特許 7729316 蒸発燃料処理装置のリーク診断装置

(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】2025-08-18

(45)【発行日】2025-08-26

(54)【発明の名称】蒸発燃料処理装置のリーク診断装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 25/08 20060101AFI20250819BHJP

【ＦＩ】

F02M25/08 Z

F02M25/08 301S

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022181944

(22)【出願日】2022-11-14

(65)【公開番号】P2024071149

(43)【公開日】2024-05-24

【審査請求日】2024-07-24

(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

(74)【代理人】

【識別番号】110004370

【氏名又は名称】弁理士法人片山特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西村 勇作

(72)【発明者】

【氏名】福井 啓太

(72)【発明者】

【氏名】宮原 秀樹

【審査官】堀内 亮吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１８３６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１９３５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２６５８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１２６０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１３４７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１８５５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第１１２９３３８１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１２－１４９５９２（ＪＰ，Ａ）

(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】

内燃機関の燃料を貯留する燃料タンクと、
前記燃料タンクで発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
前記燃料タンク及び前記キャニスタを連通するベーパ通路と、
前記内燃機関の吸気通路及び前記キャニスタを連通させるパージ通路と、
前記ベーパ通路を開閉する封鎖弁と、
前記パージ通路を開閉するパージ弁と、
前記キャニスタ内に外気を導入する外気導入通路と、
前記外気導入通路を開閉する切換弁と、
前記燃料タンク内の圧力であるタンク内圧を検出する第１検出部と、
前記キャニスタ内の圧力であるキャニスタ内圧を検出する第２検出部と、
を備えた蒸発燃料処理装置のリーク診断装置であって、
前記封鎖弁が閉弁状態で前記タンク内圧に基づいて前記燃料タンクのリーク診断を行う第１診断部と、
前記タンク内圧が正常範囲内の場合に、前記パージ弁及び切換弁が閉弁した状態で前記封鎖弁を開弁して、前記切換弁の開弁性に影響があるか否かを判定する判定部と、
前記判定部により否定判定の場合には前記キャニスタ内圧に基づいて前記キャニスタのリーク診断を実行し、前記判定部により肯定判定の場合には前記封鎖弁を閉弁してから前記キャニスタ内圧に基づいて前記キャニスタのリーク診断を行う第２診断部と、を含み、
前記判定部は、前記パージ弁及び切換弁が閉弁した状態で前記封鎖弁を開弁してから前記キャニスタ内圧が閾値以上となった場合に、前記切換弁の開弁性に影響があると判定し、
前記閾値は、標準大気圧よりも高く前記切換弁の開弁性に影響が生じる前記キャニスタ内圧よりも低い圧力値であり、
前記燃料タンクのリーク診断において前記タンク内圧が正常範囲内ではない場合、前記第１診断部は前記燃料タンクにリーク異常があると判定し、前記判定部による前記切換弁の開弁性に影響があるか否かの判定は行われず、前記第２診断部による前記キャニスタのリーク診断も行われず、
前記第２診断部は、前記キャニスタ内圧が正常範囲内の場合には前記燃料タンク及びキャニスタはリーク正常と判定し、前記キャニスタ内圧が正常範囲内ではない場合には前記キャニスタはリーク異常ありと判定する、蒸発燃料処理装置のリーク診断装置。

【請求項2】

前記第２診断部は、前記キャニスタのリークの診断後に前記切換弁を開弁する、請求項１の蒸発燃料処理装置のリーク診断装置。

【請求項3】

前記切換弁は、弁体、前記弁体に対して推力を付与するソレノイド、及び前記弁体に対して前記ソレノイドの推力と反対方向の付勢力を付与するリターンスプリング、を含む電磁弁であり、
前記ソレノイドが通電状態となると、前記ソレノイドの推力が前記リターンスプリングの付勢力よりも大きくなることにより、前記弁体が前記外気導入通路を閉じ、
前記ソレノイドが非通電状態となると、前記ソレノイドの推力が前記リターンスプリングの付勢力よりも小さくなることにより、前記弁体が前記外気導入通路を開く、請求項１又は２の蒸発燃料処理装置のリーク診断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸発燃料処理装置のリーク診断装置に関する。

【背景技術】

【0002】

蒸発燃料処理装置の燃料タンクとキャニスタとのリーク診断を行うリーク診断装置が知られている。リーク診断は以下のようにして行われる。最初に、封鎖弁が閉弁した状態でタンク内圧に基づいて燃料タンクのリーク診断が行われる。タンク内圧が正常範囲内であった場合には、燃料タンクにはリーク異常がないものとみなされる。次にパージ弁及び切換弁を閉弁した状態で封鎖弁を開弁し、タンク内圧に基づいてキャニスタのリーク診断が行われる（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－１４９５９２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

燃料タンクにリーク異常がない状態では、タンク内圧が高圧となっている場合がある。このような状態でキャニスタのリーク診断が行われる場合がある。キャニスタのリーク診断においてパージ弁及び切換弁が閉弁した状態で封鎖弁が開弁すると、燃料タンクからの圧力が切換弁に作用して、切換弁の開弁性に影響が生じるおそれがある。

【0005】

そこで本発明は、切換弁の開弁性を確保した蒸発燃料処理装置のリーク診断装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的は、内燃機関の燃料を貯留する燃料タンクと、前記燃料タンクで発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記燃料タンク及び前記キャニスタを連通するベーパ通路と、前記内燃機関の吸気通路及び前記キャニスタを連通させるパージ通路と、前記ベーパ通路を開閉する封鎖弁と、前記パージ通路を開閉するパージ弁と、前記キャニスタ内に外気を導入する外気導入通路と、前記外気導入通路を開閉する切換弁と、前記燃料タンク内の圧力であるタンク内圧を検出する第１検出部と、前記キャニスタ内の圧力であるキャニスタ内圧を検出する第２検出部と、を備えた蒸発燃料処理装置のリーク診断装置であって、前記封鎖弁が閉弁状態で前記タンク内圧に基づいて前記燃料タンクのリーク診断を行う第１診断部と、前記タンク内圧が正常範囲内の場合に、前記パージ弁及び切換弁が閉弁した状態で前記封鎖弁を開弁して、前記切換弁の開弁性に影響があるか否かを判定する判定部と、前記判定部により否定判定の場合には前記タンク内圧又は前記キャニスタ内圧に基づいて前記キャニスタのリーク診断を実行し、前記判定部により肯定判定の場合には前記封鎖弁を閉弁してから前記キャニスタ内圧に基づいて前記キャニスタのリーク診断を行う第２診断部と、を含む、蒸発燃料処理装置のリーク診断装置によって達成できる。

【0007】

前記判定部は、前記パージ弁及び切換弁が閉弁した状態で前記封鎖弁を開弁してから前記キャニスタ内圧が閾値以上となった場合に、前記切換弁の開弁性に影響があると判定し、前記閾値は、標準大気圧よりも高く前記切換弁の開弁性に影響が生じる前記キャニスタ内圧よりも低い圧力値であってもよい。

【0008】

前記第２診断部は、前記キャニスタのリークの診断後に前記切換弁を開弁してもよい。

【0009】

前記切換弁は、弁体、前記弁体に対して推力を付与するソレノイド、及び前記弁体に対して前記ソレノイドの推力と反対方向の付勢力を付与するリターンスプリング、を含む電磁弁であり、前記ソレノイドが通電状態となると、前記ソレノイドの推力が前記リターンスプリングの付勢力よりも大きくなることにより、前記弁体が前記外気導入通路を閉じ、前記ソレノイドが非通電状態となると、前記ソレノイドの推力が前記リターンスプリングの付勢力よりも小さくなることにより、前記弁体が前記外気導入通路を開いてもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、切換弁の開弁性を確保した蒸発燃料処理装置のリーク診断装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、エンジンに適用された蒸発燃料処理装置の概略構成図である。

【図2】図２Ａ及び図２Ｂは、切換弁の概略構成図である。

【図3】図３は、ＥＣＵが実行するリーク診断制御を例示したフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［蒸発燃料処理装置の概略構成］
図１は、エンジン１に適用された蒸発燃料処理装置３の概略構成図である。本実施例では、エンジン１や蒸発燃料処理装置３は車両に搭載されている。エンジン１には、燃焼室１１に燃料を噴射供給する燃料噴射弁１２、噴射された燃料と吸入空気と混合体である混合気に点火を行う点火プラグ１３などが設けられている。燃焼室１１には、吸気通路１４及び排気通路１５がそれぞれ接続されている。吸気通路１４の途中には、同吸気通路１４の一部を構成するサージタンク１６が設けられている。このサージタンク１６の吸気上流には、吸入空気量を調量するスロットルバルブ１７が設けられている。

【0013】

蒸発燃料処理装置３は、燃料を貯留する燃料タンク３０を備えている。燃料タンク３０内の燃料は、燃料供給経路を介して燃料噴射弁１２に供給される。燃料タンク３０には、燃料タンク３０内の圧力であるタンク内圧を検出するタンク内圧センサ５０が設けられている。蒸発燃料処理装置３は、燃料タンク３０内で発生した蒸発燃料が大気に放出されることを抑制する。

【0014】

蒸発燃料処理装置３には、燃料タンク３０内で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタ３１が設けられている。キャニスタ３１及び燃料タンク３０はベーパ通路３２で連通されている。ベーパ通路３２の途中には、ベーパ通路３２を開閉する封鎖弁４２が設けられている。封鎖弁４２を開弁することにより、燃料タンク３０内の蒸発燃料がキャニスタ３１に設けられた吸着材に一旦捕集される。

【0015】

キャニスタ３１及びサージタンク１６はパージ通路３３で連通されている。パージ通路３３の途中には、パージ通路３３を開閉するパージ弁４３が設けられている。キャニスタ３１には、キャニスタ３１内に外気を導入する外気導入通路３６が接続されている。外気導入通路３６の開放端にはエアフィルタ３７が設けられている。

【0016】

外気導入通路３６の途中には、外気導入通路３６を開閉する切換弁４６が設けられている。切換弁４６は、詳しくは後述するが、非通電状態で外気導入通路３６を開放し、通電状態で外気導入通路３６を閉鎖する電磁弁である。また、キャニスタ３１と切換弁４６との間には、キャニスタ３１側の圧力であるキャニスタ内圧を検出可能なキャニスタ内圧センサ５１が設けられている。切換弁４６及びキャニスタ内圧センサ５１については詳しくは後述する。機関運転中、切換弁４６は外気導入通路３６を開放するように、つまりキャニスタ３１内に外気が導入できる状態に維持される。

【0017】

エンジン１や蒸発燃料処理装置３は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０によって制御される。ＥＣＵ６０は、車両の走行制御に係る各種演算処理を行う演算処理回路と、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリと、を備える電子制御ユニットである。ＥＣＵ６０には、エンジン１の運転状態等を検出する各種センサや、タンク内圧センサ５０、キャニスタ内圧センサ５１、車両の運転者によって操作されるイグニッションスイッチ５５等が接続されている。ＥＣＵ６０は、それらセンサやスイッチからの信号に基づいて蒸発燃料処理装置３やエンジン１の各種制御を実行する。また、ＥＣＵ６０は詳しくは後述するが、蒸発燃料処理装置のリーク診断装置の一例であり、判定部、第１診断部、及び第２診断部を機能的に実現する。

【0018】

ＥＣＵ６０は、所定条件が成立すると機関運転中に、切換弁４６が開弁し封鎖弁４２が閉弁した状態でパージ弁４３を開弁するパージ処理を行う。これにより、キャニスタ３１から蒸発燃料が脱離して、脱離した蒸発燃料はパージ通路３３を介してサージタンク１６に導入され、燃焼室１１で燃焼される。

【0019】

［キャニスタ内圧センサの概略構成］
図２Ａ及び図２Ｂは、切換弁４６の概略構成図である。図２Ａは、開弁状態の切換弁４６を示している。図２Ｂは、閉弁状態の切換弁４６を示している。切換弁４６は以下に詳しくは後述するが、非通電状態で開弁状態となり、通電状態で閉弁状態となる。切換弁４６は、弁体４６１、ソレノイド４６３、及びリターンスプリング４６５を含む。ソレノイド４６３は、弁体４６１に対して推力を付与する。リターンスプリング４６５は、弁体４６１に対してソレノイド４６３の推力と反対方向の付勢力を付与する。ソレノイド４６３が非通電状態では、図２Ａに示すようにリターンスプリング４６５の付勢力に従って弁体４６１は、絞り部３６ａを開放する位置に位置付けられている。即ちリターンスプリング４６５は、弁体４６１を開弁方向に付勢している。ソレノイド４６３が通電状態となると、ソレノイド４６３の推力がリターンスプリング４６５の付勢力よりも大きくなる。これにより、ソレノイド４６３の推力により、リターンスプリング４６５の付勢力に抗して弁体４６１が閉弁方向に移動する。その結果、図２Ｂに示すように弁体４６１が絞り部３６ａを閉鎖する。

【0020】

外気導入通路３６内には、センサ通路３６１の一端が挿入されている。センサ通路３６１の他端には、キャニスタ内圧センサ５１が接続されている。切換弁４６の非通電状態では、弁体４６１がリターンスプリング４６５の付勢力によりセンサ通路３６１の一端を塞いでいる。切換弁４６が通電状態となると、弁体４６１がセンサ通路３６１の一端から離間する。尚、センサ通路３６１には開口３６１ａが形成されており、キャニスタ内圧センサ５１は外気導入通路３６内の圧力を検出可能である。

【0021】

ＥＣＵ６０は蒸発燃料処理装置３のリーク診断制御を実行する。リーク診断制御の実行中に、図２Ｂに示したように切換弁４６が閉弁状態でキャニスタ内圧が高圧となる場合がある。キャニスタ内圧が高圧となると、弁体４６１に作用するリターンスプリング４６５の付勢方向とは反対方向の力は、リターンスプリング４６５の付勢力よりも大きくなるおそれがある。これにより弁体４６１が閉弁状態に維持され、ソレノイド４６３を非通電状態にしても、直ちに開弁しない又は開弁ができなくなるおそれがある。この問題に対して例えば付勢力が大きいリターンスプリング４６５を採用することにより解決することも考えられる。しかしながらこの場合、切換弁４６が大型化するおそれがある。そこで本実施例では、ＥＣＵ６０は以下のようなリーク診断制御を実行する。

【0022】

［リーク診断制御］
図３は、ＥＣＵ６０が実行するリーク診断制御を例示したフローチャートである。本制御はイグニッションがオンの間は継続して繰り返される。ＥＣＵ６０はリーク診断のための前提条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１）。この前提条件は、燃料タンク３０内において燃料蒸気の発生が安定した状態であることを判定するための条件である。例えば、次のような条件である。

【0023】

第１条件は、駐車などにより長時間（予め設定した基準時間以上）の内燃機関停止状態後にイグニッションオンの場合であって、イグニッションスイッチオンからパージ弁４３を開けて吸気通路１４に最初にパージする直前までの期間であること。第２条件は、イグニッションオフ後で数時間（例えば５時間）経過し、冷却水温センサが検出する冷却水温が所定温度（例えば３５℃）以下である状態であること。尚、冷却水温の代わりに吸気温センサが検出する吸気温を用いても良い。このような第１条件又は第２条件が前提条件として設定されている。尚、第1条件と第２条件とを論理和条件とした前提条件であってもよい。ステップＳ１でＮｏの場合には本制御を終了する。

【0024】

ステップＳ１でＹｅｓの場合には、以下のように第１リーク診断が行われる。ＥＣＵ６０は、タンク内圧センサ５０の検出値に基づいてタンク内圧が正常範囲内か否かを判定する（ステップＳ２）。正常範囲内とは、タンク内圧センサ５０の公差を考慮して略大気圧とみなすことができる圧力範囲を除外した範囲である。即ち、タンク内圧が略大気圧とみなすことができる範囲を除外した高圧又は負圧の場合には、燃料タンク３０でのリークは発生していないものとみなすことができる。燃料タンク３０にリークが発生していると、タンク内圧は略大気圧となるからである。

【0025】

ステップＳ２でＮｏの場合には、ＥＣＵ６０はカウンタＡをカウントアップする（ステップＳ３）。次にＥＣＵ６０は、カウンタＡが所定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４でＮｏの場合には、ＥＣＵ６０はリーク診断を保留する（ステップＳ５）。ステップＳ４でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ６０は燃料タンク３０のリーク異常ありと判定する（ステップＳ６）。以上のようにして第１リーク診断が行われる。ステップＳ２～Ｓ４、Ｓ６は、第１診断部が実行する処理の一例である。

【0026】

ステップＳ２でＹｅｓの場合には、タンク内圧は正常範囲内であるとみなされ、ＥＣＵ６０は以下のように第２リーク診断を行う。ＥＣＵ６０は、切換弁４６を閉弁し（ステップＳ７）、その後に封鎖弁４２を開弁する（ステップＳ８）。これにより、タンク内圧がキャニスタ３１内や、外気導入通路３６のキャニスタ３１と切換弁４６との間の部位、切換弁４６の弁体４６１、パージ通路３３のキャニスタ３１とパージ弁４３との間の部位にまで伝わる。

【0027】

次にＥＣＵ６０は、切換弁４６の開弁性に影響があるか否かを判定する（ステップＳ９）。具体的にはＥＣＵ６０は、キャニスタ内圧センサ５１の検出値に基づいてキャニスタ内圧が閾値以上にまで上昇した場合に、切換弁４６の開弁性に影響があると判定する。閾値は、標準大気圧よりも高く切換弁４６の開弁性に影響が生じるキャニスタ内圧よりも低い圧力値である。切換弁４６の開弁性に影響が生じるキャニスタ内圧は、予め実験結果やシミュレーション結果に基づいて定められている。ステップＳ９は、判定部が実行する処理の一例である。

【0028】

ステップＳ９でＹｅｓの場合、ＥＣＵ６０は封鎖弁４２を閉弁する（ステップＳ１０）。これにより、キャニスタ内圧がそれ以上高圧となることを防止でき、切換弁４６の開弁性を確保することができる。

【0029】

ステップＳ９でＮｏの場合又はステップＳ１０の実行後は、ＥＣＵ６０はキャニスタ内圧センサ５１の検出値に基づいてキャニスタ内圧が正常範囲内か否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１でＮｏの場合には、ＥＣＵ６０はカウンタＢをカウントアップする（ステップＳ１２）。次にＥＣＵ６０は、カウンタＢが所定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３でＮｏの場合には、ＥＣＵ６０はリーク診断結果を保留する（ステップＳ５）。ステップＳ１３でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ６０はキャニスタ３１のリーク異常ありと判定する（ステップＳ１４）。

【0030】

ステップＳ１１でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ６０は燃料タンク３０及びキャニスタ３１はリーク正常と判定し（ステップＳ１５）、カウンタＡ及びＢをリセットする（ステップＳ１６）。ステップＳ１４又はＳ１６の実行後は、ＥＣＵ６０は切換弁４６を開弁する（ステップＳ１７）。切換弁４６を開弁することにより、パージ要求があれば直ちにパージ弁４３を開くことによりパージ処理を行うことができる。ステップＳ１１～Ｓ１７は、第２診断部が実行する処理の一例である。

【0031】

以上のようにして、切換弁４６の開弁性を確保しつつ燃料タンク３０及びキャニスタ３１のリーク診断を行うことができる。また、リーク診断後にパージ処理を行うことができる。

【0032】

ステップＳ９でＮｏの場合には、ＥＣＵ６０はタンク内圧センサ５０の検出値に基づいてキャニスタ内圧が正常範囲内か否かを判定してもよい。ステップＳ９でＮｏの場合には、パージ弁４３及び切換弁４６が閉弁し封鎖弁４２が開弁した状態であるため、タンク内圧とキャニスタ内圧とは同じ値を示すからである。

【0033】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0034】

１ エンジン
３ 蒸発燃料処理装置
３０ 燃料タンク
３１ キャニスタ
３２ ベーパ通路
３３ パージ通路
３６ 外気導入通路
３７ エアフィルタ
４２ 封鎖弁
４３ パージ弁
４６ 切換弁
５０ タンク内圧センサ
５１ キャニスタ内圧センサ
６０ ＥＣＵ（リーク診断装置、判定部、第１診断部、第２診断部）

【図1】

【図2】

【図3】