JP3562248B2 - 内燃機関の蒸発燃料処理装置 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の蒸発燃料処理装置に関し、特に機関運転条件に応じて燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼とに切換える場合の蒸発燃料処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車用内燃機関の蒸発燃料処理装置は、燃料タンクにて発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、このキャニスタから吸気系へのパージ通路に介装されて蒸発燃料を含むパージガスのパージ量を制御するパージ制御弁とを備えている（特開平７−４２５８８号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料を直接燃焼室に噴射する直噴火花点火式内燃機関では、機関の運転条件に応じて、燃焼方式を切換制御、すなわち、吸気行程にて燃料を噴射することにより、燃焼室内に燃料を拡散させ均質の混合気を形成して行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射することにより、点火栓回りに集中的に層状の混合気を形成して行う成層燃焼とに切換制御する。尚、空燃比は、均質燃焼時にはストイキ（１４．６）又はリーン（２０〜３０）、成層燃焼時にはリーン（４０程度）に設定する。
【０００４】
しかしながら、例えば、成層燃焼で設定空燃比がリーンの状態から、均質燃焼で空燃比がストイキの状態へ切換える場合、空燃比を徐々に変化させつつ、その途中で成層燃焼から均質燃焼へ切換えるので、例えば成層燃焼中に空燃比が成層燃焼としてはリッチな状態を通過するなど、不安定な状態となることがあり、このときに、パージガスが導入されると、更に不安定な状態となって、運転性や排気へ影響を与えるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、燃焼方式の切換時のパージガス導入による不具合を確実に防止できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【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、燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼とに切換可能な燃焼方式切換手段を備える一方、燃料タンクにて発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、このキャニスタから吸気系へのパージ通路に介装されて蒸発燃料を含むパージガスのパージ量を制御するパージ制御弁とを備え、車両に搭載される内燃機関の蒸発燃料処理装置において、前記内燃機関は補助動力を有することのない、前記車両の唯一の動力源であり、図１に示すように、前記燃焼方式切換手段による成層燃焼から均質燃焼への切換時に、一時的に、前記パージ制御弁を閉じて、パージをカットする切換時パージカット手段を設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明では、前記燃焼方式切換手段は、機関運転条件に基づいて目標燃焼方式を設定し、この目標燃焼方式の切換わりより遅らせて実際に燃焼方式を切換えるものであり、前記切換時パージカット手段は、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式を切換える時点まで、パージをカットするものであることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明では、前記燃焼方式切換手段は、機関運転条件に基づいて目標燃焼方式を設定し、この目標燃焼方式の切換わりより遅らせて実際に燃焼方式を切換えるものであり、前記切換時パージカット手段は、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式が切換わって、その燃焼方式での目標空燃比が得られる時点まで、パージをカットするものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明では、前記燃焼方式切換手段は、機関運転条件に基づいて目標燃焼方式を設定し、この目標燃焼方式の切換わりより遅らせて実際に燃焼方式を切換えるものであり、前記切換時パージカット手段は、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式が切換わった後所定時間経過する時点まで、パージをカットするものであることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明では、前記パージカット手段によるパージカット後のパージ再開時に、パージ量を徐々に増加させる再開時パージ量漸増手段を設けたことを特徴とする（図１参照）。
請求項６に係る発明では、前記再開時パージ量漸増手段は、所定時間毎にパージ量を所定幅ずつ増加させるものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に係る発明では、前記再開時パージ量漸増手段は、目標パージ量を基に１次遅れ計算（加重平均）でパージ量を制御するものであることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、成層燃焼から均質燃焼への切換時に、一時的に、パージをカットすることにより、切換中の空燃比のズレを抑制して、運転性等を損なうことなく、切換えを行うことができる。
請求項２に係る発明によれば、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式を切換える時点まで、パージをカットするようにすることで、燃焼方式切換制御における演算フラグなどを利用して、簡易に制御することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明によれば、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式が切換わって、その燃焼方式での目標空燃比が得られる時点まで、パージをカットするようにすることで、目標空燃比が得られる時点まで、確実に空燃比のズレを抑制することができる。
請求項４に係る発明によれば、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式が切換わった後所定時間経過する時点まで、パージをカットするようにすることで、カットが必要な期間を時間設定で簡単に設定できる。
【００１４】
請求項５に係る発明によれば、パージ再開時に、パージ量を徐々に増加させることで、再開時のトルクショックを抑制することができる。
請求項６に係る発明によれば、パージ量を徐々に増加させる際に、所定時間毎にパージ量を所定幅ずつ増加させることにより、トルク増加速度を一定にすることができる。
【００１５】
請求項７に係る発明によれば、パージ量を徐々に増加させる際に、目標パージ量を基に１次遅れ計算でパージ量を制御することにより、パージ量によらず、再開時に遷移状態となっている時間を一定にすることができる。
【００１６】
【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２は実施の一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。
車両に搭載される内燃機関１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から吸気通路３により、スロットル弁（ここでは電制スロットル弁）４の制御を受けて、空気が吸入される。
【００１７】
電制スロットル弁４は、コントロールユニット２０からの信号により作動するステップモータ等により開度制御される。
そして、燃焼室内に燃料（ガソリン）を直接噴射するように、電磁式の燃料噴射弁（インジェクタ）５が設けられている。
燃料噴射弁５は、コントロールユニット２０から機関回転に同期して吸気行程又は圧縮行程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、所定圧力に調圧された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６回りに集中的に層状の混合気を形成し、コントロールユニット２０からの点火信号に基づき、点火栓６により点火されて、燃焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。尚、燃焼方式は、大きくは均質燃焼と成層燃焼とに分けられるが、更に空燃比制御との組合わせで、均質燃焼が均質ストイキ燃焼と均質リーン燃焼とに分けられて、均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼（空燃比２０〜３０）、成層リーン燃焼（空燃比４０程度）に分けられる。
【００１８】
機関１からの排気は排気通路７より排出され、排気通路７には排気浄化用の触媒８が介装されている。
また、燃料タンク９にて発生する蒸発燃料を処理すべく、蒸発燃料処理装置としてのキャニスタ１０が設けられている。キャニスタ１０は、密閉容器内に活性炭などの吸着剤１１を充填したもので、燃料タンク９からの蒸発燃料導入管１２が接続されている。従って、機関１の停止中などに燃料タンク９にて発生した蒸発燃料は、蒸発燃料導入管１２を通って、キャニスタ１０に導かれ、ここに吸着される。
【００１９】
キャニスタ１０にはまた、新気導入口１３が形成されると共に、パージ通路１４が導出されている。パージ通路１４はパージ制御弁１５を介して吸気通路３のスロットル弁４下流（吸気マニホールド）に接続されている。パージ制御弁１５は、コントロールユニット２０からのデューティ信号により開度制御される。このパージ制御弁１５が開くと、機関１の吸入負圧がキャニスタ１０に作用する結果、新気導入口１３から導入される空気によってキャニスタ１０の吸着剤１１に吸着されていた蒸発燃料が脱離され、この脱離した蒸発燃料を含むパージガスがパージ通路１４を通って吸気通路３のスロットル弁４下流に吸入され、この後、機関１の燃焼室内で燃焼処理される。
【００２０】
コントロールユニット２０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、各種のセンサから信号が入力されている。
前記各種のセンサとしては、機関１のクランク軸又はカム軸回転を検出するクランク角センサ２１，２２が設けられている。これらのクランク角センサ２１，２２は、気筒数をｎとすると、クランク角７２０°／ｎ毎に、予め定めたクランク角位置（例えば圧縮上死点前１１０°）で基準パルス信号ＲＥＦを出力すると共に、１〜２°毎に単位パルス信号ＰＯＳを出力するもので、基準パルス信号ＲＥＦの周期などから機関回転数Ｎｅを算出可能である。
【００２１】
この他、吸気通路３のスロットル弁４上流で吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ２３、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＣＣを検出するアクセルセンサ２４、スロットル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ２５（スロットル弁４の全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）、機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２６、排気通路７にて排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号を出力する酸素センサ２７、車速ＶＳＰを検出する車速センサ２８などが設けられている。
【００２２】
ここにおいて、コントロールユニット２０は、前記各種のセンサからの信号を入力しつつ、内蔵のマイクロコンピュータにより、所定の演算処理を行って、電制スロットル弁４によるスロットル開度、燃料噴射弁５による燃料噴射量及び噴射時期、点火栓６による点火時期、更に、パージ制御弁１５の開度を総合的に制御する。
【００２３】
このうち、燃焼方式の切換制御とパージ制御弁１５の開度制御とについて、図３及び図４のフローチャート（第１の実施例）により説明する。
図３は燃焼方式切換制御ルーチンであり、所定時間毎に実行される。
Ｓ１（目標燃焼方式設定手段）では、機関回転数Ｎｅと目標トルクｔＴｅとをパラメータとして目標燃焼方式を定めたマップを、水温Ｔｗ、始動後時間などの条件別に複数備えていて、これらの条件から選択されたマップより、実際のパラメータに従って、均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼又は成層リーン燃焼のいずれかに目標燃焼方式を設定する。
【００２４】
ここで、目標燃焼方式が均質燃焼（均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼）の場合は、目標燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ１＝０、成層燃焼（成層リーン燃焼）の場合は、目標燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ１＝１にする。また、均質ストイキ燃焼と均質リーン燃焼とを区別するため、ストイキ燃焼の場合は、リーン燃焼フラグＦＬＥＡＮ＝０、リーン燃焼の場合は、リーン燃焼フラグＦＬＥＡＮ＝１とする。
【００２５】
尚、目標トルクｔＴｅは、アクセル開度ＡＣＣと機関回転数Ｎｅとから、これらに応じてドライバ要求トルクを定めたマップを参照して、ドライバ要求トルクを得、これに所要の機関要求トルクを加算して、算出する。
Ｓ２（基本目標当量比設定手段）では、燃焼方式別のマップを参照し、機関回転数Ｎｅ及び目標トルクｔＴｅから基本目標当量比ＴＦＢＹＡ０を設定する。尚、当量比は、理論空燃比を１４．６とすると、当量比＝１４．６／空燃比となる。
【００２６】
Ｓ３（目標当量比算出手段）では、吸入空気量のシリンダへの流入遅れに合わせるべく、基本目標当量比ＴＦＢＹＡ０に加重平均により１次遅れの遅れ処理を施して、目標当量比ＴＦＢＹＡを算出する（次式参照）。
ＴＦＢＹＡ＝Ｍ×ＴＦＢＹＡ０＋（１−Ｍ）×ＴＦＢＹＡ
但し、Ｍは加重平均重み付け定数である。
【００２７】
ここで算出された目標当量比ＴＦＢＹＡは燃料噴射量や吸入空気量の制御に用いられる。例えば、燃料噴射量については、シリンダ空気量Ｑｃｙｌ と目標当量比ＴＦＢＹＡとから、目標燃料噴射量ｔＱｆｉ＝Ｋ×Ｑｃｙｌ ×ＴＦＢＹＡ（Ｋは定数）を算出して、制御する。
Ｓ４（燃焼方式切換タイミング判定手段）では、目標当量比ＴＦＢＹＡを目標燃焼方式に応じて設定されるしきい値と比較し、目標当量比ＴＦＢＹＡがしきい値をよぎった時点で、実際に燃焼方式を切換える。
【００２８】
ここで、均質燃焼（均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼）に切換える場合は、実燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ２＝０とし、燃料噴射時期を吸気行程に設定する。成層燃焼（成層リーン燃焼）に切換える場合は、実燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ２＝１とし、燃料噴射時期を圧縮行程に設定する。
本ルーチンが燃焼方式切換手段に相当し、この燃焼方式切換手段は、機関運転条件に基づいて目標燃焼方式を設定する目標燃焼方式設定手段（Ｓ１）と、目標燃焼方式に従って基本目標当量比を設定する基本目標当量比設定手段（Ｓ２）と、基本目標当量比に遅れ処理を施して燃料噴射量及び吸入空気量制御用の目標当量比を算出する目標当量比算出手段（Ｓ３）と、目標当量比をしきい値と比較し比較結果に従って実際に燃焼方式を切換えるタイミングを判定する燃焼方式切換タイミング判定手段（Ｓ４）とを含んで構成される。
【００２９】
また、図７には、成層燃焼から均質燃焼に切換える場合について、目標燃焼方式の切換わった後、空燃比の変化に従って、実際に燃焼方式が切換えられる様子を示してある。
図４はパージ制御ルーチンの第１の実施例であり、所定時間毎に実行される。
Ｓ１１では、パージ再開中（再開中フラグ＝１）か否かを判定し、ＮＯの場合はＳ１２へ進む。
【００３０】
Ｓ１２では、パージカット中（カット中フラグ＝１）か否かを判定し、ＮＯの場合はＳ１３へ進む。
Ｓ１３では、目標燃焼方式が切換わって、燃焼方式切換要求が発生したか否か、具体的には、目標燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ１≠実燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ２か否かを判定する。
【００３１】
燃焼方式切換要求が発生していない場合は、Ｓ１４へ進んで、通常のパージ制御を行う。すなわち、燃焼方式を含む機関運転条件に従ってパージ量ＥＶＰを設定し、これに基づいてパージ制御弁１５をデューティ制御する。
これに対し、燃焼方式切換要求が発生した場合は、Ｓ１５へ進んで、パージカットを行う。すなわち、パージ量ＥＶＰ＝０に設定し、パージ制御弁１５を全閉に制御する。この部分が切換時パージカット手段に相当する。そして、Ｓ１６で、カット中フラグ＝１にセットする。
【００３２】
パージカット後は、カット中フラグ＝１になるので、本ルーチンの実行時に、Ｓ１２での判定で、Ｓ１７へ進む。
Ｓ１７では、実際に燃焼方式の切換えがなされたか否か、具体的には、目標燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ１＝実燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ２か否かを判定すし、実際の切換え前は、そのまま本ルーチンを終了して、パージカットを続行する。
【００３３】
実際に燃焼方式の切換えがなされた場合は、パージを再開すべく、Ｓ１８でカット中フラグ＝０にし、Ｓ１９で再開中フラグ＝１にセットした後、Ｓ２０へ進んで、パージ量ＥＶＰを０から漸増する。
そして、Ｓ２１でパージ量ＥＶＰが目標パージ量に到達したか否かを判定し、未達であれば、そのまま本ルーチンを終了する。
【００３４】
パージ再開後は、再開中フラグ＝１になるので、本ルーチンの実行時に、Ｓ１１での判定で、Ｓ２０へ進む。
Ｓ２０では、パージ量ＥＶＰを漸増する。そして、これに基づいてパージ制御弁１５をデューティ制御する。この部分が再開時パージ量漸増手段に相当する。
パージ量ＥＶＰの漸増方法としては、例えば、次式（１）のごとく、パージ量ＥＶＰを演算し、所定時間（本ルーチンの実行時間隔）毎にパージ量ＥＶＰを所定幅（ΔＥＶＰ）ずつ増加させる。
【００３５】
ＥＶＰ＝ＥＶＰ＋ΔＥＶＰ ・・・（１）
但し、ΔＥＶＰは定数である。
又は、次式（２）ごとく、パージ量ＥＶＰを演算し、目標パージ量ｔＥＶＰを基に１次遅れ計算（加重平均）でパージ量ＥＶＰを制御する。
ＥＶＰ＝Ｆ×ｔＥＶＰ＋（１−Ｆ）×ＥＶＰ ・・・（２）
但し、Ｆは加重平均重み付け定数である。
【００３６】
このように、パージ再開時に、パージ量ＥＶＰを徐々に増加させることで、再開時のトルクショックを抑制することができる。また特に、（１）式の漸増方法では、トルク増加速度を一定にすることができ、（２）式の漸増方法では、パージ量によらず、再開時に遷移状態となっている時間を一定にすることができる。
そして、Ｓ２１でパージ量ＥＶＰが目標パージ量に到達したか否かを判定し、未達であれば、そのまま本ルーチンを終了するが、到達した場合は、Ｓ２２へ進んで、再開中フラグ＝０にする。
【００３７】
本実施例では、図７において、パージカット（１）に示すように、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式を切換える時点まで、パージをカットする。これにより、切換中の空燃比のズレを抑制して、運転性等を損なうことなく、切換えを行うことができる。また、燃焼方式切換制御における演算フラグ（ＦＳＴＲ１，ＦＳＴＲ２）を利用して、簡易に実施することができる。
【００３８】
次に他の実施例について説明する。
図５はパージ制御ルーチンの第２の実施例であり、所定時間毎に実行される。
異なる点は、パージ再開タイミングを決定するＳ１７，Ｓ１７’の部分であり、この部分について説明する。
パージカット後は、カット中フラグ＝１になるので、本ルーチンの実行時に、Ｓ１２での判定で、Ｓ１７へ進む。
【００３９】
Ｓ１７では、実際に燃焼方式の切換えがなされたか否か、具体的には、目標燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ１＝実燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ２か否かを判定すし、実際の切換え前は、そのまま本ルーチンを終了して、パージカットを続行する。
実際に燃焼方式の切換えがなされた場合は、Ｓ１７’へ進み、目標当量比ＴＦＢＹＡが基本目標当量比ＴＦＢＹＡ０付近に到達したか否かを判定し、到達前は、そのまま本ルーチンを終了して、パージカットを続行する。
【００４０】
目標当量比ＴＦＢＹＡが基本目標当量比ＴＦＢＹＡ０付近に到達した場合は、パージを再開すべく、Ｓ１８でカット中フラグ＝０にし、Ｓ１９で再開中フラグ＝１にセットした後、Ｓ２０へ進んで、パージ量ＥＶＰを０から漸増する。
本実施例では、図７において、パージカット（２）に示すように、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式が切換わって、その燃焼方式での目標空燃比が得られる時点まで、パージをカットする。これにより、切換中の空燃比のズレを抑制して、運転性等を損なうことなく、切換えを行うことができる。また、目標空燃比が得られる時点まで、確実に空燃比のズレを抑制することができる。尚、図５のフローチャートにおいて、Ｓ１７のステップは省略してもよい。
【００４１】
図６はパージ制御ルーチンの第３の実施例であり、所定時間毎に実行される。
異なる点は、パージ再開タイミングを決定するＳ１７，Ｓ１７”の部分であり、この部分について説明する。
パージカット後は、カット中フラグ＝１になるので、本ルーチンの実行時に、Ｓ１２での判定で、Ｓ１７へ進む。
【００４２】
Ｓ１７では、実際に燃焼方式の切換えがなされたか否か、具体的には、目標燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ１＝実燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ２か否かを判定すし、実際の切換え前は、そのまま本ルーチンを終了して、パージカットを続行する。
実際に燃焼方式の切換えがなされた場合は、Ｓ１７”へ進み、実際の切換えから所定時間経過したか否かを判定し、所定時間内の場合は、そのまま本ルーチンを終了して、パージカットを続行する。
【００４３】
実際の切換えから所定時間経過した場合は、パージを再開すべく、Ｓ１８でカット中フラグ＝０にし、Ｓ１９で再開中フラグ＝１にセットした後、Ｓ２０へ進んで、パージ量ＥＶＰを０から漸増する。
本実施例では、図７において、パージカット（３）に示すように、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式が切換わった後所定時間経過する時点まで、パージをカットする。これにより、切換中の空燃比のズレを抑制して、運転性等を損なうことなく、切換えを行うことができる。また、カットが必要な期間を時間設定により簡単に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の実施の一形態を示す内燃機関のシステム図
【図３】燃焼方式切換制御ルーチンのフローチャート
【図４】パージ制御ルーチンの第１の実施例のフローチャート
【図５】パージ制御ルーチンの第２の実施例のフローチャート
【図６】パージ制御ルーチンの第３の実施例のフローチャート
【図７】成層燃焼から均質燃焼への切換えの様子を示す図
【符号の説明】
１ 内燃機関
４ 電制スロットル弁
５ 燃料噴射弁
６ 点火栓
９ 燃料タンク
１０ キャニスタ
１４ パージ通路
１５ パージ制御弁
２０ コントロールユニット
２１，２２ クランク角センサ
２３ エアフローメータ
２４ アクセルセンサ
２７ 酸素センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の蒸発燃料処理装置に関し、特に機関運転条件に応じて燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼とに切換える場合の蒸発燃料処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車用内燃機関の蒸発燃料処理装置は、燃料タンクにて発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、このキャニスタから吸気系へのパージ通路に介装されて蒸発燃料を含むパージガスのパージ量を制御するパージ制御弁とを備えている（特開平７−４２５８８号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料を直接燃焼室に噴射する直噴火花点火式内燃機関では、機関の運転条件に応じて、燃焼方式を切換制御、すなわち、吸気行程にて燃料を噴射することにより、燃焼室内に燃料を拡散させ均質の混合気を形成して行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射することにより、点火栓回りに集中的に層状の混合気を形成して行う成層燃焼とに切換制御する。尚、空燃比は、均質燃焼時にはストイキ（１４．６）又はリーン（２０〜３０）、成層燃焼時にはリーン（４０程度）に設定する。
【０００４】
しかしながら、例えば、成層燃焼で設定空燃比がリーンの状態から、均質燃焼で空燃比がストイキの状態へ切換える場合、空燃比を徐々に変化させつつ、その途中で成層燃焼から均質燃焼へ切換えるので、例えば成層燃焼中に空燃比が成層燃焼としてはリッチな状態を通過するなど、不安定な状態となることがあり、このときに、パージガスが導入されると、更に不安定な状態となって、運転性や排気へ影響を与えるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、燃焼方式の切換時のパージガス導入による不具合を確実に防止できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【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、燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼とに切換可能な燃焼方式切換手段を備える一方、燃料タンクにて発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、このキャニスタから吸気系へのパージ通路に介装されて蒸発燃料を含むパージガスのパージ量を制御するパージ制御弁とを備え、車両に搭載される内燃機関の蒸発燃料処理装置において、前記内燃機関は補助動力を有することのない、前記車両の唯一の動力源であり、図１に示すように、前記燃焼方式切換手段による成層燃焼から均質燃焼への切換時に、一時的に、前記パージ制御弁を閉じて、パージをカットする切換時パージカット手段を設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明では、前記燃焼方式切換手段は、機関運転条件に基づいて目標燃焼方式を設定し、この目標燃焼方式の切換わりより遅らせて実際に燃焼方式を切換えるものであり、前記切換時パージカット手段は、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式を切換える時点まで、パージをカットするものであることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明では、前記燃焼方式切換手段は、機関運転条件に基づいて目標燃焼方式を設定し、この目標燃焼方式の切換わりより遅らせて実際に燃焼方式を切換えるものであり、前記切換時パージカット手段は、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式が切換わって、その燃焼方式での目標空燃比が得られる時点まで、パージをカットするものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明では、前記燃焼方式切換手段は、機関運転条件に基づいて目標燃焼方式を設定し、この目標燃焼方式の切換わりより遅らせて実際に燃焼方式を切換えるものであり、前記切換時パージカット手段は、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式が切換わった後所定時間経過する時点まで、パージをカットするものであることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明では、前記パージカット手段によるパージカット後のパージ再開時に、パージ量を徐々に増加させる再開時パージ量漸増手段を設けたことを特徴とする（図１参照）。
請求項６に係る発明では、前記再開時パージ量漸増手段は、所定時間毎にパージ量を所定幅ずつ増加させるものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に係る発明では、前記再開時パージ量漸増手段は、目標パージ量を基に１次遅れ計算（加重平均）でパージ量を制御するものであることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、成層燃焼から均質燃焼への切換時に、一時的に、パージをカットすることにより、切換中の空燃比のズレを抑制して、運転性等を損なうことなく、切換えを行うことができる。
請求項２に係る発明によれば、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式を切換える時点まで、パージをカットするようにすることで、燃焼方式切換制御における演算フラグなどを利用して、簡易に制御することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明によれば、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式が切換わって、その燃焼方式での目標空燃比が得られる時点まで、パージをカットするようにすることで、目標空燃比が得られる時点まで、確実に空燃比のズレを抑制することができる。
請求項４に係る発明によれば、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式が切換わった後所定時間経過する時点まで、パージをカットするようにすることで、カットが必要な期間を時間設定で簡単に設定できる。
【００１４】
請求項５に係る発明によれば、パージ再開時に、パージ量を徐々に増加させることで、再開時のトルクショックを抑制することができる。
請求項６に係る発明によれば、パージ量を徐々に増加させる際に、所定時間毎にパージ量を所定幅ずつ増加させることにより、トルク増加速度を一定にすることができる。
【００１５】
請求項７に係る発明によれば、パージ量を徐々に増加させる際に、目標パージ量を基に１次遅れ計算でパージ量を制御することにより、パージ量によらず、再開時に遷移状態となっている時間を一定にすることができる。
【００１６】
【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２は実施の一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。
車両に搭載される内燃機関１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から吸気通路３により、スロットル弁（ここでは電制スロットル弁）４の制御を受けて、空気が吸入される。
【００１７】
電制スロットル弁４は、コントロールユニット２０からの信号により作動するステップモータ等により開度制御される。
そして、燃焼室内に燃料（ガソリン）を直接噴射するように、電磁式の燃料噴射弁（インジェクタ）５が設けられている。
燃料噴射弁５は、コントロールユニット２０から機関回転に同期して吸気行程又は圧縮行程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、所定圧力に調圧された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６回りに集中的に層状の混合気を形成し、コントロールユニット２０からの点火信号に基づき、点火栓６により点火されて、燃焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。尚、燃焼方式は、大きくは均質燃焼と成層燃焼とに分けられるが、更に空燃比制御との組合わせで、均質燃焼が均質ストイキ燃焼と均質リーン燃焼とに分けられて、均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼（空燃比２０〜３０）、成層リーン燃焼（空燃比４０程度）に分けられる。
【００１８】
機関１からの排気は排気通路７より排出され、排気通路７には排気浄化用の触媒８が介装されている。
また、燃料タンク９にて発生する蒸発燃料を処理すべく、蒸発燃料処理装置としてのキャニスタ１０が設けられている。キャニスタ１０は、密閉容器内に活性炭などの吸着剤１１を充填したもので、燃料タンク９からの蒸発燃料導入管１２が接続されている。従って、機関１の停止中などに燃料タンク９にて発生した蒸発燃料は、蒸発燃料導入管１２を通って、キャニスタ１０に導かれ、ここに吸着される。
【００１９】
キャニスタ１０にはまた、新気導入口１３が形成されると共に、パージ通路１４が導出されている。パージ通路１４はパージ制御弁１５を介して吸気通路３のスロットル弁４下流（吸気マニホールド）に接続されている。パージ制御弁１５は、コントロールユニット２０からのデューティ信号により開度制御される。このパージ制御弁１５が開くと、機関１の吸入負圧がキャニスタ１０に作用する結果、新気導入口１３から導入される空気によってキャニスタ１０の吸着剤１１に吸着されていた蒸発燃料が脱離され、この脱離した蒸発燃料を含むパージガスがパージ通路１４を通って吸気通路３のスロットル弁４下流に吸入され、この後、機関１の燃焼室内で燃焼処理される。
【００２０】
コントロールユニット２０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、各種のセンサから信号が入力されている。
前記各種のセンサとしては、機関１のクランク軸又はカム軸回転を検出するクランク角センサ２１，２２が設けられている。これらのクランク角センサ２１，２２は、気筒数をｎとすると、クランク角７２０°／ｎ毎に、予め定めたクランク角位置（例えば圧縮上死点前１１０°）で基準パルス信号ＲＥＦを出力すると共に、１〜２°毎に単位パルス信号ＰＯＳを出力するもので、基準パルス信号ＲＥＦの周期などから機関回転数Ｎｅを算出可能である。
【００２１】
この他、吸気通路３のスロットル弁４上流で吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ２３、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＣＣを検出するアクセルセンサ２４、スロットル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ２５（スロットル弁４の全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）、機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２６、排気通路７にて排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号を出力する酸素センサ２７、車速ＶＳＰを検出する車速センサ２８などが設けられている。
【００２２】
ここにおいて、コントロールユニット２０は、前記各種のセンサからの信号を入力しつつ、内蔵のマイクロコンピュータにより、所定の演算処理を行って、電制スロットル弁４によるスロットル開度、燃料噴射弁５による燃料噴射量及び噴射時期、点火栓６による点火時期、更に、パージ制御弁１５の開度を総合的に制御する。
【００２３】
このうち、燃焼方式の切換制御とパージ制御弁１５の開度制御とについて、図３及び図４のフローチャート（第１の実施例）により説明する。
図３は燃焼方式切換制御ルーチンであり、所定時間毎に実行される。
Ｓ１（目標燃焼方式設定手段）では、機関回転数Ｎｅと目標トルクｔＴｅとをパラメータとして目標燃焼方式を定めたマップを、水温Ｔｗ、始動後時間などの条件別に複数備えていて、これらの条件から選択されたマップより、実際のパラメータに従って、均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼又は成層リーン燃焼のいずれかに目標燃焼方式を設定する。
【００２４】
ここで、目標燃焼方式が均質燃焼（均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼）の場合は、目標燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ１＝０、成層燃焼（成層リーン燃焼）の場合は、目標燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ１＝１にする。また、均質ストイキ燃焼と均質リーン燃焼とを区別するため、ストイキ燃焼の場合は、リーン燃焼フラグＦＬＥＡＮ＝０、リーン燃焼の場合は、リーン燃焼フラグＦＬＥＡＮ＝１とする。
【００２５】
尚、目標トルクｔＴｅは、アクセル開度ＡＣＣと機関回転数Ｎｅとから、これらに応じてドライバ要求トルクを定めたマップを参照して、ドライバ要求トルクを得、これに所要の機関要求トルクを加算して、算出する。
Ｓ２（基本目標当量比設定手段）では、燃焼方式別のマップを参照し、機関回転数Ｎｅ及び目標トルクｔＴｅから基本目標当量比ＴＦＢＹＡ０を設定する。尚、当量比は、理論空燃比を１４．６とすると、当量比＝１４．６／空燃比となる。
【００２６】
Ｓ３（目標当量比算出手段）では、吸入空気量のシリンダへの流入遅れに合わせるべく、基本目標当量比ＴＦＢＹＡ０に加重平均により１次遅れの遅れ処理を施して、目標当量比ＴＦＢＹＡを算出する（次式参照）。
ＴＦＢＹＡ＝Ｍ×ＴＦＢＹＡ０＋（１−Ｍ）×ＴＦＢＹＡ
但し、Ｍは加重平均重み付け定数である。
【００２７】
ここで算出された目標当量比ＴＦＢＹＡは燃料噴射量や吸入空気量の制御に用いられる。例えば、燃料噴射量については、シリンダ空気量Ｑｃｙｌ と目標当量比ＴＦＢＹＡとから、目標燃料噴射量ｔＱｆｉ＝Ｋ×Ｑｃｙｌ ×ＴＦＢＹＡ（Ｋは定数）を算出して、制御する。
Ｓ４（燃焼方式切換タイミング判定手段）では、目標当量比ＴＦＢＹＡを目標燃焼方式に応じて設定されるしきい値と比較し、目標当量比ＴＦＢＹＡがしきい値をよぎった時点で、実際に燃焼方式を切換える。
【００２８】
ここで、均質燃焼（均質ストイキ燃焼又は均質リーン燃焼）に切換える場合は、実燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ２＝０とし、燃料噴射時期を吸気行程に設定する。成層燃焼（成層リーン燃焼）に切換える場合は、実燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ２＝１とし、燃料噴射時期を圧縮行程に設定する。
本ルーチンが燃焼方式切換手段に相当し、この燃焼方式切換手段は、機関運転条件に基づいて目標燃焼方式を設定する目標燃焼方式設定手段（Ｓ１）と、目標燃焼方式に従って基本目標当量比を設定する基本目標当量比設定手段（Ｓ２）と、基本目標当量比に遅れ処理を施して燃料噴射量及び吸入空気量制御用の目標当量比を算出する目標当量比算出手段（Ｓ３）と、目標当量比をしきい値と比較し比較結果に従って実際に燃焼方式を切換えるタイミングを判定する燃焼方式切換タイミング判定手段（Ｓ４）とを含んで構成される。
【００２９】
また、図７には、成層燃焼から均質燃焼に切換える場合について、目標燃焼方式の切換わった後、空燃比の変化に従って、実際に燃焼方式が切換えられる様子を示してある。
図４はパージ制御ルーチンの第１の実施例であり、所定時間毎に実行される。
Ｓ１１では、パージ再開中（再開中フラグ＝１）か否かを判定し、ＮＯの場合はＳ１２へ進む。
【００３０】
Ｓ１２では、パージカット中（カット中フラグ＝１）か否かを判定し、ＮＯの場合はＳ１３へ進む。
Ｓ１３では、目標燃焼方式が切換わって、燃焼方式切換要求が発生したか否か、具体的には、目標燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ１≠実燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ２か否かを判定する。
【００３１】
燃焼方式切換要求が発生していない場合は、Ｓ１４へ進んで、通常のパージ制御を行う。すなわち、燃焼方式を含む機関運転条件に従ってパージ量ＥＶＰを設定し、これに基づいてパージ制御弁１５をデューティ制御する。
これに対し、燃焼方式切換要求が発生した場合は、Ｓ１５へ進んで、パージカットを行う。すなわち、パージ量ＥＶＰ＝０に設定し、パージ制御弁１５を全閉に制御する。この部分が切換時パージカット手段に相当する。そして、Ｓ１６で、カット中フラグ＝１にセットする。
【００３２】
パージカット後は、カット中フラグ＝１になるので、本ルーチンの実行時に、Ｓ１２での判定で、Ｓ１７へ進む。
Ｓ１７では、実際に燃焼方式の切換えがなされたか否か、具体的には、目標燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ１＝実燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ２か否かを判定すし、実際の切換え前は、そのまま本ルーチンを終了して、パージカットを続行する。
【００３３】
実際に燃焼方式の切換えがなされた場合は、パージを再開すべく、Ｓ１８でカット中フラグ＝０にし、Ｓ１９で再開中フラグ＝１にセットした後、Ｓ２０へ進んで、パージ量ＥＶＰを０から漸増する。
そして、Ｓ２１でパージ量ＥＶＰが目標パージ量に到達したか否かを判定し、未達であれば、そのまま本ルーチンを終了する。
【００３４】
パージ再開後は、再開中フラグ＝１になるので、本ルーチンの実行時に、Ｓ１１での判定で、Ｓ２０へ進む。
Ｓ２０では、パージ量ＥＶＰを漸増する。そして、これに基づいてパージ制御弁１５をデューティ制御する。この部分が再開時パージ量漸増手段に相当する。
パージ量ＥＶＰの漸増方法としては、例えば、次式（１）のごとく、パージ量ＥＶＰを演算し、所定時間（本ルーチンの実行時間隔）毎にパージ量ＥＶＰを所定幅（ΔＥＶＰ）ずつ増加させる。
【００３５】
ＥＶＰ＝ＥＶＰ＋ΔＥＶＰ ・・・（１）
但し、ΔＥＶＰは定数である。
又は、次式（２）ごとく、パージ量ＥＶＰを演算し、目標パージ量ｔＥＶＰを基に１次遅れ計算（加重平均）でパージ量ＥＶＰを制御する。
ＥＶＰ＝Ｆ×ｔＥＶＰ＋（１−Ｆ）×ＥＶＰ ・・・（２）
但し、Ｆは加重平均重み付け定数である。
【００３６】
このように、パージ再開時に、パージ量ＥＶＰを徐々に増加させることで、再開時のトルクショックを抑制することができる。また特に、（１）式の漸増方法では、トルク増加速度を一定にすることができ、（２）式の漸増方法では、パージ量によらず、再開時に遷移状態となっている時間を一定にすることができる。
そして、Ｓ２１でパージ量ＥＶＰが目標パージ量に到達したか否かを判定し、未達であれば、そのまま本ルーチンを終了するが、到達した場合は、Ｓ２２へ進んで、再開中フラグ＝０にする。
【００３７】
本実施例では、図７において、パージカット（１）に示すように、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式を切換える時点まで、パージをカットする。これにより、切換中の空燃比のズレを抑制して、運転性等を損なうことなく、切換えを行うことができる。また、燃焼方式切換制御における演算フラグ（ＦＳＴＲ１，ＦＳＴＲ２）を利用して、簡易に実施することができる。
【００３８】
次に他の実施例について説明する。
図５はパージ制御ルーチンの第２の実施例であり、所定時間毎に実行される。
異なる点は、パージ再開タイミングを決定するＳ１７，Ｓ１７’の部分であり、この部分について説明する。
パージカット後は、カット中フラグ＝１になるので、本ルーチンの実行時に、Ｓ１２での判定で、Ｓ１７へ進む。
【００３９】
Ｓ１７では、実際に燃焼方式の切換えがなされたか否か、具体的には、目標燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ１＝実燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ２か否かを判定すし、実際の切換え前は、そのまま本ルーチンを終了して、パージカットを続行する。
実際に燃焼方式の切換えがなされた場合は、Ｓ１７’へ進み、目標当量比ＴＦＢＹＡが基本目標当量比ＴＦＢＹＡ０付近に到達したか否かを判定し、到達前は、そのまま本ルーチンを終了して、パージカットを続行する。
【００４０】
目標当量比ＴＦＢＹＡが基本目標当量比ＴＦＢＹＡ０付近に到達した場合は、パージを再開すべく、Ｓ１８でカット中フラグ＝０にし、Ｓ１９で再開中フラグ＝１にセットした後、Ｓ２０へ進んで、パージ量ＥＶＰを０から漸増する。
本実施例では、図７において、パージカット（２）に示すように、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式が切換わって、その燃焼方式での目標空燃比が得られる時点まで、パージをカットする。これにより、切換中の空燃比のズレを抑制して、運転性等を損なうことなく、切換えを行うことができる。また、目標空燃比が得られる時点まで、確実に空燃比のズレを抑制することができる。尚、図５のフローチャートにおいて、Ｓ１７のステップは省略してもよい。
【００４１】
図６はパージ制御ルーチンの第３の実施例であり、所定時間毎に実行される。
異なる点は、パージ再開タイミングを決定するＳ１７，Ｓ１７”の部分であり、この部分について説明する。
パージカット後は、カット中フラグ＝１になるので、本ルーチンの実行時に、Ｓ１２での判定で、Ｓ１７へ進む。
【００４２】
Ｓ１７では、実際に燃焼方式の切換えがなされたか否か、具体的には、目標燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ１＝実燃焼方式切換フラグＦＳＴＲ２か否かを判定すし、実際の切換え前は、そのまま本ルーチンを終了して、パージカットを続行する。
実際に燃焼方式の切換えがなされた場合は、Ｓ１７”へ進み、実際の切換えから所定時間経過したか否かを判定し、所定時間内の場合は、そのまま本ルーチンを終了して、パージカットを続行する。
【００４３】
実際の切換えから所定時間経過した場合は、パージを再開すべく、Ｓ１８でカット中フラグ＝０にし、Ｓ１９で再開中フラグ＝１にセットした後、Ｓ２０へ進んで、パージ量ＥＶＰを０から漸増する。
本実施例では、図７において、パージカット（３）に示すように、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式が切換わった後所定時間経過する時点まで、パージをカットする。これにより、切換中の空燃比のズレを抑制して、運転性等を損なうことなく、切換えを行うことができる。また、カットが必要な期間を時間設定により簡単に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の実施の一形態を示す内燃機関のシステム図
【図３】燃焼方式切換制御ルーチンのフローチャート
【図４】パージ制御ルーチンの第１の実施例のフローチャート
【図５】パージ制御ルーチンの第２の実施例のフローチャート
【図６】パージ制御ルーチンの第３の実施例のフローチャート
【図７】成層燃焼から均質燃焼への切換えの様子を示す図
【符号の説明】
１ 内燃機関
４ 電制スロットル弁
５ 燃料噴射弁
６ 点火栓
９ 燃料タンク
１０ キャニスタ
１４ パージ通路
１５ パージ制御弁
２０ コントロールユニット
２１，２２ クランク角センサ
２３ エアフローメータ
２４ アクセルセンサ
２７ 酸素センサ
Claims (7)
- 燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼とに切換可能な燃焼方式切換手段を備える一方、
燃料タンクにて発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、このキャニスタから吸気系へのパージ通路に介装されて蒸発燃料を含むパージガスのパージ量を制御するパージ制御弁とを備え、車両に搭載される内燃機関の蒸発燃料処理装置において、
前記内燃機関は補助動力を有することのない、前記車両の唯一の動力源であり、
前記燃焼方式切換手段による成層燃焼から均質燃焼への切換時に、一時的に、前記パージ制御弁を閉じて、パージをカットする切換時パージカット手段を設けたことを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。 - 前記燃焼方式切換手段は、機関運転条件に基づいて目標燃焼方式を設定し、この目標燃焼方式の切換わりより遅らせて実際に燃焼方式を切換えるものであり、
前記切換時パージカット手段は、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式を切換える時点まで、パージをカットするものであ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。 - 前記燃焼方式切換手段は、機関運転条件に基づいて目標燃焼方式を設定し、この目標燃焼方式の切換わりより遅らせて実際に燃焼方式を切換えるものであり、
前記切換時パージカット手段は、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式が切換わって、その燃焼方式での目標空燃比が得られる時点まで、パージをカットするものであ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。 - 前記燃焼方式切換手段は、機関運転条件に基づいて目標燃焼方式を設定し、この目標燃焼方式の切換わりより遅らせて実際に燃焼方式を切換えるものであり、
前記切換時パージカット手段は、目標燃焼方式が切換わった時点から、実際に燃焼方式が切換わった後所定時間経過する時点まで、パージをカットするものであ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。 - 前記パージカット手段によるパージカット後のパージ再開時に、パージ量を徐々に増加させる再開時パージ量漸増手段を設けたことを特徴とする請求項１〜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。
- 前記再開時パージ量漸増手段は、所定時間毎にパージ量を所定幅ずつ増加させるものであることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
- 前記再開時パージ量漸増手段は、目標パージ量を基に１次遅れ計算でパージ量を制御するものであることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
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