JP6225805B2 - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、蒸発燃料処理装置に関する。
従来、燃料タンクの蒸発燃料を回収し内燃機関の吸気系に導入する蒸発燃料処理装置が知られている。蒸発燃料処理装置は、燃料タンクの蒸発燃料を回収するキャニスタ、キャニスタの内部と吸気系の内部とを連通可能なパージ管、キャニスタの内部と吸気系の内部とを連通または遮断するパージ弁などを備える。例えば、特許文献1には、吸気系が過給器などによって加圧されているときキャニスタが回収した蒸発燃料を吸気系の内部に圧送するパージポンプを備える蒸発燃料処理装置が記載されている。また、特許文献2には、キャニスタが回収した蒸発燃料を吸気系に導入するとき吸気系の内部とパージ管の内部との差圧に基づいて作動するパージポンプを備える蒸発燃料処理装置が記載されている。
特開平11−173220号公報 特許第3589632号明細書
しかしながら、特許文献1に記載の蒸発燃料処理装置では、キャニスタが回収した蒸発燃料を吸気系の内部に圧送するときのみパージポンプを作動させる。このため、パージ弁が開くのと同時にパージポンプを停止状態から作動させるため、吸気系への蒸発燃料の導入に遅れが生じ、所望の量の蒸発燃料を導入できないおそれがある。
また、特許文献2に記載の蒸発燃料処理装置では、パージ弁を開くとき吸気系の内部とキャニスタの内部との差圧が所定の閾値より小さいとパージポンプを作動させる。このため、パージ弁が開くのと同時にパージポンプを停止状態から作動させるため、蒸発燃料の吸気系への導入に遅れが生じ、所望の量の蒸発燃料を導入できないおそれがある。また、特許文献2に記載の蒸発燃料処理装置は、パージ弁を開くとき吸気系の内部とキャニスタの内部との差圧が所定の閾値より大きいとパージポンプを作動しない。しかしながら、停止しているパージポンプは、パージ管の内部を流れる蒸発燃料の通気抵抗となるため、所望の量の蒸発燃料を吸気系に導入できないおそれがある。
本発明の目的は、吸気系への蒸発燃料の導入遅れを小さくする蒸発燃料処理装置を提供することにある。
本発明は、内燃機関の燃料を貯留する燃料タンクの内部において発生する蒸発燃料を内燃機関の吸気系に導入する蒸発燃料処理装置であって、キャニスタ、パージ管、パージ弁、パージ弁制御部、パージポンプ、圧力検出手段、及び、ポンプ電力供給部を備える。キャニスタは、燃料タンクの内部と連通し燃料タンクの蒸発燃料を回収する。パージ管は、キャニスタの内部と吸気系が形成する吸気通路とを連通するパージ通路を形成する。パージ弁は、パージ管に設けられ、キャニスタの内部と吸気通路とを連通または遮断する。パージ弁制御部は、パージ弁の開閉を制御する。パージポンプは、キャニスタの内部と大気とを連通する大気通路を形成する大気管またはパージ管に設けられ、キャニスタが回収した蒸発燃料を吸気系に圧送する。圧力検出手段は、吸気通路の圧力を検出し、吸気通路の圧力に応じた信号を出力する。ポンプ電力供給部は、パージポンプに電力を供給可能に設けられている。ポンプ電力供給部は、内燃機関が運転中であるときキャニスタの内部の気体がキャニスタから吸気通路に向かって流れるようパージポンプに0より大きい電力を供給する。ポンプ電力供給部は、内燃機関が運転中であってかつパージ弁を開くとき圧力検出手段が出力する信号に基づいてパージポンプに供給する電力の大きさを変更する。
本発明の蒸発燃料処理装置では、内燃機関が運転中であるとき、ポンプ電力供給部は、パージ弁の状態に関わらず、パージポンプに電力を供給する。これにより、パージポンプは、内燃機関が運転中であるとき、キャニスタから吸気系に向かってパージ通路を流れる気体の通気抵抗とならない程度に作動する。また、内燃機関が運転中であってパージ弁を開くとき、圧力検出手段が出力する信号に基づいてパージポンプに供給する電力の大きさを変更する。これにより、キャニスタの内部と吸気通路との差圧が比較的小さいため当該差圧のみでは所望の量の蒸発燃料を吸気系に導入できない場合、パージポンプに供給する電力を大きくしパージポンプによってキャニスタが回収した燃料蒸気を吸気系に向けて圧送する。パージポンプは、パージ弁が開く前にはパージ通路を流れる気体の通気抵抗とならない程度に作動しているため、パージ弁が開くのと同時にパージポンプを停止状態から作動させる場合に比べ迅速にキャニスタが回収した蒸発燃料を吸気通路に圧送可能な程度にパージポンプを作動させることができる。したがって、本発明の蒸発燃料処理装置は、パージ弁の開閉に対する吸気系への蒸発燃料の導入遅れを小さくすることができる。
本発明の第一実施形態による蒸発燃料装置の模式図である。 本発明の第一実施形態による蒸発燃料装置の作用を説明する特性図である。 本発明の第二実施形態による蒸発燃料装置の模式図である。 本発明の第二実施形態による蒸発燃料装置の作用を説明する特性図である。
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第一実施形態)
本発明の第一実施形態による蒸発燃料処理装置を図1に示す。
蒸発燃料処理装置1は、キャニスタ20に回収された燃料タンク10のタンク内部100で発生する燃料蒸気を「蒸発燃料」としてパージ管25を介して「内燃機関」としてのエンジン3に接続する「吸気系」としての吸気管4に導入する。蒸発燃料処理装置1は、キャニスタ20、パージ管25、パージ弁30、パージポンプ35、「圧力検出手段」としての圧力センサ40、「冷却水温度検出手段」としての水温センサ43、制御部45などから構成されている。なお、図1には、エンジン3における吸気及び排気の流れを矢印F1、F2で示す。また、大気から蒸発燃料処理装置1に導入される大気の流れを矢印F3で示す。
キャニスタ20は、連通管21を介してエンジン3に供給される燃料を貯留する燃料タンク10と接続している。連通管21が形成する連通路210は、燃料タンク10のタンク内部100とキャニスタ20のキャニスタ内部200とを連通する。キャニスタ内部200には、燃料蒸気を吸脱着可能なキャニスタ吸着材22が収容されている。燃料タンク10のタンク内部100で発生する燃料蒸気は、連通路210を通ってキャニスタ内部200に流入し、キャニスタ吸着材22に吸着される。
また、キャニスタ20には、パージ管25及び大気管23が設けられている。パージ管25は、キャニスタ内部200と吸気管4が形成する吸気通路5とを連通可能なパージ通路250を有する。パージ管25には、パージ弁30及びパージポンプ35が設けられている。大気管23は、連通管21及びパージ管25が接続する部位とは異なる部位に設けられ、キャニスタ内部200と大気とを連通する大気通路230を有する。
パージ弁30は、制御部45と電気的に接続している。パージ弁30は、制御部45が出力する指令信号に応じてキャニスタ内部200と吸気通路5とを連通または遮断する。
パージポンプ35は、パージ弁30とキャニスタ20との間のパージ管25に設けられている。パージポンプ35は、制御部45と電気的に接続している。パージポンプ35には、制御部45から作動するための電力が供給されている。パージポンプ35は、制御部45が供給する電力の大きさに応じてキャニスタ内部200の気体が吸気通路5に流れるよう作動する。パージポンプ35の作動の詳細は後述する。
圧力センサ40は、吸気管4に設けられている。圧力センサ40は、吸気通路5に燃料を噴射する燃料噴射弁6及び吸気通路5を流れる吸気の量を調整するスロットル弁7の下流側の吸気通路5の圧力を検出する。検出された吸気通路5の圧力は、制御部45に出力される。
水温センサ43は、エンジン3の燃焼室8を形成するシリンダブロック9に設けられている。水温センサ43は、シリンダブロック9の内部を流れる冷却水の水温を検出する。検出された水温は、制御部45に出力される。
制御部45は、演算手段としてのCPU、ならびに、記憶手段としてのRAMおよびROM等を有するマイクロコンピュータ等から構成されている。制御部45は、パージ弁制御部451、ポンプ電力供給部452などを有している。
パージ弁制御部451は、水温センサ43の出力信号に基づいてパージ弁30の開閉を制御する。
ポンプ電力供給部452は、圧力センサ40の出力信号やパージ弁30の開閉状態に基づいてパージポンプ35に供給する電力の大きさを変更する。
次に、第一実施形態による蒸発燃料処理装置1の作用について説明する。
エンジン3が停止しているとき、パージ弁制御部451は、パージ弁30を閉弁したままとする。このとき、ポンプ電力供給部452は、パージポンプ35への電力の供給を停止している。
エンジン3が運転中のとき、ポンプ電力供給部452は、水温センサ43の出力信号に基づいてパージポンプ35に電力を供給する。具体的には、水温センサ43が検出する冷却水の温度が所定の温度以上となるとき、キャニスタ内部200から吸気通路5に向かってパージ通路250を流れる気体の通気抵抗とならない程度にパージポンプ35を相対的に低速で作動させるよう電力を供給する。ここで、「所定の温度」とは、例えば、エンジン3の運転開始から所定の時間が経過し、エンジン3の運転状態が定常状態となるときの温度を指す。
パージ弁制御部451が出力する指令信号に応じてパージ弁30を開くとき、ポンプ電力供給部452は、キャニスタ内部200の圧力と吸気通路5の圧力との圧力差に応じてパージポンプ35に供給される電力のポンプ電流の大きさを変更する。ここで、パージ弁30を開くときのパージポンプ35を流れるポンプ電流の大きさ及び蒸発燃料処理装置1が吸気管4に導入するパージ量と吸気通路5の圧力との関係について図2を参照して説明する。
図2は、パージポンプ35に流れるポンプ電流Ip及び蒸発燃料処理装置1が吸気管4に導入するパージ量Mpと吸気通路5の圧力P1との関係を示す特性図である。図2において、横軸は圧力P1を示す。横軸には、大気圧を圧力AP1として示してある。すなわち、図2の横軸に示されている圧力P1は、大気圧より低い範囲の圧力が示されている。また、縦軸のうち第一軸はパージ量Mpを示し、第二軸はポンプ電流Ipを示す。第一実施形態による蒸発燃料処理装置1では、蒸発燃料処理装置1が吸気管4に導入するパージ量の下限値である「所定のパージ量」としてのパージ量Mpmが設定されている。図2には、第一実施形態による蒸発燃料処理装置1における吸気通路5の圧力P1とパージ量Mpとの関係を実線Mp1で示し、吸気通路の圧力P1とポンプ電流Ipとの関係を一点鎖線Ip1で示す。また、比較例として、パージポンプを有しない蒸発燃料処理装置における吸気通路の圧力P1とパージ量Mpとの関係を点線Mpcで示す。
最初に、パージポンプを有しない蒸発燃料処理装置における吸気通路の圧力P1とパージ量Mpとの関係について説明する。
圧力P1が所定の圧力P10以下のとき、パージポンプを有しない蒸発燃料処理装置は、点線Mpcに示すように、パージ量の下限値であるパージ量Mpmより多くの蒸発燃料を吸気管に導入する。一方、圧力P1が所定の圧力P10より大きいとき、吸気通路5の圧力とキャニスタ20の内部の圧力との差圧が小さいため、点線Mpcに示すように、パージ量の下限値であるパージ量Mpmより少ない蒸発燃料しか吸気管に導入されない。
第一実施形態による蒸発燃料処理装置1では、圧力P1が所定の圧力P10以下のとき、図2の実線Mp1に示すように、パージ量Mpはパージ量Mpmより多くの蒸発燃料を吸気管に導入することができる。圧力P1が所定の圧力P10以下のときのポンプ電流Ipは、一点鎖線Ip1に示すように、パージポンプ35を相対的に低速で作動させることが可能な程度の少ないポンプ電流IpLとなっている。これにより、パージポンプ35は、エンジン3が運転中であってかつパージ弁30が閉弁している状態における作動と同様に、パージ通路250を流れる気体の通気抵抗とならない程度に気体の流れに合わせて作動している。
圧力P1が所定の圧力P10より大きいとき、ポンプ電力供給部452は、図2の実線Mp1に示すように、ポンプ電流IpLより大きいポンプ電流IpHがパージポンプ35を流れるよう電力を供給する。これにより、パージポンプ35は相対的に高速で作動し、キャニスタ内部200の蒸発燃料が吸気通路5に圧送される。したがって、蒸発燃料処理装置1は、圧力P1が所定の圧力P10より大きい領域において、点線Mpcで示されるパージ量より多く、かつ、パージ量Mpmより多い蒸発燃料を吸気管4に導入することができる。
従来、キャニスタが回収した蒸発燃料を吸気通路に向けて圧送するパージポンプを備える蒸発燃料処理装置では、パージ弁が閉じているとき、パージポンプは停止しており、パージポンプはパージ弁が開くのと同時に停止状態から立ち上がっていた。このため、パージポンプが所望の量の蒸発燃料を吸気管に導入できるよう高速で作動するまでに時間がかかり、パージ弁が開くタイミングに比べて所望の量の蒸発燃料を導入できるタイミングが遅くなっていた。
第一実施形態による蒸発燃料処理装置1では、ポンプ電力供給部452は、エンジン3が運転中であってかつパージ弁30が閉じているとき、パージポンプ35を相対的に低速で作動させるよう電力を供給する。これにより、パージ弁30を開くことによってキャニスタ内部200の蒸発燃料を吸気管4に導入するとき、パージポンプを停止状態から所望の量の蒸発燃料を吸気管に導入可能な状態まで作動させる場合に比べ、要する時間を短くすることができる。したがって、パージ弁30が開くのと同時に比較的多くの蒸発燃料を導入することができ、パージ弁30の開閉に対する吸気管4への蒸発燃料の導入遅れを小さくし、蒸発燃料の供給応答性を向上することができる。
また、吸気通路5の圧力P1が所定の圧力P10以下のとき、キャニスタ内部200の圧力と吸気通路5の圧力との差圧によってキャニスタ20内の蒸発燃料は吸気管4に導入される。このとき、ポンプ電力供給部452は、パージ通路250を流れる気体の通気抵抗とならない程度にパージポンプ35が相対的に低速で作動するためのポンプ電流IpLがパージポンプ35を流れるよう電力を供給する。ポンプ電流IpLは、キャニスタ内部200の蒸発燃料を吸気通路5に圧送するときのポンプ電流IpHに比べ小さい。このように、蒸発燃料処理装置1では、吸気通路5の圧力に応じてポンプ電流Ipを段階的に変化させ、パージポンプ35による蒸発燃料の圧送が不要なとき、ポンプ電流Ipを小さくする。これにより、パージポンプ35で消費される電力を少なくすることができる。
また、従来のパージポンプを備える蒸発燃料処理装置では、停止しているパージポンプはパージ通路を流れる気体にとって通気抵抗となるため、パージポンプを迂回する通路を有しなければならない。一方、第一実施形態による蒸発燃料処理装置1では、キャニスタ内部200の圧力と吸気通路5の圧力との差圧のみによってキャニスタ内部200の蒸発燃料が吸気管4に導入可能なとき、パージ通路250を流れる気体の通気抵抗とならない程度にパージポンプ35を相対的に低速で作動させる。これにより、パージポンプを迂回するための通路が不要となる。したがって、蒸発燃料処理装置1の製造コストを低減することができる。
また、蒸発燃料処理装置1は、エンジン3の冷却水の温度を検出する水温センサ43が出力する信号に基づいてパージ弁30の開閉を制御する。これにより、エンジン3が運転を開始してから冷却水の温度が安定するエンジン3の定常状態となるまでの過渡期に蒸発燃料が吸気管4に導入されることを防止することができる。
(第二実施形態)
次に、本発明の第二実施形態による蒸発燃料処理装置を図3、4に基づいて説明する。第二実施形態は、パージポンプが設けられる位置及びパージ弁が開いているときのポンプ電流の大きさが第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第二実施形態による蒸発燃料処理装置2では、図3に示すように、パージポンプ55は、大気管23に設けられている。パージポンプ55は、ポンプ電力供給部452と電気的に接続している。パージポンプ55は、ポンプ電力供給部452が供給する電力の大きさに応じてキャニスタ内部200の気体が吸気通路に流れるよう作動する。
蒸発燃料処理装置2では、パージ弁30が開いているとき、図4に示すように、吸気通路5の圧力P1の大きさに応じてポンプ電流Ipを連続的に変化させる。
図4は、パージポンプ55に流れるポンプ電流Ip及び蒸発燃料処理装置1が吸気管4に導入するパージ量Mpと吸気通路5の圧力P1との関係を示す特性図である。図4には、第二実施形態による蒸発燃料処理装置2における吸気通路の圧力P1とパージ量Mpとの関係を実線Mp2で示し、吸気通路の圧力P1とポンプ電流Ipとの関係を一点鎖線Ip2で示す。
図4より、蒸発燃料処理装置2では、圧力P1が所定の圧力P10より大きい領域では、ポンプ電力供給部452は、相対的に大きいポンプ電流Ipがパージポンプ55に流れるよう電力を供給する。これにより、キャニスタ20が回収した蒸発燃料が吸気通路5に向けて圧送されるため、圧力P1が所定の圧力P10より大きい領域において吸気通路5に導入される蒸発燃料は、パージポンプを有しない蒸発燃料処理装置における吸気通路の圧力P1とパージ量Mpとの関係を示す点線Mpcで示されるパージ量より多く、かつ、パージ量Mpmより多くなる。このとき、ポンプ電力供給部452は、圧力P1が大気圧に近くなるほどポンプ電流Ipが大きくなるよう電力の大きさを連続的に変更する。
また、圧力P1が所定の圧力P10以下の領域では、ポンプ電力供給部452は、相対的に小さいポンプ電流Ipがパージポンプ55を流れるよう電力を供給する。これにより、パージポンプ55は、パージ通路250の通気抵抗とならない程度に作動する。このとき、ポンプ電力供給部452は、圧力P1が低くなるほどポンプ電流Ipを小さくするよう電力の大きさを連続的に変更する。
第二実施形態による蒸発燃料処理装置2では、エンジン3が運転中であってかつパージ弁30が開弁するとき、パージポンプ55を流れるポンプ電流Ipの大きさが連続的に変化するよう供給する電力を変化させる。キャニスタ内部200の圧力と吸気通路5の圧力との差圧のみでは所望の量の蒸発燃料を導入できないとき、ポンプ電力供給部452は、パージポンプ55によってキャニスタ内部200の蒸発燃料を圧送可能なよう比較的大きな電力をパージポンプ55に供給する。また、キャニスタ内部200の圧力と吸気通路5の圧力との差圧のみによって所望の量の蒸発燃料を供給できるとき、ポンプ電力供給部452は、パージポンプ55がパージ通路250を流れる気体の通気抵抗とならないよう比較的小さな電力をパージポンプ55に供給する。これにより、第二実施形態は、第一実施形態と同じ効果を奏する。
また、第二実施形態による蒸発燃料処理装置2では、パージポンプ55は、大気通路230を形成する大気管23に設けられている。これにより、蒸発燃料がパージポンプ55の内部を通らないため、パージポンプ55の耐燃料性及び防爆性を低く設定することができる。したがって、蒸発燃料処理装置2の製造コストをさらに低減することができる。
(他の実施形態)
(ア)上述の実施形態では、パージポンプは、パージポンプに流れる電流の大きさで制御されるとした。しかしながら、パージポンプの制御方法はこれに限定されない。ポンプ電力供給部がパージポンプに入力する電圧の大きさによって制御されてもよい。
(イ)上述の実施形態では、水温センサが検出する冷却水の温度が、エンジンの運転開始から所定の時間が経過しエンジンの運転状態が定常状態となるときの温度である所定の温度以上となったとき、パージポンプを作動させるとした。しかしながら、パージポンプの作動条件はこれに限定されない。パージポンプは、パージ弁が開弁可能となったときから作動してもよい。
(ウ)第一実施形態では、パージポンプを流れるポンプ電流は二段階で制御されるとした。しかしながら、ポンプ電流の大きさの段階は二段階に限定されない。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
1、2・・・・・蒸発燃料処理装置、
5 ・・・・・エンジン(内燃機関)、
6 ・・・・・吸気管、
10 ・・・・・燃料タンク、
100・・・・・内部、
20 ・・・・・キャニスタ、
23 ・・・・・大気管、
25 ・・・・・パージ管、
30 ・・・・・パージ弁、
35 ・・・・・パージポンプ、
40 ・・・・・圧力センサ(圧力検出手段)、
451・・・・・パージ弁制御部、
452・・・・・ポンプ電力供給部。

Claims (4)

  1. 内燃機関(3)の燃料を貯留する燃料タンク(10)の内部で発生する蒸発燃料を前記内燃機関の吸気系(4)に導入する蒸発燃料処理装置(1、2)であって、
    前記燃料タンクの内部と連通し前記燃料タンクの蒸発燃料を回収するキャニスタ(20)と、
    前記キャニスタの内部と前記吸気系が形成する吸気通路(5)とを連通するパージ通路(250)を形成するパージ管(25)と、
    前記パージ管に設けられ、前記キャニスタの内部と前記吸気通路とを連通または遮断するパージ弁(30)と、
    前記パージ弁の開閉を制御するパージ弁制御部(451)と、
    前記キャニスタの内部と大気とを連通する大気通路(230)を形成する大気管(23)または前記パージ管に設けられ、前記キャニスタが回収した蒸発燃料を前記吸気系に圧送するパージポンプ(35)と、
    前記吸気通路の圧力を検出し、前記吸気通路の圧力に応じた信号を出力する圧力検出手段(40)と、
    前記パージポンプに電力を供給可能に設けられ、前記内燃機関が運転中であるとき前記キャニスタの内部の気体が前記キャニスタから前記吸気通路に向かって流れるよう前記パージポンプに0より大きい電力を供給し、前記内燃機関が運転中であってかつ前記パージ弁を開くとき前記圧力検出手段が出力する信号に基づいて前記パージポンプに供給する電力の大きさを変更するポンプ電力供給部(452)と、
    を備えることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
  2. 前記パージポンプは、前記大気管に設けられ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. 前記ポンプ電力供給部は、前記吸気通路の圧力(P1)が所定の圧力(P10)より高いとき前記キャニスタが前記吸気通路に導入する蒸発燃料が所定のパージ量(Mpm)より多くなるよう前記パージポンプに相対的に大きい電力を供給し、前記吸気通路の圧力が所定の圧力より低いとき前記パージ通路の気体の流れに合わせて前記パージポンプが作動するよう前記パージポンプに相対的に小さい電力を供給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。
  4. 前記内燃機関を冷却する冷却水の温度を検出し、前記内燃機関の冷却水の温度に応じた信号を前記パージ弁制御部に出力する冷却水温度検出手段(43)を備え、
    前記パージ弁制御部は、前記冷却水温度検出手段が出力する信号に基づいて前記パージ弁の開閉を制御することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の蒸発燃料処理装置。
JP2014078646A 2014-04-07 2014-04-07 蒸発燃料処理装置 Expired - Fee Related JP6225805B2 (ja)

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