以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による蒸発燃料処理装置について説明する。
<エンジンの構成>
まず、図1及び図2を参照して、本発明の実施形態による蒸発燃料処理装置が適用されるエンジンの具体例について説明する。なお、図1及び図2に示すエンジンは、あくまで本発明が適用されるエンジンの一例であり、図1及び図2に示すエンジンに本発明を適用することに限定はされない。
図1は、本発明の実施形態によるエンジンの構成を例示する図である。図2は、本発明の実施形態によるエンジンの制御系統を示すブロック図である。なお、図1における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。
本実施形態において、エンジン1は、四輪の自動車に搭載された部分圧縮着火燃焼(SPCCI:SPark Controlled Compression Ignition)を行うガソリンエンジンである。具体的には、エンジン1は、シリンダブロック12と、その上に載置されるシリンダヘッド13とを備えている。シリンダブロック12の内部に複数のシリンダ11が形成されている。図1では、1つのシリンダ11のみを示すが、本実施形態においてエンジン1は、多気筒エンジンである。
各シリンダ11内には、ピストン3が摺動自在に内挿されている。ピストン3は、コネクティングロッド14を介してクランクシャフト15に連結されている。ピストン3は、シリンダ11及びシリンダヘッド13と共に燃焼室17を区画する。なお、「燃焼室」は、ピストン3が圧縮上死点に至ったときに形成される空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン3の位置に関わらず、ピストン3、シリンダ11及びシリンダヘッド13によって形成される空間を意味する場合がある。
エンジン1の幾何学的圧縮比は、理論熱効率の向上や、後述するCI(Compression Ignition)燃焼の安定化を目的として高く設定されている。具体的に、エンジン1の幾何学的圧縮比は、17以上である。幾何学的圧縮比は、例えば18としてもよい。幾何学的圧縮比は、17以上20以下の範囲で、適宜設定すればよい。
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、2つの吸気ポート18(図1)が形成されている。吸気ポート18は、燃焼室17に連通している。吸気ポート18には、吸気弁21が配設されている。吸気弁21は、燃焼室17と吸気ポート18との間を開閉する。吸気弁21は、可変動弁機構である吸気VVT(Variable Valve Timing)23(図2)によって、所定のタイミングで開閉する。吸気VVT23は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、吸気弁21の開弁時期及び閉弁時期を、連続的に変化させることができる。なお、吸気VVT23は、電動式又は液圧式に駆動されるよう構成される。
シリンダヘッド13にはまた、シリンダ11毎に、2つの排気ポート19(図1)が形成されている。排気ポート19は、燃焼室17に連通している。排気ポート19には、排気弁22が配設されている。排気弁22は、燃焼室17と排気ポート19との間を開閉する。排気弁22は、可変動弁機構である排気VVT24(図2)によって、所定のタイミングで開閉する。排気VVT24は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、排気弁22の開弁時期及び閉弁時期を、連続的に変化させることができる。なお、排気VVT24は、電動式又は液圧式に駆動されるよう構成される。
本実施形態において、エンジン1は、吸気VVT23及び排気VVT24によって、吸気弁21の開弁と排気弁22の開弁とに係るオーバーラップ期間の長さを調整することができる。これにより、燃焼室17の中の残留ガスを掃気したり、燃焼室17の中に熱い既燃ガスを閉じ込めたり(つまり、内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスを燃焼室17の中に導入)することができる。なお、このような内部EGRガスの導入をVVTによって実現することに限定はされない。
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、燃料噴射弁6が取り付けられている。燃料噴射弁6は、燃焼室17の中に燃料を直接噴射するように、燃焼室17の天井面に設けられている。また、燃料噴射弁6は、その噴射軸心が、シリンダ11の中心軸に沿うように配設されている。なお、燃料噴射弁6の噴射軸心は、シリンダ11の中心軸と一致していなくてもよい。燃料噴射弁6は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型の燃料噴射弁によって構成され、燃料噴霧が、燃焼室17の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。なお、燃料噴射弁6は、多噴口型のインジェクタに限らない。燃料噴射弁6は、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。
燃料噴射弁6には、図示しない燃料供給路を介して燃料タンク63から燃料が供給される。この燃料供給路には、図示しない燃料ポンプ及びコモンレールが設けられている。燃料ポンプは、コモンレールに燃料を圧送するように構成されている。コモンレールは、燃料ポンプから圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄えるよう構成されている。燃料噴射弁6が開弁すると、コモンレールに蓄えられていた燃料が、燃料噴射弁6の噴口から燃焼室17の中に噴射される。例えば、30MPa以上の高い圧力(1つの例では最高燃料圧力は120MPa程度)の燃料が燃料噴射弁6に供給される。また、燃料噴射弁6は、パルス駆動され、供給される制御信号のパルス幅が大きくなるほど、噴射する燃料量が多くなる。
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ25は、本実施形態においては、シリンダ11の中心軸を挟んだ吸気側に配設されている。また、点火プラグ25は、2つの吸気ポート18の間に位置している。点火プラグ25は、上方から下方に向かって、燃焼室17の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド13に取り付けられている。点火プラグ25の電極は、燃焼室17の中に臨んでかつ、燃焼室17の天井面の付近に位置している。
図1に示すように、エンジン1の一側面には吸気通路40が接続されている。吸気通路40は、各シリンダ11の吸気ポート18に連通している。吸気通路40は、燃焼室17に導入するガスが流れる通路である。吸気通路40の上流端部には、新気を濾過するエアクリーナー41が配設されている。吸気通路40の下流端近傍には、サージタンク42が配設されている。サージタンク42よりも下流の吸気通路40は、詳細な図示は省略するが、シリンダ11毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各シリンダ11の吸気ポート18に接続されている。
吸気通路40におけるエアクリーナー41とサージタンク42との間には、スロットル弁43が配設されている。スロットル弁43は、弁の開度を調整することによって、燃焼室17の中への新気の導入量を調整するよう構成されている。
吸気通路40にはまた、スロットル弁43の下流に、過給機44が配設されている。過給機44は、燃焼室17に導入するガスを過給するよう構成されている。本実施形態において、過給機44は、エンジン1によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機44は、例えばルーツ式としてもよい。機械式の過給機44の構成はどのような構成であってもよい。機械式の過給機44は、リショルム式や遠心式であってもよい。
過給機44とエンジン1の出力軸との間には、電磁クラッチ45が介設している。電磁クラッチ45は、過給機44とエンジン1との間で、エンジン1から過給機44へ駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。後述するように、ECU10(図2)が電磁クラッチ45の接続状態と非接続状態を切り替えることによって、過給機44はオンとオフとが切り替わる。つまり、このエンジン1は、過給機44が、燃焼室17に導入するガスを過給することと、過給機44が、燃焼室17に導入するガスを過給しないこととを切り替えることができるよう構成されている。
吸気通路40における過給機44の下流には、インタークーラー46が配設されている。インタークーラー46は、過給機44において圧縮されたガスを冷却するよう構成されている。インタークーラー46は、例えば水冷式に構成すればよい。
吸気通路40には、バイパス通路47が接続されている。バイパス通路47は、過給機44及びインタークーラー46をバイパスするよう、吸気通路40における過給機44の上流部とインタークーラー46の下流部とを互いに接続する。バイパス通路47には、バイパス制御弁であるエアバイパス弁48が配設されている。エアバイパス弁48は、バイパス通路47を流れるガスの流量を調整する。
過給機44をオフにしたとき(つまり、電磁クラッチ45を遮断したとき)には、エアバイパス弁48を全開にする。これにより、吸気通路40を流れるガスは、過給機44をバイパスして、エンジン1の燃焼室17に導入される。エンジン1は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。一方で、過給機44をオンにしたとき(つまり、電磁クラッチ45を接続したとき)には、過給機44を通過したガスの一部は、バイパス通路47を通って過給機の上流に逆流する。エアバイパス弁48の開度を調整することによって、逆流量を調整することができるから、燃焼室17に導入するガスの過給圧を調整することができる。この構成例においては、過給機44とバイパス通路47とエアバイパス弁48とによって、過給システム49が構成されている。
また、吸気通路40には、燃焼室17内の吸気流動を強化するためのスワール制御弁(不図示)が設けられている。エンジン1の各燃焼室17に接続された吸気通路40は、平行に延びる2本の通路から構成され、このうちの一方の吸気通路40は、エンジン1のフロント側に設けられて、2つの吸気ポート18の一方に接続され、他方の吸気通路40は、エンジン1のリヤ側に設けられて、2つの吸気ポート18の他方に接続される。スワール制御弁は、フロント側にある吸気通路40内に設けられる。スワール制御弁の開度が小さいと、一方の吸気ポート18から燃焼室17に流入する吸気流量が相対的に減り、且つ他方の吸気ポート18から燃焼室17に流入する吸気流量が相対的に増えるため、燃焼室17内のスワール流が強くなる。これに対して、スワール制御弁の開度が大きいと、2つの吸気ポート18のそれぞれから燃焼室17に流入する吸気流量が略均等になり、燃焼室17内のスワール流が弱くなる。このようなスワール制御弁も、ECU10(図2)により制御される。
エンジン1の他側面には、排気通路50が接続されている。排気通路50は、各シリンダ11の排気ポート19に連通している。排気通路50は、燃焼室17から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路50の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ11毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダ11の排気ポート19に接続されている。排気通路50には、1つ以上の触媒コンバーター51を有する排気ガス浄化システムが配設されている。触媒コンバーター51は、三元触媒を含んで構成されている。なお、排気ガス浄化システムは、三元触媒のみを含むものに限らない。
吸気通路40と排気通路50との間には、外部EGRシステムを構成するEGR通路52が接続されている。EGR通路52は、既燃ガスの一部を吸気通路40に還流させるための通路である。EGR通路52の上流端は、排気通路50における触媒コンバーター51の下流に接続されている。EGR通路52の下流端は、吸気通路40における過給機44の上流に接続されている。
EGR通路52には、水冷式のEGRクーラー53が配設されている。EGRクーラー53は、既燃ガスを冷却するよう構成されている。EGR通路52にはまた、EGR弁54が配設されている。EGR弁54は、EGR通路52を流れる既燃ガスの流量を調整するよう構成されている。EGR弁54の開度を調整することによって、冷却した既燃ガス、つまり外部EGRガスの還流量を調整することができる。
本実施形態において、EGRシステム55は、EGR通路52及びEGR弁54を含んで構成されている外部EGRシステムと、前述した吸気VVT23及び排気VVT24を含んで構成されている内部EGRシステムとによって構成されている。
また、図1に示すように、エンジン1には、燃料タンク63内で発生した蒸発燃料を吸気通路40にパージするためのパージシステム61が設けられている。具体的には、パージシステム61は、燃料タンク63内で蒸発した蒸発燃料が供給され、この蒸発燃料を吸着するキャニスタ64と、キャニスタ64に空気を導入する大気開放通路65と、燃料タンク63と吸気通路40とをキャニスタ64を介して連結するパージ通路66と、を有する。パージ通路66は、スロットル弁43と過給機44との間の吸気通路40上の位置に接続されている。
キャニスタ64に吸着された蒸発燃料は、大気開放通路65から導入された空気によって、キャニスタ64から脱離される。キャニスタ64から脱離された蒸発燃料は、空気と共にパージ通路66を通って吸気通路40にパージされる。以下では、パージ通路66から吸気通路40にパージされる蒸発燃料と空気とを含むガスを「パージガス」と呼ぶことがある。
キャニスタ64の下流側のパージ通路66上には、当該パージ通路66を開閉するパージ弁67が設けられている。パージ弁67は、デューティ制御弁であり、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デューティ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。パージ弁67は、電磁式バルブであり、デューティ比は、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。パージ弁67は、デューティ比が0%で全閉となり、100%で全開となる。
次に、図2に示すように、エンジン1は、これを運転するためのECU(Power-train Control Module)10を備えている。ECU10は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)としてのマイクロプロセッサ10aと、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ10bと、電気信号の入出力をする入出力バス等を備えている。ECU10は、制御器の一例である。
ECU10には、図1及び図2に示すように、各種のセンサSW1~SW15が接続されている。センサSW1~SW15は、検知信号をECU10に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。
すなわち、吸気通路40におけるエアクリーナー41の下流に配置されかつ、吸気通路40を流れる新気の流量を検知するエアフローセンサSW1、及び、新気の温度を検知する第1吸気温度センサSW2、吸気通路40におけるEGR通路52の接続位置よりも下流でかつ、過給機44の上流に配置されかつ、過給機44に流入するガスの圧力を検知する第1圧力センサSW3(本発明における「吸気圧センサ」に相当し、以下では適宜「吸気圧センサSW3」と言い換える)、吸気通路40における過給機44の下流でかつ、バイパス通路47の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機44から流出したガスの温度を検知する第2吸気温度センサSW4、サージタンク42に取り付けられかつ、過給機44の下流のガスの圧力(過給圧)を検知する第2圧力センサSW5、各シリンダ11に対応してシリンダヘッド13に取り付けられかつ、各燃焼室17内の圧力(筒内圧)を検知する指圧センサSW6、排気通路50に配置されかつ、燃焼室17から排出した排気ガスの温度を検知する排気温度センサSW7、燃焼室17から排出された排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサSW8(より詳しくは、当該センサSW8は排気ガスに含まれる酸素濃度を検出するリニアO2センサ(リニアA/Fセンサ:LAFS)に相当する)、エンジン1の出力軸近傍に配置されかつ、出力軸の回転数を検出するエンジン回転数センサSW9、エンジン1に取り付けられかつ、冷却水の温度を検知する水温センサSW10、エンジン1に取り付けられかつ、クランクシャフト15の回転角を検知するクランク角センサSW11、アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検知するアクセル開度センサSW12、エンジン1に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を検知する吸気カム角センサSW13、エンジン1に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を検知する排気カム角センサSW14、EGR通路52に配置されかつ、EGR弁54の上流及び下流の差圧を検知するEGR差圧センサSW15である。
ECU10は、これらの検知信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断すると共に、各デバイスの制御量を計算する。ECU10は、計算をした制御量に係る制御信号を、燃料噴射弁6、点火プラグ25、吸気VVT23、排気VVT24、スロットル弁43、EGR弁54、過給機44の電磁クラッチ45、エアバイパス弁48、及び、パージ弁67に出力して、エンジン1を制御する。例えば、ECU10は、第1圧力センサSW3及び第2圧力センサSW5の検知信号から得られる過給機44の前後差圧に基づいてエアバイパス弁48の開度を調整することにより、過給圧を調整する。また、ECU10は、EGR差圧センサSW15の検知信号から得られるEGR弁54の前後差圧に基づいてEGR弁54の開度を調整することにより、燃焼室17の中に導入する外部EGRガス量を調整する。
なお、本実施形態においては、主に、パージ通路66、キャニスタ64、パージ弁67、及びECU10が、本発明に係る「蒸発燃料処理装置」を構成する。
<運転領域>
次に、図3を参照して、本発明の実施形態によるエンジン1の運転領域について説明する。図3は、エンジン1の暖機が完了した温間時(例えば「エンジン水温≧80℃」又は「吸気温≧50℃」のとき)に適用される運転マップを示している。
図3に示すように、エンジン回転数が比較的低い領域R1及びエンジン回転数が比較的高い領域R2では、一般的なSI(Spark Ignition)燃焼が実行される。SI燃焼とは、点火プラグ25を用いた火花点火により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる形態のことである。このようなSI燃焼の実現のために、エンジン1の主な構成部は、ECU10によって次のように制御される。燃料噴射弁6は、少なくとも吸気行程と重複する所定の期間にわたって噴射を噴射する。例えば、燃料噴射弁6は、吸気行程から圧縮行程にかけた一連の期間にわたって燃料を噴射する。また、点火プラグ25は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、点火プラグ25は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにSI燃焼が開始され、燃焼室17内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。EGR弁54は、燃焼室17内の空気量と燃料量との割合である空燃比がほぼ理論空燃比(14.7)となるように、その開度が制御される。
一方、エンジン回転数に関して上記の領域R1と領域R2との間に挟まれた領域R3、R4、R5では、SI燃焼とCI燃焼とをミックスした部分圧縮着火燃焼(SPCCI燃焼)が実行される。CI燃焼とは、ピストン3の圧縮により高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる形態のことである。そして、SI燃焼とCI燃焼とをミックスしたSPCCI燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室17内の混合気の一部をSI燃焼させ、当該SI燃焼の後に(SI燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により)燃焼室17内の残りの混合気を自着火によりCI燃焼させる、という燃焼形態のことである。
SPCCI燃焼は、SI燃焼時の熱発生よりもCI燃焼時の熱発生の方が急峻になるという性質がある。例えば、SPCCI燃焼による熱発生率の波形は、SI燃焼に対応する燃焼初期の立ち上がりの傾きが、その後のCI燃焼に対応して生じる立ち上がりの傾きよりも小さくなる。言い換えると、SPCCI燃焼時の熱発生率の波形は、SI燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが小さい熱発生率部と、CI燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが大きい熱発生部とが、この順に連続するように形成される。また、このような熱発生率の傾向に対応して、SPCCI燃焼では、SI燃焼時に生じる燃焼室17内の圧力上昇率(dp/dθ)がCI燃焼時のそれよりも小さくなる。
SI燃焼によって、燃焼室17内の温度及び圧力が高まると、これに伴い未燃混合気が自着火し、CI燃焼が開始される。この自着火のタイミング(つまりCI燃焼が開始するタイミング)で、熱発生率の波形の傾きが小から大へと変化する。すなわち、SPCCI燃焼における熱発生率の波形は、CI燃焼が開始するタイミングで現れる変曲点を有している。
CI燃焼の開始後は、SI燃焼とCI燃焼とが並行して行われる。CI燃焼は、SI燃焼よりも混合気の燃焼速度が速いため、熱発生率は相対的に大きくなる。ただし、CI燃焼は、圧縮上死点の後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが過大になることはない。すなわち、圧縮上死点を過ぎるとピストン3の下降によりモータリング圧力が低下するので、このことが熱発生率の上昇を抑制する結果、CI燃焼時のdp/dθが過大になることが回避される。このように、SPCCI燃焼では、SI燃焼の後にCI燃焼が行われるという性質上、燃焼騒音の指標となるdp/dθが過大になり難く、単純なCI燃焼(全ての燃料をCI燃焼させた場合)に比べて燃焼騒音を抑制することができる。
CI燃焼の終了に伴いSPCCI燃焼も終了する。CI燃焼はSI燃焼に比べて燃焼速度が速いので、単純なSI燃焼(全ての燃料をSI燃焼させた場合)に比べて燃焼終了時期を早めることができる。言い換えると、SPCCI燃焼では、燃焼終了時期を膨張行程内において圧縮上死点に近づけることができる。これにより、SPCCI燃焼では、単純なSI燃焼に比べて燃費性能を向上させることができる。
ここで、領域R3、R4では、燃焼室17内の空燃比をほぼ理論空燃比(14.7)又は理論空燃比よりもやや小さい値に設定して、SPCCI燃焼が行われる。言い換えると、領域R3、R4では、空気過剰率λ(実空燃比を理論空燃比で割った値)がほぼ1又は1よりもやや小さい空燃比リッチな環境下(λ≒1又はλ≦1)でSPCCI燃焼が行われる。このような領域R3、R4では、エンジン1の主な構成部は、ECU10によって次のように制御される。燃料噴射弁6は、少なくとも一部の燃料の噴射時期を吸気行程にまで早める。例えば、燃料噴射弁6は、1回目の燃料噴射を吸気行程中に実行するとともに、2回目の燃料噴射を圧縮行程中に実行する。点火プラグ25は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、点火プラグ25は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにSPCCI燃焼が開始され、燃焼室17内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼(SI燃焼)し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼(CI燃焼)する。
吸気VVT23及び排気VVT24は、吸気弁21及び排気弁22のバルブタイミングを、内部EGRを行うためのタイミング、つまり、吸気弁21及び排気弁22の双方が排気上死点を跨いで開弁されるバルブオーバーラップ期間が十分に形成されるようなタイミングに設定する。これにより、燃焼室17に既燃ガスを残留させる内部EGRが実現され、燃焼室17の温度(圧縮前の初期温度)が高められる。具体的には、領域R3、R4では、吸気VVT23は、SI燃焼よりも早いタイミングで吸気弁21を閉じ、排気VVT24は、SI燃焼よりも遅いタイミングで排気弁22を閉じる。スロットル弁43は、所定の中間開度まで閉じられ、燃焼室17内の全体の空燃比がほぼ理論空燃比又は理論空燃比よりもやや小さい値に設定される。
EGR弁54は、燃焼室17内の全体の空燃比が目標空燃比となるように、その開度が制御される。基本的には、EGR弁54は、燃焼室17に導入される全ガス量から、目標空燃比に相当する空気量と、内部EGRにより燃焼室17に残留させられる既燃ガスの量とを除いた分のガスが、外部EGRガスとしてEGR通路52から燃焼室17に還流されるように、EGR通路52内の流量を調整する。
また、領域R3、R4のうちで高負荷側の領域R3では、電磁クラッチ45が締結されて過給機44とエンジン1とが連結されることにより、過給機44による過給が行われる。このとき、第2圧力センサSW5により検出される過給圧が、運転条件(回転速度/負荷)ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、エアバイパス弁48の開度が制御される。例えば、エアバイパス弁48の開度が大きくなるほど、バイパス通路47を通じて過給機44の上流側に逆流する吸気の流量が多くなる結果、サージタンク42に導入される吸気の圧力つまり過給圧が低くなる。エアバイパス弁48は、このように吸気の逆流量を調整することにより、過給圧を目標圧力に制御する。一方、低負荷側の領域R4では、電磁クラッチ45が解放されて過給機44とエンジン1との連結が解除されるとともに、エアバイパス弁48が全開とされることにより、過給機44による過給が停止される。
他方で、領域R4における低回転側且つ低負荷側にある領域R5では、燃焼室17内の空燃比を理論空燃比(14.7)よりも大きい値に設定して、SPCCI燃焼が行われる。言い換えると、領域R5では、空気過剰率λが1より大きくなる空燃比リーンな環境下(λ>1)でSPCCI燃焼が行われる。1つの例では、空気過剰率λが2以上に設定される。このような領域R5では、エンジン1の主な構成部は、ECU10によって次のように制御される。燃料噴射弁6は、1サイクル中に噴射すべき燃料の全量または大半を圧縮行程中に噴射する。例えば、燃料噴射弁6は、圧縮行程の中期から後期にかけた2回に分けて燃料を噴射する。点火プラグ25は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、点火プラグ25は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにSPCCI燃焼が開始され、燃焼室17内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼(SI燃焼)し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼(CI燃焼)する。
吸気VVT23及び排気VVT24は、吸気弁21及び排気弁22のバルブタイミングを内部EGRを行うためのタイミング、つまり、吸気弁21及び排気弁22の双方が排気上死点を跨いで開弁されるバルブオーバーラップ期間が十分に形成されるようなタイミングに設定する。これにより、燃焼室17に既燃ガスを残留させる内部EGRが実現され、燃焼室17の温度(圧縮前の初期温度)が高められる。具体的には、領域R5では、吸気VVT23は、SI燃焼よりも早いタイミングで吸気弁21を閉じ、排気VVT24は、SI燃焼よりも遅いタイミングで排気弁22を閉じる。スロットル弁43は、全開相当の開度まで開かれ、燃焼室17内の全体の空燃比が30~40に設定される。また、領域R5では、電磁クラッチ45が解放されて過給機44とエンジン1との連結が解除されるとともに、エアバイパス弁48が全開とされることにより、過給機44による過給が停止される。
<蒸発燃料濃度学習>
次に、本発明の実施形態による蒸発燃料濃度学習について説明する。この蒸発燃料濃度学習は、蒸発燃料のパージに起因する空燃比のずれ(詳しくは、実空燃比を目標空燃比に設定するための空燃比フィードバック制御に生じるずれ)を抑制するために、蒸発燃料パージ制御中に、吸気通路40にパージされるパージガスに含まれる蒸発燃料の濃度を学習するものである。こうして学習された蒸発燃料の濃度(蒸発燃料濃度学習値)に基づき、燃料噴射量の補正や蒸発燃料パージ制御が行われる。
ここで、蒸発燃料パージ制御に関係する制御弁やセンサの特性、具体的には制御弁の制御誤差やセンサの検出誤差や応答遅れなどの特性(誤差特性)が、蒸発燃料濃度学習に対して外乱として作用することがある。当然、蒸発燃料濃度学習に基づいてなされる空燃比フィードバック制御にとっても外乱となる。このような外乱の影響度合いが大きい状況では、例えば制御弁の制御誤差やセンサの検出誤差などが大きくなるような状況では、この外乱を何も考慮に入れないと、蒸発燃料濃度学習の精度が低下する傾向にある。そのため、従来技術では、外乱の影響度合いが大きい状況において、蒸発燃料濃度学習の実行を制限(例えば禁止)していたが、そうすると、蒸発燃料濃度学習値の精度が確保されるまで時間がかかる。蒸発燃料濃度学習値の精度が確保されていない間は、どれくらいの濃度の蒸発燃料がエンジン1に導入されるか精度良く推定できないので、蒸発燃料のパージに起因する空燃比のずれを抑制するように燃料噴射量を的確に補正できない。そのため、蒸発燃料のパージ量が制限されることにより、燃料タンク63及びパージシステム61内の蒸発燃料を速やかに処理できなくなる。
したがって、本実施形態では、上記のような問題に対して対処すべく、蒸発燃料濃度学習に対する外乱の影響度合いが大きい状況でも、蒸発燃料濃度学習の実行を制限せずに、この外乱の影響度合いを考慮に入れて蒸発燃料濃度学習を行うようにする。具体的には、ECU10は、蒸発燃料濃度学習に対して外乱として作用する制御弁やセンサなどの因子(学習環境因子)の特性に起因するばらつきの程度を示すばらつき量(確率分布特性に相当する)を求め、このばらつき量に基づき蒸発燃料濃度学習を行う。学習環境因子によるばらつき量は、空燃比のばらつき(つまり空燃比フィードバック制御で適用する目標空燃比に対するずれ)を生じさせる。
次に、図4乃至図7を参照して、学習環境因子について具体的に説明する。図4は、学習環境因子の1つであるパージ弁67の特性についての説明図であり、図5は、学習環境因子の1つである燃料噴射弁6の特性についての説明図であり、図6は、学習環境因子の1つである吸気圧センサSW3の特性についての説明図であり、図7は、学習環境因子の1つである空燃比センサSW8の特性についての説明図である。
図4は、横軸に、パージ弁67のデューティ制御に適用されるデューティ比を示し、縦軸に、パージ通路66から吸気通路40にパージされるパージガスの流量誤差を示している。図4に示すように、パージ弁67には、デューティ比が小さくなるほど(例えばデューティ比が10%以下となる領域)、パージガスの流量誤差が大きくなるという特性、つまりパージガスの流量のばらつきが大きくなるという特性がある。このようなパージ弁67の特性により生じるばらつきは、蒸発燃料濃度学習に対して外乱として作用する。したがって、本実施形態では、ECU10は、パージ弁67の特性により生じるばらつきを考慮に入れて、蒸発燃料濃度学習を行うようにする。具体的には、ECU10は、パージ弁67に適用するデューティ比が小さいほど、パージ弁67に関するばらつきの程度を示すばらつき量を大きく設定して、このばらつき量に基づき蒸発燃料濃度学習値を求める。
図5は、横軸に、パルス駆動において燃料噴射弁6に供給される制御信号のパルス幅(燃料噴射弁6からの燃料噴射量に相当する)を示し、縦軸に、燃料噴射弁6からの噴射量誤差を示している。図5に示すように、燃料噴射弁6には、制御信号のパルス幅が小さくなるほど、換言すると燃料噴射弁6からの燃料噴射量が小さくなるほど(例えば燃料噴射量が6mg以下となる領域)、燃料噴射弁6からの噴射量誤差が大きくなるという特性、つまり燃料噴射量のばらつきが大きくなるという特性がある。このような燃料噴射弁6の特性により生じるばらつきは、蒸発燃料濃度学習に対して外乱として作用する。したがって、本実施形態では、ECU10は、燃料噴射弁6の特性により生じるばらつきを考慮に入れて、蒸発燃料濃度学習を行うようにする。具体的には、ECU10は、燃料噴射弁6に出力する制御信号のパルス幅が小さいほど、燃料噴射弁6に関するばらつきの程度を示すばらつき量を大きく設定して、このばらつき量に基づき蒸発燃料濃度学習値を求める。
図6は、横軸に、吸気圧センサSW3により検出される吸気圧(スロットル弁43と過給機44との間の吸気通路40内の圧力であり、パージ通路66から吸気通路40にパージガスを導入するための負圧に相当する)を示し、縦軸に、吸気圧センサSW3により検出される吸気圧に基づき実行される蒸発燃料パージ制御により吸気通路40にパージされるパージガスの流量誤差を示している。図6に示すように、吸気圧が小さくなるほど、換言すると負圧が小さくなるほど(例えば負圧が5kPa以下となる領域)、蒸発燃料パージ制御によるパージガスの流量誤差が大きくなる、つまりパージガスの流量のばらつきが大きくなる。これは、吸気圧センサSW3には、吸気圧(負圧)が小さくなるほど、当該吸気圧センサSW3の検出誤差が大きくなるという特性があるからである。このような吸気圧センサSW3の特性により生じるばらつきは、蒸発燃料濃度学習に対して外乱として作用する。したがって、本実施形態では、ECU10は、吸気圧センサSW3の特性により生じるばらつきを考慮に入れて、蒸発燃料濃度学習を行うようにする。具体的には、ECU10は、吸気圧センサSW3により検出される吸気圧が小さいほど、吸気圧センサSW3に関するばらつきの程度を示すばらつき量を大きく設定して、このばらつき量に基づき蒸発燃料濃度学習値を求める。
図7は、上段に、空燃比センサSW8の検出に対する外乱(例えばパージシステム61によるパージガスの導入など)の影響を模式的に表したグラフを示し、中段に、空燃比センサSW8の出力信号(つまり空燃比センサSW8により検出される空燃比)を模式的に表したグラフを示し、下段に、空燃比フィードバック制御において燃料噴射弁6の燃料噴射量を補正するために用いられるフィードバック補正量を模式的に表したグラフを示している。空燃比フィードバック制御は、空燃比センサSW8により検出された空燃比(実空燃比)に基づき、目標空燃比(典型的には理論空燃比)を実現するように、燃料噴射弁6の燃料噴射量をフィードバック制御するものであり、フィードバック補正量は、この空燃比フィードバック制御において燃料噴射量を補正するために用いられ、基本的には目標空燃比に対する実空燃比のずれに相当する量(例えば、目標空燃比と実空燃比との差の目標空燃比に対する割合で表される)である。
図7に示すように、時刻t11の手前において、アクセルペダルの踏み込み(燃料噴射量の増加)やパージガスの導入開始などの外乱が生じると、空燃比センサSW8の出力信号がリッチ側に大きく変動すると共に(矢印A11参照)、フィードバック補正量も大きく変動する(矢印A12参照)。そして、時刻t11の後に、空燃比センサSW8の出力信号が一定となって安定し(具体的には目標空燃比となる)、また、フィードバック補正量も一定となって安定する。このようなことから、時刻t11までは、空燃比が目標空燃比に収束しておらず、フィードバック補正量が正確なものではない可能性がある一方で、時刻t11以降では、空燃比が目標空燃比に収束しており、フィードバック補正量が正確であると言える。
このように空燃比が目標空燃比に収束していない状態、つまり空燃比センサSW8の出力信号の変動度合いが大きい状態は、空燃比センサSW8の応答遅れなどの特性に起因して発生している。そして、空燃比センサSW8の出力信号の変動度合いが大きいほど、フィードバック補正量のばらつきも大きくなる。よって、空燃比センサSW8の特性により生じるばらつきは、蒸発燃料濃度学習に対して外乱として作用する。したがって、本実施形態では、ECU10は、空燃比センサSW8の特性により生じるばらつきを考慮に入れて、蒸発燃料濃度学習を行うようにする。具体的には、ECU10は、空燃比センサSW8の出力信号の変動度合いが大きいほど、空燃比センサSW8に関するばらつきの程度を示すばらつき量を大きく設定して、このばらつき量に基づき蒸発燃料濃度学習値を求める。
なお、ECU10は、上記のような4つの学習環境因子の少なくともいずれか1つ以上のばらつき量を用いて蒸発燃料濃度学習を行う。つまり、4つの学習環境因子全てのばらつき量を用いてもよいし、2つ又は3つの学習環境因子のばらつき量を用いてもよいし、1つの学習環境因子のみのばらつき量を用いてもよい。ここで、2つ以上の学習環境因子のばらつき量を用いる場合には、ECU10は、この2つ以上のばらつき量のそれぞれをフィードバック補正量の単位(例えば目標空燃比からのずれを表す割合)に合わせるように変換して、この変換後の2つ以上のばらつき量を合算処理した量を用いて蒸発燃料濃度学習を行う。
次に、図8乃至図11を参照して、本発明の実施形態による蒸発燃料濃度学習について具体的に説明する。図8は、本発明の実施形態による蒸発燃料濃度学習処理を示すフローチャートである。この蒸発燃料濃度学習処理は、ECU10によって所定の周期で繰り返し実行される。また、図9は、この本発明の実施形態による蒸発燃料濃度学習処理を実行したときの各種パラメータの変化の一例を示すタイムチャートである。また、図10は、本発明の実施形態においてパージ量の変化速度を抑制するための係数(パージ量変化速度抑制係数)を示すマップであり、図11は、この本発明の実施形態によるパージ量変化速度抑制係数を適用したときのパージ量の変化速度の一例を示すタイムチャートである。
図8に示す蒸発燃料濃度学習処理が開始されると、ステップS1において、ECU10は、パージ弁67を開弁して、パージ通路66から吸気通路40へのパージガスの導入を開始する。
次いで、ステップS2において、ECU10は、蒸発燃料濃度学習の実行を許可する条件(学習許可条件)が成立したか否かを判定する。ここでは、ECU10は、エンジン1の現在の運転状態が蒸発燃料濃度学習を精度良く行うことが可能な状態にあるか否かを判定する。具体的には、ECU10は、エンジン1の吸入空気量に対するパージガスのパージ量の比率(パージガス導入比率)が所定値以上であるか否か、及び/又は、吸気圧センサSW3により検出された吸気圧(吸気通路40の負圧)が所定圧力以下であるか否かを判定する。ECU10は、エアフローセンサSW1により検出された流量や、パージ弁67の開度や、吸気通路40の負圧や、スロットル弁43の開度や、大気圧などに基づき、パージガス導入比率を求める。ECU10は、そのようなパージガス導入比率が所定値以上である場合や、吸気圧センサSW3により検出された吸気圧が所定圧力以下である場合に、エンジン1の現在の運転状態が蒸発燃料濃度学習を精度良く行うことが可能な状態にある、つまり学習許可条件が成立したと判定する(ステップS2:Yes)。この場合、ECU10は、ステップS3に進む。一方、ECU10は、学習許可条件が成立していないと判定した場合(ステップS2:No)、本フローチャートに示す一連のルーチンを抜ける。
次いで、ステップS3において、ECU10は、空燃比フィードバック制御のフィードバック補正量(図9のグラフG7参照)を取得すると共に、蒸発燃料濃度学習に対して外乱として作用する学習環境因子(図9のグラフG1、G2参照)を取得する。この場合、ECU10は、空燃比センサSW8により検出された空燃比(実空燃比)と空燃比フィードバック制御における目標空燃比(典型的には理論空燃比)との差に基づき、フィードバック補正量を求める。例えば、ECU10は、目標空燃比と実空燃比との差の目標空燃比に対する割合を、フィードバック補正量として求める。また、ECU10は、パージ弁67に適用しているデューティ比、燃料噴射弁6に出力している制御信号のパルス幅、吸気圧センサSW3により検出された吸気圧、及び空燃比センサSW8の出力信号の変動度合い、のうちの少なくともいずれか1つ以上を、学習環境因子として取得する。図9では、2つの学習環境因子1、2の値を取得する場合を例示している。図9に示す学習環境因子1、2の値は、ノイズを含む生データを平均した値である。
次いで、ステップS4において、ECU10は、ステップS3で取得した学習環境因子の確率分布特性としてのばらつき量(図9のグラフG3、G4参照)を算出する。具体的には、ECU10は、図4乃至図7に示したような各学習環境因子の特性(誤差特性)に基づき、各学習環境因子ごとにばらつき量を求める。例えば、ECU10は、パージ弁67に適用しているデューティ比が小さいほど、パージ弁67のばらつき量として大きな量を求める。また、ECU10は、燃料噴射弁6に出力している制御信号のパルス幅が小さいほど、燃料噴射弁6のばらつき量として大きな量を求める。また、ECU10は、吸気圧センサSW3により検出された吸気圧が小さいほど、吸気圧センサSW3のばらつき量として大きな量を求める。また、ECU10は、空燃比センサSW8の出力信号の変動度合いが大きいほど、空燃比センサSW8のばらつき量として大きな量を求める。そして、ECU10は、このように求められた各学習環境因子ごとのばらつき量をフィードバック補正量の単位(例えば割合)に合わせるように変換する。1つの例では、ECU10は、各学習環境因子のばらつき量により生じる、目標空燃比からの空燃比のずれを、所定の演算式やマップなどから求め、当該ずれの目標空燃比に対する割合を用いる。
次いで、ステップS5において、ECU10は、今回の学習環境における1つのばらつき量を得るべく、ステップS4で算出された、フィードバック補正量の単位で表された学習環境因子のばらつき量を合算処理して、学習環境因子の総合ばらつき量(図9のグラフG5参照)を求める。例えば、ECU10は、複数の学習環境因子のばらつき量の二乗和平方根を求めることで、総合ばらつき量を得る。
次いで、ステップS6において、ECU10は、ステップS5で算出された学習環境因子の総合ばらつき量(図9のグラフG5参照)、ステップS2で用いられたパージガス導入比率(図9のグラフG6参照)、及びステップS3で取得されたフィードバック補正量(図9のグラフG7参照)に基づき、今回求めるべき蒸発燃料濃度学習値の候補となる蒸発燃料濃度学習候補値(図9のグラフG8参照)、及び当該蒸発燃料濃度学習候補値のばらつき量である学習候補値ばらつき量(図9のグラフG9参照)を求める。具体的には、ECU10は、学習環境因子の総合ばらつき量及びフィードバック補正量に応じた、目標空燃比に対する空燃比のずれに基づき、現在のパージガス導入比率に応じた量のパージガスに含まれる蒸発燃料の濃度を推定し、この濃度を蒸発燃料濃度学習候補値として用いる。そして、ECU10は、この蒸発燃料濃度学習候補値に含まれるばらつき量(学習候補値ばらつき量)を、パージガス導入比率を加味した上で学習環境因子の総合ばらつき量及びフィードバック補正量に基づき求める。この学習候補値ばらつき量は、蒸発燃料濃度学習候補値の信頼度を示すものとなる。すなわち、学習候補値ばらつき量が大きくなるほど、蒸発燃料濃度学習候補値の信頼度が低くなり、学習候補値ばらつき量が小さくなるほど、蒸発燃料濃度学習候補値の信頼度が高くなる。
次いで、ステップS7において、ECU10は、前回の蒸発燃料濃度学習値における学習値ばらつき量(図9のグラフG10参照)と、今回の蒸発燃料濃度学習候補値における学習候補値ばらつき量(図9のグラフG11(グラフG9と同一)参照)とを比較して、今回の発燃料濃度学習値を求めるための重み付け加算において今回の蒸発燃料濃度学習候補値に適用する重み付け係数(図9のグラフG12参照)を求める。この重み付け係数は、前回の蒸発燃料濃度学習値に対して今回の蒸発燃料濃度学習候補値を重み付け加算するときに用いられる係数、換言すると前回の蒸発燃料濃度学習値に対して今回の蒸発燃料濃度学習候補値を反映させる度合い(反映率)である。また、前回の学習値ばらつき量は、前回の学習時において蒸発燃料濃度学習値が求められたときに一緒に求められるものであり、当該蒸発燃料濃度学習値の信頼度を示すものとなる。すなわち、学習値ばらつき量が大きくなるほど、蒸発燃料濃度学習値の信頼度が低くなり、学習値ばらつき量が小さくなるほど、蒸発燃料濃度学習値の信頼度が高くなる。
図9に示す例では、矢印A21に示すように、今回の学習候補値ばらつき量が前回の学習値ばらつき量よりも比較的小さい場合には、つまり今回の学習候補値の信頼度が前回の学習値の信頼度よりも比較的高い場合には、ECU10は、今回の蒸発燃料濃度学習値を求めるに当たって蒸発燃料濃度学習候補値を比較的大きく反映させるように、例えば重み付け係数を50%に設定する(グラフG12参照)。また、矢印A22に示すように、前回の学習値ばらつき量がある程度の量である一方で、今回の学習候補値ばらつき量が0である場合には、つまり今回の学習候補値の信頼度が非常に高い場合には、ECU10は、今回の蒸発燃料濃度学習値を求めるに当たって蒸発燃料濃度学習候補値の全てを反映させるように、換言すると前回の蒸発燃料濃度学習値を全く反映させないように、重み付け係数を100%に設定する(グラフG12参照)。また、矢印A23に示すように、今回の学習候補値ばらつき量がある程度の量である一方で、前回の学習値ばらつき量が0付近にある場合には、つまり前回の学習値の信頼度が非常に高い場合には、ECU10は、今回の蒸発燃料濃度学習値を求めるに当たって前回の蒸発燃料濃度学習値をかなり大きく反映させるように、換言すると今回の蒸発燃料濃度学習候補値をほとんど反映させないように、例えば重み付け係数を5%に設定する(グラフG12参照)。
次いで、ステップS8において、ECU10は、ステップS7で求められた重み付け係数(図9のグラフG12参照)に基づき今回の蒸発燃料濃度学習候補値(図9のグラフG14(グラフG8と同一)参照)を重み付け加算することで、今回の蒸発燃料濃度学習値(図9のグラフG13参照)を求めると共に、当該蒸発燃料濃度学習値の学習値ばらつき量(つまり信頼度)を求める。図9に示す例では、ECU10は、重み付け係数が50%に設定されている間は、前回の蒸発燃料濃度学習値の50%と今回の蒸発燃料濃度学習候補値の50%とを加算した値を、今回の蒸発燃料濃度学習値として求める。また、ECU10は、重み付け係数が100%に設定されている間は、今回の蒸発燃料濃度学習候補値を今回の蒸発燃料濃度学習値としてそのまま適用する。また、ECU10は、重み付け係数が5%に設定されている間は、前回の蒸発燃料濃度学習値の95%と今回の蒸発燃料濃度学習候補値の5%とを加算した値を、今回の蒸発燃料濃度学習値として求める。このように蒸発燃料濃度学習値を求めることで、たとえ蒸発燃料濃度学習に対する外乱の影響度合いが比較的大きい状況であっても、つまり学習環境因子の特性に起因する空燃比のばらつき量が比較的大きい状況であっても、蒸発燃料濃度学習をの実行を制限せずに、そのような学習環境因子によるばらつき量を考慮に入れて蒸発燃料濃度学習を適切に実行することができる。そして、ECU10は、上記のようにして求めた蒸発燃料濃度学習値に含まれるばらつき量(学習値ばらつき量)を求める。例えば、ECU10は、上記と同様の重み付け係数を用いて、前回の学習値ばらつき量に対して今回の学習候補値ばらつき量を重み付け加算することで、今回の学習値ばらつき量を求める。
次いで、ステップS9において、ECU10は、ステップS8で求められた学習値ばらつき量に基づき、蒸発燃料のパージ量の変化速度を設定する。具体的には、ECU10は、図10に示すようなマップを参照して、今回の学習値ばらつき量(横軸)に対応する、パージ量の変化速度を抑制するためのパージ量変化速度抑制係数(縦軸)を決定し、このパージ量変化速度抑制係数を用いてパージ量の変化速度を補正する。図10に示すように、学習値ばらつき量が大きくなるほど、パージ量変化速度抑制係数が小さくなる一方で(具体的には0に近付いていく)、学習値ばらつき量が小さくなるほど、パージ量変化速度抑制係数が大きくなる(具体的には1に近付いていく)。このパージ量変化速度抑制係数は、パージ要求などに応じて設定すべきパージ量の変化速度に対して乗算するように用いられる。したがって、パージ量変化速度抑制係数による補正によって、学習値ばらつき量が大きくなるほど、最終的に適用されるパージ量の変化速度が低くなる、換言するとパージ量の変化率が小さくなる。
ここで、図11は、蒸発燃料のパージ開始時における、学習値ばらつき量に応じたパージ量変化速度抑制係数の時間変化の一例を示している。図11では、学習値ばらつき量が比較的小さい場合のグラフを実線で示し、学習値ばらつき量が比較的大きい場合のグラフを破線で示している。通常、パージ開始時には、蒸発燃料濃度学習値の信頼性が確保されていないので、蒸発燃料のパージに起因する空燃比のずれを抑制するように燃料噴射量を的確に補正できないため、パージ量を漸増させるようにパージ弁67が制御される。図11に示すように、パージ開始時において、学習値ばらつき量が大きい場合には、学習値ばらつき量が小さい場合よりも、このように漸増させるパージ量の変化速度に適用されるパージ量変化速度抑制係数が小さく設定される。その結果、漸増させるパージ量の変化速度が低くなる、つまりパージ量の変化の傾きが緩やかになる。これにより、蒸発燃料濃度学習値の信頼性が確保されていないときには、蒸発燃料のパージに起因する空燃比のずれを抑制するように燃料噴射量を的確に補正できないものとして、パージ量の増加を適切に制限することができる。一方で、パージ開始時において、学習値ばらつき量が小さい場合には、学習値ばらつき量が大きい場合よりも、漸増させるパージ量の変化速度に適用されるパージ量変化速度抑制係数が大きく設定される。その結果、漸増させるパージ量の変化速度が高くなる。これにより、パージ開始時であっても蒸発燃料濃度学習値の信頼性が確保されているときには、パージ量を速やかに増加させることができる。
図8に戻ると、ECU10は、上記のステップS9の後、ステップS10に進む。ステップS10において、ECU10は、ステップS3で取得されたフィードバック補正量及びステップS8で求められた蒸発燃料濃度学習値に基づき、燃料噴射弁6の燃料噴射量を補正する。具体的には、ECU10は、フィードバック補正量に応じた現在の実空燃比と目標空燃比との差、及び、蒸発燃料濃度学習値に応じた濃度の蒸発燃料をエンジン1に導入したときの空燃比の変動に基づき、目標空燃比を実現するために適用すべき燃料噴射量を求める。この後、ECU10は、本フローチャートに示す一連のルーチンを抜ける。
<作用効果>
次に、本発明の実施形態による蒸発燃料処理装置による作用及び効果について説明する。
本実施形態によれば、蒸発燃料パージ制御に関係する学習環境因子(1つ以上の制御弁及び1つ以上のセンサのうちの少なくとも1つ以上)の特性に起因して生じる、空燃比のばらつきの程度を示すばらつき量を求め、当該ばらつき量及び空燃比フィードバック制御のフィードバック補正量に基づき蒸発燃料濃度学習値を求める。このように蒸発燃料濃度学習値を求めることで、たとえ蒸発燃料濃度学習に対する外乱の影響度合いが比較的大きい状況であっても、つまり学習環境因子の特性に起因する空燃比のばらつき量が大きい状況であっても、蒸発燃料濃度学習の実行を制限せずに、そのような学習環境因子によるばらつき量を考慮に入れて蒸発燃料濃度学習を適切に実行することができる。すなわち、本実施形態によれば、学習環境因子によるばらつきが生じていても、このときのばらつき量を適切に加味することで、蒸発燃料濃度学習値を精度良く求めることができる。その結果、本実施形態によれば、従来技術のように蒸発燃料濃度学習に対する外乱の影響度合いが大きい状況で蒸発燃料濃度学習の実行を制限する場合と比較して、蒸発燃料濃度学習値の精度を速やかに確保することができる、つまり蒸発燃料濃度学習値の信頼性を速やかに確保することができる。よって、本実施形態によれば、蒸発燃料のパージ量を早期に増加でき、燃料タンク63及びパージシステム61内の蒸発燃料を速やかに処理できるようになる。
また、本実施形態によれば、蒸発燃料濃度学習値の信頼度(つまり学習値ばらつき量)に基づき、パージ通路66から吸気通路40へのパージ量を補正する。ここで、典型的な従来技術では、蒸発燃料濃度学習の実行回数(学習回数)によりパージ量を設定している、具体的には学習回数が多い場合にはパージ量を多くする一方で学習回数が少ない場合にはパージ量を少なくしている。このような従来技術では、学習回数が多くても、蒸発燃料濃度学習値の精度が低い場合には、多量のパージガスの導入により大きな空燃比のずれを生じさせることがあり、他方で、学習回数が少なくても、蒸発燃料濃度学習値の精度が高い場合には、多量のパージガスを導入しても問題無いにも関わらず、少量のパージガスしか導入できなかった。これに対して、本実施形態によれば、蒸発燃料濃度学習値の信頼度に応じてパージ量を補正するので、蒸発燃料濃度学習値の精度が低い場合にはパージ量を比較的少量に適切に設定することができると共に、蒸発燃料濃度学習値の精度が高い場合にはパージ量を比較的多量に適切に設定することができる。
また、本実施形態によれば、蒸発燃料のパージを開始するときに漸増させるパージ量を、蒸発燃料濃度学習値の信頼度に応じた量に適切に設定することができるので、パージ開始時において学習値の信頼度が高い場合には蒸発燃料を速やかに処理できるようになる。
また、本実施形態によれば、蒸発燃料濃度学習値の信頼度が高い場合に、パージ量の変化速度を高くするので、蒸発燃料を速やかに処理できるようになる。一方、蒸発燃料濃度学習値の信頼度が低い場合に、パージ量の変化速度を低くするので、パージガスの導入による空燃比のずれを適切に抑制することができる。
また、本実施形態によれば、前回の蒸発燃料濃度学習値の信頼度(学習値ばらつき量)と今回の蒸発燃料濃度学習候補値の信頼度(学習候補値ばらつき量)との差に基づき重み付け係数を求め、当該重み付け係数を用いて、前回の蒸発燃料濃度学習値に対して今回の蒸発燃料濃度学習候補値を重み付け加算して今回の蒸発燃料濃度学習値を求める。これにより、学習環境因子の特性に起因するばらつきが発生している状態においても、その影響をできる限り排除して、精度良く蒸発燃料濃度学習値を求めることができる。
また、本実施形態によれば、今回の蒸発燃料濃度学習候補値の信頼度が前回の蒸発燃料濃度学習値の信頼度よりも高い場合には、今回の蒸発燃料濃度学習候補値の信頼度が前回の蒸発燃料濃度学習値の信頼度よりも低い場合よりも重み付け係数を大きくするので、今回の蒸発燃料濃度学習候補値の信頼度と前回の蒸発燃料濃度学習値の信頼度との大小関係に応じて重み付け係数を適切に設定することができる。
また、本実施形態によれば、2つ以上の学習環境因子のばらつき量のそれぞれをフィードバック補正量の単位に合わせるように変換して、この変換後の2つ以上のばらつき量を合算処理した量に基づき蒸発燃料濃度学習値を求めるので、2つ以上の学習環境因子のばらつき量の全てを適切に考慮に入れた蒸発燃料濃度学習値を求めることができる。
また、本実施形態によれば、パージ弁67のデューティ比が小さいほど、パージ弁67に関するばらつき量として大きな量を求めるので、パージ弁67の特性に起因する空燃比のばらつき量を適切に求めることができる。
また、本実施形態によれば、燃料噴射弁6の制御信号のパルス幅が小さいほど、燃料噴射弁6に関するばらつき量として大きな量を求めるので、燃料噴射弁6の特性に起因する空燃比のばらつき量を適切に求めることができる。
また、本実施形態によれば、空燃比センサSW8の出力信号の変動度合いが大きいほど、空燃比センサSW8に関するばらつき量として大きな量を求めるので、空燃比センサSW8の特性に起因する空燃比のばらつき量を適切に求めることができる。
また、本実施形態によれば、吸気圧センサSW3により検出される吸気圧が小さいほど、吸気圧センサSW3に関するばらつき量として大きな量を求めるので、吸気圧センサSW3の特性に起因する空燃比のばらつき量を適切に求めることができる。