JP6313191B2

JP6313191B2 - 蒸発燃料処理装置

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Publication number: JP6313191B2
Application number: JP2014226875A
Authority: JP
Inventors: 勝彦牧野
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2018-04-18
Anticipated expiration: 2034-11-07
Also published as: JP2016089760A; CN105587431A; CN105587431B; US20160131052A1; US10012181B2

Description

本発明は、燃料タンクで発生する蒸発燃料をキャニスタに吸着させ、吸着された蒸発燃料をエンジンに供給してパージする蒸発燃料処理装置に関する。

係る蒸発燃料処理装置において、基本的にキャニスタは燃料タンクへの給油時に発生する蒸発燃料を吸着するもので、給油時には、その時に発生する蒸発燃料の全てを吸着可能とされている必要がある。下記特許文献１には、パージ通路における蒸発燃料の濃度を検出して、その濃度が予め決められた濃度より低くなるようにパージを制御するものが開示されている。

特開２００２−３３２９２１号公報

上記特許文献１の装置では、キャニスタに吸着された蒸発燃料が多い場合で、パージ通路のパージ濃度が濃い間はパージを促進して、キャニスタに吸着されている蒸発燃料の量を少なくする制御が行われる。しかし、係る制御では、どのタイミングで行われるかが不特定な給油時に、必ずしもキャニスタが給油時に発生する蒸発燃料を吸着可能な状態までパージされているかは不明である。

このような問題に鑑み本発明の課題は、燃料タンクで発生する蒸発燃料をキャニスタに吸着させ、吸着された蒸発燃料をエンジンに供給してパージする蒸発燃料処理装置において、キャニスタのパージ必要量を把握してパージ制御することにより、いつ給油が行われても、給油時に発生する蒸発燃料を吸着可能な状態までキャニスタをパージすることにある。

本発明における第１発明は、燃料タンクで発生する蒸発燃料をキャニスタに吸着させ、吸着された蒸発燃料をエンジンに供給してパージする蒸発燃料処理装置において、エンジン作動中の任意の時点におけるキャニスタのパージ必要量を把握して、把握されたパージ必要量となるようにエンジン作動中におけるパージを制御するパージ制御手段を備える。

本発明における第２発明は、上記第１発明において、前記パージ制御手段は、予め決められた所定時点以降のエンジンにおける積算燃料消費量を代表する値を求める積算燃料消費量算出手段と、前記所定時点以降のキャニスタの積算パージ量を代表する値を求める積算パージ量算出手段と、燃料タンクにおける満タン燃料量に対する、キャニスタにおける蒸発燃料吸着可能容量の比率に、前記積算燃料消費量を代表する値を掛けてパージ必要量を求め、前記積算パージ量算出手段によって求められる積算パージ量を代表する値が、前記パージ必要量と一致するようにパージ量を増減制御する制御手段とを備える。

第２発明において、積算燃料消費量算出手段は、燃料消費量を検出して積算するもの、又は燃料タンクにおける燃料残量から積算燃料消費量を算出するものとすることができるが、その他にも、燃料消費量に相当する値を、エンジン回転数、エンジン負荷等を基に算出して積算するようにしてもよい。また、積算パージ量算出手段は、パージ量を検出して積算するものとすることができるが、その他にも、パージ量に相当する値を、キャニスタにおける蒸発燃料濃度等を基に算出して積算するようにしてもよい。一方、予め決められた所定時点は、エンジンが作動開始した時点、燃料を給油した時点等とすることができる。

本発明における第３発明は、上記第２発明において、前記制御手段は、パージ量を制御するため、キャニスタのパージ量を増加させるパージ増量手段を備える。

第３発明において、パージ増量手段は、パージ通路へ空気流を発生させるパージポンプ、ＥＧＲ（排ガス再循環）率を抑制する手段、エンジンの給排気バルブの作動タイミングを変更する手段、エンジン回転数を増加する手段、ハイブリッド車におけるエンジンを作動させる手段等を、単独若しくは組み合わせて採用することができる。

本発明における第４発明は、上記第３発明において、前記パージ制御手段は、積算燃料消費量及び積算パージ量に基づいて定められ、前記パージ増量手段を作動させる作動基準値と、積算燃料消費量及び積算パージ量に基づいて定められ、且つ前記作動基準値より積算パージ量が多くなる側に偏倚して設定され、前記パージ増量手段を作動停止させる停止基準値とを備え、積算パージ量が前記作動基準値より少ないとき、前記パージ増量手段を作動させ、積算パージ量が前記停止基準値より多いとき、前記パージ増量手段を作動停止させる。

本発明における第５発明は、上記第１乃至第４発明のいずれかにおいて、燃料タンクとキャニスタとの間のパージ通路には封鎖弁を備え、燃料タンクへの給油時、前記封鎖弁を開弁する。

本発明における第６発明は、上記第１乃至第５発明のいずれかにおいて、給油時以外に蒸発燃料がキャニスタに流入したことを検出する流入ベーパ検出手段と、該流入ベーパ検出手段によって給油時以外に蒸発燃料がキャニスタに流入したことが検出されると、パージ必要量を増量補正するパージ補正手段とを備える。

第６発明において、流入ベーパ検出手段は、エンジンの空燃比の急変を検出することにより検出することができる。また、流入ベーパ検出手段は、封鎖弁の開弁信号を発生する手段、若しくはパージ通路に接続されたメカリリーフ弁の開弁量を検出するリフトセンサとすることもできる。

本発明における第７発明は、上記第６発明において、前記パージ補正手段は、前記流入ベーパ検出手段によって検出された蒸発燃料の流入量に比例してパージ必要量の増量値を求める。

本発明によれば、キャニスタのパージ必要量を把握してパージ制御するため、いつ給油が行われても、給油時に発生する蒸発燃料を吸着可能な状態までキャニスタをパージすることができる。

本発明の第１実施形態におけるシステム構成図である。第１実施形態における制御回路のブロック図である。第１実施形態におけるパージ量制御処理ルーチンのフローチャートである。第１実施形態におけるパージ増量補正処理ルーチンのフローチャートである。第１実施形態におけるパージ制御内容を説明するグラフである。第１実施形態におけるパージ濃度と積算パージ量との関係を説明するためのグラフである。第１実施形態におけるパージ増量補正内容を説明するグラフである。本発明の第２実施形態におけるシステム構成図である。

<第１実施形態>
図１〜４は本発明の第１実施形態を示す。この実施形態は、車両のエンジンシステムに付加された蒸発燃料処理装置である。

図１のように、蒸発燃料処理装置１０におけるキャニスタ１１は、ベーパ通路１５を介して燃料タンク１の空間部に接続され、ベーパ通路１５には、電磁封鎖弁（本発明における封鎖弁に相当）１２及びメカリリーフ弁１３が互いに並列接続されて挿入されている。電磁封鎖弁１２は、燃料タンク１へ燃料を給油するときに開弁され、それ以外では閉弁されるものである。また、メカリリーフ弁１３は、燃料タンク１内の空間部の圧力が燃料タンク１を保護するために必要として設定された所定の高圧、又は所定の低圧となったとき開弁され、それ以外では閉弁されるものである。そのため、給油時に燃料タンク１内で蒸発した燃料蒸気（以下、蒸発燃料という）は、ベーパ通路１５で開弁中の電磁封鎖弁１２を介してキャニスタ１１に吸着される。給油時以外では、メカリリーフ弁１３が開弁されない限り基本的にキャニスタ１１への蒸発燃料の吸着は行われない。一方、キャニスタ１１は、パージ通路１６を介してエンジンの給気通路（不図示）に接続され、パージ通路１６には、パージポンプ（本発明におけるパージ増量手段に相当）１４及びパージ弁１７が互いに直列接続して挿入されている。パージポンプ１４は、後述の制御回路２１によって作動制御されて、パージ通路１６に空気流を生じさせ、キャニスタ１１のパージを促進するものである。また、パージ弁１７は、パージポンプ１４が作動されてパージ通路１６を通じてパージが行われるときに開弁されるものである。そのため、燃料タンク１への給油時にキャニスタ１１に吸着された蒸発燃料はパージ通路１６を介してエンジンの給気通路に供給され、パージされる。

図２は、蒸発燃料処理装置１０を含むエンジンシステムの制御回路２１を示す。ここでは、本発明と直接関係しない部分の図示を省略している。エンジン制御回路２１の基本構成は、エンジンシステム全体の動作を制御する周知のものであり、エンジンの燃料噴射弁（不図示）の開弁制御や点火時期制御等を行い、パージポンプ１４の作動制御、並びにパージ弁１７及び電磁封鎖弁１２の開弁制御も行っている。そのため、エンジン制御回路２１には、周知のとおり、スロットル弁開度量センサ２、給気管圧力センサ３、空燃比センサ４等が接続され、それぞれから検出信号を受けている。

図３は、エンジン制御回路２１内のコンピュータで行われる、本発明において特徴的なパージ量制御処理ルーチンを示している。このルーチンの処理が実行されると、ステップＳ１ではパージが許可されているか否か判定される。図示しないエンジンの空燃比制御ルーチンにおいて、空燃比のフィードバック制御が実行されていてパージが許可されると、ステップＳ１は肯定判断され、ステップＳ２において積算燃料消費量が算出される。この算出は、エンジン稼動中の燃料噴射弁からの燃料噴射量の積算値を参照するもの、又は燃料タンクにおける燃料残量から積算燃料消費量を算出するものとすることができるが、その他にも、燃料消費量に相当する値を、エンジン回転数、エンジン負荷等を基に算出して積算するものとしてもよい。次のステップＳ３では、積算パージ量が算出される。この算出は、パージ量を検出して積算するものとすることができるが、その他にも、パージ量に相当する値を、キャニスタにおける蒸発燃料濃度等を基に算出して積算するようにしてもよい。ステップＳ２における積算燃料消費量の算出、及びステップＳ３における積算パージ量の算出は、予め決められた所定時点でリセットされ、その時点以降に各積算が行われている。所定時点としては、エンジンが作動開始した時点、燃料タンク１へ燃料を給油した時点等とすることができる。

ステップＳ４では、図５に示すマップから所定値ａ及び所定値ｂを読み出す。具体的には、ステップＳ２において求められた積算燃料消費量に基づいて直線Ａ及び直線Ｂから積算パージ量に相当する所定値ａ及び所定値ｂを読み出す。例えば、そのときの積算燃料消費量がα％とすると、直線Ａと交わる位置から積算パージ量に相当するβＢ．Ｖ．（ベット・ボリューム）を所定値ａとし、直線Ｂと交わる位置から積算パージ量に相当するγＢ．Ｖ．（ベット・ボリューム）を所定値ｂとする。

図５について説明する。図５は、燃料タンク１に対して、その満タン容量の９０％を給油するとき、発生する蒸発燃料を全て吸着するためのキャニスタ１１の容量を１２００Ｂ．Ｖ．（ベット・ボリューム）（キャニスタ容量の１２００倍を意味する）とする必要があるとの考えに基づくグラフであり、エンジン制御回路２１内のメモリに格納されているマップの内容を示している。即ち、燃料給油時に発生する蒸発燃料は全てキャニスタ１１で吸着可能とするため、積算燃料消費量及び積算パージ量が共にゼロの点と、積算燃料消費量が９０％で積算パージ量が１２００ベット・ボリュームの点とを通る直線Ａによってパージポンプ１４の作動を制御し、直線Ａより僅かに積算パージ量が大きくされた直線Ｂによってパージポンプ１４の作動停止を制御するようにしている。そのため、所定時点以降、現時点におけるエンジンの燃料消費量の積算値が燃料タンク１の満タン容量のα％のとき、所定時点以降、現時点における積算パージ量がβベット・ボリュームとなるようにパージポンプ１４は作動制御されてパージが行われ、その時点で燃料タンク１が満タンとされるとき、あり得る最大給油量に対し、キャニスタ１１の吸着可能量が蒸発燃料の発生量と一致するようにされている。従って、その時点における燃料消費量の積算値に対する積算パージ量が直線Ａの特性値以下となる場合は、積算パージ量が不足しているとして、パージポンプ１４を作動してパージを促進するようにしている。一方、その時点における燃料消費量の積算値に対する積算パージ量が直線Ｂの特性値以上となる場合は、積算パージ量が必要量を満たしているとして、パージポンプ１４の作動を停止するようにしている。

図５において、積算燃料消費量に基づいて直線Ａから求められる所定値ａを、計算式で算出する場合は、燃料タンク１における満タン燃料量（積算燃料消費量の９０％に相当）に対する、キャニスタ１１における蒸発燃料吸着可能容量（積算パージ量の１２００ベット・ボリュームに相当）の比率に、その時点の積算燃料消費量を掛けて求めていることになる。なお、この場合、図５に示した燃料タンク１の満タン容量の９０％は、実質的な満タン容量に相当すると考えられている。

図３のステップＳ５では、ステップＳ３において求められた積算パージ量が所定値ａ以下か否か判定される。そのときの積算パージ量が所定値ａ以下で、ステップＳ５が肯定判断されると、ステップＳ６に進み、ここでパージ弁１７が開弁され、更にステップＳ７においてパージポンプ１４が作動される。ここでは、上述のように積算パージ量が不足としてキャニスタ１１のパージを促進している。一方、積算パージ量が所定値ａより大きいと、ステップＳ５は否定判断され、ステップＳ８において、積算パージ量が所定値ｂ以上か否か判定される。そのときの積算パージ量が所定値ｂ以上で、ステップＳ８が肯定判断されると、ステップＳ９に進み、ここでパージポンプ１４の作動が停止され、更にステップＳ１０においてパージ弁１７が閉弁される。ここでは、上述のように積算パージ量が満たされているとしてキャニスタ１１のパージ促進を中断している。更に、そのときの積算パージ量が所定値ｂより小さく、ステップＳ８が否定判断されると、ステップＳ９及びステップＳ１０の処理はスキップされ、パージポンプ１４及びパージ弁１７はそれ以前の作動・非作動及び開弁・閉弁の状態が継続される。即ち、ステップＳ５〜ステップＳ１０の処理を実行することにより、パージポンプ１４の作動・非作動及びパージ弁１７の開弁・閉弁にはヒステリシスが設定されていることになる。

図４は、エンジン制御回路２１内のコンピュータで割込み処理として行われるパージ増量補正処理ルーチンを示している。このルーチンは、給油時以外の時期に燃料タンク１から蒸発燃料（ベーパ）がキャニスタ１１に流入する状況が発生したときに実行され、このルーチンの処理が実行されると、ステップＳ１１ではエンジンの動作中にパージ濃度が増加したか否かが判定される。具体的には、パージ濃度は、エンジンの空燃比センサ４によって検出されるエンジンの空燃比とエンジンの燃料噴射量との対比から求められるか、給気管に設けられたパージ濃度センサ（不図示）の検出値から求められる。そのパージ濃度が図６に仮想線で示すようにあるレベル以上上昇し、しかもそれがある時間以上継続したとき、給油以外で燃料タンク１からの蒸発燃料がキャニスタ１１に流入されたと判断して、ステップＳ１１は肯定判断される。なお、給油以外で燃料タンク１からの蒸発燃料がキャニスタ１１に流入する場合は、例えば、燃料タンク１内の圧力が燃料タンク１を保護するために必要な高圧となってメカリリーフ弁１３が開弁した場合、若しくは給油に備えて燃料タンク１の内圧を大気圧とするために電磁封鎖弁１２を開弁した場合等である。

ステップＳ１１が肯定判断されるときは、キャニスタ１１に吸着された蒸発燃料の増加に合わせて、積算パージ量を増加させる必要があるため、ステップＳ１２において、上記所定値ａ、ｂのオフセット量が算出される。このオフセット量の算出は、図７のようにパージ濃度の変化量に比例して行われる。そして、ステップＳ１３では、オフセット処理が行われ、ステップＳ１２において算出されたオフセット量を上記所定値ａ、ｂに加える処理が行われる。その結果、オフセット量に相当するだけパージポンプ１４の作動領域が拡大され、パージが促進される。

第１実施形態によれば、その時点における積算燃料消費量に基づいて、その時点におけるキャニスタ１１のパージ必要量を把握し、そのパージ必要量に積算パージ量が一致するようにパージポンプ１４を作動してパージ制御するため、いつ給油が行われても、給油時に発生する蒸発燃料を吸着可能な状態までキャニスタ１１をパージすることができる。また、上述のようにパージポンプ１４は必要性に基づいて作動され、必要時以外は作動されないため、無駄なエネルギの消費が回避され、燃費を改善することができる。

第1実施形態では、ベーパ通路１５に電磁封鎖弁１２が設けられ、キャニスタ１１への燃料タンク１からの蒸発燃料の流入は、電磁封鎖弁１２が開弁される給油時のみとされるため、キャニスタ１１のパージ制御をパージポンプ１４の作動制御によって精度良く行うことができる。しかも、給油時以外でキャニスタ１１への蒸発燃料の流入が行われたときは、それを検出してパージ量を増量するように補正するため、給油時以外にキャニスタ１１への蒸発燃料の流入が行われた場合でも、次の給油時に発生する蒸発燃料を吸着可能な状態までキャニスタ１１を予めパージすることができる。

第1実施形態において、ステップＳ２の処理は、本発明の積算燃料消費量算出手段に相当し、ステップＳ３の処理は、本発明の積算パージ量算出手段に相当し、ステップＳ４〜ステップＳ１０の処理は、本発明の制御手段に相当し、ステップＳ１１の処理は、本発明の流入ベーパ検出手段に相当し、ステップＳ１２、ステップＳ１３の処理は、本発明のパージ補正手段に相当する。

<第２実施形態>
図８は本発明の第２実施形態を示す。第２実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、パージ通路１６にパージポンプ１４を設けていない点である。その他の点は両者同一であり、同一部分についての再度の説明は省略する。

第２実施形態では、キャニスタ１１のパージをエンジン作動時に給気管に発生する負圧によって行っている。そのため、パージ量の増加は、第１実施形態ではパージポンプ１４の作動によって行ったのに対し、第２実施形態ではパージ弁１７の開弁時におけるエンジンの作動制御により行っている。例えば、ＥＧＲ（排ガス再循環）率を抑制すること、エンジンの給排気バルブの作動タイミングを変更すること、エンジン回転数を増加すること、ハイブリッド車におけるエンジンを作動させること等を、単独若しくは組み合わせて採用することができる。従って、図３のフローチャートが第２実施形態に適用される場合は、ステップＳ７及びステップＳ９のパージポンプ１４の作動及び停止が、給気管負圧を増加させるためのエンジンの作動及びその停止となる。

以上、特定の実施形態について説明したが、本発明は、それらの外観、構成に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、上記実施形態では、キャニスタにおけるパージ必要量を、積算燃料消費量と積算パージ量とのマトリックスにより求めたが、他の求め方としてもよい。また、上記実施形態では、車両用のエンジンシステムに本発明を適用したが、本発明は車両用に限定されない。車両用のエンジンシステムの場合、エンジンとモータとを併用したハイブリッド車でもよい。

１燃料タンク
１０蒸発燃料処理装置
１１キャニスタ
１２電磁封鎖弁
１３メカリリーフ弁
１４パージポンプ（パージ増量手段）
１５ベーパ通路
１６パージ通路
１７パージ弁
２１エンジン制御回路

Claims

燃料タンクで発生する蒸発燃料をキャニスタに吸着させ、吸着された蒸発燃料をエンジンに供給してパージする蒸発燃料処理装置において、
エンジン作動中の任意の時点におけるキャニスタのパージ必要量を把握して、把握されたパージ必要量となるようにエンジン作動中におけるパージを制御するパージ制御手段を備え、
前記パージ制御手段は、
予め決められた所定時点以降のエンジンにおける積算燃料消費量を代表する値を求める積算燃料消費量算出手段と、
前記所定時点以降のキャニスタの積算パージ量を代表する値を求める積算パージ量算出手段と、
燃料タンクにおける満タン燃料量に対する、キャニスタにおける蒸発燃料吸着可能容量の比率に、前記積算燃料消費量を代表する値を掛けてパージ必要量を求め、前記積算パージ量算出手段によって求められる積算パージ量を代表する値が、前記パージ必要量と一致するようにパージ量を増減制御する制御手段とを備える蒸発燃料処理装置。
請求項１において、
前記制御手段は、パージ量を制御するため、キャニスタのパージ量を増加させるパージ増量手段を備える蒸発燃料処理装置。
請求項２において、
前記パージ制御手段は、積算燃料消費量及び積算パージ量に基づいて定められ、前記パージ増量手段を作動させる作動基準値と、積算燃料消費量及び積算パージ量に基づいて定められ、且つ前記作動基準値より積算パージ量が多くなる側に偏倚して設定され、前記パージ増量手段を作動停止させる停止基準値とを備え、積算パージ量が前記作動基準値より少ないとき、前記パージ増量手段を作動させ、積算パージ量が前記停止基準値より多いとき、前記パージ増量手段を作動停止させる蒸発燃料処理装置。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
燃料タンクとキャニスタとの間のパージ通路には封鎖弁を備え、燃料タンクへの給油時、前記封鎖弁を開弁する蒸発燃料処理装置。
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
給油時以外に蒸発燃料がキャニスタに流入したことを検出する流入ベーパ検出手段と、
該流入ベーパ検出手段によって給油時以外に蒸発燃料がキャニスタに流入したことが検出されると、パージ必要量を増量補正するパージ補正手段とを備える蒸発燃料処理装置。
請求項５において、
前記パージ補正手段は、前記流入ベーパ検出手段によって検出された蒸発燃料の流入量に比例してパージ必要量の増量値を求める蒸発燃料処理装置。