(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に吸着剤を収容するハウジングと、それぞれ前記ハウジングに設けられ、ハウジング内部を内燃機関の吸気通路に連通するパージポートと、ハウジング内部を内燃機関の燃料タンク内の液面上部空間に連通するベーパーポートと、ハウジング内部を大気に連通する大気ポートとを備え、燃料タンク内の蒸発燃料を前記ベーパーポートを介してハウジング内に導入して前記吸着剤に吸着させ、内燃機関運転中に前記大気ポートからハウジング内に大気を導入して前記吸着剤に吸着された蒸発燃料を吸着剤から脱離させるとともに脱離した蒸発燃料を前記パージポートから内燃機関の吸気通路に供給するキャニスタパージシステムであって、
更に、前記吸着剤を加熱するヒータと、
前記大気ポートからのハウジングへの大気の導入を遮断して、ハウジング内を負圧に保持する負圧保持手段と、
前記ヒータと前記負圧保持手段との両方を非作動とし、前記大気ポートからハウジング内に大気を導入して前記吸着剤に吸着された蒸発燃料を吸着剤から脱離させるとともに脱離した蒸発燃料を前記パージポートから内燃機関の吸気通路に供給するパージと、前記ヒータと前記負圧保持手段との両方を作動させ、ハウジング内を負圧に保持しつつ前記吸着剤を加熱して、前記吸着剤に吸着された蒸発燃料を吸着剤から脱離させるバージとを、機関運転中に切換えて実施するパージ制御手段と、
を備えたキャニスタパージシステム。
【請求項２】
前記負圧保持手段は、前記大気ポートからのハウジングへの大気の導入を遮断した状態で前記パージポートから内燃機関の吸気通路負圧をハウジング内に導入することによりハウジング内を負圧に保持する、請求項１に記載のキャニスタパージシステム。
【請求項３】
前記負圧保持手段は、前記パージポートからハウジング内に負圧を導入後、ハウジング内が負圧になった状態で前記パージポートと吸気通路との連通を遮断してハウジング内を負圧に保持する、請求項２に記載のキャニスタパージシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料タンクからの蒸発燃料を一旦キャニスタに吸着した後に機関吸気通路に供給するキャニスタパージシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃料タンク内の蒸発燃料の大気放出を防止するために、タンク内の蒸発燃料を活性炭などの吸着剤を収納したキャニスタに導いて一旦吸着剤に吸着させるキャニスタパージシステムが一般に知られている。このようなキャニスタパージシステムでは、キャニスタ内の吸着剤が吸着した蒸発燃料で飽和することを防止するために、キャニスタと機関吸気通路とをパージ通路で接続し、機関運転中に大気をキャニスタを通して吸気通路に吸入することにより、吸着剤に吸着された蒸発燃料を吸気とともに機関に吸入させて燃焼するようにしている。
【０００３】
すなわち、キャニスタを大気と機関吸気通路とに同時に連通させることにより吸気通路の負圧により大気がキャニスタ内の吸着剤を通過してパージ通路から吸気通路に吸引される。空気がキャニスタ内の吸着剤を通過する際に吸着剤に吸着された蒸発燃料が吸着剤から脱離し、パージ通路からは空気と蒸発燃料との混合気（パージガス）が吸気通路内に流入する。吸気通路に流入した蒸発燃料は機関吸気とともに機関の燃焼室に吸入されるため、キャニスタからの蒸発燃料は燃焼室内で燃焼する。これにより、燃料タンクからの蒸発燃料は大気に放出されることなく機関燃焼室で燃焼する。
【０００４】
上記のように、キャニスタパージシステムでは吸着剤は蒸発燃料の吸着と脱離を繰返して蒸発燃料の大気放出を防止している。しかし、蒸発燃料の脱離（パージ）が効率的に行われないと吸着剤には次第に吸着された蒸発燃料が蓄積してしまい吸着できる蒸発燃料の量が低下する問題がある。
この問題を解決するために、例えばキャニスタに吸着剤を加熱するヒータを設け、パージ中に吸着剤温度を上昇させることにより吸着剤からの蒸発燃料の脱離を促進する技術が知られている。
【０００５】
この種のキャニスタパージシステムの例としては、例えば特開平８−４２４１３号公報に記載されたものがある。
同公報のキャニスタパージシステムは、キャニスタ内の吸着剤を加熱する電気ヒータを設け、燃料タンク内の燃料の残量が多い時には電気ヒータによりキャニスタの吸着剤を加熱し、燃料タンク内の燃料残量が少なくなったときにヒータによる加熱を停止するようにしている。
【０００６】
機関の燃料タンクへの給油時には多量の蒸発燃料が発生し、キャニスタの吸着剤には多量の蒸発燃料が吸着される。従って、燃料の残量が多い場合には給油後あまり時間が経過しておらず、給油時に発生した蒸発燃料が多量にキャニスタの吸着剤に吸着されていると考えられる。上記公報のキャニスタパージシステムは、燃料タンク内の燃料残量が多く、吸着剤に多量の蒸発燃料が吸着されていると考えられる場合にはキャニスタの吸着剤の加熱を行い、吸着剤からの蒸発燃料の脱離を促進している。
【０００７】
一方、吸着剤の蒸発燃料吸着能力は吸着剤温度が高いほど低下する。また、燃料タンクの燃料残量が少なくなった場合には、近い将来給油が行われ、多量の蒸発燃料が発生することが予測される。そこで、上記公報のキャニスタパージシステムでは燃料残量が少なくなった場合には、吸着剤の加熱を停止して吸着剤温度を低下させ、吸着剤の蒸発燃料吸着能力を増大させて給油に備えるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平８−４２４１３号公報のキャニスタパージシステムでは、燃料残量が多い間は機関の運転中常に加熱が行われるため加熱に要するエネルギーが増大する問題がある。また、上記公報の装置では、単に加熱により吸着剤から吸着した蒸発燃料を脱離させているため、必ずしも効率の良い脱離を行えず、無駄に消費される加熱エネルギーが多い問題がある。
【０００９】
本発明は上記に鑑み、吸着剤のヒータ加熱を行う際に、加熱エネルギーの無駄な消費を招くことなく、効率的に吸着剤からの蒸発燃料の脱離を行うことが可能なキャニスタパージシステムを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、内部に吸着剤を収容するハウジングと、それぞれ前記ハウジングに設けられ、ハウジング内部を内燃機関の吸気通路に連通するパージポートと、ハウジング内部を内燃機関の燃料タンク内の液面上部空間に連通するベーパーポートと、ハウジング内部を大気に連通する大気ポートとを備え、燃料タンク内の蒸発燃料を前記ベーパーポートを介してハウジング内に導入して前記吸着剤に吸着させ、内燃機関運転中に前記大気ポートからハウジング内に大気を導入して前記吸着剤に吸着された蒸発燃料を吸着剤から脱離させるとともに脱離した蒸発燃料を前記パージポートから内燃機関の吸気通路に供給するキャニスタパージシステムであって、更に、前記吸着剤を加熱するヒータと、前記大気ポートからのハウジングへの大気の導入を遮断して、ハウジング内を負圧に保持する負圧保持手段と、前記ヒータと前記負圧保持手段との両方を非作動とし、前記大気ポートからハウジング内に大気を導入して前記吸着剤に吸着された蒸発燃料を吸着剤から脱離させるとともに脱離した蒸発燃料を前記パージポートから内燃機関の吸気通路に供給するパージと、前記ヒータと前記負圧保持手段との両方を作動させ、ハウジング内を負圧に保持しつつ前記吸着剤を加熱して、前記吸着剤に吸着された蒸発燃料を吸着剤から脱離させるバージとを、機関運転中に切換えて実施するパージ制御手段と、を備えたキャニスタパージシステムが提供される。
【００１１】
すなわち、請求項１の発明では、ヒータ加熱と吸着剤の負圧保持とを行なわない通常のパージに加えて、キャニスタ内を負圧に保持したままで吸着剤を加熱するパージが行われる。キャニスタ内の圧力を低下させると吸着剤に吸着された燃料が蒸発しやすくなるため、キャニスタ内を負圧に保持して加熱を行うことにより、吸着剤からの蒸発燃料の脱離に要する加熱エネルギーが低減されるとともに、短時間で脱離を完了することが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、前記負圧保持手段は、前記大気ポートからのハウジングへの大気の導入を遮断した状態で前記パージポートから内燃機関の吸気通路負圧をハウジング内に導入することによりハウジング内を負圧に保持する、請求項１に記載のキャニスタパージシステムが提供される。
【００１３】
すなわち、請求項２の発明では負圧保持手段は大気ポートを閉鎖するとともにパージポートから機関の吸気通路負圧をキャニスタ内に導入することによりキャニスタ内を負圧に保持する。これにより、簡易にキャニスタ内を負圧に保持することが可能となる。ここで、吸着剤の加熱はパージポートを開放したままで行っても良く、パージポートからキャニスタ内に負圧を導入後にパージポートを閉鎖して、キャニスタ内を負圧密閉状態にして行っても良い。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、前記負圧保持手段は、前記パージポートからハウジング内に負圧を導入後、ハウジング内が負圧になった状態で前記パージポートと吸気通路との連通を遮断してハウジング内を負圧に保持する、請求項２に記載のキャニスタパージシステムが提供される。
【００１５】
すなわち、請求項２の発明ではキャニスタ内を負圧密閉状態にして吸着剤の加熱を行う。パージポートを開放した負圧状態で吸着剤の加熱を行うと、吸着剤から連続的に大きな速度で燃料が蒸発脱離するようになるため、吸着剤の温度が低下してしまい、比較的低い温度で加熱による入熱と蒸発脱離による気化熱とが平衡してしまう場合がある。これに対してキャニスタを負圧状態で密閉して加熱を行うと、キャニスタ内の蒸発燃料濃度の上昇により徐々に蒸発燃料の脱離速度が低下するため、吸着剤の温度低下は少なくなり同一の加熱量で吸着剤温度を高く維持することが可能となる。このため、キャニスタを負圧状態で密閉して加熱を行い、キャニスタ内の蒸発燃料濃度が増大してキャニスタ内圧力が上昇したときにパージ通路を開放してキャニスタ内の蒸発燃料を吸気通路に吸引する操作を繰返すことにより、蒸発燃料脱離に必要な加熱エネルギー量を低減することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明を自動車用エバポパージシステムに適用した実施例の概略構成を示す図である。図１において、１００は内燃機関本体、１は内燃機関１００の吸気通路、３は吸気通路１に配置されたエアクリーナを示す。吸気通路１には運転者のアクセルペダル（図示せず）の操作に応じた開度をとるスロットル弁６が設けられている。
【００１７】
図１に１１で示すのは機関の燃料タンクである。タンク１１内の燃料油はフュエルポンプ７０により昇圧され、フィード配管７１を介して機関１００の各気筒の燃料噴射弁１０１に圧送される。
燃料タンク１１には、タンク内への給油のための給油管１１１が設けられている。また、タンク１１の上部には、後述するキャニスタ１０にタンク１１内の燃料油液面上部空間を接続するブリーザー配管１３が接続されている。
【００１８】
ブリーザー配管１３とタンク１１との接続部にはベントバルブ１３１とそれぞれフロート弁からなるＣＯＶ（ＣＵＴ  ＯＦＦ  ＶＡＬＶＥ）１３２とＲＯＶ（ＲＯＬＬ  ＯＶＥＲ  ＶＡＬＶＥ）１３３とが設けられている。ベントバルブ１３１は、燃料タンク１１内圧力がブリーザー配管１３内圧力よりわずかに高くなると開弁し、ブリーザー配管１３を通してタンク１１内の蒸発燃料を含む空気をキャニスタに流すようにされている。
【００１９】
また、ＲＯＶ１３３は、給油時の液面上昇により閉弁し、ベントバルブ１３１と燃料タンク１１との接続を遮断する。また、ＲＯＶ１３３は、車両転倒時等にベントバルブ１３１とタンク１１との接続部を閉鎖し、ブリーザー配管１３を介して大量の燃料油が外部に洩れることを防止する機能を有している。
【００２０】
ＣＯＶ１３２はＲＯＶ１３３と並列に配置されており、ＲＯＶ１３３より更に液面が上昇したときにベントバルブ１３１とタンク１１との連通を遮断する。ＣＯＶ１３２は、給油時の液面上昇時にはＲＯＶ１３３閉弁後も開弁してタンク１１とベントバルブ１３１とを連通するが、車両旋回による液面の動揺によりＣＯＶ１３２位置まで液面が到達したような場合、及び車両転倒時等には閉弁し、ベントバルブ１３１を通って燃料油がブリーザー配管１３に侵入することを防止する機能を有する。
【００２１】
図１に３０で示すのは、機関の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０は、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）及び入出力ポートを互いに双方向性バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータからなり、機関の燃料噴射制御等の基本制御を行う他、本実施例では後述するキャニスタのパージ制御を行う。
【００２２】
上記制御のため、ＥＣＵ３０の出力ポートは図示しない駆動回路を介して機関１００の燃料噴射弁１０１に接続され、燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御している他、後述するパージ制御弁１５のアクチュエータ、ＣＣＶ（ＣＡＮＩＳＴＥＲ  ＣＬＯＳＵＲＥ  ＶＡＬＶＥ）１７のアクチュエータにそれぞれ接続され、これらの弁の作動を制御している。
また、ＥＣＵ３０の入力ポートには、機関の回転数、吸入空気量、機関冷却水温度等を表す信号が、それぞれ図示しないセンサから入力されている他、機関吸気通路１に設けられた吸気酸素濃度センサ３３から吸気中の酸素濃度に対応する信号が入力されている。ＥＣＵ３０は、吸気酸素濃度センサ３３出力に基づいて、吸気中に含まれる蒸発燃料量（蒸発燃料濃度）を算出する。
【００２３】
図１に１０で示すのは燃料タンク内の蒸発燃料を吸着するキャニスタである。キャニスタ１０はブリーザー配管１３により燃料タンク１１の燃料液面上部空間と、また、パージ配管１４により吸気通路１の吸気酸素濃度センサ３３上流側部分と、それぞれ接続されている。図１に１５で示すのは、パージ通路１４を開閉するパージ制御弁１５である。パージ制御弁１５はソレノイドアクチュエータなどの適宜な形式のアクチュエータを備え、ＥＣＵ３０からの信号により開弁し、キャニスタ１０と吸気通路１とを連通してキャニスタ１０のパージを行う。
【００２４】
次に、本実施形態のキャニスタ１０の構造について説明する。
図２は本実施形態のキャニスタ１０の構造を模式的に示す断面図である。キャニスタ１０はハウジング１０ａと、該ハウジング内に充填された活性炭などの蒸発燃料吸着剤５０（以下の説明では、吸着剤５０ａ、５０ｂを総称して吸着剤５０と称する場合がある）とを備えている。ハウジング１０ａ内には、ハウジング上部から延びる隔壁１０ｂが設けられており、ハウジング１０ａ内を主室１０cと副室１０ｄとに分割している。吸着剤５０はそれぞれ主室１０ｃと副室１０ｄ内に設けられたフィルタ材料、多孔板等の通気性材料からなる２枚の保持板５１ａ、５１ｂの間に充填されている。隔壁１０ｂの下端、及び主室１０ｃ、副室１０ｄ内の下側の保持板５１ｂ下部には空間１０ｅが形成されている。
【００２５】
主室１０ｃ内の吸着剤５０ａ、及び副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂにはそれぞれヒータ２０ａ（第１のヒータ）、２０ｂ（第２のヒータ）が埋込まれている。ヒータ２０ａ、２０ｂについては後述する。
ハウジング１０ａの主室１０ｃ部分には、ベーパーポート１３ａとパージポート１４ａとが設けられており、主室１０ｃ内の上側保持板５１ａ上部空間１０ｆは、ベーパーポート１３ａを介してブリーザー配管１３に、またパージポート１４ａを介してパージ配管１４に、それぞれ接続されている。また、ハウジング１０ａの副室１０ｄ部分には、大気ポート１８ａが設けられており、副室１０ｄ内の上側保持板５１ａの上部空間１０ｇは、大気ポート１８ａを介して大気連通管１８に接続されている。大気連通管１８の他端は、タンク１１の給油口近傍に開口している。
【００２６】
また、大気連通管１８にはエアフィルター１９と前述したＣＣＶ１７とが設けられている。エアフィルタ１９は後述するパージ実行時に大気連通管１８からキャニスタ１０内に流入する空気中の異物を除去するものである。ＣＣＶ１７は、ソレノイドアクチュエータなどの適宜な形式のアクチュエータを備え、ＥＣＵ３０からの制御信号に応じて大気連通管１８とキャニスタ１１との連通を遮断するものである。
【００２７】
次に、本実施例におけるキャニスタ１０の機能について説明する。
キャニスタ１０と吸気通路１とを接続するパージ通路１４上のパージ制御弁１５の閉弁中に燃料タンク１１内圧力が上昇してベントバルブ１３１の開弁圧力に到達すると、ベントバルブ１３１が開弁する。これにより、燃料タンク１１の液面上部空間からブリーザー配管１３を介して燃料蒸気と空気との混合気がキャニスタ１０の主室１０ｃ内に流入し、主室内の吸着剤５０ａを通過して下部空間１０ｅから更に副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂを通過した後に大気連通管１８から大気に放出されるようになる。これにより、大気連通管１８からは主室１０ｃ内と副室１０ｄ内の吸着剤５０ａ、５０ｂで燃料蒸気を除去された後の空気のみが放出されるようになる。これにより、蒸発燃料の大気放出が防止される。
【００２８】
また、機関運転中にパージ制御弁１５が開弁されると、キャニスタ１０内にはパージ通路１４を介して吸気通路１のスロットル弁６下流側の負圧が作用し、キャニスタ内圧力は大気圧より低くなる。このため、パージ制御弁１５が開弁すると、大気連通管１８からフィルタ１９により異物を除去された清浄な空気がキャニスタ１０内に流入する。この空気は副室１０ｄと主室１０ｃの吸着剤５０ｂ、５０ａから吸着した蒸発燃料を離脱させ、蒸発燃料と空気との混合ガス（パージガス）となってパージ通路１４から機関吸気通路１に流入し、機関燃焼室で燃焼する。これにより、吸着剤５０が蒸発燃料で飽和することが防止される。
【００２９】
上述のように、キャニスタ１０内の吸着剤５０は蒸発燃料の吸着とパージによる脱離とを繰返すことにより、蒸発燃料の大気放出を防止している。しかし、パージによる蒸発燃料の脱離が不十分になると吸着剤５０には次第に吸着された蒸発燃料が蓄積し、吸着剤５０の吸着能力が低下する。特に、蒸発燃料の高沸点成分は吸着剤５０から脱離しにくいため吸着剤５０に蓄積されやすい。
【００３０】
本実施形態では、パージ実行時に吸着剤５０に吸着された蒸発燃料を完全に脱離させて吸着剤５０の吸着能力を回復させるためにヒータ２０ａ、２０ｂが設けられている。
本実施形態では、ヒータ２０ａ、２０ｂは板状の電気ヒータとされ、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、それぞれキャニスタ主室１０ｃ内の吸着剤５０ａと副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂのほぼ長さ方向全体にわたって埋込まれている。ヒータ２０ａ、２０ｂはそれぞれＥＣＵ３０からの制御信号により作動する図示しないリレーを介して車両の電源に接続され、互いに独立して作動可能とされている。すなわち、本実施形態ではベーパーポート１３ａ近傍に位置するキャニスタ１０の主室１０ｃ内の吸着剤５０ａと、大気ポート１８ａ近傍に位置するキャニスタ１０の副室１０ｄ内の吸着剤５０ｂとは、互いに独立して加熱することが可能となっている。
【００３１】
次に、本実施形態のキャニスタのヒータ２０ａ、２０ｂの制御について説明する。
本実施形態では、パージ実行中に機関１００の吸気通路１に設けた吸気酸素濃度センサ３３出力に基づいて吸着剤５０の蒸発燃料吸着量を推定し、この蒸発燃料吸着量に応じて第１と第２のヒータ２０ａ、２０ｂのオン、オフを行う。
具体的には、本実施形態では、吸気酸素濃度センサ３３として、センサ電極上で吸気中の蒸発燃料などの可燃物を酸化（燃焼）し、燃焼後の吸気中の酸素濃度を検出する形式のものが用いられている。このため、吸気酸素濃度センサ３３で検出した酸素濃度は吸気中の蒸発燃料量（濃度）が大きいほど低下する。すなわち、吸気酸素濃度センサ３３で検出した酸素濃度は吸気中の蒸発燃料濃度を表すことになる。
【００３２】
一方、機関１００の燃料噴射制御では通常吸気通路１に設けたエアフローメータ（図示せず）または吸気圧力センサ（図示せず）と機関回転数とに基づいて機関の吸気流量が算出される。このため、吸気酸素濃度センサ３３で検出した酸素濃度と吸気流量とから、パージ中に吸気通路に流入する蒸発燃料量（流量）を算出することが可能となる。
【００３３】
一方、パージ配管１４から吸気通路１に供給されるパージガスの流量は機関運転状態（吸気通路負圧）とパージ制御弁１５開度により定まる。このため、蒸発燃料流量とパージガス流量とに基づいてパージガス中の蒸発燃料濃度を算出することができる。
例えばＥＣＵ３０は一定時間毎に吸気酸素濃度センサ３３で検出した吸気酸素濃度と機関吸気流量とに基づいて吸気中の蒸発燃料量（流量）を算出し、更に機関運転状態とパージ制御弁１５開度とに基づいてパージガス流量を算出する。そして、ＥＣＵ３０は更に、算出した蒸発燃料量とパージガス流量とに基づいてパージガス中の蒸発燃料濃度を算出し、この蒸発燃料濃度に基づいてキャニスタのパージ制御を行う。
【００３４】
本実施形態では、基本的にはパージガス中の蒸発燃料濃度が所定の上限値以上である場合、及び所定の下限値以下である場合にはヒータでの吸着剤加熱は行わない。
パージガス中の蒸発燃料濃度は吸着剤の吸着した蒸発燃料量と相関があり、吸着剤の蒸発燃料吸着量が大きいほどパージガス中の蒸発燃料濃度は高くなる。このため、蒸発燃料濃度が高い場合は吸着剤の蒸発燃料吸着量が大きいことを意味している。吸着剤の蒸発燃料吸着量が多い場合には、吸着剤からの蒸発燃料脱離速度も大きく、吸着剤を加熱して蒸発の脱離を促進する必要はない。
【００３５】
一方、蒸発燃料濃度が低い場合には吸着剤から蒸発燃料の大部分が脱離しており、吸着剤の蒸発燃料吸着量は低くなっている。このため、吸着剤の吸着能力は既に回復しており、これ以上吸着剤を加熱して蒸発燃料の脱離を促進する必要はない。また、吸着量が小さい状態で吸着剤を加熱すると吸着剤自体の温度が上昇し、蒸発燃料の吸着を再開したときの吸着能力が低下してしまう。
そこで、本実施形態では吸着剤の蒸発燃料吸着量が所定の上限値より小さく、かつ所定の下限値より大きい場合にのみヒータに通電して吸着剤の加熱を行うようにしている。
【００３６】
ところが、単にヒータによる加熱のみで吸着剤からの蒸発燃料の脱離を行うと、単位加熱量当りの蒸発燃料脱離量は比較的少なくなり加熱に要するエネルギーが増大する問題がある。また、吸着剤に吸着された蒸発燃料は気化することにより吸着剤から脱離するため、脱離時に吸着剤から気化熱を奪う。このため、短時間で効率的に吸着剤から蒸発燃料を脱離させようとすると、大容量のヒータを用いて吸着剤を加熱する必要がある。吸着剤に多量の蒸発燃料が吸着されている場合には、燃料の蒸発により吸着剤から奪われる熱量も大きいため、大容量のヒータを用いても吸着剤温度はそれほど上昇しない。
【００３７】
しかし、吸着剤に吸着された蒸発燃料量が徐々に減少して単位時間当りの脱離量が減少してくると、それに応じて蒸発燃料が奪う気化熱も減少するため、大容量のヒータで吸着剤を加熱し続けると吸着剤温度が過度に上昇してしまい、脱離完了後の吸着剤吸着能力が低下する問題がある。これを防止するためには、吸着剤温度が一定になるようにヒータに供給する電力を制御することが必要となり、吸着剤温度の検出のための温度センサーやヒータ電力を可変制御する必要が生じるため、装置コストの増大や制御の複雑化が生じるおそれがある。
【００３８】
本実施形態では、図２のキャニスタ１０をパージする際にキャニスタ１０内を負圧に保持して吸着剤からの蒸発燃料の脱離を行うことにより、装置コストの増大や制御の複雑化を招くことなく効率的な脱離を行うようにしている。
前述のように、吸着剤に吸着された蒸発燃料は気化することにより吸着剤から脱離するため、脱離を促進するためには蒸発燃料の奪う気化熱をヒータにより供給する必要がある。一方、吸着剤に吸着された燃料はキャニスタ内の圧力が低下すると気化しやすくなり、脱離が促進される。このため、キャニスタ内の圧力を低下させた状態で吸着剤を加熱すれば、少ない加熱エネルギーで蒸発燃料を脱離させることができる。
【００３９】
本実施形態では、パージ実行中にＣＣＶ１７を閉弁してキャニスタ１０の大気ポート１８ａと大気との連通を遮断する。これにより、キャニスタ内圧力は通常のパージ中（ＣＣＶ１７を開弁した状態）より大幅に低下することになる。この状態でヒータ２０ａ、２０ｂに通電して吸着剤５０ａ、５０ｂを加熱することにより少ないヒータ加熱電力で蒸発燃料の脱離を行うことができる。
【００４０】
図３は、本実施形態の吸着剤からの蒸発燃料の脱離操作（パージ操作）の実際を示すフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
図３の操作では、まずステップ３０１でフラグＸＰＧの値が１にセットされているか否かが判定される。ＸＰＧは現在吸着剤５０のヒータ加熱が実行されているか否かを表すフラグであり、ＸＰＧ＝１は現在ヒータ加熱実行中、ＸＰＧ＝０は現在ヒータ加熱が実行されていないことを意味する。
【００４１】
ステップ３０１でＸＰＧ≠１、すなわち、現在吸着剤５０のヒータ加熱が実行されていない場合には、次にステップ３０３でＣＣＶ１７を開弁してキャニスタ１０内に空気を導入するとともに、ステップ３０５ではヒータ２０ａ、２０ｂの両方をオフにする。また、ステップ３０７ではカウンタＣＴの値を０にセットする。カウンタＣＴについては後述する。
【００４２】
ステップ３０９からステップ３１５は吸着剤５０のヒータ加熱の要否判断を表す。
すなわち、ステップ３０９では現在の吸気酸素濃度センサ３３から吸気酸素濃度を読込み、ステップ３１１では、読込んだ吸気酸素濃度と現在の機関吸入空気量、吸気通路負圧及びパージ制御弁開度とに基づいてパージガスの蒸発燃料濃度ＦＧＰＧが算出される。
【００４３】
そして、ステップ３１３では蒸発燃料濃度ＦＧＰＧが所定の上限値ＧＰＧＨ以上か否か、また、ステップ３１５ではＦＧＰＧが所定の下限値ＧＰＧＬ以下か否かを判断し、ＦＧＰＧが上限値ＧＰＧＨ以下、かつ下限値ＧＰＧＬ以上の場合にのみ吸着剤５０のヒータ加熱を行う。
ステップ３１３における上限値ＧＰＧＨは、吸着剤全体としてある程度吸着量が減少して加熱しない状態での吸着剤からの蒸発燃料の脱離速度が低下を始めた状態に対応する蒸発燃料濃度である。すなわち、蒸発燃料濃度がＧＰＧＨ以上である場合には吸着剤を加熱しなくとも充分に蒸発燃料の脱離速度が大きいため、ヒータによる加熱は行わない。ＧＰＧＨの値はキャニスタのサイズ、吸着剤の種類などにより異なるため、詳細には実際のキャニスタを用いた実験により設定することが好ましい。
【００４４】
また、ステップ３１５における下限値ＧＰＧＬは、加熱時の吸着剤５０ａと５０ｂとの両方からの蒸発燃料脱離が完了した状態に対応する蒸発燃料濃度であり、ＧＰＧＨと同様、詳細には実験により設定される。
ステップ３１３、３１５で蒸発燃料濃度ＦＧＰＧが、ＧＰＧＨ＞ＦＧＰＧ＞ＧＰＧＬの範囲にない場合には吸着剤５０のヒータ加熱の必要はないため、今回の操作の実行を終了する。ステップ３１３でＧＰＧＨ＞ＦＧＰＧ＞ＧＰＧＬであった場合にはステップ３１７でフラグＸＰＧの値を１にセットして今回の操作を終了する。
フラグＸＰＧの値が１にセットされると次に本操作が実行されたときに、ステップ３０１の後にステップ３１９から３２７の操作が実行され、キャニスタ１０内の減圧と吸着剤５０のヒータ加熱が実行されるようになる。
【００４５】
本実施形態では、ヒータ２０ａ、２０ｂは同時にオン、オフされて吸着剤５０ａ、５０ｂを同時に加熱する。また、ヒータ加熱は、ＣＣＶ１７を閉弁した状態で予め定めた一定時間行う。ＣＣＶ１７を閉弁することによりキャニスタ１０への大気ポート１３ａからの空気の流入は遮断され、キャニスタ１０内は吸気通路１内の吸気圧力に応じた負圧になる。この状態で吸着剤５０ａ、５０ｂを加熱することにより少ないヒータ電力で吸着剤から効率的に蒸発燃料を脱離させることが可能となる。
【００４６】
ステップ３１９から３２７の操作では、まずステップ３１９でＣＣＶ１７が閉弁され、ステップ３２１ではヒータ２０ａ、２０ｂがオン（通電）される。また、ステップ３２３ではカウンタＣＴの値が１増大される。カウンタＣＴの値はヒータ加熱を実行していないときには常にステップ３０７で０に設定されている。また、本操作は一定時間毎に実行されるため、ステップ３２３で増大後のＣＴの値はヒータ加熱を開始してからの経過時間を表す。
【００４７】
ステップ３２５から３２７では、カウンタＣＴの値が所定値ＣＴ0に到達するまでＣＣＶ１７を閉弁した状態でヒータ２０ａ、２０ｂにより吸着剤５０ａ、５０ｂを加熱し、加熱開始後ＣＴ0に相当する時間経過後フラグＸＰＧの値を０にセットする。
フラグＸＰＧの値が０にセットされると、次回の操作実行時からステップ３０１の後にステップ３０３以下が実行されるようになり、ＣＣＶ１７が開弁され、ヒータ２０ａ、２０ｂの通電は停止される。すなわち、この場合にはヒータ加熱と吸収剤５０の負圧保持とを行わない通常のパージが実行されるようになる。
【００４８】
ステップ３２５における所定値ＣＴ0は、キャニスタ内を負圧に保持して吸着剤を加熱した場合に、吸着剤に吸着された蒸発燃料を完全に脱離させるのに充分な時間に相当するカウンタ値であり、詳細には実際のキャニスタを用いた実験により設定される。
【００４９】
なお、本実施形態では、図２に示したように主室１０ｃと副室１０ｄとに個別のヒータ２０ａ、２０ｂを設けた場合を例にとって説明しているが、主室１０ｃと副室１０ｄの吸着剤を同時に加熱する単一のヒータを用いた場合でも同様な制御が可能であることはいうまでもない。
【００５０】
次に、本発明のパージ制御操作の上記とは別の実施形態について説明する。
上述の実施形態では、ＣＣＶ１７を閉弁し、パージ制御弁１５を開弁した状態で保持することにより、キャニスタ１０内を負圧に保持していた。しかし、このようにパージ制御弁１５を開弁したままで吸着剤のヒータ加熱を行うと、吸着剤からの蒸発燃料蒸発速度（脱離速度）が大きくなり、吸着剤から奪われる気化熱も増大するため、ヒータ２０ａ、２０ｂの熱量によっては吸着剤温度が低い状態で気化熱とヒータ入熱とが平衡してしまい、ヒータの単位電力当りの蒸発燃料の脱離量が比較的小さくなる場合が生じる。
【００５１】
本実施形態では、図３の場合と同様にパージ制御弁１５を開弁した状態でＣＣＶ１７を閉弁し、キャニスタ内の圧力を低下させるが、キャニスタ内圧力が低下した時点でパージ制御弁１５を閉弁し、キャニスタ内を負圧密閉状態に維持する。密閉状態では、キャニスタ内の燃料蒸気圧は吸着剤から脱離した蒸発燃料により上昇するため、吸着剤からの蒸発燃料脱離量は徐々に減少し、キャニスタ内の燃料蒸気圧が燃料の飽和蒸気圧に到達した時点で吸着剤からの脱離が生じなくなる。しかし、この場合には蒸発燃料脱離量の減少とともに蒸発燃料に奪われる気化熱も減少するため、吸着剤温度の低下は少なくなる。
【００５２】
本実施形態では、キャニスタを負圧密閉した状態で吸着剤をヒータ加熱しながら所定時間保持し、所定時間経過後にパージ制御弁１５を開弁しキャニスタ内の蒸発燃料を吸気通路に吸入するとともに、キャニスタ内圧力を再度吸気負圧付近まで低下させ、その後パージ制御弁１５を閉弁する操作を繰返すことにより吸着剤５０から蒸発燃料を脱離させる。
すなわち、本実施形態ではＣＣＶ１７を閉弁したままで、パージ制御弁１５を一定時間閉弁した後開弁する操作を繰返すことにより、吸着剤５０からの蒸発燃料のパージを行う。
【００５３】
このように、密閉状態での蒸発燃料脱離を繰返した場合には、パージ制御弁１５を開弁したままで脱離を行う場合に較べて、蒸発燃料の脱離速度は低くなるが、脱離速度が低くなった分だけ吸着剤の加熱に要する電力を削減することが可能となる。このため、少ないヒータ加熱電力で吸着剤からの蒸発燃料の脱離を行うことが可能となる。
【００５４】
図４、図５は、本実施形態の具体的な操作を示すフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
図４、ステップ４０１では、フラグＸＰＧの値が１にセットされているか否かが判定される。前述の第３の実施形態と同様、ＸＰＧは現在吸着剤５０のヒータ加熱が実行されているか否かを表すフラグであり、ＸＰＧ＝１は現在ヒータ加熱実行中、ＸＰＧ＝０は現在ヒータ加熱が実行されていないことを意味する。
ステップ４０１でＸＰＧ≠１であった場合には、次にステップ４０３でカウンタＣＴ1とＣＴ2、ＣＴ3の値を０にセットする。
【００５５】
そして、ステップ４０５では吸気酸素濃度センサ３３から吸気中の酸素濃度を読込んで、ステップ４０７ではパージガス中の蒸発燃料濃度ＦＧＰＧを算出する。これらの操作は図３、図４と同様な操作である。
上記により蒸発燃料濃度ＦＧＰＧを算出後、ステップ４０９ではＦＧＰＧが上限値ＧＰＧＨと下限値ＧＰＧＬとの間にあるか否かが判定される。ＧＰＧＨ、ＧＰＧＬは図３の実施形態と同一の値である。
【００５６】
ステップ４０９でＦＧＰＧの値が、ＧＰＧＨ＞ＦＧＰＧ＞ＧＰＧＬの範囲にない場合には、ステップ４１１でフラグＸＰＧの値は０にセットされる。この場合には本実施形態においてもヒータ加熱は実施されず、ステップ４１３と４１５ではＣＣＶ１７とパージ制御弁１５とがそれぞれ開弁保持され、ステップ４１７でヒータ２０ａ、２０ｂがオフ状態に保持される。これにより、キャニスタ１０内は負圧保持も加熱も行わない通常のパージが行われるようになる。
一方、ステップ４０９でＦＧＰＧの値が、ＧＰＧＨ＞ＦＧＰＧ＞ＧＰＧＬの範囲にある場合には、ステップ４１９でフラグＸＰＧの値は１にセットされる。これにより、本操作が次に実行されるとステップ４０１の後に図５のステップ４２１から４４３のヒータ加熱操作が実行されるようになる。
【００５７】
図５、ステップ４２１から４４３では、ＣＣＶ１７とパージ制御弁１５とを閉弁してキャニスタ内を負圧状態で密閉した状態で所定時間ヒータ加熱を行い、その後パージ制御弁１５を開弁する操作を行う。
すなわち、図５ステップ４２１ではＣＣＶ１７が閉弁保持され、ステップ４２３ではパージ制御弁１５が開弁保持され、ステップ４２５ではカウンタＣＴ2の値が１増大される。そして、ステップ４２７では増大したカウンタＣＴ2の値が所定値Ｔ2に到達するのを待つ。ステップ４２７でカウンタＣＴ2の値が所定値Ｔ2に到達すると、次にステップ４２９以下の操作が実行される。
【００５８】
カウンタＣＴ2の値は、ステップ４０３で０にセットされているため、ステップ４２７におけるカウンタＣＴ2の値はステップ４２１でＣＣＶ１７が閉弁され、ステップ４２３でパージ制御弁１５が開弁された後の経過時間を示している。また、ステップ４２７の所定値Ｔ2はＣＣＶ１７の閉弁とパージ制御弁１５の開弁とにより、キャニスタ１０内が吸気負圧と同程度の負圧になるのに充分な時間に相当するカウンタ値に設定されている。
すなわち、ステップ４２７でＣＴ2≧Ｔ2である場合には、キャニスタ１０内は充分な負圧になったと判断できるため、次にステップ４２９でパージ制御弁１５を閉弁するとともに、ステップ４３１でヒータ２０ａ、２０ｂをオンにして、キャニスタ１０を負圧密閉状態に保持して吸着剤５０ａ、５０ｂの加熱を行う。
【００５９】
ステップ４３３、４３５ではキャニスタの負圧密閉状態での加熱が所定時間（カウンタＣＴ1の値が所定値Ｔ1に到達するまでの時間）継続される。Ｔ1は、図３の操作における加熱継続時間ＣＴ0より短い時間に設定されている。
ステップ４３５でカウンタＣＴ1の値が所定値Ｔ1に到達すると、ステップ４３７、４３９ではパージ制御弁１５の開弁とヒータ２０ａ、２０ｂの通電停止が行われ、ステップ４４１、４４３ではこの状態がカウンタＣＴ3の値が所定値Ｔ3に到達するまで保持される。所定値Ｔ3は、キャニスタ１０内の負圧が再度吸気通路負圧に相当する圧力まで低下するのに必要な時間に対応する値に設定されている。
【００６０】
カウンタＣＴ3が所定値Ｔ3に到達した後は再度図４、ステップ４０３以下の操作が繰返される。すなわち、本実施形態では、密閉加熱後にパージ制御弁１５を開弁した後のパージガス蒸発燃料濃度が図４ステップ４０９で下限値ＧＰＧＬに低下するまでＣＣＶ１７を閉弁したままでパージ制御弁１５の開閉とヒータ加熱とが繰返されることになる。これにより、少ないヒータ電力で吸着剤からの蒸発燃料の脱離を完全に行うことが可能となる。
【００６１】
なお、本実施形態においても、個別のヒータを用いる代りに、キャニスタ１０の主室１０ｃと副室１０ｄの吸着剤５０ａ、５０ｂを単一のヒータで加熱するようにしても良い。
【００６２】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、吸着剤のヒータ加熱により吸着剤から蒸発燃料を脱離させる際に、ヒータの加熱エネルギーを低減し効率的に吸着剤からの蒸発燃料の脱離を行うことが可能となる共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用内燃機関に適用した実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１のキャニスタの構成の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図３】図２のキャニスタのパージ制御操作の一実施形態を説明するフローチャートである。
【図４】図２のキャニスタのパージ制御操作の別の実施形態を説明するフローチャートの一部である。
【図５】図２のキャニスタのパージ制御操作の別の実施形態を説明するフローチャートの一部である。
【符号の説明】
１…吸気通路
１０…キャニスタ
１１…燃料タンク
１５…パージ制御弁
１７…ＣＣＶ
２０ａ、２０ｂ…ヒータ
３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１００…内燃機関本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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