JP4622707B2 - エバポガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料タンク内の燃料が蒸発して生じた燃料蒸発ガス（以下、「エバポガス」と称する。）を処理するエバポガス処理装置に関するものである。

エンジンには、エバポガスが大気中に漏れ出すことを防止するために、エバポガスを一旦キャニスタに吸着させ、このキャニスタとエンジンの吸気通路とを連通するパージ通路に設けたパージ制御弁を開弁することで、吸気通路の負圧を利用してキャニスタ内に吸着されているエバポガスを吸気通路へパージするエバポガス処理装置が備えられている。

エンジンの高負荷運転時は、スロットル弁は全開に近い状態で運転されることになる。この場合、吸気通路にはほぼ大気圧が導入され負圧がほとんど発生しないため、キャニスタ内に吸着されているエバポガスを吸気通路へパージするのは困難となる。特に、ハイブリッド車両においては、エンジン運転はエネルギー効率の面から高負荷状態で運転されるため、エバポガスを吸気通路へパージするのは困難となる。

そこで、特許文献１には、エンジン高負荷運転から負荷減少時のスロットル弁が閉動作される運転状態で、パージ制御弁を開いてエバポガスをパージする車両の制御装置に関する発明が開示されている。
特開２００１−９８９９４

このような車両の制御装置では、エバポガスをパージするのは、エンジン負荷の減少時におけるスロットル弁が閉動作時のみであり、エバポガスのパージ頻度が少ない。また、エンジン負荷減少時のスロットル弁閉動作時に、エバポガスのパージを行うと共に、エンジンの燃焼制御として燃料カット又は点火カットを行った場合には、キャニスタ内からエンジン内へパージされたエバポガスは、エンジン燃焼室内にて燃焼することができない。したがって、エバポガスは、そのまま大気放出されてしまうか、又は触媒にて反応し、触媒が劣化してしまう可能性もある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、エンジン燃焼室内で燃焼していない場合におけるエンジン内へのエバポガスのパージを低減すると共に、エバポガスの処理が可能なエバポガス処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、燃料タンク内の燃料が蒸発して生じたエバポガスを吸着するキャニスタと、キャニスタとエンジンの吸気通路とを連通するパージ通路に設けられたパージ制御弁とを備えるエバポガス処理装置である。このエバポガス処理装置は、パージ通路におけるパージ制御弁と吸気通路との間に設けられた蓄圧容器と、パージ通路における蓄圧容器と吸気通路との間に設けられ、蓄圧容器から吸気通路への流れのみを許容する逆止弁と、吸気通路内の吸気圧力を測定する吸気圧力測定手段と、蓄圧容器内の蓄圧容器圧力を測定又は推定する蓄圧容器圧力測定手段と、エンジンの未燃焼状態を検出した場合に、蓄圧容器圧力と吸気圧力とに基づきパージ制御弁の開閉を制御する制御手段とを備える。そして、この制御手段は、蓄圧容器圧力が吸気圧力を超えた場合にはパージ制御弁を閉とすることによって、キャニスタから吸気通路へのエバポガスの流入を遮断すると共に、蓄圧容器内に吸気通路の負圧を蓄圧し、蓄圧容器圧力が吸気圧力以下の場合にはパージ制御弁を開とすることによって、キャニスタ内のエバポガスを蓄圧容器内に蓄圧された負圧を利用して蓄圧容器内へパージする。

本発明によれば、エンジン燃焼室で燃焼していない場合、すなわち燃料カット又は点火カットの場合において、蓄圧容器圧力が吸気圧力を超えるときにはパージ制御弁が閉となり、キャニスタから吸気通路へのエバポガスの流入が遮断される。また、蓄圧容器圧力が吸気圧力以下のときにはパージ制御弁が開となるが、蓄圧容器内から吸気通路へのエバポガスの流れは生じないため、同様に吸気通路へのエバポガスの流入が遮断される。このように、エンジン燃焼室内で燃焼していない場合において、エンジン内へのエバポガスのパージを低減することができる。

さらに、蓄圧容器圧力が吸気圧力以下となりパージ制御弁が開となった状態では、蓄圧容器内に蓄圧された負圧を利用してキャニスタ内のエバポガスを蓄圧容器内にパージし処理することができる。このとき、蓄圧容器と吸気通路との間には、蓄圧容器から吸気通路への流れのみを許容する逆止弁が設けられているため、吸気通路中の空気が蓄圧容器内に流れ込むこが無く、キャニスタ内のエバポガスを蓄圧容器内に効率良くパージすることができる。

さらに、エンジン高負荷運転時における吸気通路に十分な負圧が発生しない状況でも、蓄圧容器内に蓄圧された負圧を利用することによって、キャニスタ内のエバポガスを蓄圧容器内にパージし処理することができる。

以上のように、エンジン燃焼室内で燃焼していない場合において、エンジン内へのエバポガスのパージを低減することができると共に、キャニスタ内のエバポガスを処理することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るエバポガス処理装置１００の構成図である。

（実施の形態１）
エバポガス処理装置１００は、燃料タンク９内の燃料が蒸発して発生するエバポガスを処理するものであり、燃料吸着剤（活性炭）を内蔵したキャニスタ２と、キャニスタ２とエンジン１のスロットル弁３下流の吸気通路４とを連通するパージ通路５に設けられたパージ制御弁６と、車両に搭載され車両全体の動作、及びパージ制御弁６の動作を制御するコントローラ１４とを備える。

燃料タンク９内で発生したエバポガスは、配管７を介してキャニスタ２に導かれ、燃料成分だけがキャニスタ２内の活性炭に吸着され、残りの空気はキャニスタ２に設けられた大気開放弁８から外部に放出される。そして、活性炭に吸着された燃料を処理するには、パージ制御弁６を開き、スロットル弁３下流の吸入負圧を利用して大気開放弁８からキャニスタ２内に新気を導入する。この新気によって活性炭に吸着されていた燃料が離脱し、新気と共にパージ通路５を介して吸気通路４からエンジン１内へ導入される。

以上のエバポガス処理装置１００におけるエバポガスのパージ動作は、エンジン１の燃焼制御として燃料カット又は点火カットを行っていない場合、すなわちエンジン燃焼室で燃焼している場合におけるものであり、通常のパージ動作である。しかし、エンジン１の燃焼制御として燃料カット又は点火カットを行った場合、すなわちエンジン燃焼室で燃焼していない場合に、上記の通常のパージ動作を行った場合には、キャニスタ２内からエンジン１内へ流入したエバポガスは、エンジン燃焼室内にて燃焼することができず、大気放出されてしまう。

そこで、エバポガス処理装置１００は、エンジン燃焼室で燃焼していない場合に、エンジン１内へのエバポガスのパージを低減させるための以下の構成を備える。

エバポガス処理装置１００は、パージ通路５におけるパージ制御弁６と吸気通路４との間に設けられた蓄圧容器としてのタンク１０と、パージ通路５におけるタンク１０と吸気通路４との間に設けられた逆止弁１１と、吸気通路４内の吸気圧力を測定する吸気圧力測定手段としての吸気圧力計１２と、タンク１０内のタンク圧力を測定又は推定するタンク圧力測定手段を備える。

パージ制御弁６は、後述するコントローラ１４によって制御される電磁式の開閉弁であり、エンジン燃焼室で燃焼していない場合には、タンク圧力と吸気圧力との比較によって開閉し、エバポガスのキャニスタ２からエンジン１内への流れを遮断する。

タンク１０は、一定の容積を持った容器であり、エンジン燃焼室で燃焼していない場合において、パージ制御弁６の開閉によって吸気通路４の負圧を蓄圧すると共に、その蓄圧した負圧を利用してキャニスタ２内のエバポガスを受入れる機能を有するものである。具体的には、タンク圧力が吸気圧力を超える場合には、パージ制御弁６が閉となり、タンク１０は吸気通路４の負圧を蓄圧する。また、タンク圧力が吸気圧力以下の場合には、パージ制御弁６が開となり、タンク１０はキャニスタ２内のエバポガスを吸い込む。つまり、キャニスタ２内のエバポガスはタンク１０にパージされる。

逆止弁１１は、エバポガスのタンク１０から吸気通路４への流れのみを許容するものであり、吸気通路４内の空気がタンク１０へ流れ込むのを防止する。したがって、タンク圧力が吸気圧力を超えパージ制御弁６が閉となった場合には、タンク１０から吸気通路４への流れが生じるが、吸気通路４からタンク１０への流れは生じないため、タンク１０には吸気通路４の負圧が効率良く蓄圧される。また、タンク圧力が吸気圧力以下となりパージ制御弁６が開となった場合には、逆止弁１１の作用により吸気通路４中の空気がタンク１０内に流れ込むことが無いため、キャニスタ２内のエバポガスをタンク１０内に効率良くパージすることができる。

吸気圧力計１２は、吸気通路４におけるスロットル弁３下流に取り付けられ、直接吸気通路内の圧力を計測するものであり、測定した吸気圧力データをコントローラ１４に出力する。

タンク圧力測定手段は、コントローラ１４に記憶された以下に示す一次遅れ関数（ａ）を用いて、タンク１０近傍の計測圧力から現在のタンク圧力推定値を求めるものである。
タンク圧力（ｎ）＝Ａ×計測圧力（ｎ）＋（１−Ａ）×タンク圧力（ｎ−１）・・・（ａ）

このように、タンク１０近傍の計測圧力とタンク圧力の前回推定値とを用いて、現在のタンク１０内の圧力を間接的に測定する。ここで、計測圧力とは、パージ制御弁６が開の場合には、大気圧を計測する大気圧力計測手段としての大気圧力計１７によって計測された圧力を用い、パージ制御弁６が閉の場合には、吸気圧力計１２によって計測された吸気圧力を用いる。また、Ａは重み係数であり、Ａの値を任意に設定することによって、計測圧力（ｎ）とタンク圧力（ｎ−１）との重み付けを自由に設定することができる。

なお、タンク１０内の圧力を測定する他の方法として、タンク１０にタンク圧力計を取付け、直接タンク１０内の圧力を計測し、そのタンク圧力データをコントローラ１４に出力するようにしてもよい。

コントローラ１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ（図示せず）等からなり、各種計器によって検出したエンジン１の運転条件を基にエンジン１の点火時期、燃料噴射量、及びパージ制御弁６の開閉等の制御を行う。

次に、コントローラ１４によるエバポガス処理装置１００の動作を、図２を参照して説明する。図２は、エバポガス処理装置１００の動作を示すフローチャートであり、一定周期にて実行される。

吸気圧力計１２によって、吸気圧力を読み取る（ステップ１−１）。

大気圧力計１７又は吸気圧力計１２によって圧力を読み取り、コントローラ１４に記憶された一次遅れ関数（ａ）を用いて、タンク圧力を推定する（ステップ１−２）。なお、パージ制御弁６が開の場合には大気圧力計１７によって計測された大気圧を用い、パージ制御弁６が閉の場合には吸気圧力計１２によって計測された吸気圧力を用いてタンク圧力を算出する。なお、タンク圧力の測定は、タンク１０に圧力計を取り付け、直接タンク圧力を測定し読み取るようにしてもよい。

コントローラ１４から、点火プラグ１５へ点火カット信号、又は燃料噴射弁１６へ燃料カット信号が出力されているか否かを判断する（ステップ２）。つまり、エンジン燃焼室において未燃焼状態か否かを判断する。

ステップ２において、点火プラグ１５への点火カット信号、又は燃料噴射弁１６への燃料カット信号が出力されていない場合、つまり、エンジンの燃焼状態を検出した場合には、エンジン回転数、吸入空気量、吸入空気温度、スロットル開度、冷却水温度、車速、燃料温度、及び燃料噴射量等に基づき、所定の運転域（定常走行時等）にパージ制御弁６を開とする通常のパージ制御が行われる（ステップ３）。

ステップ２において、点火プラグ１５への点火カット信号、又は燃料噴射弁１６への燃料カット信号が出力されている場合、つまり、エンジンの未燃焼状態を検出した場合には、ステップ４に進み、通常のパージ制御とは異なる制御、すなわち、エンジン１内へのエバポガスのパージを低減させるための制御が実行される。

ステップ１−２にて測定されたタンク圧力とステップ１−１にて読み取られた吸気圧力とを比較し、タンク圧力が吸気圧力を超えているか否かを判断する（ステップ４）。このステップ４による制御が、エンジンの未燃焼状態を検出した場合に、蓄圧容器圧力と吸気圧力とに基づきパージ制御弁の開閉を制御する制御手段に該当する。

ステップ４にてタンク圧力が吸気圧力を超えていると判断した場合には、パージ制御弁６を閉とする（ステップ５）。これにより、キャニスタ２から吸気通路４へのエバポガスの流入が遮断され、燃焼していないエンジン１内へのエバポガスの流入が防止される。また、タンク圧力と比較して吸気圧力が低いため吸気通路４の負圧によってタンク１０の気体が吸われ、タンク１０には吸気通路４の負圧が蓄圧される。

ステップ４にてタンク圧力が吸気圧力以下と判断した場合には、パージ制御弁６を開とする（ステップ６）。パージ制御弁６が開となっても、タンク圧力は吸気圧力以下であるため、タンク１０から吸気通路４へのエバポガスの流れは生じず、燃焼していないエンジン１内へのエバポガスの流入は防止される。また、キャニスタ２とタンク１０とは連通した状態となるため、タンク１０内に蓄圧された負圧によって、キャニスタ２内のエバポガスがタンク１０内にパージされる。このとき、タンク１０と吸気通路４との間には逆止弁１１が設けられているため、タンク圧力が吸気圧力以下の状態でも吸気通路４中の空気がタンク１０内に流れ込むことが無く、キャニスタ２内のエバポガスをタンク１０内に効率良くパージすることができる。このように、タンク１０内に蓄圧された負圧を利用することによって、キャニスタ２内のエバポガスを処理することができる。

以上のように、実施の形態１に係るエバポガス処理装置１００は、タンク１０と、逆止弁１１と、エンジン燃焼室で燃焼していない場合にタンク圧力と吸気圧力とを比較しパージ制御弁６の開閉を制御する制御手段とを備える。そして、この制御手段は、タンク圧力が吸気圧力を超えると判断した場合にはパージ制御弁６を閉とすることによって、キャニスタ２から吸気通路４へのエバポガスの流入を遮断すると共に、タンク１０内に吸気通路４の負圧を蓄圧する。また、制御手段は、タンク圧力が吸気圧力以下と判断した場合にはパージ制御弁６を開とすることによって、キャニスタ２内のエバポガスをタンク１０内に蓄圧された負圧を利用してタンク１０内へパージする。このように、エバポガス処理装置１００によれば、エンジン燃焼室で燃焼していない場合に、エンジン１内へのエバポガスのパージを低減することができ、エバポガスの大気への放出を防止することができる。また、このような状態でも、タンク１０に蓄圧された負圧を利用することによって、キャニスタ２内のエバポガスをタンク１０内へパージし処理することができる。

さらに、エンジン燃焼時の通常のパージ制御が行われている状況において、エンジン１が高負荷運転を行っている場合には、スロットル弁３は全開に近い状態で運転されることになる。この場合、吸気通路４にはほぼ大気圧が導入され負圧がほとんど発生しないため、エバポガスを吸気通路４へパージするのは困難であり、特に、ハイブリッド車両においては、エンジン運転は高負荷状態で運転されるため、パージは困難となる。しかし、このような吸気通路４に十分な負圧が発生しない状況でも、タンク１０内に蓄圧された負圧を利用することによって、キャニスタ２内のエバポガスをタンク１０内にパージし処理することができ、パージ頻度を向上させることができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２を、図３のフローチャートを参照して説明する。実施の形態２におけるエバポガス処理装置２００の構成は、実施の形態１と同じである。実施の形態２におけるコントローラ１４によるエバポガス処理装置２００の動作は、実施の形態１における動作と一部相違する。以下に、その相違点について説明する。

ステップ６までは実施の形態１における動作と同じである。ステップ６においてパージ制御弁６が開となった後、タンク圧力と大気圧力とを比較し、タンク圧力が大気圧力以上か否かを判断する（ステップ７）。

ステップ７にて、タンク圧力が大気圧力未満であると判断した場合には、パージ制御弁６は開のままである。また、タンク圧力が大気圧力以上であると判断した場合には、パージ制御弁を閉とし、タンク１０とキャニスタ２との間の流路を遮断する（ステップ８）。

以上のように、実施の形態２に係るエバポガス処理装置２００によれば、タンク圧力が一時的に大気圧力以上になった場合でも、エバポガスがタンク１０からキャニスタ２へ逆流するのを防止することができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３を、図４及び図５を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態３に係るエバポガス処理装置３００の構成図であり、図５は、エバポガス処理装置３００の動作を示すフローチャートである。

実施の形態３のエバポガス処理装置３００における実施の形態１のエバポガス処理装置１００との相違点は、パージ通路５における逆止弁１１と吸気通路４との間にパージ遮断弁２０が設けられている点である。

パージ遮断弁２０は、電磁式の開閉弁であり、エンジン燃焼室で燃焼していない場合には、タンク圧力と吸気圧力との比較によって開閉するものである。

図５を参照して、パージ遮断弁２０の動作について説明する。ステップ１−１からステップ４までの動作は、実施の形態１と同じである。ステップ４にて、タンク圧力が吸気圧力を超えていると判断した場合には、パージ制御弁６を閉とすると共にパージ遮断弁２０を開とする（ステップ５）。これにより、キャニスタ２から吸気通路４へのエバポガスの流入が遮断され、燃焼していないエンジン１内へのエバポガスの流入が防止される。また、タンク圧力と比較して吸気圧力が低いため吸気通路４の負圧によってタンク１０の気体が吸われ、タンク１０には吸気通路４の負圧が蓄圧される。

ステップ４にて、タンク圧力が吸気圧力以下と判断した場合には、パージ制御弁６を開とすると共にパージ遮断弁２０を閉とする（ステップ６）。これにより、キャニスタ２内のエバポガスをタンク１０内に効率良くパージすることができると共に、パージ遮断弁２０が閉であるため、タンク１０内にパージされたエバポガスのエンジン１内への拡散を防止することができる。

以上のように、実施の形態３に係るエバポガス処理装置３００によれば、パージ遮断弁２０を備えるため、エンジン燃焼室で燃焼していない場合に、エンジン１内へのエバポガスのパージをより低減することができ、エバポガスの大気への放出を防止することができる。また、キャニスタ２内のエバポガスをタンク１０内へより効率よくパージすることができる。

なお、本実施の形態３において、ステップ６の後に、実施の形態２におけるステップ７、８を加え、タンク１０からキャニスタ２へエバポガスの逆流を防止するようにすることも当然可能である。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４を、図６のフローチャートを参照して説明する。実施の形態４におけるエバポガス処理装置４００の構成は、実施の形態３と同じである。実施の形態４におけるコントローラ１４によるエバポガス処理装置４００の動作は、実施の形態３における動作と一部相違する。以下に、その相違点について説明する。

エバポガス処理装置４００の動作は、吸気圧力を読み取るステップ１−１の前に、エバポリーク診断要求があるか否かを判断するステップ０を有する。エバポリーク診断要求がある場合には、エバポガスのパージ制御に優先して周知のエバポリーク診断制御を行う（ステップ０−１）。また、エバポリーク診断要求が無い場合には、実施の形態１〜３に示したいずれかのエバポガスパージ制御を行う。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、車両に搭載され、燃料タンク内の燃料が蒸発して生じた燃料蒸発ガスを処理する装置に利用することができる。

本発明の実施の形態１に係るエバポガス処理装置１００の構成図である。 エバポガス処理装置１００の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るエバポガス処理装置２００の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係るエバポガス処理装置３００の構成図である。 エバポガス処理装置３００の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４に係るエバポガス処理装置４００の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１００，３００ エバポガス処理装置
１ エンジン
２ キャニスタ
３ スロットル弁
４ 吸気通路
５ パージ通路
６ パージ弁
７ 配管
８ 大気開放弁
９ 燃料タンク
１０ タンク
１１ 逆止弁
１２ 吸気圧力計
１４ コントローラ
１５ 点火プラグ
１６ 燃料噴射弁
１７ 大気圧力計
２０ パージ遮断弁

Claims (5)

1. 燃料タンク内の燃料が蒸発して生じたエバポガスを吸着するキャニスタと、
   前記キャニスタとエンジンの吸気通路とを連通するパージ通路に設けられたパージ制御弁とを備えるエバポガス処理装置において、
   前記パージ通路における前記パージ制御弁と前記吸気通路との間に設けられた蓄圧容器と、
   前記パージ通路における前記蓄圧容器と前記吸気通路との間に設けられ、前記蓄圧容器から前記吸気通路への流れのみを許容する逆止弁と、
   前記吸気通路内の吸気圧力を測定する吸気圧力測定手段と、
   前記蓄圧容器内の蓄圧容器圧力を測定又は推定する蓄圧容器圧力測定手段と、
   エンジンの未燃焼状態を検出した場合に、前記蓄圧容器圧力と前記吸気圧力とに基づき前記パージ制御弁の開閉を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記蓄圧容器圧力が前記吸気圧力を超えた場合には前記パージ制御弁を閉とすることによって、前記キャニスタから前記吸気通路へのエバポガスの流入を遮断すると共に、前記蓄圧容器内に前記吸気通路の負圧を蓄圧し、
   前記蓄圧容器圧力が前記吸気圧力以下の場合には前記パージ制御弁を開とすることによって、前記キャニスタ内のエバポガスを前記蓄圧容器内に蓄圧された負圧を利用して前記蓄圧容器内へパージすることを特徴とするエバポガス処理装置。
2. 前記パージ通路における前記逆止弁と前記吸気通路との間に設けられたパージ遮断弁を備え、
   前記制御手段は、前記蓄圧容器圧力が前記吸気圧力を超えた場合には前記パージ制御弁を閉とすると共に前記パージ遮断弁を開とし、
   前記蓄圧容器圧力が前記吸気圧力以下の場合には前記パージ制御弁を開とすると共に前記パージ遮断弁を閉とすることを特徴とする請求項１に記載のエバポガス処理装置。
3. 前記制御手段は、前記パージ制御弁を開とした場合において、前記蓄圧容器圧力が大気圧力以上の場合には、前記パージ制御弁を閉とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエバポガス処理装置。
4. 大気圧力を測定する大気圧力測定手段を備え、
   前記蓄圧容器圧力測定手段は、前記吸気圧力又は前記大気圧力の一次遅れ関数によって前記蓄圧容器圧力を推定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のエバポガス処理装置。
5. 前記一次遅れ関数は、重み係数をＡとし以下の式によって表され、式中の計測圧力は、前記パージ制御弁が閉の場合には前記吸気圧力を用い、前記パージ制御弁が開の場合には前記大気圧力を用いることを特徴とする請求項４に記載のエバポガス処理装置。
   現在蓄圧容器圧力（ｎ）＝Ａ×計測圧力（ｎ）＋（１−Ａ）×蓄圧容器圧力（ｎ−１）

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