JP7040108B2 - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸発燃料処理装置に関する。

特許文献１の内燃機関の吸気通路には、蒸発燃料処理装置が接続されている。この蒸発燃料処理装置は、内燃機関の燃料タンクで発生した蒸発燃料が導入されるキャニスタを備えている。キャニスタは、燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着する。キャニスタには、当該キャニスタに外気を導入する外気導入通路が接続されている。また、キャニスタには、当該キャニスタ内の蒸発燃料を吸気通路へと導くパージ通路が接続されている。このパージ通路は、途中で第１パージ通路と第２パージ通路とに分岐している。第１パージ通路は、吸気通路におけるスロットルバルブよりも下流側の部分に接続されている。第２パージ通路は、吸気通路におけるターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の部分に接続されている。また、パージ通路における第１パージ通路と第２パージ通路との分岐箇所よりも上流側には、パージ通路の流路を開閉するパージバルブが取り付けられている。

特許文献１の蒸発燃料処理装置において、パージバルブが閉状態に制御されていると、燃料タンクで発生した蒸発燃料がキャニスタに流入し、キャニスタ内に吸着される。一方、内燃機関が過給運転を行っていない場合において、パージバルブが開状態に制御されると、吸気通路におけるスロットルバルブよりも下流側の部分の負圧によって、外気導入通路を介してキャニスタに外気が流入する。そして、キャニスタ内に吸着されていた蒸発燃料と外気とが第１パージ通路を介して、吸気通路におけるスロットルバルブよりも下流側の部分に流入する。

特開２０１７－１７２４３２号公報

特許文献１の蒸発燃料処理装置において、内燃機関が過給運転を行っている場合には、吸気通路におけるスロットルバルブよりも下流側の部分の圧力が高くなる。すると、吸気通路におけるスロットルバルブよりも下流側の部分の圧力は、外気導入通路を介して略大気圧になったキャニスタ内の圧力よりも高くなる。この場合には、パージバルブが開状態に制御されていても、キャニスタ内に吸着されていた蒸発燃料が第１パージ通路を介して、吸気通路におけるスロットルバルブよりも下流側の部分に流入できない。そのため、特許文献１の蒸発燃料処理装置においては、内燃機関が過給運転を行っていて吸気通路におけるスロットルバルブよりも下流側の圧力が高い場合にパージバルブが開状態に制御されると、第２パージ通路を介して、キャニスタ内に吸着されていた蒸発燃料が吸気通路におけるコンプレッサよりも上流側の部分に流入する。

しかし、内燃機関が運転を行っている場合において、吸気通路におけるコンプレッサよりも上流側の部分の圧力は、大気圧よりも極僅かに低い程度である。そのため、吸気通路におけるコンプレッサよりも上流側の部分の圧力と、外気導入通路を介して略大気圧になったキャニスタ内の圧力との差がほとんどない。この場合、パージバルブが開状態に制御されても、キャニスタ内に吸着されていた蒸発燃料が第２パージ通路を介して、吸気通路におけるコンプレッサよりも上流側の部分に流入しにくい。その結果、キャニスタ内の蒸発燃料が過度に多くなり、当該蒸発燃料が外気導入通路を介して外部に流出するおそれがある。

上記課題を解決するための蒸発燃料処理装置は、ターボチャージャのコンプレッサが取り付けられた吸気通路に接続されている蒸発燃料処理装置であって、燃料タンクで発生した蒸発燃料が導入されるとともに当該蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記キャニスタに接続され、当該キャニスタに外気を導入する外気導入通路と、前記キャニスタに接続され、当該キャニスタ内の蒸発燃料を吸気通路へと導くパージ通路と、前記パージ通路を開閉するパージバルブと、前記外気導入通路を開閉する外気導入バルブと、前記燃料タンク内の圧力を検出する圧力センサと、前記パージバルブ及び前記外気導入バルブの開閉制御を行うバルブ制御装置とを備え、前記パージ通路は、前記吸気通路におけるスロットルバルブよりも下流側の部分に接続された第１パージ通路と前記吸気通路における前記コンプレッサよりも上流側の部分に接続された第２パージ通路とに分岐しており、前記パージバルブは、当該パージバルブが閉状態に制御されたときに、前記第１パージ通路及び前記第２パージ通路から前記吸気通路への蒸発燃料の流入を遮断するものであり、前記第１パージ通路及び第２パージ通路には、それぞれ前記吸気通路側から前記キャニスタ側への気体の流通を防ぐ逆止弁が設けられており、前記バルブ制御装置は、内燃機関が過給運転を行っている場合には、前記外気導入バルブを閉状態に制御し、内燃機関が過給運転を行っており、且つ、前記燃料タンク内の圧力が大気圧よりも高い値に設定された所定値以上の圧力になった場合には、前記パージバルブを開状態に制御する。

上記構成では、内燃機関が過給運転を行っている場合、外気導入バルブを閉状態に制御することで、キャニスタ内の蒸発燃料は外気導入通路を介して外部に流出しない。ここで、例えば、内燃機関の駆動によって燃料タンクの温度が上昇すると、燃料タンク内の蒸発燃料が多くなり、燃料タンク内やキャニスタ内の圧力が上昇する。すると、燃料タンク内やキャニスタ内の圧力は、吸気通路におけるコンプレッサよりも上流側の部分の圧力よりも大きくなる。上記構成では、このような状況下においてパージバルブが開状態に制御されるので、キャニスタ内の蒸発燃料は第２パージ通路を介して吸気通路に流入する。その結果、キャニスタ内の蒸発燃料が過度に多くなることを抑制でき、蒸発燃料が外気導入通路を介して外部に流出することを抑制できる。

蒸発燃料処理装置が適用された内燃機関及び制御装置の概略図。 制御装置が行うパージ処理のフローチャート。

以下、本発明の実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。先ず、本発明が適用された内燃機関１００の概略構成について説明する。なお、以下の説明において単に上流、下流というときは、吸気、排気、蒸発燃料、及び外気の流れにおける上流、下流を示すものとする。

図１に示すように、内燃機関１００は、当該内燃機関１００の外部から吸気を導入するための吸気通路１１を備えている。吸気通路１１には、吸気に含まれる異物を取り除くエアクリーナ２１が設けられている。吸気通路１１におけるエアクリーナ２１よりも下流側には、ターボチャージャ３０におけるコンプレッサ３１が設けられている。コンプレッサ３１は、吸気通路１１におけるコンプレッサ３１よりも下流側に圧縮した吸気を供給する。吸気通路１１におけるコンプレッサ３１よりも下流側には、圧縮した吸気を冷却するためのインタークーラ２２が設けられている。吸気通路１１におけるインタークーラ２２よりも下流側には、スロットルバルブ２３が設けられている。スロットルバルブ２３は、吸気通路１１の流路を開閉することにより、当該吸気通路１１を流通する吸気量を制御する。

吸気通路１１の下流端には、燃料を吸気と混合して燃焼させる気筒１２が接続されている。気筒１２内には、当該気筒１２の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁２４の先端が突出している。

気筒１２には、当該気筒１２から排気を排出するための排気通路１３の上流端が接続されている。排気通路１３には、ターボチャージャ３０におけるタービン３２が設けられている。

燃料噴射弁２４は、燃料を貯留するための燃料タンク２５からの燃料供給を受ける。燃料タンク２５は、燃料配管を介して燃料噴射弁２４と接続されている。また、燃料タンク２５内にはフィードポンプが収容されており、フィードポンプによって圧送された燃料が燃料配管を介して燃料噴射弁２４に供給される。なお、図１においては、燃料配管及びフィードポンプの図示を省略している。

燃料タンク２５には、当該燃料タンク内で発生した蒸発燃料の大気放出を抑える蒸発燃料処理装置５０が接続されている。蒸発燃料処理装置５０は、燃料タンク２５内で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタ５１を備えている。キャニスタ５１には、当該キャニスタ５１に蒸発燃料を導入するベーパ通路５２の一端が接続されている。ベーパ通路５２の他端は、燃料タンク２５内へと至っている。

キャニスタ５１には、当該キャニスタ５１に外気を導入する外気導入通路５３が接続されている。外気導入通路５３における下流側（キャニスタ５１側）の端部には、キャニスタ５１のリーク診断に用いるポンプモジュール７０が取り付けられている。

ポンプモジュール７０は、キャニスタ５１内の圧力を検出するための圧力センサ７１、及びキャニスタ５１内の圧力を減圧するためのエアポンプ７２を内蔵している。ポンプモジュール７０は、エアポンプ７２によってキャニスタ５１内の圧力を減圧し、そのキャニスタ５１内の圧力を圧力センサ７１によって検出することで、キャニスタ５１のリーク診断を行う。

上述したようにキャニスタ５１はベーパ通路５２を介して燃料タンク２５に連通しており、キャニスタ５１内の圧力は燃料タンク２５内の圧力と略同じになる。すなわち、本実施形態では、ポンプモジュール７０における圧力センサ７１によって燃料タンク２５内の圧力を検出している。

外気導入通路５３におけるポンプモジュール７０よりも上流側（外部側）には、当該外気導入通路５３を開閉する外気導入バルブ６２が取り付けられている。外気導入バルブ６２が閉状態である場合、外気導入通路５３の流路における外部からキャニスタ５１側に流入する外気の流れが妨げられ、且つ、外気導入通路５３の流路におけるキャニスタ５１側から外部への外気や蒸発燃料の流れが妨げられる。

キャニスタ５１には、当該キャニスタ５１内の蒸発燃料を吸気通路１１へと導くパージ通路５５が接続されている。パージ通路５５のうちの上流側（キャニスタ５１側）に位置する共通通路５８の上流端は、キャニスタ５１に接続されている。パージ通路５５における共通通路５８には、当該共通通路５８を開閉するパージバルブ６１が取り付けられている。

パージ通路５５は、途中で２つの通路に分岐している。具体的には、パージ通路５５における共通通路５８の下流端には、パージ通路５５における第１パージ通路５６の上流端が接続されている。パージ通路５５における第１パージ通路５６の下流端は、吸気通路１１におけるスロットルバルブ２３よりも下流側の部分に接続されている。パージ通路５５における第１パージ通路５６には、吸気通路１１側からキャニスタ５１側への蒸発燃料等の気体の流通を防ぐ第１逆止弁６６が取り付けられている。

パージ通路５５における共通通路５８の下流端には、パージ通路５５における第２パージ通路５７の上流端が接続されている。パージ通路５５における第２パージ通路５７の下流端は、吸気通路１１におけるエアクリーナ２１とコンプレッサ３１との間の部分に接続されている。すなわち、パージ通路５５における第２パージ通路５７は、吸気通路１１におけるコンプレッサ３１よりも上流側の部分に接続されている。パージ通路５５における第２パージ通路５７には、吸気通路１１側からキャニスタ５１側への蒸発燃料等の気体の流通を防ぐ第２逆止弁６７が取り付けられている。

上記のパージバルブ６１及び外気導入バルブ６２は、制御装置９０によって開閉制御される。制御装置９０は、パージバルブ６１に対して、当該パージバルブ６１を開閉制御するための制御信号を出力する。また、制御装置９０は、外気導入バルブ６２に対して、当該外気導入バルブ６２を開閉制御するための制御信号を出力する。すなわち、本実施形態において、制御装置９０は、パージバルブ６１及び外気導入バルブ６２の開閉制御を行うバルブ制御装置として機能する。また、制御装置９０には、圧力センサ７１によって検出したキャニスタ５１内の圧力を示す信号が入力される。

なお、本実施形態において、制御装置９０は、上記のパージバルブ６１及び外気導入バルブ６２の制御の他にも、スロットルバルブ２３の開度、燃料噴射弁２４の燃料噴射量、及びターボチャージャ３０による過給運転制御など、内燃機関１００全体を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）として構成されている。

本実施形態では、制御装置９０によってパージバルブ６１が閉状態に制御されることで、パージ通路５５における共通通路５８の流路が閉状態になる。こうしてパージ通路５５における第１パージ通路５６及び第２パージ通路５７から吸気通路１１への蒸発燃料の流入が遮断される。

次に、制御装置９０が行うパージ処理について説明する。制御装置９０は、当該制御装置９０が動作したときから当該制御装置９０が動作を終了するときまでパージ処理を繰り返し実行する。なお、制御装置９０が動作を終了するときには当該制御装置９０によってパージバルブ６１及び外気導入バルブ６２が共に閉状態に制御されるため、制御装置９０が動作を開始するときにはパージバルブ６１及び外気導入バルブ６２が共に閉状態になっている。

図２に示すように、ステップＳ１１において、制御装置９０は、パージ実行条件が成立しているか否かを判定する。例えば、燃料カットを実行していないこと等の条件を満たした場合にパージ実行条件が成立する。一方、例えば、燃料カットを実行していること等の条件を満たした場合にパージ実行条件が成立しない。ステップＳ１１において、パージ実行条件が成立していると判定した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、制御装置９０は、処理をステップＳ１２に進める。

ステップＳ１２において、制御装置９０は、内燃機関１００が過給運転中であるか否かを判定する。ステップＳ１２において、内燃機関１００が過給運転中であると判定した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、制御装置９０は、処理をステップＳ２１に進める。

ステップＳ２１において、制御装置９０は、外気導入バルブ６２を閉状態に制御する。その後、制御装置９０は、処理をステップＳ２２に進める。ステップＳ２２において、制御装置９０は、パージバルブ６１を閉状態に制御する。その後、制御装置９０は、処理をステップＳ２３に進める。

ステップＳ２３において、制御装置９０は、圧力センサ７１によって検出された燃料タンク２５内の圧力が設定された所定値以上であるか否かを判定する。この所定値は、大気圧よりも高い値に設定されており、例えば、大気圧よりも３％程度高い値に設定されている。ステップＳ２３において、圧力センサ７１によって検出された燃料タンク２５内の圧力が設定された所定値未満であると判定した場合（Ｓ２３：ＮＯ）、制御装置９０は、今回のパージ処理を終了する。一方、圧力センサ７１によって検出された燃料タンク２５内の圧力が設定された所定値以上であると判定した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、制御装置９０は、処理をステップＳ２４に進める。

ステップＳ２４において、制御装置９０は、パージバルブ６１を開状態に制御する。その後、制御装置９０は、今回のパージ処理を終了する。
一方、ステップＳ１１において、パージ実行条件が成立していないと判定した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、制御装置９０は、処理をステップＳ４１に進める。ステップＳ４１において、制御装置９０は、外気導入バルブ６２を開状態に制御する。その後、制御装置９０は、処理をステップＳ４２に進める。ステップＳ４２において、制御装置９０は、パージバルブ６１を閉状態に制御する。その後、制御装置９０は、今回のパージ処理を終了する。

また、ステップＳ１２において、内燃機関１００が過給運転中でないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、制御装置９０は、処理をステップＳ３１に進める。ステップＳ３１において、制御装置９０は、外気導入バルブ６２を開状態に制御する。その後、制御装置９０は、処理をステップＳ３２に進める。ステップＳ３２において、制御装置９０は、パージバルブ６１を開状態に制御する。その後、制御装置９０は、今回のパージ処理を終了する。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
内燃機関１００において、パージ実行条件が成立していないと、制御装置９０によって外気導入バルブ６２が開状態に制御され、制御装置９０によってパージバルブ６１が閉状態に制御される。この場合、燃料タンク２５内で発生した蒸発燃料がベーパ通路５２を介して、キャニスタ５１内に流入する。キャニスタ５１内に流入した蒸発燃料は、キャニスタ５１内に吸着される。

一方、内燃機関１００が過給運転を行っておらず、且つ、パージ実行条件が成立していると、制御装置９０によって外気導入バルブ６２及びパージバルブ６１が開状態に制御される。この場合、吸気通路１１におけるスロットルバルブ２３よりも下流側の部分の負圧によって、外気導入通路５３を介してキャニスタ５１内に外気が流入する。そして、キャニスタ５１内に吸着されていた蒸発燃料と外気とが、パージ通路５５における共通通路５８及び第１パージ通路５６を介して吸気通路１１におけるスロットルバルブ２３よりも下流側の部分に流入する。

また、本実施形態では、内燃機関１００が過給運転を行っており、且つ、パージ実行条件が成立していると、制御装置９０によって外気導入バルブ６２及びパージバルブ６１が閉状態に制御される。これにより、キャニスタ５１内の蒸発燃料は外気導入通路５３を介して外部に流出しない。ここで、例えば、内燃機関１００の駆動によって燃料タンク２５の温度が上昇すると、燃料タンク２５内の蒸発燃料が多くなり、燃料タンク２５内やキャニスタ５１内の圧力が上昇する。すると、燃料タンク２５内やキャニスタ５１内の圧力は、吸気通路１１におけるコンプレッサ３１よりも上流側の部分の圧力よりも大きくなる。そして、本実施形態では、圧力センサ７１によって検出された燃料タンク２５内の圧力が設定された所定値以上である場合、制御装置９０によってパージバルブ６１が開状態に制御される。これにより、キャニスタ５１内の蒸発燃料はパージ通路５５における共通通路５８及び第２パージ通路５７を介して吸気通路１１におけるコンプレッサ３１よりも上流側の部分に流入する。その結果、本実施形態では、キャニスタ５１内の蒸発燃料が過度に多くなることを抑制でき、蒸発燃料が外気導入通路５３を介して外部に流出することを抑制できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、ポンプモジュール７０を省略してもよい。この場合、蒸発燃料処理装置５０は、ポンプモジュール７０の圧力センサ７１とは別に、燃料タンク２５内の圧力を検出するための圧力センサを備えていればよい。また、この圧力センサは、ベーパ通路５２や燃料タンク２５の内部に配置してもよい。

・ポンプモジュール７０において、当該ポンプモジュール７０の内部の流路を開閉するためのバルブが内蔵されていることがある。この内蔵バルブが閉状態に制御されることで、外気導入通路５３の流路における外部からキャニスタ５１側に流入する外気の流れが妨げられ、且つ、外気導入通路５３の流路におけるキャニスタ５１側から外部への外気や蒸発燃料の流れが妨げられるのであれば、ポンプモジュール７０の内蔵バルブを外気導入バルブとして機能させることもできる。この場合には、外気導入バルブ６２を省略できる。

・上記実施形態において、パージバルブ６１の取り付け位置は適宜変更できる。例えば、パージ通路５５における第１パージ通路５６及び第２パージ通路５７のそれぞれにパージバルブ６１を取り付けてもよい。そして、パージ処理においては、共通通路５８のパージバルブ６１と同様に、第１パージ通路５６及び第２パージ通路５７のそれぞれに取り付けられたパージバルブ６１を共に開閉制御すればよい。この場合、第１パージ通路５６及び第２パージ通路５７のそれぞれにパージバルブ６１が閉状態に制御されることで、第１パージ通路５６及び第２パージ通路５７から吸気通路１１への蒸発燃料の流入が遮断される。なお、パージ通路５５における共通通路５８のパージバルブ６１を省略できる。

・上記実施形態において、パージ処理におけるステップＳ１１のパージ実行条件は適宜変更してもよい。
・上記実施形態において、パージ処理におけるステップＳ２３の所定値の値は、大気圧よりも高い範囲で適宜変更できる。

・上記実施形態において、パージ処理におけるステップＳ４１では、外気導入バルブ６２を閉状態に制御してもよい。例えば、パージ実行条件が長時間に亘って成立しておらず、燃料タンク２５内やキャニスタ５１内の蒸発燃料が過度に多くなる場合には、制御装置９０によって外気導入バルブ６２を閉状態に制御してもよい。

１１…吸気通路、１２…気筒、１３…排気通路、２１…エアクリーナ、２２…インタークーラ、２３…スロットルバルブ、２４…燃料噴射弁、２５…燃料タンク、３０…ターボチャージャ、３１…コンプレッサ、３２…タービン、５０…蒸発燃料処理装置、５１…キャニスタ、５２…ベーパ通路、５３…外気導入通路、５５…パージ通路、５６…第１パージ通路、５７…第２パージ通路、５８…共通通路、６１…パージバルブ、６２…外気導入バルブ、６６…第１逆止弁、６７…第２逆止弁、７０…ポンプモジュール、７１…圧力センサ、７２…エアポンプ、９０…制御装置、１００…内燃機関。

Claims (1)

1. ターボチャージャのコンプレッサが取り付けられた吸気通路に接続されている蒸発燃料処理装置であって、
   燃料タンクで発生した蒸発燃料が導入されるとともに当該蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記キャニスタに接続され、当該キャニスタに外気を導入する外気導入通路と、前記キャニスタに接続され、当該キャニスタ内の蒸発燃料を吸気通路へと導くパージ通路と、前記パージ通路を開閉するパージバルブと、前記外気導入通路を開閉する外気導入バルブと、前記燃料タンク内の圧力を検出する圧力センサと、前記パージバルブ及び前記外気導入バルブの開閉制御を行うバルブ制御装置とを備え、
   前記パージ通路は、前記吸気通路におけるスロットルバルブよりも下流側の部分に接続された第１パージ通路と前記吸気通路における前記コンプレッサよりも上流側の部分に接続された第２パージ通路とに分岐しており、
   前記パージバルブは、当該パージバルブが閉状態に制御されたときに、前記第１パージ通路及び前記第２パージ通路から前記吸気通路への蒸発燃料の流入を遮断するものであり、
   前記第１パージ通路及び第２パージ通路には、それぞれ前記吸気通路側から前記キャニスタ側への気体の流通を防ぐ逆止弁が設けられており、
   前記バルブ制御装置は、
   内燃機関が過給運転を行っており、且つ、前記燃料タンク内の圧力が大気圧よりも高い値に設定された所定値未満の圧力になった場合には、前記外気導入バルブ及び前記パージバルブを共に閉状態に制御し、
   内燃機関が過給運転を行っており、且つ、前記燃料タンク内の圧力が前記所定値以上の圧力になった場合には、前記外気導入バルブを閉状態に制御しつつ前記パージバルブを開状態に制御する
   ことを特徴とする蒸発燃料処理装置。

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