(57)【要約】【課題】凝縮水の付着による燃料噴射弁の腐食を適正に抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。【解決手段】燃焼室１２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２１と、燃焼室１２から排気通路２５に排出された排気をＥＧＲガスとして吸気通路１６に還流させるＥＧＲ装置３０と、を備えるエンジン１０を制御するＥＣＵ４０であって、吸気通路１６から吸気と共に燃焼室１２内に流入した凝縮水が燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに付着する場合に、燃料噴射弁２１の燃料噴射までの間において凝縮水により噴孔部２１ａに対して及ぼされる腐食の影響度を示す腐食パラメータを算出するパラメータ算出部と、腐食パラメータに基づいて、噴孔部２１ａに付着した凝縮水の蒸発を促進する蒸発促進処理を実施する蒸発促進部とを備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室（１２）内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（２１）と、
前記燃焼室から排気通路（２８）に排出された排気をＥＧＲガスとして吸気通路（１６）に還流させるＥＧＲ装置（３０）と、
を備える内燃機関（１０）を制御する内燃機関の制御装置（４０）であって、
前記吸気通路から吸気と共に前記燃焼室内に流入した凝縮水が前記燃料噴射弁の噴孔部（２１ａ）に付着する場合に、前記燃料噴射弁の燃料噴射までの間において凝縮水が前記噴孔部に及ぼす腐食の影響度を示す腐食パラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記腐食パラメータに基づいて、前記噴孔部に付着した凝縮水の蒸発を促進する蒸発促進処理を実施する蒸発促進部と、
を備える内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記パラメータ算出部は、前記腐食パラメータとして、前記噴孔部に付着した凝縮水が無くなるまでに要する所要時間又はその相関値を算出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃焼室内における前記燃料噴射弁付近の気流の速度を推定する流速推定部と、
前記燃焼室内の温度及び圧力の少なくともいずれかを含む筒内状態を推定する筒内状態推定部と、を備え、
前記パラメータ算出部は、前記気流の速度と前記筒内状態とに基づいて、前記所要時間を算出する請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼室内における前記燃料噴射弁付近の気流の速度を推定する流速推定部と、
前記燃焼室内の温度及び圧力の少なくともいずれかを含む筒内状態を推定する筒内状態推定部と、
前記噴孔部に付着した凝縮水が無くなるまでの付着期間において、前記気流の速度と前記筒内状態とに基づいて、前記噴孔部に付着した凝縮水中の水素イオン濃度を算出する水素イオン濃度算出部と、を備え、
前記パラメータ算出部は、前記所要時間の相関値として、前記付着期間における前記水素イオン濃度の時間積分値を算出する請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記水素イオン濃度算出部は、前記付着期間における凝縮水中の水素イオン濃度を、燃料中の硫黄濃度と前記燃料噴射弁の噴射量とを加味して算出する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記パラメータ算出部は、前記腐食パラメータとして、前記噴孔部に付着した凝縮水に含まれるＳＯ３量を算出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記パラメータ算出部は、前記噴孔部に付着した凝縮水に含まれるＳＯ３量を、燃料中の硫黄濃度と前記燃料噴射弁の噴射量とを加味して算出する請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記燃料中の硫黄濃度は、前記内燃機関の仕向地で使用される燃料の硫黄濃度として予め記憶されている請求項５又は請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記吸気通路には、前記燃焼室内に流入する気流を調整する気流調整装置（１７）が設けられており、
前記蒸発促進部は、前記蒸発促進処理として、前記噴孔部周辺の気流の速度を速くするように前記気流調整装置を制御する請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記蒸発促進部が、前記パラメータ算出部により算出された前記腐食パラメータに基づいて前記噴孔部周辺の気流の速度を速くする場合に、前記腐食の影響度の低下が可能であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記腐食の影響度の低下が可能でないと判定された場合に、腐食抑制要求がＮＯｘ低減要求よりも優先される状況であることを条件に、前記気流調整装置による気流調整に代えて、前記ＥＧＲ装置の排気還流停止を実施する停止部とを備える請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記蒸発促進部は、前記蒸発促進処理として、前記燃焼室内に供給される吸気の温度を昇温させる請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記腐食パラメータは、その値が大きくなるほど、前記腐食の影響度が大きくなることを示すものであり、
前記蒸発促進部は、所定の腐食閾値よりも前記腐食パラメータが大きい場合に、前記蒸発促進処理を実施する請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関には、内燃機関から排出される排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するために、ＥＧＲ通路を介して排気の一部を燃焼室に還流するＥＧＲ装置が設けられている。また、内燃機関の燃焼室内に供給される吸気は、その温度を下げて単位体積当たりの質量を向上させるために冷却される。吸気が冷却されると、吸気内の水蒸気量が多い場合には、凝縮水が発生し、ＥＧＲ装置によって排気が混じった吸気が冷却されると、排気中の成分によって凝縮水が酸性になることがある。そして、酸性になった凝縮水が燃焼室内に流入して、燃焼室内に設けられた燃料噴射弁に付着すると、燃料噴射弁が腐食するおそれがある。そこで、特許文献１に記載の構成では、凝縮水が燃焼室内に流入する条件を満たす場合に、旋回気流の強度を強くすることで、凝縮水が燃料噴射弁へ付着することを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３‐２３４６１６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、燃焼室内において燃料噴射弁に凝縮水が付着する場合には、燃焼サイクルに合わせて凝縮水の付着と蒸発（離脱）とが繰り返され、その際、凝縮水が付着している時間、すなわち凝縮水が蒸発するまでの時間が長いほど、燃料噴射弁で腐食が生じる可能性が大きくなると考えられる。しかしながら、特許文献１を含め既存の技術では、燃料噴射弁に凝縮水が付着している間における腐食への影響が考慮されていない。そのため、燃料噴射弁の腐食防止のために実施される気流制御において、気流強度が強すぎたり又は弱すぎたりすることが考えられる。この場合、気流強度が大きすぎることにより、燃焼室内での燃焼状態に過剰な影響を及ぼすことや、気流強度が小さすぎることにより、凝縮水による腐食のおそれが解消されないことが懸念される。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、凝縮水の付着による燃料噴射弁の腐食を適正に抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本手段は、燃焼室（１２）内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（２１）と、前記燃焼室から排気通路（２５）に排出された排気をＥＧＲガスとして吸気通路（１６）に還流させるＥＧＲ装置（３０）と、を備える内燃機関（１０）を制御する内燃機関の制御装置（４０）であって、前記吸気通路から吸気と共に前記燃焼室内に流入した凝縮水が前記燃料噴射弁の噴孔部に付着する場合に、前記燃料噴射弁の燃料噴射までの間において凝縮水が前記噴孔部に及ぼす腐食の影響度を示す腐食パラメータを算出するパラメータ算出部と、前記腐食パラメータに基づいて、前記噴孔部に付着した凝縮水の蒸発を促進する蒸発促進処理を実施する蒸発促進部と、を備える。
【０００７】
内燃機関の燃焼室内に吸気と共に凝縮水が流入する場合、その凝縮水が燃料噴射弁の先端部の噴孔部に付着すると考えられる。噴孔部に付着した凝縮水は、燃焼室内への拡散等により蒸発して消失するか、燃料噴射弁の燃料噴射により吹き飛ばされると考えられるが、その凝縮水の付着が繰り返されると、噴孔部における腐食の発生が懸念される。特にＥＧＲガスを含む吸気が燃焼室内に流入する場合、ＥＧＲガスに含まれるＳＯ３による腐食が懸念される。ここで、凝縮水が噴孔部に付着する場合には、凝縮水が付着状態で噴孔部に滞在する時間や、凝縮水に含まれるＳＯ３量といった条件に応じて、腐食に対する影響度が異なると考えられる。
【０００８】
この点、上記構成によれば、吸気通路から吸気と共に燃焼室内に流入した凝縮水が燃料噴射弁の噴孔部に付着する場合に、燃料噴射弁の燃料噴射までの間において、凝縮水により噴孔部に対して及ぼされる腐食の影響度を示す腐食パラメータが算出される。そして、その腐食パラメータに基づいて、噴孔部に付着した凝縮水の蒸発を促進する促進処理が実施される。これにより、適切に燃料噴射弁の腐食を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】エンジンの概略構成図
【図２】制御装置の実行するフローチャート
【図３】排気中のＳＯ３濃度と水素イオン濃度との関係を示す図
【図４】経過時間と凝縮水の量と水素イオン濃度との関係を示す図
【図５】水素イオン濃度の時間積分値と腐食量との関係を示す図
【図６】水素イオン濃度の時間積分値と蒸発促進との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態は、内燃機関である車載多気筒４サイクルディーゼルエンジンを対象としている。このエンジンの概略構成図を図１に示す。なお、図１において、実線の矢印は吸気及び排気の流れを示し、破線の矢印は制御信号及び検出信号を示す。
【００１１】
エンジン１０の各気筒１１には、燃焼室１２が形成されており、各燃焼室１２（各気筒１１）には、燃料噴射弁２１がそれぞれ設けられている。燃料噴射弁２１の先端部は燃焼室１２内に突出しており、その先端部には、燃料を噴射するための噴孔部２１ａが設けられている。噴孔部２１ａは、燃料を噴出するための所定形状の貫通孔である噴孔及びその外縁部を示している。各燃料噴射弁２１には、不図示のコモンレールから高圧燃料が供給され、その高圧燃料が各燃料噴射弁２１から燃焼室１２内に噴射される。
【００１２】
各燃焼室１２には、燃焼室１２に吸気口を介して吸気を供給する吸気ポート１３と、排気口を介して燃焼室１２から排気を排出する排気ポート２５とが接続されている。吸気口には吸気バルブが設けられており、吸気バルブを開けることで、吸気ポート１３からの吸気が燃焼室１２内に供給される。また、排気口には排気バルブが設けられており、排気バルブを開けることで、燃焼室１２から排気が排出される。
【００１３】
各吸気ポート１３には吸気マニホールド１４が接続され、吸気マニホールド１４には吸気配管１５が接続されている。各吸気ポート１３と吸気マニホールド１４と吸気配管１５が吸気通路１６を構成する。また、吸気ポート１３と吸気マニホールド１４との間には、燃焼室１２に流れ込む気流を調整する気流調整装置である気流調整弁１７が設けられている。気流調整弁１７は、ＥＣＵ４０により制御され、燃焼室１２内にスワール流等を形成する。また、吸気配管１５には、エンジン１０への流入空気を浄化するエアクリーナと、ターボチャージャ２９（過給器）のコンプレッサと、吸気を冷却するインタークーラ１８と、吸気量を調節するスロットルバルブ１９とが設けられている。スロットルバルブ１９は、ＥＣＵ４０によって制御されており、スロットルバルブ１９の開度を調整することで、新気（吸気配管１５から供給される大気）の供給量が制御されるとともに、スロットルバルブ１９の開度がＥＣＵ４０に出力される。
【００１４】
一方、各排気ポート２５は、排気マニホールド２６に接続され、排気マニホールド２６は、排気配管２７に接続されている。各排気ポート２５と排気マニホールド２６と排気配管２７が排気通路２８を構成する。排気配管２７には、ターボチャージャ２９のタービンや触媒としての酸化触媒、ＤＰＦ等が設けられている。
【００１５】
また、エンジン１０には、排気通路２８から吸気通路１６へ排気を還流させるＥＧＲ装置３０が設けられている。ＥＧＲ装置３０は、排気マニホールド２６と吸気マニホールド１４の上流とを接続するＥＧＲ通路３１を有している。ＥＧＲ通路３１には、ＥＧＲガス（還流される排気）を冷却するＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲガス量（排気の還流量）を調整するＥＧＲ弁３３とが設けられている。ＥＧＲ弁３３は、ＥＣＵ４０によって制御されており、ＥＧＲ弁３３の開度を制御することで排気の還流量が調整される。なお、ターボチャージャ２９の上流側から吸気側に排気を還流するのではなく、ターボチャージャ２９の下流側から吸気側に排気を還流してもよい。
【００１６】
本エンジン制御システムは、エンジン１０を制御するＥＣＵ４０を有している。ＥＣＵ４０は、周知のとおりＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。ＥＣＵ４０には、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ４１や、燃焼室１２内の圧力を検出する筒内圧センサ４２、吸気温度を検出する吸気温センサ４３、エンジン水温を検出する水温センサ４４、車両のアクセル操作量を検出するアクセルセンサ４５等の各種センサから検出信号が入力される。そして、ＥＣＵ４０は、各種センサの検出信号によりエンジン１０の運転状態を把握し、そのエンジン１０の運転状態に基づいて、燃料噴射弁２１や、気流調整弁１７、スロットルバルブ１９、ＥＧＲ弁３３の駆動を制御する。なお、ＥＣＵ４０が「制御装置」に相当する。
【００１７】
ところで、吸気配管１５に設けられたインタークーラ１８や、ＥＧＲ通路３１に設けられたＥＧＲクーラ３２では、新気やＥＧＲガスの冷却に伴い凝縮水が発生し、その凝縮水が吸気と共に燃焼室１２内に流入することが考えられる。また、ＥＧＲガスには、ＳＯ３（三酸化硫黄）やＮＯｘ等が含まれており、凝縮水にこれらの気体が溶け込むことで、凝縮水に硫酸イオン（（ＳＯ４）２−）及び硝酸イオン（ＮＯ３−）が含まれることになり、凝縮水が酸性となる。燃焼室１２内において燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに酸性の凝縮水が付着することで、その噴孔部２１ａにおいて腐食が生じることが懸念される。
【００１８】
この場合、特に燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａでは、凝縮水がいったん付着した後、燃焼室１２内での拡散や熱等により蒸発して消失するか、燃料噴射弁２１の燃料噴射により吹き飛ばされると考えられるが、その凝縮水の付着が繰り返されると、噴孔部２１ａにおける腐食の発生が懸念される。ここで、凝縮水が噴孔部２１ａに付着する場合には、凝縮水が付着状態で噴孔部２１ａに滞在する時間や、凝縮水に含まれる水素イオン量といった条件に応じて、腐食に対する影響度が異なると考えられる。
【００１９】
そこで本実施形態において、ＥＣＵ４０は、吸気通路１６から吸気と共に燃焼室１２内に流入した凝縮水が燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに付着する場合に、燃料噴射弁２１の燃料噴射までの間において、凝縮水により噴孔部２１ａに対して及ぼされる腐食の影響度を示す腐食パラメータを算出する。そして、その腐食パラメータに基づいて、噴孔部２１ａに付着した凝縮水の蒸発を促進する蒸発促進処理を実施する。
【００２０】
本実施形態では、腐食パラメータとして、噴孔部２１ａに付着した凝縮水が無くなるまでに要する所要時間の相関値を算出することとしている。具体的には、ＥＣＵ４０は、燃焼室１２内における燃料噴射弁２１付近の気流の速度と、筒内状態としての燃焼室１２内の温度及び圧力とを算出し、それら気流の速度と筒内状態とに基づいて、噴孔部２１ａに付着した凝縮水が消失するまでの付着期間における凝縮水中の水素イオン濃度を算出する。また、所要時間の相関値として、付着期間における水素イオン濃度の時間積分値Ｘを算出する。
【００２１】
付着期間において水素イオン濃度は、付着した凝縮水中に含まれる水素イオンの量と、付着している凝縮水の量と、によって算出される。付着した凝縮水中に含まれる水素イオンの量は、排気中のＳＯ３濃度に依存している。ＥＧＲ装置３０によって排気が吸気通路１６に還流している状態では、燃焼室１２内の燃焼温度が下がり、排気中のＮＯｘ濃度が低い状態となっている。これにより、凝縮水に硝酸イオンが含まれていてもそれは微量であり、腐食に主として影響を与えるのは、ＳＯ３が水に溶けることで生成された硫酸イオンと、硫酸イオンの生成に伴い発生する水素イオンの量であることを本願の発明者は発見した。そこで、本実施形態では、凝縮水の量の変化に伴い変化する水素イオン濃度を算出するために、凝縮水中の水素イオンの量を算出する。
【００２２】
また、凝縮水の量は、流入した時点で燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに付着する初期付着量と、付着した凝縮水の蒸発量とに基づいて算出することができる。本実施形態では、初期付着量は、一定であるものとして扱われる。また、凝縮水の蒸発量は、気流の速度と筒内状態とに基づいて算出することができる。そこで、本実施形態では、変化する水素イオン濃度を算出するために、凝縮水の量を算出するための凝縮水の蒸発量を算出する。そして、凝縮水中に含まれる水素イオンの量と付着している凝縮水の量とに基づき算出した水素イオン濃度及びその時間積分値Ｘに基づいて、腐食を抑制するための制御を行う。
【００２３】
次に、凝縮水の付着による燃料噴射弁２１の腐食を抑制するため処理について説明する。図２は、腐食を抑制するためにＥＣＵ４０が実施するフローチャートである。図２の処理は、ＥＣＵ４０により所定周期で繰り返し実行される。
【００２４】
Ｓ１１で、吸気系で発生する凝縮水の量を推定する。凝縮水量は、周知の方法によりエンジン１０の運転状態に基づいて推定されるとよい。この凝縮水量には、インタークーラ１８で発生する凝縮水の量や、ＥＧＲクーラ３２で発生する凝縮水の量が含まれる。例えば、インタークーラ１８での凝縮水量は、吸気温度から算出される新気中の水蒸気量に基づいて算出される。また、ＥＧＲクーラ３２での凝縮水量は、燃料噴射量から算出される排気中の水蒸気量やＥＧＲ率に基づいて算出される。そして、インタークーラ１８やＥＧＲクーラ３２での凝縮水量の和が、吸気系で発生する凝縮水量として算出される。
【００２５】
なお、上記に加え、吸気通路１６内のガス温度とＥＧＲ通路３１内のガス温度とに基づいて、吸気通路１６とＥＧＲ通路３１との合流位置で発生する凝縮水の量を算出し、その凝縮水量を加味して、吸気系で発生する凝縮水量を算出する構成であってもよい。また、ガス温度が露点以下の場合に結露が生じるので、吸気の温度や圧力から飽和水蒸気量を算出し、その飽和水蒸気量に基づいて凝縮水量を推定する構成であってもよい。
【００２６】
Ｓ１２で、燃焼室１２内に凝縮水が流入する状態であるか判定する。Ｓ１１で算出した凝縮水量によれば、吸気行程で筒内に流入する凝縮水量を把握でき、Ｓ１１で算出した凝縮水量が、実験等により算出した流入閾値αを超える場合に、燃焼室１２内に凝縮水が流入する状態であると判定する。また、車両の減速時等でエンジン１０の吸気ポート１３内が負圧になる場合や、車両の加速時等で吸気量が急増する場合や、エンジン始動時等で前回の運転時の水蒸気が結露として残っている場合には、燃焼室１２内に凝縮水が流入すると判定する。凝縮水が流入しないと判定した場合（Ｓ１２＝Ｎｏ）、処理を終了する。
【００２７】
Ｓ１２で、燃焼室１２内に凝縮水が流入する状態であると判定した場合（Ｓ１２＝Ｙｅｓ）、流入した凝縮水は、燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに付着すると推定する。そして、Ｓ１３で、付着した凝縮水の初期水素イオン濃度を算出する。
【００２８】
ここで、排気中のＳＯ３濃度と凝縮水中の初期水素イオン濃度との関係について説明する。排気中のＳＯ３の水への溶解性は非常に高く、凝縮水が発生すると、ＳＯ３が凝縮水に溶けて（凝縮水と反応して）硫酸イオンとなる。ＳＯ３と水が反応する際には、硫酸イオンが生成されると同時に、水素イオンも発生する。図３に示すように、凝縮水中の水素イオン濃度は、排気中のＳＯ３濃度と相関関係を有しており、排気中のＳＯ３濃度が大きくなると凝縮水中の初期水素イオン濃度も大きくなる。
【００２９】
そこで、例えば、図３の関係を用い、排気中のＳＯ３濃度を算出し、排気中のＳＯ３濃度に基づいて凝縮水中の初期水素イオン濃度を算出する。排気中のＳＯ３濃度は、例えば排気通路２８に設けたセンサでＳＯｘ濃度を検出し、それに定数（ＳＯｘに占めるをＳＯ３の割合）を掛けることで算出できる。この際の定数は実験で求めてもよいし、エンジン１０から排出されるＳＯｘ成分はＳＯ２とＳＯ３であり、ＳＯ３はＳＯ２の８％の濃度になるとみなして上述の定数を決めてもよい。
【００３０】
また、ＳＯｘセンサを用いず、噴射した燃料から排気中のＳＯ３濃度を算出してもよい。排気中の硫黄成分は燃料中の硫黄に由来しており、噴射した燃料が完全燃焼し、燃料中の硫黄成分が全てＳＯｘになったと仮定することができる。そして、燃料中の硫黄濃度と燃料噴射量に基づいて排気中のＳＯｘ量が算出でき、排気中のＳＯｘ量に定数をかけることで、排気中のＳＯ３濃度を推定することができる。
【００３１】
なお、燃料中の硫黄濃度は、予め内燃機関の仕向地で使用される燃料の硫黄濃度をＥＣＵ４０に記憶しておき、記憶しておいた値を用いてもよい。この際に、ＥＣＵ４０に記憶する値は、仕向地の燃料の硫黄規制値の最大値に設定することが望ましい。また、燃料中の硫黄濃度は、燃料タンクに設けた硫黄センサで検出してもよい。
【００３２】
ＥＧＲガスとして吸気通路１６に還流する排気の量（ＥＧＲ弁３３の開度）と算出した排気中のＳＯ３濃度とに基づいて、排気中のＳＯ３量を算出し、凝縮水の初期水素イオン濃度を算出する。ＳＯ３の水への溶解性は高いため、ＥＧＲガス中のＳＯ３は全て凝縮水に溶け込み、ＥＧＲガス中のＳＯ３量が凝縮水中のＳＯ３量になると推定できる。凝縮水中の水素イオンは、ＳＯ３が凝縮水に溶け込む際の反応によって生成されるため、初期水素イオン濃度は、ＳＯ３量を基に算出することができる。そして、凝縮水量とＥＧＲガス中のＳＯ３量に基づいて、燃焼室１２に流入する凝縮水の初期水素イオン濃度が算出される。なお、この初期水素イオン濃度によって流入時の凝縮水のｐＨが決まることになる。ｐＨは、水素イオン濃度の常用対数にマイナス１をかけることで（ｐＨ＝−ｌｏｇ１０（水素イオン濃度））算出できる。
【００３３】
また、排気中のＳＯ３濃度から初期水素イオン濃度を算出する代わりに、凝縮水の経路上にｐＨセンサを設けて、凝縮水のｐＨを検出し、ｐＨから凝縮水中の初期水素イオン濃度を算出してもよい。上述の通り、ｐＨは水素イオン濃度と相関関係を有している。そこで、ｐＨセンサで検出したｐＨから初期水素イオン濃度を算出してもよい。
【００３４】
付着期間における変化する水素イオン濃度を算出するために、Ｓ１３で凝縮水の初期水素イオン濃度を算出する一方で、Ｓ１４〜Ｓ１６では、凝縮水の蒸発量を算出する。凝縮水の蒸発量は、燃料噴射弁２１付近の気流の速度と筒内状態とに基づいて算出される。
【００３５】
Ｓ１４で、燃焼室１２内における燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａ周辺の気流の速度を推定する。気流調整弁１７の開度に基づいて燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａの流速を推定する。予めＥＣＵ４０に気流調整弁１７の開度とスワール比との関係をマッピングしておき、燃焼室１２内に発生するスワール流を剛体流と仮定して、運転されているエンジン回転数での燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａ周辺の流速を推定してもよい。または、実験により気流調整弁１７の開度と燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａ周辺の流速との関係を求めておき、ＥＣＵ４０にマッピングしておいて、気流調整弁１７の開度から流速を推定してもよい。なお、ここで推定される流速は、吸気タイミング（吸気バルブが開状態になったタイミング）から燃料噴射前までの平均流速であってもよいし、吸気タイミングから燃料噴射までの間の流速の時間履歴であってもよい。Ｓ１４が「流速推定部」に相当する。
【００３６】
Ｓ１５で、筒内状態として、筒内の圧力（燃焼室１２内の圧力）及び筒内の温度（燃焼室１２内の温度）を推定する。所定タイミングでの筒内圧センサ４２の値から、実験で算出したマッピング結果に基づいて、筒内の圧力を算出する。そして、筒内の圧力に基づいて、筒内の温度を算出する。なお、筒内圧センサ４２を用いるのではなく、吸気マニホールド１４の圧力を検出し、吸気マニホールド１４の圧力に基づいて、断熱圧縮と仮定して算出してもよい。また、筒内の圧力から筒内の温度を算出する代わりに、所定タイミングでの吸気温センサ４３及び水温センサ４４の値から、実験で算出したマッピング結果に基づいて、筒内の温度を算出してもよい。そして、Ｓ１５で算出される筒内状態は、吸気タイミングから燃料噴射の開始時期における筒内の温度と圧力の平均温度及び平均圧力であってもよいし、圧力及び温度の時間履歴であってもよい。また、筒内状態として、筒内の温度又は筒内の圧力のどちらか一方だけを推定し、推定しない方は、所定の固定値として扱ってもよい。Ｓ１５が「筒内状態推定部」に相当する。
【００３７】
Ｓ１６で、凝縮水の蒸発量を算出し、付着期間における噴孔部２１ａに付着している凝縮水の量の時間履歴を算出する。吸気バルブが開状態となって流入し、燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに付着した凝縮水は、時間の経過とともに蒸発又は燃料の噴射により無くなる。凝縮水の蒸発は、拡散および燃料噴射弁２１の壁面や筒内ガス温度からの受熱によって生じるが、本実施形態では最悪条件としてより蒸発速度が遅い拡散のみを考慮する。
【００３８】
具体的には、Ｓ１４で算出した噴孔部２１ａの流速と、Ｓ１５で算出した筒内の圧力及び温度とに基づいて、式（１）〜（５）によって、燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに付着した凝縮水の蒸発量を算出する。
【００３９】
【数１】
2020094539.tif 000003
水の拡散速度ＮＡ、すなわち単位面積・単位時間に対する水の蒸発量は、式（１）で表される。Ｌは、代表寸法であり、付着した凝縮水の付着径である。凝縮水は噴孔に付着することから、代表寸法Ｌは、燃料噴射弁２１の噴孔径と同じであるとして扱うことができる。なお、噴孔が複数ある場合には、噴孔径はその平均値を用いることが望ましい。Ｄは、拡散係数であり、水蒸気の場合は式（２）で表される。Ｓｈは、シャーウッド数であり、式（３）で表される無次元数である。Ｃｓは、Ｓ１５で算出した筒内の温度及び圧力に基づいて算出される飽和水蒸気量であり、Ｃ∞は、筒内中の水蒸気量であって、吸気の水蒸気量や吸気の温度等に基づいて算出される。
【００４０】
式（２）は、式（１）で用いられる水蒸気の拡散係数Ｄを算出する式である。ｔは、Ｓ１５で算出した筒内の温度である。ｐ０は、標準気圧であって、予め定められた定数（１０１３．２５ｈＰａ）である。ｐｔは、Ｓ１５で算出した筒内の圧力である。
【００４１】
式（３）は、式（１）で用いられ、物質移動操作に用いられる無次元量であるシャーウッド数Ｓｈを算出する式である。Ｒｅは、レイノルズ数であり、式（４）で表される。Ｓｃは、シュミット数であり、式（５）で表される。
【００４２】
式（４）は、式（３）で用いられるレイノルズ数を算出する式である。レイノルズ数は、流体力学において慣性力と粘性力との比で定義される無次元量であって、噴孔部２１ａの流速に依存する。ρは、筒内の気体の密度であって、筒内の圧力に基づいて算出される。ｖは、Ｓ１４で算出した噴孔部２１ａの流速であって、Ｌは上述の代表寸法である。μは、流体の粘性係数である。
【００４３】
式（５）は、式（３）で用いられ、流体の動粘度と拡散係数Ｄの比を表す無次元数であるシュミット数を算出する式である。μは、流体の粘性係数である。ρは、上述の筒内の気体の密度である。Ｄは、式（２）で算出された拡散係数Ｄである。
【００４４】
そして、予め実験により算出した初期付着量から算出した蒸発量を差分することで、蒸発せずに付着している凝縮水の質量の時系列データを算出する。なお、初期付着量は、凝縮水が筒内に流入して燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに付着した時点での付着量である。初期付着量は、実験により算出してもよいし、筒内を飛散した凝縮水の液滴が噴孔に付着することから噴孔径を直径とする球の質量としてもよいし、もしくは噴孔体積に相当する質量としてもよい。
【００４５】
Ｓ１７で、Ｓ１３〜Ｓ１６で算出された初期水素イオン濃度及び付着した凝縮水の量の時間履歴に基づいて、付着期間の水素イオン濃度を算出する。ＳＯ３の水への溶解性は高いため、燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに付着した凝縮水中の硫酸イオンの量（ＳＯ３量）と、硫酸イオンの生成に伴い生成された水素イオンの量とは、一定である。そして、凝縮水が蒸発することで硫酸イオン濃度（ＳＯ３濃度）及び水素イオン濃度は高くなり、ｐＨは低下する。具体的な計算方法としては、Ｓ１３で算出した初期水素イオン濃度と、前述した初期付着量に相当する凝縮水の体積とに基づいて、燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに付着した凝縮水中の水素イオンの量を算出する。そして、Ｓ１６で求めた付着している凝縮水の量に対応した体積で除することで、付着期間における噴孔部２１ａに付着している水素イオン濃度を算出する。なお、水素イオン濃度を算出する代わりに、硫酸イオン濃度（ＳＯ３濃度）と水素イオン濃度は相関性があるため、硫酸イオン濃度を算出してもよい。Ｓ１７が、「水素イオン濃度算出部」に相当する。
【００４６】
Ｓ１８では、Ｓ１７で算出した付着期間における水素イオン濃度の時間による変化に基づいて、蒸発するまでに要する所要時間の相関値として水素イオン濃度の時間積分値Ｘを算出する。具体的には、初期付着量と水素イオンの量と蒸発量によって、凝縮水が燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに付着してから蒸発するまでの付着期間の間の時間積分値Ｘを算出する。なお、Ｓ１７で水素イオン濃度の代わりに硫酸イオン濃度を算出した場合には、硫酸イオン濃度の時間積分値を算出してもよい。Ｓ１８が、「パラメータ算出部」に相当する。
【００４７】
図４は、付着した凝縮水の量及び水素イオン濃度の時系列での変化を示す図である。凝縮水が筒内に流入して燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに付着した時点では、付着した凝縮水の量は、初期付着量ａである。時間が経過するにつれて、算出した蒸発量で凝縮水の付着量が減少する。一方で、凝縮水が筒内に流入して燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに付着した時点では、凝縮水の水素イオン濃度は、初期水素イオン濃度ｂとなっている。凝縮水中の水素イオンの量は変わらないことから、凝縮水の量の減少に伴い、水素イオン濃度が上昇する。そして、凝縮水が完全に蒸発又は吹き飛ばされることで、凝縮水の付着量が０になる。そして、時間によって変化する水素イオン濃度を時間積分することで、腐食パラメータである時間積分値Ｘが算出される。
【００４８】
Ｓ１９で、Ｓ１８で算出した濃度の時間積分値Ｘが、腐食閾値βよりも大きいか判定する。腐食閾値βは、許容可能な腐食の影響度に基づいて算出される。なお、燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに腐食代が設けられている場合には、腐食代を許容可能な腐食量とし、許容可能な腐食量に基づいて、腐食閾値βを算出してもよい。
【００４９】
図５は、水素イオン濃度の時間積分値Ｘと腐食量との関係を示す図である。発明者の実験によれば、燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａの腐食可能性は、時間積分値Ｘに比例することが発見された。つまり、時間積分値Ｘが大きいほど、腐食の影響度が大きくなり、腐食が進行する可能性が高くなる。そこで、Ｓ１８で算出した時間積分値Ｘが腐食閾値βより大きいか判定する。Ｓ１９で、時間積分値Ｘが腐食閾値βよりも小さいと判定された場合（Ｓ１９＝Ｎｏ）には、処理を終了する。なお、腐食閾値βは、例えばＳＯ３濃度の判明している液体に燃料噴射弁２１を晒し、許容可能な腐食の影響度（腐食量）に達するまでの時間を実験で求め、その実験結果に基づいて算出することができる。また、燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに凝縮水が付着する頻度を実験で求め、前述の実験で求めた閾値に頻度を乗じた値を腐食閾値βとしてもよい。運転条件によって噴孔部２１ａに付着する頻度が異なる場合には、運転条件による腐食閾値βを設定していてもよい。
【００５０】
Ｓ１９で、時間積分値Ｘが腐食閾値βよりも大きいと判定された場合（Ｓ１９＝Ｙｅｓ）には、Ｓ２０では、時間積分値Ｘに基づいて、気流調整弁１７により噴孔部周辺の気流速度を速くする場合に、腐食の影響度の低下が可能であるか否かを判定する。このとき、例えば気流速度を速くした結果として、次回以降の時間積分値Ｘが所定値以下まで低下するか否かを判定する。なお、Ｓ２０が「判定部」に相当する。また、所定値は、腐食閾値βと同じ値でもよいし、別に定めた値であってもよい。
【００５１】
Ｓ２０で、腐食の影響度が所定値まで低下すると判定された場合（Ｓ２０＝Ｙｅｓ）には、Ｓ２１で、スワール流を強化する。具体的には、気流調整弁１７を制御して、燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａの流速を変化させ、時間積分値Ｘが腐食閾値βよりも小さくなるように調整する。図６に示すように、スワール流を強化することで、蒸発を促進できる。蒸発を促進して、凝縮水が蒸発して無くなるまでにかかる時間が短くなることで、時間積分値Ｘを小さくでき、時間積分値Ｘを腐食閾値β以下にすることができる。Ｓ２１の処理が、「蒸発促進部」に相当する。
【００５２】
なお、Ｓ２１で、吸気バルブの開弁するタイミングを負圧状態で開弁するように遅らせることで、燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａの流速を大きくして、蒸発を促進するようにしてもよい。吸気バルブの開弁タイミングを遅らせることで、筒内が負圧となり、負圧の状態で開弁することで、筒内の流速を大きくすることができる。つまり、吸気バルブの開弁タイミングを遅くすることで、流速を大きくし、蒸発を促進できる。蒸発を促進して、凝縮水が蒸発して無くなるまでにかかる時間が短くなることで、時間積分値Ｘを小さくでき、腐食閾値β以下にすることができる。
【００５３】
また、Ｓ２１で、燃焼室１２に供給される吸気の温度を上げることで、蒸発を促進して、時間積分値Ｘが小さくなるように調整してもよい。吸気の温度を上昇させる方法としては、過給圧を上げる方法や、インタークーラ１８やＥＧＲクーラ３２に供給する冷却水の量を調整して吸気温度を上げる方法等が考えられる。つまり、吸気の温度を上げることで、燃焼室１２内の温度を上げ、拡散係数Ｄを大きくすることができ、蒸発を促進できる。蒸発を促進して、凝縮水が蒸発して無くなるまでにかかる時間が短くなることで、時間積分値Ｘを小さくでき、腐食閾値β以下にすることができる。また、気流制御や温度上昇の方法を組み合わせて、時間積分値Ｘを小さくするように調整してもよい。
【００５４】
気流調整弁１７により噴孔部周辺の気流の速度を調整する場合、その気流速度の調整には上限がある。一方で、凝縮水が付着した状態での噴孔部２１ａの腐食の影響度は種々の条件によって変わる。この場合、仮に噴孔部２１ａの腐食の影響度が極めて大きい場合には、蒸発促進処理として気流の増強を行っても腐食抑制の効果がさほど期待できないことがあると考えられる。
【００５５】
Ｓ２０で、腐食の影響度の低下が可能でないと判定した（Ｓ２０＝Ｎｏ）場合、Ｓ２２では、腐食抑制要求がＮＯｘ低減要求よりも優先される状況であるか否かを判定する。この判定は、例えば車両仕向地に応じて設定された情報に基づいて実施される。又は、燃料噴射弁２１の総使用時間やエンジン１０の総運転時間に基づいて、それらの時間が所定以上である場合に、腐食抑制要求がＮＯｘ低減要求よりも優先される状況であると判定されてもよい。
【００５６】
腐食抑制要求がＮＯｘ低減要求よりも優先される状況である（Ｓ２２＝Ｙｅｓ）場合、Ｓ２３に進み、気流調整弁１７による気流調整に代えて、ＥＧＲの排気還流停止を実施する。Ｓ２２で、腐食抑制要求が優先される状況でない（Ｓ２２＝Ｎｏ）場合、つまりＮＯｘ排出削減が優先される状況である場合には、Ｓ２４で、噴孔部２１ａ周辺の気流の速度を最大にする蒸発促進を行って、できるだけ時間積分値Ｘが小さくなるようにする。これにより、仕向地や後処理の方法に応じた対応をとることができる。なお、Ｓ２３が「停止部」に相当する。
【００５７】
以上説明した本実施形態では以下の効果を奏する。
【００５８】
本実施形態によれば、吸気通路１６から吸気と共に燃焼室１２内に流入した凝縮水が燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに付着する場合に、燃料噴射弁２１の燃料噴射までの間において、凝縮水により噴孔部２１ａに対して及ぼされる腐食の影響度を示す腐食パラメータ（時間積分値Ｘ）が算出される。そして、その腐食パラメータに基づいて、噴孔部２１ａに付着した凝縮水の蒸発を促進する促進処理が実施される。これにより、適切に燃料噴射弁２１の腐食を抑制できる。
【００５９】
噴孔部２１ａに凝縮水が付着した場合、仮に噴孔部２１ａに付着した凝縮水に含まれる水素イオンの量が同じであったとしても、その付着した時間が長くなるほど、腐食の懸念が大きくなる。この点、噴孔部２１ａに付着した凝縮水が蒸発するまでに要する所要時間の相関値として時間積分値Ｘを算出し、その時間積分値Ｘに基づいて蒸発促進処理を実施する構成としたため、腐食抑制を適正に実施できる。
【００６０】
排気中に含まれるＳＯ３は水への溶解性が非常に高く、凝縮水が少しでも残っている限り硫酸イオンとして存在し続ける。凝縮水にＳＯ３が溶ける（反応する）際に、水素イオンが生成され、付着した凝縮水中の水素イオンの量は、凝縮水が存在する間は、一定となる。一方、付着した凝縮水の水素イオン濃度は、一定の水素イオンの量であっても凝縮水が徐々に蒸発して減ることで、時間によって変化する。この変化する水素イオン濃度について、付着してから無くなるまでの時間積分値Ｘを所要時間の相関値として算出し、この時間積分値Ｘに基づいて蒸発促進処理を実施する構成としたため、腐食抑制を適正に実施できる。水素イオン濃度の時間積分値Ｘを腐食パラメータとすることで、より正確に影響を測ることができ、燃料噴射弁２１の腐食を抑制することができる。
【００６１】
排気中に含まれるＳＯ３は、燃料中の硫黄が燃焼によって酸化することで生成されている。燃料中の硫黄濃度が増えたり噴射された燃料の量が増えたりすると、排気中のＳＯ３濃度が増加することになる。また、排気中のＳＯ３濃度が高くなると、凝縮水中のＳＯ３濃度及び水素イオン濃度が大きくなる。そこで、燃料中の硫黄濃度と燃料噴射弁２１の噴射量に基づいて、燃料噴射弁２１の噴孔部２１ａに付着した凝縮水の水素イオン濃度を推定することができる。
【００６２】
また、予め燃料の硫黄濃度を記憶しておくことで、センサ等によって燃料中の硫黄濃度を測定する必要がなくなり、部品点数を削減することができる。
【００６３】
燃焼室１２内に流入する気流は、スワール流などを生成する気流調整弁１７や、開閉タイミングを制御することで気流を調整する吸気バルブ等の気流調整装置によって調整されている。また、噴孔部２１ａ周辺の気流の速度が速くなるほど、凝縮水の蒸発にかかる時間は短くなる。そこで、気流調整弁１７を制御して、噴孔部２１ａ周辺の気流の流速を速くすることで、蒸発を促進することができる。
【００６４】
仮に、種々の条件によって噴孔部２１ａの腐食の影響度が極めて大きい場合には、蒸発促進処理として気流の増強を行っても腐食抑制の効果がさほど期待できないことがあると考えられる。この点、本実施形態では、腐食の影響度の低下が可能でないと判定された場合に、腐食抑制要求がＮＯｘ低減要求よりも優先される状況であることを条件に、気流調整弁１７等による気流調整に代えて、ＥＧＲ装置３０の排気還流停止を実施する。これにより、腐食抑制の効果がさほど期待できず、かつ腐食抑制要求がＮＯｘ低減要求よりも優先される場合に、酸性の凝縮水の付着を抑制できるため、腐食を抑制することができる。
【００６５】
燃焼室１２内の温度が高くなるほど、凝縮水の蒸発にかかる時間は短くなる。そこで、燃焼室１２内に流入する吸気の温度を昇温させて、噴孔部２１ａに凝縮水が付着した時の燃焼室内の温度を昇温させることで、凝縮水の蒸発を促進する。
【００６６】
予め実験等により時間積分値Ｘがどれくらいの値の場合にどの程度の腐食の影響度が生じるかを算出する。そして、腐食閾値βと時間積分値Ｘとを比較し、腐食閾値βを時間積分値Ｘが超える場合に、時間積分値Ｘが腐食閾値βよりも小さくなるように蒸発を促進する。必要なだけの蒸発促進を行うことができる。
【００６７】
＜他の実施形態＞
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。
【００６８】
・腐食パラメータとして、水素イオン濃度を一定とみなして、付着した凝縮水が無くなるまでに要する所要時間を用いてもよい。具体的には、噴孔部２１ａに付着した凝縮水が無くなるまでにかかる所要時間は、噴孔部２１ａ付近の気流の速度と、燃焼室１２内の温度及び圧力の少なくともいずれかを含む筒内状態とに基づいて算出することができる。そこで、Ｓ１６で算出した単位時間当たりの蒸発量から初期付着量が蒸発するのにかかる時間を算出する。そして、この所要時間に基づいて蒸発促進処理を実施する構成としてもよい。このような構成でも、腐食抑制を適正に実施できる。
【００６９】
・腐食パラメータとして、付着した凝縮水が無くなるまでに要する所要時間を一定とみなして、凝縮水に含まれるＳＯ３量を用いてもよい。噴孔部２１ａに凝縮水が付着した場合、仮に噴孔部２１ａに付着した凝縮水が蒸発するまでに要する所要時間が同じであるとしても、その凝縮水に含まれるＳＯ３量が異なると、噴孔部２１ａにおける腐食の懸念も相違する。そこで、Ｓ１３で算出した排気中のＳＯ３濃度に基づいて付着した凝縮水中のＳＯ３量を算出し、この付着した凝縮水中のＳＯ３量を腐食パラメータとして、蒸発処理を促進する構成としてもよい。このような構成でも、腐食抑制を適正に実施できる。
【００７０】
・気流調整弁１７によって燃焼室１２内に形成する気流は、スワール流でなくタンブル流等他の気流であってもよい。ただし、スワール流は、流速のコントロールがしやすい点で好ましい。
【００７１】
・上記実施形態では、凝縮水が流入しても必ず噴孔部２１ａに付着するとみなせない場合の付着頻度や、運転条件によって噴孔部２１ａに付着する頻度が異なる場合には、腐食閾値βを調整することで処理されている。その代わりに、これらの場合に、腐食閾値βを一定にし、腐食パラメータを調整することで処理してもよい。具体的には、上述の腐食パラメータに頻度を乗じた値を判定に用いる腐食パラメータとしてもよい。
【００７２】
・上記各実施形態は、４気筒のディーゼルエンジン１０への適用に限定はされず、４気筒以外の気筒数で構成されたエンジンに対しても適用することができる。また、ディーゼルエンジンに限らず直噴タイプのガソリンエンジンにも適用することができる。要するに、上記各実施形態は、直噴タイプの燃料噴射弁２１を用いているエンジンであれば、上記各実施形態を適用することができる。
【００７３】
・本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０…エンジン、１２…燃焼室、１６…吸気通路、２１…燃料噴射弁、２１ａ…噴孔部、２８…排気通路、３０…ＥＧＲ装置、４０…ＥＣＵ。
【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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