JP6299867B2

JP6299867B2 - 蒸発燃料処理装置

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Publication number: JP6299867B2
Application number: JP2016523171A
Authority: JP
Inventors: 智晴竹澤; 晋祐高倉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2035-02-12
Also published as: US20170030302A1; JPWO2015182174A1; WO2015182174A1; US9885322B2; CN106232973A; CN106232973B

Description

この発明は、給油時に燃料タンク内で発生する蒸発燃料をキャニスタを用いて処理する蒸発燃料処理装置に関し、特に、燃料タンクとキャニスタとの間に封鎖弁を備えたいわゆる密閉型燃料タンクの蒸発燃料処理装置に関する。

車両の燃料タンクで発生する蒸発燃料が外部へ流出することがないように、活性炭等の吸着材を用いたキャニスタに一時的に吸着させ、その後、内燃機関の運転中に、新気の導入によりキャニスタから燃料成分をパージさせて内燃機関の吸気系に導入するようにした蒸発燃料処理装置が従来から広く用いられている。そして、近年では、特許文献１に開示されているように、燃料タンクとキャニスタとを連通する蒸発燃料通路に封鎖弁を備え、基本的に給油時以外はこの封鎖弁を閉じておくことで、燃料タンクを密閉状態に保つようにした形式の蒸発燃料処理装置が種々提案されている。

上記のような封鎖弁を備えた密閉型燃料タンクの蒸発燃料処理装置にあっては、封鎖弁が閉じられている間に燃料タンク内の圧力が高圧となる懸念があり、特許文献１では、タンク内圧が高圧である場合に、キャニスタのパージ実行中に封鎖弁を開くことで、燃料タンク内圧力を低下させることを提案している。

しかしながら、特許文献１の技術では、燃料タンク内の圧力を低下させるために封鎖弁を開いた際に燃料タンク内から流れ出る蒸発燃料が、キャニスタを経由して内燃機関の吸気通路へ向かうので、キャニスタの吸着量が少なからず増加する懸念がある。このようにキャニスタの吸着量が増加した状態にあると、車両を停止して給油を行う際に、燃料タンクからキャニスタへ向かう多量の蒸発燃料を十分に吸着しきれなくなってしまう。

特開２００４−１５６４９９号公報

この発明に係る蒸発燃料処理装置は、
燃料タンクとキャニスタとを連通する蒸発燃料通路と、
この蒸発燃料通路に介装され、該蒸発燃料通路を開閉する封鎖弁と、
上記キャニスタと内燃機関の吸気通路とを連通するパージ通路と、
このパージ通路に介装され、該パージ通路を開閉する第１パージ制御弁と、
上記パージ通路の上記第１パージ制御弁よりも上流側の位置と上記燃料タンクとを連通するタンク開放通路と、
このタンク開放通路に介装され、該タンク開放通路を開閉する第２パージ制御弁と、
を備えて構成されている。

このような構成では、第１パージ制御弁を介してキャニスタからのパージが行われているときに、第２パージ制御弁を開くことで、燃料タンク内の空間が内燃機関の吸気通路に直接に連通する。そのため、燃料タンク内の蒸発燃料がキャニスタを経由することなく内燃機関の吸気通路に導入される。従って、キャニスタの吸着量を増加させることなく燃料タンク内の圧力を低下させることが可能となる。

この発明によれば、キャニスタの吸着量を増加させることなく燃料タンク内の圧力を低下させることが可能となり、給油時に燃料タンクからキャニスタへ向かう蒸発燃料に備えてキャニスタの吸着量を低く保つことができる。

この発明に係る蒸発燃料処理装置の一実施例を示す構成説明図。この蒸発燃料処理装置の動作説明図。第１パージ制御弁と第２パージ制御弁の開弁期間の関係を示すタイムチャート。給油開始直前の圧力開放動作の制御フローチャート。

図１は、この発明に係る蒸発燃料処理装置の一実施例を示す構成説明図である。図示せぬ車両に、内燃機関１が搭載されているとともに、密閉型の燃料タンク２が設けられており、給油時に燃料タンク２内で発生した蒸発燃料を処理するために、キャニスタ３を用いた蒸発燃料処理装置が設けられている。上記燃料タンク２は、先端の給油口５ａにフィラーキャップ４が着脱可能に装着された給油管部５を備えており、また、内燃機関１の燃料噴射装置６へ燃料を供給する燃料ポンプユニット７が燃料タンク２内部に収容されている。上記給油口５ａは、燃料タンク２内の圧力が高い状態でのフィラーキャップ４の開放を制限するために、電気的にロックされるフューエルリッド８で覆われている。このフューエルリッド８は、運転席等に設けられたリッドオープンスイッチ９の信号に基づき、燃料タンク２内の圧力が低下した状態でロック解除される。なお、フューエルリッド８のロックに代えて、フィラーキャップ４自体をロックするようにしてもよい。

上記キャニスタ３は、合成樹脂製のケースによってＵターン形状に流路が形成され、その内部に活性炭等からなる吸着材が充填されたものである。Ｕターン形状をなす流路の流れ方向の一端部に、蒸発燃料の流入部となるチャージポート１３と、燃料成分を含むパージガスの流出部となるパージポート１４と、が設けられており、流れ方向の他端部に、パージの際に外気を取り込むためのドレンポート１５が設けられている。

上記チャージポート１３は、蒸発燃料通路１６を介して燃料タンク２の上部空間に接続されている。なお、この蒸発燃料通路１６の燃料タンク２側の先端部は、燃料液面が高い位置にあるときに液体燃料が蒸発燃料通路１６内に溢れ出ることを防止するＦＬＶバルブ２０を介して燃料タンク２の上部空間に連通している。そして、上記蒸発燃料通路１６の通路途中には、該蒸発燃料通路１６を開閉する封鎖弁２１が設けられている。この封鎖弁２１は、原則として給油時以外はキャニスタ３と燃料タンク２との間を遮断して燃料タンク２を密閉状態とするためのものであって、非通電時に閉となる常閉型電磁弁から構成されている。

上記パージポート１４は、内燃機関１の吸気系、例えば吸気通路１７のスロットル弁１８下流側に、パージ通路１９を介して接続されている。上記パージ通路１９には、内燃機関１へのパージガスの導入を制御するために該パージ通路１９を開閉する第１パージ制御弁２３が設けられている。内燃機関１の停止時のほか、未暖機時やフューエルカット時など所定の条件のときには、パージガスの導入を禁止するために、第１パージ制御弁２３が閉となる。上記第１パージ制御弁２３は、やはり常閉型電磁弁から構成されている。

上記ドレンポート１５には、フィルタ２４を介して先端が大気開放されたドレン通路２５が接続されており、かつこのドレン通路２５に、該ドレン通路２５を開閉するドレンカットバルブ２６が設けられている。このドレンカットバルブ２６は、非通電時に開となる常開型電磁弁から構成されている。このドレンカットバルブ２６は、リーク診断の際に系を閉じるほか、例えば、キャニスタ３の破過を何らかの手段で検知した場合などに閉じられ得るが、基本的には開状態となってドレン通路２５を開放している。また、上記ドレン通路２５には、上記ドレンカットバルブ２６と並列に、キャニスタ３へ向けて大気を圧送する加圧用ポンプ２７が設けられている。この加圧用ポンプ２７と上記ドレンカットバルブ２６は、リーク診断モジュール２８として一体に構成されている。

上記蒸発燃料通路１６と上記パージ通路１９との間、詳しくは、蒸発燃料通路１６の封鎖弁２１よりも燃料タンク２側の位置とパージ通路１９の第１パージ制御弁２３よりも上流側（つまりキャニスタ３側）の位置との間に、両者を連通するタンク開放通路３１が設けられている。そして、このタンク開放通路３１の通路途中には、該タンク開放通路３１を開閉する第２パージ制御弁３２が設けられている。この第２パージ制御弁３２は、非通電時に閉となる常閉型電磁弁から構成されている。ここで、第２パージ制御弁３２としては、その通路面積が封鎖弁２１の通路面積よりも小さなものが用いられる。具体的には、プランジャでもって開閉されるポートの口径が、封鎖弁２１に比較して第２パージ制御弁３２の方が小径となっている。なお、封鎖弁２１は、円滑な給油を損なわないように、十分に大きな通路面積を有している。

上記の封鎖弁２１、第１パージ制御弁２３、第２パージ制御弁３２、ドレンカットバルブ２６、および加圧用ポンプ２７は、内燃機関１の種々の制御（例えば、燃料噴射量制御、噴射時期制御、点火時期制御、スロットル弁１８の開度制御など）を行うエンジンコントロールユニット３５によって適宜に制御され、後述するように、給油に際してのフィラーキャップ４開放前のタンク内圧力の低減、給油時の吸着処理、機関運転中のパージ処理、系の各部のリーク診断、などが実行される。また、系内の圧力を検出する圧力センサとして、燃料タンク２にタンク圧センサ３６が取り付けられているとともに、キャニスタ３のパージポート１４近傍にエバポレーションライン圧（以下、エバポライン圧と略記する）センサ３７が取り付けられている。前者のタンク圧センサ３６は、封鎖弁２１および第２パージ制御弁３２により画成される系内の燃料タンク２側の領域の圧力（具体的には燃料タンク２の上部空間の圧力）を検出し、後者のエバポライン圧センサ３３は、封鎖弁２１と第２パージ制御弁３２とドレンカットバルブ２６と第１パージ制御弁２３とによって囲まれた系内のキャニスタ３を含む領域の圧力を検出する。

なお、燃料タンク２内の圧力が異常に高圧になったときに機械的に開く正圧側リリーフ弁および燃料タンク２内の圧力が異常に低圧になったときに機械的に開く負圧側リリーフ弁を必要に応じて設けることができるが、図１には、これらのリリーフ弁は図示していない。

上記のように構成された蒸発燃料処理装置は、基本的に、給油時に発生する蒸発燃料のみがキャニスタ３に吸着され、給油時以外は、キャニスタ３による蒸発燃料の吸着は行われない。すなわち、この実施例の蒸発燃料処理装置は、内燃機関１を停止させた状態でのいわゆるＥＶ走行が可能なハイブリッド車両に好適なものであり、この種の車両では、キャニスタ３のパージの機会が少なくなることから、キャニスタ３による蒸発燃料の吸着を給油時に限定しているのである。

給油中は、ドレンカットバルブ２６が開いている状態において、第１パージ制御弁２３および第２パージ制御弁３２が閉、封鎖弁２１が開、となり、燃料タンク２内とキャニスタ３のチャージポート１３とが連通状態となる。従って、給油に伴って燃料タンク２内で発生した蒸発燃料は、キャニスタ３に導入され、内部の吸着材に吸着される。

そして、給油が終わると、封鎖弁２１が閉となる。従って、燃料タンク２内がキャニスタ３から分離した密閉状態に保たれ、内燃機関１の停止中は、キャニスタ３の吸着量は基本的に増減しない。

その後、車両の運転が開始され、内燃機関１が所定の運転状態となると、封鎖弁２１を閉とした状態のまま、第１パージ制御弁２３が適宜に開かれ、キャニスタ３からの燃料成分のパージが行われる。つまり、内燃機関１の吸気系との圧力差によってドレンポート１５から大気が導入され、この大気により吸着材１２からパージされた燃料成分が、第１パージ制御弁２３を通して内燃機関１の吸気通路１７へと導入される。従って、内燃機関１の運転中に、キャニスタ３の吸着量は徐々に減少する。ここで、上記実施例では、第１パージ制御弁２３を介したキャニスタ３のパージ中に、第２パージ制御弁３２が開となり、キャニスタ３のパージと並行して、燃料タンク２内の圧力の開放ならびに燃料タンク２内の蒸発燃料の処理（キャニスタ３を使用しない直接的な処理）が行われる。

このように上記の蒸発燃料処理装置では、内燃機関１の運転中は、燃料タンク２内の蒸発燃料が内燃機関１でもって積極的に処理されるため、給油時に燃料タンク２内に残存している蒸発燃料が比較的少なくなる。そして、この内燃機関１による燃料タンク２内の蒸発燃料の直接的な処理の際には、蒸発燃料がキャニスタ３を経由することがないので、キャニスタ３の吸着量の増加は生じない。また、内燃機関１の運転中に燃料タンク２内の圧力が頻繁に開放されることとなり、その高圧化が抑制される。

上記第２パージ制御弁３２は、さらに、給油開始時の燃料タンク２内の圧力の開放にも利用される。すなわち、給油中は上述のように封鎖弁２１が開となるが、燃料タンク２内の圧力が高圧となっている状態で通路面積の大きな封鎖弁２１が開くと、キャニスタ３を通してドレンポート１５から外部へ蒸発燃料が吹き抜ける懸念がある。そのため、上記実施例では、リッドオープンスイッチ９の操作を検出したときに、ドレンカットバルブ２６が開いている状態で、まず第２パージ制御弁３２が開弁する。これにより燃料タンク２内の圧力がキャニスタ３を通して開放される。そして、燃料タンク２内の圧力が大気圧に近付いた状態において、封鎖弁２１が開となり、燃料タンク２内が大気圧下に開放される。第２パージ制御弁３２の通路面積ないし口径は封鎖弁２１よりも小さいので、キャニスタ３を通した初期の圧力の開放がある程度緩慢に行われ、蒸発燃料の吹き抜けが抑制される。つまり、第２パージ制御弁３２と封鎖弁２１とによって圧力の開放が２段階に行われることになり、蒸発燃料の吹き抜けを抑制しつつ速やかな圧力開放を実現できる。なお、単一の封鎖弁でもって２段階の開度制御を行う場合に比較して、上記実施例では、個々の封鎖弁２１および第２パージ制御弁３２の構成ならびに制御が単純となる。しかも、燃料タンク２内の圧力が高圧である状態で開弁する第２パージ制御弁３２は、封鎖弁２１に比較して口径が小さいので、高圧下での開弁に必要なソレノイドの推力が少なくて済む利点がある。

また上記実施例では、第２パージ制御弁３２と第１パージ制御弁２３とが燃料タンク２と吸気通路１７との間に直列に配置された構成であるので、実際の車両内でのレイアウトとして、内燃機関１（吸気通路１７）とキャニスタ３との間の配管が１本で済み、特にキャニスタ３を燃料タンク２の近傍に配置する場合に有利となる。また、上述した給油開始時の燃料タンク２内の圧力の開放の際に、第２パージ制御弁３２の下流に第１パージ制御弁２３が存在するので、吸気通路１７側へ蒸発燃料が流れ込むことがない。

次に、図２は、種々のモードにおける各弁の開閉状態やガスの流れを示した動作説明図であって、以下、これに基づいて、上記の蒸発燃料処理装置の動作をさらに具体的に説明する。

図２の（ａ）は、給油中の制御モードを示しており、上述したように、ドレンカットバルブ２６が開、第１パージ制御弁２３および第２パージ制御弁３２が閉、封鎖弁２１が開、となる。給油に伴って燃料タンク２から押し出された蒸発燃料を含むガスは、キャニスタ３を経て外部へ流れる。蒸発燃料は、キャニスタ３に吸着される。なお、封鎖弁２１として十分な口径のものを用いることで、円滑な給油を損なうことがない。

図２の（ｂ）は、内燃機関１の運転中に、燃料タンク２内の圧力の開放ならびに燃料タンク２内の蒸発燃料の直接的な処理を行っている状態の制御モードを示している。上述したように、この燃料タンク２内の蒸発燃料の処理は、キャニスタ３のパージに並行して行うものであり、ドレンカットバルブ２６が開、第１パージ制御弁２３および第２パージ制御弁３２が開、封鎖弁２１が閉、となる。従って、大気がドレンカットバルブ２６を介してキャニスタ３を通過し、パージガスとなって内燃機関の吸気通路１７へ導入される。同時に、燃料タンク２内の蒸発燃料が第２パージ制御弁３２および第１パージ制御弁２３を通して吸気通路１７へ導入される。封鎖弁２１は閉じているので、蒸発燃料がキャニスタ３へ迂回することはない。

ここで、第２パージ制御弁３２は、第１パージ制御弁２３の開弁期間に対し、図３に示すような期間で開弁するように制御される。すなわち、内燃機関１の運転中に所定のパージ条件が成立して第１パージ制御弁２３が開弁した後、適宜な遅れ期間Δｔ１の後、第２パージ制御弁３２が開弁する。これは、第１パージ制御弁２３を開いてから第２パージ制御弁３２付近の圧力が確実に負圧となっている状態で第２パージ制御弁３２を開くことで、蒸発燃料の逆流を確実に防止するようにしたものであって、遅れ期間Δｔ１は、第１パージ制御弁２３からキャニスタ３を経由して大気開口部に至るまでの通路面積および通路長に応じて決定され、例えばソフトウェア上のタイマによって制御される。

また、キャニスタ３のパージ完了あるいはパージ条件からの逸脱によりパージを終了する際には、逆に第２パージ制御弁３２が先行して閉じ、適宜な遅れ期間Δｔ２の後、第１パージ制御弁２３が閉弁する。これは、やはり、燃料タンク２からの蒸発燃料がキャニスタ３側へ向かわないないようにすることを確実にするためのものであり、遅れ期間Δｔ２は、第２パージ制御弁３２から第１パージ制御弁２３に至るまでの通路面積および通路長に応じて決定され、例えばソフトウェア上のタイマによって制御される。なお、通路長の差異により、閉じ側の遅れ期間Δｔ２は、一般に開き側の遅れ期間Δｔ１よりも短いものとなる。

図２の（ｃ）は、給油開始直前に実行される燃料タンク２内の圧力開放のための動作を示しており、ドレンカットバルブ２６が開、第１パージ制御弁２３が閉、第２パージ制御弁３２が開、封鎖弁２１が閉、となる。燃料タンク２内の高い圧力は、通路面積が小さい第２パージ制御弁３２を介してキャニスタ３から外部へと開放される。上述したように、燃料タンク２内の圧力が大気圧に近付いた段階で第２パージ制御弁３２が閉じるとともに封鎖弁２１（ｃ）が開き、図２（ａ）に示す状態に移行する。

図４は、この給油開始直前の圧力開放動作の制御の流れを示したフローチャートである。ステップ１では、リッドオープンスイッチ９がＯＮ操作されたか否かを繰り返し判定する。リッドオープンスイッチ９がＯＮとなったら、ステップ２へ進み、第２パージ制御弁３２を開く。なお、第１パージ制御弁２３および封鎖弁２１が開状態にあった場合には、ステップ２で同時にこれらを閉とする。ステップ３では、リッドオープンスイッチ９のＯＮ操作から所定時間Ｔ１が経過したか否かを判定する。この所定時間Ｔ１は、燃料タンク２内の圧力が想定される高圧状態にあったときに、封鎖弁２１開弁時に吹き抜けが生じない程度にまで大気圧に近付けるのに必要な時間に相当する。この所定時間Ｔ１が経過したときに、ステップ４へ進み、封鎖弁２１を開とするとともに第２パージ制御弁３２を閉とする。この封鎖弁２１の開弁により燃料タンク２内の圧力は速やかに低下する。そして、ステップ５において、フューエルリッド８のロックが解除され、フィラーキャップ４の取り外しが許可される。なお、ステップ４で第２パージ制御弁３２を閉弁せずに、給油終了まで封鎖弁２１とともに開弁状態に保持するようにしてもよい。

次に、図２の（ｄ），（ｅ）は、蒸発燃料処理装置のリーク診断を説明するための動作説明図であって、例えば車両の停車後に、加圧用ポンプ２７を用いて系内を加圧し、その後の圧力低下の有無からリークの有無を判定する。ここで、封鎖弁２１の開放に伴う蒸発燃料の流出を回避するために、最初に、図２（ｄ）に示すように、封鎖弁２１および第２パージ制御弁３２を、第１パージ制御弁２３およびドレンカットバルブ２６とともに閉弁した状態において、加圧用ポンプ２７を作動させ、キャニスタ３側の加圧を行う。そして、エバポライン圧センサ３３によって検出されるキャニスタ３側の圧力がタンク圧センサ３６によって検出される燃料タンク２側の圧力以上となった段階で、図２（ｅ）に示すように封鎖弁２１を開放し、加圧用ポンプ２７によって系内全体を加圧状態とする。系内が所定の加圧状態となったら加圧用ポンプ２７を停止し、エバポライン圧センサ３３およびタンク圧センサ３６によって、その後の圧力変化を監視する。所定時間内に所定レベルの圧力低下が検出されなければ、リークがないものと診断する。

なお、系をキャニスタ３側と燃料タンク２側との２つの領域に分けて、各々のリーク診断を順次行うことも可能である。この場合、封鎖弁２１を閉じた状態でキャニスタ３側の加圧を行った後、エバポライン圧センサ３３を用いた圧力変化の監視によりキャニスタ３側の領域のリーク診断を行う。次いで、封鎖弁２１を一旦開いて系内全体を加圧状態とした後、封鎖弁２１を再び閉じ、タンク圧センサ３６を用いた圧力変化の監視により燃料タンク２側のリーク診断を行う。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。また、本発明は、ハイブリッド車両に限らず、内燃機関と燃料タンクとを備えた車両に広く適用することができる。

Claims

燃料タンクとキャニスタとを連通する蒸発燃料通路と、
この蒸発燃料通路に介装され、該蒸発燃料通路を開閉する封鎖弁と、
上記キャニスタと内燃機関の吸気通路とを連通するパージ通路と、
このパージ通路に介装され、該パージ通路を開閉する第１パージ制御弁と、
上記パージ通路の上記第１パージ制御弁よりも上流側の位置と上記燃料タンクとを連通するタンク開放通路と、
このタンク開放通路に介装され、該タンク開放通路を開閉する電磁弁からなる第２パージ制御弁と、
内燃機関の運転中に上記第１パージ制御弁を制御して上記キャニスタのパージを行うパージ制御手段と、
を備え、上記パージ制御手段は、上記キャニスタのパージ中に上記第２パージ制御弁を開いて、燃料タンク内の蒸発燃料を内燃機関で処理する、蒸発燃料処理装置。
上記第２パージ制御弁の通路面積が上記封鎖弁の通路面積よりも小さく設定されている、請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
上記パージ制御手段は、上記第１パージ制御弁の開弁から遅れて上記第２パージ制御弁を開弁させる、請求項１または２に記載の蒸発燃料処理装置。
上記燃料タンクの給油口が開かれる前に上記燃料タンク内の圧力を大気圧に近付けるためのタンク圧制御手段を備え、このタンク圧制御手段は、上記第２パージ制御弁を開弁した後に、上記封鎖弁を開放する、請求項１〜３のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置。
上記封鎖弁が閉、上記第１パージ制御弁および上記第２パージ制御弁が開、となる制御モードを有する、請求項１〜４のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置。
上記キャニスタのドレン通路を開閉するドレンカットバルブをさらに備える、請求項１〜５のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置。