JP2019002304A - 蒸発燃料処理装置及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプを備える蒸発燃料処理装置において、所望量のパージガスを内燃機関に正確に供給する。【解決手段】蒸発燃料処理装置は、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、キャニスタと内燃機関の吸気管を接続しており、キャニスタから吸気管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、吸気管へのパージガスの供給量をデューティ比を変更することによって制御するパージ制御弁と、パージ通路上に配置されており、パージガスをキャニスタから吸気管に送り出すポンプと、パージ制御弁のデューティ比を制御する制御部とを備えている。制御部は、パージガスを供給しているときのパージ通路上流端の圧力とパージ通路下流端の圧力の圧力差を検出し、検出された圧力差におけるポンプの影響を考慮しないときのデューティ比に対するパージガスの供給量に基づいてデューティ比を補正する。【選択図】 図１

Description

本明細書は、車両に搭載される蒸発燃料処理装置、及び、制御装置に関する。

燃料タンク内で発生した蒸発燃料を内燃機関に供給し、処理する蒸発燃料処理装置が知られている。特許文献１では、蒸発燃料をキャニスタで吸着し、蒸発燃料を含むパージガスを内燃機関に供給している。パージガスの供給量は、パージ制御弁をデューティ制御することによって制御している。特許文献１では、燃料タンク内の温度と燃料タンク内の圧力に基づいて、パージ制御弁のデューティ比を補正している。

特開平７−２４７９１８号公報

特許文献１は、燃料タンク内の温度と圧力を検出することにより、蒸発燃料の発生量を検出し、蒸発燃料の発生量に応じてデューティ比を補正し、パージガスの供給量を調整している。この制御方法は、パージ制御弁のデューティ比とパージガスの供給量が比例関係にあるときには有用である。しかしながら、近年、パージガスを確実に内燃機関に供給するため、パージ通路にパージガスを送り出すポンプを配置することがある。ポンプを備える蒸発燃料処理装置の場合、従来のデューティ比とパージガス供給量の関係（比例関係）を利用することができない。本明細書は、ポンプを備える蒸発燃料処理装置において、所望量のパージガスを内燃機関に供給する技術を開示する。

本明細書で開示する第１技術は、蒸発燃料処理装置に関する。その蒸発燃料処理装置は、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、キャニスタと内燃機関の吸気管を接続しており、キャニスタから吸気管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、吸気管へのパージガスの供給量をデューティ比を変更することによって制御するパージ制御弁と、パージ通路上に配置されており、パージガスをキャニスタから吸気管に送り出すポンプと、パージ制御弁のデューティ比を制御する制御部とを備えている。制御部は、パージガスを供給しているときのパージ通路上流端の圧力とパージ通路下流端の圧力の圧力差を検出し、検出された圧力差におけるポンプの影響を考慮しないときのデューティ比に対するパージガスの供給量に基づいてデューティ比を補正する。

本明細書で開示する第２技術は、上記第１技術の蒸発燃料処理装置であって、パージ通路の上流端と下流端の双方に、圧力センサが設けられている。

本明細書で開示する第３技術は、制御装置に関する。その制御装置は、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を含むパージガスを内燃機関の吸気管に供給する蒸発燃料処理手段におけるパージ制御弁を制御する。蒸発燃料処理手段は、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、キャニスタと内燃機関の吸気管を接続しており、キャニスタから吸気管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、吸気管へのパージガスの供給量をデューティ比を変更することによって制御するパージ制御弁と、パージ通路上に配置されており、パージガスをキャニスタから吸気管に送り出すポンプとを備えている。制御装置は、パージガスを供給しているときのパージ通路上流端の圧力とパージ通路下流端の圧力の圧力差を検出し、検出された圧力差におけるポンプの影響を考慮しないときのデューティ比に対するパージガスの供給量に基づいてデューティ比を補正する。

第１技術によると、ポンプを備える蒸発燃料処理装置において、実質的にパージ通路の上流端と下流端の差圧（パージ通路の圧力損失）を検出するだけで、パージガスが過剰に吸気経路に導入されることを抑制することができる。それにより、内燃機関における空燃比が制御値からずれることを抑制することができる。

第２技術によると、外気圧の変動、吸気経路内の圧力の変動等の影響を受けることなく、パージ通路の上流端と下流端の差圧を正確に検出することができる。

第３技術によると、上記第１技術を実施することができる。

蒸発燃料処理装置を用いた車両の燃料供給システムを示す。 デューティ比の補正処理に関するフローチャートを示す。 デューティ比とパージガス流量の関係を示す。

（燃料供給システム）
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、車両に搭載され、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に供給するための蒸発燃料経路２２を備えている。

（メイン供給経路）
メイン供給経路１０には、燃料ポンプユニット１６と、供給経路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から供給経路１２に供給される。供給経路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。供給経路１２に供給された燃料は、供給経路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、供給経路１２内の燃料が、エンジン２に接続されている吸気経路３４に供給される。

吸気経路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、吸気経路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。吸気経路３４内において、エンジン２とエアクリーナ３０の間に、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、図１の矢印に示すように、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。ＥＣＵ１００は、スロットルバルブ３２の開度を調整することによって、吸気経路３４の開口面積を変動させ、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。

（蒸発燃料経路）
蒸発燃料経路２２は、メイン供給経路１０に並んで配置されている。蒸発燃料経路２２は、燃料タンク１４で発生した蒸発燃料が、燃料タンク１４からキャニスタ１９を経て吸気経路３４に移動するときに通過する経路である。なお、後述するように、蒸発燃料は、キャニスタ１９で空気と混合される。キャニスタ１９で混合された蒸発燃料と空気との混合気体を、パージガスと呼ぶ。蒸発燃料経路２２には、蒸発燃料処理装置２０が設けられている。

（蒸発燃料処理装置）
蒸発燃料処理装置２０は、キャニスタ１９と、パージ通路４０と、パージ制御弁２６と、ポンプ４８と、ＥＣＵ１００内の制御部１０２を備える。キャニスタ１９は、大気ポート１９ａと、パージポート１９ｂと、タンクポート１９ｃを備えている。大気ポート１９ａは、大気経路１７を介して大気に連通している。パージポート１９ｂは、パージ経路２３を介して吸気経路３４に接続されている。タンクポート１９ｃは、タンク経路１８を介して燃料タンク１４に連通している。

（キャニスタ）
キャニスタ１９内には、活性炭（図示省略）が収容されている。活性炭は、燃料タンク１４からタンク経路１８、タンクポート１９ｃを通じてキャニスタ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１９ａ及び大気経路１７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。活性炭で吸着された蒸発燃料は、大気経路１７より導入される空気と混合され、パージガスとしてパージポート１９ｂよりパージ経路２３に供給される。

（パージ通路）
上記したように、活性炭に吸着された蒸発燃料は、大気経路１７より導入される空気と混合され、パージガスとしてパージ経路２３に供給される。すなわち、大気経路１７は、パージガスを構成するガス（空気）が通過する経路である。蒸発燃料と空気の混合ガスが通過するパージ経路２３と、空気が通過する大気経路１７によって、パージ通路４０が構成されている。なお、大気経路１７にはエアフィルタ４２が設けられている。エアフィルタ４２は、大気中の異物がキャニスタ１９内に侵入することを防止する。パージ通路４０（大気経路１７）の上流端（エアフィルタ４２よりも上流側）には、圧力センサ４４が配置されている。また、パージ通路４０（パージ経路２３）の下流端（パージ制御弁２６よりも下流側）には、圧力センサ２８が配置されている。圧力センサ４４は、実質的に外気の圧力（大気圧）を検出する。圧力センサ２８は、実質的に吸気経路内の圧力を検出する。

（パージ制御弁）
パージ制御弁２６は、パージ経路２３上に配置されている。パージ制御弁２６は、キャニスタ１９の下流（吸気経路３４側）に配置されている。パージ制御弁２６は、制御部１０２によって制御される電磁弁であり、開弁された開通状態と閉弁された閉塞状態の切替えが制御部１０２によって制御される弁である。制御部１０２は、パージ制御弁２６の開通状態と閉塞状態とを、空燃比等によって決定されるデューティ比に従って連続的に切り替えるデューティ制御を実行する。開通状態では、キャニスタ１９と吸気経路３４とが連通され、パージガスが吸気経路３４に導入される。閉塞状態では、キャニスタ１９と吸気経路３４が遮断される。デューティ比は、互いに連続する１組の開通状態と閉塞状態の組合せの期間のうち、開通状態の期間の割合を表す。パージ制御弁２６は、デューティ比を調整（すなわち、開通状態と閉側状態の切替えタイミングを調整）することにより、パージガスの流量を調整する。パージ経路２３は、インジェクタ４とスロットルバルブ３２の間で、吸気経路３４に接続されている。パージ経路２３が接続される吸気経路３４の位置には、インテークマニホールドＩＭが配置されている。

（ポンプ）
ポンプ４８は、パージ経路２３上に配置されている。ポンプ４８は、キャニスタ１９とパージ制御弁２６の間に配置されている。ポンプ４８は、いわゆる渦流ポンプ（カスケードポンプ、ウエスコポンプとも呼ぶ）あるいは遠心式ポンプである。ポンプ４８は、制御部１０２によって制御される。ポンプ４８が駆動すると、キャニスタ１９からパージガスがパージ通路４０を介して、ポンプ４８に吸入される。ポンプ４８に吸入されたパージガスは、ポンプ４８内で昇圧され、パージ経路２３を通過して、吸気経路３４に供給される。

（制御部）
制御部１０２は、圧力センサ２８，４４、ポンプ４８及びパージ制御弁２６に接続されている。制御部１０２は、ＣＰＵ及びＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリを含む。制御部１０２には、圧力センサ２８，４４の検出値が入力される。また、制御部１０２は、ポンプ４８の出力、パージ制御弁２６のデューティ比を制御する。

（パージ処理）
エンジン２が駆動中であってパージ条件が成立すると、制御部１０２は、パージ制御弁２６をデューティ制御することによって、パージガスをエンジン２に供給するパージ処理を実行する。パージ処理が実行されると、図１の矢印に示す方向にパージガスが供給される。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の冷却水温やパージガスの蒸発燃料濃度（以下「パージ濃度」と呼ぶ）によって、予め製造者によって制御部１０２に設定される条件である。制御部１０２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。制御部１０２は、パージガスの濃度及び吸気経路３４に配置されるエアフロメータ３９に基づいて、パージ制御弁２６のデューティ比を制御する。なお、エアフロメータ３９は、吸気経路３４を通過してエンジン２に供給される空気量を測定する。これにより、キャニスタ１９に吸着されていたパージガスが、エンジン２に導入される。

制御部１０２は、パージ処理を実行する場合、ポンプ４８を駆動して、パージガスを吸気経路３４に供給する。この結果、吸気経路３４の負圧が小さい場合でも、パージガスを供給することができる。なお、制御部１０２は、パージ処理中に、パージガスの供給状況に応じて、ポンプ４８の駆動と停止を切り替えてもよい。

なお、ＥＣＵ１００は、スロットルバルブ３２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。エンジン２が駆動されると、ＥＣＵ１００は、インジェクタ４からエンジン２に噴射される単位時間当たりの燃料噴射時間（すなわちインジェクタ４の開弁時間）を算出する。燃料噴射時間は、空燃比を目標空燃比（例えば理想空燃比）に維持するために、実験によって予め特定された基準噴射時間を補正する。なお、空燃比センサ３６は、エンジン２の排気経路３８内に配置されている。また、ＥＣＵ１００は、パージガスの流量とパージ濃度に基づいて、噴射燃料量を補正する。

（パージ制御弁の開度補正）
上記したように、ＥＣＵ１００は、パージガスの流量とパージ濃度に基づいて、噴射燃料量を補正する。パージガスの流量Ｑは、ポンプを有していない蒸発燃料処理装置では、パージ通路の断面積（パージ制御弁のデューティ比）と、パージ通路の両端の差圧ΔＰから算出することができる。特定の差圧ΔＰにおいて、流量Ｑとデューティ比は、ほぼ比例関係を示す。

図３は、特定の差圧ΔＰにおけるデューティ比と流量Ｑの関係を示している。曲線６０はポンプを有していない蒸発燃料処理装置におけるデューティ比と流量Ｑの関係を示し、曲線６２はポンプを有する蒸発燃料処理装置におけるデューティ比と流量Ｑの関係を示している。図３に示すように、曲線６０はほぼ直線であり、パージ制御弁のデューティ比を制御すれば、所望するパージガス量を吸気経路に導入することができる。それに対して、曲線６２に示すように、ポンプを有する場合、デューティ比と流量Ｑが比例関係を示さない。また、曲線６２の形状は、ポンプの特性によって変化する。そのため、上記した蒸発燃料処理装置２０の場合、デューティ比を制御するだけでは、所望するパージガス量を吸気経路３４に導入することができない。よって、蒸発燃料処理装置２０では、以下の処理を行い、パージ制御弁２６の開度（デューティ比）を補正する。

（補正処理）
図２は、パージ制御弁２６の開度の補正処理を示すフローである。この処理は、パージ制御中（パージガス供給中）に実施する。そのため、まず、パージ中か否かを判断し（ステップＳ２）、パージ中ではない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、本処理を終了する。パージ中の場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、パージ通路４０の差圧ΔＰを取得する。すなわち、圧力センサ４４の検出値よりパージ通路４０の上流端の圧力を取得し、圧力センサ２８の検出値よりパージ通路４０の下流端の圧力を取得し、両者の差圧ΔＰを算出する。

次に、制御中のデューティ比を取得し（ステップＳ６）、取得したデューティ比に対応する基準パージ流量Ｑを取得する（ステップＳ８）。なお、基準パージ流量Ｑは、上記したポンプを有していない場合のデューティ比に対応する流量である。そのため、差圧ΔＰ及びデューティ比を取得すれば、基準パージ流量Ｑは一義的に決まる。

次に、ポンプ特性を取得し（ステップＳ１０）、そのポンプ特性を考慮した場合のパージ流量Ｑに対応するデューティ比を取得する（ステップＳ１２）。ポンプ特性は、予め制御部１０２に記憶されている。その後、パージ制御弁２５の開度を、ステップＳ１２で取得したデューティ比に補正する（ステップＳ１４）。以上の処理により、吸気経路３４に所望量のパージガスを供給することができる。なお、ステップＳ６取得するデューティ比は制御中のデューティ比であり、ポンプ特性は制御部１０２に記憶されている。そのため、蒸発燃料処理装置２０は、パージ通路４０両端の差圧ΔＰを取得すれば、上記処理に従ってパージ制御弁２６の開度（デューティ比）を補正し、パージガスの供給量がずれることを防止することができる。

図３を参照し、以上処理について、具体的に説明する。ステップＳ６でデューティ比ａ１を取得した場合、曲線６０より、基準パージ流量Ｑ（流量ｂ）を算出する（ステップＳ８）。ポンプ特性により曲線６２を取得し（ステップＳ１０）、曲線６２より基準パージ流量Ｑ（流量ｂ）に対応するデューティ比ａ２を取得する（ステップＳ１２）。その後、パージ制御弁２６のデューティ比をａ１からａ２に変更（補正）することにより、所望量（基準パージ流量Ｑ）のパージガスが吸気経路３４に供給される。

（他の実施形態）
上記したように、蒸発燃料処理装置２０では、パージ通路４０の上流から下流に向けて、キャニスタ１９，ポンプ４８，パージ制御弁２６の順に配置されている。しかしながら、この配置順は一例であり、パージ通路上に配置するキャニスタ１９，ポンプ４８及びパージ制御弁２６の配置順は任意に変更することができる。

上記実施形態における制御部１０２は、単独で、あるいは、ＥＣＵ１００と一体で、ポンプを有する蒸発燃料処置装置の制御部として適用することができる。

パージ通路の上下端の差圧ΔＰは、エンジン２の回転数、エアフロメータ３９の流量から推定することもできる。すなわち、圧力センサ２８、４４は省略することもできる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、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。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し得るものであり、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：内燃機関
１４：燃料タンク
１９：キャニスタ
２０：蒸発燃料処理装置
２６：パージ制御弁
３４：吸気管
４０：パージ通路
４８：ポンプ
１０２：制御部

Claims (3)

1. 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、
   キャニスタと内燃機関の吸気管を接続しており、キャニスタから吸気管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、吸気管へのパージガスの供給量をデューティ比を変更することによって制御するパージ制御弁と、
   パージ通路上に配置されており、パージガスをキャニスタから吸気管に送り出すポンプと、
   パージ制御弁のデューティ比を制御する制御部と、を備えており、
   前記制御部は、
   パージガスを供給しているときのパージ通路上流端の圧力とパージ通路下流端の圧力の圧力差を検出し、
   検出された圧力差におけるポンプの影響を考慮しないときのデューティ比に対するパージガスの供給量に基づいてデューティ比を補正する、蒸発燃料処理装置。
2. 請求項１に記載の蒸発燃料処理装置であって、パージ通路の上流端と下流端の双方に、圧力センサが設けられている蒸発燃料処理装置。
3. 燃料タンク内で発生した蒸発燃料を含むパージガスを内燃機関の吸気管に供給する蒸発燃料処理手段におけるパージ制御弁を制御する制御装置であり、
   前記蒸発燃料処理手段は、
   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、
   キャニスタと内燃機関の吸気管を接続しており、キャニスタから吸気管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、吸気管へのパージガスの供給量をデューティ比を変更することによって制御するパージ制御弁と、
   パージ通路上に配置されており、パージガスをキャニスタから吸気管に送り出すポンプと、を備えており、
   前記制御装置は、
   パージガスを供給しているときのパージ通路上流端の圧力とパージ通路下流端の圧力の圧力差を検出し、
   検出された圧力差におけるポンプの影響を考慮しないときのデューティ比に対するパージガスの供給量に基づいてデューティ比を補正する、制御装置。

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