JP2000282957A - 内燃機関の蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼室４内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁
７より圧縮行程中に燃料を噴射して点火栓８近傍に混合
気を偏在させる成層燃焼を行う際に、成層燃焼を損なう
ことなく、機関の燃料系で発生した蒸発燃料の処理を可
能とする。 【解決手段】 燃料噴射弁７の噴口近傍に燃料微粒化用
の補助空気を噴射供給する補助空気噴射装置２０を用
い、補助空気として、機関の燃料系で発生した蒸発燃料
を含む空気を噴射供給する。また、補助空気噴射装置２
０に供給される蒸発燃料量を予測し、その予測値に基づ
いて噴射時期及び期間を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の燃料系
で発生する蒸発燃料を浄化処理する内燃機関の蒸発燃料
処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料系から発生した蒸発燃料を一
度活性炭を主成分とするキャニスタと呼ばれる吸着剤に
吸着・保持し、内燃機関の運転状態が所定運転状態とな
った時点で内燃機関の吸気系へ導き、燃料噴射弁によっ
て噴射された燃料と吸入空気と共に燃焼室内で燃焼せし
め、さらに未燃分は排気系に配置されている触媒によっ
て処理する技術が公知である。

【０００３】上記技術を、筒内に直接燃料を噴射する燃
料噴射弁を備え、高負荷時は吸入行程で燃料を噴射する
ことで、均一な混合気を形成して運転（均質燃焼）し、
軽負荷時は圧縮行程で燃料を噴射し、点火栓近傍に混合
気を偏在させることで希薄空燃比運転（成層燃焼）を可
能とする筒内直噴式内燃機関の軽負荷時に適用すると、
以下のような問題点が生じる。

【０００４】すなわち、吸気行程に吸入空気と共に燃焼
室内に導入された蒸発燃料は燃焼室全体に均質に分布す
る。その後圧縮行程で燃料噴射弁にて燃料が燃焼室内に
噴射されると、燃料噴射弁で噴射された燃料は点火栓周
りに集中的に分布する。かくして形成された混合気はピ
ストン上死点近傍で点火栓により点火され燃焼するが、
燃焼室内に均質に分布した蒸発燃料は吸入空気量に対す
る蒸発燃料の導入量が所定比率よりも少なかった場合は
不可燃混合比となり、未燃ＨＣ分として排気系に排出さ
れてしまう。排出されたＨＣは排気系に配置された触媒
によってある程度は酸化処理されるが、触媒の劣化度
合、温度状態等の機関運転状態によっては排気性能を悪
化させる場合がある。

【０００５】上記問題点を解決するための手段として、
特開平５−２２３０１７号が公知である。本従来例は成
層燃焼を行う機関軽負荷時は蒸発燃料の吸気系への導入
を禁止するものである。

【０００６】また、他の従来例として特開平８−２５４
１４４号が公知である。これは、吸気ポートに燃料を噴
射供給する内燃機関において、燃焼室内全体にリーンな
混合気を形成すると共に、吸気行程中に行われる燃料噴
射時期を工夫することで点火栓周りの混合気を他の部分
より多少濃くしてより安定なリーン燃焼を行えるように
している。そして、蒸発燃料の機関への供給は、各気筒
毎に設けられた燃料噴射弁の噴口近傍に燃料微粒化用の
補助空気を供給する補助空気供給通路を用いて。吸気行
程中に行っている。これにより、気筒間の空燃比のバラ
ツキを防止すると共に混合気の成層化を損なわないよう
にしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、蒸発燃料は
排気性能を悪化させない範囲でできる限り大量にできる
限り常時処理を継続すべきである。蒸発燃料処理の機会
を少なくすると、燃料系の温度によってはキャニスタに
吸着・保持される蒸発燃料量が増加し、吸着・保持量が
キャニスタの許容量を超えた時点で、蒸発燃料は未処理
のまま大気に放出されてしまうからである。

【０００８】従って、上記従来例の特開平５−２２３０
１７号のような内燃機関の蒸発燃料処理装置では、蒸発
燃料処理の機会が少なくなるという意味では良好なシス
テムとは言えない。また、キャニスタが限界に近いと判
断した場合、蒸発燃料の処理を優先させるべく、軽負荷
時においても吸気行程噴射により混合気を筒内に均一に
形成し、蒸発燃料を良好に燃焼させることのできる燃焼
状態とすることも考えられるが、そうすると燃費が悪化
するという問題点が生じる。

【０００９】また、上記従来例の特開平８−２５４１４
４号では、軽負荷運転時は吸入行程にしか蒸発燃料を導
入できない構成であり、蒸発燃料処理の機会が少なくな
るという点では上記従来例の特開平５−２２３０１７号
と同様な問題点もある。

【００１０】更に、圧縮行程中の燃料噴射によって成層
燃焼を実現する場合、空燃比３０〜４０といった大幅な
リーン運転が可能であり、ポンピングロスを低減させる
ことができるが、同時に、吸気通路内にはあまり負圧が
発生しないことになる。このため、吸気通路と大気との
圧力差で蒸発燃料を吸気通路に導入する従来技術を圧縮
行程中の燃料噴射によって成層燃焼を行う機関に適用す
ると、十分なパージ量を確保できない可能性がある。

【００１１】また、吸気行程中に蒸発燃料を導入する方
法では、燃焼室内全体がほぼ均質なリーン混合気で点火
栓周りが多少リッチという成層状態を損なうことはない
が、点火栓近傍だけに混合気を偏在させる成層状態を維
持することはできない。

【００１２】本発明は、このような従来の問題点を解決
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料
噴射弁と、この燃料噴射弁の噴口近傍に補助空気を噴射
供給する補助空気噴射装置とを備え、所定の機関運転条
件のとき圧縮行程中に燃料を噴射して点火栓近傍に混合
気を偏在させる成層燃焼を行う内燃機関において、機関
の燃料系で発生した蒸発燃料を含む空気（パージガス）
を前記補助空気噴射装置より機関の燃焼室内に直接噴射
するようして、内燃機関の蒸発燃料処理装置を構成す
る。

【００１４】請求項２に係る発明では、成層燃焼時に、
少なくとも圧縮行程の燃料噴射と同時に、蒸発燃料を含
む空気を前記補助空気噴射装置より噴射することを特徴
とする。

【００１５】請求項３に係る発明では、前記補助空気噴
射装置に供給される蒸発燃料量を予測する蒸発燃料量予
測手段を設けると共に、その予測値に基づいて前記補助
空気噴射装置の噴射時期及び期間を変更する蒸発燃料導
入条件変更手段を設けたことを特徴とする。

【００１６】請求項４に係る発明では、前記蒸発燃料量
予測手段は、少なくとも、蒸発燃料の燃焼室内への導入
の有無による排気空燃比センサの出力値の差に基づい
て、蒸発燃料量を予測することを特徴とする。

【００１７】請求項５に係る発明では、前記蒸発燃料導
入条件変更手段は、成層燃焼時に、前記蒸発燃料量予測
手段により予測される蒸発燃料量に基づいて、蒸発燃料
の導入による燃焼室周辺部の空燃比を予測し、該空燃比
が第１の所定値未満の場合、吸気行程及び圧縮行程中
に、蒸発燃料を含む空気を前記補助空気噴射装置より噴
射するようにすることを特徴とする。

【００１８】請求項６に係る発明では、前記蒸発燃料導
入条件変更手段は、成層燃焼時に、前記蒸発燃料量予測
手段により予測される蒸発燃料量に基づいて、蒸発燃料
の導入による燃焼室周辺部の空燃比を予測し、該空燃比
が第１の所定値以上でかつこれより大きい第２の所定値
以下の場合、吸気行程中の前記補助空気噴射装置による
蒸発燃料を含む空気の噴射を禁止することを特徴とす
る。

【００１９】請求項７に係る発明では、前記蒸発燃料導
入条件変更手段は、成層燃焼時に、前記蒸発燃料量予測
手段により予測される蒸発燃料量に基づいて、蒸発燃料
の導入による燃焼室周辺部の空燃比を予測し、該空燃比
が第２の所定値を超える場合、全行程にて、蒸発燃料を
含む空気を前記補助空気噴射装置より噴射するようにす
ることを特徴とする。

【００２０】請求項８に係る発明では、成層燃焼時に、
前記蒸発燃料量予測手段により予測される蒸発燃料量
と、燃料噴射弁による燃料噴射量とに基づいて、蒸発燃
料の導入による点火栓周りの空燃比を予測し、該空燃比
が所定値以下の場合、前記補助空気噴射装置による蒸発
燃料を含む空気の噴射を禁止する蒸発燃料導入許可手段
を設けたことを特徴とする。

【００２１】請求項９に係る発明では、成層燃焼時に、
前記蒸発燃料量予測手段により予測される蒸発燃料量
と、燃料噴射弁による燃料噴射量とに基づいて、蒸発燃
料の導入による点火栓周りの空燃比を予測し、該空燃比
に応じて、前記補助空気噴射装置による蒸発燃料を含む
空気の噴射を制限する蒸発燃料導入許可手段を設けたこ
とを特徴とする。

【００２２】請求項１０に係る発明では、前記補助空気
供給装置に蒸発燃料を含む空気と蒸発燃料を含まない空
気とを選択的に供給できる構成としたことを特徴とす
る。

【００２３】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、機関の燃
料系で発生した蒸発燃料を含む空気を補助空気噴射装置
より機関の燃焼室内に直接噴射するようして、すなわ
ち、補助空気は、噴射燃料を微粒化するために噴射供給
されるもので、補助空気噴射装置は、例えば圧縮行程中
のように筒内の圧力が高いときにおいても補助空気を噴
射することができるように構成されていることを利用し
て、蒸発燃料を含む補助空気を強制的に筒内に噴射供給
するので、機関の吸気通路内に発生する負圧が非常に小
さく、吸気通路にパージ通路を接続しただけでは十分な
量のパージガスを導入できない成層燃焼時であっても、
パージ量を確保することができる。また、吸気弁の閉弁
中もパージが可能であり、パージの機会を増大させるこ
とも可能となる。

【００２４】よって、成層運転中においても、排気中の
ＨＣ排出を低く保ちつつ蒸発燃料の処理が可能となる。
すなわち蒸発燃料の処理中であっても成層燃焼を実施す
ることが可能となり、燃費を常時良好に保つことができ
る。

【００２５】請求項２に係る発明によれば、成層燃焼時
に、少なくとも圧縮行程の燃料噴射と同時に、蒸発燃料
を含む空気を補助空気噴射装置より噴射することで、圧
縮行程の燃料噴射と同時に噴射された蒸発燃料は、噴射
燃料と同様に点火栓近傍に偏在して燃焼するので、排気
性能を悪化させることがない。

【００２６】請求項３に係る発明によれば、補助空気噴
射装置に供給される蒸発燃料量を予測し、その予測値に
基づいて補助空気噴射装置の噴射時期及び期間を変更す
ることで、パージチャンスを拡大すると共に、ＨＣ排出
量を低く保つことが可能となる。パージチャンスの拡大
は、キャニスタの蒸発燃料保持能力限界を超えて蒸発燃
料がキャニスタに入り込む可能性が低減するため、キャ
ニスタからオーバーフローして排出された蒸発燃料が大
気にそのまま放出される最悪のケースを抑制することが
可能となり、言い換えれば大型のキャニスタを小型化す
ることができ、コストの低減につながる。

【００２７】請求項４に係る発明によれば、蒸発燃料の
燃焼室内への導入の有無による排気空燃比センサの出力
値の差に基づいて、蒸発燃料量を予測することで、予測
精度を向上することができ、排気性状をより正確に良好
に保つことが可能となる。

【００２８】請求項５に係る発明によれば、成層燃焼時
に、蒸発燃料量予測手段により予測される蒸発燃料量に
基づいて、蒸発燃料の導入による燃焼室周辺部の空燃比
を予測し、該空燃比が第１の所定値未満の場合（濃い場
合）、吸気行程及び圧縮行程中に、蒸発燃料を含む空気
を補助空気噴射装置より噴射することで、すなわち、パ
ージ空燃比が充分に濃く、点火栓付近以外の領域へパー
ジガスが拡散したとしても火炎伝播によりパージガスも
良好に燃焼する場合には、吸気行程でのパージガス導入
を許可することで、パージチャンスを拡大でき、キャニ
スタの吸着能力を超えて蒸発燃料が大気に放出される事
態を極力防ぐことが可能となる。

【００２９】請求項６に係る発明によれば、成層燃焼時
に、蒸発燃料の導入による燃焼室周辺部の空燃比を予測
し、該空燃比が第１の所定値以上で第２の所定値以下の
場合、吸気行程中の補助空気噴射装置による蒸発燃料を
含む空気の噴射を禁止することで、すなわち、パージガ
スが点火栓付近以外の領域に拡散した場合、点火栓付近
以外の領域の空燃比が不可燃混合比となる場合は、吸入
行程での蒸発燃料の燃焼室内への導入を禁止すること
で、蒸発燃料が未燃燃料として排気系へ排出されること
を防ぐことが可能となり、排気性能を良好に保つことが
できる。

【００３０】請求項７に係る発明によれば、成層燃焼時
に、蒸発燃料の導入による燃焼室周辺部の空燃比を予測
し、該空燃比が第２の所定値を超える場合（薄い場
合）、全行程にて、蒸発燃料を含む空気を補助空気噴射
装置より噴射することで、すなわち、パージガス空燃比
が比較的薄い場合は可能な限り蒸発燃料の導入を許可す
ることで、パージチャンスを拡大でき、キャニスタの吸
着能力を超えて蒸発燃料が大気に放出される事態を極力
防ぐことが可能となる。尚、パージ空燃比が充分に薄け
れば、たとえ蒸発燃料が燃焼室内で燃焼に寄与せずにそ
のまま排気系へ排出されたとしても排気系に設けられた
触媒により充分に浄化されるため、排気性状を良好に保
ち続けることができる。

【００３１】請求項８に係る発明によれば、成層燃焼時
に、蒸発燃料量予測手段により予測される蒸発燃料量
と、燃料噴射弁による燃料噴射量とに基づいて、蒸発燃
料の導入による点火栓周りの空燃比を予測し、該空燃比
が所定値以下の場合（濃い場合）、前記補助空気噴射装
置による蒸発燃料を含む空気の噴射を禁止することで、
点火栓付近の空燃比がオーバーリッチとなることを防止
し、失火による運転性の悪化、触媒の不必要な温度上昇
による劣化の進行、排気性状の悪化を防止することがで
きる。

【００３２】請求項９に係る発明によれば、成層燃焼時
に、蒸発燃料の導入による点火栓周りの空燃比を予測
し、該空燃比に応じて、補助空気噴射装置による蒸発燃
料を含む空気の噴射を制限することで、点火栓周りがオ
ーバーリッチになることを防止しつつ補助空気を導入で
きるため、燃料の微粒化を損なうことなく、燃焼も良好
に保つことができる。

【００３３】請求項１０に係る発明によれば、補助空気
供給装置に蒸発燃料を含む空気と蒸発燃料を含まない空
気とを選択的に供給できる構成としたことで、蒸発燃料
の導入を禁止する場合にも、燃料の微粒化を損なうこと
がない。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関
のシステム図である。先ず、これについて説明する。

【００３５】図中１は内燃機関（本体）、２はクランク
軸、３はピストン、４は燃焼室である。燃焼室４には、
吸気通路５により、電制スロットル弁６の制御を受け
て、空気が吸入される。電制スロットル弁６は、エンジ
ンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）１１によ
り主にアクセル開度に基づいて算出される目標スロット
ル開度にステッピングモータ等のアクチュエータにて調
整される。

【００３６】そして、燃焼室４内に直接燃料を噴射する
ように、電磁式の燃料噴射弁７が設けられている。燃料
噴射弁７は、ＥＣＵ１１から機関回転に同期して吸気行
程又は圧縮行程の最適なタイミングにて出力される噴射
パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、噴射
パルス信号の時間幅の制御により最適な量の燃料を噴射
するようになっている。そして、噴射された燃料は、吸
気行程噴射の場合は燃焼室４内に拡散して均質な混合気
を形成し、また圧縮行程噴射の場合は点火栓８回りに集
中的に層状の混合気を形成し、ＥＣＵ１１からの点火信
号に基づき、最適なタイミングで点火栓８により点火さ
れて、燃焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。

【００３７】内燃機関１からの排気は排気通路９より排
出され、排気通路９には排気浄化用触媒１０が介装され
ている。排気浄化用触媒１０としては、様々なものが公
知であり、例えば理論空燃比近傍での運転であれば一般
的に三元触媒が使用され、リーン雰囲気での排気の浄化
にはＮＯｘ吸収剤と三元触媒とを組み合せた触媒やゼオ
ライトを主成分とするＮＯｘ選択還元型触媒が使用され
る。

【００３８】ＥＣＵ１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、
Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構
成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサから
の入力信号を受け、これに基づいて演算処理して、電制
スロットル弁６、燃料噴射弁７及び点火栓８などの作動
を制御する。

【００３９】前記各種センサとしては、クランク軸２の
回転を検出しこれにより機関回転数Ｎｅを検出可能なク
ランク角センサ１２、吸気通路５のスロットル弁６上流
で吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ１３、ア
クセル開度ＡＰＳを検出するアクセルセンサ１４、機関
１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ１５、理論空燃
比近傍での運転に際し空燃比フィードバック制御を行う
ため排気通路９に臨んで排気空燃比（排気中酸素濃度）
に応じた信号を出力する排気空燃比センサとしての酸素
センサ（Ｏ2 センサ）１６などが設けられている。

【００４０】ここにおいて、本発明で用いる燃料噴射弁
７には、噴射燃料の微粒化を促進するため、噴口近傍に
補助空気を噴射供給する補助空気噴射装置２０が装備さ
れている。

【００４１】このような補助空気噴射装置２０付きの燃
料噴射弁７としては、種々の形式のものが提案されてい
て、例えば特開平９−１２６１００号に記載されている
ものが公知であり、図２に補助空気噴射装置２０付きの
燃料噴射弁７の噴口２１付近の構造を模式的に示す。

【００４２】図２において、２２は燃料導入路であり、
図示しない高圧ポンプからの燃料を図示しない弁体の開
弁により導いて、噴口２１より燃焼室内に噴射させる。
２３は補助空気導入路であり、図示しない補助空気供給
用ポンプからの補助空気（後述する蒸発燃料を含む空気
又は蒸発燃料を含まない空気）を噴口２１近傍へ噴射供
給する構成となっている。

【００４３】図３には燃料系配管を示す。３１は燃料タ
ンクであり、内部に貯えられた燃料は低圧ポンプ３２で
圧送され、図示しないフィルタを介し図示しない高圧ポ
ンプヘ供給された後、この高圧ポンプから高圧の燃料と
して燃料噴射弁７へ供給される。

【００４４】また、燃料タンク３１にて発生した蒸発燃
料（燃料蒸気）は蒸発燃料排出路３３より排出され、逆
止弁３４を介してキャニスタ３５内の吸着剤３６へ一時
的に吸着される。その後、蒸発燃料を機関に導入（パー
ジ）できる蒸発燃料導入許可条件となった場合に、蒸発
燃料導入弁３７の開弁により空気導入路３８からキャニ
スタ３５内へ導入された脱離用の空気と共に蒸発燃料が
補助空気噴射装置２０（補助空気導入路２３）へ図示し
ない補助空気供給用ポンプによって導入される。また、
補助空気として蒸発燃料を含まない空気を使用したい場
合は、蒸発燃料導入弁３７を閉じ、空気導入弁３９を開
けることで、別の空気導入路４０からの空気のみが補助
空気噴射装置２０（補助空気導入路２３）へ供給され
る。尚、空気導入路３８，４０は例えばエアフローメー
タ下流の吸気系に連通している。

【００４５】ここにおいて、蒸発燃料導入弁３７及び空
気導入弁３９の開閉制御もＥＣＵ１１によって行われ、
ＥＣＵ１１の演算結果にしたがって、補助空気として蒸
発燃料を含む空気又は蒸発燃料を含まない空気を機関の
燃焼室内へ所定のタイミングで所定の量噴射させる。

【００４６】以下に、ＥＣＵ１１での蒸発燃料の処理に
係る制御を燃焼制御（及び空燃比制御）と関連させつつ
説明する。図４は本発明におけるＥＣＵ１１での制御フ
ローの概略を示すブロック図であり、先ず、これにより
概略を説明する。

【００４７】成層運転許可手段は、機関運転状態に基づ
いて成層運転（成層燃焼による運転）が可能か否かを判
定し、可能な場合に成層運転を許可する。不許可の場合
は、均質運転（均質燃焼による運転）となる。

【００４８】蒸発燃料量予測手段は、成層運転許可手段
により成層運転が許可された場合に、補助空気供給装置
に供給される蒸発燃料を含む空気（パージガス）中の蒸
発燃料量を測定、予測する。

【００４９】成層運転時燃料噴射量決定手段は、成層運
転時の燃料噴射量を決定するもので、これにより成層運
転時の燃料噴射弁よる燃料噴射量を知ることができる。
蒸発燃料導入許可手段は、蒸発燃料量予測手段により予
測される蒸発燃料量と、成層運転時燃料噴射量決定手段
からの燃料噴射弁による燃料噴射量とから、蒸発燃料を
燃焼室へ導入して良い条件か否かを判定する。

【００５０】蒸発燃料導入条件変更手段は、蒸発燃料を
燃焼室へ導入して良い条件であると判定された場合に、
どのタイミングで蒸発燃料を導入するかを決定し、この
結果を基に、蒸発燃料導入弁３７及び空気導入弁３９を
開閉制御する。

【００５１】以下にフローチャートを用いて上記各ブロ
ックにおける制御フローについて詳細に説明する。図５
は成層運転許可手段のフローチャートである。

【００５２】Ｓ１で各種センサからの信号、例えば機関
回転数、負荷（吸入空気量）、水温等に応じて、現在の
運転状態が成層運転可能な条件であるか否かを判定し、
不可能（負荷が高すぎる等）であると判定された場合
は、Ｓ５で成層運転不許可とし、吸気行程噴射による均
質運転を行わせる。

【００５３】成層運転可能な条件である場合は、Ｓ２で
べ一ス学習収束フラグＦＢＳＬＴＤをウォッチングし、
ベース学習が収束していない場合（ＦＢＳＬＴＤ＝０の
場合）は、Ｓ５で成層運転不許可とする。ベース学習に
ついては後述する。

【００５４】ベース学習が収束している場合（ＦＢＳＬ
ＴＤ＝１の場合）は、Ｓ３で蒸発燃料量予測実行中か否
かを判定し、蒸発燃料量予測実行中であれば、Ｓ５で成
層運転不許可とする。蒸発燃料量予測実行中でなけれ
ば、Ｓ４で成層運転許可とし、圧縮行程噴射による成層
運転を行わせる。蒸発燃料量予測についても後述する。

【００５５】図６は成層運転時燃料噴射量決定手段のフ
ローチャートである。ここでは、アクセルセンサ１４の
出力値（アクセル開度）ＡＰＳに応じて、燃料噴射弁７
から燃焼室４へ供給する成層運転時燃料噴射量ＩＮＪを
決定する。

【００５６】次に蒸発燃料量予測手段について説明する
が、この説明のためには、図７に示す理論空燃比運転手
段、図８に示すベース学習手段を説明する必要がある。
図７の理論空燃比運転手段のフローチャートについて説
明する。

【００５７】Ｓ１１でエアフローメータ１３、クランク
角センサ１２の信号より吸入空気量Ｑａ、機関回転数Ｎ
ｅを検出し、Ｓ１２で１サイクル当たりの基本燃料噴射
量Ｔｐを次式により算出する。

【００５８】Ｔｐ＝ｋ１×Ｑａ／Ｎｅ 但し、ｋ１
は定数である。Ｓ１３でＯ2 センサ１６の信号にしたが
って空燃比フィードバック補正係数αを設定する。Ｏ2
センサ１６は理論空燃比を境にして空燃比がリッチの場
合とリーンの場合とで出力が変化するセンサであり、本
センサの信号に基づいて空燃比フィードバック補正係数
αは周知である比例積分制御により設定される（図９参
照）。

【００５９】Ｓ１４で基本燃料噴射量Ｔｐと空燃比フィ
ードバック補正係数αとから燃料噴射量Ｔｉを次式によ
り算出する。 Ｔｉ＝Ｔｐ×α これにより、理論空燃比での運転に際して、空燃比が理
論空燃比となるように、燃料噴射量がフィードバック制
御されることになる。

【００６０】図８のベース学習手段のフローチャートに
ついて説明する。尚、本フローは蒸発燃料を燃焼室へ導
入しない条件で実施される。Ｓ２１で学習値更新が許可
される条件か否かを判定する。具体的には空燃比フィー
ドバック制御（λコン）中で、水温Ｔｗが暖機後に相当
する所定値以上等の許可条件か否かを判定し、許可条件
でなければ本フローを終了する。

【００６１】学習値更新の許可条件であれば、Ｓ２２で
空燃比フィードバック制御時に算出した空燃比フィード
バック補正係数αの最大値ａ１及び最小値ａ２（図９参
照）により、空燃比フィードバック補正係数平均値Ｍα
＝（ａ１＋ａ２）／２を算出する。

【００６２】次にＳ２３で学習値ＬＡＬＰＨＡを次式に
より更新する。 ＬＡＬＰＨＡ＝ＬＡＬＰＨＡ＋（Ｍα−１）×ＧＡＩＮ ここで、ＧＡＩＮは、１＞ＧＡＩＮ＞０の範囲の定数で
ある。

【００６３】次にＳ２４で更新された学習値ＬＡＬＰＨ
Ａを学習マップ上の機関回転数Ｎｅ及び負荷（基本燃料
噴射量）Ｔｐで設定された格納場所に格納する。また、
Ｓ２５で学習値ＬＡＬＰＨＡが格納された場所に対応す
る領域の学習値更新カウンタＣＢＳＬＴＤをカウントア
ップする。この学習値更新カウンタＣＢＳＬＴＤは学習
が収束したか否かを判定するために使用する。

【００６４】次にＳ２６で過去に１回でも学習マップの
全領域で学習が収束したことがあるか否かを判定し、そ
の判定によってＳ２７，２８で収束判定用の所定値を所
定値１とするか所定値２とするかを決定する。具体的に
は、過去に１回でも全領域で学習が収束したことがある
場合は、所定値を比較的小さな所定値１とし、ない場合
は、所定値を比較的大きな所定値２とする。

【００６５】基本的には全領域で十分に更新が繰り返さ
れたときに収束と判定すべきであるが、過去に十分な回
数更新が繰り返された実績があれば、収束条件を甘く
し、成層運転を早期に実現させることで燃費の更なる向
上を図るためである。

【００６６】次にＳ２９で全指定領域（学習マップ上の
全領域のうち予め指定したいくつかの領域の全て）にお
いて学習値更新カウンタＣＢＳＬＴＤが所定値以上にな
ったか否かを判定し、全指定領域においてＣＢＳＬＴＤ
≧所定値の場合は、Ｓ３０でベース学習収束フラグＦＢ
ＳＬＴＤ＝１として、ベース学習の収束を宣言する。こ
れ以外の場合は、学習未了として、本フローを終了す
る。

【００６７】次に蒸発燃料量予測手段について図１０、
図１１のフローチャートを用いて詳細に説明する。図１
０は蒸発燃料量予測手段の第１フローである。尚、本フ
ローは理論空燃比運転時の空燃比フィードバック制御時
に、蒸発燃料を燃焼室内に導入している状態で実行され
る。

【００６８】Ｓ３１で蒸発燃料が導入されている場合の
空燃比フィードバック補正係数平均値Ｍα＝（ａ１＋ａ
２）／２を算出する。次にＳ３２でベース学習手段によ
る学習値ＬＡＬＰＨＡを読出す。このとき読出す学習値
ＬＡＬＰＨＡは現在の運転条件Ｎｅ，Ｔｐに対応する格
納場所から読出される。

【００６９】次にＳ３３で学習値ＬＡＬＰＨＡと空燃比
フィードバック補正係数平均値Ｍαとの差と、燃料噴射
量Ｔｉとから、蒸発燃料量ＥＶＰを次式により算出す
る。 ＥＶＰ＝Ｔｉ×（ＬＡＬＰＨＡ−Ｍα） すなわち、蒸発燃料の燃焼室内への導入の有無による排
気空燃比センサの出力値の差であるところの、ＬＡＬＰ
ＨＡとＭαとの差に基づいて、蒸発燃料量ＥＶＰを予測
するのである。

【００７０】最後にＳ３４で次ステップの準備のために
総パージ量積算値ＳＥＶＰ＝０とする。図１１は蒸発燃
料量予測手段の第２フローである。

【００７１】図１０のフローでは、蒸発燃料量予測は理
論空燃比運転時の空燃比フィードバック制御時にしか実
施できない。図１１のフローによれば、図１０のフロー
を１度実施すれば蒸発燃料量を予測し続けることができ
る。但し、あくまで予測であるため、精度を考えると、
図１０のフローを所定時間以上実行していない場合は理
論空燃比運転に移行して図１０のフローを実行すること
が望ましい。

【００７２】Ｓ４１で総パージ量積算値ＳＥＶＰに応じ
て蒸発燃料量ＥＶＰを予測する。ＳＥＶＰはＳ４３で説
明するように図１０のフロー終了時から現時点までに導
入されたパージ量の積算値である。パージ量の積算値に
よってキャニスタ３５に貯えられている蒸発燃料を予測
することは可能であり、総パージ量積算値ＳＥＶＰが大
きい程、蒸発燃料量ＥＶＰが少なくなると予測する。ま
た、Ｓ４１で選ばれるＳＥＶＰに対するＥＶＰの特性
は、図１０のフローによるＥＶＰ算出値によって変更す
る。また、外気温や燃料系（燃料タンク内）の温度によ
っても特性を変更すると更に精度が向上する。

【００７３】Ｓ４２で現在蒸発燃料を燃焼室へ導入して
いるか否かを判定し、導入していなければ本フローを終
了し、導入中であれば、Ｓ４３で前回本フローを実施し
た時点から現在に至るまでのパージ量ＩＥＶＰを補助空
気噴射装置の作動時間等により求めて、総パージ量積算
値ＳＥＶＰとして積算し（ＳＥＶＰ＝ＳＥＶＰ＋ＩＥＶ
Ｐ）、次回の蒸発燃料量の予測時に使用する。

【００７４】図１２は蒸発燃料導入許可手段のフローチ
ャートである。本フローは成層運転時のみ実行され、均
質運転時の蒸発燃料導入許可手段とは別物である。均質
運転時は従来の方法で対応すれば良い。

【００７５】Ｓ５１では点火栓周りの空燃比ＡＦＲを吸
入空気量Ｑａ、機関回転数Ｎｅ、蒸発燃料量ＥＶＰ、成
層運転時燃料噴射量ＩＮＪから次式により算出する。 ＡＦＲ＝（Ｑａ×ｋ２×ｋ３／Ｎｅ）／（ＥＶＰ×ｋ３
＋ＩＮＪ） ここで、ｋ２はＱａ／Ｎｅを１サイクル当たりの吸入空
気量へ変換するための定数である。また、ｋ３は点火時
期近傍の燃焼室容積における点火栓周りの体積の燃焼室
体積全体に対する比率である。もちろん混合気には濃淡
差があるため正確な空燃比算出はできないものの、蒸発
燃料を導入しても良い条件か否かを判定するには充分な
パラメータとなりうる。

【００７６】Ｓ５２で上記点火栓周りの空燃比ＡＦＲの
算出値が所定値ＡＦＲＬＩＭを上回るか否かを判定す
る。この結果、ＡＦＲがＡＦＲＬＩＭを上回れば（ＡＦ
ＲＬＩＭより薄ければ）、蒸発燃料の導入を許可し、Ｓ
５３で蒸発燃料導入弁３７を開ける（空気導入弁３９を
閉める）。

【００７７】ＡＦＲがＡＦＲＬＩＭ以下であれば（ＡＦ
ＲＬＩＭより濃ければ）、蒸発燃料導入不許可として、
Ｓ５４で蒸発燃料導入弁３７を閉める（空気導入弁３９
を開ける）。

【００７８】成層運転中でありかつ比較的高いトルクを
必要としている場合は、点火栓付近の空燃比を濃くして
トルクを上昇させる場合がある。このような制御を行っ
ている場合は、点火栓付近の空燃比はかなり濃い状態と
なっており、これ以上の燃料分が点火栓周りに存在する
と不可燃混合比となり失火する場合がある。失火すれば
運転性を悪化させるだけでなく燃費の悪化、触媒の不必
要な温度上昇による劣化の進行、排気性状の悪化をもた
らす場合がある。

【００７９】よって、成層燃焼時に、蒸発燃料量予測手
段により予測される蒸発燃料量と、燃料噴射弁による燃
料噴射量とに基づいて、蒸発燃料の導入による点火栓周
りの空燃比を予測し、該空燃比が所定値以下の場合（濃
い場合）、補助空気噴射装置による蒸発燃料を含む空気
の噴射を禁止することで、点火栓付近の空燃比がオーバ
ーリッチとなることを防止し、運転性を良好に保つので
ある。

【００８０】尚、成層燃焼時に、蒸発燃料の導入による
点火栓周りの空燃比が所定値以上と予想される場合に、
補助空気噴射装置による蒸発燃料を含む空気の噴射を禁
止する代わりに、蒸発燃料を含む空気の噴射を制限する
ようにしてもよい。すなわち、蒸発燃料導入弁３７の開
度をパージガスの濃度に応じて変化させ、極端に濃度の
高いパージガスの導入を抑制する制御を用いるのであ
る。

【００８１】このようにすれば、点火栓周りがオーバー
リッチになることを防止しつつ、パージガスを導入でき
るため、パージチャンスの減少を抑制することができ
る。図１３は蒸発燃料導入条件変更手段のフローチャー
トである。

【００８２】Ｓ６１で蒸発燃料導入による燃焼室周辺部
の空燃比ＡＦＲＥＶＰを吸入空気量Ｑａ、機関回転数Ｎ
ｅ、蒸発燃料量ＥＶＰから次式により算出する。 ＡＦＲＥＶＰ＝（Ｑａ×ｋ２／Ｎｅ）／ＥＶＰ ここでいう燃焼室周辺部の空燃比とは、燃料噴射弁から
の噴射燃料が偏在する点火栓付近以外の空燃比をいい、
燃料噴射を行わない場合の蒸発燃料導入による燃焼室内
の空燃比と同じである。

【００８３】Ｓ６２で蒸発燃料導入による燃焼室周辺部
の空燃比ＡＦＲＥＶＰの算出値を第１の所定値ＡＦＲ１
と比較する。また、ＡＦＲＥＶＰ≧ＡＦＲ１の場合に、
Ｓ６３で蒸発燃料導入による燃焼室周辺部の空燃比ＡＦ
ＲＥＶＰの算出値を第２の所定値ＡＦＲ２（＞ＡＦＲ
１）と比較する。

【００８４】このような比較により、ＡＦＲＥＶＰ＜Ａ
ＦＲ１（濃い場合）、ＡＦＲ１≦ＡＦＲＥＶＰ≦ＡＦＲ
２（中間の場合）、ＡＦＲＥＶＰ＞ＡＦＲ２（薄い場
合）の３通りの判別を行う。

【００８５】ＡＦＲＥＶＰ＜ＡＦＲ１（濃い）と判別し
た場合は、Ｓ６４で補助空気を吸気行程及び圧縮行程で
噴射する。これはパージガスの濃度が十分に濃く、吸気
行程に導入したとしても蒸発燃料まで火炎が伝播し、未
燃分として排気系にそのまま排出されることは無いと判
断した場合に相当する。

【００８６】ＡＦＲ１≦ＡＦＲＥＶＰ≦ＡＦＲ２（中
間）と判別した場合は、Ｓ６５で補助空気を圧縮行程に
のみ噴射し、吸気行程噴射を禁止する。これは触媒で処
理するにはパージガスの濃度が濃く、吸気行程で導入し
た場合は未燃分として排気系へ排出されてしまうため、
蒸発燃料を噴射燃料と共に点火栓近傍へ集中させて燃焼
せしめなければならないと判断した場合に相当する。

【００８７】ＡＦＲＥＶＰ＞ＡＦＲ２（薄い）と判別し
た場合は、Ｓ６６で全行程で補助空気を噴射する。これ
は排気系の触媒で処理できると判断した場合に相当す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態を示す内燃機関のシステ
ム図

【図２】 補助空気噴射装置付きの燃料噴射弁の噴口付
近を模式的に示す図

【図３】 燃料系配管を示す図

【図４】 制御フローの概略を示すブロック図

【図５】 成層運転許可手段のフローチャート

【図６】 成層運転時燃料噴射量決定手段のフローチャ
ート

【図７】 理論空燃比運転手段のフローチャート

【図８】 ベース学習手段のフローチャート

【図９】 Ｏ2 センサ信号による空燃比フィードバック
制御の説明図

【図１０】 蒸発燃料量予測手段の第１フローのフロー
チャート

【図１１】 蒸発燃料量予測手段の第２フローのフロー
チャート

【図１２】 蒸発燃料導入許可手段のフローチャート

【図１３】 蒸発燃料導入条件変更手段のフローチャー
ト

【符号の説明】

１ 内燃機関本体 ２ クランク軸 ３ ピストン ４ 燃焼室 ５ 吸気通路 ６ 電制スロットル弁 ７ 燃料噴射弁 ８ 点火栓 ９ 排気通路 １０ 排気浄化用触媒 １１ ＥＣＵ １２ クランク角センサ １３ エアフローメータ １４ アクセルセンサ １５ 水温センサ １６ Ｏ2 センサ ２０ 補助空気噴射装置 ２１ 噴口 ２２ 燃料導入路 ２３ 補助空気導入路 ３１ 燃料タンク ３２ 低圧ポンプ ３３ 蒸発燃料排出路 ３４ 逆止弁 ３５ キャニスタ ３６ 吸着剤 ３７ 蒸発燃料導入弁 ３８ 空気導入路 ３９ 空気導入弁 ４０ 空気導入路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｅ 45/00 ３６８ 45/00 ３６８Ｇ Ｆ０２Ｍ 25/08 Ｆ０２Ｍ 25/08 Ｆ ３０１ ３０１Ｊ (72)発明者 土田 博文 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 田山 彰 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA04 AA18 AB03 AC05 AD03 AD09 AD12 AE05 AG01 3G084 AA04 BA05 BA09 BA10 BA13 BA15 BA27 DA02 DA10 DA25 EA11 EB08 EB12 EB18 EC01 EC07 FA00 FA07 FA10 FA13 FA18 FA20 FA29 FA33 FA38 3G301 HA04 HA14 HA16 JA00 JA02 JA23 JA26 JA28 JA33 LA03 LA08 LB04 LC04 MA01 MA11 MA19 MA23 NA01 NA08 NB02 NB11 NC02 ND02 ND21 ND33 PA01Z PA11A PA17Z PB03Z PB10Z PD03A PD03Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料
   噴射弁と、この燃料噴射弁の噴口近傍に補助空気を噴射
   供給する補助空気噴射装置とを備え、所定の機関運転条
   件のとき圧縮行程中に燃料を噴射して点火栓近傍に混合
   気を偏在させる成層燃焼を行う内燃機関において、 機関の燃料系で発生した蒸発燃料を含む空気を前記補助
   空気噴射装置より機関の燃焼室内に直接噴射することを
   特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
2. 【請求項２】成層燃焼時に、少なくとも圧縮行程の燃料
   噴射と同時に、蒸発燃料を含む空気を前記補助空気噴射
   装置より噴射することを特徴とする請求項１記載の内燃
   機関の蒸発燃料処理装置。
3. 【請求項３】前記補助空気噴射装置に供給される蒸発燃
   料量を予測する蒸発燃料量予測手段を設けると共に、そ
   の予測値に基づいて前記補助空気噴射装置の噴射時期及
   び期間を変更する蒸発燃料導入条件変更手段を設けたこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の
   蒸発燃料処理装置。
4. 【請求項４】前記蒸発燃料量予測手段は、少なくとも、
   蒸発燃料の燃焼室内への導入の有無による排気空燃比セ
   ンサの出力値の差に基づいて、蒸発燃料量を予測するこ
   とを特徴とする請求項３記載の内燃機関の蒸発燃料処理
   装置。
5. 【請求項５】前記蒸発燃料導入条件変更手段は、成層燃
   焼時に、前記蒸発燃料量予測手段により予測される蒸発
   燃料量に基づいて、蒸発燃料の導入による燃焼室周辺部
   の空燃比を予測し、該空燃比が第１の所定値未満の場
   合、吸気行程及び圧縮行程中に、蒸発燃料を含む空気を
   前記補助空気噴射装置より噴射するようにすることを特
   徴とする請求項３又は請求項４のいずれか１つに記載の
   内燃機関の蒸発燃料処理装置。
6. 【請求項６】前記蒸発燃料導入条件変更手段は、成層燃
   焼時に、前記蒸発燃料量予測手段により予測される蒸発
   燃料量に基づいて、蒸発燃料の導入による燃焼室周辺部
   の空燃比を予測し、該空燃比が第１の所定値以上でかつ
   これより大きい第２の所定値以下の場合、吸気行程中の
   前記補助空気噴射装置による蒸発燃料を含む空気の噴射
   を禁止することを特徴とする請求項３〜請求項５のいず
   れか１つに記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
7. 【請求項７】前記蒸発燃料導入条件変更手段は、成層燃
   焼時に、前記蒸発燃料量予測手段により予測される蒸発
   燃料量に基づいて、蒸発燃料の導入による燃焼室周辺部
   の空燃比を予測し、該空燃比が第２の所定値を超える場
   合、全行程にて、蒸発燃料を含む空気を前記補助空気噴
   射装置より噴射するようにすることを特徴とする請求項
   ３〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の蒸発燃
   料処理装置。
8. 【請求項８】成層燃焼時に、前記蒸発燃料量予測手段に
   より予測される蒸発燃料量と、燃料噴射弁による燃料噴
   射量とに基づいて、蒸発燃料の導入による点火栓周りの
   空燃比を予測し、該空燃比が所定値以下の場合、前記補
   助空気噴射装置による蒸発燃料を含む空気の噴射を禁止
   する蒸発燃料導入許可手段を設けたことを特徴とする請
   求項３〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の蒸
   発燃料処理装置。
9. 【請求項９】成層燃焼時に、前記蒸発燃料量予測手段に
   より予測される蒸発燃料量と、燃料噴射弁による燃料噴
   射量とに基づいて、蒸発燃料の導入による点火栓周りの
   空燃比を予測し、該空燃比に応じて、前記補助空気噴射
   装置による蒸発燃料を含む空気の噴射を制限する蒸発燃
   料導入許可手段を設けたことを特徴とする請求項３〜請
   求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の蒸発燃料処理
   装置。
10. 【請求項１０】前記補助空気供給装置に蒸発燃料を含む
    空気と蒸発燃料を含まない空気とを選択的に供給できる
    構成としたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいず
    れか１つに記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。