(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンク等で発生する蒸発燃料を捕集するキャニスタと、
前記キャニスタに接続され、絞り弁下流側の吸気通路内に開口するパージ通路を介して前記キャニスタにて捕集された燃料をパージする内燃機関の蒸発燃料処理装置であって、
前記パージ実行時に、前記絞り弁の開度を減少させる制御手段を備え、
前記制御手段は、前記絞り弁の開度を減少させる際、空燃比を過濃側に補正することを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料タンク等で発生する蒸発燃料を外部へ放出することなく燃焼室で燃焼させることにより、大気汚染の防止等を図る内燃機関の蒸発燃料処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、蒸発燃料を内燃機関の燃焼室へパージすることにより、蒸発燃料の外部放出を防止する蒸発燃料処理技術として、特開昭６２−１５３５５３号公報に開示されたものが知られている。
【０００３】
この技術は、燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタにて捕集し、この捕集した燃料を絞り弁下流側に生じる負圧を利用して吸気通路内へ吸入させることにより、蒸発燃料の外部への放出を防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、絞り弁下流側の負圧を利用する場合、絞り弁が大きく開かれる高負荷運転状態等においては負圧が発生せず、捕集燃料を吸気通路内に吸入させることが困難となるため、キャニスタにて捕集される蒸発燃料の捕集許容値を越える場合が想定されるという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、絞り弁の開度を制御して吸気通路内に強制的に負圧を発生させることにより、内燃機関の運転状態に関わらず蒸発燃料のパージを可能にし、かつ、その際の内燃機関の出力低下を防止す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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明は、燃料タンク等で発生する蒸発燃料を捕集するキャニスタと、前記キャニスタに接続され、絞り弁下流側の吸気通路内に開口するパージ通路を介して前記キャニスタにて捕集された燃料をパージする内燃機関の蒸発燃料処理装置であって、前記パージ実行時に、前記絞り弁の開度を減少させる制御手段を備え、前記制御手段は、前記絞り弁の開度を減少させる際、空燃比を過濃側に補正する構成とした。
【０００７】
また、前記制御手段は、前記絞り弁の開度を減少させる際に、空燃比を過濃側に補正する構成とした。
【０００８】
また、前記制御手段は、前記絞り弁開度を減少させる際、その前または後に、前記絞り弁の前記開度の減少量に対応して前記絞り弁の開度を増加させる構成とした。
【０００９】
また、酸素吸蔵能力を有する排気ガス浄化装置を備え、前記制御手段は、前記空燃比を希薄側に補正した後、過濃側に補正する構成とした。
【００１０】
【作用】
請求項１に記載の発明にあっては、パージ実行時おいて絞り弁の開度を減少させることにより吸気通路内に負圧を発生させ、キャニスタに捕集されている燃料をこの負圧によって吸気通路に吸入させる。さらに、空燃比を過濃側に補正することにより、絞り弁の開度減少に伴う内燃機関の出力低下を招来することなく、パージを実行する。
【００１１】
請求項２に記載の発明にあっては、空燃比を過濃側に補正することにより、絞り弁の開度減少に伴う内燃機関の出力低下を招来することなく、パージを実行する。
【００１２】
請求項３に記載の発明にあっては、絞り弁の開度の減少量に対応してその開度を増加させることにより、パージ実行時における実質的な絞り弁開度を、運転状態に対応した開度に設定する。これにより、内燃機関の出力低下を招来することなく、パージを実行する。
【００１３】
請求項４に記載の発明にあっては、空燃比を過濃側に補正する前に空燃比を希薄側に補正することにより、パージ実行時に空燃比を過濃側に補正する際に生じる排気ガスの浄化効率を高める。これにより、エミッション悪化を防止しつつパージを実行する。
【００１４】
【実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明に係る内燃機関の蒸発燃料処理装置の一実施の形態を図面と共に説明する。尚、一例として、４気筒を有する内燃機関に適用した蒸発燃料処理装置について説明する。
【００１５】
内燃機関の全体構成を示す図１において、機関本体２の各気筒の吸気ポートには燃料噴射用のインジェクタ２ａ〜２ｄが設けられると共に、各気筒に対応する吸気マニホールド４ａ〜４ｄを介してサージタンク６が連結され、サージタンク６には吸気通路８を介してエアークリーナ１０が連結されている。
【００１６】
機関本体２の各気筒の排気ポートには排気マニホールド１２を介して排気通路１４が連結され、排気通路１４には空燃比センサ（Ｏ２センサ）１６と、酸素吸蔵能力を有する排気ガス浄化装置（三元触媒コンバータ）１８が介装されている。
【００１７】
吸気通路８内には、ステップモータ２０によって駆動される絞り弁（スロットルバルブ）２２が設けられ、開度センサ２４によって絞り弁２２の開度θが検出されると共に、サージタンク６に設けられた圧力センサ２６によって絞り弁２２下流側の絶対圧力Ｐｂが検出される。また、機関本体２に設けられたクランク角センサ２８によって機関回転数Ｎｅが検出される。
【００１８】
絞り弁２２下流側の吸気通路８には、燃料タンク３２で発生する蒸発燃料をパージするためのパージ系統が設けられている。このパージ系統には、蒸発燃料を活性炭にて捕集するキャニスタ３４が備えられ、双方向弁３６を介装した蒸発燃料供給通路３８にて燃料タンク３２とキャニスタ３４間が連結され、パージ制御電磁弁４０を介装したパージ通路４２にて吸気通路８の絞り弁２２下流側とキャニスタ３４間が連結されている。
【００１９】
パージ制御電磁弁４０が開かれると、絞り弁２２下流側の吸気通路８内に発生している負圧がキャニスタ３４に作用し、このキャニスタ３４下端に設けられた大気導入口を介して流入する空気によって前記捕集された燃料が離脱され、この捕集燃料と空気との混合ガス（以下、パージガスという）が絞り弁２２下流側の吸気通路８内に発生している負圧によってサージタンク６側へパージされる。
【００２０】
空燃比センサ１６と開度センサ２４、圧力センサ２６及びクランク角センサ２８の各検出信号は、マイクロコンピュータシステムから成る制御ユニット３０に供給される。制御ユニット３０は、空燃比を目標空燃比（Ａ／Ｆ）に設定すべく、所謂ＰＩＤ制御則等を適用して、これらの検出信号等に基づいて絞り弁２２の開度及びインジェクタ２ａ〜２ｄの燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００２１】
また、制御ユニット３０は、後述するパージ処理のための制御プログラムと、最適のパージ状態を検索するためのデータマップを備え、パージ実行時には、この制御プログラムに基づいてパージ制御電磁弁４０の開閉制御と絞り弁２２の開度制御及びインジェクタ２ａ〜２ｄの燃料噴射量を制御する。
【００２２】
尚、パージ処理を行うための蒸発燃料処理装置は、前記パージ系統と、各種センサ２４，２６，２８の検出信号に基づいて絞り弁２２及びインジェクタ２ａ〜２ｄを制御する制御ユニット３０にて実現されている。
【００２３】
次に、かかる構成を有する内燃機関におけるパージ処理を図２のフローチャートと共に説明する。
【００２４】
図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１００では、パージ制御電磁弁４０を開放にするだけの通常のパージ処理（Ｓ３００）を実行すべきか、あるいは補償パージ処理（Ｓ１１０〜Ｓ１８０）を実行すべきかの判断を行う。
【００２５】
即ち、予め決められた計測期間Ｔ毎に、機関回転数Ｎｅの積分値ΣＮｅとサージタンク６内の絶対圧力Ｐｂの積分値ΣＰｂを求め、夫々予め決められたしきい値ＮＴＨＤとＰＴＨＤに基づいて次式（１−ａ）及び（１−ｂ）を同時に満足する場合には補償パージ処理を開始し、満足しない場合には通常のパージ処理を行う。
【００２６】
ΣＮｅ＞ＮＴＨＤ                …（１−ａ）
ΣＰｂ＞ＰＴＨＤ                …（１−ｂ）
ここで、しきい値ＮＴＨＤ及びＰＴＨＤは、機関２が高回転数且つ高負荷時に絞り弁２２の開度が大きくなり、吸気通路８内の負圧がキャニスタ３４のパージガスを吸引するのに不十分となる運転状態が前記の所定時間Ｔの間に継続して、蒸発燃料がキャニスタ３４の捕集許容値を超える状態が生じないように設定されている。
【００２７】
ステップＳ１１０では、制御ユニット３０中に備えられた第１のデータマップを検索することより、現在の目標空燃比Ａ／ＦＡ（例えば、１４．７）に対応する機関２のエンジントルクＴＲＱＡを求める。即ち、図３に示す如く、当該内燃機関の空燃比対エンジントルクの特性データが予め第１のデータマップとして備えられており、かかるデータマップを検索することにより、現運転状態におけるエンジントルクＴＲＱＡを求める。
【００２８】
ステップＳ１２０では、再び第１のデータマップを検索し、現在よりもリッチ（過濃）な目標空燃比Ａ／ＦＢに変更した場合に得られる推定エンジントルクＴＲＱＢを求める。例えば、最大のエンジントルクが得られる空燃比（１２．０）に対応する推定エンジントルクＴＲＱＢを検索する。
【００２９】
この目標空燃比Ａ／ＦＢは、インジェクタ４ａ〜４ｄの噴射燃料によって決まる空燃比とパージ制御電磁弁４０を開放にしたときに供給されるパージガスの混合比との和によって決まる値であり、予め実験などによって計測されている。
【００３０】
ステップＳ１３０では、ステップＳ１１０とＳ１２０で求めたエンジントルクＴＲＱＡ  とＴＲＱＢ  の差分ΔＴＲＱＢＡ（＝ＴＲＱＢ  −ＴＲＱＡ  ）を算出し、ステップＳ１４０で、これらの目標空燃比Ａ／ＦＢ  と差分ΔＴＲＱＢＡを決定する。
【００３１】
ステップＳ１５０では、現在の機関回転数Ｎｅと現在のエンジントルクＴＲＱＡ及び上記トルクの差分ΔＴＲＱＢＡに基づいて、制御ユニット３０に予め記憶されている第２のデータマップを検索することにより、補償パージ実行時に設定すべき絞り弁２２の開度θＢを求める。
【００３２】
第２のデータマップは、図４に示す如く、絞り弁２２の開度θをパタメータとしたときの機関回転数とエンジントルクの特性データであり、予め実験等によって計測されたものである。
【００３３】
まず、現在のエンジントルクＴＲＱＡよりも差分ΔＴＲＱＢＡだけ低いエンジントルクＴＲＱＢ’を決め、このエンジントルクＴＲＱＢ’と現在の機関回転数Ｎｅとに対応する開度θＢを検索する。
【００３４】
そしてステップＳ１６０では、実際の補償パージ実行時には目標空燃比をＡ／ＦＢに、絞り弁２２の開度をθＢにすべきと決定する。
【００３５】
ステップＳ１７０では、実際の補償パージを実行する以前の予め決められた一定期間τＬにおいて、目標空燃比をリーン空燃比Ａ／ＦＬ（例えば、１６．７）に設定しリーンバーン制御を行う。これにより、排気ガス濃度が低減され、酸素吸蔵能力を有する三元触媒装置である排気ガス浄化装置の触媒Ｏ２ストレージ機能を向上させる。
【００３６】
次に、ステップＳ１８０では、予め決められた補償パージ実行期間τＢにおいて、パージ制御電磁弁４０を開放にし、目標空燃比をＡ／ＦＢ及び絞り弁２２の開度をθＢに設定することにより実際の補償パージを実行する。
【００３７】
絞り弁２２の開度θＢはこの補償パージ実行時前、即ち高負荷時等における開度よりも小さいので、絞り弁２２による有効開口面積が小さくなり、絞り弁２２下流側の吸気通路８内に強制的に負圧を発生させ、この負圧によってキャニスタ３４のパージガスを吸気通路８内に吸入することが可能となる。
【００３８】
更に、単に絞り弁２２の開度を減少させただけでは、エンジントルクの低下に起因するドライバビリティの悪化等を招来することとなるが、絞り弁２２を開度θＢに減少させるのに対応して目標空燃比（リッチ空燃比）Ａ／ＦＢに設定するので、エンジントルクの低下を未然に防止しつつパージが行われる。
【００３９】
また、ステップＳ１７０において補償パージ実行時以前にリーンバーンを行うことにより排気ガス浄化装置１８の触媒Ｏ２ストレージ機能の向上が図られるので、前記リッチ空燃比Ａ／ＦＢに設定しても、エミッションの悪化を未然に防止することができる。
【００４０】
そして、ステップＳ１８０又はＳ３００の処理が終了すると、再びステップＳ１００からの処理が繰り返される。
【００４１】
このように、この実施の形態によれば、機関２が高負荷、高回転数等の運転状態において絞り弁２２の開度が大きくなりパージ不能となった場合であっても、絞り弁２２を減少させてその下流側の吸気通路８内に負圧を発生させることによりパージを行うので、機関２の運転状態に関わらずパージを実行することができる。更に、排気ガス浄化効率を高めた状態で空燃比の適正制御によりエンジントルクの低下を防止するという優れた機能を発揮する。
【００４２】
（第２の実施の形態）
次に、本発明に係る他の実施の形態を図５及び図６と共に説明する。尚、この実施の形態を適用した内燃機関は図１と同様の構成であり、また、制御ユニット３０には、図３及び図４に相当する前記第１，第２のデータマップ及びパージ処理のための制御プログラムが予め格納されている。
【００４３】
図５のフローチャートに基づいてパージ処理の動作を説明すると、まずステップＳ４００〜Ｓ４６０では、図２中のステップＳ１００〜Ｓ１６０と同じ処理が行われる。
【００４４】
即ち、所定時間Ｔにおける機関回転数Ｎｅとサージタンク６内の圧力Ｐｂの各積分値ΣＮｅ，ΣＰｂを所定しきい値ＮＴＨＤ，ＰＴＨＤと比較することにより、ステップＳ６００における通常のパージ処理、又は補償パージ処理のいずれを行うかの判定を行う（Ｓ４００）。補償パージ処理を開始すると、現在の目標空燃比Ａ／ＦＡに対応するエンジントルクＴＲＱＡを第１のデータマップに基づいて検索した後（Ｓ４１０）、リッチ空燃比Ａ／ＦＢに設定した場合の推定エンジントルクＴＲＱＢも第１のデータマップに基づいて検索する（Ｓ４２０）。エンジントルクＴＲＱＢとＴＲＱＡの差分ΔＴＲＱＢＡを求め（Ｓ４３０）、これら目標空燃比Ａ／ＦＢ及び差分ΔＴＲＱＢＡを決定する（Ｓ４４０）。次に、現在の機関回転数ＮｅとエンジントルクＴＲＱＡ及び差分ΔＴＲＱＢＡを用いて第２のデータマップを検索することにより、絞り弁２２の開度θＢを求め（Ｓ４５０）、更にこの開度θＢを補償パージ実行時に設定すべき絞り弁２２の第１の開度に決定する（Ｓ４６０）。
【００４５】
次に、本実施の形態特有の処理がなされる。まず、ステップＳ４７０では、図３に示す第１のデータマップを検索することにより、現在の目標空燃比Ａ／ＦＡよりもリーンな目標空燃比Ａ／ＦＣに変更した場合に得られる推定エンジントルクＴＲＱＣを求める。例えば、ステップＳ４４０で求められた前記リッチ空燃比Ａ／ＦＢと目標空燃比Ａ／ＦＣの平均値が現在の目標空燃比Ａ／ＦＡとなるように、目標空燃比Ａ／ＦＣを１７．４に決め、その目標空燃比Ａ／ＦＣに対応するエンジントルクＴＲＱＣを求める。
【００４６】
ステップＳ４８０では、目標空燃比Ａ／ＦＣに対応するエンジントルクＴＲＱＣと現在のエンジントルクＴＲＱＡとの差分ΔＴＲＱＡＣ（＝ＴＲＱＡ−ＴＲＱＣ）を算出する。
【００４７】
ステップＳ４９０では、現在の機関回転数Ｎｅと現在のエンジントルクＴＲＱＡ及び差分ΔＴＲＱＡＣに基づいて図４のデータマップを検索することにより、現在のエンジントルクＴＲＱＡよりも差分ΔＴＲＱＡＣだけ高いエンジントルクＴＲＱＣ’と現在の機関回転数Ｎｅとに対応する開度θＣを求め、ステップＳ５００で、この開度θＣを補償パージ実行時におけるに第２の開度に決定する。
【００４８】
ステップＳ５１０では、予め決められた補償パージ実行期間τ中、パージ制御電磁弁４０を開くと同時に目標空燃比（リッチ空燃比）Ａ／ＦＢに設定し、更に図６（ａ）に示す如く、絞り弁２２を第１，第２の開度θＢ，θＣに周期的に切換え制御する。
【００４９】
絞り弁２２が開度θＢに減少する期間（図中斜線で示す期間）τＢでは、絞り弁２２による有効開口面積が小さくなるため、絞り弁２２下流側の吸気通路８に負圧が発生し、この負圧によってキャニスタ４０のパージガスをサージタンク６側へ効果的にパージすることができる。同時に目標空燃比がリッチ空燃比Ａ／ＦＢに設定されるので、絞り弁２２が開度θＢに絞られても、エンジントルクの低下を防止する。
【００５０】
一方、絞り弁２２が開度θＣに拡大される期間τＣでは、開度θＢに設定される期間τＢよりも空燃比がリーン側に変化するため、排気ガス濃度の低減化が図られる。これにより、期間τＢのリッチ空燃比による排ガス濃度が、期間τＣのリーン空燃比による排ガス濃度によって希釈化され、エミッション悪化を未然に防止することができる。更に、目標空燃比をリッチ空燃比Ａ／ＦＢに設定した状態で絞り弁２２の開度をθＢとθＣで増減変化させるので、空燃比がリッチ側とリーン側に交互に変化し、平均的（実質的）な空燃比が本来設定すべき目標空燃比Ａ／ＦＡに近づくことになるため、エンジントルクの低下を防止してドライバビリティの悪化を未然に防止する。
【００５１】
このようにこの実施の形態によれば、本来パージ不能な運転状態にあっても、適正な目標空燃比（リッチ空燃比）Ａ／ＦＢに設定した状態で、絞り弁２２の開度をθＢとθＣにて増減制御して吸気通路８内に負圧を発生させるので、エンジントルクの低下及びエミッション悪化の両者を巧みに防止しつつパージを実行することができる。更に機関２の運転状態に関わらずパージ処理を可能にするという優れた機能を発揮する。
【００５２】
尚、図６（ａ）に示す絞り弁２２の開度制御は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、同図（ｂ）に示す如く、絞り弁２２を開度θＢとθＣにて連続且つ周期的に変化させるのではなく、開度θＢの期間τＢと開度θＣの期間τＣの切換えを不連続に行ってもよい。また、同図（ｃ）に示す如く、開度θＢの期間τＢと開度θＣの期間τＣの周期を変化させてもよい。要は、予め決められた補償パージ実行期間τ中に、開度θＢに設定されるときの空燃比の時間積分値と開度θＣに設定されるときの空燃比の時間積分値とが相互に相殺され、実質的に本来の目標空燃比Ａ／ＦＡが得られるように絞り弁２２の開度をθＢとθＣにて切換え制御する場合は、本発明に含まれる。
【００５３】
また、本発明において、絞り弁２２の開度の制御に対応させるように空燃比を補正する必要は必ずしもなく、空燃比は本来の目標空燃比Ａ／ＦＡ  のままで、絞り弁２２の開度をθＢ  とθＣ  にて切換え制御するのみでも良い。この場合、エンジントルクは絞り弁２２の開度θＢ  とθＣ  に対応して変化することになるが、開度θＢ  の期間τＢ  と開度θＣ  の期間τＣ  とをそれぞれ十分短い期間とすることにより、絞り弁２２の開度のθＢ  とθＣ  への変化がエンジントルクの変化として顕著に現れるのを防止することができる。そしてエンジントルクはほぼ絞り弁２２の開度のθＢ  とθＣ  との平均値に相当するトルクとすることができる。つまり絞り弁の実質的な開度を運転状態に対応して設定されている目標絞り弁開度とすることができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、絞り弁の開度を制御することで強制的に負圧を発生させ、この負圧によって蒸発燃料を吸気通路へパージさせるので、内燃機関の運転状態に関わらずパージ処理が可能となり、また、キャニスタが蒸発燃料の捕集許容値を越える等の問題を未然に防止することができる。
【００５５】
また、絞り弁の開度制御と共に空燃比を制御するので、パージ処理実行時における内燃機関の出力低下を防止することができる。
【００５６】
また、負圧を発生させるために絞り弁の開度を減少させると共に、その減少量に対応させて絞り弁の開度を増加させるので、絞り弁の実質的な開度を運転状態に対応して設定される目標弁開度に適合させることができる。この結果、絞り弁の開度減少に伴う内燃機関の出力低下を防止することができる。
【００５７】
また、空燃比を過濃側に補正する前に空燃比を希薄側に補正するので、空燃比が希薄のときに排気ポートに配設される排気ガス浄化装置の触媒Ｏ２排出機能を向上させ、その後に空燃比を過濃側に補正するときに生じる排気ガスを効率よく浄化することができる。この結果、エミッション悪化を未然に防止しつつ、蒸発燃料のパージ処理を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蒸発燃料処理装置に係る実施の形態を適用した内燃機関の全体構成を示す説明図である。
【図２】パージ処理の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】内燃機関における空燃比対エンジントルクの特性を示す特性図である。
【図４】絞り弁開度をパラメータとしたときの機関回転数対エンジントルクの特性を示す特性図である。
【図５】他の実施の形態に係るパージ処理の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】他の実施の形態に係る絞り弁開度の制御原理を説明するための説明図である。
【符号の説明】
２…機関本体、２ａ〜２ｄ…気筒別インジェクタ、４ａ〜４ｄ…吸気マニホールド、６…サージタンク、８…吸気通路、１８…排気ガス浄化装置、２０…ステップモータ、２２…絞り弁、２４…開度センサ、２６…圧力センサ、２８…クランク角センサ、３０…制御ユニット、３２…燃料タンク、３４…キャニスタ、３６…双方向弁、３８…蒸発燃料供給通路、４０…パージ制御電磁弁、４２…パージ通路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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