JP2023085749A - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料タンクを保護しつつ、密閉弁の開弁によるタンク内圧の急激な低下を抑制する。【解決手段】蒸発燃料処理装置１１は、燃料タンク１４で発生した蒸発燃料をベーパ通路２２を介して吸着するキャニスタ２０と、ベーパ通路２２を流れる蒸発燃料の流量を調整可能な密閉弁３４と、燃料タンク１４のタンク内圧を検出するタンク内圧センサ３２と、密閉弁３４を制御するＥＣＵ３０と、を備える。ＥＣＵ３０は、エンジン１２の運転中に閉弁状態にある密閉弁３４を開弁する際に、タンク内圧センサ３２の検出情報に基づいて、タンク内圧が燃料タンク１４の耐圧力を超えないように、かつ、タンク内圧の低下速度が燃料タンク１４の燃料中にベーパが発生するタンク内圧の低下速度の閾値を超えないように、密閉弁３４を制御する。【選択図】図１

Description

本明細書に開示の技術は蒸発燃料処理装置に関する。詳しくは、自動車等の車両の燃料タンク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。

従来、燃料タンクで発生する蒸発燃料をキャニスタに吸着させ、その蒸発燃料をエンジンの運転中に吸気系へとパージさせる蒸発燃料処理装置が知られている。このような蒸発燃料処理装置が搭載されたエンジンでは、キャニスタから脱離する蒸発燃料量を考慮して、燃料噴射量や吸入空気量が制御される。

一方、近年では、走行用モータを主体的に使用して走行し、エンジンを補助的に使用するハイブリッド車両（ＰＨＥＶ，ＰＨＶ）が開発されている。このようなハイブリッド車両は、エンジンのみを動力源とする車両と比較してエンジンの作動時間が短く、キャニスタに吸着された蒸発燃料をパージする機会が少ない。そこで、燃料タンクとキャニスタとを接続するベーパ通路上に密閉弁を設け、燃料タンクの密閉状態をできるだけ長く維持する技術が提案されている。

特許文献１の蒸発燃料処理装置は、燃料タンクで発生した蒸発燃料をベーパ通路を介して吸着するキャニスタと、ベーパ通路を開閉する密閉弁（二位置切替弁）と、燃料タンクのタンク内圧を検出するタンク内圧センサと、密閉弁を制御する制御装置と、を備える。

特開２０１７－１１０５５９号公報

特許文献１によると、制御装置は、燃料タンクを保護するため、燃料タンクのタンク内圧が所定圧以上となった場合に密閉弁を開弁する。しかし、密閉弁として二位置切替弁が用いられているため、密閉弁が開弁されると同時に、タンク内圧が急激に低下する。すると、燃料タンクの気相部の非飽和化により、燃料の減圧沸騰によるベーパ（気泡）が発生し、燃料ポンプのベーパロックを招くことになる。

本明細書に開示の技術が解決しようとする課題は、燃料タンクを保護しつつ、密閉弁の開弁によるタンク内圧の急激な低下を抑制することにある。

上記課題を解決するため、本明細書が開示する技術は次の手段をとる。

第１の手段は、エンジンの燃料を貯留する燃料タンクで発生した蒸発燃料をベーパ通路を介して吸着するキャニスタと、前記ベーパ通路を流れる蒸発燃料の流量を調整可能な密閉弁と、前記燃料タンクのタンク内圧を検出するタンク内圧センサと、前記密閉弁を制御する制御装置と、を備えており、前記制御装置は、前記エンジンの運転中に、前記タンク内圧の上昇速度に基づいて前記密閉弁を開弁する際に、前記タンク内圧が該燃料タンクの耐圧力を超えないように、かつ、前記タンク内圧の低下速度が前記燃料タンクの燃料中にベーパが発生する低下速度の閾値を超えないように、前記密閉弁を制御する、蒸発燃料処理装置である。

第１の手段によると、エンジンの運転中に、タンク内圧の上昇速度に基づいて密閉弁を開弁する際に、燃料タンクのタンク内圧が燃料タンクの耐圧力を超えないため、燃料タンクを保護することができる。また、タンク内圧の低下速度が燃料タンクの燃料中にベーパが発生する低下速度の閾値を超えないため、密閉弁の開弁によるタンク内圧の急激な低下を抑制することができる。これにより、燃料タンクの燃料の減圧沸騰によるベーパの発生を抑制することができる。

第２の手段は、第１の手段の蒸発燃料処理装置であって、前記密閉弁は可変開度弁である、蒸発燃料処理装置である。

第２の手段によると、密閉弁としての可変開度弁により、ベーパ通路を流れる蒸発燃料の流量を調整することができる。

第３の手段は、第１の手段の蒸発燃料処理装置であって、前記密閉弁はデューティ制御弁である、蒸発燃料処理装置である。

第３の手段によると、密閉弁としてのデューティ制御弁により、ベーパ通路を流れる蒸発燃料の流量を調整することができる。

第４の手段は、第１～３のいずれか１つの手段の蒸発燃料処理装置であって、前記制御装置は、前記タンク内圧の低下速度と前記燃料タンクの燃料中にベーパが発生する低下速度の閾値との速度差が大きい場合に、前記タンク内圧の低下速度を速くするように前記密閉弁を制御する、である。

第４の手段によると、タンク内圧の低下速度と燃料タンクの燃料中にベーパが発生する低下速度の閾値との速度差が大きい場合に、制御装置がタンク内圧の低下速度を速くするように密閉弁を制御する。これにより、タンク内圧を効率良く低下させることができる。

本明細書に開示の技術によると、燃料タンクを保護しつつ、密閉弁の開弁によるタンク内圧の急激な低下を抑制することができる。

実施形態にかかるエンジンシステムを示す模式図である。 時間とタンク内圧との関係を示す特性図である。 密閉弁の制御例１にかかる時間と開閉動作との関係を示す特性図である。 密閉弁の制御例２にかかる時間と開閉動作との関係を示す特性図である。 密閉弁の制御例３にかかる時間と開閉動作との関係を示す特性図である。 変更例１にかかる時間とタンク内圧との関係を示す特性図である。 変更例２にかかる時間とタンク内圧との関係を示す特性図である。

以下、本明細書に開示の技術を実施するための一実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態の蒸発燃料処理装置は、自動車等の車両に搭載されるものである。

（エンジンシステム）
図１はエンジンシステムを示す模式図である。図１に示すように、エンジンシステム１０は、エンジン（内燃機関）１２、及び、エンジン１２の燃料を貯留する密閉状の燃料タンク１４を備える。燃料タンク１４内には、揮発性の高いガソリン等の燃料Ｆが貯留されている。

燃料タンク１４の底部には燃料ポンプ１６が設置されている。燃料ポンプ１６は、燃料タンク１４内の燃料Ｆを燃料供給通路１８を介してエンジン１２へ供給する。

（蒸発燃料処理装置１１）
蒸発燃料処理装置１１はエンジンシステム１０に含まれる。蒸発燃料処理装置１１は、燃料タンク１４で発生した蒸発燃料をキャニスタ２０に吸着し、キャニスタ２０内の蒸発燃料をエンジン１２の吸気系の負圧を利用してその吸気系にパージする。キャニスタ２０内には、蒸発燃料を吸着及び脱離可能な活性炭等の吸着材が充填されている。

キャニスタ２０と燃料タンク１４とは、ベーパ通路２２を介して接続されている。また、キャニスタ２０とエンジン１２の吸気系とは、パージ通路２４を介して接続されている。キャニスタ２０は、大気通路２６を介して大気に開放されている。パージ通路２４の途中には、そのパージ通路２４を開閉するパージ弁２８が設けられている。

燃料ポンプ１６及びパージ弁２８は、電子制御装置（ＥＣＵ）３０によって制御される。ＥＣＵ３０によって燃料ポンプ１６が駆動されると、燃料Ｆが燃料供給通路１８を介してエンジン１２に供給される。また、ＥＣＵ３０によって、エンジン１２の運転中にパージ弁２８が開弁されると、エンジン１２の吸気系の負圧がパージ通路２４を介してキャニスタ２０に作用し、キャニスタ２０内の蒸発燃料がエンジン１２の吸気系にパージされる。これにともない、大気通路２６から大気がキャニスタ２０内に導入される。

ＥＣＵ３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などを有する。ＲＯＭに所定の制御プログラムが予め記憶されており、ＣＰＵが、制御プログラムに基づいて各構成要素を所定のタイミングで制御操作したり演算処理する。ＥＣＵ３０は本明細書でいう「制御装置」に相当する。

燃料タンク１４には、気相部の圧力いわゆるタンク内圧を検出するタンク内圧センサ３２が設けられている。タンク内圧センサ３２による検出信号はＥＣＵ３０に入力される。

ベーパ通路２２の途中には、そのベーパ通路２２を流れる蒸発燃料の流量を調整可能な密閉弁３４が設けられている。密閉弁３４は、開度を多段階に調整可能なステップモータ式の開度可変弁である。密閉弁３４は、閉弁により燃料タンク１４を密閉状態に保持可能である。また、密閉弁３４は、通常、閉弁状態にあり、エンジン１２の運転中においてＥＣＵ３０によって制御される。

（ＥＣＵ３０による密閉弁３４の制御）
ＥＣＵ３０は、エンジン１２の運転中に、タンク内圧の上昇速度（増圧速度）に基づいて密閉弁３４を開弁する際に、タンク内圧が燃料タンク１４の耐圧力（許容圧力）を超えないように、かつ、タンク内圧の低下速度（減圧速度）が燃料タンク１４の燃料中にベーパが発生する低下速度の閾値を超えないように、密閉弁３４を制御する。なお、ＥＣＵ３０のメモリには、燃料タンク１４の燃料中にベーパが発生するタンク内圧の低下速度の閾値が記憶されている。また、タンク内圧の上昇速度及び低下速度は、ＥＣＵ３０によりタンク内圧センサ３２の検出結果に基づいて算出される。

（時間とタンク内圧との関係）
図２は時間とタンク内圧との関係を示す特性図である。図２中、線Ｌ１は、タンク内圧の上昇速度を示す特性線である。また、線Ｌ２は、密閉弁３４の開弁によるタンク内圧の低下速度を示す特性線である。図２に示すように、特性線Ｌ１が燃料タンク１４の耐圧力Ｐ１に達するか又は達する直前の時刻ｔ１で、ＥＣＵ３０は密閉弁３４の制御を開始することにより、タンク内圧が緩やかに低下する（図２中、特性線Ｌ２参照）。これにより、タンク内圧が燃料タンク１４の耐圧力を超えないため、燃料タンク１４を保護することができる。

また、図２に特性線Ｌ２で示すように、タンク内圧の低下速度が、燃料タンク１４の燃料中にベーパが発生する低下速度の閾値（図２中、線Ｌ３参照）を超えないように、密閉弁３４が制御される。すなわち、ベーパ通路２２を流れる蒸発燃料がキャニスタ２０へ緩やかに流れるように流量が調整される。なお、ベーパ通路２２を流れる蒸発燃料の流量調整にかかる密閉弁３４の制御については後述する。

ちなみに、図２において、線Ｌ４は、従来例にかかる二位置切替弁の開弁によるタンク内圧の低下速度を示す特性線である。特性線Ｌ４で示すように、二位置切替弁の開弁後、タンク内圧の低下速度が、燃料タンク１４の燃料中にベーパが発生するタンク内圧の低下速度の閾値（図２中、特性線Ｌ４に沿って付された二点鎖線Ｌ３参照）を超えている。このため、タンク内圧の急激な低下によって燃料の減圧沸騰によるベーパが発生する。

これに対し、本実施形態によると、特性線Ｌ２で示すように、タンク内圧の低下速度が、燃料タンク１４の燃料中にベーパが発生する低下速度の閾値（図２中、線Ｌ３参照）を超えないため、密閉弁３４の開弁によるタンク内圧の急激な低下を抑制することができる。これにより、燃料タンク１４の燃料の減圧沸騰によるベーパの発生を抑制することができる。

（ベーパ通路２２を流れる蒸発燃料の流量調整にかかる密閉弁３４の制御）
ＥＣＵ３０は、ベーパ通路２２を流れる蒸発燃料がキャニスタ２０へ緩やかに流れるように流量を調整するため、密閉弁３４を例えば制御例１～３に示すように制御する。

（密閉弁３４の制御例１）
図３は密閉弁の制御例１にかかる時間と開閉動作との関係を示す特性図である。図３に特性線で示すように、密閉弁３４は、所定の開弁制御時間Ｔ１の間に段階的に開弁したり閉弁したりする開閉動作を所定の回数（例えば４回半）繰り返す。

（密閉弁３４の制御例２）
図４は密閉弁の制御例２にかかる時間と開閉動作との関係を示す特性図である。図４に特性線で示すように、密閉弁３４は、所定の開弁制御時間Ｔ２の間に閉弁位置から開弁位置まで１０段階をもって徐々に開度を増加する。

（密閉弁３４の制御例３）
図５は密閉弁の制御例３にかかる時間と開閉動作との関係を示す特性図である。図５に特性線で示すように、密閉弁３４は、所定の開弁制御時間Ｔ３の間に閉弁位置から開弁位置まで５段階をもって徐々に開度を増加する。

なお、ＥＣＵ３０は、タンク内圧が所定圧力（例えば大気圧）まで低下した後、密閉弁３４を閉弁する。

（変更例１）
図６は変更例１にかかる時間とタンク内圧との関係を示す特性図である。図６に特性線Ｌ５で示すように、時刻ｔ１で密閉弁３４の開弁が開始された直後にタンク内圧が燃料タンク１４の耐圧力Ｐ１以上にオーバーシュートする場合が予想される。この場合、変更例１では、ＥＣＵ３０は、タンク内圧の上昇中（特性線Ｌ１参照）において、燃料タンク１４の耐圧力Ｐ１よりも低いタンク内圧Ｐ２の時刻ｔ２で開弁を開始する。これにより、図６に特性線Ｌ６で示すように、タンク内圧が燃料タンク１４の耐圧力Ｐ１を超えないようにすることができる。

（変更例２）
図７は変更例２にかかる時間とタンク内圧との関係を示す特性図である。図７に特性線Ｌ７で示すように、タンク内圧の上昇速度が速い場合がある。この場合、変更例２では、ＥＣＵ３０は、タンク内圧の上昇中（特性線Ｌ７参照）において、タンク内圧Ｐ２（図６参照）よりも更に低いタンク内圧Ｐ３の時刻ｔ３で開弁を開始する。これにより、図７に特性線Ｌ８で示すように、タンク内圧が燃料タンク１４の耐圧力Ｐ１を超えないようにすることができる。

また、タンク内圧の低下速度（図７中、特性線Ｌ８参照）と燃料タンク１４の燃料中にベーパが発生する低下速度の閾値（図７中、線Ｌ３参照）との速度差が大きい場合がある。この場合、ＥＣＵ３０は、タンク内圧の低下速度を速くするように密閉弁３４を制御する（図７中、特性線Ｌ９参照）。これにより、ベーパ通路２２を流れる蒸発燃料の流量が増加することで、タンク内圧を効率良く低下させることができる。

（実施形態の作用効果）
本実施形態によると、エンジン１２の運転中に、タンク内圧の上昇速度に基づいて密閉弁３４を開弁する際に、タンク内圧が燃料タンク１４の耐圧力を超えないため、燃料タンク１４を保護することができる。すなわち、燃料タンク１４の変形を抑制することができる。

また、タンク内圧の低下速度が燃料タンク１４の燃料中にベーパが発生する低下速度の閾値を超えないため、密閉弁３４の開弁によるタンク内圧の急激な低下を抑制することができる。これにより、燃料タンク１４の燃料の減圧沸騰によるベーパの発生を抑制することができる。ひいては、燃料ポンプ１６のベーパロックを防止することができる。

また、密閉弁３４としての可変開度弁により、ベーパ通路２２を流れる蒸発燃料の流量を調整することができる。

また、密閉弁３４は、可変開度弁に限らず、ＯＮ－ＯＦＦによる開閉時間がデューティ比で制御されるデューティ制御弁でもよい。この場合も、ＥＣＵ３０により、エンジン１２の運転中に、タンク内圧の上昇速度に基づいて密閉弁３４を開弁する際に、タンク内圧が燃料タンク１４の耐圧力を超えないように、かつ、タンク内圧の低下速度が燃料タンク１４の燃料中にベーパが発生する低下速度の閾値を超えないように、デューティ制御弁をデューティ制御すればよい。

また、タンク内圧の低下速度と燃料タンク１４の燃料中にベーパが発生する低下速度の閾値との速度差が大きい場合に、ＥＣＵ３０がタンク内圧の低下速度を速くするように密閉弁３４を制御する。これにより、タンク内圧を効率良く低下させることができる。

［他の実施形態］
本明細書に開示の技術は、前記した実施形態に限定されるものではなく、その他各種の形態で実施可能である。例えば、可変開度弁は、開度を多段階に調整可能なものに限らず、開度を無段階で調整可能な比例制御弁でもよい。また、ＥＣＵ３０は、密閉弁３４の開弁時期（タンク内圧又は開弁時刻）とベーパ通路２２を流れる蒸発燃料の流量との少なくとも一方を制御するものであればよい。

１１ 蒸発燃料処理装置
１２ エンジン
１４ 燃料タンク
２０ キャニスタ
２２ ベーパ通路
３０ ＥＣＵ（制御装置）
３２ タンク内圧センサ
３４ 密閉弁

Claims (4)

1. エンジンの燃料を貯留する燃料タンクで発生した蒸発燃料をベーパ通路を介して吸着するキャニスタと、
   前記ベーパ通路を流れる蒸発燃料の流量を調整可能な密閉弁と、
   前記燃料タンクのタンク内圧を検出するタンク内圧センサと、
   前記密閉弁を制御する制御装置と、
   を備えており、
   前記制御装置は、前記エンジンの運転中に、前記タンク内圧の上昇速度に基づいて前記密閉弁を開弁する際に、前記タンク内圧が該燃料タンクの耐圧力を超えないように、かつ、前記タンク内圧の低下速度が前記燃料タンクの燃料中にベーパが発生する低下速度の閾値を超えないように、前記密閉弁を制御する、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、
   前記密閉弁は可変開度弁である、蒸発燃料処理装置。
3. 請求項１に記載の蒸発燃料処理装置であって、
   前記密閉弁はデューティ制御弁である、蒸発燃料処理装置。
4. 請求項１～３のいずれか１つに記載の蒸発燃料処理装置であって、
   前記制御装置は、前記タンク内圧の低下速度と前記燃料タンクの燃料中にベーパが発生する低下速度の閾値との速度差が大きい場合に、前記タンク内圧の低下速度を速くするように前記密閉弁を制御する、蒸発燃料処理装置。

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