JP4926159B2 - 蒸発燃料処理装置及びそのパージ方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を貯留する燃料タンク内に発生する蒸発燃料を導入する第１連通路と、前記第１連通路に接続され、前記蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記キャニスタと内燃機関の吸気通路とを連通する第２連通路と、前記キャニスタに吸着された前記蒸発燃料を、前記第２連通路を通って前記内燃機関にパージするパージ処理部とを備える蒸発燃料処理装置及びそのパージ方法に関する。

内燃機関に燃料を供給するために、燃料タンクが用いられている。この燃料タンク内では、燃料が気化した蒸発燃料（ベーパ）が発生しており、前記蒸発燃料が不要に大気に拡散することを阻止するため、キャニスタが設けられている。

キャニスタは、活性炭等の吸着材を充填しており、蒸発燃料を吸着捕集している。この捕集された蒸発燃料は、内燃機関が運転される際に、パージ通路を通って前記内燃機関の吸気通路にパージされている。これにより、キャニスタドレンからの蒸発燃料の破過（流出）を低減するように構成されている。

ところで、燃料タンクに燃料が給油された後、長期間にわたって内燃機関の運転が停止されることがある。特に、内燃機関とモータとを併用するハイブリッドシステムでは、前記モータによる走行のみが行われ、前記内燃機関の運転が長期間にわたって行われない場合がある。

その際、燃料タンク内には、多量の蒸発燃料が発生し易い一方、キャニスタからの蒸発燃料のパージ頻度が極端に少なくなる。このため、キャニスタで捕集しきれない蒸発燃料が、大気中に放出される場合がある。

そこで、例えば、特許文献１に開示された発電機駆動用エンジンの制御装置が知られている。この特許文献１は、燃料タンクから燃料の供給を受けるエンジン及びこのエンジンの機械出力により駆動されて発電する発電機を有する電気自動車に搭載され、少なくともエンジンの動作を制御する制御装置において、エンジンが停止している状態で燃料タンク内の燃料ベーパの量を検出する手段と、検出されたベーパの量が第１の所定量を越えた場合にエンジンを起動させる手段と、エンジンが動作している状態で燃料タンク内の燃料ベーパの量を検出する手段と、検出されたベーパの量が第２の所定量以下となった場合にエンジンを停止させる手段と、を備え、第２の所定量が第１の所定量より小であることを特徴としている。

特開平０６−２３３４１０号公報

ところで、内燃機関の駆動が長期間にわたって行われないと、時間の経過に伴ってキャニスタに吸着されている蒸発燃料が外部に漏れ易くなる。しかしながら、上記の特許文献１では、燃料タンク内の燃料ベーパ量を検出してパージ処理を行うだけであり、時間の経過に伴って発生するキャニスタからの破過を低減させることができないという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、内燃機関が長期間にわたって停止した際、時間の経過に伴って発生し易いキャニスタからの破過を確実に阻止することが可能な蒸発燃料処理装置及びそのパージ方法を提供することを目的とする。

本発明は、燃料を貯留する燃料タンク内に発生する蒸発燃料を導入する第１連通路と、前記第１連通路に接続され、前記蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記キャニスタと内燃機関の吸気通路とを連通する第２連通路と、前記キャニスタに吸着された前記蒸発燃料を、前記第２連通路を通って前記内燃機関にパージするパージ処理部とを備える蒸発燃料処理装置に関するものである。

この蒸発燃料処理装置は、燃料タンクに燃料が給油された際、前記給油によってキャニスタに吸着される蒸発燃料の吸着量を検出する吸着量検出機構と、実際に内燃機関が停止されている状態で、前記キャニスタから前記内燃機関に前記蒸発燃料がパージされない場合に前記キャニスタが破過するまでの時間を、検出された前記吸着量に基づいて算出する破過時間算出機構と、算出された前記時間に基づいて、パージ処理部によるパージ処理を行わせる制御機構とを備えている。

また、吸着量検出機構は、燃料タンクに給油された燃料の給油量を検出する給油量検出部を備え、検出された前記給油量に基づいて吸着量を検出することが好ましい。

さらに、吸着量検出機構は、燃料タンクに給油された際のキャニスタの温度変化を検出する温度変化検出部を備え、検出された前記温度変化に基づいて吸着量を検出することが好ましい。

さらにまた、本発明は、燃料を貯留する燃料タンク内に発生する蒸発燃料を導入する第１連通路と、前記第１連通路に接続され、前記蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記キャニスタと内燃機関の吸気通路とを連通する第２連通路と、前記キャニスタに吸着された前記蒸発燃料を、前記第２連通路を通って前記内燃機関にパージするパージ処理部とを備える蒸発燃料処理装置のパージ方法に関するものである。

このパージ方法は、燃料タンクに燃料が給油された際、前記給油によってキャニスタに吸着される蒸発燃料の吸着量を検出する工程と、実際に内燃機関が停止されている状態で、前記キャニスタから前記内燃機関に前記蒸発燃料がパージされない場合に前記キャニスタが破過するまでの時間を、検出された前記吸着量に基づいて算出する工程と、算出された前記時間に基づいて、パージ処理部によるパージ処理を行わせる工程とを有している。

また、このパージ方法は、燃料タンクに給油された燃料の給油量を検出する工程と、検出された前記給油量に基づいて吸着量を検出する工程とを有することが好ましい。

さらに、このパージ方法は、燃料タンクに給油された際のキャニスタの温度変化を検出する工程と、検出された前記温度変化に基づいて吸着量を検出する工程とを有することが好ましい。

本発明では、給油により蒸発燃料を吸着したキャニスタが、時間の経過に伴って破過する前に、パージ処理を行うことができる。これにより、特にハイブリッドシステムにおいて、内燃機関が長期間にわたって停止した際、キャニスタからの破過を確実に阻止することが可能になる。

しかも、キャニスタの吸着状態を高精度に検出することができる。このため、内燃機関の運転時間を必要最小限に抑制することが可能になり、燃料消費を削減して経済的である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る蒸発燃料処理装置が適用される燃料タンクシステム１０の概略構成図である。燃料タンクシステム１０は、特にエンジン（図示せず）とモータ（図示せず）とを併用するハイブリッドシステムに好適に採用される。

燃料タンクシステム１０は、燃料Ｆを貯留する燃料タンク１２と、前記燃料タンク１２内の蒸発燃料（ベーパ）をフロート１４から導入するベーパ通路（第１連通路）１６と、前記ベーパ通路１６に接続され、前記蒸発燃料を吸着するキャニスタ１８と、前記キャニスタ１８を外気に連通させ、前記蒸発燃料がパージされる際に、該キャニスタ１８に外部空気を導入するドレン通路２０と、前記キャニスタ１８に吸着された前記蒸発燃料を、エンジン駆動時にエンジン（図示せず）に連通する吸気通路に吸引（パージ）させるパージ通路（第２連通路）２２と、ＥＣＵ（電子制御ユニット）２４とを備える。

燃料タンク１２には、給油パイプ部材２６の一端部が取り付けられる。給油パイプ部材２６の他端部には、キャップ２８が装着されるとともに、前記キャップ２８の近傍から燃料タンク１２の空間Ｓに臨んでブリーザパイプ３０が設けられる。

燃料タンク１２内には、この燃料タンク１２に貯留される燃料Ｆをエンジンに供給するための燃料ポンプ３２と、前記燃料タンク１２に給油された前記燃料Ｆの給油量を検出する給油量検出部（例えば、フロート）３４とが配置される。

キャニスタ１８は、内部に活性炭等の吸着材（図示せず）が充填される。ベーパ通路１６には、密閉弁３６が配設される。ドレン通路２０及びパージ通路２２には、ドレン用制御弁３８ａ及びパージ用制御弁３８ｂが配設される。パージ用制御弁３８ｂは、キャニスタ１８に吸着された蒸発燃料を、内燃機関にパージするパージ処理部を構成する。

ＥＣＵ２４は、燃料タンク１２に燃料Ｆが給油された際、前記給油によってキャニスタ１８に吸着される蒸発燃料の吸着量を検出する吸着量検出回路（吸着量検出機構）４２と、前記キャニスタ１８からエンジンに前記蒸発燃料がパージされない場合に前記キャニスタ１８が破過するまでの時間を、検出された前記吸着量に基づいて算出する破過時間算出回路（破過時間算出機構）４４と、算出された前記時間に基づいて、エンジンを始動させ且つパージ用制御弁３８ｂを開弁させてパージ処理を行わせる制御回路（制御機構）４６とを備える。なお、制御回路４６には、計時手段としてタイマ４８が接続される。

吸着量検出回路４２は、給油量検出部３４を備え、この給油量検出部３４を介して検出された給油量に基づいて、キャニスタ１８により吸着される蒸発燃料の吸着量を検出する。

制御回路４６は、例えば、図２に示すように、給油量と吸着量との関係を予めマップとして、あるいは、計算式として有している。ここで、給油量がｘであると、吸着量がｙとなっている。但し、燃料タンク１２が密閉タンクの場合、給油時に前記燃料タンク１２内の圧抜きを行うため、実際には、該圧抜き分のべーパ量がキャニスタ１８に流出して吸着されている。従って、密閉タンク等、給油時に圧抜きが必要な場合には、キャニスタ１８に流出されるべーパ量による吸着量を、図２の関係から算出される吸着量ｙに加算して前記キャニスタ１８の実質的な吸着量を算出することが好ましい。

また、制御回路４６は、例えば、図３に示すように、吸着量とキャニスタ１８の破過時間との関係及び破過の有無を予めマップとして、あるいは、計算式として有している。

ベーパ通路１６、キャニスタ１８、パージ通路２２、パージ用制御弁３８ｂ、給油量検出部３４及びＥＣＵ２４は、第１の実施形態に係る蒸発燃料処理装置５０を構成する。

このように構成される燃料タンクシステム１０の動作について、第１の実施形態に係るパージ方法との関連で、図４に示すフローチャートに沿って以下に説明する。

先ず、給油パイプ部材２６の他端部に装着されているキャップ２８が取り外され、前記給油パイプ部材２６に燃料Ｆが注入される。このため、燃料Ｆは、燃料タンク１２に給油され（ステップＳ１）、前記燃料タンク１２内に所定量の前記燃料Ｆが貯留される。

燃料タンク１２への給油が終了し、給油量検出部３４を介して前記燃料タンク１２内の給油量が検出される（ステップＳ２）。吸着量検出回路４２は、図２に示す給油量と吸着量との関係から、給油量検出部３４を介して検出された給油量に基づいて、キャニスタ１８により吸着される蒸発燃料の吸着量を検出する（ステップＳ３）。

次いで、検出された吸着量に基づいて、キャニスタ１８に破過の可能性があると判断されると（ステップＳ４中、ＹＥＳ）、ステップＳ５に進んで、前記キャニスタ１８の破過時間が算出される（図３参照）。制御回路４６は、算出された破過時間×ｋ（但し、ｋ≦１）が計時されると（ステップＳ６中、ＹＥＳ）、ステップＳ７に進んで、パージ処理を行う。

このパージ処理では、図示しないエンジンが始動され、燃料ポンプ３２を介して燃料タンク１２に貯留されている燃料Ｆが、前記エンジンに供給される。一方、エンジンに空気が供給されることにより、吸気通路（図示せず）に負圧が発生し、キャニスタ１８に捕集されている蒸発燃料は、パージ用制御弁３８ｂの開弁作用下に、パージ通路２２に吸引されてパージされる。

その際、ドレン用制御弁３８ａが開弁されることにより、ドレン通路２０からキャニスタ１８に外気が流入する。従って、キャニスタ１８内に吸着されていた蒸発燃料は、流入された外気と混在して吸気通路にパージされる。

また、ステップＳ４において、検出された吸着量に基づいて、キャニスタ１８に破過の可能性がないと判断されると（ステップＳ４中、ＮＯ）、パージ処理を行うことなく、終了される。

この場合、第１の実施形態では、燃料タンク１２に給油することにより蒸発燃料を吸着したキャニスタ１８が、時間の経過に伴って破過する前に、エンジンを始動させて前記キャニスタ１８内の前記蒸発燃料をパージすることができる。これにより、特にハイブリッドシステムにおいて、エンジンが長期間にわたって停止した際、キャニスタ１８からの破過を確実に阻止することが可能になるという効果が得られる。

しかも、キャニスタ１８の吸着状態を高精度に検出することができる。このため、エンジンの運転時間を必要最小限に抑制することが可能になり、燃料消費を削減して経済的であるという利点がある。

図５は、本発明の第２の実施形態に係るパージ方法を説明するフローチャートである。なお、図４に示す第１の実施形態に係るパージ方法と同様の工程については、その詳細な説明は省略する。

この第２の実施形態では、燃料タンク１２に給油された後（ステップＳ１１）、キャニスタ１８の破過時間が算出されるまでの工程（ステップＳ１５）が、第１の実施形態のステップＳ１〜ステップＳ５と同様に行われる。

そして、キャニスタ１８の破過時間が経過する前に、エンジンが始動された際（ステップＳ１６中、ＮＯ）、ステップＳ１２に戻って燃料タンク１２内の給油量が検出される。さらに、残存する給油量に基づいて、キャニスタ１８に破過の可能性があると判断されると（ステップＳ１４中、ＹＥＳ）、ステップＳ１５以降の処理が行われる。

このように、第２の実施形態では、キャニスタ１８の破過時間が経過する前に、エンジンが始動された際、このエンジンの運転時間によって変動する前記キャニスタ１８の吸着量の変動を考慮して、再度、前記キャニスタ１８の破過時間を算出することができる。これにより、キャニスタ１８の状態を一層精度よく検出することが可能になり、良好なパージ処理が確実に遂行されるという効果が得られる。

図６は、本発明の第３の実施形態に係る蒸発燃料処理装置が適用される燃料タンクシステム６０の概略構成図である。なお、燃料タンクシステム６０は、燃料タンクシステム１０と同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

燃料タンクシステム６０は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）６２を介して駆動制御される。ＥＣＵ６２は、燃料タンク１２に燃料Ｆが給油された際、該給油によってキャニスタ１８に吸着される蒸発燃料の吸着量を検出する吸着量検出回路（吸着量検出機構）６４と、前記キャニスタ１８から内燃機関に前記蒸発燃料がパージされない場合に前記キャニスタ１８が破過するまでの時間を、検出された前記吸着量に基づいて算出する破過時間算出回路４４と、算出された前記時間に基づいて、エンジンを始動させ且つパージ用制御弁３８ｂを開弁させてパージ処理を行わせる制御回路４６とを備える。

吸着量検出回路６４は、燃料タンク１２に給油された際のキャニスタ１８の温度変化を検出する温度変化検出部、例えば、複数の温度センサＴ１〜Ｔ６を備える。各温度センサＴ１〜Ｔ６は、キャニスタ１８内のエリア毎の温度変化を検出するために、前記キャニスタ１８内の入口から出口に向かう流れ方向に沿って、順次、配設される。吸着量検出回路６４は、検出された温度変化に基づいてキャニスタ１８の吸着量を検出する。

制御回路４６は、例えば、図７に示すように、温度センサＴ１〜Ｔ６の幾つまでが吸着した温度に到達したか否かを検出することにより、キャニスタ１８内の吸着量を算出する。その際、各温度センサＴ１〜Ｔ６の検出温度と吸着量との関係は、図８に基づいて算出される。

ベーパ通路１６、キャニスタ１８、パージ通路２２、パージ用制御弁３８ｂ、温度センサ６６及びＥＣＵ６２は、第３の実施形態に係る蒸発燃料処理装置６８を構成する。

このように構成される燃料タンクシステム６０の動作について、第３の実施形態に係るパージ方法との関連で、図９に示すフローチャートに沿って以下に説明する。なお、図４に示す第１の実施形態に係るパージ方法と同様の工程については、その詳細な説明は省略する。

先ず、燃料タンク１２に給油が行われると（ステップＳ２１）、キャニスタ１８に蒸発燃料が導入されるため、前記キャニスタ１８は、前記蒸発燃料を吸着する。その際、キャニスタ１８には、吸着による発熱が惹起し、各温度センサＴ１〜Ｔ６が前記キャニスタ１８内のエリア毎の温度上昇を検出する。

吸着量検出回路４２は、図７に示すように、温度センサＴ１〜Ｔ６の中、吸着した温度に到達したセンサ数、及び、図８に示すセンサ検出温度と吸着量との関係から、キャニスタ１８により吸着される蒸発燃料の吸着量を検出する（ステップＳ２３）。次いで、ステップＳ２４以降の処理が行われる。

この場合、第３の実施形態では、燃料タンク１２に給油することにより蒸発燃料を吸着したキャニスタ１８が、時間の経過に伴って破過する前に、エンジンを始動させて前記キャニスタ１８内の前記蒸発燃料をパージすることができ、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第３の実施形態では、上記の第２の実施形態と同様に、キャニスタ１８の破過時間が経過する前に、エンジンが始動された際、このエンジンの運転時間によって変動する前記キャニスタ１８の吸着量の変動を考慮して、再度、前記キャニスタ１８の破過時間を算出することもできる。

本発明の第１の実施形態に係る蒸発燃料処理装置が適用される燃料タンクシステムの概略構成図である。 給油量と吸着量との関係図である。 吸着量と破過時間との関係図である。 本発明の第１の実施形態に係るパージ方法を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るパージ方法を説明するフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る蒸発燃料処理装置が適用される燃料タンクシステムの概略構成図である。 各温度センサの吸着時の到達温度と時間との関係図である。 各温度センサの検出温度と吸着量との関係図である。 本発明の第３の実施形態に係るパージ方法を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０、６０…燃料タンクシステム １２…燃料タンク
１６…ベーパ通路 １８…キャニスタ
２０…ドレン通路 ２２…パージ通路
２４、６２…ＥＣＵ ２６…給油パイプ部材
３２…燃料ポンプ ３４…給油量検出部
３６…密閉部 ３８ａ…ドレン用制御弁
３８ｂ…パージ用制御弁 ４２、６４…吸着量検出回路
４４…破過時間算出回路 ４６…制御回路
４８…タイマ ５０、６８…蒸発燃料処理装置
Ｔ１〜Ｔ６…温度センサ

Claims (6)

1. 燃料を貯留する燃料タンク内に発生する蒸発燃料を導入する第１連通路と、
   前記第１連通路に接続され、前記蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
   前記キャニスタと内燃機関の吸気通路とを連通する第２連通路と、
   前記キャニスタに吸着された前記蒸発燃料を、前記第２連通路を通って前記内燃機関にパージするパージ処理部と、
   を備える蒸発燃料処理装置であって、
   前記燃料タンクに前記燃料が給油された際、該給油によって前記キャニスタに吸着される前記蒸発燃料の吸着量を検出する吸着量検出機構と、
   実際に前記内燃機関が停止されている状態で、前記キャニスタから前記内燃機関に前記蒸発燃料がパージされない場合に前記キャニスタが破過するまでの時間を、検出された前記吸着量に基づいて算出する破過時間算出機構と、
   算出された前記時間に基づいて、前記パージ処理部によるパージ処理を行わせる制御機構と、
   を備えることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
2. 請求項１記載の蒸発燃料処理装置において、前記吸着量検出機構は、前記燃料タンクに給油された前記燃料の給油量を検出する給油量検出部を備え、
   検出された前記給油量に基づいて前記吸着量を検出することを特徴とする蒸発燃料処理装置。
3. 請求項１記載の蒸発燃料処理装置において、前記吸着量検出機構は、前記燃料タンクに給油された際の前記キャニスタの温度変化を検出する温度変化検出部を備え、
   検出された前記温度変化に基づいて前記吸着量を検出することを特徴とする蒸発燃料処理装置。
4. 燃料を貯留する燃料タンク内に発生する蒸発燃料を導入する第１連通路と、
   前記第１連通路に接続され、前記蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
   前記キャニスタと内燃機関の吸気通路とを連通する第２連通路と、
   前記キャニスタに吸着された前記蒸発燃料を、前記第２連通路を通って前記内燃機関にパージするパージ処理部と、
   を備える蒸発燃料処理装置のパージ方法であって、
   前記燃料タンクに前記燃料が給油された際、該給油によって前記キャニスタに吸着される前記蒸発燃料の吸着量を検出する工程と、
   実際に前記内燃機関が停止されている状態で、前記キャニスタから前記内燃機関に前記蒸発燃料がパージされない場合に前記キャニスタが破過するまでの時間を、検出された前記吸着量に基づいて算出する工程と、
   算出された前記時間に基づいて、前記パージ処理部によるパージ処理を行わせる工程と、
   を有することを特徴とする蒸発燃料処理装置のパージ方法。
5. 請求項４記載のパージ方法において、前記燃料タンクに給油された前記燃料の給油量を検出する工程と、
   検出された前記給油量に基づいて前記吸着量を検出する工程と、
   を有することを特徴とする蒸発燃料処理装置のパージ方法。
6. 請求項４記載のパージ方法において、前記燃料タンクに給油された際の前記キャニスタの温度変化を検出する工程と、
   検出された前記温度変化に基づいて前記吸着量を検出する工程と、
   を有することを特徴とする蒸発燃料処理装置のパージ方法。

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