JP3264221B2

JP3264221B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP3264221B2
Application number: JP20114197A
Authority: JP
Inventors: 秀伸武藤; 飯田　　寿; 森永　　修二郎
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 2002-03-11
Anticipated expiration: 2017-07-28
Also published as: DE19833938B4; US6343467B1; DE19833938A1; JPH1144263A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キャニスタで吸着
した燃料蒸発ガスを内燃機関の吸気通路に導入する燃料
蒸発ガスパージシステムを備えた内燃機関の空燃比制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】キャニスタから内燃機関の吸気通路に導
入する燃料蒸発ガス（以下「パージガス」という）には
燃料が含まれるため、パージガス導入時には、パージガ
スの導入量に応じて燃料噴射弁の燃料噴射量を減量補正
することで、内燃機関への燃料供給量を要求値に一致さ
せるようにしている。しかし、特開平８−１０９８４４
号公報に示すように、パージガス導入時には、燃料噴射
弁から噴射した燃料の一部が吸気管内壁に付着するた
め、排ガスの空燃比が理論空燃比（目標空燃比）からリ
ーン側にずれやすい。そのため、同公報に開示された空
燃比制御装置では、パージガス導入時には、パージガス
導入の前後の空燃比フィードバック補正係数の偏差に応
じて、空燃比をリッチ側にシフトさせるように空燃比フ
ィードバック補正係数を修正し、それによって、パージ
ガス導入時の排ガスの空燃比を理論空燃比に収束させる
ようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、排ガス中のＮ
Ｏｘ，ＣＯ，ＨＣを浄化するのに用いられる三元触媒の
ウインド（ＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣの浄化効率が全て高くな
る空燃比の範囲）は、図１４に示すように理論空燃比
（１４．６〜１４．７）付近の狭い範囲であるため、上
記公報の空燃比制御装置では、パージガス導入時にも、
理論空燃比を目標空燃比にして空燃比フィードバック制
御を行うようにしている。

【０００４】しかし、本発明者らの最近の調査結果によ
れば、パージガス導入時には、空燃比フィードバック制
御を行っても、排ガスの空燃比が三元触媒のウインドよ
りリーン側にずれることが判明した。以下、この理由を
説明する。下記の表１に示すように、燃料となるガソリ
ンには、多くの種類の炭化水素が含まれ、各炭化水素毎
に理論空燃比が異なり、沸点も異なる。燃料全体として
の理論空燃比（１４．６〜１４．７）は、これら各成分
の理論空燃比を平均したものである。

【０００５】

【表１】

【０００６】内燃機関に導入されるパージガスは、燃料
タンク内のガソリンから蒸発した燃料蒸発ガス（エバポ
ガス）であるため、沸点の低い炭化水素が多く含まれ
る。上記表１に示すように、炭化水素の沸点は、カーボ
ンナンバー（Ｃｎ）が小さくなるほど、低くなるため、
パージガスには、カーボンナンバー（Ｃｎ）が小さいメ
タン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン（Ｃ１〜Ｃ
５）等が多く含まれる（図１５参照）。これらパージガ
スの各成分の理論空燃比は、１７．２４〜１５．３６で
あり、燃料全体としての理論空燃比（１４．６〜１４．
７）よりも大きいため、パージガス導入時には、内燃機
関に供給する燃料全体としての理論空燃比が通常の燃料
の理論空燃比（１４．６〜１４．７）よりも大きくな
る。

【０００７】このため、前記公報の空燃比制御装置のよ
うに、パージガス導入時に通常の理論空燃比（１４．６
〜１４．７）を目標空燃比にして空燃比フィードバック
制御を行うと、パージガス導入時の排ガスの空燃比が三
元触媒のウインドからリーン側にずれてしまい、ＮＯｘ
浄化率が低下してしまう。

【０００８】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、パージガス導入時の
空燃比フィードバック制御を適正化することができ、パ
ージガス導入時の排ガス浄化率を向上できる内燃機関の
空燃比制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、パージガス
（燃料蒸発ガス）導入時の空燃比が三元触媒のウインド
よりリーン側にずれる点に着目し、パージガス導入時に
は、目標空燃比補正手段により目標空燃比をリッチ側に
補正する（請求項１）。これにより、パージガス導入時
には、リッチ側に補正された目標空燃比に対して空燃比
がフィードバック制御されるため、パージガス導入によ
る空燃比のリーン側へのずれを目標空燃比のリッチ側へ
の補正によりキャンセルすることができ、パージガス導
入時の排ガスの空燃比を三元触媒のウインドに制御する
ことが可能となり、パージガス導入時の排ガス浄化率を
向上することができる。

【００１０】この場合、請求項２のように、パージガス
導入量に基づいて目標空燃比のリッチ側への補正量を設
定するようにしても良い。つまり、パージガス導入量が
多くなるに従って、内燃機関への供給燃料中のパージガ
ス成分の割合（パージガス濃度）が増加し、供給燃料全
体としての理論空燃比のリーン側へのずれ量が大きくな
るため、パージガス導入量に基づいて目標空燃比のリッ
チ側への補正量を設定すれば、パージガス導入時の目標
空燃比の設定をより適正なものとすることができる。
尚、パージガス導入量としては、パージガス重量、パー
ジガス濃度、パージガス流量、燃料蒸発ガスパージシス
テムのパージ制御弁の制御デューティ等の中から適宜選
択して用いれば良い。

【００１１】また、前掲した表１に示す各ガス成分の理
論空燃比の相違を考慮し、請求項３のように、パージガ
ス導入量とそのガス成分とに基づいて目標空燃比のリッ
チ側への補正量を設定するようにしても良い。このよう
にすれば、パージガス導入時の目標空燃比のリッチ側へ
の補正量をより正確に設定することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制
御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関である
エンジン１１の吸気管１２（吸気通路）の最上流部に
は、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１
３の下流側には、吸気温度Ｔａｍを検出する吸気温度セ
ンサ１４が設けられている。この吸気温度センサ１４の
下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度Ｔ
Ｈを検出するスロットル開度センサ１６とが設けられて
いる。

【００１３】更に、スロットルバルブ１５の下流側に
は、吸気管圧力ＰＭを検出する吸気管圧力センサ１７が
設けられ、この吸気管圧力センサ１７の下流側にサージ
タンク１８（吸気通路）が設けられている。このサージ
タンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入す
る吸気マニホールド１９（吸気通路）が接続され、この
吸気マニホールド１９の各気筒の分岐管部にそれぞれ燃
料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。

【００１４】また、エンジン１１には各気筒毎に点火プ
ラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１には、点火
回路２２で発生した高圧電流がディストリビュータ２３
を介して供給される。このディストリビュータ２３に
は、７２０℃Ａ（クランク軸２回転）毎に例えば２４個
のパルス信号を出力するクランク角センサ２４が設けら
れ、このクランク角センサ２４の出力パルス間隔によっ
てエンジン回転数Ｎｅを検出するようになっている。ま
た、エンジン１１には、エンジン冷却水温ＴＨＷを検出
する水温センサ３８が取り付けられている。

【００１５】一方、エンジン１１の排気ポート（図示せ
ず）には、排気マニホールド２５を介して排気管２６が
接続され、この排気管２６の途中に排ガス中の有害成分
（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等）を低減させる三元触媒２７が
設けられている。この三元触媒２７の上流側には、排ガ
スの空燃比に応じたリニアな空燃比信号λを出力する空
燃比センサ２８が設けられている。また、三元触媒２７
の下流側には、排ガス中の酸素濃度（０％）に対してリ
ッチかリーンかによって出力電圧Ｒ／Ｌが反転する酸素
センサ２９が設けられている。

【００１６】次に、燃料蒸発ガスパージシステム４０の
構成を説明する。燃料タンク（図示せず）には、連通管
４１を介してキャニスタ４２が接続されている。このキ
ャニスタ４２内には、燃料蒸発ガスを吸着する活性炭等
の吸着体（図示せず）が収容されている。また、キャニ
スタ４２には、大気に連通する大気連通管４３が設けら
れ、このキャニスタ４２とサージタンク１８との間に
は、キャニスタ４２内に吸着されている燃料蒸発ガスを
サージタンク１８にパージ（放出）するためのパージ通
路４４が設けられ、このパージ通路４４の途中にパージ
流量を調整するパージ制御弁４５が設けられている。以
下の説明では、キャニスタ４２からサージタンク１８に
パージされる燃料蒸発ガスを「パージガス」と呼ぶ。

【００１７】このパージ制御弁４５は、内部のガス流路
を開閉する弁体４６と、この弁体４５をスプリング（図
示せず）に抗して開弁方向へ移動させるソレノイドコイ
ル４７等を備えた電磁弁である。このパージ制御弁４５
のソレノイドコイル４７には、パルス信号ＰＤにて電圧
が印加され、このパルス信号ＰＤの周期に対するパルス
幅の比率（デューティ比）を変えることによって、弁体
４６の開度を調整して、キャニスタ４２からサージタン
ク１８へ導入するパージガスの流量を制御する。このパ
ージ制御弁４１のデューティ比とパージガス流量との変
化特性を図２に示している。

【００１８】一方、エンジン制御回路３０には、上述し
た各種センサからエンジン運転状態を表す各種情報が入
力ポート３１を介して読み込まれる。このエンジン制御
回路３０は、マイクロコンピュータを主体として構成さ
れ、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３３（記憶媒体）、ＲＡＭ３
４、バッテリ（図示せず）でバックアップされたバック
アップＲＡＭ３５等を備え、ＲＯＭ３３に記憶された各
種プログラムによって、燃料噴射量ＴＡＵや点火時期Ｉ
ｇ等を演算し、その演算結果に応じた信号を出力ポート
３６から燃料噴射弁２０や点火回路２２に出力してエン
ジン１１の運転を制御する。以下、このエンジン制御回
路３０が実行する空燃比制御に関する各種プログラムの
処理の流れを説明する。

【００１９】［空燃比制御］図４に示す空燃比制御プロ
グラムは、空燃比のフィードバック制御を通じて燃料噴
射量ＴＡＵを設定するプログラムであり、所定クランク
角毎（例えば３６０℃Ａ毎）に起動される。本プログラ
ムが起動されると、まずステップ１０１で、前記各種セ
ンサからの検出信号（例えばエンジン回転数Ｎｅ、吸気
管圧力ＰＭ、冷却水温ＴＨＷ、空燃比λ、排ガス中の酸
素濃度Ｒ／Ｌ等）を読み込む。この後、ステップ１０２
で、エンジン運転状態（エンジン回転数Ｎｅと吸気管圧
力ＰＭ等）に応じてマップ等から基本燃料噴射量Ｔｐを
演算する。

【００２０】そして、次のステップ１０３で、空燃比フ
ィードバック条件が成立しているか否かを判定する。こ
こで、空燃比フィードバック条件は、次の（Ａ１）〜
（Ａ４）の条件を全て満たした時に成立し、１つでも満
たさない条件があれば、不成立となる。

【００２１】（Ａ１）各種の燃料増量補正が行われてい
ないこと（Ａ２）燃料カット中でないこと（Ａ３）高負荷運転中でないこと（Ａ４）空燃比センサ２８が活性化していること尚、上記（Ａ４）の空燃比センサ２８の活性化の有無
は、例えば、冷却水温ＴＨＷが所定温度（例えば３０
℃）以上となっているか否かで判定したり、始動後の
経過時間が所定時間以上となっているか否かで判定した
り、実際に空燃比センサ２８から出力λが出たか否か
で判定したり、或は、空燃比センサ２８の素子インピ
ーダンス（素子温相当）を検出してその素子インピーダ
ンスから判定しても良い。

【００２２】上記ステップ１０３で、空燃比フィードバ
ック条件が不成立と判定された場合には、ステップ１０
４に進み、空燃比補正係数ＦＡＦ（フィードバック補正
量に相当）を「１．０」に設定して、ステップ１０９に
進む。この場合は、空燃比の補正は行われない。

【００２３】一方、上記ステップ１０３で、空燃比フィ
ードバック条件成立と判定された場合には、ステップ１
０５に進み、三元触媒２８が活性化しているか否かを判
定する。この三元触媒２８の活性の有無は、例えば、冷
却水温ＴＨＷが所定温度（例えば４０℃）以上となって
いるか否かで判定する。このステップ１０５で、三元触
媒２８が活性化していると判定された時には、ステップ
１０６に進み、後述する図１０の目標空燃比設定プログ
ラムを実行し、三元触媒２８下流の酸素センサ２９の出
力Ｒ／Ｌに基づいて目標空燃比λＴＧ（目標空気過剰
率）を設定してから、ステップ１０８に進む。

【００２４】これに対し、上記ステップ１０５におい
て、三元触媒２８が活性化していないと判定された時に
は、ステップ１０７に進み、図３に示す冷却水温ＴＨＷ
をパラメータとする目標空燃比マップを検索して、その
時点の冷却水温ＴＨＷに応じた目標空燃比λＴＧを設定
してステップ１０８に進む。

【００２５】以上のようにして、ステップ１０６又は１
０７で目標空燃比λＴＧを設定した後、ステップ１０８
に進み、目標空燃比λＴＧと空燃比センサ２８の出力λ
（空燃比）とに基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを次式に
より算出する。

【００２６】ＦＡＦ（ｋ）＝Ｋ１・λ（ｋ）＋Ｋ２・Ｆ
ＡＦ（ｋ−３）＋Ｋ３・ＦＡＦ（ｋ−２）＋Ｋ４・ＦＡ
Ｆ（ｋ−１）＋ＺＩ（ｋ）但し、ＺＩ（ｋ）＝ＺＩ（ｋ−１）＋Ｋａ・｛λＴＧ−
λ（ｋ）｝ここで、ｋは最初のサンプリング開始からの制御回数を
示す変数、Ｋ１〜Ｋ４は最適フィードバック定数、Ｋａ
は積分定数である。このステップ１０８の処理が特許請
求の範囲でいう空燃比フィードバック手段として機能す
る。

【００２７】そして、次のステップ１０９で、基本燃料
噴射量Ｔｐ、空燃比補正係数ＦＡＦ及びバックアップＲ
ＡＭ３５に格納されている空燃比の学習補正量ＫＧｊの
うちの現在の運転領域に属する学習補正量ＫＧｊを用い
て、次式の演算を実行し、燃料噴射量ＴＡＵを算出し
て、本プログラムを終了する。ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＫＧｊ・ＦＡＬＬここで、ＦＡＬＬは、空燃比補正係数ＦＡＦと学習補正
量ＫＧｊによらない他の補正係数（例えばエンジン温度
による補正係数、加減速時の補正係数等）である。

【００２８】［パージ率制御］図５に示すパージ率制御
プログラムは、例えば３２ｍｓｅｃ毎の割込み処理によ
り実行される。本プログラムの処理が開始されると、ま
ず、ステップ２０１〜２０４において、次の（Ｂ１）〜
（Ｂ４）のパージ率制御実行条件が成立しているか否か
を判定する。

【００２９】（Ｂ１）空燃比フィードバック制御中であ
ること（ステップ２０１）（Ｂ２）空燃比学習が終了していること（ステップ２０
２）（Ｂ３）冷却水温ＴＨＷが８０℃以上であること（ステ
ップ２０３）（Ｂ４）燃料カットが行われていないこと（ステップ２
０４）これら（Ｂ１）〜（Ｂ４）の条件を全て満たした時にパ
ージ率制御実行条件が成立し、１つでも満たさない条件
があれば、パージ率制御実行条件が不成立となる。

【００３０】もし、パージ率制御実行条件が不成立であ
れば、ステップ２１０に進み、パージ実施フラグＸＰＲ
Ｆを「０」にクリアすると共に、次のステップ２１１
で、最終パージ率ＰＧＲを「０」にリセットして、本プ
ログラムを終了する。この最終パージ率ＰＧＲが「０」
とということは、燃料蒸発ガスパージを実施しないこと
を意味する。例えば、エンジン１１の暖機前等、冷却水
温が低い場合（ＴＨＷ＜６０℃）には、水温補正によっ
てパージ以外の燃料増量が実施され、パージ率制御は実
行されない。

【００３１】一方、パージ率制御実行条件が成立してい
る時には、ステップ２０５に進み、パージ実施フラグＸ
ＰＲＧに「１」をセットした後、ステップ２０６〜２０
９で最終パージ率ＰＧＲを次のようにして演算する。ま
ず、ステップ２０６で、吸気管圧力ＰＭとエンジン回転
数ＮＥをパラメータとする図６の全開パージ率マップを
検索し、その時点のＰＭとＮＥに応じた全開パージ率Ｐ
ＧＲＭＸを読み込む。この全開パージ率ＰＧＲＭＸは、
吸気管１２を通してエンジン１１に流入する全空気量
と、パージ制御弁４５の全開時（デューティ比１００％
時）にパージ通路４４を通して導入される空気量との比
を表している。

【００３２】そして、次のステップ２０７で、目標ＴＡ
Ｕ補正量ＫＴＰＲＧを、後述する図８のステップ４１１
で算出した燃料蒸発ガス濃度平均値ＦＧＰＧＡＶの絶対
値で除算して目標パージ率ＰＧＲＯを算出する（ＰＧＲ
Ｏ＝ＫＴＰＲＧ／｜ＦＧＰＧＡＶ｜）。ここで、目標Ｔ
ＡＵ補正量ＫＴＰＲＧとは、燃料噴射量ＴＡＵを減量補
正する際における最大補正量に相当する。また、燃料蒸
発ガス濃度平均値ＦＧＰＧＡＶは、キャニスタ４２への
燃料蒸発ガス吸着量に対応しており、後述する図８の処
理によって推定され、随時更新されつつＲＡＭ３４に書
き込まれている。従って、目標パージ率ＰＧＲＯは、目
標ＴＡＵ補正量ＫＴＰＲＧまで一杯に燃料噴射量を減量
することを想定したとき、どれだけの燃料蒸発ガスをパ
ージにより補充したらよいかに対応する。この場合、同
じ運転状態であれば、目標パージ率ＰＧＲＯは燃料蒸発
ガス濃度平均値ＦＧＰＧＡＶが大きいほど小さな値とな
る。尚、本実施形態では、目標ＴＡＵ補正量ＫＴＰＲＧ
を例えば３０％に設定している。

【００３３】目標パージ率ＰＧＲＯの算出後、ステップ
２０８で、パージ率徐変値ＰＧＲＤを読み込む。ここ
で、パージ率徐変値ＰＧＲＤとは、パージ率をいきなり
大きく変更すると、補正が追いつかず最適な空燃比を保
てなくなってしまうため、これを避けるために設けられ
た制御値である。このパージ率徐変値ＰＧＲＤの設定方
法は後述するパージ率徐変制御にて説明する。

【００３４】このようにして、全開パージ率ＰＧＲＭ
Ｘ、目標パージ率ＰＧＲＯ、パージ率徐変値ＰＧＲＤを
設定した後、ステップ２０９に進み、これらのうちの最
小値を最終パージ率ＰＧＲとして選択する。この最終パ
ージ率ＰＧＲにてパージ制御が実施される。この場合、
通常はパージ率徐変値ＰＧＲＤにて最終パージ率ＰＧＲ
が制御され、このパージ率徐変値ＰＧＲＤが増え続けれ
ば、最終パージ率ＰＧＲは全開パージ率ＰＧＲＭＸ又は
目標パージ率ＰＧＲＯによって上限ガードされることに
なる。

【００３５】［パージ率徐変制御］図７に示すパージ率
徐変制御プログラムは、例えば３２ｍｓｅｃ毎の割込み
処理により実行される。本プログラムの処理が開始され
ると、まずステップ３０１で、パージ実施フラグＸＰＲ
Ｇが「１」であるか否かを判定し、ＸＰＲＧ＝０の場
合、つまりパージ率制御が実行されない場合には、ステ
ップ３０６に進み、パージ率徐変値ＰＧＲＤを「０」と
して本ルーチンを終了する。

【００３６】一方、ＸＰＲＧ＝１の場合には、ステップ
３０２に進み、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの
ずれ量｜１−ＦＡＦＡＶ｜を検出する。このとき、｜１
−ＦＡＦＡＶ｜≦１５％であれば、ステップ３０３に進
み、前回の最終パージ率ＰＦＲ(i-1) に「０．１％」加
算した値を今回のパージ率徐変値ＰＦＲＤとする。ま
た、１５％＜｜１−ＦＡＦＡＶ｜≦２０％であれば、ス
テップ３０４に進んで、前回の最終パージ率ＰＧＲ(i-
1) を今回のパージ率徐変値ＰＧＲＤとする。

【００３７】もし、｜１−ＦＡＦＡＶ｜＞２０％であれ
ば、ステップ３０５に進んで、前回の最終パージ率ＰＧ
Ｒ(i-1) から「０．１％」減算した値を今回のパージ率
徐変値ＰＧＲＤとする。パージ率を大きく変更すると補
正が追いつかず、最適な空燃比を保てなくなってしまう
ため、パージ率徐変値ＰＧＲＤによってこの様な問題を
避けることは前述した通りである。

【００３８】［燃料蒸発ガス濃度検出］図８に示す燃料
蒸発ガス濃度検出プログラムは、例えば４ｍｓｅｃ毎の
割込み処理により実行される。本プログラムの処理が開
始されると、まずステップ４０１で、キースイッチ投入
時であるか否かを判別する。キースイッチ投入時であれ
ば、ステップ４１２〜４１４で各データを初期化し、燃
料蒸発ガス濃度ＦＧＰＧ＝１．０、燃料蒸発ガス濃度平
均値ＦＧＰＧＡＶ＝１．０、初回濃度検出終了フラグＸ
ＮＦＧＰＧ＝０にリセットする。

【００３９】ここで、燃料蒸発ガス濃度ＦＧＰＧ＝１．
０、燃料蒸発ガス濃度平均値ＦＧＰＧＡＶ＝１．０は、
燃料蒸発ガス濃度が「０」であること（換言すればキャ
ニスタ２３に燃料蒸発ガスが全く吸着されていないこ
と）を意味する。エンジン始動時には初期化により吸着
量が「０」に仮定される。初回濃度検出終了フラグＸＮ
ＦＧＰＧ＝０は、エンジン始動後に未だ燃料蒸発ガス濃
度が検出されていないことを意味する。

【００４０】キースイッチ投入後は、ステップ４０２に
進み、パージ実施フラグＸＰＲＧが「１」であるか否
か、即ちパージ制御が開始されているか否かを判別す
る。ここで、ＸＰＲＧ＝０（パージ制御開始前）の場合
には、そのまま本プログラムを終了する。一方、ＸＰＲ
Ｇ＝１（パージ制御開始後）の場合には、ステップ４０
３に進み、車両が加減速中であるか否かを判別する。こ
こで、加減速中であるか否かの判別は、アイドルスイッ
チ４６のオフ、スロットルバルブ１４の弁開度変化、吸
気管圧力変化、車速変化等の検出結果によって行われ
る。そして、加減速中であると判別されると、そのまま
本プログラムを終了する。つまり、加減速中（エンジン
運転の過渡状態）では燃料蒸発ガス濃度検出が禁止さ
れ、誤検出防止が図られる。

【００４１】また、上記ステップ４０３で、加減速中で
ないと判別されると、ステップ４０４に進み、初回濃度
検出終了フラグＸＮＦＰＧが「１」であるか否か、即ち
燃料蒸発ガス濃度の初回検出が終了しているか否かを判
別する。ここで、ＸＮＦＧＰＧ＝１（初回検出後）であ
れば、ステップ４０５に進み、ＸＮＦＰＧ＝０（初回検
出前）であれば、ステップ４０５を飛び越してステップ
４０６に進む。

【００４２】最初は、燃料蒸発ガス濃度検出が終了して
いないので（ＸＮＦＧＰＧ＝０）、ステップ４０４から
ステップ４０６に進み、空燃比フィードバック補正係数
のなまし値ＦＡＦＡＶが基準値（＝１）に対して所定値
ω（例えば２％）以上の偏差を有するか否かを判別す
る。つまり、燃料蒸発ガスパージによる空燃比のずれ量
が小さすぎると燃料蒸発ガス濃度を正しく検出できな
い。そのため、空燃比のずれ量が小さければ（｜１−Ｆ
ＡＦＡＶ｜≦ω）、そのまま本プログラムを終了する。

【００４３】また、空燃比のずれ量が大きければ（｜１
−ＦＡＦＡＶ｜＞ω）、ステップ４０７に進み、次式に
より燃料蒸発ガス濃度ＦＧＰＧを検出する。ＦＧＰＧ＝ＦＧＰＧ(i-1) ＋（ＦＡＦＡＶ−１）／ＰＧ
Ｒ上式において、前述のごとく燃料蒸発ガス濃度ＦＧＰＧ
の初期値は「１」であり、空燃比がリッチ寄りかまたは
リーン寄りかに応じて燃料蒸発ガス濃度ＦＧＰＧが徐々
に更新される。

【００４４】この場合、実際の燃料蒸発ガス濃度が高い
ほど（キャニスタ２３の吸着量が多いほど）、燃料蒸発
ガス濃度ＦＧＰＧの値は「１」を基準に減じられる。ま
た、燃料蒸発ガス濃度ＦＧＰＧの値は、実際の燃料蒸発
ガス濃度の低下分（キャニスタ２３のパージ量）に応じ
て増加させられる。具体的には、空燃比がリッチであれ
ば（ＦＡＦＡＶ−１＜０）、燃料蒸発ガス濃度ＦＧＰＧ
の値は、「ＦＡＦＡＶ−１」を最終パージ率ＰＧＲで除
算した値だけ小さくなる。また、空燃比がリーンであれ
ば（ＦＡＦＡＶ−１＞０）、燃料蒸発ガス濃度ＦＧＰＧ
の値は、「ＦＡＦＡＶ−１」を最終パージ率ＰＧＲで除
算した値だけ大きくなる。

【００４５】その後、ステップ４０８に進み、初回濃度
検出終了フラグＸＮＦＧＰＧが「１」であるか否かを判
別する。ここで、ＸＮＦＧＰＧ＝０であれば、ステップ
４０９に進み、燃料蒸発ガス濃度ＦＧＰＧの前回検出値
と今回検出値との変化が所定値（例えば３％）以下の状
態が３回以上継続したか否かによって、燃料蒸発ガス濃
度ＦＧＰＧが安定したか否かを判別する。燃料蒸発ガス
濃度ＦＧＰＧが安定すると、次のステップ４１０に進
み、初回濃度検出終了フラグＸＮＦＧＰＧに「１」をセ
ットした後、ステップ４１１に進む。

【００４６】一方、上記ステップ４０８で、ＸＮＦＧＰ
Ｇ＝１の場合、又はステップ４０９で燃料蒸発ガス濃度
ＦＧＰＧが安定していないと判定された場合、ステップ
４１１へジャンプし、今回の燃料蒸発ガス濃度ＦＧＰＧ
を平均化するために、所定のなまし演算（例えば１／６
４なまし演算）を実行し、燃料蒸発ガス濃度平均値ＦＧ
ＰＧＡＶを求める。

【００４７】この様に初回濃度検出が終了すると（ＸＮ
ＦＧＰＧ＝１がセットされると）、ステップ４０４が常
に「Ｙｅｓ」と判定され、ステップ４０５に進んで、最
終パージ率ＰＧＲが所定値β（例えば０％）を越えるか
否かを判別する。そして、ＰＧＲ＞βの場合のみ、ステ
ップ４０６以降の燃料蒸発ガス濃度検出を実行する。つ
まり、パージ実施フラグＸＰＲＧがセットされていて
も、最終パージ率ＰＧＲが「０」となることがある（実
際には燃料蒸発ガスのパージが実施されていないことが
ある）。そのため、初回検出時以外は、ＰＧＲ＝０の場
合に燃料蒸発ガス濃度の検出を行なわないようにしてい
る。

【００４８】尚、最終パージ率ＰＧＲが小さい場合、即
ちパージ制御弁３１が低流量側で制御されている場合は
開度制御の精度が比較的低く、燃料蒸発ガス濃度検出の
信頼性が低い。そこで、ステップ４０５の所定値βをパ
ージ制御弁３１の低開度域に設定し（例えば０％＜β＜
２％）、初回検出時以外は、精度の良い検出条件が揃っ
た場合のみ、燃料蒸発ガス濃度検出を行うようにしても
良い。

【００４９】［パージ制御弁の制御］図９に示すパージ
制御弁４５の制御プログラムは、例えば１００ｍｓｅｃ
毎に割込み処理により実行される。本プログラムの処理
が開始されると、まずステップ５０１で、パージ実施フ
ラグＸＰＲＧがパージ実施を示す「１」であるか否かを
判別し、ＸＰＲＧ＝０（パージ不実施）であれば、ステ
ップ５０２に進み、パージ制御弁４５を駆動させるため
の制御値Ｄｕｔｙを「０」とする。また、ＸＰＲＧ＝１
（パージ実施）であれば、ステップ５０３に進み、最終
パージ率ＰＧＲ及びその時点での運転状態に見合った全
開パージ率ＰＧＲＭＸに基づき、次式により制御値Ｄｕ
ｔｙを算出する。Ｄｕｔｙ＝（ＰＧＲ／ＰＧＲＭＸ）・（１００−Ｐｖ）
・Ｐｐａ＋Ｐｖ

【００５０】この式で、パージ制御弁４５の駆動周期は
１００ｍｓｅｃに設定されている。また、Ｐｖはバッテ
リ電圧の変動に対する電圧補正値（駆動周期補正用の時
間相当量）であり、Ｐｐａは大気圧の変動に対する大気
圧補正値である。上記（４）式で算出された制御値Ｄｕ
ｔｙに基づき、パージ制御弁４５の駆動パルス信号のデ
ューティ比が設定される。

【００５１】［目標空燃比設定］図１０に示す目標空燃
比設定プログラムは、図４の空燃比制御プログラムのス
テップ１０６で実行されるサブルーチンである。本プロ
グラムが起動されると、まずステップ６０１〜６０３
で、酸素センサ２９の出力Ｒ／Ｌに基づいて、実際の空
燃比と空燃比センサ２８の出力λ（検出した空燃比）と
のずれを補正するように、目標空燃比の中央値λＴＧＣ
を設定する。具体的には、まずステップ６０１で、酸素
センサ２９の出力Ｒ／Ｌがリッチ（Ｒ）かリーン（Ｌ）
かを判別し、リッチ（Ｒ）の場合は、ステップ６０２に
進み、中央値λＴＧＣを所定値λＭだけ大きく、すなわ
ちλＭだけリーンに設定する（λＴＧＣ←λＴＧＣ＋λ
Ｍ）。

【００５２】一方、酸素センサ２９の出力Ｒ／Ｌがリー
ン（Ｌ）の場合は、ステップ６０３に進み、中央値λＴ
ＧＣを所定値λＭだけ小さく、すなわちλＭだけリッチ
に設定する（λＴＧＣ←λＴＧＣ一λＭ）。図１１は、
このような酸素センサ２９の出力Ｒ／Ｌに基づいて目標
空燃比の中央値λＴＧＣを設定する場合の一例を示して
いる。

【００５３】以上のようにして、目標空燃比の中央値λ
ＴＧＣを設定した後、ステップ６０４に進み、パージガ
ス濃度に応じて目標空燃比補正量λＰＲＧを算出する。
ここで、パージガス濃度とは、エンジン１１への内燃機
関への供給燃料中のパージガス（燃料蒸発ガス）成分の
割合であり、燃料蒸発ガス濃度平均値ＦＧＰＧＡＶ、パ
ージ制御弁４５の制御デューティＤｕｔｙ等から求めら
れる。

【００５４】このパージガス濃度と目標空燃比補正量λ
ＰＲＧとの関係を図１３に基づいて説明する。パージガ
スには、カーボンナンバー（Ｃｎ）が小さいメタン、エ
タン、プロパン、ブタン、ペンタン（Ｃ１〜Ｃ５）等が
多く含まれる（図１５参照）。これらパージガスの各成
分の理論空燃比は、１７．２４〜１５．３６であり（表
１参照）、燃料全体としての理論空燃比（１４．６〜１
４．７）よりも大きいため、パージガス導入時には、エ
ンジン１１に供給する燃料全体としての理論空燃比が通
常の理論空燃比（１４．６〜１４．７）よりも大きくな
る。

【００５５】本発明者らは、パージガス導入時の三元触
媒２７のウインド（以下「触媒ウインド」という）から
の空燃比のリーン側へのずれ量とパージガス濃度との関
係を実験で調べたところ、図１３に示すように、パージ
ガス濃度が増加するに従って、それとほぼ比例して空燃
比のリーン側へのずれ量が増加することが判明した。そ
こで、本実施形態では、パージガス導入時に、触媒ウイ
ンドからの空燃比のリーン側へのずれ量をキャンセルす
るために、パージガス導入時にパージガス濃度に応じて
目標空燃比をリッチ側に補正する。

【００５６】このようなパージガス導入時の目標空燃比
の補正を行うため、予め、パージガス濃度をパラメータ
とする目標空燃比補正量λＰＲＧのマップ（テーブル）
を設定してＲＯＭ３３に記憶しておく。この目標空燃比
補正量λＰＲＧのマップは、図１３に示すパージガス導
入時の触媒ウインドからの空燃比のリーン側へのずれ量
を考慮して、パージガス濃度が増加するほど、それにほ
ぼ比例して目標空燃比補正量λＰＲＧが大きくなるよう
に設定されている。更に、目標空燃比補正量λＰＲＧ
は、パージガスに含まれる各成分（図１５及び表１参
照）の理論空燃比も考慮して設定されている。

【００５７】そして、図１０のステップ６０４で、目標
空燃比補正量λＰＲＧのマップからパージガス濃度に応
じて目標空燃比補正量λＰＲＧを算出する。この後、ス
テップ６０５で、目標空燃比の中央値λＴＧＣを目標空
燃比補正量λＰＲＧだけリッチ側に補正する（λＴＧＣ
←λＴＧＣ−λＰＲＧ）。これらステップ６０４，６０
５の処理が特許請求の範囲でいう目標空燃比補正手段と
して機能する。

【００５８】この後、ステップ６０６〜６１５で、いわ
ゆるディザ制御により目標空燃比λＴＧを次のようにし
て設定する。まず、ステップ６０６で、ディザ周期カウ
ンタのカウント値ＣＤＺＡがディザ周期ＴＤＺＡ以上と
なっているか否かを判定する。このディザ周期ＴＤＺＡ
は、当該ディザ制御の分解能を決定する因子であり、後
述するステップ６１０の処理により、エンジン１１の運
転状態に対応した望ましい値がその都度設定される。

【００５９】もし、ディザ周期カウンタのカウント値Ｃ
ＤＺＡがディザ周期ＴＤＺＡよりも小さければ、ステッ
プ６０７に進み、ディザ周期カウンタのカウント値ＣＤ
ＺＡを１インクリメントして、ステップ６１５の処理を
実行する。この場合は、目標空燃比λＴＧの値を更新す
ることなく、その時点で設定されている目標空燃比λＴ
Ｇの値を維持する。

【００６０】一方、ディザ周期カウンタのカウント値Ｃ
ＤＺＡがディザ周期ＴＤＺＡ以上であれば、ステップ６
０８に進み、ディザ周期カウンタのカウント値ＣＤＺＡ
を「０」にリセットした後、ディザ制御により目標空燃
比λＴＧが前記中央値λＴＧＣを中心にしてリッチ／リ
ーン側に交互に階段状に変化するように、以下の処理を
実行する。

【００６１】まず、ステップ６０９，６１０で、ディザ
振幅λＤＺＡとディザ周期ＴＤＺＡを設定する。ここ
で、ディザ振幅λＤＺＡは、ディザ制御の制御量を決定
する因子であり、ディザ周期ＴＤＺＡと同じく、エンジ
ン１１の運転状態に対応した望ましい値がその都度設定
される。これらディザ振幅λＤＺＡとディザ周期ＴＤＺ
Ａは、エンジン回転数Ｎｅと吸気管圧力ＰＭとをパラメ
ータとする２次元マップ（図示せず）を検索して、その
時点のエンジン回転数Ｎｅと吸気管圧力ＰＭに対応する
ディザ振幅λＤＺＡとディザ周期ＴＤＺＡを求める。

【００６２】この後、ステップ６１１で、ディザ処理フ
ラグＸＤＺＲが「０」であるか否かを判定する。このデ
ィザ処理フラグＸＤＺＲは、目標空燃比中央値λＴＧＣ
に対して目標空燃比λＴＧをリッチに設定する場合にＸ
ＤＺＲ＝１にセットし、リーンに設定する場合にＸＤＺ
Ｒ＝０にリセットする。

【００６３】上記ステップ６１１で、ＸＤＺＲ＝０と判
定された場合、つまり前回のディザ制御で目標空燃比中
央値λＴＧＣに対して目標空燃比λＴＧがリーンに設定
されている場合には、ステップ６１２に進み、今回のデ
ィザ制御で目標空燃比λＴＧがリッチに設定されるよう
に、ディザ処理フラグＸＤＺＲを「１」にセットし、次
のステップ６１４で、ディザ振幅λＤＺＡを−値に反転
させる。

【００６４】これに対し、上記ステップ６１１で、ＸＤ
ＺＲ＝１と判定された場合、つまり前回のディザ制御で
目標空燃比中央値λＴＧＣに対して目標空燃比λＴＧが
リッチに設定されている場合には、ステップ６１３に進
み、今回のディザ制御で目標空燃比λＴＧがリーンに設
定されるように、ディザ処理フラグＸＤＺＲを「０」に
リセットする。

【００６５】この後、ステップ６１５で、目標空燃比中
央値λＴＧＣとディザ振幅λＤＺＡとから目標空燃比λ
ＴＧを設定する。ここで、前回のディザ制御で目標空燃
比中央値λＴＧＣに対して目標空燃比λＴＧがリーンに
設定された場合には、今回のディザ制御で、目標空燃比
λＴＧを中央値λＴＧＣに対してディザ振幅λＤＺＡだ
けリッチに設定するように、次式により目標空燃比λＴ
Ｇを算出する。 λＴＧ＝λＴＧＣ−λＤＺＡ

【００６６】逆に、前回のディザ制御で目標空燃比中央
値λＴＧＣに対して目標空燃比λＴＧがリッチに設定さ
れた場合には、今回のディザ制御で、目標空燃比λＴＧ
を中央値λＴＧＣに対してディザ振幅λＤＺＡだけリー
ンに設定するように、次式により目標空燃比λＴＧを算
出する。 λＴＧ＝λＴＧＣ＋λＤＺＡ

【００６７】このようなディザ制御により、図１２に示
すように、目標空燃比λＴＧが中央値λＴＧＣを中心に
してリッチ／リーン側に交互にディザ振幅λＤＺＡだけ
階段状に変化するように設定される。

【００６８】以上説明した本実施形態の空燃比フィード
バック制御の挙動を図１６のタイムチャートを用いて説
明する。キャニスタ４２から燃料蒸発ガスのパージを開
始すると、パージガス濃度が上昇し始める。このパージ
ガス濃度の上昇に応じて目標空燃比補正量λＰＲＧをリ
ッチ側に設定し、目標空燃比λＴＧをリッチ側に補正す
る。

【００６９】従来は、パージガス導入時でも、目標空燃
比λＴＧが補正されなかったため、パージガス導入時に
は、排ガスの空燃比が触媒ウインドよりリーン側にず
れ、ＮＯｘ浄化率が低下していた。これは、パージガス
の各成分の理論空燃比（１７．２〜１５．３）が通常の
燃料の理論空燃比（１４．６〜１４．７）よりも大きい
ためである。

【００７０】これに対し、本実施形態では、パージガス
導入時には、パージガス濃度に応じて目標空燃比λＴＧ
をリッチ側に補正するため、パージガス導入による空燃
比のリーン側へのずれを目標空燃比λＴＧのリッチ側へ
の補正によりキャンセルすることができる。これによ
り、パージガス導入時の排ガスの空燃比を触媒ウインド
に制御することが可能となり、パージガス導入時でも高
いＮＯｘ浄化率を維持できて、パージガス導入時の排ガ
ス浄化率を向上することができる。

【００７１】尚、本実施形態では、パージガス導入時の
目標空燃比のリッチ側への補正をマップ（テーブル）に
基づいて行うようにしたが、数式により算出するように
しても良い。

【００７２】或は、パージガス導入時のリッチ側への目
標空燃比補正量を一定とするようにしても良く、この場
合でも、従来と比較すれば、パージガス導入時のＮＯｘ
浄化率を向上することができる。

【００７３】また、本実施形態では、パージガス導入時
のリッチ側への目標空燃比補正量をパージガス濃度に応
じて設定したが、パージガス濃度に代えて、パージガス
重量、パージガス流量、パージ制御弁４５の制御デュー
ティ等のいずれかを用いても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システ
ム全体の概略構成図

【図２】パージ制御弁のデューティ比とパージガス流量
との関係を示す特性図

【図３】目標空燃比マップを概念的に示す図

【図４】空燃比制御プログラムの処理の流れを示すフロ
ーチャート

【図５】パージ率制御プログラムの処理の流れを示すフ
ローチャート

【図６】全開パージ率マップの一例を示す図

【図７】パージ率徐変制御プログラムの処理の流れを示
すフローチャート

【図８】燃料蒸発ガス濃度検出プログラムの処理の流れ
を示すフローチャート

【図９】パージ制御弁制御プログラムの処理の流れを示
すフローチャート

【図１０】目標空燃比設定プログラムの処理の流れを示
すフローチャート

【図１１】酸素センサの出力と目標空燃比の中央値λＴ
ＧＣとの関係を示すタイムチャート

【図１２】酸素センサの出力と目標空燃比λＴＧとの関
係を示すタイムチャート

【図１３】パージガス導入時の触媒ウインドからの空燃
比のリーン側へのずれ量とパージガス濃度との関係を示
す図

【図１４】触媒ウインドを説明する図

【図１５】パージガスに含まれる炭化水素成分の分布を
示す図

【図１６】パージガス導入時の空燃比フィードバック制
御の挙動を示すタイムチャート

【符号の説明】

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管（吸気通
路）、１４…吸気温度センサ、１７…吸気管圧力セン
サ、１８…サージタンク（吸気通路）、１９…吸気マニ
ホールド（吸気通路）、２０…燃料噴射弁、２４…クラ
ンク角センサ、２６…排気管、２７…三元触媒、２８…
空燃比センサ、２９…酸素センサ、３０…エンジン制御
回路（空燃比フィードバック手段，目標空燃比補正手
段）、３８…水温センサ、４０…燃料蒸発ガスパージシ
ステム、４２…キャニスタ、４４…パージ通路、４５…
パージ制御弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平８−109844（ＪＰ，Ａ) 特開平５−59977（ＪＰ，Ａ) 特開平57−83130（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 25/08 301 F02D 41/02 301 F02D 41/14 310

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料タンクから発生する燃料蒸発ガスを
キャニスタで吸着し、このキャニスタ内の燃料蒸発ガス
を所定の運転条件下で内燃機関の吸気通路に導入する燃
料蒸発ガスパージシステムを備えた内燃機関において、排ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるようにフィー
ドバック制御する空燃比フィードバック手段と、前記燃料蒸発ガスパージシステムが前記燃料蒸発ガスを
吸気通路に導入する時に前記目標空燃比をリッチ側に補
正する目標空燃比補正手段とを備えていることを特徴と
する内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】前記目標空燃比補正手段は、前記吸気通
路に導入される燃料蒸発ガスの導入量に基づいて前記目
標空燃比のリッチ側への補正量を設定することを特徴と
する請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】前記目標空燃比補正手段は、前記吸気通
路に導入される燃料蒸発ガスの導入量とそのガス成分と
に基づいて前記目標空燃比のリッチ側への補正量を設定
することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃
比制御装置。