JP2010106668A - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの消費電力を低減し、燃費を向上させる。
【解決手段】本発明は、燃料タンクからキャニスタを経てパージバルブに至るパージラインの圧力を検出する圧力検出手段と、内燃機関１を停止してから所定の期間、ドレンカットバルブを閉じてパージラインを閉塞するパージライン閉塞手段（Ｓ４）と、パージラインを閉塞している間のパージラインの圧力変化速度に応じて、内燃機関を停止してからそのパージラインのリーク診断を実施するまでの診断開始時間を設定する診断開始時間設定手段（Ｓ９）と、所定の期間が経過してから診断開始時間になるまでの間、ドレンカットバルブを開いてパージラインを開放するパージライン開放手段（Ｓ１０）と、診断開始時間になったときに、ドレンカットバルブを閉じて前記パージラインを閉塞し、リーク診断を実施するリーク診断手段と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は蒸発燃料処理装置に関する。

従来の蒸発燃料処理装置として、内燃機関の停止後に蒸発燃料処理装置内の圧力と大気圧との差圧に基づいて、蒸発燃料処理装置のリーク診断を実施するものがある。この従来の蒸発燃料処理装置は、燃料タンク内で蒸発燃料（以下「ベーパ」という）が大量に発生しているときにリーク診断を実施すると、圧力変化が少なくなり誤診断の可能性があることから、内燃機関の停止後も燃料タンク内の温度、圧力を監視し続け、それぞれが既定値に収まってからリーク診断を実施していた（特許文献１参照）。
米国特許６３２１７２７号公報

しかしながら、前述した従来の蒸発燃料処理装置では、内燃機関の停止後も燃料タンク内の温度、圧力を監視し続けなければならないため、その間はコントローラが起動状態にあり、電力消費量が大きいという問題点があった。

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、電力消費量を低減することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、燃料を貯蔵する燃料タンク（２１）と、前記燃料タンク（２１）で発生した蒸発燃料を吸着保持するキャニスタ（２３）と、前記キャニスタ（２３）の大気開放口（２３ｂ）を開閉するドレンカットバルブ（２４）と、前記キャニスタ（２３）と内燃機関（１）の吸気通路（１１）とを接続するパージ通路（２５）と、前記パージ通路（２５）を開閉するパージバルブ（２６）と、を備える蒸発燃料処理装置（２）であって、前記燃料タンク（２１）から前記キャニスタ（２３）を経て前記パージバルブ（２６）に至るパージラインの圧力を検出する圧力検出手段（２７２）と、前記内燃機関（１）を停止してから所定の期間、前記ドレンカットバルブ（２４）を閉じて前記パージラインを閉塞するパージライン閉塞手段（Ｓ４）と、前記パージラインを閉塞している間のパージラインの圧力変化速度に応じて、前記内燃機関（１）を停止してからそのパージラインのリーク診断を実施するまでの診断開始時間を設定する診断開始時間設定手段（Ｓ９）と、前記所定の期間が経過してから前記診断開始時間になるまでの間、前記ドレンカットバルブ（２４）を開いて前記パージラインを開放するパージライン開放手段（Ｓ１０）と、前記診断開始時間になったときに、前記ドレンカットバルブ（２４）を閉じて前記パージラインを閉塞し、前記リーク診断を実施するリーク診断手段（２７）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、内燃機関を停止してから所定の期間におけるパージラインの圧力変化速度に基づいて、燃料タンク内でベーパの発生が収まってリーク診断を開始することのできる診断開始時間を推測する。そして、診断開始時間がくればリーク診断を実施する。

これにより、内燃機関を停止してからリーク診断を開始するまでの間、燃料タンク内の圧力等を監視し続ける必要がなくなるので、電力消費量を低減することができる。

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態による蒸発燃料処理装置２を備えるエンジン１の全体構成図である。

エンジン１は、吸気通路１１から供給される吸入空気と燃料噴射弁１２から噴射される燃料との混合気を着火燃焼させて動力を発生する。吸気通路１１には、エンジン１に供給する吸入空気量を調節するスロットルバルブ１３が設けられる。

蒸発燃料処理装置２は、燃料タンク２１と、ベーパ通路２２と、キャニスタ２３と、ドレンカットバルブ２４と、パージ通路２５と、パージバルブ２６と、コントローラ２７と、を備える。

燃料タンク２１は、エンジン１に供給する燃料を貯蔵する。燃料タンク２１の内部には、燃料残量を示す燃料レベルを検出する燃料レベルセンサ２７１が設けられる。燃料レベルは燃料残量が多いときほど大きくなる。

ベーパ通路２２は、燃料タンク２１とキャニスタ２３とを接続する。

キャニスタ２３は、燃料吸着材２３ａと、大気開放口２３ｂと、を備える。

燃料吸着材２３ａは、燃料タンク２１で発生し、ベーパ通路２２を介してキャニスタ２３に流入してきたベーパ中の燃料粒子を一時的に吸着保持する。本実施形態では、燃料吸着材２３ａとして活性炭を用いる。

大気開放口２３ｂは、ベーパから燃料粒子を取り除いた残りの空気を外部に放出する。

ドレンカットバルブ２４は、大気開放口２３ｂに設けられ、大気開放口２３ｂを開閉する。ドレンカットバルブ２４は常開型の電磁弁であり、リーク診断実施時にコントローラ２７によって閉じられる。

パージ通路２５は、キャニスタ２３とスロットルバルブ１３が設けられた箇所よりも下流側の吸気通路１１とを接続する。パージ通路２５には、燃料タンク２１からキャニスタ２３を経てパージバルブ２６に至るパージラインの圧力（以下「パージライン圧」という）を検出する圧力センサ２７２が設けられる。

パージバルブ２６は、パージ通路２５に設けられ、パージ通路２５を開閉する。パージバルブ２６は開度を連続的に調節できる常閉型の電磁弁であり、キャニスタ２３に吸着保持した燃料粒子を吸気通路１１に導入するときにコントローラ２７によって開かれる。

コントローラ２７は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ２７は、一旦電源を切った後に、予め設定しておいた時間が経過した時点で再起動するウェイクアップタイマ機能を有する。また、コントローラ２７には、前述した燃料レベルセンサ２７１や圧力センサ２７２の他に、エンジン１１の運転状態を検出する種々のセンサ類からの信号が入力される。

ここで一般的に、燃料タンク２１の燃料は、走行中に排気系などから熱を受け温度が上昇する。走行中の燃料温度は、ある温度まで上昇すると、排気系などから受ける熱量と走行風による放熱量のバランスから均衡し、それ以上は上昇しなくなる。

しかしながら、エンジン１が停止されると、燃料タンク２１の燃料は排気系などの余熱を受ける一方で走行風によって冷却されなくなる。そのため、エンジン停止後に、燃料温度はいったん上昇することが多い。

ベーパは、燃料温度が高いときほどその発生が促進される。そのため、エンジン停止後の燃料温度の上昇が激しいときにはベーパの発生が促進され、燃料タンク２１で大量のベーパが発生する可能性がある。また、燃料に軽質ガソリンを使用している場合や標高の高いところで燃料の揮発性が高くなって場合にはさらにベーパの発生が促進される。

このような状況でパージラインを閉塞してリーク診断を実施すれば、ベーパの発生によって生じたパージライン圧の変化をリークから導入された空気によって生じた変化であると誤診断してしまう可能性がある。

そこで本実施形態では、エンジン停止後、燃料タンク２１でのベーパの発生が収まって圧力変化が少なくなった状態（以下「定常状態」という）になってから自然負圧式のリーク診断（Engine Off Natural Vacuum test）を実施する。

この自然負圧式のリーク診断は、エンジン停止後の燃料温度低下に伴うパージライン圧の低下が大気圧でとどまらず、大気圧よりも低い圧力まで低下することを利用して、パージラインのリーク診断を実施するものである。

パージライン圧の低下の程度は、パージラインにリークがあるか否かで変化し、リークがあるときのほうがパージライン圧の低下の程度が小さくなる。そこで、圧力変化を監視するために予め所定の診断期間を定めておき、所定の診断期間が経過したときのパージライン圧と大気圧との差圧を所定の判定値と比較することでパージラインのリークを診断することができる。

このようなリーク診断を実施するには、その前提として、エンジン停止後にドレンカットバルブ２４を閉じてパージライン圧が定常状態になるのを判定する必要がある。このとき、コントローラ２７の電源を入れたままにしてパージライン圧を監視させ続け、パージライン圧が定常状態になるのを判定させることとすれば、バッテリ電力量の消費が大きくなり、その結果、燃費が悪化するという問題点がある。また、エンジン停止時のバッテリ電力量が少ないと、リーク診断が実施できなくなり、診断頻度が低下するという問題点がある。

そこで本実施形態では、エンジン１を停止してからパージライン圧が定常状態になるまでの時間（以下「最適診断開始時間」という）をエンジン停止後の所定期間内で予測し、いったんコントローラ２７の電源を切る。そして、最適診断開始時間になったときに、再びコントローラ２７の電源を入れてリーク診断を実施する。

以下では、この最適診断開始時間を推定する最適診断開始時間推定制御について説明する。

図２は、コントローラ２７が実施する最適診断開始時間推定制御について説明するフローチャートである。コントローラ２７は、本ルーチンをエンジン停止後に所定の演算周期（例えば１０ｍｓ）で実行する。

ステップＳ１において、コントローラ２７は、最適診断開始時間判定フラグが１にセットされているか否かを判定する。最適診断開始時間判定フラグは、最適診断開始時間、すなわち、エンジン１を停止してからパージライン圧が定常状態になるまでの時間を判定しているときに１にセットされるフラグである。コントローラ２７は、最適診断開始時間判定フラグが１にセットされていればステップＳ６に処理を移行する。一方で、最適診断開始時間判定フラグが０にセットされていればステップＳ２に処理を移行する。

ステップＳ２において、コントローラ２７は、エンジン停止時における燃料レベルを検出する。

ステップＳ３において、コントローラ２７は、ドレンカットバルブ２４を開いた状態でのパージライン圧を検出する。

ステップＳ４において、コントローラ２７は、ドレンカットバルブ２４を閉じてパージラインを閉塞する。

ステップＳ５において、コントローラ２７は、最適診断開始時間判定フラグを１にセットする。

ステップＳ６において、コントローラ２７は、ドレンカットバルブ２４を閉じてから所定時間が経過したか否かを判定する。本実施形態では、所定時間を約３分に設定している。コントローラ２７は、所定時間が経過していればステップＳ７に処理を以降する。一方で、所定時間が経過していなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ７において、コントローラ２７は、ドレンカットバルブ２４を閉じた状態でのパージライン圧を検出する。

ステップＳ８において、コントローラ２７は、ステップＳ３で検出したパージライン圧と、ステップＳ７で検出したパージライン圧と、を比較してパージライン圧変化速度を算出する。

ステップＳ９において、コントローラ２７は、燃料レベルとパージライン圧変化速度とに基づいて、予め作成されたマップ（図３参照）を参照して最適診断開始時間を算出する。

ステップＳ１０において、コントローラ２７は、ドレンカットバルブ２４を開く。

ステップＳ１１において、コントローラ２７は、最適診断開始時間判定フラグを０にセットする。

ステップＳ１２において、コントローラ２７は、ウェイクアップタイマの設定時間を最適診断開始時間として自身の電源を切る。

そして、エンジン１を停止してから最適診断開始時間が経過すると、ウェイクアップタイマが起動してコントローラ２７に電源が入り、コントローラ２７は、ドレンカットバルブ２４を閉じてリーク診断を実施する。

図３は、燃料レベルとパージライン圧変化速度とに基づいて最適診断開始時間を算出するマップである。

図３に示すように、燃料レベルが高く、かつ、パージライン圧変化速度が小さいときほど最適診断開始時間は短くなる。

燃料レベルが高いときほど最適診断開始時間が短くなるのは、燃料レベルが高くなるほど燃料タンク２１の空間容積が狭くなり、燃料タンク２１が飽和蒸気圧に達するまでの時間が速くなるためである。燃料タンク２１が飽和蒸気圧に達するということは、燃料タンク２１でのベーパの発生が収まって圧力変化が少なくなり、パージライン圧が定常状態になるということである。

次に、図４を参照してパージライン圧変化速度が小さいときほど最適診断開始時間が短くなる理由について説明する。図４は、燃料タンク２１が飽和蒸気圧に達するまでの時間とパージライン圧の変化とを示した図である。

図４に示すように、グラフの傾きが大きいときほど燃料タンク２１が飽和蒸気圧に達するまでの時間は長くなる。すなわち、パージライン圧の変化速度が大きいときほど、パージライン圧が定常状態になるまでの時間が長くなる。これは、パージライン圧の変化速度が大きいときほど燃料タンク２１でのベーパの発生量が多く、燃料タンク２１の圧力が飽和蒸気圧から遠いと考えられるためである。

続いて、図５及び図６を参照して本実施形態による作用効果について説明する。

図５は、本実施形態による最適診断開始時間推定制御の動作について説明するタイムチャートである。フローチャートとの対応を明確にするため、フローチャートのステップ番号を併記して説明する。

時刻ｔ１で、イグニッションスイッチをオフにしてエンジン１を停止させると（図５（Ｂ））、コントローラ２７は、燃料レベルとパージライン圧を検出してからドレンカットバルブ２４を閉じて（図５（Ｃ）；Ｓ２〜Ｓ４）、最適診断開始時間判定フラグを１にセットする（図５（Ｅ）；Ｓ５）。

時刻ｔ１から所定時間経過した時刻ｔ２になると、コントローラ２７は、再びパージライン圧を検出する（図５（Ａ）；Ｓ６でＹｅｓ、Ｓ７）。そして、その検出したパージライン圧と時刻ｔ１で検出したパージライン圧とを比較してパージライン圧変化速度を算出し（Ｓ８）、そのパージライン圧変化速度と燃料レベルとに基づいて最適診断開始時間を算出する（Ｓ９）。その後、ドレンカットバルブ２４を開き（図５（Ｃ）；Ｓ１０）、最適診断開始時間判定フラグを０にセットして（図５（Ｅ）；Ｓ１１）、ウェイクアップタイマの設定時間を最適診断開始時間に設定して自身の電源を切る（図５（Ｄ）；Ｓ１２）。

時刻ｔ２から最適診断開始時間が経過した時刻ｔ３になると、コントローラ２７は、ウェイクアップタイマ機能によって再起動する（図５（Ｄ））。コントローラ２７は、再起動した後にドレンカットバルブ２４を閉じてパージライン圧のモニタを開始し（図５（Ｄ））、リーク診断を実施する（図５（Ａ））。そして、時刻ｔ５でリーク診断を終了すると、時刻ｔ６でコントローラは自身の電源切る（図５（Ａ）（Ｅ））。

図６は、発明の理解を容易にするための比較例として、コントローラ２７の電源を入れたままにしてパージライン圧をモニタし続けてパージライン圧が定常状態になるのを判定し、リーク診断を実施する場合のタイムチャートである。

図６に示すように、比較例の場合には、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間、パージライン圧をモニタし続けるためにコントローラ２７の電源を入れたままにしておく必要がある（図６（Ｄ））。

また、比較例の場合には、定常状態に至った後に一旦ドレンカットバルブ２４を開いてパージライン圧を大気圧に戻し、それからドレンカットバルブ２４を閉じてパージライン圧がさらに低い圧力へと変化するかを見る必要がある（図６（Ａ）（Ｃ））。ここで、ドレンカットバルブ２４を開くと、それに応じてキャニスタ２３に燃料粒子が吸着保持されるため、その分だけ逆に燃料タンク２１でベーパが発生してしまう。したがって、ドレンカットバルブ２４を開いて大気圧に戻った後、すぐにドレンカットバルブ２４を閉じてしまうと、パージライン圧の圧力が上昇してしまうことがある。そのため、時刻ｔ３でドレンカットバルブ２４を開いてから、次にドレンカットバルブ２４を閉じる時刻ｔ４までの間に、所定の無駄時間を設ける必要がある（図５（Ｃ））。

このように、本実施形態では、エンジン１を停止させてから所定時間が経過した時刻ｔ２において、パージラインが定常状態になるまでの時間（最適診断開始時間）を推測して一旦コントローラ２７の電源を落とす。そして、時刻ｔ２から最適診断開始時間が経過した時刻ｔ３になると、コントローラ２７を再起動してリーク診断を実施する。

これにより、従来ではパージライン圧をモニタし続けるためにコントローラ２７の電源を入れたままにしておく必要があった時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間について、本実施形態ではコントローラ２７の電源を切ることができる。したがって、バッテリの電力消費量を低減することができ、結果としてオルタネータを駆動する頻度を少なくできるので、燃費を向上させることができる。

また、パージライン圧が定常状態になってからパージライン圧を大気圧に戻す時間が不要となるので、診断時間を短縮することができる。これにより、リーク診断時に必要な全電力消費量を低減できるので、リーク診断の頻度を多くすることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

蒸発燃料処理装置を備えるエンジンの全体構成図である。 最適診断開始時間推定制御について説明するフローチャートである。 燃料レベルとパージライン圧変化速度とに基づいて最適診断開始時間を算出するマップである。 燃料タンクが飽和蒸気圧に達するまでの時間とパージライン圧の変化とを示した図である。 本実施形態による最適診断開始時間推定制御の動作について説明するタイムチャートである。 比較例のリーク診断の動作について説明するタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ 蒸発燃料処理装置
１１ 吸気通路
２１ 燃料タンク
２３ キャニスタ
２３ 大気開放口
２４ ドレンカットバルブ
２５ パージ通路
２６ パージバルブ
２７ コントローラ（リーク診断手段）
２７１ 燃料レベルセンサ（燃料残量検出手段）
２７２ 圧力センサ（圧力検出手段）
Ｓ４ パージライン閉塞手段
Ｓ９ 診断開始時間設定手段
Ｓ１０ パージライン開放手段

Claims (4)

1. 燃料を貯蔵する燃料タンクと、
   前記燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着保持するキャニスタと、
   前記キャニスタの大気開放口を開閉するドレンカットバルブと、
   前記キャニスタと内燃機関の吸気通路とを接続するパージ通路と、
   前記パージ通路を開閉するパージバルブと、
   を備える蒸発燃料処理装置であって、
   前記燃料タンクから前記キャニスタを経て前記パージバルブに至るパージラインの圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記内燃機関を停止してから所定の期間、前記ドレンカットバルブを閉じて前記パージラインを閉塞するパージライン閉塞手段と、
   前記パージラインを閉塞している間のパージラインの圧力変化速度に応じて、前記内燃機関を停止してからそのパージラインのリーク診断を実施するまでの診断開始時間を設定する診断開始時間設定手段と、
   前記所定の期間が経過してから前記診断開始時間になるまでの間、前記ドレンカットバルブを開いて前記パージラインを開放するパージライン開放手段と、
   前記診断開始時間になったときに、前記ドレンカットバルブを閉じて前記パージラインを閉塞し、前記リーク診断を実施するリーク診断手段と、
   を備えることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
2. 前記診断開始時間設定手段は、
   前記パージラインの圧力変化速度が大きいときほど、前記内燃機関を停止してから前記リーク診断を実施するまでの時間が長くなるように前記診断開始時間を設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
3. 前記燃料タンク内の燃料残量を検出する燃料残量検出手段を備え、
   前記診断開始時間設定手段は、
   前記圧力変化速度と前記燃料残量とに基づいて、前記リーク診断を開始する診断開始時間を設定する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸発燃料処理装置。
4. 前記診断開始時間設定手段は、
   前記燃料タンク内の燃料残量が少ないときほど、前記内燃機関を停止してから前記リーク診断を実施するまでの時間が長くなるように前記診断開始時間を設定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の蒸発燃料処理装置。

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