WO2015072320A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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corrosion
nozzle tip
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池本雅里
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トヨタ自動車株式会社
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    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
  • Patent Document 1 based on the acid dew point temperature and SO 3 in the injection nozzle, the SO 3 contained in the intake air to reduce to an amount condensation of SO 3 is avoided techniques have been disclosed to be sucked into the combustion chamber .
  • An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can appropriately determine an EGR rate in preventing or suppressing corrosion of nozzle nozzle holes.
  • the present invention provides a first acquisition unit that acquires a nozzle tip temperature of an injector provided in an internal combustion engine, a second acquisition unit that acquires the amount of heat in a cylinder head of the internal combustion engine, and a nozzle acquired by the first acquisition unit.
  • An internal combustion engine control apparatus comprising: a tip temperature and a determination unit that determines a target EGR rate based on a tip temperature and an amount of heat acquired by the second acquisition unit.
  • the EGR rate can be appropriately determined in preventing or suppressing the corrosion of the nozzle nozzle hole.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine.
  • FIG. 2 is a view showing an injector.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the rate at which the nozzle tip temperature decreases.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of control of the internal combustion engine.
  • FIG. 5A to FIG. 5C are diagrams showing an execution example of EGR.
  • FIG. 6 is a diagram showing the transition of the EGR rate determining element in the execution example of EGR on the map showing the dew condensation occurrence condition.
  • FIG. 7A and FIG. 7B are diagrams showing comparative examples of EGR rates that can be set in cases 1 and 2.
  • FIG. 8A to FIG. 8H are views for explaining the mechanism of corrosion progression of the nozzle hole.
  • FIG. 8A to FIG. 8H are diagrams for explaining the mechanism of the progress of corrosion of nozzle nozzle holes (hereinafter also simply referred to as nozzle holes).
  • FIGS. 8A and 8B show the mechanism of acid adhesion to the nozzle holes.
  • FIG. 8C to FIG. 8E show the mechanism of corrosion of the nozzle hole.
  • FIG. 8F to FIG. 8H show the mechanism of erosion of the nozzle hole.
  • the in-cylinder gas of the internal combustion engine 100X contains an acid component (for example, SO 3 ).
  • the cylinder inner wall temperature Twall reaches the dew point before the nozzle tip temperature Tnzl.
  • the time until the dew point is reached after the engine stops is referred to as dew point arrival time.
  • the acid component becomes acid together with moisture and is condensed on the inner wall of the cylinder.
  • the dew point arrival time is shorter at the nozzle tip than at the cylinder inner wall. Therefore, in this case, acid is condensed on the nozzle tip. In this case, specifically, the acid corrodes the nozzle hole as follows.
  • the in-cylinder gas (steam) containing an acid component enters the fuel remaining in the nozzle hole.
  • the acid component in the fuel becomes acid and is condensed in the nozzle hole.
  • the condensed water generated by the condensation of acid generates rust, and the surface of the nozzle hole is roughened.
  • the dew point is an acid dew point.
  • the dew point may include the dew point of water vapor.
  • the condensation of the acid may be a condensation in which an acid component is dissolved in condensed water generated by the condensation of water vapor to form an acid.
  • the corroded portion is removed by the injected fuel as shown in FIG. 8 (g) when the internal combustion engine 100X is subsequently started and fuel injection is performed. Then, a new surface is exposed on the surface of the nozzle hole as shown in FIG. Thereafter, the new surface is similarly corroded to accelerate the corrosion.
  • the nozzle tip temperature greatly affects whether or not acid condensation occurs in the nozzle. For this reason, in view of the principle described above with reference to FIG. Specifically, it is conceivable to prevent or suppress the occurrence of corrosion by reducing or cutting the EGR based on the nozzle tip temperature. In this case, the nozzle tip temperature can be increased by increasing the temperature of the combustion gas. As a result, the occurrence of corrosion can be prevented or suppressed even when the internal combustion engine is stopped.
  • the occurrence of corrosion and the degree of corrosion also depend on the amount of heat held by the cylinder head. Specifically, even if the nozzle tip temperature is the same, the occurrence of corrosion and the degree of corrosion differ depending on the amount of heat held by the cylinder head. Further, if EGR is reduced or cut, exhaust emission is also affected. For this reason, in preventing or suppressing corrosion of the nozzle hole, there is room for improvement in that an appropriate EGR rate is determined.
  • an appropriate EGR rate for preventing or suppressing corrosion of the nozzle hole is determined. Examples of the present invention will be described below.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the internal combustion engine 100.
  • the internal combustion engine 100 is an internal combustion engine that performs in-cylinder injection, more specifically, a diesel internal combustion engine.
  • the internal combustion engine 100 has four cylinders.
  • the internal combustion engine 100 includes an engine body 101 including a cylinder head 101a and a cylinder block 101b, and the engine body 101 includes # 1 cylinder to # 4 cylinder.
  • the fuel injection device 1 is incorporated in the internal combustion engine 100.
  • the fuel injection device 1 includes # 1 injectors 107-1 to # 4 injectors 107-4 corresponding to # 1 cylinder to # 4 cylinders.
  • the # 1 cylinder is equipped with a # 1 injector 107-1 and the # 2 cylinder is equipped with a # 2 injector 107-2.
  • the # 3 cylinder is equipped with a # 3 injector 107-3, and the # 4 cylinder is equipped with a # 4 injector 107-4.
  • # 1 injector 107-1 to # 4 injector 107-4 are connected to common rail 120, and high-pressure fuel is supplied from common rail 120.
  • Each injector 107 is attached to a cylinder head 101a.
  • Each injector 107 exchanges heat with the cylinder head 101a via the seat portion.
  • the internal combustion engine 100 includes an intake manifold 102 and an exhaust manifold 103 attached to the engine body 101.
  • An intake pipe 104 is connected to the intake manifold 102.
  • An exhaust pipe 105 is connected to the exhaust manifold 103.
  • the internal combustion engine 100 includes an external EGR device 110.
  • the external EGR device 110 includes an EGR passage 111, an EGR valve 112, an EGR cooler 113, a bypass passage 114, and a bypass valve 115.
  • One end of the EGR passage 111 is connected to the exhaust manifold 103.
  • the other end of the EGR passage 111 is connected to the intake pipe 104.
  • the EGR passage 111 is provided with an EGR valve 112 that controls the flow state of exhaust gas (EGR gas).
  • the EGR passage 111 is provided with an EGR cooler 113 that cools the EGR gas.
  • the EGR passage 111 is provided with a bypass passage 114 that bypasses the EGR cooler 113.
  • the EGR passage 111 is provided with a bypass valve 115 that determines an EGR gas flow path in one of the EGR passage 111 and the bypass passage 114.
  • the external EGR device 110 may be configured to include at least an EGR passage 111 and an EGR valve 112.
  • An air flow meter 106 is connected to the intake pipe 104.
  • the air flow meter 106 is electrically connected to the ECU 150.
  • the ECU 150 is electrically connected to an injector 107-i (i indicates a cylinder number), specifically, # 1 injector 107-1 to # 4 injector 107-4.
  • the ECU 150 corresponds to a control device for the internal combustion engine, and performs various controls described in detail later.
  • the ECU 150 is electrically connected to an NE sensor 161 that measures the rotational speed NE of the internal combustion engine 100, a water temperature sensor 162 that measures the coolant temperature Tw, and an outside air temperature sensor 163 that measures the outside air temperature Ta. Further, the ECU 150 stores an EGR rate map, a dew condensation determination map, and other maps. There are two types of EGR rate maps: a base EGR rate map in which the base EGR rate ⁇ base is set and a corrosion avoidance EGR rate map in which the corrosion avoidance EGR rate ⁇ crs is set. The ECU 150 performs various controls around the internal combustion engine.
  • the injector 107 includes a nozzle 107a at the tip.
  • the nozzle 107a is provided with a nozzle hole. If acid is condensed on the tip of the nozzle 107a and adheres to it, corrosion may occur. If the periphery of the nozzle hole corrodes, the nozzle hole diameter may change. If the nozzle hole diameter changes, fuel injection will be affected.
  • the ECU 150 determines the EGR rate in consideration of the injection hole corrosion and the exhaust emission.
  • the EGR rate is the ratio of the amount of exhaust gas recirculated by exhaust gas recirculation to the total amount of gas sucked into the cylinder.
  • the ECU 150 determines the EGR rate based on the nozzle tip temperature Tnzl and the head heat quantity Q described below.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the decreasing speed of the nozzle tip temperature Tnzl.
  • a solid line indicates a case where the amount of heat held by the cylinder head 101a is relatively large, and a broken line indicates a case where the amount of heat held by the cylinder head 101a is relatively small.
  • the rate of decrease of the nozzle tip temperature Tnzl after the engine stops varies depending on the amount of heat held by the cylinder head 101a. Specifically, the heat radiation from the nozzle 107a to the cylinder head 101a is smaller in the case of the solid line than in the case of the broken line. For this reason, the rate of decrease in the nozzle tip temperature Tnzl after the engine is stopped is slower because the heat release rate to the cylinder head 101a is slower in the case of the solid line than in the case of the broken line. As a result, the dew point arrival time t is longer in the solid line than in the broken line.
  • the reason why the nozzle tip temperature Tnzl is different between the solid line and the broken line is thought to be because the amount of heat received by the nozzle before the engine stops is different.
  • the history of the nozzle tip temperature Tnzl is different between the solid line and the broken line.
  • the amount of heat received by the nozzle in the solid line is larger than that in the broken line by the amount indicated by hatching in FIG.
  • This difference in the amount of heat received by the nozzle is considered to appear as a difference in the rate of decrease in the nozzle tip temperature Tnzl after the engine stops.
  • the phenomenon is that the difference in the head heat amount Q, which is the amount of heat (more specifically, the amount of heat received here) of the cylinder head 101a, appears as the difference in the rate of decrease in the nozzle tip temperature Tnzl after the engine stops. It can be said.
  • the amount of heat in the cylinder head includes not only the case of the head heat amount Q but also the case of the nozzle heat amount, and the case of the head heat amount Q and the nozzle heat amount.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of control of the internal combustion engine 100. Control of the internal combustion engine 100 is performed by the ECU 150.
  • step S1 the operating state of the internal combustion engine 100 is acquired. Specifically, the rotational speed NE, the injection timing IT, the injection amount Qv, the water temperature Tw, and the outside air temperature Ta are acquired.
  • step S2 the nozzle tip temperature Tnzl is calculated.
  • the nozzle tip temperature Tnzl is a point in time, that is, an instantaneous nozzle tip temperature.
  • the nozzle tip temperature Tnzl is calculated and estimated by the following Equation 1.
  • the first to third terms indicate the influence of heat received from the combustion gas, and the fourth term indicates the influence of heat dissipation.
  • a, b, c, d and e are constants.
  • a head temperature Thead that is the temperature of the cylinder head 101a is calculated.
  • the head temperature Thead is an instantaneous head temperature.
  • the head temperature Thead is calculated and estimated by the following equation 2.
  • the first to third terms indicate the influence of heat received from the combustion gas, and the fourth term indicates the influence of heat dissipation.
  • f, g, h, i and j are constants.
  • the head heat quantity Q is calculated. Specifically, the head heat quantity Q is the amount of heat received by the cylinder head 101a.
  • the head heat quantity Q can be obtained from the instantaneous heat quantity of the cylinder head 101a calculated and estimated from the head temperature Thead and the heat storage quantity so far.
  • the head heat quantity Q is calculated and estimated by the following Equation 3.
  • k is a constant.
  • the first term indicates the instantaneous amount of heat of the cylinder head 101a, and the second term indicates the amount of heat stored so far.
  • the base EGR rate ⁇ base is determined.
  • the base EGR rate ⁇ base is a first target EGR rate, which is an EGR rate corresponding to a combustion request.
  • the base EGR rate ⁇ base is determined by the following equation 4 as an example. Equation 4 expresses the process of determining the base EGR rate ⁇ base based on the base EGR rate map.
  • the base EGR rate ⁇ base can be set according to the engine operating state, specifically, the rotational speed NE, the injection amount Qv, the water temperature Tw, and the outside air temperature Ta.
  • ⁇ base f (Tw, Ta, NE, Qv) Equation 4
  • step S6 the corrosion avoidance EGR rate ⁇ crs is determined.
  • the corrosion avoidance EGR rate ⁇ crs is the second target EGR rate, and is an EGR rate for avoiding corrosion of the nozzle holes.
  • the maximum EGR rate is set within a range in which the corrosion of the nozzle hole can be avoided.
  • the corrosion avoidance EGR rate ⁇ crs is determined by the following Equation 5.
  • Formula 5 expresses the process of determining the corrosion avoidance EGR rate ⁇ crs based on the corrosion avoidance EGR rate map.
  • the corrosion avoidance EGR rate ⁇ crs can be set according to the nozzle tip temperature Tnzl and the head heat quantity Q.
  • ⁇ crs f (Tnzl, Q i ) Equation 5
  • step S7 it is determined whether or not the base EGR rate ⁇ base is smaller than the corrosion avoidance EGR rate ⁇ crs . If the determination is affirmative, the process proceeds to step S8. If the determination is negative, the process proceeds to step S9.
  • step S8 the base EGR rate ⁇ base is set as the final EGR rate ⁇ f .
  • step S9 the corrosion avoidance EGR rate ⁇ crs is set as the final EGR rate ⁇ f . That is, the smaller target EGR rate of the base EGR rate ⁇ base and the corrosion avoidance EGR rate ⁇ crs is set as the final EGR rate ⁇ f .
  • the final EGR rate ⁇ f is a target EGR rate that is actually applied when EGR is performed.
  • the ECU 150 functions as a first acquisition unit that acquires the nozzle tip temperature Tnzl by calculating the nozzle tip temperature Tnzl in step S2.
  • the ECU 150 functions as a second acquisition unit that acquires the head heat quantity Q by calculating the head heat quantity Q in step S4.
  • the ECU 150 functions as a determination unit that determines the corrosion avoidance EGR rate ⁇ crs based on the nozzle tip temperature Tnzl and the head heat quantity Q in step S6.
  • the ECU 150 as the determining unit further determines the base EGR rate ⁇ base according to the engine operating state in step S5, and the smaller of the base EGR rate ⁇ base and the corrosion avoidance EGR rate ⁇ crs in steps S7 to S9. Is the final EGR rate ⁇ f .
  • FIG. 5A to FIG. 5C are diagrams showing an execution example of EGR.
  • FIG. 5A shows a change in the rotational speed NE.
  • FIG. 5B shows changes in the water temperature Tw and the head heat quantity Q.
  • FIG. 5C shows a change in the EGR amount.
  • water temperature Tw is shown instead of nozzle tip temperature Tnzl as an EGR rate determination factor. This is because the nozzle tip temperature Tnzl is proportional to the water temperature Tw.
  • measuring the water temperature Tw as an EGR rate determining factor is also included in obtaining the nozzle tip temperature Tnzl.
  • the time on the horizontal axis is common between FIG. 5 (a) and FIG. 5 (c).
  • FIG. 6 is a diagram showing the transition of the EGR rate determining element shown in FIG. 5B on the map showing the condensation occurrence conditions.
  • case 1 is indicated by a solid line when the EGR rate determining element is the water temperature Tw and the head heat quantity Q
  • case 2 is indicated by a broken line when the EGR rate determining element is the water temperature Tw.
  • a dew condensation generation region and a dew condensation avoidance region are set according to the nozzle tip temperature Tnzl and the head heat quantity Q.
  • the water temperature Tw is also higher than the EGR introduction threshold value.
  • the EGR rate determining element is in the dew condensation generation region in section B.
  • the amount of EGR is limited in case 2 compared to case 1 in order to avoid the occurrence of corrosion in the nozzle holes.
  • the EGR quantity can be increased in the section B as compared to the case 2.
  • the EGR rate determining element is in the dew condensation avoidance region in section B as shown in FIG.
  • the EGR rate determining element is in the condensation avoidance region in both cases 1 and 2.
  • the EGR amount can be increased in the same way for both cases 1 and 2 in the section C.
  • FIG. 7A and FIG. 7B are diagrams showing comparative examples of EGR rates that can be set in cases 1 and 2.
  • FIG. 7A shows an example of the EGR rate that can be set in case2.
  • FIG. 7B shows an example of the EGR rate that can be set by case1.
  • 7A and 7B also show the water temperature Tw.
  • the base EGR rate ⁇ base is also indicated by a broken line.
  • the introduction of EGR is started when the water temperature Tw exceeds the EGR introduction threshold.
  • the EGR rate is set lower than the base EGR rate ⁇ base in order to avoid corrosion of the nozzle hole.
  • the EGR rate does not have to be set lower than the base EGR rate ⁇ base . That is, EGR can be performed at the base EGR rate ⁇ base . Therefore, the amount of EGR can be increased in case 1 than in case 2.
  • the case 1 can increase the amount of EGR while avoiding the corrosion of the nozzle hole as compared with the case 2. Therefore, the ECU 150 can appropriately determine the EGR rate in that the influence on the exhaust gas can be minimized when preventing or suppressing the corrosion of the nozzle hole.

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Abstract

　ＥＣＵ（１５０）は、内燃機関（１００）が備えるインジェクタ（１０７）のノズル先端温度（Ｔｎｚｌ）を取得する第１の取得部と、内燃機関（１００）のシリンダヘッド（１０１ａ）における熱量であるヘッド熱量（Ｑ）を取得する第２の取得部と、第１の取得部が取得したノズル先端温度（Ｔｎｚｌ）と、第２の取得部が取得したヘッド熱量（Ｑ）とに基づき、目標ＥＧＲ率である腐食回避ＥＧＲ率（γｃｒｓ）を決定する決定部として機能することで、これら第１の取得部、第２の取得部および決定部を備える構成となっている。ヘッド熱量（Ｑ）は具体的にはシリンダヘッド（１０１ａ）の受熱量である。

Description

内燃機関の制御装置
　本発明は内燃機関の制御装置に関する。
　内燃機関では、インジェクタのノズルに腐食が発生する場合がある。特許文献１では、噴射ノズルの温度およびＳＯ３の酸露点に基づいて、燃焼室に吸入される吸気に含まれるＳＯ３をＳＯ３の凝縮が回避される量まで低減する技術が開示されている。
特開２０１０－２５５４６２号公報
　一方、ノズルの腐食がＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）に関係していることは知られているところである。
　本発明は、ノズル噴孔の腐食を防止或いは抑制するにあたり、ＥＧＲ率を適切に決定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。
　本発明は内燃機関が備えるインジェクタのノズル先端温度を取得する第１の取得部と、前記内燃機関のシリンダヘッドにおける熱量を取得する第２の取得部と、前記第１の取得部が取得したノズル先端温度と、前記第２の取得部が取得した熱量とに基づき、目標ＥＧＲ率を決定する決定部とを備える内燃機関の制御装置である。
　本発明によれば、ノズル噴孔の腐食を防止或いは抑制するにあたり、ＥＧＲ率を適切に決定できる。
図１は内燃機関の概略構成図である。 図２はインジェクタを示す図である。 図３はノズル先端温度の低下速度の説明図である。 図４は内燃機関の制御の一例を示すフロー図である。 図５（ａ）から図５（ｃ）はＥＧＲの実行例を示す図である。 図６は結露発生条件を示すマップ上でＥＧＲの実行例にあるＥＧＲ率決定要素の推移を示す図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）はｃａｓｅ１、２で設定可能なＥＧＲ率の比較例を示す図である。 図８(ａ)から図８（ｈ）は噴孔の腐食進行のメカニズムを説明する図である。
　まず、噴孔の腐食進行のメカニズムを説明する。図８（ａ）から図８（ｈ）はノズル噴孔（以下、単に噴孔とも称す）の腐食進行のメカニズムを説明する図である。図８（ａ）、図８（ｂ）は噴孔への酸付着のメカニズムを示す。図８（ｃ）から図８（ｅ）は噴孔の腐食のメカニズムを示す。図８（ｆ）から図８（ｈ）は噴孔の壊食（エロージョン）のメカニズムを示す。
　図８（ａ）に示すように、内燃機関１００Ｘの筒内ガスには酸成分（例えばＳＯ３）が含まれている。図８（ｂ）に示すように機関冷却水温が高水温の場合、筒内壁温Ｔｗａｌｌが、ノズル先端温度Ｔｎｚｌよりも先に、露点に到達する。以下、機関停止後、露点に到達するまでの時間を露点到達時間と称する。よって、酸成分は水分とともに酸となって筒内壁部に結露する。結果、噴孔の腐食は防止或いは抑制される。ところが、機関冷却水温が低水温の場合、露点到達時間は筒内壁部よりもノズル先端部のほうが短くなる。このためこの場合には、酸がノズル先端部に結露する。この場合、具体的には次のように酸が噴孔を腐食させる。
　図８（ｃ）に示すように、機関停止後には酸成分を含む筒内ガス（蒸気）が噴孔内に残留した燃料に侵入する。そして、ノズル先端温度が露点を下回ると、図８（ｄ）に示すように燃料中の酸成分が酸となって噴孔に結露する。さらに、図８（ｅ）に示すように酸の結露によって生じた凝縮水は錆を発生させ、噴孔の表面に荒れを生じさせる。露点は具体的には酸露点である。露点は水蒸気の露点を含んでもよい。酸の結露は、水蒸気の結露によって生じた凝縮水に酸成分が溶け込むことで酸を形成した結露であってもよい。
　図８（ｆ）に示すように腐食した部位は、その後内燃機関１００Ｘが始動し、燃料噴射が行われると、図８（ｇ）に示すように噴射燃料で除去される。すると、図８（ｈ）に示すように噴孔の表面には新生面が露出する。その後は同様にして新生面が腐食されることで、腐食が促進される。
　図８（ｂ）を用いて説明したように、ノズル先端温度は酸の結露がノズルに発生するか否かに大きく影響する。このため、図８（ｂ）を用いて前述した原理原則に鑑み、噴孔の腐食を防止或いは抑制することが考えられる。具体的には、ノズル先端温度に基づきＥＧＲを減量或いはカットすることで、腐食の発生を防止或いは抑制することが考えられる。この場合、燃焼ガスの温度を高めることで、ノズル先端温度を高めることができる。結果、内燃機関が停止しても腐食の発生を防止或いは抑制できる。
　ところが、腐食の発生や腐食の度合いはシリンダヘッドが保有する熱量にも依存する。具体的には、ノズル先端温度が同じでも、シリンダヘッドが保有する熱量によっては腐食の発生や腐食の度合いが異なってくる。また、ＥＧＲを減量或いはカットすれば、排気エミッションにも影響する。このため、噴孔の腐食を防止或いは抑制するにあたっては、適切なＥＧＲ率を決定するという点で改善の余地がある。
　本発明の一側面によれば、ノズル噴孔の腐食を防止或いは抑制するための適切なＥＧＲ率を決定する。以下、本発明の実施例を説明する。
　図１は内燃機関１００の概略構成図である。内燃機関１００は、筒内噴射を行う内燃機関、より具体的にはディーゼル内燃機関である。内燃機関１００は４気筒である。内燃機関１００は、シリンダヘッド１０１ａとシリンダブロック１０１ｂを備えたエンジン本体１０１を備え、そのエンジン本体１０１に♯１気筒～♯４気筒を備える。
　燃料噴射装置１は、内燃機関１００に組み込まれている。燃料噴射装置１は、♯１気筒～♯４気筒に対応して、♯１インジェクタ１０７－１～♯４インジェクタ１０７－４を備える。具体的に、♯１気筒には、♯１インジェクタ１０７－１が装着され、♯２気筒には♯２インジェクタ１０７－２が装着されている。♯３気筒には♯３インジェクタ１０７－３が装着され、♯４気筒には♯４インジェクタ１０７－４が装着されている。♯１インジェクタ１０７－１～♯４インジェクタ１０７－４はそれぞれコモンレール１２０に接続され、コモンレール１２０から高圧の燃料が供給される。各インジェクタ１０７は、シリンダヘッド１０１ａに装着されている。各インジェクタ１０７は、シート部を介してシリンダヘッド１０１ａとの間で熱の授受を行う。
　内燃機関１００は、エンジン本体１０１に取り付けられたインテークマニホールド１０２、エキゾーストマニホールド１０３を備える。インテークマニホールド１０２には吸気管１０４が接続されている。エキゾーストマニホールド１０３には排気管１０５が接続されている。
　内燃機関１００は外部ＥＧＲ装置１１０を備えている。外部ＥＧＲ装置１１０はＥＧＲ通路１１１、ＥＧＲバルブ１１２、ＥＧＲクーラ１１３、バイパス通路１１４およびバイパスバルブ１１５を備えている。ＥＧＲ通路１１１の一端は、エキゾーストマニホールド１０３に接続されている。ＥＧＲ通路１１１の他端は、吸気管１０４に接続されている。ＥＧＲ通路１１１には、排気ガス（ＥＧＲガス）の流通状態を制御するＥＧＲバルブ１１２が設けられている。ＥＧＲ通路１１１には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１１３が設けられている。ＥＧＲ通路１１１には、ＥＧＲクーラ１１３をバイパスするバイパス通路１１４が設けられている。ＥＧＲ通路１１１には、ＥＧＲ通路１１１およびバイパス通路１１４のうちいずれかにＥＧＲガスの流通経路を決定するバイパスバルブ１１５が設けられている。外部ＥＧＲ装置１１０は少なくともＥＧＲ通路１１１とＥＧＲバルブ１１２とを備える構成であってもよい。
　吸気管１０４には、エアフロメータ１０６が接続されている。エアフロメータ１０６は、ＥＣＵ１５０に電気的に接続されている。ＥＣＵ１５０には、インジェクタ１０７－ｉ（ｉは気筒番号を示す）、具体的に、♯１インジェクタ１０７－１から♯４インジェクタ１０７－４が電気的に接続されている。ＥＣＵ１５０は、内燃機関の制御装置に相当し、後に詳述する各種制御を行う。
　ＥＣＵ１５０には、内燃機関１００の回転数ＮＥを測定するＮＥセンサ１６１、冷却水の水温Ｔｗを測定する水温センサ１６２、外気温Ｔａを測定する外気温センサ１６３が電気的に接続されている。また、ＥＣＵ１５０には、ＥＧＲ率マップ、結露判定マップ、その他のマップ類が格納されている。ＥＧＲ率マップには、ベースＥＧＲ率γｂａｓｅが設定されたベースＥＧＲ率マップと、腐食回避ＥＧＲ率γｃｒｓが設定された腐食回避ＥＧＲ率マップとの２種類がある。ＥＣＵ１５０は、内燃機関周辺の種々の制御を行う。
　内燃機関１００に装着されたインジェクタ１０７を示す図２を参照すると、インジェクタ１０７は、先端部にノズル１０７ａを備えている。ノズル１０７ａには、噴孔が設けられている。このようなノズル１０７ａの先端部に酸が結露し、付着すると腐食が発生する可能性がある。噴孔の周辺が腐食すると、噴孔の噴孔径が変化する可能性がある。噴孔径が変化すると、燃料噴射に影響を与えることになる。
　そこで、ＥＣＵ１５０は、噴孔の腐食と排気エミッションとを考慮したＥＧＲ率を決定する。ＥＧＲ率は排気再循環で還流される排気ガスの量が筒内に吸入されるガス全体の量に占める割合である。ＥＣＵ１５０は具体的には、次に説明するノズル先端温度Ｔｎｚｌとヘッド熱量Ｑとに基づいてＥＧＲ率を決定する。図３はノズル先端温度Ｔｎｚｌの低下速度の説明図である。実線はシリンダヘッド１０１ａが保有する熱量が相対的に大きい場合を示し、破線はシリンダヘッド１０１ａが保有する熱量が相対的に小さい場合を示す。
　ここで、機関停止時のノズル先端温度Ｔｎｚｌが同じであっても、シリンダヘッド１０１ａが保有する熱量によっては、機関停止後のノズル先端温度Ｔｎｚｌの低下速度は異なってくる。具体的には、実線の場合には破線の場合と比較して、ノズル１０７ａからシリンダヘッド１０１ａへの放熱は小さくなる。このため、実線の場合のほうが破線の場合よりもシリンダヘッド１０１ａヘの放熱速度が遅い分、機関停止後のノズル先端温度Ｔｎｚｌの低下速度は遅くなる。結果、実線の場合のほうが破線の場合よりも、露点到達時間ｔは長くなる。
　実線と破線とでノズル先端温度Ｔｎｚｌの低下速度が異なるのは、機関停止前のノズル受熱量が異なるためと考えられる。図３を参照すると、実線と破線とでは、ノズル先端温度Ｔｎｚｌの履歴が異なっている。結果、図３中、ハッチングを施して示した分だけ、実線の方が破線よりもノズル受熱量が多い。そして、このノズル受熱量の差が、機関停止後のノズル先端温度Ｔｎｚｌの低下速度の差として現れていると考えられる。
　かかる現象は、換言すれば、シリンダヘッド１０１ａの熱量（より具体的にはここでは受熱量）であるヘッド熱量Ｑの差が、機関停止後のノズル先端温度Ｔｎｚｌの低下速度の差として現れているといえる。本発明において、「シリンダヘッドにおける熱量」は、ヘッド熱量Ｑである場合だけでなく、ノズル受熱量である場合や、ヘッド熱量Ｑおよびノズル受熱量である場合を含む。
　以下、図４を参照しつつ、内燃機関１００の制御の一例について説明する。図４は内燃機関１００の制御の一例を示すフロー図である。内燃機関１００の制御はＥＣＵ１５０によって行われる。
　まず、ステップＳ１では、内燃機関１００の運転状態を取得する。具体的には、回転数ＮＥ、噴射時期ＩＴ、噴射量Ｑｖ、水温Ｔｗおよび外気温Ｔａを取得する。次にステップＳ２では、ノズル先端温度Ｔｎｚｌを算出する。ここで、ノズル先端温度Ｔｎｚｌは、その時点時点、すなわち、瞬時のノズル先端温度である。ノズル先端温度Ｔｎｚｌは、一例として、以下の式１によって算出、推定される。
Ｔｎｚｌ
＝ｆ（ＮＥ、ＩＴ、Ｑｖ、Ｔｗ）
＝ａ・ＮＥ＋ｂ・ＩＴ＋ｃ・Ｑｖ＋ｄ・Ｔｗ＋ｅ　　　式１
第１項から第３項までは燃焼ガスからの受熱の影響を示し、第４項は放熱の影響を示す。ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは定数である。
　ステップＳ３では、シリンダヘッド１０１ａの温度であるヘッド温度Ｔｈｅａｄを算出する。ヘッド温度Ｔｈｅａｄは瞬時のヘッド温度である。ヘッド温度Ｔｈｅａｄは、一例として、以下の式２によって算出、推定される。
Ｔｈｅａｄ
＝ｆ（ＮＥ、ＩＴ、Ｑｖ、Ｔｗ）
＝ｆ・ＮＥ＋ｇ・ＩＴ＋ｈ・Ｑｖ＋ｉ・Ｔｗ＋ｊ　　　式２
第１項から第３項までは燃焼ガスからの受熱の影響を示し、第４項は放熱の影響を示す。ｆ、ｇ、ｈ、ｉおよびｊは定数である。
　ステップＳ４では、ヘッド熱量Ｑを算出する。ヘッド熱量Ｑは具体的には、シリンダヘッド１０１ａの受熱量である。ヘッド熱量Ｑは、ヘッド温度Ｔｈｅａｄから算出、推定される瞬時のシリンダヘッド１０１ａの熱量と、それまでの蓄熱量とから求めることができる。ヘッド熱量Ｑは一例として、以下の式３によって算出、推定される。
Ｑｉ
＝ｆ（Ｔｈｅａｄ、Ｑｉ－１）
＝ｋ・Ｔｈｅａｄ＋Ｑｉ－１　　式３
ここで、ｋは定数である。第１項は瞬時のシリンダヘッド１０１ａの熱量を示し、第２項はそれまでの蓄熱量を示す。
　ステップＳ５では、ベースＥＧＲ率γｂａｓｅを決定する。ベースＥＧＲ率γｂａｓｅは第１の目標ＥＧＲ率であり、燃焼要求に応じたＥＧＲ率である。ベースＥＧＲ率γｂａｓｅでＥＧＲを行うことで、排気改善が図られる。ベースＥＧＲ率γｂａｓｅは一例として、以下の式４によって決定される。式４はベースＥＧＲ率マップに基づきベースＥＧＲ率γｂａｓｅを決定する過程を式で表現したものである。一例として、ベースＥＧＲ率マップでは、機関運転状態、具体的には回転数ＮＥ、噴射量Ｑｖ、水温Ｔｗおよび外気温Ｔａに応じてベースＥＧＲ率γｂａｓｅを設定できる。
γｂａｓｅ＝ｆ（Ｔｗ、Ｔａ、ＮＥ、Ｑｖ）　　式４
　ステップＳ６では、腐食回避ＥＧＲ率γｃｒｓを決定する。腐食回避ＥＧＲ率γｃｒｓは第２の目標ＥＧＲ率であり、噴孔の腐食を回避するためのＥＧＲ率である。腐食回避ＥＧＲ率γｃｒｓには、噴孔の腐食を回避可能な範囲内で最大のＥＧＲ率が設定されている。腐食回避ＥＧＲ率γｃｒｓは一例として、以下の式５によって決定される。式５は腐食回避ＥＧＲ率マップに基づき腐食回避ＥＧＲ率γｃｒｓを決定する過程を式で表現したものである。腐食回避ＥＧＲ率マップでは、ノズル先端温度Ｔｎｚｌとヘッド熱量Ｑとに応じて腐食回避ＥＧＲ率γｃｒｓを設定できる。
γｃｒｓ＝ｆ（Ｔｎｚｌ、Ｑｉ）　　式５
　ステップＳ７では、ベースＥＧＲ率γｂａｓｅが腐食回避ＥＧＲ率γｃｒｓよりも小さいか否かを判定する。そして、肯定判定であればステップＳ８に進み、否定判定であればステップＳ９に進む。ステップＳ８では、ベースＥＧＲ率γｂａｓｅを最終ＥＧＲ率γｆとする。ステップＳ９では、腐食回避ＥＧＲ率γｃｒｓを最終ＥＧＲ率γｆとする。すなわち、ベースＥＧＲ率γｂａｓｅと腐食回避ＥＧＲ率γｃｒｓとのうち小さい方の目標ＥＧＲ率を最終ＥＧＲ率γｆとする。最終ＥＧＲ率γｆは、ＥＧＲを行う際に実際に適用する目標ＥＧＲ率である。
　ＥＣＵ１５０はステップＳ２でノズル先端温度Ｔｎｚｌを算出することで、ノズル先端温度Ｔｎｚｌを取得する第１の取得部として機能する。ＥＣＵ１５０は、ステップＳ４でヘッド熱量Ｑを算出することで、ヘッド熱量Ｑを取得する第２の取得部として機能する。ＥＣＵ１５０は、ステップＳ６でノズル先端温度Ｔｎｚｌとヘッド熱量Ｑとに基づき、腐食回避ＥＧＲ率γｃｒｓを決定する決定部として機能する。
　決定部としてのＥＣＵ１５０は、さらにステップＳ５で機関運転状態に応じてベースＥＧＲ率γｂａｓｅを決定するとともに、ステップＳ７からステップＳ９でベースＥＧＲ率γｂａｓｅと腐食回避ＥＧＲ率γｃｒｓとのうち小さい方の目標ＥＧＲ率を最終ＥＧＲ率γｆとする。これにより、噴孔の腐食が回避可能な場合には、燃焼要求に応じたＥＧＲ率でＥＧＲを行うことができる。
　このように、腐食回避ＥＧＲ率γｃｒｓを決定することで、噴孔の腐食を防止或いは抑制しつつ、排気エミッションへの影響を最小限に留めることができる。結果、ノズル先端温度Ｔｎｚｌが低くても（水温Ｔｗが低くても）、ヘッド熱量Ｑが高ければＥＧＲを減量或いはカットせずに済ませることができる。次にこの点についてさらに説明する。
　図５（ａ）から図５（ｃ）はＥＧＲの実行例を示す図である。図５（ａ）では回転数ＮＥの変化を示す。図５（ｂ）では水温Ｔｗとヘッド熱量Ｑの変化を示す。図５（ｃ）ではＥＧＲ量の変化を示す。図５（ｂ）では、ＥＧＲ率決定要素としてノズル先端温度Ｔｎｚｌの代わりに水温Ｔｗを示す。これは、ノズル先端温度Ｔｎｚｌが水温Ｔｗに比例するためである。この点、ＥＧＲ率決定要素として水温Ｔｗを計測することも、ノズル先端温度Ｔｎｚｌを取得することに含まれる。図５（ａ）から図５（ｃ）間で横軸の時間は共通である。
　図６は結露発生条件を示すマップ上で、図５（ｂ）に示すＥＧＲ率決定要素の推移を示す図である。図５（ｃ）および図６では、ＥＧＲ率決定要素を水温Ｔｗおよびヘッド熱量Ｑとする場合ｃａｓｅ１を実線で示し、ＥＧＲ率決定要素を水温Ｔｗとする場合ｃａｓｅ２を破線で併せて示す。図６に示すマップでは、ノズル先端温度Ｔｎｚｌとヘッド熱量Ｑとに応じて結露発生領域と結露回避領域とを設定している。
　図５（ａ）に示すように内燃機関１００が運転されると、図５（ｂ）に示すように水温Ｔｗは高まり、ヘッド熱量Ｑは大きくなる。図５（ｂ）に示すように、区間Ａではヘッド熱量ＱがＥＧＲ導入閾値を上回る。このため、図５（ｃ）に示すように、ｃａｓｅ１では区間ＡでＥＧＲの導入が可能になる。
　図５（ｂ）に示すように、区間Ｂでは水温ＴｗもＥＧＲ導入閾値を上回っている。ところが、図６に示すように、ｃａｓｅ２ではＥＧＲ率決定要素が区間Ｂで結露発生領域にある。このため、図５（ｂ）に示すように、ｃａｓｅ２では噴孔の腐食発生を回避するためにｃａｓｅ１と比較してＥＧＲ量が制限される。
　逆に言えば、水温Ｔｗおよびヘッド熱量ＱをＥＧＲ率決定要素とするｃａｓｅ１では、区間Ｂでｃａｓｅ２よりもＥＧＲ量を増量することができる。これは、図６に示すように、ｃａｓｅ１ではＥＧＲ率決定要素が区間Ｂで結露回避領域にあると判断できるためである。図６に示すように、区間Ｃではｃａｓｅ１、２ともに、ＥＧＲ率決定要素が結露回避領域にある。このため、図５（ｂ）に示すように、区間Ｃではｃａｓｅ１、２ともにＥＧＲ量を同様に増量できる。
　図７（ａ）、図７（ｂ）はｃａｓｅ１、２で設定可能なＥＧＲ率の比較例を示す図である。図７（ａ）はｃａｓｅ２で設定可能なＥＧＲ率の例を示す。図７（ｂ）はｃａｓｅ１で設定可能なＥＧＲ率の例を示す。図７（ａ）、図７（ｂ）では水温Ｔｗを併せて示す。図７（ａ）では、ベースＥＧＲ率γｂａｓｅを破線で併せて示す。
　図７（ａ）に示すように、ｃａｓｅ２では水温ＴｗがＥＧＲ導入閾値を上回ったときにＥＧＲの導入が開始される。ｃａｓｅ２では、噴孔の腐食を回避するために、ベースＥＧＲ率γｂａｓｅよりもＥＧＲ率を低く設定する。図７（ｂ）に示すように、ｃａｓｅ１ではヘッド熱量Ｑが十分大きければ、水温ＴｗがＥＧＲ導入閾値を上回る前にＥＧＲの導入を開始できる。結果、ＥＧＲ実行領域を拡大できる。また、水温ＴｗがＥＧＲ導入閾値を上回った後には、ベースＥＧＲ率γｂａｓｅよりもＥＧＲ率を低く設定しなくて済む。すなわち、ベースＥＧＲ率γｂａｓｅでＥＧＲを行うことができる。したがって、ｃａｓｅ１ではｃａｓｅ２よりもＥＧＲ量を増量できる。
　このように、ｃａｓｅ１はｃａｓｅ２と比較して噴孔の腐食を回避しつつ、ＥＧＲ量を増量することができる。したがって、ＥＣＵ１５０は噴孔の腐食を防止或いは抑制するにあたり、排気への影響を最小限に留めることができる点で、ＥＧＲ率を適切に決定できる。
　上記実施形態は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、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。
　　内燃機関　　　　　　　　１００、１００Ｘ
　　シリンダヘッド　　　　　１０１ａ
　　インジェクタ　　　　　　１０７
　　外部ＥＧＲ装置　　　　　１１０
　　ＥＧＲ通路　　　　　　　１１１
　　ＥＧＲバルブ　　　　　　１１２
　　ＥＧＲクーラ　　　　　　１１３
　　バイパス通路　　　　　　１１４
　　バイパスバルブ　　　　　１１５
　　ＥＣＵ　　　　　　　　　１５０
　

Claims (6)

  1. 内燃機関が備えるインジェクタのノズル先端温度を取得する第１の取得部と、
    　前記内燃機関のシリンダヘッドにおける熱量を取得する第２の取得部と、
    　前記第１の取得部が取得したノズル先端温度と、前記第２の取得部が取得した熱量とに基づき、目標ＥＧＲ率を決定する決定部とを備える内燃機関の制御装置。
  2. 前記決定部は、前記ノズル先端温度と前記熱量とに基づき、前記ノズル先端の噴孔に腐食が発生するのを回避できる腐食回避ＥＧＲ率を求め、該腐食回避ＥＧＲ率と燃焼要求に応じたベースＥＧＲ率とに基づき、前記目標ＥＧＲ率を決定する請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記決定部は、前記ベースＥＧＲ率と前記腐食回避ＥＧＲ率のうちの小さい方を前記目標ＥＧＲ率と決定する請求項２に記載の制御装置。
  4. 前記決定部は、前記ノズル先端温度と前記熱量とに基づき、前記ノズル先端の噴孔に結露が発生すると判断した場合には、燃焼要求に応じたベースＥＧＲ率よりも目標ＥＧＲ率を低く設定する請求項１記載の制御装置。
  5. 前記決定部は、前記ノズル先端温度と前記熱量とに基づき、前記ノズル先端の噴孔に結露が発生しないと判断した場合には、燃焼要求に応じたベースＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に設定する請求項１記載の制御装置。
  6. 前記決定部は、前記ノズル先端温度と前記熱量とに応じた前記腐食回避ＥＧＲ率を設定するマップを参照する請求項２に記載の制御装置。
    　
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