JPH05321711A

JPH05321711A - 内燃機関の蒸発燃料制御装置

Info

Publication number: JPH05321711A
Application number: JP12176492A
Authority: JP
Inventors: Hisahiro Suzumura; 寿浩鈴村; Hisashi Iida; 飯田　　寿; Toshio Kondo; 利雄近藤; Shigenori Isomura; 磯村　　重則
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-05-14
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1993-12-07
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: JP3128945B2

Abstract

(57)【要約】【目的】パージが行われたときの内燃機関の空燃比の
乱れを防止する。【構成】内燃機関の蒸発燃料制御装置において、キャ
ニスタ３７と制御弁４０との間に蒸発燃料中の酸素濃度
を検出する酸素濃度センサ４６を設ける。このセンサ４
６で検出された酸素濃度より、蒸発燃料中の燃料成分密
度を算出する。一方、内燃機関の吸気負圧と制御弁４０
の開度とから蒸発燃料流量を算出する。この燃料成分密
度と蒸発燃料流量とから、サージタンク３５内へ供給さ
れる蒸発燃料中の燃料成分重量を算出する。この燃料成
分重量だけ、内燃機関の燃料噴射弁４の噴射量を減量補
正する。これによって、パージした時点の内燃機関の空
燃比が乱れることを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の蒸発燃料制御
装置に関し、特に酸素濃度センサ等より蒸発燃料中の燃
料成分重量を算出し、パージ時の内燃機関の空燃比が乱
れないものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料タンク内に発生する蒸発燃料
を、一時的にキャニスタに貯蔵し、内燃機関の運転中、
吸気負圧でキャニスタから内燃機関の吸気系に適宜供給
させる、いわゆるパージを行う蒸発燃料制御装置が知ら
れている。この装置によって、燃料タンク内の蒸発燃料
は燃焼され、大気中に放出されるのを防止する。ここ
で、蒸発燃料がパージされたとき、内燃機関の空燃比が
変動することを抑止するために特開昭６２─２３３４６
６号公報が開示されている。

【０００３】この公報によると、まず蒸発燃料のパージ
を少量で行い、吸気系に供給された蒸発燃料によって変
化する空燃比を、排気系に設けられた空燃比センサで検
出する。そして、この値を吸気系の吸入空気量と供給燃
料量とを調整する空燃比制御手段にフィードバックさせ
て、パージによる空燃比偏差を求めている。このとき、
この空燃比偏差が所定値内であれば大量パージへ移行さ
せ、空燃比偏差が所定値を上回るときには大量パージへ
の移行を禁止するパージ量制御が行われる。これによっ
て、パージによる空燃比の変動が急激に発生することを
防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記公報
では、パージされる蒸発燃料中の燃料成分の重量を内燃
機関へ供給する前に把握することができないため、内燃
機関へ供給される合計の燃料の量を把握することができ
ない。したがって、吸気に付加された蒸発燃料が、吸気
の総合的な空燃比を多少とも変動させてしまう。その結
果、機関を常に最良の状態で安定に運転しながら蒸発燃
料を吸気中へパージすることが困難になるという問題が
あった。

【０００５】本発明は、上記問題に鑑み、蒸発燃料中の
酸素濃度から蒸発燃料中の燃料重量を算出し、その重量
分だけ燃料噴射弁から噴射される燃料量を減少させて、
パージした時点の内燃機関の空燃比が乱れることを防止
する内燃機関の蒸発燃料制御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】本発明は、上記目的を達
成するため図６のクレーム対応図に示すように、燃料タ
ンクと連通し、前記燃料タンクの蒸発燃料を内燃機関の
吸気系ヘ供給する放出通路５０と、前記放出通路５０を
開閉し前記吸気系への蒸発燃料流量を調整する開閉手段
５１と、前記燃料タンクと前記開閉手段５１との間の前
記放出通路５０に設けられ、前記吸気系へ供給される蒸
発燃料中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段５２
と、前記開閉手段５１の開度と内燃機関の運転状態とか
ら蒸発燃料流量を算出する蒸発燃料流量算出手段５３
と、前記酸素濃度検出手段５２で検出された酸素濃度か
ら蒸発燃料中の燃料成分密度を算出する燃料成分密度算
出手段５４と、前記蒸発燃料流量算出手段５２より算出
された蒸発燃料流量と、前記燃料成分密度算出手段５４
より算出された燃料成分密度とから蒸発燃料中の燃料成
分重量を算出する燃料成分重量算出手段５５と、前記燃
料成分重量算出手段５５より算出された燃料成分重量だ
け、前記内燃機関の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射
量を減量補正する制御手段５６と、を備えたことを特徴
とする内燃機関の蒸発燃料制御装置、という技術的手段
を採用する。

【０００７】また、前記燃料タンクと前記酸素濃度検出
手段との間の前記放出通路に、蒸発燃料を吸着する吸着
材を備えるキャニスタを設けてもよい。また、前記燃料
成分密度算出手段で算出される燃料成分密度が所定値未
満であるか否かに応じて、前記開閉手段の開度を制御し
てもよい。

【０００８】

【作用】本発明の内燃機関の蒸発燃料制御装置には、燃
料タンクと連通し、前記燃料タンクの蒸発燃料を内燃機
関の吸気系ヘ供給する放出通路と、この放出通路を開閉
する開閉手段とを備えている。そして、この開閉手段と
燃料タンクとの間に、酸素濃度検出手段を設ける。この
酸素濃度検出手段より、内燃機関の吸気系へ供給される
蒸発燃料中の酸素濃度を検出する。

【０００９】そして、この酸素濃度検出手段で検出され
た酸素濃度から、燃料タンクからの蒸発燃料中の燃料成
分密度が燃料成分密度算出手段によって算出される。一
方、吸気管内圧等の内燃機関の運転状態および開閉手段
の制御量より吸気系に供給される蒸発燃料流量が蒸発燃
料流量算出手段によって算出される。この燃料成分密度
と蒸発燃料流量とにより、蒸発燃料中の燃料成分重量が
燃料成分重量算出手段によって算出される。そして制御
手段によって、この燃料成分重量だけ、内燃機関の燃料
噴射弁から噴射される燃料噴射量は減量補正される。

【００１０】したがって内燃機関の空燃比は最適に制御
され、パージした時点の内燃機関の空燃比が乱れること
が防止される。

【００１１】

【実施例】本発明を適用した内燃機関の蒸発燃料制御装
置の第１実施例を説明する。図１は、本実施例の蒸発燃
料制御装置の全体構成図である。

【００１２】図１に示すように、内燃機関の多気筒エン
ジン１には、各気筒ごとに吸気管２と排気管３とが連通
されている。そして、内燃機関の吸気系である各々の吸
気管２には、電磁式の燃料噴射弁４が設けられている。
これらの各吸気管２はサージタンク３５で集合してい
る。そしてサージタンク３５へ吸入空気を流入する通路
が形成され、この通路には、エンジン１内に吸入される
吸入空気量を調節するスロットル弁５が設けられてい
る。一方、各気筒ごとに設けられた内燃機関の排気系で
ある各々の排気管３は、１つの通路に集合する。この通
路には、空燃比検出手段としての０₂センサ６が設けら
れている。この０₂センサ６は、排気ガス中の酸素濃度
に応じた電圧信号を出力する。

【００１３】燃料噴射弁４に燃料を供給する燃料供給系
統は、燃料タンク７、燃料ポンプ８、燃料フィルタ９お
よび調圧弁１０を有している。そして、燃料タンク７内
の燃料（ガソリン）が燃料ポンプ８にて燃料フィルタ９
を介して各燃料噴射弁４へ圧送されるとともに、調圧弁
１０にて各燃料噴射弁４に供給される燃料が所定圧力に
調整される。

【００１４】燃料タンク７の上部から延びる放出通路３
６は、吸着材としての活性炭を収容するキャニスタ３７
を介してサージタンク３５へ連通されている。このキャ
ニスタ３７には外気を導入するための大気開放孔３８が
設けられている。また、キャニスタ３７からサージタン
ク３５側の放出通路３６には、開閉手段としてのパージ
用電磁弁（以下、パージ弁という）４０が設けられてい
る。このパージ弁４０は、スプリング（図示せず）、弁
体４１、シート部４２、コイル４３等を備えている。こ
の弁体４１は図示しないスプリングによって、常にシー
ト部４２と当接する方向へ付勢する。また、弁体４１
は、コイル４３を励磁することで、スプリングの付勢力
に抗してシート部４２と離間する。これによって、パー
ジ弁４０のコイル４３の励磁により放出通路３６は開
き、コイル４３の消磁により放出通路３６は閉じる。ま
た、パージ弁４０は、パルス幅変調に基づくデューティ
制御により開度制御される。

【００１５】また、キャニスタ３７からパージ弁４０に
至る放出通路３６には、酸素濃度センサ４６が設けられ
ている。この酸素濃度センサ４６は、放出通路３６を通
過する蒸発燃料中の酸素濃度を検出する。

【００１６】図２に、隔膜ガルバニ電池方式の酸素濃度
センサ４６の断面図を示す。この酸素濃度センサ４６
は、両端が放出通路３６に接続するセンサハウジング４
７を備えている。そして、このセンサハウジング４７の
内部は、キャニスタ３７からの蒸発燃料が通過するガス
通路４８として作用する。また、センサハウジング４７
には貴金属電極（Ｐｔ）４９と、卑金属電極（Ｐｂ）５
０と、電解液５１とが備えられている。この貴金属電極
４９は、テフロン膜５２を介してガス通路４８中の蒸発
燃料と接している。そして、両極４９、５０間には負荷
抵抗５３が接続されている。この負荷抵抗５３の電位差
が電圧計５４により検出される。

【００１７】貴金属電極４９においては、下記の化学式
１に示す反応が進行している。

【００１８】

【化１】Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋４ｅ^-→４ＯＨ^- 一方、卑金属電極５０においては、下記の化学式２に示
す反応が進行している。

【００１９】

【化２】２Ｐｂ→２Ｐｂ²⁺＋４ｅ^- この化学式１、化学式２によって、空気中の酸素濃度に
比例した電流が流れる。

【００２０】ここで、ガス通路４８を通過する蒸発燃料
中に燃料成分が含まれないときには、酸素濃度が２１％
となる。このとき電圧計５４に出力される電圧は最大と
なる。そして、蒸発燃料中が燃料成分で全て満たされる
ときには、酸素濃度が０％となるとともに、その時の燃
料成分密度を例えば２．３２ｇ／ｌとする。このとき、
電圧計５４に出力される電圧は最小となる。

【００２１】図３に燃料成分密度と酸素濃度と出力電圧
との関係を示すマップを示す。このマップのように、酸
素濃度に比例した電圧と燃料成分密度との関係が得られ
る。すなわち、この酸素濃度センサ４６の電圧計５４に
出力される電圧は燃料成分密度と対応する。

【００２２】図１において、マイクロコンピュータで構
成された制御回路４４は、スロットル弁５の開度を検出
するスロットルセンサ（図示せず）からのスロットル開
度信号と、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ
（図示せず）からのエンジン回転数信号と、吸気管２の
内圧を検出する吸気管内圧センサ（図示せず）からの吸
気管内圧信号と、エンジン冷却水の温度を検出する水温
センサ（図示せず）からの冷却水温信号を入力する。こ
れらの信号から制御回路４４は、スロットル弁５の開
度、エンジン回転数、吸気管内圧、エンジン冷却水温を
検知する。

【００２３】さらに、制御回路４４は、上述の如く酸素
濃度センサ４６からの検出信号（電圧値）を入力し、図
３のマップを用いて燃料成分密度の算出を行う。また、
制御回路４４は、パージ弁４０と接続され、パージ弁４
０をデューティ制御する。

【００２４】次に、キャニスタ３７からサージタンク３
５へ供給される蒸発燃料の流量および燃料成分重量の算
出方法について説明する。一般的に、キャニスタ３７か
らサージタンク３５への蒸発燃料流量は吸気管内圧であ
るサージタンク３５の負圧と、パージ弁４０のデューテ
ィ制御による開度とで決まる。図４に、サージタンク負
圧が−４５０ｍｍＨｇのときの、パージ弁４０の開度を
決定するパージ弁駆動デューティと蒸発燃料流量との関
係を示すマップを示す。制御回路４４には、図４のマッ
プのように吸気管内圧とパージ弁駆動デューティとによ
って決まる蒸発燃料流量が記憶されている。制御回路４
４は、吸気管内圧信号とパージ弁駆動デューティ信号と
が入力されると、このマップを用いてパージ時の蒸発燃
料流量を算出する。

【００２５】次に、蒸発燃料中の燃料成分重量は、蒸発
燃料流量と燃料成分密度との乗算によって得られる。し
たがって、上記の如く制御回路４４で算出される燃料成
分密度と蒸発燃料流量とから、キャニスタ３７からサー
ジタンク３５へ供給される燃料成分重量は、制御回路４
４内で算出される。

【００２６】上記の算出を行う制御回路４４によるパー
ジ制御を説明する。図５は、制御回路４４で実行される
所定時間ごとに行われるパージ制御ルーチンである。

【００２７】制御回路４４は、ステップ１００でパージ
制御の実行条件が成立しているか否かを判定する。実行
条件は、例えば、アイドリング中でないときおよび燃料
カット時でないときに成立する。そして実行条件が成立
する場合は、ステップ１０１へ進み、フラグＦ＝１とな
っているか否かを判定する。このフラグＦは、図示しな
いキースイッチが投入されたときに、Ｆ＝０に再設定さ
れる。フラグＦ＝１でない場合、すなわちパージがエン
ジン１が始動してからはじめて実施される場合、ステッ
プ１０２へ進む。ステップ１０２では、全閉となってい
るパージ弁４０をα（％／ｓｅｃ）の割合で開弁する。
このαは、時間（ｓｅｃ）に対するパージ弁駆動デュー
ティ（％）の割合を示す。例えば、α＝０．２としても
よい。そして、ステップ１０３で、パージ弁が開きはじ
めてから所定時間経過するまで待機し、キャニスタ３７
の蒸発燃料が酸素濃度センサ４６へ十分に到達するよう
にする。

【００２８】そして所定時間経過後、ステップ１０４へ
進む。また、ステップ１０１でフラグＦ＝１であるなら
ば、前回からパージ制御が実行されていると判定され
て、上記ステップ１０２、１０３の処理をとびこえ、ス
テップ１０４へ進む。このステップ１０４で、酸素濃度
センサ４６で検出された蒸発燃料中の酸素濃度を読み込
む。ステップ１０４で読み込まれた酸素濃度より、ステ
ップ１０５で、図３のマップから燃料成分密度を算出す
る。また、ステップ１０６において、制御回路４４に入
力されるパージ弁４０の駆動デューティと吸気管内圧と
から図４のマップで蒸発燃料流量を算出する。次に、ス
テップ１０７へ進み、ステップ１０５、ステップ１０６
で算出された燃料成分密度と蒸発燃料流量とを乗じて燃
料成分重量Ｑ_EVPを算出する。

【００２９】次に、ステップ１０８で、燃料噴射弁４か
ら噴射される燃料噴射量Ｑ_FUELから、ステップ１０７で
算出された燃料成分重量Ｑ_EVPを減量する補正を行う。
そして、この減量補正値（Ｑ_FUEL−Ｑ_EVP）を、新たに
燃料噴射弁４から噴射される燃料噴射量とし、燃料噴射
弁４はこの補正された燃料量を噴射する。次に、ステッ
プ１０９で、フラグＦ＝１とする。

【００３０】ステップ１１０では、ステップ１０５で算
出された燃料成分密度が所定値β未満であるか否かを判
定する。燃料成分密度が所定値β未満である場合、ステ
ップ１１１へ進み、キャニスタ３７に吸着されている燃
料量は少ないと判定されて、キャニスタ３７の大気開放
孔３８から流入する空気が不必要に吸気管２へ吸入され
るのを防ぐため、パージ弁４０をα（％／ｓｅｃ）の割
合で閉じる。一方、燃料成分密度が所定値β以上の場
合、ステップ１１２へ進み、キャニスタ３７に吸着され
ている燃料量は多いと判定されて、パージ弁４０をα
（％／ｓｅｃ）の割合で開ける。これによって、キャニ
スタ３７内の吸着燃料量を減少させることができる。な
お、この所定値βは、ステップ１１１でパージ弁４０が
閉じられるときにも、まだ十分にキャニスタ３７の吸着
量の余裕があるように設定される。ここで、例えば所定
値βを、キャニスタ３７からサージタンク３５に供給さ
れる蒸発燃料中の空気と蒸発燃料成分とが理論空燃比と
なるときの密度としてもよい。

【００３１】そして、ステップ１００で実行条件が成立
していないと判定されたとき、ステップ１１１へ移行
し、パージ弁４０を閉じる。なお、パージ弁４０が全閉
となったときには、ステップ１１１のパージ弁４０の閉
弁は中止される。一方、ステップ１０２およびステップ
１１２でパージ弁４０が開いて全開となった場合にも、
パージ弁４０の開弁は中止されるようにする。

【００３２】また燃料噴射弁４の燃料噴射量は、制御回
路４４へ入力される吸気管内圧信号およびエンジン回転
数信号とで基本噴射量が決定され、スロットル開度信号
および冷却水温信号によって、この基本噴射量は補正さ
れることによって決定される。この燃料噴射量を決定す
る制御の詳細の説明は本実施例では省略する。

【００３３】以上により、パージしたときの蒸発燃料中
の単位時間当たりの燃料成分重量を、酸素濃度センサ４
６からの検出値から算出することができる。そして、パ
ージしたときに燃料噴射弁４の燃料噴射量を、この算出
された燃料成分重量分除くように制御する。これによっ
て、パージした時点の内燃機関の空燃比が乱れることを
防止できる。

【００３４】なお上記実施例では、酸素濃度０％となる
ときの燃料成分密度が２．３２ｇ／ｌであるという特性
より、任意の酸素濃度における燃料成分密度を算出して
いる。しかしながら、この特性は外気温度の違い（特に
燃料の揮発性の違い）により、上記実施例の値から変化
する場合があるときには、その値に応じた酸素濃度０％
のときの燃料成分密度を算出し、任意の酸素濃度におけ
る燃料成分密度を算出してもよい。

【００３５】また、上記実施例では、貴金属電極４９は
Ｐｔであったが、Ａｇでもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明の内燃機関の蒸発燃料制御装置
は、パージしたときに、蒸発燃料の流量を算出する一方
で蒸発燃料の酸素濃度を検出し、この酸素濃度から燃料
成分密度を算出する。この燃料成分密度と蒸発燃料流量
とから、吸気系に供給される蒸発燃料中の燃料成分重量
を算出する。そして、この燃料成分重量だけ、内燃機関
の燃料噴射弁の噴射量を減量補正する。これによって内
燃機関の空燃比は最適に制御され、パージした時点の内
燃機関の空燃比が乱れることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の蒸発燃料制御装置の全体構成図であ
る。

【図２】本実施例の酸素濃度センサの断面図である。

【図３】燃料成分密度と酸素濃度と出力電圧との関係を
示す特性図である。

【図４】パージ弁の開度と蒸発燃料流量との関係を示す
特性図である。

【図５】本実施例のパージ制御ルーチンを示すフローチ
ャートである。

【図６】クレーム対応図である。

【符号の説明】

１エンジン２吸気管４燃料噴射弁５スロットル弁７燃料タンク３５サージタンク３６放出通路３７キャニスタ４０パージ弁４４制御回路４６酸素濃度センサ５０放出通路５１開閉手段５２酸素濃度検出手段５３蒸発燃料流量算出手段５４燃料成分密度算出手段５５燃料成分重量算出手段５６制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者磯村重則愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料タンクと連通し、前記燃料タンクの
蒸発燃料を内燃機関の吸気系ヘ供給する放出通路と、前記放出通路を開閉し前記吸気系への蒸発燃料流量を調
整する開閉手段と、前記燃料タンクと前記開閉手段との間の前記放出通路に
設けられ、前記吸気系へ供給される蒸発燃料中の酸素濃
度を検出する酸素濃度検出手段と、前記開閉手段の開度と内燃機関の運転状態とから蒸発燃
料流量を算出する蒸発燃料流量算出手段と、前記酸素濃度検出手段で検出された酸素濃度から蒸発燃
料中の燃料成分密度を算出する燃料成分密度算出手段
と、前記蒸発燃料流量算出手段より算出された蒸発燃料流量
と、前記燃料成分密度算出手段より算出された燃料成分
密度とから蒸発燃料中の燃料成分重量を算出する燃料成
分重量算出手段と、前記燃料成分重量算出手段より算出された燃料成分重量
だけ、前記内燃機関の燃料噴射弁から噴射される燃料噴
射量を減量補正する制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の蒸発燃料制御装
置。
【請求項２】前記燃料タンクと前記酸素濃度検出手段
との間の前記放出通路に設けられ、蒸発燃料を吸着する
吸着材を備えるキャニスタを備えたことを特徴をする請
求項１記載の内燃機関の蒸発燃料制御装置。
【請求項３】前記燃料成分密度算出手段で算出される
燃料成分密度が所定値未満であるか否かに応じて、前記
開閉手段の開度を制御することを特徴とする請求項１ま
たは２記載の内燃機関の蒸発燃料制御装置。