JP2860851B2 - 内燃機関の蒸発燃料制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料タンク内の蒸発燃
料を一時的に蓄え、所定の機関運転条件で機関の吸気系
に吸入量を制御しつつ吸入させる内燃機関の蒸発燃料制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より燃料タンクから発生する蒸発燃
料の排出量を規制する対策として、該蒸発燃料を一旦キ
ャニスタと称される吸着手段に吸着させ、該吸着燃料を
所定の機関運転状態で吸気負圧により吸気系に吸入 (パ
ージ) して処理させるシステムが考えられている。該シ
ステムそのものは、実車に搭載されているが、近年の対
策としては、蒸発燃料のキャニスタからの放出を確実に
防止されるように、キャニスタが蒸発燃料で満たされた
状態からパージを開始して燃焼処理させてもなお、排出
量を規制値内に留めることが要求されるという過酷な条
件である。

【０００３】そこで、蒸発燃料をパージする際には、一
時に多量の蒸発燃料がパージされないように、前記吸着
手段と機関吸気系との連通路（パージ通路）の途中に、
周期的に開閉させ、その開弁時間割合（開弁デューテ
ィ）を制御することで、パージ量を制御する吸入量制御
弁（パージコントロールバルブ）を設けるようにしたも
のが考えられている。すなわち、開口面積を制御して流
量制御を行なうことは精度上難しく、全開流量を一定に
調整しソニック流量として開弁時間割合を変える所謂デ
ューティ制御を行なう方が精度を確保でき、制御も簡単
であるためである。

【０００４】さらに、パージの際に、蒸発燃料が余分に
機関に吸入されるので、通常の空燃比制御では空燃比に
大きなズレを生じて、排気汚染成分の排出量を増加させ
てしまうため、蒸発燃料の吸入量と燃料供給手段から機
関に供給される燃料量とを制御して空燃比を適切に保つ
制御が必要である。このため、キャニスタが吸着してい
る蒸発燃料の量を推定してパージコントロールバルブの
開度を制御して蒸発燃料の吸入量を所定量に制御する内
燃機関の蒸発燃料制御装置を、本願出願人は特願平４−
２３９８５２号において提案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな装置では、機関全体としての空燃比を適切に保つこ
とはできても、すなわち機関に供給される全燃料量を所
定の空燃比となるように制御することはできても、機関
の各気筒に吸入される混合気の空燃比を平均化して、な
おかつ所定値に制御できるものではなかった。

【０００６】つまり、キャニスタに吸着された蒸発燃料
を機関にパージさせる際には、前述したパージコントロ
ールバルブの開閉は周期的に行なわれるので、該開閉に
伴って間欠的に蒸発燃料が吸気系に吸入されることとな
り、パージによる混合気（以下、パージ混合気と言う）
濃度には粗密が発生するようになる。このため、パージ
コントロールバルブが一定の開閉周波数で開閉すると、
機関回転速度の変化による吸気弁開閉サイクルの変化、
或いは吸気脈動周波数の変化により、機関の気筒毎に吸
入される最終的な蒸発燃料量が変化するので、気筒毎の
空燃比にはバラツキが発生することとなる。すなわち、
パージ混合気濃度の密部分を吸入する割合が気筒毎に異
なってくるということである。かかる気筒間の空燃比の
バラツキは、気筒間の燃焼変動を招き、燃焼圧力の変動
延いては機関振動の増大、更には排気成分の悪化等種々
の不具合を招いていた。

【０００７】ところで、前記パージコントロールバルブ
の開閉周波数を、常に機関最高回転速度より高い周波数
に維持して、前記パージ混合気濃度の粗密変動を実質上
無視し得る程度にすることが考えられるが、パージコン
トロールバルブ自体の耐久性の面から現実的には不可能
である。一方、吸気通路にサージタンクを設けて、前記
パージ混合気濃度の粗密を平滑化することも考えられる
が、この方法では、サージタンクに一旦蓄えられたパー
ジ混合気が機関に流入するまでに遅れをきたすので、応
答遅れによる空燃比段差が発生するため、加速時やシフ
トチェンジ時にショックが発生すると共に、排気成分も
悪化することとなる。

【０００８】本発明は、このような実情に鑑みなされた
もので、吸着手段に吸着されている蒸発燃料量を機関に
吸入する際に、機関全体としては所定空燃比（目標空燃
比）に制御しながら、パージコントロールバルブの開閉
に伴って発生するパージ混合気濃度の粗密を原因とする
気筒毎の空燃比のバラツキを抑制して、各気筒平均して
所望の空燃比を得ることができるようにした内燃機関の
蒸発燃料制御装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１の発
明にかかる内燃機関の蒸発燃料制御装置は、図１に示す
ように、燃料タンクＡ内の蒸発燃料を一時的に吸着して
貯留する吸着手段Ｂと、該吸着手段Ｂと機関の吸気系と
の間に介装され、前記吸着手段Ｂに貯留された蒸発燃料
を所定の機関運転条件で吸入させる吸入量制御弁Ｃと、
を備え、前記吸入量制御弁Ｃが周期的に開閉し開閉の時
間割合を制御することで吸入量を制御してなる内燃機関
の蒸発燃料制御装置において、前記吸入制御弁Ｃの１周
期当たりの開閉時間割合を設定する開閉時間割合設定手
段Ｄと、前記開閉時間割合を達成しつつ、前記吸入量制
御弁Ｃの開閉周波数を機関回転速度の増大に応じて増大
して可変制御する開閉周波数制御手段Ｅと、を含んで構
成した。

【００１０】また、請求項２にかかる発明は、同じく図
１に示すように、燃料タンクＡ内の蒸発燃料を一時的に
吸着して貯留する吸着手段Ｂと、該吸着手段Ｂと機関の
吸気系との間に介装され、前記吸着手段Ｂに貯留された
蒸発燃料を所定の機関運転条件で吸入させる吸入量制御
弁Ｃと、を備え、前記吸入量制御弁Ｃが周期的に開閉し
開閉の時間割合を制御することで吸入量を制御してなる
内燃機関の蒸発燃料制御装置において、 前記吸入制御弁
Ｃの１周期当たりの開閉時間割合を設定する開閉時間割
合設定手段Ｄと、 前記開閉時間割合を達成しつつ、前記
吸入量制御弁Ｃの開閉周波数を時間経過に伴って増減変
動するように可変制御する開閉周波数制御手段Ｅと、 を
含んで構成した

【００１１】

【作用】請求項１に係る発明によると、開閉周波数制御
手段により吸入量制御弁の開閉周波数を蒸発燃料吸入制
御中に可変制御することによって、該吸入量制御弁の開
閉周波数を変化させて、機関回転速度の変化に伴う吸気
弁開閉サイクルの変化、或いは吸気脈動周波数の変化に
同期するように制御する。これにより、各気筒に吸入さ
れたパージ混合気の濃度を全気筒略平均化することがで
きるので、各気筒の空燃比を所望の値に制御することが
できる。請求項２に係る発明によると、開閉周波数制御
手段により吸入量制御弁の開閉周波数を蒸発燃料吸入制
御中に可変制御することによって、該吸入量制御弁の開
閉周波数を時間経過に伴って増減変動するように制御す
る。これにより、同様に各気筒に吸入されたパージ混合
気の濃度を全気筒略平均化することができるので、各気
筒の空燃比を所望の値に制御することができる。

【００１２】あるいは、蒸発燃料吸入制御中に、前記周
波数制御手段により吸入量制御弁の開閉周波数を時間経
過に伴って増減変動するように制御することにより、吸
入量制御弁を一定の周期で開閉するものに比べ、ある気
筒に偏って濃い或いは薄いパージ混合気が吸入されるの
を抑制する。これにより、各気筒に吸入されたパージ混
合気濃度を平均化することができるので、各気筒の空燃
比を所望の値に制御することができる。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。第１の実施例の構成を示す図２において、機関
11の吸気通路12には吸入空気流量Ｑを検出するエアフロ
ーメータ13及びアクセルペダルと連動して吸入空気流量
Ｑを制御する絞り弁14が設けられ、下流のマニホールド
部分には気筒毎に燃料供給手段としての電磁式の燃料噴
射弁15が設けられる。

【００１４】燃料噴射弁15は、マイクロコンピュータを
内蔵したコントロールユニット16からの噴射パルス信号
によって開弁駆動し、燃料を噴射供給する。更に、機関
11の冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温
センサ17が設けられる。一方、排気通路18にはマニホー
ルド集合部に排気中酸素濃度を検出することによって吸
入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ19が設けら
れ、その下流側の排気管に排気中のＣＯ，ＨＣの酸化と
ＮＯ_X の還元を行って浄化する排気浄化触媒としての三
元触媒20が設けられる。

【００１５】また、図２で図示しないディストリビュー
タには、クランク角センサ21が内蔵されており、該クラ
ンク角センサ21から機関回転と同期して出力されるクラ
ンク単位角信号を一定時間カウントして、又は、クラン
ク基準角信号の周期を計測して機関回転速度Ｎを検出す
る。次に燃料供給系について説明すると、燃料タンク22
内には燃料ポンプ23が装着され、該燃料ポンプ23から圧
送された燃料がプレッシャレギュレータ24を介装した燃
料供給通路25を経て所定の圧力に調整されて前記燃料噴
射弁15に供給される。前記プレッシャレギュレータ24か
らの余剰燃料はリターン燃料通路26を介して燃料タンク
22に戻される。

【００１６】また、燃料タンク22の上部空間に溜まる蒸
発燃料は、チェックバルブ27を介装した蒸発燃料通路28
を介してキャニスタ29に導かれる。キャニスタ29内に一
時的に吸着された蒸発燃料は、所定の運転条件でパージ
コントロールバルブ30を介装したパージ通路31を経て絞
り弁14下流の吸気通路12に吸入される。また、キャニス
タ29周辺部の温度を検出する第１温度センサ32と、キャ
ニスタ29内部の温度を検出する第２温度センサ33とが設
けられる。これら第１温度センサ32及び第２温度センサ
33は温度状態検出手段を構成する。

【００１７】そして、前記コントロールユニット16は、
前記第１温度センサ32及び第２温度センサ33により検出
されるキャニスタ29の温度状態を含む条件に基づいてキ
ャニスタ29に吸着されている蒸発燃料量を推定し、該蒸
発燃料量に基づいてパージコントロールバルブ30の開度
を制御して蒸発燃料のパージ量を制御する。さらに、コ
ントロールユニット16は、機関回転速度に基づいてパー
ジコントロールバルブ30の開閉周波数ｆを設定できるよ
うになっている。、このように、パージコントロールバ
ルブ30はコントロールユニット16によりその開度、及び
開閉周波数が設定され、該設定された制御信号をコント
ロールユニット16から入力して制御されるようになって
いる。

【００１８】次に、前記コントロールユニット16による
キャニスタ29への吸着蒸発燃料量の推定及び該推定結果
に基づく空燃比制御を図３及び図４のフローチャートに
従って説明する。吸着蒸発燃料量の推定ルーチンを示す
図３において、ステップ（図ではＳと記す）１では、第
１温度センサ32により検出されるキャニスタ29周辺部の
温度Ｔ_aを読み込む。

【００１９】ステップ２では、第２温度センサ33により
検出されるキャニスタ29内部の温度Ｔ_c を読み込む。ス
テップ３では、前記キャニスタ29周辺部の温度Ｔ_a に対
するキャニスタ29内部温度Ｔ_c の偏差ΔＴ (＝Ｔ_c −Ｔ
_a ) を求める。ステップ４では、前記ΔＴの時間積分値
Ｓ_c を演算する。

【００２０】ここで、Ｓ_c ＝∫ΔＴ≒ΣＳ₁ −ΣＳ₂ 但し、ΣＳ₁ は、蒸発燃料の吸着による発熱反応で正の
値となるΔＴの積算値であり、ΣＳ₂ は、蒸発燃料の離
脱による吸熱反応で負の値となるΔＴの積算値である。
ステップ５では、前記ΔＴの時間積分値Ｓ_c に基づいて
今回の運転でキャニスタ29に吸着された蒸発燃料量Ｇ_cN
を予め実験的に求められてＲＯＭに記憶されたマップか
らの検索により推定する。尚、ΣＳ₁ ＜ΣＳ₂ の場合に
は、吸着量より離脱量の方が大きい場合であり、その場
合は、Ｇ_cNは負の値となる。

【００２１】ステップ６では、前回までの運転でキャニ
スタ29に吸着されている蒸発燃料量Ｇ_cOに今回吸着され
た蒸発燃料量Ｃ_cNを加算することにより、現在キャニス
タ29に吸着されている蒸発燃料量Ｇ_c を推定する。ステ
ップ６では、キースイッチのＯＮ，ＯＦＦを判別する。
そして、キースイッチがＯＦＦとされた時にバックアッ
プメモリに前記推定された吸着蒸発燃料量Ｇ_c をＧ_cOと
して記憶しておく。

【００２２】次に、前記推定されたキャニスタ29の吸着
蒸発燃料量Ｇ_c に基づいて蒸発燃料のパージ量、及びパ
ージコントロールバルブ30の開閉周波数を制御するパー
ジコントロールバルブ30の開閉制御について図４に示し
たフローチャートに従って説明する。ステップ11では、
機関回転速度Ｎと基本燃料噴射量Ｔ_P によって吸気通路
12の絞り弁14下流の吸気負圧Ｐ_E を推定する。

【００２３】ステップ12では、前記吸気負圧Ｐ_E と前記
吸着蒸発燃料量Ｇ_c とに基づいて、パージ可能な、つま
りパージコントロールバルブ30を全開とした場合の最大
の蒸発燃料パージ量Ｐ_AMAXを予め設定されたマップから
の検索により求める。ステップ13では、機関回転速度Ｎ
と基本燃料噴射量Ｔ_P と (又はステップ11で推定した吸
気負圧Ｐ_E ) に基づいて蒸発燃料のパージ量の要求値Ｐ
_ASETを予め設定されたマップからの検索により求める。

【００２４】ステップ14では、前記最大蒸発燃料パージ
量Ｐ_AMAXと前記目標値Ｐ_ASETとに基づいて、該目標値Ｐ
_ASETを得るための最終的なパージコントロールバルブ30
の開弁制御デューティＰ_ADUTY を予め設定されたマップ
からの検索により求める。かかるステップ14が、本発明
に係る開閉時間割合設定手段に相当する。つづいて、ス
テップ15では、ステップ14で求めた開弁デューティＰ
_ADUTY の制御信号を発する周波数ｆを機関回転速度Ｎに
基づいて予め設定されたマップから検索により求める。
ここにおいて、パージコントロールバルブ３０の開閉周
波数ｆは、機関回転速度Ｎの増大に伴って増大するよう
な略比例関係で示してあるが、実質的には、機関回転速
度Ｎの変化による吸気弁開閉サイクルの変化、或いは吸
気脈動周波数の変化に同期させるようにして、各気筒が
パージ混合気濃度の密部分を吸入する割合を全気筒略同
一にすることができるものであれば、これに限定される
ものではない。

【００２５】ステップ16では、ステップ15で求めた周波
数ｆによって開弁制御デューティＰ _ADUTY をパージコン
トロールバルブ30へ出力する。かかるステップ15、16
が、吸入量制御弁の開閉周波数制御手段を構成する。そ
して、ステップ17では、燃料噴射弁15の蒸発燃料がパー
ジされない場合に機関運転状態 (機関回転速度Ｎ_, 吸入
空気流量Ｑ_, 水温Ｔ_W 等) により設定された有効噴射パ
ルス幅Ｔ_e から前記パージ量目標値Ｐ_ASETを噴射パルス
幅に換算するために換算定数ｍを乗じた値を差し引くこ
とにより、燃料噴射弁15の有効燃料噴射パルス幅Ｔ_e ’
を求める。

【００２６】ステップ17では、前記有効噴射パルス幅Ｔ
_e ’にバッテリ電圧補正による無効噴射パルス幅Ｔ_S を
加算した噴射パルス幅Ｔ_I を有する噴射パルス信号を燃
料噴射弁15に出力する。第１の実施例においては、蒸発
燃料のパージ量を運転状態によって設定した目標値に保
持し、該目標値分を差し引いた量の燃料を燃料噴射弁15
から機関11に供給することにより、機関11の全体として
の空燃比を一定に制御することができると共に、パージ
コントロールバルブ30の開閉周波数ｆを機関回転速度Ｎ
に応じて設定するようになしたので、パージコントロー
ルバルブ30の開閉周波数ｆを機関回転速度Ｎの変化によ
る吸気弁開閉サイクルの変化、或いは吸気脈動周波数の
変化に同期させることができるので、機関各気筒が吸入
したパージ混合気の濃度を全気筒略同一にすることがで
きるため、気筒毎の空燃比のバラツキを抑制して、各気
筒平均して所望の空燃比を得ることができる。

【００２７】つづいて、第２の実施例について添付の図
面に基づき説明する。第２の実施例は、前述した第１の
実施例に対してパージコントロールバルブ30の開閉周波
数ｆの設定が異なっている。すなわち、図５に示すフロ
ーチャートの如く、第１の実施例における図４のフロー
チャートとステップ21〜ステップ24までは同様であるの
で、この部分については設明を省略する。

【００２８】ステップ25では、コントロールユニット16
に内蔵されるタイマーのカウント値ＴＭを０とする。ス
テップ26では、ステップ24で求めた開弁デューティＰ
_ADUTY の制御信号を発する周波数ｆを、カウント値ＴＭ
に基づいてコントロールユニット16に予め設定されてい
るマップから検索により求める。該マップは、パージコ
ントロールバルブ３０の開閉周波数ｆが、時間ＴＭに対
して増減変動するように設定されている。こうすること
で、パージコントロールバルブ３０を一定の周期で開閉
させるものに比べ、ある気筒に偏って濃い或いは薄いパ
ージ混合気が吸入されるのを抑制することができるの
で、各気筒に吸入されるパージ混合気濃度を平均化する
ことが可能となる。

【００２９】ステップ27では、コントロールユニット16
に内蔵されるタイマーをカウントアップする。カウント
アップされた時間がＴＭmax に達したときには、ＴＭma
x をＴＭ＝０とする。ステップ28では、ステップ26で求
めた周波数ｆによって開弁制御デューティＰ _ADUTY をパ
ージコントロールバルブ30へ出力する。かかるステップ
25、26、27、28が、吸入量制御弁の開閉周波数制御手段
を構成する。

【００３０】そして、ステップ29では、燃料噴射弁15の
蒸発燃料がパージされない場合に機関運転状態 (機関回
転速度Ｎ_, 吸入空気流量Ｑ_, 水温Ｔ_W 等) により設定さ
れた有効噴射パルス幅Ｔ_e から前記パージ量目標値Ｐ
_ASETを噴射パルス幅に換算するために換算定数ｍを乗じ
た値を差し引くことにより、燃料噴射弁15の有効燃料噴
射パルス幅Ｔ_e ’を求める。

【００３１】ステップ30では、前記有効噴射パルス幅Ｔ
_e ’にバッテリ電圧補正による無効噴射パルス幅Ｔ_S を
加算した噴射パルス幅Ｔ_I を有する噴射パルス信号を燃
料噴射弁15に出力する。ステップ31では、機関回転速度
Ｎ、機関負荷Ｔｐにより運転状態が変化したか否かを判
断する。

【００３２】ステップ31で、機関運転状態が変化しない
場合にはステップ26へ戻り、該制御が継続される。一
方、機関運転状態が変化した場合には、本制御を終了す
る。このように、第２の実施例においても、第１の実施
例同様に、機関11の全体としての空燃比を一定に制御す
ることができると共に、蒸発燃料吸入制御中に、パージ
コントロールバルブ30の開閉周波数ｆを時間ＴＭに対し
て増減変動するように制御することで、気筒毎の空燃比
のバラツキを抑制して、各気筒平均して所望の空燃比を
得ることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、機関全体としては所定空燃比（目標空燃比）に制御
できると共に、吸入量制御弁の開閉周波数を蒸発燃料吸
入制御中に可変制御するようになしたので、特に、吸入
量制御弁の開閉周波数を機関回転速度の増大に応じて設
定するようになせば、吸入量制御弁の開閉周波数を機関
回転速度の変化による吸気弁開閉サイクルの変化、或い
は吸気脈動周波数の変化に同期させることができるの
で、機関各気筒が吸入したパージ混合気の濃度を全気筒
略同一にすることができ、各気筒平均して所望の空燃比
を得ることができ、延いては気筒間の燃焼変動を抑制し
て、燃焼圧力の変動延いては機関振動の増大、更には排
気成分の悪化等を抑制することができる。

【００３４】また、蒸発燃料吸入制御中に、吸入量制御
弁の開閉周波数を時間経過に伴って増減変動するように
制御すれば、吸入量制御弁を一定の周期で開閉するもの
に比べ、ある気筒に偏って濃い或いは薄いパージ混合気
が吸入されるのを抑制することができるので、各気筒平
均して所望の空燃比を得ることができ、延いては気筒間
の燃焼変動を抑制して、燃焼圧力の変動延いては機関振
動の増大、更には排気成分の悪化等を抑制することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図

【図２】本発明の第１、第２の実施例の構成を示す図

【図３】同上各実施例のキャニスタ吸着燃料量推定ルー
チンを示すフローチャート

【図４】第１の実施例のパージコントロールバルブ30の
パージ量・開閉周波数制御ルーチンを示すフローチャー
ト

【図５】第２の実施例のパージコントロールバルブ30の
パージ量・開閉周波数制御ルーチンを示すフローチャー
ト

【符号の説明】

11 機関 16 コントロールユニット 21 クランク角センサ 22 燃料タンク 28 蒸発燃料通路 29 キャニスタ 30 パージコントロールバルブ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料タンク内の蒸発燃料を一時的に吸着し
   て貯留する吸着手段と、 該吸着手段と機関の吸気系との間に介装され、前記吸着
   手段に貯留された蒸発燃料を所定の機関運転条件で吸入
   させる吸入量制御弁と、 を備え、 前記吸入量制御弁が周期的に開閉し開閉の時間割合を制
   御することで吸入量を制御してなる内燃機関の蒸発燃料
   制御装置において、 前記吸入量制御弁の１周期当たりの開閉時間割合を設定
   する開閉時間割合設定手段と、 前記開閉時間割合を達成しつつ、前記吸入量制御弁の開
   閉周波数を機関回転速度の増大に応じて増大するように
   可変制御する開閉周波数制御手段と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の蒸発燃料
   制御装置。
2. 【請求項２】燃料タンク内の蒸発燃料を一時的に吸着し
   て貯留する吸着手段と、 該吸着手段と機関の吸気系との間に介装され、前記吸着
   手段に貯留された蒸発燃料を所定の機関運転条件で吸入
   させる吸入量制御弁と、 を備え、 前記吸入量制御弁が周期的に開閉し開閉の時間割合を制
   御することで吸入量を制御してなる内燃機関の蒸発燃料
   制御装置において、 前記吸入制御弁の１周期当たりの開閉時間割合を設定す
   る開閉時間割合設定手段と、 前記開閉時間割合を達成しつつ、前記吸入量制御弁の開
   閉周波数を時間経過に伴って増減変動するように可変制
   御する開閉周波数制御手段と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の蒸発燃料
   制御装置。