(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
前記キャニスタとエンジンの吸気通路とを連通する配管を開閉するパージバルブと、
を有する蒸発燃料処理装置であって、
少なくとも排気バルブの開弁期間のクランク角に基づいて前記パージバルブの前後の圧力の圧力比を計算する圧力比計算手段と、
前記圧力比に基づいて、目標パージ率を達成するためのパージバルブ開口面積を計算するパージバルブ開口面積計算手段と、
を有することを特徴とする蒸発燃料処理装置。
【請求項２】
前記圧力比計算手段は、さらに少なくともエンジン回転速度、スロットル開口面積を含む演算式に基づいて前記パージバルブの前後の圧力の圧力比を計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項３】
前記圧力比計算手段は、以下の式でパージバルブの前後の圧力の圧力比Ｐ／Ｐ0を計算する、
【数１】
0004788476.tif 000011
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項４】
前記圧力比計算手段は、以下の式でパージバルブの前後の圧力の圧力比Ｐ／Ｐ0を計算する、
【数２】
0004788476.tif 000012
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項５】
エンジン前後方向に沿ってシリンダヘッド上部に回転自在に支持され、カムが固定されたカムシャフトと、
前記カムを挿通して支持されるリンクアームと、
前記カムシャフトと平行に配置され、バルブリフト制御カムを有するバルブリフト制御シャフトと、
前記リンクアームに連結され、前記バルブリフト制御カムを挿通して支持されるロッカアームと、
前記ロッカアームに連結されるリンク部材と、
前記リンク部材に連結され、前記カムシャフトを挿通し、そのカムシャフトを中心として揺動自在であって排気バルブを開閉する揺動カムと、
を備える可変動弁機構を有し、
前記排気バルブの開弁期間のクランク角を排気量へ変換するための関数Ｆ(θ)は、以下で表される、
【数３】
0004788476.tif 000013
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項６】
前記パージバルブ開口面積計算手段は、基準ブースト圧においてパージ率が１％になるパージバルブ開口面積に対して、目標パージ率を乗算し、さらに圧力比に基づいて算出した補正係数を乗算して、目標パージ率を達成するためのパージバルブ開口面積を計算する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の蒸発燃料処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料タンクから発生する蒸発燃料を処理する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料タンク内では蒸発燃料が発生する。そこで燃料タンク〜エンジンの間にキャニスタを設け、キャニスタの活性炭でエンジン停止中に発生した蒸発燃料を吸着する。そしてエンジンが始動したら、スロットルバルブ下流の吸気管に発達する吸入負圧を利用して活性炭で吸着した燃料を脱離させて燃焼処理する(パージ処理)。
【０００３】
パージ流量は、パージバルブ前後の差圧とパージバルブ開口面積とで決まるが、差圧はアクセル踏込量などに応じて変化し任意に設定することはできない。そこで、パージ流量をコントロールするには、差圧を考慮してパージバルブの開口面積(パージバルブ開度)を制御する必要がある。パージバルブ前後の差圧は、インマニ圧と大気圧との差圧である。インマニ圧は吸気スロットルの開度に応じて変化するが、可変バルブタイミング機構によってバルブの開閉タイミングを変更した場合には、インマニ圧は吸気スロットルの開度のみならず、バルブの開閉タイミングによっても変化する。そこで特許文献１では、可変バルブタイミング機構の作動量ごとに用意されたマップを切り替えてパージバルブの開度を決めていた。
【特許文献１】特開平１０−３１８０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前述した従来の方法では、マップを用意するための適合工数が多大であった。さらにバルブの開閉タイミング及びリフト量の両方をコントロールする可変動弁機構においては、マップを用意するための適合工数が膨大なものとなる。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、マップを用意するための膨大な適合工数を必要とすることなく、所望のパージ流量を得ることができる蒸発燃料処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、  燃料タンク（２０）で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタ（１０）と、前記キャニスタ（１０）とエンジン（３０）の吸気通路（３１）とを連通する配管（２２）を開閉するパージバルブ（１４）とを有する蒸発燃料処理装置であって、少なくとも排気バルブの開弁期間のクランク角に基づいて前記パージバルブ（１４）の前後の圧力の圧力比を計算する圧力比計算手段（ステップＳ５）と、前記圧力比に基づいて、目標パージ率を達成するためのパージバルブ開口面積を計算するパージバルブ開口面積計算手段（ステップＳ７）とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エンジンの運転状態に基づいてパージバルブの前後の圧力の圧力比を計算し、その圧力比に基づいてパージバルブの開度を調整するので、所望のパージ流量を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による蒸発燃料処理装置を備えるエンジンの全体構成図である。
【００１０】
エンジン３０は吸気バルブ５１及び排気バルブ５２を有する。吸気バルブ５１及び排気バルブ５２は後述の可変動弁機構によってリフト量及び作動角が連続的に変更できる。エンジン３０の吸気通路３１には、吸気絞り弁３３の下流に気筒別の燃料噴射弁３４が設けられる。また排気通路３５には三元触媒（図示しない）が設けられる。三元触媒は排気中の空燃比が理論空燃比を中心とする狭い範囲にあるときに最大の転化効率を発揮して、排気中の窒素酸化物ＮＯｘを還元するとともに、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯを酸化する。
【００１１】
そこでコントローラ１００は、エアフローメータ３２からの吸入空気流量の信号、クランク角センサ３７からの信号、水温センサ３８からのエンジン冷却水温の信号等を入力し、これらの信号に基づいて基本空燃比（理論空燃比）の混合気が得られる基本噴射パルス幅Ｔｐを算出する。そしてコントローラ１００は、酸素センサ(Ｏ2センサ)３６の出力信号に基づいて空燃比フィードバック補正係数αを演算し、この空燃比フィードバック補正係数α（空燃比フィードバック補正量）で基本噴射パルス幅Ｔｐ（エンジンへの供給燃料量の基本値）を補正して燃料噴射パルス幅Ｔｉを求め、燃料噴射弁３４を開弁制御する。このようにすることで、排気中の空燃比が理論空燃比と一致し、三元触媒は最大の転化効率を発揮できる。
【００１２】
蒸発燃料処理装置１は、キャニスタ１０と、バイパスバルブ１１と、バキュームカットバルブ１２と、ドレンカットバルブ１３と、パージバルブ１４とを備え、それらのバルブがコントローラ１００によって開閉制御され、エンジン３０の燃料タンク２０で発生した蒸発燃料を処理する。
【００１３】
キャニスタ１０は、配管２１を介して燃料タンク２０に連通し、配管２２を介してエンジン３０のスロットルバルブ３３よりも下流の吸気通路３１に連通する。キャニスタ１０は、内部に燃料吸着剤（活性炭）１０ａを有する。キャニスタ１０は大気解放口１０ｂを備える。この大気解放口１０ｂは、ドレンカットバルブ１３によって開閉される。
【００１４】
バイパスバルブ１１及びバキュームカットバルブ１２は、配管２１に並列に設けられる。バキュームカットバルブ１２は、燃料タンク２０の内圧が大気圧よりも低くなると開弁する。
【００１５】
パージバルブ１４は、配管２２に設けられる。パージバルブ１４は、キャニスタ１０の燃料吸着剤（活性炭）１０ａに吸着されている燃料を脱離させるときに開弁する。配管２２には、配管内の圧力を測定する圧力センサ２３が設けられる。
【００１６】
燃料タンク２０で発生した蒸発燃料は、配管２１を介してキャニスタ１０に導かれ、燃料成分だけがキャニスタ１０の活性炭１０ａに吸着され、残りの空気は大気解放口１０ｂから外部に放出される。
【００１７】
この活性炭１０ａに吸着された燃料を処理するときは、パージバルブ１４を開弁し、スロットルバルブ３３の下流に発達した吸入負圧によって大気解放口１０ｂからキャニスタ１０に新気を導入する。これによって活性炭１０ａに吸着されていた燃料が脱離して、新気とともに配管２２を介してエンジン３０の吸気通路３１に吸入される（以下、この処理を「パージ処理」という）。
【００１８】
コントローラ１００は、パージ処理中、エンジン燃焼安定性や、排気エミッションを悪化させない範囲で可能な限り高い目標パージ率（吸入空気流量に対するパージ流量の比率）を設定し、その目標パージ率を実現するようにパージバルブ１４を駆動する。
【００１９】
さらに、パージ処理を行っているときは、パージガス中の燃料及び空気がエンジンに供給されることになるので、そのパージ率及びパージ濃度に応じて燃料噴射量を補正し、エンジン３０の空燃比変動を抑える。
【００２０】
コントローラ１００は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。
【００２１】
上述の通り、吸気バルブ５１及び排気バルブ５２は可変動弁機構によってリフト量及び作動角が連続的に変更できる。ここで図２に沿って可変動弁機構について簡単に説明する。
【００２２】
可変動弁機構２００は、カムシャフト２１０と、リンクアーム２２０と、バルブリフト制御シャフト２３０と、ロッカアーム２４０と、リンク部材２５０と、揺動カム２６０とを備え、揺動カム２６０の揺動によって排気バルブ５２ａを開閉する。
【００２３】
カムシャフト２１０は、エンジン前後方向に沿ってシリンダヘッド上部に回転自在に支持される。カムシャフト２１０の一端は、カムスプロケット２７０に挿入される。カムスプロケット２７０は、エンジンのクランク軸からトルクが伝達されて回転する。カムシャフト２１０は、カムスプロケット２７０とともに回転する。カムシャフト２１０は、油圧によってカムスプロケット２７０に対して相対回転し、カムスプロケット２７０に対する位相を変更できる。このような構造によって、クランク軸に対するカムシャフト２１０の回転位相を変更できる。カムシャフト２１０にはカム２１１が固定される。カム２１１はカムシャフト２１０と一体回転する。またカムシャフト２１０にはカム２６１が固定される。カム２６１はカムシャフト２１０と一体回転する。カム２６１は排気バルブ５２ｂを開閉する。
【００２４】
リンクアーム２２０はカム２１１を挿通して支持される。
【００２５】
バルブリフト制御シャフト２３０は、カムシャフト２１０と平行に配置される。バルブリフト制御シャフト２３０にはバルブリフト制御カム２３１が一体形成される。バルブリフト制御シャフト２３０はアクチュエータ２８０によって所定回転角度範囲内で回転するように制御される。
【００２６】
ロッカアーム２４０はバルブリフト制御カム２３１を挿通して支持され、リンクアーム２２０に連結される。
【００２７】
リンク部材２５０は、ロッカアーム２４０に連結される。
【００２８】
揺動カム２６０は、カムシャフト２１０を挿通し、カムシャフト２１０を中心として揺動自在である。揺動カム２６０は、リンク部材２５０に連結される。揺動カム２６０は上下動して、タペット５３を介して排気バルブ５２ａを押し下げる。
【００２９】
続いて図３を参照して可変動弁機構２００の動作を説明する。
【００３０】
図３(Ａ−１)(Ａ−２)は排気バルブ５２ａのリフト量を最大にするときの様子を示す図である。図３(Ａ−１)は排気バルブ５２ａが閉弁状態であって揺動カム２６０の揺動方向が反転するときの様子を示す。すなわちこのときカムノーズ２６０ｂが最高位置にある。図３(Ａ−２)は排気バルブ５２ａが開弁状態であって揺動カム２６０の揺動方向が反転するときの様子を示す。すなわちこのときカムノーズ２６０ｂが最低位置にある。
【００３１】
図３(Ｂ−１)(Ｂ−２)は排気バルブ５２ａのリフト量を最小にするときの様子を示す図である。図３(Ｂ−１)はカムノーズ２６０ｂが最高位置にあり、揺動カム２６０の揺動方向が反転するときの様子を示す。図３(Ｂ−２)はカムノーズ２６０ｂが最低位置にあり、揺動カム２６０の揺動方向が反転するときの様子を示す。本実施形態では排気バルブ５２ａの最大リフト量がゼロである。そのため、図３(Ｂ−１)(Ｂ−２)では揺動カム２６０の作動にかかわらず、排気バルブ５２ａは常に閉弁状態である。
【００３２】
排気バルブ５２ａのリフト量を大きくするには、図３(Ａ−１)(Ａ−２)に示すように、バルブリフト制御シャフト２３０を回転してバルブリフト制御カム２３１の位置を下げ、軸心Ｐ１を軸心Ｐ２の下方にセットする。これによりロッカアーム２４０は、全体が下方に移動する。
【００３３】
この状態でカムシャフト２１０を回転駆動すると、その駆動力が、リンクアーム２２０→ロッカアーム２４０→リンク部材２５０→揺動カム２６０と伝達する。
【００３４】
図３(Ａ−１)のように、カム２１１がカムシャフト２１０よりも左側にあるときは揺動カム２６０の基円部２６０ａがタペット５３に当接しており、このとき排気バルブ５２ａは閉弁する。
【００３５】
図３(Ａ−２)のように、カム２１１がカムシャフト２１０よりも右側にあるときは揺動カム２６０のカムノーズ２６０ｂがタペット５３に当接しており、このとき排気バルブ５２ａは開弁する。
【００３６】
排気バルブ５２ａのリフト量を小さくするには、図３(Ｂ−１)(Ｂ−２)に示すように、バルブリフト制御シャフト２３０を回転してバルブリフト制御カム２３１の位置を上げ、軸心Ｐ１を軸心Ｐ２の右斜上方にセットする。これによりロッカアーム２４０は、全体が上方に移動する。
【００３７】
この状態でカムシャフト２１０を回転駆動すると、その駆動力が、リンクアーム２２０→ロッカアーム２４０→リンク部材２５０→揺動カム２６０と伝達する。
【００３８】
図３(Ｂ−１)のように、カム２１１がカムシャフト２１０よりも左側にあるときは揺動カム２６０の基円部２６０ａがタペット５３に当接しており、このとき排気バルブ５２ａは閉弁する。
【００３９】
図３(Ｂ−２)のように、カム２１１がカムシャフト２１０よりも右側にあるときであっても揺動カム２６０の基円部２６０ａがタペット５３に当接しており、このとき排気バルブ５２ａは閉弁する。
【００４０】
このように、バルブリフト制御シャフト２３０を回転してバルブリフト制御カム２３１の位置を上げ、軸心Ｐ１を軸心Ｐ２の右斜上方にセットした場合には、カムシャフト２１０が回転して揺動カムが揺動しても、排気バルブ５２ａは常に閉弁する。
【００４１】
図４は可変動弁機構２００による排気バルブ５２ａのリフト量及び開閉時期を示す図である。実線はバルブリフト制御シャフト２３０を回転したときの排気バルブ５２ａのリフト量及び開閉時期を示す図である。破線はカムシャフト２１０のカムスプロケット２７０に対する位相を変更したときの排気バルブ５２ａの開閉時期を示す図である。
【００４２】
上述した可変動弁機構２００の構造によれば、排気バルブ５２ａのリフト量及び作動角を連続的に変更することができる。このようにバルブリフト制御シャフト２３０の角度及びカムシャフト２１０のカムスプロケット２７０に対する位相を変更することで、排気バルブ５２ａのリフト量及び作動角を連続的に自在に変更することができる。
【００４３】
上述のようにバルブの開閉タイミング及びリフト量の両方をコントロールする可変動弁機構において、パージバルブの開度を決めるために、開閉タイミング及びリフト量ごとにマップを用意には、膨大な適合工数を要する。
【００４４】
そこで本発明では、計算によってパージバルブの開度を決定するようにした。以下ではコントローラ１００の具体的な制御ロジックについて図５のフローチャートに沿って説明する。
【００４５】
ステップＳ１においてコントローラ１００は、エアフローメータ３２の信号に基づいて吸入空気量Ｑを検出する。
【００４６】
ステップＳ２においてコントローラ１００は、基準ブースト圧においてパージ率が１％になるパージバルブ開口面積Ｓp1を以下の式(1)に基づいて算出する。
【００４７】
【数１】
0004788476.tif 000002
【００４８】
ステップＳ３においてコントローラ１００は、目標パージ率Ｂ(％)を読み込む。なお目標パージ率は、上述のように、パージ処理中、エンジン燃焼安定性や、排気エミッションを悪化させない範囲で可能な限り高い目標パージ率が設定されている。
【００４９】
ステップＳ４においてコントローラ１００は、基準ブースト圧においてパージ率がＢ％になるパージバルブ開口面積Ｓp2を以下の式(2)に基づいて算出する。
【００５０】
【数２】
0004788476.tif 000003
【００５１】
ステップＳ５においてコントローラ１００は、圧力比(Ｐ／Ｐ0)を推定する。具体的には以下の式(3)に基づいて計算する。
【００５２】
【数３】
0004788476.tif 000004
【００５３】
なおこの式(3)は以下のようにして求めたものである。すなわち排気空気量Ｑoutは以下の式(4)で求められる。
【００５４】
【数４】
0004788476.tif 000005
【００５５】
また吸入空気量Ｑinは以下の式で求められる。
【００５６】
【数５】
0004788476.tif 000006
【００５７】
Ｑout＝Ｑinとして、Ｐ／Ｐ0について解くと式(3)が導かれる。
【００５８】
なお、バルブリフト量及び作動角を連続的に変更する上記可変動弁機構を使用する場合は、バルブリフト量と作動角とは一対一の対応関係があり、Ｆ(θ)は以下の式で表される。
【００５９】
【数６】
0004788476.tif 000007
【００６０】
ステップＳ６においてコントローラ１００は、あらかじめＲＯＭに格納された図６に示す特性のマップに基づいて負圧補正係数ＫHOSを求める。このマップはあらかじめ実験を通じて設定される。
【００６１】
ステップＳ７においてコントローラ１００は、目標パージ率Ｂ(％)を達成するためのパージバルブ開口面積Ｓpを計算する。
【００６２】
図７に示すタイムチャートを参照して本発明による蒸発燃料処理装置の動作を説明する。
【００６３】
エンジンの回転速度Ｎｅを一定に維持したまま(図７(Ａ))、スロットル開口面積を絞ったときを(図７(Ｂ))、考える。
【００６４】
バルブリフト量を変更しなければ、図７(Ｃ)に示すようにインマニ負圧は発達するが、可変動弁機構２００によってバルブリフト量を小さくすると(図７(Ｄ))、インマニ圧力Ｐが大きくなるので(負圧は小さくなる)、圧力比(Ｐ／Ｐ0)は大きくなり、パージバルブ開度を等開度で維持しておくとパージ流量は下がる(図７(Ｇ))。
【００６５】
本実施形態によれば、排気バルブのリフト量及び作動角を変更した場合の圧力比(Ｐ／Ｐ0)を推定し、その推定値に基づいてパージバルブの開度を調整するので、所望のパージ流量を得ることが可能である。
【００６６】
（第２実施形態）
本実施形態では、圧力比(Ｐ／Ｐ0)を以下の式(3-2)で推定する。具体的には以下の式に基づいて計算する。
【００６７】
【数７】
0004788476.tif 000008
【００６８】
なおこの式(3-2)は式(3)に対してシリンダ残ガス量GASを考慮した。この式(3-2)は、排気行程においてもシリンダから排出されないシリンダ残ガス量を減算して求めた排気空気量Ｑoutに基づいて求めたものである。すなわち排気空気量Ｑoutは以下の式で求められる。
【００６９】
【数８】
0004788476.tif 000009
【００７０】
この排気空気量Ｑoutと、式(5)の吸入空気量Ｑinとが等価であるして、Ｐ／Ｐ0について解くと式(3-2)が導かれる。
【００７１】
なおシリンダ残ガス量GASは、エアフローメータ３２の検出信号に基づく吸入空気量と目標吸入空気量との差分から計算すればよい。またエンジン運転状態、バルブタイミング状態に基づいて推定してもよい。
【００７２】
また、バルブリフト量及び作動角を連続的に変更する上記可変動弁機構を使用する場合は、バルブリフト量と作動角とは一対一の対応関係があり、Ｆ(θ)は以下の式で表される。
【００７３】
【数９】
0004788476.tif 000010
【００７４】
本実施形態によれば、シリンダ残ガス量を考慮することでパージバルブ開度を一層精緻に制御することが可能である。
【００７５】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明による蒸発燃料処理装置を備えるエンジンの全体構成図である。
【図２】可変動弁機構を説明する図である。
【図３】可変動弁機構の動作を説明する図である。
【図４】可変動弁機構による排気バルブのリフト量及び開閉時期を示す図である。
【図５】コントローラの具体的な制御ロジックを説明するフローチャートである。
【図６】負圧補正係数を求めるための特性マップの一例を示す図である。
【図７】本発明による蒸発燃料処理装置の動作を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７７】
１  蒸発燃料処理装置
１０  キャニスタ
１４  パージバルブ
２２  配管
３０  エンジン
３１  吸気通路
１００  コントローラ
２００  可変動弁機構
ステップＳ５  圧力比計算手段
ステップＳ７  パージバルブ開口面積計算手段
【図２】
0004788476.tif 000014
【図３】
0004788476.tif 000015
【図４】
0004788476.tif 000016
【図５】
0004788476.tif 000017
【図６】
0004788476.tif 000018
【図７】
0004788476.tif 000019
【図１】
0004788476.tif 000020