(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関へ燃料を噴射する燃料噴射手段と、排気通路から吸気通路へと排気ガスの一部であるＥＧＲガスを還流するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に取り付けられたＥＧＲクーラとを有する内燃機関の制御装置であって、
前記ＥＧＲクーラの熱交換効率に基づいて、前記燃料噴射手段の燃料噴射時期を遅角補正する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記ＥＧＲクーラの熱交換効率が低くなればなるほど、遅角補正量を大きくすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記遅角補正量は、失火せずに燃料噴射時期を遅角可能な補正量であ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ディーゼルエンジンなどの内燃機関において、排気通路から排気ガスの一部を吸気通路へ戻し、機関内での燃焼温度を下げることにより、ＮＯｘの発生を抑制する排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が知られている。ＥＧＲ装置には、吸気通路へ戻される排気ガス（ＥＧＲガス）の温度を下げるためにＥＧＲクーラが備えられている。ＥＧＲ装置がＥＧＲガスの温度を冷却することにより、機関内の燃焼温度を下げ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
【０００３】
以下の特許文献１には、ＥＧＲクーラ冷却効率に対し、吸入空気量・ＥＧＲ量を制御することによって、エミッション低下を抑制する内燃機関の排気浄化装置が記載されている。特許文献２には、ＥＧＲクーラ冷却効率を、ＥＧＲクーラ上流側・下流側温度、冷却水温から推定するＥＧＲガス温度推定装置が記載されている。特許文献３には、燃料噴射時期を遅角することにより、燃焼温度が低減される内燃機関の排気浄化装置が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２９９９６号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６４５７号公報
【特許文献３】特開２００３−２９３８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、内燃機関の運転時間の経過に伴い、ＥＧＲガスが吸気通路へ戻る途中で、ＨＣや可溶性有機成分（ＳＯＦ）などのデポジットがＥＧＲクーラの熱交換部に付着することにより、ＥＧＲクーラの冷却性能（熱交換率）が低下する。この結果、ＥＧＲクーラは、経年劣化してエミッションが悪化するという問題があった。特許文献１〜３には、ＥＧＲクーラの経年劣化によるエミッションの悪化を防止するという点については何ら検討されていない。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＥＧＲクーラの経年劣化によるエミッションの悪化を防ぐことの可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの観点では、内燃機関へ燃料を噴射する燃料噴射手段と、排気通路から吸気通路へと排気ガスの一部であるＥＧＲガスを還流するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に取り付けられたＥＧＲクーラとを有する内燃機関の制御装置であって、前記ＥＧＲクーラの熱交換効率に基づいて、前記燃料噴射手段の燃料噴射時期を遅角補正する制御手段を備え、前記制御手段は、前記ＥＧＲクーラの熱交換効率が低くなればなるほど、遅角補正量を大きくすることを特徴とする。
【０００８】
上記の内燃機関の制御装置は、燃料噴射手段と、ＥＧＲ通路と、ＥＧＲクーラと、制御手段と、を備える。前記燃料噴射手段は、例えば燃料噴射弁であり、内燃機関へ燃料を噴射する。ＥＧＲ通路は、排気通路から吸気通路へと排気ガスの一部であるＥＧＲガスを還流する。前記ＥＧＲ通路にはＥＧＲクーラが取り付けられている。前記制御手段は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であり、前記ＥＧＲクーラの熱交換効率に基づいて、前記燃料噴射手段の燃料噴射時期を遅角補正する。遅角補正量は、例えば、ＥＧＲクーラの熱交換効率とのマップにより求められる。このように、燃料噴射時期を遅角補正することにより、着火遅れが短くなるので、燃焼温度を低下させることができ、ＮＯｘの発生を減少させることができる。また、ＥＧＲクーラの熱交換効率が比較的高い状態では、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラで冷却することにより、内燃機関における燃焼温度を低下させて、ＮＯｘの発生を抑制することができ、ＥＧＲクーラの熱交換効率が比較的低い状態では、燃料噴射時期を遅角補正して、エンジン１０における燃焼温度を低下させることにより、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
【０００９】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記遅角補正量は、失火せずに燃料噴射時期を遅角可能な補正量である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１１】
［内燃機関の構成］
まず、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置１００の概略構成を示すブロック図である。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を示す。
【００１２】
図１において、内燃機関の制御装置１００は、内燃機関（エンジン）１０として直列４気筒のディーゼルエンジンを備える。エンジン１０の各気筒は、吸気マニホールド１１及び排気マニホールド１２に接続されている。エンジン１０は、各気筒に設けられた燃料噴射弁１５と、各燃料噴射弁１５に対して高圧の燃料を供給するコモンレール１４とを備え、コモンレールには不図示の燃料ポンプにより燃料が高圧状態で供給される。各燃料噴射弁１５は、ＥＣＵ７からの制御信号Ｓ１によってその燃料噴射量や噴射タイミングが制御される。
【００１３】
吸気マニホールド１１に接続された吸気通路２０には、エンジン１０への流入空気量（新気量）を計測するエアフローメータ２１と、スロットル弁２２と、ターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ａと、吸気を冷却するインタークーラ２４とが設けられている。排気マニホールド１２に接続された排気通路２５には、ターボチャージャ２３のタービン２３ｂと、触媒３０が設けられている。触媒３０は、例えば、ＮＯｘを処理するＮＯｘ吸蔵還元型触媒である。
【００１４】
内燃機関の制御装置１００には、排気通路２５と吸気通路２０とを接続するＥＧＲ通路３１が設けられている。このＥＧＲ通路３１がＥＧＲ装置として機能する。具体的には、ＥＧＲ通路３１は、排気通路２５のタービン２３ｂの上流位置と、吸気通路２０のコンプレッサ２３ａの下流位置とを接続している。そのため、排気ガスの一部（ＥＧＲガス）は、排気通路２５のタービン２３ｂの上流位置から、ＥＧＲ通路３１を介して、吸気通路２０のインタークーラ２４の下流位置へと還流する。
【００１５】
ＥＧＲ通路３１には、ＥＧＲクーラ３２とＥＧＲ弁３３とが設けられている。ＥＧＲクーラ３２は、ＥＧＲ通路３１の外側に冷却水を流通させた熱交換部を有し、熱交換部において、ＥＧＲガスと当該冷却水との間の熱交換を行うことによりＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲクーラ３２により冷却されたＥＧＲガスが吸気通路の流入空気と混合されることにより、エンジン１０における燃焼温度は低下し、ＮＯｘの発生が低減される。ＥＧＲ弁３３は、ＥＧＲ通路３１に流れるＥＧＲガスの流量を調整するためのものであり、ＥＣＵ７からの制御信号Ｓ２によって、その開度が制御される。
【００１６】
ＥＣＵ(Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）７は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などを備える。ＥＣＵ２０は、内燃機関の制御装置１００に備えられた各種センサから検出信号を取得し、これに基づいてエンジン１０に対する制御を行う。本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、ＥＣＵ７は、ＥＧＲクーラ３２の熱交換効率（以下では「ＥＧＲクーラ効率」と称す）に基づいて、燃料噴射弁１５の燃料噴射時期を遅角補正する。従って、ＥＣＵ７は、本発明における制御手段として機能する。
【００１７】
（内燃機関の制御方法）
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御方法について具体的に述べることとする。
【００１８】
ＥＧＲクーラ３２は、取り付けられた当初では、ＥＧＲガスと冷却水との間の熱交換が盛んに行われるため、ＥＧＲガスを十分に冷却することができ、吸気マニホールド１１における吸気温度は低下する。そのため、エンジン１０における燃焼温度は低下し、ＮＯｘの発生を十分に抑えることができる。
【００１９】
しかしながら、エンジン１０の運転時間の経過に伴い、ＥＧＲガスが吸気通路へ戻る途中でＨＣやＳＯＦなどのデポジットがＥＧＲクーラ３２の熱交換部に付着して堆積することにより、ＥＧＲガスと冷却水との間の熱交換効率が低下して、ＥＧＲクーラ３２は経年劣化する。ＥＧＲクーラが経年劣化すると、ＥＧＲガスを十分に冷却することができなくなるので、吸気マニホールド１１における吸気温度が上昇する。これにより、エンジン１０における燃焼温度が上昇する。エンジン１０における燃焼温度が上昇すると、失火には強くなり、ＨＣ、ＣＯを低減させることができるものの、ＮＯｘの発生を十分に抑えることは難しくなる。
【００２０】
そこで、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、ＥＣＵ７は、ＥＧＲクーラ３２のＥＧＲクーラ効率に基づいて、燃料噴射弁１５の燃料噴射時期を遅角補正することとする。燃料噴射時期を遅角補正することにより、着火遅れが短くなるので、燃焼温度を低下させることができ、ＮＯｘの発生を減少させることができる。以下に具体的に述べる。
【００２１】
図２は、ＥＧＲクーラ効率と燃料噴射時期の遅角補正量との関係を示すグラフである。図２のグラフに示す遅角補正量は、具体的には、燃料噴射時期の遅角可能な補正量を示している。従って、図２のグラフに示す遅角補正量よりも大きく燃料噴射時期を遅角した場合には失火する。図２のグラフより分かるように、ＥＧＲクーラ効率が高くなればなるほど、吸気マニホールド１１における吸気温度が低下するので遅角可能な補正量は小さくなり、一方、ＥＧＲクーラ効率が低くなればなるほど、吸気マニホールド１１における吸気温度が上昇するので遅角可能な補正量は大きくなる。
【００２２】
本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、例えば、ＥＣＵ７は、図２のグラフに示すＥＧＲクーラ効率と燃料噴射時期の遅角補正量との関係をマップとして予め記憶し、当該マップに基づいて、燃料噴射時期の遅角補正量を調整することとする。具体的には、ＥＣＵ７は、ＥＧＲクーラ効率が低下した場合には、燃料噴射時期の遅角補正量を増加させることとし、ＥＧＲクーラ効率が上昇した場合には、燃料噴射時期の遅角補正量を減少させることとする。ＥＧＲクーラ効率を推定する方法については、後に詳細に述べることとする。
【００２３】
この内燃機関の制御装置によれば、ＥＧＲクーラ効率が比較的高い状態では、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ３２で冷却することにより、エンジン１０における燃焼温度を低下させて、ＮＯｘの発生を抑制することができ、ＥＧＲクーラ効率が比較的低い状態では、燃料噴射時期を遅角補正することにより、エンジン１０における燃焼温度を低下させて、ＮＯｘの発生を抑制することができる。このようにすることで、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、ＥＧＲクーラが経年劣化してもＮＯｘの発生を十分に抑えることが可能となる。
【００２４】
（ＥＧＲクーラ効率の推定方法）
次に、ＥＧＲクーラ効率の推定方法について説明する。ＥＧＲクーラ効率の推定方法として、以下では、エンジン１０が搭載された車両の走行距離に基づいてＥＧＲクーラ効率を推定する方法、ＥＧＲクーラ３２を通過するＥＧＲガスの流量の積算量に基づいてＥＧＲ効率を推定する方法、ＥＧＲクーラ３２のＥＧＲガスの入出口における温度及び冷却水の水温に基づいてＥＧＲクーラ効率を推定する方法について述べることとする。
【００２５】
最初に、エンジン１０が搭載された車両の走行距離に基づいてＥＧＲクーラ効率を推定する方法について図３を用いて説明する。図３の実線で示すグラフ４１は、車両の走行距離とＥＧＲクーラ効率との関係を示すグラフである。図３のグラフ４１に示すように、車両の走行距離が長くなるにつれて、エンジン１０の運転時間も長くなるので、ＥＧＲクーラ３２に熱交換部に堆積するデポジットの量は増加して、ＥＧＲクーラ効率は低下する。一方、車両の走行距離が短くなるにつれて、エンジン１０の運転時間も短くなるので、ＥＧＲクーラ３２に熱交換部に堆積するデポジットの量は減少して、ＥＧＲクーラ効率は上昇する。
【００２６】
ただし、図３のグラフ４１に示すように、ＥＧＲクーラ効率は、下限値ＣＬを有し、走行距離が一定の距離以上では、下限値ＣＬよりも低下することはない。この理由は以下の通りである。即ち、デポジットがＥＧＲクーラ３２の熱交換部に付着して堆積すると、ＥＧＲガスと冷却水との間の熱交換効率が低下して、ＥＧＲガスの温度が上昇する。しかし、ＥＧＲクーラ３２の熱交換部に付着することにより堆積したデポジットの量が一定量以上になると、熱交換部に付着したデポジットの一部は、温度が上昇したＥＧＲガスにより熱交換部より取り除かれる。走行距離が一定の距離以上では、ＥＧＲクーラ３２の熱交換部に付着するデポジットの量と、ＥＧＲクーラ３２の熱交換部に堆積しているデポジットが取り除かれる量とが等しくなり平衡状態となる。従って、このときのＥＧＲクーラ効率をＣＬとすると、ＥＧＲクーラ効率は下限値ＣＬよりも低くなることはない。
【００２７】
本実施形態に係る内燃機関の制御装置において、エンジン１０が搭載された車両の走行距離に基づいてＥＧＲクーラ効率を推定する場合には、ＥＣＵ７は、例えば、図３のグラフ４１に示す車両の走行距離とＥＧＲクーラ効率との関係をマップとして予め記憶し、車速センサ（不図示）などの検出信号より求められた走行距離に基づいて、当該マップを用いて、ＥＧＲクーラ効率を推定することとする。
【００２８】
なお、ここで、エンジン１の低負荷低回転時における排気温度と比較して、エンジン１の高負荷高回転時における排気温度は高くなる。従って、エンジン１の運転状態が低負荷低回転から高負荷高回転へと変化した場合には、ＥＧＲガスの温度も上昇する。このとき、ＥＧＲクーラ３２の熱交換部に付着したデポジットの一部は、温度が上昇したＥＧＲガスにより熱交換部より取り除かれ、ＥＧＲクーラ効率は上昇する。例えば、図３の破線のグラフ４２に示すように、走行距離Ｌ１の間、高速走行するなどして、排気温度が上昇した場合には、ＥＧＲクーラの効率は上昇する。
【００２９】
そこで、ＥＣＵ７は、排気通路２５に取り付けられた温度センサ（不図示）からの検出信号に基づいて、排気温度が上昇したと判定した場合には、図３のグラフ４１に示す車両の走行距離とＥＧＲクーラ効率との関係を示すマップを用いて推定されたＥＧＲクーラ効率を、排気温度が上昇したときの走行距離、例えば、高速走行したときの走行距離に応じた補正量で上昇させる補正を行うとしても良い。このようにすることで、より正確にＥＧＲ効率を推定することができる。
【００３０】
次に、ＥＧＲクーラ３２を通過するＥＧＲガスの流量の積算量（以下、「クーラ通過排気ガス積算量」と称す）に基づいてＥＧＲ効率を推定する方法について説明する。
【００３１】
図４のグラフは、クーラ通過排気ガス積算量とＥＧＲクーラ効率との関係を示すグラフである。図４のグラフに示すように、クーラ通過排気ガス積算量が増加するにつれて、ＥＧＲクーラ３２の熱交換部に堆積するデポジットの量が増加するので、ＥＧＲクーラ３２のＥＧＲクーラ効率は低下する。一方、クーラ通過排気ガス積算量が減少するにつれて、ＥＧＲクーラ３２の熱交換部に堆積するデポジットの量は減少するので、ＥＧＲクーラ３２のＥＧＲクーラ効率は上昇する。ただし、ＥＧＲクーラ効率は、クーラ通過排気ガス積算量が一定量以上では、低下することはない。なぜなら、先に述べたように、クーラ通過排気ガス積算量が一定量以上では、ＥＧＲクーラ３２の熱交換部に付着するデポジットの量と、ＥＧＲクーラ３２の熱交換部に堆積しているデポジットが取り除かれる量とが等しくなり平衡状態となるからである。
【００３２】
本実施形態に係る内燃機関の制御装置において、クーラ通過排気ガス積算量に基づいてＥＧＲクーラ効率を推定する場合には、ＥＣＵ７は、例えば、図４のグラフに示すクーラ通過排気ガス積算量とＥＧＲクーラ効率との関係をマップとして予め記憶し、ＥＧＲ通路３１に取り付けられたＡ／Ｆセンサ（不図示）からの検出信号より求められたクーラ通過排気ガス積算量に基づいて、クーラ通過排気ガス積算量とＥＧＲクーラ効率との関係を示すマップを用いて、ＥＧＲクーラ効率を推定することとする。
【００３３】
ここで、クーラ通過排気ガス積算量に基づいて推定されたＥＧＲクーラ効率について、更に、ＥＧＲガスの温度に基づいて補正するとしても良い。ＥＧＲクーラ効率は、ＥＧＲガスの温度と以下に述べる関係がある。即ち、ＥＧＲガスの温度が上昇して第１の所定温度以上となった場合には、ＥＧＲクーラ３２の熱交換部に付着したデポジットの一部は脱離され易くなり、ＥＧＲクーラ効率は上昇する。この第１の所定温度は概ね３５０℃である。一方で、ＥＧＲガスの温度が低下して第２の所定温度以下となった場合には、ＥＧＲガス中のデポジットはＥＧＲクーラ３２の熱交換部に付着し易くなり、ＥＧＲクーラ効率は低下する。この第２の所定温度は概ね２００℃である。ＥＧＲガスの温度が第１の所定温度と第２の所定温度との間の温度となる場合には、ＥＧＲクーラ効率は略一定となる。
【００３４】
そこで、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、クーラ通過排気ガス積算量に基づいて推定されたＥＧＲクーラ効率について、以下のようにして補正しても良い。即ち、ＥＣＵ７は、ＥＧＲ通路３１に取り付けられた温度センサ（不図示）からの検出信号より求められたＥＧＲガスの温度に基づいて、ＥＧＲガスの温度が第１の所定温度以上となっていると判定した場合には、クーラ通過排気ガス積算量に基づいて推定されたＥＧＲクーラ効率を上昇させる補正を行い、ＥＧＲガスの温度が第２の所定温度以下となっていると判定した場合には、クーラ通過排気ガス積算量に基づいて推定されたＥＧＲ効率を低下させる補正を行うこととする。このようにすることで、より正確にＥＧＲ効率を推定することができる。ここで、第１の所定温度及び第２の所定温度は、予め実験などにより求められ、ＥＣＵ７に記憶されているものとする。ＥＧＲクーラ効率の補正値は、例えば、ＥＧＲガスの温度とのマップより求められる。このマップは、予め実験などにより求められ、ＥＣＵ７に記憶されているものとする。
【００３５】
次に、ＥＧＲクーラ３２のＥＧＲガスの入出口における温度及び冷却水の水温に基づいてＥＧＲ効率を推定する方法について述べる。
【００３６】
本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、ＥＣＵ７は、ＥＧＲガスが流入するＥＧＲクーラ３２の入口の温度（入口温度）、ＥＧＲガスが流出するＥＧＲクーラ３２の出口の温度（出口温度）、ＥＧＲクーラ３２の熱交換部における冷却水の水温に基づいて、ＥＧＲ効率を推定することもできる。具体的には、ＥＣＵ７は、ＥＧＲ通路３１に取り付けられた温度センサ（不図示）からの検出信号より入口温度及び出口温度を求め、ＥＧＲクーラ３２の熱交換部における冷却水の通路に取り付けられた水温センサ（不図示）からの検出信号より冷却水の水温を求め、以下の式（１）に、入口温度、出口温度、水温の各値を代入することにより、ＥＧＲクーラ効率を求めることができる。
【００３７】
ＥＧＲクーラ効率＝（入口温度―出口温度）／（入口温度―水温）・・・（１）
以上に述べた方法を用いることにより、ＥＣＵ７は、ＥＧＲクーラ効率を推定することができる。本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、ＥＣＵ７は、以上に述べた方法を用いて、ＥＧＲクーラ効率を推定し、推定されたＥＧＲクーラ効率に基づいて、図２のグラフに示すＥＧＲクーラ効率と燃料噴射時期の遅角補正量との関係を示すマップを用いて、燃料噴射時期の遅角補正量を求め、求められた遅角補正量で燃料噴射時期を調整することとする。このようにすることで、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、ＥＧＲクーラが経年劣化してもＮＯｘの発生を十分に抑えることが可能となる。
【００３８】
［変形例］
なお、本実施形態の内燃機関の制御装置では、図１で示したように、ＥＧＲ通路３１は、排気通路２５のタービン２３ｂの上流位置と、吸気通路２０のコンプレッサ２３ａの下流位置とを接続している、いわゆる高圧ループＥＧＲ装置（ＨＰＬ）であるとしている。しかしながら、これに限られるものではなく、代わりに、ＥＧＲ通路３１は、排気通路２５のタービン２３ｂの下流位置と、吸気通路２０のコンプレッサ２３ａの上流位置とを接続している、いわゆる低圧ループＥＧＲ装置（ＬＰＬ）であるとしても、本発明を適用可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】ＥＧＲクーラ効率と燃料噴射時期の遅角補正量との関係を示すグラフである。
【図３】車両の走行距離とＥＧＲクーラ効率との関係を示すグラフである。
【図４】クーラ通過排気ガス積算量とＥＧＲクーラ効率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
７  ＥＣＵ
１０  内燃機関（エンジン）
１７  燃料添加弁
２０  吸気通路
２３  ターボチャージャ
２５  排気通路
３０  ＤＰＦ
３１  ＥＧＲ通路
３２  ＥＧＲクーラ
３３  ＥＧＲ弁
【図１】
0004798099.tif 000002
【図２】
0004798099.tif 000003
【図３】
0004798099.tif 000004
【図４】
0004798099.tif 000005