JP6350425B2

JP6350425B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP6350425B2
Application number: JP2015143976A
Authority: JP
Inventors: 直哉 ▲高▼田; 邦裕四島
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2035-07-21
Also published as: JP2017025756A

Description

ここに開示された技術は、エンジンの制御装置に関するものである。

従来より、燃料タンク内で発生した蒸発燃料をパージガスとして吸気系に供給するエンジンが知られている。

このようなパージガスは空燃比に影響を与えるため、吸気系に供給される蒸発燃料量を正確に把握する必要がある。そのためには、パージガス中の燃料濃度であるパージ濃度を正確に把握する必要がある。

例えば、特許文献１に係るエンジンでは、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサの検出結果に基づいて燃料噴射量を調整して実空燃比を目標空燃比に制御する空燃比フィードバック制御を行っている。このエンジンは、空燃比フィードバック制御で用いられるフィードバック補正値をパージガスの供給前後で比較し、その前後の偏差からパージ濃度を推定している。

特開平１１−３０１５９号公報

ところで、フィードバック補正値は、実空燃比を調整すべく逐次変化するため、パージガスの供給前後のフィードバック補正値の偏差には、パージガスに起因する変動分だけでなく、空燃比制御のための変動分も含まれる。そのため、特許文献１のパージ濃度の推定方法は、パージ濃度の推定精度に改善の余地がある。

しかしながら、別の推定方法によりパージ濃度を精度よく推定できるとしても、その推定に時間を要する場合には、パージガスの供給機会が喪失されるので好ましくない。特に、蒸発燃料が多い状況においては、パージガスの供給機会はできるだけ確保しておきたい。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パージ濃度の推定精度の向上とパージガスの供給機会の確保とを実現することにある。

ここに開示された技術は、エンジン本体と、燃料タンクの蒸発燃料を含むパージガスを前記エンジン本体の吸気系へ供給するパージ処理部とを有するエンジンの制御装置を対象としている。このエンジンの制御装置は、前記エンジン本体へ供給する燃料量を、空燃比に基づいて算出されるフィードバック補正値を用いてフィードバック制御する空燃比制御部と、前記パージ処理部から前記吸気系へ供給されるパージガス中の燃料濃度であるパージ濃度を推定する濃度推定部とを備え、前記空燃比制御部は、前記フィードバック補正値に基づいて燃料量の学習値を算出する空燃比学習を実行し、前記空燃比学習後は前記学習値及び前記フィードバック補正値を用いて燃料量をフィードバック制御し、前記濃度推定部は、前記パージ処理部によるパージガスの供給前後の前記フィードバック補正値の偏差に基づいて前記パージ濃度を推定する第１濃度推定と、前記空燃比制御部に前記空燃比学習を実行させた後に前記パージ処理部にパージガスを供給させ、前記フィードバック補正値の初期値とパージガスの供給後の前記フィードバック補正値との偏差に基づいて前記パージ濃度を推定する第２濃度推定とを使い分けて実行する。

そして、前記濃度推定部は、前記空燃比学習が直前に実行されている場合には、該直前に実行された空燃比学習を前記第２濃度推定の前記空燃比学習として代用して前記第２濃度推定を実行する一方、前記空燃比学習が直前に実行されていない場合には、前記吸気系へのパージガスの供給の必要度合に基づいて前記第１濃度推定と前記第２濃度推定とを使い分け、パージガスの供給の必要度合が高いときに前記第１濃度推定を実行し、パージガスの供給の必要度合が低いときに前記第２濃度推定を実行する。

この構成によれば、フィードバック補正値を用いて燃料量がフィードバック補正される。フィードバック補正値は、エンジン運転中の空燃比のばらつきを低減するように算出されるが、燃料噴射弁の温度特性や経年劣化等の恒常的な燃料量のズレ量を補正するための成分も含まれる。これらの恒常的なズレ量は、空燃比学習によって燃料量の学習値として算出される。空燃比学習後は、前述の恒常的なズレ量が再び生じるまでは、フィードバック補正値には、恒常的なズレ量を補正するための成分は含まれないようになり、エンジン運転中の空燃比のばらつきを低減する成分のみを含むようになる。

第１濃度推定においては、パージ前のフィードバック補正値とパージ後のフィードバック補正値との偏差に基づいてパージ濃度を推定する。そのため、フィードバック補正値に恒常的なズレ量を補正するための成分が含まれていても、その成分をキャンセルしてパージ濃度を精度良く推定することができる。つまり、第１濃度推定では、パージ濃度を推定する際に空燃比学習を実行する必要がないので、その分だけパージ濃度推定が早期に完了するという利点がある。

第２濃度推定においては、空燃比学習を実行してから、フィードバック補正値の初期値とパージガス供給後のフィードバック補正値との偏差に基づいてパージ濃度を推定するので、第１濃度推定に比べて、パージ濃度をより精度良く推定することができる。詳しくは、フィードバック補正値は、エンジン運転中の空燃比のばらつきを低減する成分を含んでおり、それはパージガス以外の原因による空燃比のばらつきを低減する成分も含まれている。第１濃度推定は、パージガス供給前のフィードバック補正値とパージガス供給後のフィードバック補正値との２つのフィードバック補正値を用いるのに対し、第２濃度推定は、パージガス供給後のフィードバック補正値の１つだけを用いる。そのため、第２濃度推定では、第１濃度推定に比べて、パージガス以外の原因による空燃比のばらつきを低減するためのフィードバック補正値の変動の影響が小さく、その分だけパージ濃度を精度良く推定することができる。

このように、第１濃度推定は、濃度推定の迅速性の点で有利であり、第２濃度推定は、濃度推定の精度の点で有利である。これら第１濃度推定と第２濃度推定とを状況に応じて使い分けることによって、濃度推定の迅速性を優先したり、濃度推定の精度を優先したりすることができる。

また、前記の構成によれば、パージガスの供給の必要度合が高いときには第１濃度推定が実行される。これにより、濃度推定に要する時間が短縮され、パージガスの供給機会が確保される。一方、パージガスの供給の必要度合が低いときには第２濃度推定が実行される。これにより、パージ濃度の推定精度を向上させることができる。

また、前記の構成によれば、パージガスの供給の必要度合だけでなく、直前に空燃比学習が実行されているか否かも考慮して、第１濃度推定と第２濃度推定とが使い分けられる。直前に空燃比学習が実行されている場合には、フィードバック補正値からは、恒常的なズレ量を補正するための成分が除かれている。そのような場合には、第２濃度推定の本来の空燃比学習を直前の空燃比学習で代用して第２濃度推定を実行する。これにより、時間を短縮して第２濃度推定を実行することができる。つまり、濃度推定の迅速性を確保しつつ、濃度推定の精度も向上させることができる。

一方、直前に空燃比学習が実行されていない場合には、パージガスの供給の必要度合に基づいて、第１濃度推定と第２濃度推定とを使い分ける。この使い分けについては、前述の通りである。

また、前記濃度推定部は、外気圧に基づいて前記吸気系へのパージガスの供給の必要度合を判定するようにしてもよい。

一般的には、外気圧に応じて、燃料の揮発しやすさは変化する。例えば高地のように外気圧が低い環境では、低地よりも燃料は揮発しやすくなる。

この構成によれば、前記濃度推定部は、外気圧に基づいて前記吸気系へのパージガスの供給の必要度合を判定することによって、吸気系へのパージガスの供給の必要度合を的確に判断することができる。そのことで、第１濃度推定と第２濃度推定との切り替えをより適切なタイミングで行うことができる。

また、前記濃度推定部は、前記エンジンの温間運転後の再始動時には前記吸気系へのパージガスの供給の必要度合が高いと判定して、前記第１濃度推定を実行するようにしてもよい。

エンジンの温間運転後は、エンジン本体の温度が高く、燃料タンクの温度も高くなる傾向にある。つまり、燃料が揮発しやすい環境となっている。そのため、温間運転後の再始動時には、蒸発燃料が増加している可能性がある。

前記の構成によれば、エンジンの温間運転後の再始動時には第１濃度推定を実行するので、吸気系へのパージガスの供給の必要度合が高い状況を的確に判断して、濃度推定の時間を短縮し、パージガスの供給機会の確保することができる。

ここに開示された別の技術は、エンジン本体と、燃料タンクの蒸発燃料を含むパージガスを前記エンジン本体の吸気系へ供給するパージ処理部とを有するエンジンの制御装置を対象としている。このエンジンの制御装置は、前記エンジン本体へ供給する燃料量を、空燃比に基づいて算出されるフィードバック補正値を用いてフィードバック制御する空燃比制御部と、前記パージ処理部から前記吸気系へ供給されるパージガス中の燃料濃度であるパージ濃度を推定する濃度推定部とを備え、前記空燃比制御部は、前記フィードバック補正値に基づいて燃料量の学習値を算出する空燃比学習を実行し、前記空燃比学習後は前記学習値及び前記フィードバック補正値を用いて燃料量をフィードバック制御し、前記濃度推定部は、前記パージ処理部によるパージガスの供給前後の前記フィードバック補正値の偏差に基づいて前記パージ濃度を推定する第１濃度推定と、前記空燃比制御部に前記空燃比学習を実行させた後に前記パージ処理部にパージガスを供給させ、前記フィードバック補正値の初期値とパージガスの供給後の前記フィードバック補正値との偏差に基づいて前記パージ濃度を推定する第２濃度推定とを使い分けて実行する。

そして、前記濃度推定部は、前記吸気系へのパージガスの供給の必要度合に基づいて前記第１濃度推定と前記第２濃度推定とを使い分け、パージガスの供給の必要度合が高いときに前記第１濃度推定を実行し、パージガスの供給の必要度合が低いときに前記第２濃度推定を実行し、前記濃度推定部は、外気圧に基づいて前記吸気系へのパージガスの供給の必要度合を判定する。

前述のように、第１濃度推定は、濃度推定の迅速性の点で有利であり、第２濃度推定は、濃度推定の精度の点で有利である。これら第１濃度推定と第２濃度推定とを状況に応じて使い分けることによって、濃度推定の迅速性を優先したり、濃度推定の精度を優先したりすることができる。

また、前述のように、一般的には、外気圧に応じて、燃料の揮発しやすさは変化する。例えば高地のように外気圧が低い環境では、低地よりも燃料は揮発しやすくなる。

前記エンジンの制御装置によれば、パージ濃度の推定精度の向上とパージガスの供給機会の確保とを実現することができる。

図１は、ターボ過給機付きエンジンの概略構成図である。図２は、ＥＣＵの機能構成図である。図３は、濃度推定方法を示すフローチャートである。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〈エンジンの構成〉
図１は、ターボ過給機付エンジンを備えたエンジン１００の概略構成図である。

図１に示すように、エンジン１００は、主に、外部から導入された吸気（空気）が通過する吸気通路１０と、この吸気通路１０から供給された吸気と後述する燃料噴射弁２３から供給された燃料との混合気を燃焼させて車両の動力を発生するエンジン本体２０（例えばガソリンエンジン）と、このエンジン本体２０内の燃焼により発生した排気を排出する排気通路３０と、排気のエネルギを利用して吸気を過給するターボ過給機４０と、燃料タンク５０と、燃料タンク５０内で発生した蒸発燃料を吸気通路１０へ供給するパージシステム６０と、エンジン１００全体を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０とを有する。

吸気通路１０には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナ１１と、通過する吸気を昇圧させる、ターボ過給機４０のコンプレッサ４１と、通過する吸気を冷却するインタークーラ１２と、通過する吸気量を調整するスロットルバルブ１３と、エンジン本体２０に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク１４とが設けられている。

エンジン本体２０は、主に、吸気通路１０から供給された吸気を燃焼室２１内に導入する吸気バルブ２２と、燃焼室２１に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２３と、燃焼室２１内に供給された吸気と燃料との混合気に点火する点火プラグ２４と、燃焼室２１内での混合気の燃焼により往復運動するピストン２７と、ピストン２７の往復運動により回転されるクランクシャフト２８と、燃焼室２１内での混合気の燃焼により発生した排気を排気通路３０へ排出する排気バルブ２９とを有する。

排気通路３０には、上流側から順に、通過する排気によって回転させられ、この回転によってコンプレッサ４１を回転駆動する、ターボ過給機４０のタービン４２と、例えばＮＯｘ触媒や三元触媒や酸化触媒などの、排気の浄化機能を有する排気浄化触媒３１とが設けられている。

また、排気通路３０には、排気にターボ過給機４０のタービン４２を迂回させるタービンバイパス通路３２が設けられている。このタービンバイパス通路３２には、タービンバイパス通路３２を流れる排気の流量を制御するウェイストゲートバルブ３３が設けられている。

パージシステム６０は、燃料タンク５０内で発生した蒸発燃料を吸着して貯蔵するキャニスタ６１、キャニスタ６１と吸気通路と１０とを接続し、キャニスタ６１から蒸発燃料を含むパージガスを吸気通路１０に導くパージ通路６２と、パージ通路６２に設けられたパージバルブ６６とを有している。パージシステム６０は、蒸発燃料と空気とを含むパージガスを吸気通路１０へ供給する。パージガスを吸気通路１０へ供給することを、単に「パージ」と称する。パージシステム６０は、パージ処理部の一例である。

キャニスタ６１には、燃料蒸気を脱離可能に吸着する活性炭が収容されている。キャニスタ６１には、燃料タンク５０内の燃料蒸気を導入する燃料蒸気管６１ａ、キャニスタ６１を大気に開放する大気開放管６１ｂ、及びパージ通路６２が接続されている。大気開放管６１ｂには、図示は省略するが、キャニスタ６１に流入する空気を濾過するエアフィルタ及び大気開放管６１ｂを開閉するバルブが設けられている。バルブは、蒸発燃料がパージされるとき開とされる。

パージ通路６２の上流側の部分は、１本の通路で形成され、キャニスタ６１に接続されている。一方、パージ通路６２の下流側の部分は、２本の通路に分岐し、吸気通路１０の２箇所に接続されている。

詳しくは、パージ通路６２は、上流側の共通通路６３と、下流側の第１分岐通路６４及び第２分岐通路６５とを有する。共通通路６３の上流端は、キャニスタ６１に接続されている。共通通路６３の下流端に、第１分岐通路６４の上流端と第２分岐通路６５の上流端が接続されている。第１分岐通路６４の下流端は、吸気通路１０のサージタンク１４に接続されている。第２分岐通路６５の下流端は、後述するエジェクタ６７を介して、吸気通路１０のうちコンプレッサ４１の上流側の部分に接続されている。

共通通路６３には、パージバルブ６６が設けられているパージバルブ６６は、ＥＣＵ７０からの制御信号により開閉される電子制御式のバルブである。第１分岐通路６４には、吸気通路１０からの吸気の逆流を防止する逆止弁６４ａが設けられている。第２分岐通路６５には、吸気通路１０からの吸気の逆流を防止する逆止弁６５ａが設けられている。

エジェクタ６７は、本体６７ａと、吸気通路１０のうちコンプレッサ４１の下流側の部分と本体６７ａとを接続する導入ノズル６７ｂと、吸気通路１０のうちコンプレッサ４１の上流側の部分と本体６７ａとを接続する排出路６７ｃとを有している。第１分岐通路６４は、本体６７ａに接続されており、エジェクタ６７の一部を構成する。導入ノズル６７ｂの先端は、先細状となっており、導入ノズル６７ｂを介して還流される吸気は、その先端部で減圧され、導入ノズル６７ｂの先端周辺に負圧が発生する。この負圧により、第１分岐通路６４からパージガスが本体６７ａ内に吸引される。吸引されたパージガスは、導入ノズル６７ｂから還流される吸気と共に、排出路６７ｃを介して吸気通路１０のうちコンプレッサ４１の上流側に導入される。

ターボ過給機４０が吸気を過給していないとき（以下、「非過給時」という）には、パージガスは、第２分岐通路６５を介して吸気通路１０へ導入される。詳しくは、非過給時は、吸気通路１０のコンプレッサ４１の上流側の圧力の方がコンプレッサ４１の下流側の圧力よりも高いので、エジェクタ６７を介した吸気の還流は生じない。そのため、第１分岐通路６４の下流端の圧力は、吸気通路１０のうちエジェクタ６７が接続された部分の圧力となり、その圧力は、大気圧と略等しい。キャニスタ６１は、大気圧に開放されているので、第１分岐通路６４の上流端と下流端との差圧は、略零であり、パージガスは第１分岐通路６４を流通しない。

一方、第２分岐通路６５の下流端が接続されたサージタンク１４は、負圧となっている。そのため、パージ通路６２を流通するパージガスは、第２分岐通路６５を介して、サージタンク１４に導入される。

ターボ過給機４０が吸気を過給しているとき（以下、「過給時」という）には、パージガスは、第１分岐通路６４を介して吸気通路１０へ導入される。詳しくは、過給時は、サージタンク１４は、過給により正圧となっている。前述の如く、キャニスタ６１は、大気圧に開放されているので、第２分岐通路６５の下流端の圧力は、第２分岐通路６５の上流端の圧力よりも高くなっている。そのため、パージガスは、第２分岐通路６５を流通しない。尚、第２分岐通路６５には、逆止弁６５ａが設けられているので、吸気通路１０の吸気が第２分岐通路６５を逆入することもない。

一方、コンプレッサ４１による過給により、吸気通路１０のコンプレッサ４１の下流側の圧力の方がコンプレッサ４１の上流側の圧力よりも高いので、エジェクタ６７を介した吸気の還流が生じる。これにより、第１分岐通路６４からパージガスが吸引され、吸引されたパージガスが吸気通路１０のコンプレッサ４１の上流側に導入される。こうして、パージ通路６２を流通するパージガスは、第１分岐通路６４を介して、吸気通路１０に導入される。

また、過給開始直後又は過給停止直後等の過渡時には、エジェクタ６７による第１分岐通路６４からのパージガスの吸引が行われると共に、サージタンク１４の負圧により第２分岐通路６５からサージタンク１４にパージガスが導入され得る。つまり、第１分岐通路６４及び第２分岐通路６５の両方を介して、パージガスが吸気通路１０に供給され得る。

過給時、非過給時及び過渡時の何れの場合であっても、パージ通路６２を流通するパージガスの流量であるパージ流量は、パージバルブ６６によって調整される。

また、図１に示すエンジン１００には、各種のセンサが設けられている。具体的には、吸気通路１０のうちエアクリーナ１１とコンプレッサ４１との間の部分に吸入空気量を検出するエアフロセンサ８１と吸気温度を検出する温度センサ８２とが設けられている。吸気通路１０におけるコンプレッサ４１とスロットルバルブ１３との間の部分に、過給圧を検出する第１圧力センサ８３が設けられている。また、吸気通路１０におけるスロットルバルブ１３の下流側の部分（詳しくはサージタンク１４内）に、インマニ圧を検出する第２圧力センサ８４が設けられている。排気通路３０のうち、タービン４２と排気浄化触媒３１との間の部分に、排気中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ８５が設けられている。

エンジン本体２０においては、クランクシャフト２８のクランク角を検出するクランク角センサ８６と、エンジン本体２０の冷却水の温度を検出する水温センサ８７とが設けられている。

エアフロセンサ８１は、検出した吸入空気量をＥＣＵ７０に出力する。温度センサ８２は、検出した吸気温度をＥＣＵ７０に出力する。第１圧力センサ８３は、検出した過給圧に対応する検出信号をＥＣＵ７０に出力する。第２圧力センサ８４は、検出したインマニ圧に対応する検出信号をＥＣＵ７０に出力する。Ｏ₂センサ８５は、検出した酸素濃度に対応する検出信号をＥＣＵ７０に出力する。クランク角センサ８６は、検出したクランク角をＥＣＵ７０に出力する。水温センサ８７は、検出した水温をＥＣＵ７０に出力する。また、エンジン１００には、大気圧を検出する大気圧センサ８０が設けられており、この大気圧センサ８０は、検出した大気圧に対応する検出信号をＥＣＵ７０に出力する。

ＥＣＵ７０は、ＣＰＵと、ＣＰＵ上で実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）や各種のデータを格納するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリとを備えるコンピュータにより構成される。ＥＣＵ７０は、上述した各種センサから供給された検出信号に基づいて、種々の制御や処理を行う。ＥＣＵ７０は、制御装置の一例である。

例えば、ＥＣＵ７０は、所望の空燃比を実現するように燃料噴射弁２３からの燃料噴射量（「燃料量」ともいう）をフィードバック制御する空燃比制御と、パージ濃度を推定する濃度推定制御とを実行する。

ＥＣＵ７０は、空燃比に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比制御部７１と、パージガスの吸気通路１０への供給を制御するパージ制御部７２と、パージ濃度を推定する濃度推定部７３とを有している。濃度推定部７３によって推定されたパージ濃度は、パージバルブ６６の開度制御や後述する空燃比制御部７１による空燃比制御に用いられる。

空燃比制御部７１は、燃料噴射弁２３から噴射する燃料量を空燃比に基づいてフィードバック制御する空燃比フィードバック制御を実行する。空燃比制御部７１は、所定のフィードバック制御条件が成立しているときに空燃比フィードバック制御を実行する。フィードバック制御条件の一例としては、（ｉ）エンジン１００の始動時ではない、（ii）燃料カット中ではない、（iii）エンジン水温が所定温度以上である等が挙げられる。これらの場合には、燃料量が増量されていたり、減量（０も含む）されていたりするので、空燃比フィードバック制御に適さない。

詳しくは、空燃比制御部７１は、Ｏ₂センサ８５により検出された排気中の酸素濃度に基づいて、空燃比が所望の値となるように燃料量を制御する。空燃比制御部７１は、空燃比フィードバック制御においては以下の式（１）に基づいて燃料量Ｑを算出する。
Ｑ＝Ｑ０×Ｑｆｂ×Ｑｇ・・・（１）
ここで、Ｑ０は、基本燃料量であり、Ｑｆｂは、フィードバック補正値であり、Ｑｇは、空燃比学習値である。

基本燃料量Ｑ０は、燃料量の基本値である。空燃比制御部７１は、エアフロセンサ８１により検出された吸入空気量、又はエンジン本体２０の回転数及び要求負荷に基づいて、目標となる空燃比を実現できるように基本燃料量Ｑ０を設定する。基本燃料量ＱＯを規定したマップが、メモリに記憶されている。このとき、空燃比制御部７１は、吸気通路１０に供給されるパージガスに含まれる空気及び蒸発燃料も考慮して基本燃料量Ｑ０を設定する。

フィードバック補正値Ｑｆｂは、基本燃料量Ｑ０を空燃比に基づいて補正するための値である。例えば、フィードバック補正値Ｑｆｂの初期値は、１である。フィードバック補正値Ｑｆｂは、目標空燃比と実空燃比との偏差に基づいて初期値から増減される。

空燃比学習値Ｑｇは、フィードバック補正量Ｑｆｂに恒常的に含まれるズレ量を基本燃料量Ｑ０に反映させるべく、学習値として設定した値である。詳しくは、空燃比制御部７１が基本燃料量Ｑ０に相当する指令信号を出力して燃料噴射弁２３に燃料を噴射させても、燃料噴射弁２３の温度特性や経年劣化が原因で実空燃比が目標空燃比からずれる場合がある。そのような場合には、フィードバック補正量Ｑｆｂが温度特性や経年劣化によるズレを補正する成分を恒常的に含むようになる。そのため、空燃比制御部７１は、所定の学習条件が成立すると、所定期間におけるフィードバック補正量Ｑｆｂの平均値を空燃比学習値Ｑｇとして取得する（以下、この処理を「空燃比学習」という）。

例えば、学習条件は、（ｉ）空燃比フィードバック制御を実行中である、（ii）エンジン水温が所定温度以上である、（iii）高負荷運転のための燃料量の増量補正を行っていない、（iv）負荷変動が安定している（所定幅以下）、（ｖ）排気浄化触媒３１のモニタリング運転中でない、（vi）Ｏ₂センサ８５のモニタリング運転中でない、（vii）パージガスの供給を停止している、（viii）パワーステアリング装置、電気負荷、エアコン等の負荷変動時から所定期間が経過している、（ix）減速時燃料カットから所定期間が経過している、（ｘ）所定の周期が到来した等である。（ｉ）は、空燃比学習を実行する前提となる条件である。（ii）は、エンジン水温が低い場合には燃料量を増量している可能性があり、その場合には空燃比も適切な値からずれているためである。（iii）は、（ii）と同様の理由である。（iv）は、負荷変動中の過渡時には、Ｏ₂センサ８５に到達する酸素量にムラがあるためである。（ｖ）は、排気浄化触媒３１のモニタリング運転中は、排気浄化触媒３１の性能をチェックするために、燃料カットを実行したり、燃料噴射を再開したりして、空燃比及びＯ₂センサ８５の検出値が安定していないためである。（vi）は、Ｏ₂センサ８５のモニタリング運転中は、燃料量をリッチにしたり、リーンにしたりして、空燃比及びＯ₂センサ８５の検出値が安定していないためである。（vii）パージガスは、空燃比フィードバック制御にとっては外乱となるためである。（viii）は、補機等の負荷が変動する場合には、エンジンの運転状態が安定していないからである。（ix）は、燃料カット時は、気筒内に酸素が充満しており、排気中の酸素濃度が適切な値になるまでに時間を要するためである。（ｘ）は、空燃比学習を周期的に実行するための条件である。つまり、（ｉ）〜（ix）の条件を満たす場合には、空燃比及びＯ₂センサ８５の検出値が安定しており、高い精度の空燃比学習値Ｑｇを取得することができる。また、（ｘ）の条件を満たすことにより、空燃比学習を周期的に実行し、空燃比学習値Ｑｇを最新の値に随時更新していくことができる。

パージ制御部７２は、吸気通路１０へ供給されるパージガスの流量であるパージ流量を、パージバルブ６６を調整することによって制御する。例えば、パージ制御部７２は、目標パージ流量に応じてパージバルブ６６の目標開度を設定し、パージバルブ６６の開度を目標開度に調整する。目標パージ流量は、吸入空気量に応じて設定される。具体的には、目標パージ流量は、吸入空気量に比例して設定される。過給時（第１分岐通路６４を介してパージガスが供給されるとき）は、パージ制御部７２は、第１圧力センサ８３及び大気圧センサ８０の検出圧力によって求められる導入ノズル６７ｂの前後の圧力から導入ノズル６７ｂの先端周辺に発生する負圧を推定し、この推定負圧とパージバルブ６６上流の圧力（大気圧センサ８０の検出圧力）と目標パージ流量とに基づいて目標開度を設定する。また、非過給時（第２分岐通路６５を介してパージガスが供給されるとき）は、パージ制御部７２は、インマニ圧（第２圧力センサ８４の検出圧力）とパージバルブ６６上流の圧力（大気圧センサ８０の検出圧力）と目標パージ流量とに基づいて目標開度を設定する。

尚、パージ制御部７２は、燃料カット時やアイドリングストップ時等においては吸気通路１０へのパージガスの供給を停止する。

濃度推定部７３は、フィードバック補正値Ｑｆｂに基づいてパージ濃度を推定する。濃度推定部７３は、第１濃度推定と第２濃度推定とを使い分けて実行する。第１濃度推定では、濃度推定部７３は、パージガスの供給前後のフィードバック補正値Ｑｆｂの偏差に基づいてパージ濃度を推定する。第２濃度推定では、濃度推定部７３は、空燃比学習後にパージガスを供給させ、そのパージガスの供給後のフィードバック補正値Ｑｆｂに基づいてパージ濃度を推定する。

濃度推定部７３は、第１濃度推定及び第２濃度推定の何れにおいても、パージガスを供給することに起因するフィードバック補正値Ｑｆｂの変動量に基づいてパージ濃度を推定する。パージガスを吸気通路１０へ供給すると、パージガス中の空気及び蒸発燃料によって空燃比が変動する。空燃比が変動すると、それに応じてフィードバック補正値Ｑｆｂが変化し、実空燃比を目標空燃比に一致させるように燃料量Ｑがフィードバック補正される。つまり、パージガスを供給したときのフィードバック補正値Ｑｆｂの変動量は、吸気通路１０へ供給されたパージガスの量（以下、「パージ量」という）を反映している。濃度推定部７３は、このときのフィードバック補正値Ｑｆｂの変動量に基づいてパージ濃度を推定する。

第１濃度推定では、パージ前のフィードバック補正値Ｑｆｂとパージ後のフィードバック補正値Ｑｆｂとの偏差に基づいてパージ濃度を推定するので、フィードバック補正値Ｑｆｂに、空燃比学習値Ｑｇとして反映すべき、恒常的な空燃比のズレを補正するための成分が含まれていたとしても、その成分をキャンセルしてパージ濃度を推定することができる。つまり、第１濃度推定では、パージ濃度を推定する際に空燃比学習を実行する必要がないので、その分だけパージ濃度推定が早期に完了するという利点がある。

一方、第２濃度推定は、空燃比学習を実行してから、フィードバック補正値Ｑｆｂの初期値とパージ後のフィードバック補正値Ｑｆｂとの偏差に基づいてパージ濃度を推定するので、第１濃度推定に比べて、パージ濃度をより精度良く推定することができる。詳しくは、フィードバック補正値Ｑｆｂは、本来、目標空燃比からの実空燃比の偏差を抑制するための値であるため、パージによる空燃比の変動を抑制するための値だけでなく、通常のエンジン運転における空燃比の変動を抑制するための値も含み得る。第１濃度推定は、パージ前のフィードバック補正値Ｑｆｂとパージ後のフィードバック補正値Ｑｆｂとの２つのフィードバック補正値Ｑｆｂを用いるのに対し、第２濃度推定は、パージ後のフィードバック補正値Ｑｆｂの１つだけを用いる。そのため、第２濃度推定では、第１濃度推定に比べて、通常のエンジン運転における空燃比の変動を抑制するためのフィードバック補正値Ｑｆｂの変動の影響が小さく、その分だけパージ濃度を精度良く推定することができる。ただし、第２濃装推定においては、パージ濃度を推定するにあたって空燃比学習を実行する必要があるため、その分だけパージ濃度推定が長期化してしまう。

そこで、濃度推定部７３は、濃度推定の迅速性を優先する場合には第１濃度推定を実行し、濃度推定の精度を優先する場合には第２濃度推定を実行する。以下、図３のフローチャートを参照しながら、濃度推定方法について詳細に説明する。

まず、ステップＳ１において、濃度推定部７３は、濃度推定要求が有るか否かを判定する。濃度推定要求は、パージ濃度推定の実行が必要なときに、空燃比制御部７１やパージ制御部７２等から出力される指令である。例えば、濃度推定要求は、（ｉ）エンジン始動時、（ii）周期的な推定タイミングの到来時、（iii）パージ開始時等に出力される。（ｉ）は、エンジンが停止中に蒸発燃料量が変わり得るからである。（ii）は、時間と共に変わり得るパージ濃度を随時更新するためである。（iii）は、パージを停止している間は、蒸発燃料が増加している可能性が有るからである。このように、パージ濃度が変わり得る状況や正確なパージ濃度を取得したいときに濃度推定要求が出力される。

濃度推定部７３は、濃度推定要求がある場合にはステップＳ２へ進む一方、濃度推定要求が無い場合にはステップＳ１を繰り返し、濃度推定要求を受け付けるのを待機する。

次に、ステップＳ２において、濃度推定部７３は、直近の所定時間以内に空燃比学習が実行されたか否かを判定する。直近の所定時間は、学習された空燃比学習値Ｑ１がほぼ変わっていない推定できる時間に設定されている。つまり、ステップＳ２においては、直前に空燃比学習が実行されたか否かが判定される。濃度推定部７３は、空燃比学習が実行されていた場合にはステップＳ５へ進む一方、空燃比学習が実行されていなかった場合には、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３においては、濃度推定部７３は、パージ優先要求があるか否かを判定する。パージ優先要求は、キャニスタ６１における蒸発燃料量が増加しやすい状況であったり、増加している可能性があるときに出力される指令である。例えば、濃度推定部７３は、（ｉ）大気圧が所定の基準圧力よりも低い、（ii）現在の吸気温度が所定の基準温度よりも高い、（iii）温間運転後の再始動時の何れかの条件を満たす場合に、パージ優先要求があると判定する。大気圧が低くなると燃料が揮発しやすくなるので、（ｉ）の条件が設定されている。大気圧は、大気圧センサ８０により検出される。（ii）に関し、吸気温度は、燃料タンク５０内の温度に関連する温度である。つまり、吸気温度が高いことは、環境温度が高いことを意味し、燃料タンク５０内の温度も高いことを意味する。そこで、吸気温度によって、燃料タンク５０内の温度を間接的に判定し、燃料が揮発しやすいか否かを判定している。吸気温度は、温度センサ８２により検出される。（iii）の条件も、燃料タンク５０内の温度に関する。温間運転後は、エンジン本体２０の温度が高くなっており、同様に、燃料タンク５０内の温度も高くなる傾向にある。エンジン本体２０の停止中は、パージガスの吸気通路１０への供給も停止されるので、蒸発燃料が増加していく。そのため、温間運転後に再始動される場合には、蒸発燃料が増加している可能性が高いとして、パージ優先要求ありと判定する。エンジン本体２０の水温は、水温センサ８７により検出される。

濃度推定部７３は、パージ優先要求がある場合にはステップＳ９へ進む一方、パージ優先要求が無い場合にはステップＳ４へ進む。

ステップＳ４移行においては、濃度推定部７３は、第２濃度推定を実行する。具体的には、ステップＳ４において、濃度推定部７３は、空燃比制御部７１に空燃比学習を実行させる。空燃比学習中は、前述の如く、パージ制御部７２によるパージは停止している。空燃比学習が完了すると、濃度推定部７３は、ステップＳ５において、パージ制御部７２にパージを実行させる。その後、濃度推定部７３は、パージ後のフィードバック補正値Ｑｆｂを読み込み（ステップＳ６）、フィードバック補正値Ｑｆｂの初期値とパージ後のフィードバック補正値Ｑｆｂとの偏差を算出し（ステップＳ７）、その偏差に基づいてパージ濃度を推定する（ステップＳ８）。

一方、ステップＳ９移行においては、濃度推定部７３は、第１濃度推定を実行する。具体的には、ステップＳ９において、濃度推定部７３は、パージ制御部７２によるパージを一旦停止させて、パージ前のフィードバック補正値Ｑｆｂを読み込む。その後、濃度推定部７３は、パージ制御部７２にパージを実行させ（ステップＳ１０）、濃度推定部７３は、パージ後のフィードバック補正値Ｑｆｂを読み込む（ステップＳ１１）。そして、濃度推定部７３は、パージ前のフィードバック補正値Ｑｆｂとパージ後のフィードバック補正値Ｑｆｂとの偏差を算出し（ステップＳ１２）、その偏差に基づいてパージ濃度を推定する（ステップＳ１３）。

このように、濃度推定部７３は、パージ優先要求があるか否かによって第１濃度推定と第２濃度推定とを使い分けている。濃度推定部７３は、パージ優先要求がある場合には、濃度推定の迅速性を優先して第１濃度推定を実行する。パージガスの濃度推定に要する時間を短縮することによって、パージを実行する時間を確保することができる。それにより、より多くのパージガスを吸気通路１０へ供給することができる。一方、濃度推定部７３は、パージ優先要求が無い場合には、濃度推定の精度を優先して第２濃度推定を実行する。第２濃度推定は、空燃比学習を実行する分だけ濃度推定に時間を要してしまう。しかしながら、パージ優先要求が無い状況においては、パージをしばらく停止しても、それほど問題はない。そこで、第２濃度推定では、空燃比学習を実行することによって濃度推定の精度を向上させている。

それに加えて、濃度推定部７３は、第１濃度推定と第２濃度推定との使い分けに、直前に空燃比学習が実行されているか否かの判定も用いている。つまり、直前に空燃比学習が実行されている場合には第２濃度推定を実行する一方、直前に空燃比学習が実行されていない場合には、パージ優先要求が無ければ第２濃度推定を実行し、パージ優先要求があれば第１濃度推定を実行する。ただし、直前に空燃比学習が実行されている場合に実行する第２濃度推定においては、本来は第２濃度推定の一環として行う空燃比学習を直前の空燃比学習で代用する。

つまり、直前に空燃比学習が実行されている場合には、その空燃比学習を代用して第２濃度推定を実行することができるので、空燃比学習を改めて行わなくてもよい。つまり、濃度推定の迅速性を確保しつつ、濃度推定の精度も向上させることができる。そのため、直前に空燃比学習が実行されている場合には、パージ優先要求の有無にかかわらず、第２濃度推定を実行する。一方、直前に空燃比学習が実行されていない場合には、パージ優先要求の有無に基づいて、第１濃度推定と第２濃度推定とを使い分ける。この使い分けについては、前述の通りである。

以上のように、ＥＣＵ７０は、エンジン本体２０へ供給する燃料量を、空燃比に基づいて算出されるフィードバック補正値Ｑｆｂを用いてフィードバック制御する空燃比制御部７１と、前記パージシステム６０から吸気通路１０へ供給されるパージガス中の燃料濃度であるパージ濃度を推定する濃度推定部７３とを備え、空燃比制御部７１は、フィードバック補正値Ｑｆｂに基づいて燃料量の空燃比学習値Ｑｇを算出する空燃比学習を実行し、空燃比学習後は空燃比学習値Ｑｇ及びフィードバック補正値Ｑｆｂを用いて燃料量をフィードバック制御し、濃度推定部７３は、パージシステム６０によるパージガスの供給前後のフィードバック補正値Ｑｆｂの偏差に基づいてパージ濃度を推定する第１濃度推定と、空燃比制御部７１に空燃比学習を実行させた後にパージシステム６０にパージガスを供給させ、フィードバック補正値Ｑｆｂの初期値とパージガスの供給後のフィードバック補正値Ｑｆｂとの偏差に基づいてパージ濃度を推定する第２濃度推定とを使い分けて実行する。

この構成によれば、第１濃度推定においては、パージ前のフィードバック補正値とパージ後のフィードバック補正値との偏差に基づいてパージ濃度を推定する。そのため、フィードバック補正値に恒常的なズレ量を補正するための成分が含まれていても、その成分をキャンセルしてパージ濃度を推定することができる。このとき、つまり、パージ濃度を推定する際に空燃比学習を実行する必要がないので、第１濃度推定は、その分だけパージ濃度推定が早期に完了するという利点がある。

第２濃度推定においては、空燃比学習を実行してから、フィードバック補正値の初期値とパージガス供給後のフィードバック補正値との偏差に基づいてパージ濃度を推定する。そのため、第２濃度推定では、第１濃度推定に比べて、パージガス以外の原因による空燃比のばらつきを低減するためのフィードバック補正値Ｑｆｂの変動の影響が小さく、その分だけパージ濃度を精度良く推定することができる。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

前記エンジン１００の構成は、一例に過ぎず、これに限定されるものではない。例えば、エンジン１００は、ターボ過給機４０を備えているが、ターボ過給機４０を備えていなくてもよい。また、パージシステム６０は、第１分岐通路６４と第２分岐通路６５とを有し、パージガスをターボ過給機４０の上流側と下流側との両方に供給可能な構成となっているが、これに限られるものではない。パージガスをターボ過給機４０の上流側及び下流側の何れか一方だけに供給する構成であっても、本開示における濃度推定を適用することができる。

燃料量Ｑの算出は、式（１）に基づくものに限られない。燃料量をフィードバック補正値と学習値とを用いて補正できる限りは、任意の算出方法を採用することができる。また、フィードバック補正値も初期値が１の場合に限られない。例えば、燃料量Ｑの算出方法によっては、フィードバック補正値の初期値が０の場合もあり得る。

また、第１濃度推定と第２濃度推定との使い分けにおいて、直前に空燃比学習が実行されているか否かを判定しているが（ステップＳ２）、これを省略してもよい。つまり、単純に、パージ優先要求の有無で第１濃度推定と第２濃度推定とを使い分けてもよい。さらに、第１濃度推定と第２濃度推定との使い分けは、パージ優先要求だけでなく、別の因子に基づいて行ってもよい。前述の如く、第１濃度推定は濃度推定の迅速性に優れ、第２濃度推定は濃度推定の精度に優れているので、状況に応じて、即ち、濃度推定の迅速性と濃度推定の精度の何れが要求されるのかに応じて第１濃度推定と第２濃度推定とを使い分ければよい。

尚、前記パージ優先要求は、一例に過ぎず、大気圧、吸気温度、温間運転後の再始動時以外の条件をパージ優先要求としてもよい。例えば、燃料タンク５０内又は燃料タンク５０の近傍に温度センサを設け、該温度センサによる検出温度が所定の温度以上のときにパージ優先要求があると判定してもよい。

また、第１濃度推定においては、パージ前のフィードバック補正値Ｑｆｂを先に取得し、パージ後のフィードバック補正値Ｑｆｂを後から取得しているが、その順番は反対であってもよい。

その他、本開示における濃度推定方法による作用効果を実現できる限りは、フローチャートにおけるステップを省略したり、順番を入れ替えたり、さらなるステップを追加してもよい。

以上説明したように、ここに開示された技術は、エンジンの制御装置について有用である。

１００エンジンシステム
１０吸気通路
２０エンジン本体
４０ターボ過給機
５０燃料タンク
６０パージシステム（パージ処理部）
６１キャニスタ
６２パージ通路
６６パージバルブ
６７エジェクタ
７０ＥＣＵ（制御装置）
７１空燃比制御部
７２パージ制御部
７３濃度推定部

Claims

エンジン本体と、
燃料タンクの蒸発燃料を含むパージガスを前記エンジン本体の吸気系へ供給するパージ処理部とを有するエンジンの制御装置であって、
前記エンジン本体へ供給する燃料量を、空燃比に基づいて算出されるフィードバック補正値を用いてフィードバック制御する空燃比制御部と、
前記パージ処理部から前記吸気系へ供給されるパージガス中の燃料濃度であるパージ濃度を推定する濃度推定部とを備え、
前記空燃比制御部は、前記フィードバック補正値に基づいて燃料量の学習値を算出する空燃比学習を実行し、前記空燃比学習後は前記学習値及び前記フィードバック補正値を用いて燃料量をフィードバック制御し、
前記濃度推定部は、
前記パージ処理部によるパージガスの供給前後の前記フィードバック補正値の偏差に基づいて前記パージ濃度を推定する第１濃度推定と、
前記空燃比制御部に前記空燃比学習を実行させた後に前記パージ処理部にパージガスを供給させ、前記フィードバック補正値の初期値とパージガスの供給後の前記フィードバック補正値との偏差に基づいて前記パージ濃度を推定する第２濃度推定とを使い分けて実行し、
前記濃度推定部は、
前記空燃比学習が直前に実行されている場合には、該直前に実行された空燃比学習を前記第２濃度推定の前記空燃比学習として代用して前記第２濃度推定を実行する一方、
前記空燃比学習が直前に実行されていない場合には、前記吸気系へのパージガスの供給の必要度合に基づいて前記第１濃度推定と前記第２濃度推定とを使い分け、パージガスの供給の必要度合が高いときに前記第１濃度推定を実行し、パージガスの供給の必要度合が低いときに前記第２濃度推定を実行することを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
前記濃度推定部は、外気圧に基づいて前記吸気系へのパージガスの供給の必要度合を判定することを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
前記濃度推定部は、前記エンジンの温間運転後の再始動時には前記吸気系へのパージガスの供給の必要度合が高いと判定して、前記第１濃度推定を実行することを特徴とするエンジンの制御装置。
エンジン本体と、
燃料タンクの蒸発燃料を含むパージガスを前記エンジン本体の吸気系へ供給するパージ処理部とを有するエンジンの制御装置であって、
前記エンジン本体へ供給する燃料量を、空燃比に基づいて算出されるフィードバック補正値を用いてフィードバック制御する空燃比制御部と、
前記パージ処理部から前記吸気系へ供給されるパージガス中の燃料濃度であるパージ濃度を推定する濃度推定部とを備え、
前記空燃比制御部は、前記フィードバック補正値に基づいて燃料量の学習値を算出する空燃比学習を実行し、前記空燃比学習後は前記学習値及び前記フィードバック補正値を用いて燃料量をフィードバック制御し、
前記濃度推定部は、
前記パージ処理部によるパージガスの供給前後の前記フィードバック補正値の偏差に基づいて前記パージ濃度を推定する第１濃度推定と、
前記空燃比制御部に前記空燃比学習を実行させた後に前記パージ処理部にパージガスを供給させ、前記フィードバック補正値の初期値とパージガスの供給後の前記フィードバック補正値との偏差に基づいて前記パージ濃度を推定する第２濃度推定とを使い分けて実行し、
前記濃度推定部は、前記吸気系へのパージガスの供給の必要度合に基づいて前記第１濃度推定と前記第２濃度推定とを使い分け、パージガスの供給の必要度合が高いときに前記第１濃度推定を実行し、パージガスの供給の必要度合が低いときに前記第２濃度推定を実行し、
前記濃度推定部は、外気圧に基づいて前記吸気系へのパージガスの供給の必要度合を判定することを特徴とするエンジンの制御装置。