JP2007211601A - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料タンクへの給油中に燃料タンクからキャニスタに蒸発燃料を容易に排出する蒸発燃料処理装置を提供する。
【解決手段】内燃機関を停止し、給油口３３のキャップを外して燃料タンク３２内に燃料を給油すると、ＥＣＵ７０は、液面計６６の検出電圧の時間変化を検出し、燃料タンク３２に給油中であるかを判定する。ＥＣＵ７０は、液面計６６の検出電圧から燃料タンク３２に給油中であると判定すると、ポンプ５０への通電をオンし、キャニスタ３４からフィルタ５２側に流体流れを発生させる。すると、背圧通路１１２を介して背圧室４８が減圧され、給油弁４０のキャニスタ口４５とタンク口４４とを連通する方向にダイヤフラム４６が変位し、給油弁４０が開弁する。給油により燃料タンク３２内に発生した蒸発燃料は、通路１００から給油弁４０を通り速やかにキャニスタ３４内に吸着される。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸気通路にパージする蒸発燃料処理装置に関する。

従来、燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタに一時的に吸着させ、必要に応じてキャニスタ内に吸着された蒸発燃料を吸気通路にパージする蒸発燃料処理装置が知られている。特許文献１では、吸気通路に十分な負圧が発生していない場合にも、ポンプによりキャニスタに加圧空気を供給することにより、キャニスタに吸着された蒸発燃料を強制的に吸気通路にパージする構成を採用している。また、燃料タンクへの給油を検出すると、ポンプの回転を反転することにより、燃料タンクからキャニスタに向けて強制的に蒸発燃料を引き込もうとしている。

ここで、燃料タンクとキャニスタとを接続する通路に、引用文献１のようにダイヤフラム式の給油弁（特許文献１の図１において符号２０で示されている弁）を設置することが知られている。給油弁は、燃料タンク側とキャニスタ側とを連通し、燃料タンク内に発生する蒸発燃料を徐々にキャニスタに吸着させる連通路を有している。そして、燃料タンクに燃料が給油され燃料タンク内の圧力が上昇すると、ダイヤフラムが変位することにより給油弁は開弁し、連通路とは別に燃料タンク内の蒸発燃料がキャニスタに吸着される。さらに特許文献１では、前述したように燃料タンクへの給油を検出すると、ポンプを作動させて、燃料タンクからキャニスタに向けて強制的に蒸発燃料を排出しようとしている。

しかしながら、特許文献１の給油弁では、ポンプを作動させて燃料タンクからキャニスタに向けて強制的に蒸発燃料を排出するときに、給油弁のキャニスタ側の圧力が低下することによりダイヤフラムが燃料タンク側とキャニスタ側との連通を遮断する方向に力を受け、給油弁が十分に開弁できずに燃料タンクからキャニスタに蒸発燃料が排出されにくくなる恐れがある。

特開２００４−６８６０９号公報

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、燃料タンクへの給油中に燃料タンクからキャニスタに蒸発燃料を容易に排出する蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。

請求項１から４に記載の発明によると、燃料タンクへの給油が検出されると、流体流れ発生手段が駆動され、キャニスタおよび給油弁の背圧室から大気側に流体流れが発生する。給油弁の背圧室の圧力は、給油弁のタンク口とキャニスタ口との連通を遮断する方向に弁部材に加わるので、流体流れ発生手段が給油弁の背圧室から大気側に流体流れを発生させると、背圧室の圧力が低下し、給油弁のタンク口とキャニスタ口とを連通する方向に弁部材が変位しやすくなる。したがって、燃料タンクへの給油が検出され流体流れ発生手段が駆動され背圧室から大気側に流体流れが発生することにより、給油弁が開弁し、燃料タンクへの給油中に燃料タンクからキャニスタに蒸発燃料を容易に排出できる。

ここで、燃料タンクへの燃料の給油を、例えば燃料タンクに設置した圧力センサ等を用い、燃料タンク内の圧力変化により検出する場合、周囲温度の変化による圧力変化を誤って給油と検出して、給油でないにもかかわらず流体流れ発生手段を駆動し、電力等のエネルギーの消費を招く恐れがある。また、給油時の蒸発燃料の発生量は給油速度に依存するため、エネルギー消費を抑えるためには流体流れ発生手段による流体流れは給油速度に応じて最適な値に制御することが望ましい。

そこで請求項２に記載の発明によると、燃料タンク内に設置した液面計の検出信号、すなわち燃料タンク内の燃料の液面高さの変化により燃料タンクへの給油を検出するので、燃料タンク内の圧力変化に関わらず燃料タンクへの給油を正確に検出できる。また、通常燃料タンク内に設置される液面計の検出信号を利用するので、燃料タンクへの給油を検出するために燃料タンクに圧力センサを設置する必要がない。したがって、製造コストを低減できる。

また、請求項３に記載の発明によると、流体流れ発生手段は同じ駆動力で駆動されるのではなく、燃料タンク内の液面の高さ、または高さの時間変化量に応じて駆動力が変化されるので、最適な流体流れにすることができる。これにより、必要以上の流体流れ発生手段のエネルギー消費を抑えるとともに、流体流れ発生手段の作動音を低減できる。
請求項４に記載の発明によると、キャニスタに吸着された蒸発燃料を吸気通路にパージするときに大気側からキャニスタへの流体流れを流体流れ発生手段に発生させるので、吸気通路の負圧が不十分であっても、キャニスタに吸着された蒸発燃料を強制的に吸気通路にパージできる。

尚、本発明に備わる手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態による蒸発燃料処理装置３０を車両の内燃機関１０に適用した例を示している。
（内燃機関１０）
内燃機関１０は、燃料タンク３２内に収容されたガソリンを燃焼して動力を発生させるガソリンエンジンである。内燃機関１０の吸気上流側の吸気通路１２には、燃料噴射量を制御する燃料噴射弁１４、吸気流量を制御するスロットル弁１６等が設置されている。

（蒸発燃料処理装置３０）
蒸発燃料処理装置３０は、燃料タンク３２内で発生した蒸発燃料をキャニスタ３４に吸着し、キャニスタ３４に吸着した蒸発燃料を吸気通路１２にパージして処理するものである。燃料タンク３２とキャニスタ３４とは通路１００により接続されており、燃料タンク３２内で発生する蒸発燃料は、通路１００を通りキャニスタ３４内の活性炭等の吸着材に吸着される。キャニスタ３４に吸着された蒸発燃料は、パージ弁３６を開弁することにより、吸気通路１２の負圧によりキャニスタ３４からパージ通路１０２を通りスロットル弁１６の下流側の吸気通路１２にパージされる。パージ弁３６は電磁弁であり、流体流れ制御手段としての電子制御装置（以下、ＥＣＵという）７０から例えばデューティ比制御されることにより、キャニスタ３４から吸気通路１２にパージされる蒸発燃料量を制御する。パージ弁３６は、デューティ比０、つまり通電オフの状態で閉弁している。キャニスタ制御弁３８は、大気通路１１０に設置されており、蒸発燃料のパージ系のリークチェック時は通電をオンされて閉弁し、それ以外は通電をオフされて開弁している。

給油弁４０は、通路１００に設置されている。給油弁４０は、第１通路としての連通孔４２により、常に燃料タンク３２側とキャニスタ３４側とを連通している。給油弁４０のタンク口４４は燃料タンク３２と接続し、給油弁４０のキャニスタ口４５はキャニスタ３４と接続している。弁部材としてのダイヤフラム４６は、タンク口４４およびキャニスタ口４５と背圧室４８との間を仕切っている。背圧室４８の圧力はタンク口４４とキャニスタ口４５との連通を遮断する方向にダイヤフラム４６に加わる。スプリング４７は、タンク口４４とキャニスタ口４５との連通を遮断する方向にダイヤフラム４６に荷重を加える。

流体流れ発生手段としての電気駆動式のポンプ５０は、キャニスタ制御弁３８に対してキャニスタ３４の反対側の大気通路１１０に設置されており、流体流れ制御手段としての電子制御装置（以下、ＥＣＵという）７０により回転方向および回転数を制御される。ポンプ５０に対してキャニスタ制御弁３８と反対側の大気通路１１０に、フィルタ５２が設置されている。ポンプ５０は、キャニスタ制御弁３８を介してキャニスタ３４と接続するとともに、背圧通路１１２により給油弁４０の背圧室４８に接続している。背圧通路１１２は大気通路１１０と連通している。

燃料供給装置６０は燃料タンク３２内に収容されており、サブタンク６２内に収容された燃料ポンプ６４が燃料タンク３２からサブタンク６２内に汲み上げられた燃料を燃料噴射弁１４に供給する。また、燃料供給装置６０には液面計６６が設置されている。液面計６６は、燃料タンク３２内の燃料の液面高さにより上下するフロート６８と接続されており、液面高さを電気信号としてＥＣＵ７０に出力する。液面計６６およびＥＣＵ７０は、給油検出手段を構成している。

ＥＣＵ７０は、パージ弁３６、キャニスタ制御弁３８、ポンプ５０等の作動を制御するとともに、液面計６６の検出信号から燃料タンク３２内の燃料の液面高さを検出する。さらに、ＥＣＵ７０は、液面計６６の検出信号から、燃料タンク３２内の燃料が増加しているか、つまり燃料タンク３２内に燃料が給油中であるかを判定する。

次に、蒸発燃料処理装置３０の作動を説明する。
（１）まず、内燃機関の運転中において、パージ条件が成立していない場合、ＥＣＵ７０は、パージ弁３６、キャニスタ制御弁３８およびポンプ５０への通電をオフしている。この状態では、パージ弁３６は閉弁し、キャニスタ制御弁３８は開弁し、ポンプ５０は停止している。ポンプ５０は、通電をオフされ停止している状態では、大気側であるフィルタ５２側とキャニスタ３４側とを連通している。したがって、内燃機関の運転中において、パージ条件が成立していない場合、キャニスタ３４は、キャニスタ制御弁３８、ポンプ５０を介して大気側に開放されている。これにより、燃料タンク３２内で発生する蒸発燃料は、燃料タンク３２から、給油弁４０の連通孔４２を通りキャニスタ３４に徐々に吸着される。

（２）内燃機関の運転中にパージ条件が成立すると、ＥＣＵ７０は、パージ弁３６をデューティ比制御してパージ弁３６の開度を調整するとともに、ポンプ５０への通電をオンしてポンプ５０を駆動する。これにより、図１の矢印に示すように、ポンプ５０は、大気側からキャニスタ３４に向けて流体流れを発生させるので、キャニスタ３４内に吸着された蒸発燃料が脱離し、パージ通路１０２に排出される。このとき、背圧室４８の圧力もポンプ５０により上昇するので、給油弁４０のダイヤフラム４６はタンク口４４とキャニスタ口４５との連通を遮断した状態に保持される。この状態では、燃料タンク３２側とキャニスタ３４側とを連通するのは給油弁４０の連通孔４２だけであるから、パージ中において燃料タンク３２からキャニスタ３４に吸着される蒸発燃料量が制限される。したがって、キャニスタ３４に吸着された蒸発燃料が吸気通路１２にパージされることにより、キャニスタ３４が吸着している蒸発燃料量を速やかに減少できる。

パージ通路１０２に排出された蒸発燃料は、パージ弁３６の開度に応じて流量を調整され、吸気通路１２に排出される。このように、ポンプ５０を駆動して強制的にキャニスタ３４内に吸着された蒸発燃料を脱離してパージ通路１０２に排出するので、例えばスロットル弁１６の開度が大きく吸気通路１２の負圧が十分ではないときにも、キャニスタ３４内に吸着した蒸発燃料を吸気通路１２に排出できる。ＥＣＵ７０は、パージ条件が終了すると、パージ弁３６、ポンプ５０への通電をオフする。

（３）内燃機関を停止し、図２に示すように給油口３３のキャップを外して燃料タンク３２内に燃料を給油すると、液面計６６の検出電圧は図３に示すように変化する。図３に示すように、本実施形態では、燃料タンク３２内の燃料の液面が上昇すると、液面計６６の検出電圧は低下する。

ＥＣＵ７０は、このような液面計６６の検出電圧の時間変化を、差分変化または微分等により検出し、燃料タンク３２に給油中であるかを判定する。ＥＣＵ７０は、液面計６６の検出電圧から燃料タンク３２に給油中であると判定すると、ポンプ５０への通電をオンし、パージ中とは反対方向にポンプ５０を回転させる。したがって、キャニスタ３４から大気側であるフィルタ５２側に流体流れが発生する。

すると、大気通路１１０、背圧通路１１２を介して、キャニスタ３４内および背圧室４８が減圧される。背圧室４８の容量はキャニスタ３４の容量に比べて非常に小さいので、給油弁４０のキャニスタ３４側よりも背圧室４８の方が速やかに圧力が低下する。その結果、給油弁４０のキャニスタ３４側と背圧室４８との差圧により、ダイヤフラム４６は、図２に示すようにキャニスタ口４５とタンク口４４とを連通する方向に変位し、給油弁４０が開弁する。これにより、連通孔４２だけの場合に比べ、キャニスタ口４５とタンク口４４とを連通する通路面積が大きくなる。すると、給油により燃料タンク３２内に発生した蒸発燃料は、通路１００から給油弁４０を通り速やかにキャニスタ３４内に吸着される。これにより、燃料タンク３２内の圧力が大気圧よりも低圧に保持されるので、給油口３３から燃料タンク３２内に容易に燃料を給油できる。したがって、図３の液面計６６の検出電圧に示すように、燃料タンク３２内に給油される時間当たりの給油量が増加する。

燃料タンク３２内の燃料の液面高さが上昇し所定高さに達すると、図３に示すように、ＥＣＵ７０はポンプ５０に供給する電力を低減しポンプ５０の回転数を低下させる。すると、ポンプ５０により減圧されていた背圧室４８の圧力が上昇するので、ダイヤフラム４６の変位により連通するタンク口４４とキャニスタ口４５との連通面積が減少する。これにより、燃料タンク３２内の圧力が上昇するので、給油口３３から燃料タンク３２内に給油される時間当たりの給油量が減少する。燃料タンク３２の燃料が満タン位置に達すると、給油口３３に挿入された図示しない給油ノズルの作動により燃料タンク３２への給油が停止される。またＥＣＵ７０は、液面計６６の検出電圧により燃料タンク３２の燃料が満タン位置に達したことを検出すると、ポンプ５０への通電をオフする。

以上説明したように本実施形態では、給油弁４０の背圧室４８をポンプ５０と接続し、給油中にポンプ５０を駆動して背圧室４８の圧力を低下することにより、給油中において給油弁４０を強制的に開弁させている。これにより、燃料タンク３２側とキャニスタ３４側とを連通する給油弁４０の通路面積が増加するので、ポンプ５０により給油中に燃料タンク３２内に発生する蒸発燃料を速やかにキャニスタ３４に吸着できる。したがって、燃料タンク３２内への給油抵抗が減少し、速やかに燃料タンク３２内に給油できる。

また、燃料タンク３２内への給油を、燃料タンク３２内の燃料の液面高さを検出する液面計６６の検出電圧に基づいて検出するので、温度変化やポンプ５０による燃料タンク３２内の減圧による圧力変化の影響を受けることなく、燃料タンク３２に給油中か否かを正確に検出できる。また、燃料タンク３２内の燃料の液面高さを検出するために通常燃料タンク３２に設置される液面計６６を使用するので、燃料タンク３２内への給油を検出する他の検出手段を新たに設置する必要がない。したがって、製造コストを低減できる。

また、燃料タンク３２への給油中にポンプ５０を一定回転数で駆動するのではなく、燃料タンク３２内の燃料が上昇し満タン位置に近づくとポンプ５０への供給電力を低減し回転数を低下させるので、ポンプ５０に供給する電力を低減するとともに、ポンプ５０が発生する騒音を低減できる。

（他の実施形態）
以上説明した上記実施形態では、燃料タンク３２内への給油を液面計６６の検出電圧に基づいて判定したが、燃料タンク３２内の圧力を検出する圧力センサの検出電圧や、給油口のキャップの開閉に基づいて燃料タンク３２内への給油を判定してもよい。
また上記実施形態では、燃料タンク３２内に発生した蒸発燃料をキャニスタ３４内に吸着し、吸着された蒸発燃料をキャニスタ３４から吸気通路１２にパージしたが、キャニスタ３４内に吸着した蒸発燃料を、燃料タンク３２を介して吸気通路１２にパージする構成でもよい。また、燃料タンク３２への給油中において、上記実施形態ではポンプ５０の回転数を段階的に変化させたが、液面高さまたは液面高さの時間変化量に応じて連続的に変化させてもよいし、ポンプ５０を一定回転数で駆動してもよい。また、上記実施形態ではポンプ５０の回転数を制御したが、例えば電流、電圧、電力などポンプ５０の駆動に関わる物理量や流量など流体に関わる物理量を制御してもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

（Ａ）は本実施形態による蒸発燃料処理装置を示す構成図、（Ｂ）は給油弁周囲の拡大図。 （Ａ）は給油中の蒸発燃料処理装置の作動状態、（Ｂ）は給油中の給油弁の作動状態を示す図。 給油中の液面計の検出電圧およびポンプ回転数の時間変化を示す特性図。

符号の説明

１０：内燃機関、１２：吸気通路、３０：蒸発燃料処理装置、３２：燃料タンク、３４：キャニスタ、４０：給油弁、４２：連通孔、４４：タンク口、４５：キャニスタ口、４６：ダイヤフラム（弁部材）、４８：背圧室、５０：ポンプ（流体流れ発生手段）、６６：液面計（給油検出手段）、７０：ＥＣＵ（流体流れ制御手段、給油検出手段）、１００：通路、１０２：パージ通路

Claims (4)

1. 燃料タンク内で発生した蒸発燃料を内燃機関の吸気通路にパージする蒸発燃料処理装置において、
   前記燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
   前記燃料タンクと前記キャニスタとを接続する通路に設置され、前記燃料タンクと接続しているタンク口、前記キャニスタと接続しているキャニスタ口、背圧室、ならびに前記タンク口と前記キャニスタ口との連通を断続し、前記背圧室の圧力を前記タンク口と前記キャニスタ口との連通を遮断する方向に受ける弁部材を有する給油弁と、
   前記キャニスタおよび前記背圧室に接続し、前記キャニスタおよび前記背圧室から大気側に流体流れを発生させる流体流れ発生手段と、
   前記燃料タンクへの給油を検出する給油検出手段と、
   前記給油検出手段が前記燃料タンクへの給油を検出すると、前記流体流れ発生手段を駆動し、前記キャニスタおよび前記背圧室から大気側に流体流れを発生させる流体流れ制御手段と、
   を備える蒸発燃料処理装置。
2. 前記給油検出手段は、前記燃料タンク内に設置した液面計の検出信号に基づき前記燃料タンクへの給油を検出する請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
3. 前記流体流れ制御手段は、前記燃料タンク内の液面の高さ、または高さの時間変化量に応じて前記流体流れ発生手段の駆動力を変化させる請求項１または２に記載の蒸発燃料処理装置。
4. 前記流体流れ制御手段は、前記キャニスタに吸着された蒸発燃料を前記吸気通路にパージするときに前記流体流れ発生手段を駆動し、大気側から前記キャニスタへの流体流れを前記流体流れ発生手段に発生させる請求項１から３のいずれか一項に記載の蒸発燃料処理装置。
   
   
   
   
   

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