JP2009275676A

JP2009275676A - 内燃機関装置及びこれを搭載する車両並びに内燃機関装置の制御方法

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Publication number: JP2009275676A
Application number: JP2008130379A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yamazaki; 誠山崎; Shunsuke Fushiki; 俊介伏木; Keita Fukui; 啓太福井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2008-05-19
Publication date: 2009-11-26
Also published as: US20090283075A1

Abstract

【課題】パージ制御を実行する際の内燃機関の空燃比制御をより適正なものにする。
【解決手段】ハイブリッド自動車のエンジンＥＣＵ２４は、パージ制御を実行するにあたり、吸気管圧力センサ１１２が正常なときには、該吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭに基づいてパージ空気量ｇａ及びパージ燃料量ｔａｕを導出し、吸気管圧力センサ１１２が正常でないときには、正常な吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭを用いる場合に比べて誤差がやや大きくなる傾向があるものの、エアフロメータ１０８からの吸入空気量Ｇから導出される負荷率Ｌに基づいてパージ空気量ｇａ及びパージ燃料量ｔａｕを導出する。このため、吸気管圧力センサ１１２が正常でないときであっても、パージ制御による空燃比のずれを適正に解消することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関装置及びこれを搭載する車両並びに内燃機関装置の制御方法に関する。

従来、内燃機関装置としては、燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタに吸着させ、このキャニスタに吸着された蒸発燃料を外気と共に吸気管の負圧を利用して吸気管に流入させる、いわゆるパージ制御（キャニスタパージともいう）を実行可能なものが提案されている。こうしたパージ制御を実行した場合、空燃比制御において空燃比のずれが発生するため、そのずれが解消されるように補正する必要がある。空燃比制御では、一般に、吸気管に新たに吸入される空気（新気）の吸入空気量と目標空燃比とに基づいて燃料噴射量を設定するが、パージ制御を実行した場合には、新気のほかに蒸発燃料と外気とを含むパージガスも吸気管に導入されるため、そのパージガスに含まれる空気量や燃料量を考慮して燃料噴射量を補正する必要がある。例えば特許文献１では、内燃機関のサージタンクに吸気管圧力センサと吸気酸素センサとを備え、パージガスに含まれる空気量と燃料量とを吸気酸素センサからの出力値と吸気管圧力センサからの吸気管圧力とから求め、それらに基づいて空燃比のずれが解消されるように燃料噴射量の補正を行なっている。
特開２００２−３４９３６３号公報

しかしながら、上述の内燃機関装置では、吸気管圧力センサが断線・短絡したり圧力導入口に異物が詰まって出力値がある一定値に張り付いたりして異常が発生した場合や、吸気管圧力センサの圧力導入口付近の水滴が凍るほど低温になり異常が発生するおそれがある場合には、吸気管圧力センサによって検出される吸気管圧力の信頼性が低下するため、パージ制御による空燃比のずれを十分解消できないおそれがある。

本発明の内燃機関装置及びこれを搭載する車両並びに内燃機関装置の制御方法は、パージ制御を実行する際の内燃機関の空燃比制御をより適正なものにすることを主目的とする。

本発明の内燃機関装置及びこれを搭載する車両並びに内燃機関装置の制御方法は、少なくとも上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の内燃機関装置は、
内燃機関と、
前記内燃機関の吸気管に取り付けられ該吸気管内に吸入される空気量を調節する空気量調節手段と、
前記空気量調節手段の下流側に取り付けられ吸気管圧力を検出する吸気管圧力検出手段と、
前記空気量調節手段の上流側に取り付けられ前記吸気管内に吸入される空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記内燃機関への燃料を貯留する燃料タンク内の蒸発燃料を捕捉する蒸発燃料捕捉手段と、
前記蒸発燃料捕捉手段と前記吸気管とを接続するパージ通路と、
前記蒸発燃料捕捉手段によって捕捉された蒸発燃料を前記吸気管の負圧を利用して前記パージ通路を介して前記吸気管へ流入させるパージ制御を実行するにあたり、前記吸気管圧力検出手段が正常なときには、該吸気管圧力検出手段によって検出された吸気管圧力に基づいて前記パージ制御実行時に前記吸気管へ流入するパージガスに含まれるパージ空気量及びパージ燃料量を推定し、前記吸気管圧力検出手段が正常でないときには、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量に基づいて前記パージ空気量及び前記パージ燃料量を推定するパージ制御実行手段と、
を備えることを要旨とする。

本発明の内燃機関装置では、蒸発燃料捕捉手段によって捕捉された蒸発燃料を吸気管の負圧を利用してパージ通路を介して吸気管へ流入させるパージ制御を実行するにあたり、吸気管圧力検出手段が正常なときには、該吸気管圧力検出手段によって検出された吸気管圧力に基づいてパージ制御実行時に吸気管へ流入するパージガスに含まれるパージ空気量及びパージ燃料量を推定し、吸気管圧力検出手段が正常でないときには、吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量に基づいてパージ空気量及びパージ燃料量を推定する。こうすることにより、吸気管圧力検出手段によって検出される吸気管圧力の信頼性が低下したときであっても、吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量に基づいてパージ空気量及びパージ燃料量を推定するため、パージ制御による空燃比のずれを適正に解消することができる。

ここで、吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量に基づいて推定されたパージ空気量及びパージ燃料量は、正常な吸気管圧力検出手段によって検出された吸気管圧力に基づいて推定されるパージ空気量及びパージ燃料量と比べて、誤差がやや大きくなる傾向にあるものの、吸気管圧力検出手段が正常でない場合には十分利用可能なものである。また、吸気管圧力検出手段が正常でないおそれがあるときは、吸気管圧力検出手段が正常でないとみなしてもよい。

こうした本発明の内燃機関装置において、前記パージ制御実行手段は、前記吸気管圧力検出手段に断線又は短絡が発生していたときに該吸気管圧力検出手段が正常でないと判定するものとすることもできる。こうすれば、吸気管圧力検出手段に断線又は短絡が発生していたときでも、パージ制御による空燃比のずれを適正に解消することができる。

また、本発明の内燃機関装置において、前記パージ制御実行手段は、前記内燃機関の運転中に前記吸気管圧力検出手段によって検出された吸気管圧力が基準大気圧を超えていたときに前記吸気管圧力検出手段が正常でないと判定するものとすることもできる。内燃機関の運転中には吸気管に負圧が発生するため、実際には吸気管圧力は基準大気圧を下回るはずである。このため、検出された吸気管圧力が基準大気圧を超えていたときには、吸気管圧力検出手段が正常でないと判定するのである。

本発明の内燃機関装置において、前記パージ制御実行手段は、前記吸気管圧力検出手段によって検出された吸気管圧力が前記内燃機関の運転状態にかかわらず一定値に張り付いていたときに前記吸気管圧力検出手段が正常でないと判定するものとすることもできる。内燃機関の運転中には吸気管に負圧が発生し運転停止中には吸気管に負圧が発生しないことから、吸気管圧力検出手段によって検出された吸気管圧力は内燃機関の運転状態に応じて変化するはずである。このため、検出された吸気管圧力が内燃機関の運転状態にかかわらず一定値に張り付いていたときには、吸気管圧力検出手段が正常でないと判定するのである。

本発明の内燃機関装置において、前記パージ制御実行手段は、前記吸気管圧力検出手段の周囲の温度が所定の低温領域に入ったときに前記吸気管圧力検出手段が正常でないと判定するものとすることもできる。吸気管圧力検出手段は一般に圧力導入口を有しているが、この圧力導入口に水滴が付着しているような場合には低温時に凍結して吸気管圧力の検出が不能となるか検出精度が低下する。このため、吸気管圧力検出手段の周囲の温度が所定の低温領域（例えば水の凍結温度領域）に入ったときには、吸気管圧力検出手段が正常でないおそれがあるため、ここでは正常でないとみなすのである。

本発明の車両は、上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関装置を搭載し、前記内燃機関からの動力を用いて走行することを要旨とする。この本発明の車両では、上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関装置を搭載するから、本発明の内燃機関装置が奏する効果、例えば、吸気管圧力検出手段によって検出される吸気管圧力の信頼性が低下したときであっても、吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量に基づいてパージ空気量及びパージ燃料量を推定するため、パージ制御による空燃比のずれを適正に解消することができるという効果を奏することができる。

本発明の内燃機関装置の制御方法は、
内燃機関と、前記内燃機関の吸気管に取り付けられ該吸気管内に吸入される空気量を調節する空気量調節手段と、前記空気量調節手段の下流側に取り付けられ吸気管圧力を検出する吸気管圧力検出手段と、前記空気量調節手段の上流側に取り付けられ前記吸気管内に吸入される空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記内燃機関への燃料を貯留する燃料タンク内の蒸発燃料を捕捉する蒸発燃料捕捉手段と、前記蒸発燃料捕捉手段と前記吸気管とを接続するパージ通路と、を備えた内燃機関装置のコンピュータ・ソフトウェアによる制御方法であって、
前記蒸発燃料捕捉手段によって捕捉された蒸発燃料を前記吸気管の負圧を利用して前記パージ通路を介して前記吸気管へ流入させるパージ制御を実行するにあたり、前記吸気管圧力検出手段が正常なときには、該吸気管圧力検出手段によって検出された吸気管圧力に基づいて前記パージ制御実行時に前記吸気管へ流入するパージガスに含まれるパージ空気量及びパージ燃料量を推定し、前記吸気管圧力検出手段が正常でないときには、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量に基づいて前記パージ空気量及び前記パージ燃料量を推定する、
ことを要旨とする。

本発明の内燃機関装置の制御方法では、蒸発燃料捕捉手段によって捕捉された蒸発燃料を吸気管の負圧を利用してパージ通路を介して吸気管へ流入させるパージ制御を実行するにあたり、吸気管圧力検出手段が正常なときには、該吸気管圧力検出手段によって検出された吸気管圧力に基づいてパージ制御実行時に吸気管へ流入するパージガスに含まれるパージ空気量及びパージ燃料量を推定し、吸気管圧力検出手段が正常でないときには、吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量に基づいてパージ空気量及びパージ燃料量を推定する。こうすることにより、吸気管圧力検出手段によって検出される吸気管圧力の信頼性が低下したときであっても、吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量に基づいてパージ空気量及びパージ燃料量を推定するため、パージ制御による空燃比のずれを適正に解消することができる。なお、上述したいずれかの本発明の内燃機関装置の機能を、本発明の内燃機関装置の制御方法のステップとして実現するようにしてもよい。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての内燃機関装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、ガソリンなどの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関として構成されたエンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパを介してキャリアが接続された遊星歯車機構３０と、遊星歯車機構３０のサンギヤに回転子が接続された同期発電電動機としてのモータＭＧ１と、遊星歯車機構３０のリングギヤに接続されると共にデファレンシャルギヤ３４を介して駆動輪３６ａ，３６ｂに接続されたドライブシャフト３２に回転子が接続された同期発電電動機としてのモータＭＧ２と、インバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２に接続されたバッテリ４４と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）５０とを備える。

エンジン２２は、図２に示すように、吸気通路７０と排気通路９０に接続されている。吸気通路７０には、空気を清浄化するためのエアクリーナ７１と、エアクリーナ７１を通過してきた空気の流量を調整するためのスロットルバルブ７２と、エンジン２２の吸気バルブの近傍の吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁７３とが取り付けられている。本実施例では、吸気通路７０のうちスロットルバルブ７２の下流側を吸気管７０ａと称することとする。この吸気管７０ａは、キャニスタ８０とパージ通路８２を介して接続されている。キャニスタ８０は、燃料噴射弁７３へ燃料を供給する燃料タンク８８内で発生した蒸発燃料を活性炭などの吸着材により吸着し、エンジン２２の運転中に吸気管７０ａが負圧になると、大気流通孔８４から内部に外気が流入し、吸着材から脱着した燃料と外気とが一緒になったパージガスがパージ通路８２を介して吸気管７０ａへ放出（パージ）される。パージ通路８２には、パージ制御弁としてのパージＶＳＶ（バキューム・スイッチング・バルブ）８６が設けられており、このパージＶＳＶ８６の開閉を制御することにより吸気管７０ａへ放出されるパージガス流量が調整可能となっている。一方、排気通路９０には、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する三元触媒を内蔵した浄化装置９１と、浄化装置９１の上流側にて排気の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する空燃比センサ９２とが取り付けられている。こうしたエンジン２２は、エアクリーナ７１を通過してきた空気とパージ通路８２を通過してきたパージガスと燃料噴射弁７３から噴射された燃料との混合気を吸気バルブ９４を介して燃焼室に吸入し、点火プラグ９５による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン９７の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、排気バルブ９６を介して排気通路９０に放出され、浄化装置９１を通過することにより浄化されたあと外部へ放出される。

エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）２４は、ＣＰＵ２４ａを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ２４ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃと、図示しない入出力ポート及び通信ポートとを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号、例えばクランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１０２からのエンジン回転数や燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ９４や排気バルブ９６を開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１０４からのカムポジション，スロットルバルブ７２の開度を検出するスロットルバルブポジションセンサ１０６からのスロットル開度，吸気通路７０に取り付けられた熱線式のエアフロメータ１０８からの吸入空気量，同じく吸気管７０ａに取り付けられた温度センサ１１０からの吸気温，同じく吸気管７０ａに取り付けられたシリコンダイヤフラム式の吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力，吸気酸素センサ１１４からの吸気酸素信号，空燃比センサ９２からの空燃比などが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁７３への駆動信号や、スロットルバルブ７２の開度を調節するスロットルモータ１１６への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１１８への制御信号、パージＶＳＶ８６への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ５０と通信しており、ＨＶＥＣＵ５０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータを出力する。

ＨＶＥＣＵ５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ５２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ５６と、図示しない入出力ポート及び通信ポートとを備える。ＨＶＥＣＵ５０には、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの信号やインバータ４１，４２からモータＭＧ１，ＭＧ２への電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの相電流，バッテリ４４の出力端子近傍に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ４４に取り付けられた図示しない温度センサからのバッテリ温度，イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号，シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ６８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、ＨＶＥＣＵ５０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号などが出力されている。ＨＶＥＣＵ５０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４と通信ポートを介して接続されており、各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル６３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのドライブシャフト３２に出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がドライブシャフト３２に出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが遊星歯車機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてドライブシャフト３２に出力されるようモータＭＧ１及びモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モード、要求動力とバッテリ４４の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ４４の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が遊星歯車機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がドライブシャフト３２に出力されるようモータＭＧ１及びモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をドライブシャフト３２に出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。ＨＶＥＣＵ５０では、こうした運転モードの切り替えを伴って要求トルクに対応する要求動力がドライブシャフト３２に出力されるようエンジン２２の目標回転数及び目標トルクとモータＭＧ１，ＭＧ２の各トルク指令とを設定し、設定した目標回転数及び目標トルクをエンジンＥＣＵ２４に送信すると共に設定した各トルク指令でモータＭＧ１，ＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２をスイッチング制御する駆動制御が行なわれている。

また、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジンＥＣＵ２４により、エンジン２２の目標回転数と目標トルクとによって示される運転ポイントでエンジン２２が効率よく運転されるようスロットルバルブ７２の開度を調節するスロットル開度制御や燃料噴射弁７３からの燃料噴射量を調整する燃料噴射制御，点火プラグ９５による点火時期を制御する点火制御などの制御が行なわれている。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０に搭載されたエンジン２２で燃料噴射弁７３からの噴射量を演算するときの動作について説明する。図３はエンジンＥＣＵ２４により実行される燃料噴射量演算ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、エンジン２２が運転されている間、所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

燃料噴射量演算ルーチンが実行されると、エンジンＥＣＵ２４のＣＰＵ２４ａは、まず、エアフロメータ１０８からの吸入空気量Ｇやクランクポジションセンサ１０２からのエンジン回転数Ｎｅ、吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭ、空燃比センサ９２からの空燃比Ｖａｆ、吸気酸素センサ１１４からの出力値などのデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。こうして各種のデータを入力すると、通常の燃料噴射量ＴＡＵｎを求める（ステップＳ１１０）。ここで、エアフロメータ１０８からの吸入空気量Ｇは単位時間あたりの空気質量である。このため、吸入空気量Ｇをエンジン回転数Ｎｅで除すことによりエンジン１回転の間に吸気管７０ａに吸入される新気の吸入空気量Ｇａ（＝Ｇ／Ｎｅ）を求め、この吸入空気量Ｇａを理論空燃比などの目標空燃比ＡＦ＊で除した値に燃料噴射弁７３のサイズやエンジン２２の気筒数などにより定まる定数Ｋを乗じることにより基本噴射量Ｔｐを求め、この基本噴射量Ｔｐを空燃比フィードバック補正することにより燃料噴射弁７３から噴射すべき通常の燃料噴射量ＴＡＵｎを求める。空燃比フィードバック補正は、空燃比センサ９２からの空燃比Ｖａｆが目標空燃比になるよう燃料噴射量をフィードバック補正するフィードバック補正係数ｋを求め、このフィードバック補正係数ｋを基本噴射量Ｔｐに乗ずることにより行なわれる。なお、基本噴射量Ｔｐ及び空燃比フィードバック補正後の通常の燃料噴射量ＴＡＵｎの算出式を式（１）及び（２）にそれぞれ示す。
Tp=K・(G/Ne)/AF* …(1)
TAUn=k・Tp …(2)

続いて、エンジンＥＣＵ２４のＣＰＵ２４ａは、現在パージ制御が実行されているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。エンジン停止中は燃料タンク８８で発生した蒸発燃料がキャニスタ８０に吸着されるため、エンジン２２の運転中にパージ制御を実行してキャニスタ８０に吸着された蒸発燃料を放出（パージ）し、次回エンジン２２が停止したときに蒸発燃料を吸着できるようにする。パージ制御とは、エンジン２２の運転中に発生する吸気管７０ａの負圧を利用して、キャニスタ８０に吸着された蒸発燃料を大気流通孔８４から外気を取り込むことによりパージガス（蒸発燃料と外気との混合ガス）としてパージ通路８２を介して吸気管７０ａに放出させることをいう。こうしたパージ制御は、原則としてエンジン２２の運転中であれば実行されるが、エンジン２２の運転中であっても暖機運転が完了するまでの期間や燃料カット中の期間などは実行されない。

ステップＳ１２０で現在パージ制御が実行されていないときには、ステップＳ１１０で求めた通常の燃料噴射量ＴＡＵｎを燃料噴射弁７３から噴射すべき燃料噴射量ＴＡＵに設定する（ステップＳ２００）。一方、ステップＳ１２０で現在パージ制御の実行中のときには、吸気管圧力センサ１１２が正常か否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここでは、（ａ）吸気管圧力センサ１１２が断線又は短絡している、（ｂ）吸気管７０ａに取り付けられた温度センサ１１０からの吸気温が水の凍結温度（０℃）以下である、（ｃ）エンジン２２の運転中の吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭが基準大気圧Ｐｒｅｆを超えている、（ｄ）吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭがエンジン２２の運転状態によらず一定である、という４つの条件のうち少なくとも１つが成立したとき、吸気管圧力センサ１１２が正常でないと判定する。

上記（ａ）を条件としたのは、吸気管圧力センサ１１２が断線又は短絡しているときには、吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭは実際の吸気管圧力を反映しないからである。上記（ｂ）を条件としたのは、吸気温が水の凍結温度以下のときには、吸気管圧力センサ１１２の図示しない圧力導入口に水分が溜まっているとその水が凍結して吸気管７０ａ内のガスが圧力導入口から入りにくくなり、検出される吸気管圧力ＰＭの精度が低下するおそれがあるからである。上記（ｃ）を条件としたのは、エンジン２２の運転中は、吸気行程において吸気バルブ９４が開いた状態でピストン９７が下降することにより吸気管７０ａに負圧が発生するため、吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭが基準大気圧Ｐｒｅｆを超えることは本来あり得ないからである。なお、基準大気圧Ｐｒｅｆは、エンジン２２が停止しているときの吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭ（＝大気圧）としてもよいし、別途吸気管７０ａの外部の圧力を測定可能な大気圧センサを設けておきその大気圧センサからの圧力値としてもよい。また、基準大気圧Ｐｒｅｆを超えたか否かを判定する代わりに、基準大気圧Ｐｒｅｆに所定圧を加算した値を閾値とし該閾値を超えたか否かを判定してもよい。このときの閾値は、例えば実験などによりエンジン２２の運転中に吸気管圧力が取り得ない値とすることができる。上記（ｄ）を条件としたのは、実際の吸気管圧力はエンジン２２の運転状態が停止中であるか運転中であるかによって変動するものであり、吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭがエンジン２２の運転状態によらず一定ということは本来あり得ないからである。

ステップＳ１３０で吸気管圧力センサ１１２が正常なときには、吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭから基準大気圧Ｐｒｅｆを引いた差分である吸気管負圧ＮＰを求め、この吸気管負圧ＮＰとパージＶＳＶ８６のデューティ比Ｄとに基づき、単位時間あたりのパージガス流量（質量流量）ｇを求める（ステップＳ１４０）。それと共に、吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭと吸気酸素センサ１１４からの出力値とに基づき吸気管７０ａの内部に存在するガス（以下、吸気管内ガスという）の燃料濃度Ｃｆ（重量％）を求める（ステップＳ１５０）。

本実施例では、吸気管負圧ＮＰとパージＶＳＶ８６のデューティ比Ｄとパージガス流量ｇとの関係が予めマップとしてＲＯＭ２４ｂに記憶されているものとする。一般に吸気管負圧ＮＰの絶対値が大きいほど、パージＶＳＶ８６を挟んで吸気管７０ａ側とキャニスタ８０側との圧力差が大きくなるため、パージガス流量ｇが増加する傾向となる。また、パージＶＳＶ８６のデューティ比Ｄが高いほど、パージＶＳＶ８６の開度が大きくなるため、パージガス流量ｇが増加する傾向となる。こうしたことから、吸気管負圧ＮＰとパージＶＳＶ８６のデューティ比Ｄとパージガス流量ｇとの関係を予め実験などにより求めそれをマップにしてＲＯＭ２４ｂに記憶しておき、ステップＳ１４０において、吸気管負圧ＮＰとパージＶＳＶ８６のデューティ比Ｄとをこのマップに照らしてパージガス流量ｇを読み出すようにしている。また、吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭと吸気酸素センサ１１４からの出力値との関係は、図４に示すように、吸気管内ガスの燃料濃度Ｃｆがゼロのときに最も傾きの大きな直線として表され、吸気管内ガスの燃料濃度Ｃｆが高くなるにつれて傾きが小さな直線となる。この関係もＲＯＭ２４ｂに記憶されている。吸気酸素センサ１１４は、そのセンサ素子の表面上に存在する酸素分子の数に応じた値を出力する。また、センサ素子の表面上に存在する酸素分子の数は、吸気管圧力ＰＭに応じて増減する。このため、吸気酸素センサ１１４の出力特性は、吸気管圧力ＰＭに対して依存性を有している。そして、吸気管内ガスにガソリンなどの燃料が含まれていると、センサ素子の表面上で燃料と酸素とが反応するため、センサ素子の表面上に存在する酸素分子の数が減少する。その結果、図４に示すように、吸気管内ガスの燃料濃度Ｃｆが高いほど吸気酸素センサ１１４からの出力値は小さくなる傾向を示す。したがって、吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭと吸気酸素センサ１１４からの出力値とに基づいて図４から吸気管内ガスの燃料濃度Ｃｆを求めることができる。

一方、ステップＳ１３０で吸気管圧力センサ１１２が正常でないときには、吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭではなく、エアフロメータ１０８からの吸入空気量Ｇとエンジン回転数Ｎｅとに基づいてエンジン２２の負荷率Ｌを求め、その負荷率Ｌから吸気管負圧ＮＰを推定し、推定した吸気管負圧ＮＰとパージＶＳＶ８６のデューティ比Ｄとに基づき、パージガス流量ｇを求める（ステップＳ１６０）。それと共に、推定した吸気管負圧ＮＰ（＜０）と基準大気圧Ｐｒｅｆとの和を吸気管圧力ＰＭとし、その吸気管圧力ＰＭと吸気酸素センサ１１４からの出力値とに基づき吸気管内ガスの燃料濃度Ｃｆを求める（ステップＳ１７０）。

本実施例では、負荷率Ｌは、下記式（３）に示すように、スロットルバルブ７２を全開にしたときのエンジン１回転あたりの最大吸入空気量（質量流量）Ｇａｍａｘに対する、エンジン１回転あたりの吸入空気量（質量流量）Ｇａの比をパーセントで表したものである。ここで、吸入空気量Ｇａは、エアフロメータ１０８から得られる単位時間あたりの吸入空気量Ｇをエンジン回転数Ｎｅで除した値である。一方、負荷率Ｌは、図５に示すように、吸気管負圧ＮＰと相関関係がある。例えば、スロットルバルブ７２が全開されたときには負荷率Ｌは１００％となり、このときの吸気管負圧ＮＰは吸気管７０ａの内部が大気圧に開放された状態となるためゼロとなる。こうしたことから、エアフロメータ１０８から得られる吸入空気量Ｇとクランクポジションセンサ１０２から得られるエンジン回転数Ｎｅとから式（３）にしたがって負荷率Ｌを算出し、図５でこの負荷率Ｌに対応する吸気管負圧ＮＰを読み取ることにより、吸気管負圧ＮＰを推定することができる。更に、吸気管負圧ＮＰ（＜０）と基準大気圧Ｐｒｅｆとの和を求め、これを吸気管圧力ＰＭとすることができる。こうして推定した吸気管負圧ＮＰや吸気管圧力ＰＭから、ステップＳ１４０，Ｓ１５０と同様にしてパージガス流量ｇ及び吸気管内ガスの燃料濃度Ｃｆを求めることができる。なお、そのときに使用するマップは、ステップＳ１４０，Ｓ１５０で使用するマップと同じものでもよいが、ステップＳ１４０，Ｓ１５０で使用するマップとは異なるマップとしてもよい。
L=(Ga/Gamax)・100 …(3)

ここで、エアフロメータ１０８から得られる吸入空気量Ｇに基づいて推定した吸気管負圧ＮＰから求めたパージガス流量ｇ及び燃料濃度Ｃｆは、正常な吸気管圧力センサ１１２から得られる吸気管圧力ＰＭから求めたパージガス流量ｇ及び燃料濃度Ｃｆと比べて、誤差がやや大きくなる傾向にあるものの、吸気管圧力センサ１１２が正常でない場合には十分利用可能なものである。

さて、ステップＳ１４０，Ｓ１５０又はステップＳ１６０，Ｓ１７０で単位時間あたりのパージガス流量ｇ及び燃料濃度Ｃｆを求めたあと、エンジン１回転あたりに吸気管７０ａにパージされるパージ燃料量ｔａｕ及びパージ空気量ｇａを求める（ステップＳ１８０）。パージガスは、キャニスタ８０に吸着されていた蒸発燃料と大気流通孔８４から導入された空気とからなる。このため、パージ燃料量ｔａｕは式（４）で表され、パージ空気量ｇａは式（５）で表される。そして、ステップＳ１１０で算出した通常の燃料噴射量ＴＡＵｎと吸入空気量Ｇａとパージ空気量ｇａとパージ燃料量ｔａｕを用いて、式（６）に代入して燃料噴射弁７３から噴射すべき燃料噴射量ＴＡＵを設定する（ステップＳ１９０）。すなわち、実際のエンジン１回転あたりの吸入空気量は吸入空気量Ｇａとパージ空気量ｇａとの和になるから、その和に見合った燃料噴射量を求め、そこから既に吸気管７０ａに存在しているパージ燃料量ｔａｕを差し引いた値を燃料噴射量ＴＡＵに設定するのである。そして、ステップＳ１９０又はステップＳ２００で燃料噴射量ＴＡＵを設定したあと、本ルーチンを終了する。
tau=[(g+G)/Ne]・Cf/100 …(4)
ga=g/Ne-tau …(5)
TAU=[TAUn・(Ga+ga)/Ga]-tau …(6)

以上詳述した本実施例のハイブリッド自動車２０によれば、パージ制御を実行するにあたり、吸気管圧力センサ１１２が正常なときには、該吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭに基づいてパージ空気量ｇａ及びパージ燃料量ｔａｕを導出し、吸気管圧力センサ１１２が正常でないときには、正常な吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭを用いる場合に比べて誤差がやや大きくなる傾向があるものの、エアフロメータ１０８から得られる吸入空気量Ｇから導出される負荷率Ｌに基づいてパージ空気量ｇａ及びパージ燃料量ｔａｕを導出する。このため、吸気管圧力センサ１１２が正常でないときであっても、パージ制御による空燃比のずれを適正に解消することができる。

実施例では、吸気管圧力センサ１１２からの吸気管圧力ＰＭと吸気酸素センサ１１４からの出力値とに基づいて吸気管内ガスの燃料濃度Ｃｆを求めるようにしたが、吸気酸素センサ１１４からの出力値を用いずに燃料濃度Ｃｆを求めても構わない。例えば、燃料噴射弁７３から通常の燃料噴射量ＴＡＵｎを噴射したあとの空燃比センサ９２からの空燃比Ｖａｆを用いて燃料濃度Ｃｆを求めてもよい。具体的には、式（７）のように、実際に噴射した燃料噴射量ＴＡＵｎとパージ燃料量ｔａｕ（式（４）参照）との和で新規の吸入空気量Ｇａとパージ空気量ｇａ（式（５）参照）との和を除した値が空燃比Ｖａｆとなるように燃料濃度Ｃｆを求めてもよい。こうすれば、吸気酸素センサ１１４を吸気管７０ａに取り付ける必要がなくなる。
Vaf=(Ga+ga)/(TAUn+tau) …(7)

実施例では、エアフロメータ１０８からの吸入空気量Ｇからエンジン２２の負荷率Ｌを求める際に上記式（３）で最大吸入空気量Ｇａｍａｘを用いたが、この最大吸入空気量Ｇａｍａｘは吸入空気の体積効率に応じて変化し、吸入空気の体積効率は吸気温に応じて変化することから、上記式（３）の最大吸入空気量Ｇａｍａｘを吸気温に基づいて補正してもよい。こうすれば、吸気管圧力センサ１１２が正常でないときのパージ制御による空燃比のずれをより適切に解消することができる。

実施例では、エンジン２２からの動力とモータＭＧ２からの動力とにより走行可能なハイブリッド自動車２０に搭載された内燃機関装置として説明したが、走行用の動力を出力するモータを備えずにエンジンからの動力だけで走行する自動車に搭載された内燃機関装置の形態としたり、自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載される内燃機関装置や建設設備などの移動しない設備に組み込まれた内燃機関装置の形態としても構わない。さらに、こうした内燃機関装置の制御方法の形態としてもよい。

ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、スロットルバルブ７２が「空気量調節手段」に相当し、吸気管圧力センサ１１２が「吸気管圧力検出手段」に相当し、エアフロメータ１０８が「吸入空気量検出手段」に相当し、キャニスタ８０が「蒸発燃料捕捉手段」に相当し、図３の燃料噴射制御ルーチンを実行するエンジンＥＣＵ２４が「パージ制御実行手段」に相当する。「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「空気量調節手段」としては、スロットルバルブ７２に限定されるものではなく、吸気管に吸入される空気量を調節可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「吸気管圧力検出手段」としては、シリコンダイヤフラム式の吸気管圧力センサ１１２に限定されるものではなく、吸気管圧力を検出可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「吸入空気量検出手段」としては、熱線式のエアフロメータ１０８に限定されるものではなく、例えばベーン式やカルマン渦式のエアフロメータなど吸気管内に吸入される空気量を検出可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「蒸発燃料捕捉手段」としては、キャニスタ８０に限定されるものではなく、内燃機関への燃料を貯留する燃料タンク内の蒸発燃料を捕捉するものであれば如何なるものとしても構わない。「パージ制御実行手段」としては、エンジンＥＣＵ２４に限定されるものではなく複数の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、パージ制御を実行するにあたり、吸気管圧力検出手段が正常なときには、吸気管圧力検出手段によって検出された吸気管圧力に基づいてパージ制御実行時に吸気管へ流入するパージガスに含まれるパージ空気量及びパージ燃料量を推定し、吸気管圧力検出手段が正常でないときには、吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量に基づいてパージ空気量及びパージ燃料量を推定するものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、内燃機関装置や車両の製造産業などに利用可能である。

本発明の一実施例としての内燃機関装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。エンジンＥＣＵ２４により実行される燃料噴射量演算ルーチンの一例を示すフローチャートである。吸気管圧力ＰＭと吸気酸素センサの出力値との関係を示す説明図である。負荷率Ｌと吸気管負圧ＮＰとの関係を示す説明図である。

符号の説明

２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２４エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２４ａＣＰＵ、２４ｂＲＯＭ、２４ｃＲＡＭ、２６クランクシャフト、３０遊星歯車機構、３２ドライブシャフト、３４デファレンシャルギヤ、３６ａ，３６ｂ駆動輪、４１，４２インバータ、４４バッテリ、５０ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、５２ＣＰＵ、５４ＲＯＭ、５６ＲＡＭ、６０イグニッションスイッチ、６１シフトレバー、６２シフトポジションセンサ、６３アクセルペダル、６４アクセルペダルポジションセンサ、６５ブレーキペダル、６６ブレーキペダルポジションセンサ、６８車速センサ、７０吸気通路、７０ａ吸気管、７１エアクリーナ、７２スロットルバルブ、７３燃料噴射弁、８０キャニスタ、８２パージ通路、８４大気流通孔、８６パージＶＳＶ、８８燃料タンク、９０排気通路、９１浄化装置、９２空燃比センサ、９４吸気バルブ、９５点火プラグ、９６排気バルブ、９７ピストン、１０２クランクポジションセンサ、１０４カムポジションセンサ、１０６スロットルバルブポジションセンサ、１０８エアフロメータ、１１０温度センサ、１１２吸気管圧力センサ、１１４吸気酸素センサ、１１６スロットルモータ、１１８イグニッションコイル、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

内燃機関と、
前記内燃機関の吸気管に取り付けられ該吸気管内に吸入される空気量を調節する空気量調節手段と、
前記空気量調節手段の下流側に取り付けられ吸気管圧力を検出する吸気管圧力検出手段と、
前記空気量調節手段の上流側に取り付けられ前記吸気管内に吸入される空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記内燃機関への燃料を貯留する燃料タンク内の蒸発燃料を捕捉する蒸発燃料捕捉手段と、
前記蒸発燃料捕捉手段と前記吸気管とを接続するパージ通路と、
前記蒸発燃料捕捉手段によって捕捉された蒸発燃料を前記吸気管の負圧を利用して前記パージ通路を介して前記吸気管へ流入させるパージ制御を実行するにあたり、前記吸気管圧力検出手段が正常なときには、該吸気管圧力検出手段によって検出された吸気管圧力に基づいて前記パージ制御実行時に前記吸気管へ流入するパージガスに含まれるパージ空気量及びパージ燃料量を推定し、前記吸気管圧力検出手段が正常でないときには、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量に基づいて前記パージ空気量及び前記パージ燃料量を推定するパージ制御実行手段と、
を備える内燃機関装置。
前記パージ制御実行手段は、前記吸気管圧力検出手段に断線又は短絡が発生していたときに該吸気管圧力検出手段が正常でないと判定する、
請求項１に記載の内燃機関装置。
前記パージ制御実行手段は、前記内燃機関の運転中に前記吸気管圧力検出手段によって検出された吸気管圧力が基準大気圧を超えていたときに前記吸気管圧力検出手段が正常でないと判定する、
請求項１又は２に記載の内燃機関装置。
前記パージ制御実行手段は、前記吸気管圧力検出手段によって検出された吸気管圧力が前記内燃機関の運転状態にかかわらず一定値に張り付いていたときに前記吸気管圧力検出手段が正常でないと判定する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関装置。
前記パージ制御実行手段は、前記吸気管圧力検出手段の周囲の温度が所定の低温領域に入ったときに前記吸気管圧力検出手段が正常でないと判定する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関装置を搭載し、前記内燃機関からの動力を用いて走行する車両。
内燃機関と、前記内燃機関の吸気管に取り付けられ該吸気管内に吸入される空気量を調節する空気量調節手段と、前記空気量調節手段の下流側に取り付けられ吸気管圧力を検出する吸気管圧力検出手段と、前記空気量調節手段の上流側に取り付けられ前記吸気管内に吸入される空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記内燃機関への燃料を貯留する燃料タンク内の蒸発燃料を捕捉する蒸発燃料捕捉手段と、前記蒸発燃料捕捉手段と前記吸気管とを接続するパージ通路と、を備えた内燃機関装置のコンピュータ・ソフトウェアによる制御方法であって、
前記蒸発燃料捕捉手段によって捕捉された蒸発燃料を前記吸気管の負圧を利用して前記パージ通路を介して前記吸気管へ流入させるパージ制御を実行するにあたり、前記吸気管圧力検出手段が正常なときには、該吸気管圧力検出手段によって検出された吸気管圧力に基づいて前記パージ制御実行時に前記吸気管へ流入するパージガスに含まれるパージ空気量及びパージ燃料量を推定し、前記吸気管圧力検出手段が正常でないときには、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量に基づいて前記パージ空気量及び前記パージ燃料量を推定する、
内燃機関装置の制御方法。