JP3753166B2

JP3753166B2 - 内燃機関の蒸発燃料処理装置

Info

Publication number: JP3753166B2
Application number: JP24222098A
Authority: JP
Inventors: 重男大隈; 賢也古性
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2018-08-27
Also published as: US6176217B1; DE19938121A1; JP2000073819A; DE19938121B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の蒸発燃料処理装置に関し、特に機関運転条件に応じて燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼とに切換える場合の蒸発燃料処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車用内燃機関の蒸発燃料処理装置は、燃料タンクにて発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、このキャニスタから機関吸気系へのパージ通路に介装されて蒸発燃料のパージ量を制御するパージ制御弁とを備えている（特開平７−４２５８８号公報参照）。
【０００３】
一方、近年、燃料を直接燃焼室に噴射する直噴火花点火式内燃機関が注目されており、このものでは、機関の運転条件に応じて、燃焼方式を切換制御、すなわち、吸気行程にて燃料を噴射することにより、燃焼室内に燃料を拡散させ均質の混合気を形成して行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射することにより、点火栓回りに集中的に層状の混合気を形成して行う成層燃焼とに切換制御するのが一般的である（特開昭５９−３７２３６号公報参照）。
【０００４】
このように燃焼方式を切換制御する場合、成層燃焼時に均質燃焼時と同等に蒸発燃料のパージを行わせると、成層燃焼時の目標空燃比は極めてリーン側に設定されるため、蒸発燃料の導入により空燃比が成層燃焼としてはリッチな状態となって、運転性や排気へ悪影響を与えるため、成層燃焼時は蒸発燃料のパージを低減ないし禁止している。
【０００５】
しかし、成層燃焼時に蒸発燃料のパージを低減ないし禁止すると、成層燃焼が続く場合に、キャニスタのオーバーフローによるベーパの大気への放出を招いたり、これを防止するためにキャニスタ容量の拡大を余儀なくされてコストアップにつながる。
そこで、成層燃焼中に、所定の周期で、一時的に均質燃焼に強制的に切換えて、蒸発燃料のパージを行わせるようにしており、この周期は、車速に応じて設定し、高車速側で短くしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車速と、蒸発燃料の発生量とは、傾向が異なる場合があり、成層燃焼中に最適な周期で均質燃焼に切換えることができない場合があった。このため、強制切換周期が長過ぎてキャニスタのオーバーフローによるベーパの大気への放出を招いたり、短過ぎて燃費が悪化してしまう。
【０００７】
本発明は、このような実状に鑑み、成層燃焼中に、最適な周期で均質燃焼に切換えて、キャニスタのオーバーフロー防止と、燃費向上との両立を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、図１に示すように、機関運転条件に応じて燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼とに切換える燃焼方式切換手段と、燃料タンクにて発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタから機関吸気系へのパージ通路に介装されたパージ制御弁を、前記燃焼方式に応じて制御して、均質燃焼時に蒸発燃料のパージを行わせ成層燃焼時に蒸発燃料のパージを禁止するパージ制御手段と、を備える内燃機関の蒸発燃料処理装置において、前記燃焼方式切換手段による成層燃焼時に、所定の周期で、所定時間の間、均質燃焼に強制的に切換えて、蒸発燃料のパージを行わせる強制切換手段を設ける一方、燃料温度を検出する燃料温度検出手段と、成層燃焼時に強制的に均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の継続時間Ｔ１を燃料温度に応じて燃料温度が高いほど短く設定する第１の時間設定手段、及び、強制切換えによる均質燃焼の継続時間Ｔ２を設定する第２の時間設定手段を有し、成層燃焼時に、前記設定したＴ１、Ｔ２の時間周期で前記強制切換手段による燃焼状態の切換えを行わせる強制切換周期設定手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明では、前記燃料温度検出手段は、燃料タンク内の燃料温度を検出するものであることを特徴とする。
請求項３に係る発明では、前記強制切換周期設定手段は、燃料温度に応じて、前記時間Ｔ１（強制切換周期）を連続的に変化させることを特徴とする。
請求項４に係る発明では、前記強制切換周期設定手段は、燃料温度が所定値以下の低温時に、前記時間Ｔ１（強制切換周期）を最大値に設定することを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、蒸発燃料の発生量と相関の高い燃料温度を検出して、燃料温度に応じて、成層燃焼から均質燃焼への強制切換周期を可変設定するため、最適な周期で切換えて、パージ収支を改善し、キャニスタのオーバーフロー防止と、燃費向上との両立を図ることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、蒸発燃料の発生量と最も密接な関係にある燃料タンク内の燃料温度を検出することで、より良好となる。
請求項３に係る発明によれば、燃料温度に応じて強制切換周期を連続的に変化させることで、より高精度に制御できる。
請求項４に係る発明によれば、燃料温度が所定値以下の低温時に、強制切換周期を最大値に設定することで、蒸発燃料の発生が問題とならない低温時に、均質燃焼への周期的な切換えを実質的に禁止して、燃費を更に向上できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図２は一実施形態を示す直噴火花点火式内燃機関のシステム図である。先ず、これについて説明する。
車両に搭載される内燃機関１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から吸気通路３により、スロットル弁（ここでは電制スロットル弁）４の制御を受けて、空気が吸入される。
【００１３】
電制スロットル弁４は、コントロールユニット２０からの信号により作動するステップモータ等により開度制御される。
そして、燃焼室内に燃料（ガソリン）を直接噴射するように、電磁式の燃料噴射弁（インジェクタ）５が設けられている。
燃料噴射弁５は、コントロールユニット２０から機関回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、また圧縮行程噴射の場合は点火栓６回りに集中的に層状の混合気を形成し、コントロールユニット２０からの点火信号に基づき、点火栓６により点火されて、燃焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。
【００１４】
機関１からの排気は排気通路７より排出され、排気通路７には排気浄化用の触媒８が介装されている。
また、燃料タンク９にて発生する蒸発燃料を処理すべく、蒸発燃料処理装置としてのキャニスタ１０が設けられている。キャニスタ１０は、密閉容器内に活性炭などの吸着剤１１を充填したもので、燃料タンク９からの蒸発燃料導入管１２が接続されている。従って、機関１の停止中などに燃料タンク９にて発生した蒸発燃料は、蒸発燃料導入管１２を通って、キャニスタ１０に導かれ、ここに吸着される。
【００１５】
キャニスタ１０にはまた、新気導入口１３が形成されると共に、パージ通路１４が導出されている。パージ通路１４はパージ制御弁１５を介して吸気通路３のスロットル弁４下流（吸気マニホールド）に接続されている。パージ制御弁１５は、コントロールユニット２０からのデューティ信号により開度制御される。このパージ制御弁１５が開くと、機関１の吸入負圧がキャニスタ１０に作用する結果、新気導入口１３から導入される空気によってキャニスタ１０の吸着剤１１に吸着されていた蒸発燃料が脱離され、この脱離した蒸発燃料を含むパージガスがパージ通路１４を通って吸気通路３のスロットル弁４下流に吸入され、この後、機関１の燃焼室内で燃焼処理される。
【００１６】
コントロールユニット２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセンサから信号が入力されている。
前記各種のセンサとしては、機関１のクランク軸回転を検出するクランク角センサ２１が設けられており、その信号を基に機関回転数Ｎｅを算出可能である。
【００１７】
この他、吸気通路３のスロットル弁４上流で吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ２３、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＰＯを検出するアクセルセンサ２４、スロットル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ２５、機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２６、排気通路７にて排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号を出力する酸素センサ２７、燃料タンク９内の燃料温度Ｔｆを検出する燃温センサ２８などが設けられている。
【００１８】
ここにおいて、コントロールユニット２０は、前記各種のセンサからの信号を入力しつつ、内蔵のマイクロコンピュータにより、所定の演算処理を行って、電制スロットル弁４によるスロットル開度、燃料噴射弁５による燃料噴射量及び噴射時期、点火栓６による点火時期、更に、パージ制御弁１５の開度を総合的に制御する。
【００１９】
このうち、燃焼方式の切換制御とこれに関連するパージ制御とについて、フローチャートにより説明する。
図３は燃焼方式切換ルーチンのフローチャートであり、所定時間毎に実行される。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、機関運転条件に基づいて、均質燃焼要求又は成層燃焼要求のいずれであるかを判定する。
【００２０】
具体的には、機関回転数Ｎｅと目標トルクｔＴｅとをパラメータとして燃焼方式を定めたマップを、水温Ｔｗ、始動後時間などの条件別に複数備えていて、これらの条件から選択されたマップより、実際のパラメータに従って、均質燃焼要求又は成層燃焼要求のいずれであるかを判定する。
尚、目標トルクｔＴｅは、アクセル開度ＡＰＯと機関回転数Ｎｅとに基づいて設定される。
【００２１】
均質燃焼要求の場合は、ステップ２で強制切換フラグを０にし、またステップ３で第１タイマＴｍ１及び第２タイマＴｍ２を０にした後、ステップ４，５へ進む。
ステップ４では、燃料噴射時期を吸気行程に設定し、また目標空燃比を主にストイキに設定して、燃料噴射弁５の作動を制御し、均質燃焼を行わせる。
【００２２】
ステップ５では、パージ制御弁１５を開いて（開度大）、蒸発燃料のパージを行わせる。
この後、ステップ６で強制切換フラグの値を判定し、強制切換フラグ＝０の場合は、本ルーチンを終了する。
成層燃焼要求の場合は、ステップ７で強制切換フラグの値を判定し、強制切換フラグ＝０の場合は、ステップ８，９へ進む。
【００２３】
ステップ８では、燃料噴射時期を圧縮行程に設定し、また目標空燃比を大きくリーン側（空燃比４０程度）に設定して、燃料噴射弁５の作動を制御し、成層燃焼を行わせる。
ステップ９では、パージ制御弁１５を閉じて、蒸発燃料のパージを禁止する。
【００２４】
この後、ステップ１０で成層燃焼の継続時間を表す第１タイマＴｍ１をカウントアップし、ステップ１１で第１タイマＴｍ１が所定の強制切換周期Ｔ１以上か否かを判定する。この強制切換周期Ｔ１は、後述する図４のフローチャートにより設定される。
この判定の結果、Ｔｍ１＜Ｔ１の場合は、要求に従って成層燃焼を継続すべく、本ルーチンを終了する。
【００２５】
Ｔｍ１≧Ｔ１の場合は、パージ実行のため強制的に均質燃焼に切換えるべく、ステップ１２で強制切換フラグを１にセットし、またステップ１３で第１タイマＴｍ１を０に戻して、本ルーチンを終了する。
従って、次回の本ルーチンの実行時に、ステップ１で成層燃焼要求と判定されても、ステップ７の判定で強制切換フラグ＝１であるので、ステップ４，５へ進んで均質燃焼を行い、パージを実行する。
【００２６】
そして、このように強制的に均質燃焼を行わせている場合は、ステップ６での判定で強制切換フラグ＝１であるので、ステップ１４，１５へ進む。
ステップ１４では強制切換えによる均質燃焼の継続時間を表す第２タイマＴｍ２をカウントアップし、ステップ１５で第２タイマＴｍ２が所定時間Ｔ２以上か否かを判定する。
【００２７】
この判定の結果、Ｔｍ２＜Ｔ２の場合は、強制切換えによる均質燃焼を継続すべく、本ルーチンを終了する。
Ｔｍ２≧Ｔ２の場合は、強制切換えによる均質燃焼を終了して成層燃焼に戻すべく、ステップ１６で強制切換フラグを０に戻し、またステップ１７で第２タイマＴｍ２を０に戻して、本ルーチンを終了する。
【００２８】
従って、次回の本ルーチンの実行時に、ステップ１で成層燃焼要求と判定されれば、ステップ７の判定で強制切換フラグ＝０であるので、ステップ８，９へ進んで成層燃焼を行い、パージカットする。
以上のように制御することで、成層燃焼時に、所定の強制切換周期Ｔ１で、一時的に（所定時間Ｔ２）均質燃焼に強制的に切換えて、蒸発燃料のパージを行わせるのである。
【００２９】
ここで、ステップ１，４，８の部分が燃焼方式切換手段に相当し、ステップ５，９の部分がパージ制御手段に相当し、ステップ１０，１１，１２，７の部分が強制切換手段に相当する。
図４は強制切換周期Ｔ１設定ルーチンのフローチャートであり、所定時間毎に実行される。
【００３０】
ステップ２１では、燃温センサ２８からの信号に基づいて、燃料タンク９内の燃料温度（燃温）Ｔｆを読込む。
ステップ２２では、燃料温度Ｔｆを低温側の所定値と比較する。
比較の結果、燃料温度Ｔｆ＞所定値の場合は、ステップ２３へ進み、燃料温度Ｔｆに応じて、高温側ほど短くなるように、強制切換周期Ｔ１を設定したテーブルを参照して、燃料温度Ｔｆ（℃）より強制切換周期Ｔ１（分）を設定する。
【００３１】
燃料温度Ｔｆ≦所定値（低温時）の場合は、ステップ２４へ進み、強制切換周期Ｔ１を最大値に設定する。
以上のように、蒸発燃料の発生量の多い高燃温時は、強制切換周期Ｔ１を短くして、頻繁に均質燃焼に切換えることで、蒸発燃料の処理量をアップして、臭気発生を防止できる。
【００３２】
蒸発燃料の発生量の少ない中燃温時は、強制切換周期Ｔ１を比較的長くして、臭気が発生しない時間内で均質燃焼に切換えることで、パージ収支と燃費とを両立できる。
蒸発燃料の発生量が極めて少ない低燃温時（Ｔｆ≦所定値の時）は、強制切換周期Ｔ１を最大値に設定して、均質燃焼ヘの切換えを控える（均質燃焼への周期的な切換えを実質的に禁止する）ことで、燃費を向上できる。
【００３３】
ここで、ステップ２１の部分が燃温センサ２８と共に燃料温度検出手段に相当し、ステップ２２〜２４の部分が強制切換周期設定手段に相当する。
尚、本実施形態では、燃料温度Ｔｆに応じて強制切換周期Ｔ１を連続的に可変としているが、段階的に可変としてもよい。但し、高温側（例えば３０℃以上）では細分化するのが望ましい。
【００３４】
また、ステップ２２，２４により蒸発燃料の発生が無い条件を分離して処理しているが、低温側もステップ２３のテーブルにより処理するようにしてもよい。また、成層燃焼中に、所定の周期で一時的に均質燃焼に強制的に切換えた場合に、強制的に行う均質燃焼の時間Ｔ２は、一定でもよいが、強制切換周期Ｔ１と同様に、燃料温度Ｔｆに応じて可変としてもよい。すなわち、燃料温度Ｔｆが高いほど、蒸発燃料の発生量が多いので、強制的に行う均質燃焼の時間Ｔ２を長くするとよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態を示す直噴火花点火式内燃機関のシステム図
【図３】燃焼方式切換ルーチンのフローチャート
【図４】強制切換周期設定ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１内燃機関
４電制スロットル弁
５燃料噴射弁
６点火栓
９燃料タンク
10 キャニスタ
14 パージ通路
15 パージ制御弁
20 コントロールユニット
21 クランク角センサ
23 エアフローメータ
24 アクセルセンサ
28 燃温センサ

Claims

機関運転条件に応じて燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼とに切換える燃焼方式切換手段と、
燃料タンクにて発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタから機関吸気系へのパージ通路に介装されたパージ制御弁を、前記燃焼方式に応じて制御して、均質燃焼時に蒸発燃料のパージを行わせ成層燃焼時に蒸発燃料のパージを禁止するパージ制御手段と、
を備える内燃機関の蒸発燃料処理装置において、
前記燃焼方式切換手段による成層燃焼時に、所定の周期で、所定時間の間、均質燃焼に強制的に切換えて、蒸発燃料のパージを行わせる強制切換手段を設ける一方、
燃料温度を検出する燃料温度検出手段と、
成層燃焼時に強制的に均質燃焼に切換えるまでの成層燃焼の継続時間Ｔ１を燃料温度に応じて燃料温度が高いほど短く設定する第１の時間設定手段、及び、強制切換えによる均質燃焼の継続時間Ｔ２を設定する第２の時間設定手段を有し、成層燃焼時に、前記設定したＴ１、Ｔ２の時間周期で前記強制切換手段による燃焼状態の切換えを行わせる強制切換周期設定手段と、
を設けたことを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
前記燃料温度検出手段は、燃料タンク内の燃料温度を検出するものである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。
前記強制切換周期設定手段は、燃料温度に応じて、前記時間Ｔ１を連続的に変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
前記強制切換周期設定手段は、燃料温度が所定値以下の低温時に、前記時間Ｔ１を最大値に設定することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。