JP2007146739A - 内燃機関制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ECU20内の輸送遅れ算出手段は、内燃機関13の運転状態検出手段により検出された吸入空気が、サージタンク7を経由して燃焼室に到達した後に、空燃比センサ15に影響を与えるまでの遅れ時間と、蒸発燃料処理装置のキャニスタ3をパージする際に生じる蒸発燃料を含むパージエアが、サージタンク7を経由して燃焼室に到達した後に、空燃比センサ15に影響を与えるまでの遅れ時間と、インジェクタ12により供給された燃料が、燃焼室に到達した後に、空燃比センサに影響を与えるまでの遅れ時間と、を単純化した物理モデルで表す。ECU20内のパージエア濃度燃料補正部は、物理モデルを用いて燃焼室内や空燃比センサ近傍でのパージ率を算出して、パージエア濃度や燃料補正量を算出する。
【選択図】図1
Description
また、一般に、キャニスタに吸着した蒸発燃料を空気とともに吸気系に導入すると、パージエア中の蒸発燃料の濃度に応じて、制御目標となる目標空燃比と実際の空燃比との間にずれが生じることが知られている。
また、インジェクタから噴射される燃料は、吸気ポートおよび/または燃焼室に導入され、空燃比を検出する空燃比センサは、排気通路(一般に、各気筒からの排気を集合させる排気通路の集合部)に設置されている。
燃料タンクを含む燃料供給系で発生した蒸発燃料を一時的に吸着して貯蔵するキャニスタと、
キャニスタと内燃機関の吸気系とを連通するパージ通路に設けられて、蒸発燃料と空気との混合気からなるパージエアが吸気系に導入される際のパージ流量を制御するパージ制御弁と、
内燃機関の吸気ポート近傍または燃焼室に設けられて、内燃機関に燃料を供給するインジェクタと、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
内燃機関の排気系に設けられて、排気中の空燃比を検出する空燃比センサと、
運転状態に基づき、内燃機関の吸入空気量とパージ流量との比率であるパージ率の目標値を目標パージ率として算出する目標パージ率算出手段と、
運転状態および目標パージ率に基づき目標パージ流量を算出する目標パージ流量算出手段と、
パージ流量が目標パージ流量となるようにパージ制御弁を制御するパージ流量制御手段と、
空燃比が目標空燃比となるようにインジェクタから供給される燃料量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と
を備えた内燃機関制御装置において、
パージ制御弁を通して吸気系に供給されたパージエアが燃焼室内に至るまでの輸送遅れに基づき燃焼室内パージ流量を算出するとともに、パージエアが空燃比センサによる空燃比の検出値に影響を及ぼすまでの輸送遅れに基づき空燃比センサ近傍パージ流量を算出するパージエア輸送遅れ算出手段と、
運転状態検出手段により検出された吸入空気が燃焼室内に至るまでの輸送遅れに基づき燃焼室内吸入空気量を算出するとともに、吸入空気が空燃比センサによる空燃比の検出値に影響を及ぼすまでの輸送遅れに基づき空燃比センサ近傍吸入空気量を算出する吸入空気輸送遅れ算出手段と、
インジェクタにより供給された燃料が空燃比センサによる空燃比の検出値に影響を及ぼすまでの輸送遅れに基づき空燃比センサ近傍燃料量を算出する燃料輸送遅れ算出手段と、
燃焼室内パージ流量および燃焼室内吸入空気量に基づき燃焼室内パージ率を算出する燃焼室内パージ率算出手段と、
空燃比センサ近傍パージ流量および空燃比センサ近傍吸入空気量に基づき空燃比センサ近傍パージ率を算出する空燃比センサ近傍パージ率算出手段と、
空燃比センサ近傍パージ率、空燃比センサ近傍吸入空気量および空燃比センサ近傍燃料量と、空燃比センサにより検出した空燃比とに基づきパージエア濃度を算出するパージエア濃度算出手段と、
パージエア濃度に平均化処理またはフィルタ処理を施してパージエア濃度学習値を算出するパージエア濃度学習値算出手段と、
燃焼室内パージ率およびパージエア濃度学習値に基づき、内燃機関に供給する燃料量を補正する燃料量補正手段と
をさらに備えたものである。
以下、この発明の実施の形態1について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1に係る蒸発燃料処理装置を備えた内燃機関制御装置を概略的に示す構成図である。
また、燃料タンク1内の上部は、蒸発燃料通路4を介して、キャニスタ3の一端に連通されている。
キャニスタ3の他端は、パージ通路5を介して、吸気系に設けられたサージタンク7に連通されており、パージ通路5には、パージ制御弁6が設けられている。
エアクリーナ10を介して吸気通路11内に吸入された空気は、エアフローセンサ9、スロットルバルブ8およびサージタンク7を介して内燃機関13に供給される。
スロットルバルブ8は、運転者のアクセル操作量に応じて内燃機関13への吸入空気量を制御する。
スロットル開度センサ18は、スロットルバルブ8の位置を、スロットル開度として検出してECU20に入力する。
ISC(アイドルスピードコントロール)バルブは、スロットルバルブ8の全閉時(アイドル時)において、ECU20の制御下で開閉制御されるようになっている。
ブローバイガス通路には、ブローバイガスが内燃機関13の吸気系に導入される際のブローバイガス量を制御するブローバイガス制御弁が設けられており、ブローバイガス制御弁は、ECU20の制御下で開閉制御されるようになっている。
なお、筒内噴射式の内燃機関(図示せず)の場合には、インジェクタ12は、内燃機関13の燃焼室内に向けて設けられることになる。
内燃機関13の燃焼室には、点火コイル17が設けられ、内燃機関13の排気通路14には、空燃比センサ15および三元触媒16が設けられている。
排気浄化触媒として機能する三元触媒16は、空燃比センサ15の下流に設けられ、所定空燃比(たとえば、理論空燃比)において、排気中の有害ガス(CO、HC)を酸化するとともに、NOxを還元して排気を浄化する。
キャニスタ3内の活性炭層の一方には、燃料タンク1とキャニスタ3とを連通する蒸発燃料通路4と、キャニスタ3とサージタンク7(吸気系)とを連通するパージ通路5とが接続され、活性炭層の他方には、大気開放口3aが設けられている。
ECU20は、エアフローセンサ9などの各種センサからの検出情報(運転状態)に基づいて、パージ制御弁6などの各種アクチュエータを制御する。
ECU20の入力ポートおよび出力ポートは、I/F回路を介して、内燃機関13の運転状態を検出する各種センサや、内燃機関13の運転状態を制御する各種アクチュエータに接続されている。
具体的には、特に、回転センサ(図示せず)から得られる内燃機関13の回転数と、エアフローセンサ9から得られる吸入空気量とに基づいて、インジェクタ12により噴射される燃料量Qfと、点火コイル17および点火プラグにより燃焼室内の混合気に点火するタイミングとを演算し、この演算結果に基づいて、出力ポートに接続されたインジェクタ12および点火コイル17を駆動する。
また、空燃比センサ15で検出した空燃比に応じて、目標空燃比を達成するように基本燃料量を補正する空燃比フィードバック制御も実行される。
まず、燃料タンク1を含む燃料供給系で発生した蒸発燃料は、内燃機関13の運転中または停止中に関わらず、キャニスタ3内の活性炭層に一時的に吸着されて貯蔵される。
キャニスタ3のパージ方法としては、内燃機関13の運転中にサージタンク7内に発生する負圧を利用することが一般的である。
この結果、キャニスタ3の大気開放口3aから導入される空気は、活性炭層を通過する際に活性炭から離脱した蒸発燃料を含む混合気、すなわちパージエアとしてサージタンク7に導入されることになる。
このときのパージエアの流量は、パージ制御弁6により制御されることになる。
続いて、点火コイル17の通電遮断時により、燃焼室に導入された混合気は、インジェクタ12から噴射される燃料とともに燃焼する。
これにより、燃料タンク1内に発生した蒸発燃料は、最終的に燃焼処理されることとなり、この結果、燃料タンク1内で発生した蒸発燃料が大気中に放出されないようにしている。
図2において、ECU20は、空燃比センサ15などの各種センサ19からの検出情報に基づいて、パージ制御弁6およびインジェクタ12を制御するために、目標パージ率算出手段21と、目標パージ流量算出手段22と、パージ流量制御手段23と、空燃比フィードバック制御手段24と、輸送遅れ算出手段25と、燃焼室内パージ率算出手段26と、空燃比センサ近傍パージ率算出手段27と、パージエア濃度算出手段28と、パージエア濃度学習値算出手段29と、燃料量補正手段30とを備えている。
目標パージ流量算出手段22は、運転状態および目標パージ率Rprgtに基づいて目標パージ流量Qprgtを算出するとともに、パージ流量最大値Qprgmax(後述する)に基づいて、目標パージ率Rprgtをクリップする(破線矢印参照)。
パージ流量制御手段23は、パージ流量が目標パージ流量Qprgtとなるようにパージ制御弁6を制御する。
輸送遅れ算出手段25は、パージエア輸送遅れ算出手段と、吸入空気輸送遅れ算出手段と、燃料輸送遅れ算出手段とを含む。
また、輸送遅れ算出手段25内の燃料輸送遅れ算出手段は、インジェクタ12により供給された燃料が空燃比センサ15による空燃比の検出値に影響を及ぼすまでの輸送遅れに基づいて、空燃比センサ近傍燃料量を算出する。
空燃比センサ近傍パージ率算出手段27は、輸送遅れ算出手段25で算出された空燃比センサ近傍パージ流量および空燃比センサ近傍吸入空気量に基づいて、空燃比センサ近傍パージ率Rprgexを算出する。
パージエア濃度学習値算出手段29は、パージエア濃度Nprgに平均化処理またはフィルタ処理を施してパージエア濃度学習値Nprgfを算出する。
また、燃料量補正手段30は、パージエア濃度燃料補正係数Kprg(後述する)の上限値に基づいて、パージ流量制御手段23によるパージ流量をクリップする(破線矢印参照)。
燃料量補正手段30は、燃料室内パージ率が第2の所定パージ率β(後述する)よりも大きい場合に、パージ流量制御手段23をクリップして燃料量の補正を行う。
また、パージ流量制御手段23は、燃料量補正手段30により算出された燃料量補正量が所定補正量以上である場合に、吸気系に導入するパージ流量を保持または減量する。
さらに、パージエア濃度学習値算出手段29は、パージエア濃度学習値Nprgfが所定時間τ(後述する)にわたって更新されない場合に、パージエア濃度学習値Nprgfをクリアするようになっている。
図3において、輸送遅れ算出手段25は、1次フィルタからなる吸気系遅れモデル203と、ディレイ要素からなる燃焼行程遅れモデル204と、1次フィルタからなる排気系遅れモデル205とを備えている。
また、吸気系遅れモデル203に関連したパージエア濃度燃料補正部208は、図2内の燃焼室内パージ率算出手段26および補正量算出手段30に対応しており、パージエア濃度燃料補正係数Kprgを算出する。
吸気系遅れモデル203、燃焼行程遅れモデル204および排気系遅れモデル205の各機能は、輸送遅れ算出手段25内のパージエア輸送遅れ算出手段、吸入空気輸送遅れ算出手段および燃料輸送遅れ算出手段に含まれている。
また、吸気系遅れモデル203および排気系遅れモデル205に関連して、パージエア濃度学習部207およびパージエア濃度燃料補正部208が配置されている。
パージエア濃度燃料補正部208は、インジェクタ12の駆動補正に寄与する。
吸気系遅れモデル203の演算結果は、燃焼行程遅れモデル204に入力されるとともに、パージエア濃度燃料補正部208でのパージエア濃度燃料補正係数Kprgの決定にも寄与する。
燃焼行程遅れモデル204の演算結果は、排気系遅れモデル205に入力される。
排気系遅れモデル205の演算結果は、パージエア濃度学習部207でのパージエア濃度学習値Nprgfの決定に寄与する。
また、パージエア濃度学習値Nprgfの決定には、空燃比センサ15による空燃比の検出値も用いられる。
パージ制御弁6は、基本目標パージ率Rprgb(後述する)と、パージエア濃度燃料補正部208で決定されたパージエア濃度燃料補正係数Kprgとに基づき、パージ流量が目標パージ流量Qprgtとなるように駆動される。
したがって、この場合、インジェクタ12からは、検出された吸入空気量と設定された目標空燃比とに見合う燃料量Qfが噴射されることになる。
続いて、排気系遅れモデル205は、1次フィルタ処理を施し、最終的に空燃比センサ近傍での値に相当する空燃比センサ近傍吸入空気流量、空燃比センサ近傍パージ流量および空燃比センサ近傍燃料量を算出する。
また、このときの空燃比フィードバック補正係数の積分項は、エアフローセンサ9やインジェクタ12のばらつきなどによって中央値からずれる場合があるが、このずれ量は、一般に空燃比学習値として記憶されており、この空燃比学習処理の実行により、空燃比フィードバック制御は、空燃比フィードバック補正係数の積分項が中央値になるように制御されることになる。
エアフローセンサ9および空燃比センサ15の検出結果に基づいて、インジェクタ12が制御されているときに、空燃比が不明のパージエアが導入されると、目標空燃比とパージエアの空燃比とが一致している場合を除き、空燃比センサ15の出力はリーン側かリッチ側に振れることになる。
なお、パージエア濃度Nprgの具体的な算出方法については、後述する。
ただし、実際には、エアフローセンサ9、インジェクタ12または空燃比センサ15のばらつきや、空燃比フィードバック制御周期などによって、パージエア濃度Nprgには、多少の誤差が見込まれる。
まず、図4を参照しながら、目標パージ率算出手段21による目標パージ率Rprgtの算出処理と、目標パージ流量算出手段22による目標パージ流量Qprgtの算出処理とについて説明する。
具体的には、基本目標パージ率Rprgbは、各種センサ19(運転状態検出手段)により検出される運転状態に基づいて算出される。
また、運転状態を示すパラメータ(たとえば、内燃機関13の回転数と、充填効率またはサージタンク内圧力と)を軸とする表(制御マップ)を用意しておき、この制御マップに基本目標パージ率Rprgbを記憶させておき、運転状態に応じて読み出す算出方法などがあげられる。
DUTY制御タイプのパージ制御弁6を用いた場合、流量の最大値は、パージ制御弁6のON状態が継続する状態(すなわち、DUTY=100%の状態)に相当し、大気圧とサージタンク7内の負圧との圧力差によって決定するので、これ以上の流量を達成することは理論的に不可能である。
なお、パージ流量最大値Qprgmaxの算出方法としては、具体的には、大気圧とサージタンク7内の負圧との圧力差を軸とする制御マップに、算出対象となるパージ制御弁6のパージ流量最大値Qprgmaxを記憶させておき、環境条件および運転状態に応じて読み出せばよい。
なお、パージ流量係数Ktは、パージ流量を制限するための係数としても機能する。
なぜなら、通常、パージエア濃度Nprgが算出されるまでの間は、パージエア濃度が不明なことから、大量のパージエアを導入することによる排気ガスの悪化が考えられるので、比較的少量のパージエアに抑制しておく必要があるからである。
なぜなら、パージエア濃度Nprgが高く、パージエア導入量が多い状態において、パージエア濃度燃料補正係数Kprgが大きくなった場合(後述する)には、この発明を適用した場合であっても、パージエア濃度燃料補正係数Kprgの誤差を抑制することができなくなる可能性があり、この結果、排気ガスが悪化することが考えられるからである。
なぜなら、パージエア濃度Nprgが高い状態において、たとえば空燃比フィードバック制御の応答速度に近い(または、応答速度以上の)速さでパージ流量が変化した場合には、この発明を適用した場合であっても、位相ずれが発生する可能性があり、この結果、排気ガスが悪化することが考えられるからである。
たとえば、パージ流量係数Ktは、「0」〜「1」の範囲内で可変設定されるものと定義し、「Kt=0」のときにはパージ制御が停止され、「Kt=1」のときには基本目標パージ流量Qprgbで制御するものとする。
また、パージエア濃度Nprgが算出されるまでの間や、パージエア濃度燃料補正係数Kprgが大きくなった場合には、パージ流量係数Ktに上限値を設定し、パージ流量係数Ktを上限値にクリップすることにより、パージ流量を制限することができる。
算出された目標パージ流量Qprgtは、パージ流量制御手段23において、パージ制御弁6を駆動するためのサブルーチン(図示せず)に用いられる(ステップ307)。
パージ制御弁6による流量制御としては、前述のように、DUTY制御による方法や、制御マップ(大気圧とサージタンク7内の負圧との圧力差と、パージ制御弁6の流量とのマップ)に目標流量が達成されるDUTY比を記憶させておき、環境条件、運転状態および目標パージ流量Qprgtに応じて読み出す方法が適用され得る。
図5において、輸送遅れ算出手段25は、まず、前述(図3)の処理ルーチンで算出された目標パージ流量Qprgtおよび吸入空気量Qa(ステップ401)に基づいて、吸気系遅れモデル203(1次フィルタ)による処理を実行する(ステップ402)。
また、ステップ402において、吸気系遅れモデル203は、1次フィルタを用いる(吸気系遅れモデル203を1次遅れ要素として取り扱う)ことにより、内燃機関13の吸気系の応答遅れを模擬する。
=K*Qprgin(n−1)+(1−K)*Qprgt(n) ・・・(4)
また、Qa(n)は、第n行程の間にエアフローセンサ9が検出した吸入空気量である。
また、Qain(n)は、第n行程の間に内燃機関13の燃焼室に導入される吸入空気量である。
また、Qain(n−1)は、第n−1行程の間に内燃機関13の燃焼室に導入された吸入空気量である。
また、Qprgin(n)は、第n行程の間に内燃機関13の燃焼室に導入されるパージ流量である。
さらに、Qprgin(n−1)は、第n−1行程の間に内燃機関13の燃焼室に導入されたパージ流量である。
なお、吸気系遅れモデル203は、ステップ402において、式(4)の演算処理を内燃機関13の行程ごとに実行する。
続いて、燃焼室内パージ率算出手段26は、燃焼室内での各算出値Qprgin、Qainを用いて、燃焼室内パージ率(実パージ率)Rprginを算出する(ステップ404)。
なお、燃料量Qfは、一般的に、燃焼室内吸入空気量Qainと、目標空燃比(たとえば、理論空燃比14.7)と、パージエア濃度燃料補正係数Kprgとを用いて、以下の式(5)により算出される。
続いて、吸気系遅れモデル203の場合と同様に、排気系遅れモデル205を1次遅れ要素として取り扱い、具体的には1次フィルタを用いることにより、内燃機関13の排気系の応答遅れを模擬する(ステップ407)。
1次フィルタをECU20内のデジタルコンピュータに適用する場合、一般的には、以下の式(6)によるデジタル1次フィルタを用いることにより、実現することができる。
=K*Qprgex(n−1)+(1−K)*Qprgin(n−4)Qfex(n)
=K*Qfex(n−1)+(1−K)*Qfin(n−4) ・・・(6)
また、Qaex(n)は、第n行程の間に空燃比センサ15の近傍に到達して空燃比センサ15により検出される吸入空気流量である。
また、Qaex(n−1)は、第n−1行程の間に空燃比センサ15の近傍に到達して空燃比センサ15により検出された吸入空気流量である。
式(6)の演算処理を内燃機関13の行程ごとに実行すれば、第n−4行程の間の燃焼室への吸入空気量Qain(n−4)を用いていることから、燃焼行程遅れモデル204によるディレイ処理(ステップ406)も、式(6)により演算可能である。
また、Qprgex(n−1)は、第n−1行程の間に空燃比センサ15の近傍に到達して空燃比センサ15により検出されたパージ流量である。
また、Qprgin(n−4)は、第n−4行程の間に内燃機関13の燃焼室に導入されたパージ流量である。
また、Qfex(n−1)は、第n−1行程の間に空燃比センサ15の近傍に到達して空燃比センサ15により検出された燃料量である。
さらに、Qfin(n−4)は、第n−4行程の間に内燃機関の燃焼室に導入された燃料量である。
また、空燃比センサ近傍相当の演算結果(Qprgex、QaexおよびQfex)を用いて、空燃比センサ近傍パージ率Rprgexを算出する(ステップ409)。
空燃比センサ近傍燃料補正係数Kprgexは、ステップ405における式(5)内のパージエア濃度燃料補正係数Kprgの空燃比センサ近傍相当値である。
図6において、まず、パージエア濃度学習値Nprgfが所定時間τ内に更新されたか否かを判定し(ステップ501)、パージエア濃度学習値Nprgfが更新されていない(すなわち、No)と判定されれば、パージエア濃度学習の関連値(パージエア濃度学習値Nprgf、パージエア濃度Nprg)のクリア処理を実行し(ステップ502)、ステップ504に進む。
ステップ504においては、前述(図5)の処理ルーチンにより算出された空燃比センサ近傍パージ率Rprgex(ステップ503)を参照して、空燃比センサ近傍パージ率Rprgexが所定パージ率αよりも大きいか否かを判定する(ステップ504)。
一方、ステップ504において、Rprgex>α(すなわち、Yes)と判定されれば、他のサブルーチンにより算出された空燃比フィードバック補正係数の積分項Ki、空燃比センサ近傍パージ率Rprgexおよび空燃比センサ近傍燃料補正係数Kprgex(ステップ503)を用いて、以下の式(7)により、パージエア濃度Nprgを算出する(ステップ505)。
続いて、パージエア濃度学習値算出手段29は、エアフローセンサ9、インジェクタ12または空燃比センサ15のばらつきや、空燃比フィードバック制御周期による誤差を吸収するために、各行程ごとに算出されるパージエア濃度Nprgを平均化し、さらにはフィルタ処理を実行して、パージエア濃度Nprgを平滑化する(ステップ506)。
これにより、最終的なパージエア濃度学習値Nprgfを算出し(ステップ507)、図6の処理ルーチンを終了する。
図7において、まず、前述(図5)のサブルーチンで算出された燃焼室内パージ率Rprgin(ステップ601)を参照して、燃焼室内パージ率Rprginが所定パージ率βよりも大きいか否かを判定する(ステップ602)。
一方、ステップ602において、Rprgin>β(すなわち、Yes)と判定されれば、前述(図5、図6)のサブルーチンで算出された燃焼室内パージ率Rprginおよびパージエア濃度学習値Nprgfを用いて、以下の式(8)により、パージエア濃度燃料補正係数Kprgを算出し(ステップ603)、図7の処理ルーチンを終了する。
図8においては、ある運転条件でパージエアの導入が行われて、パージ流量が運転条件の変化に応じて変化した場合の、各タイミング期間T1〜T8での挙動が模式的に示されている。
図8において、パージ制御モードは、パージエアの導入(または、カット)の条件を示しておりパージエアは、導入条件の成立中のみに導入される。
パージエア濃度学習値Nprgfは、パージエア濃度学習処理の完了後には、ほぼ一定値に維持される。
パージエア濃度燃料補正係数Kprgは、燃焼室内パージ率Rprginおよびパージエア濃度学習値Nprgfに応じて変化する。
まず、第1のタイミングT1において、パージ制御が開始されると、パージ流量が漸増していく。このとき、パージエア濃度学習が未完了であれば、パージ流量は、所定値で制限される。
このとき、パージエア濃度算出手段28は、積分項Kiのずれ量および空燃比センサ近傍パージ率Rprgexに基づいてパージエア濃度Nprgを算出し、パージエア濃度学習値算出手段29は、パージエア濃度Nprgにフィルタ処理などを施して、パージエア濃度学習値Nprgfを算出する。
すなわち、パージエア濃度燃料補正係数Kprgは、燃焼室内パージ率Rprginとパージエア濃度学習値Nprgfとから、自動的に算出される。
また、燃焼室内パージ流量Qprginとしては、目標パージ流量Qprgtにフィルタ処理を施した値が用いられる。
次のタイミング期間T6においては、パージエアが再度導入されるが、最初のタイミング期間T1でのパージエア導入とは異なり、所定値で制限されることはなく、導入開始時から目標パージ流量Qprgtで制御が行われる。
なぜなら、パージエア濃度学習値Nprgfの算出処理が既に完了しており、パージエア濃度学習値Nprgfを用いた制御が可能であるからである。
最後に、タイミング期間T8においては、パージエアのカット開始後に所定時間τが経過した時点で、パージエア濃度学習値Nprgfをクリアする。
これにより、内燃機関13において過渡運転が行われた場合や、パージ流量が変化した場合においても、空燃比の変動を抑制することができる。
これにより、単純な一次遅れ要素(吸気系遅れモデル203、排気系遅れモデル205)および内燃機関行程遅れ要素(燃料行程遅れモデル204)に基づき、パージエア、吸入空気および燃料の輸送遅れを算出することができる。
また、燃焼室内パージ率Rprginおよびパージエア濃度Nprgに基づく燃料量補正手段30は、燃焼室内パージ率Rprginが所定パージ率βよりも大きい場合のみにパージ流量による燃料量補正を行うので、より正確にパージ流量による燃料量補正を行うことができる。
なお、上記実施の形態1では、特に言及しなかったが、パージエアに含まれる空気量を相殺するために、ECU20(図1参照)内に吸入空気量減量補正手段をさらに設けてもよい。
この場合、ECU20内の吸入空気量減量補正手段は、パージ流量制御手段23により制御されたパージ流量と、パージエア濃度算出手段28により算出されたパージエア濃度Nprgとに基づき、パージエアに含まれる空気量を推定し、スロットルバルブ8またはISCバルブから吸気系に流入する吸入空気量をパージエアに含まれる空気量の分だけ減量補正する。
図9はこの発明の実施の形態2によるスロットル開度補正量の算出処理ルーチンを示している。
この場合、具体的には、前述の実施の形態1で説明したサブルーチンに加えて、図9にしたサブルーチンが追加されることになる。
ところで、通常の内燃機関13の吸入空気量制御は、主にスロットルバルブ8により達成される。
一方、スロットルバルブ8が機械式の場合には、スロットルバルブ8に加えて、アイドル時の吸気量制御用として、前述のISCバルブ(図示せず)が併用される。
すなわち、運転者の意思に反して、パージ導入開始時に車両が加速する可能性や、逆に、パージカット時に車両が減速するなどのドライバビリティの悪化を招く可能性がある。
このとき、ステップ803において、スロットルバルブ8が電子制御式であれば、スロットル開度を減量補正し、スロットルバブル8が機械式であれば、ISCバルブの開度を減量補正する。
特に、パージ導入開始時やパージカット時などのパージ流量変化時において、異常な加速感や減速感が生じることがないという効果が得られる。
なお、上記実施の形態1、2では、特に言及しなかったが、図10に示すように、蒸発燃料処理装置に用いられるパージ制御弁6の内部通路に、ソニックノズル(ラバールノズル、または、収縮拡大管とも呼ばれる)を用いてもよい。
図10において、パージ制御弁6は、ソニックノズルを用いた構造を有しており、内部通路61の一部に絞り部62が設けられている。
図10のように、パージエアの内部通路61の一部に絞り部62を設けることにより、内燃機関13のサージタンク7の内圧(吸気系の圧力)が一定値以下の場合には、絞り部62における流速が音速となる現象が起こる。
これにより、パージエア濃度学習値Nprgfの推定精度や、パージ流量による燃料量補正の精度が向上し、過渡運転時の空燃比の変動をさらに抑制することができる。
なお、上記実施の形態1〜3では、キャニスタ3をパージする際に生じる蒸発燃料を対象として、パージ制御弁6およびインジェクタ12を制御したが、ブローバイガスを対象として、ブローバイガス制御弁およびインジェクタ12を制御してもよい。
以下、ブローバイガスを対象としたこの発明の実施の形態4について説明する。
また、ECU20の構成も、図2内のパージ率、パージ流量およびパージエア濃度が、それぞれ、ブローバイガス率、ブローバイガス量およびブローバイガス濃度に置き換わるのみで、基本的に前述(図2参照)と同様である。
具体的には、ブローバイガスをサージタンクに接続する際に、通常用いられる機械式のPCVバルブに代えて、前述(図1参照)のパージ制御弁6と同等の性能を有する電子制御式の電磁弁を用い、電子制御式バルブを前述と同様の方法で制御することができる。
ECU20内の目標ブローバイガス率算出手段は、内燃機関13の運転状態に基づき、内燃機関13の吸入空気量とブローバイガス量との比率であるブローバイガス率の目標値を目標ブローバイガス率として算出する。
空燃比フィードバック制御手段は、空燃比が目標空燃比となるようにインジェクタ12から供給される燃料量をフィードバック制御する。
同様に、吸入空気輸送遅れ算出手段は、各種センサ19(運転状態検出手段)により検出された吸入空気が燃焼室内に至るまでの輸送遅れに基づき燃焼室内吸入空気量を算出するとともに、吸入空気が空燃比センサ15による空燃比の検出値に影響を及ぼすまでの輸送遅れに基づき空燃比センサ近傍吸入空気量を算出する。
燃焼室内ブローバイガス率算出手段は、燃焼室内ブローバイガス量および燃焼室内吸入空気量に基づき燃焼室内ブローバイガス率を算出する。
空燃比センサ近傍ブローバイガス量および空燃比センサ近傍吸入空気量に基づき空燃比センサ近傍ブローバイガス率を算出する。
ブローバイガス濃度学習値算出手段は、ブローバイガス濃度に対して平均化処理またはフィルタ処理を施してブローバイガス濃度学習値を算出する。
燃料量補正手段は、燃焼室内ブローバイガス率およびブローバイガス濃度学習値に基づき、内燃機関13に供給する燃料量を補正する。
Claims (11)
- 燃料タンクを含む燃料供給系で発生した蒸発燃料を一時的に吸着して貯蔵するキャニスタと、
前記キャニスタと内燃機関の吸気系とを連通するパージ通路に設けられて、前記蒸発燃料と空気との混合気からなるパージエアが前記吸気系に導入される際のパージ流量を制御するパージ制御弁と、
前記内燃機関の吸気ポート近傍または燃焼室に設けられて、前記内燃機関に燃料を供給するインジェクタと、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記内燃機関の排気系に設けられて、排気中の空燃比を検出する空燃比センサと、
前記運転状態に基づき、前記内燃機関の吸入空気量と前記パージ流量との比率であるパージ率の目標値を目標パージ率として算出する目標パージ率算出手段と、
前記運転状態および前記目標パージ率に基づき目標パージ流量を算出する目標パージ流量算出手段と、
前記パージ流量が前記目標パージ流量となるように前記パージ制御弁を制御するパージ流量制御手段と、
前記空燃比が目標空燃比となるように前記インジェクタから供給される燃料量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と
を備えた内燃機関制御装置において、
前記パージ制御弁を通して前記吸気系に供給されたパージエアが前記燃焼室内に至るまでの輸送遅れに基づき燃焼室内パージ流量を算出するとともに、前記パージエアが前記空燃比センサによる前記空燃比の検出値に影響を及ぼすまでの輸送遅れに基づき空燃比センサ近傍パージ流量を算出するパージエア輸送遅れ算出手段と、
前記運転状態検出手段により検出された吸入空気が前記燃焼室内に至るまでの輸送遅れに基づき燃焼室内吸入空気量を算出するとともに、前記吸入空気が前記空燃比センサによる前記空燃比の検出値に影響を及ぼすまでの輸送遅れに基づき空燃比センサ近傍吸入空気量を算出する吸入空気輸送遅れ算出手段と、
前記インジェクタにより供給された燃料が前記空燃比センサによる前記空燃比の検出値に影響を及ぼすまでの輸送遅れに基づき空燃比センサ近傍燃料量を算出する燃料輸送遅れ算出手段と、
前記燃焼室内パージ流量および前記燃焼室内吸入空気量に基づき燃焼室内パージ率を算出する燃焼室内パージ率算出手段と、
前記空燃比センサ近傍パージ流量および前記空燃比センサ近傍吸入空気量に基づき空燃比センサ近傍パージ率を算出する空燃比センサ近傍パージ率算出手段と、
前記空燃比センサ近傍パージ率、前記空燃比センサ近傍吸入空気量および前記空燃比センサ近傍燃料量と、前記空燃比センサにより検出した空燃比とに基づきパージエア濃度を算出するパージエア濃度算出手段と、
前記パージエア濃度に平均化処理またはフィルタ処理を施してパージエア濃度学習値を算出するパージエア濃度学習値算出手段と、
前記燃焼室内パージ率および前記パージエア濃度学習値に基づき、前記内燃機関に供給する燃料量を補正する燃料量補正手段と
をさらに備えたことを特徴とする内燃機関制御装置。 - 前記パージエア輸送遅れ算出手段および前記吸入空気輸送遅れ算出手段は、
前記吸気系に供給されたパージエアおよび吸入空気が前記燃焼室に到達するまでの遅れを1次遅れ要素としてモデル化した吸気系遅れモデルと、
前記パージエアおよび前記吸入空気が前記燃焼室に到達した後に、燃焼に必要な行程を経て前記排気系に排出されるまでの遅れを前記内燃機関の行程によりモデル化した燃焼行程遅れモデルと、
前記パージエアおよび前記吸入空気が前記排気系に排出された後に、前記空燃比センサにより検出されるまでの遅れを1次遅れ要素としてモデル化した排気系遅れモデルとを含み、
前記燃料輸送遅れ算出手段は、
前記インジェクタにより供給された燃料が、前記燃焼室に到達した後に、燃焼に必要な行程を経て前記排気系に排出されるまでの遅れを前記内燃機関の行程によりモデル化した前記燃焼行程遅れモデルと、
排気系に排出された後に、前記空燃比センサにより検出されるまでの遅れを1次遅れ要素としてモデル化した前記排気系遅れモデルとを含むことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関制御装置。 - 前記パージエア濃度算出手段は、前記空燃比センサ近傍パージ率が第1の所定パージ率よりも大きい場合に前記パージエア濃度を算出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関制御装置。
- 前記燃料量補正手段は、前記燃料室内パージ率が第2の所定パージ率よりも大きい場合に前記パージ流量による燃料量補正を行うことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の内燃機関制御装置。
- 前記パージ流量制御手段は、前記内燃機関の始動後に初めて前記パージエア濃度が算出されるまでは、前記第2の所定パージ率よりも大きい第3の所定パージ率を前記空燃比センサ近傍パージ率の上限値として前記パージ流量を制御することを特徴とする請求項4に記載の内燃機関制御装置。
- 前記パージ流量制御手段は、前記燃料量補正手段により算出された燃料量の補正量が所定補正量以上である場合に、前記吸気系に導入するパージ流量を保持または減量することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の内燃機関制御装置。
- 前記パージ流量制御手段は、前記パージエア濃度が所定パージエア濃度以上である場合に、前記吸気系に導入するパージ流量の増加変化割合を小さく設定することを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の内燃機関制御装置。
- 前記パージエア濃度学習値算出手段は、前記パージエア濃度学習値が所定時間にわたって更新されない場合に、前記パージエア濃度学習値をクリアすることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の内燃機関制御装置。
- 吸入空気量減量補正手段をさらに備え、
前記吸入空気量減量補正手段は、前記パージ流量制御手段により制御されたパージ流量と、前記パージエア濃度算出手段により算出されたパージエア濃度とに基づき、前記パージエアに含まれる空気量を推定し、スロットルバルブまたはISCバルブから前記吸気系に流入する吸入空気量を前記パージエアに含まれる空気量の分だけ減量補正することを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の内燃機関制御装置。 - 前記パージ制御弁は、内部通路の一部に絞り部が設けられたソニックノズルを用いたパージ制御弁からなり、
前記吸気系の圧力が一定値以下の場合には、前記絞り部における流速が音速になることを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の内燃機関制御装置。 - 前記内燃機関のシリンダとピストンとの隙間からクランクケース内に漏れ出した蒸発燃料と空気との混合気からなるブローバイガスが前記内燃機関の吸気系に導入される際のブローバイガス量を制御するブローバイガス制御弁と、
前記内燃機関の吸気ポート近傍または燃焼室に設けられて、前記内燃機関に燃料を供給するインジェクタと、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記内燃機関の排気系に設けられて、排気中の空燃比を検出する空燃比センサと、
前記運転状態に基づき、前記内燃機関の吸入空気量と前記ブローバイガス量との比率であるブローバイガス率の目標値を目標ブローバイガス率として算出する目標ブローバイガス率算出手段と、
前記運転状態および前記目標ブローバイガス率に基づき目標ブローバイガス量を算出する目標ブローバイガス量算出手段と、
前記ブローバイガス量が前記目標ブローバイガス量となるように前記ブローバイガス制御弁を制御するブローバイガス量制御手段と、
前記空燃比が目標空燃比となるように前記インジェクタから供給される燃料量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と
を備えた内燃機関制御装置において、
前記ブローバイガス制御弁を通して前記吸気系に供給されたブローバイガスが前記燃焼室内に至るまでの輸送遅れに基づき燃焼室内ブローバイガス量を算出するとともに、前記ブローバイガスが前記空燃比センサによる前記空燃比の検出値に影響を及ぼすまでの輸送遅れに基づき空燃比センサ近傍ブローバイガス量を算出するブローバイガス輸送遅れ算出手段と、
前記運転状態検出手段により検出された吸入空気が前記燃焼室内に至るまでの輸送遅れに基づき燃焼室内吸入空気量を算出するとともに、前記吸入空気が前記空燃比センサによる前記空燃比の検出値に影響を及ぼすまでの輸送遅れに基づき空燃比センサ近傍吸入空気量を算出する吸入空気輸送遅れ算出手段と、
前記インジェクタにより供給された燃料が前記空燃比センサによる前記空燃比の検出値に影響を及ぼすまでの輸送遅れに基づき空燃比センサ近傍燃焼量を算出する燃料輸送遅れ算出手段と、
前記燃焼室内ブローバイガス量および前記燃焼室内吸入空気量に基づき燃焼室内ブローバイガス率を算出する燃焼室内ブローバイガス率算出手段と、
前記空燃比センサ近傍ブローバイガス量および前記空燃比センサ近傍吸入空気量に基づき空燃比センサ近傍ブローバイガス率を算出する空燃比センサ近傍ブローバイガス率算出手段と、
前記空燃比センサ近傍ブローバイガス率、前記空燃比センサ近傍吸入空気量および前記空燃比センサ近傍燃料量と、前記空燃比センサにより検出した空燃比とに基づきブローバイガス濃度を算出するブローバイガス濃度算出手段と、
前記ブローバイガス濃度に対して平均化処理またはフィルタ処理を施してブローバイガス濃度学習値を算出するブローバイガス濃度学習値算出手段と、
前記燃焼室内ブローバイガス率および前記ブローバイガス濃度学習値に基づき、前記内燃機関に供給する燃料量を補正する燃料量補正手段と
をさらに備えたことを特徴とする内燃機関制御装置。
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