JP3589632B2

JP3589632B2 - 低エンジン吸気系真空用蒸発ガス排出装置

Info

Publication number: JP3589632B2
Application number: JP2000505416A
Authority: JP
Inventors: クック、ジョン、イー; バサト、マーレイ、エフ
Original assignee: ジーメンスブイディーオーオートモーチブインコーポレイテッド
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2018-07-28
Also published as: WO1999006688A1; AU8526898A; US6196202B1; DE69803390D1; DE69803390T2; JP2001512211A; EP1000237A1; EP1000237B1

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、広義の概念で言えば、自動車燃料系の蒸発ガス排出制御装置に係り、とりわけエンジン吸込み真空にもっぱら依存することのないエンジンに燃料蒸気をパージするための蒸発ガス排出制御装置に関するものである。
【０００２】
（発明の背景）
自動車に動力を供給する内燃エンジンの燃料系用の公知の蒸発ガス排出制御装置は、揮発性燃料蒸気を収容する蒸発ガス収容空間と、燃料蒸気が蒸発ガス収容空間から燃焼のためにエンジン吸気系にパージされるパージ弁とを有する。蒸発ガス収容空間は、エンジン用の揮発性液体燃料供給源を収容する燃料タンクの頂部空間と、タンク頂部空間を大気に通気するために組合わされた燃料蒸気収集缶（カニスタ：たとえば、木炭缶）を有する。
【０００３】
パージ弁は、状態がパージに適する状態で開成され、蒸発ガス収容空間をエンジン吸気系に連通させる。タンク頂部空間の大気への連通は、タンク頂部空間の圧力を大気近くに維持する。開成されたパージ弁を通って連通される吸気系真空は、蒸発ガス収容空間に存在するガス（燃料蒸気と空気の混合物）をパージ弁を通して吸気系内に吸込む。そこでパージ流がエンジン内への吸気流に加わり、最終的にエンジン内の燃焼によって処分される。公知のパージ弁は、種々の運転状態に対してパージ弁を適切量だけ開放して、それにより所望のパージ流を発生するために、エンジン管理コンピュータによって発生される制御信号を受信する電気アクチュエータを有する。
【０００４】
蒸発ガス排出制御装置が蒸発ガス収容空間から燃料蒸気を吸込むために吸気系の真空にのみ依存するため、真空の強さはパージ流量に直接影響する。真空の強さが大きいと、エンジン管理コンピュータは真空の変化を補償するためパージ弁を調節可能である。しかしながら、吸気系真空が種々の要因によって定まる閾値未満に低下するとき、蒸発ガス収容空間と吸気系との間には、必要なパージ流を発生させる上で不十分な圧力差しか存在しない。
【０００５】
（発明が解決しようとする課題）
或る自動車の内燃エンジンは、約３３・８６ｋＰａ（水銀柱１０インチ）から約６７・７３ｋＰａ（水銀柱２０インチ）に亘る、公称吸気系真空を発生する。そのようなエンジンに使用されるパージ弁は、そのような範囲に対して設計される。しかしながら、一つまたはそれ以上の理由のため、特殊なエンジンにおける実際の吸気系真空について、その公称範囲を示すことはできないだろう。その特性は、所望のパージ流を発生する上で不十分な圧力差しか存在しないため、蒸発ガス排出制御装置の作動を弱める。高圧ガソリン燃料を直接噴射するエンジンは、他のエンジンの公称吸気系真空範囲よりも、大気圧に近い公称真空範囲を示すだろう。
【０００６】
ＵＳ−Ａ−５２７３０２０号明細書は、燃料蒸気収集缶、蒸気収集缶からパージされた燃料蒸気のパージ流量を制御するためのパージ制御弁、缶を大気圧力の空気入口ポートに連結するパージ空気吸込み通路、加圧空気をパージ空気誘導通路を通して缶に供給するための空気ポンプ、エンジンの吸気系における負圧を検出するための圧力センサ、およびパージ空気制御ユニットを有する自動車エンジン用燃料蒸気パージ方式を開示している。エンジン運転中、蒸気は負圧に従ってパージされる。しかしながら、負圧が所定の閾値未満に低下するとき、パージ空気制御ユニットは、エンジン運転中所望のパージ流量を維持するため、加圧空気を空気ポンプから缶に指向する。
【０００７】
ＤＥ−Ａ−４３１６３９２号明細書は、燃焼エンジンに対する揮発性燃料の成分を計量する方式を開示している。その方式は、燃料タンクに、計量弁を介して大気に、そしてポンプに連結される、活性木炭フィルタを備えた貯蔵ユニットを有する。別の計量弁がポンプをエンジンの入口通路に連結している。制御装置が、エンジン運転状態および貯蔵ユニットの負荷状態に関するデータを受信するため接続され、ポンプおよび計量弁を制御して、エンジン運転状態に従ってエンジン入口への貯蔵ユニット内に収集される成分を計量するため作動する。
【０００８】
（発明の概要）
本発明は、蒸発ガス収容空間と吸気系との間の圧力差が、必要なパージ流を得るには不十分になる閾値未満に、吸気系真空が低下する時でも、必要な蒸気パージ流を発生させることのできる蒸発ガス排出制御装置に関するものである。したがって、本発明は、一般のエンジン吸気系真空に関わりなく、適当なパージ流を発生可能な蒸発ガス排出制御装置を提供する。
【０００９】
本発明の一観点によれば、蒸発ガス収容空間に対する蒸発ガス排出制御装置であって、前記蒸発ガス排出制御装置は、燃料蒸気が収容空間から内燃エンジン吸気系にパージされるパージ流路、パージ流路に設置され流通するパージ流を制御するためのパージ弁、およびパージ通路を通るパージ弁によって得られるパージ流を増大するための電気的に制御される装置を有する蒸発ガス排出制御装置において、蒸発ガス排出制御装置がさらに、パージ弁を横切る圧力差を感知するためのまた前記圧力差を示す出力信号を発生するための差圧センサを有すること、および電気的に制御される装置がパージ流を増大するため差圧センサからの出力信号に従って制御されることを特徴とする前記蒸発ガス排出制御装置が得られる。
【００１０】
電気的に制御される装置は、蒸発ガス収容空間とパージ弁との間のパージ流路に設置され、蒸発ガス収容空間に連結された入口およびパージ弁に連結された出口を有する。電気的に制御される装置は、パージ流路内の圧力を増大するため配置されている。
電気的に制御される装置が、パージ弁を通るパージ流を増大するための圧力発生状態とパージ流路を通る双方向流を可能にする非圧力発生状態との間で選択的に作動しうる電気的に制御される原動機であることが好適である。電気的に制御される原動機は、電動機駆動送風機を有し、圧力発生状態および非圧力発生状態はそれぞれ“オン”および“オフ”状態である。
【００１１】
蒸発ガス排出制御装置はさらに、蒸気吸収媒体によって分離された燃料蒸気領域と清浄空気領域を備えた缶を有する。
電気的制御器は、電気的に制御される装置およびパージ弁の作動を制御するため入力データを処理するために設けることができる。パージ弁はパージ弁機構を作動してパージ流を制御するために電気的制御器によって制御される電気的アクチュエータを有し、またパージ弁機構の実際の作動を示すフィードバック信号を電気的制御器に伝達するためのセンサを有し、フィードバック信号はパージ弁機構を横切る実際の圧力差を示す。
【００１２】
本発明の別の観点によれば、自動車に動力を供給するための内燃エンジン、エンジンに対する揮発性燃料の供給源を保持するためのタンク、およびタンク内の燃料の蒸発から生ずる燃料蒸気を収容しかつ処理するための蒸発ガス排出制御装置を有する自動車であって、前記蒸発ガス排出制御装置は、収容された燃料蒸気が処理のためエンジンにパージされるパージ流路、パージ流路内に設置され流通するパージ流を制御するパージ弁、パージ物通路を通るパージ弁によって得られるパージ流を増大させるための電気的に制御される装置を有する前記自動車において、蒸発ガス排出制御装置がさらにパージ弁を横切る圧力差を感知するためのまた前記圧力差を示す出力信号を発生するための差圧センサを有すること、および電気的に制御される装置がパージ流を差圧センサからの出力信号に従って制御されることを特徴とする前記自動車が得られる。
自動車はさらに、差圧センサから出力信号を受信するための、またそれに従って電気的に制御される装置の作動を制御するための電気的制御器を有する。パージ弁は、その実際の作動を示すフィードバック信号を電気的制御器に伝達するためのセンサを有する。
【００１３】
本発明の別の観点によれば、蒸発ガス収容空間から、パージ弁を通り、内燃エンジンの吸気部まで延びるパージ流通路を通る揮発性燃料蒸気のパージを正確に制御することを可能にする方法であって、前記方法がパージ弁によって制御されるパージ物通路を通るパージ流を増大させる状態を作るために電気的に制御される装置を作動することを含む前記方法において、前記方法がさらにパージ弁を横切る圧力差を感知する段階、感知した圧力差を示す出力信号を発生する段階、および電気的に制御される装置の作動を制御するため出力信号を使用する段階を含むことを特徴とする前記方法が得られる。
前記方法はさらに、パージ弁が実際に開いている程度を感知する段階、および、電気的に制御される装置の作動を制御するためその結果を利用することの各段階を含む。
【００１４】
本明細書に添付されかつその一部を構成する図面は、本発明の現在において好適な一つまたはそれ以上の実施例を含み、上記の一般的説明および下記の詳細な説明とともに、本発明を実施するために考えられる最善の態様によって本発明の原理を開示するのに役立つ。
【００１５】
（好適実施例の説明）
図１は、自動車に動力を供給する内燃エンジン１２に設けられた、本発明の原理を具体化する例示的蒸発排出物制御装置１０を示す。エンジン１２は、吸気マニホルドを有する型の吸気系１２ｉ、および排気マニホルドを有する型の排気系１２ｅを有する。エンジン１２の燃料系は、揮発性液体燃料の供給源を保持するためのタンク１４を有する。
【００１６】
蒸発ガス排出制御装置１０は、蒸気収集缶（木炭缶）１６および排出弁１８を有する。缶１６の図示された特殊な構造は、タンクポート１６ｔ、大気通気ポート１６ｖ、および排出ポート１６ｐを有する。缶１６内には、缶内部を燃料蒸気領域１６ｆおよび清浄空気領域１６ａに分割する蒸気吸収媒体１６ｍが設けられている。媒体１６ｍは、一方のポート１６ｖと他方のポート１６ｐおよび１６ｔとの間の燃料蒸気障壁を形成している。燃料蒸気でない空気は媒体１６ｍを通過できる。
【００１７】
パージ弁１８は入口ポート１８ｉ、出口ポート１８ｏおよび二つのポート間の弁機構を有する。米国特許第５５１４０６号明細書に記載されるがごときパージ弁がパージ弁１８に適する。パージ弁は、弁機構の実際の位置を感知して、弁が開いている程度を発信するための一体のセンサ１８ｓを有する、線形ソレノイド作動弁である。
【００１８】
燃料タンク１４の頂部空間は、導管２０によってカニスタ１６のタンクポート１６ｔに連通している。別の導管２２が、出口ポート１８ｏをエンジン吸気系１２ｉに連通している。導管およびパージ流路を形成する通路は、蒸発ガス排出制御装置１０がパージ流を導入するため吸気系真空にもっぱら依存するときよりも、いくぶん大きい公称直径を有する。公称１２ｍｍの直径は、或る種のエンジンに適すると考えられる。
【００１９】
本発明の原理によれば、蒸発ガス排出制御装置１０は、さらに、電動機駆動遠心送風機２４および差圧センサ２６を有する。送風機２４は、入口２４ｉおよび出口２４ｏを有する。センサ２６は、入口ポート１８ｉに連通する第１感知ポート２６ａおよび出口ポート１８ｏに連通した第２感知ポート２６ｂを有し、それによりセンサが、弁機構を横切る実際の圧力差を感知することを可能にする、差圧感知入力を生ずる。導管２８は、缶排出ポート１６ｐを送風機入口ポート２４ｉに、また導管３０は、送風機出口ポート２４ｏをパージ弁入口ポート１８ｉに連通している。送風機２４は、ＵＳ−Ａ−５８１７９２５号明細書に記載された、電動機駆動遠心インペラのような装置とすることができる。
【００２０】
図２は、その送風機に対してプロットされた特性グラフを示す。他の単段または多段装置も使用可能であると考える。一般に、そのような装置に対する最小の細目は、所定の質量流に対して約２５ミリバールの圧力を有効に発生する能力があると考えられる。
【００２１】
エンジン管理コンピュータ（ＥＭＣ）３２は、エンジン１２の運転に関連する或る機能の制御に関連する種々のデータ入力３４を受信する。ＥＭＣ３２の仕事の一つは、排出弁１８の動作を制御することである。ＥＭＣ３２は、排出弁制御信号を発生するため排出弁１８の制御に関連する選択されたデータ変数を処理するための、アルゴリズムによってプログラムされる集中処理ユニット（ＣＰＵ）を有する。この信号は、回路ＰＷＭによるパルス幅変調信号に変換され、その信号の出力レベルは、排出弁１８の電気的アクチュエータにブーストされた信号を伝達する駆動回路によってブーストされる。排出（パージ）可能な状態にある間に、主としてタンク１４の頂部空間と缶１６によって共働して画定される蒸発排出物収容空間に存在する燃料蒸気は、導管２８、送風機２４、導管３０、排出弁１８および導管２２を含む排出流通路を通ってエンジン吸気系１２ｉに排出される。蒸発ガス排出制御装置１０用のそのような制御方式はエンジン管理コンピュータの介在を利用しているが、必要に応じて専用の制御装置が使用可能であると考えられる。
【００２２】
排出（パージ）可能な状態にある時、吸気系真空における十分な強さの存在は、装置１０が送風機２４を作動することなしに作用できるようになるであろう。センサ１８ｓおよび２６は、それぞれ信号をフイードバツクとしてＥＭＣ３２に伝達する。ＥＭＣ３２はこれらの信号、および、パージ弁１８の制御を実施する他の信号を処理する。送風機２４は、アイドリングにおいて、本質的に制限されない双方向流通路を形成し、したがって本質的にパージ流に対して効果を奏しない。
【００２３】
吸気系真空が、フイードバツク信号の一方または両方からＥＭＣ３２によって感知可能な、或る閾値未満に低下するとすると、ＥＭＣ３２は直流電流を送風機モータに供給させることによって送風機２４を作動する。送風機２４は、蒸発ガス収容空間と排出弁との間のパージ流通路内における圧力上昇を作るために作動する。送風機は、パージ弁１８を横切って所望の圧力差を作るためにＥＭＣ３２によって指示された速度で作動する。パージ弁１８の作動は、作動状態を行き渡らせるため所望のパージ流を発生するため送風機の作動に対して調整される。状態が変化するとき、ＥＭＣ３４はパージ弁１８および送風機２４の一方または両方の作動を適当に調節する。パージ弁の所定の開放量に対して、パージ流は弁を横切る圧力差の関数である。吸気系真空の変化は送風機２４の作動速度を変化し、それにより送風機によって発生されるブースト圧力を変化することによって補償することができる
【００２４】
本発明の原理は、図１に特に示されたもの以外の構造によって実施可能である。送風機２４は蒸発ガス収容空間とパージ弁との間に配置されるよりもむしろ、その出口はカニスタ通気孔１６ｖに連通する。したがって燃料蒸気は、そこを通過しなければならないことはない。送風機２４に対して提案された装置を備えるよりも、自動車に現存する装置を使用可能である。そのような装置は、二次空気ポンプまたは気化パージ物漏洩検出ポンプとすることができる。
【００２５】
本発明が、添付の請求項の記載範囲において種々の形式で実施可能であるため、本発明の特殊な例示的実施例を記載するため使用される特殊な用語および文節は、そのような使用のため本発明の範囲を必然的に限定することを意図していない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を具体化する例示的自動車蒸発排出物制御方式の全体的略線図。
【図２】或る原理を説明するのに有用な例示的なプロットされたグラフ。

Claims

蒸発ガス収容空間用蒸発ガス排出制御装置（１０）であって、
蒸発ガス収容空間（１４，１６ｆ，２０）と、内燃エンジン（１２）の吸気系（１２ｉ）との間で連結される構成の燃料蒸気のパージ流路（２２，２８，３０）、
前記パージ流路（２２，２８，３０）内に設置され流通するパージ流を制御するために作動しうるパージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）、および
前記パージ流路（２２，２８，３０）を通るパージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）によって得られるパージ流を増大させるための電気的に制御される装置（２４，２４ｉ，２４ｏ）を有する前記蒸発ガス排出制御装置において、
前記蒸発ガス排出制御装置（１０）が、さらにパージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）を横切る圧力差を感知するための、また前記圧力差を示す出力信号を発生するための差圧センサ（２６，２６ａ，２６ｂ）を有すること、および電気的に制御される装置（２４，２４ｉ，２４ｏ）が、パージ流を増大させるために差圧センサ（２６，２６ａ，２６ｂ）からの出力信号に従って制御されることを特徴とする蒸発ガス排出制御装置（１０）。
電気的に制御される装置（２４，２４ｉ，２４ｏ）が、蒸発ガス収容空間（１４，１６ｆ，２０）とパージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）との間のパージ流路（２２，２８，３０）に設置されている請求項１に記載された蒸発ガス排出制御装置。
電気的に制御される装置（２４，２４ｉ，２４ｏ）が、蒸発ガス収容空間（１４，１６ｆ，２０）に連結された入口（２４ｉ）と、パージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）に連結された出口（２４ｏ）とを有する請求項２に記載された蒸発ガス排出制御装置。
電気的に制御される装置（２４，２４ｉ，２４ｏ）が、パージ流路（２２，２８，３０）における圧力上昇を作るために配置されている請求項２または請求項３に記載された蒸発ガス排出制御装置。
電気的に制御される装置（２４，２４ｉ，２４ｏ）が、パージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）を通るパージ流を増大させるための圧力発生状態とパージ流路（２２，２８，３０）を通る二方向流を可能にする非圧力発生状態との間で選択的に作動しうる電気的に制御される原動機を有する請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載された蒸発ガス排出制御装置。
電気的に制御される原動機が、電動機駆動送風機を有し、圧力発生状態および非圧力発生状態がそれぞれ“オン”および“オフ”状態である請求項５に記載された蒸発ガス排出制御装置。
蒸気吸収媒体（１６ｍ）によって分離される燃料蒸気領域（１６ｆ）および清浄空気領域（１６ａ）を備えた缶（１６）をさらに有し、燃料蒸気領域が蒸発ガス収容空間（１４，１６ｆ，２０）の一部をなす請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載された蒸発ガス排出制御装置。
電気的に制御される装置（２４，２４ｉ，２４ｏ）およびパージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）の作動を制御するため入力データを処理するための電気的制御器（３２）を有する請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載された蒸発ガス排出制御装置。
パージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）が、パージ弁機構を作動してパージ流を制御するために電気的制御器（３２）によって制御される電気的アクチュエータを有する請求項８に記載された蒸発ガス排出制御装置。
パージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）が、パージ弁機構の実際の作動を示すフィードバック信号を電気的制御器（３２）に伝達するためのセンサ（１８ｓ）を有する請求項９に記載された蒸発ガス排出制御装置。
フィードバック信号がパージ弁機構を横切る実際の圧力差を示す請求項１０に記載された蒸発ガス排出制御装置。
自動車に動力を伝達するための内燃エンジン（１２，１２ｉ，１２ｅ）、
エンジン（１２，１２ｉ，１２ｅ）用の揮発性燃料源を保持するためのタンク（１４）、および
タンク（１４）内の燃料の蒸発から生ずる燃料蒸気を収容しかつ処理するための蒸発ガス排出制御装置（１０）を有する自動車であって、
前記蒸発ガス排出制御装置（１０）は、
収容された燃料蒸気が処理のためエンジン（１２，１２ｉ，１２ｅ）にパージされるパージ流路（２２，２８，３０）、
パージ流路（２２，２８，３０）内に設置され流通するパージ流を制御するため作動しうるパージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）、および
パージ流路（２２，２８，３０）を通るパージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）によって得られるパージ流を増大させるための電気的に制御される装置（２４，２４ｉ，２４ｏ）を有する前記自動車において、
蒸発ガス排出制御装置（１０）が、パージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）を横切る圧力差を感知するためのまた前記圧力差を示す出力信号を発生するための差圧センサ（２６，２６ａ，２６ｂ）を有すること、および電気的に制御される装置（２４，２４ｉ，２４ｏ）がパージ流を増大するため差圧センサ（２６，２６ａ，２６ｂ）からの出力信号に従って制御されることを特徴とする自動車。
差圧センサ（２６，２６ａ，２６ｂ）からの出力信号を受信するための、またそれに従って電気的に制御される装置（２４，２４ｉ，２４ｏ）の作動を制御するための電気的制御器（３２）をさらに有する請求項１２に記載された自動車。
パージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）が、その実際の作動を示すフィードバック信号を電気的制御器（３２）に伝達するためのセンサ（１８ａ）を有する請求項１３に記載された自動車。
パージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）が、蒸発ガス収容空間から、パージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）を通って内燃エンジン（１２）のエンジン吸気部（１２ｉ）まで延びるパージ流路（２２，２８，３０）を通る揮発性燃料蒸気のパージを正確に制御することを可能にする方法であって、前記方法が、
パージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）によって制御されるパージ流路（２２，２８，３０）を通るパージ流を増大するため電気的に制御される装置（２４，２４ｉ，２４ｏ）を作動することを含む前記方法において、
パージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）を横切る圧力差を感知すること、感知した圧力差を示す出力信号を発生すること、および電気的に制御される装置（２４，２４ｉ，２４ｏ）の作動を制御するため出力信号を使用することをさらに含むことを特徴とする前記方法。
パージ弁（１８，１８ｉ，１８ｏ，１８ｓ）が実際に開いている程度を感知すること、および電気的に制御される装置（２４，２４ｉ，２４ｏ）の作動を制御するために、その結果を使用することをさらに含む請求項１５に記載された方法。