JP2017166375A

JP2017166375A - パージ装置

Info

Publication number: JP2017166375A
Application number: JP2016051105A
Authority: JP
Inventors: 秀一麻生; Shuichi Aso; 孝萬井; Takashi Mani
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2036-03-15
Also published as: JP6581023B2

Abstract

【課題】パージガスを早期に吸気通路に導入させることができるパージ装置を提供する。【解決手段】パージ装置３０は、内部に吸着材３２ｂが収容されており、燃料タンク２９で発生した蒸発燃料を吸着材３２ｂに吸着して捕集するキャニスタ３２と、キャニスタ３２から延びて内燃機関１０の吸気通路１１に接続されたパージ通路４１と、を備えている。パージ通路４１には、キャニスタ３２側から順に、パージポンプ５１と、一方弁５２と、パージタンク５３と、流量調整弁５４と、が設けられている。制御装置８０は、流量調整弁５４を閉弁させた状態でパージポンプ５１を駆動させることにより、パージタンク５３内にパージガスを圧縮した状態で閉じ込める一方、流量調整弁５４を開弁させることにより、パージタンク５３内に閉じ込めていたパージガスをパージ通路４１を介して吸気通路１１へと導入してパージ処理を開始する。【選択図】図１

Description

この発明は、燃料タンク内に発生した蒸発燃料をキャニスタ内に捕集し、捕集した蒸発燃料を含むパージガスをキャニスタから内燃機関の吸気通路に導入するパージ装置に関する。

自動車等に搭載される内燃機関には、吸着材を収容したキャニスタ内に燃料タンクで発生した蒸発燃料を捕集し、捕集した蒸発燃料を含むパージガスをキャニスタから吸気通路に導入（パージ）するパージ装置を備えたものがある。こうしたパージ装置を備える内燃機関にあっては、機関運転中にパージガスを吸気通路に導入することにより、キャニスタ内の吸着材から脱離した蒸発燃料が内燃機関の燃焼室で燃焼され、キャニスタによる蒸発燃料の捕集能力が回復するようになる。

なお、特許文献１に記載のパージ装置は、キャニスタから吸気通路に接続されたパージ通路を備えており、パージ通路の途中にはパージポンプが設けられている。そして、特許文献１に記載のパージ装置では、パージポンプが駆動されると、キャニスタ内に収容された吸着材から蒸発燃料が脱離し、その脱離した蒸発燃料を含むパージガスがキャニスタからパージ通路に導入される。そして、パージガスは、パージ通路を通じて吸気通路に導入される。

特開２００６‐２８３７０２号公報

ところで、特許文献１に記載のパージ装置では、パージポンプの駆動に伴って、大気開放孔からキャニスタ内に空気が導入され、空気が吸着材を通過することにより吸着材からの蒸発燃料の脱離が開始される。このため、パージポンプを駆動してから吸気通路にパージガスが導入されるまでにある程度の時間を要し、この点で改善の余地があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、蒸発燃料を含んだパージガスを早期に吸気通路に導入させることができるパージ装置を提供することにある。

上記課題を解決するためのパージ装置は、内部に吸着材が収容されており、燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着材に吸着して捕集するキャニスタと、キャニスタから延びて内燃機関の吸気通路に接続されたパージ通路と、を備えるものである。このパージ装置において、パージ通路には、キャニスタ側から順に、パージポンプと、キャニスタから吸気通路へと向かう流れのみを許容するとともにその逆方向の流れを許容しない一方弁と、パージタンクと、流量調整弁と、が設けられている。そして、パージ装置は、流量調整弁を閉弁させた状態でパージポンプを駆動させることによりパージタンク内にパージガスを圧縮した状態で閉じ込める一方、流量調整弁を開弁させることにより、パージタンク内に閉じ込めていたパージガスをパージ通路を介して吸気通路へと導入してパージ処理を開始する制御装置を備えている。

上記構成では、パージポンプを駆動させることにより、キャニスタに捕集した蒸発燃料を含むパージガスをパージ通路を通じてパージタンクに導入する。このとき、流量調整弁を閉弁させているため、パージタンクから吸気通路へのパージガスの導入はなされない。また、パージ通路におけるパージタンクよりキャニスタ側には一方弁が設けられているため、この一方弁によってパージタンクからキャニスタ側へのパージガスの流れが生じない。このため、パージタンク内にパージガスを圧縮した状態で閉じ込めておくことができる。

そして、上記構成では、流量調整弁を開弁させてパージ処理を開始するときには、パージタンクの内部にすでにパージガスが閉じ込められていることとなる。したがって、パージ処理の開始に伴って流量調整弁が開弁されると、パージタンク内で圧縮されたパージガスがパージ通路を通じて吸気通路に圧送されることにより、パージガスが吸気通路に導入される。

このように、上記構成によれば、流量調整弁の開弁とともに、蒸発燃料を含んだパージガスを早期に吸気通路に導入させることができる。

パージ装置の一実施形態と同パージ装置が搭載された内燃機関とを示す模式図。同実施形態に係る制御装置が実行する機関停止時圧縮処理の実行手順を示すフローチャート。同実施形態に係る制御装置が実行する導入処理の実行手順を示すフローチャート。同実施形態に係る制御装置が実行する機関運転時圧縮処理の実行手順を示すフローチャート。別の実施形態に係る制御装置が実行する導入継続処理の実行手順を示すフローチャート。

以下、パージ装置の一実施形態について、図１〜４を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関１０に搭載されるパージ装置３０は、燃料タンク２９で発生した蒸発燃料を捕集するキャニスタ３２と、同キャニスタ３２に捕集した蒸発燃料を含むパージガスを吸気通路１１に導入するパージ通路４１とを備えている。キャニスタ３２においては、キャニスタケース３２ａの内部に活性炭等の吸着材３２ｂが収容されている。燃料タンク２９とキャニスタ３２とは通路３１を介して接続されている。

パージ通路４１は、キャニスタ３２から延びて吸気通路１１におけるスロットル弁２０より下流に接続されている。また、パージ通路４１には、キャニスタ３２側から順に、パージポンプ５１と、一方弁５２と、パージタンク５３と、流量調整弁５４と、が設けられている。一方弁５２は、キャニスタ３２から吸気通路１１へと向かうパージガスの流れのみを許容し、その逆方向の流れを許容しないものである。流量調整弁５４は、パージ通路４１から吸気通路１１に導入されるパージガスの流量を調整すべく開度制御される。また、パージタンク５３には、同パージタンク５３の内圧Ｐを検出可能な内圧センサ７１が設けられている。

パージ装置３０において、パージポンプ５１及び流量調整弁５４の駆動は制御装置８０によって制御される。すなわち、パージ装置３０は、パージポンプ５１及び流量調整弁５４を制御する制御装置８０を含む態様で構成されている。なお、制御装置８０は、内燃機関１０の各種機関運転制御を実行する制御装置を兼ねている。制御装置８０には、パージポンプ５１及び流量調整弁５４の制御を含めた内燃機関１０の各種運転制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵが設けられている。また、制御装置８０には、各種運転制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ等も設けられている。そして、制御装置８０には、上記パージポンプ５１及び上記流量調整弁５４等が接続されている。

制御装置８０には、内圧センサ７１等の各種センサのほか、運転者により内燃機関１０の始動（イグニッションオン）及び停止（イグニッションオフ）が操作されるイグニッションスイッチ７２等の各種スイッチが接続されている。そして、制御装置８０は、接続された各種センサ及び各種スイッチからの信号に基づき、機関回転速度や機関負荷等の機関運転状態を把握する。そして、その把握した機関運転状態に基づいてパージポンプ５１及び流量調整弁５４等を制御する。こうしてパージガスの流量制御等、各種機関運転制御が制御装置８０を通じて実施される。

次に、制御装置８０によって行われるパージガスの流量制御について説明する。
内燃機関１０の運転停止中には、燃料タンク２９内で生じた蒸発燃料と空気との混合気が、通路３１を通じてキャニスタ３２に導入される。キャニスタ３２内に導入された混合気中の蒸発燃料は、キャニスタケース３２ａ内の吸着材３２ｂに吸着することによって捕集され、混合気から蒸発燃料が除去された後の空気は、キャニスタ３２の大気開放孔３３からキャニスタ３２外に放出される。

また、制御装置８０は、内燃機関１０の運転停止中に、パージタンク５３内にパージガスを送り込んで圧縮した状態にして閉じ込める機関停止時圧縮処理を行う。この機関停止時圧縮処理は、イグニッションスイッチ７２がオフにされる度に実行される。

図２に示すように、この機関停止時圧縮処理が開始されると、まず、流量調整弁５４が閉弁状態とされるとともにパージポンプ５１が駆動される（ステップＳ１１０）。具体的には、流量調整弁５４は、その励磁電流が制御装置８０によってデューティ制御されることで開度が制御される。また、ここでは、流量調整弁５４が開弁状態となっていれば閉弁させ、流量調整弁５４がすでに閉弁状態とされていれば閉弁状態を継続させる。パージポンプ５１の駆動が停止されていれば駆動を開始させ、パージポンプ５１がすでに駆動されていれば、その駆動を継続させる。

そして、パージタンク５３の内圧Ｐが第１所定圧Ｐｕ以上であるか否かが判定される（ステップＳ１２０）。パージタンク５３の内圧Ｐが第１所定圧Ｐｕ未満であると判定される間は（ステップＳ１２０：ＮＯ）、ステップＳ１２０の判定が繰り返し行われる。一方、パージタンク５３の内圧Ｐが第１所定圧Ｐｕ以上であると判定されると（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、パージポンプ５１の駆動が停止され（ステップＳ１３０）、本処理は一旦終了される。

また、制御装置８０は、内燃機関１０の運転中に、パージタンク５３内にパージガスを導入する導入処理を行う。この導入処理は、イグニッションスイッチ７２がオンにされる度に実行される。

図３に示すように、この導入処理が開始されると、まず、内燃機関１０の複数の学習領域について空燃比フィードバック補正係数の学習が完了していること等のパージ実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップＳ２１０）。パージ実行条件が成立していないと判定される間は（ステップＳ２１０：ＮＯ）、ステップＳ２１０の判定が繰り返し行われる。一方、パージ実行条件が成立していると判定されると（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、流量調整弁５４が開弁状態とされる（ステップＳ２２０）。ここでは、図２のステップＳ１１０によって流量調整弁５４がすでに閉弁状態とされているため、流量調整弁５４は閉弁状態から開弁状態とされる。そして、本処理は一旦終了される。

また、本実施形態の制御装置８０は、内燃機関１０の運転中にも、パージタンク５３内にパージガスを送り込んで圧縮した状態にして閉じ込める機関運転時圧縮処理を行う。この機関運転時圧縮処理は、内燃機関１０の運転中に所定周期で繰り返し実行される。

図４に示すように、この機関運転時圧縮処理が開始されると、まず、パージ実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップＳ３１０）。パージ実行条件が成立していないと判定されると（ステップＳ３１０：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。一方、パージ実行条件が成立していると判定されると（ステップＳ３１０：ＹＥＳ）パージタンク５３の内圧Ｐが第１所定圧Ｐｕよりも小さい値である第２所定圧Ｐｄ以下であるか否かが判定される（ステップＳ３２０）。

パージタンク５３の内圧Ｐが第２所定圧Ｐｄを超えていると判定されると（ステップＳ３２０：ＮＯ）、流量調整弁５４が開弁状態とされる（ステップＳ３６０）。ここでは、図３のステップＳ２２０によって流量調整弁５４がすでに開弁状態とされているため、流量調整弁５４が開弁状態に継続される。そして、本処理は一旦終了される。

一方、パージタンク５３の内圧Ｐが第２所定圧Ｐｄ以下であると判定されると（ステップＳ３２０：ＹＥＳ）、流量調整弁５４が閉弁状態とされるとともにパージポンプ５１が駆動される（ステップＳ３３０）。ここでは、図３のステップＳ２２０や図４のステップＳ３６０によって流量調整弁５４が開弁状態とされているため、流量調整弁５４は開弁状態から閉弁状態とされる。パージポンプ５１の駆動が停止されていれば駆動を開始させ、パージポンプ５１がすでに駆動されていれば、その駆動を継続させる。

そして、パージタンク５３の内圧Ｐが第１所定圧Ｐｕ以上であるか否かが判定される（ステップＳ３４０）。パージタンク５３の内圧Ｐが第１所定圧Ｐｕ未満であると判定される間は（ステップＳ３４０：ＮＯ）、ステップＳ３４０の判定が繰り返し行われる。一方、パージタンク５３の内圧Ｐが第１所定圧Ｐｕ以上であると判定されると（ステップＳ３４０：ＹＥＳ）、パージポンプ５１の駆動が停止され（ステップＳ３５０）、本処理は一旦終了される。

すなわち、内燃機関１０の運転中では、パージタンク５３の内圧Ｐに応じて、パージタンク５３へのパージガスの圧縮充填と流量調整弁５４を開弁させることによるパージ処理とが交互に繰り返されることとなる。

次に、本実施形態の作用及びその作用によって得られる効果について説明する。
内燃機関１０の運転停止中には、流量調整弁５４を閉弁させた状態でパージポンプ５１を駆動させている（ステップＳ１１０）。こうしてパージポンプ５１を駆動させることにより、キャニスタ３２の大気開放孔３３からキャニスタケース３２ａ内に空気を導入し、吸着材３２ｂを通過させることにより吸着材３２ｂから蒸発燃料を脱離させる。そして、この脱離した蒸発燃料を含むパージガスをパージ通路４１を通じてパージタンク５３に導入する。このとき、流量調整弁５４を閉弁させているため、パージタンク５３から吸気通路１１へのパージガスの導入はなされない。また、パージ通路４１におけるパージタンク５３よりキャニスタ３２側には一方弁５２が設けられているため、この一方弁５２によってパージタンク５３からキャニスタ３２側へのパージガスの流れが生じない。このため、パージタンク５３内にパージガスを圧縮した状態で閉じ込めておくことができる。

そして、内燃機関１０の運転中に流量調整弁５４を開弁させるとき（ステップＳ２２０）、すなわちパージ処理を開始するときには、内燃機関１０の運転停止中にパージタンク５３へのパージガスの圧縮充填がなされた後であるため、パージタンク５３の内部にすでにパージガスが閉じ込められていることとなる。したがって、パージ処理の開始に伴って流量調整弁５４が開弁されると、パージタンク５３内で圧縮されたパージガスがパージ通路４１を通じて吸気通路１１に圧送されることにより、パージガスが吸気通路１１に導入される。そして、吸気通路１１に導入されたパージガス中の蒸発燃料は、内燃機関１０の燃焼室内で燃焼されることによって処理される。

このように、本実施形態によれば、流量調整弁５４の開弁とともに、蒸発燃料を含んだパージガスを早期に吸気通路に導入させることができる。
また、パージタンク５３の内圧Ｐが第２所定圧Ｐｄ以下となった場合に（ステップＳ３２０：ＹＥＳ）、流量調整弁５４を閉弁状態とするとともにパージポンプ５１を駆動させることにより（ステップＳ３３０）、内燃機関１０の運転中にもパージタンク５３内にパージガスを圧縮充填することができる。なお、上記第２所定圧Ｐｄは、パージタンク５３の内圧Ｐが第２所定圧Ｐｄ以下であるときに、パージタンク５３内から吸気通路１１へと圧送可能な程度のパージガスがパージタンク５３内に充填されていないと判定できる値に設定されており、実験等によって予め設定された値である。

そして、パージタンク５３の内圧Ｐが第１所定圧Ｐｕ以上になるまでパージタンク５３内にパージガスを圧縮させると（ステップＳ１２０，Ｓ３４０：ＹＥＳ）、パージポンプ５１の駆動を停止する（ステップＳ１３０，Ｓ３５０）。こうした場合では、パージポンプ５１の駆動を停止させたまま、内燃機関１０の運転中に流量調整弁５４を開弁させて（ステップＳ２２０，Ｓ３６０）、パージ処理を開始することとなる。したがって、パージポンプ５１を駆動させずにパージ処理を行うことができ、パージポンプ５１の駆動にかかる消費電力を抑えることができる。なお、上記第１所定圧Ｐｕは、パージタンク５３の内圧Ｐが第１所定圧Ｐｕ以上であるときに、パージタンク５３内から吸気通路１１へとパージガスを好適に圧送できる程度の圧力でパージガスがパージタンク５３内に圧縮充填されていると判定できる値に設定されており、実験等によって予め設定された値である。また、この第１所定圧Ｐｕは、上記第２所定圧Ｐｄよりも大きい値である。

一方、内燃機関１０の運転停止中においては、パージタンク５３の内圧Ｐが第１所定圧Ｐｕ未満である間に（ステップＳ１２０：ＮＯ）、内燃機関１０の運転が開始されることもある。こうした場合では、パージポンプ５１の駆動を継続させたまま、内燃機関１０の運転中に流量調整弁５４を開弁させて（ステップＳ２２０）、パージ処理を開始することとなる。ここで、パージタンク５３の内圧Ｐが比較的低圧であって、内燃機関１０の運転状態によって吸気通路１１内に生じる負圧が小さい状況下では、パージポンプ５１を駆動せずに流量調整弁５４を開弁させるだけでは吸気通路１１へのパージガスの導入が適切に行えないおそれがある。本実施形態では、こうした状況下でパージポンプ５１を駆動させながらパージ処理を行うことができるため、パージタンク５３から吸気通路１１へのパージガスの導入を好適に行うことができる。

なお、上述の実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・内燃機関１０の運転中に、パージタンク５３へのパージガスの圧縮充填を行わず、キャニスタ３２からパージ通路４１を介して吸気通路１１へと直接パージガスを導入させるようにしてもよい。具体的には、図４に示す機関運転時圧縮処理にかえて、図５に示す導入継続処理を行うようにしてもよい。この導入継続処理は、制御装置８０によって、内燃機関１０の運転中に所定周期で繰り返し実行される。図５に示すように、この導入継続処理が開始されると、まず、パージ実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップＳ４１０）。パージ実行条件が成立していないと判定されると（ステップＳ４１０：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。一方、パージ実行条件が成立していると判定されると（ステップＳ４１０：ＹＥＳ）、パージタンク５３の内圧Ｐが第２所定圧Ｐｄ以下であるか否かが判定される（ステップＳ４２０）。パージタンク５３の内圧Ｐが第２所定圧Ｐｄを超えていると判定されると（ステップＳ４２０：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。ここでは、図３のステップＳ２２０によって流量調整弁５４がすでに開弁状態とされているため、流量調整弁５４が開弁状態に継続される。すなわち、内燃機関１０の運転が開始されたタイミングでは、流量調整弁５４の開弁によって、パージタンク５３内から吸気通路１１へのパージガスの導入がなされる。一方、パージタンク５３の内圧Ｐが第２所定圧Ｐｄ以下であると判定されると（ステップＳ４２０：ＹＥＳ）、パージポンプ５１が駆動される（ステップＳ４３０）。ここでも、図３のステップＳ２２０によって流量調整弁５４が開弁状態とされているため、流量調整弁５４は開弁状態に継続される。また、パージポンプ５１の駆動が停止されていれば駆動を開始させ、パージポンプ５１がすでに駆動されていれば、その駆動を継続させる。すなわち、内燃機関１０の運転開始後では、流量調整弁５４の開弁と併せてパージポンプ５１が駆動されることによって、パージガスがキャニスタ３２からパージ通路４１に導入され、同パージ通路４１を通じて吸気通路１１に導入されるようになる。こうした形態においても、内燃機関１０の運転が開始されたタイミングにおいてパージタンク５３内にパージガスが十分に圧縮された状態で充填されている場合にはパージポンプ５１を駆動させずにパージ処理を行うことが可能であるため、その分だけパージポンプ５１の駆動にかかる消費電力を抑えることができる。

・パージタンク５３に、パージタンク５３内のパージガスの濃度を検出する濃度センサをさらに設け、同濃度センサによって検出されたパージガスの濃度に応じて流量調整弁５４の開度を調整してもよい。すなわち、例えば、濃度センサによって検出されたパージガスの濃度が比較的高濃度であるときには、同パージガスの濃度が比較的低濃度であるときと比較して、流量調整弁５４を小さい開度で開弁させる。これにより、高濃度のパージガスが短時間で吸気通路１１に導入されることを抑制することができる。

・流量調整弁５４は、デューティ制御以外の方法で開度を調整可能なものであってもよい。例えば、印加する電圧を変更して開度を変更することのできる流量調整弁であってもよい。

１０…内燃機関、１１…吸気通路、２９…燃料タンク、３０…パージ装置、３２…キャニスタ、３２ａ…キャニスタケース、３２ｂ…吸着材、３３…大気開放孔、４１…パージ通路、５１…パージポンプ、５２…一方弁、５３…パージタンク、５４…流量調整弁、８０…制御装置。

Claims

内部に吸着材が収容されており、燃料タンクで発生した蒸発燃料を前記吸着材に吸着して捕集するキャニスタと、
前記キャニスタから延びて内燃機関の吸気通路に接続されたパージ通路と、を備えるパージ装置であって、
前記パージ通路には、前記キャニスタ側から順に、パージポンプと、前記キャニスタから前記吸気通路へと向かう流れのみを許容するとともにその逆方向の流れを許容しない一方弁と、パージタンクと、流量調整弁と、が設けられており、
前記流量調整弁を閉弁させた状態で前記パージポンプを駆動させることにより前記パージタンク内にパージガスを圧縮した状態で閉じ込める一方、前記流量調整弁を開弁させることにより、前記パージタンク内に閉じ込めていたパージガスを前記パージ通路を介して前記吸気通路へと導入してパージ処理を開始する制御装置を備えている
ことを特徴とするパージ装置。