JP4720667B2 - 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。

車両用の内燃機関には、燃料タンクで発生する蒸発燃料が大気に放出されることを防止するための蒸発燃料処理装置が備えられている。蒸発燃料処理装置は、内部に活性炭が充填されたキャニスタを有しており、このキャニスタに蒸発燃料を吸着して貯えるようになっている。キャニスタに貯えられた蒸発燃料は内燃機関の運転中、吸気通路の負圧を利用してキャニスタからパージされ、新気とともに吸気通路に放出されて燃焼室において燃焼処理される。

キャニスタは蒸発燃料をパージされることでその吸着性能を回復している。ところが、内燃機関の運転停止中は、キャニスタに吸着された蒸発燃料を吸気通路へパージすることができない。このため、運転を停止した状態が長時間続く場合には、その間に燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタで吸着しきれなくなり、キャニスタの大気孔から大気中に蒸発燃料が漏れ出してしまう可能性がある。

そこで、特許文献１に開示されている従来技術では、発電機の駆動用に内燃機関を備える電気自動車において、内燃機関の運転停止中に燃料タンク内の蒸発燃料量が所定量以上となったときには、内燃機関を始動させて燃料タンク内の蒸発燃料を処理することとしている。内燃機関を発電機の駆動のために用いる電気自動車であれば、車両の駆動とは無関係に自由に内燃機関の起動／停止を行うことができる。

また、特許文献２に開示されている従来技術では、キャニスタに吸着された蒸発燃料をポンプによって吸入して吐出し、その吐出側通路にヒータ付きの触媒を配置している。そして、燃料タンク内の蒸発燃料の発生量がキャニスタの限界吸着量を超えるときには、ヒータによって触媒を加熱するとともにポンプを作動させ、キャニスタからパージされる蒸発燃料を触媒で燃焼処理することとしている。
特許第２９７０２８０号公報 特開平４−２９２５６５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている従来技術では、車両の駆動制御の観点からは内燃機関の運転が必要でない状況でも、蒸発燃料を処理する必要が生じる度に内燃機関を始動させることになる。そのため、燃費の悪化を招いてしまう可能性が有る。また、内燃機関の起動／停止による振動の発生や、ドライバの意図しない状況での内燃機関の起動がドライバに不快感を与えてしまう可能性もある。

特許文献２に開示されている従来技術では、蒸発燃料発生量がキャニスタの限界吸着量に達したとき、触媒をヒータで加熱した後に所定時間ポンプを作動させている。触媒はヒータによって一旦活性温度まで加熱された後、パージガス中の蒸発燃料が触媒上で燃焼することによって活性温度以上に維持される。ところが、キャニスタからの蒸発燃料のパージが進むに連れてパージガス中の燃料濃度は次第に低下してくる。パージガス中の燃料濃度が低下してくると、蒸発燃料が燃焼することによる発熱効果よりもパージガスの流れが熱を持ち去ることによる冷却効果の方が支配的になり、その結果、触媒の温度が活性温度以下に低下してしまうおそれがある。その場合は、再度、ヒータによって触媒を加熱する必要が生じ、その分、エネルギーを余計に使ってしまうことになる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の運転停止中に燃料タンク内で発生した蒸発燃料を少ないエネルギーの投入で処理することが可能な蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の蒸発燃料処理装置であって、
前記内燃機関の燃料を貯留する燃料タンクと、
前記内燃機関の排気通路に設けられた排気ガス浄化用の触媒と、
前記内燃機関の停止中に前記触媒を加熱して所定温度まで昇温させる触媒昇温手段と、
前記触媒の温度が所定温度まで上昇したら前記燃料タンク内で発生した蒸発燃料を含むパージガスを前記触媒に供給するパージガス供給手段と、
前記触媒に供給されるパージガスの燃料濃度に関する情報を取得する濃度情報取得手段と、
前記濃度情報取得手段によって取得された情報からパージガスの燃料濃度が所定値まで低下したと判断されるときには、前記パージガス供給手段によるパージガスの供給を停止する供給停止手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記濃度情報取得手段は、パージガスの燃料濃度に関する情報として、所定量のパージガスが前記触媒に供給されたときの前記触媒の温度変化量を取得することを特徴としている。

第３の発明は、第２の発明において、
前記濃度情報取得手段によって取得された情報からパージガスの燃料濃度を学習し、前記内燃機関の空燃比制御にかかる燃料濃度情報として記憶する学習手段をさらに備えることを特徴としている。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記触媒の酸素吸蔵量に関する情報を取得する触媒情報取得手段と、
前記触媒の酸素吸蔵量が枯渇状態若しくはそれに近い状態にあると判断されるときには、前記パージガス供給手段によるパージガスの供給を一時的に停止する一時停止手段と、
パージガスの供給が一時的に停止されているとき、前記触媒に空気を供給する空気供給手段とをさらに備えることを特徴としている。

第５の発明は、第４の発明において、
前記空気供給手段は、外部からの駆動力の入力により前記内燃機関を強制的に回転させることによって前記触媒に空気を供給することを特徴としている。

第６の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記触媒に供給されるパージガスを空気で希釈する希釈手段をさらに備えることを特徴としている。

第７の発明は、第６の発明において、
前記触媒を通過するガスの空燃比に関する情報を取得する空燃比情報取得手段をさらに備え、
前記希釈手段は、触媒通過ガスの空燃比がストイキよりもリッチと判断されるときには、空気によるパージガスの希釈率を増加させることを特徴としている。

第８の発明は、第６又は第７の発明において、
前記希釈手段は、外部からの駆動力の入力により前記内燃機関を強制的に回転させることによってパージガスを希釈するための空気を前記排気通路に導入することを特徴としている。

第１の発明によれば、排気通路に配置された排気ガス浄化用の触媒が所定温度まで昇温され、そこに燃料タンク内で発生した蒸発燃料を含むパージガスが供給される。これにより、内燃機関を停止させたまま蒸発燃料を処理することが可能になる。また、触媒に供給されるパージガスの燃料濃度が所定値まで低下したら、パージガスの供給は停止される。これにより、低濃度のパージガスの供給によって触媒が活性温度以下に冷却されてしまうことは防止される。したがって、第１の発明によれば、内燃機関の運転停止中に燃料タンク内で発生した蒸発燃料を少ないエネルギーの投入で効率的に処理することができる。

パージガスが供給されているときの触媒の温度は、触媒上での蒸発燃料の燃焼による発熱効果とパージガスが熱を持ち去ることによる冷却効果との関係によって変化する。したがって、所定量のパージガスが触媒に供給されたときの触媒の温度変化量とパージガスの燃料濃度とは相関関係を有している。第２の発明によれば、この相関関係に着目することでパージガスの燃料濃度を正確に測定することができる。

第３の発明によれば、内燃機関の始動時、正確な燃料濃度情報に基づいて内燃機関の空燃比制御を開始することが可能となり、排気エミッションの悪化を防止することができる。

第４の発明の発明によれば、触媒の酸素吸蔵量が枯渇状態若しくはそれに近い状態にあるときにはパージガスの供給が一時的に停止され、その代わりに空気が触媒に供給される。これにより、触媒の酸素吸蔵量は回復され、酸素不足により蒸発燃料が未燃のまま触媒下流へ排出されることは防止される。

第５の発明によれば、内燃機関のモータリングを利用することで触媒に空気を容易に供給することができる。

第６の発明によれば、パージガスの燃料濃度が燃焼反応に適した濃度範囲よりも高い場合でも、パージガスを空気で希釈することで適度な濃度に調整することができ、触媒上での蒸発燃料の燃焼処理を促進することが可能になる。

第７の発明によれば、触媒通過ガスの空燃比がストイキよりもリッチのときには空気によるパージガスの希釈率が高められる。これにより、パージガスに含まれる蒸発燃料を触媒上で酸素と確実に反応させることができ、酸素不足により蒸発燃料が未燃のまま触媒下流へ排出されることは防止される。

第８の発明によれば、内燃機関のモータリングを利用することでパージガスを希釈するための空気を容易に確保することができる。

実施の形態１．
以下、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。本実施の形態では、本発明にかかる蒸発燃料処理装置をハイブリッド車両の内燃機関に適用する。

図１は本実施の形態にかかるハイブリッド車両の駆動システムの構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態にかかるハイブリッド車両の駆動システムは、動力装置の１つとして内燃機関（以下、エンジンという）２を備えている。エンジン２の排気通路４には排気ガスを浄化するための触媒６が設けられている。この触媒６には、触媒６を加熱して昇温させるためのヒータ４２と、触媒６の温度を測定するための温度センサ４０が取り付けられている。また、排気通路４における触媒６の上流には、燃料タンク３０から延びるパージ通路３２が接続されている。パージ通路３２には、燃料タンク３０内の蒸発燃料を排気通路４へ供給するためのポンプ３４が配置されている。

この駆動システムは、もう一方の動力装置としてモータ１０を備えている。また、この駆動システムは、駆動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ１２を備えている。エンジン２、モータ１０、及びジェネレータ１２は、動力分割機構１４を介して相互に連結されている。動力分割機構１４につながるモータ１０の回転軸には、減速機１６が接続されている。減速機１６は、モータ１０の回転軸と駆動輪２０につながるドライブシャフト１８とを連結している。動力分割機構１４は、エンジン２の駆動力をジェネレータ１２側と減速機１６側とに分割する装置である。動力分割機構１４による駆動力の配分は任意に変更することができる。

この駆動システムには、さらに、インバータ２４とバッテリ２６とが含まれている。インバータ２４は、ジェネレータ１２及びモータ１０に接続されるとともに、バッテリ２６にも接続されている。ジェネレータ１２で発電された電力は、インバータ２４を介してモータ１０に供給することもできるし、インバータ２４を介してバッテリ２６に充電することもできる。また、バッテリ２６に充電されている電力は、インバータ２４を介してモータ１０に供給することができる。

この駆動システムの制御は、エンジンＥＣＵ５２、モータＥＣＵ５４及びハイブリッドＥＣＵ５０によって行われる。駆動システムの一方の動力装置であるエンジン２は、エンジンＥＣＵ５２によって制御されている。エンジンＥＣＵ５２は、温度センサ４０から触媒温度情報の入力を受け、また、ヒータ４２及びポンプ３４の制御も行っている。駆動システムのもう一方の動力装置であるモータ１０は、インバータ２４を介してモータＥＣＵ５４によって制御されている。ハイブリッドＥＣＵ５０は駆動システム全体を総合的に制御している。ハイブリッドＥＣＵ５０は、エンジンＥＣＵ５２及びモータＥＣＵ５４から各種の情報を受け、それらの情報に基づいて生成した指令をエンジンＥＣＵ５２及びモータＥＣＵ５４に供給している。また、ハイブリッドＥＣＵ５０は、バッテリ２６から供給される電力をエンジンＥＣＵ５２及びモータＥＣＵ５４に分配している。

この駆動システムによれば、モータ１０を停止させてエンジン２の駆動力のみによって駆動輪２０を回転させることもできるし、逆に、エンジン２を停止させてモータ１０の駆動力のみによって駆動輪２０を回転させることもできる。モータ１０とエンジン２の双方を作動させ、双方の駆動力によって駆動輪２０を回転させることもできる。また、この駆動システムによれば、エンジン２の始動に関係なく、停止しているエンジン２をモータ１０によって必要に応じて強制回転させることもできる。

この駆動システムにおいて、エンジン２の運転に必要な燃料は、燃料タンク３０から図示しない燃料供給系を介してエンジン２に供給される。燃料は揮発性を有しているため、燃料タンク３０内では常に蒸発燃料が発生している。燃料タンク３０で発生した蒸発燃料は、図示しないキャニスタに吸着して貯えられ、エンジン２の運転中に吸気通路の負圧を利用してエンジン２に供給される。

ところが、エンジン２の停止中は、キャニスタに吸着された蒸発燃料をエンジン２に供給して燃焼処理することができない。蒸発燃料を燃焼処理するためには、エンジン２を始動させる必要がある。この駆動システムによれば、モータ１０の駆動力によってエンジン２をクランキングすることで何時でもエンジン２を始動させることができる。しかし、蒸発燃料を処理する必要が生じる度にエンジン２を始動させるとなると、燃費の悪化を招くとともに、始動／停止に伴う振動がドライバに不快感を与えてしまうおそれがある。

そこで、この駆動システムに適用される蒸発燃料処理装置では、エンジン２を始動させることなく、エンジン２の停止中に燃料タンク３０内で発生した蒸発燃料を処理することとしている。具体的には、パージ通路３２に配置されたポンプ３４を作動させることで、燃料タンク３０内の蒸発燃料をパージ通路３２から排気通路４にパージし、排気通路４に配置された触媒６を利用して蒸発燃料を燃焼処理する。蒸発燃料が含まれるパージガスを触媒６に供給すると、触媒６上では蒸発燃料の酸化反応が起こり、蒸発燃料は無害な水や二酸化炭素に変換される。ただし、この場合、触媒６はその活性化温度まで十分に昇温されている必要がある。触媒６が活性化状態にないと、パージガス中に含まれる蒸発燃料を十分に燃焼させることができないからである。この駆動システムによれば、触媒６の温度は温度センサ４０によって測定することができ、また、ヒータ４２によって触媒６を加熱することで昇温させることができる。

本実施の形態では、エンジンＥＣＵ５２によるヒータ４２及びポンプ３４の制御によって蒸発燃料の処理が行われる。図３のフローチャートに示すルーチンは、エンジンＥＣＵ５２によって蒸発燃料の処理のために実行されるルーチンである。

図３に示すルーチンの最初のステップＳ１００では、システムのスタートスイッチがオンになっているか、また、システムが正常に作動しているか否か判定される。スタートスイッチがオンであり、且つ、システムが正常な場合には、ステップＳ１０２に進む。スタートスイッチがオフの場合、或いは、システムに何らかの異常がある場合には、後述のステップＳ１１６を経て本ルーチンを終了する。

ステップＳ１０２では、エンジン２が停止中か否か判定される。エンジン２が運転中であれば、蒸発燃料を吸気通路にパージして燃焼室内で燃焼処理することが可能であり、このルーチンによって蒸発燃料の処理を行う必要はない。このため、エンジン２が停止中でない場合には、後述のステップＳ１１６を経て本ルーチンを終了する。一方、エンジン２が停止中の場合には、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、温度センサ４０によって測定される触媒６の温度が活性温度以上になっているか否か判定される。触媒温度が活性温度よりも低い場合には、触媒６にパージガスを供給してもパージガス中の蒸発燃料を十分に燃焼させることができない。この場合は、ポンプ３４の作動による蒸発燃料の排気通路４へのパージは実行されず、ステップＳ１１８の処理が実行される。

ステップＳ１１８では、エンジンＥＣＵ５２からヒータ４２へ電力が供給され、ヒータ４２による触媒６の加熱が行われる。ヒータ４２への通電は触媒６の温度が活性温度に達するまで継続される。ステップＳ１０４の判定の結果、触媒６の温度が活性温度以上になった場合には、ヒータ４２への通電は停止されてステップＳ１０６の処理が実行される。

ステップＳ１０６では、ポンプ３４の作動によって燃料タンク３０から蒸発燃料が吸い出され、パージ通路３２から排気通路４における触媒６の上流にパージされる。排気通路４の上流端はエンジン２の排気弁或いは吸気弁によって閉じられているので、パージガスは触媒６を通って排気通路４の下流に流れていく。このとき、触媒６はステップＳ１１８の処理によって活性化状態にあるため、触媒６上では蒸発燃料の燃焼反応が起こり触媒６の下流への蒸発燃料の流出は防止される。

ステップＳ１０８では、所定量のパージガスが触媒６に供給された前後での触媒温度の変化量が計測される。パージガスが供給されているときの触媒６の温度は、触媒６上での蒸発燃料の燃焼による発熱効果と、パージガスが触媒６から熱を持ち去ることによる冷却効果との関係によって変化する。パージガスの供給量はポンプ３４の回転数と圧力とから計算するか、或いは、パージ通路３２に流量計を配置して測定する。触媒温度の変化量は温度センサ４によって測定する。

次のステップＳ１１０では、ステップＳ１０８で計測された触媒温度の変化量からパージガスの燃料濃度が算出される。図２に示すように、所定量のパージガスが触媒６に供給されたときの触媒温度の変化量とパージガスの燃料濃度とは相関関係を有している。パージガスの燃料濃度が濃いときには、触媒６上での蒸発燃料の燃焼による発熱効果が高くなって触媒温度の変化量は上昇する。逆にパージガスの燃料濃度が薄いときには、蒸発燃料の燃焼による発熱量が少ないために触媒温度の変化量は低下する。そして、パージガスの燃料濃度がある濃度よりも薄くなると、パージガスが触媒６から熱を持ち去ることによる冷却効果の方が蒸発燃料の燃焼による発熱効果よりも高くなって、触媒温度の変化量はマイナス値を示すようになる。つまり、パージガスの供給によって触媒６の温度は低下するようになる。

次のステップＳ１１２では、ステップＳ１１０で算出されたパージガスの燃料濃度がＥエンジンＥＣＵ５２の所定の記憶域に学習値として記憶される。この学習値は、ステップＳ１１０でパージガスの燃料濃度が新たに算出される度に更新されていく。記憶された学習値は、エンジン２が始動した後の空燃比制御においてパージガスの空燃比への影響を補正するための補正係数の計算に使用される。

ステップＳ１１４では、ステップＳ１１２で記憶された燃料濃度の学習値が所定の基準値以上か否か判定される。燃料濃度の学習値が基準値以上になっている間はステップＳ１００乃至Ｓ１１２の処理が繰り返し実施され、パージ通路３２から排気通路４への蒸発燃料のパージが継続される。

燃料タンク３０内の蒸発燃料のパージが進むにつれ、パージガスの燃料濃度は次第に低下していく。前述のように低濃度のパージガスの供給は触媒６の温度の低下を招き、触媒６の浄化能力を低下させてしまう。浄化能力の低下した触媒６へのパージガスの供給は排気エミッションの悪化を招いてしまう。そこで、燃料濃度の学習値が基準値を下回ったと判定された時点で、ステップＳ１１６の処理が実行される。ステップＳ１１６では、ポンプ３４の作動が停止され、パージ通路３２から排気通路４へのパージガスの供給は停止される。ステップＳ１１６の処理後、本ルーチンは終了する。

以上説明したルーチンを実行することにより、エンジン２の停止時には触媒６が活性温度まで昇温され、そこに燃料タンク３０内で発生した蒸発燃料を含むパージガスが供給される。これにより、エンジン２を始動させることなく蒸発燃料を処理することが可能になる。また、パージガスの燃料濃度が基準値まで低下したらポンプ３４の作動は停止されるので、低濃度のパージガスを処理するために再度ヒータ４２によって触媒６を加熱する必要がなくなり、エネルギーの無駄な消費を防止することができる。つまり、上記のルーチンによれば、エンジン２の停止中に燃料タンク３０内で発生した蒸発燃料を少ないエネルギーの投入で効率的に処理することができる。

また、上記のルーチンによれば、所定量のパージガスが触媒６に供給されたときの触媒温度の変化量とパージガスの燃料濃度との相関関係に基づき、パージガスの燃料濃度を正確に学習することができる。エンジン２の始動時、上記のルーチンにおいて学習された正確な燃料濃度に基づいてエンジン２の空燃比制御を開始することで、排気エミッションの悪化を防止することが可能となる。

なお、本実施の形態では、エンジンＥＣＵ５２によってステップＳ１０４及びＳ１１８の処理が実行されることにより、第１の発明の「触媒昇温手段」が実現されている。また、エンジンＥＣＵ５２によってステップＳ１０４及びＳ１０６の処理が実行されることにより、第１の発明の「パージガス供給手段」が実現されている。また、エンジンＥＣＵ５２によってステップＳ１０８及びＳ１１０の処理が実行されることにより、第１及び第２の発明の「濃度情報取得手段」が実現され、ステップＳ１１２０の処理が実行されることにより、第３の発明の「学習手段」が実現されている。また、エンジンＥＣＵ５２によってステップＳ１１４及びＳ１１６の処理が実行されることにより、第１の発明の「供給停止手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、本発明にかかる蒸発燃料処理装置をハイブリッド車両の内燃機関に適用する。

図４は本実施の形態にかかるハイブリッド車両の駆動システムの構成を示す図である。図４において、図１に示す構成と同一の要素については同一の符号を付している。本実施の形態にかかる駆動システムは、実施の形態１にかかる駆動システムの構成において、排気通路４における触媒６の上流にパージガス濃度センサ４４を配置し、排気通路４における触媒６の下流に酸素センサ４６を配置した構成になっている。他の構成に関しては、実施の形態１にかかる駆動システムと同一である。パージガス濃度センサ４４と酸素センサ４６は、ともにエンジンＥＣＵ５２に接続されている。

パージガス濃度センサ４４は、ガス中のＨＣ成分の濃度に応じた信号を出力するセンサである。超音波を利用するもの等、ＨＣ濃度の測定原理には限定はない。実施の形態１では燃料濃度と触媒６の温度変化との関係に基づいてパージガスの燃料濃度を測定したが、本実施の形態ではこのパージガス濃度センサ４４を用いてパージガスの燃料濃度を測定することとしている。

酸素センサ４６は、ガスの空燃比がストイキよりもリーンかリッチかでその出力が急変する特性を有するセンサである。この酸素センサ４６を触媒６の下流に配置することで、触媒６の酸素吸蔵状態を把握することが可能になる。触媒６は酸素吸蔵能を有しており、パージガスの空燃比がストイキよりもリッチである場合には、吸蔵している酸素を用いてＨＣ成分を燃焼させる。したがって、触媒６の酸素吸蔵量に余裕がある場合には、パージガス中の蒸発燃料を略完全に燃焼処理することができ、触媒６の下流に配置された酸素センサ４６の信号はリーンを示す。一方、触媒６の酸素吸蔵量が枯渇状態にある場合には、
酸素センサ４６の信号はリッチを示すようになる。

触媒６の酸素吸蔵量が枯渇した状態では、触媒６にパージガスを供給してもパージガス中の蒸発燃料を十分に燃焼処理することができない。したがって、そのような場合には、触媒６の酸素吸蔵量を速やかに回復させる必要がある。触媒６の酸素吸蔵量を回復するには、触媒６に酸素リッチガス、具体的には、空気を供給してやればよい。この駆動システムによれば、停止しているエンジン２をモータ１０によって強制的に回転させることで、排気通路４に空気を送り込むポンプとしてエンジン２を動作させることができる。触媒６に供給する空気量は、エンジン２のモータリング回数によって調整することができる。

本実施の形態では、エンジンＥＣＵ５２によるヒータ４２及びポンプ３４の制御、及びモータＥＣＵ５４によるモータ１０の制御によって蒸発燃料の処理が行われる。図５のフローチャートに示すルーチンは、エンジンＥＣＵ５２及びモータＥＣＵ５４によって蒸発燃料の処理のために実行されるルーチンである。

図５に示すルーチンの最初のステップＳ２００では、システムのスタートスイッチがオンになっているか、また、システムが正常に作動しているか否か判定される。スタートスイッチがオンであり、且つ、システムが正常な場合には、ステップＳ２０２に進む。スタートスイッチがオフの場合、或いは、システムに何らかの異常がある場合には、後述のステップＳ２１２を経て本ルーチンを終了する。

ステップＳ２０２では、エンジン２が停止中か否か判定される。エンジン２が停止中でない場合には、後述のステップＳ２１２を経て本ルーチンを終了する。一方、エンジン２が停止中の場合には、ステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、温度センサ４０によって測定される触媒６の温度が活性温度以上になっているか否か判定される。触媒温度が活性温度よりも低い場合には、ポンプ３４の作動による蒸発燃料の排気通路４へのパージは実行されず、ステップＳ２１４の処理が実行される。

ステップＳ２１４では、エンジンＥＣＵ５２からヒータ４２へ電力が供給され、ヒータ４２による触媒６の加熱が行われる。ヒータ４２への通電は、ステップＳ２０４の判定の結果、触媒６の温度が活性温度以上になるまで継続される。触媒６の温度が活性温度以上になった場合には、ヒータ４２への通電は停止されてステップＳ２０６の処理が実行される。

ステップＳ２０６では、ポンプ３４の作動によって燃料タンク３０から蒸発燃料が吸い出され、パージ通路３２から排気通路４における触媒６の上流にパージされる。触媒６はステップＳ２１４の処理によって活性化状態にあるため、パージガス中の蒸発燃料は触媒６を通過する際に触媒６上で燃焼し、触媒６の下流への蒸発燃料の流出は防止される。

次のステップＳ２０８では、酸素センサ４６の信号から触媒６の酸素吸蔵状態が判定される。酸素センサ４６の信号がリーンを示すときには、触媒６の酸素吸蔵量には余裕があり、触媒６内の空燃比もリーンになっている。一方、酸素センサ４６の信号がリッチを示すときには、触媒６の酸素吸蔵量は枯渇状態或いはそれに近い状態であり、触媒６内の空燃比もリッチになっている。ステップＳ２０８の判定の結果、触媒６がリッチ状態の場合には、ステップＳ２１６及びＳ２１８の処理が実行される。

触媒６がリッチ状態のとき、つまり、触媒６の酸素吸蔵量が枯渇状態にあるときに高濃度のパージガスが触媒６に流入すると、パージガスに含まれる蒸発燃料の一部は未反応のまま触媒６の下流へ排出されてしまう。そこで、ステップＳ２１６では、ポンプ３４の作動が停止され、パージ通路３２から排気通路４へのパージガスの供給が一時的に停止される。これにより、未反応の蒸発燃料の流出による排気エミッションの悪化は防止される。

次のステップＳ２１８では、モータ１０によるエンジン２の強制回転（モータリング）が所定回数だけ実施される。エンジン２のモータリングによって触媒６に空気が供給され、触媒６の酸素吸蔵量は回復されていく。ステップＳ２１６及びＳ２１８の処理は、触媒６の酸素吸蔵量が回復し、酸素センサ４６の信号がリーンを示すようになるまで繰り返し実施される。なお、エンジン２のモータリングを連続してではなく、所定回数ずつにしているのは、供給空気が触媒６の熱を持ち去ることによる触媒温度の低下を最小限に抑えるためである。

触媒６の酸素吸蔵量が回復した後は、ポンプ３４の作動による触媒６へのパージガスの供給が再開される。パージガスの供給の再開後は、ステップＳ２１０の判定が実行される。ステップＳ２１０では、パージガス濃度センサ４４によって測定されるパージガスの燃料濃度が所定の基準値以上か否か判定される。燃料濃度が基準値以上になっている間は前述の処理が繰り返し実施され、パージ通路３２から排気通路４への蒸発燃料のパージが継続される。

ステップ２１０の判定でパージガスの燃料濃度が基準値を下回っているときには、ステップＳ２１２の処理が実行される。ステップＳ２１２では、ポンプ３４の作動が停止され、パージ通路３２から排気通路４へのパージガスの供給は停止される。これにより、低濃度のパージガスの触媒６への供給は防止される。ステップＳ２１２の処理後、本ルーチンは終了する。

以上説明したルーチンを実行することにより、エンジン２の停止時には触媒６が活性温度まで昇温され、そこに燃料タンク３０内で発生した蒸発燃料を含むパージガスが供給される。これにより、エンジン２を始動させることなく蒸発燃料を処理することが可能になる。また、パージガスの燃料濃度が基準値まで低下したらポンプ３４の作動は停止されるので、低濃度のパージガスを処理するために再度ヒータ４２によって触媒６を加熱する必要がなくなり、エネルギーの無駄な消費を防止することができる。つまり、上記のルーチンによれば、エンジン２の停止中に燃料タンク３０内で発生した蒸発燃料を少ないエネルギーの投入で効率的に処理することができる。

さらに、上記のルーチンによれば、触媒６の酸素吸蔵量が枯渇状態若しくはそれに近い状態にあるときにはパージガスの供給が一時的に停止され、その代わりにエンジン２のモータリングによって空気が触媒６に供給される。これにより、触媒６の酸素吸蔵量は回復され、酸素不足によって蒸発燃料が未燃のまま触媒６の下流へ排出されることは防止される。

なお、本実施の形態では、エンジンＥＣＵ５２によってステップＳ２０４及びＳ２１４の処理が実行されることにより、第１の発明の「触媒昇温手段」が実現されている。また、エンジンＥＣＵ５２によってステップＳ２０４及びＳ２０６の処理が実行されることにより、第１の発明の「パージガス供給手段」が実現されている。また、エンジンＥＣＵ５２がステップＳ２１０の判定のためにパージガス濃度センサ４４から信号を受信することで、第１の発明の「濃度情報取得手段」が実現され、エンジンＥＣＵ５２によってステップＳ２１０及びＳ２１２の処理が実行されることにより、第１の発明の「供給停止手段」が実現されている。

さらに、本実施の形態では、エンジンＥＣＵ５２がステップＳ２０８の判定のために酸素センサ４６から信号を受信することで、第４の発明の「触媒情報取得手段」が実現され、エンジンＥＣＵ５２によってステップＳ２０８及びＳ２１６の処理が実行されることにより、第４の発明の「一時停止手段」が実現されている。また、モータＥＣＵ５４によってステップＳ２１８の処理が実行されることにより、第４及び第５の発明の「空気供給手段」が実現されている。

実施の形態３．
次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態では、本発明にかかる蒸発燃料処理装置をハイブリッド車両の内燃機関に適用する。

図６は本実施の形態にかかるハイブリッド車両の駆動システムの構成を示す図である。図６において、図１或いは図４に示す構成と同一の要素については同一の符号を付している。本実施の形態にかかる駆動システムは、実施の形態２にかかる駆動システムの構成において、パージ通路３２におけるポンプ３４の上流に希釈エア通路３６を接続し、この希釈エア通路３６に流量調整弁３８を配置した構成になっている。希釈エア通路３６の上流端は大気に開放されている。このため、ポンプ３４の作動時に流量調整弁３８を開くと、希釈エア通路３６を介してパージ通路３２に空気が取り込まれる。パージ通路３２に取り込まれる空気の流量は、流量調整弁３８の開度によって制御することができる。他の構成に関しては、実施の形態２にかかる駆動システムと同一である。流量調整弁３８はエンジンＥＣＵ５２に接続されている。

実施の形態２の説明で述べたように、触媒６は酸素吸蔵能を有しており、パージガスの空燃比がストイキよりもリッチである場合には、吸蔵している酸素を用いてＨＣ成分を燃焼させる。しかし、触媒６の酸素吸蔵量は有限であるため、リッチ空燃比のパージガスを供給し続けるとやがては酸素不足に陥り、パージガス中の蒸発燃料を十分に燃焼処理することができなくなってしまう。継続的な蒸発燃料の処理を可能にするには、酸素が不足しないように触媒６に供給するパージガスの空燃比をストイキ或いはストイキよりもリーンに制御してやればよい。本実施の形態にかかる駆動システムによれば、流量調整弁３８を開きパージ通路３２に空気を取り込むことで、空気によってパージガスを希釈することができる。空気によるパージガスの希釈率は、流量調整弁３８の開度によって調整することができる。

本実施の形態では、エンジンＥＣＵ５２によるヒータ４２、ポンプ３４及び流量調整弁３８の制御によって蒸発燃料の処理が行われる。図７のフローチャートに示すルーチンは、エンジンＥＣＵ５２によって蒸発燃料の処理のために実行されるルーチンである。

図７に示すルーチンの最初のステップＳ３００では、システムのスタートスイッチがオンになっているか、また、システムが正常に作動しているか否か判定される。スタートスイッチがオンであり、且つ、システムが正常な場合には、ステップＳ３０２に進む。スタートスイッチがオフの場合、或いは、システムに何らかの異常がある場合には、後述のステップＳ３１４を経て本ルーチンを終了する。

ステップＳ３０２では、エンジン２が停止中か否か判定される。エンジン２が停止中でない場合には、後述のステップＳ３１４を経て本ルーチンを終了する。一方、エンジン２が停止中の場合には、ステップＳ３０４に進む。

ステップＳ３０４では、温度センサ４０によって測定される触媒６の温度が活性温度以上になっているか否か判定される。触媒温度が活性温度よりも低い場合には、ポンプ３４の作動による蒸発燃料の排気通路４へのパージは実行されず、ステップＳ３１６の処理が実行される。

ステップＳ３１６では、エンジンＥＣＵ５２からヒータ４２へ電力が供給され、ヒータ４２による触媒６の加熱が行われる。ヒータ４２への通電は、ステップＳ３０４の判定の結果、触媒６の温度が活性温度以上になるまで継続される。触媒６の温度が活性温度以上になった場合には、ヒータ４２への通電は停止されてステップＳ３０６の処理が実行される。

ステップＳ３０６では、ポンプ３４の作動によって燃料タンク３０から蒸発燃料が吸い出され、パージ通路３２から排気通路４における触媒６の上流にパージされる。触媒６はステップＳ３１６の処理によって活性化状態にあるため、パージガス中の蒸発燃料は触媒６を通過する際に触媒６上で燃焼し、触媒６の下流への蒸発燃料の流出は防止される。

次のステップＳ３０８では、パージガス濃度センサ４４によって測定されるパージガスの燃料濃度が空燃比に換算してストイキよりもリーンか否か判定される。パージガスの空燃比がリーンであれば、パージガス中の蒸発燃料を燃焼処理するのに酸素が不足することはない。これに対し、パージガスの空燃比がリッチのときには、触媒６内の吸蔵酸素が消費されていき、やがては酸素不足に陥ってしまう。ステップＳ３０８の判定の結果、パージガスの空燃比がリーンでない場合には、ステップＳ３１８の処理が実行される。

ステップＳ３１８では、流量調整弁３８の開度が開き側に制御される。これにより、パージ通路３２に供給される空気（希釈エア）の流量が増量され、パージガスの希釈率が高められる。その結果、触媒６に供給されるパージガスの燃料濃度は薄まり、その空燃比はリーン側に変化することになる。ただし、空気による希釈によってパージガスが過度にリーン化してしまうと、パージガスが触媒６から熱を持ち去ることによる冷却効果の方が蒸発燃料の燃焼による発熱効果よりも高くなって、触媒６の温度を低下させてしまう。このため、急激な濃度変化が生じないように、流量調整弁３８の開度変化量は所定量に制限されている。ステップＳ３１８の処理は、ステップＳ３０８の判定でパージガスの燃料濃度がリーンとなるまで実施される。つまり、パージガスの燃料濃度がリーンになるまで、流量調整弁３８は少しずつ開かれていく。

一方、ステップＳ３０８の判定でパージガスの燃料濃度がリーンとなっているときには、ステップＳ３１０の処理が実行される。ステップＳ３１０では、流量調整弁３８の開度が閉じ側に制御される。これにより、パージ通路３２に供給される空気（希釈エア）の流量が減量され、パージガスの希釈率は低められる。ただし、この場合も急激な濃度変化が生じないように、流量調整弁３８の開度変化量は所定量に制限されている。燃料タンク３０内の蒸発燃料のパージが進むにつれ、パージガスの燃料濃度は次第に低下していくので、やがてはパージガスの希釈は不要となって流量調整弁３８は完全に閉弁される。

次のステップＳ３１２では、パージガス濃度センサ４４によって測定されるパージガスの燃料濃度が所定の基準値よりもリーンか否か判定される。燃料濃度が基準値よりもリッチになっている間は前述の処理が繰り返し実施され、パージ通路３２から排気通路４への蒸発燃料のパージが継続される。なお、上記の基準値は、ストイキよりも大幅にリーン側に設定されている。

ステップ３１２の判定でパージガスの燃料濃度が基準値よりもリーンになったときには、ステップＳ３１４の処理が実行される。ステップＳ３１４では、ポンプ３４の作動が停止され、パージ通路３２から排気通路４へのパージガスの供給は停止される。これにより、低濃度のパージガスの触媒６への供給は防止される。ステップＳ３１４の処理後、本ルーチンは終了する。

以上説明したルーチンを実行することにより、エンジン２の停止時には触媒６が活性温度まで昇温され、そこに燃料タンク３０内で発生した蒸発燃料を含むパージガスが供給される。これにより、エンジン２を始動させることなく蒸発燃料を処理することが可能になる。また、パージガスの燃料濃度が基準値よりもリーンになったらポンプ３４の作動は停止されるので、低濃度のパージガスを処理するために再度ヒータ４２によって触媒６を加熱する必要がなくなり、エネルギーの無駄な消費を防止することができる。つまり、上記のルーチンによれば、エンジン２の停止中に燃料タンク３０内で発生した蒸発燃料を少ないエネルギーの投入で効率的に処理することができる。

さらに、上記のルーチンによれば、触媒６に供給されるパージガスの空燃比がストイキよりもリッチのときには、流量調整弁３８が開かれて空気によるパージガスの希釈率が高められる。これにより、パージガスに含まれる蒸発燃料を触媒６上で酸素と確実に反応させることができ、酸素不足により蒸発燃料が未燃のまま触媒下流へ排出されることは防止される。

なお、本実施の形態では、エンジンＥＣＵ５２によってステップＳ３０４及びＳ３１６の処理が実行されることにより、第１の発明の「触媒昇温手段」が実現されている。また、エンジンＥＣＵ５２によってステップＳ３０４及びＳ３０６の処理が実行されることにより、第１の発明の「パージガス供給手段」が実現されている。また、エンジンＥＣＵ５２がステップＳ３１２の判定のためにパージガス濃度センサ４４から信号を受信することで、第１の発明の「濃度情報取得手段」が実現され、エンジンＥＣＵ５２によってステップＳ３１２及びＳ３１４の処理が実行されることにより、第１の発明の「供給停止手段」が実現されている。

さらに、本実施の形態では、エンジンＥＣＵ５２がステップＳ３０８の判定のためにパージガス濃度センサ４４から信号を受信することで、第７の発明の「空燃比情報取得手段」が実現され、エンジンＥＣＵ５２によってステップＳ３０８及びＳ３１８の処理が実行されることにより、第６及び第７の発明の「希釈手段」が実現されている。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。

図１、図４、図６の構成では、ハイブリッド車両はエンジン２によってもモータ１０によっても走行可能に構成されているが、本発明を適用するにあたっては、エンジン２は発電専用であってもよい。また、本発明の蒸発燃料処理装置は、ハイブリッド車両のみならず、エンジン２のみで駆動される車両にも適用することができる。

実施の形態２において、ポンプ３４の上流に三方弁を配置し、端部を大気に開放された空気通路を三方弁に接続してもよい。この場合、三方弁の入口を燃料タンク３０から空気通路に切り替えてポンプ３４を作動させることで、パージガスの供給は一時的に停止しつつ触媒６に空気を供給することができる。

実施の形態３において、燃料タンク３０の出口に流量調整弁を設け、この流量調整弁によるパージガス量の調整と流量調整弁３８による空気量の調整とにより、パージガスの希釈率を制御してもよい。また、実施の形態３において、パージガスを希釈するための空気をエンジン２のモータリングによって排気通路４に導入してもよい。本発明がエンジン２のみで駆動される車両に適用される場合には、セルモータによってエンジン２を強制的に回転させればよい。

実施の形態２及び３において、実施の形態１と同様に、パージガスを供給したときの触媒６の温度変化からパージガスの燃料濃度を求めるようにしてもよい。

本発明の実施の形態１としての蒸発燃料処理装置が適用されたハイブリッド車両の駆動システムの構成を示す図である。 所定量のパージガスが触媒に供給されたときの触媒温度の変化量とパージガスの燃料濃度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１において蒸発燃料の処理のために実行されるルーチンについて示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２としての蒸発燃料処理装置が適用されたハイブリッド車両の駆動システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態２において蒸発燃料の処理のために実行されるルーチンについて示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３としての蒸発燃料処理装置が適用されたハイブリッド車両の駆動システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態３において蒸発燃料の処理のために実行されるルーチンについて示すフローチャートである。

符号の説明

２ エンジン
４ 排気通路
６ 触媒
１０ モータ
１２ ジェネレータ
１４ 動力分割機構
１６ 減速機
１８ ドライブシャフト
２０ 駆動輪
２４ インバータ
２６ バッテリ
３０ 燃料タンク
３２ パージ通路
３４ ポンプ
３６ 希釈エア通路
３８ 流量調整弁
４０ 温度センサ
４２ ヒータ
４４ パージガス濃度センサ
４６ 酸素センサ
５０ ハイブリッドＥＣＵ
５２ エンジンＥＣＵ
５４ モータＥＣＵ

Claims (7)

1. 内燃機関の燃料を貯留する燃料タンクと、
   前記内燃機関の排気通路に設けられた排気ガス浄化用の触媒と、
   前記内燃機関の停止中に前記触媒を加熱して所定温度まで昇温させる触媒昇温手段と、
   前記触媒の温度が所定温度まで上昇したら前記燃料タンク内で発生した蒸発燃料を含むパージガスを前記触媒に供給するパージガス供給手段と、
   前記触媒に供給されるパージガスの燃料濃度に関する情報として、所定量のパージガスが前記触媒に供給されたときの前記触媒の温度変化量を取得する濃度情報取得手段と、
   前記濃度情報取得手段によって取得された情報からパージガスの燃料濃度が所定値まで低下したと判断されるときには、前記パージガス供給手段によるパージガスの供給を停止する供給停止手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
2. 前記濃度情報取得手段によって取得された情報からパージガスの燃料濃度を学習し、前記内燃機関の空燃比制御にかかる燃料濃度情報として記憶する学習手段をさらに備え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。
3. 前記触媒の酸素吸蔵量に関する情報を取得する触媒情報取得手段と、
   前記触媒の酸素吸蔵量が枯渇状態若しくはそれに近い状態にあると判断されるときには、前記パージガス供給手段によるパージガスの供給を一時的に停止する一時停止手段と、
   パージガスの供給が一時的に停止されているとき、前記触媒に空気を供給する空気供給手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
4. 前記空気供給手段は、外部からの駆動力の入力により前記内燃機関を強制的に回転させることによって前記触媒に空気を供給することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
5. 前記触媒に供給されるパージガスを空気で希釈する希釈手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
6. 前記触媒を通過するガスの空燃比に関する情報を取得する空燃比情報取得手段をさらに備え、
   前記希釈手段は、触媒通過ガスの空燃比がストイキよりもリッチと判断されるときには、空気によるパージガスの希釈率を増加させることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
7. 前記希釈手段は、外部からの駆動力の入力により前記内燃機関を強制的に回転させることによってパージガスを希釈するための空気を前記排気通路に導入することを特徴とする請求項５又は６記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。

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