(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンク内の蒸発燃料をキャニスタに吸着捕集させると共に、該キャニスタに吸着された蒸発燃料を、ベーパ通路を介して内燃機関の吸気系に供給することで、該キャニスタから脱離させるパージ処理を行なう内燃機関の制御装置であって、
前記パージ処理停止中であって、かつ内燃機関の空燃比を所定の空燃比に制御しているときの筒内圧である第１筒内圧を検出する第１筒内圧検出手段と、
前記第１筒内圧に応じて、気筒内の発熱量である第１発熱量を検出する第１発熱量検出手段と、
前記内燃機関の空燃比制御に変動を与えない程度の小さなパージ率を設定するパージ率設定手段と、
前記パージ率におけるパージ処理中であって、かつ内燃機関を前記所定の空燃比に制御しているときの筒内圧である第２筒内圧を検出する第２筒内圧検出手段と、
前記第２筒内圧に応じて、気筒内の発熱量である第２発熱量を検出する第２発熱量検出手段と、
前記第１発熱量と前記第２発熱量との差に応じて、前記パージ通路を介して内燃機関に供給される蒸発燃料の量を演算する蒸発燃料量演算手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記所定の空燃比は、理論空燃比であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関の制御装置に関する。特に、蒸発燃料処理装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用内燃機関の燃料タンクで発生する蒸発燃料の大気への放出を防止するための蒸発燃料処理装置が知られている。この蒸発燃料処理装置は、内部に活性炭が充填されたキャニスタを有し、活性炭に蒸発燃料を一時的に吸着捕集させる。ここで、キャニスタに吸着捕集された燃料は、内燃機関の運転中に所定のタイミングで、吸気の負圧を利用したパージ処理によって脱離され、新気と共に内燃機関の燃焼室に導入されて燃焼処理される。
【０００３】
このパージ処理において内燃機関に導入されるパージガス（蒸発燃料を含むガス）に含まれる燃料量は一定ではなく、キャニスタに吸着保持されている燃料量等により変化する。従って、空燃比制御精度向上の観点からは、パージ処理において導入されるパージガス中の燃料量に正確に把握し、これに応じて燃料噴射量を補正することが望まれる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、パージ処理中のサージトルクの変動を検出し、トルク変動に応じてパージガス中の蒸発燃料濃度（ベーパ濃度）を推定する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−２８３６９号公報
【特許文献２】特開２００５−７６６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パージ処理中のトルク変動を検出し、これによってベーパ濃度を検出する特許文献１の手法の場合、そのパージ処理中の多量の蒸発燃料がパージされる場合があり、その結果、空燃比に乱れが生じる恐れがある。
【０００７】
この発明は、上記課題を解決することを目的とし、空燃比の乱れを抑制しつつ、ベーパ濃度を推定することができるよう改良した内燃機関の制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料タンク内の蒸発燃料をキャニスタに吸着捕集させると共に、該キャニスタに吸着された蒸発燃料を、ベーパ通路を介して内燃機関の吸気系に供給することで、該キャニスタから脱離させるパージ処理を行なう内燃機関の制御装置であって、
前記パージ処理停止中であって、かつ内燃機関の空燃比を所定の空燃比に制御しているときの筒内圧である第１筒内圧を検出する第１筒内圧検出手段と、
前記第１筒内圧に応じて、気筒内の発熱量である第１発熱量を検出する第１発熱量検出手段と、
前記内燃機関の空燃比制御に変動を与えない程度の小さなパージ率を設定するパージ率設定手段と、
前記パージ率におけるパージ処理中であって、かつ内燃機関を前記所定の空燃比に制御しているときの筒内圧である第２筒内圧を検出する第２筒内圧検出手段と、
前記第２筒内圧に応じて、気筒内の発熱量である第２発熱量を検出する第２発熱量検出手段と、
前記第１発熱量と前記第２発熱量との差に応じて、前記パージ通路を介して内燃機関に供給される蒸発燃料の量を演算する蒸発燃料量演算手段と、
を備える。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記所定の空燃比を理論空燃比とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明によれば、パージ処理前後の発熱量である第１発熱量と第２発熱量との差に応じて、蒸発燃料の量を求めることができる。また、このとき、空燃比を所定の空燃比とし、パージ率は空燃比制御に影響のない小さな値としている。従って、パージ処理中に蒸発燃料の量を求める際にも、空燃比に大きな乱れが生じるのを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態の内燃機関及びその周辺機器の構成について説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態における制御について説明するためのタイミングチャートである。
【図３】この発明の実施の形態において、内燃機関の空気量と発熱量の関係について説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態の他の例において、空気過剰率に対する発熱量比の変化を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１３】
実施の形態．
図１は、この発明の実施の形態の内燃機関及びその周辺機器を含むシステムの全体構成について説明するための模式図である。図１のシステムは内燃機関２を有する。内燃機関２は、図示を省略するが複数の気筒を備えている。各気筒には、点火プラグ４、燃料噴射弁６、及び筒内圧センサ８が設置されている。
【００１４】
各気筒の燃焼室には、それぞれ吸気通路１０と排気通路１２とが連通している。吸気通路１０は、吸気通路１０の上流側にはエアクリーナ１４が設置され、エアクリーナ１４のすぐ下流にはエアフロメータ１６が設置されている。エアフロメータ１６の下流には、スロットルバルブ１８が設置され、その下流には、サージタンク２０が設置されている。
【００１５】
燃料噴射弁６には、図示しない燃料供給通路によって、燃料タンク２２から燃料が供給される。燃料タンク２２には、ベーパ通路２４の一端が接続されている。ベーパ通路２４の他端はキャニスタ２６に接続されている。キャニスタ２６の内部には活性炭が充填されている。燃料タンク２２で発生した蒸発燃料（ベーパ）は、ベーパ通路２４を通ってキャニスタ２６に到達し、キャニスタ２６内の活性炭に吸着され捕集される。
【００１６】
キャニスタ２６には、ベーパ通路２８の一端が接続されている。ベーパ通路２８の他端は、スロットルバルブ１８の下流かつサージタンク２０の上流にて、吸気通路１０に合流している。ベーパ通路２８には、ベーパ通路２８を開閉するパージＶＳＶ（Vacuum Switching Valve）３０が設置されている。
【００１７】
このシステムは制御装置３２を有している。制御装置３２は、例えば、筒内圧センサ８、エアフロメータ１６、クランク角センサ等に電気的に接続され、これらの出力を受けて内燃機関２の運転状態に関する情報を検出する。また、制御装置３２は、例えば、点火プラグ４、燃料噴射弁６、スロットルバルブ１８、パージＶＳＶ３０等を駆動する各アクチュエータ（図示せず）に電気的に接続され、制御信号を発することでこれらを制御する。
【００１８】
上記のようにキャニスタ２６には燃料タンク２２からの蒸発燃料（ベーパ）が吸着される。図１のシステムは、吸着された蒸発燃料を脱離させるためのパージ処理を行なう。具体的に、パージ処理を実行する際には、パージＶＳＶ３０が開かれる。その結果、吸気負圧によって、キャニスタ２６に吸着された蒸発燃料がベーパ通路２８を介してパージガスとして吸気通路１０に導入され、パージガスは内燃機関２に新気とともに導入される。以上のようなパージ処理によりキャニスタ２６に吸着捕集された蒸発燃料は、キャニスタ２６から脱離される。
【００１９】
ここで、パージ処理におけるパージガス中に含まれる蒸発燃料の濃度（以下「ベーパ濃度」）は、キャニスタ２６に吸着されていた蒸発燃料の量等によるものであり一定とはならない。そこで、本実施の形態のシステムは、パージ処理の間、パージガスのベーパ濃度を下記の処理により推定する。
【００２０】
図２は、この発明の実施の形態において、ベーパ濃度の推定のためにシステムが実行する制御を説明するためのタイミングチャートである。図２に示されるように、この制御中、空燃比A/Fは理論空燃比（以下「ストイキ」）近傍のほぼ一定に制御されるものとする。パージ率は空燃比A/Fの制御に大きな影響を与えない程度、即ち各気筒の吸入空気量に大きな変動を与えないごく僅かの量に設定される。パージ率は、パージＶＳＶ３０をデューティ制御することで制御される。
【００２１】
図２に示される例では、時刻t1においてパージＶＳＶ３０は全閉とされ、パージ処理が停止状態とされる。この状態から時刻t2において、パージＶＳＶ３０をデューティ制御され、決められたパージ率でパージ処理が開始される。このベーパ濃度推定中においては、パージ処理開始前後で、空燃比がストイキ空燃比A/F_stに制御され、かつ、燃料噴射量も一定に制御される。
【００２２】
ここで、燃料噴射量が一定に制御されていても、パージ処理開始後（時刻t2後）は、パージガス中に含まれる蒸発燃料が新気と共に各気筒に供給される。従って、パージ処理開始前に比べて供給された燃料量が増加した状態となる。これに応じて、気筒内での発熱量も、パージ処理停止中に比べて、パージ処理開始後（時刻t2後）の方が大きくなっている。
【００２３】
次に、ベーパ濃度の検出手法について説明する。図３は、空燃比A/Fがストイキ空燃比の場合における、空気量と発熱量との関係を説明するための図である。図３において、横軸は空気量を表し、縦軸は発熱量を表す。図３に示されるように、空気量と発熱量とは、機関回転数に寄らず一定の相関を有し、次式（１）の関係が成立する。
発熱量Q＝α×空気量KL        ・・・（１）
ここでαは係数であり、空燃比がストイキである場合の値である。上記式（１）により、空燃比がストイキであるとした場合の発熱量（以下、「ストイキ発熱量」）Qstは、そのときの空気量KL（検出値）に応じた値として算出することができる。
【００２４】
また、同じ空気量KL下では、ストイキ発熱量Qstと、実際の空燃比に応じた実際の発熱量（以下、実発熱量）Qとは、次式（２）の関係を有する。
空燃比A/F＝空燃比A/F_st（ストイキ発熱量Qst／実発熱量Q）      ・・・（２）
なお、上記式（２）において空燃比A/F_stは、ストイキ空燃比であり、本実施の形態では燃料としてガソリンを用いることとし、A/F_st＝14.6とする。次式（２）より、両発熱量Q_st、Qが判れば、実際の空燃比が算出される。
【００２５】
一方、燃料量tauと、実際の空燃比A/F、空気量KLとの間には、次式（３）の関係が成立する。
燃料量tau＝空気量KL／空燃比A/F      ・・・（３）
【００２６】
以上の式（１）、（２）、（３）から、次式（４）の関係が成立することがわかる。
燃料量tau＝実発熱量Q／（α・A/F_st）        ・・・・（４）
【００２７】
この実施の形態においては、パージ処理開始前と、パージ処理開始後（時刻t1）とで、それぞれの実発熱量Q1,Q2を筒内圧センサ８の出力から演算する。筒内圧に基づく発熱量の算出は種々に知られているのでここでの説明は省略する。
【００２８】
実発熱量Q1,Q2が求められれば、式（４）に従って、パージ処理前後の燃料量tau1,tau2を演算することができる。上記したように、ベーパ濃度検出においては、パージ処理前後で燃料噴射量を一定としている。従って、パージ処理前後において生じる燃料量の差tau2-tau1が、パージガスに含まれるベーパ量tau_prgであると考えることができる。
【００２９】
ベーパ量tau_prgとパージ率prgと、ベーパ濃度Density_prgは、次式（５）の関係を有する。
ベーパ濃度Density_prg＝ベーパ量tau_prg／パージ率prg        ・・・・（５）
【００３０】
以上のように、この実施の形態では、パージ前後の筒内圧検出値から、実発熱量Q1,Q2を算出することで、ベーパ濃度Density_prgを検出することができる。
【００３１】
図４は、この発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図４のルーチンでは、パージ処理実行指示があるか否かが検出される（Ｓ１０２）。パージ処理実行指示が認められない場合、今回の処理は終了する。
【００３２】
一方、ステップＳ１０２において、パージ処理実行指示が認められると、まずパージＶＳＶ３０が全閉に制御され（Ｓ１０４）、燃料噴射量が定められた所定量に設定され（Ｓ１０６）、空燃比A/Fがストイキになるよう制御され（Ｓ１０８）される。
【００３３】
次に、この状態で筒内圧が検出される（Ｓ１１０）。筒内圧は、筒内圧センサ８の出力に応じて検出される。次に、筒内圧に基づき実発熱量Q1が演算される（Ｓ１１２）。ここでは制御装置３２は、予め記憶された演算手法に基づき、筒内圧に応じた実発熱量Q1を演算する。
【００３４】
次に、燃料量tau1が演算される（Ｓ１１４）。上記式（４）及び係数α、ストイキ空燃比A/F_st（＝14.6）は、予め制御装置３２に記憶されている。燃料量tau1は、上記式（４）に従って、実発熱量Q1に応じた値として演算される。
【００３５】
次にパージ率Prgが設定される（Ｓ１１６）。パージ率Prgは、空燃比A/Fをストイキに制御する場合に、パージ処理中にその制御に影響を与えない範囲のごく小さなものとする。このような空燃比制御に影響を与えない範囲は実験等により求められ、この範囲でパージ率が設定されるように、パージ率の設定方法が予め制御装置３２に記憶されている。
【００３６】
次に、パージ処理制御が開始され、パージＶＳＶ３０が、パージ率Prgに基づいてデューティ制御される（Ｓ１１８）。これによりパージガスが新気と共に内燃機関２の各気筒内に流入し処理される。
【００３７】
次に、筒内圧が検出される（Ｓ１２０）。筒内圧は、筒内圧センサ８の出力を入力情報とし、制御装置３２において検出される。次に、筒内圧に応じた実発熱量Q2が算出される（Ｓ１２２）。次に、燃料量tau2が算出される（Ｓ１２４）。燃料量tau2は、実発熱量Q2に応じて、式(４)にしたがって演算される。
【００３８】
次に、ベーパ量tau_prgが算出される（Ｓ１２６）。ベーパ量tau_prgは、パージ処理開始前の燃料量tau1に対して、パージ処理開始後に増加した分である。より具体的に、ベーパ量tau_prgは、燃料量tau2から燃料量tau1を減算した値として算出される。
【００３９】
次に、ベーパ濃度Density_prgが算出される（Ｓ１２８）。ここでは、ベーパ量tau_prgと、パージ率prgとが判っているので、これらに応じて、式（５）に従ってベーパ濃度Density_prgが算出される。その後、今回の処理を終了する。
【００４０】
以上説明したように、この実施の形態のシステムによれば、空燃比A/Fをストイキ近傍に制御しつつ、ベーパ濃度を検出することができる。即ち、パージ率をごく小さく設定した状態でベーパ濃度の検出をすることができるため、ベーパ濃度検出中の空燃比に大きな乱れが生じるのを抑えることができる。
【００４１】
また、この実施の形態のシステムでは、特別にセンサを設置することなく、筒内圧センサの出力に応じてベーパ濃度の検出を行なうことができる。したがって、より簡単なシステムでベーパ濃度を算出することができる。また、筒内圧センサの出力に応じてベーパ濃度を検出することができるため、空燃比センサを用いるなどしてベーパ濃度を算出する場合に比べて、早期にベーパ濃度を検出することができる。
【００４２】
なお、この実施の形態においては、空燃比をストイキ近傍に制御する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、予め設定された一定の空燃比に制御されるものであれば、他の空燃比に制御されるものであってもよい。
【００４３】
図５は、空燃比と発熱量比の関係について説明するための図である。図５において横軸は空気過剰率λ（空燃比を理論空燃比で割った値）を表し、縦軸は発熱量比（その空燃比における発熱量をストイキ発熱量で割った値）を表している。
【００４４】
空燃比（あるいはλ）と発熱量比とは、図５に示されるように相関を有する。このような関係から、空燃比がストイキでない場合にも、実発熱量から燃料量を算出する上記式（４）を、次式（６）のようにして用いることで、ストイキ空燃比A/F_st以外の空燃比に制御する場合でも、この実施の形態のベーパ濃度算出を適用することができる。
β×発熱量Q＝α×空気量KL        ・・・・（６）
【００４５】
なお、式（６）においてβは、空気過剰率λ（あるいは空燃比A/F）に応じた発熱量の係数であり、図５のような関係に基づいて空燃比に応じた値として適宜設定される。従って、ストイキ近傍に制御される場合に限らず、例えば希薄燃焼させる場合においても本実施の形態のベーパ濃度推定手法を有効に適用することができる。
【００４６】
また、この発明の実施の形態では、パージ率を変動させない場合について説明した。しかし、ベーパ濃度はパージガスが流れるにつれて変化する。従って、ベーパ濃度を随時学習する必要がある。このような場合、空燃比A/Fが目標空燃比から乱れないように、パージＶＳＶ３０を制御することで対応することができる。
【００４７】
具体的に、パージ処理中、空燃比A/Fを一定に制御する過程においてパージ率を切り替えた場合に、その切換前後における発熱量の変化量dQを算出し、この発熱量変化量dQを、式（４）における実発熱量として用い、これに応じた燃料量変化量dtauを算出する。その上で、燃料量変化量dtau、パージ率変化量dprgを、それぞれ式（５）におけるベーパ量tau_prg、パージ率prgとしてベーパ濃度を算出することができる。
【００４８】
また、本実施の形態においては、ベーパ濃度算出処理の間、燃料噴射量、空燃比を一定に制御するとして説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、この内燃機関２の通常運転中に、現在の運転状態が、空燃比が理論空燃比であり、かつ燃料噴射量がベーパ濃度算出のための噴射量であるか否かを判断し、その条件が満たされると判断した場合に、筒内圧の検出を行なってベーパ濃度を推定するようにすることもできる。
【００４９】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造や方法等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００５０】
２  内燃機関
６  燃料噴射弁
８  筒内圧センサ
１６  エアフロメータ
２０  サージタンク
２２  燃料タンク
２４  ベーパ通路
２６  キャニスタ
２８  ベーパ通路
３０  パージＶＳＶ
３２  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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