JP2004270501A - 内燃機関の蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転性、排気エミッションを悪化させることなく蒸発燃料処理装置のリーク診断を行うと共に、リーク診断頻度を向上させる。
【解決手段】内燃機関の蒸発燃料処理装置において、キャニスタ２を迂回して燃料タンク３と吸気管６とを連通するバイパス通路８と、このバイパス通路８を開閉するバイパスバルブ１３と、を設ける。そして、リーク診断を行うに際して、機関の運転条件に応じて、前記バイパス通路８から負圧を導入してリーク診断を行うか、パージ通路７から負圧を導入してリーク診断を行うか、を選択できるようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の蒸発燃料処理装置に関し、特に吸気管内の負圧を導入してリーク診断を行う内燃機関の蒸発燃料処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の蒸発燃料処理装置は、燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタに一時的に吸着させると共に、機関の運転条件に応じて吸入負圧を利用して吸着した蒸発燃料を脱離させ、この脱離した蒸発燃料を機関の吸気管に吸入させて燃焼処理する。そして、配管接合部のシール不良等によって蒸発燃料がそのまま大気中に放出されるのを防止するため、装置内におけるリークの有無を診断するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１６１８１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に記載されているような従来の蒸発燃料処理装置においては、キャニスタと吸気管とを連通するパージ通路に設けたパージコントロールバルブを開弁することによって、パージ通路から吸気管内の負圧を装置内に導入してリーク診断を行うようにしているため、以下のような問題がある。
【０００５】
すなわち、負圧導入の際、装置内のガスが吸気管に吸引されることになるため、キャニスタに大量の蒸発燃料が吸着されている状態でリーク診断が行われると、濃い混合気が吸気管に吸引されて排気Ａ／Ｆが大幅にずれてしまい、運転性、排気エミッションを悪化させてしまう。
【０００６】
このため、機関停止後に燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸着し、キャニスタに大量の蒸発燃料が吸着されている可能性の高い冷機始動直後においては、吸着されている蒸発燃料をある程度脱離させてから（すなわち、パージ処理がある程度なされてから）リーク診断を行う必要があり、リーク診断の診断頻度の向上という点で障害となっていた。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであり、キャニスタに大量の蒸発燃料が吸着されている冷機始動時においても、運転性、排気エミッションを悪化させることなくリーク診断を行い、もって診断頻度を向上できる内燃機関の蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る蒸発燃料処理装置は、キャニスタを迂回して燃料タンクと吸気管とを連通するバイパス通路と、このバイパス通路を開閉するバイパスバルブと、を設けると共に、ドレインカットバルブとパージコントロールバルブとが閉弁した状態でバイパスバルブを開弁することによってバイパス通路から吸気管内の負圧を導入してリーク診断を行う第１リーク診断手段と、ドレインカットバルブとバイパスバルブとが閉弁した状態でパージコントロールバルブを開弁することによってパージ通路から吸気管内の負圧を導入してリーク診断を行う第２リーク診断手段と、機関の運転条件に応じて第１リーク診断手段又は第２リーク診断手段のいずれかを選択する選択手段を備えて構成した。
【０００９】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の蒸発燃料処理装置によれば、リーク診断を行うに際して、機関の運転条件に応じて運転性・排気エミッションの影響を与えない方のリーク診断手段を選択してリーク診断を行うことができる。
【００１０】
例えば、冷機始動時のように、キャニスタが大量の蒸発燃料を吸着している可能性の高く、燃料タンク内における蒸発燃料の発生が少ない場合には、第１リーク診断手段を選択してバイパス通路によって燃料タンク側から負圧を導入してリーク診断を行うようにする。一方、機関始動からある程度時間が経過すると、燃料タンク内における蒸発燃料の発生は多くなるが、キャニスタに吸着していた蒸発燃料はパージ処理されて減少する。このような場合には、第２リーク診断手段を選択して従来と同様にパージ通路によってキャニスタ側から負圧を導入してリーク診断を行うようする。このように、運転条件に応じてリーク診断を変更できるので、リーク診断時に濃い混合気が吸気管に吸引されることを防止でき、運転性、排気エミッションの悪化を抑制できる。また、従来、リーク診断を行えなかった冷機始動時においてもリーク診断が可能となり、診断頻度を向上させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の蒸発燃料処理装置の概略構成図である。図に示すように、この蒸発燃料処理装置１は、キャニスタ２と、このキャニスタ２と燃料タンク３とを連通する蒸発燃料通路４と、キャニスタ２とスロットルバルブ５下流側の吸気管６とを連通するパージ通路７と、キャニスタ２を迂回して燃料タンク３と吸気管６とを連通するバイパス通路８と、を含んで構成される。
【００１２】
キャニスタ２には、活性炭等の吸着剤が収容されており、燃料タンク３内で発生した蒸発燃料を蒸発燃料通路４により導いて一時的に吸着する。また、キャニスタ２に設けられた大気連通口には、水分離ＢＯＸ９を介して大気と連通する大気連通路１０が接続されており、この大気連通路１０には、常開型の電磁弁で構成されるドレインカットバルブ１１が設けられている。すなわち、このドレインカットバルブ１１を開閉することによって、キャニスタ２の大気連通口が大気と連通し又は遮断されることになる。なお、ドレインカットバルブ１１は、所定条件が成立したときに通電されて閉弁する。
【００１３】
パージ通路７には、常閉型の電磁弁で構成されるパージコントロールバルブ１２が設けられている。そして、このパージコントロールバルブ１２が、通電されて開弁すると、吸気管６内の吸入負圧がキャニスタ２に作用して大気連通路１０よりキャニスタ２内に大気が導入される。この導入された大気によってキャニスタ２に吸着されていた蒸発燃料は脱離され、脱離された蒸発燃料を含むパージガスがパージ通路７を通って吸気管６内へと吸入され、その後、機関の燃焼室内で燃焼処理される（パージ処理される）。
【００１４】
また、本実施形態の特徴的な構成として、キャニスタ２を迂回して（経由することなく）燃料タンク３と吸気管６とを直接連通するバイパス通路８が設けられており、このバイパス通路８には、常閉型の電磁弁で構成されるバイパスバルブ１３が設けられている。なお、この実施形態では、燃料タンク３の上面とパージコントロールバルブ１２の吸気管６側のパージ通路７とを接続するバイパス通路８によって燃料タンク３と吸気管６とを連通させているが、燃料タンク３の上面とスロットルバルブ５下流側の吸気管６とを接続するバイパス通路によって連通させるよう構成してもよい。
【００１５】
マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）２０には、装置内（より具体的には、バイパスバルブ１３〜燃料タンク３〜パージコントロールバルブ１２）の圧力Ｐを検出する圧力センサ（圧力検出手段）２１、燃料タンク３内の燃料温度Ｔｆを検出する温度センサ（燃温検出手段）２２、機関の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ（水温検出手段）２３の他、図示しない各種センサからの検出信号が入力されている。
【００１６】
そして、Ｃ／Ｕ２０は、機関に対する各種制御を行うと共に、機関の運転条件に応じてパージコントロールバルブ１２を制御してキャニスタ２に吸着した蒸発燃料の処理を行う。また、ドレインカットバルブ１１、パージコントロールバルブ１２、バイパスバルブ１３を制御して蒸発燃料処理装置１のリークの有無を診断するリーク診断を行う。
【００１７】
ここで、Ｃ／Ｕ２０によって実行される本実施形態におけるリーク診断について図２〜図４に示すフローチャートに従って説明する。なお、かかる診断フローは、所定時間毎（例えば、１００ｍｓ毎）に実行される。
【００１８】
ステップ１（図ではＳ１と記す。以下同じ）では、始動時の冷却水温度Ｔｗが所定温度（例えば３０〜４０℃で設定する）を下回っているか否かを判定し、所定温度を下回っていればステップ２に進む。このステップにより、燃料ポンプ３内で蒸発燃料が発生する可能性の高い停止直後の始動か、停止後しばらく時間が経過してからの始動か、を判定できる。
【００１９】
ステップ２では、燃料タンク３内の燃料温度Ｔｆが所定温度（例えば、２０〜３０℃で設定する）を下回っているか否かを判定し、所定温度を下回っていればステップ３に進む。このステップにより、燃料タンク３内における蒸発燃料の発生の有無（又は、発生量の多少）を判定できる。
【００２０】
ステップ３では、機関始動からの経過時間が所定時間Ｔ１を下回っているか否かを判定し、所定時間Ｔ１を経過していなければステップ４に進む。このステップにより、始動後にほとんどパージ処理がなされていないこと、すなわち、キャニスタ２に多くの燃料が吸着されている可能性が高い状態を判定できる。
【００２１】
上記ステップ１〜３が本発明に係る選択手段に相当し、ステップ１〜３の条件が成立した場合には、ステップ４以降にてバイパス通路８により吸入負圧を導入してリーク診断（第１リーク診断）を行う。
【００２２】
なお、燃料温度そのものと同様に、燃料温度の上昇分も燃料タンク３内における蒸発燃料の発生及びその量に対する寄与が大きいことから、始動からの燃料温度の上昇（現在の燃温−始動時の燃温）が所定温度を下回ること、等の条件を更に追加するようにしてもよい。
【００２３】
ステップ４では、ドレインカットバルブ１１及びパージコントロールバルブ１２を閉状態とする一方、バイパスバルブ１３を開状態としてプルダウン（負圧導入）を開始する。これにより、吸気管６内の吸入負圧がバイパス通路８を介して導入され、装置内が負圧化される。なお、機関始動時は、通常、パージコントロールバルブ１２は閉状態であるので、そのまま閉状態を継続すればよい。
【００２４】
プルダウンを開始した後は、ステップ５において、あらかじめ設定した所定時間Ｔ２が経過したか否かを判定すると共に、ステップ６において、圧力センサ２１により検出される装置内圧力Ｐが目標負圧に到達したか（目標負圧以下となったか）否かを判定する。そして、目標負圧に到達していなければプルダウンを継続し、目標圧力に到達したらステップ８に進む。なお、所定時間Ｔ２が経過するまでの間に、装置内圧力Ｐが目標負圧に到達しない場合には、ステップ７に進んで「リーク有り」と診断して本制御を終了する。
【００２５】
ステップ８では、バイパスバルブ１３を閉状態としリークダウンを開始する。バイパスバルブ１３を閉じることで装置内は密閉される。従って、キャニスタ２、燃料タンク３及び配管等にリークが発生していない場合には、装置内の負圧は維持されるが、リークが発生している場合には、装置内の負圧は徐々に変化することになる。
【００２６】
ステップ９では、リークダウン終了条件（例えば、リークダウン開始から所定時間Ｔ３が経過したこと）が成立したか否かを判定し、リークダウン終了条件が成立していれば、ステップ１０及びステップ１４に進む。
【００２７】
ステップ１０では、リーク診断用のパラメータとしてリークダウン開始からの経過時間に対する装置内圧力の変化ΔＰ、すなわち、リークダウン開始時の装置内圧力と所定時間Ｔ３経過時の装置内圧力との偏差を演算する。
【００２８】
ステップ１１では、演算したリーク診断用パラメータとあらかじめ設定した評価基準値（クライテリア）と比較する。そして、装置内圧力の変化ΔＰが評価基準値よりも大きい場合には、ステップ１２に進んで「リーク有り」と診断する。この場合、警告灯を点灯させることにより運転者にその旨を知らせる。一方、装置内圧力の変化ΔＰが評価基準値以下である場合には、ステップ１３に進んで「リーク無し」と診断する。以上のステップ４〜１３までが、本発明に係る第１リーク診断手段に相当する。
【００２９】
なお、ステップ１４では、上記リーク診断と並行して、ドレインカットバルブ１１及びパージコントロールバルブ１２を開状態とし、通常のパージ制御に復帰させて本制御を終了する。
【００３０】
図５は、以上説明した第１リーク診断のタイミングチャートである。
ドレインカットバルブ１１及びパージコントロールバルブ１２を閉じて、バイパスバルブ１３を開くことによりプルダウンを開始し、装置内圧力が目標負圧（例えば、−２０ｍｍＨｇ）となるまで減圧する。その後、バイパスバルブ１３を閉じてリークダウンを開始する。リークが発生している場合には、図中破線で示すように、装置内圧力が上昇（負圧が減少）する一方、リークが発生していない場合には、装置内圧力がほとんど変化しないことから、上記のようにしてリーク診断を行っている。
【００３１】
また、冷機始動時には、機関の停止後に燃料タンク３内で発生した蒸発燃料によって、キャニスタ２に蒸発燃料が大量に吸着されている可能性の高い一方で、燃料タンク３内には、ほとんど蒸発燃料が発生していない。このため、バイパス通路８によって燃料タンク３側からプルダウンを行うことで、プルダウン時の排気Ａ／Ｆへの影響が、パージ通路７を介して行う場合、すなわち、後述する第２リーク診断（図中一点鎖線で示す）に比べて小さくできる。
【００３２】
図２に戻って、上記ステップ１〜３の条件が成立しない場合には、ステップ１５以降（図４）にてパージ通路７により吸入負圧を導入し、従来と同様のリーク診断（第２リーク診断）を行う。
【００３３】
まず、ステップ１５では、所定のリーク診断条件が成立しているか否かを判定し、リーク診断条件が成立していればステップ１６に進み、成立していなければ本制御を終了する。なお、蒸発燃料の急激な発生等による誤診断を防止すべく機関回転速度が所定値以下であること、車速が所定速度以下であること、等をリーク診断条件とする。
【００３４】
ステップ１６では、ドレインカットバルブ１１を閉状態とする一方、パージコントロールバルブ１２を開状態としてプルダウン（負圧導入）を開始する。このとき、バイパスバルブ１３は閉状態となっている。これにより、吸気管６内の吸入負圧がパージ通路７を介して導入され、上記第１リーク診断と同様、装置内が負圧化される。
【００３５】
そして、プルダウンを開始した後のステップ１７〜１９は、上記ステップ５〜７と同様であり、圧力センサ２１により検出される装置内圧力Ｐが目標負圧に到達したらステップ２０に進む。
【００３６】
ステップ２０では、パージコントロールバルブ１２を閉状態としリークダウンを開始する。
ステップ２１〜２６は、上記ステップ１０〜１４と同様であり、リークダウン終了条件が成立した場合には、リーク診断用のパラメータを演算してリーク診断を行うと共に、ドレインカットバルブ１１及びパージコントロールバルブ１２を開状態として通常のパージ制御に復帰させて本制御を終了する。
【００３７】
以上のステップ１５〜２５までが、本発明に係る第２リーク診断手段に相当し、かかる第２リーク診断のタイミングチャートを図６に示す。
以上のように、本実施形態では、蒸発燃料処理装置に、キャニスタ２を経由せずに燃料タンク３と吸気管６とを接続するバイパス通路８と、このバイパス通路８を開閉するバイパスバルブ１３と、を設け、冷機始動時には、バイパス通路８を介して装置内に吸入負圧を導入してリーク診断（第１リーク診断）を行い、それ以外の場合には、従来と同様に、パージ通路７を介して装置内に吸入負圧を導入することでリーク診断（第２リーク診断）を行うようにしている。
【００３８】
すなわち、冷機始動時は、蒸発燃料が大量に吸着されているキャニスタ２を経由しないバイパス通路８によって、蒸発燃料がほとんど発生していない燃料タンク３側から吸気管６内の負圧を導入してリーク診断（第１リーク診断）を行うので、プルダウン時の排気Ａ／Ｆへの影響を抑制でき、運転性・排気エミッションの悪化を防止できる。これにより、従来リーク診断が行えなかった冷機始動時においてもリーク診断を実行でき、診断頻度を大幅に向上させることができる。
【００３９】
また、機関の冷却水温度Ｔｗが所定温度を下回るとき、燃料タンク３内の燃料温度Ｔｆが所定温度を下回るとき、始動からの経過時間が所定時間Ｔ１を下回るときに、第１リーク診断を行うようにしたので、燃料タンク３内における蒸発燃料の発生が少ない状態を確認した上で第１リーク診断を行える。これにより、運転性・排気エミッションの悪化を更に効果的に防止できる。
【００４０】
また、バイパス通路８は、燃料タンク３の上面に接続されているので、燃料の多少にかかわらず、バイパス通路１２から吸気管５内の負圧を装置内に導入できる。
【００４１】
また、第１リーク診断は、ドレインカットバルブ１１とパージコントロールバルブ１２とが閉弁した状態状態でバイパスバルブ１３を開弁することによって吸気管６内の負圧を導入し、装置内圧力が所定圧力以下に低下したらバイパスバルブ１３を閉弁して装置内を密閉するので、その後の圧力変化、すなわち、閉弁してからの経過時間に対する圧力変化に基づいてリークの有無を診断できる。
【００４２】
更に、装置内への負圧導入の開始から所定時間Ｔ２が経過するまでに装置内圧力が所定圧力以下に低下しないときは、「リーク有り」と判定（診断）するので、早期にリーク診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る蒸発燃料処理装置の構成図である。
【図２】蒸発燃料処理装置のリーク診断処理を示すフローチャートである。
【図３】同じくリーク診断処理を示すフローチャートである。
【図４】同じくリーク診断処理を示すフローチャートである。
【図５】第１リーク診断のタイミングチャートである。
【図６】第２リーク診断のタイミングチャートである。
【符号の説明】
２…キャニスタ、３…燃料タンク、４…蒸発燃料通路、６…吸気管、７…パージ通路、８…バイパス通路、１１…ドレインカットバルブ、１２…パージコントロールバルブ、１３…バイパスバルブ、２０…コントロールユニット、２１…圧力センサ、２２…燃温センサ、２３…水温センサ

Claims (8)

1. 大気連通口を有するキャニスタと、前記大気連通口を開閉するドレインカットバルブと、前記キャニスタと燃料タンクとを連通する蒸発燃料通路と、前記キャニスタと吸気管とを連通するパージ通路と、このパージ通路を開閉するパージコントロールバルブと、を有する内燃機関の蒸発燃料処理装置において、
   前記キャニスタを迂回して前記燃料タンクと前記吸気管とを連通するバイパス通路と、
   このバイパス通路を開閉するバイパスバルブと、を更に設け、
   前記ドレインカットバルブと前記パージコントロールバルブとが閉弁した状態で前記バイパスバルブを開弁することによって、前記バイパス通路から前記吸気管内の負圧を導入してリークの有無を診断する第１リーク診断手段と、
   前記ドレインカットバルブと前記バイパスバルブとが閉弁した状態で前記パージコントロールバルブを開弁することによって、前記パージ通路から前記吸気管内の負圧を導入してリークの有無を診断する第２リーク診断手段と、
   機関の運転条件に応じて、前記第１リーク診断手段又は前記第２リーク診断手段のいずれかを選択する選択手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
2. 前記選択手段は、冷機始動時に前記第１リーク診断手段を選択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処理装置。
3. 機関の冷却水温度を検出する水温検出手段を備え、
   前記選択手段は、検出した冷却水温度が所定温度を下回るときに前記第１リーク診断手段を選択することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
4. 燃料タンク内の燃料温度を検出する燃温検出手段を備え、
   前記選択手段は、検出した燃料温度が所定温度を下回るときに前記第１リーク診断手段を選択することを特徴とする請求項２又は３記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
5. 前記選択手段は、機関の始動から所定時間経過するまでは前記第１リーク診断手段を選択することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
6. 前記バイパス通路は、前記燃料タンクの上面に接続されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
7. 装置内の圧力を検出する圧力検出手段を備え、
   前記第１リーク診断手段は、検出した圧力が所定圧力以下に低下したら前記バイパスバルブを閉弁し、閉弁してからの経過時間に対する圧力変化に基づいてリークの有無を診断することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
8. 前記第１リーク診断手段は、前記バイパスバルブを開弁してから所定時間が経過するまでに装置内圧力が前記所定圧力以下に低下しないときにリーク有りと診断することを特徴とする請求項７記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。

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