WO2012176286A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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WO2012176286A1
WO2012176286A1 PCT/JP2011/064223 JP2011064223W WO2012176286A1 WO 2012176286 A1 WO2012176286 A1 WO 2012176286A1 JP 2011064223 W JP2011064223 W JP 2011064223W WO 2012176286 A1 WO2012176286 A1 WO 2012176286A1
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exhaust
passage
water
internal combustion
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真吾 是永
宮下 茂樹
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トヨタ自動車株式会社
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Definitions

  • the present invention relates to a control apparatus for an internal combustion engine, and more particularly, as an apparatus for controlling an internal combustion engine that includes two systems of first and second exhaust cooling means for cooling two systems of first and second exhaust passages, respectively.
  • the present invention relates to a suitable control device for an internal combustion engine.
  • Patent Document 1 discloses a control device for an internal combustion engine with a supercharger.
  • This conventional internal combustion engine includes a first exhaust passage that communicates with a turbine of a supercharger, a second exhaust passage that does not pass through the turbine, an EGR passage that connects an upstream portion of the turbine in the first exhaust passage and an intake passage. And a communication passage connecting the middle of the EGR passage and the second exhaust passage, and an EGR cooler.
  • a part of the exhaust gas flowing through the first exhaust passage is guided to the second exhaust passage through the EGR passage and the communication passage.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and is a control device for an internal combustion engine that can introduce external EGR gas when it is cold while suppressing the generation of condensed water from EGR gas satisfactorily.
  • the purpose is to provide.
  • a first invention is a control device for an internal combustion engine, A first exhaust passage through which exhaust gas discharged from one or more first cylinders flows; A second exhaust passage through which exhaust gas discharged from one or more second cylinders flows; First exhaust cooling means for cooling the first exhaust passage; A second exhaust cooling means provided separately from the first exhaust cooling means for cooling the second exhaust passage; An EGR passage connecting the first exhaust passage and the intake passage; EGR control means for controlling the amount of EGR gas introduced into the intake passage through the EGR passage; When EGR gas is introduced into the intake passage when the internal combustion engine is cold, the cooling capacity of the first exhaust passage by the first exhaust cooling means is the cooling capacity of the second exhaust passage by the second exhaust cooling means.
  • Exhaust cooling adjustment means to make smaller than, It is characterized by providing.
  • the second invention is the first invention, wherein
  • the first exhaust cooling means is a water cooling type cooling means for cooling the first exhaust passage by circulation of first cooling water
  • the exhaust cooling adjustment means is means for stopping circulation of the first cooling water by the first exhaust cooling means.
  • the third invention is the first invention, wherein
  • the first exhaust cooling means is a water cooling type cooling means for cooling the first exhaust passage by circulation of first cooling water
  • the second exhaust cooling means is a water cooling type cooling means for cooling the second exhaust passage by circulation of second cooling water
  • the exhaust cooling adjustment means is a means for making the circulating flow rate of the first cooling water smaller than the circulating flow rate of the second cooling water.
  • 4th invention is 2nd or 3rd invention
  • the surface area of the first exhaust passage is set smaller than the surface area of the second exhaust passage.
  • a turbine operating by exhaust energy of the internal combustion engine wherein exhaust gas from the first cylinder and exhaust gas from the second cylinder are isolated using the first exhaust passage and the second exhaust passage; And a twin-entry turbocharger configured to be guided to the turbine in a heated state.
  • the first exhaust cooling means is a water cooling type cooling means for cooling the first exhaust passage by circulation of first cooling water,
  • the first cooling water is for cooling a water-cooled intercooler.
  • the EGR gas is introduced into the intake passage when cold.
  • the cooling capacity of the first exhaust passage by the first exhaust cooling means is made smaller than the cooling capacity of the second exhaust passage by the second exhaust cooling means.
  • the wall surface temperature of the first exhaust passage can be raised at an early stage as compared with the case where the first exhaust passage is cooled in the cold without special consideration.
  • the temperature of the EGR gas flowing from the first exhaust passage into the EGR passage can be increased.
  • the amount of condensed water flowing into the cylinder can be reduced by suppressing the generation of condensed water from the EGR gas.
  • the exhaust cooling adjustment means stops the circulation of the first cooling water by the first exhaust cooling means, so that the cooling capacity of the first exhaust passage by the first exhaust cooling means can be reduced when cold.
  • the cooling capacity of the second exhaust passage by the second exhaust cooling means can be made smaller.
  • the exhaust cooling adjusting means makes the circulation flow rate of the first cooling water smaller than the circulation flow rate of the second cooling water, so that the first exhaust passage by the first exhaust cooling means is cold when cold.
  • the cooling capacity can be made smaller than the cooling capacity of the second exhaust passage by the second exhaust cooling means.
  • the wall surface temperature of the first exhaust passage can be more easily warmed than the wall surface temperature of the second exhaust temperature, the temperature increase of the first cooling water temperature during cold can be promoted. Can do.
  • a hardware configuration that can suitably suppress the generation of condensed water from the EGR gas flowing into the EGR passage from the first exhaust passage side can be obtained.
  • the effects of the first and fifth inventions can be achieved.
  • the effects of the first and sixth inventions can be achieved in an internal combustion engine having a cooling system different from normal engine cooling water for a water-cooled intercooler.
  • Embodiment 1 of this invention It is a figure for demonstrating the system configuration
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration of an internal combustion engine 10 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the internal combustion engine 10 is an inline 4-cylinder engine as an example, and the explosion order is assumed to be # 1 ⁇ # 3 ⁇ # 4 ⁇ # 2.
  • the internal combustion engine 10 includes an intake passage 12 for taking air into the cylinder and an exhaust passage 14 through which exhaust gas discharged from the cylinder flows.
  • the exhaust passage 14 is exhaust gas discharged from the first cylinder of the internal combustion engine 10 (in the present embodiment, the two cylinders, # 2 and # 3, are referred to as “first cylinder group” hereinafter). (Hereinafter, referred to as “first exhaust gas”) and the remaining second cylinders of the internal combustion engine 10 (in this embodiment, the two cylinders # 1 and # 4 are targeted). , Hereinafter referred to as “second cylinder group”), a second exhaust passage 14b through which exhaust gas (hereinafter referred to as “second exhaust gas”) flows, a first exhaust passage 14a, and a second exhaust passage 14b. And a post-merging exhaust passage 14c after merging.
  • the surface area of the first exhaust passage 14a is set smaller than the surface area of the second exhaust passage 14b.
  • an air flow meter 16 that outputs a signal corresponding to the flow rate of air sucked into the intake passage 12 is provided.
  • a compressor 18 a of the turbocharger 18 is disposed downstream of the air flow meter 16.
  • the turbocharger 18 includes a turbine 18b that is integrally connected to the compressor 18a and that is operated by exhaust gas exhaust energy.
  • the compressor 18a is rotationally driven by the exhaust energy of the exhaust gas input to the turbine 18b.
  • a water-cooled intercooler 20 for cooling the air compressed by the compressor 18a is disposed in the intake passage 12 on the downstream side of the compressor 18a. Further, an electronically controlled throttle valve 22 for adjusting the amount of air flowing through the intake passage 12 is disposed downstream of the intercooler 20.
  • the turbine 18b of the turbocharger 18 is installed at the junction of the first exhaust passage 14a and the second exhaust passage 14b.
  • the turbocharger 18 is independent of each other through the first exhaust passage 14a and the second exhaust passage 14b, and the first cylinder group (# 2 and # 3) and the second cylinder group ( This is a turbocharger that receives supply of the first exhaust gas and the second exhaust gas from # 1 and # 4), that is, a so-called twin entry type (twin scroll type) turbocharger.
  • an EGR passage 24 is connected to the first exhaust passage 14a.
  • the other end of the EGR passage 24 is connected to the intake passage 12 (the surge tank 12a) on the downstream side of the throttle valve 22.
  • An EGR valve 26 that opens and closes the EGR passage 24 is provided in the vicinity of the end of the EGR passage 24 on the intake passage 12 side.
  • the system of the present embodiment includes two exhaust cooling systems configured to be different between the first cylinder group (# 2 and # 3) and the second cylinder group (# 1 and # 4). .
  • a main cooling water passage 30 through which normal engine cooling water (hereinafter referred to as “main cooling water”) flows is formed inside the cylinder head 28.
  • the main cooling water is supplied by a main water pump (not shown) to a cooling water passage for a predetermined cooling portion (in addition to the cylinder head, a cylinder block, etc.) of the internal combustion engine 10 including the main cooling water passage 30 and the main cooling water. It is configured to circulate between a main radiator (not shown) for cooling. As shown in FIG. 1, a main coolant passage 30 passes through the cylinder head 28 around the second exhaust port 14b1 of the second exhaust passage 14b on the second cylinder group (# 1 and # 4) side. For this reason, the second exhaust port 14b1 is cooled by the main cooling water.
  • the cylinder head 28 around the first exhaust port 14a1 of the first exhaust passage 14a on the first cylinder group (# 2 and # 3) side is a separate system from the main cooling water, and cools the intercooler 20.
  • the sub-cooling water passage 32 through which cooling water (hereinafter referred to as “sub-cooling water”) flows is passed.
  • the sub cooling water passage 32 is a passage for circulating the sub cooling water through the intercooler 20.
  • a flow rate control valve 38 for adjusting the flow rate.
  • the first exhaust port 14a1 is cooled by the sub cooling water.
  • the circulation flow rate of the sub cooling water is basically less than the circulation flow rate of the main cooling water flowing through the main cooling system having a large heat load by bearing the main cooling of the internal combustion engine 10.
  • a cooling system is configured.
  • the system shown in FIG. 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 40.
  • an input part of the ECU 40 includes a main cooling water temperature sensor 42 for detecting the temperature of the main cooling water and a temperature of the sub cooling water in the vicinity of the first exhaust port 14a1.
  • Various sensors for detecting the operating state of the internal combustion engine 10 such as the sub cooling water temperature sensor 44 are connected.
  • the output portion of the ECU 40 includes a fuel injection valve 46 for supplying fuel to the internal combustion engine 10, and an air-fuel mixture.
  • Various actuators for controlling the operating state of the internal combustion engine 10 such as a spark plug 48 for igniting the engine are connected.
  • the ECU 40 controls the operating state of the internal combustion engine 10 by operating various actuators according to a predetermined program based on the outputs of the various sensors described above.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the amount of condensed water and the wall surface temperature.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the in-cylinder pressure (compression end pressure) and the in-cylinder inflow water amount.
  • the greater the amount of condensed water flowing into the cylinder together with the EGR gas the higher the compression end pressure. This is because water, which is a liquid, is difficult to be compressed in the cylinder, so that the volume of air in the cylinder decreases accordingly, and as a result, the cylinder pressure increases.
  • the cooling capacity of the first exhaust passage 14a responsible for introducing EGR gas into the EGR passage 24 is set to the other second exhaust passage. It was made to be smaller than the cooling capacity of 14b. Specifically, the circulation of the sub cooling water to the first exhaust passage 14a (first exhaust port 14a1) is stopped when cold.
  • the sub cooling water temperature in the vicinity of the first exhaust port 14a1 is not excessively increased.
  • the circulation flow rate of the cooling water was adjusted. Specifically, when the sub cooling water temperature near the first exhaust port 14a1 is higher than a predetermined value while the sub cooling water circulation is stopped, the sub cooling water is circulated (the circulation stop is canceled). I made it.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a control routine executed by the ECU 40 in order to realize cold control in the first embodiment of the present invention. As a premise of the control of this routine, it is assumed that the external EGR control is executed in the cold state.
  • step 100 it is first determined whether or not the internal combustion engine 10 is in a cold state (step 100). Specifically, in step 100, when the temperature of the main cooling water detected by the main cooling water temperature sensor 42 is lower than a predetermined value, the internal combustion engine 10 is in a cold state (that is, during warm-up). Is determined).
  • step 102 If it is determined in step 100 that the internal combustion engine 10 is in a cold state, the circulation of the sub cooling water is stopped (step 102). Specifically, the driving of the sub water pump 34 is stopped, and the flow control valve 38 is closed.
  • step 104 it is determined whether or not the temperature of the sub cooling water detected by the sub cooling water temperature sensor 44 is higher than a predetermined value (step 104).
  • the predetermined value in this step 104 is a value set in advance as a threshold for determining whether or not the temperature of the sub-cooling water near the first exhaust port 14a1 is excessively increased.
  • the sub cooling water is circulated (circulation stop is released) (step 106). Specifically, the sub water pump 34 is driven, and the flow control valve 38 is opened to a predetermined opening.
  • the opening degree of the flow control valve 38 may be changed according to the temperature of the sub cooling water. For example, the opening degree of the flow control valve 38 may be increased as the temperature of the sub cooling water is higher so that the temperature of the sub cooling water is equal to or lower than the predetermined value.
  • step 106 When the processing of step 106 is executed, or when the determination of step 104 is not established, it is determined whether or not the internal combustion engine 10 is still in a cold state (step 108). As a result, when it is determined that the internal combustion engine 10 is still in the cold state, the processing after step 104 is repeatedly executed.
  • step 110 when it is determined in step 100 or 108 that the internal combustion engine 10 is not in the cold state, that is, when it can be determined that the warm-up of the internal combustion engine 10 is completed (or completed), the normal operation is performed.
  • the sub-cooling water flow rate control is executed (step 110). Specifically, the sub water pump 34 is driven, and the opening degree of the flow control valve 38 is controlled to a predetermined opening degree corresponding to the operating state of the internal combustion engine 10.
  • the cooling capacity of the first exhaust passage 14a (the first exhaust port 14a1) responsible for introducing the EGR gas into the EGR passage 24 is the other second exhaust passage 14b. This is smaller than the cooling capacity of the (second exhaust port 14b1).
  • the wall surface temperature of the first exhaust port 14a1 can be raised at an early stage when it is cold, the temperature of the EGR gas flowing into the EGR passage 24 from the first exhaust passage 14a can be increased.
  • the amount of condensed water flowing into the cylinder can be reduced by suppressing the generation of condensed water from the EGR gas, the deterioration of the durability of the internal combustion engine 10 due to the inflow of condensed water into the cylinder can be prevented. Can do.
  • the cooling water main cooling
  • the cooling water that circulates the internal combustion engine 10 using the other cooling system that uses the main cooling water while performing the above-described control during the cold time. The warm-up of water) can be continued.
  • FIG. 5 is a time chart showing changes in the opening degree of the flow control valve 38 and the temperature of the sub cooling water when the control of the routine shown in FIG. 4 is executed.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the target temperature arrival time of the cooling water and the surface area of the exhaust passage.
  • the waveform shown by the solid line in FIG. 5 uses the configuration shown in FIG. 1, that is, the configuration in which the sub cooling water cools the first exhaust port 14a1 on the first cylinder group (# 2 and # 3) side.
  • the waveform shown by the broken line in FIG. 5 is a configuration for comparison, more specifically, the second exhaust port 14b1 on the second cylinder group (# 1 and # 4) side is sub This is a case where a cooling water cooling structure is used.
  • the water temperature rises over time.
  • the routine shown in FIG. 4 when the temperature of the sub cooling water reaches the predetermined value after the circulation of the sub cooling water is stopped as shown in FIG. 5 (B), as shown in FIG. 5 (A).
  • the flow control valve 38 is opened (in addition to this, the sub water pump 34 is driven), the circulation of the sub cooling water is executed. Thereby, as shown to FIG. 5 (B), it can prevent that the temperature of sub-cooling water exceeds the said predetermined value, and rises too much.
  • FIG. 5 is intended for a cold time in which the internal combustion engine 10 is warmed up over time, so the temperature of the sub-cooling water basically increases as the internal combustion engine 10 warms up. Tend to.
  • the surface area of the first exhaust passage 14a connected to the EGR passage 24 is set smaller than the surface area of the second exhaust passage 14b.
  • the cooling capacity of the first exhaust passage 14a is basically reduced by stopping the circulation of the sub cooling water (as long as the sub cooling water temperature does not rise excessively) during the cold time.
  • the cooling capacity of the second exhaust passage 14b is made smaller.
  • the specific method for the exhaust cooling adjustment means of the present invention to make the cooling capacity of the first exhaust passage smaller than that of the other second exhaust passage is limited to stopping the circulation of the sub cooling water. Absent.
  • this alternative method is not limited to controlling the flow rate so that a difference occurs in the circulation flow rates of the sub cooling water and the main cooling water during the cold time. That is, this alternative method is provided with two cooling systems having a configuration in which the circulation flow rate of the sub cooling water is smaller than the circulation flow rate of the main cooling water, as in the hardware configuration of the internal combustion engine 10 described above.
  • the amount of the sub cooling water is adjusted so that the temperature of the sub cooling water for cooling the first exhaust passage 14a does not rise excessively as in the first embodiment. It may be.
  • the following setting in the first embodiment that is, the setting that the surface area of the first exhaust passage 14a connected to the EGR passage 24 is made smaller than the surface area of the second exhaust passage 14b is the first exhaust passage 14a.
  • the above-described alternative method that does not stop the circulation of the sub-cooling water for cooling the sub-cooling water it is suitable for promoting the temperature increase of the sub-cooling water during the cold time.
  • production of the condensed water from EGR gas can be suppressed favorably.
  • the first cylinder group includes the first cylinder group consisting of two cylinders # 2 and # 3, and the second cylinder includes two cylinders # 1 and # 4.
  • the explanation has been given by taking the internal combustion engine 10 having a group as an example.
  • the first cylinder and the second cylinder in the present invention are not limited to the above example. That is, the first cylinder may be one cylinder or a plurality of cylinders of three or more cylinders, and similarly, the second cylinder may be one cylinder or a plurality of cylinders of three or more cylinders.
  • the sub-cooling system including the sub-cooling water passage 32, the sub-water pump 34, the sub-radiator 36, and the flow rate control valve 38 is the “first exhaust cooling means” in the first invention.
  • the main cooling system including the main cooling water passage 30 and a main water pump and a main radiator (not shown) correspond to the “second exhaust cooling means” in the first invention.
  • the ECU 40 controls the opening degree of the EGR valve 26 to control the amount of EGR gas
  • the “EGR control means” in the first aspect of the present invention determines that the determination of step 100 is satisfied. By executing the processing, the “exhaust cooling adjusting means” in the first aspect of the present invention is realized.
  • the sub cooling water is the “first cooling water” in the second, third or seventh invention
  • the main cooling water is the “second cooling water” in the third invention.
  • the “water temperature excessive rise suppression means” according to the fourth aspect of the present invention is realized by the ECU 40 executing the process of step 106 when the determination of step 104 is established. Yes.

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Abstract

 EGRガスからの凝縮水の発生を良好に抑制しつつ、冷間時に外部EGRガスを導入可能とした内燃機関の制御装置を提供する。 ツインエントリー型ターボ過給機(18)を備える。第1気筒群(#2と#3)から排出された第1排気ガスが流れる第1排気通路(14a)と、第2気筒群(#1と#4)から排出された第2排気ガスが流れる第2排気通路(14b)とを備える。第1排気通路(14a)を冷却するためにサブ冷却水通路(32)を含むサブ冷却系を備える。第2排気通路(14b)を冷却するためにメイン冷却水通路(30)を含むメイン冷却系を備える。第1排気通路(14a)と吸気通路(12)とを接続するEGR通路(24)と、EGR通路(24)の開閉を担うEGR弁(26)とを備える。内燃機関(10)の冷間時にEGRガスを吸気通路(12)に導入する場合に、サブ冷却系内のサブ冷却水の循環を停止する。

Description

内燃機関の制御装置
 この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、2系統の第1および第2排気通路をそれぞれ冷却するための2系統の第1および第2排気冷却手段を備える内燃機関を制御する装置として好適な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、過給機付き内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の内燃機関は、過給機のタービンに通じる第1排気通路と、タービンを通らない第2排気通路と、第1排気通路におけるタービンの上流側部位と吸気通路とを接続するEGR通路と、EGR通路の途中と第2排気通路とを接続する連絡通路と、EGRクーラーとを備えている。上記内燃機関では、冷間時には、第1排気通路を流れる排気ガスの一部が、EGR通路および連絡通路を通って第2排気通路に導かれるようになっている。
 尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。
日本特開2009-191678号公報 日本特開2010-174647号公報
 ところで、排気通路と吸気通路とを接続するEGR通路を備える内燃機関において、冷間時には、燃焼悪化抑制などの観点より、EGR通路を介して排気ガス(EGRガス)を吸気通路に還流させる制御(いわゆる、外部EGR制御)を行わないことが一般的であると考えられる。しかしながら、ポンプ損失の低減による燃費向上を図る観点から、冷間時においても、外部EGR制御を行うことが考えられる。
 ところが、冷間時に外部EGR制御を行うようにすると、EGRガスが流れる通路(排気通路、EGR通路および吸気通路)の壁面温度が低いために、EGRガスから凝縮水が発生し易くなる。多量の凝縮水を含むEGRガスが筒内に吸入されると、内燃機関の耐久性悪化に繋がるおそれがある。
 この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、EGRガスからの凝縮水の発生を良好に抑制しつつ、冷間時に外部EGRガスを導入可能とした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
 第1の発明は、内燃機関の制御装置であって、
 1または複数の第1気筒から排出される排気ガスが流れる第1排気通路と、
 1または複数の第2気筒から排出される排気ガスが流れる第2排気通路と、
 前記第1排気通路を冷却する第1排気冷却手段と、
 前記第1排気冷却手段とは別に備えられ、前記第2排気通路を冷却する第2排気冷却手段と、
 前記第1排気通路と吸気通路とを接続するEGR通路と、
 前記EGR通路を介して前記吸気通路に導入するEGRガス量を制御するEGR制御手段と、
 内燃機関の冷間時にEGRガスを前記吸気通路に導入する場合に、前記第1排気冷却手段による前記第1排気通路の冷却能力を、前記第2排気冷却手段による前記第2排気通路の冷却能力よりも小さくする排気冷却調整手段と、
 を備えることを特徴とする。
 また、第2の発明は、第1の発明において、
 前記第1排気冷却手段は、第1冷却水の循環により前記第1排気通路を冷却する水冷式の冷却手段であり、
 前記排気冷却調整手段は、前記第1排気冷却手段による前記第1冷却水の循環を停止させる手段であることを特徴とする。
 また、第3の発明は、第1の発明において、
 前記第1排気冷却手段は、第1冷却水の循環により前記第1排気通路を冷却する水冷式の冷却手段であり、
 前記第2排気冷却手段は、第2冷却水の循環により前記第2排気通路を冷却する水冷式の冷却手段であり、
 前記排気冷却調整手段は、前記第2冷却水の循環流量よりも前記第1冷却水の循環流量を少なくする手段であることを特徴とする。
 また、第4の発明は、第2または第3の発明において、
 前記内燃機関の冷間時にEGRガスを前記吸気通路に導入する場合に、前記第1冷却水の温度が過上昇しないように、前記第1冷却水の循環流量を調整する水温過上昇抑制手段を更に備えることを特徴とする。
 また、第5の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、
 前記第1排気通路の表面積は、前記第2排気通路の表面積よりも小さく設定されていることを特徴とする。
 また、第6の発明は、第1乃至第5の発明の何れかにおいて、
 前記内燃機関の排気エネルギーにより作動するタービンを有し、前記第1気筒からの排気ガスと前記第2気筒からの排気ガスとが前記第1排気通路と前記第2排気通路とを用いて隔離された状態で前記タービンに導かれるように構成されたツインエントリー式ターボ過給機を更に備えることを特徴とする。
 また、第7の発明は、第1乃至第6の発明の何れかにおいて、
 前記第1排気冷却手段は、第1冷却水の循環により前記第1排気通路を冷却する水冷式の冷却手段であり、
 前記第1冷却水は、水冷式のインタークーラーを冷却するためのものであることを特徴とする。
 第1の発明によれば、2系統の第1および第2排気通路のために2系統の第1および第2排気冷却手段を備えた内燃機関において、冷間時にEGRガスを吸気通路に導入する場合に、第1排気冷却手段による第1排気通路の冷却能力が、第2排気冷却手段による第2排気通路の冷却能力よりも小さくされる。これにより、特別な配慮もなしに冷間時に第1排気通路の冷却が行われる場合と比べ、第1排気通路の壁面温度を早期に上昇させられるようになる。その結果、第1排気通路からEGR通路に流入するEGRガスの温度を高くすることができる。これにより、EGRガスからの凝縮水の発生抑制によって筒内に流入する凝縮水の量を低減することができる。このように、本発明によれば、EGRガスからの凝縮水の発生を良好に抑制しつつ、冷間時に外部EGRガスを導入可能とすることができる。
 第2の発明によれば、排気冷却調整手段が第1排気冷却手段による第1冷却水の循環を停止させることにより、冷間時に、第1排気冷却手段による第1排気通路の冷却能力を、第2排気冷却手段による第2排気通路の冷却能力よりも小さくすることができる。
 第3の発明によれば、排気冷却調整手段が第2冷却水の循環流量よりも第1冷却水の循環流量を少なくすることにより、冷間時に、第1排気冷却手段による第1排気通路の冷却能力を、第2排気冷却手段による第2排気通路の冷却能力よりも小さくすることができる。
 第4の発明によれば、冷間時に第1冷却水の循環を停止したり、或いは、冷間時に第1冷却水の循環流量を少なくしたりした場合に、第1冷却水の適切な温度管理を行えるようになる。
 第5の発明によれば、第1排気通路の壁面温度の方が第2排気温度の壁面温度よりも温まり易くすることできるので、冷間時の第1冷却水温度の温度上昇を促進させることができる。これにより、第1排気通路側からEGR通路に流入するEGRガスからの凝縮水の発生を好適に抑制可能なハードウェア構成を得ることができる。
 第6の発明によれば、2系統の第1および第2排気通路を有するツインエントリー式ターボ過給機において、上記第1および第5の発明の効果を奏することができる。
 第7の発明によれば、水冷式のインタークーラーのために通常のエンジン冷却水とは別系統の冷却系を備える内燃機関において、上記第1および第6の発明の効果を奏することができる。
本発明の実施の形態1における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。 凝縮水量と壁面温度との関係を表した図である。 筒内圧力(圧縮端圧力)と筒内流入水量との関係を表した図である。 本発明の実施の形態1において実行される制御ルーチンのフローチャートである。 図4に示すルーチンの制御実行時の流量制御弁の開度とサブ冷却水の温度の変化を表したタイムチャートである。 冷却水の目標温度到達時間と排気通路の表面積との関係を表した図である。
実施の形態1.
[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1における内燃機関10のシステム構成を説明するための図である。ここでは、内燃機関10は、一例として直列4気筒型エンジンであり、その爆発順序は、#1→#3→#4→#2であるものとする。図1に示すように、内燃機関10は、筒内に空気を取り込むための吸気通路12と、筒内から排出される排気ガスが流れる排気通路14とを備えている。
 排気通路14は、内燃機関10の第1気筒(本実施形態では、#2と#3の2つの気筒を対象としているので、以下、「第1気筒群」と称する)から排出された排気ガス(以下、「第1排気ガス」と称する)が流れる第1排気通路14aと、内燃機関10の残りの第2気筒(本実施形態では、#1と#4の2つの気筒を対象としているので、以下、「第2気筒群」と称する)から排出された排気ガス(以下、「第2排気ガス」と称する)が流れる第2排気通路14bと、第1排気通路14aと第2排気通路14bと合流した後の一本の合流後排気通路14cとを備えている。また、本実施形態では、第1排気通路14aの表面積は、第2排気通路14bの表面積よりも小さく設定されている。
 吸気通路12の入口近傍には、吸気通路12に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ16が設けられている。エアフローメータ16の下流には、ターボ過給機18のコンプレッサ18aが配置されている。ターボ過給機18は、コンプレッサ18aと一体的に連結され、排気ガスの排気エネルギーによって作動するタービン18bを備えている。コンプレッサ18aは、タービン18bに入力される排気ガスの排気エネルギーによって回転駆動されるようになっている。
 コンプレッサ18aの下流側の吸気通路12には、コンプレッサ18aにより圧縮された空気を冷却するための水冷式のインタークーラー20が配置されている。更に、インタークーラー20の下流には、吸気通路12を流れる空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ22が配置されている。
 ターボ過給機18のタービン18bは、図1に示すように、第1排気通路14aと第2排気通路14bとの合流部に設置されている。このように、ターボ過給機18は、第1排気通路14aおよび第2排気通路14bを介して、互いに独立した状態で上記第1気筒群(#2と#3)および上記第2気筒群(#1と#4)から第1排気ガスおよび第2排気ガスの供給を受けるターボ過給機、すなわち、いわゆるツインエントリー型(ツインスクロール型)ターボ過給機である。
 また、第1排気通路14aには、EGR通路24の一端が接続されている。このEGR通路24の他端は、スロットルバルブ22の下流側において吸気通路12(のサージタンク12a)に接続されている。EGR通路24における吸気通路12側の端部付近には、EGR通路24の開閉を担うEGR弁26が設けられている。このような構成によれば、このEGR通路24を介して、第1排気通路14aを流れる第1排気ガスの一部を吸気通路12に還流させる制御、いわゆる外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)制御を行うことができる。
 また、本実施形態のシステムは、第1気筒群(#2と#3)と第2気筒群(#1と#4)とで異なるように構成された2系統の排気冷却系を備えている。具体的には、図1に示すように、シリンダヘッド28の内部には、通常のエンジン冷却水(以下、「メイン冷却水」と称する)が流通するメイン冷却水通路30が形成されている。
 メイン冷却水は、図示省略するメインウォーターポンプによって、メイン冷却水通路30を含む内燃機関10の所定の冷却部位(シリンダヘッドの他にはシリンダブロックなど)のための冷却水路と、メイン冷却水を冷却するためのメインラジエーター(図示省略)との間を循環するように構成されている。第2気筒群(#1と#4)側の第2排気通路14bの第2排気ポート14b1の周辺のシリンダヘッド28には、図1に示すように、メイン冷却水通路30が通っている。このため、第2排気ポート14b1は、メイン冷却水によって冷却されるようになっている。
 一方、第1気筒群(#2と#3)側の第1排気通路14aの第1排気ポート14a1の周辺のシリンダヘッド28には、上記メイン冷却水とは別系統であり、インタークーラー20を冷却するための冷却水(以下、「サブ冷却水」と称する)が流通するサブ冷却水通路32が通っている。サブ冷却水通路32は、図1に示すように、インタークーラー20にサブ冷却水を循環させるための通路である。サブ冷却水通路32の途中には、サブ冷却水を循環させるためのサブウォーターポンプ34と、サブ冷却水を冷却するためのサブラジエーター36と、サブ冷却水通路32内を流れるサブ冷却水の流量を調整するための流量制御弁38とがそれぞれ設けられている。このような構成によって、第1排気ポート14a1は、サブ冷却水によって冷却されるようになっている。また、サブ冷却水の循環流量は、基本的に、内燃機関10の主たる冷却を担うことで熱負荷の大きいメイン冷却系を流れるメイン冷却水の循環流量よりも少なくなるように、上記2系統の冷却系が構成されている。
 また、図1に示すシステムは、ECU(Electronic Control Unit)40を備えている。ECU40の入力部には、上述したエアフローメータ16に加え、メイン冷却水の温度を検知するためのメイン冷却水温度センサ42、および、第1排気ポート14a1付近のサブ冷却水の温度を検知するためのサブ冷却水温度センサ44等の内燃機関10の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ECU40の出力部には、上述したスロットルバルブ22、EGR弁26、サブウォーターポンプ34および流量制御弁38に加え、内燃機関10に燃料を供給するための燃料噴射弁46、および、混合気に点火するための点火プラグ48等の内燃機関10の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ECU40は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関10の運転状態を制御するものである。
[実施の形態1における特徴的な制御]
 ところで、内燃機関10から排出される排気ガス中には所定割合の水が多量に含まれている。このため、上述した本実施形態の内燃機関10のように排気通路と吸気通路とを接続するEGR通路を備える内燃機関において、冷間時に外部EGR制御を行うようにすると、EGRガスが流れる通路(排気通路、EGR通路および吸気通路)の壁面温度が低いために、EGRガスから凝縮水が発生し易くなる。
 図2は、凝縮水量と壁面温度との関係を表した図である。図2に示すような傾向で、EGRガスが流れる通路(排気通路、EGR通路および吸気通路)の壁面温度が低いほど、EGRガスからの凝縮水の発生量が多くなる。図3は、筒内圧力(圧縮端圧力)と筒内流入水量との関係を表した図である。図3に示すような傾向で、EGRガスとともに筒内に流入する凝縮水量が多いほど、圧縮端圧力が高くなる。この理由は、液体である水は筒内で圧縮されにくいため、その分だけ筒内の空気の体積が小さくなり、その結果として筒内圧力が高くなるからである。このため、多量の凝縮水を含むEGRガスが筒内に吸入されることによって内燃機関の耐久性悪化を招くのを回避するためには、図3に示すように、圧縮端圧力が過大とならないように、設計限界を超えない範囲内に筒内流入水量を少なく抑制することが必要となる。
 そこで、本実施形態では、内燃機関10の冷間時に外部EGR制御を行う場合には、EGR通路24へのEGRガスの導入を担う第1排気通路14aの冷却能力を、他方の第2排気通路14bの冷却能力よりも小さくするようにした。具体的には、冷間時に、第1排気通路14a(第1排気ポート14a1)へのサブ冷却水の循環を停止するようにした。
 また、本実施形態では、冷間時に第1排気通路14aへのサブ冷却水の循環を停止させている場合には、第1排気ポート14a1付近のサブ冷却水温度が過上昇しないように、サブ冷却水の循環流量を調整するようにした。具体的には、サブ冷却水の循環停止中において、第1排気ポート14a1付近のサブ冷却水温度が所定値よりも高い場合には、サブ冷却水の循環を実行(循環停止を解除)するようにした。
 図4は、本発明の実施の形態1における冷間時の制御を実現するために、ECU40が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンの制御の前提として、冷間時に外部EGR制御が実行されるものとする。
 図4に示すルーチンでは、先ず、内燃機関10が冷間状態であるか否かが判定される(ステップ100)。具体的には、本ステップ100では、メイン冷却水温度センサ42によって検知されるメイン冷却水の温度が所定値よりも低い場合に、内燃機関10が冷間状態にある(すなわち、暖機中である)と判定される。
 上記ステップ100において内燃機関10が冷間状態にあると判定された場合には、サブ冷却水の循環が停止される(ステップ102)。具体的には、サブウォーターポンプ34の駆動が停止した状態とされ、かつ、流量制御弁38が閉弁状態とされる。
 次に、サブ冷却水温度センサ44により検知されるサブ冷却水の温度が所定値よりも高いか否かが判定される(ステップ104)。本ステップ104における所定値は、第1排気ポート14a1付近のサブ冷却水の温度の過上昇の有無を判断できる閾値として予め設定された値である。
 上記ステップ104においてサブ冷却水の温度が上記所定値よりも高いと判定された場合には、サブ冷却水の循環が実行(循環停止が解除)される(ステップ106)。具体的には、サブウォーターポンプ34の駆動が実行され、かつ、流量制御弁38が所定の開度に開かれる。尚、サブ冷却水の温度に応じて、流量制御弁38の開度を変化させるようにしてもよい。例えば、サブ冷却水の温度が上記所定値以下となるように、サブ冷却水の温度が高いほど、流量制御弁38の開度を大きくするようにしてもよい。
 上記ステップ106の処理が実行された場合、或いは、上記ステップ104の判定が不成立であった場合には、内燃機関10が未だ冷間状態にあるか否かが判定される(ステップ108)。その結果、内燃機関10が未だ冷間状態にあると判定された場合には、上記ステップ104以降の処理が繰り返し実行される。
 一方、上記ステップ100もしくは108において内燃機関10が冷間状態ではないと判定された場合、つまり、内燃機関10の暖機が完了している(もしくは完了した)と判断できる場合には、通常運転時のサブ冷却水の流量制御が実行される(ステップ110)。具体的には、サブウォーターポンプ34の駆動が実行され、かつ、流量制御弁38の開度が内燃機関10の運転状態に応じた所定の開度に制御される。
 以上説明した図4に示すルーチンによれば、内燃機関10が冷間状態にある場合(冷間時)には、サブ冷却水の循環が停止される。これにより、冷間時に外部EGR制御を行う場合に、EGR通路24へのEGRガスの導入を担う第1排気通路14a(の第1排気ポート14a1)の冷却能力が、他方の第2排気通路14b(の第2排気ポート14b1)の冷却能力よりも小さくされることになる。その結果、冷間時に、第1排気ポート14a1の壁面温度を早期に上昇させられるようになるので、第1排気通路14aからEGR通路24に流入するEGRガスの温度を高くすることができる。これにより、EGRガスからの凝縮水の発生抑制によって筒内に流入する凝縮水の量を低減することができるので、筒内への凝縮水の流入による内燃機関10の耐久性悪化を防止することができる。このように、本実施形態のシステムによれば、EGRガスからの凝縮水の発生を良好に抑制しつつ、冷間時に外部EGRガスを導入可能とすることができる。また、本実施形態の構成によれば、以上説明した冷間時の制御を実行しつつ、メイン冷却水を利用したもう一方の冷却系を用いて、内燃機関10を流通する冷却水(メイン冷却水)の暖機を継続させることができる。
 図5は、上記図4に示すルーチンの制御実行時の流量制御弁38の開度とサブ冷却水の温度の変化を表したタイムチャートである。また、図6は、冷却水の目標温度到達時間と排気通路の表面積との関係を表した図である。尚、図5中に実線で示す波形は、図1に示す構成、すなわち、第1気筒群(#2と#3)側の第1排気ポート14a1をサブ冷却水が冷却する構成が用いられた場合のものであり、一方、図5中に破線で示す波形は、対比のための構成、より具体的には、第2気筒群(#1と#4)側の第2排気ポート14b1をサブ冷却水が冷却する構成が用いられた場合のものである。
 上記図4に示すルーチンの制御が実行されることにより、図5に示すように、冷間始動時には、流量制御弁38が閉じられた状態で、サブ冷却水温度センサ44により検知されるサブ冷却水の温度が時間経過とともに上昇していく。上記図4に示すルーチンによれば、図5(B)に示すようにサブ冷却水の循環停止後にサブ冷却水の温度が上記所定値に達した場合には、図5(A)に示すように流量制御弁38が開かれる(これに加えてサブウォーターポンプ34の駆動が行われる)ことにより、サブ冷却水の循環が実行される。これにより、図5(B)に示すように、サブ冷却水の温度が上記所定値を超えて過上昇するのを防止することができる。尚、図5は、時間経過とともに内燃機関10が暖機されていく冷間時を対象としているので、サブ冷却水の温度は、基本的に、内燃機関10の暖機の進行に伴って上昇する傾向となっている。
 また、本実施形態の内燃機関10では、既述したように、EGR通路24に接続される第1排気通路14aの表面積は、第2排気通路14bの表面積よりも小さく設定されている。このような設定を有することにより、本実施形態のように第1排気通路14aをサブ冷却水が冷却する構成(実線)を用いた場合に、表面積が相対的に大きな第2排気通路14bをサブ冷却水が冷却する構成(破線)と比べ、図5(B)に示すように、サブ冷却水の温度上昇を促進させることができる。つまり、図6に示すように、排気通路の表面積が小さいほど、当該排気通路を冷却する冷却水の温度が所定の目標温度に到達する時間が短くなる。本設定を有することにより、第1排気通路14a側からEGR通路24に流入するEGRガスからの凝縮水の発生を好適に抑制可能なハードウェア構成を得ることができる。より詳細に説明すると、本実施形態では、冷間時にサブ冷却水の循環を停止する手法を用いているので、表面積に関する上記設定の採用によって第1排気ポート14a1の周囲に滞留しているサブ冷却水の温度上昇を促進させることができる。表面積に関する本設定は、このような手法とは異なり、冷間時にメイン冷却水の循環水量よりもサブ冷却水の循環水量を少なくする手法(後述する代替手法)を採用している場合において、サブ冷却水の温度上昇の促進に対して有効である。
 ところで、上述した実施の形態1においては、冷間時には、サブ冷却水の循環を基本的に(サブ冷却水温度が過上昇しない限り)停止することにより、第1排気通路14aの冷却能力が他方の第2排気通路14bの冷却能力よりも小さくなるようにしている。しかしながら、本発明の排気冷却調整手段が第1排気通路の冷却能力を他方の第2排気通路の冷却能力よりも小さくするための具体的な手法は、サブ冷却水の循環を停止するものに限らない。すなわち、例えば、冷間時に、第2排気通路14bを冷却するメイン冷却水の循環流量よりも第1排気通路14aを冷却するサブ冷却水の循環流量を少なくするという手法(実施の形態1の手法との区別のために、以下、「代替手法」と称する)を用いたものであってもよい。また、この代替手法は、上記のように、冷間時にサブ冷却水とメイン冷却水の循環流量に差が生ずるように流量を制御するものに限らない。すなわち、本代替手法は、上述した内燃機関10のハードウェア構成がそうであるように、サブ冷却水の循環流量がメイン冷却水の循環流量よりも少ない構成の2系統の冷却系を備えるものにおいて、冷間時にサブ冷却水側の第1排気通路14aからEGR通路24にEGRガスを導入するようになっていることで実現されるものであってもよい。更に、上記代替手法を用いる場合においても、上述した実施の形態1と同様に、第1排気通路14aを冷却するサブ冷却水の温度が過上昇しないように、サブ冷却水の水量を調整するようにしてもよい。
 また、上述した実施の形態1における次の設定、すなわち、EGR通路24に接続される第1排気通路14aの表面積を第2排気通路14bの表面積よりも小さくするという設定は、第1排気通路14aを冷却するサブ冷却水の循環を停止してしまわない上記代替手法が用いられている場合において、冷間時にサブ冷却水の温度上昇を促進させるうえで好適なものである。そして、本設定を有することにより、EGRガスからの凝縮水の発生を良好に抑制することができる。
 また、上述した実施の形態1においては、第1気筒として#2と#3の2気筒からなる第1気筒群を有し、第2気筒として#1と#4の2気筒からなる第2気筒群を有する内燃機関10を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明における第1気筒および第2気筒は、上記の例に限定されるものではない。すなわち、第1気筒は1気筒、もしくは3気筒以上の複数気筒であってもよく、同様に、第2気筒は1気筒、もしくは3気筒以上の複数気筒であってもよい。
 尚、上述した実施の形態1においては、サブ冷却水通路32、サブウォーターポンプ34、サブラジエーター36および流量制御弁38を備えるサブ冷却系が前記第1の発明における「第1排気冷却手段」に、メイン冷却水通路30並びに図示省略するメインウォーターポンプおよびメインラジエーターを備えるメイン冷却系が前記第1の発明における「第2排気冷却手段」に、それぞれ相当している。また、ECU40が、EGR弁26の開度を制御してEGRガス量を制御することにより前記第1の発明における「EGR制御手段」が、上記ステップ100の判定が成立する場合に上記ステップ102の処理を実行することにより前記第1の発明における「排気冷却調整手段」が、それぞれ実現されている。
 また、上述した実施の形態1においては、サブ冷却水が前記第2、第3または第7の発明における「第1冷却水」に、メイン冷却水が前記第3の発明における「第2冷却水」に、それぞれ相当している。
 また、上述した実施の形態1においては、ECU40が上記ステップ104の判定が成立した場合に上記ステップ106の処理を実行することにより前記第4の発明における「水温過上昇抑制手段」が実現されている。
10 内燃機関
12 吸気通路
12a サージタンク
14 排気通路
14a 第1排気通路
14a1 第1排気ポート
14b 第2排気通路
14b1 第2排気ポート
14c 合流後排気通路
16 エアフローメータ
18 ツインエントリー型ターボ過給機
18a コンプレッサ
18b タービン
20 水冷式インタークーラー
22 スロットルバルブ
24 EGR(Exhaust Gas Recirculation)通路
26 EGR弁
28 シリンダヘッド
30 メイン冷却水通路
32 サブ冷却水通路
34 サブウォーターポンプ
36 サブラジエーター
38 流量制御弁
40 ECU(Electronic Control Unit)
42 メイン冷却水温度センサ
44 サブ冷却水温度センサ
46 燃料噴射弁
48 点火プラグ

Claims (7)

  1.  1または複数の第1気筒から排出される排気ガスが流れる第1排気通路と、
     1または複数の第2気筒から排出される排気ガスが流れる第2排気通路と、
     前記第1排気通路を冷却する第1排気冷却手段と、
     前記第1排気冷却手段とは別に備えられ、前記第2排気通路を冷却する第2排気冷却手段と、
     前記第1排気通路と吸気通路とを接続するEGR通路と、
     前記EGR通路を介して前記吸気通路に導入するEGRガス量を制御するEGR制御手段と、
     内燃機関の冷間時にEGRガスを前記吸気通路に導入する場合に、前記第1排気冷却手段による前記第1排気通路の冷却能力を、前記第2排気冷却手段による前記第2排気通路の冷却能力よりも小さくする排気冷却調整手段と、
     を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2.  前記第1排気冷却手段は、第1冷却水の循環により前記第1排気通路を冷却する水冷式の冷却手段であり、
     前記排気冷却調整手段は、前記第1排気冷却手段による前記第1冷却水の循環を停止させる手段であることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。
  3.  前記第1排気冷却手段は、第1冷却水の循環により前記第1排気通路を冷却する水冷式の冷却手段であり、
     前記第2排気冷却手段は、第2冷却水の循環により前記第2排気通路を冷却する水冷式の冷却手段であり、
     前記排気冷却調整手段は、前記第2冷却水の循環流量よりも前記第1冷却水の循環流量を少なくする手段であることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。
  4.  前記内燃機関の冷間時にEGRガスを前記吸気通路に導入する場合に、前記第1冷却水の温度が過上昇しないように、前記第1冷却水の循環流量を調整する水温過上昇抑制手段を更に備えることを特徴とする請求項2または3記載の内燃機関の制御装置。
  5.  前記第1排気通路の表面積は、前記第2排気通路の表面積よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。
  6.  前記内燃機関の排気エネルギーにより作動するタービンを有し、前記第1気筒からの排気ガスと前記第2気筒からの排気ガスとが前記第1排気通路と前記第2排気通路とを用いて隔離された状態で前記タービンに導かれるように構成されたツインエントリー式ターボ過給機を更に備えることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。
  7.  前記第1排気冷却手段は、第1冷却水の循環により前記第1排気通路を冷却する水冷式の冷却手段であり、
     前記第1冷却水は、水冷式のインタークーラーを冷却するためのものであることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。
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