JPH1054310A

JPH1054310A - 内燃機関の吸気制御装置

Info

Publication number: JPH1054310A
Application number: JP8214853A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Takahashi; 伸孝高橋; Keisuke Suzuki; 敬介鈴木; Takeaki Obata; 武昭小幡
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-08-14
Filing date: 1996-08-14
Publication date: 1998-02-24
Anticipated expiration: 2016-08-14
Also published as: JP3509404B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の蒸発燃料の処理とＮＯｘ低減を同時
に図る。【解決手段】成層混合気燃焼か均質混合気燃焼かを判断
し (ステップ301)、成層混合気燃焼時は、蒸発燃料のパ
ージが必要と判断されたときに、ＮＯｘ排出量を算出し
(ステップ302 〜305)、該ＮＯｘ排出量に見合った還元
剤としてのＨＣの要求量を算出し (ステップ306)、実際
の蒸発燃料の要求パージ量を決定し (ステップ307)、蒸
発燃料供給量制御用のパージ制御弁を制御する (ステッ
プ308)。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも所定の
運転条件で成層化した混合気を燃焼室内に形成して燃焼
を行うと共に、蒸発燃料を吸気系に供給して処理する装
置を備えた内燃機関において、蒸発燃料の供給によって
吸気を制御する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関において、所定の運転条件の領
域では、機関の燃焼室内の点火プラグ付近には可燃混合
気の混合気層を、それ以外の領域では空気層を形成する
成層化混合気を形成し、成層混合気による燃焼を行うよ
うにしたものが公知である。例えば、燃焼室内に直接燃
料を噴射する火花点火式機関として、特開平４−２４１
７５４号に示されるものがある。

【０００３】また、燃料タンク内などで蒸発した燃料が
大気中に拡散されないように、これを容器 (キャニス
タ) に収められた活性炭等の吸着剤に吸着させて保持
し、状況に応じこれを放出させて吸気に混合し、機関に
供給することにより、蒸発燃料を消費するシステムも公
知である。しかし、前記成層化混合気を生成する運転条
件が存在する内燃機関の場合は、このキャニスタに溜め
られ、吸気系に放出 (パージ) される蒸発燃料は、吸気
に混合させられるため、成層化混合気の空気層にも蒸発
燃料が混入することになる。この蒸発燃料が混入した空
気層の混合比は、通常可燃混合比を大きく上回ってリー
ンとなっているため、可燃混合気層で形成された燃焼火
炎は、この空気層に進行することなく消えることにな
り、空気層に含まれる蒸発燃料はそのまま燃焼室から排
出されることになる。

【０００４】したがって、成層燃焼中にむやみにパージ
を行うと、排気中に不要なＨＣ成分を放出することとな
るため、排気浄化の観点から必ずしも望ましいこととは
いえない。このため、特開平５−２２３０１７号に示さ
れるものでは、成層燃焼を行うような低・中負荷領域に
おいては、蒸発燃料のパージを行わない構成を提案して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平５−２２３０１７号に示されるような構成を採用し
た場合、低負荷の運転が継続して行われる状態では、蒸
発燃料は、パージされる機会がないまま、キャニスタに
蓄えられ続けることになる。つまり、キャニスタの容量
を超えても、蒸発燃料が供給され続けることになるた
め、できれば大きなキャニスタを設けるべきであるが、
重量やレイアウトの関係で問題となる。

【０００６】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
なされたもので、蒸発燃料のパージを適正に行うことに
より、蒸発燃料の消費率を高められると共に、該蒸発燃
料をパージによって窒素酸化物 (ＮＯｘ) の浄化性能を
も向上できるようにした内燃機関の吸気制御装置を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明は、少なくとも所定の条件で、燃焼室内に混合気
層と空気層との成層化状態を形成して燃焼を行う成層混
合気燃焼を行う一方、燃料系からの蒸発燃料を所定の条
件で吸気系に供給するようにし、かつ、排気系に排気浄
化用の触媒を備えた内燃機関の吸気制御装置において、
前記成層混合気燃焼時に、燃焼室から排出される窒素酸
化物の排出量に応じた量の蒸発燃料を吸気系に供給し、
蒸発燃料の炭化水素成分を成層混合気の空気層に混入さ
せて未燃焼のまま排気系に排出させ、前記触媒にて窒素
酸化物の還元に供するようにしたことを特徴とする。

【０００８】(作用・効果)成層混合気燃焼時には、燃焼
室内が混合気層と空気層とに成層化され、このとき蒸発
燃料を吸気系に供給すると、燃焼室内で蒸発燃料が混入
した空気層の混合比は、通常可燃混合比を大きく上回っ
てリーンとなっているため、可燃混合気層で形成された
燃焼火炎が空気層に進行することなく、空気層に含まれ
る蒸発燃料は未燃焼のまま燃焼室から排出されることに
なる。

【０００９】そして、上記のように未燃焼のまま排出さ
れた蒸発燃料中の炭化水素成分の少なくとも一部は、排
気浄化用の触媒において排気中の窒素酸化物を還元させ
つつ炭化水素自身は酸化されてＨ₂Ｏ，ＣＯ₂となって
浄化処理され、窒素酸化物は還元されて窒素分子となっ
て浄化処理されるように反応するので、窒素酸化物の排
出量に応じた量の蒸発燃料を供給することにより、該蒸
発燃料と窒素酸化物とを同時に効果的に処理することが
できる。

【００１０】また、請求項２に係る発明は、図１に示す
ように、燃焼室内に混合気層と空気層との成層化状態を
形成して燃焼を行う成層混合気燃焼と、燃焼室内に均質
な混合気を形成して燃焼を行う均質混合気燃焼と、を、
機関の運転条件に応じて切り換えて行う混合気形成切換
手段と、燃料供給系から蒸発した燃料を、機関の吸気系
に供給する蒸発燃料供給手段と、前記蒸発燃料の吸気系
への供給量を制御する蒸発燃料供給量制御手段と、燃焼
室から排出される窒素酸化物の量を算出する窒素酸化物
排出量算出手段と、前記窒素酸化物排出量算出手段によ
り算出された窒素酸化物排出量に対し、機関の排気系に
介装された排気浄化用の触媒で窒素酸化物の還元を行う
のに必要な炭化水素量を算出する還元剤要求量算出手段
と、成層混合気燃焼時に、前記還元剤要求量に応じた量
の蒸発燃料を吸気系に供給するように供給量を設定する
蒸発燃料供給量設定手段と、を含んで構成され、前記成
層混合気燃焼時に吸気系に供給された蒸発燃料の炭化水
素成分を成層混合気の空気層に混入させて未燃焼のまま
排気系に排出させ、窒素酸化物の還元に供するようにし
たことを特徴とする。

【００１１】(作用・効果)窒素酸化物算出手段は、燃焼
室からの窒素酸化物の排出量を算出し、還元剤要求量算
出手段は、触媒において前記算出された排出量分の窒素
酸化物と酸化還元反応するのに必要な還元剤としての炭
化水素 (ＨＣ) の要求量を算出する。蒸発燃料供給量設
定手段は、この還元剤要求量に基づいて、成層混合気燃
焼時に窒素酸化物の還元剤となる蒸発燃料の供給量を設
定し、蒸発燃料供給量制御手段は、該設定された量の蒸
発燃料が吸気系に供給されるように、蒸発燃料供給量を
制御する。

【００１２】このように、窒素酸化物の排出量に応じた
量の蒸発燃料を供給することにより、該蒸発燃料と窒素
酸化物とを同時に効果的に処理することができる。ま
た、請求項３に係る発明は、前記窒素酸化物排出量算出
手段は、機関の運転状態、混合気の空燃比及び燃料噴射
時期に基づいて窒素酸化物の排出量を算出することを特
徴とする。

【００１３】(作用・効果)窒素酸化物の排出量を、機関
の回転速度や負荷といった運転状態と、燃焼室に供給さ
れる混合気の空燃比及び燃料噴射時期といった窒素酸化
物の生成に影響の大きい要素に基づいて高精度に推定し
て算出することができる。また、請求項４に係る発明
は、図１に一点鎖線で示すように、前記蒸発燃料供給手
段は、燃料系から蒸発した燃料を一時的に蓄積する蒸発
燃料蓄積部を備え、前記蒸発燃料蓄積部における蒸発燃
料の蓄積量を算出する蒸発燃料蓄積量算出手段を含んで
構成され、前記成層混合気燃焼時の蒸発燃料の供給は、
前記蒸発燃料の蓄積量が限界値付近となったときに、行
うようにしたことを特徴とする。

【００１４】(作用・効果)このようにすることにより、
成層混合気燃焼において、敢えて蒸発燃料の吸気系への
パージを行う条件を限定している。つまり、蒸発燃料量
が蓄積可能な量の限界値に近づいた場合において、パー
ジを行うこととする。これには、以下の２つの目標・効
果がある。

【００１５】(1) １つは、蒸発燃料蓄積部 (例えばキャ
ニスタの活性炭層) 内に蒸発燃料を蓄える余裕がある場
合は、必ずしも蒸発燃料の処理を必要としていないため
である。 (2）別の理由として、蒸発燃料量の制御は、実際にはパ
ージ用の空気と混合させたパージ混合気の量を制御して
なされるものであり、直接蒸発燃料量を制御するもので
はない。したがって、蒸発燃料蓄積部に蓄積されている
燃料量により、実際に吸気系に導入される蒸発燃料量
は、変化してしまう。その場合、蒸発燃料蓄積部に十分
に蒸発燃料が蓄積保持されている場合は、供給量制御部
材 (パージ制御弁等) の操作量に対する蒸発燃料の供給
量が比較的精度良く推定でき、蒸発燃料の吸気への混合
量の制御を比較的高精度に行えるためである。

【００１６】また、請求項５に係る発明は、前記成層混
合気燃焼時の蒸発燃料の供給は、前記窒素酸化物排出量
算出手段によって算出される窒素酸化物排出量が所定以
上のときに、行うようにしたことを特徴とする。 (作用・効果)請求項４に係る発明と同様に、成層混合気
燃焼時において、敢えて蒸発燃料の吸気系へのパージを
行う条件を限定している。つまり、窒素酸化物排出量算
出手段により得られた窒素酸化物の排出量が比較的多い
場合において、成層混合気燃焼時であってもパージを行
うこととする。これにより、既述したように、何らかの
要求によって窒素酸化物の排出量が多めになった場合で
も、触媒下流に排出される窒素酸化物の量を低減でき
る。

【００１７】但し、通常機関においてはＥＧＲシステム
などにより、窒素酸化物の総排出量は、このような排出
量が増加するような場合も考慮して設計され、総量とし
て所望の量以下となるように設計されているため、かか
る操作は、必要性の高い効果というより、より環境保全
等に効果を持つ方の意味合いが大きい。また、請求項６
に係る発明は、前記成層混合気燃焼時の蒸発燃料の供給
は、燃焼安定度の悪化に起因して混合気の設定空燃比を
リッチ補正しているときに、行うようにしたことを特徴
とする。

【００１８】(作用・効果)成層混合気燃焼時にあって、
燃焼安定度の悪化に起因して混合気の空燃比を設定値に
対してリッチ補正している場合、窒素酸化物の排出量
は、増加する傾向を持つ。つまり、前記請求項５に係る
発明の (作用・効果) で説明した状況に相当する。そこ
で、この際には、成層混合気燃焼時であっても、蒸発燃
料をパージさせれば、窒素酸化物と触媒で反応して処理
できると同時に触媒下流の窒素酸化物を低減することが
できる。

【００１９】また、請求項７に係る発明は、図１に点線
で示すように、前記排気浄化用触媒の活性状態を判断す
る触媒活性状態判断手段を含んで構成され、前記成層混
合気燃焼時の蒸発燃料の供給は、窒素酸化物の還元が進
行するには触媒活性が十分でないと判断されたときは、
禁止するようにしたことを特徴とする。

【００２０】(作用・効果)前記成層混合気燃焼時の蒸発
燃料パージによる効果は、全て触媒が正常に機能してい
ることが前提となる。したがって、触媒の活性状態を判
断して、炭化水素を供給したときに確実に窒素酸化物が
還元される必要条件として、触媒が十分活性化されたと
判断された場合のみ、蒸発燃料の供給を行うことによ
り、既述した各効果を確実に発揮することができる。

【００２１】また、請求項８に係る発明は、前記蒸発燃
料供給量設定手段は、前記還元剤要求量算出手段により
算出された還元剤要求量に対して、蒸発燃料の供給量を
少なめとなるように設定することを特徴とする。 (作用・効果)還元剤要求量算出手段により算出された要
求量に対し、少なくとも少なめとなるように蒸発燃料を
吸気系に供給することにより、少なくとも窒素酸化物の
一部を還元できる効果を得られると共に、窒素酸化物の
排出量の推定に誤差が生じたとしても、炭化水素を過剰
に供給し、排出してしまうことを防止できる。

【００２２】また、請求項９に係る発明は、前記蒸発燃
料供給量設定手段は、空燃比のリーン度合いの大きい成
層混合気燃焼時に、蒸発燃料中の炭化水素のうち、排気
中の酸素と反応せず、窒素酸化物と還元反応を行うもの
の割合に基づいて、蒸発燃料の供給量を設定することを
特徴とする。

【００２３】(作用・効果)還元剤要求量算出手段は、空
燃比リーン度合いが大きい状態において触媒に供給され
た蒸発燃料中の炭化水素のうち、排気中の酸素と反応せ
ず、窒素酸化物を還元させる反応割合より算出すること
により、排出される窒素酸化物と反応するために必要な
適正な還元剤量を算出できる効果を持つ。

【００２４】また、請求項10に係る発明は、前記窒素酸
化物排出量算出手段は、機関の運転状態と、混合気の空
燃比とに基づいて窒素酸化物の基本排出量を求め、該基
本排出量を燃料噴射時期で補正して算出することを特徴
とする。 (作用・効果)窒素酸化物排出量の算出を、比較的簡単な
構成で、かつ、精度良く算出することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を図に
基づいて説明する。図２は、一実施形態のシステム構成
を示す。図において、内燃機関１の吸気通路２には、吸
入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ３が設けら
れ、また、該吸入空気流量Ｑを調整するスロットル弁
４、該スロットル弁４をバイパスする補助空気通路５、
該補助空気通路５を流れる補助空気流量を制御する補助
空気量制御弁６が設けられている。

【００２６】また、機関１のシリンダ部には、燃焼室７
内に燃料を噴射する燃料噴射弁８、燃焼室７内で火花点
火を行う点火プラグ９が設けられる。さらに、機関１の
排気通路10には、排気中の酸素濃度等から混合気の空燃
比を検出する空燃比センサ11が設けられ、下流部分に
は、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の排気汚染物質を浄化するた
めの排気浄化用触媒 (三元触媒) 21が介装されている。

【００２７】この他、機関のクランク角位置や機関回転
速度Ｎｅを検出するためのクランク角センサ12、機関冷
却水温度を検出する図示しない水温センサ等が設けられ
る。また、燃料タンク13から蒸発した燃料を導く蒸発燃
料通路14、該蒸発燃料通路14を介して導かれた蒸発燃料
を一時吸着して蓄える蒸発燃料蓄積部としての活性炭層
15、該活性炭層15を内蔵したキャニスタ16、前記スロッ
トル弁４上流の吸気通路２から前記キャニスタ16内の活
性炭層15に蒸発燃料パージ用の空気を導くためのパージ
エア導入通路17、活性炭層15から放出された蒸発燃料を
前記スロットル弁４下流の吸気通路２に導くためのパー
ジ通路18、該パージ通路18の流路面積を制御して蒸発燃
料のパージ量を制御するパージ制御弁19が設けられ、こ
れらによって蒸発燃料処理系が構成されている。なお、
蒸発燃料通路14、キャニスタ16、パージエア導入通路1
7、パージ通路18は、蒸発燃料供給手段を構成し、パー
ジ制御弁19と後述するコントロールユニット20とは、蒸
発燃料供給量制御手段を構成する。

【００２８】前記機関運転状態を検出する各種センサ類
の信号は、コントロールユニット (ＥＣＵ) 20に入力さ
れ、該コントロールユニット20は、これらの信号に応じ
て、前記補助空気量制御弁６、燃料噴射弁８、点火プラ
グ９、パージ制御弁19等のアクチュエータ類に駆動信号
を出力して、機関の各種制御を行う。次に前記システム
の作用を説明する。

【００２９】燃焼室７内における混合気の空燃比がリー
ンになるに従い、吸気のポンピングロスの低減などによ
り、一般に同一出力トルクを得るために必要な燃料が減
少し、したがって、燃費は改善される。ここで、ガソリ
ン等の燃料を吸気ポート内に噴射して燃焼室内に均一な
空燃比の混合気を形成し、火花点火するタイプの通常の
火花点火式機関においては、ガソリンの場合空燃比が25
辺りが安定的に燃焼を行える限界となっている。これに
対し、本実施形態のように、燃焼室７内に燃料を直接噴
射して点火プラグ９周りにのみ混合気を形成し、その他
の領域には空気を配するような成層混合気を形成して燃
焼を行えば、点火プラグ９周りでは燃焼可能な混合気が
存在しながら、実質的に燃焼室７内の平均空燃比として
は、更にリーンな状態を実現でき、更なる燃費の向上が
図れる。

【００３０】また、成層混合気状態で機関の運転を行う
場合、最大限に吸気を増加させても燃料量は相対的に少
ないため、発生トルクは小さくなる。したがって、成層
混合気燃焼は、通常比較的小さい負荷状態において用い
られ、負荷が大きい場合は混合気を燃焼室７内全体に満
たした状態での均質混合気での運転を行うようにする。

【００３１】一方、蒸発燃料の多くは機関の運転停止後
に発生するが、通常走行中も発生し、燃料温度の上昇に
伴い発生量は増加する。これらの蒸発燃料は、多くのシ
ステムではキャニスタ内の活性炭に吸着され、所定の運
転条件において、パージ制御弁を開いて吸着した蒸発燃
料を放出し、吸気系内から燃焼室に導いて処理してい
る。

【００３２】この際一般的に、空燃比制御や排気成分に
悪影響が出ないように、蒸発燃料の吸気系への導入量
は、吸気量や燃料噴射量に応じ比例的に制御する。但
し、前述したように成層混合気を形成した場合には、燃
焼に関与しない空気層に蒸発燃料が混入すると、未燃焼
のＨＣ成分として燃焼室から排出されることとなるの
で、通常は、該成層混合気の形成中は、蒸発燃料の放出
を行わないようにする。

【００３３】しかし、成層混合気を形成するような運転
条件で機関が運転され続けた場合、蒸発燃料の放出を行
う機会が無くなってしまうという問題がある。このよう
な、蒸発燃料を十分に処理できないという問題を、本発
明の実施形態では、以下のような制御を行うことにより
対処したものである。以下に、本実施形態の制御を、図
３以降に示したフローチャートに従って説明する。

【００３４】図３は、全体の制御の流れを示すフローチ
ャートである。ステップ301 では、機関の運転条件に応
じて、成層混合気を形成するか、均質混合気を形成する
かを判断する。この判断の詳細は、後述する。ステップ
302 では、ステップ301 での判断に基づき、均質混合気
を形成する場合はステップ303 へ進み、成層混合気を形
成する場合はステップ304 へ進む。

【００３５】ステップ303 では、均質混合気燃焼の場合
の制御を行う。これは、現在一般的に行われている制御
であるので、説明を省略する。ステップ304 では、現在
の運転状況に応じて、蒸発燃料のパージを行うか否かを
判断を行い、パージが不要の場合は本ルーチンを終了す
る。パージが必要な場合は、ステップ305 へ進み、ま
ず、窒素酸化物 (以下ＮＯｘという) の排出量を算出す
る。このＮＯｘ排出量の算出の詳細は、後述する。

【００３６】ステップ306 では、前記生成されたＮＯｘ
を還元するのに要する還元剤の要求量を算出する。この
算出の詳細は、後述する。ステップ307 では、前記還元
剤要求量に対し、実際にパージする還元剤としての蒸発
燃料の要求量を算出する。ステップ308 では、前記蒸発
燃料要求量に基づいて、前記パージ制御弁19の開度を制
御する。

【００３７】図４は、前記図３のステップ301 における
混合気形成の判断の一方法を示すフローチャートであ
る。この図４に示す機能が、混合気形成方法切換手段を
構成する。ステップ401 では、機関回転速度Ｎｅを読み
取り、ステップ402 では、機関の負荷、例えば基本燃料
噴射量等を読み取る。

【００３８】ステップ403 では、機関回転速度Ｎｅと機
関負荷とにより、予めこれらをパラメータとして設定さ
れた成層／均質混合気形成領域判定マップから、成層混
合気を形成すべき領域か、均質混合気を形成すべき領域
かを判断する。具体的には、中・低回転速度かつ中・低
負荷負荷領域において、成層混合気を形成すべき領域と
し、それ以外の領域を均質混合気を形成すべき領域と判
断する。

【００３９】図５は、前記図３のステップ304 における
蒸発燃料のパージを行う必要があるか否かを判断する一
方法を示すフローチャートである。ステップ601 では、
蒸発燃料のキャニスタ16への蓄積量つまり蒸発燃料量を
算出する。この蒸発燃料量算出ルーチンを、図８のフロ
ーチャートに従って説明する。

【００４０】ステップ110 では、内燃機関の始動後この
処理を実行するのが、最初の１回目であるか否かを判断
する。最初の１回目であるは判断された場合は、ステッ
プ120 へ進んで、初回の場合として蒸発燃料量の初期量
をＱｅｖａｐに設定する。(Ｑｅｖａｐ＝Ｑｅｖａｐ
ｉｎｔ) 。この初期値は、例えば、前回機関停止時の燃
料温度あるいはその推定値の関数として与える。推定方
法の１つとしては、機関停止時の機関冷却水温と、始動
からの機関運転継続時間とにより、そのそれぞれが大き
いほど、多くの蒸発燃料が発生する関係で、量を規定す
る方法などがある。

【００４１】ステップ130 では蒸発燃料放出のためのパ
ージ制御弁が開いているか否かを判断し，閉じている場
合はΔＱｅｖａｐが増加するのものとして、ステップ14
0 ではその増加量ΔＱｅｖａｐ (正値) を推定する。こ
の推定手法としては例えば、燃料温度あるいはその推定
値の関数として与える。ステップ150 では、逆にパージ
した結果の減少量ΔＱｅｖａｐ (負値) を推定する。こ
の推定手法としては例えば、ΔＱｅｖａｐを制御弁開度
と吸気負圧の関数として与える。

【００４２】ステップ160 では、Ｑｅｖａｐに対し、変
化量ΔＱｅｖａｐを加え、蒸発燃料量推定量とする (Ｑ
ｅｖａｐ←Ｑｅｖａｐ＋ΔＱｅｖａｐ) 。以上により蒸
発燃料量Ｑｅｖａｐつまり、キャニスタ内の蓄積蒸発燃
料量が推定される。図５に戻って、ステップ602 では、
前記蓄積量が所定の限界値に達しているか否かを判断
し、限界であればステップ603 へ進み、余裕があればス
テップ604 へ進む。

【００４３】ステップ603 では、設定空燃比をリッチに
補正しているか否かを判断し、リッチ補正中であればス
テップ604 へ進み、そうでない場合はステップ606 へ進
む。例えば、通常の設定空燃比で運転中に機関の安定度
が減少したときに、安定度を確保するため設定空燃比を
リッチ補正することがある。このように、リッチ補正し
ている場合、ＮＯｘの排出量は、所望の値より多くなる
が、このＮＯｘの排出量の増量を、成層混合気燃焼時の
蒸発燃料供給で還元処理するようにすれば、蒸発燃料の
処理量を増大できると共にＮＯｘ排出量を低減でき、し
かも、蒸発燃料の供給により、その分リッチ補正する燃
料噴射量を減少できるため燃費向上ともなる。そこで、
このような場合は、キャニスタ16への蒸発燃料の蓄積量
に余裕があるときでもステップ604 以降へ進み、可能な
限り蒸発燃料のパージを実行する。また、設定空燃比の
リッチ補正がされていない場合は、ＮＯｘを還元するの
に必要な量以上に蒸発燃料が供給されて、ＨＣ排出量が
増加する可能性があるので、ステップ606 へ進んで蒸発
燃料のパージを禁止する。

【００４４】ステップ604 では、排気浄化触媒21の活性
度を判断する。これは、触媒温度や、始動後の経過時間
等から判断する。そして、十分な浄化性能を有する程度
に活性化されていると判断された場合は、ステップ605
へ進んで蒸発燃料のパージを実行し、活性化されていな
いと判断された場合は、ステップ606 へ進んで蒸発燃料
のパージを禁止する。なお、このステップ604 の機能
が、触媒活性状態判断手段を構成する。

【００４５】図６は、図３のステップ305 におけるＮＯ
ｘ排出量の算出の一方法を、明らかにするための図であ
る。このステップ305 の機能が、ＮＯｘ排出量算出手段
を構成する。これは、所定の機関回転速度Ｎｅと負荷と
で定まる運転状態の空燃比とＮＯｘ排出量の関係を示す
特性図である。このような情報を、前記コントロールユ
ニット20 (のＲＯＭ) に格納しておくことにより、運転
条件と混合気の空燃比とからＮＯｘ排出量を算出する。
また、この特性は、成層混合気による燃焼の際のデータ
であり、均質混合気燃焼時のデータとは異なる。また、
成層混合気燃焼では、ＮＯｘ排出量の特性は燃料噴射時
期によっても変化するため、図７に示すように燃料噴射
時期に応じた補正係数を設定し、該補正係数を用いた補
正を行う。

【００４６】次に、前記図３のステップ306 において、
算出されたＮＯｘ排出量に基づいて還元剤の要求量を算
出する際の基本的な考え方を説明する。このステップ30
6 の機能が、還元剤要求量算出手段を構成する。通常の
ガソリン燃料を使用する場合、ガソリンは空気に対し質
量比で14.7分の１の場合に、理論空燃比燃焼となって、
ガソリン中に含まれる水素や炭素と、大気中の酸素の量
が釣り合う。また、大気中の酸素質量は、約25％を占め
ており、ガソリン１ｇに対する酸素量は、約3.7 ｇとな
る。

【００４７】このことから、前述のＮＯｘ排出量に基づ
いて、その窒素と結合している酸素量を算出し、この酸
素量と釣り合うガソリン質量を、還元剤であるガソリン
(蒸発燃料) の要求量として算出する。次に、図３のス
テップ307 での実際の蒸発燃料のパージ量の算出につい
て、説明する。このステップ307 の機能が、蒸発燃料供
給量設定手段を構成する。

【００４８】この算出の基本的な考え方は、ステップ30
6 で算出された還元剤の要求量に対し、実際に供給され
る還元剤量を少なめになるように算出する。これによ
り、少なくともＮＯｘの一部を還元できる効果を得られ
ると共に、ＮＯｘの排出量の推定に誤差があった場合で
も、蒸発燃料のＨＣ成分の排出を確実に防止することが
可能となる。この方法としては、ステップ306 での還元
剤要求量に対し一律に１より小の補正係数を乗じる方法
が簡易的である。

【００４９】また、パージにより吸気に混入した蒸発燃
料のうち、燃焼室内において成層混合気の可燃混合気部
分に混入したものは、燃えてしまうので、その燃焼分を
考慮して、敢えて減少補正しなくてもよいといった考え
方もある。これらの考え方をどの程度活かして実際の蒸
発燃料のパージ量を決定するかは、パージ流量制御の制
御精度をも考慮して、システム毎に決めるべきである。

【００５０】次に、図３のステップ308 でのパージ制御
弁19の制御について概略説明すると、パージ制御弁19の
開度を、前記ステップ307 で算出された蒸発燃料のパー
ジ量と、吸気負圧等と、に基づいて算出する。詳細は省
略するが、例えば、同一のパージ量を得る場合、機関運
転状態 (回転速度や負荷等) に基づいて推定された吸気
負圧が大きいときは、小さいときより開度を小さく制御
する。

【００５１】また、前記空燃比センサ11として、空燃比
をリニアに検出できる広域型のものを使用すれば、パー
ジ制御弁19の開度を小量ずつ増大していって、その結果
変化した空燃比を空燃比センサによって検出することに
より、実際の蒸発燃料のパージ量を推定して、フィード
バック制御するような構成としてもよく、制御精度が向
上する。なお、この方式では、前記ＮＯｘ排出量の推定
も、実際に検出された空燃比に基づいて高精度に行うこ
とも可能である。

【００５２】また、排気浄化触媒20において、還元剤と
してのＨＣは、ＮＯｘとのみ選択的に反応するわけでは
なく、排気中の酸素とも反応する。したがって、ＮＯｘ
を還元するために触媒に供給すべき還元剤の量は、前記
還元剤の必要量に対し、このＮＯｘと反応する還元剤の
比率分を増量して算出する。具体的には、空燃比40程度
の排気中に多くの酸素が含まれる場合には、必要量に対
し数倍から十数倍程度の還元剤を供給する必要があるの
で、これに応じて蒸発燃料のパージ量を制御する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施形態のシステム構成図。

【図３】同上実施形態に係る制御のメインルーチンを示
すフローチャート。

【図４】同じく、混合気形成方法切換のルーチンを示す
フローチャート。

【図５】同じく蒸発燃料のパージの要否を判断するルー
チンを示すフローチャート。

【図６】同じくＮＯｘ排出量の算出の一方法を明らかに
するための図。

【図７】同じくＮＯｘ排出量の算出に用いられる燃料噴
射時期に応じた補正係数を設定するための図。

【図８】同じく蒸発燃料のキャニスタへの蓄積量を推定
するルーチンを示すフローチャート。

【符号の説明】

１内燃機関２吸気通路７燃焼室８燃料噴射弁 10 排気通路 13 燃料タンク 14 蒸発燃料通路 15 活性炭層 16 キャニスタ 17 パージエア導入通路 18 パージ通路 19 パージ制御弁 20 コントロールユニット 21 排気浄化用触媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ｆ３０１Ｊ 41/04 ３３５ 41/04 ３３５Ｃ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｅ３０１Ｔ３０１Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも所定の条件で、燃焼室内に混合
気層と空気層との成層化状態を形成して燃焼を行う成層
混合気燃焼を行う一方、燃料系からの蒸発燃料を所定の
条件で吸気系に供給するようにし、かつ、排気系に排気
浄化用の触媒を備えた内燃機関の吸気制御装置におい
て、前記成層混合気燃焼時に、燃焼室から排出される窒素酸
化物の排出量に応じた量の蒸発燃料を吸気系に供給し、
蒸発燃料の炭化水素成分を成層混合気の空気層に混入さ
せて未燃焼のまま排気系に排出させ、前記触媒にて窒素
酸化物の還元に供するようにしたことを特徴とする内燃
機関の吸気制御装置。
【請求項２】燃焼室内に混合気層と空気層との成層化状
態を形成して燃焼を行う成層混合気燃焼と、燃焼室内に
均質な混合気を形成して燃焼を行う均質混合気燃焼と、
を、機関の運転条件に応じて切り換えて行う混合気形成
切換手段と、燃料供給系から蒸発した燃料を、機関の吸気系に供給す
る蒸発燃料供給手段と、前記蒸発燃料の吸気系への供給量を制御する蒸発燃料供
給量制御手段と、燃焼室から排出される窒素酸化物の量を算出する窒素酸
化物排出量算出手段と、前記窒素酸化物排出量算出手段により算出された窒素酸
化物排出量に対し、機関の排気系に介装された排気浄化
用の触媒で窒素酸化物の還元を行うのに必要な炭化水素
量を算出する還元剤要求量算出手段と、成層混合気燃焼時に、前記還元剤要求量に応じた量の蒸
発燃料を吸気系に供給するように供給量を設定する蒸発
燃料供給量設定手段と、を含んで構成され、前記成層混合気燃焼時に吸気系に供給された蒸発燃料の
炭化水素成分を成層混合気の空気層に混入させて未燃焼
のまま排気系に排出させ、窒素酸化物の還元に供するよ
うにしたことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項３】前記窒素酸化物排出量算出手段は、機関の
運転状態、混合気の空燃比及び燃料噴射時期に基づいて
窒素酸化物の排出量を算出することを特徴とする請求項
２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項４】前記蒸発燃料供給手段は、燃料系から蒸発
した燃料を一時的に蓄積する蒸発燃料蓄積部を備え、前記蒸発燃料蓄積部における蒸発燃料の蓄積量を算出す
る蒸発燃料蓄積量算出手段を含んで構成され、前記成層混合気燃焼時の蒸発燃料の供給は、前記蒸発燃
料の蓄積量が限界値付近となったときに、行うようにし
たことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の内燃
機関の吸気制御装置。
【請求項５】前記成層混合気燃焼時の蒸発燃料の供給
は、前記窒素酸化物排出量算出手段によって算出される
窒素酸化物排出量が所定以上のときに、行うようにした
ことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに
記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項６】前記成層混合気燃焼時の蒸発燃料の供給
は、燃焼安定度の悪化に起因して混合気の設定空燃比を
リッチ補正しているときに、行うようにしたことを特徴
とする請求項２〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃
機関の吸気制御装置。
【請求項７】前記排気浄化用触媒の活性状態を判断する
触媒活性状態判断手段を含んで構成され、前記成層混合気燃焼時の蒸発燃料の供給は、窒素酸化物
の還元が進行するには触媒活性が十分でないと判断され
たときは、禁止するようにしたことを特徴とする請求項
２〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気制
御装置。
【請求項８】前記蒸発燃料供給量設定手段は、前記還元
剤要求量算出手段により算出された還元剤要求量に対し
て、蒸発燃料の供給量を少なめとなるように設定するこ
とを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記
載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項９】前記蒸発燃料供給量設定手段は、空燃比の
リーン度合いの大きい成層混合気燃焼時に、蒸発燃料中
の炭化水素のうち、排気中の酸素と反応せず、窒素酸化
物と還元反応を行うものの割合に基づいて、蒸発燃料の
供給量を設定することを特徴とする請求項１〜請求項８
のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項10】前記窒素酸化物排出量算出手段は、機関の
運転状態と、混合気の空燃比とに基づいて窒素酸化物の
基本排出量を求め、該基本排出量を燃料噴射時期で補正
して算出することを特徴とする請求項２〜請求項９のい
ずれか１つに記載の内燃機関の吸気制御装置。