JP3873383B2

JP3873383B2 - 内燃機関の蒸発燃料処理装置

Info

Publication number: JP3873383B2
Application number: JP19565197A
Authority: JP
Inventors: 太郎横井; 一雄小嶋
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: JPH1136917A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は部分負荷時などに成層燃焼を行う火花点火内燃機関の蒸発燃料の処理装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火花点火式の内燃機関として燃料を気筒内に直接的に噴射し、これを点火栓により点火燃焼させ、とくに部分負荷運転時など燃料噴射時期を圧縮行程の後半に設定することで、圧縮上死点付近において点火栓の近傍にのみ可燃混合気層を形成して成層燃焼させ、全体としては空燃比が４０を越える超リーン混合気による燃焼を実現している。
【０００３】
この内燃機関にあっては、燃料タンクに溜まった蒸発燃料（ガス）の吸気系への還流を、例えば特開平５−２２３０１７号公報にもあるように、成層燃焼中ではなく、均質混合気を供給してのストイキ運転中に限ることにより、リーン運転が不安定となるのを回避している。
【０００４】
これはリーン運転中にストイキ運転時と同じように吸気系への蒸発燃料ガスの還流を行うと、点火栓近傍の可燃混合気の濃度が、この還流蒸発燃料の影響で大きく変動し、濃くなり過ぎても着火が不安定になるため、蒸発燃料の還流を成層燃焼時には完全に停止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、車両の運転条件によっては、例えば外気温の高い状態で蒸発燃料が多量に発生し、カーボンキャニスタの吸着能力の限界に達したときにも吸気系への還流を停止したままにすると、発生した蒸発燃料がそのまま大気中に放出されることがある。
【０００６】
したがって、リーン運転中であっても蒸発燃料を吸気系に還流する必要が生じるが、上記のとおりストイキ燃焼時と同じように還流すると、燃焼の悪化が避けられない。
【０００７】
一方、成層燃焼時にはＮＯｘの排出量は相対的には少ないが、リーン混合気ではＮＯｘを排気系の触媒で還元することが難しいため、排気還流によりＮＯｘの発生そのものを抑制するようにしている。ところで排気還流は燃焼温度や圧力を下げる作用があり、これによりＮＯｘの発生を抑えるのであって、燃焼そのものは排気還流しないときよりも悪化するのだが、この排気還流時に蒸発燃料を導入すれば、さらにリーン運転が不安定化してしまう。
【０００８】
したがって、成層燃焼中に蒸発燃料の吸気系への導入を行うにしても、排気還流のとの関係を十分に考慮しないと、燃焼が悪化し、所定のリーン運転が不能となることもありうる。
【０００９】
本発明はこのような問題に対処すべく提案されたもので、リーン混合気での成層燃焼時には蒸発燃料の導入量と排気還流量とを相関的に制御することで、燃焼の安定性を維持しつつ蒸発燃料の適確な処理を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、機関の少なくとも部分負荷時に燃焼室の点火栓近傍の限られた領域に可燃混合気層を形成してリーン燃焼する一方、高負荷時には燃焼室全域に均質混合気を供給してストイキ燃焼する内燃機関において、燃料タンクに発生した蒸発燃料を吸気中に導入する蒸発燃料処理手段と、機関の運転条件に応じて排気の一部を吸気中に還流させる排気還流制御手段と、前記リーン燃焼時に吸気中に導入する蒸発燃料量に応じて排気還流量を補正する補正手段とを備え、前記補正手段はリーン燃焼時に吸気中に導入される蒸発燃料の濃度が濃くなるほど排気還流量を減少させる。
【００１２】
第２の発明は、排気空燃比を検出する手段と、検出した空燃比に基づいて空燃比フィードバック補正係数を算出する手段と、同一運転領域における蒸発燃料の吸気系への導入時の空燃比フィードバック補正係数と非導入時の空燃比フィードバック補正係数とを比較して蒸発燃料の濃度を検出する手段とを備える。
【００１３】
第３の発明は、前記蒸発燃料処理手段が、燃料タンクの燃料を吸着するキャニスタと、キャニスタから離脱した蒸発燃料の吸気通路への導入量を制御するパージ制御弁と、蒸発燃料の目標導入量に応じて決まるパージ制御弁の開度を吸入負圧に応じて補正する手段とを備える。
【００１４】
第４の発明は、排気通路にリーンＮＯｘ触媒を設置し、酸素過剰雰囲気においても排気中のＮＯｘを還元するようにした。
【００１５】
【発明の作用・効果】
第１の発明において、リーン混合気での成層燃焼時に、蒸発燃料が吸気系に導入れさると、その導入量に応じて排気還流量が調整される。例えば蒸発燃料の導入量が多くなり、成層燃焼が不安定化しやすいときは排気還流量は減少し、逆に蒸発燃料の導入量が少なく、燃焼の安定性が高まるときは、排気還流量は増大する。すなわち、導入される蒸発燃料の濃度によって点火栓近傍に形成される可燃混合気層の濃度が変動し、成層燃焼が不安定化しやすくなるが、濃度が濃くなると排気還流率を下げることで、燃焼の安定性を保つことができる。このようにして、排気還流によりＮＯｘの発生を抑制しつつ、かつ燃焼の安定性、ひいては運転性能を損なわずに、蒸発燃料を吸気系に導入して燃焼処理することが可能となる。
【００１７】
第２の発明において、排気空燃比は蒸発燃料の吸気系への導入時と非導入時とでは変化し、導入に伴い空燃比は濃くなる。ストイキ運転中における空燃比を目標値と一致させるように制御される空燃比のフィードバック補正係数は、実際の空燃比に応じて変化し、したがって、蒸発燃料の導入時と非導入時とのフィードバック補正係数を比較することにより、導入時の蒸発燃料の濃度が正確に推定できる。
【００１８】
第３の発明において、吸気系に導入される蒸発燃料量はパージ制御弁の開度が同一ならば吸入負圧に応じて変動するが、例えば吸入負圧が強まるとパージ制御弁の開度を減少させるように補正を行うことで、リーン運転中に吸入負圧が変動しても、蒸発燃料の導入量は正確に目標値に維持でき、リーン燃焼の安定性を保てる。
【００１９】
第４の発明において、リーン運転中に蒸発燃料の導入量に応じて排気還流率が減少したときなど、排気中にはＮＯｘとＨＣが増えるが、リーンＮＯｘ触媒がＨＣの存在する条件下においてＮＯｘを還元するので、ＮＯｘの排出量を減少させることができる。
【００２０】
【実施の形態】
以下本発明の最良の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１において、２０は機関本体であり、２１は吸気通路、２２は排気通路、２３は排気還流通路を示す。
【００２２】
排気還流通路２３には排気還流制御弁１０が設けられ、吸気中に還流される排気還流量を後述するコントローラ６からの信号に基づいて運転条件に応じて制御する。
【００２３】
排気通路２２には排気中のＮＯｘを還元するリーンＮＯｘ触媒１９ａが設置され、このリーンＮＯｘ触媒１９は酸素過剰雰囲気においてもＮＯｘを還元できる触媒で、その下流には理論空燃比のときに排気中のＮＯｘの還元と、ＨＣ，ＣＯの酸化とを行う三元触媒１９ｂが設置される。
【００２４】
機関本体２０の燃焼室に直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁７が設けられ、燃料は点火栓８によって点火燃焼させられる。燃料噴射弁７からの燃料噴射量、噴射時期についても、後述するようにコントローラ６からの信号により運転状態に応じて制御される。
【００２５】
吸気通路２１のコレクタ１４には、パージ制御弁９を介して蒸発燃料の導入通路１３が接続し、キャニスタ１２に吸着した燃料タンク１１からの蒸発燃料を、後述するようにコントローラ６からの信号に応じて運転状態に応じて吸気系に導入する。キャニスタ１２は燃料タンク１１の上部空間と連通し、燃料タンク１１内で発生した蒸発燃料を吸着剤１６に吸着し、パージ制御弁９が開弁すると、コレクタ１４の負圧により大気開放口１７からの大気と共に吸着されていた燃料が離脱吸引される。
【００２６】
前記燃料噴射弁７、点火栓８、パージ制御弁９並びに排気還流制御弁１０の作動を制御するコントローラ６には、機関クランク角（回転数）を検出するクランク角センサ２、吸入空気量を検出する吸入空気量センサ３、スロットルバルブ開度を検出するスロットル開度センサ４、排気中の酸素濃度を検出する排気センサ５、機関冷却水温を検出する水温センサ１８などからの各検出信号が入力し、これらに基づいて運転状態に応じて、後述するように燃料噴射量、噴射時期、点火時期、蒸発燃料導入量（パージ量）、排気還流量などを制御する。
【００２７】
とくにコントローラ６は、部分負荷時などに燃料噴射時期を圧縮行程の後半に設定し、圧縮上死点近傍で点火栓８の周辺にのみ可燃混合気層を形成し、成層燃焼により全体的にはリーン混合気を安定して燃焼させるが、このとき排気還流制御弁１０を開いて排気還流を行うと同時にパージ制御弁９を開いて蒸発燃料を吸気系に導入する場合には、その導入量に応じて排気還流量を調整するようになっている。例えば蒸発燃料の導入量（濃度）が多く、点火栓近傍の混合気が濃くなり過ぎるため成層燃焼が不安定化しやすいときは排気還流量を減少させ、逆に蒸発燃料の導入量が少なく、燃焼の安定性が高まるときは排気還流量を増大し、このようにして、排気還流によりＮＯｘの発生を抑制しつつ、かつ燃焼の安定性、運転性能を損なわずに、蒸発燃料を吸気系に導入して燃焼処理することを可能とする。
【００２８】
なお、コントローラ６は高負荷時など燃料噴射時期を吸気行程の前半に設定することにより、点火までの間に噴射燃料を空気と十分に予混合し、燃焼室内の全域に均一的なストイキ混合気層を形成し、これらを均質燃焼させ、高出力を確保するが、このときに正確に理論空燃比となるように排気センサ５の出力に基づいて燃料供給量をフィードバック制御し、三元触媒１９ｂでの浄化効率を最良に維持する。
【００２９】
以下、コントローラ６で行われる制御内容について図２〜図１４に基づいて詳しく説明する。
【００３０】
まず、図２は燃料噴射量を制御するフローチャートであり、ステップ１では吸入空気量Ｑａ、エンジン回転数Ｎｅを検出し、ステップ２でこれら吸入空気量Ｑａと回転数Ｎｅとから基本燃料噴射量Ｔｐを、Ｔｐ＝Ｋ×（Ｑａ／Ｎｅ）として演算する。
【００３１】
ステップ３では後述する図１０のルーチンによって成層燃焼によるリーン運転が許可されているかどうか判断する。リーン運転が許可されていないときは、理論空燃比によるストイキ運転のため、ステップ４〜６の制御を行い、リーン運転が許可されているときは、ステップ７、８の制御に移行する。
【００３２】
ステップ４ではストイキ運転での空燃比フィードバック制御のため、図８のような排気（Ｏ₂）センサの出力から公知のＰＩ制御による空燃比フィードバック補正係数αを設定し、ステップ５では、後述する図３、図４に基づいて空燃比の学習値ＬＡＬＰＨＡを求め、これらによりストイキ（理論）空燃比とするための燃料噴射量Ｔｉを、Ｔｉ＝Ｔｐ×α×ＬＡＬＰＨＡとして算出する（ステップ６）。
【００３３】
これに対してリーン運転が許可されているときは、ステップ７において空燃比フィードバック制御を中止し、オープン制御を行うため、フィードバック補正係数αを基準値（１．０）にクランプし、ステップ８では、基本燃料噴射量Ｔｐと空燃比フィードバック補正係数αと基本学習値ＢＳとに基づいて、目標とする空燃比（例えば空燃比２２）になるように、燃料噴射量Ｔｉを次式にしたがって求める。
【００３４】
Ｔｉ＝（１４．７／２２）×Ｔｐ×α×ＢＳ
そして、ストイキ運転のときには吸入行程で、リーン運転のときには圧縮行程で燃料が噴射されるように、エンジン回転に同期して所定のタイミングで燃料噴射が行われる。
【００３５】
図３、図４は空燃比補正係数の学習のためのフローチャートである。
【００３６】
ステップ１では始動後に初期化したかどうか判断し、初期化したときにはステップ３に進み、初期化していないときには、ステップ２で基本学習収束フラグＦＢＳＬＴＤ、通常学習収束フラグＦＬＲＮＴＤ、基本学習カウンタＣＢＳＬＴＤ、通常学習カウンタＣＬＲＮＴＤをそれぞれ０にリセットする。すなわち、始動後に一度だけこれらの初期化を行う。ステップ３では基本学習収束フラグＦＢＳＬＴＤの値に基づいて基本学習が収束した（ＦＢＳＬＴＤ＝１）かどうか判定する。
【００３７】
ＦＢＳＬＴＤ＝０（基本学習未収束）の場合は、基本学習を行うため、ステップ４へ進んで、学習マップ、学習マップの格子（Ｎｅ格子、Ｔｐ格子）、学習収束カウンタ及び学習領域指定フラグを基本学習用のものにセットする。すなわち、基本学習マップ：ＴＢＳＬＭ、基本学習マップＮｅ格子：ＴＢＳＬＮ、基本学習マップＴｐ格子：ＴＢＳＬＰ、基本学習収束カウンタ：ＣＢＳＬＴＤ、基本学習領域指定フラグ：ＦＢＬＭＡＤの選択を行う。
【００３８】
なお学習マップは、図５に示すように、エンジン回転数Ｎｅと基本燃料噴射量Ｔｐとによる機関運転状態のエリア（０〜Ｆ）毎に、学習値と学習収束カウンタとを割り当ててある。また、学習領域指定フラグは、図６に示すように、機関運転状態のエリア（０〜Ｆ）に対応して設けられ、各エリアの学習カウンタの中で学習収束判定に使用するものについて、１にセットされている。
【００３９】
ステップ５では、選択された基本学習マップから現在の機関運転状態（Ｎｅ，Ｔｐ）のエリアに対応する学習値ＬＡＬＰＨＡの検索を行う。次のステップ６では、後述する図７の学習値更新ルーチン（学習値更新手段）に従って、学習値ＬＡＬＰＨＡの更新を行う。
【００４０】
ここで、学習値更新について図７のフローチャートにしたがって説明する。
【００４１】
ステップ１では、学習値更新条件（すなわち、空燃比フィードバック制御中で、水温Ｔｗが所定値以上など）が成立しているか否かを判定し、成立している場合のみステップ２〜５に移行する。
【００４２】
ステップ２では空燃比フィードバック補正係数αの平均値Ｍαを次式により算出する。
【００４３】
Ｍα＝（α１＋α２）／２
なお、α１はリーンからリッチに反転したときの直前の空燃比フィードバック補正係数、α２はリッチからリーンに反転したときの直前のフィードバック補正係数である（図８参照）。
【００４４】
ステップ３では、空燃比フィードバック補正係数αの平均値Ｍαの基準値（１.０）からの偏差に基づき、次式に従って、学習値ＬＡＬＰＨＡを更新する。
【００４５】
ＬＡＬＰＨＡ＝ＬＡＬＰＨＡ＋（Ｍα−１．０）×ＧＡＩＮ
なお、ＧＡＩＮは所定値で、０＜ＧＡＩＮ＜１である。ステップ４では更新後のＬＡＬＰＨＡを選択中の学習マップの所定位置に格納する。ステップ５において、更新したエリアに対応する選択中の学習収束カウンタ（ＣＢＳＬＴＤｉまたはＣＬＲＮＴＤｉ）をカウントアップして、学習値更新ルーチンを終了する。
【００４６】
図３〜図４のフローに戻って、ステップ７では、例えば図６に示すような基本学習領域指定フラグＦＢＬＭＡＤによって指定された全ての領域（図９（ａ）参照）において、学習収束カウンタＣＢＳＬＴＤｉが所定値以上であるか否かを判定し、所定値以上ならば基本学習は収束したと判断し、ステップ８で基本学習収束フラグＦＢＳＬＴＤ＝１として、本処理を終了する。
【００４７】
なお、基本学習を早く収束させるためには、図９（ｂ）のように全運転領域を少ない数（１つでも可）の学習領域でカバーするように基本学習マップの格子を設定し、その領域だけを学習領域として指定する。精度を必要としない場合はこのようにすることでリーン運転に早く移行できる。
【００４８】
ステップ３での判定でＦＢＳＬＴＤ＝１（基本学習収束）であれば、通常学習を行うためステップ９へ進む。
【００４９】
ステップ９では、学習マップ、学習マップの格子（Ｎｅ格子、Ｔｐ格子）、学習収束カウンタ及び学習領域指定フラグを通常学習用のものにセットする。すなわち、通常学習マップ：ＴＬＲＮＭ、通常学習マップＮｅ格子：ＴＬＲＮＮ、通常学習マップＴｐ格子：ＴＬＲＮＰ、通常学習収束カウンタ：ＣＬＲＮＴＤ、通常学習領域指定フラグ：ＦＬＲＭＡＤの選択を行う。
【００５０】
次のステップ１０では、選択された通常学習マップから現在の機関運転状態（Ｎｅ，Ｔｐ）のエリアに対応する学習値ＬＡＬＰＨＡの検索を行う。ステップ１１では、前述の図７の学習値更新ルーチンに従って、学習値ＬＡＬＰＨＡの更新を行う。次のステップ１２では、通常学習領域指定フラグＦＬＲＭＡＤによって指定された全ての領域（図１６（ａ）参照）において、学習収束カウンタＣＬＲＮＴＤｉが所定値以上であるか否かを判定し、所定値以上ならば通常学習は収束したと判断し、ステップ１３で通常学習収束フラグＦＬＲＮＴＤ＝１として、本処理を終了する。
【００５１】
通常学習指定領域として、例えば図９（ａ）に示すように指定すると、リーン運転時の空燃比精度が高くなるが、図９（ｂ）に示すように平地定常走行領域のみを指定すると、パージ開始、リーン運転開始を早めることができる。
【００５２】
図１０はリーン運転許可判定のフローチャートであり、ステップ１では、機関回転数Ｎｅ、基本燃料噴射量Ｔｐ及び水温Ｔｗ等に基づいて予め定めたリーン運転条件か否かを判定し、リーン運転条件のときはステップ２へ進む。
【００５３】
ステップ２では、基本学習収束フラグＦＢＳＬＴＤ＝１か否かを判定し、ＹＥＳの場合にステップ３へ進む。ステップ３では通常学習収束フラグＦＬＲＮＴＤ＝１か否かを判定し、フラグ＝１のときにはステップ４へ進む。
【００５４】
ステップ４では、図１１の累積パージ量算出ルーチンにより算出される始動後の累積パージ量ＰＲＧＱが所定値以上か否かを判定し、所定値以上の場合にステップ５へ進む。ステップ５ではリーン運転を許可する（リーン運転許可フラグセット）。ステップ１〜４での判定のいずれかでもＮＯの場合は、ステップ６へ進んでリーン運転を不許可とする（リーン運転許可フラグリセット）。
【００５５】
始動後の累積パージ量ＰＲＧＱが所定値以上のときのみリーン運転を許可するのは、パージガス濃度が非常に濃いままリーン運転に移行して成層燃焼が不安定化するのを防止するためである。
【００５６】
図１１は蒸発燃料の累積パージ量を求めるフローチャートである。
【００５７】
このフローは０.１秒ごとに繰り返され、０.１秒ごとの目標パージ流量Ｑｆを積算することにより、累積パージ量ＰＲＧＱを次のように求める。
【００５８】
ＰＲＧＱ＝ＰＲＧＱ＋Ｑｆ／６００
なお、累積パージ量は機関の始動毎にクリアされる。目標パージ流量Ｑｆは、パージ制御弁開度を算出する図１２のキャニスタパージ制御ルーチンにおいて算出される。
【００５９】
図１２はキャニスタパージ制御のフローチャートで、ステップ１では冷却水温、空燃比フィードバック制御（λコントロール）、燃料カット状態などに基づいて所定のキャニスタパージ条件かどうかを判定し、所定の条件を満たしているときはステップ２において基本学習フラグＦＢＳＬＴＤ＝１かどうか判断する。基本学習が収束（ＦＢＳＬＴＤ＝１）しているときは、ステップ３で吸入空気量Ｑａ、スロットル開度ＴＶＯ、エンジン回転数Ｎｅを検出する。そして、ステップ４でこれらに基づいて目標パージ量Ｑｅを次式により算出する。
【００６０】
Ｑｅ＝Ｑａ×β×（１４．７／目標空燃比）
なお、βは運転条件により定まる定数であり、目標空燃比もそのときの運転条件により決まる。
【００６１】
ステップ５ではスロットル開口面積ＡＴＶＯを、ＡＴＶＯ＝ＡＴＨ×（１−ｃｏｓＴＶＯ）として算出する。なお、ＡＴＨはスロットル径である。
【００６２】
ステップ６では機関回転数Ｎｅとスロットル開口面積ＡＴＶＯとから、マップを参照して吸入負圧Ｂｏｏｓｔを算出し、さらにステップ７において、この吸入負圧Ｂｏｏｓｔと目標パージ量Ｑｅに共づいてマップからパージ制御弁開度を算出する。この場合、同一の目標パージ量について、吸入負圧Ｂｏｏｓｔが強いときはパージ制御弁開度が相対的に小さくなる。
【００６３】
なお、上記したステップ１、２においていずれも条件を満たしていないときは、ステップ８に進み、目標パージ量Ｑｅ＝０として、蒸発燃料の吸気系への導入（パージ）は中止する。
【００６４】
次に、図１３は吸気系にパージされる蒸発燃料の濃度を推定するフローチャートである。
【００６５】
まず、ステップ１では燃料噴射量Ｔｐ、エンジン回転数Ｎｅを検出し、ステップ２で機関運転状態で区切った格子エリア内で空燃比フィードバック補正係数αが２回反転したかどうか検出する。２回反転していないときは、パージガス濃度判定不可能のため、本ルーチンを終了する。なお、同一領域内で２回の反転があるときとは、空燃比がフィードバック制御されているストイキ運転時である。
【００６６】
２回反転したときは、パージガス濃度が判定可能なので、ステップ３において、空燃比フィードバック補正係数平均値Ｍαを、Ｍα＝（α１＋α２）／２として算出し、これを非パージ時に求めた同じ運転領域（ＴｐとＮｅに基づく）での空燃比フィードバック補正係数の基本学習値ＢＳと比較し、次のようにして蒸発燃料濃度Ｄｅを算出する。
【００６７】
Ｄｅ＝（Ｍα−ＢＳ）×ｋ
ただし、ｋは定数である。
【００６８】
混合気の空燃比は蒸発燃料の導入量が一定だとすると、その濃度に依存して変化し、排気センサ５の出力は空燃比に応じて変化する。したがって、蒸発燃料濃度が薄ければ、空燃比フィードバック補正係数平均値Ｍαは非パージ時の学習値であるＢＳに近くなり、濃ければその差が大きくなる。したがってこれらの差に所定の定数をかけることにより、濃度Ｄｅを算出することができる。そして、この濃度Ｄｅを用いて次にリーン運転時に移行したときの排気還流率を修正するのである。
【００６９】
さらに図１４は排気還流量を制御するフローチャートであり、ここでは吸気系に導入される蒸発燃料（パージガス）の濃度との関係に基づいて排気還流量が修正される。
【００７０】
ステップ１で燃料噴射量Ｔｐとエンジン回転数Ｎｅとを検出し、ステップ２において、これらに基づいてマップを参照して排気還流制御弁（ＥＧＲ弁）開度ＥＶＯを算出する。なお、ＥＶＯは低負荷、低回転域で大きくなるにように設定される。
【００７１】
ステップ３では現在、成層運転中かどうか判断し、成層運転中でなければ補正が必要でないので本ルーチンを終了するが、成層運転中ならば排気還流量の補正が必要なためステップ４に進む。ステップ４ではマップを参照し、そのときの設定空燃比と最新の蒸発燃料濃度Ｄｅとに基づいてＥＧＲ弁補正係数ＥＧＲＨＯＳを算出する。補正係数は、１≧ＥＧＲＨＯＳ＞０であり、Ｄｅが大きいときほど補正係数は小さくなる。なお、空燃比については、薄くなるほどＥＧＲ弁の補正量を少なくする。
【００７２】
そして、ステップ５においてＥＧＲ弁開度ＥＶＯを次のようにして補正する。
ＥＶＯ＝ＥＶＯ×ＥＧＲＨＯＳ
したがって、排気還流制御弁開度としては、吸気系に導入される蒸発燃料の濃度が濃いほど、開度が減少方向に補正され、排気還流量を減少させる。
【００７３】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００７４】
リーン運転時に蒸発燃料の吸気系への導入条件、つまりパージ条件が成立すると、パージ制御弁９を開いて蒸発燃料のパージを行う。
【００７５】
成層運転中は、導入された蒸発燃料により、点火栓８の近傍にのみ形成される可燃混合気層の濃度に影響が出て、例えば濃すぎても成層燃焼が不安定となるため、そこでパージ量はリーン運転を損なわないように目標値が決められ、これにより成層燃焼の安定性は保たれる。
【００７６】
なお、パージ制御弁９の開度はパージ量の目標値によって決まり、またそのときの吸入負圧を推定し、吸入負圧に応じて開度を修正するので、常に精度よくパージ量を目標値に維持できる。
【００７７】
一方、成層運転時には排気還流制御弁１０を開いて排気の一部を吸気中に還流し、これによりＮＯｘの発生量を抑制する。
【００７８】
排気還流は燃焼の最高温度、圧力を下げ、燃焼を抑制することで、ＮＯｘの発生量を減少させる。したがって、排気還流中は排気還流しないときに比較して燃焼条件は悪くなる。このような排気還流中に上記したパージ条件が成立すると、とくに燃焼が不安定になりやすい。
【００７９】
上記のように導入される蒸発燃料量を正確に目標値に維持しても、パージガスの濃度が濃いと、主として点火栓近傍に形成される混合気層が可燃範囲よりも過濃となり、燃焼が不安定化しやすく、パージガス濃度が薄いときは混合気が可燃域にあり、安定性が維持される。
【００８０】
そこで、排気還流量をパージガス濃度に応じて補正するのであり、パージガス濃度が濃くなるほど、目標値よりも排気還流率を下げ、逆に濃度が薄いときには排気還流率を目標値に近づけている。
【００８１】
このようにして、リーン運転中に吸気系に導入される蒸発燃料、つまりパージガスの濃度に応じて排気還流率を修正するので、良好な成層燃焼を保ちつつ、ＮＯｘを低減し、かつ蒸発燃料の処理を行って未燃ＨＣなどがそのまま外部に放出されるのを防止することができる。
【００８２】
ところで、吸気系に導入される蒸発燃料、すなわちパージガスの濃度が濃いときは、成層燃焼の悪化を回避するために排気還流率を下げるが、これに伴ってＮＯｘの発生量は多くなり、同時に濃いパージガスのためＨＣの発生量も増えてくる。
【００８３】
しかし、排気通路２２にはリーンＮＯｘ触媒１９ａが設けられ、このリーンＮＯｘ触媒１９ａはストイキ混合気のときだけでなく、リーン混合気による酸素過剰雰囲気にあってもＮＯｘを還元でき、しかもこのリーンＮＯｘ触媒１９ａは図１５にもあるとおり、ＨＣ／ＮＯｘ比が高いほどＮＯｘ転換率が高まる。このため、パージガス濃度が濃く、排気還流率を下げたことにより増えるＮＯｘの排出量をリーンＮＯｘ触媒１９ａによって処理することが可能となり、この結果、リーン運転時に良好な成層燃焼と排気性能を両立できる。
【００８４】
なお、リーンＮＯｘ触媒１９ａａはストイキ混合気による運転時にも、ＮＯｘの還元を行うタイプのものでもよく、この場合には三元触媒１９ｂを省いてもストイキ運転中においてＮＯｘを低減できる。
【００８５】
上記実施形態において、排気還流量をパージガス濃度に応じて補正したが、目標とするパージガス流量が変化するときは、このパージガス流量に応じて排気還流率を補正してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】燃料噴射量を算出するフローチャートである。
【図３】空燃比補正係数の学習を示すフローチャートである。
【図４】同じくフローチャートである。
【図５】学習領域を示す説明図である。
【図６】学習領域指定フラグを示す説明図である。
【図７】学習値の更新を示すフローチャートである。
【図８】排気センサの出力と空燃比フィードバック補正係数の関係を示す説明図である。
【図９】学習収束判定領域を示す説明図である。
【図１０】リーン運転条件の判定を示すフローチャートである。
【図１１】累積パージ量の算出を示すフローチャートである。
【図１２】パージ制御弁の開度の算出を示すフローチャートである。
【図１３】パージガス濃度の算出を示すフローチャートである。
【図１４】排気還流制御弁の開度の算出を示すフローチャートである。
【図１５】触媒のＮＯｘ転換率を示す特性図である。
【符号の説明】
２クランク角センサ
３吸入空気量センサ
４スロットル開度センサ
５排気センサ
６コントローラ
７燃料噴射弁
８点火栓
９パージ制御弁
１０排気還流制御弁
１１燃料タンク
１２キャニスタ
１３導入通路
１９ａリーンＮＯｘ触媒
２０機関本体
２１吸気通路
２２排気通路
２３排気還流通路

Claims

機関の少なくとも部分負荷時に燃焼室の点火栓近傍の限られた領域に可燃混合気層を形成してリーン燃焼する一方、高負荷時には燃焼室全域に均質混合気を供給してストイキ燃焼する内燃機関において、燃料タンクに発生した蒸発燃料を吸気中に導入する蒸発燃料処理手段と、機関の運転条件に応じて排気の一部を吸気中に還流させる排気還流制御手段と、前記リーン燃焼時に吸気中に導入する蒸発燃料量に応じて排気還流量を補正する補正手段とを備え、前記補正手段はリーン燃焼時に吸気中に導入される蒸発燃料の濃度が濃くなるほど排気還流量を減少させることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
排気空燃比を検出する手段と、検出した空燃比に基づいて空燃比フィードバック補正係数を算出する手段と、同一運転領域における蒸発燃料の吸気系への導入時の空燃比フィードバック補正係数と非導入時の空燃比フィードバック補正係数とを比較して蒸発燃料の濃度を検出する手段とを備える請求項１に記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
前記蒸発燃料処理手段が、燃料タンクの燃料を吸着するキャニスタと、キャニスタから離脱した蒸発燃料の吸気通路への導入量を制御するパージ制御弁と、蒸発燃料の目標導入量に応じて決まるパージ制御弁の開度を吸入負圧に応じて補正する手段とを備える請求項１または２に記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
排気通路にリーンＮＯｘ触媒を設置し、酸素過剰雰囲気においても排気中のＮＯｘを還元するようにした請求項１〜３のいずれか一つに記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。