特許 7107870 内燃機関の給油制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-19

(45)【発行日】2022-07-27

(54)【発明の名称】内燃機関の給油制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 25/08 20060101AFI20220720BHJP

【ＦＩ】

F02M25/08 D

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2019031630

(22)【出願日】2019-02-25

(65)【公開番号】P2020133578

(43)【公開日】2020-08-31

【審査請求日】2021-06-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000116574

【氏名又は名称】愛三工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100123593

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 宣夫

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(72)【発明者】

【氏名】福井 啓太

(72)【発明者】

【氏名】山崎 誠

(72)【発明者】

【氏名】宮部 善和

【審査官】小関 峰夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１８５２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－７７４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５９３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０３５６５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１１４７３３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｍ ２５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の給油制御装置であって、
燃料タンクと、
前記燃料タンク内のガス領域に連通されたベーパ管と、
前記ベーパ管内に配置されたステップモータ駆動式封鎖弁と、
アクチュエータによって開放又は閉鎖されるように構成されている給油リッドと、
電子制御ユニットであって、
前記給油リッドを開放すべきときに、あらかじめ定められた目標開度まで開弁されるように前記封鎖弁を駆動するとともに、前記封鎖弁の開度があらかじめ定められた設定開度未満のときに前記アクチュエータを制御して前記給油リッドを閉鎖し、前記封鎖弁の開度があらかじめ定められた設定開度以上のときに前記アクチュエータを制御して前記給油リッドを開放する、
ように構成されている電子制御ユニットと、
を備え、
前記電子制御ユニットは更に、前記封鎖弁の開弁速度が低いときには、前記封鎖弁の開弁速度が高いときに比べて、大きくなるように前記設定開度を設定する、ように構成されている、
内燃機関の給油制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は内燃機関の給油制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の給油制御装置であって、燃料タンクと、燃料タンク内のガス領域に連通されたベーパ通路と、ベーパ通路内に配置されたステップモータ駆動式封鎖弁と、リッドオープナによって開放又は閉鎖されるリッドドアと、を備えた内燃機関の給油制御装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。この給油制御装置では、リッドドアを開放するための給油スイッチが操作されると、封鎖弁が開弁され、次いで燃料タンク内の圧力が所定値以下になると、封鎖弁の開弁量が所定量Ｃまで増大されるように封鎖弁に制御信号が発せられ、次いでリッドオープナが制御されてリッドドアが開放される（例えば、段落００４２等）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１６／０３５６５５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、例えば封鎖弁を駆動するためのバッテリ電圧が低いなどの理由により封鎖弁の開弁速度が低いと、封鎖弁の開弁量が大きくない状態で給油が開始されるおそれがある。この場合、給油中に燃料タンク内のガスが封鎖弁を介して燃料タンク外に良好に流出できないおそれがあり、燃料タンク内の圧力が過度に上昇するおそれがある。その結果、燃料が燃料タンク内に流入するのが困難となるおそれがあり、すなわち給油が良好に行えないおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示によれば、内燃機関の給油制御装置であって、燃料タンクと、前記燃料タンク内のガス領域に連通されたベーパ管と、前記ベーパ管内に配置されたステップモータ駆動式封鎖弁と、アクチュエータによって開放又は閉鎖されるように構成されている給油リッドと、電子制御ユニットであって、前記給油リッドを開放すべきときに、あらかじめ定められた目標開度まで開弁されるように前記封鎖弁を駆動するとともに、前記封鎖弁の開度があらかじめ定められた設定開度未満のときに前記アクチュエータを制御して前記給油リッドを閉鎖し、前記封鎖弁の開度があらかじめ定められた設定開度以上のときに前記アクチュエータを制御して前記給油リッドを開放する、ように構成されている電子制御ユニットと、を備え、前記電子制御ユニットは更に、前記封鎖弁の開弁速度が低いときには、前記封鎖弁の開弁速度が高いときに比べて、大きくなるように前記設定開度を設定する、ように構成されている、内燃機関の給油制御装置が提供される。

【発明の効果】

【0006】

封鎖弁の開弁速度が低いときにも高いときにも、給油を良好に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示による実施例の内燃機関の概略全体図である。

【図2】本開示による実施例の封鎖弁の概略部分断面図である。

【図3】本開示による実施例の設定ステップ数ＳＴｘを示す線図である。

【図4】本開示による実施例の給油制御を説明するためのタイムチャートである。

【図5】本開示による実施例の給油制御を説明するためのタイムチャートである。

【図6】本開示による実施例の給油制御ルーチンを実行するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１を参照すると、本開示による実施例の内燃機関の給油制御装置１は、燃料タンク２を備える。本開示による実施例の燃料タンク２は内部空間２Ｓを備え、内部空間２Ｓ内に液体燃料を蓄えるように構成されている。すなわち、燃料タンク２の内部空間２Ｓには、給油口３に到る給油管４が連通している。給油が行われると、すなわち給油管４を介して内部空間２Ｓ内に液体燃料が供給されると、内部空間２Ｓの下方に液体燃料によって占められた液体領域２Ｌが形成される。一方、内部空間２Ｓの上方にはガス、すなわち蒸発燃料及び空気によって占められたガス領域２Ｇが形成される。液体燃料の例には、ガソリン、軽油、アルコールが含まれる。

【0009】

本開示による実施例では、燃料タンク２の内部空間２Ｓ内に、燃料タンク２内の液体燃料を圧送する燃料ポンプ５が収容される。燃料ポンプ５の入口５ｉは燃料タンク２の液体領域２Ｌに連通される。燃料タンク２の出口５ｏは燃料供給管６及びコモンレール７を順次介して燃料噴射弁８に連結される。本開示による実施例の燃料噴射弁８は機関本体のシリンダヘッド９に取り付けられ、吸気ポート１０内に燃料を噴射するように構成されている。別の実施例（図示しない）では、燃料噴射弁８は燃焼室（図示しない）に燃料を噴射するように構成される。

【0010】

本開示による実施例の吸気ポート１０は吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気供給管１３を介してエアクリーナ１４に連結される。吸気供給管１３内にはスロットル弁１５が配置される。

【0011】

本開示による実施例の給油制御装置１は更に、燃料タンク２のガス領域２Ｇに連通されたベーパ管１６を備える。本開示による実施例のベーパ管１６は、フロート式のＯＲＶＲ弁１７及びカットオフ弁１８を介してガス領域２Ｇに連通される。別の実施例（図示しない）のベーパ管１６は、ＯＲＶＲ弁及びカットオフ弁の一方又は両方を介することなくガス領域２Ｇに連通される。

【0012】

本開示による実施例のベーパ管１６は、蒸発燃料を一時的に蓄えるように構成されているキャニスタ１９に連結される。本開示による実施例のキャニスタ１９は、例えば活性炭を含む吸着層１９ｃと、吸着層１９ｃの一側に位置するベーパ室１９ｖと、吸着層１９ｃの他側に位置する空気室１９ａと、を備える。本開示による実施例のベーパ管１６はベーパ室１９ｖに連通される。本開示による実施例のベーパ室１９ｖは更に、パージ管２０を介して例えばサージタンク１２に連通される。パージ管２０内には電磁式のパージ制御弁２１が配置される。一方、本開示による実施例の空気室１９ａは空気管２２を介して大気に連通される。本開示による実施例の空気管２２内にはエアフィルタ２３が配置される。

【0013】

本開示による実施例のベーパ管１６内には、ステップモータ駆動式封鎖弁２４が設けられる。封鎖弁２４の一例が図２に示される。図２に示される例では、封鎖弁２４は、ケーシング２４ｃと、ステップモータ２４ｍと、弁体２４ｖと、を備える。ケーシング２４ｃには入口２４ｉ及び出口２４ｏが設けられる。入口２４ｉは燃料タンク２に連通され、出口２４ｏはキャニスタ１９に連通される。また、ステップモータ２４ｍは中心軸線Ｌ回りに回転可能な、ネジ山付きの出力軸２４ｓを備える。弁体２４ｖはケーシング２４ｃ内において、中心軸線Ｌ方向に移動可能に、かつ、中心軸線Ｌ回りに回転不能に、設けられる。また、弁体２４ｖのネジ山付き孔２４ｂ内には出力軸２４ｓが螺合される。

【0014】

ステップ数が増大するようにステップモータ２４ｍが駆動されると、弁体２４ｖがシール面２４ｆから離脱して入口２４ｉが開放される。すなわち、封鎖弁２４が開弁される。ステップ数が更に増大されると、弁体２４ｖがシール面２４ｆから更に離間する。すなわち、封鎖弁２４の開度が大きくされる。これに対し、ステップ数が減少されて弁体２４ｖがシール面２４ｆに当接すると、入口２４ｉが閉鎖される。すなわち、封鎖弁２４が閉弁される。このように、ステップモータ２４ｍのステップ数は封鎖弁２４の開度を表している。なお、本開示による実施例のステップモータは、バッテリ（図示しない）からの電力によって駆動される。

【0015】

本開示による実施例では、内燃機関の停止時に封鎖弁２４が開弁され、パージ制御弁２１が閉弁される。その結果、燃料タンク２のガス領域２Ｇの蒸発燃料はガス領域２Ｇ内の空気とともにベーパ管１６を介してキャニスタ１９のベーパ室１９ｖに流入し、次いで吸着層１９ｃに到り、吸着層１９ｃに吸着される。一方、内燃機関の運転時にパージ制御弁２１が開弁されると、サージタンク１２内に発生する負圧によって、空気が空気管２２を介してキャニスタ１９の空気室１９ａ内に流入し、次いで吸着層１９ｃを通過する。このとき吸着層１９ｃから蒸発燃料が離脱される。この蒸発燃料は空気とともに、ベーパ室１９ｖ並びにパージ管２０及びパージ制御弁２１を介してサージタンク１２内に供給され、燃料噴射弁８からの燃料とともに燃焼室内で燃焼される。また、内燃機関の運転時にベーパ管１６からベーパ室１９ｖ内に流入した蒸発燃料は吸着層１９ｃに吸着されることなくパージ管２０内に流出する。

【0016】

再び図１を参照すると、本開示による実施例では、ガス領域２Ｇと給油口３周りの給油管４とを互いに連結するブリーザ管２５が設けられる。ブリーザ管２５は、給油時にガス領域２Ｇからガスを逃がして、液体燃料が燃料タンク２の内部空間２ｓ内に速やかに流入するのに役立つ。

【0017】

本開示による実施例の給油口３には、給油キャップ２６が設けられる。また、本開示による実施例では、給油キャップ２６に対面した車両ボディ２７に開口２８が形成されており、この開口２８は通常、給油リッド２９によって閉鎖されている。本開示による実施例の給油リッド２９は、アクチュエータ３０によって開放又は閉鎖されるように構成されている。

【0018】

本開示による実施例の給油制御装置１は更に、電子制御ユニット４０を備える。本開示による実施例の電子制御ユニット４０は、１又は複数のコンピュータを備える。１又は複数のコンピュータは、双方向性バスによって相互に接続されたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、入力ポート、出力ポート、などを含む。

【0019】

本開示による実施例の電子制御ユニット４０の入力ポートには、センサ４１が接続される。このセンサ４１には、燃料タンク２内の圧力であるタンク圧を検出するための圧力センサ４２、バッテリ（図示しない）の電圧を検出するための電圧センサ（図示しない）、などが含まれる。本開示による実施例の入力ポートには更に、給油を行うときに操作者（例えば、車両のドライバ）によって操作される給油スイッチ４３が接続される。一方、本開示による実施例の電子制御ユニット４０の出力ポートは、燃料ポンプ５、燃料噴射弁８、スロットル弁１５、パージ制御弁２１、アクチュエータ３０などに接続される。

【0020】

次に、本開示による実施例の給油制御を詳しく説明する。本開示による実施例では、給油を行うために操作者によって給油スイッチ４３がオンにされると、あらかじめ定められた目標開度まで開弁されるように封鎖弁２４が駆動される。言い換えると、ステップモータ２４ｍのステップ数が目標開度に対応する目標ステップ数まで増大されるように封鎖弁２４又はステップモータ２４ｍが駆動される。

【0021】

本開示による実施例では次いで、タンク圧Ｐがあらかじめ定められた設定圧Ｐｘ以下か否かが判別される。Ｐ≦Ｐｘのとき又はＰ≦Ｐｘになったときに、封鎖弁２４の開弁速度、すなわちステップモータ２４ｍのステップ増加速度に基づいて設定ステップ数が設定される。図３は、本開示による実施例の設定ステップ数ＳＴｘを示している。図３に示される例では、ステップ増加速度ＶＳＴがあらかじめ定められた設定速度ＶＳＴｘ未満のときに、設定ステップ数ＳＴｘが比較的大きな設定ステップ数ＳＴＬに設定される。これに対し、ステップ増加速度ＶＳＴがあらかじめ定められた設定速度ＶＳＴｘ以上のときに、設定ステップ数ＳＴｘが比較的小さな設定ステップ数ＳＴＳ（例えば、ゼロ）に設定される。別の実施例（図示しない）では、ステップ増加速度ＶＳＴが低くなるにつれて大きくなるように、設定ステップ数ＳＴｘが設定される。

【0022】

上述したように、封鎖弁２４のステップモータ２４ｍはバッテリ（図示しない）からの電力供給により駆動される。したがって、バッテリ電圧は封鎖弁２４のステップ増加速度又は封鎖弁２４の開弁速度を表している。本開示による実施例では、バッテリ電圧が検出され、バッテリ電圧があらかじめ定められた設定電圧未満のときにステップ増加速度ＶＳＴがあらかじめ定められた設定速度ＶＳＴｘ未満であると判別され、バッテリ電圧があらかじめ定められた設定電圧以上のときにステップ増加速度ＶＳＴがあらかじめ定められた設定速度ＶＳＴｘ以上であると判別される。

【0023】

次いで、ステップ数ＳＴが設定ステップ数ＳＴｘ以上か否かが判別される。ステップ数ＳＴが設定ステップ数ＳＴｘ未満のときには、給油リッド２９が閉鎖され続ける。ステップ数ＳＴが設定ステップ数ＳＴｘ以上になると、給油リッド２９が開放される。

【0024】

図４は、本開示による実施例において、ステップ増加速度ＶＳＴが比較的高く、したがって設定ステップ数ＳＴｘが比較的小さいステップ数ＳＴＳに設定された場合を示している。図４に示される例では、時間ｔａ１において給油スイッチ４３がオンにされる。時間ｔａ１において、タンク圧Ｐは設定圧Ｐｘ以下であり、ステップ数ＳＴは設定ステップ数ＳＴｘ以上である。したがって、時間ｔａ１において、給油リッド２９が開放される。その結果、給油を速やかに開始することが可能となる。

【0025】

なお、図４に示される例では、時間ｔａ１又はその直後において、ステップ数ＳＴは目標ステップ数ＳＴＴまで増加されていない。しかしながら、ステップ増加速度ＶＳＴが比較的高いので、ステップ数ＳＴは速やかに増加され、実際に給油が行われる時点でステップ数ＳＴは目標ステップ数ＳＴＴまで増加されている。このため、封鎖弁２４の開度が十分に大きい状態で給油が開始され、したがって給油が良好に行われる。

【0026】

一方、図５は、本開示による実施例において、ステップ増加速度ＶＳＴが比較的低く、したがって設定ステップ数ＳＴｘが比較的大きいステップ数ＳＴＬに設定された場合を示している。図５に示される例では、時間ｔｂ１において給油スイッチ４３がオンにされる。時間ｔｂ１において、タンク圧Ｐは設定圧Ｐｘ以下であるけれども、ステップ数ＳＴは設定ステップ数ＳＴｘ未満である。したがって、給油リッド２９は閉鎖され続ける。次いで、時間ｔｂ２において、ステップ数ＳＴが設定ステップ数ＳＴｘ以上になると、給油リッド２９が開放される。したがって、封鎖弁２４の開度が十分に大きくなってから給油が開始されるので、給油が良好に行われる。すなわち、封鎖弁２４の開弁速度が高いときにも低いときにも、良好な給油が確保される。

【0027】

なお、図４及び図５からわかるように、本開示による実施例では、タンク圧Ｐが設定圧Ｐｘ以下のときに給油が行われる。このため、給油キャップ２６が取り外されたときに給油口３から蒸発燃料が流出するのが制限される。また、給油時に液体燃料が燃料タンク２内に速やかに流入する。

【0028】

図６は、本開示による実施例の給油制御ルーチンを示している。このルーチンは、あらかじめ定められた設定時間ごとに繰り返し実行される。図６を参照すると、まずステップ１００では給油スイッチ（ＳＷ）４３がオンであるか否かが判別される。給油スイッチ４３がオフのときには処理サイクルを終了する。給油スイッチ４３がオンのときにはステップ１００からステップ１０１に進み、ステップモータ２４ｍのステップ数ＳＴが目標ステップ数ＳＴＴまで増大されるように封鎖弁２４が駆動される。続くステップ１０２では、燃料タンク２内の圧力Ｐがあらかじめ定められた設定圧力Ｐｘ以下か否かが判別される。Ｐ＞Ｐｘのときにはステップ１０１に戻る。Ｐ≦Ｐｘのときにはステップ１０２からステップ１０３に進み、ステップ増加速度ＶＳＴがあらかじめ定められた設定速度ＶＳＴｘよりも低いか否かが判別される。ＶＳＴ＜ＶＳＴｘのときには次いでステップ１０４に進み、設定ステップ数ＳＴｘが比較的大きな設定ステップ数ＳＴＬに設定される。次いでステップ１０６に進む。これに対し、ＶＳＴ≧ＶＳＴｘのときにはステップ１０３からステップ１０５に進み、設定ステップ数ＳＴｘが比較的小さな設定ステップ数ＳＴＳに設定される。次いでステップ１０６に進む。ステップ１０６ではステップモータ２４ｍのステップ数ＳＴが設定ステップ数ＳＴｘ以上か否かが判別される。ＳＴ＜ＳＴｘのときにはステップ１０１に戻る。ＳＴ≧ＳＴｘのときには次いでステップ１０７に進み、給油リッド２９が開放されるようにアクチュエータ３０が制御される。

【0029】

したがって、包括的に表現すると、給油リッドを開放すべきときに、あらかじめ定められた目標開度まで開弁されるように封鎖弁を駆動するとともに、封鎖弁の開度があらかじめ定められた設定開度未満のときにアクチュエータを制御して給油リッドを閉鎖し、封鎖弁の開度があらかじめ定められた設定開度以上のときにアクチュエータを制御して給油リッドを開放し、更に、封鎖弁の開弁速度が低いときには、封鎖弁の開弁速度が高いときに比べて、大きくなるように設定開度が設定される、ということになる。

【符号の説明】

【0030】

１ 給油制御装置
２ 燃料タンク
２Ｇ ガス領域
１６ ベーパ管
２４ 封鎖弁
２４ｍ ステップモータ
２９ 給油リッド
３０ アクチュエータ
４０ 電子制御ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】