JP2005076613A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は内燃機関の制御装置に関し、実際のパージガス量或いはパージ率を正確に求め、その正確なパージガス量或いはパージ率に基づき内燃機関を制御できるようにする。
【解決手段】 圧縮行程中の異なるクランク角における筒内圧の測定値に基づいて、燃焼前の筒内ガスの比熱比を算出する。そして、算出した比熱比に基づいて、筒内ガス中の既燃ガスの比率を算出する。また、筒内に吸入される新気の量を測定するとともに、筒内に残存する既燃ガスの量をマップから推定する。そして、これら筒内ガス中の既燃ガスの比率、新気の量、及び既燃ガスの量に基づき、筒内に吸入されるパージガスの量やパージ率を算出する。
【選択図】 図２

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関し、特に、蒸発燃料処理装置を備えた内燃機関のための制御装置に関する。

車両用の内燃機関には、燃料タンクで発生する蒸発燃料が大気に放出されることを防止するための蒸発燃料処理装置が備えられている。蒸発燃料処理装置は、内部に活性炭が充填されたキャニスタを有しており、キャニスタに蒸発燃料を吸着して貯えるようになっている。キャニスタに貯えられた蒸発燃料は、内燃機関の運転中、吸気通路の負圧を利用したパージ処理によって吸気通路に導入され、内燃機関の燃焼室において燃焼処理される。

このような蒸発燃料処理装置を備えた内燃機関では、吸気通路に導入されるパージガス（蒸発燃料を含むガス）の量を把握する必要がある。内燃機関では目標とする空燃比となるように燃料噴射弁からの燃料噴射量を調整しているが、パージガスが導入されている場合には、その導入量に応じて燃料噴射量を補正する必要があるからである。従来、例えば、特許文献１に開示された装置では、吸入負圧と、吸気通路へのパージガスの流出を制御するパージ制御弁の開口面積とからパージガス量を推定している。
特開２００１−２６３１７９号公報 特開２００２−２７６４３６号公報

しかしながら、特許文献１の装置で得られるパージガス量はあくまでも推定値であり、正確な値であるとは言い切れない。上述のようにパージガス量は燃料噴射量の補正に用いられるため、パージガス量の推定値が実際値から大きくずれている場合には、燃料噴射量を正しく補正することができず、実際の空燃比が目標空燃比からずれてしまう。空燃比の目標空燃比に対するずれは、特に、アイドル時のような低回転低負荷時における燃焼を不安定にし、排気エミッションやドライバビリティを悪化させてしまう。このため、今日では、パージガス量、或いはパージ率（燃焼室に吸入される吸入ガス全体に対するパージガスの比率）に関するより正確な情報が必要とされている。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、実際のパージガス量或いはパージ率を正確に求め、その正確なパージガス量或いはパージ率に基づき内燃機関を制御できるようにした制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
吸気通路へのパージガスの供給を制御するパージ制御弁と、
筒内圧を測定する筒内圧測定手段と、
圧縮行程中の異なるクランク角における前記筒内圧の複数の測定値に基づいて、燃焼前の筒内ガスの比熱比を算出する比熱比算出手段と、
前記比熱比に基づいて、前記筒内ガス中の既燃ガスの比率を算出する既燃ガス比率算出手段と、
筒内に吸入される新気の量を測定する新気量測定手段と
筒内に残存する既燃ガスの量を推定する既燃ガス量推定手段と、
前記筒内ガス中の既燃ガスの比率、前記新気の量、及び前記既燃ガスの量に基づき、筒内に吸入される前記パージガスの量を算出するパージガス量算出手段と、
前記パージガスの量に基づいて内燃機関を制御する制御手段とを備えることを特徴としている。

第２の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
吸気通路へのパージガスの供給を制御するパージ制御弁と、
筒内圧を測定する筒内圧測定手段と、
圧縮行程中の異なるクランク角における前記筒内圧の複数の測定値に基づいて、燃焼前の筒内ガスの比熱比を算出する比熱比算出手段と、
前記比熱比に基づいて、前記筒内ガス中の既燃ガスの比率を算出する既燃ガス比率算出手段と、
筒内に吸入される新気の量を測定する新気量測定手段と
筒内に残存する既燃ガスの量を推定する既燃ガス量推定手段と、
前記筒内ガス中の既燃ガスの比率、前記新気の量、及び前記既燃ガスの量に基づき、パージ率を算出するパージ率算出手段と、
前記パージ率に基づいて内燃機関を制御する制御手段とを備えることを特徴としている。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記既燃ガス量推定手段は、
排気終了後吸気開始前の所定のクランク角における筒内圧と、筒内に残存する既燃ガスの量を対応付けて記憶した記憶手段と、
前記所定のクランク角における前記筒内圧の測定値に対応した既燃ガス量を前記記憶手段から読込む読込手段とを含み、
前記読込み手段により前記記憶手段から読込まれた既燃ガス量を、筒内に残存する既燃ガスの推定量として設定することを特徴としている。

また、第４の発明は、第３の発明において、前記既燃ガス量推定手段は、
前記パージ制御弁の非作動時に算出或いは測定された前記筒内ガス中の既燃ガスの比率と前記新気の量に基づき、筒内に残存する既燃ガスの量を算出する既燃ガス量算出手段と、
前記既燃ガス量算出手段の算出値を前記所定のクランク角における前記筒内圧の測定値と対応させて前記記憶手段に記憶させる学習手段とをさらに含むことを特徴としている。

また、第５の発明は、第１又は第２の発明において、内燃機関の回転数を測定する回転数測定手段をさらに備え、
前記既燃ガス量推定手段は、
排気終了後吸気開始前の所定のクランク角における筒内圧、及び内燃機関の回転数と、筒内に残存する既燃ガスの量を対応付けて記憶した記憶手段と、
前記所定のクランク角における前記筒内圧の測定値、及び前記回転数の測定値に対応した既燃ガス量を前記記憶手段から読込む読込み手段とを含み、
前記読込み手段により前記記憶手段から読込まれた既燃ガス量を、筒内に残存する既燃ガスの推定量として設定することを特徴としている。

また、第６の発明は、第５の発明において、前記既燃ガス量推定手段は、
前記パージ制御弁の非作動時に算出或いは測定された前記筒内ガス中の既燃ガスの比率と前記新気の量に基づき、筒内に残存する既燃ガスの量を算出する既燃ガス量算出手段と、
前記既燃ガス量算出手段の算出値を前記所定のクランク角における前記筒内圧の測定値、及び前記回転数の測定値と対応させて前記記憶手段に記憶させる学習手段とをさらに含むことを特徴としている。

第１の発明によれば、既燃ガス比率、新気量、及び既燃ガス量に基づいて理論的に正確に求められたパージガス量に基づき内燃機関を制御することができる。

第２の発明によれば、既燃ガス比率、新気量、及び既燃ガス量に基づいて理論的に正確に求められたパージ率に基づき内燃機関を制御することができる。

第３の発明によれば、パージガス量やパージ率の算出に必要な残存既燃ガスの量を筒内圧との関係に基づいて正確に求めることができる。

第４の発明によれば、機差や経年変化により筒内圧と残留既燃ガスの量の関係にずれが生じた場合でも、パージ制御弁の非作動時に行われる学習によって前記ずれを解消することができる。

第５の発明によれば、パージガス量やパージ率の算出に必要な残存既燃ガスの量を筒内圧及び回転数との関係に基づいて正確に求めることができる。

第６の発明によれば、機差や経年変化により筒内圧及び回転数と残留既燃ガスの量との関係にずれが生じた場合でも、パージ制御弁の非作動時に行われる学習によって前記ずれを解消することができる。

以下、図１乃至図６を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態にかかる内燃機関のシステム構成を説明するための図である。本実施形態にかかる内燃機関２は火花点火式の４ストロークエンジンであり、図示していないが複数の気筒を有している。各気筒の燃焼室１２には吸気通路４と排気通路６が接続されている。燃焼室１２と吸気通路４との接続部にはその連通状態を制御する吸気弁８が設けられ、燃焼室１２と排気通路６との接続部にはその連通状態を制御する排気弁１０が設けられている。特に、吸気弁８には、その開閉時期を調整することができる可変バルブタイミング機構５０が設けられている。燃焼室１２の頂部には、図示しない点火プラグと燃焼室１２内の圧力、すなわち、筒内圧を測定する筒内圧センサ３６が取り付けられている。また、クランク軸２０の近傍には、所定のクランク角位置で信号を出力するクランク角センサ３２が取り付けられている。

排気通路６には、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ４４が設けられている。また、その下流には、排気ガス中の有害成分を浄化するための図示しない触媒装置が設けられている。

吸気通路４は、その一端にエアクリーナ１６を備えている。エアクリーナ１６の直ぐ下流部分には吸入空気流量（新気の流量）を測定するエアフローメータ（新気量測定手段）３４が配置されている。さらに、エアフローメータ３４の下流には、燃焼室１２内へ流入する新気の量を調整する電子制御式のスロットル弁１８が配置されている。このスロットル弁１８には、その開度に応じた信号を出力するスロットルセンサ３８が組み込まれている。吸気通路４の先端は各気筒の燃焼室１２に空気を導入するために分岐しており、分岐通路毎に燃焼室１２に燃料（ガソリン）を供給するための燃料噴射弁１４が取り付けられている。

燃料噴射弁１４から噴射される燃料は、図示しない燃料通路を通って燃料タンク４２から供給される。燃料タンク４２には、内部で発生した蒸発燃料を抜き出すためのベーパ通路２２が接続されている。ベーパ通路２２の一端は、キャニスタ４０に接続されている。キャニスタ４０の内部には、蒸発燃料を吸着するための活性炭が充填されている。このため、燃料タンク４２の内部で発生した蒸発燃料は、ベーパ通路２２を通ってキャニスタ４０に到達し、キャニスタ４０の内部に吸着保持される。

キャニスタ２２には、大気導入口２６が設けられていると共に、パージ通路２４が接続されている。パージ通路２４には、その内部を流れるガスの流量を制御するためのパージ制御弁２８が設けられている。パージ制御弁２８は、デューティ制御されることにより任意の開度を実現する制御弁である。パージ通路２４は、スロットル弁１８の下流において吸気通路４に連通している。

内燃機関２はその制御装置として、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０は、上述したクランク角センサ３２，エアフローメータ３４，筒内圧センサ３６，スロットルセンサ３８，酸素濃度センサ４４等の各種センサから出力信号の供給を受けていると共に、燃料噴射弁１４，パージ制御弁２８，可変バルブタイミング機構５０等の各種アクチュエータに対して駆動信号を供給している。特に、本実施形態にかかるＥＣＵ３０は、アイドル時のような低回転低負荷時には、パージ制御弁２８の作動によって供給されるパージガスの量、及びそのパージ率を以下に説明する方法によって算出し、算出したパージ率に基づいて燃料噴射弁１４を制御している。

［吸排気弁の開閉時期］
先ず、以下に説明するパージ率の算出方法が実施される前提条件として、本実施形態の内燃機関２における低回転、低負荷時の吸排気弁の開閉時期について説明する。一般に、吸気弁８の開時期は排気弁１０の閉時期よりも早く設定されており、排気弁１０の開期間と吸気弁８の開期間が重なるバルブオーバーラップが生じている。このバルブオーバーラップが大きいと、低回転低負荷時、特にアイドル時において、吸気通路４の負圧によって排気通路６から吸気通路４へ排気ガスが逆流し、その分、次回のサイクルにおいて筒内に残留する既燃ガスの量が増大してしまう。そこで、本実施形態では、低回転低負荷時には、可変バルブタイミング機構５０によって吸気弁８の開時期が遅角側にシフトされ、図３に示すように、吸気弁８の開時期は排気弁１０の閉時期よりも遅く設定される。

［パージ率の算出方法］
図４（Ａ）は、筒内容積が最大になったとき、すなわち、ピストンが下死点にあるときの筒内ガスの組成を模式的に示した図である。この図に示すように、筒内ガスにはスロットル弁１８を通って供給される新気、パージ制御弁２８を通って供給されるパージガスに加え、前回サイクルの既燃ガスの残留分が含まれている。ここでは、筒内ガス中に占める新気の量をＡ（ｇ）、パージガスの量をＢ（ｇ）、残留既燃ガスの量をＣ（ｇ）とする。

上記筒内ガスの各成分のうち、新気量Ａは、エアフローメータ３４の出力信号に基づいて測定することができる。エアフローメータ３４では単位時間あたりの新気の流量が検出され、その検出値に応じた信号がＥＣＵ３０に供給される。ＥＣＵ３０は、エアフローメータ３４の出力信号に基づいて１サイクルあたりの新気の吸入量、すなわち、新気量Ａを測定している。

残留既燃ガス量Ｃは、図６に示すマップから読込むことができる。マップは、ＥＣＵ３０内の図示しない記憶要素に記憶されている。図６のマップでは、残留既燃ガス量Ｃが内燃機関の筒内圧力及び回転数と関連付けられている。マップに示す筒内圧力は、図３に示すようにクランク角θがθ_２にあるとき、すなわち、排気弁１０が閉じるタイミングでの筒内圧力Ｐ_２である。本実施形態では、図３に示すように、排気弁１０が閉じてから吸気弁８が開くので、排気通路６から吸気通路４への排気ガスの逆流はない。排気弁１０の閉時期に筒内に存在するガスが次回サイクルの残留既燃ガスとなる。したがって、クランク角θ_２で測定される筒内圧力Ｐ_２は残留既燃ガスの圧力を示すことになり、この筒内圧力Ｐ_２が高いほど残留既燃ガスの密度は大きく、残留既燃ガス量Ｃは大きくなる。

図６のマップでは、回転速度ＮＥについてはその測定タイミングに限定はなく、複数のサイクルにわたる平均回転数であってもよい。低回転低負荷時には、回転数ＮＥが比較的高くなるほど残留既燃ガスの温度は高くなる傾向にある。このため、回転速度ＮＥが高いほど、残留既燃ガスの密度は小さくなり、筒内に残存する残留既燃ガス量Ｃも小さくなる。マップでは、回転速度ＮＥが高いほど残留既燃ガス量Ｃは小さく、回転速度ＮＥが低いほど残留既燃ガス量Ｃは大きく設定されている。

図６のマップを用いることで、クランク角θがθ_２になったときの筒内圧力Ｐ_２及び回転数ＮＥから残留既燃ガス量Ｃが一義的に求められる。クランク角θはクランク角センサ３２によって検知することができ、回転数ＮＥはクランク角センサ３２の信号から算出することができ、筒内圧力Ｐ_２は筒内圧センサ３６によって測定することができる。なお、図３ではクランク角θ_２は排気弁１０の閉時期に設定されているが、排気弁１０の閉時期から吸気弁８の開時期まで、すなわち、排気弁１０と吸気弁８がともに閉じている時期であれば任意のタイミングに設定可能である。

新気量Ａと残留既燃ガス量Ｃが分かれば、これらとパージガス量Ｂの比率が明らかになることで、パージガス量Ｂを算出することができる〔図４（Ａ）参照〕。ここで、以下の（１）式に示すように、筒内ガスの総量（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）中の残留既燃ガス量Ｃの比率をＲとする。
Ｒ＝Ｃ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ） ・・・（１）
パージガスと新気とはその気体成分が略同じであるのに対し、燃焼ガスである残留既燃ガスの気体成分はパージガスや新気とは大きく異なっている。したがって、筒内ガス中の残留既燃ガス量の比率に応じて筒内ガス全体の物性は変化する。

図５は、筒内ガス中の残留既燃ガス量の比率Ｒと筒内ガスの比熱比κとの関係を示す図である。この図に示すように、既燃ガス量比率Ｒと筒内ガスの比熱比κとは線形関係を有しており、比熱比κが分かれば既燃ガス量比率Ｒが明らかになる。図５に示す既燃ガス量比率Ｒと比熱比κとの関係は理論式や実験によって求められ、ＥＣＵ３０内の図示しない記憶要素にマップとして記憶されている。

比熱比κは、内燃機関２の断熱圧縮行程における圧力と容積との関係から理論的に求めることができる。図３においては、吸気弁８が閉じてから点火プラグが点火されるまでの期間が断熱圧縮行程にあたる。本実施形態の装置では、吸気弁８が閉じた直後の所定のクランク角θ_０における筒内圧力Ｐ_０と、点火直前の所定のクランク角θ_１における筒内圧力Ｐ_１が測定される。また、各クランク角θ_０，θ_１における筒内容積Ｖ_０，Ｖ_１は、クランク角とピストン位置との関係に基づいて予め数学的に求められている。クランク角θ_０における筒内圧力Ｐ_０と筒内容積Ｖ_０、及び、クランク角θ_１における筒内圧力Ｐ_１と筒内容積Ｖ_１から、次の（２）式によって比熱比κが算出される。
κ＝ｌｏｇ（Ｐ_１／Ｐ_０）／ｌｏｇ（Ｖ_０／Ｖ_１） ・・・（２）

上記の（２）式で算出された比熱比κを図５のマップに当てはめることで、筒内ガス中の既燃ガス量比率Ｒが明らかになる。なお、本実施形態では、２つのクランク角θ_０，θ_１における測定値に基づいて比熱比κを算出しているが、より複数のクランク角における測定値に基づいて比熱比κを算出してもよい。既燃ガス量比率Ｒが分かれば、上記（１）式を変形した次の（３）式によってパージガス量Ｂが算出される。
Ｂ＝（Ｃ−Ｒ×Ａ−Ｒ×Ｃ）／Ｒ ・・・（３）
さらに、次の（４）式によってパージ率ＰＧＲが算出される。
ＰＧＲ＝Ｂ／（Ｂ＋Ａ） ・・・（４）

［残留既燃ガス量推定マップの学習方法］
図６のマップは実験によって作成することができる。しかし、内燃機関には機差があり、また、経年変化が生じるため、全ての状況において実験結果と同様の結果が得られるとは限らない。そこで、ＥＣＵ３０は、残留既燃ガス量Ｃと回転数ＮＥ及び筒内圧力Ｐ_２の関係を学習し、図６に示すマップの記憶内容を更新するようになっている。

マップの学習は、筒内にパージガスが存在しないとき、すなわち、パージ制御弁２８が作動していないときに行われる。図４（Ｂ）は、パージ制御弁２８が作動していないときの筒内ガスの組成を模式的に示した図である。この場合、筒内ガスは新気と残留既燃ガスのみで構成されるので、筒内ガス中の既燃ガス量比率Ｒは次の（５）式によってあらわされる。
Ｒ＝Ｃ／（Ａ＋Ｃ） ・・・（５）

上記の（５）式において、新気量Ａは、エアフローメータ３４で測定することができる。既燃ガス量比率Ｒは、クランク角θ_０，θ_１における筒内圧力Ｐ_０，Ｐ_１と筒内容積Ｖ_０，Ｖ_１を測定して比率比κを計算し、計算結果を図５のマップに当てはめることで求めることができる。そして、新気量Ａと既燃ガス量比率Ｒが分かれば、上記（５）式を変形した次の（６）式によって残留既燃ガス量Ｃが算出される。
Ｃ＝Ｒ×Ａ／（１−Ｒ） ・・・（６）
ＥＣＵ３０は、上記の（６）式によって算出された残留既燃ガス量Ｃを、クランク角θ_２で測定された筒内圧力Ｐ_２及び回転数ＮＥと関連付けて、図６のマップに登録する。

以上説明したパージ率の算出方法と残留既燃ガス量推定マップの学習方法は、図２のフローチャートで示すルーチンを実行することによって実施することができる。図２に示すルーチンは、ＥＣＵ３０の内部で内燃機関２の１サイクル（クランク角で７２０度）を１サイクルとして実行される。図２に示すルーチンでは、先ず、内燃機関２の運転状態が所定の運転状態であるか、すなわち、低回転低負荷であって吸気弁８の開時期が遅角側にシフトされているか判定される（ステップ１００）。

ステップ１００の判定の結果、内燃機関２の運転状態が所定運転状態にない場合には、吸気圧力ＰＭとパージ制御弁２８の駆動デューティ比に基づいた公知の手法でパージ率ＰＧＲが推定される（ステップ１３４）。吸気圧力ＰＭは、吸入空気量ＧＡなどに基づいて公知の手法で推定することができる。

ステップ１００の判定の結果、内燃機関２の運転状態が所定運転状態にある場合には、ステップ１００以降の処理が実施される。まず、ステップ１０２では、エアフローメータ３４の出力信号に基づいて新気量Ａが測定される。

ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３２の出力信号を監視しており、クランク角θがθ_０，θ_１，θ_２になることをそれぞれトリガとして、次のステップの処理が行われる。ステップ１０４ではクランク角θがθ_０になったか判定され、クランク角θがθ_０になったら、筒内圧センサ３６によってそのときの筒内圧Ｐ_０が測定される（ステップ１０６）。

続いて、ステップ１０８ではクランク角θがθ_１になったか判定され、クランク角θがθ_１になったら、筒内圧センサ３６によってそのときの筒内圧Ｐ_１が測定される（ステップ１１０）。そして、ステップ１０４で測定された筒内圧Ｐ_０とステップ１１０で測定された筒内圧Ｐ_１と予め計算されている各時点での筒内容積Ｖ_０，Ｖ_１から、上記の（２）式を用いて比熱比κが算出される（ステップ１１２）。次に、図５のマップから比熱比κに応じた既燃ガス比率Ｒが読込まれる（ステップ１１４）。

続いて、ステップ１１６ではクランク角θがθ_２になったか判定され、クランク角θがθ_２になったら、筒内圧センサ３６によってそのときの筒内圧Ｐ_２が測定される（ステップ１１８）。また、クランク角センサ３２の出力信号に基づき内燃機関２の現在の回転速度ＮＥが測定される（ステップ１２０）。なお、前述のように、回転速度ＮＥの測定タイミングは、クランク角θがθ_２になった時に限定されず、他のタイミングで測定されたものや、複数のサイクルにわたる平均回転数を読込むようにしてもよい。

続くステップ１２２では、パージ制御弁２８が作動中か判定される。パージ制御弁２８が作動している場合にはパージ率ＰＧＲの算出が行われる。先ず、ステップ１２４では、図６に示すマップからステップ１１８で測定された筒内圧Ｐ_２及びステップ１２０で測定された回転速度ＮＥに応じた残留既燃ガス量Ｃが読込まれる。そして、ステップ１０２で測定された新気量Ａ、ステップ１２４で推定された残留既燃ガス量Ｃ、及び、ステップ１０４で測定された既燃ガス比率Ｒから、上記の（３）式を用いてパージガス量Ｂが算出される（ステップ１２６）。さらに上記の（４）式を用いてパージ率ＰＧＲが算出される（ステップ１２８）。

一方、ステップ１２２の判定の結果、パージ制御弁２８が作動していない場合には、図６の残留既燃ガス量推定マップの学習が行われる。先ず、ステップ１３０では、ステップ１０２で測定された新気量Ａ、及び、ステップ１１４で測定された既燃ガス比率Ｒから、上記の（６）式を用いて残留既燃ガス量Ｃが算出される。算出された残留既燃ガス量Ｃは、ステップ１１８で測定された筒内圧Ｐ_２及びステップ１２０で測定された回転速度ＮＥに関連付けられ、図６のマップに登録される（ステップ１３２）。

上記のルーチンによれば、パージ制御弁２８の作動中には、既燃ガス比率Ｒ、新気量Ａ、及び残留既燃ガス量Ｃに基づいて理論的に正確にパージガス量Ｂやパージ率ＰＧＲを求めることができる。そして、機差や経年変化により筒内圧Ｐ_２や回転数ＮＥと残留既燃ガスの量Ｃの関係にずれが生じた場合でも、パージ制御弁２８の非作動時に、残留既燃ガス量推定マップの学習が行われるので、パージガス量Ｂやパージ率ＰＧＲの計算値が実際の値からずれてしまうこともない。

なお、ステップ１２６で算出されたパージ率ＰＧＲは、以下の（７）式に示すように、燃料噴射弁１４の燃料噴射時間ＴＡＵの補正に用いられる。
ＴＡＵ＝ＴＰ×（ＦＡＦ＋ＦＷ＋ＫＧＸ＋ＦＧＰＧ×ＰＧＲ） ・・・（７）
上記の（７）式において、ＴＰは基本燃料噴射時間であり、機関回転数ＮＥと吸入空気量Ａとの比（Ａ／ＮＥ）に所定の噴射係数Ｋを乗算することで算出される。ＦＡＦは空燃比フィードバック係数であり、酸素濃度センサ４４の出力に基づいて検出される排気空燃比がリッチである場合は、燃料噴射時間ＴＡＵを短縮すべく小さな値に設定され、排気空燃比がリーンである場合は燃料噴射時間ＴＡＵを伸張すべく大きな値に設定される。ＦＷは水温補正係数であり、内燃機関２の冷却水温に応じて設定される。ＫＧＸは経年変化等の影響による空燃比のずれを吸収するための学習値であり、機関回転数と機関負荷によって区分される運転領域毎に設定されている。そして、ＦＧＰＧはパージ率１％当たりの補正割合であり、ＦＧＰＧ×ＰＧＲがパージガスの供給量に応じて燃料噴射量を減少補正するためのパージ補正係数となる。

本実施形態の装置によれば、上述のように正確なパージ率ＰＧＲが算出されるので、燃料噴射時間ＴＡＵは実際のパージ率に応じて適切に補正される。したがって、本実施形態の装置によれば、空燃比フィードバック制御において実際の空燃比が目標空燃比から大きくずれることがなく、良好な排気エミッションやドライバビリティを実現することができる。

以上説明した実施の形態においては、ＥＣＵ３０がステップ１１２の処理を実行することにより第１，第２の発明の「比熱比算出手段」が実現されている。また、ＥＣＵ３０がステップ１１４の処理を実行することにより第１，第２の発明の「既燃ガス比率算出手段」が実現されている。また、ＥＣＵ３０がステップ１２４の処理を実行することにより第１，第２の発明の「既燃ガス量推定手段」、及び、第５の発明の「読込み手段」が実現されている。また、ＥＣＵ３０がステップ１２６の処理を実行することにより第１の発明の「パージガス量算出手段」が実現され、ＥＣＵ３０がステップ１２８の処理を実行することにより第２の発明の「パージ率算出手段」が実現されている。また、ＥＣＵ３０が上記（７）式の計算結果に基づき燃料噴射弁１４を制御することにより第１，第２の発明の「制御手段」が実現されている。さらに、ＥＣＵ３０がステップ１３０の処理を実行することにより第６の発明の「既燃ガス量算出手段」が実現され、ＥＣＵ３０がステップ１３２の処理を実行することにより第６の発明の「学習手段」が実現されている。

ところで、図６のマップは、筒内圧力Ｐ_２及び回転数ＮＥに残留既燃ガス量Ｃを関連付けているが、筒内圧力Ｐ_２のみに残留既燃ガス量Ｃを関連付けるようにしてもよい。この場合、図２のルーチンにおけるステップ１２０の処理は不要になる。また、ＥＣＵ３０がステップ１２２の処理を実行することにより第３の発明の「読込み手段」が実現され、ＥＣＵ３０がステップ１２８の処理を実行することにより第４の発明の「既燃ガス量算出手段」が実現され、ＥＣＵ３０がステップ１３２の処理を実行することにより第４の発明の「学習手段」が実現される。

本発明の実施の形態にかかる内燃機関のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態において実行されるパージ率算出及びマップ学習ルーチンのフローチャートである。 図２のルーチンにおける各処理の実行タイミングを筒内圧の変化とともにクランク角で示す図である。 パージ制御弁が作動している場合の筒内ガスの組成を模式的に示す図である。 パージ制御弁が作動していない場合の筒内ガスの組成を模式的に示す図である。 図２のルーチンで使用される比熱比から既燃ガス比率を求めるためのマップである。 図２のルーチンで使用される筒内圧力及び機関回転数から残留既燃ガス量を求めるためのマップである。

符号の説明

２ 内燃機関
４ 吸気通路
６ 排気通路
８ 吸気弁
１０ 排気弁
１２ 燃焼室
１４ 燃料噴射弁
１６ エアクリーナ
１８ スロットル弁
２０ クランク軸
２２ ベーパ通路
２４ パージ通路
２６ 大気導入口
２８ パージ制御弁
３０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
３２ クランク角センサ
３４ エアフローメータ
３６ 筒内圧センサ
３８ スロットルポジションセンサ
４０ キャニスタ
４２ 燃料タンク
４４ 酸素濃度センサ
５０ 可変バルブタイミング機構

Claims (6)

1. 吸気通路へのパージガスの供給を制御するパージ制御弁と、
   筒内圧を測定する筒内圧測定手段と、
   圧縮行程中の異なるクランク角における前記筒内圧の複数の測定値に基づいて、燃焼前の筒内ガスの比熱比を算出する比熱比算出手段と、
   前記比熱比に基づいて、前記筒内ガス中の既燃ガスの比率を算出する既燃ガス比率算出手段と、
   筒内に吸入される新気の量を測定する新気量測定手段と
   筒内に残存する既燃ガスの量を推定する既燃ガス量推定手段と、
   前記筒内ガス中の既燃ガスの比率、前記新気の量、及び前記既燃ガスの量に基づき、筒内に吸入される前記パージガスの量を算出するパージガス量算出手段と、
   前記パージガスの量に基づいて内燃機関を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 吸気通路へのパージガスの供給を制御するパージ制御弁と、
   筒内圧を測定する筒内圧測定手段と、
   圧縮行程中の異なるクランク角における前記筒内圧の複数の測定値に基づいて、燃焼前の筒内ガスの比熱比を算出する比熱比算出手段と、
   前記比熱比に基づいて、前記筒内ガス中の既燃ガスの比率を算出する既燃ガス比率算出手段と、
   筒内に吸入される新気の量を測定する新気量測定手段と
   筒内に残存する既燃ガスの量を推定する既燃ガス量推定手段と、
   前記筒内ガス中の既燃ガスの比率、前記新気の量、及び前記既燃ガスの量に基づき、パージ率を算出するパージ率算出手段と、
   前記パージ率に基づいて内燃機関を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記既燃ガス量推定手段は、
   排気終了後吸気開始前の所定のクランク角における筒内圧と、筒内に残存する既燃ガスの量を対応付けて記憶した記憶手段と、
   前記所定のクランク角における前記筒内圧の測定値に対応した既燃ガス量を前記記憶手段から読込む読込手段とを含み、
   前記読込み手段により前記記憶手段から読込まれた既燃ガス量を、筒内に残存する既燃ガスの推定量として設定することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記既燃ガス量推定手段は、
   前記パージ制御弁の非作動時に算出或いは測定された前記筒内ガス中の既燃ガスの比率と前記新気の量に基づき、筒内に残存する既燃ガスの量を算出する既燃ガス量算出手段と、
   前記既燃ガス量算出手段の算出値を前記所定のクランク角における前記筒内圧の測定値と対応させて前記記憶手段に記憶させる学習手段とをさらに含むことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
5. 内燃機関の回転数を測定する回転数測定手段をさらに備え、
   前記既燃ガス量推定手段は、
   排気終了後吸気開始前の所定のクランク角における筒内圧、及び内燃機関の回転数と、筒内に残存する既燃ガスの量を対応付けて記憶した記憶手段と、
   前記所定のクランク角における前記筒内圧の測定値、及び前記回転数の測定値に対応した既燃ガス量を前記記憶手段から読込む読込み手段とを含み、
   前記読込み手段により前記記憶手段から読込まれた既燃ガス量を、筒内に残存する既燃ガスの推定量として設定することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記既燃ガス量推定手段は、
   前記パージ制御弁の非作動時に算出或いは測定された前記筒内ガス中の既燃ガスの比率と前記新気の量に基づき、筒内に残存する既燃ガスの量を算出する既燃ガス量算出手段と、
   前記既燃ガス量算出手段の算出値を前記所定のクランク角における前記筒内圧の測定値、及び前記回転数の測定値と対応させて前記記憶手段に記憶させる学習手段とをさらに含むことを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。
   

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