JP2007211611A - 内燃機関の燃料蒸気処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測通路に流れるガスを空気とする第１の計測状態と、燃料蒸気を含む混合気とする第２の計測状態との切替動作に異常が生じた場合に、その異常を精度良く検出すること。
【解決手段】第１の計測状態と第２の計測状態とを切替える３位置弁２１と、計測ライン２２の絞り２３によって生じる圧力を計測する圧力センサ２４とを用いて、第１の計測状態での第１の圧力Ｐ０の計測開始後における、当該第１の圧力Ｐ０の変化の挙動と、第２の計測状態での第２の圧力Ｐ１の計測開始後における、当該第２の圧力Ｐ１の変化の挙動とを計測する。そして、これらを比較した結果、第１及び第２の圧力の変化の挙動が実質的に同一とみなされるとき、３位置弁２１の切替動作に異常が生じたと判定する。
【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の燃料蒸気処理装置に関する。

燃料蒸気処理装置は、燃料タンクで発生した燃料蒸気の大気への放散を防止するためのもので、燃料タンク内の燃料蒸気を、吸着材を収納したキャニスタ内に導入して、一時的に吸着材に吸着させる。吸着材に吸着された蒸気燃料は、内燃機関の運転時に、吸気管に発生する負圧により吸着材から離脱し、パージ通路を介して内燃機関の吸気管に放出（パージ）される。このようにして、吸着材から蒸気燃料が離脱すると、吸着材の吸着能力が回復する。

燃料蒸気をパージする際には、パージ通路に設けられたパージ制御弁により、燃料蒸気を含む混合気の流量が調節される。ただし、実際に吸気管にパージされる燃料蒸気量を、適正な空燃比となるようにパージ制御弁で調節するためには、パージ通路を流れる混合気中の燃料蒸気の濃度を高精度に計測することが重要となる。

このため、従来は、例えば特許文献１に示されるように、パージ通路及びパージ通路から分岐する大気通路に質量流量計を設置し、２つの質量流量計の出力値に基づいて、パージ通路から内燃機関の吸気管に供給される混合気中の燃料蒸気の濃度を検出するようにしている。

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、流量計がパージ通路に設置されているので、燃料蒸気を含む混合気のパージが実施されて、パージ通路内を混合気が流れないと燃料蒸気の濃度が検出できない。このため、検出した燃料蒸気濃度を空燃比制御に反映するためには、パージした燃料蒸気がインジェクタ位置に到達するに先立って燃料蒸気濃度の検出を完了し、これを用いてインジェクタから噴射される燃料の噴射量の指令値を補正する必要がある。

しかしながら、吸気管容積の小さなエンジンの場合や、吸入空気の流速の速い運転領域では、パージした燃料蒸気がインジェクタ位置に到達するまでの所要時間が、燃料蒸気の濃度の測定を完了するのに要する時間よりも短い場合が生じ、パージの開始初期から、測定した燃料蒸気濃度を空燃比制御に反映することができない場合がある。このため、配管のレイアウトなどのエンジン構造や、パージを開始する運転領域が制限されることになる。
特開平５−１８３２６号公報

このような点に鑑みて、本出願人は、燃料蒸気を含む混合気のパージの実施とは無関係に、混合気に含まれる燃料蒸気の濃度を測定することが可能な装置を発明し、出願した（特願２００４−３７７４５２号）。この装置では、絞りを有する計測通路にポンプを設けて、その計測通路にガス流を発生可能にするとともに、この計測通路を流れるガスを大気中の空気と、燃料蒸気を含む混合気とのいずれかに切替える切替弁を設けている。そして、計測通路内にガス流が生じているときに、絞りの前後で生じる差圧を計測する差圧センサを設けて、ガス流を空気としたときの差圧と、燃料蒸気を含む混合気としたときの差圧をそれぞれ計測する。

ここで、混合気に含まれる燃料蒸気濃度が高くなるほど、混合気の密度が高まるため、絞りでの差圧が大きくなる。そして、ガス流を空気としたときの差圧と、混合気としたときの差圧との差圧比と燃料蒸気濃度とは、ほぼ比例関係を有するので、その差圧比から燃料蒸気濃度を求めることができる。

上述した装置では、切替弁によって、計測通路を流れるガスを空気と混合気とに切替えることが、燃料蒸気濃度計測に欠かせない動作となる。このため、万一、切替弁が断線等によって正常に切替動作を行い得ない場合には、速やかに、切替弁の異常を検出することが重要となる。

本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、計測通路に流れるガスを空気とする第１の計測状態と、燃料蒸気を含む混合気とする第２の計測状態との切替動作に異常が生じた場合に、その異常を精度良く検出することが可能な内燃機関の燃料蒸気処理装置を提供することを目的とする。

蒸気目的を達成するために、請求項１に記載の内燃機関の燃料蒸気処理装置は、
燃料タンクと蒸気導入通路を介して接続され、当該蒸気導入通路を介して導入される燃料タンク内において発生した燃料蒸気を一時的に吸着する吸着材を有するキャニスタと、
吸着材に吸着された燃料蒸気が、当該吸着材から離脱して混合気となったとき、その混合気中の燃料蒸気濃度を計測する濃度計測手段と、
キャニスタと内燃機関の吸気管とを接続するパージ通路に設けられ、燃料蒸気の濃度に基づいて、吸気管に放出される燃料蒸気を含む混合気の流量を制御する流量制御手段とを備える燃料蒸気処理装置であって、
濃度計測手段は、
絞りを備える計測通路と、
計測通路にガス流を発生させるガス流発生手段と、
ガス流発生手段がガス流を発生させたときに、絞りによって発生する圧力を計測する圧力計測手段と、
計測通路を大気に開放して、当該計測通路に流れるガスを空気とする第１の計測状態と、前記計測通路を前記キャニスタに連通して前記計測通路に流れるガスをキャニスタからの燃料蒸気を含む混合気とする第２の計測状態とのいずれかに切替える計測通路切替手段と、
第１の計測状態において、圧力計測手段によって計測される第１の圧力と、第２の計測状態において、圧力計測手段によって計測される第２の圧力とに基づいて、燃料蒸気の濃度を演算する燃料蒸気濃度演算手段と、を有し、
さらに、第１の計測状態での第１の圧力の計測開始後における、当該第１の圧力の変化の挙動と、第２の計測状態での第２の圧力の計測開始後における、当該第２の圧力の変化の挙動とを比較し、これら第１及び第２の圧力の変化の挙動が実質的に同一とみなされるとき、計測通路切替手段の故障と判定する故障判定手段を備えることを特徴とする。

キャニスタの吸着材に燃料蒸気がほとんど吸着されていない場合、計測通路にキャニスタを連通させても、計測通路を流れる気体には、ほとんど燃料蒸気が含まれないことになる。この場合、第２の圧力として計測される第２の圧力の収束値は、第１の圧力の収束値とほぼ変わらない値となる。従って、第１及び第２の圧力として検出される、それぞれの圧力の収束値から、計測通路切替手段が正常に切替動作を行っているか否かを判定することはできない。

ここで、第２の計測状態では、計測通路をキャニスタに連通させるので、このキャニスタも計測通路の一部を構成することになる。このため、第２の計測状態では、計測通路内のガス流に対する流通抵抗が、第１の計測状態における流通抵抗よりも高くなる。従って、キャニスタの吸着材に燃料蒸気がほとんど吸着されていないため、第１及び第２の圧力の収束値がほとんど同じとなる場合であっても、第２の圧力は、第１の圧力よりも時間的な遅れを持ってその収束値まで低下する。

そのため、上述したように、第１及び第２の圧力の変化の挙動が実質的に同一であるか否かに基づいて、計測通路切替手段による切替動作の異常を精度良く判定することができる。

請求項２に記載のように、故障判定手段は、第１の圧力の変化の挙動を基準として、第２の圧力の変化の挙動が実質的に同一か否か判定することにより、計測通路切替手段に第１の計測状態から第２の計測状態への切替えが不能な故障が生じているか否か判定することを特徴とする。

第１の計測状態では、空気をガス流として圧力を計測するため、その圧力の収束値は比較的狭い範囲に収まる。このため、第１の計測状態への切替えが不能な計測通路切替手段の故障は、この圧力の収束値が所定の圧力範囲に収まっているか否か等に基づいて比較的高精度に判定することができる。しかしながら、第２の計測状態では、混合気に含まれる燃料蒸気濃度によって、圧力の収束値が大きく変動するので、その収束値のみから、第２の計測状態への切替動作が正常に行われたか否かを精度良く判定することができない。従って、上述したように、第１の圧力の変化の挙動を基準として、第２の圧力の変化の挙動が実質的に同一か否かを判定することにより、計測通路切替手段に第２の計測状態への切替えが不能な故障が生じているか否か判定することが特に好ましい。

請求項３に記載した燃料蒸気処理装置では、圧力計測手段は、絞りのガス流下流側の圧力を計測するものであり、かつ、濃度検出手段は、まず第１の圧力の計測を実施し、その後に第２の圧力の計測を実施するものであり、
故障判定手段は、最初に計測される第１の圧力の収束値に基づいて、その第１の圧力の収束値よりも大きい圧力判定値を定め、第２の圧力の計測開始後、第２の所定時間以内に、当該第２の圧力が圧力判定値よりも低下した場合に、第２の圧力の変化の挙動が、第１の圧力の変化の挙動とほぼ同じであるとみなすことを特徴とする。

このようにすれば、第１の計測状態において実際に計測した圧力を基準として、第１及び第２の圧力変化が挙動が実質的に同一であるか否かを判定することができる。

請求項４に記載したように、流量制御手段は、故障判定手段によって計測通路切替手段の故障と判定された場合、濃度計測手段によって計測される燃料蒸気濃度に基づく、通常の混合気流量制御を中止することが好ましい。計測通路切替手段に故障が生じた場合、燃料蒸気の濃度が正確に検出できなくなるためである。

以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態による燃料蒸気処理装置の構成を示す構成図である。本実施形態による燃料蒸気処理装置は、例えば自動車のエンジンに適用され、内燃機関であるエンジン１の燃料タンク１１は、蒸気導入通路であるエバポライン１２を介してキャニスタ１３と接続されている。キャニスタ１３内には吸着材１４が充填されており、燃料タンク１１内で発生した燃料蒸気を吸着材１４で一時的に吸着する。キャニスタ１３はパージライン１５を介してエンジン１の吸気管２と接続されている。パージライン１５にはパージバルブ１６が設けられ、その開き時にはキャニスタ１３と吸気管２とが連通するようになっている。

なお、キャニスタ１３における、エバポライン１２の接続位置と、パージライン１５の接続位置との間の、キャニスタ１３の内部に仕切板１４ａが設けられ、エバポライン１２から導入された燃料蒸気が、吸着材１４に吸着されることなく、パージライン１５から放出されることを防止している。また、キャニスタ１３には、後述するように大気ライン１７も接続されている。この大気ライン１７の接続位置とパージライン１５の接続位置との間の、キャニスタ１３の内部には、吸着材１４の充填深さとほぼ同じ深さの仕切板１４ｂが設けられている。これにより、エバポライン１２から導入された燃焼蒸気が大気ラインから放出されることを防止するようにしている。

パージバルブ１６は電磁弁であり、エンジン１の各部を制御する電子制御ユニット（図示せず）によって開度が調整される。パージライン１５を流れる燃料蒸気を含む混合気の流量は、パージバルブ１６の開度によって制御され、その流量が制御された混合気が、スロットルバルブ３によって発生される吸気管２内の負圧により吸気管２内にパージされ、インジェクタ４からの噴射燃料とともに燃焼される（以下、適宜、パージされる燃料蒸気を含む混合気をパージガスという）。

キャニスタ１３には、先端がフィルタを介して大気に開放する大気ライン１７が接続されている。この大気ライン１７には、キャニスタ１３を大気ライン１７とポンプ２３の吸入側のいずれかに連通させる切替弁１８が設けられている。なお、切替弁１８は、電子制御ユニットによる非駆動時には、キャニスタ１３を大気ライン１７に連通させる第１位置にあり、駆動時に、キャニスタ１３をポンプ２３の吸入側に連通させる第２位置に切替られる。切替弁１８が第２位置に切替えられるのは、パージライン１５等に燃焼蒸気の漏れを生じさせる開口が生じているか否かをチェックするリークチェック時である。

このリークチェック時には、まず、切替弁１８を第１位置として、空気流が絞り２３を通過する際の圧力を計測して、これを基準圧とする。そして、切替弁１８を第２位置として、圧力を計測し、その計測圧力と基準圧とを比較する。このとき、計測圧力が基準圧よりも低下しないと、パージライン１５等に絞り２３よりも大きな開口が生じていると推定でき、リークが発生していると判定する。

パージライン１５から分岐する分岐ライン１９は、３位置弁２１の一方の入力ポートに接続されている。また、３位置弁２１の他方の入力ポートには、フィルタを介して大気に開放されるポンプ２６の吐出ライン２７から分岐する空気供給ライン２０が接続されている。３位置弁２１の出力ポートは、計測ライン２２が接続されている。３位置弁２１は、上述した電子制御ユニットによって、空気供給ライン２０を計測ライン２２に接続する第１位置、計測ライン２２に対して空気供給ライン２０及び分岐ライン１９のいずれとの連通も遮断する第２位置、及び分岐ライン１９を計測ライン２２に接続する第３位置のいずれかに切替えられる。なお、非駆動時、３位置弁２１は第１位置となるように構成されている。

計測ライン２２には、絞り２３、及び、ポンプ２６が設けられている。ガス流発生手段であるポンプ２６は電動ポンプであり、駆動時に絞り２３側を吸入側として計測ライン２２にガスを流動させるもので、その駆動のオンオフおよび回転数が電子制御ユニットにより制御される。電子制御ユニットは、ポンプ２６を駆動する際、その回転数が予め設定した所定値で一定となるように制御する。

従って、切替弁１８は第１位置のまま、３位置弁２１を第１の位置とした状態で、電子制御ユニットがポンプ２６を駆動すると、計測ライン２２を空気が流動する「第１の計測状態」となる。また、３位置弁２１を第３の位置とした状態でポンプ２６を駆動すると、大気ライン１７、キャニスタ１３、分岐ライン１９までのパージライン１５の一部、及び分岐ライン１９を介して供給される燃料蒸気を含む混合気が計測ライン２２を流動する「第２の計測状態」となる。

また、計測ライン２２には、絞り２２の下流側、すなわち、絞り２２とポンプ２６との間に、空気や混合気が流動したときに、絞り２３によって発生する圧力（負圧）を計測する圧力センサ２４が接続されている。この圧力センサ２４によって計測された圧力は、電子制御ユニットに出力される。

電子制御ユニットは、吸気管２に設けられて吸入空気量を調整するスロットルバルブ３の開度やインジェクタ４からの燃料噴射量等を、種々のセンサによって検出された検出値に基づいて制御する。例えば、吸気管２に設けたエアフローセンサにより検出される吸入空気量及び吸気圧センサにより検出される吸気圧、排気管５に設けた空燃比センサ６により検出される空燃比の他、イグニッション信号、エンジン回転数、エンジン冷却水温、アクセル開度等に基づいて、燃料噴射量やスロットル開度等を制御する。

電子制御ユニットは、上述したような制御の他に燃料蒸気を処理するためのパージ制御も実行する。このパージ制御について、図２に示すパージ制御のフローチャートに基づいて説明する。なお、本フローチャートに示すパージ制御は、エンジン１が運転を開始すると実行される。

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判定する。濃度検出条件はエンジン水温、油温、エンジン回転数などの運転状態を表す状態量が所定の領域にあるときに成立し、後述する燃料蒸気のパージの実施を許可するパージ実施条件が成立するよりも先に成立するように設定してある。

パージ実施条件は、例えばエンジン冷却水温が所定値Ｔ1以上となってエンジン暖機完了と判断されると成立するように設定される。従って、濃度検出条件は、エンジン暖機中に成立する必要があるため、例えば冷却水温が所定値Ｔ1よりも低めに設定した所定値Ｔ２以上であるときに成立するように設定される。また、エンジン運転中で燃料蒸気のパージが停止されている期間（主に減速中）も濃度検出条件が成立するように設定する。なお、本燃料燃料処理装置を、内燃機関と電動モータとを駆動源とするハイブリッド車に適用する場合は、エンジンを停止してモータにより走行しているときも濃度検出条件が成立するように設定する。

ステップＳ１０１において、濃度検出条件が成立したと判定されると、ステップＳ１０２に進み、後述する濃度検出ルーチンを実行する。一方、濃度検出条件が非成立であると判定されると、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６ではイグニッションキーがオフされたか否かを判定する。このステップＳ１０６の処理にて、イグニッションキーがオフされていないと判定されると、ステップＳ１０１の処理に戻る。一方、イグニッションキーがオフされたと判定されると、図２に示すフローチャートによる処理を終了する。

ここで、ステップＳ１０２の濃度検出ルーチンについて、図３のフローチャート及び図４の各部の作動状態を示す作動波形図に基づき詳細に説明する。なお、濃度検出ルーチン実行前の、各部の初期状態は図４におけるＡ期間に相当し、パージバルブ１６は閉じられており、切替弁１８はキャニスタ１３を大気ライン１７に連通させる第１位置となっており、３位置弁２１は、空気供給ライン２０を計測ライン２２に接続する第１位置となっている。このため、初期状態において、圧力センサ２４によって検出される圧力はほぼ大気圧と同じになっている。

まず、ステップＳ２０１にて、締切圧Ｐｃの測定が行われる。この締切圧Ｐｃの測定は、図４の作動波形図のＢ期間において実行されるもので、３位置弁２１を第２位置に切替えることにより、ポンプ２６の吸入側を密閉した状態にして、ポンプ２６を駆動することによりなされる。この場合、図５に示すように、計測ライン２２及び切替弁１８までの接続ラインなどにしか、ポンプ２６が吸引できる空気が存在しない。従って、この締切圧Ｐｃの測定時には、圧力センサ２４の圧力が急速に低下する。

この締切圧Ｐｃの測定処理においては、締切圧Ｐｃの測定に加え、測定された締切圧Ｐｃが予め定めた判定値以下まで低下したか否かに基づいて、各部に動作異常が生じていないか否かを判定する。すなわち、締切圧Ｐｃが判定値以下まで低下した場合には、各部は正常に動作しているとみなされるが、判定値以下まで低下しない場合には、ポンプ２６の能力低下、切替弁１８や３位置弁２１の切替動作不良や漏れ不良などの異常が生じているとみなされる。

なお、締切圧Ｐｃは、後に説明する空気流による圧力Ｐ０や混合気流による圧力Ｐ１が正常に計測されたか否かを判定するために用いられる。

次に、ステップＳ２０２において、一旦、各部の状態を締切圧測定前の初期状態と同じ状態に戻す処理を行う。この初期状態への復帰処理は、図４の作動波形図のＡ２期間において実行されるもので、３位置弁２１を第１位置に切替えつつ、ポンプ２６の駆動を停止させる。この初期状態への復帰処理により、計測ライン２２の圧力は大気圧まで戻る。

ステップＳ２０３では、本発明における「第１の計測状態」に相当する、計測ライン２２にガス流として空気を流動させた状態で、圧力センサ２４により圧力Ｐ０の測定を行う。この空気流による圧力Ｐ０の測定は、図４の作動波形図のＣ期間において実行されるもので、３位置弁２１を第１位置に保持したまま、ポンプ２６を駆動することによりなされる。この場合、図６に示すように、計測ライン２２には空気供給ライン２１を介して空気が供給されるので、圧力センサ２４は、空気が計測ライン２２を流動したときに絞り２３によって発生する圧力（負圧）を検出する。このとき、圧力センサ２４は、ポンプ２６の駆動後、例えば所定時間間隔で、絞り２３の下流側の圧力を繰返し検出する。これにより、ポンプ２６の一定回転数に応じた速度で空気流が流動する定常状態となったときの、空気流の圧力Ｐ０の収束値に加え、その収束値までの圧力変化の挙動を測定することができる。

なお、空気流による圧力Ｐ０の測定処理においても、空気流による圧力Ｐ０の測定に加え、測定された圧力Ｐ０に基づいて、各部が正常に動作しているか否かを判定する。具体的には、例えば、絞り２３の径やポンプ２６の能力等に応じた圧力範囲が予め定められ、測定された圧力Ｐ０の収束値がその圧力範囲に属しているか否かに応じて、圧力Ｐ０の測定時に各部が正常に動作したか否かを判定する。例えば、測定された圧力Ｐ０の収束値がその圧力範囲に属していない場合であって、上述した締切圧Ｐｃとの差が所定値以下である場合には、３位置弁２１の切替故障とみなすことができる。

次に、ステップＳ２０４では、ステップＳ２０２と同様に、一旦、各部の状態を初期状態に戻す処理を行う。この初期状態への復帰処理は、図４の作動波形図のＡ３期間において実行され、この初期状態への復帰処理により、計測ライン２２の圧力は再び大気圧まで戻る。

ステップＳ２０５では、本発明における「第２の計測状態」に相当する、計測ライン２２にガス流として燃料蒸気を含む混合気を流動させた状態で、圧力Ｐ１の測定を行う。この混合気流による圧力Ｐ１の測定は、図４の作動波形図のＤ期間において実行されるもので、３位置弁２１を第３位置に切替えつつ、ポンプ２６を駆動することによりなされる。この場合、計測ライン２２には、大気ライン１７、キャニスタ１３、分岐ライン１９までのパージライン１５の一部、及び分岐ライン１９を介して供給される燃料蒸気を含む混合気が供給される。すなわち、図７に示すように大気ライン１７から導入される空気がキャニスタ１３内を流動することにより、燃料蒸気と空気との混合気となり、パージライン１５の一部及び分岐ライン１９を介して計測ライン２２に供給される。従って、混合気流による圧力測定時には、圧力センサ２４が、燃料蒸気を含む混合気が計測ライン２２を流動したときに絞り２３によって発生する圧力（負圧）を検出する。

このとき、圧力センサ２４は、空気流による圧力測定時と同様に、ポンプ２６の駆動後、例えば所定時間間隔で、絞り２３の下流側の圧力を繰返し検出する。これにより、混合気流による圧力Ｐ１の収束値に加え、その収束値までの圧力変化の挙動を測定することができる。

また、混合気流による圧力Ｐ１の測定処理においても、混合気流による圧力Ｐ１の測定に加え、測定された圧力Ｐ１に基づいて、各部が正常に動作したとみなしえるかを判定する。具体的には、締切圧Ｐｃに基づいて低圧側の限界値を定め、空気流による圧力Ｐ０の収束値に基づいて高圧側の限界値を定め、測定した圧力Ｐ１の収束値が、その両限界値によって規定される範囲に属するか否かによって、圧力Ｐ１の測定時に各部が正常に動作したか否かを判定する。なお、締切圧Ｐｃに基づいて低圧側の限界値を定めるのは、締切圧Ｐｃを超えて、圧力が低下することは通常ありえないためである。また、空気流による圧力Ｐ０に基づいて高圧側の限界値を定めるのは、燃料蒸気を含む場合、混合気の密度が高くなり、絞り２３を流動しにくくなるため、混合気流による圧力Ｐ１の収束値は、空気流による圧力Ｐ０の収束値以下に低下するためである。

しかしながら、混合気にほとんど燃料蒸気が含まれない場合には、混合気流による圧力Ｐ１の収束値は、空気流による圧力Ｐ０とほぼ一致する。従って、それぞれの圧力Ｐ０，Ｐ１の収束値のみから、各部の異常、特に、３位置弁２１が第１位置から第３位置へと正常に切替動作を行ったか否かを判定することはできない。

そのため、本実施形態では、上述した圧力Ｐ０，Ｐ１の収束値までの変化の挙動が実質的に同一であるか否かを判定し、この判定結果も用いて、３位置弁２１の第３位置への切替動作が正常に行なわれたか否かを判定することとした。

上述した空気流による圧力Ｐ０の測定時には、空気供給ライン２０及び計測ライン２２を空気が流動するが、それぞれのライン２０，２２中には、絞り２３以外に空気が流動する際に妨げとなるものがない。また、空気供給ライン２０と計測ライン２２を合わせたライン長も、混合気流による圧力測定時のライン長よりも短く設定されている。このため、空気流が流動する際の流路抵抗が相対的に小さくなり、空気流による圧力Ｐ０は、その収束値まで早期に低下する。

一方、混合気流による圧力Ｐ１の測定時には、上述したように、大気ライン１７、キャニスタ１３、パージライン１５の一部及び分岐ライン１９を介して測定ライン２２に混合気を供給する。従って、混合気を流動させるためのラインの長さが長くなるとともに、その間に、キャニスタ１３が存在するので、混合気を流動させるためのラインにおける流路抵抗が、上述した空気流による圧力測定時の流路抵抗よりも大きくなる。

その結果、図８に示すように、混合気流による圧力Ｐ１は、キャニスタ１３の吸着材１４に燃料蒸気がほとんど吸着されていないため、空気流による圧力Ｐ０の収束値とほとんど同じ収束値となる場合であっても、空気流による圧力Ｐ１よりも時間的な遅れを持ってその収束値まで低下する。従って、上述したように、空気流による圧力Ｐ０と混合気流による圧力Ｐ１との、収束値までの変化の挙動に基づいて、３位置弁２１による第３位置への切替動作が正常になされたか否かを精度良く判定することができる。

具体的には、図８に示すように、まず、先に計測される空気流による圧力Ｐ０の収束値に基づいて、その収束値よりも大きい圧力判定値を定める。そして、混合気流による圧力Ｐ１の計測開始後、所定時間以内に、その圧力Ｐ１が圧力判定値よりも低下した場合には、圧力Ｐ１の変化の挙動は、圧力Ｐ０の変化の挙動と実質的に同一であると判定する。逆に、混合気流による圧力Ｐ１が所定時間以内に圧力判定値まで低下しない場合には、圧力Ｐ１の変化の挙動は、圧力Ｐ０の変化の挙動と異なると判定する。このようにすれば、実際に計測した空気流による圧力Ｐ０の収束値を基準として、混合気流による圧力Ｐ１の変化の挙動が実質的に同一であるか否かを精度良く判定することができる。

ステップＳ２０６の判定処理では、ステップＳ２０１，Ｓ２０３，Ｓ２０５における判定処理において、３位置弁２１の切替動作異常を含む、各部の動作異常が生じていると判定されたか否かを判別する。そして、動作異常が生じているとの判定がなされていないと判別したときには、ステップＳ２０７に進んで、圧力Ｐ０及びＰ１のそれぞれの収束値に基づいて燃料蒸気濃度を算出し、後述するパージ制御に利用するために記憶する。なお、燃料蒸気濃度は、それぞれの圧力Ｐ０，Ｐ１の圧力比に所定の係数を乗じることによって求めることができる。

一方、ステップＳ２０６の判定処理において、３位置弁２１の切替動作異常を含む、各部の動作異常が生じていると判定されると、第１及び第２の計測状態において計測された圧力Ｐ０，Ｐ１に基づいて燃料蒸気濃度が正確に算出できない状態である可能性が高いため、ステップＳ２０８に進んで、蒸気濃度が算出不可である旨を記憶する。

続くステップＳ２０９では、各部の状態を、パージ実施条件成立待ち状態にする。このパージ実施条件成立待ち状態への切替処理は、図４の作動波形図のＥ期間において実行されるもので、３位置弁２１を第１位置に切替えつつ、ポンプ２６の駆動を停止させることによってなされる。このパージ実施条件成立待ち状態は、初期状態と同様である。

このようにして、ステップＳ１０２の濃度検出ルーチンにより、混合気に含まれる燃料蒸気濃度が検出されると、ステップＳ１０３でパージ実施条件が成立しているか否かを判定する。パージ実施条件は一般的な燃料蒸気処理装置と同様に、エンジン水温、油温、エンジン回転数などの運転状態に基づいて判断される。このステップＳ１０３において、パージ実施条件が成立したと判定されると、ステップＳ１０４に進んで、パージ実施ルーチンを実行する。

パージ実施ルーチンでは、エンジン運転状態を検出し、検出されたエンジン運転状態に基づいて、パージ燃料蒸気流量を算出する。具体的には、このパージ燃料蒸気流量は、現在のスロットル開度などのエンジン運転状態のもとで要求される燃料噴射量、インジェクタ４で制御可能な燃料噴射量の下限値などに基づいて算出される。そして、このパージ燃料蒸気流量を実現するためのパージバルブ１６の開度を、燃料蒸気濃度に基づいて演算する。このようにして演算された開度に従って、パージ停止条件が成立するまで、パージバルブ１６を開く。

このパージ実施ルーチンによるパージの実施期間は、図４の作動波系図のＦ期間に相当する。すなわち、パージの実施期間においては、図９に示すように、切替弁１８及び３位置弁２１を第１位置に保持したまま、パージバルブ１６を開く。これにより、エンジン１の吸気管２内の負圧により、大気ライン１７、キャニスタ１３、及びパージライン１５からなる経路に混合気流が生じる。つまり、大気ライン１７から導入された大気とキャニスタ１３から離脱した燃料蒸気とが混合気となって、エンジン１の吸気管２にパージされる。これにより、キャニスタ１３の吸着能力が回復される。パージ実施期間Ｆが終了すると、図９のＧ期間に示されるように、パージバルブ１６が閉じられ、燃料蒸気処理装置は初期状態に戻る。

なお、濃度検出ルーチンにおいて、燃料蒸気濃度の算出不可の旨が記憶されている場合には、パージ実施ルーチンにおいて、パージ処理の実施を中止したり、パージを行うにしても、パージ実施条件をより厳しく制限したり、少量の燃料蒸気のパージを行うなどの異常時処理を実施する。

一方、パージ実施条件が不成立であると判定された場合には、ステップＳ１０５で濃度検出ルーチンの実行による燃料蒸気濃度の検出から所定時間が経過したか否かを判定する。このステップＳ１０５において、まだ所定時間経過していないと判定されると、ステップＳ１０３の処理に戻る。一方、燃料蒸気濃度の検出から所定時間が経過したと判定されると、ステップＳ１０１の処理に戻り、あらためて燃料蒸気濃度を検出する処理が実行され、燃料蒸気濃度が最新値に更新される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

例えば、上述した実施形態では、空気流による圧力Ｐ０の収束値に基づいて圧力判定値を設定し、混合気流による圧力Ｐ１が所定時間以内にその圧力判定値以下に低下したか否かによって、混合気流による圧力Ｐ１の変化の挙動は、空気流による圧力Ｐ０の変化の挙動と実質的に同一であると判定した。しかしながら、混合気流による圧力Ｐ１の変化の挙動が空気流による圧力Ｐ０の変化の挙動と実質的に同一であるか否かは、他の手法によって判定することも可能である。

例えば、大気圧を基準として、計測開始から所定時間までの範囲における、それぞれの圧力変化曲線による積分値を算出し、この積分値の差が所定範囲内であるとき、両圧力の変化の挙動は実質的に同一であると判定しても良い。また、両圧力の圧力変化曲線の勾配を微分演算などによって求め、この勾配の差が所定範囲内であるとき、両圧力の変化の挙動は実質的に同一であると判定しても良い。さらに、両圧力変化曲線の所定時間経過までの軌跡長をそれぞれ求めて、この軌跡長の差が所定範囲内であるとき、両圧力の変化の挙動は実質的に同一であると判定することも可能である。

また、上述した実施形態では、絞り２３の下流側の圧力のみを検出するようにしたが、絞り２３の前後の圧力差である差圧を検出するようにしても良い。

また、上述した実施形態では、３位置弁２１を用いていたが、例えば複数の２位置弁を組み合わせて、上述した第１位置〜第３位置に相当する切替動作を行わせるようにすることも可能である。

本発明の実施形態による燃料蒸気処理装置の構成を示す構成図である。 パージ制御のフローチャートである。 濃度検出ルーチンのフローチャートである。 蒸気燃料処理装置の各部の作動状態を示す作動波形図である。 締切圧Ｐｃの測定時における、蒸気燃料処理装置各部の作動状態を説明するための説明図である。 空気流による圧力Ｐ０の測定時における、蒸気燃料処理装置各部の作動状態を説明するための説明図である。 混合気流による圧力Ｐ１の測定時における、蒸気燃料処理装置各部の作動状態を説明するための説明図である。 空気流による圧力Ｐ０の収束値を基準として、混合気流による圧力Ｐ１の変化の挙動が実質的に同一であるか否かを判定方法を説明するための説明図である。 パージの実施期間において、蒸気燃料処理装置各部の作動状態を説明するための説明図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気管
１１ 燃料タンク
１２ エバポライン
１３ キャニスタ
１４ 吸着材
１５ パージライン
１６ パージ制御弁
１７ 大気ライン
１９ 分岐ライン
２０ 空気供給ライン
２１ ３位置弁
２２ 計測ライン
２３ 絞り
２４ 圧力センサ
２６ ポンプ

Claims (4)

1. 燃料タンクと蒸気導入通路を介して接続され、当該蒸気導入通路を介して導入される燃料タンク内において発生した燃料蒸気を一時的に吸着する吸着材を有するキャニスタと、
   前記吸着材に吸着された燃料蒸気が、当該吸着材から離脱して混合気となったとき、その混合気中の燃料蒸気濃度を計測する濃度計測手段と
   前記キャニスタと内燃機関の吸気管とを接続するパージ通路に設けられ、前記燃料蒸気の濃度に基づいて、前記吸気管に放出される燃料蒸気を含む混合気の流量を制御する流量制御手段とを備える燃料蒸気処理装置であって、
   前記濃度計測手段は、
   絞りを備える計測通路と、
   前記計測通路にガス流を発生させるガス流発生手段と、
   前記ガス流発生手段がガス流を発生させたときに、前記絞りによって生じる圧力を計測する圧力計測手段と、
   前記計測通路を大気に開放して、当該計測通路に流れるガスを空気とする第１の計測状態と、前記計測通路を前記キャニスタに連通して前記計測通路に流れるガスをキャニスタからの燃料蒸気を含む混合気とする第２の計測状態とに切替える計測通路切替手段と、
   前記第１の計測状態において、前記圧力計測手段によって計測される第１の圧力と、前記第２の計測状態において、前記圧力計測手段によって計測される第２の圧力とに基づいて、前記燃料蒸気の濃度を演算する燃料蒸気濃度演算手段と、を有し、
   さらに、前記第１の計測状態での前記第１の圧力の計測開始後における、当該第１の圧力の変化の挙動と、前記第２の計測状態での前記第２の圧力の計測開始後における、当該第２の圧力の変化の挙動とを比較し、これら第１及び第２の圧力の変化の挙動が実質的に同一とみなされるとき、前記計測通路切替手段の故障と判定する故障判定手段を備えることを特徴とする内燃機関の燃料蒸気処理装置。
2. 前記故障判定手段は、前記第１の圧力の変化の挙動を基準として、前記第２の圧力の変化の挙動が実質的に同一か否か判定することにより、前記計測通路切替手段に前記第１の計測状態から前記第２の計測状態への切替えが不能な故障が生じているか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料上記処理装置。
3. 前記圧力計測手段は、前記絞りのガス流下流側の圧力を計測するものであり、かつ、前記濃度検出手段は、まず前記第１の圧力の計測を実施し、その後に前記第２の圧力の計測を実施するものであり、
   前記故障判定手段は、最初に計測される前記第１の圧力の収束値に基づいて、その収束値よりも大きい圧力判定値を定め、前記第２の圧力の計測開始後、第２の所定時間以内に、当該第２の圧力が前記圧力判定値よりも低下した場合に、前記第２の圧力の変化の挙動が、前記第１の圧力の変化の挙動と実質的に同一であるとみなすことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料蒸気処理装置。
4. 前記流量制御手段は、前記故障判定手段によって前記計測通路切替手段の故障と判定された場合、前記濃度計測手段によって計測される燃料蒸気濃度に基づく、通常の混合気流量制御を中止することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の内燃機関の燃料蒸気処理装置。

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