JP2003314340A

JP2003314340A - 蒸発燃料処理装置

Info

Publication number: JP2003314340A
Application number: JP2002121902A
Authority: JP
Inventors: Tsugufumi Aikawa; 嗣史藍川; Susumu Kojima; 進小島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は蒸発燃料処理装置に関し、蒸発燃料
を凝縮するための分離膜の状態を、容易に、かつ、精度
良く判断することを目的とする。【解決手段】燃料タンク内で生じた蒸発燃料を吸着す
るキャニスタから流出するキャニスタ出ガスを、高濃度
の処理ガスと、低濃度のキャニスタ入ガスとに分離する
第１および第２分離膜３６，４６を設ける。キャニスタ
入ガスを内燃機関の吸気系に供給するための低濃度ガス
パージ通路５８および制御弁５９を設ける。排気空燃比
に基づいて算出される空燃比フィードバック係数FAFを
用いて混合気が理論空燃比に維持されるように燃料噴射
量を補正する。キャニスタ入ガスが吸気系に供給されて
いる際のFAFに基づいて、キャニスタ入ガスの濃度を推
定する。推定された濃度に基づいて第１および第２分離
膜３６，４６の状態を判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸発燃料処理装置
に係り、特に、内燃機関の燃料タンク内で発生する蒸発
燃料を大気に放出させることなく処理するうえで好適な
蒸発燃料処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平１０−２７４１０６
号公報に開示されるように、燃料タンク内で生じた蒸発
燃料を吸着するためのキャニスタを備える蒸発燃料処理
装置が知られている。この装置は、キャニスタに吸着さ
れている蒸発燃料を空気の流れによりパージさせる機構
と、パージガス中から蒸発燃料を分離する分離膜とを備
えている。このような蒸発燃料処理装置によれば、燃料
タンク内で発生した蒸発燃料を、キャニスタを含む閉じ
た系の中で処理することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の装置において、蒸発燃料を処理するためには、分離
膜が適正な状態を維持していることが必要である。従っ
て、装置の機能を維持するうえでは、分離膜の異常が速
やかに検出できることが望ましい。

【０００４】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、蒸発燃料を凝縮するための分離膜
の状態を、容易に、かつ、精度良く判断することのでき
る蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
燃料タンク内で生じた蒸発燃料を吸着するキャニスタを
備える蒸発燃料処理装置であって、前記キャニスタから
流出するキャニスタ出ガスを、高濃度で蒸発燃料を含む
高濃度処理ガスと、低濃度で蒸発燃料を含む低濃度処理
ガスとに分離する分離膜と、前記高濃度処理ガスおよび
前記低濃度処理ガスのうち一方のガスを内燃機関の吸気
系に供給する第１ガス供給手段と、内燃機関の吸気通路
を流れる吸気ガス中の燃料濃度、内燃機関で燃焼に付さ
れる混合気の空燃比、およびその空燃比を所望の値に維
持するための燃料噴射量補正係数のうち少なくとも１つ
を、空燃比特性値として検出する空燃比特性値検出手段
と、前記一方のガスが前記吸気系に供給されている際に
検出された空燃比特性値に基づいて、前記一方のガスの
燃料濃度を第１濃度として推定する第１濃度推定手段
と、前記燃料濃度の推定値に基づいて前記分離膜の状態
を判断する分離膜状態判断手段と、を備えることを特徴
とする。

【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の蒸
発燃料処理装置であって、前記高濃度処理ガスおよび前
記低濃度処理ガスのうち他方のガスの燃料濃度を第２濃
度として取得する第２濃度取得手段を備えると共に、前
記分離膜状態判断手段は、前記第１濃度と前記第２濃度
とに基づいて、前記分離膜の状態を判断することを特徴
とする。

【０００７】請求項３記載の発明は、前記請求項２記載
の蒸発燃料処理装置であって、前記第２濃度取得手段
は、前記他方のガスの燃料濃度を検出する第２濃度検出
センサを含むことを特徴とする。

【０００８】請求項４記載の発明は、請求項２記載の蒸
発燃料処理装置であって、前記第２濃度取得手段は、前
記一方のガスが前記吸気系に供給されていない状況下で
前記他方のガスを前記吸気系に供給する第２ガス供給手
段と、前記他方のガスが前記吸気系に供給されている際
に検出された空燃比特性値に基づいて、前記他方のガス
の燃料濃度を第２濃度として推定する第２濃度推定手段
と、を含むことを特徴とする。

【０００９】請求項５記載の発明は、請求項１乃至３の
何れか１項記載の蒸発燃料処理装置であって、前記低濃
度処理ガスを、蒸発燃料をパージさせるためのガスとし
て前記キャニスタに還流させるキャニスタ入ガス通路
と、前記キャニスタ出ガスと前記キャニスタ入ガスとの
差分に相当する大気を、前記キャニスタに流入させる大
気供給手段とを備え、前記一方のガスは、前記低濃度処
理ガスであることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態について説明する。尚、各図において共通す
る要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略す
る。

【００１１】実施の形態１．［本実施形態の装置の構成の説明］図１は、本発明の実
施の形態１の蒸発燃料処理装置の構成を説明するための
図である。図１に示すように、本実施形態の装置は燃料
タンク１０を備えている。燃料タンク１０の内部には低
圧フィードポンプ１２（以下、単に「フィードポンプ１
２」と称す）が配置されている。フィードポンプ１２に
は、燃料タンク１０内の燃料を吸引するための吸引管１
４が連通していると共に、図示しない内燃機関に燃料を
フィードするための燃料管１６が連通している。

【００１２】燃料タンク１０には、ベーパ通路１８を介
してキャニスタ２０が連通している。キャニスタ２０
は、その内部に活性炭を有している。燃料タンク１０の
内部で発生する蒸発燃料は、ベーパ通路１８を通ってキ
ャニスタ２０に流入し、その活性炭に吸着される。

【００１３】キャニスタ２０の内部には、活性炭と共に
ヒータ２２が配置されている。ヒータ２２によれば、活
性炭を適当に加熱することができる。キャニスタ２０
は、また、大気口２４を備えている。大気口２４には、
キャニスタ２０の内部に過大な圧力が生ずるのを防止す
るための過圧防止弁２６が設けられている。過圧防止弁
２６は、キャニスタ２０の内部から流出する流体の流れ
のみを許容する一方向弁であり、図示しないエアクリー
ナを介して大気に開放されている。

【００１４】キャニスタ２０には、パージ通路２８が連
通している。パージ通路２８は、負圧調整弁３０を備え
ており、その調整弁３０の下流においてパージガス循環
ポンプ３２の吸入口に連通している。負圧調整弁３０
は、キャニスタ２０からパージガス循環ポンプ３２へ向
かう流体の流れのみを許容する一方向弁であり、パージ
ガス循環ポンプ３２の作動時に、その吸入口付近に所定
の負圧を発生させるために設けられている。

【００１５】パージガス循環ポンプ３２の吐出口には、
高濃度用分離ユニット３４が連通している。高濃度用分
離ユニット３４は、第１の分離膜３６を備えていると共
に、第１の分離膜３６により隔絶されている上室３８お
よび下室４０を備えている。上述したパージガス循環ポ
ンプ３２は、より具体的には、高濃度用分離ユニット３
４の上室３８に連通している。一方、高濃度用分離ユニ
ット３４の下室４０には、切替弁４１を介して処理ガス
通路４２と、処理ガス循環通路４３が連通している。

【００１６】切替弁４１は、高濃度用分離ユニット３４
の下室４０を選択的に処理ガス通路４２または処理ガス
循環通路４３に導通させる切替弁である。処理ガス通路
４２は、燃料タンク１０の内部において、吸引管１４
に、すなわち、フィードポンプ１２の吸引口に連通して
いる。一方、処理ガス循環通路４３は、負圧調整弁３０
の下流においてパージ通路２８に連通している。つま
り、処理ガス循環通路４３は、パージガス循環ポンプ３
２の吸引口に連通している。

【００１７】高濃度用分離ユニット３４の上方には、中
濃度用分離ユニット４４が配置されている。中濃度用分
離ユニット４４は、第２分離膜４６を備えていると共
に、第２分離膜４６により隔絶されている第１室４８お
よび第２室５０を備えている。中濃度用分離ユニット４
４の第１室４８は、連通路５２を介して高濃度用分離ユ
ニット３４の第１室３８と連通している。

【００１８】中濃度用分離ユニット４４の第１室４８に
は、キャニスタ入ガス通路５４が連通している。キャニ
スタ入ガス通路５４は、上述したキャニスタ２０に連通
する通路であり、中濃度用分離ユニット４４から流出し
てくるガスをキャニスタ入ガスとしてキャニスタ２０に
還流させることができる。

【００１９】キャニスタ入ガス通路５４は、中濃度用分
離ユニット４４側の端部の近傍に調圧弁５６を備えてい
ると共に、キャニスタ２０側の端部の近傍に負圧防止弁
５７を備えている。調圧弁５６は、中濃度用分離ユニッ
ト４４からキャニスタ２０へ向かう流体の流れのみを許
容する一方向弁であり、その上流側に、より具体的に
は、パージガス循環ポンプ３２から調圧弁５６に至る経
路内に、所定の正圧を発生させるために設けられてい
る。一方、負圧防止弁５７は、図示しないエアクリーナ
を介して大気に連通しており、キャニスタ入ガス通路５
４への大気の流入のみを許容する一方向弁である。負圧
防止弁５７は、キャニスタ入ガス通路５４の内部、乃至
はキャニスタ２０の内部に不当に大きな負圧が生ずるの
を防ぐために設けられている。

【００２０】また、キャニスタ入ガス通路５４は、中濃
度用分離ユニット４４と調圧弁５６との間において、低
濃度ガスパージ通路５８に連通している。低濃度ガスパ
ージ通路５８は、その導通状態を制御する制御弁５９を
備えていると共に、図示されない端部において内燃機関
の吸気通路に連通している。

【００２１】中濃度用分離ユニット４４の第２室５０に
は、循環ガス通路６０が連通している。循環ガス通路６
０は、負圧調整弁３０の下流においてパージ通路２８に
連通している。従って、循環ガス通路６０によれば、中
濃度用分離ユニット４４の第２室５０と、パージガス循
環ポンプ３２の吸入口とを導通状態にすることができ
る。

【００２２】図１に示す通り、本実施形態の装置は、高
濃度用分離ユニット３４の下室４０で生成される処理ガ
スの濃度を測定するための濃度センサ６１を備えてい
る。また、本実施形態の装置は、上述したヒータ２２や
パージガス循環ポンプ３２を制御するための制御コンピ
ュータ６２を備えている（以下、ECU：Electronic Cont
rol Unitと称す）。

【００２３】ECU６２には、燃料噴射弁６４が接続され
ている。燃料噴射弁６４は、図示しない吸気ポートに配
置されており、燃料管１６によりフィードされてくる燃
料を、内燃機関の個々の気筒に噴射することができる。
ECU６２には、更に、燃料噴射弁６４から噴射する燃料
の量、すなわち、燃料噴射量を演算するために必要な各
種データを検出するためのセンサが接続されている。

【００２４】具体的には、ECU６２には、エアフロメー
タ６６、回転数センサ６８、スロットルセンサ７０、お
よび排気O_２センサ７２などが接続されている。エアフ
ロメータ６６は、内燃機関の吸気通路に吸入される吸入
空気量Gaを検出するためのセンサである。回転数センサ
６８は、機関回転数NEを検出するためのセンサである。
スロットルセンサ７０は、吸気通路に配置されたスロッ
トルバルブの開度を検出するセンサである。また、排気
O_２センサ７２は、内燃機関の排気通路に配置され、排
気空燃比がリッチであるかリーンであるかを検出するセ
ンサである。

【００２５】［パージ動作の説明］次に、本実施形態の
装置がキャニスタ２０内の蒸発燃料をパージする際の動
作について説明する。本実施形態において、ECU６２
は、所定のパージ条件が成立する場合にパージガス循環
ポンプ３２を作動させる。パージ条件は、キャニスタ出
ガスの燃料濃度が所定値以上（例えば１５％以上）であ
る場合に限り、その成立が判定される。従って、パージ
ガス循環ポンプ３２は、キャニスタ出ガスの燃料濃度が
１５％以上である場合にのみ作動する。

【００２６】パージガス循環ポンプ３２が作動すると、
その吸引口側に生ずる負圧がキャニスタ２０に導かれ、
パージ通路２８にキャニスタ出ガスが流出する。また、
パージガス循環ポンプ３２が発生する負圧は、循環ガス
通路６０を介して中濃度用分離ユニット４４の第２室５
０にも導かれる。このため、パージガス循環ポンプ３２
は、定常状態では、パージ通路２８から供給されるキャ
ニスタ出ガスと、循環ガス通路６０から供給される循環
ガスとの混合ガスを圧縮して高濃度用分離ユニット３４
の第１室３８に供給する。

【００２７】パージガス循環ポンプ３２が上記の如く作
動している場合、ポンプ３２の吐出口から調圧弁５６ま
での系にはポンプの吐出圧が作用する。一方、高濃度用
分離ユニット３４の下室４０には、切替弁の状態に応じ
て、燃料タンク内圧、またはポンプ３２の発する負圧が
導かれる。また、中濃度用分離ユニット４４の下室５０
にはポンプ３２の発する負圧が導かれる。従って、この
場合、高濃度用分離ユニット３４の第１分離膜３６の両
側、および中濃度用分離ユニット４４の第２分離膜４６
の両側には、何れも、第１室３８，４８側が第２室４
０，５０側に比して高圧となるような差圧が発生する。

【００２８】第１分離膜３６および第２分離膜４６は、
ポリイミドなどの高分子材料で構成された薄膜であり、
空気と燃料を含むガスに晒された場合に、膜に対する空
気の溶解度と燃料の溶解度との違いにより、両者を分離
する特性を示す。より具体的には、第１分離膜３６およ
び第２分離膜４６は、一方の面に蒸発燃料を含むガスが
導かれ、かつ、その面の側が高圧となるように膜の両側
に差圧が与えられた場合に、膜の低圧側に蒸発燃料濃度
の高められた凝縮ガスを通過させる特性を有している。

【００２９】このため、ポンプ３２の作動に伴って、高
濃度用分離ユニット３４の第１室３８に混合ガスが流入
し、かつ、第１分離膜３６の両側に第１室３８が高圧と
なるような差圧が発生すると、混合ガス中の蒸発燃料が
第２室４０側に凝縮される。その結果、第１室３８内の
混合ガスは流入時に比して燃料濃度の低いガス（以下、
「中濃度ガス」と称す）となり、また、第２室４０内に
は、高濃度の処理ガスが生成される。

【００３０】高濃度用分離ユニット３４の第１室３８か
ら流出する中濃度ガスは、中濃度用分離ユニット４４の
第１室４８に流入する。中濃度用分離ユニット４４は、
第１室４８に中濃度ガスが流入すると、第２分離膜４６
により中濃度ガス中の蒸発燃料を凝縮して、中濃度ガス
に比して濃度の高い循環ガスを第２室５０において生成
する。生成された循環ガスは、循環ガス通路６０を通っ
てパージガス循環ポンプ３２の吸入口に供給される。

【００３１】本実施形態の装置は、キャニスタ出ガスの
濃度が１５％である場合に、定常状態で循環ガスの濃度
が６５％程度となるように設けられている。この場合、
混合ガスの濃度は６０％程度となる。そして、高濃度用
分離ユニット３４は、６０％程度の混合ガスが供給され
た場合に、その混合ガスを９５％以上の処理ガスと４０
％程度の中濃度用ガスとに分離できるように設計されて
いる。更に、中濃度用分離ユニット４４は、４０％程度
の中濃度ガスが供給された場合に、その中濃度ガスを６
５％程度の循環ガスと５％未満のキャニスタ入ガスとに
分離できるように設計されている。このため、本実施形
態の装置によれば、定常状態では、９５％以上の処理ガ
スと、５％未満のキャニスタ入ガスとを生成することが
できる。

【００３２】フィードポンプ１２は、燃料を３００kPa
程度に過圧する能力を有している。フィードポンプ１２
に吸入された処理ガスは、このような圧力で加圧される
と液体燃料となる。この際、処理ガスに多量の空気が含
まれていると、フィードポンプ１２のベーパーロックや
異音の発生といった不都合が生ずる。これに対して、処
理ガスに含まれている空気が少量であれば、処理ガスの
加圧に伴って空気が燃料に溶解することからそれらの問
題は生じない。

【００３３】ベーパーロックや異音を生じさせることの
ない空気の比率は、フィードポンプ１２の能力、すなわ
ち、フィードポンプ１２が発生させる燃料流量および燃
料圧力に応じて決定される。一般的に車両に搭載される
フィードポンプでは、処理ガス中の空気濃度が５％未満
であれば、つまり、処理ガスの燃料濃度が９５％以上で
あればベーパーロックや異音の問題が生ずることはな
い。このため、本実施形態のシステムによれば、車両に
搭載される一般的なフィードポンプ１２との組み合わせ
において、ベーパーロックや異音の問題を生じさせるこ
となく、処理ガスを燃料タンク１０に還流させることが
できる。

【００３４】本実施形態の装置において、キャニスタ入
ガスは、キャニスタ２０に吸着されている蒸発燃料をパ
ージさせるためのガスとして再利用される。キャニスタ
２０に吸着されている蒸発燃料は、キャニスタ２０内部
を、十分に濃度の低いガスが流通することでパージされ
る。本実施形態の装置では、既述の通り、キャニスタ入
ガスの燃料濃度が５％以下に抑えられている。更に、本
実施形態の装置は、蒸発燃料のパージ中は、ヒータ２２
によりキャニスタ２０を加熱することとしている。キャ
ニスタ２０に吸着されている蒸発燃料は、キャニスタ２
０の温度が上昇することで脱離し易い状態となる。この
ため、本実施形態の装置によれば、キャニスタ入ガスに
より、効率的に蒸発燃料をパージさせることができる。

【００３５】本実施形態の装置は、既述の如く、混合ガ
スの濃度が６０％程度となる定常状態においては、処理
ガスの濃度を９５％以上とすることができる。しかしな
がら、パージガス循環ポンプ３２の作動開始直後など
は、６０％を大幅に下回る低濃度の混合ガスが高濃度用
分離ユニット３４に流入することがある。この場合、高
濃度用分離ユニット３４の下室４０には、９５％より濃
度の低い処理ガスが生成される。

【００３６】９５％より濃度の低い処理ガスが処理ガス
通路４２を通ってフィードポンプ１２に供給されると、
フィードポンプ１２のベーパーロックや異音の発生、更
には、噴射燃料への気泡の混入に伴う噴射量誤差の増大
といった不都合が発生する。そこで、本実施形態の装置
は、濃度センサ６１の出力に基づいて処理ガスの濃度を
検出し、その濃度が目標濃度（９５％）より低い場合に
は、処理ガスが処理ガス循環通路４３に流入するように
切替弁４１を切り換えることとしている。このため、本
実施形態の装置によれば、高濃度用分離ユニット３４に
流入する混合ガスの濃度が定常時の濃度に比して十分に
低い場合にも、ベーパーロックの発生や異音の発生を有
効に防止することができる。

【００３７】［燃料噴射量制御の説明］次に、本実施形
態の装置が、燃料噴射量を制御する手法について説明す
る。本実施形態において、ECU６２は、エアフロメータ
６６や回転数センサ６８の出力に基づいて１回転当たり
の吸入空気量Ga/NEを検出する。そして、ECU６２は、そ
の吸入空気量Ga/NEに対して所望の空燃比（例えば理論
空燃比）を実現する燃料噴射量を基本燃料噴射量として
算出する。ECU６２は、このようにして算出された基本
燃料噴射量に、各種の補正を施すことで最終的な燃料噴
射量を算出している。

【００３８】ECU６２は、燃料噴射量を補正するための
制御として、排気O_２センサ７２の出力に基づく空燃比
フィードバック制御を実行している。空燃比フィードバ
ック制御では、基本燃料噴射量を補正するための補正係
数として、空燃比フィードバック係数FAFが算出され
る。空燃比フィードバック係数FAFは、排気O_２センサ７
２によってリッチな排気空燃比が検出されている間は減
少方向に更新され、一方、リーンな排気空燃比が検出さ
れている間は増加方向に更新される。このように更新さ
れるFAFを用いて基本燃料噴射量を補正すると、排気空
燃比がリッチである間は、燃料噴射量を徐々に減少させ
ることができ、排気空燃比がリーンである間は燃料噴射
量を徐々に増加させることができる。このため、空燃比
フィードバック制御によれば、排気空燃比が理論空燃比
近傍に維持されるように、燃料噴射量を増減させること
ができる。

【００３９】［キャニスタ入ガスのパージ、およびその
パージの影響の説明］本実施形態の装置は、既述した通
り、キャニスタ入ガス通路５４を内燃機関の吸気通路に
連通させる低濃度ガスパージ通路５８を備えている。キ
ャニスタ入ガス通路５４の内部には、調圧弁５６の設定
圧に相当する正圧が生じている。一方、内燃機関の吸気
通路には吸気負圧が生じている。このため、本実施形態
の装置によれば、制御弁５９を開けることにより、キャ
ニスタ入ガスを低濃度ガスパージ通路５８を介して内燃
機関の吸気通路にパージさせることができる。

【００４０】キャニスタ入ガスには、少なくとも５％程
度の蒸発燃料が含まれている。従って、キャニスタ入ガ
スが吸気通路にパージされると、内燃機関において燃焼
に付される混合気の空燃比は、キャニスタ入ガスがパー
ジされる以前に比してリッチとなる。空燃比フィードバ
ック制御の実行中に、このような空燃比変化が生ずる
と、その空燃比を理論空燃比に近づけるために空燃比フ
ィードバック係数FAFが減少方向に更新される。その
後、空燃比フィードバック補正係数FAFには、パージに
より供給されている蒸発燃料の量に応じた値ΔFAFだけ
変化が生ずる。

【００４１】［変化量ΔFAFに基づくキャニスタ入ガス
濃度の算出手法の説明］上記の如く、本実施形態の装置
では、キャニスタ入ガスが吸気通路にパージされると、
その後、空燃比フィードバック補正係数FAFに、パージ
により供給されている蒸発燃料の量に応じた変化量ΔFA
Fが生ずる。この場合、ECU６２は、変化量ΔFAFに基づ
いて、パージにより供給されている燃料の量を検出する
ことができる。

【００４２】一方、吸気通路にパージされるキャニスタ
入ガスの流量は、低濃度ガスパージ通路５８の両側に生
じている圧力差、およびその通路５８の流通抵抗により
決定される。キャニスタ入ガス通路５４の圧力は固定値
（調圧弁５６の設定圧）として扱い得ることから、低濃
度ガスパージ通路５８の両側に生じている圧力差は、吸
気負圧に基づいて検出することができる。吸気負圧は、
図示しない吸気圧センサを用いた実測や、吸入空気量Ga
などに基づく推定などの公知手法で検知することができ
る。従って、ECU６２は、低濃度ガスパージ通路５８の
両側に生じている圧力差を公知の手法で検知することが
できる。更に、低濃度ガスパージ通路５８の流通抵抗
は、制御弁５９の状態に応じて一義的に決まる値であ
る。このため、ECU６２は、公知の手法で検知された圧
力差と、制御弁５９の状態により決定される流通抵抗と
に基づいて、パージされるキャニスタ入ガスの流量を算
出することができる。

【００４３】パージにより供給されている燃料の量と、
パージされているガスの流量とが判れば、そのパージガ
スの濃度を算出することができる。従って、ECU６２
は、パージの開始後に空燃比フィードバック係数FAFに
生じた変化量ΔFAFに基づいて、キャニスタ入ガスの燃
料濃度を算出（推定）することができる。

【００４４】図２は、上記の手法でキャニスタ入ガスの
濃度を推定するためにECU６２が実行する制御ルーチン
のフローチャートを示す。図２に示すルーチンでは、先
ず、キャニスタ入ガスの濃度を推定すべき条件が成立し
ているか否かが判別される（ステップ１００）。上述し
た手法でキャニスタ入ガス濃度を推定するためには、キ
ャニスタ入ガスを吸気通路に吸入させる必要がある。こ
のため、その推定が実行できるのは、適当な吸気負圧が
生じている場合に限られる。また、キャニスタ入ガスの
パージ中は、空燃比荒れを防ぐために、そのパージ分が
相殺されるように燃料噴射量を減量する必要がある。従
って、濃度の推定ができるのは、減量後の燃料噴射量
が、燃料噴射弁６４の最小燃料噴射量（制御の可能な最
小の噴射量）より多量である場合に限られる。以上の理
由より、本ステップ１００では、例えば、所定の吸気負
圧が生じていること、減量後の燃料噴射量が最小燃料噴
射量以上であること、などが濃度の推定条件として判別
される。

【００４５】尚、内燃機関が成層運転と均質運転とを切
り換えて実行する機能を有している場合において、成層
運転の実行中にキャニスタ入ガスがパージされると、気
筒内での成層が崩れて所望の燃焼性が得られない事態が
生ずる。このため、このような内燃機関においては、上
記ステップ１００で判別される推定条件に、「内燃機関
が均質運転中であること」を含めることが適切である。

【００４６】上記ステップ１００の処理は、キャニスタ
入ガス濃度の推定条件が成立すると判別されるまで繰り
返し実行される。そして、その条件が成立すると判別さ
れた場合は、次に、制御弁５９が開弁状態とされる（ス
テップ１０２）。

【００４７】次に、空燃比の収束期間が経過したか否か
が判別される（ステップ１０４）。上記ステップ１０２
において制御弁５９が開弁されると、内燃機関の吸気通
路には、低圧ガスパージ通路５８の流通抵抗や吸気負圧
の大きさに応じた流量でキャニスタ入ガスがパージされ
始める。キャニスタ入ガスのパージが開始されると、空
燃比のずれを小さくするために空燃比フィードバック係
数FAFが更新され始める。その後、適当な期間が経過す
る過程で、FAFの値は、パージの影響を相殺する値に更
新される。上記の収束期間は、FAFがそのようにして適
正値に収束するのに要する時間である。従って、本ステ
ップ１０４で収束期間が終了していないと判別される場
合は、未だパージの影響が完全にはFAFに反映されてい
ない可能性があると判断することができる。一方、収束
期間が終了していると判別される場合は、パージの影響
が完全にFAFに反映されたと判断することができる。

【００４８】図２に示すルーチンにおいて、上記ステッ
プ１０４の処理は、収束期間が経過したとの判別がなさ
れるまで繰り返し実行される。そして、収束期間が経過
したとの判別がなされると、次に、パージの開始後に所
定の空燃比特性値に生じた変化量、具体的には、空燃比
フィードバック係数FAFに生じた変化量ΔFAFが検出され
る（ステップ１０６）。

【００４９】パージの開始後に生じた変化量ΔFAFは、
既述した通り、パージにより供給されている燃料の量と
相関を有している。そして、本実施形態において、ECU
６２は、そのΔFAFに基づいて、キャニスタ入ガスの燃
料濃度を推定することができる。図２に示すルーチンで
は、上記ステップ１０６に次いで、キャニスタ入ガスの
濃度を推定する処理が実行される（ステップ１０８）。

【００５０】以上説明した通り、図２に示すルーチンに
よれば、中濃度用分離ユニット４４で生成された低濃度
のキャニスタ入ガスの濃度を、その濃度と相関を有する
ΔFAFに基づいて精度良く推定することができる。空燃
比フィードバック係数FAFを算出するための基礎デー
タ、すなわち、排気空燃比を検出するための排気O_２セ
ンサ７２は、内燃機関に元々備わっているセンサであ
る。このため、本実施形態のシステムによれば、大きな
コストアップを伴うことなくキャニスタ入ガスの濃度を
容易に、かつ精度良く推定することができる。

【００５１】ところで、上述した実施の形態１において
は、排気通路に配置するセンサを、排気O_２センサ７２
（リッチまたはリーンを検出するセンサ）としている
が、本発明はこれに限定されるものではない。すなわ
ち、排気通路に配置するセンサは、排気空燃比の値に応
じた出力を発する排気空燃比センサであってもよい。

【００５２】また、上述した実施の形態１においては、
キャニスタ入ガスのパージ中に空燃比フィードバック制
御を実行し、その間に生じた変化量ΔFAFに基づいてキ
ャニスタ入ガスの濃度を推定することとしているが、そ
の推定の手法はこの方法に限定されるものではない。す
なわち、排気空燃比センサを用いる場合は、空燃比フィ
ードバック制御の非実行中にパージを行えば、パージの
影響で生ずる排気空燃比の変化量ΔA/Fを直接測定する
ことができる。この場合、その変化量ΔA/Fは、キャニ
スタ入ガスの濃度と相関を有する値であるから、キャニ
スタ入ガスの濃度はΔA/Fに基づいて推定することとし
てもよい。

【００５３】また、上述した実施の形態１においては、
内燃機関の吸気通路に燃料濃度検出センサが配置されて
いない場合を前提としているが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。すなわち、内燃機関が、その吸気通
路に、吸気通路中を流れるガス中の燃料濃度を検出する
ための燃料濃度センサ（空燃比センサ、或いはHCセン
サ）を備えている場合は、その燃料濃度センサにより検
出される吸気通路中の空燃比（燃料濃度）に基づいて、
パージされてくるキャニスタ入ガスの濃度を推定（算
出）することとしてもよい。

【００５４】［分離膜の状態判定の説明］本実施形態の
装置は、既述した通り、高濃度用分離ユニット３４で生
成された処理ガスの濃度を検出する濃度センサ６１を備
えている。従って、本実施形態の装置によれば、中濃度
用分離ユニット４４から流出するキャニスタ入ガスの濃
度が推定できると共に、高濃度用分離ユニット３４で生
成された処理ガスの濃度を実測することができる。

【００５５】キャニスタ入ガスの濃度と、処理ガスの濃
度との間には、装置が正常である場合には所定の相関が
認められる。そして、装置に異常が生ずると、特に、第
１の分離膜３６または第２の分離膜４６に劣化や破れな
どの異常が生ずると、両者の関係は、適正な関係から外
れたものとなる。このため、本実施形態の装置において
は、キャニスタ入ガス濃度の推定値と、処理ガス濃度の
実測値が、適正な関係を満たしているか否かを見ること
で、第１の分離膜３６および第２の分離膜４６の状態を
精度良く判断することができる。

【００５６】図３は、上記の機能を実現するためにECU
６２が実行する制御ルーチンのフローチャートを示す。
図３に示すルーチンによれば、先ず、キャニスタ入ガス
の濃度推定が既に終了しているか否かが判別される（ス
テップ１１０）。

【００５７】上記ステップ１１０の処理は、濃度推定が
終了しているとの判別がなされるまで、繰り返し実行さ
れる。その結果、上記の条件が成立すると、次に、濃度
センサ６１の出力に基づいて、処理ガスの濃度が実測さ
れる（ステップ１１２）。

【００５８】図３に示すルーチンでは、次に、上記図２
に示すルーチンにより推定されたキャニスタ入ガスの濃
度と、上記ステップ１１２で実測された処理ガスの濃度
との相関が適正であるか否かが判別される（ステップ１
１４）。より具体的には、両者の差が、第１の分離膜３
６および第２の分離膜４６の双方が正常であることを前
提とした適正な範囲に収まっているか否かが判別され
る。ECU６２には、上記の差が適正であるか否かを判断
するための判定値（固定値）、或いは、そのような判定
値を処理ガス濃度（またはキャニスタ入ガス濃度）との
関係で定めたマップが記憶されている。本ステップ１１
４では、上記の固定値、または上記のマップから読み出
された判定値に基づいて、キャニスタ入ガスの濃度と処
理ガスの濃度とが適正な関係にあるかが判別される。

【００５９】図３に示すルーチンでは、上記ステップ１
１４において、２つの濃度の関係が適正であると判別さ
れた場合は、分離膜が正常であるとの判断、すなわち、
第１の分離膜３６および第２の分離膜４６の双方が正常
であるとの判断がなされる（ステップ１１６）。

【００６０】一方、上記ステップ１１４において、２つ
の濃度の関係が適正でないと判別された場合は、分離膜
が正常でないとの判断、つまり、第１の分離膜３６およ
び第２の分離膜４６の少なくとも一方に劣化或いは破れ
などの異常が生じているとの判断がなされる（ステップ
１１６）。

【００６１】以上説明した通り、図３に示すルーチンに
よれば、変化量ΔFAFに基づいて推定されたキャニスタ
入ガスの濃度と、濃度センサ６１により実測された処理
ガスの濃度とに基づいて、第１の分離膜３６および第２
の分離膜４６の何れかに異常が生じているか否かを精度
良く判断することができる。このため、本実施形態の装
置によれば、それらの分離膜３６，４６の異常を速やか
に検知することができる。

【００６２】上述した通り、本実施形態の蒸発燃料処理
装置は、中濃度用分離ユニット４４から流出する低濃度
のガス、すなわち、キャニスタ２０内の蒸発燃料のパー
ジに利用されるキャニスタ入ガスを内燃機関の吸気通路
に引き込むこととしている。キャニスタ入ガスが吸気通
路に吸引されると、キャニスタ出ガスに対するキャニス
タ入ガスの不足分が多量となり、負圧防止弁５７からキ
ャニスタ２０に流入する大気量が多量となる。

【００６３】キャニスタ２０に吸着されている蒸発燃料
を脱離させるうえでは、キャニスタ２０に流入するガス
中の燃料濃度は低いことが望ましい。キャニスタ入ガス
が少量となり、その分キャニスタ２０に流入する大気量
が増えれば、キャニスタ内を流通するガス中の燃料濃度
はより低くなる。このため、本実施形態の装置によれ
ば、キャニスタ入ガスを吸気通路にパージしている間に
キャニスタ２０内の多量の蒸発燃料を脱離させることが
でき、優れたパージ能力を実現することができる。

【００６４】ところで、上述した実施の形態１において
は、変化量ΔFAFに基づいて推定したキャニスタ入ガス
の濃度と、濃度センサ６１により実測した処理ガスの濃
度との比較に基づいて第１分離膜３６および第２分離膜
４６の状態を判断することとしているが、その判断の手
法はこれに限定されるものではない。すなわち、例え
ば、第１分離膜３６および第２分離膜４６の双方が劣化
しているような場合は、キャニスタ入ガスが、不当に高
い濃度となることがある。この場合、分離膜の異常は、
２つの濃度を比較するまでもなく、ΔFAFに基づいて推
定した濃度のみに基づいて検知することができる。従っ
て、第１分離膜３６および第２分離膜４６の状態判定
は、ΔFAFに基づいて推定された濃度のみに基づいて判
断することとしてもよい。

【００６５】また、上述した実施の形態１においては、
処理ガスの濃度を実測し、キャニスタ入ガスの濃度を推
定することとしているが、第１分離膜３６および第２分
離膜４６の状態を判断するための手法はこれに限定され
るものではない。すなわち、上記の判断は、処理ガスの
濃度およびキャニスタ入ガスの濃度の双方を濃度センサ
で実測したうえで行うこととしてもよい。また、上記の
判断は、処理ガスの濃度を推定し、キャニスタ入ガスの
濃度を実測したうえで行っても良い。更には、キャニス
タ入ガスに代えて処理ガスを低濃度ガスパージ通路５８
に導くための切り換え弁を設けて、処理ガスの濃度およ
びキャニスタ入ガスの濃度の双方を推定により求めたう
えで上記の判断を行うこととしてもよい。

【００６６】また、上述した実施の形態１においては、
第１分離膜３６の状態と第２分離膜４６の状態の双方を
判断するために、高濃度用分離ユニット３４の第２室４
０内の濃度（処理ガスの濃度）と、キャニスタ入ガス通
路５４を流れるガス中の濃度を取得することとしている
が、本発明はこれに限定されるものではない。すなわ
ち、高濃度用分離ユニット３４の第１室３８内の濃度と
第２室４０内の濃度を取得して、第１の分離膜３６の状
態のみを判断することとしてもよい。或いは、中濃度用
分離ユニット４４の第１室４８内の濃度と第２室５０内
の濃度を取得して、第２の分離膜４６の状態のみを判断
することとしてもよい。更には、高濃度用分離ユニット
３４の第１室３８内の濃度と、高濃度用分離ユニット３
４の第２室４０内の濃度（中濃度用分離ユニット４４の
第１室４８内の濃度）と、中濃度用分離ユニット４４の
第２室５０内の濃度とを取得して、第１の分離膜３６の
状態と、第２の分離膜４６の状態とを、それぞれ独立に
判断することとしてもよい。

【００６７】また、上述した実施の形態１においては、
濃度を推定すべきガス（具体的にはキャニスタ入ガス）
を、その濃度を推定するためにだけ内燃機関の吸気通路
にパージしているが、本発明はこれに限定されるもので
はない。すなわち、濃度を推定すべきガスは、その濃度
を推定すべき場合の他、蒸発燃料のパージに適した状態
で内燃機関が運転している場合に、蒸発燃料の処理を目
的として吸気通路にパージしてもよい。

【００６８】尚、上述した実施の形態１においては、第
１の分離膜３６および第２の分離膜４６が前記請求項１
記載の「分離膜」に、キャニスタ入ガスが前記請求項１
記載の「一方のガス」に、低濃度ガスパージ通路５８お
よび制御弁５９が前記請求項１記載の「第１ガス供給手
段」にそれぞれ相当している。また、空燃比フィードバ
ック係数FAF、排気空燃比センサにより検出される排気
空燃比（変形例）、または燃料濃度センサにより検出さ
れる吸気通路内の空燃比（燃料濃度）が前記請求項１記
載の「空燃比特性値」に相当していると共に、ECU６２
が、それらを算出または検出することにより前記請求項
１記載の「空燃比特性値検出手段」が実現される。更
に、上述した実施の形態１においては、キャニスタ入ガ
スの濃度が前記請求項１記載の「第１濃度」に相当して
いると共に、ECU６２が、上記ステップ１０２〜１０８
の処理を実行することにより前記請求項１記載の「第１
濃度推定手段」が、上記ステップ１１４〜１１８の処理
を実行することにより前記請求項１記載の「分離膜状態
判断手段」が、それぞれ実現されている。

【００６９】また、上述した実施の形態１においては、
処理ガスが前記請求項２記載の「他方のガス」に、処理
ガスの濃度が前記請求項２記載の「第２濃度」に、濃度
センサ６１が前記請求項２記載の「第２濃度取得手段」
および前記請求項３記載の「第２濃度検出センサ」に、
それぞれ相当している。

【００７０】また、上述した実施の形態１においては、
キャニスタ入ガスに代えて処理ガスを低濃度ガスパージ
通路５８に導く機構を設けることで前記請求項４記載の
「第２ガス供給手段」を実現することができ、処理ガス
が吸気通路に導かれている状況下でECU６２に上記ステ
ップ１０２〜１０８の処理を実行させることにより前記
請求項４記載の「第２濃度推定手段」を実現することが
できる。

【００７１】また、上述した実施の形態１においては、
大気口２４および負圧防止弁５７が、前記請求項５記載
の「大気供給手段」に相当している。

【００７２】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので、以下に示すような効果を奏する。請求項１
記載の発明によれば、分離膜で処理された高濃度処理ガ
スおよび低濃度処理ガスのうち一方のガスの濃度（第１
濃度）を、空燃比特性値に基づいて推定することができ
る。高濃度処理ガスおよび低濃度処理ガスの濃度は、何
れも分離膜の状態と相関を有している。このため、本発
明によれば、推定された第１濃度に基づいて、容易に、
かつ精度良く分離膜の状態を判断することができる。

【００７３】請求項２記載の発明によれば、一方の処理
ガスの濃度（第１濃度）に加えて、他方の処理ガスの濃
度、すなわち、第２濃度を取得することができる。第１
濃度と第２濃度との差には、分離膜の状態が反映され
る。従って、本発明によれば、それら２つの濃度に基づ
いて、分離膜の状態を精度良く判断することができる。

【００７４】請求項３記載の発明によれば、第２濃度は
センサによる実測により取得することができる。センサ
によれば、第２濃度を短時間で取得（検出）することが
できる。このため、本発明によれば、分離膜の状態を短
時間で速やかに検出することができる。

【００７５】請求項４記載の発明によれば、他方の処理
ガスの濃度（第２濃度）も、一方の処理ガスの濃度（第
１濃度）と同様に、空燃比特性値に基づいて検出するこ
とができる。従って、本発明によれば、処理ガスの濃度
を検出するためのセンサを用いることなく、分離膜の状
態を精度良く判断することができる。

【００７６】請求項５記載の発明によれば、低濃度処理
ガス（キャニスタ入ガス）と大気を、蒸発燃料をパージ
させるためのガスとしてキャニスタに流入させることが
できる。また、本発明によれば、低濃度処理ガスを内燃
機関の吸気系に供給することができる。低濃度処理ガス
（キャニスタ入ガス）が吸気系に供給されれば、キャニ
スタ入ガスとキャニスタ出ガスとの差分が大きくなり、
キャニスタに流入する大気の量が増大する。このため、
本発明によれば、キャニスタに吸着されている蒸発燃料
を、大気を用いて、効率的にパージさせることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の蒸発燃料処理装置の
構成を説明するための図である。

【図２】実施の形態１の装置においてキャニスタ入ガ
スの濃度を推定するための実行されるルーチンのフロー
チャートである。

【図３】実施の形態２の装置において分離膜の状態を
判断するために実行されるルーチンのフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１０燃料タンク２０キャニスタ２８パージ通路３０負圧調整弁３２パージガス循環ポンプ３４高濃度用分離ユニット３６第１分離膜３８第１室４０第２室４２処理ガス通路４４中濃度用分離ユニット４６第２分離膜５４キャニスタ入ガス通路６０循環ガス通路６２ ECU(Electronic Control Unit)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｍ 25/08 Ｆ０２Ｍ 25/08 Ｋ３０１３０１ＪＦターム(参考） 3G044 BA16 DA08 EA23 FA10 FA20 FA27 FA28 GA23 GA28 GA29 GA30 3G084 BA13 BA27 EB12 FA07 FA10 FA14 FA29 FA33 3G301 HA14 JA20 LB02 MA11 ND01 PA01Z PA11Z PD03A PE01Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料タンク内で生じた蒸発燃料を吸着す
るキャニスタを備える蒸発燃料処理装置であって、前記キャニスタから流出するキャニスタ出ガスを、高濃
度で蒸発燃料を含む高濃度処理ガスと、低濃度で蒸発燃
料を含む低濃度処理ガスとに分離する分離膜と、前記高濃度処理ガスおよび前記低濃度処理ガスのうち一
方のガスを内燃機関の吸気系に供給する第１ガス供給手
段と、内燃機関の吸気通路を流れる吸気ガス中の燃料濃度、内
燃機関で燃焼に付される混合気の空燃比、およびその空
燃比を所望の値に維持するための燃料噴射量補正係数の
うち少なくとも１つを、空燃比特性値として検出する空
燃比特性値検出手段と、前記一方のガスが前記吸気系に供給されている際に検出
された空燃比特性値に基づいて、前記一方のガスの燃料
濃度を第１濃度として推定する第１濃度推定手段と、前記燃料濃度の推定値に基づいて前記分離膜の状態を判
断する分離膜状態判断手段と、を備えることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
【請求項２】前記高濃度処理ガスおよび前記低濃度処
理ガスのうち他方のガスの燃料濃度を第２濃度として取
得する第２濃度取得手段を備えると共に、前記分離膜状態判断手段は、前記第１濃度と前記第２濃
度とに基づいて、前記分離膜の状態を判断することを特
徴とする請求項１記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項３】前記第２濃度取得手段は、前記他方のガ
スの燃料濃度を検出する第２濃度検出センサを含むこと
を特徴とする前記請求項２記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項４】前記第２濃度取得手段は、前記一方のガスが前記吸気系に供給されていない状況下
で前記他方のガスを前記吸気系に供給する第２ガス供給
手段と、前記他方のガスが前記吸気系に供給されている際に検出
された空燃比特性値に基づいて、前記他方のガスの燃料
濃度を第２濃度として推定する第２濃度推定手段と、を含むことを特徴とする請求項２記載の蒸発燃料処理装
置。
【請求項５】前記低濃度処理ガスを、蒸発燃料をパー
ジさせるためのガスとして前記キャニスタに還流させる
キャニスタ入ガス通路と、前記キャニスタ出ガスと前記キャニスタ入ガスとの差分
に相当する大気を、前記キャニスタに流入させる大気供
給手段とを備え、前記一方のガスは、前記低濃度処理ガスであることを特
徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の蒸発燃料処
理装置。