JP3731485B2 - エンジンの蒸発燃料処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、エンジンの蒸発燃料処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンは、エンジン停止中に燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタ内の活性炭に一旦吸着させておき、エンジン始動後の所定の運転条件で吸入負圧を利用して活性炭に吸着した燃料を脱離させ、スロットルバルブ下流の吸気通路に導き燃焼処理する蒸発燃料処理装置を備えている。
【０００３】
従来の蒸発燃料処理装置にあっては、キャニスタから脱離した燃料をエンジンに供給することによる空燃比への影響は空燃比外乱として扱い、その外乱を酸素濃度センサを利用した空燃比フィードバック制御で吸収していた。
【０００４】
図１７は従来の空燃比フィードバック制御の概要を示したものである。パージによってエンジンの空燃比が目標空燃比からずれると、そのずれは空燃比フィードバック補正係数に反映され、この空燃比フィードバック補正係数によって燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）が補正される。
【０００５】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、上記従来技術においては、パージ流量を増加させると空燃比フィードバック補正係数の基準値からのずれが大きくなり、パージ以外の空燃比外乱を抑制する機能が低下し、エミッション（ＨＣ、ＣＯ等の排出）の悪化を招くという問題があった。例えば、空燃比フィードバック補正係数を±２５％まで変化させて空燃比を目標空燃比に制御する場合において、パージによって空燃比フィードバック補正係数が＋２０％変化すると、空燃比外乱に対する空燃比フィードバック補正係数のプラス側補正代は５％にまで低下する。
【０００６】
また、空燃比フィードバック補正係数には運転性、フィードバック制御の安定性確保のために上下限値が設定されており、空燃比フィードバック補正係数でその影響を吸収されるパージ量もまた前記上下限値によって制限されるという問題もあった。
【０００７】
そこで、特開平5-52139号には空燃比フィードバック補正係数の偏差より、パージによる空燃比への影響を求め、予め燃料噴射量を補正することで、パージ流量と空燃比変動の抑制を両立させる技術が開示されている。しかし、この方法はパージ率（吸入空気流量に対するパージ流量の比率）が一定の場合にのみ成り立つ関係を用いているため、パージ率を一定に固定する必要があり、状況に応じて効果的なパージを行うことは難しかった。
【０００８】
また、特開平11-62729号には、予めキャニスタ吸着量と脱離量の関係を記憶しておくことでパージ率を一定に固定せず、パージによる空燃比への影響を予測して予め燃料噴射量を補正する方法が開示されている。しかし、この方法は、吸着量の初期値の演算が終了しなければ機能しないにも係わらず初期値を演算するために特殊かつ時間的に長いシーケンスを踏む必要があり、吸着量の演算までに時間がかかるという問題があった。また、吸着量の初期値を求めた後は、脱離量と過去の吸着量から現在の吸着量を演算するが、この吸着量の演算は誤差を積分してしまうため、時間とともに誤差が増大していく。この結果、燃料噴射量の補正ではパージによる空燃比変動を十分に抑えることができず、結局空燃比フィードバック制御でパージによる空燃比変動を吸収することになり、実質的な効果はそれ程期待できなかった。
【０００９】
本発明は、上記従来の蒸発燃料処理装置における技術的課題を鑑みてなされたものであり、パージ処理時にキャニスタから脱離してくる燃料量、それによる空燃比変動を正確かつ短時間で予測し、予測される空燃比変動に基づき、燃料噴射量を補正し、空燃比変動を縮小することにより大量パージを可能にすることを目的とする。
【００１０】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、エンジンの蒸発燃料処理装置において、燃料タンクで発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記キャニスタとエンジンの吸気通路とを連通する配管を開閉するパージバルブと、パージ率が目標パージ率となるように前記パージバルブを駆動する手段と、エンジンの空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射パルス幅を演算する手段と、
少なくとも、
(a) 前記キャニスタに吸着されている燃料量の前回値及び前記キャニスタから脱離する燃料量の前回値に基づき前記キャニスタに吸着されている燃料量を演算する吸着量演算式と、
(b) 前記吸着量演算式によって演算された吸着量と、前記目標パージ率と、前記キャニスタ内の燃料吸着剤の温度とに基づき前記キャニスタから脱離する燃料量を演算する脱離量演算式と、
(c) 前記キャニスタから脱離する燃料量に基づき前記燃料吸着剤の温度降下量を演算し、この温度降下量に基づき前記燃料吸着剤の温度を演算する吸着剤温度演算式と、
で構成されるキャニスタモデルと、
前記目標パージ率でパージ処理を行うことによるエンジンの空燃比変動が縮小されるように、前記キャニスタモデルを用いて演算される脱離燃料量に基づき前記燃料噴射パルス幅を補正する手段と、前記補正後の燃料噴射パルス幅でエンジンの燃料噴射弁を駆動する手段と、前記パージバルブと前記エンジンのシリンダとの距離に対応するデータ格納場所と、前記燃料噴射パルス幅の補正係数の演算結果を前記データ格納場所に順次格納していく手段とを備え、前記燃料噴射パルス幅を補正する手段は、前記目標パージ率でパージ処理を行うことによるエンジンの空燃比変動が縮小されるように、前記キャニスタモデルを用いて演算される脱離燃料量に基づき前記燃料噴射パルス幅のパージ分補正係数を演算し、前記パージ分補正係数に対して無駄時間補正となまし処理を施し、前記無駄時間補正及びなまし処理後のパージ分補正係数で前記燃料噴射パルス幅を補正し、前記無駄時間補正は、パージガスの移行速度相当値分だけ前記データ格納場所に格納されているデータをシフトすることで無駄時間補正を行うことを特徴とするものである。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、吸入空気流量が多くなるにつれ小さな無駄時間を演算する手段を備え、前記パージガスの移行速度相当値は前記無駄時間の逆数として演算されることを特徴とするものである。
第３の発明は、第１、第２の発明において、前記なまし処理が、前記データシフトによって前記データ格納場所からオーバーフローした分のデータを前記エンジンのシリンダに到達したパージガスに対応する補正係数とみなし、このオーバーフローした分のデータの平均値に対してなまし処理を施すことを特徴とするものである。
第４の発明は、第１から第３の発明において、前記なまし処理が、吸入空気流量に応じてなまし度合いを変化させることを特徴とするものである。
第５の発明は、第４の発明において、前記なまし処理が、吸入空気流量が少なくなるにつれてなまし度合いが大きくなるようになまし処理を行うことを特徴とするものである。
【００１８】
【作用及び効果】
したがって、本発明に係る蒸発燃料処理装置においては、従来同様にキャニスタ内の活性炭等の燃料吸着剤に吸着された蒸発燃料は吸気通路内の負圧を利用してエンジンに導入され処理されるのであるが、本発明によると、吸着量を演算する式と、吸着燃料量とパージ率から脱離燃料量を演算する式とで構成されるキャニスタモデルを用いてキャニスタから脱離する燃料量が推定され、脱離燃料がエンジンに供給されることによる空燃比変動を縮小するように燃料噴射パルス幅の補正が行われる（モデル規範パージ処理）。
【００１９】
このようなキャニスタモデルを用いることにより、運転条件等による制約を受けることなくパージによる空燃比変動を常に精度よく予測することができるので、これに応じて燃料噴射量を補正すればパージによる空燃比変動を抑制し、エンジンの燃焼安定性やエミッションの悪化を抑えることができる。また、キャニスタをモデル化して演算を行うため、キャニスタの諸元が既知であれば、適応車種や使用するキャニスタを変更した場合でもモデルのパラメータを変更するだけで済み、マップやテーブルを作り直す必要も無く、開発工数の大幅削減及び開発期間の短縮が可能になるという利点もある。
【００２０】
さらに、キャニスタからの燃料の脱離特性は、キャニスタ内の燃料吸着剤（活性炭等）の温度の影響を受けるので、脱離量演算式は吸着剤温度と脱離量の関係を考慮した式とする。脱離量が多い領域では脱離量の演算誤差が空燃比変動に及ぼす影響が大きく特に高い演算精度が要求され、しかも、キャニスタからの燃料の脱離現象が吸熱反応であるため、大量の脱離が行われるときはキャニスタ内の吸着剤温度が低下し脱離特性も変化する。そのため、吸着剤温度と脱離量の関係を考慮しないと脱離量が多い領域では脱離量の演算精度が低下するが、吸着剤温度も考慮に入れて脱離量を演算するようにキャニスタモデルを構成すれば、脱離量の演算精度の悪化を抑え、演算精度の悪化に起因するエミッション悪化等を防止できる。
【００２１】
なお、吸着燃料量とパージ率と吸着剤温度とに基づき脱離燃料量を演算する脱離量演算式としては、フロイントリッヒ(Freundlich)の式をベースにキャニスタの脱離現象に応用した式を用いることができる。また、吸着剤温度はキャニスタからの燃料の脱離量に基づき吸着剤温度の降下量を求めることによって求めることができる。
【００２４】
また、パージバルブが開かれてから脱離燃料がエンジンのシリンダに到達するまでには遅れがあり、また到達するまでに燃料の拡散もあるが、本発明によれば燃料噴射パルス幅の補正がこの遅れとなまし作用を考慮して行われる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係る蒸発燃料処理装置の全体構成を示したものである。
【００２７】
この蒸発燃料処理装置はエンジン１０の燃料タンク１内で発生する蒸発燃料を処理するためのものであり、キャニスタ４と、キャニスタ４と燃料タンク１を連通する配管２と、キャニスタ４とエンジン１０のスロットルバルブ７下流の吸気通路８を連通する配管６とを備える。
【００２８】
配管２には、燃料タンク１側の通路内が大気圧よりも低くなると開かれるバキュームカットバルブ３と、バイパスバルブ１４が並列に設けられており、配管６には、キャニスタ４内の燃料吸着剤（活性炭）４ａに吸着している燃料を脱離させるときに開かれるパージバルブ１１と、配管内の圧力を測定する圧力センサ１３が設けられる。また、キャニスタ４は大気解放口５を備え、この大気解放口５はドレンカットバルブ１２によって開閉される。
【００２９】
燃料タンク１で発生した蒸発燃料は、配管２を介してキャニスタ４に導かれ、燃料成分だけがキャニスタ４内の活性炭４ａに吸着され、残りの空気は大気解放口５より外部に放出される。そして、この活性炭４ａに吸着された燃料を処理するには、パージバルブ１１を開き、スロットルバルブ７下流に発達する吸入負圧を利用して大気解放口５からキャニスタ４内に新気を導入する。これによって新気により活性炭４ａに吸着されていた燃料が脱離し、新気とともに配管６を介してエンジン１０の吸気通路８内に導入される（以下、この処理を「パージ処理」という。）。
【００３０】
また、コントローラ２１は、エアフローメータ９で検出された吸入空気量に応じて目標空燃比（通常は理論空燃比）を実現するのに必要な燃料量に対応するパルス幅でもって燃料噴射弁１５を駆動する。このとき、コントローラ２１は、排気通路１７に取り付けられた酸素濃度センサ１８によって燃焼後の空燃比を検出し、その目標空燃比とのずれに応じて燃料噴射量の補正を行う（以下、「空燃比フィードバック制御」という。）。空燃比フィードバック制御においては目標空燃比と酸素濃度センサ１８によって検出された実空燃比とのずれが空燃比フィードバック補正係数αに反映される。
【００３１】
また、パージ処理中、コントローラ２１はエンジン燃焼安定性、排気エミッションを悪化させない範囲で可能な限り高い目標パージ率（吸入空気流量に対するパージ流量の比率）を設定し、その目標パージ率が実現されるようにパージバルブ１１を駆動する。さらに、パージ処理を行っているときは、パージガス中の燃料及び空気がエンジンに供給されることになるので、そのパージ率及びパージ濃度に応じて燃料噴射量の補正を行い、エンジン１０の空燃比が変動するのを抑える。
【００３２】
図２は、コントローラ２１が行う制御のうちパージ制御に関連する部分の概要を示したブロック図である。
【００３３】
各構成部分について説明すると、目標パージ率設定部Ｂ１はパージ制御に関連する部品の性能限界等に基づき現在の運転領域で設定可能な最大パージ率を演算し、この最大パージ率に追従するように目標パージ率を設定する。ただしパージ率の急激な変化は空燃比の変動を招き、エミッション悪化等の原因となるので、パージ率を急激に変化させないようにパージ率の変化量は所定量（パージ率変化量制限値）以下に制限される。また、デューティ比演算部Ｂ２はその目標パージ率を実現するために必要なパージバルブ１１のデューティ比を演算する部分であり、パージバルブ駆動部Ｂ３はデューティ比演算部Ｂ２で演算されたデューティ比でもってパージバルブ１１を駆動する部分である。
【００３４】
一方、脱離量演算部Ｂ４は後述するキャニスタ４の物理モデル（以下、キャニスタモデル」という。）を用いて上記目標パージ率でパージを行った場合にキャニスタ４から脱離してくる燃料の量を演算する部分であり、パージ分補正係数演算部Ｂ５はこの推定された脱離量に基づきパージによる空燃比変動が縮小されるように燃料噴射パルス幅の補正係数FHOSを演算する部分である。遅れ補正部Ｂ６はこの補正係数FHOSに対して無駄時間補正及びなまし処理からなる遅れ補正を施し、燃料噴射パルス幅演算部Ｂ７は運転条件に応じて設定された燃料噴射パルス幅に対し前記遅れ補正後の補正係数FHOSに基づき燃料噴射パルス幅の補正を行う部分である。燃料噴射弁駆動部Ｂ８は遅れ補正後の燃料噴射パルス幅で燃料噴射弁１５を駆動し燃料噴射を行う部分である。
【００３５】
さらに、キャニスタモデルはキャニスタの脱離特性を高い精度で表現するものであるが、あくまで近似モデルであるため、これを用いて演算される値（脱離量、吸着量等）は実際の値から幾らかずれた値となる。また、キャニスタモデルは後述するように前回の演算結果を用いてキャニスタ４から新たに脱離してくる燃料量を演算するので、モデル動作時間が長くなるにつれて誤差が積分されて演算値と実際値とのずれが増大する。そこで、コントローラ２１は、このずれを較正しモデルの演算精度を高く維持すべく、較正判定部Ｂ９によって較正処理実行可能と判定されると、キャニスタモデルの内部変数の一つであるキャニスタ４の吸着量の値を較正する（較正部Ｂ１０）。
【００３６】
具体的には、較正判定部Ｂ９は、空燃比変動（空燃比フィードバック制御により吸収され、空燃比フィードバック補正係数αの変動として現れる。）がほぼ全てパージによるものと見なすことができる条件が成立したときに較正処理実行可能と判定し、較正処理実行可能と判定されると、較正部Ｂ１０はそのときの空燃比変動（空燃比フィードバック補正係数αの変動）からキャニスタ４からの燃料の脱離量を推定し、推定された脱離量から吸着量を逆算する。そして、この値でもってキャニスタモデルが持っている吸着量の値の較正を行う。
【００３７】
以下、コントローラ２１が行う制御の具体的な内容について説明する。
【００３８】
図３は、コントローラ２１が行うパージ処理（モデル規範パージ処理）の内容を示したフローチャートでありパージ実行時に繰り返し実行される。この処理により、パージ処理によってキャニスタ４からエンジン１０に供給される燃料量に応じて燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）が補正され、パージによる空燃比変動が抑えられる。
【００３９】
これについて説明すると、まず、ステップＳ１では、キャニスタモデルの内部変数である吸着量の値の較正処理が実行可能か否かが判定される。パージ以外の要因による空燃比外乱が小さく、かつパージによる空燃比フィードバック補正係数αへの影響が比較的大きい場合、すなわち空燃比フィードバック補正係数αの目標値からのずれがほぼ全てパージによる影響とみなすことができる場合に較正処理実行可能と判断される。
【００４０】
具体的には、図４に示す、「定常条件」、「パージバルブ精度条件」、「パージ影響度条件」全てが成立した場合に較正処理実行可能と判断され、これらの条件のうち一つでも成立していないと較正処理実行不可と判断される。この判定処理は図２中の較正判定部Ｂ９における処理に対応する。
【００４１】
図４に示すように、「定常条件」としては、失火条件（エンジン１０が失火を起こしていないこと）、燃料カット条件（エンジン１０の燃料カットが行われていないこと）、ブローバイ条件（ブローバイガスがないこと）、ＥＧＲ条件（排気還流率が一定であること）、スロットル開口面積及びエンジン回転速度条件（スロットル開口面積、エンジン回転速度が一定であること）、パージ率条件（パージ率が一定であること）といった条件が設定されている。そして、これらの条件が全て成立し、パージ以外の空燃比外乱が小さいと判断された場合に定常条件成立と判断される。
【００４２】
また、「パージバルブ精度条件」としてはパージ流量条件（パージ流量が所定量以上であること）が設定されている。パージ流量が少ないときはパージ流量の制御精度が落ち、後述する較正処理における演算精度が落ちることから、パージ流量が所定量よりも小さい場合にはパージバルブ精度条件不成立と判断される。
【００４３】
また、「パージ影響度条件」としては、パージ成立条件（パージが行われていること）、パージ濃度条件（パージガスの濃度が所定濃度より濃い、例えば、パージ率１％当たりのα変化量が１％以上）、パージ率条件（パージ率が所定値以上、例えば、パージ率が３０％以上）が設定されている。これらの条件がすべて成立し、パージによる空燃比への影響が比較的大きいと判断された場合にパージ影響度条件成立と判断される。
【００４４】
この様にしてステップＳ１で較正処理が実行可能と判断されれば、ステップＳ３へ進んで較正処理が実行される。較正処理では、空燃比フィードバック補正係数αの変化からキャニスタ４からの脱離した燃料量を推定し、さらに推定した脱離量から逆演算によってキャニスタ４に吸着していた燃料量を演算し、キャニスタモデルの内部変数である吸着量の値をこの逆演算によって求めた吸着量の値に較正する（詳しくは後述する。）。
【００４５】
一方、ステップＳ１で較正処理実行不可と判断された場合はステップＳ２へ進み、ステップＳ２では過去に較正処理を実行したことがあるかが判定される。このような判定を行うのは、較正処理を一度も行ったことがない場合はキャニスタモデルを動作させるのに必要な初期値（初期吸着量）がまだ存在しないので、そのような場合はキャニスタモデルに基づくパージ処理を行わないようにするためである。判定の結果、過去に較正処理を一度でも行っていればステップＳ４へ進み、一度も較正処理を行っていない場合は本ルーチンを終了する。
【００４６】
なお、一度も較正処理を行っていない場合はパージが行われないというわけではなく、後述するキャニスタモデルを用いないパージ処理（図１５、ブートアップ制御）によってパージ処理が実行される。
【００４７】
ステップＳ４ではキャニスタモデルを用いてキャニスタ４からの脱離量が演算される。具体的には、図１０に示すフローに従って、キャニスタ４から脱離してくる燃料の量が演算される（詳しくは後述する。）。
【００４８】
ステップＳ５では脱離量と吸入空気流量に基づきパージ分補正係数FHOSが演算される。パージ分補正係数FHOSは、キャニスタモデルにより演算された脱離量がエンジン１０に供給されることにより予想される空燃比変動（空燃比フィードバック補正係数αの変化）に対応して演算される。具体的には、例えば、キャニスタ４からの脱離量が多くなってエンジン１０に供給される燃料量が多くなると、エンジン１０の空燃比はリッチ側にシフトし、これを元に戻そうと空燃比フィードバック補正係数αは小側に変化すると予想されることから、これに対応して予め燃料噴射量が減らされるようにパージ分補正係数FHOSとして小さな値が演算される。演算された補正係数FHOSはコントローラ２１内の所定のデータ格納場所（図８参照）に順次格納される。
【００４９】
ステップＳ６ではパージ分補正係数FHOSに対して無駄時間補正及びなまし処理で構成される遅れ補正が施される。無駄時間補正を行うのは、パージバルブ１１が開かれてからパージガスがエンジン１０のシリンダに到達するまでにはパージガスの移行速度及びパージバルブ１１とエンジン１０のシリンダ間の距離に応じた遅れがあるからであり、また、なまし処理を行うのはキャニスタ４から脱離した燃料がエンジン１０のシリンダに到達するまでには燃料の拡散があるからである。
【００５０】
図５は遅れ補正の内容を示したフローチャートであり、図２中の遅れ補正部Ｂ６における処理に対応する。
【００５１】
これについて説明すると、ステップＳ２１ではエアフローメータ９の出力から吸入空気流量を検出し、ステップＳ２２、Ｓ２３ではそれぞれ図６、図７に示すテーブルを参照して無駄時間及びなまし係数を求める。吸入空気流量が多くなるほど吸気流速は速くなるので無駄時間には小さな値が設定され、また、吸入空気流量が多くなって吸気流速が速くなると、脱離した燃料が拡散する速度も速くなることからなまし係数には大きな値が設定される。
【００５２】
ステップＳ２４では無駄時間からパージガスの移動速度相当値が演算される。このパージガス移動速度相当値はステップＳ２２で求めた無駄時間の逆数として演算される。
【００５３】
ステップＳ２５では、パージバルブ１１とエンジン１０のシリンダの間の距離に相当するコントローラ２１内のデータ格納場所（図８参照）に格納されているパージ分補正係数FHOSが読み込まれ、ステップＳ２６で前記パージガスの移動速度相当値分だけデータがシリンダ側にシフトされる。ステップＳ２７ではデータのシフトにより上記データ格納場所からオーバーフローしたデータの平均値が求められる。
【００５４】
ステップＳ２８では、ステップＳ２７で求められたオーバーフローデータの平均値に対して、ステップＳ２２で求めたなまし係数を用いてなまし処理が施される。なお、なまし処理は一般的な一次遅れ系によるなまし処理であり、なまし係数が小さくなるほどなましの度合いが大きくなる。
【００５５】
図８はその遅れ補正における無駄時間補正の概要を示した図であり、図中黒丸、白丸はそれぞれ上記データシフト前のデータ、データシフト後のデータを示す。
【００５６】
これに示すように、コントローラ２１のメモリにはパージバルブ１１からエンジン１０のシリンダ間の距離に相当するデータ格納場所が用意されており、キャニスタ４から脱離する燃料量に応じて演算される補正係数FHOSが順次格納場所に格納される。上記無駄時間補正では、これらのデータがパージガスの移行速度相当分（無駄時間の逆数）だけシリンダ側にシフトされ、このデータシフトによりデータ格納場所からオーバーフローした分がシリンダ内に到達、供給されたパージガスに対応する補正係数とされる。そして、このオーバーフローしたデータの平均値に対してなまし処理を施した値が後述する燃料噴射パルス幅Tiの補正に用いられる。このように、無駄時間補正となまし処理を組み合わせることによりパージガスの到達遅れを正確に補正できる。
【００５７】
図３に戻り、ステップＳ７では燃料噴射パルス幅（燃料噴射弁駆動パルス幅）Tiが演算される。具体的には、次式（１）、
Ti＝Tion×FHOS×α×K＋TB ・・・（１）
Tion：基準パルス幅
FHOS：パージ分補正係数（遅れなまし処理後の値）
α：空燃比フィードバック補正係数
K：燃料噴射弁係数
TB：燃料噴射弁無効パルス幅
により、基準パルス幅Tionを空燃比フィードバック補正係数α、パージ分補正係数FHOSによって補正し、燃料噴射弁１５の噴射パルス幅Tiが演算される。ここで基準パルス幅Tionは目標とする空燃比が実現されるように吸入空気流量、気筒数等に応じて設定される。また、空燃比フィードバック補正係数αは目標空燃比と酸素濃度センサ１８によって検出された空燃比が一致しているときに１００％（＝１）に設定されるが、検出された空燃比が目標空燃比よりも濃いときに１００％よりも小さな値、検出された空燃比が目標空燃比よりも薄いときに１００％よりも大きな値に設定され、実空燃比を目標空燃比に近づけるように燃料噴射量が補正される。また、燃料噴射弁無効パルス幅TBは、燃料噴射弁１５に駆動電圧が印加されて弁が開かれ、燃料が噴射されるまでの動作遅れを補正するためのものである。
【００５８】
次に、上記ステップＳ３で行われる較正処理の内容について具体的に説明する。図９はその較正処理の内容を示したフローチャートであり、図２中の較正部Ｂ９における処理に対応する。
【００５９】
これについて説明すると、まず、ステップＳ３１ではパージ実行中かどうかが判定される。このようにパージ実行中かどうかを判定するのは、後に続くステップＳ３２、Ｓ３３における演算処理がパージ実行中であることを前提としているので、パージ非実行時にこれらの処理を行ってしまうと正しい較正ができなくなるからである。したがって、実行中でないと判定されれば本ルーチンを終了し較正処理は行われない。
【００６０】
パージ実行中であると判定されると次のステップＳ３２へ進み、吸入空気流量と吸気温度等から求まる吸入空気重量、パージ率、パージ分補正係数FHOS、空燃比フィードバック補正係数αから次式（２）、
Dg＝K1×(1−DLT＋K2×PR)×Qg ・・・（２）
Dg：脱離量
DLT：全空燃比偏差（＝α×FHOS／100−100％）
PR：パージ率
K1：係数（脱離燃料の性質により決まる定数）
K2：係数（空気の性質により決まる定数）
Qg：吸入空気重量
により脱離量（質量）が演算される。この式（２）は、基準値に対する空燃比のずれ（右辺第１項及び第２項）と、そのときのパージ率（右辺第３項）及び吸入空気重量からキャニスタ４からの脱離する燃料量を演算する式である。すなわち、基準値に対する空燃比フィードバック補正係数αのずれをすべてパージによるものとみなし、空燃比のずれから脱離量が推定される。
【００６１】
そして、ステップＳ３３では、ステップＳ３２で演算した脱離量とパージ流量から次式（３）、
Yr＝KD×Dg^(１／n(T)) ・・・（３）
n(T)：脱離指数
KD：脱離係数
T：活性炭温度
により、キャニスタ４の吸着量Yr（質量）が演算される。この式（３）は後述するキャニスタモデルを構成する式の一つである式（５）の逆演算である。
【００６２】
ステップＳ３４では、キャニスタモデルに基づき脱離量を演算する際に使用する吸着量の値YをステップＳ３３で演算した吸着量Yrに置き換える。これにより、キャニスタモデルで用いる吸着量の値を正しい値に較正することができ、以後の脱離量の演算精度を向上させることできる。
【００６３】
さらに、図３のステップＳ４におけるキャニスタモデルを用いた脱離量の演算処理の内容を図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。この処理は図２の脱離量演算部Ｂ４における処理に相当する。
【００６４】
これよると、まず、ステップＳ４１では、次式（４）によりキャニスタに吸着されている燃料量の今回値Yが演算される。
【００６５】
[吸着量演算式]
Y＝Yz−Dgz ・・・（４）
Yz：吸着量の前回値
Dgz：脱離量の前回値
この吸着量演算式は、吸着量の前回値Yzから前回脱離した量Dgzを差し引いて現在の吸着量Y（質量）を演算するものである。但し、図９に示した較正処理が実行された場合は、式（４）の演算は行われず、あるいは式（４）で演算された値は無視され、以後の演算では上記較正処理によって演算された吸着量Yrが吸着量Yとして用いられる。
【００６６】
ステップＳ４２では次式（５）により基準パージ流量時の脱離量Dgkが演算される。
【００６７】
[基準パージ流量での脱離量演算式]
Dgk＝(Y／A)^n(T) ・・・（５）
Y：吸着量
A：脱離定数
n(T)：脱離指数
T：活性炭温度
この式（５）は吸着脱離現象（フロイントリッヒ(Freundlichの式）の考え方をキャニスタ脱離現象に応用したものであり、これによってキャニスタ４からの燃料脱離特性をほぼ正確に表現することができる。なお、フロイントリッヒの式に関しては「表面における理論II」（丸善、塚田著）のp.25-p.27、p.108-p115に記載がある。
【００６８】
ステップＳ４３では次式（６）より脱離量が演算される。
【００６９】
[パージ流量に応じた脱離量演算式]
Dg＝k×PQ×Dgk ・・・（６）
K：定数
PQ：パージ流量（＝パージ率×吸入空気流量）
Dgk：基準流量時脱離量
このパージ流量に応じた脱離量演算式（６）は、パージ流量と脱離量がほぼ比例することから、直線近似により脱離量Dgを演算するものである。なお、ここでは式(５)によって基準流量時の脱離量を求め、式（６）でこれにパージ流量を掛けることによって脱離量を演算しているが、式（５）、（６）を一つの式にまとめてもよい。
【００７０】
ステップＳ４４では次式（７）により活性炭温度Tが演算される。
【００７１】
[活性炭温度演算式]
T＝Tz−Kt1×(Yz2−Yz)＋Kt2×(Tz−Ta) ・・・（７）
Tz：活性炭温度の前回値
Kt1：吸熱分係数
Yz2：吸着量の前々回値
Yz：吸着量の前回値
Kt2：熱伝達分係数
Ta：キャニスタ雰囲気温度
この活性炭温度演算式は、過去の温度（右辺第１項）と、脱離による温度低下分（右辺第２項）と、熱伝達による温度上昇分（右辺第３項）とで構成される。このように活性炭温度Tを演算するのは、式（５）中の脱離指数n(T)が活性炭温度Tの影響を受け、特に、脱離量が多いときは活性炭温度Tの降下量が大きく、これがキャニスタ４における燃料の脱離特性に与える影響を無視することができないからである。
【００７２】
したがって、キャニスタモデルは上記式（４）から（７）の４つの式、式（５）と式（６）とをまとめた場合は３つの式で構成されることになる。これを図示すると図１１に示すようになり、キャニスタモデルは吸着量演算部Ｂ４１、基準脱離量演算部Ｂ４２、流量相当脱離量演算部Ｂ４３、活性炭温度演算部Ｂ４４で構成され、各部分がそれぞれ式（４）から（７）に対応する。
【００７３】
続いて目標パージ率の設定処理について説明する。
【００７４】
図１２は目標パージ率の設定処理の内容を示したフローチャートであり、図２中の目標パージ率設定部Ｂ５における処理に対応する。パージバルブ１１はこの処理により設定された目標パージ率が実現されるようなデューティ比でもって駆動される。
【００７５】
これについて説明すると、まず、ステップＳ５１では、キャニスタモデルに基づき演算された脱離量と、パージ流量とに基づきパージガスの空燃比（パージ空燃比）が演算される。なお、パージ空燃比はＨＣセンサによって検出するようにしてもよいが、キャニスタモデルに基づき演算される脱離量等に基づき演算によって求めればパージ空燃比を安価かつ正確に演算することができる。
【００７６】
次のステップＳ５２では、運転状態、例えばエンジン回転速度、エンジン負荷、吸入空気流量などのパラメータから、パージ空燃比の誤差が推定される。パージ空燃比誤差の推定は、例えば、図１３に示すテーブルを参照して求められ、吸入空気流量が少なくなるほど、またパージ率が小さくなるほどパージ空燃比誤差は大きくなる。あるいは、パージ空燃比誤差は、図１４に示すようにパージ空燃比とパージ空燃比誤差の関係を規定したテーブルを参照して求めるようにしても良い。パージ空燃比誤差が求まったらステップＳ５３に進み、ステップＳ５１で求めたパージ空燃比がこの誤差に基づき補正される。
【００７７】
ステップＳ５４では誤差補正後のパージ空燃比に基づきパージ率変化量制限値が演算される。パージ率が変化するとエンジン１０の空燃比が変化するが、このときのエンジン１０の空燃比変動が許容幅以内に収まるようにパージ率変化量制限値が演算される。空燃比変動の許容幅は空燃比空燃比フィードバック制御により吸収可能な、エミッションを悪化させない幅に設定される。
【００７８】
ステップＳ５５では、パージバルブ１１のサイズから規定されるパージ率上限値PVMXが演算される。このようなパージ率上限値PVMXを求めるのは、目標パージ率がパージバルブ１１を最大開度として得られるパージ率よりも大きな値に設定されてしまうと、パージ率と目標パージ率との不一致が生じ、FHOSの演算の誤差が大きくなるため、空燃比変動が増加する。これにより、エミッション悪化等の問題が生じるからである。具体的には、パージバルブサイズが一定の場合、パージバルブの前後差圧が大きいほど流せるパージガスの流量も多くなることから、パージバルブの前後差圧が大きいときにパージ率上限値PVMXとして大きな値が演算される。
【００７９】
ステップＳ５６では、燃料噴射弁１５の性能に応じて決まる燃料最小噴射パルス幅、目標パージ率の前回値、パージ分補正係数との関係から燃料噴射弁１５の性能に基づくパージ率上限値TIMNMXが演算される。パージ率が高くなるとパージによってエンジン１０に供給される燃料量が増加するので、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量がその分だけ減らされるように燃料噴射パルス幅は短く補正されるが、燃料噴射弁１５の噴射精度を確保するためには噴射パルス幅は所定の最小パルス幅よりも大きくなくてはならない。言い換えれば、燃料噴射パルス幅を最小パルス幅より大きくするためにはパージ率はある値よりも小さくなくてはならない。このような理由から、燃料噴射弁１５の噴射性能によってもパージ率の上限が規定される。
【００８０】
また、ステップＳ５７では、現在の運転領域から想定しうる全ての運転領域を想定し、その中での最小パージ率を予測し、この最小パージ率とパージ率変化量制限値とからパージ率上限値PRMNMXを演算する。例えば、アクセル全開で加速した場合に目標パージ率はごく小さな値に設定されるが、このアクセルを全開とする直前に目標パージ率が大きな値に設定されていると、パージ率の変化量が変化量制限値以下に制限されていることからパージ率を目標パージ率に追従させることができなくなる。この追従遅れはエミッション増大の原因等となることから、かかる追従遅れを生じないように想定しうる最小パージ率からもパージ率の上限を規定する必要がある。
【００８１】
また、ステップＳ５８では、空燃比フィードバック補正係数αをモニタし、所定値以下であれば空燃比フィードバック補正係数αを所定値以上とするパージ率のうち最も大きな値をパージ率上限値ALPMXとして演算する。このような上限値ALPMXを設けるのは、空燃比フィードバック制御では空燃比フィードバック補正係数αは１００±２５％に収まるように制御されているが、空燃比フィードバック補正係数αが前記制限値（例えば８０％）近傍で制御されているような場合は、大量のパージを行っているとパージ以外の外乱を受けて前記制御範囲から外れやすくなるからである。
【００８２】
ステップＳ５９では上記４つの上限値PVMX、TIMNMX、PRMNMX、ALPMXから最も小さい値を選択し、その値を最大パージ率に設定する。
【００８３】
ステップＳ６０、Ｓ６１では目標パージ率の前回値と最大パージ率との比較を行い、目標パージ率の前回値と最大パージ率とが等しいときは目標パージ率を前回値のままとし（ステップＳ６３）、目標パージ率の前回値が最大パージ率よりも大きいときは目標パージ率をその前回値からパージ率変化量制限値を引いた値とし（ステップＳ６４）、目標パージ率の前回値が最大パージ率よりも小さいときは目標パージ率をその前回値にパージ率変化量制限値を加えた値とする（ステップＳ６２）。
【００８４】
したがって、目標パージ率は、最大パージ率を目標としてパージ率変化量制限値の範囲内でこれに追従するように設定され、排気エミッションを悪化させずに大量のパージを行う上で最良のパージ率が設定される。また、最大パージ率を設定する際に、物理的な制限、現在の運転領域等で決まる上限値PVMX、TIMNMX、ALPMXだけでなく、運転領域が変化した場合でも遅れなくその領域での最大パージ率に移行できるように決定される上限値PRMNMXも考慮されるので、運転条件が変化しても排気エミッションを悪化させずに大量パージを行う上で最良のパージ率を設定することができる。
【００８５】
ところで、上記キャニスタモデルを中心としたパージ処理（モデル規範パージ処理）は、較正処理がまだ実行されておらず上述したキャニスタモデルで用いる初期値（初期吸着量）が存在しない間は実行することができない。しかし、大量パージを実現するためには、たとえ較正処理実行前であってもパージ処理を実行する必要がある。そこで較正処理が実行されるまでは、上記処理に代えて以下の図１５に示す処理（ブートアップ制御）によりパージ率を設定し、設定されたパージ率でもってパージ処理を実行する。なお、このブートアップ制御では、パージによる空燃比変動は空燃比フィードバック制御によって吸収され、燃料噴射量の補正は行われない。
【００８６】
図１５に示す処理について説明すると、まず、ステップＳ７１では積算パージ流量（パージを開始してからの総パージ流量）とパージ配管容積（キャニスタ４からパージバルブ１１までの配管の容積）を比較し、積算パージ流量がパージ配管容積を超えている場合はステップＳ７２へ進み、超えていない場合はステップＳ７５へ進む。
【００８７】
ステップＳ７５では目標パージ率を初期パージ率（１％以下の小さな値）が設定される。このような小さな値に設定するのは、積算パージ流量がパージ配管容積に達してない場合はパージ開始前にパージ配管内のガスがエンジン１０に供給されることになるが、このパージ配管内のガスの空燃比が不明であり、このままステップＳ７２以降に示す目標パージ率設定処理を行うとエンジン１０の燃焼安定性悪化等の問題を生じるからである。
【００８８】
つまり、パージ開始時にパージ配管中に存在する低濃度のパージガスが供給され、これによる空燃比変動が小さいと、さらに大量のパージが可能であると判断されて大きなパージ率が設定されるが、このようにして大きなパージ率が設定されてしまうと、配管内の低濃度のガスが全て供給されて本来の高パージガスが供給されるときに大量の脱離燃料が突然供給されることになり、エンジン１０の燃焼安定性等を悪化させる原因となるからである。
【００８９】
積算パージ流量が配管容積を超えたらステップＳ７２に進み、実空燃比フィードバック偏差と目標空燃比フィードバック偏差との差が演算される。ここで、目標空燃比フィードバック偏差とは、空燃比フィードバック補正係数の目標値ｔαと空燃比フィードバック補正係数の基準値（１００％）との偏差（＝｜ｔα−１００｜％）をいい、実空燃比フィードバック偏差とは実際の空燃比フィードバック補正係数αと空燃比フィードバック補正係数の基準値との偏差（＝｜α−１００｜％）をいう。例えば、パージによる空燃比変動を空燃比フィードバック制御で十分吸収できる範囲内で大量のパージ流量を確保することを目的として空燃比フィードバック補正係数αの目標値が８０％に設定されると、目標空燃比フィードバック偏差は２０％に設定される。
【００９０】
ステップＳ７３では図１６に示すテーブルを検索することで上記目標空燃比フィードバック偏差と実空燃比フィードバック偏差との差に応じたパージ率変化量が求められる。パージ率変化量は、目標空燃比フィードバック偏差と実空燃比フィードバック偏差の差の絶対値が大きくなるほど大きな値が設定され、目標値への収束性が高められるのであるが、目標空燃比フィードバック偏差と実空燃比フィードバック偏差の差の正負によって、偏差の絶対値が同じであっても異なる値が設定され、空燃比フィードバック偏差の差が負側にずれた場合の方がパージ変化量は大きな値（絶対値）が設定される。
【００９１】
このようにパージ変化量を空燃比フィードバック偏差の正負で異なる特性とするのは、空燃比フィードバック偏差の差が負側にずれている場合は空燃比フィードバック補正係数αが目標とする８０％よりも小さな値になっており、逆の正側にずれている場合と比べてパージ以外の外乱によってエンジン安定性、エミッションの悪化を招きやすく、不利な状態あるといえるからである。つまり、パージ変化量を空燃比フィードバック偏差の差の正負に応じて特性を変えるのは、エンジンの燃焼安定性及びエミッション悪化防止の観点から、制御点を速やかに安全側に復帰させるためである。
【００９２】
以上のようにしてパージ率変化量を演算したらステップＳ７４に進み、本ルーチン前回実行時に求めた目標パージ率にステップＳ７３で演算したパージ率変化量を付加し、新たな目標パージ率が演算される。また、ステップＳ７６では目標パージ率と吸入空気流量からパージ流量が求められ、積算パージ流量の値が更新される。
【００９３】
したがって、この処理によると、キャニスタ４の吸着状態によらず、最適なパージ率を設定することができ、また、想定以上の濃度のパージが供給された場合でも、それによる空燃比変動を受けて目標パージ率が適宜変更され、常に最適なパージ率を設定することができる。
【００９４】
なお、この実施形態では較正処理によりキャニスタモデルの初期値が演算されるまでは図１５に示した処理が行われ、較正処理実行後はキャニスタモデルに基づくパージ処理（モデル規範パージ処理）を行うとしているが、常時図１５に示した処理によってパージを行うことも可能である。
【００９５】
次に、上記制御を行うことによる全体的な作用について説明する。
【００９６】
本発明に係る蒸発燃料処理装置においては、パージ処理時、目標パージ率はエンジン燃焼安定性低下、エミッション増大を起こさない範囲でできる限り大きな値が設定され、この目標パージ率が実現されるようにパージバルブ１１が駆動される。
【００９７】
パージ処理中はエンジン１０にキャニスタ４から脱離した燃料を含んだパージガスが供給されることになるので、コントローラ２１はキャニスタ４から脱離してくる燃料量を推定することでパージによって供給される燃料によって生じるエンジン１０の空燃比変動を予測し、この空燃比変動を抑えるように燃料噴射弁１５への燃料噴射パルス幅を補正する。
【００９８】
このときキャニスタ４からの脱離燃料量は、式（４）から式（７）で表されるキャニスタモデルを用いて推定され、脱離量は短時間でかつ正確に推定される。ここで、キャニスタモデルに基づき演算される脱離量等は誤差を含んでおり、キャニスタモデルの動作時間が長くなるにつれこの誤差が積算され大きくなるので、コントローラ２１は空燃比フィードバック補正係数αの変化からキャニスタ４から脱離された燃料量を推定し、この推定した脱離量から逆演した吸着量でもってキャニスタモデルの内部変数である吸着量の値を較正する。この較正処理は、パージ以外の空燃比外乱が小さく空燃比変動（空燃比フィードバック係数αの変化）をほぼ全てパージによるものとみなすことができ、かつ、パージによる空燃比への影響が比較的大きいときに実行される。
【００９９】
また、パージバルブ１１が開かれてから脱離燃料がエンジン１０のシリンダに到達するまでには遅れがあり、また到達するまでに燃料の拡散もあるので、燃料噴射パルス幅の補正はこの遅れとなまし作用を考慮して行われる。
【０１００】
また、上記キャニスタモデルを用いたパージ処理（モデル規範パージ処理）は、較正処理によって吸着量の初期値が求まるまではその効果を発揮することができないが、キャニスタモデルの初期値が演算されるまでは目標空燃比フィードバック偏差と実空燃比フィードバック偏差との差に応じて目標パージ率が設定され、この目標パージ率が実現されるようにパージバルブ１１が駆動される。これにより、較正処理によって初期値が演算される前であってもパージ処理を行うことができ、全領域で効果的なパージを行うことができる。
【０１０１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記実施形態の構成は本発明が適用される構成の一例を示したものであり、本発明の範囲を上記構成に限定するものではない。上述した通り、上記実施形態においては、キャニスタモデルによるパージ処理が可能となるまでは、図１５に示したパージ処理が補助的に実行されるが、図１５に示したパージ処理を継続して用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸発燃料処理装置の全体構成図である。
【図２】コントローラにおけるパージ処理の概要を示したブロック図である。
【図３】パージ処理の内容を示したフローチャートである。
【図４】較正処理可能条件を示したフローチャートである。
【図５】遅れなまし処理の内容を示したフローチャートである。
【図６】吸入空気流量と無駄時間の関係を規定したテーブルである。
【図７】吸入空気流量となまし係数の関係を規定したテーブルである。
【図８】遅れ補正における無駄時間処理の概要を示した図である。
【図９】較正処理の内容を示したフローチャートである。
【図１０】キャニスタモデルに基づく脱離量の演算処理の内容を示したフローチャートである。
【図１１】キャニスタモデルの構成を示したブロック図である。
【図１２】目標パージ率設定処理の内容を示したフローチャートである。
【図１３】吸入空気流量及びパージ率に対するパージ空燃比誤差の関係を規定したマップである。
【図１４】パージ空燃比に対するパージ空燃比誤差の関係を規定したテーブルである。
【図１５】キャニスタモデルが起動するまでの目標パージ率設定処理を示したフローチャートである。
【図１６】空燃比フィードバック偏差の差（＝目標空燃比フィードバック偏差−実空燃比フィードバック偏差）とパージ率変化量の関係を規定したテーブルである。
【図１７】従来の空燃比フィードバック制御の概要を示したブロック図である。
【符号の説明】
１ 燃料タンク
２ 配管
４ キャニスタ
６ 配管
８ 吸気通路
９ エアフローメータ
１０ エンジン
１１ パージバルブ
１５ 燃料噴射弁
１７ 排気通路
１８ 空燃比センサ
２１ コントローラ
【産業上の利用分野】
この発明は、エンジンの蒸発燃料処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンは、エンジン停止中に燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタ内の活性炭に一旦吸着させておき、エンジン始動後の所定の運転条件で吸入負圧を利用して活性炭に吸着した燃料を脱離させ、スロットルバルブ下流の吸気通路に導き燃焼処理する蒸発燃料処理装置を備えている。
【０００３】
従来の蒸発燃料処理装置にあっては、キャニスタから脱離した燃料をエンジンに供給することによる空燃比への影響は空燃比外乱として扱い、その外乱を酸素濃度センサを利用した空燃比フィードバック制御で吸収していた。
【０００４】
図１７は従来の空燃比フィードバック制御の概要を示したものである。パージによってエンジンの空燃比が目標空燃比からずれると、そのずれは空燃比フィードバック補正係数に反映され、この空燃比フィードバック補正係数によって燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）が補正される。
【０００５】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、上記従来技術においては、パージ流量を増加させると空燃比フィードバック補正係数の基準値からのずれが大きくなり、パージ以外の空燃比外乱を抑制する機能が低下し、エミッション（ＨＣ、ＣＯ等の排出）の悪化を招くという問題があった。例えば、空燃比フィードバック補正係数を±２５％まで変化させて空燃比を目標空燃比に制御する場合において、パージによって空燃比フィードバック補正係数が＋２０％変化すると、空燃比外乱に対する空燃比フィードバック補正係数のプラス側補正代は５％にまで低下する。
【０００６】
また、空燃比フィードバック補正係数には運転性、フィードバック制御の安定性確保のために上下限値が設定されており、空燃比フィードバック補正係数でその影響を吸収されるパージ量もまた前記上下限値によって制限されるという問題もあった。
【０００７】
そこで、特開平5-52139号には空燃比フィードバック補正係数の偏差より、パージによる空燃比への影響を求め、予め燃料噴射量を補正することで、パージ流量と空燃比変動の抑制を両立させる技術が開示されている。しかし、この方法はパージ率（吸入空気流量に対するパージ流量の比率）が一定の場合にのみ成り立つ関係を用いているため、パージ率を一定に固定する必要があり、状況に応じて効果的なパージを行うことは難しかった。
【０００８】
また、特開平11-62729号には、予めキャニスタ吸着量と脱離量の関係を記憶しておくことでパージ率を一定に固定せず、パージによる空燃比への影響を予測して予め燃料噴射量を補正する方法が開示されている。しかし、この方法は、吸着量の初期値の演算が終了しなければ機能しないにも係わらず初期値を演算するために特殊かつ時間的に長いシーケンスを踏む必要があり、吸着量の演算までに時間がかかるという問題があった。また、吸着量の初期値を求めた後は、脱離量と過去の吸着量から現在の吸着量を演算するが、この吸着量の演算は誤差を積分してしまうため、時間とともに誤差が増大していく。この結果、燃料噴射量の補正ではパージによる空燃比変動を十分に抑えることができず、結局空燃比フィードバック制御でパージによる空燃比変動を吸収することになり、実質的な効果はそれ程期待できなかった。
【０００９】
本発明は、上記従来の蒸発燃料処理装置における技術的課題を鑑みてなされたものであり、パージ処理時にキャニスタから脱離してくる燃料量、それによる空燃比変動を正確かつ短時間で予測し、予測される空燃比変動に基づき、燃料噴射量を補正し、空燃比変動を縮小することにより大量パージを可能にすることを目的とする。
【００１０】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、エンジンの蒸発燃料処理装置において、燃料タンクで発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記キャニスタとエンジンの吸気通路とを連通する配管を開閉するパージバルブと、パージ率が目標パージ率となるように前記パージバルブを駆動する手段と、エンジンの空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射パルス幅を演算する手段と、
少なくとも、
(a) 前記キャニスタに吸着されている燃料量の前回値及び前記キャニスタから脱離する燃料量の前回値に基づき前記キャニスタに吸着されている燃料量を演算する吸着量演算式と、
(b) 前記吸着量演算式によって演算された吸着量と、前記目標パージ率と、前記キャニスタ内の燃料吸着剤の温度とに基づき前記キャニスタから脱離する燃料量を演算する脱離量演算式と、
(c) 前記キャニスタから脱離する燃料量に基づき前記燃料吸着剤の温度降下量を演算し、この温度降下量に基づき前記燃料吸着剤の温度を演算する吸着剤温度演算式と、
で構成されるキャニスタモデルと、
前記目標パージ率でパージ処理を行うことによるエンジンの空燃比変動が縮小されるように、前記キャニスタモデルを用いて演算される脱離燃料量に基づき前記燃料噴射パルス幅を補正する手段と、前記補正後の燃料噴射パルス幅でエンジンの燃料噴射弁を駆動する手段と、前記パージバルブと前記エンジンのシリンダとの距離に対応するデータ格納場所と、前記燃料噴射パルス幅の補正係数の演算結果を前記データ格納場所に順次格納していく手段とを備え、前記燃料噴射パルス幅を補正する手段は、前記目標パージ率でパージ処理を行うことによるエンジンの空燃比変動が縮小されるように、前記キャニスタモデルを用いて演算される脱離燃料量に基づき前記燃料噴射パルス幅のパージ分補正係数を演算し、前記パージ分補正係数に対して無駄時間補正となまし処理を施し、前記無駄時間補正及びなまし処理後のパージ分補正係数で前記燃料噴射パルス幅を補正し、前記無駄時間補正は、パージガスの移行速度相当値分だけ前記データ格納場所に格納されているデータをシフトすることで無駄時間補正を行うことを特徴とするものである。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、吸入空気流量が多くなるにつれ小さな無駄時間を演算する手段を備え、前記パージガスの移行速度相当値は前記無駄時間の逆数として演算されることを特徴とするものである。
第３の発明は、第１、第２の発明において、前記なまし処理が、前記データシフトによって前記データ格納場所からオーバーフローした分のデータを前記エンジンのシリンダに到達したパージガスに対応する補正係数とみなし、このオーバーフローした分のデータの平均値に対してなまし処理を施すことを特徴とするものである。
第４の発明は、第１から第３の発明において、前記なまし処理が、吸入空気流量に応じてなまし度合いを変化させることを特徴とするものである。
第５の発明は、第４の発明において、前記なまし処理が、吸入空気流量が少なくなるにつれてなまし度合いが大きくなるようになまし処理を行うことを特徴とするものである。
【００１８】
【作用及び効果】
したがって、本発明に係る蒸発燃料処理装置においては、従来同様にキャニスタ内の活性炭等の燃料吸着剤に吸着された蒸発燃料は吸気通路内の負圧を利用してエンジンに導入され処理されるのであるが、本発明によると、吸着量を演算する式と、吸着燃料量とパージ率から脱離燃料量を演算する式とで構成されるキャニスタモデルを用いてキャニスタから脱離する燃料量が推定され、脱離燃料がエンジンに供給されることによる空燃比変動を縮小するように燃料噴射パルス幅の補正が行われる（モデル規範パージ処理）。
【００１９】
このようなキャニスタモデルを用いることにより、運転条件等による制約を受けることなくパージによる空燃比変動を常に精度よく予測することができるので、これに応じて燃料噴射量を補正すればパージによる空燃比変動を抑制し、エンジンの燃焼安定性やエミッションの悪化を抑えることができる。また、キャニスタをモデル化して演算を行うため、キャニスタの諸元が既知であれば、適応車種や使用するキャニスタを変更した場合でもモデルのパラメータを変更するだけで済み、マップやテーブルを作り直す必要も無く、開発工数の大幅削減及び開発期間の短縮が可能になるという利点もある。
【００２０】
さらに、キャニスタからの燃料の脱離特性は、キャニスタ内の燃料吸着剤（活性炭等）の温度の影響を受けるので、脱離量演算式は吸着剤温度と脱離量の関係を考慮した式とする。脱離量が多い領域では脱離量の演算誤差が空燃比変動に及ぼす影響が大きく特に高い演算精度が要求され、しかも、キャニスタからの燃料の脱離現象が吸熱反応であるため、大量の脱離が行われるときはキャニスタ内の吸着剤温度が低下し脱離特性も変化する。そのため、吸着剤温度と脱離量の関係を考慮しないと脱離量が多い領域では脱離量の演算精度が低下するが、吸着剤温度も考慮に入れて脱離量を演算するようにキャニスタモデルを構成すれば、脱離量の演算精度の悪化を抑え、演算精度の悪化に起因するエミッション悪化等を防止できる。
【００２１】
なお、吸着燃料量とパージ率と吸着剤温度とに基づき脱離燃料量を演算する脱離量演算式としては、フロイントリッヒ(Freundlich)の式をベースにキャニスタの脱離現象に応用した式を用いることができる。また、吸着剤温度はキャニスタからの燃料の脱離量に基づき吸着剤温度の降下量を求めることによって求めることができる。
【００２４】
また、パージバルブが開かれてから脱離燃料がエンジンのシリンダに到達するまでには遅れがあり、また到達するまでに燃料の拡散もあるが、本発明によれば燃料噴射パルス幅の補正がこの遅れとなまし作用を考慮して行われる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係る蒸発燃料処理装置の全体構成を示したものである。
【００２７】
この蒸発燃料処理装置はエンジン１０の燃料タンク１内で発生する蒸発燃料を処理するためのものであり、キャニスタ４と、キャニスタ４と燃料タンク１を連通する配管２と、キャニスタ４とエンジン１０のスロットルバルブ７下流の吸気通路８を連通する配管６とを備える。
【００２８】
配管２には、燃料タンク１側の通路内が大気圧よりも低くなると開かれるバキュームカットバルブ３と、バイパスバルブ１４が並列に設けられており、配管６には、キャニスタ４内の燃料吸着剤（活性炭）４ａに吸着している燃料を脱離させるときに開かれるパージバルブ１１と、配管内の圧力を測定する圧力センサ１３が設けられる。また、キャニスタ４は大気解放口５を備え、この大気解放口５はドレンカットバルブ１２によって開閉される。
【００２９】
燃料タンク１で発生した蒸発燃料は、配管２を介してキャニスタ４に導かれ、燃料成分だけがキャニスタ４内の活性炭４ａに吸着され、残りの空気は大気解放口５より外部に放出される。そして、この活性炭４ａに吸着された燃料を処理するには、パージバルブ１１を開き、スロットルバルブ７下流に発達する吸入負圧を利用して大気解放口５からキャニスタ４内に新気を導入する。これによって新気により活性炭４ａに吸着されていた燃料が脱離し、新気とともに配管６を介してエンジン１０の吸気通路８内に導入される（以下、この処理を「パージ処理」という。）。
【００３０】
また、コントローラ２１は、エアフローメータ９で検出された吸入空気量に応じて目標空燃比（通常は理論空燃比）を実現するのに必要な燃料量に対応するパルス幅でもって燃料噴射弁１５を駆動する。このとき、コントローラ２１は、排気通路１７に取り付けられた酸素濃度センサ１８によって燃焼後の空燃比を検出し、その目標空燃比とのずれに応じて燃料噴射量の補正を行う（以下、「空燃比フィードバック制御」という。）。空燃比フィードバック制御においては目標空燃比と酸素濃度センサ１８によって検出された実空燃比とのずれが空燃比フィードバック補正係数αに反映される。
【００３１】
また、パージ処理中、コントローラ２１はエンジン燃焼安定性、排気エミッションを悪化させない範囲で可能な限り高い目標パージ率（吸入空気流量に対するパージ流量の比率）を設定し、その目標パージ率が実現されるようにパージバルブ１１を駆動する。さらに、パージ処理を行っているときは、パージガス中の燃料及び空気がエンジンに供給されることになるので、そのパージ率及びパージ濃度に応じて燃料噴射量の補正を行い、エンジン１０の空燃比が変動するのを抑える。
【００３２】
図２は、コントローラ２１が行う制御のうちパージ制御に関連する部分の概要を示したブロック図である。
【００３３】
各構成部分について説明すると、目標パージ率設定部Ｂ１はパージ制御に関連する部品の性能限界等に基づき現在の運転領域で設定可能な最大パージ率を演算し、この最大パージ率に追従するように目標パージ率を設定する。ただしパージ率の急激な変化は空燃比の変動を招き、エミッション悪化等の原因となるので、パージ率を急激に変化させないようにパージ率の変化量は所定量（パージ率変化量制限値）以下に制限される。また、デューティ比演算部Ｂ２はその目標パージ率を実現するために必要なパージバルブ１１のデューティ比を演算する部分であり、パージバルブ駆動部Ｂ３はデューティ比演算部Ｂ２で演算されたデューティ比でもってパージバルブ１１を駆動する部分である。
【００３４】
一方、脱離量演算部Ｂ４は後述するキャニスタ４の物理モデル（以下、キャニスタモデル」という。）を用いて上記目標パージ率でパージを行った場合にキャニスタ４から脱離してくる燃料の量を演算する部分であり、パージ分補正係数演算部Ｂ５はこの推定された脱離量に基づきパージによる空燃比変動が縮小されるように燃料噴射パルス幅の補正係数FHOSを演算する部分である。遅れ補正部Ｂ６はこの補正係数FHOSに対して無駄時間補正及びなまし処理からなる遅れ補正を施し、燃料噴射パルス幅演算部Ｂ７は運転条件に応じて設定された燃料噴射パルス幅に対し前記遅れ補正後の補正係数FHOSに基づき燃料噴射パルス幅の補正を行う部分である。燃料噴射弁駆動部Ｂ８は遅れ補正後の燃料噴射パルス幅で燃料噴射弁１５を駆動し燃料噴射を行う部分である。
【００３５】
さらに、キャニスタモデルはキャニスタの脱離特性を高い精度で表現するものであるが、あくまで近似モデルであるため、これを用いて演算される値（脱離量、吸着量等）は実際の値から幾らかずれた値となる。また、キャニスタモデルは後述するように前回の演算結果を用いてキャニスタ４から新たに脱離してくる燃料量を演算するので、モデル動作時間が長くなるにつれて誤差が積分されて演算値と実際値とのずれが増大する。そこで、コントローラ２１は、このずれを較正しモデルの演算精度を高く維持すべく、較正判定部Ｂ９によって較正処理実行可能と判定されると、キャニスタモデルの内部変数の一つであるキャニスタ４の吸着量の値を較正する（較正部Ｂ１０）。
【００３６】
具体的には、較正判定部Ｂ９は、空燃比変動（空燃比フィードバック制御により吸収され、空燃比フィードバック補正係数αの変動として現れる。）がほぼ全てパージによるものと見なすことができる条件が成立したときに較正処理実行可能と判定し、較正処理実行可能と判定されると、較正部Ｂ１０はそのときの空燃比変動（空燃比フィードバック補正係数αの変動）からキャニスタ４からの燃料の脱離量を推定し、推定された脱離量から吸着量を逆算する。そして、この値でもってキャニスタモデルが持っている吸着量の値の較正を行う。
【００３７】
以下、コントローラ２１が行う制御の具体的な内容について説明する。
【００３８】
図３は、コントローラ２１が行うパージ処理（モデル規範パージ処理）の内容を示したフローチャートでありパージ実行時に繰り返し実行される。この処理により、パージ処理によってキャニスタ４からエンジン１０に供給される燃料量に応じて燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）が補正され、パージによる空燃比変動が抑えられる。
【００３９】
これについて説明すると、まず、ステップＳ１では、キャニスタモデルの内部変数である吸着量の値の較正処理が実行可能か否かが判定される。パージ以外の要因による空燃比外乱が小さく、かつパージによる空燃比フィードバック補正係数αへの影響が比較的大きい場合、すなわち空燃比フィードバック補正係数αの目標値からのずれがほぼ全てパージによる影響とみなすことができる場合に較正処理実行可能と判断される。
【００４０】
具体的には、図４に示す、「定常条件」、「パージバルブ精度条件」、「パージ影響度条件」全てが成立した場合に較正処理実行可能と判断され、これらの条件のうち一つでも成立していないと較正処理実行不可と判断される。この判定処理は図２中の較正判定部Ｂ９における処理に対応する。
【００４１】
図４に示すように、「定常条件」としては、失火条件（エンジン１０が失火を起こしていないこと）、燃料カット条件（エンジン１０の燃料カットが行われていないこと）、ブローバイ条件（ブローバイガスがないこと）、ＥＧＲ条件（排気還流率が一定であること）、スロットル開口面積及びエンジン回転速度条件（スロットル開口面積、エンジン回転速度が一定であること）、パージ率条件（パージ率が一定であること）といった条件が設定されている。そして、これらの条件が全て成立し、パージ以外の空燃比外乱が小さいと判断された場合に定常条件成立と判断される。
【００４２】
また、「パージバルブ精度条件」としてはパージ流量条件（パージ流量が所定量以上であること）が設定されている。パージ流量が少ないときはパージ流量の制御精度が落ち、後述する較正処理における演算精度が落ちることから、パージ流量が所定量よりも小さい場合にはパージバルブ精度条件不成立と判断される。
【００４３】
また、「パージ影響度条件」としては、パージ成立条件（パージが行われていること）、パージ濃度条件（パージガスの濃度が所定濃度より濃い、例えば、パージ率１％当たりのα変化量が１％以上）、パージ率条件（パージ率が所定値以上、例えば、パージ率が３０％以上）が設定されている。これらの条件がすべて成立し、パージによる空燃比への影響が比較的大きいと判断された場合にパージ影響度条件成立と判断される。
【００４４】
この様にしてステップＳ１で較正処理が実行可能と判断されれば、ステップＳ３へ進んで較正処理が実行される。較正処理では、空燃比フィードバック補正係数αの変化からキャニスタ４からの脱離した燃料量を推定し、さらに推定した脱離量から逆演算によってキャニスタ４に吸着していた燃料量を演算し、キャニスタモデルの内部変数である吸着量の値をこの逆演算によって求めた吸着量の値に較正する（詳しくは後述する。）。
【００４５】
一方、ステップＳ１で較正処理実行不可と判断された場合はステップＳ２へ進み、ステップＳ２では過去に較正処理を実行したことがあるかが判定される。このような判定を行うのは、較正処理を一度も行ったことがない場合はキャニスタモデルを動作させるのに必要な初期値（初期吸着量）がまだ存在しないので、そのような場合はキャニスタモデルに基づくパージ処理を行わないようにするためである。判定の結果、過去に較正処理を一度でも行っていればステップＳ４へ進み、一度も較正処理を行っていない場合は本ルーチンを終了する。
【００４６】
なお、一度も較正処理を行っていない場合はパージが行われないというわけではなく、後述するキャニスタモデルを用いないパージ処理（図１５、ブートアップ制御）によってパージ処理が実行される。
【００４７】
ステップＳ４ではキャニスタモデルを用いてキャニスタ４からの脱離量が演算される。具体的には、図１０に示すフローに従って、キャニスタ４から脱離してくる燃料の量が演算される（詳しくは後述する。）。
【００４８】
ステップＳ５では脱離量と吸入空気流量に基づきパージ分補正係数FHOSが演算される。パージ分補正係数FHOSは、キャニスタモデルにより演算された脱離量がエンジン１０に供給されることにより予想される空燃比変動（空燃比フィードバック補正係数αの変化）に対応して演算される。具体的には、例えば、キャニスタ４からの脱離量が多くなってエンジン１０に供給される燃料量が多くなると、エンジン１０の空燃比はリッチ側にシフトし、これを元に戻そうと空燃比フィードバック補正係数αは小側に変化すると予想されることから、これに対応して予め燃料噴射量が減らされるようにパージ分補正係数FHOSとして小さな値が演算される。演算された補正係数FHOSはコントローラ２１内の所定のデータ格納場所（図８参照）に順次格納される。
【００４９】
ステップＳ６ではパージ分補正係数FHOSに対して無駄時間補正及びなまし処理で構成される遅れ補正が施される。無駄時間補正を行うのは、パージバルブ１１が開かれてからパージガスがエンジン１０のシリンダに到達するまでにはパージガスの移行速度及びパージバルブ１１とエンジン１０のシリンダ間の距離に応じた遅れがあるからであり、また、なまし処理を行うのはキャニスタ４から脱離した燃料がエンジン１０のシリンダに到達するまでには燃料の拡散があるからである。
【００５０】
図５は遅れ補正の内容を示したフローチャートであり、図２中の遅れ補正部Ｂ６における処理に対応する。
【００５１】
これについて説明すると、ステップＳ２１ではエアフローメータ９の出力から吸入空気流量を検出し、ステップＳ２２、Ｓ２３ではそれぞれ図６、図７に示すテーブルを参照して無駄時間及びなまし係数を求める。吸入空気流量が多くなるほど吸気流速は速くなるので無駄時間には小さな値が設定され、また、吸入空気流量が多くなって吸気流速が速くなると、脱離した燃料が拡散する速度も速くなることからなまし係数には大きな値が設定される。
【００５２】
ステップＳ２４では無駄時間からパージガスの移動速度相当値が演算される。このパージガス移動速度相当値はステップＳ２２で求めた無駄時間の逆数として演算される。
【００５３】
ステップＳ２５では、パージバルブ１１とエンジン１０のシリンダの間の距離に相当するコントローラ２１内のデータ格納場所（図８参照）に格納されているパージ分補正係数FHOSが読み込まれ、ステップＳ２６で前記パージガスの移動速度相当値分だけデータがシリンダ側にシフトされる。ステップＳ２７ではデータのシフトにより上記データ格納場所からオーバーフローしたデータの平均値が求められる。
【００５４】
ステップＳ２８では、ステップＳ２７で求められたオーバーフローデータの平均値に対して、ステップＳ２２で求めたなまし係数を用いてなまし処理が施される。なお、なまし処理は一般的な一次遅れ系によるなまし処理であり、なまし係数が小さくなるほどなましの度合いが大きくなる。
【００５５】
図８はその遅れ補正における無駄時間補正の概要を示した図であり、図中黒丸、白丸はそれぞれ上記データシフト前のデータ、データシフト後のデータを示す。
【００５６】
これに示すように、コントローラ２１のメモリにはパージバルブ１１からエンジン１０のシリンダ間の距離に相当するデータ格納場所が用意されており、キャニスタ４から脱離する燃料量に応じて演算される補正係数FHOSが順次格納場所に格納される。上記無駄時間補正では、これらのデータがパージガスの移行速度相当分（無駄時間の逆数）だけシリンダ側にシフトされ、このデータシフトによりデータ格納場所からオーバーフローした分がシリンダ内に到達、供給されたパージガスに対応する補正係数とされる。そして、このオーバーフローしたデータの平均値に対してなまし処理を施した値が後述する燃料噴射パルス幅Tiの補正に用いられる。このように、無駄時間補正となまし処理を組み合わせることによりパージガスの到達遅れを正確に補正できる。
【００５７】
図３に戻り、ステップＳ７では燃料噴射パルス幅（燃料噴射弁駆動パルス幅）Tiが演算される。具体的には、次式（１）、
Ti＝Tion×FHOS×α×K＋TB ・・・（１）
Tion：基準パルス幅
FHOS：パージ分補正係数（遅れなまし処理後の値）
α：空燃比フィードバック補正係数
K：燃料噴射弁係数
TB：燃料噴射弁無効パルス幅
により、基準パルス幅Tionを空燃比フィードバック補正係数α、パージ分補正係数FHOSによって補正し、燃料噴射弁１５の噴射パルス幅Tiが演算される。ここで基準パルス幅Tionは目標とする空燃比が実現されるように吸入空気流量、気筒数等に応じて設定される。また、空燃比フィードバック補正係数αは目標空燃比と酸素濃度センサ１８によって検出された空燃比が一致しているときに１００％（＝１）に設定されるが、検出された空燃比が目標空燃比よりも濃いときに１００％よりも小さな値、検出された空燃比が目標空燃比よりも薄いときに１００％よりも大きな値に設定され、実空燃比を目標空燃比に近づけるように燃料噴射量が補正される。また、燃料噴射弁無効パルス幅TBは、燃料噴射弁１５に駆動電圧が印加されて弁が開かれ、燃料が噴射されるまでの動作遅れを補正するためのものである。
【００５８】
次に、上記ステップＳ３で行われる較正処理の内容について具体的に説明する。図９はその較正処理の内容を示したフローチャートであり、図２中の較正部Ｂ９における処理に対応する。
【００５９】
これについて説明すると、まず、ステップＳ３１ではパージ実行中かどうかが判定される。このようにパージ実行中かどうかを判定するのは、後に続くステップＳ３２、Ｓ３３における演算処理がパージ実行中であることを前提としているので、パージ非実行時にこれらの処理を行ってしまうと正しい較正ができなくなるからである。したがって、実行中でないと判定されれば本ルーチンを終了し較正処理は行われない。
【００６０】
パージ実行中であると判定されると次のステップＳ３２へ進み、吸入空気流量と吸気温度等から求まる吸入空気重量、パージ率、パージ分補正係数FHOS、空燃比フィードバック補正係数αから次式（２）、
Dg＝K1×(1−DLT＋K2×PR)×Qg ・・・（２）
Dg：脱離量
DLT：全空燃比偏差（＝α×FHOS／100−100％）
PR：パージ率
K1：係数（脱離燃料の性質により決まる定数）
K2：係数（空気の性質により決まる定数）
Qg：吸入空気重量
により脱離量（質量）が演算される。この式（２）は、基準値に対する空燃比のずれ（右辺第１項及び第２項）と、そのときのパージ率（右辺第３項）及び吸入空気重量からキャニスタ４からの脱離する燃料量を演算する式である。すなわち、基準値に対する空燃比フィードバック補正係数αのずれをすべてパージによるものとみなし、空燃比のずれから脱離量が推定される。
【００６１】
そして、ステップＳ３３では、ステップＳ３２で演算した脱離量とパージ流量から次式（３）、
Yr＝KD×Dg^(１／n(T)) ・・・（３）
n(T)：脱離指数
KD：脱離係数
T：活性炭温度
により、キャニスタ４の吸着量Yr（質量）が演算される。この式（３）は後述するキャニスタモデルを構成する式の一つである式（５）の逆演算である。
【００６２】
ステップＳ３４では、キャニスタモデルに基づき脱離量を演算する際に使用する吸着量の値YをステップＳ３３で演算した吸着量Yrに置き換える。これにより、キャニスタモデルで用いる吸着量の値を正しい値に較正することができ、以後の脱離量の演算精度を向上させることできる。
【００６３】
さらに、図３のステップＳ４におけるキャニスタモデルを用いた脱離量の演算処理の内容を図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。この処理は図２の脱離量演算部Ｂ４における処理に相当する。
【００６４】
これよると、まず、ステップＳ４１では、次式（４）によりキャニスタに吸着されている燃料量の今回値Yが演算される。
【００６５】
[吸着量演算式]
Y＝Yz−Dgz ・・・（４）
Yz：吸着量の前回値
Dgz：脱離量の前回値
この吸着量演算式は、吸着量の前回値Yzから前回脱離した量Dgzを差し引いて現在の吸着量Y（質量）を演算するものである。但し、図９に示した較正処理が実行された場合は、式（４）の演算は行われず、あるいは式（４）で演算された値は無視され、以後の演算では上記較正処理によって演算された吸着量Yrが吸着量Yとして用いられる。
【００６６】
ステップＳ４２では次式（５）により基準パージ流量時の脱離量Dgkが演算される。
【００６７】
[基準パージ流量での脱離量演算式]
Dgk＝(Y／A)^n(T) ・・・（５）
Y：吸着量
A：脱離定数
n(T)：脱離指数
T：活性炭温度
この式（５）は吸着脱離現象（フロイントリッヒ(Freundlichの式）の考え方をキャニスタ脱離現象に応用したものであり、これによってキャニスタ４からの燃料脱離特性をほぼ正確に表現することができる。なお、フロイントリッヒの式に関しては「表面における理論II」（丸善、塚田著）のp.25-p.27、p.108-p115に記載がある。
【００６８】
ステップＳ４３では次式（６）より脱離量が演算される。
【００６９】
[パージ流量に応じた脱離量演算式]
Dg＝k×PQ×Dgk ・・・（６）
K：定数
PQ：パージ流量（＝パージ率×吸入空気流量）
Dgk：基準流量時脱離量
このパージ流量に応じた脱離量演算式（６）は、パージ流量と脱離量がほぼ比例することから、直線近似により脱離量Dgを演算するものである。なお、ここでは式(５)によって基準流量時の脱離量を求め、式（６）でこれにパージ流量を掛けることによって脱離量を演算しているが、式（５）、（６）を一つの式にまとめてもよい。
【００７０】
ステップＳ４４では次式（７）により活性炭温度Tが演算される。
【００７１】
[活性炭温度演算式]
T＝Tz−Kt1×(Yz2−Yz)＋Kt2×(Tz−Ta) ・・・（７）
Tz：活性炭温度の前回値
Kt1：吸熱分係数
Yz2：吸着量の前々回値
Yz：吸着量の前回値
Kt2：熱伝達分係数
Ta：キャニスタ雰囲気温度
この活性炭温度演算式は、過去の温度（右辺第１項）と、脱離による温度低下分（右辺第２項）と、熱伝達による温度上昇分（右辺第３項）とで構成される。このように活性炭温度Tを演算するのは、式（５）中の脱離指数n(T)が活性炭温度Tの影響を受け、特に、脱離量が多いときは活性炭温度Tの降下量が大きく、これがキャニスタ４における燃料の脱離特性に与える影響を無視することができないからである。
【００７２】
したがって、キャニスタモデルは上記式（４）から（７）の４つの式、式（５）と式（６）とをまとめた場合は３つの式で構成されることになる。これを図示すると図１１に示すようになり、キャニスタモデルは吸着量演算部Ｂ４１、基準脱離量演算部Ｂ４２、流量相当脱離量演算部Ｂ４３、活性炭温度演算部Ｂ４４で構成され、各部分がそれぞれ式（４）から（７）に対応する。
【００７３】
続いて目標パージ率の設定処理について説明する。
【００７４】
図１２は目標パージ率の設定処理の内容を示したフローチャートであり、図２中の目標パージ率設定部Ｂ５における処理に対応する。パージバルブ１１はこの処理により設定された目標パージ率が実現されるようなデューティ比でもって駆動される。
【００７５】
これについて説明すると、まず、ステップＳ５１では、キャニスタモデルに基づき演算された脱離量と、パージ流量とに基づきパージガスの空燃比（パージ空燃比）が演算される。なお、パージ空燃比はＨＣセンサによって検出するようにしてもよいが、キャニスタモデルに基づき演算される脱離量等に基づき演算によって求めればパージ空燃比を安価かつ正確に演算することができる。
【００７６】
次のステップＳ５２では、運転状態、例えばエンジン回転速度、エンジン負荷、吸入空気流量などのパラメータから、パージ空燃比の誤差が推定される。パージ空燃比誤差の推定は、例えば、図１３に示すテーブルを参照して求められ、吸入空気流量が少なくなるほど、またパージ率が小さくなるほどパージ空燃比誤差は大きくなる。あるいは、パージ空燃比誤差は、図１４に示すようにパージ空燃比とパージ空燃比誤差の関係を規定したテーブルを参照して求めるようにしても良い。パージ空燃比誤差が求まったらステップＳ５３に進み、ステップＳ５１で求めたパージ空燃比がこの誤差に基づき補正される。
【００７７】
ステップＳ５４では誤差補正後のパージ空燃比に基づきパージ率変化量制限値が演算される。パージ率が変化するとエンジン１０の空燃比が変化するが、このときのエンジン１０の空燃比変動が許容幅以内に収まるようにパージ率変化量制限値が演算される。空燃比変動の許容幅は空燃比空燃比フィードバック制御により吸収可能な、エミッションを悪化させない幅に設定される。
【００７８】
ステップＳ５５では、パージバルブ１１のサイズから規定されるパージ率上限値PVMXが演算される。このようなパージ率上限値PVMXを求めるのは、目標パージ率がパージバルブ１１を最大開度として得られるパージ率よりも大きな値に設定されてしまうと、パージ率と目標パージ率との不一致が生じ、FHOSの演算の誤差が大きくなるため、空燃比変動が増加する。これにより、エミッション悪化等の問題が生じるからである。具体的には、パージバルブサイズが一定の場合、パージバルブの前後差圧が大きいほど流せるパージガスの流量も多くなることから、パージバルブの前後差圧が大きいときにパージ率上限値PVMXとして大きな値が演算される。
【００７９】
ステップＳ５６では、燃料噴射弁１５の性能に応じて決まる燃料最小噴射パルス幅、目標パージ率の前回値、パージ分補正係数との関係から燃料噴射弁１５の性能に基づくパージ率上限値TIMNMXが演算される。パージ率が高くなるとパージによってエンジン１０に供給される燃料量が増加するので、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量がその分だけ減らされるように燃料噴射パルス幅は短く補正されるが、燃料噴射弁１５の噴射精度を確保するためには噴射パルス幅は所定の最小パルス幅よりも大きくなくてはならない。言い換えれば、燃料噴射パルス幅を最小パルス幅より大きくするためにはパージ率はある値よりも小さくなくてはならない。このような理由から、燃料噴射弁１５の噴射性能によってもパージ率の上限が規定される。
【００８０】
また、ステップＳ５７では、現在の運転領域から想定しうる全ての運転領域を想定し、その中での最小パージ率を予測し、この最小パージ率とパージ率変化量制限値とからパージ率上限値PRMNMXを演算する。例えば、アクセル全開で加速した場合に目標パージ率はごく小さな値に設定されるが、このアクセルを全開とする直前に目標パージ率が大きな値に設定されていると、パージ率の変化量が変化量制限値以下に制限されていることからパージ率を目標パージ率に追従させることができなくなる。この追従遅れはエミッション増大の原因等となることから、かかる追従遅れを生じないように想定しうる最小パージ率からもパージ率の上限を規定する必要がある。
【００８１】
また、ステップＳ５８では、空燃比フィードバック補正係数αをモニタし、所定値以下であれば空燃比フィードバック補正係数αを所定値以上とするパージ率のうち最も大きな値をパージ率上限値ALPMXとして演算する。このような上限値ALPMXを設けるのは、空燃比フィードバック制御では空燃比フィードバック補正係数αは１００±２５％に収まるように制御されているが、空燃比フィードバック補正係数αが前記制限値（例えば８０％）近傍で制御されているような場合は、大量のパージを行っているとパージ以外の外乱を受けて前記制御範囲から外れやすくなるからである。
【００８２】
ステップＳ５９では上記４つの上限値PVMX、TIMNMX、PRMNMX、ALPMXから最も小さい値を選択し、その値を最大パージ率に設定する。
【００８３】
ステップＳ６０、Ｓ６１では目標パージ率の前回値と最大パージ率との比較を行い、目標パージ率の前回値と最大パージ率とが等しいときは目標パージ率を前回値のままとし（ステップＳ６３）、目標パージ率の前回値が最大パージ率よりも大きいときは目標パージ率をその前回値からパージ率変化量制限値を引いた値とし（ステップＳ６４）、目標パージ率の前回値が最大パージ率よりも小さいときは目標パージ率をその前回値にパージ率変化量制限値を加えた値とする（ステップＳ６２）。
【００８４】
したがって、目標パージ率は、最大パージ率を目標としてパージ率変化量制限値の範囲内でこれに追従するように設定され、排気エミッションを悪化させずに大量のパージを行う上で最良のパージ率が設定される。また、最大パージ率を設定する際に、物理的な制限、現在の運転領域等で決まる上限値PVMX、TIMNMX、ALPMXだけでなく、運転領域が変化した場合でも遅れなくその領域での最大パージ率に移行できるように決定される上限値PRMNMXも考慮されるので、運転条件が変化しても排気エミッションを悪化させずに大量パージを行う上で最良のパージ率を設定することができる。
【００８５】
ところで、上記キャニスタモデルを中心としたパージ処理（モデル規範パージ処理）は、較正処理がまだ実行されておらず上述したキャニスタモデルで用いる初期値（初期吸着量）が存在しない間は実行することができない。しかし、大量パージを実現するためには、たとえ較正処理実行前であってもパージ処理を実行する必要がある。そこで較正処理が実行されるまでは、上記処理に代えて以下の図１５に示す処理（ブートアップ制御）によりパージ率を設定し、設定されたパージ率でもってパージ処理を実行する。なお、このブートアップ制御では、パージによる空燃比変動は空燃比フィードバック制御によって吸収され、燃料噴射量の補正は行われない。
【００８６】
図１５に示す処理について説明すると、まず、ステップＳ７１では積算パージ流量（パージを開始してからの総パージ流量）とパージ配管容積（キャニスタ４からパージバルブ１１までの配管の容積）を比較し、積算パージ流量がパージ配管容積を超えている場合はステップＳ７２へ進み、超えていない場合はステップＳ７５へ進む。
【００８７】
ステップＳ７５では目標パージ率を初期パージ率（１％以下の小さな値）が設定される。このような小さな値に設定するのは、積算パージ流量がパージ配管容積に達してない場合はパージ開始前にパージ配管内のガスがエンジン１０に供給されることになるが、このパージ配管内のガスの空燃比が不明であり、このままステップＳ７２以降に示す目標パージ率設定処理を行うとエンジン１０の燃焼安定性悪化等の問題を生じるからである。
【００８８】
つまり、パージ開始時にパージ配管中に存在する低濃度のパージガスが供給され、これによる空燃比変動が小さいと、さらに大量のパージが可能であると判断されて大きなパージ率が設定されるが、このようにして大きなパージ率が設定されてしまうと、配管内の低濃度のガスが全て供給されて本来の高パージガスが供給されるときに大量の脱離燃料が突然供給されることになり、エンジン１０の燃焼安定性等を悪化させる原因となるからである。
【００８９】
積算パージ流量が配管容積を超えたらステップＳ７２に進み、実空燃比フィードバック偏差と目標空燃比フィードバック偏差との差が演算される。ここで、目標空燃比フィードバック偏差とは、空燃比フィードバック補正係数の目標値ｔαと空燃比フィードバック補正係数の基準値（１００％）との偏差（＝｜ｔα−１００｜％）をいい、実空燃比フィードバック偏差とは実際の空燃比フィードバック補正係数αと空燃比フィードバック補正係数の基準値との偏差（＝｜α−１００｜％）をいう。例えば、パージによる空燃比変動を空燃比フィードバック制御で十分吸収できる範囲内で大量のパージ流量を確保することを目的として空燃比フィードバック補正係数αの目標値が８０％に設定されると、目標空燃比フィードバック偏差は２０％に設定される。
【００９０】
ステップＳ７３では図１６に示すテーブルを検索することで上記目標空燃比フィードバック偏差と実空燃比フィードバック偏差との差に応じたパージ率変化量が求められる。パージ率変化量は、目標空燃比フィードバック偏差と実空燃比フィードバック偏差の差の絶対値が大きくなるほど大きな値が設定され、目標値への収束性が高められるのであるが、目標空燃比フィードバック偏差と実空燃比フィードバック偏差の差の正負によって、偏差の絶対値が同じであっても異なる値が設定され、空燃比フィードバック偏差の差が負側にずれた場合の方がパージ変化量は大きな値（絶対値）が設定される。
【００９１】
このようにパージ変化量を空燃比フィードバック偏差の正負で異なる特性とするのは、空燃比フィードバック偏差の差が負側にずれている場合は空燃比フィードバック補正係数αが目標とする８０％よりも小さな値になっており、逆の正側にずれている場合と比べてパージ以外の外乱によってエンジン安定性、エミッションの悪化を招きやすく、不利な状態あるといえるからである。つまり、パージ変化量を空燃比フィードバック偏差の差の正負に応じて特性を変えるのは、エンジンの燃焼安定性及びエミッション悪化防止の観点から、制御点を速やかに安全側に復帰させるためである。
【００９２】
以上のようにしてパージ率変化量を演算したらステップＳ７４に進み、本ルーチン前回実行時に求めた目標パージ率にステップＳ７３で演算したパージ率変化量を付加し、新たな目標パージ率が演算される。また、ステップＳ７６では目標パージ率と吸入空気流量からパージ流量が求められ、積算パージ流量の値が更新される。
【００９３】
したがって、この処理によると、キャニスタ４の吸着状態によらず、最適なパージ率を設定することができ、また、想定以上の濃度のパージが供給された場合でも、それによる空燃比変動を受けて目標パージ率が適宜変更され、常に最適なパージ率を設定することができる。
【００９４】
なお、この実施形態では較正処理によりキャニスタモデルの初期値が演算されるまでは図１５に示した処理が行われ、較正処理実行後はキャニスタモデルに基づくパージ処理（モデル規範パージ処理）を行うとしているが、常時図１５に示した処理によってパージを行うことも可能である。
【００９５】
次に、上記制御を行うことによる全体的な作用について説明する。
【００９６】
本発明に係る蒸発燃料処理装置においては、パージ処理時、目標パージ率はエンジン燃焼安定性低下、エミッション増大を起こさない範囲でできる限り大きな値が設定され、この目標パージ率が実現されるようにパージバルブ１１が駆動される。
【００９７】
パージ処理中はエンジン１０にキャニスタ４から脱離した燃料を含んだパージガスが供給されることになるので、コントローラ２１はキャニスタ４から脱離してくる燃料量を推定することでパージによって供給される燃料によって生じるエンジン１０の空燃比変動を予測し、この空燃比変動を抑えるように燃料噴射弁１５への燃料噴射パルス幅を補正する。
【００９８】
このときキャニスタ４からの脱離燃料量は、式（４）から式（７）で表されるキャニスタモデルを用いて推定され、脱離量は短時間でかつ正確に推定される。ここで、キャニスタモデルに基づき演算される脱離量等は誤差を含んでおり、キャニスタモデルの動作時間が長くなるにつれこの誤差が積算され大きくなるので、コントローラ２１は空燃比フィードバック補正係数αの変化からキャニスタ４から脱離された燃料量を推定し、この推定した脱離量から逆演した吸着量でもってキャニスタモデルの内部変数である吸着量の値を較正する。この較正処理は、パージ以外の空燃比外乱が小さく空燃比変動（空燃比フィードバック係数αの変化）をほぼ全てパージによるものとみなすことができ、かつ、パージによる空燃比への影響が比較的大きいときに実行される。
【００９９】
また、パージバルブ１１が開かれてから脱離燃料がエンジン１０のシリンダに到達するまでには遅れがあり、また到達するまでに燃料の拡散もあるので、燃料噴射パルス幅の補正はこの遅れとなまし作用を考慮して行われる。
【０１００】
また、上記キャニスタモデルを用いたパージ処理（モデル規範パージ処理）は、較正処理によって吸着量の初期値が求まるまではその効果を発揮することができないが、キャニスタモデルの初期値が演算されるまでは目標空燃比フィードバック偏差と実空燃比フィードバック偏差との差に応じて目標パージ率が設定され、この目標パージ率が実現されるようにパージバルブ１１が駆動される。これにより、較正処理によって初期値が演算される前であってもパージ処理を行うことができ、全領域で効果的なパージを行うことができる。
【０１０１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記実施形態の構成は本発明が適用される構成の一例を示したものであり、本発明の範囲を上記構成に限定するものではない。上述した通り、上記実施形態においては、キャニスタモデルによるパージ処理が可能となるまでは、図１５に示したパージ処理が補助的に実行されるが、図１５に示したパージ処理を継続して用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸発燃料処理装置の全体構成図である。
【図２】コントローラにおけるパージ処理の概要を示したブロック図である。
【図３】パージ処理の内容を示したフローチャートである。
【図４】較正処理可能条件を示したフローチャートである。
【図５】遅れなまし処理の内容を示したフローチャートである。
【図６】吸入空気流量と無駄時間の関係を規定したテーブルである。
【図７】吸入空気流量となまし係数の関係を規定したテーブルである。
【図８】遅れ補正における無駄時間処理の概要を示した図である。
【図９】較正処理の内容を示したフローチャートである。
【図１０】キャニスタモデルに基づく脱離量の演算処理の内容を示したフローチャートである。
【図１１】キャニスタモデルの構成を示したブロック図である。
【図１２】目標パージ率設定処理の内容を示したフローチャートである。
【図１３】吸入空気流量及びパージ率に対するパージ空燃比誤差の関係を規定したマップである。
【図１４】パージ空燃比に対するパージ空燃比誤差の関係を規定したテーブルである。
【図１５】キャニスタモデルが起動するまでの目標パージ率設定処理を示したフローチャートである。
【図１６】空燃比フィードバック偏差の差（＝目標空燃比フィードバック偏差−実空燃比フィードバック偏差）とパージ率変化量の関係を規定したテーブルである。
【図１７】従来の空燃比フィードバック制御の概要を示したブロック図である。
【符号の説明】
１ 燃料タンク
２ 配管
４ キャニスタ
６ 配管
８ 吸気通路
９ エアフローメータ
１０ エンジン
１１ パージバルブ
１５ 燃料噴射弁
１７ 排気通路
１８ 空燃比センサ
２１ コントローラ
Claims (5)
- 燃料タンクで発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
前記キャニスタとエンジンの吸気通路とを連通する配管を開閉するパージバルブと、
パージ率が目標パージ率となるように前記パージバルブを駆動する手段と、
エンジンの空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射パルス幅を演算する手段と、
少なくとも、
(a) 前記キャニスタに吸着されている燃料量の前回値及び前記キャニスタから脱離する燃料量の前回値に基づき前記キャニスタに吸着されている燃料量を演算する吸着量演算式と、
(b) 前記吸着量演算式によって演算された吸着量と、前記目標パージ率と、前記キャニスタ内の燃料吸着剤の温度とに基づき前記キャニスタから脱離する燃料量を演算する脱離量演算式と、
(c) 前記キャニスタから脱離する燃料量に基づき前記燃料吸着剤の温度降下量を演算し、この温度降下量に基づき前記燃料吸着剤の温度を演算する吸着剤温度演算式と、
で構成されるキャニスタモデルと、
前記目標パージ率でパージ処理を行うことによるエンジンの空燃比変動が縮小されるように、前記キャニスタモデルを用いて演算される脱離燃料量に基づき前記燃料噴射パルス幅を補正する手段と、
前記補正後の燃料噴射パルス幅でエンジンの燃料噴射弁を駆動する手段と、
前記パージバルブと前記エンジンのシリンダとの距離に対応するデータ格納場所と、
前記燃料噴射パルス幅の補正係数の演算結果を前記データ格納場所に順次格納していく手段と、
を備え、
前記燃料噴射パルス幅を補正する手段は、前記目標パージ率でパージ処理を行うことによるエンジンの空燃比変動が縮小されるように、前記キャニスタモデルを用いて演算される脱離燃料量に基づき前記燃料噴射パルス幅のパージ分補正係数を演算し、前記パージ分補正係数に対して無駄時間補正となまし処理を施し、前記無駄時間補正及びなまし処理後のパージ分補正係数で前記燃料噴射パルス幅を補正し、
前記無駄時間補正は、パージガスの移行速度相当値分だけ前記データ格納場所に格納されているデータをシフトすることで無駄時間補正を行うことを特徴とする蒸発燃料処理装置。 - 吸入空気流量が多くなるにつれ小さな無駄時間を演算する手段を備え、前記パージガスの移行速度相当値は前記無駄時間の逆数として演算されることを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
- 前記なまし処理は、前記データシフトによって前記データ格納場所からオーバーフローした分のデータを前記エンジンのシリンダに到達したパージガスに対応する補正係数とみなし、このオーバーフローした分のデータの平均値に対してなまし処理を施すことを特徴とする請求項１または２に記載の蒸発燃料処理装置。
- 前記なまし処理は、吸入空気流量に応じてなまし度合いを変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれかひとつに記載の蒸発燃料処理装置。
- 前記なまし処理は、吸入空気流量が少なくなるにつれてなまし度合いが大きくなるようになまし処理を行うことを特徴とする請求項４に記載の蒸発燃料処理装置。
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