JP4687508B2 - 蒸発燃料処理装置及び蒸発燃料処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、燃料タンクに発生した蒸発燃料(ベーパ)を処理する装置及び方法に関する。

車両用のエンジンには、燃料タンクからの蒸発燃料が大気に放散することを防止する蒸発燃料処理装置が備えられる。蒸発燃料処理装置は、燃料タンクで発生する蒸発燃料をキャニスタに一時的に吸着し、その後、新気導入口から導入した新気とともにエンジンに吸入させて燃焼処理する。

ところがこのような蒸発燃料処理装置は、ハイブリッド車両やアイドルストップ車両のように走行中にエンジンを一時的に停止させる車両においては、エンジンの運転が断続的であるので蒸発燃料をパージできる機会が減る。さらにハイブリッド車両では、エンジンは熱効率が良い低ブースト領域で運転されることが多いのでパージに要する時間がかかり、蒸発燃料を効率よく処理できない。

これに対して、例えば特許文献１には、燃料吸着量が多いときにエンジンの停止条件が成立した場合は、エンジンの停止を遅延させてパージのためにエンジンを運転するハイブリッド自動車のエンジン制御装置が提案されている。
特開２０００−２８２９６９号公報

しかし、上述の従来技術では、本来はエンジンを停止させるべき条件で又はエンジンを運転する必要のない条件で、蒸発燃料処理のためにのみエンジンを運転することになるので燃費が悪化する。また、エンジンを一時停止して再始動するときは、エンジン停止中の蒸発燃料量が不明であることから、燃焼や排気組成に悪影響を及ぼさないように再始動当初は常にパージ量を絞って燃料濃度を監視しながら運転しなければならない。そのため蒸発燃料の処理機会が制約される。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、エンジン停止中の蒸発燃料量を正確に推定することで、再始動当初にパージ量を絞る制御を最小限にとどめることができ、蒸発燃料を効率よく処理することができる蒸発燃料の処理装置及び処理方法を提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、燃料タンク(２０)で発生する蒸発燃料を吸着可能なキャニスタ(１１)と、前記キャニスタ(１１)とエンジンの吸気通路(３１)とを連通するパージ通路(１４)に設けられ、開度を開閉して、キャニスタ(１１)に吸着されている蒸発燃料をエンジンに吸入させるパージの実行／停止を行うパージバルブ(１２)と、パージ停止中の蒸発燃料の発生量(Ａvap)をパージ停止中に算出する蒸発燃料量算出手段(ステップＳ８１)と、パージ停止中の蒸発燃料の発生量(Ａvap)が基準量(Ｃvap)よりも多い場合には当該パージ停止からパージを再開するときのパージバルブ開度を制限し、基準量よりも少ない場合には当該パージ停止からパージを再開するときのパージバルブ開度を制限しないパージバルブ開度制限手段(ステップＳ８)とを有することを特徴とする。

本発明によれば、パージ停止中の蒸発燃料量を算出し、その算出した蒸発燃料量がそもそも少ないときには、パージバルブの開度を絞ることなくパージする大量パージモードを実行することで、蒸発燃料の処理機会を拡大できたのである。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１は、本発明による蒸発燃料処理装置の一実施形態を示すシステム図である。

蒸発燃料処理装置１０は、キャニスタ１１と、パージバルブ１２と、温度センサ２１と、燃料ゲージ２２と、コントローラ７０とを備え、燃料タンク２０で発生した蒸発燃料をエンジン１に吸入させて燃焼処理する。

燃料タンク２０は燃料を貯留し、この燃料は各気筒毎に設けられた燃料噴射弁３３から各気筒に供給される。

キャニスタ１１は、内部に活性炭などの吸着材１１ａが充填されており、燃料タンク２０で発生した蒸発燃料を一時的に吸着する。キャニスタ１１は、蒸発燃料導入通路１３を介して燃料タンク２０に接続される。またキャニスタ１１には、新気導入口(大気開放口)１１ｂが形成される。さらにキャニスタ１１は、パージ通路１４を介してスロットル弁３２の下流の吸気通路３１に接続される。

パージバルブ１２はパージ通路１４の途中に設けられる。パージバルブ１２は、コントローラ７０から出力される信号によって開度を調整する。

温度センサ２１は燃料タンク２０の燃料温度を検出し、検出信号をコントローラ７０に送信する。

燃料ゲージ２２は燃料タンク２０の燃料残量を検出し、検出信号をコントローラ７０に送信する。なお燃料残量が検出できれば、燃料タンク２０の燃料液面よりも上方の空間部分の空間容積が求まる。すなわち燃料タンク形状又は容積が既知であるので、液面位置が分かれば空間容積が割り出される。

コントローラ７０は中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ７０を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。コントローラ７０は温度センサ２１の検出信号、燃料ゲージ２２の検出信号、エンジン回転速度Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、エンジン水温Ｔｗ、停止再始動指令等を入力し、パージバルブ１２や燃料噴射弁３３等の制御信号を出力する。

エンジン１の停止中などに燃料タンク２０で発生した蒸発燃料は、蒸発燃料導入通路１３を流れてキャニスタ１１に吸着される。そして、エンジン１が始動し、所定のパージ許可条件が成立したら、パージバルブ１２を開く。するとエンジン１の吸入負圧がキャニスタ１１に作用し、新気導入口９から導入される新気によってキャニスタ１１に吸着されていた蒸発燃料が脱離する。この脱離した蒸発燃料を含むパージガスがパージ通路１４を通って吸気マニホールド４から吸入され、エンジン１の燃焼室内で燃焼処理される。

ところでハイブリッド車両などのように走行中にエンジンを一時的に停止する車両では、従来エンジンを停止しパージできないときの蒸発燃料量が不明であることから、エンジンの再始動時に燃焼や排気組成に悪影響を及ぼさないように再始動当初は常にパージバルブの開度を絞って燃料濃度を監視しながら運転する必要があり、それだけ蒸発燃料の処理機会が制約されることとなっていた。

そこで本発明ではパージ停止中の蒸発燃料量を算出し、その算出した蒸発燃料量がそもそも少ないときには、パージバルブの開度を絞ることなくパージする大量パージモードを実行することで、蒸発燃料の処理機会を拡大したのである。

また蒸発燃料の発生量は、燃料タンク内の燃料温度の影響を受ける。ところが従来から用いられている燃料温度センサは温度をあまり精度よく検出することができない。検出精度は例えば１℃程度である。検出精度を上げれば部品コストがかかってしまう。そのため、現在検出した燃料温度に基づいて現在の蒸発燃料の発生量を算出したのでは、蒸発燃料の発生量を正確に求めることができない。

そこで本発明では、燃料の温度変化を常時監視し、その温度変化に基づいて現在の蒸発燃料の発生量を算出するようにしたので、蒸発燃料の発生量を正確に推定でき、大量パージモードを実行する条件を正確に判定できるのである。

以下では本発明を具現化するコントローラ７０の具体的な制御ロジックについて説明する。図２は、本発明による蒸発燃料処理装置の動作を説明するフローチャートである。コントローラはこの処理を一定サイクル時間ごと(例えば１０ミリ秒ごと）に繰り返し実行する。

ステップＳ１においてコントローラ７０は温度センサ２１の信号に基づいて燃料温度Ｔを検出する。

ステップＳ２においてコントローラ７０は燃料温度の変化速度を設定する。具体的な設定方法については後述する。

ステップＳ３においてコントローラ７０はパージを実施しているか否かを判定する。実施していればステップＳ７に処理を移行し、そうでなければステップＳ４に処理を移行する。

ステップＳ４においてコントローラ７０は前回パージを実施していたか否かを判定する。実施していたらステップＳ５に処理を移行し、そうでなかったらステップＳ６に処理を移行する。

ステップＳ５においてコントローラ７０はキャニスタ１１が吸着している蒸発燃料量を推定する。具体的には、例えば特許第36664090号公報に開示されている既知の推定手法を適用して、それまでのエンジン運転履歴や燃料温度などを用いて推定する。

ステップＳ６においてコントローラ７０はカウンタＮ１をインクリメントする。

ステップＳ７においてコントローラ７０は前回パージを実施していたか否かを判定する。実施していたら一旦処理を抜け、そうでなかったらステップＳ８に処理を移行する。

ステップＳ８においてコントローラ７０はパージモードを設定する。具体的な設定方法については後述する。

ステップＳ９においてコントローラ７０は設定されたパージモードにしたがってパージ制御を開始する
ステップＳ１０においてコントローラ７０はカウンタＮ１をリセットする。

図３は、燃料温度の変化速度を設定するルーチンのフローチャートである。

ステップＳ２１においてコントローラ７０は検出した燃料温度Ｔが前回値Ｔzと同じであるか否かを判定する。同じであるときはステップＳ２２へ処理を移行し、そうでなければステップＳ２３へ処理を移行する。

ステップＳ２２においてコントローラ７０はカウンタＮ２をインクリメントする。

ステップＳ２３においてコントローラ７０はカウンタＮ２に処理サイクル時間ｔcycleを乗じて燃料温度Ｔが変化するまでの時間Δｔ1を算出する。

ステップＳ２４においてコントローラ７０は燃料温度の変化速度ＶTを以下の式で算出する。

ステップＳ２５においてコントローラ７０はカウンタＮ２をリセットする。

図４は、パージモードを設定するルーチンのフローチャートである。

ステップＳ８１においてコントローラ７０は蒸発燃料発生量Ａvapを演算する。具体的には以下の式で求められる。

なお蒸発燃料発生効率ｅvapは以下の式で求められる。

また仮想沸点は以下の式で求められる。

さらに燃料温度上昇エネルギＥは以下の式に基づいて求められる。

ステップＳ８２においてコントローラ７０はステップＳ５で推定したキャニスタ１１の吸着蒸発燃料量を、あらかじめＲＯＭに格納された図５に示す特性のマップに適用して大量パージモード閾値Ｃvapを求める。このマップはあらかじめ実験を通じて設定される。

ステップＳ８３においてコントローラ７０は、ステップＳ８１で算出した蒸発燃料発生量Ａvapが大量パージモード閾値Ｃvapよりも小さいか否かを判定する。小さければステップＳ８４に処理を移行し、そうでなければステップＳ８５に処理を移行する。

ステップＳ８４においてコントローラ７０は、パージモードとして、パージ時に燃焼や排気組成に悪影響を及ぼさないようにパージバルブの開度を制限してパージ量を調整する小量パージモードを設定する。

ステップＳ８５においてコントローラ７０は、パージモードとしてパージバルブの開度を制限しない大量パージモードを設定する。

次に図６に示すタイムチャートを参照して本発明による蒸発燃料処理装置の動作を説明する。なおフローチャートとの対応が分かりやすくなるように、ステップ番号をＳ付けで併記する。

図６（Ｅ）に示すように時刻ｔ２まではパージを実施している。このとき、コントローラ７０は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ７を繰り返し実行し、燃料温度Ｔを検出するとともに燃料温度の変化速度ＶTを設定する。具体的には燃料温度が一定(Ｔ0)である時刻ｔ１までは燃料変化速度設定ルーチンでステップＳ２１→Ｓ２２を繰り返し、燃料温度が上昇したらステップＳ２１→Ｓ２３→Ｓ２４→Ｓ２５と進んで燃料変化速度を算出し設定する。

時刻ｔ２でエンジンが停止しパージを停止したときは、コントローラ７０は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５を実行し、この時点のキャニスタ吸着量を演算する。

時刻ｔ３で燃料温度が上昇したときは、コントローラ７０は、燃料変化速度設定ルーチン(Ｓ２)でステップＳ２１→Ｓ２３→Ｓ２４→Ｓ２５と処理を移行して燃料変化速度を設定する（図６（Ｃ））。

時刻ｔ４でパージ再開できるまでコントローラ７０は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ６を繰り返し実行し、パージ停止時間をカウントする。

時刻ｔ４でエンジンが再始動しパージ再開可能となったら、コントローラ７０は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ７→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ１０を実行し、蒸発燃料の発生量を算出し(Ｓ８１)、その蒸発燃料発生量に基づいてパージモードを設定して(Ｓ８４，Ｓ８５)、パージを開始する（図６（Ｅ））。

本実施形態によれば、パージ停止中の蒸発燃料量を算出し、その算出した蒸発燃料量がそもそも少ないときには、パージ再開時にパージバルブの開度を絞ることなくパージする大量パージモードを実施することで、蒸発燃料の処理機会を拡大できたのである。また蒸発燃料の発生量は、燃料タンク内の燃料温度の影響を受ける。ところが従来から用いられている燃料温度センサは温度をあまり精度よく検出することができない。検出精度は例えば１℃程度である。検出精度を上げれば部品コストがかかってしまう。そのため、現在検出した燃料温度に基づいて現在の蒸発燃料の発生量を算出したのでは、蒸発燃料の発生量を正確に求めることができない。そこで本実施形態では、燃料の温度変化を常時監視し、その温度変化に基づいて現在の蒸発燃料の発生量を算出するようにしたので、蒸発燃料の発生量を正確に推定でき、大量パージモードを実施する条件を正確に判定できるのである。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

本発明による蒸発燃料処理装置の一実施形態を示すシステム図である。 本発明による蒸発燃料処理装置の動作を説明するフローチャートである。 燃料温度の変化速度を設定するルーチンのフローチャートである。 パージモードを設定するルーチンのフローチャートである。 大量パージモード閾値Ｃvapを求めるための特性のマップである。 本発明による蒸発燃料処理装置の動作を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン
１０ 蒸発燃料処理装置
１１ キャニスタ
１２ パージバルブ
２０ 燃料タンク
２１ 温度センサ(温度検出手段)
２２ 燃料ゲージ
７０ コントローラ
ステップＳ２ 燃温速度設定手段
ステップＳ５ 吸着燃料量推定手段
ステップＳ８ パージバルブ開度制限手段／パージバルブ開度制限工程
ステップＳ８１ 蒸発燃料量算出手段／蒸発燃料量算出工程

Claims (6)

1. 燃料タンクで発生する蒸発燃料を吸着可能なキャニスタと、
   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、開度を開閉して、キャニスタに吸着されている蒸発燃料をエンジンに吸入させるパージの実行／停止を行うパージバルブと、
   パージ停止中の蒸発燃料の発生量をパージ停止中に算出する蒸発燃料量算出手段と、
   パージ停止中の蒸発燃料の発生量が基準量よりも多い場合には当該パージ停止からパージを再開するときのパージバルブ開度を制限し、基準量よりも少ない場合には当該パージ停止からパージを再開するときのパージバルブ開度を制限しないパージバルブ開度制限手段と、
   を有する蒸発燃料処理装置。
2. 燃料タンクの燃料温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記蒸発燃料量算出手段は、パージ停止中の蒸発燃料の温度変化に基づいて蒸発燃料の発生量を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
3. 前記温度検出手段は、燃料タンクの燃料温度を段階的に検出し、
   前記検出燃料温度が変化したときに、変化前後の温度差及び変化に要した時間から、燃料温度変化速度を設定する燃温速度設定手段を備え、
   前記蒸発燃料量算出手段は、前記燃温速度設定手段で設定した燃料温度変化速度とパージ停止時間とに基づいて、パージ停止中の蒸発燃料発生量を算出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の蒸発燃料処理装置。
4. パージを停止したときにキャニスタに吸着されている燃料量を推定する吸着燃料量推定手段を備え、
   前記パージバルブ開度制限手段は、前記基準量を、パージを停止したときにキャニスタに吸着されている蒸発燃料量に基づいて設定する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の蒸発燃料処理装置。
5. 前記パージバルブ開度制限手段は、パージ停止中の蒸発燃料の発生量が基準量よりも多い場合には、パージを再開するときの燃焼安定性を崩さないようにパージバルブ開度を制限する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の蒸発燃料処理装置。
6. 燃料タンクで発生する蒸発燃料を吸着可能な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、開度を開閉して、キャニスタに吸着されている蒸発燃料をエンジンに吸入させるパージの実行／停止を行うパージバルブのパージ停止中の蒸発燃料の発生量をパージ停止中に算出する蒸発燃料量算出工程と、
   パージ停止中の蒸発燃料の発生量が基準量よりも多い場合には当該パージ停止からパージを再開するときのパージバルブ開度を制限し、基準量よりも少ない場合には当該パージ停止からパージを再開するときのパージバルブ開度を制限しないパージバルブ開度制限工程と、
   を有する蒸発燃料処理方法。

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