JP3880685B2 - 内燃機関の蒸発燃料放出防止装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の蒸発燃料放出防止装置に関し、特に、蒸発燃料通路を介して燃料タンクを内燃機関の吸気管に接続した内燃機関の蒸発燃料放出防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載された燃料タンク内の蒸発燃料が外気中に放出するのを防止するために燃料タンクを蒸発燃料通路を介して内燃機関の吸気管に接続し、内燃機関の作動時に内燃機関で燃焼させる技術が知られている。この従来の技術においては、内燃機関の作動時に燃料タンク内を過度に負圧にして、燃料タンク内を内燃機関の作動時はもとより内燃機関の停止後も負圧に保持することにより、給油のためにフィラーキャップを開けても燃料タンク内の蒸発燃料が外気に放出するのを防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術において、通常、内燃機関は車両の前部に配置されていると共に、燃料タンクは車両の後部に配置されているので、蒸発燃料通路はその長さが長いものとなり、燃料タンク内で発生した蒸発燃料が内燃機関の吸気管の負圧により蒸発燃料通路を通って吸引される途中で冷えて液化し、その液化した燃料が直接吸気管に入り、内燃機関の空燃比が急激に変化して排気エミッション特性及び運転性に影響を及ぼすという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、蒸発燃料通路を介して内燃機関の吸気管に液化した燃料が入ることによって内燃機関の空燃比が急激に変化するのを防止することができる内燃機関の蒸発燃料放出防止装置を提供することにある。
【０００５】
【問題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために、請求項１の内燃機関の蒸発燃料放出防止装置は、燃料タンクと内燃機関の吸気系とを接続する蒸発燃料通路と、該蒸発燃料通路の途中に設けられ、該蒸発燃料通路を開閉する制御弁と、前記燃料タンクの内圧が負圧になるように前記制御弁の開度を制御する制御手段と、前記蒸発燃料通路の途中に気液分離装置とを有する内燃機関の蒸発燃料放出防止装置であって、前記吸気系内の内圧を検出する第１の圧力センサと、前記燃料タンクの内圧を検出する第２の圧力センサとを有し、前記制御手段は、前記第１の圧力センサによって検出された前記吸気系内の内圧値が前記第２の圧力センサによって検出された前記燃料タンクの内圧値よりも大きいときに、前記制御弁を所定時間開成し、前記気液分離装置は、頂部及び底部を有する密閉容器と、前記燃料タンク側の前記蒸発燃料通路の第１の端部と、前記内燃機関の吸気系側の前記蒸発燃料通路の第２の端部とを備え、前記第１の端部は前記密閉容器内において前記底部の近傍で開口し、前記第２の端部は前記密閉容器内において前記頂部の近傍で開口することを特徴とする。
【０００６】
この構成により、たとえ燃料タンク内で発生した蒸発燃料が蒸発燃料通路を経由して内燃機関の吸気系に導かれるときに冷えて液化したとしても、蒸発燃料通路の途中に設けられた気液分離装置により該液化した燃料を捕捉することができ、内燃機関の吸気管に液化した燃料が入ることによって内燃機関の空燃比が急激に変化するのを防止することができ、さらに、制御手段が制御弁を所定時間開成したときに、気液分離装置内に捕捉されている液化燃料を、燃料タンクの内圧より大きい吸気系内の内圧により燃料タンクに押し戻すことができる。
【０００９】
請求項２の内燃機関の蒸発燃料放出防止装置は、請求項１の内燃機関の蒸発燃料放出防止装置において、前記制御弁が開成する所定時間は、前記燃料タンクの内圧値に対する前記吸気系内の内圧値の比に応じて決定されることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、制御弁が開成する所定時間、即ち、気液分離装置内に捕捉された液化燃料を押し戻すと共に負圧化された燃料タンクに吸気系の内圧を導く時間を燃料タンクの内圧値に対する吸気系内の内圧値の比に応じて設定することができ、気液分離装置内に捕捉された液化燃料を確実に燃料タンクに押すと共に燃料タンク内の内圧値を適切に保持することができる。
【００１１】
制御弁が開成する所定時間は、燃料タンクの内圧値に対する吸気系内の内圧値の比が増大するほど短くなるように設定されるのが好ましい。ただし、この場合、これらの内圧値は絶対圧である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態に係る内燃機関の蒸発燃料放出防止装置の構成を示す全体構成図である。同図において、１は例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）であり、エンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。また、スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット（以下（ＥＣＵ）という）５に供給する。
【００１４】
燃料噴射弁６は、吸気管２の途中であってエンジン１とスロットル弁３との間の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられている。また、各燃料噴射弁６は燃料供給管７を介して密閉構造の燃料タンク９に接続しており、燃料供給管７の途中には燃料ポンプ８が設けられている。燃料タンク９は給油のための給油口１０を有しており、給油口１０にはフィラーキャップ１１が取付けられている。
【００１５】
燃料噴射弁６はＥＣＵ５に電気的に接続され、該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射の開弁時期が制御される。
【００１６】
吸気管２の前記スロットル弁３の下流側には吸気管絶対圧ＰＢＡを検出する第１の圧力センサとしての吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ１３、及び外気温としての吸気温ＴＡを検出する吸気温（ＴＡ）センサ１４が装着されている。また、燃料タンク９には、燃料タンク９のタンク内圧（絶対圧）Ｐｔを検出する第２の圧力センサとしてのタンク内圧（Ｐｔ）センサ１５と、燃料タンク９内の燃料の温度Ｔｇを検出する燃料温度（Ｔｇ）センサ１６とがそれぞれ設けられている。またこれらのセンサ１３〜１６の検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００１７】
次に燃料タンク９、蒸発燃料通路２０等から構成される蒸発燃料放出抑止系３１について説明する。
【００１８】
燃料タンク９は蒸発燃料通路２０を介して吸気管２のスロットル弁３の下流側に接続されており、蒸発燃料通路２０の途中には蒸発燃料通路２０を開閉するタンク圧制御弁３０が設けられている。制御弁３０は、その制御信号のオン−オフデューティ比を変更することにより燃料タンク９内で発生する蒸発燃料の流量を制御するように構成された電磁弁であり、制御弁３０の作動はＥＣＵ５により制御される。なお、制御弁３０はその開度をリニアに変更可能な電磁弁を使用してもよい。
【００１９】
蒸発燃料通路２０と燃料タンク９の接続部には、カットオフ弁２１が設けられている。カットオフ弁２１は、燃料タンク９の満タン状態のときや燃料タンク９の傾きが増加したとき閉弁するフロート弁である。
【００２０】
制御弁３０とカットオフ弁２１の間において蒸発燃料通路２０の途中には気液分離装置２２が設けられている。
【００２１】
図２は気液分離装置２２の構造を示す。気液分離装置２２は、上部が開口した箱型の容器２３と、容器２３の開口部を閉鎖すべく容器２３にボルト等で固定された蓋２４とからなる密閉容器として構成されている。蓋２４には、吸気管２からの蒸発燃料通路２０の端部２５が貫通しており、この端部２５は、蓋２４の近傍直下で終端している。また、蓋２４には、燃料タンク９からの蒸発燃料通路２０の端部２６が貫通しており、その端部２６は容器２３の底部の近傍、即ち底部から１０ｍｍの高さで終端している。これにより、燃料タンク９内で発生した蒸発燃料がエンジン１の吸気管２の負圧により蒸発燃料通路２０を通って吸引される途中で冷えて液化しても、その液化した燃料は蒸発燃料通路２０の端部２６から気液分離装置２２の容器２３内を経由して蒸発燃料通路２０の端部２５に移送される際に、容器２３内に比重差により捕捉される。液化しなかった蒸発燃料は端部２５を介して蒸発燃料通路２０を通ってエンジン１の吸気管２に供給される。容器２３内に溜まった燃料の液面が端部２６よりも上昇したときは、端部２６から出てくる液化した燃料が霧状であったとしても容器２３内に溜まった燃料内で確実に捕捉される。
【００２２】
気液分離装置２２は、蒸発燃料通路２０内の液化燃料を捕捉するという観点から、吸気管２の近くであるエンジンルーム内に設置する。また、制御弁３０は、気液分離装置２２と燃料タンク９の間において蒸発燃料通路２０の途中に設けられてもよい。
【００２３】
図１のＥＣＵ５は各種センサ等からの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段、燃料噴射弁６や制御弁３０に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
【００２４】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、θＴＨセンサ３、ＰＢＡセンサ１３等の各種センサの出力信号に応じてエンジン１に供給する燃料量制御等を行う。該燃料量制御は本発明の主題ではないので説明を省略する。
【００２５】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、上述のＴｇセンサ１６、Ｐｔセンサ１５等の出力信号に応じて図３の処理に基づいて制御弁３０の開度を決定する。図３は、本発明の実施の形態に係る蒸発燃料放出防止装置における蒸発燃料放出防止の制御処理を行うプログラムを示す。
【００２６】
まず、ステップＳ１で、エンジン１のクランキングを検知する等によりエンジン１が作動中であるか否かを判別し、エンジン１が作動中であれば、ＰＢＡセンサ１３により吸気管内絶対圧ＰＢＡを検出し（ステップＳ２）、次いで、Ｐｔセンサ１５により燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔを絶対圧（ｍｍＨｇ）として検出する（ステップＳ３）。次いで、ステップＳ４で、吸気管内絶対圧ＰＢＡがタンク内圧Ｐｔより大きいか否かを判別する。
【００２７】
次いで、ステップＳ４で、ＰＢＡ＞Ｐｔである場合は、後述する図４のマップにより、比ＰＢＡ／Ｐｔに応じて制御弁３０の開弁時間ｔを検索する（ステップ５）。次に、ステップＳ６では、ステップＳ５で検索された所定時間ｔだけ制御弁３０を全開した後、ステップＳ７で制御弁３０を全閉し、本処理を終了する。図５に、制御弁３０が所定時間ｔの間全開する様子を示す。
【００２８】
一方、ステップＳ１で、エンジン１が停止中のときは、直ちにステップＳ７に進み、ＥＣＵ５のＣＰＵは後述する目標圧力値Ｐｏに制御された燃料タンク９内の負圧を保持するために制御弁３０を閉成して、本処理を終了する。
【００２９】
ステップＳ１〜Ｓ７の処理により、吸気管内圧力ＰＢＡがタンク内圧Ｐｔより大きい場合に制御弁３０を所定時間開成することにより気液分離装置２２の容器２３内に溜まった燃料を燃料タンク９に押し戻すことができる。
【００３０】
以下、図４のマップを説明する。図４は、制御弁３０が全開する所定時間ｔを決定するマップである。図４において、横軸は、タンク内圧Ｐｔに対する吸気管内絶対圧ＰＢＡの比ＰＢＡ／Ｐｔであり、縦軸は所定時間ｔ（ｓｅｃ）である。ＰＢＡ／Ｐｔが１．０のときは、所定時間ｔは２秒であり、ＰＢＡ／ＰＴが１．０以上のときはＰＢＡ／Ｐｔが増大するほど所定時間ｔが小さくなり、比ＰＢＴ／Ｐｔが３．０のとき所定時間ｔが０となるように設定されている。なお、ＰＢＴ≦１．０ではｔ＝０である。
【００３１】
図３に戻り、ステップＳ４で、ＰＢＡ≦Ｐｔである場合は、燃料タンク９を過度に負圧に調節する以下のステップＳ８からＳ１２の処理を行う。まず、ステップＳ８に進み、エンジン１が燃料カット中であるか否かを判別し、燃料カット中でなければ、吸気官２内の負圧が維持できると判断して、Ｔｇセンサ１５により燃料温度Ｔｇを検出し（ステップＳ９）、さらに、後述する燃料タンク９内の目標圧力値（絶対圧）Ｐｏ（ｍｍＨｇ）の設定方法に基づいて燃料タンク９内の目標圧力値Ｐｏを算出する（ステップＳ１０）。この際、前記目標圧力値Ｐｏは、エンジン１の停止後も燃料タンク９内の負圧が保持できるように、予測される燃料タンク９内のタンク圧力上昇分を見込んだ過度に負圧化された値に設定される。
【００３２】
上記予測され得る燃料タンク９内のタンク内圧上昇の要因としては、燃料タンク９内の燃料のその温度における保有熱量により燃料に含まれる成分のうち燃料温度よりも低い温度で蒸発する成分が蒸発することと、外気温の上昇による燃料タンク９内の燃料の温度上昇により上記と同様に燃料の一部が蒸発することが挙げられる。
【００３３】
次に、ステップＳ３で検出した燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔと上記目標圧力値Ｐｏとの差ΔＰを算出し（ステップＳ１１）、前記差ΔＰが０になるように制御弁３０の開度を制御して（ステップＳ１２）、本処理を終了する。
【００３４】
ステップＳ８〜Ｓ１２の処理により、エンジン１の作動中において、制御弁３０の開度を制御することにより吸気管２内の負圧を燃料タンク９内に作用させて、燃料タンク９内を前記所定の目標圧力値Ｐｏに保持する。その結果、エンジン１の作動中はもとより停止後も燃料タンク９内は負圧に保持され、給油のためフィラーキャップ１１を開けても燃料タンク９内の蒸発燃料が外気に放出するのを防止することができる。
【００３５】
以下、図３のステップＳ１０における燃料タンク９内の目標圧力値Ｐｏの設定方法を図６を参照して説明する。図６は、燃料タンク９内の目標圧力値Ｐｏの設定基準を説明するための燃料温度−タンク内圧曲線を示すグラフである。
【００３６】
図６の燃料タンク９内の目標圧力値Ｐｏの設定範囲値はＥＣＵ５の記憶手段にマップとして格納される。
【００３７】
図６のグラフにおいて、横軸は、燃料タンク９内の燃料の温度Ｔｇ（℃）、縦軸は、燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔ（ｍｍＨｇ）を示す。ここに、縦軸のタンク内圧Ｐｔは上述したように絶対圧で示され、グラフの下方ほど圧力は低い。
【００３８】
以下、図６中の各曲線Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ，Ｃ，Ａ＋Ｃ，Ｄ，Ｅについて説明する。
【００３９】
曲線Ａは、エンジン１が停止して燃料タンク９の負圧化が停止しても燃料タンク９の内圧が負圧に保持されるように、車両の走行中に燃料タンク９内を過度に負圧化するためのタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの上限値であって、エンジン１が停止した直後から燃料タンク９内の燃料のその温度Ｔｇにおける保有熱量により、燃料に含まれる成分のうち燃料温度よりも低い温度で蒸発する成分が蒸発することによる燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔの上昇分を考慮したタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの上限値を示す。制御弁３０は、燃料温度Ｔｇに拘わらず燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔが曲線Ａ以下になるように開度が制御される。曲線Ａでは、燃料温度Ｔｇが増大するほどタンク内圧Ｐｔは減少する。
【００４０】
曲線Ｂは、エンジン１が停止して燃料タンク９の負圧化が停止しても燃料タンク９の内圧が負圧に保持されるように、車両の走行中に燃料タンク９内を過度に負圧化するためのタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの上限値であって、停車中又は駐車中、外気温が所定の想定最大外気温４０．６℃まで上昇し、燃料温度Ｔｇもまた４０．６℃まで上昇した場合の燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔの上昇分を考慮したタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの上限値を示す。所定の想定最大外気温４０．６℃は、車両設計時に想定する外気温の最大値である。また、曲線Ｂにおいては、燃料温度Ｔｇが増大するほどタンク内圧Ｐｔは増大する。
【００４１】
曲線Ａ＋Ｂは、上記曲線Ａと上記曲線Ｂの条件を同時に満足する曲線である。曲線Ａ＋Ｂにおいては燃料温度Ｔｇが２５℃付近でタンク内圧Ｐｔは最小値を執る。想定最大外気温として４０．６℃を選択する場合は、制御弁３０は、燃料温度Ｔｇに拘わらず燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔが曲線Ａ＋Ｂ以下になるように開度が制御される。
【００４２】
曲線Ｃは、上記曲線Ｂと同じ条件で所定の想定最大外気温を４０．６℃よりも厳しい４５℃としたときのタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの上限値を示す。
【００４３】
曲線Ａ＋Ｃは、上記曲線Ａと上記曲線Ｃの条件を同時に満足する曲線である。想定最大外気温として４５℃を選択する場合は、制御弁３０は、燃料温度Ｔｇに拘わらず燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔは曲線Ａ＋Ｃ以下になるように開度が制御される。
【００４４】
曲線Ｄは、燃料タンク９からエンジン１に燃料を移送する燃料ポンプ８の吸引下限であって燃料タンク９の目標圧力値Ｐｏの下限値を示す。燃料タンク９内のタンク圧力Ｐｔがこの曲線Ｄ以下であると燃料ポンプ８は燃料タンク９から燃料を吸引することができないので、燃料タンク９内のタンク圧力Ｐｔを曲線Ｄ以上にする必要がある。曲線Ｄにおいては、燃料温度Ｔｇが増大するほどタンク内圧Ｐｔは増大する。また、曲線Ｄによるタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの下限値は曲線Ａ＋Ｃよるタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの下限値より小さい。
【００４５】
最後に、曲線Ｅは、いわゆる、燃料が燃料としての特性を保持する限界ライン（いわゆる、ガソリンが枯れる限界のライン）である。燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔをこの曲線Ｅ以下まで低下させると、燃料タンク９内の燃料は燃料内の揮発し易い成分が抜けて燃料としての特性を保持することができなくなる。曲線Ｅにおいては、燃料温度Ｔｇが増大するほどタンク内圧Ｐｔは増大する。曲線Ｅによるタンク内圧Ｐｔは曲線Ｄよるタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの下限値より小さい。
【００４６】
本実施の形態においては、図６のグラフで、所定の想定最大外気温としてより厳しい条件である４５℃を選択する。すなわち、上記曲線Ｂではなく上記曲線Ｃを考慮する。よって、エンジン１が停止して燃料タンク９の負圧化が停止しても燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔを負圧に保持するためには、前記制御弁３０は、その開度が曲線Ａ，Ｃ，Ａ＋Ｃ，Ｄ，Ｅによる条件をすべて満足するように制御される必要がある。具体的には、制御弁３０の制御領域は図３の斜線部で示され、前記制御弁３０は、燃料温度Ｔｇに応じて燃料タンク９内のタンク内圧Ｐｔの値がこの領域内になるように制御される。
【００４７】
上記実施の形態によれば、外気温が４５℃に上昇したとしても、エンジン１の作動中に、吸気管２内の負圧が燃料タンク９内に作用して燃料タンク９内は所定の目標圧力値Ｐｏに保持されるので燃料タンク９内の負圧はエンジン１の停止後も保持され、給油のためフィラーキャップ１１を開けても燃料タンク９内の蒸発燃料が外気に放出するのを防止することができる。また、燃料タンク内を負圧にするためにキャニスタが不要となり、より簡単な構成かつ低コストで蒸発燃料の放出防止を図ることができる。
【００４８】
また、上記実施の形態では、想定最大外気温として予め設定された値４５℃を使用して燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔを制御しているが、この想定最大外気温として、設定手段を設けて設定した値を使用して燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔを制御してもよい。これにより、例えば、夏場は４５℃、冬場は２５℃のように車両の周囲温度環境に応じて想定最大外気温を設定することができるので、燃料タンク９内の負圧値を車両の周囲温度に対して適切な値とし得、過剰な負圧値となるのを防止できる。
【００４９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、請求項１の内燃機関の蒸発燃料放出防止装置によれば、たとえ燃料タンク内で発生した蒸発燃料が蒸発燃料通路を経由して内燃機関の吸気系に導かれるときに冷えて液化したとしても、蒸発燃料通路の途中に設けられた気液分離装置により該液化した燃料を捕捉することができ、内燃機関の吸気管に液化した燃料が入ることによって内燃機関の空燃比が急激に変化するのを防止することができ、さらに、制御手段が制御弁を所定時間開成したときに、気液分離装置内に捕捉されている液化燃料を、燃料タンクの内圧より大きい吸気系内の内圧により燃料タンクに押し戻すことができる。
【００５１】
請求項２の内燃機関の蒸発燃料放出防止装置によれば、制御弁が開成する所定時間、即ち、気液分離装置内に捕捉された液化燃料を押し戻すと共に負圧化された燃料タンクに吸気系の内圧を導く時間を燃料タンクの内圧値に対する前記吸気系内の内圧値の比に応じて設定することができ、気液分離装置内に捕捉された液化燃料を確実に燃料タンクに押すと共に燃料タンク内の内圧値を適切に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の蒸発燃料放出防止装置の構成を示す全体構成図である
【図２】図１の内燃機関の蒸発燃料放出防止装置における気液分離装置の概略縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る蒸発燃料放出防止装置における蒸発燃料放出防止の制御処理を行うプログラムのフローチャートである。
【図４】制御弁３０が全開する所定時間を決定するためのマップの説明図である。
【図５】制御弁３０が所定時間ｔの間全開する様子を示す説明図である。
【図６】燃料タンク９内の目標圧力値Ｐｏを説明するための燃料温度−タンク内圧グラフである。
【符号の説明】
１ 内燃エンジン
２ 吸気管
３ スロットル
５ 電子コントロールユニット
９ 燃料タンク
１０ 給油口
１１ フィラーキャップ
１５ タンク内圧センサ
１６ 燃料温度センサ
２０ 蒸発燃料通路
２２ 気液分離装置
３０ タンク圧制御弁
３１ 蒸発燃料放出抑止系
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の蒸発燃料放出防止装置に関し、特に、蒸発燃料通路を介して燃料タンクを内燃機関の吸気管に接続した内燃機関の蒸発燃料放出防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載された燃料タンク内の蒸発燃料が外気中に放出するのを防止するために燃料タンクを蒸発燃料通路を介して内燃機関の吸気管に接続し、内燃機関の作動時に内燃機関で燃焼させる技術が知られている。この従来の技術においては、内燃機関の作動時に燃料タンク内を過度に負圧にして、燃料タンク内を内燃機関の作動時はもとより内燃機関の停止後も負圧に保持することにより、給油のためにフィラーキャップを開けても燃料タンク内の蒸発燃料が外気に放出するのを防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術において、通常、内燃機関は車両の前部に配置されていると共に、燃料タンクは車両の後部に配置されているので、蒸発燃料通路はその長さが長いものとなり、燃料タンク内で発生した蒸発燃料が内燃機関の吸気管の負圧により蒸発燃料通路を通って吸引される途中で冷えて液化し、その液化した燃料が直接吸気管に入り、内燃機関の空燃比が急激に変化して排気エミッション特性及び運転性に影響を及ぼすという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、蒸発燃料通路を介して内燃機関の吸気管に液化した燃料が入ることによって内燃機関の空燃比が急激に変化するのを防止することができる内燃機関の蒸発燃料放出防止装置を提供することにある。
【０００５】
【問題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために、請求項１の内燃機関の蒸発燃料放出防止装置は、燃料タンクと内燃機関の吸気系とを接続する蒸発燃料通路と、該蒸発燃料通路の途中に設けられ、該蒸発燃料通路を開閉する制御弁と、前記燃料タンクの内圧が負圧になるように前記制御弁の開度を制御する制御手段と、前記蒸発燃料通路の途中に気液分離装置とを有する内燃機関の蒸発燃料放出防止装置であって、前記吸気系内の内圧を検出する第１の圧力センサと、前記燃料タンクの内圧を検出する第２の圧力センサとを有し、前記制御手段は、前記第１の圧力センサによって検出された前記吸気系内の内圧値が前記第２の圧力センサによって検出された前記燃料タンクの内圧値よりも大きいときに、前記制御弁を所定時間開成し、前記気液分離装置は、頂部及び底部を有する密閉容器と、前記燃料タンク側の前記蒸発燃料通路の第１の端部と、前記内燃機関の吸気系側の前記蒸発燃料通路の第２の端部とを備え、前記第１の端部は前記密閉容器内において前記底部の近傍で開口し、前記第２の端部は前記密閉容器内において前記頂部の近傍で開口することを特徴とする。
【０００６】
この構成により、たとえ燃料タンク内で発生した蒸発燃料が蒸発燃料通路を経由して内燃機関の吸気系に導かれるときに冷えて液化したとしても、蒸発燃料通路の途中に設けられた気液分離装置により該液化した燃料を捕捉することができ、内燃機関の吸気管に液化した燃料が入ることによって内燃機関の空燃比が急激に変化するのを防止することができ、さらに、制御手段が制御弁を所定時間開成したときに、気液分離装置内に捕捉されている液化燃料を、燃料タンクの内圧より大きい吸気系内の内圧により燃料タンクに押し戻すことができる。
【０００９】
請求項２の内燃機関の蒸発燃料放出防止装置は、請求項１の内燃機関の蒸発燃料放出防止装置において、前記制御弁が開成する所定時間は、前記燃料タンクの内圧値に対する前記吸気系内の内圧値の比に応じて決定されることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、制御弁が開成する所定時間、即ち、気液分離装置内に捕捉された液化燃料を押し戻すと共に負圧化された燃料タンクに吸気系の内圧を導く時間を燃料タンクの内圧値に対する吸気系内の内圧値の比に応じて設定することができ、気液分離装置内に捕捉された液化燃料を確実に燃料タンクに押すと共に燃料タンク内の内圧値を適切に保持することができる。
【００１１】
制御弁が開成する所定時間は、燃料タンクの内圧値に対する吸気系内の内圧値の比が増大するほど短くなるように設定されるのが好ましい。ただし、この場合、これらの内圧値は絶対圧である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態に係る内燃機関の蒸発燃料放出防止装置の構成を示す全体構成図である。同図において、１は例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）であり、エンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。また、スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット（以下（ＥＣＵ）という）５に供給する。
【００１４】
燃料噴射弁６は、吸気管２の途中であってエンジン１とスロットル弁３との間の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられている。また、各燃料噴射弁６は燃料供給管７を介して密閉構造の燃料タンク９に接続しており、燃料供給管７の途中には燃料ポンプ８が設けられている。燃料タンク９は給油のための給油口１０を有しており、給油口１０にはフィラーキャップ１１が取付けられている。
【００１５】
燃料噴射弁６はＥＣＵ５に電気的に接続され、該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射の開弁時期が制御される。
【００１６】
吸気管２の前記スロットル弁３の下流側には吸気管絶対圧ＰＢＡを検出する第１の圧力センサとしての吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ１３、及び外気温としての吸気温ＴＡを検出する吸気温（ＴＡ）センサ１４が装着されている。また、燃料タンク９には、燃料タンク９のタンク内圧（絶対圧）Ｐｔを検出する第２の圧力センサとしてのタンク内圧（Ｐｔ）センサ１５と、燃料タンク９内の燃料の温度Ｔｇを検出する燃料温度（Ｔｇ）センサ１６とがそれぞれ設けられている。またこれらのセンサ１３〜１６の検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００１７】
次に燃料タンク９、蒸発燃料通路２０等から構成される蒸発燃料放出抑止系３１について説明する。
【００１８】
燃料タンク９は蒸発燃料通路２０を介して吸気管２のスロットル弁３の下流側に接続されており、蒸発燃料通路２０の途中には蒸発燃料通路２０を開閉するタンク圧制御弁３０が設けられている。制御弁３０は、その制御信号のオン−オフデューティ比を変更することにより燃料タンク９内で発生する蒸発燃料の流量を制御するように構成された電磁弁であり、制御弁３０の作動はＥＣＵ５により制御される。なお、制御弁３０はその開度をリニアに変更可能な電磁弁を使用してもよい。
【００１９】
蒸発燃料通路２０と燃料タンク９の接続部には、カットオフ弁２１が設けられている。カットオフ弁２１は、燃料タンク９の満タン状態のときや燃料タンク９の傾きが増加したとき閉弁するフロート弁である。
【００２０】
制御弁３０とカットオフ弁２１の間において蒸発燃料通路２０の途中には気液分離装置２２が設けられている。
【００２１】
図２は気液分離装置２２の構造を示す。気液分離装置２２は、上部が開口した箱型の容器２３と、容器２３の開口部を閉鎖すべく容器２３にボルト等で固定された蓋２４とからなる密閉容器として構成されている。蓋２４には、吸気管２からの蒸発燃料通路２０の端部２５が貫通しており、この端部２５は、蓋２４の近傍直下で終端している。また、蓋２４には、燃料タンク９からの蒸発燃料通路２０の端部２６が貫通しており、その端部２６は容器２３の底部の近傍、即ち底部から１０ｍｍの高さで終端している。これにより、燃料タンク９内で発生した蒸発燃料がエンジン１の吸気管２の負圧により蒸発燃料通路２０を通って吸引される途中で冷えて液化しても、その液化した燃料は蒸発燃料通路２０の端部２６から気液分離装置２２の容器２３内を経由して蒸発燃料通路２０の端部２５に移送される際に、容器２３内に比重差により捕捉される。液化しなかった蒸発燃料は端部２５を介して蒸発燃料通路２０を通ってエンジン１の吸気管２に供給される。容器２３内に溜まった燃料の液面が端部２６よりも上昇したときは、端部２６から出てくる液化した燃料が霧状であったとしても容器２３内に溜まった燃料内で確実に捕捉される。
【００２２】
気液分離装置２２は、蒸発燃料通路２０内の液化燃料を捕捉するという観点から、吸気管２の近くであるエンジンルーム内に設置する。また、制御弁３０は、気液分離装置２２と燃料タンク９の間において蒸発燃料通路２０の途中に設けられてもよい。
【００２３】
図１のＥＣＵ５は各種センサ等からの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段、燃料噴射弁６や制御弁３０に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
【００２４】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、θＴＨセンサ３、ＰＢＡセンサ１３等の各種センサの出力信号に応じてエンジン１に供給する燃料量制御等を行う。該燃料量制御は本発明の主題ではないので説明を省略する。
【００２５】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、上述のＴｇセンサ１６、Ｐｔセンサ１５等の出力信号に応じて図３の処理に基づいて制御弁３０の開度を決定する。図３は、本発明の実施の形態に係る蒸発燃料放出防止装置における蒸発燃料放出防止の制御処理を行うプログラムを示す。
【００２６】
まず、ステップＳ１で、エンジン１のクランキングを検知する等によりエンジン１が作動中であるか否かを判別し、エンジン１が作動中であれば、ＰＢＡセンサ１３により吸気管内絶対圧ＰＢＡを検出し（ステップＳ２）、次いで、Ｐｔセンサ１５により燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔを絶対圧（ｍｍＨｇ）として検出する（ステップＳ３）。次いで、ステップＳ４で、吸気管内絶対圧ＰＢＡがタンク内圧Ｐｔより大きいか否かを判別する。
【００２７】
次いで、ステップＳ４で、ＰＢＡ＞Ｐｔである場合は、後述する図４のマップにより、比ＰＢＡ／Ｐｔに応じて制御弁３０の開弁時間ｔを検索する（ステップ５）。次に、ステップＳ６では、ステップＳ５で検索された所定時間ｔだけ制御弁３０を全開した後、ステップＳ７で制御弁３０を全閉し、本処理を終了する。図５に、制御弁３０が所定時間ｔの間全開する様子を示す。
【００２８】
一方、ステップＳ１で、エンジン１が停止中のときは、直ちにステップＳ７に進み、ＥＣＵ５のＣＰＵは後述する目標圧力値Ｐｏに制御された燃料タンク９内の負圧を保持するために制御弁３０を閉成して、本処理を終了する。
【００２９】
ステップＳ１〜Ｓ７の処理により、吸気管内圧力ＰＢＡがタンク内圧Ｐｔより大きい場合に制御弁３０を所定時間開成することにより気液分離装置２２の容器２３内に溜まった燃料を燃料タンク９に押し戻すことができる。
【００３０】
以下、図４のマップを説明する。図４は、制御弁３０が全開する所定時間ｔを決定するマップである。図４において、横軸は、タンク内圧Ｐｔに対する吸気管内絶対圧ＰＢＡの比ＰＢＡ／Ｐｔであり、縦軸は所定時間ｔ（ｓｅｃ）である。ＰＢＡ／Ｐｔが１．０のときは、所定時間ｔは２秒であり、ＰＢＡ／ＰＴが１．０以上のときはＰＢＡ／Ｐｔが増大するほど所定時間ｔが小さくなり、比ＰＢＴ／Ｐｔが３．０のとき所定時間ｔが０となるように設定されている。なお、ＰＢＴ≦１．０ではｔ＝０である。
【００３１】
図３に戻り、ステップＳ４で、ＰＢＡ≦Ｐｔである場合は、燃料タンク９を過度に負圧に調節する以下のステップＳ８からＳ１２の処理を行う。まず、ステップＳ８に進み、エンジン１が燃料カット中であるか否かを判別し、燃料カット中でなければ、吸気官２内の負圧が維持できると判断して、Ｔｇセンサ１５により燃料温度Ｔｇを検出し（ステップＳ９）、さらに、後述する燃料タンク９内の目標圧力値（絶対圧）Ｐｏ（ｍｍＨｇ）の設定方法に基づいて燃料タンク９内の目標圧力値Ｐｏを算出する（ステップＳ１０）。この際、前記目標圧力値Ｐｏは、エンジン１の停止後も燃料タンク９内の負圧が保持できるように、予測される燃料タンク９内のタンク圧力上昇分を見込んだ過度に負圧化された値に設定される。
【００３２】
上記予測され得る燃料タンク９内のタンク内圧上昇の要因としては、燃料タンク９内の燃料のその温度における保有熱量により燃料に含まれる成分のうち燃料温度よりも低い温度で蒸発する成分が蒸発することと、外気温の上昇による燃料タンク９内の燃料の温度上昇により上記と同様に燃料の一部が蒸発することが挙げられる。
【００３３】
次に、ステップＳ３で検出した燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔと上記目標圧力値Ｐｏとの差ΔＰを算出し（ステップＳ１１）、前記差ΔＰが０になるように制御弁３０の開度を制御して（ステップＳ１２）、本処理を終了する。
【００３４】
ステップＳ８〜Ｓ１２の処理により、エンジン１の作動中において、制御弁３０の開度を制御することにより吸気管２内の負圧を燃料タンク９内に作用させて、燃料タンク９内を前記所定の目標圧力値Ｐｏに保持する。その結果、エンジン１の作動中はもとより停止後も燃料タンク９内は負圧に保持され、給油のためフィラーキャップ１１を開けても燃料タンク９内の蒸発燃料が外気に放出するのを防止することができる。
【００３５】
以下、図３のステップＳ１０における燃料タンク９内の目標圧力値Ｐｏの設定方法を図６を参照して説明する。図６は、燃料タンク９内の目標圧力値Ｐｏの設定基準を説明するための燃料温度−タンク内圧曲線を示すグラフである。
【００３６】
図６の燃料タンク９内の目標圧力値Ｐｏの設定範囲値はＥＣＵ５の記憶手段にマップとして格納される。
【００３７】
図６のグラフにおいて、横軸は、燃料タンク９内の燃料の温度Ｔｇ（℃）、縦軸は、燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔ（ｍｍＨｇ）を示す。ここに、縦軸のタンク内圧Ｐｔは上述したように絶対圧で示され、グラフの下方ほど圧力は低い。
【００３８】
以下、図６中の各曲線Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ，Ｃ，Ａ＋Ｃ，Ｄ，Ｅについて説明する。
【００３９】
曲線Ａは、エンジン１が停止して燃料タンク９の負圧化が停止しても燃料タンク９の内圧が負圧に保持されるように、車両の走行中に燃料タンク９内を過度に負圧化するためのタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの上限値であって、エンジン１が停止した直後から燃料タンク９内の燃料のその温度Ｔｇにおける保有熱量により、燃料に含まれる成分のうち燃料温度よりも低い温度で蒸発する成分が蒸発することによる燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔの上昇分を考慮したタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの上限値を示す。制御弁３０は、燃料温度Ｔｇに拘わらず燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔが曲線Ａ以下になるように開度が制御される。曲線Ａでは、燃料温度Ｔｇが増大するほどタンク内圧Ｐｔは減少する。
【００４０】
曲線Ｂは、エンジン１が停止して燃料タンク９の負圧化が停止しても燃料タンク９の内圧が負圧に保持されるように、車両の走行中に燃料タンク９内を過度に負圧化するためのタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの上限値であって、停車中又は駐車中、外気温が所定の想定最大外気温４０．６℃まで上昇し、燃料温度Ｔｇもまた４０．６℃まで上昇した場合の燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔの上昇分を考慮したタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの上限値を示す。所定の想定最大外気温４０．６℃は、車両設計時に想定する外気温の最大値である。また、曲線Ｂにおいては、燃料温度Ｔｇが増大するほどタンク内圧Ｐｔは増大する。
【００４１】
曲線Ａ＋Ｂは、上記曲線Ａと上記曲線Ｂの条件を同時に満足する曲線である。曲線Ａ＋Ｂにおいては燃料温度Ｔｇが２５℃付近でタンク内圧Ｐｔは最小値を執る。想定最大外気温として４０．６℃を選択する場合は、制御弁３０は、燃料温度Ｔｇに拘わらず燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔが曲線Ａ＋Ｂ以下になるように開度が制御される。
【００４２】
曲線Ｃは、上記曲線Ｂと同じ条件で所定の想定最大外気温を４０．６℃よりも厳しい４５℃としたときのタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの上限値を示す。
【００４３】
曲線Ａ＋Ｃは、上記曲線Ａと上記曲線Ｃの条件を同時に満足する曲線である。想定最大外気温として４５℃を選択する場合は、制御弁３０は、燃料温度Ｔｇに拘わらず燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔは曲線Ａ＋Ｃ以下になるように開度が制御される。
【００４４】
曲線Ｄは、燃料タンク９からエンジン１に燃料を移送する燃料ポンプ８の吸引下限であって燃料タンク９の目標圧力値Ｐｏの下限値を示す。燃料タンク９内のタンク圧力Ｐｔがこの曲線Ｄ以下であると燃料ポンプ８は燃料タンク９から燃料を吸引することができないので、燃料タンク９内のタンク圧力Ｐｔを曲線Ｄ以上にする必要がある。曲線Ｄにおいては、燃料温度Ｔｇが増大するほどタンク内圧Ｐｔは増大する。また、曲線Ｄによるタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの下限値は曲線Ａ＋Ｃよるタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの下限値より小さい。
【００４５】
最後に、曲線Ｅは、いわゆる、燃料が燃料としての特性を保持する限界ライン（いわゆる、ガソリンが枯れる限界のライン）である。燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔをこの曲線Ｅ以下まで低下させると、燃料タンク９内の燃料は燃料内の揮発し易い成分が抜けて燃料としての特性を保持することができなくなる。曲線Ｅにおいては、燃料温度Ｔｇが増大するほどタンク内圧Ｐｔは増大する。曲線Ｅによるタンク内圧Ｐｔは曲線Ｄよるタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの下限値より小さい。
【００４６】
本実施の形態においては、図６のグラフで、所定の想定最大外気温としてより厳しい条件である４５℃を選択する。すなわち、上記曲線Ｂではなく上記曲線Ｃを考慮する。よって、エンジン１が停止して燃料タンク９の負圧化が停止しても燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔを負圧に保持するためには、前記制御弁３０は、その開度が曲線Ａ，Ｃ，Ａ＋Ｃ，Ｄ，Ｅによる条件をすべて満足するように制御される必要がある。具体的には、制御弁３０の制御領域は図３の斜線部で示され、前記制御弁３０は、燃料温度Ｔｇに応じて燃料タンク９内のタンク内圧Ｐｔの値がこの領域内になるように制御される。
【００４７】
上記実施の形態によれば、外気温が４５℃に上昇したとしても、エンジン１の作動中に、吸気管２内の負圧が燃料タンク９内に作用して燃料タンク９内は所定の目標圧力値Ｐｏに保持されるので燃料タンク９内の負圧はエンジン１の停止後も保持され、給油のためフィラーキャップ１１を開けても燃料タンク９内の蒸発燃料が外気に放出するのを防止することができる。また、燃料タンク内を負圧にするためにキャニスタが不要となり、より簡単な構成かつ低コストで蒸発燃料の放出防止を図ることができる。
【００４８】
また、上記実施の形態では、想定最大外気温として予め設定された値４５℃を使用して燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔを制御しているが、この想定最大外気温として、設定手段を設けて設定した値を使用して燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔを制御してもよい。これにより、例えば、夏場は４５℃、冬場は２５℃のように車両の周囲温度環境に応じて想定最大外気温を設定することができるので、燃料タンク９内の負圧値を車両の周囲温度に対して適切な値とし得、過剰な負圧値となるのを防止できる。
【００４９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、請求項１の内燃機関の蒸発燃料放出防止装置によれば、たとえ燃料タンク内で発生した蒸発燃料が蒸発燃料通路を経由して内燃機関の吸気系に導かれるときに冷えて液化したとしても、蒸発燃料通路の途中に設けられた気液分離装置により該液化した燃料を捕捉することができ、内燃機関の吸気管に液化した燃料が入ることによって内燃機関の空燃比が急激に変化するのを防止することができ、さらに、制御手段が制御弁を所定時間開成したときに、気液分離装置内に捕捉されている液化燃料を、燃料タンクの内圧より大きい吸気系内の内圧により燃料タンクに押し戻すことができる。
【００５１】
請求項２の内燃機関の蒸発燃料放出防止装置によれば、制御弁が開成する所定時間、即ち、気液分離装置内に捕捉された液化燃料を押し戻すと共に負圧化された燃料タンクに吸気系の内圧を導く時間を燃料タンクの内圧値に対する前記吸気系内の内圧値の比に応じて設定することができ、気液分離装置内に捕捉された液化燃料を確実に燃料タンクに押すと共に燃料タンク内の内圧値を適切に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の蒸発燃料放出防止装置の構成を示す全体構成図である
【図２】図１の内燃機関の蒸発燃料放出防止装置における気液分離装置の概略縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る蒸発燃料放出防止装置における蒸発燃料放出防止の制御処理を行うプログラムのフローチャートである。
【図４】制御弁３０が全開する所定時間を決定するためのマップの説明図である。
【図５】制御弁３０が所定時間ｔの間全開する様子を示す説明図である。
【図６】燃料タンク９内の目標圧力値Ｐｏを説明するための燃料温度−タンク内圧グラフである。
【符号の説明】
１ 内燃エンジン
２ 吸気管
３ スロットル
５ 電子コントロールユニット
９ 燃料タンク
１０ 給油口
１１ フィラーキャップ
１５ タンク内圧センサ
１６ 燃料温度センサ
２０ 蒸発燃料通路
２２ 気液分離装置
３０ タンク圧制御弁
３１ 蒸発燃料放出抑止系
Claims (2)
- 燃料タンクと内燃機関の吸気系とを接続する蒸発燃料通路と、該蒸発燃料通路の途中に設けられ、該蒸発燃料通路を開閉する制御弁と、前記燃料タンクの内圧が負圧になるように前記制御弁の開度を制御する制御手段と、前記蒸発燃料通路の途中に気液分離装置とを有する内燃機関の蒸発燃料放出防止装置であって、
前記吸気系内の内圧を検出する第１の圧力センサと、
前記燃料タンクの内圧を検出する第２の圧力センサとを有し、
前記制御手段は、前記第１の圧力センサによって検出された前記吸気系内の内圧値が前記第２の圧力センサによって検出された前記燃料タンクの内圧値よりも大きいときに、前記制御弁を所定時間開成し、
前記気液分離装置は、頂部及び底部を有する密閉容器と、前記燃料タンク側の前記蒸発燃料通路の第１の端部と、前記内燃機関の吸気系側の前記蒸発燃料通路の第２の端部とを備え、前記第１の端部は前記密閉容器内において前記底部の近傍で開口し、前記第２の端部は前記密閉容器内において前記頂部の近傍で開口することを特徴とする内燃機関の蒸発燃料放出防止装置。 - 前記制御弁が開成する所定時間は、前記燃料タンクの内圧値に対する前記吸気系内の内圧値の比に応じて決定されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の蒸発燃料放出防止装置。
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