(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料システムに接続されたエンジンの空気／燃料状態を制御する制御方法であって、
空気と上記燃料システムからの蒸発燃料との混合物を、上記エンジンの空気／燃料吸入部へパージするために、上記燃料システムに空気をパージする工程と、
上記パージ工程中の蒸発燃料量を検出する工程と、
上記蒸発燃料量が所定値よりも少ない場合に、上記パージ工程を禁止し、且つ、理論空燃比よりもリーンな空燃比での上記エンジンの作動を可能とする工程と、
上記エンジンが所定時間のあいだ上記リーン空燃比で作動したときには蒸発燃料量が所定値よりも少なくなるまで、該リーン空燃比での作動を禁止し、上記パージ工程を実行して、上記燃料システム内の蒸発燃料の量を検出する工程と、
を有することを特徴とするエンジンの制御方法。
【請求項２】
上記リーン空燃比でのエンジン作動の開始前に検出された上記蒸発燃料の量に基づいて、上記所定時間を変更する工程を更に有することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御方法。
【請求項３】
上記リーン空燃比でのエンジン作動の開始前に検出された上記蒸発燃料の量が少ないほど、上記所定時間が長い値に設定されることを特徴とする請求項２記載のエンジンの制御方法。
【請求項４】
上記蒸発燃料の量が上記所定値よりも大きな第二の所定値よりも大きく、且つ、上記エンジンのスロットル開度が所定開度よりも小さい時、上記パージ工程の実行を禁止する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のエンジンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、空気／燃料のリーン・バーン・モードを有し、かつ燃料供給部とエンジン吸気管（空気／燃料吸入部）との間に接続される蒸発燃料回収部を有するエンジンの空燃比制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平均空燃比が理論空燃比になるように、エンジンに供給される燃料量を排気酸素センサの出力に応じて調整するエンジン空燃比制御システムは公知である。このようなシステムには、例えば米国特許第５０４８４９３号に開示されているように、蒸発燃料を燃料システムからエンジン吸気管にパージする蒸発燃料回収システムも設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の空燃比制御をリーン・バーン・モードを有するエンジンに適用すると種々の問題があることが判った。このようなエンジンは、燃料消費効率を向上させるために、理論空燃比よりもかなりリーンな（空気量に対して燃料量が少ない）空燃比で運転される。しかしながら、リーン・バーン・モードにおいてエンジン吸気管に蒸発燃料がパージされると、エンジンが作動可能であるリーン空燃比よりもリッチ（空気量に対して燃料量が多い）な空燃比でエンジンが作動することになる。この結果、燃料消費効率を最大限高めることができなくなってしまう。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、リーン・バーン・モードにおいて望ましいリーン空燃比を保ったままで、燃料システムからの蒸発燃料をエンジン吸気管にパージすることを目的とする。上記目的は、燃料システムに接続されたエンジンの空気／燃料作動を制御することで達成され、従来の問題点も解消される。
【０００５】
本発明は、空気と燃料システムからの蒸発燃料との混合物を、エンジンの空気／燃料吸入部へパージするために、燃料システムに空気をパージする工程と、パージ工程中の蒸発燃料量を検出する工程と、検出された蒸発燃料量が所定値よりも少ない場合に、上記パージ工程を禁止し、且つ、理論空燃比よりもリーンな空燃比でのエンジンの作動を可能とする工程と、上記エンジンが所定時間のあいだ上記リーン空燃比で作動したときには蒸発燃料量が所定値よりも少なくなるまで、該リーン空燃比での作動を禁止し、上記パージ工程を実行して、上記燃料システム内の蒸発燃料の量を検出する工程と、を有する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
内燃機関１０は図１においては一つのシリンダーのみが図示されているが、複数のシリンダーを有し、電子制御ユニット１２により制御される。内燃機関１０は、燃焼室３０とシリンダー壁３２、さらにはシリンダー壁３２の中に配置されクランクシャフト４０に連結されたピストン３６を有している。燃焼室３０は図示のように、吸気マニフォールド４４と排気マニフォールド４８とに各々吸気バルブ５２と排気バルブ５４とを介して連通している。吸気マニフォールド４４は図示のように、スロットルボディー５８を介してスロットル弁６２に連通している。吸気マニフォールド４４にはまた図示のようにフューエル・インジェクター６６が接続しており、これは電子制御ユニット１２からの信号ｆｐｗのパルス幅に比例する量の液体燃料を供給する。燃料のフューエル・インジェクター６６への輸送は一般的な燃料システムにより行われる。この燃料システムは燃料タンク６７と燃料ポンプ６８と燃料レール６９とを有している。
【０００７】
燃焼室３０にはまた点火プラグ９２が取り付けられている。点火プラグは点火装置８８から高電圧を供給されて燃焼室３０内の混合気を所定のタイミングで着火する。点火装置８８は電子制御ユニット１２から送出される信号ＳＡに応じて点火プラグに高電圧を供給する。
【０００８】
触媒コンバーター７０は図示のようにＮＯｘ吸着器７２の上流において排気マニフォールド４８に取り付けられる。排気酸素センサー７６は図示のように触媒コンバーター７０の上流において排気マニフォールド４８に取り付けられている。本実施例において、排気酸素センサー７６は電子制御ユニット１２に対して信号ＥＧＯを出力する。電子制御ユニット１２はこの信号ＥＧＯを２値信号ＥＧＯＳに変換する。
【０００９】
信号ＥＧＯＳの高電圧状態は所望の空燃比よりもリッチであることを示し、信号ＥＧＯＳの低電圧状態は所望の空燃比よりもリーンであることを示す。一般的に所望の空燃比は、触媒コンバーター７０の浄化効率がピークとなる範囲内に入る理論空燃比、例えば空気の燃料に対する重量比率が１４．３に設定される。
【００１０】
リーン・バーン・モードにおいては、所望の空燃比は理論空燃比よりもかなりリーンな空燃比、例えば空気の燃料に対する重量比率が１８から２２に設定され、燃料消費効率を向上させる。
【００１１】
蒸発燃料回収システム９４は図示のように燃料タンク６７と吸気マニフォールド４４との間にパージライン９５とパージ制御バルブ９６とを介して接続される。本実施例において、蒸発燃料回収システム９４は、ベーパーキャニスター９７を有している。このベーパーキャニスター９７は燃料タンク６７に対してパージライン９５に関して並列に接続され、燃料タンク６７からの蒸発燃料をその中に収容しているチャコールの作用により吸収する。さらにこの実施例は、パージ制御バルブ９６を有し、これは電子制御ユニット１２からの信号ｐｐｗのパルス幅に応じて弁の開閉時間が制御されるソレノイドバルブである。パージ制御バルブ９６としては、可変オリフィスを有するバルブ、例えばシーメンス社製の部品番号Ｆ３ＤＥ−９Ｃ９１５−ＡＡで示される制御バルブを使うこともまた好ましいと思われる。
【００１２】
蒸発燃料パージ中において、空気が吸入口９８を介してキャニスター９７内を通って吸い込まれ、チャコールから炭化水素を吸収する。大気と蒸発燃料の混合物はパージ制御バルブ９６を介して吸気マニフォールド４４に吸入される。同時に燃料タンク内の蒸発燃料もパージ制御バルブ９６を介して吸気マニーフォールド４４に吸入される。
【００１３】
電子制御ユニットは、図１に示すように、ＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）１０２と、入出力ポート１０４と、ＲＯＭ（リード・オンリー・メモリー）１０８及びＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリー）１０８として図示されている実行プログラムと校正値とを格納する手段と、一般的なデータバスとからなる一般的なマイクロ・コンピューターである。電子制御ユニット１２には図示のように、先に述べた信号に加えて、内燃機関１０に取り付けられた種々のセンサーからの信号が入力される。スロットルボディー５８に取り付けられた質量空気流量センサー１１０から質量空気流量値ＭＡＦが入力される。冷却スリーブ１１４に取り付けられた温度センサー１１２からはエンジン冷却水温度ＥＣＴが入力される。クランクシャフト４０に取り付けられたホール効果センサー１１８からは点火特性ピックアップ信号ＰＩＰが入力される。スロットル開度センサー１００からはスロットル開度信号ＴＰが入力される。パージ制御バルブ９６と吸気マニフォールド４４との間に取り付けられた炭化水素センサー１２２からは信号ＨＣが入力される。
【００１４】
以下に図2 のフローチャートに基づいて、内燃機関１０に対する電子制御ユニット１２による液体燃料供給ルーチンを説明する。
【００１５】
ステップ２０２に示すように、最初に燃料供給信号Ｆｄが計算される。この信号は、この後でフューエルインジェクター６６を作動させる燃料パルス幅信号ｆｐｗに変換される。さらに詳しく述べると、吸入空気の質量流量ＭＡＦが、フィードバック変数ＦＶと所望の空燃比Ａ／Ｆｄとの和によって除される。なおフィードバック変数ＦＶについては図３のフローチャートに基づいて後述する。次にパージ補償信号ＰＣＯＭＰが上述の商から減算される。なお、パージ補償信号ＰＣＯＭＰについては特に図４のフローチャートに基づいて後述する。パージ補償信号ＰＣＯＭＰは、蒸発燃料回収システム９４から内燃機関１０の吸気マニフォールド４４へ吸引される蒸発燃料の質量値を示している。
【００１６】
ステップ２０６において、空燃比の閉ループつまりフィードバック制御モードを行ない得るか否かの判断を行なう。この判断は例えば、エンジン冷却水温度ＥＣＴが所定値以上であるか否か等の条件に基づいて判断される。フィードバック制御条件が満たされている場合には、ステップ２０６においてフィードバック変数ＦＶが図３に示すサブルーチンから読み込まれる。そしてステップ２１２において所望の空燃比Ａ／Ｆｄが理論空燃比例えば空気の燃料に対する重量比率が１４．３に設定される。一方でステップ２０６においてフィードバック制御モードにない場合には、ステップ２１６においてフィードバック変数ＦＶは理論空燃比に対応する値、本実施例においては１に設定される。
【００１７】
電子制御ユニット１０が液体燃料供給モードをステップ２０６においてフィードバック制御モードにすべきであるとも、ステップ２２０においてリーン・バーン・モードにすべきであるとも判断しない場合には、ステップ２２４において所望空燃比Ａ／Ｆｄを理論空燃比に設定する。ステップ２０６においてフィードバック制御モードではないと判断されたが、ステップ２２０においてリーン・バーン・モードであると判断された場合には、所望空燃比Ａ／Ｆｄを予め定められた値、例えば空気の燃料に対する重量比率が１８から２２までの値に設定される。他の適用例、例えば燃料が燃焼室内に層状に充填される直接噴射式エンジンに適用する場合には、所望の空燃比を４０または５０程度までリーンにすることができる。
【００１８】
図２の説明を続けると、ステップ２０６においてフィードバック制御モードではないと判断されたが、ステップ２２０においてリーンバーンモードであると判断された場合には、パージ補償信号ＰＣＯＭＰが、最後にフィードバック制御モードにあった時の値に固定される。
【００１９】
次に図３に示すフローチャートを参照し、電子制御ユニット１２により実行され燃料フィードバック変数ＦＶを計算する空燃比フィードバックルーチンについて説明する。
【００２０】
このサブルーチンは、ステップ３１０において閉ループつまりフィードバック制御モード中であると判断し、かつステップ３１２において蒸発燃料学習モード中ではないと判断した場合にのみ、実行される。
【００２１】
なお、蒸発燃料学習モードについては、特に図４を参照し詳細に後述する。上述の条件が満足された場合には、図１を参照して先に述べたように、ステップ３１４において信号ＥＧＯから２値信号ＥＧＯＳが算出される。ステップ３１６において信号ＥＧＯＳが低電圧であると判断され、一方ステップ３１８において電子制御ユニット１２の前回の制御周期における信号ＥＧＯＳの値は高電圧であると判断していた場合には、ステップ３２０においてフィードバック変数ＦＶから所定の比例項Ｐｊを減算する。ステップ３１６において信号ＥＧＯＳが低電圧であると判断され、またステップ３１８において電子制御ユニット１２の前回の制御周期における信号ＥＧＯＳの値も低電圧であると判断していた場合には、ステップ３２２においてフィードバック変数ＦＶから所定の積分項△ｊを減算する。
【００２２】
同様にステップ３１６において信号ＥＧＯＳが高電圧であると判断され、またステップ３２４において電子制御ユニット１２の前回の制御周期における信号ＥＧＯＳの値も高電圧であると判断していた場合には、ステップ３２６においてフィードバック変数ＦＶに所定の積分項△ｉを加算する。ステップ３１６において信号ＥＧＯＳが高電圧であると判断され、一方ステップ３２４において電子制御ユニット１２の前回の制御周期における信号ＥＧＯＳの値は低電圧であると判断していた場合には、ステップ３２８においてフィードバック変数ＦＶに所定の比例項Ｐｉを加算する。
【００２３】
以上の作動説明のように、排気酸素センサー７６に反応する比例積分制御器つまりＰＩコントローラーからフィードバック変数ＦＶが得られるのである。空燃比のリーン方向へ補正中の信号ＥＧＯＳの積分ステップは積分項△ｉにより実現され、リーン補正における比例項はＰｉで与えられる。同様に積分項△ｊ及び比例項Ｐｊが空燃比のリッチ方向への補正を実現する。
【００２４】
以下に、特に図４に基づいて、パージ補償信号ＰＣＯＭＰを計算する蒸発燃料学習モードについて説明する。ステップ４０２において閉ループつまりフィードバック制御モード中であると判断され、かつステップ４０４において蒸発燃料回収システム９４の蒸発燃料パージが可能であると判断された場合には、ステップ４０８において蒸発燃料学習モードが開始される。
【００２５】
ステップ４１２において、フィードバック変数ＦＶからフィードバック変数基準値ＦＶｒを減算することでフィードバック・エラー信号ＦＶｅを計算する。フィードバック変数基準値ＦＶｒは理論空燃比での燃焼に対応した値である。本実施例においては、このフィードバック変数基準値ＦＶｒは１に設定される。
【００２６】
ステップ４１６において、フィードバック・エラー信号ＦＶｅを積分しこの積分値に定数ゲインＫを乗算することでパージ補償信号ＰＣＯＭＰを計算する。
【００２７】
以下に図５を参照し、蒸発燃料流量比率の制御について説明する。最初に図５のステップ５６０においてエンジン温度に基づいてパージが可能とされる。つまりエンジン温度が所定値以上である場合にパージが可能とされる。ステップ５６２において所望のパージ流量信号Ｐｆｄが算出される。本実施例においては信号Ｐｆｄは、炭化水素による汚染を防止し、内燃機関１０をさらに効率的に作動させ、燃料システムの圧力を低下させるために、パージ制御バルブ９６を通って得られる最大のパージ流量である。つまりデューティ率１００％に相当する。従来とは異なり、本実施例においては、空燃比のフィードバック制御が保証される動作領域を超えることなく、最大のパージ流量が得られる。
【００２８】
ステップ５６４において信号Ｐｆｄは信号Ｍｕｌｔとして示される換算係数で乗算される。後でより詳しく述べるように、信号Ｍｕｌｔはパージ流量を制御するために最大値である１に向けて所定のステップで増加していく。ステップ５６６において、上記乗算結果Ｐｆｔｄ＊Ｍｕｌｔは対応するパルス幅変調信号ｐｐｗに変換される。例えば、信号Ｍｕｌｔが０．５の際には信号ｐｐｗの幅はデューティサイクルの５０％である。
【００２９】
ステップ５７０からステップ５７４では、かなりの蒸発燃料濃度がある急減速状態において、一時的に運転性に支障をきたすことを防止するために、パージが禁止される。さらに詳しく述べると、ステップ５７０において蒸発燃料供給量が全燃料供給量つまり蒸発燃料供給量と液体燃料供給量の和の７０％より多くを占めているか否かが判断される。本実施例においては信号ＰＣＯＭＰを信号Ｆｄと信号ＰＣＯＭＰの和により除算する。その商である比率が７０％より大きく、かつステップ５７２においてスロットル開度が３０度より小さければ、ステップ５７４において信号Ｍｕｌｔと信号ＰＣＯＭＰをゼロに設定することでパージを禁止する。しかしながらこの比率つまりＰＣＯＭＰ／（Ｆｄ＋ＰＣＯＭＰ）が７０％以下であるか、またはスロットル開度が３０度以上であれば、そのままステップ５８０に処理が進む。
【００３０】
ステップ５８０において、蒸発燃料供給量の占める割合が全燃料供給量の５０％より多ければ、ステップ５８２において信号Ｍｕｌｔは所定量減少させられる。ステップ５８４において蒸発燃料供給量が全供給燃料量の５０％以下で４０％より大きい場合には、信号Ｍｕｌｔを変化させることなく現在のルーチンを終了する。つまりパージ流量比率はそのままである。蒸発燃料供給量の占める割合が全燃料供給量の４０％以下である時にはこのプログラムはステップ５９０に進む。なお、ステップ５８０からステップ５８４にて実行される処理は他の方法によっても達成できる。例えば、蒸発燃料濃度が高い時に、流量を減少させるか又は保持するために、いくつかの所定値と信号ＰＣＯＭＰとを単に比較することもまた好ましいと思われる。
【００３１】
ステップ５９０において、燃料噴射パルス幅信号ｆｐｗが、パルス幅不感帯の最大値である、第１の最小値ｍｉｎ１と比較される。信号ｆｐｗが信号ｍｉｎ１よりも大きい場合には、プログラムはステップ６００に進む。反対に信号ｆｐｗが信号ｍｉｎ１以下であるが、ステップ５９２において、パルス幅不感帯の最小値である、第２の最小値ｍｉｎ２以上の場合には、パージ流量比率を変化させることなく現在のルーチンを終了する。つまり、燃料噴射パルス幅信号ｆｐｗは上記不感帯の範囲内にある。しかし、ステップ５９２において信号ｆｐｗがｍｉｎ２よりも小さい場合には、ステップ５９４において所定量だけ信号Ｍｕｌｔを小さくすることで、パージ流量比率を小さくする。
【００３２】
ステップ５９０において、燃料噴射パルス幅信号ｆｐｗが不感帯よりも上の場合、つまり第１の最小値ｍｉｎ１よりも大きい場合には、プログラムはステップ６００〜６０６に進む。ステップ６００において、信号ＥＧＯが前回のルーチンから変化していた場合には、ステップ６０２において信号Ｍｕｌｔが所定量増加させられる。ステップ６０４において、信号ＥＧＯが所定時間、例えば２秒間変化しなかった場合には、ステップ６０６において信号Ｍｕｌｔが所定量減少させられる。反対に、ステップ６０４において信号ＥＧＯが所定時間内に変化していた場合には、パージ流量比率はそのままである。以上述べたように、パージ処理の開始時に、パージ流量比率が、排気酸素センサー７６の状態変化に応じて徐々に増えていく。このようにして、空燃比フィードバック制御と蒸発燃料制御とが適正に蒸発燃料のパージを吸収していることが信号ＥＧＯの変化により判る場合には、パージ流量は徐々に最大値まで増加させられる。つまり信号Ｍｕｌｔが１まで増加させられる。
【００３３】
次に図６を参照して、リーン・バーン・モードと蒸発燃料学習モードとの切り替えを説明する。ステップ６１２において蒸発燃料パージ量が無視し得るか又は所定の値よりも低く、ステップ６１６においてリーン・バーン・動作条件が成立している場合には、ステップ６２０でリーン・バーン・モードに入る。この際同時にステップ６１８で示すように蒸発燃料学習モードと蒸発燃料パージの実行を禁止する。リーン・バーン動作条件とは例えばエンジンが加速中ではない等の作動状態である。本実施例においてはパージ補償信号ＰＣＯＭＰがゼロ又は低い値である際には、ステップ６１２で蒸発燃料パージが存在しないという認識をする。蒸発燃料回収システム９４からのパージ混合気中の蒸発燃料量を示す他のパラメーターとして、例えばフィードバック変数ＦＶが１又はその近傍とは異なる値であることをもって、用いることができる。さらに他の方法として第１図に示す炭化水素センサー１２２などのパージ蒸気通路に配置された炭化水素センサーを用いることができる。
【００３４】
ステップ６２４においてエンジン１０が所定時間Ｔ１の間リーン・バーン・モードで作動している際には、ステップ６２８においてリーン・バーン・モードは禁止され、ステップ６３２において燃料システム中に蒸発燃料が存在するか否かを検出するために蒸発燃料学習モードに入る。この際同時に蒸発燃料パージが実行される。次にステップ６３４において信号ＰＣＯＭＰを発生するのに充分な時間そのまま処理を継続し、ステップ６３６において信号ＰＣＯＭＰを読み込む。ステップ６４６において信号ＰＣＯＭＰに基づいてある程度の蒸発燃料パージ量が検出された場合には、ステップ６３２に戻って蒸発燃料学習モードを継続する。別の言い方をすると、エンジン１０は、蒸発燃料回収システム９４からエンジンの吸気マニフォールド４４へ蒸発燃料がパージされている間は、閉ループつまりフィードバック制御モードで作動し続ける。ステップ６４６において燃料蒸気がもはや存在しないか所定のしきい値よりも小さい場合には、プログラム処理はステップ６１６に戻り、ステップ６１６でリーン作動条件が満足されていればステップ６２０でリーン・バーン・モードに入る。
【００３５】
リーン・バーン・モードに入る前に、ステップ６３６において連続して検出された２つの信号ＰＣＯＭＰを比較してそれらの差である信号△ＰＣＯＭＰをステップ６３８で計算する。ステップ６４０において信号△ＰＣＯＭＰが所定値つまり少量の蒸発燃料量の存在を示す値よりも小さい場合には、時間Ｔ１を所定量だけ増加させる。逆に、信号△ＰＣＯＭＰが所定値以上の場合には時間Ｔ１は減少させられる。言い換えると、蒸発燃料が比較的少なく存在している時には、エンジン１０がリーン・バーン・モードで作動する時間が、蒸発燃料が比較的多く存在している時のリーン・バーン・モードでの作動時間に比べて長くされるように学習されるのである。
【００３６】
ここで、本発明を用いた好ましい作動例の説明を終える。上記作動例は、当業者により本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良と変更が行なえることは勿論である。従って、本発明の範囲は先に述べた特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、燃料システムからの蒸発燃料のパージを達成しつつ、望ましいリーン空燃比での運転が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】液体燃料供給ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】空燃比フィードバックルーチンを示すフローチャートである。
【図４】蒸発燃料学習制御を行なうためのフローチャートである。
【図５】蒸発燃料流量比率を制御するためのフローチャートである。
【図６】蒸発燃料学習モードとリーン・バーン・モードとを切り替えるためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ エンジン（内燃機関）
１２ 電子制御ユニット
４４ 空気／燃料供給部（エンジン吸気管、吸気マニフォールド）
６６ フューエル・インジェクター
６７ 燃料タンク
７６ 排気酸素センサー
９４ 蒸発燃料回収システム
９６ パージ制御バルブ
１２２ 炭化水素センサー
【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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【図６】
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