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。