JP4045665B2

JP4045665B2 - 内燃エンジンの蒸発燃料処理装置

Info

Publication number: JP4045665B2
Application number: JP24827498A
Authority: JP
Inventors: 克彦川村; 昭宏河野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2018-09-02
Also published as: US6220230B1; JP2000073883A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃エンジンの蒸発燃料処理装置に関し、特にリーク診断を行う蒸発燃料処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃エンジンは、エンジン停止中に燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタ内の活性炭に一旦吸着させておき、エンジン始動後の所定の運転条件で吸入負圧を利用して活性炭に吸着した燃料粒子を脱離させ、スロットルバルブ下流の吸気管に導き燃焼させる蒸発燃料処理装置を備えている。
【０００３】
このような蒸発燃料処理装置では、燃料タンクより吸気管までの通路の途中に漏れがあったり、パイプの接合部のシールが不良になると、蒸発燃料が大気中に放出されてしまうため、蒸発燃料処理装置の中にはリーク診断を行うものもある。
【０００４】
リークの有無を判断するには、前記通路を閉空間とし、かつその閉空間を大気圧に対して相対的に圧力差のある状態とした後の圧力変化をみればよく、例えば特開平５−７９４０８号公報に開示されている蒸発燃料処理装置では、エンジン運転中にスロットルバルブ下流に発生する負圧を用いて前記通路を減圧し、その後の圧力変化をみることによりリーク診断を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術では減圧時に燃料タンクと吸気管が直接に連通されるため、減圧中に燃料タンク内の蒸発燃料がエンジンに吸い込まれて混合比が乱れ、エンジンの運転状態が不安定になる可能性があった。
【０００６】
また、車速が高い方が吸気管内の負圧は大きく発達するため、減圧時は車速が高い方がよいが、車速が高いとスロッシング（燃料タンク内の燃料の飛び跳ね、液面変動）により通路内圧力が上昇し誤診断が増えるため、リーク診断時は車速が低い方がよい。車速と関係なく減圧及びリーク診断を行う従来技術ではこの２つの要求を同時に満たすことができなかった。
【０００７】
本発明はこのような従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、減圧中に燃料タンク内の蒸発燃料を吸い込んでエンジンが不安定になるのを防止するとともに、効率的な減圧と精度の高いリーク診断を両立することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、大気解放口を有するキャニスタと、燃料タンクとキャニスタとを連通する第１の通路と、前記キャニスタとスロットルバルブ下流の吸気管とを連通する第２の通路と、前記第１の通路を開閉するバイパスバルブと、前記第２の通路を開閉するパージコントロールバルブと、前記キャニスタの大気解放口を開閉するドレンカットバルブとを備えた内燃エンジンの蒸発燃料処理装置において、リーク診断時に前記ドレンカットバルブとバイパスバルブを閉じるとともに前記パージコントロールバルブを開いて前記バイパスバルブから吸気管側の通路内に吸気管内の負圧を導入し、前記バイパスバルブから吸気管側の通路内を所定圧力まで減圧したら前記パージコントロールバルブを閉じる減圧手段と、減圧後、前記パイパスバルブを開き、所定時間が経過したら前記燃料タンクから前記パージコントロールバルブまでの通路内の圧力変化を測定する圧力測定手段と、測定された圧力変化に基づきリーク診断を行う診断手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、車速を検出する手段を備え、前記減圧手段が、検出された車速が所定車速よりも高くなったときに前記ドレンカットバルブを閉じるとともに前記パージコントロールバルブを開いて前記バイパスバルブから吸気管側の通路内に吸気管内の負圧を導入し、前記バイパスバルブから吸気管側の通路内を所定圧力まで減圧したら前記パージコントロールバルブを閉じることを特徴とするものである。
【００１０】
第３の発明は、第１または第２の発明において、車速を検出する手段を備え、前記圧力測定手段が、減圧後、検出された車速が所定車速よりも低くなったときに前記パイパスバルブを開き、所定時間が経過したら前記燃料タンクから前記パージコントロールバルブまでの通路内の圧力変化を測定することを特徴とするものである。
【００１１】
第４の発明は、第１から第３の発明において、前記バイパスバルブと前記パージコントロールバルブの間に負圧貯蓄用のタンクを設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の作用及び効果】
第１の発明によると、減圧時にはドレンカットバルブが閉じられるとともにパージコントロールバルブが開かれ、バイパスバルブから吸気管側の通路内に吸気管内の負圧が導入される。そして、バイパスバルブから吸気管側の通路内を所定圧力まで減圧したらパージコントロールバルブが閉じられる。このときバイパスバルブは閉じているので燃料タンク内の蒸発燃料が吸気管内に流れ込むことはない。
【００１３】
その後の圧力測定時に、バイパスバルブが開かれ、バイパスバルブからパージコントロールバルブ間の通路内に蓄えられた負圧を利用して燃料タンク内が減圧されるが、パージコントロールバルブは閉じられているので、このときも燃料タンク内の蒸発燃料が吸気管内に流れ込むことはない。
【００１４】
したがって、減圧時に燃料タンクと吸気管とが直接に連通することはないので、燃料タンク内の蒸発燃料が吸気管内に流れ込み、エンジンの運転状態が不安定になるのを確実に防止することができる。
【００１５】
第２の発明によると、通路内の減圧は車速が所定車速よりも高いときに行われる。車速が高ければ吸気管内の負圧も大きく発達するため、通路内の減圧を短時間のうちにかつ効率的に行うことができる。
【００１６】
第３の発明によると、リーク診断は車速が所定車速よりも低い低速時や停車時に行われる。このように低速時等にリーク診断を行うことにより、スロッシングの影響を受けにくくなり診断精度を高めることができる。
【００１７】
また、第１から第３の発明においては、バイパスバルブからパージコントロールバルブ間の通路内に蓄えられた負圧を利用してバイパスバルブから燃料タンク間の通路内の減圧を行うのであるが、第４の発明によると、バイパスバルブからパージコントロールバルブ間に負圧貯蓄用のタンクを設けたことにより、バイパスバルブからパージコントロールバルブ間の通路内に燃料タンク側の通路を減圧するのに十分な負圧を蓄えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１は本発明に係る蒸発燃料処理装置の概略構成を示す。この蒸発燃料処理装置は、キャニスタ４と、キャニスタ４と燃料タンク１を連通する通路２（第１の通路）と、キャニスタ４とスロットルバルブ７下流の吸気管８を連通する通路６（第２の通路）とを備える。
【００２０】
通路２には、燃料タンク１側の通路内が大気圧よりも低くなると開かれるバキュームカットバルブ３（チェックバルブ）と、バイパスバルブ１４が並列に設けられる。このバイパスバルブ１４はステップモータにより開閉駆動される常閉のバルブで、後述するリーク診断を行うときに所定の条件で開かれる。
【００２１】
通路６には、パージコントロールバルブ１１と、通路内の圧力を測定する圧力センサ１３、所定の容積をもつ負圧貯蔵用タンク１５が設けられる。このパージコントロールバルブ１１もバイパスバルブ１４同様にステップモータにより開閉駆動される常閉のバルブで、後述するように吸着燃料を脱離させるときや、リーク診断を行うときに所定の条件で開かれる。なお、負圧貯蔵用タンク１５はバイパスバルブ１４とパージコントロールバルブ１１の間であればどこに設けてもよい。
【００２２】
キャニスタ４は大気解放口５を備え、この大気解放口５にはドレンカットバルブ１２が設けられる。ドレンカットバルブ１２はステップモータにより開閉駆動される常開のバルブで、後述するリーク診断を行うときに所定の条件で閉じられる。
【００２３】
上記パージコントロールバルブ１１、ドレンカットバルブ１２、バイパスカットバルブ１４はマイクロコンピュータ２１によって開閉制御される。マイクロコンピュータ２１には圧力センサ１３からの信号の他、車速センサ２２からの車速信号も入力される。
【００２４】
このような構成により、燃料タンク１上部のベーパ（蒸発燃料を含んだ空気）は通路２を介してキャニスタ４に導かれ、燃料粒子だけがキャニスタ４内の活性炭４ａに吸着され、残りの空気は大気解放口５より外部に放出される。
【００２５】
そして、この活性炭４ａに吸着した燃料を処理するには、パージコントロールバルブ１１を開き、スロットルバルブ７下流に発達する吸入負圧を利用して大気解放口５からキャニスタ４内に新気を導入する。この導入された新気により活性炭４ａに吸着されていた燃料は脱離され、新気とともに通路６を介して吸気管８内に導入され燃やされる。
【００２６】
ところで、通路２、通路６の各接続部や、燃料タンク１のシール部等に漏れがあると蒸発燃料が大気中に放出されるおそれがある。このため、マイクロコンピュータ１２は上記パージコントロールバルブ１１、ドレンカットバルブ１２、バイパスカットバルブ１４を開閉制御して燃料タンク１からパージコントロールバルブ１１間の通路内を減圧し、圧力センサ１３の測定結果を基に燃料タンク１からパージコントロールバルブ１１までの通路に漏れがあるかどうかのリーク診断を行う。
【００２７】
以下、このリーク診断処理の内容について説明する。
【００２８】
図２、図３に示すフローチャートはマイクロコンピュータ１２において所定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）実行されるものである。
【００２９】
まず、図２に示すフローについて説明すると、そのステップＳ１１ではリーク診断経験フラグの値をみる。ここでリーク診断経験フラグとは、始動時に”０”に初期設定され、リーク診断を行うと”１”に設定されるフラグである。ここで、リーク診断経験フラグの値が”０”ならばリーク診断を行うべくステップＳ１２へ進み、リーク診断経験フラグの値が”１”ならば既にリーク診断を行っているので処理を終了する。リーク診断の頻度は一回の運転につき一回程度が目安であるが、このようにリーク診断フラグの値が”１”のときにのみリーク処理を実行することにより、一回の運転につき一回のリーク診断を実行することができる。
【００３０】
ステップＳ１２では負圧導入完了フラグの値をみる。ここで負圧導入完了フラグとは、始動時に”０”に初期設定され、バイパスバルブ１４からパージコントロールバルブ１１間の通路内の減圧が完了すると”１”に設定されるフラグである。ここで負圧導入完了フラグの値が”０”のときはバイパスバルブ１４からパージコントロールバルブ１１間の通路内を減圧すべくステップＳ１３へ進む。これに対して、負圧導入完了フラグの値が”０”のときは既にバイパスバルブ１４からパージコントロールバルブ１１間の通路内の減圧が完了しているので、リーク診断を行うべく図３のステップＳ２１へ進む。
【００３１】
ステップＳ１３では車速が所定車速（例えば８ｋｍ／ｈ）よりも高いかどうかを判断する。このとき、車速が所定車速よりも高いときはステップＳ１４へ進みバイパスバルブ１４からパージコントロールバルブ１１間の通路内の減圧を行うが、車速が所定車速よりも低いときは減圧処理を行わずに処理を終了する。このように車速が所定車速よりも高いときにのみ減圧を行うのは、吸気管８内の負圧が大きく発達するため減圧を短時間のうちに効率的に行うことができるからである。
【００３２】
ステップＳ１４ではドレンカットバルブ１２を閉じるとともに、パージコントロールバルブ１１を開く。バイパスバルブ１４が上述の通り常閉のバルブであるため、バイパスバルブ１４からパージコントロールバルブ１１間の通路内に吸気管８から負圧が導入される。
【００３３】
ステップＳ１５では圧力センサ１３の測定圧力Ｐをみる。このとき測定圧力Ｐが所定圧力（例えば−５００ｍｍＨｇ）よりも低ければステップＳ１６に進み、パージコントロールバルブ１１を閉じ、負圧導入完了フラグの値を”１”に設定する。これに対し、測定圧力Ｐが所定圧力よりも高ければスタートに戻り、測定圧力Ｐが所定圧力よりも低くなるまで減圧処理を繰り返す。
【００３４】
したがって、図２に示すフローでは、リーク診断がまだ行われていないときは車速が所定車速よりも高いときにバイパスバルブ１４からパージコントロールバルブ１１間の通路内の圧力が−５００ｍｍＨｇ以下になるまで減圧処理が行われ、減圧が完了すると図３に示すフローのステップＳ２１へ進むことになる。
【００３５】
続いて、図３に示すフローについて説明する。
【００３６】
まず、ステップＳ２１では車速が所定車速（例えば８ｋｍ／ｈ）よりも低いかどうかを判断する。このとき、車速が所定車速より低ければリーク診断を行うべくステップＳ２２へ進む。これに対し、車速が所定車速よりも高ければリーク診断を行わずに処理を終了する。車速が高いとスロッシングにより燃料蒸気が急激に発生し圧力が上昇するため、リークがないのにもかかわらずリークありと誤診断してしまう可能性があるが、このように車速が所定車速よりも低いときにのみリーク診断を行うことによりこのような誤診断を未然に防ぐとができる。
【００３７】
ステップＳ２２ではバイパスバルブ１４を開き、パージコントロールバルブ１１からバイパスバルブ１４間の通路内の負圧を燃料タンク１からバイパスバルブ１４間の通路内に導入する。
【００３８】
ステップＳ２３ではタイマＴをインクリメントする。このタイマＴは始動時に”０”に設定され、減圧後にバイパスバルブを開いた時点からの時間を計測するものである。
【００３９】
ステップＳ２４ではタイマＴと所定の遅延時間Ｔｄを比較する。このとき、タイマＴの値が遅延時間Ｔｄ以下のときはステップＳ２５へ進んで圧力センサ１３の測定圧力ＰをパラメータＰ１に格納するが、タイマＴの値が遅延時間Ｔｄを超えるとステップＳ２６へ進みリーク診断を行う。このように遅延時間Ｔｄを持たせるのは、燃料タンク１側への負圧の流動が完了して燃料タンク１からパージコントロールバルブ間の通路内の圧力が安定するのを待つためである。なお、パラメータＰ１にはタイマＴが遅延時間Ｔｄに等しくなったときの測定圧力が最終的に格納されることになる。
【００４０】
ステップＳ２６ではタイマＴと遅延時間Ｔｄ＋測定時間Ｔｍを比較し、タイマＴが遅延時間Ｔｄ＋測定時間Ｔｍ以上になったときにステップＳ２７へ進み、遅延時間Ｔｄ＋測定時間Ｔｍよりも小さいときはスタートへ戻る。したがって、遅延時間Ｔｄ経過後さらに計測時間Ｔｍが経過したのちステップＳ２７へ進むことになる。
【００４１】
ステップＳ２７では、そのときの測定圧力ＰをパラメータＰ２に格納し、先のパラメータＰ２と計測時間Ｔｍを用いて、圧力変化速度Ｖｐ（＝（Ｐ２−Ｐ１）／ＭＴ）を演算する。
【００４２】
そして、ステップＳ２８この圧力変化速度Ｖｐと判定値とを比較する。漏れがあると大気の吸い込みにより圧力は短時間に上昇する、すなわち圧力変化速度Ｖｐの値が大きくなるので、圧力変化速度Ｖｐが判定値よりも大きいときはステップＳ２９へ進んでリーク有りと判断し、圧力変化速度Ｖｐが判定値よりも大きくないときはステップＳ３０へ進んでリーク無しと判断する。
【００４３】
このようにしてリーク診断を行ったら、ステップＳ３１でドレンカットバルブ１２を開くとともにバイパスバルブ１４を閉じ、ステップＳ３２でリーク診断経験フラグの値を”１”に設定して処理を終了する。
【００４４】
したがって図３に示すフローでは、車速が所定車速よりも低くなったときにバイパスバルブ１４が開かれ、バイパスバルブ１４から燃料タンク１側の通路内にも負圧が導入される。そして、所定時間が経過して圧力変化が収まった時点で通路内の圧力変化を測定し、それに基づきリーク診断が行われる。
【００４５】
このようなリーク診断処理を行ったときの各バルブの作動状態及び圧力センサ１３の測定値の変化の様子を図４に示す。
【００４６】
この図に示すように、時刻ｔ０で車速が所定車速（＝８ｋｍ／ｈ）を超えるとドレンカットバルブ１２が閉じられるとともにパージコントロールバルブ１１が開かれ、閉じているバイパスバルブ１４から吸気管８側の通路内に負圧が導入される。
【００４７】
時刻ｔ１で通路内の圧力が所定圧力（＝−５００ｍｍＨｇ）まで下がるとパージコントロールバルブ１１が閉じられ、バイパスバルブ１４からパージコントロールバルブ１１間の通路が閉空間となる。このとき、通路６には所定の容積をもつ負圧貯蔵用タンク１５が設けられているため、バイパスバルブ１４からパージコントロールバルブ１１間の通路内には十分な負圧が蓄えられる。
【００４８】
次に、時刻ｔ２で車速が所定車速（＝８ｋｍ／ｈ）よりも低くなると、バイパスバルブ１４が開かれ燃料タンク１からバイパスバルブ１４の間の通路内にも負圧が導入される。このとき燃料タンク１からパージコントロールバルブ１４の間の通路が閉空間となる。
【００４９】
時刻ｔ２から遅延時間Ｔｄが経過して燃料タンク１からパージコントロールバルブ１１間の圧力が安定すると（時刻ｔ３）、通路６内の圧力Ｐ１を測定する。さらに、圧力Ｐ１の測定してから計測時間Ｔｍをおいて、時刻ｔ３からの圧力変化をみるべくもう一度通路６内の圧力Ｐ２を測定する（時刻ｔ４）。そして、これら測定したＰ１、Ｐ２を基づき圧力変化速度Ｖｐを求め、この圧力変化速度Ｖｐと判定値を比較することによってリーク診断を行う。
【００５０】
このように、本発明においても前記従来技術と同様に燃料タンク１からパージコントロールバルブ１１間の通路を減圧し、それを閉空間としたときの圧力変化を測定しリーク診断を行っているのであるが、本発明では従来技術と異なり、パージコントロールバルブ１１を開いて吸気管８内の負圧を導入しているときはバイパスバルブ１４が閉じている（図４中の時刻ｔ０からｔ１の間）。そのため、減圧時に燃料タンク１内の蒸発燃料を吸気管８内に吸い込むことがなく、混合比が変動してエンジンの運転状態が不安定になるのを防止することができる。
【００５１】
また、燃料タンク１からバイパスバルブ１４間の通路内はバイパスバルブ１４からパージコントロールバルブ１１間の通路内に蓄えられた負圧を利用して減圧されるのであるが、本発明では所定の容積をもつ負圧貯蔵用タンク１５を設けているので、バイパスバルブ１４からパージコントロールバルブ１１間の通路内に燃料タンク１からバイパスバルブ１４間の通路内を減圧するのに十分な負圧を蓄えることができる。
【００５２】
また、吸気管８内の負圧が大きく発達する高速時に減圧が行われるので、短時間のうちに効率的に減圧することができる。また、リーク診断はスロッシングの影響を受けにくい低速時や停車時に行われるので診断精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した蒸発燃料処理装置の概略構成を示した図である。
【図２】リーク診断処理の内容を示したフローチャートである。
【図３】同じくリーク診断処理の内容を示したフローチャートである。
【図４】リーク診断時の各バルブの作動状態及び圧力センサ測定値の変化の様子を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
１燃料タンク
２通路（第１の通路）
４キャニスタ
６通路（第２の通路）
８吸気管
１１パージコントロールバルブ
１２ドレンカットバルブ
１３圧力センサ
１４バイパスバルブ
１５負圧貯蔵用タンク
２２車速センサ

Claims

大気解放口を有するキャニスタと、
燃料タンクとキャニスタとを連通する第１の通路と、
前記キャニスタとスロットルバルブ下流の吸気管とを連通する第２の通路と、
前記第１の通路を開閉するバイパスバルブと、
前記第２の通路を開閉するパージコントロールバルブと、
前記キャニスタの大気解放口を開閉するドレンカットバルブと、
を備えた内燃エンジンの蒸発燃料処理装置において、
リーク診断時に前記ドレンカットバルブとバイパスバルブを閉じるとともに前記パージコントロールバルブを開いて前記バイパスバルブから吸気管側の通路内に吸気管内の負圧を導入し、前記バイパスバルブから吸気管側の通路内を所定圧力まで減圧したら前記パージコントロールバルブを閉じる減圧手段と、
減圧後、前記パイパスバルブを開き、所定時間が経過したら前記燃料タンクから前記パージコントロールバルブまでの通路内の圧力変化を測定する圧力測定手段と、
測定された圧力変化に基づきリーク診断を行う診断手段と、
を備えたことを特徴とする内燃エンジンの蒸発燃料処理装置。
車速を検出する手段を備え、
前記減圧手段は、
検出された車速が所定車速よりも高くなったときに前記ドレンカットバルブを閉じるとともに前記パージコントロールバルブを開いて前記バイパスバルブから吸気管側の通路内に吸気管内の負圧を導入し、前記バイパスバルブから吸気管側の通路内を所定圧力まで減圧したら前記パージコントロールバルブを閉じることを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジンの蒸発燃料処理装置。
車速を検出する手段を備え、
前記圧力測定手段は、
減圧後、検出された車速が所定車速よりも低くなったときに前記パイパスバルブを開き、所定時間が経過したら前記燃料タンクから前記パージコントロールバルブまでの通路内の圧力変化を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の蒸発燃料処理装置。
前記バイパスバルブと前記パージコントロールバルブの間に負圧貯蓄用のタンクを設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃エンジンの蒸発燃料処理装置。