JP3823010B2

JP3823010B2 - 内燃機関の蒸発燃料処理装置

Info

Publication number: JP3823010B2
Application number: JP2000152646A
Authority: JP
Inventors: 匡行猿渡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2020-05-24
Also published as: JP2001329919A

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、詳しくは、リーン燃焼中のアイドル運転時における蒸発燃料処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から内燃機関は、蒸発燃料処理装置を備え、該蒸発燃料処理装置おいて、燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタ（吸着手段）に一時吸着し、該吸着した蒸発燃料を所定の機関運転条件でパージ（離脱）させてパージ用空気と混合させたパージ混合気を、パージ制御弁で流量（パージ量）を制御しつつ機関の吸気系へ吸引させることによって、蒸発燃料の大気中への放散を防止している（特開平５−２１５０２０号公報等参照）。
【０００３】
このような蒸発燃料処理装置を備えた内燃機関では、理論空燃比にフィードバック制御中にパージしているときは、パージ濃度に応じて燃料噴射量を補正しながら理論空燃比を維持することができる。また、このときのフィードバック補正量を監視しながらパージ濃度を把握して、パージ量を調整するようにしたものもある。
【０００４】
これに対し、フィードフォワードで空燃比を制御する場合には、パージ濃度に応じた燃料噴射量の補正を行うことができないためパージ量又はパージ率を固定としてパージせざるを得ない。
【０００５】
特に、アイドル運転時にリーン燃焼（成層燃焼等）するような場合は、パージによる出力変動の影響が大きいため最もパージ濃度が濃い場合でも回転上昇、燃焼性悪化の影響がでないように最低限のパージ量に制限するか、パージを断念せざるを得なかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、リーン燃焼中であっても頻度の高いアイドル運転時において効率的にパージを行わないと十分なパージ処理を確保することができず、キャニスタからあふれ出した蒸発燃料が大気中へ放散してしまい、また、燃料の損失ともなる。これ対し、キャニスタの容量アップにより対応することも考えられるがレイアウト上の制限やコストアップとなってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みなされたものであって、リーン燃焼中のアイドル運転時にも可能な限りの蒸発燃料をパージすることにより、キャニスタ容量をアップさせることなく、燃料タンクからの蒸発燃料を確実にキャニスタに吸着し、機関内で処理することができる内燃機関の蒸発燃料処理装置を提供す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に係る発明は、図１に示すように、
アイドル運転時に吸入空気量を制御することにより機関回転速度を目標回転速度とするようフィードバック制御するアイドル回転速度制御手段Ａを備えた内燃機関の燃料タンクＢからの蒸発燃料を、ベーパ通路Ｃを介して一時的に吸着手段Ｄに吸着し、所定の機関運転条件で前記吸着手段からパージ制御弁Ｆが介装されたパージ通路Ｅを介して機関の吸気系Ｇに供給し燃焼させるようにした内燃機関の蒸発燃料処理装置は、以下の各要素を備えて構成される。
【０００９】
パージ濃度検出手段Ｈは、リーン燃焼中のアイドル運転時に所定条件で蒸発燃料をパージさせたときの、前記アイドル回転速度制御手段によるフィードバック補正量の変化量に基づいてパージ濃度を検出する。
目標開度設定手段Ｉは、前記パージ濃度検出手段により検出されたパージ濃度に基づいて前記パージ制御弁の目標開度を設定する。
【００１０】
請求項２に係る発明は、
前記アイドル回転速度制御手段は、内燃機関のスロットル弁をバイパスする補助空気通路内に介装された空気補助弁の開度を制御することにより吸入空気量を制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、
前記アイドル回転速度制御手段は、内燃機関の電子制御スロットル弁の開度を制御することにより吸入空気量を制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、
前記パージ濃度検出手段は、所定の周期でパージ濃度を検出し、更新することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明は、
前記目標開度設定手段は、パージ濃度が高いほど目標開度を小さく、パージ濃度が低いほど目標開度を大きくするよう設定することを特徴とする。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、リーン燃焼中のアイドル運転時においても、所定条件で蒸発燃料をパージしたときのアイドル回転速度制御手段（ＩＳＣ制御）によるフィードバック補正量の変化量に基づいてパージ濃度を検出し、該パージ濃度に基づいてパージ制御の弁開度を設定するので、キャニスタに吸着した蒸発燃料を、機関の燃焼等への影響を抑えつつ、可能な限り多く処理することができ、燃費も向上する。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、
前記アイドル回転速度制御手段が、スロットル弁をバイパスする補助空気通路に介装された補助空気弁の開度を制御することにより吸入空気量を制御するものにあっては、前記ＩＳＣ制御による前記補助空気弁開度の制御量変化量に基づいてパージ濃度を検出することで、既存の制御等を利用することで、リーン燃焼中のアイドル運転時においてもパージ濃度を容易に検出できる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、
前記アイドル回転速度制御手段が、電動制御スロットル弁の開度を制御することにより吸入空気量を制御するものにあっては、前記ＩＳＣ制御によるスロットル弁開度の変化量をスロットルセンサにより検出してパージ濃度を検出することにより、既存の制御等を利用することで、リーン燃焼中のアイドル運転時においてもパージ濃度を容易に検出きる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、
所定周期でパージ濃度を検出し、更新するので状況に応じて効率よく蒸発燃料を処理することができる。
【００１８】
請求項５に係る発明によれば、
パージ濃度が高いほど目標開度を小さく、パージ濃度が低いほど目標開度を大きくするよう設定することにより、アイドル運転時においても急激な機関回転速度の上昇や燃焼悪化をさせることなく、蒸発燃料をパージできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す
図２において、内燃機関１の吸気通路２には、吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ３が設けられ、スロットル弁４により吸入空気量Ｑを制御する。該スロットル弁４には、その開度ＴＶＯをポテンショメータにより検出するスロットルセンサ５が取り付けられ、スロットル弁４が所定開度以下のアイドル時にＯＮとなるアイドルスイッチを内蔵している。
【００２０】
また、スロットル弁４をバイパスして設けられた補助空気通路６に補助空気弁７が介装され、前記アイドルスイッチがＯＮとなるアイドル時に機関回転速度を目標回転速度となるように補助空気弁７の開度を増減して吸入空気量を調節するようフィードバック制御（ＩＳＣ制御）している。
【００２１】
機関１のシリンダ部には、燃焼室８内に燃料を噴射する燃料噴射弁９、燃焼室８内で火花点火を行う点火プラグ１０が設けられている。また、機関１の排気通路１１には、排気中の酸素濃度等から混合気の空燃比を検出する空燃比センサ１２が設けられている。この他、機関クランク角位置や機関回転速度Ｎｅを検出するためのクランク角検出センサ１３、機関冷却水温度を検出する図示しない水温センサ等が設けられている。
【００２２】
また、燃料タンク１４から蒸発した燃料を導くベーパ通路１５、ベーパ通路１５を介して導かれた蒸発燃料を一時吸着するキャニスタ１６、前記スロットル弁４上流の吸気通路２から前記キャニスタ１６に蒸発燃料パージ用の空気を導くパージエア導入通路１７、パージされた蒸発燃料を前記スロットル弁４下流の吸気通路２に導くパージ通路１８、蒸発燃料のパージ量を制御するパージ制御弁１９が設けられ蒸発燃料処理系を構成する。
【００２３】
前記機関運転状態を検出する各種センサ類の信号は、コントロールユニット（ＥＣＵ）２０に入力され、該コントロールユニット２０は、これらの信号に応じて前記補助空気弁７、燃料噴射弁９、点火プラグ１０、パージ制御弁１９等アクチュエータ類に駆動信号を出力して、機関の各制御を行う。
【００２４】
かかる構成において、コントロールユニット２０による本発明に係るリーン燃焼中のアイドル運転時における蒸発燃料処理を図３のフローチャートにより説明する。
【００２５】
ステップ１（図中、Ｓ１と記す。以下同じ）では、アイドル運転中であるか否かを判定する。前記アイドルスイッチがＯＮであれば、アイドル運転中と判定してステップ２に進む。アイドル運転中でなければ、ステップ２１に進み、通常の空燃比フィードバック制御においてパージ処理を行う。
【００２６】
ステップ２では、リーン燃焼中であるか否かを判定する。リーン燃焼中であれば、ステップ３に進み、理論空燃比での燃焼であればステップ２１に進む。
ステップ３では、パージを行っているか否かを判定する。パージ中であれば、ステップ１１に進み、パージしていないとき、つまり、パージを開始するときはステップ４に進む。
【００２７】
ステップ４では、パージ濃度検出のため所定の条件で蒸発燃料をパージする。このパージにより機関への供給燃料量が増加し、機関回転速度が増加するため、ＩＳＣ制御により目標回転速度となるよう吸入空気量を減少させる。ここで、ＩＳＣ制御は、図４に示すように、補助空気弁の開度制御値を補正することにより吸入空気量を制御する。
【００２８】
図４において、ステップ４１では、アイドルスイッチＯＮ信号を読み込む。ステップ４２では、機関回転速度Ｎを前記クランク角センサ１３からの信号に基づき算出し、目標回転速度Ｎ０と比較する。目標回転速度Ｎ０よりも機関回転速度Ｎが小さいときは、ステップ４３に進み、補助空気弁の開度制御値ＩＳＣのフィードバック補正量ＩＳＣｆに所定量△ＩＳＣを加算しＩＳＣｆ＋△ＩＳＣとし、目標回転速度Ｎ０よりも機関回転速度Ｎが大きいときは、ステップ４４に進み、前記ＩＳＣｆから△ＩＳＣを減算しＩＳＣｆ−△ＩＳＣとして目標回転速度とする。この△ＩＳＣまたは−△ＩＳＣが補助空気弁開度の制御変化量である。
【００２９】
図３に戻って、ステップ５では、ＩＳＣ制御による補助空気弁開度の制御変化量を読み込む。これは、吸入空気量の制御変化量に相当する。実際には、キャニスタに蒸発燃料が吸着していれば、パージにより該蒸発燃料は機関へ供給され、機関回転速度は上昇するので、制御値補正量が−△ＩＳＣについて考慮すればよい。
【００３０】
ステップ６では、ＩＳＣ制御における前記補助空気弁開度の制御変化量（−△ＩＳＣ）に基づいて、あらかじめ設定されたマップ等によりパージ濃度を検出する。以上ステップ４〜６がパージ濃度検出手段に相当する。
【００３１】
ステップ７では、検出されたパージ濃度に基づいてあらかじめ設定されたマップ等よりパージ制御弁目標開度を設定する。検出したパージ濃度が高いときは、機関燃焼等に影響を与えないように目標開度を低めに設定し、パージ濃度が低いときは、目標開度を高めに設定して、状況に応じて出きるだけ多くの蒸発燃料をパージするように設定する。
【００３２】
続いて本ルーチンを再スタートするとステップ１、２は前記と同様であるが、ステップ３においては、前記ステップ４にて所定の条件で蒸発燃料をパージしているので、パージ中でありステップ１１に進む。
【００３３】
ステップ１１では、前記ステップ７で設定したパージ制御弁が目標開度でパージしているか否かを判定する。目標開度でパージしていない場合は、ステップ１２に進み、目標開度に近づけるように目標開度以内で所定値パージ制御弁開度をアップする。なお、この所定値は、簡易的には一定でよいが、混合比の急激なリッチ化を防止するためパージ濃度が高いほど小さく設定し、パージ濃度が低い程高く設定するのが好ましい。
【００３４】
以上のステップ１、２、３、１１、１２は、パージ制御弁開度が目標開度になるまで繰り返される。
また、パージ制御弁が目標開度になると、前記ステップ１１からステップ４に進み、前記したように再度パージ濃度を検出し、パージ制御弁の目標開度を更新することで効率的に蒸発燃料を処理する。
【００３５】
以上により、リーン燃焼中のアイドル運転時においてもＩＳＣ制御による吸入空気量の制御変化量に基づいてパージ濃度を検出し、該パージ濃度に基づいてパージ制御弁の目標開度を設定してパージするので、機関の燃焼等に影響を与えることなく、状況に応じて可能な限りの蒸発燃料を処理することができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、スロットル弁４をバイパスして設けられた補助空気通路６に介装された補助空気弁７の開度を制御することによりアイドル時のＩＳＣ制御を行う内燃機関を示したが、電子制御スロットル弁を備えた内燃機関にあっては、（電子制御）スロットル弁を直接制御してＩＳＣ制御を行うものでもよく、その場合は前記ステップ１５におけるパージ濃度の検出は、前記スロットルセンサ５により検出される（電子制御）スロットル弁開度の変化量に基づいて行うよう構成することで同様の効果を得る。
【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】本発明の一実施形態のシステム構成図。
【図３】本発明の一実施形態に係る制御を示すフローチャート。
【図４】アイドル回転速度制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ … 内燃機関
２ … 吸気通路
６ … 補助空気通路
７ … 補助空気弁
１４ … 燃料タンク
１８ … パージ通路
１９ … パージ制御弁

Claims

アイドル運転時に吸入空気量を制御することにより機関回転速度を目標回転速度とするようフィードバック制御するアイドル回転速度制御手段を備えた内燃機関の燃料タンクからの蒸発燃料を、ベーパ通路を介して一時的に吸着手段に吸着し、所定の機関運転条件で前記吸着手段からパージ制御弁が介装されたパージ通路を介して機関の吸気系に供給し燃焼させるようにした内燃機関の蒸発燃料処理装置において、
リーン燃焼中のアイドル運転時に所定条件で蒸発燃料をパージさせたときの、前記アイドル回転速度制御手段によるフィードバック補正量の変化量に基づいてパージ濃度を検出するパージ濃度検出手段と、
前記パージ濃度検出手段により検出されたパージ濃度に基づいて前記パージ制御弁の目標開度を設定する目標開度設定手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
前記アイドル回転速度制御手段は、内燃機関のスロットル弁をバイパスする補助空気通路に介装された補助空気弁の開度を制御することにより吸入空気量を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
前記アイドル回転速度制御手段は、内燃機関の電子制御スロット弁の開度を制御することにより吸入空気量を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
前記パージ濃度検出手段は、所定周期でパージ濃度を検出し、更新することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の蒸発燃料処理装置。
前記目標開度設定手段は、パージ濃度が高いほど目標開度を小さくし、パージ濃度が低いほど目標開度を大きくするよう設定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。