JPH08226355A

JPH08226355A - 内燃機関の蒸発燃料処理装置

Info

Publication number: JPH08226355A
Application number: JP7032479A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Hiyoudou; 義彦兵道; Hiroki Matsuoka; 広樹松岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-02-21
Filing date: 1995-02-21
Publication date: 1996-09-03
Also published as: US5647332A

Abstract

(57)【要約】【目的】パージ時にキャニスタにおける大気開放側の
開口面積を制御することにより、大量パージを可能にし
てキャニスタの吸着能力を向上させる。【構成】燃料タンク21からのベーパを吸着して大気放
出を防止し、所定の機関稼働時には吸着したベーパを吸
気通路２に戻す蒸発燃料処理装置を、燃料タンク21から
のベーパが流入するタンクポート31と吸気通路２にベー
パを排出するパージポート32、および大気に連通する大
気ポート34とを備え、タンクポート31及びパージポート
32と、大気ポート34との間に活性炭33が内蔵されたキャ
ニスタ22と、キャニスタ22の大気ポート34側の所定部位
に設けられて、機関のパージ時にパージ量に応じてキャ
ニスタの大気開放面積を変更する電磁開閉弁50を設けて
構成する。電磁開閉弁50はパージ量が大きい時には、パ
ージ量が小さい時に比べて弁の開度が大きくなるように
動作し、HCのキャニスタ22からの回収を早める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の蒸発燃料処理
装置に関し、特に、車両に搭載された燃料タンクから蒸
発する蒸発燃料の量の多少に係わらず、適正に蒸発燃料
をキャニスタ内に吸着すると共に、適正に蒸発燃料をキ
ャニスタから機関の吸気系にパージすることができる内
燃機関の蒸発燃料処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内燃機関においては、内燃機関
の停止中に燃料タンクや気化器等の燃料貯蔵部から蒸発
する蒸発燃料（以後ＨＣという）が大気に放出されない
ようにする蒸発燃料処理装置（エバポシステム）が備え
られている。このエバポシステムは、燃料貯蔵部から流
れてくるベーパ（ＨＣと空気の混合気体）中のＨＣをキ
ャニスタに吸着させておき、空気は大気中に逃がすと共
に、機関運転中の吸入負圧を利用してこのキャニスタに
吸着されたＨＣをベーパとして吸気側に吸い込ませる
（パージさせる）ものである。このようなキャニスタに
は、車両走行後の駐車時の温度差によるベーパの濃度拡
散による大気中へのＨＣの散逸を小さくするために、キ
ャニスタの大気連通孔に一般的に絞りが設けられてい
る。また、主キャニスタと副キャニスタを備える分割式
キャニスタにあっては、その連通部に一般的に絞りが設
けられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、キャニ
スタに吸着されたＨＣを機関の吸気通路にパージする際
には、機関の運転状態によっては大量のパージ可能な場
合があるが、大量パージ時にはこの絞りによってキャニ
スタを通過する十分な空気量が得られず、キャニスタに
吸着されたＨＣの量がなかなか減らないために、キャニ
スタの吸着性能が低下するという問題点があった。

【０００４】そこで、本発明は前記従来の内燃機関の蒸
発燃料処理装置における課題を解消し、パージ時にキャ
ニスタにおける大気開放側の開口面積を制御することに
より、パージ時の大量パージの要求に応えられる空気量
を得ることができる内燃機関の蒸発燃料処理装置を提供
することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の内燃機関の蒸発燃料処理装置は、燃料タンクで発生
した蒸発燃料が大気に放出されないように吸着し、所定
の機関稼働時には吸着した蒸発燃料を機関の吸気通路に
パージするように機能する内燃機関の蒸発燃料処理装置
であって、燃料タンクからのベーパが流入するタンクポ
ートと吸気通路にベーパを排出するパージポート、およ
び大気に連通する大気ポートとを備え、タンクポートと
パージポートと、大気ポートとの間に吸着部材が内蔵さ
れたキャニスタと、このキャニスタの大気ポート側の所
定部位に設けられて、機関のパージ時に、パージ量に応
じて、このキャニスタの大気開放面積を変更する大気開
放面積変更手段と、大気開放面積変更手段は、機関への
パージ量が大きい時には、パージ量が小さい時に比べて
大気開放面積が大きくなるように動作することを特徴と
している。

【０００６】

【作用】本発明の内燃機関の蒸発燃料処理装置によれ
ば、キャニスタに吸着されたＨＣの機関の吸気系へのパ
ージ時に、パージ量が増大した場合にはキャニスタに設
けられた大気開放面積変更手段による大気開放面積が大
きくなるので、キャニスタからのＨＣの離脱量が多くな
って大量パージが可能となり、キャニスタ内のＨＣ吸着
量を短時間で減少させることができる。この結果、キャ
ニスタに吸着されたＨＣの回収時間が短くなり、キャニ
スタの吸着性能が向上する。

【０００７】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明の一実施例の構成を示すもの
であり、蒸発燃料処理装置３０を備えた電子制御式内燃
機関１が概略的に示されている。図１において、内燃機
関１の吸気通路２にはスロットル弁１８が設けられてお
り、このスロットル弁１８の軸には、スロットル弁１８
の開度を検出するスロットル開度センサ１９が設けられ
ている。このスロットル開度センサ１９の下流側の吸気
通路２にはサージタンク３があり、このサージタンク３
内には吸気の圧力を検出する圧力センサ１７が設けられ
ている。更に、サージタンク３の下流側には、各気筒毎
に燃料供給系から加圧燃料を吸気ポートへ供給するため
の燃料噴射弁７が設けられている。

【０００８】ディストリビュータ４には、その軸が例え
ばクランク角(CA)に換算して720 ゜CA毎に基準位置検出
用パルス信号を発生するクランク角センサ５及び30゜CA
毎に基準位置検出用パルス信号を発生するクランク角セ
ンサ６が設けられている。これらクランク角センサ５，
６のパルス信号は、燃料噴射時期の割込要求信号、点火
時期の基準タイミング信号、燃料噴射量演算制御の割込
要求信号等として作用する。これらの信号は制御回路１
０の入出力インタフェース１０２に供給され、このうち
クランク角センサ６の出力はＣＰＵ１０３の割込端子に
供給される。

【０００９】また、内燃機関１のシリンダブロックの冷
却水通路８には、冷却水の温度を検出するための水温セ
ンサ９が設けられている。水温センサ９は冷却水の温度
THWに応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。この
出力は制御回路１０のＡ／Ｄ変換器１０１に供給されて
いる。排気マニホルド１１より下流の排気系には、排気
ガス中の３つの有害成分ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを同時に浄
化する三元触媒コンバータ１２が設けられている。ま
た、排気マニホルド１１の下流側であって、触媒コンバ
ータ１２の上流側の排気パイプ１４には、空燃比センサ
の一種であるＯ₂センサ１３が設けられている。Ｏ₂セ
ンサ１３は排気ガス中の酸素成分濃度に応じて電気信号
を発生する。すなわち、Ｏ₂センサ１３は空燃比が理論
空燃比に対してリッチ側かリーン側かに応じて、異なる
出力電圧を制御回路１０の信号処理回路１１１を介して
Ａ／Ｄ変換器１０１に供給する。また、入出力インタフ
ェース１０２には図示しないキースイッチのオン／オフ
信号が供給されるようになっている。

【００１０】ここで、燃料タンク２１から蒸発するペー
バが大気中に逃げるのを防止する蒸発燃料処理装置２０
は、チャコールキャニスタ２２、及び電気式パージ流量
制御弁（ＶＳＶ）２６を備えている。チャコールキャニ
スタ２２は燃料タンク２１の上底とベーパ捕集管２５で
結ばれ、燃料タンク２１から蒸発するベーパを吸着す
る。このベーパ捕集管２５の途中には、燃料タンク２１
内のベーパの圧力が所定圧以上になった時に開くタンク
内圧制御弁２３が設けられている。この内圧制御弁２３
にはスイッチが取り付けられており、内圧制御弁２３の
開閉状況は入出力インタフェース１０２に入力されるよ
うになっている。ＶＳＶ２６は、チャコールキャニスタ
２２に吸着されたベーパを吸気通路２のスロットル弁１
８の下流側に戻すベーパ還流管２７の途中に設けられた
電磁開閉弁であり、制御回路１０からの電気信号を受け
て開閉する。このＶＳＶ２６は吸気通路２に流入させる
ベーパ量をデューティ制御することが可能である。

【００１１】この実施例のキャニスタ２２には、ベーパ
捕集管２５に接続するタンクポート３１、ベーパ還流管
２７に接続するパージポート３２、ベーパを吸着する活
性炭３３、および断面積の大きな大気ポート３８が設け
られている。そして、大気ポート３８と活性炭３３との
間には大気室３５が形成されている。また、この実施例
では、大気ポート３８の先端部に流量制御弁である電磁
開閉弁５０が取り付けられており、この電磁開閉弁５０
の大気側にはバッファキャニスタ２４が接続されてい
る。バッファキャニスタ２４の内部にも活性炭３６が設
けられており、バッファキャニスタ２４の大気開放側に
は断面積の大きな第２の大気ポート３７が設けられてい
る。

【００１２】電磁開閉弁５０は、内蔵された弁の開度に
よって大気ポート３８を通る空気量を調節することがで
きるように構成されている。この電磁開閉弁５０として
は、公知のデューティ制御ＶＳＶ、リニアソレノイド
弁、ロータリーバルブ等を使用することができる。この
電磁開閉弁５０の弁の開度は、電磁弁制御装置６０から
の制御信号によって制御される。電磁弁制御装置６０に
は燃料タンク２１に設けられた内圧センサ２８からの圧
力検出信号、図示しない車両の運転席近傍にある燃料タ
ンク２１の蓋（リッド）を開けるためのリッドオープナ
１５に設けられた給油検出スイッチ１６からの給油信
号、および制御回路１０からの吸気温度信号、運転時間
信号や、イグナイタスイッチ信号等が入力される。この
ため、制御回路１０には図示しないイグナイタや吸気温
センサからの信号が入力されている。

【００１３】以上のような構成において、図示しないキ
ースイッチがオンされると、制御回路１０が通電されて
プログラムが起動し、各センサからの出力を取り込み、
燃料噴射弁７やその他のアクチュエータを制御する。制
御回路１０は、例えばマイクロコンピュータを用いて構
成され、前述のＡ／Ｄ変換器１０１，入出力インタフェ
ース１０２，ＣＰＵ１０３，信号処理回路１１１の他
に、ＲＯＭ１０４，ＲＡＭ１０５，キースイッチのオフ
後も情報の保持を行うバックアップＲＡＭ１０６，クロ
ック(CLK) １０７等が設けられており、これらはバス１
１３で相互に接続されている。この制御回路１０におい
て、ダウンカウンタ, フリップフロップ, 及び駆動回路
を含む噴射制御回路１１０は燃料噴射弁７を制御するた
めのものである。

【００１４】次に、以上のように構成された実施例の蒸
発燃料処理装置３０の動作について説明する。図２はキ
ャニスタ２２内を流れるベーパの流量を、車両の運転状
態と共に比較して示すものである。この図から分かるよ
うに、キャニスタ２２内を流れるベーパの流量は、給油
時が最も多く、次がパージ中であり、駐車時と走行時の
ベーパの２つは小さい。従って、パージ中は電磁開閉弁
５０の弁の開度は大きくしておいた方が良いことが分か
る。

【００１５】図３は、図２に示したキャニスタ２２内を
流れるベーパの流量に基づいて、電磁弁制御装置６０が
電磁開閉弁５０の開度を制御する手順の一例を示すフロ
ーチャートである。ステップ３０１ではまず、電磁弁制
御装置６０は制御回路１０から入力される大気温度ｔを
読み込む。以後のステップでは、電磁弁制御装置６０は
車両が(1)給油中、(2) 走行中、(3) 駐車中、及び(4)
走行中でかつパージ中の４つの場合に分けて電磁開閉弁
５０の開度を演算する。

【００１６】(1) 給油中の開度の演算電磁弁制御装置６０は車両が給油中か否かの判定を、ス
テップ３０２において給油検出スイッチ１６からの給油
信号によって判定する。そして、給油中であると判定し
た場合はステップ３０３に進み、給油時のベーパ量Ｖｆ
の演算を行う。給油時のベーパ量Ｖｆの演算は、図４
(b) に示す車両の運転状態をパラメータとした気温−ベ
ーパ量特性の線図の符号ｆ（給油中の特性）で示す特性
を補間することによって求めることができる。ステップ
３０３において給油時のベーパ量Ｖｆを補間演算によっ
て求めた後はステップ３０９に進み、給油時の電磁開閉
弁の開度Ｔを、図４(c) に示すベーパ発生量と電磁開閉
弁開度の特性を補間演算することによって求めてこのル
ーチンを終了する。

【００１７】(2) 走行中の開度の演算電磁弁制御装置６０は車両が給油中でない場合はステッ
プ３０４に進み、このステップ３０４において車両が走
行中か否かを判定する。そして、車両が走行中である場
合はステップ３０５に進み、車両がパージ中か否かを判
定する。車両がパージ中でない走行中の場合はステップ
３０６に進み、車両走行時のベーパ量Ｖｒの演算を行
う。走行時のベーパ量Ｖｒの演算は、図４(b) に示す車
両の運転状態をパラメータとした気温−ベーパ量特性の
線図の符号ｒ（走行中の特性）で示す特性を補間するこ
とによって求めることができる。ステップ３０６におい
て走行時のベーパ量Ｖｒを補間演算によって求めた後は
ステップ３０９に進み、走行時の電磁開閉弁の開度Ｔ
を、図４(c) に示すベーパ発生量と電磁開閉弁開度の特
性を補間することによって求めてこのルーチンを終了す
る。

【００１８】(3) 駐車中の開度の演算電磁弁制御装置６０はステップ３０２において車両が給
油中でないと判定し、続くステップ３０４において車両
が走行中でもないと判定した場合はステップ３０７に進
み、車両が駐車中か否かを判定する。そして、駐車中の
場合はステップ３０８に進んで車両駐車時のベーパ量Ｖ
ｐの演算を行う。駐車時のベーパ量Ｖｐの演算は、図４
(b) に示す車両の運転状態をパラメータとした気温−ベ
ーパ量特性の線図の符号ｐ（駐車中の特性）で示す特性
を補間することによって求めることができる。ステップ
３０８において駐車時のベーパ量Ｖｐを補間演算によっ
て求めが後はステップ３０９に進み、駐車時の電磁開閉
弁５０の開度Ｔを図４(c)に示すベーパ発生量と電磁開
閉弁開度の特性を補間することによって求めてこのルー
チンを終了する。

【００１９】なお、ステップ３０７において駐車中でな
いと判定する場合は、例えば、車両が停車中のアイドリ
ング時等である。この時はベーパ量の演算をせずにステ
ップ３０９に進み、大気温度ｔに応じた電磁開閉弁５０
の開度Ｔを演算する。 (4) パージ中の開度の演算電磁弁制御装置６０はステップ３０２において車両が給
油中でないと判定し、続くステップ３０４において車両
が走行中であり、続くステップ３０５においてパージ中
であると判定した場合はステップ３１０に進み、車両の
運転条件の代表パラメータとして吸入空気量を読み込
む。そして、続くステップ３１１では、この吸入空気量
に応じた電磁制御弁５０の最適開度Ｔを演算してこのル
ーチンを終了する。パージ中の電磁開閉弁５０の最適開
度Ｔは予め測定して電磁弁制御装置６０に記憶しておけ
ば良い。

【００２０】なお、給油中、走行中、及び駐車中の電磁
開閉弁５０の開度Ｔは、燃料タンク２１の内圧が所定圧
力範囲内に入るようにベーパ量と電磁開閉弁の開度を予
め測定しておき、データベースとして電磁弁制御装置６
０の中のメモリに記憶しておけば良い。なお、ベーパ量
は、燃料温度、ベーパ温度等のパラメータを使用しても
求めることができる。

【００２１】以上のようにベーパ量に応じて電磁開閉弁
５０の開度Ｔを制御することにより、精密にベーパの流
量制御ができるので、燃料タンク２１の内圧がタンク強
度、給油性能を満足する範囲内で最大になるように流量
を絞ることができる。このため、キャニスタ２２を流れ
るベーパの流速が遅くなるので、キャニスタ２２の吸着
能力（ＷＣ）が向上する。図４(a) はこのベーパ流速と
キャニスタ２２の吸着能力との関係を示すものである。
この図から分かるように、ベーパの流速が遅いほど、キ
ャニスタの吸着能力が向上する。

【００２２】次に、パージ中の電磁開閉弁５０の最適開
度Ｔについて説明する。パージの効率は２つのファクタ
によって判断される。１つは同一空気量に対するベーパ
のキャニスタからの離脱量の多さであり、もう１つは機
関のパージに特有なファクタであって、同一の負圧で空
気量をどれだけ増やせるかである。電磁開閉弁５０の開
度とパージ流量との関係は、図５(a) と、図５(b) に示
すようになる。図５(a) は吸入空気量を変数とした時の
電磁開閉弁の開度とパージ空気量との特性を示すもので
あり、図５(b) は電磁開閉弁の開度とキャニスタ２２か
らのＨＣの離脱量の特性を示すものである。図５(a) か
ら分かるように、電磁開閉弁５０の開度が増大すると、
パージ空気量は増えるが、電磁開閉弁５０以外の流路抵
抗により、ある一定開度以上ではパージ空気量は増えな
い。また、図５(b) から分かるように、電磁開閉弁５０
の開度が小さい場合や、開度が大きすぎる場合は、空気
の流れが活性炭全体に広がらず、離脱量が少なくなって
いる。従って、電磁開閉弁５０には離脱量の最適開度が
あることが分かる。以上のことから、吸入空気量を変数
にした時の電磁開閉弁５０の最適開度は図５(c) のよう
にすれば良いことが分かる。この最適開度も電磁弁制御
装置６０の中のメモリに記憶しておけば良い。

【００２３】以上のようにこの実施例によれば、キャニ
スタに吸着されたＨＣのパージ時に、パージ量が増大し
てもキャニスタに設けられた電磁開閉弁５０の開度が適
正制御されるので、ＨＣの離脱量が多くなって大量パー
ジが可能となり、キャニスタに吸着されたＨＣの回収時
間が短くなってキャニスタの吸着性能が向上する。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の内燃機関
の蒸発燃料処理装置によれば、パージ時にキャニスタに
おける大気開放側の開口面積を電磁開閉弁の開度を最適
に制御することにより、パージ時の大量パージの要求に
応えられる空気量を得ることができ、キャニスタ内に吸
着されたＨＣ吸着量を短時間で減少させることができる
ので、キャニスタに吸着されたＨＣの回収時間が短くな
り、キャニスタの吸着性能を向上することができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の内燃機関の蒸発燃料処理装
置の構成を内燃機関と共に示す全体構成図である。

【図２】車両の運転状態とキャニスタ流量との関係を示
す説明図である。

【図３】図１の内燃機関の蒸発燃料処理装置における電
磁開閉弁の開度制御手順の一例を示すフローチャートで
ある。

【図４】(a) はキャニスタにおけるベーパ流速とキャニ
スタの稼働効率との関係を示す線図、(b) は気温とベー
パ流量との関係を示す線図、(c) はベーパ発生量と電磁
弁の開度の関係を示す線図である。

【図５】(a) は電磁開閉弁開度とパージ空気量との関係
を示す線図、(b) は電磁開閉弁開度とキャニスタからの
ベーパ離脱量との関係を示す線図、(c) は吸入空気量と
電磁開閉弁開度との関係を示す線図である。

【符号の説明】

１…内燃機関２…吸気通路１０…制御回路１５…リッドオープナ１６…給油検出スイッチ２１…燃料タンク２２…キャニスタ２３…流量スイッチ２４…バッファキャニスタ２５…ベーパ捕集管２６…電気式パージ流量制御弁（ＶＳＶ）２７…パージ通路 (ベーパ還流管) ２８…内圧センサ３０…本発明の蒸発燃料処理装置３１…タンクポート３２…パージポート３３…活性炭３４…大気ポート３５…大気室３６…活性炭３７…第２の大気ポート３８…大気ポート５０…電磁開閉弁６０…電磁弁制御装置７０…ベーパ経路分割弁

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【手続補正書】

【提出日】平成７年１２月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の内燃機関の蒸発燃料処理装置は、燃料タンクで発生
した蒸発燃料が大気に放出されないように吸着し、所定
の機関稼働時には吸着した蒸発燃料を機関の吸気通路に
パージするように機能する内燃機関の蒸発燃料処理装置
であって、燃料タンクからのベーパが流入するタンクポ
ートと吸気通路にベーパを排出するパージポート、およ
び大気に連通する大気ポートとを備え、タンクポートと
パージポートと、大気ポートとの間に吸着部材が内蔵さ
れたキャニスタと、このキャニスタの大気ポート側の所
定部位に設けられて、機関のパージ時に、パージ量に応
じて、このキャニスタの大気開放面積を変更する大気開
放面積変更手段とを備え、大気開放面積変更手段は、機
関へのパージ量が大きい時には、パージ量が小さい時に
比べて大気開放面積が大きくなるように動作することを
特徴としている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】符号の説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【符号の説明】１…内燃機関２…吸気通路１０…制御回路１５…リッドオープナ１６…給油検出スイッチ２１…燃料タンク２２…キャニスタ２３…流量スイッチ２４…バッファキャニスタ２５…ベーパ捕集管２６…電気式パージ流量制御弁（ＶＳＶ）２７…パージ通路 (ベーパ還流管) ２８…内圧センサ３０…本発明の蒸発燃料処理装置３１…タンクポート３２…パージポート３３…活性炭３４…大気ポート３５…大気室３６…活性炭３７…第２の大気ポート３８…大気ポート５０…電磁開閉弁６０…電磁弁制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料タンクで発生した蒸発燃料が大気に
放出されないように吸着し、所定の機関稼働時には吸着
した蒸発燃料を機関の吸気通路にパージするように機能
する内燃機関の蒸発燃料処理装置であって、前記燃料タンクからのベーパが流入するタンクポートと
前記吸気通路にベーパを排出するパージポート、および
大気に連通する大気ポートとを備え、前記タンクポート
とパージポートと、前記大気ポートとの間に吸着部材が
内蔵されたキャニスタと、このキャニスタの大気ポート側の所定部位に設けられ
て、前記機関のパージ時に、パージ量に応じてこのキャ
ニスタの大気開放面積を変更する大気開放面積変更手段
と、前記大気開放面積変更手段は、前記機関へのパージ量が
大きい時には、パージ量が小さい時に比べて大気開放面
積が大きくなるように動作することを特徴とする内燃機
関の蒸発燃料処理装置。