(57)【要約】【課題】ＥＧＲ分配量に気筒間ばらつきが生じても、全ての気筒でＮＯｘ排出量を低減できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】複数の気筒２と、複数の気筒２のそれぞれに分岐する吸気通路４と、排気の一部を吸気通路４の分岐位置より上流にＥＧＲガスとして供給するＥＧＲ装置１０と、各気筒２の筒内に水を供給し、気筒２毎に供給する水量を調整可能な水噴射弁３とを備えた内燃機関１ａに適用され、ＥＧＲガスの供給量及び気筒２毎に供給する水量を制御する内燃機関の制御装置において、複数の気筒２のうち、ＥＧＲガスが最も多く分配される気筒２において、筒内のＥＧＲ量がＮＯｘ排出量を低減させる適正な値となるようにＥＧＲ装置１０を制御し、その他の気筒２には、適正な値に不足するＥＧＲ量に応じて水量を供給するように水噴射弁３を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒と、前記複数の気筒のそれぞれに分岐する吸気通路と、排気の一部を取り出してＥＧＲ通路を介して前記吸気通路の分岐位置より上流にＥＧＲガスとして供給するＥＧＲ装置と、前記複数の気筒のそれぞれに水を供給し、気筒毎に供給する水量を調整可能な水供給手段とを備えた内燃機関に適用され、前記ＥＧＲガスの供給量及び気筒毎に供給する水量を制御する内燃機関の制御装置において、
前記複数の気筒のうち、前記ＥＧＲガスが最も多く分配される気筒において、筒内のＥＧＲ量がＮＯｘ排出量を低減させる適正な値となるように前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ制御手段と、
前記複数の気筒のうち、前記ＥＧＲガスが最も多く分配される気筒以外の気筒には、前記適正な値に不足するＥＧＲ量に応じて水量を供給するように前記水供給手段を制御する
水供給制御手段と、
を備えることを特徴とする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、ＥＧＲ装置を備える内燃機関に適用される制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＧＲ装置を備え、燃料と共に水を気筒に噴射する内燃機関に適用される制御装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０６８６１９号
【特許文献２】特開２００６−３１６７０９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＮＯｘ排出量を低減するために、ＥＧＲガスの供給量の制御と気筒に供給する水量の制御とを共に行う場合、複数の気筒に分岐する吸気通路の分岐位置より上流にＥＧＲガスを導入する内燃機関では、ＥＧＲ分配量に気筒間ばらつきが生じて、ＥＧＲ分配量が少ない気筒では十分にＮＯｘ排出量を低減できないことがある。
【０００５】
そこで、本発明は、ＥＧＲ分配量に気筒間ばらつきが生じても、全ての気筒でＮＯｘ排出量を低減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】
本発明の内燃機関の制御装置は、複数の気筒と、前記複数の気筒のそれぞれに分岐する吸気通路と、排気の一部を取り出してＥＧＲ通路を介して前記吸気通路の分岐位置より上流にＥＧＲガスとして供給するＥＧＲ装置と、前記複数の気筒のそれぞれに水を供給し、気筒毎に供給する水量を調整可能な水供給手段とを備えた内燃機関に適用され、前記ＥＧＲガスの供給量及び気筒毎に供給する水量を制御する内燃機関の制御装置において、前記複数の気筒のうち、前記ＥＧＲガスが最も多く分配される気筒において、筒内のＥＧＲ量がＮＯｘ排出量を低減させる適正な値となるように前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ制御手段と、前記複数の気筒のうち、前記ＥＧＲガスが最も多く分配される気筒以外の気筒には、前記適正な値に不足するＥＧＲ量に応じて水量を供給するように前記水供給手段を制御する水供給制御手段と、を備える（請求項１）。
【０００７】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、ＥＧＲガスが最も多く分配される気筒では、筒内のＥＧＲ量がＮＯｘ排出量を低減させる適正な値に制御されるため、ＮＯｘ排出量を低減できる。更に、その他の気筒でも、適正な値に不足するＥＧＲ量に応じて水量が供給されることにより、不足するＥＧＲ量に応じて供給された水量の気化潜熱で筒内のガス温度を低下させることができるため、ＮＯｘ排出量を低減できる。
【発明の効果】
【０００８】
以上に説明したように、本発明の内燃機関の制御装置によれば、ＥＧＲ分配量に気筒間ばらつきが生じても、全ての気筒でＮＯｘ排出量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一形態に係る内燃機関の制御装置を示した図。
【図２】ＥＣＵが実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図３】第２の形態に係る内燃機関の制御装置を示した図。
【図４】第２の形態においてＥＣＵが実行する制御ルーチンを示したフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の形態）
図１に示した内燃機関１ａは不図示の車両に走行用動力源として搭載される。内燃機関１ａは、第１の気筒２ａ、第２の気筒２ｂ、第３の気筒２ｃ及び第４の気筒２ｄが一方向に並べられた直列４気筒型の内燃機関として構成されている。以下、気筒２ａ、気筒２ｂ、気筒２ｃ及び気筒２ｄを互いに区別する必要がない場合は、気筒２と表記する。各気筒２には、水供給手段として水噴射弁３が１つずつ設けられている。水噴射弁３は、各気筒２の筒内に水を噴射して供給することが可能であり、気筒２毎に供給する水量を調整することができる。
【００１１】
吸気通路４及び排気通路５は、いずれも４つに分岐して各気筒２に接続している。内燃機関１ａには、排気エネルギーを利用して吸気を過給するターボチャージャー６が搭載されている。内燃機関１ａには、排気通路５から排気の一部を取り出して吸気通路４の分岐位置より上流にＥＧＲガスとして供給するＥＧＲ装置として、第１のＥＧＲ装置１０及び第２のＥＧＲ装置２０が設けられている。第１のＥＧＲ装置１０は、排気通路５から排気の一部をＥＧＲガスとして取り出して吸気通路４の分岐位置より上流に導く第１のＥＧＲ通路１１と、第１のＥＧＲ通路１１に導かれたＥＧＲガスを冷却する第１のＥＧＲクーラ１２と、第１のＥＧＲ通路１１を流れるＥＧＲガスの流量を調整できる第１のＥＧＲ弁１３とを備えている。同様に、第２のＥＧＲ装置２０は、第２のＥＧＲ通路２１と、第２のＥＧＲクーラ２２と、第２のＥＧＲ弁２３とを備えている。
【００１２】
第１のＥＧＲクーラ１２及び第２のＥＧＲクーラ２２で生成された凝縮水は、それぞれ第１の凝縮水収集管３０及び第２の凝縮水収集管３１を経由して凝縮水タンク３２に溜まる。そして、凝縮水タンク３２に溜まった凝縮水は、水供給管３３を経由して、各気筒２に設けられた４つの水噴射弁３に供給される。このように、気筒２の筒内に噴射する水に凝縮水タンク３２に溜まった凝縮水を利用することで、凝縮水の処理を軽減できる。
【００１３】
内燃機関１ａの各部の制御は、コンピュータとして構成されたエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４０にて制御される。ＥＣＵ４０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含む。ＥＣＵ４０は、第１のＥＧＲ弁１３、第２のＥＧＲ弁２３及び水噴射弁３等に対して各種の制御を行う。ＥＣＵ４０には、クランク角センサ４１の出力信号等が入力される。クランク角センサ４１の出力により、エンジン回転速度（エンジン回転数）を検出することができる。
【００１４】
ＥＣＵ４０のＲＯＭには、エンジン回転数及びトルクにて特定される内燃機関１ａの各運転領域における、ＥＧＲ分配量の気筒２間ばらつきの値が記憶されている。これらの値は、予め実験や数値計算等により求められたものである。また、ＥＣＵ４０のＲＯＭには、筒内のＥＧＲ量とＮＯｘ排出量抑制効果との相関関係Ａのデータ、及び水噴射量とＮＯｘ排出量抑制効果との相関関係Ｂのデータが記憶されている。また、ＥＣＵ４０のＲＯＭには、内燃機関１ａの各運転領域における、第１のＥＧＲ弁１３及び第２のＥＧＲ弁２３のＥＧＲガス流量と筒内のＥＧＲ量との相関関係Ｃのデータが記憶されている。相関関係Ａ、相関関係Ｂ及び相関関係Ｃは、いずれも予め実験や数値計算等により求められたものである。
【００１５】
ＥＣＵ４０は、エンジン回転数及びトルクの状態に応じて、第１のＥＧＲ弁１３及び第２のＥＧＲ弁２３のＥＧＲガス流量と、水を供給する気筒２と、水噴射弁３の水噴射量とを決定する。図２は、ＥＣＵ４０が実施する制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図２の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ４０に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。
【００１６】
この制御ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、まずステップＳ１において、クランク角センサ４１の出力からエンジン回転数を検出し、燃料噴射量からトルクを検出することによって、現状の内燃機関１ａの運転領域を特定する。次のステップＳ２において、ＥＣＵ４０は、ＲＯＭに記憶されている上記の運転領域におけるＥＧＲ分配量の気筒２間ばらつきの値から、４つの気筒２のうちＥＧＲガスが最も多く分配される気筒２を判断する。次のステップＳ３において、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲガスが最も多く分配されると判断した気筒２の筒内のＥＧＲ量がＮＯｘ排出量を低減させる適正な値となるように、ＲＯＭに記憶された相関関係Ｃのデータから、第１のＥＧＲ弁１３及び第２のＥＧＲ弁２３のＥＧＲガス流量を決定し、第１のＥＧＲ弁１３及び第２のＥＧＲ弁２３を制御する。
【００１７】
次のステップＳ４において、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲガスが最も多く分配されると判断した気筒２以外の気筒２に水を供給することを決定する。例えば、ＥＧＲガスが最も多く分配されるのは気筒２ａであるとＥＣＵ４０が判断したとする。この場合、気筒２ｂ、気筒２ｃ及び気筒２ｄに水を供給することをＥＣＵ４０は決定する。
【００１８】
次のステップＳ５において、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲガスが最も多く分配される気筒２の筒内のＥＧＲ量と、ＲＯＭに記憶されている上記の運転領域におけるＥＧＲ分配量の気筒２間ばらつきの値とから、水を供給する気筒２の筒内のＥＧＲ量を算出する。次のステップＳ６において、ステップＳ５で算出した筒内のＥＧＲ量から、上記の適正な値に不足するＥＧＲ量を算出する。次のステップＳ７において、ＥＣＵ４０は、ＲＯＭに記憶された相関関係Ａ及び相関関係Ｂのデータから、不足するＥＧＲ量に対応する水噴射量を算出することにより、水を供給する気筒２の筒内に噴射する水噴射弁３の水噴射量を決定し水噴射弁３を制御する。
【００１９】
上記の方法により第１のＥＧＲ弁１３及び第２のＥＧＲ弁２３を制御することにより、ＥＧＲガスが最も多く分配される気筒２では、筒内のＥＧＲ量がＮＯｘ排出量を低減させる適正な値に制御されるため、ＮＯｘ排出量を低減できる。また、上記の方法により水噴射弁３を制御することにより、その他の気筒２でも、適正な値に不足するＥＧＲ量に対応した水量が供給され、水の気化潜熱で筒内のガス温度を低下させることができるため、ＮＯｘ排出量を低減できる。ＥＣＵ４０は、ステップＳ１からステップＳ３までの制御を実行することにより本発明に係るＥＧＲ制御手段として、ステップＳ４からステップＳ７までの制御を実行することにより本発明に係る水供給制御手段として、それぞれ機能する。
【００２０】
（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を図３及び図４を参照して説明する。この形態は、ＣＯ２濃度センサを備えることと、ＥＣＵ４０によるＥＧＲ弁及び水噴射弁の制御方法が異なることとを除き、第１の形態と同一構成を有している。以下、第２の形態の特徴部分を説明し、第１の形態との共通部分については図面に同一符号を付して説明を省略する。
【００２１】
図３に示した内燃機関１ｂには、吸気通路４の各気筒２に接続する付近にＣＯ２濃度センサ４２が１つずつ合計４つ設けられている。
【００２２】
ＥＣＵ４０には、４つのＣＯ２濃度センサ４２の出力信号等が入力される。ＥＣＵ４０のＲＯＭには、第１の形態と同様に、相関関係Ａ及び相関関係Ｂのデータが記憶されている。
【００２３】
ＥＣＵ４０は、４つのＣＯ２濃度センサ４２の出力信号に応じて、第１のＥＧＲ弁１３及び第２のＥＧＲ弁２３のＥＧＲガス流量と、筒内に水を供給する気筒２と、水噴射弁３の水噴射量とを決定する。図４は、ＥＣＵ４０が実施する制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図４の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ４０に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。
【００２４】
この制御ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、まずステップＳ１１において、４つのＣＯ２濃度センサ４２の出力信号から、各気筒２の筒内のＥＧＲ量を検出する。次のステップＳ１２において、４つの気筒２のうちＥＧＲガスが最も多く分配される気筒２を判断する。次のステップＳ１３において、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲガスが最も多く分配されると判断した気筒２の筒内のＥＧＲ量がＮＯｘ排出量を低減させる適正な値となるように、第１のＥＧＲ弁１３及び第２のＥＧＲ弁２３を制御する。
【００２５】
次のステップＳ１４において、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲガスが最も多く分配されると判断した気筒２以外の気筒２に水を供給することを決定する。次のステップＳ１５において、ＥＣＵ４０は、ＣＯ２濃度センサ４２の出力信号から水を供給する気筒２の筒内のＥＧＲ量を検出する。次のステップＳ１６において、ステップＳ１５で検出した筒内のＥＧＲ量から、上記の適正な値に不足するＥＧＲ量を算出する。次のステップＳ１７において、ＥＣＵ４０は、ＲＯＭに記憶された相関関係Ａ及び相関関係Ｂのデータから、不足するＥＧＲ量に対応する水噴射量を算出することにより、水を供給する気筒２の筒内に噴射する水噴射弁３の水噴射量を決定し水噴射弁３を制御する。
【００２６】
上記の方法により第１のＥＧＲ弁１３、第２のＥＧＲ弁２３及び水噴射弁３を制御することにより、第１の形態と同様に、全ての気筒２においてＮＯｘ排出量を低減できる。ＥＣＵ４０は、ステップＳ１１からステップＳ１３までの制御を実行することにより本発明に係るＥＧＲ制御手段として、ステップＳ１４からステップＳ１７までの制御を実行することにより本発明に係る水供給制御手段として、それぞれ機能する。
【００２７】
本発明は、上記各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において、種々の形態にて実施できる。上記各形態では４気筒の内燃機関に本発明を適用したが、複数の気筒を有する内燃機関であれば、気筒数を問わず本発明を適用できる。また、上記各形態ではターボチャージャーを備えた内燃機関に本発明を適用したが、ターボチャージャーを備えていない内燃機関にも本発明を適用できる。また、上記各形態ではＥＧＲ装置を２つ備えた内燃機関に本発明を適用したが、ＥＧＲ装置を１つしか備えていない内燃機関にも本発明を適用できる。また、上記各形態では、気筒の筒内に供給する水にＥＧＲクーラで生成された凝縮水を用いているが、その他の水を気筒の筒内に供給する水として用いた内燃機関にも本発明を適用できる。また、上記各形態では、ＥＧＲガスが最も多く分配される気筒には水を供給せず、その他の気筒にのみ水を供給しているが、ＥＧＲガスが最も多く分配される気筒にも水を供給し、その他の気筒には不足するＥＧＲ量に応じた水量を更に増やして水を供給する形態であってもよい。また、上記各形態では各気筒の筒内に水噴射弁で水噴射を行っているが、各気筒への吸気通路で水噴射を行う形態であってもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１ａ、１ｂ  内燃機関
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  気筒
３  水噴射弁（水供給手段）
４  吸気通路
１０  第１のＥＧＲ装置
１１  第１のＥＧＲ通路
２０  第２のＥＧＲ装置
２１  第２のＥＧＲ通路
４０  ＥＣＵ（ＥＧＲ制御手段、水供給制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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