(57)【要約】【課題】エンジンにおける気体を冷却する際の凝縮水の発生を抑制する気体用冷却システム、及びその制御方法を提供する。【解決手段】気体用クーラー１１、冷媒用ラジエータ１２、及び冷媒用ポンプ１３を備える気体用冷却システム１０は、温度調節装置１４と、制御用温度取得装置２０と、パラメータ取得装置（２１〜２７）と、制御装置２８とを備え、パラメータ取得装置（２１〜２７）が取得したパラメータに応じて推定された気体用クーラー１１を通過する吸気Ａ３に含まれる水の飽和温度Ｔｗ及び制御用温度取得装置２０が取得した冷媒Ｗ１の温度Ｔｘに基づいて、制御装置２８により、温度調節装置１４に温度Ｔｘを調節させて、その温度Ｔｘを飽和温度Ｔｗよりも高い温度にして吸気Ａ３を冷却する制御を行う構成にした。【選択図】図１
2020070781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにおける気体を冷却する気体用クーラーと、この気体用クーラーの冷媒が通過する冷媒用ラジエータと、その冷媒を循環させる冷媒用ポンプと、を備える気体用冷却システムにおいて、
前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度を調節する温度調節装置と、前記気体用クーラーで冷却された前記気体の温度又は前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度のうちのどちらか一方を制御用温度として取得する制御用温度取得装置と、前記気体用クーラーを通過する前記気体に含まれる水の飽和温度の推定に関するパラメータを取得するパラメータ取得装置と、前記温度調節装置、前記制御用温度取得装置、及び、前記パラメータ取得装置に接続される制御装置と、を備え、
前記パラメータ取得装置が取得したパラメータに応じて推定された前記飽和温度及び前記制御用温度取得装置が取得した前記制御用温度に基づいて、前記制御装置により、前記温度調節装置に前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度を調節させて、前記制御用温度を前記飽和温度よりも高い温度にして前記気体を冷却する制御を行う構成にしたことを特徴とする気体用冷却システム。
【請求項２】
前記温度調節装置は、前記冷媒用ラジエータをバイパスするバイパス流路と、このバイパス流路及び前記冷媒用ラジエータが中途位置に存在するラジエータ流路とのそれぞれの流路を流れる前記冷媒の流量を調節する流量調節装置とを有する請求項１に記載の気体用冷却システム。
【請求項３】
前記気体は、前記エンジンの吸気通路に外部から流入する新気と前記エンジンの排気通路から前記気体用クーラーよりも上流側の前記吸気通路に再循環する再循環ガスとが混合した吸気であり、
前記パラメータ取得装置は、前記パラメータとして、前記新気に含まれる水の物質量と、前記再循環ガスに含まれる水の物質量と、前記気体の全物質量と、前記気体用クーラーを通過時における前記吸気の圧力とを取得する装置である請求項１又は２に記載の気体用冷却システム。
【請求項４】
前記制御用温度が前記飽和温度以下の状態が所定時間継続する場合に、前記制御装置により、前記気体における前記再循環ガスの割合を低減して、前記飽和温度を下げる制御を行う構成にした請求項３に記載の気体用冷却システム。
【請求項５】
冷媒用ポンプにより冷媒を循環させて、冷媒用ラジエータにより冷却された冷媒を供給した気体用クーラーによりエンジンにおける気体を冷却する気体用冷却システムの制御方法において、
前記気体用クーラーで冷却された前記気体の温度又は前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度のうちのどちらか一方からなる制御用温度と、前記気体用クーラーを通過する前記気体に含まれる水の飽和温度の推定に関するパラメータとを取得し、
取得したそのパラメータに基づいて前記飽和温度を推定し、
取得した前記制御用温度と推定した前記飽和温度とに基づいて、温度調節装置により、前記気体用クーラーに供給する前記冷媒の温度を調節して、前記制御用温度を前記飽和温度よりも高い温度にして前記気体を冷却することを特徴とする気体用冷却システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体用冷却システム及びその制御方法に関し、より詳細には、エンジンにおける燃費性能と排ガス性能とを向上する気体用冷却システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンにおける気体を冷却するシステムとして、冷媒をポンプからインタークーラーを介してラジエータに流通させる冷却水路と、冷媒をポンプからインタークーラーを介した後にラジエータをバイパスしてポンプに還流させるバイパス流路とを備えた装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の装置は、冷却水路とバイパス流路のそれぞれを流れる冷却水の流量を調節することで、インタークーラーを通過した後の吸気温度を所定範囲内に収めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１０４３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の装置のインタークーラーにおいては、吸気の温度が飽和温度を下回ると内部に凝縮水が生じるおそれがある。インタークーラーの内部に生じる凝縮水は、インタークーラーの内部を腐食させる要因となっている。
【０００５】
本開示の目的は、エンジンにおける気体を冷却する際の凝縮水の発生を抑制する気体用冷却システム及びその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成する本発明の一態様の気体用冷却システムは、エンジンにおける気体を冷却する気体用クーラーと、この気体用クーラーの冷媒が通過する冷媒用ラジエータと、その冷媒を循環させる冷媒用ポンプと、を備える気体用冷却システムにおいて、前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度を調節する温度調節装置と、前記気体用クーラーで冷却された前記気体の温度又は前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度のうちのどちらか一方を制御用温度として取得する制御用温度取得装置と、前記気体用クーラーを通過する前記気体に含まれる水の飽和温度の推定に関するパラメータを取得するパラメータ取得装置と、前記温度調節装置、前記制御用温度取得装置、及び、前記パラメータ取得装置に接続される制御装置と、を備え、前記パラメータ取得装置が取得したパラメータに応じて推定された前記飽和温度及び前記制御用温度取得装置が取得した前記制御用温度に基づいて、前記制御装置により、前記温度調節装置に前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度を調節させて、前記制御用温度を前記飽和温度よりも高い温度にして前記気体を冷却する制御を行う構成にしたことを特徴とする。
【０００７】
上記の目的を達成する本発明の一態様の気体用冷却システムの制御方法は、冷媒用ポンプにより冷媒を循環させて、冷媒用ラジエータにより冷却された冷媒を供給した気体用クーラーによりエンジンにおける気体を冷却する気体用冷却システムの制御方法において、前記気体用クーラーで冷却された前記気体の温度又は前記気体用クーラーに供給される前記冷媒の温度のうちのどちらか一方からなる制御用温度と、前記気体用クーラーを通過する前記気体に含まれる水の飽和温度の推定に関するパラメータとを取得し、取得したそのパラメータに基づいて前記飽和温度を推定し、取得した前記制御用温度と推定した前記飽和温度とに基づいて、温度調節装置により、前記気体用クーラーに供給する前記冷媒の温度を調節して、前記制御用温度を前記飽和温度よりも高い温度にして前記気体を冷却することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、エンジンにおける気体を冷却する際の凝縮水の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】気体用冷却システムの第一実施形態を例示する構成図である。
【図２】気体用冷却システムの制御方法を例示するフロー図の一部である。
【図３】図２のＳ１７０から分岐するフロー図である。
【図４】気体用冷却システムの第一実施形態における冷媒の温度とラジエータ流路を流れる冷媒の流量との関係を例示した関係図である。
【図５】気体用冷却システムの第一実施形態における水蒸気圧と温度と飽和水蒸気圧線との関係を例示した関係図である。
【図６】気体用冷却システムの第二実施形態を例示する構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、気体用冷却システム１０の実施形態について、図面を参照して説明する。図中では、Ｗ１が冷媒を示し、Ｗ２がエンジン用冷却水を示し、Ａ１が新気を示し、Ａ２が過給前の吸気を示し、Ａ３が過給後で且つ冷却前の吸気を示し、Ａ３が冷却後の吸気を示し、Ｇ１が排気を示し、Ｇ２、Ｇ３が再循環ガスを示す。また、流路における冷却水の流れている状況を太線とし、冷却水の流れが止まっている状況と区別することとする。
【００１１】
図１に例示するように、第一実施形態の気体用冷却システム１０は、新気Ａ１及び再循環ガスＧ２が混合された後に過給された吸気Ａ３を冷却する水冷式のシステムである。気体用冷却システム１０は、冷媒Ｗ１としてエンジン用冷却システム３で用いられるエンジン用冷却水Ｗ２と同様の冷却水を用いるものが例示される。
【００１２】
気体用冷却システム１０は、エンジン１を冷却するエンジン用冷却システム３に対して独立したシステムであり、気体用クーラー１１、冷媒用ラジエータ１２、冷媒用ポンプ１３、及び温度調節装置１４を備える。また、気体用冷却システム１０は、制御用温度取得装置２０と、パラメータ取得装置として機能する湿度センサ２１、流量センサ２２、燃料噴射量取得装置２３、排気用濃度センサ２４、吸気用濃度センサ２５、圧力センサ２６、及び、気体用温度センサ２７と、それらのセンサに接続される制御装置２８とを備える。
【００１３】
気体用クーラー１１は、吸気通路４の中途位置に配置されて、その内部を冷媒Ｗ１が流れることにより吸気通路４を流れる吸気Ａ３を冷却するクーラーである。気体用クーラー１１で冷却される吸気Ａ３としては、図示しないエアクリーナーを介して外部から吸気通路４に導入された新気Ａ１、あるいはその新気Ａ１に排気通路５から低圧排気再循環システム６Ａを介して吸気通路４に再循環された再循環ガスＧ２が混合された吸気Ａ２のどちらか一方が過給されたものが例示される。
【００１４】
冷媒用ラジエータ１２は、車速風と後続のエンジン用冷却ファン３Ａによる冷却風とを利用して内部を通過する冷媒Ｗ１を冷却する。冷媒用ラジエータ１２は、その内部を流れる冷媒Ｗ１をエンジン用冷却システム３のエンジン用ラジエータ３Ｂの内部を流れるエンジン用冷却水Ｗ２よりも低い温度まで冷却するように構成される。具体的に、冷媒用ラジエータ１２は、エンジン用ラジエータ３Ｂに対して車両の前後方向に関して前方側に、あるいは車両の左右方向又は上下方向に関して並列に配置され、エンジン用ラジエータ３Ｂと熱交換した後の風が当たらないようにすることが好ましい。
【００１５】
冷媒用ポンプ１３は、図示しないバッテリから電力が供給された駆動する電動モータ１５に接続され、電動モータ１５から出力される回転動力により駆動して、冷媒Ｗ１を循環させる。冷媒用ポンプ１３としては、エンジン用冷却システム３のポンプ３Ｃと同様にクランクシャフト７Ａに無端状のベルトやチェーンなどの動力伝達機構７Ｂを介して連結されて、エンジン１から出力される回転動力により駆動する機械式のポンプも例示される。
【００１６】
温度調節装置１４は、気体用クーラー１１に供給される冷媒Ｗ１の温度を調節する装置であり、ラジエータ流路１６、バイパス流路１７、及び、流量調節装置１８を有する。ラジエータ流路１６は気体用クーラー１１、冷媒用ラジエータ１２、及び、冷媒用ポンプ１３が配管により環状に配置された流路である。バイパス流路１７は、ラジエータ流路１６における気体用クーラー１１の下流側及び冷媒用ラジエータ１２の上流側の間から分岐して気体用クーラー１１の上流側及び冷媒用ラジエータ１２の下流側の間で合流して冷媒用ラジエータ１２をバイパスする流路である。流量調節装置１８は、ラジエータ流路１６及びバイパス流路１７のそれぞれを流れる冷媒Ｗ１の流量を調節する装置である。流量調節装置１８としては、電磁制御式の三方弁が例示される。なお、流量調節装置１８は、気体用冷却システム１０における冷媒Ｗ１の流路を、バイパス流路１７を遮断してラジエータ流路１６のみを開放した状態、ラジエータ流路１６を遮断してバイパス流路１７のみを開放した状態、あるいは、両方の流路を開放した状態のいずれかの状態にする。
【００１７】
制御用温度取得装置２０は、制御用温度として気体用クーラー１１に供給される冷媒Ｗ１の温度Ｔｘを取得するセンサである。制御用温度取得装置２０は、気体用クーラー１１に供給される直前の冷媒Ｗ１の温度Ｔｘを取得可能であればよく、気体用クーラー１１及び流量調節装置１８の間の流路に介在させればよい。
【００１８】
パラメータ取得装置として機能する湿度センサ２１、流量センサ２２、燃料噴射量取得装置２３、排気用濃度センサ２４、吸気用濃度センサ２５、圧力センサ２６、及び、気体用温度センサ２７は、気体用クーラー１１を通過する吸気Ａ３に含まれる水（水蒸気）の飽和温度Ｔｗの推定に関するパラメータを取得する装置である。この推定に関するパラメータは、吸気Ａ３に含まれる水の圧力（水蒸気圧）Ｐｗを推定可能なパラメータであり、より具体的に、新気Ａ１に含まれる水の物質量ｎ１（ｍｏｌ）、再循環ガスＧ２に含まれる水の物質量ｎ２（エンジン１における燃料の燃焼により生じた水のうち低圧排気再循環システム６Ａによる再循環で新気Ａ１に混合される水の物質量）、吸気Ａ２の全物質量ｎ３、及び、吸気Ａ３の圧力Ｐａである。
【００１９】
湿度センサ２１は、外部から吸気通路４に導入された新気Ａ１の湿度Ｘａを取得するセンサであり、外気の湿度を取得するセンサで構成されてもよい。湿度Ｘａとしては、容積絶対湿度、質量絶対湿度、及び、相対湿度が例示される。流量センサ２２は、外部から吸気通路４に導入された新気Ａ１の新気流量Ｑａを取得するセンサである。新気流量Ｑａとしては、体積流量や質量流量が例示される。
【００２０】
燃料噴射量取得装置２３は、エンジン１の燃料噴射装置８から気筒２に噴射される燃料噴射量Ｑｅを取得する装置である。燃料噴射量取得装置としては、図示しないアクセルペダルの踏み込み量から燃料噴射量Ｑｅを算出して、燃料噴射装置８を制御するエンジン用制御装置が例示される。燃料噴射量取得装置２３としては、燃料噴射量Ｑｅを取得できればよく、そのアクセルペダルの踏み込み量を取得する装置を用いてもよい。
【００２１】
排気用濃度センサ２４は、排気Ｇ１に含有される二酸化炭素の濃度である排気用濃度ρｇを取得するセンサであり、排気通路５における排気Ｇ１の流れに関してターボチャージャー９のタービン９Ａの上流側に配置される。吸気用濃度センサ２５は、吸気Ａ２に含有される二酸化炭素の濃度である吸気用濃度ρａを取得するセンサであり、吸気通路４における低圧排気再循環システム６Ａの合流地点及びターボチャージャー９のコンプレッサ９Ｂの間に介在する。
【００２２】
圧力センサ２６は、気体用クーラー１１を通過する吸気Ａ３の圧力Ｐａを取得するセンサであり、吸気通路４におけるコンプレッサ９Ｂ及び気体用クーラー１１の間に介在する。気体用温度センサ２７は、吸気Ａ２の温度Ｔａを取得するセンサであり、吸気通路４における低圧排気再循環システム６Ａの合流地点及びコンプレッサ９Ｂの間に介在する。
【００２３】
制御装置２８は、各種情報処理を行う中央演算装置（ＣＰＵ）、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。制御装置２８は、流量調節装置１８、制御用温度取得装置２０、湿度センサ２１、流量センサ２２、燃料噴射量取得装置２３、排気用濃度センサ２４、吸気用濃度センサ２５、圧力センサ２６、及び、気体用温度センサ２７と電気的に接続される。この実施形態で、制御装置２８は、燃料噴射量Ｑｅを取得する燃料噴射量取得装置２３として機能するエンジン用制御装置と別体の装置を例示したが、制御装置２８とエンジン用制御装置とが一体の装置で構成されてもよい。
【００２４】
制御装置２８は、機能要素として、推定部２９、第一制御部３０、及び、第二制御部３１を有する。各機能要素は、プログラムとして内部記憶装置に記憶されていて、適時、中央演算装置により実行されている。なお、各機能要素としては、プログラムの他にそれぞれが独立して機能するプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）や電気回路で構成されてもよい。
【００２５】
推定部２９は、パラメータ取得装置が取得したパラメータが入力されて、気体用クーラー１１を通過する吸気Ａ３に含まれる水の飽和温度Ｔｗを推定し、推定したその飽和温度Ｔｗを第一制御部３０に出力する機能要素である。推定部２９は、個々の機能要素として第一物質量推定部２９ａ、第二物質量推定部２９ｂ、水蒸気圧推定部２９ｃ、及び、飽和温度推定部２９ｄを有する。
【００２６】
第一物質量推定部２９ａは、湿度センサ２１が取得した湿度Ｘａ及び流量センサ２２が取得した新気流量Ｑａが入力されて、新気Ａ１に含まれる水の物質量ｎ１を推定し、推定したその物質量ｎ１を水蒸気圧推定部２９ｃに出力する機能要素である。
【００２７】
第二物質量推定部２９ｂは、流量センサ２２が取得した新気流量Ｑａ、燃料噴射量取得装置２３が取得した燃料噴射量Ｑｅ、排気用濃度センサ２４が取得した排気用濃度ρｇ、吸気用濃度センサ２５が取得した吸気用濃度ρａが入力されて、再循環ガスＧ２に含まれる水の物質量ｎ２を推定し、推定したその物質量ｎ２を水蒸気圧推定部２９ｃに出力する機能要素である。
【００２８】
具体的に、第二物質量推定部２９ｂは、燃料噴射量Ｑｅと燃料噴射装置８から噴射された燃料が完全燃焼したと見做した化学反応モデルとを用いて、気筒２から排気通路５に排出された排気Ｇ１に含まれる水の物質量ｎ４を推定する。次いで、第二物質量推定部２９ｂは、排気用濃度ρｇ及び吸気用濃度ρａと、既知である空気における二酸化炭素の濃度ρｏとを用いて、吸気Ａ２の中に占める再循環ガスＧ２の割合Ｒｅを推定する。本開示で、吸気Ａ２に中に占める再循環ガスＧ２の割合Ｒｅは、高圧排気再循環システム６Ｂにより再循環される再循環ガスＧ３を含まず、低圧排気再循環システム６Ａにより再循環される再循環ガスＧ２のみの割合を示す。次いで、第二物質量推定部２９ｂは、新気流量Ｑａ及び吸気Ａ２の中に占める再循環ガスＧ２の割合Ｒｅに基づいて、再循環ガスＧ２の流量である再循環流量Ｑｇを推定する。次いで、第二物質量推定部２９ｂは、推定した排気Ｇ１に含まれる水の物質量ｎ４と、推定した再循環流量Ｑｇとに基づいて、再循環ガスＧ２に含まれる水の物質量ｎ２を推定する。
【００２９】
水蒸気圧推定部２９ｃは、流量センサ２２が取得した新気流量Ｑａ、圧力センサ２６が取得した圧力Ｐａと、気体用温度センサ２７が取得した温度Ｔａと、第一物質量推定部２９ａが推定した物質量ｎ１と、第二物質量推定部２９ｂが推定した物質量ｎ２及び再循環流量Ｑｇと、が入力される。水蒸気圧推定部２９ｃは、入力された値に基づいて吸気Ａ３の水蒸気圧Ｐｗを推定し、推定した水蒸気圧Ｐｗを飽和温度推定部２９ｄに出力する機能要素である。
【００３０】
具体的に、水蒸気圧推定部２９ｃは、新気流量Ｑａ、再循環流量Ｑｇ、温度Ｔａ、及び予め設定された標準圧力（１０１３ｈＰａ（１ａｔｍ））に基づいて、コンプレッサ９Ｂにより過給される前の吸気Ａ２の全物質量ｎ３を推定する。次いで、水蒸気圧推定部２９ｃは、推定した全物質量ｎ３を用いて、吸気Ａ２（吸気Ａ３）における水のモル分率（（ｎ１＋ｎ２）／ｎ３）を推定する。次いで、水蒸気圧推定部２９ｃは、吸気Ａ３における水のモル分率と圧力Ｐａとを乗算して、気体用クーラー１１を通過する吸気Ａ３の水蒸気圧Ｐｗを推定する。
【００３１】
飽和温度推定部２９ｄは、水蒸気圧推定部２９ｃが推定した水蒸気圧Ｐｗが入力されて、予め設定された飽和水蒸気圧線Ｌｗを用いて気体用クーラー１１を通過する吸気Ａ３における水の飽和温度Ｔｗを推定し、推定した飽和温度Ｔｗを第一制御部３０に出力する機能要素である。飽和水蒸気圧線Ｌｗは、温度及び水蒸気圧の関係において既知の近似式で示される線であり、既知の近似式としてはＴｅｔｅｎｓの式、Ｗａｇｎｅｒの式、Ｓｏｎｎｔａｇの式（日本工業規格ＪＩＳ  Ｚ  ８８０６）が例示される。
【００３２】
第一制御部３０は、推定部２９が推定した飽和温度Ｔｗと制御用温度取得装置２０が取得した温度Ｔｘが入力されて、温度調節装置１４により気体用クーラー１１に供給される冷媒Ｗ１の温度Ｔｘを調節させて、気体用クーラー１１で吸気Ａ２の温度Ｔｙを飽和温度Ｔｗよりも高い温度にする制御を行う機能要素である。具体的に、第一制御部３０は、流量調節装置１８にラジエータ流路１６及びバイパス流路１７のそれぞれを流れる冷媒Ｗ１の流量を調節させて、気体用クーラー１１に供給される冷媒Ｗ１の温度Ｔｘを飽和温度Ｔｗよりも高い温度にすることで、吸気Ａ２の温度Ｔｙを飽和温度Ｔｗよりも高い温度にする制御を行う機能要素である。第一制御部３０は、高い温度にする制御として、目標値である飽和温度Ｔｗに対する制御量である温度Ｔｘの偏差ΔＴ（温度Ｔｘから飽和温度Ｔｗを減算した値）を算出する制御と、算出した偏差ΔＴをゼロ以下にならないようにゼロに近づけるフィードバック制御とを行う機能要素である。このフィードバック制御は、偏差ΔＴを正の値にすることが制御の条件となり、偏差ΔＴがゼロ以下の値にならないように、不感帯（ヒステリシス）が設定されることが好ましい。例えば、飽和温度Ｔｗから所定温度分高い温度までの範囲を不感帯として設定することで、温度Ｔｘが不感帯の範囲に収まる場合は、フィードバック制御が行われずに制御量である温度Ｔｘが維持される。これにより、偏差ΔＴをゼロ以下にならないようにゼロに近づけることが可能になる。
【００３３】
第二制御部３１は、個別の機能要素としてタイマー３２を有し、第一制御部３０が算出した偏差ΔＴが入力されて、偏差ΔＴがゼロ以下になった時間ｔｘが所定の判定時間ｔａ以上経過した場合に、気体用クーラー１１を通過する吸気Ａ３の水蒸気圧Ｐｗを低減する制御を行う機能要素である。第二制御部３１は、水蒸気圧Ｐｗを低減する制御として、低圧排気再循環システム６Ａの流量調節弁６Ｃを閉じて低圧排気再循環システム６Ａによる再循環ガスＧ２の割合Ｒｅを低減し、高圧排気再循環システム６Ｂの流量調節弁６Ｄを開いて高圧排気再循環システム６Ｂによる再循環ガスＧ３の割合を増加する制御を行う機能要素である。
【００３４】
タイマー３２は、偏差ΔＴがゼロ以下になった時間ｔｘをカウントする機能要素であり、偏差ΔＴがゼロ以下になった経過時間を単位時間ごとにカウントするものや、偏差ΔＴがゼロ以下になった周期数をカウントするものが例示される。
【００３５】
判定時間ｔａは、気体用クーラー１１の内部の凝縮水の発生を回避可能な時間に設定される。また、判定時間ｔａは、ゼロに対する偏差ΔＴのズレ量に応じて設定されてもよく、ゼロに対する偏差ΔＴのズレ量が大きい場合に判定時間ｔａを短くしてもよい。
【００３６】
図２、図３に例示するように、気体用冷却システム１０の制御方法は、所定の周期ごとに繰り返し行われる方法である。なお、フロー図における一周期の経過は「リターン」で示している。
【００３７】
パラメータ取得装置として湿度センサ２１、流量センサ２２、燃料噴射量取得装置２３、排気用濃度センサ２４、吸気用濃度センサ２５、圧力センサ２６、及び、気体用温度センサ２７のそれぞれが吸気Ａ２に含まれる水の飽和温度Ｔｘの推定に関するパラメータを取得する（Ｓ１１０）。
【００３８】
次いで、第一物質量推定部２９ａが、湿度Ｘａ及び新気流量Ｑａに基づいて、新気Ａ１に含まれる水の物質量ｎ１を推定する（Ｓ１２０）。次いで、第二物質量推定部２９ｂが、新気流量Ｑａ、燃料噴射量Ｑｅ、排気用濃度ρｇ、吸気用濃度ρａ、及び、空気の二酸化炭素の濃度ρｏに基づいて、再循環ガスＧ２に含まれる水の物質量ｎ２を推定する（Ｓ１３０）。次いで、水蒸気圧推定部２９ｃが、新気流量Ｑａ、再循環流量Ｑｇ、温度Ｔａ、標準圧力Ｐ０、物質量ｎ１、物質量ｎ２、及び、圧力Ｐａに基づいて気体用クーラー１１を通過する吸気Ａ２の水蒸気圧Ｐｗを推定する（Ｓ１４０）。次いで、飽和温度推定部２９ｄが、水蒸気圧Ｐｗ及び飽和水蒸気圧線Ｌｗに基づいて、気体用クーラー１１を通過する吸気Ａ２における水の飽和温度Ｔｗを推定する（Ｓ１５０）。
【００３９】
次いで、制御用温度取得装置２０が気体用クーラー１１に供給される冷媒Ｗ１の温度Ｔｘを取得する（Ｓ１６０）。次いで、第一制御部３０が推定部２９により推定された飽和温度Ｔｗから温度Ｔｘを減算して偏差ΔＴを算出する（Ｓ１７０）。次いで、第一制御部３０が偏差ΔＴに基づいて、温度調節装置１４により近づける制御を行って（Ｓ１８０）、スタートへリターンする。
【００４０】
図４に例示するように、冷媒W１の温度Ｔｘとラジエータ流路１６を流れる冷媒Ｗ１の流量との相関関係は負の相関となる。したがって、冷媒Ｗ１の温度Ｔｘを低くするにはラジエータ流路１６を流れる冷媒Ｗ１の流路を大きくし、冷媒Ｗ１の温度Ｔｘを高くするにはラジエータ流路１６を流れる冷媒Ｗ１の流路を小さくすればよい。
【００４１】
図５は、気体用冷却システム１０における温度と水蒸気圧との関係を例示しており、図中では、実線の矢印が制御対象の気体の温度及び気体の水蒸気圧の関係を示し、一点鎖線が飽和水蒸気圧線Ｌ１を示している。なお、斜線の領域は不感帯を示す。
【００４２】
外部から吸気通路４に導入された新気Ａ１と低圧排気再循環システム６Ａによりタービン９Ａよりも下流側の排気通路５から吸気通路４に再循環された再循環ガスＧ２とが混合し、コンプレッサ９Ｂに過給される前の吸気Ａ２となる。吸気Ａ２の温度Ｔａは、新気Ａ１に再循環ガスＧ２が混合されることで上昇する。また、吸気Ａ２に含まれる水の物質量（ｎ１＋ｎ２）は、新気Ａ１に比して増加し、水蒸気圧が高い状態になる。
【００４３】
次いで、吸気Ａ２がタービン９Ａにより過給されると吸気Ａ３となる。吸気Ａ３の温度Ｔｙは、吸気Ａ２が圧縮されることにより吸気Ａ２に比して高くなり、圧力Ｐａも増加する。この圧力Ｐａの増加に伴って、吸気Ａ３の水蒸気圧Ｐｗはより高い状態になる。
【００４４】
次いで、過給された吸気Ａ３が気体用クーラー１１で冷却されて吸気Ａ４となる。このとき、気体用クーラー１１に供給される冷媒Ｗ１の温度Ｔｘは、飽和温度Ｔｗよりも高い温度であり、吸気Ａ４の温度は、過給された吸気Ａ３よりも低くなるが、飽和温度Ｔｗを下回らない。結果、気体用クーラー１１の内部で凝縮水が生じない状態で、吸気Ａ３が冷却されることになる。
【００４５】
上記のステップＳ１７０において、偏差ΔＴが算出されると図３の制御フローが開始される。第二制御部３１が、算出された偏差ΔＴがゼロ以下になるか否かを判定する（Ｓ２１０）。なお、第一制御部３０による近づける制御で不感帯が設定される場合に、このステップでは、その不感帯を考慮するとよい。
【００４６】
偏差ΔＴがゼロよりも大きいと判定すると（Ｓ２１０：ＮＯ）、タイマー３２がカウントした時間ｔｘをリセットして（Ｓ２２０）、ステップＳ２１０へリターンする。このリターンも一周期が経過する。
【００４７】
偏差ΔＴがゼロ以下と判定すると（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、タイマー３２が時間ｔｘをカウントする（Ｓ２３０）。次いで、第二制御部３１が、カウントした時間ｔｘが所定の判定時間ｔａ以上経過したか否かを判定する（Ｓ２４０）。時間ｔｘが判定時間ｔａに達するまで経過していないと判定すると（Ｓ２３０：ＮＯ）、ステップＳ２１０へリターンする。
【００４８】
時間ｔｘが判定時間ｔａに達したと判定すると（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、第二制御部３１が、気体用クーラー１１を通過する吸気Ａ３の水蒸気圧Ｐｗを低減する制御として、流量調節弁６Ｃを閉じて再循環ガスＧ２の割合Ｒｅを低減し、流量調節弁６Ｄを開いて再循環ガスＧ３の割合を増加する制御を行って（Ｓ２４０）、終了する。
【００４９】
以上のように、気体用冷却システム１０は、温度調節装置１４により気体用クーラー１１に供給される冷媒Ｗ１の温度Ｔｘを気体用クーラー１１で冷却される吸気Ａ３に含まれる水の飽和温度Ｔｗ以下にしないように調節することで、冷却の際に気体用クーラー１１の内部に凝縮水が発生することを回避することができる。
【００５０】
つまり、気体用冷却システム１０によれば、外気の湿度や気温の変化、車速風による冷媒用ラジエータ１２における冷却能力の変化が生じた場合でも、冷媒Ｗ１の温度Ｔｘを飽和温度Ｔｗ以下にしないように調節することで、それらの変化により生じる凝縮水の発生に対応することができる。
【００５１】
このように、気体用冷却システム１０によれば、吸気Ａ３に再循環ガスＧ２が混合されていて水蒸気圧Ｐｗが高い状態であっても、冷却の際に凝縮水の発生が回避されることで、低圧排気再循環システム６Ａにより再循環ガスＧ２を再循環可能な運転領域を拡大するには有利になる。これにより、高圧排気再循環システム６Ｂにより再循環ガスＧ２を再循環させる頻度を減らして、低圧排気再循環システム６Ａにより再循環ガスＧ２を再循環させる頻度を増やすことで、ターボチャージャー９を高効率に駆動することができる。これに伴って、再循環ガスＧ２の再循環による排気性能を維持しつつ、ターボチャージャー９による高過給を実現可能とし、燃費を向上することができる。なお、本開示で、排気性能とは、外部に排出される排気Ｇ１に含まれる有害成分を低減する性能を示す。
【００５２】
気体用冷却システム１０によれば、気体用クーラー１１の内部での凝縮水の発生が回避されることで、低圧排気再循環システム６Ａにより再循環ガスＧ２を再循環可能な運転領域を拡大することができる。つまり、エンジン１の冷間始動時や低外気温時の冷媒Ｗ１の温度Ｔｘが低い状態でも低圧排気再循環システム６Ａにより再循環ガスＧ２を再循環するには有利になる。
【００５３】
また、気体用冷却システム１０によれば、制御用温度である冷媒Ｗ１の温度Ｔｘが飽和温度Ｔｗ以下の状態が所定時間継続する場合に、吸気Ａ３における再循環ガスＧ２の割合Ｒｅを低減して、飽和温度Ｔｗを下げる制御を行う。それ故、温度調節装置１４による冷媒Ｗ１の温度Ｔｘの調節のみでは、気体用クーラー１１の内部に凝縮水が発生する状況であっても、冷却の際に凝縮水の発生を回避することができる。
【００５４】
加えて、気体用冷却システム１０において、気体用クーラー１１で冷却された吸気Ａ４の温度Ｔｙは気体用クーラー１１に供給される冷媒Ｗ１の温度Ｔｘ以上にはなることがない。そこで、この実施形態のように、制御用温度として気体用クーラー１１に供給される冷媒Ｗ１の温度Ｔｘを用いることで、気体用クーラー１１で冷却された吸気Ａ４の温度Ｔｙを飽和温度Ｔｗよりも高い温度にするには有利になり、凝縮水の発生を回避する上で安全側寄りの制御が可能となる。
【００５５】
図６に例示するように、第二実施形態の気体用冷却システム１０は、第一実施形態に対して、制御用温度取得装置３３を備え、制御用温度として気体用クーラー１１で冷却された吸気Ａ４の温度Ｔｙを用いる点が異なる。
【００５６】
制御用温度取得装置３３は、制御用温度として気体用クーラー１１で冷却された吸気Ａ４の温度Ｔｙを取得するセンサである。制御用温度取得装置３３は、気体用クーラー１１で冷却された直後の吸気Ａ４の温度Ｔｙを取得可能であればよく、気体用クーラー１１の出口近傍に配置されることが好ましい。
【００５７】
第一制御部３０は、推定部２９が推定した飽和温度Ｔｗと制御用温度取得装置３３が取得した温度Ｔｙが入力されて、温度調節装置１４により気体用クーラー１１に供給される冷媒Ｗ１の温度Ｔｘを調節させて、気体用クーラー１１で吸気Ａ２の温度Ｔｙを飽和温度Ｔｗよりも高い温度にする制御を行う機能要素である。第一制御部３０は、高い温度にする制御として、目標値である飽和温度Ｔｗに対する制御量である温度Ｔｙの偏差ΔＴ（温度Ｔｙから飽和温度Ｔｗを減算した値）を算出する制御と、算出した偏差ΔＴをゼロ以下にならないようにゼロに近づけるフィードバック制御とを行う機能要素である。このフィードバック制御は、第一実施形態と同様に偏差ΔＴを正の値にすることが制御の条件となり、偏差ΔＴがゼロ以下の値にならないように、不感帯（ヒステリシス）が設定されることが好ましい。なお、吸気Ａ４の温度Ｔｙとラジエータ流路１６を流れる冷媒Ｗ１の流量との相関関係も負の相関となる。したがって、吸気Ａ４の温度Ｔｙを低くするにはラジエータ流路１６を流れる冷媒Ｗ１の流路を大きくし、温度Ｔｙを高くするにはラジエータ流路１６を流れる冷媒Ｗ１の流路を小さくすればよい。
【００５８】
気体用冷却システム１０において、気体用クーラー１１で冷却された吸気Ａ４は、その温度Ｔｙが低いほど密度が高くなり、吸気Ａ４に含まれる酸素分子数が多くなる。そこで、この実施形態のように、制御用温度として気体用クーラー１１で冷却された吸気Ａ４の温度Ｔｙを用いることで、気体用クーラー１１で冷却された吸気Ａ４の温度Ｔｙを飽和温度Ｔｗに近づけて、凝縮水の発生が回避可能な温度まで冷却するには有利になる。これにより、吸気Ａ４の圧縮率を高めてエンジン１の出力を増加して、燃費を向上することができる。
【００５９】
気体用冷却システム１０は、冷却対象となる気体がエンジン１から排出されて排気通路５から吸気通路４に再循環される再循環ガスＧ２、Ｇ３であってもよい。
【００６０】
気体用冷却システム１０は、エンジン用冷却システム３と別体のシステムとすることが好ましい。別体のシステムとすることで、冷媒Ｗ１へのエンジン用冷却水Ｗ２の影響を回避でき、冷媒Ｗ１の温度Ｔｘをエンジン用冷却水Ｗ２よりも低い温度帯で運用するには有利になる。なお、気体用冷却システム１０をエンジン用冷却システム３に組み込むこともできる。
【００６１】
パラメータ取得装置は、気体用クーラー１１を通過する吸気Ａ３に含まれる水（水蒸気）の飽和温度Ｔｗの推定に関するパラメータを取得可能であればよく、上記の構成に限定されない。例えば、排気用濃度センサ２４及び吸気用濃度センサ２５の代わりに低圧排気再循環システム６Ａの流量調節弁６Ｃの開度を取得する装置を用いて、その開度から吸気Ａ２の中に占める再循環ガスＧ２の割合Ｒｅを推定してもよい。
【００６２】
また、パラメータ取得装置は、推定部２９における気体用クーラー１１を通過する吸気Ａ３に含まれる水（水蒸気）の飽和温度Ｔｗの推定方法に応じるとよい。推定方法としては、例えば、実験や試験によりパラメータと飽和温度Ｔｗとの関係が設定されたマップを作成し、そのマップに基づいて飽和温度Ｔｗを推定する方法や、エンジン１の運転状態や外気の環境変化などを含む物理モデルを用いて飽和温度Ｔｗを推定する方法が例示される。
【００６３】
気体用冷却システム１０は、制御用温度である冷媒Ｗ１の温度Ｔｘ又は吸気Ａ４の温度Ｔｙと飽和温度Ｔｗとの偏差ΔＴが所定の閾値以上の状態が一定時間継続する場合に、気体用クーラー１１を通過する吸気Ａ３の水蒸気圧Ｐｗを増加する制御を行うように構成してもよい。この増加する制御は、流量調節弁６Ｃを開いて再循環ガスＧ２の割合Ｒｅを増加し、流量調節弁６Ｄを閉じて再循環ガスＧ３の割合を低減する制御である。
【符号の説明】
【００６４】
１  エンジン
１０  気体用冷却システム
１１  気体用クーラー
１２  冷媒用ラジエータ
１３  冷媒用ポンプ
１４  温度調節装置
２０  制御用温度取得装置
２１〜２７  パラメータ取得装置
２８  制御装置
Ａ３  吸気
Ｗ１  冷媒
Ｔｘ  温度
Ｔｗ  飽和温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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