JP2007218161A - ベーン式ポンプ装置およびそれを用いたリークチェックシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ロータとベーンとの付着を解消するベーン式ポンプ装置およびそれを用いたリークチェックシステムを提供する。
【解決手段】ポンプ６０は、電気駆動式のモータがロータおよびベーンを回転駆動するベーン式である。切換弁３０への通電がオフされた状態では、ポンプ６０は、検出通路２０６、大気通路２０４、切換弁３０、大気通路２０８、フィルタ９２を介して大気側と接続しているので、ポンプ６０が駆動されて圧力センサ９０が検出する圧力は、基準オリフィス５２ａのオリフィス径により決定される基準圧Ｐｒｅｆである。ＥＣＵ１００は、検出した基準圧Ｐｒｅｆが正常範囲Ｐ１から大気圧側に外れ、モータ電流値が正常範囲Ｉ１よりも大きい場合、結露等によりポンプ６０のロータにベーンが付着し、ポンプ６０が正常に作動していないと判断する。そして、結露が解消され検出する基準圧Ｐｒｅｆが正常範囲Ｐ１に達するまでポンプ６０を駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体を減圧または加圧するベーン式ポンプ装置およびそれを用いたリークチェックシステムに関する。

従来、燃料タンクで発生する蒸発燃料を吸気通路にパージするエバポ系のリークをチェックするリークチェックシステムにおいて、ポンプを駆動してエバポ系を減圧または加圧し、検出されたエバポ系の圧力に基づいてリークチェックを行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このように気体を減圧または加圧するポンプとして、ハウジングに対して偏心してロータを収容し、ロータに半径方向に往復移動自在にベーンを収容したべーン式ポンプを使用することが考えられる。ベーン式ポンプは、ハウジングに対して偏心しているロータが回転することにより、遠心力によりベーンがハウジングの内周面に押し付けられてハウジングの内周面に沿って摺動し、ベーンが半径方向に往復移動しながら気体を減圧または加圧する。

しかしながら、このようなベーン式ポンプにおいて、例えば周囲環境の温度、湿度により生じる結露によりポンプのロータにベーンが付着すると、ベーンが遠心力により半径方向外側に飛び出さず、ハウジングの内周面に沿ってベーンがハウジングの内周面と摺動しなくなる。この状態では、ベーン式ポンプは気体を十分に減圧または加圧できない。

特開２００２−３６４４６５号公報

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、ロータとベーンとの付着を解消するベーン式ポンプ装置およびそれを用いたリークチェックシステムを提供することを目的とする。

請求項１〜４に記載の発明によると、モータを駆動したときの圧力センサの検出信号とモータの電流とから、ベーンがロータに付着している異常であると判断すると、モータを駆動してロータへのベーンの付着を解消する。これにより、ロータへのベーンの付着が解消された状態で、ベーン式ポンプ装置は所望の圧力に気体を減圧または加圧できる。

請求項３に記載の発明によると、ベーンがロータに付着している異常であると判断すると、正常運転時よりもモータの回転数を上昇させるので、ロータへのベーンの付着を短時間で解消できる。
請求項４に記載の発明によると、ベーン式ポンプ装置を駆動し、基準圧を検出するときの圧力センサの検出信号とモータの電流とから、ベーンがロータに付着している異常であると判断すると、モータを回転駆動してロータへのベーンの付着を解消する。したがって、ロータへのベーンの付着を解消した状態で、基準圧を正確に検出できる。

尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１において、燃料タンク１０とキャニスタ１２とは通路２００で接続されており、キャニスタ１２と吸気通路１６とはパージ通路２０２で接続されている。パージ通路２０２にはパージ弁１４が設置されている。燃料タンク１０内で発生する蒸発燃料は、通路２００を通りキャニスタ１２内の活性炭等の吸着材に吸着される。パージ弁１４は電磁弁であり、パージ弁１４の開度が制御されることによりキャニスタ１２から吸気通路１６にパージされる蒸発燃料量が調整される。

本発明の一実施形態によるリークチェックシステムは、ポンプモジュール２０と、制御手段および判定手段としての電子制御装置（以下、ＥＣＵという）１００とを備えている。リークチェックシステムは、燃料タンク１０、キャニスタ１２、パージ弁１４、通路２００、パージ通路２０２により構成されるエバポ系のリークチェックを行う。

キャニスタ１２の大気側は大気通路２０４によりポンプモジュール２０の切換弁３０と接続している。また、キャニスタ１２の大気側は、大気通路２０４から分岐した検出通路２０６により、ポンプモジュール２０のポンプ６０と接続している。ポンプ６０はべーン式ポンプである。検出通路２０６には、基準オリフィス５２ａが形成されている。

ポンプモジュール２０は、切換弁３０とポンプ６０とが一体にモジュール化されたものである。ポンプモジュール２０およびＥＣＵ１００は、ベーン式ポンプ装置を構成している。ポンプモジュール２０の切換弁３０は、電磁弁であり、コイル３６への通電をオフした状態では、図１に示すように大気通路２０４と大気通路２０８とを連通する。大気通路２０８の切換弁３０と反対側の端部には、フィルタ９２が設置されている。コイル３６への通電をオンすると、切換弁３０は、キャニスタ１２側とポンプ６０側とを検出通路２０６を介さず大気通路２０４で直接連通する。

（ポンプモジュール２０）
次に、ポンプモジュール２０の構成を図２に基づいて詳細に説明する。
ポンプモジュール２０には、前述した大気通路２０４、２０８、検出通路２０６が形成されている。大気通路２０４と検出通路２０６とは常に連通している。検出通路２０６の一部を形成するキャニスタ口５０には、基準オリフィス５２ａを形成しているカップ部材５２が設置されている。基準オリフィス５２ａは、基準オリフィス５２ａと同一の流路面積を有する穴がエバポ系にあいている場合、ポンプ６０からエバポ系を減圧するときにエバポ系が達する圧力を検出する圧力判定用に形成されている。基準オリフィス５２ａの上下流側にはそれぞれフィルタ５４が設置されている。

（切換弁３０）
ポンプモジュール２０の切換弁３０は、前述したように電磁弁である。切換弁３０の可動コア３４は、固定コア３２と向き合って設置されている。可動コア３４にはシャフト４０が取り付けられており、シャフト４０にはゴム製の弁部材４２、４３がそれぞれ軸方向に離れて設置されている。図２に示すコイル３６への通電をオフした状態では、弁部材４２はキャニスタ口５０を閉塞し、弁部材４３は大気口５６を開放する。この状態では、大気通路２０４と大気通路２０８とが連通し、検出通路２０６は大気通路２０４を介して大気通路２０８と連通している。コイル３６への通電をオンすると、固定コア３２と可動コア３４との間に働く磁気吸引力により、可動コア３４は、図２の上方側である固定コア３２に向けて移動する。すると、弁部材４２はキャニスタ口５０を開放し、弁部材４３は大気口５６を閉塞する。この状態では、検出通路２０６を介さず大気通路２０４とポンプ６０側とが直接連通し、大気通路２０４と大気通路２０８との連通が遮断される。

（ポンプ６０）
ポンプモジュール２０のポンプ６０はベーン式であり、電気駆動式のモータ６２がロータ７０を回転駆動する。ポンプ６０のロータ７０、ベーン７２、ハウジング７４は樹脂製である。ロータ７０には、周方向にほぼ等間隔に例えば４個のスリットが半径方向に延びて形成されており、各スリットに板状のベーン７２が半径方向に往復移動自在に収容されている。ロータ７０は、環状のハウジング７４内にハウジング７４に対して偏心して回転自在に収容されている。ハウジング７４に対して偏心しているロータ７０がモータ６２により回転駆動されると、遠心力により半径方向外側に力を受けるベーン７２は、ハウジング７４の内周面に沿ってハウジング７４の内周面と摺動しながら半径方向に往復移動する。ポンプ６０の吸入口８０にはフィルタ８２が設置されている。圧力センサ９０は、ポンプ６０の吸入口８０側の圧力を検出する。このような構成のポンプ６０において、ロータ７０が回転しベーン７２が半径方向に往復移動すると、大気通路２０４または検出通路２０６が減圧される。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインタフェイス等を有している。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに記録した制御プログラムをＣＰＵが実行することにより、ポンプモジュール２０の切換弁３０およびポンプ６０を駆動するモータ６２の駆動信号を制御するとともに、圧力センサ９０から圧力検出信号を入力する。

（リークチェック）
次に、リークチェックシステムの作動について説明する。
（１）まず、図３の期間［Ａ］において、ＥＣＵ１００は、切換弁３０およびポンプ６０のモータ６２への通電をオフした状態で、圧力センサ９０の検出信号から大気圧を検出する。例えば、車両が高地にあり、圧力センサ９０の検出圧が所定圧よりも低い場合にはリークチェック自体を行わないこともある。また、圧力センサ９０が検出した大気圧を、以後のリークチェックにおいて圧力値を判定するときの補正値として用いてもよい。

（２）次に、図７のステップ３００に示すように、ＥＣＵ１００は、切換弁３０への通電をオフした図１に示す状態でモータ６２への通電をオンし、ポンプ６０を駆動する。この場合、ポンプ６０は、検出通路２０６、大気通路２０４、切換弁３０、大気通路２０８、フィルタ９２を介して大気側と接続している。したがって、ポンプ６０が駆動されて圧力センサ９０が検出する圧力は基準オリフィス５２ａのオリフィス径により決定される基準圧Ｐｒｅｆである（図３の期間［Ｂ］、ステップ３０２参照）。

（３）ＥＣＵ１００は、図７のステップ３０４において、検出した基準圧Ｐｒｅｆを判定する。基準圧Ｐｒｅｆが、図４に示すように正常範囲Ｐ１内であれば、ＥＣＵ１００は、ステップ３０６において切換弁３０への通電をオンする。これにより、切換弁３０は、ポンプ６０側とキャニスタ１２側の大気通路２０４とを直接連通し、大気通路２０４と大気通路２０８との連通を遮断する。

そして、ステップ３０８のリーク圧チェックにおいて、ＥＣＵ１００は、ポンプ６０を駆動し、燃料タンク１０、キャニスタ１２、パージ弁１４、通路２００、パージ通路２０２および燃料タンク１０からなるエバポ系を減圧する。ＥＣＵ１００は、ステップ３０８において、圧力センサ９０が検出する検出圧と図３のグラフ２２０とを比較して、エバポ系に基準オリフィス５２ａの通路面積よりも大きなリークがあるか否かを判定する。図３の期間［Ｃ］におけるグラフ２２２は、エバポ系に基準オリフィス５２ａと同じ通路面積の穴がある場合の圧力変化を示している。圧力センサ９０の検出圧が、グラフ２２２のようにグラフ２２０よりも低いと、ＥＣＵ１００は、エバポ系には基準オリフィス５２ａよりも小さい通路面積のリークが存在すると判定する。一方、圧力センサ９０の検出圧が、グラフ２２４のようにグラフ２２０よりも高いと、ＥＣＵ１００は、エバポ系には基準オリフィス５２ａよりも大きい通路面積のリークが存在すると判定する。

（４）ところで、ステップ３０４において判定した基準圧Ｐｒｅｆが、図５および図６に示すように正常範囲Ｐ１から外れて高い場合、ＥＣＵ１００は、ステップ３１０においてポンプ６０のモータ６２に流れている電流値を測定し、ステップ３１２においてモータ電流値を判定する。図５に示すように、モータ電流値が正常範囲Ｉ１内においても低い場合には、エバポ系以外の、例えば切換弁３０のシール不良等によりポンプ６０に加わる負荷が小さくなり、電流値が低下していることが原因であると考えられる。この場合には、切換弁３０の交換等の保守作業が必要になるので、ステップ３２０においてリークチェックをキャンセルし、図７に示すルーチンを終了する。

一方、図６に示すように、検出した基準圧Ｐｒｅｆが正常範囲Ｐ１から外れて高く、モータ電流値が正常範囲Ｉ１よりも大きい場合、ＥＣＵ１００は、まず、検出した基準圧Ｐｒｅｆが正常範囲Ｐ１から外れて高い原因は、結露等によりポンプ６０のロータ７０にベーン７２が付着し、遠心力が加わってもベーン７２が半径方向外側に移動できず、検出通路２０６、つまり基準オリフィス５２ａを十分に減圧できないことが原因だと判断する。また、ＥＣＵ１００は、モータ電流値が正常範囲Ｉ１よりも大きいことは、ロータ７０とハウジング７４との間に結露による表面張力が働き、モータ６２に大きな負荷が加わっていることが原因だと判断する。

（５）図６に示すように、検出した基準圧Ｐｒｅｆおよびモータ電流値から結露が原因で異常であると判断すると、ＥＣＵ１００は、ステップ３１４において、ポンプ６０のモータ６２への通電をオンしポンプ６０を駆動する。このようにリークチェックの正常タイミング以外でポンプ６０を駆動してロータ７０を回転させることにより、ロータ７０とハウジング７４との摺動熱等により結露が解消される。ＥＣＵ１００は、ステップ３１４でポンプ６０を駆動し、ステップ３１６、３１８で圧力センサ９０の検出圧を判定し、検出圧が正常範囲Ｐ１内に達するまでステップ３１０、３１２、３１４、３１６、３１８の処理を繰り返す。このとき、モータ６２の回転数を正常時の回転数よりも上げることにより、ポンプ６０の結露を短時間で解消できる。ステップ３１８において検出圧が正常範囲Ｐ１内に達すれば、モータ電流値も正常範囲Ｉ１内に達したと判断し、ステップ３０６に処理を移行し、エバポ系のリーク圧をチェックする。

以上説明した本実施形態では、基準圧Ｐｒｅｆの検出圧が正常範囲Ｐ１から外れているときにモータ電流値を判定することにより、基準圧Ｐｒｅｆの検出圧が正常範囲Ｐ１から外れている原因を結露によると判断する。これにより、結露によりポンプ６０のロータ７０にベーン７２が付着しポンプ６０が十分に減圧できない状態でステップ３０６に処理を移行することを防止するので、リークチェックの誤判定を防止できる。また、基準圧Ｐｒｅｆの検出圧が正常範囲Ｐ１から外れている原因を結露によると判断すると、正常タイミング以外のタイミングでポンプ６０を駆動し結露を解消するので、結露解消後にリークチェックを正常に実施できる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、圧力センサ９０の検出圧が正常範囲Ｐ１内に達するまでモータ６２を駆動し結露を解消した。これに対し、基準圧を検出する通常のタイマー値よりも長いタイマー値をセットし、モータ６２を長時間駆動することによりポンプ６０の結露を解消してもよい。
また、上記実施形態では、リークチェックシステムに本発明のベーン式ポンプ装置を用いたが、リークチェックシステム以外にも、ポンプが気体を減圧または加圧するベーン式ポンプ装置であれば、どのどのような用途に本発明のベーン式ポンプ装置を用いてもよい。

また、上記実施形態のようにリークチェックシステムに本発明のベーン式ポンプ装置を用いる場合、エバポ系を加圧してリークチェックを行ってもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本実施形態によるリークチェックシステムを示す模式的構成図。 ポンプモジュールを示す断面図。 リークチェックのタイムチャート。 正常時の基準圧およびモータ電流を示す特性図。 異常時の基準圧およびモータ電流を示す特性図。 結露が発生している異常時の基準圧およびモータ電流を示す特性図。 リークチェックのフローチャート。

符号の説明

１０：燃料タンク、１２：キャニスタ、１４：パージ弁、１６：吸気通路、２０：ポンプモジュール、３０：切換弁（ベーン式ポンプ装置）、５２ａ：基準オリフィス、６０：ポンプ（ベーン式ポンプ、ベーン式ポンプ装置）、６２：モータ、７０：ロータ、７２：ベーン、７４：ハウジング、９０：圧力センサ、１００：ＥＣＵ（制御手段、判定手段、ベーン式ポンプ装置）

Claims (4)

1. 気体を減圧または加圧するベーン式ポンプ装置において、
   モータと、
   ハウジングと、
   前記ハウジングに対して偏心して前記ハウジング内に回転自在に収容され、前記モータにより回転駆動されるロータと、
   前記ロータに半径方向に往復移動自在に収容され、前記ロータの回転にともない半径方向外側端が前記ハウジングの内周面と摺動するベーンと、
   前記ロータおよび前記ベーンの回転により減圧または加圧される気体の圧力を検出する圧力センサと、
   前記モータを駆動したときの前記圧力センサの検出信号と前記モータの電流とから、前記ベーンが前記ロータに付着している異常であると判断すると、前記モータを駆動して前記ロータへの前記ベーンの付着を解消する制御手段と、
   を備えるベーン式ポンプ装置。
2. 前記制御手段は、前記圧力センサの検出信号が示す圧力が正常時の範囲よりも大気圧に近く、前記モータの電流が正常時の範囲よりも大きい場合、前記ベーンが前記ロータに付着している異常であると判断する請求項１に記載のベーン式ポンプ装置。
3. 前記制御手段は、前記ベーンが前記ロータに付着している異常であると判断すると、正常運転時よりも前記モータの回転数を上昇させる請求項１または２に記載のベーン式ポンプ装置。
4. 燃料タンク内で発生した蒸発燃料を内燃機関の吸気通路にパージするエバポ系のリークチェックシステムにおいて、
   前記エバポ系を減圧または加圧する請求項１から３のいずれか一項に記載のベーン式ポンプ装置と、
   前記エバポ系のリークを判定するときの基準圧を検出するための基準オリフィスと、
   前記ベーン式ポンプ装置が前記エバポ系を減圧または加圧するときに前記圧力センサが検出する圧力と前記基準圧とを比較し、前記エバポ系のリークを判定する判定手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記基準圧を検出するときの前記圧力センサの検出信号と前記モータの電流とから、前記ベーンが前記ロータに付着している異常であると判断するリークチェックシステム。
   
   
   
   

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