JP6801597B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の気筒から排出された排気を浄化する触媒と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁によって噴射される燃料が貯蔵される燃料タンク内の燃料蒸気を捕集するキャニスタと、前記キャニスタに捕集された燃料蒸気の吸気通路への流入量を調節する調節装置と、を備える内燃機関を制御対象とする内燃機関の制御装置に関する。
たとえば特許文献1には、触媒装置(触媒)の昇温要求がある場合、一部の気筒における空燃比を理論空燃比よりもリッチとし、残りの気筒における空燃比を理論空燃比よりもリーンとし、触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比に制御するディザ制御を実行する制御装置が記載されている。
また、内燃機関の制御装置としては、燃料噴射弁から噴射する燃料を貯蔵する燃料タンク内の燃料蒸気を吸気通路に戻すパージ制御が周知である。
特開2004−218541号公報
ところで、ディザ制御を実行する場合、リッチ燃焼気筒における空燃比とリーン燃焼気筒における空燃比とに相違を設けることに起因して、全ての気筒における空燃比を同一に制御する場合と比較すると、燃焼が悪化しにくい空燃比への設定に制約が生じることから、燃焼が悪化しやすい。一方、パージ制御が実行される場合、燃料蒸気が必ずしも複数の気筒に均等に分配されないことに起因して各気筒における空燃比が狙いとする空燃比からずれうる。このため、パージ制御の実行中にディザ制御を実行する場合には、ディザ制御の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきによって助長され、顕在化するおそれがある。
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
1.上記内燃機関の制御装置において、複数の気筒から排出された排気を浄化する触媒と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁によって噴射される燃料が貯蔵される燃料タンク内の燃料蒸気を捕集するキャニスタと、前記キャニスタから吸気通路へのパージ流量を調節する調節装置と、を備える内燃機関を制御対象とし、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、前記調節装置を操作して、前記パージ流量を制御するパージ制御処理と、前記ディザ制御処理が実行されている場合、実行されていない場合と比較して、前記パージ制御処理を前記パージ流量が小さくなる側に制限する制限処理と、を実行する。
上記構成では、ディザ制御処理が実行されている場合、制限処理によって、パージ制御処理をパージ流量が小さくなる側に制限する。これにより、制限処理を実行しない場合と比較して、燃料蒸気が必ずしも複数の気筒に均等に分配されないことに起因して複数の気筒のそれぞれにおける空燃比が狙いの空燃比からずれる度合いを小さくすることができる。このため、ディザ制御の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきによって助長され、顕在化することを回避または抑制できる。
2.上記1記載の内燃機関の制御装置において前記パージ制御処理は、前記パージ流量と相関を有するパラメータであるパージパラメータの目標値である目標パージパラメータを設定する目標パージパラメータ設定処理を含み、前記パージパラメータを前記目標パージパラメータに制御することにより前記パージ流量を制御する処理であり、前記制限処理は、前記ディザ制御処理が実行されている場合、前記ディザ制御処理が実行されていない場合よりも前記パージ流量を小さい側に制限するガード値にて前記目標パージパラメータをガードするガード処理を含んで、前記パージ制御処理によって、前記ガード処理された前記目標パージパラメータに基づき前記調節装置を操作させる処理である。
上記構成では、パージパラメータをガード処理された目標パージパラメータに制御することにより、ディザ制御処理が実行されていない場合よりもパージ流量が小さくなる側に制限することができる。
3.上記2記載の内燃機関の制御装置において、前記ガード値を固定値とする。
上記構成では、ガード値を固定値とすることにより、可変設定する場合と比較すると、ガード値の適合工数を低減することができる。
4.上記1〜3のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置において、前記制限処理は、前記パージ制御処理を禁止するパージ禁止処理を含む。
上記構成では、パージ禁止処理を実行することにより、ディザ制御の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきによって助長され、顕在化することを回避できる。
5.上記2記載の内燃機関の制御装置において、前記ガード処理は、前記内燃機関の動作点に基づき、前記ガード値を可変設定するガード値可変処理を含む。
ディザ制御の実行によってディザ制御を実行していないときと比較して燃焼が悪化しやすい傾向の、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきによる助長のされやすさは、内燃機関の動作点に応じて相違し得る。このため、上記構成では、ガード値を可変設定することにより、固定値とする場合と比較すると、パージ流量を極力大きくすることが可能なガード値を設定することができる。
6.上記1〜5のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置において、前記ディザ制御処理による制限がなされる時間が閾値以上となることを条件に、前記制限処理を所定期間停止する停止処理と、前記停止処理がなされる場合、前記ディザ制御処理を、前記複数の気筒のそれぞれにおける空燃比同士の差が小さくなる側に制限する停止時制限処理と、を実行する。
ディザ制御処理が実行されることを条件にパージ流量を制限する場合、キャニスタ内の燃料蒸気の濃度が過度に濃くなるおそれがある。そこで上記構成では、ディザ制御処理による制限がなされる時間が閾値以上となることを条件に、制限処理を停止する。これにより、キャニスタ内の燃料蒸気の濃度を低下させることができる。さらに、この際、ディザ制御処理を制限することにより、ディザ制御の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきに起因して助長され、顕在化することを、抑制または回避することができる。
7.上記6記載の内燃機関の制御装置において、前記停止時制限処理は、前記ディザ制御を禁止するディザ禁止処理である。
上記構成では、制限処理を停止させる場合、ディザ制御を禁止することにより、ディザ制御の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきに起因して助長され、顕在化することを、回避することができる。
第1の実施形態にかかる制御装置および内燃機関を示す図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の一部を示すブロック図。 同実施形態にかかるガード処理部の処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる目標パージ率の推移例を示すタイムチャート。 第2の実施形態にかかるガード処理部の処理の手順を示す流れ図。 第3の実施形態にかかるディザ制御の禁止に関する処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかるディザ制御の実行可否の推移例を示すタイムチャート。 第4の実施形態にかかるガード処理部の処理の手順を示す流れ図。
<第1の実施形態>
以下、内燃機関の制御装置にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1に示す内燃機関10において、吸気通路12から吸入された空気は、スロットルバルブ14を介して各気筒の燃焼室16に流入する。燃焼室16には、燃料を噴射する燃料噴射弁18と、火花放電を生じさせる点火装置20とが突出している。燃焼室16において、空気と燃料との混合気は、燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路22に排出される。排気通路22には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒24が設けられている。
燃料噴射弁18は、デリバリパイプ30内の燃料を噴射する。デリバリパイプ30には、燃料タンク32に貯蔵されている燃料が燃料ポンプ34によって汲み上げられて供給される。燃料タンク32内に貯蔵された燃料の一部は気化して燃料蒸気となる。この燃料蒸気は、キャニスタ36によって捕集される。キャニスタ36によって捕集された燃料蒸気は、開口度を電子操作可能なパージバルブ38を介して吸気通路12に流入する。
制御装置40は、内燃機関10を制御対象とし、その制御量(トルク、排気成分等)を制御するために、スロットルバルブ14や、燃料噴射弁18、点火装置20、燃料ポンプ34、パージバルブ38等の内燃機関10の操作部を操作する。この際、制御装置40は、三元触媒24の上流側の空燃比センサ50によって検出される空燃比Afや、クランク角センサ52の出力信号Scr、エアフローメータ54によって検出された吸入空気量Gaを参照する。制御装置40は、CPU42、ROM44、およびRAM46を備えており、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42が実行することにより上記制御量の制御を実行する。
図2に、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42が実行することにより実現される処理の一部を示す。
ベース噴射量算出処理部M10は、クランク角センサ52の出力信号Scrに基づき算出された回転速度NEと吸入空気量Gaとに基づき、燃焼室16における混合気の空燃比を目標空燃比に開ループ制御するための操作量である開ループ操作量として、ベース噴射量Qbを算出する。なお、本実施形態では、目標空燃比として、理論空燃比を想定している。
目標値設定処理部M12は、燃焼室16における混合気の空燃比を上記目標空燃比に制御するためのフィードバック制御量の目標値Af*を設定する。フィードバック処理部M14は、フィードバック制御量としての空燃比Afを目標値Af*にフィードバック制御するための操作量であるフィードバック操作量KAFを算出する。本実施形態では、目標値Af*と空燃比Afとの差を入力とする比例要素、積分要素、および微分要素の各出力値の和を、フィードバック操作量KAFとする。
要求噴射量算出処理部M16は、ベース噴射量Qbにフィードバック操作量KAFを乗算する処理に基づきベース噴射量Qbを補正して要求噴射量Qdを算出する。
要求値出力処理部M18は、三元触媒24の昇温要求が生じることを条件に、内燃機関10の各気筒#1〜#4からの排気の空燃比(排気空燃比)の平均値を目標空燃比としつつも、燃焼対象とする混合気の空燃比を気筒間で異ならせるディザ制御の噴射量補正要求値αを算出して出力する。ここで、本実施形態にかかるディザ制御では、第1の気筒#1〜第4の気筒#4のうちの1つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとするリッチ燃焼気筒とし、残りの3つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンとするリーン燃焼気筒とする。そして、リッチ燃焼気筒における噴射量を、上記要求噴射量Qdの出力値の「1+α」倍とし、リーン燃焼気筒における噴射量を、要求噴射量Qdの「1−(α/3)」倍とする。
なお、対象排気の排気空燃比は、仮想混合気を用いて定義される。すなわち、仮想混合気を、新気および燃料のみからなって且つ燃焼させた場合に生成される排気の未燃燃料濃度(たとえばHC)、不完全燃焼成分濃度(たとえばCO)および酸素濃度が対象排気の未燃燃料濃度、不完全燃焼成分濃度および酸素濃度と同一となる混合気と定義し、排気空燃比を、仮想混合気の空燃比と定義する。ただし、ここで仮想混合気の燃焼には、未燃燃料濃度および不完全燃焼成分濃度と酸素濃度との少なくとも一方がゼロまたはゼロと見なせる値となる燃焼に限らず、未燃燃料濃度および不完全燃焼成分濃度と酸素濃度との双方がゼロよりも大きい状態となる燃焼も含まれることとする。また、複数の気筒の排気空燃比の平均値とは、複数の気筒から排出される排気全体を対象排気とした場合の排気空燃比のこととする。リーン燃焼気筒とリッチ燃焼気筒との上記噴射量の設定によれば、各気筒において燃焼対象とされる混合気の燃空比の平均値を目標燃空比とすることによって、排気空燃比の平均値を目標空燃比とすることができる。なお、燃空比とは、空燃比の逆数のことである。
詳しくは、要求値出力処理部M18は、回転速度NEおよび充填効率ηに基づき、噴射量補正要求値αを可変設定する。充填効率ηは、負荷を示すパラメータであり、CPU42により、回転速度NEおよび吸入空気量Gaに基づき算出される。噴射量補正要求値αは、中負荷領域において最大とされる。これは、低負荷領域では中負荷領域と比較して燃焼が不安定なために、低負荷領域では中負荷領域よりも噴射量補正要求値αを大きくしにくいことと、高負荷領域では、ディザ制御を実行しなくても排気温度が高いこととに鑑みたものである。また、噴射量補正要求値αは、回転速度NEが低い場合よりも高い場合に大きい値とされる。これは、回転速度NEが低い場合よりも高い場合の方が燃焼が安定するために、噴射量補正要求値αを大きい値としやすいためである。具体的には、ROM44に、入力変数としての回転速度NEおよび充填効率ηと出力変数としての噴射量補正要求値αとの関係を定めたマップデータを記憶しておき、CPU42がこれを用いて噴射量補正要求値αをマップ演算すればよい。なお、マップとは、入力変数の離散的な値と、入力変数の値のそれぞれに対応する出力変数の値と、の組データである。またマップ演算は、たとえば、入力変数の値がマップデータの入力変数の値のいずれかに一致する場合、対応する出力変数の値を演算結果とし、一致しない場合、組データに含まれる複数の出力変数の値の補間によって得られる値を演算結果とする処理とすればよい。
ちなみに、本実施形態において、要求値出力処理部M18は、噴射量補正要求値αの変化速度を制限すべく、マップ演算した噴射量補正要求値αと前回値との差が所定値以下となるように、ガード処理を施し、ガード処理が施された噴射量補正要求値αを出力する。
なお、本実施形態では、昇温要求は、三元触媒24の暖機要求が生じる場合と、三元触媒24の硫黄被毒回復処理の実行条件が成立する場合と、に生じるものとする。三元触媒24の暖機要求は、始動からの積算空気量が規定値以上となることにより、触媒の先端温度が活性温度となっていると判定されてから、内燃機関10の冷却水の温度が所定温度以下且つ積算空気量が所定値(>規定値)以下である場合に生じるものとする。一方、硫黄被毒回復処理の実行条件は、三元触媒24の硫黄被毒量が予め定められた値以上となる場合に成立するとすればよく、また硫黄被毒量は、たとえば回転速度NEが高いほど、また充填効率ηが高いほど、被毒量の増加量を多く算出し、増加量を積算することによって算出すればよい。
補正係数算出処理部M20では、「1」に、噴射量補正要求値αを加算して、リッチ燃焼気筒に関し、要求噴射量Qdの補正係数を算出する。ディザ補正処理部M22は、要求噴射量Qdに補正係数「1+α」を乗算することによって、リッチ燃焼気筒の噴射量指令値Qr*を算出する。
乗算処理部M24では、噴射量補正要求値αを「−1/3」倍し、補正係数算出処理部M26では、「1」に、乗算処理部M24の出力値を加算して、リーン燃焼気筒に関し、要求噴射量Qdの補正係数を算出する。ディザ補正処理部M28は、要求噴射量Qdに補正係数「1−(α/3)」を乗算することによって、リーン燃焼気筒の噴射量指令値Ql*を算出する。なお、ディザ制御を実行しない場合、要求値出力処理部M18は、噴射量補正要求値αとして、「0」を出力すればよい。
噴射量制御処理部M30は、噴射量指令値Qr*に基づき、リッチ燃焼気筒の燃料噴射弁18の操作信号MS2を生成して、同燃料噴射弁18に出力し、同燃料噴射弁18から噴射される燃料量が噴射量指令値Qr*に応じた量となるように燃料噴射弁18を操作する。また、噴射量制御処理部M30は、噴射量指令値Ql*に基づき、リーン燃焼気筒の燃料噴射弁18の操作信号MS2を生成して、同燃料噴射弁18に出力し、同燃料噴射弁18から噴射される燃料量が噴射量指令値Ql*に応じた量となるように燃料噴射弁18を操作する。なお、気筒#1〜#4のうちリッチ燃焼気筒となる気筒は、1燃焼サイクルよりも長い周期で変更されることが望ましい。また、噴射量補正要求値αがゼロの場合、ディザ補正処理部M22,M28によって、要求噴射量Qdに「1」が乗算されるため、噴射量補正要求値αがゼロの場合、各気筒#1〜#4のそれぞれの噴射量指令値が要求噴射量Qdとなるが、図2では、ディザ制御時の噴射量指令値Ql*,Qr*を便宜上図示している。なお、噴射量補正要求値αがゼロの場合、操作信号MS2は、要求噴射量Qdから算出される。
パージ濃度推定処理部M32は、フィードバック操作量KAFに基づき、キャニスタ36から吸気通路12に流入する流体(パージガス)中の燃料蒸気の濃度(パージ濃度Dp)を推定する。詳しくは、パージ濃度推定処理部M32は、フィードバック操作量KAFがベース噴射量Qbを増量補正する場合に、パージ濃度Dpを小さい値に更新し、フィードバック操作量KAFがベース噴射量Qbを減量補正する場合に、パージ濃度Dpを大きい値に更新する。
目標パージ率設定処理部M34は、パージ濃度Dpに基づき、パージガスの流量(パージ流量)を吸入空気量Gaで割ったパージ率の目標値(目標パージ率Rp0*)を設定する。目標パージ率設定処理部M34は、パージ濃度Dpが高い場合に低い場合よりも目標パージ率Rp0*を大きい値に設定する。
ガード処理部M36は、目標パージ率Rp0*を上限ガード値Gdit以下に制限する上限ガード処理を施して、上限ガード処理した値を、目標パージ率Rp*として出力する。
パージ制御処理部M38は、パージ率が目標パージ率Rp*となるように、パージバルブ38を操作すべく、パージバルブ38に操作信号MS5を出力する。
パージ補正量算出処理部M40は、パージ濃度Dpおよび目標パージ率Rp*に基づき、キャニスタ36から吸気通路12に流入する燃料蒸気の流量に応じてベース噴射量Qbを減量補正すべく、減量補正量Kpgを算出して、要求噴射量算出処理部M16に出力する。このため、要求噴射量算出処理部M16では、キャニスタ36から吸気通路12への燃料蒸気の流入制御がなされている場合には、ベース噴射量Qbを減量補正量Kpgにて減量補正したものに基づき、要求噴射量Qdを算出する。なお、キャニスタ36から吸気通路12への燃料蒸気の流入制御が停止されている場合、減量補正量Kpgを「1」とすればよい。
図3に、ガード処理部M36の処理の手順を示す。図3に示す処理は、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「S」が付与された数字によって、ステップ番号を表現する。
図3に示す一連の処理において、CPU42は、まず目標パージ率Rp0*を取得する(S10)。次に、CPU42は、ディザ制御を実行しているか否かを判定する(S12)。そしてCPU42は、ディザ制御を実行していないと判定する場合(S12:NO)、目標パージ率Rp*の上限ガード値Gditに、ディザ停止時ガード値GdiHを代入する(S14)。ここで、ディザ停止時ガード値GdiHは、目標パージ率設定処理部M34によって設定される目標パージ率Rp0*の最大値以上の値に設定されている。これに対し、CPU42は、ディザ制御を実行していると判定する場合(S12:YES)、上限ガード値Gditに、ディザ実行時ガード値GdiLを代入する(S16)。ディザ実行時ガード値GdiLは、ディザ停止時ガード値GdiHよりも小さく、また、本実施形態では、「0」よりも大きい値に設定されている。ここで、ディザ実行時ガード値GdiLをディザ停止時ガード値GdiHよりも小さい値とするのは、ディザ制御の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向がパージ制御による燃料蒸気の気筒間配分ばらつきによって助長され顕在化するおそれが生じるためである。すなわち、ディザ制御が実行されている場合、気筒#1〜#4のそれぞれにおける混合気の空燃比は、目標空燃比に対してリーンまたはリッチにずらされるため、目標空燃比とする場合と比較して燃焼が悪化しやすい。一方、パージ制御によってキャニスタ36から吸気通路12に流入するパージガスは、気筒#1〜#4に均一に配分され流入するのではなく、気筒間でばらつきを生じうる。このため、要求噴射量Qdは、気筒#1〜#4のそれぞれにおける混合気の空燃比を目標空燃比とするうえで必要な燃料に対してずれうる。そして、このずれによって、ディザ制御の実行によってディザ制御を実行していないときと比較して燃焼が悪化しやすい傾向が助長されるおそれがある。すなわちたとえば、リッチ燃焼気筒に燃料蒸気が多量に流入すれば、リッチ燃焼気筒における空燃比が過度にリッチとなり、燃焼が不安定化する。また、たとえば1つのリーン燃焼気筒に流入する燃料蒸気が他と比較して少なければ、その気筒における空燃比が過度にリーンとなり、燃焼が不安定化する。
CPU42は、S14,S16の処理が完了する場合、目標パージ率Rp*に、目標パージ率Rp0*と、上限ガード値Gditとのうちの小さい方を代入する(S18)。なお、CPU42は、S18の処理が完了する場合、図3に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
図4に、吸入空気量Ga、ディザ制御の実行の有無、リッチ燃焼気筒の空燃比、リーン燃焼気筒の空燃比、および目標パージ率Rp*の推移例を示す。なお、図4では、気筒#1〜#4のうちのいずれがリッチ燃焼気筒となるかが切り替わらない期間を示しており、また、気筒#1〜#4のそれぞれの目標空燃比が一致する期間についても、便宜上、「リッチ燃焼気筒」、「リーン燃焼気筒」と記載している。図1に示すように、時刻t1にディザ制御が開始されると、目標パージ率Rp*の大きさが、ディザ実行時ガード値GdiLによって制限される。これにより、目標パージ率Rp*は、ディザ制御を実行しなかった場合の値である目標パージ率Rp0*よりも小さくなる。このため、燃料蒸気が必ずしも気筒#1〜#4に均等に分配されないことに起因して気筒#1〜#4のそれぞれにおける空燃比が狙いの空燃比からずれる度合いを小さくすることができる。このため、ディザ制御の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきによって助長され、顕在化することを抑制できる。
以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する効果が得られる。
(1)上限ガード値Gditを固定値とすることにより、可変設定する場合と比較すると、上限ガード値Gditの適合工数を低減することができる。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図5に、本実施形態にかかるガード処理部M36の処理の手順を示す。図5に示す処理は、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、図5において、図3に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一のステップ番号を付している。
図5に示す一連の処理において、CPU42は、ディザ制御の実行中であると判定する場合(S12:YES)、上限ガード値Gditをゼロとする(S16a)。これにより、ディザ制御の実行中には、パージバルブ38の開口度がゼロとされ、キャニスタ36からパージバルブ38を介して吸気通路12にパージガスが流出することが阻止される。換言すれば、パージ制御が禁止される。
なお、CPU42は、S16aの処理が完了する場合、S18の処理に移行する。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、第1または第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、図3または図5の処理を実行することに加えて、所定の条件下、パージ制御の制限を停止してディザ制御を禁止する処理を実行する。
図6に、ディザ制御の禁止に関する処理の手順を示す。図6に示す処理は、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。
図6に示す一連の処理において、CPU42は、まず上記のディザ制御の禁止処理を実行しているときであるか否かを判定する(S20)。そしてCPU42は、ディザ制御の禁止処理を実行していないと判定する場合(S20:NO)、ディザ制御を実行しているか否かを判定する(S22)。そしてCPU42は、ディザ制御を実行していると判定する場合(S22:YES)、目標パージ率Rp*が、ディザ実行時ガード値GdiLによって制限されている時間を計時するパージ制限カウンタC1をインクリメントする(S24)。次に、CPU42は、パージ制限カウンタC1が閾値C1thよりも小さいか否かを判定する(S26)。この処理は、ディザ制御の実行に起因してパージ率を小さい値に制限することによって、キャニスタ36内の燃料蒸気の濃度が過度に高くなるおそれがあるか否かを判定するためのものである。閾値C1thは、キャニスタ36内の燃料蒸気の濃度が許容上限値に達するまでに要すると想定される時間よりも短い時間に設定されている。
CPU42は、閾値C1th以上であると判定する場合(S26:NO)、キャニスタ36内の燃料蒸気の濃度が過度に高くなるおそれがあるとして、ディザ制御を禁止し(S28)、パージ制限カウンタC1を初期化する(S30)。次に、CPU42は、パージ制御を優先するためにディザ制御を禁止する時間を計時するパージ優先カウンタC2をインクリメントする(S32)。そしてCPU42は、パージ優先カウンタC2が、規定値C2th未満であるか否かを判定する(S34)。この処理は、ディザ制御を禁止することによって、キャニスタ36内の燃料蒸気の濃度が十分に低下したか否かを判定するためのものである。ここで、規定値C2thは、キャニスタ36内の燃料蒸気の濃度が十分に低下するのに要する時間に設定されている。
CPU42は、規定値C2th以上であると判定する場合(S34:NO)、ディザ制御の禁止を解除し(S36)、パージ優先カウンタC2を初期化する(S38)。
なお、CPU42は、S38の処理が完了する場合や、S22において否定判定する場合、S26,S34において肯定判定する場合には、図6に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
図7に、吸入空気量Ga、昇温要求の有無、ディザ制御の実行の有無、リッチ燃焼気筒の空燃比、リーン燃焼気筒の空燃比、目標パージ率Rp*、パージ制限カウンタC1およびパージ優先カウンタC2の推移例を示す。なお、図7では、気筒#1〜#4のうちのいずれがリッチ燃焼気筒となるかが切り替わらない期間を示しており、また、気筒#1〜#4のそれぞれの目標空燃比が一致する期間についても、便宜上、「リッチ燃焼気筒」、「リーン燃焼気筒」と記載している。
CPU42は、時刻t1にパージ制御を開始した後、時刻t2にディザ制御を開始すると、目標パージ率Rp*をディザ実行時ガード値GdiLに制限し、パージ制限カウンタC1をインクリメントする。そしてCPU42は、時刻t3にパージ制限カウンタC1が閾値C1thに達すると、ディザ制御を禁止し、パージ制限カウンタC1を初期化する。CPU42は、ディザ制御を禁止すると、パージ優先カウンタC2をインクリメントする。この場合、目標パージ率Rp*のディザ実行時ガード値GdiLによる制限を解除するため、パージ流量が増加し、キャニスタ36内の燃料蒸気の濃度が低下する。そして、CPU42は、時刻t4にパージ優先カウンタC2が規定値C2thに達することにより、ディザ制御の禁止を解除してディザ制御を開始するとともにパージ優先カウンタC2を初期化し、目標パージ率Rp*をディザ実行時ガード値GdiLにて制限する。そして、CPU42は、パージ制限カウンタC1をインクリメントし、時刻t5にパージ制限カウンタC1が閾値C1thに達することにより、再度、ディザ制御を禁止する。
このように、本実施形態では、ディザ制御処理が実行されている時間の長さが閾値以上となる場合に、ディザ制御処理の実行に伴ってパージ制御処理を制限する制限処理を停止することにより、キャニスタ36内の燃料蒸気の濃度が過度に高くなることを抑制できる。さらに、この際、ディザ制御処理を制限することにより、ディザ制御の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきに起因して助長され、顕在化することを、抑制または回避することができる。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、第1または第3の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図8に、本実施形態にかかるガード処理部M36の処理の手順を示す。図8に示す処理は、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、図8において、図3に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一のステップ番号を付している。
図8に示す一連の処理において、CPU42は、ディザ制御を実行していると判定する場合(S12:YES)、回転速度NE、充填効率η、およびパージ濃度Dpに応じてディザ実行時ガード値GdiLを可変設定し、可変設定したディザ実行時ガード値GdiLを上限ガード値Gditに代入する(S16b)。ここで、回転速度NEおよび充填効率ηは、内燃機関10の動作点を特定するパラメータである。パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきがディザ制御の燃焼に影響する度合いは、内燃機関10の動作点に応じて異なりうるため、本実施形態では、動作点に応じてディザ実行時ガード値GdiLを可変設定する。また、CPU42は、パージ濃度Dpが高い場合に低い場合よりもディザ実行時ガード値GdiLを小さい値に設定する。これは、目標パージ率Rp*が同一であっても、パージ濃度Dpが高い場合には低い場合よりも、キャニスタ36から流出し各気筒に流入する燃料蒸気の筒内充填空気量に対する比率の気筒間ばらつきが大きくなりやすいことに鑑みたものである。詳しくは、回転速度NE、充填効率η、およびパージ濃度Dpを入力変数とし、ディザ実行時ガード値GdiLを出力変数とするマップデータをROM44に記憶しておき、CPU42はマップデータに基づきディザ実行時ガード値GdiLをマップ演算すればよい。
なお、CPU42は、S16bの処理が完了する場合、S18の処理に移行する。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(2)ディザ実行時ガード値GdiLを、内燃機関10の動作点に応じて可変設定した。これにより、ディザ実行時ガード値GdiLを動作点毎に適切な値に設定することができるため、動作点に応じて可変設定しない場合と比較して、ディザ実行時ガード値GdiLを極力大きい値とすることができる。
(3)ディザ実行時ガード値GdiLを、パージ濃度Dpに応じて可変設定した。これにより、ディザ実行時ガード値GdiLをパージ濃度Dpに応じて可変設定しない場合と比較して、ディザ実行時ガード値GdiLを極力大きい値とすることができる。
<対応関係>
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。[1]触媒は、三元触媒24に対応し、調節装置は、パージバルブ38に対応する。ディザ制御処理は、要求値出力処理部M18、補正係数算出処理部M20、ディザ補正処理部M22、乗算処理部M24、補正係数算出処理部M26、ディザ補正処理部M28、および噴射量制御処理部M30の処理に対応する。パージ制御処理は、目標パージ率設定処理部M34およびパージ制御処理部M38の処理に対応し、制限処理は、S16(S16a,S16b),S18の処理に対応する。[2]パージパラメータは、パージ率に対応し、ガード値は、上限ガード値Gditに対応する。[4]S16aの処理に対応する。[5]S16bの処理に対応する。[6]停止処理および停止時制限処理は、S28の処理に対応する。すなわち、S28の処理によってディザ制御が禁止されると、S12の処理によって否定判定され、S14の処理に移行することから、ディザ制御の実行によるパージ率の制限が解除される。
<その他の実施形態>
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。
・「パージ禁止処理について」
ディザ制御処理が実行されることを条件にパージ制御を禁止する禁止処理としては、図5に例示したように、上限ガード値Gditをゼロとする処理に限らない。たとえば、パージバルブ38がノーマリークローズ式である場合、パージ制御処理部M38によるパージバルブ38の操作信号MS5の出力を停止する処理であってもよい。また、目標パージ率設定処理部M34の処理自体を停止させてもよい。
・「パージ制御処理について」
上記実施形態では、パージ流量をゼロよりも大きい値に制御する際、制御量として直接的に扱うパラメータとして目標パージ率Rp*を採用し、パージ率を目標パージ率Rp*に制御したがこれに限らない。たとえば、キャニスタ36から吸気通路12への燃料蒸気の流量を吸入空気量で割った値(以下、蒸気割合)を制御量として、目標蒸気割合を算出し、蒸気割合を目標蒸気割合に制御することによって、パージ流量を制御してもよい。また、パージ制御処理がパージ流量を制御する上で扱う、パージ流量と相関を有するパラメータ(パージパラメータ)としては、他にもたとえば、パージバルブ38の開口度であってもよい。さらに、パージパラメータとしては、パージ流量と正の相関を有するパラメータに限らず、負の相関を有するパラメータであってもよい。
・「ガード処理について」
上記実施形態では、目標パージ率Rp*の上限ガード値Gditを設定したが、これに限らない。たとえば、上記「パージ制御処理について」の欄に記載したように、パージパラメータとして目標蒸気割合を算出するものにあっては、目標蒸気割合の上限ガード値を設定してもよい。この変更を図3の処理に施すなら、パージ濃度Dpが低い場合にはパージ率の割りに燃料蒸気割合が小さくなるため、パージ率の上限ガード値を設定する場合よりもパージ率を大きい値とすることが許容されやすいというメリットがある。なお、上限ガード値によるガード対象となるパージパラメータがパージ流量と負の相関を有するものである場合、下限ガード値によるガード処理を実行する。
・「ガード値可変処理について」
図8の処理において例示したように、ディザ実行時ガード値GdiLを内燃機関10の動作点に応じて可変設定する場合において、内燃機関10の動作点を定めるパラメータとしては、筒内充填空気量と正の相関を有するパラメータ(負荷)としての充填効率ηと、回転速度NEとに限らない。たとえば負荷のみとしてもよく、また回転速度NEのみとしてもよい。さらに、ディザ実行時ガード値GdiLを可変設定する際、内燃機関10の冷却水の温度を加味してもよい。また、動作点に代えて、リーン燃焼気筒における空燃比とリッチ燃焼気筒における空燃比との差を示すパラメータ(たとえば、噴射量補正要求値α等)に基づき、ディザ実行時ガード値GdiLを可変設定してもよい。
上記の欄に記載したように、蒸気割合の上限ガード値を設ける場合には、上限ガード値を可変設定するパラメータから、パージ濃度Dpを削除すればよい。もっとも、蒸気割合の上限ガード値であることは、上限ガード値を可変設定するもののパージ濃度Dpに応じた可変設定はしないことにとって必須ではない。すなわち、たとえば、図8の処理において、ディザ実行時ガード値GdiLを、内燃機関10の動作点に応じて可変設定するもののパージ濃度Dpに応じては可変設定しなくてもよい。
・「停止処理について」
上記実施形態では、ディザ制御処理が実行されている時間の長さが閾値以上となる場合に、ディザ制御処理の実行に伴ってパージ制御処理を制限する制限処理を停止したが、これに限らない。たとえば、ディザ制御処理が継続的に実行されている1回の期間において、目標パージ率Rp0*が上限ガード値Gditよりも大きくなる時間の積算値が閾値以上となる場合に、制限処理を停止してもよい。
・「停止時制限処理について」
図6に例示した処理では、ディザ制御処理が実行されている時間の長さが閾値以上となる場合、ディザ制御を禁止したがこれに限らない。たとえば、噴射量補正要求値αを小さい値に制限しつつディザ制御を実行してもよい。
・「ディザ制御処理について」
上記実施形態では、噴射量補正要求値αを可変設定するためのパラメータとしての内燃機関の動作点を、回転速度NEおよび充填効率ηによって定めたが、これに限らない。たとえば、充填効率ηのみから定めてもよく、またたとえば吸入空気量Gaによって定めてもよい。なお、噴射量補正要求値αを内燃機関の動作点に基づき可変設定すること自体必須ではない。たとえば固定値としてもよい。
上記実施形態では、リッチ燃焼気筒の数よりもリーン燃焼気筒の数を多くしたが、これに限らない。たとえば、リッチ燃焼気筒の数とリーン燃焼気筒の数とを同一としてもよい。またたとえば、全ての気筒#1〜#4を、リーン燃焼気筒かリッチ燃焼気筒かにするものに限らず、たとえば1つの気筒の空燃比を目標空燃比としてもよい。さらに、1燃焼サイクル内で、排気空燃比の平均値が目標空燃比となることも必須ではない。たとえば、上記実施形態のように4気筒の場合において、5ストロークにおける排気空燃比の平均値が目標値となるようにしてもよく、3ストロークにおける排気空燃比の平均値が目標値となるようにしてもよい。ただし、1燃焼サイクルにおいて、リッチ燃焼気筒とリーン燃焼気筒との双方が存在する期間が少なくとも2燃焼サイクルに1回以上は生じることが望ましい。換言すれば、所定期間における排気空燃比の平均値を目標空燃比とする際、所定期間を2燃焼サイクル以下とすることが望ましい。ここで、たとえば所定期間を2燃焼サイクルとして2燃焼サイクルの間に1度だけリッチ燃焼気筒が存在する場合、リッチ燃焼気筒とリーン燃焼気筒との出現順序は、リッチ燃焼気筒をR、リーン燃焼気筒をLとすると、たとえば「R,L,L,L,L,L,L,L」となる。この場合、所定期間よりも短い1燃焼サイクルの期間であって「R,L,L,L」となる期間が設けられており、気筒#1〜#4のうちの一部がリーン燃焼気筒であり、別の気筒がリッチ燃焼気筒となっている。ちなみに、1燃焼サイクル内における排気空燃比の平均値を目標空燃比としない場合には、内燃機関が吸気行程において一旦吸入した空気の一部を吸気バルブが閉弁するまでに吸気通路に吹き戻す量が無視できることが望ましい。
・「要求噴射量について」
上記実施形態では、ベース噴射量Qbを減量補正量Kpgによって減量補正することにより要求噴射量Qdを算出したが、これに限らない。たとえば、減量補正量Kpgによる減量補正をしなくても、フィードバック操作量KAFによってキャニスタ36から吸気通路12に流入する燃料蒸気に応じたベース噴射量Qbの減量補正をすることはできる。
なお、燃料蒸気の影響を気筒#1〜#4で共通の補正量にて補正することも必須ではない。すなわち、気筒#1〜#4のそれぞれへの燃料蒸気の流入のばらつきを考慮して各気筒毎に燃料噴射量を補正してもよい。この場合であっても、補正によってばらつきの影響を低減する精度が低い場合等には、ディザ制御処理を実行することを条件に、上記実施形態の要領でパージ制御処理を制限することが有効である。
・「調節装置について」
上記実施形態では、キャニスタに捕集された燃料蒸気の吸気通路への流入量を調節する調節装置として、パージバルブ38を例示したがこれに限らない。たとえば過給機を備える内燃機関10においては、吸気通路12内の圧力がキャニスタ36側と比較して低くならないことがあることに鑑み、パージバルブ38に加えて、キャニスタ36内の流体を吸入して吸気通路12に吐出するポンプを備えたものであってもよい。ちなみに、過給機を備える内燃機関の場合、排気中の熱が過給機で奪われることによってその下流に位置する触媒の温度が上昇しにくいことから、ディザ制御を利用することが特に有効である。
・「昇温対象となる触媒について」
昇温対象となる触媒としては、三元触媒24に限らない。たとえば、三元触媒を備えたガソリンパティキュレートフィルタ(GPF)であってもよい。ここで、GPFを上記三元触媒24の下流に設けるなら、三元触媒24において、リーン燃焼気筒の酸素によってリッチ燃焼気筒の未燃燃料成分や不完全燃焼成分を酸化させる際の酸化熱を利用して、GPFを昇温してもよい。なお、GPFの上流に酸素吸蔵能力を有した触媒が存在しない場合、GPFに酸素吸蔵能力を有した触媒を備えることが望ましい。
・「昇温要求について」
昇温要求としては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、三元触媒24に硫黄が堆積しやすい運転領域(たとえばアイドリング運転領域)である場合に、昇温要求が生じるとしてもよい。また、「昇温対象となる触媒について」の欄に記載したように、GPFを備える内燃機関10を制御対象とする場合、GPF内の微粒子状物質を燃焼させるためにディザ制御による昇温要求を生じさせてもよい。
・「制御装置について」
制御装置としては、CPU42とROM44とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路(たとえばASIC等)を備えてもよい。すなわち、制御装置は、以下の(a)〜(c)のいずれかの構成であればよい。(a)上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するROM等のプログラム格納装置とを備える。(b)上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。(c)上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、1または複数のソフトウェア処理回路および1または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。
・「内燃機関について」
内燃機関としては、4気筒の内燃機関に限らない。たとえば直列6気筒の内燃機関であってもよい。またたとえば、V型の内燃機関等、第1の触媒と第2の触媒とを備え、それぞれによって排気が浄化される気筒が異なるものであってもよい。
・「そのほか」
燃料噴射弁としては、燃焼室16に燃料を噴射するものに限らず、たとえば吸気通路12に燃料を噴射するものであってもよい。ディザ制御の実行時に空燃比フィードバック制御をすることは必須ではない。パージ濃度Dpとしては、フィードバック操作量KAFに基づき算出するものに限らず、たとえばキャニスタ36に燃料濃度センサを備えて、その検出値を利用してもよい。
10…内燃機関、12…吸気通路、14…スロットルバルブ、16…燃焼室、18…燃料噴射弁、20…点火装置、22…排気通路、24…三元触媒、30…デリバリパイプ、32…燃料タンク、34…燃料ポンプ、36…キャニスタ、38…パージバルブ、40…制御装置、42…CPU、44…ROM、46…RAM、50…空燃比センサ、52…クランク角センサ、54…エアフローメータ。

Claims (6)

  1. 複数の気筒から排出された排気を浄化する触媒と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁によって噴射される燃料が貯蔵される燃料タンク内の燃料蒸気を捕集するキャニスタと、前記キャニスタから吸気通路へのパージ流量を調節する調節装置と、を備える内燃機関を制御対象とし、
    前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、
    前記調節装置を操作して、前記パージ流量を制御するパージ制御処理と、
    前記ディザ制御処理が実行されている場合、実行されていない場合と比較して、前記パージ制御処理を前記パージ流量が小さくなる側に制限する制限処理と
    前記ディザ制御処理による制限がなされる時間が閾値以上となることを条件に、前記制限処理を所定期間停止する停止処理と、
    前記停止処理がなされる場合、前記ディザ制御処理を、前記複数の気筒のそれぞれにおける空燃比同士の差が小さくなる側に制限する停止時制限処理と、を実行する内燃機関の制御装置。
  2. 前記停止時制限処理は、前記ディザ制御処理を禁止するディザ禁止処理である請求項記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記パージ制御処理は、前記パージ流量と相関を有するパラメータであるパージパラメータの目標値である目標パージパラメータを設定する目標パージパラメータ設定処理を含み、前記パージパラメータを前記目標パージパラメータに制御することにより前記パージ流量を制御する処理であり、
    前記制限処理は、前記ディザ制御処理が実行されている場合、前記ディザ制御処理が実行されていない場合よりも前記パージ流量を小さい側に制限するガード値にて前記目標パージパラメータをガードするガード処理を含んで、前記パージ制御処理によって、前記ガード処理された前記目標パージパラメータに基づき前記調節装置を操作させる処理である請求項1または2記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記ガード値を固定値とする請求項記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記制限処理は、前記パージ制御処理を禁止するパージ禁止処理を含む請求項1〜のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記ガード処理は、前記内燃機関の動作点に基づき、前記ガード値を可変設定するガード値可変処理を含む請求項記載の内燃機関の制御装置。
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