JP5769402B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸発燃料をキャニスタに蓄え、運転状態に応じて吸気系に放出して処理する内燃機関の制御装置に関するものである。

従来、燃料タンク中に発生する蒸発燃料はキャニスタに蓄えられ、運転状態に応じてこの蒸発燃料を吸気系に放出すなわちパージさせている。これにより蒸発燃料の大気放出を防止して、内燃機関のエミッション特性を改善している。このキャニスタには、例えば燃料カット時や過給時といったパージを行わないパージカット時にも燃料蒸気が捕捉される。そして、キャニスタに捕捉された燃料蒸気が一時的に想定以上に吸気系に放出されることによる空燃比の過リッチを回避すべく、徐々にパージ制御量を増加させることによって空燃比制御が間に合うようにするという技術が提案されている。またパージ量を多くするために、パージを再開する時のパージ制御量を前回のパージカットした時のパージ制御量から早急に再開するという制御も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、運転状態、例えば燃料カット時や過給時の割合が多くパージする頻度が少ないような場合はパージを十分な時間行うことができず、パージ量が十分に確保し得ないという事態が起こってしまう。

他方特許文献１に記載された制御では、パージカットを行った時間が長かった場合では、パージ内の燃料蒸気の濃度が濃くなっている可能性があるため、早急にパージ制御量を大きくすると空燃比が過リッチとなるという不具合を招来する恐れがある。

特許第２７８９９０８号公報

本発明は、このような不具合に着目したものであり、パージする頻度が少ないときであっても、必要なパージ流量を確保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目的としている。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、キャニスタに吸着した蒸発燃料を吸気通路にパージする機能を有するものであって、パージ流量が目標パージ制御量となるようにパージ流量を制御し、所定の条件下でパージをカットし、パージカットからのパージ再開時に、徐々にパージ流量を増加させるパージ制御量の増加率をパージカット時間が短いほど大きくするものである。

このようなものであれば、パージカット時間が短いときはパージ再開時におけるキャニスタ内の状態がパージカット開始時と大きく変わっていないことからパージ制御量の増加率を大きくすることで早急にパージ制御量をパージカット開始時の状態として有効にパージを確保し得るとともに、パージカット時間が長かったときはパージガス濃度が濃くなっていることからパージ再開時に空燃比が過リッチとなってしまう不具合を有効に回避することができる。これにより、パージする頻度が少ないときであっても、必要なパージ流量を確保することができる。

本発明は、パージ制御量の増加率をパージカット時間が短いほど大きくするようにする制御を、パージ制御量がパージカット開始時におけるパージ制御量に到達するまでと制御を、パージ制御量が前回のパージカット開始時におけるパージ制御量に到達するまでとし、パージ制御量が前回のパージカット開始時のそれを超えた場合にはそれまでのパージ制御量の増加率以下の値とすることを特徴とする。このようにすれば、パージカット前に既に設定された、換言すれば設定された実績のあるパージ制御量まで早急にパージを増加させることになる。その結果、パージ制御量の増加率を大きくした場合であっても空燃比が過リッチとなるという不具合をより有効に回避することができる。

本発明によれば、パージする頻度が少ないときであっても、必要なパージ流量を確保することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの概略構成説明図。 同実施形態の電子制御装置の概略構成説明図。 同実施形態に係るパージ制御量を示す模式的な説明図。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１に構成を概略的に示した内燃機関であるエンジン１００は、例えば３つのシリンダ１を有する三気筒のもので、各シリンダ１に吸入空気を供給するための吸気通路２と、排気ガスを排出するための排気通路３と、排気通路３上に配設されたタービン５及び吸気通路２上に配設されたコンプレッサ６を有するターボチャージャ４とを少なくとも具備してなるものである。前記吸気通路２には、エアクリーナ７、吸気絞り弁８、コンプレッサ６、インタークーラ９、及び電子制御式スロットルバルブ（以下、スロットルバルブ１０と称する）を上流からこの順で配設している。また、本実施形態では、前記インタークーラ９の上流側の部位と下流側の部位とを連通するインタークーラバイパス通路１１ａ、及びこのインタークーラバイパス通路１１ａ中に設けてなるインタークーラバイパス弁１１ｂを配設している。加えて本実施形態では、吸気絞り弁８より上流側の部位とスロットルバルブ１０より下流側の部位との間を連通する新気バイパス通路１２ａ、及びこの新気バイパス通路１２ａ中に設けてなる新気バイパス弁１２ｂを配設している。減速時においては、内部ＥＧＲを最小限にすべく後述する連続可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ２９）を制御すると同時に、前記新気バイパス通路１２ａから新気を導入することにより、過剰のＥＧＲによる失火を防止するようにしている。前記スロットルバルブ１０は、図示しないアクセルペダルの操作量に応じて開閉する。

本実施形態では、燃料タンク４２内に発生した燃料蒸気はキャニスタ１３に吸着され、エンジン１００が始動された後にパージバキュームスイッチングバルブ１４（パージＶＳＶ）を介して吸気通路２に導入されるように構成しているが、斯かるパージＶＳＶ１４により燃料蒸気が吸気通路２に導入される態様については後に詳述する。

前記各シリンダ１には、点火プラグ１５及び燃料噴射弁１６を配設している。前記燃料噴射弁１６は、デリバリパイプ１７を介して高圧燃料ポンプ１８に接続している。また、前記シリンダ１には、燃料噴射弁１６から燃料を噴射する際に旋回流を発生させるべく、吸気ポートにスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）１９ａ、１９ｂ、１９ｃを設けている。

前記排気通路３上には、タービン５、三元触媒２０、及び図示しない排気マフラを上流からこの順で配設している。三元触媒２０より上流側には、三元触媒２０の上流側における空燃比または酸素濃度に応じた出力信号を電子制御装置（以下ＥＣＵ３３と称する）に出力する空燃比センサ２１を設けている。一方、三元触媒２０より下流側には、三元触媒２０中の酸素濃度に応じた信号をＥＣＵ３３に出力するリアＯ₂センサ２２を設けている。

前記ターボチャージャ４は、この分野でよく知られたものを使用することができるもので、過給圧を制御するために、タービン５の上流と下流とを連通可能にする排気バイパス通路２３ａを備え、その排気バイパス通路２３ａを開閉するウェイストゲート弁２３ｂを備えている。このウェイストゲート弁２３ｂは、低速走行時にはより多くの排気ガスをタービン５に導くことにより、より多くの新気をシリンダ１内に過給するようにすべく閉じられ、中高速走行時には過過給によるノッキングの発生を防ぐべく開かれる。また、ターボチャージャ４のコンプレッサ６側においては、コンプレッサ６を迂回する過給圧迂回機構２４が設けてある。この過給圧迂回機構２４は、コンプレッサ６の上流と下流とを連通可能にする吸気バイパス通路２４ａと、その吸気バイパス通路２４ａを開閉する吸気バイパス弁たるＡＢＶ２４ｂ（エアバイパスバルブ）とを備えている。減速時には、過給圧を下げるとともに、ＥＧＲ率を下げて失火を防止するようにしている。

また、本実施形態では、エアクリーナ７を介して吸気通路２に流入する新気に排気ガスを混合するためのＥＧＲ装置２５を、吸気通路２と排気通路３との間に連通させて設けている。すなわち、ＥＧＲ装置２５は、吸気通路２と排気通路３とが選択的に連通される排気ガス再循環管路（以下、ＥＧＲ管路２６と称する）と、そのＥＧＲ管路２６に設けられてＥＧＲ管路２６を通過するか、または再循環させる排気ガス（ＥＧＲガス）の量を制御する排気ガス再循環制御弁（以下、ＥＧＲ弁２７と称する）と、このＥＧＲ弁２７の上流に設けられＥＧＲガスを水冷するＥＧＲクーラ２８とを備えて構成される。ＥＧＲ管路２６は、排気通路３の三元触媒２０より下流の部位と、吸気通路２の吸気絞り弁８より下流でコンプレッサ６より上流の部位とを連通する。ＥＧＲ弁２７は、ＥＣＵ３３により制御されている。さらに本実施形態では、連続可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴ２９と称する）を具備する。このＶＶＴ２９は、図示しないクランクシャフトの回転に対して排気弁を常に一定のタイミングで開閉させつつ、吸気弁のバルブタイミングを変化させて、排気弁のバルブタイミングと吸気弁のバルブタイミングとの相対位相差を所定角度範囲内で自在に変化させることができる。ＶＶＴ２９の制御は、ＥＣＵ３３により行う。また本実施形態では、エンジン１００のクランクケース内のクランク室及びシリンダヘッドカバー内のカム室で発生するブローバイガスを吸気通路２に送り出すためのブローバイガス還流装置３０も備えている。このブローバイガス還流装置３０は、ＰＣＶ通路３１と、ブローバイ通路３２とを要素とする。具体的には、ブローバイ通路３２の一端を、吸気通路２におけるコンプレッサ６の上流側、より正確には吸気絞り弁８の上流側の所定箇所に接続している。

そして本実施形態では上述した通り、燃料タンク４２内に発生した燃料蒸気はキャニスタ１３に吸着され、エンジン１００が始動された後にパージＶＳＶ１４を介して吸気通路２に導入されるように構成している。具体的には、キャニスタ１３は活性炭１３ａの両側にそれぞれ燃料蒸気室１３ｂと大気室１３ｃとを有している。燃料蒸気室１３ｂは一方では燃料タンク４２に連結され、他方では吸気通路２側に連結される。燃料タンク４２内で発生した燃料蒸気はキャニスタ１３内に送り込まれて活性炭１３ａに吸着される。パージＶＳＶ１４が開弁するとキャニスタ１３に吸気負圧が導かれる。斯かる吸気負圧によって空気が大気室１３ｃから活性炭１３ａ内を通って吸気通路２側に送り込まれる。空気が活性炭１３ａ内を通過する際に活性炭１３ａに吸着されている燃料蒸気が活性炭１３ａから脱離され、斯くして燃料蒸気を含んだ空気、即ちベーパが吸気通路２側にパージされる。このようにして、燃料タンク４２内の燃料蒸気は大気に放出されることなく吸気通路２側に導かれる。

ＥＣＵ３３は、図２に概略的に示すように、ＣＰＵ３３ａ、ＲＡＭ３３ｂ、ＲＯＭ３３ｃ、フラッシュメモリ３３ｄ、Ｉ／Ｏインタフェース３３ｅ等を包有するマイクロコンピュータシステムである。Ｉ／Ｏインタフェース３３ｅには、空気流量を検出するためのエアフローメータ３４から出力される空気流量信号ａ、車速を検出する車速センサ３５から出力される車速信号ｂ、エンジン回転数を検出する回転数センサ３６から出力される回転数信号ｃ、スロットルバルブ開度を検出するスロットルポジションセンサ３７から出力されるスロットル開度信号ｄ、吸気通路２内の吸気圧（過給圧）を検出する圧力センサ３８から出力される吸気圧信号ｅ、吸気通路２内の吸気温を検出する吸気温センサ３９から出力される吸気温信号ｆ、冷却水温を検出する水温センサ４０から出力される水温信号ｇ、燃圧を検出する燃圧センサ４１から出力される燃圧信号ｈ、空燃比センサ２１から出力される空燃比信号ｉ、リアＯ₂センサ２２から出力される電圧信号ｊ等が入力される。また、Ｉ／Ｏインタフェース３３ｅからは、燃料噴射弁１６に対して燃料噴射信号ｐ、点火プラグ１５（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｑ、ＶＶＴ２９（のオイルコントロールバルブ）に対して開閉タイミング信号ｒ、そして上述したパージＶＳＶ１４に対してエバポパージデューティ信号ｓ等を出力する。

各種制御用のプログラムは、ＲＯＭ３３ｃ又はフラッシュメモリ３３ｄに格納されており、そのプログラムがＲＡＭ３３ｂに読み込まれＣＰＵ３３ａによって解読される。ＣＰＵ３３ａは、エンジン１００の運転制御に必要な各種信号ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊをＩ／Ｏインタフェース３３ｅを介して取得し、それら信号が示す情報に基づいて吸入空気量や要求燃料噴射量、点火時期、開閉弁時期、ＥＧＲ弁２５ｂの開度等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｐ、ｑ、ｒ、ｓをＩ／Ｏインタフェース３３ｅを介して印加する。

しかして本実施形態では、ＥＣＵ３３は、所定の条件下でパージをカットし、パージカットからのパージ再開時に、徐々にパージ流量を増加させるパージ制御量の増加率θをパージカット時間Δｔが短いほど大きくするものとしている。

続いて、燃料カット時のパージ制御量の制御について図３を参照して説明する。

パージ実行条件ＯＫフラグｘｐｒｇｉｇの値並びにパージ実行フラグｘｐｒｇの値が１となる場合にパージが実行される。そして運転中において燃料カット時、或いは過給時では、パージ実行条件ＯＫフラグｘｐｒｇｉｇの値並びにパージ実行フラグｘｐｒｇの値が０となる。斯かる場合ＥＣＵ３３はＩ／Ｏインタフェース３３ｅを介してエバポパージデューティ信号ｓを印加することによりパージＶＳＶ１４を閉じることでパージカットを行う。

ここで、本実施形態で行っている空燃比フィードバック制御は、パージ導入時に空燃比がリッチとなるとＥＣＵ３３はＩ／Ｏインタフェース３３ｅを介して燃料噴射信号ｐを印加することにより燃料噴射量を減じるようにしている。加えて、パージ導入時の空燃比が所定値よりもリッチとなり制御が間に合わなくなると、パージの導入量を一時的に減じるよう設定されている。すなわちパージ導入時には一時的に過度の燃料蒸気が導入されないようにする必要がある。また本実施形態ではパージ流量は、パージＶＳＶ１４の弁開度のみならず、圧力センサ３８から出力される吸気圧信号ｅに基づいた吸気圧をも勘案して推算される。これは、キャニスタ１３から吸気通路２へ導く吸気負圧の高低によってパージが吸気通路２側に送り込まれる量が変化するからである。なお本実施形態では、パージガス内の燃料蒸気の量が一定以上であると空燃比フィードバック制御の応答性が失われる可能性が高くなるため、パージ供給量の最大値を予め所定の値に設定している。

そして同図に示すように、燃料カット等が終了する等により、パージ実行条件ＯＫフラグｘｐｒｇｉｇの値並びにパージ実行フラグｘｐｒｇの値が再び１となると、パージを再開する。

パージが再開されると、パージカットした時間Δｔに応じて決定されたパージ制御量の増加率θに基づいて徐々にパージ量が増量されていく。すなわち、パージカットした時間が最も短いΔｔａとした場合、図示の通りパージ制御量の増加率θは最も大きいθａとする。これはキャニスタ１３に吸着されている燃料蒸気の量は比較的少ないと予想されるため、パージ制御量の増加率θを大きくしても空燃比がリッチとなり難いからである。一方パージカットした時間が最も長いΔｔｃとした場合には、キャニスタ１３に吸着されている燃料蒸気の量は比較的多いと予想されるため、パージ制御量の増加率をθａよりも低い値であるθｃとして、空燃比が過リッチとなることを有効に回避している。また本実施形態では、パージカットした時間Δｔが上記ΔｔａとΔｔｃとの中間であるΔｔｂであった場合には勿論、パージ制御量の増加率もθａとθｃとの中間に設定している。これらパージカットした時間Δｔの長短に伴うパージ制御量の増加率θの変化は、段階的なものであっても、無段階なものであっても良い。

しかる後、上記パージ再開により、パージ流量がパージカット時の量に到達すると、パージ制御量の増加率θは、パージカットした時間ΔｔがΔｔａ、Δｔｂ又はΔｔｃの何れであった場合でも、所定のパージ制御量の増加率であるθｄとなるようにしている。なお同図では一例として、前記所定のパージ制御量の増加率θｄを、θｃと同じ増加率としている場合を図示している。これにより、特にパージカットした時間ΔｔがΔｔａ又はΔｔｂである場合には、パージカット時から過度に蒸発燃料が吸気通路側２に導入されることによる空燃比の過リッチ化を有効に回避している。

以上のような構成とすることにより、本実施形態では、パージカットからのパージ再開時に、徐々にパージ流量を増加させるパージ制御量の増加率θをパージカット時間Δｔが短いほど大きくするようにしているので、パージカット時間Δｔが短いときはパージ再開時におけるキャニスタ１３内の状態がパージカット開始時と大きく変わっていないことからパージ制御量の増加率θを大きくすることで早急にパージ制御量をパージカット開始時の状態として有効にパージを確保し得るとともに、パージカット時間Δｔが長かったときはパージガス濃度すなわちパージ内の蒸発燃料の量が濃くなっていることからパージ再開時に空燃比が過リッチとなってしまう不具合を有効に回避することができる。これにより、パージする頻度が少ないときであっても、空燃比が過度にリッチとなることを回避しつつ必要なパージ流量を確保し得る。

また本実施形態では、パージ制御量の増加率θをパージカット時間Δｔが短いほど大きくする制御を、パージ制御量が前回のパージカット開始時におけるパージ制御量に到達するまでとし、パージ制御量が前回のパージカット開始時のそれを超えた場合にはそれまでのパージ制御量の増加率θａ、θｂ及びθｃ以下の値、詳細にはθｃに等しい値であるθｄとしている。これにより、パージ制御量の増加率θを大きくしパージカット前に既に設定されたパージ制御量まで早急にパージを増加させた後に空燃比が過リッチとなるという不具合を有効に回避している。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

例えば、上記実施形態では過給機すなわちターボチャージャを備えたエンジンに本発明を適用する態様を開示したが、勿論、ターボチャージャを備えていないエンジンとしたものであってもよい。また空燃比制御の具体的な態様やパージ制御量の具体的な推定方法は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、蒸発燃料をキャニスタに蓄え、運転状態に応じて吸気系に放出して処理する内燃機関の制御装置として利用することができる。

１００…内燃機関（エンジン）
１３…キャニスタ
２…吸気通路

Claims (1)

1. キャニスタに吸着した蒸発燃料を吸気通路にパージする機能を有するものであって、パージ流量が目標パージ制御量となるようにパージ流量を制御し、所定の条件下でパージをカットし、パージカットからのパージ再開時に、徐々にパージ流量を増加させるパージ制御量の増加率をパージカット時間が短いほど大きくするものであり、
   パージ流量がパージカット開始時におけるパージ流量に到達するまでは、パージ制御量の増加率をパージカット時間が短いほど大きくする制御を、パージ制御量が前回のパージカット開始時におけるパージ制御量に到達するまでとし、パージ制御量が前回のパージカット開始時のそれを超えた場合にはそれまでのパージ制御量の増加率以下の値としていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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