特開 2024-110689 蒸発燃料処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024110689

(43)【公開日】2024-08-16

(54)【発明の名称】蒸発燃料処理装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 25/08 20060101AFI20240808BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20240808BHJP

【ＦＩ】

F02M25/08 301H

F02D41/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023015421

(22)【出願日】2023-02-03

(71)【出願人】

【識別番号】000002082

【氏名又は名称】スズキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001520

【氏名又は名称】弁理士法人日誠国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】玉井 翔

【テーマコード（参考）】

3G144

3G301

【Ｆターム（参考）】

3G144BA08

3G144DA02

3G144EA18

3G144EA19

3G144EA38

3G144GA02

3G301JA06

3G301NE20

3G301PE01

(57)【要約】

【課題】蒸発燃料の処理時のエンジンのサイクルごとの空燃比のばらつきを抑制することができる蒸発燃料処理装置を提供すること。
【解決手段】ＥＣＵは、エンジン回転速度およびデューティ比に応じた所定の開閉周波数下限値を設定し、開閉周波数下限値より高い開閉周波数で制御弁を動作させる（ステップＳ７、Ｓ８）。ＥＣＵは、開閉周波数下限値を、エンジンのサイクルの１周期の時間（Ｔ）が制御弁の開弁時間と閉弁時間のうち長い方の時間（ｔ）と等しくなる周波数に設定する。ＥＣＵは、制御弁の開弁時間と閉弁時間とが等しくなる基準デューティ比を基準として、基準デューティ比よりデューティ比が大きくなるにつれて開閉周波数下限値を高くなるように設定し、基準デューティ比よりデューティ比が小さくなるにつれて開閉周波数下限値を高くなるように設定する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸発燃料を一時的に吸着するキャニスタと、
前記キャニスタからエンジンの吸気通路に蒸発燃料を導入するパージ通路と、
前記パージ通路に設けられた制御弁と、
開閉周波数およびデューティ比を変化させるように前記制御弁を制御する制御部と、を備えた蒸発燃料処理装置であって、
前記制御部は、前記エンジンのエンジン回転速度および前記デューティ比に応じた所定の開閉周波数下限値を設定し、前記開閉周波数下限値より高い開閉周波数で前記制御弁を動作させることを特徴とする蒸発燃料処理装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記開閉周波数下限値を、前記エンジンのサイクルの１周期の時間が前記制御弁の開弁時間と閉弁時間のうち長い方の時間と等しくなる周波数に設定す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】

前記制御部は、前記制御弁の開弁時間と閉弁時間とが等しくなる基準デューティ比を基準として、前記基準デューティ比より前記デューティ比が大きくなるにつれて前記開閉周波数下限値を高くなるように設定し、前記基準デューティ比より前記デューティ比が小さくなるにつれて前記開閉周波数下限値を高くなるように設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸発燃料処理装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記エンジン回転速度が大きくなるにつれて前記開閉周波数下限値を大きくすることを特徴とする請求項３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、蒸発燃料処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等の車両において、燃料タンクから発生する蒸発燃料の排出量を規制する対策として、蒸発燃料を一時的にキャニスタに吸着させ、キャニスタに吸着させた蒸発燃料をエンジンの吸気経路に排出（パージ）して処理する技術が用いられている。

【0003】

従来のこの種の技術として特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載のものは、蒸発燃料の処理時のエンジンの気筒ごとの空燃比のばらつきを抑制するため、エンジン回転速度の増加に応じてパージコントロールバルブの開閉周波数を増加させるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６－２２９３３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、蒸発燃料の処理時の空燃比のばらつきには、蒸発燃料の吸入量が気筒ごとに異なることによる気筒ごとの空燃比のばらつきだけでなく、蒸発燃料の吸入量がエンジンのサイクルごとに異なることによるサイクルごとの空燃比のばらつきも存在する。

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載のものにあっては、エンジンの気筒ごとの空燃比のばらつきにのみ着目しており、エンジンのサイクルごとの空燃比のばらつきを抑制することができないという問題があった。

【0007】

そこで、本発明は、蒸発燃料の処理時のエンジンのサイクルごとの空燃比のばらつきを抑制することができる蒸発燃料処理装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決する蒸発燃料処理装置の発明の一態様は、蒸発燃料を一時的に吸着するキャニスタと、前記キャニスタからエンジンの吸気通路に蒸発燃料を導入するパージ通路と、前記パージ通路に設けられた制御弁と、開閉周波数およびデューティ比を変化させるように前記制御弁を制御する制御部と、を備えた蒸発燃料処理装置であって、前記制御部は、前記エンジンのエンジン回転速度および前記デューティ比に応じた所定の開閉周波数下限値を設定し、前記開閉周波数下限値より高い開閉周波数で前記制御弁を動作させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

このように本発明によれば、蒸発燃料の処理時のエンジンのサイクルごとの空燃比のばらつきを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の一実施例に係る蒸発燃料処理装置を搭載する車両の構成図である。

【図2】図２は、本発明の一実施例に係る蒸発燃料処理装置の制御弁の開閉制御の動作を説明するフローチャートである。

【図3】図３は、本発明の一実施例に係る蒸発燃料処理装置におけるデューティ比が５０％以上の場合の制御弁の開閉周期とエンジンのサイクルの１周期との関係を説明する図である。

【図4】図４は、本発明の一実施例に係る蒸発燃料処理装置におけるデューティ比が５０％未満の場合の制御弁の開閉周期とエンジンのサイクルの１周期との関係を説明する図である。

【図5】図５は、本発明の一実施例に係る蒸発燃料処理装置におけるデューティ比およびエンジン回転速度と開閉周波数下限値との相関を定めるマップである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の一実施の形態に係る蒸発燃料処理装置は、蒸発燃料を一時的に吸着するキャニスタと、キャニスタからエンジンの吸気通路に蒸発燃料を導入するパージ通路と、パージ通路に設けられた制御弁と、開閉周波数およびデューティ比を変化させるように制御弁を制御する制御部と、を備えた蒸発燃料処理装置であって、制御部は、エンジンのエンジン回転速度およびデューティ比に応じた所定の開閉周波数下限値を設定し、開閉周波数下限値より高い開閉周波数で制御弁を動作させることを特徴とする。これにより、本発明の一実施の形態に係る蒸発燃料処理装置は、蒸発燃料の処理時のエンジンのサイクルごとの空燃比のばらつきを抑制することができる。

【実施例0012】

以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る蒸発燃料処理装置について詳細に説明する。図１において、本発明の一実施例に係る蒸発燃料処理装置を搭載した車両１は、エンジン２と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０とを含んで構成されている。

【0013】

エンジン２は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程の４つの行程からなる１サイクルをピストンが気筒内を２往復する間に行なう４サイクルのエンジンによって構成されている。各気筒に収納されたピストンは、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結されている。コネクティングロッドは、ピストンの往復動をクランクシャフトの回転運動に変換するようになっている。

【0014】

エンジン２は、吸気弁２Ｂを介して気筒内の燃焼室２Ａに導入した燃料と空気との混合気を燃焼させて排気弁２Ｃから排出させる。エンジン２は、ピストンを往復動させ、コネクティングロッドを介してクランクシャフトを回転させることにより、車両１を駆動させる駆動力を発生する。

【0015】

エンジン２の吸気ポートには、空気を燃焼室２Ａに導入するための吸気マニホールド６が設けられている。吸気マニホールド６は、サージタンク５を介して、外気を吸入する吸気通路としての吸気管３に接続されている。すなわち、吸気マニホールド６は、吸気管３と各気筒の吸気ポートとを連通している。吸気管３と吸気マニホールド６とは、サージタンク５を介して接続されている。吸気管３には、吸入空気量を調整するスロットルバルブ４が設けられている。

【0016】

エンジン２の排気ポートには、燃焼室２Ａのなかで混合気の燃焼によって発生した排気ガスを車外に排出するための排気マニホールド８が設けられている。排気マニホールド８は、排気管９に接続されている。すなわち、排気マニホールド８は、排気管９と各気筒の排気ポートとを連通している。

【0017】

排気管９には図示しない触媒が設けられており、触媒は、エンジン２の燃焼室２Ａから排出された排気ガスを浄化するようになっている。触媒は三元触媒からなる。三元触媒は、排ガスに含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を同時に浄化する。詳しくは、三元触媒は、炭化水素を水と二酸化炭素に酸化し、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し、窒素酸化物を窒素に還元する。

【0018】

排気管９における触媒の上流部には酸素センサ１０が設けられている。酸素センサ１０は、排気ガスに含まれる酸素濃度を検出することで空燃比を検出し、検出信号をＥＣＵ２０に送信する。酸素センサ１０は、理論空燃比を境に空燃比がリッチ側のときとリーン側のときとで出力が急変する出力特性を有するセンサである。

【0019】

エンジン２にはインジェクタ７が設けられており、インジェクタ７は、燃料タンク１１から燃料ポンプにより圧送された燃料を、吸気ポートを介して各気筒の燃焼室２Ａに噴射する。

【0020】

車両１は、蒸発燃料を一時的に吸着するキャニスタ１３を備えており、キャニスタ１３は、蒸発燃料導入配管１２を介して燃料タンク１１の上部空間と接続されている。燃料タンク１１で発生した蒸発燃料は、蒸発燃料導入配管１２を通ってキャニスタ１３に導入され、キャニスタ１３に一時的に吸着される。

【0021】

キャニスタ１３は、パージ通路１４を介して吸気管３におけるスロットルバルブ４とサージタンク５の間の部位に接続されており、キャニスタ１３内に吸着された蒸発燃料は、パージ通路１４を介してパージガスとして吸気マニホールド６に導入される。

【0022】

パージ通路１４には制御弁１５が設けられている。制御弁１５は、負圧により作動するバキュームスイッチングバルブからなり、ＥＣＵ２０によって開閉が制御される。ＥＣＵ２０は、制御弁１５の開閉を制御することで吸気マニホールド６へのパージガスの導入量を制御する。

【0023】

ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

【0024】

ＥＣＵ２０のＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ２０として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ２０として機能する。

【0025】

ＥＣＵ２０の入力ポートには、上述の酸素センサ１０を含む各種のセンサ類が接続されている。ＥＣＵ２０の出力ポートには、上述のスロットルバルブ４、制御弁１５、インジェクタ７を含む各種の制御対象が接続されている。

【0026】

ＥＣＵ２０は、開閉周波数およびデューティ比を変化させるように制御弁１５を制御する。

【0027】

ここで、制御弁１５の開閉タイミングによっては、エンジン２のあるサイクルでは制御弁１５が開弁状態（または閉弁状態）で、別のサイクルではその逆の状態となることにより、蒸発燃料の処理時にエンジン２のサイクルごとの空燃比のばらつきが生じるおそれがある。

【0028】

そこで、本実施例において、ＥＣＵ２０は、エンジン２のエンジン回転速度およびデューティ比に応じた所定の開閉周波数下限値を設定し、開閉周波数下限値より高い開閉周波数で制御弁を動作させる。

【0029】

詳しくは、ＥＣＵ２０は、図５に示すマップを参照して開閉周波数下限値を設定する。このマップには、デューティ比およびエンジン回転速度と開閉周波数下限値との相関が定められている。図５において、縦軸に表す開閉周波数下限値（図中、単に開閉周波数と記す）は、横軸に表すデューティ比ごとに定められている。また、開閉周波数下限値は、エンジン回転速度ごとに定められている。なお、図５では、エンジン回転速度は、マップの簡略化のため、高、中、低の３段階で示している。デューティ比の５０％は、制御弁１５の開弁時間と閉弁時間とが等しくなる基準デューティ比である。このようにすることで、エンジン２のサイクルの１周期ごとに制御弁１５の開弁状態と閉弁状態が同頻度で含まれるように調整される。

【0030】

ここで、エンジン２のサイクルの１周期の時間をＴとし、制御弁１５の開弁時間と閉弁時間のうち長い方の時間をｔとする。このｔは、ｄｕｔｙ比が５０％より大きいときは開弁時間であり、ｄｕｔｙ比が５０％より小さいときは閉弁時間である。Ｔ≦ｔの場合、制御弁１５の開閉タイミングによっては、エンジン２のあるサイクルで制御弁１５が開弁状態（または閉弁状態）で、別のサイクルではその逆の状態となることにより、蒸発燃料の処理時にエンジン２のサイクルごとの空燃比のばらつきが生じるおそれがある。

【0031】

そこで、ＥＣＵ２０は、図５に示すように、制御弁１５の開弁時間と閉弁時間とが等しくなる基準デューティ比を基準として、基準デューティ比よりデューティ比が大きくなるにつれて開閉周波数下限値を高くなるように設定し、基準デューティ比よりデューティ比が小さくなるにつれて開閉周波数下限値を高くなるように設定することが好ましい。また、ＥＣＵ２０は、エンジン回転速度が大きくなるにつれて開閉周波数下限値を大きくすることが好ましい。なお、デューティ比が基準デューティ比に近い領域では相対的に開閉周波数下限値が低い値に抑えられている。

【0032】

ＥＣＵ２０は、開閉周波数下限値を、エンジン２のサイクルの１周期の時間（Ｔ）が制御弁１５の開弁時間と閉弁時間のうち長い方の時間（ｔ）と等しくなる周波数に設定する。

【0033】

詳しくは、ＥＣＵ２０は、Ｔ＝ｔとなる開閉周波数を開閉周波数下限値として設定する。そして、ＥＣＵ２０は、このようにして設定した開閉周波数下限値以上の開閉周波数で制御弁１５を制御する。このようにすることで、確実にエンジン２のサイクルの１周期ごとに制御弁１５の開弁状態と閉弁状態が同頻度で含まれるように調整される。

【0034】

例えば、図３において、実線で表す本実施例のｄｕｔｙ比は７５％であり、この場合、制御弁１５の開弁時間と閉弁時間のうち開弁時間の方が長いため、開弁時間がｔとなる。そこで、ＥＣＵ２０は、Ｔ＝ｔとなるように設定した開閉周波数下限値よりも実際の開閉周波数が高くなるように制御弁１５を制御する。これにより、開弁時間の長さｔが、エンジン２のサイクルの１周期の時間Ｔよりも小さくなる。このため、エンジン２のサイクルの１周期ごとに制御弁１５の開弁状態と閉弁状態が同頻度で含まれるように調整される。一方、図３において、破線で表す比較例では、開閉周波数が低いことから、Ｔ≦ｔとなってしまい、エンジン２のあるサイクルで制御弁１５が開弁状態で、別のサイクルでは閉弁状態が含まれることにより、蒸発燃料の処理時にエンジン２のサイクルごとの空燃比のばらつきが生じている。

【0035】

また、図４おいて、実線で表す本実施例のｄｕｔｙ比は２５％であり、この場合、制御弁１５の開弁時間と閉弁時間のうち閉弁時間の方が長いため、閉弁時間がｔとなる。そこで、ＥＣＵ２０は、Ｔ＝ｔとなるように設定した開閉周波数下限値よりも実際の開閉周波数が高くなるように制御弁１５を制御する。これにより、閉弁時間の長さｔが、エンジン２のサイクルの１周期の時間Ｔよりも小さくなる。このため、エンジン２のサイクルの１周期ごとに制御弁１５の開弁状態と閉弁状態が同頻度で含まれるように調整される。一方、図４において、破線で表す比較例では、開閉周波数が低いことから、Ｔ≦ｔとなってしまい、エンジン２のあるサイクルで制御弁１５が閉弁状態で、別のサイクルでは開弁状態が含まれることにより、蒸発燃料の処理時にエンジン２のサイクルごとの空燃比のばらつきが生じている。

【0036】

以上のように構成された本実施例に係る蒸発燃料処理装置による動作について、図２のフローチャートを参照して説明する。

【0037】

図２において、ＥＣＵ２０は、各種運転条件から情報を取得する（ステップＳ１）。この情報には、現在のエンジン回転速度とｄｕｔｙ比とが含まれる。

【0038】

次いで、ＥＣＵ２０は、ｄｕｔｙ比が０％か否かを判断し（ステップＳ２）、ｄｕｔｙ比が０％の場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、制御弁１５を全閉し（ステップＳ３）、今回の動作を終了する。

【0039】

ＥＣＵ２０は、ｄｕｔｙ比が０％ではない場合（ステップＳ２でＮｏ）、ｄｕｔｙ比が１００％か否かを判断し（ステップＳ４）、ｄｕｔｙ比が１００％の場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、制御弁１５を開放し（ステップＳ５）、今回の動作を終了する。

【0040】

このように、ＥＣＵ２０は、ｄｕｔｙ比が０％の場合は制御弁１５を全閉し、ｄｕｔｙ比が１００％の場合は制御弁１５を開放する。

【0041】

ＥＣＵ２０は、ｄｕｔｙ比が１００％ではない場合（ステップＳ４でＮｏ）、ｄｕｔｙ比が５０％未満か否かを判断し（ステップＳ６）、ｄｕｔｙ比が５０％未満の場合（ステップＳ６でＹｅｓ）、開閉周波数が次の式（１）で算出される開閉周波数下限値よりも大きくなるように制御弁１５を作動させ（ステップＳ７）、今回の動作を終了する。

【0042】

（１００－ｄｕｔｙ比［％］）×エンジン回転速度［ｒｐｍ］／１２０００・・・式（１）

【0043】

ＥＣＵ２０は、ｄｕｔｙ比が５０％未満ではない場合（ステップＳ６でＮｏ）、開閉周波数が次の式（２）で算出される開閉周波数下限値よりも大きくなるように制御弁１５を作動させ（ステップＳ７）、今回の動作を終了する。

【0044】

ｄｕｔｙ比［％］×エンジン回転速度［ｒｐｍ］／１２０００・・・式（２）

【0045】

以上のように、本実施例によれば、ＥＣＵ２０は、エンジン２のエンジン回転速度およびデューティ比に応じた所定の開閉周波数下限値を設定し、開閉周波数下限値より高い開閉周波数で制御弁を動作させる。

【0046】

これにより、エンジン２のサイクルの１周期ごとに制御弁１５の開弁状態と閉弁状態が同頻度で含まれるように調整される。この結果、蒸発燃料の処理時のエンジン２のサイクルごとの空燃比のばらつきを抑制することができる。

【0047】

また、ＥＣＵ２０は、開閉周波数下限値を、エンジン２のサイクルの１周期の時間（Ｔ）が制御弁１５の開弁時間と閉弁時間のうち長い方の時間（ｔ）と等しくなる周波数に設定する。

【0048】

これにより、開閉周波数下限値を、Ｔ＝ｔとなる周波数に設定し、Ｔ＞ｔの関係が成立するように制御弁１５を開閉周波数下限値より大きな周波数で動作させることで、より確実にエンジン２のサイクルの１周期ごとに制御弁１５の開弁状態と閉弁状態が同頻度で含まれるように調整される。この結果、より確実に、蒸発燃料の処理時のエンジン２のサイクルごとの空燃比のばらつきを抑制することができる。

【0049】

また、ＥＣＵ２０は、制御弁１５の開弁時間と閉弁時間とが等しくなる基準デューティ比を基準として、基準デューティ比よりデューティ比が大きくなるにつれて開閉周波数下限値を高くなるように設定し、基準デューティ比よりデューティ比が小さくなるにつれて開閉周波数下限値を高くなるように設定する。

【0050】

これにより、制御弁１５の開弁時間と閉弁時間とが同じとなる基準デューティ比よりデューティ比が大きい場合は、開弁状態の頻度が多くなるため、開閉周波数下限値を高く設定することでエンジン２のサイクルの１周期ごとに制御弁１５の開弁状態が同頻度で含まれるように調整される。このため、蒸発燃料の処理時のエンジン２のサイクルごとの空燃比のばらつきを抑制することができる。

【0051】

一方で、制御弁１５の開弁時間と閉弁時間とが同じとなる基準デューティ比よりデューティ比が小さい場合は、閉弁状態の頻度が多くなるため、開閉周波数下限値を高く設定することでエンジン２のサイクルの１周期ごとに制御弁１５の閉弁状態が同頻度で含まれるように調整される。このため、蒸発燃料の処理時のエンジン２のサイクルごとの空燃比のばらつきを抑制することができる。

【0052】

また、ＥＣＵ２０は、エンジン回転速度が大きくなるにつれて開閉周波数下限値を大きくする。

【0053】

これにより、エンジン回転速度の増加に応じた適切な開閉周波数で制御弁１５を動作させることができ、かつ、デューティ比が基準デューティ比に近い領域では相対的に開閉周波数を低く抑えることができる。このため、デューティ比が基準デューティ比に近い領域において、制御弁１５の耐久性の低下や制御弁１５から発生する高周波や振動を抑制できる。

【0054】

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

【符号の説明】

【0055】

２ エンジン
２Ａ 燃焼室
３ 吸気管（吸気通路）
１３ キャニスタ
１４ パージ通路
１５ 制御弁
２０ ＥＣＵ（制御部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】