JP6668145B2 - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

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Description

本明細書は、蒸発燃料処理装置に関する技術を開示する。特に、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を、内燃機関の吸気経路にパージして処理する蒸発燃料処理装置を開示する。
特許文献1に、蒸発燃料処理装置が開示されている。特許文献1では、キャニスタに導入される空気の流体密度を検出するセンサと、キャニスタから内燃機関に送られるパージガスの流体密度を検出するセンサを配置し、両者の流体密度の比または差に基づいてパージガスの濃度を算出している。
特開平6−101534号公報
キャニスタから内燃機関(内燃機関に大気を供給する吸気管)に向かう通路(パージ通路)にセンサ等を配置すると、そのセンサが抵抗(通気抵抗)となり、パージガスの供給量が制限されることがある。キャニスタで吸着した蒸発燃料を十分に処理するために、パージ通路内の抵抗を抑制することが必要である。本明細書は、パージ通路の抵抗が増大することを抑制しながらパージガスの濃度を検出することが可能な技術を提供する。
本明細書で開示する蒸発燃料処理装置は、キャニスタと、パージ通路と、ポンプと、濃度センサは、切替装置と、制御弁を備えている。キャニスタは、燃料タンク内で蒸発した蒸発燃料を吸着する。パージ通路は、内燃機関の吸気経路とキャニスタとの間に接続されている。キャニスタから内燃機関に送られるパージガスは、パージ通路を通過する。ポンプは、パージ通路の経路上に配置されている。分岐通路は、両端がパージ通路に接続されており、上記濃度センサが配置されている。切替装置は、パージガスが分岐通路が接続されている間のパージ通路を通過して吸気経路に移動するパージ通路通過状態と、パージガスが分岐通路が接続されている間のパージ通路を通過しないで吸気経路に移動するパージ通路不通過状態に切替わる。制御弁は、吸気経路とポンプの間でパージ通路上に配置されているとともに、パージ通路と吸気経路が連通している連通状態とパージ通路と吸気経路の連通が遮断されている遮断状態に切替わる。
上記蒸発燃料処理装置は、切替装置がパージ通路不通過状態のときに制御弁を連通状態にすることにより、パージガスの濃度を検出しながらパージガスを吸気管に導入することができる。また、切替装置がパージ通路通過状態のときに制御弁を連通状態にすることにより、パージガスを濃度センサを通過させないで吸気管に導入することができる。すなわち、パージガスの濃度を検出する必要がないときにバージガスが濃度センサを通過しないので、パージガスの通気抵抗を抑制することができる。
第1実施例の蒸発燃料処理装置を用いた車両の燃料供給システムを示す。 第1実施例の蒸発燃料処理装置の変形例を示す。 第2実施例の蒸発燃料処理装置を用いた車両の燃料供給システムを示す。 第2実施例の蒸発燃料処理装置の変形例を示す。 濃度センサの一例を示す。 濃度センサの一例を示す。 濃度センサの一例を示す。 濃度センサの一例を示す。 蒸発燃料供給システムを示す。 パージガスの濃度、流量の検出方法のフローチャートを示す。 第1実施例の蒸発燃料処理装置を用いたパージガスの供給方法のフローチャートを示す。 第1実施例の蒸発燃料処理装置を用いたパージガスの供給方法のタイミングチャートを示す。 第2実施例の蒸発燃料処理装置を用いたパージガスの供給方法のフローチャートを示す。 第2実施例の蒸発燃料処理装置を用いたパージガスの供給方法のタイミングチャートを示す。 パージガス供給量の調整方法のフローチャートを示す。 パージガス供給量の調整方法のフローチャートを示す。 パージガス供給量の調整方法のフローチャートを示す。 パージガス供給量の調整方法のフローチャートを示す。 パージガス供給量の調整方法のフローチャートを示す。 パージガス供給量の調整工程のタイミングチャートを示す。 パージガス供給量の調整工程のタイミングチャートを示す。
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。
(特徴1)パージ通路の通気抵抗は、分岐通路の通気抵抗より小さくてよい。パージガスがパージ通路と分岐通路の双方を通過可能である場合であっても、パージガスがパージ通路を通過する。すなわち、パージガスの濃度を検出する必要がないときに、パージガスが通気抵抗の少ない流路(パージ通路)を通過することができる。なお、切替装置は、パージガスが分岐通路が接続されている間のパージ通路を通過して吸気経路に移動するパージ通路通過状態のときに、分岐通路へのパージガスの移動を遮断してもよい。パージガスの濃度を検出する必要がないときに、パージガスが必ずパージ通路を通過する。
(特徴2)蒸発燃料処理装置は、バージ通路上に、パージ通路がキャニスタに連通する第1状態と、パージ通路が大気に連通する第2状態に切替る第2の切替装置が設けられていてもよい。第2の切替装置は、第2の切替装置よりも下流側のパージ経路がキャニスタに接続されている第1状態と、第2の切替装置よりも下流側のパージ経路が大気に接続されている第2状態を切り替える。これにより、パージ通路内に大気を導入することができる。ポンプを所定条件(所定回転数)で駆動し、濃度検出部を大気が通過するときとパージガスが通過するときの各々の差圧を測定することにより、ポンプの流量特性を知ることができる。
(特徴3)蒸発燃料処理装置は、ポンプ,切替装置及び制御弁を制御する制御装置を備えていてもよい。ポンプの駆動、切替装置の切替え、及び、制御弁を制御することにより、種々のタイミングでパージガスの濃度を検出することができる。
(特徴4)制御装置は、車両の始動操作が行われた後、切替装置をパージ通路不通過状態にし、制御弁を連通状態にして分岐通路を掃気するとともにパージガスの濃度を検出してもよい。ここで、「パージ通路を掃気する」とは、始動操作が行われる前にパージ通路内に残存するパージガスを、パージ通路から吸気経路に排出することを意味する。車両の始動操作が行われた時は、前回に車両が停止したときのパージガスが残存していることがある。その状態でガス濃度を測定しても、現在のパージガスの正確な濃度を検出することができない。パージガスの濃度を測定する前に濃度センサの周囲の通路(分岐通路)を掃気することにより、パージガスの正確な濃度を検出することができる。なお、分岐通路の掃気は、ポンプを駆動して行ってもよいし、ポンプを駆動しないで吸気管の吸引力で行ってもよい。
(特徴5)制御装置は、車両の始動操作が行われた後にパージガスの濃度を検出を行い、その濃度に基づいてパージを実行した後にパージが停止した後に、切替装置をパージ通路不通過状態にし、制御弁を連通状態にしてパージガスの濃度を検出する制御を行ってもよい。すなわち、2回目以降のパージが実行された後、そのパージが終了した後にパージガスの濃度を検出してよい。これにより、次のパージが実行されたときに、検出したガス濃度に基づいて制御弁の開度またはデューティ比を制御することができる。
(特徴6)制御装置は、車両の始動操作が行われた後にパージガスの濃度の検出を行い、その濃度に基づいてパージを実行した後にパージが停止し、再度パージを実行するときに、切替装置をパージ通路不通過状態にし、制御弁を連通状態にしてパージガスの濃度を検出する制御を行ってもよい。すなわち、2回目以降のパージが実行された後、次のパージが開始されたときにパージガスの濃度を検出してよい。この場合も、次のパージが実行されたときに、検出したガス濃度に基づいて制御弁の開度またはデューティ比を制御することができる。
(特徴7)制御装置は、切替装置がパージ通路不通過状態のときに、ポンプを駆動する制御を行ってもよい。濃度センサが配置されている分岐経路に確実にパージガスを供給することができる。
(第1実施例)
図1を参照し、蒸発燃料処理装置20を備える燃料供給システム6について説明する。燃料供給システム6は、燃料タンク14内に貯留されている燃料をエンジン2に供給するためのメイン供給経路10と、燃料タンク14内で発生した蒸発燃料をエンジン2に供給するためのパージ供給経路22を備えている。
メイン供給経路10には、燃料ポンプユニット16と、供給管12と、インジェクタ4が設けられている。燃料ポンプユニット16は、燃料ポンプ、プレッシャレギュレータ、制御回路等を備えている。燃料ポンプユニット16は、ECU(Engine Control Unit,図示省略)から供給される信号に応じて燃料ポンプを制御する。燃料ポンプは、燃料タンク14内の燃料を昇圧して吐出する。燃料ポンプから吐出される燃料は、プレッシャレギュレータで調圧され、燃料ポンプユニット16から供給管12に供給される。供給管12は、燃料ポンプユニット16とインジェクタ4に接続されている。供給管12に供給された燃料は、供給管12を通過してインジェクタ4に達する。インジェクタ4は、ECUによって開度がコントロールされる弁(図示省略)を有している。インジェクタ4の弁が開かれると、供給管12内の燃料が、エンジン2に接続されている吸気管34に供給される。
なお、吸気管34は、エアクリーナ30に接続されている。エアクリーナ30は、吸気管34に流入する空気の異物を除去するフィルタを備えている。吸気管34内に、スロットルバルブ32が設けられている。スロットルバルブ32が開くと、エアクリーナ30からエンジン2に向けて吸気が行われる。スロットルバルブ32は、吸気管34の開度を調整し、エンジン2に流入する空気量を調整する。スロットルバルブ32は、インジェクタ4より上流側(エアクリーナ30側)に設けられている。
パージ供給経路22には、パージガスがキャニスタ19から吸気管34に移動するときに通過するパージ通路22aと、パージ通路22aから分岐した分岐通路22bが設けられている。パージ供給経路22には、蒸発燃料処理装置20が設けられている。蒸発燃料処理装置20は、キャニスタ19と、空気/パージガス切替弁90と、パージ通路22aと、ポンプ52と、制御弁26と、分岐通路22bと、濃度センサ57と、分岐通路切替弁96を備えている。なお、制御弁26は、ECUによって制御される電磁弁であり、連通状態と遮断状態の切替えがECUによってデューティ制御される弁である。制御弁26は、開閉時間を制御(連通状態と遮断状態の切替えタイミングを制御)することにより、蒸発燃料(パージガス)の流量を調整する。また、制御弁26に代えて、ステッピングモータ式制御弁等の開度を調整することが可能な弁を用いてもよい。
燃料タンク14とキャニスタ19が、連通管18によって接続されている。キャニスタ19,ポンプ52及び制御弁26は、パージ通路22a上に配置されている。パージ通路22aは、インジェクタ4とスロットルバルブ32の間で、吸気管34に接続されている。制御弁26は、パージ通路22aと吸気管34が連通している連通状態とパージ通路22aと吸気管34の連通が遮断されている遮断状態に切替わることができる。ポンプ52は、キャニスタ19と制御弁26の間に配置されており、吸気管34に蒸発燃料(パージガス)を圧送する。具体的には、ポンプ52は、パージ通路22aを通じてキャニスタ19内のパージガスを引き込み、パージ通路22aを通じてパージガスを吸気管34に押し出す。なお、エンジン2が駆動している場合、吸気管34内は負圧である。そのため、キャニスタ19に吸着された蒸発燃料は、吸気管34とキャニスタ19の圧力差によって吸気管34に導入することもできる。しかしながら、パージ通路22aにポンプ52を配置することにより、吸気管34内の圧力がパージガスを引き込むために十分でない圧力の場合(過給時の正圧、あるいは、負圧であるがその圧力の絶対値が小さい)であっても、キャニスタ19に吸着された蒸発燃料を吸気管34に供給することができる。また、ポンプ52を配置することにより、吸気管34に所望量の蒸発燃料を供給することができる。
パージ通路22aには、分岐通路22bが接続されている。分岐通路22bは、両端がポンプ52の下流(ポンプ52より吸気管34側)でパージ通路22aに接続されている。分岐通路22bとパージ通路22aの接続部分うち、上流側の接続部分(キャニスタ19側の接続部分)は、分岐通路切替弁96を介してパージ通路22aに接続されている。分岐通路切替弁96は、パージガスが分岐通路22bが接続されている間のパージ通路22aを通過する状態と、パージガスが分岐通路22bが接続されている間のパージ通路22aを通過しない状態に切替わることができる。なお、濃度センサ57は、分岐通路22b上に設けられている。濃度センサ57は、分岐通路22bを通過するバージガスの濃度を検出する。
分岐通路切替弁96を設けることにより、パージガスを分岐経路22bに通過させ、パージガスの濃度を検出しながらパージガスを吸気管34に導入することができる。また、パージガスを分岐経路22bに通過させないで、パージガスを吸気管34に導入することもできる。すなわち、分岐通路切替弁96は、パージガスが分岐通路22bを通過しないでパージ通路22aのみを通過させることができる。パージガスがパージ通路22aを通過して分岐経路22bを通過しない状態がパージ通路通過状態であり、分岐通路22bを通過してパージ通路22a(分岐通路22bが接続されている間のパージ通路22a)を通過しない状態がパージ通路不通過状態と表現することができる。パージ通路通過状態のときは、パージガスは濃度センサ57を通過しないので、パージガスの濃度を検出する必要がないときに、パージガスの移動抵抗が増大することが抑制され、吸気管34に供給されるパージガスの量が制限されることを抑制することができる。
また、パージ通路22aに、空気/パージガス切替弁90が設けられている。空気/パージガス切替弁90はポンプ52の上流側に配置されている。空気/パージガス切替弁90には、大気導入管92が接続されている。空気/パージガス切替弁90は、パージ通路22aがキャニスタ19に接続されている状態(第1状態)と、パージ通路22aが大気導入管92に接続されている状態(第2状態)とを切替えることができる。なお、分岐通路切替弁96は特許請求の範囲の切替装置の一例であり、制御弁26は制御弁の一例であり、空気/パージガス切替弁90は第2の切替装置の一例である。
空気/パージガス切替弁90を設けることにより、濃度センサ57がセンサ前後の差圧を検出するタイプである場合、空気/パージガス切替弁90を切り替えることにより、分岐通路22bを空気が通過するときのセンサ前後の差圧と、分岐通路22bをパージガスが通過するときの差圧を比較することができる。両者の差圧を比較することにより、ポンプ52の特性(所定の回転数においてポンプを通過する流量)を算出することができる。ポンプ52の出力(回転数)が同一であっても、ポンプ52を通過する流体の流量は、通過する流体の密度(濃度)によって変化する。空気/パージガス切替弁90設け、濃度センサ70を通過する空気の差圧とパージガスの差圧とを比較することにより、ポンプ52の流量特性を得ることができ、パージガス濃度の検出精度が向上するので、より正確な量のパージガスを吸気管34に導入することができる。なお、切替弁90及び大気導入管92は、パージガス濃度の検出精度を向上させるために寄与するものであり、切替弁90及び大気導入管92を省略してもパージガスの濃度を検出することはできる。また、制御弁26,分岐通路切替弁96及び空気/パージガス切替弁90は、ECUによって制御される電磁弁である。
なお、図2に示す蒸発燃料処理装置20aのように、分岐経路22bの下流にポンプ52が配置されていてもよい。
(第2実施例)
図3を参照し、蒸発燃料処理装置20bについて説明する。蒸発燃料処理装置20bは蒸発燃料処理装置20の変形例であり、具体的には、分岐経路22bの上流端と下流端の間に、遮断弁98が配置されている。遮断弁98は、特許請求の範囲の切替装置の一例である。なお、蒸発燃料処理装置20bについて、蒸発燃料処理装置20と同じ部品には同じ参照番号を付し、説明を省略することがある。
遮断弁98は、パージガスがパージ通路22aを通過しない状態(パージ通路不通過状態)と、パージガスがパージ通路22aを通過する状態(パージ通路通過状態)に切替わる。すなわち、遮断弁98が開いていると、パージガスは、分岐経路22bを通過しないでパージ通路22aを通過して吸気管34に移動する。また、遮断弁98が閉じられると、パージガスは、遮断弁98を通過することができなくなり、必ず濃度センサ57を通過する。蒸発燃料処理装置20bも、遮断弁98がパージ通路22aを連通・遮断することにより、パージガスを濃度センサ57を通過させないで吸気管34に供給することができ、パージガスの濃度を検出する必要がないときに、パージガスの移動抵抗が増大することを抑制することができる。
なお、図4に示す蒸発燃料処理装置20cのように、分岐経路22bの下流にポンプ52が配置されていてもよい。
濃度センサ57として、様々な種類のセンサを利用することができる。ここで、図5から図8を参照し、蒸発燃料処理装置20で利用可能な濃度センサ57の幾つかを説明する。図5は、ベンチュリ管72を内蔵した濃度センサ57aを示している。ベンチュリ管72の一方の端部72aが第1分岐管56に接続されている。ベンチュリ管72の他方の端部72cが第2分岐管58に接続されている。ベンチュリ管の端部72aと中央部(絞り部)72bの間に差圧センサ70が接続されている。濃度センサ57aは、端部72aと中央部72bの圧力差を差圧センサ70で検出する。端部72aと中央部72bの差圧を検出すれば、ベルヌーイの式よりバージガスの密度(バージガス濃度)を算出することができる。
図6は、オリフィス管74を内蔵した濃度センサ57bを示している。オリフィス管74の一端は第1分岐管56に接続され、他端は第2分岐管58に接続されている。オリフィス管74の中央に、開孔74aを有するオリフィス板74bが設けられている。オリフィス板74bの上流側と下流側に、差圧センサ70が接続されている。濃度センサ57bは、オリフィス板74bの上流側と下流側の圧力差を差圧センサ70で検出し、バージガス濃度を算出する。
図7は、毛細管式粘度計76を内蔵した濃度センサ57cを示している。毛細管式粘度計76の一端は第1分岐管56に接続され、他端は第2分岐管58に接続されている。毛細管式粘度計76の内部には、複数の毛細管76aが配置されている。毛細管76aの上流側と下流側に、差圧センサ70が接続されている。濃度センサ57cは、毛細管76aの上流側と下流側の圧力差を差圧センサ70で検出し、毛細管式粘度計76を通過する流体(パージガス)の粘性を測定する。毛細管76aの上流側と下流側の差圧を検出すれば、ハーゲン・ポアズイユの式より、流体の粘性を算出することができる。パージガスの粘性は、パージガスの濃度と相関関係がある。そのため、パージガスの粘性を算出することにより、パージガスの濃度を検出することができる。
図8は、音波式濃度計78を内蔵した濃度センサ57dを示している。音波式濃度計78は、筒状であり、一端が第1分岐管56に接続され、他端が第2分岐管58に接続されている。音波式濃度計78は、管内に向けて信号を発信する発信器78aと、発信器78aが発信した信号を受信する受信器78bを備えている。音波式濃度計78では、信号が発信器78aから受信器78bに到達するまでの時間tを検出する。時間tと、発信器78aと受信器78bの距離Lに基づいて、管内の音速vを算出する。管内の音速vは、管内を通過しているパージガスの濃度と相関関係がある。管内の音速vを測定することにより、パージガスの濃度(バージガスの分子量)を検出することができる。具体的には、音速v,パージガスの分子量M,比熱比γ,気体定数R及び絶対温度Tとしたときに、下記式(1)が成立することが知られている。下記式(1)を用いて、パージガスの濃度を検出することができる。
式(1):v=(γ×R×T/M)0.5
以上、4種の濃度センサ57(57a〜57d)について説明したが、蒸発燃料処理装置20a〜20dでは、他の種類の濃度センサを用いることもできる。重要なことは、パージ通路22aに分岐経路22bが接続されており、分岐経路22bに濃度センサ57が配置されており、パージガスがパージ通路22aを通過しない状態(パージ通路不通過状態)とパージ通路22aを通過する状態(パージ通路通過状態)とを切替え可能な切替装置(分岐通路切替弁96,遮断弁98)を備えていることである。
図9を参照し、パージガスを吸気管34に供給するときのパージ供給経路22の動作について説明する。エンジン2が始動すると、ECU100の制御により、ポンプ52が駆動を開始し、制御弁26の開閉が開始する。ECU100は、濃度検出部21で検出したパージガスの濃度に基づいて、ポンプ52の出力及び制御弁26の開度(またはデューティ比)を制御する。なお、ECU100は、スロットルバルブ32の開度も制御する。キャニスタ19には、燃料タンク14の蒸発燃料が吸着されている。ポンプ52が始動すると、キャニスタ19に吸着されていたパージガス及びエアクリーナ30を通過した空気が、エンジン2に導入される。以下に、パージガスの濃度を検出する方法について幾つか説明する。
図10は、パージガスの濃度、及び、パージガスの流量の検出方法を説明するフローチャートを示している。この方法は、ポンプ52の流量特性を算出し、ポンプ52が所定の回転数のときにポンプ52を通過するパージガスの流量を検出するために行われる。この方法は、制御弁26を閉じた(パージガスが吸気管34に導入されない)状態で行われる。なお、この方法は、蒸発燃料処理装置20,20a〜20cの何れの蒸発燃料処理装置でも実行することができる。但し、濃度センサ57a,57b及び57cのように、センサ前後の差圧を検出するタイプの濃度センサを用いていることが必要である。
まず、ECU100から出力される制御信号により、ポンプ52を所定の回転数で駆動する(ステップS2)。なお、ECU100は、制御弁26を閉じた状態に維持する。次に、ECU100の制御信号により、切替弁(空気/パージガス切替弁)90がパージ通路22aと大気導入管92を接続するように切り替わる(ステップS4)。これにより、パージ通路22aには大気が導入される。パージ通路22aに導入された大気は、分岐通路56,58を通過する。すなわち、ポンプ52を駆動することにより、大気が、パージ通路22aと分岐通路22bを循環する。このときに、濃度センサ57が、センサ前後の差圧P0を検出する(ステップS6)。差圧P0の検出が終了した後、ECU100の制御信号により、切替弁90がパージ通路22aとキャニスタ19を接続するように切り替わる(ステップS8)。これにより、パージ通路22aにパージガスが導入される。パージガスが、パージ通路22aと分岐通路22bを循環する。濃度センサ57が、センサ前後の差圧P1を検出する(ステップS10)。差圧P1を検出した後、パージガスの濃度,流量を算出し(ステップS12)、ポンプ52の駆動を停止する(ステップS14)。
大気中には、パージガスが含まれていない。すなわち、大気の密度は既知である。そのため、差圧P0,P1を検出することにより、パージガスの濃度を検出することができる。例えば、P1/P0を計算することにより、パージガスの濃度を算出することができる。また、上記したように、流量は、ベルヌーイの式より算出することができる。そのため、ガス(パージガス,大気)の濃度より、濃度センサ57を通過するガスの流量を正確に算出することができる。また、ポンプ52を所定の回転数で駆動したときのパージガスと大気の流量の相違を比較することにより、ポンプ52の流量特性を得ることができる。なお、上記方法(ステップS2〜S14)を行うことにより、ポンプ52の流量特性が得られ、パージガス濃度の検出精度を向上させることができる。そのため、必要に応じて、パージ通路22aに大気を導入してセンサ前後の差圧P0を測定する工程(ステップS4〜S8)を省略してもよい。ステップS4〜S8を省略しても、パージガスの濃度を検出することができる。
図11及び図12を参照し、蒸発燃料処理装置20,20aを用いたパージガスの供給方法について説明する。なお、図12は、パージを行うタイミングと、分岐通路切替弁96の切替と、ポンプ52及び制御弁26のオン・オフ状態を示すタイミングチャートである。なお、分岐通路切替弁96の切替(パージ通路通過状態とパージ通路不通過状態の切替)と、ポンプ52及び制御弁26のオン・オフは、ECU100の制御信号によって制御される。
タイミングt40は、車両が走行可能な状態になったタイミングを示している。例えば、エンジン2が始動した時がタイミングt40に相当する。タイミングt40では、パージ供給経路22(特に分岐通路22b)内にガスが残存しており、ECU100はパージ供給経路22内のガスが掃気されていないことを記憶している。タイミングt40では、ECU100は、ガス掃気完了履歴がOFF状態であることを記憶している。タイミングt40では、ポンプ52及び制御弁26がオフしている。また、切替弁(分岐通路切替弁)96はパージガスがパージ通路22aを通過し、分岐経路22bを通過しない状態になっている。エンジン2を始動(ステップS90)した後、ガス掃気完了履歴がオフのとき(ステップS91:NO)にパージが開始されると(ステップS92:YES)、切替弁96はパージ通路不通過状態(分岐経路22b側)に切替わり、ポンプ52及び制御弁26がオンする(ステップS93,タイミングt41)。タイミングt41からタイミングt42の間にパージガスの濃度を測定し、その濃度(濃度C40)を記憶する(ステップS94)。パージガスの濃度の測定方法は、上述した方法を用いることができる。タイミングt41〜t42では、制御弁26がオンしているので、パージ供給経路22内に滞留していたガス(前回パージを終了した際に残存していたパージガス)を、パージ供給経路22内から掃気する(すなわち、吸気管34に排出する)ことができる。なお、パージ通路内に残存しているガスを掃気すると、キャニスタ19に吸着されている蒸発燃料がパージ通路内に導入される。
残存ガスの掃気が完了すると、切替弁96がパージ通路通過状態に切替わり、ポンプ52及び制御弁26がオフし、ガス掃気完了履歴がON状態になる(ステップS95:タイミングt42)。ガス掃気完了履歴は、エンジン2が駆動している間ON状態に維持し続ける。なお、残存ガスの掃気は、パージガスの濃度が安定した後に終了する(図12のガス濃度の変化を参照)。タイミングt41〜t42の間に検出したガス濃度C40の値は、ECU100が次にパージをオンするとき(タイミングt42)に用いる。
ステップ91でガス掃気完了履歴がON状態であることが確認されると(ステップ91:YES)、パージが実行中であるか否か(ステップS96)によって、その後の工程が異なる。パージが実行中でない(ステップS96:NO)ときにパージが開始されると(ステップS101:YES)、前回のパージオン中に残存ガスが掃気されたか否かを判断する(ステップS102)。すなわち、2回目のパージ(1回目は掃気するためのパージ)か否かを判断する。2回目のパージの場合(ステップS102:YES)、切替弁96はパージ通路通過状態に切替わり、ポンプ52及び制御弁26をオンする(ステップS106:タイミングt43)。このパージ中(タイミングt43〜t44)は、ガス濃度C40の値に基づき、制御弁26の開度(またはデューティ比)、ポンプ52の出力等を決定する。また、タイミングt43〜44中は、パージガスは分岐通路22bに移動しないので、パージガスが濃度センサ57を通過することはない。パージガスの移動抵抗が増大することを防止することができる。
次に、ステップS96でパージが実行中である(ステップS96:YES)と判断された場合について説明する。ECU100がパージオフ信号を出力すると(ステップS97:YES)、ポンプ52及び制御弁26をオン状態に維持したまま、切替弁96をパージ通路不通過状態に切替える(ステップS98:タイミングt44)。パージガスは分岐経路22bを通過して吸気管34に供給される。パージガスは分岐経路22bを通過している間に、パージガスのガス濃度C41を検出し、記憶する(ステップS99:タイミングt44〜t45)。ガス濃度C41を検出した後、ポンプ52及び制御弁26をオフする(ステップS100:タイミングt45)。ステップS97〜ステップS100までの工程は、パージ終了後に、次のパージを実行するときに用いるパージガスの濃度を検出する工程ということができる。
次に、ステップS102で2回目のパージではない(3回目以降のパージ)と判断された場合について説明する(ステップS102:NO)。パージがオンされ(S101:YES)、3回目以降のパージの場合(ステップS102:NO)、切替弁96はパージ通路不通過状態に切替わり、ポンプ52及び制御弁26をオンする(ステップS103:タイミングt46)。パージガスは分岐経路22bを通過して吸気管34に供給される。パージガスは分岐経路22bを通過している間に、パージガスのガス濃度C42を検出し、記憶する(ステップS104:タイミングt46〜t47)。ガス濃度C42を検出した後、切替弁96をパージ通路通過状態に切替える(ステップS105:タイミングt47)。ステップS103〜ステップS105までの工程は、パージがオンした後で実際にパージガスの供給が開始される前に、パージを実行するときに用いるパージガスの濃度を検出する工程ということができる。
なお、上記したように、ステップS97〜ステップS100はパージ終了後に次のパージを実行するときに用いるパージガスの濃度を検出する工程であり、ステップS103〜ステップS105はパージがオンした後で実際にパージガスの供給が開始される前にパージを実行するときに用いるパージガスの濃度を検出する工程である。そのため、ステップS97〜ステップS100の工程を実行した場合、必ずしもステップS103〜ステップS105の工程を実行する必要はない。ステップS97〜ステップS100の工程を実行したときは、パージがオンされ(S101:YES)、3回目以降のパージの場合(ステップS102:NO)、切替弁96をパージ通路通過状態に切替え、ポンプ52及び制御弁26をオンしてもよい。同様に、ステップS103〜ステップS105の工程を実行するときは、パージオフ信号が出力されたときに(S97:YES)、ポンプ52及び制御弁26をオフしてもよい。
図13及び図14を参照し、蒸発燃料処理装置20b,20cを用いたパージガスの供給方法について説明する。なお、図14は、パージを行うタイミングと、遮断弁98の切替と、ポンプ52及び制御弁26のオン・オフ状態を示すタイミングチャートである。遮断弁98の切替(パージ通路通過状態とパージ通路不通過状態の切替)と、ポンプ52及び制御弁26のオン・オフは、ECU100の制御信号によって制御される。
タイミングt50は、車両が走行可能な状態になったタイミングを示している。例えば、エンジン2が始動した時がタイミングt50に相当する。タイミングt50では、パージ供給経路22(特に分岐通路22b)内にガスが残存しており、ECU100はパージ供給経路22内のガスが掃気されていないことを記憶している。タイミングt50では、ECU100は、ガス掃気完了履歴がOFF状態であることを記憶している。タイミングt50では、ポンプ52及び制御弁26がオフしている。また、遮断弁98が遮断されており、パージガスは、パージ通路22aを通過しないで、分岐経路22bを通過する状態になっている。エンジン2を始動(ステップS90a)した後、ガス掃気完了履歴がオフのとき(ステップS91a:NO)にパージが開始されると(ステップS92a:YES)、遮断弁98を遮断(パージ通路不通過状態)した状態で、ポンプ52及び制御弁26がオンする(ステップS93a,タイミングt51)。タイミングt51からタイミングt52の間にパージガスの濃度を測定し、その濃度(濃度C50)を記憶する(ステップS94a)。パージガスの濃度の測定方法は、上述した方法を用いることができる。タイミングt51〜t52では、制御弁26がオンしているので、パージ供給経路22内に滞留していたガス(前回パージを終了した際に残存していたパージガス)を、パージ供給経路22内から掃気することができる。
残存ガスの掃気が完了すると、ポンプ52及び制御弁26がオフし、ガス掃気完了履歴がON状態になる(ステップS95a:タイミングt52)。ガス掃気完了履歴は、エンジン2が駆動している間ON状態に維持し続ける。なお、残存ガスの掃気は、パージガスの濃度が安定した後に終了する(図14のガス濃度の変化を参照)。タイミングt51〜t52の間に検出したガス濃度C50の値は、ECU100が次にパージをオンするとき(タイミングt45)に用いる。
ステップ91aでガス掃気完了履歴がON状態であることが確認されると(ステップ91a:YES)、パージが実行中であるか否か(ステップS96a)によって、その後の工程が異なる。パージが実行中でない(ステップS96a:NO)ときにパージが開始されると(ステップS101a:YES)、前回のパージオン中に残存ガスが掃気されたか否かを判断する(ステップS102a)。すなわち、2回目のパージ(1回目は掃気するためのパージ)か否かを判断する。2回目のパージの場合(ステップS102a:YES)、遮断弁98を開放(パージ通路通過状態)し、ポンプ52及び制御弁26をオンする(ステップS106a:タイミングt53)。このパージ中(タイミングt53〜t54)は、ガス濃度C50の値に基づき、制御弁26の開度(またはデューティ比)、ポンプ52の出力等を決定する。タイミングt53〜54中は、パージガスは分岐通路22bに移動しないので、パージガスが濃度センサ57を通過することはない。パージガスの移動抵抗が増大することを防止することができる。
次に、ステップS96aでパージが実行中である(ステップS96a:YES)と判断された場合について説明する。ECU100がパージオフ信号を出力すると(タイミングt97a:YES)、ポンプ52及び制御弁26をオン状態に維持したまま、遮断弁98を遮断(パージ通路不通過状態)する(ステップS98a:タイミングt54)。パージガスは分岐経路22bを通過して吸気管34に供給される。パージガスが分岐経路22bを通過している間に、パージガスのガス濃度C51を検出し、記憶する(ステップS99a:タイミングt54〜t55)。ガス濃度C51を検出した後、ポンプ52及び制御弁26をオフする(ステップS100a:タイミングt55)。ステップS97a〜S100aまでの工程は、パージ終了後に、次のパージを実行するときに用いるパージガスの濃度を検出する工程ということができる。
次に、ステップS102aで2回目のパージではない(3回目以降のパージ)と判断された場合について説明する(ステップS102a:YES)。パージがオンされ(S101a:YES)、3回目以降のパージの場合(ステップS102a:NO)、遮断弁98を遮断して、ポンプ52及び制御弁26をオンする(ステップS103a:タイミングt56)。パージガスは分岐経路22bを通過して吸気管34に供給される。パージガスが分岐経路22bを通過している間に、パージガスのガス濃度C52を検出し、記憶する(ステップS104a:タイミングt56〜t57)。ガス濃度C52を検出した後、遮断弁98を開放する(ステップS105a:タイミングt57)。ステップS103a〜S105aまでの工程は、パージがオンした後で実際にパージガスの供給が開始される前に、パージを実行するときに用いるパージガスの濃度を検出する工程ということができる。
上記したように、ステップS97a〜S100aはパージ終了後に次のパージを実行するときに用いるパージガスの濃度を検出する工程であり、ステップS103a〜S105aはパージがオンした後で実際にパージガスの供給が開始される前にパージを実行するときに用いるパージガスの濃度を検出する工程である。そのため、ステップS97〜S100の工程を実行した場合、必ずしもステップS103〜S105の工程を実行する必要はない。ステップS97〜S100の工程を実行したときは、パージがオンされ(S101a:YES)、3回目以降のパージの場合(ステップS102a:NO)、遮断弁98を開放し、ポンプ52及び制御弁26をオンしてもよい。同様に、ステップS103a〜S105aの工程を実行するときは、パージオフ信号が出力されたときに(ステップS97a:YES)、ポンプ52及び制御弁26をオフしてもよい。
次に、図15を参照し、パージ中のパージガスの濃度が変化したときに、パージガスの供給量を調整する方法について説明する。この方法は、上記した蒸発燃料処理装置20,20a,20b及び20cのいずれのタイプの蒸発燃料処理装置でも行うことができる。
ECU100は、濃度センサ57で検出されたパージガスの濃度C1を記憶し、濃度C1に基づいて、ポンプ52を所定回転数で駆動し、さらに制御弁26を制御して吸気管34へのパージ量を調整する。なお、ECU100は、ポンプ52を所定回転数で駆動するときに供給される電流値I1も記憶している。以下、濃度C1を記憶濃度C1と称し、電流値I1を記憶電流値I1と称することがある。ステップS20で現在の測定濃度C2を検出し、ステップS21で記憶濃度C1と測定濃度C2の比較を行う。記憶濃度C1と測定濃度C2の差が所定値αより小さい場合(ステップS21:NO)、パージガスの濃度変化が許容範囲内であるとして、記憶濃度C1に基づいて吸気管34へのパージを継続する。記憶濃度C1と測定濃度C2の差が所定値αより大きい場合(ステップS21:YES)、ステップS22に進み、ポンプ52に供給されている現在の測定電流値I2を測定する。その後、ポンプ52に供給されている測定電流値I2と記憶電流値I1の比較を行う(ステップS23)。測定電流値I2と電流値I1の差が所定値βより小さい場合(ステップS23:NO)、パージガスの濃度変化が許容範囲内であるとして、記憶濃度C1に基づいて吸気管34へのパージを継続する。
電流値I2と記憶電流値I1の差が所定値βより大きい場合(ステップS23:YES)、ECU100は、制御弁26の開閉を停止し、吸気管34へのパージガスの供給を停止する(ステップS24)。その後、制御弁を閉じた状態でパージガスの濃度測定を行い(ステップS25)、ステップS25で得たパージガスの濃度に応じて制御弁26の開度またはデューティ比を決定する(ステップS26)。その後、パージを再開する(ステップS27)。
上記方法では、測定濃度C2と測定電流値I2の双方の変化が大きい場合に、パージガスの濃度変化が許容範囲を超えているとして、パージガスの濃度を再度検出する。上記したように、ポンプ52の流量は、パージガスの濃度に依存する。すなわち、パージガスの濃度が増加すると、ガスの粘性が増加し、ポンプ52を所定回数で駆動するための電流値が増加する。ポンプ52の電流値の変化が所定値βを超えることは、パージガスの濃度変化が大きいことを示している。この場合、このままパージを継続していると、A/Fが制御値から大きく乱れる。そのため、制御弁26を閉じた状態で再度パージガスの濃度を測定することにより、A/Fが乱れることを抑制することができる。
なお、図16に示すように、測定濃度C2と測定電流値I2の一方の変化が大きい場合に、パージガスの濃度変化が許容範囲を超えているものとして、パージガスの濃度を再度検出してもよい。この場合、ステップS20aで測定濃度C2を検出し、ステップS22aで測定電流値I2を測定する。その後、記憶濃度C1と測定濃度C2の比較、及び、定電流値I2と記憶電流値I1の比較を行う(ステップS23a)。記憶濃度C1と測定濃度C2の差が所定値αより大きいか、電流値I2と記憶電流値I1の差が所定値βより大きい場合に、制御弁26の開閉を停止し(ステップS24a)、パージガスの濃度測定を行い(ステップS25a)、制御弁26の開度(デューティ比)を決定し(ステップS26a)、パージを再開する(ステップS27a)。この場合、パージガスの濃度が変化したときに、より確実にその変化を検出することができる。
図17から図21を参照し、パージ中のパージガスの濃度が変化したときに、パージガスの供給量を調整する他の方法について説明する。この方法は、蒸発燃料処理装置20,20a,20b及び20cのいずれのタイプの蒸発燃料処理装置でも行うことができる。この方法では、エンジン2の温度変化に基づいて、パージガスの濃度を補正しながら、吸気管34にパージガスを供給する。図20及び図21は、パージを行うタイミングと、制御弁のオン・オフ状態を示すタイミングチャートである。制御弁26は、ECU100の制御信号によってオン・オフ状態が制御される。
典型的に、エンジンを始動した後、エンジンの温度が上昇する。エンジンの温度が上昇すると、パージ通路の温度も上昇し、パージ通路内のパージガスの濃度が変化する。エンジンの温度変化に基づいてパージガスの濃度を検出することにより、パージガスの濃度を正確に検出することができ、A/Fが大きく乱れることを防止することができる。なお、エンジンの駆動に伴い、エンジン水温(冷却水の温度)は上昇する。本方法では、エンジン水温が所定値を超えているか否かにより、パージガス濃度の検出方法を変更する。
図17のステップS50では、エンジン水温が第1所定値(例えば15℃)を超えたか否かを判断する。エンジン水温が第1所定値を超えていない場合(ステップS50:NO)、エンジン水温が第1所定値を超えるまでエンジン水温の計測を繰り返す。エンジン水温が第1所定値を超えた後(ステップS50:YES)ECU100にパージガスのガス濃度履歴が記憶されていない場合(ステップS51:YES)、制御弁26を閉じた状態で、パージガスの濃度の測定を開始する(ステップS52,タイミングt20〜t21)。制御弁26を閉じた状態でのパージガス濃度の測定は、上述した方法で行うことができる。パージガスの濃度が安定したときのガス濃度C15を、ガス濃度履歴としてECU100に記憶し、ガス濃度記憶履歴をON状態にする(ステップS53,タイミングt21)。
ガス濃度記憶履歴をON状態にした後、制御弁26をオンし、パージを開始する(ステップS54,タイミングt22)。パージを開始する際、ガス濃度C15に基づいて、制御弁26の開度(またはデューティ比)及びポンプ52の流量(出力)を決定する。なお、ECU100にパージガスのガス濃度が記憶されている場合(ステップS51:NO)、記憶されているガス濃度に基づいてパージを開始する。すなわち、ガス濃度が記憶されていない状態(ガス濃度記憶履歴OFF)の場合は、パージ(エンジン始動後の最初のパージ)を開始しないで、ガス濃度を測定し、パージを開始する。パージ中は、エンジン水温が第2所定値(例えば60℃)未満か(ステップS55:YES)、第2所定値以上(ステップS55:NO)かを測定する。本方法では、エンジン水温が第2所定値未満か否かにより、パージガス濃度の補正方法が異なる。第2所定値未満の場合、図18のステップ56の処理に進む。ステップS56でパージオン(制御弁26オン)の場合(ステップS56:YES)、A/Fセンサからのフィードバックずれ量が所定値A1以下の場合(ステップS57:NO)は、パージを継続する(ステップS58)。A/Fセンサからのフィードバックずれ量が所定値A1より大きい場合(ステップS57:YES)については後述する。なお、A/Fセンサからのフィードバックずれ量を利用し、パージを停止することなく(パージを継続したまま)、フィードバックずれ量に基づいてECU100に記憶されているパージガスの濃度を補正してもよい。ガス濃度を補正することによって、より正確にパージガスの供給量を調整することができる。
ステップS56において、パージがオフの場合(タイミングt23,ステップS56:NO)、ステップS59に進み、パージオフの期間(タイミングt23〜t24)が所定時間T1より長いか否かを判断する。期間t23−t24が所定時間T1より長い場合(ステップS59:YES)、パージオフの状態でパージガスの濃度を測定する(ステップS60)。パージガスの濃度が安定したときのガス濃度C16をECU100に記憶し(ステップS61)、次のパージ開始のタイミングt24において、図17のステップS54に戻り、濃度C16に基づいて、制御弁26の開度及びポンプ52の流量を制御し、パージを継続する。
ステップS59において、例えば期間t25−t26のように、パージオフの期間が所定時間T1より短い場合(ステップS59:NO)、パージオフ中にパージガスの濃度を検出することができない。この場合、パージをオフした時(タイミングt25)のときにECU100に記憶されているガス濃度C16(前回パージオフしたときに測定したガス濃度)を、次のパージのタイミング(タイミングt26)で用いるガス濃度C17として記憶する(ステップS62)。その後、図17のステップS54に戻り、ガス濃度C17(ガス濃度C16)に基づいて、制御弁26の開度(デューティ比)及びポンプ52の流量を制御し、パージを継続する。
ここで、図21を参照し、図18のステップS57にてA/Fセンサからのフィードバックずれ量が所定値A1より大きい場合(ステップS57:YES)について説明する。この場合、パージオン状態であっても(タイミングt22〜t23)、所定時間制御弁26をオフし(ステップS63,タイミングt22a)、パージガスの濃度C19を測定する(ステップS64)。すなわち、実質的にパージをオフする。パージガスの濃度が安定したときのガス濃度C19をECU100に記憶し(ステップS65)、パージを再開(制御弁をオン)する(ステップS66,タイミングt22b)。タイミングt22bで図17のステップS54に戻り、ガス濃度C19に基づいて、制御弁26の開度及びポンプ52の流量を制御し、パージを継続する。
次に、図19及び図20を参照し、図17のエンジン水温が第2所定値以上(ステップS55:NO)の場合について説明する。典型的に、車両では、エンジン水温が第2所定値(例えば60℃)以上になると、A/F学習を開始する。エンジン水温が第2所定値以上(ステップS55:NO)になると、制御弁26をオフしてパージを停止する(ステップS70,タイミングt27)。パージを停止した状態で、パージガスの濃度の測定及びA/F学習を開始する(ステップS71)。パージガスの濃度が安定しない場合(ステップS72:NO)、パージガスの濃度が安定するまで検出を続ける。パージガスの濃度が安定した後(ステップS72:YES)、検出したガス濃度C18をECU100に記憶する(ステップS73)。その後、A/F学習が完了しているか否かを判定する(ステップS74)。A/F学習が完了している場合(ステップS74:YES)、制御弁26をオンし(ステップS75,タイミングt28)し、ガス濃度C18をA/Fフィードバックにより補正した濃度に基づいて、制御弁26の開度(デューティ比)及びポンプ52の流量を制御し、パージを継続する。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
2:内燃機関
14:燃料タンク
19:キャニスタ
20:蒸発燃料処理装置
22a:パージ通路
22b:分岐通路
26:制御弁
34:吸気経路
52:ポンプ
57:濃度センサ
96:切替装置(分岐通路切替弁)
98:切替装置(遮断弁)

Claims (9)

  1. 燃料タンク内で蒸発した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
    内燃機関の吸気経路とキャニスタとの間に接続されており、キャニスタから内燃機関に送られるパージガスが通過するパージ通路と、
    パージ通路の経路上に配置されているポンプと、
    パージガスの濃度を検出する濃度センサと、
    両端がパージ通路に接続されており、前記濃度センサが配置されている分岐通路と、
    パージガスが分岐通路が接続されている間のパージ通路を通過して前記吸気経路に移動するパージ通路通過状態と、パージガスが分岐通路が接続されている間のパージ通路を通過しないで前記吸気経路に移動するパージ通路不通過状態と、に切替わる切替装置と、
    吸気経路と前記ポンプの間でパージ通路上に配置されているとともに、パージ通路と吸気経路が連通している連通状態とパージ通路と吸気経路の連通が遮断されている遮断状態とに切替わる制御弁と、
    を備える蒸発燃料処理装置。
  2. パージ通路の通気抵抗が分岐通路の通気抵抗より小さい請求項1に記載の蒸発燃料処理装置。
  3. 切替装置は、パージ通路通過状態のときに、パージガスの分岐通路への移動を遮断する請求項1または2に記載の蒸発燃料処理装置。
  4. 前記ポンプ,切替装置及び制御弁を制御する制御装置をさらに備える請求項1から3のいずれか一項に記載の蒸発燃料処理装置。
  5. 制御装置は、車両の始動操作が行われた後、切替装置をパージ通路不通過状態にし、制御弁を連通状態にして分岐通路を掃気するとともにパージガスの濃度を検出する制御を行う、請求項4に記載の蒸発燃料処理装置。
  6. 制御装置は、車両の始動操作が行われた後にパージガスの濃度の検出を行い、その濃度に基づいてパージを実行した後にパージが停止した後に、切替装置をパージ通路不通過状態にし、制御弁を連通状態にしてパージガスの濃度を検出する制御を行う、請求項5に記載の蒸発燃料処理装置。
  7. 制御装置は、車両の始動操作が行われた後にパージガスの濃度の検出を行い、その濃度に基づいてパージを実行した後にパージが停止し、再度パージを実行するときに、切替装置をパージ通路不通過状態にし、制御弁を連通状態にしてパージガスの濃度を検出する制御を行う、請求項5または6に記載の蒸発燃料処理装置。
  8. 制御装置は、切替装置がパージ通路不通過状態のときに、前記ポンプを駆動する制御を行う、請求項4から7のいずれか一項に記載の蒸発燃料処理装置。
  9. バージ通路上に、パージ通路がキャニスタに連通する第1状態と、パージ通路が大気に連通する第2状態と、に切替る第2の切替装置が設けられている請求項1から8のいずれか一項に記載の蒸発燃料処理装置。
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