JP4564221B2 - 特に自動車の燃料タンク装置の低エミッション運転方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、自動車における燃料蒸気のエミッションをモニタリングするための一般検査装置に関するものである。特に、本発明は、燃料タンク装置内で形成されたガス状または蒸気状燃料を吸収するための活性炭フィルタが設けられている、燃料タンク装置の特に一時的な気密検査を実行するための、自動車の燃料タンク装置の運転方法および装置に関するものである。
【０００２】
発明の背景
燃料で駆動される今日の自動車は、多くの場合、燃料貯蔵タンクを有し、並びに燃料貯蔵タンク内で形成された燃料蒸気のエミッションをモニタリングし且つ場合により防止するための検査装置を有している。検査装置は、特に、場合により発生した燃料蒸気を活性炭フィルタにより捕獲し、且つ燃料蒸気を活性炭フィルタ内に一時的に蓄積するように作動する。大抵は炭化水素蒸気である揮発性の燃料蒸気は、特に車両の給油過程中に、またはタンク内の上昇した燃料温度およびそれに伴う燃料蒸気圧の上昇に基づいて発生する。
【０００３】
活性炭フィルタの貯蔵能力は、蓄積された炭化水素量の上昇と共に低下し、したがって、活性炭フィルタを一定の間隔で再生すること、即ち蓄積された炭化水素を活性炭フィルタから再び放出させることが必要である。このために、活性炭フィルタは、再生弁を介して、燃焼空気を吸い込むために使用される内燃機関の吸気管と結合されている。したがって、再生弁を開くことにより、活性炭フィルタと吸気管との間に圧力降下が発生し、この圧力降下により活性炭フィルタ内に蓄積された炭化水素が吸気管内に導かれ、この結果、最終的に内燃機関内で燃焼されて除去される。
【０００４】
これに関して、米国のような二、三の国においては、将来、行政当局の側から要求される厳しい法規制が内燃機関の運転において指示される。この規制により、例えば、ガソリンのような揮発性燃料が使用される自動車は、場合により発生する、タンクないし全体燃料タンク装置内の非気密性（漏れ）をも検出可能な冒頭記載の検査装置を有することが必要となる。
【０００５】
自動車の内燃機関内の漏れの対応診断方法および装置が、特開２００３−５２７５８９号に提案されている。これは、燃料タンク内に設けられた圧力センサにより測定された圧力変化および車両の停止中に密閉されたタンク内に発生した圧力変化の検出に基づいている。この場合、特に燃料タンクの可能な冷却において発生するタンク内容物の負圧を利用している。タンクに漏れ箇所が存在する場合、漏れ箇所を介して周囲の空気がタンク内に流入可能なので、一般に圧力が上昇する。したがって、簡単な圧力測定により、タンク内ないし全体タンク装置内の漏れ箇所の存在が特定される。
【０００６】
しかしながら、その代わりに、負圧を内燃機関により「能動的」に発生することも可能であり、この場合、タンクないし全体燃料タンク装置が吸気管と短時間圧力伝達可能に結合され、これにより、タンク内に吸気管圧力に対応する負圧が形成される。このような方法は、例えば米国特許第５，９５７，１１１号に記載されている。
【０００７】
さらに、米国特許第５，１４６，９０２号に、上記の２つの例とは逆に、タンク内に過圧が発生され、且つ漏れ診断のためにこの過圧の降下が検査される方法および装置が記載されている。
【０００８】
さらに、上記の特開２００３−５２７５８９号に、圧力センサにより、タンク内容物を加熱した場合に発生した過圧が漏れ診断のためにそれに対応して逆の圧力方向に利用可能であることが記載されている。漏れテストにおいて負圧条件および過圧条件を使用することにより、診断ミスの頻度が低減される。
【０００９】
既知のタイプの方法および装置は、燃料タンクの非気密性ないし漏れが存在したとき、場合により燃料タンクしたがってタンク内容物の加熱が行われた後に過圧が発生し、この過圧により、漏れ箇所を通過して炭化水素含有ガスまたは蒸気が燃料タンク装置から活性炭フィルタをバイパスして周囲に流出することになるという欠点を有している。これは、自動車においては特に、車両の停止中にこの過圧が形成される場合である。その理由は、この場合には、余剰のガスないし蒸気が、モータ駆動ポンプにより、ないしは機関それ自身によって（例えば吸気管を介して）形成された負圧により、能動的に吸引排除可能ではないからである。
【００１０】
さらに、燃料タンク内に過圧を形成する上記の状況は、蒸気の燃料タンクの加熱がなくても、即ち例えば気象条件により大気圧が低下したときにおいても、発生することがある。
【００１１】
発明の要約
特に、いわゆる炭化水素による環境への影響を低減させる冒頭記載の方法および装置を提供することが本発明の課題である。さらに、このような方法および装置は、できるだけ簡単に、したがってコスト的に有利に実行可能でなければならない。特に自動車における使用に関して、この装置は、さらに、燃料タンク装置の重量増加ができるだけ小さいことを前提とすべきである。
【００１２】
この課題は独立請求項の特徴により解決される。有利な実施態様が従属請求項に記載されている。
本発明による方法の特殊性は、最初に、ガスないし蒸気に関する物理的状態変数、例えば燃料タンク装置の内部および／または自動車の周囲におけるガス圧ないし蒸気圧、またはガス温度ないし蒸気温度を測定することにある。次に、このようにして得られたデータから、燃料タンク装置内の予想されるガス圧ないし蒸気圧が決定される。即ち、これは、存在する状態変数に基づいてガス圧ないし蒸気圧がいかに発生するか、即ち、設定可能な時間後に過圧または場合により負圧が予想されるかどうかの確率的予知に対応するといえる。燃料タンク装置内のガス状ないし蒸気状燃料の圧力が車両の周囲における対応の圧力に対して過圧であることが予想された場合、ガス状ないし蒸気状燃料が、活性炭フィルタを介して燃料タンク装置から車両の周囲に導かれる。これとは逆に負圧が予想された場合、これに対して、特に負圧を用いて燃料タンク装置の気密検査を可能にするために、燃料タンク装置または燃料タンクだけのガスないし蒸気に対する気密性即ち密閉性が推測される。
【００１３】
上記の方法ステップの開始前に、さらに、自動車の停止が予想されるかどうかが検査されることが好ましい。停止された車両においては、場合により存在する余剰の燃料ガスないし蒸気を吸引するための通常の機構は、機関が停止しているために作動可能ではないので、この状況においては同時に、炭化水素が場合により存在する漏れ箇所を介して外部に流出するという危険性が増大する。
【００１４】
上記の圧力状況の決定に関する予知の精度を高めるために、さらに、それぞれの物理的状態変数即ち温度および／または圧力が、燃料装置内のみならず車両の周囲においても測定されるように設計することが可能である。この場合、燃料タンク装置が、外部温度（車両の外部の温度）および燃料タンクの内部温度との間の所定の負の温度勾配が特定されたときにのみ、ガスないし蒸気に対する気密性が推測されるように設計することが可能である。即ち、この場合、燃料タンク内の負圧の形成が予知され、この負圧の形成が、場合により存在する漏れ箇所を通過しての炭化水素の「ガス排出」を有効に防止する。
【００１５】
同様に、本発明により、燃料タンク装置ないし燃料タンクの内圧と車両の外部で測定された外圧との間の負の圧力勾配が検出ないし予知されたときには、燃料タンク装置ないし燃料タンクのガスないし蒸気に対する気密性の予測が防止されるように設計することが可能である。
【００１６】
さらに、車両の停止と燃料タンク装置のガスないし蒸気に対する気密性の推測との間に短い時間間隔（最小時間）が設けられてもよい。燃料タンク内の燃料のそれまでの揺動に基づいて燃料はガスを排出し続けるので、この短い時間間隔により過圧の発生を有効に回避可能である。
【００１７】
同様に、検出された給油過程と燃料タンク装置のガスないし蒸気に対する気密性の推測との間に最小待ち時間が設けられてもよい。この場合、給油過程はタンク・カバーのロック機構等により検知ないし特定することができる。これにより、著しくガスを排出しやすい極めて新しい燃料の場合に、燃料タンク装置が、同様に過圧を形成させる早い時期に、ガスないし蒸気に対する気密性が推測されることが回避される。
【００１８】
同様に本発明により提案された装置は、特に、上記の１つないし複数の物理的状態変数を測定するためのセンサを有している。さらに、決定された１つないし複数の状態変数を考慮して、燃料タンク装置内の予想されるガス圧ないし蒸気圧を決定するための計算ユニットが設けられている。ガス状ないし蒸気状燃料を、活性炭フィルタを介して、燃料タンク装置から車両の周囲に導くために、および／または特に負圧を用いて燃料タンク装置の気密検査を可能にするようにガスないし蒸気に対する気密性を推測するために、適切な制御手段がさらに設けられている。この制御手段は、自動車構造の範囲内で通常使用される弁、ポンプおよび／または制御装置を含んでいてもよい。この場合、制御装置の既存のプログラム・コードを僅かに修正することにより、または本発明によりポンプ、弁等の既知の油圧装置構成要素を使用することにより、制御を実行可能であることが有利である。
【００１９】
本発明による装置は、計算ユニットと協働する、差し迫っている自動車の停止を検出するための手段を有していることが好ましい。この利点は、本発明により提案された方法の評価において既に記載され、且つこの場合も同様に適用される。差し迫っている車両の停止は、例えば、機関の停止により、または周囲が暗い場合には機関の停止に先立って行われる車両照明のスイッチを切ることにより検出ないし予知される。ドライバのドアの状態（機関が停止中における開閉）が予知のために使用されてもよい。
【００２０】
本発明による装置において、計算ユニットと協働する、燃料タンク装置内の温度および／または車両の周囲における温度を測定するための１つまたは複数の温度センサが設けられてもよい。その代わりにまたはそれと同時に、燃料タンク装置内の圧力および／または車両の周囲における圧力を測定するための圧力センサが設けられていてもよい。上記のように、車両の内部と外部とにおいて同時に行われる圧力および／または温度の測定およびそれに続く勾配の形成により、予知の精度を著しく高めることができる。
【００２１】
特に有利な実施態様において、装置は、活性炭フィルタと活性炭フィルタの一時的洗浄のために設けられているフィルタとの間に配置された双安定弁、特に電流の流れのない双安定弁電磁弁を有している。このような弁は、ガス流れ制御ないし蒸気流れ制御に対する上記の本発明による要求を特に効果的に満たしている。電流が流れていない運転状態においては閉じられている既知のように使用される電磁弁に対して、本発明により提案される弁は、電流が流れることなくそれぞれ存在する開閉状態のままであり、即ち、閉じられた状態または開かれた状態のままである。一方の方向においてのみならず他方の方向においても、これら両方の状態間の切換を行うためにのみ電流パルスが必要とされる。この弁は、検出された車両の停止過程の間、周囲条件がタンク内ないし燃料タンク装置内の負圧の発生を予想させたときにのみ、燃料タンク装置のガスないし蒸気に対する外部への気密性を推測するように制御される。これに対して、他の場合には弁が開かれ、これにより、タンクと周囲との間の圧力均衡が妨害されることなく活性炭フィルタを介して可能になる。この手段により、場合により既に発生した燃料タンク装置内ないしタンク内の過圧の圧力低下が行われるか、または場合により存在する漏れ箇所を介して燃料ガスないし燃料蒸気を排出するであろう過圧そのものの形成を防止することができる。
【００２２】
炭化水素ガスの排出を更により確実に防止するために、過圧が検出されたとき、タンク内部空間内に設けられている圧力センサにより弁が直接開かれるように設計されていてもよく、これにより、それ以後の圧力上昇を有効に防止することができる。
【００２３】
以下に本発明を図面により詳細に説明するが、この場合、同じ特徴、または機能が同じかまたは類似の特徴には同じ参照符号が付けられている。
実施態様の説明
図１の概略ブロック線図は、（図示されていない）自動車内の、燃料蒸気のエミッションをモニタリングするための従来技術から既知の検査装置１０を示す。検査装置は、漏れ診断のためのポンプおよび弁装置１１並びに活性炭フィルタ１２を有し、これらは配管１３を介して圧力伝達可能に相互に結合されている。燃料貯蔵タンク１４は、溢流および蒸気流れ検査弁１５および配管１６を介して、活性炭フィルタ１２と結合されている。（ここには図示されていない）内燃機関の吸気管１７は、配管１８を介して同様に活性炭フィルタ１２と圧力伝達可能に結合されている。検査装置は、配管１８の延長部内の吸気管１７の付近に再生弁１９を有している。さらに制御ユニット２０が設けられ、制御ユニット２０は、ポンプおよび弁装置１１と電気的に結合され、且つポンプおよび弁装置１１および再生弁１９を制御する。さらに、検査装置１０は受動フィルタ２１を含み、受動フィルタ２１は、ポンプおよび弁装置１１を、大気即ち車両の周囲と圧力伝達可能に結合している。
【００２４】
車両ないし車両の（ここには同様に図示されていない）内燃機関の運転において、または燃料貯蔵タンク１４の給油において、タンク１４内に揮発性炭化水素蒸気が形成され、炭化水素蒸気は、配管１６を介して活性炭フィルタ１２に到達し、活性炭フィルタ１２内に既知のように可逆的に結合される。再生弁１９は通常閉じられている。定期的な時間間隔で、再生弁１９は、制御ユニット２０により、吸気管１７内に発生している負圧の所定の分圧が活性炭フィルタ１２に供給されるように操作され、この結果、蓄積された炭化水素蒸気が、活性炭フィルタ１２から配管１８および再生弁１９を介して吸気管内に吸引され、これにより、最終的に内燃機関に供給されて燃焼され、したがって最後には除去される。活性炭フィルタ１２のこの再生過程において、配管１３およびフィルタ２１を介して活性炭フィルタ１２内にフレッシュ・エアが吸い込まれ、これにより本来の洗浄効果が達成される。
【００２５】
図２は、図１に既に示したポンプおよび弁装置１１の従来技術から既知の実施態様の概略拡大部分図を、本来の負圧法により気密検査が行われる実施態様において示している。この場合、電磁弁３０は、機関が運転中においてのみ電流が流れることにより開かれ、これにより活性炭フィルタ１２の洗浄のためにできるだけ大きな配管断面が提供される。機関が停止したとき、電磁弁３０は、電流の流れがないので閉じられている。さらに受動安全弁、即ち「真空リリーフ」３１および「圧力リリーフ」３２が設けられ、これらの受動安全弁は、燃料タンク装置特に燃料貯蔵タンク１４および配管１６と車両の周囲（大気）との間の差圧が僅かであるときにのみ閉じられている。したがって、燃料貯蔵タンク１４内の温度変化は燃料貯蔵タンク１４内に負圧または過圧を形成させることがある。燃料貯蔵タンクと周囲との間の差圧が比較的大きいとき、存在する圧力勾配の方向に対応して、それぞれ受動安全弁３１、３２が開き、これにより圧力均衡を形成することができる。このとき存在する過圧または負圧は、圧力スイッチ３３により検出される。漏れテストは、冒頭に引用された特許文献に詳細に記載され且つ本発明に対しては副次的な役割を果たすにすぎないので、漏れテストの詳細については、ここではこれ以上の説明は省略する。
【００２６】
図３は、本発明による装置を図１に類似のブロック線図で示す。図１および図２に示した既知の検査装置と同様に、本発明による装置は、ポンプおよび弁装置１１、活性炭フィルタ１２、燃料貯蔵タンク１４、制御ユニット２０、並びにこでは詳細に符号が付けられていない対応の配管を有している。図２と同様に、ポンプおよび弁装置１１は、安全弁３１、３２、並びに圧力スイッチ３３をも有している。図１および図２に示した装置とは異なり、ポンプおよび弁装置１１は、本発明により電流の流れのない双安定電磁弁４０を含む。双安定電磁弁４０は、閉じた状態においてのみならず、開いた状態においても電流が流れないままである。これら両方の状態間の切換を行うためにのみ電流パルスが必要とされる。双安定電磁弁４０は、電気ライン４１を介して制御ユニット２０と結合され、且つ制御モジュール４２、例えば対応のプログラム・コードにより操作される。制御ユニット２０は更に、電気ライン４３、４４を介して、燃料タンク１４内に設けられた圧力センサ４５、並びに車両の外部に設けられた圧力センサ４６と結合されている。両方の圧力センサ４５、４６の代わりに、温度センサが使用されてもよく、または圧力センサが温度センサと組み合わされて使用されてもよい。圧力センサ４５、４６は、ライン４３、４４を介して制御ユニット２０に圧力信号を供給する。制御ユニットが、（ここには図示されていない）センサまたはＣＡＮバスを介して伝送されたデータにより、差し迫っている車両の停止を特定すると直ちに、圧力信号から得られた実際に存在する圧力データが、制御モジュール４２により、車両の停止後に燃料貯蔵タンク１４内に負圧または過圧が予想されるかどうかに関して評価される（図４も参照）。
【００２７】
制御モジュール４２が、圧力データの評価において、車両の停止後に車両外部圧力（大気）に対して燃料貯蔵タンク１４内に過圧が予想されるという結果を得た場合、双安定電磁弁４０が開かれ、これにより、余剰燃料蒸気を、流れ方向４７に対応して、活性炭フィルタ１２を介して燃料貯蔵タンク１４から車両の周囲に導くことができる。負圧が予想された場合、双安定電磁弁４０は、これとは逆に閉じられるかないしは閉じられたままであり、これにより、負圧を用いて燃料タンク装置の気密検査を行うことができる。流れ方向４８に、フレッシュ・エアを活性炭フィルタ１２内に導くことができ、これにより、既に記載の活性炭フィルタ１２の再生のための洗浄を行うことができる。
【００２８】
ここで、本発明による方法を、図４に示した流れ図により詳細に説明する。最初に、車両機関が運転されているかどうかが検査される（ステップ５０）。これが肯定の場合、更に、車両が停止過程中であるかどうか、即ち車両が間もなく停止される（例えば駐車される）ことが予想されるかどうかが検査される（ステップ５１）。これは種々の情報に基づき、例えば機関状態、ドライバのドアの状態等により行うことができる。停止過程の存在が検出されると直ちに、タンク内部圧力および車両外部圧力が測定される（ステップ５２）。その代わりにまたはそれに追加して、対応する内部温度ないし外部温度が測定されてもよい。測定された圧力データが比較され（ステップ５３）、および外部圧力より高いタンク内部圧力が予想されるかどうかが予知される（ステップ５４）。これが否定の場合、双安定電磁弁４０が既に開いているかどうかが検査される（ステップ５５）。これが否定の場合、電磁弁４０が開かれ（ステップ５６）、その後に待ちループ５７が実行される。燃料タンク内の燃料のそれまでの揺動に基づいて、燃料がガスを排出し続けるので、待ちループ５７により過圧の発生が回避される。待ち時間の経過後に、電磁弁４０が閉じられ（ステップ５８）、その後に、場合により漏れテストが実行される（ステップ５９）。
【００２９】
その後に、本発明により、周囲とタンク内部との間に圧力降下が存在する場合にのみ更に漏れテストが実行され、この場合、いずれの場合も外部空気が漏れ箇所を介して燃料貯蔵タンク内に流入することができる。これにより、燃料蒸気のエミッションがきわめて有効に回避される。しかしながら、予想されたタンク内部圧力が、予想された、ないし存在する周囲圧力より高い場合に、電磁弁が既に開いているかどうかが検査される（ステップ６０）。これが否定の場合、電磁弁４０が開かれ、これにより余剰燃料蒸気を、活性炭フィルタ１２を介して燃料貯蔵タンク１４から車両の周囲に導くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、従来技術による自動車内の燃料タンク蒸気のエミッションをモニタリングするための検査装置を概略図で示す。
【図２】 図２は、負圧技術を用いて気密検査を行うための、図１に示したポンプおよび弁装置の従来技術から既知の実施態様を拡大部分図で示す。
【図３】 図３は、本発明による装置を図１に類似のブロック線図で示す。
【図４】 図４は、本発明による方法の好ましい実施態様を示す流れ図である。

Claims (10)

1. 燃料タンク装置（１０）内で形成されたガス状または蒸気状燃料を吸収するために活性炭フィルタ（１２）が設けられている、燃料タンク装置（１０）の一時的な気密検査を実行するための、自動車の燃料タンク装置（１０）の運転方法において、
   ａ）車両の機関の停止を検出するステップと、
   ｂ）燃料タンク装置（１０）の内部および自動車の周囲におけるガスないし蒸気に関する少なくとも１つの物理的状態変数を測定するステップ（５２）と、
   ｃ）ステップｂ）において測定された１つないし複数の物理的状態変数を考慮して、燃料タンク装置（１０）内の車両の機関の停止後に予想されるガス圧ないし蒸気圧を予知するステップ（５４）と、
   を含み、
   燃料タンク装置（１０）内のガス状ないし蒸気状燃料の圧力が、車両の周囲における対応の圧力に対して過圧であることが予想された場合に、
   ｄ１）ガス状ないし蒸気状燃料を、活性炭フィルタ（１２）を介して燃料タンク装置（１０）から車両の周囲に導くステップ（６１）と、
   燃料タンク装置（１０）内のガス状ないし蒸気状燃料の圧力が、車両の周囲における対応の圧力に対して負圧であることが予想された場合に、
   ｄ２）負圧を用いて燃料タンク装置（１０）の気密検査（５９）を可能にするために、燃料タンク装置（１０）のガスないし蒸気に対する気密性を推測するステップ（５８）と、
   を含むことを特徴とする自動車の燃料タンク装置の運転方法。
2. ステップａ）の前に実行される、車両が駐車されることが予想されるかどうかを検出する他のステップ（５１）を特徴とする請求項１の方法。
3. 物理的状態変数として、燃料タンク装置内の温度および車両の周囲における温度の少なくともいずれかが測定されることを特徴とする請求項１または２の方法。
4. 物理的状態変数として、燃料タンク装置内の圧力および車両の周囲における圧力の少なくともいずれかが測定される（５２）ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの方法。
5. 検出された車両の機関の停止または検出された燃料タンク装置の給油過程と、燃料タンク装置のガスないし蒸気に対する気密性の推測との間に、短い時間間隔が設けられる（５７）ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかの方法。
6. 燃料タンク装置（１０）内で形成されたガス状または蒸気状燃料を吸収するための活性炭フィルタ（１２）を有する、燃料タンク装置（１０）の一時的な気密検査を実行するための、自動車の燃料タンク装置（１０）の運転装置において、
   燃料タンク装置（１０）の内部および自動車の周囲におけるガスないし蒸気に関する少なくとも１つの物理的状態変数を測定するための少なくとも１つのセンサと、
   測定された１つないし複数の物理的状態変数を考慮して、燃料タンク装置（１０）内の車両の機関の停止後に予想されるガス圧ないし蒸気圧を予知するための計算ユニット（４２）と、
   ガス状ないし蒸気状燃料を、活性炭フィルタ（１２）を介して、燃料タンク装置（１０）から車両の周囲に導くこと、および負圧を用いて燃料タンク装置（１０）の気密検査を可能にすることの少なくともいずれかのために、燃料タンク装置（１０）のガスないし蒸気に対する気密性を推測するための制御手段（２０）と、
   を備えたことを特徴とする自動車の燃料タンク装置の運転装置。
7. 計算ユニット（４２）と協働する、車両が駐車されることが予想されるかどうかを検出するための手段を特徴とする請求項６の装置。
8. 計算ユニット（４２）と協働する、燃料タンク装置（１０）内の温度および車両の周囲における温度の少なくともいずれかの温度を測定するための少なくとも１つの温度センサ（４５、４６）を特徴とする請求項６または７の装置。
9. 計算ユニット（４２）と協働する、燃料タンク装置（１０）内の圧力および車両の周囲における圧力の少なくともいずれかの圧力を測定するための少なくとも１つの圧力センサ（４５、４６）を特徴とする請求項６ないし８のいずれかの装置。
10. 活性炭フィルタ（１２）と、活性炭フィルタ（１２）の一時的洗浄のために設けられているフィルタ（２１）との間に配置された、フィルタ（２１）を介して燃料タンク装置（１０）内の圧力低下を可能にするための電流の流れのない双安定電磁弁を特徴とする請求項６ないし９のいずれかの装置。

Images