JP6619324B2 - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を処理する蒸発燃料処理装置の技術分野に関する。
この種の装置として、例えば、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸着する吸着材を備えるキャニスタと、該キャニスタと燃料タンクとをつなぐベーパ通路に設けられている、ステッピングモータを有する封鎖弁とを備える装置が提案されている(特許文献1参照)。特許文献1には、ステッピングモータの脱調が検出された場合、封鎖弁を予め決められた初期位置に移動させる初期化が、エンジン作動に悪影響を与えないタイミングとして予め決められた初期化時期に実行されることが開示されている。
特開2015−218659号公報
ステッピングモータはステップ単位でその回転量(回転角度)が制御される。封鎖弁の初期化時には、ステッピングモータのステップ数が“0”となる位置(即ち、初期位置)から更に、閉弁方向に所定ステップ数だけ、ステッピングモータが回転されることが多い。
このような制御は、ステッピングモータのステップ数が“0”となる位置と、真の初期位置とがずれていた場合に、封鎖弁を確実に初期化するために有効である。しかしながら、上記所定ステップ数が固定値として設定されていると、ステッピングモータのステップ数が“0”となる位置と、真の初期位置とがずれていない場合、上記制御により封鎖弁の劣化が促進される可能性がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、封鎖弁の適切な初期化と、封鎖弁の劣化の抑制とを両立することができる蒸発燃料処理装置を提供することを課題とする。
本発明の蒸発燃料処理装置は、上記課題を解決するために、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸着する吸着材を備えるキャニスタと、前記キャニスタと前記燃料タンクとをつなぐベーパ通路と、前記ベーパ通路に設けられ、ストローク量が所定量未満の場合に閉弁状態となり、前記ストローク量が前記所定量以上の場合に開弁状態となる封鎖弁と、を備える蒸発燃料処理装置であって、前記封鎖弁は、前記ストローク量を調整可能なステッピングモータを有し、当該蒸発燃料処理装置は、前記封鎖弁を予め定められた初期位置まで閉弁方向に移動させる初期化の要求があった場合に、前記燃料タンクのタンク圧が大気圧近傍の所定圧力範囲内であるときは、前記タンク圧が前記所定圧力範囲外であるときに比べて、前記ステッピングモータを閉弁方向に回転させるステップ数を増加する初期化手段を備える。
封鎖弁が閉弁されている場合、燃料タンクのタンク圧は、大気圧よりある程度高い圧力又は大気圧よりある程度低い圧力になる。ところで、キャニスタ内の圧力は、例えば故障診断等、特別な場合を除いて、大気圧に維持されている。このため、封鎖弁が脱調により閉弁されていない場合、ベーパ通路によりキャニスタと燃料タンクとが連通されるので、燃料タンクのタンク圧も大気圧となる。つまり、燃料タンクのタンク圧が大気圧近傍である場合、封鎖弁が閉弁されていない可能性が高く、他方で、タンク圧が大気圧よりある程度高い又は低い場合、封鎖弁は閉弁されている可能性が高い。
本願発明者はこの点に着目し、蒸発燃料処理装置を上述の如く構成した。即ち、燃料タンクのタンク圧が所定圧力範囲内であるときは、封鎖弁が閉弁されていない可能性が高いので、タンク圧が所定圧力範囲外であるとき(即ち、封鎖弁が閉弁されている可能性が高いとき)に比べて、初期化手段により、ステッピングモータを閉弁方向に回転させるステップ数が増加される、構成とした。
この結果、タンク圧が所定圧力範囲内であるときは、封鎖弁の初期化時に、ステッピングモータが閉弁方向に比較的多いステップ数回転されるので、封鎖弁の初期化を適切に行うことができ、他方で、タンク圧が所定圧力範囲外であるときは、封鎖弁の初期化時に、ステッピングモータが閉弁方向に比較的少ないステップ数しか回転されないので、封鎖弁の劣化の抑制を図ることができる。
尚、「所定圧力範囲」は、例えば、タンク圧を測定する圧力センサの測定精度や、燃料タンクにおける圧力センサの取り付け位置に起因する測定誤差、等を考慮して、大気圧とみなせる範囲として設定すればよい。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
実施形態に係る蒸発燃料処理装置の全体構成図である。 実施形態に係る封鎖弁の一状態を示す縦断面図である。 実施形態に係る封鎖弁のイニシャライズ処理を示すフローチャートである。 実施形態に係るイニシャライズ動作におけるステッピングモータのステップ数の時間変化の概念を示す概念図である。
本発明の蒸発燃料処理装置の実施形態について、図1乃至図4を参照して説明する。
(全体構成)
実施形態に係る蒸発燃料処理装置の構成について、図1を参照して説明する。図1は、実施形態に係る蒸発燃料処理装置の全体構成図である。
図1において、蒸発燃料処理装置20は、車両(図示せず)のエンジンシステム10に備えられており、車両の燃料タンク15で発生した蒸発燃料が外部に漏れ出ないようにするための装置である。
蒸発燃料処理装置20は、キャニスタ22、ベーパ通路24、パージ通路26及び大気通路28を備えて構成されている。キャニスタ22内には、吸着材としての活性炭が装填されている。キャニスタ22は、燃料タンク15内の蒸発燃料を吸着材により吸着可能なように構成されている。ベーパ通路24の一端は、燃料タンク15内の気層部と連通されており、ベーパ通路24の他端は、キャニスタ22と連通されている。ベーパ通路24には、ベーパ通路24の連通と遮断とを切り換え可能な封鎖弁40が設けられている。パージ通路26の一端は、キャニスタ22と連通されており、パージ通路26の他端は、エンジン14の吸気通路16におけるスロットルバルブ17の下流側と連通されている。パージ通路26には、パージ通路26の連通と遮断とを切り換え可能なパージ弁26vが設けられている。
キャニスタ22は、先端が大気開放された大気通路28と連通されている。大気通路28には、エアフィルタ28aが設けられている。大気通路28のエアフィルタ28aよりもキャニスタ22側には、大気通路28の連通と遮断とを切り換え可能な切替弁28vが設けられている。切替弁28vは、例えば非通電時に「開」となる常開型電磁弁から構成されている。大気通路28には更に、切替弁28vと並列に、キャニスタ22に向けて大気を圧送可能なポンプ28pが設けられている。ポンプ28pには、キャニスタ22及び燃料タンク15を含む系内を加圧し得るものであれば、どのような形式のものであってもよいが、オフ状態で気体の通流が生じない構成とすることが望ましい。
封鎖弁40、パージ弁26v、切替弁28v及びポンプ28p各々は、ECU(Electronic Control Unit)19からの信号に基づいて制御される。つまり、本実施形態では、車両の各種電子制御のためのECU19の機能の一部を、蒸発燃料処理装置20の一部として用いている。
蒸発燃料処理装置20には、系内の圧力を検出する圧力センサとして、燃料タンク15に設けられたタンク圧センサ15sと、パージ通路26のパージ弁26vよりもキャニスタ側に設けられたエバポレーションシステム圧センサ(以降、“システム圧センサ”と称する)26sと、が取り付けられている。タンク圧センサ15sは、封鎖弁40により二分される系内の燃料タンク15側の領域の圧力を検出する。システム圧センサ26sは、封鎖弁40により二分される系内のキャニスタ22を含む領域(具体的には、パージ弁26v、切替弁28v及び封鎖弁40により区画された領域)の圧力(以降、“システム圧力”と称する)を検出する。ECU19には、タンク圧センサ15s及びシステム圧センサ26sからの信号が入力される。
(蒸発燃料処理装置の動作概要)
次に、上述の如く構成された蒸発燃料処理装置20の動作概要について説明する。ECU19は、車両の走行中に、所定のパージ条件が成立する場合に、パージ弁26vが適宜開かれる。このとき、切替弁28vは開弁状態であるので、エンジン14の吸気負圧に起因して、大気通路28から大気が流入する。この大気によりキャニスタ22の吸着材からパージされた蒸発燃料が、パージ弁26vを介してエンジン14の吸気通路17に導入される。また、ECU19は、タンク圧センサ15sにより検出された燃料タンク15の圧力が所定圧力より高い場合に、封鎖弁40を開弁して、燃料タンク15の圧抜き制御を行う。尚、キャニスタ22の吸着材に吸着された蒸発燃料のパージに係る制御、及び燃料タンク15の圧抜き制御については、既存の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は省略する。
(封鎖弁の構成)
封鎖弁40の構成について、図2を参照して説明を加える。図2は、実施形態に係る封鎖弁の一状態を示す縦断面図である。
封鎖弁40は、閉弁状態でベーパ通路24を封鎖し、開弁状態でベーパ通路24を流れる気体の流量を制御する流量制御弁である。図2において、封鎖弁40は、バルブケーシング42、ステッピングモータ50、バルブガイド60及びバルブ体70を備えて構成されている。バルブケーシング42には、弁室44、流入路45及び流出路46が形成されている。弁室44、流入路45及び流出路46により流体通路が構成されている。
ステッピングモータ50は、バルブケーシング42の上部に設置されている。ステッピングモータ50は、モータ本体52と、該モータ本体52の下面から突出し、正逆回転可能に構成された出力軸54と、を有している。出力軸54は、バルブケーシング42の弁室44内に同心状に配置されており、その外周面に雄ネジ部54nが形成されている。
バルブガイド60は、円筒状の筒壁部62と、筒壁部62の上端開口部を閉鎖する上壁部64とから有天円筒状に形成されている。上壁部64の中央部には筒軸部66が同心状に形成されている。筒軸部66の内周面に雌ネジ部66wが形成されている。バルブガイド60は、バルブケーシング42に対して、回り止め手段(図示せず)により軸回り方向に回り止めされた状態で軸方向(上下方向)に移動可能に配置されている。
バルブガイド60の筒軸部66の雌ネジ部66wには、ステッピングモータ50の出力軸54の雄ネジ部54nが螺合されている。これにより、ステッピングモータ50の出力軸54の正逆回転に基づいて、バルブガイド60が軸方向に昇降移動可能となる。バルブガイド60の周囲には、バルブガイド60を上方へ付勢する補助スプリング68が設けられている。
バルブ体70は、円筒状の筒壁部72と、筒壁部72の下端開口部を閉鎖する下壁部74とから有底円筒状に形成されている。下壁部74の下面には、例えば、円板状のゴム状弾性材からなるシール部材76が装着されている。バルブ体70は、バルブガイド60内に同心状に配置されている。バルブ体70のシール部材76は、バルブケーシング42の弁座(流入路45の弁室44側の端部の周囲)の上面に対して当接可能に配置されている。
バルブ体70の筒壁部72の上端外周面には、円周方向に複数個の連結凸部72tが形成されている。バルブ体70の連結凸部72tは、バルブガイド60の筒壁部62の内周面に形成された縦溝状の連結凹部62mと、一定寸法だけ上下方向に相対移動可能な状態で、嵌合している。バルブガイド60の連結凹部62mの底壁部62bがバルブ体70の連結凸部72tに対して下方から当接した状態で、バルブガイド60とバルブ体70とが一体で上方(即ち、開弁方向)に移動可能となる。バルブガイド60の上壁部64とバルブ体70の下壁部74との間には、バルブガイド60に対してバルブ体70を常に下方(即ち、閉弁方向)へ付勢するバルブスプリング77が同心状に設けられている。
(封鎖弁の動作)
次に、上述の如く構成された封鎖弁40の動作について説明する。封鎖弁40は、ECU19からの信号に基づいてステッピングモータ50を開弁方向又は閉弁方向に予め決められたステップ数だけ回転させる。この結果、ステッピングモータ50の出力軸54の雄ネジ部54nとバルブガイド60の筒軸部66の雌ネジ部66wとの螺合作用により、バルブガイド60が上下方向に予め決められたストローク量だけ移動する。
封鎖弁40のイニシャライズ状態(初期状態)では、バルブガイド60が下限位置に保持されており、筒壁部62の下端面がバルブケーシング42の弁座の上面に当接している。また、この状態で、バルブ体70の連結凸部72tは、バルブガイド60の連結凹部62mの底壁部62bに対して上方に位置しており(図2参照)、バルブ体70のシール部材76はバルブスプリング77のバネ力により、バルブケーシング42の弁座の上面に押し付けられている。初期状態の封鎖弁40の位置(具体的には、バルブガイド60の位置)は、本発明に係る「初期位置」の一例である。
封鎖弁40の初期状態からステッピングモータ50が開弁方向に回転すると、雄ネジ部54nと雌ネジ部66wとの螺合作用によりバルブガイド60が上方に移動し、バルブガイド60の連結凹部62mの底壁部62bが、バルブ体70の連結凸部72tに下方から当接する。そして、ステッピングモータ50が開弁方向に更に回転し、バルブガイド60が更に上方に移動すると、バルブ体70がバルブガイド60と共に上方に移動し、バルブ体70のシール部材76がバルブケーシング42の弁座から離れる。この結果、封鎖弁40は開弁される。
(封鎖弁のイニシャライズ動作)
次に、本実施形態に係る封鎖弁40のイニシャライズ動作について、図3及び図4を参照して説明する。
図3において、蒸発燃料処理装置20の一部としてのECU19は、封鎖弁40のイニシャライズ(初期化)要求があるか否かを判定する(ステップS101)。ここで、封鎖弁40のイニシャライズは、例えば、イグニッションオフ時、イグニッションオン時、当該蒸発燃料処理装置20に係る故障診断(On Board Diagnosis:OBD)の開始時、等に要求される。尚、実施形態に係る「ECU19」は、本発明に係る「初期化手段」の一例である。
ステップS101の判定において、封鎖弁40のイニシャライズ要求がないと判定された場合(ステップS101:No)、当該処理は終了される。その後、ECU19は、所定時間経過後に、再びステップS101の処理を実施する。
他方、ステップS101の判定において、封鎖弁40のイニシャライズ要求があると判定された場合(ステップS101:Yes)、ECU19は、タンク圧センサ15sにより検出された燃料タンク15のタンク圧が、大気圧であるか否かを判定する(ステップS102)。具体的には、ECU19は、タンク圧が、大気圧近傍の所定圧力範囲内(−所定値A以上、且つ所定値A以内)であるか否かを判定する。
ここで、「所定値A」は、例えば、タンク圧力センサ15sの測定精度や、燃料タンク15におけるタンク圧力センサ15sの取り付け位置に起因する測定誤差、等を考慮して定められた値だけ大気圧より大きな値として設定されている。「−所定値A」は、例えば、タンク圧力センサ15sの測定精度や、燃料タンク15におけるタンク圧力センサ15sの取り付け位置に起因する測定誤差、等を考慮して定められた値だけ大気圧より小さな値として設定されている。
ステップS102の判定において、タンク圧が大気圧でないと判定された場合(即ち、タンク圧が、所定圧力範囲外であると判定された場合)(ステップS102:No)、ECU19は、ステッピングモータ50の目標ステップ数を規定数S1に設定して、封鎖弁40のイニシャライズを行う(ステップS104)。
ここで、「規定数S1」は、“0”よりも小さい値である。つまり、封鎖弁40のイニシャライズ時には、ECU19は、ステッピングモータ50のステップ数が“0”となる位置から、更に、閉弁方向に規定数S1(又は、後述する規定数S2)により示されるステップ数だけステッピングモータ50を回転させる。ステッピングモータ50のステップ数が“0”となる位置から更に閉弁方向にステッピングモータ50を回転させることを、本実施形態では「突き当て」と称する。
目標ステップ数が規定数S1に設定された場合の封鎖弁40のイニシャライズについて、図4(a)を参照して具体的に説明する。図4(a)では、規定数S1は“−8”とされているが、これに限定されない。
図4(a)の時刻t1に、上述のステップS102の判定において、タンク圧が大気圧でないと判定されとする。この結果、ECU19は、切替弁28vを通電して閉弁すると共に、目標ステップ数を“−8(即ち、規定数S1)”に設定して、封鎖弁40のイニシャライズを開始する。
図4(a)に示すように、ECU19は、ステッピングモータ50を1ステップずつ閉弁方向に回転させる。時刻t2に、ステップ数が“0”となるが、その後もECU19は、ステッピングモータ50を閉弁方向に回転させる。ステップ数が“−8”に達すると、ECU19は、ステッピングモータ50の回転を止め(時刻t3)、ステップ数だけを“0”に修正する。つまり、ECU19は、時刻t3より前に、ステップ数“−8”に対応していた封鎖弁40の位置(具体的には、バルブガイド60の位置)を、ステップ数“0”と再定義する。その後、ECU19は、ステッピングモータ50を所定ステップ(ここでは、4ステップ)だけ開弁方向に回転させ、切替弁28vを開弁して(時刻t4)、封鎖弁40のイニシャライズを終了する。
尚、ステッピングモータ50を、ステップ数“0”から所定ステップだけ開弁方向に回転させることにより、バルブガイド60がバルブケーシング42の弁座からわずかに浮いた状態となるので、例えば気温等の環境変化に起因して、バルブガイド60及び弁座間に過度な力が加わることを抑制することができる。
再び図3に戻り、ステップS102の判定において、タンク圧が大気圧であると判定された場合(即ち、タンク圧が、所定圧力範囲内であると判定された場合)(ステップS102:Yes)、ECU19は、ステッピングモータ50の目標ステップ数を、上記規定数S1よりも絶対値が大きい規定数S2に設定して、封鎖弁40のイニシャライズを行う(ステップS103)。
目標ステップ数が規定数S2に設定された場合の封鎖弁40のイニシャライズについて、図4(b)を参照して具体的に説明する。図4(b)では、規定数S2は“−248”とされているが、これに限定されない。
図4(b)の時刻t5に、上述のステップS102の判定において、タンク圧が大気圧であると判定されとする。この結果、ECU19は、切替弁28vを通電して閉弁すると共に、目標ステップ数を“−248(即ち、規定数S2)”に設定して、封鎖弁40のイニシャライズを開始する。
図4(b)に示すように、ECU19は、ステッピングモータ50を1ステップずつ閉弁方向に回転させる。ステップ数が“−248”に達すると、ECU19は、ステッピングモータ50の回転を止め(時刻t7)、ステップ数だけを“0”に修正する。その後、ECU19は、ステッピングモータ50を所定ステップ(ここでは、4ステップ)だけ開弁方向に回転させ、切替弁28vを開弁して(時刻t8)、封鎖弁40のイニシャライズを終了する。
(技術的効果)
封鎖弁40の実際の位置(即ち、実際のバルブガイド60の位置)が、ステッピングモータ50のステップ数に対応する位置からずれる(即ち、脱調する)可能性がある。このため、封鎖弁40がイニシャライズされる場合には、突き当てが行われる。しかしながら、突き当てを一律に行うと(即ち、ステッピングモータ50を、ステップ数“0”から閉弁方向に回転させるステップ数を固定値とすると)、脱調していない場合に、突き当てに起因して封鎖弁40の劣化が促進されるおそれがある。他方で、封鎖弁40の劣化を抑制するために突き当てに係るステップ数が比較的少なく設定されると、脱調している場合に、突き当てが不十分で脱調が解消されないおそれがある。
ところで、切替弁28vは原則開弁状態であり、パージ弁26vが閉弁されていれば、蒸発燃料処理装置20における封鎖弁40よりキャニスタ22側の圧力は大気圧である。このため、封鎖弁40が意図せず開弁状態になっていると、燃料タンク15のタンク圧も大気圧となる。従って、上述のステップS102の処理において(言い換えれば、封鎖弁40のイニシャライズが行われる前に)、燃料タンク15のタンク圧が大気圧であると判定された場合、封鎖弁40の位置が、ステッピングモータ50のステップ数に対応する位置よりも開弁側にずれ(即ち、脱調し)、開弁状態となっている可能性が高い。
他方で、封鎖弁40が閉弁されている場合、燃料タンク15のタンク圧は、大気圧よりも明らかに高い又は低い圧力である。従って、上述のステップS102の処理において(言い換えれば、封鎖弁40のイニシャライズが行われる前に)、燃料タンク15のタンク圧が大気圧でないと判定された場合、封鎖弁40は閉弁状態である可能性が高い。
そして、上述のステップS102の処理において、燃料タンク15のタンク圧が大気圧であると判定された場合(即ち、脱調により封鎖弁40が開弁状態である可能性が高い場合)、目標ステップ数が規定数S2に設定され、突き当てのステップ数が比較的多くなる。ここで、規定数S2の絶対値は、封鎖弁40の全開位置に相当するステップ数よりも大きいことが望ましい。このように構成すれば、封鎖弁40を確実にイニシャライズ状態にすることができる。
他方、上述のステップS102の処理において、燃料タンク15のタンク圧が大気圧でないと判定された場合(即ち、封鎖弁40が閉弁状態である可能性が高い場合)、目標ステップ数が規定数S1に設定され、突き当てのステップ数が比較的少なくなる。このため、突き当てに起因する封鎖弁40の劣化を抑制することができる。
以上の結果、当該蒸発燃料処理装置20によれば、封鎖弁40の適切なイニシャライズと、封鎖弁40の劣化の抑制とを両立することができる。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う蒸発燃料処理装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
10…エンジンシステム、15…燃料タンク、15s…タンク圧センサ、19…ECU、20…蒸発燃料処理装置、22…キャニスタ、24…ベーパ通路、26…パージ通路、26s…エバポレーションシステム圧センサ、26v…パージ弁、28…大気通路、28v…切替弁、40…封鎖弁、50…ステッピングモータ

Claims (1)

  1. 燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸着する吸着材を備えるキャニスタと、前記キャニスタと前記燃料タンクとをつなぐベーパ通路と、前記ベーパ通路に設けられ、ストローク量が所定量未満の場合に閉弁状態となり、前記ストローク量が前記所定量以上の場合に開弁状態となる封鎖弁と、を備える蒸発燃料処理装置であって、
    前記封鎖弁は、前記ストローク量を調整可能なステッピングモータを有し、
    当該蒸発燃料処理装置は、前記封鎖弁を予め定められた初期位置まで閉弁方向に移動させる初期化の要求があった場合に、前記燃料タンクのタンク圧が大気圧近傍の所定圧力範囲内であるときは、前記タンク圧が前記所定圧力範囲外であるときに比べて、前記ステッピングモータを閉弁方向に回転させるステップ数を増加する初期化手段を備える
    ことを特徴とする蒸発燃料処理装置。
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