(57)【要約】【課題】インタークーラにおける凝縮水の発生量とインタークーラ下流への流出量とを算出し、必要な場合に凝縮水の発生を抑制する制御を実行する。【解決手段】吸気管に配置されたインタークーラを備える過給エンジンと、電子制御ユニットとを備える内燃機関の制御装置であって、過給エンジンは、吸気管に配置されたエアフロメータと、湿度センサと、吸気管のインタークーラ下流に配置された温度センサと吸気圧力センサと被水センサとを備える。電子制御ユニットと、を備える。電子制御ユニットは、凝縮水発生量と、凝縮水流出量を算出する。凝縮水発生量は、インタークーラにおいて発生する凝縮水の量であり、湿度センサ、温度センサ、エアフロメータ、及び、吸気圧力センサの出力に応じて算出される。凝縮水発生量は、インタークーラの下流に流出する凝縮水の量であり、被水センサ及びエアフロメータの出力と、凝縮水発生量とに応じて算出される。【選択図】図２
2017206984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気管に配置されたインタークーラと、
前記吸気管に配置されたエアフロメータと、
前記吸気管に配置された湿度センサと、
前記吸気管の、前記インタークーラより下流に配置された温度センサと、吸気圧力センサと、
前記吸気管の前記インタークーラより下流に配置され、前記インタークーラから流出する凝縮水を検出するための被水センサと、
電子制御ユニットと、を備え、
前記電子制御ユニットは、
前記湿度センサ、前記温度センサ、前記エアフロメータ、及び、前記吸気圧力センサの出力に応じて、前記インタークーラにおいて発生する凝縮水の量である凝縮水発生量を算出する手段と、
前記被水センサ及び前記エアフロメータの出力と、前記凝縮水発生量とに応じて、前記インタークーラの下流に流出する凝縮水の量である凝縮水流出量を算出する手段と、
を備え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、内燃機関の制御装置に関する。より具体的にはインタークーラを備える過給エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特開２０１５−０７８６３７号公報には、過給エンジンの吸気通路における凝縮水の発生を予測し、凝縮水の発生を抑制するための制御が開示されている。具体的にこの制御では、各センサの出力から得られた吸気圧、過給圧、吸気湿度、ＥＧＲ率、ＥＧＲ温度等に応じて吸気中の水蒸気分圧が算出される。またインタークーラ温度に基づいて、飽和水蒸気分圧が算出される。算出された水蒸気分圧と飽和水蒸気分圧とが比較されて、凝縮水が発生する条件であるか否かが判別され、その結果、凝縮水が発生する条件であることが認められた場合に、ＥＧＲ率の低減、あるいは、過給圧の低下等の処理が実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０７８６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特開２０１５−０７８６３７号公報における制御によれば、凝縮水が発生する条件であるか否かのみによって、凝縮水を発生する制御を行うか否かが判断されている。即ち、特許文献１の制御では、凝縮水が発生する条件を満たす場合、例えば、凝縮水が下流に流出していない場合、あるいは下流への流出量が少ない場合であっても、凝縮水の発生を抑制するためのＥＧＲ率低減や過給圧低下等の制御が実行されることとなる。
【０００５】
しかし、凝縮水発生抑制のための制御は、ＥＧＲガスの導入量や過給圧を制限するものであるため、燃費、エミッション向上の観点からは好ましいものではない。従って、特許文献１のように、凝縮水発生の条件成立のみによって、凝縮水流入量に関わらず全運転領域において凝縮水発生を抑制する制御を実行するものには、改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、凝縮水の発生を抑制するための制御を必要な場合に効果的に実行するべく、インタークーラにおける凝縮水の発生量とインタークーラ下流への流出量とを算出できるように改良された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】
【０００７】
本発明は、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、吸気管に配置されたインタークーラと、電子制御ユニットとを備える。吸気管には、エアフロメータと、湿度センサと、温度センサと、吸気圧力センサと、被水センサとが配置されている。温度センサ及び吸気圧力センサは、吸気管のインタークーラより下流側に配置されている。被水センサは、吸気管のインタークーラより下流に配置された、インタークーラから流出する凝縮水を検出するためのセンサである。
【０００８】
電子制御ユニットは、凝縮水発生量と、凝縮水流出量とを算出する。凝縮水発生量は、インタークーラにおいて発生する凝縮水の量であり、湿度センサ、温度センサ、エアフロメータ及び吸気圧力センサの出力に応じて算出される。凝縮水流出量は、インタークーラの下流に流出する凝縮水の量であり、被水センサ及びエアフロメータの出力と、凝縮水発生量とに応じて算出される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インタークーラにおける凝縮水発生量とインタークーラ下流への凝縮水流出量とを把握することができる。これにより凝縮水がインタークーラ下流に実際に流出している場合にのみ、凝縮水の発生を抑制する制御を実行することができ、また、その制御における制御量を凝縮水の流出量に応じて定めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態におけるシステムの全体構成について説明するための図である。
【図２】実施の形態における制御装置の構成について説明するためのブロック図である。
【図３】吸気水蒸気分圧と飽和水蒸気分圧との差と、吸入空気量と、凝縮水発生量との関係について説明するための図である。
【図４】凝縮水発生量と、吸入空気量と、凝縮水流出量との関係について説明するための図である。
【図５】制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかにそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００１２】
まず実施の形態における内燃機関（以下、過給エンジン）の構成について図１を用いて説明する。実施の形態に係る過給エンジンは、火花点火式の４ストロークレシプロエンジンとして構成されたエンジン本体を備える。エンジン本体の各気筒の燃焼室２の吸気ポートには、吸気マニホールドと吸気管とを含む吸気通路１２が接続され、排気ポートには排気マニホールドと排気管とを含む排気通路１４が接続されている。
【００１３】
吸気通路１２の入口には、エアクリーナ２０が取り付けられている。吸気通路１２のエアクリーナ２０よりも下流には、インタークーラ２２が配置されている。インタークーラ２２には、インタークーラ冷却水弁２４が設けられている。吸気通路１２のインタークーラ２２より下流には、吸入空気量を調整するための電気制御式のスロットルバルブ２６が配置されている。排気通路１４には三元触媒２８が設置されている。
【００１４】
過給エンジンはターボ過給機３２を備えている。吸気通路１２の、エアクリーナ２０とインタークーラ２２との間には、ターボ過給機３２のコンプレッサ３４が配置され、排気通路１４の三元触媒２８の上流にはタービン３６が配置されている。排気通路１４には、タービン３６を迂回するバイパス通路３８が設けられている。バイパス通路３８には、バイパス通路３８の遮断／連通を制御するウエストゲートバルブ４０が配置されている。
【００１５】
過給エンジンは、排気通路１４から吸気通路１２へ排気の一部を再循環させるＥＧＲ装置４２を備える。ＥＧＲ装置４２は、三元触媒２８よりも下流で排気通路１４から分岐し、コンプレッサ３４よりも上流で吸気通路１２に接続するＥＧＲ通路４４を備える。ＥＧＲ通路４４には、ＥＧＲガスの流れの上流側にＥＧＲクーラ４６が配置され、下流側にＥＧＲバルブ４８が配置されている。ＥＧＲクーラ４６にはＥＧＲクーラ冷却水弁５０が設けられている。
【００１６】
このシステムは制御装置１００を有している。制御装置１００には、アクセル開度センサ６０、クランク角センサ６２、吸気圧力センサ６４、インタークーラ温度センサ６６、被水センサ６８、湿度センサ７０、エアフロメータ７２等の各種センサが接続されると共に、インタークーラ冷却水弁２４、スロットルバルブ２６、ウエストゲートバルブ４０、ＥＧＲバルブ４８、ＥＧＲクーラ冷却水弁５０等各種のアクチュエータが接続されている。制御装置１００は、エンジンのシステム全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、各種制御ルーチンが記憶されている。制御装置１００は、各センサからの信号に基づいて、各アクチュエータを操作することによってエンジンを制御する。
【００１７】
図２を用いて、制御装置１００が有する機能について説明する。制御装置１００において、吸気水蒸気分圧演算部１０２には、湿度センサ７０により検出された吸気の湿度と、吸気圧力センサ６４により検出されスロットルバルブ２６下流の吸気圧とが入力される。吸気水蒸気分圧演算部１０２は、入力された湿度と吸気圧に基づいて、吸気水蒸気分圧Ｐ１を演算する。
【００１８】
飽和水蒸気分圧演算部１０４には、インタークーラ温度センサ６６により検出されたインタークーラ２２出口における吸気温度が入力され、これに応じて飽和水蒸気分圧Ｐ２が演算される。
【００１９】
演算された吸気水蒸気分圧Ｐ１と、飽和水蒸気分圧Ｐ２とは、比較部１０６に入力される。比較部１０６では、吸気水蒸気分圧Ｐ１と飽和水蒸気分圧Ｐ２との大小関係が比較される。
【００２０】
凝縮水検出部１０８には、被水センサ６８の出力が入力される。これに基づき、インタークーラ２２から下流側に凝縮水が実際に流出しているか否かが検出される。
【００２１】
凝縮水発生量演算部１１０には、吸気水蒸気分圧Ｐ１と、飽和水蒸気分圧Ｐ２、比較部１０６における比較結果、凝縮水検出部１０８における凝縮水の検出結果、エアフロメータ７２により検出された吸入空気量が入力される。凝縮水発生量演算部１１０では、これらの入力値に応じて、インタークーラ２２において発生する凝縮水の量である凝縮水発生量Ｍｗｉｎが算出される。
【００２２】
図３は、吸気水蒸気分圧Ｐ１と飽和水蒸気分圧Ｐ２との差（Ｐ１−Ｐ２）と吸入空気量と、凝縮水発生量Ｍｗｉｎとの関係を説明するための図である。図３に示されるように、凝縮水発生量Ｍｗｉｎは、吸気水蒸気分圧Ｐ１と飽和水蒸気分圧Ｐ２との差と相関があり、同一の吸入空気量で比較すると、差（Ｐ１−Ｐ２）が大きい場合、差（Ｐ１−Ｐ２）が小さい場合に比べて凝縮水発生量Ｍｗｉｎが多くなっている。また、凝縮水発生量Ｍｗｉｎは、吸入空気量と相関を有し、同一の差（Ｐ１−Ｐ２）で比較すると、吸入空気量が大きい場合、吸入空気量が小さい場合に比べて、凝縮水発生量Ｍｗｉｎが多くなっている。このような相関関係を利用して、凝縮水発生量演算部１１０では、凝縮水発生量Ｍｗｉｎが演算される。
【００２３】
なお凝縮水未発生領域、即ち吸気水蒸気分圧Ｐ１が飽和水蒸気分圧Ｐ２よりも小さい領域であるにも関わらず、凝縮水検出部１０８において凝縮水が検出された場合には、凝縮水検出時には吸気水蒸気分圧Ｐ１＞飽和水蒸気分圧Ｐ２が成立するように、吸気水蒸気分圧演算部における吸気水蒸気分圧Ｐ１の演算ロジックが補正される。
【００２４】
凝縮水流出量演算部１１２には、エアフロメータ７２により検出された吸入空気量及び、凝縮水検出部１０８における検出結果、及び凝縮水発生量演算部１１０において演算された凝縮水発生量Ｍｗｉｎが入力される。凝縮水流出量演算部１１２では、これらの入力に応じて、凝縮水流出量Ｍｗｏｕｔが算出される。
【００２５】
図４は、凝縮水発生量Ｍｗｉｎと吸入空気量と、凝縮水流出量Ｍｗｏｕｔとの関係について説明するための図である。図４に示されるように凝縮水流出量Ｍｗｏｕｔは、凝縮水発生量Ｍｗｉｎと吸入空気量と相関を有している。この相関関係を予め実験等により求め、マップとして定める。凝縮水流出量演算部１１２では、入力された吸入空気量と、凝縮水発生量Ｍｗｉｎとに応じて、このマップに従って、凝縮水流出量Ｍｗｏｕｔが演算される。
【００２６】
なお、吸入空気量が一定以上でないと、インタークーラ２２から凝縮水が流出しない。従って、凝縮水検出部１０８の検出結果に従って、凝縮水流出量が実際にゼロとなる吸入空気量の範囲を学習し、その範囲ではＭｗｏｕｔ＝０となるようにマップに反映させる。
【００２７】
凝縮水発生量演算部１１０で演算された凝縮水発生量Ｍｗｉｎと、凝縮水流出量演算部１１２において演算された凝縮水流出量Ｍｗｏｕｔに応じて、インタークーラ２２に滞留する凝縮水滞留量Ｍｗが演算される。凝縮水滞留量Ｍｗは、次式（１）に基づいて演算することができる。
Ｍｗ（ｔ）＝Ｍｗ（ｔ−１）＋Ｍｗｉｎ（ｔ）−Ｍｗｏｕｔ（ｔ）    ・・（１）
なお、式（１）において、括弧内のｔは、今回の演算時に演算された値であることを示し、ｔ−１は、前回の演算時に演算された前回値であることを示す。
【００２８】
アクセル開度変化量演算部１１４には、アクセル開度センサ６０により検出されたアクセル開度が入力される。アクセル開度変化量演算部１１４では、入力されたアクセル開度に応じて、アクセル開度の変化量が演算される。演算されたアクセル開度の変化量は、補正係数演算部１１６と制御量演算部１１８とに入力される。
【００２９】
補正係数演算部１１６は、入力された凝縮水流出量Ｍｗｏｕｔとアクセル開度の変化量に応じて、スロットルバルブ２６、ウエストゲートバルブ４０、ＥＧＲバルブ４８等、各アクチュエータの操作量に対する補正係数を演算する。演算された補正係数は制御量演算部１１８に入力される。制御量演算部１１８では、スロットルバルブ２６の操作量、ウエストゲートバルブ４０の操作量、ＥＧＲバルブ４８の操作量が演算され、これに基づいて、スロットルバルブ２６、ウエストゲートバルブ４０、及びＥＧＲバルブ４８が操作される。
【００３０】
図５は制御装置１００が実行する具体的な制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図５のルーチンでは、まず、湿度センサ７０の出力信号及び吸気圧力センサ６４の出力信号の読み込みが行われる（Ｓ１０２、Ｓ１０４）。次に、吸気水蒸気分圧Ｐ１の演算が実行される（Ｓ１０６）。吸気水蒸気分圧Ｐ１は、ステップＳ１０２、Ｓ１０４において読み込まれた吸気の湿度と吸気圧とに応じて演算される。
【００３１】
次に、インタークーラ温度センサ６６の出力信号の読み込みが行われる（Ｓ１０８）。次に、飽和水蒸気分圧Ｐ２が演算される（Ｓ１１０）。次に、エアフロメータ７２の出力信号が読み込まれる（Ｓ１１２）。
【００３２】
次に、凝縮水が滞留するか否かが判定される。具体的には、前回算出された凝縮水滞留量Ｍｗ（ｔ−１）が、ゼロ以下であるか否かが判別される。凝縮水滞留量の前回値Ｍｗ（ｔ−１）がゼロ以下であることが認められると、次に、被水センサ６８の出力信号が読み込まれ、凝縮水が検出されたか否かが判別される（Ｓ１１６）。
【００３３】
ステップＳ１１６において、凝縮水の検出が認められた場合、凝縮水が発生しない条件が満たされているにもかかわらず、被水センサ６８により凝縮水が検出されたと考えられる。従って、この場合には、吸気水蒸気分圧Ｐ１の演算ロジックが補正される（Ｓ１１８）。
【００３４】
一方、ステップＳ１１４において、前回算出された凝縮水滞留量Ｍｗ（ｔ−１）がゼロ以下であることが認められない場合、次に、被水センサ６８の出力信号が読み込まれ、凝縮水が検出されたか否かが判別される（Ｓ１２０）。
【００３５】
ステップＳ１２０において、被水センサ６８の出力から凝縮水の検出が認められない場合、凝縮水が発生する条件が満たされているにもかかわらず、凝縮水が検出されていないことになる。従って、インタークーラ２２から凝縮水が流出し始める最低吸入空気量の範囲が学習され、吸入空気量と凝縮水発生量Ｍｗｉｎとの関係により凝縮水流出量Ｍｗｏｕｔを定めたマップに反映される（Ｓ１２４）。
【００３６】
ステップＳ１１８において吸気水蒸気分圧Ｐ１の演算ロジックが補正された後、又は、ステップＳ１２０において凝縮水の検出が認められた後、又は、ステップＳ１２４において最低吸入空気量が学習された後、今回の凝縮水発生量Ｍｗｉｎ（ｔ）が算出される（Ｓ１２６）。凝縮水発生量Ｍｗｉｎ（ｔ）は、吸気水蒸気分圧Ｐ１と飽和水蒸気分圧Ｐ２との差と吸入空気量とに応じて算出される。
【００３７】
次に、今回の凝縮水流出量Ｍｗｏｕｔ（ｔ）が演算される（Ｓ１２８）。凝縮水流出量Ｍｗｏｕｔ（ｔ）は、凝縮水発生量Ｍｗｉｎ（ｔ）と吸入空気量とに応じて、マップに従って演算される。
【００３８】
次に、凝縮水滞留量Ｍｗ（ｔ）の今回値が演算される（Ｓ１３０）。凝縮水滞留量Ｍｗ（ｔ）は、ステップＳ１２６、Ｓ１２８において演算された凝縮水発生量Ｍｗｉｎ（ｔ）と、凝縮水流出量Ｍｗｏｕｔ（ｔ）、及び、前回演算され記憶されている凝縮水滞留量Ｍｗ（ｔ−１）に応じて、上述した式（１）に従って演算される。
【００３９】
以上説明した処理によれば、具体的な凝縮水滞留量が演算される。ここで凝縮水滞留量の演算に際しては、被水センサ６８の出力に応じて補正された演算ロジックや学習値が反映されたマップが用いられる。従って、より高い精度で凝縮水の滞留の有無が判断される。従って、凝縮水の発生を抑制する制御の実行を、より確実に必要な場合に制限して、行うことができる。
【００４０】
また、本実施の形態の処理では、凝縮水の流出量が算出される。従って、凝縮水滞留が認められた場合には、凝縮水のインタークーラ２２の下流側への流出量に応じて、必要な制御を実行することができる。従って、凝縮水の発生を過剰に抑制するような制御の実行を防止することができ、燃費改善を図ることができる。
【００４１】
なお、本実施の形態では、例えば、凝縮水滞留量が多く、凝縮水が筒内に流入しやすい状態であって、過激な加減速により燃焼が不安定になることが抑制される場合においては、凝縮水が筒内に流入しにくい状態を実現するための制御を実行する構成とすることができる。具体的には、スロットルバルブ２６の開度、ウエストゲートバルブ４０の開度、ＥＧＲバルブ４８の開度を、凝縮水流出量に応じて補正する。また、同時に、トルクの急激な変化の抑制が必要な場合には、変速機の変速比を下げる。また更に、定常状態において凝縮水の滞留量が多く、凝縮水筒内流入の可能性があり、燃焼悪化が懸念される場合には、ＥＧＲバルブ４８を閉弁する制御を実行する構成としてもよい。
【００４２】
また、例えば、凝縮水滞留量が多く、ＥＧＲバルブ４８を閉弁した場合に、更に吸入空気量が少なく、インタークーラ２２からの凝縮水の流出が見込めない領域では、部分気筒燃料カット運転を実行して強制的に吸入ガス流量を増加させて凝縮水を流出させる制御を実行するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
２  燃焼室
１２  吸気通路
１４  排気通路
２０  エアクリーナ
２２  インタークーラ
２４  インタークーラ冷却水弁
２６  スロットルバルブ
２８  三元触媒
３２  ターボ過給機
３４  コンプレッサ
３６  タービン
３８  バイパス通路
４０  ウエストゲートバルブ
４２  ＥＧＲ装置
４４  ＥＧＲ通路
４６  ＥＧＲクーラ
４８  ＥＧＲバルブ
５０  ＥＧＲクーラ冷却水弁
６０  アクセル開度センサ
６２  クランク角センサ
６４  吸気圧力センサ
６６  インタークーラ温度センサ
６８  被水センサ
７０  湿度センサ
７２  エアフロメータ
１００  制御装置
１０２  吸気水蒸気分圧演算部
１０４  飽和水蒸気分圧演算部
１０６  比較部
１０８  凝縮水検出部
１１０  凝縮水発生量演算部
１１２  凝縮水流出量演算部
１１４  アクセル開度変化量演算部
１１６  補正係数演算部
１１８  制御量演算部
【図１】
2017206984.tif 000003
【図２】
2017206984.tif 000004
【図３】
2017206984.tif 000005
【図４】
2017206984.tif 000006
【図５】
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