(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料蒸発ガス排出抑制装置により捕捉した燃料蒸気のパージ処理を実行したときの混合気の燃焼の不安定化を抑止する。【解決手段】燃料蒸発ガス排出抑制装置から内燃機関の吸気通路に流入するパージガス中に含まれる燃料成分の濃度若しくは量が所定以上である場合、そうでない場合と比較してＥＧＲバルブの開度を縮小する、または、そうでない場合と比較してＥＧＲバルブの開度を縮小するとともに吸気バルブタイミングを進角する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料蒸発ガスを捕捉する燃料蒸発ガス排出抑制装置、排気通路を流れる排気の一部を吸気通路に還流させる排気ガス再循環装置、及び、吸気バルブタイミングを可変調整する可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御するものであって、
燃料蒸発ガス排出抑制装置から内燃機関の吸気通路に流入するパージガス中に含まれる燃料成分の濃度若しくは量が所定以上である場合、そうでない場合と比較してＥＧＲバルブの開度を縮小する、または、そうでない場合と比較してＥＧＲバルブの開度を縮小するとともに吸気バルブタイミングを進角する、内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関には、燃料タンクにおいて蒸発した燃料蒸気を捕捉する燃料蒸発ガス排出抑制装置が付設されている。普遍的な燃料蒸発ガス排出抑制装置は、チャコールキャニスタと呼称され、発生した燃料蒸気を、活性炭を充填したキャニスタに吸着させて捕捉し、適時その燃料蒸気を内燃機関の吸気通路に送出して吸気に混交し、気筒にて燃焼処理するものである（例えば、下記特許文献を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１１７４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
キャニスタに吸着した燃料蒸気を吸気通路に引き込むパージ処理では、スロットルバルブの下流で発生する吸気負圧を利用する。そのために、吸気バルブの開閉タイミングを進角して、吸気負圧の増強を図ることが通例となっている。
【０００５】
だが、上述のパージ処理を、排気通路を流通する排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を実施している最中に実行すると、スロットルバルブの下流に流れ込むＥＧＲガスの量が増加し、吸気中の酸素の量が相対的に減少するため、気筒における燃焼が不安定化して失火を招く懸念がある。
【０００６】
また、パージ処理のために吸気負圧を増強することは、内燃機関のポンピングロスを増大させることを意味しており、燃費性能の悪化につながる。
【０００７】
本発明は、燃料蒸気のパージ処理を実行したときの混合気の燃焼の不安定化を抑止し、及び／または、内燃機関のポンピングロスの増大をできるだけ抑制することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、燃料蒸発ガスを捕捉する燃料蒸発ガス排出抑制装置、排気通路を流れる排気の一部を吸気通路に還流させる排気ガス再循環装置、及び、吸気バルブタイミング（吸気バルブの開タイミング及び／または閉タイミング）を可変調整する可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御するものであって、燃料蒸発ガス排出抑制装置から内燃機関の吸気通路に流入するパージガス中に含まれる燃料成分の濃度若しくは量が所定以上である場合、そうでない場合と比較してＥＧＲバルブの開度を縮小する、または、そうでない場合と比較してＥＧＲバルブの開度を縮小するとともに吸気バルブタイミングを進角する、内燃機関の制御装置を構成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料蒸気のパージ処理を実行したときの混合気の燃焼の不安定化を抑止でき、及び／または、内燃機関のポンピングロスの不必要な増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。
【図２】同実施形態の制御装置が制御する可変バルブタイミング機構を示す図。
【図３】同実施形態の内燃機関の制御装置が実施する処理の手順例を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。
【００１２】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１３】
燃料蒸発ガス排出抑制装置は、燃料タンクにおいて蒸発した燃料蒸気を活性炭を充填したキャニスタ３５に吸着させて捕捉し、適時その燃料蒸気を吸気通路３に送出して吸気に混交し、気筒１にて燃焼処理するものである。キャニスタ３５は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側の所定部位（サージタンク３３または吸気マニホルド３４）に接続している。
【００１４】
キャニスタ３５と吸気通路３とを接続する流路上には、当該流路を開閉する制御バルブであるパージＶＳＶ（Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｖａｌｖｅ）３６を設けてある。ＶＳＶ３６を開弁している間、当該流路を介してキャニスタ３５と吸気通路３とが連通し、スロットルバルブ３２の下流に発生する吸気負圧によってキャニスタ３５内の燃料蒸気が吸気通路３に引き込まれる。
【００１５】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１６】
排気通路４における触媒４１の上流及び下流には、排気通路を流通する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４３、４４を設置する。空燃比センサ４３、４４はそれぞれ、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ2センサであってもよく、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。本実施形態では、触媒４１の上流側及び下流側の各空燃比センサ４３、４４について、排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力するＯ2センサを想定している。Ｏ2センサ４３、４４の出力特性は、理論空燃比近傍の範囲では空燃比に対する出力の変化率が大きく急峻な傾きを示し、それよりも空燃比が大きいリーン領域では低位飽和値に漸近し、空燃比が小さいリッチ領域では高位飽和値に漸近する、いわゆるＺ特性曲線を描く。
【００１７】
本実施形態の内燃機関には、外部ＥＧＲ装置２が付帯している。ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所（サージタンク３３）に接続している。
【００１８】
図２に示すように、本実施形態における内燃機関では、クランクスプロケット７１、吸気側スプロケット７２及び排気側スプロケット７３にタイミングチェーン７４を巻き掛け、このタイミングチェーン７４により、クランクシャフトからもたらされる回転駆動力を吸気側スプロケット７２を介して吸気カムシャフトに、排気側スプロケット７３を介して排気カムシャフトに、それぞれ伝達している。
【００１９】
その上で、吸気側スプロケット７２と吸気カムシャフトとの間に、ＶＶＴ機構６を介設している。本実施形態のＶＶＴ機構６は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの回転位相を変化させることにより吸気バルブの開閉タイミングを変化させるものである。
【００２０】
ＶＶＴ機構６のハウジング６１は、吸気側スプロケット７２に固着しており、吸気側スプロケット７２とハウジング６１とは一体となってクランクシャフトに同期して回転する。これに対し、吸気カムシャフトの一端部に固着したロータ６２は、ハウジング６１内に収納され、吸気側スプロケット７２及びハウジング６１に対して相対的に回動することが可能である。ハウジング６１の内部には、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、各流体室は、ロータ６２の外周部に成形されたベーン６２１によって進角室６１２と遅角室６１１とに区画されている。
【００２１】
ＶＶＴ機構６の液圧（特に、油圧）回路には、オイルパン８１内に蓄えられた作動液が液圧ポンプ８２より供給される。液圧ポンプ８２は、内燃機関からの動力で駆動される。液圧ポンプ８２とＶＶＴ機構６との間には、切換制御弁であるＯＣＶ（Ｏｉｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅ）９を設けている。作動液の流量及び方向をこのＯＣＶ９を介して操作することで、オイルパン８１から汲み上げた作動液を進角室６１２または遅角室６１１に選択的に供給することができる。さすれば、ハウジング６１がロータ６２に対して相対回動し、吸気バルブの開閉タイミングを進角または遅角させることができる。
【００２２】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２３】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（運転者が要求する機関出力、いわば要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、触媒４１の上流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３から出力される空燃比信号ｆ、触媒４１の下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４４から出力される空燃比信号ｇ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｈ等が入力される。
【００２４】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ＯＣＶ９に対して制御信号ｍ、パージＶＳＶ３６に対して開閉制御信号ｎ等を出力する。
【００２５】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量（新気量及びＥＧＲガス量）を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング、燃料噴射圧、点火タイミング、吸気バルブの開閉タイミング、要求ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。
【００２６】
吸気バルブタイミングは、エンジン回転数が高くなるほど進角する傾向にある。これは、主として、吸気通路３を流れる吸気の流速がエンジン回転数が高まるほど速くなることに依拠している。但し、中負荷の運転領域において、ミラーサイクル（アトキンソンサイクル）で内燃機関を運転するために、吸気バルブタイミングを顕著に遅角化することもあり得る。
【００２７】
気筒１に充填される吸気に占めるＥＧＲガスの割合（分圧）であるＥＧＲ率は、中負荷の運転領域において最も高くする。そして、負荷が中負荷領域よりも高くなるほど、また中負荷領域よりも低くなるほど、ＥＧＲ率を引き下げてゆく。アイドリング中やアイドリングに近い低負荷運転領域では、ＥＧＲ率を０にする。
【００２８】
インジェクタ１１からの燃料噴射量は、空燃比を理論空燃比近傍の目標空燃比に合致させるべく、気筒１に充填される吸気量（新気量）の多寡に応じて設定する。だが、インジェクタ１１の個体差や経年劣化等の存在により、インジェクタ１１を所定時間開弁したとしても、常に同一量の燃料が噴射されるとは保証されない。故に、ＥＣＵ０は、内燃機関を始動する都度、インジェクタ１１の開弁時間の学習を行う。
【００２９】
インジェクタ１１の開弁時間の学習では、まず、気筒１に充填される吸気量に比例する時間だけインジェクタ１１を開弁し、インジェクタ１１から燃料を噴射する。このとき、パージＶＳＶ３６及びＥＧＲバルブ２３は閉弁している。次いで、その結果得られる混合気を気筒１において燃焼させ、発生した排気ガスの空燃比を空燃比センサ４３を介して実測する。そして、実測空燃比と目標空燃比との偏差から、インジェクタ１１の開弁時間の補正量を演算する。
【００３０】
即ち、実測空燃比が目標空燃比よりもリッチであるならば、インジェクタ１１の開弁時間を短縮するように補正量を決定する。逆に、実測空燃比が目標空燃比よりもリーンであるならば、インジェクタ１１の開弁時間を延長するように補正量を決定する。補正量の絶対値は、実測空燃比と目標空燃比との偏差の絶対値が大きいほど大きくなる。開弁時間の補正量は、ＥＣＵ０のメモリに記憶保持し、以後の燃料噴射制御において用いる。
【００３１】
さらに、本実施形態のＥＣＵ０は、インジェクタ１１の開弁時間の学習の完了後、パージＶＳＶ３６を開弁してキャニスタ３５に吸着した燃料蒸気のパージを開始するとともに、キャニスタ３５から吸気通路３に流入するパージガス中に含まれる燃料成分の濃度若しくは量の推定を行う。
【００３２】
パージガス中に含まれる燃料成分の濃度または量の推定では、パージＶＳＶ３６を開弁した状態で、空燃比を目標空燃比に合致させるよう、上述の開弁時間の補正量を加味した時間だけインジェクタ１１を開弁し、インジェクタ１１から燃料を噴射する。このとき、ＥＧＲバルブ２３は閉弁している。次いで、その結果得られる混合気を気筒１において燃焼させ、発生した排気ガスの空燃比を空燃比センサ４３を介して実測する。そして、実測空燃比と目標空燃比との偏差から、パージガス中に含まれる燃料成分の濃度若しくは量を推定する。
【００３３】
気筒１に充填された混合気には、パージガスが混交している。この混合気に占めるパージガスの割合（分圧）は、そのときのエンジン回転数、スロットルバルブ３２開度、大気圧、吸気バルブタイミング（の進角／遅角量）等に基づいて推測することが可能である。ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数、スロットルバルブ３２開度、大気圧、吸気バルブタイミング等と、混合気に占めるパージガスの割合との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数、スロットルバルブ３２開度、大気圧、吸気バルブタイミング等をキーとして当該マップを検索し、混合気に占めるパージガスの割合を知得する。
【００３４】
実測空燃比と目標空燃比との偏差は、混合気に示すパージガスの割合、並びにそのパージガス中に含まれる燃料成分の濃度若しくは量によって決まる。インジェクタ１１からの燃料噴射量は、気筒１に充填される混合気の（パージガスを含んだ）量に比例することから、パージガス中に含まれる燃料成分の濃度が高い、若しくは燃料成分の量が多いほど、混合気の空燃比がリッチ化する。よって、ＥＣＵ０は、混合気に示すパージガスの割合及び実測空燃比と目標空燃比との偏差に基づき、パージガス中に含まれる燃料成分の濃度若しくは量を演算する。
【００３５】
因みに、パージガス中に含まれる燃料成分の濃度若しくは量は、燃料タンクの温度が低下する冬季や寒冷地等にあってはほぼ０となる。
【００３６】
その上で、本実施形態のＥＣＵ０は、パージガス中に含まれる燃料成分の濃度若しくは量が所定以上である場合、そうでない場合と比較してＥＧＲバルブ２３の開度を縮小するとともに、吸気バルブタイミングを進角する。
【００３７】
吸気バルブタイミングを進角するのは、スロットルバルブ３２の下流に発生する吸気負圧を高めて、キャニスタ３５から吸気通路３により多くの量の燃料蒸気を吸い出すことができるようにするためである。なお、単に吸気バルブタイミングを進角するのみであると、アクセルペダルの踏込量（要求負荷）に比して気筒１に充填される吸気の量が増加し、エンジントルクが運転者の意思によらず増大してしまう。よって、吸気バルブタイミングを進角補正する分スロットルバルブ３２の開度を縮小し、また、パージガスに含まれる燃料の分インジェクタ１１からの燃料噴射量を削減して、アクセルペダルの踏込量に見合った大きさのエンジントルクが出力されるようにする。
【００３８】
また、ＥＧＲバルブ２３の開度を縮小するのは、スロットルバルブ３２の下流に発生する吸気負圧を高めることで吸気通路３に流入するＥＧＲガス量が増大し、混合気中の酸素の量が燃料成分の量に対して相対的に減少して、気筒１における燃焼が不安定化することを防ぐためである。
【００３９】
特に、燃料蒸気のパージ処理の目的で吸気バルブタイミングを進角すると、吸気バルブ及び排気バルブがともに開いているバルブオーバラップ期間が延長し、混合気の内部ＥＧＲ量が増大してしまうので、失火の危険性がより高まる。これを回避するべく、燃料成分を多く含むパージガスを吸気通路３に流入させる際には、ＥＧＲバルブ２３の開度を縮小補正するのである。ＥＧＲバルブ２３の開度を縮小すれば、スロットルバルブ３２の下流側に流入するＥＧＲガス量が減少し、吸気負圧をより大きく確保できるようになる。その分だけ、吸気バルブタイミングの進角補正量を減少させることが可能となる。
【００４０】
一方で、パージガス中に含まれる燃料成分の濃度若しくは量が所定未満である場合、即ちキャニスタ３５に多くの量の燃料蒸気が吸着されていない場合には、そもそも燃料蒸気のパージ処理の必要性が乏しい。従って、パージ処理のために敢えて吸気バルブタイミングを進角したり、ＥＧＲバルブ２３の開度を縮小したりする（何れも、吸気負圧を高める）ことをせず、内燃機関のポンピングロスの低減を図る。
【００４１】
なお、パージＶＳＶ３６は、インジェクタ１１からの燃料噴射を一時停止する燃料カット中、アイドルストップ中等に限って閉弁し、それ以外の状況下では原則として開弁したままとする。
【００４２】
図３に、本実施形態のＥＣＵ０がプログラムに従い実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ０は、内燃機関の始動後、インジェクタ１１の開弁時間を学習し（ステップＳ１）、その学習が完了した後にパージガス中に含まれる燃料成分の濃度若しくは量を推定する（ステップＳ２）。
【００４３】
そして、その推定された燃料成分の濃度若しくは量が所定以上であるならば（ステップＳ３）、以降の内燃機関の運転制御において、吸気バルブタイミングの進角量をエンジン回転数等に応じて定まる基本量よりも進角する補正を実施し（ステップＳ４）、並びに、ＥＧＲバルブ２３の開度を内燃機関の負荷等に応じて定まる基本量よりも縮小する補正を実施する（ステップＳ５）。推定された燃料成分の濃度若しくは量が所定未満である場合には、吸気バルブタイミングの進角補正及びＥＧＲバルブ２３開度の縮小補正は不要である。
【００４４】
本実施形態では、燃料蒸発ガスを捕捉する燃料蒸発ガス排出抑制装置、排気通路４を流れる排気の一部を吸気通路３に還流させる排気ガス再循環装置２、及び、吸気バルブタイミングを可変調整する可変バルブタイミング機構６が付帯した内燃機関を制御するものであって、燃料蒸発ガス排出抑制装置から内燃機関の吸気通路３に流入するパージガス中に含まれる燃料成分の濃度若しくは量が所定以上である場合、そうでない場合と比較してＥＧＲバルブ２３の開度を縮小するとともに吸気バルブタイミングを進角する内燃機関の制御装置０を構成した。
【００４５】
本実施形態によれば、燃料蒸気のパージ処理を実行したときの混合気の燃焼の不安定化を抑止でき、かつ内燃機関のポンピングロスの不必要な増大を抑制できる。
【００４６】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、パージガス中に含まれる燃料成分の濃度若しくは量が所定以上である場合に、ＥＧＲバルブ２３の開度の縮小補正と吸気バルブタイミングの進角補正との両方を実行することとしていたが、ＥＧＲバルブ２３の開度の縮小補正のみを実行し、吸気バルブタイミングの進角補正は行わないようにしても、本発明の効果を奏し得る。
【００４７】
また、可変バルブタイミング機構６の具体的態様は任意であり、一意に限定されない。クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの回転位相を液圧により進角／遅角させるもの以外にも、吸気カムシャフトの回転位相を電動モータにより進角／遅角させるもの（モータドライブＶＶＴ）や、吸気バルブを開弁駆動する吸気カムを複数用意しておきそれらカムを適宜使い分けるもの、ロッカーアームのレバー比を電動モータで変化させるもの、吸気バルブを電磁ソレノイドバルブとしたもの等が知られており、それら種々の機構の中から選択して採用することが許される。
【００４８】
その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
２…排気ガス再循環装置（外部ＥＧＲ装置）
３…吸気通路
３５、３６…燃料蒸発ガス排出抑制装置（キャニスタ、パージＶＳＶ）
４…排気通路
４３…空燃比センサ（フロントＯ2センサ）
６…可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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