JP2015214949A - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料タンクの圧力調整機能が正常に機能しないときのための補完機能を設けることにより、仮に燃料タンクの圧力調整機能が正常に機能しないときでも燃料タンクの内圧が燃料タンクにとっての限界圧力に向けて変動するのを抑制する。
【解決手段】燃料タンク１５内の蒸発燃料をキャニスタ２１に吸着させ、且つその吸着された蒸発燃料をエンジン本体１１に吸入させ、燃料タンク１５とキャニスタ２１とを接続する経路上に開閉弁（封鎖弁）２４を備え、且つ燃料タンク１５の内圧を検出する圧力センサ２６を備える蒸発燃料処理装置において、圧力センサ２６によって検出される圧力が、燃料タンク１５を保護するために予め設定した設定圧力に達すると、開閉弁２４を開く開弁手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに燃料タンクから燃料供給するシステムにおける蒸発燃料処理装置に関し、特に燃料タンクを保護する機能を備えた蒸発燃料処理装置に関する。

下記特許文献１には、燃料タンク内の蒸発燃料をエンジンに吸入させる蒸発燃料処理装置において、燃料タンクの内圧が上下限値内となるように圧力調整する圧力調整弁を備えたものが開示されている。

特開平８−７４６７８号公報

上記圧力調整弁は、ダイアフラムを使用した弁であり、故障により正常に機能しなくなる可能性がある。圧力調整弁が正常に機能せず、圧力調整が行われないと、燃料タンクの内圧が燃料タンクにとっての限界圧力を超えてしまう可能性がある。

このような問題に鑑み本発明の課題は、燃料タンクの圧力調整機能が正常に機能しないときのための補完機能を設けることにより、仮に燃料タンクの圧力調整機能が正常に機能しないときでも燃料タンクの内圧が燃料タンクにとっての限界圧力に向けて変動するのを抑制することにある。

第１発明は、燃料タンク内の蒸発燃料をキャニスタに吸着させ、且つその吸着された蒸発燃料をエンジンに吸入させ、燃料タンクとキャニスタとを接続する経路上に開閉弁を備え、且つ燃料タンクの内圧を検出する圧力センサを備える蒸発燃料処理装置において、前記圧力センサによって検出される圧力が、燃料タンクを保護するために予め設定した設定圧力に達すると、前記開閉弁を開く開弁手段を備えることを特徴とする。

第１発明によれば、圧力センサによって検出される燃料タンクの内圧が、燃料タンクを保護するために予め設定した設定圧力に達すると開閉弁を開くようにしたため、仮に燃料タンクの圧力調整弁が正常に機能しないときでも燃料タンクの内圧が燃料タンクにとっての限界圧力に向けて変動するのを抑制することができる。

前記設定圧力は、大気圧を中心にしてプラス側の圧力に設定されてもよいし、マイナス側の圧力に設定されてもよい。或いは、それらの両方の圧力に設定されてもよい。

第２発明は、上記第１発明において、前記開弁手段によって前記開閉弁が開かれたとき、それに追随して前記圧力センサの検出圧力が燃料タンク内外の圧力差が小さくなる側に変化したか否かによって前記圧力センサの故障の有無を判定する圧力センサ故障判定手段を備えることを特徴とする。

第２発明によれば、開弁手段によって開閉弁が開かれたとき、それに追随して圧力センサの検出圧力が燃料タンク内外の圧力差が小さくなる側に変化したか否かによって圧力センサの故障を判定する。燃料タンクの内圧が燃料タンクを保護するために予め設定した設定圧力に達したときに開閉弁を開くと、開閉弁を通じて燃料タンク内外の圧力差は小さくされる。そのとき圧力センサによって検出される圧力がそれに追随しないと圧力センサは故障していると判定することができる。

第３発明は、上記第１発明において、前記圧力センサは、検出可能な圧力に上限値、又は下限値を有するものであり、前記設定圧力は、前記圧力センサにおける上限値、又は下限値より所定圧力だけ大気圧側に設定された第１設定圧力とされることを特徴とする。

第３発明によれば、圧力センサとして検出可能な圧力に上限値、又は下限値を有するものを使用した場合、圧力センサの検出圧力が、その上限値、又は下限値より所定圧力だけ大気圧側に設定された第１設定圧力に達したとき、開閉弁が開弁され、その結果、燃料タンク内外の圧力差が小さくされる。そのため、仮に燃料タンクの圧力調整弁が正常に機能しないときでも燃料タンクの内圧が燃料タンクにとっての限界圧力に向けて変動するのを抑制することができる。しかも、開閉弁の開閉制御によって燃料タンクの内圧が圧力センサの上限値、又は下限値を超えないようにされる。そのため、燃料タンクの内圧が圧力センサによって検出可能な上限値、又は下限値を超えることによってエンジンの燃料噴射制御が複雑化することを抑制することができる。即ち、燃料タンクの内圧が圧力センサの上限値、又は下限値を超えると、圧力センサによって燃料タンクの内圧を検出することができなくなるため、燃料噴射制御を燃料タンクの内圧を考慮して行うことができず、燃料タンクの内圧に代わる制御値を用いた複雑な制御を行わなければならない。第３発明によれば、このような問題を回避することができる。

第４発明は、上記第３発明において、前記圧力センサ故障判定手段は、前記開弁手段によって前記開閉弁が開かれて所定期間経過後に前記圧力センサの検出圧力が、第１設定圧力に対して上限値、又は下限値より大気圧側に設定された第２設定圧力より燃料タンク内外の圧力差が小さくなる側に変化したか否かによって前記圧力センサの故障を判定することを特徴とする。

第４発明によれば、圧力センサとして検出可能な圧力に上限値、又は下限値を有するものを使用した場合、圧力センサの検出圧力が、その上限値、又は下限値より所定圧力だけ大気圧側に設定された第１設定圧力に達したとき、開閉弁が開弁され、その結果、燃料タンク内外の圧力差が小さくされる。しかも、圧力センサの検出圧力が燃料タンク内外の圧力差が小さくなる側に変化したか否かによって圧力センサの故障の有無を判定する。このように第１設定圧力及び第２設定圧力を設定したため、圧力センサの故障の有無を効率的に判定することができる。例えば、第１設定圧力が圧力センサの上限値、又は下限値と等しく設定された場合、燃料タンクの内圧が圧力センサの上限値、又は下限値を超える圧力に達すると、開閉弁が開かれ、その結果燃料タンクの内圧が燃料タンク内外の圧力差が小さくなる側に変化する。しかし、このとき圧力センサの検出圧力は言わば不感帯に入っているため、圧力センサの検出圧力が変化しているか否か検出することができない。そのため、燃料タンクの内圧が圧力センサの不感帯域を脱するまで圧力センサの故障の有無を判定することができない。第４発明では、圧力センサの上限値、又は下限値より大気圧側に第１設定圧力及び第２設定圧力を設定したため、圧力センサに故障がなければ開閉弁が開かれたとき、時間遅れなく追随して圧力センサの検出圧力が変化し、早いタイミングで故障の有無を判定することができる。

上記第１〜４発明に対応するクレーム対応図である。 本発明の第１実施形態のシステム構成図である。 上記第１実施形態の開閉弁開弁処理ルーチンのフローチャートである。 本発明の第２実施形態の圧力センサ故障検出処理ルーチンのフローチャートである。 上記第１及び第２実施形態における開閉弁開弁処理及び圧力センサの故障検出処理を説明するタイムチャートである。 本発明の第３実施形態の圧力センサ故障検出処理ルーチンのフローチャートである。

図２、３は、本発明の第１実施形態を示す。この実施形態は、図２に示すように、車両のエンジンシステム１０に蒸発燃料処理装置２０を付加している。

図２において、エンジンシステム１０は、周知のものであり、エンジン本体１１に吸気通路１２を介して空気に燃料を混ぜた混合気を供給している。空気はスロットル弁１４によって流量を制御して供給され、燃料は燃料噴射弁１３によって流量を制御して供給されている。スロットル弁１４と燃料噴射弁１３は共に制御回路１６に接続されており、スロットル弁１４は制御回路１６にスロットル弁１４の開度に関する信号を供給し、燃料噴射弁１３は制御回路１６によって開弁時間を制御されている。燃料噴射弁１３には一定圧力に調整された燃料が供給されており、その燃料は燃料タンク１５から供給されている。

蒸発燃料処理装置２０は、給油中に発生する燃料蒸気、又は燃料タンク１５内で蒸発した燃料蒸気（以下、蒸発燃料という）をベーパ通路２２を介してキャニスタ２１に吸着させている。また、キャニスタ２１に吸着された蒸発燃料はパージ通路２３を介してスロットル弁１４の下流側の吸気通路１２に供給されている。ベーパ通路２２には、この通路２２を開閉するようにステップモータ駆動の封鎖弁２４が設けられ、パージ通路２３には、この通路２３を開閉するようにパージ弁２５が設けられている。キャニスタ２１内には、吸着材としての活性炭（図示省略）が装填されており、ベーパ通路２２からの蒸発燃料を前記吸着材により吸着し、この吸着された蒸発燃料をパージ通路２３へ放出するようにしている。キャニスタ２１には大気通路２８も接続されており、キャニスタ２１に吸気負圧が印加されると、大気通路２８を通じて大気圧が供給されてパージ通路２３を介した蒸発燃料のパージが行われる。大気通路２８は、燃料タンク１５に設けられた給油口１７の付近から大気を吸引するようにされ、大気通路２８の途中にはエアフィルタ２８ａが介挿されている。

制御回路１６には、燃料噴射弁１３の開弁時間を制御するために必要な各種信号が入力されている。上述のスロットル弁１４の開度信号の他、図２に示されているものでは、燃料タンク１５の内圧を検出する圧力センサ２６の検出信号、キャニスタ２１の温度を検出する温度センサ２７の検出信号を制御回路１６に入力している。また、制御回路１６は、上述のように燃料噴射弁１３の開弁時間の制御の他、図２に示されているものでは、封鎖弁２４及びパージ弁２５の開弁制御を行っている。

次に制御回路１６にて行われる開閉弁開弁処理ルーチンについて図３のフローチャートに基づいて図６のタイムチャートを参照しながら説明する。なお、第１実施形態の場合、開閉弁は封鎖弁２４である。ステップＳ１では現在の圧力センサ２６の検出値ＴＰの取り込みを行う。次にステップＳ２では本開閉弁開弁処理ルーチンによる強制開弁が実施されている最中か否か判定される。強制開弁が実施中でない場合は、ステップＳ２が否定判断され、ステップＳ３においてステップＳ１で取り込んだ圧力センサ２６の検出値ＴＰが圧力センサ２６の上限圧力ＵＰより第１所定圧力Ａだけ低く設定された第１設定圧力より高いか否か判定される。第１設定圧力は燃料タンクを保護するために予め設定した第１発明における設定圧力に相当する。圧力センサ２６の検出値ＴＰが第１設定圧力より低い場合は、ステップＳ３が否定判断されて図３の開閉弁開弁処理ルーチンの処理は終了する。一方、圧力センサ２６の検出値ＴＰが第１設定圧力より高い場合は、ステップＳ３が肯定判断されて、ステップＳ５において、封鎖弁２４を強制的に開弁する。具体的には、封鎖弁２４のステップモータを作動させるステップ数として第１所定ステップ数αが加算される。このように封鎖弁２４の開弁が行われた後は、ステップＳ２が肯定判断され、ステップＳ６において、燃料タンク内圧の安定化のため封鎖弁２４の開弁量が少し減らされる。具体的には、封鎖弁２４のステップモータを作動させるステップ数として第２所定ステップ数βが減算される。このようにステップＳ５において比較的大きく開弁され、ステップＳ６において開弁量を減らす処理を行う理由は、開弁当初は開弁量を大きくして燃料タンク１５の内圧を感度良く抑制し、その後は内圧が低くなり過ぎないように安定化させるためである。

ステップＳ７では圧力センサ２６の検出値ＴＰが上限圧力ＵＰに対して「第１所定圧力Ａ＋第２所定圧力Ｂ」だけ低く設定された第２設定圧力より低いか否か判定される。検出値ＴＰが第２設定圧力より高い場合は、ステップＳ７は否定判断され、図３の開閉弁開弁処理ルーチンの処理は終了する。一方、圧力センサ２６の検出値ＴＰが第２設定圧力より低い場合は、ステップＳ７が肯定判断されて、ステップＳ１０において、ステップＳ５及びステップＳ６において変更された封鎖弁２４のステップ数がもとに戻され、当初のステップ数とされる。

図３の開閉弁開弁処理ルーチンの処理によって、図５（Ａ）で示すように燃料タンク１５の内圧が第１設定圧力より高い領域に達すると、図５（Ｂ）で示すように封鎖弁２４のステップ数がαだけ増加されて開弁され、その後βだけ開弁量が減らされる。これにより燃料タンク１５の内圧が異常に高くなることを防止することができる。通常は、図示しない圧力調整弁が機能して燃料タンク１５の内圧が異常に高くなる前に燃料タンク１５の内圧を大気に開放するが、この圧力調整弁が正常に機能しないときでも燃料タンクの内圧が燃料タンクにとっての限界圧力に向けて変動するのを抑制することができる。このようにして燃料タンク１５の内圧が低下して第２設定圧力より低くなると、図５（Ｂ）に示すように封鎖弁２４のステップ数が初期値に戻される。設定圧力として第１設定圧力と第２設定圧力とを設けた理由は、燃料タンク１５の内圧がこれらの圧力付近で上下変動したとき、封鎖弁２４の開閉制御がハンチング現象を起こすのを防止するためであり、封鎖弁２４を開く制御を開始する第１設定圧力と封鎖弁２４を閉じて元の開度に戻す制御を行う第２設定圧力との間に差を持たせて制御にヒステリシスを持たせている。ここで、第２設定圧力は、第４発明における第２設定圧力と同一圧力とされているが、その機能は異なっている。上述のように第１実施形態における第２設定圧力は、封鎖弁２４の開閉制御にハンチング現象が生じないように、第１設定圧力と第２設定圧力とを使ってヒステリシス制御を行うものである。

第１実施形態の圧力センサ２６は、検出可能な圧力に上下限値を有するものが使用されている。図５のセンサ上限圧力ＵＰは、その上限値を示している。圧力センサ２６は、検出可能な圧力の上下限が燃料タンク１５の内圧の変化幅よりも狭い範囲に設定されている。このような圧力センサ２６は、より使用頻度の高い中間圧力域の分解能を高めて、使用頻度の低い高圧力域及び低圧力域を敢えて検出しないようにして、フルスケールのセンサに比べて、センサとしてのコストを抑制している。第１実施形態では、第１及び第２設定圧力を圧力センサ２６の上限値（上限圧力ＵＰ）より低く設定したため、燃料タンク１５の内圧が圧力センサ２６の上限値を超えないようにすることができる。燃料タンク１５の内圧が圧力センサ２６によって検出可能な圧力を超えると、エンジン本体１１の燃料噴射制御が複雑化するが、この問題を回避することができる。即ち、燃料タンクの内圧が圧力センサの上限値、又は下限値を超えると、圧力センサによって燃料タンクの内圧を検出することができなくなるため、燃料噴射制御を燃料タンクの内圧を考慮して行うことができず、燃料タンクの内圧に代わる制御値を用いた複雑な制御を行わなければならない。第１実施形態によれば、このような問題を回避することができる。

図３、５では、第１及び第２設定圧力を圧力センサ２６の上限値より低く設定した場合について説明したが、圧力センサ２６の下限値側にも同様に第１及び第２設定圧力が設定されている。下限値付近に設定される第１及び第２設定圧力は、圧力センサ２６の下限値よりも第１及び第２所定圧力Ａ及びＢだけ高くされている。燃料タンク１５の内圧が圧力センサ２６の下限値付近に低下した場合も、圧力センサ２６の検出圧力が下限値付近の第１及び第２設定圧力を横切ることによって上述と同様に封鎖弁２４が開閉制御される。これによって、燃料タンク１５の内圧が燃料タンク１５にとっての限界圧力に向けて変動するのを抑制することができる。

図４は本発明の第２実施形態における圧力センサ２６の故障検出処理ルーチンを示す。なお、図４のフローチャートにおいて上述の図３のフローチャートと同一符号を付した処理ステップは同一内容である。ステップＳ１において現在の圧力センサ２６の検出値ＴＰが取り込まれ、その検出値ＴＰが第１設定圧力より高くてステップＳ３が肯定判断されると、ステップＳ４において圧力判定カウンタＣｎｔがカウントアップ動作を開始する。そして、次のステップＳ５では上述のように封鎖弁２４が強制的に開弁される。このように封鎖弁２４の開弁が行われた後は、ステップＳ６において燃料タンク内圧の安定化のため封鎖弁２４の開弁量が少し減らされる。次のステップＳ７では圧力センサ２６の検出値ＴＰが上限圧力ＵＰに対して「第１所定圧力Ａ＋第２所定圧力Ｂ」だけ低く設定された第２設定圧力より低いか否か判定される。検出値ＴＰが第２設定圧力より高い場合は、ステップＳ７は否定判断され、ステップＳ８において圧力判定カウンタＣｎｔによる計時が所定時間Ｔ以上となったか否かが判定される。所定時間Ｔが経過するまではステップＳ８は否定判断されて図４の故障検出処理ルーチンの処理は終了するが、所定時間Ｔミリ秒が経過してステップＳ８が肯定判断されると、ステップＳ１１において圧力センサ２６が故障（異常）と判断される。即ち、図５（Ａ）に実線で示すように燃料タンク１５の内圧が第１設定圧力より高い領域に達して封鎖弁２４の開弁が行われると、燃料タンク１５の内圧は低下する。図５（Ｄ）に示すように所定時間Ｔミリ秒が経過すれば、燃料タンク１５の内圧は第２設定圧力より低くなっているはずである。しかし、このとき圧力センサ２６によって検出される検出圧力が図５（Ａ）に破線で示すように第２設定圧力より低くなっていないのは圧力センサ２６の故障と判断される。一方、圧力センサ２６の検出値ＴＰが第２設定圧力より低くなっていてステップＳ７が肯定判断されると、ステップＳ９において圧力判定カウンタＣｎｔのカウント値がクリアされ、更にステップＳ１０において、ステップＳ５及びステップＳ６において変更された封鎖弁２４のステップ数がもとに戻され、当初のステップ数とされる。即ち、図５（Ａ）の実線、及び図５（Ｂ）に示すように封鎖弁２４が強制的に開かれて後、燃料タンク１５の内圧が第２設定圧力より低くなれば、圧力センサ２６は正常と判断され、図４の故障検出処理ルーチンの処理は終了する。

第２実施形態によれば、図５（Ａ）で示すように燃料タンク１５の内圧が第１設定圧力より高い領域に達すると、図５（Ｂ）、（Ｃ）で示すように封鎖弁２４のステップ数がαだけ増加されて開弁され、その後βだけ開弁量が減らされる。これにより燃料タンク１５の内圧が異常に高くなることを防止することができる。しかも、燃料タンク１５の内圧が低くされるのに合わせて圧力センサ２６の故障の有無が判断される。

第２実施形態では、上述のように第１設定圧力及び第２設定圧力を設定したため、圧力センサ２６の故障の有無を効率的に判定することができる。例えば、第１設定圧力が圧力センサ２６の上限値、又は下限値と等しく設定された場合、燃料タンク１５の内圧が圧力センサ２６の上限値、又は下限値を超える圧力に達すると、封鎖弁２４が開かれ、その結果燃料タンク１５の内圧が燃料タンク１５内外の圧力差が小さくなる側に変化する。しかし、このとき圧力センサ２６の検出圧力は言わば不感帯に入っているため、圧力センサ２６の検出圧力が変化しているか否か検出することができない。そのため、燃料タンク１５の内圧が圧力センサ２６の不感帯域を脱するまで圧力センサ２６の故障の有無を判定することができない。第２実施形態では、圧力センサ２６の上限値、又は下限値から大気圧側に離れた側に第１設定圧力を設定したため、圧力センサ２６に故障がなければ封鎖弁２４が開かれたとき、時間遅れなく追随して圧力センサ２６の検出圧力が変化し、早いタイミングで故障の有無を判定することができる。

図６は本発明の第３実施形態における圧力センサ２６の故障検出処理ルーチンを示す。第３実施形態が第２実施形態に対して相違する点は、ステップＳ７の処理よりもステップＳ８の処理を先に実行する点である。その他は両実施形態は全く同一であり、両フローチャートにおいて、同一部分には同一符号を付している。第３実施形態では、ステップＳ８において所定時間Ｔが経過しないとステップＳ７の処理が実行されない。そのため、所定時間Ｔが経過しない限り圧力センサ２６の異常の有無を判定することはなく、所定時間Ｔが経過してステップＳ８が肯定判断された時点でステップＳ７の処理が実行されて圧力センサ２６の検出値ＴＰが上限圧力ＵＰに対して「第１所定圧力Ａ＋第２所定圧力Ｂ」だけ低く設定された第２設定圧力より低いか否か判定される。その他の処理は図４の第２実施形態と同一であるため再度の説明は省略する。

第１実施形態（図３）、第２実施形態（図４）及び第３実施形態（図６）におけるステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、及びステップＳ１０の処理は、本発明における開弁手段に相当する。また、第２実施形態（図４）及び第３実施形態（図６）におけるステップＳ４、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、及びステップＳ１１の処理は、本発明における圧力センサ故障判定手段に相当する。

以上、特定の実施形態について説明したが、本発明は、それらの外観、構成に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、上記実施形態では、車両用のエンジンシステムに本発明を適用したが、本発明は車両用に限定されない。車両用エンジンシステムの場合、エンジンとモータを併用するハイブリッド車でもよい。

１０ エンジンシステム
１１ エンジン本体
１２ 吸気通路
１３ 燃料噴射弁
１４ スロットル弁
１５ 燃料タンク
１６ 制御回路
１７ 給油口
２０ 蒸発燃料処理装置
２１ キャニスタ
２２ ベーパ通路
２３ パージ通路
２４ 封鎖弁（開閉弁）
２５ パージ弁
２６ 圧力センサ
２７ 温度センサ
２８ 大気通路
２８ａ エアフィルタ

Claims (4)

1. 燃料タンク内の蒸発燃料をキャニスタに吸着させ、且つその吸着された蒸発燃料をエンジンに吸入させ、燃料タンクとキャニスタとを接続する経路上に開閉弁を備え、且つ燃料タンクの内圧を検出する圧力センサを備える蒸発燃料処理装置において、
   前記圧力センサによって検出される圧力が、燃料タンクを保護するために予め設定した設定圧力に達すると、前記開閉弁を開く開弁手段を備えることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
2. 請求項１において、
   前記開弁手段によって前記開閉弁が開かれたとき、それに追随して前記圧力センサの検出圧力が燃料タンク内外の圧力差が小さくなる側に変化したか否かによって前記圧力センサの故障の有無を判定する圧力センサ故障判定手段を備えることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
3. 請求項１において、
   前記圧力センサは、検出可能な圧力に上限値、又は下限値を有するものであり、
   前記設定圧力は、前記圧力センサにおける上限値、又は下限値より所定圧力だけ大気圧側に設定された第１設定圧力とされることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
4. 請求項３において、
   前記圧力センサ故障判定手段は、前記開弁手段によって前記開閉弁が開かれて所定期間経過後に前記圧力センサの検出圧力が、第１設定圧力に対して上限値、又は下限値より大気圧側に設定された第２設定圧力より燃料タンク内外の圧力差が小さくなる側に変化したか否かによって前記圧力センサの故障を判定することを特徴とする蒸発燃料処理装置。
   

Images