JP6536708B2 - 内燃機関のｅｇｒシステム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲシステムに関するものである。

内燃機関においては、排気の一部を吸気側に還流させる外部ＥＧＲ装置が一般に用いられており、外部ＥＧＲ装置のＥＧＲ配管においてＥＧＲガスを冷却させるＥＧＲクーラを設ける技術も一般化されている。また、過給機付きの内燃機関において吸気ポートの上流側にインタークーラを設ける技術も一般に知られている。この場合、ＥＧＲガスが流れるガス経路において凝縮水の発生が問題視されている。

例えば特許文献１に記載された技術では、インタークーラでの凝縮水の発生を抑制すべく、ＥＧＲクーラの冷却性能を制御してそのＥＧＲクーラ出口温度を飽和水蒸気分圧に見合う必要温度以下にするようにしている。

特開平８−１３５５１９号公報

しかしながら、実際のＥＧＲシステムを考えると、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラに流入し、その後、気筒内に導入されるまでには複数の部位でそれぞれ凝縮水が発生する可能性があり、これら各部位で凝縮水抑制の対策を施していないと、やはり凝縮水発生に起因する諸問題が生じると考えられる。この点、既存の技術においては改善の余地があると考えられる。

本発明は、ＥＧＲガスが流れるガス経路において凝縮水発生のおそれのある各部位での凝縮水の発生を抑制し、ひいては内燃機関及びその他製品において腐食等の問題を生じさせないようにすることができる内燃機関のＥＧＲシステムを提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

本発明における内燃機関のＥＧＲシステムは、内燃機関（１０）に吸入される吸気を過給する過給手段（３０）と、前記内燃機関の吸気通路において前記過給手段の吸気圧縮部（３１）よりも下流側に設けられ、吸気を冷却するインタークーラ（３４）と、前記内燃機関から排出される排気の一部をＥＧＲガスとして排気通路から吸気通路に還流させるＥＧＲ配管（３６）と、前記ＥＧＲ配管に設けられるＥＧＲ弁（３７）と、前記ＥＧＲ配管に設けられるＥＧＲクーラ（３８）と、を備えている。そして、前記ＥＧＲクーラ内においてＥＧＲガスの冷却によって凝縮水が発生するか否かを判定する第１判定手段（５１）と、前記吸気通路において新気とＥＧＲガスの合流部分で凝縮水が発生するか否かを判定する第２判定手段（５１）と、前記インタークーラ内において吸気の冷却によって凝縮水が発生するか否かを判定する第３判定手段（５１）と、前記各判定手段のいずれかにより凝縮水が発生するとの判定がなされた場合に、それら各判定手段のいずれで凝縮水発生が判定されたかに応じて、各々対応する凝縮水抑制の対策を実施する凝縮水抑制手段（５１）と、を備えることを特徴とする。

インタークーラ付きの過給手段と、ＥＧＲクーラ付きの外部ＥＧＲ装置とを有するＥＧＲシステムでは、ＥＧＲ配管に流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラを通過した後、吸気通路の合流部分で新気と合流し、さらにインタークーラを通過した後に、内燃機関の気筒内に流入する。この場合、ＥＧＲクーラ、ガス合流部分、インタークーラの各部位では、部位ごとの諸要因からそれぞれに凝縮水の発生が懸念される。この点、それらの部位ごとに凝縮水発生を確認しつつ凝縮水抑制の対策を適宜実施する構成にしたため、ＥＧＲクーラ、ガス合流部分、インタークーラの各部位のいずれにおいても適正に凝縮水発生の抑制を実現できる。その結果、ＥＧＲガスが流れるガス経路において凝縮水発生のおそれのある各部位での凝縮水の発生を抑制し、ひいては内燃機関及びその他製品において腐食等の問題を生じさせないようにすることができる。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図。 冷却システムの概要を示す図。 ＥＧＲガス経路に関連する構成を模式的に示す図。 凝縮水抑制制御の処理手順を示すフローチャート。 凝縮水抑制制御の処理手順を示すフローチャート。 ＥＧＲガス経路に関連する構成を模式的に示す図。 ＥＧＲガス経路に関連する構成を模式的に示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、車両に搭載される多気筒４サイクルガソリンエンジン（内燃機関）を制御対象とし、当該エンジンにおける各種アクチュエータの電子制御を実施するものとしている。まず、図１によりエンジン制御システムの全体概略構成を説明する。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１の上流部には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１２が設けられている。エアフロメータ１２の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１３によって開度調節されるスロットル弁１４が設けられている。スロットル弁１４の開度（スロットル開度）はスロットルアクチュエータ１３に内蔵されたスロットル開度センサ１５により検出される。スロットル弁１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、サージタンク１６には、各気筒の吸気ポートに通じる吸気マニホールド１７が取り付けられている。吸気管１１及び吸気マニホールド１７により吸気通路が形成されている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気弁及び排気弁（共に図示略）が設けられている。エンジン１０には、吸気弁の開閉タイミングを変化させる吸気側動弁機構２１と、排気弁の開閉タイミングを変化させる排気側動弁機構２２とが設けられている。また、エンジン１０には気筒ごとに燃料噴射弁２３と点火プラグ２４とが設けられている。

エンジン１０の排気ポートには排気マニホールド２５が接続され、その排気マニホールド２５の集合部に排気管２６が接続されている。排気管２６には、排気中の有害成分を浄化するための触媒２８が設けられている。本実施形態では、触媒２８としてＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの三成分を浄化する三元触媒が用いられている。触媒２８の上流側には、排気を検出対象として混合気の空燃比（酸素濃度）を検出する空燃比センサ２９が設けられている。排気マニホールド２５及び排気管２６により排気通路が形成されている。

吸気管１１と排気管２６との間には、過給手段としてのターボチャージャ３０が設けられている。ターボチャージャ３０は、吸気管１１においてスロットル弁１４の上流側に配置された吸気コンプレッサ３１と、排気管２６において触媒２８の上流側に配置された排気タービン３２と、吸気コンプレッサ３１及び排気タービン３２を連結する回転軸３３とを備えて構成されている。吸気コンプレッサ３１が吸気圧縮部に相当する。ターボチャージャ３０において、排気管２６を流れる排気によって排気タービン３２が回転されると、排気タービン３２の回転に伴い吸気コンプレッサ３１が回転され、吸気コンプレッサ３１の回転により生じる遠心力によって吸気が圧縮される（過給される）。

また、吸気管１１には、スロットル弁１４の下流側（吸気コンプレッサ３１の下流側）に、過給された吸気を冷却する熱交換器としてのインタークーラ３４が設けられており、このインタークーラ３４により吸気が冷却されることで空気の充填効率の低下が抑制されるようになっている。インタークーラ３４は例えば水冷式熱交換器であり、冷却水を流通させることでその冷却水と吸気と間で熱交換を実施する。本実施形態では、サージタンク１６に一体にインタークーラ３４が設けられる構成としているが、サージタンク１６の上流側又はスロットル弁１４の上流側にインタークーラ３４が設けられる構成であってもよい。

また、エンジン１０には、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気側に導入する外部ＥＧＲ装置３５が設けられている。このＥＧＲ装置３５は、吸気管１１と排気管２６とを接続するＥＧＲ配管３６と、ＥＧＲ配管３６を流れるＥＧＲガス量を調節する電磁駆動式のＥＧＲ弁３７と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３８とを有する。ＥＧＲクーラ３８は例えば水冷式熱交換器であり、冷却水を流通させることでその冷却水とＥＧＲガスとの間で熱交換を実施する。ＥＧＲ配管３６は、排気管２６において排気タービン３２の下流側（例えば触媒２８の下流側）と、吸気管１１において吸気コンプレッサ３１の上流側とを接続するように設けられており、これによりいわゆるＬＰＬ方式（低圧ループ方式）のＥＧＲシステムを構築するものとなっている。

その他、本システムには、エンジン１０の所定クランク角ごとにクランク角信号を出力するクランク角センサ４１、エンジン１０の冷却水温度を検出する水温センサ４２、ドライバによるアクセル操作量を検出するアクセルセンサ４３等の各種センサが設けられている。

ＥＣＵ５０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコン５１という）を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン１０の各種制御を実施する。具体的には、マイコン５１は、前述した各種センサから検出信号等を入力し、その入力した検出信号等に基づいて、スロットル弁１４や、動弁機構２１，２２、燃料噴射弁２３、点火プラグ２４、ＥＧＲ弁３７等の駆動を制御する。

ＥＧＲ制御について特に述べると、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度や負荷（例えば要求空気量）等の運転状態パラメータに基づいて、ＥＧＲガス量又はＥＧＲ率の目標値を算出し、その目標値が達せられるようにＥＧＲ弁３７の開度を制御する。

次に、本実施形態における冷却システムについて説明する。図２は、冷却システムの概要を示す図である。

図２の冷却システムでは、冷却水の循環経路として、エンジン１０のウォータジャケット１０ａに通じる冷却水経路であるエンジン冷却水経路Ｌ１と、インタークーラ３４に通じる冷却水経路であるＩ／Ｃ冷却水経路Ｌ２とが設けられている。この場合、エンジン冷却水経路Ｌ１を流れるエンジン冷却水は、エンジン１０の過昇温を抑制する役目を有する一方で、エンジン１０の暖機状態を保持する役目を有することから、そのエンジン冷却水の温度は、Ｉ／Ｃ冷却水経路Ｌ２を流れるＩ／Ｃ冷却水に比べて高温である。ゆえに、エンジン冷却水経路Ｌ１は高温経路、Ｉ／Ｃ冷却水経路Ｌ２は低温経路であると言える。

エンジン冷却水経路Ｌ１側の構成を説明する。エンジン冷却水経路Ｌ１には電動式のウォータポンプ６１が設けられており、このウォータポンプ６１の駆動によりエンジン冷却水経路Ｌ１でのエンジン冷却水の循環が行われる。エンジン冷却水経路Ｌ１は、互いに並列に配置されたＥＧＲクーラ３８、ヒータコア６２及びオイルクーラ６３を通過する経路と、ラジエータ６４を通過する経路とを有している。これら各経路（ラジエータ６４を通過しない経路／通過する経路）は互いに並列に設けられており、これら各経路のいずれをエンジン冷却水が通過するかはサーモスタッド６５により切り替えられるようになっている。サーモスタッド６５の経路切替により、エンジン冷却水経路Ｌ１を循環するエンジン冷却水の温度が所定の高温値（約８０℃程度）に保持される。

エンジン冷却水経路Ｌ１において、ＥＧＲクーラ３８、ヒータコア６２及びオイルクーラ６３に分岐する分岐部には流量制御弁６６が設けられており、流量制御弁６６によって、ＥＧＲクーラ３８に流入するエンジン冷却水の量が調整されるようになっている。

また、エンジン冷却水経路Ｌ１上において、エンジン１０の出口側には吸気管加熱装置６７が設けられている。吸気管加熱装置６７は、吸気管１１においてＥＧＲ配管３６との合流部（ガス合流部Ａ）の上流側に設けられており、エンジン冷却水の熱により吸気管１１の管壁部を加熱することで新気を昇温させるものとしている。エンジン冷却水経路Ｌ１を流れるエンジン冷却水が吸気管加熱装置６７を通過するかしないかは流路切替弁６８により切り替えられる。

また、Ｉ／Ｃ冷却水経路Ｌ２には電動式のウォータポンプ７１が設けられており、このウォータポンプ７１の駆動によりＩ／Ｃ冷却水経路Ｌ２でのＩ／Ｃ冷却水の循環が行われる。Ｉ／Ｃ冷却水経路Ｌ２は、ラジエータ７２を経由する経路と、ラジエータ７２を経由しない経路とを有しており、これら各経路のいずれをＩ／Ｃ冷却水が通過するかはサーモスタッド７３により切り替えられるようになっている。サーモスタッド７３の経路切替により、Ｉ／Ｃ冷却水経路Ｌ２を循環するＩ／Ｃ冷却水の温度が所定の低温値（約４０℃程度）に保持される。

また、エンジン冷却水経路Ｌ１上においてＥＧＲクーラ３８よりも上流側には、エンジン冷却水経路Ｌ１を流れるエンジン冷却水とＩ／Ｃ冷却水経路Ｌ２を流れるＩ／Ｃ冷却水との間で熱交換を行わせる熱交換器７５が設けられている。この場合、エンジン冷却水経路Ｌ１には比較的高温のエンジン冷却水が流れ、Ｉ／Ｃ冷却水経路Ｌ２には比較的低温のＩ／Ｃ冷却水が流れるため、熱交換器７５ではエンジン冷却水によるＩ／Ｃ冷却水の加熱、及びＩ／Ｃ冷却水によるエンジン冷却水の放熱が行われる。Ｉ／Ｃ冷却水経路Ｌ２において、熱交換器７５を通る経路と通らない経路に分岐する分岐部には流量制御弁７６が設けられており、流量制御弁７６によって、熱交換器７５を通過するＩ／Ｃ冷却水の流量が調整されるようになっている。

ところで、上記のように外部ＥＧＲ装置３５を備えるエンジンシステムでは、ＥＧＲガスが通過するＥＧＲガス経路の各部位で凝縮水が発生する可能性があり、その凝縮水の発生に起因して各種部品内における腐食やエンジン破損等の不都合の発生が懸念される。これを図３を用いて具体的に説明する。図３では、エンジン１０のＥＧＲガス経路に関連する構成を模式的に示している。

図３において、エンジン１０の各気筒から排出された排気は、排気マニホールド２５と排気タービン３２と触媒２８とを経由して流下し、排気の一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ配管３６に導入される。そして、ＥＧＲ配管３６に導入されたＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ３８とＥＧＲ弁３７とを経由して吸気管１１に流れ込み、その吸気管１１において新気と合流する。その後、ＥＧＲガスと新気との混合ガスは吸気コンプレッサ３１とインタークーラ３４と吸気マニホールド１７とを経由してエンジン１０の各気筒に再び吸入される。

上記一連のＥＧＲガス経路では、複数の要因によりＥＧＲガスの温度や露点温度が変化する。そして、ＥＧＲガスの温度が、各部位で各々定まる露点温度を下回ると、凝縮水が発生する。なお、露点温度は、各部位の温度及び湿度により決定されるものとなっている。ＥＧＲクーラ３８よりも下流側のＥＧＲガス経路におけるＥＧＲガスの状態変化を以下に具体的に説明する。
（１）ＥＧＲクーラ３８では、高温のＥＧＲガスがエンジン冷却水により冷却される。この場合、ＥＧＲガスの冷却の程度はエンジン冷却水の温度に依存し、例えばエンジン１０の暖機完了前はエンジン冷却水が低温であるため、ＥＧＲガスも同様に低温の状態となる。
（２）吸気管１１においてＥＧＲ配管３６との合流部（図３のガス合流部Ａ）では、ＥＧＲガスが新気で冷却される。なお、ガス合流部Ａでは、その上流のＥＧＲ配管３６内の湿度に対して湿度の上昇が生じることも考えられる。
（３）吸気コンプレッサ３１の下流側では、過給に伴う圧力の上昇によりＥＧＲガス及び新気の混合ガスの温度が上昇する。
（４）インタークーラ３４では、ＥＧＲガス及び新気の混合ガスがＩ／Ｃ冷却水により冷却される。

また、ＥＧＲクーラ３８からインタークーラ３４に至るまでの経路において、ＥＧＲクーラ３８からガス合流部Ａまでの部分と、ガス合流部Ａからインタークーラ３４までの部分とでは湿度の相違等により露点温度が高低相違している。例えば、ＥＧＲクーラ３８からガス合流部Ａまでの部分の方が、ガス合流部Ａからインタークーラ３４までの部分よりも露点温度が高いと考えられる。なお、ＥＧＲクーラ３８からインタークーラ３４までの経路においては、配管部分（すなわちＥＧＲ配管３６、吸気管１１）の配管壁面からの放熱が生じる。そのため、ＥＧＲガスの温度は配管放熱によっても次第に低下する。

上記（１）〜（４）のうち（１）ＥＧＲクーラ３８、（２）ガス合流部Ａ、（４）インタークーラ３４の各部位では、ガス温度が露点温度以下に低下することが想定され、その温度低下に伴う凝縮水の発生が懸念される。そこで本実施形態では、上記各部位ごとに凝縮水の発生を予測判定するとともに、凝縮水が発生すると判定された場合に、その発生部位ごとに定められた凝縮水対策の処理を実施する。

凝縮水の発生判定は上記各々の部位ごとに行われる。この場合、ＥＣＵ５０では、ＥＧＲクーラ３８、ガス合流部Ａ、インタークーラ３４の各部位においてガス温度及び露点温度を各々算出するとともに、これら各部位においてガス温度及び露点温度の比較に基づいて凝縮水が発生するか否かを判定する。そして、露点温度に対してガス温度が低温になっていれば、凝縮水が発生する旨判定する。

具体的な構成としては、ＥＧＲクーラ３８、ガス合流部Ａ、インタークーラ３４の各部位にそれぞれ温度センサ（温度検出手段）を設けておき、その温度センサの検出結果に基づいて各部位のガス温度を算出する。また、これら各部位にさらに湿度センサ（湿度検出手段）を設けておき、温度の検出値と湿度の検出値とに基づいて各部位の露点温度を算出する。

また、各部位のガス温度や露点温度は、エンジン運転状態に依存して変化するとともに、各部位での圧力変化等により変化するものであることから、エンジン運転状態を示す各種パラメータや、部位ごとに定められた状態変化パラメータに基づいてガス温度や露点温度を推定するようにしてもよい。この場合、エンジン回転速度、エンジン負荷、ＥＧＲ開度、エンジン水温といったパラメータが用いられるとよい。温度の推定は、あらかじめ定められた数式やマップ等を用いて実施されるとよい。

凝縮水の発生判定を、ガス温度及び露点温度の比較以外の手法にて実施することも可能である。例えば、各部位における水蒸気分圧及び飽和水蒸気圧を各々算出するとともに、その水蒸気分圧及び飽和水蒸気圧の比較に基づいて凝縮水が発生するか否かを判定する。又は、各部位における水蒸気量及び飽和水蒸気量を各々算出するとともに、その水蒸気量及び飽和水蒸気量の比較に基づいて凝縮水が発生するか否かを判定する。これら水蒸気分圧及び飽和水蒸気圧や、水蒸気量及び飽和水蒸気量は、温度及び湿度に基づいて算出されればよい。また、これら水蒸気分圧及び飽和水蒸気圧や、水蒸気量及び飽和水蒸気量がエンジン運転状態に依存して変化することを勘案して、エンジン運転状態を示す各種パラメータに基づいてこれらを推定するようにしてもよい。

次に、各部位における凝縮水対策について説明する。

まずＥＧＲクーラ３８での凝縮水対策としては、ＥＧＲ自体を停止する。具体的には、ＥＧＲ弁３７を全閉としてＥＧＲ自体を停止する。

ガス合流部Ａでの凝縮水対策としては、ガス合流部Ａでの合流前にＥＧＲガス又は新気の温度調節を行うことが考えられる。この場合、ガス合流部Ａに流れ込むＥＧＲガス（すなわちＥＧＲクーラ通過後のＥＧＲガス）について高温状態を維持させるべく、ＥＧＲクーラ３８でのガス冷却の度合いを小さくする。具体的には、図２の流量制御弁６６により、ＥＧＲクーラ３８に流入する冷却水の量（冷却水流入量）を減らして所定の少流量にする。ウォータポンプ６１の駆動量（すなわち冷却水の吐出量）を小さくすることにより、ＥＧＲクーラ３８に流入する冷却水の量（冷却水流入量）を減らすようにしてもよい。

又は、ガス合流部Ａでの凝縮水対策として、ガス合流部Ａに流れ込む新気の温度を上昇させるべく新気を加熱する。具体的には、図２の構成において、流路切替弁６８により、エンジン冷却水経路Ｌ１を流れる冷却水が吸気管加熱装置６７を通過して流れる状態とし、エンジン冷却水により新気を昇温させる。

インタークーラ３４での凝縮水対策としては、インタークーラ３４での吸気の冷却の度合いを減らすべく、インタークーラ３４に流入するＩ／Ｃ冷却水の温度を上昇させる。具体的には、図２の構成において、流量制御弁７６により、熱交換器７５に対してエンジン冷却水とＩ／Ｃ冷却水とが共に流入する状態とし、高温のエンジン冷却水により低温のＩ／Ｃ冷却水を加熱する。この場合、Ｉ／Ｃ冷却水は、エンジン水温を上限として、それよりも低温となる温度範囲で昇温される。

次に、ＥＣＵ５０のマイコン５１により実施される凝縮水抑制制御について説明する。図４は、凝縮水抑制制御の処理手順を示すフローチャートであり、本処理はマイコン５１により所定周期で繰り返し実施される。

図４において、ステップＳ１１では、本処理で用いる各種パラメータを取得する。続くステップＳ１２では、ＥＧＲクーラ３８の出口部分におけるガス温度Ｔｇ１及び露点温度Ｔｄ１を算出する。なお本実施形態では、ステップＳ１２でのガス温度Ｔｇ１及び露点温度Ｔｄ１をはじめ、後述する各部位でのガス温度及び露点温度を、温度センサや湿度センサの検出値に基づいて算出するものとしている。

その後、ステップＳ１３では、「Ｔｇ１−Ｔｄ１」が所定の判定値Ｋ１未満であるか否か、すなわちＥＧＲクーラ３８において凝縮水が発生するおそれがあるか否かを判定する。判定値Ｋ１は０℃又は０℃付近の温度値である。そして、Ｔｇ１−Ｔｄ１＜Ｋ１であれば、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、ＥＧＲクーラ３８での凝縮水対策を実施する。具体的には、ＥＧＲを停止する。例えば、エンジン１０の冷間状態ではエンジン冷却水が低温であるためにＥＧＲガスが低温となり、その状況下においてＥＧＲクーラ３８での凝縮水対策が実施される。そしてその後、本処理を終了する。また、ステップＳ１３において、Ｔｇ１−Ｔｄ１≧Ｋ１であれば、後続のステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、ガス合流部Ａにおけるガス温度Ｔｇ２及び露点温度Ｔｄ２を算出する。続くステップＳ１６では、「Ｔｇ２−Ｔｄ２」が所定の判定値Ｋ２未満であるか否か、すなわちガス合流部Ａにおいて凝縮水が発生するおそれがあるか否かを判定する。判定値Ｋ２は０℃又は０℃付近の温度値であり、判定値Ｋ１と同じ値であってもよい（後述のＫ３も同様）。そして、Ｔｇ２−Ｔｄ２＜Ｋ２であれば、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、ガス合流部Ａでの凝縮水対策を実施する。具体的には、流量制御弁６６又はウォータポンプ６１の制御により、ＥＧＲクーラ３８に対するエンジン冷却水の流量制限を実施する。又は、流路切替弁６８の制御により、吸気管加熱装置６７においてエンジン冷却水により新気を昇温させる。例えば、低外気温の環境下では低温の新気が流入することで吸気（混合ガス）が低温となり、その状況下においてガス合流部Ａでの凝縮水対策が実施される。

その後、ステップＳ１８〜Ｓ２０では、ステップＳ１７の凝縮水対策（一次対策）を実施している状態下において凝縮水発生の状態の再判定を実施する。すなわち、ステップＳ１８では、一次対策を実施している状態下で、ガス合流部Ａにおけるガス温度及び露点温度を、Ｔｇ２１，Ｔｄ２１として再び算出する。続くステップＳ１９では、「Ｔｇ２１−Ｔｄ２１」が判定値Ｋ２未満であるか否か、すなわちガス合流部Ａにおいて凝縮水が発生するおそれがあるか否かを判定する。そして、Ｔｇ２１−Ｔｄ２１＜Ｋ２であれば、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、ガス合流部Ａでの凝縮水抑制の二次対策として、ＥＧＲ率を低減させるＥＧＲ低減処理を実施する。具体的には、例えば「Ｔｇ２１−Ｔｄ２１」の値に基づいてＥＧＲ低減量を算出するとともに、そのＥＧＲ低減量に基づいて目標ＥＧＲ率を減少補正する。これにより、ガス合流部Ａでの凝縮水対策として一次対策及び二次対策が同時に実施される。

なお、ステップＳ１９がＹＥＳの場合には、同ステップＳ１９がＮＯになるまで、目標ＥＧＲ率を所定値ずつ減算していくことによりＥＧＲ低減を実施するようにしてもよい。エンジン１０の運転状態を示すパラメータに基づいてＥＧＲ低減量を算出することも可能である。

ガス合流部Ａでの一次対策が実施されている状態下では、ステップＳ１６，Ｓ１９の各判定（すなわち一次対策の要否判定、及び二次対策の要否判定）が共に実施されるとよい。この場合、一次対策の実施中にステップＳ１６がＮＯになると、その時点で一次対策が停止される。また、一次対策の実施中にステップＳ１９がＹＥＳになると、一次対策に加えて二次対策が実施される。そしてその後、ステップＳ１９がＮＯになると、二次対策が停止され、次いでステップＳ１６がＮＯになると、一次対策が停止される。

ステップＳ１６において、Ｔｇ２−Ｔｄ２≧Ｋ２であれば、ステップＳ１７〜Ｓ２０を実施せずに、ステップＳ１６から直接ステップＳ２１に進む。また、ステップＳ１９においてＴｇ２１−Ｔｄ２１≧Ｋ２であった場合、及びステップＳ２０を実施した後も同様にステップＳ２１に進む。

ステップＳ２１では、インタークーラ３４の出口部分におけるガス温度Ｔｇ３及び露点温度Ｔｄ３を算出する。続くステップＳ２２では、「Ｔｇ３−Ｔｄ３」が所定の判定値Ｋ３未満であるか否か、すなわちインタークーラ３４において凝縮水が発生するおそれがあるか否かを判定する。そして、Ｔｇ３−Ｔｄ３＜Ｋ３であれば、ステップＳ２３に進む。ステップＳ２３では、インタークーラ３４での凝縮水対策を実施する。具体的には、流量制御弁７６の制御により熱交換器７５での熱交換を行わせ、Ｉ／Ｃ冷却水の昇温化を実施する。例えば、インタークーラ３４での高湿環境下では露点温度が高くなり、その状況下においてインタークーラ３４での凝縮水対策が実施される。

その後、ステップＳ２４〜Ｓ２６では、ステップＳ２３の凝縮水対策（一次対策）を実施している状態下において凝縮水発生の状態の再判定を実施する。すなわち、ステップＳ２４では、一次対策を実施している状態下で、インタークーラ３４の出口部分におけるガス温度及び露点温度を、Ｔｇ３１，Ｔｄ３１として再び算出する。続くステップＳ２５では、「Ｔｇ３１−Ｔｄ３１」が判定値Ｋ３未満であるか否か、すなわちインタークーラ３４において凝縮水が発生するおそれがあるか否かを判定する。そして、Ｔｇ３１−Ｔｄ３１＜Ｋ３であれば、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、インタークーラ３４での凝縮水抑制の二次対策として、ＥＧＲ率を低減させるＥＧＲ低減処理を実施する。具体的には、例えば「Ｔｇ３１−Ｔｄ３１」の値に基づいてＥＧＲ低減量を算出するとともに、そのＥＧＲ低減量に基づいて目標ＥＧＲ率を減少補正する。これにより、インタークーラ３４での凝縮水対策として一次対策及び二次対策が同時に実施される。

なお、ステップＳ２５がＹＥＳの場合には、同ステップＳ２５がＮＯになるまで、目標ＥＧＲ率を所定値ずつ減算していくことによりＥＧＲ低減を実施するようにしてもよい。エンジン１０の運転状態を示すパラメータに基づいてＥＧＲ低減量を算出することも可能である。インタークーラ３４においてエンジン１０でのノック抑制の観点からすると、Ｉ／Ｃ冷却水を過剰に昇温させることは望ましくない。この点、ガス昇温の限界を超えた場合にＥＧＲ量の制限が実施される。

インタークーラ３４での一次対策が実施されている状態下では、ステップＳ２２，Ｓ２５の各判定（すなわち一次対策の要否判定、及び二次対策の要否判定）が共に実施されるとよい。この場合、一次対策の実施中にステップＳ２２がＮＯになると、その時点で一次対策が停止される。また、一次対策の実施中にステップＳ２５がＹＥＳになると、一次対策に加えて二次対策が実施される。そしてその後、ステップＳ２５がＮＯになると、二次対策が停止され、次いでステップＳ２２がＮＯになると、一次対策が停止される。

ステップＳ２２において、Ｔｇ３−Ｔｄ３≧Ｋ３であれば、ステップＳ２３〜Ｓ２６を実施せずに、そのまま本処理を一旦終了する。また、ステップＳ２５においてＴｇ３１−Ｔｄ３１≧Ｋ３であった場合、及びステップＳ２６を実施した後も同様に、そのまま本処理を一旦終了する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

ＥＧＲクーラ３８、ガス合流部Ａ、インタークーラ３４の各部位において凝縮水が発生するか否かを各々判定し、そのいずれかで凝縮水が発生するとの判定がなされた場合に、各々対応する凝縮水抑制の対策を実施する構成とした。そのため、ＥＧＲクーラ３８、ガス合流部Ａ、インタークーラ３４の各部位のいずれにおいても適正に凝縮水発生の抑制を実現できる。その結果、ＥＧＲガスが流れるガス経路において凝縮水発生のおそれのある各部位での凝縮水の発生を抑制し、ひいてはエンジン１０及びその他製品において腐食等の問題を生じさせないようにすることができる。

ＥＧＲクーラ３８での凝縮水発生の旨が判定された場合には、ＥＧＲクーラ３８での凝縮水対策としてＥＧＲを停止する一方、その他の凝縮水対策（ガス合流部Ａ、インタークーラ３４での凝縮水対策）を実施しないようにした。また、ＥＧＲクーラ３８での凝縮水発生の旨が判定されていない場合には、ガス合流部Ａ及びインタークーラ３４での凝縮水発生の判定結果に基づいて、一方又は両方での凝縮水対策を実施するようにした。ＥＧＲガス経路において凝縮水発生要因の最上流になるのはＥＧＲクーラ３８であり、そのＥＧＲクーラ３８での凝縮水対策としてＥＧＲを停止することにより、その下流側も含めて経路全域で凝縮水を発生しにくくすることができる。この場合、ＥＧＲクーラ３８での凝縮水対策を実施した状態では、他の部位の凝縮水対策を実施しないため、凝縮水対策の過剰な実施によりエンジン１０の運転に影響が及ぶ等を抑制できる。

ガス合流部Ａやインタークーラ３４において凝縮水対策（一次対策）を実施しても凝縮水発生を回避できないと判断した場合に、ＥＧＲガス量（ＥＧＲ率）を減らす処理を実施するようにした。これにより、凝縮水の抑制をより一層適正に実施できる。

ガス合流部Ａでの凝縮水対策として、ＥＧＲクーラ３８でのＥＧＲガスの冷却の度合いを低下させる処理と、新気の温度を上昇させる処理とのいずれかを実施する構成とした。この場合、新気とＥＧＲガスとの混合ガスについて、ガス合流部Ａの露点温度よりもガス温度を高くすることで凝縮水の発生を適正に抑制できる。

インタークーラ３４での凝縮水対策として、インタークーラ３４での吸気の冷却の度合いを低下させるようにした。この場合、吸気（混合ガス）の温度をインタークーラ３４での露点温度よりも高くすることで凝縮水の発生を適正に抑制できる。

具体的には、Ｉ／Ｃ冷却水を、エンジン冷却水よりも高温とならない範囲で昇温させる構成とした。この場合、Ｉ／Ｃ冷却水経路Ｌ２を流れるＩ／Ｃ冷却水は、エンジン冷却水経路Ｌ１を流れるエンジン冷却水に比べて低温である。そのため、凝縮水対策としてＩ／Ｃ冷却水が昇温されても、エンジン冷却水よりも低温のままとされる。したがって、凝縮水対策として吸気温度を上昇させた状態でも、エンジン１０でのノックの発生を抑制できる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・凝縮水抑制制御処理について別の構成を以下に説明する。ここでは、エンジン水温を一判定パラメータとして用いてＥＧＲクーラ３８での凝縮水発生を判定する手段と、外気温を一判定パラメータとして用いてガス合流部Ａにおける凝縮水発生を判定する手段と、吸気コンプレッサ３１の下流側における湿度を一判定パラメータとしてインタークーラ３４での凝縮水発生を判定する手段とを有する構成を説明する。

要するに、水冷式のＥＧＲクーラ３８では、ＥＧＲクーラ３８でのガス温度がエンジン水温に依存するものになる。そのため、ＥＧＲクーラ３８でのガス温度は、エンジン１０の暖機完了前は比較的低温となり、エンジン１０の暖機完了後は比較的高温となる。ゆえに、エンジン１０の暖機完了前の方が、暖機完了後よりもＥＧＲクーラ３８での凝縮水発生の可能性が高いものとなっている。具体的には、ＥＧＲガスの露点が５０℃程度であるとする場合、エンジン冷間状態であってエンジン水温が５０℃以下であれば凝縮水発生の可能性が有ると判定し、暖機に伴いエンジン水温が５０℃＋αの所定値まで上昇した後は凝縮水発生の可能性が無いと判定する。

また、ガス合流部Ａでのガス温度は、新気の温度（すなわち外気温）に依存するものになる。そのため、外気温（例えば外気温センサ、又は吸気通路上流部の吸気温センサの検出値）が所定値以下であれば、ガス合流部Ａでのガス温度が所定の低温域にあるとみなし、ガス合流部Ａで凝縮水発生の可能性があると判定する。

インタークーラ３４での露点温度は、吸気コンプレッサ３１の下流側の湿度に依存するものになる。そのため、コンプレッサ下流側の湿度が所定値以上であれば、インタークーラ３４での露点温度が所定の高温域（凝縮水の生じやすい温度域）にあるとみなし、インタークーラ３４で凝縮水発生の可能性があると判定する。コンプレッサ下流側の湿度は、例えば吸気通路上流部、又は吸気コンプレッサ付近に設けた湿度センサの検出結果から求められるとよい。

本実施形態における凝縮水抑制制御処理を図５のフローチャートにより説明する。図５の処理は図４の処理の代わりにマイコン５１により実施されるものであるが、要部以外はステップを割愛している。図５において、ステップＳ３１では、エンジン水温が所定値Ｋ１１（例えば５０℃）以下であるか否かを判定し、ＹＥＳであればステップＳ３２に進む。ステップＳ３２では、ＥＧＲクーラ３８での凝縮水対策を実施する（図４のステップＳ１４と同様）。

また、ステップＳ３１がＮＯであれば、ステップＳ３３に進む。ステップＳ３３では、外気温が所定値Ｋ１２（例えば０℃）以下であるか否かを判定し、ＹＥＳであればステップＳ３４に進む。ステップＳ３４では、ガス合流部Ａでの凝縮水対策を実施する（図４のステップＳ１７と同様）。

また、ステップＳ３４の実施後、又はステップＳ３３がＮＯである場合には、ステップＳ３５に進む。ステップＳ３５では、吸気コンプレッサ３１の下流側の湿度が所定値Ｋ１３以上であるか否かを判定し、ＹＥＳであればステップＳ３６に進む。ステップＳ３６では、インタークーラ３４での凝縮水対策を実施する（図４のステップＳ２３と同様）。

上記構成では、ＥＧＲクーラ３８での凝縮水判定と、ガス合流部Ａでの凝縮水判定と、インタークーラ３４での凝縮水判定とを各々異なる基準で実施するようにした。これにより、各部位における凝縮水発生の判定を、各部位の事情に合わせて適正に実施できる。

・ガス合流部Ａでの凝縮水対策のための構成を変更してもよい。つまり、ガス合流部Ａに流れ込むＥＧＲガスについて高温状態を維持させるための手段として、以下の構成を用いる。図６に示すように、ＥＧＲ配管３６に、ＥＧＲクーラ３８を迂回するバイパス配管８１を設けるとともに、そのバイパス配管８１の分岐部に制御弁８２を設ける。この場合、ＥＧＲクーラ３８を通過するＥＧＲガスと、バイパス配管８１を通過するＥＧＲガスとの配分を制御弁８２により制御する。つまり、低温ＥＧＲガスと高温ＥＧＲガスとの配分を制御する。

・ガス合流部Ａの上流部において新気の温度を上昇させる温度調節手段は、排気熱により新気温度を上昇させるものであってもよい。この場合、図７に示すように、排気管２６から分岐させて分岐配管８５を設けるとともに、その分岐配管８５に、排気熱により新気を加熱する加熱装置８６を設ける構成とする。加熱装置８６よれば、ガス合流部Ａの上流側において排気熱により新気が加熱される。排気管２６と分岐配管８５との分岐点には、ＥＣＵ５０により制御可能な制御弁８７が設けられているとよい。その他、吸気管１１においてガス合流部Ａよりも上流部に電気ヒータを設け、その電気ヒータにより新気を昇温させる構成であってもよい。

・インタークーラ３４での凝縮水対策のための構成を変更してもよい。つまり、インタークーラ３４での吸気の冷却の度合いを減らすべく以下の温度調節手段を用いてもよい。例えば、Ｉ／Ｃ冷却水経路Ｌ２に設けた流量制御弁（例えばサーモスタッド７３）、又はウォータポンプ７１を制御することで、インタークーラ３４に流入する冷却水流量を減量し、それによりインタークーラ３４での吸気の冷却の度合いを減らす。また、エンジン冷却水経路Ｌ１を流れるエンジン冷却水の一部をＩ／Ｃ冷却水経路Ｌ２に流入させることで、インタークーラ３４での吸気の冷却の度合いを減らすようにしてもよい。

・図４において、ガス合流部Ａでの凝縮水抑制のための二次対策と、インタークーラ３４での凝縮水抑制のための二次対策とは、いずれか一方を実施し、他方を実施しないようにしてもよく、また、両方を実施しないようにしてもよい。

・ＥＧＲガス経路において凝縮水の発生要因としては、ＥＧＲ配管３６や吸気管１１で配管壁を介して放熱が生じることも含まれると考えられる。その対策として、ＥＧＲ配管３６や吸気管１１での放熱による凝縮水発生が懸念される場合に、これらＥＧＲ配管３６や吸気管１１の加熱を実施するとよい。具体的には、図２に示した吸気管加熱装置６７や図７に示した加熱装置８６をＥＧＲ配管３６や吸気管１１の必要箇所に適宜設け、これらの加熱装置６７，８６によりＥＧＲ配管３６や吸気管１１の略全体を加熱するとよい。

・外部ＥＧＲシステムとして、ＨＰＬ方式（高圧ループ方式）のＥＧＲシステムを用いてもよい。このＥＧＲシステムでは、排気管２６において排気タービン３２の上流側と、吸気管１１において吸気コンプレッサ３１の下流側とを接続するようにＥＧＲ配管が設けられる。この場合にも、上記同様、凝縮水発生の判定、及び凝縮水抑制対策が実施されるとよい。

・過給手段として、ターボチャージャ以外の構成を用いてもよい。例えばエンジン１０の出力軸からの動力やモータの動力によって作動する、いわゆるスーパーチャージャを用いてもよい。

・本発明は、ガソリンエンジン以外の内燃機関にも適用可能であり、例えばディーゼルエンジンにも適用できる。

１０…エンジン（内燃機関）、３０…ターボチャージャ（過給手段）、３１…吸気コンプレッサ（吸気圧縮部）、３４…インタークーラ、３６…ＥＧＲ配管、３７…ＥＧＲ弁、３８…ＥＧＲクーラ、５０…ＥＣＵ、５１…マイコン（第１〜第３判定手段、凝縮水発生抑制手段）。

Claims (4)

1. 内燃機関（１０）に吸入される吸気を過給する過給手段（３０）と、
   前記内燃機関の吸気通路において前記過給手段の吸気圧縮部（３１）よりも下流側に設けられ、冷却水の流通により吸気を冷却するインタークーラ（３４）と、
   前記内燃機関から排出される排気の一部をＥＧＲガスとして排気通路から前記吸気通路における前記インタークーラよりも上流側に還流させるＥＧＲ配管（３６）と、
   前記ＥＧＲ配管に設けられるＥＧＲ弁（３７）と、
   前記ＥＧＲ配管に設けられるＥＧＲクーラ（３８）と、
   を備える内燃機関のＥＧＲシステムであって、
   前記ＥＧＲ配管を介して前記吸気通路にＥＧＲガスが導入されている状態下で、前記インタークーラ内において吸気の冷却によって凝縮水が発生するか否かを判定する判定手段（５１）と、
   前記判定手段の判定結果に基づいて、前記インタークーラに流入する前記冷却水の温度又は流量を制御して前記インタークーラでの吸気の冷却度合いを低下させる凝縮水抑制手段（５１）と、
   前記凝縮水抑制手段により前記インタークーラでの吸気の冷却度合いを低下させている状態下で、当該インタークーラでの凝縮水発生を再判定する再判定手段（５１）と、
   前記再判定手段により凝縮水が発生するとの判定がなされた場合に、前記ＥＧＲ弁を通過するＥＧＲガス量を減らすＥＧＲ低減処理を実施する二次対策手段（５１）と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
2. 前記インタークーラに流入する前記冷却水はＩ／Ｃ冷却水であり、前記Ｉ／Ｃ冷却水は、前記内燃機関を冷却するエンジン冷却水の循環経路とは別の循環経路を流れ、かつエンジン冷却水よりも低温の状態で保持されるものであり、
   前記凝縮水抑制手段は、前記インタークーラに流入する前記Ｉ／Ｃ冷却水を、前記エンジン冷却水よりも高温とならない範囲で昇温させる請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲシステム。
3. 前記エンジン冷却水を循環させるエンジン冷却水経路（Ｌ１）と、
   前記Ｉ／Ｃ冷却水を循環させるＩ／Ｃ冷却水経路（Ｌ２）と、
   前記エンジン冷却水経路を流れるエンジン冷却水と前記Ｉ／Ｃ冷却水経路を流れるＩ／Ｃ冷却水との間で熱交換を行わせる熱交換器（７５）と、
   前記熱交換器を通過する前記Ｉ／Ｃ冷却水の流量を調整する流量制御弁（７６）と、
   を備え、
   前記凝縮水抑制手段は、前記流量制御弁により、前記熱交換器に前記エンジン冷却水と前記Ｉ／Ｃ冷却水とが共に流入する状態として、高温の前記エンジン冷却水により低温の前記Ｉ／Ｃ冷却水を昇温させる請求項２に記載の内燃機関のＥＧＲシステム。
4. 前記冷却水は、前記内燃機関を冷却するための冷却水経路であるエンジン冷却水経路（Ｌ１）と、前記エンジン冷却水経路とは異なる経路でありかつ前記インタークーラを冷却するための冷却水経路であるＩ／Ｃ冷却水経路（Ｌ２）とで流通可能であり、
   前記凝縮水抑制手段は、前記エンジン冷却水経路において前記内燃機関を通過した前記冷却水の一部を前記Ｉ／Ｃ冷却水経路に流入させることで、前記インタークーラに流入する前記冷却水を昇温させる請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲシステム。

Images