JP2005291138A

JP2005291138A - 内燃機関のキャニスタパージ制御装置

Info

Publication number: JP2005291138A
Application number: JP2004109574A
Authority: JP
Inventors: Shinsaku Tsukada; 伸作塚田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】
燃料タンクで蒸発した燃料を貯蔵するキャニスタと、貯蔵した蒸発燃料を機関吸気管に放出するパージバルブと、放出される蒸発燃料のＨＣ濃度を検出するエバポ濃度センサと、検出されたエバポ濃度に応じて機関燃料噴射量を制御する内燃機関において、液化した蒸発燃料によるエバポ濃度センサの特性変化，変質および腐食を防止することができる内燃機関のキャニスタパージ制御装置を提供する。
【解決手段】
上記課題はエバポ濃度センサの設置位置を、蒸発燃料を貯蔵するキャニスタより上方とすること、または蒸発燃料を機関吸気管に放出するパージバルブより上方とすること、または、機関吸気管への放出場所よりも上方とすること、または、さらに液化燃料を燃料タンクに循環させる配管をエバポ濃度センサより下方に設置することにより解決される。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関のキャニスタパージ制御装置に係り、蒸発燃料のＨＣ濃度を検出するセンサの動作不良や、変質を防止し得るセンサ配置に関する。

一般に内燃機関には、燃料噴射弁による燃料供給のほか、燃料タンク内で発生する蒸発燃料（エバポガス）を吸気系に放出して供給するエバポパージ処理を行うものがある。該エバポパージ処理は、前記エバポガスをキャニスタに回収・吸着させた後、該キャニスタに外気を導入することによって前記吸気系に放出することが知られている。

そして、この場合には、前記エバポパージ処理による燃料と、前記燃料噴射弁による燃料とを合わせた空燃比制御が必要であることから、前記エバポガスのＨＣ濃度を考慮したパージ制御装置に関する技術が各種成案されている。

例えば、燃料タンク内で発生する蒸発燃料を貯蔵するキャニスタと、キャニスタ内に保持されている蒸発燃料を燃料噴射弁の上流に放出する機構を備え、燃料噴射弁上流に酸素濃度センサを備えている。この内燃機関では酸素濃度センサより、吸気通路内の蒸発燃料のエバポ濃度が検出される。検出されたエバポ濃度に基づいて、燃料噴射量を制御することで、蒸発燃料の影響を低減させている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、キャニスタと吸気管を結ぶパージ通路にエバポ濃度センサを設置し、パージ通路から機関吸気管に放出される蒸発燃料が機関吸入空気量に対して一定の比率になるように蒸発燃料の放出量を制御し、機関空燃比が該センサの上方を用いて機関空燃比が目標値になるように燃料噴射量を補正している（例えば、特許文献２参照）。

このように、機関吸気管の放出される蒸発燃料のエバポに応じて燃料噴射量を精度よく制御する為には、蒸発燃料のエバポ濃度センサを用いることが必要であるが、運転状態や、機関周辺環境によっては蒸発した燃料がパージ通路内で、冷却され液化することがある。また一般的にセンサはガソリン等の燃料に長時間接触すると、特性変化や、変質，腐食などの恐れがある。

特開平１−３１０１５６号公報特開２０００−２７７１８号公報

ところで、前記のエバポ濃度センサを用いたパージ制御装置は、いずれも液化した蒸発燃料によるセンサの保護に対して格別の配慮がされていない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、該センサとキャニスタおよびパージバルブ等のパージ配管の取り付け位置を最適化することで、液化した蒸発燃料による該センサの特性変化，変質および破損を防止することができる内燃機関のキャニスタパージ制御装置を提供することにある。

上記目的は、「燃料タンクで蒸発した燃料を貯蔵するキャニスタと、貯蔵した蒸発燃料を機関吸気管に放出するパージバルブと、放出される蒸発燃料のＨＣ濃度を検出するエバポ濃度センサと、検出されたエバポ濃度に応じて機関燃料噴射量を制御する内燃機関において、エバポ濃度センサを前記キャニスタより上方に設置することを特徴としたキャニスタパージ装置」によっても達成される。また上記目的は、「燃料タンクで蒸発した燃料を貯蔵するキャニスタと、貯蔵した蒸発燃料を機関吸気管に放出するパージバルブと、放出される蒸発燃料のＨＣ濃度を検出するエバポ濃度センサと、検出されたエバポ濃度に応じて機関燃料噴射量を制御する内燃機関において、エバポ濃度センサをパージバルブよりも上方に設置することを特徴としたキャニスタパージ装置」によっても達成される。また上記目的は、「燃料タンクで蒸発した燃料を貯蔵するキャニスタと、貯蔵した蒸発燃料を機関吸気管に放出するパージバルブと、放出される蒸発燃料のＨＣ濃度を検出するエバポ濃度センサと、検出されたエバポ濃度に応じて機関燃料噴射量を制御する内燃機関において、エバポ濃度センサを蒸発燃料の機関吸気管の放出部よりも上方に設置することを特徴としたキャニスタパージ装置」によっても達成される。また上記目的は、「燃料タンクで蒸発した燃料を貯蔵するキャニスタと、貯蔵した蒸発燃料を機関吸気管に放出するパージバルブと、放出される蒸発燃料のＨＣ濃度を検出するエバポ濃度センサと、検出されたエバポ濃度に応じて機関燃料噴射量を制御する内燃機関において、キャニスタから機関吸気管への放出部内で液化した蒸発燃料を機関燃料タンクへ循環させる手段を設けた、内燃機関のキャニスタパージ装置」によっても達成される。

本発明の内燃機関のキャニスタパージ制御装置によれば、パージ内にて液化した蒸発燃料をエバポ濃度センサ部に滞留することがないように、該センサの取り付け位置をキャニスタより上方に取り付けるなどの配慮により、該センサの特性変化や、腐食するのを防止することができる。

以下、図面に基づいて本発明に係る内燃機関の実施形態について詳細に説明する。

図１は、本実施形態の内燃機関のパージ制御装置を備えたエンジンシステムの全体構成を示したものである。

内燃機関１は、吸気マニホールド１１及び排気マニホールド２１が設置され、前記吸気マニホールド１１は、分岐した吸気管として構成されている。

また、該吸気マニホールド１１は、サージタンク９及びスロットルボディ５を介してエアクリーナ２に接続されており、エアクリーナ２の入り口部３から吸入された空気は、吸気ダクト４を通ってスロットルボディ５に入る。該吸気ダクト４には、吸気空気量を検出する空気流量計（エアフローメータ）７さらに該スロットルボディ５には、空気流量を制御する絞り弁６、及び該絞り弁６の開度を計測するスロットルセンサ８が各々の適宜位置に設置されている。そして、スロットルボディ５を通った空気はサージタンク９に入り、吸気マニホールド１１を介して気筒２７内に入る。

一方、燃料タンク１３内の燃料は、燃料ポンプ２６で吸引・加圧され、燃料フィルタ
１５を通り、吸気マニホールド１１に設置された燃料を燃焼室に噴射する手段の一態様である燃料噴射弁（インジェクタ）１２に供給されて噴射される。ここで、燃料タンク１３内で発生した蒸発燃料（エバポガス）は、配管４６を通って蒸発燃料を回収する手段の一態様であるキャニスタ４０に吸着され、一時回収される。キャニスタ４０には、外気を導入する空気導入口４５が設けられている。回収燃料は、内燃機関１の運転中において、空気導入口４５からの空気とともに、配管４７，燃料を燃焼室に放出する手段の一態様であるキャニスタパージバルブ４１を経由して、サージタンク９に導かれた後に気筒２７に供給され、エバポガスの外部への排出が抑制される。キャニスタパージバルブ４１の通電により負圧が導入され、パージ流量が調整・制御される。更に本実施形態では配管４７に蒸発燃料のＨＣ濃度を検出するエバポ濃度センサ５０を設置している。

前記パージ流量は、内燃機関１への吸入空気量に比例したパージ率として制御され、前記エバポ濃度センサによるＨＣ濃度と合わせて、目標空燃比となるように機関燃料噴射量を補正する。

気筒２７内の混合気は、点火プラグ１８によって点火・燃焼された後、排気マニホールド２１側に送られ、触媒２３で浄化された後に大気に排出される。排気マニホールド２１の適宜位置には、機関空燃比を検出する手段の一態様であるＯ₂ センサ２２が配置されている。

機関燃料噴射時期及び点火時期を制御するための基礎信号であるカム角センサ１７，空気流量計（エアフローメータ）７，スロットルセンサ８，Ｏ₂ センサ２２，蒸発燃料の
ＨＣ濃度を検出するエバポ濃度センサ５０および図示のない内燃機関１の温度を検出する水温センサ２０，クランク角センサ等のエンジン状態を表す信号は、パージ制御装置を備えたエンジン制御装置
（コントロールユニット）３０に入力される。該コントロールユニット３０は、これらの信号に基づいて、所定の演算処理を行って空燃比制御等の各種制御を行い、インジェクタ１２，点火プラグ１８およびキャニスタパージバルブ４１等に各駆動信号を出力する。

図２は、コントロールユニット３０の内部構成を示したものである。

該コントロールユニット３０は、ＭＰＵ３１，読み書き自由なＲＡＭ３２，読み出し専用ＲＯＭ３３，入出力を制御するＩ／ＯＬＳＩ３４から構成され各データのやりとりが行われる。具体的には、ＭＰＵ６０は、空気流量計（エアフローメータ），Ｏ₂ センサ２２，スロットルセンサ８，エバポ濃度センサ５０等の前記エンジン状態を表す信号をＩ／
ＯＬＳＩ３４から受け取り、ＲＯＭ３３に記憶された処理内容を順次呼び出した所定の処理を行い、ＲＡＭ３２に記憶させた後、再びＩ／ＯＬＳＩ３４からインジェクタ１２，点火プラグ１９，キャニスタパージバルブ４１，フューエルポンプ２６等に各駆動信号を出力している。

次に本実施例の作用について説明する。

内燃機関運転中において、所定の条件によってパージバルブが開放され、キャニスタに吸着された蒸発燃料が、吸気管に放出される。この時、パージ配管内の温度が所定値以上であれば、蒸発燃料としてパージされるが、温度等の条件が所定値以下であるときはパージされる前に蒸発燃料が液化し配管内に滞留する。

更に、機関停止後は、エンジンからの発熱がなくなる為、パージ配管内温度が低下し、液化される量は増加する。この時、即パージバルブが開放されれば、吸気管の負圧によって、速やかに吸気管内に導入されるが、機関運転条件によって長時間パージを実施しなかった場合や、機関の運転が停止した場合などは、パージが再開されるまで、長時間液化燃料がパージ配管内に滞留し続ける。

この時エバポ濃度センサが、キャニスタより下方に設置されていると、液化燃料がエバポ濃度センサ部に留まることになる。液化された蒸発燃料は、蒸発前の燃料（例えばガソリン）と同等の性質をであり、長時間該センサが接触していると、特性変化や、変質，腐食などの恐れがある。

したがって、該センサをキャニスタよりも上方に設置させることで、液化燃料の滞留を防止する。前述の内容を図示すると図３のようになる。すなわちエバポ濃度センサ取り付け位置Ａをキャニスタ取り付け位置Ｂよりも上方にとすることで、本課題を解決することができる。

また、図４にあるように該センサ取り付け位置Ａを、パージバルブの取り付け位置Ｃまたは、吸気管のパージ開放部位置Ｄより上方に設置していても、液化した蒸発燃料は該センサ部に滞留することなく、該センサへの影響が防止できる。

さらに、機関の構造上エバポ濃度センサが前述のキャニスタ，パージバルブおよび吸気管のパージ開放部より、下方に設置せざるを得ない時は、図５にあるように液化燃料を燃料タンクに還流させる配管（還流管）５２をエバポ濃度センサの下方に設け、液化燃料によるエバポ濃度センサへの影響を防止する。

また、この還流管５２に遮断弁５１を設置することで、機関停止中の燃料タンクで発生するエバポの流入防止および、パージ中にキャニスタ内の吸着燃料の放出を防止することができる。

以上のように、本発明の形態は、上記の構成としたことによって次の機能を奏するものである。

すなわち、本実施の形態の内燃機関のパージ制御装置の目的とするところは、エバポ濃度センサとキャニスタおよびパージバルブ等のパージ配管の取り付け位置を最適化することで、液化した蒸発燃料による該センサの特性変化，変質および破損を防止することができる内燃機関のキャニスタパージ制御装置を提供することにある。

以上、本発明の一実施形態について詳説したが、本発明は前記実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。

本実施形態の内燃機関のキャニスタパージ制御装置を備えたエンジンシステムの全体構成図。図１のキャニスタパージ制御装置を備えたコントロールユニットの内部構成図。図１のキャニスタパージ制御装置のエバポ濃度センサ配置図１。図１のキャニスタパージ制御装置のエバポ濃度センサ配置図２。図１のキャニスタパージ制御装置のエバポ濃度センサ配置図３。

符号の説明

７…空気流量計（エアフローメータ）、８…スロットルバルブ開度検出手段（スロットルセンサ）、１２…燃料を燃焼室に噴射する手段（インジェクタ）、２２…排気ガスの酸素濃度を検出する手段（Ｏ₂ センサ）、４０…蒸発燃料貯蔵装置（キャニスタ）、４１…蒸発燃料を燃焼室に放出する手段（キャニスタパージバルブ）、５０…蒸発燃料のＨＣ濃度を検出する手段（エバポ濃度センサ）。

Claims

燃料タンクで蒸発した燃料を貯蔵するキャニスタと、貯蔵した蒸発燃料を機関吸気管に放出するパージバルブと、放出される蒸発燃料のＨＣ濃度を検出するエバポ濃度センサと、検出されたエバポ濃度に応じて機関燃料噴射量を制御する内燃機関において、エバポ濃度センサを前記キャニスタより上方に設置することを特徴としたキャニスタパージ装置。
燃料タンクで蒸発した燃料を貯蔵するキャニスタと、貯蔵した蒸発燃料を機関吸気管に放出するパージバルブと、放出される蒸発燃料のＨＣ濃度を検出するエバポ濃度センサと、検出されたエバポ濃度に応じて機関燃料噴射量を制御する内燃機関において、エバポ濃度センサをパージバルブよりも上方に設置することを特徴としたキャニスタパージ装置。
燃料タンクで蒸発した燃料を貯蔵するキャニスタと、貯蔵した蒸発燃料を機関吸気管に放出するパージバルブと、放出される蒸発燃料のＨＣ濃度を検出するエバポ濃度センサと、検出されたエバポ濃度に応じて機関燃料噴射量を制御する内燃機関において、エバポ濃度センサを蒸発燃料の機関吸気管の放出部よりも上方に設置することを特徴としたキャニスタパージ装置。
燃料タンクで蒸発した燃料を貯蔵するキャニスタと、貯蔵した蒸発燃料を機関吸気管に放出するパージバルブと、放出される蒸発燃料のＨＣ濃度を検出するエバポ濃度センサと、検出されたエバポ濃度に応じて機関燃料噴射量を制御する内燃機関において、キャニスタから機関吸気管への放出部内で液化した蒸発燃料を機関燃料タンクへ循環させる手段を設けた内燃機関のキャニスタパージ装置。
請求項４に記載の内燃機関のキャニスタパージ装置において、エバポ濃度センサより下方に液化蒸発燃料の循環用配管を設置することを特徴とした内燃機関のキャニスタパージ制御。
請求項５に記載の内燃機関のキャニスタパージ装置において、液化蒸発燃料の循環用配管に、蒸発燃料および液化蒸発燃料を遮断する手段を設置することを特徴とした内燃機関のキャニスタパージ装置。