本发明涉及一种用于处理在燃料箱中产生的蒸发燃料的蒸发燃料处理装置。
背景技术：
作为蒸发燃料处理装置，已知如下一种蒸发燃料处理装置，其设置有闭塞阀，闭塞阀用于打开和关闭将燃料箱和罐连接的蒸汽通路，并且设置有作为闭塞阀的驱动源的步进马达(日本未审专利申请公报no.2015-203344(jp2015-203344a))。jp2015-203344a公开一个技术问题，其中在闭塞阀的初始打开和关闭操作时确定闭塞阀的打开固定和关闭固定的异常，并且闭塞阀不单独被操作用于异常确定。
技术实现要素：
通常，步进马达在维持供应的脉冲数目和旋转量(步的数目)之间的关系的状态下操作。然后，在所述关系中发生偏差使得不能执行对目标旋转量的控制的状态被称为失步。马达转矩越低，越容易发生步进马达的失步。随着供应到步进马达的电压降低，马达转矩变小。为此原因，在使用步进马达作为闭塞阀的驱动源的装置的情形中，如在jp2015-203344a中公开的，当在供应到闭塞阀的电压的降低时发生失步时，存在闭塞阀的准确操作可被阻碍的可能性。
因此，本发明提供一种蒸发燃料处理装置，其中能够降低或消除在供应到闭塞阀的电压降低时可能发生作为闭塞阀的驱动源的步进马达的失步的可能性。
本发明的一个方面涉及一种蒸发燃料处理装置，其包括：罐，罐被构造成通过蒸汽通路吸附在燃料箱中产生的蒸发燃料；闭塞阀，闭塞阀被构造成关闭和打开蒸汽通路，闭塞阀具有作为驱动源的步进马达；和控制器，控制器被构造成通过控制从预定电源供应到闭塞阀的电力来操作闭塞阀。控制器被构造成：在存在驱动闭塞阀的要求情形中，通过控制电力来操作闭塞阀，使得当从电源供应到闭塞阀的电压小于预定值时，与当电压等于或高于预定值时相比，作为被供应到步进马达的脉冲之间的间隔的驱动周期变长。
在步进马达具有相同马达转矩的情形中，作为供应到步进马达的脉冲之间的间隔的驱动周期越短，越容易发生失步。因此，当在由于供应到步进马达的电压的降低而马达转矩被减少的状态下以电压的降低前的驱动周期驱动步进马达时，相对于减小的马达转矩，驱动周期变得太短，并且因而存在可发生失步的可能性。在根据本发明的方面的蒸发燃料处理装置中，当能够被供应到闭塞阀的电压小于预定值时，与当电压等于或高于预定值时相比，电力被控制成使得驱动周期变得较长。为此原因，在供应电压的降低时，驱动周期变得比供应电压的降低之前长，并且因此，步进马达变得难以失步。相应地，能够降低可能发生作为闭塞阀的驱动源的步进马达的失步的可能性。就是说，即使不能消除发生步进马达的失步的可能性，也能够降低在供应电压的降低时发生失步的可能性。
在根据本发明的方面的蒸发燃料处理装置中，控制器可以被构造成：在由温度传感器测量到的环境温度高的情形中，与在环境温度低的情形中相比，将预定值设定为较高。其中能够确保闭塞阀的操作所要求的最小驱动电流的电压的下限值随着环境温度越高而变高。因此，通过随着环境温度越高而将预定值设定成越高，根据环境温度改变驱动周期，并且因此，能够优化环境温度和驱动周期之间的关系。
在根据本发明的方面的蒸发燃料处理装置中，控制器可以被构造成将预定值设定为比对于每个环境温度预先确定的最小驱动电压高的值。
在根据本发明的方面的蒸发燃料处理装置中，控制器可以被构造成在电压小于预定值的情形中以第一驱动周期操作闭塞阀，并且被构造成在电压等于或高于预定值的情形中以第二驱动周期操作闭塞阀，第二驱动周期比第一驱动周期短。根据本发明的方面，通过选择性地使用两个长驱动周期和短驱动周期的简单控制，能够减少失步发生的可能性。
在根据本发明的方面的蒸发燃料处理装置中，控制器可以被构造成在电压小于预定值的情形中根据电压的大小来改变驱动周期。根据本发明的方面，因为根据电压来选择驱动周期，所以能够优化电压和驱动周期之间的关系。
在根据本发明的方面的蒸发燃料处理装置中，控制器可以被构造成在电压小于预定值的情形中随着电压越低而将驱动周期设定成越长。
在根据本发明的方面的蒸发燃料处理装置中，控制器可以被构造成在电压小于预定值的情形中将驱动周期设定在避免步进马达的失步的范围内。在根据本发明的方面，因为驱动周期被设定在能够避免步进马达的失步的范围内，所以能够消除失步发生的可能性。
在根据本发明的方面的蒸发燃料处理装置中，控制器可以被构造成设定预定值，使得在电压降低的情形中的预定值与在电压上升的情形中的预定值彼此不同。
如上所述，在根据本发明的方面的蒸发燃料处理装置中，当能够被供应到闭塞阀的电压小于预定值时，与当电压等于或高于预定值时相比，电力被控制成使得驱动周期变长。为此原因，在供应电压的降低时，驱动周期变得比供应电压的降低之前长，并且因此，步进马达变得难以失步。相应地，能够降低在供应电压降低时可能发生作为闭塞阀的驱动源的步进马达的失步的可能性。
附图说明
以下将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：
图1是示意性地示出包括根据本发明的实施例的蒸发燃料处理装置的车辆的一部分的构造图；
图2是示出闭塞阀的结构的截面视图；
图3是示出步进马达的电压和电流之间的关系的曲线图；
图4是示出步进马达的马达转矩和电流之间的关系的曲线图；
图5是示出步进马达的失步、马达转矩和驱动周期之间的关系的曲线图；
图6是示出根据第一实施例的控制例程的示例的流程图；
图7是示意性地示出用于计算预定值的计算映射的数据结构的曲线图；
图8是示出根据第二实施例的控制例程的示例的流程图；并且
图9是示意性地示出用于计算驱动周期的计算映射的数据结构的曲线图。
具体实施方式
第一实施例
如在图1中所示，车辆1设置有：内燃机2，内燃机2被设置作为用于行驶的驱动源，并且被构造成汽油发动机；和燃料箱3，燃料箱3用于存储作为内燃机2的燃料的汽油。存储在燃料箱3中的燃料f被燃料泵4吸上并且通过馈送管5和燃料喷射阀6供应到内燃机2的吸入通路7。用于空气过滤的空气过滤器8和用于调节吸入空气的量的节气门9被设置在吸入通路7中。用于加燃料的入口管10被设置在燃料箱3处。通过浮动型剩余量传感器11来检测出燃料f的剩余量。
车辆1设置有用于处理在燃料箱3中产生的蒸发燃料的蒸发燃料处理装置12。蒸发燃料处理装置12被设置有：罐13，罐13具有用于吸附蒸发燃料的内置吸附剂13a；蒸汽通路14，蒸汽通路14将罐13和燃料箱3连接；闭塞阀15，闭塞阀15被设置在蒸汽通路14中并且能够关闭和打开蒸汽通路14；大气连通管16，大气连通管16设置在罐13中以将罐13释放到大气；和清除装置17，清除装置17用于执行由通过大气连通管16引入到罐13中的外侧空气将从罐13分离的清除气体供应到内燃机2的吸入通路7的清除处理。
orvr阀20和ocv阀21被设置在蒸汽通路14和燃料箱3之间的连接部分处。orvr阀20和ocv阀21被构造成，在燃料箱3中的燃料f的液体液位达到orvr阀20和ocv阀21的高度的情况下，切断蒸汽通路14和燃料箱3之间的连通。清除装置17设置有：清除通路23，清除通路23将罐13和内燃机2的吸入通路7连接以将清除气体引导到内燃机2；和清除控制阀24，清除控制阀24设置在清除通路23中。清除控制阀24被构造成在完全关闭位置(清除通路23被关闭以切断清除气体的供应)和完全打开位置(清除通路23被打开)之间操作的阀装置，例如，被构造成由电磁致动器等驱动的电磁控制式阀。当清除控制阀24被打开时，由空气过滤器16a过滤的外侧空气被通过大气连通管16引导到罐13。因此，从罐13分离的清除气体被供应到内燃机2的吸入通路7。
关断泵25被设置在大气连通管16和罐13之间的连接部分处。关断泵25被设置以便执行用于检测异常(诸如待检查的对象诸如罐13或燃料箱3的穿孔)的检查。除了在检查时被驱动的泵以外，关断泵25具有用于测量罐13中的压力的内置压力传感器26。
在图2中详细示出的闭塞阀15被构造成电操作的流量控制阀，其在关闭状态中关闭蒸汽通路14，在打开状态中允许蒸汽通路14的打开，并且能够通过改变在打开状态中的打开程度来控制蒸发燃料的流量。如在图2中所示，闭塞阀15被设置有壳体30、容纳在壳体30中的阀体31和驱动阀体31的步进马达32。
蒸发燃料流入的流入通路41、蒸发燃料通过其流出的流出通路42及阀室43被形成在壳体30中，阀室43与流入通路41和流出通路42中的每一个连通，并且阀体31被容纳在阀室43中。阀体31包括内阀部分51和引导部分52，内阀部分51能够关闭流入通路41，引导部分52被布置成围绕内阀部分51并且具有在图2中关闭的上侧和打开的下侧。在内阀部分51和引导部分52在轴线ax的方向上可相对于彼此移动的状态中，内阀部分51和引导部分52以轴线ax作为中心彼此同心地组合。由例如合成橡胶制成的密封构件54被设置在内阀部分51的下端处，并且密封构件54能够通过与设置在流入通路41的开口位置处的壳体30的阀座60形成紧密接触来关闭流入通路41。
用于朝向阀座60侧偏压内阀部分51的螺旋弹簧55在压缩状态中被设置在内阀部分51和引导部分52之间。引导部分52被设置在壳体30中，处于在轴线ax的方向上可移动的状态和不能绕轴线ax旋转的状态。螺旋弹簧56在压缩状态中被设置在引导部分52和壳体30之间。由于螺旋弹簧56的弹性力，引导部分52在离开阀座60的方向上被偏压。阴型螺纹部57被设置在引导部分52的上部处。形成在阴型螺纹部57中的阴型螺纹57a与形成在步进马达32的输出轴58上的阳型螺纹58a接合。因此，根据步进马达32的操作量，阀体31的引导部分52在由箭头x指示的打开方向和与其相反方向的关闭方向上移动。
在图2中所示的状态是初始位置的状态，在初始位置处，阀体31的引导部分52的下端位于引导部分52的下端与阀座60形成接触的关闭方向上的极限处，并且蒸汽通路14被关闭。在该初始位置处，内阀部分51的密封构件54由于螺旋弹簧55的弹性力而被压靠阀座60，使得闭塞阀15在关闭状态中。当步进马达32被驱动使得引导部分52从初始位置在打开方向上移动时，引导部分52的下端开始从阀座60分离。然后，当在打开方向上的操作量进一步增加时，设置在引导部分52中以向内突出的突出部52a和设置在内阀部分51中以向外突出的突出部51a彼此形成接触。在突出部52a、51a彼此形成接触之前，内阀部分51的密封构件54被压靠阀座60的关闭状态被维持。当在突出部52a、51a已经彼此形成接触的状态中引导部分52在打开方向上操作时，引导部分52和内阀部分51在打开方向上一起移动，并且内阀部分51的密封构件54从阀座60分离。相应地，流入通路41被打开，并且因此，流入通路41和流出通路42通过阀室43彼此连通，使得蒸汽通路14的打开被允许。
如上所述，在通过闭塞阀15从初始位置在打开方向上的操作而引导部分52的突出部52a和内阀部分51的突出部51a彼此形成接触之前，闭塞阀15被维持在关闭状态中。为此原因，直到通过闭塞阀15从初始位置在打开方向上的操作而突出部52a、51a彼此形成接触为止，闭塞阀15的操作范围是阀关闭范围。通过在突出部52a、51a已经彼此形成接触的状态中在卡开方向上操作的引导部分52而内阀部分51的密封构件54与阀座60分离的位置是闭塞阀15的阀打开开始位置。
蒸发燃料处理装置12的控制由作为示例的图1中所示的发动机控制单元(ecu)70执行。ecu70被构造成控制图1中所示的内燃机2的运转状态的计算机，并且功能用作本发明中的控制器的示例。ecu70被电连接到辅助电池71并且利用从辅助电池71供应的电力来操作，辅助电池71被设置为诸如闭塞阀15的各种装置的电源的示例。辅助电池71的电压由ecu70基于电压计72的输出信号来监视。作为辅助电池71，例如，设置12伏特的铅电池。此外，设置测量环境温度的温度传感器74。
ecu70控制闭塞阀15的操作，例如以便考虑到内燃机2的运转状态、燃料箱3的内部压力的状态等而实施减少燃料箱3的内部压力的压力减少处理。由于闭塞阀15的引导部分52、内阀部分51等的公差或长期变化，在图2中详细示出的闭塞阀15的阀打开开始位置中发生变化，并且因此，由ecu70执行在打开方向上操作闭塞阀15的同时检测对于闭塞阀15特定的阀打开开始位置并且将检测到的阀打开开始位置存储为学习值的学习处理。
如上所述，闭塞阀15在各种情形中被控制。然而，闭塞阀15使用步进马达32作为驱动源，并且因此，如果在从辅助电池71供应的电压已经被降低的状态中驱动闭塞阀15，则存在发生失步的情形。一般地，马达转矩越低，越容易发生步进马达的失步。然后，在相同马达转矩的情形中，随着在作为供应到步进马达的脉冲之间的间隔的驱动周期变短，即，驱动速度变快，越容易发生失步。随着供应到步进马达的电压降低，马达转矩变小。因此，如果，在由于供应到步进马达的电压的降低而马达转矩被减少的状态中，在电压的降低之前的驱动周期中驱动步进马达，则存在可能发生失步的可能性。
如在图3中所示，在供应到步进马达32的电压和电流之间的关系是比例关系。然而，该关系取决于环境温度，例如，步进马达32周围的温度，并且因此，该关系由多条直线la、lb、lc...代表，对于每个环境温度，直线彼此不同。直线la、lb、lc...被布置成彼此平行，使得具有较高环境温度的直线被布置在低电流侧上。ecu70不能被操作的ecu不可操作区域ar2被设定，如在图中的阴影区域中所示。相应的直线la、lb、lc...与最小驱动电流amin的交点变成为每个环境温度确定的最小驱动电压va、vb、vc...。如上所述，在供应到步进马达32的电压和电流之间的关系是比例关系，并且因此，电流随着电压降低而降低。
如在图4中所示，供应到闭塞阀15的步进马达32的电流和利用电流输出的马达转矩成比例关系，并且该关系由直线l1代表。为此原因，如果电流减小，则马达转矩减小。通过马达转矩来确定闭塞阀15是否被驱动，并且因此，闭塞阀15不能被驱动的非驱动区域ar1被设定，如在图中的阴影区域中所示。当马达转矩大于非驱动区域ar1的上限时，能够驱动闭塞阀15，并且因此，最小驱动转矩tmin被设定为沿着非驱动区域ar1的上限延伸的直线l2。直线l1和直线l2的交点变成最小驱动电流amin，最小驱动电流amin是允许步进马达32输出最小驱动转矩tmin的电流。
如在图5中所示，步进马达32的马达转矩变得越大，阻尼时提升量偏差变得越小。阻尼时提升量偏差是代表偏差的物理量，所述偏差被限定为从与供应到步进马达32的脉冲对应的目标旋转量的偏差、所述脉冲与闭塞阀15的提升量之间的偏差。如果阻尼时提升量偏差超过作为允许范围的上限的失步极限δmax，则进入失步区域ar3，并且因而步进马达32失步。马达转矩和阻尼时提升量偏差处于以下关系：马达转矩变得越小，阻尼时提升量偏差变得越大。该关系取决于驱动周期，并且驱动周期越长，驱动周期的斜率变得越小(参考图5中的驱动周期a至c)。在驱动周期短，像驱动周期a的情形中，在马达转矩低的范围中，一部分进入失步区域ar3，并且因而发生失步。因此，在由于供应到闭塞阀15的电压的降低而马达转矩变小的情形中，发现通过使驱动周期尽可能长，能够降低在电压的降低时发生失步的可能性。
基于以上思想，ecu70通过控制从辅助电池71供应的电力来操作闭塞阀15，使得作为供应到步进马达32的脉冲之间的间隔的驱动周期变长，以便在对闭塞阀15的供应电压降低的情形中抑制失步的发生。ecu70执行作为示例的在图6中所示的控制例程。图6的控制例程的程序被保留在ecu70中并且被以预定周期重复执行。ecu70执行图6的控制例程，由此功能用作本发明中的控制器的示例。
在图6中的步骤s1中，ecu70通过上述压力减少控制、学习处理等来确定是否存在驱动要求以驱动闭塞阀15。在存在驱动要求的情形中，处理进行到步骤s2，并且在不存在驱动要求的情形中，以下的处理被跳过并且当前例程被结束。
在步骤s2中，ecu70通过例如压力减少控制、学习处理等来计算目标步数stp1，目标步数stp1是实现闭塞阀15的目标操作量的步的数目。在随后的步骤s3中，ecu70计算驱动周期frq1。驱动周期frq1可以是预先设定的驱动周期，或者可以根据能够影响失步(诸如，环境温度或者辅助电池71能够供应到闭塞阀15的电压)的参数来被计算成驱动周期。
在步骤s4中，ecu70通过参考电压计72的输出信号来获取辅助电池71能够供应到闭塞阀15的电压(这里，称为ecu电压vecu)。
在步骤s5中，ecu70确定在步骤s3中获取的ecu电压vecu是否小于预定值va。考虑步进马达32的失步的发生的可能性来设定预定值va。例如，预定值va被设定成比为每个环境温度确定的最小驱动电压va、vb、vc…高的值。作为设定预定值va的具体方法，例如，如在图7中所示，具有提供预定值va(所述预定值va高于最小驱动电压vx，并且随着环境温度诸如外侧空气温度越高，所述预定值va越高)的数据结构的计算映射m1被预先存储在ecu70中，并且ecu70可以通过搜索计算映射m1来计算与当前环境温度对应的预定值va。然而，预定值va也能够被设定为比假定的环境温度的范围内的最小驱动电压vx高的常数值。
在ecu电压vecu等于或高于预定值va的情形中，不必担心失步，并且因此，处理进行到步骤s6，在步骤s6中，ecu70以在步骤s3中设定的驱动周期frq1朝向目标步数stp1驱动闭塞阀15。另一方面，在ecu电压vecu小于预定值va的情形中，存在发生失步的可能性，并且因此，处理进行到步骤s7，在步骤s7中，ecu70将驱动周期改变成驱动周期frql，驱动周期frql比驱动周期frq1长，并且以驱动周期frql朝向目标步数stp1驱动闭塞阀15。在上述处理中，ecu70被描述成直接控制闭塞阀15。然而，更精确地，ecu70通过操作连接到辅助电池71的驱动电路(未示出)来控制供应到闭塞阀15的电力来操作闭塞阀15。
在步骤s7中改变的驱动周期frql被设定在能够避免失步的范围内(参考图5)。因此，即使闭塞阀15以驱动周期frql被驱动，也能够消除失步发生的可能性。驱动周期frql对应于本发明中的第一驱动周期的示例，并且驱动周期frq1对应于本发明中的第二驱动周期的示例。
根据第一实施例，当ecu电压vecu小于预定值va时，与当ecu电压vecu等于或高于预定值va时相比，电力被控制成使得驱动周期变成较长。为此原因，在ecu电压vecu的降低时，驱动周期变得比ecu电压vecu的降低之前长，并且因此，步进马达32变得难以失步。相应地，在ecu电压vecu的降低时，能够消除可能发生作为闭塞阀15的驱动源的步进马达32的失步的可能性。在第一实施例中，通过选择性使用两个长驱动周期和短驱动周期的简单控制，能够消除失步发生的可能性。进一步，在第一实施例中，通过随着环境温度变得越高而将预定值va设定成越高，根据环境温度改变驱动周期，并且因此，能够优化环境温度和驱动周期之间的关系。
第二实施例
将参考图8描述本发明的第二实施例。除了控制内容以外，第二实施例与第一实施例是共同的，并且因此，共同部分的描述被省略。关于第二实施例的物理构造，适当地参考图1和图2以及与其相关的描述。
图8的控制例程的程序被保留在ecu70中，并且以及时方式读出并以预定间隔重复执行。图8中的步骤s21至s26分别是与第一实施例的图6中的步骤s1至s6相同的处理，并且因此，这里将省略其描述。
在步骤s25中，在ecu70确定ecu电压vecu小于预定值va的情形中，处理进行到步骤s27。在步骤s27中，ecu70计算在电压的降低时使用的驱动周期frqlx。驱动周期frqlx被根据ecu电压vecu设定。例如，如在图9中所示，具有提供驱动周期frqlx的数据结构的计算映射m2被预先存储在ecu70中，驱动周期frqlx比驱动周期frq1长并且随着ecu电压vecu越低而越长，并且ecu70可以通过搜索计算映射m2来计算与当前ecu电压vecu对应的驱动周期frqlx。在计算映射m2中限定的驱动周期frqlx被设定在能够避免失步的范围内。因此，即使在驱动周期frqlx中驱动闭塞阀15，也不发生失步。
在步骤s28中，ecu70以在步骤s27中计算出的驱动周期frqlx朝向目标步数stp1驱动闭塞阀15。
根据第二实施例，与第一实施例类似，当ecu电压vecu小于预定值va时，与当ecu电压vecu等于或高于预定值va时相比，电力被控制成使得驱动周期变成较长。为此原因，在ecu电压vecu的降低时，驱动周期变得比ecu电压vecu的降低之前长，并且因此，步进马达32变得难以失步。相应地，在ecu电压vecu的降低时，能够消除可能发生作为闭塞阀15的驱动源的步进马达32的失步的可能性。在第二实施例中，通过随着环境温度变得越高而将预定值va设定成越高，根据环境温度改变驱动周期，并且因此，能够优化环境温度和驱动周期之间的关系。此外，在第二实施例中，根据电压来选择驱动周期，并且因此，能够优化电压和驱动周期之间的关系。
本发明不限于上述每个实施例，并且能够在本发明的要旨的范围内在各种实施例中实施。只要闭塞阀具有作为其驱动源的步进马达，所述步进马达是利用周期性脉冲电流的供应来操作的马达，则闭塞阀的实施例不限于所示出的示例。例如，能够采用球阀作为本发明中的闭塞阀的示例，所述球阀包括：球形阀体，球形阀体具有其中形成的贯通流路；和阀座，阀座可旋转地保持阀体并且与蒸汽通路连通，并且在球阀中，能够通过利用作为驱动源的步进马达旋转阀体来调节打开程度。只要它是具有作为驱动源的步进马达的阀，在设计中在打开方向上不具有死区的阀也能够被采用作为闭塞阀的示例。
上述实施例中的车辆1是内燃机2被设置为用于行驶的驱动源的车辆。然而，车辆1也能够被改变成混合动力车辆，其除了内燃机2以外，还设置有马达作为用于行驶的驱动源。内燃机2是汽油发动机。然而，能够是本发明的主题的内燃机可以是柴油发动机或者能够使用汽油和酒精的混合燃料的双燃料发动机。
在上述每个实施例中，由单个预定值va通过确定电压来改变驱动周期。然而，单个预定值va仅仅是本发明中的预定值的示例。例如，本发明也能够以如下实施例实施，在所述实施例中，设定具有不同大小的多个预定值，并且在多个阶段中改变驱动周期，所述多个阶段是三个或更多个阶段。在该情形中，所述多个预定值对应于在本发明中的预定值的示例。本发明也能够以如下实施例实施，在所述实施例中，对于电压降低的情形和电压上升的情形设定分别的预定值，并且设置用于在预定值处改变驱动周期的迟滞。在该情形中，所述分别的预定值对应于在本发明中的预定值的示例。
在上述每个实施例中，在电压降低时的驱动周期被设定在能够避免步进马达的失步的范围内，并且因此，能够消除失步发生的可能性。然而，通过使驱动周期比电压的降低之前长，失步发生的可能性被降低。因此，例如，也能够以如下实施例实施本发明，在所述实施例中，与电压的降低之前相比，驱动周期被改变成两倍。在该情形中，通过改变驱动周期，在电压降低时发生失步的可能性被降低。