JP2015175329A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気センサの被水割れを防止しつつ、ＥＧＲガスの導入を継続する。
【解決手段】エンジン制御システムは、エンジン１０と、ＥＧＲ配管３６を介してエンジン１０の排気の一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ装置３５とを備えている。また、吸気通路には、センサ素子を加熱するヒータ１９を有し排気成分を検出する排気センサ１８が設けられている。ＥＣＵ５０のマイコン５１は、吸気通路内での凝縮水の発生が予測される所定の被水状態であるか否かを判定し、所定の被水状態であると判定された場合にヒータ１９に投入する電力を制限する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくはＥＧＲ配管を介して排気の一部を吸気通路に還流させる外部ＥＧＲ装置を備える内燃機関の制御装置に関する。

車両に搭載される内燃機関においては、燃費の改善や排気エミッションの低減等を目的として排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させる外部ＥＧＲ装置を搭載したものが知られている。このような外部ＥＧＲ装置を搭載した内燃機関として、従来、内燃機関の吸気通路に固体電解質酸素ポンプ式の酸素濃度センサを配置し、この酸素濃度センサの出力に基づいて、吸気通路に還流させるＥＧＲガス量を制御するものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許第２５６０７７７号公報

上記のような酸素濃度センサは、通常、例えば数百℃まで昇温されることで活性状態になり、この活性状態で酸素濃度を高い精度で検出可能になる。このため、酸素濃度センサには一般に電気式ヒータが付設されており、ヒータの発熱によりセンサ素子が活性状態にされるとともに、その活性状態が保持されるようにヒータの通電制御が実施される。

ここで、ＥＧＲガスは燃焼によって生じた水を含んでいるため、吸気通路にＥＧＲガスを導入した場合には、ＥＧＲガスが比較的低温の吸気と混合されることで、吸気通路内で凝縮水が発生しやすい。また、吸気系内の環境は運転環境の変化の影響を受けて変化しやすく、露点温度を下回った場合には吸気通路内に凝縮水が発生する。そのため、酸素濃度センサなどの排気センサを吸気系に配置したＥＧＲシステムでは、ヒータによるセンサ素子の活性化にあたり、吸気通路内の水が原因で素子割れが発生しやすくなることが懸念される。その一方で、燃費改善の観点からすると、ＥＧＲガスの導入はできるだけ継続して実施することが望ましい。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、排気センサの被水割れを防止しつつ、ＥＧＲガスの導入を継続することができる内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とする。

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。

本発明は、ＥＧＲ配管（３６）を介して内燃機関（１０）の排気の一部を吸気通路（１１）に還流させるＥＧＲ装置（３５）を備える内燃機関の制御装置に関する。請求項１に記載の発明は、センサ素子を加熱するヒータ（１９）を有し且つ排気成分を検出する排気センサ（１８）が前記吸気通路に設けられており、前記吸気通路内での凝縮水の発生が予測される所定の被水状態であるか否かを判定する被水判定手段と、前記被水判定手段により前記所定の被水状態であると判定された場合に前記ヒータに投入する電力を制限する通電制限手段と、を備えることを特徴とする。

外部ＥＧＲ装置を備える内燃機関では、吸気通路に排気センサを配置して実ＥＧＲ率を直接検出することで、精密なＥＧＲ制御を実現することが可能である。一方、排気には燃料の燃焼により生じた水が多く含まれているため、排気の一部をＥＧＲガスとして還流するシステムでは、ＥＧＲガスが吸気と混合されることで吸気通路内において凝縮水が発生しやすくなる。また、吸気通路内での凝縮水の発生しやすさは、外気の温度や湿度に応じて変化し、外気温度が所定範囲から低温側又は高温側にずれるほど凝縮水が発生しやすくなる。また、外気の湿度が高いほど、又は大気圧が低いほど、凝縮水が発生しやすくなる。そのため、排気センサが吸気系に搭載されているシステムでは、吸気通路内で生じる凝縮水が原因でセンサの素子割れが発生する場面が排気系よりも多く、被水対策を講じる必要性が高い。その一方で、燃費改善の観点からすると、ＥＧＲガスの導入はできるだけ継続して実施することが望ましい。

こうした点に鑑み、上記構成では、吸気通路内での凝縮水の発生が予測される所定の被水状態であるか否かを判定し、凝縮水の発生が予測される場合には、被水対策として、排気センサのヒータの通電を制限する。これにより、被水による排気センサの素子割れを未然に防止しつつＥＧＲ導入を継続して実施することができる。

エンジン制御システムの概略を示す構成図。 ＥＧＲ制御の処理手順を示すフローチャート。 被水が予測される場合のＥＧＲ制御の具体的態様を示すタイムチャート。 外気温度と目標ＥＧＲ率との関係を示す図。 湿度と目標ＥＧＲ率との関係を示す図。 大気圧と目標ＥＧＲ率との関係を示す図。 他の実施形態のエンジン制御システムの概略を示す図。

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。

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。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を検出する空燃比センサ２９が設けられている。空燃比センサ２９としては、空燃比に比例した出力特性を有するＡ／Ｆセンサが設けられている。

吸気管１１と排気管２６との間には、過給機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とを備えている。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）。

吸気管１１には、スロットル弁１４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が設けられている。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。インタークーラ３４は例えば水冷式の吸気冷却手段であり、エンジン１０の冷却水経路とは別の経路（Ｉ／Ｃ冷却水経路）に配置されている。インタークーラ３４では、Ｉ／Ｃ冷却水経路を冷却水が循環することで吸気が冷却される。インタークーラ３４の冷却能力は冷却水の流量に応じて可変となっており、本実施形態では、Ｉ／Ｃ冷却水経路に配置された図示しないウォーターポンプ（ＷＰ）の駆動制御によってインタークーラ３４の冷却水流量を可変にできるようになっている。なお、本実施形態では、サージタンク１６と一体にインタークーラ３４が設けられているが、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、サージタンク１６とは別にインタークーラ３４が設けられていてもよい。

排気タービン３２の上流側と下流側とは排気バイパス通路２１によって連通されており、排気バイパス通路２１に、排気バイパス通路２１を開閉するウエイストゲートバルブ（ＷＧＶ）２２が設けられている。このＷＧＶ２２の開度に応じて排気管２６を流れる排気量が増減され、排気タービン３２の回転速度及び吸気コンプレッサ３１の回転速度が調整される。また、吸気コンプレッサ３１の上流側と下流側とは吸気バイパス通路４８によって連通されており、吸気バイパス通路４８に、吸気バイパス通路４８を開閉するエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）４９が設けられている。このＡＢＶ４９が開弁されることによって、ターボチャージャ３０とスロットル弁１４との間の余剰圧力を開放できるようになっている。

エンジン１０には、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路内に導入する外部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ガスを冷却する熱交換器としてのＥＧＲクーラ３８とを備えている。ＥＧＲクーラ３８は、例えば水冷式の排気冷却手段であり、エンジン１０の冷却水経路３９に配置されている。ＥＧＲクーラ３８では、冷却水経路３９を冷却水が循環することでＥＧＲガスが冷却される。ＥＧＲクーラ３８の冷却能力は冷却水の流量に応じて可変となっており、本実施形態では、冷却水経路３９に配置された流量制御弁４０の開度を制御によってＥＧＲクーラ３８の冷却水流量を可変にできるようになっている。

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いる。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。

吸気通路には、吸気中の排気成分を検出する排気センサ１８が配置されている。本実施形態では、吸気管１１のうちＥＧＲ配管３６との接続部分よりも下流側であって吸気コンプレッサ３１よりも上流側に排気センサ１８が取り付けられている。

排気センサ１８について本実施形態では、排気成分として酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサを採用している。詳しくは、排気センサ１８としては、センサ素子への電圧印加により発生する電流値が気体中の酸素濃度及び未燃焼ガス濃度により変化するＡ／Ｆセンサが採用されている。このセンサは、ジルコニア（ＺｒＯ2）等の固体電解質からなるセンサ素子と、センサ素子を加熱するヒータ１９との積層体により構成されている。ヒータ１９は、図示しないバッテリ電源からの給電により発熱する発熱体からなり、発熱することによりセンサ素子全体を加熱する。この加熱によりセンサ素子の活性化を図るとともに、センサ素子を活性化状態に保持する。なお、排気センサ１８としては、空燃比センサ２９に採用されるＡ／Ｆセンサと同様のものが用いられる。

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、吸気の温度を検出する吸気温センサ４３、外気の湿度を検出する湿度センサ４４、外気温を検出する外気温センサ４５、大気圧を検出する大気圧センサ４６等の各種センサが設けられている。なお、湿度センサ４４、外気温センサ４５及び大気圧センサ４６が、外気環境パラメータを検出する環境検出手段に相当する。

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を入力し、その入力した検出信号に基づいて、スロットル弁１４や燃料噴射弁２３、点火プラグ２４、ＥＧＲ弁３７、ＷＧＶ２２、ＡＢＶ４９、流量制御弁４０等の駆動を制御する。また、運転者によって操作される各種スイッチ、例えばフロントガラスの雨等の拭き取り装置（ワイパー）を作動させるためのワイパースイッチ５５や、フロントガラスに設けられた曇り取り用の送風装置（デフォッガ）を作動させるためのデフォッガスイッチ５６、リアガラスにプリントされた電熱線を発熱させるためのガラスヒータスイッチ５７等から駆動信号を入力し、その入力した駆動信号に基づいて、ワイパーやガラスヒータ、デフォッガの駆動を制御する。

ＥＧＲ弁３７の駆動制御に関し本実施形態では、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度や負荷等）に基づいて、ＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率を設定し、この目標ＥＧＲ率を実現するようにＥＧＲ弁３７の開度を制御する。特に本実施形態では、排気センサ１８により実ＥＧＲ率を直接検出しており、排気センサ１８の検出結果に基づき演算した実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるようにＥＧＲ弁３７の駆動デューティ比を算出してＥＧＲ弁３７を駆動する。本システムでは、実ＥＧＲ率を直接検知することにより外部ＥＧＲを精密に制御し、法規制の強化等に対応できるようにしている。なお、ＥＧＲガスの導入は、アイドル運転領域及び高負荷運転領域を除く所定のＥＧＲ適用運転領域で実施される。

排気センサ１８によりＥＧＲガス量を正確に検出するには排気センサ１８を所定の活性状態に保持する必要がある。そこでＥＣＵ５０のマイコン５１は、排気センサ１８の素子温度に基づいてヒータ１９の通電制御を実施している。具体的には、素子温度が所定の目標温度（例えば７５０℃）となるようにヒータ通電制御を行う。このとき、素子温度に相関するパラメータとして素子インピーダンスを検出し、その素子インピーダンス検出値と目標値との偏差に基づいて算出した制御デューティ比によりヒータ通電量を制御する。

ところで、排気には燃料の燃焼により生じた水が多く含まれているため、外部ＥＧＲ装置３５によって排気を還流させる場合、吸気通路においてＥＧＲガスとしての排気が吸気と混合されることで凝縮水が発生しやすくなる。また、吸気通路では、外気の温度や、吸気が持っている水の量（外気の湿度）、大気圧といった外気環境パラメータの変化によって吸気通路内の環境が変化しやすく、これにより凝縮水の発生のしやすさが相違する。具体的には、外気温度が所定範囲から低温側又は高温側にずれるほど凝縮水が発生しやすい。また、湿度が高いほど凝縮水が発生しやすく、大気圧が低いほど凝縮水が発生しやすくなる。そのため、排気センサ１８を吸気系に備えるＥＧＲシステムにおいては、吸気通路内で生じる凝縮水が原因でセンサの素子割れが発生する場面が排気系よりも多く、被水対策を講じる必要性が高い。その一方で、燃費改善や排気エミッション改善の観点からすると、ＥＧＲガスの導入はできるだけ継続して実施することが望ましい。

そこで本実施形態では、エンジン１０の吸気通路内での凝縮水の発生が予測される所定の被水状態であるか否かを判定し、凝縮水の発生が予測される場合には、被水対策として、排気センサ１８のヒータ１９の通電を制限することとしている。

図２は、本実施形態のＥＧＲ制御の処理手順を示すフローチャートである。この処理はＥＣＵ５０のマイコン５１により所定周期毎に実行される。

図２において、ステップＳ１００では、外気環境パラメータを検出する環境検出手段としての湿度センサ４４、外気温センサ４５及び大気圧センサ４６に異常が生じているか否かを判定する（異常判定手段）。湿度センサ４４、外気温センサ４５及び大気圧センサ４６が全て正常であればステップＳ１００で否定判定されてステップＳ１０１へ進む。なお、湿度センサ４４、外気温センサ４５及び大気圧センサ４６の異常診断処理は図示しない別ルーチンで実行される。

ステップＳ１０１では、吸気通路内での凝縮水の発生が予測される所定の被水状態であるか否かを判定する（被水判定）。本実施形態では、外気環境を判定するための条件（環境判定条件）に基づき所定の被水状態であるか否かを判定する。環境判定条件としては、
（１）外気環境パラメータが所定の被水状態を示す値であること
（２）高湿度環境に対する運転者の動作があったこと
を含み、これら（１）及び（２）の少なくともいずれかの条件が成立した場合に所定の被水状態であるものと判定する。

ここで、条件（１）は、外気温センサ４５、湿度センサ４４及び大気圧センサ４６の各センサ値に基づき判定する。具体的には、（ａ）外気温センサ４５により検出される外気温が所定の低温判定値（例えば１０℃）以下であるか又は所定の高温判定値（例えば３０℃）以上であること、（ｂ）湿度センサ４４により検出される外気の湿度が所定の高湿度判定値（例えば７０％）以上であること、及び（ｃ）大気圧センサ４６により検出される大気圧が所定の低圧判定値（例えば８５ｋPa）以下であること、の少なくともいずれかの条件を満たす場合に、外気環境パラメータが所定の被水状態を示す値であるものと判定する。また、条件（２）は、ワイパースイッチ５５、デフォッガスイッチ５６及びガラスヒータスイッチ５７の少なくともいずれかがオンされた場合に、高湿度環境に対する運転者の動作があったものと判定する。

ステップＳ１０１で所定の被水状態でない、つまり吸気通路内での凝縮水発生の可能性なしと判定された場合には、ステップＳ１０７へ進み、図示しない別ルーチンにより通常時ＥＧＲ制御を実施する。この通常時ＥＧＲ制御では、排気センサ１８の検出値を用いて実ＥＧＲ率を算出するとともに、その算出したセンサ検出値を用いて、吸気通路に還流するＥＧＲガス量を調整する。このとき、排気センサ１８については、素子温度に基づくヒータ通電制御により活性状態が保持されるようにする。なお、吸気通路に配置された排気センサ１８はエンジン１０の吸気によって冷やされる環境下にあるため、通常時ＥＧＲ制御を実施する場合には、基本的にはヒータ１９は常時通電オンの状態とされる。

一方、ステップＳ１０１で所定の被水状態である、つまり吸気通路内での凝縮水発生の可能性ありと判定された場合には、ステップＳ１０２へ進み、ヒータ１９の通電を停止する（通電制限手段）。続くステップＳ１０３では、インタークーラ３４及びＥＧＲクーラ３８の冷却能力を低下させる。具体的には、ウォーターポンプの駆動を停止することによってインタークーラ３４における冷却水の循環を停止させるとともに、流量制御弁４０を閉駆動することによってＥＧＲクーラ３８におけるエンジン冷却水の循環を停止させる。これにより、吸気及びＥＧＲガスの過冷却による凝縮水の発生を抑制する。なお、ウォーターポンプの駆動を停止する構成に代えて、ウォーターポンプは駆動した状態としつつ冷却水流量を少なくする構成としてもよい。また、流量制御弁４０は全閉にしなくてもよく、微少開度とすることによって冷却水流量を少なくする構成としてもよい。

ステップＳ１０４では、吸気コンプレッサ３１の回転速度を低減する。ここでは、ＷＧＶ２２の開度を開き側に変更とともに、ＡＢＶ４９の開度を開き側に変更する。ここで、吸気コンプレッサ３１が高回転であると、ＥＧＲ配管３６の内部に存在する凝縮水が吸気通路内に吸い出されやすくなり、吸気通路に水が入り込むおそれがある。そこで本実施形態では、所定の被水状態であると判定された場合には、吸気コンプレッサ３１の回転速度を落とし、ＥＧＲ通路からの凝縮水の吸出しを抑制するようにしている。これにより、被水に起因する吸気コンプレッサ３１の破損や劣化を抑制することも可能になる。

ステップＳ１０５では、目標ＥＧＲ率を設定する（目標値設定手段）。本実施形態では、エンジン運転状態と目標ＥＧＲ率との関係を規定した目標ＥＧＲ率設定マップが予めＲＯＭに記憶されており、この設定マップを用いて目標ＥＧＲ率を設定する。目標ＥＧＲ率設定マップとしては、通常時ＥＧＲ制御で使用する通常時マップと、所定の被水状態であると判定されている場合のＥＧＲ制御で使用する被水時マップとが設定されている。ステップＳ１０５では、被水時マップを用いて、今現在のエンジン運転状態に対応する目標ＥＧＲ率を設定する。この被水時マップによれば、通常時マップを用いた場合に比べて、同一のエンジン運転状態における目標ＥＧＲ率が低く設定されるようになっている。

ステップＳ１０６では、設定した目標ＥＧＲ率を実現するようにＥＧＲ弁３７の開度を制御する。所定の被水状態であると判定されている場合、実ＥＧＲ率については排気センサ１８による検出値を用いずに、エンジン運転状態に基づく推定値に切り替える。実ＥＧＲ率の推定値は、例えばＥＧＲ弁３７の開度とエアフロメータ１２の検出値とスロットル開度とに基づいて算出する。なお、本実施形態では、ステップＳ１０１で所定の被水状態であると判定された後にステップＳ１０１が否定判定となり、ステップＳ１０７へ進んだ場合には、所定の被水状態でないと判定された時点から所定時間Ｔｄが経過した後にヒータ通電を再開する。

ここで、湿度センサ４４、外気温センサ４５及び大気圧センサ４６の少なくともいずれかに異常が生じている場合には、被水判定における判定条件（１）の成否について正確に判定することができない。そこで本実施形態では、湿度センサ４４、外気温センサ４５及び大気圧センサ４６の少なくともいずれかに異常がある場合には、ヒータ１９に投入する電力を制限することとしている。具体的には、ステップＳ１００で湿度センサ４４、外気温センサ４５及び大気圧センサ４６のうちの１つでも異常があると判定された場合には、ステップＳ１００で肯定判定されて、ステップＳ１０２以降の処理を実行する。これにより、湿度センサ４４、外気温センサ４５及び大気圧センサ４６の少なくともいずれかのセンサ異常時にはヒータ１９の通電が停止される。

図３は、吸気通路内での凝縮水の発生が予測される場合の制御の具体的態様を示すタイムチャートである。図中、（ａ）は被水判定の結果の推移、（ｂ）はヒータ通電／通電停止の推移、（ｃ）はウォーターポンプの駆動／駆動停止の推移、（ｄ）はＥＧＲクーラ３８の流量制御弁４０の開弁／閉弁の推移、（ｅ）はＡＢＶ４９の開弁／閉弁の推移、（ｆ）はＷＧＶ２２の開度の推移をそれぞれ示す。なお、図３では、ＥＧＲ適用運転領域でエンジン１０の運転が行われている場合を想定している。

図３において、時刻ｔ１１で被水判定条件（１）及び（２）の少なくともいずれかが成立すると、ヒータ１９の通電が停止される。また、時刻ｔ１１では、ウォーターポンプの駆動が停止されるとともに、流量制御弁４０が閉弁状態にされる。また、ＡＢＶ４９及びＷＧＶ２２の開度が開き側にそれぞれ変更される。これにより、インタークーラ３４及びＥＧＲクーラ３８の冷却能力が低下されるとともに、吸気コンプレッサ３１の回転速度が低減される。こうした制御により、吸気通路内での凝縮水の発生及び吸気通路内への凝縮水の流入が抑制され、排気センサ１８の被水が抑制される。

その後、条件（１）及び（２）が不成立になると、その時刻ｔ１２から所定時間Ｔｄが経過した時刻ｔ１３でヒータ１９の通電が再開される。また、ウォーターポンプ、流量制御弁４０、ＡＢＶ４９及びＷＧＶ２２については通常時の駆動制御に移行される。なお、吸気通路内での凝縮水発生が予測される期間ｔ１１〜ｔ１２では、インタークーラ３４及びＥＧＲクーラ３８の冷却能力が低下されており、また吸気コンプレッサ３１の回転速度が低減されている。これにより、ヒータ１９の通電を再開するときには吸気通路内に水が存在せず、排気センサ１８の被水の懸念が取り除かれる。

以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

吸気通路内での凝縮水の発生が予測される所定の被水状態であるか否かを判定し、凝縮水の発生が予測される所定の被水状態であると判定された場合には、排気センサ１８のヒータ１９に投入する電力を制限する構成とした。こうした構成によれば、被水による排気センサ１８の素子割れを未然に防止しつつＥＧＲ導入を継続して実施することができる。

また、吸気系の排気センサ１８は外気環境の影響を常時受けることから、こうした被水対策はエンジン１０の冷間始動時だけでなく運転中にも講じる必要がある。特にＥＧＲガスの導入を実施している期間では、吸気系の排気センサ１８が被水しやすくなる。その点、上記構成では、ＥＧＲガスの導入中を含む期間においてヒータ１９への投入電力の制限を実施することから、排気センサ１８の被水を好適に抑制することができる。

吸気通路での凝縮水の発生のしやすさは、外気の温度や湿度、大気圧といった外気環境パラメータの変化によっても相違し、外気温度が所定範囲から低温側又は高温側にずれるほど凝縮水が発生しやすく、湿度が高いほど凝縮水が発生しやすく、又は大気圧が低いほど凝縮水が発生しやすくなる。この点を考慮し、外気環境パラメータに基づいて所定の被水状態であるか否かを判定する構成としたことから、外気環境の変化にも適切に対応した被水判定を行うことができる。

湿度センサ４４、外気温センサ４５及び大気圧センサ４６の少なくともいずれかに異常が生じている場合には、判定条件（１）の成否をもはや正確に判定できない。これに鑑み、湿度センサ４４、外気温センサ４５及び大気圧センサ４６の少なくともいずれかが異常であり、センサの検出性能を保証できない場合には、ヒータ１９への投入電力を制限する構成とした。この構成によれば、被水の可能性を正確に特定できない状態でのヒータ通電が制限されることから、被水によるセンサ素子割れをより確実に回避するようにすることができる。

外気の温度や湿度、大気圧のセンサ検出結果だけでなく、高湿度環境に対する運転者の動作に基づいて、より具体的には、ワイパースイッチ５５、デフォッガスイッチ５６及びガラスヒータスイッチ５７の少なくともいずれかがオンされたか否かによって、所定の被水状態であるか否かを判定する構成とした。外気環境が高湿度環境であるか否かは運転者の動作としても現れることから、こうした構成によっても外気環境の状態を把握することができ、好適な被水対策を講じることができる。

吸気通路内での凝縮水の発生が予測される状況下では、ヒータ１９の通電制限を行うと共に、インタークーラ３４及びＥＧＲクーラ３８の冷却能力を低下させる構成とした。こうした構成によれば、ＥＧＲガスを導入しても凝縮水発生を抑制できることから、ＥＧＲガスの導入を継続して行うことができる。また、吸気通路内が凝縮水の発生しやすい環境である場合にも、吸気通路内に水が極力存在しないようにできるため、次回のヒータ１９の通電時においてセンサの素子割れを回避できるとともに、エンジン各部位の被水による影響を抑えることができる。

また、吸気通路内での凝縮水の発生が予測される状況下では、吸気コンプレッサ３１の回転速度を低減することによって過給機３０の過給能力を低下させる構成とした。吸気通路内が凝縮水の発生しやすい環境であるときに吸気コンプレッサ３１を高速回転させると、ＥＧＲ通路内の凝縮水が吸気通路側に吸い出されるおそれがある。こうした点に鑑み上記構成とすることにより、排気センサ１８及びその他エンジン各部位の被水を極力抑制することができる。

ＥＧＲガス中には燃焼で生じた水が多く含まれており凝縮水が発生しやすいことに着目し、吸気通路内での凝縮水の発生が予測される状況では目標ＥＧＲ率を通常時よりも低く設定する構成とした。この場合、吸気通路に還流させるＥＧＲガス量自体を減らすことで凝縮水の発生を抑制できる。またこれにより、排気センサ１８及びその他のエンジン各部位が被水することを抑制することができる。

特に本実施形態では、吸気通路内での凝縮水の発生が予測される状況ではヒータ１９の通電を停止し、実ＥＧＲ率としてエンジン運転状態に基づく推定値を用いる構成とした。ヒータ通電停止とすることにより、排気センサ１８の素子割れをより確実に抑制することが可能となり、センサ保護の観点から好適である。また、実ＥＧＲ率として推定値を用いることでＥＧＲガス導入を継続して実施することができる。

ＬＰＬ方式のＥＧＲシステムでは、吸気管１１の上流部にＥＧＲガスが導入されるため、ＥＧＲガスが外気の変化の影響をより受けやすく、凝縮水が発生しやすいと言える。したがって、本実施形態のようにＬＰＬ方式のＥＧＲシステムに本発明を適用することにより、被水による悪影響を抑制でき好ましい。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・上記実施形態では、所定の被水状態であると判定された場合にヒータ１９への投入電力を制限する構成として、ヒータ１９の通電を停止する構成を採用した。ヒータ投入電力を制限する構成はこれに限定されず、所定の被水状態でないと判定されている通常時よりも小さい電力でヒータ通電を行う構成としてもよい。

・所定の被水状態であると判定された場合の目標ＥＧＲ率を外気温度に応じて変更する構成としてもよい。このとき、外気温度が、凝縮水が発生しやすい温度であるほど目標ＥＧＲ率を小さい値に設定する。具体的には、図４に示すように、外気温センサ４５により検出される外気温が所定の低温判定値Ｔｍ１（例えば１０℃）以下では、外気温が低いほど目標ＥＧＲ率を小さい値に設定する。また、外気温センサ４５により検出される外気温が所定の高温判定値Ｔｍ２（例えば３０℃）以上では、外気温が高いほど目標ＥＧＲ率を小さい値に設定する。ＥＧＲガスには燃焼で生成した水が多く含まれているため、ＥＧＲガスを多く入れると、排気センサ１８を含むエンジン１０の各部位で被水が生じ、破損等を招くことが懸念される。この点に鑑み、上記構成とすることにより、排気センサ１８を含むエンジン各部位に対する凝縮水の影響を低減することができる。

・所定の被水状態であると判定された場合の目標ＥＧＲ率を外気の湿度に応じて変更する構成としてもよい。このとき、外気の湿度が高いほど目標ＥＧＲ率を小さい値に設定する。具体的には、図５に示すように、湿度センサ４４により検出される外気の湿度が所定の高湿度判定値Ｈｍ１（例えば７０％）未満では湿度にかかわらず目標ＥＧＲ率を一定とし、高湿度判定値Ｈｍ１以上では、湿度が高いほど目標ＥＧＲ率を小さい値に設定する。こうした構成とした場合にも、エンジン各部位に対する凝縮水の影響を低減することができる。

・所定の被水状態であると判定された場合の目標ＥＧＲ率を大気圧に応じて変更する構成としてもよい。このとき、大気圧が低いほど目標ＥＧＲ率を小さい値に設定する。具体的には、図６に示すように、大気圧センサにより検出される大気圧が所定の低圧判定値Ｐｍ１（例えば８５kPa）より高圧側では大気圧にかかわらず目標ＥＧＲ率を一定とし、低圧判定値Ｐｍ１以下では、大気圧が低いほど目標ＥＧＲ率を小さい値に設定する。こうした構成とした場合にも、エンジン各部位に対する凝縮水の影響を低減することができる。もちろん、外気の温度、湿度及び大気圧のうちの２つ以上に基づいて、所定の被水状態であると判定された場合の目標ＥＧＲ率を変更する構成としてもよい。

・上記実施形態では、目標ＥＧＲ率設定マップとして通常時マップと被水時マップとを予め記憶しておき、所定の被水状態であると判定された場合には被水時マップを用いて目標ＥＧＲ率を設定する構成とした。これを変更し、目標ＥＧＲ率設定マップとして通常時マップのみを記憶しておき、所定の被水状態であると判定された場合には、通常時マップを用いて設定した値を補正することにより目標ＥＧＲ率を設定する構成としてもよい。このとき、所定の被水状態であると判定されている場合には、通常時よりも、同一のエンジン運転状態における目標ＥＧＲ率が低く設定されるようにすることが望ましい。

・上記実施形態では、環境判定条件として（１）及び（２）の２つの条件が設定されていたが、いずれか一つのみが環境判定条件として設定されていてもよい。

・図２のステップＳ１００では、湿度センサ４４、外気温センサ４５及び大気圧センサ４６が正常か否かを判定したが、湿度センサ４４、外気温センサ４５及び大気圧センサ４６以外のセンサが正常か否かについて更に考慮してもよい。例えば、エアフロメータ１２、排気センサ１８及び吸気温センサ４３といった、湿度センサ４４、外気温センサ４５及び大気圧センサ４６以外の吸気系センサについても正常か否かを判定し、全てのセンサが正常であることを条件にステップＳ１０１の処理を実行する構成としてもよい。

・上記実施形態では、湿度センサ４４、外気温センサ４５及び大気圧センサ４６が全て正常であることを条件にステップＳ１０１以降の処理を実行した。これを変更し、湿度センサ４４、外気温センサ４５及び大気圧センサ４６のうち１つでも正常なセンサがある場合には、その正常なセンサの検出値を用いた被水判定を実施するとともに、被水判定の結果に基づいてヒータ１９の通電制限を実施する構成としてもよい。

・図２のステップＳ１０３でインタークーラ３４の冷却能力を低下させる場合、及びＥＧＲクーラ３８の冷却能力を低下させる場合の少なくともいずれかにおいて、外気温度、湿度及び大気圧の少なくともいずれかに応じて、冷却能力の低下の度合いを変更する構成としてもよい。具体的には、外気温センサ４５により検出される外気温が所定の低温判定値Ｔｍ１以下では、外気温が低いほど冷却能力を低下させ、所定の高温判定値Ｔｍ２以上では、外気温が高いほど冷却能力を低下させる。また、湿度センサ４４により検出される外気の湿度が高いほど冷却能力を低下させる。また、大気圧センサ４６により検出される大気圧が低いほど冷却能力を低下させる。

・図２のステップＳ１０４で吸気コンプレッサ３１の回転速度を低減させる場合、外気温度、湿度及び大気圧の少なくともいずれかに応じて、吸気コンプレッサ３１の回転速度を可変にする構成としてもよい。具体的には、外気温センサ４５により検出される外気温が所定の低温判定値Ｔｍ１以下では、外気温が低いほど吸気コンプレッサ３１の回転速度を低くし、所定の高温判定値Ｔｍ２以上では、外気温が高いほど吸気コンプレッサ３１の回転速度を低くする。また、湿度センサ４４により検出される外気の湿度が高いほど、吸気コンプレッサ３１の回転速度を低くする。また、大気圧センサ４６により検出される大気圧が低いほど、吸気コンプレッサ３１の回転速度を低くする。

・上記実施形態では、所定の被水状態であると判定されてヒータ１９の通電制限を行った後に所定の被水状態が解消した場合には、所定時間Ｔｄが経過した後にヒータ通電を再開する構成としたが、所定の被水状態が解消したタイミングでヒータ通電を再開する構成としてもよい。

・図２のステップＳ１０４では、ＷＧＶ２２及びＡＢＶ４９の開度を開き側に変更することによって吸気コンプレッサ３１の回転速度を低くする構成としたが、ＷＧＶ２２及びＡＢＶ４９のいずれかのみの開度を開き側に変更することによって吸気コンプレッサ３１の回転速度を低くする構成としてもよい。

・上記実施形態では、吸気管１１において吸気コンプレッサ３１の上流側に排気センサ１８を取り付けたが、排気センサ１８の取り付け位置はこれに限定されず、吸気管１１のうち吸気中のＥＧＲガス濃度を検出可能な位置であればよい。例えば、吸気コンプレッサ３１の下流側に排気センサ１８を取り付けてもよい。

・上記実施形態では、ＬＰＬ方式（低圧ループ方式）のＥＧＲ装置を採用した過給機付きエンジンに本発明を適用する場合について説明したが、図７に示すように、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（例えばインタークーラ３４の下流側）とを接続するようにＥＧＲ配管３６が設けられたＨＰＬ方式（高圧ループ方式）のＥＧＲ装置を採用した過給機付きエンジンに本発明を適用してもよい。この場合の排気センサ１８の取り付け位置はＥＧＲガスを検知可能な位置であれば特に限定しないが、例えば図７に示すように、吸気管１１とＥＧＲ配管３６との接続部分よりも下流側（例えばインタークーラ３４の下流側）に排気センサ１８を配置する。

・上記実施形態では、インタークーラ３４を水冷式としたが空冷式としてもよい。その場合、インタークーラ３４の冷却能力は、インタークーラ３４に送る風量を調整するグリルシャッターを作動させることにより調整することが可能である。

・上記実施形態では、排気センサ１８としてＡ／Ｆセンサを採用したが、センサ素子を加熱するヒータ１９を有し、かつ排気中に含まれる成分を検出可能なセンサであればＡ／Ｆセンサ以外であってもよく、例えば排気成分としてＣＯ2を検出可能なＣＯ2センサを採用してもよい。

・上記実施形態では、排気タービン駆動式の過給機（いわゆるターボチャージャ）を搭載したエンジンに適用する場合について説明したが、ターボチャージャを搭載したエンジンに限定せず、機械駆動式の過給機（いわゆるスーパーチャージャ）や、電動式の過給機を搭載したエンジンに適用してもよい。また、過給機付きのエンジンに限定せず、過給機を搭載していない自然吸気エンジン（ＮＡエンジン）に適用してもよい。

・本発明は、ガソリンエンジンだけでなくディーゼルエンジンにも適用できる。また、車両用以外のエンジンにも適用できる。

１０…エンジン（内燃機関）、１１…吸気管、１８…排気センサ、１９…ヒータ、２２…ウエイストゲートバルブ、２６…排気管、３０…ターボチャージャ（過給機）、３１…吸気コンプレッサ、３２…排気タービン、３４…インタークーラ（吸気冷却手段）、３５…外部ＥＧＲ装置、３６…ＥＧＲ配管、３７…ＥＧＲ弁、３８…ＥＧＲクーラ（排気冷却手段）、４０…流量制御弁、４３…吸気温センサ、４４…湿度センサ（環境検出手段）、４５…外気温センサ（環境検出手段）、４６…大気圧センサ（環境検出手段）、５０…ＥＣＵ（被水判定手段、通電制限手段、異常判定手段、目標値設定手段）、５１…マイコン、５５…ワイパースイッチ、５６…デフォッガスイッチ、５７…ガラスヒータスイッチ。

Claims (9)

1. ＥＧＲ配管（３６）を介して内燃機関（１０）の排気の一部を吸気通路（１１）に還流させるＥＧＲ装置（３５）を備える内燃機関の制御装置であって、
   センサ素子を加熱するヒータ（１９）を有し且つ排気成分を検出する排気センサ（１８）が前記吸気通路に設けられており、
   前記吸気通路内での凝縮水の発生が予測される所定の被水状態であるか否かを判定する被水判定手段と、
   前記被水判定手段により前記所定の被水状態であると判定された場合に前記ヒータに投入する電力を制限する通電制限手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 外気の温度、外気の湿度及び大気圧の少なくともいずれかである外気環境パラメータを検出する環境検出手段（４４，４５，４６）を備え、
   前記被水判定手段は、前記環境検出手段により検出した外気環境パラメータに基づいて、前記所定の被水状態であるか否かを判定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記環境検出手段による前記外気環境パラメータの検出性能に異常があるか否かを判定する異常判定手段を備え、
   前記通電制限手段は、前記異常判定手段により前記外気環境パラメータの検出性能に異常ありと判定された場合には、前記被水判定手段による判定結果に関わらず前記ヒータに投入する電力を制限する請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記被水判定手段は、高湿度環境に対する運転者の動作に基づいて、前記所定の被水状態であるか否かを判定する請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関の吸入空気を過給する過給機（３０）と、前記過給機により過給された吸入空気を冷却する吸気冷却手段（３４）とが前記内燃機関のガス通路（１１，２６）に設けられており、
   前記被水判定手段により前記所定の被水状態であると判定された場合には、前記吸気冷却手段の冷却能力を低下させる請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関の吸入空気を過給する過給機（３０）が前記内燃機関のガス通路（１１，２６）に設けられており、
   前記被水判定手段により前記所定の被水状態であると判定された場合には、前記過給機の過給能力を低下させる請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記内燃機関におけるＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率を設定する目標値設定手段を備え、
   前記目標値設定手段は、前記被水判定手段により前記所定の被水状態であると判定された場合に、前記所定の被水状態であると判定されていない通常時よりも前記目標ＥＧＲ率を低く設定する請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記通電制限手段は、前記被水判定手段により前記所定の被水状態であると判定された場合に前記ヒータの通電を停止する請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記吸気通路に還流する排気を冷却する排気冷却手段（３８）が前記ＥＧＲ配管に設けられており、
   前記被水判定手段により凝縮水発生の可能性ありと判定された場合に、前記排気冷却手段の冷却能力を低下させる請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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