(57)【要約】【課題】  機関始動時に内燃機関へ濃度の安定した蒸発燃料を供給可能な蒸発燃料処理装置を提供する。【解決手段】  内燃機関１の燃料を貯留する燃料タンク２１と、前記燃料タンクから発生する蒸発燃料を貯留する蒸発燃料タンク２５と、を備え、前記蒸発燃料タンクからの前記蒸発燃料の放出時に外部から前記蒸発燃料タンク内への流入を遮断可能とされていることを特徴とする蒸発燃料処理装置。【選択図】      図１
2005106015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料を貯留する燃料タンクと、前記燃料タンクから発生する蒸発燃料を貯留する蒸発燃料タンクと、を備え、前記蒸発燃料タンクからの前記蒸発燃料の放出時に外部から前記蒸発燃料タンク内への流入を遮断可能とされていることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
【請求項２】
前記蒸発燃料の貯留時に弾性エネルギを蓄えられるように前記蒸発燃料タンクの少なくとも一部が弾性体で形成されてい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。
【請求項３】
前記燃料タンクと前記蒸発燃料タンクとの間に前記蒸発燃料タンクから前記燃料タンクへの蒸発燃料の流出を防止する逆止弁を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項４】
前記蒸発燃料タンクと前記内燃機関とが接続され、前記蒸発燃料タンクと前記内燃機関との間の接続及び遮断を切り替える弁手段を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項５】
前記蒸発燃料タンクが前記内燃機関の吸気通路と接続され、前記弁手段は前記内燃機関の始動時に前記蒸発燃料タンクと前記吸気通路とを接続することを特徴とする請求項４に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項６】
前記蒸発燃料タンクが前記内燃機関の吸気通路と接続され、前記蒸発燃料の供給時に前記吸気通路の圧力を低下させる圧力低下手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項７】
前記蒸発燃料タンク内の蒸発燃料量を取得する蒸発燃料量取得手段を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の蒸発燃料処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料タンク内で発生する蒸発燃料を内燃機関へ供給可能な蒸発燃料処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタの吸着体に吸着させ、内燃機関の始動時にパージポンプを利用してキャニスタに吸着させた蒸発燃料を内燃機関へ供給する燃料供給装置が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−３１１２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の装置では、大気から導入した空気によって蒸発燃料をパージさせ、蒸発燃料と空気とを内燃機関へ供給している。そのため、キャニスタに吸着されていた蒸発燃料量によって供給される蒸発燃料の濃度が変化し、濃度の安定した蒸発燃料を内燃機関へ供給することができない。内燃機関へ供給する蒸発燃料の濃度が濃い場合、排気エミッションが悪化する可能性がある。一方、蒸発燃料の濃度が薄い場合は、内燃機関が失火するおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、機関始動時に内燃機関へ濃度の安定した蒸発燃料を供給可能な蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の蒸発燃料処理装置は、内燃機関の燃料を貯留する燃料タンクと、前記燃料タンクから発生する蒸発燃料を貯留する蒸発燃料タンクと、を備え、前記蒸発燃料タンクからの前記蒸発燃料の放出時に外部から前記蒸発燃料タンク内への流入を遮断可能とされていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００６】
本発明の蒸発燃料処理装置によれば、蒸発燃料の放出時に外部から蒸発燃料タンク内への流入を遮断するので、蒸発燃料タンク内の蒸発燃料濃度の変化を抑制することができる。従って、蒸発燃料タンクから放出される蒸発燃料濃度をほぼ一定の濃度に維持することができる。
【０００７】
本発明の蒸発燃料処理装置は、前記蒸発燃料の貯留時に弾性エネルギを蓄えられるように前記蒸発燃料タンクの少なくとも一部が弾性体で形成されていてもよい（請求項２）。この場合、蒸発燃料の貯留時に蒸発燃料によって弾性体を膨張させることができる。一方、蒸発燃料の放出時には、蒸発燃料タンク内の蒸発燃料が減少するので、弾性体は収縮する。このように蒸発燃料タンクが変形することで、外部から蒸発燃料タンク内への流入を遮断しても蒸発燃料タンクから蒸発燃料を安定に放出させることができる。また、蒸発燃料の貯留時に蓄えられる弾性エネルギによって、蒸発燃料の放出を補助することができる。
【０００８】
本発明の蒸発燃料処理装置は、前記燃料タンクと前記蒸発燃料タンクとの間に前記蒸発燃料タンクから前記燃料タンクへの蒸発燃料の流出を防止する逆止弁を備えていてもよい（請求項３）。この逆止弁により、蒸発燃料タンクから燃料タンクへの蒸発燃料の逆流を防止することができる。
【０００９】
本発明の蒸発燃料処理装置は、前記蒸発燃料タンクと前記内燃機関とが接続され、前記蒸発燃料タンクと前記内燃機関との間の接続及び遮断を切り替える弁手段を備えていてもよい（請求項４）。この場合、弁手段により蒸発燃料タンクからの蒸発燃料の放出を防止することができる。そのため、蒸発燃料タンク内に高圧の蒸発燃料を貯留することができる。
【００１０】
本発明の蒸発燃料処理装置は、前記蒸発燃料タンクが前記内燃機関の吸気通路と接続され、前記弁手段は前記内燃機関の始動時に前記蒸発燃料タンクと前記吸気通路とを接続してもよい（請求項５）。このように内燃機関の始動時に吸気通路へ蒸発燃料を供給することで、始動時の内燃機関の燃焼を改善させて排気エミッションを低減させることができる。但し、本発明において蒸発燃料タンクは内燃機関の吸気通路以外の箇所と接続されていてもよい。例えば、内燃機関の排気系に排気浄化手段が設けられている場合、この排気浄化手段へ蒸発燃料を供給できるように蒸発燃料タンクと排気系とが接続されていてもよい。
【００１１】
本発明の蒸発燃料処理装置は、前記蒸発燃料タンクが前記内燃機関の吸気通路と接続され、前記蒸発燃料の供給時に前記吸気通路の圧力を低下させる圧力低下手段を備えていてもよい（請求項６）。蒸発燃料の供給時に吸気通路の圧力を低下させることにより、蒸発燃料タンクからの蒸発燃料の放出を補助することができる。
【００１２】
本発明の蒸発燃料処理装置は、前記蒸発燃料タンク内の蒸発燃料量を取得する蒸発燃料量取得手段を備えていてもよい（請求項７）。この場合、蒸発燃料タンク内の蒸発燃料量が把握できるので、蒸発燃料の供給可能な時間等を予測することができる。そのため、蒸発燃料の供給制御の制御性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、機関始動時に内燃機関へ濃度の安定した蒸発燃料を供給することができる。そのため、内燃機関の始動性を改善するとともに始動時の排気エミッションを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に本発明の蒸発燃料処理装置が組み込まれた内燃機関の要部を示す。図１の内燃機関１はガソリンエンジンとして構成されており、そのシリンダブロック２には複数の気筒３（図１では一つのみを示す。）が形成され、各気筒３にはピストン４が上下動自在に挿入される。各気筒３の開口部はシリンダヘッド５で閉じられ、各気筒３には気筒３の壁面とピストン４とシリンダヘッド５とによって燃焼室６が形成される。各燃焼室６には、吸気を取り込むための吸気通路７と、燃焼室６からの排気を所定の排気位置まで導くための排気通路８とが接続される。各燃焼室６には、これら通路７、８を燃焼室６に対して開閉するための吸気弁９及び排気弁１０と、燃焼室６内の燃料混合気に点火する点火プラグ１１とがそれぞれ設けられている。各ピストン４の往復運動は、コンロッド１２を介してクランク軸１３へ回転運動として伝達される。クランク軸１３には、クランク角度に対応した信号を出力するクランク角センサ１４が設けられている。吸気通路７には、吸気濾過用のエアクリーナ１５と、吸気量に対応した信号を出力するエアフローセンサ１６と、吸気量調整用のスロットルバルブ１７とが設けられている。また、吸気通路７は、吸気が各気筒３に適正に分配されるようにマニホールド７ａを備えている。マニホールド７ａには、吸気通路７の一部の圧力を低下させる圧力低下手段としての圧力調整弁１８と、吸気の圧力に対応した信号を出力する吸気圧センサ１９とが、各気筒３に対してそれぞれ設けられている。
【００１５】
内燃機関１には、燃焼室６内へ燃料を供給するための燃料供給装置２０が設けられている。燃料供給装置２０は、燃料を貯留する燃料タンク２１と、内燃機関１へ燃料を供給するインジェクタ２２と、インジェクタ２２へ供給される高圧燃料を蓄えるデリバリパイプ２３と、燃料タンク２１からデリバリパイプ２３へ燃料を送る燃料ポンプ２４とを備えている。
【００１６】
また、燃料供給装置２０は、燃料タンク２１内で発生した蒸発燃料を貯留する蒸発燃料タンク２５と、蒸発燃料タンク２５に貯留できなかった分の蒸発燃料を吸着させるキャニスタ２６とを備えている。蒸発燃料タンク２５は、蒸発燃料の貯留時に弾性エネルギを蓄えられるように弾性体で形成され、内燃機関１の始動時に供給する分の蒸発燃料が貯留可能な容量を有している。蒸発燃料タンク２５には、蒸発燃流タンク２５内の温度に対応した信号を出力する温度センサ２７と、蒸発燃料タンク２５の伸展量に対応した信号を出力する伸展量センサ２８とが設けられている。また、蒸発燃料タンク２５には、蒸発燃料タンク２５内の圧力が所定の圧力よりも上昇した場合に、蒸発燃料タンク２５内の蒸発燃料をキャニスタ２６へ逃がす逃がし弁２９が設けられている。蒸発燃料タンク２５は、内部に貯留される蒸発燃料量に応じて膨張するので、伸展量センサ２８を参照することで蒸発燃料タンク２５内の蒸発燃料量を取得することができる。この場合、伸展量センサ２８は、蒸発燃料量取得手段として機能する。
【００１７】
内燃機関１の運転状態は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０により制御される。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を組み合わせたコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ３０は、例えばクランク角センサ１４等の出力信号を参照してインジェクタ２２の動作を制御し、内燃機関１が適正に運転されるようにインジェクタ２２からの燃料の噴射量、噴射時期等を調整する。
【００１８】
蒸発燃料タンク２５は、燃料タンク２１、キャニスタ２６及びマニホールド７ａとそれぞれ接続されている。燃料タンク２１と蒸発燃料タンク２５との間には、蒸発燃料タンク２５から燃料タンク２１への蒸発燃料の流出を防止する逆止弁３１が設けられている。蒸発燃料タンク２５とキャニスタ２６とは、蒸発燃料タンク２５とキャニスタ２６との間の接続及び遮断を切り替える切り替え弁３２を介して接続されている。蒸発燃料タンク２５とマニホールド７ａとは蒸発燃料供給通路３３で接続されており、蒸発燃料供給通路３３には蒸発燃料タンク２５とマニホールド７ａとの間の接続及び遮断を切り替える弁手段としての供給バルブ３４が設けられている。なお、蒸発燃料供給通路３３は、蒸発燃料を各気筒３へ適正に供給できるように各気筒３にそれぞれ設けられており、また供給バルブ３４も各蒸発燃料供給通路３３にそれぞれ設けられている。
【００１９】
ＥＣＵ３０は、図２の蒸発燃料供給制御ルーチンを実行することにより供給バルブ３４及び切り替え弁３２の動作を制御して、始動時に蒸発燃料を内燃機関１へ供給する。図２の制御ルーチンは、例えばイグニッションスイッチがオンされる等内燃機関１を始動させる所定の条件が満たされた場合に実行され、所定の条件が満たされてから所定の時間（例えば数秒間）、所定の間隔で繰り返し実行される。
【００２０】
図２の制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ３０はまずステップＳ１１で内燃機関１の充填効率を取得する。ＥＣＵ３０のＲＯＭにはクランク軸１３の回転数及び吸気圧等と充填効率との対応関係を記述したマップが記録されており、ＥＣＵ３０は、そのマップを参照して充填効率を取得する。次のステップＳ１２では、取得した充填効率と気筒３の容積と所定の空燃比との積から、一気筒３あたりに供給すべき炭化水素（ＨＣ）量Ｖｈｃ［ｃｃ］を算出する。なお、所定の空燃比には、例えば内燃機関１の始動時に排気エミッションが低減されるような空燃比が設定される。
【００２１】
ステップＳ１３では、蒸発燃料タンク２５からマニホールド７ａへ供給するガス（パージガス）中の蒸発燃料の濃度α［％］を取得する。ＥＣＵ３０のＲＯＭには燃料のリード蒸気圧がマップとして記録されており、温度センサ２７の出力信号とこのマップとから蒸発燃料タンク２５内における蒸発燃料の分圧が取得できる。ＥＣＵ３０は、この分圧から蒸発燃料の濃度αを取得する。続くステップＳ１４では、一気筒３あたりに供給すべきＨＣ量Ｖｈｃと蒸発燃料濃度αとから、一気筒あたりに供給するパージガス流量Ｖ（＝Ｖｈｃ×１００／α）[ｃｃ]を算出する。
【００２２】
ステップＳ１５において、ＥＣＵ３０は各吸気圧センサ１９の出力信号から各気筒３の吸気圧Ｐｎ［ｋＰａ］を取得する。続くステップＳ１６においてＥＣＵ３０は、蒸発燃料タンク２５内の圧力（ほぼ大気圧と同じ圧力であるため、大気圧Ｐを使用。）と吸気圧Ｐｎとの差圧ΔＰ（＝Ｐ−Ｐｎ）［ｋＰａ］を算出する。
【００２３】
ステップＳ１７では、供給バルブ３４の全開時に供給バルブ３４を通過する流量Ｑ［ｃｃ／ｍｓｅｃ］を取得する。ＥＣＵ３０のＲＯＭには、供給バルブ３４の前後の差圧とその差圧時に供給バルブ３４を通過する流量との関係（流量特性）がマップとして記録されており、差圧ΔＰとこのマップとからＥＣＵ３０は、流量Ｑを取得する。
【００２４】
ステップＳ１８においてＥＣＵ３０は、パージガス流量Ｖと流量Ｑとから供給バルブ３４の通電時間Ｖｔａｕ＿ｔ（＝Ｖ／Ｑ）［ｍｓ］を算出する。次のステップＳ１９では、クランク角センサ１４の出力信号を参照して、クランク軸１３が一回転する時間ＴＤＣ＿ｔ［ｍｓｅｃ］を取得する。続くステップＳ２０では、通電時間Ｖｔａｕ＿ｔとクランク軸１３が一回転する時間ＴＤＣ＿ｔとから、単位をクランク角度にした供給バルブ３４の通電時間Ｖｔａｕ＿ｃ（＝Ｖｔａｕ＿ｔ／ＴＤＣ＿ｔ）［°ＣＡ］を算出する。
【００２５】
ステップＳ２１において、ＥＣＵ３０は各供給バルブ３４の閉弁時期Ｖｃｌ［°ＣＡ］を取得する。この閉弁時期Ｖｃｌは、例えば各気筒３の吸気弁９の閉じるクランク角度が設定される。続くステップＳ２２では、閉弁時期Ｖｃｌと通電時間Ｖｔａｕ＿ｃとから各供給バルブ３４の開弁時期Ｖｏｐ（＝Ｖｃｌ−Ｖｔａｕ＿ｃ）［°ＣＡ］を算出する。
【００２６】
ステップＳ２３においてＥＣＵ３０は、クランク角センサ１４の出力信号から現在のクランク角度を取得し、気筒判別を行う。この気筒判別結果を参照してＥＣＵ３０は、パージガスを供給すべき気筒３を判別し、この気筒３へパージガスが供給されるように閉弁時期Ｖｃｌと開弁時期Ｖｏｐとを補正する。
【００２７】
ステップＳ２４においてＥＣＵ３０は、切り替え弁３２を動作させて蒸発燃料タンク２５とキャニスタ２６とを遮断する。このように、切り替え弁３２が動作することで、キャニスタ２６等の外部から蒸発燃料タンク２５内への蒸発燃料や空気等の流入が遮断される。続くステップＳ２５においてＥＣＵ３０は、補正した閉弁時期Ｖｃｌ及び開弁時期Ｖｏｐに各供給バルブ３４が開閉動作するように、各供給バルブ３４へ指示を出力する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２８】
このようにパージガス量を算出し、このパージガス量が供給されるように各供給バルブ３４の動作を制御することで、内燃機関１へ蒸発燃料を適正に供給することができる。また、蒸発燃料の供給時は、外部から蒸発燃料タンク２５内への蒸発燃料等の流体の流入が遮断されるので、安定した濃度の蒸発燃料を内燃機関１へ供給できる。
【００２９】
また、ＥＣＵ３０は、蒸発燃料の供給時に各圧力調整弁１８を制御して、圧力調整弁１８よりも下流側のマニホールド７ａ内の圧力を低下させる。図３は、ＥＣＵ３０が各圧力調整弁１８の動作を制御するために実行する圧力調整弁制御ルーチンを示すフローチャートである。図３の制御ルーチンも図２の制御ルーチンと同様に、内燃機関１を始動させる所定の条件が満たされた場合に実行され、所定の条件が満たされてから所定の時間（例えば数秒間）、所定の間隔で繰り返し実行される。
【００３０】
図３の制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ３０はまずステップＳ３１で全ての圧力調整弁１８を全閉の状態にする。続くステップＳ３２においてＥＣＵ３０は、クランク角センサ１４の出力信号を参照して内燃機関１の回転数を取得する。次のステップＳ３３では、ＥＣＵ３０は、内燃機関１の回転数に応じた各圧力調整弁１８の開度を取得する。ＥＣＵ３０のＲＯＭには内燃機関１の回転数と圧力調整弁１８との対応関係を記述したマップが記録されており、ＥＣＵ３０は、そのマップを参照して各圧力調整弁１８の開度を取得する。なお、ＥＣＵ３０は、吸気圧センサ１９の出力信号を参照して、各圧力調整弁１８の開度を取得してもよい。ステップＳ３４において、ＥＣＵ３０は、取得した開度になるように各圧力調整弁１８に指示を出力する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３１】
図４に、図３の制御ルーチンを実行した場合の内燃機関１の回転数、圧力調整弁１８の開度及びマニホールド７ａ内の圧力のそれぞれ時間変化の一例を示す。なお、図４（ｃ）中の点線は、圧力調整弁を使用しない場合のマニホールド７ａ内の圧力変化を示している。図４（ｃ）から明らかなように、内燃機関１の始動時に圧力調整弁１８を閉じることで、内燃機関１の回転数が低い場合でも、マニホールド７ａ内の圧力を低下させることができる。
【００３２】
このように圧力調整弁１８の開度を調整することで、内燃機関１の始動の初期からマニホールド７ａに蒸発燃料タンク２５内の蒸発燃料を吸引させるのに十分な吸引力を発生させることができる。なお、ステップＳ３３において各圧力調整弁１８は、気筒３毎に異なった開度に調整してもよいし、全圧力調整弁１８を同じ開度に調整してもよい。
【００３３】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、蒸発燃料タンクは一部又は全体が弾性体で形成されているものに限定されない。また、逆止弁の代わりに燃料タンクと蒸発燃料タンクとの間の接続及び遮断を切り替えることのできる制御弁を設けてもよい。蒸発燃料タンクからの蒸発燃料の放出時には、この制御弁を遮断位置に切り替えることで、燃料タンクから蒸発燃料タンクへの蒸発燃料等の流体の流入を遮断することができる。また、蒸発燃料供給通路に、蒸発燃料タンクから吸気通路へ蒸発燃料を供給する供給ポンプが設けられていてもよい。このように供給ポンプを設けることで、より確実に蒸発燃料を吸気通路へ供給することができる。
【００３４】
内燃機関の始動時において蒸発燃料タンクに十分な蒸発燃料がない場合や、極低温である場合及びトルクが必要な場合等は、蒸発燃料タンクから蒸発燃料を供給するとともに、インジェクタから燃料を供給してもよい。このようにインジェクタを併用することで、内燃機関の始動性を安定させることができる。蒸発燃料供給通路の接続先は、吸気通路に限定されない。例えば、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒へ蒸発燃料を供給できるように、排気通路と接続されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の蒸発燃料処理装置が組み込まれた内燃機関の要部を示す図。
【図２】図１のＥＣＵが実行する蒸発燃料供給制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】図１のＥＣＵが実行する圧力調整弁制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】図３の制御ルーチンが実行された場合の内燃機関の回転数、圧力調整弁の開度及びマニホールド内の圧力のそれぞれ時間変化の一例を示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１  内燃機関
７  吸気通路
１８  圧力調整弁（圧力低下手段）
２１  燃料タンク
２５  蒸発燃料タンク
２８  伸展量センサ（蒸発燃料量取得手段）
３１  逆止弁
３４  供給バルブ（弁手段）
【図１】
2005106015.tif 000003
【図２】
2005106015.tif 000004
【図３】
2005106015.tif 000005
【図４】
2005106015.tif 000006