(57)【要約】    【課題】  希薄空燃比においてパージにより燃焼状態が不安定になることを防止可能な内燃機関を提供する。    【解決手段】  排気中の酸素濃度を測定するセンサ（１３５）からの信号に基づき理論空燃比にて燃焼可能であり、かつ、理論空燃比より希薄な希薄空燃比でも燃焼可能な内燃機関（１）において、蒸発燃料を内燃機関の吸気系（１００）にパージするパージ手段（１１０）、理論空燃比での運転時にパージ手段（１１０）によるパージを行うとともにセンサ（１３５）からの信号に基づきパージ濃度を測定する測定手段（２００）、測定されたパージ濃度が所定値以上であるときには希薄空燃比にて運転を行うとともにパージ手段（１１０）により蒸発燃料をパージさせる制御手段（２００）を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気中の酸素濃度を測定するセンサからの信号に基づき理論空燃比にて燃焼可能であり、かつ、理論空燃比より希薄な希薄空燃比でも燃焼可能な内燃機関において、
蒸発燃料を内燃機関の吸気系にパージするパージ手段と、
理論空燃比での運転時に前記パージ手段によるパージを行うとともに前記センサからの信号に基づきパージ濃度を測定する測定手段と、
測定された前記パージ濃度が所定値以上であるときには希薄空燃比にて運転を行うとともに前記パージ手段により前記蒸発燃料をパージさせる制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関は、燃料を気筒内に直接噴射可能に構成されている、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記内燃機関は、直接噴射される前記燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて噴射するよう構成されている、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記制御手段は、
理論空燃比での運転時には、前記吸気行程で噴射される燃料量を減少させながら、前記パージ手段による前記蒸発燃料のパージ量を増大させていく、請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記制御手段は、
希薄空燃比での運転時には、理論空燃比運転時に比べ前記気筒内に噴射する燃料量を減少させる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記制御手段は、
希薄空燃比での運転時に希薄空燃比での運転に適さない状態に達した場合には理論空燃比での運転に切り換える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記希薄空燃比での運転に適さない状態とは、前記パージ手段による前記蒸発燃料のパージ積算量が予め定めた所定値に達した場合である、請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記希薄空燃比での運転に適さない状態とは、当該内燃機関に失火を生じた場合または当該内燃機関の回転数の変動が所定値以上である場合の少なくとも一つである、請求項６に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸発燃料供給機構を備えるリーンバーンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境保護の観点から、空気に対する燃料の混合比である空燃比を理論空燃比よりもリーン側（理論空燃比よりも大きな空燃比による希薄燃焼状態）に保って運転するリーンバーン制御や、燃料タンクで発生した蒸発燃料（ベーパ）を活性炭キャニスタに吸着させ吸気管に供給することにより、蒸発燃料が大気中に放出されることを防止するエボパパージシステムを備えた内燃機関が開発されている。
【０００３】
パージガス制御とリーンバーン制御を並行して実行する技術として、例えば、特開平１０―２３１７５８号公報には、希薄空燃比での燃焼時に蒸発燃料をパージし、内燃機関の回転数の状態、出力変動、燃焼状態に応じてパージ量を補正する技術が開示されている（特許文献１）。その他関連する技術としては、特開平１１―６２７２８号公報（特許文献２）、特開平１１―６４６４号公報（特許文献３）、特開平７―１６６９８１号公報（特許文献４）、特開平７―４２５８８号公報（特許文献５）、及び特開２００１―６５４１４号公報（特許文献６）等に開示されている。
【特許文献１】特開平１０―２３１７５８号公報
【特許文献２】特開平１１―６２７２８号公報
【特許文献３】特開平１１―６４６４号公報
【特許文献４】特開平７―１６６９８１号公報
【特許文献５】特開平７―４２５８８号公報
【特許文献６】特開２００１―６５４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、蒸発燃料の濃度が判定できるまでの間、空燃比が不定となり燃焼状態が不安定になる可能性があった。特にパージ濃度が高くなった場合には空燃比が大幅に変動するため、燃焼が不安定になりやすかった。
【０００５】
そこで本発明は、希薄空燃比においてパージにより燃焼状態が不安定になることを防止可能な内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、排気中の酸素濃度を測定するセンサからの信号に基づき理論空燃比にて燃焼可能であり、かつ、理論空燃比より希薄な希薄空燃比でも燃焼可能な内燃機関において、蒸発燃料を内燃機関の吸気系にパージするパージ手段と、理論空燃比での運転時にパージ手段によるパージを行うとともにセンサからの信号に基づきパージ濃度を測定する測定手段と、測定されたパージ濃度が所定値以上であるときには希薄空燃比にて運転を行うとともにパージ手段により蒸発燃料をパージさせる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、理論空燃比でパージ濃度を確認し、当該パージ濃度が所定値に達したことを確認してから希薄空燃比での運転（リーン運転）に切り換えてパージを続行するので、確定していないパージ濃度の上昇等によって空燃比が大幅に変動し燃焼が不安定になることが防止される。
【０００８】
ここで、内燃機関は燃料を気筒内に直接噴射可能に構成されていてもよい。直接燃料を気筒内に噴射可能な内燃機関は、希薄空燃比での弱成層燃焼状態を作りやすく、運転制御がしやすいからである。
【０００９】
また内燃機関は、直接噴射される燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて噴射するよう構成されていてもよい。この構成によれば、希薄空燃比での運転時にも理論空燃比での運転時にも吸気行程と圧縮行程との双方において燃料を噴射することにより、基本的に弱成層燃焼状態が維持される。これによって、燃料濃度が高すぎるために燃焼不全となるリッチ失火までの余裕もあると同時に、均質燃焼ではないため、燃料密度が低すぎるために燃焼不全となるリーン失火までの余裕も多いものとなる。
【００１０】
制御手段は、理論空燃比での運転時には、吸気行程で噴射される燃料量を減少させながら、パージ手段による蒸発燃料のパージ量を増大させていくことが好ましい。この構成によれば、理論空燃比での弱成層運転（弱成層ストイキ運転）によってセンサによる燃料噴射量フィードバック制御が行われている状態で、パージ量を徐々に増加させながら吸気行程における噴射燃料量を減少させていく。そしてパージ濃度が測定されてから希薄空燃比での運転に切り換えられるので、希薄空燃比での運転当初からパージ濃度を把握した安定的な運転が行える。また理論空燃比での運転であっても弱成層燃焼状態が維持されているため、リッチ失火やリーン失火までの余裕が高い。
【００１１】
また制御手段は、希薄空燃比での運転時には、理論空燃比運転時に比べ気筒内に噴射する燃料量を減少させるようにしてもよい。この構成によれば、パージ濃度が所定値に達したことが確認された後に、気筒内に噴射する燃料量を減少するので、噴射燃料量の減少によって希薄空燃比での運転に切り換わり、切り換わりの当初からパージ濃度が把握されているため空燃比を正しく把握することができ、安定したリーン燃焼が行われる。
【００１２】
制御手段は、希薄空燃比での運転時に希薄空燃比での運転に適さない状態に達した場合には理論空燃比での運転に切り換えるようにしてもよい。当該構成によれば、希薄空燃比での運転に適さない条件に達した場合にのみ理論空燃比での運転（ストイキ運転）に切り換えられるため、基本的には希薄空燃比での運転によって燃費が抑えられる。また空燃比制御が必要な場合には希薄空燃比での運転が制限されるので、燃焼状態を安定させることができる。
【００１３】
ここで上記希薄空燃比での運転に適さない状態とは、パージ手段による蒸発燃料のパージ積算量が予め定めた所定値に達した場合である。パージ積算量が所定値に達したことを条件とするのは、エバポガスパージシステムでは蒸発燃料の発生量がある程度までで制限されるため、発生しうる蒸発燃料の限度量を超えると蒸発燃料の供給量が変動しやすくなる。したがって蒸発燃料の積算量が所定値に達したら、一旦理論空燃比での運転に切り換え、再びパージガスを蓄積させることが好ましいからである。
【００１４】
また上記希薄空燃比での運転に適さない状態とは、当該内燃機関に失火を生じた場合または当該内燃機関の機関回転数の変動が所定値以上である場合の少なくとも一つである。失火の発生を条件とするのは、失火が発生すれば健全な運転状態ではなく出力が発生しないためである。内燃機関の機関回転数変動が所定値より大きいことを条件とするのは、回転数変動時には負荷変動が生じていることが予想され、強い駆動能力を要求されるため理論空燃比での運転によって良好な燃焼状態としておく必要があるからである。なお機関回転数変動の所定値は、負荷条件が明らかに変わったと見られる程度の変動量を予め測定等して定めておく。
【発明の効果】
【００１５】
以上本発明によれば、理論空燃比での運転時にパージ濃度を確認し、パージ濃度を確認した後に希薄空燃比に切り換えるように制御するので、希薄空燃比での運転時に燃焼が不安定になることを防止できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１に、本実施形態のリーンバーンエンジンのシステム概念図を示す。以下の実施形態は単なる例示したものであり、これらの構造に本発明が限定されるものではない。図１に示すように、本実施形態のリーンバーンエンジン１は、希薄燃焼内燃機関として吸気系１００、エンジン本体１２０、排気系１３０からなる構造とともにエボパパージシステムを含む燃料供給系１１０を備えて構成されている。
【００１８】
吸気系１００としては、エアクリーナ１０１、スロットルポジションセンサ１０２、スロットル機構１０３、サージタンク１０４、及び吸気マニホールド１０５を備える。
【００１９】
エアクリーナ１０１は図示しない吸気口から吸い込んだ空気中の粉塵を濾過し、エンジン本体に供給するものである。スロットル機構１０３は、スロットルバルブとスロットルモータとにより構成され、運転者の操作によるアクセルペダル踏み込み量に対応させて制御部２００が決定した運転状態に合ったスロットル開度に駆動されるようになっている。スロットルポジションセンサ１０２はこのスロットル機構１０３におけるスロットルバルブ開度を検知して空気流量の相対値を制御部２００に出力可能になっている。成層燃焼・弱成層燃焼ではスロットルバルブ開度は大きく駆動され空燃比を大きくするようになっており、均質燃焼ではスロットルバルブ開度が最適になるように制御される。
【００２０】
サージタンク１０４は、燃焼室１２５内に供給する空気の圧力を平準化するものである。サージタンク１０４には、エボパパージシステムからの蒸発燃料供給口が設けられている。
【００２１】
吸気マニホールド１０５は、サージタンク１０４内にエボパパージシステムによってパージされた蒸発燃料を含む気体を燃焼室１２５に供給するものである。吸気マニホールド１０５は、図示しないが複数ポートからなっており、その片方に吸気制御弁１０６が設けられている。吸気制御弁１０６は制御部２００の制御で開閉するようになっており、この吸気制御弁１０６が閉じられると他方のポートを通過する吸気の流速が早くなって燃焼室１２５内に乱流を発生させる。この乱流は燃料の霧化を促進し、燃焼の安定化を図るものであり、また、低回転高負荷域においても体積効率及び燃焼効率を向上させるものである。
【００２２】
圧力センサ１０７はサージタンク１０４内に設けられており、吸気系１００における圧力を検出して吸気圧力の相対値を制御部２００に出力するようになっている。ＥＧＲバルブ１０８は、成層燃焼時に、排気マニホールドに流れる排気ガスの一部を吸気系１００に戻す際に制御部２００の制御によって開放されるものであり、燃焼温度を下げることにより排気ガスにおけるＮＯｘの低減及びポンピングロスの低減を図るものである。燃焼室１２５の入口には、吸気バルブ１０９が設けられ、クランクシャフト１２８、カムシャフト１４０の所定の角度範囲、すなわち吸気行程において開弁するように構成されている。
【００２３】
エンジン本体１２０としては、シリンダヘッド１２１に、点火コイル１２２、インジェクタ１２３を備え、さらに点火プラグ１２４、燃焼室１２５、ピストン１２６、コンロッド１２７、クランクシャフト１２８、カムシャフト１４０、クランクポジションセンサ１２９、カムポジションセンサ１４１等を備えて構成されている。
【００２４】
制御部２００から供給される点火信号に基づき、点火コイル１２２では高電圧が誘起される。点火プラグ１２４はこの高電圧によって火花を発生させ、燃焼室１２５内の燃料に点火して燃焼させる。インジェクタ１２３は、制御部２００の制御信号に対応して燃料タンク１１５から供給される燃料を直接燃焼室１２５に噴射するものである。噴射された燃料は気流に依存することなく自身のエネルギーによりピストン１２６の燃焼室壁に沿って跳ね上がり点火プラグ１２４近傍に可燃混合気層を形成するようになっている。インジェクタ１２３からの噴射タイミングが吸気行程であるか圧縮行程であるかによって、成層運転、弱成層運転、均質運転を切り換え可能になっている。
【００２５】
燃焼室１２５は、インジェクタ１２３から供給された燃料及びエボパパージシステム１１０から供給された蒸発燃料と吸気系１００によって取得される空気とで定まる実空燃比の混合ガスを燃焼させるものである。ピストン１２６は燃焼室１２５における燃焼によるガス膨張によって燃焼室内を摺動可能になっており、その動力がコンロッド１２７を通じて伝達され、クランクシャフト１２８、カムシャフト１４０を回転させるように構成されている。クランクポジションセンサ１２９、カムポジションセンサ１４１が、クランクシャフト１２８、カムシャフト１４０の回転角を検出し制御部２００で演算処理を行うことにより、吸排気行程の判定力、回転変動が得られる。
【００２６】
排気系１３０は、排気バルブ１３１、排気マニホールド１３２、三元触媒１３３、排気パイプ１３４、及び酸素センサ１３５等で構成されている。排気バルブ１３１は、図示しない排気用のカムシャフトに対応してクランク軸の所定の角度範囲、すなわち排気行程において開弁するように構成されており、燃焼ガスを排気することができるようになっている。三元触媒１３１はアルカリ類、アルカリ土類、希土類金属などを組み合わせた物質からなっており、希薄燃焼領域において、排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し低減させようになっている。酸素センサ１３５は排気ガス中の酸素を検出し、酸素濃度に対応する相対値を制御部２００に出力可能になっており、燃焼ガスにおける空燃比を間接的に検出するものである。
【００２７】
燃料供給系１１０は、燃料タンク１１５、導管１１１及び１１４、１１８、活性炭１１３の充填されたキャニスタ１１２、制御バルブ１１６、及び高圧燃料ポンプ１１７を備えている。高圧燃料ポンプ１１７はシリンダーヘッド１２１に設けられており、インテークカムシャフトのカムによって駆動され、燃料タンク１１５から供給される燃料を加圧してインジェクタ１２３に供給している。
【００２８】
導管１１１及び１１４、キャニスタ１１２、及び制御バルブ１１６によって本発明にかかるエボパパージシステムが構成されており、燃料タンク１１５において発生した蒸発燃料を吸気系１００に供給可能に構成されている。燃料タンク１１５からの蒸発燃料はキャニスタ１１２内の活性炭１１３に吸着され保持される。キャニスタ１１２内の活性炭１１３に一時貯えられていた蒸発燃料は、キャニスタ１１２の外気取入口１１９から導入された外気と共に制御バルブ１１６を経てサージタンク１０４へ供給される。このパージされる蒸発燃料の流量は、制御部２００の供給する制御信号に基づいて制御バルブ１１６で加減される。
【００２９】
制御部２００は、公知のマイクロコンピュータ装置としての構成を備えたＥＣＵ(Electric Control Unit)であり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３等を備えて構成されている。特に制御部２００は、本発明にかかる内燃機関の動作を当該リーンバーンエンジン１に実施させるためのソフトウェアプログラムを実行し、本発明の内燃機関として動作可能に構成されている。
【００３０】
さて、内燃機関における燃焼状態は、空気流量に対する燃料量の比である空燃比によって規定される。この空燃比をどのような値に設定するかによって、理論空燃比（例えば、ガソリン燃料の場合には１４．７）を目標空燃比として制御するストイキ運転、これよりも高い空燃比での希薄燃焼状態で運転させるリーン運転に分けられる。また、燃料噴射時期によって生じる燃焼ガスの混合状態によって、均質燃焼、弱成層燃焼、成層燃焼に区別される。ストイキ運転時は、燃料を吸気行程で噴射するために空気と燃料との混合が進み、通常は均質燃焼となる。リーン運転時には、圧縮行程の後期に燃焼室１２５内部に燃料が噴射されるため、燃料が気流に依存することなく自分のエネルギーによって燃焼室壁に沿って跳ね上がり、点火プラグ１２４周辺に集中し、点火可能な理論空燃比に近い空燃比で偏在するようになる。この点火プラグ１２４周辺に集中した混合気は空気層を形成し、全体として極めて希薄な空燃比（空燃比１７〜４０）となる。これが成層燃焼状態である。
【００３１】
一方、燃料が吸気行程と圧縮行程との２回に分けて供給された場合、均質燃焼状態と成層燃焼状態との中間的な状態を作ることとなる。この中間的に希薄な空燃比（空燃比１５〜２５）の状態を弱成層燃焼状態という。弱成層燃焼状態は通常はリーン側で運転されるリーン運転に属するが、理論空燃比を目標として燃料量と空気量とが制御されれば、ストイキ運転ともなる。本実施形態ではこの弱成層燃焼を積極的に利用する。
【００３２】
本実施形態の構成において、キャニスタ１１２内の活性炭１１３に一時貯えられた蒸発燃料は、制御部２００の制御によって開弁される制御バルブ１１６の開度に応じた流量でサージタンク１０４に供給される。また燃焼室１２５内にインジェクタ１２３によって直接噴射される直噴燃料の燃料量も、制御部２００のインジェクタ１２３に対する制御によって調整される。また、空気流量は、制御部２００の制御によって定まるスロットル機構１０３のスロットルバルブ開度に応じて調整される。エバポパージシステムを備える当該実施形態のような内燃機関では、インジェクタ１２３からの直噴燃料とエバポパージシステムからの蒸発燃料とが供給されるので、結局、インジェクタ１２３からの直噴燃料量及びエバポパージシステムから蒸発燃料量の合計と、空気流量との比が空燃比を決める。
【００３３】
本実施形態では、理論空燃比での弱成層ストイキ運転時にエボパパージシステムによる蒸発燃料（ベーパガス）のパージを行うとともに酸素センサ１３５からの信号に基づきパージ濃度を測定し、測定されたパージ濃度が所定値以上であるときには希薄空燃比にて弱成層リーン運転を行うとともに蒸発燃料をパージさせるように構成したことを特徴としている。理論空燃比でパージ濃度を確認し、当該パージ濃度が所定値に達したことを確認してから希薄空燃比での運転（リーン運転）に切り換えてパージを続行するので、確定していないパージ濃度の上昇等によって空燃比が大幅に変動し燃焼が不安定になることが防止されるのである。
【００３４】
また、インジェクタ１２３から吸気行程と圧縮行程との二回に分けて直噴燃料量を供給し、ストイキ運転においてもリーン運転においても弱成層燃焼状態を維持するように構成されている。
【００３５】
次に本実施形態の具体的な動作を、図２のフローチャートを参照しながら説明する。そのフローチャートにおける処理手順は例示であり、これに限定されるものではない。
【００３６】
まず空燃比（Ａ／Ｆ）フィードバック（ＦＢ）制御がオン状態になっているか否かを検査する（Ｓ１）。空燃比フィードバック制御がオン状態である場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、次にエバポパージシステムからの蒸発燃料によるパージ制御が可能な状態になっているかどうかのパージ条件を判定する（Ｓ２）。このようなパージ条件としては、例えば、エンジンが充分暖まって蒸発燃料が充分キャニスタ１１２中の活性炭１１３に溜まり、蒸発燃料が発生し易くなっていることや、アクセルが急に離された場合のように、燃料供給量に急激な変化が無いような状態である。これらのパージ条件を満たさない場合には（Ｓ２：ＮＯ）、当該処理は終了する。
【００３７】
パージ条件が満たされている場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、弱成層燃焼状態におけるストイキ運転制御が実施される（Ｓ３）。すなわち、当該エンジン１が吸気行程か圧縮行程かを検出して、インジェクタ１２３から吸気行程と圧縮行程とにそれぞれ分けて燃料が噴射される。制御部２００は、クランクポジションセンサ１２９の出力信号からクランク角の演算処理を行い、カムポジションセンサ１４１の出力信号から気筒判別の演算処理を行い、吸気・圧縮・爆発・排気のどの行程にあるかを判定し、燃料噴射タイミングを決定する。当初、制御バルブ１１６は閉鎖され、蒸発燃料は殆ど供給されないように制御される。
【００３８】
次いで、制御部２００はパージを開始させる（Ｓ４）。そして制御部２００は、制御バルブ１１６をサイクル毎に徐々に解放して少しずつ蒸発燃料の流量を増やしていくように制御しながら、一方で吸気行程におけるインジェクタ１２３からの直噴燃料量を減らしていくように制御する（Ｓ５）。この制御は吸気行程においてインジェクタ１２３から噴射される燃料量が所定値になるまで続けられる（Ｓ６）。
【００３９】
吸気行程における噴射燃料量が所定値になるまでは（Ｓ６：ＮＯ）、弱成層ストイキ運転が継続され、パージ率の上昇と吸気行程燃料量の減少とが繰り返される（Ｓ１〜Ｓ５）。吸気行程における噴射燃料量が所定値に達したら（Ｓ６：ＹＥＳ）、次いでパージ濃度の推定が行われ、このパージ濃度が所定値Ｃｔｈ以上になったか否かが検査される（Ｓ７）。
【００４０】
パージ濃度の推測は、例えば、特開平１１―６４６４号公報に開示されているような公知の方法によってできる。以下例示として簡単に説明する。パージ燃料量ＦＰＲＧは、単位時間に供給される燃料量であり、基準回転おける基準回転パージ量ＫＰＲＧを、一回転当たりの流量に換算するためエンジン回転数ＮＥで除して求められる。ここで基準回転パージ量ＫＰＲＧは、空燃比フィードバック制御によって求められる。すなわち、酸素センサ１３５の出力する空燃比信号に基づきリーン状態であるかリッチ状態であるかが求められ、これに基づき空燃比を増大させる方向に向かうか否かを判定し、運転状態が安定しているアイドル状態におけるストイキ運転において、基準回転数で運転されている状態の標準ベーパガス流量として収斂していくことで求められる。パージ濃度は、パージ燃料量ＦＰＲＧを単位体積当たりの燃料量に換算したものとなる。パージ流量が上げられる程に求められるパージ濃度の精度が上がってくることになる。
【００４１】
次に、このようにして求められたパージ濃度が所定のしきい値Ｃthより低い状態では（Ｓ７：ＹＥＳ）、まだ充分に燃料タンク１１５からの蒸発燃料がキャニスタ１１２中に吸着されておらずパージ濃度が足りない状態である。このような場合には、パージを伴った弱成層リーン運転に適さないため、制御部２００はパージを終了する（Ｓ８）。リーン運転に適するパージ濃度の判定しきい値Ｃthを実験的に定めておく。
【００４２】
一方、パージ濃度がしきい値Ｃth以上の場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、キャニスタ１１２中に充分蒸発燃料が吸着されており、一定の流量で蒸発燃料が供給可能になっており、パージ制御を併せた弱成層リーン運転が行える条件であると判断できる。そこで制御部２００は、空燃比フィードバック制御による理論空燃比を目標空燃比とするストイキ運転を停止し（Ｓ１０）、弱成層燃焼状態を維持したままリーン運転に移行する（Ｓ１１）。すなわち、フィードバックのないオープン制御とした上で、制御部２００は、インジェクタ１２３からの直噴燃料量から、求められたパージ濃度から定まる蒸発燃料供給分を減らして、リーン運転の目標となる空燃比に維持するための総燃料量となるように気筒内に直接噴射される燃料量を減量させる（Ｓ１２）。吸気行程における直噴燃料量が減少するので、弱成層運転状態が維持される。また、リーン運転のための空燃比が維持されるよう、パージ制御される（Ｓ１３）。リーン運転に維持されることで、燃費が向上するようになる。本実施形態によれば、リーン運転の当初からパージ濃度が判明しているので、適切な空燃比把握が可能であり、燃焼状態を不安定にすることなくリーンバーン制御が行える。
【００４３】
さて弱成層燃焼状態を維持していれば、リッチ失火に至るマージンもリーン失火に至るマージンも大きいため、比較的安定した運転を継続することが可能である。しかし、念のために失火判定と大きなエンジン回転変動が発生しているか否かを判定する（Ｓ１４）。失火が発生したり、または、回転変動が大きいと判定された場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、制御部２００は空燃比フィードバックフラグをセットしてから弱成層燃焼状態を維持したままストイキ運転に移行する（Ｓ１〜）。
【００４４】
一方、失火や回転数変動が無くても（Ｓ１４：ＮＯ）、パージ積算量が所定値より大きい場合にも（Ｓ１５：ＹＥＳ）、制御部２００は空燃比フィードバックフラグをセットしてから弱成層燃焼状態を維持したままストイキ運転に移行する（Ｓ１〜）。
【００４５】
パージ積算量がパージ濃度に関連していることを図３に基づいて説明する。図３に示す曲線は、キャニスタ１１２から放出されるパージ流量とパージ濃度との関係を示している。図３から判るように、当初のパージ流量の変化とともにパージ濃度が降下していく傾向がある。これは活性炭１１３中の蒸発燃料が抜けて行くに従って空気の通りがよくなりパージガスの流量自体は増していくためである。制御部２００はこの特性を予めデータテーブルとして記憶している。斜線部分はパージを開始してからの総パージ流量、すなわちパージ積算量になる。制御部２００は、ストイキ運転によって求められた当初のパージ濃度Ｃ０時のパージ流量Ｖ０を基準に、パージ積算量を累計して更新していく。このパージ積算量が一定の値に達すると、パージ濃度がしきい値Ｃthとなる。このパージ濃度のしきい値Ｃthはリーン運転に移行する際の条件となったしきい値である（Ｓ７参照）。つまりパージ積算量がＶｘに達した場合にパージ濃度がリーン運転に不適な濃度に下がっている可能性があるのである。
【００４６】
そこで制御部２００は、パージ積算量がこの初期値Ｖ０からＶｘまで変化した間の累積値となって、パージ濃度がしきい値Ｃthに達した可能性がある場合に（Ｓ１５：ＹＥＳ）、空燃比フィードバックフラグをセットして再び空燃比フィードバック制御を開始してストイキ運転に移行させる（Ｓ１〜）。なおこの場合でも吸気行程と圧縮行程との双方で燃料噴射を行う弱成層燃焼状態を維持する。このため、低燃費が維持される。
【００４７】
以上の制御により、エバポパージシステムから発生するパージ濃度がしきい値Ｃthよりも下がらない限り、弱成層燃焼状態が維持されたまま、リーン運転とストイキ運転とが繰り返される。図４はこのような運転状態を空燃比の変化という観点から示した図である。図４に示すように、ストイキ運転においては、パージ量を少しずつ増加させ吸気行程噴射燃料量を減少させるようにして理論空燃比運転が実行される。そして吸気行程噴射燃料量が所定値に達したら初めてパージ濃度を測定し、パージ濃度が所定値になっていればリーン運転に移行する。リーン運転では、パージ積算値が所定値より大きくなったりしない限りリーン運転が続けられる。そしてリーン運転に不適な条件になったり、パージ積算値が所定値より大きくなったりしたら、再びパージ濃度が上がるまでストイキ運転が実施される。このような弱成層燃焼におけるストイキ運転とリーン運転とが繰り返される。
【００４８】
以上、本実施形態によれば、制御部２００はストイキ運転でパージ濃度を確認し、当該パージ濃度が所定値に達したことを確認してからリーン運転に切り換えてパージを続行するので、リーン運転時に確定していないパージ濃度の上昇等によって空燃比が大幅に変動し燃焼が不安定になることが防止される。
【００４９】
また、インジェクタ１２３から吸気行程と圧縮行程との二回に分けて直噴燃料量を供給し、ストイキ運転においてもリーン運転においても弱成層燃焼状態を維持するように構成されている。このため、リーン運転時にもストイキ運転時にも吸気行程と圧縮行程との双方において燃料を噴射することにより、基本的に弱成層燃焼状態が維持され、燃料濃度が高すぎるために燃焼不全となるリッチ失火までの余裕もあると同時に、均質燃焼ではないため、燃料濃度が低すぎるために燃焼不全となるリーン失火までの余裕も多くすることができる。
【００５０】
また制御部２００は、パージ積算量が所定値に達したらストイキ運転に切り換えてパージ量を制限するので、エボパパージシステムから発生しうる蒸発燃料の限度量を超えてしまうことが無くなり、安定したパージ制御が可能である。
【００５１】
また制御部２００は、失火を生じた場合や機関回転数の変動が所定値以上である場合にストイキ運転に切り換えるので、燃焼状態が不全のときも健全な運転状態を維持することができる。
【００５２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々に変形して実施することが可能である。例えば、パージ濃度の判定方法は上記に限定されず、直接測定する方法を利用してもよい。
【００５３】
また、空燃比フィードバック制御方法も上記に限定されず、公知技術の種々の方法を適用可能である。
【００５４】
さらに、上記実施形態では直噴エンジンであったが、直噴でない形態の内燃機関にも本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る希薄燃焼内燃機関の実施形態のシステムブロック図。
【図２】実施形態の希薄燃焼内燃機関の動作を説明するフローチャート。
【図３】パージ流量とパージ濃度とパージ積算値との関係図。
【図４】時間経過に対応する空燃比変化の説明図。
【符号の説明】
【００５６】
１…リーンバーンエンジン（希薄燃焼内燃機関）、１００…吸気系、１０１…エアクリーナ、１０２…スロットルポジションセンサ、１０３…スロットル機構、１０４…サージタンク、１０５…吸気マニホールド、１０６…流量制御弁、１０７…圧力センサ、１０８…ＥＧＲバルブ、１０９…吸気バルブ、１１０…燃料供給系、１１１…導管、１１２…キャニスタ、１１３…活性炭、１１４、１１８…導管、１１５…燃料タンク、１１６…制御バルブ、１１７…高圧燃料ポンプ、１１９…外気取入口、１２０…気筒系、１２１…シリンダヘッド、１２２…点火コイル、１２３…インジェクタ、１２４…点火プラグ、１２５…燃焼室、１２６…ピストン、１２７…コンロッド、１２８…クランクシャフト、１２９…クランクポジションセンサ、１３０…排気系、１３１…排気バルブ、１３２…排気マニホールド、１３３…三元触媒、１３４…排気パイプ、１３５…酸素センサ、１４０…カムシャフト、１４１…カムポジションセンサ、２００…ＥＣＵ（制御部）、２０１…ＣＰＵ（中央制御装置）、２０２…ＲＯＭ、２０３…ＲＡＭ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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