JP2006291709A - 気体密度比検出装置、濃度検出装置及び燃料蒸気処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数種類の気体の密度比を精確に検出する気体密度比測定装置を提供する。
【解決手段】 上流側端部から複数種類の気体が相異なるタイミングで流入する測定通路２４と、測定通路２４の下流側端部に連通し、測定通路を減圧するポンプと、測定通路２４の中途部に設けられ、測定通路２４の通路面積を絞るオリフィス１４と、オリフィス１４よりも下流側において前記複数種類の気体が測定通路２４の内壁面２４ｃから剥離することを抑制する剥離抑制手段１６と、ポンプにより測定通路２４が減圧された状態でオリフィス１４の両端間の差圧又はオリフィス１４における気体通過流量を測定する測定手段と、前記複数種類の気体について測定手段により測定された差圧又は流量に基づき、それら気体の密度比を算出する密度比算出手段とを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気体密度比検出装置並びにそれを備えた濃度検出装置及び燃料蒸気処理装置に関する。

従来、燃料タンク内で発生した燃料蒸気をキャニスタに一時的に吸着させ、内燃式エンジンの吸気通路の負圧によりキャニスタから脱離させた燃料蒸気を吸気通路へパージする燃料蒸気処理装置が知られている。こうした燃料蒸気処理装置の一種として、パージ対象の燃料蒸気が空気に混合してなる混合気中の燃料蒸気濃度を検出し、その検出結果に基づいてパージを制御するようにしたものが特許文献１に開示されている。具体的には特許文献１に開示の燃料蒸気処理装置では、混合気を吸気通路へ導くパージ通路において混合気の密度を検出する一方、大気に開放される大気通路において空気の密度を検出し、それら検出密度の比から燃料蒸気濃度を算出している。

特開平６−１０１５３４号公報

しかし、特許文献１に開示の燃料蒸気処理装置では、パージ通路及び大気通路にそれぞれ設けたオリフィスの両端間の差圧から混合気及び空気の密度を割り出しているため、その密度比は各オリフィスの公差の影響を受けてしまう。それ故、燃料蒸気濃度の検出精度が低下してしまう。また、特許文献１に開示の燃料蒸気処理装置では、吸気通路へパージをしながら混合気の密度検出を実施する必要がある。それ故、エンジン始動後等、パージが実施されていない状態では混合気の密度検出を実施することができないため、燃料蒸気を短期間に大量にパージすることが困難となる。

そこで本発明者らは、中途部にオリフィスを設けた測定通路をポンプにより減圧して当該測定通路へ空気及び混合気を相異なるタイミングで流入させつつ、オリフィス両端間の差圧又はオリフィスにおける気体通過流量を測定し、その測定結果から空気と混合気との密度比を算出する技術について鋭意研究を行ってきた。この技術によれば、パージに先立ってポンプを作動させて密度比を検出することができると共に、密度比の検出に唯一つのオリフィスを利用することで検出結果へのオリフィス公差の影響を回避することができる。ところが、本発明者らがさらに研究を進めたところ、図１７に示すように内径が長さ方向に一定のオリフィス１０００を用いた場合には、新たな問題が生じることが判明した。以下、その問題について詳細に説明する。

一般に、オリフィスを通過する気体の密度ρと当該気体通過時のオリフィス両端間の差圧ΔＰとの相関は、オリフィスにおける気体の通過流量Ｑ、オリフィスの断面積Ａ及び流量係数αを用いて、下記式（１）にて表される。
ρ＝２・（α・Ａ／Ｑ）²・ΔＰ ・・・（１）

上記式（１）において流量Ｑは、オリフィスを減圧するポンプの吸入流量と一致する場合、ポンプの圧力（Ｐ）−流量（Ｑ）特性から把握することができる。この場合、オリフィスを通過する空気及び混合気の密度ρ_Air，ρ_Gasの比を算出するには、それら気体通過時の差圧ΔＰ_Air，ΔＰ_Gasと流量係数α_Air，α_Gasとが必要になる。それ故、流量係数α_Air，α_Gasが互いに等しければ、差圧ΔＰ_Air，ΔＰ_Gasの測定結果から密度ρ_Air，ρ_Gasの比を精確に算出可能となるが、一定径のオリフィス１０００を用いた場合には流量係数α_Air，α_Gasが相異することを、本発明者らは発見したのである。尚、流量係数α_Air，α_Gasは密度ρ_Air，ρ_Gasに依存する物理量であるため、密度ρ_Air，ρ_Gasの比を算出する上で予め測定しておくことはできない。したがって、密度ρ_Air，ρ_Gasの比を算出するには、α_Air＝α_Gasと仮定せざるを得ず、その結果、密度ρ_Air，ρ_Gasの比の算出精度が低下するという問題が生じるのである。

また、空気通過時の差圧ΔＰ_Airと混合気通過時の差圧ΔＰ_Gasとが互いに等しくなるようにポンプを制御した場合、密度ρ_Air，ρ_Gasの比を算出するには、オリフィスにおけるそれら気体の通過流量Ｑ_Air，Ｑ_Gasと流量係数α_Air，α_Gasとが必要になる。それ故、流量係数α_Air，α_Gasが互いに等しければ、流量Ｑ_Air，Ｑ_Gasの測定結果から密度ρ_Air，ρ_Gasの比を精確に算出可能となるが、一定径のオリフィス１０００を用いた場合には上述の如く流量係数α_Air，α_Gasが相異してしまう。したがって、この場合にも、密度ρ_Air，ρ_Gasの比の算出精度が低下するという問題が生じるのである。

本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであって、その目的は、複数種類の気体の密度比を精確に検出する気体密度比測定装置及びそれに用いられるオリフィス部材を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、複数種類の気体の密度比を精確に検出する気体密度比測定装置を備えた気体濃度検出処理装置及び燃料蒸気処理装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明によると、上流側端部から複数種類の気体が相異なるタイミングで流入する測定通路においてオリフィスよりも下流側では、それらの気体が内壁面から剥離することを剥離抑制手段が抑制する。この剥離抑制によって、上記式（１）における流量係数αが気体の種類や密度に依存しない値となるので、オリフィスを通過する複数種類の気体について流量係数αの比は実質的に１となる。したがって、ポンプにより測定通路が減圧された状態で複数種類の気体について測定されたオリフィス両端間の差圧又はオリフィスにおける気体通過流量に基づくことで、それら気体の密度比を精確に算出することが可能になる。
尚、「オリフィス」とは、ＪＩＳ−Ｂ等において規定されているように、「長さが断面寸法に比べて短い絞り」を意味する。

請求項２に記載の発明によると、剥離抑制手段は、オリフィスの内径をオリフィスの下流側端部から上流側へ向かって縮小するように設けられる。このようにオリフィスを長さ方向に縮径するという比較的簡素な構成によっても、高い剥離抑制機能が発揮され得る。
尚、剥離抑制手段によるオリフィスの長さ方向への縮径率は、例えば請求項３に記載の発明のように一定であってもよいし、請求項４に記載の発明のように上流側へ向かうほど小さくなっていてもよい。

請求項５に記載の発明によると、請求項２〜４のいずれか一項に記載の気体密度比検出装置に用いられ、上記剥離抑制手段が設けられたオリフィスを有することを特徴とするオリフィス部材である。したがって、このオリフィス部材を気体密度比検出装置に用いることによって、少なくとも請求項２に記載の発明と同様の効果を得ることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の気体密度比検出装置であって、空気以外の特定気体が空気に混合してなる混合気と、空気とが複数種類の気体として測定通路へ流入する気体密度比検出装置を備えている。故に、それら混合気と空気の密度比を精確に算出することができるので、当該密度比に基づいた混合気中の特定気体の濃度算出もまた、精確なものとなる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の気体濃度検出装置であって、キャニスタから脱離してエンジンの吸気通路へパージされる上記特定気体としての燃料蒸気が空気に混合してなる混合気と、空気とが測定通路へ流入する気体濃度検出装置を備えている。故に、混合気中の燃料蒸気の濃度を精確に算出することができるので、当該濃度に基づいた燃料蒸気のパージ制御もまた、精確なものとなる。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第一実施形態）
図２は、本発明の第一実施形態による燃料蒸気処理装置１０を車両の内燃式エンジン１に適用した例を示している。

まず、エンジン１について説明する。
エンジン１は、燃料タンク２内に収容されたガソリン燃料を用いて動力を発生させるガソリンエンジンである。エンジン１の吸気通路３には、例えば燃料噴射量を制御する燃料噴射装置４、吸気量を制御するスロットル装置５、吸気量を測定するエアフローセンサ６、吸気圧を測定する吸気圧センサ７等が設置されている。また、エンジン１の排気通路８には、例えば空燃比を測定する空燃比センサ９等が設置されている。

次に、燃料蒸気処理装置について説明する。
燃料蒸気処理装置１０は、燃料タンク２内で発生した燃料蒸気を処理してエンジン１に供給するものであり、キャニスタ１１、ポンプ１２、オリフィス１４、差圧センサ１８、複数の通路２０〜３０、複数の弁３２〜３６、及び電子制御ユニット（ＥＣＵ）３８を備えている。
キャニスタ１１は、ケース４２内を隔壁４３で仕切られることにより二つの吸着部４４，４５を形成している。各吸着部４４，４５には、活性炭等からなる吸着材４６，４７が充填されている。

メイン吸着部４４には、導入通路２０を介して燃料タンク２が連通している。これにより、燃料タンク２内で発生した燃料蒸気は導入通路２０を通じてメイン吸着部４４へ流入し、当該メイン吸着部４４の吸着材４６に脱離可能に吸着される。メイン吸着部４４にはさらに、パージ通路２１を介して吸気通路３が連通している。ここでパージ通路２１の吸気通路側端には、電磁駆動式の二方弁からなるパージ制御弁３２が設けられており、パージ制御弁３２はその開閉作動によって、パージ通路２１と吸気通路３との連通を制御する。これによりパージ制御弁３２の開状態では、吸気通路３のスロットル装置５よりも下流側に発生する負圧がパージ通路２１を通じてメイン吸着部４４に作用する。したがって、メイン吸着部４４に負圧が作用するときには、メイン吸着部４４の吸着材４６から燃料蒸気が脱離し、その脱離蒸気が空気と混合してパージ通路２１を導かれることで、当該混合気中の燃料蒸気が吸気通路３へとパージされる。尚、パージ通路２１を通じて吸気通路３へパージされた燃料蒸気は、燃料噴射装置４からの噴射燃料と共にエンジン１内で燃焼されることとなる。
サブ吸着部４５には、ケース４２内底部の空間部４８を介してメイン吸着部４４が連通している。これにより、吸着部４４，４５のうち一方の吸着部から脱離した燃料蒸気は、空間部４８で一旦滞留した後に、他方の吸着部に吸着され得る。

メイン吸着部４４とパージ制御弁３２との間においてパージ通路２１から分岐する分岐通路２２には、電磁駆動式の三方弁からなる通路切換弁３３が接続されている。この通路切換弁３３はさらに、大気開放されている第一大気通路２３と、測定通路２４とに接続されている。そして、かかる接続形態の通路切換弁３３は、測定通路２４の一端部２４ａに連通する通路を第一大気通路２３とパージ通路２１の分岐通路２２との間で切り換える。したがって、第一大気通路２３が測定通路２４に連通する第一状態では、一端部２４ａから測定通路２４へ空気が流入可能となる。また、パージ通路２１の分岐通路２２が測定通路２４に連通する第二状態では、パージ通路２１内の燃料蒸気を含む混合気が一端部２４ａから測定通路２４へ流入可能となる。

ポンプ１２は、例えば電動式のベーンポンプから構成されている。ポンプ１２の吸入口は、測定通路２４の通路切換弁３３とは反対側端部２４ｂに連通し、またポンプ１２の排出口は第一排出通路２５に連通している。これにより、ポンプ１２の作動時には測定通路２４が減圧され、通路２２又は２３内の気体が測定通路２４の一端部２４ａ側から他端部２４ｂ側へ向かって流通する。そこで以下では、測定通路２４において一端部２４ａ側を上流側といい、測定通路２４において他端部２４ｂ側を下流側というものとする。尚、測定通路２４からポンプ１２の吸入口へ吸入された気体は、ポンプ１２の排出口から第一排出通路２５へ排出されることとなる。

測定通路２４において通路切換弁３３とポンプ１２の間となる中途部には、測定通路２４の通路面積を絞るオリフィス１４が設けられている。このオリフィス１４は図１に示すように、測定通路２４の内壁２４ｃの内径に対して十分に小さい厚さのオリフィスプレート１５を厚さ方向へ貫通して形成されており、測定通路２４と略同軸上に位置している。これによりオリフィス１４の軸方向の長さは、当該オリフィス１４の断面寸法である内径よりも短くなっている。そして特に本実施形態のオリフィス１４において下流側端部１４ａからそれより上流側の中間部１４ｂに至る部分は、当該オリフィス１４の長さ方向に径変化する径変化部１６とされている。具体的に径変化部１６は、下流側端部１４ａから上流側へ向かって内径が縮小する形状であって、その縮径率が長さ方向において一定のテーパ状に形成されている。尚、オリフィス１４において径変化部１６より上流側、即ち中間部１４ｂと上流側端部１４ｃとの間は一定径とされている。

図２に示すように差圧センサ１８は、通路切換弁３３とオリフィス１４との間において測定通路２４から分岐する上流側導圧通路２６と、ポンプ１２とオリフィス１４との間において測定通路２４から分岐する下流側導圧通路２７とに連通している。この連通形態により差圧センサ１８は、オリフィス１４の両端間の差圧を測定する。

測定通路２４において下流側導圧通路２７の分岐点とオリフィス１４の間となる中途部には、電磁駆動式の二方弁からなる通路開閉弁３４が設けられており、通路開閉弁３４はその開閉作動によって、測定通路２４をポンプ１２に対して開閉する。したがって、通路開閉弁３４の閉状態で差圧センサ１８により測定される差圧は、ポンプ１２の締切圧と実質的に等しくなる。

ポンプ１２の排出口に連通する第一排出通路２５には、電磁駆動式の三方弁からなる排出切換弁３５が接続されている。この排出切換弁３５はさらに、大気開放されている第二大気通路２８と、キャニスタ１１のサブ吸着部４５に連通する第二排出通路２９とに接続されている。そして、かかる接続形態の排出切換弁３５は、第一排出通路２５に連通する通路を第二大気通路２８と第二排出通路２９との間で切り換える。したがって、第二大気通路２８が第一排出通路２５に連通する第一状態では、ポンプ１２の排出気体が第二大気通路２８から大気中へ放散される。また、第二排出通路２９が第一排出通路２５に連通する第二状態では、ポンプ１２の排出気体が第二排出通路２９からサブ吸着部４５へ流入可能となる。

キャニスタ１１のサブ吸着部４５に第二排出通路２９を介して連通し且つ大気開放されている第三大気通路３０の中途部には、電磁駆動式の二方弁からなるキャニスタクローズ弁３６が設けられている。これによりキャニスタクローズ弁３６の開状態では、サブ吸着部４５が大気開放されることとなる。

ＥＣＵ３８は、ＣＰＵ及びメモリを有するマイクロコンピュータを主体に構成されており、燃料蒸気処理装置１０のポンプ１２、差圧センサ１８及び弁３２〜３６並びにエンジン１の各要素４〜７，９に電気接続されている。ＥＣＵ３８は、例えば各センサ１８，６，７，９の測定結果、エンジン１の冷却水温度、車両の作動油温度、エンジン１の回転数、車両のアクセル開度、イグニションスイッチのオンオフ状態等に基づいてポンプ１２及び弁３２〜３６の各作動を制御する。さらに本実施形態のＥＣＵ３８は、例えば燃料噴射装置４の燃料噴射量、スロットル装置５の開度、エンジン１の点火時期等、エンジン１を制御する機能も備えている。

次に、燃料蒸気処理装置１０の特徴的な主作動のフローを図３に基づいて説明する。尚、本主作動は、イグニションスイッチがオンされてエンジン１が始動するに伴い開始される。
まず、ステップＳ１０１では、濃度検出条件が成立しているか否かをＥＣＵ３８により判定する。ここで濃度検出条件の成立とは、例えばエンジン１の冷却水温度、車両の作動油温度、エンジン１の回転数等、車両状態を表す物理量が所定の領域にあることを意味する。そして、かかる濃度検出条件は、例えばエンジン１の始動直後に成立するように予め設定されて、ＥＣＵ３８のメモリに記憶されている。

ステップＳ１０１において肯定判断された場合には、ステップＳ１０２へ移行して、濃度検出処理を実行する。この濃度検出処理により、パージ制御弁３２の閉状態でパージ通路２１の燃料蒸気濃度が検出されると、ステップＳ１０３へ移行して、パージ条件が成立しているか否かをＥＣＵ３８により判定する。ここでパージ条件の成立とは、例えばエンジン１の冷却水温度、車両の作動油温度、エンジン１の回転数等、車両状態を表す物理量が上記濃度検出条件の場合とは異なる所定の領域にあることを意味する。そして、かかるパージ条件は、例えばエンジン１の冷却水温度が所定値以上となってエンジン１の暖機が完了したとき成立するように予め設定されて、ＥＣＵ３８のメモリに記憶されている。

ステップＳ１０３において肯定判断された場合には、ステップＳ１０４へ移行して、パージ処理を実行する。このパージ処理により、パージ制御弁３２の開状態でパージ通路２１から吸気通路３へ燃料蒸気がパージされ、パージ停止条件が成立すると、ステップＳ１０５へ移行する。ここでパージ停止条件の成立とは、例えばエンジン１の回転数、アクセル開度等、車両の状態を表す物理量が上記濃度検出条件及び上記パージ条件とは異なる所定の領域にあることを意味する。そして、かかるパージ停止条件は、例えばアクセル開度が所定値以下となって車両が減速したとき成立するように予め設定されて、ＥＣＵ３８のメモリに記憶されている。
また、ステップＳ１０３において否定判断された場合には、ステップＳ１０５に直接移行する。

ステップＳ１０５では、ステップＳ１０２の濃度検出処理の終了から設定時間が経過したか否かをＥＣＵ３８により判定する。このステップＳ１０５において肯定判断された場合には、ステップＳ１０１へと戻り、また一方、ステップＳ１０５において否定判断された場合には、ステップＳ１０３へと戻る。尚、ステップＳ１０５の判断基準となる上記設定時間は、燃料蒸気濃度の経時変化と濃度の要求精度とを考慮して予め設定され、ＥＣＵ３８のメモリに記憶されている。

以上、ステップＳ１０１において肯定判断された場合の後続処理ステップＳ１０２〜Ｓ１０５について説明したが、以下、ステップＳ１０１において否定判断された場合の後続処理ステップＳ１０６について説明する。
ステップＳ１０６では、イグニションスイッチがオフされたか否かをＥＣＵ３８により判定する。このステップＳ１０６において否定判断された場合には、ステップＳ１０１へと戻り、また一方、ステップＳ１０６において肯定判断された場合には、主作動を終了する。

以下、上記ステップＳ１０２の濃度検出処理についてさらに詳しく説明する。
燃料蒸気の成分である炭化水素の密度をρ_HC、第一大気通路２３内の空気の密度をρ_Airとしたとき、パージ通路２１内の混合気中の燃料蒸気濃度Ｄ（％）と当該混合気の密度ρ_Gasとは下記式（２）の関係を有している。したがって、式（２）に基づいて燃料蒸気濃度Ｄを算出するには、空気及び混合気の密度ρ_Air，ρ_Gasの比が必要となることが判る。そこでまず、密度ρ_Air，ρ_Gasの比の算出方法について説明する。
Ｄ＝１００・ρ_Air・（１−ρ_Gas／ρ_Air）／（ρ_Air−ρ_HC） ・・・（２）

空気及び混合気がオリフィス１４を通過するときの差圧（ΔＰ）−流量（Ｑ）特性曲線Ｓ_oAir，Ｓ_oGasは、図４に示すように、先に説明した式（１）の関係を満たす曲線となる。このことから空気及び混合気の密度ρ_Air，ρ_Gasの比は、空気通過時の通過流量Ｑ_Air、差圧ΔＰ_Air及び流量係数α_Airと、混合気通過時の通過流量Ｑ_Gas、差圧ΔＰ_Gas及び流量係数α_Gasとを用いて、下記式（３）にて表される。
ρ_Gas／ρ_Air＝｛（α_Gas／α_Air）・（Ｑ_Air／Ｑ_Gas）｝²・ΔＰ_Gas／ΔＰ_Air
・・・（３）

本実施形態の測定通路２４では、オリフィス１４よりも下流側において気体の圧力損失が無視可能な程度に小さくされている。そのため、ポンプ１２の吸入圧力Ｐとオリフィス１４の両端間の差圧ΔＰとは互いに等しいと擬制することができ、またポンプ１２の吸入流量Ｑとオリフィス１４における気体の通過流量Ｑとは互いに等しいと擬制することができる。そして、例えばベーンポンプからなるポンプ１２では、負荷及び気体の粘度に応じて内部漏れ量が変化するので、空気及び混合気を吸入するときのＰ−Ｑ特性曲線Ｓ_pAir，Ｓ_pGas（図４参照）が下記式（４），（５）にて表される。尚、式（４），（５）において、Ｑ₀は無負荷時のポンプ１２の吸入流量であり、Ｐ_tAir，Ｐ_tGasはそれぞれ空気及び混合気を吸入した状態でのポンプ１２の締切圧である。
Ｑ_Air＝Ｑ₀・（１−ΔＰ_Air／Ｐ_tAir） ・・・（４）
Ｑ_Gas＝Ｑ₀・（１−ΔＰ_Gas／Ｐ_tGas） ・・・（５）

したがって、空気及び混合気の密度ρ_Air，ρ_Gasの比の算出式（３）については、上記式（４），（５）を用いて下記式（６）へと変形することができる。
ρ_Gas／ρ_Air＝｛（α_Gas／α_Air）・（１−ΔＰ_Air／Ｐ_tAir）／（１−Ｐ_Gas／Ｐ_tGas）}²・ΔＰ_Gas／ΔＰ_Air ・・・（６）

ここで、式（６）の空気及び混合気の流量係数α_Air，α_Gasは、図１７の比較例の如くオリフィス径を一定にした場合には、互いに等しくならない。しかし、本実施形態のオリフィス１４は上述の如き径変化部１６を有しているので、空気及び混合気の流量係数α_Air，α_Gasを互いに等しくすることができる。以下では、空気及び混合気の流量係数α_Air，α_Gasが互いに等しくなる原理について説明する。

測定通路２４での流量係数αは、気体の速度係数Ｃ_v及び収縮係数Ｃ_cと、絞り面積比ｍと用いて、下記式（７）にて表される。尚、絞り面積比ｍは、図５に示すオリフィス１４よりも下流側における測定通路２４の通路面積Ａ_mとオリフィス１４の上流側端部１４ｃの断面積Ａ_oとの相対比Ａ_o／Ａ_mである。
α＝Ｃ_v・Ｃ_c／（１−Ｃ_c ²・ｍ²）^1/2 ・・・（７）

上記式（７）において速度係数Ｃ_vは、気体とオリフィス内壁面との摩擦によって生じる損失係数であるので、オリフィス１４の長さが内径よりも小さい本実施形態では、実質的に１であると擬制することができる。
また、上記式（７）において収縮係数Ｃ_cは、オリフィス１４の下流側において気体が測定通路２４の内壁面２４ｃから剥離することによって生じる損失の程度を表すものであり、気体の動粘度に依存している。図１８に示すように比較例では、一定径のオリフィス１０００の下流側において気体が測定通路１００２の内壁面１００２ａから剥離して、上流側へ戻る渦流を発生させるため、収縮係数Ｃ_cが気体の動粘度に応じて相異してしまう。これに対して本実施形態では、オリフィス１４の内径が中間部１４ｂから下流側端部１４ａへ向かって拡大していることにより、気体の剥離自体が抑制されて図５の如く渦流が発生しないため、収縮係数Ｃ_cは動粘度に依らない数値、即ち１であると擬制することができる。

以上より流量係数α_Air，α_Gasは、測定通路２４の通路面積Ａ_mとオリフィス１４の上流側端部１４ｃの断面積Ａ_oとの比ｍにのみ依存する値となるので、唯一つのオリフィス１４を利用する本実施形態では気体の種類及び密度に依らない一定値（＝１／（１−ｍ²）^1/2）となる。これは図６に比較して示すように、一定径の比較例では、ＨＣであるプロパン及びブタンについて理論演算されたΔＰ−Ｑ特性曲線から測定値がずれているのに対し、本実施形態では、当該ΔＰ−Ｑ特性曲線に対して測定値が略一致していることからも明らかである。それ故、上記式（６）における流量係数α_Air，α_Gasの比α_Gas／α_Airは１となるので、密度ρ_Air，ρ_Gasの比の算出式については、最終的に下記式（８）にて表すことができる。
ρ_Gas／ρ_Air＝｛（１−ΔＰ_Air／Ｐ_tAir）／（１−Ｐ_Gas／Ｐ_tGas）}²・ΔＰ_Gas／ΔＰ_Air ・・・（８）

したがって、上記式（８）により密度ρ_Air，ρ_Gasの比を算出し、その算出結果から燃料蒸気濃度Ｄを算出するには、差圧ΔＰ_Air，ΔＰ_Gasと締切圧Ｐ_tAir，Ｐ_tGasを測定するだけでよいことが判る。以下、この知見に基づいて実施される本実施形態の濃度検出処理のフローを図７に基づき説明する。尚、濃度検出処理の直前においては、ポンプ１２が停止状態、パージ制御弁３２が閉状態、通路切換弁３３及び排出切換弁３５が第一状態、通路開閉弁３４及びキャニスタクローズ弁３６が開状態となっているものとする。

まず、ステップＳ２０１では、ＥＣＵ３８により、各弁３２〜３６を濃度検出処理直前の状態のまま保持しつつ、ポンプ１２を駆動する。これにより、第一大気通路２３に連通する測定通路２４が減圧されるので、通路２３から通路２４へ空気が流入し、差圧センサ１８の測定差圧が所定値にまで変化して安定する。そこで、この測定差圧の安定値を空気通過時の差圧ΔＰ_AirとしてＥＣＵ３８のメモリに記憶する。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ３８により、ポンプ１２の駆動を継続しつつ、通路開閉弁３４を閉状態にする。これにより、測定通路２４が閉塞されて空気吸入状態のポンプ１２が締切状態となるので、差圧センサ１８の測定差圧が所定値にまで変化して安定する。そこで、この測定差圧の安定値をポンプ１２の締切圧Ｐ_tAirとしてＥＣＵ３８のメモリに記憶する。

ステップＳ２０３では、ＥＣＵ３８により、ポンプ１２の駆動を継続しつつ、通路切換弁３３及び排出切換弁３５を第二状態にすると共に通路開閉弁３４を開状態にする。これにより、パージ通路２１の分岐通路２２に連通する測定通路２４が減圧されるので、通路２１，２２から通路２４へ混合気が流入し、差圧センサ１８の測定差圧が所定値にまで変化して安定する。そこで、この測定差圧の安定値を混合気通過時の差圧ΔＰ_GasとしてＥＣＵ３８のメモリに記憶する。

ステップＳ２０４では、ＥＣＵ３８により、ポンプ１２の駆動を継続しつつ、通路開閉弁３４を閉状態にする。これにより、測定通路２４が閉塞されて混合気吸入状態のポンプ１２が締切状態となるので、差圧センサ１８の測定差圧が所定値にまで変化して安定する。そこで、この測定差圧の安定値をポンプ１２の締切圧Ｐ_tGasとしてＥＣＵ３８のメモリに記憶する。

ステップＳ２０５では、ステップＳ２０１，Ｓ２０３でメモリに記憶された差圧ΔＰ_Air，ΔＰ_Gasと、ステップＳ２０２，Ｓ２０４でメモリに記憶された締切圧Ｐ_tAir，Ｐ_tGasと、メモリに予め記憶されている上記式（２），（８）とを、ＥＣＵ３８のＣＰＵへ読み出す。さらにステップＳ２０５では、ＥＣＵ３８により、差圧ΔＰ_Air，ΔＰ_Gas及び締切圧Ｐ_tAir，Ｐ_tGasを式（８）に代入して密度ρ_Air，ρ_Gasの比を算出し、その算出結果を式（２）に代入して燃料蒸気濃度Ｄを算出する。尚、算出された燃料蒸気Ｄはメモリに記憶される。

ここまで、濃度検出処理について説明した。続いて、上記ステップＳ１０４のパージ処理のフローを図８に基づいて説明する。尚、パージ処理の直前においては、ポンプ１２が停止状態、パージ制御弁３２が閉状態、通路切換弁３３及び排出切換弁３５が第一状態、通路開閉弁３４及びキャニスタクローズ弁３６が開状態となっているものとする。

まず、ステップＳ３０１では、濃度検出処理のステップＳ２０５でメモリに記憶された燃料蒸気濃度ＤをＥＣＵ３８のＣＰＵへ読み出す。さらにステップＳ３０１では、ＥＣＵ３８により、車両のアクセル開度等の車両状態を表す物理量と、読み出された燃料蒸気濃度Ｄとに基づいてパージ制御弁３２の開度を設定する。

次にステップＳ３０２では、ＥＣＵ３８によりパージ制御弁３２を開状態にして、当該弁３２の開度をステップＳ３０１での設定値に一致させる。これにより吸気通路３の負圧がキャニスタ１１に作用するので、パージ制御弁３２の開度に応じて燃料蒸気がメイン吸着部４４から脱離して吸気通路３へとパージされる。尚、本ステップＳ３０２は、先に説明したパージ停止条件が成立すると終了する。

以上説明したように第一実施形態では、内径を下流側端部１４ａから上流側へ向かって縮小する径変化部１６がオリフィス１４に設けられることにより、当該オリフィス１４の下流側では、気体が測定通路２４の内壁面２４ｃから剥離し難くなっている。これにより、空気及び混合気についての流量係数α_Air，α_Gasが互いに等しくなり、その結果、流量係数α_Air，α_Gasに依存しない上記式（８）によってそれら気体の密度ρ_Air，ρ_Gasの比を算出可能となっている。したがって、第一実施形態によれば、密度ρ_Air，ρ_Gasの比を精確に算出し、さらにはその算出結果から燃料蒸気濃度Ｄを精確に算出することができる。さらには、そのように精確に算出された燃料蒸気濃度Ｄに基づいてパージ制御弁３２の開度を設定することにより、パージ制御精度をも高めることもできる。

このように第一実施形態では、燃料蒸気処理装置１０が特許請求の範囲に記載の「気体密度比検出装置」及び「気体濃度検出装置」としても機能している。また、オリフィスプレート１５が特許請求の範囲に記載の「オリフィス部材」に相当し、径変化部１６が特許請求の範囲に記載の「剥離抑制手段」に相当している。さらにまた、差圧センサ１８が特許請求の範囲に記載の「測定手段」に相当し、ＥＣＵ３８が特許請求の範囲に記載の「密度比算出手段」及び「濃度算出手段」に相当し、ＥＣＵ３８及びパージ制御弁３２が特許請求の範囲に記載の「パージ制御手段」に相当している。

（第二実施形態）
図９に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例であり、第一実施形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付すことで説明を省略する。
第二実施形態では、オリフィスプレート１００に設けられたオリフィス１０２において下流側端部１０２ａとそれより上流側の中間部１０２ｂとの間を径変化して延びる径変化部１０４が、第一実施形態とは異なる構成を有している。

具体的には径変化部１０４は、オリフィス１０２の下流側端部１０２ａから上流側へ向かって内径が縮小する形状であるが、その縮径率が長さ方向の上流側へ向かうほど小さくなる断面Ｒ形状に形成されている。このような径変化部１０４によれば、オリフィス１０２の内径が中間部１０２ｂから下流側端部１０２ａへ向かって拡大するので、オリフィス１０２の下流側では、気体が測定通路２４の内壁面２４ｃから剥離し難くなる。したがって、空気及び混合気についての流量係数α_Air，α_Gasが互いに等しくなるので、第一実施形態で説明した式（８）によりそれら密度ρ_Air，ρ_Gasの比を精確に算出することができる。故に第二実施形態によっても、燃料蒸気濃度Ｄの算出、ひいてはパージ制御が精確となる。

尚、第二実施形態の径変化部１０４については、オリフィスプレート１００の素材となるプレート材１００’に図１０の如きパンチ１１０を打ち付けることにより不可避的に生じる断面Ｒ形状の部分を利用してもよい。
以上、第二実施形態では、オリフィスプレート１００が特許請求の範囲に記載の「オリフィス部材」に相当し、径変化部１０４が特許請求の範囲に記載の「剥離抑制手段」に相当している。

（第三実施形態）
図１１に示すように、本発明の第三実施形態は第一実施形態の変形例であり、第一実施形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付すことで説明を省略する。
第三実施形態では、主作動のステップＳ１０２の濃度検出処理における密度ρ_Air，ρ_Gasの比の算出方法が第一実施形態とは異なっている。

具体的には、例えばダイヤフラムポンプからなるポンプ１２では、図１１の如くＰ−Ｑ特性曲線Ｓ_pが吸入気体の粘度に依らず一律となる。したがって、空気がオリフィス１４を通過するときの通過流量Ｑ_Air及び差圧ΔＰ_Airは、下記式（９）の関係を満たし、混合気がオリフィス１４を通過するときの通過流量Ｑ_Gas及び差圧ΔＰ_Gasは、下記式（１０）の関係を満たす。尚、式（９），（１０）において、Ｐ_tはポンプ１２の締切圧であり、Ｋは下記（１１）にて表される値である。
Ｑ_Air＝Ｋ・（ΔＰ_Air−Ｐ_t） ・・・（９）
Ｑ_Gas＝Ｋ・（ΔＰ_Gas−Ｐ_t） ・・・（１０）
Ｋ＝−Ｑ₀／Ｐ_t ・・・（１１）

したがって、第一実施形態で説明した密度ρ_Air，ρ_Gasの比の算出式（３）については、上記式（９），（１０）から下記式（１２）のように変形することができる。ここで、式（１２）における空気及び混合気の流量係数α_Air，α_Gasは、第一実施形態で説明した原理によって互いに等しくなるので、密度ρ_Air，ρ_Gasの比の算出式については、最終的に下記式（１３）にて表すことができる。
ρ_Gas／ρ_Air＝｛（α_Gas／α_Air）・（ΔＰ_Air−Ｐ_t）／（ΔＰ_Gas−Ｐ_t）｝²・ΔＰ_Gas／ΔＰ_Air ・・・（１２）
ρ_Gas／ρ_Air＝｛（ΔＰ_Air−Ｐ_t）／（ΔＰ_Gas−Ｐ_t）｝²・ΔＰ_Gas／ΔＰ_Air ・・・（１３）

したがって、上記式（１３）により密度ρ_Air，ρ_Gasの比を算出し、その算出結果を第一実施形態で説明した式（２）に代入して燃料蒸気濃度Ｄを算出するには、差圧ΔＰ_Air，ΔＰ_Gasと締切圧Ｐ_tを測定するだけでよいことが判る。そこで、第三実施形態による濃度検出処理では、ステップＳ２０２において差圧センサ１８の測定差圧の安定値を締切圧Ｐ_tとして記憶すると共に、ステップＳ２０４を省略する。そしてその後、ステップＳ２０５において差圧ΔＰ_Air，ΔＰ_Gas及び締切圧Ｐ_tを上記式（１３）に代入して密度ρ_Air，ρ_Gasの比を算出し、その結果から燃料蒸気濃度Ｄを算出する。

このように第三実施形態によっても、流量係数α_Air，α_Gasに依存しない上記式（１３）を用いて密度ρ_Air，ρ_Gasの比を精確に算出することができるので、燃料蒸気濃度Ｄの算出、ひいてはパージ制御が精確となる。
尚、第三実施形態では、燃料蒸気処理装置１０の工場出荷前等に締切圧Ｐ_tを予め測定してその測定値をＥＣＵ３８のメモリに記憶しておき、濃度検出処理時にはステップＳ２０２を実施しないようにしてもよい。この場合、通路開閉弁３４は不要となる。

（第四実施形態）
図１２に示すように、本発明の第四実施形態は第一実施形態の変形例であり、第一実施形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付すことで説明を省略する。
第三実施形態では、主作動のステップＳ１０２の濃度検出処理における密度ρ_Air，ρ_Gasの比の算出方法が第一実施形態とは異なっている。

具体的には、例えば理想的な容積型ポンプからなるポンプ１２のＰ−Ｑ特性曲線Ｓ_pmpは、図１２の如く吸入気体に依らず流量一定の曲線となる。したがって、第一実施形態で説明した密度ρ_Air，ρ_Gasの比の算出式（３）については、下記式（１４）のように変形することができる。ここで、式（１４）における空気及び混合気の流量係数α_Air，α_Gasは、第一実施形態で説明した原理によって互いに等しくなるので、密度ρ_Air，ρ_Gasの比の算出式については、最終的に下記式（１５）にて表すことができる。
ρ_Gas／ρ_Air＝（α_Gas／α_Air）²・ΔＰ_Gas／ΔＰ_Air ・・・（１４）
ρ_Gas／ρ_Air＝ΔＰ_Gas／ΔＰ_Air ・・・（１５）

したがって、上記式（１５）により密度ρ_Air，ρ_Gasの比を算出し、その算出結果を第一実施形態で説明した式（２）に代入して燃料蒸気濃度Ｄを算出するには、差圧ΔＰ_Air，ΔＰ_Gasを測定するだけでよいことが判る。そこで第四実施形態では、通路開閉弁３４を不要とし、また濃度検出処理において、ステップＳ２０２，Ｓ２０４を省略する。そして濃度検出処理のステップＳ２０５では、差圧ΔＰ_Air，ΔＰ_Gasを上記式（１５）に代入して密度ρ_Air，ρ_Gasの比を算出し、その結果から燃料蒸気濃度Ｄを算出する。
このように第四実施形態によっても、流量係数α_Air，α_Gasに依存しない上記式（１５）を用いて密度ρ_Air，ρ_Gasの比を精確に算出することができるので、燃料蒸気濃度Ｄの算出、ひいてはパージ制御が精確となる。

（第五実施形態）
図１３に示すように、本発明の第五実施形態は第一実施形態の変形例であり、第一実施形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付すことで説明を省略する。
第五実施形態では、通路開閉弁３４が設けられておらず、またポンプ１２には流量センサ２００が設けられている。この流量センサ２００はＥＣＵ３８に電気接続されており、ポンプ１２の吸入口からの吸入流量を測定する。尚、測定通路２４のオリフィス１４より下流側では気体の圧力損失が無視可能な程度に小さくされているので、流量センサ２００の測定流量はオリフィス１４における気体の通過流量と実質的に一致する。

また、第五実施形態では、主作動のステップＳ１０２の濃度検出処理が第一実施形態とは異なっている。
具体的には、ＥＣＵ３８によりポンプ１２の吸入流量を調整することで、空気通過時の差圧ΔＰ_Airと混合気通過時の差圧ΔＰ_Gasとを互いに等しくした場合、第一実施形態で説明した密度ρ_Air，ρ_Gasの比の算出式（３）については、下記式（１６）のように変形することができる。ここで、式（１６）における空気及び混合気の流量係数α_Air，α_Gasは、第一実施形態で説明した原理によって互いに等しくなるので、密度ρ_Air，ρ_Gasの比の算出式については、最終的に下記式（１７）にて表すことができる。
ρ_Gas／ρ_Air＝｛（α_Gas／α_Air）・（Ｑ_Air／Ｑ_Gas）｝² ・・・（１６）
ρ_Gas／ρ_Air＝（Ｑ_Air／Ｑ_Gas）²・・・（１７）

したがって、上記式（１７）により密度ρ_Air，ρ_Gasの比を算出し、その算出結果を第一実施形態で説明した式（２）に代入して燃料蒸気濃度Ｄを算出するには、オリフィス１４における空気及び混合気の通過流量Ｑ_Air，Ｑ_Gasを測定するだけでよいことが判る。以下、この知見に基づいて実施される本実施形態の濃度検出処理のフローを図１４に基づき説明する。尚、この濃度検出処理の直前においては、ポンプ１２が停止状態、パージ制御弁３２が閉状態、通路切換弁３３及び排出切換弁３５が第一状態、キャニスタクローズ弁３６が開状態となっているものとする。

まず、ステップＳ４０１では、ＥＣＵ３８により、差圧センサ１８の測定差圧が規定値ΔＰ_cとなるようにポンプ１２を駆動すると共に、各弁３２〜３３，３５，３６を濃度検出処理直前の状態のまま保持する。これにより、第一大気通路２３に連通する測定通路２４が減圧されて通路２３から通路２４へ空気が流入し、差圧センサ１８の測定差圧が規定値ΔＰ_cに保持されるため、流量センサ２００の測定流量は所定値にまで変化して安定する。そこで、この測定流量の安定値を空気通過時のオリフィス１４における流量Ｑ_AirとしてＥＣＵ３８のメモリに記憶する。

ステップＳ４０２では、ＥＣＵ３８により、差圧センサ１８の測定差圧を規定値ΔＰ_cにするポンプ１２の駆動を継続しつつ、通路切換弁３３及び排出切換弁３５を第二状態にする。これにより、パージ通路２１の分岐通路２２に連通する測定通路２４が減圧されて通路２１，２２から通路２４へ混合気が流入し、差圧センサ１８の測定差圧が規定値ΔＰ_cに保持されるため、流量センサ２００の測定流量は所定値にまで変化して安定する。そこで、この測定流量の安定値を混合気通過時のオリフィス１４における流量Ｑ_GasとしてＥＣＵ３８のメモリに記憶する。

ステップＳ４０３では、ステップＳ４０１，Ｓ４０２でメモリに記憶された流量Ｑ_Air，Ｑ_Gasと、メモリに予め記憶されている上記式（１７），（２）とを、ＥＣＵ３８のＣＰＵへ読み出す。さらにステップＳ４０３では、ＥＣＵ３８により、流量Ｑ_Air，Ｑ_Gasを式（１７）に代入して密度ρ_Air，ρ_Gasの比を算出し、その算出結果を式（２）に代入して燃料蒸気濃度Ｄを算出する。尚、本実施形態においても、算出された燃料蒸気Ｄはメモリに記憶されてパージ処理に利用される。

このように第五実施形態によっても、流量係数α_Air，α_Gasに依存しない上記式（１７）を用いて密度ρ_Air，ρ_Gasの比を精確に算出することができるので、燃料蒸気濃度Ｄの算出、ひいてはパージ制御が精確となる。
以上、第五実施形態では、流量センサ２００が特許請求の範囲に記載の「測定手段」に相当している。

ここでまで本発明の複数の実施形態について説明してきたが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。
例えば第一〜第五実施形態では、上流側導圧通路２６を設けないで、下流側導圧通路２７を通じて受ける圧力と大気圧との差圧を差圧センサ１８によって測定するようにしてもよい。この場合、差圧センサ１８の測定差圧は、通路開閉弁３４の開状態においてオリフィス１４両端間の差圧と実質的に等しくなる。
また、第一〜第五実施形態では、絶対圧を測定する二つの圧力センサをそれぞれ導圧通路２６，２７に連通接続し、それら圧力センサによる測定圧力の差を測定差圧として利用するようにしてもよい。

さらに第一，第三〜第五実施形態では、図１５に示すように径変化部１６をオリフィス１４の下流側端部１４ａと上流側端部１４ｃとの間の全域を延びる形態に形成してもよい。また、第二実施形態では、図１６に示すように径変化部１０４をオリフィス１０２の下流側端部１０２ａと上流側端部１０２ｃとの間の全域を延びる形態に形成してもよい。さらにまた、第三〜第五実施形態では、第二実施形態又は図１５，１６の変形例に準ずる径変化部１０４を設けるようにしてもよい。

またさらに第一〜第五実施形態では、空気及び混合気の密度ρ_Air，ρ_Gasの比並びに混合気中の燃料蒸気濃度Ｄを検出する燃料蒸気処理装置１０に本発明を適用した例について説明した。しかし、本発明は、そうした燃料蒸気処理装置以外にも、複数の気体の密度比を算出する公知の装置や、空気以外の特定気体を空気に混合してなる混合気と空気との密度比に基づいて当該特定気体の濃度を算出する公知の装置にも適用することもできる。

第一実施形態による燃料蒸気処理装置の要部を示す断面図である。 第一実施形態による燃料蒸気処理装置を示す構成図である。 第一実施形態による燃料蒸気処理装置の主作動を説明するためのフローチャートである。 第一実施形態による密度比の算出方法を説明するための模式図である。 第一実施形態における気体の流通様式を説明するための模式図である。 第一実施形態の特性（Ａ）と比較例（Ｂ）の特性とを比較するための模式図である。 第一実施形態による濃度検出処理を説明するためのフローチャートである。 第一実施形態によるパージ処理を説明するためのフローチャートである。 第二実施形態による燃料蒸気処理装置の要部を示す断面図である。 第二実施形態によるオリフィスプレートの製造方法の一例を示す断面図である。 第三実施形態による密度比の算出方法を説明するための模式図である。 第四実施形態による密度比の算出方法を説明するための模式図である。 第五実施形態による燃料蒸気処理装置を示す構成図である。 第五実施形態による濃度検出処理を説明するためのフローチャートである。 変形例による燃料蒸気処理装置の要部を示す断面図である。 変形例による燃料蒸気処理装置の要部を示す断面図である。 比較例を示す断面図である。 比較例における気体の流通様式を説明するための模式図である。を示す断面図である。

符号の説明

１ エンジン、２ 燃料タンク、３ 吸気通路、１０ 燃料蒸気処理装置（気体密度比検出装置、気体濃度検出装置）、１１ キャニスタ、１２ ポンプ、１４，１０２ オリフィス、１４ａ，１０２ａ 下流側端部、１５，１００ オリフィスプレート（オリフィス部材）、１６，１０４ 径変化部（剥離抑制手段）、１８ 差圧センサ（測定手段）、２１ パージ通路、２２ 分岐通路、２４ 測定通路、２４ｃ 内壁面、３２ パージ制御弁（パージ制御手段）、３８ ＥＣＵ（密度比算出手段、濃度算出手段、パージ制御手段）、２００ 流量センサ（測定手段）

Claims (7)

1. 上流側端部から複数種類の気体が相異なるタイミングで流入する測定通路と、
   前記測定通路の下流側端部に連通し、前記測定通路を減圧するポンプと、
   前記測定通路の中途部に設けられ、前記測定通路の通路面積を絞るオリフィスと、
   前記オリフィスよりも下流側において前記複数種類の気体が前記測定通路の内壁面から剥離することを抑制する剥離抑制手段と、
   前記ポンプにより前記測定通路が減圧された状態で前記オリフィスの両端間の差圧又は前記オリフィスにおける気体通過流量を測定する測定手段と、
   前記複数種類の気体について前記測定手段により測定された前記差圧又は前記気体通過流量に基づき、それら気体の密度比を算出する密度比算出手段と、
   を備えることを特徴とする気体密度比検出装置。
2. 前記剥離抑制手段は、前記オリフィスの内径を前記オリフィスの下流側端部から上流側へ向かって縮小するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の気体密度比検出装置。
3. 前記剥離抑制手段による前記オリフィスの長さ方向への縮径率は、一定であることを特徴とする請求項２に記載の気体密度比検出装置。
4. 前記剥離抑制手段による前記オリフィスの長さ方向への縮径率は、上流側へ向かうほど小さくなることを特徴とする請求項２に記載の気体密度比検出装置。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載の気体密度比検出装置に用いられ、前記剥離抑制手段が設けられた前記オリフィスを有することを特徴とするオリフィス部材。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の気体密度比検出装置であって、空気以外の特定気体が空気に混合してなる混合気と、空気とが前記複数種類の気体として前記測定通路へ流入する気体密度比検出装置と、
   前記気体密度比検出装置の前記密度比算出手段により算出された前記混合気と空気との密度比に基づき、前記混合気中の前記特定気体の濃度を算出する濃度算出手段と、
   を備えることを特徴とする気体濃度検出装置。
7. 燃料タンク内で発生した燃料蒸気を脱離可能に吸着するキャニスタと、
   前記キャニスタから脱離した燃料蒸気をエンジンの吸気通路へパージするパージ通路と、
   請求項６に記載の気体濃度検出装置であって、前記特定気体としての前記燃料蒸気が空気に混合してなる前記混合気と、空気とが前記測定通路へ流入する気体濃度検出装置と、
   前記気体濃度検出装置の前記濃度算出手段により算出された前記濃度に基づき、前記パージを制御するパージ制御手段と、
   を備えることを特徴とする燃料蒸気処理装置。
   

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