JP2019173674A - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベーパ濃度を推定するために、構成を簡素化しながらパージポンプの吐出圧力を安定的に検出すること。【解決手段】蒸発燃料処理装置は、ベーパを捕集するキャニスタ２１と、キャニスタ２１に捕集されたベーパを吸気通路３へパージするパージ通路２３と、ベーパのパージ流量を調節するためにパージ通路２３に設けられたパージ弁２４と、キャニスタ２１からパージ通路２３へベーパを圧送するためにキャニスタ２１とパージ弁２４との間に設けられたパージポンプ２５と、パージ通路２３におけるベーパ圧力を検出するベーパ圧センサ３０とを備える。キャニスタ２１の内部が大気に連通し、パージポンプ２５より上流に容積室（キャニスタ２１）が設けられ、ベーパ圧センサ３０がパージ弁２４とパージポンプ２５との間のパージ通路２３に設けられる。【選択図】 図１

Description

この明細書に開示される技術は、燃料タンクで発生する蒸発燃料をキャニスタに一旦捕集し、パージ弁及びパージポンプが設けられたパージ通路を介して吸気通路へパージして処理するように構成した蒸発燃料処理装置に関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される「蒸発燃料処理装置」が知られている。この装置は、ポンプによって送出されるパージガス（蒸発燃料（ベーパ））の流量を好適に推定することを目的として構成される。すなわち、この装置は、燃料タンクで発生するベーパを吸着（捕集）するキャニスタと、キャニスタからエンジンの吸気通路へベーパをパージするためのパージ経路（パージ通路）と、ベーパをキャニスタから吸気通路へ送り出すためのポンプ（パージポンプ）と、パージ通路におけるベーパの流れを制御するための制御弁（パージ弁）と、パージ通路の一部を迂回する分岐通路（バイパス通路）と、バイパス通路上の小径部の前後の圧力差を特定する圧力特定部と、エンジンの空燃比センサと、空燃比センサの検出値から推定されるベーパの濃度と、圧力特定部により特定される圧力差（パージポンプの吐出圧力に相当する）とから、パージポンプから送り出されるベーパの流量を推定する推定部とを備える。

特開２０１７−１８０３２０号公報

ところが、特許文献１に記載の装置では、パージポンプの下流側で圧力脈動が大きくなる傾向があった。そのため、ベーパの流量を推定すべくパージポンプの上流側と下流側との間で安定した圧力差を得るためには、パージポンプの上流側と下流側の両方に圧力センサを設けなければならなかった。この場合、二つの圧力センサを設けることと、二つの圧力センサの検出値から大気圧力との圧力差を演算する必要があり、装置の構成が複雑化したり、コスト高になったりする傾向があった。

ここで、パージポンプが作動し、パージ弁が閉弁しているときのパージポンプの吐出圧力からベーパの濃度を推定することができる。従って、パージポンプの吐出圧力を安定的に検出することができれば、ベーパの濃度を高い精度で推定することができる。

この開示技術は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、蒸発燃料の濃度を推定するために、構成を簡素化しながらパージポンプの吐出圧力を安定的に検出することを可能とした蒸発燃料処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の技術は、燃料タンクで発生する蒸発燃料を大気中へ放出させることなく処理するように構成した蒸発燃料処理装置であって、燃料タンクで発生する蒸発燃料を捕集するためのキャニスタと、キャニスタに捕集された蒸発燃料をエンジンの吸気通路へパージするためのパージ通路と、蒸発燃料のパージ流量を調節するためにパージ通路に設けられたパージ弁と、キャニスタからパージ通路へ蒸発燃料を圧送するためにキャニスタとパージ弁との間にてパージ通路に設けられたパージポンプと、パージ通路における蒸発燃料の圧力を検出するための圧力検出手段とを備え、キャニスタの内部が大気に連通するように構成され、パージポンプより上流に所定の容積を有する容積室が設けられ、圧力検出手段が、パージ弁とパージポンプとの間のパージ通路に設けられることを趣旨とする。

上記技術の構成において、パージポンプの作動時に同ポンプから吐出される蒸発燃料の圧力を検出するには、パージ弁が閉じたときに圧力検出手段の検出値をサンプリングする必要がある。上記構成によれば、キャニスタの内部が大気に連通するように構成され、パージポンプより上流に所定の容積を有する容積室が設けられる。従って、パージポンプの作動時に、パージポンプの上流側では圧力の脈動が減衰され、パージポンプの下流側では、上流側の圧力の影響が小さくなり、下流側の圧力の脈動が抑えられる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の技術は、請求項１に記載の技術において、パージポンプは、蒸発燃料を吸入する吸入口と、蒸発燃料を吐出する吐出口とを含み、キャニスタは、大気を導入する大気口と、蒸発燃料を導入する導入口と、蒸発燃料を導出する導出口とを含み、容積室は、キャニスタの内部空間により構成され、パージポンプは、キャニスタに設けられると共に、吸入口がキャニスタの導出口に接続されることを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項１に記載の技術の作用に加え、容積室がキャニスタの内部空間により構成され、パージポンプがキャニスタに設けられると共に、吸入口がキャニスタの導出口に接続されるので、容積室を別途設ける必要がなくなる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の技術は、請求項１に記載の技術において、パージポンプは、キャニスタとパージ弁との間のパージ通路に設けられ、容積室は、パージポンプより上流のパージ通路に設けられることを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項１に記載の技術と同等の作用が得られる。

請求項１に記載の技術によれば、蒸発燃料の濃度を推定するために、圧力検出手段を一つ設けるだけで構成を簡素化しながらパージポンプの吐出圧力を安定的に検出することができる。

請求項２に記載の技術によれば、請求項１に記載の技術の効果に加え、構成を更に簡素化することができると共に、装置をコンパクト化することができる。

請求項３に記載の技術によれば、請求項１に記載の技術と同等の効果を得ることができる。

第１実施形態に係り、蒸発燃料処理装置を含むエンジンシステムを示す概略図。 第１実施形態に係り、パージ制御時における各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。 対比例に係り、パージ制御時における各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。 第２実施形態に係り、蒸発燃料処理装置を含むエンジンシステムを示す概略図。

＜第１実施形態＞
以下、蒸発燃料処理装置をガソリンエンジンシステムに具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

[エンジンシステムの概要について]
図１に、蒸発燃料処理装置を含むエンジンシステムを概略図により示す。エンジン１は、燃焼室２に空気等を吸入させるための吸気通路３と、燃焼室２から排気を排出させるための排気通路４とを備える。燃焼室２には、燃料タンク５に貯留された燃料が供給される。すなわち、燃料タンク５の燃料は、同タンク５に内蔵された燃料ポンプ６により燃料通路７へ吐出され、エンジン１の吸気ポートに設けられたインジェクタ８へ圧送される。圧送された燃料は、インジェクタ８から噴射され、吸気通路３を流れる空気と共に燃焼室２に導入されて可燃混合気を形成し、燃焼に供される。エンジン１には、可燃混合気を点火するための点火装置９が設けられる。

吸気通路３には、その入口側からエンジン１にかけて、エアクリーナ１０、スロットル装置１１及びサージタンク１２が設けられる。スロットル装置１１は、スロットル弁１１ａを含み、吸気通路３を流れる吸気流量を調節するために開閉される。スロットル弁１１ａの開閉は、運転者によるアクセルペダル（図示略）の操作に連動する。サージタンク１２は、吸気通路３における吸気脈動を平滑化させる。

[蒸発燃料処理装置の構成について]
この実施形態の蒸発燃料処理装置は、燃料タンク５で発生する蒸発燃料（ベーパ）を大気中へ放出させることなく処理するように構成される。この装置は、燃料タンク５で発生するベーパを捕集するためのキャニスタ２１と、燃料タンク５からキャニスタ２１へベーパを導入するためのベーパ通路２２と、キャニスタ２１に捕集されたベーパを吸気通路３へパージするためのパージ通路２３と、ベーパのパージ流量を調節するためにパージ通路２３に設けられたパージ弁２４と、キャニスタ２１からパージ通路２３へベーパを圧送するためにキャニスタ２１とパージ弁２４との間に設けられたパージポンプ２５と、パージ通路２３におけるベーパの圧力（ベーパ圧力、パージポンプ２５の吐出圧力でもある）を検出するためのベーパ圧センサ３０とを備える。ベーパ圧センサ３０は、この開示技術における圧力検出手段の一例に相当する。

キャニスタ２１は、所定の容積を有する内部空間を有し、活性炭等の吸着材を内蔵する。キャニスタ２１は、大気を導入する大気口２１ａと、ベーパを導入する導入口２１ｂと、ベーパを導出する導出口２１ｃとを含む。キャニスタ２１の内部空間は、大気に連通する。すなわち、この大気口２１ａから伸びる大気通路２６の先端は、燃料タンク５の給油筒５ａの入口に連通する。この大気通路２６には、空気中の粉塵等を捕集するためのフィルタ２７が設けられる。キャニスタ２１の導入口２１ｂから延びるベーパ通路２２の先端は、燃料タンク５の内部に連通する。キャニスタ２１と吸気通路３との間に設けられたパージ通路２３の先端は、スロットル装置１１とサージタンク１２との間の吸気通路３に連通する。

この実施形態で、パージ弁２４は、電動弁（ＶＳＶ）より構成され、ベーパ流量を調節するために開度可変に構成される。パージポンプ２５は、キャニスタ２１からパージ通路２３へベーパを圧送するために吐出量可変に構成される。パージポンプ２５として、例えば、タービン式のポンプを採用することができる。パージポンプ２５は、ベーパを吸入する吸入口２５ａと、ベーパを吐出する吐出口２５ｂとを含む。パージポンプ２５より上流には、所定の容積を有する容積室が設けられる。この実施形態で、容積室は、キャニスタ２１の内部空間により構成される。パージポンプ２５は、キャニスタ２１に直接設けられると共に、同ポンプ２５の吸入口２５ａがキャニスタ２１の導出口２１ｃに接続される。また、ベーパ圧センサ３０は、パージポンプ２５より下流のパージ通路２３に設けられる。

上記のように構成された蒸発燃料処理装置は、燃料タンク５で発生するベーパをベーパ通路２２を介してキャニスタ２１に導入し、キャニスタ２１にて一旦捕集する。そして、エンジン１の運転時にスロットル装置１１（スロットル弁１１ａ）が開弁し、パージ弁２４が開弁し、パージポンプ２５が作動する。これにより、キャニスタ２１に捕集されたベーパが、キャニスタ２１からパージ通路２３を介して吸気通路３へパージされる。

この実施形態で、ベーパ通路２２には、燃料タンク５とキャニスタ２１との間の気体の流れを制御するための締め切り弁２８が設けられる。この締め切り弁２８は、燃料タンク５の内圧が所定値以上の正圧となるときに開き、キャニスタ２１に捕集されたベーパが吸気通路３へパージされるときの負圧により閉じるように構成される。

[エンジンシステムの電気的構成について]
この実施形態では、エンジン１の運転状態を検出するために各種センサ等４１〜４６が設けられる。エアクリーナ１０の近くに設けられたエアフローメータ４１は、吸気通路３に吸入される空気量を吸気量として検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。スロットル装置１１に設けられたスロットルセンサ４２は、スロットル弁１１ａの開度をスロットル開度として検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。サージタンク１２に設けられた吸気圧センサ４３は、サージタンク１２の中の圧力を吸気圧力として検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン１に設けられた水温センサ４４は、エンジン１の内部を流れる冷却水の温度を冷却水温度として検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン１に設けられた回転速度センサ４５は、エンジン１のクランクシャフト（図示略）の回転角速度をエンジン回転速度として検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。排気通路４に設けられた酸素センサ４６は、排気中の酸素濃度を検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。また、パージ弁２４とパージポンプ２５との間のパージ通路２３には、パージポンプ２５からベーパの吐出圧力（ベーパ圧力）を検出するためのベーパ圧センサ３０が設けられる。このベーパ圧センサ３０により検出されるベーパ圧力は、後述するように、ベーパ濃度を推定するために使用される。

この実施形態で、各種制御を司る電子制御装置（ＥＣＵ）５０は、各種センサ等３０，４１〜４６から出力される各種信号を入力する。ＥＣＵ５０は、これら入力信号に基づきインジェクタ８、点火装置９、パージ弁２４及びパージポンプ２５を制御することにより、燃料噴射制御、点火時期制御、パージ制御及びベーパ濃度推定等を実行するようになっている。

ここで、燃料噴射制御とは、エンジン１の運転状態に応じてインジェクタ８を制御することにより、燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御することである。点火時期制御とは、エンジン１の運転状態に応じて点火装置９を制御することにより、可燃混合気の点火時期を制御することである。パージ制御とは、エンジン１の運転状態に応じてパージ弁２４及びパージポンプ２５を制御することにより、キャニスタ２１から吸気通路３へのベーパのパージ流量を制御することである。また、ベーパ濃度推定とは、ベーパ圧力等の検出値に基づき、パージ通路２３におけるベーパ濃度を推定することである。

この実施形態で、ＥＣＵ５０は、この開示技術における制御手段の一例に相当する。ＥＣＵ５０は中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等を含む周知の構成を備える。ＲＯＭは、前述した各種制御に係る所定の制御プログラムを予め記憶している。ＥＣＵ（ＣＰＵ）５０は、これら制御プログラムに従って前述した各種制御を実行するようになっている。

[蒸発燃料処理装置の作用及び効果]
以上説明したこの実施形態における蒸発燃料処理装置において、パージポンプ２５の作動時に同ポンプ２５から吐出されるベーパの圧力を検出するには、パージ弁２４が閉じたときにベーパ圧センサ３０の検出値をサンプリングする必要がある。この装置によれば、キャニスタ２１の内部が大気に連通するように構成され、パージポンプ２５より上流に所定の容積を有する容積室（キャニスタ２１）が設けられる。従って、パージポンプ２５の作動時に、同ポンプ２５の上流側ではベーパ圧力の脈動が減衰され、同ポンプ２５の下流側では、上流側のベーパ圧力の影響が小さくなり、下流側のベーパ圧力の脈動が抑えられる。このため、ベーパの濃度を推定するために、ベーパ圧センサ３０を一つ設けるだけで蒸発燃料処理装置の構成を簡素化しながらパージポンプ２５の吐出圧力を安定的に検出することができる。この結果、ベーパ圧力等に基づきベーパの濃度を精度良く推定することができる。

ここで、この実施形態のパージ制御におけるベーパ圧センサ３０の検出結果は、次のようになる。図２に、この実施形態のパージ制御における各種パラメータの挙動をタイムチャートにより示す。図２において、（ａ）はパージ制御を、（ｂ）はパージ弁のデューティ制御を、（ｃ）はパージポンプ下流側のベーパ圧力（下流側ベーパ圧力）をそれぞれ示す。図３に、対比例として従来のパージ制御における各種パラメータの挙動をタイムチャートにより示す。図３において、（ａ）はパージ制御を、（ｂ）はパージ弁のデューティ制御を、（ｃ）はパージポンプ下流側のベーパ圧センサで検出される下流側ベーパ圧力を、（ｄ）はパージポンプ上流側のベーパ圧センサで検出される上流側ベーパ圧力を、（ｅ）はパージポンプ前後差圧（上流側ベーパ圧力と下流側ベーパ圧力との間の圧力差）をそれぞれ示す。

この実施形態では、図２において（ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の間でパージ制御が実行され、パージポンプ２５が作動すると共に、（ｂ）に示すようにパージ弁２４が所定のデューティ比でオン・オフされると、（ｃ）に示すような下流側ベーパ圧力が得られる。ここで、一つのベーパ圧センサ３０で検出される下流側ベーパ圧力は、パージ弁２４がオフ（閉弁）するタイミングで一定な上限値となる。このように、この実施形態では、一つのベーパ圧センサ３０を設けるだけで、そのセンサの検出値から安定した下流側ベーパ圧力が得られることがわかる。

これに対し、従来では、図３において、（ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の間でパージ制御が実行され、パージポンプが作動すると共に、（ｂ）に示すようにパージ弁２４が所定のデューティ比でオン・オフされると、（ｄ）に示すように、上流側ベーパ圧力が脈動することから、その影響を受けて（ｃ）に示すように、下流側ベーパ圧力の脈動が大きくなってしまう。これらの圧力差を求めることにより、図２（ｃ）と同様な圧力波形が得られるものの、従来ではパージポンプの上流側と下流側のそれぞれにパージ圧センサを設けなければならず、それらの検出値から上流側ベーパ圧力と下流側ベーパ圧力との間の圧力差を求めなければならない。

また、この実施形態では、容積室がキャニスタ２１の内部空間により構成される。また、パージポンプ２５がキャニスタ２１に直接設けられると共に、吸入口２５ａがキャニスタ２１の導出口２１ｃに接続される。従って、容積室を別途設ける必要がなくなる。このため、蒸発燃料処理装置の構成を更に簡素化することができると共に、同装置をコンパクト化することができる。

＜第２実施形態＞
次に、蒸発燃料処理装置をガソリンエンジンシステムに具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

[蒸発燃料処理装置の構成について]
図４に、蒸発燃料処理装置を含むエンジンシステムを概略図により示す。この実施形態では、パージポンプ２５と容積室の配置の点で第１実施形態と異なる。すなわち、この実施形態で、パージポンプ２５は、キャニスタ２１とパージ弁２４との間のパージ通路２３に設けられる。また、キャニスタ２１とは別の容積室３１が、パージポンプ２５より上流のパージ通路２３に設けられる。ここで、容積室３１の容積を「１０００ｃｃ」程度にすることができる。キャニスタ２１とパージポンプ２５との間のパージ通路２３の内径を他より大きくすることで容積室３１を設けることができる。

従って、この実施形態の蒸発燃料処理装置によっても、キャニスタ２１の内部が大気に連通するように構成され、パージポンプ２５より上流に所定の容積を有する容積室３１が設けられる。従って、パージポンプ２５の作動時に、同ポンプ２５の上流側ではベーパ圧力の脈動が減衰され、同ポンプ２５の下流側では、上流側のベーパ圧力の影響が小さくなり、下流側のベーパ圧力の脈動が抑えられる。このため、ベーパの濃度を推定するために、ベーパ圧センサ３０を一つ設けるだけで蒸発燃料処理装置の構成を簡素化しながらパージポンプ２５の吐出圧力を安定的に検出することができる。この結果、ベーパ圧力等に基づきベーパの濃度を精度良く推定することができる。

なお、この開示技術は前記各実施形態に限定されるものではなく、開示技術の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

前記各実施形態では、過給機を備えないエンジンシステムにおいて、スロットル装置１１より下流の吸気通路３へパージ通路２３からベーパをパージするように構成した。これに対し、過給機を備えたエンジンシステムにおいて、スロットル装置より上流であってエアフローメータより下流の吸気通路へパージ通路からベーパをパージするように構成することもできる。

この開示技術は、蒸発燃料処理装置を備えたエンジンシステムに適用することができる。

１ エンジン
３ 吸気通路
５ 燃料タンク
２１ キャニスタ
２１ａ 大気口
２１ｂ 導入口
２１ｃ 導出口
２２ ベーパ通路
２３ パージ通路
２４ パージ弁
２５ パージポンプ
２５ａ 吸入口
２５ｂ 吐出口
３０ ベーパ圧センサ（圧力検出手段）
３１ 容積室

Claims (3)

1. 燃料タンクで発生する蒸発燃料を大気中へ放出させることなく処理するように構成した蒸発燃料処理装置であって、
   前記燃料タンクで発生する前記蒸発燃料を捕集するためのキャニスタと、
   前記キャニスタに捕集された前記蒸発燃料をエンジンの吸気通路へパージするためのパージ通路と、
   前記蒸発燃料のパージ流量を調節するために前記パージ通路に設けられたパージ弁と、
   前記キャニスタから前記パージ通路へ前記蒸発燃料を圧送するために前記キャニスタと前記パージ弁との間にて前記パージ通路に設けられたパージポンプと、
   前記パージ通路における前記蒸発燃料の圧力を検出するための圧力検出手段と
   を備え、
   前記キャニスタの内部が大気に連通するように構成され、
   前記パージポンプより上流に所定の容積を有する容積室が設けられ、
   前記圧力検出手段が、前記パージ弁と前記パージポンプとの間の前記パージ通路に設けられる
   ことを特徴とする蒸発燃料処理装置。
2. 請求項１に記載の蒸発燃料処理装置において、
   前記パージポンプは、前記蒸発燃料を吸入する吸入口と、前記蒸発燃料を吐出する吐出口とを含み、
   前記キャニスタは、大気を導入する大気口と、前記蒸発燃料を導入する導入口と、前記蒸発燃料を導出する導出口とを含み、
   前記容積室は、前記キャニスタの内部空間により構成され、
   前記パージポンプは、前記キャニスタに設けられると共に、前記吸入口が前記キャニスタの前記導出口に接続される
   ことを特徴とする蒸発燃料処理装置。
3. 請求項１に記載の蒸発燃料処理装置において、
   前記パージポンプは、前記キャニスタと前記パージ弁との間の前記パージ通路に設けられ、
   前記容積室は、前記パージポンプより上流の前記パージ通路に設けられる
   ことを特徴とする蒸発燃料処理装置。

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