JP4715427B2 - 蒸発燃料処理システムのリーク診断装置 - Google Patents

Description

本発明は蒸発燃料処理システムのリーク診断装置に関する。

車両用エンジンには、燃料タンク内で発生した燃料蒸発ガス（以下、「ベーパ」という）をキャニスタ内の活性炭に吸着させておき、所定の運転条件下で、キャニスタとエンジンの吸気通路とを連通する通路に設けたパージコントロールバルブを開弁し、吸気通路の負圧を利用することで、キャニスタ内に吸着されている燃料粒子を活性炭から脱離させてスロットルバルブ下流の吸気通路に導き、燃焼させるようにした蒸発燃料処理システムが備えられている。

この場合、燃料タンクから吸気管までの流路途中にリーク孔が存在していたり、パイプの接合部のシールが不良になると、ベーパが大気中に放出されてしまうので、これを防止するための種々のリーク診断手法が提案されている。

その一つに、エンジンの作動中ではなく、エンジンの停止後に行うリーク診断（以下、「停車時リーク診断」という）がある。停車時リーク診断は、エンジン停止後に蒸発燃料処理システム内の圧力と大気圧との差圧の推移を検出し、その差圧の変動量に基づいて行われる。

この停車時リーク診断は、エンジン停止後の自然放熱による燃料タンク内の温度変化に起因する、蒸発燃料処理システム内に自然に発生する負圧による圧力変化に基づくものである。したがって、リークが無い場合には、温度変化に伴いシステム内で大きな圧力変化が見られる。一方、リークがある場合には、そこから新気が導入されるので、圧力変化は小さいものとなる。

そのため、燃料タンク内でベーパが大量に発生している場合に診断を実施すると、ベーパ発生による正圧と自然放熱により生じる負圧とが相殺し合い、圧力変化が小さくなるため、リーク有と誤診断してしまう可能性がある。

そこで、特許文献１には、停車時リーク診断において、大気温が一定値以上であること、燃料タンク温度と外気温との相対温度差が一定値以上であることなどの雰囲気条件を診断禁止条件として診断前に確認し、その後、エンジン停止後に大量に発生するベーパを回避するために、燃料タンク内の温度、圧力をモニタし、それぞれが既定値に収まり次第、蒸発燃料処理システム内を閉空間としリーク診断を実施する蒸発燃料処理システムのリーク診断装置に関する発明が開示されている。
米国特許第６３２１７２７号公報

しかしながら、大気温度や燃料タンク温度といった雰囲気条件を診断禁止条件としてしまうと、例えば、診断に影響するほどのベーパが発生していなくとも、大気温条件を満たさなければ診断を禁止してしまうおそれがあった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、停車時リーク診断において、リーク診断前に一定のモニタリング時間を設定し、システム系内の圧力変化を測定することで、ベーパが発生しているときには診断を回避する蒸発燃料処理システムのリーク診断装置を提供することにある。

本発明は、エンジンに供給する燃料を貯蔵する燃料タンクと、前記燃料タンクの燃料蒸発ガスを吸着するキャニスタと、前記キャニスタの大気開放口を開閉する第一の弁と、前記キャニスタとエンジンの吸気通路とを接続するパージ通路と、前記パージ通路に介装した第二の弁とを備え、エンジンの運転条件に応じて前記第二の弁を開閉して燃料蒸発ガスを前記吸気通路にパージする蒸発燃料処理システムである。そして、前記パージ通路のガス圧を検出するガス圧検出手段と、エンジン停止状態を検出するエンジン停止状態検出手段と、エンジン停止後に前記第一、第二の弁を閉じて蒸発燃料処理システムのリーク診断を実施する手段と、前記リーク診断前に、前記燃料タンク内の温度上昇が落ち着くまでの時間を設定する時間設定手段と、前記設定時間中に、前記第一の弁を開弁したままで前記検出ガス圧の圧力変化を演算する演算手段と、前記演算値に基づいて前記リーク診断を許可するか否かを判定する判定手段と、を備え、前記判定手段が、前記演算値に基づき前記検出ガス圧が所定圧よりも低いと判定したときにリーク診断の実施を禁止することを特徴とする。

本発明によれば、リーク診断前に燃料タンク内の温度上昇が落ち着くまでの時間を設定し、設定時間中は燃料タンク内でベーパが発生しているかどうかを確認すべく、第一の弁を開弁したままでシステム系内の圧力変化を演算する。したがって、燃料タンク内で診断精度に影響するほどのベーパが発生しているかどうかを、リーク診断前に検知することができるので、精度の見込めないリーク診断を回避することができる。また、車両が急激に冷却されて異常なベーパの凝縮が進み、リークがあるにも関わらず圧力変化が生じてしまうような状況で停車時リーク診断を実施して誤診断してしまうのを防止できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
（第一実施形態）
図１は、本発明による第一実施形態に係る蒸発燃料処理システムのリーク診断装置を示す構成図である。

図１において、１はエンジンで、２はエンジン１の吸気通路、３は同じく排気通路である。吸気通路２には吸入空気量を検出する吸気量センサ４と、その下流に位置して吸入空気量を制御するスロットルバルブ５が設けられる。さらに吸気通路２には、スロットルバルブ５の下流に位置して燃料を噴射する燃料噴射弁６が設置される。燃料噴射弁６からは吸入空気量に対応して燃料が噴射され、これら燃料と空気の混合気をエンジン１で燃焼させることで、エンジン１は出力を発生する。

１０は前記エンジン１に供給する燃料を貯蔵する燃料タンクである。燃料タンク１０内には、燃料を圧送する燃料ポンプ２１が設けられ、燃料通路２２を介して前記燃料噴射弁６に燃料を供給する。そして、燃料タンク１０内に発生したベーパを一時的に吸着保持し、吸着保持したベーパを運転条件によりエンジン１に吸入し燃焼させるために蒸発燃料処理システム１００が備えられる。

前記蒸発燃料処理システム１００は、ベーパを吸着保持する活性炭を充填したキャニスタ１１を備える。キャニスタ１１は燃料タンク１０とベーパ通路１２を介して接続され、吸気通路２に対してもスロットルバルブ５の下流側にパージ通路１３を介して接続される。

パージ通路１３には、吸気通路２にパージされるベーパの量（以下、「パージ量」という）を調節するためのパージコントロールバルブ７が設けられる。パージコントロールバルブ７は常閉で、バルブの開度を連続的に制御できるように構成され、後述するコントローラ３０によって、パージ量に応じた開閉制御が行われる。

さらに、キャニスタ１１は大気開放口９を介して大気に接続されている。大気開放口９には、ドレンカットバルブ８が設けられ、その作動はコントローラ３０によって制御される。このドレンカットバルブ８は、エンジンの作動・停止を問わず、原則的に常時開いている。ただし、後述するリーク診断時に閉じられ、燃料タンク１０とベーパ通路１２とキャニスタ１１とキャニスタ１１からパージコントロールバルブ７までのパージ通路１３とで構成される系内（以下、「システム系内」という）を閉空間とする。

また、キャニスタ１１とパージコントロールバルブ７の間のパージ通路１３には、パージ通路１３内の圧力を検出する圧力センサ１４が設けられる。この圧力センサ１４はシステム系内の圧力に応じた信号をコントローラ３０に出力する。

コントローラ３０にはさらに、大気圧を検出する大気圧センサ２３の検出信号及びイグニッションスイッチ２０からの切り替え信号が入力される。

コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ（図示せず）等からなり、所定の運転条件においてパージコントロールバルブ７を開いてキャニスタ１１に吸着した燃料を吸気通路２からエンジン１に吸入燃焼させ、ベーパのパージを行う一方、エンジン停止後にパージコントロールバルブ７とドレンカットバルブ８を開閉制御することで、システム系内のリークの有無を診断する停車時リーク診断を行う。

さらに、コントローラ３０は停車時リーク診断にあたり、エンジン停止から一定時間、ベーパの発生をモニタしてリーク診断を許可するか否かの判定を行うようになっている。

以下、コントローラ３０により実行される停車時リーク診断について、図２のフローチャートを参照して詳しく説明する。なお、このフローは所定の単時間毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１で、エンジン停止を確認するために、イグニッションスイッチ（ＩＧＮＳＷ）２０がオフになっているかどうかを確認する。そして、イグニッションスイッチ２０がオフされている場合、すなわちエンジン停止状態であればステップＳ１０２に進む。イグニッションスイッチ２０がオフされてない場合、すなわちエンジン始動状態であれば、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１０２に進むと、燃料タンク１０内でのベーパの発生状態をリーク診断前にモニタすべく、ベーパモニタタイマ（ＶＭＴ）が起動する。

ステップＳ１０３では、ベーパモニタタイマが作動中か否かが判断される。ベーパモニタタイマが作動中であると判断した場合、すなわちベーパモニタタイマが規定時間ＶＭＴＩＭＥに達していない場合は、システム系内の圧力を測定すべくステップＳ１０４に進む。ベーパモニタタイマが規定時間ＶＭＴＩＭＥに達している場合は、停車時リーク診断を実施すべくステップＳ１０７に進む。

ここで、ベーパモニタタイマの作動中であれば、すぐにリーク診断を実施せずにシステム系内の圧力を測定するのは、ベーパモニタタイマの作動中というのは、エンジン停止からあまり時間が経過していないため、燃料タンク１０内の温度が上昇し、大量のベーパが発生している可能性があるからである。

逆に、ベーパモニタタイマが規定時間ＶＭＴＩＭＥに到達していれば、リーク診断を実施するのは、エンジン停止から十分に時間が経過し、燃料タンク１０内の温度上昇が落ち着いたため、診断に影響するほどのベーパの発生は収まっていると判断できるからである。

一般に、燃料タンク１０内の燃料は、走行中に排気系などからの熱等により外部から熱量を受け、温度が上昇する。この走行中に外部から受ける熱量によって上昇する燃料温度は、ある温度まで上昇すると、排気系などから受ける熱と走行風冷却による放熱のバランスから均衡し、それ以上は上昇しなくなる。

しかしながら、走行終了後エンジンを停止すると、燃料タンク１０内の燃料は、排気系などの余熱により受熱する一方、走行風によって冷却されることが無くなるので、いったん上昇することが多い。

ベーパは、燃料温度が高ければ高いほど、その発生が促進される。したがって、上述したエンジン停止後の燃料温度上昇が激しい場合にはベーパの発生が促進され、燃料タンク１０内で大量にベーパが発生する可能性がある。また、燃料に軽質ガソリンを使用している場合や標高の高いところで燃料の揮発性が高くなっている場合には、さらにその発生が促進され、ベーパの発生量は著しく多くなる。

このような状況でシステム系内を閉空間にしてリーク診断を実施すれば、ベーパの発生によって生じた圧力変化を、リークから導入された新気による圧力変化であると誤診断してしまう可能性がある。

故に、ベーパモニタタイマの作動中であれば、診断精度に影響するほどのベーパが発生しているか否かを診断実施前に確認すべく、システム系内の圧力を測定するのである。

ステップＳ１０４では、システム系内圧力ＳＹＳＰＲＥＳ（圧力センサ１４で検出）が大気圧ＡＴＭＰＲＳ（大気圧センサ２３で検出）に対して、所定許容値ＶＰＯＵＴ以上上昇しているか否かが判断される。このときのシステム系内圧力ＳＹＳＰＲＥＳはドレンカットバルブ８を開弁したままで測定される。

ドレンカットバルブ８を開弁しているので、システム系内は大気と連通しており、通常であればシステム系内圧力は大気圧とほぼ等しい。しかしながら、ドレンカットバルブ８が開弁されている状態でも、キャニスタ１１内の活性炭を通過するときに圧力損失が生じるので、燃料タンク１０内で大量にベーパが発生している場合には、パージ通路１３にもベーパによる圧力が作用し、パージ通路１３に設けられた圧力センサ１４で検出される圧力値が上昇する。ステップＳ１０４では、このキャニスタ１１内にて生じる圧力損失を利用する事で、システム系内の圧力を測定し、その圧力変化から診断精度に影響するほどのベーパが燃料タンク１０内で発生しているかどうかをリーク診断実施前に事前に検知している。

そして、システム系内圧力ＳＹＳＰＲＥＳが大気圧ＡＴＭＰＲＳに対して、所定許容値ＶＰＯＵＴ以上上昇している場合には、診断精度に影響するほどのベーパが発生しているとして、ステップＳ１１０に進み、停車時リーク診断の実施は禁止される。一方、所定許容値ＶＰＯＵＴ以上上昇していない場合には、ステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、システム系内圧力ＳＹＳＰＲＥＳが大気圧ＡＴＭＰＲＳに対して、所定許容値ＶＶＯＵＴ以下まで下降しているか否かが判断される。ステップＳ１０４の時と同様に、このときのシステム系内圧力ＳＹＳＰＲＥＳはドレンカットバルブ８を開弁したままで測定される。なお、所定許容値ＶＶＯＵＴは所定許容値ＶＰＯＵＴよりも小さい値をとる。

そして、所定許容値ＶＶＯＵＴ以下まで下降している場合には、ステップＳ１１０に進み、停車時リーク診断の実施を禁止する。例えば、車両が急激に冷却されて異常なベーパの凝縮が進み、リークがあるにも関わらず圧力変化が生じてしまうような状況を回避するためである。一方、所定許容値ＶＶＯＵＴ以下まで下降していない場合には、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６まで進むと、ベーパモニタタイマはカウントアップされた後、再びステップＳ１０３に移行し、改めてステップＳ１０３以降の処理を繰り返す。

一方、上述したようにステップＳ１０３でベーパモニタタイマが規定時間ＶＭＴＩＭＥに達している場合は、停車時リーク診断を実行すべくステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７でドレンカットバルブ８を閉じてシステム系内を閉空間にした後、ステップＳ１０８で停車時リーク診断が実行される。そして、エンジン停止後の燃料の自然放熱による温度変化に起因する、システム系内に自然に発生する負圧を利用し、システム系内の圧力と大気圧との差圧の変動量に基づいて、リーク有無の判断が行われる。

リーク診断終了後は、ステップＳ１０９でドレンカットバルブ８を開弁し、本ルーチンの処理を終了する。

以上説明した、本第一実施形態に係る蒸発燃料処理システムのリーク診断装置によれば、イグニッションスイッチ２０をオフすると一定時間のベーパモニタタイマが起動する。ベーパモニタタイマが作動中は、燃料タンク１０内でベーパが発生しているかどうかを確認するために、キャニスタ１１内に生じる圧力損失を利用し、ドレンカットバルブ８を開弁したままシステム系内の圧力を測定する。

このとき、ベーパが大量に発生していれば、キャニスタ１１内の活性炭を通過するときに圧力損失が生じるので、システム系内の圧力上昇を検知することができる。したがって、燃料タンク１０内で診断精度に影響するほどのベーパが発生しているかどうかを、リーク診断前に検知することができ、精度の見込めない診断を回避することができる。

また、ベーパモニタタイマの作動中は、ドレンカットバルブ８は開弁されているので、通電の必要が無く、バッテリの電力消費を抑えることができる。

さらに、停車時リーク診断を実施すべく、ドレンカットバルブ８を閉弁し、エンジン停止後にシステム系内を閉空間にしている状態で給油されると、燃料タンク１０内の内圧が上昇し、燃料が噴き返してきたり、燃料を給油できないといった現象が起きる場合がある。本第一実施形態では、エンジン停止後、一定時間のベーパモニタタイマを起動させ、その作動中はドレンカットバルブ８を開弁状態にしているので上述した状況を回避することができる。

（第二実施形態）
本発明の第二実施形態に係る蒸発燃料処理システムの診断装置の構成は、第一実施形態と同じである。第二実施形態において、コントローラ３０により実行される停車時リーク診断は、ドレンカットバルブ８を閉弁した状態でベーパモニタタイマを作動させるところが第一実施形態に係る停車時リーク診断の動作と相違する。

以下、コントローラ３０により実行される停車時リーク診断について、第一実施形態との相違点を中心に図３のフローチャートを参照して詳しく説明する。なお、このフローは所定の単時間毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２０１では、図２のステップＳ１０１と同様にエンジン停止を確認するために、イグニッションスイッチ２０がオフになっているかどうかを確認する。そして、エンジン停止状態であればステップＳ２０２に進む。エンジン始動状態であれば、ステップＳ２１０に進み、ドレンカットバルブ８が開弁状態になっていることを確認して本ルーチンを終了する。

ステップＳ２０２に進むと、ドレンカットバルブ８が閉弁される。システム系内を閉空間とすることで、より正確に燃料タンク１０内で発生するベーパによる圧力変化を測定するためである。

そして、ステップＳ２０３に進むと、図２のステップＳ１０２と同様に燃料タンク１０内でのベーパの発生状態をリーク診断前にモニタすべく、ベーパモニタタイマが起動する。

ステップＳ２０４でも、図２のステップＳ１０３と同様の処理が行われており、ベーパモニタタイマが作動中か否かが判断される。ベーパモニタタイマが作動中であればシステム系内の圧力を測定すべくステップＳ２０５へ進み、作動中でなければ停車時リーク診断を実施すべくステップＳ２０８へ進む。

ステップＳ２０５では、コントローラ３０のサンプリング周期ごとに測定されているシステム系内圧力ＳＹＳＰＲＥＳ（圧力センサ１４で検出）が、直前にサンプリングされたシステム系内圧力ａＳＹＳＰＲＥＳ（圧力センサ１４で検出）に対して、所定許容値ＶＳＰＯＵＴ以上の速度で上昇しているか否かが判断される。第一実施形態の場合と異なり、このときの圧力変化速度は、ドレンカットバルブ８を閉弁した状態で測定されている。

そして、圧力変化速度が所定許容値ＶＳＰＯＵＴ以上であれば、診断精度に影響するほどのベーパが発生しているとして、ステップＳ２１１に進む。ステップＳ２１１に進むと、停車時リーク診断の実行が禁止され、ステップＳ２１０に進み、ドレンカットバルブ８を開弁した後、本ルーチンの処理を終了する。

一方、圧力変化速度が所定許容値ＶＳＰＯＵＴ未満であれば、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、システム系内圧力ＳＹＳＰＲＥＳが、直前にサンプリングされたシステム系内圧力ａＳＹＳＰＲＥＳに対して、所定値以上の速度で下降しているか否かが判断される。ステップＳ２０５と同様に、このときの圧力変化速度は、第一実施形態の場合と異なり、ドレンカットバルブ８を閉弁した状態で測定されている。

具体的には、システム系圧力ＳＹＳＰＲＥＳと直前のシステム系圧力ａＳＹＳＰＲＥＳとの差が所定許容値ＶＳＶＯＵＴ以下であれば、診断精度に影響するほどの異常なベーパの凝縮が発生しているとして、ステップＳ２１１に進む。ステップＳ２１１に進むと、停車時リーク診断の実行が禁止され、ステップＳ２１０に進み、ドレンカットバルブ８を開弁した後、本ルーチンの処理を終了する。なお、所定許容値ＶＳＶＯＵＴは所定許容値ＶＳＰＯＵＴよりも小さい値をとる。

一方、システム系圧力ＳＹＳＰＲＥＳと直前のシステム系圧力ａＳＹＳＰＲＥＳとの差が所定許容値ＶＳＶＯＵＴより大きければ、ステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７まで進むと、ベーパモニタタイマはカウントアップされた後、再びステップＳ２０４に移行し、改めてステップＳ２０４以降の処理を繰り返す。

一方、上述したようにステップＳ２０４でベーパモニタタイマが規定時間ＶＭＴＩＭＥに達している場合は、停車時リーク診断を実行すべくステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８でドレンカットバルブ８が閉じられていることを確認し、ステップＳ２０９で停車時リーク診断が実行される。

リーク診断が終了するとステップＳ２１０に進み、ドレンカットバルブ８を開弁した後、本ルーチンの処理を終了する。

以上説明した、本発明の第二実施形態に係る蒸発燃料処理システムのリーク診断装置によれば、イグニッションスイッチ２０をオフすると一定時間のベーパモニタタイマが起動する。ベーパモニタタイマが作動中は、燃料タンク内にベーパが発生しているかどうかを確認するために、ドレンカットバルブ８を閉弁し、システム系内を閉空間にしてシステム系内の圧力を測定する。

ベーパが発生していれば、閉空間としたシステム系内の圧力はその発生量に応じて上昇する。したがって、ドレンカットバルブ８を開弁状態のままシステム系内の圧力を測定する場合と比べて、燃料タンク１０内で診断の精度に影響するほどのベーパが発生しているかどうかをより正確にリーク診断前に検知することができ、精度の見込めない診断を回避することができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、車両に搭載され、燃料タンク内の燃料が蒸発して生じた燃料蒸発ガスを処理する装置に利用することができる。

本発明による蒸発燃料処理システムのリーク診断装置の構成を示す図である。 本発明の第一実施形態に係る蒸発燃料処理システムのリーク診断装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第二実施形態に係る蒸発燃料処理システムのリーク診断装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 蒸発燃料処理システム
１ エンジン
２ 吸気通路
７ パージコントロールバルブ（第二の弁）
８ ドレンカットバルブ（第一の弁）
９ 大気開放口
１０ 燃料タンク
１１ キャニスタ
１３ パージ通路
１４ 圧力センサ（ガス圧検出手段）
２０ イグニッションスイッチ（エンジン停止状態検出手段）
３０ コントローラ

Claims (4)

1. エンジンに供給する燃料を貯蔵する燃料タンクと、
   前記燃料タンクの燃料蒸発ガスを吸着するキャニスタと、
   前記キャニスタの大気開放口を開閉する第一の弁と、
   前記キャニスタとエンジンの吸気通路とを接続するパージ通路と、
   前記パージ通路に介装した第二の弁とを備え、
   エンジンの運転条件に応じて前記第二の弁を開閉して燃料蒸発ガスを前記吸気通路にパージする蒸発燃料処理システムにおいて、
   前記パージ通路のガス圧を検出するガス圧検出手段と、
   エンジン停止状態を検出するエンジン停止状態検出手段と、
   エンジン停止後に前記第一、第二の弁を閉じて蒸発燃料処理システムのリーク診断を実施する手段と、
   前記リーク診断前に、前記燃料タンク内の温度上昇が落ち着くまでの時間を設定する時間設定手段と、
   前記設定時間中に、前記第一の弁を開弁したままで前記検出ガス圧の圧力変化を演算する演算手段と、
   前記演算値に基づいて前記リーク診断を許可するか否かを判定する判定手段と、
   を備え、
   前記判定手段は、前記演算値に基づき前記検出ガス圧が所定圧よりも低いと判定したときにリーク診断の実施を禁止する、
   ことを特徴とする蒸発燃料処理システムのリーク診断装置。
2. 前記時間設定手段は、燃料タンク内で発生するベーパの発生状況をモニタリングするもので、リーク診断よりも短い時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理システムのリーク診断装置。
3. 前記演算値は、前記検出ガス圧の圧力変化量であることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸発燃料処理システムのリーク診断装置。
4. 大気圧を検出する手段を備え、
   前記圧力変化量は、前記検出ガス圧と前記大気圧とに基づいて算出することを特徴とする請求項３に記載の蒸発燃料処理システムのリーク診断装置。

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