JPH06101579A - パージエア制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料タンクからの蒸発燃料を吸着するキャニ
スタ７と、排気中の未燃燃料を吸着する吸着材19とを備
え、それぞれから、吸着されていた燃料を含んだパージ
エアを機関１に吸入させて燃焼させる場合に、空燃比制
御精度や運転性の悪化を防止する。 【構成】 コントロールユニット23により、パージコン
トロールバルブ11，12を制御して、キャニスタ７からの
パージエア通路10によるバージエア量Ｑｃと、吸着材19
からのパージエア通路20によるパージエア量Ｑｅとの総
和が、機関１の吸入空気量Ｑの所定割合（例えば５％）
になるように制御する。また、運転条件により、Ｑｃと
Ｑｅとの比を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車用内燃機関にお
いて、燃料タンクからの蒸発燃料を吸着する吸着装置
と、排気中の未燃燃料を吸着する吸着装置とから、それ
ぞれ、吸着されていた燃料を含んだパージエアを機関に
吸入させて処理するパージエア制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、自動車用内燃機関において、
燃料タンクからの燃料蒸発ガス規制のため、すなわち、
燃料蒸発ガスとして排出される炭化水素（ＨＣ）の低減
のため、蒸発燃料の吸着装置が用いられている。すなわ
ち、機関停止時に燃料タンクから発生した蒸発燃料を吸
着装置であるキャニスタ中の活性炭に吸着させて大気へ
の放散を防止している。そして、機関運転中に所定の運
転条件にて、空気を導入しつつ、吸着されているＨＣを
活性炭より離脱（パージ）させて、ＨＣを含んだ空気
（パージエア）を吸気マニホールドを通して燃焼室に流
入させ、ここで燃焼させて処理している。

【０００３】また、排気中の未燃燃料の吸着装置とし
て、機関の排気通路に活性炭等の吸着材を介装し、排気
浄化用の触媒の処理機能が低下する冷間始動時に、ＨＣ
を吸着して大気への放散を防ぐものがある。吸着性能に
優れた活性炭の吸着材を用いたものとして、例えば特開
昭６２−２５５５１３号公報に開示されているようなも
のがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな燃料タンクからの蒸発燃料の吸着装置と、排気中の
未燃燃料の吸着装置とを備え、所定の運転条件にて、そ
れぞれから、吸着されていた燃料を含んだパージエアを
機関に吸入させて処理する場合、少なくとも一方のパー
ジエア量を機関負圧に任せて制御するなどして、各パー
ジエア量を別々に制御するようになっていると、２つの
吸着装置からのパージエア量の和（パージエア総量）が
極めて大きくなってしまうことがあり、これにより、機
関吸入空気量に占めるパージエア量の割合が大きくなり
過ぎ、空燃比制御の制限をオーバーして外乱として大き
く作用することにより空燃比制御精度が悪化したり、ア
クセルペダルの踏み角に対する吸入空気量の特性が大幅
にずれて運転フィーリングが悪化したりするという問題
点があった。

【０００５】本発明は、このように２つの吸着装置を備
え、それぞれから、吸着されていた燃料を含んだパージ
エアを機関に吸入させて処理する場合に、上記の問題点
を解決することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、燃
料タンクからの蒸発燃料を吸着する吸着装置と、排気中
の未燃燃料を吸着する吸着装置とから、それぞれ、吸着
されていた燃料を含んだパージエアを機関に吸入させて
処理する自動車用内燃機関のパージエア制御装置におい
て、蒸発燃料の吸着装置からのパージエア量と未燃燃料
の吸着装置からのパージエア量とをそれらの和が機関吸
入空気量の所定割合以下になるように制御するパージエ
ア総量規制手段を設ける構成としたものである。

【０００７】

【作用】上記の構成においては、蒸発燃料の吸着装置か
らのパージエア量と未燃燃料の吸着装置からのパージエ
ア量とを、それらの和が機関吸入空気量の所定割合以下
になるように、例えば５％程度になるように、それぞれ
を制御して、パージエア総量を規制することにより、空
燃比制御精度や運転性の悪化を防止することができる。

【０００８】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は一実施例のシステム構成を示している。機
関（本例はＶ型機関）１の各気筒の燃焼室２には、エア
クリーナ３から、スロットル弁４、吸気マニホールド５
を介して、空気が吸入される。吸気マニホールド５の各
ブランチ部にはそれぞれ電磁式の燃料噴射弁６が設けら
れており、各燃料噴射弁６から機関回転に同期して噴射
される燃料により混合気が生成されて、燃焼室２内で燃
焼する。

【０００９】燃料タンク（図示せず）からの蒸発燃料の
吸着装置として、キャニスタ７が設けられている。キャ
ニスタ７は活性炭を内蔵した容器で、その底部にはエア
フィルタ付の新気導入口８が形成されている。また、キ
ャニスタ７の上部にダイヤフラム弁９を介してパージエ
ア通路10の一端が接続され、その他端は吸気マニホール
ド５に接続されている。

【００１０】ダイヤフラム弁９は、その負圧作動室に大
気圧が導かれると閉、負圧が導かれると開となるもの
で、電磁式のパージコントロールバルブ11がＯＦＦのと
き大気圧が導かれて閉、ＯＮのとき負圧が導かれて開と
なるようになっている。また、パージコントロールバル
ブ11へのデューティ（ＯＮ時間割合）の制御によりダイ
ヤフラム弁９の開度を制御しうる。

【００１１】従って、パージコントロールバルブ11を制
御して、ダイヤフラム弁９を開くことにより、新気導入
口８より導入された空気により、キャニスタ７内の活性
炭に吸着されているＨＣを離脱（パージ）させて、ＨＣ
を含んだ空気（パージエア）をパージエア通路10により
吸気マニホールド５内に吸入させ、燃焼室２で燃焼させ
ることができる。

【００１２】機関１からの排気は、排気マニホールド12
ａ，12ｂによって片バンク毎に集められてから、それぞ
れ排気浄化用の三元触媒13ａ，13ｂを通り、この後、合
流し、マフラー（消音器）14を経て排出される。このマ
フラー８の下流側において、排気出口通路は主出口通路
15と副出口通路16とに分岐されている。

【００１３】主出口通路15には、これを開閉するための
電磁式の切換弁17が介装されている。また、副出口通路
16には、前記切換弁17と逆位相に開閉される電磁式の切
換弁18が介装され、更にその下流側に、排気中の未燃燃
料（ＨＣ）の吸着装置として、吸着材19が介装されてい
る。この吸着材19は、ハニカム構造の担体に保持される
基材 (ウオッシュコート)に活性炭を分散させたもの
や、特開平２−１３５１２６号公報に開示されるような
ゼオライトに金属をイオン交換した材料等からなり、低
温時に高いＨＣ吸着能力を示す。

【００１４】また、副出口通路16における切換弁18と吸
着材19との間にパージエア通路20の一端が接続されてい
る。そして、パージエア通路20の途中に電磁式のパージ
コントールバルブ21が介装され、パージエア通路20の他
端は前記パージエア通路10を介して吸気マニホールド５
に接続されている。ここで、パージコントロールバルブ
21はデューティ（ＯＮ時間割合）の制御によりその開度
を制御される。

【００１５】従って、切換弁17を閉、切換弁18を開とす
ることにより、排気を副出口通路16より排出して、吸着
材19を通過させ、排気中のＨＣを吸着することが可能で
ある。また、切換弁17を開、切換弁18を開とすることに
より、排気を主出口通路17より排出している状態におい
て、パージコントロールバルブ21を制御して、これを開
くことにより、副出口通路16の出口22より逆に導入され
た空気により、吸着材19に吸着されているＨＣを離脱
（パージ）させて、ＨＣを含んだ空気（パージエア）を
パージエア通路20により吸気マニホールド５内に吸入さ
せ、燃焼室２で燃焼させることができる。

【００１６】ここにおいて、燃料噴射弁６、切換弁17，
18、パージコントロールバルブ11，21は、コントロール
ユニット23からの出力信号により制御される。コントロ
ールユニット23は、マイクロコンピュータを内蔵するも
ので、各種のセンサから信号が入力されている。前記各
種のセンサとしては、スロットル弁４の上流側で機関１
の吸入空気量（流量）Ｑを検出するエアフローメータ2
4、機関１の回転信号を出力し間接的に機関回転数Ｎを
検出できるクランク角センサ25、機関１のウォータジャ
ケット内の水温Ｔｗを検出する水温センサ26、スロット
ル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ27、排
気マニホールド12ａ，12ｂにて排気中の酸素濃度より空
燃比のリッチ・リーンを検出する空燃比センサ28ａ，28
ｂ、車速ＶＳＰを検出する車速センサ29、吸着材19の温
度Ｔａを検出する吸着材温度センサ30等が設けられてい
る。この他、図示しないイグニッションスイッチ及びス
タートスイッチからのＯＮ・ＯＦＦ信号も入力されてい
る。

【００１７】ここにおいて、コントロールユニット23
は、図５のフローチャートに示すように、センサ・スイ
ッチ信号を含む各種情報を入力し（Ｓ51）、吸入空気量
Ｑと機関回転数Ｎとから基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／
Ｎ（Ｋは定数）を演算し（Ｓ52）、これに各種補正を施
して、次式のごとく燃料噴射量Ｔｉを演算する（Ｓ5
8）。尚、ＣＯＥＦは水温補正等を含む各種補正係数、
αは空燃比フィードバック補正係数、Ｔｓはバッテリ電
圧に基づく電圧補正分である。

【００１８】Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×α＋Ｔｓ 但し、リーン燃焼条件、具体的には、水温Ｔｗが60℃以
上で、 100℃以下、基本燃料噴射量Ｔｐが 0.5ms以上
で、５ms以下、機関回転数Ｎが 1000rpm以上で、4000rp
m以下の条件においては、空燃比フィードバック制御を
停止し、空燃比リーン化のため、次式により燃料噴射量
Ｔｉを演算する（Ｓ53，Ｓ54，Ｓ55，Ｓ56）。尚、Ａは
リーン化補正係数である。

【００１９】Ｔｉ＝Ａ×Ｔｐ×ＣＯＥＦ＋Ｔｓ そして、このＴｉのパルス巾の駆動パルス信号を機関回
転に同期した所定のタイミングで燃料噴射弁６に出力し
て、燃料噴射を行わせる。また、コントロールユニット
23は、図２及び図３のフローチャートに従って、切換弁
17，18及びパージコントロールバルブ11，21の作動を制
御する。

【００２０】図２は排気中のＨＣの吸着を制御するため
のルーチンで、所定時間 (例えば 100ms）毎に実行され
る。ステップ１（図にはＳ１と記してある。以下同様）
では、センサ・スイッチ信号を含む各種情報を入力す
る。ステップ２では、イグニッションスイッチのＯＮ・
ＯＦＦを判定し、ＯＦＦの場合は、ステップ14へ進ん
で、切換弁17を開き、切換弁18を閉じる。ＯＮの場合
は、ステップ３へ進む。

【００２１】ステップ３では、スタートスイッチのＯＮ
・ＯＦＦを判定する。スタートスイッチがＯＮの場合
は、ステップ４へ進んで始動後経過時間を示すタイマＴ
ｍをクリアして、ステップ７へ進む。スタートスイッチ
がＯＦＦの場合は、ステップ５へ進んで始動後経過時間
を示すタイマＴｍを１アップし、次のステップ６でタイ
マＴｍが所定値以下か否を判定し、所定値以下、すなわ
ち始動後経過時間が例えば 100秒以内の場合は、ステッ
プ７へ進む。従って、始動中及び始動後 100秒経過する
までの間はステップ７へ進む。

【００２２】ステップ７では、機関回転数Ｎが停止に近
い設定値（例えば500rpm）以上で、かつ高速側の設定値
（例えば4000rpm ）以下の範囲にあるか否かを判定し、
この範囲内のときにステップ８へ進む。機関回転数Ｎが
前記範囲外にあると判定されたときは、ステップ14へ進
んで、切換弁17を開き、切換弁18を閉じる。すなわち、
機関停止時及び停止直前においては吸着材19からのＨＣ
の大気への放出を防止するため、高速時においては排気
温度が高く吸着材19に排気を流すと焼損する可能性があ
るため、主出口通路15から排気を直接外へ放出する。

【００２３】ステップ８では、水温Ｔｗが設定値（例え
ば60℃）以下か否かを判定し、設定値以下のときにステ
ップ９へ進む。水温Ｔｗが設定値を超えると判定された
ときは、ステップ14へ進んで、切換弁17を開き、切換弁
18を閉じる。これにより、主出口通路15から排気を直接
外へ放出する。すなわち、水温Ｔｗが三元触媒13ａ，13
ｂの活性化が予測される温度を越えているときには、三
元触媒13ａ，13ｂで良好に排気が浄化され、ＨＣの排出
量が充分に少なくなるため、吸着材19による吸着の必要
性がないからである。

【００２４】ステップ９では機関負荷を代表する変数で
ある基本燃料噴射量Ｔｐが設定値（例えば５ms）以下を
否かを判定し、設定値以下のときにステップ10へ進む。
基本燃料噴射量Ｔｐが設定値を超えると判定されたとき
は、ステップ14へ進んで、切換弁17を開き、切換弁18を
閉じる。すなわち、高負荷であるため、排気温度が高い
ので高速時と同様に排気の流通が吸着材19を焼損させる
可能性があると判断して、主出口通路15から排気を直接
外へ放出する。

【００２５】ステップ10では、スロットル弁開度ＴＶ
Ｏ、車速ＶＳＰ及び機関回転数Ｎに基づき、スロットル
弁４が全閉で、かつ車速ＶＳＰ及び機関回転速度Ｎが夫
々所定値以上の燃料カット条件が成立しているか否かを
判定し、未成立のときにステップ11へ進む。燃料カット
条件の成立時は、ステップ14へ進んで、切換弁17を開
き、切換弁18を閉じる。すなわち、燃料カット制御によ
り排気中の酸素濃度が過大となって吸着材19に排気を流
すと焼損する可能性があると判断して、主出口通路15か
ら排気を直接外へ放出する。

【００２６】ステップ11では、クランク角センサ出力の
変化状態（回転変動）より失火の有無を判定し、失火無
しのときにステップ12へ進む。失火を生じていると判定
されたときは、ステップ14へ進んで、切換弁17を開き、
切換弁18を閉じる。すなわち、やはり排気中の酸素濃度
が過大となるから、主出口通路15から排気を直接外へ放
出する。

【００２７】ステップ12では、切換弁17を閉じ、切換弁
18を開く。すなわち、以上の判定により、吸着材19がＨ
Ｃを吸着でき、かつ吸着材19に排気を流入させても問題
のない条件が成立しているため、主出口通路15を閉じ、
副出口通路16を開くことにより、排気を副出口通路16よ
り排出して、吸着材19を通過させ、これに排気中のＨＣ
を吸着させる。

【００２８】一方、始動後、例えば 100秒経過した後
は、三元触媒13ａ，13ｂが排気熱で温度上昇して活性化
していると判断し、また排気熱で吸着材19が劣化するこ
とを防止するため、ステップ６から、ステップ14へ進ん
で、切換弁17を開き、切換弁18を閉じて、主出口通路15
から排気を直接外へ放出する。尚、ステップ12で切換弁
17を閉じ、切換弁18を開いた後は、ステップ13で吸着中
フラグＦを１にセットし、ステップ14で切換弁17を開
き、切換弁18を閉じた後は、ステップ15で吸着中フラグ
Ｆを０にリセットする。

【００２９】図３は吸着材19及びキャニスタ７からのＨ
Ｃのパージ制御のためのルーチンで、所定時間毎に実行
される。ステップ21では、センサ・スイッチ信号を含む
各種情報を入力する。ステップ22では、吸着中フラグＦ
の値を判定し、Ｆ＝０の状態、すなわち、切換弁17が開
き、切換弁18が閉じている状態（非吸着中で、パージ可
能状態）か否かを判定し、Ｆ＝０のときにステップ23へ
進む。

【００３０】Ｆ＝１のときは、ＨＣの吸着中であり、パ
ージ制御は行わない。このため、ステップ31へ進んで、
パージコントロールバルブ21へのデューティＤｅを０％
にして、これを閉弁し、パージエア通路20を閉止する。
また、キャニスタ７のパージコントロールバルブ11につ
いてもデューティＤｃを０％にして、ダイヤフラム弁９
を閉じ、パージ動作は行わない。

【００３１】ステップ23では、吸着材温度センサ30から
の信号に基づいて検出された吸着材19の床温度Ｔａがパ
ージ制御によって吸着材19の焼損が発生する惧れがある
設定温度（例えば300 ℃）以下か否かを判定し、設定温
度以下のときにステップ24へ進む。吸着材19の温度Ｔａ
が設定温度を超えているときには、パージ制御による空
気の引込みによって吸着材19の温度が上昇して焼損を招
く惧れがあるので、ステップ31へ進んでパージ動作を行
わない。

【００３２】ステップ24では、リーン燃焼条件か否かを
判定し、リーン燃焼条件のときにステップ25へ進む。
尚、リーン燃焼条件か否かの判定は、図５のフローチャ
ートにおいて、ステップ56でのリーン燃焼条件での燃料
噴射量Ｔｉの演算後にステップ57でリーン燃焼フラグＬ
Ｆを１にセットし、ステップ58での理論空燃比への空燃
比フィードバック制御条件での燃料噴射量Ｔｉの演算後
にステップ59でリーン燃焼フラグＬＦを０にリセットす
るようにしておけば、このリーン燃焼フラグＬＦの値か
ら判定できる。

【００３３】リーン燃焼条件でないとき（すなわち、理
論空燃比への空燃比フィードバック制御条件のとき）
は、ステップ31へ進んでパージ動作を行わない。これは
次の理由による。パージ動作を行うと、パージエア中に
含まれるＨＣ量が不確定であるため、空燃比フィードバ
ック制御に対する外乱となり、その制御精度が悪化する
ため、フィードバック制御を行わず、吸入空気量の増加
を要求されるリーン燃焼条件でのみパージ動作を行わせ
るのがより良いからである。

【００３４】但し、このステップ24を省略し、理論空燃
比への空燃比フィードバック制御条件においてもパージ
動作を行わせるようにしても良い。ステップ25では、図
４のマップを参照し、水温Ｔｗと、始動後経過時間Ｔｍ
とから、パージエア比Ｒを決定する。ここでのパージエ
ア比Ｒは、吸着材19からのパージエア量Ｑｅとキャニス
タ７からのパージエア量Ｑｃとの比率を示すもので、次
式により表されるものとする。

【００３５】Ｒ＝Ｑｅ／（Ｑｅ＋Ｑｃ） 図４からわかるように、キャニスタ７からのパージエア
量Ｑｃに対し、吸着材19からのパージエア量Ｑｅが、機
関始動直後に大きく、始動からの時間経過につれて小さ
くなるようにする。また、始動からの経過時間が充分大
きくなると、吸着材19からのパージを停止し、キャニス
タ７からのパージのみとする。

【００３６】次のステップ26では、吸着材19からのパー
ジエア量Ｑｅを次式により演算する。 Ｑｅ＝Ｑ×0.05×Ｒ すなわち、吸着材19からのパージエア量Ｑｅとキャニス
タ７からのパージエア量Ｑｃとの和が機関吸入空気量Ｑ
の所定割合以下になるようにパージエア総量を規制すべ
く、パージエア総量を機関吸入空気量Ｑの例えば５％に
する。これより大きくすると運転性が悪化すると共に空
燃比制御精度が悪化するからである。従って、Ｑ×0.05
がパージエア総量となり、これにパージエア比（Ｑｅの
割合）を乗じることにより、吸着材19からのパージエア
量Ｑｅが求まる。

【００３７】次のステップ27では、同様に、キャニスタ
７からのパージエア量Ｑｃを次式により演算する。 Ｑｃ＝Ｑ×0.05×（１−Ｒ） 次のステップ28では、演算された吸着材19からのバージ
エア量Ｑｅからマップを参照してこれを得るためのパー
ジコントールバルブ21へのデューティＤｅを設定する。

【００３８】次のステップ29では、演算されたキャニス
タ７からのバージエア量Ｑｃからマップを参照してこれ
を得るためのパージコントールバルブ11へのデューティ
Ｄｃを設定する。そして、ステップ30でパージコントロ
ールバルブ21，11へのデューティＤｅ，Ｄｃをそれぞれ
出力して、それぞれを適当な開度まで開弁させて、それ
ぞれ所望のパージエア量Ｑｅ，Ｑｃを得る。

【００３９】このようにキャニスタ７からのパージエア
量と排気側の吸着材19からのパージエア量との総和を吸
入空気量に比例させて規制し、両者の比率も運転条件に
応じて変化させるシステムとしたことにより、パージ量
を最適化でき、運転性の悪化等を防ぎつつ、充分なパー
ジを行うことができる。従って、かかる機能を有するコ
ントロールユニット23がパージコントロールバルブ11，
21と共にパージエア総量規制手段に相当する。

【００４０】図６には本発明の他の実施例を示す。この
実施例は、図１のダイヤフラム弁９及びパージコントロ
ールバルブ11を廃止して、キャニスタ７の上部にパージ
エア通路10の一端を直接接続し、このパージエア通路10
の途中にこれを開閉すべく電磁式のパージコントロール
バルブ31を介装した点に特徴がある。

【００４１】このようにしても、このパージコントロー
ルバルブ31を図１のパージコントロールバルブ11と同様
に制御すれば、同じ作用効果が得られる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、蒸
発燃料の吸着装置からのパージエア量と未燃燃料の吸着
装置からのパージエア量とをそれらの和が機関吸入空気
量の所定割合以下になるように制御して、パージエア総
量を規制するようにしたため、空燃比制御精度の悪化や
運転性の悪化を防止することができるという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示すシステム構成図

【図２】 吸着制御ルーチンのフローチャート

【図３】 パージ制御ルーチンのフローチャート

【図４】 パージエア比のマップを示す図

【図５】 燃料噴射量演算ルーチンのフローチャート

【図６】 他の実施例を示すシステム構成図

【符号の説明】

１ 機関 ２ 燃焼室 ４ スロットル弁 ５ 吸気マニホールド ６ 燃料噴射弁 ７ キャニスタ ９ ダイヤフラム弁 10 パージエア通路 11 パージコントロールバルブ 14 マフラー 15 主出口通路 16 副出口通路 17 切換弁 18 切換弁 19 吸着材 20 パージエア通路 21 パージコントロールバルブ 23 コントロールユニット 24 エアフローメータ 31 パージコントロールバルブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料タンクからの蒸発燃料を吸着する吸着
   装置と、排気中の未燃燃料を吸着する吸着装置とから、
   それぞれ、吸着されていた燃料を含んだパージエアを機
   関に吸入させて処理する自動車用内燃機関のパージエア
   制御装置において、 蒸発燃料の吸着装置からのパージエア量と未燃燃料の吸
   着装置からのパージエア量とをそれらの和が機関吸入空
   気量の所定割合以下になるように制御するパージエア総
   量規制手段を設けたことを特徴とするパージエア制御装
   置。