JP4492497B2 - エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの燃料噴射制御装置に関し、詳細には、燃料蒸気等の燃料含有ガスを吸気通路に導入し、これを筒内に還元して燃焼により処理する燃料処理装置を備えたエンジンにおいて、燃料含有ガス中の燃料を考慮して燃料噴射量を設定するための技術に関する。

燃料処理装置を備えたエンジンに関し、燃料含有ガス中の燃料を考慮して燃料噴射量を設定する技術として、次のものが知られている。すなわち、燃料タンク内で発生した燃料蒸気を一時的にキャニスタに蓄え、所定の運転状態下でパージバルブを開弁させることで、キャニスタから脱離した燃料含有ガス（以下、特に「パージガス」という。）を吸気通路に導入し、パージガス中の燃料を筒内で燃焼させて処理する。パージバルブの開弁後、パージガスが筒内に吸入されるまでには遅れが存在することから、パージガスに関する燃料噴射量の補正において、この遅れを考慮することとし、基本噴射量に乗算されるパージガス分の補正係数に遅れ処理を施すものである（特許文献１）。
特開２００２−２７６４３６号公報（段落番号００９９）

しかしながら、この公知の技術には、次のような問題がある。筒内に吸入される空気の量（すなわち、シリンダ吸入空気量）の制御を、スロットル弁によらず、実質的に吸気弁の操作によることとするエンジン等、吸気弁のバルブタイミングが急速に変更されるエンジンが知られている（特開２００１−０５００９１号公報、段落番号００１９参照）。このようなエンジンでは、バルブタイミングの変更に伴う吸気ポート付近での流量変動が先に生じ、これによる圧力変化が上流に波及して、マニホールド流入ポートにおけるパージガスの流量に変化をもたらすことになる。このため、遅れ処理を採用する上記の補正方法では、バルブタイミングの変更によるパージガスの流量変動を燃料噴射量の設定に正確に反映させることができず、特にバルブタイミングの変更直後における空燃比に、目標空燃比に対する大きな乖離を来すことである。

本発明は、吸気マニホールドにおけるガスの出入りの収支計算を採用し、バルブタイミングの急速な変更等により吸気ポート付近での流量変動がマニホールド流入ポートにおけるよりも先に生じる場合に、燃料含有ガス中の燃料を燃料噴射量の設定に正確に反映させ、目標空燃比を高い精度で達成することのできるエンジンの燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンの燃料噴射制御装置を提供する。本発明に係る装置は、吸気マニホールド又はこれよりも上流で吸気通路に流入する燃料含有ガスの量である燃料含有ガス流入量を検出するとともに、検出した燃料含有ガス流入量、及び吸気マニホールドから筒内に流入した燃料含有ガスの量であるシリンダ吸入燃料含有ガス量の収支計算により、吸気マニホールド内の燃料含有ガスの量であるマニホールド内燃料含有ガス量を算出する。算出したマニホールド内燃料含有ガス量の、吸気マニホールド内のガスの総量に対する比をマニホールド内ガス量比として算出し、算出したマニホールド内ガス量比に、筒内に流入したガスの総量であるシリンダ吸入総ガス量を乗算して、シリンダ吸入燃料含有ガス量を算出する。算出したシリンダ吸入燃料含有ガス量に基づいて燃料噴射量を補正して、エンジンに対する最終的な燃料噴射量を設定するものである。

本発明によれば、収支計算によりマニホールド内燃料含有ガス量を算出し、これと吸気マニホールド内のガスの総量との比であるマニホールド内ガス量比により、筒内における燃料含有ガスと全ガスとのガス量比を近似して、シリンダ吸入燃料含有ガス量を算出し、燃料噴射量の設定に反映させることとした。このため、バルブタイミングの急速な変更等により吸気ポート付近で先ず生じる燃料含有ガスの流量変動を燃料噴射量の設定に正確に反映させることができ、燃料含有ガス中の燃料を考慮した的確な燃料噴射量を設定し、目標空燃比を高い精度で達成することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン１の構成を示している。エンジン１は、可変動弁型の火花点火エンジンであり、後述する動弁装置１７によりクランクシャフトに対する吸気カムシャフトの位相角を変更することができる。
吸気通路１１において、導入部にエアクリーナ１２が取り付けられ、その下流に電子制御型のスロットル弁１３が設置されている。スロットル弁１３の下流には、サージタンク１４が設置され、サージタンク１４から各シリンダに吸気マニホールドの分岐管１５が伸び、本体のシリンダヘッドに接続して、吸気ポートが形成されている。サージタンク１４及び分岐管１５を含んで吸気マニホールドが構成される。各吸気ポートには、吸気弁１６が設置されている。吸気弁１６に対し、弁特性を可変とする動弁装置１７が設けられており、動弁装置１７により吸気弁１６のバルブタイミング（開時期及び閉時期）が変更される。動弁装置１７には、一般的な油圧シリンダによるものを採用するほか、電磁アクチュエータによるものを採用することができる。本実施形態では、説明の便宜上、吸気カムシャフトのみの位相角を変更する場合について説明するが、吸気及び排気の双方のカムシャフトに同様な動弁装置を設置し、双方の位相角を可変としてもよい。

エンジン１の本体において、シリンダブロックには、ピストン１８が挿入されており、シリンダヘッドとピストン１８とにより挟まれる空間が燃焼室となる。シリンダヘッドには、燃料噴射弁１９が筒内に臨ませて設置されており、燃料噴射弁１９によりエンジン１の運転状態に応じた量の燃料が筒内に直接噴射される。点火プラグ２０（シリンダヘッドにおいて、略気筒中心線上に設置される。）による点火後、燃焼により生じた排ガスは、排気弁２１の開駆動に伴い排気通路２２に掃出される。排気通路２２には、排気浄化用の三元触媒２３が設置されている。

本実施形態では、特に、燃料タンク３１内で発生した燃料蒸気を処理するための燃料処理装置が設けられている。この燃焼処理装置は、燃料蒸気を一時的にキャニスタ３２に蓄え、エンジン１の所定の運転状態のもと、キャニスタ３２内と吸気通路１１とを連通させて、蓄えられている燃料を脱離させて吸気通路１１に導入し、筒内で燃焼により処理するものである。キャニスタ３２と燃料タンク３１とは、燃料蒸気導入管３３により接続されており、この導入管３３を介して燃料タンク３１からキャニスタ３２に燃料蒸気が導入される。キャニスタ３２には、活性炭により構成される燃料吸着剤３４が納められており、この吸着剤３４に燃料蒸気が吸着され、蓄えられる。キャニスタ３２には、大気開放口３２ａが形成されるとともに、スロットル弁１３の下流の吸気通路１１（ここでは、サージタンク１４）に対し、パージガス導入管３５により接続されている。パージガス導入管３５には、ソレノイドをアクチュエータとするパージ制御弁３６が介装されており、この制御弁３６により、キャニスタ３２から吸気通路１１に導入されるパージガスの流量が調整される。

スロットル弁１３の開度、燃料噴射弁１９の燃料噴射量、吸気カムシャフトの位相角、点火プラグ２０の点火時期、及びパージ制御弁３６の開度（ここでは、デューティ比）等は、エンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という。）４１により制御される。ＥＣＵ４１には、スロットル弁１３の上流における空気の流量を検出するエアフローメータ５１からの信号が入力されるほか、クランク角センサ５２からの単位クランク角ＰＯＳ及び基準クランク角ＲＥＦ毎の信号、排気の空燃比ＡＦを検出する排気センサ５３からの信号、エンジン１の冷却水温度を検出する温度センサ５４からの信号等が入力される。ＥＣＵ４１は、入力した各信号に基づいて所定の演算を行い、燃料噴射弁１９等のエンジン制御デバイスに制御信号を出力する。なお、ＥＣＵ４１は、クランク角センサ５２からの信号ＰＯＳ，ＲＥＦに基づいてクランク角ＣＡ及びエンジン回転数ＮＥを算出する。

本実施形態において、ＥＣＵ４１は、エアフローメータ５１からの信号をもとに、吸気マニホールドにおけるガスの出入りの収支計算を行い、吸気マニホールド内のガスの総量（すなわち、マニホールド内総ガス量）ＭＡＭＡＮＩ及びパージガスの量（「マニホールド内燃料含有ガス量」に相当し、以下「マニホールド内パージガス量」という。）ＭＰＭＡＮＩを算出する。算出したＭＡＭＡＮＩ，ＭＰＭＡＮＩの比であるマニホールド内ガス量比ＭＰＭＲＴＩＯ（＝ＭＰＭＡＮＩ／ＭＡＭＡＮＩ）を算出し、算出したＭＰＭＲＴＩＯにより筒内におけるパージガスと全ガスとのガス量比を近似して、シリンダ吸入パージガス量（「シリンダ吸入燃料含有ガス量」に相当する。）ＭＰＣＹＬを算出する。ＥＣＵ４１は、算出したＭＰＣＹＬを燃料噴射量Ｔｉの設定に反映させる。以下、本実施形態に係る燃料噴射制御について説明する。

図２は、ＥＣＵ４１のうち、燃料噴射制御部の全体的な構成をブロックにより示している。
燃料噴射制御部は、シリンダ吸入パージガス量算出部４１１、シリンダ吸入総ガス量算出部４１３及び噴射量補正部４１５を含んで構成される。シリンダ吸入総ガス量算出部４１３は、マニホールド内総ガス量ＭＡＭＡＮＩ及びシリンダ吸入総ガス量ＭＡＣＹＬを算出し、算出したＭＡＭＡＮＩ，ＭＡＣＹＬをシリンダ吸入パージガス量算出部４１１に出力する。シリンダ吸入パージガス量算出部４１１は、入力したＭＡＭＡＮＩ，ＭＡＣＹＬをもとに、マニホールド内ガス量比ＭＰＭＲＴＩＯ及びシリンダ吸入パージガス量ＭＰＣＹＬを算出する。噴射量補正部４１５は、シリンダ吸入パージガス量ＭＰＣＹＬ及びシリンダ吸入総ガス量ＭＡＣＹＬをもとに、燃料噴射量に対するパージガス分の補正係数ＦＨＯＳを算出し、算出したＦＨＯＳにより燃料噴射量（ここでは、基本噴射量ＴＰ）を補正して、最終的な燃料噴射量Ｔｉを設定する。設定されたＴｉが燃料噴射弁１９に出力され、所定の量の燃料が噴射される。

図３は、シリンダ吸入パージガス量算出部４１１の構成をブロック毎に示している。
マニホールド内パージガス量算出部４１１ａでは、吸気通路１１に流入したパージガスの量（「燃料含有ガス流入量」に相当し、以下「パージガス量」という。）ＰＵＲＧＥＱ（＝ＰＵＲＧＥＱＤ）、及び前回の演算時に得られたシリンダ吸入パージガス量ＱＣＹＬｐｚをもとに、下式（１）による収支計算を行い、マニホールド内パージガス量ＭＰＭＡＮＩを算出する。パージガス量ＰＵＲＧＥＱＤは、パージ制御弁３６を通過したパージガスの量ＰＵＲＧＥＱＡに、遅れ補償（遅れ補償部４１１ｆ）を施すことにより得られるものである。この遅れ補償は、脱離の進行に伴いパージガスの燃料濃度が低下することから、パージ制御弁３６の位置と吸気ポートの位置とでこの濃度が常に一定ではないことを考慮し、パージ制御弁３６を通過したパージガスが筒内に流入するまでの遅れを補償するためのものである。（１）式において、前回の演算時に得られたマニホールド内パージガス量をＭＰＭＡＮＩｚと、この演算の実行周期をΔｔとする。なお、パージガス量ＰＵＲＧＥＱ（＝ＰＵＲＧＥＱＡ）は、図７に示すパージガス量算出部４１７により流量として算出されるものである。パージガス量算出部４１７は、パージ制御弁３６の開度Ｄｕｔｙ、及びエアフローメータ５１の出力Ｑｔｈに基づいてＰＵＲＧＥＱを推定する。Ｄｕｔｙは、エンジン１の運転状態に対応させたものとして予め設定され、ＥＣＵ４１に記憶される。

ＭＰＭＡＮＩ＝ＭＰＭＡＮＩｚ＋（ＰＵＲＧＥＱＤ−ＱＣＹＬｐｚ）×Δｔ ・・・（１）
除算部４１１ｂでは、マニホールド内パージガス量ＭＰＭＡＮＩを、シリンダ吸入総ガス量算出部４１３から入力したマニホールド内総ガス量ＭＡＭＡＮＩにより除算して、マニホールド内ガス量比ＭＰＭＲＴＩＯを算出する。

ＭＰＭＲＴＩＯ＝ＭＰＭＡＮＩ／ＭＡＭＡＮＩ ・・・（２）
乗算部４１１ｃでは、マニホールド内ガス量比ＭＰＭＲＴＩＯにシリンダ吸入総ガス量ＭＡＣＹＬを乗算し、シリンダ吸入パージガス量ＭＰＣＹＬを算出する。すなわち、吸気マニホールド内と筒内とで、パージガスと全ガスとのガス量比が一致するものとして扱うのである。なお、後述する噴射量補正部４１５への出力を考慮し、ＭＰＣＹＬをＱＣＹＬｐとは異なり、１シリンダ、かつ１サイクル当たりの量として算出する。このため、ＱＣＹＬｐの出力に際し、乗算部４１１ｄにおいて、係数設定部４１１ｅにより設定された単位換算係数Ｋにより単位を変換する。（４）式において、エンジン回転数をＮＥと、エンジン１の気筒数をＮＲＥＦ（ここでは、４）とする。

ＭＰＣＹＬ＝ＭＰＭＲＴＩＯ×ＭＡＣＹＬ ・・・（３）
Ｋ＝ＮＥ×ＮＲＥＦ×６０／１０００ ・・・（４）
ＱＣＹＬｐ＝ＭＰＣＹＬ×Ｋ ・・・（５）
図４は、シリンダ吸入総ガス量算出部４１３の構成をブロック毎に示している。
マニホールド内総ガス量算出部４１３ａでは、マニホールド流入総ガス量ＱＴＲＭ、及び前回の演算時に得られたシリンダ吸入総ガス量ＱＣＹＬｚをもとに、下式（６）による収支計算を行い、マニホールド内総ガス量ＭＡＭＡＮＩを算出する。マニホールド流入総ガス量ＱＴＲＭは、吸気マニホールドに流入した空気の量（エアフローメータ５１の出力として与えられ、以下「マニホールド流入空気量」という。）Ｑｔｈに、遅れ補償前のパージガス量ＰＵＲＧＥＱＡを加算したものである。（６）式において、前回の演算時に得られたマニホールド内総ガス量をＭＡＭＡＮＩｚと、この演算の実行周期をΔｔとする。

ＭＡＭＡＮＩ＝ＭＡＭＡＮＩｚ＋（ＱＴＲＭ−ＱＣＹＬｚ）×Δｔ ・・・（６）
ＱＴＲＭ＝Ｑｔｈ＋ＰＵＲＧＥＱＡ ・・・（７）
除算部４１３ｂでは、マニホールド内総ガス量ＭＡＭＡＮＩ及びマニホールド容積ＶＭＡＮＩをもとに、下式（８）により吸気マニホールド内のガスの密度ＤＭＡＮＩを算出する。

ＤＭＡＮＩ＝ＭＡＭＡＮＩ／ＶＭＡＶＩ ・・・（８）
乗算部４１３ｃでは、密度ＤＭＡＮＩに、吸気弁閉時期におけるシリンダの容積ＶＣＹＬを乗算し、シリンダ吸入総ガス量ＭＡＣＹＬを算出する。すなわち、吸気マニホールド内と筒内とでガスの密度に実質的な差が生じない（温度及び圧力がほぼ一致する。）ものとして扱うのである。なお、噴射量補正部４１５への出力を考慮し、ＭＡＣＹＬを、シリンダ吸入パージガス量ＭＰＣＹＬと同様に１シリンダ、かつ１サイクル当たりの量として算出する。このため、ＱＣＹＬの出力に際し、乗算部４１３ｄにおいて、係数設定部４１３ｆにより設定された単位換算係数Ｋにより単位を変換する。

ＭＡＣＹＬ＝ＤＭＡＮＩ×ＶＣＹＬ ・・・（９）
Ｋ＝ＮＥ×ＮＲＥＦ×６０／１０００ ・・・（１０）
ＱＣＹＬ＝ＭＡＣＹＬ×Ｋ ・・・（１１）
吸気マニホールドの容積ＶＭＡＮＩ及びシリンダの容積ＶＣＹＬは、マニホールド容積算出部４１３ｅにより算出される。本実施形態では、吸気マニホールドの容積ＶＭＡＮＩとして、エンジン１に固有のものとして幾何学的に算出される幾何容積ＶＭＡＮＩ＃に、シリンダの容積ＶＣＹＬを加算した実効容積が採用される。ＶＣＹＬは、吸気弁閉時期ＩＶＣ毎に対応させてＥＣＵ４１に記憶されており、ＩＶＣによる検索により読み出される。ＩＶＣは、吸気カムシャフトの位相角θｉｎｔに基づいて算出することができる。また、ＶＭＡＮＩ＃は、スロットル弁１３の回転軸の位置（吸気マニホールドの入口を定める。）から吸気ポートまでの容積として算出され、ＥＣＵ４１に予め記憶される。

ＶＭＡＮＩ＝ＶＭＡＮＩ＃＋ＶＣＹＬ ・・・（１２）
図５，６は、噴射量補正部４１５の構成をブロック毎に示している。
噴射量補正部４１５の全体的な構成を示す図５において、乗算部４１５ａでは、１サイクル当たりのシリンダ吸入総ガス量ＭＡＣＹＬに係数ｍＫｃｏｎｓｔを乗算して、基本噴射量ＴＰを算出する。ｍＫｃｏｎｓｔは、エンジン１の負荷に対応する燃料噴射量の基本値を与えるものであり、エンジン１の運転領域毎に設定され、ＥＣＵ４１に予め記憶される。

ＴＰ＝ｍＫｃｏｎｓｔ×ＭＡＣＹＬ ・・・（１３）
乗算部４１５ｂでは、基本噴射量ＴＰに、１からパージガス分の補正係数ＦＨＯＳを減算した差（減算部４１５ｃ）を乗算し、最終的な燃料噴射量Ｔｉを算出する。このＦＨＯＳによる補正以外に、始動後の時間及び加速等の特定の運転状態に関する補正、ならびに空燃比フィードバックによる補正等が行われるが、ここでは、これらの補正に関する説明を省略する。ＦＨＯＳは、後述する補正係数算出部（図６）により算出される。

Ｔｉ＝Ｔｐ×（１−ＦＨＯＳ） ・・・（１４）
図６において、実パージ率算出部４１５ｄでは、シリンダ吸入総ガス量ＭＡＣＹＬ及びシリンダ吸入パージガス量ＭＰＣＹＬをもとに、下式（１５）により実際のパージ率ＲＰＵＲＧＥを算出する。
ＲＰＵＲＧＥ＝ＭＰＣＹＬ／（ＭＡＣＹＬ−ＭＰＣＹＬ） ・・・（１５）
乗算部４１５ｅでは、実パージ率ＲＰＵＲＧＥに、燃料濃度算出部４１５ｆにより算出されるパージガスの燃料濃度Ｄｐｇを乗算する。

ＦＨＯＳ＝ＲＰＵＲＧＥ×Ｄｐｇ ・・・（１６）
燃料濃度算出部４１５ｆでは、下式（１７）により燃料濃度Ｄｐｇを算出する。（１７）式において、キャニスタ３２の吸着剤３４に吸着されている燃料の量をＹと、脱離係数をＡと、脱離指数をｎ（Ｔ）と、吸着剤３４の活性炭温度をＴとする。（１７）式は、吸着脱離現象を説明するフロイントリッヒ（Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ）の式をキャニスタにおける脱離現象に適用したものである。なお、Ｔの検出のため、キャニスタ３２に温度センサが設置される。

Ｄｐｇ＝（Ｙ／Ａ）＾ｎ（Ｔ） ・・・（１７）
吸着燃料量Ｙは、Ｙの前回値Ｙｚから前回の演算時からの脱離量を減算することにより得られる。（１８）式において、Ｄｐｇの前回値をＤｐｇｚと、この演算の実行周期をΔｔとする。ｃｏｎｓｔは、定数である。また、パージガス量ＰＵＲＧＥＱには、パージガス量算出部４１７（図７）により算出されたＰＵＲＧＥＱＡが採用される。（１８）式は、脱離量がパージガス量に略比例する特性によるものである。なお、Ｙの初期値（＝Ｙｒ）は、次の校正処理により得られる。

Ｙ＝Ｙｚ−ｃｏｎｓｔ×Ｄｐｇｚ×ＰＵＲＧＥＱ×Δｔ ・・・（１８）
燃料濃度算出部４１５ｆは、校正処理により吸着燃料量Ｙの初期値（以下、この初期値を、特にＹｒとする。）を算出する。
校正処理は、排気センサ５３の出力ＡＦにより、通常の方法に従い算出される空燃比フィードバック補正係数αに基づいて行われる。燃料濃度算出部４１５ｆは、αの値の変動が実質的にパージガスの導入のみによるものとみなされる運転状態にある否かを判定し、そのような運転状態のもと、下式（１９）により校正濃度Ｄｐｇｃを算出する。（１９）式において、全空燃比偏差をＤＬＴ（＝α×ＦＨＯＳ−１）と、目標パージ率をｔａｒｇＲＰと、重力加速度をｇｒａｖとする。また、Ｋ１は、燃料の性質により定められる係数であり、Ｋ２は、空気の性質により定められる係数である。燃料濃度算出部４１５ｆは、校正処理を行う運転状態として、次の条件にあるか否かを判定する。すなわち、ａ）定常状態にあること（たとえば、排気還流量が一定であり、かつブローバイガスの還元がなく、負荷及び回転速度が一定の状態にあること。）、ｂ）パージガス量が所定の量以上確保されること、及びｃ）パージガスの燃料濃度が所定の値以上の値として得られることである。この条件にあるときに、校正処理が実行される。また、最初の校正時では、ＦＨＯＳに１を代入するとともに、パージ制御弁３６をαによる空燃比フィードバック制御が追従し得る速度で動作させることで、空燃比のずれを最小限に抑制する。

Ｄｐｇｃ＝Ｋ１×（１−ＤＬＴ＋Ｋ２×ｔａｒｇＲＰ）×Ｑｔｈ×ｇｒａｖ ・・・（１９）
燃料濃度算出部４１５ｆは、算出したＤｐｇｃをもとに、下式（２０）により初期値Ｙｒを算出する。なお、（２０）式は、フロイントリッヒの式をキャニスタモデルに適用した先の（１７）式を、吸着燃料量Ｙ（＝Ｙｒ）について解いたものである。（２０）式において、脱離係数を、特にＢとする。

Ｙｒ＝Ｂ×Ｄｐｇｃ＾（１／ｎ（Ｔ）） ・・・（２０）
なお、燃料濃度Ｄｐｇは、計算により推定するほか、濃度センサにより直接的に検出してもよい。
本実施形態に関し、パージガス量算出部４１７及び遅れ補償部４１１ｆが「燃料含有ガス流入量検出手段」を、マニホールド内パージガス量算出部４１１ａが「マニホールド内燃料含有ガス量算出手段」を、除算部４１１ｂが「ガス量比算出手段」を、乗算部４１１ｃが「シリンダ吸入燃料含有ガス量算出手段」を、噴射量補正部４１５が「燃料噴射量設定手段」を、エアフローメータ５１が「マニホールド流入空気量検出手段」を、マニホールド内総ガス量算出部４１３ａが「マニホールド内総ガス量算出手段」を、除算部４１３ｂ及び乗算部４１３ｃが「シリンダ吸入総ガス量算出手段」を構成する。また、噴射量補正部４１５のうち、燃料濃度算出部４１５ｆが「濃度検出手段」を、実パージ率算出部４１５ｄ及び乗算部４１５ｅが「補正係数算出手段」を、乗算部４１５ｂ及び減算部４１５ｃが「燃料噴射量補正手段」を構成する。

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
図７は、本実施形態に係る燃料噴射制御による場合のシリンダ吸入総ガス量ＭＡＣＹＬ及びシリンダ吸入パージガス量ＭＰＣＹＬ等の変化を示すタイムチャートであり、時刻ｔ１に吸気カムシャフトの位相角θｉｎｔを所定のクランク角だけ進角させた後のものを示している。θｉｎｔの進角の前後で、エンジン回転数ＮＥを一定とする。θｉｎｔの進角に伴い、吸気弁１６のバルブタイミングが変更され、吸気ポート付近でガスの流量に変動が生じる。この流量変動による圧力変化が上流に波及することで、サージタンク１４内の圧力（＝ＢＯＯＳＴ）、及び吸気マニホールドに流入する空気の量（＝Ｑｔｈ）に変動が生じることになる。ここで、バルブタイミングを変更する場合は、吸気通路１１における流量変動がスロットル弁１３の位置よりも吸気ポートの位置で先に生じることから、パージガス量ＰＵＲＧＥ（＝ＰＵＲＧＥＱＡ）の変化に対する遅れ補償を採用した補正方法（この方法により算出されるＭＰＣＹＬを点線Ｂで示す。）では、シリンダ吸入パージガス量ＭＰＣＹＬの変化を正確に把握することができず、算出したＭＰＣＹＬにおいて、実際の量に対する不足が生じる。図７において、この不足分を斜線で示す。

本実施形態では、マニホールド内パージガス量ＭＰＭＡＮＩの算出に（１）式の収支計算を採用するとともに、吸気マニホールド内と筒内とでパージガス及び全ガスのガス量比が一致するものとして扱うこととした。このため、制御構成の複雑化を抑えつつ、バルブタイミングの変更に対し、特に変更直後におけるシリンダ吸入パージガス量ＭＰＣＹＬの変化を正確に捉え、燃料噴射量Ｔｉを的確に補正して、目標空燃比を高い精度で達成することができる。

また、マニホールド内総ガス量ＭＡＭＡＮＩの算出に（６）式の収支計算を採用したことで、シリンダ吸入空気量の制御を吸気弁１６の操作により行う場合に、ＭＡＭＡＮＩを正確に算出し、延いてはシリンダ吸入総ガス量ＱＣＹＬを正確に算出することができる。
更に、シリンダ吸入総ガス量ＱＣＹＬの算出において、吸気マニホールドの容積ＶＭＡＮＩとして吸気マニホールドの幾何容積ＶＭＡＮＩ＃にシリンダの容積ＶＣＹＬを加算した実効容積（＝ＶＭＡＮＩ＃＋ＶＣＹＬ）を採用したことで、ＱＣＹＬの算出精度を向上させることができる。

本発明に係る、収支計算の採用による燃料含有ガス量（たとえば、シリンダ吸入パージガス量）の評価方法は、シリンダ吸入空気量の検出に適用することもできる。本発明に係るエンジンのシリンダ吸入空気量検出装置は、次のようであり、その機能をエンジンコントロールユニットに組み込むことができる。
すなわち、吸気マニホールド又はこれよりも上流で吸気通路に流入する燃料含有ガス（たとえば、パージガス）の量である燃料含有ガス流入量を検出するとともに、吸気マニホールドに流入する空気の量であるマニホールド流入空気量を検出し、検出した燃料含有ガス流入量、及び吸気マニホールドから筒内に流入した燃料含有ガスの量であるシリンダ吸入燃料含有ガス量の収支計算により、吸気マニホールド内の燃料含有ガスの量であるマニホールド内燃料含有ガス量を算出する。検出したマニホールド流入空気量に燃料含有ガス流入量を加算して、マニホールド流入総ガス量を算出し、このマニホールド流入総ガス量、及び筒内に流入したガスの総量であるシリンダ吸入総ガス量の収支計算により、吸気マニホールド内のガスの総量であるマニホールド内総ガス量を算出する。算出したマニホールド内燃料含有ガス量のマニホールド内総ガス量に対する比をマニホールド内ガス量比Ａとして算出し、マニホールド内総ガス量、吸気マニホールドの容積、及び吸気弁閉時期におけるシリンダの容積に基づいてシリンダ吸入総ガス量Ｂを算出する。算出したマニホールド内ガス量比Ａ及びシリンダ吸入総ガス量Ｂをもとに、たとえば、下式（２１）により筒内に流入した空気の量であるシリンダ吸入空気量Ｃを算出するものである。検出したシリンダ吸入空気量は、エンジン制御（たとえば、燃料噴射制御）の基礎パラメータとして採用することができる。

Ｃ＝（１−Ａ）×Ｂ ・・・（２１）
以上では、「燃料含有ガス」として燃料タンク内で発生した燃料蒸気を採用した場合について説明したが、これに限らず、ピストンリングとシリンダとの隙間からクランクケース内に漏れ出た、いわゆるブローバイガスを採用することもできる。
また、本発明に係る燃料噴射制御装置及びシリンダ吸入空気量検出装置は、燃料噴射弁が吸気ポートに指向させて設置され、筒内吸入前の空気に対して燃料が添加されるエンジンに適用することもできる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの構成 同上実施形態に係る燃料噴射制御装置の構成 シリンダ吸入パージガス量算出部の構成 シリンダ吸入総ガス量算出部の構成 噴射量補正部の構成 補正係数算出部の構成 パージガス量算出部の構成 バルブタイミングの変更に伴う吸気通路内の状態変化

符号の説明

１…エンジン、１１…吸気通路、１３…スロットル弁、１４…サージタンク、１５…吸気マニホールドの分岐管、１６…吸気弁、１７…可変動弁装置、１９…燃料噴射弁、２０…点火プラグ、３１…燃料タンク、３２…キャニスタ、３３…燃料蒸気導入管、３４…燃料吸着剤、３５…パージガス導入管、３６…パージ制御弁、４１…エンジンコントロールユニット、５１…エアフローメータ、５２…クランク角センサ、５３…排気センサ、５４…冷却水温度センサ。

Claims (7)

1. 吸気マニホールド又はこれよりも上流で吸気通路に流入する燃料含有ガスの量である燃料含有ガス流入量を検出する燃料含有ガス流入量検出手段と、
   検出された燃料含有ガス流入量、及び吸気マニホールドから筒内に流入した燃料含有ガスの量であるシリンダ吸入燃料含有ガス量の収支計算により、吸気マニホールド内の燃料含有ガスの量であるマニホールド内燃料含有ガス量を算出するマニホールド内燃料含有ガス量算出手段と、
   算出されたマニホールド内燃料含有ガス量の、吸気マニホールド内のガスの総量に対する比をマニホールド内ガス量比として算出するガス量比算出手段と、
   算出されたマニホールド内ガス量比に、筒内に流入したガスの総量であるシリンダ吸入総ガス量を乗算して、シリンダ吸入燃料含有ガス量を算出するシリンダ吸入燃料含有ガス量算出手段と、
   算出されたシリンダ吸入燃料含有ガス量に基づいて燃料噴射量を補正して、エンジンに対する最終的な燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、を含んで構成されるエンジンの燃料噴射制御装置。
2. 吸気マニホールドに流入する空気の量であるマニホールド流入空気量を検出するマニホールド流入空気量検出手段と、
   検出されたマニホールド流入空気量に前記燃料含有ガス流入量を加算して、マニホールド流入総ガス量を算出するとともに、このマニホールド流入総ガス量、及びシリンダ吸入総ガス量の収支計算により、前記吸気マニホールド内のガスの総量であるマニホールド内総ガス量を算出するマニホールド内総ガス量算出手段と、
   算出されたマニホールド内総ガス量、吸気マニホールドの容積、及び吸気弁閉時期におけるシリンダの容積に基づいてシリンダ吸入総ガス量を算出するシリンダ吸入総ガス量算出手段と、を更に含んで構成される請求項１に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
3. 前記吸気マニホールドの容積は、エンジンに固有のものとして幾何学的に算出される幾何容積に、吸気弁閉時期における前記シリンダの容積を加算した実効容積である請求項２に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
4. 前記燃料噴射量設定手段は、
   前記燃料含有ガスの濃度を検出する濃度検出手段と、
   前記シリンダ吸入燃料含有ガス量、前記シリンダ吸入総ガス量、及び検出された濃度をもとに、燃料噴射量の補正係数を算出する補正係数算出手段と、
   算出された補正係数により燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、を含んで構成される請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
5. 前記燃料含有ガスは、筒内で燃焼により処理される燃料蒸気又はブローバイガスである請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
6. 少なくとも吸気弁閉時期が可変に構成されたエンジンに設けられる請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
7. 吸気マニホールド又はこれよりも上流で吸気通路に流入する燃料含有ガスの量である燃料含有ガス流入量を検出する燃料含有ガス流入量検出手段と、
   吸気マニホールドに流入する空気の量であるマニホールド流入空気量を検出するマニホールド流入空気量検出手段と、
   検出された燃料含有ガス流入量、及び吸気マニホールドから筒内に流入した燃料含有ガスの量であるシリンダ吸入燃料含有ガス量の収支計算により、吸気マニホールド内の燃料含有ガスの量であるマニホールド内燃料含有ガス量を算出するマニホールド内燃料含有ガス量算出手段と、
   検出されたマニホールド流入空気量に前記燃料含有ガス流入量を加算して、マニホールド流入総ガス量を算出するとともに、このマニホールド流入総ガス量、及び筒内に流入したガスの総量であるシリンダ吸入総ガス量の収支計算により、吸気マニホールド内のガスの総量であるマニホールド内総ガス量を算出するマニホールド内総ガス量算出手段と、
   算出されたマニホールド内燃料含有ガス量の、算出されたマニホールド内総ガス量に対する比をマニホールド内ガス量比として算出するガス量比算出手段と、
   前記マニホールド内総ガス量、吸気マニホールドの容積、及び吸気弁閉時期におけるシリンダの容積に基づいてシリンダ吸入総ガス量を算出するシリンダ吸入総ガス量算出手段と、
   算出されたマニホールド内ガス量比及びシリンダ吸入総ガス量をもとに、筒内に流入した空気の量であるシリンダ吸入空気量を算出するシリンダ吸入空気量算出手段と、を含んで構成されるエンジンのシリンダ吸入空気量検出装置。

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