JP4657111B2 - 内燃機関の炭化水素吸着材パージ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出される炭化水素（以下「ＨＣ」と称す）の排出量を低減する内燃機関の炭化水素吸着材パージ制御装置に関する。

一般に、近年の自動車では、ＨＣの排出量を低減するために、エンジンの燃焼改善によって未燃ＨＣ量を減少させると共に、排気系に三元触媒等の触媒を設置してエンジンから排出されるＨＣを浄化するようにしている。

ところで、エンジン停止後、サージタンク等の吸気通路内には、前回の運転時に噴射された燃料の一部が吹き返し等により残留したり、また、エンジン停止中は、燃料噴射弁から燃料が僅かずつ漏れて吸気通路内に拡散することがある。このように吸気通路内に拡散した燃料（ＨＣ）がそのまま大気に放出されるのを防止する目的で、吸気系内に残留する炭化水素を吸着する炭化水素吸着材を備える内燃機関が知られている。

一方、エンジン停止後に吸気通路内に拡散し炭化水素吸着材に吸着された燃料（ＨＣ）は、次回のエンジン始動時に気筒内に吸入される。しかし、クランキング開始直後は、気筒判別が完了するまで、燃料噴射弁の燃料噴射が開始されず、気筒内で燃焼が発生しないため、気筒内に吸入されたＨＣは、燃焼することなく排気管に排出される。しかも、冷間始動時は、排気系の触媒が未活性状態であるため、排気中のＨＣを十分に浄化することができない。この結果、炭化水素吸着材に吸着されていたＨＣがそのまま大気中に排出されてしまうおそれがある。

そこで、特許文献１には、機関停止中に内燃機関の吸気通路内に残留するＨＣを炭化水素吸着材で吸着し、触媒の活性後及び／又は排出ガスセンサの活性後に、炭化水素吸着材に吸着したＨＣを炭化水素放出制御手段で吸入空気中に放出させるようにした炭化水素吸着材パージ制御技術が開示されている。

特開２００２−３９０２５号公報

上記特許文献１に開示の技術によれば、炭化水素吸着材から放出されたＨＣが気筒内で十分に燃焼されずに排気管に排出されても、そのＨＣは活性状態にある触媒で浄化される。また、一般に、触媒よりも先に活性化する排出ガスセンサ（空燃比センサ、酸素センサ等）による空燃比の検出に基づく空燃比フィードバック制御により、ＨＣの放出量に応じて燃料噴射量が減量補正されるので、内燃機関から排出されるＨＣ量が低減される。

しかしながら、特許文献１に開示の炭化水素吸着材パージ制御技術では、炭化水素吸着材におけるＨＣ吸着量が低下した後、換言すると、炭化水素吸着材のＨＣ吸着能力が回復した後においても、炭化水素吸着材へのパージ空気の導入が継続されており、その分吸気抵抗を生じさせている。この結果、エンジン始動後の短時間に必要とされる炭化水素吸着材パージ制御のための炭化水素吸着材へのパージ空気の導入が、エンジンの運転中に継続され、その吸気抵抗分燃費の悪化を来たしているのである。

本発明は、このような従来の問題を解消し、パージ制御不要時における燃費の悪化を低減することのできる内燃機関の炭化水素吸着材パージ制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する本発明の一形態に係る内燃機関の炭化水素吸着材パージ制御装置は、機関停止中に吸気系内に残留する炭化水素を吸着する炭化水素吸着材を備える内燃機関において、機関始動後の所定条件時に、該炭化水素吸着材にパージ空気を導入し炭化水素を吸入空気中に放出させるパージ実行手段と、炭化水素吸着材から放出される炭化水素放出量を推定する炭化水素放出量推定手段と、該炭化水素放出量推定手段により得られた炭化水素放出量が所定値を超えるか否かを判定する判定手段と、該判定手段により炭化水素吸着材からの炭化水素放出量が所定値以下と判定されたとき、前記パージ実行手段によるパージ実行を停止するパージ実行停止手段と、を備えることを特徴とする。

この形態によれば、炭化水素吸着材から放出される炭化水素放出量を推定する炭化水素放出量推定手段により得られた炭化水素放出量が判定手段により所定値以下と判定されると、パージ実行停止手段によりパージ実行手段によるパージ実行が停止される。この結果、炭化水素吸着材に吸着された炭化水素を吸入空気中に放出させるべく炭化水素吸着材に導入されるパージ空気の導入が停止されるので、吸気抵抗が生ぜず、燃費の悪化が低減される。

ここで、前記炭化水素放出量推定手段は、吸入空気流量センサにより検出される筒内吸入空気量と燃料噴射弁からの燃料噴射量とにより求まる供給空燃比、および空燃比センサにより検出される排気空燃比により求まる炭化水素吸着材パージ空燃比と、パージ空気流量センサにより検出されるパージ空気流量とに基づき、炭化水素放出量を推定するものであることが好ましい。

この形態によれば、供給空燃比が吸入空気流量センサにより検出される筒内吸入空気量の検出値と設定値である燃料噴射量とにより求められると共に、排気空燃比が空燃比センサにより検出される検出値により求められるので、これらによる炭化水素吸着材パージ空燃比がより精度よく求められる。そして、この炭化水素吸着材パージ空燃比を算出する一要素であるパージ空気流量がパージ空気流量センサによる検出値として求められるので、炭化水素放出量の推定もまたより精度よく行うことができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、内燃機関であるエンジン１０の吸気管１２には、スロットル弁１４が設けられ、このスロットル弁１４の下流側にサージタンク１６が設けられている。このサージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が連通され、各気筒の吸気マニホールド１８の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。これら吸気管１２、サージタンク１６及び吸気マニホールド１８によって吸気通路が構成されている。

また、サージタンク１６には、その底部に炭化水素吸着材としてのＨＣ吸着材２２が設けられ、エンジン停止中に吸気通路内に残留するＨＣをこのＨＣ吸着材２２で吸着するようにされている。このＨＣ吸着材２２は、活性炭又はＨＣ吸着作用を有する触媒成分（例えばＰｄ等の貴金属）で形成されている。或は、ＨＣ吸着材２２を、アルミナ層にＰｄ等を担持させて形成したり、ゼオライトで形成したりしても良い。勿論、ＨＣ吸着材２２を、活性炭、ゼオライト、触媒成分のうちの２種類以上を組み合わせて形成するようにしても良い。

本実施形態では、サージタンク１６の底部に凹部２４を形成し、この凹部２４内にＨＣ吸着材２２の大半を収容することで、ＨＣ吸着材２２でサージタンク１６の流路断面積が狭められないようにされている。更に、吸気管１２のスロットルバルブ１４の上流側とサージタンク１６の凹部２４との間には、ＨＣ吸着材２２にパージ空気を導入するパージ空気導入管２６が接続され、このパージ空気導入管２６の途中には、例えば、電磁弁で構成されるバルブ２８が設けられている。このバルブ２８が閉弁されると、ＨＣ吸着材２２へのパージ空気の導入が停止されて、ＨＣ吸着材２２にＨＣを吸着させた状態や放出が完了された状態が保持される。一方、バルブ２８を開弁すると、ＨＣ吸着材２２にパージ空気が導入されると共に、そのパージ空気がＨＣ吸着材２２内の多数の隙間を通ってサージタンク１６内に流入し、ＨＣ吸着材２２からＨＣが吸入空気中に放出される。

また、吸気管１２のスロットルバルブ１４の上流側には、エンジン１０に導入される空気流量を計測する吸入空気流量センサ３０が設けられると共に、パージ空気導入管２６のバルブ２８の下流側には、パージ空気流量を計測するパージ空気流量センサ３２が設けられている。

一方、エンジン１０の排気管３４には、排出ガス中のＨＣやＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒３６が設けられ、この触媒３６の上流側に排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ３８が設けられている。

エンジンの電子制御回路（以下「ＥＣＵ」と称す）４０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、エンジンの回転速度や負荷に対応させて燃料噴射量や点火時期を制御すると共に、ＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された吸着材パージ制御プログラムを周期的に実行することで、エンジン停止中にＨＣ吸着材２２に吸着されたＨＣを空燃比センサ３８及び触媒３６の活性後に吸入空気中に放出すると共に、ＨＣ吸着材２２から放出されるＨＣ放出量に基づいて、吸着材パージ制御の停止時期を判定する。

以下、本発明の実施形態による吸着材パージ制御プログラムの処理手順の一例を図２および図３に示すフローチャートを参照して説明する。本プログラムは、例えばイグニッションスイッチ（図示せず）のオン後に実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップＳ２０１で、パージ制御が実行中か否かが判定される。このパージ制御の実行は、空燃比センサ３８が活性状態であるか否かの判定に基づき、空燃比センサ３８が活性状態にあるときに実行されるものである。空燃比センサ３８が未活性の期間は、排出ガスの空燃比が検出できず空燃比フィードバック制御を実施できないからである。なお、空燃比センサ３８が活性状態であるか否かは、例えば冷却水温や始動後の経過時間に基づき判定することができる。パージ制御の実行の際には、バルブ２８が開状態に保持され、ＨＣ吸着材２２にパージ空気が導入されると共に、そのパージ空気がＨＣ吸着材２２内の多数の隙間を通ってサージタンク１６内に流入し、ＨＣ吸着材２２からＨＣが吸入空気中に放出される。

そして、ステップＳ２０１で、パージ制御が実行中であると判定されると、ステップＳ２０２に進み、ＨＣ吸着材２２からの単位時間当たりのＨＣ放出量Ｆｐが推定される。このＨＣ放出量の推定については、サブルーチンとして実行される図３に示すフローチャートを参照して後で説明する。

次いで、ステップＳ２０３に進み、ステップＳ２０２で求めたＨＣ吸着材２２からの単位時間当たりのＨＣ放出量Ｆｐが所定値Ｃ以上か否かが判定される。ここで、所定値Ｃは、ＨＣ吸着材２２におけるＨＣ吸着率に基づいて設定されている。すなわち、ＨＣ吸着材２２の最大ＨＣ吸着能力を１００％とするとき、ＨＣ吸着率が例えば、数％である場合に、ＨＣ吸着材２２から単位時間当たりに放出されるＨＣ量に相当する値である。パージ実行の結果として、ＨＣ吸着材２２におけるＨＣ吸着率が減少すると、単位時間当たりに放出されるＨＣ量も次第に減少するので、このＨＣ放出量Ｆｐが所定値Ｃを下回った状態でパージを実行しても効果的なＨＣ脱離作用は余り期待できず、パージ空気導入管２６内にパージ空気を導入する分、吸気抵抗となるのみである。さらに、ＨＣ吸着材２２におけるＨＣ吸着率が、ＨＣ放出量Ｆｐが所定値Ｃを下回る程度に減少した状態では、ＨＣ吸着能力が回復したと見なせる。

そこで、ステップＳ２０３における判定で、ＨＣ吸着材２２からの単位時間当たりのＨＣ放出量Ｆｐが所定値Ｃを下回るときはステップＳ２０４に進み、パージ制御を停止する。すなわち、バルブ２８が閉じられ、パージ空気導入管２６内へのパージ空気の導入が停止される。

ここで、上述したステップＳ２０２におけるＨＣ放出量の推定ルーチンにつき、図３のフローチャートを参照して説明する。このＨＣ放出量推定ルーチンでは、まず、ステップＳ３０１において、供給空燃比（以下、供給Ａ／Ｆと称す）が取得される。この供給Ａ／Ｆは、吸入空気流量センサ３０により検出される検出値としての筒内吸入空気量Ｇａと燃料噴射弁２０から噴射される燃料噴射量Ｆｊとにより、
「供給Ａ／Ｆ＝Ｇａ／Ｆｊ・・・（１）」
として演算により求められる。なお、燃料噴射量Ｆｊはエンジン１０の回転速度および負荷に対応させて予め実験等により求められ、ＥＣＵ４０のＲＯＭに記憶されているマップから、設定値として求められる。

次に、ステップＳ３０２において、排気空燃比（以下、排気Ａ／Ｆと称す）が取得される。この排気Ａ／Ｆは空燃比センサ３８により検出される検出値として求められる。そして、ステップＳ３０３に進み、ＨＣ吸着材パージ空燃比（以下、ＨＣ吸着材パージＡ／Ｆと称す）が下式（２）により算出される。
「ＨＣ吸着材パージＡ／Ｆ＝排気Ａ／Ｆ−供給Ａ／Ｆ・・・（２）」
そして、ステップＳ３０４において、パージ空気流量センサ３２により検出される検出値として求められているパージ空気流量Ｇｐが取得される。さらにステップＳ３０５に進み、このステップＳ３０４で取得されたパージ空気流量ＧｐとステップＳ３０３で算出されたＨＣ吸着材パージＡ／Ｆとにより、ＨＣ吸着材２２からの単位時間当たりのＨＣ放出量Ｆｐが下式（３）により算出される。
「ＨＣ吸着材パージＡ／Ｆ＝Ｇｐ／Ｆｐ → Ｆｐ＝Ｇｐ／（ＨＣ吸着材パージＡ／Ｆ）・・・（３）」
このように、本実施の形態では、供給Ａ／Ｆが吸入空気流量センサ３０により検出される筒内吸入空気量Ｇａの検出値と設定値である燃料噴射量Ｆｊとにより求められると共に、排気Ａ／Ｆが空燃比センサ３８により検出される検出値により求められるので、これらによるＨＣ吸着材パージＡ／Ｆがより精度よく求められる。そして、このＨＣ吸着材パージＡ／Ｆを算出する一要素であるパージ空気流量Ｇｐがパージ空気流量センサ３２による検出値として求められるので、ＨＣ放出量Ｆｐの推定もまたより精度よく行うことができる。

ここで、図２のフローチャートに戻るに、上述のステップＳ２０２におけるＨＣ放出量の推定ルーチン（ステップＳ３０１ないし３０５）で得られたＨＣ吸着材２２からの単位時間当たりのＨＣ放出量Ｆｐが所定値Ｃ以上であるとステップＳ２０３で判定されると、このルーチンは一旦終了され、バルブ２８を開弁して、パージ空気導入管２６を介して所定のパージ空気流量ＧｐがＨＣ吸着材２２に導入され、ＨＣ吸着材２２からＨＣが放出されるパージ制御が継続される。

また、前述のように、ステップＳ２０３における判定で、ＨＣ吸着材２２からの単位時間当たりのＨＣ放出量Ｆｐが所定値Ｃを下回るときはステップＳ２０４に進み、パージ制御が停止されるべくバルブ２８が閉じられるが、このバルブ２８はパージ制御が停止されるべく一旦閉じられた後は、エンジン始動後の同一運転期間中、閉じ状態が維持されても良い。この期間中には、ＨＣ吸着材２２へのＨＣ吸着はほとんどないからである。

なお、本実施形態においては、空燃比センサ３８が活性状態であるときにパージ制御を実行するようにしたが、これは空燃比センサ３８と触媒３６の両方が活性状態になってから実行するようにしてもよい。その場合は、ＨＣ吸着材２２から放出したＨＣが気筒内で十分に燃焼されずに排気管３４に排出されても、そのＨＣを活性状態の触媒３６で浄化することができるからである。

以上説明した本実施形態によれば、ＨＣ吸着材２２から放出されるＨＣ放出量を推定するＨＣ放出量推定手段により得られたＨＣ放出量が判定手段により所定値以下と判定されると、パージ実行停止手段によりパージ実行手段によるパージ実行が停止されるので、ＨＣ吸着材２２に吸着されたＨＣを吸入空気中に放出させるべくＨＣ吸着材２２に導入されるパージ空気の導入が停止され、吸気抵抗が生ぜず、燃費の悪化が低減される。

本発明の一実施の形態の概要を示す模式図である。 本発明の実施形態の制御の一形態を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の制御の一形態を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ エンジン
２０ 燃料噴射弁
２２ ＨＣ吸着材
２６ パージ空気導入管
２８バルブ
３０ 吸入空気流量センサ
３２ パージ空気流量センサ
３６ 触媒
３８ 空燃比センサ
４０ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 機関停止中に吸気系内に残留する炭化水素を吸着する炭化水素吸着材を備える内燃機関において、
   機関始動後の所定条件時に、該炭化水素吸着材にパージ空気を導入し炭化水素を吸入空気中に放出させるパージ実行手段と、
   炭化水素吸着材から放出される炭化水素放出量を推定する炭化水素放出量推定手段と、
   該炭化水素放出量推定手段により得られた炭化水素放出量が所定値を超えるか否かを判定する判定手段と、
   該判定手段により炭化水素吸着材からの炭化水素放出量が所定値以下と判定されたとき、前記パージ実行手段によるパージ実行を停止するパージ実行停止手段と、を備え、
   前記炭化水素放出量推定手段は、吸入空気流量センサにより検出される筒内吸入空気量と燃料噴射弁からの燃料噴射量とにより求まる供給空燃比、および空燃比センサにより検出される排気空燃比により求まる炭化水素吸着材パージ空燃比と、パージ空気流量センサにより検出されるパージ空気流量とに基づき、炭化水素放出量を推定するものであることを特徴とする内燃機関の炭化水素吸着材パージ制御装置。

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