低くするとともに、流速ｕ２を所定値βよりも低くすることができる。
また、本実施例の流量制御装置は流量変更部がディーゼルスロットル１３と過給機３０とのうち、少なくともいずれか（例えばディーゼルスロットル１３および過給機３０）を有して構成されている構成とすることができる。すなわち、本実施例の流量制御装置は例えばディーゼルスロットル１３だけでなく過給機３０を制御することで、新気の流量を調節する構成とすることができる。そしてこれにより、例えばディーゼルスロットル１３の開弁度合いを大きくする場合に吸気圧が急激に変動しないようにすることもできる。
一方、新気の流量は例えば内燃機関５０から排出される排気の流量を調節可能な排気絞り弁によって調節することもできる。このため、本実施例の流量制御装置は流量変更部がさらに具体的にはディーゼルスロットル１３と過給機３０と排気絞り弁とのうち、少なくともいずれかを有して構成されている構成とすることができる。この点、排気絞り弁は例えばディーゼルスロットル１３を備えていない場合に新気の流量を調節するのに用いることができる。
流量変更部は例えばインタークーラ１２をバイパスするバイパス通路部と、当該バイパス通路部とインタークーラ１２との間で流通経路を制御可能なバイパス弁とがさらに設けられている場合には、当該バイパス弁をさらに有して構成されていてよい。当該バイパス弁は新気量変更部を構成することができる。
この場合、例えば凝縮水の付着があると判断された場合に当該バイパス通路部よりも通路が広いインタークーラ１２側に当該バイパス弁の状態を固定することができる。当該バイパス弁は当該バイパス経路およびインタークーラ１２のうち、少なくともいずれかに流通経路を調節可能に切り替えるバイパス弁とすることができる。流量変更部はこのほか適宜の構成を有して構成されることで、流速ｕが所定値よりも低くなるように制御されてよい。
ＥＧＲバルブ４３はＥＧＲ配管４１のうち上流側の部分（例えば上流側の端部）に設けられてもよい。そしてこれにより、ＥＧＲバルブ４３よりも下流側の部分を流通するＥＧＲガスの流速を流速ｕ１に反映させるようにしてもよい。ＥＧＲバルブ４３を設ける部分はＥＧＲ配管４１のうち、ＥＧＲクーラ４２よりも上流側の部分とすることができる。
この場合、到達位置判断部は推定した到達位置がＥＧＲ配管４１と吸気系１０との合流地点よりも手前であるか否かを判断することができる。そして、制御部は到達位置が当該合流地点よりも手前であると到達位置判断部が判断した場合に、例えば開弁度合いが大きくなるようにＥＧＲバルブ４３を制御することができる。また、制御部は到達位置が当該合流地点よりも手前でないと到達位置判断部が判断した場合に、例えば開弁度合いが大きくなるようにＥＧＲバルブ４３を制御するとともに、開弁度合いが大きくなるようにディーゼルスロットル１３を制御することができる。
但し、この場合には流速ｕ１を十分低下させることができない虞がある。また、内燃機関５０の加速時にＥＧＲバルブ４３の開弁度合いを小さくすることができなくなる不都合が生じる。この点、本実施例の流量制御装置はＥＧＲバルブ４３がＥＧＲ配管４１のうち下流側の部分（さらに具体的には吸気系１０側の端部）に設けられている構成とすることで、流速ｕの変化態様や内燃機関５０の運転に対する適合性の観点から、内燃機関５０の筒内に凝縮水が流入することを好適に抑制することもできる。
ＥＧＲバルブ４３の配置に関してはさらに次のことが言える。すなわち、ＥＧＲクーラ４２ではＥＧＲガスを冷却する構成上、凝縮水が発生し易くなっている。そして、内燃機関５０の筒内に流入する凝縮水としては、ＥＧＲクーラ４２で発生する凝縮水が筒内各部の腐食に大きな影響を及ぼすことになる。このため、本実施例の流量制御装置はさらに具体的にはＥＧＲバルブ４３がＥＧＲクーラ４２よりも下流側の部分に設けられている構成とすることで、内燃機関５０の筒内に凝縮水が流入することを好適に抑制することもできる。
内燃機関５０は筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁５５を備えている。この点、内燃機関５０では筒内に凝縮水が流入することで、筒内各部が腐食され易くなる虞がある。
内燃機関５０を搭載する車両１００がアイドルストップを行う車両やハイブリッド車両である場合、車両１００の運転中に内燃機関５０が頻繁に停止する。そしてこの場合には、内燃機関５０停止時に冷却が進む結果、ＥＧＲ経路内で凝縮水が発生および滞留し易くなることで、内燃機関５０の筒内に凝縮水が特に流入し易くなる。このため、本実施例の流量制御装置は内燃機関５０を搭載する車両１００がアイドルストップを行う車両やハイブリッド車両である場合に好適である。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば到達位置判断部は凝縮水の付着を検知可能なセンサを適宜設けるとともに、当該センサの出力に基づき凝縮水の到達位置を検出することで、凝縮水の到達位置を判断してもよい。但し、この場合には例えば実際の到達位置を検出した後に筒内への凝縮水の流入を抑制することになる分、凝縮水流入の抑制効果が低くなり得る。
ディーゼルスロットル １３
過給機 ３０
ＥＧＲ装置 ４０
ＥＧＲクーラ ４２
ＥＧＲバルブ ４３
内燃機関 ５０
ＥＣＵ ７０

Claims (3)

  1. ＥＧＲ経路を介して内燃機関の排気系から吸気系に還流する排気の流量と前記内燃機関に流入する新気の流量とのうち、少なくともいずれかを変更可能な流量変更部と、
    前記内燃機関の加速時および減速時のうち、少なくともいずれかにＥＧＲによって移動する前記ＥＧＲ経路内の凝縮水の到達位置を判断する到達位置判断部と、
    前記到達位置判断部が判断する到達位置に基づき、前記流量変更部を制御する制御部とを備える内燃機関の流量制御装置。
  2. 前記到達位置判断部が前記内燃機関の加速時および減速時のうち、フューエルカットを伴う前記内燃機関の減速時にＥＧＲによって移動する前記ＥＧＲ経路内の凝縮水の到達位置を判断する請求項１記載の内燃機関の流量制御装置。
  3. 前記ＥＧＲ経路を形成するＥＧＲ装置を備えるとともに、前記ＥＧＲ装置が前記排気系と前記吸気系とを接続する還流通路部と、前記還流通路部を介して前記吸気系に流入する排気の流量を調節する流量調節弁と、前記還流通路部を流通する排気を冷却する冷却器と、前記流量調節弁および前記冷却器のうち前記冷却器をバイパスするバイパス通路部と、前記冷却器および前記バイパス通路部のうち少なくともいずれかに流通経路を調節可能に切り替えるバイパス弁とのうち、少なくとも前記還流通路部と前記流量調節弁と前記冷却器とを備え、
    前記流量変更部が前記流量調節弁と前記バイパス弁とのうち、少なくともいずれかを有して構成されるとともに、前記内燃機関の吸入空気量を調節可能なスロットル弁と、前記内燃機関に対して過給を行うことが可能な排気駆動式の可変容量型ターボチャージャと、前記内燃機関から排出される排気の流量を調節可能な排気絞り弁とのうち、少なくともいずれかを有して構成されている請求項１または２記載の内燃機関の流量制御装置。
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