| 【発明の名称】 |
内燃機関の蒸発燃料処理装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】猿渡 匡行
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| 【要約】 |
【課題】低パージ量領域におけるパージの応答性を向上し、パージ量の急変による空燃比の悪化を防止する。
【解決手段】低パージ量領域、特にパージ開始直後では、パージ制御弁の開弁デューティを振動させながら増大させる。この振動に周期性を持たせることもできる。特にパージの応答性を改善する必要のない領域では、このような開弁デューティの振動を停止するか、又はその振れ幅を次第に０に収束させる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】燃料タンクにて発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該キャニスタから吸気系への蒸発燃料のパージ通路に介装されて、蒸発燃料のパージ量を制御するパージ制御弁と、を備える内燃機関の蒸発燃料処理装置において、機関運転条件に基づいて、前記パージ制御弁の開度制御量を設定する開度制御量設定手段と、該手段により設定された開度制御量を交互に増大及び減少補正する開度制御量補正手段と、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。
【請求項２】前記開度制御量補正手段は、設定された開度制御量が低パージ量相当域にあるときに、前記補正を行う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。
【請求項３】前記開度制御量補正手段は、パージ量増大時には、設定された開度制御量が第１の所定値以下の場合にのみ前記補正を行う一方、パージ量減少時には、設定された開度制御量が前記第１の所定値より小さい第２の所定値以下の場合にのみ前記補正を行う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。
【請求項４】前記開度制御量補正手段に対し、前記補正による補正幅を、設定された開度制御量の大きさに応じて変化可能な補正幅可変手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
【請求項５】前記補正幅は、設定された開度制御量が小さいほど大きな値となることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の蒸発燃料処理装置に関し、より詳細には、蒸発燃料の低パージ量領域、特に、パージ開始直後やパージ終了直前におけるパージの応答性を向上し、パージ量の急変に起因する空燃比の悪化を防止するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、内燃機関には、燃料タンクにて発生する蒸発燃料（エバポガス）の大気への放出抑止のため、蒸発燃料処理装置が設けられる。このものでは、燃料タンクからの蒸発燃料はキャニスタにて吸着保持され、運転時に、該キャニスタからパージ通路を介して吸気系へ供給されて、燃焼処理される（以下、このような蒸発燃料の吸気系への供給を「パージ」という。）。蒸発燃料のパージ量は、パージ通路に介装されたパージ制御弁の開弁デューティを制御することにより制御することができる。
【０００３】上記開弁デューティの制御に関しては、機関運転状態に応じて設定される目標パージ量を達成すべく、開弁デューティを実際のデューティから目標とされるデューティに向けて徐々に変化させる技術が知られている（特開平７−２４７９１９号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このものでは、パージ量の少ない領域（低パージ量領域）、特にパージ開始直後におけるパージ制御弁の開き始めや、パージ終了直前におけるパージの応答性が悪く、パージ開始時には、ある時点で吸気系へのパージ量が急増するという問題がある。
【０００５】この問題について図６を例に説明すると、パージ開始より開弁デューティは目標デューティに向けて同図（ａ）に示すように次第に増加し、パージ量も開弁デューティの増加に応じて徐々に増大するのが好ましい。しかし、実際には、上記の理由により、同図（ｂ）に示すようにパージ開始直後の期間Δｔ１において充分なパージ量を得ることができず、途中の期間Δｔ２を経過した時点でパージ量が急増するのである。
【０００６】このようにして生じる吸気系への供給燃料量の変動は、空燃比フィードバック制御に追従遅れをもたらし、同図（ｃ）示すような空燃比の悪化（オーバリッチ化）を招き、延いては排気特性及び運転性に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００７】このような実情に鑑み、本発明は、低パージ量領域におけるパージの応答性を向上し、上記の問題を解消しうる内燃機関の蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係る発明は、燃料タンクにて発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該キャニスタから吸気系への蒸発燃料のパージ通路に介装されて、蒸発燃料のパージ量を制御するパージ制御弁と、を備える内燃機関の蒸発燃料処理装置において、図１に示すように、機関運転条件に基づいて、前記パージ制御弁の開度制御量を設定する開度制御量設定手段と、該手段により設定された開度制御量を交互に増大及び減少補正する開度制御量補正手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００９】前記開度制御量補正手段は、請求項２記載のように、設定された開度制御量が低パージ量相当域にあるときに、前記補正を行うのが好ましい。また、前記開度制御量補正手段は、請求項３記載のように、パージ量増大時には、設定された開度制御量が第１の所定値以下の場合にのみ前記補正を行う一方、パージ量減少時には、設定された開度制御量が前記第１の所定値より小さい第２の所定値以下の場合にのみ前記補正を行うのが好ましい。
【００１０】本発明は、請求項４記載のように、前記開度制御量補正手段に対し、前記補正による補正幅を、設定された開度制御量の大きさに応じて変化可能な補正幅可変手段を備えるのが好ましい。
【００１１】前記補正幅は、請求項５記載のように、設定された開度制御量が小さいほど大きな値となるのが好ましい。
【００１２】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、パージ制御弁の開度制御量を交互に増大及び減少補正し、特に請求項２に係る発明により、低パージ量相当域にある開度制御量についてこのような補正を行うことで、低パージ量領域、特にパージ開始直後やパージ終了直前におけるパージの応答性を向上し、パージ量の過不足を防止し、制御性の向上を図ることができる。このため、空燃比の変動を抑え、排気特性及び、特にアイドル域における運転性の悪化を防止することができる。
【００１３】また、上記の性能向上は、ソフト的手法の変更のみにより、すなわち、ハード部分を変更せずに得ることができるため、経済的である。請求項３に係る発明によれば、上記補正の対象を特定の開度制御量に制限することで、不必要な処理を省き、効率的な制御を実現することができる。そして、パージ量増大時とパージ量減少時とで上記補正の実施／不実施に関する切換基準としての開度制御量を異ならせるとともに、パージ量減少時には、補正の開始点を、パージ量増大時における補正の停止点より低く設定することで、パージ量の増大／減少の連続的な切換えに対応し、制御の安定化に資することができる。
【００１４】請求項４に係る発明によれば、開度制御量の補正幅をその大きさに応じて可変とし、特に請求項５に係る発明により、設定された開度制御量が小さいほど大きな補正幅とすることで、デューティ−流量特性の直線性が悪化する低パージ量領域に重みをおいた補正の実施が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の蒸発燃料処理装置の構成を示す概略図である。本装置は、蒸発燃料の処理を必要とするあらゆる内燃機関に適用することができるが、ここでは、図示のガソリン機関に適用した場合について説明する。
【００１６】内燃機関（以下、「エンジン」という。）１は車両に搭載可能であり、各気筒毎に形成される燃焼室には、エアクリーナ２にて粉塵が除去された空気が吸気通路３を介して導入される。吸気通路３の途中にはスロットル弁４が介装されており、これにより導入空気（吸気）の流量が制御される。また、ポート部に対して燃料噴射弁５が設けられ、これが電子制御ユニット４１の指令により駆動されることにより、燃料タンク３１から図示しない燃料ポンプにより圧送されてプレッシャーレギュレータにより調圧された燃料が、所定のタイミング及び量で噴射される。噴射された燃料は、吸気と混合し、燃焼室に供給される。
【００１７】燃料タンク３１に貯蔵されている燃料の大部分は、このように噴霧として燃焼室に供給される。一方、停車中などに発生する蒸発燃料は、蒸発燃料導入管３２を通ってキャニスタ３３に導入される。キャニスタ３３には、活性炭等の吸着剤３４が充填されており、導入された蒸発燃料は、これにより一時的に吸着保持され、外部への放出が抑止される。
【００１８】また、キャニスタ３３内部は、パージ通路３５を介してスロットル弁４下流の吸気通路（吸気マニホールド）と連通しており、パージ通路３５には、電子制御ユニット４１の指令により駆動可能なパージ制御弁３６が介装されている。エンジン１が始動され、所定のパージ許可条件が成立すると、電子制御ユニット４１からの指令に基づいてパージ制御弁３６が開弁し、キャニスタ３３にエンジン１の吸入負圧が作用する。これにより、キャニスタ３３内部に新気導入管３７を介して外気が導入され、この気流により蒸発燃料が吸着剤３４から脱離される。このようにして脱離された蒸発燃料は、前記気流に誘導されてパージ通路３５を通過し、吸気系へ供給され、最終的に燃焼室で燃焼処理される。
【００１９】エンジン１からの排気は、排気通路６を介して大気中へ放出される。排気通路６には、排気浄化のための触媒コンバータ７が介装されている。電子制御ユニット４１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェースを含んで構成され、本発明に係る開度制御量設定手段、開度制御量補正手段及び補正幅可変手段の機能を備えている。そして、複数のセンサからの入力情報を基に、パージ制御弁３６について下記の制御を行う。
【００２０】入力情報としては、クランク角センサ５１からのクランク軸回転位置信号（これに基づいてエンジン回転数Ｎｅが算出可能である。）、スロットル弁４上流に設けられるエアフローメータ５２からの吸気流量Ｑａ、スロットルセンサ５３からのスロットル開度ＴＶＯ、水温センサ５４からのエンジン冷却水温度Ｔｗ、及び空燃比フィードバック制御のために排気通路６に設けられるＯ2 センサ等の空燃比センサ５５からの信号（排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号であってよい。）などがある。
【００２１】以下、本装置による蒸発燃料処理制御（以下、「パージ制御」という。）について、図３〜５を参照して説明する。図３は、本パージ制御の第１の形態の内容を示すフローチャートであり、所定の時間毎に実行される。まず、これについて説明する。
【００２２】ステップ（以下、単に「Ｓ」と略す。）１では、運転条件として上記の入力情報を読み込む。Ｓ２では、読み込まれた各種の情報に基づいて、パージ制御弁３６の開度制御量である開弁デューティＤＵＴＹの目標値ｔＤＵＴＹを算出する。目標デューティｔＤＵＴＹは、次のようにして算出することができる。
【００２３】まず、吸気流量Ｑａに基づいてパージ制御のための基準流量baseＱ（＝Ｑａ×Ｒ；Ｒは定数）を求め、これに当量比補正を施して補正流量Ｑevp とする。補正流量Ｑevp は、基準流量Ｑbaseに目標当量比ｔＦ／Ａ（＝１４．６／目標空燃比）を乗じて得ることができる（即ち、Ｑevp ＝Ｑbase×ｔＦ／Ａ）。この補正により、リーン運転時にパージを控えることが可能となる。そして、補正流量Ｑevp に差圧補正を施して求めることのできるパージ制御弁要求開度φevp を、目標デューティｔＤＵＴＹに変換する。差圧補正では、スロットル開度ＴＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅに応じて割り付けたマップを参照してスロットル前後差圧相当値ＫＰＢを求め、これを補正流量Ｑevp に乗じる（即ち、φevp ＝Ｑevp ×ＫＰＢ）。
【００２４】Ｓ３では、現在の開弁デューティＤＵＴＹと、目標デューティｔＤＵＴＹとを比較する。これらが等しい場合には、そのままＳ６へ進む。それ以外の場合には、開弁デューティを増減し、目標デューティに近づける。すなわち、開弁デューティが目標デューティより低い場合（即ち、ＤＵＴＹ＜ｔＤＵＴＹ）には、Ｓ４へ進んで開弁デューティを所定量ΔＤだけ増やす。一方、開弁デューティが目標デューティより高い場合（即ち、ＤＵＴＹ＞ｔＤＵＴＹ）には、Ｓ５へ進んで開弁デューティを所定量ΔＤだけ減らす。このような制御により、目標デューティの変動に伴うパージ量の急変を防止することができる。
【００２５】以上、Ｓ１〜５が開度制御量設定手段を構成する。Ｓ６では、設定された開弁デューティＤＵＴＹが所定値ｆ以下であるか否かを判定する。所定値ｆは、単一の値のみ設けられてもよいが、開弁デューティの増減に合わせて異なる値に設定し、ヒステリシスを持たせることもできる。例えば、開弁デューティの増大時（即ち、Ｓ４を介して本ステップに至った場合）には、所定値ｆ＝ｆ１とする。一方、開弁デューティの減少時（即ち、Ｓ５を介して本ステップに至った場合）には、所定値ｆを、前記ｆ１より小さい値ｆ２とする。
【００２６】Ｓ６において、開弁デューティＤＵＴＹが所定値ｆ以下であると判定された場合には、Ｓ７へ進む。それ以外の場合には、Ｓ１２へ進んで開弁デューティが出力される。そして、この出力信号に応じて決定される通電パルス幅でパージ制御弁３６に電力が供給されることにより、パージ量が制御される。
【００２７】Ｓ７では、フラグＦが１であるか否かを判定する。フラグＦが１と判定された場合には、Ｓ８に進んで開弁デューティＤＵＴＹを所定の増大幅α１だけ増やし、続くＳ９でフラグＦを０に切り換える。一方、フラグＦが１以外と判定された場合には、Ｓ１０に進んで開弁デューティＤＵＴＹを所定の減少幅β１だけ減らし、続くＳ１１でフラグＦを１に切り換える。
【００２８】つまり、フラグＦは、前回のルーチンで開弁デューティＤＵＴＹが増大補正されたのか又は減少補正されたのかを判別するために設けられ、これを０又は１に順次切り換えることにより、開弁デューティは所定の周期で交互に増大及び減少補正される。勿論、開弁デューティの補正の増大／減少の切換えは、必ずしも一定の間隔である必要はなく、また、所定のパターンである必要もない。例えば、上記フラグを３つ以上の値に切換可能とし、Ｓ７の切換えのための基準値を選択することにより、状況に適合させることができる。なお、各補正幅（増大幅α１、減少幅β１）は、同じ値であってよく（即ち、α１＝β１）、また異なる値であってもよい（即ち、α１≠β１）。ここに、Ｓ６〜１１が開度制御量補正手段を構成する。
【００２９】Ｓ１２では、補正された開弁デューティＤＵＴＹを出力する。図４は、以上の手順に従う場合における開弁デューティＤＵＴＹの変化と、これに伴うパージ量及び空燃比の変動を示している。パージ開始後、開弁デューティは、同図（ａ）に示すように、０［％］から増え始め、途中Ｓ６の判定結果が否定的となるまでＳ４で設定される値（図では点線で示す。）に対して一定の周期で増減を繰り返す。
【００３０】このように、所定値ｆにより決定される低パージ量領域において、開弁デューティを振動させることにより、特にパージ開始直後におけるパージの応答性を向上し、空燃比の変動を抑えることができる。図４（ｃ）及び（ｄ）は、本発明によるこのような効果を示しており、従来のパージ制御による場合のパージ量及び空燃比の変動を点線で、また本発明による場合を実線で示している。なお、パージ開始時以外の低パージ量領域、例えば、パージ終了時においても上記の効果を得ることができることは、明らかである。
【００３１】次に、本パージ制御の第２の形態について説明する。図５は、この制御内容を示すフローチャートであり、上述同様、所定の時間毎に実行される。以下、このフローチャートに基づいて説明する。
【００３２】Ｓ２１〜２５は、先に説明したＳ１〜５と同様であってよく、開度制御量設定手段を構成する。Ｓ２６では、フラグＦが１であるか否かを判定する。
【００３３】フラグＦが１と判定された場合には、Ｓ２７に進んで開弁デューティＤＵＴＹの増大幅α２を設定する。増大幅α２は、開弁デューティの大きさに応じて設定することができ、開弁デューティの大きさ毎に、複数の値をマップ等に予め記憶しておくことができる。例えば、図に示すように、開弁デューティの増大とともに徐々に減少するような傾向を持たせてよい。そして、続くＳ２８で開弁デューティを増大幅α２だけ増大補正し（即ち、ＤＵＴＹ＝ＤＵＴＹ＋α２）、Ｓ２９でフラグＦを０に切り換える。
【００３４】一方、Ｓ２６でフラグＦが１以外と判定された場合には、Ｓ３０に進んで開弁デューティＤＵＴＹの減少幅β２を設定する。減少幅β２は、開弁デューティの大きさに応じて設定することができ、開弁デューティの大きさ毎に、複数の値をマップ等に予め記憶しておくことができる。例えば、図に示すように、開弁デューティの増大とともに徐々に減少するような傾向を持たせてよい。そして、続くＳ３１で開弁デューティを減少幅β２だけ減少補正し（即ち、ＤＵＴＹ＝ＤＵＴＹ−β２）、Ｓ３２でフラグＦを１に切り換える。
【００３５】ここでの開弁デューティＤＵＴＹの補正の増大／減少の切換えについても前述同様であり、周期的な切換えである必要はないし、また、特定のパターンに制約されることもない。なお、各補正幅（増大幅α２、減少幅β２）の開弁デューティの大きさに応じた変化の傾向は、同様であってもよく、また相違してもよい。ここに、Ｓ２６，２８，２９, ３１及び３２が開度制御量補正手段を構成し、Ｓ２７及び３０が補正幅切換手段を構成する。
【００３６】Ｓ３３では、補正された開弁デューティＤＵＴＹを出力する。図４は、このような第２の手順に従う場合における開弁デューティＤＵＴＹの変化と、これに伴うパージ量及び空燃比の変動をも示している。パージ開始後、開弁デューティは、同図（ｂ）に示すように、０％から増え始め、Ｓ２４で設定される値（図では点線で示す。）に対して一定の周期で増減を繰り返しつつ、その振れ幅が次第に減少する。
【００３７】このように、開弁デューティＤＵＴＹを収束性を持たせて振動させることにより、低パージ量領域、特にパージ開始直後に重みをおいた補正が可能となり、パージの応答性を向上し、パージ量の急変を防ぎ、空燃比の変動を抑えることができる。図４（ｃ）及び（ｄ）は、本発明によるこのような効果を示しており、従来のパージ制御による場合のパージ量及び空燃比の変動を点線で、また本発明による場合を実線で示している。
【００３８】なお、パージ開始時以外であっても、各補正幅は、開弁デューティＤＵＴＹが０［％］に近づくほどに大きくなるため、パージ終了時を含め、デューティ−流量特性の直線性が悪化する領域に重みをおいた補正が可能であり、上記と同様に、空燃比の変動抑制に資する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１６７４０６
【氏名又は名称】株式会社ユニシアジェックス
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| 【出願日】 |
平成１２年６月９日（２０００．６．９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７８３３０
【弁理士】
【氏名又は名称】笹島 富二雄
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３５５５２２（Ｐ２００１−３５５５２２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月２６日（２００１．１２．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１７３９０９（Ｐ２０００−１７３９０９） |
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