JP2017180318A - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パージ通路に大気を十分に供給することができる技術を提供する。
【解決手段】 蒸発燃料処理装置２０は、燃料タンク１４内の蒸発燃料を吸着するキャニスタ１９と、エンジン２の吸気管３４とキャニスタ１９との間に接続されており、キャニスタ１９から吸気管３４に送られるパージガスが通過するパージ通路２２と、パージ通路２２上に配置されており、負圧を発生するエゼクタ５０と、エゼクタ５０を介してパージ通路２２に連通するとともに、大気に連通する大気管５２を有する。
【選択図】 図１

Description

本明細書は、燃料タンク内の蒸発燃料を処理する蒸発燃料処理装置を開示する。

特許文献１に、キャニスタに吸着された蒸発燃料を内燃機関に供給する蒸発燃料処理装置が開示されている。蒸発燃料処理装置は、キャニスタと、内燃機関の吸気通路とキャニスタとを連通するパージ通路と、パージ通路に空気を導入する空気供給経路と、を備える。

実開２０００−２０５１６７号公報

上記の蒸発燃料処理装置では、内燃機関の駆動によって発生する吸気通路内の負圧によって、キャニスタからパージガスがパージ通路内に流入するとともに、空気供給経路から大気がパージ通路内に流入する。

しかしながら、給油後や高温環境下でキャニスタに吸着されている蒸発燃料量が多い状況、あるいは、車両駆動中の車両の揺れにより蒸発燃料が多量に発生した状況等、パージガスの濃度が高い状況では、パージガスが内燃機関に供給されると、空燃比が大きく変動する場合がある。

本明細書では、パージ通路に大気を十分に供給することによって、空燃比の変動を抑える技術を提供する。

本明細書は、蒸発燃料処理装置を開示する。蒸発燃料処理装置は、燃料タンク内の蒸発燃料を吸着するキャニスタと、内燃機関の吸気通路とキャニスタとの間に接続されており、キャニスタから吸気通路に送られるパージガスが通過するパージ通路と、パージ通路上に配置されており、負圧を発生する負圧発生部と、負圧発生部を介してパージ通路に連通するとともに、大気に連通する大気通路と、を有する。

この構成では、大気に連通する大気通路が負圧発生部に連通している。このため、負圧発生部によって発生された負圧によって、大気をスムーズにパージ通路に供給することができる。これにより、内燃機関の駆動によって発生するパージ通路内の負圧が小さくても、十分に大気をパージ通路内に供給することができる。この結果、パージガスの濃度（以下では「パージ濃度」と呼ぶ）を抑えることによって、空燃比の変動を抑えることができる。

第１実施例の自動車の燃料供給システムの概略を示す。 実施例のエゼクタの縦断面図を示す。 第２実施例の自動車の燃料供給システムの概略を示す。 第３実施例の自動車の燃料供給システムの概略を示す。 第４実施例の自動車の燃料供給システムの概略を示す。 変形例の自動車の燃料供給システムの概略を示す。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

（特徴１）本明細書の蒸発燃料処理装置では、負圧発生部は、エゼクタを含んでいてもよい。

（特徴２）本明細書の蒸発燃料処理装置では、負圧発生部は、ポンプを含んでいてもよい。ポンプは、キャニスタ内の蒸発燃料を、パージ通路を介して吸気通路に送ってもよい。この構成によれば、キャニスタ内の蒸発燃料とキャニスタから吸入される大気との混合気体（以下では「パージガス」と呼ぶ）を、吸気経路に供給するポンプを、負圧発生部として利用することができる。

（特徴３）本明細書の蒸発燃料処理装置では、大気通路は、負圧発生部を介してパージ通路と吸気通路のスロットルバルブよりも上流側とを連通してもよい。

（特徴４）本明細書の蒸発燃料処理装置では、大気通路は、負圧発生部を介してパージ通路とキャニスタの大気ポートよりも上流側とを連通してもよい。

（特徴５）大気通路からパージ通路に流入する大気の流入量を調整する調整部をさらに備えていてもよい。この構成によれば、大気通路から流入した大気によって、パージガスが希釈され過ぎる事態を回避することができる。

（特徴６）パージ通路の負圧発生部よりも下流側に燃料濃度検出部をさらに備えていてもよい。この構成によれば、大気通路から流入した大気を含むパージガス、即ち、大気による希釈後のパージガスの蒸発燃料濃度を検出することができる。

（第１実施例）
図１を参照し、蒸発燃料処理装置２０を備える燃料供給システム６について説明する。燃料供給システム６は、ガソリン自動車やハイブリッド車等のエンジン２を有する車両に搭載される。燃料供給システム６は、燃料タンク１４内に貯留されている燃料をエンジン２に供給するためのメイン供給経路１０と、燃料タンク１４内で発生した蒸発燃料をエンジン２に供給するためのパージ経路２２を備えている。

メイン供給経路１０には、燃料ポンプユニット１６と、供給管１２と、インジェクタ４が設けられている。燃料ポンプユニット１６は、燃料ポンプ、プレッシャレギュレータ、制御回路等を備えている。燃料ポンプユニット１６は、ＥＣＵ１００(Engine Control Unitの略)から供給される信号に応じて燃料ポンプを制御する。燃料ポンプは、燃料タンク１４内の燃料を昇圧して吐出する。燃料ポンプから吐出される燃料は、プレッシャレギュレータで調圧され、燃料ポンプユニット１６から供給管１２に供給される。供給管１２は、燃料ポンプユニット１６とインジェクタ４に接続されている。供給管１２に供給された燃料は、供給管１２を通過してインジェクタ４に達する。インジェクタ４は、ＥＣＵ１００によって開度（即ち燃料噴射時間）がコントロールされる弁（図示省略）を有している。インジェクタ４の弁が開かれると、供給管１２内の燃料が、エンジン２に接続されている吸気管３４に供給される。

なお、吸気管３４は、エアクリーナ３０に接続されている。エアクリーナ３０は、吸気管３４に流入する空気の異物を除去するフィルタを備えている。吸気管３４内に、スロットルバルブ３２が設けられている。スロットルバルブ３２が開くと、エアクリーナ３０からエンジン２に向けて吸気が行われる。スロットルバルブ３２は、吸気管３４の開度を調整し、エンジン２に流入する空気量を調整する。スロットルバルブ３２は、インジェクタ４より上流側（エアクリーナ３０側）に設けられている。

パージ経路２２には、蒸発燃料処理装置２０が配置されている。蒸発燃料処理装置２０は、キャニスタ１９と、ポンプ２５と、制御弁２６と、エゼクタ５０と、大気管５２と、制御弁７２と、を備える。燃料タンク１４とキャニスタ１９が、連通管１８によって接続されている。キャニスタ１９とポンプ２５が、連通管２３によって接続されている。ポンプ２５とエゼクタ５０が連通管２４によって接続されている。エゼクタ５０と制御弁２６が、連通管２７によって接続されている。制御弁２６と吸気管３４が、連通管２８によって接続されている。連通管２８は、インジェクタ４とスロットルバルブ３２の間で、吸気管３４に接続されている。

キャニスタ１９は、燃料タンク３内で発生した蒸発燃料を吸着する。キャニスタ１９は、パージポート，大気ポート及びタンクポートを備えている。タンクポートは、連通管１８に接続されている。パージポートは、連通管２３に接続されている。キャニスタ１９は、蒸発燃料を吸着することが可能な活性炭を収容している。活性炭は、燃料タンク１４から連通管１８を介してキャニスタ１９の内部に流入する気体から蒸発燃料を吸着する。蒸発燃料が吸着された後の気体は、大気ポートを通過して大気に放出される。キャニスタ１９は、燃料タンク１４内の蒸発燃料が大気に放出されることを防止することができる。

ポンプ２５は、キャニスタ１９と制御弁２６の間に配置され、連通管２４に蒸発燃料を含む空気（以下「パージガス」と呼ぶ）を圧送する。ポンプ２５は、ＥＣＵ１００によって制御される。エンジン２が駆動している場合、吸気管３４内は負圧である。そのため、キャニスタ１９に吸着された蒸発燃料は、吸気管３４とキャニスタ１９の圧力差によって吸気管３４に導入することができる。しかしながら、蒸発燃料処理装置２０がポンプ２５を備えているため、エンジン２による負圧が小さい場合であっても、キャニスタ１９に吸着された蒸発燃料を吸気管３４に供給することができる。

制御弁２６は、ＥＣＵ１００によって制御される電磁弁である。詳細には、制御弁２６は、ＥＣＵ１００によって決定されるデューティ比に応じた電力が供給されることによって（即ちデューティ制御されることによって）、開弁と閉弁とが切り替えられる。制御弁２６は、キャニスタ１９と吸気管３４とをパージ経路２２を介して連通する連通状態と、キャニスタ１９と吸気管３４とをパージ経路２２上で遮断する遮断状態と、に切り替わる。遮断状態では、制御弁２６は、デューティ制御されておらず、継続して閉弁されている。一方、連通状態では、制御弁２６は、デューティ制御によって、開弁と閉弁とが周期的に繰り返されている。即ち、連通状態では、キャニスタ１９と吸気管３４とが連通している状態が連続しているのではなく、制御弁２６の開弁によってキャニスタ１９と吸気管３４とが連通され、制御弁２６の閉弁によってキャニスタ１９と吸気管３４とが遮断される状態が周期的に切り替えられている。これにより、パージガスの供給量が制御される。デューティ制御では、公知の手法を用いて、ＥＣＵ１００は、パージ濃度、パージガス流量、及びエンジン２の空燃比に応じて、デューティ比を決定する。なお、制御弁２６は、ステッピングモータ式制御弁等の開度を調整することが可能な弁を用いてもよい。

ポンプ２５と制御弁２６との間には、エゼクタ５０が配置されている。エゼクタ５０は、円筒形状の外形を有する。図２は、エゼクタ５０の中心軸を含む縦断面図を示す。なお、図２の矢印は、パージガス又は大気の流れを表している。図１の下側が図２の左側であり、図１の上側が図２の右側である。エゼクタ５０は、ケース６０と、縮小部６２と、拡大部６６と、を有する。ケース６０は、円筒形状を有する。ケース６０内には、負圧空間６４が形成されている。負圧空間６４は、円柱形状の空間を有する。負圧空間６４内には、縮小部６２が配置されている。縮小部６２の上流端（図２の左端）には、連通管２４が接続されている。縮小部６２の上流端の内径は、連通管２４の内径と同一である。縮小部６２の内径は、上流端から下流に向かって中間位置まで変化しない。そして、中間位置から下流端（即ち右端）に向って、縮小部６２の内径が徐々に小さくなる。縮小部６２の下流端は、負圧空間６４に連結されている。負圧空間６４の下流端側には、拡大部６６が配置されている。拡大部６６の上流端の内径は、縮小部６２の下流端の内径と同一である。拡大部６６の内径は、上流端から下流に向かって中間位置まで変化しない。そして、中間位置から下流端（即ち右端）に向って、拡大部６６の内径が徐々に大きくなる。拡大部６６の下流端の内径は、拡大部６６の下流端に連結されている連通管２７の内径と同一である。

ケース６０の負圧空間６４の外壁部分には、ケース６０の外壁を貫通する貫通孔６８が配置されている。負圧空間６４は、貫通孔６８を介して、大気管５２に連通している。図１に示すように、大気管５２の下流端は、エゼクタ５０に連結している。大気管５２の上流端は、吸気管３４のスロットルバルブ３２よりも上流側に連結している。

大気管５２の中間位置には、制御弁７２が配置されている。制御弁７２は、ＥＣＵ１００によって制御される電磁弁である。詳細には、制御弁７２は、ＥＣＵ１００によって決定されるデューティ比に応じた電力が供給されることによって（即ちデューティ制御されることによって）、開弁と閉弁とが切り替えられる。これにより、大気管５２内を大気が通過可能となる通過状態と、大気管５２内の大気の通過を禁止する禁止状態と、に切り替わる。禁止状態では、大気管５２は、デューティ制御されておらず、継続して閉弁されている。一方、通過状態では、大気管５２は、デューティ制御によって、開弁と閉弁とが周期的に繰り返されている。即ち、通過状態では、大気管５２内を大気が通過可能な状態が連続しているのではなく、通過可能な状態と通過不可能な状態とが周期的に切り替えられている。これにより、エゼクタ５０に供給する大気の供給量が制御される。なお、変形例では、ＥＣＵ１００は、制御弁７２をデューティ比制御せずに、開弁と閉弁とを切り替えることによって、禁止状態と通過状態とを切り替えてもよい。あるいは、制御弁７２は、ステッピングモータ式制御弁等の開度を調整することが可能な弁を用いてもよい。この場合、ＥＣＵ１００は、制御弁７２の開度を調整してもよい。

連通管２７の中間位置には、濃度センサ８０が配置されている。濃度センサ８０は、連通管２７を通過するパージガスの蒸発燃料濃度を検出する。濃度センサ８０は、様々な種類のセンサを利用することができる。例えば、ベンチュリ管やオリフィス板を利用して差圧を検出することによって濃度を検出する濃度センサや、毛細管式粘度計を利用して毛細管の上流側と下流側の差圧を検出することによって濃度を検出する濃度センサでもよい。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ及びＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリを含む。ＥＣＵ１００は、インジェクタ４、蒸発燃料処理装置２０、スロットルバルブ３２等に接続されて、これらを制御する。ＥＣＵ１００のメモリには、蒸発燃料処理装置２０の処理に必要な値やデータマップ等が予め格納されている。

次いで、蒸発燃料処理装置２０の動作について説明する。エンジン２が駆動中であってパージ条件が成立すると、ＥＣＵ１００は、制御弁２６をデューティ制御することによって、パージガスを吸気管３４に供給する処理（以下では「パージ処理」と呼ぶ）を実行する。パージ条件とは、パージガスをエンジン２に供給するパージ処理を実行すべき場合に成立する条件であり、エンジン２の冷却水温や濃度センサ８０による濃度の検出状況によって、予め製造者によってＥＣＵ１００に設定される条件である。ＥＣＵ１００は、エンジン２の駆動中に、パージ条件が成立するか否かを常時監視している。ＥＣＵ１００は、濃度センサ８０で検出したパージガスの濃度に基づいて、ポンプ２５の出力及び制御弁２６のデューティ比を制御する。ポンプ２５が始動すると、キャニスタ１９に吸着されていたパージガス及びエアクリーナ３０を通過した空気が、エンジン２に導入される。

なお、ＥＣＵ１００は、スロットルバルブ３２の開度を制御する。また、ＥＣＵ１００は。インジェクタ４による噴射燃料量も制御する。具体的には、インジェクタ４の開弁時間を制御することによって、噴射燃料量を制御する。

ＥＣＵ１００は、パージ処理が実行されている間、濃度センサ８０によって検出されるパージガス中の蒸発燃料濃度（以下では単に「濃度」と呼ぶ）を検出する。切替弁７２によって大気管５２が禁止状態に維持されている状態では、連通管２７を流れるパージガスの濃度は、キャニスタ１９から供給されるパージガスの濃度に等しい。例えば、車両の走行路の凹凸等によって車両が揺れると、燃料タンク１４内の燃料が多く蒸発し、キャニスタ１９に供給される。この結果、パージガスの濃度が急激に上昇する場合がある。また、給油後や高温環境下では、蒸発燃料が多く、キャニスタ１９内には、多くの蒸発燃料が充満している場合がある。この場合、キャニスタ１９からのパージガスだけでは、エンジン２に供給される燃料量が多くなり、空燃比がリッチ側に大きく変動する。

この場合、濃度センサ８０によって検出される濃度が高くなる。ＥＣＵ１００は、検出濃度が高くなると、切替弁７２を禁止状態から通過状態に切り替える。大気管５２の下流端は、エゼクタ５０の負圧空間６４に連通している。図２に示すように、エゼクタ５０では、連通管２４から縮小部６２に流入するパージガスが縮小部６２によって減圧される。これにより、縮小部６２の下流端に連通する負圧空間６４内のパージガスは、負圧になる。この結果、大気管５２から負圧空間６４に大気が導入される。これにより、パージガスが希釈されて、濃度が低下する。負圧空間６４内で希釈されたパージガスは、拡大部６６を通過することによって、加圧され連通管２７に流入する。ＥＣＵ１００は、濃度センサ８０によって検出される濃度に応じて、切替弁７２のデューティ比を制御する。

この構成によれば、パージガスの濃度を大気によって希釈するために、濃度が急激に高くなることを抑制することができ、空燃比の変動を抑えることができる。また、大気管５２の下流端にエゼクタ５０を配置することによって、エンジン２の駆動によってパージ経路２２内に十分な負圧が発生していない場合であっても、パージ経路２２内に大気を導入することができる。

また、濃度センサ８０がエゼクタ５０よりも下流側に配置されている。これにより、ＥＣＵ１００は、大気による希釈後のパージガスの濃度を検出することができる。これにより、ＥＣＵ１００は、希釈後のパージガスの濃度を利用して、切替弁７２を制御することができる。

また、切替弁７２を制御して大気量を調整することによって、パージガスが希釈され過ぎる事態を回避することができる。

（第２実施例）
図３を利用して、第１実施例と異なる点を説明する。第２実施例の蒸発燃料処理装置２０は、連通管２４の下流側では、三方弁５６によって、連通管２７と分岐管５４とに分岐している。分岐管５４の上流端は、三方弁５６に連結している。分岐管５４の下流端は、濃度センサ８０よりも上流側で連通管２７に連通している。

エゼクタ５０は、分岐管５４の中間位置に配置されている。このため、大気管５２からの大気は、分岐管５４に導入される。

ＥＣＵ１００は、三方弁５６を、連通管２４が連通管２７に連通する状態と、連通管２４が分岐管５４に連通する状態と、に切り替える。ＥＣＵ１００は、三方弁５６が連通管２４と連通管２７とを連通する状態である場合であって、パージガスを希釈すべき場合（即ちパージガスの濃度が高い場合）、三方弁５６を連通管２４が分岐管５４に連通する状態に切り替える。これにより、パージガスを希釈することができる。

第２実施例の構成によれば、大気による希釈の必要が無い場合に、三方弁５６を連通管２４が連通管２７に連通する状態に維持することによって、パージガスがエゼクタ５０を通過せずに済む。これにより、パージガスの圧力損失を抑制することができる。

（第３実施例）
図４を利用して、第１実施例と異なる点を説明する。第３実施例の蒸発燃料処理装置２０では、キャニスタ１９の大気ポートに大気導入管１９ａが連結されている。大気導入管１９ａには、大気管５２の上流端が連結されている。この構成によっても、大気管５２に大気を導入することができる。

（第４実施例）
図５を利用して、第１実施例と異なる点を説明する。第４実施例の蒸発燃料処理装置２０は、エゼクタ５０を備えていない。大気管５２の下流端は、キャニスタ１９とポンプ２５との間の連通管２３に連通している。また、濃度センサ８０は、キャニスタ１９と大気管５２の下流端との連結位置との間の連通管２３に配置されている。

この構成では、ポンプ２５を駆動すると、ポンプ２５の上流側の連通管２３に負圧が発生する。即ち、ポンプ２５が「負圧発生部」の一例である。ポンプ２５によって発生する負圧により、大気管５２から大気が連通管２３に導入される。

この構成によれば、エゼクタ５０のように、負圧を発生させる専用の装置を配置せずに済む。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

（変形例１）大気管５２の上流端の連結先は、吸気管３４や大気導入管１９ａに限られない。例えば、大気管５２の上流端は、大気に開放されていてもよい。

（変形例２）大気管５２には、切替弁７２が配置されていなくてもよい。この場合、パージ処理では、常に大気管５２に導入されていてもよい。

（変形例３）蒸発燃料処理装置２０では、濃度センサ８０の配置は限定されない。例えば、キャニスタ１９とポンプ２５との間の連通管２４に配置されていてもよい。蒸発燃料処理装置２０は、濃度センサ８０を有していなくてもよい。この場合、ＥＣＵ１００は、エンジン２の排気管内に配置されている空燃比センサによって検出される空燃比を用いて濃度を特定してもよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ ：エンジン
６ ：燃料供給システム
１０ ：メイン供給経路
１４ ：燃料タンク
１８ ：連通管
１９ ：キャニスタ
１９ａ ：大気導入管
２０ ：蒸発燃料処理装置
２２ ：パージ経路
２５ ：ポンプ
３４ ：吸気管
５０ ：エゼクタ
５２ ：大気管
５４ ：分岐管
５６ ：三方弁
６０ ：ケース
６２ ：縮小部
６４ ：負圧空間
６６ ：拡大部
６８ ：貫通孔
７２ ：切替弁
８０ ：濃度センサ
１００ ：ＥＣＵ

Claims (7)

1. 燃料タンク内の蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
   内燃機関の吸気通路とキャニスタとの間に接続されており、キャニスタから吸気通路に送られるパージガスが通過するパージ通路と、
   パージ通路上に配置されており、負圧を発生する負圧発生部と、
   負圧発生部を介してパージ通路に連通するとともに、大気に連通する大気通路と、を有する、蒸発燃料処理装置。
2. 負圧発生部は、エゼクタを含む、請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
3. 負圧発生部は、ポンプを含み、
   ポンプは、キャニスタ内の蒸発燃料を、パージ通路を介して吸気通路に送る、請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
4. 大気通路は、負圧発生部を介してパージ通路と吸気通路のスロットルバルブよりも上流側とを連通する、請求項１から３のいずれか一項に記載の蒸発燃料処理装置。
5. 大気通路は、負圧発生部を介してパージ通路とキャニスタの大気ポートよりも上流側とを連通する、請求項１から４のいずれか一項に記載の蒸発燃料処理装置。
6. 大気通路からパージ通路に流入する大気の流入量を調整する調整部をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の蒸発燃料処理装置。
7. パージ通路の負圧発生部よりも下流側に燃料濃度検出部をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の蒸発燃料処理装置。
   

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