特許 7571593 凝縮水量推定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】凝縮水量推定装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20241016BHJP

   F02M 26/05 20160101ALI20241016BHJP

   F02D 21/08 20060101ALI20241016BHJP

   F02M 26/50 20160101ALI20241016BHJP

   F02M 26/47 20160101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 360E

F02D45/00 360A

F02M26/05

F02D21/08 Z

F02M26/50 321

F02M26/47 C

F02M26/47 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021017230

(22)【出願日】2021-02-05

(65)【公開番号】P2022120376

(43)【公開日】2022-08-18

【審査請求日】2023-05-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】村松 幸之助

【審査官】上田 真誠

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／００２２４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－０３６４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７９９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－００２７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０６３７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１０５６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３２３３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ４７／０８－４７／１０

Ｆ０２Ｍ ２６／００－２６／７４

Ｆ０２Ｄ ４３／００－４５／００

Ｆ０２Ｄ １３／００－２８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンシステムのインテークマニホールド内に生成される凝縮水の量を推定する凝縮水量推定装置であって、前記エンジンシステムは、前記インテークマニホールドに接続される気筒を含み、前記エンジンシステムは、排気の一部を前記インテークマニホールドに戻す排気再循環装置を備え、
前記インテークマニホールドに吸入される吸入空気の流量と、前記吸入空気に含まれる水蒸気の濃度と、前記吸入空気の湿度と、前記吸入空気の温度と、大気圧とを少なくとも用いた第１推定式によって前記吸入空気に含まれる第１水分量を算出する第１算出部と、
前記インテークマニホールドにおける飽和水蒸気量を算出する第２算出部と、
前記第１水分量から前記飽和水蒸気量を減算した値を前記凝縮水の量の推定値として算出する第３算出部と、
前記気筒に供給される燃料量と、前記インテークマニホールドに戻される排気の還流率とを用いた第２推定式によって前記インテークマニホールド内を流通する前記排気に含まれ、燃料の燃焼により生成される第２水分量を算出する第４算出部とを備え、
前記第１算出部は、前記インテークマニホールドに吸入される吸入空気の流量と、前記吸入空気に含まれる水蒸気の濃度と、前記吸入空気の湿度と、前記吸入空気の温度と、前記大気圧とに加えて前記インテークマニホールドに戻される排気の還流率とを用いた前記第１推定式によって前記第１水分量を算出し、
前記第２算出部は、前記インテークマニホールドのうちの前記排気が流通する部分における飽和水蒸気量を算出し、
前記第３算出部は、前記第１水分量と前記第２水分量との和から前記飽和水蒸気量を減算した値を前記凝縮水の量の推定値として算出し、
前記第２算出部は、前記インテークマニホールドのうちの前記排気が接する部分における壁面温度に対応した前記飽和水蒸気量を算出する、凝縮水量推定装置。

【請求項2】

エンジンシステムのインテークマニホールド内に生成される凝縮水の量を推定する凝縮水量推定装置であって、前記エンジンシステムは、前記インテークマニホールドに接続される気筒を含み、前記エンジンシステムは、排気の一部を前記インテークマニホールドに戻す排気再循環装置を備え、
前記インテークマニホールドに吸入される吸入空気の流量と、前記吸入空気に含まれる水蒸気の濃度と、前記吸入空気の湿度と、前記吸入空気の温度と、大気圧とを少なくとも用いた第１推定式によって前記吸入空気に含まれる第１水分量を算出する第１算出部と、
前記インテークマニホールドにおける飽和水蒸気量を算出する第２算出部と、
前記第１水分量から前記飽和水蒸気量を減算した値を前記凝縮水の量の推定値として算出する第３算出部と、
前記気筒に供給される燃料量と、前記インテークマニホールドに戻される排気の還流率とを用いた第２推定式によって前記インテークマニホールド内を流通する前記排気に含まれ、燃料の燃焼により生成される第２水分量を算出する第４算出部とを備え、
前記第１算出部は、前記インテークマニホールドに吸入される吸入空気の流量と、前記吸入空気に含まれる水蒸気の濃度と、前記吸入空気の湿度と、前記吸入空気の温度と、前記大気圧とに加えて前記インテークマニホールドに戻される排気の還流率とを用いた前記第１推定式によって前記第１水分量を算出し、
前記第２算出部は、前記インテークマニホールドのうちの前記排気が流通する部分における飽和水蒸気量を算出し、
前記第３算出部は、前記第１水分量と前記第２水分量との和から前記飽和水蒸気量を減算した値を前記凝縮水の量の推定値として算出し、
前記第３算出部は、
前記インテークマニホールドのうちの前記凝縮水が付着し得る壁面の表面積に対応した前記推定値の補正係数を設定し、
前記補正係数を用いて前記推定値を補正する、凝縮水量推定装置。

【請求項3】

前記第３算出部は、前記インテークマニホールドのうちの前記排気が接する部分の壁面温度を用いて前記補正係数を設定する、請求項２に記載の凝縮水量推定装置。

【請求項4】

前記凝縮水量推定装置は、前記凝縮水の量の推定値がしきい値を超える場合に前記凝縮水の量に関する予め定められた情報を通知装置を用いて通知する、請求項１～３のいずれかに記載の凝縮水量推定装置。

【請求項5】

前記凝縮水量推定装置は、前記凝縮水の量の推定値がしきい値を超える場合に、前記排気再循環装置により前記インテークマニホールドに戻される排気の流量の減量、および、排気を前記インテークマニホールドに戻すことの停止のうちのいずれかを行なう、請求項１または２に記載の凝縮水量推定装置。

【請求項6】

エンジンシステムのインテークマニホールド内に生成される凝縮水の量を推定する凝縮水量推定装置であって、前記エンジンシステムは、前記インテークマニホールドに接続される気筒を含み、
前記インテークマニホールドに吸入される吸入空気の流量と、前記吸入空気に含まれる水蒸気の濃度と、前記吸入空気の湿度と、前記吸入空気の温度と、大気圧とを少なくとも用いた第１推定式によって前記吸入空気に含まれる第１水分量を算出する第１算出部と、
前記インテークマニホールドにおける飽和水蒸気量を算出する第２算出部と、
前記第１水分量から前記飽和水蒸気量を減算した値を前記凝縮水の量の推定値として算出する第３算出部と、
前記推定値に補正係数を乗算した値から吸気行程で筒内に吸い込まれる水分量を示す掃気量を減算して前記凝縮水の蓄積量の変化量を算出する第４算出部とを備え、
前記掃気量は、前記インテークマニホールド内の壁面温度と、前記吸入空気の流量と、冷却水温とを用いて推定され、
前記補正係数は、前記壁面温度を用いて設定される、凝縮水量推定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンシステムの吸気通路に生成される凝縮水量の推定に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンシステムにおいては、暖機初期の吸気通路の温度が露点よりも低い場合に、吸気通路内を流通する気体に含まれる水分が凝縮し、吸気通路内に凝縮水が生成される場合がある。この凝縮水は、吸気通路の構成部品を腐食させる要因となり得る。そのため、凝縮水の生成量（以下、凝縮水量と記載する場合がある）を精度高く推定することが求められる。

【0003】

このような凝縮水量の推定に関し、たとえば、特開２０１８－１８８９９１号公報（特許文献１）には、吸入空気流量とＥＧＲガス流量との和を用いて算出される混合ガス中の水分量から飽和水蒸気量を減算することによってインタークーラ内に生成される凝縮水量を算出する技術が開示される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－１８８９９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述のような凝縮水量の推定は、たとえば、吸入空気流量と凝縮水量との関係を示すマップ等を用いて行なうことが考えられる。しかしながら、凝縮水量の推定精度を向上させるためには、エンジンシステムの様々な運転状態に応じたマップを設定することが求められる。そのため、マップ等の記憶容量やマップ等を適合する工数などの制限から凝縮水量の推定精度を適切に向上させることができない場合がある。

【0006】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エンジンシステムの吸気通路内に生成される凝縮水の量を精度高く推定する凝縮水量推定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明のある局面に係る凝縮水量推定装置は、エンジンシステムの吸気通路内に生成される凝縮水の量を推定する凝縮水量推定装置である。エンジンシステムは、吸気通路に接続される気筒を含む。この凝縮水量推定装置は、吸気通路に吸入される吸入空気の流量と、吸入空気に含まれる水蒸気の濃度と、吸入空気の湿度と、吸入空気の温度と、大気圧とを用いた推定式によって吸入空気に含まれる第１水分量を算出する第１算出部と、吸気通路における飽和水蒸気量を算出する第２算出部と、第１水分量から飽和水蒸気量を減算した値を凝縮水の量の推定値として算出する第３算出部とを備える。

【0008】

このようにすると、吸気通路内を流通する吸入空気に含まれる第１水分量を推定式によって精度高く推定することができる。そのため、第１水分量から飽和水蒸気量を減算することによって吸気通路内の凝縮水の量の推定値を精度高く推定することができる。

【0009】

ある実施の形態においては、エンジンシステムは、排気の一部を前記吸気通路に戻す排気再循環装置を備える。凝縮水量推定装置は、気筒に供給される燃料量と、吸気通路に戻される排気の還流率とを用いた推定式によって吸気通路内を流通する排気に含まれ、燃料の燃焼により生成される第２水分量を算出する第４算出部をさらに備える。第１算出部は、吸気通路に吸入される吸入空気の流量と、吸入空気に含まれる水蒸気の濃度と、吸入空気の湿度と、吸入空気の温度と、大気圧とに加えて吸気通路に戻される排気の還流率とを用いた推定式によって第１水分量を算出する。第２算出部は、吸気通路のうちの排気が流通する部分における飽和水蒸気量を算出する。第３算出部は、第１水分量と第２水分量との和から飽和水蒸気量を減算した値を凝縮水の量の推定値として算出する。

【0010】

このようにすると、第１水分量と、吸気通路内を流通する排気に含まれ、燃料の燃焼により生成される第２水分量とをそれぞれの推定式によって精度高く推定することができる。そのため、第１水分量と第２水分量との和から飽和水蒸気量を減算することによって吸気通路内の凝縮水の量の推定値を精度高く推定することができる。

【0011】

ある実施の形態においては、第２算出部は、吸気通路のうちの排気が接する部分における壁面温度に対応した飽和水蒸気量を算出する。

【0012】

このようにすると、凝縮水は吸気通路のうちの排気が流通する部分の壁面に生成されるため、壁面温度に対応した飽和水蒸気量を算出することにより吸気通路のうちの排気が流通する部分に生成される凝縮水の量を精度高く推定することができる。

【0013】

さらにある実施の形態においては、第３算出部は、吸気通路のうちの凝縮水が付着し得る壁面の表面積に対応した前記推定値の補正係数を設定する。第３算出部は、補正係数を用いて推定値を補正する。

【0014】

吸気通路のうちの排気が流通する部分に生成される凝縮水の付着量は、当該部分の壁面の表面積によって変化し得る。そのため、当該部分の壁面の表面積に対応した凝縮水の量の推定値を補正するための補正係数を設定し、設定された補正係数を用いて推定値を補正することによって凝縮水の量を精度高く推定することができる。

【0015】

さらにある実施の形態においては、第３算出部は、吸気通路のうちの排気が接する部分の壁面温度を用いて補正係数を設定する。

【0016】

吸気通路のうちの排気が流通する部分に生成される凝縮水の付着量は、当該部分の壁面の表面積に加えて壁面温度によって変化し得る。そのため、凝縮水の量の推定値を補正するための補正係数を、表面積に加えて壁面温度を用いて設定し、設定された補正係数を用いて推定値を補正することによって凝縮水の量を精度高く推定することができる。

【0017】

さらにある実施の形態においては、凝縮水量推定装置は、凝縮水の量の推定値がしきい値を超える場合に凝縮水の量に関する予め定められた情報を通知装置を用いて通知する。

【0018】

このようにすると、凝縮水の量に関する予め定められた情報がユーザに通知されることによって当該情報をユーザに認識させることができる。

【0019】

さらにある実施の形態においては、凝縮水量推定装置は、凝縮水の量の推定値がしきい値を超える場合に、排気再循環装置により吸気通路に戻される排気の流量の減量、および、排気を吸気通路に戻すことの停止のうちのいずれかを行なう。

【0020】

このようにすると、凝縮水の生成量の増加を抑制することができるため、吸気通路の腐食を抑制することができる。

【発明の効果】

【0021】

この発明によると、エンジンシステムの吸気通路内に生成される凝縮水の量を精度高く推定する凝縮水量推定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本実施の形態に係るエンジンシステムの概略構成の一例を示す図である。

【図2】吸入空気に含まれる第１水分量とＥＧＲガスに含まれる第２水分量と飽和水蒸気量と凝縮水量との関係を説明するための図である。

【図3】凝縮水量を推定する処理の一例を示すフローチャートである。

【図4】外気温が低い環境下での一定の走行条件における凝縮水の蓄積量の推定値の変化の一例を説明するための図である。

【図5】外気温が高い環境下での一定の走行条件における凝縮水の蓄積量の推定値の変化の一例を説明するための図である。

【図6】暖機開始から完了後もエンジンシステム１が動作する場合の凝縮水の蓄積量の推定値の変化の一例を示す。

【図7】暖機完了前にエンジンシステム１の動作が停止する運転状態が繰り返される場合の凝縮水の蓄積量の推定値の変化の一例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

【0024】

図１は、本実施の形態に係るエンジンシステム１の概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、エンジンシステム１は、エンジン本体２と、インテークマニホールド１０と、吸気管１２と、排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置と記載する）２０と、エキゾーストマニホールド５０と、排気管５２と、ターボチャージャー６０とを備える。このエンジンシステム１は、たとえば、車両等の移動体に搭載される。

【0025】

エンジン本体２は、気筒４と燃料噴射装置６とを含むディーゼルエンジンあるいはガソリンエンジン等の内燃機関である。本実施の形態において、エンジン本体２は、たとえば、１サイクルにおいて出力軸が２回転する４ストロークエンジンである場合を想定する。

【0026】

エンジン本体２の気筒４の頂部には、吸気ポートと排気ポート（いずれも図示せず）とが接続され、吸気ポートにインテークマニホールド１０が接続される。エンジン本体２には、たとえば、複数の気筒４が設けられ、それぞれに接続される吸気ポートにインテークマニホールド１０が接続される。

【0027】

燃料噴射装置６は、制御装置１００からの制御信号Ｃ１に応じて気筒４内に燃料を供給する。燃料噴射装置６は、たとえば、気筒４の頂部に設けられ、気筒内に直接的に燃料を噴射する。なお、エンジン本体２が火花点火式のガソリンエンジンである場合には、燃料噴射装置６は、たとえば、吸気ポートに燃料を供給するように構成されてもよい。

【0028】

インテークマニホールド１０には、吸気管１２の一方端が接続される。吸気管１２の他方端には、エアクリーナ（図示せず）が接続される。エンジンシステム１の動作時においては、エアクリーナから吸引された空気（吸入空気）が吸気管１２を経由してインテークマニホールド１０に流通する。インテークマニホールド１０と吸気管１２とによってエンジンシステム１の「吸気通路」が構成される。

【0029】

エンジン本体２の排気ポートには、エキゾーストマニホールド５０が接続される。より具体的には、エンジン本体２の複数の気筒のそれぞれの排気ポートにエキゾーストマニホールド５０が接続される。

【0030】

エキゾーストマニホールド５０には、排気管５２の一方端が接続される。排気管５２の他方端にはマフラー等の消音装置が設けられる。排気管５２の途中には、排気を浄化する各種触媒が設けられる。エキゾーストマニホールド５０と排気管５２とによって「排気通路」が構成される。

【0031】

ターボチャージャー６０は、吸気管１２に設けられるコンプレッサ６２と、排気管５２に設けられるタービン６４とを含む。コンプレッサ６２には、回転自在に支持されるコンプレッサブレード（図示せず）が設けられる。タービン６４には、回転自在に支持され、コンプレッサブレードとシャフト６６を介在して連結されるタービンブレードが設けられる。そのため、エンジン本体２からタービン６４に供給される排気エネルギーによってタービンブレードが回転させられると、シャフト６６を介してコンプレッサブレードが回転し、吸入空気がコンプレッサ６２において圧縮される。このようにして圧縮（過給）された吸入空気は、吸気管１２に設けられるインタークーラ（図示せず）において冷却されてインテークマニホールド１０を経由してエンジン本体２に供給される。

【0032】

エンジン本体２においては、吸気管１２を経由してインテークマニホールド１０から吸入される吸入空気と、燃料噴射装置６から気筒４内に供給される燃料との混合気が気筒４内で燃焼する。気筒４内での混合気の燃焼によって燃焼圧力が生じて、気筒４内に収納されるピストンが動作し、クランク機構等を介して出力軸（いずれも図示せず）が回転する。気筒４内での混合気の燃焼により生じた排気は、エキゾーストマニホールド５０および排気管５２を経由して外部に排出される。

【0033】

ＥＧＲ装置２０は、エキゾーストマニホールド５０を流通する排気の一部をインテークマニホールド１０に戻すように構成される。インテークマニホールド１０に戻された排気の一部は、吸入空気とともにインテークマニホールド１０から気筒４に流通する。排気が気筒４に導入されることによって燃焼温度が下がり、ＮＯｘの低減が図られる、また、吸気損失や冷却損失の低減から燃費向上が図られる。以下の説明において吸気通路に戻される排気の一部をＥＧＲガスと記載する場合がある。

【0034】

ＥＧＲ装置２０は、第１循環通路２２と、第２循環通路２４と、ＥＧＲクーラ３０とを含む。

【0035】

第１循環通路２２の一方端は、インテークマニホールド１０に接続される。第１循環通路２２の他方端は、ＥＧＲクーラ３０に接続される。

【0036】

ＥＧＲクーラ３０は、内部に収納される熱交換器（図示せず）を含む。熱交換器は、たとえば、エンジン本体２内を流通する冷却水が流通するように構成される。そのため、熱交換器においては、ＥＧＲクーラ３０内を流通するＥＧＲガスと冷却水との間で熱交換が行なわれる。これにより、ＥＧＲクーラ３０内を流通するＥＧＲガスの温度が低下される。ＥＧＲクーラ３０におけるＥＧＲガスの冷却により第１循環通路２２を流通するＥＧＲガスのガス体積を縮小させることができ、多くのＥＧＲガスを吸気通路に戻すことが可能となる。

【0037】

なお、ＥＧＲ装置２０は、図示しないＥＧＲバルブが設けられる。ＥＧＲバルブは、制御装置１００からの制御信号に応じて開度が調整されることによってＥＧＲ装置２０内を流通するＥＧＲガスの流量を調整する調整弁である。

【0038】

第２循環通路２４の一方端は、ＥＧＲクーラ３０に接続される。第２循環通路２４の他方端は、エキゾーストマニホールド５０に接続される。

【0039】

このように構成されるＥＧＲ装置２０において、エキゾーストマニホールド５０を流通する排気の一部がＥＧＲガスとして流入され、流入されたＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ３０において冷却され、ＥＧＲバルブによって流量が調整されてインテークマニホールド１０に戻される。

【0040】

制御装置１００には、エアフローメータ１０２と、吸気温度センサ１０４と、エンジン回転数センサ１０６と、水温センサ１０８と、大気圧センサ１１０、インマニ温度センサ１１２と、過給圧センサ１１４と、排気温度センサ１１６と、通知装置１３０とが接続される。

【0041】

エアフローメータ１０２は、吸気管１２に設けられ、吸気管１２を流通する吸入空気の流量（以下、吸入空気量と記載する）Ｑを検出する。エアフローメータ１０２は、検出した吸入空気量Ｑを示す信号を制御装置１００に送信する。

【0042】

吸気温度センサ１０４は、吸気管１２に設けられ、吸気管１２を流通する吸入空気の温度（以下、吸気温度と記載する）Ｔｉｎを検出する。吸気温度センサ１０４は、検出した吸気温度Ｔｉｎを示す信号を制御装置１００に送信する。

【0043】

エンジン回転数センサ１０６は、エンジン本体２に設けられ、エンジン本体２の出力軸の回転数（以下、エンジン回転数と記載する）Ｎｅを検出する。エンジン回転数センサ１０６は、検出したエンジン回転数Ｎｅを示す信号を制御装置１００に送信する。

【0044】

水温センサ１０８は、エンジン本体２に設けられ、エンジン本体２内に設けられる冷却水通路（図示せず）を流通する冷却水の温度（以下、水温と記載する）Ｔｗを検出する。水温センサ１０８は、検出した水温Ｔｗを示す信号を制御装置１００に送信する。

【0045】

大気圧センサ１１０は、大気圧Ｐａを検出する。大気圧センサ１１０は、検出した大気圧Ｐａを示す信号を制御装置１００に送信する。

【0046】

インマニ温度センサ１１２は、インテークマニホールド１０に設けられ、インテークマニホールド内の温度（以下、インマニ温度と記載する）Ｔｉｍを検出する。インマニ温度センサ１１２は、検出したインマニ温度Ｔｉｍを示す信号を制御装置１００に送信する。

【0047】

過給圧センサ１１４は、インテークマニホールド１０内に設けられ、インテークマニホールド内の圧力（以下、過給圧と記載する）Ｐｉｍを検出する。過給圧センサ１１４は、検出した過給圧Ｐｉｍを示す信号を制御装置１００に送信する。

【0048】

排気温度センサ１１６は、排気管５２に設けられ、排気管５２を流通する排気の温度（以下、排気温度と記載する）Ｔｅｘを検出する。排気温度センサ１１６は、検出した排気温度Ｔｅｘを示す信号を制御装置１００に送信する。

【0049】

通知装置１３０は、所定情報をユーザに通知する。通知方法としては、たとえば、画面に文字情報を表示させることによって所定情報を通知する方法であってもよいし、警告灯を表示させることによって所定情報を通知する方法であってもよいし、あるいは、所定の音声や所定の警告音を発生させることによって所定情報を通知する方法であってもよい。

【0050】

制御装置１００は、各種処理を行なうＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プラグラムおよびデータを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）およびＣＰＵの処理結果等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むメモリとを含む。

【0051】

制御装置１００は、各種センサ（たとえば、上述したエアフローメータ１０２、吸気温度センサ１０４、エンジン回転数センサ１０６、水温センサ１０８、大気圧センサ１１０、インマニ温度センサ１１２、過給圧センサ１１４および排気温度センサ１１６など）からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジンシステム１が所望の運転状態になるように各種機器（たとえば、燃料噴射装置６、通知装置１３０あるいはＥＧＲバルブなど）を制御する。なお、制御装置１００が実行する各種処理については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。

【0052】

以上のようなエンジンシステム１において、水温Ｔｗがしきい値よりも低い冷間時に運転が開始されるなどして暖機が開始されると、エンジンシステム１の作動時間が長くなるほどエンジンシステム１の各部品の温度が上昇していく。

【0053】

しかしながら、エンジンシステム１の暖機中などのインテークマニホールド１０の温度が低い状態である場合に、ＥＧＲ装置２０が作動することによって、インテークマニホールド１０内に凝縮水が生成される場合がある。これは、ＥＧＲ装置２０が作動すると、ＥＧＲガスがインテークマニホールド１０内を流通し、インテークマニホールド１０内を流通するＥＧＲガスが露点を下回る温度のインテークマニホールド１０内の壁面に接触することにより図１の（Ａ）の矢印に示す吸入空気や図１の（Ｂ）の矢印に示すＥＧＲガス中の水分が凝縮し、図１の（Ｃ）に示すように凝縮水としてインテークマニホールド１０内の壁面に付着するためである。また、暖機が完了するまでの間に一定量の凝縮水が生成されると、凝縮水がＥＧＲガスの排気成分との化学反応により酸性化し、インテークマニホールド１０内の腐食の発生要因になり得る。そのため、凝縮水の生成量（以下、凝縮水量と記載する）を推定し、必要に応じてＥＧＲ装置２０の動作を制限したり、ユーザに通知したりすることが求められる。

【0054】

インテークマニホールド１０内の凝縮水量の推定は、たとえば、吸入空気量およびＥＧＲガスの流量の和と凝縮水量との関係を示すマップ等を用いて行なうことが考えられる。しかしながら、凝縮水量の推定精度を向上させるためには、エンジンシステム１の様々な運転状態に応じたマップを設定することが求められる。そのため、マップ等の記憶容量やマップ等を適合する工数などの制限から凝縮水量の推定精度を適切に向上させることができない場合がある。

【0055】

そこで、本実施の形態においては、制御装置１００は、以下のような構成を含むものとする。

【0056】

すなわち、制御装置１００は、吸入空気量と、吸入空気に含まれる水蒸気の濃度と、吸入空気の湿度と、インテークマニホールド１０に戻される排気の還流率とを用いた推定式によってインテークマニホールド１０内を流通する吸入空気に含まれる水分量（以下、第１水分量と記載する）Ａｗ１を算出する算出部（１）１２０を含むものとする。

【0057】

さらに、制御装置１００は、気筒４に供給される燃料量と、排気の還流率とを用いた推定式によってＥＧＲガスに含まれ、燃料の燃焼により生成された水分量（以下、第２水分量と記載する）Ａｗ２を算出する算出部（２）１２２をさらに含むものとする。

【0058】

さらに、制御装置１００は、インテークマニホールド１０内のＥＧＲガスが流通する部分における飽和水蒸気量Ａｗ３を算出する算出部（３）１２４をさらに含むものとする。

【0059】

さらに、制御装置１００は、第１水分量Ａｗ１と第２水分量Ａｗ２との和から飽和水蒸気量Ａｗ３を減算した値を凝縮水量の推定値Ａｗ４として算出する算出部（４）１２６をさらに含むものとする。本実施の形態に係る凝縮水量推定装置は、制御装置１００によって実現される。

【0060】

図２は、吸入空気に含まれる第１水分量Ａｗ１とＥＧＲガスに含まれる第２水分量Ａｗ２と飽和水蒸気量Ａｗ３と凝縮水量Ａｗ４との関係を説明するための図である。

【0061】

図２の（ａ）に示す吸入空気に含まれる第１水分量Ａｗ１と、図２の（ｂ）に示すＥＧＲガスに含まれる第２水分量Ａｗ２との和がインテークマニホールド１０内の気体に含まれる水分量の総和となる。そして、そのうちの図２の（ｃ）に示す飽和水蒸気量Ａｗ３の分だけが水蒸気として存在可能となる。そのため、第１水分量Ａｗ１と第２水分量Ａｗ２との和から飽和水蒸気量Ａｗ３を減算した値が図２の（ｄ）に示す凝縮水量Ａｗ４に相当する。

【0062】

したがって、インテークマニホールド１０内を流通する吸入空気に含まれる第１水分量Ａｗ１と、インテークマニホールド１０内を流通するＥＧＲガスに含まれる第２水分量Ａｗ２とをそれぞれの推定式によって精度高く推定することができるため、第１水分量Ａｗ１と第２水分量Ａｗ２との和から飽和水蒸気量Ａｗ３を減算することによってインテークマニホールド１０内の凝縮水量の推定値Ａｗ４を精度高く推定することができる。

【0063】

以下、図３を参照して、制御装置１００で実行される処理の一例について説明する。図３は、凝縮水量を推定する処理の一例を示すフローチャートである。

【0064】

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、制御装置１００（すなわち、算出部（１）１２０）は、第１水分量Ａｗ１を算出する。第１水分量Ａｗ１［ｇ／ｓ］を推定するための推定式は、吸入空気量Ｑａ［ｇ／ｓ］、水蒸気濃度Ｃｗ１、湿度Ｈ［％］および還流率Ｒを用いた以下の式（１）により表すことができる。

【0065】

Ａｗ１＝Ｑａ×Ｃｗ１×Ｈ／１００［％］／（１－Ｒ）・・・（１）
ここで、制御装置１００は、エアフローメータ１０２による検出結果を用いて吸入空気量Ｑａを取得する。水蒸気濃度Ｃｗ１は、吸入空気中の水蒸気の割合を示す。水蒸気濃度Ｃｗ１の推定式は、吸入空気の飽和水蒸気圧Ｐｗ１［ｋＰａ］および大気圧（吸入空気の圧力）Ｐａ［ｋＰａ］を用いた以下の式（２）により表すことができる。

【0066】

Ｃｗ１＝Ｐｗ１／Ｐａ・・・（２）
さらに、吸入空気の飽和水蒸気圧Ｐｗ１［ｋＰａ］の推定式は、大気の温度ｔ［℃］を用いた以下の式（３）（（Ｔｅｔｅｎｓ（１９３０）の式））により表すことができる。

【0067】

Ｐｗ１＝＝０．６１０７８×１０^{（７．５ｔ／（ｔ＋２３７．３））}・・・（３）
制御装置１００は、吸気温度センサ１０４による検出結果を用いて大気の温度ｔを取得する。制御装置１００は、たとえば、吸気温度Ｔｉと大気の温度ｔとの関係を示すマップと、吸気温度センサ１０４によって検出される吸気温度Ｔｉｎとを用いて大気の温度ｔを算出する。吸気温度Ｔｉｎと大気の温度ｔとの関係を示すマップは、たとえば、１次元マップであって、実験的または設計的に適合されて、予め定められて、制御装置１００のメモリに記憶される。

【0068】

制御装置１００は、取得した大気の温度ｔと式（３）に示す推定式を用いて吸入空気の飽和水蒸気圧Ｐｗ１を算出する。制御装置１００は、大気圧センサ１１０の検出結果を用いて大気圧Ｐａを取得する。制御装置１００は、取得した大気圧Ｐａと、算出されたＰｗ１と、式（２）に示す推定式とを用いて水蒸気濃度Ｃｗ１を算出する。

【0069】

式（１）の湿度Ｈは、たとえば、予め定められた湿度である。本実施の形態においては、予め定められた湿度は、たとえば、１００％であるものとして説明する。

【0070】

式（１）の還流率Ｒは、気筒４に吸入される気体に占めるＥＧＲガスの割合を示す値（ＥＧＲ率）である。制御装置１００は、たとえば、ＥＧＲバルブの開度などエンジンシステム１の運転状態を示す値に基づいてＥＧＲガスの流量Ｑｅｇｒを推定し、推定されたＥＧＲガス流量を、推定されたＥＧＲガス流量Ｑｅｇｒと吸入空気量Ｑａと燃料量との和で除算することによって還流率Ｒを算出する。なお、ＥＧＲ率の推定については、周知の技術を用いればよく、上述のような算出方法に限定されるものではない。

【0071】

また、第１水分量Ａｗ１は、吸入空気由来の水分量であって、エアクリーナから吸入された空気に含まれる水分量に加えてＥＧＲガスの還流分に含まれる吸入空気由来の水分量を含む。そのため、第１水分量Ａｗ１と、吸入空気された空気に含まれる水分量Ａと、還流率Ｒとの関係は、Ａｗ１＝Ａ＋（Ａｗ１×Ｒ）の式によって示され、Ａｗ１＝Ａ／（１－Ｒ）の関係式が成立する。そのため、式（１）においては、ＥＧＲ装置２０から還流されるＥＧＲガスに含まれる吸入空気由来の水分量を第１水分量Ａｗ１に含めるために１／（１－Ｒ）が乗算されている。

【0072】

制御装置１００は、取得した吸入空気量Ｑａおよび湿度Ｈと、算出した水蒸気濃度Ｃｗ１、湿度Ｈおよび還流率Ｒと、式（１）とを用いて第１水分量Ａｗ１を算出する。

【0073】

Ｓ１０２にて、制御装置１００（すなわち、算出部（２）１２２）は、第２水分量Ａｗ２を算出する。第２水分量Ａｗ２［ｇ／ｓ］を推定するための推定式は、燃料量Ａｆ［ｇ／ｓ］と、定数Ｃｏと、還流率Ｒとを用いた以下の式（４）により表すことができる。

【0074】

Ａｗ２＝Ａｆ×Ｃｏ×Ｒ／（１－Ｒ）・・・（４）
燃料量Ａｆは、気筒４において単位時間当たりに噴射される燃料量（燃料質量）を示す。燃料量Ａｆの推定式は、１ストローク当たりに噴射される燃料の体積Ｖｆ［ｍｍ^３／ｓｔ］と、エンジン回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］と、気筒数Ｎと、燃料密度ρｆ［ｇ／ｍｍ^３］とを用いた以下の式（５）により表すことができる。

【0075】

Ａｆ＝Ｖｆ×Ｎｅ／６０［ｓ］／２／Ｎ×ρｆ・・・（５）
制御装置１００は、たとえば、燃料噴射装置６に対する制御指令値を用いて１ストローク当たりに噴射される燃料の体積Ｖｆを取得する。制御装置１００は、エンジン回転数センサ１０６の検出結果を用いてエンジン回転数Ｎｅを取得する。式（５）の気筒数Ｎおよび燃料密度ρｆは、予め定められた値であって、予め制御装置１００のメモリに記憶される。そのため、制御装置１００は、メモリから気筒数Ｎと燃料密度ρｆとを取得する。

【0076】

制御装置１００は、取得した体積Ｖｆと、エンジン回転数Ｎｅと、気筒数Ｎと、燃料密度ρｆと、式（５）に示す推定式とを用いて燃料量Ａｆを算出する。

【0077】

式（４）の定数Ｃｏは、所定量（たとえば、１ｇ）の燃料から生成され得る水分の生成量を示し、燃料の性状（たとえば、炭素と水素の重量比（Ｃ／Ｈ比））によって定まる値である。定数Ｃｏは、たとえば、Ｃ／Ｈ比の半分の値に定められる。

【0078】

式（４）の還流率Ｒについては、上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。また、第２水分量Ａｗ２は、燃焼由来の水分量であって、燃料の燃焼によって生成される水分量に加えてＥＧＲガスの還流分に含まれる燃焼由来の水分量を含む。そのため、第２水分量Ａｗ２と、噴射された燃料が燃焼することにより生成される水分量Ｂと、還流率Ｒとの関係は、Ａｗ２＝（Ａｗ２＋Ｂ）×Ｒの式によって示され、Ａｗ２＝Ｂ×Ｒ／（１－Ｒ）の関係式が成立する。そのため、式（４）においては、ＥＧＲ装置２０から還流されるＥＧＲガスに含まれる燃料の燃焼により生成される水分量のうち燃焼由来の水分量を第２水分量Ａｗ２に含めるためにＲ／（１－Ｒ）が乗算されている。

【0079】

制御装置１００は、算出した燃料量Ａｆおよび還流率Ｒと、取得した定数Ｃｏと、式（４）とを用いて第２水分量Ａｗ２を算出する。

【0080】

Ｓ１０４にて、制御装置１００（すなわち、算出部（３）１２４）は、飽和水蒸気量Ａｗ３を算出する。飽和水蒸気量Ａｗ３［ｇ／ｓ］を推定するための推定式は、インテークマニホールド１０内のガスのモル数Ｍ［ｍｏｌ／ｓ］と、インテークマニホールド１０内の水蒸気濃度Ｃｗ２と、１モル当たりの水の分子量Ｌ１［ｇ／ｍｏｌ］とを用いた以下の式（６）により表すことができる。

【0081】

Ａｗ３＝Ｍ×Ｃｗ２×Ｌ１・・・（６）
式（６）の１モル当たりの水の分子量Ｌ１は、１８［ｇ／ｍｏｌ］である。インテークマニホールド１０内のガスのモル数Ｍ［ｍｏｌ／ｓ］を算出するための算出式は、インテークマニホールド１０内に吸入される空気量Ｑｂ［ｇ／ｓ］と、平均ガス分子量Ｌ２［ｇ／ｍｏｌ］とを用いた以下の式（７）により表すことができる。

【0082】

Ｍ＝Ｑｂ×Ｌ２・・・（７）
制御装置１００は、たとえば、吸入空気量Ｑａおよび過給圧などからインテークマニホールド１０内に吸入される空気量Ｑｂを取得する。過給圧は、たとえば、過給圧センサ（図示せず）を用いて検出されてもよいし、あるいは、エンジンシステム１の運転状態から推定されてもよい。

【0083】

式（７）の平均ガス分子量Ｌ２は、たとえば、実験的に設定される予め定められた値であって、予め制御装置１００のメモリに記憶される。そのため、制御装置１００は、メモリから平均ガス分子量Ｌ２を取得する。

【0084】

制御装置１００は、取得した空気量Ｑｂと、平均ガス分子量Ｌ２と、式（７）とを用いてインテークマニホールド１０内のガスのモル数Ｍを算出する。

【0085】

水蒸気濃度Ｃｗ２は、インテークマニホールド１０内の気体における水蒸気の割合を示す。水蒸気濃度Ｃｗ２の推定式は、インテークマニホールド１０内の気体の飽和水蒸気圧Ｐｗ２［ｋＰａ］およびインテークマニホールド１０内の圧力（過給圧）Ｐｉｍ［ｋＰａ］を用いた以下の式（８）により表すことができる。

【0086】

Ｃｗ２＝Ｐｗ２／Ｐｉｍ・・・（８）
さらに、インテークマニホールド内の気体の飽和水蒸気圧Ｐｗ２［ｋＰａ］の推定式は、インテークマニホールド１０内の温度Ｔ［℃］を用いた以下の式（９）（Ｔｅｔｅｎｓｅ（１９３０）の式）により表すことができる。

【0087】

Ｐｗ２＝０．６１０７８×１０^{（７．５Ｔ／（Ｔ＋２３７．２））}・・・（９）
制御装置１００は、インテークマニホールド１０内の凝縮水が生成される所定部位の壁面温度Ｔｗｌ［℃］を推定する。制御装置１００は、たとえば、壁面温度Ｔｗｌとインテークマニホールド１０内の温度Ｔとの関係を示すマップと、推定された壁面温度Ｔｗｌとを用いてインテークマニホールド１０内の温度Ｔを算出する。壁面温度Ｔｗｌとインテークマニホールド１０内の温度Ｔとの関係を示すマップは、たとえば、１次元マップであって、実験的または設計的に適合されて、予め定められて、制御装置１００のメモリに記憶される。なお、インテークマニホールド１９内の凝縮水が生成される所定の部位は、たとえば、インテークマニホールド１０を構成する配管のうちの暖機時に温度が最も上昇しにくい部位を含む。

【0088】

さらに、壁面温度Ｔｗｌの推定式は、制御装置１００は、インテークマニホールド１０内の気体の流量Ｑｂ［ｇ／ｓ］と、インテークマニホールド１０の温度Ｔｉｍ［℃］と、ＥＧＲガスの温度Ｔｅｇｒ［℃］と、ＥＧＲガスの流量Ｑｅｇｒ［ｇ／ｓ］とを用いた以下の式（１０）により表すことができる。

【0089】

Ｔｗｌ＝ａ×（Ｑｂ×Ｔｉｍ＋Ｔｅｇｒ×Ｑｅｇｒ）＋ｂ・・・（１０）
制御装置１００は、水温Ｔｗと吸気温度Ｔｉｎとを用いてａを設定する。制御装置１００は、たとえば、ベース値Ｂａに、水温Ｔｗを用いて設定される補正係数Ｃａ１と、吸気温度Ｔｉｎを用いて設定される補正係数Ｃａ２とを乗算した値をａとして設定する。

【0090】

制御装置１００は、たとえば、水温Ｔｗと補正係数Ｃａ１との関係を示すマップと、水温Ｔｗとを用いて補正係数Ｃａ１を設定し、吸気温度Ｔｉｎと補正係数Ｃａ２との関係を示すマップと、吸気温度Ｔｉｎとを用いて補正係数Ｃａ２を設定する。水温Ｔｗと補正係数Ｃａ１との関係を示すマップ、および、吸気温度Ｔｉｎと補正係数Ｃａ２との関係を示すマップは、それぞれ実験的または設計的に適合され、予め定められて、制御装置１００のメモリに記憶される。

【0091】

さらに、制御装置１００は、水温Ｔｗと吸気温度Ｔｉｎとを用いてｂを設定する。制御装置１００は、たとえば、ベース値Ｂｂに、水温Ｔｗを用いて設定される補正係数Ｃｂ１と、吸気温度Ｔｉｎを用いて設定される補正係数Ｃｂ２とを乗算した値をｂとして設定する。

【0092】

制御装置１００は、たとえば、水温Ｔｗと補正係数Ｃｂ１との関係を示すマップと、水温Ｔｗとを用いて補正係数Ｃｂ１を設定し、吸気温度Ｔｉｎと補正係数Ｃｂ２との関係を示すマップと、吸気温度Ｔｉｎとを用いて補正係数Ｃｂ２を設定する。水温Ｔｗと補正係数Ｃｂ１との関係を示すマップ、および、吸気温度Ｔｉｎと補正係数Ｃｂ２との関係を示すマップは、それぞれ実験的または設計的に適合され、予め定められて、制御装置１００のメモリに記憶される。

【0093】

また、流量Ｑｂおよび流量Ｑｅｇｒの取得方法について上述したとおりであるためその詳細な説明は繰り返さない。制御装置１００は、たとえば、インマニ温度センサ１１２による検出結果を用いてインテークマニホールド１０の温度Ｔｉｍを取得する。なお、制御装置１００は、たとえば、水温Ｔｗを用いてインテークマニホールド１０の温度Ｔｉｍを推定してもよい。

【0094】

制御装置１００は、ＥＧＲガスの温度Ｔｅｇｒを、推定式を用いて算出する。ＥＧＲガスの温度Ｔｅｇｒの推定式は、排気温度Ｔｅｘと、水温Ｔｗと、エキゾーストマニホールド５０内を流通する排気の温度Ｔｅｘｍとを用いた以下の式（１１）で表すことができる。

【0095】

Ｔｅｇｒ＝Ｔｅｘ－Ｔｅｘｍ×（Ｔｅｘ－Ｔｗ）・・・（１１）
制御装置１００は、水温センサ１０８および排気温度センサ１１６による検出結果を用いて水温Ｔｗおよび排気温度Ｔｅｘをそれぞれ取得する。制御装置１００は、たとえば、水温Ｔｗや排気温度Ｔｅｘを用いて温度Ｔｅｘｍを取得する。なお、制御装置１００は、たとえば、エキゾーストマニホールド５０に設けられる図示しない温度センサによって温度Ｔｅｘｍを取得してもよい。制御装置１００は、取得した温度Ｔｅｘ，ＴｅｘｍおよびＴｗと、式（１１）とを用いてＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒを算出する。

【0096】

制御装置１００は、取得した流量Ｑｂ、Ｑｅｇｒ、Ｔｉｍと、算出されたＴｅｇｒと、設定したａおよびｂと、式（１０）とを用いて壁面温度Ｔｗｌを算出する。制御装置１００は、過給圧センサ１１４の検出結果を用いてインテークマニホールド１０内の圧力Ｐｉｍを取得する。

【0097】

制御装置１００は、算出された壁面温度Ｔｗｌを用いてインテークマニホールド１０内の温度Ｔを算出し、算出された温度Ｔと、式（９）とを用いて飽和水蒸気圧Ｐｗ２を算出する。制御装置１００は、算出されたＰｗ２と、インテークマニホールド１０内の圧力（過給圧）Ｐｉｍと、式（８）とを用いて水蒸気濃度Ｃｗ２を算出する。制御装置１００は、算出されたインテークマニホールド１０内のガスのモル数Ｍと、水蒸気濃度Ｃｗ２と、１モル当たりの水の分子量Ｌ１と、式（６）とを用いて飽和水蒸気量Ａｗ３を算出する。

【0098】

Ｓ１０６にて、制御装置１００（すなわち、算出部（４）１２６）は、凝縮水量Ａｗ４を算出する。凝縮水量Ａｗ４の算出式は、第１水分量Ａｗ１と、第２水分量Ａｗ２と、飽和水蒸気量Ａｗ３とを用いた以下の式（１２）で表すことができる。

【0099】

Ａｗ４＝Ａｗ１＋Ａｗ２－Ａｗ３・・・（１２）
制御装置１００は、Ｓ１００にて算出された第１水分量Ａｗ１と、Ｓ１０２にて算出された第２水分量Ａｗ２と、Ｓ１０４にて算出された飽和水蒸気量Ａｗ３と、式（１２）とを用いて凝縮水量Ａｗ４を算出する。

【0100】

Ｓ１０８にて、制御装置１００（たとえば、算出部（４）１２６）は、補正係数Ｃｓを設定する。インテークマニホールド１０内に付着される凝縮水の付着量は、インテークマニホールド１０内の凝縮水が付着し得る壁面部分の表面積に相関する。そのため、たとえば、平面部分の表面積と補正係数との関係を示す１次元マップを実験的あるいは設計的に設定しておき、インテークマニホールド１０の平面部分の表面積を用いて補正係数の基準値が予め設定され、制御装置１００のメモリに記憶される。さらに、インテークマニホールド１０内に付着される凝縮水の付着量は、インテークマニホールド１０内の壁面温度に相関する。そのため、制御装置１００は、たとえば、壁面温度に応じた係数を上述の基準値に乗算することによって補正係数Ｃｓを設定する。制御装置１００は、たとえば、壁面温度と係数との関係を示すマップ等を用いて壁面温度に応じた係数を設定する。壁面温度と係数との関係を示すマップ等は、たとえば、実際の凝縮水量に補正されるように実験的あるいは設計的に適合され、予め制御装置１００のメモリに記憶される。

【0101】

Ｓ１１０にて、制御装置１００（たとえば、算出部（４）１２６）は、凝縮水の蓄積量Ｖｗ（凝縮水量の積算値）を算出する。凝縮水の蓄積量Ｖｗの算出式は、凝縮水の蓄積量の今回値Ｖｗ（ｎ）と、凝縮水量Ａｗ４と、補正係数Ｃｓと、掃気量（吸気行程で筒内に吸い込まれる分の水分量）の今回値Ａｗ５（ｎ）と、凝縮水の蓄積量の前回値Ｖｗ（ｎ－１）とを用いた以下の式（１３）で表すことができる。

【0102】

Ｖｗ（ｎ）＝Ａｗ４×Ｃｓ＋Ｖｗ（ｎ－１）－Ａｗ５（ｎ）・・・（１３）
制御装置１００は、Ｓ１０６にて算出された凝縮水量Ａｗ４と、Ｓ１０８にて設定された補正係数Ｃｓと、制御装置１００のメモリに記憶された凝縮水の蓄積量の前回値Ｖｗ（ｎ－１）と、式（１３）とを用いて凝縮水の蓄積量の今回値Ｖｗ（ｎ）を凝縮水の蓄積量Ｖｗとして算出する。なお、制御装置１００は、壁面温度Ｔｗｌと、インテークマニホールド１０内の流量Ｑｂと、水温Ｔｗとを用いて掃気量Ａｗ５を推定する。掃気量Ａｗ５の推定方法については、周知の技術を用いればよく、詳細な説明は行なわない。

【0103】

以上のような構造およびフローチャートに基づく制御装置１００の動作について図４および図５を参照しつつ説明する。

【0104】

たとえば、エンジン本体２の暖機時においては、吸気管１２およびインテークマニホールド１０の温度が低いため、ＥＧＲ装置２０のＥＧＲバルブが開いて排気がインテークマニホールド１０内を流通すると、インテークマニホールド１０内に凝縮水が生成される。

【0105】

このとき、吸入空気量Ｑａ、湿度Ｈと、水蒸気濃度Ｃｗ１、湿度Ｈおよび還流率Ｒとを用いた式（１）に示す推定式により第１水分量Ａｗ１が算出される（Ｓ１００）。さらに、燃料量Ａｆ、還流率Ｒ、および、定数Ｃｏを用いた式（４）に示す推定式により第２水分量Ａｗ２が算出される（Ｓ１０２）。そして、インテークマニホールド１０内のガスのモル数Ｍ、水蒸気濃度Ｃｗ２、および、１モル当たりの水の分子量Ｌ１を用いた式（６）に示す推定式により飽飽和水蒸気量が算出される（Ｓ１０４）。

【0106】

算出された第１水分量Ａｗ１と第２水分量Ａｗ２との和から飽和水蒸気量Ａｗ３が減算されて凝縮水量Ａｗ４が算出される（Ｓ１０６）。壁面温度Ｔｗｌに基づいて補正係数Ｃｓが設定されると（Ｓ１０８）、凝縮水量Ａｗ４が補正係数Ｃｓを用いて補正され、補正された値（Ａｗ４×Ｃｓ）から掃気量Ａｗ５が減算されることによりインテークマニホールド内で生成される凝縮水量が算出され、算出された値が凝縮水の蓄積量Ｖｗの前回値に加算されて凝縮水の蓄積量Ｖｗの今回値が算出される（Ｓ１１０）。

【0107】

このようにすると、第１水分量Ａｗ１と第２水分量Ａｗ２とがそれぞれの推定式により個別に算出されるとともに、飽和水蒸気量Ａｗ３が壁面温度Ｔｗｌを用いて算出されるため、凝縮水の蓄積量Ｖｗを精度高く推定することが可能となる。

【0108】

そのため、たとえば、凝縮水の蓄積量Ｖｗを用いてＥＧＲ装置２０の制御を実行する場合には、ＥＧＲ装置２０の制御精度を向上させることができる。あるいは、凝縮水の蓄積量Ｖｗを用いてユーザに対して凝縮水に関する情報（以下、凝縮水情報とも記載する）を通知装置１３０を用いて通知する通知処理を実行する場合において適切な通知を実施することが可能となる。

【0109】

図４は、外気温が低い環境下での一定の走行条件における凝縮水の蓄積量の推定値の変化の一例を説明するための図である。図４の横軸は、時間を示す。図４の縦軸は、凝縮水の蓄積量を示す。

【0110】

図４のＬＮ１は、たとえば、吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅとを用いて凝縮水量を推定する場合の凝縮水の蓄積量の変化の一例を示す。図４のＬＮ２は、上述の凝縮水量を推定する処理を実行する場合の凝縮水の蓄積量の変化の一例を示す。

【0111】

たとえば、外気温が低い環境下では、壁面温度を考慮して凝縮水の蓄積量を算出することによって、図４のＬＮ１およびＬＮ２に示すように、凝縮水の蓄積量を多く見積もることを抑制することができる。そのため、凝縮水の蓄積量がしきい値を超えるときにユーザに凝縮水の蓄積量がしきい値を超える旨を示す凝縮水情報を通知装置１３０を用いて通知する通知制御を実行する場合において、不必要に当該情報を通知装置１３０を用いてユーザに通知することが抑制される。あるいは、凝縮水の蓄積量がしきい値を超えるときにＥＧＲ装置２０のＥＧＲバルブを閉じ側に制御するなどしてＥＧＲガスの流量を減らし、凝縮水の発生量の増加を抑制するＥＧＲ制御を実行する場合において、不必要にＥＧＲ装置２０の動作を制限して燃費を悪化させたり、ＮＯｘの浄化性能を低下させたりすることが抑制される。

【0112】

図５は、外気温が高い環境下での一定の走行条件（上述の走行条件と同じ走行条件）における凝縮水の蓄積量の推定値の変化の一例を説明するための図である。図５の横軸は、時間を示す。図５の縦軸は、凝縮水の蓄積量を示す。

【0113】

図５のＬＮ３は、たとえば、吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅとを用いて凝縮水量を推定する場合の凝縮水の蓄積量の変化の一例を示す。図５のＬＮ４は、上述の凝縮水量を推定する処理を実行する場合の凝縮水の蓄積量の変化の一例を示す。

【0114】

たとえば、外気温が高い環境下では、壁面温度を考慮して凝縮水の蓄積量を算出することによって、図５のＬＮ３およびＬＮ４に示すように、凝縮水の蓄積量を少なく見積もることを抑制することができる。そのため、上述のように凝縮水の蓄積量に応じて通知制御を実行する場合において、実際には、凝縮水の蓄積量がしきい値を超えているのに通知装置１３０を用いたユーザへの凝縮水情報の通知が行なわれない状態になることが抑制される。あるいは、上述のように凝縮水の蓄積量に応じてＥＧＲ制御を実行する場合において、実際には、凝縮水の蓄積量がしきい値を超えているのにＥＧＲ制御が実行されないことが抑制される。そのため、インテークマニホールド１０内の腐食の促進が抑制される。

【0115】

図６は、暖機開始から完了後もエンジンシステム１が動作する場合の凝縮水の蓄積量の推定値の変化の一例を示す。図６の縦軸は、凝縮水の蓄積量を示す。図６の横軸は、時間を示す。図６のＬＮ５は、凝縮水の蓄積量の変化の一例を示す。たとえば、エンジンシステム１の冷間時に動作を開始した場合を想定する。

【0116】

時間ゼロにて、エンジンシステム１の動作が開始すると、ＥＧＲバルブが開き排気がＥＧＲガスとしてＥＧＲ装置２０を経由してインテークマニホールド１０を流通する。インテークマニホールド内の壁面温度が低い場合には、吸入空気やＥＧＲガス中の水分が凝縮するため、凝縮水の蓄積量の推定値は増加するように変化していく。エンジンシステム１の動作が継続していくと、インテークマニホールド内の壁面温度が上昇していく。そのため、吸入空気やＥＧＲガス中の水分の凝縮が抑制されるとともに、掃気量が増加する。その結果、時間ｔ（０）にて、凝縮水の蓄積量の推定値は減少に転じるように変化する。そして、時間ｔ（１）にて、水温Ｔｗが暖機完了を示す値になる時点以降において、凝縮水の蓄積量の推定値がゼロになる。このように、エンジンシステム１の暖機開始から完了後もエンジンシステム１が動作する場合において、凝縮水の蓄積量の推定値が精度高く算出される。

【0117】

図７は、暖機完了前にエンジンシステム１の動作が停止する運転状態が繰り返される場合の凝縮水の蓄積量の推定値の変化の一例を示す。図７の縦軸は、凝縮水の蓄積量を示す。図７の横軸は、時間を示す。図７のＬＮ６は、暖機完了前にエンジンシステム１の動作が停止する運転状態が繰り返される場合の凝縮水の蓄積量の推定値の変化の一例を示す。図７のＬＮ７は、暖機完了までエンジンシステム１の動作が継続する場合の蓄積量の変化の一例を示す。

【0118】

図７のＬＮ６に示すように、たとえば、時間ゼロにて、エンジンシステム１の動作が開始すると、上述のように凝縮水の蓄積量の推定値は増加するように変化していく。暖機が完了する前の時間ｔ（２）にて、エンジンシステム１の動作が停止されると、時間ｔ（３）までのエンジンシステム１の停止期間においては、凝縮水の蓄積量は、Ａｗ（１）で維持される。この間、エンジンシステム１の温度は低下し、再び冷間状態になる。

【0119】

そして、時間ｔ（３）以降において、時間ゼロから時間ｔ（３）までの動作と同様の動作が繰り返されると、時間ｔ（３）～時間（４）までの期間、時間ｔ（５）～時間（６）までの期間、時間ｔ（７）～時間ｔ（８）までの期間、および時間ｔ（９）～時間（１０）までの期間において、時間ゼロから時間ｔ（４）までの期間に蓄積した量と同程度の凝縮水の蓄積量が積み増していく。その結果、凝縮水の蓄積量は、時間ｔ（４）にて、Ａｗ（２）となり、時間ｔ（６）にて、Ａｗ（３）になり、時間ｔ（８）にて、Ａｗ（４）となり、時間ｔ（１０）にて、Ａｗ（５）になる。

【0120】

なお、時間ｔ（４）以降においてエンジンシステム１の動作が継続する場合には、上述の図６を用いて説明したように、壁面温度の上昇により吸入空気やＥＧＲガス中の水分の凝縮が抑制されるとともに、掃気量が増加するため、図７のＬＮ７に示すように、時間ｔ（４）以降において、凝縮水の蓄積量の推定値が減少に転じるように変化し、暖機が完了する時期あるいはその前後に凝縮水の蓄積量の推定値がゼロになる。

【0121】

このように、エンジンシステム１の暖機開始から完了前にエンジンシステム１の動作が停止する場合でも、暖機が完了するまでエンジンシステム１が動作する場合でも凝縮水の蓄積量の推定値が精度高く算出される。

【0122】

そのため、たとえば、凝縮水の蓄積量Ａｗ（５）まで増加した場合に、腐食が促進される可能性がある場合には、凝縮水の蓄積量がＡｗ（３）まで増加した場合に、通知装置１３０を用いて凝縮水が蓄積している旨や凝縮水の蓄積を解消するためにエンジンシステム１の動作継続が望ましい旨を通知してもよいし、凝縮水の蓄積量がＡｗ（４）まで増加した場合に、ＥＧＲ装置２０の動作を停止したり（すなわち、ＥＧＲバルブを閉じ状態にしたり）、ＥＧＲガスの流量を減量したりして（すなわち、ＥＧＲバルブの開度を小さくしたりして）、凝縮水の発生を抑制するようにしてもよい。

【0123】

以上のようにして、本実施の形態に係る凝縮水量推定装置によると、吸入空気に含まれる第１水分量Ａｗ１と、排気に含まれ、燃料の燃焼により生成された第２水分量Ａｗ２とをそれぞれの推定式を用いて算出することによって吸気通路のうちの排気が流通する部分であるインテークマニホールド１０における水分量を精度高く算出することができる。そのため、第１水分量Ａｗ１と第２水分量Ａｗ２との和から飽和水蒸気量Ａｗ３を減算することによってインテークマニホールド１０における凝縮水量Ａｗ４を精度高く算出することができる。したがって、エンジンシステムの吸気通路内に生成される凝縮水の量を精度高く推定する凝縮水量推定装置を提供することができる。

【0124】

さらに、凝縮水はインテークマニホールド１０の壁面に生成されるため壁面温度に対応した飽和水蒸気量を算出することによりインテークマニホールド１０における凝縮水量を精度高く算出することができる。

【0125】

さらに、生成した凝縮水の付着量は、インテークマニホールド１０の表面積によって変化し得る。そのため、インテークマニホールド１０の表面積に対応した凝縮水量Ａｗ４を補正するための補正係数Ｃｓを設定し、設定された補正係数Ｃｓを用いて凝縮水量Ａｗ４を補正することによって凝縮水量を精度高く推定することができる。

【0126】

さらに、生成した凝縮水の付着量は、インテークマニホールド１０の表面積に加えて壁面温度によって変化し得る。そのため、凝縮水量Ａｗ４を補正するための補正係数Ｃｓを、インテークマニホールド１０の表面積に加えて壁面温度を用いて設定し、設定された補正係数Ｃｓを用いて凝縮水量Ａｗ４を補正することによって凝縮水量を精度高く推定することができる。

【0127】

以下、変形例について記載する。
上述の実施の形態では、湿度Ｈを一例として１００％である場合を想定して凝縮水量Ａｗ４を算出するものとして説明したが、特に１００％に限定されるものではなく、１００％よりも低い予め定められた値に設定されてもよいし、あるいは、図示しない湿度センサによってインテークマニホールド１０内の湿度Ｈを検出し、検出結果を用いて凝縮水量Ａｗ４が算出されてもよい。

【0128】

さらに上述の実施の形態では、制御装置１００は、エンジンシステム１の運転状態に関係なく、図３のフローチャートに示す処理を実行して凝縮水の蓄積量を算出するものとして説明したが、たとえば、エンジンシステム１が暖機中である場合に、凝縮水の蓄積量を算出するようにしてもよい。制御装置１００は、たとえば、水温Ｔｗがしきい値よりも低い場合に、図３のフローチャートに示す処理を実行して凝縮水の蓄積量を算出するようにしてもよい。

【0129】

さらに上述の実施の形態では、エンジンシステム１にＥＧＲ装置２０が設けられる場合を一例として、凝縮水量の蓄積量の推定について説明したが、エンジンシステム１は、ＥＧＲ装置２０を有しない構成あるいは暖機時にＥＧＲ装置２０の動作を停止する構成であってもよい。

【0130】

この場合、制御装置１００は、たとえば、還流率ＲおよびＥＧＲガスの流量Ｑｅｇｒをゼロとして、上述と同様に凝縮水量の蓄積量を推定することができる。すなわち、制御装置１００は、吸気通路に吸入される吸入空気の流量と、吸入空気に含まれる水蒸気の濃度と、吸入空気の湿度と、吸入空気の温度と、大気圧とを用いた推定式によって算出される第１水分量から飽和水蒸気量を減算することによって吸気通路内の凝縮水の量の推定値を精度高く推定することができる。

【0131】

なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0132】

１ エンジンシステム、２ エンジン本体、４ 気筒、６ 燃料噴射装置、１０ インテークマニホールド、１２ 吸気管、２０ ＥＧＲ装置、２２ 第１循環通路、２４ 第２循環通路、３０ ＥＧＲクーラ、５０ エキゾーストマニホールド、５２ 排気管、６０ ターボチャージャー、６２ コンプレッサ、６４ タービン、６６ シャフト、１００ 制御装置、１０２ エアフローメータ、１０４ 吸気温度センサ、１０６ エンジン回転数センサ、１０８ 水温センサ、１１０ 大気圧センサ、１１２ インマニ温度センサ、１１４ 過給圧センサ、１１６ 排気温度センサ、１２０ 第１算出部、１２２ 第２算出部、１２４ 第３算出部、１２６ 第４算出部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】