JP2013185526A - 蒸発燃料処理装置の診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リーク診断時およびその後の燃料タンク２内での蒸発燃料の発生を抑制する。
【解決手段】キャニスタ３を用いた蒸発燃料処理装置は、パージ制御バルブ２３およびドレンカットバルブ２６を備えるとともに、燃料タンク２とキャニスタ３との間の連通・遮断を切り換える封鎖弁２１を備える。キャニスタ３のドレンポート１５に接続されたポンプ２７によって系内を加圧し、タンク圧センサ３２およびエバポ圧センサ３３による圧力低下の検出によってリーク診断を行う。診断終了後は、封鎖弁２１を閉じて、次回の給油までの間、燃料タンク２側の領域を加圧状態に保つ。これにより、蒸発燃料の発生が抑制される。
【選択図】図１

Description

この発明は、給油時に燃料タンク内で発生する蒸発燃料をキャニスタを用いて処理する蒸発燃料処理装置に関し、特に、そのリークの有無を診断する診断装置に関する。

車両の燃料タンクで発生する蒸発燃料が外部へ流出することがないように、活性炭等の吸着材を用いたキャニスタに一時的に吸着させ、その後、内燃機関の運転中に、新気の導入によりキャニスタから燃料成分をパージさせて内燃機関の吸気系に導入するようにした蒸発燃料処理装置が従来から広く用いられている。

特許文献１には、燃料タンクとキャニスタとの間の通路に封鎖弁を備え、基本的に給油時にのみ燃料タンクからキャニスタへ蒸発燃料を吸着させるようにした蒸発燃料処理装置が開示されている。つまり、給油時以外の車両停車中は封鎖弁によって燃料タンクが密閉状態に維持され、蒸発燃料の外部への流出がより確実に防止されるシステムとなっている。

そして、特許文献１の蒸発燃料処理装置は、各部のリークの有無を診断する診断装置を具備している。この特許文献１の診断装置は、キャニスタのドレンポート側に接続された負圧ポンプを備え、車両停止中の適当な時期に、燃料タンクおよびキャニスタを含む系内をこの負圧ポンプによって減圧し、そのときの系内の圧力変化に基づいてリークの有無を判別している。

特許第４１０７０５３号

上記従来の診断装置においては、負圧ポンプによりキャニスタを通して系内の空気を吸い出すことになるので、キャニスタにおける蒸発燃料の吸着量が多い場合には、キャニスタから負圧ポンプを通して外部に燃料成分が流出してしまう虞がある。そのため、実際に診断可能な機会が少なくなる、という欠点がある。

しかも、上記のように系内を減圧する方法では、燃料タンク内の圧力低下に伴って燃料の蒸発が促進され、燃料タンクで発生する蒸発燃料が増加してしまうとともに、この蒸発燃料が負圧ポンプの作用によりキャニスタへと流れ込むので、キャニスタの吸着量が増加し、それだけキャニスタの破過（蒸発燃料量がキャニスタの容量を上回り、吸着しきれなくなる状態）に近づくこととなり、好ましくない。

この発明の診断装置は、キャニスタと燃料タンクとの間の連通・遮断が可能な封鎖弁を備え、給油時に燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタで吸着し、内燃機関の運転中に該内燃機関の吸気系に導入して処理する蒸発燃料処理装置を前提としている。そして、上記燃料タンクと上記キャニスタとを含む系内を加圧するポンプと、系内の圧力を検出する少なくとも１つの圧力センサと、を備えており、加圧した状態からの系内の圧力変化に基づきリークの有無を診断するとともに、診断終了後は上記封鎖弁を介して上記燃料タンク内を加圧状態に保持することを特徴としている。

すなわち、この発明の診断装置では、燃料タンクとキャニスタとを含む系内をポンプにより加圧し、その後の圧力変化からリークの有無を診断する。従って、キャニスタから外部へ燃料成分が吸い出されるようなことがない。そのため、キャニスタに比較的多量の蒸発燃料が吸着している状態においても診断が可能である。そして、診断時に系内の圧力が高められることから、従来技術とは逆に、燃料タンク内での燃料の蒸発が抑制される。しかも、診断時の加圧を利用して、診断後もそのまま燃料タンク内が加圧状態に維持されるので、蒸発燃料の発生が抑制され、処理すべき蒸発燃料量そのものが少なくなる。

この発明によれば、キャニスタに比較的多量の蒸発燃料が吸着している状態でも診断が可能となるとともに、診断後の車両停止中などにおける燃料タンク内での蒸発燃料の発生を抑制でき、蒸発燃料処理装置でもって処理すべき蒸発燃料量そのものを少なくすることができる。

この発明に係る診断装置を備えた蒸発燃料処理装置の一実施例を示す構成説明図。 この実施例における診断処理の流れを示すフローチャート。 その細部を示すフローチャート。 同じく細部を示すフローチャート。 診断の際の圧力変化等を示すタイムチャート。

図１は、この発明に係る診断装置を備えた蒸発燃料処理装置の一実施例を示す構成説明図である。図示せぬ車両に、内燃機関１が搭載されているとともに、密閉型の燃料タンク２が設けられており、給油時に燃料タンク２内で発生した蒸発燃料を処理するために、キャニスタ３を用いた蒸発燃料処理装置が設けられている。上記燃料タンク２は、先端の給油口５ａにフィラーキャップ４が着脱可能に装着された給油管部５を備えており、また、内燃機関１の燃料噴射装置６へ燃料を供給する燃料ポンプユニット７が燃料タンク２内部に収容されている。

上記キャニスタ３は、合成樹脂製のケース１１によってＵターン形状に流路が形成され、その内部に活性炭等からなる吸着材１２が充填されたものであって、Ｕターン形状をなす流路の流れ方向の一端部に、蒸発燃料の流入部となるチャージポート１３と、燃料成分を含むパージガスの流出部となるパージポート１４と、が設けられており、流れ方向の他端部に、パージの際に外気を取り込むためのドレンポート１５が設けられている。

上記チャージポート１３は、蒸発燃料通路１６を介して燃料タンク２の上部空間に接続されている。なお、この蒸発燃料通路１６の燃料タンク２側の先端部は、燃料液面が高い位置にあるときに液体燃料が蒸発燃料通路１６内に溢れ出ることを防止するＦＬＶバルブ２０を介して燃料タンク２の上部空間に連通している。そして、上記蒸発燃料通路１６の通路途中には、該蒸発燃料通路１６を開閉する封鎖弁２１が設けられている。この封鎖弁２１は、原則として給油時以外はキャニスタ３と燃料タンク２との間を遮断して燃料タンク２を密閉状態とするためのものであって、非通電時に閉となる常閉型電磁弁から構成されている。

上記パージポート１４は、内燃機関１の吸気系、例えば吸気通路１７のスロットル弁１８下流側に、パージ通路１９を介して接続されている。上記パージ通路１９には、内燃機関１へのパージガスの導入を制御するパージ制御バルブ２３が設けられており、未暖機時やフューエルカット時など所定の条件のときにはパージガスの導入を禁止する構成となっている。上記パージ制御バルブ２３は、やはり常閉型電磁弁から構成されている。なお、このパージ制御バルブ２３は単純にオン・オフ的に開閉制御される構成であってもよく、あるいは、いわゆるデューティ比制御によってパージガスの流量を連続的に可変制御し得る構成であってもよい。

上記ドレンポート１５には、先端が大気開放されたドレン通路２５が接続されており、かつこのドレン通路２５に、該ドレン通路２５を開閉するドレンカットバルブ２６が設けられている。このドレンカットバルブ２６は、非通電時に開となる常開型電磁弁から構成されている。このドレンカットバルブ２６は、後述するリーク診断の際に系を閉じるほか、例えば、キャニスタ３の破過を何らかの手段で検知した場合などに閉じられ得るが、基本的には開状態となってドレン通路２５を開放している。また、上記ドレン通路２５には、上記ドレンカットバルブ２６と並列に、キャニスタ３へ向けて大気を圧送するポンプ２７が設けられている。このポンプ２７としては、キャニスタ３と燃料タンク２と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。

上記の封鎖弁２１、パージ制御バルブ２３、ドレンカットバルブ２６、およびポンプ２７は、内燃機関１の種々の制御（例えば、燃料噴射量制御、噴射時期制御、点火時期制御、スロットル弁１８の開度制御など）を行うエンジンコントロールユニット３１によって適宜に制御され、後述するように、給油時の吸着処理、運転中のパージ処理、車両運転停止後のリーク診断、などが実行される。また、系内の圧力を検出する圧力センサとして、燃料タンク２にタンク圧センサ３２が取り付けられており、パージ通路１９のパージ制御バルブ２３よりも上流側（キャニスタ３側）にエバポレーションシステム圧（以下、エバポ圧と略記する）センサ３３が取り付けられている。すなわち、この実施例では、系内の圧力を検出する圧力センサとして２つの圧力センサを具備しており、一方のタンク圧センサ３２は、封鎖弁２１により２分される系内の燃料タンク２側の領域の圧力（以下、これをタンク圧と呼ぶ）、詳しくは燃料タンク２の上部空間の圧力を検出し、また他方のエバポ圧センサ３３は、封鎖弁２１により２分される系内のキャニスタ３を含む領域（ドレンカットバルブ２６とパージ制御バルブ２３と封鎖弁２１とで囲まれた領域）の圧力（ここではエバポ圧と呼ぶ）を検出する。

上記のように構成された蒸発燃料処理装置は、基本的に、給油時に発生する蒸発燃料のみがキャニスタ３に吸着され、給油時以外は、燃料タンク２が密閉状態に保たれる。すなわち、例えば図示せぬフューエルリッドオープナー（給油口５ａを覆う車体のリッドの開閉機構）などの操作に基づき、給油時であるとエンジンコントロールユニット３１が認識したときには、ドレンカットバルブ２６が開いている状態において、パージ制御バルブ２３が閉、封鎖弁２１が開、となり、燃料タンク２内とキャニスタ３のチャージポート１３とが連通状態となる。従って、給油に伴って燃料タンク２内で発生した蒸発燃料は、キャニスタ３に導入され、その吸着材１２に吸着される。

そして、給油が終わると、封鎖弁２１が閉となる。従って、燃料タンク２内がキャニスタ３から分離した密閉状態に保たれ、内燃機関１の停止中は、キャニスタ３の吸着量は基本的に増減しない。その後、車両の運転が開始され、内燃機関１が所定の運転状態となると、封鎖弁２１を閉とした状態のまま、パージ制御バルブ２３が適宜に開かれ、キャニスタ３からの燃料成分のパージが行われる。つまり、内燃機関１の吸気系との圧力差によってドレンポート１５から大気が導入され、この大気により吸着材１２からパージされた燃料成分が、パージ制御バルブ２３を通して内燃機関１の吸気通路１７へと導入される。従って、内燃機関１の運転中に、キャニスタ３の吸着量は徐々に減少する。なお、上記蒸発燃料処理装置は、原則として給油時のみにキャニスタ３への吸着を許可するものであるが、温度変化などにより運転中に燃料タンク２がかなり高圧となった場合に、例外的に封鎖弁２１を一時的に開くようにしてもよい。但し、この場合に封鎖弁２１を経由してキャニスタ３に向かった蒸発燃料は、チャージポート１３から隣接するパージポート１４へとショートカットして流れ、そのまま内燃機関１の吸気通路１７に導入される。つまり、キャニスタ３の吸着材１２には殆ど吸着されない。

このように上記の蒸発燃料処理装置では、給油時のみにキャニスタ３と燃料タンク２とが連通し、給油時以外では燃料タンク２が密閉状態となるため、蒸発燃料の外部への漏洩が極めて低いレベルに抑制される。

そして、このような蒸発燃料処理装置の本来の処理性能を担保するために、上記実施例では、車両の運転が終了した後の適宜な時期（例えば運転停止の数時間後など）に、エンジンコントロールユニット３１によって各部のリークの有無の診断が実行される。

図２は、このリーク診断の処理の流れを示すフローチャートであって、図５のタイムチャートを参照しつつ、以下、これを説明する。例えば車両停止から所定時間が経過してリーク診断が開始すると、まずステップ１において、ドレンカットバルブ２６を閉とし、次に、ステップ２において、ポンプ２７をＯＮとする。ポンプ２７の起動はドレンカットバルブ２６の切換とほぼ同時であってもよいが、一つの例では、図５のタイムチャートに示すように、ドレンカットバルブ２６の切換から多少遅れてポンプ２７をＯＮとする。常閉型電磁弁からなる封鎖弁２１およびパージ制御バルブ２３はいずれも閉じているので、ポンプ２７のＯＮによって、封鎖弁２１よりもキャニスタ３側の領域の圧力つまりエバポ圧が上昇していく。なお、この段階では封鎖弁２１が閉じていることから、燃料タンク２側の領域の圧力つまりタンク圧は変化しない。

ステップ３では、キャニスタ３側のエバポ圧が燃料タンク２側のタンク圧よりも高くなったかを繰り返し判定しており、この条件が成立した段階でステップ４へ進み、封鎖弁２１を開に切り換える。これにより、ポンプ２７による加圧が燃料タンク２側にも作用するようになり、図５に示すように、タンク圧とエバポ圧とが等しい圧力となって徐々に上昇する。

なお、図５に示すように、診断開始時点でのタンク圧は、一般に、燃料の蒸気圧により、エバポ圧（診断開始時点は大気圧である）よりも僅かに高い。従って、仮にポンプ２７の作動開始と同時に封鎖弁２１を開くと、燃料タンク２内の蒸発燃料が圧力差でもってキャニスタ３に流れ込み、キャニスタ３の吸着量を不必要に増加させてしまう。これに対し、上記実施例では、封鎖弁２１の開時期をポンプ２７の作動開始から遅らせ、特に、キャニスタ３側のエバポ圧が燃料タンク２側のタンク圧を上回ってから封鎖弁２１を開くので、燃料タンク２からキャニスタ３側へ向かうガス流動が生じず、燃料タンク２内に存在する蒸発燃料を燃料タンク２内に留めておくことができる。

ステップ５では、タンク圧およびエバポ圧（あるいはタンク圧のみでもよい）が診断用の所定圧力に到達したか否かを判定し、ＮＯである場合には、ステップ６で所定時間が経過するまで、繰り返し判定する。ここで、万一、所定時間が経過してもタンク圧が所定圧力に到達しない場合には、ステップ７へ進み、封鎖弁２１が閉状態のまま固着している異常であると判定し、診断を終了する。

所定圧力に到達したら、ステップ５からステップ８へ進み、ポンプ２７を停止する。そして、この状態つまり封鎖弁２１が開となって燃料タンク２とキャニスタ３とが連通している状態のまま、ステップ９の第１リーク診断を実行する。後述する第１リーク診断の終了後、ステップ１０へ進み、封鎖弁２１を閉に切り換える。そして、この状態つまり封鎖弁２１が閉となって燃料タンク２とキャニスタ３とが分離されている状態において、ステップ１１の第２リーク診断を実行する。後述する第２リーク診断の終了後、ステップ１２へ進み、ドレンカットバルブ２６を開に切り換えて、一連の診断処理を終了する。ドレンカットバルブ２６が開となることによって、キャニスタ３側のエバポ圧は図５に示すように大気圧まで低下する。

図３は、上記第１リーク診断の詳細を示しており、上述したように、封鎖弁２１が開、ドレンカットバルブ２６が閉、パージ制御バルブ２３が閉、で、かつ系内が所定圧力まで加圧された状態において、ステップ２１に示すように、タンク圧あるいはエバポ圧の低下が生じたか否かを判定する。これは、例えば、所定時間経過後の圧力変化量あるいは単位時間当たりの圧力変化速度などから判定する。そして、圧力低下が生じていなければ、リークがないと判定し（ステップ２２）、圧力低下が生じている場合は、リークがあると判定する（ステップ２３）。ここでは、ドレンカットバルブ２６やパージ制御バルブ２３の閉弁時のシール不良、燃料タンク２のピンホール、キャニスタ３各部の漏れ、などのリークの有無を診断できる。

図４は、上記第２リーク診断の詳細を示しており、ここでは、特に封鎖弁２１を閉じた状態において、ステップ３１でエバポ圧の低下が生じたか否かを判定し、さらにステップ３４でタンク圧の低下が生じたか否かを判定する。これは、例えば、所定時間経過後の圧力変化量あるいは単位時間当たりの圧力変化速度などから判定する。エバポ圧の圧力低下が生じていなければ、封鎖弁２１よりもキャニスタ３側の領域でのリークがないものと判定し（ステップ３２）、エバポ圧の圧力低下が生じている場合は、封鎖弁２１よりもキャニスタ３側の領域でリークがあると判定する（ステップ３３）。同様に、タンク圧の圧力低下が生じていなければ、封鎖弁２１よりもタンク２側の領域でのリークがないものと判定し（ステップ３５）、タンク圧の圧力低下が生じている場合は、封鎖弁２１よりもタンク２側の領域でリークがあると判定する（ステップ３６）。ここでは、第１リーク診断に加えて、リークがどちら側の領域で生じているかを判別できるほか、封鎖弁２１の閉弁時のシール不良についても検出できる。

なお、上記実施例では、第１リーク診断と第２リーク診断の双方を行っているが、本発明においては、いずれか一方のみを実行するものであってもよい。

このように診断が終了した時点では、各部のリークがない限りは、燃料タンク２側のタンク圧は、診断用の所定圧力にまで加圧された状態にある。そして、前述したように封鎖弁２１は常閉型電磁弁であるので、診断終了後も、基本的に次の給油まで、燃料タンク２内が加圧状態に維持される。

従って、上記実施例では、前述した特許文献１のように診断時の減圧による不必要な蒸発燃料の増加を回避できることは勿論のこと、診断終了後に燃料タンク２を高圧のまま密閉することで、次の給油までの間の燃料タンク２内での蒸発燃料の発生が積極的に抑制される。つまり、キャニスタ３で処理すべき蒸発燃料量そのものを少なくすることができる。また、上記のように系内を加圧する診断方法では、キャニスタ３の吸着量が多い状態でも診断が可能であり、運転終了後等ににキャニスタ３の吸着量の多少に拘わらずに診断を行うことができる。

しかも、上記実施例では、キャニスタ３のドレンポート１５に接続されたポンプ２７でもってキャニスタ３を通して系内つまり燃料タンク２の加圧が行われるので、この加圧用の空気の通流によってキャニスタ３からパージされた燃料成分を含むパージガスが燃料タンク２内に流入する。つまり、キャニスタ３に吸着されていた蒸発燃料の一部がタンク２内に押し戻されることとなり、キャニスタ３の吸着量が低減する。特に、ドレンポート１５寄りに存在する吸着材１２の吸着量が大きく低下するので、診断終了に伴ってドレンカットバルブ２６が開いた状態において、外部への極微量の燃料成分の漏洩による燃料臭の発生などを抑制できる。

また、上記実施例では、封鎖弁２１を常閉型電磁弁とし、ドレンカットバルブ２６を常開型電磁弁としているため、診断終了後は、積極的な通電を要さずに、燃料タンク２側の領域のみを加圧状態のまま密閉した状態に維持することができる。

以上、この発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、封鎖弁２１を閉じた状態で系内の２つの領域のどちらでリークが生じているかを識別するために２つの圧力センサ３２，３３を用いているが、単に系内全体でのリークの有無を検出するのであれば、いずれか一方の圧力センサのみでよい。また上記実施例では、ポンプ２７がドレンカットバルブ２６と並列に配置されているが、例えば両者を直列に配置することもでき、あるいはポンプ２７をドレンカットバルブ２６とは無関係に配置することもできる。

１…内燃機関
２…燃料タンク
３…キャニスタ
２１…封鎖弁
２３…パージ制御バルブ
２６…ドレンカットバルブ
２７…ポンプ
３２…タンク圧センサ
３３…エバポ圧センサ

Claims (6)

1. キャニスタと燃料タンクとの間の連通・遮断が可能な封鎖弁を備え、給油時に燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタで吸着し、内燃機関の運転中に該内燃機関の吸気系に導入して処理する蒸発燃料処理装置において、
   上記燃料タンクと上記キャニスタとを含む系内を加圧するポンプと、
   系内の圧力を検出する少なくとも１つの圧力センサと、
   を備え、加圧した状態からの系内の圧力変化に基づきリークの有無を診断するとともに、診断終了後は上記封鎖弁を介して上記燃料タンク内を加圧状態に保持することを特徴とする蒸発燃料処理装置の診断装置。
2. 上記キャニスタは、流れ方向の一端部にチャージポートおよびパージポートが配置されているとともに、他端部にドレンポートが配置されており、上記ポンプが上記他端部側に接続されてい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の診断装置。
3. 系内を加圧した後、上記封鎖弁を開いた状態でリーク診断を行い、診断終了後に上記封鎖弁を閉じることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸発燃料処理装置の診断装置。
4. 少なくとも封鎖弁よりも燃料タンク側に上記圧力センサが設けられており、
   系内を加圧した後、上記封鎖弁を閉じた状態で燃料タンク側のリーク診断を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置の診断装置。
5. 少なくとも封鎖弁よりもキャニスタ側に上記圧力センサが設けられており、
   系内を加圧した後、上記封鎖弁を閉じた状態でキャニスタ側のリーク診断を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置の診断装置。
6. 上記封鎖弁は常閉型電磁弁からなり、次の給油時まで該封鎖弁を閉じた状態に放置することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置の診断装置。

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