JP2000045886A

JP2000045886A - 内燃機関の蒸発燃料供給方法

Info

Publication number: JP2000045886A
Application number: JP10220379A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Kashiwanuma; 信明栢沼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2000-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】空燃比制御下では、パージされる蒸発燃料と
パージエアの影響を考慮する必要があり、特に、パージ
中に機関運転が変化すると、目標空燃比に追従するまで
の間はエミッションが悪化する恐れがあった。【解決手段】大気に対して閉塞状態のキャニスタ２０
内に機関吸気通路３０の負圧を導入して、活性炭層２３
に吸着された蒸発燃料を気化させる。そして、この気化
に伴って昇圧されるキャニスタ２０内の圧力と機関吸気
通路３０の圧力との差圧により、キャニスタ２０内で気
化した蒸発燃料を機関吸気通路３０にパージする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キャニスタに吸着
された蒸発燃料を機関吸気系にパージする内燃機関の蒸
発燃料供給方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の蒸発燃料供給装置の一例が、
例えば特開平７−１６６９８２号に開示されている。こ
の装置を含め、一般に蒸発燃料供給装置で採用されてい
る蒸発燃料の供給方法は、パージ実行時に、機関吸気系
とキャニスタとを連通させると共に、キャニスタの大気
開放弁を開弁させる。これにより、機関吸気系内の負圧
に導かれ、大気開放弁からキャニスタ内を経由して機関
吸気系に向かうパージエアの流れが形成される。キャニ
スタ内をパージエアが流通することにより、キャニスタ
内の活性炭を取り巻く雰囲気中に含まれる蒸発燃料（Ｈ
Ｃ）の濃度が低くなって平衡状態が崩れ、吸着されてい
た蒸発燃料が活性炭から脱離される。このように、流通
するパージエアの作用により活性炭に吸着されていた蒸
発燃料の脱離が進み、脱離された蒸発燃料は流通するパ
ージエアに導かれ、機関吸気系内に導入される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の蒸発
燃料供給方法では、キャニスタに吸着された蒸発燃料を
パージする際に、キャニスタから脱離された蒸発燃料と
パージエアとの双方が機関吸気系に導入される。機関吸
気系に導入されたパージエア及び蒸発燃料は、いずれも
内燃機関の燃焼室に供給されるため、機関燃焼室内の空
燃比制御が実施されている状況下では、機関吸気系に導
入されるパージエアの流量と、このパージエアに含まれ
る蒸発燃料量の双方の影響を考慮する必要があり、パー
ジに伴う空燃比制御の補正処理が複雑になっていた。特
に、パージ実行中に機関の運転状態が変化すると、制御
目標となる空燃比に追従するまでの間はエミッションが
悪化する恐れがある。

【０００４】本発明はこのような課題を解決すべくなさ
れたものであり、その目的は、パージに起因したエミッ
ションの悪化を抑制し得る新たな内燃機関の蒸発燃料供
給方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１にかか
る内燃機関の蒸発燃料供給方法は、キャニスタ内の吸着
剤に吸着させた蒸発燃料を機関吸気系にパージする内燃
機関の蒸発燃料供給方法であって、大気に対して閉塞状
態のキャニスタ内に機関吸気系の負圧を導入して、吸着
剤に吸着された蒸発燃料を気化させ、この気化に伴って
昇圧されるキャニスタ内の圧力と機関吸気系の圧力との
差圧により、キャニスタ内で気化した蒸発燃料を機関吸
気系にパージする。

【０００６】キャニスタは、キャニスタ内における大気
の流通を阻止するように、大気に対して閉塞状態とす
る。この際、キャニスタは、密閉状態の燃料タンクと連
通した状態であってもよい。

【０００７】このような閉塞状態のキャニスタに機関吸
気系の負圧を導入すると、キャニスタ内の吸着剤を取り
巻く雰囲気も減圧されるが、この減圧に伴って、吸着剤
に捕集されていた蒸発燃料が気化し吸着剤から脱離す
る。蒸発燃料が気化することで、キャニスタ内は昇圧さ
れ、キャニスタ内と機関吸気系との間に圧力差を形成す
る状態となる。この圧力差により、キャニスタ内で気化
した蒸発燃料が、より低圧側の機関吸気系内へ導入され
る。

【０００８】このような蒸発燃料が活性炭から脱離する
現象は、蒸発燃料を吸着した吸着剤が、機関吸気系から
導入された負圧雰囲気の下で平衡状態となるまで続き、
吸着剤からの脱離が続く限りキャニスタ内は昇圧され、
より低圧側となる機関吸気系へのパージが可能となる。

【０００９】このように機関吸気系とキャニスタ内との
間に形成される圧力差により、キャニスタ内の吸着剤に
吸着された蒸発燃料を脱離して、機関吸気系にパージす
ることができる。

【００１０】請求項２にかかる内燃機関の蒸発燃料供給
方法は、請求項１における内燃機関の蒸発燃料供給方法
において、内燃機関の停止時に、キャニスタを大気開放
することを特徴とする。

【００１１】内燃機関の停止時に、閉塞状態のキャニス
タを大気開放することで、ソーク中に燃料タンク内で発
生した蒸発燃料をキャニスタに吸着させることができ
る。

【００１２】請求項３にかかる内燃機関の蒸発燃料供給
方法は、請求項１における内燃機関の蒸発燃料供給方法
において、内燃機関は均質燃焼と成層燃焼とが切り換え
可能であって、成層燃焼時にはパージを禁止することを
特徴とする。

【００１３】成層燃焼時には、点火装置の近傍にのみ可
燃雰囲気を形成するが、機関燃焼室に吸入される吸入空
気中に蒸発燃料が含まれている場合には、蒸発燃料を含
んだ吸入吸気が燃焼室全体に拡散される状態となり、機
関燃焼室内における可燃雰囲気外に存在する蒸発燃料は
燃焼できずに、そのまま排気されることになる。従っ
て、成層燃焼時にはパージを禁止することでエミッショ
ンの悪化を抑制する。

【００１４】請求項４にかかる内燃機関の蒸発燃料供給
方法は、請求項１における内燃機関の蒸発燃料供給方法
において、内燃機関は均質燃焼と成層燃焼とが切り換え
可能であって、パージ実行時には内燃機関の燃焼状態を
均質燃焼に切り換えることを特徴とする。

【００１５】前述したように、成層燃焼時にパージを実
行するとエミッションが悪化するおそれがあるため、パ
ージ実行時には内燃機関の燃焼状態を均質燃焼に切り換
えてエミッションの悪化を抑制する。

【００１６】請求項５にかかる内燃機関の蒸発燃料供給
方法は、請求項１にかかる内燃機関の蒸発燃料供給方法
において、キャニスタ内の圧力をもとにパージ実行の適
否を判定することを特徴とする。

【００１７】吸着剤からの脱離量が減少するとキャニス
タ内の圧力上昇も鈍り、脱離が終了すると、キャニスタ
内の圧力上昇は停止し、機関吸気系の負圧と等しくな
る。また、キャニスタ内が所定の絶対圧以下となった場
合などには、吸着剤に蒸発燃料が吸着されていないか、
吸着量が極めて少ない状態であると判断できる。このよ
うに、キャニスタ内の圧力状態をもとに、パージが実行
可能であるか否かを判断する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき、
添付図面を参照して説明する。

【００１９】図１に本実施形態にかかるエバポパージシ
ステムの構成を示す。このシステムは、燃料タンク１０
で発生した蒸発燃料をチャコールキャニスタ（以下、キ
ャニスタと称す。）２０に一時的に吸着させ、この後キ
ャニスタ２０から脱離させた蒸発燃料を、機関運転中に
機関吸気通路３０に供給し、供給した蒸発燃料を内燃機
関の燃焼室で燃焼処理するシステムである。

【００２０】キャニスタ２０のケース２１内には、蒸発
燃料の流れに沿った上流側と下流側にそれぞれフィルタ
２２を配し、このフィルタ２２の間に、蒸発燃料を吸着
する吸着剤として、活性炭を充填した活性炭層２３を形
成している。また、このキャニスタ２０は大気開放口を
備えておらず、大気に対して閉塞した状態となってい
る。

【００２１】キャニスタ２０の上流側はベーパ通路４０
を介して燃料タンク１０に接続されており、下流側はパ
ージ通路５０を介して機関吸気通路３０に接続されてい
る。

【００２２】また、キャニスタ２０内の圧力を検出する
圧力センサ７１をキャニスタ２０に設けると共に、機関
吸気通路３０内の圧力を検出する圧力センサ７２を機関
吸気通路３０に設けており、各圧力センサ７１、７２の
検出結果は、それぞれＥＣＵ（電子制御装置）１００に
与えられる。

【００２３】ベーパ通路４０には、バキュームコントロ
ールバルブ（以下、「ＶＣＶ」と記す）６１を設けてい
る。ＶＣＶ６１は、連通路４１を介して与えられる燃料
タンク１０内の圧力が所定圧よりも大となった場合に開
弁して、燃料タンク１０とキャニスタ２０とを接続させ
る。

【００２４】パージ通路５０には、チェックバルブ６２
及びバキュームスイッチングバルブ（以下、「ＶＳＶ」
と記す）６３を設けている。ＶＳＶ６３は、ＥＣＵ１０
０から与えられる制御信号により開閉し、開弁時にはキ
ャニスタ２０と機関吸気通路３０とを接続させる。チェ
ックバルブ６２は、チェックバルブ６２を境として機関
吸気通路３０側の圧力が低い場合に開弁する機能を有し
ており、これにより蒸発燃料は機関吸気通路３０方向へ
のみ流れ、逆流が阻止される。

【００２５】このように構成するエバポパージシステム
の動作について説明する。

【００２６】まず、燃料タンク１０内に収容された燃料
が気化されると、発生した蒸発燃料によって燃料タンク
１０内の圧力が上昇し、この圧力が連通路４１を介して
圧力信号としてＶＣＶ６１に与えられる。そして、この
燃料タンク１０内の圧力が所定圧よりも大となった時点
でＶＣＶ６１が開弁する。これにより燃料タンク１０内
の蒸発燃料がＶＣＶ６１を介してキャニスタ２０内に流
入し、活性炭層２３に吸着される。

【００２７】後述する所定のパージ実行条件が成立する
と、ＥＣＵ１００による制御の下、ＶＳＶ６３が開弁さ
れる。通常、パージ実行条件が成立するような状況下で
は、機関吸気通路３０内には所定の負圧が発生してお
り、これによりチェックバルブ６２は開弁状態となる。
従って、ＶＳＶ６３が開弁されると、機関吸気通路３０
内の負圧が、大気に対して閉塞状態のキャニスタ２０内
に導入される。

【００２８】キャニスタ２０内に機関吸気通路３０の負
圧が導入されると、キャニスタ２０内の活性炭を取り巻
く雰囲気も減圧される。負圧導入前は、蒸発燃料を吸着
した活性炭とこの活性炭を取り巻く雰囲気との間に平衡
状態が形成されていたが、負圧導入に伴ってこの平衡状
態が崩れ、活性炭層２３の活性炭に捕集されていた蒸発
燃料が気化して活性炭から脱離する。

【００２９】蒸発燃料が気化することで、キャニスタ２
０内は昇圧され、機関吸気通路３０とキャニスタ２０内
との間に圧力差を生じ、キャニスタ２０内の圧力は機関
吸気通路３０に比べて高い状態となる。この圧力差によ
り、キャニスタ２０内で気化した蒸発燃料が、より低圧
側の機関吸気通路３０側へ送られ、機関吸気通路３０内
に供給される。

【００３０】このように蒸発燃料が活性炭から脱離する
現象は、蒸発燃料を吸着した活性炭が、機関吸気通路３
０から導入された負圧雰囲気の下で平衡状態となるまで
続き、活性炭からの脱離が続く限りキャニスタ２０内は
昇圧され、より低圧側となる機関吸気通路３０へのパー
ジが継続可能となる。

【００３１】このようなパージ方法によれは、キャニス
タ２０から機関吸気通路３０に至るパージ系にパージエ
アを流通させることなく、蒸発燃料のみをパージするこ
とができる。

【００３２】また、このとき機関吸気通路３０に導入さ
れる蒸発燃料の量は、キャニスタ２０と機関吸気通路３
０との間の差圧の大きさと、キャニスタ２０内の絶対圧
の大きさとをもとに把握することができる。具体的に例
示すると、キャニスタ２０−機関吸気通路３０間の差圧
と、パージされる蒸発燃料の流量とは、図２に示す関係
となり、同じ差圧であればキャニスタ２０内の絶対圧が
高いほど、パージされる蒸発燃料の流量は多くなる傾向
にある。

【００３３】このように、キャニスタ２０−機関吸気通
路３０間の差圧とパージされる蒸発燃料の流量との関係
を予め把握しておくことで、圧力センサ７１、７２の検
出結果より、図２をもとに、パージされる蒸発燃料の流
量を把握することができる。また、この結果をもとに、
ＶＳＶ６３の弁開度或いは開閉信号のデューティー比な
ど、ＶＳＶ６３の構造に応じた制御を行うことで、パー
ジする蒸発燃料量を制御することも可能である。

【００３４】一方、機関燃焼室の空燃比制御において
も、従来のようにパージエアの流入量を考慮する必要は
なく、原理的には、パージされる蒸発燃料分だけ、機関
燃料室に噴射する燃料噴射量を抑えればよいことにな
り、パージに伴う空燃比制御の補正処理を従来よりも簡
易に実施できる。また、パージエアを考慮する必要がな
いため、パージ実行中に機関の運転状態が変化した場合
にも、パージに起因した空燃比荒れの影響を抑制するこ
とができ、目標となる空燃比に追従するまでの間におけ
るエミッションの悪化を抑制することができる。

【００３５】以下、パージの実行可能条件、パージの禁
止条件について説明する。

【００３６】このようなパージ方法を採用した場合に
も、パージを実行する場合の条件としては、内燃機関が
アイドル運転中ではないこと、内燃機関の暖機が完了し
たこと、空燃比のフィードバック制御が実行されている
こと、フューエルカット中では無いこと等の基本的なパ
ージ実行条件を満たすことが必要となる。

【００３７】加えて、このパージ方法では、キャニスタ
２０内の圧力（絶対圧）が機関吸気通路３０に比べて高
いことが必要であるため、キャニスタ２０内の圧力と機
関吸気通路３０内の圧力（圧力センサ７１、７２の検出
結果）を比較し、キャニスタ２０内の圧力が機関吸気通
路３０に比べて高い場合にはパージが実行可能であると
判断する。これは、「キャニスタ２０内の圧力が機関吸
気通路３０に比べて低い場合」をパージの禁止条件とし
ても良い。

【００３８】また、キャニスタ２０内の活性炭に蒸発燃
料が吸着されている状況では、閉塞状態のキャニスタ２
０内の圧力は所定の絶対圧以上となるが、活性炭に蒸発
燃料が吸着されていないか、吸着量が極めて少ないと、
キャニスタ２０内の圧力は、活性炭に蒸発燃料が十分に
吸着されている場合に比べて低くなる。従って、パージ
実行前に、キャニスタ２０内の圧力を圧力センサ７１に
よって検出し、この圧力が所定の絶対圧よりも高いに場
合にパージが実行可能であると判定する。これは、「キ
ャニスタ２０内の圧力が所定の絶対圧よりも低い場合」
を、パージの禁止条件としても良い。

【００３９】また、パージが実行されている状況下にお
いて、活性炭からの蒸発燃料の気化（脱離）が継続して
いる状態では、キャニスタ２０内の絶対圧は機関吸気通
路３０よりも高いが、活性炭からの脱離量が減少すると
キャニスタ２０内の圧力上昇も鈍り、脱離の進行が停止
すると、キャニスタ２０内の圧力上昇は停止し、機関吸
気通路３０内の圧力と等しくなる。従って、パージ実行
中も、キャニスタ２０内の圧力と機関吸気通路３０内の
圧力（圧力センサ７１、７２の検出結果）を検出し、こ
の結果、キャニスタ２０内の圧力と機関吸気通路３０の
圧力との差圧が所定値よりも小さくなった場合には、パ
ージの継続が不可能であると判断し、パージを中止す
る。

【００４０】一方、燃焼状態を均質燃焼と成層燃焼とに
切り換えるタイプの筒内噴射式内燃機関では、一般に、
車両の加速時や登坂時などの高負荷時や、ブレーキ負圧
を確保する場合等の状況下では、噴射燃料と吸入空気と
を機関燃焼室全体に拡散させて燃焼させる均質燃焼を実
施し、安定走行時（軽負荷時、中負荷時）には、点火装
置の近傍にのみ可燃雰囲気を形成して燃焼させる成層燃
焼を実施する場合が多い。この成層燃焼時に、機関燃焼
室に吸入される吸入空気中にパージされた蒸発燃料が含
まれている場合には、この蒸発燃料を含んだ吸入吸気が
機関燃焼室全体に拡散される状態となり、機関燃焼室内
における可燃雰囲気外に存在する蒸発燃料は燃焼できず
に、そのまま排気されることになる。このため、内燃機
関の燃焼状態が成層燃焼の場合にはパージを禁止し、こ
れによりエミッションの悪化を抑制する。

【００４１】また、このようにパージの実行可能条件と
して、「内燃機関の燃焼状態が成層燃焼中でないこと
（均質燃焼中であること）」を判断する以外にも、パー
ジの実行可能条件として内燃機関の燃焼状態を考慮せ
ず、パージ実行条件が成立した場合に、内燃機関が均質
燃焼中であればその燃焼状態を継続し、成層燃焼中であ
れば燃焼状態を均質燃焼に切り換える手法を採用しても
良い。

【００４２】次に、他の実施形態を図３に示す。

【００４３】この実施形態では、パージ通路５０とは別
に、キャニスタ２０と機関吸気通路３０とを接続する連
通路５１を設け、この連通路５１にはＶＳＶ６４を設け
ている。ＶＳＶ６４は、ＥＣＵ１００から与えられる開
閉信号により開閉し、開弁時には、キャニスタ２０と機
関吸気通路３０とが接続される。

【００４４】このように構成することで、ＥＣＵ１００
による制御の下、内燃機関の停止時にＶＳＶ６４を開弁
状態とすることで、キャニスタ２０の下流側が実質的に
大気開放されるため、ソーク中に燃料タンク１０内で発
生した蒸発燃料を吸着するワーキングキャパシティを向
上させることができる。

【００４５】なお、連通路５１及びＶＳＶ６４に変え
て、キャニスタ２０の下流側を大気開放する大気開放弁
を設ける構成を採用することも可能であり、この大気開
放弁を機関停止時に開弁状態とすることで同様の効果が
発揮されるまた、ベーパ通路４０とは別に、燃料タンク
１０とキャニスタ２０とを接続する連通路４２を設け、
この連通路４２に対してチェックバルブ６５を設けてい
る。このチェックバルブ６５はチェックバルブ６５を境
として、大気と連通状態のキャニスタ２０側に比べ燃料
タンク１０側の圧力が低い場合に開弁する機能を有して
いる。これにより、内燃機関の停止時に燃料タンク１０
内の圧力が低下した場合には、機関吸気通路３０、ＶＳ
Ｖ６４が開弁状態となった連通路５１、キャニスタ２
０、連通路４２を経由して、燃料タンク１０内に大気が
導入されることとなり、燃料タンク１０が大気圧によっ
て押し潰されるような事態を回避することができる。

【００４６】以上説明した各実施形態では、燃料タンク
１０とキャニスタ２０とを接続するベーパ通路４０にＶ
ＣＶ６１を設ける構成例を示したが、ＶＣＶ６１に代え
て、燃料タンク１０内の圧力を検出するタンク内圧セン
サを設け、燃料タンク１０内の圧力が所定の正圧になっ
た場合にＶＳＶ６３を開弁してパージを実施しても良
い。

【００４７】また、機関吸気通路３０内の特定の絶対圧
よりも低い場合（負圧が高い場合）に、ＶＳＶ６３を開
弁してパージを実行する手法を採用することで、パージ
通路５０上のチェックバルブ６２を取り去って、ＶＳＶ
６３の下流側を機関吸気通路３０に直接接続する構成を
採用することもできる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明した各請求項にかかる内燃機関
の蒸発燃料供給方法では、大気に対して閉塞状態のキャ
ニスタ内に機関吸気系の負圧を導入して蒸発燃料を気化
させ、機関吸気系とキャニスタ内との間に形成される圧
力差により、キャニスタ内で気化した蒸発燃料を機関吸
気系に供給する方法を採用した。このため、パージ系に
パージエアを流通させることなく、キャニスタに吸着さ
せた蒸発燃料をパージすることが可能となるため、例え
ば、パージに伴う空燃比制御の補正処理では、パージエ
アによる影響を考慮せず、パージされる蒸発燃料量のみ
を考慮すればよく、補正処理を簡易に実施することが可
能となる。また、パージエアを流通させない手法である
ため、パージ実行中に機関の運転状態が変化した場合に
も、パージに起因したエミッションの悪化を十分に抑制
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態にかかるエバポパージシステムを示す
構成図である。

【図２】キャニスタと機関吸気通路との間の差圧と、パ
ージされる蒸発燃料の流量との関係を示すグラフであ
る。

【図３】実施形態にかかるエバポパージシステムを示す
構成図である。

【符号の説明】

１０…燃料タンク、２０…キャニスタ、３０…機関吸気
通路、４０…ベーパ通路、５０…パージ通路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】キャニスタ内の吸着剤に吸着させた蒸発
燃料を機関吸気系にパージする内燃機関の蒸発燃料供給
方法であって、大気に対して閉塞状態のキャニスタ内に機関吸気系の負
圧を導入して、吸着剤に吸着された蒸発燃料を気化さ
せ、この気化に伴って昇圧されるキャニスタ内の圧力と機関
吸気系の圧力との差圧により、キャニスタ内で気化した
蒸発燃料を機関吸気系にパージする内燃機関の蒸発燃料
供給方法。
【請求項２】前記内燃機関の停止時に、前記キャニス
タを大気開放することを特徴とする請求項１記載の内燃
機関の蒸発燃料供給方法。
【請求項３】前記内燃機関は均質燃焼と成層燃焼とが
切り換え可能であって、成層燃焼時にはパージを禁止す
ることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の蒸発燃料
供給方法。
【請求項４】前記内燃機関は均質燃焼と成層燃焼とが
切り換え可能であって、パージ実行時には内燃機関の燃
焼状態を均質燃焼に切り換えることを特徴とする請求項
１記載の内燃機関の蒸発燃料供給方法。
【請求項５】前記キャニスタ内の圧力をもとにパージ
実行の適否を判定することを特徴とする請求項１記載の
内燃機関の蒸発燃料供給方法。