JP3637717B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に係り、特に、燃料タンクに発生する蒸発燃料を捕獲するキャニスタを備える内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する装置として好適な内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開昭６１−１２９４５４号に開示される如く、燃料タンクに発生する蒸発燃料を捕獲するキャニスタを備える内燃機関が知られている。上記従来の内燃機関は、キャニスタと吸気通路との導通状態を制御するパージ制御弁を備えていると共に、吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁、および、排気通路内を流通する排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ2 センサを備えている。
【０００３】
内燃機関の運転中は、吸気通路内に吸気負圧が発生する。吸気通路内に発生する吸気負圧は、パージ制御弁が開弁されることによりキャニスタに導かれる。キャニスタに捕獲されている燃料は、キャニスタに吸気負圧が導かれることにより吸気通路内にパージされる。従って、上記従来の内燃機関においては、パージ制御弁の開度に応じた燃料が、キャニスタから吸気通路の内部へパージされる。
【０００４】
排気通路を流通する排気ガス中の酸素濃度は、内燃機関に供給される混合気が燃料リッチであるほど希薄となり、その混合気が燃料リーンとなるほど濃厚となる。従って、上記従来の内燃機関によれば、Ｏ2 センサの出力信号に基づいて混合気の空燃比を検出することができる。
【０００５】
上記従来の内燃機関は、Ｏ2 センサの出力信号に基づいて検出される混合気の空燃比が目標の空燃比と一致するように、パージ制御弁および燃料噴射弁を制御する。このため、上記従来の内燃機関によれば、混合気の空燃比を目標の空燃比に一致させながら、キャニスタに捕獲されている燃料を適当にパージさせることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
キャニスタは、付与された容量の燃料を捕獲することで飽和状態となる。キャニスタが飽和状態となると、その後、燃料タンク内で発生する蒸発燃料をキャニスタで捕獲することができなくなる。従って、蒸発燃料を効率良く捕獲して燃料として消費するためには、キャニスタを飽和状態としないことが望ましい。
【０００７】
キャニスタを飽和状態としないためには、内燃機関の運転中に、キャニスタに捕獲されている燃料を速やかに吸気通路内にパージさせることが有効である。従って、蒸発燃料を効率良く捕獲して燃料として消費するためには、内燃機関の運転中に多量の燃料がキャニスタからパージされることが望ましい。
【０００８】
しかしながら、上記従来の内燃機関においては、燃料噴射弁から噴射される燃料の量と、キャニスタからパージされる燃料の量とを、混合気の空燃比に基づいて同様に増減させる制御手法が用いられている。つまり、上記従来の内燃機関においては、更に多量に燃料をパージすることができる状況下であっても、キャニスタからパージされる燃料と、燃料噴射弁から噴射される燃料とを合わせて目標の空燃比を実現するための燃料を賄う制御手法が用いられている。この点、上記従来の内燃機関は、蒸発燃料の捕獲能力を更に高める余地を残したものであった。
【０００９】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、燃料噴射弁によって噴射される燃料に比して、キャニスタからパージされる燃料を優先的に内燃機関に供給することにより、蒸発燃料を捕獲して有効に利用することに関して優れた能力を発揮する内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
内燃機関に対して燃料を噴射する燃料噴射弁と、
燃料タンク内に発生する蒸発燃料を捕獲するキャニスタと、
内燃機関の吸気通路と前記キャニスタとの導通状態を制御するパージ制御弁と、
空気と燃料の混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記空燃比検出手段によって検出される空燃比に基づいて、内燃機関に供給される混合気の空燃比が所定空燃比となるように、かつ、前記キャニスタに捕獲されている燃料が優先的に内燃機関に供給されるように、前記パージ制御弁および前記燃料噴射弁を制御する空燃比制御手段と、
を備え、
前記空燃比制御手段が、内燃機関に供給される混合気の空燃比が所定空燃比に比してリッチである場合に、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の量を、前記キャニスタからパージされる燃料に比して優先的に減量させる噴射量減量手段と、
内燃機関に供給される混合気の空燃比が所定空燃比に比してリーンである場合に、前記キャニスタからパージされる燃料を、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の量に比して優先的に増量させるパージ量増量手段と、
を備える内燃機関の空燃比制御装置により達成される。
【００１１】
本発明において、燃料タンク内に発生する蒸発燃料は、キャニスタに捕獲された後、内燃機関の運転中に吸気通路にパージされる。キャニスタから吸気通路にパージされる燃料の量は、キャニスタに捕獲されている燃料の量、および、パージ制御弁の開度に応じて変化する。空燃比制御手段は、パージ制御弁と燃料噴射弁とを制御することにより、内燃機関に供給される混合気の空燃比を所定空燃比に制御する。この際、空燃比制御手段は、キャニスタ内の燃料が優先的に内燃機関に供給されるようにパージ制御弁および燃料噴射弁を制御する。具体的には、内燃機関に供給される混合気が燃料リッチである場合は、燃料噴射弁から噴射される燃料を優先的に減量させ、一方、内燃機関に供給される混合気が燃料リーンである場合は、キャニスタからパージされる燃料の量を優先的に増量させる。キャニスタおよび燃料噴射弁が上記の如く制御されると、キャニスタに捕獲されている燃料のパージ量が、空燃比を燃料リッチとしない最大の値に制御されると共に、燃料噴射弁から噴射される燃料の量が、空燃比を燃料リーンとしない最小の値に制御されるので、キャニスタから吸気通路へ、多量の燃料を効率良くパージさせることができる。
【００１２】
上記の目的は、請求項２に記載する如く、上記請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比制御手段が、更に、前記パージ制御弁を全開状態としても、該所定空燃比を実現するために必要な量の燃料を前記キャニスタからパージすることができない場合には、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の量をその不足分を補う量だけ増量させる噴射量増量手段を備える内燃機関の空燃比制御装置によっても達成される。
【００１３】
本発明において、パージ制御弁を全開状態に制御してもそのキャニスタからの燃料では所定空燃比を実現するために必要な量の燃料が不足するときには、燃料噴射弁から噴射される燃料がその不足分を補う量だけ増量される。上記の処理によれば、キャニスタから多量の燃料をパージさせながら、空燃比を精度よく所定空燃比に制御することができる。
【００１４】
また、請求項３に記載する如く、上記請求項１および請求項２の何れか１項記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比検出手段が、前記吸気通路内に配設され、該吸気通路内を流通する空気の量と、前記キャニスタからパージされる燃料の量との比に応じた信号を出力する吸気側空燃比センサを備える内燃機関の空燃比制御装置は、キャニスタから多量の燃料をパージさせながら、精度良く空燃比を制御するうえで有効である。
【００１５】
本発明において、空燃比センサは、吸気通路内に吸入された空気と、キャニスタからパージされる燃料とで生成される混合気の空燃比を検出する。空燃比センサは、吸気通路内に配設されている。このため、空燃比センサは、上記の空燃比を優れた応答性の下に正確に検出する。キャニスタから内燃機関に対して多量の燃料がパージされている場合、そのパージ量の変化に伴って、内燃機関に供給される混合気の空燃比に大きな変化が生ずる。本発明においては、パージ量の変化を速やかに検出して、優れた応答性の下に空燃比制御を行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例に対応する空燃比制御装置を搭載する内燃機関１０のシステム構成図を示す。内燃機関１０は、電子制御ユニット１２（以下、ＥＣＵ１２と称す）によって制御されている。内燃機関１０は、シリンダブロック１４を備えている。シリンダブロック１４には、ウォータージャケット１６が形成されている。ウォータージャケット１６の内部には、内燃機関１０の運転中、冷却水が循環する。
【００１７】
シリンダブロック１４には、また、その先端部がウォータージャケット１６に露出するように水温センサ１８が配設されている。水温センサ１８は、冷却水温ＴＨＷに応じた電気信号を出力する。水温センサ１８の出力信号は、ＥＣＵ１２に供給されている。ＥＣＵ１２は、水温センサ１８から供給される信号に基づいて冷却水温ＴＨＷを演算する。
【００１８】
シリンダブロック１４の内部にはピストン２０が摺動可能に配設されている。また、シリンダブロック１４の上部にはシリンダヘッド２２が固定されている。内燃機関１０の内部には、シリンダブロック１４の内壁、ピストン２０の上面、およびシリンダヘッド２２の底面によって燃焼室２４が隔成されている。
【００１９】
シリンダヘッド２２には、燃焼室２４に連通する吸気ポート２６および排気ポート２４が形成されている。また、シリンダヘッド２２には、これら吸気ポート２６および排気ポート２８を導通状態または遮断状態とする吸気バルブ３０および排気バルブ３１が組み込まれている。
【００２０】
吸気ポート２６には、吸気マニホールド３２が連通している。吸気マニホールド３２には、その内部に燃料を噴射する燃料噴射弁３３が配設されている。燃料噴射弁３３は、内燃機関１０の各気筒に対応して設けられている。燃料噴射弁３３には、燃料タンク３４から所定の圧力で燃料が供給されている。燃料噴射弁３３は、ＥＣＵ１２から駆動信号が供給されている間のみ開弁して、その先端部から吸気マニホールド３２の内部に所定圧力で燃料を噴射する。吸気マニホールド３２には、燃料噴射弁３３の開弁時間、すなわち、ＥＣＵ１２から燃料噴射弁３３に供給される駆動信号の時間長に応じた量の燃料が噴射される。以下、この時間長を燃料噴射時間ＴＡＵと称す。
【００２１】
吸気マニホールド３２には、吸気側空燃比センサ３５が配設されている。吸気側空燃比センサ３５の内部には、酸素濃度に応じた電気信号を出力する酸素濃度センサ、および、酸素濃度センサを加熱するヒータが設けられている。また、吸気側空燃比センサ３５には、吸気マニホールド３２を流通する空気を酸素濃度センサの周囲に導くための貫通孔（図示せず）が設けられている。
【００２２】
吸気側空燃比センサ３５のヒータは、内燃機関１０の運転中常に、酸素濃度センサを加熱している。このため、酸素濃度センサの周囲に空気と燃料の混合気が導かれると、その混合気は、酸素濃度センサの周囲で燃焼する。酸素濃度センサの周囲で混合気が燃焼すると、酸素濃度センサの周囲には、混合気の空燃比に応じた酸素濃度が発生する。そして、酸素濃度センサは、その酸素濃度に応じた電気信号を出力する。従って、酸素濃度センサの出力信号、すなわち、吸気側空燃比センサ３５の出力信号によれば、吸気マニホールド３２の内部を流通する混合気の空燃比を検出することができる。吸気側空燃比センサ３５の出力信号は、ＥＣＵ１２に供給されている。ＥＣＵ１２は、吸気側空燃比センサ３５の出力信号に基づいて、吸気マニホールド３２の内部を流通する混合気の空燃比を検出する。
【００２３】
吸気マニホールド３２は、サージタンク３６に連通している。サージタンク３６には、パージ通路３７が連通している。パージ通路３７には、パージ制御弁３８が配設されている。パージ制御弁３８は、パージ通路３７の導通状態を制御する弁機構であり、ＥＣＵ１２によってデューティ駆動される。ＥＣＵ１２は、パージ制御弁３８に対して適当なデューティ比を有する駆動信号を供給する。パージ制御弁３８は、そのデューティ比に応じた開度を実現する。
【００２４】
パージ通路３７の他端は、キャニスタ４０の燃料パージ孔４２に連通している。キャニスタ４０は、その内部に活性炭４４を備えている。また、キャニスタ４０は、活性炭４４を挟んで燃料パージ孔４２と反対の側に、キャニスタ４０の内部空間を大気に開放する大気導入孔４６を備えている。更に、キャニスタ４０は、活性炭４４に対して燃料パージ孔４２と同じ側に、ベーパ導入孔４８を備えている。ベーパ導入孔４８には、燃料タンク３４に通じるベーパ通路４９が連通している。ベーパ通路４９は、常に燃料の液面より上方となる部位において燃料タンク３４に連通している。
【００２５】
サージタンク３６には、吸気管５０が連通している。吸気管５０の内部には、アクセルペダルと連動して作動するスロットルバルブ５２が配設されている。スロットルバルブ５２の近傍には、スロットルバルブ５２の開度ＴＡに応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ５４が配設されている。スロットル開度センサ５４の出力信号はＥＣＵ１２に供給されている。ＥＣＵ１２は、スロットル開度センサ５４から供給される信号に基づいてスロットル開度ＴＡを検出する。また、ＥＣＵ１２は、スロットル開度センサ５４から、スロットルバルブ５２が全閉であることを表す信号が供給されている場合に、内燃機関１０がアイドル運転中であると判断する。
【００２６】
吸気管５０の端部には、エアフィルタ５６が連通している。吸気管５０には、エアフィルタ５８で濾過された空気が流通する。また、サージタンク３６には、その内圧に応じた電気信号を出力する吸気圧センサ５８が配設されている。サージタンク３６の内部には、吸気管５０を通って内燃機関１０に吸入される吸入空気量に応じた圧力が発生する。吸気圧センサ５８の出力信号は、ＥＣＵ１２に供給されている。ＥＣＵ１２は、吸気圧センサ５８の出力信号に基づいて、内燃機関１０の吸入空気量Ｑを検出する。
【００２７】
内燃機関１０の排気ポート２８には、排気マニホールド６０が連通している。排気マニホールド６０には、Ｏ2 センサ６２が配設されている。Ｏ2 センサ６２は、排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号を出力する。排気ガス中の酸素濃度は、内燃機関１０に供給される混合気の空燃比Ａ／Ｆが燃料リッチであるほど希薄となり、かつ、その空燃比Ａ／Ｆが燃料リーンであるほど濃厚となる。
【００２８】
Ｏ2 センサ６２は、内燃機関１０に供給される混合気の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比Ｓ−Ａ／Ｆに比して燃料リッチである場合に０．９Ｖ程度のハイ信号を出力し、一方、その空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比Ｓ−Ａ／Ｆに比して燃料リーンである場合に０．１Ｖ程度のロー信号を出力する。Ｏ2 センサ６２の出力信号は、ＥＣＵ１２に供給されている。ＥＣＵ１２は、Ｏ2 センサ６２の出力信号に基づいて、混合気の空燃比Ａ／Ｆが燃料リッチであるか、或いは、燃料リーンであるかを判断する。
【００２９】
内燃機関１０は、クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ６４を備えている。クランク角センサ６４は、クランクシャフトの回転角が所定回転角に達する毎に基準信号を発生すると共に、クランクシャフトが所定回転角回転する毎にパルス信号を発生する。クランク角センサ６４の出力信号はＥＣＵ１２に供給されている。ＥＣＵ１２は、クランク角センサ６４から供給される出力信号に基づいて、機関回転数ＮＥおよび内燃機関１０の回転角を検出する。
【００３０】
本実施例のシステムにおいて、燃料タンク３４の内部には、例えば内燃機関１０が停止した直後、車両が高温環境下で停車されている場合、或いは、車両が高温環境下で渋滞路を走行している場合等に蒸発燃料が発生する。燃料タンク３４の内部で発生した蒸発燃料は、ベーパ通路４９を通ってキャニスタ４０に導かれ、その後活性炭４４に吸着される。
【００３１】
ＥＣＵ１２は、内燃機関１０が所定の運転状態で運転されている場合に、パージ制御弁３８を適当に開弁させる。内燃機関１０の運転中は、サージタンク３６の内部に吸気負圧が発生している。従って、上記の如くパージ制御弁３８が開弁されると、パージ通路３７を介して、キャニスタ４０の燃料パージ孔４２に吸気負圧が導かれる。
【００３２】
キャニスタ４０の燃料パージ孔４２に吸気負圧が導かれると、キャニスタ４０の内圧が負圧となって大気導入孔４６からキャニスタ４０の内部に空気が吸入される。大気導入孔４６から流入した空気は、活性炭４４を通過して燃料パージ孔４２からパージ通路３７へ流通する。活性炭４４に吸着されていた燃料は、活性炭４４を空気が通過する際に活性炭４４から離脱し、空気と共にパージ通路３７にパージされる。
【００３３】
上記の如くキャニスタ４０からパージ通路３７に放出された燃料は、サージタンク３６に流入した後、エアフィルタ５８から吸入された空気と共に燃焼室２４に吸入される。従って、本実施例のシステムによれば、燃料タンク３４内で発生した蒸発燃料を、一時的にキャニスタ４０で捕獲した後、内燃機関１０の運転中に燃料として有効に消費することができる。
【００３４】
ところで、内燃機関１０を搭載する車両が高温環境下で渋滞路を走行しているような状況下では、キャニスタ３４に対して、継続的に多量の蒸発燃料が供給され易い。キャニスタ４０に捕獲された燃料がパージされることなくこのような状況が継続されると、やがてキャニスタ４０が飽和状態となり、蒸発燃料をキャニスタ４０で捕獲することができなくなる。従って、蒸発燃料を効率良く捕獲して燃料として消費するためには、キャニスタ４０が飽和状態に至るのを防止することが必要である。
【００３５】
キャニスタ４０を飽和状態としないためには、内燃機関１０の運転中に、キャニスタ４０に捕獲されている燃料を速やかにパージさせることが有効である。本実施例において、内燃機関１０は、その運転中に、燃料噴射弁３３から燃料を噴射することに優先してキャニスタ４０内の燃料をパージする。このため、内燃機関１０によれば、キャニスタ４０に捕獲されている燃料を速やかに多量にパージして、キャニスタ４０が飽和状態となるのを有効に防止することができる。
【００３６】
上記の機能は、ＥＣＵ１２が図２に示す噴射量制御ルーチン、および、図３に示すパージ制御ルーチンを実行することにより実現される。以下、内燃機関１０において上記の機能を実現すべくＥＣＵ１２が実行する処理の内容について説明する。
【００３７】
図２は、ＥＣＵ１２が燃料噴射時間ＴＡＵを演算すべく実行する噴射量制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図２に示すルーチンは、内燃機関１０が所定回転角回転する毎に起動されるＮＥ割り込みルーチンである。本ルーチンが起動されると、先ずステップ９０の処理が実行される。
【００３８】
ステップ９０では、内燃機関１０の運転状態に基づいて、基準の燃料噴射時間ＴＡＵmnが演算される。本ステップ９０において、基準の燃料噴射時間ＴＡＵmnは、具体的には機関回転数ＮＥ、吸気圧ＰＭ、冷却水温ＴＨＷ等に基づいて演算される。基準の燃料噴射時間ＴＡＵmnは、キャニスタ４０から燃料がパージされていない状況下で、燃焼室２４に供給される混合気の空燃比を、内燃機関１０の運転状態に対応した目標空燃比とするために必要な燃料の量に対応する噴射時間である。本ステップ９０の処理が終了すると、次にステップ９２の処理が実行される。
【００３９】
ステップ９２では、燃料噴射時間ＴＡＵが演算される。本ステップ９２において、燃料噴射時間ＴＡＵは、基準の燃料噴射時間ＴＡＵmnに噴射時間補正係数Ｋを乗算することにより演算される。噴射時間補正係数Ｋは、１．０を上限値とする変数であり、後述するパージ制御ルーチン中で演算される。本ステップ９２の処理が終了すると、今回のルーチンが終了される。
【００４０】
図３は、ＥＣＵ１２によって実行されるパージ制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図３に示すルーチンは、内燃機関１０が所定回転角回転する毎に起動されるＮＥ割り込みルーチンである。図３に示すルーチンが起動されると、先ずステップ１００の処理が実行される。
【００４１】
ステップ１００では、内燃機関１０において、所定のパージ条件が成立しているか否かが判別される。本ステップ１００では、内燃機関１０の冷却水の温度ＴＨＷが８０℃以上であり、かつ、吸気側空燃比センサ３５が活性化されている場合にパージ条件が成立していると判別される。ところで、吸気側空燃比センサ３５は、内燃機関１０が始動された後、内蔵するヒータにより加熱され、活性化されることにより所定値以上の電圧信号を出力する。このため、ＥＣＵ１２は、吸気側空燃比センサ３５から所定値以上の電圧信号が出力されている場合に、吸気側空燃比センサ３５が活性化されていると判断する。本ステップ１００でパージ条件が成立していると判別される場合は、次にステップ１０２の処理が実行される。
【００４２】
ステップ１０２では、目標値Ｖｔが演算される。目標値Ｖｔは、吸気側空燃比センサ３５の周囲を、内燃機関１０の運転状態に応じた目標空燃比を有する混合気が流通する場合に、吸気側空燃比センサ３５から出力される電圧値と一致する値である。内燃機関１０の運転状態に応じた目標空燃比は、機関回転数ＮＥと吸気圧ＰＭとに応じて決定される。従って、目標空燃比に対して一義的に決定される目標値Ｖｔも、機関回転数ＮＥと吸気圧ＰＭとに基づいて決定することができる。
【００４３】
図４は、上記ステップ１０２で、目標値Ｖｔを演算する際に参照されるマップの一例を示す。ＥＣＵ１２は、その内部に、図４に示す目標値Ｖｔに関する２次元マップを記憶している。上記ステップ１０２では、機関回転数ＮＥと吸気圧ＰＭとに基づいて、図４に示すマップを参照することにより目標値Ｖｔが演算される。上記ステップ１０２の処理が終了すると、次にステップ１０４の処理が実行される。
【００４４】
ステップ１０４では、吸気側空燃比センサ３５の出力信号Ｖoxが、目標値Ｖｔ以上であるか否かが判別される。吸気側空燃比センサ３５の出力信号Ｖoxは、その周囲を流通する混合気の空燃比が目標空燃比に比してリーンであるほど大きな値となる。従って、Ｖox≧Ｖｔが成立する場合は、吸気側空燃比センサ３５の周囲を流通する混合気の空燃比が、目標空燃比に比してリーンであると判断することができる。
【００４５】
内燃機関１０において、吸気側空燃比センサ３５の周囲には、エアフィルタ５６から吸入された空気と、パージ通路３７から吸入される空気および燃料との混合気が流通する。従って、上記ステップ１０４で、Ｖox≧Ｖｔが成立する（混合気が燃料リーンである）と判別される場合は、目標空燃比を実現するための燃料の量に対して、キャニスタ４０からパージされる燃料の量が不足していると判断できる。この場合、上記ステップ１０４に次いで、次にステップ１０６の処理が実行される。
【００４６】
ステップ１０６では、パージ制御弁３８に供給されている駆動信号のデューティ比ＤＵＴＹが１００％以上であるか否か、すなわち、パージ制御弁３８が既に全開状態とされているか否かが判別される。その結果、ＤＵＴＹ≧１００％が成立すると判別される場合は、キャニスタ４０からパージされる燃料の量が、既に最大値に達していると判断することができる。この場合、以後、ステップ１０８の処理が実行される。
【００４７】
ステップ１０８では、駆動信号のデューティ比ＤＵＴＹを１００％とする処理が実行される。本ステップ１０８の処理が終了すると、次にステップ１１０の処理が実行される。
ステップ１１０以降の処理は、上述の如く、キャニスタ４０からパージされる燃料の量が最大値に達しており、かつ、その燃料の量が目標空燃比を実現するための燃料の量に不足している状況下で実行される。かかる状況下で、燃焼室２４に供給される混合気の空燃比を目標空燃比とするためには、燃料の不足分を燃料噴射弁３３によって補うことが必要である。
【００４８】
ステップ１１０では、上記の機能を実現すべく、先ず吸気側空燃比センサ３５の出力信号Ｖoxと目標値Ｖｔとの偏差ΔＶ＝Ｖox−Ｖｔが演算される。本ステップ１１０の処理が終了すると、次にステップ１１２の処理が実行される。
図５は、吸気側空燃比センサ３５の周囲を流通する混合気の空燃比と、上記ステップ１１０で演算される偏差ΔＶとの関係を示す。図５に示す如く、偏差ΔＶは、吸気側空燃比センサ３５の周囲を流通する混合気の空燃比が目標空燃比に比してリーンであるほど、すなわち、キャニスタ４０からパージされる燃料の量が、目標空燃比を実現するための燃料の量に対して不足しているほど大きな値となる。従って、偏差ΔＶは、目標空燃比を実現するために燃料噴射弁３３から噴射すべき燃料の量の特性値と把握することができる。
【００４９】
ステップ１１２では、偏差ΔＶに基づいて、噴射時間補正係数Ｋの演算処理が実行される。噴射時間補正係数Ｋは、上述の如く、燃料噴射時間ＴＡＵを演算する際に基準の燃料噴射時間ＴＡＵmnに乗算される係数である。本ステップ１１２において、噴射時間補正係数Ｋは、具体的には図６に示すマップを参照して演算される。
【００５０】
図６は、偏差ΔＶとの関係で噴射時間補正係数Ｋを定めたマップの一例を示す。図６に示す如く、噴射時間補正係数Ｋは、偏差ΔＶがその最大値“ＶoxMAX −Ｖｔ”に近づくほど最大値“１．０”に近づくように定められている。尚、ＶoxMAX は、吸気側空燃比センサ３５から出力される電圧信号の最大値、すなわち、吸気側空燃比センサ３５の周囲を空気が流通する際に、吸気側空燃比センサ３５が出力する電圧信号の値である。
【００５１】
噴射時間補正係数Ｋが図６に示すマップに従って演算されると、偏差ΔＶが大きいほど、基準の燃料噴射時間ＴＡＵmnを上限値として燃料噴射時間ＴＡＵを長時間に設定することができる。また、偏差ΔＶが小さいほど、燃料噴射時間ＴＡＵを短時間に設定すること、すなわち、燃料噴射弁３３から噴射される燃料の量を少量とすることができる。
【００５２】
ステップ１１４では、今回の処理サイクル時に設定された駆動デューティ比ＤＵＴＹでパージ制御弁３８を駆動する処理が実行される。上述した処理ルーチンによれば、本ステップ１１４が実行されることにより、パージ制御弁３８が全開状態に制御される。本ステップ１１４の処理が終了すると、今回のルーチンが終了される。
【００５３】
このように、内燃機関１０によれば、パージ制御弁３８を全開状態としても、目標空燃比を実現するために必要な量の燃料をキャニスタ４０からパージすることができない場合に、燃料噴射弁３３からその不足分を補う量の燃料が噴射されるように、燃料噴射時間ＴＡＵを設定することができる。このため、内燃機関１０によれば、かかる状況下であっても燃焼室２４に吸入される混合気の空燃比を精度良く目標空燃比に制御することができる。
【００５４】
本ルーチン中、上記ステップ１０６で、ＤＵＴＹ≧１００％が成立しないと判別される場合は、パージ制御弁３８の開度を更に増大させることにより、すなわち、キャニスタ４０からパージされる燃料の量を更に増量させることにより、燃料噴射弁３３から燃料を噴射することなく、目標空燃比を実現するための燃料を確保できる可能性があると判断できる。この場合、次にステップ１１６の処理が実行される。
【００５５】
ステップ１１６では、パージ制御弁３８の駆動デューティ比ＤＵＴＹを、所定値ΔＤだけ増加させる処理が実行される。本ステップ１１６の処理が終了すると、次にステップ１１８の処理が実行される。
ステップ１１８では、噴射時間補正係数Ｋを“０”とする処理が実行される。噴射時間補正係数Ｋが“０”とされると、燃料噴射時間ＴＡＵは、上記図２に示す噴射量制御ルーチンにおいて“０”と演算される。このため、本ステップ１１８の処理が実行されると、以後、燃料噴射弁３３による燃料の供給が停止される。本ステップ１１８の処理が実行されると、次に上記ステップ１１４の処理が実行される。
【００５６】
ステップ１１４では、上記の如く所定値ΔＤだけ増加した駆動デューティ比ＤＵＴＹでパージ制御弁３８が制御される。上記の処理によれば、キャニスタ４０からパージされる燃料の量を、目標空燃比を実現するための燃料の量に向けて増量することができる。
【００５７】
このように、内燃機関１０によれば、パージ制御弁３８が全開状態でない状況下で混合気がリーンであると判別された場合は、燃料噴射弁３３から燃料を噴射させることなく、パージ制御弁３８の開度を増加させることにより、燃料の増量を図る。このため、内燃機関１０によれば、キャニスタ４０に捕獲されている燃料を、内燃機関１０の運転中に、速やかに、かつ、多量にパージすることができる。
【００５８】
本ルーチン中、上記ステップ１０４で、Ｖox≧Ｖｔが成立しないと判別される場合は、吸気側空燃比センサ３５の周囲を流通する混合気の空燃比が、目標空燃比に比してリッチである、すなわち、キャニスタ４０からパージされている燃料の量が、目標空燃比を実現するうえで過剰であると判断することができる。この場合、目標空燃比を実現するためには、燃料噴射弁３３からの燃料噴射を停止しつつ、キャニスタ４０からパージされる燃料の量を減少させることが必要である。この場合、本ルーチンでは、上記ステップ１０４に次いでステップ１２０の処理が実行される。
【００５９】
ステップ１２０では、パージ制御弁３８の駆動デューティ比ＤＵＴＹを、所定値ΔＤだけ減少させる処理が実行される。本ステップ１２０の処理が終了すると、以後、上記ステップ１１８および１１４の処理が実行された後、今回のルーチンが終了される。
【００６０】
上記の処理によれば、パージされる燃料の量が過剰である場合に、燃料噴射弁３３からの燃料噴射を停止しつつ、パージされる燃料の量が適量となるまでパージ制御弁３８の開度を減少させることができる。従って、内燃機関１０によれば、キャニスタ４０の内部に多量の燃料が捕獲されている場合に、燃焼室２４に供給される混合気の空燃比を精度良く目標空燃比に制御しつつ、キャニスタ４０に捕獲されている燃料を速やかに、かつ、多量にパージすることができる。
【００６１】
本ルーチン中、上記ステップ１００でパージ条件が成立していないと判別された場合は、キャニスタ４０から燃料をパージすべきでないと判断することができる。この場合、ＥＣＵ１２は、ステップ１００に次いでステップ１２２の処理を実行する。
【００６２】
ステップ１２２では、駆動デューティ比ＤＵＴＹを“０”とする処理が実行される。本ステップ１２２の処理が終了すると、次にステップ１２４の処理が実行される。
ステップ１２４では、噴射時間補正係数Ｋを最大値“１．０”とする処理が実行される。本ステップ１２４の処理が実行されると、上記図２に示す噴射量制御ルーチンにおいて、基準の燃料噴射時間ＴＡＵmnが燃料噴射時間ＴＡＵとして演算される。本ステップ１２４の処理が終了すると、以後、上記ステップ１１４の処理が実行された後、今回のルーチンが終了される。
【００６３】
上記の処理によれば、パージ条件が成立していない場合には、パージ制御弁３８を全閉状態として、目標空燃比を実現するために必要な燃料の全てを燃料噴射弁３３から供給することができる。
上述の如く、内燃機関１０によれば、燃焼室２４に供給される混合気の空燃比が目標空燃比となるように、かつ、燃料噴射弁３３から燃料が噴射されるのに優先してキャニスタ４０に捕獲されている燃料がパージされるように、燃料噴射弁３３およびパージ制御弁３８を制御する。このため、内燃機関１０によれば、キャニスタ４０に捕獲されている燃料を効率良くパージして、キャニスタ４０が飽和状態となるのを有効に防止することができる。
【００６４】
本実施例において、パージ制御弁３８の駆動デューティ比ＤＵＴＹ、および、噴射時間補正係数Ｋは、上述の如く吸気側空燃比センサ３５の出力信号に基づいて演算される。内燃機関１０のように排気マニホールド６０側にもＯ2 センサを備えるシステムにおいては、そのＯ2 センサ６０の出力信号を用いて駆動デューティ比ＤＵＴＹおよび噴射時間補正係数Ｋを演算することも可能である。
【００６５】
しかしながら、キャニスタ４０に捕獲されている燃料が内燃機関１０に向けてパージされる部位、すなわち、パージ通路３７がサージタンク３６に開口する部位とＯ2 センサ６２とは、大きく離間している。このため、キャニスタ４０からパージされる燃料の量が変化した後、その変化の影響がＯ2 センサ６２の出力信号に反映されるまでには、ある程度の遅延時間が存在する。
【００６６】
一方、吸気側空燃比センサ３５は、パージ通路３７がサージタンク３５に開口する部位の近傍に配設されている。このため、キャニスタ４０からパージされる燃料の量が変化すると、その変化は、速やかにＯ2 センサ６２の出力信号に反映される。従って、本実施例のシステムのように、吸気側空燃比センサ３５の出力信号に基づいて駆動デューティ比ＤＵＴＹおよび噴射時間補正係数Ｋを演算することによれば、優れた応答性の下に空燃比制御を行うことができる。
【００６７】
上述の如く、Ｏ2 センサ６２は、燃焼室２４に供給される混合気が理論空燃比Ｓ−Ａ／Ｆに比してリーンであるかリッチであるかに応じて、ハイレベル信号またはローレベル信号を出力する。従って、Ｏ2 センサ６２によれば、混合気が燃料リーンであるか燃料リッチであるかを、吸気側空燃比センサ３５に比して更に正確に判断することができる。本実施例において、ＥＣＵ１２は、吸気側空燃比センサ３５の出力信号に基づいて上記図３に示すルーチンを実行しつつ、Ｏ2 センサ６２の出力信号を、燃料噴射弁３３の制御、および、パージ制御弁３８の制御にフィードバックしている。このため、内燃機関１０によれば、燃焼室２４に供給される混合気の空燃比を、極めて精度良く制御することができる。
【００６８】
ところで、本実施例においては、目標空燃比を実現するための燃料が、キャニスタ４０からパージされる燃料だけでは賄いきれない場合に、その不足分を燃料噴射弁３３によって補填することとしているが、不足分の補填方法はこれに限定されるものではない。例えば、燃料タンク３４の内部にヒータを配設して、パージ燃料が不十分である場合に、ヒータ加熱によって燃料タンク３４の内部に多量の蒸発燃料を発生させることとしてもよい。また、内燃機関１０と燃料タンク３４とを直接連通する連通ラインを設けて、パージ燃料が不十分である場合に、連通ラインより直接的に蒸発燃料を吸引することとしてもよい。
【００６９】
尚、上記の実施例においては、吸気側空燃比センサ３５が前記請求項１記載の「空燃比検出手段」に相当していると共に、ＥＣＵ１２が上記図２に示す噴射量制御ルーチンおよび上記図３に示すパージ制御ルーチンを実行することにより前記請求項１記載の「空燃比制御手段」が実現されている。また、上記の実施例においては、ＥＣＵ１２が、上記ステップ１０６〜１１２の処理を実行することにより前記請求項２記載の「噴射量減量手段」が、上記ステップ１０６，１１６の処理を実行することにより前記請求項２記載の「パージ量増量手段」が、それぞれ実現されている。
【００７０】
次に、図７を参照して、本発明の第２実施例について説明する。本実施例のシステムは、上記図１に示すシステム構成において、ＥＣＵ１２に、上記図２に示す噴射量制御ルーチンを実行させると共に、上記図３に示すルーチンに代えて、図７に示すパージ制御ルーチンを実行させることにより実現される。
【００７１】
図７に示すルーチンは、本実施例のシステムにおいて、パージ制御弁３８を制御し、かつ、噴射時間補正係数Ｋを演算すべくＥＣＵ１２が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図７に示す制御ルーチンは、内燃機関１０が所定回転角回転する毎起動されるＮＥ割り込みルーチンである。尚、図７において、上記図３に示すステップと同一の処理を実行するステップについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７２】
図７に示すルーチンにおいては、ステップ１００でパージ条件が成立すると判別された場合、次にステップ１３０の処理が実行される。一方、ステップ１００でパージ条件が成立しないと判別された場合は、その後、後述するステップ１２２以降の処理が実行される。
【００７３】
ステップ１３０では、飽和フラグｆに“１”がセットされているか否かが判別される。飽和フラグｆは、後述の如く、キャニスタ４０の内部に、キャニスタ４０を飽和状態とする程度に多量の燃料が捕獲されていると推定される場合に“１”がセットされるフラグである。飽和フラグｆは、内燃機関１０の始動時にイニシャル処理により“０”にリセットされる。従って、内燃機関１０の始動直後は、飽和フラグｆに“１”がセットされていないと判別される。この場合、以後、ステップ１０２以降の処理が実行される。
【００７４】
図７に示すルーチン中ステップ１０４で、Ｖox≧Ｖｔが成立すると判別される場合、すなわち、キャニスタ４０からパージされている燃料の量が、目標空燃比を実現するための燃料に比して不足していると判別される場合は、以後、上記図３に示すルーチンと同様の処理が実行される。一方、ステップ１０４で、Ｖox≧Ｖｔが成立しない、すなわち、キャニスタ４０からパージされている燃料の量が、目標空燃比を実現するための燃料に比して過剰であると判別された場合は、ステップ１２０の処理が終了した後、ステップ１３２の処理が実行される。
【００７５】
ステップ１３２では、パージ制御弁３８の駆動デューティ比ＤＵＴＹが所定値α％に比して大きいか否かが判別される。キャニスタ４０の内部に多量の燃料が捕獲されている場合は、パージ制御弁３８を僅かに開弁させるだけで、キャニスタ４０から内燃機関１０へ多量の燃料がパージされる。また、内燃機関１０が、例えばアイドル状態等の低負荷運転中である場合は、目標空燃比を実現するために必要な燃料が極少量となる。このため、キャニスタ４０に多量の燃料が捕獲されており、かつ、内燃機関１０が低負荷運転中である場合は、目標空燃比を実現するためにパージ制御弁３８に付与すべき駆動信号のデューティ比ＤＵＴＹが、極めて小さい値となることがある。
【００７６】
上記ステップ１３２において判定値として用いられるα％は、パージ制御弁３８を精度良く駆動することのできる最小のＤＵＴＹである。従って、駆動デューティ比ＤＵＴＹが所定値αを超える場合には、パージ制御弁３８の開度を正確に制御して、キャニスタ４０からパージされる燃料の量を正確に制御することができる。このため、上記ステップ１３２でＤＵＴＹ＞αが成立すると判別された場合は、以後、第１実施例の場合と同様にステップ１１８および１１４の処理が実行される。
【００７７】
一方、駆動デューティ比ＤＵＴＹがα％以下である場合は、パージ制御弁３８の開度を正確に制御することができない。従って、かかる状況下では、パージ制御弁３８を制御することで、キャニスタ４０から内燃機関１０にパージされる燃料の量を正確に制御することができない。本実施例では、上記ステップ１３２でＤＵＴＹ＞αが成立しないと判別された場合は、次にステップ１３４の処理が実行される。
【００７８】
ステップ１３４では、キャニスタ４０が飽和状態であることを表すべく、飽和フラグｆに“１”がセットされる。本ステップ１３４の処理が終了すると、以後、上記ステップ１２２および１２４の処理が実行さえた後、今回のルーチンが終了される。
【００７９】
上記の処理によれば、キャニスタ４０が飽和状態であり、かつ、内燃機関１０が低負荷運転中である場合に、キャニスタ４０から燃料がパージされるのを禁止しつつ、燃料噴射弁３３から内燃機関１０に対して適正に燃料を供給することが可能となる。このため、本実施例のシステムによれば、かかる状況下においても、内燃機関１０の運転状態を適正な状態に維持することができる。
【００８０】
上記ステップ１３４で飽和フラグｆに“１”がセットされた後、本ルーチンが起動されると、上記ステップ１３０において、ｆ＝１が成立すると判別される。この場合、上記ステップ１３０に次いでステップ１３６の処理が実行される。
ステップ１３６では、内燃機関１０において、所定の高速高負荷条件が満たされているか否かが判別される。本ステップ１３６では、内燃機関１０が、所定量を超える燃料を要求する状態で運転している場合に、所定の高速高負荷条件が満たされていると判別される。
【００８１】
上記の判別の結果、所定の高速高負荷条件が満たされていないと判別される場合は、要求される燃料をパージするための駆動デューティ比ＤＵＴＹが極小さな値となると判断できる。この場合、未だパージ制御を再開すべきではないと判断され、以後、上記ステップ１２２以降の処理が実行された後、今回のルーチンが終了される。
【００８２】
一方、上記ステップ１３６で高速高負荷条件が満たされていると判別された場合は、要求される燃料をパージするための駆動デューティ比ＤＵＴＹが十分に大きな値となると判断できる。この場合、パージ制御を再開すべく、次にステップ１３８の処理が実行される。
【００８３】
ステップ１３８では、上記ステップ１３６で高速高負荷条件が成立すると判別された後、所定時間が経過しているか否か、すなわち、パージ制御が再開された後、所定時間が経過しているか否かが判別される。その結果、所定時間が経過していないと判別される場合は、キャニスタ４０内に未だ多量の燃料が捕獲されている、すなわち、キャニスタ４０の飽和状態が解消されていないと判断することができる。この場合、上記ステップ１３８に次いで、上記ステップ１０２以降の処理が実行される。
【００８４】
一方、上記ステップ１３８で、所定時間が経過していると判別された場合は、パージ制御が再開されたことにより、キャニスタ４０の飽和状態が既に再開されたと判断することができる。この場合、次にステップ１４０の処理が実行される。
【００８５】
ステップ１４０では、飽和フラグｆを“０”にリセットする処理が実行される。本ステップ１４０の処理が実行された後、再度本ルーチンが起動された際には、上記ステップ１３０で、ｆ＝１が不成立であると判別される。本ステップ１４０の処理が終了すると、以後、上述したステップ１０２以降の処理が実行される。
【００８６】
上述した処理によれば、▲１▼内燃機関１０が低負荷運転中であっても、キャニスタ４０が飽和状態でない場合には、正確なパージ制御を実行することができる。また、▲２▼内燃機関１０が低負荷運転中であり、かつ、キャニスタ４０が飽和状態である場合には、不正確なパージ制御が実行されるのを禁止し、燃料噴射弁３３を用いて燃料を供給することができる。更に、▲３▼キャニスタ４０が飽和状態となった後、内燃機関１０が高速高負荷条件を満たす場合に、正確なパージ制御を実行しつつ、キャニスタ４０の飽和状態を解消することができる。従って、本実施例のシステムによれば、内燃機関１０の運転状態に関わらず、常に空燃比を正確に制御しつつ、広い運転領域において効率よくキャニスタ４０内の燃料をパージさせることができる。
【００８７】
尚、上記の実施例においては、ＥＣＵ１２が上記図２に示す噴射量制御ルーチンと共に、上記図７中ステップ１００〜１２４の処理を実行することにより前記請求項１記載の「空燃比制御手段」が実現されている。また、上記の実施例においては、ＥＣＵ１２が、上記ステップ１０６〜１１２の処理を実行することにより前記請求項２記載の「噴射量減量手段」が、上記ステップ１０６，１１６の処理を実行することにより前記請求項２記載の「パージ量増量手段」が、それぞれ実現されている。
【００８８】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明および請求項２記載の発明によれば、キャニスタに捕獲されている燃料を、多量に、かつ、効率良くパージさせることができる。このため、本発明に係る空燃比制御装置によれば、キャニスタが飽和状態となるのを有効に防止することができる。
【００８９】
また、請求項３記載の発明によれば、キャニスタから吸気通路に向けて多量の燃料をパージしつつ、そのパージ量を正確に、かつ、優れた応答性の下に検出することができる。従って、本発明に係る空燃比制御装置によれば、キャニスタから内燃機関に多量の燃料をパージしつつ、優れた精度で空燃比を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に対応する内燃機関のシステム構成図である。
【図２】本発明の第１実施例に対応する内燃機関において実行される噴射量制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【図３】本発明の第１実施例に対応する内燃機関において実行されるパージ制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【図４】図３に示すパージ制御ルーチンの実行中に参照される目標値Ｖｔのマップの一例である。
【図５】吸気側空燃比センサの出力信号Ｖoxと目標値Ｖｔとの偏差ΔＶを目標空燃比に対する混合気の濃度との関係で表した特性図である。
【図６】図３に示すパージ制御ルーチンの実行中に参照される噴射時間補正係数Ｋのマップの一例である。
【図７】本発明の第２実施例に対応する内燃機関において実行されるパージ制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 内燃機関
１２ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３５ 吸入側空燃比センサ
３８ パージ制御弁
４０ キャニスタ
３４ 燃料タンク
ＴＡＵ 燃料噴射時間
ＴＡＵmn 基準の燃料噴射時間
Ｋ 噴射時間補正係数
ＤＵＴＹ パージ制御弁の駆動デューティ比
Ｖｔ 目標値
Ｖox 吸入側空燃比センサの出力値
ΔＶ 偏差
α パージ制御弁を正確に制御することのできるＤＵＴＹの下限値
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に係り、特に、燃料タンクに発生する蒸発燃料を捕獲するキャニスタを備える内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する装置として好適な内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開昭６１−１２９４５４号に開示される如く、燃料タンクに発生する蒸発燃料を捕獲するキャニスタを備える内燃機関が知られている。上記従来の内燃機関は、キャニスタと吸気通路との導通状態を制御するパージ制御弁を備えていると共に、吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁、および、排気通路内を流通する排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ2 センサを備えている。
【０００３】
内燃機関の運転中は、吸気通路内に吸気負圧が発生する。吸気通路内に発生する吸気負圧は、パージ制御弁が開弁されることによりキャニスタに導かれる。キャニスタに捕獲されている燃料は、キャニスタに吸気負圧が導かれることにより吸気通路内にパージされる。従って、上記従来の内燃機関においては、パージ制御弁の開度に応じた燃料が、キャニスタから吸気通路の内部へパージされる。
【０００４】
排気通路を流通する排気ガス中の酸素濃度は、内燃機関に供給される混合気が燃料リッチであるほど希薄となり、その混合気が燃料リーンとなるほど濃厚となる。従って、上記従来の内燃機関によれば、Ｏ2 センサの出力信号に基づいて混合気の空燃比を検出することができる。
【０００５】
上記従来の内燃機関は、Ｏ2 センサの出力信号に基づいて検出される混合気の空燃比が目標の空燃比と一致するように、パージ制御弁および燃料噴射弁を制御する。このため、上記従来の内燃機関によれば、混合気の空燃比を目標の空燃比に一致させながら、キャニスタに捕獲されている燃料を適当にパージさせることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
キャニスタは、付与された容量の燃料を捕獲することで飽和状態となる。キャニスタが飽和状態となると、その後、燃料タンク内で発生する蒸発燃料をキャニスタで捕獲することができなくなる。従って、蒸発燃料を効率良く捕獲して燃料として消費するためには、キャニスタを飽和状態としないことが望ましい。
【０００７】
キャニスタを飽和状態としないためには、内燃機関の運転中に、キャニスタに捕獲されている燃料を速やかに吸気通路内にパージさせることが有効である。従って、蒸発燃料を効率良く捕獲して燃料として消費するためには、内燃機関の運転中に多量の燃料がキャニスタからパージされることが望ましい。
【０００８】
しかしながら、上記従来の内燃機関においては、燃料噴射弁から噴射される燃料の量と、キャニスタからパージされる燃料の量とを、混合気の空燃比に基づいて同様に増減させる制御手法が用いられている。つまり、上記従来の内燃機関においては、更に多量に燃料をパージすることができる状況下であっても、キャニスタからパージされる燃料と、燃料噴射弁から噴射される燃料とを合わせて目標の空燃比を実現するための燃料を賄う制御手法が用いられている。この点、上記従来の内燃機関は、蒸発燃料の捕獲能力を更に高める余地を残したものであった。
【０００９】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、燃料噴射弁によって噴射される燃料に比して、キャニスタからパージされる燃料を優先的に内燃機関に供給することにより、蒸発燃料を捕獲して有効に利用することに関して優れた能力を発揮する内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
内燃機関に対して燃料を噴射する燃料噴射弁と、
燃料タンク内に発生する蒸発燃料を捕獲するキャニスタと、
内燃機関の吸気通路と前記キャニスタとの導通状態を制御するパージ制御弁と、
空気と燃料の混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記空燃比検出手段によって検出される空燃比に基づいて、内燃機関に供給される混合気の空燃比が所定空燃比となるように、かつ、前記キャニスタに捕獲されている燃料が優先的に内燃機関に供給されるように、前記パージ制御弁および前記燃料噴射弁を制御する空燃比制御手段と、
を備え、
前記空燃比制御手段が、内燃機関に供給される混合気の空燃比が所定空燃比に比してリッチである場合に、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の量を、前記キャニスタからパージされる燃料に比して優先的に減量させる噴射量減量手段と、
内燃機関に供給される混合気の空燃比が所定空燃比に比してリーンである場合に、前記キャニスタからパージされる燃料を、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の量に比して優先的に増量させるパージ量増量手段と、
を備える内燃機関の空燃比制御装置により達成される。
【００１１】
本発明において、燃料タンク内に発生する蒸発燃料は、キャニスタに捕獲された後、内燃機関の運転中に吸気通路にパージされる。キャニスタから吸気通路にパージされる燃料の量は、キャニスタに捕獲されている燃料の量、および、パージ制御弁の開度に応じて変化する。空燃比制御手段は、パージ制御弁と燃料噴射弁とを制御することにより、内燃機関に供給される混合気の空燃比を所定空燃比に制御する。この際、空燃比制御手段は、キャニスタ内の燃料が優先的に内燃機関に供給されるようにパージ制御弁および燃料噴射弁を制御する。具体的には、内燃機関に供給される混合気が燃料リッチである場合は、燃料噴射弁から噴射される燃料を優先的に減量させ、一方、内燃機関に供給される混合気が燃料リーンである場合は、キャニスタからパージされる燃料の量を優先的に増量させる。キャニスタおよび燃料噴射弁が上記の如く制御されると、キャニスタに捕獲されている燃料のパージ量が、空燃比を燃料リッチとしない最大の値に制御されると共に、燃料噴射弁から噴射される燃料の量が、空燃比を燃料リーンとしない最小の値に制御されるので、キャニスタから吸気通路へ、多量の燃料を効率良くパージさせることができる。
【００１２】
上記の目的は、請求項２に記載する如く、上記請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比制御手段が、更に、前記パージ制御弁を全開状態としても、該所定空燃比を実現するために必要な量の燃料を前記キャニスタからパージすることができない場合には、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の量をその不足分を補う量だけ増量させる噴射量増量手段を備える内燃機関の空燃比制御装置によっても達成される。
【００１３】
本発明において、パージ制御弁を全開状態に制御してもそのキャニスタからの燃料では所定空燃比を実現するために必要な量の燃料が不足するときには、燃料噴射弁から噴射される燃料がその不足分を補う量だけ増量される。上記の処理によれば、キャニスタから多量の燃料をパージさせながら、空燃比を精度よく所定空燃比に制御することができる。
【００１４】
また、請求項３に記載する如く、上記請求項１および請求項２の何れか１項記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比検出手段が、前記吸気通路内に配設され、該吸気通路内を流通する空気の量と、前記キャニスタからパージされる燃料の量との比に応じた信号を出力する吸気側空燃比センサを備える内燃機関の空燃比制御装置は、キャニスタから多量の燃料をパージさせながら、精度良く空燃比を制御するうえで有効である。
【００１５】
本発明において、空燃比センサは、吸気通路内に吸入された空気と、キャニスタからパージされる燃料とで生成される混合気の空燃比を検出する。空燃比センサは、吸気通路内に配設されている。このため、空燃比センサは、上記の空燃比を優れた応答性の下に正確に検出する。キャニスタから内燃機関に対して多量の燃料がパージされている場合、そのパージ量の変化に伴って、内燃機関に供給される混合気の空燃比に大きな変化が生ずる。本発明においては、パージ量の変化を速やかに検出して、優れた応答性の下に空燃比制御を行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例に対応する空燃比制御装置を搭載する内燃機関１０のシステム構成図を示す。内燃機関１０は、電子制御ユニット１２（以下、ＥＣＵ１２と称す）によって制御されている。内燃機関１０は、シリンダブロック１４を備えている。シリンダブロック１４には、ウォータージャケット１６が形成されている。ウォータージャケット１６の内部には、内燃機関１０の運転中、冷却水が循環する。
【００１７】
シリンダブロック１４には、また、その先端部がウォータージャケット１６に露出するように水温センサ１８が配設されている。水温センサ１８は、冷却水温ＴＨＷに応じた電気信号を出力する。水温センサ１８の出力信号は、ＥＣＵ１２に供給されている。ＥＣＵ１２は、水温センサ１８から供給される信号に基づいて冷却水温ＴＨＷを演算する。
【００１８】
シリンダブロック１４の内部にはピストン２０が摺動可能に配設されている。また、シリンダブロック１４の上部にはシリンダヘッド２２が固定されている。内燃機関１０の内部には、シリンダブロック１４の内壁、ピストン２０の上面、およびシリンダヘッド２２の底面によって燃焼室２４が隔成されている。
【００１９】
シリンダヘッド２２には、燃焼室２４に連通する吸気ポート２６および排気ポート２４が形成されている。また、シリンダヘッド２２には、これら吸気ポート２６および排気ポート２８を導通状態または遮断状態とする吸気バルブ３０および排気バルブ３１が組み込まれている。
【００２０】
吸気ポート２６には、吸気マニホールド３２が連通している。吸気マニホールド３２には、その内部に燃料を噴射する燃料噴射弁３３が配設されている。燃料噴射弁３３は、内燃機関１０の各気筒に対応して設けられている。燃料噴射弁３３には、燃料タンク３４から所定の圧力で燃料が供給されている。燃料噴射弁３３は、ＥＣＵ１２から駆動信号が供給されている間のみ開弁して、その先端部から吸気マニホールド３２の内部に所定圧力で燃料を噴射する。吸気マニホールド３２には、燃料噴射弁３３の開弁時間、すなわち、ＥＣＵ１２から燃料噴射弁３３に供給される駆動信号の時間長に応じた量の燃料が噴射される。以下、この時間長を燃料噴射時間ＴＡＵと称す。
【００２１】
吸気マニホールド３２には、吸気側空燃比センサ３５が配設されている。吸気側空燃比センサ３５の内部には、酸素濃度に応じた電気信号を出力する酸素濃度センサ、および、酸素濃度センサを加熱するヒータが設けられている。また、吸気側空燃比センサ３５には、吸気マニホールド３２を流通する空気を酸素濃度センサの周囲に導くための貫通孔（図示せず）が設けられている。
【００２２】
吸気側空燃比センサ３５のヒータは、内燃機関１０の運転中常に、酸素濃度センサを加熱している。このため、酸素濃度センサの周囲に空気と燃料の混合気が導かれると、その混合気は、酸素濃度センサの周囲で燃焼する。酸素濃度センサの周囲で混合気が燃焼すると、酸素濃度センサの周囲には、混合気の空燃比に応じた酸素濃度が発生する。そして、酸素濃度センサは、その酸素濃度に応じた電気信号を出力する。従って、酸素濃度センサの出力信号、すなわち、吸気側空燃比センサ３５の出力信号によれば、吸気マニホールド３２の内部を流通する混合気の空燃比を検出することができる。吸気側空燃比センサ３５の出力信号は、ＥＣＵ１２に供給されている。ＥＣＵ１２は、吸気側空燃比センサ３５の出力信号に基づいて、吸気マニホールド３２の内部を流通する混合気の空燃比を検出する。
【００２３】
吸気マニホールド３２は、サージタンク３６に連通している。サージタンク３６には、パージ通路３７が連通している。パージ通路３７には、パージ制御弁３８が配設されている。パージ制御弁３８は、パージ通路３７の導通状態を制御する弁機構であり、ＥＣＵ１２によってデューティ駆動される。ＥＣＵ１２は、パージ制御弁３８に対して適当なデューティ比を有する駆動信号を供給する。パージ制御弁３８は、そのデューティ比に応じた開度を実現する。
【００２４】
パージ通路３７の他端は、キャニスタ４０の燃料パージ孔４２に連通している。キャニスタ４０は、その内部に活性炭４４を備えている。また、キャニスタ４０は、活性炭４４を挟んで燃料パージ孔４２と反対の側に、キャニスタ４０の内部空間を大気に開放する大気導入孔４６を備えている。更に、キャニスタ４０は、活性炭４４に対して燃料パージ孔４２と同じ側に、ベーパ導入孔４８を備えている。ベーパ導入孔４８には、燃料タンク３４に通じるベーパ通路４９が連通している。ベーパ通路４９は、常に燃料の液面より上方となる部位において燃料タンク３４に連通している。
【００２５】
サージタンク３６には、吸気管５０が連通している。吸気管５０の内部には、アクセルペダルと連動して作動するスロットルバルブ５２が配設されている。スロットルバルブ５２の近傍には、スロットルバルブ５２の開度ＴＡに応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ５４が配設されている。スロットル開度センサ５４の出力信号はＥＣＵ１２に供給されている。ＥＣＵ１２は、スロットル開度センサ５４から供給される信号に基づいてスロットル開度ＴＡを検出する。また、ＥＣＵ１２は、スロットル開度センサ５４から、スロットルバルブ５２が全閉であることを表す信号が供給されている場合に、内燃機関１０がアイドル運転中であると判断する。
【００２６】
吸気管５０の端部には、エアフィルタ５６が連通している。吸気管５０には、エアフィルタ５８で濾過された空気が流通する。また、サージタンク３６には、その内圧に応じた電気信号を出力する吸気圧センサ５８が配設されている。サージタンク３６の内部には、吸気管５０を通って内燃機関１０に吸入される吸入空気量に応じた圧力が発生する。吸気圧センサ５８の出力信号は、ＥＣＵ１２に供給されている。ＥＣＵ１２は、吸気圧センサ５８の出力信号に基づいて、内燃機関１０の吸入空気量Ｑを検出する。
【００２７】
内燃機関１０の排気ポート２８には、排気マニホールド６０が連通している。排気マニホールド６０には、Ｏ2 センサ６２が配設されている。Ｏ2 センサ６２は、排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号を出力する。排気ガス中の酸素濃度は、内燃機関１０に供給される混合気の空燃比Ａ／Ｆが燃料リッチであるほど希薄となり、かつ、その空燃比Ａ／Ｆが燃料リーンであるほど濃厚となる。
【００２８】
Ｏ2 センサ６２は、内燃機関１０に供給される混合気の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比Ｓ−Ａ／Ｆに比して燃料リッチである場合に０．９Ｖ程度のハイ信号を出力し、一方、その空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比Ｓ−Ａ／Ｆに比して燃料リーンである場合に０．１Ｖ程度のロー信号を出力する。Ｏ2 センサ６２の出力信号は、ＥＣＵ１２に供給されている。ＥＣＵ１２は、Ｏ2 センサ６２の出力信号に基づいて、混合気の空燃比Ａ／Ｆが燃料リッチであるか、或いは、燃料リーンであるかを判断する。
【００２９】
内燃機関１０は、クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ６４を備えている。クランク角センサ６４は、クランクシャフトの回転角が所定回転角に達する毎に基準信号を発生すると共に、クランクシャフトが所定回転角回転する毎にパルス信号を発生する。クランク角センサ６４の出力信号はＥＣＵ１２に供給されている。ＥＣＵ１２は、クランク角センサ６４から供給される出力信号に基づいて、機関回転数ＮＥおよび内燃機関１０の回転角を検出する。
【００３０】
本実施例のシステムにおいて、燃料タンク３４の内部には、例えば内燃機関１０が停止した直後、車両が高温環境下で停車されている場合、或いは、車両が高温環境下で渋滞路を走行している場合等に蒸発燃料が発生する。燃料タンク３４の内部で発生した蒸発燃料は、ベーパ通路４９を通ってキャニスタ４０に導かれ、その後活性炭４４に吸着される。
【００３１】
ＥＣＵ１２は、内燃機関１０が所定の運転状態で運転されている場合に、パージ制御弁３８を適当に開弁させる。内燃機関１０の運転中は、サージタンク３６の内部に吸気負圧が発生している。従って、上記の如くパージ制御弁３８が開弁されると、パージ通路３７を介して、キャニスタ４０の燃料パージ孔４２に吸気負圧が導かれる。
【００３２】
キャニスタ４０の燃料パージ孔４２に吸気負圧が導かれると、キャニスタ４０の内圧が負圧となって大気導入孔４６からキャニスタ４０の内部に空気が吸入される。大気導入孔４６から流入した空気は、活性炭４４を通過して燃料パージ孔４２からパージ通路３７へ流通する。活性炭４４に吸着されていた燃料は、活性炭４４を空気が通過する際に活性炭４４から離脱し、空気と共にパージ通路３７にパージされる。
【００３３】
上記の如くキャニスタ４０からパージ通路３７に放出された燃料は、サージタンク３６に流入した後、エアフィルタ５８から吸入された空気と共に燃焼室２４に吸入される。従って、本実施例のシステムによれば、燃料タンク３４内で発生した蒸発燃料を、一時的にキャニスタ４０で捕獲した後、内燃機関１０の運転中に燃料として有効に消費することができる。
【００３４】
ところで、内燃機関１０を搭載する車両が高温環境下で渋滞路を走行しているような状況下では、キャニスタ３４に対して、継続的に多量の蒸発燃料が供給され易い。キャニスタ４０に捕獲された燃料がパージされることなくこのような状況が継続されると、やがてキャニスタ４０が飽和状態となり、蒸発燃料をキャニスタ４０で捕獲することができなくなる。従って、蒸発燃料を効率良く捕獲して燃料として消費するためには、キャニスタ４０が飽和状態に至るのを防止することが必要である。
【００３５】
キャニスタ４０を飽和状態としないためには、内燃機関１０の運転中に、キャニスタ４０に捕獲されている燃料を速やかにパージさせることが有効である。本実施例において、内燃機関１０は、その運転中に、燃料噴射弁３３から燃料を噴射することに優先してキャニスタ４０内の燃料をパージする。このため、内燃機関１０によれば、キャニスタ４０に捕獲されている燃料を速やかに多量にパージして、キャニスタ４０が飽和状態となるのを有効に防止することができる。
【００３６】
上記の機能は、ＥＣＵ１２が図２に示す噴射量制御ルーチン、および、図３に示すパージ制御ルーチンを実行することにより実現される。以下、内燃機関１０において上記の機能を実現すべくＥＣＵ１２が実行する処理の内容について説明する。
【００３７】
図２は、ＥＣＵ１２が燃料噴射時間ＴＡＵを演算すべく実行する噴射量制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図２に示すルーチンは、内燃機関１０が所定回転角回転する毎に起動されるＮＥ割り込みルーチンである。本ルーチンが起動されると、先ずステップ９０の処理が実行される。
【００３８】
ステップ９０では、内燃機関１０の運転状態に基づいて、基準の燃料噴射時間ＴＡＵmnが演算される。本ステップ９０において、基準の燃料噴射時間ＴＡＵmnは、具体的には機関回転数ＮＥ、吸気圧ＰＭ、冷却水温ＴＨＷ等に基づいて演算される。基準の燃料噴射時間ＴＡＵmnは、キャニスタ４０から燃料がパージされていない状況下で、燃焼室２４に供給される混合気の空燃比を、内燃機関１０の運転状態に対応した目標空燃比とするために必要な燃料の量に対応する噴射時間である。本ステップ９０の処理が終了すると、次にステップ９２の処理が実行される。
【００３９】
ステップ９２では、燃料噴射時間ＴＡＵが演算される。本ステップ９２において、燃料噴射時間ＴＡＵは、基準の燃料噴射時間ＴＡＵmnに噴射時間補正係数Ｋを乗算することにより演算される。噴射時間補正係数Ｋは、１．０を上限値とする変数であり、後述するパージ制御ルーチン中で演算される。本ステップ９２の処理が終了すると、今回のルーチンが終了される。
【００４０】
図３は、ＥＣＵ１２によって実行されるパージ制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図３に示すルーチンは、内燃機関１０が所定回転角回転する毎に起動されるＮＥ割り込みルーチンである。図３に示すルーチンが起動されると、先ずステップ１００の処理が実行される。
【００４１】
ステップ１００では、内燃機関１０において、所定のパージ条件が成立しているか否かが判別される。本ステップ１００では、内燃機関１０の冷却水の温度ＴＨＷが８０℃以上であり、かつ、吸気側空燃比センサ３５が活性化されている場合にパージ条件が成立していると判別される。ところで、吸気側空燃比センサ３５は、内燃機関１０が始動された後、内蔵するヒータにより加熱され、活性化されることにより所定値以上の電圧信号を出力する。このため、ＥＣＵ１２は、吸気側空燃比センサ３５から所定値以上の電圧信号が出力されている場合に、吸気側空燃比センサ３５が活性化されていると判断する。本ステップ１００でパージ条件が成立していると判別される場合は、次にステップ１０２の処理が実行される。
【００４２】
ステップ１０２では、目標値Ｖｔが演算される。目標値Ｖｔは、吸気側空燃比センサ３５の周囲を、内燃機関１０の運転状態に応じた目標空燃比を有する混合気が流通する場合に、吸気側空燃比センサ３５から出力される電圧値と一致する値である。内燃機関１０の運転状態に応じた目標空燃比は、機関回転数ＮＥと吸気圧ＰＭとに応じて決定される。従って、目標空燃比に対して一義的に決定される目標値Ｖｔも、機関回転数ＮＥと吸気圧ＰＭとに基づいて決定することができる。
【００４３】
図４は、上記ステップ１０２で、目標値Ｖｔを演算する際に参照されるマップの一例を示す。ＥＣＵ１２は、その内部に、図４に示す目標値Ｖｔに関する２次元マップを記憶している。上記ステップ１０２では、機関回転数ＮＥと吸気圧ＰＭとに基づいて、図４に示すマップを参照することにより目標値Ｖｔが演算される。上記ステップ１０２の処理が終了すると、次にステップ１０４の処理が実行される。
【００４４】
ステップ１０４では、吸気側空燃比センサ３５の出力信号Ｖoxが、目標値Ｖｔ以上であるか否かが判別される。吸気側空燃比センサ３５の出力信号Ｖoxは、その周囲を流通する混合気の空燃比が目標空燃比に比してリーンであるほど大きな値となる。従って、Ｖox≧Ｖｔが成立する場合は、吸気側空燃比センサ３５の周囲を流通する混合気の空燃比が、目標空燃比に比してリーンであると判断することができる。
【００４５】
内燃機関１０において、吸気側空燃比センサ３５の周囲には、エアフィルタ５６から吸入された空気と、パージ通路３７から吸入される空気および燃料との混合気が流通する。従って、上記ステップ１０４で、Ｖox≧Ｖｔが成立する（混合気が燃料リーンである）と判別される場合は、目標空燃比を実現するための燃料の量に対して、キャニスタ４０からパージされる燃料の量が不足していると判断できる。この場合、上記ステップ１０４に次いで、次にステップ１０６の処理が実行される。
【００４６】
ステップ１０６では、パージ制御弁３８に供給されている駆動信号のデューティ比ＤＵＴＹが１００％以上であるか否か、すなわち、パージ制御弁３８が既に全開状態とされているか否かが判別される。その結果、ＤＵＴＹ≧１００％が成立すると判別される場合は、キャニスタ４０からパージされる燃料の量が、既に最大値に達していると判断することができる。この場合、以後、ステップ１０８の処理が実行される。
【００４７】
ステップ１０８では、駆動信号のデューティ比ＤＵＴＹを１００％とする処理が実行される。本ステップ１０８の処理が終了すると、次にステップ１１０の処理が実行される。
ステップ１１０以降の処理は、上述の如く、キャニスタ４０からパージされる燃料の量が最大値に達しており、かつ、その燃料の量が目標空燃比を実現するための燃料の量に不足している状況下で実行される。かかる状況下で、燃焼室２４に供給される混合気の空燃比を目標空燃比とするためには、燃料の不足分を燃料噴射弁３３によって補うことが必要である。
【００４８】
ステップ１１０では、上記の機能を実現すべく、先ず吸気側空燃比センサ３５の出力信号Ｖoxと目標値Ｖｔとの偏差ΔＶ＝Ｖox−Ｖｔが演算される。本ステップ１１０の処理が終了すると、次にステップ１１２の処理が実行される。
図５は、吸気側空燃比センサ３５の周囲を流通する混合気の空燃比と、上記ステップ１１０で演算される偏差ΔＶとの関係を示す。図５に示す如く、偏差ΔＶは、吸気側空燃比センサ３５の周囲を流通する混合気の空燃比が目標空燃比に比してリーンであるほど、すなわち、キャニスタ４０からパージされる燃料の量が、目標空燃比を実現するための燃料の量に対して不足しているほど大きな値となる。従って、偏差ΔＶは、目標空燃比を実現するために燃料噴射弁３３から噴射すべき燃料の量の特性値と把握することができる。
【００４９】
ステップ１１２では、偏差ΔＶに基づいて、噴射時間補正係数Ｋの演算処理が実行される。噴射時間補正係数Ｋは、上述の如く、燃料噴射時間ＴＡＵを演算する際に基準の燃料噴射時間ＴＡＵmnに乗算される係数である。本ステップ１１２において、噴射時間補正係数Ｋは、具体的には図６に示すマップを参照して演算される。
【００５０】
図６は、偏差ΔＶとの関係で噴射時間補正係数Ｋを定めたマップの一例を示す。図６に示す如く、噴射時間補正係数Ｋは、偏差ΔＶがその最大値“ＶoxMAX −Ｖｔ”に近づくほど最大値“１．０”に近づくように定められている。尚、ＶoxMAX は、吸気側空燃比センサ３５から出力される電圧信号の最大値、すなわち、吸気側空燃比センサ３５の周囲を空気が流通する際に、吸気側空燃比センサ３５が出力する電圧信号の値である。
【００５１】
噴射時間補正係数Ｋが図６に示すマップに従って演算されると、偏差ΔＶが大きいほど、基準の燃料噴射時間ＴＡＵmnを上限値として燃料噴射時間ＴＡＵを長時間に設定することができる。また、偏差ΔＶが小さいほど、燃料噴射時間ＴＡＵを短時間に設定すること、すなわち、燃料噴射弁３３から噴射される燃料の量を少量とすることができる。
【００５２】
ステップ１１４では、今回の処理サイクル時に設定された駆動デューティ比ＤＵＴＹでパージ制御弁３８を駆動する処理が実行される。上述した処理ルーチンによれば、本ステップ１１４が実行されることにより、パージ制御弁３８が全開状態に制御される。本ステップ１１４の処理が終了すると、今回のルーチンが終了される。
【００５３】
このように、内燃機関１０によれば、パージ制御弁３８を全開状態としても、目標空燃比を実現するために必要な量の燃料をキャニスタ４０からパージすることができない場合に、燃料噴射弁３３からその不足分を補う量の燃料が噴射されるように、燃料噴射時間ＴＡＵを設定することができる。このため、内燃機関１０によれば、かかる状況下であっても燃焼室２４に吸入される混合気の空燃比を精度良く目標空燃比に制御することができる。
【００５４】
本ルーチン中、上記ステップ１０６で、ＤＵＴＹ≧１００％が成立しないと判別される場合は、パージ制御弁３８の開度を更に増大させることにより、すなわち、キャニスタ４０からパージされる燃料の量を更に増量させることにより、燃料噴射弁３３から燃料を噴射することなく、目標空燃比を実現するための燃料を確保できる可能性があると判断できる。この場合、次にステップ１１６の処理が実行される。
【００５５】
ステップ１１６では、パージ制御弁３８の駆動デューティ比ＤＵＴＹを、所定値ΔＤだけ増加させる処理が実行される。本ステップ１１６の処理が終了すると、次にステップ１１８の処理が実行される。
ステップ１１８では、噴射時間補正係数Ｋを“０”とする処理が実行される。噴射時間補正係数Ｋが“０”とされると、燃料噴射時間ＴＡＵは、上記図２に示す噴射量制御ルーチンにおいて“０”と演算される。このため、本ステップ１１８の処理が実行されると、以後、燃料噴射弁３３による燃料の供給が停止される。本ステップ１１８の処理が実行されると、次に上記ステップ１１４の処理が実行される。
【００５６】
ステップ１１４では、上記の如く所定値ΔＤだけ増加した駆動デューティ比ＤＵＴＹでパージ制御弁３８が制御される。上記の処理によれば、キャニスタ４０からパージされる燃料の量を、目標空燃比を実現するための燃料の量に向けて増量することができる。
【００５７】
このように、内燃機関１０によれば、パージ制御弁３８が全開状態でない状況下で混合気がリーンであると判別された場合は、燃料噴射弁３３から燃料を噴射させることなく、パージ制御弁３８の開度を増加させることにより、燃料の増量を図る。このため、内燃機関１０によれば、キャニスタ４０に捕獲されている燃料を、内燃機関１０の運転中に、速やかに、かつ、多量にパージすることができる。
【００５８】
本ルーチン中、上記ステップ１０４で、Ｖox≧Ｖｔが成立しないと判別される場合は、吸気側空燃比センサ３５の周囲を流通する混合気の空燃比が、目標空燃比に比してリッチである、すなわち、キャニスタ４０からパージされている燃料の量が、目標空燃比を実現するうえで過剰であると判断することができる。この場合、目標空燃比を実現するためには、燃料噴射弁３３からの燃料噴射を停止しつつ、キャニスタ４０からパージされる燃料の量を減少させることが必要である。この場合、本ルーチンでは、上記ステップ１０４に次いでステップ１２０の処理が実行される。
【００５９】
ステップ１２０では、パージ制御弁３８の駆動デューティ比ＤＵＴＹを、所定値ΔＤだけ減少させる処理が実行される。本ステップ１２０の処理が終了すると、以後、上記ステップ１１８および１１４の処理が実行された後、今回のルーチンが終了される。
【００６０】
上記の処理によれば、パージされる燃料の量が過剰である場合に、燃料噴射弁３３からの燃料噴射を停止しつつ、パージされる燃料の量が適量となるまでパージ制御弁３８の開度を減少させることができる。従って、内燃機関１０によれば、キャニスタ４０の内部に多量の燃料が捕獲されている場合に、燃焼室２４に供給される混合気の空燃比を精度良く目標空燃比に制御しつつ、キャニスタ４０に捕獲されている燃料を速やかに、かつ、多量にパージすることができる。
【００６１】
本ルーチン中、上記ステップ１００でパージ条件が成立していないと判別された場合は、キャニスタ４０から燃料をパージすべきでないと判断することができる。この場合、ＥＣＵ１２は、ステップ１００に次いでステップ１２２の処理を実行する。
【００６２】
ステップ１２２では、駆動デューティ比ＤＵＴＹを“０”とする処理が実行される。本ステップ１２２の処理が終了すると、次にステップ１２４の処理が実行される。
ステップ１２４では、噴射時間補正係数Ｋを最大値“１．０”とする処理が実行される。本ステップ１２４の処理が実行されると、上記図２に示す噴射量制御ルーチンにおいて、基準の燃料噴射時間ＴＡＵmnが燃料噴射時間ＴＡＵとして演算される。本ステップ１２４の処理が終了すると、以後、上記ステップ１１４の処理が実行された後、今回のルーチンが終了される。
【００６３】
上記の処理によれば、パージ条件が成立していない場合には、パージ制御弁３８を全閉状態として、目標空燃比を実現するために必要な燃料の全てを燃料噴射弁３３から供給することができる。
上述の如く、内燃機関１０によれば、燃焼室２４に供給される混合気の空燃比が目標空燃比となるように、かつ、燃料噴射弁３３から燃料が噴射されるのに優先してキャニスタ４０に捕獲されている燃料がパージされるように、燃料噴射弁３３およびパージ制御弁３８を制御する。このため、内燃機関１０によれば、キャニスタ４０に捕獲されている燃料を効率良くパージして、キャニスタ４０が飽和状態となるのを有効に防止することができる。
【００６４】
本実施例において、パージ制御弁３８の駆動デューティ比ＤＵＴＹ、および、噴射時間補正係数Ｋは、上述の如く吸気側空燃比センサ３５の出力信号に基づいて演算される。内燃機関１０のように排気マニホールド６０側にもＯ2 センサを備えるシステムにおいては、そのＯ2 センサ６０の出力信号を用いて駆動デューティ比ＤＵＴＹおよび噴射時間補正係数Ｋを演算することも可能である。
【００６５】
しかしながら、キャニスタ４０に捕獲されている燃料が内燃機関１０に向けてパージされる部位、すなわち、パージ通路３７がサージタンク３６に開口する部位とＯ2 センサ６２とは、大きく離間している。このため、キャニスタ４０からパージされる燃料の量が変化した後、その変化の影響がＯ2 センサ６２の出力信号に反映されるまでには、ある程度の遅延時間が存在する。
【００６６】
一方、吸気側空燃比センサ３５は、パージ通路３７がサージタンク３５に開口する部位の近傍に配設されている。このため、キャニスタ４０からパージされる燃料の量が変化すると、その変化は、速やかにＯ2 センサ６２の出力信号に反映される。従って、本実施例のシステムのように、吸気側空燃比センサ３５の出力信号に基づいて駆動デューティ比ＤＵＴＹおよび噴射時間補正係数Ｋを演算することによれば、優れた応答性の下に空燃比制御を行うことができる。
【００６７】
上述の如く、Ｏ2 センサ６２は、燃焼室２４に供給される混合気が理論空燃比Ｓ−Ａ／Ｆに比してリーンであるかリッチであるかに応じて、ハイレベル信号またはローレベル信号を出力する。従って、Ｏ2 センサ６２によれば、混合気が燃料リーンであるか燃料リッチであるかを、吸気側空燃比センサ３５に比して更に正確に判断することができる。本実施例において、ＥＣＵ１２は、吸気側空燃比センサ３５の出力信号に基づいて上記図３に示すルーチンを実行しつつ、Ｏ2 センサ６２の出力信号を、燃料噴射弁３３の制御、および、パージ制御弁３８の制御にフィードバックしている。このため、内燃機関１０によれば、燃焼室２４に供給される混合気の空燃比を、極めて精度良く制御することができる。
【００６８】
ところで、本実施例においては、目標空燃比を実現するための燃料が、キャニスタ４０からパージされる燃料だけでは賄いきれない場合に、その不足分を燃料噴射弁３３によって補填することとしているが、不足分の補填方法はこれに限定されるものではない。例えば、燃料タンク３４の内部にヒータを配設して、パージ燃料が不十分である場合に、ヒータ加熱によって燃料タンク３４の内部に多量の蒸発燃料を発生させることとしてもよい。また、内燃機関１０と燃料タンク３４とを直接連通する連通ラインを設けて、パージ燃料が不十分である場合に、連通ラインより直接的に蒸発燃料を吸引することとしてもよい。
【００６９】
尚、上記の実施例においては、吸気側空燃比センサ３５が前記請求項１記載の「空燃比検出手段」に相当していると共に、ＥＣＵ１２が上記図２に示す噴射量制御ルーチンおよび上記図３に示すパージ制御ルーチンを実行することにより前記請求項１記載の「空燃比制御手段」が実現されている。また、上記の実施例においては、ＥＣＵ１２が、上記ステップ１０６〜１１２の処理を実行することにより前記請求項２記載の「噴射量減量手段」が、上記ステップ１０６，１１６の処理を実行することにより前記請求項２記載の「パージ量増量手段」が、それぞれ実現されている。
【００７０】
次に、図７を参照して、本発明の第２実施例について説明する。本実施例のシステムは、上記図１に示すシステム構成において、ＥＣＵ１２に、上記図２に示す噴射量制御ルーチンを実行させると共に、上記図３に示すルーチンに代えて、図７に示すパージ制御ルーチンを実行させることにより実現される。
【００７１】
図７に示すルーチンは、本実施例のシステムにおいて、パージ制御弁３８を制御し、かつ、噴射時間補正係数Ｋを演算すべくＥＣＵ１２が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図７に示す制御ルーチンは、内燃機関１０が所定回転角回転する毎起動されるＮＥ割り込みルーチンである。尚、図７において、上記図３に示すステップと同一の処理を実行するステップについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７２】
図７に示すルーチンにおいては、ステップ１００でパージ条件が成立すると判別された場合、次にステップ１３０の処理が実行される。一方、ステップ１００でパージ条件が成立しないと判別された場合は、その後、後述するステップ１２２以降の処理が実行される。
【００７３】
ステップ１３０では、飽和フラグｆに“１”がセットされているか否かが判別される。飽和フラグｆは、後述の如く、キャニスタ４０の内部に、キャニスタ４０を飽和状態とする程度に多量の燃料が捕獲されていると推定される場合に“１”がセットされるフラグである。飽和フラグｆは、内燃機関１０の始動時にイニシャル処理により“０”にリセットされる。従って、内燃機関１０の始動直後は、飽和フラグｆに“１”がセットされていないと判別される。この場合、以後、ステップ１０２以降の処理が実行される。
【００７４】
図７に示すルーチン中ステップ１０４で、Ｖox≧Ｖｔが成立すると判別される場合、すなわち、キャニスタ４０からパージされている燃料の量が、目標空燃比を実現するための燃料に比して不足していると判別される場合は、以後、上記図３に示すルーチンと同様の処理が実行される。一方、ステップ１０４で、Ｖox≧Ｖｔが成立しない、すなわち、キャニスタ４０からパージされている燃料の量が、目標空燃比を実現するための燃料に比して過剰であると判別された場合は、ステップ１２０の処理が終了した後、ステップ１３２の処理が実行される。
【００７５】
ステップ１３２では、パージ制御弁３８の駆動デューティ比ＤＵＴＹが所定値α％に比して大きいか否かが判別される。キャニスタ４０の内部に多量の燃料が捕獲されている場合は、パージ制御弁３８を僅かに開弁させるだけで、キャニスタ４０から内燃機関１０へ多量の燃料がパージされる。また、内燃機関１０が、例えばアイドル状態等の低負荷運転中である場合は、目標空燃比を実現するために必要な燃料が極少量となる。このため、キャニスタ４０に多量の燃料が捕獲されており、かつ、内燃機関１０が低負荷運転中である場合は、目標空燃比を実現するためにパージ制御弁３８に付与すべき駆動信号のデューティ比ＤＵＴＹが、極めて小さい値となることがある。
【００７６】
上記ステップ１３２において判定値として用いられるα％は、パージ制御弁３８を精度良く駆動することのできる最小のＤＵＴＹである。従って、駆動デューティ比ＤＵＴＹが所定値αを超える場合には、パージ制御弁３８の開度を正確に制御して、キャニスタ４０からパージされる燃料の量を正確に制御することができる。このため、上記ステップ１３２でＤＵＴＹ＞αが成立すると判別された場合は、以後、第１実施例の場合と同様にステップ１１８および１１４の処理が実行される。
【００７７】
一方、駆動デューティ比ＤＵＴＹがα％以下である場合は、パージ制御弁３８の開度を正確に制御することができない。従って、かかる状況下では、パージ制御弁３８を制御することで、キャニスタ４０から内燃機関１０にパージされる燃料の量を正確に制御することができない。本実施例では、上記ステップ１３２でＤＵＴＹ＞αが成立しないと判別された場合は、次にステップ１３４の処理が実行される。
【００７８】
ステップ１３４では、キャニスタ４０が飽和状態であることを表すべく、飽和フラグｆに“１”がセットされる。本ステップ１３４の処理が終了すると、以後、上記ステップ１２２および１２４の処理が実行さえた後、今回のルーチンが終了される。
【００７９】
上記の処理によれば、キャニスタ４０が飽和状態であり、かつ、内燃機関１０が低負荷運転中である場合に、キャニスタ４０から燃料がパージされるのを禁止しつつ、燃料噴射弁３３から内燃機関１０に対して適正に燃料を供給することが可能となる。このため、本実施例のシステムによれば、かかる状況下においても、内燃機関１０の運転状態を適正な状態に維持することができる。
【００８０】
上記ステップ１３４で飽和フラグｆに“１”がセットされた後、本ルーチンが起動されると、上記ステップ１３０において、ｆ＝１が成立すると判別される。この場合、上記ステップ１３０に次いでステップ１３６の処理が実行される。
ステップ１３６では、内燃機関１０において、所定の高速高負荷条件が満たされているか否かが判別される。本ステップ１３６では、内燃機関１０が、所定量を超える燃料を要求する状態で運転している場合に、所定の高速高負荷条件が満たされていると判別される。
【００８１】
上記の判別の結果、所定の高速高負荷条件が満たされていないと判別される場合は、要求される燃料をパージするための駆動デューティ比ＤＵＴＹが極小さな値となると判断できる。この場合、未だパージ制御を再開すべきではないと判断され、以後、上記ステップ１２２以降の処理が実行された後、今回のルーチンが終了される。
【００８２】
一方、上記ステップ１３６で高速高負荷条件が満たされていると判別された場合は、要求される燃料をパージするための駆動デューティ比ＤＵＴＹが十分に大きな値となると判断できる。この場合、パージ制御を再開すべく、次にステップ１３８の処理が実行される。
【００８３】
ステップ１３８では、上記ステップ１３６で高速高負荷条件が成立すると判別された後、所定時間が経過しているか否か、すなわち、パージ制御が再開された後、所定時間が経過しているか否かが判別される。その結果、所定時間が経過していないと判別される場合は、キャニスタ４０内に未だ多量の燃料が捕獲されている、すなわち、キャニスタ４０の飽和状態が解消されていないと判断することができる。この場合、上記ステップ１３８に次いで、上記ステップ１０２以降の処理が実行される。
【００８４】
一方、上記ステップ１３８で、所定時間が経過していると判別された場合は、パージ制御が再開されたことにより、キャニスタ４０の飽和状態が既に再開されたと判断することができる。この場合、次にステップ１４０の処理が実行される。
【００８５】
ステップ１４０では、飽和フラグｆを“０”にリセットする処理が実行される。本ステップ１４０の処理が実行された後、再度本ルーチンが起動された際には、上記ステップ１３０で、ｆ＝１が不成立であると判別される。本ステップ１４０の処理が終了すると、以後、上述したステップ１０２以降の処理が実行される。
【００８６】
上述した処理によれば、▲１▼内燃機関１０が低負荷運転中であっても、キャニスタ４０が飽和状態でない場合には、正確なパージ制御を実行することができる。また、▲２▼内燃機関１０が低負荷運転中であり、かつ、キャニスタ４０が飽和状態である場合には、不正確なパージ制御が実行されるのを禁止し、燃料噴射弁３３を用いて燃料を供給することができる。更に、▲３▼キャニスタ４０が飽和状態となった後、内燃機関１０が高速高負荷条件を満たす場合に、正確なパージ制御を実行しつつ、キャニスタ４０の飽和状態を解消することができる。従って、本実施例のシステムによれば、内燃機関１０の運転状態に関わらず、常に空燃比を正確に制御しつつ、広い運転領域において効率よくキャニスタ４０内の燃料をパージさせることができる。
【００８７】
尚、上記の実施例においては、ＥＣＵ１２が上記図２に示す噴射量制御ルーチンと共に、上記図７中ステップ１００〜１２４の処理を実行することにより前記請求項１記載の「空燃比制御手段」が実現されている。また、上記の実施例においては、ＥＣＵ１２が、上記ステップ１０６〜１１２の処理を実行することにより前記請求項２記載の「噴射量減量手段」が、上記ステップ１０６，１１６の処理を実行することにより前記請求項２記載の「パージ量増量手段」が、それぞれ実現されている。
【００８８】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明および請求項２記載の発明によれば、キャニスタに捕獲されている燃料を、多量に、かつ、効率良くパージさせることができる。このため、本発明に係る空燃比制御装置によれば、キャニスタが飽和状態となるのを有効に防止することができる。
【００８９】
また、請求項３記載の発明によれば、キャニスタから吸気通路に向けて多量の燃料をパージしつつ、そのパージ量を正確に、かつ、優れた応答性の下に検出することができる。従って、本発明に係る空燃比制御装置によれば、キャニスタから内燃機関に多量の燃料をパージしつつ、優れた精度で空燃比を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に対応する内燃機関のシステム構成図である。
【図２】本発明の第１実施例に対応する内燃機関において実行される噴射量制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【図３】本発明の第１実施例に対応する内燃機関において実行されるパージ制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【図４】図３に示すパージ制御ルーチンの実行中に参照される目標値Ｖｔのマップの一例である。
【図５】吸気側空燃比センサの出力信号Ｖoxと目標値Ｖｔとの偏差ΔＶを目標空燃比に対する混合気の濃度との関係で表した特性図である。
【図６】図３に示すパージ制御ルーチンの実行中に参照される噴射時間補正係数Ｋのマップの一例である。
【図７】本発明の第２実施例に対応する内燃機関において実行されるパージ制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 内燃機関
１２ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３５ 吸入側空燃比センサ
３８ パージ制御弁
４０ キャニスタ
３４ 燃料タンク
ＴＡＵ 燃料噴射時間
ＴＡＵmn 基準の燃料噴射時間
Ｋ 噴射時間補正係数
ＤＵＴＹ パージ制御弁の駆動デューティ比
Ｖｔ 目標値
Ｖox 吸入側空燃比センサの出力値
ΔＶ 偏差
α パージ制御弁を正確に制御することのできるＤＵＴＹの下限値
Claims (3)
- 内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
内燃機関に対して燃料を噴射する燃料噴射弁と、
燃料タンク内に発生する蒸発燃料を捕獲するキャニスタと、
内燃機関の吸気通路と前記キャニスタとの導通状態を制御するパージ制御弁と、
空気と燃料の混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記空燃比検出手段によって検出される空燃比に基づいて、内燃機関に供給される混合気の空燃比が所定空燃比となるように、かつ、前記キャニスタに捕獲されている燃料が優先的に内燃機関に供給されるように、前記パージ制御弁および前記燃料噴射弁を制御する空燃比制御手段と、
を備え、
前記空燃比制御手段が、内燃機関に供給される混合気の空燃比が所定空燃比に比してリッチである場合に、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の量を、前記キャニスタからパージされる燃料に比して優先的に減量させる噴射量減量手段と、
内燃機関に供給される混合気の空燃比が所定空燃比に比してリーンである場合に、前記キャニスタからパージされる燃料を、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の量に比して優先的に増量させるパージ量増量手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比制御手段が、更に、前記パージ制御弁を全開状態としても、該所定空燃比を実現するために必要な量の燃料を前記キャニスタからパージすることができない場合には、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の量をその不足分を補う量だけ増量させる噴射量増量手段を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 請求項１および請求項２の何れか１項記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比検出手段が、前記吸気通路内に配設され、該吸気通路内を流通する空気の量と、前記キャニスタからパージされる燃料の量との比に応じた信号を出力する吸気側空燃比センサを備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
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