(57)【要約】【課題】ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、吸気通路における凝縮水の発生を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとを有する過給機と、タービンより下流の排気通路とコンプレッサより上流の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を介して排気の一部をコンプレッサより上流の吸気通路に戻すＥＧＲ装置と、コンプレッサより上流の吸気通路とコンプレッサより下流の吸気通路とを連通させる吸気バイパス通路と、バイパス通路に設けられたエアバイパスバルブと、吸気通路に設けられる吸気温度センサと、吸気通路における凝縮水の発生と関係を有する第１の温度を記憶する第１の温度記憶手段と、吸気温度センサによって検出された吸気温度が第１の温度よりも低い場合に、エアバイパスバルブを開くエアバイパスバルブ開口手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとを有する過給機と、
前記タービンより下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記コンプレッサより上流の吸気通路に戻すＥＧＲ装置と、
前記コンプレッサより上流の吸気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを連通させる吸気バイパス通路と、
前記吸気バイパス通路に設けられたエアバイパスバルブと、
前記吸気通路に設けられる吸気温度センサと、を備える内燃機関の制御装置において、
前記吸気温度センサによって検出された吸気温度が前記吸気通路における凝縮水の発生と関係を有する第１の温度よりも低い場合に、前記エアバイパスバルブを開くエアバイパスバルブ開口手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記吸気温度センサによって検出された吸気温度が前記第１の温度よりも高い温度であり吸気系統の許容温度である第２の温度以上の場合に、前記エアバイパスバルブを全閉にするエアバイパスバルブ全閉手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記吸気温度センサによって検出された吸気温度が前記第１の温度以上かつ前記第２の温度より低い場合に、前記吸気温度センサによって検出された吸気温度に応じて前記エアバイパスバルブの開度の調節を行うエアバイパスバルブ開度調節手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記エアバイパスバルブ開口手段は、前記吸気温度センサによって検出された吸気温度が前記第１の温度よりも低い場合に、前記エアバイパスバルブを全開にすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１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】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼後の排気を吸気通路へと循環するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備えた内燃機関が知られている。例えば、特許文献１には、過給機のタービン下流からコンプレッサ上流へと排気の一部をＥＧＲガスとして循環する経路を備えた内燃機関が開示されている。また、この内燃機関には、過給機のコンプレッサ下流とコンプレッサ上流とを接続するバイパス通路が設けられている。このバイパス通路を開閉するために、エアバイパスバルブ（以下、ＡＢＶともいう。）が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１１１１７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような内燃機関において、ＥＧＲガスが吸気通路内に導入された際にＥＧＲガス中の水蒸気が凝縮して凝縮水が発生することがある。この凝縮水は、吸気通路内の温度が露点より低いときに発生する。この凝縮水が発生することにより、内燃機関のアルミニウム部品及びゴム部品が腐食する恐れがある。
【０００５】
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装置を備えた内燃機関において、吸気通路における凝縮水の発生を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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとを有する過給機と、
前記タービンより下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記コンプレッサより上流の吸気通路に戻すＥＧＲ装置と、
前記コンプレッサより上流の吸気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを連通させる吸気バイパス通路と、
前記吸気バイパス通路に設けられたエアバイパスバルブと、
前記吸気通路に設けられる吸気温度センサと、を備える内燃機関の制御装置において、
前記吸気温度センサによって検出された吸気温度が前記吸気通路における凝縮水の発生と関係を有する第１の温度よりも低い場合に、前記エアバイパスバルブを開くエアバイパスバルブ開口手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記吸気温度センサによって検出された吸気温度が前記第１の温度よりも高い温度であり吸気系統の許容温度である第２の温度以上の場合に、前記エアバイパスバルブを全閉にするエアバイパスバルブ全閉手段をさらに備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第２の発明において、前記吸気温度センサによって検出された吸気温度が前記第１の温度以上かつ前記第２の温度より低い場合に、前記吸気温度センサによって検出された吸気温度に応じて前記エアバイパスバルブの開度の調節を行うエアバイパスバルブ開度調節手段をさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記エアバイパスバルブ開口手段は、前記吸気温度センサによって検出された吸気温度が前記第１の温度よりも低い場合に、前記エアバイパスバルブを全開にすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、吸気通路内の温度が低いときに、吸気バイパス通路において圧縮空気を循環させて、吸気温度を上昇させることができる。この結果、吸気系統の温度を上昇させて、凝縮水の蒸発を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１のシステムの構成を説明するための概略構成図である。
【図２】凝縮水の量と蒸発に必要な熱量の関係を示した図である。
【図３】ＡＢＶの開度と吸気温度との関係について表した図である。
【図４】実施の形態１において、ＥＣＵで実行されるＡＢＶ開閉制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】吸気系統におけるＥＧＲガスの分布について表したイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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のシステムの構成を説明するための概略構成図である。図１には、エンジン本体１０が示されている。エンジン本体１０は、具体的には、シリンダブロック、シリンダヘッド、ピストン、クランクシャフト等の各種部品で構成されている。エンジン本体１０には、エンジンの各気筒と接続されるインテークマニホールド９を介して、吸気通路８が接続されている。吸気通路８には、インタークーラ７、エアクリーナ１が設けられている。エンジン本体１０には、エキゾーストマニホールド１１を介して、排気通路１４が接続されている。排気通路１４には、触媒１５が設けられている。この触媒１５は、例えば、三元触媒とすることができる。
【００１３】
本実施の形態では、コンプレッサ３及びタービン１２を有する過給機が設けられている。図１に示すように、コンプレッサ３は吸気通路８に、タービン１２は排気通路１４の触媒１５の上流に、それぞれ配置されている。コンプレッサ３は、吸気通路８のエアクリーナ１を通過した吸気を圧縮して下流へと吐出する。なお、排気通路１４には、タービン１２をバイパスする排気バイパス通路２５が設けられており、排気バイパス通路２５には、ウエストゲートバルブ１３が設けられている。
【００１４】
本実施の形態では、エンジン本体１０へＥＧＲガスを導入するための装置として、ＬＰＬ（Low Pressure Loop）ＥＧＲ装置が設けられている。図１において、ＥＧＲ通路１６、ＥＧＲクーラ１７、そしてＥＧＲバルブ１９がＬＰＬＥＧＲ装置を構成している。ＥＧＲ通路１６は、タービン１２より下流の排気通路１４と、コンプレッサ３より上流のコンプレッサ入口配管２とを接続している。
【００１５】
本実施の形態では、コンプレッサ３をバイパスする吸気バイパス通路２４が設けられている。吸気バイパス通路２４は、コンプレッサ３の上流のコンプレッサ入口配管２と、コンプレッサ３の下流のコンプレッサ出口配管４とを接続している。吸気バイパス通路２４の開閉は、エアバイパスバルブ６（以下、ＡＢＶ６という。）によって実現される。このＡＢＶ６は、電動式のものが採用されている。このため、ＡＢＶ６はその開度を調節することができる。なお、コンプレッサ入口配管２において、吸気バイパス通路２４の接続口は、ＥＧＲ通路１６の接続口よりも下流に設けられている。
【００１６】
なお、本実施の形態では、吸気通路８、エアクリーナ１、コンプレッサ３、インタークーラ７、インテークマニホールド９、そして吸気バイパス通路２４及びＡＢＶ６を総括して吸気系統と称する。
【００１７】
コンプレッサ入口配管２には、吸気温度センサ５が設けられている。吸気温度センサ５は、エアクリーナ１を通過した吸気、吸気通路に導入されたＥＧＲガス、そして吸気バイパス通路２４から導入される圧縮された吸気のそれぞれが混合された吸気の温度を検出する目的で設けられている。このため、吸気温度センサ５は、コンプレッサ３より上流かつコンプレッサ入口配管２におけるＥＧＲ通路１６の接続口及び吸気バイパス通路２４の接続口より下流に設けられている。
【００１８】
また、図１に示すように、本実施の形態では、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ２２、エンジンの負荷を検出するためのエアフローセンサ２３が設けられている。
【００１９】
実施の形態１のシステムの構成は、エンジンの運転状態を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）２１を備える。ＥＣＵ２１の入力側には、吸気温度センサ５、クランク角センサ２２、エアフローセンサ２３などの各種センサがそれぞれ接続される。これらの各種センサは、エンジンを制御するための情報を検出し、検出した情報を信号としてＥＣＵ２１に出力する。具体的には、吸気温度センサ５は、検知した吸気の温度に応じた信号をＥＣＵ２１に出力する。クランク角センサ２２は、クランクシャフトの軸の回転に同期したパルス信号を出力する。エアフローセンサ２３は、吸入空気量に応じた信号を出力する。
【００２０】
ＥＣＵ２１は、上記の各種センサが出力した信号に基づいて、エンジンの運転状態を検知する。例えば、ＥＣＵ２１は、吸気温度センサ５の出力から、コンプレッサ入口配管２における吸気温度Ｔを算出する。ＥＣＵ２１は、クランク角センサ２２の出力から、クランク角を検知して、エンジン回転数を算出する。ＥＣＵ２１は、エアフローセンサ２３の出力から吸入空気量を算出し、吸入空気量とエンジン回転数とからエンジンの負荷を算出する。
【００２１】
ＥＣＵ２１の出力側には、ＡＢＶ６、ＥＧＲバルブ１９、ウエストゲートバルブ１３などの各種アクチュエータがそれぞれ接続される。ＥＣＵ２１は、ＡＢＶ６に信号を供給してＡＢＶ６の開度を調節する。これにより、吸気バイパス通路２４を通過する吸気の量を設定する。ＥＣＵ２１は、ＥＧＲバルブ１９に信号を供給してＥＧＲバルブ１９の開度を調節する。これにより、ＥＧＲガスの量を設定する。ＥＣＵ２１は、ウエストゲートバルブ１３に信号を供給して、ウエストゲートバルブ１３の開度を調節する。
【００２２】
［吸気通路における凝縮水の発生］
ところで、ＥＧＲガスが吸気通路８に導入された際に、吸気通路８内の温度が露点よりも低いと、ＥＧＲガス中に含まれる水蒸気が凝縮して凝縮水が発生する。この凝縮水は、吸気系統のアルミニウム部品及びゴム部品を腐食する原因となる。このため、吸気通路８で発生した凝縮水を蒸発させて除去する必要がある。
【００２３】
図２は、凝縮水の量と蒸発に必要な熱量の関係を示した図である。図２に示すように、凝縮水の量が増えるほど凝縮水を蒸発させるために必要な熱量も増加する。このため、例えば、エンジン始動後の暖機運転中の低温状態では、定常運転時よりも多くの熱量が必要である。これは、暖機運転中には吸気系統の温度が露点より低い場合が多く、吸気系統内の環境が凝縮水の発生しやすい環境であるといえるからである。
【００２４】
そこで、本実施の形態では、吸気温度Ｔが凝縮水の発生しやすい温度である場合、ＡＢＶ６を開口してコンプレッサ３から吐出される圧縮空気を吸気バイパス通路２４に流入させる。これにより、吸気バイパス通路２４とコンプレッサ入口配管２とコンプレッサ出口配管４との間で圧縮空気が循環するコンプレッサループを引き起こさせる。これにより、コンプレッサ３で断熱圧縮が繰り返されることで吸気の温度が上昇する。この結果、吸気系統の温度を上昇させて凝縮水の蒸発を促進させることができる。
【００２５】
以下に、本実施の形態で行われる吸気温度Ｔに基づいたＡＢＶ６の開閉制御について、図３を参照して説明する。
【００２６】
図３は、ＡＢＶ６の開度と吸気温度Ｔとの関係について表した図である。図３において、縦軸はＡＢＶ６の開度を示しており、横軸は吸気温度Ｔを示している。ここで、吸気温度Ｔとは、吸気温度センサ５によって検出される温度のことである。
【００２７】
図３の横軸には、第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２とが示されている。第１の温度Ｔ１は、露点の温度のことであり、エンジン始動後の低温時及びＥＧＲガスの初期導入時などの凝縮水が最も多量に発生する温度により決定される温度である。また、第２の温度Ｔ２は、コンプレッサ３のインペラの疲労強度、インタークーラ７の内部のフィンの強度などより決定される吸気系統の許容温度である。第２の温度Ｔ２は、例えば、１７０℃から２００℃の間で設定される。
【００２８】
図３のグラフ（ａ）に示すように、本実施の形態のＡＢＶ６の開度制御では、吸気温度Ｔが第１の温度Ｔ１より低い場合には、ＡＢＶ６の開度が１００％、つまり全開になる。そして、吸気温度Ｔが第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２の間では、ＡＢＶ６の開度は、吸気温度に応じてリニアに制御される。例えば、第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２の中間値である温度ＴＥの場合には、ＡＢＶ６の開度は５０％に設定される。このように、吸気温度Ｔが第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２の間では、ＡＢＶ６の開度は、吸気温度に応じて連続的に制御される。そして、吸気温度Ｔが第２の温度Ｔ２以上になった場合、ＡＢＶ６の開度は０％、つまり全閉になる。
【００２９】
また、図３のグラフ（ｂ）に示すように、吸気温度Ｔが第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２の間において、ＡＢＶ６の開度を吸気温度に応じて離散的に制御することとしてもよい。
【００３０】
上記のようなＡＢＶ６の開閉制御を行うことにより、凝縮水が発生しやすい温度である第１の温度Ｔ１よりも吸気温度が低い場合に多量の圧縮空気を吸気バイパス通路２４で循環させることができる。これにより、圧縮空気が吸気バイパス通路２４で循環するコンプレッサループが発生する。コンプレッサループでは、コンプレッサ３の出口より吐出された圧縮空気の一部が、１回目の断熱圧縮による温度上昇分を保ったまま、再び吸気バイパス通路２４に導入される。そして、２回目の断熱圧縮により、さらに圧縮空気の温度が上昇する。このように、コンプレッサループによって吸気の断熱圧縮が繰り返されて、吸気の温度が段階的に上昇していく。この結果、吸気系統の温度が上昇して、凝縮水の蒸発が促進される。
【００３１】
凝縮水の蒸発が促進されることにより、吸気系統の部品の腐食を抑制することができる。このため、ＡＢＶ６の弁部分の割れ、ＡＢＶ６の摺動部分の潤滑剤が不足することによる摩擦熱の発生を防止することができる。
【００３２】
また、エンジン始動後の暖機によって、吸気温度が第１の温度Ｔ１より高くなった場合に、ＡＢＶ６の開度を徐々に上げることができるため、安定したコンプレッサループを維持することができる。
【００３３】
次に、本実施の形態のＥＣＵ２１で行われる吸気温度Ｔに基づくＡＢＶ６の開閉制御の具体的な内容について図４を参照して説明する。
【００３４】
［ＡＢＶ開閉制御ルーチン］
図４は、実施の形態１において、ＥＣＵ２１で実行されるＡＢＶ開閉制御ルーチンのフローチャートである。ＥＣＵ２１は、本ルーチンを記憶するためのメモリーを有している。ＥＣＵ２１は、記憶した本ルーチンを実行するためのプロセッサを有している。
【００３５】
まず、ＥＣＵ２１は、ＬＰＬ−ＥＧＲ領域か否かを判定する（Ｓ１００）。ＬＰＬ−ＥＧＲ領域か否かは、エンジンの運転領域によって決定される。具体的には、エンジン回転数及びエンジンの負荷などの情報に基づいて判定される。ＥＣＵ２１がＬＰＬ−ＥＧＲ領域ではないと判定した場合、ＡＢＶ６の全閉制御が行われる（Ｓ１１４）。その後、本ルーチンは終了する。
【００３６】
一方、ＥＣＵ２１がＬＰＬ−ＥＧＲ領域であると判定した場合、吸気温度Ｔについて判定する（Ｓ１０２）。ここで、吸気温度Ｔとは、吸気温度センサ５の出力に基づいてＥＣＵ２１が検出した温度であり、ＥＧＲガス、エアクリーナ１を通過した吸気、そして吸気バイパス通路２４から導入される圧縮空気が混合された吸気の温度のことである。
【００３７】
Ｓ１０２において、吸気温度Ｔが第１の温度Ｔ１よりも低いと判定された場合（Ｓ１０４）、ＡＢＶ６の全開制御が行われる（Ｓ１０６）。なお、ＥＣＵ２１には、第１の温度記憶手段により、予め第１の温度が記憶されている。その後、本ルーチンは終了する。
【００３８】
Ｓ１０２において、吸気温度Ｔが第１の温度Ｔ１以上かつ第２の温度Ｔ２より低いと判定された場合（Ｓ１０８）、ＡＢＶ６の小開制御が行われる（Ｓ１１０）。この小開制御とは、図３で示す第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２の間におけるＡＢＶ６の開度を吸気温度に対してリニアに制御することをいう。なお、ＥＣＵ２１には、第２の温度記憶手段により、予め第２の温度が記憶されている。その後、本ルーチンは終了する。
【００３９】
Ｓ１０２において、吸気温度Ｔが第２の温度以上と判定された場合（Ｓ１１２）、ＡＢＶ６の全閉制御が行われる（Ｓ１１４）。その後、本ルーチンは終了する。
【００４０】
［ＥＧＲガスの分布の改善効果］
上記のＡＢＶ開閉制御を行うことによる副次的な効果として、ＥＧＲガスの分布が改善される効果がある。これについて、以下に図５を参照して説明する。
【００４１】
図５は、吸気系統におけるＥＧＲガスの分布について表したイメージ図である。図５に示されるＡ乃至Ｄのグラフにおいて、実線が本実施の形態のＡＢＶ開閉制御を行った場合のＥＧＲガスの分布を、破線が本実施の形態のＡＢＶ開閉制御を行わなかった場合のＥＧＲガスの分布をそれぞれ示している。図５のＡ乃至Ｄのグラフにおける横軸は、吸気系統のそれぞれの部位における中心軸であり、縦の矢印は中心軸から外周方向へのＥＧＲガスの分布を示している。なお、図５に示すＥＧＲガスの分布は、ＥＧＲガスを吸気通路８の中心部に導入することを前提としている。
【００４２】
図５において、Ａで示されるグラフが吸気系統の最上流におけるＥＧＲガスの分布を示しており、Ｄで示されるグラフが吸気系統の最下流におけるＥＧＲガスの分布を示している。このように、図５には、Ａ、Ｂ、Ｃ、そしてＤの順に、吸気系統の上流から下流へ向かうそれぞれの部位におけるＥＧＲガスの分布が示されている。具体的には、ＡがＥＧＲ通路１６とコンプレッサ入口配管２との接続口、Ｂが吸気バイパス通路２４とコンプレッサ入口配管２との接続口の下流、Ｃがコンプレッサ出口配管４と吸気バイパス通路２４との接続口、Ｄがインテークマニホールド９の内部をそれぞれ示している。
【００４３】
図５に示すように、ＡＢＶ開閉制御を行っている方が、ＥＧＲガスの分布が均一になっている。これは、コンプレッサループによってＥＧＲガスと吸気とが混合されることによる。このため、インテークマニホールド９からエンジン本体１０の各気筒へ供給される吸気中のＥＧＲガス濃度が均一になる。この結果、エンジン本体１０における燃焼が安定する。
【００４４】
なお、ＥＣＵ２１が、上記Ｓ１０６及びＳ１１０を実行することにより前記第１の発明における「エアバイパスバルブ開口手段」が、上記Ｓ１１４を実行することにより前記第２の発明における「エアバイパスバルブ全閉手段」が、上記Ｓ１１０を実行することにより前記第３の発明における「エアバイパスバルブ開度調節手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００４５】
２  コンプレッサ入口配管
３  コンプレッサ
４  コンプレッサ出口配管
５  吸気温度センサ
６  エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）
８  吸気通路
９  インテークマニホールド
１０  エンジン本体
１６  ＥＧＲ通路
１７  ＥＧＲクーラ
１９  ＥＧＲバルブ
２１  ＥＣＵ
２４  吸気バイパス通路
【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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