JP2007332918A - 内燃機関の燃料蒸気処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サブキャニスタが破過した場合にも、燃料蒸気濃度の検出精度を低下させないようにすることができる内燃機関の燃料蒸気処理装置を提供する。
【解決手段】サブキャニスタ２５が破過したかどうかを判定し（ステップＳ２０４１）、サブキャニスタ２５が破過した場合には、パージ徐変制御ルーチンにて、Ａ／Ｆ計測に基づく濃度検出ルーチンにて検出した燃料状態ＦＧＰＧに基づいて、サブキャニスタ２５が吸着可能な状態に回復するまでパージを継続して行う（ステップＳ２０４２）。
【選択図】図７

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。

燃料蒸気処理装置は、燃料タンクで発生した燃料蒸気の大気への放散を防止するためのもので、燃料タンク内の燃料蒸気を、吸着材を収納したキャニスタ内に導入して、一時的に吸着材に吸着させる。吸着材に吸着された蒸気燃料は、内燃機関の運転時に、吸気管に発生する負圧により吸着材から離脱し、パージ通路を介して内燃機関の吸気管に放出（パージ）される。このようにして、吸着材から蒸気燃料が離脱すると、吸着材の吸着能力が回復する。

燃料蒸気をパージする際には、パージ通路に設けられたパージ制御弁により、燃料蒸気を含む混合気の流量が調節される。ただし、実際に吸気管にパージされる燃料蒸気量を、適正な空燃比となるようにパージ制御弁で調節するためには、パージ通路を流れる混合気中の燃料蒸気の濃度を高精度に計測することが重要となる。

このため、従来は、例えば特許文献１に示されるように、パージ通路及びパージ通路から分岐する大気通路に質量流量計を設置し、２つの質量流量計の出力値に基づいて、パージ通路から内燃機関の吸気管に供給される混合気中の燃料蒸気の濃度を検出するようにしている。

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、流量計がパージ通路に設置されているので、燃料蒸気を含む混合気のパージが実施されて、パージ通路内を混合気が流れないと燃料蒸気の濃度が検出できない。このため、検出した燃料蒸気濃度を空燃比制御に反映するためには、パージした燃料蒸気がインジェクタ位置に到達するに先立って燃料蒸気濃度の検出を完了し、これを用いてインジェクタから噴射される燃料の噴射量の指令値を補正する必要がある。

しかしながら、吸気管容積の小さなエンジンの場合や、吸入空気の流速の速い運転領域では、パージした燃料蒸気がインジェクタ位置に到達するまでの所要時間が、燃料蒸気の濃度の測定を完了するのに要する時間よりも短い場合が生じ、パージの開始初期から、測定した燃料蒸気濃度を空燃比制御に反映することができない場合がある。このため、配管のレイアウトなどのエンジン構造や、パージを開始する運転領域が制限されることになる。
特開平５−１８３２６号公報

このような点に鑑みて、本出願人は、燃料蒸気を含む混合気のパージの実施とは無関係に、混合気に含まれる燃料蒸気の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蒸気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蒸気濃度とは、ほぼ比例関係を有するので、その差圧比から燃料蒸気濃度を求めることができる。

ところで、この装置に対して、燃料タンクに接続される第１のキャニスタ（以下、メインキャニスタ）とは別に、上記計測通路の絞りとポンプとの間に第２のキャニスタ（以下、サブキャニスタ）を配置して構成することで、混合気に含まれる燃料蒸気がサブキャニスタに捕獲されるようになり、その結果、燃料蒸気濃度の検出精度を向上させることが可能となる。

しかしながら、このサブキャニスタの吸着量が飽和状態に達し、それ以降の吸着が不可能な状態となった場合、すなわち、サブキャニスタが破過した場合には、燃料蒸気濃度を高精度に検出できなくなるため、サブキャニスタを破過状態から吸着可能な状態に速やかに回復させる必要がある。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたもので、サブキャニスタが破過した場合にも、燃料蒸気濃度の検出精度を低下させないようにすることができる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第１のキャニスタと、
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、
内燃機関の排気管に設けられ、空燃比を測定する空燃比センサと、
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、
絞りとガス流発生手段との間の計測通路に設けられる第２のキャニスタと、
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、計測通路を第１のキャニスタに連通して、計測通路に流れるガスを第１の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の圧力とに基づき、混合気中の燃料状態を検出する第１の燃料状態検出手段と、
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ずれ量に基づいて、キャニスタからパージされる燃料蒸気を含む混合気の燃料状態を検出する第２の燃料状態検出手段と、
第１の燃料状態検出手段、若しくは第２の燃料状態検出手段の検出した燃料状態に基づいて、キャニスタから燃料蒸気を含む混合気をパージするパージ制御手段と、を備えるものにおいて、
第２のキャニスタが破過したかどうかを判定する破過判定手段を備え、
パージ制御手段は、破過判定手段が破過したと判定した場合、第２の燃料状態検出手段の検出した燃料状態に基づいて、第２のキャニスタが吸着可能な状態に回復するまで、パージを継続して行うことを特徴とする。

このように、破過判定手段を備えることで、第２のキャニスタであるサブキャニスタが破過状態であるかどうかが判断できるようになる。そして、サブキャニスタ破過した場合には、第２の燃料状態検出手段の検出した燃料状態に基づいて、サブキャニスタが吸着可能な状態に回復するまでパージを継続して行うことで、第１の燃料状態検出手段が燃料状態を誤検出することがなくなる。その結果、燃料状態の検出精度を低下させないようにすることができる。

なお、請求項２に記載のように、破過判定手段は、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破過したと判定するとよい。第２のサブキャニスタが破過した場合、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。

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、蒸気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から導入された燃焼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（図示せず）によって開度が調整される。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２３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、電子制御ユニット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２３の吸入側に連通させる第２位置に切替られる。切替弁１８が第２位置に切替えられるのは、パージライン１５等に燃焼蒸気の漏れを生じさせる開口が生じているか否かをチェックするリークチェック時である。

このリークチェック時には、まず、切替弁１８を第１位置として、空気流が絞り２３を通過する際の圧力を計測して、これを基準圧とする。そして、切替弁１８を第２位置として、圧力を計測し、その計測圧力と基準圧とを比較する。このとき、計測圧力が基準圧よりも低下しないと、パージライン１５等に絞り２３よりも大きな開口が生じていると推定でき、リークが発生していると判定する。

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の出力ポートは、計測ライン２２が接続されている。３位置弁２１は、上述した電子制御ユニットによって、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及び分岐ライン１９のいずれとの連通も遮断する第２位置、及び分岐ライン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、ガス流発生手段であるポンプ２６が設けられており、また、絞り２３とポンプ２６との間には、吸着材が充填されたサブキャニスタ２５が設けられている。ポンプ２６は電動ポンプであり、駆動時にサブキャニスタ２５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電子制御ユニットにより制御される。電子制御ユニットは、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、電子制御ユニットがポンプ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、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２２の下流側、すなわち、絞り２２とサブキャニスタ２５との間に、空気や混合気が流動したときに、絞り２３によって発生する圧力（負圧）を計測する圧力センサ２４が接続されている。この圧力センサ２４によって計測された圧力は、電子制御ユニットに出力される。

電子制御ユニットは、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の開度やインジェクタ４からの燃料噴射量等を、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により検出される吸入空気量及び吸気圧センサ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、燃料噴射量やスロットル開度等を制御する。

以下、電子制御ユニットの制御処理について説明する。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、一定カム角度毎に実行されるものであり、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。

次に、電子制御ユニットのメインルーチンとしてのパージ制御ルーチンについて、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、本フローチャートに示すパージ制御は、エンジン１が運転を開始すると実行される。

まず、ステップＳ２０１では濃度検出条件が成立しているか否かを判定する。濃度検出条件はエンジン水温、油温、エンジン回転数などの運転状態を表す状態量が所定の領域にあるときに成立し、後述する燃料蒸気のパージの実施を許可するパージ実施条件が成立するよりも先に成立するように設定してある。

パージ実施条件は、例えばエンジン冷却水温が所定値Ｔ1以上となってエンジン暖機完了と判断されると成立するように設定される。従って、濃度検出条件は、エンジン暖機中に成立する必要があるため、例えば冷却水温が所定値Ｔ1よりも低めに設定した所定値Ｔ２以上であるときに成立するように設定される。また、エンジン運転中で燃料蒸気のパージが停止されている期間（主に減速中）も濃度検出条件が成立するように設定する。なお、本燃料燃料処理装置を、内燃機関と電動モータとを駆動源とするハイブリッド車に適用する場合は、エンジンを停止してモータにより走行しているときも濃度検出条件が成立するように設定する。

ステップＳ２０１において、濃度検出条件が成立したと判定されると、ステップＳ２０２に進み、後述する圧力計測に基づく濃度検出ルーチンを実行する。一方、濃度検出条件が非成立であると判定されると、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６ではイグニッションキーがオフされたか否かを判定する。このステップＳ２０６の処理にて、イグニッションキーがオフされていないと判定されると、ステップＳ２０１の処理に戻る。一方、イグニッションキーがオフされたと判定されると、図５に示すフローチャートによる処理を終了する。

ここで、ステップＳ２０２の圧力計測に基づく濃度検出ルーチンについて、図６のフローチャートに基づき説明する。なお、本ルーチン実行前の、各部の初期状態は、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。

まず、ステップＳ２０２１では、イグニションスイッチが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、従ってパージ制御を実施しないので、ステップＳ２０２７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Ｓ２０２１が肯定判断のときは、ステップＳ２０２２において、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Ｓ２０２２が否定判断である場合には、前述のステップＳ２０２７を実行し、肯定判断の場合には、圧力計測に基づく濃度検出を開始するため、ステップＳ２０２３へ処理を進める。

ステップＳ２０２３では、「第１の計測状態」に相当する、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、図２に示すように、計測ライン２２には空気供給ライン２１を介して空気が供給されるので、圧力センサ２４は、空気が計測ライン２２を流動したときに絞り２３によって発生する圧力（負圧）を検出する。このとき、圧力センサ２４は、ポンプ２６の駆動後、例えば所定時間間隔で、絞り２３の下流側の圧力を繰返し検出する。これにより、ポンプ２６の一定回転数に応じた速度で空気流が流動する定常状態となったときの、空気流の圧力Ｐ０の収束値に加え、その収束値までの圧力変化の挙動を測定することができる。

ステップＳ２０２４では、「第２の計測状態」に相当する、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、図３に示すように大気ライン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が、燃料蒸気を含む混合気が計測ライン２２を流動したときに絞り２３によって発生する圧力（負圧）を検出する。なお、計測ライン２２を流れる混合気に含まれる燃料蒸気はサブキャニスタ２５に捕獲される。

このとき、圧力センサ２４は、空気流による圧力測定時と同様に、ポンプ２６の駆動後、例えば所定時間間隔で、絞り２３の下流側の圧力を繰返し検出する。これにより、混合気流による圧力Ｐ１の収束値に加え、その収束値までの圧力変化の挙動を測定することができる。

ステップＳ２０２５では、圧力Ｐ０及びＰ１のそれぞれの収束値に基づいて燃料濃度Ｃを算出し、記憶する。燃料濃度Ｃ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Ｃが大きくなるほど、圧力比ＲＰが大きくなり、燃料濃度Ｃ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Ｃ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Ｓ２０２６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。

このようにして、ステップＳ２０２の圧力計測に基づく濃度検出ルーチンにより、混合気に含まれる燃料濃度Ｃが検出されると、ステップＳ２０３でパージ実施条件が成立しているか否かを判定する。パージ実施条件は、一般的な燃料蒸気処理装置と同様に、エンジン水温、油温、エンジン回転数などの運転状態に基づいて判断される。このステップＳ２０３において、パージ実施条件が成立したと判定されると、ステップＳ２０４に進んで、パージ実施ルーチンを実行する。

一方、パージ実施条件が不成立であると判定された場合には、ステップＳ２０５で圧力計測に基づく濃度検出ルーチンの実行による燃料濃度の検出から所定時間が経過したか否かを判定する。このステップＳ２０５において、まだ所定時間経過していないと判定されると、ステップＳ２０３の処理に戻る。一方、燃料濃度の検出から所定時間が経過したと判定されると、ステップＳ２０１の処理に戻り、あらためて燃料濃度を検出する処理が実行され、燃料濃度が最新値に更新される。

図７に、パージ実施ルーチンのフローチャートを示す。ステップＳ２０４１では、サブキャニスタ２５が破過したかどうか、つまり、サブキャニスタ２５の吸着量が飽和状態に達し、それ以降の吸着が不可能な状態となったかどうかを判断する。このステップＳ２０４１では、具体的には、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Ｃが、所定の燃料濃度（燃料状態）よりも希薄な燃料状態の場合に、サブキャニスタが破過したと判断する。これは、サブキャニスタ２５が破過した場合、燃料状態Ｃ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、このステップＳ２０４１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ＦＧＰＧ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Ｃとの差分値が所定値よりも大きいかどうかを判断し、この肯定判断された場合（燃料濃度ＦＧＰＧと燃料濃度Ｃとの偏差が大きい場合）に、サブキャニスタが破過したと判断するようにしてもよい。

ステップＳ２４０１において肯定判断の場合には、ステップＳ２０４２において、図８に示すパージ徐変制御ルーチンを実行し、否定判断の場合には、ステップＳ２０４４において、図１１に示すパージ通常制御ルーチンを実行する。

図８に、パージ徐変制御ルーチンのフローチャートを示す。図８のステップＳ２０４２１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Ｓ２０４２１が肯定判断した場合にはステップＳ２０４２２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Ｓ２０４２２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９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Ｓ２０４２２で領域Iに属すると判断されたときはステップＳ２０４２３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Ｓ２０４２５に進む。ステップＳ２０４２２で領域IIIに属すると判断されたときはステップＳ２０４２４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Ｓ２０４２５に進む。ステップＳ２０４２２で領域IIに属すると判断されたときは、直接ステップＳ２０４２５に進む。

ステップＳ２０４２５では、パージ率ＰＧＲの上下限をチェックする。ステップＳ２０４２６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１０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Ｓ２０４２７では、ステップＳ２０４２６にて算出されたパージバルブ開度ｘを目標開度として制御する。

ステップＳ２０４２８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される燃料濃度ＦＧＰＧを読み込み、ステップＳ２０４２９では、図示しないパージ時間マップにより、燃料濃度ＦＧＰＧに対応するパージ時間ｔｇを演算する。ステップＳ２０４３０では、数式４を演算した、パージ積算時間ｔｔを求める。

（数４）
ｔｔ＝ｔｔ＋ｔｇ
ステップＳ２０４３１では、パージ積算時間ｔｔが所定時間を超える時間となったかどうかを判断する。このステップＳ２０４３１における所定時間は、サブキャニスタ２５が吸着可能な状態まで回復することのできる時間が予め設定されている。このステップＳ２０４３１において、肯定判断の場合にはステップＳ２０４３２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、否定判断の場合には、サブキャニスタ２５が吸着可能な状態に回復するまでパージを継続して行うため、ステップＳ２０４２１へ処理を移行し、上述した処理を繰り返す。

図１１に、パージ通常制御ルーチンのフローチャートを示す。図１１のステップＳ２０４４１、Ｓ２０４４２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Ｓ２０４４１ではエンジン１の運転状態を検出し、ステップＳ２０４４２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Ｓ２０４４３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Ｓ２０４４４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１２に基準流量マップの一例を示す。

ステップＳ２０４４５では、図６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Ｃに基づいてパージ混合気の予想流量Ｑcを数式５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Ｃ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１３は、燃料濃度Ｃ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Ｃ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５と等価である。数式５中、Ａは定数であり、予め制御プログラムなどと共に電子制御ユニットのＲＯＭ（図示せず）に記憶される。

（数５）
Ｑc＝Ｑ１００×（１−Ａ×Ｃ）
ステップＳ２０４４６では、燃料濃度Ｃ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Ｃ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６にしたがって算出する。

（数６）
Ｆc＝Ｑc×Ｃ
ステップＳ２０４４７〜Ｓ２０４４９ではパージバルブ開度ｘを設定する。ステップＳ２０４４７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Ｓ２０４４８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Ｓ２０４４７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Ｓ２０４４９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Ｓ２０４５０では、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。ステップＳ２０４５１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Ｓ２０４５１が肯定判断した場合には、ステップＳ２０４５２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Ｓ２０４５１が否定判断した場合には、ステップＳ２０４４１に処理を移行し、上述した処理を繰り返す。

図１４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Ｓ４０１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Ｓ４０１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Ｓ４０１で肯定判断されたときには、ステップＳ４０２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Ｓ４０３に進む。

ステップＳ４０３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Ｓ４０４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Ｓ４０６に進む。

ステップＳ４０３において“１．０２”以上であると判断されたときは、ステップＳ４０５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Ｓ４０６に進む。また、ステップＳ４０３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Ｓ４０６に進む。

ステップＳ４０６では、燃料濃度ＦＧＰＧを所定の上下限値内の値に制限して本ルーチンを終了する。そして、この燃料濃度ＦＧＰＧが、図８に示したパージ徐変制御ルーチンにて用いられる。

以上、本実施形態では、サブキャニスタ２５が破過したかどうかを判定し、サブキャニスタ２５が破過した場合には、パージ徐変制御ルーチンにて、Ａ／Ｆ計測に基づく濃度検出ルーチンにて検出した燃料状態ＦＧＰＧに基づいて、サブキャニスタ２５が吸着可能な状態に回復するまでパージを継続して行う。これにより、圧力計測に基づく濃度検出ルーチンにて燃料状態Ｃを誤検出することがなくなるため、燃料状態Ｃの検出精度を低下させないようにすることができる。

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。 第１の計測状態を示す図である。 第２の計測状態を示す図である。 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。 パージ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。 パージ実施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である。 燃料濃度Ｃと基準流量Ｑ１００に対する予想流量Ｑcの比率（Ｑc／Ｑ１００）との関係を示した図である。 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

１ エンジン
２ 吸気管
１１ 燃料タンク
１２ エバポライン
１３ キャニスタ（第１のキャニスタ）
１４ 吸着材
１５ パージライン
１６ パージ制御弁
１７ 大気ライン
１９ 分岐ライン
２０ 空気供給ライン
２１ ３位置弁
２２ 計測ライン
２３ 絞り
２４ 圧力センサ
２５ サブキャニスタ（第２のキャニスタ）
２６ ポンプ

Claims (2)

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第１のキャニスタと、
   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、
   内燃機関の排気管に設けられ、空燃比を測定する空燃比センサと、
   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、
   前記絞りと前記ガス流発生手段との間の計測通路に設けられる第２のキャニスタと、
   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第１のキャニスタに連通して、前記計測通路に流れるガスを前記第１の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の圧力とに基づき、混合気中の燃料状態を検出する第１の燃料状態検出手段と、
   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ずれ量に基づいて、前記キャニスタからパージされる燃料蒸気を含む混合気の燃料状態を検出する第２の燃料状態検出手段と、
   前記第１の燃料状態検出手段、若しくは前記第２の燃料状態検出手段の検出した燃料状態に基づいて、前記キャニスタから燃料蒸気を含む混合気をパージするパージ制御手段と、を備える内燃機関の燃料蒸気処理装置において、
   前記第２のキャニスタが破過したかどうかを判定する破過判定手段を備え、
   前記パージ制御手段は、前記破過判定手段が破過したと判定した場合、前記第２の燃料状態検出手段の検出した燃料状態に基づいて、前記第２のキャニスタが吸着可能な状態に回復するまで、パージを継続して行うことを特徴とする内燃機関の燃料蒸気処理装置。
2. 前記破過判定手段は、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破過したと判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。

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