JP2018119453A

JP2018119453A - 蒸発燃料処理装置

Info

Publication number: JP2018119453A
Application number: JP2017011039A
Authority: JP
Inventors: 啓太福井; Keita Fukui; 山崎　誠; Makoto Yamazaki; 誠山崎; 善和宮部; Yoshikazu Miyabe
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-01-25
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2037-01-25
Also published as: US10954895B2; CN110168214B; WO2018139121A1; DE112017006920T5; JP6753790B2; CN110168214A; US20190376475A1

Abstract

【課題】、封鎖弁の初期化処理に伴う耐久性の低下を抑制できる蒸発燃料処理装置を提供する。【解決手段】蒸発燃料処理装置１２は、車両１に設けられた燃料タンク３内で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタ１３と、キャニスタ１３と燃料タンク３とを接続するベーパ通路１４と、ベーパ通路１４を閉鎖及び開通可能な封鎖弁１５とを備えている。封鎖弁１５の現在位置が不明となる特定事象が生じて初期化処理が必要になった場合は封鎖弁１５を現在位置に関わりなく動作限界まで到達可能な動作量として設定された第１動作量で動作させる第１処理を行う一方、特定事象が生じることなく初期化処理が必要になった場合は封鎖弁１５を現在位置から初期位置までの動作量でかつ第１動作量よりも少ない第２動作量で動作させる第２処理を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関を備えた車両に設けられた燃料タンク内で発生する蒸発燃料を処理する蒸発燃料処理装置に関する。

蒸発燃料処理装置として、燃料タンクとキャニスタとを接続するベーパ通路を開閉するためにステッピングモータを使用した封鎖弁が設けられたものが知られている。このような封鎖弁は開方向の動作に対して不感帯が存在するため、封鎖弁を所定の初期位置から開方向に動作させて開弁開始位置を記憶する学習処理が行われる。学習処理を行うには封鎖弁を現在位置から初期位置まで移動させる初期化処理が必要となるが、ステッピングモータが脱調すると現在位置が不明となる。そこで、封鎖弁のステッピングモータの脱調を検出した場合に、閉方向に物理的に動作不可となる機械的な動作限界に封鎖弁が確実に達するように封鎖弁を動作させることにより初期位置を見つけて封鎖弁を初期位置に移動させる処理を初期化処理として実行するものが知られている（特許文献１）。

特開２０１５−２１８６５９号公報

特許文献１のような初期化処理の場合、封鎖弁の位置に関わりなく封鎖弁を閉方向の動作限界に達してもなお閉方向への駆動力が作用するように封鎖弁を動作させているため、無制限に初期化処理を実施すると封鎖弁に機械的な負荷が繰り返し加えられて封鎖弁の耐久性が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、封鎖弁の初期化処理に伴う耐久性の低下を抑制できる蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。

本発明の蒸発燃料処理装置は、内燃機関を備えた車両に設けられた燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記キャニスタと前記燃料タンクとを接続するベーパ通路と、前記ベーパ通路に設けられ、前記ベーパ通路を閉鎖及び開通可能な封鎖弁と、前記封鎖弁を現在位置から閉方向の動作限界に基づいて設定される初期位置に移動させる初期化処理を実行する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記封鎖弁の前記現在位置が不明となる特定事象が生じて前記初期化処理が必要になった場合には、前記封鎖弁を現在位置に関わりなく前記動作限界まで動作させることが可能な動作量として設定された第１動作量で動作させる第１処理を前記初期化処理として行う一方で、前記特定事象が生じることなく前記初期化処理が必要になった場合には、前記封鎖弁を前記現在位置から前記初期位置までの動作量であり、かつ前記第１動作量よりも少ない第２動作量で動作させる第２処理を前記初期化処理として行うものである。

本発明の蒸発燃料処理装置によれば、封鎖弁の初期化処理の処理内容が、封鎖弁の現在位置が不明となる特定事象が生じたか否かにより切り替えられる。特定事象が生じた場合に行われる第１処理は動作限界まで到達するように封鎖弁を動作させる処理である一方で、特定事象が生じない場合に行われる第２処理は現在位置から初期位置まで封鎖弁を動作させる処理である。そのため、特定事象の発生の有無に関わりなく封鎖弁を動作限界まで動作させる処理だけを初期化処理として実行する場合と比較して、初期化処理によって封鎖弁が動作限界に達してもなお閉方向の駆動力が作用する頻度を低減できる。これにより、初期化処理に伴う封鎖弁の耐久性の低下を抑制できる。

本発明の一形態に係る蒸発燃料処理装置を含む車両の一部を模式的に示した構成図。封鎖弁の構造を示した断面図。本発明の一形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。

図１に示すように、車両１は、走行用駆動源として設けられガソリンエンジンとして構成された内燃機関２と、内燃機関２の燃料であるガソリンを貯留する燃料タンク３とを備えている。燃料タンク３に貯留された燃料Ｆは燃料ポンプ４にて吸い上げられてフィードパイプ５及び燃料噴射弁６を介して内燃機関２の吸気通路７に供給される。吸気通路７には空気濾過用のエアフィルタ８と吸入空気量を調整するスロットルバルブ９とが設けられている。燃料タンク３には給油用のインレットパイプ１０が設けられている。燃料Ｆの残量はフロート式の残量センサ１１にて検出される。

車両１には燃料タンク３内で発生した蒸発燃料を処理するための蒸発燃料処理装置１２が設けられている。蒸発燃料処理装置１２は蒸発燃料を吸着する吸着材１３ａを内蔵するキャニスタ１３と、キャニスタ１３と燃料タンク３とを接続するベーパ通路１４と、ベーパ通路１４に設けられていてベーパ通路１４を閉鎖及び開通可能な封鎖弁１５と、キャニスタ１３に設けられ大気に解放する大気連通管１６と、大気連通管１６を介してキャニスタ１３に導入された外気によってキャニスタ１３から分離されたパージガスを内燃機関２の吸気通路７に供給するパージ装置１７とを備えている。

ベーパ通路１４と燃料タンク３との接続部にはＯＲＶＲバルブ２０及びＯＣＶバルブ２１が設けられている。ＯＲＶＲバルブ２０及びＯＣＶバルブ２１は燃料タンク３内の燃料Ｆの液面がこれらの高さまで達した場合にベーパ通路１４と燃料タンク３との連通を遮断するように構成されている。パージ装置１７は、キャニスタ１３と内燃機関２の吸気通路７とを接続してパージガスを内燃機関２に導くためのパージ通路２３と、パージ通路２３に設けられたパージコントロールバルブ２４とを備えている。パージコントロールバルブ２４は吸気通路７の負圧によって動作するバキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）として構成されている。パージコントロールバルブ２４が開弁すると大気連通管１６を介してキャニスタ１３に外気が導かれて、上述したパージガスが内燃機関２の吸気通路７に供給される。なお、キャニスタ１３に導入される外気は大気連通管１６に設けられたエアフィルタ１６ａにて濾過される。

大気連通管１６とキャニスタ１３との接続部にはキーオフポンプ２５が設けられている。キーオフポンプ２５はキャニスタ１３や燃料タンク３等の検査対象の穴あき等の異常を検出する検査を行うために設けられている。キーオフポンプ２５はその検査時に駆動されるポンプの他にキャニスタ１３内の圧力を測定する圧力センサ２６を内蔵している。

図２に詳細を示した封鎖弁１５は、閉状態でベーパ通路１４を閉鎖するとともに、開状態でベーパ通路１４の開通を許容しかつ開状態での開度を変化させることにより蒸発燃料の流量を制御可能な流量制御弁として構成されている。図２に示すように、封鎖弁１５は、ケーシング３０と、ケーシング３０に収められた弁体３１と、弁体３１を駆動するステッピングモータ３２とを備えている。

ケーシング３０には、蒸発燃料が流入する流入路４１と、蒸発燃料が流出する流出路４２と、流入路４１及び流出路４２のそれぞれと通じていて弁体３１が収納される弁室４３とが形成されている。弁体３１は流入路４１を閉鎖可能な内側弁部５１と、内側弁部５１を囲むように配置され、図２の上側が閉鎖されかつ下側が開放されたガイド部５２とを含んでいる。内側弁部５１とガイド部５２とは、互いに軸線Ａｘの方向に相対移動可能な状態で軸線Ａｘを中心として同心状に組み合わされている。内側弁部５１の下端には例えば合成ゴムで構成されたシール部材５４が設けられており、シール部材５４は流入路４１の開口位置に設けられたケーシング３０の弁座６０に密着して流入路４１を閉鎖できる。

内側弁部５１とガイド部５２との間には、内側弁部５１を弁座６０側に付勢するコイルばね５５が圧縮状態で設けられている。ガイド部５２は軸線Ａｘの方向に移動可能な状態で、かつ軸線Ａｘの回りを回転不能な状態でケーシング３０に設けられている。また、ガイド部５２とケーシング３０との間にはコイルばね５６が圧縮状態で設けられている。このコイルばね５６の弾性力により、ガイド部５２は弁座６０から離れる方向に付勢されている。ガイド部５２の上部には雌ねじ部５７が設けられている。雌ねじ部５７に形成された雌ねじ５７ａはステッピングモータ３２の出力軸５８に形成された雄ねじ５８ａと噛み合っている。これにより、ステッピングモータ３２の動作量に応じて弁体３１のガイド部５２は矢印Ｘで示した開方向及びその反対方向の閉方向に移動する。

図２の状態は、弁体３１のガイド部５２の下端が弁座６０に接触する閉方向の動作限界に位置しかつベーパ通路１４が閉鎖される状態である。本形態では図２の状態が初期位置の一例として規定されている。

図２に示した本形態の初期位置では、内側弁部５１のシール部材５４がコイルばね５５の弾性力によって弁座６０に押し付けられていて封鎖弁１５は閉状態にある。初期位置からガイド部５２が開方向に移動するようにステッピングモータ３２が駆動されるとガイド部５２の下端が弁座６０から離れ始める。そして、さらに開方向の動作量が増加するとガイド部５２に設けられて内向きに突出する突出部５２ａと、内側弁部５１に設けられて外向きに突出する突出部５１ａとが突き当たる。これらの突出部５２ａ、５１ａが互いに突き当るまでは、内側弁部５１のシール部材５４が弁座６０に押し付けられた閉状態に維持される。さらに、これらの突出部５２ａ、５１ａが互いに突き当たった状態でガイド部５２が開方向に動作すると、ガイド部５２と内側弁部５１とが一緒に開方向に移動し、内側弁部５１のシール部材５４が弁座６０から離れる。これにより流入路４１が開放されるので、流入路４１と流出路４２とが弁室４３を介して互いに連通し、ベーパ通路１４の開通が許容される。

このように、封鎖弁１５が初期位置から開方向に動作してガイド部５２の突出部５２ａと内側弁部５１の突出部５１ａとが互いに突き当たるまでは閉状態に維持される。そして、これらの突出部５２ａ、５１ａが互いに突き当たった状態でガイド部５２が開方向に動作して内側弁部５１のシール部材５４が弁座６０から離れる位置が開弁開始位置の一例である。この開弁開始位置は、封鎖弁１５のガイド部５２や内側弁部５１等の公差やこれらの経年変化によってばらつきが生じる。そのため、封鎖弁１５に固有の開弁開始位置を検出して記憶する学習処理が実施される。初期位置はこの学習処理の基準となるため、一例として、図１のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）７０は、学習処理を実行する前提として封鎖弁５１を現在位置から初期位置に復帰させる初期化処理を実行する。ＥＣＵ７０は内燃機関２の運転状態を制御するコンピュータとして構成されたものである。

通常は封鎖弁１５の現在位置がＥＣＵ７０によって認識されているので、初期化処理を実行する際には現在位置から初期位置までの封鎖弁１５の動作量が分かる。したがって、その動作量で封鎖弁１５を閉方向に動作させることにより特に不都合なく封鎖弁１５を初期位置まで移動させることができる。しかし、封鎖弁１５の現在位置が不明になる特定事象が生じると、現在位置から初期位置までの封鎖弁１５の動作量が不明となるので、正しい初期化処理を実行できない。そこで、一例として、ＥＣＵ７０は、特定事象が生じた場合と、そうでない場合とで初期化処理の処理内容を切り替えている。なお、特定事象としては、封鎖弁１５が断線した場合、封鎖弁１５が強制的に他要素から駆動された場合、ＥＣＵ７を交換した場合、車両１に搭載された補機バッテリの電圧が限界以下に低下した場合等を例示できる。

図３は、ＥＣＵ７０が実行する制御ルーチンの一例を示している。図３の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ７０にて適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ＥＣＵ７０は、図３の制御ルーチンを実行することによって本発明に係る制御手段の一例として機能する。

図３のステップＳ１において、ＥＣＵ７０は上述した特定事象が発生した発生履歴があるか否かを判定する。特定事象の発生履歴がある場合はステップＳ２に処理を進め、そうでない場合はステップＳ２をスキップしてステップＳ３に処理を進める。

ステップＳ２において、ＥＣＵ７０は本発明に係る第１処理の一例に相当する最大ステップ処理の要否を管理するために設けられた最大ステップ処理要求フラグＦｍをセットする。当該フラグＦｍは例えばＥＣＵ７０の所定の記憶領域に割り当てられた変数であり、セットされた場合には１がクリアされた場合には０が代入される。したがって、当該フラグＦｍを参照することにより最大ステップ処理の要否を判別することができる。

ステップＳ３において、ＥＣＵ７０は初期化処理の実行要求があるか否かを判定する。初期化処理の実行要求は、例えば上述した学習処理が実行される場合、その処理実行前に発生する。初期化処理の実行要求を発生させる処理は図３の制御ルーチンと並行して実行される不図示の制御ルーチンに基づいて行われる。初期化処理実行要求がある場合は処理をステップＳ４に進め、そうでない場合は初期化処理の必要がないので以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。

ステップＳ４において、ＥＣＵ７０は最大ステップ処理実行要求フラグＦｍを参照して最大ステップ処理の実行要求があるか否かを判定する。最大ステップ処理の実行要求があった場合はステップＳ５に進み、最大ステップ処理を実行する。一方、最大ステップ処理の実行要求がない場合はステップＳ６に進み、本発明の第２処理の一例である通常ステップ処理を実行する。

最大ステップ処理は現在位置に関わりなく閉方向の動作限界まで到達可能な動作量として設定された第１動作量で封鎖弁１５を閉方向に動作させる。本形態では、一例として、第１動作量は封鎖弁１５の開方向の限界から閉方向の限界までの機械的な動作限界量と、予め設定された封鎖弁１５のホーム位置から初期位置までの基本動作量とを合わせた動作量に設定されている。本形態では、動作限界量は例えば２４０ステップで、基本動作量は例えば８ステップである。したがって、第１動作量は２４８ステップとなる。基本動作量が８ステップの場合、初期位置を０ステップとするとホーム位置は８ステップの位置となる。ＥＣＵ７０が第１処理の実行の際に封鎖弁１５を第１動作量で閉方向に動作させることにより封鎖弁１５の現在位置に関わりなく封鎖弁１５の閉方向の動作限界に到達する。

図２から明らかなように、封鎖弁１５が閉方向に動作してガイド部５２の下端が弁座６０に突き当たるとそれ以上閉方向には移動できないのでステッピングモータ３２は脱調する。ＥＣＵ７０は例えばこのような脱調を検出し、その検出位置を初期位置として記憶し、その初期位置に封鎖弁１５を停止させて第１処理を終了する。一方、ステップＳ６で実行する通常ステップ処理は、現在位置であるホーム位置から初期位置までの動作量である第２動作量で封鎖弁１５を閉方向に動作させ、初期位置で封鎖弁１５を停止させる。第２処理の場合は、第２動作量で封鎖弁１５を動作させているので、封鎖弁１５が動作限界に達してもなお閉方向の駆動力が作用することはない。

ステップＳ７において、ＥＣＵ７０は初期化処理として実行された最大ステップ処理又は通常ステップ処理のいずれかの処理が終了したか否かを判定する。初期化処理が終了した場合は今回のルーチンを終了し、初期化処理が未了の場合は処理をステップＳ３に戻してルーチンを続行する。

本形態によれば、上述した特定事象が生じた場合に行われる最大ステップ処理は動作限界まで到達するように封鎖弁１５を動作させる処理である一方で、特定事象が生じない場合に行われる通常ステップ処理は現在位置であるホーム位置から初期位置まで封鎖弁１５を動作させる処理である。そのため、特定事象の発生の有無に関わりなく封鎖弁１５を動作限界まで動作させる処理、例えば最大ステップ処理だけを初期化処理として実行する場合と比較して、初期化処理によって封鎖弁１５が動作限界に達してもなお閉方向の駆動力が作用する頻度つまりガイド部５２の下端が弁座６０に突き当ってもなおガイド部５２の下端が弁座６０に無理に押し込まれる頻度を低減できる。これにより、初期化処理に伴う封鎖弁１５の耐久性の低下を抑制できる。

本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記形態は、現在位置を予め設定したホーム位置としているものであるが、現在位置を特に定めずに常時把握している形態で実施されてもよい。

上記形態の封鎖弁１５は一例にすぎず、ベーパ通路を閉鎖する初期位置からの開方向の動作量が開弁範囲を超えるまでベーパ通路を閉鎖する閉状態が維持されるように構成され、開弁開始位置の学習処理やその学習処理の前提として行われる初期化処理の対象となり得る封鎖弁であればどのような形態の封鎖弁でもよい。例えば、貫通流路が形成された球状の弁体と、その弁体を回転可能に保持しベーパ通路に通じている弁座とを有し、弁体をモータで回転させることにより開度調整可能であるボールバルブを、本発明に係る封鎖弁の一例として採用できる。また、上記形態の車両１は内燃機関２が走行用駆動源として設けられた車両であるが、内燃機関２に加えてモータを走行用駆動源として備えたハイブリッド車両に変更することもできる。内燃機関２はガソリンエンジンであるが、本発明の対象となり得る内燃機関はディーゼルエンジンやガソリンとアルコールとの混合燃料を使用可能なバイフューエルエンジンであってもよい。

上記形態では、初期位置の一例として図２に示した動作限界に設定されているが、他の一例としては、ベーパ通路１４を閉鎖する封鎖弁１５の閉弁範囲内でかつ図２の動作限界の状態から閉方向に所定量離れた位置に初期位置を設定することも可能である。この場合は、以下の蒸発燃料処理装置の発明として把握できる。すなわち、蒸発燃焼処理装置は、内燃機関を備えた車両に設けられた燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記キャニスタと前記燃料タンクとを接続するベーパ通路と、前記ベーパ通路に設けられ、前記ベーパ通路を閉鎖及び開通可能な封鎖弁と、前記封鎖弁を現在位置から閉方向の動作限界に基づいて設定される初期位置に移動させる初期化処理を実行する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記封鎖弁の前記現在位置が不明となる特定事象が生じて前記初期化処理が必要になった場合には、前記封鎖弁を現在位置に関わりなく前記動作限界まで動作させることが可能な動作量として設定された第１動作量で動作させる第１処理を前記初期化処理として行う一方で、前記特定事象が生じることなく前記初期化処理が必要になった場合には、前記封鎖弁を前記現在位置から前記初期位置までの動作量であり、かつ前記第１動作量よりも少ない第２動作量で動作させる第２処理を前記初期化処理として行うものであり、かつ、前記初期化位置が前記封鎖弁の閉弁範囲内でかつ前記動作限界から閉方向に所定量離れた位置に設定されているものである。

この蒸発燃料処理装置によれば、初期位置が動作限界から開方向に所定量離れた位置に設定されているので、第２処理の実行によって動作限界に至ることを確実に回避できる。これにより、封鎖弁の耐久性の低下をさらに抑制できる。

１車両
２内燃機関
３燃料タンク
１２蒸発燃料処理装置
１３キャニスタ
１４ベーパ通路
１５封鎖弁
７０ＥＣＵ（制御手段）

Claims

内燃機関を備えた車両に設けられた燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
前記キャニスタと前記燃料タンクとを接続するベーパ通路と、
前記ベーパ通路に設けられ、前記ベーパ通路を閉鎖及び開通可能な封鎖弁と、
前記封鎖弁を現在位置から閉方向の動作限界に基づいて設定される初期位置に移動させる初期化処理を実行する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記封鎖弁の前記現在位置が不明となる特定事象が生じて前記初期化処理が必要になった場合には、前記封鎖弁を現在位置に関わりなく前記動作限界まで動作させることが可能な動作量として設定された第１動作量で動作させる第１処理を前記初期化処理として行う一方で、前記特定事象が生じることなく前記初期化処理が必要になった場合には、前記封鎖弁を前記現在位置から前記初期位置までの動作量であり、かつ前記第１動作量よりも少ない第２動作量で動作させる第２処理を前記初期化処理として行うことを特徴とする蒸発燃料処理装置。