(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内直噴エンジンにおいて、理論空燃比運転とリーンバーン運転の切り替えに際して、キャニスタにおける燃料蒸気の吸着状態を検知して吸着量が多いと判定したときには、リーンバーン運転に優先して理論空燃比運転を行ってキャニスタのパージを行い、吸着量が少ないと判定したときには、リーンバーン運転を行うことを特徴とする内燃機関のエバポパージ制御方法。
【請求項２】
燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内直噴エンジンにおいて、燃料の給油後の内燃機関の始動時に一定時間理論空燃比運転を行ってキャニスタのパージを図り、その後の理論空燃比運転とリーンバーン運転の切り替えに際して、キャニスタにおける燃料蒸気の吸着状態を検知して吸着量が多いと判定したときには、リーンバーン運転に優先して理論空燃比運転を行ってキャニスタのパージを行い、吸着量が少ないと判定したときには、リーンバーン運転を行うことを特徴とする内燃機関のエバポパージ制御方法。
【請求項３】
前記キャニスタの大気口側と吸気管側との差圧を圧力センサにより検出して前記キャニスタの燃料蒸気の吸着状態の判定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のエバポパージ制御方法。
【請求項４】
前記キャニスタと吸気管との途中に流量センサを設けて、その流量変化から前記キャニスタの燃料蒸気の吸着状態の判定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のエバポパージ制御方法。
【請求項５】
排気管にＯ２ センサを設けて酸素濃度から前記キャニスタの燃料蒸気の吸着状態の判定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のエバポパージ制御方法。
【請求項６】
前記キャニスタに温度センサを設けて活性炭温度から前記キャニスタの燃料蒸気の吸着状態の判定を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関のエバポパージ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料タンクから蒸発する燃料蒸気を、大気中に放出することを抑制する内燃機関のエバポパージ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来燃料タンク内で蒸発した燃料蒸気は、タンク内圧が一定の圧力になるとワンウェイ・バルブが作動して燃料タンクから排出されてキャニスタに一旦吸着貯留され、エンジン作動時に吸気管の負圧によりキャニスタの大気導入路から外気を導入してキャニスタに吸着している燃料蒸気が脱離され、吸気管内に導出されて燃焼していた。（これを一般には「キャニスタ・ストーレッジ方式」と称するが、本発明においては、これをもって「エバポシステム」又は「エバポパージ制御」と称する。）
一方、近年燃費低減要求の高まりから燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内直噴エンジンが開発され、実用化されている。そして、筒内直噴エンジンのエバポシステムは、従来のポート噴射エンジンのエバポシステムとほぼ同じものを採用しているのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のポート噴射エンジンでは、燃料と空気が一定の割合（約１：１４．６）で均一に混ざりあった状態の混合気を吸入し、燃焼させることで出力を発生させており、エンジン回転数と吸気管圧力信号（吸入空気量に相当）をもとに燃料噴射量を決定している。
これに対して、筒内直接噴射エンジンでは、スロットルバルブを開き多量の空気を吸入した上で、スパークプラグ近辺にのみ必要な燃料を供給し、燃焼させることで燃費向上を実現しており、吸気管圧力は大気圧に近く、燃料噴射量を決定する情報とはならない。
【０００４】
従って、ポート噴射エンジンのエバポシステムではスロットルバルブの開閉によってできる吸気管負圧を利用してキャニスタに吸着している燃料蒸気を脱離してキャニスタを再生していたのに対し、筒内直噴エンジンではスロットルバルブはほぼ全開状態である。筒内直噴エンジンにおいても高速、高負荷領域では空気量を若干絞り、理論空燃比で運転され、その時には吸気管負圧が得られるが、ポート噴射エンジンに比べ負圧が小さい上にその機会は少なく、キャニスタの大気導入路から外気を十分に導入することができず、キャニスタが再生できない。
また、キャニスタの状態をフィードバックしての制御ではないためキャニスタを再生すべき時に吸気管負圧がかかるとは限らない。
このためポート噴射エンジンのキャニスタよりも、筒内直噴エンジンのキャニスタ内が燃料蒸気で飽和状態になるスピードが早く、飽和したキャニスタは燃料タンクから排出される燃料蒸気を吸着することができず、大気に燃料蒸気が漏れだして大気汚染の恐れが出てくる。これを防ぐ手段としてはキャニスタを大型化することが考えられるが、キャニスタの搭載位置であるエンジンルーム及び燃料タンクの近辺にはスペースがあまりなく、十分な大型化はできない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関のエバポパージ制御方法を提供する。
【０００６】
請求項１に記載された内燃機関のエバポパージ制御方法においては、燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内直噴エンジンが、キャニスタにおける燃料蒸気の吸着状態に応じて適宜吸気管負圧の大きい理論空燃比運転に切り替えてキャニスタのパージを行っているので、キャニスタが飽和状態になり、大気中に燃料蒸気が漏れて大気汚染する恐れがなくなる。また、キャニスタを大型化する必要もない。
【０００７】
請求項２に記載された内燃機関のエバポパージ制御方法においては、請求項１の内燃機関のエバポパージ制御方法による効果に加えて、筒内直噴エンジンにおける給油の際に燃料タンク内に滞留している燃料蒸気のほとんどを吸着して飽和状態になっているキャニスタの再生を早急に行える。
【０００８】
請求項３，４，５に記載された内燃機関のエバポパージ制御方法は、キャニスタにおける燃料蒸気の吸着状態の判定を、それぞれ具体的に記載したもので、実質的に請求項１又は２の内燃機関のエバポパージ制御方法と同様の効果を奏するものである。
【０００９】
請求項６に記載された内燃機関のエバポパージ制御方法は、キャニスタ内の活性炭が燃料蒸気の吸着により発熱することに着目したものであり、請求項３，４又は５の内燃機関のエバポパージ制御方法と組み合わせることにより、高速道路等で定常走行が長時間続くような場合で理論空燃比運転にはなかなか切り替わらない場合においても、理論空燃比運転に切り替えてキャニスタの再生を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態の構成について図１を用いて説明する。燃料タンク１とキャニスタ２とは、燃料タンク内圧がある一定圧以上に上昇及び下降しないように制御する双方向に連通するタンク内圧弁３と給油時のみ開弁される給油弁４を介して連通している。キャニスタ２と吸気管８とは、エンジンの回転数、吸気管負圧等によってパージ流量を制御する負圧制御弁（ＶＳＶ）５を介して連通している。キャニスタ２には大気口側と吸気管側との差圧を検出する圧力センサ６と、キャニスタ２内部の活性炭の温度を検出する温度センサ７が設置されている。温度センサ７はキャニスタ２の中央部、例えば容量１／２の位置に設置することが好ましい。
【００１１】
次に、第１実施形態の作動について説明する。図４で、あるエンジン回転数での水温に対する吸気管負圧の例を示すように、運転状態がほとんどリーンバーン運転である筒内直噴エンジンにおいても、理論空燃比運転を行う際にはリーンバーン状態よりもかなり大きな吸気管負圧が発生する。
【００１２】
リーンバーン運転から加速するために理論空燃比運転に切り替わる際に、アクセルを踏み込む信号から吸入空気量を若干絞るためにスロットルバルブ９が閉じる方向に動く。その際スロットルバルブ９の後方には負圧が発生し、その負圧によりキャニスタ２の大気口から外気が導入されて吸気管８に送られる。キャニスタ２に燃料蒸気が吸着していれば導入される外気により脱離されて外気と共に燃料蒸気が吸気管８に送られる。このときのキャニスタ２の上流と下流の差圧は、外気のみが流れるのに比べて脱離された燃料蒸気分の流量が増加するため差圧が大きくなる。あらかじめ電子式制御装置（ＥＣＵ）に吸着管負圧に対するキャニスタ２の新品状態から吸着量が小さい場合の差圧幅ΔＰを記憶させておき、差圧を圧力センサ６でモニタする。例えば差圧がＥＣＵ（電子式制御装置）に記憶されているΔＰの範囲を越えたら、運転状態を通常はリーンバーン運転に戻す場合でも差圧がΔＰの範囲に低下するまで理論空燃比運転を継続させ、その後は通常の制御にて運転モードを切り替える。
【００１３】
前記したように圧力センサ６を使用してのキャニスタの吸着状態の判定は、一旦理論空燃比運転に切り替わってからの制御であったが、高速道路等で定常走行が長時間続くような場合は理論空燃比運転にはなかなか切り替わらない。しかしながら、燃料タンク１からの燃料蒸気のキャニスタ２への流入は起こっているため、キャニスタ２の再生が行われずにキャニスタ２が飽和状態になる恐れがある。
そこで、キャニスタ２内に封入されている活性炭は燃料蒸気を吸着すると発熱するという特性を利用し、キャニスタ２の例えば中央部の容量１／２の位置に設置した温度センサ７による活性炭温度をモニタし、温度が上昇してあらかじめＥＣＵに記憶させておいた温度を越えたら、キャニスタ２に燃料蒸気が十分に吸着したと判定し、即理論空燃比運転に切り替える。その後の作動は、前記したように圧力センサ６で差圧をモニタして、キャニスタ２の吸着状態によって運転モードを切り替えればよい。
【００１４】
さらに、キャニスタ２に設置した温度センサ７による活性炭温度をモニタしている場合は、次のような制御も可能である。
一般にＯＲＶＲ規制対応車は給油の際に燃料タンク１内で滞留している燃料蒸気のほとんどがキャニスタ２に吸着される。このときキャニスタ２の吸着状態はほぼ飽和しているため早急にキャニスタ２の再生が必要となる。前述したように活性炭は燃料蒸気の吸着により発熱するため、温度センサ７は活性炭温度の上昇を検知して給油直後からの運転を理論空燃比運転にしてキャニスタ２の再生を図ることができる。
【００１５】
次に、第２実施形態について図２を用いて説明する。第１実施形態との構成上の違いは、キャニスタ２の上流と下流の差圧を検知する圧力センサ６に代えて、キャニスタ２と吸気管８の連通路に流量センサ６１を設置したことにあり、これによりキャニスタ２の燃料蒸気の吸着状態の判定方法が異なる。
【００１６】
キャニスタ２に燃料蒸気が吸着していない状態を基準として考えると、吸気管負圧に対するキャニスタ２の大気口からの吸い込み空気量Ｑはほぼ一義的に決まる。あらかじめＥＣＵに吸い込み空気量Ｑを記憶させておき、キャニスタ２に燃料蒸気が吸着していれば吸い込み空気によって脱離された分だけ流量が増加するため、それを流量センサ６１によりモニタし、流量増量分がキャニスタ２内の燃料蒸気の吸着量が少なくなったと判定できる（例えば流量増量＝Ｑ×１．１）まで理論空燃比運転を継続する。こうしてキャニスタ２のパージを行う。
【００１７】
また、第２実施形態においても、第１実施形態と同じようにキャニスタ２に温度センサ７を設置して活性炭温度をモニタすることにより、前述したような第１実施形態と同じ運転モードとすることができる。
【００１８】
次に、第３実施形態について図３を用いて説明する。第３実施形態は、第１実施形態の圧力センサ６及び第２実施形態の流量センサ６１に代えて、排気管１０にＯ2 センサ６２を設置したもので、これによりキャニスタ２の燃料蒸気の吸着状態の判定方法が異なっている。
【００１９】
理論空燃比運転に切り替わった際、吸入空気量を若干絞ってインジェクタの噴射量を調整することとなるが、その際の吸気管負圧によりキャニスタ２に吸着している燃料蒸気が脱離して吸気管８に送られインジェクタから噴射された燃料と一緒に筒内に入り燃焼する。このとき、理論空燃比に対してキャニスタ２からの燃料蒸気の混入によりＯ2 センサ６２の出力はリッチ側にずれるため、噴射量を減らして理論空燃比に戻すことが行われる。キャニスタ２からの燃料蒸気の混入がなくなればその分今度はＯ2 センサ６２の出力がリーン側にずれるため、この状態になるまで理論空燃比運転を継続させればキャニスタ２を再生させることができる。
【００２０】
また、第３実施形態においても、第１実施形態と同じようにキャニスタ２に温度センサ７を設置して活性炭温度をモニタすることにより、前述したような第１実施形態と同じ運転モードとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての内燃機関のエバポパージ制御方法を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態としての内燃機関のエバポパージ制御方法を示す回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態としての内燃機関のエバポパージ制御方法を示す回路図である。
【図４】理論空燃比運転とリーンバーン運転の吸気管の負圧の状態を比較した線図である。
【符号の説明】
１…燃料タンク
２…キャニスタ
３…タンク内圧弁
４…給油弁
５…負圧制御弁（ＶＳＶ）
６…圧力センサ
７…温度センサ
８…吸気管
９…スロットルバルブ
１０…排気管
１１…インジェクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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