JP4523555B2 - 内燃機関の蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の蒸発燃料処理装置に関する。

燃料タンク内の燃料が蒸発し大気へ放出されることを防ぐため、蒸発燃料をキャニスタに吸着させる蒸発燃料処理装置がある。この蒸発燃料処理装置ではエンジン運転中に吸気管に発生する負圧を利用して、キャニスタに吸着させた蒸発燃料を空気と共に吸気系へ導入し、エンジンで蒸発燃料を燃焼させることにより、キャニスタの吸着能力を維持している。

エンジンの排気ガスの浄化性能の向上の要求が高まってきており、より正確な空燃比制御を実現するため、正確なパージガス流量（パージエア流量及びパージ蒸発燃料流量）の計測が要求されている。この要求に対して、パージライン中に絞りを設置して絞りの差圧から燃料蒸気濃度を検出し、さらに、その燃料蒸気濃度に基づいてパージガス流量を検出する装置が考案されている（たとえば、特許文献１）。この装置によれば、リアルタイムにパージガス流量を検出することができる。
特開２００４−１１６３０３号公報

特許文献１に記載の装置の場合、燃料蒸気濃度０％（空気１００％）の状態の差圧を基準として蒸気濃度を求めるが、燃料蒸気濃度０％の状態を作ることが困難であるため、燃料蒸気濃度０％の時の差圧はあらかじめＥＣＵに記憶されている。しかし、燃料蒸気濃度０％の時の差圧としてあらかじめ記憶された値を用いると、圧力センサ出力や燃料処理装置系の圧損等が経時変化した場合には誤差が生じる恐れがあるのに加え、絞りの差圧は気体の密度に依存するため、雰囲気温度や雰囲気圧力が変化することにより空気密度が変化した場合にも誤差が生じるという問題があった。

本案は、上記問題を解決するためになされたものであり、本案の目的は、燃料蒸気濃度を高精度かつリアルタイムで測定することができる蒸発燃料処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、燃料タンク内から蒸発燃料通路を介して導かれた蒸発燃料を一時的に吸着する吸着材を収納したキャニスタと、吸着材から脱離した蒸発燃料を内燃機関の吸気系に導くパージ通路と、パージ通路に設けられ、パージ通路を通して吸気系に導く蒸発燃料流量を制御するパージ制御弁とを備えた蒸発燃料処理装置であって、前記パージ通路に設けられた第１絞りと、その第１絞りによるパージガスの圧力変化量を検出する第１圧力検出手段と、前記内燃機関において生じるブローバイガスを吸気系に還元するためのブローバイガス還元装置の気体通路の途中に設けられた第２絞りと、その第２絞りによる流通気体の圧力変化量を検出する第２圧力検出手段と、前記第１圧力検出手段で検出した圧力変化量と前記第２圧力検出手段で検出した圧力変化量とに基づいて、前記キャニスタから吸気系に導出される混合気の燃料蒸気濃度を演算する燃料蒸気濃度演算手段とを有することを特徴とする。

このように、パージ通路に第１絞りを設置し、ブローバイガス還元装置の気体通路に第２絞りを設置する場合、蒸発燃料のパージ中は、パージ通路およびブローバイガス還元装置の気体通路には気体が流通していることから、第１圧力検出手段および第２圧力検出手段において、第１絞りによるパージガスの圧力変化量および第２絞りによる流通気体の圧力変化量がリアルタイムで検出できる。また、ブローバイガス還元装置の気体通路を流通する気体は、パージ通路を流通するパージガスに比べ燃料蒸気濃度が非常に低いため、空気１００％とほぼ同等と見なすことができる。従って、基準となる空気１００％の気体の圧力変化量もリアルタイムで得られることになるので、燃料蒸気濃度演算手段において、リアルタイムで燃料蒸気濃度を演算することができる。また、リアルタイムで得られる第２絞りによる流通気体の圧力変化量は、パージガスの圧力変化量と同じ雰囲気条件における値であることから、燃料蒸気濃度は雰囲気条件による影響がキャンセルされたものになるので高精度となる。

内燃機関の空燃比制御では実際に内燃機関の吸気系に送出される燃料蒸気流量と空気量がわかることが望ましいため、請求項２では請求項１と同様の方法を用いて、パージ時にキャニスタから内燃機関の吸気系に導出される燃料蒸気流量および空気量を求める。これにより内燃機関の吸気系に導出される燃料蒸気流量と空気量とをリアルタイムに求めることができる。

請求項３では、前記第１圧力検出手段は、前記パージ通路において前記第１絞りを挟んだ２点間の圧力差を検出する。このようにすれば、第１絞りを挟んだ２点間の距離が比較的短くなるので、検出される圧力差は、第１絞り以外の部分の圧力変化の影響が少なくなる。そのため、第１絞りによる圧力変化量を精度よく検出できる。

請求項４では、前記第２圧力検出手段は、前記第２絞りが設けられている気体通路においてその第２絞りを挟んだ２点間の圧力差を検出する。このようにすれば、第２絞りを挟んだ２点間の距離が比較的短くなるので、検出される圧力差は、第２絞り以外の部分の圧力変化の影響が少なくなる。そのため、第２絞りによる圧力変化量を精度よく検出できる。

請求項５では、前記第１絞りと第２絞りとを近接して配置する。また、請求項６では、それら第１絞りと第２絞りとを最も近接した状態、すなわち、前記第１絞りと第２絞りとを隣り合わせで配置する。これにより、パージガスの圧力変化量を測定する位置と、空気１００％とみなせる流通気体の圧力変化量を測定する位置とが近接または隣り合わせとなるので、雰囲気温度等の雰囲気条件がほぼ同じとなり、雰囲気条件の違いによる影響を一層低減することができる。

請求項７では、前記第１絞りおよび第２絞りの一方または両方をバルブによって構成する。絞りをバルブとすることで吸気圧に応じて絞りの開口面積を調整することが可能となる。

請求項８では、前記第１絞りおよび第２絞りは、軸を同一とするバタフライバルブで構成されるとともに、前記パージ通路の第１絞りが設けられている部位の断面積と前記ブローバイガス還元装置の気体通路の第２絞りが設けられている部位の断面積とが同一とされる。これにより、双方のバルブの開度が常に同じとなり、同時に、双方の絞りが設置されている部位における開口面積がバルブの開度によらず同じとなる。従って、燃料蒸気濃度や、燃料蒸気量および空気量の演算において開口面積を考慮する必要がなくなるので、演算処理が容易になる。

請求項９では、前記第１絞りおよび第２絞りがそれぞれバタフライバルブで構成されるとともに、それらバタフライバルブの開度が同一となるように制御され、且つ、前記パージ通路の第１絞りが設けられている部位の断面積と前記ブローバイガス還元装置の気体通路の第２絞りが設けられている部位の断面積とが同一とされる。これにより実質的に請求項８と同じ効果が得られる。なお、請求項９の場合、請求項８と異なり、第１絞りと第２絞りとは近接して配置されている必要はない。

請求項１０では、前記第１絞りおよび第２絞りは、前記パージ通路および前記ブローバイガス還元装置の気体通路に対して等距離となる位置に軸を有する同一のニードルバルブで構成されるとともに、前記パージ通路の第１絞りが設けられている部位の断面積と前記ブローバイガス還元装置の気体通路の第２絞りが設けられている部位の断面積とが同一とされる。このように構成しても、双方のバルブの開度が常に同じとなり、同時に、双方の絞りが設置されている部位における開口面積がバルブの開度によらず同じとなる。従って、燃料蒸気濃度や、燃料蒸気量および空気量の演算において開口面積を考慮する必要がなくなるので、演算処理が容易になる。

請求項１１では、前記第１絞りおよび第２絞りがそれぞれニードルバルブで構成されるとともに、それらニードルバルブの開度が同一となるように制御され、且つ、前記パージ通路の第１絞りが設けられている部位の断面積と前記ブローバイガス還元装置の気体通路の第２絞りが設けられている部位の断面積とが同一とされる。これにより実質的に請求項１０と同じ効果が得られる。なお、請求項１１の場合、請求項１０と異なり、第１絞りと第２絞りとは近接して配置されている必要はない。

請求項１２では、スロットルバルブ開度、吸気管圧力、または吸入空気量に応じてバルブの開度を制御する。

パージガス及びブローバイガスは吸気管に発生する負圧によって吸気管へ吸引されるため、その流量は吸気管圧力により変化する。また、絞りに発生する差圧は、吸気管へ吸引される流量の影響を受けるため、吸気管圧力により差圧は大きく変動することになる。また、適正に空燃比を制御する要求から、吸気管にパージできる燃料蒸気の許容量は、エンジン運転状態により変化する。これらのことから、吸気管に吸引される燃料蒸気流量を、吸気管圧力に応じて制御する必要がある。

そのため、請求項１２のように、絞りとなるバルブの開度を、吸気管圧力、およびそれに関連して変化するパラメータであるスロットルバルブ開度、吸入空気量に応じて制御して、吸気管に吸引される流量や絞りに発生する差圧を調整することが好ましいのである。

請求項１３では、前記第１絞りおよび第２絞りを開口面積が同一のオリフィスで構成する。また、請求項１４では、前記第１絞りおよび第２絞りを開口面積が同一のノズルで構成する。請求項１３、１４のようにしても、燃料蒸気濃度や、燃料蒸気量および空気量の演算において開口面積を考慮する必要がなくなるので、演算処理が容易になる。

請求項１５では、前記第１絞りをパージ制御弁とする。このように第１絞りをパージ制御弁としても用いれば、装置の構成部品を少なくすることができる。

また、請求項１６では、前記第２絞りを、ブローバイガスを前記内燃機関の吸気系に導くブローバイガス排出通路に設けられ、ブローバイガス流量を制御するブローバイガス制御弁とする。このように、第２絞りをブローバイガス制御弁として用いる場合にも、装置の構成部品を少なくすることができる。

また、請求項１７では、前記第１圧力検出手段は、前記第１絞りの上流の圧力を検出する圧力センサと、前記内燃機関の吸気管内の圧力を検出する吸気圧センサとによって構成される。吸気管は第１絞りの下流に位置することから、請求項１７の構成により、第１絞りによるパージガスの圧力変化量を検出することができる。また、内燃機関を備えた装置（車両等）は、通常、吸気圧センサを備えているので、請求項１７のようにすれば、その吸気圧センサを利用して第１圧力検出手段を構成することが可能となる。

また、請求項１８では、前記第２圧力検出手段は、前記第２絞りの上流の圧力を検出する圧力センサと、前記内燃機関の吸気管内の圧力を検出する吸気圧センサとによって構成される。吸気管は第２絞りの下流に位置することから、請求項１８の構成により、第２絞りによる流通気体の圧力変化量を検出することができる。また、内燃機関を備えた装置（車両等）は、通常、吸気圧センサを備えているので、請求項１８のようにすれば、その吸気圧センサを利用して第２圧力検出手段を構成することが可能となる。

（第１実施形態）
図１に、本発明が適用された蒸発燃料処理装置の第１実施形態を示す。自動車のエンジン（すなわち内燃機関）１の吸気管２にはたとえば燃料噴射量を制御するインジェクタ３、吸入空気量を制御するスロットルバルブ４、吸入空気量を検出するエアフローセンサ５等が設置されている。また、排気管６にはたとえば空燃比を検出する空燃比センサ７等が設置されている。

エンジン１は電子制御ユニット（ＥＣＵ）８によって制御される。ＥＣＵ８には、エアフローセンサ５、空燃比センサ７、回転数を検出するクランク角センサ、車速を検出する車速センサなどエンジンの運転状態を検出する各種センサの信号が入力され、最適な運転となるようにスロットルバルブ４、インジェクタ３、点火プラグ９等の各種装置を制御してエンジンを制御している。

燃料タンク１１は蒸発燃料通路１２を介してキャニスタ１３と接続され、キャニスタ１３の内部には吸着材１４が充填されている。燃料タンク１１で発生した蒸発燃料は蒸発燃料通路１２を通り、キャニスタ１３に流入し、吸着材１４に吸着される。キャニスタ１３はパージ通路１５を介して、エンジン１の吸気管２に接続されており、その途中にパージ流量を制御するパージ制御弁としてのパージバルブ１６が設置されている。

吸着材１４に吸着された燃料蒸気は、エンジン運転時にパージバルブ１６の開度に応じて吸気管負圧により吸気管２に導出され、インジェクタ３から噴射された燃料とともにエンジン１で燃焼される。このとき、ＥＣＵ８は空燃比センサ７の出力などから理論空燃比に保つようにインジェクタ３の燃料噴射量やパージバルブ１６の開度を制御している。キャニスタ１３の大気側は通路１７を介して大気に接続されており、途中にクローズバルブ１８が設置されている。

ブローバイガス還元装置２０は、エンジン１において生じたブローバイガスを吸気管２に還元するための装置であり、気体導入通路２１および気体排出通路２３の２つの気体通路を備えている。気体導入通路２１は、スロットルバルブ４の上流の吸気管２とエンジン１のヘッドカバー２２とを接続しており、気体として空気が流通する。気体排出通路２３は、蒸発燃料濃度検出装置３０および通路３１を介して、ヘッドカバー２２とスロットルバルブ４の下流の吸気管２とを接続しており、気体としてブローバイガスが流通する。ヘッドカバー２２内とクランクケースは連通させられており、ブローバイガスは気体排出通路２３を通り吸気管２へ排出される。なお、気体導入通路２１および気体排出通路２３のエンジン１側の端は、クランクケースに接続されていてもよい。

気体排出通路２３の途中には、ブローバイガス制御弁２４が設けられている。このブローバイガス制御弁２４およびパージバルブ１６の開度はＥＣＵ８によって制御される。

パージ通路１５のパージバルブ１６の下流（吸気管２側）および気体排出通路２３の吸気管２側に蒸発燃料濃度検出装置３０が設置されている。パージ通路１５を通ってパージガスが蒸発燃料濃度検出装置３０に流入し、気体排出通路２３を通ってブローバイガスが蒸発燃料濃度検出装置３０に流入する。これら蒸発燃料濃度検出装置３０に流入したガスは、蒸発燃料濃度検出装置３０と吸気管２とを接続する通路３１を通って吸気管２へ送出される。

図２に蒸発燃料濃度検出装置３０の詳細図を示す。ケース３２の一方の側に、パージガスが流入するパージ通路１５とブローバイガスが流入する気体排出通路２３とが接続され、他方の側に通路３１が接続されている。この通路３１から、吸気管２にパージガスとブローバイガスとの混合ガスが送出される。従って、通路３１は、パージガス通路およびブローバイガス通路である。

ケース３２内には、パージガスとブローバイガスとが混合しないように仕切り３３が設置されており、ケース３２内を、パージガス通路の一部となるパージガス差圧計測室３４と、ブローバイガス通路の一部となるブローバイガス差圧計測室３５に分離している。仕切り３３が設けられている位置は、パージガス差圧計測室３４の開口面積（流路に垂直な断面積）とブローバイガス差圧計測室３５の開口面積とが同一となる位置である。また、仕切り３３は、流路に平行に配置されている。換言すれば、仕切り３３によって仕切られることにより形成されているパージガス差圧計測室３４とブローバイガス差圧計測室３５とは互いに平行になっている。

ケース３２の中央には、ＥＣＵ８によって開度が制御されるバタフライバルブ３６が設置され、バタフライバルブ３６の開度を変化させると、パージガス差圧計測室３４とブローバイガス差圧計測室３５とが同じ開度で絞られる。本実施形態では、このバタフライバルブ３６が、第１絞りおよび第２絞りに相当する。なお、前述のように、パージガス差圧計測室３４の開口面積とブローバイガス差圧計測室３５の開口面積とは互いに同一とされているので、バタフライバルブ３６の開度によらず、両室３４、３５の開口面積は同じとなる。

パージガス差圧計測室３４の外側には、第１圧力検出手段である第１圧力センサ３７が設置され、通路３７１、３７２を介してバタフライバルブ３６の両側の差圧を測定するようになっている。この差圧は、パージガス差圧計測室３４を流通するパージガスのバタフライバルブ３６（第１絞り）による圧力変化量を表している。

ブローバイガス差圧計測室３５も同様に第２圧力センサ３８が設置され、通路３８１、３８２を介してバタフライバルブ３６の両側の差圧を測定するようになっている。この差圧は、ブローバイガス差圧計測室３５を流通するブローバイガスのバタフライバルブ３６（第２絞り）による圧力変化量を表している。これら圧力センサ３７、３８によって測定された差圧はＥＣＵ８に供給される。

図３に本実施形態のメインフローチャートを示す。このフローチャートはエンジン１が運転を開始すると実行される。ステップＳ１０１でパージ実施条件が成立したか判定する。パージ実施条件はエンジン水温、油温、回転数などエンジンの運転状態に基づいて決められる。

ステップＳ１０１でパージ実施条件が成立したら、ステップＳ１０２へ進み、パージ実施ルーチンを実行する。パージ実施ルーチンを実行したら、ステップＳ１０１へ戻る。ステップＳ１０１でパージ実施条件が成立しなかったら、ステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０３ではエンジンが停止したかどうかを判定する。エンジンが停止していなかったらステップＳ１０３へ戻り、本フローチャートを再実行し、エンジンが停止していたら、終了する。

パージ実施ルーチンのフローチャートを図４に示す。なお、パージ実施前はバタフライバルブ３６の開度は、スロットルバルブ４の開度に応じた開度に設定されている。スロットルバルブ４の開度とバタフライバルブ３６の開度との関係は、スロットルバルブ４の開度が増加するほどバタフライバルブ３６の開度も増加する関係であり、図５（Ａ）に示されるように、スロットルバルブ４の開度とバタフライバルブ３６の開度とが直線関係にあるもの、または、図５（Ｂ）に示されるように、スロットルバルブ４の開度が大きくなるほどバタフライバルブ３６の開度の増加率が大きくなる関係のいずれでもよい。いずれかの関係が予めＥＣＵ８に記憶され、その予め記憶された関係と、実際のスロットルバルブ４の開度に基づいて、バタフライバルブ３６の開度が制御される。

この関係に基づいてバタフライバルブ３６の開度を制御すると、スロットルバルブ４の開度が大きくなることによってその下流側の負圧が小さくなっても、ブローバイガスが逆流することなく、ブローバイガスが吸気管２に導かれる。また、スロットルバルブ４の開度が大きくなるほど増加するブローバイガスが十分に吸気管２に還元される。

図４において、パージ実施ルーチンが開始されると、ステップＳ２０１でパージバルブ１６を所定の開度ｘで開く。所定の開度はエンジン運転状態や、パージ実施ルーチン開始前にブローバイガス差圧計測室３５側の第２圧力センサ３８で検出された圧力などから決定される。

続くステップＳ２０２では、パージガス差圧計測室３４側の第１圧力センサ３７およびブローバイガス差圧計測室３５側の第２圧力センサ３８で、パージガス差圧ΔPevpおよびブローバイガス差圧ΔPpcvを測定する。

そして、燃料蒸気濃度演算手段に相当するステップＳ２０３では、パージガス差圧ΔPevpとブローバイガス差圧ΔPpcvからパージガス中の燃料蒸気濃度Ｄを算出する。

以下、パージガス差圧ΔPevpとブローバイガス差圧ΔPpcvからパージガス中の燃料蒸気濃度Ｄを算出する方法を説明する。バタフライバルブ３６を絞りとすると、絞りを通過する流量は流通する流体の密度をρ、差圧をΔＰとすると、ベルヌーイの法則より式（１）と表せる。Ｋは定数であり、開口面積をＳとすると、Ｋ＝α×Ｓ×２^１/２である。ここでαは絞りの流量係数である。

Ｑ＝Ｋ（ΔＰ／ρ）^１/２ ・・・（１）
従って、式（１）より、パージガス差圧計測室３４を流れるパージガスは式（２）、ブローバイガス差圧計測室３５を流れるブローバイガスは式（３）のように表される。式中の添え字はevpはパージガスまたはパージガス計測室３４側であること、pcvはブローバイガスまたはブローバイガス計測室３５側であることを表す。ここで、Ｋ１＝αevp^２×Ｓevp^２×２、Ｋ２＝αpcv^２×Ｓpcv^２×２である。

Ｑevp^２＝Ｋ１×ΔＰevp／ρevp ・・・（２）
Ｑpcv^２＝Ｋ２×ΔＰpcv／ρpcv ・・・（３）
ここで、ブローバイガス中の燃料蒸気濃度はパージガス中の燃料蒸気濃度に比べ非常に低いため、ブローバイガスはほぼ空気（燃料蒸気濃度０％）と見なすことができる。従って、式（３）は式（４）となる。添え字のairは空気であることを表す。

Ｑpcv^２＝Ｋ２×ΔＰpcv／ρair ・・・（４）
パージガスおよびブローバイガスはともに吸気圧と大気圧の圧力差で流れているため、パージガスが空気（燃料蒸気濃度０％）の時の流量をＱairとすると、ＱairとＱpcvとの関係は、各流路の圧損比とパージバルブ開度ｘに基づいて変化する。従って、ＱairとＱpcvとの関係は、図６に示すように、同一のパージバルブ開度ｘにおいては比例関係にある。このため、式（５）の関係が成立する。

Ｑair＝Ｋ３×Ｑpcv ・・・（５）
Ｋ３は、図６に示す関係線の傾きであるので、パージバルブ開度ｘとＫ３との関係は予め求めておくことができる。この関係はＥＣＵ８に記憶されており、ＥＣＵ８に記憶されたこの関係と現在のパージバルブ開度ｘから、Ｋ３を求めることができる。

ただし、実際のパージガス中には燃料蒸気が含まれており、吸気圧が同じであっても燃料蒸気濃度Ｄに応じてパージガス流量は図７のように低下する。このため、図７からＱairとＱevpの関係は式（６）のようになる。

Ｑevp／Ｑair＝Ｋ４×Ｄ ・・・（６）
Ｋ４はあらかじめＥＣＵに記憶された図７の傾きである。式（２）、式（４）、式（５）、式（６）よりρevpについて解くと、式（７）となる。

ρevp＝Ｋ／Ｄ^２×ΔＰevp／ΔＰpcv×ρair ・・・（７）
ここで、Ｋ＝Ｋ１／（Ｋ２×Ｋ３^２×Ｋ４^２）である。なお、分子にあるＫ１には絞りの開口面積Ｓevpが含まれ、分母にあるＫ２には絞りの開口面積Ｓpcvが含まれるが、本実施形態では、バタフライバルブ３６の開度によらず常にＳevp＝Ｓpcvが成立するので、それらの項が消える。そのためＫが単純になって、演算処理が迅速に行える。

空気密度をρair、燃料蒸気１００％の密度をρhcとすると燃料蒸気濃度Ｄ（％）は式（８）のように表される。

Ｄ＝１００×（ρevp−ρair）／（ρhc−ρair） ・・・（８）
式（７）、式（８）より式（９）となる。

（ρhc−ρair）×ΔＰpcv×Ｄ^３＋１００×ΔＰpcv×ρair×Ｄ^２−１００×Ｋ×ΔＰevp×ρair
＝０ ・・・（９）
式（９）より解の中で０〜１００の間の値となるものが燃料蒸気濃度Ｄとなる。式（９）のうち、ρair、ρhcは物性値であるため、ΔＰpcvとΔＰevpから燃料蒸気濃度Ｄを求めることができる。

続くステップＳ２０４ないしＳ２０５は、燃料蒸気量演算手段および空気量演算手段に相当する。ステップＳ２０４でパージガス流量Ｑevpを求める。式（６）より求めた燃料蒸気濃度Ｄから、パージガス流量Ｑevpが求められる。

空燃比は燃料を空気の質量比で制御されるため、ステップＳ２０５にてパージ燃料蒸気の質量流量Ｍhcおよびパージ空気の質量流量Ｍairを求める。質量流量は式（１０）、式（１１）のように体積流量に密度を掛けて求められる。

Ｍhc＝Ｑevp×Ｄ／１００×ρhc ・・・（１０）
Ｍair＝Ｑevp×（１−Ｄ／１００）×ρair ・・・（１１）
ステップＳ２０６でＥＣＵ８のＲＡＭにステップＳ２０５で求めたパージ燃料蒸気量Ｍhc、パージ空気量Ｍairの値を書き込む。エンジンの空燃比制御装置はこの値を基にして、噴射量等を制御し、空燃比を制御する。 ステップＳ２０７で許容できるパージ燃料蒸気量の最大値Ｍmaxを求める。Ｍmaxは要求される運転条件やインジェクタの制御可能範囲等から決定される。

ステップＳ２０８で要求パージバルブ開度Ｘreqを求める。要求パージバルブ開度Ｘreq（％）は現在のパージバルブ開度をＸ（％）とすると式（１２）で求められる。

Ｘreq＝Mmax／Mhc×Ｘ ・・・（１２）
ステップＳ２０９で要求パージバルブ開度Ｘreqが１００％以上であるか判断する。１００％以上であればステップＳ２１０へ進み、パージバルブ１６の開度を１００％とする。１００％未満であればステップＳ２１１へ進み、パージバルブ１６の開度ＸをＸreq％とする。

ステップＳ２１２でパージ停止条件が成立したか判断する。パージ停止条件はエンジン水温、油温、回転数などエンジンの運転状態に基づいて決められる。パージ停止条件が成立したらステップＳ２１３へ進み、パージバルブ１６を閉じて、パージ実施ルーチンを終了する。パージ停止条件が成立していなかったら、ステップＳ２０２へ戻る。

以上、説明した本実施形態によれば、バタフライバルブ３６により、パージガスが流通する通路およびブローバイガスが流通する通路を絞り、その状態でパージガス差圧ΔPevpおよびブローバイガス差圧ΔPpcvを測定して、それらに基づいて燃料蒸気濃度Ｄ、パージ燃料蒸気量Ｍhc、パージ空気量Ｍairを演算している。そのため、それら燃料蒸気濃度Ｄ、パージ燃料蒸気量Ｍhc、パージ空気量Ｍairをリアルタイムで演算することができる。

また、パージガス差圧ΔPevpおよびブローバイガス差圧ΔPpcvの測定位置が隣り合わせであり、且つそれらをリアルタイムで測定していることから、雰囲気条件による影響がキャンセルされたものになるので高精度となる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、以下の説明において、前述の実施形態と同一の構成を有する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。

第２実施形態は、図２に示した蒸発燃料濃度検出装置３０に代えて、図８に示す蒸発燃料濃度検出装置５０を用いる点において、第１実施形態と異なる。図８の蒸発燃料濃度検出装置５０は、互いに形状が同一な第１、第２バタフライバルブ５１、５２を備えている。第１バタフライバルブ５１は第１絞りであり、第２バタフライバルブ５２は第２絞りである。これら第１バタフライバルブ５１および第２バタフライバルブ５２は、ＥＣＵ８によって、開度が互いに同一となるように制御される。

第３実施形態は、図９に示す蒸発燃料濃度検出装置６０を用いる点において、前述の実施形態と異なる。図９の蒸発燃料濃度検出装置６０は、第１絞りおよび第２絞りとして機能する一つのニードルバルブ６１を備えている。このニードルバルブ６１は、ケース３２のパージ通路１５および気体排出通路２３が接続されている側壁に対向する側壁に嵌め入れられている。ニードルバルブ６１の先端には、仕切り３３を収容可能な溝６１１が形成されており、ニードルバルブ６１が嵌め入れられている側壁に対して垂直方向の両側に移動可能とされている。ニードルバルブ６１の軸心は、仕切り３３と同一面内（すなわち、パージガス差圧計測室３４およびブローバイガス差圧計測室３５から等距離）であって、ニードルバルブ６１の移動方向に平行となっている。そのため、ニードルバルブ６１の位置に係わらず、ニードルバルブ６１部分における両室３４、３５の開口面積は同一となる。

なお、第３実施形態においては、第１圧力センサ３７に接続されている一方の通路３７１は連結通路６２と連結され、第２圧力センサ３８に接続されている一方の通路３８１は連結通路６３と連結されている。連結通路６２は、パージガス差圧計測室３４と通路３１とを連結し、連結通路６３は、ブローバイガス差圧計測室３５と通路３１とを連結している。

第４実施形態は、図１０に示す蒸発燃料濃度検出装置７０を用いる点において、第３実施形態と異なる。図１０の蒸発燃料濃度検出装置７０は、互いに形状が同一な第１、第２ニードルバルブ７１、７２を備えている。第１ニードルバルブ７１は第１絞りであり、第２ニードルバルブ７２は第２絞りである。これら第１ニードルバルブ７１および第２ニードルバルブ７２は、それらが嵌め入れられている側壁に対して垂直方向に移動可能とされているが、その位置は、ＥＣＵ８によって、嵌め入れられている側壁に対する距離が互いに等しくなるように制御される。従って、ニードルバルブ７１，７２の位置に係わらず、ニードルバルブ７１、７２部分における両室３４、３５の開口面積は同一となる。

第５実施形態は、図１１に示す蒸発燃料濃度検出装置８０を用いる点において、前述の実施形態と異なる。図１１の蒸発燃料濃度検出装置８０は、開口面積が互いに同一な第１、第２オリフィス８１、８２を備えている。第１オリフィス８１は第１絞りであり、第２オリフィス８２は第２絞りである。第１オリフィス８１はパージガス差圧計測室３４の流通方向中央に配置され、第２オリフィス８２はブローバイガス差圧計測室３５の流通方向中央に配置されている。

第６実施形態は、図１２に示す蒸発燃料濃度検出装置９０を用いる点において、前述の実施形態と異なる。図１２の蒸発燃料濃度検出装置９０には、パージガス差圧計測室３４の流通方向中央に、第１絞りとして機能する第１ノズル９１が形成され、ブローバイガス差圧計測室３５の流通方向中央に、第２絞りとして機能する第２ノズル９２が形成されている。これら第１ノズル９１および第２ノズル９２の開口面積は互いに同一となっている。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

たとえば、前述の実施形態の圧力センサ３７、３８は、２点間の差圧を検出する差圧センサであったが、それらの圧力センサ３７、３８に代えて、図１３に示すように、一対の絶対圧センサ１０１、１０２および１０３、１０４を用い、ＥＣＵ８において、差圧を演算するようにしてもよい。

また、圧力の検出位置も前述の実施形態に示す位置に限定されるものではなく、たとえば、図１４に示すように、吸気管２のスロットルバルブ４よりも下流部位に、吸気圧を検出する吸気圧センサ１０５を設けてもよい。この場合、第１圧力検出手段は吸気圧センサ１０５と絶対圧センサ１０２によって構成され、ＥＣＵ８において、絶対圧センサ１０２によって検出される圧力と吸気圧との差圧を演算する。また、第２圧力検出手段は吸気圧センサ１０５と絶対圧センサ１０４によって構成され、ＥＣＵ８において、絶対圧センサ１０４によって検出される圧力と吸気圧との差圧を演算する。

また、前述の第２実施形態のように、２つのバルブ５１、５２を備え、それらの開度が互いに独立に制御可能となっている場合、図１５に示すように、パージバルブ１６を省略して、バルブ５１をパージバルブとして用いたり、ブローバイガス制御弁２４を省略して、バルブ５２をブローバイガス制御弁として用いたりすることもできる。

また、絞りの開口面積の違いによる流量の差を補正すれば、パージガス差圧計測室とブローバイガス差圧計測室に設けた絞りの開口面積が異なってもかまわない。

また、前述の第１実施形態では、バタフライバルブ３６の開度をスロットルバルブ４の開度に基づいて決定していたが、スロットルバルブ４の開度は、吸気管圧力、吸入空気量と相関があるので、スロットルバルブ４に代えて吸気管圧力または吸入空気量に基づいて、バタフライバルブ３６の開度を決定してもよい。図１６は、吸気管圧力とバタフライバルブ３６の開度との関係を例示する図、図１７は、吸入空気量とバタフライバルブ３６の開度との関係を例示する図である。

本発明が適用された蒸発燃料処理装置の第１実施形態を示す図である。 図１の蒸発燃料濃度検出装置３０の詳細図である。 第１実施形態のメインフローチャートである。 図３のパージ実施ルーチンＳ１０２を詳しく示すフローチャートである。 スロットルバルブ４の開度とバタフライバルブ３６の開度との関係を例示する図である。 ブローバイガス流量と燃料蒸気濃度０％のパージガス流量との関係を示す図である。 燃料蒸気濃度Ｄと、燃料蒸気濃度０％のパージガス流量Ｑairに対するパージガス流量Ｑevpとの関係を示す図である。 第２実施形態において用いる蒸発燃料濃度検出装置５０を示す図である。 第３実施形態において用いる蒸発燃料濃度検出装置６０を示す図である。 第４実施形態において用いる蒸発燃料濃度検出装置７０を示す図である。 第５実施形態において用いる蒸発燃料濃度検出装置８０を示す図である。 第６実施形態において用いる蒸発燃料濃度検出装置９０を示す図である。 第１、２圧力検出手段として、一対の絶対圧センサを用いた例を示す図である。 絶対圧センサとして吸気圧センサ１０５を用いた例を示す図である。 バルブ５１をパージバルブとして用い、バルブ５２をブローバイガス制御弁として用いた例を示す図である。 吸気管圧力とバタフライバルブ３６の開度との関係を例示する図である。 吸入空気量とバタフライバルブ３６の開度との関係を例示する図である。

符号の説明

１：エンジン（内燃機関）
２：吸気管
４：スロットルバルブ
１１：燃料タンク
１２：蒸発燃料通路
１３：キャニスタ
１５：パージ通路
１６：パージバルブ（パージ制御弁）
２０：ブローバイガス還元装置
２１：気体導入通路
２３：気体排出通路
２４：ブローバイガス制御弁
３６：バタフライバルブ（第１絞り、第２絞り）
３７：第１圧力センサ（第１圧力検出手段）
３８：第２圧力センサ（第２圧力検出手段）
５１：第１バタフライバルブ（第１絞り）
５２：第２バタフライバルブ（第２絞り）
６１：ニードルバルブ（第１、第２絞り）
７１：ニードルバルブ（第１絞り）
７２：ニードルバルブ（第２絞り）
８１：第１オリフィス（第１絞り）
８２：第２オリフィス（第２絞り）
９１：第１ノズル（第１絞り）
９２：第２ノズル（第２絞り）
１０５：吸気圧センサ

Claims (18)

1. 燃料タンク内から蒸発燃料通路を介して導かれた蒸発燃料を一時的に吸着する吸着材を収納したキャニスタと、吸着材から脱離した蒸発燃料を内燃機関の吸気系に導くパージ通路と、パージ通路に設けられ、パージ通路を通して吸気系に導く蒸発燃料流量を制御するパージ制御弁とを備えた蒸発燃料処理装置であって、
   前記パージ通路に設けられた第１絞りと、
   その第１絞りによるパージガスの圧力変化量を検出する第１圧力検出手段と、
   前記内燃機関において生じるブローバイガスを吸気系に還元するためのブローバイガス還元装置の気体通路の途中に設けられた第２絞りと、
   その第２絞りによる流通気体の圧力変化量を検出する第２圧力検出手段と、
   前記第１圧力検出手段で検出した圧力変化量と前記第２圧力検出手段で検出した圧力変化量とに基づいて、前記キャニスタから吸気系に導出される混合気の燃料蒸気濃度を演算する燃料蒸気濃度演算手段と
   を有することを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
2. 燃料タンク内から蒸発燃料通路を介して導かれた蒸発燃料を一時的に吸着する吸着材を収納したキャニスタと、吸着材から脱離した蒸発燃料を内燃機関の吸気系に導くパージ通路と、パージ通路に設けられ、パージ通路を通して吸気系に導く蒸発燃料流量を制御するパージ制御弁とを備えた蒸発燃料処理装置であって、
   前記パージ通路に設けられた第１絞りと、
   その第１絞りによるパージガスの圧力変化量を検出する第１圧力検出手段と、
   前記内燃機関において生じるブローバイガスを吸気系に還元するためのブローバイガス還元装置の気体通路の途中に設けられた第２絞りと、
   その第２絞りによる流通気体の圧力変化量を検出する第２圧力検出手段と、
   前記第１圧力検出手段で検出した圧力変化量と前記第２圧力検出手段で検出した圧力変化量とに基づいて、前記キャニスタから吸気系に導出される混合気の燃料蒸気量を演算する燃料蒸気量演算手段と、
   前記第１圧力検出手段で検出した圧力変化量と前記第２圧力検出手段で検出した圧力変化量とに基づいて、前記キャニスタから吸気系に導出される混合気の空気量を演算する空気量演算手段と
   を有することを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
3. 請求項１ないし２の蒸発燃料処理装置であって、前記第１圧力検出手段は、前記パージ通路において前記第１絞りを挟んだ２点間の圧力差を検出するものであることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料装置装置。
4. 請求項１ないし２の蒸発燃料処理装置であって、前記第２圧力検出手段は、前記第２絞りが設けられている気体通路においてその第２絞りを挟んだ２点間の圧力差を検出するものであることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料装置装置。
5. 前記第１絞りと第２絞りとが近接して配置されていることを特徴とする請求項１ないし４の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
6. 前記第１絞りと第２絞りとが隣り合わせで配置されていることを特徴とする請求項１ないし４の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかの蒸発燃料処理装置であって、前記第１絞りおよび第２絞りの一方または両方がバルブによって構成されることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
8. 請求項６の蒸発燃料処理装置であって、前記第１絞りおよび第２絞りは軸を同一とするバタフライバルブで構成されるとともに、前記パージ通路の第１絞りが設けられている部位の断面積と前記ブローバイガス還元装置の気体通路の第２絞りが設けられている部位の断面積とが同一とされていることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
9. 請求項１ないし６のいずれかの蒸発燃料処理装置であって、前記第１絞りおよび第２絞りがそれぞれバタフライバルブで構成されるとともに、それらバタフライバルブの開度が同一となるように制御され、且つ、前記パージ通路の第１絞りが設けられている部位の断面積と前記ブローバイガス還元装置の気体通路の第２絞りが設けられている部位の断面積とが同一とされていることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
10. 請求項６の蒸発燃料処理装置であって、前記第１絞りおよび第２絞りは、前記パージ通路および前記ブローバイガス還元装置の気体通路に対して等距離となる位置に軸を有する同一のニードルバルブで構成されるとともに、前記パージ通路の第１絞りが設けられている部位の断面積と前記ブローバイガス還元装置の気体通路の第２絞りが設けられている部位の断面積とが同一とされていることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
11. 請求項１ないし６のいずれかの蒸発燃料処理装置であって、前記第１絞りおよび第２絞りがそれぞれニードルバルブで構成されるとともに、それらニードルバルブの開度が同一となるように制御され、且つ、前記パージ通路の第１絞りが設けられている部位の断面積と前記ブローバイガス還元装置の気体通路の第２絞りが設けられている部位の断面積とが同一とされていることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
12. 請求項７ないし１１のいずれかの蒸発燃料処理装置であって、スロットルバルブ開度、吸気管圧力、または吸入空気量に応じてバルブの開度が制御されることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
13. 請求項１ないし６のいずれかの蒸発燃料処理装置であって、前記第１絞りおよび第２絞りは開口面積が同一のオリフィスで構成されることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
14. 請求項１ないし６のいずれかの蒸発燃料処理装置であって、前記第１絞りおよび第２絞りは開口面積が同一のノズルで構成されることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
15. 請求項１ないし１２のいずれかの蒸発燃料処理装置であって、前記第１絞りはパージ制御弁であることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
16. 請求項１ないし１２のいずれかの蒸発燃料処理装置であって、前記第２絞りは、ブローバイガスを前記内燃機関の吸気系に導くブローバイガス排出通路に設けられ、ブローバイガス流量を制御するブローバイガス制御弁であることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
17. 請求項１ないし２の蒸発燃料処理装置であって、前記第１圧力検出手段は、前記第１絞りの上流の圧力を検出する圧力センサと、前記内燃機関の吸気管内の圧力を検出する吸気圧センサとによって構成されることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
18. 請求項１、２、１７のいずれかの蒸発燃料処理装置であって、前記第２圧力検出手段は、前記第２絞りの上流の圧力を検出する圧力センサと、前記内燃機関の吸気管内の圧力を検出する吸気圧センサとによって構成されることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。

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