JP6251469B2

JP6251469B2 - 蒸発燃料処理装置の診断装置

Info

Publication number: JP6251469B2
Application number: JP2012052521A
Authority: JP
Inventors: 晋祐高倉; 功大津
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: JP2013185527A; WO2013133235A1

Description

この発明は、給油時に燃料タンク内で発生する蒸発燃料をキャニスタを用いて処理する蒸発燃料処理装置に関し、特に、そのリークの有無を診断する診断装置に関する。

車両の燃料タンクで発生する蒸発燃料が外部へ流出することがないように、活性炭等の吸着材を用いたキャニスタに一時的に吸着させ、その後、内燃機関の運転中に、新気の導入によりキャニスタから燃料成分をパージさせて内燃機関の吸気系に導入するようにした蒸発燃料処理装置が従来から広く用いられている。

特許文献１には、燃料タンクとキャニスタとの間の通路に封鎖弁を備え、基本的に給油時にのみ燃料タンクからキャニスタへ蒸発燃料を吸着させるようにした蒸発燃料処理装置が開示されている。つまり、給油時以外の車両停車中は封鎖弁によって燃料タンクが密閉状態に維持され、蒸発燃料の外部への流出がより確実に防止されるシステムとなっている。

そして、特許文献１の蒸発燃料処理装置は、封鎖弁で燃料タンクから分離されたキャニスタ側領域におけるリークの有無を診断する診断装置を具備している。この特許文献１の診断装置は、キャニスタのドレンポートに接続された加圧ポンプを備えており、封鎖弁を閉としてキャニスタ側領域を燃料タンクから分離した状態において、上記加圧ポンプを用いてキャニスタ側領域を加圧し、そのときの圧力変化に基づいてリークの有無を判別している。

特許第３８４９５８４号

上記従来の診断装置においては、診断の際に加圧ポンプによる加圧を行うので、蒸発燃料処理装置の構成要素として加圧ポンプが必須となるとともに、加圧ポンプの駆動に伴うエネルギのロスがあり、好ましくない。

この発明の診断装置は、給油時に燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタで吸着し、内燃機関の運転中に該内燃機関の吸気系に導入して処理する蒸発燃料処理装置を前提とするものであって、上記燃料タンクから上記キャニスタに至る蒸発燃料通路に設けられた封鎖弁と、上記キャニスタから上記内燃機関の吸気系に至るパージ通路に設けられたパージ制御バルブと、上記キャニスタのドレン通路に設けられたドレンカットバルブと、上記封鎖弁と上記パージ制御バルブと上記ドレンカットバルブとで区画された上記キャニスタを含む診断対象領域内に設けられた圧力センサと、を備えている。そして、リーク診断要求時に、上記診断対象領域を密閉状態とするとともに、上記封鎖弁を開いて上記燃料タンク内の正圧側もしくは負圧側の圧力を上記診断対象領域内に導入し、かつ上記封鎖弁を閉じた後の圧力変化に基づきリークの有無を診断する。特に、上記封鎖弁を開いた後、上記診断対象領域内の圧力が、正圧側および負圧側にそれぞれ設定された所定の診断圧力に達したときに、上記封鎖弁を閉じるように構成され、かつ、所定時間が経過しても上記診断圧力に到達しない場合は診断を終了する、ことを特徴としている。

すなわち、給油時以外などで燃料タンクが封鎖弁によりキャニスタ側から分離されている状態においては、燃料タンクが密閉状態にあるので、蒸気圧や燃料の温度変化などによって、多くの場合は燃料タンク内が大気圧とは異なる圧力（正圧側もしくは負圧側の圧力）となる。これに対し、キャニスタ側は、診断開始前は基本的に大気圧であるので、両者間に圧力差が存在する。本発明は、このような圧力差に着目し、燃料タンク内の圧力を圧力源として、診断対象領域内の加圧もしくは減圧を行う。そして、このように加圧もしくは減圧した状態で封鎖弁を閉じ、その後の圧力変化からリークの有無が診断される。

従って、本発明では、基本的にポンプ等の加圧減圧手段が不要である。また、温度条件等により十分な圧力差が確保できない場合のために仮に電動ポンプ等を加圧減圧手段として備えるとしても、診断に際してこの電動ポンプ等を駆動する頻度が少なくなり、エネルギのロスが抑制される。

この発明によれば、電動ポンプ等に依存せずにキャニスタ側の領域を加圧もしくは減圧してリーク診断を行うことが可能となる。

この発明に係る診断装置を備えた蒸発燃料処理装置の一実施例を示す構成説明図。この実施例における診断処理の流れを示すフローチャート。診断の際の圧力変化等を示すタイムチャート。

図１は、この発明に係る診断装置を備えた蒸発燃料処理装置の一実施例を示す構成説明図である。図示せぬ車両に、内燃機関１が搭載されているとともに、密閉型の燃料タンク２が設けられており、給油時に燃料タンク２内で発生した蒸発燃料を処理するために、キャニスタ３を用いた蒸発燃料処理装置が設けられている。上記燃料タンク２は、先端の給油口５ａにフィラーキャップ４が着脱可能に装着された給油管部５を備えており、また、内燃機関１の燃料噴射装置６へ燃料を供給する燃料ポンプユニット７が燃料タンク２内部に収容されている。

上記キャニスタ３は、合成樹脂製のケース１１によってＵターン形状に流路が形成され、その内部に活性炭等からなる吸着材１２が充填されたものであって、Ｕターン形状をなす流路の流れ方向の一端部に、蒸発燃料の流入部となるチャージポート１３と、燃料成分を含むパージガスの流出部となるパージポート１４と、が設けられており、流れ方向の他端部に、パージの際に外気を取り込むためのドレンポート１５が設けられている。

上記チャージポート１３は、蒸発燃料通路１６を介して燃料タンク２の上部空間に接続されている。なお、この蒸発燃料通路１６の燃料タンク２側の先端部は、燃料液面が高い位置にあるときに液体燃料が蒸発燃料通路１６内に溢れ出ることを防止するＦＬＶバルブ２０を介して燃料タンク２の上部空間に連通している。そして、上記蒸発燃料通路１６の通路途中には、該蒸発燃料通路１６を開閉する封鎖弁２１が設けられている。この封鎖弁２１は、原則として給油時以外はキャニスタ３と燃料タンク２との間を遮断して燃料タンク２を密閉状態とするためのものであって、非通電時に閉となる常閉型電磁弁から構成されている。

上記パージポート１４は、内燃機関１の吸気系、例えば吸気通路１７のスロットル弁１８下流側に、パージ通路１９を介して接続されている。上記パージ通路１９には、内燃機関１へのパージガスの導入を制御するパージ制御バルブ２３が設けられており、未暖機時やフューエルカット時など所定の条件のときにはパージガスの導入を禁止する構成となっている。上記パージ制御バルブ２３は、やはり常閉型電磁弁から構成されている。なお、このパージ制御バルブ２３は単純にオン・オフ的に開閉制御される構成であってもよく、あるいは、いわゆるデューティ比制御によってパージガスの流量を連続的に可変制御し得る構成であってもよい。

上記ドレンポート１５には、先端が大気開放されたドレン通路２５が接続されており、かつこのドレン通路２５に、該ドレン通路２５を開閉するドレンカットバルブ２６が設けられている。このドレンカットバルブ２６は、非通電時に開となる常開型電磁弁から構成されている。このドレンカットバルブ２６は、後述するリーク診断の際に系を閉じるほか、例えば、キャニスタ３の破過（蒸発燃料量がキャニスタの容量を上回り、吸着しきれなくなる状態）を何らかの手段で検知した場合などに閉じられ得るが、基本的には開状態となってドレン通路２５を開放している。

上記の封鎖弁２１、パージ制御バルブ２３、およびドレンカットバルブ２６は、内燃機関１の種々の制御（例えば、燃料噴射量制御、噴射時期制御、点火時期制御、スロットル弁１８の開度制御など）を行うエンジンコントロールユニット３１によって適宜に制御され、後述するように、給油時の吸着処理、運転中のパージ処理、車両運転停止後ないし運転中のリーク診断、などが実行される。また、系内の圧力を検出する圧力センサとして、燃料タンク２にタンク圧センサ３２が取り付けられており、パージ通路１９のパージ制御バルブ２３よりも上流側（キャニスタ３側）にエバポレーションシステム圧（以下、エバポ圧と略記する）センサ３３が取り付けられている。すなわち、この実施例では、系内の圧力を検出する圧力センサとして２つの圧力センサを具備しており、一方のタンク圧センサ３２は、封鎖弁２１により２分される系内の燃料タンク２側の領域の圧力（以下、これをタンク圧と呼ぶ）、詳しくは燃料タンク２の上部空間の圧力を検出し、また他方のエバポ圧センサ３３は、封鎖弁２１により２分される系内のキャニスタ３を含む領域（ドレンカットバルブ２６とパージ制御バルブ２３と封鎖弁２１とで囲まれた領域）の圧力（ここではエバポ圧と呼ぶ）を検出する。なお、後者のキャニスタ３を含む領域が、本実施例では「診断対象領域」に相当する。

上記のように構成された蒸発燃料処理装置は、基本的に、給油時に発生する蒸発燃料のみがキャニスタ３に吸着され、給油時以外は、燃料タンク２が密閉状態に保たれる。すなわち、例えば図示せぬフューエルリッドオープナー（給油口５ａを覆う車体のリッドの開閉機構）などの操作に基づき、給油時であるとエンジンコントロールユニット３１が認識したときには、ドレンカットバルブ２６が開いている状態において、パージ制御バルブ２３が閉、封鎖弁２１が開、となり、燃料タンク２内とキャニスタ３のチャージポート１３とが連通状態となる。従って、給油に伴って燃料タンク２内で発生した蒸発燃料は、キャニスタ３に導入され、その吸着材１２に吸着される。

そして、給油が終わると、封鎖弁２１が閉となる。従って、燃料タンク２内がキャニスタ３から分離した密閉状態に保たれ、内燃機関１の停止中は、キャニスタ３の吸着量は基本的に増減しない。その後、車両の運転が開始され、内燃機関１が所定の運転状態となると、封鎖弁２１を閉とした状態のまま、パージ制御バルブ２３が適宜に開かれ、キャニスタ３からの燃料成分のパージが行われる。つまり、内燃機関１の吸気系との圧力差によってドレンポート１５から大気が導入され、この大気により吸着材１２からパージされた燃料成分が、パージ制御バルブ２３を通して内燃機関１の吸気通路１７へと導入される。従って、内燃機関１の運転中に、キャニスタ３の吸着量は徐々に減少する。なお、上記蒸発燃料処理装置は、原則として給油時のみにキャニスタ３への吸着を許可するものであるが、温度変化などにより運転中に燃料タンク２がかなり高圧となった場合に、例外的に封鎖弁２１を一時的に開くようにしてもよい。但し、この場合に封鎖弁２１を経由してキャニスタ３に向かった蒸発燃料は、チャージポート１３から隣接するパージポート１４へとショートカットして流れ、そのまま内燃機関１の吸気通路１７に導入される。つまり、キャニスタ３の吸着材１２には殆ど吸着されない。

このように上記の蒸発燃料処理装置では、給油時のみにキャニスタ３と燃料タンク２とが連通し、給油時以外では燃料タンク２が密閉状態となるため、蒸発燃料の外部への漏洩が極めて低いレベルに抑制される。

そして、このような蒸発燃料処理装置の本来の処理性能を担保するために、上記実施例では、車両の運転中や運転終了後の適宜な時期に、エンジンコントロールユニット３１によって封鎖弁２１よりもキャニスタ３側となる診断対象領域におけるリークの有無の診断が実行される。

図２は、このリーク診断の処理の流れを示すフローチャートであって、図３のタイムチャートを参照しつつ、以下、これを説明する。ステップ１においては、リーク診断要求があるか否か、換言すれば、所定のリーク診断条件が成立したか否かを繰り返し判定しており、リーク診断要求があったときにステップ２以降へ進み、実質的な診断処理を開始する。なお、診断開始前は、図３にも示すように、封鎖弁２１が閉であり、ドレンカットバルブ２６は開である。従って、キャニスタ３を含む診断対象領域は実質的に大気圧である。また、パージ制御バルブ２３の状態は図３には図示していないが、内燃機関１が運転中でパージを行っているとき以外は、基本的に閉となっている。

ステップ２では、タンク圧センサ３２が検出したタンク圧とエバポ圧センサ３３が検出したエバポ圧との圧力差ΔＰの絶対値（つまり両者の相対的な圧力差）を求めるとともに、この圧力差ΔＰの絶対値が所定の閾値α以上であるか否かを判定する。前述したように、給油後の燃料の温度変化などに起因して、密閉状態にある燃料タンク２内の圧力は、正圧もしくは負圧となる。例えば、内燃機関１を長期間運転したような場合には、燃料タンク２内の燃料温度が高くなるので、蒸気圧によって燃料タンク２内の圧力が大気圧よりもかなり高くなる。また、寒冷地において室温付近の温度の燃料を給油したような場合には、その後の燃料温度の低下に伴って燃料タンク２内の圧力が負圧となる。なお、エバポ圧はこの段階では基本的に大気圧であるから、ステップ２では、タンク圧の値が「大気圧±α」の範囲外にあるか否かを判定するようにしてもよい。

正圧側もしくは負圧側のいずれであっても十分な圧力差が存在していれば、ステップ２からステップ３へ進み、ドレンカットバルブ２６を閉とする。なお、仮に条件によりパージ制御バルブ２３が開いている場合には、該パージ制御バルブ２３も閉とする。次に、ステップ４において、封鎖弁２１を開とし、キャニスタ３側の領域（つまり診断対象領域）と燃料タンク２側の領域とを互いに連通した状態とする。この封鎖弁２１の開はドレンカットバルブ２６の切換とほぼ同時であってもよいが、一つの例では、キャニスタ３を通したガスの流出や流入を回避するために、図３のタイムチャートに示すように、ドレンカットバルブ２６の切換から多少遅れて封鎖弁２１を開とする。

このように封鎖弁２１が開くと、燃料タンク２内の正圧もしくは負圧がキャニスタ３側の領域に作用し、該領域つまり診断対象領域が加圧もしくは減圧される。図３のタイムチャートの例では、診断開始時点で燃料タンク２内が正圧であり、封鎖弁２１の開放に伴って診断対象領域の圧力が上昇し、また燃料タンク２内の圧力は逆に多少低下する。

ステップ５では、キャニスタ３側のエバポ圧が所定の診断圧力に達したかを判定する。なお、この診断圧力は、正圧側および負圧側にそれぞれ設定される。万一、所定時間が経過してもエバポ圧が所定の診断圧力に到達しない場合には、ステップ６へ進み、封鎖弁２１が閉状態のまま固着している異常、あるいはエバポ圧センサ３３の異常、であると判定し、診断を終了する。

所定の診断圧力に到達したら、ステップ５からステップ７へ進み、封鎖弁２１を閉に切り換える。これにより、キャニスタ３側の領域と燃料タンク２側の領域とは互いに分離され、かつ個々に密閉状態となる。図３の例では、各々の領域が正圧に加圧された状態となる。そして、このように診断対象領域つまりキャニスタ３側の領域が加圧（あるいは減圧）されている状態において、ステップ８へ進み、所定時間の間、リーク診断を実行する。つまり、加圧状態にあったエバポ圧の低下（あるいは減圧状態にあったエバポ圧の上昇）が生じたか否かを判定する。これは、例えば、所定時間経過後の圧力変化量あるいは単位時間当たりの圧力変化速度などから判定する。そして、所定レベル以上の圧力変化が生じていなければ、リークがないと判定し（ステップ９）、所定レベル以上の圧力変化が生じている場合は、リークがあると判定する（ステップ１０）。これにより、診断対象領域のリーク、例えば、ドレンカットバルブ２６やパージ制御バルブ２３の閉弁時のシール不良、キャニスタ３各部の漏れ、などのリークの有無を診断できる。診断の終了後、ステップ１２へ進み、ドレンカットバルブ２６を開に切り換えて、一連の診断処理を終了する。

なお、上記実施例では、ステップ５でエバポ圧が所定の診断圧力に到達した段階で封鎖弁２１を閉としている。つまり、封鎖弁２１を介して必要最小限のガスが移動した時点でキャニスタ３側と燃料タンク２側とが分離され、不必要なガスの移動が防止される。これにより、特に、燃料タンク２内が正圧である場合に、診断の際に燃料タンク２内の蒸発燃料が過度にキャニスタ３側へ流入することがない、という利点がある。

ステップ２で十分な圧力差が存在しないと判定した場合は、ステップ２からステップ１２以降へ進み、内燃機関１の吸入負圧を利用したリーク診断を行う。これは、内燃機関１の運転中でのみ可能であるので、ステップ１２で内燃機関１が運転中であるか否かを判定し、運転中であることを条件としてステップ１３へ進む。ステップ１３では、ドレンカットバルブ２６を閉とし、次いで、ステップ１４で封鎖弁２１を開とする。さらに、ステップ１５でパージ制御バルブ２３を開とする。これによって、内燃機関１の吸入負圧がキャニスタ３を含む診断対象領域ならびに燃料タンク２側の領域に導入され、系内全体の圧力が徐々に低下（負圧化）する。

ステップ１６では、燃料タンク２側のタンク圧およびキャニスタ３側のエバポ圧が所定の診断圧力に到達したか否かを繰り返し判定する。所定の診断圧力に到達した段階でステップ１６からステップ１７へ進み、パージ制御バルブ２３を閉じる。これにより、キャニスタ３および燃料タンク２を含む系内全体が一つの空間として密閉される。なおステップ１６において、タンク圧とエバポ圧のいずれか一方のみで判定を行ってもよい。

このように系内を負圧にして密閉した状態において、ステップ８へ進み、所定時間の間、リーク診断を実行する。ここでは、減圧状態にあったエバポ圧ないしタンク圧の上昇が生じたか否かを判定する。例えば、所定時間経過後の圧力変化量あるいは単位時間当たりの圧力変化速度などから判定する。そして、所定レベル以上の圧力変化が生じていなければ、リークがないと判定し（ステップ９）、所定レベル以上の圧力変化が生じている場合は、リークがあると判定する（ステップ１０）。これにより、キャニスタ３および燃料タンク２を含む系内全体のリーク、例えば、ドレンカットバルブ２６やパージ制御バルブ２３の閉弁時のシール不良、キャニスタ３各部の漏れ、燃料タンク２のピンホール、などのリークの有無を診断できる。診断の終了後、ステップ１２へ進み、ドレンカットバルブ２６を開に切り換えて、一連の診断処理を終了する。

このように上記実施例では、リーク診断要求時に、封鎖弁２１で分離されている燃料タンク２側とキャニスタ３側との間で十分な圧力差が存在している場合には、この圧力差を利用してキャニスタ３側の診断対象領域を加圧もしくは減圧することで、リーク診断を行い、また十分な圧力差が確保できない場合は、内燃機関１の運転中であれば、吸入負圧を利用してリーク診断を行うので、特にポンプ等の加圧減圧手段を用いることなくリーク診断を行うことができる。しかも、上記実施例では、ポンプに依存することなく、負圧側のみならず加圧側での診断が可能であるため、リーク診断の精度がより高くなる。

以上、この発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、図２の例では、ステップ１４において封鎖弁２１を開とし、吸入負圧を利用して燃料タンク２側をも含めた系全体のリーク診断を行っているが、封鎖弁２１を閉じたままキャニスタ３側の診断対象領域にのみ吸入負圧を導入し、このキャニスタ３側の診断対象領域のみでリーク診断を行うようにしてもよい。従って、この場合は、燃料タンク２側のタンク圧センサ３２は必ずしも必須ではない。あるいは、系内全体を負圧とした後に封鎖弁２１を閉じ、各々の領域毎にリーク診断を行うようにしてもよい。

また上記実施例は、診断対象領域を加圧もしくは減圧するポンプ等の加圧減圧手段を具備していないが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、ポンプ等の加圧減圧手段を備え、燃料タンク２側とキャニスタ３側との間に十分な圧力差が存在しない場合に、このポンプ等を用いたリーク診断を行うようにしてもよい。

１…内燃機関
２…燃料タンク
３…キャニスタ
２１…封鎖弁
２３…パージ制御バルブ
２６…ドレンカットバルブ
３２…タンク圧センサ
３３…エバポ圧センサ

Claims

給油時に燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタで吸着し、内燃機関の運転中に該内燃機関の吸気系に導入して処理する蒸発燃料処理装置において、
上記燃料タンクから上記キャニスタに至る蒸発燃料通路に設けられた封鎖弁と、
上記キャニスタから上記内燃機関の吸気系に至るパージ通路に設けられたパージ制御バルブと、
上記キャニスタのドレン通路に設けられたドレンカットバルブと、
上記封鎖弁と上記パージ制御バルブと上記ドレンカットバルブとで区画された上記キャニスタを含む診断対象領域内に設けられた圧力センサと、
を備え、
リーク診断要求時に、上記診断対象領域を密閉状態とするとともに、上記封鎖弁を開いて上記燃料タンク内の正圧側もしくは負圧側の圧力を上記診断対象領域内に導入し、かつ上記封鎖弁を閉じた後の圧力変化に基づきリークの有無を診断するようにした蒸発燃料処理装置の診断装置であって、
上記封鎖弁を開いた後、上記診断対象領域内の圧力が、正圧側および負圧側にそれぞれ設定された所定の診断圧力に達したときに、上記封鎖弁を閉じるように構成され、
かつ、所定時間が経過しても上記診断圧力に到達しない場合は診断を終了する、
ことを特徴とする蒸発燃料処理装置の診断装置。
上記リーク診断要求時に、上記診断対象領域内の圧力と上記燃料タンク内の圧力との相対的な圧力差が所定値以上であることを条件として上記封鎖弁を開くことを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理装置の診断装置。
上記リーク診断要求時に、上記診断対象領域内の圧力と上記燃料タンク内の圧力との相対的な圧力差が所定値未満であるときには、内燃機関が運転中であることを条件として、内燃機関の吸入負圧を上記パージ制御バルブを介して導入し、該吸入負圧を用いたリーク診断を行うことを特徴とする請求項２に記載の蒸発燃料処理装置の診断装置。
上記燃料タンク内が正圧であることを条件として上記封鎖弁を開くことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置の診断装置。
上記燃料タンク内が負圧であることを条件として封鎖弁を開くことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置の診断装置。