JP6266797B2

JP6266797B2 - 蒸発燃料処理装置

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Publication number: JP6266797B2
Application number: JP2016546593A
Authority: JP
Inventors: 順也木本; 善和宮部
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2035-08-27
Also published as: CN106574576A; US20170284317A1; US10267248B2; CN106574576B; DE112015003534B4; DE112015003534T5; JPWO2016035654A1; WO2016035654A1

Description

本発明は、燃料タンクとキャニスタとを接続する経路上の弁として、弁座に対する弁可動部の軸方向移動距離であるストローク量が初期状態から所定量以内では閉弁状態に維持され、前記燃料タンクを密閉状態に保持可能な流量制御弁を用いた蒸発燃料処理装置に関する。

特開２０１１−２５６７７８号には、燃料タンクとキャニスタとを接続する経路上の弁として、上記流量制御弁を使用した蒸発燃料処理装置が開示されている。流量制御弁は、初期状態から開弁動作を開始後、燃料タンクとキャニスタとが連通される開弁開始位置に達するまでには、弁可動部を所定量開弁方向に動作させる必要がある。そのため、流量制御弁の開弁制御を速やかに行うためには、開弁開始位置を予め学習しておき、通常の開弁制御は開弁開始位置から開始するようにしている。かかる学習のためには、開弁開始位置を検出する必要があり、その検出は燃料タンクの内圧低下を検出して行っている。

しかし、燃料タンクの内圧と大気圧との差圧が小さいと、流量制御弁が開弁開始位置に達して燃料タンクとキャニスタとが連通されても、燃料タンクの内圧が殆ど変化せず、この状況下で内圧低下に基づいて開弁開始位置を検出すると誤検出することがある。

このような問題に鑑み本発明の課題は、蒸発燃料処理装置におけるキャニスタと燃料タンクとを接続する経路上の弁として上記流量制御弁を用い、流量制御弁の開弁動作を開始後、燃料タンクとキャニスタとが連通され始める開弁開始位置を検出して、開弁開始位置の学習を行うものにおいて、燃料タンク内圧と大気圧との差圧が大きい状況下でのみ開弁開始位置の検出を行わなうことにより、燃料タンクの置かれた環境に係わらず、開弁開始位置の誤検出を抑制することにある。

本発明における第１発明は、燃料タンク内の蒸発燃料をキャニスタに吸着させ、その吸着された蒸発燃料をエンジンに吸入させ、燃料タンクとキャニスタとを接続する経路上の弁として、弁座に対する弁可動部の軸方向移動距離であるストローク量が初期状態から所定量以内では閉弁状態に維持され、前記燃料タンクを密閉状態に保持可能な流量制御弁を用いた蒸発燃料処理装置において、燃料タンク内の空間圧力を内圧として検出する内圧センサと、前記流量制御弁のストローク量を初期状態から開弁方向に変化させ、前記内圧センサによって検出される内圧の所定値以上の変化幅に基づいて流量制御弁の開弁開始位置を検出する開弁開始位置検出手段と、前記開弁開始位置検出手段によって検出された開弁開始位置を、流量制御弁の開弁制御を行う際の学習値として記憶する学習手段と、前記内圧センサによって検出される内圧が、大気圧に対して所定圧範囲内にあるとき、前記開弁開始位置検出手段による開弁開始位置の検出を禁止する禁止手段とを備える。

本発明における第２発明は、燃料タンク内の蒸発燃料をキャニスタに吸着させ、その吸着された蒸発燃料をエンジンに吸入させ、燃料タンクとキャニスタとを接続する経路上の弁として、弁座に対する弁可動部の軸方向移動距離であるストローク量が初期状態から所定量以内では閉弁状態に維持され、前記燃料タンクを密閉状態に保持可能な流量制御弁を用いた蒸発燃料処理装置において、燃料タンク内の空間圧力を内圧として検出する内圧センサと、前記内圧センサによって検出される内圧が大気圧に対して所定圧範囲外のとき、前記流量制御弁のストローク量を初期状態から開弁方向に変化させ、前記内圧センサによって検出される内圧の所定値以上の変化幅に基づいて流量制御弁の開弁開始位置を検出する開弁開始位置検出手段と、前記開弁開始位置検出手段によって検出された開弁開始位置を、流量制御弁の開弁制御を行う際の学習値として記憶する学習手段とを備える。

第１及び第２発明によれば、流量制御弁の開弁開始位置の検出が燃料タンクの内圧が大気圧に対して所定圧範囲外の状態でのみ行われる。そのため、燃料タンクの内圧と大気圧との差圧が小さい状態で上記検出が行われることによる開弁開始位置の誤検出を抑制することができる。

本発明における第３発明は、上記第１発明において、前記内圧センサは、大気圧を基準圧としたゲージ圧力を検出するものであり、前記禁止手段は、前記内圧センサの出力のみに基づいて燃料タンクの内圧が大気圧に対して所定圧範囲内にあるか否かを検出する。

本発明における第４発明は、上記第２発明において、前記内圧センサは、大気圧を基準圧としたゲージ圧力を検出するものであり、前記開弁開始位置検出手段は、前記内圧センサの出力のみに基づいて燃料タンクの内圧が大気圧に対して所定圧範囲外にあるか否かを検出する。

第３及び第４発明によれば、内圧センサとしてゲージ圧力を検出するものを採用したため、第１発明における禁止手段、並びに第２発明における開弁開始位置検出手段にて、内圧センサの出力のみを用いて、燃料タンクの内圧が大気圧に対して所定圧範囲内か外かを検出できる。従って、センサとして、燃料タンクの内圧を計るものと大気圧を計るものとを別個に設ける必要はなくなり、構成を簡素化することができる。

本発明における第１発明に対応する概念図である。本発明における第２発明に対応する概念図である。本発明の一実施形態のシステム構成図である。上記実施形態における流量制御弁の縦断面図であり、初期状態を示す。図４と同様の流量制御弁の縦断面図であり、閉弁状態を示す。図４と同様の流量制御弁の縦断面図であり、開弁状態を示す。上記実施形態における流量制御弁の開弁開始位置学習制御処理ルーチンのフローチャートである。上記実施形態における学習制御時の燃料タンク内圧変化と学習制御実行との関係を説明するタイムチャートである。

図１、２は、本発明の第１発明及び第２発明に対応する概念図であり、ここでの説明は繰り返しとなるため省略する。

図３〜７は、本発明の一実施形態を示す。この実施形態は、図３に示すように、車両のエンジンシステム１０に蒸発燃料処理装置２０を付加している。

図３において、エンジンシステム１０は、周知のものであり、エンジン本体１１に吸気通路１２を介して空気に燃料を混ぜた混合気を供給している。空気はスロットル弁１４によって流量を制御して供給され、燃料は燃料噴射弁（不図示）によって流量を制御して供給されている。スロットル弁１４と燃料噴射弁は共に制御回路（ＥＣＵ）１６に接続されており、スロットル弁１４は制御回路１６にスロットル弁１４の開弁量に関する信号を供給し、燃料噴射弁は制御回路１６によって開弁時間を制御されている。燃料噴射弁には燃料が供給されており、その燃料は燃料タンク１５から供給されている。

蒸発燃料処理装置２０は、給油中に発生する燃料蒸気、又は燃料タンク１５内で蒸発した燃料蒸気（以下、蒸発燃料という）をベーパ通路２２を介してキャニスタ２１に吸着させている。また、キャニスタ２１に吸着された蒸発燃料はパージ通路２３を介してスロットル弁１４の下流側の吸気通路１２に供給されている。ベーパ通路２２には、この通路２２を開閉するようにステップモータ式封鎖弁（本発明における流量制御弁に相当する。以下、単に封鎖弁ともいう）２４が設けられ、パージ通路２３には、このパージ通路２３を開閉するようにパージ弁２５が設けられている。

封鎖弁２４は、ステップモータによる開弁動作開始後、弁座に対する弁可動部の軸方向移動距離であるストローク量が初期状態から所定量以内では閉弁状態に維持され、燃料タンク１５を密閉状態に保持可能である。そして、ストローク量は連続的に変更可能とされている。上記ストローク量が上記所定量を超えて変化すると、封鎖弁２４は開弁状態とされて燃料タンク１５とキャニスタ２１との連通が行われる。このストローク量が所定量を超える弁体の位置が本発明における開弁開始位置に相当する。

キャニスタ２１内には、吸着材としての活性炭２１ａが装填されており、ベーパ通路２２からの蒸発燃料を活性炭２１ａにより吸着し、この吸着された蒸発燃料をパージ通路２３へ放出するようにしている。キャニスタ２１には大気通路２８も接続されており、キャニスタ２１にパージ通路２３を介して吸気負圧が印加されると、大気通路２８を通じて大気圧が供給されてパージ通路２３を介した蒸発燃料のパージが行われる。大気通路２８は、燃料タンク１５に設けられた給油口１７の付近から大気を吸引するようにされている。

制御回路１６には、燃料噴射弁の開弁時間等を制御するために必要な各種信号が入力されている。上述のスロットル弁１４の開弁量信号の他、図３に示されているものでは、燃料タンク１５の内圧を検出する圧力センサ（本発明の内圧センサに相当し、以下、内圧センサという）２６の検出信号を制御回路１６に入力している。また、制御回路１６は、上述のように燃料噴射弁の開弁時間の制御の他、図３に示されているものでは、封鎖弁２４及びパージ弁２５の開弁制御を行っている。ここで、内圧センサ２６は大気圧を基準としたゲージ圧を検出するものである。

図４は、封鎖弁２４の構造を示す。封鎖弁２４は、バルブケーシング３０の円筒形状の弁室３２内に、同心状に配置された概ね円筒形状のバルブガイド６０を備え、バルブガイド６０内に同心状に配置された概ね円筒形状のバルブ体７０を備えている。一方、バルブケーシング３０の弁室３２の下端部中央には、燃料タンク１５側のベーパ通路２２に連通する流入路３４が形成されている。また、バルブケーシング３０の弁室３２の側壁には、キャニスタ２１側のベーパ通路２２に連通する流出路３６が形成されている。また、バルブケーシング３０の流入路３４が形成された下端部とは反対側の上端部には、ステップモータ５０のモータ本体５２が設けられ、弁室３２の上端部を封鎖している。

バルブガイド６０とバルブ体７０は、本発明における弁可動部を構成し、また、流入路３４が形成されたバルブケーシング３０の下端部の開口縁部には円形の弁座４０が同心状に形成されている。そして、弁座４０に対してバルブガイド６０及びバルブ体７０が当接することによって封鎖弁２４が閉弁状態とされ、弁座４０からバルブガイド６０及びバルブ体７０が離れることによって封鎖弁２４が開弁状態とされる。

バルブガイド６０は、円筒状の筒壁部６２と筒壁部６２の上端開口部を閉鎖する上壁部６４とにより有天円筒状に形成されている。上壁部６４の中央部には筒状の筒軸部６６が同心状に形成されており、その筒軸部６６の内周面に雌ネジ部６６ｗが形成されている。そして、バルブガイド６０の筒軸部６６の雌ネジ部６６ｗには、ステップモータ５０の出力軸５４の外周面に形成された雄ネジ部５４ｎが螺合されている。なお、バルブガイド６０は、バルブケーシング３０に対して、回り止め手段（図示省略）により軸回り方向に回り止めされた状態で軸方向（上下方向）に移動可能に配置されている。従って、ステップモータ５０の出力軸５４の正逆回転に基いて、バルブガイド６０が上下方向（軸方向）に昇降移動可能に構成されている。また、バルブガイド６０の周囲には、そのバルブガイド６０を上方へ付勢する補助スプリング６８が介装されている。

バルブ体７０は、円筒状の筒壁部７２と筒壁部７２の下端開口部を閉鎖する下壁部７４とから有底円筒状に形成されている。下壁部７４の下面には、例えば、円板状のゴム状弾性材からなるシール部材７６が装着されている。バルブ体７０のシール部材７６は、バルブケーシング３０の弁座４０の上面に対して当接可能に配置されている。

バルブ体７０の筒壁部７２の上端外周面には、円周方向に複数個の連結凸部７２ｔが形成されている。一方、バルブガイド６０の筒壁部６２の内周側には、バルブ体７０の各連結凸部７２ｔに対応してバルブガイド６０の移動方向に沿って縦溝状の連結凹部６２ｍが形成されている。従って、バルブ体７０の各連結凸部７２ｔは、バルブガイド６０の各連結凹部６２ｍ内で上下方向に相対移動可能な状態で嵌合している。そして、バルブガイド６０の連結凹部６２ｍの底壁部６２ｂがバルブ体７０の連結凸部７２ｔに対して下方から当接した状態で、バルブガイド６０とバルブ体７０とが一体で上方（開弁方向）に移動可能とされている。なお、バルブガイド６０の上壁部６４とバルブ体７０の下壁部７４との間には、バルブガイド６０に対してバルブ体７０を常に下方、即ち、閉弁方向へ付勢するバルブスプリング７７が同心状に介装されている。

次に、封鎖弁２４の基本動作について説明する。

封鎖弁２４は、制御回路（ＥＣＵ）１６からの出力信号に基づいてステップモータ５０を開弁方向、あるいは閉弁方向に予め決められたステップ数だけ回転させることによって動作される。即ち、ステップモータ５０が予め決められたステップ数だけ回転することで、ステップモータ５０の出力軸５４の雄ネジ部５４ｎとバルブガイド６０の筒軸部６６の雌ネジ部６６ｗとの螺合作用により、バルブガイド６０が上下方向に予め決められたストローク量だけ移動するようになる。例えば、封鎖弁２４は、全開位置において初期状態からのステップ数が約200Step、ストローク量が約5mmとなるように設定されている。

封鎖弁２４のイニシャライズ状態（初期状態）では、図４に示すように、バルブガイド６０が下限位置に保持されて、そのバルブガイド６０の筒壁部６２の下端面がバルブケーシング３０の弁座４０の上面に対して当接している。また、この状態で、バルブ体７０の連結凸部７２ｔは、バルブガイド６０の底壁部６２ｂに対して上方に位置しており、バルブ体７０のシール部材７６はバルブスプリング７７のバネ力により、バルブケーシング３０の弁座４０の上面に押付けられている。即ち、封鎖弁２４は全閉状態に保持されている。このときのステップモータ５０のステップ数が0Stepであり、バルブガイド６０の軸方向（上方向）の移動量、即ち、開弁方向のストローク量が0mmとなる。

車両の駐車中には、封鎖弁２４のステップモータ５０がイニシャライズ状態から開弁方向に、例えば、4Step回転する。これにより、ステップモータ５０の出力軸５４の雄ネジ部５４ｎとバルブガイド６０の筒軸部６６の雌ネジ部６６ｗとの螺合作用でバルブガイド６０が約0.1mm上方に移動し、バルブケーシング３０の弁座４０から浮いた状態に保持される。これにより、気温等の環境変化で封鎖弁２４のバルブガイド６０とバルブケーシング３０の弁座４０間に無理な力が加わることが抑制されている。なお、この状態で、バルブ体７０のシール部材７６はバルブスプリング７７のバネ力により、バルブケーシング３０の弁座４０の上面に押付けられている。

ステップモータ５０が4Step回転した位置からさらに開弁方向に回転すると、雄ネジ部５４ｎと雌ネジ部６６ｗとの螺合作用でバルブガイド６０が上方に移動し、図５に示すように、バルブガイド６０の底壁部６２ｂがバルブ体７０の連結凸部７２ｔに下方から当接する。そして、バルブガイド６０がさらに上方に移動することで、図６に示すように、バルブ体７０がバルブガイド６０と共に上方に移動し、バルブ体７０のシール部材７６がバルブケーシング３０の弁座４０から離れるようになる。これにより、封鎖弁２４が開弁状態とされる。

ここで、封鎖弁２４の開弁開始位置は、バルブ体７０に形成された連結凸部７２ｔの位置公差、バルブガイド６０の底壁部６２ｂの位置公差等により、封鎖弁２４毎に異なるため、正確に開弁開始位置を学習する必要がある。この学習を行なうのが学習制御であり、封鎖弁２４のステップモータ５０を開弁方向に回転（ステップ数を増加）させながら燃料タンク１５の内圧が所定値以上低下したタイミングに基づいて開弁開始位置のステップ数を検出して記憶する。

次に制御回路１６にて行われるステップモータ式封鎖弁２４の開弁開始位置の学習制御処理ルーチンについて図７のフローチャートに基づいて図８のタイムチャートを参照しながら説明する。

このルーチンの処理が実行されると、ステップＳ１では、その時点の燃料タンク内圧（以下、単にタンク圧ともいう）が内圧センサ２６によって計測され取り込まれる。次のステップＳ２では、タンク圧が所定圧範囲内にあるか否か判定される。所定圧範囲は、例えば、図８に示すように、大気圧をゼロキロパスカルとしたとき、マイナスＡキロパスカル〜Ｂキロパスカルの範囲である。

タンク圧が所定圧範囲内にある状態ではステップＳ２は肯定判断されて先の処理には進まないが、タンク圧が所定圧範囲外となってステップＳ２が否定判断されると、ステップＳ３において学習制御が実行される。ここでは、封鎖弁２４を初期状態から一定速度で開弁させ、内圧センサ２６によって検出される内圧の変化が所定値以上か否かに基づいて封鎖弁２４の開弁開始位置を検出する。そして、ステップＳ４では、検出された開弁開始位置を学習値として記憶する。

このように学習制御が実行されると、学習実行フラグがセット（ＯＮ）される。図８にはこの様子が示されており、タンク圧が所定圧範囲外となると学習実行フラグがセットされ、タンク圧が所定圧範囲内の間は学習禁止領域にあるとして、学習制御を実行するか否かを判定する期間とされている。学習実行判定の期間は、図７のステップＳ２が肯定判断されている期間である。図８において、ＩＧ−ＯＮの表示は、車両の電源スイッチであるイグニッションスイッチがオンされたことを矩形波の立ち上がりによって示している。ここでは、イグニッションスイッチがオンされたときに図７の処理が実行開始されることを示している。

以上の実施形態によれば、封鎖弁２４の開弁開始位置の検出及び学習がタンク圧が大気圧に対して所定圧範囲外の状態でのみ行われる。そのため、タンク圧と大気圧との差圧が小さい状態で上記検出が行われることによる開弁開始位置の誤検出を抑制することができる。

また、内圧センサ２６としてゲージ圧力を検出するものを採用したため、内圧センサ２６の出力のみを用いて、燃料タンク１５の内圧が大気圧に対して所定圧範囲内か外かを検出できる。従って、センサとして、燃料タンク１５の内圧を計るものと大気圧を計るものとを別個に設ける必要はなくなり、構成を簡素化することができる。なお、内圧センサ２６として、絶対圧を測定するセンサを用い、別途設ける大気圧センサによって検出される大気圧との差圧を検出して、燃料タンク１５の内圧が大気圧に対して所定圧範囲内か外かを検出してもよい。

上記実施形態におけるステップＳ３の処理は本発明における第１発明の開弁開始位置検出手段に相当する。ステップＳ１〜ステップＳ３の処理は本発明における第２発明の開弁開始位置検出手段に相当する。また、ステップＳ４の処理は、本発明における第１発明及び第２発明の学習手段に相当する。更に、ステップＳ１及びステップＳ２の処理は本発明における第１発明の禁止手段に相当する。

以上、特定の実施形態について説明したが、本発明は、それらの外観、構成に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、上記実施形態では、流量制御弁をステップモータ式封鎖弁２４としたが、ボール状の弁体の回転によって開弁量が連続的に変わる構造のボールバルブとしてもよい。また、上記実施形態では、車両用のエンジンシステムに本発明を適用したが、本発明は車両用に限定されない。車両用のエンジンシステムの場合、エンジンとモータとを併用したハイブリッド車でもよい。

Claims

燃料タンク内の蒸発燃料をキャニスタに吸着させ、その吸着された蒸発燃料をエンジンに吸入させ、燃料タンクとキャニスタとを接続する経路上の弁として、弁座に対する弁可動部の軸方向移動距離であるストローク量が初期状態から所定量以内では閉弁状態に維持され、前記燃料タンクを密閉状態に保持可能な流量制御弁を用いた蒸発燃料処理装置において、
燃料タンク内の空間圧力を内圧として検出する内圧センサと、
前記流量制御弁のストローク量を初期状態から開弁方向に変化させ、前記内圧センサによって検出される内圧の所定値以上の変化幅に基づいて流量制御弁の開弁開始位置を検出する開弁開始位置検出手段と、
前記開弁開始位置検出手段によって検出された開弁開始位置を、流量制御弁の開弁制御を行う際の学習値として記憶する学習手段と、
前記内圧センサによって検出される内圧が、大気圧に対して所定圧範囲内にあるとき、前記開弁開始位置検出手段による開弁開始位置の検出を禁止する禁止手段とを備える蒸発燃料処理装置。
燃料タンク内の蒸発燃料をキャニスタに吸着させ、その吸着された蒸発燃料をエンジンに吸入させ、燃料タンクとキャニスタとを接続する経路上の弁として、弁座に対する弁可動部の軸方向移動距離であるストローク量が初期状態から所定量以内では閉弁状態に維持され、前記燃料タンクを密閉状態に保持可能な流量制御弁を用いた蒸発燃料処理装置において、
燃料タンク内の空間圧力を内圧として検出する内圧センサと、
前記内圧センサによって検出される内圧が大気圧に対して所定圧範囲外のとき、前記流量制御弁のストローク量を初期状態から開弁方向に変化させ、前記内圧センサによって検出される内圧の所定値以上の変化幅に基づいて流量制御弁の開弁開始位置を検出する開弁開始位置検出手段と、
前記開弁開始位置検出手段によって検出された開弁開始位置を、流量制御弁の開弁制御を行う際の学習値として記憶する学習手段とを備える蒸発燃料処理装置。
請求項１において、
前記内圧センサは、大気圧を基準圧としたゲージ圧力を検出するものであり、
前記禁止手段は、前記内圧センサの出力のみに基づいて燃料タンクの内圧が大気圧に対して所定圧範囲内にあるか否かを検出する蒸発燃料処理装置。
請求項２において、
前記内圧センサは、大気圧を基準圧としたゲージ圧力を検出するものであり、
前記開弁開始位置検出手段は、前記内圧センサの出力のみに基づいて燃料タンクの内圧が大気圧に対して所定圧範囲外にあるか否かを検出する蒸発燃料処理装置。