JP6213507B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、理論空燃比よりもリーンな空燃比で運転することができる過給機付きの内燃機関の制御装置に関する。

下記の特許文献１には、過給機のコンプレッサの上流側と下流側の差圧を利用してエゼクタによりキャニスタから蒸発燃料を吸引し、蒸発燃料を吸気通路におけるコンプレッサの上流側にパージするように構成された内燃機関が開示されている。これによれば、吸気マニホールドの圧力が大気圧よりも高くなる過給域でも、キャニスタに蓄えられた蒸発燃料を吸気通路にパージして処理することができる。

特開２０１４−１８１６８１号公報

過給機付きの内燃機関では、吸気マニホールドの圧力が排気マニホールドの圧力よりも高くなる場合がある。このとき、排気弁と吸気弁がともに開いているバルブオーバラップ期間において、吸気マニホールドから排気マニホールドへ吸気が吹き抜ける現象、いわゆるスカベンジが発生する。スカベンジが発生した場合、吸気通路にパージされた蒸発燃料は、未燃のまま吸気とともに排気マニホールドへ吹き抜ける。ただし、一般的に排気通路には三元触媒（より詳しくはタービンの直下流に配置されるスタート触媒）が設けられているので、吹き抜けた蒸発燃料は三元触媒において浄化することができる。

ところが、内燃機関が理論空燃比よりもリーンな空燃比で運転されている場合、排気温度は理論空燃比で運転されている場合よりも低くなる。排気温度が低下すると、排気通路に設けられた三元触媒の温度も低下する。さらに、運転空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合、排気中の酸素濃度が高まるために、三元触媒の貴金属が酸素被毒しやすくなる。特にスカベンジが発生している状況では、吸気がそのまま三元触媒に流れるために、尚のこと三元触媒の酸素被毒が起きやすい。これらのことから、内燃機関の運転空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合、三元触媒の浄化性能の低下により、スカベンジによって吹き抜けた蒸発燃料を十分に浄化できないおそれがある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、蒸発燃料の排気通路への吹き抜けによるエミッション性能の悪化を抑えることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る制御装置は、吸気通路に設けられたコンプレッサと、排気通路に設けられた三元触媒と、燃料タンクで発生した蒸発燃料を貯蔵するキャニスタと、キャニスタと吸気通路におけるコンプレッサの上流側とを接続する蒸発燃料通路と、蒸発燃料通路に設けられた、コンプレッサの上流側と下流側の差圧を利用してキャニスタから蒸発燃料を吸引するエゼクタと、蒸発燃料通路におけるキャニスタとエゼクタとの間に設けられたパージ制御弁と、を備える内燃機関に適用される。本発明に係る制御装置は、このような構成を有する内燃機関に対し、その運転空燃比が理論空燃比よりもリーンであり、且つ、コンプレッサの下流側の圧力が上流側の圧力より高くなるリーン過給域では、コンプレッサの下流側の圧力の上昇に応じてパージ制御弁の開度を小さくする。

コンプレッサの下流側の圧力が上昇すれば、エゼクタの作用によってキャニスタから吸気通路への蒸発燃料のパージは促進されるが、同時に、スカベンジによる蒸発燃料の吹き抜けの可能性も高くなる。本発明に係る制御装置によれば、コンプレッサの下流側の圧力の上昇に応じてパージ制御弁の開度を小さくするので、スカベンジが発生しやすい状況において蒸発燃料のパージ量が増大することを抑えることができる。さらに、この操作をリーン過給域で行うことで、浄化能力が低下している三元触媒に蒸発燃料が流れこむことを抑えることができる。

リーン過給域の中でも、吸気通路から排気通路への吸気の吹き抜けを能動的に生じさせる運転域では、パージ制御弁を全閉にしてもよい。これによれば、蒸発燃料が排気通路に吹き抜けることを確実に抑えることができる。

パージ制御弁の開度を小さくした後において、キャニスタから吸気通路に導入されるパージガスの燃料濃度が閾値まで下がらない場合がある。このような場合、排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間との間のオーバラップ量を小さくするとともに、パージ制御弁の開度を大きくすることが好ましい。オーバラップ量を小さくすることで、蒸発燃料の吹き抜けを抑制しつつ、パージ制御弁の開度を大きくすることで、蒸発燃料のパージ量を増やすことができる。

また、上記操作に代えて、或いは、上記操作に加えて、内燃機関の運転空燃比を理論空燃比に切り替えるとともに、パージ制御弁の開度を大きくすることも好ましい。運転空燃比を理論空燃比に切り替えることで、排気温度を上昇させて三元触媒の浄化性能を向上させつつ、パージ制御弁の開度を大きくすることで、蒸発燃料のパージ量を増やすことができる。

以上述べたように、本発明に係る制御装置によれば、リーン過給域では、コンプレッサの下流側の圧力の上昇に応じてパージ制御弁の開度を小さくすることにより、スカベンジが発生しやすい状況において蒸発燃料のパージ量が増大することを抑えることができるので、浄化能力が低下している三元触媒に蒸発燃料が流れこむことによるエミッション性能の悪化を抑えることができる。

本発明の実施の形態のエンジンシステムの構成を示す図である。 エンジンの運転モードを説明する図である。 上流パージ制御弁の開度制御について説明する図である。 パージ制御の制御フローを示すフローチャートである。 図４に示す制御フローによるシステムの動作を示すタイムチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１．エンジンシステムの構成
図１は、本発明の実施の形態のエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態のエンジンシステムは、自動車に動力装置として搭載されるターボ過給機付き内燃機関（以下、エンジンと称す）２を備える。このエンジン２は、ストイキ運転（すなわち、理論空燃比よる運転）と、リーン運転（すなわち、理論空燃比よりもリーンな空燃比による運転）とを選択可能なリーンバーンエンジンである。リーン運転時の空燃比は、ＮＯｘが多く発生する空燃比域よりもさらにリーンな空燃比域に含まれる所定空燃比に設定される。

エンジン２は火花点火式エンジンであって、各気筒の燃焼室４の頂部には点火装置の点火プラグ１４が取り付けられている。エンジン２の気筒数および気筒配置は特に限定されない。燃焼室４には、吸気通路６と排気通路８が接続されている。燃焼室４と吸気通路６との連通状態は吸気弁１０によって制御される。燃焼室４と排気通路８との連通状態は排気弁１２によって制御される。吸気弁１０には、そのバルブタイミングを可変とする吸気可変動弁機構１６が設けられている。排気弁１２には、そのバルブタイミングを可変とする排気可変動弁機構１８が設けられている。バルブタイミングを可変とする機構には、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変化させる公知の機構を用いることができる。また、図示は省略するが、各気筒には燃焼室４の内部に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁が設けられている。

吸気通路６の最上流部には、エアクリーナ２０が設けられている。吸気通路６におけるエアクリーナ２０の下流には、過給機のコンプレッサ２２が設けられている。吸気通路６におけるコンプレッサ２２の下流には、コンプレッサ２２で圧縮された吸気を冷却するインタークーラ２４が設けられている。吸気通路６におけるインタークーラ２４の下流には、電子制御式のスロットル２６が設けられている。図示は省略するが、スロットル２６より下流の吸気通路６は、吸気を各気筒の吸気ポートに分配する吸気マニホールドとなっている。

排気通路８の最上流部は、図示は省略するが、各気筒の排気ポートから出た排気を集合させる排気マニホールドとなっている。排気通路８における排気マニホールドの下流には、過給機のタービン３０が設けられている。排気通路８には、タービン３０の上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路３２が設けられている。バイパス通路３２には、ウエストゲートバルブ３４が設置されている。排気通路８におけるタービン３０の下流には、上流側から順に、三元触媒３６、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３８、選択還元型触媒４０が設けられている。

本実施形態のエンジンシステムは、燃料タンク４４で発生した蒸発燃料を一時的に吸着して貯蔵するキャニスタ４６を備える。キャニスタ４６は、第１蒸発燃料通路５０によって吸気通路６におけるスロットル２６の下流側に接続されている。第１蒸発燃料通路５０には、第１パージ制御弁（下流側パージ制御弁）５２が設けられている。第１パージ制御弁５２はＶＳＶ（Vacuum Switching Valve）又はＶＲＶ（Vacuum Regulating Valve）である。吸気通路６におけるスロットル２６の下流側の圧力である吸気マニホールド圧が負圧のとき、その負圧の作用によってキャニスタ４６から第１蒸発燃料通路５０に蒸発燃料が吸引され、第１蒸発燃料通路５０から吸気通路６に蒸発燃料がパージされる。コンプレッサ２２による過給が行われる過給域では、吸気マニホールド圧が大気圧よりも高くなるため、第１蒸発燃料通路５０からの蒸発燃料のパージは停止する。なお、図示は省略するが、第１蒸発燃料通路５０には逆流防止のための逆止弁が設けられている。

また、キャニスタ４６は、第２蒸発燃料通路５４によって吸気通路６におけるコンプレッサ２２の上流側に接続されている。第２蒸発燃料通路５４には、コンプレッサ２２の上流側と下流側の差圧を利用して、キャニスタ４６から蒸発燃料を吸引するエゼクタ５６が設けられている。第２蒸発燃料通路５４におけるキャニスタ４６とエゼクタ５６との間には、第２パージ制御弁（上流側パージ制御弁）５８が設けられている。第２パージ制御弁５８はＶＳＶ又はＶＲＶである。コンプレッサ２２が作動してその上流側と下流側との間に差圧が生じたとき、エゼクタ５６の作用によってキャニスタ４６から第２蒸発燃料通路５４に蒸発燃料が吸引され、第２蒸発燃料通路５４から吸気通路６に蒸発燃料がパージされる。コンプレッサ２２による過給が行われないＮＡ域（自然吸気域）では、コンプレッサ２２の前後に差圧が生じないためにエゼクタ５６が機能せず、第２蒸発燃料通路５４からの蒸発燃料のパージは停止する。

本実施形態のエンジンシステムは、エンジン２を制御する制御装置１００を備える。制御装置１００は、少なくとも入出力インタフェース、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有するＥＣＵである。入出力インタフェースは、エンジン２及び車両に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、エンジン２を構成するアクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられる。ＲＯＭには、エンジン２を制御するための各種の制御プログラムやマップが記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラムをＲＯＭから読みだして実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。

２．エンジンの運転モード
制御装置１００は、エンジン２に対する要求トルクとエンジン２の回転速度とに基づいてエンジン２の運転モードを決定する。制御装置１００によって選択されるエンジン２の運転モードには、エンジン２の運転空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比とするリーン運転モードと、エンジン２の運転空燃比を理論空燃比とするストイキ運転モードとが含まれる。図２には、トルクと回転速度とを座標軸とする平面において、リーン運転モードが選択される領域の外縁と、ストイキ運転モードが選択される領域の外縁とがそれぞれ太線で描かれている。

リーン運転モードが選択される領域は、低トルク側の運転域であるリーンＮＡ域と、高トルク側の運転域であるリーン過給域（図２においてハッチングが施されている運転域）とに分けられる。リーンＮＡ域は、コンプレッサ２２による過給が行われておらず吸気マニホールド圧が大気圧以下となる運転域である。リーン過給域は、コンプレッサ２２による過給が行われて吸気マニホールド圧が大気圧以上となる運転域である。リーン過給域の中の高トルク低回転速度域は、スカベンジを能動的に生じさせる運転域（この運転域をリーンスカベンジ域という）となっている。リーンスカベンジ域では、吸気マニホールド圧が排気マニホールド圧（背圧）よりも高くなっている。このような条件のもと、新気の充填効率を高めるべく吸気弁１０のバルブタイミングが進角されることで、吸気弁１０の開弁期間と排気弁１２の開弁期間との間のオーバラップ量（バルブオーバラップ量）が拡大し、吸気通路６から排気通路８への吸気の吹き抜けが発生する。

ストイキ運転モードが選択される領域は、低トルク側の運転域であるストイキＮＡ域と、高トルク側の運転域であるストイキ過給域（図２において破線より上側の運転域）とに分けられる。ストイキＮＡ域は、コンプレッサ２２による過給が行われておらず吸気マニホールド圧が大気圧以下となる運転域である。ストイキ過給域は、コンプレッサ２２による過給が行われて吸気マニホールド圧が大気圧以上となる運転域である。ストイキ過給域の中の高トルク低回転速度域は、スカベンジを能動的に生じさせる運転域（この運転域をストイキスカベンジ域という）となっている。ストイキスカベンジ域では、吸気マニホールド圧が排気マニホールド圧よりも高くなるとともに、吸気弁１０のバルブタイミングが進角されることでバルブオーバラップ量が拡大する。

なお、リーンＮＡ域とストイキＮＡ域では、ウエストゲートバルブ３４は全開とされ、スロットル２６の開度によって吸気マニホールド圧の制御が行われる。リーンＮＡ域とリーン過給域との境目、及び、ストイキＮＡ域とストイキ過給域との境目では、ウエストゲートバルブ３４は全開で、スロットル２６も全開となる。そして、リーン過給域とストイキ過給域では、スロットル２６は全開に維持され、ウエストゲートバルブ３４の閉度（全開を基準としたときの閉じ具合）によって吸気マニホールド圧の制御が行われる。

図２には、ロードロードライン（Ｒ／Ｌ）の一例が示されている。加速時には、エンジン２の動作点は、このラインに沿ってリーンＮＡ域からリーン過給域へと移る。エンジン２の動作点がリーン過給域に入った場合、吸気マニホールド圧は大気圧よりも高くなる。リーン過給域の中のリーンスカベンジ域はスカベンジを能動的に発生させる運転域であるが、リーンスカベンジ域以外のリーン過給域でも、吸気マニホールド圧と背圧との関係によってスカベンジが発生する可能性がある。

３．上流側パージ制御弁の操作
リーン過給域では、コンプレッサ２２の上流側と下流側との間に差圧が生じるため、エゼクタ５６によってキャニスタ４６から第２蒸発燃料通路５４に蒸発燃料が吸引され、吸気通路６におけるコンプレッサ２２の上流側に蒸発燃料がパージされる。スカベンジが発生した場合、吸気通路６にパージされた蒸発燃料は、未燃のまま吸気とともに排気通路８へ吹き抜ける。これによるエミッション性能の悪化を抑えるため、制御装置１００は、第２パージ制御弁（上流側パージ制御弁）５８を以下のように操作することにより、スカベンジが発生しやすい状況での蒸発燃料のパージを抑制する。

図３は、第２パージ制御弁５８の開度制御について説明する図である。図３には、吸気マニホールド圧とパージ量（吸気通路にパージされた単位時間当たりのガス量）との関係を示すグラフと、吸気マニホールド圧と第２パージ制御弁（上流側パージ制御弁）５８の開度との関係を示すグラフとが描かれている。

下段のグラフに示すように、制御装置１００は、吸気マニホールド圧が大気圧よりも低いＮＡ域（詳しくは、リーンＮＡ域）では、吸気マニホールド圧の大きさによらず第２パージ制御弁５８の開度を全開に維持する。リーンＮＡ域の他、ストイキＮＡ域やストイキ過給域でも、第２パージ制御弁５８の開度はパージの実行時は基本的には全開にされる。一方、吸気マニホールド圧が大気圧以上となる過給域（詳しくは、リーン過給域）では、制御装置１００は、吸気マニホールド圧の上昇に応じて第２パージ制御弁５８の開度を小さくしていく。つまり、スカベンジが発生する可能性が高くなるにつれて第２パージ制御弁５８の開度を小さくすることが行われる。吸気マニホールド圧は、吸気マニホールドに設けられた図示しない圧力センサによって計測される。

エンジン２の動作点がスカベンジ域(詳しくは、リーンスカベンジ域)に入った場合、制御装置１００は、第２パージ制御弁５８の開度を予め定められている最小開度に設定する。リーンスカベンジ域では能動的にスカベンジを発生させるため、蒸発燃料の吹き抜けがほぼ確実に発生する。よって、図３に示すように、リーンスカベンジ域で設定される第２パージ制御弁５８の最小開度は全閉でもよい。リーンスカベンジ域かどうかは、エンジン２の要求トルクと回転速度から判定される。図３では、全開から全閉まで第２パージ制御弁５８の開度は吸気マニホールド圧に対して連続的に変化する様子が描かれている。ただし、全閉になる前後での第２パージ制御弁５８の動作は必ずしも連続的ではない。エンジン２の動作点がリーンスカベンジ域に入った場合、その時点において第２パージ制御弁５８は離散的に全閉にされる。

上段のグラフでは、第１パージ制御弁（下流側パージ制御弁）５２を通るパージガスのパージ量が一点鎖線で示されている。第１パージ制御弁５２は、吸気マニホールド圧の大きさによらずパージの実行時は基本的には全開にされている。このため、第１パージ制御弁５２によるパージ量は、大気圧と吸気マニホールド圧との差圧に比例し、吸気マニホールド圧が大気圧よりも大きくなるとゼロになる。

また、上段のグラフでは、第２パージ制御弁（上流側パージ制御弁）５８を通るパージガスのパージ量が実線と破線で示されている。実線は、スロットル２６が全開にされ過給圧（スロットル２６の上流側の圧力）と吸気マニホールド圧とが等しくなっている場合のパージ量と吸気マニホールド圧との関係を示している。下段のグラフのように第２パージ制御弁５８の操作が行われることで、第２パージ制御弁５８によるパージ量は、初めは吸気マニホールド圧が上昇するにつれて増大するものの、やがて頭打ちとなり、その後は吸気マニホールド圧が上昇するにつれて減少する。そして、リーンスカベンジ域では、第２パージ制御弁５８は全閉にされるため、第２パージ制御弁５８によるパージ量はゼロとなる。

リーン過給域での蒸発燃料の吹き抜けを単に防止するだけであるなら、リーン過給域の全域において第２パージ制御弁５８を全閉にすればすむ。しかし、そのような操作を行った場合、キャニスタ４６に溜まった蒸発燃料を処理することができなくなる。本実施の形態において制御装置１００が行う第２パージ制御弁５８の操作によれば、キャニスタ４６に溜まった蒸発燃料をリーン過給域でもパージしつつ、スカベンジが発生しやすくなるにつれてパージ量を抑えることができる。これにより、キャニスタ４６に溜まった蒸発燃料を処理することと、蒸発燃料の吹き抜けによるエミッション性能の低下を抑制することとを両立させることができる。

上段のグラフの破線は、リーン過給域においてスロットル２６が絞られ、過給圧と吸気マニホールド圧との間に差が生じている場合のパージ量と吸気マニホールド圧との関係を示している。この場合、吸気マニホールド圧が大気圧よりも高くなって第１パージ制御弁５２によるパージが停止する前に、過給圧が大気圧よりも高くなって第２パージ制御弁５８によるパージが開始される。これにより、吸気マニホールド圧が大気圧の近傍にあるときにキャニスタ４６からの蒸発燃料のパージが中断することは避けられる。さらに、実線と破線との比較から分かるように、吸気マニホールド圧の大きさが同じであるならば、スロットル２６を絞っているほうが過給圧は高くなるために第２パージ制御弁５８によるパージ量は大きくなる。よって、破線で示す関係を実現する操作を行うことで、リーン過給域での蒸発燃料の処理を促進することができる。

４．パージ制御の制御フロー
図４は、第２パージ制御弁５８を用いたパージ制御の制御フローを示すフローチャートである。制御装置１００のメモリには、この制御フローに対応する制御プログラムが記憶されている。図３を用いて説明した第２パージ制御弁５８の開度制御は、この制御フローの中で実施される。

図４に示す制御フローによれば、制御装置１００は、まず、エンジン２に対する要求トルクとエンジン２の回転速度とに基づいて、エンジン２の動作点がリーン過給域にあるかどうかの判定を行う（ステップＳ２）。エンジン２の動作点がリーン過給域にないのであれば、制御装置１００は、第２パージ制御弁５８を全開にする（ステップＳ１４）。

エンジン２の動作点がリーン過給域にある場合、制御装置１００は、図３を用いて説明したとおり、吸気マニホールド圧の大きさに応じて第２パージ制御弁５８の開度を変更する（ステップＳ４）。

次に、制御装置１００は、キャニスタ４６から吸気通路６に導入されるパージガスの燃料濃度が閾値よりも高いかどうか判定する（ステップＳ６）。この判定は、キャニスタ４６が空に近い状態になっているか判断するために行われる。制御装置１００は、第２パージ制御弁５８が開いてパージガスのパージが行われている状態において、図示しない空燃比センサの出力から計算される実空燃比と、燃料噴射量の計算に用いた目標空燃比との差に基づいてパージガスの燃料濃度を推定する。或いは、燃料タンク４４の内圧からパージガスの燃料濃度を推定することもできる。パージガスの燃料濃度が閾値まで低下している場合、制御装置１００は、第２パージ制御弁５８の現在の開度を維持する。

第２パージ制御弁５８の開度を変更してからパージガスの燃料濃度が閾値よりも高い状態が所定時間続いた場合、制御装置１００は、吸気可変動弁機構１６を操作してバルブオーバラップ量を減少させる。そして、それとともに、制御装置１００は、バルブオーバラップ量の減少速度にあわせた速度で第２パージ制御弁５８の開度を大きくする（ステップＳ８）。このような操作を行うことにより、バルブオーバラップ量を減少させることで蒸発燃料の吹き抜けを抑制しつつ、蒸発燃料のパージ量を増やすことができる。

制御装置１００は、再び、キャニスタ４６から吸気通路６に導入されるパージガスの燃料濃度が閾値よりも高いかどうか判定する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０の判定は、ステップＳ８で実施した操作の効果を確認するために行われる。ステップＳ８で実施した操作によってパージガスの燃料濃度が閾値まで低下した場合、制御装置１００は、現在のバルブオーバラップ量と第２パージ制御弁５８の現在の開度とを維持する。

ステップＳ８の操作にも関わらずパージガスの燃料濃度が閾値よりも高い場合、制御装置１００は、エンジン２の運転空燃比を理論空燃比に切り替えるとともに、第２パージ制御弁５８の開度をさらに大きくする（ステップＳ１２）。運転空燃比を理論空燃比に切り替えることで、排気温度が上昇し、三元触媒３６の浄化性能は向上する。これにより、エミッション性能を悪化させることなく蒸発燃料のパージ量を増やすことが可能となる。

なお、ステップＳ１２の操作では、理論空燃比への切り替えに伴うトルクの増大を抑制するべく、制御装置１００は、スロットル２６を絞って吸気マニホールド圧を低下させる。一方、ウエストゲートバルブ３４は全閉のままとして過給圧の低下を抑制する。過給圧を維持することで、第２パージ制御弁５８を介して蒸発燃料をパージするために必要なエゼクタ５６の吸引力を維持することができる。

５．エンジンシステムの動作
図５は、上記の制御フローを実施した場合のエンジンシステムの動作を示すタイムチャートである。１段目のチャートは、リーンＮＡ域からの加速時においてエンジン２が出力するトルクを示している。２段目のチャートは、破線で過給圧を示し、実線で吸気マニホールド圧を示している。３段目のチャートは、パージガスの燃料濃度を示している。４段目のチャートは、第２パージ制御弁（上流側パージ制御弁）５８の開度を示している。５段目のチャートは、吸気可変動弁機構１６による吸気弁１０のバルブタイミングの進角量（ＩＮ−ＶＶＴ進角量）を示している。６段目のチャートは、ウエストゲートバルブ３４の閉度（ＷＧＶ閉度）を示している。７段目のチャートは、エンジン２の運転空燃比を示している。８段目のチャートは、スロットル２６の開度を示している。そして、９段目のチャートは、点火時期を示している。

このタイムチャートによれば、時刻t1において、スロットル２６が全開になって吸気マニホールド圧が大気圧に等しくなる。時刻t1以降はウエストゲートバルブ３４が次第に閉じられていき、過給圧が上昇していく。スロットル２６は全開に維持されるので、吸気マニホールド圧は過給圧と等しくなり、過給圧とともに上昇していく。また、新気の充填効率を高めるように、吸気弁１０のバルブタイミングが進角されていく。そして、過給圧が大気圧よりも高くなる時刻t1以降は、上記の操作と併せて、吸気マニホールド圧の上昇に応じて第２パージ制御弁５８の開度が小さくされていく。

やがて、時刻t2において、エンジン２の動作点はリーン過給域にある目標動作点に到達する。時刻t2以降はエンジン２のトルクを一定に維持するように、ウエストゲートバルブ３４は時刻t2の閉度に維持され、吸気弁１０のバルブタイミングは時刻t2の進角量に維持される。ウエストゲートバルブ３４の閉度が維持されることで、時刻t2以降の過給圧及び吸気マニホールド圧の変化は抑えられる。そして、吸気マニホールド圧の上昇が止まることで、第２パージ制御弁５８の開度の減少も止まり、第２パージ制御弁５８は時刻t2の開度に維持される。

時刻t2から所定時間が経過した時刻t3において、パージガスの燃料濃度が閾値である下限ラインまで低下しているかどうか判定される。タイムチャートの例では、時刻t3における燃料濃度は下限ラインを上回っている。このため、バルブオーバラップ量を減少させるべく、吸気弁１０のバルブタイミングが遅角される。そして、第２パージ制御弁５８によるパージ量を増やすべく、バルブオーバラップ量の減少速度にあわせた速度で、第２パージ制御弁５８の開度が大きくされていく。また、吸気弁１０のバルブタイミングの遅角による充填効率の低下を補うべく、ウエストゲートバルブ３４がさらに閉じられていき、過給圧及び吸気マニホールド圧は上昇していく。

ウエストゲートバルブ３４が全閉に達した時刻t4において、再度、パージガスの燃料濃度が下限ラインまで低下しているかどうか判定される。タイムチャートの例では、時刻t4における燃料濃度は下限ラインを上回っている。このため、エンジン２の運転空燃比がリーン空燃比から理論空燃比（ストイキ）に切り替えられ、同時に、第２パージ制御弁５８は全開まで開かれる。また、ウエストゲートバルブ３４は全閉のまま、理論空燃比への切り替えによるトルクの増大を抑制するべく、スロットル２６が閉じられる。ウエストゲートバルブ３４が全閉に維持されることで、エゼクタ５６の吸引力の源となる過給圧の低下は抑えられる。また、空気量及び空燃比の変化によりＭＢＴが変わるため、運転空燃比のストイキ化に合わせて点火時期は遅角される。

やがて、パージガスの燃料濃度が下限ラインまで低下した時刻t5において、エンジン２の運転空燃比は再び理論空燃比よりもリーンな空燃比に切り替えられ、スロットル２６は全開まで戻される。また、空気量及び空燃比の変化によりＭＢＴが変わるため、運転空燃比のリーン化に合わせて点火時期は再び進角される。

６．その他
図３に示す第２パージ制御弁５８の開度制御では、第２パージ制御弁５８の開度を吸気マニホールド圧に対して連続的に変化させている。しかし、これは、吸気マニホールド圧の上昇に応じて第２パージ制御弁５８の開度を小さくする方法の一例である。第２パージ制御弁５８の開度制御の方法としては、吸気マニホールド圧の上昇に応じて段階的に開度を小さくするのでもよい。

図４に示す制御フローでは、ステップＳ１０においてパージガスの燃料濃度が十分に低下していない場合に運転空燃比を理論空燃比に切り替えている。しかし、これとは別に、エンジン２の燃焼変動が大きくなった場合や、バルブオーバラップ量の縮小によって目標トルクを達成できなくなった場合に、運転空燃比を理論空燃比に切り替えるようにしてもよい。

実施の形態では、吸気マニホールドに蒸発燃料をパージする第１蒸発燃料通路と、コンプレッサの上流に蒸発燃料をパージする第２蒸発燃料通路のそれぞれにパージ制御弁を設けているが、第１蒸発燃料通路と第２蒸発燃料通路との分岐点の手前にパージ制御弁を設けて、この一つのパージ制御弁でパージガスの制御を行うことも可能である。

実施の形態の過給機は、タービンによってコンプレッサを駆動するターボ過給機であるが、本発明においては、過給機はモータによってコンプレッサを駆動する電動過給機でもよいし、エンジンによってコンプレッサを駆動する機械式過給機でもよい。

２ エンジン
４ 燃焼室
６ 吸気通路
８ 排気通路
１０ 吸気弁
１２ 排気弁
２２ コンプレッサ
２６ スロットル
３０ タービン
３４ ウエストゲートバルブ
３６ 三元触媒
４４ 燃料タンク
４６ キャニスタ
５０ 第１蒸発燃料通路
５２ 第１パージ制御弁（下流側パージ制御弁）
５４ 第２蒸発燃料通路
５６ エゼクタ
５８ 第２パージ制御弁（上流側パージ制御弁）
１００ 制御装置

Claims (5)

1. 吸気通路に設けられたコンプレッサと、
   排気通路に設けられた三元触媒と、
   燃料タンクで発生した蒸発燃料を貯蔵するキャニスタと、
   前記キャニスタと前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを接続する蒸発燃料通路と、
   前記蒸発燃料通路に設けられた、前記コンプレッサの上流側と下流側の差圧を利用して前記キャニスタから蒸発燃料を吸引するエゼクタと
   前記蒸発燃料通路における前記キャニスタと前記エゼクタとの間に設けられたパージ制御弁と、を備える内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の運転空燃比が理論空燃比よりもリーンであり、且つ、前記コンプレッサの下流側の圧力が上流側の圧力より高くなるリーン過給域では、前記コンプレッサの下流側の圧力の上昇に応じて前記パージ制御弁の開度を小さくすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記リーン過給域に含まれる前記吸気通路から前記排気通路への吸気の吹き抜けを生じさせる運転域では、前記パージ制御弁を全閉にすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記リーン過給域に含まれる排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間との間にオーバラップが生じる運転域では、前記パージ制御弁を全閉にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記パージ制御弁の開度を小さくした後において、前記キャニスタから前記吸気通路に導入されるパージガスの燃料濃度が閾値まで下がらない場合、排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間との間のオーバラップ量を小さくするとともに、前記パージ制御弁の開度を大きくすることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記パージ制御弁の開度を小さくした後において、前記キャニスタから前記吸気通路に導入されるパージガスの燃料濃度が閾値まで下がらない場合、前記内燃機関の運転空燃比を理論空燃比に切り替えるとともに、前記パージ制御弁の開度を大きくすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

Images