JP6380676B2 - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

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負圧となる懸念があり、特許文献１では、タンク内圧が負圧となったときに、封鎖弁を開くことで、燃料タンク内にキャニスタを介して大気圧を導入することを提案している。

しかしながら、封鎖弁は円滑な給油を可能とするために比較的大型の電磁弁が用いられるため、特許文献１のように燃料タンクが負圧となったときに封鎖弁を開くと、燃料タンクに向かって急激にガスが流れ、その結果、燃料タンク内の急激な圧力変動やガスの流れに伴って異音が生じる。

特許第５３７３４５９号公報

この発明は、上記のような燃料タンクへの大気圧導入時における異音発生を抑制することを目的としている。

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、
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おり、
上記燃料タンクが負圧となったときに、上記封鎖弁を閉弁しつつ、上記第２パージ制御弁を開弁して上記キャニスタを介して上記燃料タンクに大気圧を導入する。

すなわち、温度変化等により燃料タンクが負圧となったときに、封鎖弁の開弁に先行して、あるいは、封鎖弁を開弁させることなく、第２パージ制御弁を開弁することで、キャニスタならびにタンク開放通路を経由して燃料タンク内に大気圧が導入される。第２パージ制御弁は、封鎖弁のような大型化の要求を受けず、比較的小型の弁を用いることが可能であるので、比較的緩やかに大気圧の導入を開始することができ、異音を抑制できる。

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。 燃料タンク負圧時の大気圧導入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おり、ＯＮデューティ比の可変制御により流量制御が可能な構成であることが望ましい。

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は系のリーク診断の際に用いられるもので、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おり、特に、ＯＮデューティ比の可変制御により流量制御が可能な構成となっている。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、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、機関運転中の燃料タンク２の負圧回避処理（大気圧導入処理）、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３７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ならびに燃料タンク２内の圧力が異常に低圧になったときに機械的に開く双方向のリリーフ弁３８が、蒸発燃料通路１６に封鎖弁２１と並列に設けられている。

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。

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。

また、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。従って、比較的少容量のキャニスタ３でもって燃料タンク２の蒸発燃料の処理が可能である。

上記第２パージ制御弁３２は、さらに、機関運転中に外気温変化等によって燃料タンク２内が負圧となったときの燃料タンク２への大気圧導入にも利用される。例えば、寒冷地において屋内の駐車場から屋外へ出たような場合に、燃料タンク２が温度低下するに従って、燃料タンク２内の圧力が負圧化する。このような場合に、上記実施例では、燃料タンク２内の負圧化を検出したときに、第１パージ制御弁２３が閉じているととも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内にキャニスタ３を通して大気圧が導入される。換言すれば、ドレン通路２５から大気が取り込まれ、キャニスタ３を通過して、燃料タンク２内へと流れる。そして、燃料タンク２内の圧力がある程度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上昇がある程度緩慢に行われ、第２パージ制御弁３２が開いた瞬間やその後の封鎖弁２１が開いた瞬間における異音の発生が抑制される。つまり、第２パージ制御弁３２と封鎖弁２１とによって負圧の開放が２段階に行われることになり、異音発生を抑制しつつ速やかに大気圧に近付けることができる。

なお、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。

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、キャニスタ３のパージを行っている状態の制御モードを示している。このときは、ドレンカットバルブ２６が開、第１パージ制御弁２３が開、第２パージ制御弁３２が閉、封鎖弁２１が閉、となり、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。

図２の（ｃ）は、内燃機関１の運転中に、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。

図２の（ｄ）は、内燃機関１の運転中に、燃料タンク２内が負圧となったことを検出したときの初期の動作状態を示しており、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。従って、キャニスタ３を介して大気圧が燃料タンク２内に導入される。換言すれば、ドレンカットバルブ２６からキャニスタ３を通過した大気が燃料タンク２内に流れる。

この第２パージ制御弁３２の開弁に伴って燃料タンク２内の圧力が大気圧にある程度近付いたら、図２の（ｅ）に示すように、さらに封鎖弁２１が開弁する。これにより、燃料タンク２内の圧力は速やかに大気圧に近付く。そして燃料タンク２内の圧力が大気圧に十分に近付いた段階で第２パージ制御弁３２ならびに封鎖弁２１が閉じる。

なお、図２の（ｄ），（ｅ）に示すように、燃料タンク２内の負圧化回避のための大気圧導入時には、キャニスタ３内をドレンポート１５側からチャージポート１３およびパージパージポート１４へと向かって大気が流れるので、キャニスタ３の吸着量が低減する。

図３は、上述した燃料タンク２負圧時の大気圧導入制御の流れを示したフローチャートである。

このフローチャートに示すルーチンは、内燃機関１の運転中に繰り返し実行されるもので、ステップ１では、タンク圧センサ３６の検出圧力（絶対圧）Ｐが第１設定圧Ｐ１よりも低いか否かを繰り返し判定する。第１設定圧Ｐ１は、大気圧Ｐatmよりも所定の圧力差ΔＰ１だけ低いレベルに設定される。つまり、所定の負圧となったか否かを判定する。なお、大気圧Ｐatmとしては図示せぬ大気圧センサの検出値を用いることができるが、実際の大気圧を検出せずに一定値としてもよい。

ステップ１で燃料タンク２の負圧化が検出されたときは、ステップ２へ進み、第１パージ制御弁２３を閉じる。なお、キャニスタ３のパージが行われておらず、第１パージ制御弁２３が閉じた状態であれば、そのまま閉じた状態に保持する。また、封鎖弁２１も閉じた状態に保持する。

さらにステップ３へ進み、第２パージ制御弁３２のＯＮデューティ比の増加つまり実質的な弁開度の増加を行う。なお、初期値は０である。このステップ３の処理により、閉状態にあった第２パージ制御弁３２が開き始めることとなる。そして、ステップ４において、タンク圧センサ３６の検出圧力Ｐが第２設定圧Ｐ２以上となったか否かを判定する。この第２設定圧Ｐ２は、大気圧Ｐatmよりも所定の圧力ΔＰ２だけ低いレベルに設定される。ここで、ΔＰ２＜ΔＰ１であり、従って、第２設定圧Ｐ２は第１設定圧Ｐ１よりも大気圧に近い負圧である。検出圧力Ｐが第２設定圧Ｐ２に達するまでは、ステップ３のＯＮデューティ比の増加を繰り返し行う。これにより、第２パージ制御弁３２の実質的な開度（つまり流量）は徐々に増加していく。

タンク圧センサ３６の検出圧力Ｐが第２設定圧Ｐ２に達したら、ステップ５へ進み、封鎖弁２１を開弁する。これにより、燃料タンク２内の圧力Ｐは、速やかに大気圧Ｐatmに近付く。なお、第２パージ制御弁３２のＯＮデューティ比の増加は、検出圧力Ｐが第２設定圧Ｐ２に達した時点で終了してもよいが、１００％つまり全開となるまでＯＮデューティ比を増加させるようにしてもよい。

次のステップ６では、タンク圧センサ３６の検出圧力Ｐが第３設定圧Ｐ３以上となったか否かを判定する。この第３設定圧Ｐ３は、ほぼ大気圧とみなしうる圧力であり、大気圧Ｐatmよりも所定の圧力ΔＰ３だけ低いレベルに設定される。ここで、ΔＰ３＜ΔＰ２であり、従って、第３設定圧Ｐ３は第２設定圧Ｐ２よりも大気圧に近い僅かな負圧となる。

タンク圧センサ３６の検出圧力Ｐが第３設定圧Ｐ３に達したら、ステップ７へ進み、第２パージ制御弁３２および封鎖弁２１を閉弁する。

このように上記実施例では、運転中に温度変化などにより燃料タンク２内の圧力が負圧化したときに第２パージ制御弁３２および封鎖弁２１を用いて大気圧の導入が行われる。従って、燃料タンク２内が過度に負圧化することがなく、燃料タンク２のシール部の劣化などを抑制することができる。そして、初めに通路面積の小さな第２パージ制御弁３２が開き、ある程度大気圧に近付いた段階で封鎖弁２１が開くので、急激な圧力変動や急激なガスの流れによる異音発生を抑制することができる。

なお、上記実施例では、タンク圧センサ３６の検出圧力Ｐが第２設定圧Ｐ２に達したときに封鎖弁２１を開弁するようにしているが、本発明はこれに限定されず、例えば、第２パージ制御弁３２の開弁時期から所定時間の遅れを与えて封鎖弁２１を開弁したり、第２パージ制御弁３２のＯＮデューティ比が所定値（例えば１００％）に達したときに封鎖弁２１を開弁する、なども可能である。

また、上記実施例では、タンク開放通路３１の一端をパージ通路１９に接続したが、キャニスタ３のパージポート１４をパージ通路の一部とみなし、タンク開放通路３１の一端をパージポート１４に接続しても構わない。

Claims (5)

1. 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、
   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おり、
   上記燃料タンクが負圧となったときに、上記封鎖弁を閉弁しつつ、上記第２パージ制御弁を開弁して上記キャニスタを介して上記燃料タンクに大気圧を導入する、蒸発燃料処理装置。
2. 上記第２パージ制御弁の開弁から遅れて上記封鎖弁を開弁する、請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
3. 内燃機関の運転中に上記燃料タンクが負圧となったときに、上記第２パージ制御弁の開弁による大気圧導入を行う、請求項１または２に記載の蒸発燃料処理装置。
4. 上記の大気圧導入時には、上記第１パージ制御弁を閉状態とする、請求項１〜３のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置。
5. 上記の大気圧導入時に、上記第２パージ制御弁のＯＮデューティ比を０から徐々に増大させていく、請求項１〜４のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置。

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