JP2018123767A - パージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パージ通路におけるパージガスのリーク有無検出処理に伴う、蒸発燃料の大気中への放出量を低減する。
【解決手段】制御装置は、蒸発燃料を含んだパージガスにおける蒸発燃料濃度が予め設定された基準値未満であること（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）を条件に、内燃機関が停止された状態において、パージポンプを駆動させる（ステップＳ１２０）とともにエアフロメータによって流量変化の有無を検出すること（ステップＳ１４０）で、パージ通路におけるパージガスのリークの有無を判定する（ステップＳ１５０，ステップＳ１６０）。
【選択図】図２

Description

この発明は、パージ装置に関する。

自動車の内燃機関においては、燃料タンクで発生した蒸発燃料をキャニスタに捕集し、捕集した蒸発燃料をキャニスタから吸気通路に導入するパージ装置が適用されている。この種のパージ装置では、キャニスタと吸気通路とを接続するパージ通路に設けられたパージポンプを駆動することによって、蒸発燃料を含んだパージガスを、パージ通路を介してキャニスタから吸気通路に導入できる。

吸気通路に過給機を備える内燃機関において、パージ通路が、キャニスタから、吸気通路における過給機よりも上流側に接続されたものが知られている（例えば特許文献１）。このパージ通路が吸気通路から外れている、またはこのパージ通路に孔があいている等の理由によって、このパージ通路からパージガスのリークが生じている場合がある。そこで、このパージ通路におけるパージガスのリークの有無を検出することが求められており、その検出方法としてつぎの手法が考えられる。まず、内燃機関が停止された状態において、パージポンプを駆動させてパージガスをパージ通路から吸気通路に導入する。このとき、吸気通路ではスロットル弁が閉じているため、吸気通路に導入されたパージガスはスロットル弁よりも下流側へ流れることが妨げられ、当該パージガスは、吸気通路を上流側へ逆流する。この逆流が、過給機よりも上流側に位置しているエアクリーナ近傍のエアフロメータによって流量変化として検出された場合、パージ通路においてはパージガスのリークが生じていないものとする。一方、検出されるはずの流量変化がエアフロメータによって検出されない場合、パージ通路においてパージガスのリークが生じているものとする。

特開２０１６−０９４８６５号公報

上述の方法によってパージ通路におけるパージガスのリークの有無を検出する場合、吸気通路の上流側へ向けてパージガスを逆流させるため、この逆流したパージガスが、吸気通路における吸気の取込口から大気中に放出され、大気環境の悪化を招く懸念がある。

上記課題を解決するためのパージ装置は、燃料タンクで発生した蒸発燃料を捕集するキャニスタと、エアフロメータ、コンプレッサがこの順番で上流側から設けられた吸気通路と、吸気通路における、コンプレッサとエアフロメータとの間の箇所とキャニスタとを接続したパージ通路と、パージ通路に設けられ、キャニスタで捕集した蒸発燃料を含んだパージガスを吸気通路へ送り出すパージポンプと、内燃機関が停止された状態において、パージポンプを駆動させるとともにエアフロメータによって流量変化の有無を検出することで、パージ通路におけるパージガスのリークの有無を判定するリーク有無検出処理を実行する制御装置と、を備えたパージ装置であって、キャニスタ中の蒸発燃料濃度を検出する濃度検出手段を備え、制御装置は、濃度検出手段によって検出された蒸発燃料濃度が予め設定された基準値未満であることを条件に、リーク有無検出処理を実行する。

この構成においては、キャニスタ中の蒸発燃料濃度が予め設定された基準値未満である場合にのみ、リーク有無検出処理を実行する。したがって、キャニスタ中の蒸発燃料の濃度が高い場合には、リーク有無検出処理が実行されなくなり、吸気通路へのバージガスの導入に伴うパージガスの、吸気の取込口から大気中への放出が行われなくなる。このため、リーク有無検出処理の実行に伴う蒸発燃料の大気中への放出量が低減され、大気環境汚染が抑制される。

パージ装置の一実施形態が適用された内燃機関の模式図。 パージ通路の点検用処理の手順を表したフローチャート。

以下、パージ装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、パージ装置３０が適用されている内燃機関１０の吸気通路１１には、上流側から順に、吸気の取込口１３、エアクリーナ１２、エアフロメータ２５、ターボチャージャ１４（過給機）のコンプレッサ１５、インタークーラ１８、及びスロットル弁２０が設けられている。一方、内燃機関１０の排気通路２１には、ターボチャージャ１４のタービン１６と、空燃比センサ２７とが設けられている。また、内燃機関１０には、図示しない供給系を通じて燃料タンク２９から供給される燃料を燃焼室６に噴射する燃料噴射弁７が設けられている。

パージ装置３０は、通路３１を通じて燃料タンク２９から導入される蒸発燃料を捕集する吸着材（例えば活性炭）が設けられたキャニスタ３２と、キャニスタ３２に捕集した蒸発燃料を含むパージガスを吸気通路１１に導入する導入通路４０とを備えている。

導入通路４０は、キャニスタ３２から吸気通路１１におけるエアフロメータ２５とコンプレッサ１５との間に接続されたパージ通路４１と、パージ通路４１から分岐されるとともに吸気通路１１におけるスロットル弁２０よりも下流側に接続された分岐パージ通路４５とによって構成されている。なお以下では、パージ通路４１のうち、キャニスタ３２から分岐パージ通路４５と分岐する分岐箇所４３までを流入側通路４１ａと称し、分岐箇所４３から吸気通路１１との接続部分までを流出側通路４１ｂと称する。

流入側通路４１ａには、パージガスを吸気通路１１に送り出すパージポンプ５１が設けられている。また、流入側通路４１ａにおける、パージポンプ５１と分岐箇所４３との間には、吸気通路１１に導入するパージガスの流量を調整する制御弁５２が設けられている。パージポンプ５１の駆動及び制御弁５２の開閉は、制御装置６０によって制御される。

流出側通路４１ｂには、分岐箇所４３から吸気通路１１へ向かうパージガスの流れのみを許容し、その逆方向の流れを許容しない一方弁５３が設けられている。また、分岐パージ通路４５にも、分岐箇所４３から吸気通路１１へ向かうパージガスの流れのみを許容し、その逆方向の流れを許容しない一方弁５４が設けられている。

制御装置６０には、パージポンプ５１及び制御弁５２の制御を含めた内燃機関１０の各種運転制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵが設けられている。また、制御装置６０には、各種運転制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等が設けられている。すなわち、制御装置６０は、内燃機関１０における制御装置とパージ装置３０における制御装置とを兼ねている。

制御装置６０の入力ポートには、各種センサやスイッチからの入力回路が接続されている。上記各種センサやスイッチは、以下のものを含む。
・吸気通路１１を下流側へ流れる吸気の量（内燃機関１０の吸入空気量）、及び、後述のように吸気通路１１を上流側へ逆流するパージガスの流量を検出するエアフロメータ２５
・排気通路２１に取り付けられ、空燃比を検出する空燃比センサ２７
・運転者により内燃機関１０の始動（イグニッションオン）及び停止（イグニッションオフ）が操作されるイグニッションスイッチ６１
制御装置６０の出力ポートには、パージポンプ５１、制御弁５２、及び燃料噴射弁７等の各種駆動回路が接続されている。制御装置６０は、入力ポートに接続された各種センサやスイッチからの信号に基づき、内燃機関１０の機関回転速度や機関負荷等の機関運転状態を把握する。そして、把握した機関運転状態に基づいてパージポンプ５１、制御弁５２、燃料噴射弁７等に駆動回路を介して指令信号を出力する。こうして吸気通路１１に導入させるパージガスの流量制御（パージ制御）や内燃機関１０の燃料噴射量射制御など、内燃機関１０の運転に関わる各種制御が制御装置６０を通じて実施される。

制御装置６０は、内燃機関１０の運転が停止している間、制御弁５２を閉弁した状態に維持する。制御弁５２が閉弁しているときには、燃料タンク２９で生じた蒸発燃料と空気との混合気が、通路３１を通じてキャニスタ３２に導入される。キャニスタ３２に導入された混合気中の蒸発燃料は、キャニスタ３２の吸着材によって捕集され、混合気から蒸発燃料が除去された後の空気は、キャニスタ３２の大気連通路３３からキャニスタ３２外に放出される。

制御装置６０は、内燃機関１０の運転中、制御弁５２を開弁する。制御弁５２が開弁しているときには、大気連通路３３を介してキャニスタ３２に流入した空気によってキャニスタ３２の吸着材から蒸発燃料が脱離し、この脱離した蒸発燃料を含むパージガスが導入通路４０を通って吸気通路１１に導入される。そして、吸気通路１１に導入されたパージガス中の蒸発燃料は、燃焼室６で燃焼される。なお、パージガスの吸気通路１１への導入経路は、コンプレッサ１５による過給が行われているか否かによって異なる。コンプレッサ１５による過給が行われているときには、吸気通路１１におけるコンプレッサ１５よりも上流側に生じている負圧を利用して、パージ通路４１を通じてパージガスが導入される。また、コンプレッサ１５による過給が行われていないときには、吸気通路１１におけるスロットル弁２０よりも下流側に生じる負圧を利用して、分岐パージ通路４５を通じてパージガスが導入される。吸気通路１１の負圧が小さい場合には、制御装置６０がパージポンプ５１を駆動して、吸気通路１１へのパージガスの導入を促進する。

制御装置６０は、パージ通路４１におけるパージガスのリークの有無を検出するための点検用処理を行うように設定されている。なお、パージ通路４１におけるパージガスのリークは、パージ通路４１が吸気通路１１から外れている、またはパージ通路４１に孔があいている等の理由によって生じ得る。

パージ通路４１の点検用処理では、内燃機関１０の燃料噴射量制御に伴って算出されるベーパ濃度学習値が、キャニスタ３２中の蒸発燃料濃度として参照される。以下に、内燃機関１０の燃料噴射量制御について説明する。

燃料噴射量制御は、以下の式（１）を用いて算出される最終燃料噴射量Ｑfinに基づき、同最終燃料噴射量Ｑfinに対応した量の燃料噴射がなされるよう、制御装置６０が燃料噴射弁７を駆動制御することによって実現される。
Ｑfin＝Ｑbase・（ＦＡＦ・ＫＧ(i)−ＰＧＲ・ＢＧ(k)） …式（１）
Ｑfin：最終燃料噴射量
Ｑbase：基本燃料噴射量
ＦＡＦ：フィードバック補正係数
ＫＧ(i)；空燃比学習値
ＰＧＲ：目標パージ率
ＢＧ(k)：ベーパ濃度学習値
ここで、式（１）で用いられる基本燃料噴射量Ｑbase、フィードバック補正係数ＦＡＦ、空燃比学習値ＫＧ(i)、目標パージ率ＰＧＲ、及びベーパ濃度学習値ＢＧ(k)について個別に詳しく説明する。

［基本燃料噴射量Ｑbase］
基本燃料噴射量Ｑbaseは、燃焼室６における吸気と燃料との混合気の空燃比を理論空燃比とするための理論上の燃料噴射量を表す値であって、内燃機関１０の機関回転速度及び機関負荷に基づき算出されるものである。

［フィードバック補正係数ＦＡＦ］
フィードバック補正係数ＦＡＦは、内燃機関１０の空燃比を理論空燃比に近づけるための燃料噴射量のフィードバック補正（空燃比フィードバック制御）に用いられる値であって、空燃比センサ２７からの検出信号が理論空燃比に対応する値よりもリッチ側の値かリーン側の値かに応じて「１．０」を中心に増減させられる。例えば、空燃比センサ２７からの検出信号が理論空燃比に対応する値よりもリッチ側の値であるときには、燃料噴射量の減量補正を行うべくフィードバック補正係数ＦＡＦが減少させられる。また、空燃比センサ２７からの検出信号が理論空燃比に対応する値よりもリーン側の値であるときには、燃料噴射量の増量補正を行うべくフィードバック補正係数ＦＡＦが増加させられる。こうしたフィードバック補正係数ＦＡＦに基づく燃料噴射量の補正により、内燃機関１０の混合気の空燃比が理論空燃比に近づけられるようになる。

［空燃比学習値ＫＧ(i)］
空燃比学習値ＫＧ(i)は、空燃比フィードバック制御中に、フィードバック補正係数ＦＡＦの平均値ＦＡＦＡＶが「１．０」を中心とする所定範囲内に収束するよう、燃料噴射量を補正すべく増減する値である。空燃比学習値ＫＧ(i)は、平均値ＦＡＦＡＶが上記所定範囲から増大側に外れているときには徐々に大きくされ、同平均値ＦＡＦＡＶが上記所定範囲から減少側に外れているときには徐々に小さくされる。このように平均値ＦＡＦＡＶに基づき空燃比学習値ＫＧ(i)を増減させることで、平均値ＦＡＦＡＶが上記所定範囲内に収束するようになる。そして、平均値ＦＡＦＡＶが所定範囲内に収束したときの空燃比学習値ＫＧ(i)は、内燃機関１０の空燃比の理論空燃比に対するずれ量に対応する値として学習される。なお、空燃比学習値ＫＧ(i)は、内燃機関１０の機関負荷に応じて区分された複数の空燃比学習領域ｉ（ｉ＝０，１，２，３，４・・・・・）毎に設定される。そして、各空燃比学習領域ｉ毎に空燃比学習値ＫＧ(i)の学習が行われることとなる。

［目標パージ率ＰＧＲ］
目標パージ率ＰＧＲは、内燃機関１０の吸入吸気量に対するパージガス量の比率を表す値であるパージ率の目標値のことであって、上記フィードバック補正係数ＦＡＦの最新値等に基づき算出される。そして、目標パージ率ＰＧＲは、例えばフィードバック補正係数ＦＡＦが小になるほど大きい値とされるようになる。これは、フィードバック補正係数ＦＡＦが小さいということは、空燃比フィードバックが安定している状態であり、パージガスを吸気通路１１に多く流しても燃焼の悪化を招きにくく、キャニスタ３２の吸着材に吸着した蒸発燃料を多く処理できるためである。

［ベーパ濃度学習値ＢＧ(k)］
ベーパ濃度学習値ＢＧ(k)は、空燃比フィードバック制御及びパージ制御が行われているとき、吸気通路１１へのパージガスの流入に伴うフィードバック補正係数ＦＡＦの変化に基づき、パージガスの蒸発燃料濃度に対応した値として学習（更新）されるものである。こうしたベーパ濃度学習値ＢＧ(k)の学習（更新）は、以下の式（２）を用いて所定周期毎に行われる。
ＢＧ(k)＝ＢＧ(k-1)＋（ＦＡＦ−１）／ＰＧＲ …式（２）
ＢＧ(k) ：最新のベーパ濃度学習値
ＢＧ(k-1)：前回のベーパ濃度学習値
ＦＡＦ ：フィードバック補正係数
ＰＧＲ ：目標パージ率
この式（２）によって算出される最新のベーパ濃度学習値ＢＧ(k)は、上記式（１）において「ＰＧＲ・ＢＧ(k)」という項として用いられる。この項は、吸気通路１１に流されたパージガスに含まれる燃料量に対応する分だけ、燃料噴射弁７から噴射される燃料の量を減らすためのものである。従って、パージ制御によりパージガスが吸気通路１１に流されるときには、それに伴う空燃比の変動を抑制すべく、内燃機関１０の燃料噴射量が上記「ＰＧＲ・ＢＧ(k)」という項によって補正されることになる。

以上に説明した燃料噴射量制御に伴って、キャニスタ３２中の蒸発燃料濃度に対応するベーパ濃度学習値ＢＧ(k)が算出される。なお、この燃料噴射量制御を行う制御装置６０と、空燃比センサ２７とが、キャニスタ３２中の蒸発燃料濃度を検出する濃度検出手段として機能する。

つぎに、制御装置６０が行うパージ通路４１の点検用処理について、図１及び図２を参照して説明する。制御装置６０は、イグニッションスイッチ６１がオフにされると、図２に示されている点検用処理を開始する。

ステップＳ１１０において、制御装置６０は、最新のベーパ濃度学習値を参照し、このベーパ濃度学習値をキャニスタ３２中の蒸発燃料濃度に換算し、換算した蒸発燃料濃度が予め設定された基準値未満であるか否かの判定を行う。そして、制御装置６０は、換算した蒸発燃料濃度が予め設定された基準値未満である場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１２０〜ステップＳ１８０に示すリーク有無検出処理を行い、ベーパ濃度学習値が上記基準値以上である場合（Ｎｏ）には、パージ通路４１の点検用処理を終了する。

処理がステップＳ１２０に進んだ場合、制御装置６０は、パージポンプ５１を駆動して処理をつぎのステップＳ１３０に進める。なお、処理がステップＳ１２０に進んだときにパージポンプ５１が既に駆動されている場合には、制御装置６０はパージポンプ５１の駆動を継続する。
ステップＳ１３０において、制御装置６０は、制御弁５２を開弁する。パージポンプ５１が駆動されている状態で制御弁５２が開弁されると、パージガスが吸気通路１１に導入される。なお、内燃機関１０が停止されている状態においては、吸気バルブも排気バルブも開閉されておらず、かつ、スロットル弁２０も閉じているため、分岐パージ通路４５が接続されているスロットル弁２０よりも下流側の吸気通路１１では、すぐにガス圧が高くなり、一方弁５４が閉塞する。このため、パージガスは、パージ通路４１を通じて吸気通路１１におけるコンプレッサ１５よりも上流側に導入されるようになる。このとき、スロットル弁２０は閉じているため、吸気通路１１に導入されたパージガスは、吸気通路１１におけるスロットル弁２０よりも下流側へ流れることが妨げられる。したがって、パージ通路４１を通じて吸気通路１１におけるコンプレッサ１５よりも上流側に導入されたパージガスは、エアフロメータ２５に向けて上流側へ逆流する。万一、パージ通路４１にリークが生じている場合、吸気通路１１に導入されるパージガスの量が少なくなるか、または、パージガスの導入自体がなくなるため、パージガスはエアフロメータ２５まで及びにくい。

ステップＳ１４０において、制御装置６０は、逆流を検出したか否かを判定する。具体的には、制御装置６０は、リークが生じていなければ上記逆流に伴う流量変化が検出されるようになるはずの所定期間に亘って流量の監視を継続し、所定期間の間に上記逆流に伴う流量変化をエアフロメータ２５によって検出したときに逆流を検出したと判定する。そして、逆流が検出された場合（Ｙｅｓ）には、制御装置６０は処理をステップＳ１５０に進めてパージ通路４１にリークが生じていないと判定する。一方、所定期間に亘って流量の監視を継続したものの、流量変化が検出されず、逆流が検出されない場合（Ｎｏ）には、制御装置６０は処理をステップＳ１６０に進めてパージ通路４１にリークが生じていると判定する。処理がステップＳ１６０に進んだ場合、制御装置６０は、警告灯の点灯等を行って、パージ通路４１にリークが生じていることを報知する。

ステップＳ１５０、またはステップＳ１６０の処理を行った後、制御装置６０は、処理をステップＳ１７０に進め、パージポンプ５１を停止する。この後、制御装置６０は、処理をステップＳ１８０に進め、制御弁５２を閉弁する。そして、制御装置６０は、処理を終了する。なお、制御装置６０は、イグニッションスイッチ６１がオフにされる度に、以上に説明したパージ通路４１の点検用処理を実施する。

つぎに、本実施形態のパージ装置３０の作用およびその作用によって得られる効果について説明する。
（１）上述のとおり、リーク有無判定処理においては、パージ通路４１にリークが無い場合、パージガスが吸気通路１１を上流側へ逆流する。この逆流したパージガスは、吸気の取込口１３から大気中へ放出されることとなる。したがって、キャニスタ３２中の蒸発燃料濃度が高い場合にリーク判定処理を行うことは、大気環境汚染の観点において好ましくない。そこで、本実施形態のパージ装置３０では、点検用処理において、まず蒸発燃料濃度が予め設定された基準値未満であるか否かを判定し、キャニスタ３２中の蒸発燃料濃度が基準値未満である場合にのみ、リーク有無検出処理を実行する。したがって、キャニスタ３２中の蒸発燃料の濃度が高い場合には、リーク有無検出処理が実行されなくなり、パージガスが吸気の取込口１３から大気中へ放出されなくなる。このため、リーク有無検出処理の実行に伴う蒸発燃料の大気中への放出量が低減され、大気環境汚染が抑制される。

なお、上記の実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・空燃比センサ２７は、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側であることを示す信号とリーン側であることを示す信号とを出力する酸素センサに変更してもよい。こうした酸素センサを用いて空燃比フィードバック制御を行い、キャニスタ３２中の蒸発燃料濃度を検出することもできる。
・２つの一方弁５３，５４のいずれか一方、もしくは双方を省略してもよい。
・パージポンプ５１の位置を流出側通路４１ｂに変更してもよい。

１０…内燃機関、１１…吸気通路、１５…コンプレッサ、２５…エアフロメータ、２９…燃料タンク、３０…パージ装置、３２…キャニスタ、４１…パージ通路、５１…パージポンプ、６０…制御装置。

Claims (1)

1. 燃料タンクで発生した蒸発燃料を捕集するキャニスタと、
   エアフロメータ、コンプレッサがこの順番で上流側から設けられた吸気通路と、
   前記吸気通路における、前記コンプレッサと前記エアフロメータとの間の箇所と、前記キャニスタと、を接続したパージ通路と、
   前記パージ通路に設けられ、前記キャニスタで捕集した前記蒸発燃料を含んだパージガスを前記吸気通路へ送り出すパージポンプと、
   内燃機関が停止された状態において、前記パージポンプを駆動させるとともに前記エアフロメータによって流量変化の有無を検出することで、前記パージ通路における前記パージガスのリークの有無を判定するリーク有無検出処理を実行する制御装置と、を備えたパージ装置であって、
   前記キャニスタ中の蒸発燃料濃度を検出する濃度検出手段を備え、
   前記制御装置は、前記濃度検出手段によって検出された蒸発燃料濃度が予め設定された基準値未満であることを条件に、前記リーク有無検出処理を実行するパージ装置。
   

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