JP4178763B2 - キャニスタパージシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料タンクからの蒸発燃料を一旦キャニスタに吸着した後に機関吸気通路に供給するキャニスタパージシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃料タンク内の蒸発燃料の大気放出を防止するために、タンク内の蒸発燃料を活性炭などの吸着剤を収納したキャニスタに導いて一旦吸着剤に吸着させるキャニスタパージシステムが一般に知られている。このようなキャニスタパージシステムでは、キャニスタ内の吸着剤が吸着した蒸発燃料で飽和することを防止するために、キャニスタと機関吸気通路とをパージ通路で接続し、機関運転中に大気をキャニスタを通して吸気通路に吸入することにより、吸着剤に吸着された蒸発燃料を吸気とともに機関に吸入させて燃焼するようにしている。すなわち、キャニスタを大気と機関吸気通路とに同時に連通させることにより吸気通路の負圧により大気がキャニスタ内の吸着剤を通過してパージ通路から吸気通路に吸引される。空気がキャニスタ内の吸着剤を通過する際に吸着剤に吸着された蒸発燃料が吸着剤から脱離し、パージ通路からは空気と蒸発燃料との混合気（パージガス）が吸気通路内に流入する。吸気通路に流入した蒸発燃料は機関吸気とともに機関の燃焼室に吸入されるため、キャニスタからの蒸発燃料は燃焼室内で燃焼する。これにより、燃料タンクからの蒸発燃料は大気に放出されることなく機関燃焼室で燃焼する。
【０００３】
上記のように、キャニスタパージシステムでは吸着剤は蒸発燃料の吸着と脱離を繰返して蒸発燃料の大気放出を防止している。しかし、蒸発燃料の脱離（パージ）が効率的に行われないと吸着剤には次第に吸着された蒸発燃料が蓄積してしまい吸着できる蒸発燃料の量が低下する問題がある。
この問題を解決するために、例えばキャニスタに吸着剤を加熱するヒータを設け、パージ中に吸着剤温度を上昇させることにより吸着剤からの蒸発燃料の脱離を促進する技術が知られている。
【０００４】
この種のキャニスタパージシステムの例としては、例えば特開昭６３−１５０４５９号公報に記載されたものがある。
同公報のキャニスタパージシステムは、キャニスタ内の吸着剤を加熱する電気ヒータを設けるとともに、キャニスタと機関吸気通路とを接続するパージ通路に、パージガス中の炭化水素濃度（すなわち蒸発燃料濃度）を検出するＨＣ検出計を配置し、ＨＣ検出計で検出した蒸発燃料濃度に基づいて電気ヒータの作動を制御している。
【０００５】
すなわち、上記公報のキャニスタパージシステムでは、機関燃料タンクへの給油後電気ヒータをオフにしたままキャニスタのパージを行い、ＨＣ検出計で検出したパージガス中の蒸発燃料濃度が所定値以下になったときから予め定めた時間だけ電気ヒータをオンにして吸着剤を加熱するようにしている。
機関燃料タンクへの給油時には蒸発燃料が多量に発生してキャニスタの吸着剤には多量の蒸発燃料が吸着される。この状態で吸着剤を加熱すると吸着剤から蒸発燃料が一挙に脱離して機関吸気通路には大量の蒸発燃料が流入するようになり、機関の空燃比に影響が生じる場合がある。
【０００６】
上記公報の装置は、これを防止するために、機関給油後の吸着剤の蒸発燃料吸着量が多い状態では吸着剤を加熱せずに低温でパージを行い、ＨＣ検出計で検出したパージガスの蒸発燃料濃度が所定値以下になったときに吸着剤に吸着された蒸発燃料量が所定値以下になったと判断して吸着剤の加熱を開始する。これにより、蒸発燃料の吸着量が多い間は比較的低温でパージが行われるため吸着剤からは比較的緩やかに蒸発燃料が脱離し、一挙に多量の蒸発燃料が吸気通路に流入することが防止される。また、蒸発燃料の吸着量が低下した後は吸着剤を加熱しつつパージが行われるが、吸着剤の蒸発燃料吸着量が比較的少ないため一挙に多量の蒸発燃料が吸気通路に流入することはなく、加熱により吸着剤に吸着された蒸発燃料が完全に脱離され、吸着剤の吸着能力が完全に回復するようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開昭６３−１５０４５９号公報のキャニスタパージシステムでは、単にＨＣ検出計で検出したパージガスの蒸発燃料濃度が所定値以下か否かに応じてヒータのオンオフを行っている。このため、吸着剤からの蒸発燃料の脱離が完全に行われない問題が生じる場合がある。
【０００８】
キャニスタの吸着剤の蒸発燃料吸着量は、吸着剤全体に一様に分布しているわけではなく、吸着剤内には蒸発燃料吸着量の偏りが生じている。すなわち、キャニスタには燃料タンク内の蒸発燃料をキャニスタ内に導入するベーパーポートと、パージ中に大気をキャニスタ内に導入する大気ポートとが設けられている。
蒸発燃料吸着時にはベーパーポートから蒸発燃料と空気との混合気がキャニスタ内に供給され、吸着剤で蒸発燃料を吸着された残りの清浄な空気のみがキャニスタから大気に放出される。すなわち、ベーパーポート付近の吸着剤は蒸発燃料濃度の高い混合気が通過するため、比較的多量の蒸発燃料を吸着するが、大気ポート付近の吸着剤には、上流側の吸着剤で蒸発燃料がある程度除去された蒸発燃料濃度の低い混合気しか通過しないため、蒸発燃料の吸着量は比較的少なくなる。このため、吸着剤のベーパーポート付近の部分の蒸発燃料の吸着量は大気ポート付近の部分の蒸発燃料吸着量よりかなり多くなっている。
【０００９】
このため、特開昭６３−１５０４５９号公報のキャニスタパージシステムのようにパージガスの蒸発燃料濃度がある濃度以下になったときに一律にヒータ加熱を行う場合には、例えばベーパーポート近傍の吸着剤の蒸発燃料吸着量に基づいてヒータ加熱を開始する蒸発燃料濃度を設定すると、実際には大気ポート近傍では吸着剤の吸着量は少ないため、大気ポート近傍では吸着剤から完全に蒸発燃料が脱離した後もヒータ加熱が続けられることとなり無駄な加熱エネルギーが消費されることになる。更に、吸着剤からの蒸発燃料脱離時には燃料の気化熱に相当する熱量が吸着剤から奪われるため加熱時にも吸着剤自体の温度上昇は少ないが、脱離完了後も加熱を続けると吸着剤自体の温度が上昇してしまう。吸着剤の吸着能力は温度が高いほど低下するため、この状態で蒸発燃料の吸着が開始されると大気ポート付近では蒸発燃料の吸着能力が低くなり蒸発燃料が吸着剤に吸着されずに大気に放出されてしまう場合がある。
【００１０】
一方、逆に大気ポート近傍の吸着剤の蒸発燃料吸着量を基準にしてヒータ加熱を開始するパージガス中の蒸発燃料濃度を設定すると、ベーパーポート近傍の吸着剤の蒸発燃料吸着量が多い状態でヒータ加熱が開始されることになる。本来蒸発燃料吸着量が多い状態ではヒータ加熱を行わないでも吸着剤からの蒸発燃料の脱離が生じやすいため、この場合も無駄な加熱エネルギーが消費される問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記に鑑み、吸着剤のヒータ加熱を行う際に、吸着剤の吸着性能の低下や加熱エネルギーの無駄な消費を招くことなく、効率的に吸着剤からの蒸発燃料の脱離を行うことが可能なキャニスタパージシステムを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、内部に吸着剤を収容するハウジングと、それぞれ前記ハウジングに設けられ、ハウジング内部を内燃機関の吸気通路に連通するパージポートと、ハウジング内部を内燃機関の燃料タンク内の液面上部空間に連通するベーパーポートと、ハウジング内部を大気に連通する大気ポートとを備え、燃料タンク内の蒸発燃料を前記ベーパーポートを介してハウジング内に導入して前記吸着剤に吸着させ、内燃機関運転中に前記大気ポートからハウジング内に大気を導入して前記吸着剤に吸着された蒸発燃料を吸着剤から脱離させるとともに脱離した蒸発燃料を前記パージポートから内燃機関の吸気通路に供給するキャニスタパージシステムであって、前記吸着剤の前記ベーパーポート近傍の部分を加熱する第１のヒータと、前記吸着剤の前記大気ポート近傍の部分を加熱する、前記第１のヒータとは独立して作動可能な第２のヒータと、前記パージポートから前記吸気通路に供給される蒸発燃料量を検出する蒸発燃料検出手段と、前記蒸発燃料検出手段により検出した蒸発燃料量が所定の上限値以上のとき、及び所定の下限値以下のときにそれぞれ前記第１と第２のヒータによる吸着剤加熱を停止するヒータ制御手段を備え、前記第２のヒータの前記上限値と下限値との少なくとも一方は、前記第１のヒータより大きい値に設定され、前記蒸発燃料吸着時には、前記ベーパーポート近傍の吸着剤の蒸発燃料吸着量は前記大気ポート近傍の吸着剤の蒸発燃料吸着量より多くなる偏りが生じており、前記パージポートから前記吸気通路に供給される蒸発燃料量は、キャニスタ内の吸着剤全体を平均した蒸発燃料吸着量に応じて変化する、キャニスタパージシステムが提供される。
【００１３】
すなわち、請求項１の発明ではキャニスタの加熱はキャニスタからパージされる蒸発燃料量が上限値より大きい場合と下限値より小さい場合には行わない。検出した蒸発燃料量が大きい場合は吸着剤の吸着量が多いため加熱を行わなくとも吸着剤からは蒸発燃料が脱離する。また、検出した蒸発燃料量が小さい場合には、吸着剤の吸着量は低下しており、加熱を続けると加熱エネルギーの無駄な消費を招くとともに吸着剤の温度が上昇して吸着能力が低下するおそれがある。このため、検出した蒸発燃料量が上限値より大きい場合と下限値より小さい場合に吸着剤の加熱を停止することにより、加熱エネルギーの無駄な消費と吸着剤の吸着性能の低下が防止される。特に、本発明では吸着剤のベーパーポート近傍と大気ポート近傍とをそれぞれ加熱する第１と第２のヒータが設けられている。更に、上記上限値または下限値の少なくとも一方は第１と第２のヒータとで異なる値に設定されており、第２のヒータの上限値は第１のヒータの上限値より大きく、又は／及び、第２のヒータの下限値は第１のヒータの下限値より大きい値に、それぞれ設定されている。第２のヒータの上限値を第１のヒータの上限値より大きく設定すると、例えば、ベーパーポート近傍の吸着剤では吸着量が多くヒータ加熱を行う必要がないが、大気ポート近傍の吸着剤では吸着量が少なくなってヒータ加熱が必要になっているような場合に、第２のヒータを用いて大気ポート近傍の吸着剤のみを加熱することが可能となる。また、第２のヒータの下限値を第１のヒータの下限値より大きく設定すると蒸発燃料の吸着量が少ない大気ポート近傍の吸着剤ではベーパーポート近傍の吸着剤より早く加熱が停止されるようになり、大気ポート近傍の吸着剤から蒸発燃料が脱離した後も加熱が継続されることによる大気ポート近傍の吸着剤の吸着性能の低下と無駄な加熱エネルギーの消費とが防止されるようになる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、内部に吸着剤を収容するハウジングと、それぞれ前記ハウジングに設けられ、ハウジング内部を内燃機関の吸気通路に連通するパージポートと、ハウジング内部を内燃機関の燃料タンク内の液面上部空間に連通するベーパーポートと、ハウジング内部を大気に連通する大気ポートとを備え、燃料タンク内の蒸発燃料を前記ベーパーポートを介してハウジング内に導入して前記吸着剤に吸着させ、内燃機関運転中に前記大気ポートからハウジング内に大気を導入して前記吸着剤に吸着された蒸発燃料を吸着剤から脱離させるとともに脱離した蒸発燃料を前記パージポートから内燃機関の吸気通路に供給するキャニスタパージシステムであって、前記吸着剤の前記ベーパーポート近傍の部分を加熱する第１のヒータと、前記吸着剤の前記大気ポート近傍の部分を加熱する、第２のヒータとを備え、前記吸着剤の前記第１のヒータと第２のヒータとにより加熱される部分のうち少なくとも一方の部分の単位体積あたりの蒸発燃料吸着容量を、前記ヒータにより加熱される部分以外の吸着剤部分の蒸発燃料吸着容量より高く設定した、キャニスタパージシステムが提供される。
【００１５】
すなわち、請求項２の発明ではベーパーポート近傍と大気ポート近傍との吸着剤をそれぞれ加熱するヒータが設けられるとともに、このヒータにより加熱される吸着剤部分の少なくとも一方は単位体積あたりの蒸発燃料吸着容量（以下、「吸着能力」という）を吸着剤の他の部分より大きくしている。ベーパーポート近傍の吸着剤部分にはタンクからの蒸発燃料が供給されるため、この部分の蒸発燃料吸着量は最も多くなる。このため、ベーパーポート近傍の吸着剤部分の吸着能力を他の部分より大きく設定するとともに、この部分を加熱するヒータを設けることにより、蒸発燃料の吸着、脱離が効率的に行われる。
【００１６】
また、タンクからの蒸発燃料を吸着中に大気ポート近傍の吸着剤が蒸発燃料で飽和すると、蒸発燃料が大気に直接放出されてしまうおそれがある。このため、大気ポート近傍の吸着剤の吸着能力を大きく設定することにより、蒸発燃料吸着中に大気ポート近傍の吸着剤が蒸発燃料で飽和することが防止され、大気への蒸発燃料放出が防止される。また、この部分を加熱するヒータを設けることにより、パージ実行中に大気ポート近傍の吸着剤から蒸発燃料を完全に脱離させることができるため、この部分の吸着剤の吸着能力を常に高く維持することが可能となる。
【００１７】
上記のように、ベーパーポート近傍と大気ポート近傍の吸着剤部分はキャニスタの性能上最も重要な部分であるが、これらの重要な部分の少なくとも一方を吸着能力の高い吸着剤で構成し、これらの部分のみを加熱するヒータを設けたことにより、全体としての吸着剤の体積を低減することが可能になるとともに、ヒータにより加熱する吸着剤部分の熱容量を低下させることができる。このため、ヒータによる加熱エネルギーが減少するとともに、効率的に吸着剤からの蒸発燃料の脱離を行うことが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明を自動車用エバポパージシステムに適用した実施例の概略構成を示す図である。図１において、１００は内燃機関本体、１は内燃機関１００の吸気通路、３は吸気通路１に配置されたエアクリーナを示す。吸気通路１には運転者のアクセルペダル（図示せず）の操作に応じた開度をとるスロットル弁６が設けられている。
【００１９】
図１に１１で示すのは機関の燃料タンクである。タンク１１内の燃料油はフュエルポンプ７０により昇圧され、フィード配管７１を介して機関１００の各気筒の燃料噴射弁１０１に圧送される。
燃料タンク１１には、タンク内への給油のための給油管１１１が設けられている。また、タンク１１の上部には、後述するキャニスタ１０にタンク１１内の燃料油液面上部空間を接続するブリーザー配管１３が接続されている。
【００２０】
ブリーザー配管１３とタンク１１との接続部にはベントバルブ１３１とそれぞれフロート弁からなるＣＯＶ（ＣＵＴ ＯＦＦ ＶＡＬＶＥ）１３２とＲＯＶ（ＲＯＬＬ ＯＶＥＲ ＶＡＬＶＥ）１３３とが設けられている。ベントバルブ１３１は、燃料タンク１１内圧力がブリーザー配管１３内圧力よりわずかに高くなると開弁し、ブリーザー配管１３を通してタンク１１内の蒸発燃料を含む空気をキャニスタに流すようにされている。
【００２１】
また、ＲＯＶ１３３は、給油時の液面上昇により閉弁し、ベントバルブ１３１と燃料タンク１１との接続を遮断する。また、ＲＯＶ１３３は、車両転倒時等にベントバルブ１３１とタンク１１との接続部を閉鎖し、ブリーザー配管１３を介して大量の燃料油が外部に洩れることを防止する機能を有している。
【００２２】
ＣＯＶ１３２はＲＯＶ１３３と並列に配置されており、ＲＯＶ１３３より更に液面が上昇したときにベントバルブ１３１とタンク１１との連通を遮断する。ＣＯＶ１３２は、給油時の液面上昇時にはＲＯＶ１３３閉弁後も開弁してタンク１１とベントバルブ１３１とを連通するが、車両旋回による液面の動揺によりＣＯＶ１３２位置まで液面が到達したような場合、及び車両転倒時等には閉弁し、ベントバルブ１３１を通って燃料油がブリーザー配管１３に侵入することを防止する機能を有する。
【００２３】
図１に３０で示すのは、機関の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０は、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）及び入出力ポートを互いに双方向性バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータからなり、機関の燃料噴射制御等の基本制御を行う他、本実施例では後述する吸着剤加熱のためのヒータ制御を行う。
【００２４】
上記制御のため、ＥＣＵ３０の出力ポートは図示しない駆動回路を介して機関１００の燃料噴射弁１０１に接続され、燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御している他、後述するパージ制御弁１５のアクチュエータ、ＣＣＶ（ＣＡＮＩＳＴＥＲ ＣＬＯＳＵＲＥ ＶＡＬＶＥ）１７のアクチュエータにそれぞれ接続され、これらの弁の作動を制御している。
また、ＥＣＵ３０の入力ポートには、機関の回転数、吸入空気量、機関冷却水温度等を表す信号が、それぞれ図示しないセンサから入力されている他、機関吸気通路１に設けられた吸気酸素濃度センサ３３から吸気中の酸素濃度に対応する信号が入力されている。ＥＣＵ３０は、吸気酸素濃度センサ３３出力に基づいて、吸気中に含まれる蒸発燃料量（蒸発燃料濃度）を算出する。
【００２５】
図１に１０で示すのは燃料タンク内の蒸発燃料を吸着するキャニスタである。キャニスタ１０はブリーザー配管１３により燃料タンク１１の燃料液面上部空間と、また、パージ配管１４により吸気通路１の吸気酸素濃度センサ３３上流側部分と、それぞれ接続されている。図１に１５で示すのは、パージ通路１４を開閉するパージ制御弁１５である。パージ制御弁１５はソレノイドアクチュエータなどの適宜な形式のアクチュエータを備え、ＥＣＵ３０からの信号により開弁し、キャニスタ１０と吸気通路１とを連通してキャニスタ１０のパージを行う。
【００２６】
次に、本実施形態のキャニスタ１０の構造について説明する。
図２は本実施形態のキャニスタ１０の構造を模式的に示す断面図である。キャニスタ１０はハウジング１０ａと、該ハウジング内に充填された活性炭などの蒸発燃料吸着剤５０（以下の説明では、吸着剤５０ａ、５０ｂを総称して吸着剤５０と称する場合がある）とを備えている。ハウジング１０ａ内には、ハウジング上部から延びる隔壁１０ｂが設けられており、ハウジング１０ａ内を主室１０cと副室１０ｄとに分割している。吸着剤５０はそれぞれ主室１０ｃと副室１０ｄ内に設けられたフィルタ材料、多孔板等の通気性材料からなる２枚の保持板５１ａ、５１ｂの間に充填されている。隔壁１０ｂの下端、及び主室１０ｃ、副室１０ｄ内の下側の保持板５１ｂ下部には空間１０ｅが形成されている。
【００２７】
主室１０ｃ内の吸着剤５０ａ、及び副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂにはそれぞれヒータ２０ａ（第１のヒータ）、２０ｂ（第２のヒータ）が埋込まれている。ヒータ２０ａ、２０ｂについては後述する。
ハウジング１０ａの主室１０ｃ部分には、ベーパーポート１３ａとパージポート１４ａとが設けられており、主室１０ｃ内の上側保持板５１ａ上部空間１０ｆは、ベーパーポート１３ａを介してブリーザー配管１３に、またパージポート１４ａを介してパージ配管１４に、それぞれ接続されている。また、ハウジング１０ａの副室１０ｄ部分には、大気ポート１８ａが設けられており、副室１０ｄ内の上側保持板５１ａの上部空間１０ｇは、大気ポート１８ａを介して大気連通管１８に接続されている。大気連通管１８の他端は、タンク１１の給油口近傍に開口している。
【００２８】
また、大気連通管１８にはエアフィルター１９と前述したＣＣＶ１７とが設けられている。エアフィルタ１９は後述するパージ実行時に大気連通管１８からキャニスタ１０内に流入する空気中の異物を除去するものである。ＣＣＶ１７は、ソレノイドアクチュエータなどの適宜な形式のアクチュエータを備え、ＥＣＵ３０からの制御信号に応じて大気連通管１８とキャニスタ１１との連通を遮断するものである。
【００２９】
次に、本実施例におけるキャニスタ１０の機能について説明する。
キャニスタ１０と吸気通路１とを接続するパージ通路１４上のパージ制御弁１５の閉弁中に燃料タンク１１内圧力が上昇してベントバルブ１３１の開弁圧力に到達すると、ベントバルブ１３１が開弁する。これにより、燃料タンク１１の液面上部空間からブリーザー配管１３を介して燃料蒸気と空気との混合気がキャニスタ１０の主室１０ｃ内に流入し、主室内の吸着剤５０ａを通過して下部空間１０ｅから更に副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂを通過した後に大気連通管１８から大気に放出されるようになる。これにより、大気連通管１８からは主室１０ｃ内と副室１０ｄ内の吸着剤５０ａ、５０ｂで燃料蒸気を除去された後の空気のみが放出されるようになる。これにより、蒸発燃料の大気放出が防止される。
【００３０】
また、機関運転中にパージ制御弁１５が開弁されると、キャニスタ１０内にはパージ通路１４を介して吸気通路１のスロットル弁６下流側の負圧が作用し、キャニスタ内圧力は大気圧より低くなる。このため、パージ制御弁１５が開弁すると、大気連通管１８からフィルタ１９により異物を除去された清浄な空気がキャニスタ１０内に流入する。この空気は副室１０ｄと主室１０ｃの吸着剤５０ｂ、５０ａから吸着した蒸発燃料を離脱させ、蒸発燃料と空気との混合ガス（パージガス）となってパージ通路１４から機関吸気通路１に流入し、機関燃焼室で燃焼する。これにより、吸着剤５０が蒸発燃料で飽和することが防止される。
【００３１】
なお、ある種の希薄燃焼機関のようにスロットル弁６をほぼ全開状態にして運転する機関では、吸気通路１のスロットル弁６下流側の負圧は極めて小さくなるため吸気通路の負圧でパージガスを吸気通路内に吸入することが困難な場合がある。このような機関の場合には、例えばパージ配管１４にエアポンプを設け、キャニスタ内のパージガスを吸気通路１に圧送することによりパージを行う。また、パージ配管１４にエアポンプを設ける代りに大気連通管１８にエアポンプを設け、空気をキャニスタ内に圧送して吸着剤５０のパージを行い、パージガスを吸気通路１に排出するようにしてもよい。
【００３２】
上述のように、キャニスタ１０内の吸着剤５０は蒸発燃料の吸着とパージによる脱離とを繰返すことにより、蒸発燃料の大気放出を防止している。しかし、パージによる蒸発燃料の脱離が不十分になると吸着剤５０には次第に吸着された蒸発燃料が蓄積し、吸着剤５０の吸着能力が低下する。特に、蒸発燃料の高沸点成分は吸着剤５０から脱離しにくいため吸着剤５０に蓄積されやすい。
【００３３】
本実施形態では、パージ実行時に吸着剤５０に吸着された蒸発燃料を完全に脱離させて吸着剤５０の吸着能力を回復させるためにヒータ２０ａ、２０ｂが設けられている。
本実施形態では、ヒータ２０ａ、２０ｂは板状の電気ヒータとされ、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、それぞれキャニスタ主室１０ｃ内の吸着剤５０ａと副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂのほぼ長さ方向全体にわたって埋込まれている。ヒータ２０ａ、２０ｂはそれぞれＥＣＵ３０からの制御信号により作動する図示しないリレーを介して車両の電源に接続され、互いに独立して作動可能とされている。すなわち、本実施形態ではベーパーポート１３ａ近傍に位置するキャニスタ１０の主室１０ｃ内の吸着剤５０ａと、大気ポート１８ａ近傍に位置するキャニスタ１０の副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂとは、互いに独立して加熱することが可能となっている。
【００３４】
次に、本実施形態のキャニスタのヒータ２０ａ、２０ｂの制御について説明する。
本実施形態では、パージ実行中に機関１００の吸気通路１に設けた吸気酸素濃度センサ３３出力に基づいて吸着剤５０の蒸発燃料吸着量を推定し、この蒸発燃料吸着量に応じて第１と第２のヒータ２０ａ、２０ｂのオン、オフを行う。
具体的には、本実施形態では、吸気酸素濃度センサ３３として、センサ電極上で吸気中の蒸発燃料などの可燃物を酸化（燃焼）し、燃焼後の吸気中の酸素濃度を検出する形式のものが用いられている。このため、吸気酸素濃度センサ３３で検出した酸素濃度は吸気中の蒸発燃料量（濃度）が大きいほど低下する。すなわち、吸気酸素濃度センサ３３で検出した酸素濃度は吸気中の蒸発燃料濃度を表すことになる。
【００３５】
一方、機関１００の燃料噴射制御では通常吸気通路１に設けたエアフローメータ（図示せず）または吸気圧力センサ（図示せず）と機関回転数とに基づいて機関の吸気流量が算出される。このため、吸気酸素濃度センサ３３で検出した酸素濃度と吸気流量とから、パージ中に吸気通路に流入する蒸発燃料量（流量）を算出することが可能となる。
【００３６】
一方、パージ配管１４から吸気通路１に供給されるパージガスの流量は機関運転状態（吸気通路負圧）とパージ制御弁１５開度により定まる。このため、蒸発燃料流量とパージガス流量とに基づいてパージガス中の蒸発燃料濃度を算出することができる。
例えばＥＣＵ３０は一定時間毎に吸気酸素濃度センサ３３で検出した吸気酸素濃度と機関吸気流量とに基づいて吸気中の蒸発燃料量（流量）を算出し、更に機関運転状態とパージ制御弁１５開度とに基づいてパージガス流量を算出する。そして、ＥＣＵ３０は更に、算出した蒸発燃料量とパージガス流量とに基づいてパージガス中の蒸発燃料濃度を算出し、この蒸発燃料濃度に基づいてヒータ２０ａ、２０ｂのオン、オフ制御を行う。
【００３７】
本実施形態では、基本的にはパージガス中の蒸発燃料濃度が所定の上限値以上である場合、及び所定の下限値以下である場合にはヒータでの吸着剤加熱は行わない。
パージガス中の蒸発燃料濃度は吸着剤の吸着した蒸発燃料量と相関があり、吸着剤の蒸発燃料吸着量が大きいほどパージガス中の蒸発燃料濃度は高くなる。このため、蒸発燃料濃度が高い場合は吸着剤の蒸発燃料吸着量が大きいことを意味している。吸着剤の蒸発燃料吸着量が多い場合には、吸着剤からの蒸発燃料脱離速度も大きく、吸着剤を加熱して蒸発の脱離を促進する必要はない。
【００３８】
一方、蒸発燃料濃度が低い場合には吸着剤から蒸発燃料の大部分が脱離しており、吸着剤の蒸発燃料吸着量は低くなっている。このため、吸着剤の吸着能力は既に回復しており、これ以上吸着剤を加熱して蒸発燃料の脱離を促進する必要はない。また、吸着量が小さい状態で吸着剤を加熱すると吸着剤自体の温度が上昇し、蒸発燃料の吸着を再開したときの吸着能力が低下してしまう。
そこで、本実施形態では吸着剤の蒸発燃料吸着量が所定の上限値より小さく、かつ所定の下限値より大きい場合にのみヒータに通電して吸着剤の加熱を行うようにしている。
【００３９】
ところが、上述のように蒸発燃料濃度に基づいてヒータの作動を制御する場合には問題が生じる。すなわち、蒸発燃料濃度に基づいて推定される吸着剤の蒸発燃料吸着量は吸着剤全体を平均した場合の吸着量である。これに対して、吸着剤内の蒸発燃料吸着は一様ではなく、吸着剤内では吸着量の偏りが生じている。例えば、蒸発燃料吸着時には、図２の例ではキャニスタ１０の主室１０ｃにはブリーザー配管１３が接続されており、タンク１１からの蒸発燃料は主室１０ｃに流入する。このため、蒸発燃料吸着時には蒸発燃料はまず主室１０ｃ内の吸着剤５０ａに吸着され、吸着剤５０ａに吸着されなかった蒸発燃料のみが副室１０ｄに流入して副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂに吸着される。すなわち、蒸発燃料吸着量はベーパーが流入する主室側の吸着剤５０ａが大きく副室側の吸着剤５０ｂの吸着量は小さくなっている。
【００４０】
また、パージ実行時には空気は大気ポート１３ａからまず副室１０ｄ内に流入し、副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂから蒸発燃料を脱離させた後主室１０ｃの吸着剤５０ａに流入する。すなわち、主室１０ｃに流入する空気は蒸発燃料を含んでおり、この蒸発燃料の一部は主室内の吸着剤５０ａの吸着能力に余裕がある場合には再度吸着剤５０ａに吸着される。従って、パージ実行時には吸着剤からの脱離はまず大気ポート１８ａ側の吸着剤５０ｂから始り、その後パージポート１４ａ側の吸着剤５０ｂで開始されるようになる。
【００４１】
すなわち、大気ポート１８ａ側（副室１０ｄ）の吸着剤５０ｂでは、ベーパーポート１３ａ側（主室１０ｃ）の吸着剤５０ａに較べてもともと吸着量が少ない状態で、しかも主室１０ｃの吸着剤５０ａより早く蒸発燃料の脱離が開始されるため、蒸発燃料の脱離が完了するのも主室１０ｃの吸着剤５０ａより早くなる。従って、吸着剤の加熱の停止を同一のタイミングで行うと問題が生じることになる。すなわち、副室側の蒸発燃料脱離完了にあわせて吸着剤の加熱を停止すると主室側では未だ蒸発燃料の脱離が完了していない状態で加熱が停止されてしまい、例えば蒸発燃料の高沸点成分が吸着剤に蓄積される問題が生じ、一方、主室側の蒸発燃料脱離完了にあわせて吸着剤の加熱を停止すると副室側では蒸発燃料の脱離が完了した後も吸着剤の加熱が継続されることになり、無駄に加熱エネルギーが消費されるのみならず、吸着剤の温度が上昇して吸着再開時の吸着性能が低下する問題が生じるのである。
【００４２】
本実施形態では、この問題を解決するために主室１０ｃ側の吸着剤５０ａ加熱する第１のヒータ２０ａと副室１０ｄ側の吸着剤５０ｂを加熱する第２のヒータ２０ｂとを設け、これらのヒータのオン、オフを個別に制御するとともに、ヒータの加熱を停止する蒸発燃料濃度の下限値を第１のヒータと第２のヒータとで異なる値に設定し、第２のヒータにおける下限値を第１のヒータにおける下限値より大きく（高く）設定している。両方の吸着剤を加熱してパージを行うと、パージガス中の蒸発燃料濃度は、吸着剤全体の蒸発燃料吸着量の減少に応じて低下するが、副室１０ｄ側の吸着剤５０ｂの蒸発燃料の脱離が完了した状態でも、主室１０ｃ側の吸着剤５０ａにはまだ多量の蒸発燃料が吸着されているため、パージガス中の蒸発燃料濃度は比較的高い値になる。
【００４３】
本実施形態では、副室１０ｄ側の吸着剤５０ｂでの蒸発燃料の脱離が完了したときに対応する比較的高い蒸発燃料濃度を第２のヒータの通電下限値としている。第２のヒータの通電を停止後、第１のヒータの通電を継続すると、パージガス中の蒸発燃料濃度は、主室１０ｃ側の吸着剤５０ａからの蒸発燃料の脱離に応じて低下し、吸着剤５０ａからの蒸発燃料脱離が完了した状態では比較的低い値になる。本実施形態では、この、吸着剤５０ａからの蒸発燃料の脱離が完了した状態に対応する比較的低い蒸発燃料濃度を第１のヒータの通電下限値としている。
【００４４】
これにより、それぞれの吸着剤で適切な加熱が行われるため、無駄な加熱エネルギーの消費と吸着剤の吸着性能の低下とを防止しつつ、効率的に吸着剤からの蒸発燃料の脱離（パージ）が行われるようになる。
【００４５】
図３は、上述した本実施形態のヒータ制御操作を説明するフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
図３の操作では、まずステップ３０１で現在の吸気酸素濃度センサ３３から吸気酸素濃度を読込み、ステップ３０３では、読込んだ吸気酸素濃度と現在の機関吸入空気量、吸気通路負圧及びパージ制御弁開度とに基づいてパージガスの蒸発燃料濃度ＦＧＰＧが算出される。
【００４６】
そして、ステップ３０５では蒸発燃料濃度が所定の上限値ＧＰＧＨ以上か否かを判断し、ＦＧＰＧ≧ＧＰＧＨである場合にはステップ３０７、３０９でそれぞれ第１のヒータ２０ａと第２のヒータ２０ｂとをオフにして今回の本操作の実行を終了する。
ステップ３０５における上限値ＧＰＧＨは、吸着剤全体としてある程度吸着量が減少して加熱しない状態での吸着剤からの蒸発燃料の脱離速度が低下を始めた状態に対応する蒸発燃料濃度である。すなわち、蒸発燃料濃度がＧＰＧ以上である場合には吸着剤を加熱しなくとも充分に蒸発燃料の脱離速度が大きいため、第１と第２のヒータによる加熱は行わない。ＧＰＧＨの値はキャニスタのサイズ、吸着剤の種類などにより異なるため、詳細には実際のキャニスタを用いた実験により設定することが好ましい。
【００４７】
ステップ３０５でＦＧＰＧ＜ＧＰＧＨであった場合、には次にステップ３１１に進み、蒸発燃料濃度ＦＧＰＧが第１の下限値ＧＰＧＬ１以下か否かを判定する。ここで、ＧＰＧＬ１は主室１０ｃ側の吸着剤５０ａと副室１０ｄ側の吸着剤５０ｂとの両方からの蒸発燃料脱離が完了した状態に対応する蒸発燃料濃度であり、詳細には実験により設定される。
ステップ３１１でＦＧＰＧ≦ＧＰＧＬ１であった場合には両方の吸着剤とも蒸発燃料の脱離は完了しており、ヒータ加熱の必要はないため、この場合もステップ３０７、３０９で第１と第２のヒータの通電を停止して今回の操作の実行を終了する。
【００４８】
ステップ３１１で、ＦＧＰＧ＞ＧＰＧＬ１であった場合には、次にステップ３１３で第１のヒータ２０ａをオン（通電）して、次にステップ３１５で蒸発燃料濃度ＦＧＰＧが第２の下限値ＧＰＧＬ２以下か否かを判定する。ＧＰＧＬ２は副室１０ｄ側の吸着剤５０ｂでは蒸発燃料の脱離が完了しているが、主室１０ｃ側の吸着剤５０ａではまだ蒸発燃料の脱離が完了していない状態での最も高い蒸発燃料濃度である。
ステップ３１５でＦＧＰＧ≦ＧＰＧＬ２であった場合にはステップ３０９が実行され、第２のヒータ２０ｂのみがオフ（通電停止）され、ＦＧＰＧ＞ＧＰＧＬ２であった場合にはステップ３１７で第２のヒータ２０ｂがオン（通電）される。
【００４９】
第１の下限値ＧＰＧＬ１と第２の下限値ＧＰＧＬ２はそれぞれ、第１のヒータ２０ａの通電下限値と第２のヒータ２０ｂの通電下限値とに相当し、ＧＰＧＨ＞ＧＰＧＬ２＞ＧＰＧＬ１の関係にある。すなわち、第２のヒータにより吸着剤５０ｂの加熱を行う蒸発燃料濃度下限値ＧＰＧＬ２は、第１のヒータにより吸着剤５０ａの加熱を行う蒸発燃料濃度下限値ＧＰＧＬ１より大きな値に設定されている。
なお、ＧＰＧＨ、ＧＰＧＬ１、ＧＰＧＬ２の値は、詳細には実際のキャニスタを用いた実験により設定することが好ましい。
【００５０】
上述のように、本実施形態では吸気通路１の負圧をキャニスタ内に導入することにより吸着剤のパージを行う場合を例にとって説明したが、前述したようにパージ配管１４にエアポンプを配置してキャニスタ１０内のパージガスを吸気通路１に供給する場合、或は大気連通路１８にエアポンプを配置して空気をキャニスタ１０内に供給してパージを行う場合も同様な制御が可能であることは言うまでもない。
なお、本実施形態ではヒータ通電を行う蒸発燃料濃度上限値ＧＰＧＨは第１と第２のヒータとで同じ値を使用しているが、上限値についても第１と第２のヒータで異なる値に設定するようにしても良い。
【００５１】
また、本実施形態では、第１のヒータと第２のヒータとで下限値を変えた場合を説明しているが、下限値は第１と第２のヒータとで共通の値に設定し、上限値のみを第２のヒータが第１のヒータより大きくなるように設定してもよい。このように、第２のヒータの上限値を第１のヒータの上限値より大きくすることにより、第２のヒータでは第１のヒータより早く加熱が開始されるようになり、ベーパーポート近傍部分の吸着量が多くヒータ加熱の必要がない場合でも、第２のヒータにより大気ポート部分の加熱を行うことができ、大気ポート部分の蒸発燃料の脱離を効率的に行うことができる。
【００５２】
次に、図４を用いてキャニスタ１０の図２とは異なる構成の実施形態について説明する。
図４は、本実施形態のキャニスタ１０の、図２と同様な断面模式図である。
図２のキャニスタでは、ヒータ２０ａ、２０ｂは主室１０ｃの吸着剤５０ａと副室１０ｄの吸着剤５０ｂとのほぼ全長にわたって設けられており、吸着剤５０ａ、５０ｂの全体を加熱するようにされていた。これに対して、図４のキャニスタ１０では、ヒータ２０ａ、２０ｂはそれぞれ吸着剤５０ａのベーパーポート１３ａ近傍部分のみと吸着剤５０ｂの大気ポート１８ａ近傍部分のみを加熱する小型のものが使用されている。また、これらのヒータにより加熱される吸着剤５０ｃ、５０ｄは、他の部分の吸着剤５０ａ、５０ｂとは異なるものが使用されている。
【００５３】
すなわち、実際には、本実施形態では、主室１０ｃと副室１０ｄ内はそれぞれ保持板５１ａ、５１ｂの間にそれぞれ多孔板などからなるもう一つの保持板５１ｃ、５１ｄが設けられており、主室１０ｃと副室１０ｄをそれぞれ２つの区画に分割している。そして、主室１０ｃのベーパーポート１３ａ側の区画（すなわち、保持板５１ａと５１ｃとにより形成される区画）と、副室１０ｄの大気ポート１８ａ側区画（すなわち保持板５１ａと５１ｄとにより形成される区画）には、他の区画（保持板５１ｃと５１ｂ、及び５１ｄと５１ｂとにより形成される区画）に収納された吸着剤５０ａ、５０ｂより単位体積当りの蒸発燃料吸着容量（吸着能力）が大きい吸着剤５０ｃ、５０ｄが収納されている。図４に示すように、吸着剤５０ｃは５０ａより容積が小さく、また吸着剤５０ｄは５０ｂより容積が小さい。また、大気ポート１８ａに最も近い吸着剤５０ｄはベーパーポート１３ａに最も近い吸着剤５０ｃより容積が小さく設定されている。
【００５４】
本実施形態では、ヒータ２０ａは吸着剤５０ｃの長さのほぼ全体にわたって埋込まれており、吸着剤５０ｃのみを加熱する。また、ヒータ２０ｂは吸着剤５０ｄの長さのほぼ全体にわたって埋込まれており、吸着剤５０ｄのみを加熱する。
吸着能力が比較的低い吸着剤５０ａ、５０ｂは容積が比較的大きいが、吸着剤５０ｃ、５０ｄとは保持板５１ｃ、５１ｄで分離されているため、ヒータ２０ａ、２０ｂの熱は吸着剤５０ａ、５０ｂに直接にはほとんど伝達しない。このため、ヒータ２０ａ、２０ｂが加熱すべき部分の熱容量は（ヒータ自身の熱容量も含めて）図２のものより小さくなっており、比較的小さいヒータ電力で吸着剤５０ｃ、５０ｄをより高温に昇温することが可能となっている。
【００５５】
本実施形態でベーパーポート１３ａと大気ポート１８ａとに近い部分の吸着剤５０ｃ、５０ｄに他の部分の吸着剤５０ａ、５０ｂに較べて吸着能力の高い吸着剤を使用しているのは以下の理由による。
すなわち、吸着剤５０ｃはベーパーポート１３ａに最も近いため、ブリーザー配管１３から供給される蒸発燃料を最も多く吸着する部分である。このため、この部分の吸着剤の吸着能力を大きくして、この部分に集中して蒸発燃料を吸着させることにより、キャニスタ全体を小型化することが可能となる。また、吸着能力の高い吸着剤は蒸発燃料を吸着する細孔の径が小さく、特に高沸点成分が脱離しにくい問題があるが、吸着剤５０ｃのみを加熱するヒータ２０ａを設けることにより、小型のヒータで吸着剤５０ｃの温度を高温にすることができる。このため、吸着能力の高い吸着剤５０ｃと小型のヒータ２０ａとを用いることにより、キャニスタの小型化とヒータ消費電力の低減とをはかることができる。
【００５６】
一方、副室１０ｄの吸着剤５０ｄは、大気ポート１３ａに最も近いため、この部分で吸着剤の飽和が生じると蒸発燃料が直接大気に放出される可能性がある。このため、吸着剤５０ｄの吸着能力を大きく設定することにより蒸発燃料の大気放出を完全に防止することが可能となる。
また、同様に吸着剤５０ｄは小型のヒータ２０ｂにより加熱されるため、少ない電力で吸着剤５０ｄから完全に蒸発燃料を脱離させることが可能となる。
【００５７】
本実施形態では、ヒータ２０ａ、２０ｂで発生する熱は大部分が吸着剤５０ｃと５０ｄとの加熱に消費され、吸着剤５０ａ、５０ｂにはほとんど伝わらない。このため、吸着剤５０ａ、５０ｂからの蒸発燃料の脱離が不十分になる可能性があるが、実際にはベーパーポート１３ａ近傍の吸着剤５０ｃの吸着能力を大きく設定したことにより、吸着剤５０ａ、５０ｂの蒸発燃料吸着量は図２の場合に比してかなり少なくなる。このため、吸着剤５０ａ、５０ｂが蒸発燃料で飽和することはない。
【００５８】
また、ヒータ２０ａと２０ｂとが独立して作動できる場合には、例えばパージ実行中に大気ポート１８ａ側のヒータ２０ｂをオンにして吸着剤５０ｄを高温に加熱する事により、吸着剤５０ｄにより加熱された高温の空気を吸着剤５０ｂと５０ａに供給することができ、吸着剤５０ａ、５０ｂからの蒸発燃料の脱離を促進することができる。
【００５９】
なお、図４ではベーパーポート近傍と大気ポート近傍の吸着剤の両方の吸着能力を他の部分より大きく設定しているが、ベーパーポート近傍部分のみ、あるいは大気ポート近傍部分のみの吸着剤の吸着能力を他の部分より大きく設定するようにすることも可能である。
また、図４の吸着剤とヒータの構成においても、図３に示したと同じヒータ制御を行えば、少ない加熱エネルギーで効率的に吸着剤から蒸発燃料を脱離させることが可能となる。
【００６０】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、吸着剤のヒータ加熱により吸着剤から蒸発燃料を脱離させる際に、吸着剤の吸着性能の低下を招くことなく、ヒータの加熱エネルギーを低減し効率的に吸着剤からの蒸発燃料の脱離を行うことが可能となる共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用内燃機関に適用した実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１のキャニスタの構成の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図３】図２のキャニスタのヒータ制御操作の一実施形態を説明するフローチャートである。
【図４】図２のキャニスタのヒータ制御操作の別の実施形態を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…吸気通路
１０…キャニスタ
１１…燃料タンク
１５…パージ制御弁
１７…ＣＣＶ
２０ａ、２０ｂ…ヒータ
３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１００…内燃機関本体
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料タンクからの蒸発燃料を一旦キャニスタに吸着した後に機関吸気通路に供給するキャニスタパージシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃料タンク内の蒸発燃料の大気放出を防止するために、タンク内の蒸発燃料を活性炭などの吸着剤を収納したキャニスタに導いて一旦吸着剤に吸着させるキャニスタパージシステムが一般に知られている。このようなキャニスタパージシステムでは、キャニスタ内の吸着剤が吸着した蒸発燃料で飽和することを防止するために、キャニスタと機関吸気通路とをパージ通路で接続し、機関運転中に大気をキャニスタを通して吸気通路に吸入することにより、吸着剤に吸着された蒸発燃料を吸気とともに機関に吸入させて燃焼するようにしている。すなわち、キャニスタを大気と機関吸気通路とに同時に連通させることにより吸気通路の負圧により大気がキャニスタ内の吸着剤を通過してパージ通路から吸気通路に吸引される。空気がキャニスタ内の吸着剤を通過する際に吸着剤に吸着された蒸発燃料が吸着剤から脱離し、パージ通路からは空気と蒸発燃料との混合気（パージガス）が吸気通路内に流入する。吸気通路に流入した蒸発燃料は機関吸気とともに機関の燃焼室に吸入されるため、キャニスタからの蒸発燃料は燃焼室内で燃焼する。これにより、燃料タンクからの蒸発燃料は大気に放出されることなく機関燃焼室で燃焼する。
【０００３】
上記のように、キャニスタパージシステムでは吸着剤は蒸発燃料の吸着と脱離を繰返して蒸発燃料の大気放出を防止している。しかし、蒸発燃料の脱離（パージ）が効率的に行われないと吸着剤には次第に吸着された蒸発燃料が蓄積してしまい吸着できる蒸発燃料の量が低下する問題がある。
この問題を解決するために、例えばキャニスタに吸着剤を加熱するヒータを設け、パージ中に吸着剤温度を上昇させることにより吸着剤からの蒸発燃料の脱離を促進する技術が知られている。
【０００４】
この種のキャニスタパージシステムの例としては、例えば特開昭６３−１５０４５９号公報に記載されたものがある。
同公報のキャニスタパージシステムは、キャニスタ内の吸着剤を加熱する電気ヒータを設けるとともに、キャニスタと機関吸気通路とを接続するパージ通路に、パージガス中の炭化水素濃度（すなわち蒸発燃料濃度）を検出するＨＣ検出計を配置し、ＨＣ検出計で検出した蒸発燃料濃度に基づいて電気ヒータの作動を制御している。
【０００５】
すなわち、上記公報のキャニスタパージシステムでは、機関燃料タンクへの給油後電気ヒータをオフにしたままキャニスタのパージを行い、ＨＣ検出計で検出したパージガス中の蒸発燃料濃度が所定値以下になったときから予め定めた時間だけ電気ヒータをオンにして吸着剤を加熱するようにしている。
機関燃料タンクへの給油時には蒸発燃料が多量に発生してキャニスタの吸着剤には多量の蒸発燃料が吸着される。この状態で吸着剤を加熱すると吸着剤から蒸発燃料が一挙に脱離して機関吸気通路には大量の蒸発燃料が流入するようになり、機関の空燃比に影響が生じる場合がある。
【０００６】
上記公報の装置は、これを防止するために、機関給油後の吸着剤の蒸発燃料吸着量が多い状態では吸着剤を加熱せずに低温でパージを行い、ＨＣ検出計で検出したパージガスの蒸発燃料濃度が所定値以下になったときに吸着剤に吸着された蒸発燃料量が所定値以下になったと判断して吸着剤の加熱を開始する。これにより、蒸発燃料の吸着量が多い間は比較的低温でパージが行われるため吸着剤からは比較的緩やかに蒸発燃料が脱離し、一挙に多量の蒸発燃料が吸気通路に流入することが防止される。また、蒸発燃料の吸着量が低下した後は吸着剤を加熱しつつパージが行われるが、吸着剤の蒸発燃料吸着量が比較的少ないため一挙に多量の蒸発燃料が吸気通路に流入することはなく、加熱により吸着剤に吸着された蒸発燃料が完全に脱離され、吸着剤の吸着能力が完全に回復するようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開昭６３−１５０４５９号公報のキャニスタパージシステムでは、単にＨＣ検出計で検出したパージガスの蒸発燃料濃度が所定値以下か否かに応じてヒータのオンオフを行っている。このため、吸着剤からの蒸発燃料の脱離が完全に行われない問題が生じる場合がある。
【０００８】
キャニスタの吸着剤の蒸発燃料吸着量は、吸着剤全体に一様に分布しているわけではなく、吸着剤内には蒸発燃料吸着量の偏りが生じている。すなわち、キャニスタには燃料タンク内の蒸発燃料をキャニスタ内に導入するベーパーポートと、パージ中に大気をキャニスタ内に導入する大気ポートとが設けられている。
蒸発燃料吸着時にはベーパーポートから蒸発燃料と空気との混合気がキャニスタ内に供給され、吸着剤で蒸発燃料を吸着された残りの清浄な空気のみがキャニスタから大気に放出される。すなわち、ベーパーポート付近の吸着剤は蒸発燃料濃度の高い混合気が通過するため、比較的多量の蒸発燃料を吸着するが、大気ポート付近の吸着剤には、上流側の吸着剤で蒸発燃料がある程度除去された蒸発燃料濃度の低い混合気しか通過しないため、蒸発燃料の吸着量は比較的少なくなる。このため、吸着剤のベーパーポート付近の部分の蒸発燃料の吸着量は大気ポート付近の部分の蒸発燃料吸着量よりかなり多くなっている。
【０００９】
このため、特開昭６３−１５０４５９号公報のキャニスタパージシステムのようにパージガスの蒸発燃料濃度がある濃度以下になったときに一律にヒータ加熱を行う場合には、例えばベーパーポート近傍の吸着剤の蒸発燃料吸着量に基づいてヒータ加熱を開始する蒸発燃料濃度を設定すると、実際には大気ポート近傍では吸着剤の吸着量は少ないため、大気ポート近傍では吸着剤から完全に蒸発燃料が脱離した後もヒータ加熱が続けられることとなり無駄な加熱エネルギーが消費されることになる。更に、吸着剤からの蒸発燃料脱離時には燃料の気化熱に相当する熱量が吸着剤から奪われるため加熱時にも吸着剤自体の温度上昇は少ないが、脱離完了後も加熱を続けると吸着剤自体の温度が上昇してしまう。吸着剤の吸着能力は温度が高いほど低下するため、この状態で蒸発燃料の吸着が開始されると大気ポート付近では蒸発燃料の吸着能力が低くなり蒸発燃料が吸着剤に吸着されずに大気に放出されてしまう場合がある。
【００１０】
一方、逆に大気ポート近傍の吸着剤の蒸発燃料吸着量を基準にしてヒータ加熱を開始するパージガス中の蒸発燃料濃度を設定すると、ベーパーポート近傍の吸着剤の蒸発燃料吸着量が多い状態でヒータ加熱が開始されることになる。本来蒸発燃料吸着量が多い状態ではヒータ加熱を行わないでも吸着剤からの蒸発燃料の脱離が生じやすいため、この場合も無駄な加熱エネルギーが消費される問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記に鑑み、吸着剤のヒータ加熱を行う際に、吸着剤の吸着性能の低下や加熱エネルギーの無駄な消費を招くことなく、効率的に吸着剤からの蒸発燃料の脱離を行うことが可能なキャニスタパージシステムを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、内部に吸着剤を収容するハウジングと、それぞれ前記ハウジングに設けられ、ハウジング内部を内燃機関の吸気通路に連通するパージポートと、ハウジング内部を内燃機関の燃料タンク内の液面上部空間に連通するベーパーポートと、ハウジング内部を大気に連通する大気ポートとを備え、燃料タンク内の蒸発燃料を前記ベーパーポートを介してハウジング内に導入して前記吸着剤に吸着させ、内燃機関運転中に前記大気ポートからハウジング内に大気を導入して前記吸着剤に吸着された蒸発燃料を吸着剤から脱離させるとともに脱離した蒸発燃料を前記パージポートから内燃機関の吸気通路に供給するキャニスタパージシステムであって、前記吸着剤の前記ベーパーポート近傍の部分を加熱する第１のヒータと、前記吸着剤の前記大気ポート近傍の部分を加熱する、前記第１のヒータとは独立して作動可能な第２のヒータと、前記パージポートから前記吸気通路に供給される蒸発燃料量を検出する蒸発燃料検出手段と、前記蒸発燃料検出手段により検出した蒸発燃料量が所定の上限値以上のとき、及び所定の下限値以下のときにそれぞれ前記第１と第２のヒータによる吸着剤加熱を停止するヒータ制御手段を備え、前記第２のヒータの前記上限値と下限値との少なくとも一方は、前記第１のヒータより大きい値に設定され、前記蒸発燃料吸着時には、前記ベーパーポート近傍の吸着剤の蒸発燃料吸着量は前記大気ポート近傍の吸着剤の蒸発燃料吸着量より多くなる偏りが生じており、前記パージポートから前記吸気通路に供給される蒸発燃料量は、キャニスタ内の吸着剤全体を平均した蒸発燃料吸着量に応じて変化する、キャニスタパージシステムが提供される。
【００１３】
すなわち、請求項１の発明ではキャニスタの加熱はキャニスタからパージされる蒸発燃料量が上限値より大きい場合と下限値より小さい場合には行わない。検出した蒸発燃料量が大きい場合は吸着剤の吸着量が多いため加熱を行わなくとも吸着剤からは蒸発燃料が脱離する。また、検出した蒸発燃料量が小さい場合には、吸着剤の吸着量は低下しており、加熱を続けると加熱エネルギーの無駄な消費を招くとともに吸着剤の温度が上昇して吸着能力が低下するおそれがある。このため、検出した蒸発燃料量が上限値より大きい場合と下限値より小さい場合に吸着剤の加熱を停止することにより、加熱エネルギーの無駄な消費と吸着剤の吸着性能の低下が防止される。特に、本発明では吸着剤のベーパーポート近傍と大気ポート近傍とをそれぞれ加熱する第１と第２のヒータが設けられている。更に、上記上限値または下限値の少なくとも一方は第１と第２のヒータとで異なる値に設定されており、第２のヒータの上限値は第１のヒータの上限値より大きく、又は／及び、第２のヒータの下限値は第１のヒータの下限値より大きい値に、それぞれ設定されている。第２のヒータの上限値を第１のヒータの上限値より大きく設定すると、例えば、ベーパーポート近傍の吸着剤では吸着量が多くヒータ加熱を行う必要がないが、大気ポート近傍の吸着剤では吸着量が少なくなってヒータ加熱が必要になっているような場合に、第２のヒータを用いて大気ポート近傍の吸着剤のみを加熱することが可能となる。また、第２のヒータの下限値を第１のヒータの下限値より大きく設定すると蒸発燃料の吸着量が少ない大気ポート近傍の吸着剤ではベーパーポート近傍の吸着剤より早く加熱が停止されるようになり、大気ポート近傍の吸着剤から蒸発燃料が脱離した後も加熱が継続されることによる大気ポート近傍の吸着剤の吸着性能の低下と無駄な加熱エネルギーの消費とが防止されるようになる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、内部に吸着剤を収容するハウジングと、それぞれ前記ハウジングに設けられ、ハウジング内部を内燃機関の吸気通路に連通するパージポートと、ハウジング内部を内燃機関の燃料タンク内の液面上部空間に連通するベーパーポートと、ハウジング内部を大気に連通する大気ポートとを備え、燃料タンク内の蒸発燃料を前記ベーパーポートを介してハウジング内に導入して前記吸着剤に吸着させ、内燃機関運転中に前記大気ポートからハウジング内に大気を導入して前記吸着剤に吸着された蒸発燃料を吸着剤から脱離させるとともに脱離した蒸発燃料を前記パージポートから内燃機関の吸気通路に供給するキャニスタパージシステムであって、前記吸着剤の前記ベーパーポート近傍の部分を加熱する第１のヒータと、前記吸着剤の前記大気ポート近傍の部分を加熱する、第２のヒータとを備え、前記吸着剤の前記第１のヒータと第２のヒータとにより加熱される部分のうち少なくとも一方の部分の単位体積あたりの蒸発燃料吸着容量を、前記ヒータにより加熱される部分以外の吸着剤部分の蒸発燃料吸着容量より高く設定した、キャニスタパージシステムが提供される。
【００１５】
すなわち、請求項２の発明ではベーパーポート近傍と大気ポート近傍との吸着剤をそれぞれ加熱するヒータが設けられるとともに、このヒータにより加熱される吸着剤部分の少なくとも一方は単位体積あたりの蒸発燃料吸着容量（以下、「吸着能力」という）を吸着剤の他の部分より大きくしている。ベーパーポート近傍の吸着剤部分にはタンクからの蒸発燃料が供給されるため、この部分の蒸発燃料吸着量は最も多くなる。このため、ベーパーポート近傍の吸着剤部分の吸着能力を他の部分より大きく設定するとともに、この部分を加熱するヒータを設けることにより、蒸発燃料の吸着、脱離が効率的に行われる。
【００１６】
また、タンクからの蒸発燃料を吸着中に大気ポート近傍の吸着剤が蒸発燃料で飽和すると、蒸発燃料が大気に直接放出されてしまうおそれがある。このため、大気ポート近傍の吸着剤の吸着能力を大きく設定することにより、蒸発燃料吸着中に大気ポート近傍の吸着剤が蒸発燃料で飽和することが防止され、大気への蒸発燃料放出が防止される。また、この部分を加熱するヒータを設けることにより、パージ実行中に大気ポート近傍の吸着剤から蒸発燃料を完全に脱離させることができるため、この部分の吸着剤の吸着能力を常に高く維持することが可能となる。
【００１７】
上記のように、ベーパーポート近傍と大気ポート近傍の吸着剤部分はキャニスタの性能上最も重要な部分であるが、これらの重要な部分の少なくとも一方を吸着能力の高い吸着剤で構成し、これらの部分のみを加熱するヒータを設けたことにより、全体としての吸着剤の体積を低減することが可能になるとともに、ヒータにより加熱する吸着剤部分の熱容量を低下させることができる。このため、ヒータによる加熱エネルギーが減少するとともに、効率的に吸着剤からの蒸発燃料の脱離を行うことが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明を自動車用エバポパージシステムに適用した実施例の概略構成を示す図である。図１において、１００は内燃機関本体、１は内燃機関１００の吸気通路、３は吸気通路１に配置されたエアクリーナを示す。吸気通路１には運転者のアクセルペダル（図示せず）の操作に応じた開度をとるスロットル弁６が設けられている。
【００１９】
図１に１１で示すのは機関の燃料タンクである。タンク１１内の燃料油はフュエルポンプ７０により昇圧され、フィード配管７１を介して機関１００の各気筒の燃料噴射弁１０１に圧送される。
燃料タンク１１には、タンク内への給油のための給油管１１１が設けられている。また、タンク１１の上部には、後述するキャニスタ１０にタンク１１内の燃料油液面上部空間を接続するブリーザー配管１３が接続されている。
【００２０】
ブリーザー配管１３とタンク１１との接続部にはベントバルブ１３１とそれぞれフロート弁からなるＣＯＶ（ＣＵＴ ＯＦＦ ＶＡＬＶＥ）１３２とＲＯＶ（ＲＯＬＬ ＯＶＥＲ ＶＡＬＶＥ）１３３とが設けられている。ベントバルブ１３１は、燃料タンク１１内圧力がブリーザー配管１３内圧力よりわずかに高くなると開弁し、ブリーザー配管１３を通してタンク１１内の蒸発燃料を含む空気をキャニスタに流すようにされている。
【００２１】
また、ＲＯＶ１３３は、給油時の液面上昇により閉弁し、ベントバルブ１３１と燃料タンク１１との接続を遮断する。また、ＲＯＶ１３３は、車両転倒時等にベントバルブ１３１とタンク１１との接続部を閉鎖し、ブリーザー配管１３を介して大量の燃料油が外部に洩れることを防止する機能を有している。
【００２２】
ＣＯＶ１３２はＲＯＶ１３３と並列に配置されており、ＲＯＶ１３３より更に液面が上昇したときにベントバルブ１３１とタンク１１との連通を遮断する。ＣＯＶ１３２は、給油時の液面上昇時にはＲＯＶ１３３閉弁後も開弁してタンク１１とベントバルブ１３１とを連通するが、車両旋回による液面の動揺によりＣＯＶ１３２位置まで液面が到達したような場合、及び車両転倒時等には閉弁し、ベントバルブ１３１を通って燃料油がブリーザー配管１３に侵入することを防止する機能を有する。
【００２３】
図１に３０で示すのは、機関の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０は、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）及び入出力ポートを互いに双方向性バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータからなり、機関の燃料噴射制御等の基本制御を行う他、本実施例では後述する吸着剤加熱のためのヒータ制御を行う。
【００２４】
上記制御のため、ＥＣＵ３０の出力ポートは図示しない駆動回路を介して機関１００の燃料噴射弁１０１に接続され、燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御している他、後述するパージ制御弁１５のアクチュエータ、ＣＣＶ（ＣＡＮＩＳＴＥＲ ＣＬＯＳＵＲＥ ＶＡＬＶＥ）１７のアクチュエータにそれぞれ接続され、これらの弁の作動を制御している。
また、ＥＣＵ３０の入力ポートには、機関の回転数、吸入空気量、機関冷却水温度等を表す信号が、それぞれ図示しないセンサから入力されている他、機関吸気通路１に設けられた吸気酸素濃度センサ３３から吸気中の酸素濃度に対応する信号が入力されている。ＥＣＵ３０は、吸気酸素濃度センサ３３出力に基づいて、吸気中に含まれる蒸発燃料量（蒸発燃料濃度）を算出する。
【００２５】
図１に１０で示すのは燃料タンク内の蒸発燃料を吸着するキャニスタである。キャニスタ１０はブリーザー配管１３により燃料タンク１１の燃料液面上部空間と、また、パージ配管１４により吸気通路１の吸気酸素濃度センサ３３上流側部分と、それぞれ接続されている。図１に１５で示すのは、パージ通路１４を開閉するパージ制御弁１５である。パージ制御弁１５はソレノイドアクチュエータなどの適宜な形式のアクチュエータを備え、ＥＣＵ３０からの信号により開弁し、キャニスタ１０と吸気通路１とを連通してキャニスタ１０のパージを行う。
【００２６】
次に、本実施形態のキャニスタ１０の構造について説明する。
図２は本実施形態のキャニスタ１０の構造を模式的に示す断面図である。キャニスタ１０はハウジング１０ａと、該ハウジング内に充填された活性炭などの蒸発燃料吸着剤５０（以下の説明では、吸着剤５０ａ、５０ｂを総称して吸着剤５０と称する場合がある）とを備えている。ハウジング１０ａ内には、ハウジング上部から延びる隔壁１０ｂが設けられており、ハウジング１０ａ内を主室１０cと副室１０ｄとに分割している。吸着剤５０はそれぞれ主室１０ｃと副室１０ｄ内に設けられたフィルタ材料、多孔板等の通気性材料からなる２枚の保持板５１ａ、５１ｂの間に充填されている。隔壁１０ｂの下端、及び主室１０ｃ、副室１０ｄ内の下側の保持板５１ｂ下部には空間１０ｅが形成されている。
【００２７】
主室１０ｃ内の吸着剤５０ａ、及び副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂにはそれぞれヒータ２０ａ（第１のヒータ）、２０ｂ（第２のヒータ）が埋込まれている。ヒータ２０ａ、２０ｂについては後述する。
ハウジング１０ａの主室１０ｃ部分には、ベーパーポート１３ａとパージポート１４ａとが設けられており、主室１０ｃ内の上側保持板５１ａ上部空間１０ｆは、ベーパーポート１３ａを介してブリーザー配管１３に、またパージポート１４ａを介してパージ配管１４に、それぞれ接続されている。また、ハウジング１０ａの副室１０ｄ部分には、大気ポート１８ａが設けられており、副室１０ｄ内の上側保持板５１ａの上部空間１０ｇは、大気ポート１８ａを介して大気連通管１８に接続されている。大気連通管１８の他端は、タンク１１の給油口近傍に開口している。
【００２８】
また、大気連通管１８にはエアフィルター１９と前述したＣＣＶ１７とが設けられている。エアフィルタ１９は後述するパージ実行時に大気連通管１８からキャニスタ１０内に流入する空気中の異物を除去するものである。ＣＣＶ１７は、ソレノイドアクチュエータなどの適宜な形式のアクチュエータを備え、ＥＣＵ３０からの制御信号に応じて大気連通管１８とキャニスタ１１との連通を遮断するものである。
【００２９】
次に、本実施例におけるキャニスタ１０の機能について説明する。
キャニスタ１０と吸気通路１とを接続するパージ通路１４上のパージ制御弁１５の閉弁中に燃料タンク１１内圧力が上昇してベントバルブ１３１の開弁圧力に到達すると、ベントバルブ１３１が開弁する。これにより、燃料タンク１１の液面上部空間からブリーザー配管１３を介して燃料蒸気と空気との混合気がキャニスタ１０の主室１０ｃ内に流入し、主室内の吸着剤５０ａを通過して下部空間１０ｅから更に副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂを通過した後に大気連通管１８から大気に放出されるようになる。これにより、大気連通管１８からは主室１０ｃ内と副室１０ｄ内の吸着剤５０ａ、５０ｂで燃料蒸気を除去された後の空気のみが放出されるようになる。これにより、蒸発燃料の大気放出が防止される。
【００３０】
また、機関運転中にパージ制御弁１５が開弁されると、キャニスタ１０内にはパージ通路１４を介して吸気通路１のスロットル弁６下流側の負圧が作用し、キャニスタ内圧力は大気圧より低くなる。このため、パージ制御弁１５が開弁すると、大気連通管１８からフィルタ１９により異物を除去された清浄な空気がキャニスタ１０内に流入する。この空気は副室１０ｄと主室１０ｃの吸着剤５０ｂ、５０ａから吸着した蒸発燃料を離脱させ、蒸発燃料と空気との混合ガス（パージガス）となってパージ通路１４から機関吸気通路１に流入し、機関燃焼室で燃焼する。これにより、吸着剤５０が蒸発燃料で飽和することが防止される。
【００３１】
なお、ある種の希薄燃焼機関のようにスロットル弁６をほぼ全開状態にして運転する機関では、吸気通路１のスロットル弁６下流側の負圧は極めて小さくなるため吸気通路の負圧でパージガスを吸気通路内に吸入することが困難な場合がある。このような機関の場合には、例えばパージ配管１４にエアポンプを設け、キャニスタ内のパージガスを吸気通路１に圧送することによりパージを行う。また、パージ配管１４にエアポンプを設ける代りに大気連通管１８にエアポンプを設け、空気をキャニスタ内に圧送して吸着剤５０のパージを行い、パージガスを吸気通路１に排出するようにしてもよい。
【００３２】
上述のように、キャニスタ１０内の吸着剤５０は蒸発燃料の吸着とパージによる脱離とを繰返すことにより、蒸発燃料の大気放出を防止している。しかし、パージによる蒸発燃料の脱離が不十分になると吸着剤５０には次第に吸着された蒸発燃料が蓄積し、吸着剤５０の吸着能力が低下する。特に、蒸発燃料の高沸点成分は吸着剤５０から脱離しにくいため吸着剤５０に蓄積されやすい。
【００３３】
本実施形態では、パージ実行時に吸着剤５０に吸着された蒸発燃料を完全に脱離させて吸着剤５０の吸着能力を回復させるためにヒータ２０ａ、２０ｂが設けられている。
本実施形態では、ヒータ２０ａ、２０ｂは板状の電気ヒータとされ、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、それぞれキャニスタ主室１０ｃ内の吸着剤５０ａと副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂのほぼ長さ方向全体にわたって埋込まれている。ヒータ２０ａ、２０ｂはそれぞれＥＣＵ３０からの制御信号により作動する図示しないリレーを介して車両の電源に接続され、互いに独立して作動可能とされている。すなわち、本実施形態ではベーパーポート１３ａ近傍に位置するキャニスタ１０の主室１０ｃ内の吸着剤５０ａと、大気ポート１８ａ近傍に位置するキャニスタ１０の副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂとは、互いに独立して加熱することが可能となっている。
【００３４】
次に、本実施形態のキャニスタのヒータ２０ａ、２０ｂの制御について説明する。
本実施形態では、パージ実行中に機関１００の吸気通路１に設けた吸気酸素濃度センサ３３出力に基づいて吸着剤５０の蒸発燃料吸着量を推定し、この蒸発燃料吸着量に応じて第１と第２のヒータ２０ａ、２０ｂのオン、オフを行う。
具体的には、本実施形態では、吸気酸素濃度センサ３３として、センサ電極上で吸気中の蒸発燃料などの可燃物を酸化（燃焼）し、燃焼後の吸気中の酸素濃度を検出する形式のものが用いられている。このため、吸気酸素濃度センサ３３で検出した酸素濃度は吸気中の蒸発燃料量（濃度）が大きいほど低下する。すなわち、吸気酸素濃度センサ３３で検出した酸素濃度は吸気中の蒸発燃料濃度を表すことになる。
【００３５】
一方、機関１００の燃料噴射制御では通常吸気通路１に設けたエアフローメータ（図示せず）または吸気圧力センサ（図示せず）と機関回転数とに基づいて機関の吸気流量が算出される。このため、吸気酸素濃度センサ３３で検出した酸素濃度と吸気流量とから、パージ中に吸気通路に流入する蒸発燃料量（流量）を算出することが可能となる。
【００３６】
一方、パージ配管１４から吸気通路１に供給されるパージガスの流量は機関運転状態（吸気通路負圧）とパージ制御弁１５開度により定まる。このため、蒸発燃料流量とパージガス流量とに基づいてパージガス中の蒸発燃料濃度を算出することができる。
例えばＥＣＵ３０は一定時間毎に吸気酸素濃度センサ３３で検出した吸気酸素濃度と機関吸気流量とに基づいて吸気中の蒸発燃料量（流量）を算出し、更に機関運転状態とパージ制御弁１５開度とに基づいてパージガス流量を算出する。そして、ＥＣＵ３０は更に、算出した蒸発燃料量とパージガス流量とに基づいてパージガス中の蒸発燃料濃度を算出し、この蒸発燃料濃度に基づいてヒータ２０ａ、２０ｂのオン、オフ制御を行う。
【００３７】
本実施形態では、基本的にはパージガス中の蒸発燃料濃度が所定の上限値以上である場合、及び所定の下限値以下である場合にはヒータでの吸着剤加熱は行わない。
パージガス中の蒸発燃料濃度は吸着剤の吸着した蒸発燃料量と相関があり、吸着剤の蒸発燃料吸着量が大きいほどパージガス中の蒸発燃料濃度は高くなる。このため、蒸発燃料濃度が高い場合は吸着剤の蒸発燃料吸着量が大きいことを意味している。吸着剤の蒸発燃料吸着量が多い場合には、吸着剤からの蒸発燃料脱離速度も大きく、吸着剤を加熱して蒸発の脱離を促進する必要はない。
【００３８】
一方、蒸発燃料濃度が低い場合には吸着剤から蒸発燃料の大部分が脱離しており、吸着剤の蒸発燃料吸着量は低くなっている。このため、吸着剤の吸着能力は既に回復しており、これ以上吸着剤を加熱して蒸発燃料の脱離を促進する必要はない。また、吸着量が小さい状態で吸着剤を加熱すると吸着剤自体の温度が上昇し、蒸発燃料の吸着を再開したときの吸着能力が低下してしまう。
そこで、本実施形態では吸着剤の蒸発燃料吸着量が所定の上限値より小さく、かつ所定の下限値より大きい場合にのみヒータに通電して吸着剤の加熱を行うようにしている。
【００３９】
ところが、上述のように蒸発燃料濃度に基づいてヒータの作動を制御する場合には問題が生じる。すなわち、蒸発燃料濃度に基づいて推定される吸着剤の蒸発燃料吸着量は吸着剤全体を平均した場合の吸着量である。これに対して、吸着剤内の蒸発燃料吸着は一様ではなく、吸着剤内では吸着量の偏りが生じている。例えば、蒸発燃料吸着時には、図２の例ではキャニスタ１０の主室１０ｃにはブリーザー配管１３が接続されており、タンク１１からの蒸発燃料は主室１０ｃに流入する。このため、蒸発燃料吸着時には蒸発燃料はまず主室１０ｃ内の吸着剤５０ａに吸着され、吸着剤５０ａに吸着されなかった蒸発燃料のみが副室１０ｄに流入して副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂに吸着される。すなわち、蒸発燃料吸着量はベーパーが流入する主室側の吸着剤５０ａが大きく副室側の吸着剤５０ｂの吸着量は小さくなっている。
【００４０】
また、パージ実行時には空気は大気ポート１３ａからまず副室１０ｄ内に流入し、副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂから蒸発燃料を脱離させた後主室１０ｃの吸着剤５０ａに流入する。すなわち、主室１０ｃに流入する空気は蒸発燃料を含んでおり、この蒸発燃料の一部は主室内の吸着剤５０ａの吸着能力に余裕がある場合には再度吸着剤５０ａに吸着される。従って、パージ実行時には吸着剤からの脱離はまず大気ポート１８ａ側の吸着剤５０ｂから始り、その後パージポート１４ａ側の吸着剤５０ｂで開始されるようになる。
【００４１】
すなわち、大気ポート１８ａ側（副室１０ｄ）の吸着剤５０ｂでは、ベーパーポート１３ａ側（主室１０ｃ）の吸着剤５０ａに較べてもともと吸着量が少ない状態で、しかも主室１０ｃの吸着剤５０ａより早く蒸発燃料の脱離が開始されるため、蒸発燃料の脱離が完了するのも主室１０ｃの吸着剤５０ａより早くなる。従って、吸着剤の加熱の停止を同一のタイミングで行うと問題が生じることになる。すなわち、副室側の蒸発燃料脱離完了にあわせて吸着剤の加熱を停止すると主室側では未だ蒸発燃料の脱離が完了していない状態で加熱が停止されてしまい、例えば蒸発燃料の高沸点成分が吸着剤に蓄積される問題が生じ、一方、主室側の蒸発燃料脱離完了にあわせて吸着剤の加熱を停止すると副室側では蒸発燃料の脱離が完了した後も吸着剤の加熱が継続されることになり、無駄に加熱エネルギーが消費されるのみならず、吸着剤の温度が上昇して吸着再開時の吸着性能が低下する問題が生じるのである。
【００４２】
本実施形態では、この問題を解決するために主室１０ｃ側の吸着剤５０ａ加熱する第１のヒータ２０ａと副室１０ｄ側の吸着剤５０ｂを加熱する第２のヒータ２０ｂとを設け、これらのヒータのオン、オフを個別に制御するとともに、ヒータの加熱を停止する蒸発燃料濃度の下限値を第１のヒータと第２のヒータとで異なる値に設定し、第２のヒータにおける下限値を第１のヒータにおける下限値より大きく（高く）設定している。両方の吸着剤を加熱してパージを行うと、パージガス中の蒸発燃料濃度は、吸着剤全体の蒸発燃料吸着量の減少に応じて低下するが、副室１０ｄ側の吸着剤５０ｂの蒸発燃料の脱離が完了した状態でも、主室１０ｃ側の吸着剤５０ａにはまだ多量の蒸発燃料が吸着されているため、パージガス中の蒸発燃料濃度は比較的高い値になる。
【００４３】
本実施形態では、副室１０ｄ側の吸着剤５０ｂでの蒸発燃料の脱離が完了したときに対応する比較的高い蒸発燃料濃度を第２のヒータの通電下限値としている。第２のヒータの通電を停止後、第１のヒータの通電を継続すると、パージガス中の蒸発燃料濃度は、主室１０ｃ側の吸着剤５０ａからの蒸発燃料の脱離に応じて低下し、吸着剤５０ａからの蒸発燃料脱離が完了した状態では比較的低い値になる。本実施形態では、この、吸着剤５０ａからの蒸発燃料の脱離が完了した状態に対応する比較的低い蒸発燃料濃度を第１のヒータの通電下限値としている。
【００４４】
これにより、それぞれの吸着剤で適切な加熱が行われるため、無駄な加熱エネルギーの消費と吸着剤の吸着性能の低下とを防止しつつ、効率的に吸着剤からの蒸発燃料の脱離（パージ）が行われるようになる。
【００４５】
図３は、上述した本実施形態のヒータ制御操作を説明するフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
図３の操作では、まずステップ３０１で現在の吸気酸素濃度センサ３３から吸気酸素濃度を読込み、ステップ３０３では、読込んだ吸気酸素濃度と現在の機関吸入空気量、吸気通路負圧及びパージ制御弁開度とに基づいてパージガスの蒸発燃料濃度ＦＧＰＧが算出される。
【００４６】
そして、ステップ３０５では蒸発燃料濃度が所定の上限値ＧＰＧＨ以上か否かを判断し、ＦＧＰＧ≧ＧＰＧＨである場合にはステップ３０７、３０９でそれぞれ第１のヒータ２０ａと第２のヒータ２０ｂとをオフにして今回の本操作の実行を終了する。
ステップ３０５における上限値ＧＰＧＨは、吸着剤全体としてある程度吸着量が減少して加熱しない状態での吸着剤からの蒸発燃料の脱離速度が低下を始めた状態に対応する蒸発燃料濃度である。すなわち、蒸発燃料濃度がＧＰＧ以上である場合には吸着剤を加熱しなくとも充分に蒸発燃料の脱離速度が大きいため、第１と第２のヒータによる加熱は行わない。ＧＰＧＨの値はキャニスタのサイズ、吸着剤の種類などにより異なるため、詳細には実際のキャニスタを用いた実験により設定することが好ましい。
【００４７】
ステップ３０５でＦＧＰＧ＜ＧＰＧＨであった場合、には次にステップ３１１に進み、蒸発燃料濃度ＦＧＰＧが第１の下限値ＧＰＧＬ１以下か否かを判定する。ここで、ＧＰＧＬ１は主室１０ｃ側の吸着剤５０ａと副室１０ｄ側の吸着剤５０ｂとの両方からの蒸発燃料脱離が完了した状態に対応する蒸発燃料濃度であり、詳細には実験により設定される。
ステップ３１１でＦＧＰＧ≦ＧＰＧＬ１であった場合には両方の吸着剤とも蒸発燃料の脱離は完了しており、ヒータ加熱の必要はないため、この場合もステップ３０７、３０９で第１と第２のヒータの通電を停止して今回の操作の実行を終了する。
【００４８】
ステップ３１１で、ＦＧＰＧ＞ＧＰＧＬ１であった場合には、次にステップ３１３で第１のヒータ２０ａをオン（通電）して、次にステップ３１５で蒸発燃料濃度ＦＧＰＧが第２の下限値ＧＰＧＬ２以下か否かを判定する。ＧＰＧＬ２は副室１０ｄ側の吸着剤５０ｂでは蒸発燃料の脱離が完了しているが、主室１０ｃ側の吸着剤５０ａではまだ蒸発燃料の脱離が完了していない状態での最も高い蒸発燃料濃度である。
ステップ３１５でＦＧＰＧ≦ＧＰＧＬ２であった場合にはステップ３０９が実行され、第２のヒータ２０ｂのみがオフ（通電停止）され、ＦＧＰＧ＞ＧＰＧＬ２であった場合にはステップ３１７で第２のヒータ２０ｂがオン（通電）される。
【００４９】
第１の下限値ＧＰＧＬ１と第２の下限値ＧＰＧＬ２はそれぞれ、第１のヒータ２０ａの通電下限値と第２のヒータ２０ｂの通電下限値とに相当し、ＧＰＧＨ＞ＧＰＧＬ２＞ＧＰＧＬ１の関係にある。すなわち、第２のヒータにより吸着剤５０ｂの加熱を行う蒸発燃料濃度下限値ＧＰＧＬ２は、第１のヒータにより吸着剤５０ａの加熱を行う蒸発燃料濃度下限値ＧＰＧＬ１より大きな値に設定されている。
なお、ＧＰＧＨ、ＧＰＧＬ１、ＧＰＧＬ２の値は、詳細には実際のキャニスタを用いた実験により設定することが好ましい。
【００５０】
上述のように、本実施形態では吸気通路１の負圧をキャニスタ内に導入することにより吸着剤のパージを行う場合を例にとって説明したが、前述したようにパージ配管１４にエアポンプを配置してキャニスタ１０内のパージガスを吸気通路１に供給する場合、或は大気連通路１８にエアポンプを配置して空気をキャニスタ１０内に供給してパージを行う場合も同様な制御が可能であることは言うまでもない。
なお、本実施形態ではヒータ通電を行う蒸発燃料濃度上限値ＧＰＧＨは第１と第２のヒータとで同じ値を使用しているが、上限値についても第１と第２のヒータで異なる値に設定するようにしても良い。
【００５１】
また、本実施形態では、第１のヒータと第２のヒータとで下限値を変えた場合を説明しているが、下限値は第１と第２のヒータとで共通の値に設定し、上限値のみを第２のヒータが第１のヒータより大きくなるように設定してもよい。このように、第２のヒータの上限値を第１のヒータの上限値より大きくすることにより、第２のヒータでは第１のヒータより早く加熱が開始されるようになり、ベーパーポート近傍部分の吸着量が多くヒータ加熱の必要がない場合でも、第２のヒータにより大気ポート部分の加熱を行うことができ、大気ポート部分の蒸発燃料の脱離を効率的に行うことができる。
【００５２】
次に、図４を用いてキャニスタ１０の図２とは異なる構成の実施形態について説明する。
図４は、本実施形態のキャニスタ１０の、図２と同様な断面模式図である。
図２のキャニスタでは、ヒータ２０ａ、２０ｂは主室１０ｃの吸着剤５０ａと副室１０ｄの吸着剤５０ｂとのほぼ全長にわたって設けられており、吸着剤５０ａ、５０ｂの全体を加熱するようにされていた。これに対して、図４のキャニスタ１０では、ヒータ２０ａ、２０ｂはそれぞれ吸着剤５０ａのベーパーポート１３ａ近傍部分のみと吸着剤５０ｂの大気ポート１８ａ近傍部分のみを加熱する小型のものが使用されている。また、これらのヒータにより加熱される吸着剤５０ｃ、５０ｄは、他の部分の吸着剤５０ａ、５０ｂとは異なるものが使用されている。
【００５３】
すなわち、実際には、本実施形態では、主室１０ｃと副室１０ｄ内はそれぞれ保持板５１ａ、５１ｂの間にそれぞれ多孔板などからなるもう一つの保持板５１ｃ、５１ｄが設けられており、主室１０ｃと副室１０ｄをそれぞれ２つの区画に分割している。そして、主室１０ｃのベーパーポート１３ａ側の区画（すなわち、保持板５１ａと５１ｃとにより形成される区画）と、副室１０ｄの大気ポート１８ａ側区画（すなわち保持板５１ａと５１ｄとにより形成される区画）には、他の区画（保持板５１ｃと５１ｂ、及び５１ｄと５１ｂとにより形成される区画）に収納された吸着剤５０ａ、５０ｂより単位体積当りの蒸発燃料吸着容量（吸着能力）が大きい吸着剤５０ｃ、５０ｄが収納されている。図４に示すように、吸着剤５０ｃは５０ａより容積が小さく、また吸着剤５０ｄは５０ｂより容積が小さい。また、大気ポート１８ａに最も近い吸着剤５０ｄはベーパーポート１３ａに最も近い吸着剤５０ｃより容積が小さく設定されている。
【００５４】
本実施形態では、ヒータ２０ａは吸着剤５０ｃの長さのほぼ全体にわたって埋込まれており、吸着剤５０ｃのみを加熱する。また、ヒータ２０ｂは吸着剤５０ｄの長さのほぼ全体にわたって埋込まれており、吸着剤５０ｄのみを加熱する。
吸着能力が比較的低い吸着剤５０ａ、５０ｂは容積が比較的大きいが、吸着剤５０ｃ、５０ｄとは保持板５１ｃ、５１ｄで分離されているため、ヒータ２０ａ、２０ｂの熱は吸着剤５０ａ、５０ｂに直接にはほとんど伝達しない。このため、ヒータ２０ａ、２０ｂが加熱すべき部分の熱容量は（ヒータ自身の熱容量も含めて）図２のものより小さくなっており、比較的小さいヒータ電力で吸着剤５０ｃ、５０ｄをより高温に昇温することが可能となっている。
【００５５】
本実施形態でベーパーポート１３ａと大気ポート１８ａとに近い部分の吸着剤５０ｃ、５０ｄに他の部分の吸着剤５０ａ、５０ｂに較べて吸着能力の高い吸着剤を使用しているのは以下の理由による。
すなわち、吸着剤５０ｃはベーパーポート１３ａに最も近いため、ブリーザー配管１３から供給される蒸発燃料を最も多く吸着する部分である。このため、この部分の吸着剤の吸着能力を大きくして、この部分に集中して蒸発燃料を吸着させることにより、キャニスタ全体を小型化することが可能となる。また、吸着能力の高い吸着剤は蒸発燃料を吸着する細孔の径が小さく、特に高沸点成分が脱離しにくい問題があるが、吸着剤５０ｃのみを加熱するヒータ２０ａを設けることにより、小型のヒータで吸着剤５０ｃの温度を高温にすることができる。このため、吸着能力の高い吸着剤５０ｃと小型のヒータ２０ａとを用いることにより、キャニスタの小型化とヒータ消費電力の低減とをはかることができる。
【００５６】
一方、副室１０ｄの吸着剤５０ｄは、大気ポート１３ａに最も近いため、この部分で吸着剤の飽和が生じると蒸発燃料が直接大気に放出される可能性がある。このため、吸着剤５０ｄの吸着能力を大きく設定することにより蒸発燃料の大気放出を完全に防止することが可能となる。
また、同様に吸着剤５０ｄは小型のヒータ２０ｂにより加熱されるため、少ない電力で吸着剤５０ｄから完全に蒸発燃料を脱離させることが可能となる。
【００５７】
本実施形態では、ヒータ２０ａ、２０ｂで発生する熱は大部分が吸着剤５０ｃと５０ｄとの加熱に消費され、吸着剤５０ａ、５０ｂにはほとんど伝わらない。このため、吸着剤５０ａ、５０ｂからの蒸発燃料の脱離が不十分になる可能性があるが、実際にはベーパーポート１３ａ近傍の吸着剤５０ｃの吸着能力を大きく設定したことにより、吸着剤５０ａ、５０ｂの蒸発燃料吸着量は図２の場合に比してかなり少なくなる。このため、吸着剤５０ａ、５０ｂが蒸発燃料で飽和することはない。
【００５８】
また、ヒータ２０ａと２０ｂとが独立して作動できる場合には、例えばパージ実行中に大気ポート１８ａ側のヒータ２０ｂをオンにして吸着剤５０ｄを高温に加熱する事により、吸着剤５０ｄにより加熱された高温の空気を吸着剤５０ｂと５０ａに供給することができ、吸着剤５０ａ、５０ｂからの蒸発燃料の脱離を促進することができる。
【００５９】
なお、図４ではベーパーポート近傍と大気ポート近傍の吸着剤の両方の吸着能力を他の部分より大きく設定しているが、ベーパーポート近傍部分のみ、あるいは大気ポート近傍部分のみの吸着剤の吸着能力を他の部分より大きく設定するようにすることも可能である。
また、図４の吸着剤とヒータの構成においても、図３に示したと同じヒータ制御を行えば、少ない加熱エネルギーで効率的に吸着剤から蒸発燃料を脱離させることが可能となる。
【００６０】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、吸着剤のヒータ加熱により吸着剤から蒸発燃料を脱離させる際に、吸着剤の吸着性能の低下を招くことなく、ヒータの加熱エネルギーを低減し効率的に吸着剤からの蒸発燃料の脱離を行うことが可能となる共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用内燃機関に適用した実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１のキャニスタの構成の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図３】図２のキャニスタのヒータ制御操作の一実施形態を説明するフローチャートである。
【図４】図２のキャニスタのヒータ制御操作の別の実施形態を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…吸気通路
１０…キャニスタ
１１…燃料タンク
１５…パージ制御弁
１７…ＣＣＶ
２０ａ、２０ｂ…ヒータ
３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１００…内燃機関本体
Claims (2)
- 内部に吸着剤を収容するハウジングと、それぞれ前記ハウジングに設けられ、ハウジング内部を内燃機関の吸気通路に連通するパージポートと、ハウジング内部を内燃機関の燃料タンク内の液面上部空間に連通するベーパーポートと、ハウジング内部を大気に連通する大気ポートとを備え、燃料タンク内の蒸発燃料を前記ベーパーポートを介してハウジング内に導入して前記吸着剤に吸着させ、内燃機関運転中に前記大気ポートからハウジング内に大気を導入して前記吸着剤に吸着された蒸発燃料を吸着剤から脱離させるとともに脱離した蒸発燃料を前記パージポートから内燃機関の吸気通路に供給するキャニスタパージシステムであって、前記吸着剤の前記ベーパーポート近傍の部分を加熱する第１のヒータと、前記吸着剤の前記大気ポート近傍の部分を加熱する、前記第１のヒータとは独立して作動可能な第２のヒータと、前記パージポートから前記吸気通路に供給される蒸発燃料量を検出する蒸発燃料検出手段と、前記蒸発燃料検出手段により検出した蒸発燃料量が所定の上限値以上のとき、及び所定の下限値以下のときにそれぞれ前記第１と第２のヒータによる吸着剤加熱を停止するヒータ制御手段を備え、前記第２のヒータの前記上限値と下限値との少なくとも一方は、前記第１のヒータより大きい値に設定され、
前記蒸発燃料吸着時には、前記ベーパーポート近傍の吸着剤の蒸発燃料吸着量は前記大気ポート近傍の吸着剤の蒸発燃料吸着量より多くなる偏りが生じており、前記パージポートから前記吸気通路に供給される蒸発燃料量は、キャニスタ内の吸着剤全体を平均した蒸発燃料吸着量に応じて変化する、
キャニスタパージシステム。 - 内部に吸着剤を収容するハウジングと、それぞれ前記ハウジングに設けられ、ハウジング内部を内燃機関の吸気通路に連通するパージポートと、ハウジング内部を内燃機関の燃料タンク内の液面上部空間に連通するベーパーポートと、ハウジング内部を大気に連通する大気ポートとを備え、燃料タンク内の蒸発燃料を前記ベーパーポートを介してハウジング内に導入して前記吸着剤に吸着させ、内燃機関運転中に前記大気ポートからハウジング内に大気を導入して前記吸着剤に吸着された蒸発燃料を吸着剤から脱離させるとともに脱離した蒸発燃料を前記パージポートから内燃機関の吸気通路に供給するキャニスタパージシステムであって、前記吸着剤の前記ベーパーポート近傍の部分を加熱する第１のヒータと、前記吸着剤の前記大気ポート近傍の部分を加熱する、第２のヒータとを備え、前記吸着剤の前記第１のヒータと第２のヒータとにより加熱される部分のうち少なくとも一方の部分の単位体積あたりの蒸発燃料吸着容量を、前記ヒータにより加熱される部分以外の吸着剤部分の蒸発燃料吸着容量より高く設定した、キャニスタパージシステム。
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