JP2009138561A - 内燃機関の蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の蒸発燃料処理装置において、温度を考慮することによって、精度良く蒸発燃料濃度を測定することを可能にする。
【解決手段】絞り部を有する計測通路と、計測通路の両端を外部に開放して計測通路に流れるガスが空気である状態（以下、「第１の濃度計測状態」という）と、計測通路の両端を前記キャニスタと連通して計測通路に流れるガスがキャニスタからの混合気である状態（以下、「第２の濃度計測状態」という）とのいずれかに切替える構成とを備え、第１の濃度計測状態における計測通路の絞り部の差圧（以下、「検出差圧」という）と温度、および第２の濃度計測状態における検出差圧と温度に基づいて燃料蒸気濃度を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の蒸発燃料処理装置に関する。

蒸発燃料処理装置は、燃料タンクで発生した蒸発燃料の大気への放散を防止するための装置で、燃料タンクから導入通路を介して導入された蒸発燃料を一旦、キャニスタ内の吸着材に吸着し、この吸着した蒸発燃料を内燃機関の運転時に、吸気管に発生する負圧を利用してパージ通路を介して内燃機関の吸気管に供給（パージ）している。蒸発燃料のパージにより吸着材の吸着能力が回復する。蒸発燃料のパージは、パージ通路に設けられたパージ制御弁によるパージガス流量（パージエア流量およびパージ蒸発燃料流量）の調量のもとでなされる。パージされた蒸発燃料はインジェクタから供給された燃料とともに燃焼するため、適正に空燃比を実現するには、実際の蒸発燃料のパージ量を高精度に計測することが重要である。

そこで、本出願人は、蒸発燃料のパージ量を高精度に計測するために、燃料蒸気の計測用に、途中に絞り部を有する計測通路を設け、計測通路に流れるガスを空気の場合とキャニスタからの蒸発燃料を含む混合気の場合とに切替える構成の蒸発燃料処理装置を提案している（特許文献１参照）。
特開２００６−１６１７９５号公報

ところで、上記蒸発燃料処理装置では、計測通路に流れるガス（空気、混合気）の密度に応じて絞り差圧がそれぞれ変化することに着目して、絞り差圧を検出することで、計測通路に流れるガスの密度、ひいては燃料蒸発濃度を計測している。

しかしながら、ガス（空気、混合気）の密度は温度に依存しているため、計測通路に流れる絞り差圧を検出した際のガスの温度を考慮しないと、燃料蒸発濃度を計測する際の誤差要因となる。

そこで、本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、精度良く蒸発燃料濃度を測定することが可能な内燃機関の蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。

そこで、請求項１に係る発明では、燃料タンク内から導入通路を介して導かれた蒸発燃料を一時的に吸着する吸着材を収納したキャニスタと、吸着材から脱離した蒸発燃料を含む混合気を内燃機関の吸気管に導き前記蒸発燃料をパージするパージ通路と、該パージ通路に設けられ、混合気の燃料蒸気濃度の計測の結果に基づいてパージ流量を調整するパージ制御弁とを備えた内燃機関の蒸発燃料処理装置において、絞り部を有する計測通路と、該計測通路内に計測通路に沿ってガス流を発生させるガス流発生手段と、計測通路の両端を外部（大気）に開放して計測通路に流れるガスが空気である状態（以下、「第１の濃度計測状態」という）と、計測通路の両端を前記キャニスタと連通して計測通路に流れるガスがキャニスタからの混合気である状態（以下、「第２の濃度計測状態」というとのいずれかに切替える計測通路切替え手段と、絞り部の両端の差圧（以下、「検出差圧」という）を検出する差圧検出手段と、計測通路に流れるガスの温度（以下、「検出温度」という）を検出する温度検出手段と、第１の濃度計測状態における第１の検出差圧と第１の検出温度、および第２の濃度計測状態における第２の検出差圧と第２の検出温度に基づいて燃料蒸気濃度を算出する。

ここで、例えば、計測通路に流れるガスが空気の場合、大気を計測通路に導入しているため、エンジンの運転状態の影響をあまり受けないが、計測通路に流れるガスが混合気の場合、エンジンの運転状態の影響を受けるため、計測通路に流れるガスが空気の場合と混合気の場合とでガスの温度が異なる場合がある。そこで、請求項１のように、第１の濃度計測状態における温度と第２の濃度計測状態における温度とを考慮することにより、温度による誤差を少なくすることが可能となり、精度良く燃料蒸気濃度を算出することが可能となる。

より具体的には、請求項４に係る発明のように、燃料蒸気濃度算出手段は、第１の検出差圧を、第１の検出温度と第２の検出温度とに基づいて補正し、補正された第１の検出差圧と第２の検出差圧とに基づいて燃料蒸気濃度を算出すると良い。このように、第２の濃度計測状態における温度で計測された検出差圧となるように、第１の検出差圧を第１の検出温度と第２の検出温度に基づいて補正することで、それぞれ検出差圧を検出した際の温度の違いを少なくなるように補正することが可能となるため、精度良く燃料蒸気濃度を算出することが可能となる。また、請求項５に係る発明のように、燃料蒸気濃度算出手段は、第２の検出差圧を、第１の検出温度と第２の検出温度とに基づいて補正し、補正された第２の検出差圧と第１の検出差圧とに基づいて燃料蒸気濃度を算出しても良い。

また、請求項６に係る発明のように、燃料蒸気濃度算出手段は、第１の検出差圧を、所定温度における第１の検出差圧となるように第１の検出温度に基づいて補正する第１の手段と、第２の検出差圧を、所定温度における第２の検出差圧となるように第２の検出温度に基づいて補正する第２の手段とを備え、第１の手段により補正された第１の検出差圧と第２の手段により補正された第２の検出差圧とに基づいて燃料蒸気濃度を算出すると良い。このように、所定温度で検出されたように、第１の検出差圧と第２の検出差圧とを補正することにより、例えば、図７のようなマップを導出したときの温度条件と同じとなるように補正することが可能となるため、精度良く燃料蒸気濃度を算出することが可能となる。

また、請求項２に係る発明のように、燃料蒸気濃度算出手段は、第１の濃度計測状態における第１の検出差圧と第２の濃度計測状態における第２の検出差圧との比率と燃料蒸気濃度との一次関数を予め備え、該一次関数にしたがって前記燃料蒸気濃度を算出すると良い。また、請求項３に係る発明のように、燃料蒸気濃度算出手段は、第１の濃度計測状態における第１の検出差圧と第２の濃度計測状態における第２の検出差圧との比率と燃料蒸気濃度とのマップを予め備え、該マップにしたがって燃料蒸気濃度を算出すると良い。

また、請求項７に係る発明のように、燃料蒸気濃度算出手段は、第１検出差圧と第２の検出差圧とに基づいて、第１の濃度計測状態における計測通路に流れるガスの密度（以下、「第１の密度」という）と第２の濃度計測状態における計測通路に流れるガスの密度（以下、「第２の密度」という）との密度比を算出し、該密度比を第１の検出温度と第２の検出温度に基づいて補正し、補正された密度比に基づいて燃料蒸気濃度を算出しても良い。

このように、絞り部を流れるガス（空気、混合気）の絞り差圧に基づいて密度比を算出し、該密度比を第１の検出温度と第２の検出温度に基づいて補正することで、温度による誤差を少なくすることが可能となり、精度良く燃料蒸気濃度を算出することが可能となる。

より具体的には、請求項８に係る発明のように、燃料蒸気濃度算出手段は、第１の密度を第１の検出温度と第２の検出温度に基づいて補正し、補正された第１の密度と第２の密度との密度比に基づいて燃料蒸気濃度を算出しても良い。

このように、該密度比において、第１の濃度計測状態における密度を、第２の濃度計測状態における温度で計測された密度となるように、第１の検出温度と第２の検出温度に基づいて補正することで、温度の違いを少なくなるように補正することが可能となるため、精度良く燃料蒸気濃度を算出することが可能となる。

また、請求項９に係る発明のように、燃料蒸気濃度算出手段は、第１の密度と第２の密度との密度比を算出し、第２の密度を第１の検出温度と第２の検出温度に基づいて補正し、補正された第２の密度と第１の密度との密度比に基づいて燃料蒸気濃度を算出しても良い。また、請求項１０に係る発明のように、第１の密度を、所定温度における第１の密度となるように第１の検出温度に基づいて補正する第１の補正手段と、第２の密度を、前記所定温度における第２の密度となるように第２の検出温度に基づいて補正する第２の補正手段とを備え、第１の補正手段により補正された第１の密度と第２の補正手段により補正された第２の密度とのに基づいて燃料蒸気濃度を算出しても良い。

（実施形態）
図１に本発明の実施形態になる蒸発燃料処理装置の構成を示す。本実施形態は自動車のエンジンに適用したもので、内燃機関であるエンジン１の燃料タンク１１は導入通路１２を介してキャニスタ１３と接続され、燃料タンク１１とキャニスタ１３とは常時連通している。キャニスタ１３内には吸着材１４が充填され、燃料タンク１１で蒸発した燃料を吸着材１４で一時吸着する。キャニスタ１３はパージ通路１５を介してエンジン１の吸気管２と接続されている。パージ通路１５にはパージ制御弁であるパージバルブ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。

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（ＥＣＵ）４１によるデューティ制御等で開度が調整される。開度に応じて吸着材１４から脱離した蒸発燃料が吸気管２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することになる（以下、適宜、パージされる蒸発燃料を含む混合気をパージガスという）。

キャニスタ１３には、先端で大気に開放するパージエア通路１７が接続されている。パージエア通路１７にはクローズバルブ１８が設けられている。

パージ通路１５とパージエア通路１７とが計測通路である蒸発燃料通路２１により接続可能としてある。蒸発燃料通路２１は、パージバルブ１６よりもキャニスタ１３側でパージ通路１５からの分岐通路２５を介してパージ通路１５と接続し、クローズバルブ１８よりもキャニスタ１３側でパージエア通路１７からの分岐通路２６を介してパージエア通路１７と接続する。蒸発燃料通路２１にはパージ通路１５側から第１の切替え弁３１、絞り部２２、ポンプ２３、および第２の切替え弁３２が設けてある。

第１の切替え弁３１は、蒸発燃料通路２１が一端で大気に開放する第１の濃度計測状態と、蒸発燃料通路２１が前記一端でキャニスタ１３と連通する第２の濃度計測状態とのいずれかに切替える三方弁構造の電磁弁で、その２種類の切替え状態にＥＣＵ４１により制御される。ＥＣＵ４１は第１の切替え弁３１が非通電（オフ）のとき、切替え状態が蒸発燃料通路２１が大気に開放する第１の濃度計測状態に設定してある。

ガス流発生手段であるポンプ２３は電動ポンプであり、作動時に第１の切替え弁３１側を吸入側として蒸発燃料通路２１中に蒸発燃料通路２１に沿ってガスを流通せしめるもので、作動のオンオフおよび回転数がＥＣＵ４１により制御される。回転数の制御は予め設定した所定値で一定となるようにする回転数一定制御である。

第２の切替え弁３２は、蒸発燃料通路２１が他端で大気に開放する第１の濃度計測状態と、蒸発燃料通路２１が他端でパージエア通路１７と連通する第２の濃度計測状態とのいずれかに切替える三方弁構造の電磁弁で、その２種類の切替え状態がＥＣＵ４１により制御される。第２の切替え弁３２が非通電（オフ）のとき、切替え状態が蒸発燃料通路２１が大気に開放する第１の濃度計測状態に設定してある。

また、蒸発燃料通路２１は絞り部２２の両端でそれぞれ導圧配管２４１、２４２を介して差圧検出手段である差圧センサ４５と接続され、差圧センサ４５により絞り部２２の両端の差圧を検出するようになっている。差圧の検出信号はＥＣＵ４１に出力される。また、蒸発燃料通路２１には、温度センサ５０が設けられている。

ＥＣＵ４１は、基本的な構成は一般的なエンジン用のもので、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４や燃料を噴射するインジェクタ５等の各部を、吸気管２に設けられたエアフローセンサ４２により検出される吸入空気量、吸気圧センサ４３により検出される吸気圧、排気管３に設けられた空燃比センサ４４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制御し、適正な燃料噴射量やスロットル開度等が与えられるようにする。

図２にＥＣＵ４１で実行される蒸発燃料のパージのフローを示す。本フローはエンジンが運転を開始すると実行される。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、後述する蒸発燃料のパージの実施を許容する否かの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ことである。濃度検出条件はエンジン暖機中に成立するが、例えば冷却水温が前記所定値Ｔ１よりも低めに設定した所定値Ｔ２以上であることを条件とする。また、エンジン運転中で蒸発燃料のパージが停止されている期間（主に減速中）も濃度検出条件成立とする。なお、本蒸発燃料処理装置を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成立となる。

ステップＳ１０１が肯定判断されると、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。否定判断されるとステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６ではイグニッションキーがオフしたか否かを判定し、否定判断されると、ステップＳ１０１に戻る。イグニッションキーがオフされていれば本フローを終了する。

図３に濃度検出ルーチンの内容を示す。図４に濃度検出ルーチンの実行中における装置各部の状態の推移を示す。濃度検出ルーチンの実行において、初期状態は、パージバルブ１６が「閉」、クローズバルブ１８が「開」、第１、第２の切替え弁３１、３２が「オフ」、ポンプ２３が「オフ」である（図４中、Ａ）。前記第１の濃度計測状態となっている。図３において、ステップＳ２０１ではポンプ２３を駆動し、蒸発燃料通路２１にガスを流す（図４中、Ｂ）。ガスは空気であり、図５中に矢印で示すように蒸発燃料通路２１を流通し、再び大気中に抜ける。ステップＳ２０２ではこの状態の絞り部２２の差圧ΔＰ０を検出し、記憶しておく。また、ステップＳ２０２では、差圧ΔＰ０を検出すると同時に、蒸発燃料通路２１の温度を検出する。なお、蒸発燃料通路２１の温度は、温度センサ５０で検出しても良いし、エンジン冷却水温、大気温等にから間接的に検出しても良い。

次に、ステップＳ２０３ではクローズバルブ１８を閉じ、第１、第２の切替え弁３１、３２をオンする（図４中、Ｃ）。前記第１の濃度計測状態から前記第２の濃度計測状態に移行する。このときのガスの流れは、パージバルブ１６およびクローズバルブ１８が閉じていることで、図６に示すように、キャニスタ１３と絞り部２２との間を循環する環状通路となる。キャニスタ１３を通るため、ガスは蒸発燃料を含む混合気である。

ステップＳ２０５ではこの状態において、絞り部２２の差圧ΔＰ１を検出する。また、ステップＳ２０５では、差圧ΔＰ１を検出すると同時に、蒸発燃料通路２１の温度を検出し、記憶しておく。

続くステップＳ２０６、Ｓ２０７は燃料蒸気濃度演算手段としての処理で、ステップＳ２０６では得られた２つの差圧ΔＰ０、ΔＰ１に基づいて差圧比Ｐを式（１）にしたがって算出する。ステップＳ２０７では、差圧比Ｐに基づいて燃料蒸気濃度Ｃを式（２）にしたがって算出する。式（２）中、ｋ１は定数であり、予め制御プログラムなどとともにＥＣＵ４１のＲＯＭに記憶される。

Ｐ＝ΔＰ１／ΔＰ０・・・（１）
Ｃ＝ｋ１×（Ｐ−１）（＝（ΔＰ１−ΔＰ０）／ΔＰ０）・・・（２）
蒸発燃料は空気よりも重いため、パージガスに蒸発燃料が含まれていると、密度が高くなる。ポンプ２３の回転数が同じで蒸発燃料通路２１の流速（流量）が同じであれば、エネルギー保存の法則により、絞り部２２の差圧が大きくなる。つまり、燃料蒸気濃度Ｃが大きくなるほど、差圧比Ｐが大きくなる。燃料蒸気濃度Ｃおよび差圧比Ｐがしたがう特性線は図７に示すように直線となる。式（２）はかかる特性線を表現したものであり、定数ｋ１は予め実験などにより適合される。

図８にポンプ２３の圧力Ｐ−流量Ｑ特性（以下、ポンプ特性という）を示す。図中に、併せて絞り部２２における差圧ΔＰ―流量Ｑ特性（絞り特性）を示している。絞り部２２以外の部分での圧力損失は小さいので、圧力Ｐは差圧ΔＰと等しい。ここで、絞り特性は、絞り部２２を流通する流体の密度をρとして、式（３）と表せる。式中、Ｋは定数であり、絞り部２２の穴径をｄとしてＫ＝α×π×ｄ^２／４×２^１／２である。ここでαは絞り部２２の流量係数である。

Ｑ＝Ｋ（ΔＰ／ρ）^１／２・・・（３）
したがって絞り部２２を流通する流体が空気（図中、Ａｉｒ。以下、同じ）のときと燃料蒸気を含む混合気（図中、ＨＣ。以下、同じ）のときについては式（３−１）、（３−２）となる。式中の添え字は、Ａｉｒ が空気のとき、ＨＣが燃料蒸気を含む混合気のときを表す。

Ｑ_Ａｉｒ＝Ｋ（ΔＰ_Ａｉｒ／ρ_Ａｉｒ）^１／２・・・（３−１）
Ｑ_ＨＣ＝Ｋ（ΔＰ_ＨＣ／ρ_ＨＣ）^１／２・・・（３−２）
前記のごとくポンプ２３は回転数一定制御であるからＱ_Ａｉｒ＝Ｑ_ＨＣであり、式（４）となる。

ρ_ＨＣ／ρ_Ａｉｒ＝ΔＰ_ＨＣ／ΔＰ_Ａｉｒ・・・（４）
密度は燃料蒸気濃度に依存するから、差圧比ΔＰ_ＨＣ／ΔＰ_Ａｉｒをパラメータとして燃料蒸気濃度が知られることになる。なお、ΔＰ_ＨＣはΔＰ１であり、ΔＰ_ＡｉｒはΔＰ０である。

ここで、上述したように、本蒸発燃料処理装置では、（１）蒸発燃料は空気よりも重いため、パージガスに蒸発燃料が含まれていると、密度が高くなること、（２）ポンプ２３の回転数が同じで蒸発燃料通路２１の流速（流量）が同じであれば、エネルギー保存の法則により、絞り部２２の差圧が大きくなることから、燃料蒸気濃度Ｃが大きくなるほど、差圧比Ｐが大きくなる関係を用いて、燃料蒸気濃度を測定していた。しかしながら、上記エネルギー保存の法則は、それぞれ同じ温度で計測されたときに成り立つものであり、計測したときの温度が異なると、蒸発燃料通路２１の流速（流量）が同じであっても密度が異なるため、絞り部２２の差圧が変化する。このように温度が異なることにより測定された差圧に基づいて燃料蒸発濃度を推定すると、精度良く推定することができないことが考えられる。

このため、蒸発燃料通路の温度が同じときに、差圧（ΔＰ_ＨＣ、ΔＰ_Ａｉｒ）を計測することが望ましいが、実際には同じ温度で差圧を計測することは少なく、燃料蒸気濃度を測定する際の誤差要因となっていた。また、同じ温度で差圧を計測する場合、条件が成立するまで差圧を計測することができないため、燃料蒸気濃度を計測するまで時間がかかることが考えられる。

そこで、本実施形態では、差圧（ΔＰ_ＨＣ、ΔＰ_Ａｉｒ）をそれぞれ同じ温度で計測された差圧となるように補正することで、燃料蒸気濃度を精度良く計測する。

以下、絞り部２２を流通する流体が空気のときに計測された差圧ΔＰ_Ａｉｒと、燃料蒸気を含む混合気のときに計測された差圧ΔＰ_ＨＣをそれぞれ温度で計測された差圧となるように補正するフローチャートを図１５を用いて説明する。なお、このフローチャートは、図３のステップＳ２０６で実行される。

まず、ステップＳ２２０では、図３のＳ２０２、Ｓ２０５で検出した温度を読み出す。なお、絞り部２２を流通する流体が空気のときに計測された温度をＴ_Ａｉｒと、燃料蒸気を含む混合気のときに計測された温度Ｔ_ＨＣとする。

次に、ステップＳ２２１では、温度をＴ_Ａｉｒで計測された差圧ΔＰ_Ａｉｒを、温度Ｔ_ＨＣで計測された差圧なるように補正する。ここで、温度Ｔ_Ａｉｒで計測された差圧をΔＰ_Ａｉｒ（Ｔ_Ａｉｒ）、温度Ｔ_ＨＣで計測された差圧をΔＰ_Ａｉｒ（Ｔ_ＨＣ）とする。

まず、ステップＳ２２２では、図１５を用いて、差圧ΔＰ_Ａｉｒ（Ｔ_Ａｉｒ）、ΔＰ_Ａｉｒ（Ｔ_ＨＣ）をそれぞれ読み出す。なお、図１５は、ポンプ２３を回転数一定制御で実行しているときの、蒸発燃料通路２１の温度Ｔに対する絞り部２２を流通する流体が空気のときの差圧ΔＰのマップであり、予め実験等により算出しＥＣＵ４１内に記憶しておく。

続いて、式（５）で定数Ｋを算出する。

ΔＰ_Ａｉｒ（Ｔ_Ａｉｒ）＝Ｋ×ΔＰ_Ａｉｒ（Ｔ_ＨＣ）・・・（５）
続いて、ステップＳ２２３では、式（６）を用いて定数Ｋ２を算出する。なお、式（６）において、絞り部２２を流通する流体が空気のときに計測された差圧をΔＰ_Ａｉｒ（Ｔ_Ａｉｒ）と、燃料蒸気を含む混合気のときに計測された差圧をΔＰ_ＨＣ（Ｔ_ＨＣ）とする。

ΔＰ_ＨＣ（Ｔ_ＨＣ）／ΔＰ_Ａｉｒ（Ｔ_Ａｉｒ）＝Ｋ２・・・（６）
次に、ステップＳ２２４では、式（５）を式（６）に代入することで、差圧がそれぞれ同じ温度で計測された差圧（ΔＰ_ＨＣ、ΔＰ_Ａｉｒ）の差圧比となるように算出する（式（７）参照）。

ΔＰ_ＨＣ（Ｔ_ＨＣ）／ΔＰ_Ａｉｒ（Ｔ_ＨＣ）＝Ｋ×Ｋ２・・・（７）
ここで、差圧ΔＰ_Ａｉｒ（Ｔ_ＨＣ）を差圧ΔＰ０、差圧ΔＰ_ＨＣ（Ｔ_ＨＣ）を差圧ΔＰ１とし、図３のステップＳ２０６に戻り、得られた２つの差圧ΔＰ０、ΔＰ１に基づいて差圧比Ｐを式（１）にしたがって算出する。

以上説明した図９のフローチャートでは、差圧（ΔＰ_ＨＣ、ΔＰ_Ａｉｒ）をそれぞれ同じ温度で計測された差圧となるように補正した。これにより、それぞれ差圧（ΔＰ_ＨＣ、ΔＰ_Ａｉｒ）を計測するときの温度の違いによる誤差要因を少なくすることが可能となるため、精度良く燃料蒸気濃度を算出することが可能となる。なお、差圧（ΔＰ_ＨＣ、ΔＰ_Ａｉｒ）をそれぞれ同じ温度で計測された差圧となるように補正したが、式（４）においてそれぞれの密度を同じ温度で計測された密度となるように補正しても良い。

続いて、ステップＳ２０８では、得られた燃料蒸気濃度Ｃが一時、記憶される。

ステップＳ２０９で第１、第２の切替え弁３１、３２をオフし、ステップＳ２１０でポンプ２３をオフする。この状態は図４中のＡと同じであり、濃度検出ルーチンの開始前の状態に復することになる。

濃度検出ルーチン（ステップＳ１０２）に実行後、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蒸発燃料処理装置のごとく、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。

パージ実施条件が成立しているか否かを判定するステップＳ１０３が肯定判断されると、ステップＳ１０４でパージ実施ルーチンを実行する。パージ実施条件が不成立でステップＳ１０３が否定判断されると、ステップＳ１０５で濃度検出ルーチン実行から所定時間経過したか否かを判定する。否定判断されるとステップＳ１０４が繰り返される。濃度検出ルーチン実行から所定時間経過したか否かを判定するステップＳ１０５が肯定判断されると、ステップＳ１０１に戻り、あらためて燃料蒸気濃度Ｃを得るための処理が実行され、燃料蒸気濃度Ｃが最新値に更新される（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）。前記所定時間は、燃料蒸気濃度Ｃの時間変化を考慮して要求される濃度値の精度に基づいて設定される。

以上説明した蒸発濃度検出ルーチンでは、差圧（ΔＰ_ＨＣ、ΔＰ_Ａｉｒ）をそれぞれ同じ温度で計測された差圧となるように補正することで、燃料蒸気濃度を精度良く測定することが可能となる。また、特に、差圧（ΔＰ_ＨＣ、ΔＰ_Ａｉｒ）を計測する際に同じ温度で計測する必要がないため、それぞれ同じ温度で差圧を計測する場合に比べ、同条件の温度となるまで差圧を計測する待機時間を省略することが可能となるぶん、燃料蒸気濃度を測定するまでの時間を短くすることが可能となる。

続いて、図１０にパージ実施ルーチンの詳細を示す。ステップＳ３０１、Ｓ３０２はパージ流量許容上限値設定手段としての処理で、ステップＳ３０１ではエンジン運転状態を検出し、ステップＳ３０２で、許容されるパージ燃料蒸気流量許容値Ｆｍを、検出されたエンジン運転状態に基づいて算出する。パージ燃料蒸気流量許容値Ｆｍ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５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。燃料噴射量が大きければ燃料噴射量に対するパージ燃料蒸気流量の割合が小さくなる方向に作用するからパージ燃料蒸気流量許容値Ｆｍも大きな値まで許容されることになる。

ステップＳ３０３では、現在の吸気管圧力Ｐ０を検出し、ステップＳ３０４で吸気管圧力Ｐ０に基づいて基準流量Ｑ１００を演算する。基準流量Ｑ１００は、パージ通路１５を流れるガスがエア１００％でパージバルブ１６の開度（以下、適宜、パージバルブ開度という）を１００％のときにパージ通路１５を流れる前記ガスの流量であり、基準流量マップにしたがって演算される。図１１に基準流量マップの一例を示す。

ステップＳ３０５では、濃度検出ルーチンで検出された燃料蒸気濃度Ｃに基づいてパージ混合気の予想流量Ｑｃを式（５）にしたがって算出する。予想流量Ｑｃはパージバルブ開度を１００％として、パージ通路１５に現在の燃料蒸気濃度Ｃのパージガスを流したときのパージガス流量の予想値である。図１２は、燃料蒸気濃度Ｃと、基準流量Ｑ１００に対する予想流量Ｑｃの比率（Ｑｃ／Ｑ１００）との関係を示すもので、燃料蒸気濃度Ｃが大きくなるとパージガスの密度が増大し、吸気管圧力が同じであっても、エネルギー保存の法則により、パージガスがエア１００％のときに比して流量が減少する。図中の直線は式（８）と等価である。式（８）中、Ａは定数であり、予め制御プログラムなどと共にＥＣＵ４１のＲＯＭに記憶される。

Ｑｃ＝Ｑ１００×（１−Ａ×Ｃ）・・・（８）
ステップＳ３０６では、燃料蒸気濃度Ｃと予想流量Ｑｃとに基づいて、パージバルブ開度を１００％として、パージ通路１５に現在の燃料蒸気濃度Ｃのパージガスを流したときのパージ燃料蒸気の予想流量（以下、適宜、予想パージ燃料蒸気流量という）Ｆｃを式（９）にしたがって算出する。

Ｆｃ＝Ｑｃ×Ｃ・・・（９）
ステップＳ３０７〜Ｓ３０９は開度設定手段としての処理で、ステップＳ３０７では予想パージ燃料蒸気流量Ｆｃをパージ燃料蒸気流量許容値Ｆｍと比較し、Ｆｃ≦Ｆｍであるか否かを判定する。肯定判断された場合は、ステップＳ３０８に進み、パージバルブ開度ｘを１００％とする。パージバルブ開度ｘを１００％としても許容パージ燃料蒸気流量許容値Ｆｍまでに余裕があるからである。Ｆｃ≦Ｆｍであるか否かを判定するステップＳ３０７が否定判断されると、パージバルブ開度ｘが１００％では過剰な燃料蒸気により空燃比制御が正常にできなくなるものと判断して、ステップＳ３０９に進み、パージバルブ開度ｘを（Ｆｍ／Ｆｃ）×１００％とする。Ｆｃ＞Ｆｍのもとでは適正な空燃比制御が保証されるパージ流量の最大がパージ燃料蒸気流量許容値Ｆｍとなるからである。

ステップＳ３０８、Ｓ３０９の実行後はステップＳ３１０でパージバルブ１６を開く。このときの開度はステップＳ３０８またはステップＳ３０９で設定された開度である（図４中のＤ）。

ステップＳ３１１ではパージ停止条件が成立したか否かを判定し、肯定判断されるまで次のステップＳ３１２が保留される。パージ停止条件が成立すると、ステップＳ３１２でパージバルブ１６を閉じる。

パージ実施ルーチン実行（ステップＳ１０４）後は、ステップＳ１０５に進む。

また、本実施形態ではポンプ２３を回転数一定制御としているが、必ずしもこれに限定されない（特許文献３参照）。

より具体的には、図１３は圧力Ｐ（差圧ΔＰ）に対して流量Ｑが依存するポンプ特性を示している。いずれも絞り特性を併せて示している。図１３は、例えばダイアフラムポンプのような内部漏れのない構造のポンプを使った場合である。
図１３のポンプ特性は式（１０）と表せる。Ｋ１、Ｋ２は定数であり、締切圧をＰ_ｔとして、Ｐ＝Ｐ_ｔのときＱ＝０の条件からＫ２＝−Ｋ１×Ｐ_ｔである。

Ｑ＝Ｋ１×Ｐ＋Ｋ２・・・（１０）
したがって絞り部２２を流通する流体が空気のときと燃料蒸気を含む混合気のときについては式（１１−１）、（１１−２）となる。

Ｑ_Ａｉｒ＝Ｋ１×ΔＰ_Ａｉｒ＋Ｋ２＝Ｋ１（ΔＰ_Ａｉｒ−Ｐ_ｔ）・・・（１１−１）
Ｑ_ＨＣ＝Ｋ１×ΔＰ_ＨＣ＋Ｋ２＝Ｋ１（ΔＰ_ＨＣ−Ｐ_ｔ）・・・（１１−２）
また、絞り特性については、前記式（３）、（３−１）、（３−２）が成り立つ。

ここで、第１の濃度計測状態では（３−１）＝（１１−１）であるため、式（１０）となる。

Ｋ（ΔＰ_Ａｉｒ／ρ_Ａｉｒ）^１／２＝Ｋ１（ΔＰ_Ａｉｒ−Ｐ_ｔ） ・・・（１２）
式（１２）を変形すると式（１３）になる。

ρ_Ａｉｒ＝（Ｋ^２×ΔＰ_Ａｉｒ）／｛Ｋ１^２×（ΔＰ_Ａｉｒ−Ｐ_ｔ）^２｝・・・（１３）
同様に、第２の濃度計測状態では（３−２）＝（１１−２）から式（１４）となる。

ρ_ＨＣ＝（Ｋ^２×ΔＰ_ＨＣ）／｛Ｋ１^２×（ΔＰ_ＨＣ−Ｐ_ｔ） ^２｝・・・（１４）
続いて、式（１３）、（１４）より式（１５）が得られる。

ρ_ＨＣ／ρ_Ａｉｒ＝（ΔＰ_ＨＣ／ΔＰ_Ａｉｒ）×｛（ΔＰ_Ａｉｒ−Ｐ_ｔ）／（ΔＰ_ＨＣ−Ｐ_ｔ）｝^２・・・（１５）
式（１４）、（１５）より式（１６）が得られる。

ρ_ＨＣ／ρ_Ａｉｒ＝（ΔＰ_ＨＣ／ΔＰ_Ａｉｒ）×｛（１−ΔＰ_Ａｉｒ／Ｐ_Ａｔ）／（１−ΔＰ_ＨＣ／Ｐ_Ｈｔ）｝^２・・・（１６）
したがって、燃料蒸気濃度を求めるには、ΔＰ_Ａｉｒ、ΔＰ_ＨＣに加えて、ポンプ特性として締切圧Ｐ_Ａｔ、Ｐ_Ｈｔを計測することになる。そして、密度ρ_Ａｉｒを差圧ΔＰ０、密度ρ_ＨＣを差圧ΔＰ１とし、図３のステップＳ２０６に戻り、得られた２つの差圧ΔＰ０、ΔＰ１に基づいて差圧比Ｐを式（１）にしたがって算出する。

ここで、上述したように、差圧ΔＰ_ＨＣ、ΔＰ_Ａｉｒをそれぞれ同じ温度で計測された差圧となるように、差圧（ΔＰ_ＨＣ、ΔＰ_Ａｉｒ）を温度で補正しても良いが、式（１６）において算出された密度比（ρ_ＨＣ／ρ_Ａｉｒ）をそれぞれ補正しても良い。なお、密度ρ_Ａｉｒは、絞り部２２を流通する流体が空気のときに計測された温度Ｔ_Ａｉｒにおける密度、密度ρ_ＨＣは、絞り部２２を流通する流体が燃料蒸気を含む混合気のときに計測された温度Ｔ_ＨＣにおける密度とする。

以下、密度ρ_ＨＣ、ρ_Ａｉｒをそれぞれ同じ温度で計測された密度となるように補正するフローチャートを図１４を用いて説明する。なお、このフローチャートは、図３のステップＳ２０６で実行される。

まず、ステップＳ２３０では、図３のＳ２０２、Ｓ２０５で検出した温度を読み出す。なお、絞り部２２を流通する流体が空気のときに計測された温度をＴ_Ａｉｒと、燃料蒸気を含む混合気のときに計測された温度Ｔ_ＨＣとする。

次に、ステップＳ２３１では、温度Ｔ_Ａｉｒにおける密度ρ_Ａｉｒを、温度Ｔ_ＨＣにおける密度となるように補正する。ここで、温度Ｔ_Ａｉｒにおける密度をρ_Ａｉｒ（Ｔ_Ａｉｒ）、温度Ｔ_ＨＣにおける密度をρ_Ａｉｒ（Ｔ_ＨＣ）とする。

まず、ステップＳ２３２では、図１６（ａ）を用いて、密度ρ_Ａｉｒ（Ｔ_Ａｉｒ）、ρ_Ａｉｒ（Ｔ_ＨＣ）をそれぞれ読み出す。なお、図１６（ａ）は、蒸発燃料通路２１の温度Ｔに対する絞り部２２を流通する流体が空気のときの密度ρのマップであり、予め実験等により算出しＥＣＵ４１内に記憶しておく。なお、図１６（ａ）は、例えば、図１６（ｂ）のような温度Ｔと密度ρとの特性が記憶されている。

続いて、式（１７）で定数Ｍを算出する。

ρ_Ａｉｒ（Ｔ_Ａｉｒ）＝Ｍ×ρ_Ａｉｒ（Ｔ_ＨＣ）・・・（１７）
続いて、ステップＳ２３３では、式（１６）を用いて定数Ｍ２を算出する。なお、式（１６）において、密度ρ_ＨＣ、ρ_Ａｉｒをρ_Ａｉｒ（Ｔ_Ａｉｒ）、ρ_ＨＣ（Ｔ_ＨＣ）とする。ここで、ρ_Ａｉｒ（Ｔ_Ａｉｒ）は、温度Ｔ_Ａｉｒにおける密度、ρ_ＨＣ（Ｔ_ＨＣ）は、温度Ｔ_ＨＣにおける密度とする。

ρ_ＨＣ（Ｔ_ＨＣ）／ρ_Ａｉｒ（Ｔ_Ａｉｒ）＝Ｍ２・・・（１８）
次に、ステップＳ２３４では、式（１７）を式（１８）に代入することで、密度がそれぞれ同じ温度で計測された差圧（ρ_ＨＣ、ρ_Ａｉｒ）の密度比となるように算出する（式（１９）参照）。

ρ_ＨＣ（Ｔ_ＨＣ）／ρ_Ａｉｒ（Ｔ_ＨＣ）＝Ｍ×Ｍ２・・・（１９）
ここで、密度ρ_Ａｉｒ（Ｔ_ＨＣ）を差圧ΔＰ０、密度ρ_ＨＣ（Ｔ_ＨＣ）を差圧ΔＰ１とし、図３のステップＳ２０６に戻り、得られた２つの差圧ΔＰ０、ΔＰ１に基づいて差圧比Ｐを式（１）にしたがって算出する。

以上説明した図１４のフローチャートでは、密度ρ_ＨＣ、ρ_Ａｉｒをそれぞれ同じ温度で算出された密度となるように補正した。これにより、それぞれ差圧（ΔＰ_ＨＣ、ΔＰ_Ａｉｒ）を計測するときの温度の違いによる誤差要因を少なくすることが可能となるため、精度良く燃料蒸気濃度を算出することが可能となる。なお、密度ρ_ＨＣ、ρ_Ａｉｒをそれぞれ同じ温度で計測された密度となるように補正したが、式（１６）において、それぞれの差圧をそれぞれ同じ温度で計測された差圧となるように補正しても良い。

以上説明した本実施形態では、差圧、または密度をそれぞれ同じ温度となるように補正した。これにより、温度の違いによる誤差要因を少なくすることが可能となるため、精度良く燃料蒸気濃度を算出することが可能となる。また、特に、差圧（ΔＰ_ＨＣ、ΔＰ_Ａｉｒ）を計測する際に同じ温度で計測する必要がないため、それぞれ同じ温度で差圧を計測する場合に比べ、燃料蒸気濃度を測定するまでの時間を短くすることが可能となる。

特に、エンジン運転中で濃度検出条件成立している場合などは、エンジン運転中でタンク１１内の温度が上昇しているなどの原因により、差圧ΔＰ_Ａｉｒを計測したときの温度と、差圧ΔＰ_ＨＣを計測したときの温度とが大きく異なる場合がある。より具体的には、エンジンの運転中に燃料蒸発濃度を測定する場合には、例えば、タンク１１内の温度が上昇している等の原因により、差圧ΔＰ_Ａｉｒを計測したときのガス（キャニスタからの混合気）の温度が高くなっているが、一方、差圧ΔＰ_Ａｉｒを計測したときのガス（空気）の温度は、大気を導入することにより計測しているため、エンジンの運転状態の影響を受けにくく、それぞれ差圧を計測したときの温度が異なる場合がある。しかし、本実施形態では、このような場合のおいても、それぞれの温度による補正を行うことにより、精度良く燃料蒸気濃度を検出することが可能となる。

また、本実施形態では、差圧、または密度を温度により補正するために、絞り部２２を流通する流体が空気のときに計測された差圧（密度）を、絞り部２２を流通する流体が燃料蒸気を含む混合気のときに計測された温度となるように補正したが、絞り部２２を流通する流体が燃料蒸気を含む混合気のときに計測された差圧（密度）を、絞り部２２を流通する流体が空気のときに計測された温度となるように補正しても良い。

また、絞り部２２を流通する流体が空気のときに計測された差圧（密度）と流体が燃料蒸気を含む混合気のときに計測された差圧（密度）とをそれぞれ所定温度となるように補正しても良い。この場合、差圧比Ｐと燃料蒸気濃度Ｃとの関係を示した特性線を計測したときの所定温度となるように補正することで、更に燃料蒸気濃度を検出することが可能となる。

また、本実施形態では、差圧比Ｐと燃料蒸気濃度Ｃとの関係を示した特性線を一次関数で表し、一次関数に従って蒸発燃料濃度を算出したが、特に一次関数に限定するものでなく、二次以上の関数で表しても良い。また、差圧比Ｐと燃料蒸気濃度Ｃとのマップを備え、該マップから算出しても良い。このマップとは、例えば図７のような差圧比Ｐと燃料蒸気濃度Ｃとのマップである。なお、差圧と密度とは相関関係があるため、差圧の代わりに密度から燃料蒸気濃度を算出するようにしても良い。

また、実施形態の図１の構成に限定するものではなく、実施形態の構成おいて一部を別の構成に代えたものに適用しても良い（特許文献１参照）。例えば、図１において、絞り部２２の差圧を差圧センサ４５により検出するようにしているが、絞り部２２の直上流と直下流とにそれぞれ圧力を検出する圧力センサを設け、２つの圧力センサの検出圧力の差分をＥＣＵ４１で演算して差分値を絞り部２２の差圧としてもよい。また、蒸発燃料通路２１とパージエア通路１７とをポンプ２３および第２の切替え弁３２を介さずに接続するバイパス通路を設ける等のように、第１実施形態の構成おいて一部を別の構成に代えても良い。

また、本発明の具体的な仕様は特に記載したものの他、本発明の趣旨に反しない限り任意である。

本発明の実施形態になる内燃機関の蒸発燃料処理装置の構成図である。 前記蒸発燃料処理装置の作動を示す第１のフローチャートである。 前記蒸発燃料処理装置の作動を示す第２のフローチャートである。 前記蒸発燃料処理装置の作動を示すタイミングチャートである。 前記蒸発燃料処理装置の要部におけるガスの流れを示す第１の図である。 前記蒸発燃料処理装置の要部におけるガスの流れを示す第２の図である。 前記蒸発燃料処理装置の作動を説明する第１のグラフである。 前記蒸発燃料処理装置の作動を説明する第２のグラフである。 前記蒸発燃料処理装置において差圧比を算出する第３のフローチャートである。 前記蒸発燃料処理装置の作動を示す第４のフローチャートである。 前記蒸発燃料処理装置の作動を説明する第３のグラフである。 前記蒸発燃料処理装置の作動を説明する第４のグラフである。 前記蒸発燃料処理装置の作動を説明する第５のグラフである。 前記蒸発燃料処理装置において差圧比を算出する第４のフローチャートである。 温度と差圧とのマップである。 （ａ）温度と空気密度とのマップである。 （ｂ）温度と空気密度の関係を説明するグラフである。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ 吸気管
３ 排気管
１１ 燃料タンク
１２ 導入通路
１３ キャニスタ
１４ 吸着材
１５ パージ通路
１６ パージバルブ（パージ制御弁）
１７ パージエア通路
１８ クローズバルブ
２１ 蒸発燃料通路（計測通路、漏れ検査通路）
２２ 絞り
２３ ポンプ（ガス流発生手段、圧力印加手段）
４５ 差圧センサ（差圧検出手段、圧力検出手段）
５０ 温度センサ

Claims (10)

1. 燃料タンク内から導入通路を介して導かれた蒸発燃料を一時的に吸着する吸着材を収納したキャニスタと、前記吸着材から脱離した蒸発燃料を含む混合気を内燃機関の吸気管に導き前記蒸発燃料をパージするパージ通路と、該パージ通路に設けられ、前記混合気の燃料蒸気濃度の計測の結果に基づいてパージ流量を調整するパージ制御弁とを備えた内燃機関の蒸発燃料処理装置において、
   絞り部を有する計測通路と、
   該計測通路内に計測通路に沿ってガス流を発生させるガス流発生手段と、
   前記計測通路の両端を外部に開放して前記計測通路に流れるガスが空気である状態（以下、「第１の濃度計測状態」という）と、前記計測通路の両端を前記キャニスタと連通して前記計測通路に流れるガスがキャニスタからの前記混合気である状態（以下、「第２の濃度計測状態」というとのいずれかに切替える計測通路切替え手段と、
   前記絞り部の両端の差圧（以下、「検出差圧」という）を検出する差圧検出手段と、
   前記計測通路に流れるガスの温度（以下、「検出温度」という）を検出する温度検出手段と、
   前記第１の濃度計測状態における第１の検出差圧と第１の検出温度、および前記第２の濃度計測状態における第２の検出差圧と第２の検出温度に基づいて燃料蒸気濃度を算出する燃料蒸気濃度算出手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
2. 前記燃料蒸気濃度算出手段は、前記第１の濃度計測状態における第１の検出差圧と前記第２の濃度計測状態における第２の検出差圧との比率と前記燃料蒸気濃度との一次関数を予め備え、該一次関数にしたがって前記燃料蒸気濃度を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
3. 前記燃料蒸気濃度算出手段は、前記第１の濃度計測状態における第１の検出差圧と前記第２の濃度計測状態における第２の検出差圧との比率と前記燃料蒸気濃度とのマップを予め備え、該マップにしたがって前記燃料蒸気濃度を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
4. 前記燃料蒸気濃度算出手段は、前記第１の検出差圧を、前記第１の検出温度と前記第２の検出温度とに基づいて補正し、補正された前記第１の検出差圧と前記第２の検出差圧とに基づいて燃料蒸気濃度を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
5. 前記燃料蒸気濃度算出手段は、前記第２の検出差圧を、前記第１の検出温度と前記第２の検出温度とに基づいて補正し、補正された前記第２の検出差圧と前記第１の検出差圧とに基づいて燃料蒸気濃度を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
6. 前記燃料蒸気濃度算出手段は、前記第１の検出差圧を、所定温度における第１の検出差圧となるように前記第１の検出温度に基づいて補正する第１の手段と、前記第２の検出差圧を、前記所定温度における第２の検出差圧となるように前記第２の検出温度に基づいて補正する第２の手段とを備え、前記第１の手段により補正された前記第１の検出差圧と前記第２の手段により補正された前記第２の検出差圧とに基づいて燃料蒸気濃度を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
7. 前記燃料蒸気濃度算出手段は、前記第１検出差圧と前記第２の検出差圧とに基づいて、前記第１の濃度計測状態における前記計測通路に流れるガスの密度（以下、「第１の密度」という）と前記第２の濃度計測状態における前記計測通路に流れるガスの密度（以下、「第２の密度」という）との密度比を算出し、該密度比を前記第１の検出温度と前記第２の検出温度に基づいて補正し、補正された密度比に基づいて燃料蒸気濃度を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
8. 前記燃料蒸気濃度算出手段は、前記第１の密度を前記第１の検出温度と前記第２の検出温度に基づいて補正し、補正された前記第１の密度と前記第２の密度との密度比に基づいて燃料蒸気濃度を算出することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
9. 前記燃料蒸気濃度算出手段は、前記第２の密度を前記第１の検出温度と前記第２の検出温度に基づいて補正し、補正された前記第２の密度と前記第１の密度との密度比に基づいて燃料蒸気濃度を算出することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。
10. 前記燃料蒸気濃度算出手段は、前記第１の密度を、所定温度における第１の密度となるように前記第１の検出温度に基づいて補正する第１の補正手段と、前記第２の密度を、前記所定温度における第２の密度となるように前記第２の検出温度に基づいて補正する第２の補正手段とを備え、前記第１の補正手段により補正された第１の密度と前記第２の補正手段により補正された第２の密度とのに基づいて７燃料蒸気濃度を算出することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の蒸発燃料処理装置。

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