(57)【要約】排気還流管などにおける結露を抑制することができるエンジン制御装置を提供する。本発明に係る制御装置は、排気管から吸気管へ排気を還流せしめる排気還流機構を備えるとともに前記吸気管にコンプレッサを備えるエンジンを制御するものである。前記制御装置は、前記吸気管内の圧力と湿度に応じて前記排気還流機構を制御する。
2017033647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管から吸気管へ排気を還流せしめる排気還流機構を備え、前記吸気管はコンプレッサを備えるエンジンを制御する、制御装置であって、
前記制御装置は、前記吸気管内の圧力と湿度に応じて前記排気還流機構を制御する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記排気還流機構は弁機構であり、
前記制御装置は、前記弁機構を開閉する制御信号を出力することにより、排気還流量または排気還流率を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記排気還流機構は、前記排気管から、前記吸気管に備えられたコンプレッサよりも上流部分に対して、前記排気を還流するように構成されており、
前記制御装置は、前記排気還流機構を制御することにより、前記排気を前記排気管から前記吸気管へ還流させる
ことを特徴とする請求項１または２記載の制御装置。
【請求項４】
前記エンジンは、前記コンプレッサの下流に配置され前記吸気管内の圧力を検出する吸気管圧力センサを備え、
前記制御装置は、前記吸気管圧力センサより前記吸気管内の圧力を取得する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の制御装置。
【請求項５】
前記吸気管は、前記吸気管の湿度を検出する吸気湿度センサを備え、
前記制御装置は、前記吸気湿度センサより前記吸気管の湿度を取得する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の制御装置。
【請求項６】
前記吸気湿度センサは、前記コンプレッサの上流部分のいずれかに配置され、または前記コンプレッサの上流部分であってかつ前記排気還流機構と前記吸気管が連結される箇所よりも下流部分のいずれかに配置されており、
前記制御装置は、前記吸気湿度センサが配置されている箇所と前記制御装置との間を接続する通信路を備える
ことを特徴とする請求項５記載の制御装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記コンプレッサの下流圧力が設定圧力以上である場合、前記排気が還流されないように前記排気還流機構を制御する
ことを特徴とする請求項１、４、５、または６記載の制御装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記コンプレッサの下流圧力と前記吸気管の湿度に応じて、前記排気を還流させるように前記排気還流機構を制御する許可動作範囲を設定し、
前記制御装置は、前記許可動作範囲においては前記吸気管の湿度が大きくなるほど前記コンプレッサの下流圧力が小さくなるように、前記許可動作範囲を設定する
ことを特徴とする請求項７記載の制御装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記コンプレッサの下流圧力と前記吸気管の湿度に応じて、前記排気を還流させないように前記排気還流機構を制御する禁止動作範囲を設定し、
前記制御装置は、前記禁止動作範囲においては前記吸気管の湿度が小さくなるほど前記コンプレッサの下流圧力が大きくなるように、前記禁止動作範囲を設定する
ことを特徴とする請求項７または８に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記吸気管内の圧力を検出するセンサが出力する検出信号が示す圧力値と、前記吸気管の湿度を検出するセンサが出力する検出信号が示す湿度値との積により導かれる閾値よりも、前記吸気管の湿度を示す指標値のほうが小さくなるように、前記排気還流機構を制御する
ことを特徴とする請求項９記載の制御装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記吸気管内の圧力が増加するのにともなって前記排気を還流させる量を減少させるように、前記排気還流機構を制御する
ことを特徴とする請求項１または６記載の制御装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記吸気管内の圧力を検出するセンサが出力する検出信号が示す圧力値が半減すると、前記吸気管の湿度を検出するセンサが出力する検出信号が示す湿度値が２倍になるように、前記排気還流機構を制御する
ことを特徴とする１、６、または１１記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等が搭載する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の自動車は、環境保全と省エネルギの観点から高効率化と排気清浄化を要求されている。高効率化の手段としては、ダウンサイジング、少気筒数化、高圧縮比化などによりエンジン構造を改良することが挙げられる。ダウンサイジングにより、燃焼室内の混合気温度が上昇し、異常燃焼が発生し易くなるので、排気再循環（以下、ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を導入することにより燃焼室内の混合気温度を低下させ異常燃焼を抑制させている。【０００３】
ＥＧＲシステムにおいては、循環させるガスの成分に水蒸気が含まれており、これが新気と混合して大気中の水蒸気に合算された際に結露が発生する場合がある。その結果、管路等の腐食や劣化、燃焼室内への流入によるプラグかぶり等を起因とする点火失敗、ひいては燃焼に失敗する失火現象等が発生する可能性がある。【０００４】
下記特許文献１は、『ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスと吸気通路を流通する吸入新気とが合流したとき又はインタクーラにおける結露の発生を回避すること』を目的とする技術を開示している（要約参照）。同文献記載の技術は、『内燃機関１４の排気管３４から排ガスの一部である低圧ＥＧＲガスを取り込み吸気管２２へ前記低圧ＥＧＲガスを再循環させる低圧ＥＧＲ通路４４に配設され、前記低圧ＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ４８と、冷却されて発生した凝縮水をトラップする凝縮水トラップ手段５０と、前記低圧ＥＧＲ通路４４中であって前記凝縮水トラップ手段５０の下流側に配設され、前記低圧ＥＧＲクーラ４８によって冷却された低圧ＥＧＲガスを所定温度に加熱するＥＧＲヒータ５２とを設けた。』という構成を備えている（要約参照）。同文献記載の技術によれば、『ＥＧＲ通路の上流側に設けられた冷却手段によって前記ＥＧＲ通路を流通する排ガス（ＥＧＲガス）が冷却され、前記冷却作用によって発生した凝縮水が水分捕集手段を介して除水及び排水され、さらに、前記ＥＧＲ通路を流通する排ガス（ＥＧＲガス）は、前記ＥＧＲ通路の下流側に設けられた加熱手段によって所定温度に加熱されて湿度が低い状態となるので、吸気通路に沿って吸入される高湿度、低温度の吸入新気と合流点で混合された場合であっても、ＥＧＲ通路の冷却手段によって冷却されたＥＧＲガスの温度よりも高い温度とすることにより、合流点以降における吸気通路内で結露の発生を好適に抑制することができる。この結果、本発明では、例えば、過給機やインタクーラ等を含む吸気系の要素が凝縮水によって浸食される不具合を好適に回避することができる。』とされている（段落００１０参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７４４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１記載の構成においては、コンプレッサ下流部分で混合気が圧縮されることにより混合気の相対湿度が上昇する。そのため、圧力増減に対して結露を抑制することができず、管路等の腐食や劣化、燃焼室内への流入によるプラグかぶり等を起因とする点火失敗、ひいては燃焼に失敗する失火現象等が発生することを完全に抑制するのは困難である。【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、排気還流管などにおける結露を抑制することができるエンジン制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る制御装置は、排気管から吸気管へ排気を還流せしめる排気還流機構を備えるとともに前記吸気管にコンプレッサを備えるエンジンを制御するものである。前記制御装置は、前記吸気管内の圧力と湿度に応じて前記排気還流機構を制御する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る制御装置によれば、吸気管内の圧力と湿度に応じて排気還流機構を制御することにより、前記吸気管内の結露状況を好適に判断し、前記排気還流機構を制御して結露を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る自動車用エンジンシステムのシステム構成図である。
【図２】ＥＣＵ１の構成を示すシステムブロック図である。
【図３】吸気管圧力センサ１２、吸気温湿度センサ６、および冷却水温センサ４２の特性図である。
【図４】ＣＰＵ５０ｅが車両の運転モードを演算する手順を説明する演算ロジック図である。
【図５】図４に示す各演算部の演算ロジックの特性図である。
【図６】運転モード判定部が運転モードＭＤを判定する際に用いる判定表である。
【図７】ＣＰＵ５０ｅが制御値を演算する手順を説明する演算ロジック図である。
【図８】要求出力演算部とＥＧＲ率目標値演算部の演算特性図である。
【図９】制御値演算部が運転モードと各目標値演算結果に基づき制御値を演算する手順を説明する演算ロジック図である。
【図１０】ＥＧＲ制御演算部がＥＧＲ弁開度ＥＶＯを演算する際の演算特性図である。
【図１１】ＣＰＵ５０ｅが実施する制御演算を説明するフローチャートである。
【図１２】禁止モードにおける各信号値の経時変化を示すタイムチャートである。
【図１３】許可モードにおける各信号値の経時変化を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜エンジン制御装置の構成＞
以下では本発明の実施形態として、エンジンの制御装置について説明する。同エンジンは、排気管から吸気管へ排気を還流せしめる排気還流機構を備え、吸気管にコンプレッサを備える、自動車用エンジンであることを前提とする。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る自動車用エンジンシステムのシステム構成図である。ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１は、本実施形態に係る制御装置である。アクセルペダル開度センサ２は、当該自動車に備えられたアクセルペダルの開度を検出するセンサである。エンジン１００は、火花点火燃焼あるいは圧縮自己着火式燃焼を実施する自動車用エンジンである。
【００１３】
エンジン１００は、吸気管３と排気管２６を備える。吸気管３は、吸入空気量を計測するエアフロセンサ４、吸気管３の流路面積を調整する調整弁５、吸気温度または吸気湿度を計測する吸気温湿度センサ６、を備える。吸気管３はさらに、混合気の圧力状態を調整するコンプレッサ７、混合気の温度を調整するインタクーラ８、を備える。圧力状態を調整された混合気は、インタクーラ８を通過する際に温度調整される。インタクーラ８は、空冷式のものでもよいし、冷媒を内部に備える温調ポンプ９を用いる水冷式のものでもよいし、これらの組み合わせでもよい。インタクーラ８を通過した混合気は、吸気管３に備えられたスロットル１０とタンブル弁１１を経て流量と流動を調整され、吸気管３に備えられた可変吸気排気動弁１３の吸気側から燃焼室１４に流入する。
【００１４】
燃焼室１４の適宜位置に備えられたインジェクタ２５は、燃焼室１４に流入した混合気に対して燃料を供給する。インジェクタ２５は、コモンレール２４に備えられている。燃料配管２１は、コモンレール２４の適宜位置に連接されている。燃料配管２１の適宜位置には、燃料圧力センサ２３が備えられている。燃料圧力センサ２３は、温度等を計測する機能を備えてもよい。燃料配管２１の適宜位置には、燃料ポンプ２２が備えられている。燃料ポンプ２２は、電気的または機械的な動力をもって駆動される。本実施形態における燃料ポンプ２２は、可変吸気排気動弁１３の排気動弁に備えられたカムシャフトを通じ機械的に駆動されているが、その限りではなく例えば電気モータ等のその他動力を用いて駆動してもよい。
【００１５】
燃焼室１４の適宜位置には、点火プラグ２０が備えられている。点火プラグ２０は、燃焼室１４内の圧力を計測するセンサ、または燃焼室１４内の燃焼時に発生するイオン量を計測するセンサを備えてもよい。当該センサは、燃焼室１４内壁に対して露出していればいずれの位置でもよい。点火プラグ２０は、配線を通じて点火コイル１９に連結されている。点火コイル１９の発するエネルギは、点火プラグ２０を通じて燃焼室１４に対して供給され、混合気を点火する。点火された混合気は燃焼し、燃焼室１４内の圧力を上昇させピストン１５を押し下げる。ピストン１５が押し下げられるエネルギは、コネクティングロッド１６によってクランクシャフト１７へ伝達されることにより、エンジン１００が搭載される車両の運動エネルギへ変換される。
【００１６】
クランクシャフト１７またはコネクティングロッド１６は、ピストン１５の往復距離を調整する機構を備えてもよい。例えば、コントロールシャフト１８などの調整機構をエンジン１００の適宜位置に設けることができる。クランクシャフト１７の適宜位置には、クランク角センサ４０が備えられている。エンジン１００はさらに、ノックセンサ４１と冷却水温センサ４２を適宜位置に備える。
【００１７】
燃焼した後の排気は、可変吸気排気動弁１３を通じ排気管２６に流入し、これにより排気管２６の適宜位置に備えられたタービン２７に対してエネルギを供給する。タービン２７の適宜位置には、タービン２７に流入する排気量を調整できるウェイストゲートが備えられている。このウェイストゲートは、電気的または機械的に開閉動作させることができる。タービン２７にエネルギを供給した排気は、排気管２６の適宜位置に備えられた空燃比センサ２８によって計測されつつ触媒２９を通過し浄化される。浄化された排気は排気管２６の適宜位置に備えられた排気温センサ３０により温度を計測され、触媒３１により再浄化される。本実施形態においては複数の触媒が設けられているが、触媒の個数はこれに限られず１つ以上適宜位置に設けることができる。
【００１８】
排気管２６に備えられた排気還流管３２は、排気を排気管２６から取り出して還流ガスとして還流させる管である。取り出された還流ガスは、排気還流管３２の適宜位置に備えられたＥＧＲクーラ３３により温度調整される。ＥＧＲクーラ３３は、空冷、水冷、または発電吸熱によって還流ガスの温度を調整する。本実施形態においては、ＥＧＲクーラ３３に対して冷媒が供給される。エンジン１００の適宜位置には、この冷媒の流量などを調整する冷却水ポンプ３８が備えられている。冷却水ポンプ３８には冷却水配管３７が連接され、冷却水配管３７の適宜位置には冷媒流路を調整する冷却水流路切替弁３９が備えられている。温調された還流ガスは、ＥＧＲ圧力センサ３４と３６により圧力などを計測されるとともに、ＥＧＲ弁３５により流量を調整される。流量を調整された還流ガスは、排気還流管３２と連接された吸気管３に流入する。
【００１９】
ＥＣＵ１は、アクセルペダル開度センサ２、エアフロセンサ４、吸気温湿度センサ６、吸気管圧力センサ１２、燃焼室圧力センサまたはイオン電流センサ、燃料圧力センサ２３、空燃比センサ２８、排気温センサ３０、ＥＧＲ圧力センサ３４および３６、クランク角センサ４０、ノックセンサ４１、冷却水温センサ４２、などから検出信号を受信する。ＥＣＵ１はこれら受信信号に応じて、調整弁５、温調ポンプ９、スロットル１０、タンブル弁１１、可変吸気排気動弁１３、コントロールシャフト１８、点火コイル１９、燃料ポンプ２２、インジェクタ２５、タービン２７、ＥＧＲ弁３５、冷却水ポンプ３８、冷却水流路切替弁３９、などを制御する。
【００２０】
エンジン１００は、上記構成以外にも、その他センサやアクチュエータを備えることもできる。エンジン１００は自動車に搭載されており、ＥＣＵ１は当該自動車の走行状態に関する情報を受け取る。ＥＣＵ１は、（ａ）エンジン１００を搭載する車体あるいは車輪に取り付けられた車速センサ、（ｂ）車体の加速度または角度を計測するセンサ、（ｃ）エンジン１００を搭載する車体に取り付けられた変速機を制御するためのシフトレバーの位置を検出するシフトレバー位置センサ、などから検出信号を直接または他制御装置を介して受け取ることもできる。さらには、当該自動車に乗車したドライバや同伴者などに関する情報を受け取ることもできる。
【００２１】
図２は、ＥＣＵ１の構成を示すシステムブロック図である。アクセルペダル開度センサ２、エアフロセンサ４、吸気温湿度センサ６、吸気管圧力センサ１２、点火プラグ２０が備える燃焼室圧力センサまたはイオン電流センサ、燃料圧力センサ２３、空燃比センサ２８、排気温センサ３０、ＥＧＲ圧力センサ３４および３６、クランク角センサ４０、ノックセンサ４１、冷却水温センサ４２、などからの検出信号は、ＥＣＵ１の入力回路５０ａに入力される。入力された各センサの信号は、入出力ポート５０ｂに送られる。
【００２２】
入出力ポート５０ｂに送られた信号は、信号値としてＲＡＭ５０ｃに保管されＣＰＵ５０ｅはその信号値を用いて演算処理を実施する。ＣＰＵ５０ｅが実施する演算処理内容を記述した制御プログラムは、あらかじめＲＯＭ５０ｄに格納されている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの制御量を示す値は、ＲＡＭ５０ｃに保管された後、入出力ポート５０ｂおよび各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。以下では記載の便宜上、制御プログラムを動作主体として説明する場合があるが、実際に制御プログラムを実行するのはＣＰＵ５０ｅである。
【００２３】
本実施形態においては、ＥＣＵ１は以下の駆動回路を備える：スロットル駆動回路５０ｆ、タンブル弁駆動回路５０ｇ、インジェクタ駆動回路５０ｈ、燃料ポンプ駆動回路５０ｉ、可変動弁駆動回路５０ｊ、コントロールシャフト駆動回路５０ｋ、点火信号出力回路５０ｌ、ＥＧＲ弁駆動回路５０ｍ、冷却水制御回路５０ｎ、温調ポンプ駆動回路５０ｏ、ウェイストゲート駆動回路５０ｐ。各駆動回路はそれぞれ以下を制御する：調整弁５、温調ポンプ９、スロットル１０、タンブル弁１１、可変吸気排気動弁１３、コントロールシャフト１８、点火コイル１９、燃料ポンプ２２、インジェクタ２５、タービン２７、ＥＧＲ弁３５、冷却水ポンプ３８、冷却水流路切替弁３９。本実施形態においてはＥＣＵ１内にこれら駆動回路を備えているが、これに限るものではなく、いずれかの駆動回路をＥＣＵ１外に備えてもよい。
【００２４】
図３は、吸気管圧力センサ１２、吸気温湿度センサ６、および冷却水温センサ４２の特性図である。上段図は、吸気管圧力の高低に対し、吸気管圧力センサ１２が出力する吸気管圧力信号が増減する特性を示している。中段図は、湿度の高低に対し、吸気温湿度センサ６が出力する湿度信号が増減する特性を示している。下段図は、冷却水温度の高低に対し、冷却水温センサ４２が出力する冷却水温度信号が増減する特性を示している。ここでは吸気管圧力の高まり、湿度の高まり、冷却水温度の高まりに応じて、それぞれのセンサの信号は増大するように特性を与えているが、これに限るものではなく、減少するように特性を与えてもよい。各センサの特性が図３とは異なる場合において、以下で示す制御ロジックを当該特性に合わせ設定することは容易である。
【００２５】
図４は、ＣＰＵ５０ｅが車両の運転モードを演算する手順を説明する演算ロジック図である。ＣＰＵ５０ｅが実施する制御プログラムは、制御ブロックとして閾値演算部、吸気管湿度演算部、排気還流温度演算部、運転モード判定部を備える。閾値演算部と吸気管湿度演算部はそれぞれ吸気管圧力信号ＰＩＳと湿度信号ＨＳを受け取り、排気還流管湿度演算部は冷却水温度信号ＴＷＳを受け取る。これら演算部の出力は運転モード判定部に入力される。運転モード判定部はこれら入力に基づき車両の運転モードＭＤを判定する。閾値演算部が出力する各閾値については後述する。
【００２６】
図５は、図４に示す各演算部の演算ロジックの特性図である。最上段図は、閾値演算部が吸気管圧力信号ＰＩＳと湿度信号ＨＳに基づき排気還流管温度閾値ＥＧＬを求める際に用いる演算マップである。吸気管圧力信号ＰＩＳの増大と湿度信号ＨＳの増大に応じて排気還流管温度閾値ＥＧＬは低下する。中段上図は、閾値演算部が吸気管圧力信号ＰＩＳと湿度信号ＨＳの積（ＨＳ×ＰＩＳ）に基づき吸気管閾値ＩＧＬを演算する際の特性図である。吸気管圧力信号ＰＩＳと湿度信号ＨＳの積の増大に応じて吸気管閾値ＩＧＬは減少する。中段下図は、吸気管湿度演算部が吸気管圧力信号ＰＩＳと湿度信号ＨＳに基づき湿度指標値ＨＩＩを演算する際の特性図である。吸気管圧力信号ＰＩＳの増大と湿度信号ＨＳの増大に応じて湿度指標値ＨＩＩは増加する。湿度指標値ＨＩＩは、吸気湿度を示唆する値である。最下段図は、排気還流管温度演算部が冷却水温度信号ＴＷＳに基づき排気還流管温度ＥＧＴを演算する際の特性図である。冷却水温度信号ＴＷＳの増大に応じ排気還流管温度ＥＧＴは増加する。各センサの特性が変更された場合、各演算部はこれにともなって各特性を容易に変更することできる。
【００２７】
吸気管圧力信号ＰＩＳと湿度信号ＨＳの積は、後述する運転モードＭＤの判定において結露状態に対応する所定値、または適当な基準値によって標準化された値となるように、上記特性をあらかじめ設定する。排気還流管温度閾値ＥＧＬは、吸気管圧力信号ＰＩＳが示す物理量が半減すると、湿度信号ＨＳが示す物理量が２倍となるように、上記特性をあらかじめ設定することが望ましい。これにより圧力と湿度の変化による結露判定が正確に実施でき、後に実施されるＥＧＲ弁の制御効果を最大限に発揮し、結露による部品劣化や失火、ひいては異常燃焼を抑制する効果を最大化することができる。
【００２８】
図６は、運転モード判定部が運転モードＭＤを判定する際に用いる判定表である。運転モード判定部は、排気還流管温度ＥＧＴと排気還流管温度閾値ＥＧＬを比較し、湿度指標値ＨＩＩと吸気管閾値ＩＧＬを比較する。排気還流管温度ＥＧＴが排気還流管温度閾値ＥＧＬより小さく、湿度指標値ＨＩＩが吸気管閾値ＩＧＬより小さい場合、運転モードＭＤは０となる。排気還流管温度ＥＧＴが排気還流管温度閾値ＥＧＬより小さく、湿度指標値ＨＩＩが吸気管閾値ＩＧＬより大きい場合、運転モードＭＤは１となる。排気還流管温度ＥＧＴが排気還流管温度閾値ＥＧＬより大きく、湿度指標値ＨＩＩが吸気管閾値ＩＧＬより大きい場合、運転モードＭＤは２となる。排気還流管温度ＥＧＴが排気還流管温度閾値ＥＧＬより大きく、湿度指標値ＨＩＩが吸気管閾値ＩＧＬより小さい場合、運転モードＭＤは３となる。各モード間の境界部分については適宜いずれかのモードに属することとして取り扱えばよい。
【００２９】
運転モードＭＤ＝０である場合、排気還流管温度ＥＧＴが不足しており排気還流管３２などにおいて結露が発生する可能性があることを示す。運転モードＭＤ＝１である場合、排気還流管温度ＥＧＴが不足しており排気還流管３２などにおいて結露が発生する可能性があり、かつ吸気管湿度が高く吸気管３などにおいて結露が発生する可能性があることを示す。運転モードＭＤ＝２である場合、排気還流管温度ＥＧＴが十分高く排気還流管３２などにおいて結露が発生する可能性は低く、かつ吸気管湿度が高く吸気管３などにおいて結露が発生する可能性があることを示す。運転モードＭＤ＝０〜２は、ＥＧＲを許可しない禁止モードである。これにより結露を防止し、部品劣化、失火などを抑制できる。
【００３０】
運転モードＭＤ＝３である場合、排気還流管温度ＥＧＴが十分に高く排気還流管３２などにおいて結露が発生する可能性は低く、かつ吸気管湿度が低く吸気管３などにおいて結露が発生する可能性が低いことを示す。運転モードＭＤ＝３は、ＥＧＲを許可する許可モードである。
【００３１】
これら運転モードにより、結露を防止し部品劣化、失火を抑制できるとともに、円滑にＥＧＲ弁３５を開くことができ、異常燃焼の抑制効果を最大化できる。
【００３２】
図７は、ＣＰＵ５０ｅが制御値を演算する手順を説明する演算ロジック図である。ＣＰＵ５０ｅが実施する制御プログラムは、制御ブロックとして以下の各演算部を備える。運転モードＭＤは制御値演算部へ入力され、アクセルペダル開度センサ信号ＡＰＳとクランク角センサ信号ＣＡＳが要求出力演算部へ入力される。要求出力演算部は、ＥＧＲ率目標値演算部、吸気管圧力目標値演算部、ウェイストゲート目標値演算部、空燃比目標値演算部、燃料噴射目標値演算部、タンブル弁目標値演算部、圧縮比目標値演算部、点火時期目標値演算部、温調ポンプ目標値演算部、冷却水流路目標値演算部に対して要求出力を出力し、各目標値演算部は入力された要求出力に応じてそれぞれ目標値を演算する。各目標値演算部の出力は制御値演算部に入力される。制御値演算部は、運転モードＭＤに応じて適切な制御値を演算または選択する。
【００３３】
図８は、要求出力演算部とＥＧＲ率目標値演算部の演算特性図である。上段図は、要求出力演算部の演算特性を示す。要求出力演算部は、クランク角センサ信号ＣＡＳの周波数等の高低と、アクセルペダル開度センサ信号ＡＰＳの大小とに応じて要求出力ＰＲを決定する。要求出力ＰＲは、クランク角センサ信号ＣＡＳの周波数等の増加にともなって増加し、アクセルペダル開度センサ信号ＡＰＳの増大にともなって増加する。要求出力演算部の演算特性はこれに限られるものではなく、例えばアクセルペダル開度センサ信号ＡＰＳのみに基づき要求出力ＰＳまたは要求トルクを演算することもできる。要求トルクを演算する場合、各目標値演算部に対して要求出力に代えて要求トルクを入力するように演算ブロックを変更することは容易である。下段図は、要求出力ＰＲとＥＧＲ率目標値ＲＥＧＲＴの特性を示す。ＥＧＲ率目標値演算部は、要求出力ＰＲの増加に応じＥＧＲ率目標値ＲＥＧＲＴを増加させる。
【００３４】
図９は、制御値演算部が運転モードと各目標値演算結果に基づき制御値を演算する手順を説明する演算ロジック図である。ＣＰＵ５０ｅが実施する制御プログラムは、制御ブロックとして以下の各演算部を備える。制御値演算部は、運転モードＭＤと各目標値演算結果を受け取り、これらはそれぞれＥＧＲ制御演算部、スロットル制御演算部、ウェイストゲート制御演算部、燃料ポンプ制御演算部、インジェクタ制御演算部、タンブル弁制御演算部、圧縮比制御演算部、温調ポンプ制御演算部、冷却水流路制御演算部に対して入力される。各演算部は入力値に基づき制御値を演算する。各演算結果は、エンジン１００が備える各機能部を駆動する制御量として出力される。各駆動回路はこれら制御量にしたがって制御信号を出力する。
【００３５】
図１０は、ＥＧＲ制御演算部がＥＧＲ弁開度ＥＶＯを演算する際の演算特性図である。ＥＧＲ制御演算部は、ＥＧＲ率目標値ＲＥＧＲＴとＥＧＲ弁開度ＥＶＯとの間の対応関係を定める特性マップを有し、同マップにしたがってＥＧＲ弁開度ＥＶＯを求める。ＥＧＲ制御演算部は、複数の特性マップを備え、運転モードＭＤ毎に特性マップを変更することができる。例えば運転モードＭＤ＝０、１、２（禁止モード）においては、ＥＧＲ率目標値ＲＥＧＲＴが増大してもＥＧＲ弁開度ＥＶＯは０または０近傍を維持する特性マップを用いる。さらに運転モードＭＤ＝３（許可モード）においては、ＥＧＲ率目標値ＲＥＧＲＴの増大に応じＥＧＲ弁開度ＥＶＯを増加させる特性マップを用いる。これにより禁止モードと許可モードに対応してＥＧＲ弁３５を制御することができる。
【００３６】
図１１は、ＣＰＵ５０ｅが実施する制御演算を説明するフローチャートである。ＣＰＵ５０ｅは、図４、図７〜図１０で説明した制御演算を例えば所定周期で繰り返し実行する。以下図１１の各ステップについて説明する。
【００３７】
（図１１：ステップＳ１０１〜Ｓ１０２）
ＣＰＵ５０ｅは、吸気管圧力信号ＰＩＳ、湿度信号ＨＳ、冷却水温度信号ＴＷＳ、ＲＯＭ値読込始動指示信号、加速度センサ信号、冷却水温度信号などの信号を受け取り、ＲＯＭ５０ｄに書き込まれた値を読み込む（Ｓ１０１）。ＣＰＵ５０ｅは、これら信号などにしたがって運転モードＭＤを演算する（Ｓ１０２）。これらステップは、図４で説明した演算ブロックに相当する。
【００３８】
（図１１：ステップＳ１０３）
ＣＰＵ５０ｅは、アクセルペダル開度センサ信号ＡＰＳ、エンジン回転数、クランク角センサ信号ＣＡＳ、などを読み込む。
【００３９】
（図１１：ステップＳ１０４）
ＣＰＵ５０ｅは、ステップＳ１０２において演算した運転モードＭＤが０であるか否かを判定する。０である場合ステップＳ１０７へ進み、０でない場合はステップＳ１０５へ進む。
【００４０】
（図１１：ステップＳ１０５）
ＣＰＵ５０ｅは、運転モードＭＤが１であるか否かを判定する。１である場合はステップＳ１０７へ進み、１でない場合はステップＳ１０６へ進む。
【００４１】
（図１１：ステップＳ１０６）
ＣＰＵ５０ｅは、運転モードＭＤが２であるか否かを判定する。２である場合はステップＳ１０７へ進み、２でない場合はステップＳ１１６へ進む。
【００４２】
（図１１：ステップＳ１０７〜Ｓ１１５）
ＣＰＵ５０ｅは、図７〜図１０で説明した各演算部の制御演算をそれぞれ実施する。これらステップにおいては、運転モードＭＤ＝０、１、２（禁止モード）に対応する制御演算を実施することになる。したがって例えばＥＧＲ制御演算部は、ＥＧＲ率目標値ＲＥＧＲＴの大小によらずＥＧＲ弁開度ＥＶＯを０またはその近傍にセットする。その他演算部は、ＥＧＲの開度が０または０近傍になることを踏まえて各制御量などを演算する。
【００４３】
（図１１：ステップＳ１１６）
ＣＰＵ５０ｅは、運転モードＭＤが３であるか否かを判定する。３である場合はステップＳ１１７へ進み、３でない場合は本フローチャートを終了する。
【００４４】
（図１１：ステップＳ１１７〜Ｓ１２５）
ＣＰＵ５０ｅは、図７〜図１０で説明した各演算部の制御演算をそれぞれ実施する。これらステップにおいては、運転モードＭＤ＝３（許可モード）に対応する制御演算を実施することになる。したがって例えばＥＧＲ制御演算部は、ＥＧＲ率目標値が大きくなるにともなってＥＧＲ弁開度ＥＶＯを大きくする。その他演算部は、ＥＧＲの開度が増減することを踏まえて各制御量などを演算する。
【００４５】
図１２は、禁止モードにおける各信号値の経時変化を示すタイムチャートである。ここでは排気還流管温度ＥＧＴが増加し、排気還流管温度閾値ＥＧＬより小さい値から大きい値へ推移したものと仮定する。また吸気管圧力信号ＰＩＳと湿度信号ＨＳおよびこれらに依拠する湿度指標値ＨＩＩは一定であり、湿度指標値ＨＩＩは吸気管閾値ＩＧＬより大きいと仮定する。排気還流管温度ＥＧＴが排気還流管温度閾値ＥＧＬより大きくなると、運転モードＭＤは１から２に変化する。運転モードＭＤは１または２でありＥＧＲは禁止されているので、ＥＧＲ率目標値ＲＥＧＲＴが増減してもＥＧＲ弁開度ＥＶＯは閉め状態である。これにより圧力と湿度に応じて排気還流機構を最適に制御し、吸気管３や排気管２６などにおける結露発生を抑制し、部品劣化、失火を抑制し、エンジンの燃費、熱効率、排気の悪化を抑制できる。
【００４６】
図１３は、許可モードにおける各信号値の経時変化を示すタイムチャートである。ここでは吸気管圧力信号ＰＩＳと湿度信号ＨＳが変化するものと仮定する。図５で説明した特性図にしたがって、吸気管圧力信号ＰＩＳの増大にともない排気還流管温度閾値ＥＧＬは増加し、吸気管閾値ＩＧＬは減少する。排気還流管温度ＥＧＴが排気還流管温度閾値ＥＧＬより小さく、湿度指標値ＨＩＩが吸気管閾値ＩＧＬより小さい時点においては、運転モードＭＤは０である。
【００４７】
排気還流管温度ＥＧＴが排気還流管温度閾値ＥＧＬより大きくなり、かつ湿度指標値ＨＩＩが吸気管閾値ＩＧＬより小さい時点においては、運転モードＭＤは３となりＥＧＲが許可される。許可モードにおいてＥＧＲ率目標値ＲＥＧＲＴが増大するとＥＧＲ弁開度ＥＶＯも増大し、ＥＧＲ率またはＥＧＲ流量を増加させる。ＥＧＲ弁開度ＥＶＯの増大にともない湿度信号ＨＳが増大することによって吸気管閾値ＩＧＬは減少し、湿度指標値ＨＩＩは増大するが、湿度指標値ＨＩＩが吸気管閾値ＩＧＬ未満となるようにＥＧＲ弁開度ＥＶＯを減少させることにより、結露発生条件近傍における最大限のＥＧＲ率またはＥＧＲ流量を保持できる。したがって、圧力と湿度に応じて排気還流機構を最適に制御し、吸気管３や排気管２６などにおける結露発生を抑制し、部品劣化、失火を抑制しつつ、ＥＧＲ増加による異常燃焼の抑制効果を最大化することができる。すなわち、エンジンの燃費、熱効率、排気の改善効果を最大化することができる。
【００４８】
許可モードにおいて吸気管圧力信号ＰＩＳが増加すると、より低い湿度であっても結露が発生するようになる。かかる場合も上記と同様にＥＧＲ弁開度ＥＶＯを減少させることにより、結露発生条件近傍における最大限のＥＧＲ率またはＥＧＲ流量を保持できる。
【００４９】
＜本発明の変形例について＞
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【００５０】
以上の実施形態の説明において、ＥＣＵ１に対する入出力信号として図１〜図２で説明したものを例示したが、例えばエンジン１００の構成に応じてその他信号を適宜入出力し、その信号に応じた制御演算を適宜実施することもできる。
【００５１】
以上の実施形態の説明において、ＥＣＵ１が実行する制御プログラムが備える制御ブロックとして図７の各目標値演算部および図９の各演算部を例示したが、どのような演算部を備えるかについてはＥＣＵ１が実行する制御処理の内容に応じて適宜定めることができこれら構成に限られるものではない。
【００５２】
以上の実施形態の説明において、ＥＧＲを禁止する動作モードと許可する動作モードを例示したが、これら以外の動作モード（例えばフェイルセーフ的観点に基づく動作モード）を設けることもできる。
【００５３】
図１においては、吸気温湿度センサ６は、吸気管３と排気還流管３２が連結されている箇所からコンプレッサ７までの間の箇所に配置されているが、コンプレッサ７よりも上流側の位置であればそれ以外の箇所に配置してもよい。いずれの箇所であっても、吸気温湿度センサ６とＥＣＵ１との間を接続する有線または無線の通信路を適宜設けることができる。
【００５４】
上記各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。
【００５５】
＜本発明のまとめ＞
本発明に係るＥＣＵ１は、吸気管３内の圧力と湿度に応じて排気還流管３２を開閉することにより、吸気管３や排気管２６などにおいて結露が生じることを抑制する。これにより、混合気の圧力と湿度に応じて結露発生条件が変化する環境下においても、結露の発生およびこれに起因する不具合を抑制することができる。
【００５６】
本発明に係るエンジン１００において、排気還流管３２は弁機構によって開閉制御される。これにより高精度にＥＧＲ流量を制御することができる。
【００５７】
本発明に係るエンジン１００において、排気還流管３２は、排気管２６から、コンプレッサ７よりも上流部分に対して、排気を還流させる。これにより、吸気圧が負圧から大気圧以上となる範囲の全体にわたってＥＧＲを還流することができ、本発明の効果が最大化される。
【００５８】
本発明に係るエンジン１００は、吸気管３内の圧力を検出する手段として、コンプレッサ７の下流に配置された吸気管圧力センサ１２を用いる。これにより、混合気の加圧条件を適切に把握できる。
【００５９】
本発明に係るエンジン１００は、吸気管３の湿度を検出する手段として、吸気管３に配置された吸気温湿度センサ６を用いる。これにより、実際にエンジンが吸入する混合気の湿度を検出することができる。
【００６０】
本発明に係るエンジン１００において、吸気温湿度センサ６は、コンプレッサ７の上流部分に配置され、またはコンプレッサ７の上流部分であってかつ排気還流管３２と吸気管３とが連結されている箇所よりも下流部分に配置されている。これにより、コンプレッサ７などが吸気圧力を変化させる前の時点で吸気の湿度とＥＧＲ流量を正確に検出することができる。
【００６１】
本発明に係るＥＣＵ１は、コンプレッサ７の下流側の圧力が設定圧力以上である場合、排気が還流されないように排気還流管３２を開閉制御する。すなわち、吸気管圧力信号ＰＩＳが大きくなると吸気管閾値ＩＧＬが下がり（図５参照）、吸気管閾値ＩＧＬが下がると湿度指標値ＨＩＩがより小さい値にならない限り許可モードにならなくなる（図６参照）ので、排気は還流されにくくなる。これにより、結露が発生する条件下においてＥＧＲを実施することにより結露が発生することを却って助長するような動作を抑制することができる。
【００６２】
ＥＣＵ１は、コンプレッサ７の下流圧力（すなわち吸気管圧力信号ＰＩＳ）と吸気管３の湿度（すなわち湿度指標値ＨＩＩ）に応じて、排気を還流させる許可動作範囲（許可モードで動作する範囲）を設定する。これにより、吸気管３内の混合気の結露限界条件を好適に判定することができる。またＥＣＵ１は、許可モードにおいては吸気管３の湿度が大きくなるほどコンプレッサ７の下流圧力が小さくなるように、許可動作範囲を設定する。これにより、吸気管３内の混合気の湿度増加に応じて結露条件が低圧側となる現象を高精度に判定できる。
【００６３】
ＥＣＵ１は、コンプレッサ７の下流圧力（すなわち吸気管圧力信号ＰＩＳ）と吸気管３の湿度（すなわち湿度指標値ＨＩＩ）に応じて、排気を還流させない禁止動作範囲（禁止モードで動作する範囲）を設定する。具体的には、禁止モードにおいては吸気管３の湿度が小さくなるほどコンプレッサ７の下流圧力が大きくなるようにする。これにより、吸気管３内の混合気の湿度低下に応じて結露条件が高圧側となる現象を高精度に判定できる。
【００６４】
ＥＣＵ１は、許可モードを実施している間において、吸気管圧力センサ１２の検出信号が示す圧力値と、吸気温湿度センサの検出信号が示す湿度値との積により導かれる閾値が結露を生じさせる値に達している場合は、ＥＧＲ弁開度ＥＶＯを減少させてＥＧＲ流量を減少させる。これにより、湿度と圧力に応じた結露判定条件を明確化でき、弁開度を正確に増減させることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１：ＥＣＵ 
２：アクセルペダル開度センサ
３：吸気管
４：エアフロセンサ
５：調整弁
６：吸気温湿度センサ
７：コンプレッサ
８：インタクーラ
９：温調ポンプ
１０：スロットル
１１：タンブル弁
１２：吸気管圧力センサ
１３：可変吸気排気動弁
１４：燃焼室
１５：ピストン
１６：コネクティングロッド
１７：クランクシャフト
１８：コントロールシャフト
１９：点火コイル 
２０：点火プラグ（含：燃焼室圧力センサまたはイオン電流センサ）
２１：燃料配管
２２：燃料ポンプ
２３：燃料圧力センサ（含：温度センサ）
２４：コモンレール 
２５：インジェクタ
２６：排気管
２７：タービン（含：ウェイストゲート）
２８：空燃比センサ
２９：触媒
３０：排気温センサ
３１：触媒
３２：排気還流管
３３：ＥＧＲクーラ
３４：ＥＧＲ圧力センサ
３５：ＥＧＲ弁
３６：ＥＧＲ圧力センサ
３７：冷却水配管
３８：冷却水ポンプ
３９：冷却水流路切替弁
４０：クランク角センサ 
４１：ノックセンサ 
４２：冷却水温センサ
１００：エンジン
【図１】
2017033647.tif 000003
【図２】
2017033647.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017033647.tif 000006
【図５】
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【図６】
2017033647.tif 000008
【図７】
2017033647.tif 000009
【図８】
2017033647.tif 000010
【図９】
2017033647.tif 000011
【図１０】
2017033647.tif 000012
【図１１】
2017033647.tif 000013
【図１２】
2017033647.tif 000014
【図１３】
2017033647.tif 000015
【国際調査報告】
2017033647.tif 000016
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