(57)【要約】【課題】この発明は、ＥＧＲにより誘発される凝縮水を安定的に抑制し、部品の寿命や信頼性を向上させることを目的とする。【解決手段】エンジン１０は、ターボ過給機３０、ＬＰＬ−ＥＧＲ機構４０、ＨＰＬ−ＥＧＲ機構５０及び補助過給機構６０を備える。ＥＣＵ７０は、吸気通路１２に凝縮水が発生すると判定し、かつ、補助過給機構６０により凝縮水の発生を抑制可能であると判定した場合に、補助過給機構６０を駆動する第１の制御手段を備える。また、ＥＣＵ７０は、補助過給機構６０の駆動後に、吸気マニホールド２０の吸気圧が排気マニホールド２４の排気圧よりも大きい場合に、ＨＰＬ−ＥＧＲ機構５０の高圧ＥＧＲ弁５４を開弁し、高圧ＥＧＲ通路５２を経由して吸気圧を排気通路２２に逃がす第２の制御手段を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に設けられたターボコンプレッサと排気通路に設けられたタービンとを有し、前記タービンが排気圧を受けて前記ターボコンプレッサを駆動することにより吸入空気を過給するターボ過給機と、
前記タービンの下流側から取出したＥＧＲガスを前記ターボコンプレッサの上流側で前記吸気通路に還流させるＬＰＬ−ＥＧＲ機構と、
前記タービンの上流側から取出したＥＧＲガスを前記ターボコンプレッサの下流側で前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と当該ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量を調整可能なＥＧＲ弁とを有するＨＰＬ−ＥＧＲ機構と、
吸入空気を過給することが可能な補助過給手段と、
前記吸気通路に凝縮水が発生すると判定し、かつ、前記補助過給手段により凝縮水の発生を抑制可能であると判定した場合に、前記補助過給手段を駆動する第１の制御手段と、
前記補助過給手段を駆動した後に、吸気マニホールドの吸気圧が排気マニホールドの排気圧よりも大きい場合に、前記ＨＰＬ−ＥＧＲ機構の前記ＥＧＲ弁を開弁し、前記ＥＧＲ通路を経由して吸気圧を前記排気通路に逃がす第２の制御手段と、
を備えた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、ターボ過給機、ＥＧＲ機構及び電動コンプレッサを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２００５−２２６５０５号公報）に開示されているように、ターボ過給機、ＬＰＬ−ＥＧＲ機構及び電動コンプレッサを備えた内燃機関が知られている。従来技術では、スロットル弁、電動コンプレッサ及びターボコンプレッサを吸気通路の上流側から下流側に向けて順次配置している。そして、ＬＰＬ−ＥＧＲ機構は、スロットル弁と電動コンプレッサとの間にＥＧＲガスを還流する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２６５０５号公報
【特許文献２】特開２００８−２８０９２３号公報
【特許文献３】特開２０１３−１６７２１８号公報
【特許文献４】特開２００９−００２２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術では、ＥＧＲガスが増量された場合等に、吸気通路内に凝縮水が発生することがある。この凝縮水は、燃料噴射弁の噴射孔を腐食させたり、ターボコンプレッサを損傷させたりする虞れがあり、従来技術では、凝縮水により部品の寿命や信頼性が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、ＥＧＲにより誘発される凝縮水を安定的に抑制することができ、部品の寿命や信頼性を向上させることが可能な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】
第１の発明は、吸気通路に設けられたターボコンプレッサと排気通路に設けられたタービンとを有し、前記タービンが排気圧を受けて前記ターボコンプレッサを駆動することにより吸入空気を過給するターボ過給機と、
前記タービンの下流側から取出したＥＧＲガスを前記ターボコンプレッサの上流側で前記吸気通路に還流させるＬＰＬ−ＥＧＲ機構と、
前記タービンの上流側から取出したＥＧＲガスを前記ターボコンプレッサの下流側で前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と当該ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの量を調整可能なＥＧＲ弁とを有するＨＰＬ−ＥＧＲ機構と、
吸入空気を過給することが可能な補助過給手段と、
前記吸気通路に凝縮水が発生すると判定し、かつ、前記補助過給手段により凝縮水の発生を抑制可能であると判定した場合に、前記補助過給手段を駆動する第１の制御手段と、
前記補助過給手段を駆動した後に、吸気マニホールドの吸気圧が排気マニホールドの排気圧よりも大きい場合に、前記ＨＰＬ−ＥＧＲ機構の前記ＥＧＲ弁を開弁し、前記ＥＧＲ通路を経由して吸気圧を前記排気通路に逃がす第２の制御手段と、
を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、吸気通路内に凝縮水が発生すると判定し、かつ、補助過給手段により凝縮水の発生を抑制可能であると判定した場合には、補助過給手段を駆動する。これにより、吸気温度を上昇させると共に、Ａ／Ｆをリーン化し、凝縮水の発生を抑制することができる。従って、部品の寿命や信頼性を向上させることができる。また、補助過給手段により凝縮水の発生を抑制可能な場合には、ＥＧＲガスを減量しなくてもよいので、ＮＯｘの排出を抑止し、排気エミッションを低減することができる。また、補助過給手段の駆動後において、吸気マニホールドの吸気圧が排気マニホールドの排気圧よりも大きい場合には、吸気通路内のガスを高圧ＥＧＲ通路から排気マニホールドに逃がす。これにより、凝縮水の発生を更に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１によるエンジンのシステム構成を説明するための構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による凝縮水抑制制御の概要を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される凝縮水抑制制御の一例を示すフローチャートである。
【図４】補助過給機構により得られる効果を示す説明図である。
【図５】吸気通路内のガスにより高圧ＥＧＲ通路を掃気する状態を示す動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図５を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１によるエンジンのシステム構成を説明するための構成図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。なお、図１では４気筒エンジンを例示したが、本発明は、任意の気筒数の内燃機関に適用可能である。エンジン１０は、各気筒の燃焼室（筒内）に空気を吸込む吸気通路１２を備えている。
【００１０】
吸気通路１２には、エアクリーナ１４、スロットル弁１６、後述の補助過給機構６０、ターボコンプレッサ３４、インタークーラ３６、第２スロットル弁１８が上流から順に設けられている。スロットル弁１６及び第２スロットル弁１８は、エンジン１０の吸入空気量を調整するものである。吸気通路１２の最下流部は、各気筒の燃焼室に接続された吸気マニホールド２０により構成されている。また、エンジン１０は、各気筒から排気ガスを排出する排気通路２２を備えている。排気通路２２の最上流部は、各気筒の燃焼室に接続された排気マニホールド２４により構成されている。排気通路２２には、後述するタービン３２の下流側で排気ガスを浄化する触媒２６が設けられている。
【００１１】
エンジン１０は、ターボ過給機３０、ＬＰＬ−ＥＧＲ機構４０、ＨＰＬ−ＥＧＲ機構５０及び補助過給機構６０を備えている。ターボ過給機３０は、例えば可変容量型の過給機により構成されている。即ち、ターボ過給機３０は、排気通路２２に設けられたタービン３２と、吸気通路１２に設けられたターボコンプレッサ３４と、タービン３２に付設された可変ノズル（図示せず）とを備えている。ターボ過給機３０は、タービン３２が排気圧を受けてターボコンプレッサ３４を駆動することにより吸入空気を過給する。また、タービン３２の開口面積は、可変ノズル（ＶＮ）の開度が大きいほど増加するように構成されている。これにより、ターボ過給機３０は、例えば低回転領域で可変ノズルを閉じ側に駆動し、過給効率を向上させることができる。また、高回転領域では、可変ノズルを開き側に駆動し、排気圧を低下させることができる。
【００１２】
ＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲ機構４０は、タービン３２の下流側から排気ガスを取出し、取出した排気ガスを低圧ＥＧＲガスとしてターボコンプレッサ３４の上流側で吸気通路１２に還流させるものである。ＬＰＬ−ＥＧＲ機構４０は、低圧ＥＧＲ通路４２、低圧ＥＧＲ弁４４及び低圧ＥＧＲクーラ４６を備えている。低圧ＥＧＲ通路４２の一端側は、タービン３２及び触媒２６の下流側で排気通路２２に接続されている。低圧ＥＧＲ通路４２の他端側は、ターボコンプレッサ３４及び補助過給機構６０の上流側で吸気通路１２に接続されている。低圧ＥＧＲ弁４４は、低圧ＥＧＲ通路４２を流れる低圧ＥＧＲガスの量を調整するものである。
【００１３】
ＨＰＬ（High Pressure Loop）−ＥＧＲ機構５０は、タービン３２の上流側から排気ガスを取出し、取出した排気ガスを高圧ＥＧＲガスとしてターボコンプレッサ３４の下流側で吸気通路１２に還流させるものである。ＨＰＬ−ＥＧＲ機構５０は、高圧ＥＧＲ通路５２及び高圧ＥＧＲ弁５４を備えている。高圧ＥＧＲ通路５２の一端側は、タービン３２の上流側で排気通路２２（例えば、排気マニホールド２４）に接続されている。高圧ＥＧＲ通路５２の他端側は、ターボコンプレッサ３４、インタークーラ３６及び第２スロットル弁１８の下流側で吸気通路１２に接続されている。高圧ＥＧＲ弁５４は、高圧ＥＧＲ通路５２を流れる高圧ＥＧＲガスの量を調整するものである。
【００１４】
補助過給機構６０は、ターボコンプレッサ３４と別個に吸入空気を過給する補助過給手段の具体例を構成している。補助過給機構６０は、吸気通路１２において、低圧ＥＧＲ通路４２が吸気通路１２に接続された接続部よりも下流側で、かつ、第２スロットル弁１８よりも上流側に配置されている。補助過給機構６０は、バイパス弁６２、バイパス通路６４及び電動コンプレッサ６６を備えている。バイパス弁６２は、吸気通路１２に設けられ、低圧ＥＧＲ通路４２が吸気通路１２に接続された接続部と、ターボコンプレッサ３４との間に配置されている。バイパス通路６４は、バイパス弁６２の上流側で吸気通路１２から分岐し、バイパス弁６２の下流側で吸気通路１２に合流している。電動コンプレッサ６６は、バイパス通路６４に設けられている。
【００１５】
また、本実施の形態のシステムは、エンジン１０の運転状態を検出するセンサ系統と、センサ系統の出力に基いてエンジン１０を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)７０とを備えている。センサ系統には、クランク軸の回転速度（機関回転速度）及びクランク角を検出するためのクランク角センサと、吸入空気量を検出するエアフローセンサと、他の各種センサとが含まれている。センサ系統は、ＥＣＵ７０の入力側に接続されている。ＥＣＵ７０の出力側には、各気筒の燃料噴射弁及び点火プラグに加えて、スロットル弁１６、第２スロットル弁１８、低圧ＥＧＲ弁４４、高圧ＥＧＲ弁５４、バイパス弁６２、電動コンプレッサ６６等のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ７０は、エンジン１０の運転制御を行うと共に、必要に応じて凝縮水抑制制御を実行する。
【００１６】
（凝縮水抑制制御）
一般に、ＥＧＲガスを増量すれば、排気ガス中のＮＯｘを低減することができる。しかしながら、ＥＧＲ率が高いほど、Ａ／Ｆがリッチ化して露点が上昇するので、ＥＧＲガス中の水蒸気が吸気通路１２内で冷却されたときに凝縮水が発生し易くなり、腐食等の問題が生じる。特に、過給時には、過給圧が高いほど露点が上昇するので、凝縮水の発生が顕著となる。
【００１７】
このため、本実施の形態では、吸気通路１２内に凝縮水が発生し易い状況において、凝縮水抑制制御を実行する。図２は、本発明の実施の形態１による凝縮水抑制制御の概要を示すタイミングチャートである。この図では、ＥＧＲガスを増量するときに、凝縮水抑制制御を実行する場合を例示している。図２に示す凝縮水抑制制御では、ＥＧＲガスを増量するときに、補助過給機構６０（図中には、ｅ−ｂｏｏｓｔと表記）を駆動する。具体的には、バイパス弁６２により吸気通路１２の途中を閉弁し、電動コンプレッサ６６を作動させる。この結果、電動コンプレッサ６６により吸入空気が過給される。
【００１８】
また、凝縮水抑制制御では、電動コンプレッサ６６を駆動したときに、ターボ過給機３０の可変ノズルを通常よりも開き側に駆動する。なお、本明細書において、「通常」とは、凝縮水抑制制御の非実行時（補助過給機構６０の非作動時）を意味している。
【００１９】
電動コンプレッサ６６の駆動後には、吸気マニホールド２０の吸気圧と排気マニホールド２４の排気圧の大小関係に応じて、ＨＰＬ−ＥＧＲ機構５０の高圧ＥＧＲ弁５４を制御する。具体的に述べると、吸気圧が排気圧よりも大きい場合には、高圧ＥＧＲ弁５４を開弁側に駆動し、高圧ＥＧＲ弁５４の開度を通常よりも大きくする。これにより、高圧ＥＧＲ通路５２を経由して吸気圧を排気マニホールド２４に逃し、吸気ガスの露点を低下させることができる。一方、吸気圧が排気圧よりも小さい場合には、高圧ＥＧＲ弁５４を閉弁側に駆動し、高圧ＥＧＲ弁５４の開度を通常よりも小さくする。
【００２０】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図３を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図３は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される凝縮水抑制制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジン運転中に繰り返し実行されるものとする。
【００２１】
図３に示すルーチンでは、まず、ステップＳ０において、ＬＰＬ−ＥＧＲ機構４０によるＥＧＲの実行中であるか否かを判定する。ステップＳ０の判定が不成立の場合には、凝縮水が発生しない状況であると判定し、そのまま本ルーチンを終了する。ステップＳ０の判定が成立した場合には、例えば高負荷運転または中間負荷運転時においてＥＧＲが実行され、凝縮水が発生し得る状態なので、ステップＳ１に移行する。
【００２２】
ステップＳ１では、吸気通路１２に還流されたＥＧＲガスの現状の露点（ＥＧＲガス中の水分が凝結し始める温度）が吸気通路１２内のガス温度よりも高いか否かを判定する。なお、ＥＣＵ７０には、補助過給機構６０の作動時と非作動時のそれぞれにおいて、露点を算出するためのデータが予め記憶されている。また、吸気通路１２内のガス温度は、温度センサ等により検出される。ステップＳ１の判定が不成立の場合には、凝縮水が発生しない状況であると判定し、そのまま本ルーチンを終了する。
【００２３】
一方、ステップＳ１の判定が成立した場合には、吸気通路１２内に凝縮水が発生すると判定し、ステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、補助過給機構６０が作動したときの露点が吸気通路１２内のガス温度よりも高いか否かを判定する。補助過給機構６０が作動したときの吸気通路１２内のガス温度ｔは、下記数１の式により算出することができる。なお、吸気通路内温度は高いが吸気温度が著しく低い場合には、補助過給機構６０を作動させないのが好ましい。
【００２４】
［数１］
ｔ＝（想定新気量×外気温度＋吸気通路内ガス量×吸気通路内温度）／想定総ガス量
【００２５】
ステップＳ２の判定が不成立の場合には、補助過給機構６０を駆動しても凝縮水の発生を抑制できないので、ステップＳ３に移行してＥＧＲ減量制御を実行する。ステップＳ３では、ＬＰＬ−ＥＧＲ弁（低圧ＥＧＲ弁４４）を閉じ側に駆動し、ＬＰＬ−ＥＧＲ機構４０によるＥＧＲガスの量を減少させる。
【００２６】
一方、ステップＳ２の判定が成立した場合には、補助過給機構６０により凝縮水の発生を抑制可能であると判定し、ステップＳ４により補助過給機構６０を駆動する。この結果、図４に示すように、補助過給機構６０の過給により露点を低下させ、凝縮水の発生を抑制することができる。なお、図４は、補助過給機構６０により得られる効果を示す説明図である。
【００２７】
次に、図３中のステップＳ５では、例えばアクセル開度センサにより検出したアクセル開度に基いて、加速要求が生じているか否かを判定する。ステップＳ５の判定が不成立の場合には、ステップＳ６によりターボ過給機３０の可変ノズルを開き側に駆動してから、ステップＳ７に移行する。これにより、過給圧を低下させることができ、凝縮水の発生を抑制することができる。
【００２８】
ステップＳ５の判定が成立した場合には、ステップＳ６を実行せずに、ステップＳ７に移行する。これにより、加速時には、可変ノズルを開くことにより過給圧が低下するのを回避し、運転性を確保することができる。
【００２９】
次に、ステップＳ７では、吸気マニホールド２０の吸気圧が排気マニホールド２４の排気圧よりも大きいか否かを判定する。なお、吸気圧及び排気圧は、それぞれ圧力センサにより検出してもよいし、運転状態に基いて推定してもよい。ステップＳ７の判定が不成立の場合には、例えば中間負荷運転時において、ＨＰＬ−ＥＧＲ機構５０によるＥＧＲが実行されている。この場合には、ステップＳ８に移行し、ＨＰＬ−ＥＧＲ弁（高圧ＥＧＲ弁５４）を通常よりも閉じ側に駆動する。
【００３０】
一方、ステップＳ７の判定が成立した場合には、ステップＳ９に移行し、高圧ＥＧＲ弁５４を全開する。これにより、ステップＳ１０では、図５中の矢印に示すように、吸気通路１２内のガスをＨＰＬ−ＥＧＲ通路（高圧ＥＧＲ通路５２）から排気マニホールド２４に逆流させることができる。この結果、高圧ＥＧＲ通路５２内に滞留したリッチガスを掃気し、凝縮水の発生を抑制することができる。なお、図５は、吸気通路１２内のガスにより高圧ＥＧＲ通路５２を掃気する状態を示す動作説明図である。
【００３１】
次に、図３中のステップＳ１１では、ステップＳ９，Ｓ１０の処理が開始されてから、設定された制御時間が経過したか否かを判定する。この制御時間は、例えば高圧ＥＧＲ通路５２の掃気を完了することが可能な時間等に基いて設定してもよい。ステップＳ１１の判定が不成立の場合には、当該判定が成立するまでステップＳ９，Ｓ１０の処理を継続する。また、ステップＳ１１の判定が成立した場合には、本ルーチンを終了する。
【００３２】
なお、図３に示すルーチンによれば、凝縮水抑制制御が繰返し実行される場合も考えられる。しかし、この場合には、凝縮水抑制制御の実行前にＬＰＬ−ＥＧＲ機構３０によるＥＧＲが停止され、ステップＳ０の判定が不成立となるので、凝縮水抑制制御が繰返し実行されることはない。
【００３３】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、吸気通路１２内に凝縮水が発生すると判定し、かつ、補助過給機構６０により凝縮水の発生を抑制可能であると判定した場合には、凝縮水抑制制御を実行することができる。そして、凝縮水抑制制御では、補助過給機構６０を駆動し、吸気温度を上昇させることができる。また、補助過給機構６０は、加速時等によりＡ／Ｆがリッチ化して露点が上昇した場合に、Ａ／Ｆをリーン化することができる。従って、凝縮水抑制制御によれば、補助過給機構６０を用いて凝縮水の発生を抑制し、部品の寿命や信頼性を向上させることができる。また、補助過給機構６０により凝縮水の発生を抑制可能な場合には、ＥＧＲガスを減量しなくてもよいので、ＮＯｘの排出を抑止し、排気エミッションを低減することができる。
【００３４】
また、補助過給機構６０の駆動後において、吸気マニホールド２０の吸気圧が排気マニホールド２４の排気圧よりも大きい場合には、吸気通路１２内のガスを高圧ＥＧＲ通路５２から排気マニホールド２４に逃がすことができる。これにより、凝縮水の発生を更に抑制することができる。
【００３５】
また、凝縮水抑制制御では、補助過給機構６０を駆動すると共に、ターボ過給機３０の可変ノズルと、高圧ＥＧＲ弁５４とを協調制御する。従って、これらの相乗効果により、凝縮水の発生を安定的に抑制することができる。また、本実施の形態では、吸気通路１２内の状態量から露点を逐次算出し、当該算出結果を温度センサ等の出力値と比較することにより、凝縮水が発生し易い状況であるか否かを精度よく判定することができる。
【００３６】
なお、前記実施の形態１では、図３中のステップＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４が第１の制御手段の具体例を示し、ステップＳ７，Ｓ９，Ｓ１０が第２の制御手段の具体例を示している。また、実施の形態１では、電動コンプレッサ６６を用いる場合を例示したが、本発明はこれに限らず、例えばＭＡＴを搭載している場合には、電動コンプレッサ６６を用いない構成としてもよい。なお、ＭＡＴ（Motor Assist Turbo）とは、従来のターボ過給機を電動モータにより強制的に駆動して過給を行うシステムである。ＭＡＴを搭載している場合には、電動コンプレッサ６６に代えてＭＡＴを作動させることにより、実施の形態１とほぼ同様の効果を得ることができるので、電動コンプレッサ６６を不要とすることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  エンジン（内燃機関）
１２  吸気通路
１４  エアクリーナ
１６  スロットル弁
１８  第２スロットル弁
２０  吸気マニホールド
２２  排気通路
２４  排気マニホールド
２６  触媒
３０  ターボ過給機
３２  タービン
３４  ターボコンプレッサ
３６  インタークーラ
４０  ＬＰＬ−ＥＧＲ機構
４２  低圧ＥＧＲ通路
４４  低圧ＥＧＲ弁
４６  低圧ＥＧＲクーラ
５０  ＨＰＬ−ＥＧＲ機構
５２  高圧ＥＧＲ通路
５４  高圧ＥＧＲ弁
６０  補助過給機構（補助過給手段）
６２  バイパス弁
６４  バイパス通路
６６  電動コンプレッサ
７０  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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