排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システム
【課題】ＥＧＲ運転領域を確保しつつ、ＥＧＲクーラ等の凝縮水による腐食を抑制でき、燃費も改善できる排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システムを提供する。
【解決手段】エンジン１の冷却水の温度が予め設定された閾値温度以上になったことを条件に、エンジン１の排気通路１８ｗ側から吸気通路７ｗ側への排気ガスの還流を許可するとともにその還流排気ガスの還流量を制御する排気再循環制御装置であって、還流排気ガスの圧力とエンジン１の排気ガス中の水のモル比とに基づいて還流排気ガスの露点温度を算出する露点温度算出部３１と、その露点温度に応じて閾値温度を可変設定する閾値温度可変設定部３２とを備えている。
【解決手段】エンジン１の冷却水の温度が予め設定された閾値温度以上になったことを条件に、エンジン１の排気通路１８ｗ側から吸気通路７ｗ側への排気ガスの還流を許可するとともにその還流排気ガスの還流量を制御する排気再循環制御装置であって、還流排気ガスの圧力とエンジン１の排気ガス中の水のモル比とに基づいて還流排気ガスの露点温度を算出する露点温度算出部３１と、その露点温度に応じて閾値温度を可変設定する閾値温度可変設定部３２とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システムに関し、特に、凝縮水による吸気系主要部品等の腐食を防止するようにした排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の内燃機関においては、ＮＯｘ（窒素酸化物）の低減に効果的で燃費改善にも有効な排気再循環を行う排気再循環システム（ＥＧＲシステム）を装着したものが多くなっている。また、希薄燃焼が可能でＥＧＲ流量が多くなるエンジンにおいては、排気再循環される排気ガス、すなわちＥＧＲガスの温度を下げるためにＥＧＲクーラ（排気冷却器）が多用されている。
【０００３】
このような排気再循環システムでは、排気ガス中の水分がＥＧＲクーラ等により冷やされることで凝縮水が発生するとともに、そこに排気ガス成分（塩素や硫黄等）が溶け込み易いために、酸性度の高い凝縮水によって吸気系の主要部品やＥＧＲクーラ等が腐食し易くなる。そこで、従来、そのような腐食を防止するための排気再循環制御を実行するようにしたものが知られている。
【０００４】
例えば、アイドリングストップ制御等の自動停止制御の採用によって運転時間が短くなる傾向にあるエンジンにおいて、凝縮水が滞留している間にエンジンが停止すると、凝縮水による吸気系主要部品の腐食が進行し易くなるという問題点に着目して、ＥＧＲ配管の管壁温度が凝縮水の蒸発が完了する程度に上昇するまでエンジンの運転を継続するようにして凝縮水の蒸発を促進するとともに、自動停止制御による燃費低減の要求にも応え得るようにした排気再循環制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２１５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システムにあっては、凝縮水の発生を抑えるためにＥＧＲクーラの使用を開始できる冷却水温を比較的高い温度に設定する必要が生じてしまうことから、次のような問題があった。
【０００７】
凝縮水の蒸発を促進するための運転継続期間が比較的長くなってしまい、アイドリングストップ制御等の自動停止制御による燃費改善代が狭まってしまう。
【０００８】
また、ＥＧＲクーラに使用される冷却水の温度が高くなってしまうため、ＥＧＲ運転領域を十分に確保することができず、排気浄化性能や燃費低減を十分に確保することが困難な場合がある。
【０００９】
さらに、ＥＧＲバルブの閉弁中であってＥＧＲクーラ内の冷却水の温度が低い段階で、排気還流通路内に排気ガスが入って凝縮水が発生しても、冷却水温度が十分に高まるまで還流排気ガスによるＥＧＲ配管の加熱がなされないため、その凝縮水の蒸発・乾燥が遅くなってしまい、凝縮水の蒸発促進の面でも不十分である。
【００１０】
そこで、本発明は、ＥＧＲ運転領域を十分に確保しつつ、ＥＧＲクーラや吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができ、しかも、燃費を改善することができる排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る排気再循環制御装置は、上記課題解決のため、（１）排気再循環システムを装備する内燃機関の冷却水の温度が予め設定された閾値温度以上になったことを条件に、前記内燃機関の排気通路側から吸気通路側への排気ガスの還流を許可するとともに該還流排気ガスの還流量を制御する排気再循環制御装置であって、前記還流排気ガスの露点温度を算出する露点温度算出部と、該露点温度に応じて前記閾値温度を可変設定する閾値温度可変設定部と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
この構成により、水分を含む還流排気ガスの露点温度に応じてＥＧＲ制御の実行可否判定（開始判定）のための閾値温度が可変設定されるので、露点温度が低ければ、比較的低冷却水温でも排気通路側から吸気通路側への排気ガスの還流が許可されるとともにその還流量が制御されることになる。したがって、凝縮水の発生を抑えながらも冷却水温が比較的低い段階から還流排気ガスによる凝縮水の蒸発・乾燥が可能となり、蒸発・乾燥の早期化によってＥＧＲクーラや吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制できることとなる。しかも、ＥＧＲ運転領域が十分に確保されることで、排気浄化性能や燃費低減効果も改善される。
【００１３】
本発明の排気再循環制御装置においては、（２）前記内燃機関に吸入される吸入空気の温度を検出する吸入空気温度検出部と、前記内燃機関に吸入される吸入空気の圧力を検出する吸入空気圧力検出部と、前記空気と共に前記内燃機関に供給される燃料の空燃比を検出する空燃比検出部と、をさらに備え、前記露点温度算出部が、前記吸入空気の温度、前記吸入空気の圧力および前記空燃比に基づいて前記吸入空気中の水の質量および前記内燃機関に供給される燃料の物質量を算出するとともに、該算出値に基づいて前記排気ガス中の水のモル比を算出することが望ましい。この構成により、凝縮水の発生量を精度良く把握可能となり、ＥＧＲ制御の開始判定のための閾値を的確に可変設定できることとなる。なお、ここにいう内燃機関に供給される燃料の空燃比とは、内燃機関の燃焼室内に供給される空気および燃料を含む燃料混合気の空燃比の意である。
【００１４】
本発明に係る内燃機関の排気再循環システムは、上記課題解決のため、（３）内燃機関の排気通路と吸気通路の間に介在する排気還流通路と、前記排気還流通路上に設けられ、前記排気通路側から前記吸気通路側に排気ガスを還流させるよう開弁する排気還流制御弁と、前記排気還流通路の一部をなすガス通路および前記内燃機関の冷却水を通す冷却水通路を有し、前記ガス通路を通る還流排気ガスと前記冷却水との間の熱交換によって前記還流排気ガスを冷却する排気冷却器と、前記排気冷却器に導入される前記内燃機関の冷却水の温度が予め設定された閾値温度以上になったことを条件に、前記排気通路側から前記吸気通路側への前記排気ガスの還流を許可するとともに該還流排気ガスの還流量を制御する排気再循環制御装置と、を備えた内燃機関の排気再循環システムであって、前記排気再循環制御装置は、前記還流排気ガスの露点温度を算出する露点温度算出部と、該露点温度に応じて前記閾値温度を可変設定する閾値温度可変設定部と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この構成により、水分を含む還流排気ガスの露点温度に応じてＥＧＲ制御の開始判定のための閾値温度が可変設定されるので、露点温度が低ければ、比較的低温でも排気通路側から吸気通路側への排気ガスの還流が許可されるとともにその還流量が制御されることになる。したがって、凝縮水の発生を抑えながらも、冷却水温が比較的低い段階から凝縮水の蒸発・乾燥が可能となり、蒸発・乾燥の早期化によってＥＧＲクーラや吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制できることとなる。しかも、ＥＧＲ運転領域が十分に確保されることで、排気浄化性能や燃費低減効果も改善される。
【００１６】
本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（４）前記内燃機関に吸入される吸入空気の温度を検出する吸入空気温度検出部と、前記内燃機関に吸入される吸入空気の圧力を検出する吸入空気圧力検出部と、前記空気と共に前記内燃機関に供給される燃料の空燃比を検出する空燃比検出部と、をさらに備え、前記露点温度算出部が、前記吸入空気の温度、前記吸入空気の圧力および前記空燃比に基づいて前記吸入空気中の水の質量および前記内燃機関に供給される燃料の物質量を算出するとともに、該算出値に基づいて前記排気ガス中の水のモル比を算出することが望ましい。この構成により、凝縮水の発生量を精度良く把握可能となり、ＥＧＲ制御の開始判定のための閾値を的確に可変設定できることとなる。
【００１７】
上記（４）の構成を有する内燃機関の排気再循環システムにおいては、（５）前記露点温度算出部が、前記吸入空気の温度を基に前記吸入空気の飽和蒸気圧を算出可能な第１の近似計算式を記憶していることが好ましい。これにより、吸入空気の温度を基に吸入空気の飽和蒸気圧を容易に算出でき、その飽和蒸気圧と大気圧もしくは吸気圧とを基にその飽和蒸気圧における吸入空気中の水の質量が算出可能となることで、燃焼前のガス中の水のモル比が推定可能となる。したがって、燃焼前の水の物質量と燃焼により発生する水の物質量等から燃焼後の水のモル比を推定でき、その燃焼後の水のモル比と排気ガスの圧力とを基に露点温度を精度良く算出できることとなる。
【００１８】
上記（５）の構成を有する内燃機関の排気再循環システムにおいては、（６）前記露点温度算出部は、前記還流排気ガスの圧力と前記内燃機関の排気ガス中の水のモル比とに基づいて前記還流排気ガス中の水の分圧を算出する分圧計算式と、該分圧計算式で算出される分圧が前記第１の近似計算式で算出される飽和蒸気圧と一致するときの温度を前記露点温度として算出する第２の近似計算式と、を記憶していることが好ましい。この構成により、第１の近似計算式として例えばＴｅｔｅｎｓの式のように空気温度から飽和蒸気圧を精度良く算出できる実用的な飽和蒸気圧の近似式を用い、その近似式を温度について解く第２の近似計算式を用いて露点温度を精度良く容易に算出可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、水分を含む還流排気ガスの露点温度に応じてＥＧＲ制御の開始判定のための閾値温度を可変設定して、排気通路側から吸気通路側への排気ガスの還流とその還流量制御を露点温度に応じて的確に実行できるようにしているので、凝縮水の発生を抑えながらも冷却水温が比較的低い段階から還流排気ガスによる凝縮水の蒸発・乾燥を開始してＥＧＲクーラや吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができ、しかも、ＥＧＲ運転領域を確保して排気浄化性能や燃費低減効果を改善できる。その結果、ＥＧＲ運転領域を十分に確保しつつ、ＥＧＲクーラや吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができ、しかも、燃費を改善することができる排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムにおける排気再循環制御装置のブロック構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムでエンジン冷却水の温度と可変の閾値温度との比較結果に応じて排気還流制御を実行するための開始判定処理の概略手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムにおける運転条件と露点温度の変化の関係を例示するグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムにおける大気圧変化と露点温度の変化の関係を例示するグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムの作用説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
（一実施形態）
図１〜図６は、本発明の一実施形態に係る排気再循環制御装置およびそれを備えた内燃機関の排気再循環システムを示している。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の排気再循環システムは、自動車に搭載される多気筒の内燃機関、例えば４気筒の４サイクルガソリンエンジン（図１中には１気筒のみ図示している；以下単にエンジンという）１に装備されるもので、そのエンジン１の各気筒１ａ内にはピストン２によって燃焼室３が形成され、吸気バルブ４と排気バルブ５が図示しない動弁機構により開閉駆動可能に装備されるとともに、燃焼室３内に露出するよう点火プラグ６が配置されている。また、吸気管７内の吸気通路７ｗには電子制御式のスロットルバルブユニット８が設けられており、このスロットルバルブユニット８より燃焼室３側には吸気管７と一体に吸気部を形成するとともに所定の容積を有するサージタンク９が設けられている。
【００２４】
エンジン１の各気筒１ａへの分配吸気通路７ａには筒内噴射用のインジェクタ１１（燃料噴射弁）が設けられており、気筒数分の複数のインジェクタ１１は複数の気筒１ａに燃料を供給するデリバリーパイプ１２に接続されている。このデリバリーパイプ１２には、車両に搭載された燃料タンク１７から燃料ポンプ１６により汲み出された燃料（例えばガソリン）が、燃料通路Ｌを通して供給されるようになっている。エンジン１の排気管１８には例えば３元触媒を内蔵する排気浄化用の触媒コンバータ１９（排気浄化装置）が装着されている。
【００２５】
エンジン１においては、ピストン２のストロークに応じて吸気バルブ４および排気バルブ５が開閉するとともに、燃焼室３内に吸入空気とインジェクタ１１からの燃料とが導入される。そして、点火プラグ６により火花点火がなされ、燃焼室３内での爆発・燃焼によりエンジン１の出力回転がなされるとともに、燃焼室３からの排気ガスが排気管１８内の排気通路１８ｗに排気され、その排気ガスは触媒コンバータ１９の内部の図示しない三元触媒等により浄化されるようになっている。なお、エンジン１は、ここではガソリンエンジンとしたが、他の燃料（バイオエタノール燃料やガス燃料（ＬＰＧまたはＬＮＧ）等）を用いるものあってもよいし、火花点火式でないディーゼルエンジン等であってもよい。
【００２６】
一方、エンジン１には、排気ガスの一部を排気管１８から吸気管７側に還流させる排気再循環装置２０が装着されており、排気再循環装置２０は、排気管１８（排気部）と吸気管７（吸気部）との間に介在するＥＧＲパイプ２１（排気還流管）と、ＥＧＲパイプ２１内の排気還流通路２１ｗを開閉するとともにその開度を変化させることができる開度可変のＥＧＲバルブ２２（排気還流制御弁）と、ＥＧＲパイプ２１内の排気還流通路２１ｗの一部を形成するガス通路部およびエンジン１のウォータージャケット１ｗより冷却水循環方向の下流側に位置する冷却水通路部を有し、排気還流通路２１ｗを通る還流排気ガスを冷却することができるＥＧＲクーラ２３（排気冷却器）と、を備えている。
【００２７】
ＥＧＲパイプ２１は、ＥＧＲバルブ２２の開度に応じて開閉され、排気管１８側からの還流排気ガスをスロットルバルブユニット８より吸気方向下流側のサージタンク９内に還流させる排気還流通路２１ｗを形成している。このＥＧＲパイプ２１は、その一部または全部がシリンダヘッドや吸気マニホールドを構成する大型部品に一体に形成されてもよい。
【００２８】
また、ＥＧＲバルブ２２は、例えばステップモータ等のバルブ駆動モータ部２２ｍと、これによりバルブ開度を変化させる図示しない弁体とを有している。
【００２９】
ＥＧＲクーラ２３は、エンジン冷却水と排気還流通路２１ｗを通る還流排気ガスとの間の熱交換により、その還流排気ガスを冷却する機能を有している。
【００３０】
なお、エンジン１のウォータジャケット１ｗの上流端側には図示しないウォータポンプが配置されており、そのウォータポンプの吸入側に冷却水の温度に感応して開弁および閉弁するサーモスタットが配置されている。そして、エンジン１から流出した冷却水が、車室内の暖房等のために冷却水と空気との間の熱交換を行うヒータコアにも供給されるようになっており、そのヒータコアを通過したエンジン冷却水が、冷却水配管２４を介してＥＧＲクーラ２３に供給されるようになっている。
【００３１】
ＥＧＲクーラ２３より排気還流方向の上流側（排気管１８側）のＥＧＲパイプ２１あるいはＥＧＲクーラ２３の入口部には、還流排気ガスの温度に近い排気ガスの温度を検知する排気ガス温度センサ５１（図中ではＥＧＲパイプ２１の上流端近傍に図示する）が設けられており、この排気ガス温度センサ５１の検出情報はＥＣＵ３０に取り込まれるようになっている。
【００３２】
一方、吸気管７の上流側には、図示しないエアクリーナが設けられており、そのエアクリーナの近傍には、吸気管７内に吸入される空気の流量を検出するエアフローメータ４１と、吸気管７内に吸入される空気の温度（もしくは外気温度）を検出する吸気温度センサ４２（吸入空気温度検出部）と、サージタンク９内の吸入空気の圧力を検出するバキュームセンサ４３とが設けられている。これらエアフローメータ４１、吸気温度センサ４２およびバキュームセンサ４３のセンサ情報もＥＣＵ３０に取り込まれるようになっている。
【００３３】
ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転を電子制御する電子制御ユニットであり、その詳細なハードウェア構成を図示しないが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、不揮発性メモリ等からなるバックアップ用メモリを備えており、さらに、Ａ／Ｄ変換器等を有する入力インターフェース回路と、アクチュエータ類のドライバ回路を有する出力インターフェース回路とを含んで構成されている。
【００３４】
このＥＣＵ３０の入力インターフェース回路には、前述のエアフローメータ４１、吸気温度センサ４２、バキュームセンサ４３、排気ガス温度センサ５１の他に、外気の圧力を検出する大気圧センサ４０（吸入空気圧力検出部）と、エンジン回転速度［ｒｐｍ］を検出するクランク角センサ４４と、ウォータージャケット１ｗを通る冷却水の温度を検出する水温センサ４５と、スロットルバルブユニット８の開度を検出するスロットル開度センサ４６と、エンジン１を搭載した車両の車速を検出する車速センサ４７と、排気管１８内の排気ガスの酸素濃度または排気空燃比を検出する空燃比センサ４８（空燃比検出部）と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ４９と、デリバリーパイプ１２に供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサ５０等のセンサ群が接続されており、これらセンサ群４４〜５０のセンサ情報も、それぞれＥＣＵ３０に取り込まれるようになっている。
【００３５】
また、ＥＣＵ３０の出力インターフェース回路には、インジェクタ１１を駆動するインジェクタドライバ回路１５、点火プラグ６およびその駆動回路を含む点火装置１３と、スロットルバルブユニット８のモータ部８ｍ（電子制御スロットルモータ）と、ＥＧＲバルブ２２のバルブ駆動モータ部２２ｍと、燃料ポンプ１６を駆動制御するポンプ駆動回路１４等が接続されている。なお、ＥＣＵ３０には、図示しないバッテリから電源が供給されるようになっているとともに、車両に搭載された他のＥＣＵ３５に対して通信可能に接続されている。
【００３６】
ＥＣＵ３０のＣＰＵは、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、ＲＡＭおよびバックアップメモリとの間でデータを授受しながら、入力インターフェース回路から取り込んだセンサ情報や予め設定された設定値情報、マップデータ等に基づいて所定の演算処理を実行し、その結果に応じて出力インターフェース回路からの制御信号出力を行うことで、エンジン１の電子制御を実行するようになっている。
【００３７】
すなわち、ＥＣＵ３０は、例えばエアフローメータ４１およびクランク角センサ４４のセンサ情報から得られるエンジン１の１回転当りの吸入空気量に基づいて、基本燃料噴射量に相当するインジェクタ１１の基本燃料噴射時間を演算し、この基本燃料噴射時間に最適空燃比となるよう各センサ信号に基づく補正処理を加えて、適正な燃料噴射量で噴射時期として設定されたクランク角に達する時点でインジェクタ１１からの燃料噴射を実行するために、複数の制御値を算出する。また、ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転状態に応じて、適正な点火時期やスロットル開度、ＥＧＲ率（排気還流量）等の制御を実行するための複数の制御値をそれぞれ算出する。そして、ＥＣＵ３０は、その出力インターフェース回路からインジェクタ１１を駆動し、エンジン１内での燃料噴射量を目標噴射量に制御するための燃料噴射信号や、目標点火時期に点火プラグ６を点火させる点火時期制御信号、スロットルバルブユニット８のモータ部８ｍやＥＧＲバルブ２２のバルブ駆動モータ部２２ｍへの開度指令信号、燃料ポンプ１６の駆動制御信号等をそれぞれ出力する。
【００３８】
ＥＣＵ３０は、例えば空燃比センサ４８の検知情報を基に触媒コンバータ１９による排気浄化に適した排気空燃比（理論空燃比）となるように、エンジン１に供給される燃料の空燃比を制御する（例えば、酸素過剰であればスロットル開度を小さくし、酸素不足であればスロットル開度を大きくする）フィードバック制御を実行する機能を有している。
【００３９】
また、ＥＣＵ３０は、エンジン１の冷却水の温度が予め設定された閾値温度以上になったことを条件に、排気通路１８ｗ側から吸気通路７ｗ側への排気ガスの還流を許可するとともに、排気還流通路２１ｗを通る還流排気ガスの流量（還流量）をＥＧＲバルブ２２によって制御する機能を有している。
【００４０】
具体的には、ＥＣＵ３０は、そのＥＧＲ制御に係る複数の機能部として、還流排気ガスの圧力とエンジン１の排気ガス中における水（排気ガスに含まれる水）のモル比とに基づいて水分を含む還流排気ガスの露点温度を算出する露点温度算出部３１と、前述のＥＧＲ制御を許容するか否かの判定を実行するための閾値温度を露点温度算出部３１で算出される露点温度に応じて可変設定する閾値温度可変設定部３２と、水温センサ４５で検出されるウォータージャケット１ｗ内の冷却水の温度が閾値温度可変設定部３２で設定された露点温度近傍の閾値温度Ｔｔｈ以上に達したことを条件にＥＧＲバルブ２２の開度を最小開度より大きい開度に制御可能とする一方、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲバルブ２２の開度を制御するＥＧＲ制御部３３と、を備えている。
【００４１】
ＥＣＵ３０は、また、エンジン１に吸入される空気の温度（外気温）を吸気温度センサ４２と協働して検出する吸入空気温度検出部の機能と、エンジン１に吸入される吸入空気の圧力を大気圧センサ４０と協働して検出する吸入空気圧力検出部の機能と、空燃比フィードバック制御を実行する際にその空燃比（エンジン１に供給される燃料の空燃比）を検出する空燃比検出部の機能と、を併有している。
【００４２】
ＥＣＵ３０は、さらに、エンジン１の運転状態、例えばバキュームセンサ４３の検知情報を基に検出される吸気圧力［Ｐａ］とエンジン回転速度［ｒｐｍ］およびエンジン負荷とを基に、あるいは排気ガス圧力センサ５２が設けられる場合にその検知情報を基に、排気還流通路２１ｗを通る還流排気ガスの流量および圧力を推定・算出できるようになっている。
【００４３】
また、ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１は、吸気温度センサ４２の検知情報を基に検出した吸入空気の温度、大気圧センサ４０の検知情報を基に検出した吸入空気の圧力および空燃比フィードバック時に得られる空燃比に基づいて吸入空気中の水の質量およびエンジン１に供給される燃料の物質量（モル）を算出するとともに、その算出値に基づいてエンジン１の排気ガス中の水のモル比を算出するようになっている。
【００４４】
具体的には、ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１は、図２に示すように、飽和蒸気圧算出部６１、燃焼前物質量算出部６２、燃焼計算部６３、燃焼後物質量算出部６４および露点温度近似計算部６５によって構成されている。
【００４５】
ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１において、飽和蒸気圧算出部６１は、吸気温度センサ４２の検知情報に基づいて湿り空気である温度Ｔａの吸入空気の飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）（飽和水蒸気圧の）を算出する機能を有しており、湿り空気である温度Ｔａの吸入空気の飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）を算出可能な第１の近似計算式として、次に示す（１）式を記憶している。なお、（１）式は、周知のＴｅｔｅｎｓの式に相当するものである。
Ｅｗ（Ｔａ）［ｋＰａ］＝０．６１１ × １０７.５・Ｔａ／（Ｔａ＋２３７．３）・・・（１）
【００４６】
吸入空気中の水の分圧Ｐｗ１は、飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）×相対湿度［％］／１００で算出可能であり、湿度センサによる湿度検出を行うようにすれば、その水の分圧Ｐｗ１および吸入空気の圧力Ｐｉｎを基に次の（２）式で表される吸入空気中の水のモル比Ｒｗ１が算出できるとともに、次の（３）式で表される吸入空気中の乾燥空気（窒素Ｎ２、酸素Ｏ２およびアルゴンＡｒ）のモル比Ｒｄ１が算出できる。
Ｒｗ１＝Ｐｗ１／Ｐｉｎ・・・（２）
Ｒｄ１＝（Ｐｉｎ−Ｐｗ１）／Ｐｉｎ・・・（３）
【００４７】
ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１において、燃焼前物質量算出部６２は、前述のような計算手法で、吸入空気中の水の分圧Ｐｗ１、吸入空気中の水のモル比Ｒｗ１および吸入空気中の乾燥空気のモル比Ｒｄ１をそれぞれ算出する。そして、飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）の単位時間当りの吸入空気の質量をＧａ［ｇ］、水（１モル）のモル質量をＭｗ、乾燥空気（１モル）のモル質量をＭｄとするとき、その吸入空気中における水の質量Ｇｗ１を、次の（４）式で算出によって算出するようになっている。
Ｇｗ１＝Ｇａ×（Ｒｗ１×Ｍｗ）／（Ｒｗ１×Ｍｗ＋Ｒｄ１×Ｍｄ）・・・（４）
【００４８】
ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１において、燃焼計算部６３は、最初に、燃焼室での燃焼に供する吸入空気の質量Ｇａ［ｇ］と空燃比フィードバック制御に際して得られる空燃比Ａ／Ｆとに基づいて、燃焼に供する燃料の質量Ｇｆおよび物質量Ｎｆを次の（６）式と（７）式を用いてそれぞれ算出する。
Ｇｆ＝Ｇａ／（Ａ／Ｆ）・・・（６）
Ｎｆ＝Ｇｆ／Ｍｆ・・・（７）
【００４９】
ここで、Ｍｆはエンジン１に使用される平均組成の燃料（１モル）のモル質量である。なお、ここでは、その平均組成の燃料を、例えばヘプタン（Ｃ７Ｈ１６）とする。勿論、異なる燃料組成であってもよい。また、ここでのエンジン１に供給される燃料の空燃比Ａ／Ｆとは、エンジン１の燃焼室内に供給される空気および燃料を含む燃料混合気の空燃比の意である。
【００５０】
燃焼計算部６３は、また、エンジン１の燃焼室内における燃焼の化学反応式として次の（８）式を用いて、その燃焼室内での燃焼によって発生する水の量を算出する。
Ｃ７Ｈ１６ ＋１１Ｏ２ → ７ＣＯ２ ＋ ８Ｈ２Ｏ ・・・（８）
【００５１】
すなわち、（８）式に基づき、燃焼により発生する水の物質量Ｎｗ３を、次の（９）式により燃料の物質量の８倍の物質量として算出する。
Ｎｗ３＝８×Ｎｆ ・・・（９）
【００５２】
燃焼前の水の物質量Ｎｗ１は、吸入空気中における水の質量Ｇｗ１を水のモル質量Ｍｗで割った値として、次の（１０）式で算出できる。
Ｎｗ１＝Ｇｗ１／Ｍｗ ・・・（１０）
【００５３】
ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１において、燃焼後物質量算出部６４は、燃焼後の水の物質量Ｎｗ２を、燃焼前の水の物質量Ｎｗ１と燃焼により発生する水の物質量Ｎｗ３との和として、次の（１１）式で算出する。
Ｎｗ２＝Ｎｗ１＋Ｎｗ３ ・・・（１１）
【００５４】
一方、燃焼後の排気ガス中における乾燥空気（窒素Ｎ２、酸素Ｏ２および二酸化炭素ＣＯ２）の各成分の物質量を考えると、燃焼後の窒素Ｎ２の物質量Ｎｔ２、燃焼後の酸素Ｏ２の物質量Ｎｘ２、燃焼後の二酸化炭素ＣＯ２の物質量Ｎｃ２は、それぞれ次の（１２）、（１３）、（１４）式で算出できる。
【００５５】
Ｎｔ２＝Ｎｔ１＝（Ｇａ−Ｇｗ１）×０．７５／Ｍｔ ・・・（１２）
Ｎｘ２＝（Ｇａ−Ｇｗ１）×０．２５／Ｍｘ−１１×Ｎｆ ・・・（１３）
Ｎｃ２＝７×Ｎｆ・・・（１４）
ここで、Ｎｔ１は燃焼前の窒素の物質量、Ｍｔは窒素（１モル）のモル質量、Ｍｘは酸素（１モル）のモル質量、Ｎｆは前述の燃料の物質量である。
【００５６】
そして、燃焼後の排気ガス中における乾燥空気の物質量Ｎｄ２は、次の（１５）式により、物質量Ｎｔ２、Ｎｘ２、Ｎｃ２の和として算出できる。
Ｎｄ２＝Ｎｔ２＋Ｎｘ２＋Ｎｃ２ ・・・（１５）
【００５７】
燃焼後物質量算出部６４は、上述のような計算手法で燃焼後の水の物質量Ｎｗ２と、燃焼後の排気ガス中における乾燥空気の物質量Ｎｄ２とを算出し、それらの算出値Ｎｗ２、Ｎｄ２を基に、次の（１６）式を用いて燃焼後の排気ガス中における水のモル比Ｒｗ２を算出するようになっている。
Ｒｗ２＝Ｎｗ２／（Ｎｗ２＋Ｎｄ２） ・・・（１６）
【００５８】
ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１において、露点温度近似計算部６５は、前述の通りエンジン１の運転状態に応じて推定した還流排気ガスの圧力Ｐｅｇと、エンジン１の単位時間当りの排気ガス中の水のモル比Ｒｗ２とに基づいて、排気還流通路２１ｗを通る還流排気ガス中の水の分圧Ｐｗ２を算出する分圧計算式（後述する（１７）式）と、その分圧計算式で算出される分圧Ｐｗ２が（１）式で算出される飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）と一致するときの温度Ｔａを露点温度Ｔｄｐとして算出する第２の近似計算式（後述する（１８）式）を記憶している。
【００５９】
具体的には、露点温度近似計算部６５は、バキュームセンサ４３の検知情報を基に検出される吸気圧力［Ｐａ］と、エンジン回転速度［ｒｐｍ］およびエンジン負荷を基にマップを参照する等して得られる背圧、あるいはそれに相当する排気ガス圧力センサ５２の検知情報を基にした背圧との和として、排気還流通路２１ｗを通る還流排気ガスの圧力Ｐｅｇを推定・算出する。また、その還流排気ガスの圧力Ｐｅｇと燃焼後の排気ガス中に含まれる水のモル比Ｒｗ２とから、次の（１７）式により還流排気ガス中の水の分圧Ｐｗ２を算出する。
Ｐｗ２＝Ｐｅｇ×Ｒｗ２ ・・・（１７）
【００６０】
そして、露点温度近似計算部６５は、還流排気ガス中の水の分圧Ｐｗ２を基づいて、第２の近似計算式である次の（１８）式により、露点温度Ｔｄｐを算出する。
【００６１】
Ｔｄｐ＝ ２３７．３× ｌｏｇＡ／（７．５−ｌｏｇＡ） ・・・（１８）
ただし、Ａ＝Ｐｗ２／０．６１１であり、（１８）式中のｌｏｇは自然対数である。なお、この（１８）式は、（１）式で得られる飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）が還流排気ガス中の水の分圧Ｐｗ２と一致する状態（露点）での温度Ｔａの値に相当する。
【００６２】
露点温度近似計算部６５による露点近似計算においては、ヘプタンＣ７Ｈ１６自体のモル質量は１００．２１ｇ／ｍｏｌであるが、燃料は、モル質量が９６［ｇ／ｍｏｌ］で空気中の重量比がゼロであり、窒素（Ｎ２）は、モル質量が２８［ｇ／ｍｏｌ］で空気中の重量比が０．７５であり、酸素（Ｏ２）は、モル質量が３２［ｇ／ｍｏｌ］で空気中の重量比が０．２５であり、二酸化炭素（ＣＯ２）は、モル質量が４４［ｇ／ｍｏｌ］で空気中の重量比がゼロであり、水（Ｈ２Ｏ）は、モル質量が１８［ｇ／ｍｏｌ］であるものとしている。
【００６３】
一方、ＥＣＵ３０の閾値温度可変設定部３２は、ＥＧＲ制御部３３で前述のＥＧＲ制御を許容するか否かの判定を実行するための閾値温度Ｔｔｈを、露点温度算出部３１で算出される排気ガスの露点温度Ｔｄｐの値に応じて、露点温度Ｔｄｐに対し一定の許容温度誤差範囲内となるよう多段階にあるいは無段階に可変設定するようになっている。ここでの閾値温度Ｔｔｈの可変設定の段数および許容温度誤差範囲は、ＥＧＲクーラ２３での凝縮水の発生量を一定量以内に抑制できるように予めの実験結果を基に設定されている。
【００６４】
また、ＥＣＵ３０のＥＧＲ制御部３３は、水温センサ４５で検出されるウォータージャケット１ｗ内の冷却水の温度が閾値温度可変設定部３２で設定された閾値温度Ｔｔｈ以上に達したことを条件にＥＧＲバルブ２２を開弁させるとともに開度制御可能にする状態（以下、ＥＧＲ−ＯＮ状態ともいう）となる。さらに、ＥＣＵ３０は、触媒コンバータ１９による排気浄化に適した排気空燃比（理論空燃比）となるように、空燃比センサ４８の検知情報を基にエンジン１に供給される燃料の空燃比を制御し、例えば酸素過剰であればスロットル開度を小さくし、酸素不足であればスロットル開度を大きくするといったフィードバック制御を実行するようになっている。
【００６５】
なお、ＥＣＵ３０は、前述の空燃比フィードバックを実行されない場合には、例えば図１、２中に点線で示す排気ガス圧力センサ５２の検知圧力やその他のエンジン１の運転状態検出情報に基づいて、排気還流通路２１ｗを通る還流排気ガスの流量が所定量になるよう、エンジン１の運転状態に応じたＥＧＲバルブ２２の目標開度を予めの実験により設定したＥＧＲ開度マップに基づいて算出し、ＥＧＲバルブ２２の目標開度を制御するようになっていてもよい。この場合のＥＧＲ開度マップは、例えば機関回転数やアクセル開度（要求負荷）に応じた最適な排気還流量またはバルブ開度をその目標値として予め設定したもので、クランク角センサ４４やアクセル開度センサ４９の検知情報等を基にその目標値を算出可能な記憶データである。
【００６６】
次に、作用について説明する。
【００６７】
上述のように構成された本実施形態の排気再循環制御装置および排気再循環システムでは、図３に示すような判定処理の概略手順で排気還流制御の実行の可否について判定する処理がエンジン１の運転中に所定時間毎に繰り返し実行される。
【００６８】
図３に示すように、まず、ＥＣＵ３０により、吸気温度センサ４２の検知情報を基に吸入空気の温度である外気温度が検出されるとともに、大気圧センサ４０の検知情報を基に大気圧程度の吸入空気の圧力が検出される一方で、空燃比フィードバック制御時にエンジン１に供給される燃料の空燃比の値が算出される（ステップＳ１１〜１３）。
【００６９】
次いで、検出された外気温度、大気圧および空燃比に基づき、ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１において、前述の飽和蒸気圧算出部６１、燃焼前物質量算出部６２、燃焼計算部６３、燃焼後物質量算出部６４および露点温度近似計算部６５の計算処理が実行されることで、還流排気ガスの圧力Ｐｅｇとエンジン１の排気ガス中に含まれる水のモル比とに基づいて水分を含む還流排気ガスの露点温度Ｔｄｐが算出され、その露点温度Ｔｄｐに対し一定温度範囲内となる閾値温度Ｔｔｈが可変設定される（ステップＳ１４）。
【００７０】
次いで、水温センサ４５で検出されるウォータージャケット１ｗ内の冷却水の温度が閾値温度Ｔｔｈより低い温度であるか否かが判定され（ステップＳ１５）、冷却水の温度が閾値温度Ｔｔｈに達していなければ、冷却水の温度が閾値温度Ｔｔｈに達するまでステップＳ１５の判定が繰り返される（ステップＳ１５でＹＥＳの場合）。
【００７１】
一方、冷却水の温度が閾値温度Ｔｔｈに達していれば（ステップＳ１５でＮＯの場合）、次いで、ＥＧＲバルブ２２が開弁され、排気管１８側からの還流排気ガスがＥＧＲバルブ２２の開度に応じてサージタンク９内に還流されるＥＧＲ−ＯＮ状態、すなわち、ＥＧＲ実行状態となる（ステップＳ１６）。
【００７２】
ここで、ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１において実行される計算について、例えば吸入空気２０［ｇ／ｓ］、空燃比１４．７、燃料１．３６［ｇ／ｓ］、吸気温度３０［°Ｃ］、吸入空気圧力１００［ｋＰａ］、吸入空気の飽和蒸気圧４．２４［ｋＰａ］、吸入空気の湿度１００［％］、背圧４［ｋＰａ］およびＥＧＲ圧力１０４［ｋＰａ］を初期条件とする具体例を用いて説明する。
【００７３】
この場合、吸入空気の露点温度を計算すると、吸入空気（湿り空気）中の空気の分圧９５．８［ｋＰａ］、水の分圧４．２［ｋＰａ］、空気のモル比０．９５８、水のモル比０．０４２となって、吸入空気の露点３０．０［°Ｃ］となる。
【００７４】
また、燃焼前の吸入空気中の水分量を計算すると、乾燥空気１９．４６［ｇ／ｓ］、窒素１４．６０［ｇ／ｓ］、酸素４．８７［ｇ／ｓ］、二酸化炭素０．００［ｇ／ｓ］、水 ０．５４［ｇ／ｓ］となり、水割合が２．６８［ｗｔ％］となる。
【００７５】
燃焼前の物質量（モル）は、窒素０．５２１［ｍｏｌ／ｓ］、酸素０．１５２［ｍｏｌ／ｓ］、燃料０．０１４［ｍｏｌ／ｓ］、二酸化炭素０．０００［ｍｏｌ／ｓ］、水 ０．０３０［ｍｏｌ／ｓ］で、合計０．７１７［ｍｏｌ／ｓ］である。
【００７６】
一方、燃焼後の物質量は、窒素０．５２１［ｍｏｌ／ｓ］、酸素 −０．００４［ｍｏｌ／ｓ］、二酸化炭素０．０９９［ｍｏｌ／ｓ］、水 ０．１４３［ｍｏｌ／ｓ］で、合計０．７６０［ｍｏｌ／ｓ］である。
【００７７】
そして、露点計算においては、窒素 ６８．６［ｍｏｌ％］、酸素 −０．５［ｍｏｌ％］、ＣＯ２ １３．０６［ｍｏｌ％］、水 １８．８３５７［ｍｏｌ％］、水分圧 １９．６［ｋＰａ］となって、露点温度 ５９．６［°Ｃ］となる。
【００７８】
図４は、運転状態の相違による露点温度Ｔｄｐ（図中ではＥＧＲガス露点と記す）の変化を示しており、図５は、大気圧変化による露点温度Ｔｄｐの変化を示している。
【００７９】
図４（ａ）に示すように、吸気圧（吸入空気圧力）が高いと、湿ったＥＧＲガス（還流排気ガス）の露点温度Ｔｄｐは高くなり、吸気圧が低いと、湿ったＥＧＲガスの露点温度Ｔｄｐは低くなる傾向があり、吸気温（吸入空気温度）が高いほどそのＥＧＲガスの露点温度Ｔｄｐは高くなる。
【００８０】
また、図４（ｂ）に示すように、空燃比Ａ／Ｆの値が理論空燃比（１４．７）となるときに比べて、リッチ側の空燃比（同図中ではＡ／Ｆ＝１３）となるときの方が、湿ったＥＧＲガスの露点温度Ｔｄｐは高くなる。
【００８１】
さらに、図４（ｃ）に示すように、排気還流通路２１ｗの背圧が高いときの方がその背圧が低いときよりＥＧＲガスの露点温度Ｔｄｐは高くなる。
【００８２】
一方、図５に示すように、大気圧が高いほど、湿ったＥＧＲガスの露点温度Ｔｄｐは高くなり、外気温度が高いほど湿ったＥＧＲガスの露点温度Ｔｄｐは高くなる。
【００８３】
このように排気再循環装置２０によって排気通路１８ｗ側から吸気通路７ｗ側に還流させる還流排気ガスの露点温度は、エンジン１の運転状態や車両の環境状態によって比較的大きく変化するので、ＥＧＲクーラ２３に通水されるエンジン冷却水の温度がある程度の温度に達しても、露点温度が低いときにはＥＧＲクーラ２３内で凝縮水が発生し易く、露点温度が高いときにはＥＧＲクーラ２３内で凝縮水が発生し難くなる。
【００８４】
本実施形態では、水分を含む還流排気ガスの露点温度Ｔｄｐに応じてＥＧＲ制御の開始判定のための閾値温度が可変設定されるので、露点温度Ｔｄｐが低ければ、比較的低温でも排気通路１８ｗ側から吸気通路７ｗ側への排気ガスの還流が許可されるとともに、その還流量がＥＧＲバルブ２２によって制御されることになる。
【００８５】
したがって、エンジン１が例えば図６に破線で示すような市街地走行運転パターンで運転される状態下でのエンジン冷却水温の上昇中におけるＥＧＲ開始可能時期は、図６に二点差線で示す従来技術の場合、水温７０°Ｃ程度に達するまでの長い待ち時間経過後のＥＧＲ開始可能時期ｔｐａとなるのに対して、図６に一点差線で示す本実施形態の場合、比較的低い水温（例えば水温６０°Ｃ程度）に達するまでの短い待ち時間経過後のＥＧＲ開始可能時期ｔｐｉにまで早期化される。
【００８６】
その結果、ＥＧＲクーラ２３内等における凝縮水の発生を抑えながらも、エンジン冷却水温度が比較的低い段階から還流排気ガスによる凝縮水の蒸発・乾燥が可能となり、蒸発・乾燥の早期化によってＥＧＲクーラ２３や吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができることとなる。しかも、ＥＧＲ運転領域が十分に確保されることで、排気再循環により吸入空気中の酸素濃度を適度に抑えてＮＯｘ低減と燃料消費量の抑制を図ることができ、排気浄化性能や燃費低減効果を改善することができる。
【００８７】
また、本実施形態では、露点温度算出部３１が、外気温、大気圧および空燃比Ａ／Ｆに基づいて吸入空気中の水の質量Ｇｗおよびエンジン１に供給される燃料の物質量Ｎｆを算出するとともに、それらの算出値に基づいて排気ガス中の水のモル比Ｒｗ２を算出するので、凝縮水の発生量を精度良く算出可能となり、ＥＧＲ制御の開始判定のための閾値温度Ｔｔｈを的確に可変設定できることとなる。
【００８８】
さらに、本実施形態では、露点温度算出部３１が、吸入空気の温度Ｔａを基に吸入空気の飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）を算出可能な第１の近似計算式として（１）式を記憶していることから、吸入空気の温度Ｔａを基に吸入空気の飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）を容易に算出でき、その飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）と大気圧もしくは吸気圧とを基にその飽和蒸気圧における吸入空気中の水の質量Ｇｗ１が算出可能となることで、燃焼前のガス中の水のモル比Ｒｗ１が推定可能となる。したがって、燃焼前の水の物質量Ｎｗ１と燃焼により発生する水の質量Ｎｗ３等から燃焼後の水のモル比Ｒｗ２を推定でき、その燃焼後の水のモル比Ｒｗ２と排気ガスの圧力Ｐｅｇとを基に露点温度Ｔｄｐを精度良く算出できることとなる。
【００８９】
加えて、ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１は、還流排気ガス中の水の分圧Ｐｗ２を算出する分圧計算式としての（１７）式と、その分圧計算式で算出される分圧が（１）式で算出される飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）と一致するときの温度Ｔａを露点温度Ｔｄｐとして算出する（１８）式と、を記憶しているので、第１の近似計算式として例えばＴｅｔｅｎｓの式のように空気温度から飽和蒸気圧を精度良く算出できる実用的な飽和蒸気圧の近似式を用い、その近似式を温度について解く第２の近似計算式を用いて、露点温度を精度良く容易に算出可能となる。
【００９０】
このように、本実施形態の排気還流制御装置およびそれを備えた内燃機関の排気還流システムにおいては、水分を含む還流排気ガスの露点温度に応じてＥＧＲ制御の開始判定のための閾値温度を可変設定して、排気通路１８ｗ側から吸気通路７ｗ側への排気ガスの還流とその還流量制御を露点温度Ｔｄｐに応じて的確に実行できるようにしているので、凝縮水の発生を抑えながらも冷却水温が比較的低い段階から還流排気ガスによる凝縮水の蒸発・乾燥を開始して、ＥＧＲクーラ２３や吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができ、しかも、ＥＧＲ運転領域を確保して排気浄化性能や燃費低減効果を改善できる。その結果、ＥＧＲ運転領域を十分に確保しつつ、ＥＧＲクーラ２３や吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができ、しかも、燃費を改善することができる。
【００９１】
なお、上述の一実施形態においては、閾値温度Ｔｔｈは水分を含む還流排気ガスの露点温度Ｔｄｐに対し一定の許容誤差範囲内になるよう多段階または無段階に可変設定されるものとしたが、露点温度Ｔｄｐと閾値温度Ｔｔｈを一致させてもよいことはいうまでもない。また、吸入空気の湿度を検知する湿度センサが実装される場合には、その湿度センサの検知上情報を基に吸入空気中の水の分圧をより的確に算出可能となる。さらに、上述の一実施形態では、還流排気ガスの温度や圧力は排気管１８に装着された温度センサ等の情報を基に算出・推定していたが、ＥＧＲパイプ２１に装着された還流排気ガス温度センサや還流排気ガス圧力センサによってより直接的に検出できることはいうまでもない。
【００９２】
以上説明したように、本発明は、凝縮水の発生を抑えながらも冷却水温が比較的低い段階から還流排気ガスによる凝縮水の蒸発・乾燥を開始してＥＧＲクーラや吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができ、しかも、ＥＧＲ運転領域を確保して排気浄化性能や燃費低減効果を改善でき、その結果、ＥＧＲ運転領域を十分に確保しつつＥＧＲクーラや吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができ、しかも、燃費を改善することができる排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システムを提供することができるという効果を奏するものであり、凝縮水による吸気系主要部品等の腐食を防止するようにした排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システム全般に有用である。
【符号の説明】
【００９３】
１ エンジン（内燃機関）
１ａ 気筒
１ｗ ウォータージャケット
３ 燃焼室
７ｗ 吸気通路
１１ インジェクタ（燃料噴射弁）
１８ｗ 排気通路
１９ 触媒コンバータ（排気浄化装置）
２０ 排気再循環装置（ＥＧＲ装置）
２１ ＥＧＲパイプ（排気還流管）
２１ｗ 排気還流通路
２２ ＥＧＲバルブ（排気還流制御弁）
２３ ＥＧＲクーラ（排気冷却器）
３０ ＥＣＵ（吸入空気温度検出部、吸入空気圧力検出部、空燃比検出部）
３１ 露点温度算出部
３２ 閾値温度可変設定部
３３ ＥＧＲ制御部
４０ 大気圧センサ（吸入空気圧力検出部）
４１ エアフローメータ
４２ 吸気温度センサ（吸入空気温度検出部）
４４ クランク角センサ
４５ 水温センサ
４６ スロットル開度センサ
４７ 車速センサ
４８ 空燃比センサ（空燃比検出部）
４９ アクセル開度センサ
５１ 排気ガス温度センサ（排気ガス温度検出部）
５２ 排気ガス圧力センサ（排気ガス圧力検出部）
６１ 飽和蒸気圧算出部
６２ 燃焼前物質量算出部
６３ 燃焼計算部
６４ 燃焼後物質量算出部
６５ 露点温度近似計算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システムに関し、特に、凝縮水による吸気系主要部品等の腐食を防止するようにした排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の内燃機関においては、ＮＯｘ（窒素酸化物）の低減に効果的で燃費改善にも有効な排気再循環を行う排気再循環システム（ＥＧＲシステム）を装着したものが多くなっている。また、希薄燃焼が可能でＥＧＲ流量が多くなるエンジンにおいては、排気再循環される排気ガス、すなわちＥＧＲガスの温度を下げるためにＥＧＲクーラ（排気冷却器）が多用されている。
【０００３】
このような排気再循環システムでは、排気ガス中の水分がＥＧＲクーラ等により冷やされることで凝縮水が発生するとともに、そこに排気ガス成分（塩素や硫黄等）が溶け込み易いために、酸性度の高い凝縮水によって吸気系の主要部品やＥＧＲクーラ等が腐食し易くなる。そこで、従来、そのような腐食を防止するための排気再循環制御を実行するようにしたものが知られている。
【０００４】
例えば、アイドリングストップ制御等の自動停止制御の採用によって運転時間が短くなる傾向にあるエンジンにおいて、凝縮水が滞留している間にエンジンが停止すると、凝縮水による吸気系主要部品の腐食が進行し易くなるという問題点に着目して、ＥＧＲ配管の管壁温度が凝縮水の蒸発が完了する程度に上昇するまでエンジンの運転を継続するようにして凝縮水の蒸発を促進するとともに、自動停止制御による燃費低減の要求にも応え得るようにした排気再循環制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２１５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システムにあっては、凝縮水の発生を抑えるためにＥＧＲクーラの使用を開始できる冷却水温を比較的高い温度に設定する必要が生じてしまうことから、次のような問題があった。
【０００７】
凝縮水の蒸発を促進するための運転継続期間が比較的長くなってしまい、アイドリングストップ制御等の自動停止制御による燃費改善代が狭まってしまう。
【０００８】
また、ＥＧＲクーラに使用される冷却水の温度が高くなってしまうため、ＥＧＲ運転領域を十分に確保することができず、排気浄化性能や燃費低減を十分に確保することが困難な場合がある。
【０００９】
さらに、ＥＧＲバルブの閉弁中であってＥＧＲクーラ内の冷却水の温度が低い段階で、排気還流通路内に排気ガスが入って凝縮水が発生しても、冷却水温度が十分に高まるまで還流排気ガスによるＥＧＲ配管の加熱がなされないため、その凝縮水の蒸発・乾燥が遅くなってしまい、凝縮水の蒸発促進の面でも不十分である。
【００１０】
そこで、本発明は、ＥＧＲ運転領域を十分に確保しつつ、ＥＧＲクーラや吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができ、しかも、燃費を改善することができる排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る排気再循環制御装置は、上記課題解決のため、（１）排気再循環システムを装備する内燃機関の冷却水の温度が予め設定された閾値温度以上になったことを条件に、前記内燃機関の排気通路側から吸気通路側への排気ガスの還流を許可するとともに該還流排気ガスの還流量を制御する排気再循環制御装置であって、前記還流排気ガスの露点温度を算出する露点温度算出部と、該露点温度に応じて前記閾値温度を可変設定する閾値温度可変設定部と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
この構成により、水分を含む還流排気ガスの露点温度に応じてＥＧＲ制御の実行可否判定（開始判定）のための閾値温度が可変設定されるので、露点温度が低ければ、比較的低冷却水温でも排気通路側から吸気通路側への排気ガスの還流が許可されるとともにその還流量が制御されることになる。したがって、凝縮水の発生を抑えながらも冷却水温が比較的低い段階から還流排気ガスによる凝縮水の蒸発・乾燥が可能となり、蒸発・乾燥の早期化によってＥＧＲクーラや吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制できることとなる。しかも、ＥＧＲ運転領域が十分に確保されることで、排気浄化性能や燃費低減効果も改善される。
【００１３】
本発明の排気再循環制御装置においては、（２）前記内燃機関に吸入される吸入空気の温度を検出する吸入空気温度検出部と、前記内燃機関に吸入される吸入空気の圧力を検出する吸入空気圧力検出部と、前記空気と共に前記内燃機関に供給される燃料の空燃比を検出する空燃比検出部と、をさらに備え、前記露点温度算出部が、前記吸入空気の温度、前記吸入空気の圧力および前記空燃比に基づいて前記吸入空気中の水の質量および前記内燃機関に供給される燃料の物質量を算出するとともに、該算出値に基づいて前記排気ガス中の水のモル比を算出することが望ましい。この構成により、凝縮水の発生量を精度良く把握可能となり、ＥＧＲ制御の開始判定のための閾値を的確に可変設定できることとなる。なお、ここにいう内燃機関に供給される燃料の空燃比とは、内燃機関の燃焼室内に供給される空気および燃料を含む燃料混合気の空燃比の意である。
【００１４】
本発明に係る内燃機関の排気再循環システムは、上記課題解決のため、（３）内燃機関の排気通路と吸気通路の間に介在する排気還流通路と、前記排気還流通路上に設けられ、前記排気通路側から前記吸気通路側に排気ガスを還流させるよう開弁する排気還流制御弁と、前記排気還流通路の一部をなすガス通路および前記内燃機関の冷却水を通す冷却水通路を有し、前記ガス通路を通る還流排気ガスと前記冷却水との間の熱交換によって前記還流排気ガスを冷却する排気冷却器と、前記排気冷却器に導入される前記内燃機関の冷却水の温度が予め設定された閾値温度以上になったことを条件に、前記排気通路側から前記吸気通路側への前記排気ガスの還流を許可するとともに該還流排気ガスの還流量を制御する排気再循環制御装置と、を備えた内燃機関の排気再循環システムであって、前記排気再循環制御装置は、前記還流排気ガスの露点温度を算出する露点温度算出部と、該露点温度に応じて前記閾値温度を可変設定する閾値温度可変設定部と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この構成により、水分を含む還流排気ガスの露点温度に応じてＥＧＲ制御の開始判定のための閾値温度が可変設定されるので、露点温度が低ければ、比較的低温でも排気通路側から吸気通路側への排気ガスの還流が許可されるとともにその還流量が制御されることになる。したがって、凝縮水の発生を抑えながらも、冷却水温が比較的低い段階から凝縮水の蒸発・乾燥が可能となり、蒸発・乾燥の早期化によってＥＧＲクーラや吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制できることとなる。しかも、ＥＧＲ運転領域が十分に確保されることで、排気浄化性能や燃費低減効果も改善される。
【００１６】
本発明の内燃機関の排気再循環システムにおいては、（４）前記内燃機関に吸入される吸入空気の温度を検出する吸入空気温度検出部と、前記内燃機関に吸入される吸入空気の圧力を検出する吸入空気圧力検出部と、前記空気と共に前記内燃機関に供給される燃料の空燃比を検出する空燃比検出部と、をさらに備え、前記露点温度算出部が、前記吸入空気の温度、前記吸入空気の圧力および前記空燃比に基づいて前記吸入空気中の水の質量および前記内燃機関に供給される燃料の物質量を算出するとともに、該算出値に基づいて前記排気ガス中の水のモル比を算出することが望ましい。この構成により、凝縮水の発生量を精度良く把握可能となり、ＥＧＲ制御の開始判定のための閾値を的確に可変設定できることとなる。
【００１７】
上記（４）の構成を有する内燃機関の排気再循環システムにおいては、（５）前記露点温度算出部が、前記吸入空気の温度を基に前記吸入空気の飽和蒸気圧を算出可能な第１の近似計算式を記憶していることが好ましい。これにより、吸入空気の温度を基に吸入空気の飽和蒸気圧を容易に算出でき、その飽和蒸気圧と大気圧もしくは吸気圧とを基にその飽和蒸気圧における吸入空気中の水の質量が算出可能となることで、燃焼前のガス中の水のモル比が推定可能となる。したがって、燃焼前の水の物質量と燃焼により発生する水の物質量等から燃焼後の水のモル比を推定でき、その燃焼後の水のモル比と排気ガスの圧力とを基に露点温度を精度良く算出できることとなる。
【００１８】
上記（５）の構成を有する内燃機関の排気再循環システムにおいては、（６）前記露点温度算出部は、前記還流排気ガスの圧力と前記内燃機関の排気ガス中の水のモル比とに基づいて前記還流排気ガス中の水の分圧を算出する分圧計算式と、該分圧計算式で算出される分圧が前記第１の近似計算式で算出される飽和蒸気圧と一致するときの温度を前記露点温度として算出する第２の近似計算式と、を記憶していることが好ましい。この構成により、第１の近似計算式として例えばＴｅｔｅｎｓの式のように空気温度から飽和蒸気圧を精度良く算出できる実用的な飽和蒸気圧の近似式を用い、その近似式を温度について解く第２の近似計算式を用いて露点温度を精度良く容易に算出可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、水分を含む還流排気ガスの露点温度に応じてＥＧＲ制御の開始判定のための閾値温度を可変設定して、排気通路側から吸気通路側への排気ガスの還流とその還流量制御を露点温度に応じて的確に実行できるようにしているので、凝縮水の発生を抑えながらも冷却水温が比較的低い段階から還流排気ガスによる凝縮水の蒸発・乾燥を開始してＥＧＲクーラや吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができ、しかも、ＥＧＲ運転領域を確保して排気浄化性能や燃費低減効果を改善できる。その結果、ＥＧＲ運転領域を十分に確保しつつ、ＥＧＲクーラや吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができ、しかも、燃費を改善することができる排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムにおける排気再循環制御装置のブロック構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムでエンジン冷却水の温度と可変の閾値温度との比較結果に応じて排気還流制御を実行するための開始判定処理の概略手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムにおける運転条件と露点温度の変化の関係を例示するグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムにおける大気圧変化と露点温度の変化の関係を例示するグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環システムの作用説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
（一実施形態）
図１〜図６は、本発明の一実施形態に係る排気再循環制御装置およびそれを備えた内燃機関の排気再循環システムを示している。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の排気再循環システムは、自動車に搭載される多気筒の内燃機関、例えば４気筒の４サイクルガソリンエンジン（図１中には１気筒のみ図示している；以下単にエンジンという）１に装備されるもので、そのエンジン１の各気筒１ａ内にはピストン２によって燃焼室３が形成され、吸気バルブ４と排気バルブ５が図示しない動弁機構により開閉駆動可能に装備されるとともに、燃焼室３内に露出するよう点火プラグ６が配置されている。また、吸気管７内の吸気通路７ｗには電子制御式のスロットルバルブユニット８が設けられており、このスロットルバルブユニット８より燃焼室３側には吸気管７と一体に吸気部を形成するとともに所定の容積を有するサージタンク９が設けられている。
【００２４】
エンジン１の各気筒１ａへの分配吸気通路７ａには筒内噴射用のインジェクタ１１（燃料噴射弁）が設けられており、気筒数分の複数のインジェクタ１１は複数の気筒１ａに燃料を供給するデリバリーパイプ１２に接続されている。このデリバリーパイプ１２には、車両に搭載された燃料タンク１７から燃料ポンプ１６により汲み出された燃料（例えばガソリン）が、燃料通路Ｌを通して供給されるようになっている。エンジン１の排気管１８には例えば３元触媒を内蔵する排気浄化用の触媒コンバータ１９（排気浄化装置）が装着されている。
【００２５】
エンジン１においては、ピストン２のストロークに応じて吸気バルブ４および排気バルブ５が開閉するとともに、燃焼室３内に吸入空気とインジェクタ１１からの燃料とが導入される。そして、点火プラグ６により火花点火がなされ、燃焼室３内での爆発・燃焼によりエンジン１の出力回転がなされるとともに、燃焼室３からの排気ガスが排気管１８内の排気通路１８ｗに排気され、その排気ガスは触媒コンバータ１９の内部の図示しない三元触媒等により浄化されるようになっている。なお、エンジン１は、ここではガソリンエンジンとしたが、他の燃料（バイオエタノール燃料やガス燃料（ＬＰＧまたはＬＮＧ）等）を用いるものあってもよいし、火花点火式でないディーゼルエンジン等であってもよい。
【００２６】
一方、エンジン１には、排気ガスの一部を排気管１８から吸気管７側に還流させる排気再循環装置２０が装着されており、排気再循環装置２０は、排気管１８（排気部）と吸気管７（吸気部）との間に介在するＥＧＲパイプ２１（排気還流管）と、ＥＧＲパイプ２１内の排気還流通路２１ｗを開閉するとともにその開度を変化させることができる開度可変のＥＧＲバルブ２２（排気還流制御弁）と、ＥＧＲパイプ２１内の排気還流通路２１ｗの一部を形成するガス通路部およびエンジン１のウォータージャケット１ｗより冷却水循環方向の下流側に位置する冷却水通路部を有し、排気還流通路２１ｗを通る還流排気ガスを冷却することができるＥＧＲクーラ２３（排気冷却器）と、を備えている。
【００２７】
ＥＧＲパイプ２１は、ＥＧＲバルブ２２の開度に応じて開閉され、排気管１８側からの還流排気ガスをスロットルバルブユニット８より吸気方向下流側のサージタンク９内に還流させる排気還流通路２１ｗを形成している。このＥＧＲパイプ２１は、その一部または全部がシリンダヘッドや吸気マニホールドを構成する大型部品に一体に形成されてもよい。
【００２８】
また、ＥＧＲバルブ２２は、例えばステップモータ等のバルブ駆動モータ部２２ｍと、これによりバルブ開度を変化させる図示しない弁体とを有している。
【００２９】
ＥＧＲクーラ２３は、エンジン冷却水と排気還流通路２１ｗを通る還流排気ガスとの間の熱交換により、その還流排気ガスを冷却する機能を有している。
【００３０】
なお、エンジン１のウォータジャケット１ｗの上流端側には図示しないウォータポンプが配置されており、そのウォータポンプの吸入側に冷却水の温度に感応して開弁および閉弁するサーモスタットが配置されている。そして、エンジン１から流出した冷却水が、車室内の暖房等のために冷却水と空気との間の熱交換を行うヒータコアにも供給されるようになっており、そのヒータコアを通過したエンジン冷却水が、冷却水配管２４を介してＥＧＲクーラ２３に供給されるようになっている。
【００３１】
ＥＧＲクーラ２３より排気還流方向の上流側（排気管１８側）のＥＧＲパイプ２１あるいはＥＧＲクーラ２３の入口部には、還流排気ガスの温度に近い排気ガスの温度を検知する排気ガス温度センサ５１（図中ではＥＧＲパイプ２１の上流端近傍に図示する）が設けられており、この排気ガス温度センサ５１の検出情報はＥＣＵ３０に取り込まれるようになっている。
【００３２】
一方、吸気管７の上流側には、図示しないエアクリーナが設けられており、そのエアクリーナの近傍には、吸気管７内に吸入される空気の流量を検出するエアフローメータ４１と、吸気管７内に吸入される空気の温度（もしくは外気温度）を検出する吸気温度センサ４２（吸入空気温度検出部）と、サージタンク９内の吸入空気の圧力を検出するバキュームセンサ４３とが設けられている。これらエアフローメータ４１、吸気温度センサ４２およびバキュームセンサ４３のセンサ情報もＥＣＵ３０に取り込まれるようになっている。
【００３３】
ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転を電子制御する電子制御ユニットであり、その詳細なハードウェア構成を図示しないが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、不揮発性メモリ等からなるバックアップ用メモリを備えており、さらに、Ａ／Ｄ変換器等を有する入力インターフェース回路と、アクチュエータ類のドライバ回路を有する出力インターフェース回路とを含んで構成されている。
【００３４】
このＥＣＵ３０の入力インターフェース回路には、前述のエアフローメータ４１、吸気温度センサ４２、バキュームセンサ４３、排気ガス温度センサ５１の他に、外気の圧力を検出する大気圧センサ４０（吸入空気圧力検出部）と、エンジン回転速度［ｒｐｍ］を検出するクランク角センサ４４と、ウォータージャケット１ｗを通る冷却水の温度を検出する水温センサ４５と、スロットルバルブユニット８の開度を検出するスロットル開度センサ４６と、エンジン１を搭載した車両の車速を検出する車速センサ４７と、排気管１８内の排気ガスの酸素濃度または排気空燃比を検出する空燃比センサ４８（空燃比検出部）と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ４９と、デリバリーパイプ１２に供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサ５０等のセンサ群が接続されており、これらセンサ群４４〜５０のセンサ情報も、それぞれＥＣＵ３０に取り込まれるようになっている。
【００３５】
また、ＥＣＵ３０の出力インターフェース回路には、インジェクタ１１を駆動するインジェクタドライバ回路１５、点火プラグ６およびその駆動回路を含む点火装置１３と、スロットルバルブユニット８のモータ部８ｍ（電子制御スロットルモータ）と、ＥＧＲバルブ２２のバルブ駆動モータ部２２ｍと、燃料ポンプ１６を駆動制御するポンプ駆動回路１４等が接続されている。なお、ＥＣＵ３０には、図示しないバッテリから電源が供給されるようになっているとともに、車両に搭載された他のＥＣＵ３５に対して通信可能に接続されている。
【００３６】
ＥＣＵ３０のＣＰＵは、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、ＲＡＭおよびバックアップメモリとの間でデータを授受しながら、入力インターフェース回路から取り込んだセンサ情報や予め設定された設定値情報、マップデータ等に基づいて所定の演算処理を実行し、その結果に応じて出力インターフェース回路からの制御信号出力を行うことで、エンジン１の電子制御を実行するようになっている。
【００３７】
すなわち、ＥＣＵ３０は、例えばエアフローメータ４１およびクランク角センサ４４のセンサ情報から得られるエンジン１の１回転当りの吸入空気量に基づいて、基本燃料噴射量に相当するインジェクタ１１の基本燃料噴射時間を演算し、この基本燃料噴射時間に最適空燃比となるよう各センサ信号に基づく補正処理を加えて、適正な燃料噴射量で噴射時期として設定されたクランク角に達する時点でインジェクタ１１からの燃料噴射を実行するために、複数の制御値を算出する。また、ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転状態に応じて、適正な点火時期やスロットル開度、ＥＧＲ率（排気還流量）等の制御を実行するための複数の制御値をそれぞれ算出する。そして、ＥＣＵ３０は、その出力インターフェース回路からインジェクタ１１を駆動し、エンジン１内での燃料噴射量を目標噴射量に制御するための燃料噴射信号や、目標点火時期に点火プラグ６を点火させる点火時期制御信号、スロットルバルブユニット８のモータ部８ｍやＥＧＲバルブ２２のバルブ駆動モータ部２２ｍへの開度指令信号、燃料ポンプ１６の駆動制御信号等をそれぞれ出力する。
【００３８】
ＥＣＵ３０は、例えば空燃比センサ４８の検知情報を基に触媒コンバータ１９による排気浄化に適した排気空燃比（理論空燃比）となるように、エンジン１に供給される燃料の空燃比を制御する（例えば、酸素過剰であればスロットル開度を小さくし、酸素不足であればスロットル開度を大きくする）フィードバック制御を実行する機能を有している。
【００３９】
また、ＥＣＵ３０は、エンジン１の冷却水の温度が予め設定された閾値温度以上になったことを条件に、排気通路１８ｗ側から吸気通路７ｗ側への排気ガスの還流を許可するとともに、排気還流通路２１ｗを通る還流排気ガスの流量（還流量）をＥＧＲバルブ２２によって制御する機能を有している。
【００４０】
具体的には、ＥＣＵ３０は、そのＥＧＲ制御に係る複数の機能部として、還流排気ガスの圧力とエンジン１の排気ガス中における水（排気ガスに含まれる水）のモル比とに基づいて水分を含む還流排気ガスの露点温度を算出する露点温度算出部３１と、前述のＥＧＲ制御を許容するか否かの判定を実行するための閾値温度を露点温度算出部３１で算出される露点温度に応じて可変設定する閾値温度可変設定部３２と、水温センサ４５で検出されるウォータージャケット１ｗ内の冷却水の温度が閾値温度可変設定部３２で設定された露点温度近傍の閾値温度Ｔｔｈ以上に達したことを条件にＥＧＲバルブ２２の開度を最小開度より大きい開度に制御可能とする一方、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲバルブ２２の開度を制御するＥＧＲ制御部３３と、を備えている。
【００４１】
ＥＣＵ３０は、また、エンジン１に吸入される空気の温度（外気温）を吸気温度センサ４２と協働して検出する吸入空気温度検出部の機能と、エンジン１に吸入される吸入空気の圧力を大気圧センサ４０と協働して検出する吸入空気圧力検出部の機能と、空燃比フィードバック制御を実行する際にその空燃比（エンジン１に供給される燃料の空燃比）を検出する空燃比検出部の機能と、を併有している。
【００４２】
ＥＣＵ３０は、さらに、エンジン１の運転状態、例えばバキュームセンサ４３の検知情報を基に検出される吸気圧力［Ｐａ］とエンジン回転速度［ｒｐｍ］およびエンジン負荷とを基に、あるいは排気ガス圧力センサ５２が設けられる場合にその検知情報を基に、排気還流通路２１ｗを通る還流排気ガスの流量および圧力を推定・算出できるようになっている。
【００４３】
また、ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１は、吸気温度センサ４２の検知情報を基に検出した吸入空気の温度、大気圧センサ４０の検知情報を基に検出した吸入空気の圧力および空燃比フィードバック時に得られる空燃比に基づいて吸入空気中の水の質量およびエンジン１に供給される燃料の物質量（モル）を算出するとともに、その算出値に基づいてエンジン１の排気ガス中の水のモル比を算出するようになっている。
【００４４】
具体的には、ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１は、図２に示すように、飽和蒸気圧算出部６１、燃焼前物質量算出部６２、燃焼計算部６３、燃焼後物質量算出部６４および露点温度近似計算部６５によって構成されている。
【００４５】
ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１において、飽和蒸気圧算出部６１は、吸気温度センサ４２の検知情報に基づいて湿り空気である温度Ｔａの吸入空気の飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）（飽和水蒸気圧の）を算出する機能を有しており、湿り空気である温度Ｔａの吸入空気の飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）を算出可能な第１の近似計算式として、次に示す（１）式を記憶している。なお、（１）式は、周知のＴｅｔｅｎｓの式に相当するものである。
Ｅｗ（Ｔａ）［ｋＰａ］＝０．６１１ × １０７.５・Ｔａ／（Ｔａ＋２３７．３）・・・（１）
【００４６】
吸入空気中の水の分圧Ｐｗ１は、飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）×相対湿度［％］／１００で算出可能であり、湿度センサによる湿度検出を行うようにすれば、その水の分圧Ｐｗ１および吸入空気の圧力Ｐｉｎを基に次の（２）式で表される吸入空気中の水のモル比Ｒｗ１が算出できるとともに、次の（３）式で表される吸入空気中の乾燥空気（窒素Ｎ２、酸素Ｏ２およびアルゴンＡｒ）のモル比Ｒｄ１が算出できる。
Ｒｗ１＝Ｐｗ１／Ｐｉｎ・・・（２）
Ｒｄ１＝（Ｐｉｎ−Ｐｗ１）／Ｐｉｎ・・・（３）
【００４７】
ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１において、燃焼前物質量算出部６２は、前述のような計算手法で、吸入空気中の水の分圧Ｐｗ１、吸入空気中の水のモル比Ｒｗ１および吸入空気中の乾燥空気のモル比Ｒｄ１をそれぞれ算出する。そして、飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）の単位時間当りの吸入空気の質量をＧａ［ｇ］、水（１モル）のモル質量をＭｗ、乾燥空気（１モル）のモル質量をＭｄとするとき、その吸入空気中における水の質量Ｇｗ１を、次の（４）式で算出によって算出するようになっている。
Ｇｗ１＝Ｇａ×（Ｒｗ１×Ｍｗ）／（Ｒｗ１×Ｍｗ＋Ｒｄ１×Ｍｄ）・・・（４）
【００４８】
ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１において、燃焼計算部６３は、最初に、燃焼室での燃焼に供する吸入空気の質量Ｇａ［ｇ］と空燃比フィードバック制御に際して得られる空燃比Ａ／Ｆとに基づいて、燃焼に供する燃料の質量Ｇｆおよび物質量Ｎｆを次の（６）式と（７）式を用いてそれぞれ算出する。
Ｇｆ＝Ｇａ／（Ａ／Ｆ）・・・（６）
Ｎｆ＝Ｇｆ／Ｍｆ・・・（７）
【００４９】
ここで、Ｍｆはエンジン１に使用される平均組成の燃料（１モル）のモル質量である。なお、ここでは、その平均組成の燃料を、例えばヘプタン（Ｃ７Ｈ１６）とする。勿論、異なる燃料組成であってもよい。また、ここでのエンジン１に供給される燃料の空燃比Ａ／Ｆとは、エンジン１の燃焼室内に供給される空気および燃料を含む燃料混合気の空燃比の意である。
【００５０】
燃焼計算部６３は、また、エンジン１の燃焼室内における燃焼の化学反応式として次の（８）式を用いて、その燃焼室内での燃焼によって発生する水の量を算出する。
Ｃ７Ｈ１６ ＋１１Ｏ２ → ７ＣＯ２ ＋ ８Ｈ２Ｏ ・・・（８）
【００５１】
すなわち、（８）式に基づき、燃焼により発生する水の物質量Ｎｗ３を、次の（９）式により燃料の物質量の８倍の物質量として算出する。
Ｎｗ３＝８×Ｎｆ ・・・（９）
【００５２】
燃焼前の水の物質量Ｎｗ１は、吸入空気中における水の質量Ｇｗ１を水のモル質量Ｍｗで割った値として、次の（１０）式で算出できる。
Ｎｗ１＝Ｇｗ１／Ｍｗ ・・・（１０）
【００５３】
ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１において、燃焼後物質量算出部６４は、燃焼後の水の物質量Ｎｗ２を、燃焼前の水の物質量Ｎｗ１と燃焼により発生する水の物質量Ｎｗ３との和として、次の（１１）式で算出する。
Ｎｗ２＝Ｎｗ１＋Ｎｗ３ ・・・（１１）
【００５４】
一方、燃焼後の排気ガス中における乾燥空気（窒素Ｎ２、酸素Ｏ２および二酸化炭素ＣＯ２）の各成分の物質量を考えると、燃焼後の窒素Ｎ２の物質量Ｎｔ２、燃焼後の酸素Ｏ２の物質量Ｎｘ２、燃焼後の二酸化炭素ＣＯ２の物質量Ｎｃ２は、それぞれ次の（１２）、（１３）、（１４）式で算出できる。
【００５５】
Ｎｔ２＝Ｎｔ１＝（Ｇａ−Ｇｗ１）×０．７５／Ｍｔ ・・・（１２）
Ｎｘ２＝（Ｇａ−Ｇｗ１）×０．２５／Ｍｘ−１１×Ｎｆ ・・・（１３）
Ｎｃ２＝７×Ｎｆ・・・（１４）
ここで、Ｎｔ１は燃焼前の窒素の物質量、Ｍｔは窒素（１モル）のモル質量、Ｍｘは酸素（１モル）のモル質量、Ｎｆは前述の燃料の物質量である。
【００５６】
そして、燃焼後の排気ガス中における乾燥空気の物質量Ｎｄ２は、次の（１５）式により、物質量Ｎｔ２、Ｎｘ２、Ｎｃ２の和として算出できる。
Ｎｄ２＝Ｎｔ２＋Ｎｘ２＋Ｎｃ２ ・・・（１５）
【００５７】
燃焼後物質量算出部６４は、上述のような計算手法で燃焼後の水の物質量Ｎｗ２と、燃焼後の排気ガス中における乾燥空気の物質量Ｎｄ２とを算出し、それらの算出値Ｎｗ２、Ｎｄ２を基に、次の（１６）式を用いて燃焼後の排気ガス中における水のモル比Ｒｗ２を算出するようになっている。
Ｒｗ２＝Ｎｗ２／（Ｎｗ２＋Ｎｄ２） ・・・（１６）
【００５８】
ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１において、露点温度近似計算部６５は、前述の通りエンジン１の運転状態に応じて推定した還流排気ガスの圧力Ｐｅｇと、エンジン１の単位時間当りの排気ガス中の水のモル比Ｒｗ２とに基づいて、排気還流通路２１ｗを通る還流排気ガス中の水の分圧Ｐｗ２を算出する分圧計算式（後述する（１７）式）と、その分圧計算式で算出される分圧Ｐｗ２が（１）式で算出される飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）と一致するときの温度Ｔａを露点温度Ｔｄｐとして算出する第２の近似計算式（後述する（１８）式）を記憶している。
【００５９】
具体的には、露点温度近似計算部６５は、バキュームセンサ４３の検知情報を基に検出される吸気圧力［Ｐａ］と、エンジン回転速度［ｒｐｍ］およびエンジン負荷を基にマップを参照する等して得られる背圧、あるいはそれに相当する排気ガス圧力センサ５２の検知情報を基にした背圧との和として、排気還流通路２１ｗを通る還流排気ガスの圧力Ｐｅｇを推定・算出する。また、その還流排気ガスの圧力Ｐｅｇと燃焼後の排気ガス中に含まれる水のモル比Ｒｗ２とから、次の（１７）式により還流排気ガス中の水の分圧Ｐｗ２を算出する。
Ｐｗ２＝Ｐｅｇ×Ｒｗ２ ・・・（１７）
【００６０】
そして、露点温度近似計算部６５は、還流排気ガス中の水の分圧Ｐｗ２を基づいて、第２の近似計算式である次の（１８）式により、露点温度Ｔｄｐを算出する。
【００６１】
Ｔｄｐ＝ ２３７．３× ｌｏｇＡ／（７．５−ｌｏｇＡ） ・・・（１８）
ただし、Ａ＝Ｐｗ２／０．６１１であり、（１８）式中のｌｏｇは自然対数である。なお、この（１８）式は、（１）式で得られる飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）が還流排気ガス中の水の分圧Ｐｗ２と一致する状態（露点）での温度Ｔａの値に相当する。
【００６２】
露点温度近似計算部６５による露点近似計算においては、ヘプタンＣ７Ｈ１６自体のモル質量は１００．２１ｇ／ｍｏｌであるが、燃料は、モル質量が９６［ｇ／ｍｏｌ］で空気中の重量比がゼロであり、窒素（Ｎ２）は、モル質量が２８［ｇ／ｍｏｌ］で空気中の重量比が０．７５であり、酸素（Ｏ２）は、モル質量が３２［ｇ／ｍｏｌ］で空気中の重量比が０．２５であり、二酸化炭素（ＣＯ２）は、モル質量が４４［ｇ／ｍｏｌ］で空気中の重量比がゼロであり、水（Ｈ２Ｏ）は、モル質量が１８［ｇ／ｍｏｌ］であるものとしている。
【００６３】
一方、ＥＣＵ３０の閾値温度可変設定部３２は、ＥＧＲ制御部３３で前述のＥＧＲ制御を許容するか否かの判定を実行するための閾値温度Ｔｔｈを、露点温度算出部３１で算出される排気ガスの露点温度Ｔｄｐの値に応じて、露点温度Ｔｄｐに対し一定の許容温度誤差範囲内となるよう多段階にあるいは無段階に可変設定するようになっている。ここでの閾値温度Ｔｔｈの可変設定の段数および許容温度誤差範囲は、ＥＧＲクーラ２３での凝縮水の発生量を一定量以内に抑制できるように予めの実験結果を基に設定されている。
【００６４】
また、ＥＣＵ３０のＥＧＲ制御部３３は、水温センサ４５で検出されるウォータージャケット１ｗ内の冷却水の温度が閾値温度可変設定部３２で設定された閾値温度Ｔｔｈ以上に達したことを条件にＥＧＲバルブ２２を開弁させるとともに開度制御可能にする状態（以下、ＥＧＲ−ＯＮ状態ともいう）となる。さらに、ＥＣＵ３０は、触媒コンバータ１９による排気浄化に適した排気空燃比（理論空燃比）となるように、空燃比センサ４８の検知情報を基にエンジン１に供給される燃料の空燃比を制御し、例えば酸素過剰であればスロットル開度を小さくし、酸素不足であればスロットル開度を大きくするといったフィードバック制御を実行するようになっている。
【００６５】
なお、ＥＣＵ３０は、前述の空燃比フィードバックを実行されない場合には、例えば図１、２中に点線で示す排気ガス圧力センサ５２の検知圧力やその他のエンジン１の運転状態検出情報に基づいて、排気還流通路２１ｗを通る還流排気ガスの流量が所定量になるよう、エンジン１の運転状態に応じたＥＧＲバルブ２２の目標開度を予めの実験により設定したＥＧＲ開度マップに基づいて算出し、ＥＧＲバルブ２２の目標開度を制御するようになっていてもよい。この場合のＥＧＲ開度マップは、例えば機関回転数やアクセル開度（要求負荷）に応じた最適な排気還流量またはバルブ開度をその目標値として予め設定したもので、クランク角センサ４４やアクセル開度センサ４９の検知情報等を基にその目標値を算出可能な記憶データである。
【００６６】
次に、作用について説明する。
【００６７】
上述のように構成された本実施形態の排気再循環制御装置および排気再循環システムでは、図３に示すような判定処理の概略手順で排気還流制御の実行の可否について判定する処理がエンジン１の運転中に所定時間毎に繰り返し実行される。
【００６８】
図３に示すように、まず、ＥＣＵ３０により、吸気温度センサ４２の検知情報を基に吸入空気の温度である外気温度が検出されるとともに、大気圧センサ４０の検知情報を基に大気圧程度の吸入空気の圧力が検出される一方で、空燃比フィードバック制御時にエンジン１に供給される燃料の空燃比の値が算出される（ステップＳ１１〜１３）。
【００６９】
次いで、検出された外気温度、大気圧および空燃比に基づき、ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１において、前述の飽和蒸気圧算出部６１、燃焼前物質量算出部６２、燃焼計算部６３、燃焼後物質量算出部６４および露点温度近似計算部６５の計算処理が実行されることで、還流排気ガスの圧力Ｐｅｇとエンジン１の排気ガス中に含まれる水のモル比とに基づいて水分を含む還流排気ガスの露点温度Ｔｄｐが算出され、その露点温度Ｔｄｐに対し一定温度範囲内となる閾値温度Ｔｔｈが可変設定される（ステップＳ１４）。
【００７０】
次いで、水温センサ４５で検出されるウォータージャケット１ｗ内の冷却水の温度が閾値温度Ｔｔｈより低い温度であるか否かが判定され（ステップＳ１５）、冷却水の温度が閾値温度Ｔｔｈに達していなければ、冷却水の温度が閾値温度Ｔｔｈに達するまでステップＳ１５の判定が繰り返される（ステップＳ１５でＹＥＳの場合）。
【００７１】
一方、冷却水の温度が閾値温度Ｔｔｈに達していれば（ステップＳ１５でＮＯの場合）、次いで、ＥＧＲバルブ２２が開弁され、排気管１８側からの還流排気ガスがＥＧＲバルブ２２の開度に応じてサージタンク９内に還流されるＥＧＲ−ＯＮ状態、すなわち、ＥＧＲ実行状態となる（ステップＳ１６）。
【００７２】
ここで、ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１において実行される計算について、例えば吸入空気２０［ｇ／ｓ］、空燃比１４．７、燃料１．３６［ｇ／ｓ］、吸気温度３０［°Ｃ］、吸入空気圧力１００［ｋＰａ］、吸入空気の飽和蒸気圧４．２４［ｋＰａ］、吸入空気の湿度１００［％］、背圧４［ｋＰａ］およびＥＧＲ圧力１０４［ｋＰａ］を初期条件とする具体例を用いて説明する。
【００７３】
この場合、吸入空気の露点温度を計算すると、吸入空気（湿り空気）中の空気の分圧９５．８［ｋＰａ］、水の分圧４．２［ｋＰａ］、空気のモル比０．９５８、水のモル比０．０４２となって、吸入空気の露点３０．０［°Ｃ］となる。
【００７４】
また、燃焼前の吸入空気中の水分量を計算すると、乾燥空気１９．４６［ｇ／ｓ］、窒素１４．６０［ｇ／ｓ］、酸素４．８７［ｇ／ｓ］、二酸化炭素０．００［ｇ／ｓ］、水 ０．５４［ｇ／ｓ］となり、水割合が２．６８［ｗｔ％］となる。
【００７５】
燃焼前の物質量（モル）は、窒素０．５２１［ｍｏｌ／ｓ］、酸素０．１５２［ｍｏｌ／ｓ］、燃料０．０１４［ｍｏｌ／ｓ］、二酸化炭素０．０００［ｍｏｌ／ｓ］、水 ０．０３０［ｍｏｌ／ｓ］で、合計０．７１７［ｍｏｌ／ｓ］である。
【００７６】
一方、燃焼後の物質量は、窒素０．５２１［ｍｏｌ／ｓ］、酸素 −０．００４［ｍｏｌ／ｓ］、二酸化炭素０．０９９［ｍｏｌ／ｓ］、水 ０．１４３［ｍｏｌ／ｓ］で、合計０．７６０［ｍｏｌ／ｓ］である。
【００７７】
そして、露点計算においては、窒素 ６８．６［ｍｏｌ％］、酸素 −０．５［ｍｏｌ％］、ＣＯ２ １３．０６［ｍｏｌ％］、水 １８．８３５７［ｍｏｌ％］、水分圧 １９．６［ｋＰａ］となって、露点温度 ５９．６［°Ｃ］となる。
【００７８】
図４は、運転状態の相違による露点温度Ｔｄｐ（図中ではＥＧＲガス露点と記す）の変化を示しており、図５は、大気圧変化による露点温度Ｔｄｐの変化を示している。
【００７９】
図４（ａ）に示すように、吸気圧（吸入空気圧力）が高いと、湿ったＥＧＲガス（還流排気ガス）の露点温度Ｔｄｐは高くなり、吸気圧が低いと、湿ったＥＧＲガスの露点温度Ｔｄｐは低くなる傾向があり、吸気温（吸入空気温度）が高いほどそのＥＧＲガスの露点温度Ｔｄｐは高くなる。
【００８０】
また、図４（ｂ）に示すように、空燃比Ａ／Ｆの値が理論空燃比（１４．７）となるときに比べて、リッチ側の空燃比（同図中ではＡ／Ｆ＝１３）となるときの方が、湿ったＥＧＲガスの露点温度Ｔｄｐは高くなる。
【００８１】
さらに、図４（ｃ）に示すように、排気還流通路２１ｗの背圧が高いときの方がその背圧が低いときよりＥＧＲガスの露点温度Ｔｄｐは高くなる。
【００８２】
一方、図５に示すように、大気圧が高いほど、湿ったＥＧＲガスの露点温度Ｔｄｐは高くなり、外気温度が高いほど湿ったＥＧＲガスの露点温度Ｔｄｐは高くなる。
【００８３】
このように排気再循環装置２０によって排気通路１８ｗ側から吸気通路７ｗ側に還流させる還流排気ガスの露点温度は、エンジン１の運転状態や車両の環境状態によって比較的大きく変化するので、ＥＧＲクーラ２３に通水されるエンジン冷却水の温度がある程度の温度に達しても、露点温度が低いときにはＥＧＲクーラ２３内で凝縮水が発生し易く、露点温度が高いときにはＥＧＲクーラ２３内で凝縮水が発生し難くなる。
【００８４】
本実施形態では、水分を含む還流排気ガスの露点温度Ｔｄｐに応じてＥＧＲ制御の開始判定のための閾値温度が可変設定されるので、露点温度Ｔｄｐが低ければ、比較的低温でも排気通路１８ｗ側から吸気通路７ｗ側への排気ガスの還流が許可されるとともに、その還流量がＥＧＲバルブ２２によって制御されることになる。
【００８５】
したがって、エンジン１が例えば図６に破線で示すような市街地走行運転パターンで運転される状態下でのエンジン冷却水温の上昇中におけるＥＧＲ開始可能時期は、図６に二点差線で示す従来技術の場合、水温７０°Ｃ程度に達するまでの長い待ち時間経過後のＥＧＲ開始可能時期ｔｐａとなるのに対して、図６に一点差線で示す本実施形態の場合、比較的低い水温（例えば水温６０°Ｃ程度）に達するまでの短い待ち時間経過後のＥＧＲ開始可能時期ｔｐｉにまで早期化される。
【００８６】
その結果、ＥＧＲクーラ２３内等における凝縮水の発生を抑えながらも、エンジン冷却水温度が比較的低い段階から還流排気ガスによる凝縮水の蒸発・乾燥が可能となり、蒸発・乾燥の早期化によってＥＧＲクーラ２３や吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができることとなる。しかも、ＥＧＲ運転領域が十分に確保されることで、排気再循環により吸入空気中の酸素濃度を適度に抑えてＮＯｘ低減と燃料消費量の抑制を図ることができ、排気浄化性能や燃費低減効果を改善することができる。
【００８７】
また、本実施形態では、露点温度算出部３１が、外気温、大気圧および空燃比Ａ／Ｆに基づいて吸入空気中の水の質量Ｇｗおよびエンジン１に供給される燃料の物質量Ｎｆを算出するとともに、それらの算出値に基づいて排気ガス中の水のモル比Ｒｗ２を算出するので、凝縮水の発生量を精度良く算出可能となり、ＥＧＲ制御の開始判定のための閾値温度Ｔｔｈを的確に可変設定できることとなる。
【００８８】
さらに、本実施形態では、露点温度算出部３１が、吸入空気の温度Ｔａを基に吸入空気の飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）を算出可能な第１の近似計算式として（１）式を記憶していることから、吸入空気の温度Ｔａを基に吸入空気の飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）を容易に算出でき、その飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）と大気圧もしくは吸気圧とを基にその飽和蒸気圧における吸入空気中の水の質量Ｇｗ１が算出可能となることで、燃焼前のガス中の水のモル比Ｒｗ１が推定可能となる。したがって、燃焼前の水の物質量Ｎｗ１と燃焼により発生する水の質量Ｎｗ３等から燃焼後の水のモル比Ｒｗ２を推定でき、その燃焼後の水のモル比Ｒｗ２と排気ガスの圧力Ｐｅｇとを基に露点温度Ｔｄｐを精度良く算出できることとなる。
【００８９】
加えて、ＥＣＵ３０の露点温度算出部３１は、還流排気ガス中の水の分圧Ｐｗ２を算出する分圧計算式としての（１７）式と、その分圧計算式で算出される分圧が（１）式で算出される飽和蒸気圧Ｅｗ（Ｔａ）と一致するときの温度Ｔａを露点温度Ｔｄｐとして算出する（１８）式と、を記憶しているので、第１の近似計算式として例えばＴｅｔｅｎｓの式のように空気温度から飽和蒸気圧を精度良く算出できる実用的な飽和蒸気圧の近似式を用い、その近似式を温度について解く第２の近似計算式を用いて、露点温度を精度良く容易に算出可能となる。
【００９０】
このように、本実施形態の排気還流制御装置およびそれを備えた内燃機関の排気還流システムにおいては、水分を含む還流排気ガスの露点温度に応じてＥＧＲ制御の開始判定のための閾値温度を可変設定して、排気通路１８ｗ側から吸気通路７ｗ側への排気ガスの還流とその還流量制御を露点温度Ｔｄｐに応じて的確に実行できるようにしているので、凝縮水の発生を抑えながらも冷却水温が比較的低い段階から還流排気ガスによる凝縮水の蒸発・乾燥を開始して、ＥＧＲクーラ２３や吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができ、しかも、ＥＧＲ運転領域を確保して排気浄化性能や燃費低減効果を改善できる。その結果、ＥＧＲ運転領域を十分に確保しつつ、ＥＧＲクーラ２３や吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができ、しかも、燃費を改善することができる。
【００９１】
なお、上述の一実施形態においては、閾値温度Ｔｔｈは水分を含む還流排気ガスの露点温度Ｔｄｐに対し一定の許容誤差範囲内になるよう多段階または無段階に可変設定されるものとしたが、露点温度Ｔｄｐと閾値温度Ｔｔｈを一致させてもよいことはいうまでもない。また、吸入空気の湿度を検知する湿度センサが実装される場合には、その湿度センサの検知上情報を基に吸入空気中の水の分圧をより的確に算出可能となる。さらに、上述の一実施形態では、還流排気ガスの温度や圧力は排気管１８に装着された温度センサ等の情報を基に算出・推定していたが、ＥＧＲパイプ２１に装着された還流排気ガス温度センサや還流排気ガス圧力センサによってより直接的に検出できることはいうまでもない。
【００９２】
以上説明したように、本発明は、凝縮水の発生を抑えながらも冷却水温が比較的低い段階から還流排気ガスによる凝縮水の蒸発・乾燥を開始してＥＧＲクーラや吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができ、しかも、ＥＧＲ運転領域を確保して排気浄化性能や燃費低減効果を改善でき、その結果、ＥＧＲ運転領域を十分に確保しつつＥＧＲクーラや吸気系主要部品の凝縮水による腐食を有効に抑制することができ、しかも、燃費を改善することができる排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システムを提供することができるという効果を奏するものであり、凝縮水による吸気系主要部品等の腐食を防止するようにした排気再循環制御装置および内燃機関の排気再循環システム全般に有用である。
【符号の説明】
【００９３】
１ エンジン（内燃機関）
１ａ 気筒
１ｗ ウォータージャケット
３ 燃焼室
７ｗ 吸気通路
１１ インジェクタ（燃料噴射弁）
１８ｗ 排気通路
１９ 触媒コンバータ（排気浄化装置）
２０ 排気再循環装置（ＥＧＲ装置）
２１ ＥＧＲパイプ（排気還流管）
２１ｗ 排気還流通路
２２ ＥＧＲバルブ（排気還流制御弁）
２３ ＥＧＲクーラ（排気冷却器）
３０ ＥＣＵ（吸入空気温度検出部、吸入空気圧力検出部、空燃比検出部）
３１ 露点温度算出部
３２ 閾値温度可変設定部
３３ ＥＧＲ制御部
４０ 大気圧センサ（吸入空気圧力検出部）
４１ エアフローメータ
４２ 吸気温度センサ（吸入空気温度検出部）
４４ クランク角センサ
４５ 水温センサ
４６ スロットル開度センサ
４７ 車速センサ
４８ 空燃比センサ（空燃比検出部）
４９ アクセル開度センサ
５１ 排気ガス温度センサ（排気ガス温度検出部）
５２ 排気ガス圧力センサ（排気ガス圧力検出部）
６１ 飽和蒸気圧算出部
６２ 燃焼前物質量算出部
６３ 燃焼計算部
６４ 燃焼後物質量算出部
６５ 露点温度近似計算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気再循環システムを装備する内燃機関の冷却水の温度が予め設定された閾値温度以上になったことを条件に、前記内燃機関の排気通路側から吸気通路側への排気ガスの還流を許可するとともに該還流排気ガスの還流量を制御する排気再循環制御装置であって、
前記還流排気ガスの露点温度を算出する露点温度算出部と、該露点温度に応じて前記閾値温度を可変設定する閾値温度可変設定部と、を備えたことを特徴とする排気再循環制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関に吸入される吸入空気の温度を検出する吸入空気温度検出部と、
前記内燃機関に吸入される吸入空気の圧力を検出する吸入空気圧力検出部と、
前記空気と共に前記内燃機関に供給される燃料の空燃比を検出する空燃比検出部と、をさらに備え、
前記露点温度算出部が、前記吸入空気の温度、前記吸入空気の圧力および前記空燃比に基づいて前記吸入空気中の水の質量および前記内燃機関に供給される燃料の物質量を算出するとともに、該算出値に基づいて前記排気ガス中の水のモル比を算出することを特徴とする請求項１に記載の排気再循環制御装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路と吸気通路の間に介在する排気還流通路と、
前記排気還流通路上に設けられ、前記排気通路側から前記吸気通路側に排気ガスを還流させるよう開弁する排気還流制御弁と、
前記排気還流通路の一部をなすガス通路および前記内燃機関の冷却水を通す冷却水通路を有し、前記ガス通路を通る還流排気ガスと前記冷却水との間の熱交換によって前記還流排気ガスを冷却する排気冷却器と、
前記排気冷却器に導入される前記内燃機関の冷却水の温度が予め設定された閾値温度以上になったことを条件に、前記排気通路側から前記吸気通路側への前記排気ガスの還流を許可するとともに該還流排気ガスの還流量を制御する排気再循環制御装置と、を備えた内燃機関の排気再循環システムであって、
前記排気再循環制御装置は、前記還流排気ガスの露点温度を算出する露点温度算出部と、該露点温度に応じて前記閾値温度を可変設定する閾値温度可変設定部と、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気再循環システム。
【請求項４】
前記内燃機関に吸入される吸入空気の温度を検出する吸入空気温度検出部と、
前記内燃機関に吸入される吸入空気の圧力を検出する吸入空気圧力検出部と、
前記空気と共に前記内燃機関に供給される燃料の空燃比を検出する空燃比検出部と、をさらに備え、
前記露点温度算出部が、前記吸入空気の温度、前記吸入空気の圧力および前記空燃比に基づいて前記吸入空気中の水の質量および前記内燃機関に供給される燃料の物質量を算出するとともに、該算出値に基づいて前記排気ガス中の水のモル比を算出することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項５】
前記露点温度算出部が、前記吸入空気の温度を基に前記吸入空気の飽和蒸気圧を算出可能な第１の近似計算式を記憶していることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項６】
前記露点温度算出部は、前記還流排気ガスの圧力と前記内燃機関の排気ガス中の水のモル比とに基づいて前記還流排気ガス中の水の分圧を算出する分圧計算式と、該分圧計算式で算出される分圧が前記第１の近似計算式で算出される飽和蒸気圧と一致するときの温度を前記露点温度として算出する第２の近似計算式と、を記憶していることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項１】
排気再循環システムを装備する内燃機関の冷却水の温度が予め設定された閾値温度以上になったことを条件に、前記内燃機関の排気通路側から吸気通路側への排気ガスの還流を許可するとともに該還流排気ガスの還流量を制御する排気再循環制御装置であって、
前記還流排気ガスの露点温度を算出する露点温度算出部と、該露点温度に応じて前記閾値温度を可変設定する閾値温度可変設定部と、を備えたことを特徴とする排気再循環制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関に吸入される吸入空気の温度を検出する吸入空気温度検出部と、
前記内燃機関に吸入される吸入空気の圧力を検出する吸入空気圧力検出部と、
前記空気と共に前記内燃機関に供給される燃料の空燃比を検出する空燃比検出部と、をさらに備え、
前記露点温度算出部が、前記吸入空気の温度、前記吸入空気の圧力および前記空燃比に基づいて前記吸入空気中の水の質量および前記内燃機関に供給される燃料の物質量を算出するとともに、該算出値に基づいて前記排気ガス中の水のモル比を算出することを特徴とする請求項１に記載の排気再循環制御装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路と吸気通路の間に介在する排気還流通路と、
前記排気還流通路上に設けられ、前記排気通路側から前記吸気通路側に排気ガスを還流させるよう開弁する排気還流制御弁と、
前記排気還流通路の一部をなすガス通路および前記内燃機関の冷却水を通す冷却水通路を有し、前記ガス通路を通る還流排気ガスと前記冷却水との間の熱交換によって前記還流排気ガスを冷却する排気冷却器と、
前記排気冷却器に導入される前記内燃機関の冷却水の温度が予め設定された閾値温度以上になったことを条件に、前記排気通路側から前記吸気通路側への前記排気ガスの還流を許可するとともに該還流排気ガスの還流量を制御する排気再循環制御装置と、を備えた内燃機関の排気再循環システムであって、
前記排気再循環制御装置は、前記還流排気ガスの露点温度を算出する露点温度算出部と、該露点温度に応じて前記閾値温度を可変設定する閾値温度可変設定部と、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気再循環システム。
【請求項４】
前記内燃機関に吸入される吸入空気の温度を検出する吸入空気温度検出部と、
前記内燃機関に吸入される吸入空気の圧力を検出する吸入空気圧力検出部と、
前記空気と共に前記内燃機関に供給される燃料の空燃比を検出する空燃比検出部と、をさらに備え、
前記露点温度算出部が、前記吸入空気の温度、前記吸入空気の圧力および前記空燃比に基づいて前記吸入空気中の水の質量および前記内燃機関に供給される燃料の物質量を算出するとともに、該算出値に基づいて前記排気ガス中の水のモル比を算出することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項５】
前記露点温度算出部が、前記吸入空気の温度を基に前記吸入空気の飽和蒸気圧を算出可能な第１の近似計算式を記憶していることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【請求項６】
前記露点温度算出部は、前記還流排気ガスの圧力と前記内燃機関の排気ガス中の水のモル比とに基づいて前記還流排気ガス中の水の分圧を算出する分圧計算式と、該分圧計算式で算出される分圧が前記第１の近似計算式で算出される飽和蒸気圧と一致するときの温度を前記露点温度として算出する第２の近似計算式と、を記憶していることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気再循環システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２４６７９２（Ｐ２０１２−２４６７９２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１７２２３（Ｐ２０１１−１１７２２３）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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