JP2023090018A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】混合気の空燃比の乱れを抑制しつつ、キャニスタに滞留する燃料蒸気をパージする機会を確保する。【解決手段】燃料タンクに接続する接続路と、燃料タンクで発生し接続路を流れる燃料蒸気を捕捉するキャニスタと、キャニスタに接続しており空気を導入することのできる導入路と、キャニスタと内燃機関の気筒に連なる吸気通路とを連通せしめキャニスタに捕捉した燃料蒸気を含むパージガスを吸気通路に放出させるパージガス流路と、パージガス流路を開閉する制御バルブとを備える燃料蒸発ガス排出抑制装置が付帯した内燃機関を制御するものであり、吸気通路を流れて気筒に向かう空気の流量が閾値を上回っていることを必要条件として制御バルブを開弁することを許可し、さもなくば制御バルブを閉弁する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図５

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の運転を制御する制御装置に関する。

従来より、内燃機関には、燃料タンク内で蒸発した燃料蒸気を捕捉する燃料蒸発ガス排出抑制装置が付設されている（例えば、下記特許文献を参照）。普遍的な燃料蒸発ガス排出抑制装置は、チャコールキャニスタと呼称され、発生した燃料蒸気を、活性炭を充填したキャニスタに吸着させて捕捉し、適時その燃料蒸気を内燃機関の吸気通路に送出して吸気に混交し、気筒にて燃焼処理するものである。

キャニスタには、燃料タンク内の燃料蒸気を回収するための回収路の他、大気に開放した大気導入路、及び当該キャニスタを内燃機関の吸気通路におけるスロットルバルブの下流に連通するパージガス流路が接続している。キャニスタに吸着した燃料蒸気をパージする処理では、パージガス流路上に設けた制御バルブを開弁し、スロットルバルブの下流で発生する吸気負圧を利用して、キャニスタに外気を取り入れながら燃料蒸気を吸気通路に引き込む。

特開２０１９－０４４６６９号公報

制御バルブを開弁し、キャニスタに吸着した燃料蒸気をパージ処理するということは、予め燃料成分を含んでいる空気を気筒に送り込むということでもある。その帰結として、気筒に充填される混合気の空燃比がリッチ化する乱れが発生する。

一般に、内燃機関の運転中は、気筒から排出されるガスの空燃比をセンシングし、その実測の空燃比を目標値に追従させるように燃料噴射量を増減させるフィードバック制御を実施している。燃料蒸気のパージ処理は、空燃比フィードバック制御に対する外乱となる。外乱が大きいと、フィードバック制御によっても空燃比を速やかに目標値に収束させることのできない懸念が生じる。空燃比の目標値からの逸脱は、内燃機関から排出される有害物質の量の増加に繋がり、好ましくない。

この問題は、特に、流量サイズ（最大流量）が大きい制御バルブを採用する場合に顕在化しやすい。流量サイズの大きい制御バルブは、流量制御の際の分解能が粗くなる、即ち流量を精確に調整可能な最小の変化量が大きくなる傾向にある。そのような制御バルブでは、開度操作を通じて吸気に混交される燃料蒸気の量を微細に制御することが難しく、燃料蒸気のパージ処理を行うことで、混合気の空燃比が過剰にリッチ化する可能性がある。

以上の点に着目してなされた本発明は、混合気の空燃比の乱れを抑制しつつ、キャニスタに滞留する燃料蒸気をパージする機会を確保することを所期の目的とする。

本発明では、燃料タンクに接続する接続路と、燃料タンクで発生し接続路を流れる燃料蒸気を捕捉するキャニスタと、キャニスタに接続しており空気を導入することのできる導入路と、キャニスタと内燃機関の気筒に連なる吸気通路とを連通せしめキャニスタに捕捉した燃料蒸気を含むパージガスを吸気通路に放出させるパージガス流路と、パージガス流路を開閉する制御バルブとを備える燃料蒸発ガス排出抑制装置が付帯した内燃機関を制御するものであり、吸気通路を流れて気筒に向かう空気の流量が閾値を上回っていることを必要条件として制御バルブを開弁することを許可し、さもなくば制御バルブを閉弁する内燃機関の制御装置を構成した。

本発明に係る内燃機関の制御方法は、燃料タンクに接続する接続路と、燃料タンクで発生し接続路を流れる燃料蒸気を捕捉するキャニスタと、キャニスタに接続しており空気を導入することのできる導入路と、キャニスタと内燃機関の気筒に連なる吸気通路とを連通せしめキャニスタに捕捉した燃料蒸気を含むパージガスを吸気通路に放出させるパージガス流路と、パージガス流路を開閉する制御バルブとを備える燃料蒸発ガス排出抑制装置が付帯した内燃機関を制御するものであり、吸気通路を流れて気筒に向かう空気の流量と閾値とを比較するステップと、前記空気の流量が前記閾値を上回っていることを必要条件として、閉弁している制御バルブを開弁するステップとを実行する。

本発明によれば、混合気の空燃比の乱れを抑制しつつ、キャニスタに滞留する燃料蒸気をパージする機会を確保することができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 排気通路の触媒の上流の空燃比センサの出力信号を参照した空燃比フィードバック制御の内容、特に補正量ＦＡＦを示すタイミング図。 空燃比フィードバック制御の補正量ＦＡＣＦと遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬとの関係を例示する図。 排気通路の触媒の下流の空燃比センサの出力信号を参照した空燃比フィードバック制御の内容を示すタイミング図。 同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。 燃料蒸気のパージガス処理中に吸気通路を流れる吸入空気の流量と、パージガスが空燃比フィードバック制御に与える影響の度合いとの関係を例示する図。 吸気通路を流れる吸入空気の流量と、燃料蒸気のパージガス処理の実行の可否との関係を示すタイミング図。 パージガス流路上の制御バルブをある開度に開いたときの大気圧と吸気圧との差圧と、パージガスの流量との関係を例示する図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。

吸気通路３は、各気筒１の吸気ポートに至り、外部から取り入れた空気を各気筒１に向けて流通させ、気筒１に供給する。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

内燃機関には、燃料蒸発ガス排出抑制装置６が付帯している。燃料蒸発ガス排出抑制装置６は、燃料タンク７において蒸発した燃料の蒸気を活性炭を充填したチャコールキャニスタ６１に吸着させて捕捉するとともに、適時その燃料蒸気を吸気通路３に送出して吸気に混交し、気筒１にて燃焼処理するものである。

燃料タンク７とキャニスタ６１との間は、接続路６２を介して接続している。燃料タンク７内で発生した燃料蒸気は、接続路６２を通じてキャニスタ６１に流入する。キャニスタ６１と吸気通路３（特に、サージタンク３３、吸気マニホルド３４若しくは吸気ポート）との間は、パージガス流路６３を介して接続している。キャニスタ６１が捕捉した燃料蒸気は、パージガス流路６３を通じて吸気通路３に流入する。加えて、キャニスタ６１には、大気に開放した空気導入路６４を付設している。

パージガス流路６３上には、当該流路６３を開閉する制御バルブであるパージＶＳＶ（Ｖａｃｕｕｍ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｖａｌｖｅ）６５が存在する。ＶＳＶ６５は、弁体を駆動するソレノイドに印加する電流または電圧の大きさを調節（特に、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御）してその開度を拡縮操作できる流量制御弁である。ＶＳＶ６５を開弁している間は、パージガス流路６３を介してキャニスタ６１と吸気通路３とが連通する。そして、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流に発生する吸気負圧により、キャニスタ６１内の燃料蒸気が吸気通路３に引き込まれる。このとき、導入路６４を通じてキャニスタ６１内に空気即ち外気が取り入れられる。

排気通路４は、各気筒１の排気ポートを始端とし、各気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生する燃焼ガスを流通させて外部へと導く。排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。触媒４１は、有害物質であるＨＣ、ＣＯ及びＮＯ_xの酸化／還元反応を惹起してこれらを無害化する。

排気通路４における触媒４１の上流及び下流には、排気通路４を流通するガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４３、４４を設置する。空燃比センサ４３、４４はそれぞれ、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ₂センサであってもよく、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。Ｏ₂センサの出力電圧は、触媒４１から流出するガスの空燃比がリーンであるほど低くなる。特に、理論空燃比近傍の一定範囲では空燃比に対する出力の変化率が大きく急峻な傾きを示し、それよりも空燃比がリーンである領域では低位飽和値に漸近し、それよりも空燃比がリッチである領域では高位飽和値に漸近する、いわゆるＺ特性曲線を描く。リニアＡ／Ｆセンサの出力電圧は、触媒４１に流入するガスの空燃比がリーンであるほど高くなる。本実施形態では、触媒４１の上流の空燃比センサ４３及び下流の空燃比センサ４４として、それぞれＯ₂センサを想定している。

余談ながら、排気通路４における触媒４１及び空燃比センサ４４の下流に、さらなる排気浄化用の触媒やフィルタ等（図示せず）を付設することがある。

排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、排気通路４と吸気通路３とを接続する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における触媒４１の下流の箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の箇所（特に、サージタンク３３若しくは吸気マニホルド３４）に接続している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラがＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、内燃機関のクランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、運転者によるアクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、内燃機関に要求されるエンジントルクまたはエンジン負荷率）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流（特に、サージタンク３３若しくは吸気マニホルド３４内）の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、排気通路４の触媒４１の上流における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３から出力される空燃比信号（電圧信号）ｆ、触媒４１の下流における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４４から出力される空燃比信号（電圧信号）ｇ、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｈ、外気温を検出する外気温センサから出力される外気温信号ｏ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ＶＳＶ６５に対して開度操作信号ｎ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｏを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に吸入される空気（新気）量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸入空気量等に基づき、要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）、点火タイミング（一度の燃焼に対する火花点火の回数を含む）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。

インジェクタ１１からの燃料噴射量を決定するに際して、ＥＣＵ０は、まず、気筒１に吸入される空気の量を求め、その吸入空気量に比例する（吸入空気量に応じて理論空燃比またはその近傍の空燃比を実現できような）燃料噴射量の基本量ＴＰを決定する。吸気量は、現在のエンジン回転数及び（サージタンク３３若しくは吸気マニホルド３４内の）吸気圧等を基に推算する。吸気量の推算値に、現在の吸気温や大気圧等に応じた補正を加えてもよい。この吸気量の推算の手法は、公知のものである。

次いで、この基本噴射量ＴＰを、触媒４１に流入するガスの空燃比とその目標値との偏差に応じたフィードバック補正係数ＦＡＦや、環境条件その他に応じて定まる各種補正係数Ｋにより補正する。フィードバック補正係数ＦＡＦ、Ｋはそれぞれ、１を中心に増減する正数である。さらに、インジェクタ１１を開弁しても燃料が噴出しない無効噴射時間ＴＡＵＶを加味して、最終的な燃料噴射時間Ｔ、即ちインジェクタ１１を開弁する時間を算定する。燃料噴射時間Ｔは、
Ｔ＝ＴＰ×ＦＡＦ×Ｋ＋ＴＡＵＶ
となる。ＥＣＵ０は、燃料噴射時間Ｔだけインジェクタ１１に対して信号ｊを入力し、インジェクタ１１を開弁して燃料を噴射させる。

空燃比フィードバック制御は、気筒１に充填される混合気の空燃比、ひいては気筒１から排出され触媒４１へと導かれる排気ガスの空燃比を所望の目標空燃比に収束させ、以て触媒４１における有害物質の浄化能率を最大化するものである。空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦは、触媒４１の上流の空燃比センサ４３の出力信号ｆに基づいて定める。図２に示すように、ＥＣＵ０は、触媒４１の上流のガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３の出力電圧ｆを、目標空燃比に相当する判定電圧値と比較して、その判定電圧値よりも高ければリーン、判定電圧値よりも低ければリッチと判定する。そして、ＥＣＵ０は、触媒４１の上流のガスの空燃比の判定結果に基づき、フィードバック補正係数ＦＡＦを増減調整する。

具体的には、触媒４１の上流のガスの空燃比の判定結果がリーンからリッチに反転した（下記の遅延時間ＴＤＲが経過した）時点で、フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ値ＲＳＭだけ減少させる。加えて、空燃比がリッチであると判定している間、フィードバック補正係数ＦＡＦを演算サイクル（制御サイクル）あたりリーン積分値ＫＩＭだけ逓減させる。演算サイクルの周期は、内燃機関が備える個々の気筒１が新たなサイクル（吸気行程－圧縮行程－膨脹行程－排気行程の一連）を迎える周期に等しい。なお、リーン積分値ＫＩＭの絶対値を、判定電圧値と空燃比センサ４３の出力電圧値ｆとの差分または比の絶対値が大きいほど大きくすることも考えられる。

他方、触媒４１の上流のガスの空燃比の判定結果がリッチからリーンに反転した（下記の遅延時間ＴＤＬが経過した）時点で、フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ値ＲＳＰだけ増加させる。加えて、空燃比がリーンであると判定している間、フィードバック補正係数ＦＡＦを演算サイクルあたりリッチ積分値ＫＩＰだけ逓増させる。なお、リッチ積分値ＫＩＰの絶対値を、空燃比センサ４３の出力電圧値ｆと判定電圧値との差分または比の絶対値が大きいほど大きくすることも考えられる。

基本噴射量ＴＰに乗ずるフィードバック補正係数ＦＡＦが減少すると、インジェクタ１１による燃料噴射量が絞られて、混合気の空燃比がリーンへと向かう。フィードバック補正係数ＦＡＦが増加すると、インジェクタ１１による燃料噴射量が上積みされて、混合気の空燃比がリッチへと向かう。

但し、空燃比センサ４３の出力電圧ｆが判定電圧値を跨ぐように変動したときには、即時に触媒４１の上流のガスの空燃比の判定結果を反転させるのではなく、遅延時間ＴＤＬ、ＴＤＲの経過を待ってから判定結果を反転させる。即ち、空燃比センサ４３の出力電圧ｆがリッチからリーンに切り替わった（判定電圧値を下回った）ときには、リーン判定遅延時間ＴＤＬの経過の後、空燃比がリッチからリーンに反転したと判断する。並びに、空燃比センサ４３の出力電圧ｆがリーンからリッチに切り替わった（判定電圧値を上回った）ときには、リッチ判定遅延時間ＴＤＲの経過の後、空燃比がリーンからリッチに反転したと判断する。

リーン判定遅延時間ＴＤＬ及びリッチ判定遅延時間ＴＤＲを設けているのは、空燃比センサ４３の出力信号ｆにノイズが混入した場合に、空燃比のリーン／リッチの判定結果が短期間に複数回反転して燃料噴射量が振動するように増減するチャタリングを起こすことを予防する意図である。

遅延時間ＴＤＬ、ＴＤＲは、補正量ＦＡＣＦに応じて増減する。図３に、補正量ＦＡＣＦと遅延時間ＴＤＬ、ＴＤＲとの関係を例示する。図３中、リーン判定遅延時間ＴＤＬを破線で表し、リッチ判定遅延時間ＴＤＲを実線で表している。補正量ＦＡＣＦが大きくなるほど、リーン判定遅延時間ＴＤＬは短縮され、リッチ判定遅延時間ＴＤＲは延長される。さすれば、フィードバック補正係数ＦＡＦが増加から減少に転じる時期が遅れ、減少から増加に転じる時期が早まる。結果、燃料噴射量が平均的に増すこととなり、空燃比フィードバック制御により収束させるべき触媒４１に流入するガスの空燃比の目標がリッチ側に変位する。

逆に、補正量ＦＡＣＦが小さくなるほど、リーン判定遅延時間ＴＤＬは延長され、リッチ判定遅延時間ＴＤＲは短縮される。さすれば、フィードバック補正係数ＦＡＦが増加から減少に転じる時期が早まり、減少から増加に転じる時期が遅れる。結果、燃料噴射量が平均的に減ることとなり、触媒４１に流入するガスの空燃比の目標がリーン側に変位する。

ＥＣＵ０は、空燃比フィードバック制御中、上記の補正量ＦＡＣＦをも算出する。図４に示すように、ＥＣＵ０は、補正量ＦＡＣＦを算定するにあたり、触媒４１の下流のガスの空燃比を検出する空燃比センサ４４の出力電圧ｇを、理論空燃比またはその近傍の目標空燃比に相当する判定電圧値と比較して、その判定電圧値よりも高ければリッチ、判定電圧値よりも低ければリーンと判定する。この判定電圧値は、空燃比センサ４３の出力信号ｆと比較される判定電圧値とは必ずしも一致しない。その上で、触媒４１の下流のガスの空燃比の判定結果に基づき、補正量ＦＡＣＦを増減調整する。

具体的には、触媒４１の下流のガスの空燃比がリッチであると判定している間、補正量ＦＡＣＦを演算サイクルあたりリーン積分値ＦＡＣＦＫＩＭだけ逓減させる一方、空燃比がリーンであると判定している間は、補正量ＦＡＣＦを演算サイクルあたりリッチ積分値ＦＡＣＦＫＩＰだけ逓増させる。なお、リーン積分値ＦＡＣＦＫＩＭの絶対値を、判定電圧値と空燃比センサ４４の出力電圧値ｇとの差分または比の絶対値が大きいほど大きくしてもよく、リッチ積分値ＦＡＣＦＫＩＰの絶対値を、空燃比センサ４４の出力電圧ｇと判定電圧値との差分または比の絶対値が大きいほど大きくしてもよい。既に述べた通り、補正量ＦＡＣＦが減少すると、触媒４１に流入するガスの目標空燃比がリーンへと向かい、補正量ＦＡＣＦが増加すると、触媒４１に流入するガスの目標空燃比がリッチへと向かう。

内燃機関の運転を停止している間に燃料タンク７内で蒸発した燃料の蒸気は、燃料蒸発ガス排出抑制装置６のキャニスタ６１に捕集される。ＥＣＵ０は、停止していた内燃機関を始動（特に、冷間始動）した後、適時にＶＳＶ６５を開弁操作し、キャニスタ６１に溜まった燃料蒸気をパージ処理する。即ち、燃料蒸気をパージガス流路６３を介して吸気通路３に放出し、気筒１において燃焼させる。

だが、燃料蒸気のパージ処理により吸気通路３に流入するパージガスに含まれる燃料の濃度によっては、気筒１に充填される混合気の空燃比に大きな乱れを生じさせる可能性がある。ＥＣＵ０が基本噴射量ＴＰを演算するとき、基本的には、燃料蒸気のパージ処理を念頭に置いておらず、気筒１に向かって吸気通路３を流れる吸気には未燃の燃料成分が含まれていないとして、インジェクタ１１からの噴射量ＴＰを決定している。ところが、パージガスには未燃の燃料成分が含まれていることから、一時的であるにせよ気筒１に充填される混合気の空燃比が目標空燃比よりもリッチ化することが起こる。

混合気の空燃比の乱れは、通常、空燃比フィードバック制御により鎮圧される。しかし、パージガスに含まれる未燃の燃料成分の濃度が非常に濃い場合には、フィードバック制御によっても空燃比を速やかに目標値に収束させることができず、内燃機関から排出される有害物質の量が増加するおそれがある。それ故、無制約に燃料蒸気のパージ処理を実行することは決して好ましくない。

図５に示すように、本実施形態のＥＣＵ０は、まず、ＶＳＶ６５を開弁する結果パージガス流路６３を流れて吸気通路３に放出されることになるパージガスに含まれる燃料成分の濃度を推定（または、学習）する（ステップＳ１）。いわば、現在キャニスタ６１に貯留している燃料蒸気の量を推測する。

ステップＳ１におけるパージガス濃度の推定の手法の一例を述べる。ＥＣＵ０は、停止していた内燃機関を始動した当初、パージガス濃度の初期推定を行う。具体的には、内燃機関の始動前の停止時間の長さと、内燃機関の停止中（または、車両の駐停車中）の燃料タンク若しくはその周囲の温度とを基に、内燃機関の始動直後の時期にパージガス流路６３を流れるパージガスの推定濃度の初期値を定める。内燃機関の停止時間の長さ、内燃機関の停止中の燃料タンクの温度は何れも、内燃機関の停止中に燃料タンク７で発生しキャニスタ６１に捕集される燃料蒸気の量に影響を及ぼす。原則として、内燃機関の停止時間が長いほど、キャニスタ６１に捕集される燃料蒸気の量が増加して、始動直後の時期におけるパージガスの濃度が濃くなる。また、内燃機関の停止中の燃料タンク７の温度が高いほど、キャニスタ６１に捕集される燃料蒸気の量が増加して、始動直後の時期におけるパージガスの濃度が濃くなる。

ＥＣＵ０のメモリには予め、内燃機関の停止時間の長さ、並びに内燃機関の停止中の燃料タンク７若しくはその周囲の温度を示唆する値と、内燃機関の始動直後のパージガスの推定濃度の初期値との関係を規定するマップデータが格納されている。内燃機関の停止中の燃料タンク７若しくはその周囲の温度を示唆する値の例として、内燃機関の停止時または始動時の外気温を挙げることができる。ボデーＥＣＵが内燃機関の停止中の車体の温度を実測できる場合には、その実測温度を内燃機関の停止中の燃料タンク７若しくはその周囲の温度を示唆する値として用いてもよい。ＥＣＵ０は、内燃機関の停止時間の長さ、並びに停止中の燃料タンク７若しくはその周囲の温度を示唆する値をキーとして当該マップを検索し、始動直後のパージガスの推定濃度の初期値を知得する。

加えて、ＥＣＵ０は、内燃機関の運転中にＶＳＶ６５を燃料蒸気のパージ処理を実行した場合、パージガス流路６３を流れるパージガスに含まれる燃料の濃度の推定値をその初期値から逓減するように更新する演算を行う。ＶＳＶ６５を開弁してパージ処理を実行すると、キャニスタ６１内に滞留する燃料蒸気の量が徐々に減少し、いずれはパージガス濃度も薄くなる。ＥＣＵ０は、パージガス流路６３を流れるパージガス中の燃料の濃度を、空燃比フィードバック制御により燃料噴射量ＴＰを補正する補正係数ＦＡＦに基づいて推定する。仮に、気筒１に吸入される空気量に比例した噴射量ＴＰの燃料を噴射している状況下で、ＶＳＶ６５を開弁した結果、排気通路４を流れるガスの空燃比が目標空燃比よりもリッチとなったならば、吸気通路３に流入したパージガス中の燃料成分が濃いと考えられる。その濃度は、フィードバック補正係数ＦＡＦが減少するほど高いと推定できる。翻って、排気通路４を流れるガスの空燃比が目標空燃比よりもリーンとなったならば、吸気通路３に流入したパージガス中の燃料成分が薄いと考えられる。その濃度は、フィードバック補正係数ＦＡＦが増加するほど低いと推定できる。

因みに、ＥＣＵ０が、推定したパージガス濃度の高低に応じて、インジェクタ１１から噴射する燃料の量を増減調整することもできる。パージガス中の燃料成分の濃度が高ければ、その分補正係数Ｋを減少させ、燃料噴射量Ｔを減量補正する。パージガス中の燃料成分の濃度が低ければ、その分補正係数Ｋを増加させ、燃料噴射量Ｔを増量補正する。

パージガス流路６３を流れるパージガス中の燃料成分の濃度を推定したＥＣＵ０は、その推定濃度の高低に応じて、後述のステップＳ３にて吸入空気の流量（または、ＥＧＲガスを含む吸気の流量）と比較するべき判定閾値を設定する（ステップＳ２）。この閾値は、内燃機関のファイアリング運転中にＶＳＶ６５を開弁して燃料蒸気のパージ処理を実行することが許されるか否かを判断するための一条件となる。

図６に、内燃機関の吸気通路３を気筒１に向かって流れる吸入空気の流量と、ＶＳＶ６５を開弁して燃料蒸気のパージ処理を実行したときにキャニスタ６１からパージガス流路６３経由で吸気通路３に流入するパージガスが空燃比の制御に与える影響の大きさとの関係を示す。図６中、実線はパージガスに含まれる未燃燃料の濃度が比較的薄いケースを表し、一点鎖線はパージガスに含まれる未燃燃料の濃度が比較的濃いケースを表し、破線はそれらの中間のケースを表している。

パージ処理により吸気通路３に流入するパージガスの濃度が濃かったとしても、元より吸気通路３を流れている吸入空気の流量が多ければ、気筒１に充填される混合気の空燃比が過リッチとなることはない。翻って、吸気通路３を流れている吸入空気の流量が少なければ、パージガスに含まれる未燃燃料にインジェクタ１１から噴射する燃料が加算されて、混合気の空燃比が過リッチとなり得る。空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの単位時間あたりまたは単位演算サイクルあたりの変化量（の絶対値）は有限値に規制されている（そうしないと、燃料噴射量及び空燃比が上下に振動するようにハンチングしてしまう）こともあって、過剰にリッチ化した空燃比を即時に目標値まで修正することは難しく、その間有害物質の排出増を招きかねない。

従って、本実施形態では、吸気通路３に流入するパージガスが混合気の空燃比に与える影響の大きさが許容上限を下回る場合に限り、燃料蒸気のパージ処理の実行を許容する。要するに、ＶＳＶ６５を閉じている状態で、吸気通路３を流れる吸入空気の流量が閾値Ｔ_L、Ｔ_M、Ｔ_H以上に大きいことを必要条件として、ＶＳＶ６５を開くことを許可する。さもなくば、ＶＳＶ６５を開くことを禁止し、ＶＳＶ６５を閉じる。

ステップＳ２にて設定する、吸入空気の流量と比較するべき判定閾値Ｔ_L、Ｔ_M、Ｔ_Hは、現在のパージガス濃度の推定値が濃いほど大きく、薄いほど小さくする。図６中、Ｔ_Lはパージガスに含まれる未燃燃料の濃度が比較的薄いケースにおける閾値、Ｔ_Hはパージガスに含まれる未燃燃料の濃度が比較的濃いケースにおける閾値、Ｔ_Mはパージガスに含まれる未燃燃料の濃度がそれらの中間程度であるケースにおける閾値である。

ＥＣＵ０のメモリには予め、パージガス濃度と判定閾値との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在のパージガス濃度の推定値をキーとして当該マップを検索し、吸入空気流量と比較するべき判定閾値を知得する。

しかして、ＥＣＵ０は、現在吸気通路３を流れている吸入空気の流量を、上記のステップＳ２にて設定した判定閾値と比較する（ステップＳ３）。吸入空気流量は、現在のエンジン回転数及び（サージタンク３３若しくは吸気マニホルド３４内の）吸気圧等を基に推算できる。なお、吸気通路３にエアフローメータを設置しているシステムでは、当該エアフローメータを介して吸入空気の流量を実測することも可能である。

吸入空気流量が閾値を下回るならば、燃料蒸気のパージ処理により気筒１に充填される混合気の空燃比が大きく乱れることが懸念されるので、ＶＳＶ６５を閉弁してパージ処理を実行しない（ステップＳ６）。対して、吸入空気流量が閾値を上回っているならば、他の所要の条件が成立していることを前提に（ステップＳ４）、ＶＳＶ６５を開弁してパージ処理を実行する（ステップＳ５）。ステップＳ４にいう他の条件の具体例としては、内燃機関の冷却水温が所定値以上に高い（既にある程度以上暖機が完了している）ことや、パージガス濃度の推定値が所定値以上に高い（燃料蒸気のパージ処理が必要である）こと等が挙げられよう。

図７に示す例では、時点ｔ₀にて吸入空気流量が判定閾値を上回り、ＶＳＶ６５の開弁を伴う燃料蒸気のパージ処理を許可している。そして、時点ｔ₁にて吸入空気流量が判定閾値を下回り、ＶＳＶ６５の開弁を伴う燃料蒸気のパージ処理を禁止している。

ステップＳ５の燃料蒸気のパージ処理では、パージガスに含まれる燃料成分の濃度の推定値、吸気通路３を流れる吸入空気の流量（換言すれば、内燃機関の運転領域［エンジン回転数，アクセル開度（または、サージタンク３３若しくは吸気マニホルド３４内の吸気圧）等］）、大気圧と（サージタンク３３若しくは吸気マニホルド３４内の）吸気圧との差圧等に応じて、ＶＳＶ６５の開度の大きさ及び／またはＶＳＶ６５を開弁する時間の長さを調整してよい。

補足すると、図８に示すように、ＶＳＶ６５を一定の開度に開いたときにパージガス流路６３を流れるパージガスの流量は、大気圧と吸気圧との差圧（の絶対値）が大きいほど多くなる。つまり、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流で発生する吸気負圧により、パージガスが引き込まれやすくなる。であるから、パージガスの推定濃度や吸入空気の流量等が同等であるならば、差圧が大きいほどＶＳＶ６５の開度を縮小し、及び／または、ＶＳＶ６５の開弁時間を短縮することがあり得る。

本実施形態では、燃料タンク７に接続する接続路６２と、燃料タンク７で発生し接続路６２を流れる燃料蒸気を捕捉するキャニスタ６１と、キャニスタ６１に接続しており空気を導入することのできる導入路６４と、キャニスタ６１と内燃機関の気筒１に連なる吸気通路３とを連通せしめキャニスタ６１に捕捉した燃料蒸気を含むパージガスを吸気通路３に放出させるパージガス流路６３と、パージガス流路６３を開閉する制御バルブ６５とを備える燃料蒸発ガス排出抑制装置６が付帯した内燃機関を制御するものであり、吸気通路３を流れて気筒１に向かう空気（または、吸気。未燃燃料成分を含まないもの）の流量が閾値を上回っていることを必要条件として制御バルブ６５を開弁することを許可し、さもなくば制御バルブ６５を閉弁する内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態に係る内燃機関の制御方法では、吸気通路３を流れて気筒１に向かう空気の流量と閾値とを比較するステップＳ３と、前記空気の流量が前記閾値を上回っていることを必要条件として、閉弁している制御バルブを開弁するステップＳ５とを実行する。

本実施形態によれば、気筒１に充填される混合気の空燃比が大きく乱れる懸念がないときに、制御バルブ６５を開弁してキャニスタ６１に捕捉した燃料成分の蒸気をパージ処理することから、パージ処理に起因する有害物質の排出の増加を抑えることができる。裏を返せば、混合気の空燃比が大きく乱れる懸念のない状況下では、燃料蒸気をパージ処理する機会を積極的に確保できる。燃料蒸気を積極的にパージすることは、キャニスタ６１の劣化を抑制することにも繋がる。

キャニスタ６１から吸気通路３に放出した燃料蒸気は、気筒１において燃焼させる。その分、燃料噴射量を削減でき、実用燃費の良化を期待できる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、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、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
４…排気通路
４１…触媒
６…燃料蒸発ガス排出抑制装置
６１…キャニスタ
６２…接続路
６３…パージガス流路
６４…導入路
６５…制御バルブ（パージＶＳＶ）
７…燃料タンク
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｆ、ｇ…空燃比信号
ｈ…大気圧信号
ｏ…外気温信号
ｊ…燃料噴射信号
ｋ…スロットルバルブの開度操作信号
ｎ…制御バルブの開度操作信号

Claims (2)

1. 燃料タンクに接続する接続路と、燃料タンクで発生し接続路を流れる燃料蒸気を捕捉するキャニスタと、キャニスタに接続しており空気を導入することのできる導入路と、キャニスタと内燃機関の気筒に連なる吸気通路とを連通せしめキャニスタに捕捉した燃料蒸気を含むパージガスを吸気通路に放出させるパージガス流路と、パージガス流路を開閉する制御バルブとを備える燃料蒸発ガス排出抑制装置が付帯した内燃機関を制御するものであり、
   吸気通路を流れて気筒に向かう空気の流量が閾値を上回っていることを必要条件として制御バルブを開弁することを許可し、さもなくば制御バルブを閉弁する内燃機関の制御装置。
2. 燃料タンクに接続する接続路と、燃料タンクで発生し接続路を流れる燃料蒸気を捕捉するキャニスタと、キャニスタに接続しており空気を導入することのできる導入路と、キャニスタと内燃機関の気筒に連なる吸気通路とを連通せしめキャニスタに捕捉した燃料蒸気を含むパージガスを吸気通路に放出させるパージガス流路と、パージガス流路を開閉する制御バルブとを備える燃料蒸発ガス排出抑制装置が付帯した内燃機関を制御するものであり、
   吸気通路を流れて気筒に向かう空気の流量と閾値とを比較するステップと、
   前記空気の流量が前記閾値を上回っていることを必要条件として、閉弁している制御バルブを開弁するステップと
   を実行する内燃機関の制御方法。

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