JP2013164041A - 蒸発燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 より広いエンジン運転領域において、エンジンから排出される排気ガス中のエミッションを低減することが可能な蒸発燃料供給装置を提供する。
【解決手段】 蒸発燃料供給装置１は、燃料タンク２０に貯留されている燃料の中に、エアポンプ５０から吐出されたエアを供給する第１の連通管３１と、燃料タンク２０内の上部空間にエアポンプ５０から吐出されたエアを供給する第２の連通管３２と、エアポンプ５０の下流に配置され、エアポンプ５０から吐出されたエアを、第１の連通管３１と、第２の連通管３２に択一的に切替えて供給する第１の三方弁４１とを備える。ＥＣＵ７０は、低負荷時には、吐出されたエアが第１の連通管３１に供給されるように第１の三方弁４１を切替えるとともに、電磁開閉弁６１を開き、中・高負荷時には、吐出されたエアが第２の連通管３２に供給されるように第１の三方弁４１を切替えるとともに、電磁開閉弁６１を閉じる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料タンク内の蒸発燃料をエンジンに供給する蒸発燃料供給装置に関する。

車両のエンジンから排出される排気ガス中のエミッションを低減させることが社会的に強く要請されている。ここで、特許文献１には、排気ガス中におけるオゾン生成能の高い排気成分を低減することができるエンジンの始動装置が開示されている。

この始動装置は、燃料中に空気を吹き込んで燃料中の軽質成分を蒸発させて抽出する抽出装置と、該抽出装置で抽出された軽質成分をエンジンに供給する軽質成分供給パイプと、燃料タンク中の燃料をエンジンに供給する燃料供給パイプとを備えている。そして、この始動装置では、エンジン始動時には、軽質成分供給パイプを通して抽出された軽質成分がエンジンに供給され、始動後においては燃料供給パイプを通して燃料がエンジンに供給される。

この始動装置によれば、エンジンの始動時及び始動直後は燃料中の軽質成分が抽出され、該軽質成分のみがエンジンへ供給される。ここで、軽質成分中には芳香族系炭化水素が含まれていない。そのため、エンジン始動時に、オゾン発生能の高い炭化水素を大気中に放出することを防止できる。

特開平０７−１８９８３４号公報

特許文献１記載のエンジンの始動装置は、エンジン始動時のオゾン発生能の高い排気成分（炭化水素）を低減することを目的としており、軽質成分のみからなる混合気により、始動および始動後暖機完了まで運転を行う。そのため、軽質成分による運転は、始動後１０秒から１分間、又は冷却水温度が２０〜５０℃になるまで（暖機完了まで行う場合には、冷却水温度が約８０℃になるまで）に限られている。すなわち、特許文献１記載のエンジンの始動装置では、例えば走行時等をも含む、より広いエンジン運転領域でのエミッション低減に関しては考慮されていない。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、燃料タンク内の蒸発燃料をエンジンに供給する蒸発燃料供給装置であって、より広いエンジン運転領域において、エンジンから排出される排気ガス中のエミッションを低減することが可能な蒸発燃料供給装置を提供することを目的とする。

本発明に係る蒸発燃料供給装置は、エンジンに供給される燃料を貯留する燃料タンクと、エアを加圧して吐出するエアポンプと、燃料タンクに貯留されている燃料の中に、エアポンプから吐出されたエアを供給する第１の連通管と、燃料タンク内の上部空間にエアポンプから吐出されたエアを供給する第２の連通管と、エアポンプの下流に設けられ、エアポンプから吐出されたエアを、第１の連通管と、第２の連通管に択一的に切替えて供給する第１の切替手段と、燃料タンク内の上部空間とエンジンの吸気系とを連通し、燃料タンク内の蒸発燃料をエンジンの吸気系に供給する蒸発燃料導入管と、蒸発燃料導入管に介装され、蒸発燃料導入管を開閉する開閉弁と、エンジンの運転状態に基づいて、第１の切替手段の切替制御、及び開閉弁の開閉制御を行う制御手段とを備える。上記制御手段は、エンジンの低負荷運転時には、エアポンプから吐出されたエアが前記第１の連通管に供給されるように第１の切替手段を切替えるとともに、開閉弁を開き、エンジンの中・高負荷運転時には、エアポンプから吐出されたエアが第２の連通管に供給されるように第１の切替手段を切替えるとともに、開閉弁を閉じることを特徴とする。

本発明に係る蒸発燃料供給装置によれば、低負荷運転時（例えば、クルージング時の他、始動時、触媒急速暖機時、ファーストアイドル時等を含む）には、エアポンプから吐出されたエアが第１の連通管に供給されるように第１の切替手段が切替えられるとともに、蒸発燃料導入管に介装された開閉弁が開かれる。そのため、燃料タンクに貯留されている燃料の中に、エアポンプから吐出されたエアが第１の連通管を通して供給されるとともに、燃料から蒸発した蒸発燃料が蒸発燃料導入管を通してエンジンに供給される。エアが燃料の中に吹き込まれることにより、燃料タンク内の液体燃料（特に炭素数の少ない軽質成分）の気化が促進されるとともに、蒸発燃料とエアとの混合が促進される。その結果、非常に均一な混合気が形成されてエンジンに供給される。そのため、排気ガス中のＨＣ、及びＰＭ（ＰＮ）が低減される。また、軽質成分は着火性が高く、燃焼性も良好なため、例えば触媒の早期暖機時等に、点火時期を遅角（ＩＧリタード）させても燃焼が悪化しにくい。そのため、点火時期の遅角量（リタード量）をより増大させることができる。よって、所謂後燃えによる排気浄化触媒の早期暖機、すなわち早期活性化ができ、始動時のＮＯｘを低減することが可能となる。

一方、中・高負荷運転時には、エアポンプから吐出されたエアが第２の連通管に供給されるように第１の切替手段が切替えられるとともに、蒸発燃料導入管に介装された開閉弁が閉じられる。そのため、エアポンプから吐出されたエアが第２の連通管を通して燃料タンクの上部空間に供給される。加圧されたエアが燃料タンクの上部空間に供給されることにより、燃料タンク内が加圧され、燃料の蒸発が抑制される。その結果、キャニスタの蒸発燃料吸着能力の低下を防止することができる。以上の結果、より広いエンジン運転領域において、エンジンから排出される排気ガス中のエミッションを低減することが可能となる。

本発明に係る蒸発燃料供給装置は、一端が燃料タンク内の上部空間と連通された第３の連通管と、一端がエアポンプの吸入口に接続された第４の連通管と、一端が大気に開放された外気連通管と、エアポンプの上流に設けられ、第３の連通管の他端、第４の連通管の他端、及び外気連通管の他端それぞれが接続され、第４の連通管を、前記第３の連通管と、外気連通管とのいずれかと択一的に切替えて連通する第２の切替手段とをさらに備え、上記制御手段が、エンジンの始動前に、第３の連通管と第４の連通管とが連通されるように第２の切替手段を切替えるとともに、エアポンプから吐出されたエアが第１の連通管に供給されるように第１の切替手段を切替え、エンジンの始動時に、外気連通管と第４の連通管とが連通されるように第２の切替手段を切替えることが好ましい。

この場合、エンジンを始動する前に、第３の連通管と第４の連通管とが連通（すなわち第３の連通管とエアポンプとが連通）されるため、燃料タンク内の蒸発燃料を含むエアが、エアポンプで加圧されて、燃料中に吹き込まれる。すなわち、蒸発燃料を含むエアが、第３の連通管、第２の切替手段、第４の連通管、エアポンプ、第１の切替手段、及び第１の連通管を通して循環される。そのため、蒸発燃料の濃度を例えば理論空燃比程度まで高めることができる。よって、エンジンの始動性が改善されるとともに、エンジン始動時のエミッションをより低減することが可能となる。なお、エンジンの始動時及び始動後は、外気連通管と第４の連通管とが連通されるように第２の切替手段が切替えられるため、蒸発燃料を含むエアの循環が停止される。そして、上述したように、エンジンの運転状態（負荷状態）に応じて、第１の切替手段の切替え、及び、開閉弁の開閉が行われる。

本発明に係る蒸発燃料供給装置は、燃料タンク内の蒸発燃料の濃度を検出する蒸発燃料検出手段をさらに備え、上記制御手段が、エンジンの始動前に、蒸発燃料検出手段により検出された蒸発燃料の濃度が所定の濃度になった場合に、エンジンを始動することが好ましい。

この場合、エンジンが始動される前、蒸発燃料を含んだエアが循環されて蒸発燃料の濃度が高められる際に、蒸発燃料検出手段により蒸発燃料の濃度が監視されるとともに、蒸発燃料の濃度が所定の濃度（例えば理論空燃比程度の濃度）になった場合に、エンジンが始動される。よって、蒸発燃料が始動に適した濃度になったタイミングでエンジンの始動を行うことができる。そのため、エンジンの始動性がより改善されるとともに、エンジン始動時のエミッションをより低減することが可能となる。

本発明に係る蒸発燃料供給装置では、エンジンの始動前に、第３の連通管と第４の連通管とが連通されるように第２の切替手段が切替えられた後、所定時間が経過したときに、上記制御手段が、エンジンを始動することが好ましい。

この場合、第３の連通管と第４の連通管（エアポンプ）とが連通されて蒸発燃料の循環が開始されてから所定時間が経過したときに、エンジンが始動される。したがって、所定時間内に、蒸発燃料の濃度が所定の濃度に達しなかった場合であっても、エンジンが始動される。よって、例えば寒冷地などで燃料の蒸発が進まないような状況においても、エンジンが始動されるまでに時間がかかり過ぎることを防止することができる。

本発明によれば、燃料タンク内の蒸発燃料をエンジンに供給する蒸発燃料供給装置において、より広いエンジン運転領域において、エンジンから排出される排気ガス中のエミッションを低減することが可能となる。

第１実施形態に係る蒸発燃料供給装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る蒸発燃料供給装置による蒸発燃料生成・供給処理の処理手順を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る蒸発燃料供給装置の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る蒸発燃料供給装置による蒸発燃料生成・供給処理の処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
まず、図１を用いて、第１実施形態に係る蒸発燃料供給装置１の構成について説明する。図１は、蒸発燃料供給装置１の構成を示すブロック図である。

エンジン１０は、例えば、シリンダ内（筒内）に直接燃料を噴射する直接噴射式のエンジンである。エンジン１０では、エアクリーナ１６から吸入された空気が、吸気管１５に設けられたスロットルバルブ１３により絞られ、インテークマニホールド１１を通り、エンジン１０に形成された各気筒に吸入される。ここで、エアクリーナ１６から吸入された空気の量は、エアクリーナ１６とスロットルバルブ１３との間に配置されたエアフローメータ１４により検出される。

エンジン１０の各気筒には、筒内に燃料を噴射するインジェクタ１２が取り付けられている。インジェクタ１２は、加圧された燃料を各気筒の燃焼室内へ直接噴射する。インジェクタ１２には、デリバリーパイプ２４が接続されている。デリバリーパイプ２４は、高圧燃料ポンプ２２から燃料配管２３を通じて圧送されてきた燃料を各インジェクタ１２に分配するものである。高圧燃料ポンプ２２は、燃料タンク２０からフィードポンプ（低圧燃料ポンプ）２１により吸い上げられた燃料を、運転状態に応じて高圧（例えば、８〜１３ＭＰａ）に昇圧してデリバリーパイプ２４へ供給する。高圧燃料ポンプ２２としては、例えばエンジン１０によって駆動される、電子制御プランジャー式フューエルポンプ等が用いられる。

そして、エンジン１０の各気筒では、吸入空気と燃料との混合気が燃焼し、その燃焼後の排気ガスはエキゾーストマニホールド、エキゾーストパイプ１７を通して排出される。エキゾーストパイプ１７には、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサ１８が取り付けられている。空燃比センサ１８としては、排気空燃比をオン−オフ的に検出するＯ_２センサが用いられる。なお、空燃比センサ１８として、排気空燃比をリニアに検出することのできるリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）を用いてもよい。

また、空燃比センサ１８の下流には排気浄化触媒１９が配設されている。排気浄化触媒１９は三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排気ガス中の有害ガス成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）及び窒素（Ｎ_２）に清浄化するものである。なお、エンジン始動直後には、排気浄化触媒１９を早期に活性化させるため、点火時期が遅角（ＩＧリタード）されることにより生じる所謂後燃えを利用して、排気浄化触媒１９の急速暖機が行われる。

エンジン１０（インジェクタ１２）に供給される燃料が貯留される燃料タンク２０では、その底部及び上部空間に、エアポンプ５０から吐出されたエア（外気）を供給することができるように構成されている。

エアポンプ５０は、吸入口に接続された外気連通管３０を通して吸入したエア（外気）を加圧して吐出する。エアポンプ５０としては、例えば電動式の軸流ポンプが好適に用いられる。エアポンプ５０は、後述する電子制御装置（以下「ＥＣＵ」ともいう）７０に接続されており、該ＥＣＵ７０によって駆動される。

エアポンプ５０の下流には第１の三方弁４１が配置されている。より具体的には、第１の三方弁４１の第１ポート４１ａが、第５の連通管３５を介して、エアポンプ５０の吐出口と接続されている。第１の三方弁４１は、エアポンプ５０から吐出されたエアを、第２ポート４１ｂに接続された第１の連通管３１（詳細は後述する）と、第３ポート４１ｃに接続された第２の連通管３２（詳細は後述する）に択一的に切替えて供給する。すなわち、第１の三方弁４１は、特許請求の範囲に記載の第１の切替手段として機能する。第１の三方弁４１は、電気式のものが好適に用いられる。第１の三方弁４１も、ＥＣＵ７０に接続されており、該ＥＣＵ７０によって切替え状態が制御される。

第１の連通管３１は、一端が第１の三方弁４１の第２ポート４１ｂに接続され、他端が燃料タンク２０の底部に配設されており、第１の三方弁４１の第２ポート４１ｂと燃料タンク２０の底部とを連通する。第１の連通管３１は、第１の三方弁４１の第１ポート４１ａと第２ポート４１ｂとが連通されたときに、エアポンプ５０から吐出されたエアを燃料タンク２０に貯留されている燃料の中に供給する（エアレーション）。

第２の連通管３２は、一端が第１の三方弁４１の第３ポート４１ｃに接続され、他端が燃料タンク２０の上部空間に配設されており、第１の三方弁４１の第３ポート４１ｃと燃料タンク２０の上部空間とを連通する。第２の連通管３２は、第１の三方弁４１の第１ポート４１ａと第３ポート４１ｃとが連通されたときに、エアポンプ５０から吐出されたエアを燃料タンク２０の上部空間に供給する。

また、燃料タンク２０の上部空間には、該上部空間とエンジン１０のインテークマニホールド１１（特許請求の範囲に記載の吸気系に相当）とを連通し、燃料タンク２０内の蒸発燃料をエンジン１０のインテークマニホールド１１に供給する蒸発燃料導入管６０が設けられている。この蒸発燃料導入管６０には、該蒸発燃料導入管６０を開閉する電磁開閉弁６１（特許請求の範囲に記載の開閉弁に相当）が介装されている。電磁開閉弁６１は、通電時にのみ開弁されるノーマリクローズ型の電磁開閉弁であり、イグニッションオフ（ＩＧ ＯＦＦ）時には閉弁される。なお、電磁開閉弁６１の開閉制御は、ＥＣＵ７０によって行われる。

さらに、燃料タンク２０の上部空間には、燃料タンク２０内の蒸発燃料の濃度を検出するＨＣセンサ８０が取り付けられている。ＨＣセンサ８０は、特許請求の範囲に記載の蒸発燃料検出手段として機能する。ＨＣセンサ８０としては、例えば、接触燃焼式のものや、検出ガス中の音速変化を利用したものなどを使用することができる。ＨＣセンサ８０はＥＣＵ７０に接続されており、ＨＣセンサ８０の検出信号は、該ＥＣＵ７０に出力される。

また、燃料タンク２０には、蒸発燃料導入管６０から分岐された蒸発燃料通路９１を通してキャニスタ９０が接続されている。蒸発燃料通路９１には、該蒸発燃料通路９１を開閉する開閉弁（電磁開閉弁）９２が介装されている。そして、上述した電磁開閉弁６１が閉じられているときに、燃料タンク２０の上部空間に溜まる蒸発燃料は、蒸発燃料通路９１を通してキャニスタ９０に導かれ、キャニスタ９０内の活性炭等の吸着剤により一時的に吸着される。

キャニスタ９０には外気を導入するための大気ポート９３が設けられている。また、キャニスタ９０の上層の空間部は、インテークマニホールド１１に、パージ通路９４を通して連通されている。このパージ通路９４には、ＥＣＵ７０によって開度が調節される可変流量電磁弁（以下「パージソレノイドバルブ」ともいう）９５が介装されている。

パージソレノイドバルブ９５が開弁されてインテークマニホールド１１における負圧がキャニスタ９０のパージ通路９４に作用すると、キャニスタ９０内に大気ポート９３から空気が導入され、キャニスタ９０内の活性炭等に吸着されている蒸発燃料が脱離される。脱離された蒸発燃料は、大気ポート９３から導入された空気と共にパージ通路９４を通じてエンジン１０のインテークマニホールド１１に吸入される。そして、インテークマニホールド１１に吸入された蒸発燃料は、エンジン１０のシリンダ内で燃焼されて処理される。

ここで、イグニッションオフ時には、電磁開閉弁６１が閉弁されるとともに、電磁開閉弁９２が開弁され、燃料タンク２０内の蒸発燃料はキャニスタ９０側に導入される。エンジン始動時及び低負荷運転時には、電磁開閉弁６１が開弁されるとともに、電磁開閉弁９２が閉弁され、蒸発燃料のキャニスタ９０への導入が停止される。また、中・高負荷運転時には、電磁開閉弁６１が閉弁されるとともに、電磁開閉弁９２が開弁される。

ＥＣＵ７０は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、１２Ｖバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、及び入出力Ｉ／Ｆ等を有して構成されている。また、ＥＣＵ７０は、インジェクタ１２を駆動するインジェクタドライバ、エアポンプ５０を駆動するモータドライバ、及び、第１の三方弁４１並びに電磁開閉弁６１等を駆動する駆動回路を備えている。さらに、ＥＣＵ７０は、高圧燃料ポンプ２２を構成する電磁弁を駆動する駆動回路、及び点火信号を出力する出力回路等を備えている。

また、ＥＣＵ７０には、上述したエアフローメータ１４や、空燃比センサ１８、ＨＣセンサ８０に加えて、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ、潤滑油の温度を検出する油温センサ、クランクシャフトの位置を検出するクランク角センサ、及び、アクセルペダルの踏み込み量すなわちアクセルペダルの開度を検出するアクセルペダル開度センサ等の各種センサが接続されている。

ＥＣＵ７０では、上述した各種センサから入力される検出信号に基づいて、吸入空気量、混合気の空燃比、蒸発燃料の濃度、エンジン１０の水温、油温、エンジン回転数、及びアクセルペダル開度等の各種情報が取得される。そして、ＥＣＵ７０は、取得した吸入空気量やエンジン回転数等の各種情報に基づいて、燃料噴射量や点火時期、及び、各種デバイス等を駆動／制御することによりエンジン１０を総合的に制御する。

また、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の運転状態（負荷状態）に基づいて、第１の三方弁４１の切替制御、エアポンプ５０の駆動制御、及び電磁開閉弁６１の開閉制御を行う。すなわち、ＥＣＵ７０は、特許請求の範囲に記載の制御手段として機能する。

ＥＣＵ７０は、エンジン回転数及び吸入空気量に基づいてエンジン負荷を演算して求める。そして、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の低負荷運転時（始動時、触媒急速暖機時、ファーストアイドル時等を含む）には、エアポンプ５０から吐出されたエアが第１の連通管３１に供給されるように第１の三方弁４１を切替える（第１の切替状態）とともに、電磁開閉弁６１を開弁する。これにより、燃料タンク２０内の液体燃料中にエアが吹き込まれるとともに、気化された蒸発燃料（特に軽質成分）がエンジン１０に供給される。このとき、ＥＣＵ７０は、燃料タンク２０内圧力が加圧されない程度にエアポンプ５０を駆動する。なお、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の低負荷運転時には、電磁開閉弁９２を閉弁し、蒸発燃料のキャニスタ９０への導入を禁止する。

エンジン１０に供給される混合気の燃料不足分は、インジェクタ１２による燃料噴射で補われる。その際の燃料噴射量は、吸入空気量、要求噴射量、及び空燃比センサ１８の出力に基づいて算出される。すなわち、吸入空気量から求まる要求噴射量をそのままインジェクタ１２から噴射すると、供給される蒸発燃料分だけ空燃比がリッチになるため、空燃比センサ１８の出力に基づいて、燃料噴射量がリーン側に補正（Ｆ／Ｂ制御）される。これにより、インジェクタ１２による燃料噴射量が、蒸発燃料の不足分を補う量と一致するように制御される。

一方、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の中・高負荷運転時には、エアポンプ５０から吐出されたエアが第２の連通管３２に供給されるように第１の三方弁４１を切替える（第２の切替状態）とともに、電磁開閉弁６１を閉弁する。これにより、燃料タンク２０の上部空間に加圧されたエアが供給されて燃料の蒸発が抑制されるとともに、蒸発燃料導入管６０を介した、エンジン１０への蒸発燃料の供給が停止される。このとき、ＥＣＵ７０は、燃料タンク２０内の圧力が飽和蒸気圧以上の一定値となるようにエアポンプ５０を制御する。また、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の中・高負荷運転時には、電磁開閉弁９２を開弁する。

次に、図２を参照しつつ、蒸発燃料供給装置１の動作について説明する。図２は、蒸発燃料供給装置１による蒸発燃料生成・供給処理の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ７０において、所定のタイミングで繰り返して実行される。

まず、ステップＳ１００では、エンジン１０の水温が所定温度（例えば５０℃）以上であるか否かについての判断、すなわち、エンジン１０の暖機が完了したか否かについての判断が行われる。なお、暖機が完了したか否かの判断は、水温に代えて、又は加えて油温を利用して行ってもよい。ここで、水温が所定温度未満の場合、すなわち、エンジン１０の暖機が完了していない場合には、ステップＳ１０２に処理が移行する。一方、水温が所定温度以上のとき、すなわち、エンジン１０の暖機が完了しているときには、ステップＳ１０４に処理が移行する。

ステップＳ１０２では、エアポンプ５０から吐出されたエアが第１の連通管３１に供給されるように第１の三方弁４１が切替えられる（第１の切替状態）とともに、電磁開閉弁６１が開弁される。これにより、燃料タンク２０内の液体燃料中にエアが吹き込まれるとともに、気化された蒸発燃料（特に軽質成分）がエンジン１０に供給される。なお、エンジン１０に供給される混合気の燃料不足分は、上述したように、インジェクタ１２による燃料噴射で補われる。また、エアポンプ５０は、燃料タンク２０内圧力が加圧されない程度に駆動される。その後、本処理から抜ける。

ステップＳ１０４では、エンジン回転数と吸入空気量から算出されたエンジン負荷が所定値（図示平均有効圧力で示した場合には例えば１８０ｋＰａ）以上であるか否かについての判断が行われる。ここで、エンジン負荷が所定値未満の場合、すなわち、エンジン１０の低負荷運転時には、上述したステップＳ１０２に処理が移行する。なお、ステップＳ１０２での処理は上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。その後、本処理から抜ける。一方、エンジン負荷が所定値以上のとき、すなわち、エンジン１０の中・高負荷運転時には、ステップＳ１０６に処理が移行する。

ステップＳ１０６では、エアポンプ５０から吐出されたエアが第２の連通管３２に供給されるように第１の三方弁４１が切替えられる（第２の切替状態）とともに、電磁開閉弁６１が閉弁される。これにより、燃料タンク２０の上部空間に加圧されたエアが供給されて燃料の蒸発が抑制されるとともに、蒸発燃料のエンジン１０への供給が停止される。なお、エアポンプ５０は、燃料タンク２０内を飽和蒸気圧以上の一定値に加圧するように制御される。その後、本処理から抜ける。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、低負荷運転時（例えば、クルージング時の他、始動時、触媒急速暖機時、ファーストアイドル時を含む）には、エアポンプ５０から吐出されたエアが第１の連通管３１に供給されるように第１の三方弁４１が切替えられる（第１の切替状態）とともに、蒸発燃料導入管６０に介装された電磁開閉弁６１が開かれる。そのため、燃料タンク２０に貯留されている燃料の中に、エアポンプ５０から吐出されたエアが第１の連通管３１を通して供給されるとともに、燃料から蒸発した蒸発燃料が蒸発燃料導入管６０を通してエンジン１０に供給される。エアが燃料の中に吹き込まれることにより、燃料タンク２０内の液体燃料（特に炭素数の少ない軽質成分）の気化が促進されるとともに、蒸発燃料とエアとの混合が促進される。その結果、非常に均一な混合気が形成されてエンジン１０に供給される。そのため、排気ガス中のＨＣ、及びＰＭ（ＰＮ）が低減される。特に、直噴エンジンの場合にはその効果が大きい。また、軽質成分は着火性が高く、燃焼性も良好なため、例えば排気浄化触媒１９の早期暖機時等に、点火時期を遅角（ＩＧリタード）させても燃焼が悪化しにくい。そのため、点火時期の遅角量（リタード量）をより増大させることができる。よって、所謂後燃えによる排気浄化触媒１９の早期暖機、すなわち早期活性化ができ、始動時のＮＯｘを低減することが可能となる。

一方、中・高負荷運転時には、エアポンプ５０から吐出されたエアが第２の連通管３２に供給されるように第１の三方弁４１が切替えられる（第２の切替状態）とともに、電磁開閉弁６１が閉じられる。そのため、エアポンプ５０から吐出されたエアが第２の連通管３２を通して燃料タンク２０の上部空間に供給される。加圧されたエアが燃料タンクの２０上部空間に供給されることにより、燃料タンク２０内が加圧され、燃料の蒸発が抑制される。その結果、キャニスタ９０の蒸発燃料吸着能力の低下を防止することができる。以上の結果、より広いエンジン運転領域（低負荷〜中・高負荷領域）において、エンジン１０から排出される排気ガス中のエミッションを低減することが可能となる。

なお、本実施形態によれば、中・高負荷運転時には、蒸発燃料導入管６０を通しての蒸発燃料の供給が停止され、インジェクタ１２のみ（すなわち筒内噴射のみ）によって燃料供給が行われる。そのため、筒内での燃料の気化による筒内冷却が促進され、充填効率が向上するとともに、耐ノッキング性が向上する。

［第２実施形態］
次に、図３を用いて、第２実施形態に係る蒸発燃料供給装置２の構成について説明する。図３は、蒸発燃料供給装置２の構成を示すブロック図である。なお、図３において第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。

蒸発燃料供給装置２は、上述した蒸発燃料供給装置１の構成に加えて、第３の連通管３３、第４の連通管３４、及び第２の三方弁４２を備えている点で上述した蒸発燃料供給装置１と異なっている。また、ＥＣＵ７０に代えて、ＥＣＵ７１を備えている点で上述した蒸発燃料供給装置１と異なっている。その他の構成は、上述した蒸発燃料供給装置１と同一または同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

第３の連通管３３は、一端が、燃料タンク２０内の上部空間と連通された第２の連通管３２に接続され、他端が第２の三方弁４２の第３ポート４２ｃと接続されており、燃料タンク２０の上部空間と第２の三方弁４２（第３ポート４２ｃ）とを連通する。

第４の連通管３４は、一端がエアポンプ５０の吸入口に接続され、他端が第２の三方弁４２の第２ポート４２ｂと接続されており、エアポンプ５０と第２の三方弁４２（第２ポート４２ｂ）とを連通する。

外気連通管３０Ａは、一端が大気に開放され、他端が第２の三方弁４２の第１ポート４２ａと接続されている。

第２の三方弁４２は、エアポンプ５０の上流に設けられ、第２ポート４２ｂに接続された第４の連通管３４を、第３ポート４２ｃに接続された第３の連通管３３と、第１ポート４２ａに接続された外気連通管３０Ａとのいずれかと択一的に切替えて連通する。すなわち、第２の三方弁４２は、特許請求の範囲に記載の第２の切替手段として機能する。

ＥＣＵ７１は、エンジン１０の始動前に、第３の連通管３３（第２の三方弁４２の第３ポート４２ｃ）と第４の連通管３４（第２の三方弁４２の第２ポート４２ｂ）とが連通されるように第２の三方弁４２を切替える（第１の切替状態）とともに、エアポンプ５０から吐出されたエアが第１の連通管３１に供給されるように第１の三方弁４１を切替える。そのため、燃料タンク２０内の蒸発燃料を含むエアが、エアポンプ５０で加圧されて、燃料中に吹き込まれる。すなわち、蒸発燃料を含むエアが、第３の連通管３３、第２の三方弁４２、第４の連通管３４、エアポンプ５０、第５の連通管３５、第１の三方弁４１、及び第１の連通管３１を通して循環される。なお、ＥＣＵ７１は、蒸発燃料が循環されているときに、電磁開閉弁６１を開弁する。

ＥＣＵ７１は、エンジン１０の始動前に、蒸発燃料を含むエアを循環させている際に、ＨＣセンサ８０により検出された蒸発燃料の濃度が所定の濃度（例えば理論空燃比程度の濃度）になったとき、又は、第３の連通管３３と第４の連通管３４（エアポンプ５０）とが連通されるように第２の三方弁４２を切替えた後所定時間（例えば６０秒）経過したときに、外気連通管３０Ａ（第２の三方弁４２の第１ポート４２ａ）と第４の連通管３４（第２の三方弁４２の第２ポート４２ｂ）とが連通されるように第２の三方弁４２を切替え（第２の切替状態）、エンジン１０を始動する。

エンジン１０が始動された後、ＥＣＵ７１は、エンジン１０の運転状態（負荷状態）に応じて、第１の三方弁４１を切替えるとともに、電磁開閉弁６１を開閉する。なお、第１の三方弁４１の切替え、及び電磁開閉弁６１の開閉については、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、図４を参照しつつ、蒸発燃料供給装置２の動作について説明する。図４は、蒸発燃料供給装置２による蒸発燃料生成・供給処理の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、ＥＣＵ７１において、例えば、イグニッションスイッチがオン（ＩＧ ＯＮ）されたときに開始され、所定のタイミングで繰り返して実行される。

ステップＳ２００では、エンジン始動前か否かについての判断が行われる。ここで、エンジン１０がまだ始動されていない場合には、ステップＳ２０２に処理が移行する。一方、エンジン１０が既に始動されているときには、ステップＳ２０８に処理が移行する。

ステップＳ２０２では、第３の連通管３３（第２の三方弁４２の第３ポート４２ｃ）と第４の連通管３４（第２の三方弁４２の第２ポート４２ｂ）とが連通されるように第２の三方弁４２が切替えられる（第１の切替状態）とともに、エアポンプ５０から吐出されたエアが第１の連通管３１に供給されるように第１の三方弁４１が切替えられる。また、エアポンプ５０が一定出力で駆動される。そのため、燃料タンク２０内の蒸発燃料を含むエアが、第３の連通管３３、第２の三方弁４２、第４の連通管３４、エアポンプ５０、第５の連通管３５、第１の三方弁４１、及び第１の連通管３１を通して循環される。また、電磁開閉弁６１が開弁される。

続いて、ステップＳ２０４では、ＨＣセンサ８０により検出された蒸発燃料の濃度が所定の濃度になったか否か、又は、第３の連通管３３と第４の連通管３４（エアポンプ５０）とが連通されるように第２の三方弁４２が切替えられた後所定時間（例えば６０秒）経過したか否かについての判断が行われる。ここで、濃度が所定の濃度に達したとき、又は上記所定時間が経過したときには、ステップＳ２０６に処理が移行する。一方、濃度が所定の濃度に達しておらず、かつ上記所定時間がまだ経過していないときには、一旦、本処理から抜ける。

ステップＳ２０６では、すでに始動要求（例えばスタートスイッチ又はスタータスイッチのオン操作）が受付けられている場合には、外気連通管３０Ａ（第２の三方弁４２の第１ポート４２ａ）と第４の連通管３４（第２の三方弁４２の第２ポート４２ｂ）とが連通されるように第２の三方弁４２が切替えられる（第２の切替状態）。そして、スタータが駆動されて、エンジン１０が始動される。ここで、所定時間が経過してエンジン１０が始動される際に、エンジン１０に供給される混合気の燃料量が不足している場合には、インジェクタ１２による燃料噴射で不足分が補われる。

なお、ステップＳ２０４が肯定されたときに、まだ始動要求が受付けられていない場合には、エンジン１０が始動されることなく、エアポンプ５０の駆動が停止されて、蒸発燃料の循環が一旦停止される。そして、その後、始動要求が受付けられたときに、外気連通管３０Ａと第４の連通管３４（エアポンプ５０）とが連通されるように第２の三方弁４２が切替えられ、エンジン１０が始動される。なお、ステップＳ２０４が肯定されたときに、まだ始動要求が受付けられていない場合には、エンジン始動の準備が完了した旨を例えばランプ等で運転者に提示する構成としてもよい。エンジン１０が始動された後、ステップＳ２０８に処理が移行する。

エンジン１０が始動された後は、ステップＳ２０８〜Ｓ２１４の処理が実行される。ここで、ステップＳ２０８〜Ｓ２１４の処理は、上述したステップＳ１００〜Ｓ１０８の処理と同一である。よって、ここでは詳細な説明を省略する。

本実施形態によれば、エンジン１０が始動される前に、第３の連通管３３と第４の連通管３４とが連通（すなわち第３の連通管３３とエアポンプ５０とが連通）されるため、燃料タンク２０内の蒸発燃料を含むエアが、エアポンプ５０で加圧されて、燃料中に吹き込まれる。すなわち、蒸発燃料を含むエアが、第３の連通管３３、第２の三方弁４２、第４の連通管３４、エアポンプ５０、第５の連通管３５、第１の三方弁４１、及び第１の連通管３１を通して循環される。そのため、蒸発燃料の濃度をより高めることができる。よって、エンジン１０の始動性が改善されるとともに、エンジン始動時のエミッションをより低減することが可能となる。なお、エンジン１０の始動時及び始動後は、外気連通管３０Ａと第４の連通管３４とが連通されるように第２の三方弁４２が切替えられる（第２の切替状態）ため、蒸発燃料を含むエアの循環が停止される。そして、上述したように、エンジン１０の運転状態（負荷状態）に応じて、第１の三方弁４１の切替え、及び、電磁開閉弁６１の開閉が行われる。

本実施形態によれば、エンジン１０が始動される前、蒸発燃料を含んだエアが循環されて、蒸発燃料の濃度が高められる際に、ＨＣセンサ８０により蒸発燃料の濃度が監視されるとともに、蒸発燃料の濃度が所定の濃度（例えば理論空燃比程度の濃度）になったときに、エンジン１０が始動される。よって、蒸発燃料が始動に適した濃度になったタイミングでエンジン１０の始動を行うことができる。そのため、エンジン１０の始動性がより改善されるとともに、エンジン始動時のエミッションをより低減することが可能となる。

本実施形態によれば、第３の連通管３３と第４の連通管３４（エアポンプ５０）とが連通されて蒸発燃料の循環が開始されてから所定時間（例えば６０秒）経過したときに、エンジン１０が始動される。したがって、所定時間内に、蒸発燃料の濃度が所定の濃度に達しなかった場合であっても、エンジン１０が始動される。よって、例えば寒冷地などで燃料の蒸発が進まないような状況においても、エンジン１０が始動されるまでに時間がかかり過ぎることを防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、エンジン１０として、直噴エンジンを例にして説明したが、エンジン１０は、ポート噴射式のものであってもよい。また、エンジン１０は、筒内噴射用のインジェクタとポート噴射用のインジェクタとを組合せて用いるものであってもよい。

また、上記実施形態では、蒸発燃料導入管６０に電磁開閉弁６１を介装するとともに、キャニスタ９０の入り口側に電磁開閉弁９２を設けたが、電磁開閉弁６１及び電磁開閉弁９２に代えて、蒸発燃料を導入する管路を切替える三方弁を設け、エンジン１０の運転状態に応じて、該三方弁を切替える構成としてもよい。すなわち、低負荷運転時には、三方弁が、蒸発燃料導入管６０側に切替えられ（すなわち、キャニスタ９０を通すことなく直接インテークマニホールド１１に蒸発燃料が供給され）、イグニッションオフ時及び中・高負荷運転時には、三方弁が、蒸発燃料通路９１側（すなわちキャニスタ側）に切り替えられる構成としてもよい。

１，２ 蒸発燃料供給装置
１０ エンジン
１１ インテークマニホールド
１２ インジェクタ
２０ 燃料タンク
３０，３０Ａ 外気連通管
３１ 第１の連通管
３２ 第２の連通管
３３ 第３の連通管
３４ 第４の連通管
３５ 第５の連通管
４１ 第１の三方弁
４２ 第２の三方弁
５０ エアポンプ
６０ 蒸発燃料導入管
６１ 電磁開閉弁
７０，７１ ＥＣＵ
８０ ＨＣセンサ
９０ キャニスタ

Claims (4)

1. エンジンに供給される燃料を貯留する燃料タンクと、
   エアを加圧して吐出するエアポンプと、
   前記燃料タンクに貯留されている燃料の中に、前記エアポンプから吐出されたエアを供給する第１の連通管と、
   前記燃料タンク内の上部空間に前記エアポンプから吐出されたエアを供給する第２の連通管と、
   前記エアポンプの下流に設けられ、前記エアポンプから吐出されたエアを、前記第１の連通管と、前記第２の連通管に択一的に切替えて供給する第１の切替手段と、
   前記燃料タンク内の上部空間と前記エンジンの吸気系とを連通し、前記燃料タンク内の蒸発燃料を前記エンジンの吸気系に供給する蒸発燃料導入管と、
   前記蒸発燃料導入管に介装され、前記蒸発燃料導入管を開閉する開閉弁と、
   前記エンジンの運転状態に基づいて、前記第１の切替手段の切替制御、及び前記開閉弁の開閉制御を行う制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記エンジンの低負荷運転時には、前記エアポンプから吐出されたエアが前記第１の連通管に供給されるように前記第１の切替手段を切替えるとともに、前記開閉弁を開き、
   前記エンジンの中・高負荷運転時には、前記エアポンプから吐出されたエアが前記第２の連通管に供給されるように前記第１の切替手段を切替えるとともに、前記開閉弁を閉じる、
   ことを特徴とする蒸発燃料供給装置。
2. 一端が前記燃料タンク内の上部空間と連通された第３の連通管と、
   一端が前記エアポンプの吸入口に接続された第４の連通管と、
   一端が大気に開放された外気連通管と、
   前記エアポンプの上流に設けられ、前記第３の連通管の他端、前記第４の連通管の他端、及び前記外気連通管の他端それぞれが接続され、前記第４の連通管を、前記前記第３の連通管と、前記外気連通管とのいずれかと択一的に切替えて連通する第２の切替手段と、をさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記エンジンの始動前に、前記第３の連通管と前記第４の連通管とが連通されるように前記第２の切替手段を切替えるとともに、前記エアポンプから吐出されたエアが前記第１の連通管に供給されるように前記第１の切替手段を切替え、
   前記エンジンの始動時に、前記外気連通管と前記第４の連通管とが連通されるように前記第２の切替手段を切替える
   ことを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料供給装置。
3. 前記燃料タンク内の蒸発燃料の濃度を検出する蒸発燃料検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記エンジンの始動前に、前記蒸発燃料検出手段により検出された蒸発燃料の濃度が所定の濃度になった場合に、前記エンジンを始動することを特徴とする請求項２に記載の蒸発燃料供給装置。
4. 前記制御手段は、前記エンジンの始動前に、前記第３の連通管と前記第４の連通管とが連通されるように前記第２の切替手段を切替えた後、所定時間が経過したときに、前記エンジンを始動することを特徴とする請求項２又は３に記載の蒸発燃料供給装置。
   

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