JP4115368B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両に搭載された内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に、空燃比フィードバック制御機能およびパージ制御機能を備えた内燃機関の空燃比制御装置において、加速性能を向上させた技術に関するものである。

一般に、内燃機関の空燃比制御装置は、パージ制御機能を備えており、燃料タンクなどから発生する蒸発燃料を活性炭に吸着させておき、必要時に吸着燃料をパージさせて吸気系に供給するようになっている。また、内燃機関の燃料噴射装置は、混合気の空燃比を論理空燃比に一致させるための空燃比フィードバック制御機能を備えている。

このように、空燃比フィードバック制御機能およびパージ制御機能を備えた内燃機関の空燃比制御装置において、吸着された蒸発燃料をパージ処理していない場合の空燃比フィードバック補正係数（乗算係数）は、基準値（たとえば、１．０）を中心として変動している。
一方、パージ処理が開始されると、吸気系にパージされた蒸発燃料分だけ燃料噴射量を減少させなければならないので、空燃比フィードバック補正係数は、１．０よりも小さい値に設定される。

このとき、パージ処理時の空燃比フィードバック補正係数（＜１．０）と基準値（＝１．０）との偏差は、内燃機関の運転状態、すなわち吸気量とパージ量との比（以下、「パージ率」と称する）により、種々の値となる。
また、空燃比フィードバック補正係数は、空燃比の急変を避けるために、一定の積分定数にしたがって比較的ゆっくりと変化するように定められている。
したがって、パージ処理中に過渡運転などでパージ率が変化した場合には、パージ率の変化前の値から変化後の値に落ちつくまでに、比較的長い時間を要するので、パージ率の値が落ちつくまでの期間にわたって、空燃比を理論空燃比（＝１４．７）に維持することができないことになる。

そこで、パージ処理中において、パージエア濃度補正係数に応じて燃料噴射量を補正することにより、空燃比フィードバック補正係数が目標値と一致するようにした内燃機関の空燃比制御装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
この場合、運転状態およびパージ量に応じてパージ率を算出し、パージ率と空燃比フィードバック補正係数とに基づいてパージエア濃度を算出し、パージ率とパージエア濃度とに基づいてパージエア濃度補正係数を算出し、さらに、パージエア濃度補正係数に応じて燃料噴射量を補正することにより、空燃比フィードバック補正係数が目標値と一致するように制御している。

ところで、パージエア導入中の加速時においては、吸気通路内の負圧（絶対値）が小さくなり且つ吸気量が増大し、また、吸着燃料の減少にともなって吸入空気中のパージエア濃度が大幅に減少するので、燃料噴射量の増大により空燃比をリッチ化する必要がある。
しかしながら、上記のように、パージ率に基づいてパージエア濃度およびパージエア濃度補正係数を算出した場合、加速時でのパージ率の低下に応答して、直前の運転状態に応じて既に学習した（１．０よりも低下した）後のパージエア濃度補正係数が、徐々に増加（１．０に近づく）することにより、空燃比がリッチ化されることになる。

特開平８−２６１０３８号公報

従来の内燃機関の空燃比制御装置においては、空燃比フィードバック補正係数が一定になるように、パージ率および空燃比フィードバック補正係数から算出したパージエア濃度により燃料噴射量を補正しても、加速時でのリッチ化要求に対し、パージ率の低下に応答してパージエア濃度補正係数がリッチ化されるまでに時間を要するので、パージ率の高い（著しくリッチな）パージエアが導入されてしまうという課題があった。
特に、初期のリッチなパージエアによってパージエア濃度補正係数が大幅にリーン側（１．０よりも十分に小さく「０」に近い値）に更新されている状態において、急な加速を行った場合には、パージエア濃度補正係数がリッチ化される（１．０に復帰する）までの長い期間にわたって空燃比がリーンとなり、ヘジテーションなどの加速性能の悪化が発生するおそれがあるという課題があった。

この発明は上述のような問題を解決するためになされたものであり、内燃機関に導入される空燃比を常に精度良く目標値に制御することのできる内燃機関の空燃比制御装置を得ることを目的とする。

この発明による内燃機関の空燃比制御装置は、車両に搭載された内燃機関の運転状態を検出する各種センサ手段と、内燃機関に供給された混合気の空燃比を検出する空燃比センサと、燃料タンク内の燃料を内燃機関の吸気系に噴射するインジェクタと、燃料タンクからの蒸発燃料を吸着するキャニスタと、キャニスタの吸着燃料を内燃機関の吸気系に導入するためのパージ制御弁と、各種センサ手段および空燃比センサの検出信号に基づいてキャニスタおよびパージ制御弁を駆動するエンジン制御ユニットとを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、エンジン制御ユニットは、運転状態に基づいて車両の加速状態を判定する加速判定手段と、運転状態に基づいて燃料噴射量を算出してインジェクタを駆動するとともに、空燃比センサの検出信号に基づいて空燃比を目標値にフィードバック制御する空燃比制御手段と、運転状態に基づいてパージ制御弁を駆動するパージ制御手段と、パージ制御手段によるパージ制御弁の制御量および運転状態に基づいて、燃料噴射量を補正するためのパージエア濃度補正係数を算出する燃料補正演算部とを含み、燃料補正演算部は、パージエア濃度補正係数がリーン側に相当する所定値以下を示し、且つ車両の加速状態が判定された場合には、パージエア濃度補正係数を初期値にリセットするものである。

この発明によれば、パージエア濃度補正係数が所定値以下（リーン側）であって、且つ加速判定時には、パージエア濃度補正係数を初期値にリセットすることにより、パージ率の高いリッチなパージエアを導入中の運転条件下で加速した場合にも、加速性能を損なうことなく制御することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置を概略的に示す構成図である。
図１において、エアクリーナ１を介して清浄化された吸入空気は、エアフローセンサ２、スロットルバルブ３、サージタンク４および吸気管５を介してエンジン６の各気筒に吸入される。
このとき、吸入空気の吸気量Ｑａは、エアフローセンサ２により測定され、スロットルバルブ３により負荷に応じて制御される。

一方、燃料は、インジェクタ７を介して吸気管５に噴射される。
また、燃料タンク８内で発生する蒸発燃料は、活性炭を内蔵したキャニスタ９に吸着され、キャニスタ９に吸着された燃料の蒸気は、エンジン６の運転状態に応じて、パージエアとしてサージタンク４内にパージされる。
すなわち、エンジン６の運転状態により定まるパージ弁制御量に応じて、パージ制御弁１０が開弁されると、サージタンク４内の負圧により、キャニスタ大気口１１から導入された空気がキャニスタ９内の活性炭内を通過する際に、パージエア（活性炭から脱離された蒸発燃料を含んだ空気）としてサージタンク４内にパージされる。

スロットルバルブ３には、スロットル開度θを検出するスロットルセンサ１２と、アイドリング開度のときにオンとなるアイドルスイッチ１３とが設けられている。
エンジン６には、エンジン冷却水温ＷＴを検出する水温センサ１４が設けられ、エンジン６の排気管１５には、空燃比センサ１６が設けられている。また、エンジン６のクランク軸（図示せず）には、クランク角センサ１７が設けられている。

エンジン制御ユニット２０は、空燃比制御および点火時期制御などの各種制御を行うために、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３などからなるマイクロコンピュータにより構成されている。
エンジン制御ユニット２０は、入出力インターフェイス２４を介して、エンジン６の運転状態を示す各種センサ信号を取り込む。

各種センサ信号としては、たとえば、エアフローセンサ２により測定される吸気量Ｑａと、スロットルセンサ１２により検出されるスロットル開度θと、アイドルスイッチ１３からのアイドリング開度を示すオン信号と、水温センサ１４により検出されるエンジン冷却水温ＷＴと、空燃比センサ１６からの空燃比フィードバック信号（出力電圧ＶＯ２）と、クランク角センサ１７により検出されるエンジン回転数Ｎｅとが用いられる。
なお、エアフローセンサ２、スロットルセンサ１２、アイドルスイッチ１３、水温センサ１４、空燃比センサ１６およびクランク角センサ１７は、運転状態検出手段（各種センサ）を構成している。

エンジン制御ユニット２０内のＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２に格納されている制御プログラムおよび各種マップに基づいて空燃比フィードバック制御演算を行い、駆動回路２５を介してインジェクタ７を駆動する。

また、エンジン制御ユニット２０は、内燃機関の運転状態に応じて、点火時期制御、ＥＧＲ制御およびアイドル回転数制御などの各種制御に加えて、パージ処理を行う。
たとえば、エンジン冷却水温ＷＴが所定温度以上を示す暖機完了後であって、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数以上の場合には、キャニスタパージ信号を出力してパージ制御弁１０を駆動し、前述したようなキャニスタ９のパージ処理を行う。その後、アイドル運転状態に入ると、アイドルスイッチ１３からのオン信号によりアイドル運転状態を検出し、パージ制御弁１０をオフしてキャニスタ９のパージ処理をカットする。

図２はこの発明の実施の形態１によるエンジン制御ユニット２０の制御機能構成を示すブロック図である。
図２において、エンジン６の周辺構成および各種センサは省略されている。
エンジン制御ユニット２０は、パージ弁制御量設定手段３０と、パージ弁制御量制御手段３１と、パージ量算出手段３２と、パージ率算出手段３３と、空燃比フィードバック補正手段３４と、パージエア濃度算出手段３５と、パージエア濃度補正手段３６と、加速判定手段３７と、パージエア濃度補正係数制限手段３８と、燃料噴射量算出手段３９とを備えている。

パージ弁制御量設定手段３０およびパージ弁制御量制御手段３１は、パージ量制御手段を構成している。
パージ弁制御量設定手段３０は、各種センサ情報に基づいてエンジン６の運転状態を検出し、運転状態により定まるパージ弁制御量を設定する。
パージ弁制御量制御手段３１は、パージ弁制御量設定手段３０で設定したパージ弁制御量に応じてパージ制御弁１０の開弁割合を制御する。

パージ量算出手段３２は、パージ弁制御量設定手段３１により設定されたパージ弁制御量に基づいて吸気管５に導入されるパージ量ＱＰＲＧを算出する。
パージ率算出手段３３は、エアフローセンサ２により検出された吸気量Ｑａとパージ量算出手段３２により算出されたパージ量ＱＰＲＧとに基づいてパージ率Ｐｒを算出する。
空燃比フィードバック補正手段３４は、空燃比制御手段として機能し、空燃比が目標空燃比と一致するように、空燃比センサ１６の検出信号に基づいて、燃料噴射量を補正するための空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢを算出する。

パージエア濃度算出手段３５は、パージ処理の実行中に生じる空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢのずれと、パージ率Ｐｒとに基づいて、パージエア濃度Ｐｎを算出する。
パージエア濃度補正手段３６は、パージ処理の実行中に、パージエア濃度およびパージ率Ｐｒに基づいて、燃料噴射量を補正するためのパージエア濃度補正係数ＣＰＲＧを算出する。

加速判定手段３７は、各種センサ情報に基づいて車両の加速状態を検出する。
パージエア濃度補正係数制限手段３８は、加速判定手段３７の判定結果とパージエア濃度補正手段３６により算出されたパージエア濃度補正係数ＣＰＲＧとに基づいて、パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧがリーン側に相当する所定値（０．６程度）以下を示し、且つ車両の加速状態が判定された場合に、パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧを、直ちに初期値（１．０）に設定するか、または、所定値を反映した値（たとえば、所定値と１．０との間の値）に制限する。
燃料噴射量算出手段３９は、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢとパージエア濃度補正係数ＣＰＲＧとに基づいて燃料噴射量を算出する。

次に、図１および図２に示したこの発明の実施の形態１による基本的な動作について説明する。
図２に示すエンジン６において、燃料噴射量Ｑｆは、基本的には、以下の式（１）によって算出される。

Ｑｆ＝｛（Ｑａ／Ｎｅ）／ＡＦｏ｝×ＣＦＢ×ＣＰＲＧ×Ｋ＋α ・・・（１）

ただし、式（１）内の各パラメータにおいて、Ｑａは吸気量、Ｎｅはエンジン回転数、ＡＦｏは目標空燃比、ＣＦＢは空燃比フィードバック補正係数、ＣＰＲＧはパージエア濃度補正係数、Ｋは第１の補正係数、αは第２の補正係数を表している。

第１の補正係数Ｋは、乗算で寄与する値（暖機補正係数など）であり、補正する必要のないときには、Ｋ＝１．０となる。
また、第２の補正係数αは、加算で寄与する値（加速増量など）であり、補正する必要のないときには、α＝０となる。

パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧは、パージが行われたときに、パージエア濃度Ｐｎおよびパージ率Ｐｒに基づいて燃料噴射量を補正する値であり、パージが行われていないときには、ＣＰＲＧ＝１．０となる。
空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢは、空燃比センサ１６の出力電圧ＶＯ２に基づいて空燃比を目標空燃比ＡＦｏに制御するための値である。
なお、目標空燃比ＡＦｏは、どのような空燃比に設定されてもよいが、ここでは、理論空燃比（＝１４．７）を目標空燃比ＡＦｏとした場合について説明する。

この場合、パージ制御時においては、パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧを更新することにより、空燃比を目標空燃比ＡＦｏに制御し、このとき、更新に時間を要する空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢは、所定値を維持されるようになっている。したがって、更新に時間を要する空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢを更新する必要がないので、速やかに空燃比を目標空燃比ＡＦｏに制御することができる。

空燃比センサ１６（一般に、「Ｏ２センサ」とも称される）は、空燃比がリッチ側を示す場合には、０．９［Ｖ］程度の出力電圧ＶＯ２を発生し、空燃比がリーン側を示す場合には、０．１［Ｖ］程度の出力電圧ＶＯ２を発生する。

次に、図３のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１による空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢの制御処理について説明する。
図３の空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢの制御処理は、空燃比センサ１６の出力電圧ＶＯ２に基づいて、エンジン制御ユニット２０内の空燃比フィードバック補正手段３４により実行される。

図３は一般的な空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢの算出ルーチンを示している。
図３において、まず、空燃比センサ１６が活性化しているか否かを判定し（ステップＳ１００）、空燃比センサ１６が活性化している（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、クランク角センサ１７、エアフローセンサ２、スロットルセンサ１２、水温センサ１４などの信号を取り込み、エンジンの運転状態を検出する（ステップＳ１０１）。
続いて、検出された運転状態から、噴射制御モードが空燃比フィードバックモードであるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

一方、ステップＳ１００において、空燃比センサ１６がまだ活性化していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢを「１．０」に設定して（ステップＳ１０３）、図３の処理を終了する。
同様に、ステップＳ１０２において、噴射制御モードがエンリッチモードや燃料カットモードなどであって、空燃比フィードバックモードでない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢを「１．０」に設定して（ステップＳ１０３）、図３の処理を終了する。

一方、ステップＳ１０２において、噴射制御モードが空燃比フィードバックモードである（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、空燃比センサ１６の出力電圧ＶＯ２が０．４５［Ｖ］以上か否かにより、現在の排ガスがリッチ側を示すか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

排ガスがリッチ側であって、ステップＳ１０４において、ＶＯ２≧０．４５［Ｖ］（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、フィードバック積分補正係数積算値ΣＣｉから比較的小さな積分補正ゲインＫｉを減算した値を、新たなフィードバック積分補正係数積算値ΣＣｉとして更新する（ステップＳ１０５）。
続いて、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢの基準値（＝１．０）と、更新後のフィードバック積分補正係数積算値ΣＣｉとを加算した値から、比較的大きな比例補正値（スキップ値）ＫＰを減算することにより、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢを算出して（ステップＳ１０６）、図３の処理を終了する。

一方、排ガスがリーン側であって、ステップＳ１０４において、ＶＯ２＜０．４５［Ｖ］（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、フィードバック積分補正係数積算値ΣＣｉに積分補正ゲインＫｉを加算した値を、新たなフィードバック積分補正係数積算値ΣＣｉとして更新する（ステップＳ１０７）。
続いて、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢの基準値（＝１．０）と、更新後のフィードバック積分補正係数積算値ΣＣｉとを加算した値に、さらに比例補正値ＫＰを加算することにより、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢを算出し（ステップＳ１０８）、図３の処理を終了する。

なお、追って詳述するが、フィードバック積分補正係数積算値ΣＣｉは、パージの状態によって変化するので、上記ステップＳ１０５〜Ｓ１０７において、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢは、パージの状態によって補正されることになる。

以上のように、排ガスの酸素濃度が理論空燃比よりもリッチ側を示す場合には、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢが小さい値に設定されて（ステップＳ１０６）、燃料噴射量は低減される。また、排ガスの酸素濃度が理論空燃比よりもリーン側を示す場合には、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢが大きい値に設定され（ステップＳ１０８）、燃料噴射量は増大される。
このように、空燃比フィードバック制御を行うことにより、空燃比は、常に理論空燃比と一致した値に維持される。なお、パージが行われていない状態では、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢは、ほぼ「１．０」を中心として変動している。

次に、この発明の実施の形態１によるパージ制御について説明する。
図１において、パージ制御弁１０は、エンジン制御ユニット２０により、駆動回路２５を介して、たとえば駆動周期１００［ｍｓｅｃ］でデューティ制御されている。
ここで、パージ制御弁１０のオン時間ＴＰＲＧは、以下の式（２）により算出される。

ＴＰＲＧ＝ＰＲＧＢＳＥ×ＫＰＲＧ×Ｋｘ ・・・（２）

ただし、式（２）において、ＰＲＧＢＳＥはパージ制御弁１０の基本オン時間、ＫＰＲＧはパージエア流量初期低減係数、Ｋｘはオン時間ＴＰＲＧに対する補正係数である。

補正係数Ｋｘは、水温補正および吸気温補正をまとめて表した値であり、通常、エンジン６の暖機後には「１．０」である。
パージ制御弁１０の基本オン時間ＰＲＧＢＳＥは、クランク角センサ１７からのパルス信号に基づいて算出されるエンジン回転数Ｎｅと、エンジン回転数Ｎｅおよび吸気量Ｑａから算出される充填効率Ｅｃとの２次元マップにより求められる。この２次元マップには、一定のパージ率Ｐｒになるようなパージ制御弁１０のオン時間が設定されている。

パージエア流量初期低減係数ＫＰＲＧは、始動後のキャニスタ９への蒸発燃料吸着状態が不明である場合などに、多量のパージが行われないように低減補正をするための係数であり、以下の式（３）により算出される。

ＫＰＲＧ＝ｍｉｎ｛ＫＫＰＲＧ×ΣＱＰＲＧ＋ＫＰＧＯＦＳ，１．０｝ ・・・（３）

ただし、式（３）において、ｍｉｎ｛ ｝は、（ＫＫＰＲＧ×ΣＱＰＲＧ＋ＫＰＧＯＦＳ）と「１．０」を比較して、小さい方の値を、パージエア流量初期低減係数ＫＰＲＧとして選択することを意味する。
また、式（３）において、ＫＫＰＲＧはパージエア流量初期低減係数ゲイン、ΣＱＰＲＧは始動後のパージ量ＱＰＲＧの積算値、ＫＰＧＯＦＳはパージエア流量初期低減係数オフセットである。

始動後のパージ量積算値ΣＱＰＲＧの初期値は、「０」である。
パージエア流量初期低減係数オフセットＫＰＧＯＦＳは、始動後のパージ量積算値ΣＱＰＲＧが「０」であるので、始動後のパージエア流量初期低減係数ＫＰＲＧの初期値となる。
パージエア流量初期低減係数ゲインＫＫＰＲＧは、パージエア流量初期低減係数ＫＰＲＧの増加割合である。
したがって、パージエア流量初期低減係数ＫＰＲＧの動作としては、始動後、パージエア流量初期低減係数オフセットＫＰＧＯＦＳを初期値として、パージが進むに応じて、パージエア流量初期低減係数ゲインＫＫＰＲＧの増加割合で値が大きくなり、「１．０」で制限される。

以上のパージエア流量初期低減係数ＫＰＲＧの動作により、パージ制御弁１０のオン時間ＴＰＲＧは、始動後においては基本オン時間ＰＲＧＢＳＥよりも低減された値をとり、パージが進むにつれて、基本オン時間ＰＲＧＢＳＥまで徐々に増加していく。
なお、パージエア流量初期低減係数ゲインＫＫＰＲＧおよびパージエア流量初期低減係数オフセットＫＰＧＯＦＳは、後述する図４内の処理ステップＳ２０５〜Ｓ２０９によりセットされ、始動時のエンジン冷却水温ＷＴに応じて異なる値をとる。

図４は初期化（イニシャライズ）処理ルーチンを示すフローチャートであり、エンジン制御ユニット２０に電源が供給されたときに実行される。
図４において、まずステップＳ２００〜Ｓ２０３により、各変数ＣＦＢ、ＣＰＲＧ、ＰｎＣおよびＰｎＳＵＭに対して、初期値を与える。
すなわち、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢに初期値「１．０」を設定し（ステップＳ２００）、パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧに初期値「１．０」を設定し（ステップＳ２０１）、パージエア濃度積算カウンタＰｎＣに初期値「１２８」を設定し（ステップＳ２０２）、パージエア濃度積算値ＰｎＳＵＭに初期値「０」を設定する（ステップＳ２０３）。

続いて、パージエア濃度学習済フラグを０クリアし（ステップＳ２０４）、ステップＳ２０５〜Ｓ２０９により、各変数ＫＰＧＯＦＳおよびＫＫＰＲＧに対して、エンジン６の温度に応じた初期値を与える。
すなわち、まず、冷却水温ＷＴが７０［℃］以上であるか否かにより、エンジン６が暖機終了しているか否かを判定する（ステップＳ２０５）。

ステップＳ２０５において、ＷＴ＜７０［℃］（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、暖機終了していないものと見なして、パージエア流量初期低減係数オフセットＫＰＧＯＦＳとして、あらかじめ定められている低温始動時の値ＫＰＧＯＦＬを設定する（ステップＳ２０６）。
また、パージエア流量初期低減係数ゲインＫＫＰＲＧとして、あらかじめ定められた低温始動時の値ＫＰＲＧＬを設定し（ステップＳ２０７）、図４の処理を終了する。

一方、ステップＳ２０５において、ＷＴ≧７０［℃］（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、暖機終了しているものと見なして、パージエア流量初期低減係数オフセットＫＰＧＯＦＳとして、高温始動時の値ＫＰＧＯＦＨを設定する（ステップＳ２０８）。
また、パージエア流量初期低減係数ゲインＫＫＰＲＧとして、高温始動時の値ＫＰＲＧＨを設定し（ステップＳ２０９）、図４の処理を終了する。

なお、低温始動時および高温始動時に設定される各オフセット値（ＫＰＧＯＦＬ、ＫＰＧＯＦＨ）の関係、および、低温始動時および高温始動時に設定される各ゲイン値（ＫＰＲＧＬ、ＫＰＲＧＨ）の関係は、それぞれ、以下の式（４）、（５）のように表される。

ＫＰＧＯＦＬ＞ＫＰＧＯＦＨ ・・・（４）
ＫＰＲＧＬ＜ＫＰＲＧＨ ・・・（５）

通常、キャニスタ９の活性炭に吸着されている燃料蒸散ガスは、キャニスタ９の温度が低い場合には活性炭から離脱しにくいので、式（４）のように、低温時のオフセット値ＫＰＧＯＦＬは、高温時のオフセット値ＫＰＧＯＦＨよりも大きい値に設定されている。
また、エンジン６の暖機にともないキャニスタ９の温度が上昇して燃料蒸散ガスが離脱し易くなること、および、キャニスタ９への燃料蒸散ガスが未知であることを考慮して、パージエア流量初期低減係数ＫＰＲＧの増加速度を決定するゲインＫＫＰＲＧとして、式（５）のように、低温始動時の値ＫＰＲＧＬを、高温始動時の値ＫＰＲＧＨよりも小さく設定している。

一方、高温始動時には、キャニスタ９の温度が高く、燃料蒸散ガスも離脱し易くなっているので、式（４）のように、高温時のオフセット値ＫＰＧＯＦＨを、低温時の値ＫＰＧＯＦＬよりも小さく設定している。

次に、図５のフローチャートを参照しながら、図１および図２に示したこの発明の実施の形態１によるパージ制御処理について、さらに詳細に説明する。
図５において、まず、エンジン制御ユニット２０は、クランク角センサ１７、エアフローセンサ２、スロットルセンサ１２、水温センサ１４などの各種センサからの検出信号を取り込み、エンジン６の運転状態を検出する（ステップＳ３００）。

続いて、検出された運転状態がパージ制御範囲であるか否かを判定し（ステップＳ３０１）、パージ制御範囲でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、パージ制御弁１０のオン時間ＴＰＲＧを０［ｍｓｅｃ］に設定して、パージ制御弁１０を閉状態とし（ステップＳ３０２）、図５の処理を終了する。
一方、ステップＳ３０１において、パージ制御範囲である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、エンジン回転数Ｎｅと充填効率Ｅｃとに基づいて、あらかじめ記憶されているマップデータ（図６参照）から、パージ制御弁１０の基本オン時間ＰＲＧＢＳＥを算出する（ステップＳ３０３）。

図６はエンジン回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］および充填効率Ｅｃ［％］に応じて設定される基本オン時間ＰＲＧＢＳＥ［ｍｓｅｃ］のマップデータ例を示す説明図である。
また、図７はエンジン回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］および充填効率Ｅｃ［％］に応じて設定されるパージ流量基準値ＱＰＲＧＢＳＥ［ｇ／ｓｅｃ］のマップデータ例を示す説明図である。
図７に示すパージ流量基準値ＱＰＲＧＢＳＥは、基本オン時間ＰＲＧＢＳＥを制御量として、パージ制御弁１０を制御したときのパージ流量（実験的に求めた値）をマップに構成したものである。

図５に戻り、基本オン時間ＰＲＧＢＳＥが算出されると（ステップＳ３０３）、続いて、パージエア濃度学習済フラグが「１」にセットされているか否かを判定する（ステップＳ３０４）。
ステップＳ３０４において、パージエア濃度学習済フラグがセットされている（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、パージエア濃度学習が完了しているものと見なし、初期化処理時（図４参照）にセットされているパージエア流量初期低減係数ゲインＫＫＰＲＧを、高温時の値ＫＰＲＧＨにセットし直す（ステップＳ３０５）。
一方、ステップＳ３０４において、パージエア濃度学習済フラグがセットされていない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、パージエア濃度学習が未学習であると見なして、ステップＳ３０５を実行せずにステップＳ３０６に進む。

なお、高温始動時の値ＫＰＲＧＨは、初期化処理時にセットされるパージエア流量初期低減係数ゲインＫＫＰＲＧの値よりも大きく設定されており、パージエア濃度学習完了後には、パージエア濃度未学習時よりも速くパージ制御量を増加させるようになっている。
なぜなら、パージエア濃度学習完了後は、パージ率Ｐｒの変化によって空燃比が影響を受けることがないので、さらに多くのパージ量を導入できるようにするためである。

続いて、前述の式（３）により、パージエア流量初期低減係数ＫＰＲＧを算出し（ステップＳ３０６）、パージエア流量初期低減係数ＫＰＲＧと、ステップＳ３０３で算出された基本オン時間ＰＲＧＢＳＥとに基づいて、前述の式（２）により、パージ制御弁１０のオン時間ＴＰＲＧを算出する（ステップＳ３０７）。

次に、パージエア流量初期低減係数ＫＰＲＧが１．０よりも小さいか否かを判定し（ステップＳ３０８）、ＫＰＲＧ＜１．０（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、パージ量積算値ΣＱＰＲＧにパージ量ＱＰＲＧ（ステップＳ３０７で算出されたオン時間ＴＰＲＧに応じた値）を加算した値を、新たなパージ量積算値ΣＱＰＲＧとして更新し（ステップＳ３０９）、図５の処理を終了する。
一方、ステップＳ３０８において、ＫＰＲＧ≧１．０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、図５の処理を直ちに終了する。
なお、パージ量ＱＰＲＧの算出方法については、以下のパージ率Ｐｒの算出処理において説明する。

次に、図８のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１によるパージ率Ｐｒの算出処理について説明する。
図８の処理は、パージ量ＱＰＲＧおよび吸気量Ｑａに基づいて、エンジン制御ユニット２０内のパージ率算出手段３３により実行される。
図８において、まず、パージ率算出手段３３は、吸気量Ｑａとして正の値が検出されているか否かを判定し（ステップＳ４００）、Ｑａ＞０（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、パージ制御弁１０のオン時間ＴＰＲＧ（パージ量ＱＰＲＧ）として正の値が算出されているか否かを判定する（ステップＳ４０１）。

ステップＳ４０１において、ＴＰＲＧ＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、パージ率Ｐｒを０に設定して（ステップＳ４０２）、図８の処理を終了する。
同様に、上記ステップＳ４００において、Ｑａ＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、Ｐｒ＝０として（ステップＳ４０２）、図８の処理を終了する。

一方、ステップＳ４０１において、ＴＰＲＧ＞０（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、このオン時間ＴＰＲＧと、図６および図７からマップ演算された基本オン時間ＰＲＧＢＳＥおよびパージ流量基準値ＱＰＲＧＢＳＥとに基づいて、以下の式（６）のように、パージ量ＱＰＲＧを算出する。

ＱＰＲＧ＝（ＴＰＲＧ／ＰＲＧＢＳＥ）×ＱＰＲＧＢＳＥ ・・・（６）

最後に、式（６）で算出されたパージ量ＱＰＲＧと、検出された吸気量Ｑａとに基づいて、以下の式（７）のようにパージ率Ｐｒを算出し（ステップＳ４０４）、図８の処理を終了する。

Ｐｒ＝ＱＰＲＧ／Ｑａ ・・・（７）

なお、図８に示すパージ率Ｐｒの算出ルーチンは、クランク角センサ１７のパルス信号の立ち上がり毎に実行される。

次に、図９のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１によるパージエア濃度Ｐｎの学習処理について説明する。
図９において、まず、パージ率Ｐｒが１［％］以上か否かを判定し（ステップＳ５００）、Ｐｒ＜１［％］（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、直ちに、パージエア濃度積算値ＰｎＳＵＭに「０」を設定し（ステップＳ５１２）、図９の処理を終了する。

なお、パージ率Ｐｒが１［％］未満のときに、パージエア濃度Ｐｎの算出処理（以下のステップＳ５０１〜Ｓ５１１）を実行しない理由は、パージ以外の要因（たとえば、エアフローセンサ２の経年変化、インジェクタ７の特性ばらつきなど）により空燃比のずれが生じた場合に、パージ率Ｐｒが小さいほどパージエア濃度Ｐｎの算出結果の誤差が大きくなるので、この場合の誤差の増大を回避するためである。このとき、ステップＳ５００は、パージエア濃度Ｐｎの更新を禁止するための禁止手段として機能する。

一方、ステップＳ５００において、Ｐｒ≧１［％］（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、パージ率Ｐｒと、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢと、パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧとに基づいて、以下の式（８）により、パージエア濃度Ｐｎを算出する（ステップＳ５０１）。

Ｐｎ＝｛１＋Ｐｒ−（ＣＦＢ×ＣＰＲＧ）｝／（１４．７×Ｐｒ） ・・・（８）

続いて、パージエア濃度積算値ＰｎＳＵＭに、式（８）で算出したパージエア濃度Ｐｎを加算して、パージエア濃度積算値ＰｎＳＵＭを更新する（ステップＳ５０２）。
また、パージエア濃度積算カウンタＰｎＣをデクリメントして（ステップＳ５０３）、パージエア濃度積算カウンタＰｎＣが「０」までカウントダウンされたか否かを判定する（ステップＳ５０４）。

ステップＳ５０４において、ＰｎＣ＞０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、直ちに図９の処理を終了する。
一方、ステップＳ５０４において、ＰｎＣ＝０（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、パージエア濃度積算値ＰｎＳＵＭから、以下の式（９）のように、パージエア濃度平均値Ｐｎａｖｅを算出する（ステップＳ５０５）。

Ｐｎａｖｅ＝ＰｎＳＵＭ／１２８ ・・・（９）

なお、式（９）において、パージエア濃度積算値ＰｎＳＵＭを「１２８」で除算している理由は、パージエア濃度積算カウンタＰｎＣは、初期化処理（図４）で「１２８」にセットされており（ステップＳ２０２）、除算対象となるパージエア濃度積算値ＰｎＳＵＭは、１２８回分の積算値となっているからである。

また、図９のパージエア濃度Ｐｎの学習ルーチンも、パージ率Ｐｒの算出ルーチン（図８）と同様に、クランク角センサ１７のパルス信号の立ち上がり毎に実行されるので、パージエア濃度平均値Ｐｎａｖｅは、クランク角センサ１７からのパルス信号の立ち上がり１２８回毎に更新されることになる。

次に、パージエア濃度学習条件が成立したか否かを判定し（ステップＳ５０６）、不成立（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ＰｎＳＵＭ＝０として（ステップＳ５１２）、図９の処理を終了する。
一方、ステップＳ５０６において、パージエア濃度学習条件が成立した（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、パージエア濃度学習済フラグが「１」にセットされているか否かを判定する（ステップＳ５０７）。

ステップＳ５０７において、パージエア濃度学習済フラグがセットされていない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、エンジン６の始動後に初めてパージエア濃度Ｐｎを算出した場合と見なし、ステップＳ５０５で算出されたパージエア濃度平均値Ｐｎａｖｅを、パージエア濃度学習値Ｐｎｆとして設定する（ステップＳ５０８）。
また、パージエア濃度学習済フラグを「１」にセットし（ステップＳ５０９）、前述のステップＳ５１２を実行して、図９の処理を終了する。

このとき、ステップＳ５０８において、パージエア濃度平均値Ｐｎａｖｅをフィルタ処理することなく、パージエア濃度学習値Ｐｎｆとして設定しているので、短時間で実際のパージエア濃度学習値Ｐｎｆを得ることができる。

一方、ステップＳ５０７において、パージエア濃度学習済フラグが「１」にセットされている（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、フィルタ定数ＫＦ（１＞ＫＦ≧０）を用いたフィルタ処理を施すことにより、以下の式（１０）のように、パージエア濃度学習値Ｐｎｆを算出する（ステップＳ５１０）。

Ｐｎ＝Ｐｎｆ（１−ＫＦ）＋Ｐｎａｖｅ×ＫＦ ・・・（１０）

続いて、パージエア濃度積算カウンタＰｎＣに「１２８」を設定し（ステップＳ５１１）、パージエア濃度積算値ＰｎＳＵＭを「０」として（ステップＳ５１２）、図９の処理を終了する。
なお、図９のフローチャートは、エンジン制御ユニット２０内のパージエア濃度学習値算出手段を構成している。

次に、図１０のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１によるパージエア濃度補正係数ＣＰＲＧの算出処理について説明する。
図１０において、まず、クランク角センサ１７、エアフローセンサ２、スロットルセンサ１２などの信号を取り込み、エンジンの運転状態を検出し（ステップＳ６０１）、検出された運転状態から、車両が加速状態であるか否かを検出する（ステップＳ６０２）。

次に、パージエア濃度学習済フラグが「１」にセットされているか否かを判定し（ステップＳ６０３）、パージエア濃度学習済フラグがセットされていない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、パージエア濃度Ｐｎが未学習状態であると見なし、パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧを「１．０」に設定して（ステップＳ６０４）、図１０の処理を終了する。

一方、ステップＳ６０３において、パージエア濃度学習済フラグが「１」にセットされている（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、パージエア濃度Ｐｎの学習が完了しているものと見なし、パージ率Ｐｒとパージエア濃度学習値Ｐｎｆとに基づいて、以下の式（１１）のように、パージエア濃度瞬時学習値ＣＰＲＧＬを算出する（ステップＳ６０５）。

ＣＰＲＧＬ＝１＋Ｐｒ−（１４．７×Ｐｒ×Ｐｎｆ） ・・・（１１）

続いて、オン時間ＴＰＲＧとして正の値が算出されているか否かを判定し（ステップＳ６０６）、ＴＰＲＧ＞０（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、式（１）で算出されたパージエア濃度瞬時学習値ＣＰＲＧＬを、基本パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧＲとして設定し（ステップＳ６０７）、ＴＰＲＧ＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、基本パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧＲとして「１．０」を設定する（ステップＳ６０８）。

続いて、前回の処理実行時に求められた基本パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧＲｐに対して、フィルタ定数ＫＦ（１＞ＫＦ≧０）を用いたフィルタ処理を施すことにより、以下の式（１２）のように、通常時パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧ１を演算する（ステップＳ６０９）。

ＣＰＲＧ１＝ＣＰＲＧＲｐ×（１−ＫＦ）＋ＣＰＲＧＲ×ＫＦ ・・・（１２）

続いて、ＣＰＲＧ１＜ＣＰＲＧＴＨ（定数）且つ加速状態であるか否かを判定し（ステップＳ６１０）、ＣＰＲＧ１＜ＣＰＲＧＴＨ、且つ加速状態（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧとして、加速時パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧ２（定数）を設定し（ステップＳ６１２）、図１０の処理を終了する。

一方、ステップＳ６１０において、ＣＰＲＧ１≧ＣＰＲＧＴＨ、または、加速状態でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧとして、通常時パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧ１を設定する（ステップＳ６１１）。
続いて、前回求められたパージエア濃度補正係数ＣＰＲＧｐから、今回求められたパージエア濃度補正係数ＣＰＲＧを減算した補正係数偏差ΔＣＰＲＧ（＝ＣＰＲＧｐ−ＣＰＲＧ）を算出する（ステップＳ６１３）。

最後に、フィードバック積分補正係数積算値ΣＣｉから、補正係数偏差ΔＣＰＲＧを減算した新たなフィードバック積分補正係数積算値ΣＣｉとして（ステップＳ６１４）、図１０の処理を終了する。
フィードバック積分補正係数積算値ΣＣｉは、上述したように、空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢの算出に用いられる。

これにより、パージ率の高いリッチなパージエアが導入される運転状態であって、リッチなパージエアによりパージエア濃度補正係数ＣＰＲＧが大幅にリーン側に更新されているときに、急な加速を行った場合でも、直ちにパージエア濃度補正係数ＣＰＲＧを強制的にリッチ化するので、加速性能の悪化を防止することができる。
すなわち、パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧが所定値以下（リーン側）で、且つ加速判定時には、パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧを、初期値（＝１．０）にリセットすることにより、パージエア濃度補正係数ＣＰＲＧを瞬時に且つ強制的にリッチ化することができる。
また、初期値として、リーン判定用の所定値を反映した値（１．０と所定値との間の値）で制限することにより、著しくリッチなパージエアが導入されている運転状態で加速した場合でも、加速性能を損なうことなく制御することができる。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の空燃比制御装置の制御部を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態１による空燃比フィードバック補正係数ＣＦＢの算出処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による初期化処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１によるパージ制御処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１によるパージ制御弁１０の基本オン時間ＰＲＧＢＳＥのマップデータ例を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるパージ流量基準値ＱＰＲＧＢＳＥのマップデータ例を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるパージ率Ｐｒの算出処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１によるパージエア濃度Ｐｎの学習処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１によるパージエア濃度補正係数ＣＰＲＧの算出処理を示すフローチャートである。

符号の説明

２ エアフローセンサ、５ 吸気管、６ エンジン（内燃機関）、７ インジェクタ、８ 燃料タンク、９ キャニスタ、１０ パージ制御弁、１２ スロットルセンサ、１３ アイドルスイッチ、１４ 水温センサ、１５ 排気管、１６ 空燃比センサ、１７ クランク角センサ、２０ エンジン制御ユニット、２１ ＣＰＵ、３０ パージ弁制御量設定手段、３１ パージ弁制御量制御手段、３２ パージ量算出手段、３３ パージ率算出手段、３４ 空燃比フィードバック補正手段、３５ パージエア濃度算出手段、３６ パージエア濃度補正手段、３７ 加速判定手段、３８ パージエア濃度補正係数制限手段、３９ 燃料噴射量算出手段、ＣＦＢ 空燃比フィードバック補正係数、ＣＰＲＧ パージエア濃度補正係数、Ｐｎ パージエア濃度、Ｐｒ パージ率、Ｑａ 吸気量、ＱＰＲＧ パージ量、ＶＯ２ 空燃比センサ出力電圧。

Claims (4)

1. 車両に搭載された内燃機関の運転状態を検出する各種センサ手段と、
   前記内燃機関に供給された混合気の空燃比を検出する空燃比センサと、
   燃料タンク内の燃料を前記内燃機関の吸気系に噴射するインジェクタと、
   前記燃料タンクからの蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
   前記キャニスタの吸着燃料を前記内燃機関の吸気系に導入するためのパージ制御弁と、
   前記各種センサ手段および前記空燃比センサの検出信号に基づいて前記キャニスタおよび前記パージ制御弁を駆動するエンジン制御ユニットと
   を備えた内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記エンジン制御ユニットは、
   前記運転状態に基づいて前記車両の加速状態を判定する加速判定手段と、
   前記運転状態に基づいて燃料噴射量を算出して前記インジェクタを駆動するとともに、前記空燃比センサの検出信号に基づいて前記空燃比を目標値にフィードバック制御する空燃比制御手段と、
   前記運転状態に基づいて前記パージ制御弁を駆動するパージ制御手段と、
   前記パージ制御手段による前記パージ制御弁の制御量および前記運転状態に基づいて、前記燃料噴射量を補正するためのパージエア濃度補正係数を算出する燃料補正演算部とを含み、
   前記燃料補正演算部は、前記パージエア濃度補正係数がリーン側に相当する所定値以下を示し、且つ前記車両の加速状態が判定された場合には、前記パージエア濃度補正係数を初期値にリセットすることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記空燃比制御手段は、前記空燃比が目標値に一致するように前記空燃比を補正するための空燃比フィードバック補正係数を制御し、
   前記燃料補正演算手段は、
   前記パージ制御弁の制御量および前記運転状態に基づいて、前記吸気系に実際に導入されるパージ量を算出するパージ量算出手段と、
   前記パージ量および前記運転状態に基づいて、前記内燃機関の吸気量と前記パージ量との比をパージ率として算出するパージ率算出手段と、
   前記パージ率および前記空燃比フィードバック補正係数に基づいてパージエア濃度を算出するパージエア濃度算出手段と、
   前記パージ率および前記パージエア濃度に基づいて前記パージエア濃度補正係数を算出するパージエア濃度補正手段とを含み、
   前記空燃比制御手段は、前記パージエア濃度補正係数に基づいて前記燃料噴射量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 前記パージエア濃度補正係数の初期値は、１．０に設定されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 前記パージエア濃度補正係数の初期値を可変設定するための初期値設定手段を備え、前記初期値は、前記所定値を反映した値に設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。

Images