JP2005083297A - 加減圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 蒸発燃料処理装置における燃料蒸気管路にエアポンプで空気を供給してリーク診断を行う構成において、逆流が発生することを回避する。
【解決手段】 エアポンプと燃料蒸気管路との間に、ばね力の設定荷重がポンプの最大発生圧力又はそれ以上に設定される電磁式チェックバルブを介装する。そして、エアポンプの動作開始に対して電磁式チェックバルブを遅れて開弁させ、エアポンプの動作停止に先んじて電磁式チェックバルブを閉じる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ポンプにより閉鎖空間内への空気の供給又は前記閉鎖空間からの空気の吸出しを行って、前記閉鎖空間内を加圧又は減圧する加減圧装置に関し、特に、内燃機関の蒸発燃料処理装置における燃料蒸気管路のリーク診断に好適な加減圧装置に関する。

従来から、内燃機関の燃料を貯留する燃料タンクにて発生する燃料蒸気を捕集して処理する蒸発燃料処理装置において、燃料蒸気管路におけるリークの有無を診断する装置として、特許文献１に開示されるようなものがあった。
このものは、燃料蒸気管路をバルブで閉鎖し、該閉鎖空間内にエアポンプで空気を供給して加圧したときのエアポンプのポンプ負荷に基づいて、燃料蒸気管路におけるリークの有無を診断する構成である。
特開２００３−０１３８１０号公報

ところで、前述のように、エアポンプで閉鎖空間を加圧又は減圧する構成の場合、逆流の発生を防止すべく、加圧又は減圧経路にチェックバルブを介装する場合があるが、チェックバルブの開閉タイミングによっては逆流が発生することがあった。
そして、逆流が発生すると、閉鎖空間の圧力設定精度が低下し、リーク診断の精度が悪化するという問題が生じる。

ここで、前記逆流の発生を、機械式チェックバルブのバネ荷重の設定と、エアポンプの能力設定とで回避しようとすると、高いポンプ能力が要求されて高価なエアポンプが必要になり、また、開弁遅れが大きくなり、更に、チェックバルブの個体ばらつきによる開弁圧のばらつきに配慮する必要が生じるという問題が生じる。
また、逆流が発生すると、燃料蒸気が大気中に放出されてしまうと共に、燃料蒸気がエアポンプのモータ部に侵入し、ブラシ部で発生する火花に引火したり、回路部分に腐食が発生するという問題があった。

ここで、前記モータ部への燃料蒸気の侵入を防止するために、シールを確実に行うようにすると、エアポンプのコストが嵩んでしまうという問題が生じる。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、エアポンプで閉鎖空間を加圧（又は減圧）する構成において、逆流の発生を確実に防止できるようにすることを目的とする。

そのため請求項１記載の発明では、ポンプによる閉鎖空間内への空気の供給経路又は閉鎖空間からの空気の吸出し経路を任意に開閉可能なバルブを設けると共に、
前記バルブを、前記ポンプの動作開始に遅れて開弁させ、及び／又は、前記ポンプの動作停止に先んじて閉弁させる構成とした。
かかる構成によると、ポンプによる閉鎖空間内への空気の供給経路又は閉鎖空間からの空気の吸出し経路を任意に開閉可能なバルブを設けることで、ポンプの動作・停止とは独立に任意のタイミングで加圧又は減圧経路を開閉できるようにする。

そして、ポンプが動作開始してから遅れてバルブを開弁させ、及び／又は、ポンプが動作停止する前にバルブを閉じる。
従って、ポンプの動作開始時には、逆流を発生させることなく、所定の初期圧から加圧又は減圧を開始させることができ、また、ポンプ動作の停止時には、逆流を発生させることなく、加圧又は減圧された圧力を閉鎖空間内に閉じ込めることができる。

また、バルブがポンプの発生圧力で開閉する構成ではないから、ポンプに高い能力が要求されない。
請求項２記載の発明では、前記任意に開閉可能なバルブの前後差圧を検出し、該前後差圧に応じてバルブを開閉制御する構成とした。
かかる構成によると、バルブの前後差圧から逆流が発生し得る条件であるか否かを判断し、該判断結果に基づいてバルブの開閉制御を行う。

従って、圧力変化の特性にばらつきがあっても、逆流が発生しない条件でバルブを開閉制御することができ、逆流の発生を確実に防止できる。
請求項３記載の発明では、ポンプ負荷を検出し、該ポンプ負荷に応じて前記バルブを開閉制御する構成とした。
かかる構成によると、ポンプ負荷から、逆流の発生を回避し得る圧力状態にまでなっていることを判断し、該判断結果に基づいてバルブの開閉制御を行う。

従って、圧力変化の特性にばらつきがあっても、逆流が発生しない条件でバルブを開閉制御することができ、逆流の発生を確実に防止できる。
請求項４記載の発明では、前記任意に開閉可能なバルブとチェックバルブとが共に配設される構成とした。
かかる構成によると、例えばチェックバルブが開弁する圧力条件であっても、任意に開閉可能なバルブを閉じておけば、閉鎖空間への空気の供給又は閉鎖空間からの吸出しが行われず、また、チェックバルブが閉弁する圧力条件になる前に、任意に開閉可能なバルブを閉じることで、閉鎖空間への空気の供給又は閉鎖空間からの吸出しを停止させることができ、かつ、任意に開閉可能なバルブによる逆流阻止とチェックバルブによる逆流阻止とを任意に組み合わせることが可能である。

請求項５記載の発明では、前記任意に開閉可能なバルブが、前記ポンプの最大発生圧力又はそれ以上の閉弁付勢力を有する構成とした。
かかる構成によると、閉弁付勢力が、ポンプの最大発生圧力又はそれ以上に設定されるから、バルブを開こうとしないかぎり、ポンプ圧ではバルブが開かず、又は、開いたとしても微量であり、閉鎖空間への空気の供給又は閉鎖空間からの空気の吸出しは行われない。

従って、バルブの開閉制御が不能な状態で、閉鎖空間が異常加圧（又は異常減圧）されることを回避できる。
請求項６記載の発明では、前記任意に開閉可能なバルブを、閉鎖空間とポンプとの間に配設する構成とした。
かかる構成によると、加圧又は減圧対象である閉鎖空間とポンプとの間にバルブが介装されるから、バルブを閉じて加圧又は減圧を行わないときに、閉鎖空間内に含まれる成分（例えば燃料蒸気）がポンプ側に侵入することを阻止できる。

図１は、本発明に係る加減圧装置が適用される内燃機関のシステム構成図である。
この図１において、内燃機関１は、図示省略した車両に搭載されるガソリン機関である。
前記内燃機関１の吸気系には、スロットル弁２が設けられていて、これにより機関１の吸入空気量が制御される。

また、スロットル弁２下流の吸気管３のマニホールド部には、気筒毎に電磁式の燃料噴射弁４が設けられている。
前記燃料噴射弁４は、マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット２０から、機関回転に同期して出力される噴射パルス信号により開弁して燃料噴射を行い、噴射された燃料は機関１の燃焼室内で燃焼する。

また、内燃機関１には、蒸発燃料処理装置が設けられている。
前記蒸発燃料処理装置は、燃料タンク５にて発生する蒸発燃料を蒸発燃料導入通路６により導いて一時的に吸着するキャニスタ７を備える。
前記キャニスタ７は、容器内に活性炭などの吸着材８を充填したものである。
また、前記キャニスタ７には、新気導入口９が形成されると共に、パージ通路１０が導出されている。

前記パージ通路１０は、常閉型のパージ制御弁１１を介して、スロットル弁２下流の吸気管３に接続されている。
前記パージ制御弁１１は、前記コントロールユニット２０から出力されるパージ制御信号により開弁するようになっている。
従って、燃料タンク５にて発生した蒸発燃料は、蒸発燃料導入通路６によりキャニスタ７に導かれて、ここに吸着捕集される。

そして、機関１の運転中に所定のパージ許可条件が成立すると、パージ制御弁１１が開制御され、機関１の吸入負圧がキャニスタ７に作用する結果、新気導入口９から導入される新気によってキャニスタ７に吸着されていた蒸発燃料が脱離され、この脱離した蒸発燃料を含むパージガスがパージ通路１０を通って吸気管３内に吸入され、その後、機関１の燃焼室内で燃焼処理される。

前記コントロールユニット２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサから信号が入力される。
前記各種センサとしては、機関１の回転に同期してクランク角信号を出力するクランク角センサ２１、機関１の吸入空気量を計測するエアフローメータ２２、車速を検出する車速センサ２３、燃料タンク内５の圧力を検出する圧力センサ２４、燃料タンク５内の燃料残量を検出するタンク残量センサ（燃料計）２５が設けられている。

また、本実施形態では、前記蒸発燃料処理装置における燃料蒸気管路のリーク診断を行うようになっており、そのために、前記新気導入口９を開閉する常開型電磁弁であるドレンカットバルブ１２が設けられると共に、蒸発燃料導入通路６内に空気を送り込むエアポンプ１３が設けられている。
前記エアポンプ１３の吐出口と前記蒸発燃料導入通路６とは、空気供給管１４を介して接続され、前記空気供給管１４の途中には、電磁式チェックバルブ１５が介装される。

前記電磁式チェックバルブ１５は、エアポンプ１３による空気の供給における逆流を阻止するチェックバルブであって、後述するように、任意に開閉可能に構成される。
また、前記エアポンプ１３の吸い込み口側には、エアクリーナ１７が設けられている。
前記コントロールユニット２０は、所定の診断条件が成立すると、前記パージ制御弁１１及びドレンカットバルブ１２を閉制御することで、燃料タンク５，蒸発燃料導入通路６，キャニスタ７，パージ制御弁１１下流のパージ通路１０を閉鎖空間とし、該閉鎖空間に対してエアポンプ１３で空気を供給することで加圧し、該加圧時におけるタンク内圧（又はポンプ負荷）の変化に基づいて、前記閉鎖空間におけるリークの有無を診断する。

尚、閉鎖空間を所定圧に加圧した後の圧力漏れからリークの有無を診断する構成であっても良い。
また、空気の供給によって前記閉鎖空間を加圧する代わりに、前記閉鎖空間から空気を吸い出して減圧する構成であっても良い。
前記電磁式チェックバルブ１５は、図２に示すように構成される。

前記空気供給管１４の途中には、下流側（蒸発燃料導入通路６側）に向けて開放される容積室１４ａが形成され、該容積室１４ａには、一端がエアポンプ１３の吐出口に接続される空気配管１４ｂの他端が、容積室１４ａの壁を貫通して容積室１４ａ内にまで延設され、容積室１４ａ内に他端開口部１４ｃが位置するようにしてある。
前記開口部１４ｃを閉鎖する板状のバルブ３１は、前記開口部１４ｃに対して離接する方向に移動可能に支持されると共に、コイルスプリング３２によって前記開口部１４ｃを閉鎖する方向に付勢される。

前記蒸発燃料導入通路６側からエアポンプ１３に向かう逆流方向の圧力は、前記バルブ３１に対して閉方向の圧力として作用し、逆流が阻止されるようになっている。
また、前記電磁式チェックバルブ１５には、通電されることにより前記バルブ３１に開弁方向（開口部１４ｃから離れる方向）の電磁力を作用させる電磁ソレノイド３３が設けられている。

ここで、前記コイルスプリング３２のばね力の設定荷重は、前記エアポンプ１３の最大発生圧力又はそれ以上に設定されている。
従って、エアポンプ１３を最大限に駆動しても、前記電磁ソレノイド３３に対して開弁電流を与えない限り、電磁式チェックバルブ１５は閉状態を保持することになり、エアポンプ１３による加圧（又は減圧）を行わせるときには、前記電磁ソレノイド３３に対して開弁電流を与えて電磁式チェックバルブ１５を開ける。

このように、電磁式チェックバルブ１５は、電磁ソレノイド３３への電流供給を制御することで、任意に開閉することが可能となっている。
更に、蒸発燃料導入通路６とエアポンプ１３との間に電磁式チェックバルブ１５を介装してあれば、蒸発燃料導入通路６内の燃料蒸気が通常時（加減圧の停止時）にエアポンプ１３に到達することが、電磁式チェックバルブ１５で阻止される。

燃料蒸気が、エアポンプ１３のモータ部に侵入すると、電気回路の腐食などを生じさせる可能性があるが、上記のように、電磁式チェックバルブ１５によって燃料蒸気の侵入を未然に防止することで、前記腐食の発生を回避できる。
更に、電磁式チェックバルブ１５によって燃料蒸気のエアポンプ１３に対する侵入を防止できれば、エアポンプ１３に複雑で高価なシール構造を適用する必要がなくなる。

尚、燃料蒸気管路を加圧する場合に、電磁式チェックバルブ１５をエアポンプ１３の吸い込み側に、燃料蒸気管路を減圧する場合に、電磁式チェックバルブ１５をエアポンプ１３の吐き出し側に、設ける構成としても良いが、燃料蒸気管路側からの燃料蒸気がエアポンプ１３に到達することを回避すべく、燃料蒸気管路を加圧する場合に、電磁式チェックバルブ１５をエアポンプ１３の吐き出し側に、燃料蒸気管路を減圧する場合に、電磁式チェックバルブ１５をエアポンプ１３の吸い込み側に、設けることが好ましい。

図３は、前記リーク診断の流れを簡略化して示すものである。
ステップＳ１では、リーク診断の実行条件が成立しているか否かを判定し、診断条件が成立していれば、ステップＳ２へ進んで、リーク診断対象区間を閉鎖すべく、前記パージ制御弁１１及びドレンカットバルブ１２を閉制御する。
ステップＳ３では、エアポンプ１３の動作を開始させ、続いてステップＳ４では、エアポンプ１３の動作開始から所定時間ｔ１が経過したか否かを判定し、所定時間ｔ１が経過してから、ステップＳ５へ進む。

前記所定時間ｔ１は、エアポンプ１３と電磁式チェックバルブ１５との間の空気供給管１４内が所定圧以上に加圧されるのに要する時間として予め記憶されている。
従って、電磁式チェックバルブ１５の上流側の圧力が下流側に対して必要充分に高い状態で、電磁式チェックバルブ１５が開弁されることになり、開弁時にエアポンプ１３側に向かう逆流が発生することを防止できる。

逆流の発生が防止できれば、加圧の初期圧を精度良く制御でき、引いては、リーク診断の精度を向上させることができ、また、燃料蒸気がエアポンプ１３のモータ部に到達することによる燃料蒸気の燃焼や回路部分の腐食を回避でき、また、エアポンプ１３に高い性能のシールが不要となる。
また、機械式チェックバルブの場合、診断時以外で開弁することがないように、ばね力の設定荷重を大きくすると、加圧時には、係る付勢力に抗する大きな圧力をエアポンプ１３で発生させる必要が生じるが、係る構成の場合、エアポンプ１３に高い能力が要求され、また、開弁までに時間を要して大きな加圧遅れを生じさせることにもなり、更に、開弁圧の個体ばらつきを配慮して荷重設定などを行う必要がある。

これに対し、上記の電磁式チェックバルブ１５では、電磁ソレノイド３３への電流供給を制御することで任意に開閉することができるから、診断時以外での開弁をバネ力で阻止しつつ、逆流が発生することのない最小圧で開弁させることができ、エアポンプ１３に高い能力が要求されず、然も、加圧を応答良く行わせることができる。
ステップＳ５では、前記電磁式チェックバルブ１５の電磁ソレノイド３３に対して開弁電流を与えることで、前記電磁式チェックバルブ１５を開弁させ、加圧された空気が前記電磁式チェックバルブ１５を介して閉鎖空間に供給されるようにする。

ステップＳ６では、タンク内圧の上昇からリークの有無を診断する。
ステップＳ７では、加圧を停止させるべく、前記電磁式チェックバルブ１５の電磁ソレノイド３３に対する開弁電流の供給を停止させ、前記電磁式チェックバルブ１５を閉弁させる。
ステップＳ８では、前記開弁電流の供給停止から所定時間ｔ２が経過したか否かを判別する。

前記所定時間ｔ２は、前記開弁電流の供給停止から電磁式チェックバルブ１５が完全に閉弁されるまでの微小時間として予め記憶されている。
尚、電磁式チェックバルブ１５の閉弁遅れに対して、エアポンプ１３の停止遅れ時間が長いので、前記ステップＳ８の処理を省略し、電磁ソレノイド３３に対する開弁電流の供給を停止させた後、直ぐに、エアポンプ１３の動作を停止させても良い。

ステップＳ８で開弁電流の供給停止から所定時間ｔ２が経過したことが判別されると、ステップＳ９へ進み、エアポンプ１３の動作を停止させる。
上記のように、エアポンプ１３の動作停止に先んじて、電磁式チェックバルブ１５を閉じるようにすれば、エアポンプ１３の動作を停止させるときに、逆流が発生することが回避される。

従って、空気の供給で上昇させた圧力をそのまま閉じ込めることができ、以って、リーク診断の精度を向上させることができ、また、燃料蒸気がエアポンプ１３のモータ部に到達することによる燃料蒸気の燃焼や回路部分の腐食を回避でき、また、エアポンプ１３に高い性能のシールが不要となる。
ところで、上記実施形態では、エアポンプ１３の動作開始に対して遅れて電磁式チェックバルブ１５を開弁させるときに、所定の遅延時間を設ける構成としたが、圧力状態に基づいて電磁式チェックバルブ１５の開弁タイミングを制御することができる。

具体的には、図４に示すように、エアポンプ１３と電磁式チェックバルブ１５との間の圧力を検出する圧力センサ４１を設けるか、エアポンプ１３のポンプ負荷を示すポンプ電流値を検出するようにする。
又は、図５に示すように、電磁式チェックバルブ１５の前後差圧を検出する差圧センサ４２を設ける。

そして、図６のフローチャートのステップＳ４Ａに示すように、圧力センサ４１で検出される圧力又はポンプ電流値（ポンプ負荷）が所定値以上になった時点、又は、電磁式チェックバルブ１５の前後差圧が逆流発生を回避できる所定値になった時点で電磁式チェックバルブ１５を開弁させるように構成することができる。
更に、図７に示すように、機械式チェックバルブ５１と常閉型の電磁開閉弁５２とを、空気供給管１４の途中に直列に介装させる構成としても良い。

尚、上記構成の場合、前記電磁開閉弁５２が任意に開閉可能なバルブに相当する。
かかる構成においても、エアポンプ１３の動作開始に遅れて電磁開閉弁５２を開弁させ、エアポンプ１３の動作停止に先んじて電磁開閉弁５２を閉弁させれば、加圧開始時及び加圧停止時における逆流の発生を回避できる。
また、上記構成において、エアポンプ１３の動作を開始させるときに、電磁開閉弁５２を直ちに開弁させ、その後、差圧が所定以上になって機械式チェックバルブ５１が開いた時点から、閉鎖空間への空気の供給を開始させるようにし、エアポンプ１３の動作停止時には、動作停止に先んじて電磁開閉弁５２を閉じるようにすることができる。

上記のように電磁開閉弁５２を備える構成であれば、非加圧時に電磁開閉弁５２によって空気供給管１４を閉塞状態に保持できるので、機械式チェックバルブ５１の設定荷重を、加圧開始時における逆流を阻止できる最小値に設定でき、逆流を阻止しつつ、応答良く加圧を開始させることができる。
また、上記実施形態では、閉鎖空間をエアポンプ１３による空気供給で加圧する構成を示したが、閉鎖空間をエアポンプによる空気の吸出しで減圧する場合にも、エアポンプ１３の動作開始に対して任意に開閉可能なバルブの開弁を遅らせ、及び／又は、エアポンプ１３の動作停止に先んじて任意に開閉可能なバルブを閉弁させることで、逆流の発生を防止できる。

更に、電磁式チェックバルブ１５の構造が、図２のものに限定されるものではないことは明らかであり、また、アクチュエータを電磁ソレノイドに限定するものではなく、他のアクチュエータを用いることができることは明らかである。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜５のいずれか１つに記載の加減圧装置において、
前記閉鎖空間が、内燃機関の蒸発燃料処理装置における燃料蒸気管路をバルブで閉鎖して形成される閉鎖空間であることを特徴とする加減圧装置。

かかる構成によると、リーク診断のために燃料蒸気管路を閉鎖し、燃料蒸気管路内を加圧又は減圧するときに、逆流が発生することが回避され、特に加圧時には燃料蒸気が逆流してしまうことを回避できる。
（ロ）請求項４記載の加減圧装置において、
前記任意に開閉可能なバルブが、前記ポンプの最大発生圧力又はそれ以上の閉弁付勢力を有すると共に、該閉弁付勢力に抗する開弁駆動力を発生する電磁ソレノイドを有することを特徴とする加減圧装置。

かかる構成によると、前記バルブは、ポンプの発生圧では開かず、電磁ソレノイドに駆動電流を供給することで開弁するから、ポンプの動作開始に遅れて駆動電流の供給を開始し、及び／又は、前記ポンプの動作停止に先んじて駆動電流の供給を停止させることで、前記ポンプの動作開始に遅れて開弁させ、及び／又は、前記ポンプの動作停止に先んじて閉弁させることができる。

実施形態における内燃機関のシステム構成図。 実施形態における電磁式チェックバルブの構造を示す部分拡大断面図。 実施形態におけるリーク診断を示すフローチャート。 エアポンプと電磁式チェックバルブとの間の圧力を検出するセンサを追加したシステム構成図。 電磁式チェックバルブの前後差圧を検出するセンサを追加したシステム構成図。 リーク診断時における電磁式チェックバルブの前後差圧に基づく電磁式チェックバルブの開制御を示すフローチャート。 機械式チェックバルブと電磁開閉弁とを備えるシステム構成図。

符号の説明

１…内燃機関，２…スロットル弁，３…吸気管，４…燃料噴射弁，５…燃料タンク，６…蒸発燃料導入通路，７…キャニスタ，８…吸着材，９…新気導入口，１０…パージ通路，１１…パージ制御弁，１２…ドレンカットバルブ，１３…エアポンプ，１４…空気供給管，１５…電磁式チェックバルブ，２０…コントロールユニット，２１…クランク角センサ，２２…エアフローメータ，２３…車速センサ，２４…圧力センサ，２５…タンク残量センサ，４１…圧力センサ，４２…差圧センサ，５１…機械式チェックバルブ，５２…電磁開閉弁

Claims (6)

1. ポンプにより閉鎖空間内への空気の供給又は前記閉鎖空間からの空気の吸出しを行って前記閉鎖空間内を加圧又は減圧する加減圧装置において、
   前記ポンプによる前記閉鎖空間内への空気の供給経路又は前記閉鎖空間からの空気の吸出し経路を任意に開閉可能なバルブを設けると共に、
   前記バルブを、前記ポンプの動作開始に遅れて開弁させ、及び／又は、前記ポンプの動作停止に先んじて閉弁させることを特徴とする加減圧装置。
2. 前記任意に開閉可能なバルブの前後差圧を検出し、該前後差圧に応じて前記バルブを開閉制御することを特徴とする請求項１記載の加減圧装置。
3. ポンプ負荷を検出し、該ポンプ負荷に応じて前記バルブを開閉制御することを特徴とする請求項１記載の加減圧装置。
4. 前記任意に開閉可能なバルブとチェックバルブとが共に配設されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の加減圧装置。
5. 前記任意に開閉可能なバルブが、前記ポンプの最大発生圧力又はそれ以上の閉弁付勢力を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の加減圧装置。
6. 前記任意に開閉可能なバルブを、前記閉鎖空間と前記ポンプとの間に配設したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の加減圧装置。

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