JP2014105684A - 内燃機関のデポジットパラメータ算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の運転中、デポジットパラメータを精度よく算出することができ、それにより、高い商品性を確保することができる内燃機関のデポジットパラメータ算出装置を提供する。
【解決手段】内燃機関３のデポジットパラメータ算出装置１は、壁面温算出部７２で、式（１０）により壁面温Ｔ１を算出し、付着量算出部７４で、壁面温Ｔ１を用いて、式（１３）により、デポジットが還流ガス路の壁面に付着する付着量Ｋ２を算出し、ガス流速算出部７１で、式（９）により、ガス流速Ｖｅｇｒを算出し、剥離量算出部７３で、ガス流速Ｖｅｇｒ、壁面温Ｔ１及び入口ＥＧＲ圧ＰＥＧＲｖｉｎを用いて、式（１１），（１２）により、デポジットが還流ガス路の壁面から剥離する剥離量Ｋ１を算出し、デポジット量算出部７５で、付着量Ｋ２及び剥離量Ｋ１を用いて、式（１４）により、デポジット量ｔａを算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＥＧＲ装置における還流ガス路の壁面に堆積したデポジットの度合を表すデポジットパラメータを算出する内燃機関のデポジットパラメータ算出装置に関する。

従来、内燃機関のデポジットパラメータ算出装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この算出装置は、デポジットパラメータとして、ＥＧＲ装置における還流ガス路の内壁面に堆積したデポジット量を、内燃機関の運転中に算出するものであり、この運転時のデポジット量の算出処理は、同文献の図４に示すように実行される。すなわち、吸入空気量及びＥＧＲ量などに基づき、演算式により、筒内流入ガス温度の推定値を算出し、筒内流入ガス温度の推定値と１制御サイクル間のデポジット生成量Ｇ１との関係を定義したマップを用いて、デポジット生成量Ｇ１を算出する。この場合、デポジット生成量Ｇ１の算出マップとしては、同文献の図６に示すようなマップが、エンジン回転速度、燃料噴射量及びＥＧＲバルブの目標開度ごとに設定され、ＥＣＵ内に格納されている。そして、ＲＡＭ内に記憶されているデポジット量Ｇｆにデポジット生成量Ｇ１を加算することにより、デポジット量の今回値Ｇｆが算出される（ステップ３０３〜３０５）。

特開２００８−３８６３６号公報

一般に、内燃機関の運転中、ＥＧＲ装置におけるデポジットの生成量は、筒内流入ガス温度との相関性が高いものの、それ以外のパラメータの影響によって大きく変化することがある。例えば、還流ガスの流速が高い条件下では、デポジットが生成されることなく、むしろデポジットが還流ガス路の内壁面から剥離してしまうことがあり、その場合には、デポジット生成量は、正値ではなく、負値を示すことになる。これに対して、特許文献１の場合、デポジット生成量Ｇ１の算出において、そのような条件を考慮しておらず、同文献の図６に示すマップを用いている関係上、デポジット生成量Ｇ１は、たとえ極小であっても正値として算出されてしまい、その結果、デポジット量Ｇｆの算出精度が低下してしまうことになる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、内燃機関の運転中、デポジットパラメータを精度よく算出することができ、それにより、高い商品性を確保することができる内燃機関のデポジットパラメータ算出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、排気系（排気通路９）の排ガスの一部を還流ガス路（ＥＧＲクーラ１２）を介して吸気系（吸気通路８）に還流させるＥＧＲ装置１０を備えた内燃機関３において、還流ガス路の壁面に堆積したデポジットの度合を表すデポジットパラメータ（デポジット量ｔａ）を算出する内燃機関３のデポジットパラメータ算出装置１であって、還流ガス路の壁面の温度である壁面温Ｔ１を取得する壁面温取得手段（ＥＣＵ２、壁面温算出部７２）と、還流ガス路内の還流ガスの流速に対して相関性を有する流速パラメータ（ガス流速Ｖｅｇｒ）を取得する流速パラメータ取得手段（ＥＣＵ２、ガス流速算出部７１）と、取得された壁面温Ｔ１に応じて、デポジットが還流ガス路の壁面に付着する度合を表す付着度合パラメータ（付着量Ｋ２）を算出する付着度合パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、付着量算出部７４）と、取得された流速パラメータに応じて、デポジットが還流ガス路の壁面から剥離する度合を表す剥離度合パラメータ（剥離量Ｋ１）を算出する剥離度合パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、剥離量算出部７３）と、算出された付着度合パラメータ及び算出された剥離度合パラメータに応じて、デポジットパラメータ（デポジット量ｔａ）を算出するデポジットパラメータ算出手段（ＥＣＵ２、デポジット量算出部７５）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関のデポジットパラメータ算出装置によれば、還流ガス路の壁面の温度である壁面温が取得され、この取得された壁面温に応じて、デポジットが還流ガス路の壁面に付着する度合を表す付着度合パラメータが算出される。また、還流ガス路内の還流ガスの流速に対して相関性を有する流速パラメータが取得され、この取得された流速パラメータに応じて、デポジットが還流ガス路の壁面から剥離する度合を表す剥離度合パラメータが算出されるとともに、算出された付着度合パラメータ及び算出された剥離度合パラメータに応じて、デポジットパラメータが算出される。このように、壁面温に応じて算出された付着度合パラメータに加えて、流速パラメータに応じて算出された剥離度合パラメータを用いて、デポジットパラメータが算出されるので、内燃機関の運転中、デポジットが還流ガス路の壁面に付着する度合と、壁面から剥離する度合とを精度よく反映させながら、デポジットパラメータを算出することができる。その結果、特許文献１の算出手法と比べて、デポジットパラメータの算出精度を向上させることができる（なお、本明細書の「還流ガス路」は、還流ガスが流れる通路に限らず、ＥＧＲ装置において、還流ガス路を構成する機器（例えばＥＧＲ弁やＥＧＲクーラなど）内の通路部分も含む。また、本明細書における「壁面温を取得」や「流速パラメータを取得」の「取得」は、これらのパラメータを、センサなどにより直接検出することや他のパラメータに基づいて推定することを含む）。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３のデポジットパラメータ算出装置１において、付着度合パラメータは、壁面に付着するデポジットの単位時間当たりの量を示す付着量Ｋ２であり、剥離度合パラメータは、壁面から剥離するデポジットの単位時間当たりの量を示す剥離量Ｋ１であり、デポジットパラメータ算出手段は、付着量Ｋ２と剥離量Ｋ１との偏差の積算値に基づき、デポジットパラメータとして、デポジットの量であるデポジット量ｔａを算出することを特徴とする。

この内燃機関のデポジットパラメータ算出装置によれば、デポジットパラメータとして、デポジットの量であるデポジット量が、付着量と剥離量との偏差の積算値に基づいて算出される。この場合、付着量は、壁面に付着するデポジットの単位時間当たりの量を示す値であり、剥離量は、壁面から剥離するデポジットの単位時間当たりの量を示す値であるので、デポジット量の算出において両者の偏差の積分値を用いることにより、付着量及び／又は剥離量において一時的な算出誤差が発生した場合でも、算出回数が多くなるほど、その算出誤差がデポジット量の算出結果に及ぼす影響をより抑制することができる。その結果、デポジット量の算出精度をさらに向上させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関３のデポジットパラメータ算出装置１において、デポジット量に応じて、還流ガス路の開口面積Ａを算出する開口面積算出手段（ＥＣＵ２、開口面積算出部７６）をさらに備えることを特徴とする。

この内燃機関のデポジットパラメータ算出装置によれば、前述したように精度よく算出されたデポジット量に応じて、還流ガス路の開口面積が算出されるので、この開口面積を精度よく算出することができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の内燃機関３のデポジットパラメータ算出装置１において、還流ガス路の開口面積Ａに応じて、還流ガス路の圧力損失ΔＰｃを算出する圧力損失算出手段（ＥＣＵ２、圧力損失算出部７７）をさらに備えることを特徴とする。

この内燃機関のデポジットパラメータ算出装置によれば、上述したように精度よく算出された還流ガス路の開口面積に応じて、還流ガス路の圧力損失が算出されるので、この圧力損失を精度よく算出することができる。

請求項５に係る発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載の内燃機関３のデポジットパラメータ算出装置１において、還流ガス路には、ＥＧＲクーラ１２が設けられており、デポジット量ｔａに応じて、ＥＧＲクーラ１２の冷却効率ηｃを算出する冷却効率算出手段（ＥＣＵ２、冷却効率算出部７８）をさらに備えることを特徴とする。

この内燃機関のデポジットパラメータ算出装置によれば、前述したように精度よく算出されたデポジット量に応じて、ＥＧＲクーラの冷却効率が算出されるので、この冷却効率を精度よく算出することができる。

本発明の一実施形態に係るデポジットパラメータ算出装置を適用した内燃機関の構成を模式的に示す図である。 デポジットパラメータ算出装置の構成を示すブロック図である。 デポジットパラメータ算出装置及び制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。 効率算出部の機能的な構成を示すブロック図である。 点火時期コントローラの機能的な構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関のデポジットパラメータ算出装置について説明する。本実施形態のデポジットパラメータ算出装置１は、後述するように、図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３のＥＧＲ装置１０におけるデポジットパラメータとしてのデポジット量を算出するものであり、図２に示すＥＣＵ２を備えている。

このＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、後述する各種のセンサ２０〜２８の検出信号などに基づいて、各種のパラメータを算出するとともに、後述するように、デポジット量の算出処理や、各種の制御処理を実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、壁面温取得手段、流速パラメータ取得手段、付着度合パラメータ算出手段、剥離度合パラメータ算出手段、デポジットパラメータ算出手段、開口面積算出手段、圧力損失算出手段及び冷却効率算出手段に相当する。

一方、エンジン３は、４組の気筒３ａ及びピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列４気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されているとともに、吸気弁４、排気弁５、点火プラグ６及び燃料噴射弁７などを備えている。これらの吸気弁４、排気弁５及び点火プラグ６はいずれも、気筒３ａごとに設けられている（いずれも１つのみ図示）。

また、燃料噴射弁７は、各気筒３ａの吸気ポート内に燃料を噴射するようにインテークマニホールドの分岐部に取り付けられている。点火プラグ６及び燃料噴射弁７はいずれも、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２によって、燃料噴射弁７による燃料の噴射量及び噴射時期と、点火プラグ６による混合気の点火時期とが制御される。

さらに、エンジン３には、クランク角センサ２０及び水温センサ２１が設けられている。このクランク角センサ２０は、マグネットロータ及びＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１゜）ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。

一方、水温センサ２１は、エンジン３のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出して、それを表す検出信号を、ＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この水温センサ２１の検出信号に基づき、エンジン水温ＴＷを算出する。

また、エンジン３の吸気通路８（吸気系）には、上流側から順に、エアフローセンサ２２及びスロットル弁機構１５などが設けられている。

このエアフローセンサ２２は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸気通路８内を流れる空気の流量（以下「吸気流量」という）を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、エアフローセンサ２２の検出信号に基づき、吸気流量ＧＡＩＲを算出する。この吸気流量ＧＡＩＲは質量流量として算出される。

また、スロットル弁機構１５は、スロットル弁１５ａ及びこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ１５ｂなどを備えている。スロットル弁１５ａは、吸気通路８の途中に回動可能に設けられており、当該回動に伴う開度の変化により、スロットル弁１５ａを通過する空気の流量すなわち吸気流量ＧＡＩＲを変化させる。ＴＨアクチュエータ１５ｂは、ＥＣＵ２に接続された電気モータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって制御されることにより、スロットル弁１５ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）を変化させる。

また、吸気通路８のスロットル弁１５ａの近傍には、スロットル弁開度センサ２３（図２参照）が設けられている。このスロットル弁開度センサ２３は、例えばポテンショメータなどで構成されており、スロットル弁１５ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨを検出して、それを表す検出信号を、ＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、スロットル弁開度センサ２３の検出信号に基づき、スロットル弁開度ＴＨを算出する。

さらに、吸気通路８のスロットル弁１５ａよりも下流側の吸気チャンバ８ａの部分には、吸気圧センサ２４が設けられている。この吸気圧センサ２４は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、吸気通路８内の圧力（以下「吸気圧」という）ＰＢＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、吸気圧センサ２４の検出信号に基づき、吸気圧ＰＢＡを算出する。

また、エンジン３には、ＥＧＲ装置１０が設けられている。このＥＧＲ装置１０は、排気通路９（排気系）内の排ガスの一部を吸気通路８側に還流するものであり、ＥＧＲ通路１１、ＥＧＲクーラ１２及びＥＧＲ制御弁機構１３などを備えている。ＥＧＲ通路１１は、吸気通路８及び排気通路９の間に接続されている。

このＥＧＲクーラ１２（還流ガス路）は、エンジン３の冷却水を冷媒として用いる水冷式のものであり、ＥＧＲ通路１１内を流れる還流ガスは、ＥＧＲクーラ１２内を通過する際、冷却水との熱交換により冷却される。

一方、ＥＧＲ制御弁機構１３は、ＥＧＲ通路１１のＥＧＲクーラ１２よりも排気通路９側の部位に設けられており、ポペット弁タイプのＥＧＲ弁１３ａと、これを開閉駆動するＥＧＲアクチュエータ１３ｂなどを備えている。ＥＧＲアクチュエータ１３ｂは、ＥＣＵ２に接続された電気モータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって制御されることにより、ＥＧＲ弁１３ａのリフト（以下「ＥＧＲリフト」という）ＬＡＣＴを最大値と最小値との間で変化させる。それにより、還流ガス量が制御される。この場合、ＥＧＲ弁１３ａとしては、ポペット弁タイプのものに限らず、還流ガス量を制御可能なものであればよく、例えば、バタフライ弁タイプのものなどを用いてもよい。

また、ＥＧＲ制御弁機構１３には、ＥＧＲリフトセンサ２５が設けられており、このＥＧＲリフトセンサ２５は、ＥＧＲリフトＬＡＣＴを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＥＧＲリフトセンサ２５の検出信号に基づき、ＥＧＲリフトＬＡＣＴを算出する。

さらに、ＥＣＵ２には、大気圧センサ２６、吸気温センサ２７及びアクセル開度センサ２８が電気的に接続されている。この大気圧センサ２６は、半導体圧力センサで構成されており、大気圧ＰＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、吸気温センサ２７は、図示しないエアクリーナを介して吸気通路８内に吸入される空気の温度である吸気温ＴＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、アクセル開度センサ２８は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、これらのセンサ２６〜２８の検出信号に基づき、大気圧ＰＡ、吸気温ＴＡ及びアクセル開度ＡＰをそれぞれ算出する。

次に、図３を参照しながら、制御装置５０について説明する。この制御装置５０は、デポジットパラメータ算出装置１も兼用しているとともに、以下に述べるように、スロットル弁開度ＴＨ及びＥＧＲリフトＬＡＣＴを制御するものであり、具体的にはＥＣＵ２によって構成されている。

同図に示すように、制御装置５０は、目標値算出部５１、目標吸気圧算出部５２、目標開度算出部５３、ＴＨコントローラ５４、ＥＧＲ流量算出部５５、入口ＥＧＲ温算出部５６、入口ＥＧＲ圧算出部５７、効率算出部７０、目標リフト算出部５８及びＥＧＲコントローラ５９を備えている。

まず、目標値算出部５１では、以下に述べるように、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰに応じて、吸気流量ＧＡＩＲの目標となる目標吸気流量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤと、ＥＧＲ流量ＧＥＧＲの目標となる目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲ＿ＣＭＤとが算出される。具体的には、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより、要求トルクＴＲＱを算出し、要求トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標吸気流量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤが算出される。また、目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲ＿ＣＭＤも、要求トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。

さらに、前述した目標吸気圧算出部５２では、吸気圧ＰＢＡの目標となる目標吸気圧ＰＢＡ＿ＣＭＤが、目標吸気流量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤ及び目標ＥＧＲ流量ＧＥＧＲ＿ＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。

一方、目標開度算出部５３では、以下に述べる手法により、スロットル弁開度ＴＨの目標となる目標開度ＴＨ＿ＣＭＤが算出される。まず、下式（１）〜（３）により、開度関数ＫＴＨを算出する。この開度関数ＫＴＨは、スロットル弁１５ａの開口面積と流量係数の積に相当する値である。

上式（１）において、Ｒは気体定数であり、Ψは式（２），（３）のように定義される流量関数である。以上の式（１）〜（３）は、本出願人が例えば特開２０１１−１４０８９５号公報に示したように、スロットル弁１５ａを通過する空気を圧縮性流体かつ断熱流であると見なし、かつスロットル弁１５ａをノズルと見なしてモデリングする手法によって導出される。

次いで、以上のように算出した開度関数ＫＴＨに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤが算出される。

さらに、ＴＨコントローラ５４では、所定の制御手法（例えば、フィードフォワード制御手法とフィードバック制御手法を組み合わせたもの）により、スロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨ＿ＣＭＤになるように、制御入力Ｕ＿ＴＨが算出される。そして、この制御入力Ｕ＿ＴＨに対応する制御入力信号がＴＨアクチュエータ１５ｂに供給されることにより、スロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨ＿ＣＭＤになるように制御される。

一方、ＥＧＲ流量算出部５５では、エンジン回転数ＮＥ及び吸気流量ＧＡＩＲに応じて、図示しないマップを検索することにより、ＥＧＲ流量ＧＥＧＲが算出される。この場合、吸気流量ＧＡＩＲに代えて、吸気流量ＧＡＩＲの移動平均値を用いてもよく、この点は以下の説明においても同様である。

また、効率算出部７０では、後述する手法によって、ＥＧＲクーラ１２の冷却効率ηｃ及び圧力損失ΔＰｃが算出される。この効率算出部７０の具体的な構成については後述する。

さらに、入口ＥＧＲ温算出部５６では、下式（４）により、入口ＥＧＲ温ＴＥＧＲｖｉｎが算出される。この入口ＥＧＲ温ＴＥＧＲｖｉｎは、ＥＧＲ弁１３ａの入口付近における還流ガスの温度に相当する。

上式（４）において、Ｋηｃは、冷却効率補正係数であり、前述したＥＧＲクーラ１２の冷却効率ηｃに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。また、ＴＥＧＲｍａｐは、入口ＥＧＲ温の基本マップ値であり、エンジン回転数ＮＥ及びＥＧＲ流量ＧＥＧＲに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。この場合、ＥＧＲ流量ＧＥＧＲに代えて、ＥＧＲ流量ＧＥＧＲの移動平均値を用いてもよく、この点は以下の説明においても同様である。

また、入口ＥＧＲ温算出部５６における入口ＥＧＲ温ＴＥＧＲｖｉｎの算出手法は上記のものに限らず、冷却効率ηｃに応じて算出する手法であればよい。例えば、入口ＥＧＲ温ＴＥＧＲｖｉｎの算出マップとして、冷却効率ηｃごとに複数種のマップを準備しておき、冷却効率ηｃに応じて選択したマップを、エンジン回転数ＮＥ及びＥＧＲ流量ＧＥＧＲに応じて、検索することにより、入口ＥＧＲ温ＴＥＧＲｖｉｎを算出するように構成してもよい。

さらに、入口ＥＧＲ圧算出部５７では、下式（５）により、入口ＥＧＲ圧ＰＥＧＲｖｉｎが算出される。この入口ＥＧＲ圧ＰＥＧＲｖｉｎは、ＥＧＲ弁１３ａの入口付近におけるＥＧＲ通路１１内の還流ガスの圧力に相当する。

上式（５）において、ΔＰｍは、排気通路９のマフラーの圧力損失であり、エンジン回転数ＮＥ及び吸気流量ＧＡＩＲに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。また、ΔＰｅは、ＥＧＲ通路１１の排気通路９からＥＧＲクーラ１２までの部分の圧力損失であり、エンジン回転数ＮＥ及びＥＧＲ流量ＧＥＧＲに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。

一方、目標ＥＧＲリフト算出部では、以下に述べるように、前述した目標開度算出部５３と同様の手法により、ＥＧＲリフトＬＡＣＴの目標となる目標リフトＬＣＭＤが算出される。まず、下式（６）〜（８）により、開度関数ＫＬＣＭＤを算出する。この開度関数ＫＬＣＭＤは、ＥＧＲ弁１３ａの開口面積と流量係数の積に相当する値である。

上式（６）において、Ψｅは式（７），（８）のように定義される流量関数である。以上の式（６）〜（８）は、前述した式（１）〜（３）と同様に、ＥＧＲ弁１３ａを通過する還流ガスを圧縮性流体かつ断熱流であると見なし、かつＥＧＲ弁１３ａをノズルと見なしてモデリングする手法によって導出される。

次いで、以上のように算出した開度関数ＫＬＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標リフトＬＣＭＤが算出される。

さらに、ＥＧＲコントローラ５９では、所定の制御手法（例えば、フィードフォワード制御手法とフィードバック制御手法を組み合わせたもの）により、ＥＧＲリフトＬＡＣＴが目標リフトＬＣＭＤになるように、制御入力Ｕ＿ＥＧＲが算出される。そして、この制御入力Ｕ＿ＥＧＲに対応する制御入力信号がＥＧＲアクチュエータ１３ｂに供給されることにより、ＥＧＲリフトＬＡＣＴが目標リフトＬＣＭＤになるように制御される。

次に、図４を参照しながら、前述した効率算出部７０について説明する。この効率算出部７０は、以下に述べる手法により、所定の制御周期ΔＴｋで、ＥＧＲクーラ１２の冷却効率ηｃ及び圧力損失ΔＰｃを算出するものである。同図に示すように、効率算出部７０は、ガス流速算出部７１、壁面温算出部７２、剥離量算出部７３、付着量算出部７４、デポジット量算出部７５、開口面積算出部７６、圧力損失算出部７７、冷却効率算出部７８及び３つの遅延要素８１〜８３を備えている。

まず、ガス流速算出部７１（流速パラメータ算出手段）では、下式（９）により、ガス流速Ｖｅｇｒ（流速パラメータ）が算出される。このガス流速Ｖｅｇｒは、ＥＧＲクーラ１２内を流れる還流ガスの速度に相当する。

上式（９）のＡ＿ｚは、開口面積の前回値（前回の制御タイミングでの算出値）であり、開口面積算出部７６で後述するように算出された開口面積Ａを、遅延要素８１において１制御サイクル分遅延させたものである。

また、壁面温算出部７２（壁面温取得手段）では、下式（１０）により、壁面温Ｔ１が算出される。この壁面温Ｔ１は、ＥＧＲクーラ１２内の還流ガスが流れる通路の壁（以下「クーラ通路壁」という）の表面温度に相当する。

上式（１０）において、ｔはクーラ通路壁の厚さであり、αは実験結果に基づいて設定された所定値である。

さらに、剥離量算出部７３（剥離度合パラメータ算出手段）では、下式（１１），（１２）により、剥離量Ｋ１（剥離度合パラメータ）が算出される。この剥離量Ｋ１は、前回の制御タイミングから今回の制御タイミングまでの間（すなわち制御周期ΔＴｋの間）においてクーラ通路壁面から剥離するデポジットの厚さを、単位時間当たりの値（ｍｍ／ｈｏｕｒ）に換算したものである。

上式（１１）のρは還流ガスの密度であり、上式（１２）によって算出される。上式（１２）のＰＥＧＲｖｉｎ＿ｚは、入口ＥＧＲ圧ＰＥＧＲｖｉｎの前回値であり、前述したように算出された入口ＥＧＲ圧ＰＥＧＲｖｉｎを、遅延要素８２において１制御サイクル分遅延させたものである。また、上式（１１）のβは実験結果に基づいて設定された所定値である。この場合、剥離量Ｋ１の算出式として上式（１１）を用いた理由は、本出願人の実験により、剥離量Ｋ１とガス流速Ｖｅｇｒの関係は上式（１１）で近似するのが最適であると確認できたことによる。

一方、付着量算出部７４（付着度合パラメータ算出手段）では、下式（１３）により、付着量Ｋ２（付着度合パラメータ）が算出される。この付着量Ｋ２は、前回の算出タイミングから今回の算出タイミングまでの間においてクーラ通路壁面に付着するデポジットの厚さを、単位時間当たりの値（ｍｍ／ｈｏｕｒ）に換算したものである。

上式（１３）のγ，δ，εは実験結果に基づいて設定された所定値である。この場合、付着量Ｋ２の算出式として上式（１３）を用いた理由は、本出願人の実験により、付着量Ｋ２と壁面温Ｔ１の関係は上式（１３）で近似するのが最適であると確認できたことによる。

また、デポジット量算出部７５（デポジットパラメータ算出手段）では、下式（１４）により、デポジット量ｔａ（デポジットパラメータ）が算出される。このデポジット量ｔａは、現時点でクーラ通路壁面に堆積しているデポジットの厚さ（ｍｍ）に相当する。

上式（１４）のｔａ＿ｚは、デポジット量ｔａの前回値であり、デポジット量算出部７５で算出されたデポジット量ｔａを、遅延要素８３において１制御サイクル分遅延させたものである。

さらに、冷却効率算出部７８（冷却効率算出手段）では、下式（１５）により、冷却効率ηｃが算出される。この冷却効率ηｃは、ＥＧＲクーラ１２の冷却効率である。

上式（１５）において、ηｃ＿ｉｎｉは、冷却効率ηｃの初期値すなわちデポジットが付着していない状態での開口面積である。また、θは実験結果に基づいて設定された所定値である。この場合、冷却効率ηｃの算出式として上式（１５）を用いた理由は、本出願人の実験により、冷却効率ηｃとデポジット量ｔａの関係は上式（１５）で近似するのが最適であると確認できたことによる。

一方、開口面積算出部７６（開口面積算出手段）では、下式（１６）により、開口面積Ａが算出される。この開口面積Ａは、現時点でのクーラ通路の有効開口面積に相当する。

上式（１６）において、Ａ＿ｉｎｉは、開口面積の初期値すなわちデポジットが付着していない状態での開口面積であり、ζは、実験結果に基づいて設定された所定値である。

さらに、圧力損失算出部７７（圧力損失算出手段）では、下式（１７）により、圧力損失ΔＰｃが算出される。この圧力損失ΔＰｃは、現時点でのＥＧＲクーラ１２の圧力損失に相当する。

上式（１７）において、ΔＰ＿ｉｎｉは、圧力損失ΔＰｃの初期値すなわちデポジットが付着していない状態での圧力損失であり、ξは実験結果に基づいて設定された所定値である。この場合、圧力損失ΔＰｃの算出式として上式（１７）を用いた理由は、本出願人の実験により、圧力損失ΔＰｃと開口面積Ａの関係は上式（１７）で近似するのが最適であると確認できたことによる。

なお、ＥＧＲ装置１０において、ＥＧＲ通路１１におけるＥＧＲクーラ１２とＥＧＲ弁１３ａの位置関係を入れ換えた場合、すなわちＥＧＲ弁１３ａの下流側にＥＧＲクーラ１２を配置した場合でも、以上の算出式（９）〜（１７）を用いて、デポジット量ｔａ、ＥＧＲクーラ１２の冷却効率ηｃ及び圧力損失ΔＰｃを算出することが可能である。

また、図５に示すように、制御装置５０は、点火時期コントローラ９０を備えている。この点火時期コントローラ９０は、点火時期ＩＧＬＯＧを算出するものであり、同図に示すように、実吸気温算出部９１、吸気温補正項算出部９２、基本点火時期算出部９３、総補正項算出部９４及び加算器９５を備えている。

まず、実吸気温算出部９１では、入口ＥＧＲ温ＴＥＧＲｖｉｎ及び吸気温ＴＡに基づき、所定の算出アルゴリズムにより、実吸気温ＴＡａｃｔが算出される。この実吸気温ＴＡａｃｔは、気筒３ａ内に実際に吸入される空気の温度に相当する。

また、吸気温補正項算出部９２では、実吸気温ＴＡａｃｔに応じて、図示しないマップを検索することにより、吸気温補正項ＩＧＴＡが算出される。

さらに、基本点火時期算出部９３では、要求トルクＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、基本点火時期ＩＧＢＡＳＥが算出される。

一方、総補正項算出部９４では、エンジン水温ＴＷ及び大気圧ＰＡなどの各種のパラメータに応じて、図示しない各種のマップを検索することにより、各種の補正項をそれぞれ算出し、これらの補正項を全てまとめることによって、総補正項ＩＧＣＲが算出される。

そして、加算器９５では、下式（１８）により、点火時期ＩＧＬＯＧが最終的に算出される。

以上のように、本実施形態のデポジットパラメータ算出装置１によれば、壁面温算出部７２において、壁面温Ｔ１に応じて、付着量Ｋ２が算出され、ガス流速算出部７１において、ガス流速Ｖｅｇｒが算出される。さらに、ガス流速Ｖｅｇｒ、入口ＥＧＲ圧ＰＥＧＲｖｉｎ及び壁面温Ｔ１に応じて、剥離量Ｋ１が算出され、これらの剥離量Ｋ１および付着量Ｋ２を用いて、式（１４）により、デポジット量ｔａが算出される。このように、クーラ通路壁面から剥離するデポジットの単位時間当たりの厚さである剥離量Ｋ１と、クーラ通路壁面に付着するデポジットの単位時間当たりの厚さである付着量Ｋ２とを用いることによって、エンジン３の運転中、デポジットがクーラ通路壁面に付着する度合と、クーラ通路壁面から剥離する度合とを精度よく反映させながら、クーラ通路壁面におけるデポジットの厚さであるデポジット量ｔａを算出することができる。その結果、特許文献１の算出手法と比べて、デポジット量ｔａの算出精度を向上させることができる。

これに加えて、デポジット量ｔａが付着量Ｋ２と剥離量Ｋ１との偏差（Ｋ２−Ｋ１）の積分値を用いて算出されるので、付着量Ｋ２及び／又は剥離量Ｋ１において一時的な算出誤差が発生した場合でも、算出回数が多くなるほど、その算出誤差がデポジット量ｔａの算出結果に及ぼす影響をより抑制することができる。その結果、デポジット量ｔａの算出精度をさらに向上させることができる。

また、以上のように精度よく算出されたデポジット量ｔａを用いて、開口面積Ａ、圧力損失ΔＰｃ及び冷却効率ηｃが算出されるので、これらのパラメータを精度よく算出することができる。

さらに、以上のように精度よく算出された冷却効率ηｃ及び圧力損失ΔＰｃを用いて、入口ＥＧＲ温ＴＥＧＲｖｉｎ及び入口ＥＧＲ圧ＰＥＧＲｖｉｎがそれぞれ算出され、これらの入口ＥＧＲ温ＴＥＧＲｖｉｎ及び入口ＥＧＲ圧ＰＥＧＲｖｉｎを用いて、目標リフトＬＣＭＤが算出される。そして、この目標リフトＬＣＭＤを用いて、ＥＧＲ制御が実行されるので、ＥＧＲ制御の精度を向上させることができる。同じ理由により、入口ＥＧＲ温ＴＥＧＲｖｉｎを用いて、実吸気温ＴＡａｃｔが算出され、この実吸気温ＴＡａｃｔを用いて、点火時期ＩＧＬＯＧが算出されるので、点火時期制御の精度を向上させることができる。

なお、実施形態は、ＥＧＲクーラ１２内の還流ガスが流れる通路を還流ガス路とし、この還流ガス路におけるデポジットパラメータを算出した例であるが、本発明のデポジットパラメータ算出装置が適用される還流ガス路はこれに限らず、還流ガスが流れる通路を構成するものであればよい。例えば、ＥＧＲ装置１０がＥＧＲクーラ１２を備えていない場合において、ＥＧＲ通路１１やＥＧＲ制御弁１３ａ内の通路部分を還流ガス路とし、この還流ガス路におけるデポジットパラメータを算出してもよい。

また、実施形態は、デポジットパラメータとして、デポジットの厚さであるデポジット量ｔａを用いた例であるが、本発明のデポジットパラメータはこれに限らず、還流ガス路の壁面に堆積したデポジットの度合を表すものであればよい。例えば、デポジットパラメータとして、デポジットが堆積するときの平均速度を用いてもよく、その場合、例えばＣＴを制御の実行回数として、平均速度＝［ｔａ／（ΔＴｋ・ＣＴ）］の式で算出すればよい。また、デポジットパラメータとして、デポジットの体積や重さを用いてもよい。

さらに、実施形態は、流速パラメータとして、ガス流速Ｖｅｇｒを用いた例であるが、本発明の流速パラメータはこれに限らず、還流ガス路内の還流ガスの流速に対して相関性を有するものであればよい。例えば、流速パラメータとして、還流ガスの流速の時間微分値を用いてもよい。

一方、実施形態は、付着度合パラメータとして付着量Ｋ２を用いた例であるが、本発明の付着度合パラメータはこれに限らず、デポジットが還流ガス路の壁面に付着する度合を表すものであればよい。例えば、付着度合パラメータとして、還流ガス路の壁面に付着するデポジットの体積や重さを用いてもよい。

また、実施形態は、付着量として、クーラ通路壁面に付着する単位時間当たりのデポジットの厚さである付着量Ｋ２を用いた例であるが、本発明の付着量はこれに限らず、還流ガス路の壁面に付着するデポジットの単位時間当たりの量を示すものであればよい。例えば、付着量として、還流ガス路の壁面に付着するデポジットの単位時間当たりの体積や重さを用いてもよい。

さらに、実施形態は、剥離度合パラメータとして剥離量Ｋ１を用いた例であるが、本発明の剥離度合パラメータはこれに限らず、デポジットが還流ガス路の壁面から剥離する度合を表すものであればよい。例えば、剥離度合パラメータとして、還流ガス路の壁面から剥離するデポジットの体積や重さを用いてもよい。

一方、実施形態は、剥離量として、クーラ通路壁面から剥離する単位時間当たりのデポジットの厚さである剥離量Ｋ１を用いた例であるが、本発明の剥離量はこれに限らず、還流ガス路の壁面から剥離するデポジットの単位時間当たりの量を示すものであればよい。例えば、剥離量として、還流ガス路の壁面から剥離するデポジットの単位時間当たりの体積や重さを用いてもよい。

また、実施形態は、本発明のデポジットパラメータ算出装置１を車両用の内燃機関に適用した例であるが、本発明のデポジットパラメータ算出装置１は、これに限らず、船舶用の内燃機関や、他の産業機器用の内燃機関にも適用可能であることは言うまでもない。

１ デポジットパラメータ算出装置
２ ＥＣＵ２（壁面温取得手段、流速パラメータ取得手段、付着度合パラメータ算出 手段、剥離度合パラメータ算出手段、デポジットパラメータ算出手段、開口面積 算出手段、圧力損失算出手段、冷却効率算出手段）
３ 内燃機関
８ 吸気通路（吸気系）
９ 排気通路（排気系）
１０ ＥＧＲ装置
１２ ＥＧＲクーラ（還流ガス路）
７１ ガス流速算出部（流速パラメータ取得手段）
７２ 壁面温算出部（壁面温取得手段）
７３ 剥離量算出部（剥離度合パラメータ算出手段）
７４ 付着量算出部（付着度合パラメータ算出手段）
７５ デポジット量算出部（デポジットパラメータ算出手段）
７６ 開口面積算出部（開口面積算出手段）
７７ 圧力損失算出部（圧力損失算出手段）
７８ 冷却効率算出部（冷却効率算出手段）
ｔａ デポジット量（デポジットパラメータ）
Ｔ１ 壁面温
Ｖｅｇｒ ガス流速（流速パラメータ）
Ｋ１ 剥離量（剥離度合パラメータ）
Ｋ２ 付着量（付着度合パラメータ）
Ａ 開口面積
ΔＰｃ 圧力損失
ηｃ 冷却効率

Claims (5)

1. 排気系の排ガスの一部を還流ガス路を介して吸気系に還流させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関において、当該還流ガス路の壁面に堆積したデポジットの度合を表すデポジットパラメータを算出する内燃機関のデポジットパラメータ算出装置であって、
   前記還流ガス路の前記壁面の温度である壁面温を取得する壁面温取得手段と、
   前記還流ガス路内の還流ガスの流速に対して相関性を有する流速パラメータを取得する流速パラメータ取得手段と、
   前記取得された壁面温に応じて、前記デポジットが前記還流ガス路の前記壁面に付着する度合を表す付着度合パラメータを算出する付着度合パラメータ算出手段と、
   前記取得された流速パラメータに応じて、前記デポジットが前記還流ガス路の前記壁面から剥離する度合を表す剥離度合パラメータを算出する剥離度合パラメータ算出手段と、
   前記算出された付着度合パラメータ及び前記算出された剥離度合パラメータに応じて、前記デポジットパラメータを算出するデポジットパラメータ算出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のデポジットパラメータ算出装置。
2. 前記付着度合パラメータは、前記壁面に付着する前記デポジットの単位時間当たりの量を示す付着量であり、
   前記剥離度合パラメータは、前記壁面から剥離する前記デポジットの単位時間当たりの量を示す剥離量であり、
   前記デポジットパラメータ算出手段は、前記付着量と前記剥離量との偏差の積算値に基づき、前記デポジットパラメータとして、前記デポジットの量であるデポジット量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のデポジットパラメータ算出装置。
3. 前記デポジット量に応じて、前記還流ガス路の開口面積を算出する開口面積算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のデポジットパラメータ算出装置。
4. 前記還流ガス路の前記開口面積に応じて、前記還流ガス路の圧力損失を算出する圧力損失算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のデポジットパラメータ算出装置。
5. 前記還流ガス路には、ＥＧＲクーラが設けられており、
   前記デポジット量に応じて、前記ＥＧＲクーラの冷却効率を算出する冷却効率算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の内燃機関のデポジットパラメータ算出装置。

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