JP6399072B2

JP6399072B2 - エンジンの蒸発燃料処理装置

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Publication number: JP6399072B2
Application number: JP2016206833A
Authority: JP
Inventors: 山下　哲生; 哲生山下; 貴史西尾; 幸雄拜崎; 雄介樋口
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2036-10-21
Also published as: JP2018066351A

Description

本発明は、気筒が形成されたエンジン本体と、エンジン本体に吸気を導入する吸気通路と、燃料を貯留する燃料タンクと、前記気筒または前記吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁とを有するエンジンの蒸発燃料処理装置に関する。

従来より、燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸気通路を介してエンジン本体内に導入して燃焼させ、これにより蒸発燃料が大気中に放出されるのを抑制することが行われている。

ここで、単純に蒸発燃料をエンジン本体に導入すると、燃料噴射弁からエンジン本体に噴射された燃料にこの蒸発燃料が加えられることで、エンジントルクが要求されている値よりも大きくなってしまう。

これに対して、特許文献１には、排気通路に設けた空燃比センサの検出値を用いて、排気通路の空燃比が、要求されているエンジントルクに対応する目標の空燃比となるように燃料噴射弁の噴射量をフィードバック制御し、これによりエンジントルクを要求値に制御するエンジンが開示されている。

また、特許文献１には、燃料タンク内で発生する蒸発燃料を含みエンジン本体に導入されるガスであるパージガスの量の基本値をエンジントルクが小さいほど小さくなるように設定するとともに、燃料噴射弁の噴射量がそのリニアリティ特性が確保される下限値以下になると前記ガスの量をこの基本値から減量させる構成が開示されている。このようにすれば、蒸発燃料がエンジントルクに与える影響を小さく抑えることができるとともに、燃料噴射弁の噴射量の制御性を確保することができる。

特公平７−３２１１号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、エンジントルクが小さい運転条件においてパージガスの量は小さく抑えられてしまう。そのため、燃料タンク内に多量の蒸発燃料が残存してしまい、この蒸発燃料の大気中への漏えいを十分に抑えることができないおそれがある。

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃料噴射弁の制御性を確保しつつ、蒸発燃料の大気中への漏えいをより確実に抑制することのできるエンジンの蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、気筒が形成されたエンジン本体と、エンジン本体に吸気を導入する吸気通路と、燃料を貯留する燃料タンクと、前記気筒または前記吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁とを有するエンジンの蒸発燃料処理装置であって、前記燃料タンク内で蒸発した蒸発燃料を脱着可能に吸着するキャニスタと、前記キャニスタと前記吸気通路とを連通して、前記キャニスタから脱着された蒸発燃料を含むパージガスを
前記吸気通路に導入するパージ通路と、前記パージ通路を開閉可能なパージバルブと、前記吸気通路のうち前記パージ通路との接続部分よりも上流側に設けられて当該吸気通路を通過する空気量を変更可能なスロットルバルブと、前記燃料噴射弁と前記パージバルブとを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、エンジン本体の運転状態に基づいてエンジン本体に供給する総燃料量の目標値である基準目標燃料量、エンジン本体に供給する吸気量の目標値である目標吸気量、および、前記スロットルバルブの開度を０％よりも大きい最小開度であって当該スロットルバルブを通過する空気の量がスロットルバルブの開度に追従して変化する開度範囲の最小値としたときにエンジン本体に供給される吸気量であるスロットル限界流量を演算し、前記パージバルブを開弁して前記パージガスを前記吸気通路に導入するパージを実行するとき、前記吸気通路に導入される前記パージガスの量が前記目標吸気量から前記スロットル限界流量を差し引いた上限パージ量以下の場合は、前記燃料噴射弁の噴射量が当該燃料噴射弁のリニアリティ特性が確保される最小噴射量に向けて漸減され、かつ、前記パージ通路を介してエンジン本体に導入される蒸発燃料の量が前記基準目標燃料量から前記最小噴射量を減じた量である最大目標蒸発燃料量に向けて漸増されるように、当該燃料噴射弁および前記パージバルブを制御し、前記吸気通路に導入される前記パーガスの量が前記上限パージ量を超える場合は、前記吸気通路に導入される前記パージガスの量が前記上限パージ量になるように前記パージバルブを制御することを特徴とするエンジンの蒸発燃料処理装置を提供する（請求項１）。

この構成によれば、パージの実行時において、燃料噴射弁からエンジン本体への燃料供給とパージによるエンジン本体への燃料供給とによって基準目標燃料量を実現してエンジントルクを適切な値に維持することができるとともに、燃料噴射弁の噴射量の制御性を確保し、かつ、多量の蒸発燃料を短時間でエンジン本体に導入することができ、燃料噴射弁の噴射量が変動することに伴うエンジントルクの変動を抑制しながら蒸発燃料の大気中への漏えいをより確実に抑制することができる。

また、この構成によれば、エンジン本体に導入される蒸発燃料の量の急変を回避してエンジントルクの変動を抑制しつつ、多量の蒸発燃料をエンジン本体に導入することができる。

前記構成において、前記制御手段は、前記パージを実行する場合には、前記パージ通路を介してエンジン本体に導入される蒸発燃料の量を推定するとともに、前記燃料噴射弁の噴射量が前記基準目標燃料量から前記推定した蒸発燃料の量を減じた量になるように当該燃料噴射弁を制御するのが好ましい（請求項２）。

このようにすれば、推定したエンジン本体に導入される蒸発燃料量に基づいて燃料噴射弁の噴射量を適切な量としてより確実に基準目標燃料量を実現しながら、エンジン本体に多くの蒸発燃料を導入することができる。

前記構成において、エンジン本体から排出された排気が流通する排気通路に設けられて、当該排気通路内のガスの空燃比を検出可能な空燃比検出手段を備え、前記制御手段は、前記空燃比検出手段で検出された空燃比に基づいて前記パージガスの燃料濃度を推定するとともに、この推定した燃料濃度に基づいて前記パージ通路を介してエンジン本体に導入される蒸発燃料の量を推定するのが好ましい（請求項３）。

このようにすれば、パージ通路を介してエンジン本体に導入される蒸発燃料の量をより精度よく推定でき、より確実に基準目標燃料量を実現することができる。

以上説明したように、燃料噴射弁の制御性を確保しつつ、蒸発燃料の大気中への漏えいをより確実に抑制することができる。

本発明の実施形態にかかるエンジンの蒸発燃料処理装置が適用されたエンジンシステムの概略図である。エンジンシステムの制御系を示したブロック図である。パージバルブ出力部の駆動タイミングとパージバルブの開閉タイミングとの関係を示し他図である。パージバルブの制御手順を示したフローチャートである。目標パージ質量流量の算出手順の前半部分を示したフローチャートである。目標パージ質量流量の算出手順の後半部分を示したフローチャートである。インジェクタの制御手順を示したフローチャートである。スロットルの制御手順を示したフローチャートである。噴射パルス幅と噴射量との関係を示した図である。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかるエンジンの蒸発燃料処理装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。当実施形態のエンジンシステムは、４ストロークのエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気（吸気）を導入するための吸気通路３０と、エンジン本体１から外部に排気を排出するための排気通路３５と、燃料を貯留する燃料タンク４１と、燃料タンク４１内で発生した蒸発燃料をエンジン本体１に導入するためのパージシステム４０とを備えている。このエンジンシステムは車両に設けられて、エンジン本体１は車両の駆動源として用いられる。エンジン本体１は、例えば、図１の紙面に直交する方向に並ぶ４つの気筒２を有する４気筒エンジンであり、主としてガソリンを燃料とするガソリンエンジンである。

エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン１１とを有している。ピストン１１の上方には燃焼室５が形成されている。

ピストン１１はコネクティングロッドを介してクランク軸１５と連結されており、ピストン１１の往復運動に応じて、クランク軸１５は中心軸回りに回転する。シリンダブロック３には、クランク軸１５の回転数をエンジンの回転数として検出する回転数センサＳＮ１が設けられている。

シリンダヘッド４には、インジェクタ１２と、インジェクタ１２から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火を行う点火プラグ１３とが、各気筒２につきそれぞれ１組ずつ設けられている。

インジェクタ１２は、燃料の噴射口となる複数の噴孔を先端部に有しており、各気筒２の燃焼室５をその吸気側の側方から臨むように設けられている。インジェクタ１２には、内側に燃料を貯留する燃料レール１４が接続されている。燃料レール１４は、配管（不図示）を介して燃料タンク４１に接続されており、燃料レール１４には、燃料タンク４１から圧送された燃料が貯留されている。インジェクタ１２は、この燃料レール１４に貯留されている燃料の供給を受けて燃料を気筒２内に噴射する。

燃料レール１４には、燃料レール１４に貯留されている燃料の圧力すなわちインジェクタ１２が噴射する燃料の圧力である燃圧を検出するための燃圧センサＳＮ５が設けられている。

点火プラグ１３は、火花を放電するための電極を先端部に有しており、各気筒２の燃焼室５を上方から臨むように設けられている。

シリンダヘッド４には、吸気通路３０から供給される空気を各気筒２の燃焼室５に導入するための吸気ポート６と、吸気ポート６を開閉する吸気弁８と、各気筒２の燃焼室５で生成された排気を排気通路３５に導出するための排気ポート７と、排気ポート７を開閉する排気弁９とが設けられている。

吸気通路３０は、単一の吸気管３３と、この吸気管３３と各気筒２の吸気ポート６とを個別に連結する複数の（４本の）独立吸気通路３１（図１の紙面に直交する方向に並んでいる）とで構成されている。吸気管３３の下流端部には所定容積のサージタンク３２が設けられており、サージタンク３２から各吸気ポート６にそれぞれ独立吸気通路３１が延びている。

吸気管３３のうちサージタンク３２よりも上流側の部分には、吸気管３３の通路を開閉可能なスロットルバルブ３４が設けられている。

吸気管３３のうちスロットルバルブ３４よりも上流側の部分には、この部分を通ってエンジン本体１に吸入される空気（吸気）の流量を検出するためのエアフローセンサＳＮ２が設けられている。また、サージタンク３２には、サージタンク３２内の圧力すなわち吸気管３３のうちスロットルバルブ３４よりも下流側の部分の圧力を検出するための吸気圧センサＳＮ３が設けられている。

排気通路３５は、各気筒２の排気ポート７と連通する４本の独立排気通路３６と、各独立排気通路３６の下流端部が１箇所に集合した部分から下流側に延びる１本の排気管３８とを有している。当実施形態では、排気順序（排気行程が実施される順序）が連続しない２つの気筒２の独立排気通路３６が１本の通路に集合するとともに、排気順序が連続しない２つの気筒２の独立排気通路３６が１本の通路に集合し、その後、これら２本の通路が排気管３８に集約されている。排気管３８には、三元触媒等の触媒が内蔵された触媒装置９０が設けられている。

また、排気通路３５には、排気ひいては燃焼室５内の空気と燃料の混合気の空燃比（空気と燃料の比率）を検出するためのＡ／ＦセンサＳＮ４が設けられている。

パージシステム４０は、燃料タンク４１内で蒸発した蒸発燃料を脱着可能に吸着するキャニスタ４２と、キャニスタ４２に空気を導入するパージエア管４９と、キャニスタ４２と吸気管３３とを連結するパージ管（パージ通路）４３とを備えている。パージ管４３は、吸気管３３のうちスロットルバルブ３４とサージタンク３２との間の部分に接続されている。

キャニスタ４２に吸着された蒸発燃料は、パージエア管４９から導入された空気によってキャニスタ４２から脱着される。キャニスタ４２から脱着した蒸発燃料は空気とともにパージ管４３を通って吸気管２３に導入される。以下、このパージ管４３を流通する蒸発燃料と空気とからなるガスをパージガスという。また、このパージガスに含まれる蒸発燃料をパージ燃料という。

パージ管４３には、パージ管４３を開閉するパージバルブ４５が設けられている。パージバルブ４５は、ＤＵＴＹコントロールバルブであり、開閉を繰り返して、１回の開弁期間と閉弁期間とを合わせた単位期間に対する開弁期間の割合であるＤＵＴＹ比が変更されることでその開度が変更されるようになっている。パージバルブ４５は、電磁式バルブであり、ＤＵＴＹ比は、１回の通電期間と１回の非通電期間とを合わせた単位期間に対する通電期間の割合である。パージバルブ４５は、ＤＵＴＹ比が０％で全閉となり、１００％で全開となる。

以下、パージバルブ４５を開弁してパージガスを吸気管３３ひいては各気筒２に導入することを、パージを実行するという。

（２）制御系
図２を用いて、エンジンシステムの制御系について説明する。当実施形態のエンジンシステムは、車両に搭載されたＰＣＭ（パワートレイン制御モジュール）１００によって制御される。ＰＣＭ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｆ等から構成されるマイクロプロセッサであり、本発明にかかる制御手段に相当するものである。

ＰＣＭ１００には、各種センサからの情報が入力される。例えば、ＰＣＭ１００は、回転数センサＳＮ１、エアフローセンサＳＮ２、吸気圧センサＳＮ３、Ａ／ＦセンサＳＮ４、燃圧センサＳＮ５と電気的に接続されており、これらのセンサからの入力信号を受け付ける。また、車両には、運転者により操作されるアクセルペダル（不図示）の開度を検出するアクセル開度センサＳＮ６や車速を検出する車速センサＳＮ７等が設けられており、これらのセンサによる検出信号もＰＣＭ１００に入力される。ＰＣＭ１００は、各センサ（ＳＮ１〜ＳＮ７等）からの入力信号に基づいて種々の演算等を実行して、インジェクタ１２、パージバルブ４５（パージバルブ４５を駆動するアクチュエータ）、スロットルバルブ３４（スロットルバルブ３４を駆動するアクチュエータ）等に指令信号を出力してこれらを制御する。

ＰＣＭ１００は、機能的要素として、インジェクタ制御部１０２、パージバルブ制御部１０４、スロットルバルブ制御部１０６を有する。インジェクタ制御部１０２は、インジェクタ１２に関する演算を行い、インジェクタ１２から気筒２に噴射させる燃料量である噴射量等を算出する。パージバルブ制御部１０４は、パージバルブ４５に関する演算を行い、パージバルブ４５のＤＵＴＹ比の指令値（以下、適宜、パージバルブ指令ＤＵＴＹ比という）を算出する。スロットルバルブ３４は、スロットルバルブ３４に関する演算を行い、スロットルバルブ３４の開度の指令値を算出する。

また、ＰＣＭ１００は、インジェクタ制御部１０２で算出された噴射量等に対応する指令信号をインジェクタ１２に出力するインジェクタ出力部１１２、パージバルブ制御部１０４で算出されたパージバルブ指令ＤＵＴＹ比に対応する指令信号をパージバルブ４５に出力するパージバルブ出力部１１４、スロットルバルブ制御部１０６で算出されたスロットルバルブ３４の開度の指令値をスロットルバルブ３４に出力するスロットルバルブ出力部１１６を有する。

各制御部１０２、１０４、１０６はそれぞれ所定の周波数で駆動して演算を行い、各出力部１１２、１１４、１１６は、所定の周波数で駆動してこれら制御部１０２、１０４、１０６からの指令信号を受け付け、かつ、各部に信号を出力する。

本実施形態では、パージバルブ出力部１１４の駆動周波数（パージバルブ指令ＤＵＴＹ比をパージバルブ制御部１０４に読みにいく周波数）と、パージバルブ４５の開閉周波数とは同じ周波数に設定されている。従って、図３に示すように、パージバルブ４５は、パージバルブ出力部１１４の駆動周期Ｔにパージバルブ指令ＤＵＴＹ比を掛けた時間であるＯＮ時間開弁され、パージバルブ出力部１１４の駆動周期ＴからこのＯＮ時間を減じた時間閉弁されるとともに、パージバルブ出力部１１４の駆動周期Ｔ毎にその開閉が繰り返される。

各制御部１０２、１０４、１０６の演算手順について次に説明する。

（パージバルブの制御手順）
図４および図５を用いてパージバルブ４５の制御手順について説明する。

図４に示すように、ＰＣＭ１００は、まず、各センサＳＮ１〜ＳＮ７等の検出値を読み込む。

次に、ステップＳ２にて、ＰＣＭ１００は、スロットル限界流量を算出する。

スロットル限界流量は、スロットルバルブ３４を最小開度としたときにスロットルバルブ３４を通過する空気の質量流量であるスロットル通過空気流量である。最小開度は、スロットルバルブ３４がその開度変更によってスロットル通過空気流量を適正に変更することができる開度のうちの最も小さい開度である。すなわち、スロットル通過空気流量は基本的にはスロットルバルブ３４の開度変更によって変更することができるが、スロットルバルブ３４の開度を全閉付近の非常に小さい開度にした場合には、スロットルバルブ３４の開度変更を行ってもスロットル通過空気流量は０に近い所定値以下となってほとんど変化しなくなり、前記最小開度は、このスロットル通過空気流量が所定値以下となる開度である。スロットル開度は、予め設定されており、例えば、全開開度の０．５％に設定されている。また、スロットル限界流量は、予め実験等によって設定されている。例えば、ＰＣＭ１００は、エンジン回転数とスロットル限界流量のテーブルを記憶しており、現在のエンジン回転数に対応する値をこのテーブルから抽出する。

次に、ステップＳ３にて、ＰＣＭ１００は、目標吸気量を算出する。目標吸気量は、エンジン本体１に供給すべき（詳細には、各気筒２にそれぞれ供給すべき）空気の質量流量である。ＰＣＭ１００は、アクセル開度と車速等に基づいてエンジン本体１に要求されているトルクである要求トルクを算出するとともに、この要求トルクを実現するために必要な気筒２の充填効率を算出し、算出した充填効率とエンジン回転数等とに基づいて目標吸気量を算出する。

次に、ステップＳ４にて、ＰＣＭ１００は、エンジン本体の運転状態に基づいてシリンダ要求燃料量（基準目標燃料量）Ｑｃｙｌを算出する。シリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌは、エンジン本体１に供給すべき（詳細には、各気筒２にそれぞれ供給すべき）燃料の総量である。ＰＣＭ１００は、前記のように算出した充填効率とエンジン回転数等とに基づいてシリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌを算出する。

次に、ステップＳ５にて、ＰＣＭ１００は、パージを実行する運転条件であるパージ実行条件が成立しているか否かを判定する。例えば、燃料カットがなされている場合には、パージ実行条件が成立していないと判定される。

ステップＳ５の判定がＮＯであってパージ実行条件が成立していない場合は、ＰＣＭ１００は、パージを停止するべくステップＳ６に進み、エンジン本体１（各気筒２）に導入するパージガスの体積流量の目標値である目標パージ体積流量を０に設定し、ステップＳ１１に進む。

一方、ステップＳ５の判定がＹＥＳであってパージ実行条件が成立している場合は、ＰＣＭ１００は、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、ＰＣＭ１００は、最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｎを設定する。最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｎは、インジェクタ１２のリニアリティ特性が確保されるインジェクタ１２の噴射量の最小値である。具体的には、燃圧が一定の条件下において、インジェクタ１２の噴射量は、基本的に、その指令値に比例して増減する。しかしながら、横軸を噴射パルス幅すなわち噴射量の指令値に対応する噴射期間、縦軸を実際の噴射量とした図９に示すように、噴射量が所定量未満の領域Ａ１では噴射量と噴射パルス幅とは比例せず、噴射量が所定量以上の領域Ａ２ではじめて噴射量と噴射パルス幅とが比例するようになっており、前記最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｎは、この所定量である。

ここで、最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｎは、燃圧によって変化する。そこで、ステップＳ５において、燃圧に基づいて最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｎを設定する。本実施形態では、ＰＣＭ１００には、実験等で予め求められた燃圧と最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｎとの関係がテーブルで記憶されており、ＰＣＭ１００は、このテーブルから現在の燃圧に対応する値を最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｎとして抽出する。

次に、ステップＳ８において、目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘを算出する。この目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘは、インジェクタ１２のリニアリティ特性を確保し、かつ、エンジン本体１の出力トルクを要求トルクにした状態で、エンジン本体１（各気筒２）に供給することができるパージ燃料量の最大値であり、シリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌから最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｎを差し引くことで算出される。

次に、ステップＳ９において、この目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘに基づいて、目標パージ質量流量を算出する。

図５は、この目標パージ質量流量の算出手順を示したフローチャートである。

図５に示すように、ＰＣＭ１００は、まず、目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘ等に基づいて目標最大インマニ当量比を算出する。インマニ当量比は、吸気管３３のガスの当量比（詳細には、吸気管３３のガスのうち気筒２に導入される直前のガスの当量比）であり、目標最大インマニ当量比は、目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘ分のパージ燃料を吸気管３３に導入したときに実現されると推定されるインマニ当量比である。

具体的には、ＰＣＭ１００は、目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘとパージガスの燃料濃度（以下、パージガス濃度という）とから、目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘ分のパージ燃料を吸気管３３に導入するために必要なパージガスの質量流量を算出し、このパージガスの質量流量とエアフローセンサＳＮ２で検出された空気の質量流量（以下、新気量という）とを合わせたガス量と、目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘとから、目標最大インマニ当量比を算出する。パージガス濃度の算出手順については後述する。

本実施形態では、目標最大インマニ当量比に向けてインマニ当量比を増加していくように構成されており、ステップＳ２２〜Ｓ２４において、各時刻のインマニ当量比の目標値である暫定目標インマニ当量比（ｉ）を、目標最大インマニ当量比に向けて基準増加量ずつ漸増させていく。

具体的には、ステップＳ２２にて、暫定目標インマニ当量比（ｉ）を、先に算出された暫定目標インマニ当量比である暫定目標インマニ当量比（ｉ−１）に基準増加量を加えることで算出する。暫定目標インマニ当量比の初期値は０であり、基準増加量は、予め設定された値である。なお、本実施形態では、暫定目標インマニ当量比は、車両の停止に伴って初期化される（０に戻される）ようになっており、車両走行中は、燃料カット等に伴ってパージが停止されても維持される。

次に、ステップＳ２３にて、暫定目標インマニ当量比（ｉ）が目標最大インマニ当量比以上であるか否かを判定する。そして、この判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ２４にて暫定目標インマニ当量比（ｉ）を目標最大インマニ当量比に設定してステップＳ２５に進む。一方、ステップＳ２３の判定がＮＯの場合は、ステップＳ２４を実施せずにそのままステップＳ２５に進む。

ここで、後述するように、本実施形態では、暫定目標インマニ当量比（ｉ）が実現されるようにパージバルブ４５を制御する。そのため、基本的には、インマニ当量比は暫定目標インマニ当量比（ｉ）となるが、例えば、パージガス濃度の実値が推定値よりも低い等の理由で十分なパージ燃料を吸気管３３に導入することができない場合には、暫定目標インマニ当量比（ｉ）が現在のインマニ当量比（推定値）と大きく乖離してしまい暫定目標インマニ当量比（ｉ）が過大になってしまう。そこで、本実施形態では、前記乖離量が大きい場合には、暫定目標インマニ当量比（ｉ）を実際のインマニ当量比に近づけるように補正する。

具体的には、ステップＳ２５において、暫定目標インマニ当量比（ｉ）と現在のインマニ当量比との差が予め設定された基準ずれ量未満であるか否かを判定する。なお、現在のインマニ当量比は、Ａ／Ｆセンサの検出値や、吸気量、吸気圧等に基づいて、別途推定される。

そして、ステップＳ２５の判定がＮＯであって暫定目標インマニ当量比（ｉ）と現在のインマニ当量比との差が大きい場合には、ステップＳ２６に進み、暫定目標インマニ当量比（ｉ）を補正する。具体的には、暫定目標インマニ当量比（ｉ）を、現在のインマニ当量比に近づけるように補正する。その後、ステップＳ２７に進む。

一方、ステップＳ２５の判定がＹＥＳであって、暫定目標インマニ当量比（ｉ）と現在のインマニ当量比との差が大きい場合には、ステップＳ２６を実施せずそのままステップＳ２７に進む。

ステップＳ２７では、算出された暫定目標インマニ当量比（ｉ）に基づいて暫定目標パージ質量流量を算出する。暫定目標パージ質量流量は、暫定目標インマニ当量比（ｉ）を実現するために必要なパージガスの質量流量であり、暫定目標インマニ当量比（ｉ）と新気量とパージガス濃度とに基づいて算出される。

次に、ステップＳ２８にて、ステップＳ２７で算出した暫定目標パージ質量流量を一時進み補正して、パージバルブ４５付近でのパージガスの質量流量の目標値を決定する。

すなわち、前記のように、暫定目標インマニ当量比（ｉ）は、吸気管３３のガスのうち気筒２に導入される直前のガスの当量比の目標値であり、パージガスがパージバルブ４５付近から気筒２に到達するまでには遅れがある。そこで、本実施形態では、この遅れを一次遅れとして扱い、暫定目標インマニ当量比（ｉ）に基づいて算出された暫定目標パージ質量流量を一次進み補正して、パージバルブ４５付近で実現すべきパージ質量流量の目標値である暫定目標パージ質量流量を算出する。

ステップＳ２８の次は、図６に示すステップＳ２９に進む。

ステップＳ２９では、ステップＳ３で算出した目標吸気量からステップＳ２で算出したスロットル限界流量を差し引き、差し引いた値を上限パージ量として設定する。

次に、ステップＳ３０にて、ステップＳ２８で算出した暫定目標パージ質量流量が上限パージ量以下であるか否かを判定する。

ステップＳ３０の判定がＮＯであって、暫定目標パージ質量流量が上限パージ量より大きい場合は、ステップＳ３１に進み、目標パージ質量流量を上限パージ量に設定する。

一方、ステップＳ３０の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ３２に進み、目標パージ質量流量をステップＳ２８で設定した暫定目標パージ質量流量に設定する。

このようにして、本実施形態では、上限パージ量、すなわち、目標吸気量からスロットル限界流量を差し引いた量を超えない範囲で、目標パージ質量流量が設定されるとともに、この範囲内で、気筒２内に導入されるパージ燃料の量が目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘに向けて漸増するように目標パージ質量流量が設定される。

図４に戻り、目標パージ質量流量が設定された後は、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、パージガスの温度および圧力に基づいて、目標パージ質量流量を体積流量に換算して目標パージ体積流量を算出する。なお、本実施形態では、パージガスの温度および圧力は大気の温度および圧力を用いている。

ステップＳ１０の後はステップＳ１１に進み、目標パージ体積流量に基づいてパージバルブ指令ＤＵＴＹ比を算出する。

本実施形態では、パージバルブ４５の前後差圧を算出し、この差圧と目標パージ体積流量とに基づいてパージバルブ指令ＤＵＴＹ比を決定する。

詳細には、パージ管４３の圧力損失を算出して、大気圧からこの圧力損失を差し引いた値をパージ管４３のパージバルブ４５よりも上流側の圧力とし、吸気圧センサＳＮ３で検出された吸気圧をパージバルブ４５よりも下流側の圧力として、パージバルブ４５の前後差圧を算出する。また、この差圧とパージ体積流量とパージバルブのＤＵＴＹ比との関係は、予め実験等によりマップで設定されてＰＣＭ１００に記憶されており、ＰＣＭ１００は、このマップから、算出したパージバルブ４５の前後差圧と、目標パージ体積流量とに対応するＤＵＴＹ比を抽出してパージバルブ指令ＤＵＴＹ比に決定する。

なお、前記のように、ステップＳ５の判定がＮＯであってステップＳ６に進み目標パージ体積流量が０に設定された場合は、パージバルブ指令ＤＵＴＹ比は０％となる。

ステップＳ１１の次はステップＳ１２に進み、パージバルブ指令ＤＵＴＹ比が０％以下であるか否かを判定する。

ステップＳ１２の判定がＮＯであってパージバルブ指令ＤＵＴＹ比が０％より大きい場合、すなわち、パージバルブ４５が開弁される場合（開弁が継続される場合も含む）は、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、パージバルブ出力部１１４の駆動周波数ひいてはパージバルブ４５の開閉周波数をエンジン回転数等に基づいて設定する。本実施形態では、エンジン回転数が高い方が、パージバルブ出力部１１４の駆動周波数が高周波となるように設定するとともに、パージガス濃度が高い方がパージバルブ出力部１１４の駆動周波数が高周波数となるように設定する。

具体的には、本実施形態では、エンジン回転数が予め設定された第１回転数以下の時には、パージバルブ出力部１１４の駆動周波数を第１周波数とし、エンジン回転数が第１回転数より大きく且つ第２回転数（＞第１回転数）以下の時には、この駆動周波数を第１周波数よりも高い第２周波数にし、エンジン回転数が第２回転数より大きい時には、この駆動周波数を第２周波数よりも高い第３周波数にする。また、第１周波数、第２周波数、第３周波数は、例えば、それぞれ、５Ｈｚ、１０Ｈｚ、１５Ｈｚに設定されている。

一方、ステップＳ１２の判定がＹＥＳであってパージバルブ指令ＤＵＴＹ比が０％以下の場合、すなわち、パージバルブ４５が閉弁される場合（閉弁が継続される場合も含む）は、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、パージバルブ出力部１１４の駆動周波数をエンジン回転数によらず最大周波数に設定する。この最大周波数は、ステップＳ１３にて設定される周波数、すなわち、パージバルブ４５が開弁しているときに設定されるパージバルブ出力部１１４の駆動周波数よりも高い周波数であり、予め設定されている。

本実施形態では、この最大周波数は、パージバルブ制御部１０４の駆動周波数すなわち演算周波数に設定されている。すなわち、パージバルブ制御部１０４の駆動周波数は、パージバルブ４５が開弁しているときのパージバルブ出力部１１４の駆動周波数よりも高くなるように設定されており、パージバルブ４５が閉弁しているときは、パージバルブ出力１１４の駆動周波数はこのパージバルブ制御部１０４の駆動周波数に設定される。パージバルブ制御部１０４の駆動周波数は、例えば、１００Ｈｚである。

このように、本実施形態では、パージバルブ４５が閉弁しているときは、パージバルブ出力部１１４の駆動周波数が最大周波数とされて、パージバルブ出力部１１４は最も短い周期でパージバルブ制御部１０４に信号を読みにいき且つ最も短い周期でパージバルブ４５に信号を出力する。

ステップＳ１３またはステップＳ１４の後は、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、ステップＳ１３またはステップＳ１４で設定された駆動周波数で、ステップＳ１１で設定されたパージバルブ指令ＤＵＴＹ比の信号がパージバルブ４５に出力される。

（インジェクタの制御手順）
次に、図７を用いて、インジェクタ１２の噴射量（インジェクタ１２の噴射量の指令値である指令噴射量）の算出手順について説明する。

ＰＣＭ１００は、まず、ステップＳ４１にて、ステップＳ４で算出されたシリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌと、ステップＳ１１で設定されたパージバルブ指令ＤＵＴＹ比等を読み込む。

次に、ステップＳ４２にて、現在のパージ体積流量である実パージ体積流量であって、エンジン本体１に導入されているパージガスの体積流量を推定する。

具体的には、現在のパージバルブ４５のＤＵＴＹ比と、ステップＳ１１の演算過程で算出されたパージバルブ４５の前後差圧とに基づいて、基本となるパージガスの体積流量を算出した後、これを、パージバルブ４５に供給されている電圧、パージバルブ４５の駆動周波数（パージバルブ出力部１１４の駆動周波数）およびパージバルブ４５周辺の温度で補正してパージガスの流量を推定する。

次に、ステップＳ４３にて、ステップＳ４２で算出した実パージ体積流量を質量流量に換算して実パージ質量流量を算出する。

次に、ステップＳ４４にて、エンジン本体１に現在導入されているパージ燃料の量である実パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｒを推定する。具体的には、ステップＳ４３で算出した実パージ質量流量とパージガス濃度とに基づいて実パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｒを算出する。

次に、ステップＳ４５にて、シリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌから実パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｒを差し引いた値を基本噴射量として算出する。

次に、ステップＳ４６にて、この基本噴射量をＡ／Ｆ＿フィードバック補正して指令噴射量を算出する。すなわち、本実施形態では、Ａ／ＦセンサＳＮ４で検出された実際の排気通路３５内のガスの空燃比が、予め設定された目標値となるように、インジェクタ１２の噴射量を補正するようになっており、この補正量で基本噴射量を補正する。

ステップＳ４６の後はステップＳ４７に進み、ステップＳ４６で算出した指令噴射量をインジェクタ１２に噴射させる。

このように、本実施形態では、インジェクタ１２の噴射量が、基本的に、シリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌから実パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｒすなわちエンジン本体１に導入されるパージ燃料の量を減じた量に設定される。

（パージ濃度の推定手順）
次に、パージガス濃度の推定手順について説明する。

本実施形態では、パージが実行されている所定の運転条件において、Ａ／ＦセンサＳＮ４で検出された排気通路３５内のガスの空燃比に基づいてパージガス濃度を推定する。具体的には、予め設定された排気通路３５の空燃比の目標値と、Ａ／ＦセンサＳＮ４で検出された実際の空燃比とのずれが、パージ燃料がエンジン本体１に供給されることによって生じたとして、このずれ量とパージガスの流量とに基づいてパージガス濃度を推定する。本実施形態では、前記所定の運転条件において、前記ずれ量の平均値と、パージガスの流量の平均値とを算出し、これらの値を用いてパージガス濃度を推定する。なお、パージガスの流量は、パージバルブ４５の前後差圧と、パージバルブ４５の開度とに基づいて算出する。

（スロットルバルブの制御手順）
次に、図８を用いて、スロットルバルブ３４の開度の目標値であるスロットル目標開度の算出手順について説明する。

ＰＣＭ１００は、まず、ステップＳ５１にて、ステップＳ２で算出された目標吸気量、および、ステップＳ３１またはＳ３２で設定された目標パージ質量流量を読み込む。

次に、ステップＳ５２にて、目標吸気量から目標パージ質量流量を差し引いて、スロットルバルブ３４を通過する空気の目標値であるスロットル目標吸気量を算出する。

次に、ステップＳ５３にて、スロットル目標吸気量に基づいてスロットル目標開度を算出する。本実施形態では、エンジン回転数とスロットルバルブ３４の開度とスロットルバルブ３４を通過する空気量との関係が予め実験等で求められてマップでＰＣＭ１００に記憶されており、ＰＣＭ１００は、このマップから、現在のエンジン回転数と、ステップＳ５２で算出したスロットル目標吸気量とに対応する開度を抽出してスロットル目標開度に設定する。

そして、ステップＳ５４にて、スロットルバルブ３４の開度をスロットル目標開度に変更する。

ここで、前記のように、本実施形態では、目標パージ質量流量ひいては吸気管３２に導入されるパージガスの量が、上限パージ量すなわち目標吸気量からスロットル限界流量を差し引いた量を超えないように制御される。そのため、スロットル通過空気流量は、スロットル限界流量以上に制御され、スロットルバルブ３４の開度は最小開度以上に制御される。

（３）作用等
以上のように、本実施形態では、パージの実行中、エンジン本体１に導入されるパージ燃料の量が目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘに向けて漸増されて、最終的にこの目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘに制御される。そして、インジェクタ１２の噴射量が、シリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌからエンジン本体１に導入されるパージ燃料の量を差し引いた値に制御される。ここで、前記のように、目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘは、シリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌから最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｎを差し引いた値である。従って、パージの実行中、インジェクタ１２の噴射量は、この最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｎに向けて漸減されて、最終的に最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｎに制御されることになる。

そのため、本実施形態では、パージの実行中、エンジン本体１に導入される燃料の総量をシリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌとしてエンジントルクを適切な値に維持することができるとともに、インジェクタ１２の噴射量を最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｎとしてインジェクタ１２のリニアリティ特性を確保してインジェクタ１２による燃料量の制御性を確保しながら、多量のパージ燃料（目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘ分のパージ燃料）をエンジン本体１に導入することができ、蒸発燃料の大気中への漏えいを抑制することができる。

また、前記のように、エンジン本体１に導入されるパージ燃料の量が目標最大パージ燃料量に向けて漸増され、インジェクタ１２の噴射量が最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｍに向けて漸減されていることで、前記効果を得つつ、エンジン本体１に導入されるパージ燃料の量が急増するのを抑制して、この急増に伴うエンジントルクの急変を抑制することができる。

また、前記実施形態では、ステップＳ３１〜Ｓ３４を実施してエンジン本体１に導入されているパージ燃料の量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｒを推定して、インジェクタ１２の噴射量の基本値を、シリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌからこの推定したパージ燃料の量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｒを差し引いた値に設定している。そのため、パージガス濃度が低い場合等においてエンジン本体１に導入されるパージ燃料の量が目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘまで増加しない場合であっても、エンジン本体１に導入される燃料量をシリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌとしてエンジントルクを適切な値にすることができる。

特に、本実施形態では、Ａ／ＦセンサＳＮ４で検出された空燃比に基づいてパージガス濃度を推定し、この推定値に基づいてエンジン本体１に導入されるパージ燃料の量を推定している。そのため、より精度よくエンジン本体１に導入されるパージ燃料の量を推定することができ、インジェクタ１２の噴射量を適切な値に制御して、エンジン本体１に導入される燃料量をより確実にシリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌにすることができる。

（４）変形例
前記実施形態では、パージの実行中において、エンジン本体１に導入されるパージ燃料の量を目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘに向けて漸増し、かつ、インジェクタ１２の噴射量を最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｎに向けて漸減する場合について説明したが、パージ実行条件の成立に伴って、これらの量をそれぞれ目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘ、最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｎに一気に変更してもよい。ただし、前記実施形態のように気筒２内に導入されるパージ燃料の量を漸増させ且つインジェクタ１２の噴射量を漸減させた方が、エンジントルクの急変を効果的に抑制することができる。

また、前記実施形態では、エンジン本体１に導入されているパージ燃料の量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｒを推定して、シリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌからこの推定したパージ燃料の量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｒを差し引いた値にインジェクタ１２の噴射量の基本値を設定することで、エンジン本体１に導入される燃料量がシリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌになるように制御しているが、これに代えて、次のような演算を行ってもよい。

すなわち、予め、パージガス濃度等に基づいてエンジン本体１に導入可能なパージ燃料の最大量（以下、上限蒸発燃料量という）を算出して、この上限蒸発燃料量が目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘよりも少ないか否かを判定する。そして、上限蒸発燃料量が目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘよりも少ない場合には、エンジン本体１に導入されるパージ燃料の量の目標値を上限蒸発燃料量として、これに向けてパージバルブ４５を制御するとともに、インジェクタ１２の噴射量の目標値を、シリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌから上限蒸発燃料量を減じた量として、これに向けてインジェクタ１２を制御する。この構成であっても、多量（導入可能な最大量）のパージ燃料をエンジン本体１に導入しつつ、エンジン本体１に導入される燃料量の総量をシリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌに維持することができる。

また、前記実施形態では、インジェクタ１２が気筒２内に直接燃料を噴射する場合について説明したが、インジェクタ１２が吸気通路３０内に燃料を噴射するように構成してもよい。

１エンジン本体
１０ハーネス
１２インジェクタ（燃料噴射弁）
３０吸気通路
４１燃料タンク
４２キャニスタ
４３パージ管（パージ通路）
４５パージバルブ
１００ＰＣＭ（制御手段）
ＳＮ４Ａ／Ｆセンサ（空燃比検出手段）

Claims

気筒が形成されたエンジン本体と、エンジン本体に吸気を導入する吸気通路と、燃料を貯留する燃料タンクと、前記気筒または前記吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁とを有するエンジンの蒸発燃料処理装置であって、
前記燃料タンク内で蒸発した蒸発燃料を脱着可能に吸着するキャニスタと、
前記キャニスタと前記吸気通路とを連通して、前記キャニスタから脱着された蒸発燃料を含むパージガスを前記吸気通路に導入するパージ通路と、
前記パージ通路を開閉可能なパージバルブと、
前記吸気通路のうち前記パージ通路との接続部分よりも上流側に設けられて当該吸気通路を通過する空気量を変更可能なスロットルバルブと、
前記燃料噴射弁と前記パージバルブとを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
エンジン本体の運転状態に基づいて、エンジン本体に供給する総燃料量の目標値である基準目標燃料量、エンジン本体に供給する吸気量の目標値である目標吸気量、および、前記スロットルバルブの開度を０％よりも大きい最小開度であって当該スロットルバルブを通過する空気の量がスロットルバルブの開度に追従して変化する開度範囲の最小値としたときにエンジン本体に供給される吸気量であるスロットル限界流量を演算し、
前記パージバルブを開弁して前記パージガスを前記吸気通路に導入するパージを実行するとき、前記吸気通路に導入される前記パージガスの量が前記目標吸気量から前記スロットル限界流量を差し引いた上限パージ量以下の場合は、前記燃料噴射弁の噴射量が当該燃料噴射弁のリニアリティ特性が確保される最小噴射量に向けて漸減され、かつ、前記パージ通路を介してエンジン本体に導入される蒸発燃料の量が前記基準目標燃料量から前記最小噴射量を減じた量である最大目標蒸発燃料量に向けて漸増されるように当該燃料噴射弁および前記パージバルブを制御し、前記吸気通路に導入される前記パーガスの量が前記上限パージ量を超える場合は、前記吸気通路に導入される前記パージガスの量が前記上限パージ量になるように前記パージバルブを制御することを特徴とするエンジンの蒸発燃料処理装置。
請求項１に記載のエンジンの蒸発燃料処理装置において、
前記制御手段は、前記パージを実行する場合には、前記パージ通路を介してエンジン本体に導入される蒸発燃料の量を推定するとともに、前記燃料噴射弁の噴射量が前記基準目標燃料量から前記推定した蒸発燃料の量を減じた量になるように当該燃料噴射弁を制御することを特徴とするエンジンの蒸発燃料処理装置。
請求項２に記載のエンジンの蒸発燃料処理装置において、
エンジン本体から排出された排気が流通する排気通路に設けられて、当該排気通路内のガスの空燃比を検出可能な空燃比検出手段を備え、
前記制御手段は、前記空燃比検出手段で検出された空燃比に基づいて前記パージガスの燃料濃度を推定するとともに、この推定した燃料濃度に基づいて前記パージ通路を介してエンジン本体に導入される蒸発燃料の量を推定することを特徴とするエンジンの蒸発燃料処理装置。