JP6540728B2 - エンジンの蒸発燃料処理装置 - Google Patents

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本体内つまり気筒内の当量比が要求値からずれてしまうため、所望のエンジントルクや所望の排ガス性能等が得られない。

これに対して、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、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するエンジンが開示されている。

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。

これに対して、例えば、エンジントルクによらず多量の蒸発燃料を一定量吸気通路に導入することが考えられるが、吸気通路に導入する蒸発燃料を急増させると吸気通路および気筒内の当量比が急変してエンジントルクが変動してしまうので、吸気通路に導入する蒸発燃料量は徐々に増大させるのが望ましい。ただし、蒸発燃料量を単純に一定量ずつ増大させていったのでは、吸気通路を流通する空気量が変化したときに、これに伴って吸気通路内のガスの当量比が変化するため、気筒内のガスの当量比が変動して適切な値からずれるおそれがある。

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、燃料タンク内で発生する蒸発燃料の大気中への漏えいを抑制しつつ、気筒内の当量比を適切に制御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を有するエンジンの蒸発燃料処理装置であって、前記吸気通路に接続されて、前記燃料タンク内で蒸発した蒸発燃料
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、前記パージバルブを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記パージガスを前記吸気通路に導入するパージの実施時において、前記吸気通路内のガスの当量比であるインマニ当量比が増大していくように前記パージバルブを制御する増大制御を実施するとともに、当該増大制御の実施時において、現在のインマニ当量比を推定し、且つ、前記吸気通路を流通する空気量の直近の変化量に基づいて前記インマニ当量比の増加補正量を算出した後、当該増加補正量を前記推定されたインマニ当量比に加算することで目標インマニ当量比を算出して、前記インマニ当量比が当該目標インマニ当量比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）。

本発明によれば、インマニ当量比が増大していくようにパージバルブの開度が制御されることで、気筒内のガスの当量比が急変するのを抑制することができるとともに、インマニ当量比が所定の目標値となるようにパージバルブが制御されることで、インマニ当量比つまり気筒に導入される前のガスの当量比をより確実に適切な値にすることができる。そのため、気筒内のガスの当量比を適切に制御して、エンジントルクおよび排ガス性能を良好にすることができる。

しかも、吸気通路を流通する空気量の変化量に基づいて増加補正量を算出して、これを現在のインマニ当量比（推定値）に加算することでインマニ当量比の目標値である目標インマニ当量比を算出している。そのため、インマニ当量比をより適切な値に制御することができる。

具体的には、前記のようにインマニ当量比を目標値になるようにパージバルブを制御すれば気筒内のガスの当量比を適切にすることができる。しかしながら、仮に、吸気通路を流通する空気量の変化によらずに単純に目標インマニ当量比を現在のインマニ当量比から一定値だけ増大してこれを実現するようにパージバルブを制御すると、吸気通路を流通する空気量が加減速等に伴って変化したときに、この空気量の変化に起因するインマニ当量比の変化が加味されずに目標インマニ当量比が設定されてしまう。そのため、目標インマニ当量比が適切に設定されず、インマニ当量比が適切な値に制御されなくなる。

これに対して、本発明では、吸気通路を流通する空気量の変化量に基づいて増加補正量を算出して、これを現在のインマニ当量比に加算することで目標インマニ当量比を算出しているため、目標インマニ当量比を前記空気量の変化に対応した適切な値にすることができ、インマニ当量比を適切に制御することができる。

前記構成において、前記制御手段は、前記吸気通路を流通する空気量が大きいほど大きくなるように予め定められた基本増加補正量に、前記空気量の直近の変化量に応じて増減される逐次補正量を加算したものを、前記増加補正量として算出するのが好ましい（請求項２）。

このようにすれば、目標インマニ当量比ひいては実際のインマニ当量比および気筒内のガスの当量比を、吸気通路を流通する空気量自体とこの空気量の変化量とに応じた適切な値に制御することができる。

また、前記構成において、前記制御手段は、前記吸気通路を流通する空気量の直近の変化量が０より大きいときは前記逐次補正量を０より大きい値に設定し、前記空気量の直近の変化量が０より小さいときは前記逐次補正量を０より小さい値に設定するのが好ましい（請求項３）。

この構成によれば、エンジンの加速等に伴って吸気通路を流通する空気量が増大してこれによってインマニ当量比が小さくなっても増加補正量が０より大きい値とされることで目標インマニ当量比を高い値に維持することができるとともに、エンジンの減速等に伴って前記空気量が減少してこれによってインマニ当量比が大きくなっても増加補正量が０より小さい値とされることで目標インマニ当量比が現在のインマニ当量比に対して過剰に大きくなるのを防ぐことができ、目標インマニ当量比ひいては実際のインマニ当量比および気筒内のガスの当量比を適切に制御することができる。

前記構成において、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を設定し、前記燃料噴射弁のリニアリティ特性が確保される当該燃料噴射弁の噴射量の最小値を前記基準目標燃料量から減じて目標最大パージ燃料量を算出し、前記パージの開始時において、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が前記目標最大パージ燃料量に到達するまで前記増大制御を実施するとともに、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前記基準目標燃料量から減じた量の燃料を前記燃料噴射弁に噴射させるのが好ましい（請求項４）。

この構成によれば、増大制御の実施によって気筒内の当量比を適切に制御しつつ、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、燃料噴射弁のリニアリティ特性を確保しながら多量の蒸発燃料をエンジン本体に導入して燃料タンクから大気中への蒸発燃料の漏えいを抑制できる。

以上説明したように、燃料タンク内で発生する蒸発燃料の大気中への漏えいを抑制しつつ、気筒内の当量比を適切に制御することができる。

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。 空気変化量と、目標インマニ当量比および現在のインマニ当量比との関係を模式的に示した図である。 噴射パルス幅と噴射量との関係を示した図である。 本実施形態における加速時のインマニ当量比およびインマニ空気量の時間変化を示した図である。 比較例における加速時のインマニ当量比およびインマニ空気量の時間変化を示した図である。 本実施形態における減速時のインマニ当量比およびインマニ空気量の時間変化を示した図である。 比較例における減速時のインマニ当量比およびインマニ空気量の時間変化を示した図である。

（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。本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に接続されている。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。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３３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、パージする、または、パージを実行（実施）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。本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ＳＮ１〜ＳＮ５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ＳＮ６、ＳＮ７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して、これに対応する信号をインジェクタ１２に出力する。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）を算出して、これに対応する信号をパージバルブ４５に出力する。各制御部１０２、１０４はそれぞれ所定の時間毎に演算を行って、各部に信号を出力する。

（パージバルブの制御手順）
図３、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３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、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Ｓ３にて、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Ｓ４にて、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Ｓ４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、パージを停止するべくステップＳ５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に設定してステップＳ１０に進む。

一方、ステップＳ４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、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、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８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Ｓ６では、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、燃圧と最小噴射量Ｑｉｎｊ＿ｍｉｎとの関係が実験等で予め求められて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Ｓ７において、目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘを算出する。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Ｓ８において、この目標最大パージ燃料量Ｑｐｕｒｇｅ＿ｍａｘを用いつつ目標パージ質量流量を算出する。

図４および図５は、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４に示すように、ＰＣＭ１００は、まず、ステップＳ２１にて、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、吸気通路３０内のガスの当量比であってエンジンシステムの外部から吸気通路３０に導入された空気とパージ管４３から吸気通路３０に導入されたパージガスとの混合ガスの当量比である。詳細には、インマニ当量比は、吸気管３３内のガスのうち気筒２に導入される直前のガスの当量比である。そして、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、パージを開始すると、目標最大インマニ当量比に向けてインマニ当量比を増大させていくように構成されており、インマニ当量比の各時刻の目標値である目標インマニ当量比（ｉ）を、目標最大インマニ当量比に向かって漸増するように算出する。パージバルブ制御部１０４は、前記のように所定の時間毎に演算を行っており、この時間毎に目標インマニ当量比を算出する。

ステップＳ２２では、吸気管３３内の空気量であるインマニ空気量（ｉ）、詳細には、吸気管３３内の空気のうち気筒２に導入される直前の空気の量、の現在の値を推定する。

本実施形態では、吸気圧センサＳＮ３の検出値、エアフローセンサＳＮ２の検出値等を用いて、現在のインマニ空気量（ｉ）を推定する。ここで、ｉは演算サイクル数を示すカウンタである。ステップＳ２２の後はステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、現在のインマニ当量比（ｉ）を推定する。

本実施形態では、ステップＳ２２で算出した現在のインマニ空気量（ｉ）、パージガス濃度、後述するようにパージバルブ４５のＤＵＴＹ比等に基づいて算出したパージガスの質量流量等を用いて、現在のインマニ当量比（ｉ）を推定する。

次に、ステップＳ２４にて、後述するように目標インマニ当量比（ｉ）の算出に用いられる基本増加補正量Ｆ（ｉ）を算出する。基本増加補正量Ｆ（ｉ）は、０より大きい値に設定される。また、本実施形態では、基本増加補正量Ｆ（ｉ）は、現在のインマニ空気量（ｉ）に基づいて算出され、現在のインマニ空気量（ｉ）が大きいほど大きい値に設定される。

次に、ステップＳ２５にて、インマニ空気量の変化量である空気変化量△Ｑａ（ｉ）を算出する。具体的には、ステップＳ２２で算出したインマニ空気量（ｉ）から、前回のインマニ空気量（ｉ−１）つまり１演算サイクル前に算出したインマニ空気量を差し引いた値を、空気変化量△Ｑａ（ｉ）とする。

次に、ステップＳ２６にて、ステップＳ２５で算出した空気変化量△Ｑａ（ｉ）が０であるか否かを判定する。つまり、エンジンの運転状態が定常状態であってインマニ空気量が一定値に維持されているか否かを判定する。なお、ステップＳ２６では、空気変化量△Ｑａ（ｉ）が厳密に０であるか否かを判定する必要はなく、空気変化量△Ｑａ（ｉ）が実質的に０であるか否か、つまり、インマニの空気量が実質的に変化していないか否かを判定すればよい。従って、例えば、ステップＳ２６において、空気変化量△Ｑａ（ｉ）の絶対値が０より大きい所定値よりも小さいか否かを判定するようにしてもよい。

ステップＳ２６の判定がＹＥＳであって、空気変化量△Ｑａ（ｉ）が０でありインマニ空気量が一定に維持されている場合は、ステップＳ２７に進む。

ステップＳ２７では、ステップＳ２３で算出した現在のインマニ当量比（ｉ）にステップＳ２４で算出した基本増加補正量Ｆ（ｉ）を加算した値を目標インマニ当量比（ｉ）に設定する。ステップＳ２７の後は、ステップＳ３２に進む。

一方、ステップＳ２６の判定がＮＯであって、空気変化量△Ｑａ（ｉ）が０ではなくインマニ空気量が変化している場合は、ステップＳ２８に進む。例えば、車両およびエンジンの加速時は、インマニ空気量が増大して空気変化量△Ｑａ（ｉ）が０より大きい値となりステップＳ２６の判定がＮＯとなる。また、車両およびエンジンの減速時は、インマニ空気量が減少して空気変化量△Ｑａ（ｉ）が０より小さい値となりステップＳ２６の判定がＮＯとなる。

ステップＳ２８では、後述するように目標インマニ当量比（ｉ）の算出に用いられる逐次補正量Ｇ（ｉ）を、空気変化量△Ｑａ（ｉ）に基づいて算出する。逐次補正量Ｇ（ｉ）は、空気変化量△Ｑａ（ｉ）が大きいほど大きい値に設定される。そして、空気変化量△Ｑａ（ｉ）が０よりも大きい場合は逐次補正量Ｇ（ｉ）も０よりも大きい値に設定され、空気変化量△Ｑａ（ｉ）が０よりも小さい場合は逐次補正量Ｇ（ｉ）も０よりも小さい値に設定される。例えば、逐次補正量Ｇ（ｉ）は空気変化量△Ｑａ（ｉ）に所定の係数（＞０）をかけることで算出される。

ステップＳ２８の次はステップＳ２９に進む。ステップＳ２９では、現在のインマニ当量比（ｉ）に基本増加補正量Ｆ（ｉ）と逐次補正量Ｇ（ｉ）とを加算した値を目標インマニ当量比（ｉ）に設定する。

ステップＳ２９の次はステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、ステップＳ２９で算出した目標インマニ当量比（ｉ）が前回の目標インマニ当量比（ｉ−１）よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ３０の判定がＮＯの場合はステップＳ３２に進む。

一方、ステップＳ３０の判定がＹＥＳであって、目標インマニ当量比（ｉ）が前回の目標インマニ当量比（ｉ−１）よりも小さい値の場合は、ステップＳ３１に進む。そして、ステップＳ３１にて、目標インマニ当量比（ｉ）を前回の目標インマニ当量比（ｉ−１）に維持して、ステップＳ３２に進む。

図５に示すように、ステップＳ３２では、前記のようにして算出した目標インマニ当量比（ｉ）が、ステップＳ２１で算出した目標最大インマニ当量比以上であるか否かを判定する。

ステップＳ３２の判定がＮＯであって、目標インマニ当量比（ｉ）が目標最大インマニ当量比未満の場合はステップＳ３４に進む。

一方、ステップＳ３２の判定がＹＥＳであって、目標インマニ当量比（ｉ）が目標最大インマニ当量比以上の場合はステップＳ３３に進む。そして、ステップＳ３３にて、目標インマニ当量比（ｉ）を目標最大インマニ当量比（ｉ）に設定する。ステップＳ３３の次はステップＳ３４に進む。

ステップＳ３４では、目標インマニ当量比（ｉ）に基づいて目標パージ質量流量を算出する。目標パージ質量流量（ｉ）は、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、目標インマニ当量比（ｉ）とエアフロメータで検出された空気流量とパージガス濃度等とに基づいて算出される。ステップＳ３４の次は、図３に示すステップＳ９に進む。

ステップＳ９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（ｉ）を体積流量に換算して目標パージ体積流量（ｉ）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Ｓ９の後はステップＳ１０に進み、目標パージ体積流量（ｉ）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、この差圧とパージガスの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Ｓ４の判定がＮＯであってステップＳ５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Ｓ１０の後はステップＳ１１に進む。そして、ステップＳ１１にて、ステップＳ１０で設定されたパージバルブ指令ＤＵＴＹ比の信号をパージバルブ４５に出力する。

このように、本実施形態では、パージが開始されると、目標最大インマニ当量比に向けて目標インマニ当量比ひいてはインマニ当量比を増大させていく。そして、このインマニ当量比を増大させる増大制御の実施時において、現在のインマニ空気量に基づいて算出した基本増加補正量Ｆと空気変化量△Ｑａに基づいて算出した逐次補正量Ｇとの合計値である増加補正量を現在のインマニ当量比に加算し、その値を目標インマニ当量比に設定する。また、目標インマニ当量比（ｉ）を前回の目標インマニ当量比（ｉ−１）以上に維持する。

図７は、空気変化量△Ｑａと、目標インマニ当量比ｓおよび現在のインマニ当量比ｕとの関係を示した模式図である。この図７に示すように、空気変化量△Ｑａが０のときは、目標インマニ当量比ｓは現在のインマニ当量比ｕから基本増加補正量Ｆ分大きい値とされる。そして、空気変化量△Ｑａが０より大きいとき、つまり、加速時等であってインマニ空気量が増大しているときは、目標インマニ当量比ｓは、現在のインマニ当量比ｕから基本増加補正量Ｆ分増大された後逐次補正量Ｇ増大された値とされる。一方、空気変化量△Ｑａが０より小さいとき、つまり、減速時等であってインマニ空気量が減少しているときは、目標インマニ当量比ｓは、現在のインマニ当量比ｕから基本増加補正量Ｆ分大きい値から、逐次補正量Ｇの絶対値分を差し引いた値とされる。

（インジェクタの制御手順）
次に、図６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Ｓ３で算出したシリンダ要求燃料量Ｑｃｙｌと、ステップＳ１０で設定し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、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の現在値である実パージ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Ｓ１０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体積流量を推定する。

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、現在エンジン本体１に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、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質量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。

（３）作用等
以上のように、本実施形態では、パージの実行時において、目標インマニ当量比ひいてはインマニ当量比が目標最大インマニ当量比に向けて徐々に増大してくようにパージバルブ４５のＤＵＴＹ比ひいてはパージバルブ４５の開度が変更される。そのため、パージの実行によってインマニ当量比および気筒２内のガスの当量比が急変するのを抑制することができる。また、インマニ当量比が所定の目標値となるようにパージバルブ４５が制御されており、インマニ当量比つまり気筒に導入される前のガスの当量比をより確実に適切な値にすることができるため、気筒２内の燃焼前のガスの当量比を適切に制御することができる。従って、エンジントルクおよび排ガス性能を良好にすることができる。

しかも、インマニ空気量の変化量である空気変化量△Ｑａつまり吸気管３３内の空気量の変化量に基づいて算出した逐次補正量Ｇと、インマニ空気量に基づいて算出した基本増加補正量Ｆとを合わせた増加補正量を、現在のインマニ当量比に加算することで、目標インマニ当量比を算出している。そのため、前記のようにインマニ当量比および気筒内のガスの当量比の急変を抑制しつつ、吸気管３３内により多くのパージガスを導入させて燃料タンクに残存する蒸発燃料の量をより早期に減少させることができる。

具体的には、前記のように、インマニ当量比が所定の目標値になるようにパージバルブを制御すれば気筒内のガスの当量比を適切に制御することができる。しかしながら、例えば、空気変化量△Ｑａおよびインマニ空気量によらずに単純にインマニ当量比を現在のインマニ当量比から予め設定された一定値だけ増大させるようにパージバルブの開度を変更させた場合には、加減速時等にインマニ空気量が変化したときに、インマニ空気量の変化に起因するインマニ当量比の変化が加味されずにパージバルブ４５の開度が変更されてしまう。そのため、吸気管３３に導入されるパージ燃料の量が過大になって気筒２内のガスの当量比の変動が大きくなる、あるいは、吸気管３３に導入されるパージ燃料の量が過小となって燃料タンク４１に残存する蒸発燃料の量を十分に減少させることができないおそれがある。

図９〜図１２を用いて詳細に説明する。図９および図１０は、エンジンの加速時等であってインマニ空気量が増大したときの、目標インマニ当量比と、インマニ当量比（実際のインマニ当量比であり、以下では実インマニ当量比という）と、インマニ空気量の時間変化を模式的に示したものである。図１１および図１２は、エンジン減速時等であってインマニ空気量が減少したときの、これらの時間変化を模式的に示したものである。また、図９および図１１は、本実施形態に係る制御を実施したときの図であり、図１０および図１２は、比較例であって前記のように単純にインマニ当量比を現在のインマニ当量比（実インマニ当量比）から一定値だけ増大させるようにパージバルブの開度を変更させたときの図である。

図９および図１０に示すように、時刻ｔ３で加速に伴いインマニ空気量が増大し始めるまでは、パージバルブ４５の開度変更によって実インマニ当量比は先に算出された目標インマニ当量比にほぼ制御される。例えば、図１０に示す比較例において、時刻ｔ１にて目標インマニ当量比Ｐ（ｔ１）が所定値に設定されると、これを実現するようにパージバルブ４５の開度が変更されることで、時刻ｔ２において実インマニ当量比Ｑ（ｔ２）がこの所定値とされる。そして、時刻ｔ３までは目標インマニ当量比Ｐおよび実インマニ当量比Ｑは適切に増大していく。しかし、時刻ｔ３にてインマニ空気量の増大が開始すると、これに伴って時刻ｔ４において実インマニ当量比Ｑ（ｔ４）が目標インマニ当量比Ｐ（ｔ３）に到達せず、実インマニ当量比の増加量は小さく抑えられてしまう。

ここで、比較例では、前記のように、目標インマニ当量比Ｐが実インマニ当量比Ｑに一定値αを加算した値に設定されるようになっており、時刻ｔ４で算出される目標インマニ当量比Ｐ（ｔ４）つまり時刻ｔ５で実現されるべきインマニ当量比は、それぞれ時刻ｔ４の実インマニ当量比Ｑ（ｔ４）に一定値αを加算した値とされる。つまり、比較例では、時刻ｔ４と時刻ｔ３との間での目標インマニ当量比Ｐの増加量は、時刻ｔ４と時刻ｔ３との間での実インマニ当量比Ｑの増加量とほぼ一致するように制御される。そのため、前記のように、時刻ｔ４において、時刻ｔ３からの実インマニ当量比Ｑの増加量が小さく抑えられると、目標インマニ当量比Ｐの増加量も同様に小さくなって時刻ｔ４で算出される目標インマニ当量比Ｐ（ｔ４）は小さく抑えられる。これは、時刻ｔ４以降も（インマニ空気量が増大している期間中）同様に生じる。従って、比較例では、図１０に示すように、時刻ｔ４以後、目標インマニ当量比Ｐの増加が抑えられてしまい、これに伴って実インマニ当量比Ｑひいては吸気管３３に導入されるパージ燃料の量が適切に増大されず、燃料タンク４１に残存する蒸発燃料の量を十分に減少させることができなくなる。

これに対して、図９に示すように、時刻ｔ３においてインマニ空気量の増大が開始した直後の時刻ｔ４では、本実施形態でも、比較例と同様に実インマニ当量比ｕ（ｔ４）は比較的小さい値に抑えられる。しかしながら、本実施形態では、この実インマニ当量比ｕ（ｔ４）に、インマニ空気量に応じて設定された基本増加補正量Ｆと空気変化量△Ｑａに応じて設定された逐次補正量Ｇが加算されることで目標インマニ当量比ｓ（ｔ４）が算出される。そのため、時刻ｔ４において目標インマニ当量比ｓ（ｔ４）が比較的高い値とされ、これに向けて時刻ｔ５でのインマニ当量比ｕ（ｔ５）は高い値に維持される。同様に、時刻ｔ４以降においても、目標インマニ当量比ｓは高い値に設定されて、インマニ当量比ｕが高くされる。従って、本実施形態では、インマニ空気量の増大に伴ってインマニ当量比が減少しやすい運転条件でも、実インマニ当量比ｕを適切に増大させていくことができ、吸気管３３に導入されるパージ燃料の量を適切に増大させて、燃料タンク４１に残存する蒸発燃料の量を早期に減少させることができる。

また、図１２に示すように、比較例では、時刻ｔ３で減速が開始されてインマニ空気量が減少すると、時刻ｔ４において実インマニ当量比Ｑ（ｔ４）が、実現すべき目標インマニ当量比Ｐ（ｔ３）を超えて大きくなる。さらに、この過大な実インマニ当量比Ｑ（ｔ４）に一定値αが加算された値が次の目標インマニ当量比Ｐ（ｔ４）とされることで、次の目標インマニ当量比Ｐ（ｔ４）も過剰に大きな値になってしまう。そのため、比較例では、破線で示したインマニ空気量の変化がない場合つまり定常運転時に比べて、目標インマニ当量比Ｐおよび実インマニ当量比Ｑの増加量が大きくなってしまう。従って、比較例では、吸気管３３に導入されるパージ燃料の増加量が過大になって気筒内のガスの当量比の変動ひいてはエンジントルクの変動が大きくなる。

これに対して、本実施形態では、前記のように、インマニ空気量の減少時は、実インマニ当量比ｕに基本増加補正量Ｆを加算した値から逐次補正量Ｇの絶対値を差し引いた値が、目標インマニ当量比ｓとされる。そのため、図１１に示すように、時刻ｔ３以降において、目標インマニ当量比ｓひいては実インマニ当量比ｕの増加量が過大になるのを回避して、これらを適切に増大させることができる。従って、気筒内のガスの当量比の変動やエンジントルクの変動が大きくなるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、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に向けて増大されていき、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Ｑｐｕｒｅ＿ｒ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。そのため、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。

従って、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。

（４）変形例
前記実施形態では、基本増加補正量Ｆをインマニ空気量に応じて変更する場合について説明したが、基本増加補正量Ｆをインマニ空気量によらずに一定値に設定してもよい。この場合であっても、逐次補正量Ｇが空気変化量△Ｑａに応じて設定されることで、目標インマニ当量比および実インマニ当量比を適切に制御することができる。ただし、基本増加補正量Ｆをインマニ空気量に応じて変更すれば、インマニ当量比をインマニ空気量に応じた値により一層確実に制御することができる。

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
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
１００ ＰＣＭ（制御手段）

Claims (4)

1. 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を有するエンジンの蒸発燃料処理装置であって、
   前記吸気通路に接続されて、前記燃料タンク内で蒸発し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、
   前記パージバルブを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記パージガスを前記吸気通路に導入するパージの実施時において、前記吸気通路内のガスの当量比であるインマニ当量比が増大していくように前記パージバルブを制御する増大制御を実施するとともに、当該増大制御の実施時において、現在のインマニ当量比を推定し、且つ、前記吸気通路を流通する空気量の直近の変化量に基づいて前記インマニ当量比の増加補正量を算出した後、当該増加補正量を前記推定されたインマニ当量比に加算することで目標インマニ当量比を算出して、前記インマニ当量比が当該目標インマニ当量比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。
2. 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、前記吸気通路を流通する空気量が大きいほど大きくなるように予め定められた基本増加補正量に、前記空気量の直近の変化量に応じて増減される逐次補正量を加算したものを、前記増加補正量として算出することを特徴とするエンジンの蒸発燃料処理装置。
3. 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、
   前記制御手段は、前記吸気通路を流通する空気量の直近の変化量が０より大きいときは前記逐次補正量を０より大きい値に設定し、前記空気量の直近の変化量が０より小さいときは前記逐次補正量を０より小さい値に設定することを特徴とするエンジンの蒸発燃料処理装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの蒸発燃料処理装置において、
   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を設定し、前記燃料噴射弁のリニアリティ特性が確保される当該燃料噴射弁の噴射量の最小値を前記基準目標燃料量から減じて目標最大パージ燃料量を算出し、前記パージの実施時において、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が前記目標最大パージ燃料量に到達するまで前記増大制御を実施するとともに、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前記基準目標燃料量から減じた量の燃料を前記燃料噴射弁に噴射させることを特徴とするエンジンの蒸発燃料処理装置。
   

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