JP2021071070A

JP2021071070A - 蒸発燃料処理装置

Info

Publication number: JP2021071070A
Application number: JP2019197073A
Authority: JP
Inventors: 善友水田; Yoshitomo Mizuta
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2021-05-06

Abstract

【課題】異音を抑制することが可能な蒸発燃料処理装置を提供することを課題とする。【解決手段】燃料タンク内で発生する蒸発燃料を内燃機関の吸気通路に導入するパージ通路と、前記パージ通路に設けられたバルブと、加熱部と、前記加熱部を制御する制御部と、を具備し、前記バルブは、弁座と、前記弁座に対して移動可能なプランジャと、前記プランジャに設けられ前記弁座に当接するゴム製の弁体と、を有し、前記制御部は前記内燃機関の温度および前記弁体の温度を取得し、前記内燃機関の温度が第１の温度以上、かつ前記弁体の温度が前記第１の温度より低い第２の温度以下の場合、前記加熱部により前記弁体を加熱する蒸発燃料処理装置。【選択図】図２

Description

本発明は蒸発燃料処理装置に関する。

内燃機関の燃料を貯留する燃料タンクでは燃料の蒸気（蒸発燃料）が発生する。蒸発燃料をキャニスタに一時的に吸着させ、吸気通路の負圧を利用してキャニスタから吸気通路にパージし、内燃機関で燃焼させる。蒸発燃料の流路には蒸発燃料の流量を調節する電磁弁などのバルブが設けられる（特許文献１）。

特開２０００−１８６７８２号公報

バルブはゴム製の弁体を有する。冷間始動時などの低温環境下では弁体が硬化し、バルブの開閉時に異音が発生する。そこで異音を抑制することが可能な蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。

上記目的は、燃料タンク内で発生する蒸発燃料を内燃機関の吸気通路に導入するパージ通路と、前記パージ通路に設けられたバルブと、加熱部と、前記加熱部を制御する制御部と、を具備し、前記バルブは、弁座と、前記弁座に対して移動可能なプランジャと、前記プランジャに設けられ前記弁座に当接するゴム製の弁体と、を有し、前記制御部は前記内燃機関の温度および前記弁体の温度を取得し、前記内燃機関の温度が第１の温度以上、かつ前記弁体の温度が前記第１の温度より低い第２の温度以下の場合、前記加熱部により前記弁体を加熱する蒸発燃料処理装置によって達成できる。

異音を抑制することが可能な蒸発燃料処理装置を提供できる。

図１（ａ）は蒸発燃料処理装置を例示する模式図である。図１（ｂ）はバルブを例示する断面図である。図２はＥＣＵが実行する制御を例示するフローチャートである。

以下、図面を参照して本実施形態の蒸発燃料処理装置について説明する。図１（ａ）は蒸発燃料処理装置１００を例示する模式図である。蒸発燃料処理装置１００は内燃機関１０に適用され、燃料タンク２０、キャニスタ２２、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０およびバルブ４０を有する。

内燃機関１０は例えばガソリンエンジンであり、吸気通路１２および排気通路１４が接続される。吸気通路１２には上流側からエアクリーナ１３、スロットルバルブ１６、サージタンク１７が設けられる。温度センサ１８はサージタンク１７に設けられ、吸気の温度を測定する。温度センサ１５は内燃機関１０に設けられ、内燃機関１０の冷却水の温度を測定する。

吸気は吸気通路１２を通り、エアクリーナ１３で浄化され、内燃機関１０の燃焼室に導入される。吸気通路１２に設けられたスロットルバルブ１６の開度に応じて吸気の流量が調整される。燃料は不図示のポンプを用いて燃料タンク２０から燃料噴射弁に供給され、燃料噴射弁から噴射される。内燃機関１０において吸気と燃料との混合気が燃焼し、燃焼後の排気は排気通路１４に排出される。排気は排気通路１４に設けられた不図示の触媒で浄化される。触媒は例えば三元触媒であり、排気中のＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘなどを浄化する。

燃料タンク２０は例えばガソリンなどの燃料を貯留する。通路２３の一端は燃料タンク２０に接続され、他端はキャニスタ２２に接続される。パージ通路２４の一端はキャニスタ２２に接続され、他端は吸気通路１２のスロットルバルブ１６とサージタンク１７との間に接続される。キャニスタ２２には外気と連通可能な通路２５も接続される。バルブ４０はバキューム・スイッチング・バルブ（ＶＳＶ：Vacuum Switching Valve）であり、パージ通路２４の途中に設けられる。

燃料タンク２０内で燃料が蒸発することで燃料の蒸気（蒸発燃料）が発生する。蒸発燃料は通路２３を通じて燃料タンク２０からキャニスタ２２に流入する。キャニスタ２２は例えば活性炭などの吸着剤を有し、蒸発燃料を吸着する。

キャニスタ２２に吸着された蒸発燃料は、パージ通路２４を通じて吸気通路１２に供給され、吸気とともに内燃機関１０で燃焼される。バルブ４０の開度に応じて蒸発燃料のパージ量が調節される。

ＥＣＵ３０はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶装置を備える。ＥＣＵ３０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。ＥＣＵ３０は温度センサ１５が測定する水温および温度センサ１８が測定する吸気温度を取得する。ＥＣＵ３０はスロットルバルブ１６の開度およびバルブ４０の開度を調節する。

図１（ｂ）はバルブ４０を例示する断面図である。バルブ４０はステータ４２、弁座４３、プランジャ４４、スプリング４６、ソレノイド４８、弁体５０、熱電対５２、およびヒータ５４を備える電磁弁である。

ステータ４２の内側にプランジャ４４およびスプリング４６が設けられている。プランジャ４４の先端にゴム製の弁体５０が取り付けられている。プランジャ４４および弁体５０は一体としてステータ４２および弁座４３に対して移動可能である。スプリング４６はプランジャ４４を弁座４３側に付勢する。ソレノイド４８に通電しないとき、スプリング４６の付勢力によって弁体５０が弁座４３に当接し、バルブ４０は閉弁する。ソレノイド４８に通電し磁力が発生すると、プランジャ４４がスプリング４６の付勢力に抗して吸引され、弁体５０が弁座４３から離れる。これによりバルブ４０は開弁し、蒸発燃料はパージ通路２４を流れて吸気通路１２に供給される。

熱電対５２は例えばステータ４２とプランジャ４４との間に位置し、プランジャ４４の弁体５０側の先端に隣接する。熱電対５２はステータ４２の温度を測定する。ヒータ５４はステータ４２の弁体５０側先端の近傍に位置する。ヒータ５４（加熱部）は例えば通電されることで発熱し、ステータ４２、プランジャ４４および弁体５０を加熱する。

ＥＣＵ３０はソレノイド４８への通電を制御し、バルブ４０を開閉させる。ＥＣＵ３０には熱電対５２から電気信号が入力され、熱電対５２が測定する温度を取得する。ＥＣＵ３０はヒータ５４を制御する制御部として機能し、加熱のオンおよびオフ、加熱する時間などを定める。

図１（ａ）に示した内燃機関１０のアイドリング時などには吸気通路１２が高負圧になり蒸発燃料を引き込みやすい。そこでバルブ４０が開弁しパージ通路２４を通じて蒸発燃料を吸気通路１２に流入させ、その後バルブ４０を閉弁する。しかしバルブ４０の閉弁時に弁体５０が弁座４３に接触することで異音が発生する。低温環境下において内燃機関１０が停止すると、内燃機関１０の周辺には熱が滞留し、例えば数十℃の高温が維持される。一方、バルブ４０はフロントグリルなどに設置され、内燃機関１０から離れているため冷却されやすい。ゴム製の弁体５０が例えば０℃付近まで冷却されることで硬化する。内燃機関１０の再始動後、バルブ４０の閉弁時に硬度の高い弁体５０が弁座４３に接触する際に大きな異音が発生する。特にアイドリング運転中、車両の駆動音は小さいため異音が相対的に大きく、搭乗者に聞こえやすくなる。

本実施形態では異音が発生しやすい状況で弁体５０を加熱し硬度を低下させる。図２はＥＣＵ３０が実行する制御を例示するフローチャートである。

図２に示すようにＥＣＵ３０は温度センサ１５から内燃機関１０の冷却水の水温Ｔｗを取得する（ステップＳ１０）。ＥＣＵ３０は弁体５０の温度Ｔｇを取得する（ステップＳ１２）。具体的に、ＥＣＵ３０は熱電対５２が測定するステータ４２の温度Ｔ１を取得する。またＥＣＵ３０は、温度センサ１８が測定する吸気の温度Ｔ２を取得し、吸気温度Ｔ２に基づいて弁体５０の温度を推定する。例えば吸気温度Ｔ２に補正値を加算した値Ｔ３を算出する。温度Ｔ１と温度Ｔ３のうち低い方を弁体５０の温度Ｔｇとする。

ＥＣＵ３０は水温Ｔｗが閾値温度Ｔｗ０（第１の温度）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ３０は弁体５０の温度Ｔｇが閾値温度Ｔｇ０（第２の温度）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。ステップＳ１４またはＳ１６で否定判定（Ｎｏ）の場合、制御は終了する。肯定判定の場合、ＥＣＵ３０はヒータ５４に通電することで弁体５０を加熱する（ステップＳ１８）。ステップＳ１８の後、制御は終了する。

本実施形態によれば、水温Ｔｗが閾値温度Ｔｗ０以上かつ弁体５０の温度Ｔｇが閾値温度Ｔｇ０以下の場合、ＥＣＵ３０はヒータ５４を発熱させて弁体５０を加熱する。加熱によって弁体５０の硬度が低下することで、異音が抑制される。

低温環境下で内燃機関１０が停止後に再始動する際、弁体５０が冷却されて硬化するため、異音が発生しやすい。また、内燃機関１０がアイドリング運転中には駆動音が小さいため、異音が目立ってしまう。本実施形態では、水温Ｔｗが閾値温度Ｔｗ０以上かつ弁体５０の温度Ｔｇが閾値温度Ｔｇ０以下の状況をＥＣＵ３０が検出する。このことにより、上記のように異音が搭乗者に聞こえやすい場合に弁体５０を加熱し、異音を抑制することができる。

なお、内燃機関１０の始動時以外でも上記の条件が成立すればヒータ５４により弁体５０を加熱する。閾値温度Ｔｗ０は例えば６０℃である。閾値温度Ｔｇ０は閾値温度Ｔｗ０より低く例えば０℃である。これらの閾値温度は他の値でもよい。閾値温度Ｔｇ０は例えばゴムの弁体５０が硬化する温度以下である。熱電対５２以外にステータ４２の温度を測定する測定装置を設けてもよい。

弁体５０はプランジャ４４とともに移動するため、弁体５０の温度を測定することは難しい。ＥＣＵ３０は、ステータ４２の温度Ｔ１、または吸気温度から得られる温度Ｔ３のうち低い方を弁体５０の温度Ｔｇとする。負圧の影響で吸気温度Ｔ２は低下しやすいため、サージタンク１７内の圧力などに応じた補正値を吸気温度Ｔ２に加算した温度Ｔ３を得る。このため弁体５０の温度Ｔｇの推定の精度が向上する。

例えば弁体５０の温度Ｔｇが低いほど、ＥＣＵ３０はヒータ５４による加熱時間を長くする。弁体５０の硬度を十分に低下させ、異音の発生を効果的に抑制することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０内燃機関
１２吸気通路
１３エアクリーナ
１４排気通路
１５、１８温度センサ
１６スロットルバルブ
１７サージタンク
２０燃料タンク
２２キャニスタ
２３、２５通路
２４パージ通路
３０ＥＣＵ
４０バルブ
４２ステータ
４３弁座
４４プランジャ
４６スプリング
４８ソレノイド
５０弁体
５２熱電対
５４ヒータ
１００蒸発燃料処理装置

Claims

燃料タンク内で発生する蒸発燃料を内燃機関の吸気通路に導入するパージ通路と、
前記パージ通路に設けられたバルブと、
加熱部と、
前記加熱部を制御する制御部と、を具備し、
前記バルブは、弁座と、前記弁座に対して移動可能なプランジャと、前記プランジャに設けられ前記弁座に当接するゴム製の弁体と、を有し、
前記制御部は前記内燃機関の温度および前記弁体の温度を取得し、前記内燃機関の温度が第１の温度以上、かつ前記弁体の温度が前記第１の温度より低い第２の温度以下の場合、前記加熱部により前記弁体を加熱する蒸発燃料処理装置。