JP2007332806A - 内燃機関の燃料蒸気処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス流を空気としたときの差圧と、混合気としたときの差圧との差圧比から混合気中の燃料濃度を測定するものにおいて、燃料濃度の測定が正常に行われない場合にも、パージの実施によって空燃比が急激に変動しないようにすることが可能な内燃機関の燃料蒸気処理装置を提供する。
【解決手段】圧力計測に基づく濃度検出ルーチンによって検出された燃料濃度ｅｌｃｍが燃料濃度所定値ｅｌｃｍ＿ｍｉｎよりも小さな値であるかどうかを判断し（ステップＳ３０４）、肯定判断である場合には、圧力計測に基づく濃度検出ルーチンにて異常な検出を行ったものと判断し、パージ制御弁の開度が目標開度に到達するまでの当該パージ制御弁の開放速度について、パージ通常制御にて設定される開放速度に比べて低い開放速度に設定してパージするパージ徐変制御ルーチンを実行する（ステップＳ３０５）。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の燃料蒸気処理に関するものである。

従来、パージの実施によって空燃比が急激に変動しないようにする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の技術によれば、全開時のパージ率、目標パージ率、及びパージ率徐変値（パージ率をいきなり大きく変更すると補正が追いつかず最適な空燃比を保てなくなってしまうので、これを避けるための制御値）のうちの最小値を最終パージ率として決定し、この決定した最終パージ率に基づいてパージ制御を実行する。
特開平７−８３０９６号公報

上記従来技術は、パージの実施前に混合気中の燃料濃度が検出できないため、パージ率徐変値を含めて最終パージ率を決定している。そして、この決定した最終パージ率に基づいて求めたデューティ比でパージ制御弁を駆動することで、パージ制御弁の開度が徐々に大きくなり、その結果、空燃比が急激に変動しないようにしている。

本出願人は、この点に鑑みて、混合気のパージの実施とは無関係に、混合気中の燃料濃度を測定することが可能な装置を発明し、出願した（特願２００４−３７７４５２号）。この装置では、絞りを有する計測通路にポンプを設けて、その計測通路にガス流を発生可能にするとともに、この計測通路を流れるガスを大気中の空気と、燃料蒸気を含む混合気とのいずれかに切替える切替弁を設けている。そして、計測通路内にガス流が生じているときに、絞りの前後で生じる差圧を計測する差圧センサを設けて、ガス流を空気としたときの差圧と、燃料蒸気を含む混合気としたときの差圧をそれぞれ計測する。

ここで、混合気に含まれる燃料濃度が高くなるほど、混合気の密度が高まるため、絞りでの差圧が大きくなる。そして、ガス流を空気としたときの差圧と、混合気としたときの差圧との差圧比と燃料濃度とは、ほぼ比例関係を有するので、その差圧比から燃料濃度を求めることができる。

本出願人が発明した上記装置を採用することで、パージの実施前に混合気中の燃料濃度が測定できるため、パージ制御弁の開度を急激に大きくしてパージを実施しても、最適な空燃比を保つことが可能になる。しかしながら、これは、燃料濃度が正常に測定されることが前提であり、万一、正常に測定できない場合であっても、パージの実施によって空燃比が急激に変動しないようにする必要がある。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたもので、ガス流を空気としたときの差圧と、混合気としたときの差圧との差圧比から混合気中の燃料濃度を測定するものにおいて、燃料濃度の測定が正常に行われない場合にも、パージの実施によって空燃比が急激に変動しないようにすることが可能な内燃機関の燃料蒸気処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の内燃機関の燃料蒸気処理装置は、
燃料タンク内から導入通路を介して導かれた燃料蒸気を一時的に吸着する吸着材を有するキャニスタと、
吸着材に吸着した燃料蒸気が当該吸着材から離脱して混合気となったとき、その混合気を内燃機関の吸気管に導くパージ管と、
パージ管に配置され、そのパージ管から吸気管へパージされる燃料蒸気を含む混合気のパージ流量を制御するパージ制御弁と、
絞りを備える計測通路と、
計測通路にガス流を発生させるガス流発生手段と、
ガス流発生手段がガス流を発生させたときに、絞りによって生じる圧力を計測する圧力計測手段と、
パージ制御弁が閉じているときに計測状態を切替えるものであって、計測通路を大気に開放して、計測通路に流れるガスを空気とする第１の計測状態と、計測通路をキャニスタに連通して、計測通路に流れるガスをキャニスタからの燃料蒸気を含む混合気とする第２の計測状態とに切替える計測通路切替手段と、
第１の計測状態のときに圧力計測手段によって計測される第１の圧力と、第２の計測状態のときに圧力計測手段によって計測される第２の圧力とに基づいて、混合気中の燃料状態を検出する第１燃料状態検出手段と、を備えるものにおいて、
第１燃料状態検出手段が正常な検出を行ったか、異常な検出を行ったかを判定する判定手段と、
パージ制御弁を開放して吸気管に燃料蒸気を含む混合気をパージする際、判定手段が異常な検出を行ったと判定した場合には、パージ制御弁の開度が目標開度に到達するまでの当該パージ制御弁の開放速度について、判定手段が正常な検出を行ったと判定した場合に設定されるパージ制御弁の開放速度に比べて低い開放速度に設定するパージ制御弁開放速度設定手段と、を備えることを特徴とする。

これにより、第１燃料状態検出手段が異常な検出を行った場合には、、パージ制御弁の開度が全閉状態から目標開度に到達するまでの開放速度を、正常な検出を行ったと判定した場合に設定されるパージ制御弁の開放速度に比べて低い開放速度に設定したうえでパージするようになるため、空燃比が急激に変動しないようにすることができる。

請求項２に記載の内燃機関の燃料蒸気処理装置によれば、
内燃機関の運転状態に基づいて算出されるパージ流量の許容上限値と、第１燃料状態検出手段の検出した燃料状態に基づいて算出される予想パージ流量とから、パージ制御弁の目標開度を算出する目標開度算出手段を備え、
パージ制御弁開放速度設定手段は、判定手段が正常な検出を行ったと判定した場合には、パージ制御弁の開度が目標開度に到達するまでの当該パージ制御弁の開放速度について、目標開度にできるだけ速く到達することのできる開放速度に設定することを特徴とする。

これにより、適性な空燃比を維持しながら、燃料蒸気を含む混合気を速やかにパージすることができるようになる。

請求項３に記載のように、判定手段は、第１燃料状態検出手段の検出した燃料状態が、所定の燃料状態よりも希薄な燃料状態の場合に、異常な検出を行ったと判定することが好ましい。

例えば、圧力計測手段が一時的に故障した場合、第１燃料状態検出手段の検出した燃料状態は、所定の燃料状態よりも希薄な燃料状態（例えば、パージする必要がない程度に希薄な燃料状態）を示すことが多いからである。

なお、請求項４に記載のように、内燃機関の排気管に設けられ、当該内燃機関から排出される排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
パージ制御弁が開いているときに、空燃比センサによって検出される空燃比の目標空燃比からの空燃比ずれ量に基づいて、混合気中の燃料状態を検出する第２燃料状態検出手段と、を備え、
判定手段は、第１燃料状態検出手段の検出した燃料状態と、第２燃料状態検出手段の検出した燃料状態とを比較して判定するようにしてもよい。

第１燃料状態検出手段の検出した燃料状態と、第２燃料状態検出手段の検出した燃料状態とが大きく異なる場合、空燃比センサが誤検出しない限り、第１燃料状態検出手段が異常な検出を行ったことがわかるからである。

以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態による燃料蒸気処理装置の構成を示す構成図である。本実施形態による燃料蒸気処理装置は、例えば自動車のエンジンに適用され、内燃機関であるエンジン１の燃料タンク１１は、導入通路であるエバポライン１２を介してキャニスタ１３と接続されている。

キャニスタ１３内には吸着材１４が充填されており、燃料タンク１１内で発生した燃料蒸気を吸着材１４で一時的に吸着する。キャニスタ１３は、パージ管であるパージライン１５を介してエンジン１の吸気管２と接続されている。パージライン１５には、パージ制御弁としてのパージバルブ１６が設けられ、その開き時にはキャニスタ１３と吸気管２とが連通するようになっている。

なお、キャニスタ１３における、エバポライン１２の接続位置と、パージライン１５の接続位置との間の、キャニスタ１３の内部に仕切板１４ａが設けられ、エバポライン１２から導入された燃料蒸気が、吸着材１４に吸着されることなく、パージライン１５から放出されることを防止している。また、キャニスタ１３には、後述するように大気ライン１７も接続されている。この大気ライン１７の接続位置とパージライン１５の接続位置との間の、キャニスタ１３の内部には、吸着材１４の充填深さとほぼ同じ深さの仕切板１４ｂが設けられている。これにより、エバポライン１２から導入された燃料蒸気が大気ラインから放出されることを防止するようにしている。

パージ制御弁としてのパージバルブ１６は電磁弁であり、エンジン１の各部を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ３０）によって、その開度や開放速度が調整される。パージライン１５を流れる燃料蒸気を含む混合気の流量は、パージバルブ１６の開度によって制御され、その流量が制御された混合気が、スロットルバルブ３によって発生される吸気管２内の負圧により吸気管２内にパージされ、インジェクタ４からの噴射燃料とともに燃焼される（以下、適宜、パージされる燃料蒸気を含む混合気をパージガスという）。

キャニスタ１３には、先端がフィルタを介して大気に開放する大気ライン１７が接続されている。この大気ライン１７には、キャニスタ１３を大気ライン１７とポンプ２６の吸入側のいずれかに連通させる切替弁１８が設けられている。なお、切替弁１８は、ＥＣＵ３０による非駆動時には、キャニスタ１３を大気ライン１７に連通させる第１位置にあり、駆動時に、キャニスタ１３をポンプ２６の吸入側に連通させる第２位置に切替られる。

パージライン１５から分岐する分岐ライン１９は、３位置弁２１の一方の入力ポートに接続されている。また、３位置弁２１の他方の入力ポートには、フィルタを介して大気に開放されるポンプ２６の吐出ライン２７から分岐する空気供給ライン２０が接続されている。３位置弁２１の出力ポートには、計測通路である計測ライン２２が接続されている。

３位置弁２１は計測通路切替手段であり、ＥＣＵ３０によって空気供給ライン２０を計測ライン２２に接続する第１位置、計測ライン２２に対して空気供給ライン２０および分岐ライン１９のいずれとの連通も遮断する第２位置、および分岐ライン１９を計測ライン２２に接続する第３位置のいずれかに切り替えられる。なお、非駆動時、３位置弁２１は第１位置となるように構成されている。

計測ライン２２には、絞り２３およびポンプ２６が設けられている。ガス流発生手段であるポンプ２６は電動ポンプであり、駆動時に絞り２３側を吸入側として計測ライン２２にガスを流動させるもので、その駆動のオンオフおよび回転数がＥＣＵ３０により制御される。ＥＣＵ３０は、ポンプ２６を駆動する際、その回転数が予め設定した所定値で一定となるように制御する。

従って、図２に示すように、切替弁１８は第１位置のまま、３位置弁２１を第１の位置とした状態で、ＥＣＵ３０がポンプ２６を駆動すると、計測ライン２２を空気が流動する「第１の計測状態」となる。また、図３に示すように、３位置弁２１を第３の位置とした状態でポンプ２６を駆動すると、大気ライン１７、キャニスタ１３、分岐ライン１９までのパージライン１５の一部、および分岐ライン１９を介して供給される燃料蒸気を含む混合気が計測ライン２２を流動する「第２の計測状態」となる。

また、計測ライン２２には、絞り２３の下流側、すなわち、絞り２３とポンプ２６との間に、圧力計測手段である圧力センサ２４の一方の端が接続されている。この圧力センサ２４の他方の端は大気に開放しており、圧力センサ２４によって、大気圧と計測ライン２２の絞り２３よりも下流側の圧力との差圧が検出される。この圧力センサ２４によって計測された圧力はＥＣＵ３０に出力される。

ＥＣＵ３０は、吸気管２に設けられて吸入空気量を調整するスロットルバルブ３の開度、インジェクタ４からの燃料噴射量、パージバルブ１６の開度等を種々のセンサによって検出された検出値に基づいて制御する。例えば、吸気管２に設けたエアフローセンサ３１により検出される吸入空気量、吸気圧センサ（図示せず）により検出される吸気圧、排気管５に設けた空燃比センサ６により検出される空燃比の他、イグニッション信号、エンジン回転数、エンジン冷却水温、アクセル開度等に基づいて、スロットル開度、燃料噴射量、パージバルブ１６の開度等を制御する。

以下、本実施形態のＥＣＵ３０の制御処理について詳述する。図４は、空燃比フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ＥＣＵ３０において一定カム角度毎に実行されるものである。このルーチンでは、空燃比センサ６からの出力電圧を入力し、混合気のリッチ・リーン判定を行う。そして、リッチ状態からリーン状態に反転した場合及びリーン状態からリッチ状態に反転した場合は燃料噴射量を増減すべく空燃比補正係数ＦＡＦを段階状に変化（スキップ）させるとともに、リッチ状態又はリーン状態のときには空燃比補正係数ＦＡＦを徐々に増減させる。

図４に示すステップＳ１０１では、空燃比フィードバック制御が許容されるか否かを判断する。すなわち、
（１）始動時でない
（２）燃料カット中でない
（３）冷却水温度（ＴＨＷ）≧０°Ｃ
（４）空燃比センサ６が活性状態である
の全ての条件（以下、Ｆ／Ｂ条件）が満足されたときに空燃比フィードバック制御が許容され、何れか１つの条件が満足されないときは空燃比フィードバック制御は許容されない。

ステップＳ１０１で肯定判断されたときはステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、空燃比センサ６の出力電圧Ｖ_ＯＸを読み込み、ステップＳ１０３において、その出力電圧Ｖ_ＯＸが、所定の基準電圧Ｖ_Ｒ（例えば０．４５Ｖ）以下であるか否かを判断する。ステップＳ１０３で肯定判断された場合は、排気ガスの空燃比はリーンであるとしてステップＳ１０４に進み、空燃比フラグＸＯＸを“０”にセットする。

次いで、ステップＳ１０５において、空燃比フラグＸＯＸと状態維持フラグＸＯＸＯとが一致しているか否かを判断する。ステップＳ１０５で肯定判断されたときは、リーン状態が継続しているものとして、ステップＳ１０６で空燃比補正係数ＦＡＦをリーン積分量“ａ”増加してこのルーチンを終了する。一方、ステップＳ１０５で否定判断されたときは、リッチ状態からリーン状態に反転したものとして、ステップＳ１０７にて空燃比補正係数ＦＡＦをリーンスキップ量“Ａ”増加する。なお、リーンスキップ量“Ａ”はリーン積分量“ａ”に比較して十分大に設定する。そして、ステップＳ１０８で状態維持フラグＸＯＸＯをリセットしてこのルーチンを終了する。

ステップＳ１０３で否定判断された場合は、排気ガスの空燃比はリッチであるとしてステップＳ１０９に進み、空燃比フラグＸＯＸを“１”にセットする。そして、ステップＳ１１０で空燃比フラグＸＯＸと状態維持フラグＸＯＸＯとが一致しているか否かを判断する。ステップＳ１１０で肯定判断されたときは、リッチ状態が継続しているものとして、ステップＳ１１１で空燃比補正係数ＦＡＦをリッチ積分量“ｂ”減少してこのルーチンを終了する。一方、ステップＳ１１０で否定判断されたときは、リーン状態からリッチ状態に反転したものとしてステップＳ１１２に進み、空燃比補正係数ＦＡＦをリッチスキップ量“Ｂ”減少する。なおリッチスキップ量“Ｂ”はリッチ積分量“ｂ”に比較して十分大に設定する。

ステップＳ１１３では、状態維持フラグＸＯＸＯを“１”にセットしてこのルーチンを終了する。なお、ステップＳ１０１で否定判断されたときは、ステップＳ１１４に進み空燃比補正係数ＦＡＦを“１．０”にセットしてこのルーチンを終了する。

図５は、キャニスタ１３からパージされるパージガス中の燃料濃度（燃料状態）を検出する濃度検出ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、図４のルーチンと並列的に実行するようになっている。

ステップＳ２０１では、イグニッションスイッチがＯＮであるか否かを判断する。この判断が否定判断であるときは、エンジン１は始動しておらず、従って、後述するパージ制御ルーチンも実施しないので、ステップＳ２０５において、圧力計測に基づく濃度検出を禁止すると決定して本ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ２０１が肯定判断である場合には、ステップＳ２０２において、前回の圧力計測に基づく濃度検出からの経過時間が所定時間以上であるか否かを判断する。このステップＳ２０２が否定判断である場合、前述のステップＳ２０５を実行する。

ステップＳ２０２が肯定判断である場合には、ステップＳ２０３において、パージバルブ１６が全閉であるか否かをさらに判断する。このステップＳ２０３が否定判断である場合、すなわち、パージバルブ１６が開いている場合にも、前述のステップＳ２０５を実行する。ステップＳ２０３が肯定判断である場合には、ステップＳ２０４において、圧力計測に基づく濃度検出を開始すると決定して、ステップＳ２０６以降の処理を行う。

ステップＳ２０６では、計測ライン２２にガス流として空気を流動させた状態で、圧力センサ２４により圧力Ｐ０の測定を行う。この状態が「第１の計測状態」に相当する。なお、ステップＳ２０６の処理の実行前は、パージバルブ１６は閉じられており、切替弁１８はキャニスタ１３を大気ライン１７に連通させる第１位置となっており、３位置弁２１は、空気供給ライン２０を計測ライン２２に接続する第１位置となっている。このため、初期状態において、圧力センサ２４によって検出される圧力はほぼ大気圧と同じになっている。

このステップＳ２０６における空気流による圧力Ｐ０の測定は、３位置弁２１を第１位置に保持したまま、ポンプ２６を駆動することによりなされる。この場合、計測ライン２２には空気供給ライン２０を介して空気が供給される。空気供給ライン２０の絞り２３よりも上流側は、圧力センサ２４の一方の端と同じ気圧であり、圧力センサ２４の他方は空気供給ライン２０の絞り２３よりも下流側に接続されているので、圧力センサ２４によって、空気が絞り２３を通過したときの圧力低下量が検出される。

ステップＳ２０７では、計測ライン２２にガス流として燃料蒸気を含む混合気を流動させた状態で、圧力Ｐ１の測定を行う。この状態が「第２の計測状態」に相当する。混合気流による圧力Ｐ１の測定は、３位置弁２１を第３位置に切替えつつ、ポンプ２６を駆動することによりなされる。

この場合、計測ライン２２には、大気ライン１７、キャニスタ１３、分岐ライン１９までのパージライン１５の一部、及び分岐ライン１９を介して供給される燃料蒸気を含む混合気が供給される。すなわち、大気ライン１７から導入される空気がキャニスタ１３内を流動することにより、燃料蒸気と空気との混合気となり、パージライン１５の一部及び分岐ライン１９を介して計測ライン２２に供給される。従って、混合気流による圧力測定時には、圧力センサ２４によって、燃料蒸気を含む混合気が計測ライン２２の絞り２３を通過したときの圧力低下量が検出される。

ステップＳ２０８では、ステップＳ２０６及びステップＳ２０７で測定した圧力Ｐ０およびＰ１に基づいて燃料濃度ｅｌｃｍを算出し、記憶する。燃料濃度ｅｌｃｍの算出は、圧力Ｐ０とＰ１との圧力比ＲＰを数式１に従って算出し、圧力比ＲＰに基づいて燃料濃度Ｃを数式２に従って算出する。数式２中、ｋ１は予め実験などにより適合された定数である。

（数１）
ＲＰ＝Ｐ１／Ｐ０
（数２）
Ｃ＝ｋ１×（ＲＰ−１）（＝（Ｐ１−Ｐ０）／Ｐ０）
燃料蒸気は空気よりも重いため、パージガスに燃料蒸気が含まれていると、密度が高くなる。そして、ポンプ２６の回転数が同じで計測ライン２２の流速（流量）が同じであれば、エネルギー保存の法則により、密度が高いほど、絞り２３の両側の差圧が大きくなる。従って、燃料濃度ｅｌｃｍが大きくなるほど、圧力比ＲＰが大きくなり、燃料濃度ｅｌｃｍと圧力比ＲＰとの関係は数式２に示すように直線関係となる。なお、このようにして求めた燃料濃度ｅｌｃｍは、パージガス中の燃料蒸気の濃度を質量比で表したものである。

ステップＳ２０９では、各部を初期状態に戻す。すなわち、切替弁１８をキャニスタ１３と大気ライン１７とが連通する第１位置とし、３位置弁２１は、空気供給ライン２０を計測ライン２２に接続する第１位置とする。そして、本ルーチンを終了する。

図６は、ＥＣＵ３０によるベースルーチンとしてのパージ制御ルーチンを示すフローチャートである。図６に示すステップＳ３０１では、パージバルブ１６が全閉であるか否かを判断する。このステップＳ３０１が否定判断である場合には、パージバルブ１６が全閉になるまで待機状態となる。ステップＳ３０１が肯定判断である場合には、ステップＳ３０２において、圧力計測に基づく濃度検出が完了したかどうかを判断する。このステップＳ３０２が否定判断である場合には、ステップＳ３０１へ処理を移行する。ステップＳ３０２が肯定判断である場合には、ステップＳ３０３へ処理を進める。

ステップＳ３０３では、パージ実施条件が成立したかどうかを判断する。このパージ実施条件は一般的な燃料蒸気処理装置のごとく、エンジン回転数、エンジン冷却水温、油温などの運転状態に基づいて判断される。このステップＳ３０３が肯定判断である場合には、ステップＳ３０４へ処理を進め、否定判断である場合には、ステップＳ３０１へ処理を移行する。

ステップＳ３０４では、図５に示した圧力計測に基づく濃度検出ルーチンによって検出された燃料濃度ｅｌｃｍが燃料濃度所定値ｅｌｃｍ＿ｍｉｎよりも小さな値、言い換えれば、燃料濃度ｅｌｃｍが燃料濃度所定値ｅｌｃｍ＿ｍｉｎよりも希薄な燃料濃度（燃料状態）であるかどうかを判断する。

このステップＳ３０４が肯定判断である場合には、圧力計測に基づく濃度検出ルーチンにて異常な検出を行ったものと判断して、ステップＳ３０５へ処理を進め、否定判断である場合には、圧力計測に基づく濃度検出ルーチンにて正常な検出を行ったものと判断して、ステップＳ３０６へ処理を進める。

例えば、圧力センサ２４が一時的に故障した場合、図５に示した圧力計測に基づく濃度検出ルーチンにて検出した燃料濃度ｅｌｃｍは、燃料濃度所定値ｅｌｃｍ＿ｍｉｎよりも希薄な燃料状態（例えば、パージする必要がない程度に希薄な燃料状態）を示すことが多い。従って、ステップＳ３０４にて、燃料濃度ｅｌｃｍが燃料濃度所定値ｅｌｃｍ＿ｍｉｎよりも希薄な燃料濃度（燃料状態）である場合、異常な検出を行ったものと判断できる。

ステップＳ３０５では、図７に示すパージ徐変制御ルーチンの実行を開始する。図７のステップＳ３０５１では、空燃比フィードバック制御中であるか否かを判断する。このステップＳ３０５１が肯定判断した場合にはステップＳ３０５２へ進み、否定判断した場合には本処理を終了する。

ステップＳ３０５２では、空燃比補正係数ＦＡＦがどの領域にあるかを判断する。図８は空燃比補正係数ＦＡＦの領域を示すグラフであって、１±Ｆ内にあるときは領域Iに、１±Ｆと１±Ｇの間にあるときは領域IIに、１±Ｇの外側にあるときは領域IIIに属すると判断する。なお０＜Ｆ＜Ｇとする。

ステップＳ３０５２で領域Iに属すると判断されたときはステップＳ３０５３に進み、パージ率ＰＧＲを予め定められたパージ率アップ量Ｄだけ増加してステップＳ３０５５に進む。ステップＳ３０５２で領域IIIに属すると判断されたときはステップＳ３０５４に進み、パージ率ＰＧＲを予め定められたパージ率ダウン量Ｅだけ減少してステップＳ３０５５に進む。ステップＳ３０５２で領域IIに属すると判断されたときは、直接ステップＳ３０５５に進む。

ステップＳ３０５５では、パージ率ＰＧＲの上下限をチェックする。ステップＳ３０５６では、パージバルブ開度ｘを下記式にて算出する。

（数３）
ｘ＝ＰＧＲ／ＰＧＲ_１００×１００％
ここで、ＰＧＲ_１００は全開パージ率であり、パージバルブ１６を全開した時のパージ量を表している。この全開パージ率は、エンジン回転速度Ｎｅとスロットル弁開度ＴＡとのマップとして予め設定されている。図９は、その全開パージ率を決定するためのマップの設定例である。

ステップＳ３０５７では、パージバルブ１６の開度が目標開度に到達するまでの開放速度について、ステップＳ３０４にて否定判断されたときに実行されるパージ通常制御ルーチンにて設定される開放速度に比べて低い開放速度に設定し、その設定後、パージバルブ16を開放することで、目標開度xに制御される。また、目標開度を算出する上においても、パージ率ＰＧＲをステップＳ３０５３、Ｓ３０５４にて徐々に変化するようにしてあるので、パージ率の最終値であるＰＧＲ上下限値での目標開度まで低い速度で制御することが可能である。

ステップＳ３０５８では、パージ停止条件が成立したかどうかを判断する。このステップＳ３０５８が肯定判断した場合には、ステップＳ３０５９にてパージバルブを全閉にして、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ３０５８が否定判断した場合には、Ｓ３０５１へ処理を移行し、上述した処理を繰り返す。

図６のステップＳ３０４が否定判断した場合、ステップＳ３０６では、図１０に示すパージ通常制御ルーチンの実行を開始する。図１０のステップＳ３０６１、Ｓ３０６２において、パージ流量許容上限値を設定する。すなわち、ステップＳ３０６１ではエンジン１の運転状態を検出し、ステップＳ３０６２において、許容されるパージ燃料蒸気流量許容値Ｆmを、検出された運転状態に基づいて算出する。

パージ燃料蒸気流量許容値Ｆmは、現在のスロットル開度などのエンジン１の運転状態のもとで要求される燃料噴射量、インジェクタ４で制御可能な燃料噴射量の下限値などに基づいて算出される。燃料噴射量が大きければ、燃料噴射量に対するパージ燃料蒸気流量の割合が小さくなる方向に作用するからパージ燃料蒸気流量許容値Ｆmも大きな値まで許容されることになる。

ステップＳ３０６３では、図示しない吸気圧センサにより、現在の吸気管圧力Ｐｉを検出し、ステップＳ３０６４で吸気管圧力Ｐｉに基づいて基準流量Ｑ１００を演算する。基準流量Ｑ１００は、パージライン１５を流れるガスがエア１００％でパージバルブ１６の開度（パージバルブ開度）を１００％のときにパージライン１５を流れる前記ガスの流量であり、基準流量マップにしたがって演算される。図１１に基準流量マップの一例を示す。

ステップＳ３０６５では、図５に示した圧力計測に基づく濃度検出ルーチンで検出された燃料濃度ｅｌｃｍに基づいてパージ混合気の予想流量Ｑcを数式４にしたがって算出する。予想流量Ｑcはパージバルブ開度を１００％として、パージライン１５に現在の燃料濃度ｅｌｃｍのパージガスを流したときのパージガス流量の予想値である。

図１２は、燃料濃度ｅｌｃｍと基準流量Ｑ１００に対する予想流量Ｑcの比率（Ｑc／Ｑ１００）との関係を示すもので、燃料濃度ｅｌｃｍが大きくなるとパージガスの密度が増大し、吸気管圧力Ｐｉが同じであっても、エネルギー保存の法則により、パージガスがエア１００％のときに比して流量が減少する。図中の直線は数式４と等価である。数式４中、Ａは定数であり、予め制御プログラムなどと共にＥＣＵ３０のＲＯＭ（図示せず）に記憶される。

（数４）
Ｑc＝Ｑ１００×（１−Ａ×Ｃ）
ステップＳ３０６６では、燃料濃度ｅｌｃｍと予想流量Ｑcとに基づいて、パージバルブ開度を１００％として、パージライン１５に現在の燃料濃度ｅｌｃｍのパージガスを流したときのパージ燃料蒸気の予想流量（以下，適宜、予想パージ燃料蒸気流量という）Ｆcを数式５にしたがって算出する。

（数５）
Ｆc＝Ｑc×Ｃ
ステップＳ３０６７〜Ｓ３０６９ではパージバルブ開度ｘを設定する。ステップＳ３０６７では予想パージ燃料蒸気流量Ｆcをパージ燃料蒸気流量許容値Ｆmと比較し、Ｆc≦Ｆmであるか否かを判定する。肯定判断された場合は、ステップＳ３０６８に進み、パージバルブ開度ｘを１００％とする。パージバルブ開度ｘを１００％としても許容パージ燃料蒸気流量許容値Ｆmまでに余裕があるからである。Ｆc≦Ｆmであるか否かを判定するステップＳ３０６７が否定判断されると、パージバルブ開度ｘが１００％では過剰な燃料蒸気により空燃比が適性に維持できなくなるものと判断して、ステップＳ３０６９に進み、パージバルブ開度ｘを（Ｆm／Ｆc）×１００％とする。Ｆc＞Ｆmのもとでは適正な空燃比が保証されるパージ流量の最大がパージ燃料蒸気流量許容値Ｆmとなるからである。

ステップＳ３０７０では、パージバルブ１６の開度が目標開度ｘに到達するまでの開放速度について、目標開度ｘにできるだけ速く到達することのできる高い開放速度に設定し、その設定後、パージバルブ１６を開放することで、目標開度ｘに制御する。これにより、適性な空燃比を維持しながら、パージガスを速やかにパージすることができる。

ステップＳ３０７１では、パージ停止条件が成立したかどうかを判断する。このステップＳ３０７１が肯定判断した場合には、ステップＳ３０７２にてパージバルブを全閉にして、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ３０７１が否定判断した場合には、パージ停止条件が成立するまで、パージを継続する。

図１３は、本実施形態のパージ通常制御とパージ徐変制御のパージ開始時のパージバルブ１６の開放速度、パージ補正量、空燃比、及び空燃比Ｆ／Ｂについて比較したタイミングチャートである。

パージ通常制御は、上述したように、圧力計測に基づく濃度検出ルーチンで検出した燃料濃度ｅｌｃｍを用いてパージするものであるが、この濃度検出ルーチンにて正常な検出を行った場合には、パージバルブ１６の開放速度を高く設定してパージしても、空燃比の急激な変動が発生することなく、また、空燃比Ｆ／Ｂによる補正量についても、大きく増量になったり、減量になったりすることがない。

しかしながら、同図中の異常（１）、（２）のように、濃度検出ルーチンにて異常な検出を行った場合には、パージバルブ１６の開放速度を高く設定してパージするため、空燃比の急激な変動が発生し、また、空燃比Ｆ／Ｂによる補正量についても、急激に増量／減量する。

そこで、本実施形態では、上述したように、濃度検出ルーチンにて異常な検出を行った場合には、パージ徐変制御を実行するようにした。パージ徐変制御は、パージ通常制御におけるパージバルブ１６の開放速度に比べて低い開放速度に設定してパージする。これにより、濃度検出ルーチンにて異常な検出を行った場合であっても、空燃比の急激な変動が発生することなくなる。また、空燃比Ｆ／Ｂによる補正量についても、急激に増量／減量することがなく、徐々に増量／減量するようになる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することができる。

例えば、本実施形態では、図６のステップＳ３０４において、圧力計測に基づく濃度検出ルーチンによって検出された燃料濃度ｅｌｃｍが燃料濃度所定値ｅｌｃｍ＿ｍｉｎよりも小さな値、言い換えれば、燃料濃度ｅｌｃｍが燃料濃度所定値ｅｌｃｍ＿ｍｉｎよりも希薄な燃料濃度（燃料状態）であるかどうかを判断するものであったが、パージ通常制御ルーチン実行時に、空燃比センサ６によって検出した空燃比の目標空燃比からの空燃比ずれ量に基づいて燃料濃度ａｆを検出し、この燃料濃度ａｆと燃料濃度ｅｌｃｍとを比較して、濃度検出ルーチンにて正常な検出を行ったか、異常な検出を行ったかを判定するようにしてもよい。

図１４は、本変形例における、ＥＣＵ３０によるベースルーチンとしてのパージ制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図１４に示すステップＳ３０４１及びＳ３０７を除くステップＳ３０１〜Ｓ３０３及びＳ３０５〜Ｓ３０６は、図６と同様であるので、その説明を省略する。

図１４に示すステップＳ３０４１では、後述するＡ／Ｆ計測に基づく濃度検出ルーチンにて検出した燃料濃度ａｆと圧力計測に基づく濃度検出ルーチンにて検出した燃料濃度ｅｌｃｍとの差分値が燃料濃度差分所定値ｅｌｃｍ_ｄｖよりも大きいかどうかを判断する。

このステップＳ３０４１が肯定判断した場合には、圧力計測に基づく濃度検出ルーチンにて異常な検出を行ったものと判断して、ステップＳ３０５へ処理を進める。これは、燃料濃度ａｆと燃料濃度ｅｌｃｍとが大きく異なる場合、空燃比センサ６が誤検出しない限り、圧力計測に基づく濃度検出ルーチンにて異常な検出を行ったことがわかるからである。一方、否定判断である場合には、圧力計測に基づく濃度検出ルーチンにて正常な検出を行ったものと判断して、ステップＳ３０６へ処理を進める。

図１４のステップＳ３０７では、Ａ／Ｆ計測に基づく濃度検出ルーチンの実行を開始する。図１５は、Ａ／Ｆ計測に基づく濃度検出ルーチンのフローチャートである。ステップＳ３０７１では、濃度検出条件が成立しているか否かを判断する。すなわち、
（１）空燃比フィードバック制御中
（２）冷却水温度（ＴＨＷ）≧８０°Ｃ
（３）始動時燃料増量＝０
（４）暖機燃料増量＝０
の全ての条件が満足されたときに検出を開始するものとし、いずれかの条件が満足されないときは検出を行わないものとする。

ステップＳ３０７１で否定判断されたときは本ルーチンを終了する。ステップＳ３０７１で肯定判断されたときには、ステップＳ３０７２において、図４の空燃比Ｆ／Ｂ制御ルーチンで演算した空燃比補正係数ＦＡＦの時間的平均値ＦＡＦＡＶを演算し、ステップＳ３０７３に進む。

ステップＳ３０７３では、平均値ＦＡＦＡＶが“０．９８”以下、“０．９８”を越え“１．０２”未満、“１．０２”以上のいずれの領域にあるかを判断する。平均値ＦＡＦＡＶが“０．９８”以下であると判断されたときは、ステップＳ３０７４に進み、燃料濃度ＦＧＰＧを所定量“Ｑ”（例えば０．４％）減少して、ステップＳ３０７６に進む。

ステップＳ３０７３において“１．０２”以上であると判断されたときは、ステップＳ３０７５に進み燃料濃度ＦＧＰＧを所定量“Ｐ”（例えば０．４％）増加して、ステップＳ３０７６に進む。また、ステップＳ３０７３において“０．９８”を越え“１．０２”未満であると判断されたときは燃料濃度ＦＧＰＧを更新することなくステップＳ３０７６に進む。

ステップＳ３０７６では、燃料濃度ＦＧＰＧを所定の上下限値内の値に制限する。ステップＳ３０７７では、パージ通常制御ルーチンが実行中であるかどうかを判断する。このステップＳ３０７７が否定判断した場合には本ルーチンを終了し、一方、肯定判断した場合には、ステップＳ３０７８にて燃料濃度ＦＧＰＧをＡ／Ｆ計測に基づく燃料濃度ａｆに代入して本ルーチンを終了する。そして、この燃料濃度ａｆが、図１４に示したパージ制御ルーチンにて用いられる。

本発明の実施形態における燃料蒸気処理装置の構成を示す構成図である。 第１の計測状態を説明するための図である。 第２の計測状態を説明するための図である。 空燃比Ｆ／Ｂ制御ルーチンのフローチャートである。 圧力計測に基づく濃度検出ルーチンのフローチャートである。 パージ制御ルーチンのフローチャートである。 パージ徐変制御ルーチンのフローチャートである。 空燃比補正係数ＦＡＦの領域を示すグラフである。 全開パージ率を決定するためのマップの設定例である。 パージ通常制御ルーチンのフローチャートである。 基準流量マップの一例を示す図である。 燃料濃度ｅｌｃｍと基準流量Ｑ１００に対する予想流量Ｑcの比率（Ｑc／Ｑ１００）との関係を示す図である。 パージ通常制御とパージ徐変制御のパージ開始時のパージバルブ１６の開放速度、パージ補正量、空燃比、及び空燃比Ｆ／Ｂについて比較したタイミングチャートである。 本発明の実施形態の変形例１に係わる、パージ制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施形態の変形例１に係わる、Ａ／Ｆ計測に基づく濃度検出ルーチンのフローチャートである。

符号の説明

５：排気管
６：空燃比センサ
１１：燃料タンク
１３：キャニスタ
１４：吸着材
１５：パージライン（パージ管）
１６：パージバルブ（パージ制御弁）
２１：３位置弁（計測通路切替手段）
２２：計測ライン（計測通路）
２３：絞り
２４：圧力センサ（圧力計測手段）
２６：ポンプ（ガス流発生手段）
３０：ＥＣＵ

Claims (4)

1. 燃料タンク内から導入通路を介して導かれた燃料蒸気を一時的に吸着する吸着材を有するキャニスタと、
   前記吸着材に吸着した燃料蒸気が当該吸着材から離脱して混合気となったとき、その混合気を内燃機関の吸気管に導くパージ管と、
   前記パージ管に配置され、そのパージ管から前記吸気管へパージされる燃料蒸気を含む混合気のパージ流量を制御するパージ制御弁と、
   絞りを備える計測通路と、
   前記計測通路にガス流を発生させるガス流発生手段と、
   前記ガス流発生手段がガス流を発生させたときに、前記絞りによって生じる圧力を計測する圧力計測手段と、
   前記パージ制御弁が閉じているときに計測状態を切替えるものであって、前記計測通路を大気に開放して、前記計測通路に流れるガスを空気とする第１の計測状態と、前記計測通路を前記キャニスタに連通して、前記計測通路に流れるガスをキャニスタからの燃料蒸気を含む混合気とする第２の計測状態とに切替える計測通路切替手段と、
   前記第１の計測状態のときに前記圧力計測手段によって計測される第１の圧力と、前記第２の計測状態のときに前記圧力計測手段によって計測される第２の圧力とに基づいて、混合気中の燃料状態を検出する第１燃料状態検出手段と、を備える内燃機関の燃料蒸気処理装置において、
   前記第１燃料状態検出手段が正常な検出を行ったか、異常な検出を行ったかを判定する判定手段と、
   前記パージ制御弁を開放して前記吸気管に燃料蒸気を含む混合気をパージする際、前記判定手段が異常な検出を行ったと判定した場合には、前記パージ制御弁の開度が目標開度に到達するまでの当該パージ制御弁の開放速度について、前記判定手段が正常な検出を行ったと判定した場合に設定される前記パージ制御弁の開放速度に比べて低い開放速度に設定するパージ制御弁開放速度設定手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の燃料蒸気処理装置。
2. 前記内燃機関の運転状態に基づいて算出されるパージ流量の許容上限値と、前記第１燃料状態検出手段の検出した燃料状態に基づいて算出される予想パージ流量とから、前記パージ制御弁の目標開度を算出する目標開度算出手段を備え、
   前記パージ制御弁開放速度設定手段は、前記判定手段が正常な検出を行ったと判定した場合には、前記パージ制御弁の開度が目標開度に到達するまでの当該パージ制御弁の開放速度について、前記目標開度にできるだけ速く到達することのできる開放速度に設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料蒸気処理装置。
3. 前記判定手段は、前記第１燃料状態検出手段の検出した燃料状態が、所定の燃料状態よりも希薄な燃料状態の場合に、異常な検出を行ったと判定することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の燃料蒸気処理装置。
4. 前記内燃機関の排気管に設けられ、当該内燃機関から排出される排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
   前記パージ制御弁が開いているときに、前記空燃比センサによって検出される空燃比の目標空燃比からの空燃比ずれ量に基づいて、混合気中の燃料状態を検出する第２燃料状態検出手段と、を備え、
   前記判定手段は、前記第１燃料状態検出手段の検出した燃料状態と、前記第２燃料状態検出手段の検出した燃料状態とを比較して判定することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の燃料蒸気処理装置。

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