(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発燃料を含むパージガスを、開閉がデューティ制御されるパージ制御弁によって流量制御しつつ機関の吸気系に吸入処理する内燃機関の蒸発燃料処理装置において、
前記パージ制御弁のデューティ制御における駆動周波数を、パージガスの低流量制御時は高周波数、高流量制御時は低周波数に設定すると共に、前記駆動周波数切り換え直後のデューティ値を、パージガス流量が切り換え直前の値以下となるように設定する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】
前記駆動周波数切り換え時に、該切り換え前のパージガス流量とパージ制御弁のデューティ値に基づいて、切り換え後のデューティ値を設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
【請求項３】
前記駆動周波数切り換え前のパージガス流量を、パージガス中の蒸発燃料濃度と燃料噴射弁から機関に噴射される燃料噴射量の補正値とに基づいて算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
【請求項４】
前記駆動周波数を高周波数から低周波数に切り換えるときは、低周波数におけるパージ制御弁流量特性の最大傾き（傾き：流量／デューティ値）を用いた変換によりデューティ値を設定することを特徴とする請求項１〜請求項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】
前記駆動周波数を、パージ制御弁の流量特性における変極点に応じて予め設定された目標流量で切り換えることを特徴とする請求項１〜請求項４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６】
パージ制御弁は、燃料タンクから発生する蒸発燃料を一時的に吸着するキャニスタと機関の吸気系とを接続するパージ通路に介装されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の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、内燃機関の蒸発燃料処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関の蒸発燃料処理装置では、燃料タンク等で発生する蒸発燃料をキャニスタに一時的に吸着し、該吸着した蒸発燃料を所定の機関運転条件で離脱させてパージ用空気と混合したパージガスを、パージ制御弁で流量制御しつつ機関の吸気系へ吸引処理することによって、蒸発燃料の外気への蒸散を防止するようにしている（特開平５−２１５０２０号等参照)。
【０００３】
近年、蒸発燃料蒸散防止の規制強化に伴ない、キャニスタ容量が大型化されると共に、時間当たりのパージ処理量の増大が要求されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的なパージ制御弁は開閉をデューティ制御するものが用いられるが、上記パージ処理量の増大要求に伴い、パージ制御弁を大型化すると、微小流量域のパージ開始時の流量段差が大きくなり、アイドル時等吸入空気量が少ない領域で微小なパージガス流量制御を行うと、空燃比変動が大きくなって運転性不良が発生しやすくなる。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、大型化されたパージ制御弁を用いてもパージ制御開始時の流量段差を解消しつつ、耐久性を確保できるようにした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】
このため、請求項１に係る発明は、
蒸発燃料を含むパージガスを、開閉がデューティ制御されるパージ制御弁によって流量制御しつつ機関の吸気系に吸入処理する内燃機関の蒸発燃料処理装置において、
前記パージ制御弁のデューティ制御における駆動周波数を、パージガスの低流量制御時は高周波数、高流量制御時は低周波数に設定すると共に、前記駆動周波数切り換え直後のデューティ値を、パージガス流量が切り換え直前の値以下となるように設定することを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係る発明によると、
大容量のパージ制御弁を用いつつパージガスの低流量制御時は高周波数とすることで、パージ開始時の空燃比段差を抑制しつつ安定した制御性を確保できる。また、高流量域では駆動周波数を低周波数とすることで、開閉回数を減少させて耐久性を確保できる。
【０００８】
また、パージ制御中は燃料噴射量が既に減量補正され、駆動周波数切り換え直後にパージガス流量が増大すると、前記減量補正量がリミット値を越えてしまい空燃比が過剰リッチとなる可能性がある。
【０００９】
そこで、パージガス流量が切り換え直前の値以下となるように駆動周波数切り換え直後のデューティ値を少なめに設定することにより、上記空燃比が過剰リッチとなることを防止でき、安定した運転性を確保できる。
また、請求項２に係る発明は、
前記駆動周波数切り換え時に、該切り換え前のパージガス流量とパージ制御弁のデューティ値に基づいて、切り換え後のデューティ値を設定することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明によると、
パージ制御弁の流量特性（流量−デューティ値）のバラツキを考慮して切り換え後のデューティ値を設定でき、駆動周波数切換による流量誤差を少なくでき、空燃比変動を抑制できる。
また、請求項３に係る発明は、
前記駆動周波数切り換え前のパージガス流量を、パージガス中の蒸発燃料濃度と燃料噴射弁から機関に噴射される燃料噴射量の補正値とに基づいて算出することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明によると、
パージガス流量を流量センサで測定する場合には、蒸発燃料濃度に応じてパージガスの比重の変化や科学的な変化を伴うことにより測定結果に誤差を生じるが、パージガス中の蒸発燃料濃度と燃料噴射量の補正値に基づいて算出することにより、このような誤差が無く、高精度に流量を算出できる。
【００１２】
また、請求項４に係る発明は、
前記駆動周波数を高周波数から低周波数に切り換えるときは、低周波数におけるパージ制御弁流量特性の最大傾き（傾き：流量／デューティ値）を用いた変換によりデューティ値を設定することを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、
低周波数におけるデューティ値を、パージ制御弁流量特性の最大傾きを用いた変換により設定することにより、部品バラツキを考えても燃料噴射量の減少補正量の限界値を超えることなく補正が可能となり、燃焼性を良好に維持できる。
【００１３】
また、請求項５に係る発明は、
前記駆動周波数を、パージ制御弁の流量特性における変極点に応じて予め設定された目標流量で切り換えることを特徴とする。
請求項５に係る発明によると、パージ制御弁の安定した流量特性を示す範囲を使用することができ、制御精度が向上する。
【００１４】
また、請求項６に係る発明は、パージ制御弁は、燃料タンクから発生する蒸発燃料を一時的に吸着するキャニスタと機関の吸気系とを接続するパージ通路に介装されていることを特徴とする。
請求項６に係る発明によると、燃料タンクから発生して一時的にキャニスタに吸着される蒸発燃料の量が最も多く、そのパージ通路に介装されたパージ制御弁の制御に適用すると、最も効果的である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施の形態において蒸発燃料処理装置を含んで構成される車両用内燃機関のシステム構成図である。
この図１において、車両に搭載される内燃機関１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２，吸気管３，電子制御式スロットル弁４を介して空気が各気筒に吸入される。
【００１６】
前記電子制御式スロットル弁４は、モータ等のアクチュエータによってスロットル弁の弁体を開閉駆動するよう構成されたシステムであるが、アクセルペダルに連動するスロットル弁であってもよい。
また、各気筒の燃焼室内に燃料（ガソリン）を直接噴射するように、電磁式の燃料噴射弁５が設けられているが、吸気通路に噴射する燃料噴射弁であってもよい。
【００１７】
前記燃料噴射弁５は、コントロールユニット２０から出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射する。そして、燃焼室内に形成された混合気は、コントロールユニット２０からの点火信号に基づき制御される点火栓６により着火燃焼する。
但し、内燃機関１を上記の直接噴射式ガソリン機関に限定するものではなく、吸気ポートに燃料を噴射する構成の機関であっても良い。
【００１８】
内燃機関１からの排気は排気管７を介して排出され、排気管７には排気浄化用の触媒８が介装されている。
また、燃料タンク９から発生する蒸発燃料を処理すべく、蒸発燃料処理装置が設けられている。
キャニスタ１０は、密閉容器内に活性炭などの吸着剤１１を充填したもので、燃料タンク９からの蒸発燃料導入管１２が接続されている。従って、内燃機関１の停止中などに燃料タンク９にて発生した蒸発燃料は、蒸発燃料導入管１２を通って、キャニスタ１０に導かれ、ここに吸着捕集される。
【００１９】
また、キャニスタ１０には、新気導入口１３が形成されると共に、パージ配管１４が導出されている。前記パージ配管１４には、コントロールユニット２０からの制御信号によって開閉がデューティ制御されるパージ制御弁１５と、該パージ配管１４内を流れるパージガスの濃度を検出する濃度センサ１６が介装されている。
【００２０】
上記構成において、パージ制御弁１５が開制御されると、内燃機関１の吸入負圧がキャニスタ１０に作用する結果、新気導入口１３から導入される空気によってキャニスタ１０の吸着剤１１に吸着されていた蒸発燃料がパージされ、このパージされた蒸発燃料を含むパージガスが、前記パージ配管１４を通って吸気管３の電子制御式スロットル弁４下流側に吸入され、この後、内燃機関１の燃焼室内で燃焼される。
【００２１】
コントロールユニット２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイコンを備え、各種センサからの入力信号を受け、これに基づいて演算処理して、燃料噴射弁５，点火栓６及びパージ制御弁１５などの作動を制御する。
前記各種センサとしては、内燃機関１のクランク角を検出するクランク角センサ２１、気筒判別信号を出力するカムセンサ２２が設けられている。ここで、前記クランク角センサ２１からの検出信号に基づき機関回転速度Ｎｅが演算される。
【００２２】
この他、吸気管３の電子制御式スロットル弁４上流で吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ２３、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＰＳを検出するアクセルセンサ２４、電子制御式スロットル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ２５、機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２６、排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出する空燃比センサ２７、車速ＶＳＰを検出する車速センサ２８などが設けられている。
【００２３】
尚、前記空燃比センサ２７で検出される排気空燃比を目標空燃比に一致させるべく燃料噴射量を補正するための空燃比フィードバック係数を設定する空燃比フィードバック制御が、所定の空燃比フィードバック条件下で行われる構成となっており、前記キャニスタ１０からの蒸発燃料のパージは、前記空燃比フィードバック制御が行われていることを条件として実行されるようになっている。
【００２４】
以上のように構成された内燃機関の蒸発燃料処理装置において、本発明では、前記パージ制御弁１５のデューティ制御を、流量域によって周波数、デューティ値を切り換えつつ実行する。
以下に、上記本発明に係るパージ制御弁１５のデューティ制御を、図２のフローチャートに従って説明する。
【００２５】
ステップ１では、アイドルでパージを開始する状態か否かを判定する。
アイドルでパージを開始する状態であると判定されたときは、ステップ２へ進み、パージ制御弁１５の駆動周波数を高周波数、具体的には４０Ｈｚに設定する。
ステップ３では、前記駆動周波数でデューティ制御を開始する。
【００２６】
ステップ４では、濃度センサ１６によって検出されるパージガス濃度と燃料噴射量補正係数とに基づいて、パージガスの流量を算出する。
図３は、上記ステップ４における蒸発燃料のパージガス流量演算ルーチンのフローチャートを示す。
ステップ１１では、機関回転速度Ｎｅ、吸入空気量Ｑａを読み込む。
【００２７】
ステップ１２では、前記機関回転速度Ｎｅ、吸入空気量Ｑａとに基づいて、基本燃料噴射量Ｔｐを算出ないしマップ参照する。
ステップ１３では、燃料噴射量の補正割合Ａ％（空燃比フィードバック補正係数αの補正割合）を算出して読み込む。
ステップ１４では、パージ影響分による減量燃料量Ｐを次式により演算する。
【００２８】
Ｐ＝Ｔｐ×Ａ／１００
ステップ１５では、パージガス濃度Ｍを読み込む。
ステップ１６では、パージガス流量Ｑｐを、次式によって演算する。
Ｑｐ＝ｋ×Ｐ×Ｎｅ×（気筒数／２）／Ｍ
ｋ：定数
図２に戻って、ステップ５では、ステップ１６で推定されたパージガス流量が目標値α(L/min)に到達したか否かを判定し、到達したときに、ステップ６へ進む。
【００２９】
ステップ６では、そのときのパージ制御弁１５の駆動時間ａ（ms）を算出する。この駆動時間ａは、無効時間によってばらつき無効時間が大きいほど駆動時間ａが増大する。
ステップ７では、前記駆動時間ａ（ms）に対応する低周波数、具体的には１０Ｈｚ駆動でのデューティ値Ｂ０％を演算する。該デューティ値Ｂ０％は、前記４０Ｈｚでのデューティ値Ａ％に周波数比（１０／４０）を乗じた値（Ｂ０＝Ａ／４）となる。
【００３０】
ステップ８では、１０Ｈｚの駆動で同一の流量α(L/min)を得るために、前記デューティ値Ｂ０％に加算されるべき増加分Ｃ％を以下のように算出する。
１０Ｈｚ駆動でデューティ値Ｂ０％で得られるパージガス流量は、目標値α(L/min)に周波数比（１０／４０）を乗じた値α／４(L/min)となり、不足分３α／４(L/min)を得るのに必要なＣ％を、図４に示される流量特性（流量−デューティ値）において、前記不足分３α／４(L/min)に最大傾きｔ（流量／デューティ値）で除算して算出する。
【００３１】
ステップ９では、最終的に１０Ｈｚの駆動周波数におけるデューティ値Ｂを、次式のように算出する。
Ｂ＝Ｂ０＋Ｃ＝Ａ／４＋（３α／４）／ｔ
ここで、前記パージガス流量の不足分に対応するデューティ値を、パージ制御弁の流量特性の最大傾きｔで除算して算出するようにしたため、実際の不足分より少なめに算出されることになる。
【００３２】
ステップ１０では、パージ制御弁１５の駆動周波数を高周波数（４０Ｈｚ）から低周波数（１０Ｈｚ）に切り換えると共に、デューティ値をＡ％からＢ％に切り換える。
このように、パージガス流量の低流量域ではパージ制御弁１５の駆動周波数を高周波数とすることで、パージ開始時の空燃比段差を抑制できるので安定した運転性を確保でき、高流量域では駆動周波数を低周波数とすることで、流量精度と耐久性を確保できる。
【００３３】
また、切り換え前のパージガス流量とパージ制御弁のデューティ値に基づいて（実駆動時間ａの算出を介して）、切り換え後のデューティ値を設定するようにしたので、パージ制御弁の流量特性（流量−デューティ値）のバラツキがあっても駆動周波数切換による流量誤差を少なくできる。
図４は上記のことを示す。すなわち、パージ制御弁は流量特性の中央値（基準値）に対し、バラツキの上限と下限を有し、（Ａ）のバラツキの無い中央値であるときは勿論、（Ｂ）のバラツキが下限にあるとき、及び（Ｃ）のバラツキが上限にあるときでも、それぞれ切り換え前の流量α，α'，α”(L/min)に近い切り換え後の流量β，β'，β”(L/min)を得ることができる。
【００３４】
因みに、上記のような切り換え前のパージ流量とデューティ値とに基づくことなく、流量特性が中央値にあることを想定して作成したマップを参照して、駆動周波数を高周波数（４０Ｈｚ）から低周波数（１０Ｈｚ）に切り換えた場合には、パージ制御弁の実際の流量特性のバラツキが下限である場合は、（Ｂ）でγ'で示すように実質的に流量０となってしまい、逆に、パージ制御弁の実際の流量特性のバラツキが上限である場合は、（Ｂ）でγ”で示すように、極めて大きな流量となってしまう。
【００３５】
さらに、高周波数から低周波数への切り換えに際して、前記流量不足分に対応するデューティ値Ｃ％を、パージ制御弁の流量特性の最大傾きｔを用いて少なめに算出するようにしたため[図４、α，α'，α”→β，β'，β”（＜α，α'，α”）]、切り換え時に空燃比が過剰リッチとなることを確実に防止でき、失火発生（運転性悪化）を防止できる。
【００３６】
すなわち、燃料噴射弁５からの燃料噴射量は、図５に示すように、中央値を１００％として例えば±２５％に補正可能領域を作り、センサ系のノイズバラツキを拾ってしまい誤った燃料噴射量が算出された場合にも、そのまま誤った燃料噴射量が設定されないように、リミッタを超えての設定を行わないようにしている。
【００３７】
該燃料噴射量の設定は、前記空燃比センサ２７で検出される空燃比の信号に基づいてフィードバック制御され、パージを行わない場合には補正値は基本的に０であり、１００％を中心に振れるようになっている。
ここで、不確定な因子として、パージ制御弁の駆動周波数切り換えによりパージ量が増加方向に急激に変化すると、約５％分は減算することは可能であるが、補正幅上限となり、燃料噴射量を補正することができず空燃比がリッチとなる。このリッチ度合いが高くなると機関が失火する問題が発生する。
【００３８】
これに対し、上記実施形態のように、パージガス流量が減少するように変化させる場合には、流量が減少した分だけ燃料噴射量を増量する方向（１００％に戻る方向）に補正を行うだけであり、直ちに燃料噴射量を補正しなおすことは可能であり、上記過剰リッチを抑制しつつ、空燃比を適正値に維持できるのである。なお、本発明は、キャニスタからの蒸発燃料処理に適用するのが最も効果的であるが、クランクケース等に溜まる蒸発燃料を含むブローバイガスを機関吸気系に吸引処理する制御弁によるパージ制御等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置のシステム構成を示す図。
【図２】実施形態におけるパージ制御のメインルーチンのフローチャート。
【図３】同上パージ制御においてパージガス流量を算出するサブルーチンのフローチャート。
【図４】同上実施形態においてパージ制御弁の駆動周波数を切り換えたときの変化を示す図。
【図５】同上パージ制御時における燃料噴射弁からの燃料噴射量の変化を示す図。
【符号の説明】
１    内燃機関
５    燃料噴射弁
８    触媒
９    燃料タンク
１０    キャニスタ
１１    吸着剤
１２    蒸発燃料導入管
１３    新気導入口
１４    パージ配管
１５    パージ制御弁
１６    濃度センサ
２０    コントロールユニット
２１    クランク角センサ
２７    空燃比センサ
【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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