JP2010144683A

JP2010144683A - 蒸発燃料制御装置

Info

Publication number: JP2010144683A
Application number: JP2008325314A
Authority: JP
Inventors: Ayumi Horiba; 歩堀場; Munenori Tsukamoto; 宗紀塚本; Akiya Matsuda; 陽也松田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-07-01

Abstract

【課題】簡易なディーティ制御によって、高精度で安定して蒸発燃料をパージする蒸発燃料制御装置を提供する。
【解決手段】燃料タンク１２で発生した蒸発燃料を吸着する吸着材３１ａが収容されたキャニスタ３１と、燃料タンク１２で発生した蒸発燃料をキャニスタ３１にチャージするチャージ配管３２と、吸着材３１ａから離脱した蒸発燃料を吸気系２０にパージするパージ配管３３と、デューティ制御により蒸発燃料のパージ流量を制御するパージ制御弁３４と、を備える蒸発燃料制御装置１であって、エンジン１１の負荷状態を検出する流量センサ２６と、負荷状態に基づいて、蒸発燃料の目標パージ流量を設定する目標パージ流量設定手段と、パージ制御弁３４のオンデューティを予め設定された固定値とすると共に、目標パージ流量に基づいてパージ制御弁３４の駆動周期を設定する駆動周期設定手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸発燃料制御装置に関する。

燃料タンクで発生した蒸発燃料をキャニスタで吸着させると共に、キャニスタから脱離した蒸発燃料をエンジン（内燃機関）の吸気系にパージする蒸発燃料制御装置が提案されている（特許文献１参照）。
そして、蒸発燃料のパージ流量は、パージ通路に設けられたパージ制御弁（電磁弁）をデューティ制御することにより制御される。具体的には、エンジンの負荷状態等に基づいてデューティ比を設定し、パルス幅を変調するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行っている。よって、この制御では、パルス幅及びデューティ比が変化し、この変化に伴って電磁弁に内蔵されるソレノイドの通電時間（オンデューティ、ＯＮ時間）が変動する。

特公平３−２１７４４号公報

ところが、パージ制御弁のソレノイド特性には個体差（ばらつき）が存在するため、同じ通電時間（オンデューティ）であっても、蒸発燃料のパージ流量に誤差が生じる。つまり、図２の比較例に示すように、オンデューティを可変すると、オンデューティが小さくなった場合、パージ制御弁３４の個体差によりパージ流量がばらついてしまう。
また、ＰＷＭ制御の場合、前記個体差によってソレノイドの立ち上がり時間がばらつき、デューティ比を一定値よりも小さくできないうえ、ばらつきを補正する学習や、ソレノイドの立ち上がりポイント（パージ流量の立ち上がりポイント）の学習等をする必要があり、複雑な制御となる。

そこで、本発明は、簡易なディーティ制御によって、高精度で安定して蒸発燃料をパージする蒸発燃料制御装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本願請求項１記載の発明は、内燃機関に燃料を供給する燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着する吸着材が収容されたキャニスタと、前記燃料タンクと前記キャニスタとを接続し、前記燃料タンクで発生した蒸発燃料を前記キャニスタにチャージするチャージ通路と、前記キャニスタと前記内燃機関の吸気系とを接続し、前記吸着材から離脱した蒸発燃料を前記吸気系にパージするパージ通路と、前記パージ通路に設けられ、デューティ制御により蒸発燃料のパージ流量を制御するパージ制御弁と、を備える蒸発燃料制御装置であって、前記内燃機関の負荷状態を検出する負荷状態検出手段と、前記負荷状態検出手段により検出された負荷状態に基づいて、蒸発燃料の目標パージ流量を設定する目標パージ流量設定手段と、前記パージ制御弁のオンデューティを予め設定された固定値とすると共に、前記目標パージ流量に基づいて前記パージ制御弁の駆動周期を設定する駆動周期設定手段と、を備えることを特徴とする蒸発燃料制御装置である。

上記、蒸発燃料制御装置では、予め固定値として設定されるオンデューティ（通電時間、ＯＮ時間）を、パージ制御弁のソレノイド特性による個体差（ばらつき）が小さくなる時間とし、目標パージ量に基づいてパージ制御弁の駆動周期またはオフデューティ（ＯＦＦ時間）を可変設定し、デューティ比を制御する。
駆動周期は、オンデューティ（通電時間、ＯＮ時間）と、オフデューティ（ＯＦＦ時間）との和で与えられ、デューティ比は、オンデューティ（ＯＮ時間）を、駆動周期（ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間）で除すことで与えられる。
なお、以下明細書ではパージ制御弁に通電するＯＮ時間をオンデューティと記載し、通電しないＯＦＦ時間をオフデューティと記載する。

また、本願請求項２記載の発明は、前記蒸発燃料制御装置において、前記吸気系の圧力を検出する圧力検出手段、及び／又は、前記パージ制御弁の電源であるバッテリの電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記駆動周期設定手段は、前記吸気系の圧力、及び／又は、前記バッテリの電圧に基づいて、前記パージ制御弁の駆動周期を補正することを特徴とする。

本発明によれば、簡易なディーティ制御によって、高精度で安定して蒸発燃料をパージする蒸発燃料制御装置を提供することができる。

すなわち、請求項１記載の発明によれば、オンデューティを固定値とし、駆動周期を可変させるという簡易なデューティ制御によって、オンデューティが、目標パージ流量に関わらず一定値で維持されると共に、前記個体差によるパージ流量のばらつき（変動）を低減し、高精度で蒸発燃料をパージできる。
また、オンデューティを固定値とすることにより、パージ制御弁の開閉作動を過度に短く設定されることがなく、摺動による磨耗を低減することができ、パージ制御弁の寿命を長くできる。

さらに、オンデューティを固定値として、駆動周期を長くする、つまり、オフデューティを長くすることにより、デューティ比をより小さくできる。これにより、パージ制御弁の負担を大きくすることなく、より低流量においても、蒸発燃料を高精度でパージできる。

また、請求項２記載の発明によれば、吸気系の圧力変化によるパージ量の変動、及び／又は、バッテリの電圧に基づくパージ弁の応答性の変化によるパージ量の変動を考慮して、蒸発燃料をさらに適切にパージできる。
なお、吸気系の圧力が低くなるほど（負圧になるほど）、駆動周期が長くなるように補正し、デューティ比を小さくする。また、バッテリの電圧が低くなるほど、駆動周期が短くなるように補正し、デューティ比を大きくする。

以下、本発明の一実施形態について、図１から図６を参照して説明する。

≪蒸発燃料制御装置の構成≫
図１に示すように、本実施形態に係る蒸発燃料制御装置１は、車両（図示しない）に搭載されており、エンジン１１（内燃機関）と、エンジン１１に燃料を供給する燃料タンク１２と、エンジン１１の吸気側に配置された吸気系２０とを備えている。そして、燃料タンク１２に貯溜された燃料は、燃料タンク１２内に配置されたポンプ（図示しない）から燃料配管（図示しない）を介して、ＥＣＵ４０によって適宜に開かれるインジェクタ１３に圧送され、インジェクタ１３で噴射されるようになっている。

吸気系２０は、外部の空気をエンジン１１に導く系であって、吸気管２１と、吸気チャンバ２２と、吸気マニホールド２３と、スロットルバルブ２４と、圧力センサ２５（圧力検出手段）と、流量センサ２６（負荷状態検出手段）とを備えている。そして、車外の空気は、吸気管２１、吸気チャンバ２２、吸気マニホールド２３を通って、エンジン１１に吸気されるようになっている。

スロットルバルブ２４は、吸気管２１に設けられている。そして、スロットルバルブ２４の開度がアクセル開度に対応してＥＣＵ４０で制御されることにより、吸気される空気の流量が適宜制御されるようになっている。

圧力センサ２５は、吸気チャンバ２２に設けられている。そして、圧力センサ２５は吸気チャンバ２２内の圧力（吸気系２０の圧力）を検出し、ＥＣＵ４０に出力するようになっている。
ただし、圧力センサ２５及び後記する流量センサ２６の位置はこれに限定されず、吸気系２０内において適宜変更してよい。

流量センサ２６は、吸気チャンバ２２に設けられている。そして、流量センサ２６は吸気される空気の流量（吸気流量Ｑ_ＡＩＲ）を検出し、ＥＣＵ４０に出力するようになっている。

また、蒸発燃料制御装置１は、キャニスタ３１と、チャージ配管３２（チャージ通路）と、パージ配管３３（パージ通路）と、パージ制御弁３４と、バッテリ３５と、電圧センサ３６（電圧検出手段）を備えている。
キャニスタ３１は、蒸発燃料を吸着するものであって、その内部に吸着材３１ａ（活性炭等）を備えている。なお、キャニスタ３１は、配管３１ｂを介して、外部（大気）に開放されており、配管３１ｂには、キャニスタ３１への塵等の流入を防止するフィルタ（図示しない）が設けられている。

チャージ配管３２は、燃料タンク１２とキャニスタ３１とを接続している。そして、燃料タンク１２で発生した蒸発燃料は、チャージ配管３２を通ってキャニスタ３１に供給され、キャニスタ３１にチャージ、つまり、キャニスタ３１の吸着材３１ａに吸着されるようになっている。

パージ配管３３は、キャニスタ３１と吸気系２０の吸気チャンバ２２とを接続している。そして、エンジン１１が作動しており、空気が吸気系２０内を通流している場合において、パージ制御弁３４が開かれると、吸着材３１ａから離脱した蒸発燃料が、吸気チャンバ２２内にパージされるようになっている。

パージ制御弁３４は、パージ配管３３に設けられ、ソレノイドを内蔵する電磁弁である。また、パージ制御弁３４は、ＥＣＵ４０によってデューティ制御、つまり、ＰＷＭ制御とは異なり、パルス幅（オンデューティ）を一定（固定）にして、駆動周期を長短変化する制御がされることで適宜に開き、蒸発燃料のパージ流量を制御するようになっている。

バッテリ３５は、パージ制御弁３４の電源であって、後記する駆動手段４１を介して、電力をパージ制御弁３４に供給するようになっている。なお、バッテリ３５の電圧が下がり、デューティ制御されるパージ制御弁３４に印加する電圧が下がると、ＥＣＵ４０の指令に対してパージ制御弁３４の開くタイミングが遅れる。

電圧センサ３６は、バッテリ３５の電圧を検出するセンサであり、適所に配置されている。そして、電圧センサ３６は、検出したバッテリ３５の電圧を、ＥＣＵ４０に出力するようになっている。

また、蒸発燃料制御装置１は、ＥＣＵ４０（Electronic Control Unit、電子制御装置）を備えている。ＥＣＵ４０は、蒸発燃料制御装置１を電子制御する制御ユニットであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機能を発揮して、各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。

ＥＣＵ４０（負荷状態検出手段）は、流量センサ２６から入力される吸気流量Ｑ_ＡＩＲに基づいて、エンジン１１の負荷状態を検出する機能を備えている。ここで、吸気流量は、エンジン１１の回転速度と比例関係であるから、吸気流量Ｑ_ＡＩＲが増加するほど、エンジン１１が高負荷状態であると検出するようになっている。

ただし、負荷状態の検出方法はこれに限定されず、例えば、エンジン１１に設けられたクランク角センサ（図示しない）から入力されるクランク角及び回転速度や、圧力センサ２５から入力される圧力に基づいて検出する方法でもよい。

また、ＥＣＵ４０（目標パージ流量設定手段）は、エンジン１１の負荷状態に基づいて、エンジン１１の今回のサイクルにおいて、パージ制御弁３４を開き、吸気系２０にパージする蒸発燃料の目標パージ流量を設定する機能を備えている。具体的には、エンジン１１が高負荷状態になるほど、目標パージ流量を増加させる。

目標パージ流量は、例えば、特開２００５−２９７３号公報に記載されるように、式（１）に従って算出される。そして、基本パージ流量は、式（２）に従って算出される。目標パージ率は、吸気される空気に含ませる蒸発燃料の割合であり、事前試験等により求められる。
また、絞り係数Ｋ_ＰＧＴは、目標パージ流量に対する補正係数であり、本実施形態では０と１との間に設定される。具体的には、絞り係数Ｋ_ＰＧＴは、例えば、特開２００７−７１０８４号公報に記載されるように、現在の空燃比等に基づいて算出される。
目標パージ流量(L/min)＝基本パージ流量(L/min)×絞り係数Ｋ_ＰＧＴ …（１）
基本パージ流量(L/min)＝目標パージ率×吸気流量Ｑ_ＡＩＲ(L/min) …（２）

さらに、ＥＣＵ４０（駆動周期設定手段）は、スイッチング回路等を備える駆動手段４１を介して、パージ制御弁３４をデューティ制御し、パージ制御弁３４を適宜に開き、蒸発燃料を吸気チャンバ２２にパージさせるパージ制御機能を備えている。そして、デューティ制御におけるオンデューティは、パージ制御弁３４のソレノイド特性による個体差（ばらつき）が小さくなる固定値（表１、図２の実施例参照）に予め設定されている。

なお、表１は、オンデューティを１０（ｍｓ）に固定した場合を例示しているが、オンデューティ、及び、後記するオフデューティ、デューティ比、駆動周期が、これに限定されることはない。

ＥＣＵ４０は、パルス幅が固定（一定）で、パルス間隔が所定に制御されたパルス信号を、駆動手段４１に出力する。
そして、駆動手段４１は、内蔵するスイッチング回路により、バッテリ３５の電源電圧から、前記パルス信号に対応したパルス状の駆動電圧を発生させ、これをパージ制御弁３４に供給するようになっている。これにより、パージ制御弁３４は、オンデューティが一定で、後記するように駆動周期（ＯＮ時間の周期）が可変するように開閉制御される。

ここで、オンデューティに設定されるパージ制御弁の通電時間の決定方法について説明する。
例えば、図３に示すように、事前試験等によって、同一製品の複数のパージ制御弁３４（弁Ａ〜弁Ｃ）について、通電時間と流量との関係を求める。そして、弁Ａ〜弁Ｃ間において流量の偏差が少ない通電時間を、本実施形態に係るデューティ制御で使用するオンデューティに設定する（矢印Ａ１参照）。
因みに、図３は、ＯＮ時間が１０（ｍｓ）である場合が、パージ制御弁３４として使用する弁Ａ〜弁Ｃの流量の偏差が最小（弁Ａ〜弁Ｃ間の個体差が最小）であることを示している。

ＥＣＵ４０（駆動周期設定手段）は、目標パージ流量に基づいてパージ制御弁３４の駆動周期を可変・設定する駆動周期設定機能を備えている。具体的は、ＥＣＵ４０は、表１、図２の実施例に示すように、目標パージ流量が大きくなるほど、駆動周期を短く設定する。なお、駆動周期を短くすると、前記したように、オンデューティが固定値であるので、デューティ比が大きくなる（表１、図２の実施例、図４参照）。また、駆動周期を短くすると、オフデューティが短くなる（表１、図２の実施例参照）。

また、ＥＣＵ４０は、圧力センサ２５から入力される吸気系２０内の圧力に基づいて、駆動周期を補正する機能を備えている。具体的には、ＥＣＵ４０は、吸気系２０内の圧力が低くなるほど（負圧になるほど）、駆動周期を長く設定することにより、負圧によって蒸発燃料が多量にパージされることを防止し、蒸発燃料が目標パージ流量でパージされるようにする。
なお、このように吸気系２０内の圧力が低くなるに伴って、駆動周期を長くすると、デューティ比が小さくなる（図４参照）。

さらにこの他、ＥＣＵ４０は、電圧センサ３６から入力されるバッテリ３５の電圧が低くなるほど、駆動周期が短くなるように補正する構成としてもよい。このように駆動周期が短くなるように補正すれば、パージ制御弁３４に印加する電圧が低下した場合に、開弁指令に対して、パージ制御弁３４の開くタイミングが遅れたとしても、目標パージ流量で蒸発燃料をパージ可能となる。なお、駆動周期を短くすると、デューティ比が大きくなる。

≪蒸発燃料制御装置の動作≫
次に、蒸発燃料制御装置１の動作について、図５を参照して説明する。
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ４０は、吸気流量Ｑ_ＡＩＲに基づいて、エンジン１１の負荷状態を検出し、この負荷状態に基づいて、目標パージ流量を設定する。具体的には、吸気流量Ｑ_ＡＩＲが多く、エンジン１１が高負荷状態であるほど、目標パージ流量を多く設定する。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０１で設定した目標パージ流量に基づいて、パージ制御弁３４の駆動周期を設定する。具体的には、オンデューティは固定値のままとし、目標パージ流量が多いほど、駆動周期を短くする。すなわち、目標パージ流量が多いほど、オフデューディは短くなり、デューティ比は大きくなる（表１、図２の実施例、図４参照）。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ４０は、吸気系２０の圧力に基づいて、ステップＳ１０２で設定した駆動周期を補正する。具体的には、吸気系２０の圧力が低くなるほど、駆動周期を長くし、デューティ比を小さくする（図４参照）。
また、ＥＣＵ４０は、バッテリ３５の電圧に基づいて、駆動周期をさらに補正してもよい。具体的には、バッテリ３５の電圧が低くなるほど、駆動周期を短くし、デューティ比を大きくする。
さらに、吸気系２０の圧力とバッテリ３５の電圧の両方に基づいて、駆動周期を補正してもよい。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ４０は、補正後の駆動周期に従って、パージ制御弁３４をデューティ制御し、蒸発燃料を目標パージ流量で吸気チャンバ２２にパージする。
その後、ＥＣＵ４０の処理は、リターンを通ってスタートに戻る。

≪蒸発燃料制御装置の効果≫
このような蒸発燃料制御装置１によれば、次の効果を得る。
オンデューティを固定値とし、駆動周期を可変させるという簡易なデューティ制御により、パージ制御弁３４の個体差によるパージ流量のばらつきを低減し、高精度で蒸発燃料をパージできる（図２の実施例、図６参照）。

また、オンデューティを固定値とすることにより、ＥＣＵ４０から入力される制御信号の煩雑さ及びパージ制御弁３４の負担を低減することができると共に、パージ制御弁３４の寿命を長くできる。
さらに、オンデューティを固定値として、駆動周期を長く（オフデューティを長く）すれば、デューティ比をより小さくできる。これにより、個体差間のばらつき等を学習せずに、より低流量においても、蒸発燃料を高精度でパージ、つまり、ダイナミックレンジを拡大できる（図６参照）。
さらにまた、吸気系２０の圧力、及び／又は、バッテリ３５の電圧を考慮して、駆動周期を補正するので（図４参照）、蒸発燃料をさらに適切にパージできる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。
前記した実施形態では、ソレノイドを内蔵し、蒸発燃料をパージするためデューティ制御されるパージ制御弁３４に本発明を適用してが、適用対象はこれに限定されず、その他の電磁弁に適用してもよい。
前記した実施形態では、ポート噴射式の内燃機関に本発明を適用したが、その他に例えば、筒内噴射式の内燃機関に本発明を適用してもよい。

本実施形態に係る蒸発燃料制御装置の構成を示す図である。本実施形態に係る蒸発燃料制御装置の一動作例を示すタイムチャートである。本実施形態に係るデューティ制御のＯＮ時間（オンデューティ）の設定方法を示すグラフである。目標パージ流量とデューティ比と吸気系の圧力との関係を示すマップである。本実施形態に係る蒸発燃料制御装置の動作を示すフローチャートである。本実施形態に係る蒸発燃料制御装置の一効果を示すグラフである。

符号の説明

１蒸発燃料制御装置
１１エンジン（内燃機関）
１２燃料タンク
２０吸気系
２５圧力センサ（圧力検出手段）
２６流量センサ（負荷状態検出手段）
３１キャニスタ
３１ａ吸着材
３２チャージ配管（チャージ通路）
３３パージ配管（パージ通路）
３４パージ制御弁
３５バッテリ
３６電圧センサ（電圧検出手段）
４０ＥＣＵ（負荷状態検出手段、目標パージ流量設定手段、駆動周期設定手段）

Claims

内燃機関に燃料を供給する燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着する吸着材が収容されたキャニスタと、
前記燃料タンクと前記キャニスタとを接続し、前記燃料タンクで発生した蒸発燃料を前記キャニスタにチャージするチャージ通路と、
前記キャニスタと前記内燃機関の吸気系とを接続し、前記吸着材から離脱した蒸発燃料を前記吸気系にパージするパージ通路と、
前記パージ通路に設けられ、デューティ制御により蒸発燃料のパージ流量を制御するパージ制御弁と、
を備える蒸発燃料制御装置であって、
前記内燃機関の負荷状態を検出する負荷状態検出手段と、
前記負荷状態検出手段により検出された負荷状態に基づいて、蒸発燃料の目標パージ流量を設定する目標パージ流量設定手段と、
前記パージ制御弁のオンデューティを予め設定された固定値とすると共に、前記目標パージ流量に基づいて前記パージ制御弁の駆動周期を設定する駆動周期設定手段と、
を備えることを特徴とする蒸発燃料制御装置。
前記吸気系の圧力を検出する圧力検出手段、及び／又は、前記パージ制御弁の電源であるバッテリの電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記駆動周期設定手段は、前記吸気系の圧力、及び／又は、前記バッテリの電圧に基づいて、前記パージ制御弁の駆動周期を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料制御装置。