JPH04124450A - 燃料蒸発ガスのパージ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各気筒ごとにそれらの吸気ポートにスロット
ル弁を備えている型の多気筒内燃機関にふいて、燃料タ
ンク等から蒸発する燃料蒸発ガスを、機関の安定な運転
状態、特にアイドル運転に支障とならないようにして吸
気に混入させて処理するための、燃料蒸発ガスのパージ
制御装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の燃料タンクから蒸発する燃料蒸発ガスをキャ
ニスタの活性炭粒に吸着させておき、機関の運転状態に
おいてキャニスタの中へ空気を導入して燃料蒸発ガスを
活性炭粒から脱離させ、それを機関の吸気に混入して処
理する燃料蒸発ガスパージシステムを内燃機関に付設す
ることは周知に属する。

燃料蒸発ガスは、吸気に混入される量によっては機関の
空燃比を狂わせることになるので、例えば特開昭６１−
１９９６２号公報に記載されているように、キャニスタ
と機関の吸気ポートに開口するパージポートとを結ぶパ
ージパイプの途中に電磁弁のようなパージ用制御弁を設
け、それを所定の周波数（例えば１０Ｈｚ）のパルス波
形を有する電流によって開閉させ、制御弁の開閉時間の
比率（デユーティ比）を調整することによってパージさ
れる燃料蒸発ガスの量を制御して、内燃機関の運転状態
を安定に維持するようにしているものもある。

〔発明が解決しようとする課題〕

通常の多気筒機関のように、複数気筒共用のスロットル
弁がサージタンク上流等の共通の吸気通路に設けられる
ジングルスロットルシステムでは、サージタンクの容量
が大きいために、その上流でスロットル弁の下流におい
ては、運転中はほぼ一定の吸気負圧が作用しており、こ
の部分に燃料蒸発ガスのパージポートを設けると、パー
ジ用制御弁の開閉の周期に関係なく、燃料蒸発ガスはサ
ージタンク内で吸気と十分に混合されたのち各気筒へ分
配されるので、何ら問題を生じない。

しかしながら、多気筒内燃機関のうち各気筒毎にそれら
の吸気ポートに専用のスロットル弁を設ける型の機関に
おいては、このガスパージシステムは若干の問題を生じ
る。それらの機関の中でも特に、アイドル運転時の吸気
ポートにおける過大な負圧によるポンピング損失を低減
させ、燃焼室からの燃焼ガスの吹き返しを抑えてアイド
ル運転の安定性を高めるために、各気筒の吸気ポートに
設けたスロットル弁を閉じることによって、アイドル運
転時には各気筒の吸気ポートをそれぞれ独立の密閉空間
とし、アイドル用の空気は、各スロットル弁をバイパス
する通路に設けられた吸気制御弁を、機関本体の吸気弁
が閉じている期間（圧縮、膨張、排気の各行程）の全部
あるいは一部だけ開弁し、吸気行程が始まる前に吸気ポ
ートの圧力を大気圧に近い状態まで高めておく内燃機関
の運転方法（これを吸気ポート充填法と呼ぶことにする
。）を実施する場合には、パージされる燃料蒸発ガスの
混入が原因になって、アイドル回転が不安定とな゛るお
それがある。

なぜなら、第９図に例示するように、吸気ポート充填法
をとる機関の各気筒の吸気ポートにおいては、圧力が大
気圧に近い高圧から従来の機関の吸気負圧に近い低圧ま
での間で周期的に変動を繰返しており、圧縮行程では吸
気ポートに大きな負圧があっても排気行程では殆んど大
気圧になるというように、行程毎に、あるいはクランク
角毎に吸気ポートの圧力が異なると言ってもよいから、
そのような各気筒の吸気ポートにパージポートを設けて
、キャニスタからの燃料蒸発ガスを含む空気を吸引させ
ると、一定周期で開弁するパージ用制御弁の開弁時期と
各気筒の行程とが無関係に変化するために、各気筒に分
配される燃料蒸発ガスの量にばらつきが生じ、気筒毎に
空燃比が変動してアイドル安定性が失われる結果となる
。（第９図の例は、吸気ポート充填法をとる４気筒４サ
イクル機関をｇｏｏｒｐｍでアイドル運転し、パージ用
制御弁を１０七の固定周波数で５０％のデユーティ比に
より開閉して、燃料蒸発ガスのパージを行った場合であ
る。） 本発明は、このような各気筒の吸気ポートにスロットル
弁を備えている多気筒内燃機関の各吸気ポートに、燃料
蒸発ガスのパージポートを設けた場合に生じる前記の問
題を解決することを発明の目的としている。

〔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、多気
筒内燃機関の各気筒の吸気ポートにそれぞれ設けられて
アイドル状態において全閉となるスロットル弁と、前記
吸気ポートのそれぞれに開口する燃料蒸発ガスのパージ
ポートと、前記パージポートのそれぞれに燃料蒸発ガス
を送る分岐管の集合部に設けられたパージ用制御弁と、
前記多気筒内燃機関が少なくともアイドル状態を含む部
分負荷状態にあるとき、前記パージ用制御弁を前記各気
筒が順次同じ行程位置をとる時期に合せて開弁させると
共に、その開弁期間をデユーティ−制御して適量の燃料
蒸発ガスを前記吸気ポートに吸引させるように制御する
手段を有する電子式制御装置とを備えていることを特徴
とする燃料蒸発ガスのパージ制御装置を提供する。

〔作　用〕

多気筒内燃機関の各気筒の吸気ポートにそれぞれスロッ
トル弁が設けられ、その吸気ポートに燃料蒸発ガスのパ
ージポートが設けられているので、各パージポートのそ
れぞれに燃料蒸発ガスを送る分岐管の基部に設けられた
パージ用制御弁をデユーティ−制御する場合、その開弁
時期によっては、各気筒毎に吸引される燃料蒸発ガスの
量にばらつきが生じ、アイドル等の部分負荷状態におけ
る回転の安定性が失われるおそれがあるが、本発明にお
いてはパージ用制御弁の開弁時期を各気筒が順次同じ行
程位置をとる時期に合わせると共に、その開弁期間をデ
ユーティ−制御して燃料蒸発ガスの吸引量を適正値に合
わせるようにしたので、各気筒が吸引する燃料蒸発ガス
の量が等しくなり、気筒間にばらつきが生じることがな
く、部分負荷時の回転の安定性が向上する。

〔実施例〕

第２図に本発明を実施する吸気ポート充填法による多気
筒内燃機関１の一部の構成例を示す。多気筒機関１の１
つの気筒２は、シリンダヘッド３の燃焼室４に吸気弁５
と排気弁６を有し、吸気弁５が開いた時に燃焼室４と連
通ずる吸気ポート７が、シリンダヘッド３から気筒２の
専用であるスロットルボディ８にかけて形成される。９
は燃料のデリバリバイブ、１０は吸気ポート７へ燃料を
噴射する燃料噴射弁、１１はプレッシャレギュレータを
示す。

１２は気筒２の専用のスロットル弁で、スロットルボデ
ィ８の中で回動可能に支持され、図示しない他の気筒の
スロットル弁と共に運転者の操作するアクセルペダルに
ワイヤ等によって連結される。

スロットルボディ８は吸気マニホルド１３を経て各気筒
共通のサージタンク１４に連通し、更に吸気通路１５を
経て図示しないエアフローメータ、エアクリーナ等へ接
続されて空気の供給を受ける。吸気通路１５に各気筒共
通のスロットル弁が設けられる場合は、各気筒のスロッ
トル弁１２は単に開閉の２位置のみをとる吸気遮断弁と
することができる。

吸気ポート充填法を実施する場合、アイドル時（あるい
は極低負荷時には、各気筒のスロットル弁１２は実質的
に全閉となり、各気筒の吸気ポート７が、所定の容積を
有する密閉空間となって、吸気弁５が開く吸気行程にお
いて燃焼室４と連通して、吸気ポート７内にある大気圧
に近い吸気（混合気）を燃焼室４内へ供給すると共に、
吸気行程以外の圧縮、膨張、排気行程の全部あるいは一
部の期間に、スロットル弁１２をバイパスしてサージタ
ンク１４から吸気ポート７ヘアイドル用の吸気を送りこ
む副吸気通路１６に設けられた電磁弁からなる吸気制御
弁１７を開閉制御して、所定量の吸気を吸気ポート７へ
供給し、吸気行程が始まる前に吸気ポート７の圧力を大
気圧近くにしておき、機関のボンピングロスを減少させ
る等の吸気ポート充填法の目的を達する。１８は機関１
の運転状態を示す多くのセンサ等の信号と、運転者の操
作に応じて、燃料噴射弁１０や吸気制御弁１７等に制御
信号を送って指令通りの作動をさせる電子式の制御装置
（ＥＣＵ）を示す。以上の構成は、従来から知られてい
る吸気ポート充填法を取る多気筒内燃機関と実質的に同
一である。

本発明の特徴に対応して、各気筒の吸気ポート７には燃
料蒸発ガスのパージポート１９がそれぞれ開口しており
、それらは分岐管２０によってその集合部に設けられた
共通のパージ用制御弁（電磁弁を用いるが、圧力応動弁
のようなものでもよい。）２１に通じている。パージ用
制御弁２１はＥＣ［１１８の制御信号によって開閉し、
従来の燃料蒸発ガスパージシステムと同様に、キャニス
タ２２を介して燃料タンク２３の上部空間に通じ、パー
ジ用制御弁２１が開弁した時に燃料蒸発ガスを吸気ポー
ト７の負圧によって吸気ポート７内の吸気中へ吸引、混
入させるようになっている。

本発明においては特に、パージ用制御弁２１の開閉時期
を機関１の回転と関連づけるためにクランり角に合わせ
て制御する。第１図に制御チャートを示した例では、点
火順が１−３−４−２である４個の気筒の吸気弁５がそ
れぞれ閉となる時期に合わせてパージ用制御弁２１を開
弁し、所定の時間だけ開状態に保持（この場合はデユー
ティ−比を５０％としているので、クランク角で毎回９
０°の期間だけ開弁する。）したのち閉弁する。どれか
の吸気弁５が閉じるのと同時にパージ用制御弁２１を開
弁するのは、吸気充填法をとる機関においては吸気弁５
が閉じた瞬間が、その気筒２の吸気ポート７における吸
気負圧が最大となる時期に当たる（第１Ｆ！！Ｊ参照）
ためである。

したがって、パージ用制御弁２１が開弁した時に、吸気
弁５が閉じて最大負圧となる吸気ポート７へ、キャニス
タ２２がら空気と共に燃料蒸発ガスが吸弓され、それか
ら同じ時間だけ開弁状態が保持されるから、４つの気筒
２がすべて均等量の燃料蒸発ガスを受は取ることになり
、気筒ごとに空燃比が異なるという状態は生じない。こ
れはパージ用制御弁２１の開弁時期を各気筒の吸気弁の
閉弁時期に合わせ、その間隔が多気筒内燃機関１０点火
間隔と同じになるように、ＥＣ［１１８の制御信号発生
時期、間隔を選んだ結果である。

ＥＣＬ１１８によるパージ用制御弁２１の具体的な制御
手順の例を、第３図〜第５図のフローチャートを参照し
て説明する。まず第３図のフローチャートは、キャニス
タ２２に吸着された燃料蒸発ガスのパージを実行する条
件をＥＣ［１１８においてチエツクする手順を示してい
る。パージ実行は、例えば機関ｌが始動後３０秒以上経
過して、機関が一応安定に自刃回転する状態になってい
ること、アイドル状態が例えば５秒以上継続したこと（
ギヤチェンジ等の為の瞬間的なアイドル状態でないこと
）、車速が例えば２ｋｍ／ｈ以下の実質的に停車状態で
あること（減速状態等ではないこと）、吸気温度が例え
ば４５℃以上であること、空燃比のフィードバック制御
が実行されていること（燃料蒸発ガスを吸気に加えた分
だけ燃料噴射量が減少するように制御されていること）
、等を条件として設定することができる。そして第３図
に示すように、これらの諸条件がすべて満された時に、
パージを実行する指標であるアイドルパージフラグをＯ
Ｎとする。しかし、どれか一つでも条件が満されない時
には、パージ用制御弁２１の開弁期間（クランク角度）
ＷｃをＯとする。つまり、条件が揃わなければ、燃料蒸
発ガスのアイドル時におけるパージは実行しない。

燃料蒸発ガスのパージ実行ルーチンは第４図に例示され
ているので、図について詳細に説明する。

制御プログラムが所定時間（例、　　１ｓｅｃ）おきに
スタートすると、まずＳ　（ステップ）１０１でアイド
ルパージフラグ（第３図のフローチャートを参照）をチ
エツクし、ＯＮであれば５１０２に進むが、ＯＦＦであ
れば演算を終了する。Ｓ　１０２では０２センサ（図示
しない）の信号がリーンであるか、また５１０３では燃
料噴射弁１０を制御するための燃料噴射量のフィードバ
ック補正係数ＦＡＦが１．０より大であるかを判定する
。いずれもＹであれば燃料を増量する適期であるから５
１０４に進み、パージ用制御弁２１の開弁期間Ｗｃに１
０を加算して実行する（開弁用ＭＷＣをクランク角でｌ
Ｏｏだけ延長する）が、いずれかがＮであれば５１０４
をスキップする。

そして５１０５と５１０６において０２センサの信号が
リッチであるか、またフィードバック補正係数ＦＡＦが
０，９５よりも小であるかをチエツクし、いずれもＮで
あれば、燃料蒸発ガスのパージは可能であるが、パージ
量を減らす必要があると判断し、５１０７でパージ用制
御弁２１の開弁時期Ｗｃを例えば２°だけ減じる。更に
８１０８ではＷｃが０゜以上で例えば９０°以下の範囲
にあるかどうかチエツクする（開弁用ｒＶＪＷｃの初期
値は０°として、それから演算を開始する。）。５１０
５及び５１０６の判定結果がＹであれば、開弁期間Ｗｃ
を現状維持として演算を終了する。

なふ、前述のように、パージ用制御弁２１の開弁時期は
、各気筒２の吸気ポート７の吸気負圧が最大となる吸気
弁５の閉弁時期に合わせるのが、もっとも効率よく燃料
蒸発ガスを吸引させることができるので最適であるが、
吸気弁５の実際の閉弁時期は上死点とは一致しておらず
、例えば上死点後１５°のようになっているから、各気
筒が順次その状態になる時がパージ用制御弁２１の開弁
適期であり、それを起点として開弁期間Ｗｃの演算結果
だけ開弁されることになる。

すなわち、前記のようにして算出された開弁期間Ｗｃに
応じ、第５図に具体的に例示したようなプログラムによ
ってパージ用制御弁２１が駆動される。その状況をタイ
ムチャートとして示したものが第６図である。これらの
図面において基準信号はクランク角３０°毎に１パルス
の割合で発生されるものとし、基準信号１とはパージ用
制御弁２１を開くクランク角を表わす基準信号のことで
あり、基準信号２とは同じく制御弁２１を閉じる直前の
クランク角を表わす基準信号のことである。開弁期間Ｗ
ｃは３０°刻みの粗い基準信号では割り切れずに端数を
生じるから、端数をタイマーのカウントによって正確に
計時し、開弁期間が正しく計算値Ｗｃに合致するように
している。

第６図に示すように、パージ用制御弁２１の開弁時期す
なわち吸気弁の閉弁時期と基準信号のノくルス発生時期
を一致させて、開弁時期には端数を出さないようにし、
特定の基準信号発生時期（クランク角で例えば３０°）
を基準信号１として制御弁２１を開き、既に算出されて
いる開弁期間Ｗｃを３０゜で除した数（例えば５）の基
準信号のパルスがカウントされた後（クランク角で１５
０°）、剰余の端数分子ｃだけタイマーで計時して閉弁
時期を求める。

第５図のフローチャートについて上記の作動を具体的に
説明する。このプログラムは所定の短い時間間隔毎に繰
返し実行されており、Ｓ（ステップ）２０１において基
準信号１を受けると、パージ用制御弁２１を開弁させる
信号を発し、５２０２に進んで、開弁期間Ｗｃを基準信
号の単位（例、３０°）で除して基準信号２を算出する
。更に、Ｗｃから基準信号２を減じて制御弁２１の閉弁
時期の端数、つまり時間差Ｔｃを算出する。５２０３に
おいては、基準信号２の時期に達した時点でタイマーを
スタートさせ、経過時間ｔをカウントする。５２０４で
は、時間ｔが時間差Ｔｃと同じ値になった時に制御弁２
１を閉弁させる信号を発する。

第７図はパージ用制御弁２１の開弁時期（クランク角）
を横軸にとり、縦軸にパージされる燃料蒸発ガスを含む
空気の量をとって、開弁時期の変化により特定の気筒２
の吸気ポート７によってパージされる空気量がどのよう
に変化するかを示したものである。制御弁２１の閉弁時
期は点火順で次の気筒の吸気弁の閉弁時期までとする。

特定の気筒２の吸気弁５が閉となった時は、前述のよう
に、その吸気ポート７の吸気負圧が最大となる時期であ
るから、この時期にパージ用制御弁２１を開弁させれば
最大のパージ空気量が得られ、制御弁２１の開弁時期が
それよりも遅れると、パージされる空気量も漸減する。

第８図はパージ用制御弁２１の開弁期間（クランク角）
を横軸にとり、縦軸にパージされる燃料蒸発ガスを含む
空気の量をとって、開弁期間が長くなるにつれてパージ
空気量がどのように増加するかを示したものである。制
御弁２１の開弁時期を吸気ポート７における吸気負圧が
最大となる吸気弁５の閉弁時期としているので、パージ
される空気量は最初に急速な伸びを示し、次第に伸びが
鈍化するので、開弁期間を延長してもパージ空気量はあ
まり増加しない。

〔発明の効果〕

本発明を実施することにより、多気筒内燃機関の各吸気
ポートにそれぞれスロットル弁が設けられ、各吸気ポー
トに燃料蒸発ガスのパージポートが開口している場合で
あっても、アイドル時等の部分負荷状態において、各気
筒には均等に適量の燃料蒸発ガスが分配され、気筒間に
空燃比のばらつきが生じないので、アイドル時等の部分
負荷状態における回転の安定性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の制御装置の作動例を示す制御チャー
ト、第２図は本発明を実施する多気筒内燃機関の構成例
を示す部分的断面図、第３図ないし第５図は本発明の制
御装置の作動例を示すフロ−チャート、第６図は同じく
タイムチャート、第７図及び第８図はパージ用制御弁の
開弁時期及び開弁期間を変更した時のパージ空気量の変
化を示す線図、第９図は従来技術を利用した場合に想定
される作動例を示す制御チャートである。 １・・・多気筒内燃機関、　２・・・１つの気筒、３・
・・シリンダヘッド、　　４・・・燃焼室、５・・・吸
気弁、　　　　　　６・・・排気弁、７・・・吸気ポー
ト、　　　　８・・・スロットルボディ、９・・・デリ
バリパイプ、　１０・・・燃料噴射弁、１１・・・プレ
ッシャレギュレータ、 １２・・・各気筒のスロットル弁、 １３・・・吸気マニホルド、　１４・・・サージタンク
、１５・・・吸気通路、　　　　１６・・・副吸気通路
、１７・・・吸気制御弁、　　　１８・・・電子式制御
装置（ＥＣＵ）１９・・・パージポート、２０・・・分
岐管、２１・・・パージ用制御弁、２２・・・キャニス
タ、２３・・・燃料タンク。 ＃ＩＴＤＣ（吸気） 五 １０郭 １なり 澹刀 クランク角（’ＣＡ） とし 邊 ［ｑ 第２図 １９・・・パージポート ２１・・・パージ用制御弁 ２２・・・キャニスタ ２３・・・燃料タンク ト・・多気筒内燃ｉ関 ７・・・吸気ポート １２・・・各気筒のスロットル弁 １Ｂ・・・電子式謂１Ｊ装！ 第 図 クランク角 第 図 吸気弁閉 次の気筒の吸気弁閉 第 図 制御弁開弁期間 ＄８図 ＃ＩＴＤＣ（吸気） 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多気筒内燃機関の各気筒の吸気ポートにそれぞれ設けら
   れてアイドル状態において全閉となるスロットル弁と、
   前記吸気ポートのそれぞれに開口する燃料蒸発ガスのパ
   ージポートと、前記パージポートのそれぞれに燃料蒸発
   ガスを送る分岐管の集合部に設けられたパージ用制御弁
   と、前記多気筒内燃機関が少なくともアイドル状態を含
   む部分負荷状態にあるとき、前記パージ用制御弁を前記
   各気筒が順次同じ行程位置をとる時期に合せて開弁させ
   ると共に、その開弁期間をデューティー制御して適量の
   燃料蒸発ガスを前記吸気ポートに吸引させるように制御
   する手段を有する電子式制御装置とを備えていることを
   特徴とする燃料蒸発ガスのパージ制御装置。