JP4670660B2 - 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し、より詳しくは走行中に内燃機関を一時的に停止させる運転条件を有する車両に適した蒸発燃料処理装置に関するものである。

一般に車両用の内燃機関には燃料タンクからの蒸発燃料が大気に放散しないように蒸発燃料処理装置が備えられている。この種の蒸発燃料処理装置では、燃料タンクで発生する蒸発燃料をキャニスタに導いて一時的に吸着させ、該キャニスタに吸着された蒸発燃料を新気導入口から導入される新気と共にパージバルブを介して内燃機関の吸気系に吸入させることによって燃焼処理する。

このような蒸発燃料処理装置を、ハイブリッド車両やアイドルストップ車両など走行中に内燃機関を一時的に停止させる運転条件を有する車両に適用した場合、機関が断続的に運転されることから、キャニスタに吸着した燃料を効率よく処理できないという問題が生じる。例えば、ハイブリッド車両では機関運転時は熱効率が良い低ブースト領域で運転されることが多いうえに機関停止状態となる時間も長いため、吸着燃料量が多くなり、しかもパージの機会が限られる点が問題となりやすい。

これに対して、例えば特許文献１には、機関停止条件となったときの燃料吸着量が多いときは、機関停止を遅延させてパージのための運転を行うようにしたハイブリッド自動車のエンジン制御装置が提案されている。
特開２０００−２８２９６９号公報

前記従来技術によると、本来は機関を停止させるべき条件下または機関を運転する必要のない条件下で蒸発燃料処理のためにのみ機関を運転することになるので燃費が悪化する。また、その処理後の機関再始動時には、機関停止の間の蒸発燃料量が不明であるので、燃焼や排気組成に悪影響を及ぼさないように再始動当初は常にパージ量を絞って燃料濃度を監視しながら運転を行う必要があり、それだけ蒸発燃料の処理機会が制約されることになる。

本発明は、燃料タンクからの蒸発燃料をキャニスタに導いて一時的に吸着させ、該キャニスタに吸着された蒸発燃料を新気と共に内燃機関の吸気通路に吸入させる蒸発燃料処理装置を基本的構成として備える。

本発明では、前記構成において、機関停止時の蒸発燃料吸着量と機関再始動時の蒸発燃料吸着量とに基づいて機関停止の間のパージ濃度差を演算する濃度差演算手段を設けたことを特徴としている。

本発明によれば、機関停止の間のパージ濃度差を知ることができる。パージ濃度は、パージ時すなわちキャニスタに吸着した蒸発燃料を内燃機関に吸入させるときの、キャニスタからの混合気中の燃料濃度である。この濃度差が小さければ、機関再始動後に、機関停止時のパージ濃度に応じた燃料補正量を適用して燃料供給を行えばよく、パージ濃度変化に対応するための新たな補正が不要であるので、機関再始動後にただちに大量のパージを行うことができる。もし濃度差が大きいときには、例えば従来行われてきたように、機関再始動後に一時的にパージ量を絞り、パージ濃度に応じた新たな燃料補正量を算出したうえで大量のパージを行うようにすればよい。

本発明によれば、前述のように機関再始動後にパージ量を絞るような操作は機関停止の間のパージ濃度差が大きかったとき（一般に機関停止時間が長かったとき）にのみ行えば足りるようになり、したがって大量パージできる機会を増やして蒸発燃料処理の効率を高めることができる。これにより、いわゆるアイドルストップ車両やハイブリッド車両など、走行中に機関停止する機会の多い用途におけるパージ機会を確保することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示すシステム図である。

内燃機関１の吸気通路２にはその途中にスロットル弁３が介装されている。燃料供給は、各気筒毎に設けた燃料噴射弁４によりなされる。

蒸発燃料処理装置としては、燃料タンク５にて発生する蒸発燃料を蒸発燃料導入通路６により導いて一時的に吸着するキャニスタ７が設けられている。キャニスタ７は、容器内に活性炭などの吸着材８を充填したものである。

キャニスタ７には、新気導入口（大気開放口）９が形成されると共に、パージ通路１０が導出されている。パージ通路１０は、パージバルブ１１を介して、スロットル弁３下流の吸気通路２に接続されている。パージバルブ１１は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２０から出力される信号により開弁するようになっている。

内燃機関１の停止中などに燃料タンク５にて発生した蒸発燃料は、蒸発燃料導入通路６によりキャニスタ７に導かれて、ここに吸着される。そして、内燃機関１が始動されて、所定のパージ許可条件が成立すると、パージバルブ１１が開き、内燃機関１の吸入負圧がキャニスタ７に作用する結果、新気導入口９から導入される新気によってキャニスタ７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１０を通って吸気マニホールド４内に吸入され、この後、内燃機関１の燃焼室内で燃焼処理される。

２１は燃料タンク５内の燃料温度を検出する温度センサ、２２は燃料タンク内の燃料残量を検出する燃料ゲージであり、これらの検出信号はＥＣＵ２０に付与される。本願発明との関係では、前記温度センサ２１、燃料ゲージ２２は、それぞれ燃料温度検出手段、燃料タンク５内の空間容積を検出する空間容積検出手段に相当する。前記空間容積は、燃料タンク５の燃料液面よりも上方の空間部分の容積であり、燃料タンク形状ないし容積は既知であるから、液面位置がわかれば空間容積を割り出すことができる。

ＥＣＵ２０は、ＣＰＵおよびその周辺装置からなるマイクロコンピュータにより構成されており、図示しないセンサ類からの機関回転数Ne、吸入空気量Qa、冷却水温度Tw等の運転状態信号の入力に基づいて燃料噴射装置に対する燃料噴射量指令や点火装置に対する点火指令を出力する機能を有するほか、前記燃料温度や燃料タンク空間容積に基づいて機関停止の間のパージ濃度差を演算するための各手段の機能を有している。すなわち、ＥＣＵ２０は、本願発明の吸着量推定手段、飽和蒸気圧差演算手段、蒸気発生量演算手段、再始動時吸着量演算手段、濃度差演算手段、およびパージ制御手段としての機能を備えている。

また、ＥＣＵ２０には、図示しないハイブリッド車両制御装置からの機関停止指令および機関再始動指令が入力し、これにより後述するように必要なタイミングでパージ濃度差判定のための演算処理を行う。なお、ハイブリッド車両制御における内燃機関の運転または運転停止の制御パターンは目的や仕様に応じて種々様々であるが、一般的にはモータのみでは駆動力が不足する高負荷走行条件またはバッテリ充電が必要な条件の下で内燃機関が運転され、それ以外の条件下では内燃機関は停止するように制御される。

次に、図２の流れ図にしたがって前記ＥＣＵ２０による濃度差の演算処理内容の一例を説明する。図２はＥＣＵ２０によって一定周期で周期的に実行される処理ルーチンを表しており、図中および以下の説明中で符号Ｓはその処理ステップ番号を示している。

この処理では、まずＳ１にて内燃機関１に対する再始動指令の有無を判定する。再始動指令がないとき、これは内燃機関１が運転中であるか、もしくは停止中であって再始動指令を待機しているときであり、このときはＳ２に移行して機関停止開始時であるか否かを判定する。Ｓ２において、開始時つまり機関停止の当初であると判定した場合には、Ｓ３〜Ｓ５の初期設定を行い、すでに機関停止中であると判定した場合は、Ｓ３以下の処理を迂回してルーチンの当初に戻る。

Ｓ３、Ｓ４では、それぞれ機関停止開始時の燃料温度TFOの検出と、そのときのキャニスタ７の燃料蒸気吸着量CG0の推定とを行い、ついでＳ５にて濃度チェック要求フラグPDCHKをセットする。前記フラグPDCHKはパージ濃度差の判定結果を示すフラグであり、その状態如何による燃料制御等については後述する。また、前記機関停止時の燃料蒸気吸着量CG0の推定は、それまでの機関運転履歴、燃料温度等を用いた既知の推定手法を適用して推定する。

前記Ｓ２〜Ｓ５の処理は内燃機関１が停止指令により停止開始した当初の１回のみ実行され、以後は再始動指令があるまでＳ１−Ｓ２−Ｓ１の繰り返しにより待機状態となる。この待機状態の下で、ハイブリッド車両制御装置から再始動指令があると、Ｓ１にてこれが判定され、Ｓ６以下の再始動時の処理に移行する。

Ｓ６では再始動時の燃料温度TF1を検出し、ついでＳ７にて前記再始動時の燃料温度TF1と、機関停止開始時の燃料温度TF0とを用いて飽和蒸気圧差DSPを演算する。図３の（ａ）に示したように、燃料温度に対する飽和蒸気圧の特性Ｐは燃料の性質に応じて定まるので、この特性と温度差（TF1-TF0）とから飽和蒸気圧差DSPを与えるようなテーブルを予め設定しておくことで飽和蒸気圧差DSPを求めることができる。

次に、Ｓ８では燃料タンク５の空間容積SPCVを前述した要領でタンク内燃料量から計算し、Ｓ９では前記の飽和蒸気圧差DSPと空間容積SPCVとに基づき、機関停止から再始動にいたるまでの間の燃料蒸気発生量BPRを演算する。この演算も、空間容積SPCVと飽和蒸気圧差DSPに応じた燃料蒸気発生量を予め調べてテーブル化しておいたものを参照することで求めることができる。

Ｓ９では、機関停止時の燃料蒸気吸着量CG0に前記燃料蒸気発生量BPRを加えて機関再始動時の燃料蒸気吸着量CG1を求め、ついでＳ１０にて機関停止時の燃料蒸気吸着量CG0と前記機関再始動時の燃料蒸気吸着量CG1とに基づきパージ濃度差DPDを求める。パージ濃度差DPDは、図３の（ｂ）に示したような燃料蒸気吸着量とパージ濃度との間の特性Ｓをテーブル化したものから検索して決定する。機関停止の間の燃料蒸気吸着量の差（CG1-CG0）を基準にすると、一般に図示したように吸着量の多い領域ほど同一の吸着量差に対するパージ濃度差DPDは大きくなる。

Ｓ１０では、前記パージ濃度差DPDを所定の基準値Kと比較し、DPD＜Kのときはそのまま処理を終了し、DPD≧Kのときは濃度チェック要求フラグPDCHKをリセットして処理を終了する。DPD＜Kのときは初期設定時にＳ５にて設定したフラグの状態が維持されるのでPDCHK=1、DPD≧Kのときは前記リセット処理によりPDCHK=0となる。

本発明の目的はハイブリッド車両やアイドルストップ車両が一時的に機関停止状態にあるときの蒸発燃料処理装置のパージ濃度差を求めることにあり、このパージ濃度差を求めた結果に基づく機関制御または燃料供給制御等の手法は種々のものが適用可能である。以下では、前記基準値Kを適用した制御事例として再始動以後の燃料供給制御について説明する。

機関停止の間のパージ濃度差が大きい場合（DPD≧K）は、停止前のパージの際に適用した燃料補正量（パージを実施しないときの燃料供給量に対する補正量）で燃料制御を実施すると目標空燃比との誤差が大となり、燃焼や排気組成が悪化するおそれを生じる。そこでこのような場合は、機関再始動後に一時的にパージ量を絞り、空燃比を監視しながらそのときのパージ濃度に応じた新たな燃料補正量を算出したうえで大量パージを開始させる必要がある。これに対して、パージ濃度差が小さい場合（DPD＜K）は、停止前のパージの際に適用した燃料補正量で燃料制御を実施したとしても目標空燃比とのあいだで大きな誤差を生じないから、再始動の当初から前記燃料補正量を適用して大量パージを行うことができる。すなわち、目標とする燃焼性ないし排気組成を達成しうる限度の空燃比誤差に相当するように基準値Kを定めることで、機関再始動後のパージの機会を確保して、効率よく蒸発燃料を処理することが可能になる。

本発明では公知技術のようにパージのためにのみ機関を運転する必要がないことから燃費が悪化するおそれがない。また、実施形態のように温度センサ２１や燃料ゲージ２２の検出結果に基づいてパージ濃度差を求める構成においては、他に特殊なセンサを使用する必要がないので、低コストでシステムを構成することができる。

本発明の一実施形態を示すシステム図。 実施形態の制御内容の一例を示す流れ図。 実施形態の制御に係る飽和蒸気圧特性およびパージ濃度特性を示す特性線図。

符号の説明

１ 内燃機関
２ エアクリーナ
３ スロットル弁
４ 燃料噴射弁
５ 燃料タンク
６ 蒸発燃料導入通路
７ キャニスタ
８ 活性炭
９ 新気導入口
１０ パージ通路
１１ パージバルブ
１２ カットバルブ
２０ ＥＣＵ
２１ 温度センサ
２２ 燃料ゲージ

Claims (3)

1. 燃料タンクからの蒸発燃料をキャニスタに導いて一時的に吸着させ、該キャニスタに吸着された蒸発燃料を新気と共に内燃機関の吸気通路に吸入させる蒸発燃料処理装置において、
   機関停止時の蒸発燃料吸着量と機関再始動時の蒸発燃料吸着量とに基づいて機関停止の間のパージ濃度差を演算する濃度差演算手段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。
2. 燃料タンクからの蒸発燃料をキャニスタに導いて一時的に吸着させ、該キャニスタに吸着された蒸発燃料を新気と共に内燃機関の吸気通路に吸入させる蒸発燃料処理装置において、
   燃料タンク内の燃料温度を検出する燃料温度検出手段と、
   燃料タンク内の空間容積を検出する空間容積検出手段と、
   キャニスタの燃料蒸気吸着量を推定する吸着量推定手段と、
   機関停止時の燃料温度とその後の機関再始動時の燃料温度に基づいて燃料の飽和蒸気圧差を演算する飽和蒸気圧差演算手段と、
   飽和蒸気圧差と空間容積に基づいて燃料蒸気発生量を演算する蒸気発生量演算手段と、
   機関停止時の蒸発燃料吸着量と前記燃料蒸気発生量に基づいて機関再始動時の蒸発燃料吸着量を演算する再始動時吸着量演算手段と、
   機関停止時の蒸発燃料吸着量と機関再始動時の蒸発燃料吸着量とに基づいて機関停止の間のパージ濃度差を演算する濃度差演算手段と
   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。
3. 前記パージ濃度差が所定の基準値よりも小であるときには、機関再始動運転後に前記機関停止時のパージ濃度に応じて定めた燃料補正量の下でのパージを許容する一方、前記パージ濃度差が所定の基準値以上であるときには、機関再始動運転後にパージ量を絞って運転を行わせ、その間の空燃比に基づいて定めた新たな燃料補正量の下でパージを許容するパージ制御手段を有する請求項１または請求項２のいずれかに記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。

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