JP3627495B2

JP3627495B2 - 内燃機関の蒸発燃料処理装置

Info

Publication number: JP3627495B2
Application number: JP01312498A
Authority: JP
Inventors: 賢也古性
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-01-27
Filing date: 1998-01-27
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: JPH11210528A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関に付設されるキャニスタ方式の蒸発燃料処理装置に関し、特にキャニスタからのパージを極力短期間に大量に行うようにする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料タンクで発生した蒸発燃料の外部への流出を防止するキャニスタ方式の蒸発燃料処理装置が従来から知られている。
【０００３】
この種の装置では、周知のように、キャニスタに吸着された燃料成分が、次の機関運転中に新気とともに離脱し、所謂パージガスとなって機関へ供給されるようになっている。そして、このパージの間は、パージガスに含まれている燃料成分によって内燃機関の空燃比がリッチ化しようとするので、空燃比センサの検出信号に基づいて演算される空燃比フィードバック補正係数は、１よりも小さな値となる。
【０００４】
ここで、この空燃比フィードバック補正係数を、無制限に減少させてしまうと、燃料噴射弁から供給される燃料の占める割合が非常に小さくなり、例えば空燃比センサの劣化による特性の変化に伴う空燃比の変動、等の種々の要因によって運転性の不良を生じたりする恐れがあり、好ましくない。
【０００５】
従って、特開平７−２５９６０７号公報に開示されているように、空燃比フィードバック補正係数に一定の下限値を設けておくことが一般的になされている。つまり、パージを開始して空燃比フィードバック補正係数が所定の下限値に達したら、パージ通路に設けられているパージ制御弁の開度を制限することにより、空燃比フィードバック補正係数がそれ以上小さくならないようにするのである。そして、上記公報の装置では、上記下限値として、固定的な一定値ではなく、パージガスの濃度を推定し、パージガス濃度が高いと思われる場合には、下限値を低く補正するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
キャニスタの大型化を回避するためには、短時間の運転で再度吸着可能な状態まで確実に復帰するように、吸着していた蒸発燃料成分を速やかに内燃機関で処理する必要がある。そのためには、パージ中の空燃比フィードバック補正係数の下限値を極力低くし、多量のパージガスの混入を許容することが望ましい。
【０００７】
しかしながら、上記公報の装置では、パージ制御弁の閉時および開時の空燃比フィードバック補正係数の変化からパージガス濃度を推定して、パージガス濃度が高いと思われる場合に空燃比フィードバック補正係数の下限値を一層低くするようにしているので、パージ以外の何らかの原因で空燃比フィードバック補正係数の低下が発生しても、これをパージとみなして下限値が低下するので、上述したように、運転性不良等の不具合が発生する可能性がある。例えば、空燃比センサの急な異常等によりフィードバック補正係数が低くなった場合、空燃比がリーンとなるが、このような場合でも、空燃比センサの信号に従ってさらに下限値が低下するので、機関が不安定となりやすい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る内燃機関の蒸発燃料処理装置は、図１に示すように、
内燃機関の排気通路に配設された空燃比センサ１と、
この空燃比センサ１の出力に基づいて空燃比フィードバック補正係数を設定する補正係数設定手段２と、
上記空燃比フィードバック補正係数を用いて基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段３と、
燃料タンクの蒸発燃料を吸着するキャニスタ４と、
このキャニスタ４から内燃機関の吸気通路に導入されるパージガスの流量を制御するためのパージ制御弁５と、
上記空燃比フィードバック補正係数が所定の下限値を下回らないように、上記パージ制御弁５の開度を制御するパージ制御手段６と、
パージ中に上記空燃比フィードバック補正係数をパージ率（機関の吸入空気量に対するパージ空気量の割合）から定まる判定基準値と比較して、空燃比フィードバック補正係数の減少がパージによるものか否かを判定する診断手段７と、
この診断手段によってパージによるものと判定したときに、上記下限値として、より低い第２の下限値を与える下限値補正手段８と、
を備えたことを特徴としている。
【０００９】
この内燃機関においては、上記空燃比センサ１、補正係数設定手段２および燃料噴射量補正手段３によって空燃比フィードバック制御システムが構成されており、空燃比が目標空燃比、例えば理論空燃比に保たれるようになる。
【００１０】
一方、キャニスタ４からパージされた燃料成分がパージ制御弁５を介して機関に導入されると、空燃比フィードバック制御システムは空燃比をリーン化させる方向に作用しようとし、空燃比フィードバック補正係数が減少する。この空燃比フィードバック補正係数が下限値まで低下すると、パージ制御弁５の開度は制限され、過度のパージガスの流入が規制される。
【００１１】
ここで、本発明では、上記診断手段７によって、上記空燃比フィードバック補正係数をパージ率から定まる判定基準値と比較して、空燃比フィードバック補正係数の減少がパージによるものか否かが判定される。すなわち、パージガスの濃度には限界があるので、あるパージ率でもってパージガスが機関に流入したときの空燃比フィードバック補正係数の低下には、やはり下限がある。つまり、最も濃度が高いパージガスが混入したと仮定した場合の変化よりも大きく低下することはあり得ない。そして、この判定基準値となる値は、パージ率によって一義的に定まる。従って、空燃比フィードバック補正係数がこのパージ率から定まる判定基準値よりもさらに低ければ、その空燃比フィードバック補正係数の低下はパージガスの流入に起因するものではない、と判定することができる。
【００１２】
このような手法により、空燃比フィードバック補正係数の低下がパージガスの流入に起因するものと判定された場合には、空燃比フィードバック補正係数の下限値が、より低い第２の下限値となる。従って、より多量のパージガスの流入が許容され、速やかにパージが進行する。
【００１３】
請求項１の発明をさらに具体化した請求項２の発明は、パージ開始時には、上記下限値として第１の下限値が与えられており、空燃比フィードバック補正係数がこの第１の下限値に達したときに上記診断手段による判定を行うことを特徴としている。すなわち、パージに伴って空燃比フィードバック補正係数が第１の下限値まで実際に低下しなければ、その下限値を第２の下限値まで下げることはなされず、従って、何らかの外乱による不安定化等が回避される。
【００１４】
また請求項３の発明においては、内燃機関がアイドル状態にあるときにのみ第２の下限値への変更が許可される。アイドル以外の状態では、機関の吸入空気量が大となることから、空燃比フィードバック補正係数の下限値を比較的高い値に制限してあっても、比較的短時間で十分なパージを行うことが可能である。従って、不必要に下限値を下げることによる種々の不具合を回避できる。なお、アイドル状態であれば、機関の吸入空気量が概ね一定となるので、パージ制御弁の開度（例えばそのＯＮデューティ比）がそのままパージ率を示すパラメータとなる。
【００１５】
また請求項３に従属する請求項４の発明においては、さらに、内燃機関が空調装置用コンプレッサを駆動していることを条件として第２の下限値への変更が許可される。すなわち、夏季等において補機として空調装置用コンプレッサを駆動している状態では、一般に、アイドル回転数制御によって、内燃機関に比較的多量の燃料が供給されているため、空燃比フィードバック補正係数の下限値を下げてパージガス流量を増加させても、不安定化しにくい。
【００１６】
【発明の効果】
この発明に係る内燃機関の蒸発燃料処理装置によれば、キャニスタからのパージに際して、空燃比フィードバック補正係数の下限値を下げることにより、多量のパージガスを内燃機関に導入することが可能となり、運転開始後速やかにキャニスタを吸着可能な状態に復帰させることができるので、キャニスタの小型化が可能となる。そして、空燃比フィードバック補正係数の下限値を第２の下限値まで下げる際には、空燃比フィードバック補正係数をパージ率から定まる判定基準値と比較して、空燃比フィードバック補正係数の減少がパージによるものか否かを判定するようにしているので、例えば、空燃比センサの急な異常等により空燃比フィードバック補正係数が低くなった場合は、パージによるものでないと判定して、下限値が低下することはなく、過度のリーン化による機関の不安定を回避できる。
【００１７】
また請求項２の発明によれば、パージに伴って空燃比フィードバック補正係数が第１の下限値まで実際に低下しなければ、その下限値を第２の下限値まで下げることはなされないため、不必要な下限値の低下による不安定化等を回避することができる。
【００１８】
また請求項３の発明によれば、アイドル以外の状態では、空燃比フィードバック補正係数の下限値が比較的高い値に制限されるので、やはり不必要に下限値を下げることによる種々の不具合を回避できる。
【００１９】
さらに請求項４の発明によれば、内燃機関に比較的多量の燃料が供給されている空調装置用コンプレッサの駆動時にのみ下限値が引き下げられるので、多量のパージガスが流入しても不安定化しにくい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図２において、１１は内燃機関、１２はその吸気通路、１３は排気通路を示している。上記吸気通路１２には、各吸気ポートへ向けて燃料を供給する燃料噴射弁１４が配設されているとともに、スロットル弁１５が介装されており、その上流側に、吸入空気量を検出する例えば熱線式のエアフロメータ１６が配設されている。
【００２２】
また１７は燃料タンク、１８は活性炭からなる吸着剤を用いたキャニスタである。上記燃料タンク１７の上部空間と上記キャニスタ１８とは、チェックバルブ２２を備えた蒸発燃料通路１９を介して常時連通している。上記キャニスタ１８のパージガス出口は吸気通路１２のスロットル弁１５下流側にパージ通路２０を介して連通しており、かつこのパージ通路２０には、パージガスの流量を制御するパージ制御弁２１が介装されている。このパージ制御弁２１は、適宜な周波数の駆動パルス信号でもって開閉駆動され、そのＯＮデューティ比を変化させることによって開度制御されるようになっている。
【００２３】
内燃機関１１の排気通路１３には、三元触媒２５が介装されているとともに、この三元触媒２５より上流位置に、空燃比センサとして排気中の残存酸素濃度に応じた起電力を発生するＯ_２センサ２６が配設されている。また２７は、機関回転速度を検出するために設けられた所定クランク角毎にパルス信号を発生するクランク角センサを示している。
【００２４】
上述した各種センサの検出信号が入力されるコントロールユニット２８は、所謂マイクロコンピュータシステムを用いたもので、Ｏ_２センサ２６を用いた空燃比フィードバック制御方式による燃料噴射弁１４の噴射量制御やパージ制御弁２１の開度制御を行っている。
【００２５】
上記噴射量制御は、エアフロメータ１６が検出した吸入空気量とクランク角センサ２７が検出した機関回転数とから基本パルス幅Ｔｐ（基本噴射量）を演算し、かつこれに種々の補正増量やフィードバック補正を加えて燃料噴射弁１４の駆動パルス幅Ｔｉ（噴射量）を決定するのであり、具体的には次式によってパルス幅Ｔｉが求められる。
【００２６】
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×α＋Ｔｓ
ここでＣＯＥＦは各種増量補正係数であり、例えば水温増量、高速高負荷域に対する空燃比補正などからなる。Ｔｓは、無効時間に関連した電圧補正係数である。
【００２７】
また、αはＯ_２センサ２６の検出信号に基づいて演算される空燃比フィードバック補正係数である。詳しくは、Ｏ_２センサ２６の出力を所定のスライスレベル（理論空燃比に対応する）と比較し、かつそのリーン側およびリッチ側への反転に基づく疑似的な比例積分制御によって求められる値で、１以上であればリッチ側へ、１以下であればリーン側へ空燃比が制御されるのである。これによって、実際の空燃比は、１〜２Ｈｚ程度の周期で変化しつつ略理論空燃比近傍に維持される。
【００２８】
そして上記の空燃比フィードバック補正係数αは、キャニスタ１８からパージガスとして燃料成分が吸気系に流入すると、それに伴って１以下の小さな値に低下するが、この空燃比フィードバック補正係数αの値には、予め下限値が設定されており、パージ制御弁２１の開度を増加させていったときに空燃比フィードバック補正係数αが所定の下限値に達したら、パージ制御弁２１の開度増加を停止するようになっている。
【００２９】
ここで、この実施例では、空燃比フィードバック補正係数αの下限値として、第１の下限値α_Ｌ１および第２の下限値α_Ｌ２が設けられており、パージ時の条件によっていずれかが選択される。第１の下限値α_Ｌ１は、第２の下限値α_Ｌ２に比較して相対的に高い値に設定されており、通常の運転中は、この第１の下限値α_Ｌ１が用いられる。そして、パージ時に所定の条件を満たす場合に限って、第２の下限値α_Ｌ２に下限値が引き下げられるのである。このように空燃比フィードバック補正係数αの下限値を引き下げれば、それだけ、パージ制御弁２１の開度を増大させて多量のパージガスを内燃機関１１に導入することが可能となる。
【００３０】
次に、図３のフローチャートは、パージ中になされる上記下限値の変更等の具体的な制御の流れを示しており、以下、これを説明する。
【００３１】
このルーチンは、機関の運転中繰り返し実行されるもので、先ずステップ１で、機関がアイドルのフィードバック制御条件にあるか否かの判定を行う。アイドル以外の条件であれば、機関の吸入空気量が大となるので、空燃比フィードバック補正係数の下限値が相対的に高い第１の下限値α_Ｌ１のままでも十分なパージが可能であり、従って、下限値の変更は行わない。このステップ１でＹＥＳの場合は、ステップ２へ進み、下限値を初期値である第１の下限値α_Ｌ１にするとともに、ステップ３へ進み、フィードバック補正係数αの平均値ＥＶＡＬＰＨＡを演算する。この平均値ＥＶＡＬＰＨＡは、例えば、適宜な重み付けをした移動平均として求められる。次にステップ４では、エアコンスイッチがＯＮであるか否かを判定し、エアコンスイッチがＯＦＦである場合には、パージを禁止する（ステップ５）。これは、エアコンがＯＦＦである場合には、エアコンＯＮ時に比較して燃料供給量が少なく、パージによる回転変動を生じやすいためである。
【００３２】
エアコンスイッチがＯＮであれば、ステップ６以降へ進み、キャニスタ１８のパージを開始する。ステップ６では、パージ制御弁２１のＯＮデューティ比を徐々に増加させる。つまり、開度を徐々に大きくする。そして、ステップ７では、そのときのパージ率を求める。このパージ率は、機関の吸入空気量に対するパージ空気量の割合であって、機関の吸入空気量はエアフロメータ１６によって検出され、パージ空気量は、パージ制御弁２１の開度とこの機関吸入空気量とから求められる。なお、アイドル条件では、機関の吸入空気量は概ね一定であるので、これを一定値とみなし、パージ制御弁２１の開度つまりそのデューティ比を、パージ率を示すパラメータとして取り扱うようにしてもよい。
【００３３】
次に、ステップ８では、フィードバック補正係数αが第１の下限値α_Ｌ１に達しているか否かを、その平均値ＥＶＡＬＰＨＡの値から判定する。具体的には、平均値ＥＶＡＬＰＨＡが、第１の下限値α_Ｌ１に対応して設定されたＡＬＰＨＡ１〜ＡＬＰＨＡ２の範囲内にあるか否かを判定している。そして、平均値ＥＶＡＬＰＨＡがこの所定範囲内となるまで、ステップ６のデューティ比の増加を繰り返す。機関停止中に比較的多量の蒸発燃料がキャニスタ１８に蓄えられていたとすると、パージガスの流入に伴ってフィードバック補正係数αの値が小さくなろうとするので、デューティ比の増加に伴って、平均値ＥＶＡＬＰＨＡは、第１の下限値α_Ｌ１に対応する所定範囲ＡＬＰＨＡ１〜ＡＬＰＨＡ２内に達する。
【００３４】
フィードバック補正係数αの平均値ＥＶＡＬＰＨＡが所定範囲ＡＬＰＨＡ１〜ＡＬＰＨＡ２内にあれば、ステップ８からステップ９へ進み、デューティ比の増加を一旦停止する。そして、ステップ１０において、上記フィードバック補正係数αの減少がパージによるものか否かを判定する。
【００３５】
図４は、パージ率と平均値ＥＶＡＬＰＨＡとの関係を示したものであって、パージガスが最も濃い場合に生じる平均値ＥＶＡＬＰＨＡの変化は、直線Ｌに沿ったものとなる。従って、この直線Ｌよりもさらに大きく平均値ＥＶＡＬＰＨＡが減少している場合には、何らかの異常であると判断することができる。具体的には、ある程度の誤差や個体差を見込んだ直線Ｌ’を判定基準値とし、これよりも平均値ＥＶＡＬＰＨＡが小さな斜線の領域にあれば、異常であると判定する。
【００３６】
このような判定によって、異常であると判断した場合には、ステップ１１へ進み、下限値として、初期値である第１の下限値α_Ｌ１を保持する。これに対し、平均値ＥＶＡＬＰＨＡが図４の斜線以外の領域にあれば、パージガスによる影響であると判断し、ステップ１２へ進んで、下限値として、第２の下限値α_Ｌ２を選択する。そして、ステップ１３において、デューティ比をさらに増加する。これにより、一層多量のパージガスの流入が許容されることになり、パージが速やかに進行する。次に、ステップ１４では、フィードバック補正係数αがこの第２の下限値α_Ｌ２に達したか否かを、その平均値ＥＶＡＬＰＨＡの値から判定する。具体的には、平均値ＥＶＡＬＰＨＡが、第２の下限値α_Ｌ２に対応して設定されたＡＬＰＨＡ３〜ＡＬＰＨＡ４の範囲内にあるか否かを判定し、平均値ＥＶＡＬＰＨＡがこの所定範囲内となるまで、ステップ１３のデューティ比の増加を繰り返す。フィードバック補正係数αの平均値ＥＶＡＬＰＨＡが所定範囲ＡＬＰＨＡ３〜ＡＬＰＨＡ４内となったら、ステップ１４からステップ１５へ進み、デューティ比の増加を停止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る蒸発燃料処理装置の構成を示すクレーム対応図。
【図２】この発明の一実施例を示す構成説明図。
【図３】この実施例における制御の流れを示すフローチャート。
【図４】パージ率と平均値ＥＶＡＬＰＨＡとの関係および異常と判定する領域を示した特性図。
【符号の説明】
１…空燃比センサ
２…補正係数設定手段
３…燃料噴射量補正手段
４…キャニスタ
５…パージ制御弁
６…パージ制御手段
７…診断手段
８…下限値補正手段

Claims

内燃機関の排気通路に配設された空燃比センサと、
この空燃比センサの出力に基づいて空燃比フィードバック補正係数を設定する補正係数設定手段と、
上記空燃比フィードバック補正係数を用いて基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、
燃料タンクの蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
このキャニスタから内燃機関の吸気通路に導入されるパージガスの流量を制御するためのパージ制御弁と、
上記空燃比フィードバック補正係数が所定の下限値を下回らないように、上記パージ制御弁の開度を制御するパージ制御手段と、
パージ中に上記空燃比フィードバック補正係数をパージ率から定まる判定基準値と比較して、空燃比フィードバック補正係数の減少がパージによるものか否かを判定する診断手段と、
この診断手段によってパージによるものと判定したときに、上記下限値として、より低い第２の下限値を与える下限値補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
パージ開始時には、上記下限値として第１の下限値が与えられており、空燃比フィードバック補正係数がこの第１の下限値に達したときに上記診断手段による判定を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
内燃機関がアイドル状態にあるときにのみ第２の下限値への変更が許可されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
内燃機関が空調装置用コンプレッサを駆動していることを条件として第２の下限値への変更が許可されることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。