JP2019044669A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の始動直後の時期において、燃料蒸発ガス排出抑制装置のキャニスタから燃料蒸気を充分に放出させる。【解決手段】燃料蒸気を捕捉するとともに捕捉した燃料蒸気を内燃機関の気筒に連なる吸気通路に適時放出する燃料蒸発ガス排出抑制装置が付帯した内燃機関を制御するものであって、内燃機関の始動後より、燃料蒸発ガス排出抑制装置のキャニスタから吸気通路に放出された燃料蒸気を含むパージガスの累積の流量を推算し、内燃機関の始動後、パージガスの累積の流量が所定値に到達するまでの期間は、それ以降と比較して、一度のパージガスの放出の機会における吸気通路へのパージガスの放出量をより大きく設定する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図２

Description

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。

従来より、内燃機関には、燃料タンク内で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（例えば、下記特許文献を参照）。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。

キャニスタには、燃料タンク内の燃料蒸気を回収するための回収路の他、大気に開放した大気導入路、及び当該キャニスタを内燃機関の吸気通路におけるスロットルバルブの下流に連通するパージ流路が接続している。キャニスタに吸着した燃料蒸気をパージする処理では、パージ流路上に設けた制御バルブを開弁し、スロットルバルブの下流で発生する吸気負圧を利用して、キャニスタに外気を取り入れながら燃料蒸気を吸気通路に引き込む。

内燃機関の停止中は、上述したパージ処理を実行することができず、キャニスタに燃料蒸気が溜まってゆく。内燃機関の始動直後の時期には、キャニスタに多くの燃料蒸気が貯留されており、これを可及的速やかに吸気通路に放出させる必要がある。

一度の放出機会における燃料蒸気の放出量、換言すれば制御バルブの開弁時間の長さは、パージ流路を通じてキャニスタから吸気通路に向かって流れるパージガスに含まれる燃料成分の濃度（または、燃料成分の量）に応じて設定する。パージガス中の燃料成分の濃度は、現在キャニスタが捕捉している燃料蒸気の量が多いほど大きくなる。そして、パージガス中の燃料成分の濃度は、制御バルブを開いたときに生じる、内燃機関の排気通路を流れる排気ガスの空燃比の変動の大きさに基づいて推測することができる。周知の通り、空燃比は、予め排気通路に設置した空燃比センサを介して計測することが可能である。

特開２０１２−１１７４１５号公報

しかしながら、内燃機関の個体差や経年変化その他の一時的要因により、インジェクタから気筒に対して噴射される燃料の量が増減すると、パージガス中の燃料成分の濃度、即ちキャニスタが捕捉している燃料蒸気の量如何によらず、排気ガスの空燃比が変動する。その結果として、燃料蒸気の量を少なく見積もってしまうと、パージ処理における制御バルブの開弁時間が短縮されて、キャニスタから燃料蒸気を充分に放出させることができなくなる。

本発明は、以上の問題に初めて着目してなされたものであり、内燃機関の始動直後の時期において、キャニスタから燃料蒸気を充分に放出させることを所期の目的としている。

本発明では、燃料蒸気を捕捉するとともに捕捉した燃料蒸気を内燃機関の気筒に連なる吸気通路に適時放出する燃料蒸発ガス排出抑制装置が付帯した内燃機関を制御するものであって、内燃機関の始動後より、燃料蒸発ガス排出抑制装置のキャニスタから吸気通路に放出された燃料蒸気を含むパージガスの累積の流量を推算し、内燃機関の始動後、パージガスの累積の流量が所定値に到達するまでの期間は、それ以降と比較して、一度のパージガスの放出の機会における吸気通路へのパージガスの放出量をより大きく設定する内燃機関の制御装置内燃機関の制御装置を構成した。

より具体的には、現在燃料蒸発ガス排出抑制装置のキャニスタに捕捉している燃料蒸気の量を推測し、その推測した燃料蒸気量に応じて、一度のパージガスの放出の機会における、燃料蒸発ガス排出抑制装置のキャニスタと内燃機関の吸気通路とを連通するパージ流路を開閉する制御バルブの開弁時間の長さを調整することとし、内燃機関の始動後、パージガスの累積の流量が所定値に到達するまでの期間は、それ以降と比較して、同等の燃料蒸気量に対する前記制御バルブの開弁時間の長さをより大きく設定する。

内燃機関の排気通路に装着された排気浄化用の触媒を流れる排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサの出力信号を参照して燃料噴射量を補正し、その燃料噴射量の補正量を学習するものにあっては、内燃機関の始動後、パージガスの累積の流量が所定値に到達するまでの期間は、燃料噴射量の補正量の学習を行わないことが好ましい。さすれば、内燃機関の始動直後の時期に、燃料蒸気のパージ処理を優先的に実行することが可能となる。

本発明によれば、内燃機関の始動直後の時期において、燃料蒸発ガス排出抑制装置のキャニスタから燃料蒸気を充分に放出させることができる。

本発明の一実施形態の内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 同実施形態の内燃機関の制御装置が設定する制御バルブの開弁時間の長さを例示する図。

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、気筒１に対して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。

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。

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の下流側の所定箇所（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。

キャニスタ３５と吸気通路３とを接続するパージ流路上には、当該パージ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、当該パージ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。

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。

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。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。

また、排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）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。

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。

ＥＣＵ０の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クランク角センサ（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（いわば、要求されるエンジン負荷率）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、大気圧を検出する圧力センサから出力される大気圧信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の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、パージＶＳＶ３６に対して開度操作信号ｍ等を出力する。

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、要求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を出力インタフェースを介して印加する。

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の個体差や経年変化等の存在により、インジェクタ１１を一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、イグニッションスイッチ（または、イグニッションキー）がＯＦＦからＯＮに操作されて内燃機関を冷間始動する都度、インジェクタ１１の開弁時間の学習を行う。

インジェクタ１１の開弁時間の学習では、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。

しかして、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、つまりは燃料噴射量の補正量を算定する。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の開弁時間を短縮して燃料噴射量を減量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の開弁時間を延長して燃料噴射量を増量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。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。

尤も、上記のインジェクタ１１の開弁時間の学習は、内燃機関の冷間始動直後から実施するわけではない。何故ならば、内燃機関の停止中にキャニスタ３５に溜まった燃料蒸気を、できる限り早急にパージする必要があるからである。既に述べた通り、インジェクタ１１の開弁時間の学習中には、パージＶＳＶ３６を開弁することが許されない。裏を返せば、燃料蒸気をパージする間は、インジェクタ１１の開弁時間を学習することができない。

本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関の冷間始動後、速やかにパージ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。それとともに、パージ流路を通じてキャニスタ３５から吸気通路３に流入するパージガスに含まれる燃料成分の濃度（または、燃料成分の量）の推定を行う。パージガス中の燃料成分の濃度は、現在キャニスタ３５が捕捉している燃料蒸気の量が多いほど大きくなる。であるから、パージガス中の燃料成分の濃度を推定することは、キャニスタ３５が捕捉している燃料蒸気量を推測することに等しい。

パージガス中の燃料成分の濃度の推定では、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、過去に学習した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、パージガスが混交した混合気を気筒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を推算する。実測空燃比と目標空燃比との偏差は、気筒１に充填される吸気に占めるパージガスの割合（分圧、またはパージ流路を流れるパージガスの流量）、及びそのパージガス中に含まれる燃料成分の濃度によって決まる。インジェクタ１１からの燃料噴射量は（パージガスを含む）吸気の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ほど、空燃比がリッチ化する。よって、ＥＣＵ０は、吸気に占めるパージガスの割合、及び実測空燃比と目標空燃比との偏差に基づいて、パージガス中に含まれる燃料成分の濃度を算出する。

なお、吸気に占めるパージガスの割合は、そのときのエンジン回転数、スロットルバルブ３２の開度、吸気圧、大気圧、パージＶＳＶ３６の開度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の開度、吸気圧、大気圧、パージＶＳＶ３６の開度等と、吸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の開度、吸気圧、大気圧、パージＶＳＶ３６の開度等をキーとして当該マップを検索し、吸気に占めるパージガスの割合を知得する。

内燃機関の冷間始動後の燃料蒸気のパージ処理では、複数回に亘ってパージＶＳＶ３６を開閉操作、つまり複数回に分けてキャニスタ３５から吸気通路３に燃料蒸気を含むパージガスを放出する。その上で、本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関の冷間始動後、キャニスタ３５から吸気通路３に放出したパージガスの累積の流量が所定値に到達するまでは、一度のパージガスの放出機会におけるパージＶＳＶ３６の開弁時間の長さをより大きく設定する。パージＶＳＶ３６の開弁時間を延長することは、一度のパージガスの放出機会においてキャニスタ３５から吸気通路３に放出するパージガスの量を増加させることを意味する。

図２に、前回のパージガスの放出機会において推定したパージガス中の燃料成分の濃度、及び内燃機関の冷間始動後から前回のパージガスの放出機会までの間にパージ流路を流れたパージガスの累積の流量と、次回のパージガスの放出機会におけるパージＶＳＶ３６の開弁時間の長さとの関係を例示している。図２にある通り、次回のパージガスの放出機会におけるパージＶＳＶ３６の開弁時間は、パージガス中の燃料成分の濃度が大きいほど長く、またパージガスの累積の流量が少ないほど長くする。

なお、パージ流路を流れるパージガスの流量は、気筒１に充填される吸気の量と、吸気に占めるパージガスの割合とから判明する。そのパージガスの流量を積算（または、時間積分）すれば、内燃機関の冷間始動後からのパージガスの累積の流量を算出できる。

パージＶＳＶ３６を開閉する際には、その開度を徐々に拡大または縮小することで、パージ流路を通じて吸気通路３に流入するパージガスの流量を緩やかに増減させる。さすれば、空燃比センサ４３、４４の出力信号を参照した空燃比のフィードバック制御により、混合気及び排気ガスの空燃比を目標空燃比から大きく逸脱させずに済む。

ＥＣＵ０は、内燃機関の冷間始動後、パージガスの累積の流量が所定値に到達するまでの間は、インジェクタ１１の開弁時間の補正量の学習を実行せず、キャニスタ３５に溜まった燃料蒸気のパージ処理を優先する。そして、パージガスの累積の流量が所定値に到達した後、インジェクタ１１の開弁時間の補正量の学習を実行する。

本実施形態では、燃料蒸気を捕捉するとともに捕捉した燃料蒸気を内燃機関の気筒１に連なる吸気通路３に適時放出する燃料蒸発ガス排出抑制装置３５、３６が付帯した内燃機関を制御するものであって、内燃機関の始動後より、燃料蒸発ガス排出抑制装置３５、３６のキャニスタ３５から吸気通路３に放出された燃料蒸気を含むパージガスの累積の流量を推算し、内燃機関の始動後、パージガスの累積の流量が所定値に到達するまでの期間は、それ以降と比較して、一度のパージガスの放出の機会における吸気通路３へのパージガスの放出量をより大きく設定する内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態の内燃機関の制御装置０は、パージ流路を流れるパージガスに含まれる燃料成分の濃度を推定することを通じて、現在キャニスタ３５に捕捉している燃料蒸気の量を推測する。そして、その推測した燃料蒸気量に応じて、一度のパージガスの放出の機会における吸気通路３へのパージガスの放出量、より具体的には制御バルブ３６の開弁時間の長さを増減させる。図２に示したように、キャニスタ３５に捕捉している燃料蒸気の量が同等であるならば、内燃機関の始動後のパージガスの累積の流量が少ないほど、一度のパージガスの放出の機会における制御バルブ３６の開弁時間が長くなり、ひいてはパージガスの放出量が大きくなる。

本実施形態によれば、内燃機関の始動直後の時期において、燃料蒸発ガス排出抑制装置３５、３６のキャニスタ３５から内燃機関の吸気通路３に燃料蒸気を充分に放出させることができる。内燃機関の停止中に多量の燃料蒸気がキャニスタ３５に貯留されていたとしても、燃料蒸気を速やかにパージ処理できることから、燃料蒸気の外部への漏洩を確実に抑止できる。

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、一度のパージガスの放出機会における制御バルブ３６の開弁時間の長さを延長または短縮することで、キャニスタ３５から吸気通路３へのパージガスの放出量を増減させていた。これとともに、またはこれに代えて、一度のパージガスの放出機会における制御バルブ３６の開度（の極大値）を拡大または縮小することによっても、キャニスタ３５から吸気通路３へのパージガスの放出量を増減させることが可能である。言うまでもなく、制御バルブ３６の開度をより拡大すればパージガスの放出量が増加し、制御バルブ３６の開度をより縮小すればパージガスの放出量が減少する。

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。

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。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
３…吸気通路
３５、３６…燃料蒸発ガス排出抑制装置（キャニスタ、制御バルブ（パージＶＳＶ））
４…排気通路
４１…触媒
４３…空燃比センサ

Claims (3)

1. 燃料蒸気を捕捉するとともに捕捉した燃料蒸気を内燃機関の気筒に連なる吸気通路に適時放出する燃料蒸発ガス排出抑制装置が付帯した内燃機関を制御するものであって、
   内燃機関の始動後より、燃料蒸発ガス排出抑制装置のキャニスタから吸気通路に放出された燃料蒸気を含むパージガスの累積の流量を推算し、
   内燃機関の始動後、パージガスの累積の流量が所定値に到達するまでの期間は、それ以降と比較して、一度のパージガスの放出の機会における吸気通路へのパージガスの放出量をより大きく設定する内燃機関の制御装置。
2. 現在燃料蒸発ガス排出抑制装置のキャニスタに捕捉している燃料蒸気の量を推測し、その推測した燃料蒸気量に応じて、一度のパージガスの放出の機会における、燃料蒸発ガス排出抑制装置のキャニスタと内燃機関の吸気通路とを連通するパージ流路を開閉する制御バルブの開弁時間の長さを調整することとし、
   内燃機関の始動後、パージガスの累積の流量が所定値に到達するまでの期間は、それ以降と比較して、同等の燃料蒸気量に対する前記制御バルブの開弁時間の長さをより大きく設定する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関の排気通路に装着された排気浄化用の触媒を流れる排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサの出力信号を参照して燃料噴射量を補正し、その燃料噴射量の補正量を学習するものであって、
   内燃機関の始動後、パージガスの累積の流量が所定値に到達するまでの期間は、燃料噴射量の補正量の学習を行わない請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。

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