JP5538184B2 - 燃料タンクの蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料タンクの蒸発燃料処理装置に関し、特に、燃料タンク内に発生する蒸発燃料の大気放出を防止するための燃料タンクの蒸発燃料処理装置に関するものである。

走行状況に応じてエンジン（内燃機関）とモータ（電動機）との少なくとも一方を動力源として走行するハイブリッド車が公知であり、さらに、そのモータの電源となるバッテリの充電を駐車状態でも可能とするプラグインハイブリッド車が知られている。そのようなプラグインハイブリッド車では、バッテリの充電量が十分な場合にはモータだけで走行可能であることから、近距離を走行して充電することを繰り返す場合には燃料を使用しない状態が続く。

一方、プラグインハイブリッド車における内燃機関の燃料として揮発性液体燃料（例えばガソリン）を使用する場合には公知の燃料タンクを用いることができるが、燃料が使用されないまま長期に放置された場合には燃料タンク内に溜まる蒸発燃料が増大することになる。蒸発燃料が溜まり過ぎて燃料タンク内が高圧になった場合には、常時閉弁しているが高圧で開弁する調圧弁を介して蒸発燃料をキャニスタに吸着させることができる。

調圧弁としては、燃料タンク側の圧力がキャニスタ側の圧力に比して十分に高圧となった場合に開弁する正方向リリーフ弁と、その逆の場合に開弁する逆方向リリーフ弁とからなるものがあり、さらに電磁弁からなる常時閉弁状態の封鎖弁（電磁弁）を並設した蒸発燃料処理装置を設けたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−１５６４９９号公報

例えば市販の乗用車では、給油口にねじ構造により着脱可能に設けられたフィラーキャップを外部からアクセスできないように覆うフィラーリッドが設けられており、上記特許文献１のものでは、フィラーリッドにロック機構及びリッドオープンスイッチを設け、リッドオープンスイッチが操作されかつタンク内圧が判定圧力以下でロック解除し、タンク内圧が判定圧力以上の場合には封鎖弁を開弁して燃料タンク内の蒸発燃料をキャニスタに吸着させると共にタンク内圧を低下させてからロック解除するようにしている。

しかしながら、タンク内圧が小さい場合や大きい場合等において圧抜きがされない状態でフィラーキャップが開けられた場合には多少なりとも蒸発燃料が大気に排出されてしまう。また、フィラーリッドのロック解除系が故障している場合やフィラーリッドを閉め忘れた状態でフィラーキャップを開けた場合等においても、フィラーキャップが開けられると蒸発燃料が大気に排出されてしまうという問題がある。

このような課題を解決して、蒸発燃料の大気への排出をできるだけ無くすことを実現するために、本発明に於いては、燃料を貯留する燃料タンク（２）と、前記燃料タンク内に発生する蒸発燃料を吸着させるためのキャニスタ（６ａ）と、前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通するベーパ通路（５）を選択的に開閉する制御弁（７）とを有する燃料タンクの蒸発燃料処理装置であって、前記燃料タンクのタンク内圧（Ｐ）を検出するタンク内圧センサ（１４）と、前記タンク内圧の変化を監視すると共に前記制御弁の開閉を制御する制御手段（１９）とを有し、前記制御手段は、前記タンク内圧の低下開始時点からの変化量が給油口（３ａ）の大気開放による変化を判定し得る所定判定量（Ｐｄ）以上になった場合には給油と判定し、該給油と判定した場合には前記制御弁を開弁すると共に、前記所定判定量を、前記タンク内圧の低下開始時点の前記タンク内圧に応じて変え、かつ前記タンク内圧の低下開始時点の前記タンク内圧が大気圧に近いほど前記所定判定量を小さくするものとした。

これによれば、フィラーキャップを外して給油口を大気開放しようとする場合のタンク内圧の低下の変化により給油口が大気開放されることを判定できるため、その判定に応じて制御弁を開弁して、フィラーキャップが完全に外されるまでにタンク内の蒸発燃料をできるだけ多くキャニスタに吸着させて蒸発燃料の大気への排出量を抑制し得ることから、例えば、フィラーリッドのロック機構解除検出により制御弁を開弁してタンク内圧の低減を行うような制御を行わなくても良く、故障可能性の部位を低減でき、装置の安定化を向上し得る。

特に、前記制御手段は、前記タンク内圧の低下開始時点の前記タンク内圧が大気圧に近いほど前記所定判定量を小さくすると良い。これによれば、フィラーキャップが外された時点のタンク内圧が大気圧に近く、タンク内圧の変化が少ない場合でもフィラーキャップが外された場合のタンク内圧の変化を検出して給油判定をすることができるため、より一層正確な給油判定を行うことができる。

また、前記制御手段は、前記小さくされた前記所定判定量よりも前記タンク内圧の変化量の方が小さい状態が所定時間継続した場合には前記燃料タンクにリークがあると判定すると良い。これによれば、タンク内圧が低下する場合の変化量をΔＰとして、所定判定量をΔＰｄとすると、ΔＰ＞ΔＰｄとなったらフィラーキャップが外されてタンク内圧が低下したと判定できるが、リークがある場合にはΔＰｔがリーク分小さくなるため、ΔＰ＜ΔＰｄの状態が長く続くことになり、それによりリークの有無を判定できる。

また、前記燃料タンクの給油口（３ａ）に設けられたフィラーキャップ４と、選択的に前記フィラーキャップの開閉操作を不可とするべくロック状態になるフィラーリッド（１６）と、前記フィラーリッドの前記ロック状態をリッドスイッチ（２１）の操作に基づいて解除するフィラーリッドロック解除手段（１７）とを有し、前記制御手段は、前記タンク内圧の低下開始時点からの変化量が前記所定判定量以上になったと判定したときに前記フィラーリッドロック解除手段により前記ロック状態が解除されていなかった場合には、前記フィラーリッドロック解除手段または前記リッドスイッチが異常であると判定すると良い。これによれば、給油口に例えばねじ構造により取り付けられたフィラーキャップを外部からアクセスすることを防止するフィラーリッドおよびそのロック機構を設けたものにおいて、そのロック解除を行うための装置等が故障した場合に、タンク内圧の低下の変化の状態により容易にその故障を検知することができ、装置の信頼性を高めることができる。

また、前記燃料タンクの燃料は内燃機関の燃料として供給され、前記制御手段は、前記内燃機関の運転中に前記制御弁を開弁制御する場合には前記給油の判定を行うことを禁止すると良い。これによれば、内燃機関の運転中に制御弁を開弁制御する場合には蒸発燃料のキャニスタへの吸着やパージ処理等を行う通常制御であることから、この場合には給油の判定を行わないようにして誤動作を防止することができる。

このように本発明によれば、フィラーキャップを外した場合のタンク内圧の変化により給油を判定することから、給油開始状態を直接的に判定することができ、例えば給油スイッチやフィラーリッドロック解除検出等の信号に応じて判断する場合におけるそれらの故障対策が不要になり、異常状態でも給油時の確実な蒸発燃料の処理を行うことができるため、より一層好適な蒸発燃料処理を行うことができる。

本発明が適用された燃料タンクの蒸発燃料処理装置の構成を示す図である。 本発明に基づく制御フロー図である。 本発明に基づくタイムチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用された燃料タンクの蒸発燃料処理装置の構成を示す図である。なお、内燃機関としてガソリンを燃料とするエンジンを自動車に用いた例について説明するが、燃料としては、ガソリンに限られるものではなく、燃料タンク内で蒸発燃料が発生し得るものが対象となり、また自動車に限定されるものではない。

図１に示されるようにエンジン１に供給する燃料を貯留しておく燃料タンク２が設けられており、その燃料タンク２には燃料を給油するための給油管３が接続されている。給油管３の給油口３ａにはフィラーキャップ４が例えばねじ構造により着脱自在に取り付けられており、フィラーキャップ４の取り付け状態では給油口３ａは外部に対して完全に閉じられている。

燃料タンク２にはベーパ通路としての第１通路５を介してキャニスタ装置６が接続されている。第１通路５には、その中間部に例えばソレノイド弁からなる常閉の制御弁７が設けられていると共に、制御弁７をバイパスするバイパス通路８が接続され、そのバイパス通路８の中間部にはタンク保護用に２方向リリーフ弁９が設けられている。２方向リリーフ弁９は、燃料タンク２のタンク内圧がキャニスタ装置６側に比して所定圧以上の高圧になった場合に開弁する正方向リリーフ弁と、その逆の場合で所定圧以上になった場合に開弁する逆方向リリーフ弁とからなる。制御弁７は下記のように給油時やリーク判定時、エンジン（内燃機関）１の作動時、具体的にはパージされているときに開くものである。また、制御弁７は開度を制御できる開度制御弁であってもよい。

キャニスタ装置６には、蒸発燃料を吸着する活性炭が充填されたキャニスタ６ａが内蔵されており、キャニスタ装置６のキャニスタ６ａを挟んで第１通路５とは反対側には、負圧発生装置１０が接続されている。負圧発生装置１０には、エンジン吸気負圧相当の負圧を擬似的に発生させて蒸発燃料処理系のリーク判定するための負圧ポンプ（図示省略）と、通常時に大気と連通させるための大気開放弁１０ａとが設けられている。負圧発生装置１０の負圧ポンプは正圧を発生させる正圧ポンプであってもよい。

キャニスタ装置６は、第２通路１１を介してエンジン１の吸気管１３に接続されており、第２通路１１の中間部には例えばソレノイド弁からなるパージバルブ１２が設けられている。エンジン１の運転時には、大気開放弁１０ａを大気連通状態にすると共にパージバルブ１２を開弁制御することにより、キャニスタ６ａに吸着されている蒸発燃料が吸気管１３に入り、蒸発燃料のパージが行われる。

また、第１通路５における制御弁７の上流側（燃料タンク２側）には燃料タンク２のタンク内圧（絶対圧）を検出するための第１圧力センサ１４が設けられ、キャニスタ装置６の第１通路５に連通する部分には第１通路５における制御弁７および２方向リリーフ弁９の下流側の圧力を検出するための第２圧力センサ１５が設けられている。

また、吸気管３の吸気口３ａの外側には、フィラーキャップ４を外部からアクセス（着脱のために回す）できないように、フィラーキャップ４を覆う大きさのフィラーリッド１６が設けられている。フィラーリッド１６は、本実施形態の自動車の場合にはボディのアウタパネルと同一面をなすように形成されており、また開方向のばね付勢力に抗して、ソレノイド１７のプランジャをロックピンとして閉状態にロックされるようになっている。また、フィラーリッド１６の開状態を検出するリッド開センサ１８が設けられている。このようにしてフィラーリッドロック解除手段が構成されている。

そして、本蒸発燃料処理装置は、制御手段としての制御ユニット１９を備えている。制御ユニット１９には、第１圧力センサ１４と第２圧力センサ１５とリッド開センサ１８との各検出値信号、および例えば運転席近傍に配設されたリッド開スイッチ２１からの操作信号の入力を処理し、制御弁７と負圧発生装置１０とソレノイド１７とに対する各制御を行うためのインターフェースやＣＰＵ及び必要な回路が設けられている。

次に、制御ユニット１９による本発明に基づく制御を図２のフロー図を参照して説明する。制御フローの実行は、制御ユニット１９内でＣＰＵを用いたプログラムによる制御であって良い。また、この制御は、エンジン１の運転中に限られず、停止後の所定時間（給油の場合を判定するために必要な時間）が対象となる。

先ず、ステップＳＴ１ではリッド開スイッチ２１がオンしたか否かを判別する。これは、ユーザの給油を行う意志の確認ためである。ユーザは、給油を行う時には、フィラーキャップ４を外す操作を行うためにフィラーリッド１６を開く必要があり、本実施形態ではリッド開スイッチ２１をオンして、ソレノイド１７を駆動してフィラーリッド１６のロック状態を解除する。なお、フィラーリッド１６が開方向ばね付勢力により開いたことをリッド開センサ１８により検出されたか否かによりステップＳＴ１の判別を行っても良い。

ステップＳＴ１でリッド開スイッチ２１がオンしたと判定された場合にはステップＳＴ２に進み、制御弁７を開弁する制御を行う。図３では、リッド開スイッチ２１が正常な場合を二点鎖線で示している。その場合には、リッド開スイッチ２１のオン信号出力により、制御弁７を開いて燃料タンク２内の蒸発燃料をキャニスタ６ａに吸着させ、それによりタンク内圧Ｐが低下して大気圧になると共に、ソレノイド１７を駆動してフィラーリッド１６のロックが解除され、それによりフィラーリッド１６が開いたことがリッド開センサ１８により検出される。その後、給油者は、フィラーキャップ４を外して給油を行い、終了したらフィラーキャップ４を閉めて、フィラーリッド１６を手動でロック位置に戻し、フィラーリッド１６がロック状態になる。そして、例えば車速検出等により走行開始したと判断したら制御弁７を閉じる。

これにより、燃料タンク２のタンク内圧が蒸発燃料の増大により高くなっていた場合にその蒸発燃料をフィラーキャップ４が外される前にキャニスタ装置６のキャニスタ６ａに吸着させることができる。通常、運転席近傍のリッド開スイッチ２１を操作してから、フィラーリッド１６が開いたのを確認してフィラーキャップ４を回して外すまでに多少なりとも時間を要するため、フィラーキャップ４を外すまでには制御弁７を開弁して燃料タンク２内の蒸発燃料を何等問題なくキャニスタ６ａに吸着させることができる。ステップＳＴ２を実行したら本ルーチンを終了する。

ステップＳＴ１でリッド開スイッチ２１がオンしていない（オフ）と判定された場合にはステップＳＴ１ａに進み、エンジン１が運転中における制御弁７の開弁制御中であるか否かを判別する。エンジン運転中には蒸発燃料のキャニスタ６ａへの吸着やパージ処理等を行うための通常の制御弁７の開弁制御を行うことから、そのような場合には給油の判定を行わないようにするために、ステップＳＴ１ａでエンジン１が運転中における制御弁７の開弁制御中であると判定された場合にはステップＳＴ１に戻る。ステップＳＴ１ａでエンジン１が運転中における制御弁７の開弁制御中ではないと判定された場合にはステップＳＴ３に進む。この場合には、何等かの原因によりリッド開スイッチ２１やリッド開センサ１８の故障等の異常状態で給油する場合が該当し得る。この異常状態での制御を図３の実線で示し、以下に説明する。

ステップＳＴ３では、第１圧力センサ１４の検出によりタンク内圧Ｐの低下開始時点からの変化量ΔＰが給油口３ａの大気開放による変化を判定し得る所定判定量ΔＰｄ以上（ΔＰ≧ΔＰｄ）になったか否かを判別する。タンク内圧Ｐが変化せず低下していないと判定された場合にはステップＳＴ１に戻り、タンク内圧Ｐが低下したと判定された場合にはステップＳＴ４に進む。ステップＳＴ４では低下開始時のタンク内圧Ｐを記憶して、ステップＳＴ５に進む。

ステップＳＴ５では単位時間当たりのタンク内圧の変化（ΔＰ／Δｔ）が所定値ｄＰより小さい（変化が小さい）か否かを判別する。変化が小さいと判定された場合には、タンク内圧Ｐが低い（大気圧に近い）ことが推定される。その場合にはステップＳＴ６に進み、そこでは後で使用する高圧閾値Ｐｄｈ及び低圧閾値Ｐｄｌをタンク内圧Ｐが大気圧に近いほど小さな値になるように設定する。例えば、ステップＳＴ４で記憶されたタンク内圧Ｐが大気圧に近いほど各閾値Ｐｄｈ・Ｐｄｌが小さくなるようにマップ化しておき、そのマップから読み取る。

ここで、タンク内圧Ｐが高い場合の変化量をΔＰとすると、（ΔＰ＝Ｐ−Ｐｄｈ）となり、変化量ΔＰが上記所定判定量ΔＰｄ以上になったことを検出するために、高圧閾値Ｐｄｈを（Ｐｄｈ＝Ｐ−ΔＰｄ）より少し低い値に設定すると良い。また、低圧閾値Ｐｄｌも同様であるが、タンク内圧Ｐが低い場合には変化が小さいため、所定判定量ΔＰｄを、タンク内圧Ｐが大気圧に近付くほど小さくなるように設定する。これは、タンク内圧Ｐの大小に応じて所定判定量ΔＰｄの大小を変えた設定をマップ化しておくことにより対応可能である。

ステップＳＴ５で変化が大きいと判定された場合またはステップＳＴ６を経た場合にはステップＳＴ７進む。ステップＳＴ７では記憶されたタンク内圧Ｐが高圧か否かを判別する。高圧である（Ｐ＞Ｐｈ）と判定された場合にはステップＳＴ８に進み、そこで、さらに高圧閾値Ｐｄｈ未満か否かを判別する。ステップＳＴ８で高圧閾値Ｐｄｈ未満である（Ｐ＜Ｐｄｈ）と判定された場合にはステップＳＴ９に進み、そこで異常である旨を知らせる警報（例えば運転席で警報ランプ点灯）の処理を行う。そしてステップＳＴ２に進み、上記と同じく制御弁７を開弁することにより、異常時でも何等問題なく給油に対応し得る。

この場合には上記リッド開スイッチ２１等の異常状態で給油する場合になるが、このような場合には、フィラーキャップ４を外す前に制御弁７を開弁して燃料タンク２内の蒸発燃料をキャニスタ６ａに吸着させることができない。しかしながら、フィラーキャップ４を外すために回し始めることによりタンク内圧が低下し始めるため、その低下を検出することによりフィラーキャップ４が外されて給油をすると判断できる。ここで、高圧閾値Ｐｄｈは、給油時に、タンク内圧が高い場合にフィラーキャップ４が外された時のタンク内圧の低下を判定し得る閾値である。そして、上記したようにステップＳＴ８からステップＳＴ２に進み、制御弁７を開弁することにより、フィラーキャップ４が完全に外されて給油口３ａから蒸発燃料が排出される前に、燃料タンク２内の蒸発燃料をキャニスタ６ａに吸着させることができる。

ステップＳＴ８で、高圧閾値Ｐｄｈ以上である（Ｐ≧Ｐｄｈ）と判定された場合には、ステップＳＴ８からステップＳＴ２に進む場合の給油の判定に伴う制御弁の開弁制御を行わずに、本ルーチンを終了する。この場合は、タンク内圧が低下したが、十分な高圧状態を保っていることから、フィラーリッド１６関係の故障時における給油作業ではないと判断できる。これにより、不必要に制御弁７を開弁してキャニスタ６ａによる蒸発燃料の吸着量を増大させてしまうことを防止でき、キャニスタ６ａに吸着の余裕を持たせることができる。

また、ステップＳＴ７でタンク内圧Ｐが高圧ではない（Ｐ≦Ｐｈ）と判定された場合にはステップＳＴ１０に進み、そこで、さらに低圧閾値Ｐｄｌより低いか否かを判別する。ステップＳＴ１０で低圧閾値Ｐｄｌより低い（Ｐ＜Ｐｄｌ）と判定された場合には、ステップＳＴ９に進み、そして上記と同じように処理する。

この場合は、給油時にタンク内圧Ｐが低い場合の対応である。この場合には開始時のタンク内圧が低い（大気圧に近い）ため、それに応じて所定変化量ΔＰｄを高圧閾値Ｐｄｈを設定する値よりも小さくした値を用いて設定された低圧閾値Ｐｄｌを用いる。これにより、タンク内圧が低い場合にも上記と同様に給油を判定でき、給油口３ａから蒸発燃料が排出される前に、燃料タンク２内の蒸発燃料をキャニスタ６ａに吸着させることができる。

ステップＳＴ１０で低圧閾値Ｐｄｌ以上である（Ｐ≧Ｐｄｌ）と判定された場合にはリーク判定を行うべくステップＳＴ１１に進む。ステップＳＴ１１ではタイマのカウントアップ処理（Ｔ←Ｔ＋１）を行い、ステップＳＴ１２に進む。ステップＳＴ１２ではタイマがタイムアップした（Ｔ≧Ｔｄ）か否かを判別し、タイムアップしていない場合にはステップＳＴ１１に戻り、タイムアップしたと判定された場合にはステップＳＴ１３に進む。

ステップＳＴ１３では本装置のリーク判定を行う。このリーク判定では、燃料タンク２が密閉状態でタンク内圧が大気圧近傍にある場合にリークありと判定する。他のリーク判定ではエンジン１の吸気負圧や前述の負圧発生装置１０による負圧または正圧を燃料タンク２やキャニスタ６aに導入して、燃料タンク２やキャニスタ６aが所定の正圧または負圧から所定圧力変化があれば燃料タンク２またはキャニスタ６aにリークがあると判定することができる。上記のように燃料タンク２のリーク判定を行う際に正圧または負圧を導入するために制御弁７を開いたり、制御弁７自体の故障診断のために制御弁７を開く必要があるが、この制御弁７を開いた場合にはタンク内圧が低下してしまい、給油であると誤判定してしまう恐れがあるため、燃料タンク２のリーク判定時や制御弁７の故障診断時には給油判定を行うことを禁止する。

リーク判定においては、タンク内圧が環境（主に温度）によって影響を受けて変化するため、十分な温度変化があるのに、タンク内圧変化が小さい場合にリーク有りと判定することができる。例えば１日における変化の判定の場合には季節を考慮した１日における最低温度と最高温度となり得る各時間帯の任意の時刻を設定してタンク内圧を検出して、両者のタンク内圧の差が所定値以上大きいか否かで判別することができる。なお、これは制御ユニット１９内のコンピュータをスリープ状態にしておき、時刻検出により検出および判定に必要な時間だけ動作させることで可能である。リーク判定を行った後には本ルーチンを終了する。

２ 燃料タンク
３ａ 給油口
５ 第１通路（ベーパ通路）
６ａ キャニスタ
７ 制御弁
１４ 第１圧力センサ（タンク内圧センサ）
１６ フィラーリッド
１７ ソレノイド（フィラーリッドロック解除手段）
１９ 制御ユニット（制御手段）
２１ リッド開スイッチ（リッドスイッチ）

Claims (4)

1. 燃料を貯留する燃料タンクと、前記燃料タンク内に発生する蒸発燃料を吸着させるためのキャニスタと、前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通するベーパ通路を選択的に開閉する制御弁とを有する燃料タンクの蒸発燃料処理装置であって、
   前記燃料タンクのタンク内圧を検出するタンク内圧センサと、前記タンク内圧の変化を監視すると共に前記制御弁の開閉を制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記タンク内圧の低下開始時点からの変化量が給油口の大気開放による変化を判定し得る所定判定量以上になった場合には給油と判定し、該給油と判定した場合には前記制御弁を開弁すると共に、前記所定判定量を、前記タンク内圧の低下開始時点の前記タンク内圧に応じて変え、かつ前記タンク内圧の低下開始時点の前記タンク内圧が大気圧に近いほど前記所定判定量を小さくすることを特徴とする燃料タンクの蒸発燃料処理装置。
2. 前記制御手段は、前記小さくされた前記所定判定量よりも前記タンク内圧の変化量の方が小さい状態が所定時間継続した場合には前記燃料タンクにリークがあると判定することを特徴とする請求項１に記載の燃料タンクの蒸発燃料処理装置。
3. 前記燃料タンクの給油口に設けられたフィラーキャップと、選択的に前記フィラーキャップの開閉操作を不可とするべくロック状態になるフィラーリッドと、前記フィラーリッドの前記ロック状態をリッドスイッチの操作に基づいて解除するフィラーリッドロック解除手段とを有し、
   前記制御手段は、前記タンク内圧の低下開始時点からの変化量が前記所定判定量以上になったと判定したときに前記フィラーリッドロック解除手段により前記ロック状態が解除されていなかった場合には、前記フィラーリッドロック解除手段または前記リッドスイッチが異常であると判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料タンクの蒸発燃料処理装置。
4. 前記燃料タンクの燃料は内燃機関の燃料として供給され、
   前記制御手段は、前記内燃機関の運転中に前記制御弁を開弁制御する場合には前記給油の判定を行うことを禁止することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料タンクの蒸発燃料処理装置。

Images