JP2017510751A - 燃料タンクシステムにおける漏れ診断のための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車の内燃機関（２）の燃料タンクシステム（１）における漏れ診断のための方法に関しており、燃料タンクシステム（１）は、燃料タンク（１６）と、炭化水素（２３）を一時的に蓄積する蓄積要素（１９）とを備え、燃料タンク（１６）および蓄積要素（１９）は、燃料タンク（１６）内に存在する燃料（１７）から気化した炭化水素（２３）が、蓄積要素（１９）内に一時的に蓄積されるように相互に接続されており、蓄積要素（１９）は、パージエアポンプ（７）を用いて空にすることができ、パージエアポンプ（７）を用いて、新鮮空気管路（４２）を通して蓄積要素（１９）まで新鮮空気（２４）を搬送可能であり、これによって炭化水素（２３）を、蓄積要素（１９）から解放させ、かつ炭化水素／空気混合気管路（４３）を通して内燃機関（２）に燃焼のために供給することができ、新鮮空気管路（４２）は、第１のバルブ（１０）を用いて閉鎖可能であり、かつ炭化水素／空気混合気管路（４３）は、第２のバルブ（１５）を用いて閉鎖可能であり、燃料タンクシステム（１）内に、圧力センサ（８）が配置されている。燃料タンクシステムの状態に関する確かな予測を得るために、第１の方法ステップにおいて、自動車の停止状態を待機し、第２の方法ステップにおいて、第１のバルブ（１０）および第２のバルブ（１５）を閉鎖し、第３の方法ステップにおいて、燃料タンクシステム（１）内の圧力変化を、圧力センサ（８）を用いて所定の第１の時間間隔（Ｔ）内で測定し、第４の方法ステップにおいて、第１のバルブ（１０）または第２のバルブ（１５）を開放し、パージエアポンプ（７）を用いて、所定の過剰圧力に達するまで、燃料タンクシステム（１）内で過剰圧力を構築し、第５の方法ステップにおいて、第４の方法ステップで開かれたバルブ（１０，１５）を再び閉鎖し、第６の方法ステップにおいて、燃料タンクシステム（１）内の圧力変化を、圧力センサ（８）を用いて所定の第２の時間間隔（Ｔ）内で測定し、第７の方法ステップにおいて、第３の方法ステップおよび第６の方法ステップで測定された圧力変化を相互に比較し、さらにこの比較から漏れ診断のための結果を導き出す。

Description

本発明は、自動車の内燃機関の燃料タンクシステムにおける漏れ診断のための方法であって、燃料タンクシステムは、燃料タンクと、炭化水素を一時的に蓄積する蓄積要素とを備え、燃料タンクおよび蓄積要素は、燃料タンク内に存在する燃料から気化した炭化水素が、蓄積要素内に一時的に蓄積されるように相互に接続されており、蓄積要素は、パージエアポンプを用いて空にすることができ、パージエアポンプを用いて、新鮮空気管路を通して蓄積要素まで新鮮空気を搬送可能であり、これによって炭化水素を、蓄積要素から解放させ、かつ炭化水素／空気混合気管路を通して内燃機関に燃焼のために供給することができ、新鮮空気管路は、第１のバルブを用いて閉鎖可能であり、かつ炭化水素／空気混合気管路は、第２のバルブを用いて閉鎖可能であり、燃料タンクシステム内に、圧力センサが配置されている、方法に関する。

自動車から生じる汚染物質の排出を削減するために、過去数十年において数多くの手段が導入されてきた。これらの手段の一つは、炭化水素を一時的に蓄積するための蓄積要素に燃料タンクが接続された燃料タンクシステムを使用することである。炭化水素をベースにした燃料を自動車に給油する場合、燃料からの炭化水素の気化が発生するが、この場合の炭化水素は、大気中に放出されるべきではない。また、高温の場合や不整地の上を走行する場合にも、燃料からの炭化水素の気化が増加し、これらの炭化水素が大気中に漏出されないように効果的に配慮する必要がある。特に、内燃機関が長い走向区間に亘って完全に停止するハイブリッド車両の場合には、気化した炭化水素を、後の内燃機関の再始動の際に燃焼させるために効果的に一時的に蓄積する必要がある。この目的のために、燃料タンクと、炭化水素を一時的に蓄積するための蓄積要素とからなる燃料タンクシステムは実績がある。ここでの燃料タンクと蓄積要素は、燃料タンク内に存在する燃料から気化した炭化水素が蓄積要素内に蓄積されるように、相互に接続されている。蓄積要素は、新鮮な空気をこの蓄積要素に搬送可能である新鮮空気管路に接続されており、さらに、蓄積要素は、炭化水素／空気混合気管路に接続されている。これは、蓄積要素を内燃機関の吸気管路に接続し、これを通じて炭化水素で濃厚となった新鮮空気を蓄積要素から吸気管路へ搬送可能となる。このようにして、蓄積要素を新鮮な空気で周期的にパージすることができ、蓄積された炭化水素を吸気管路に供給することができる。この吸気管路は、エアフィルタを介して内燃機関に接続され、内燃機関に燃焼用の空気を供給している。これにより、燃料タンクから気化した炭化水素が内燃機関において燃焼可能となり、炭化水素の大気中への漏出が確実に阻止される。蓄積要素から吸気管路への炭化水素の搬送のために、従来技術によればパージエアポンプが使用されている。このポンプは例えばラジアルポンプとして構成することができる。燃料タンクシステムの支障のない機能を保証するために、燃料タンクシステム全体の気密性を定期的に検査する必要がある。この気密性検査は、自動車の整備工場滞在中に限ることはできず、それどころか、この気密性検査は、車両内で、すなわちオンボード上で、そして自動車の寿命期間全体に亘って定期的に行われる必要がある。

車両タンクシステムの検査の際にはいくつかの物理的な作用が重なり、そのため漏れ検査は困難な課題である。燃料タンク内の温度の上昇と、それに伴う燃料の温度上昇によって、炭化水素の蒸気圧は著しく上昇する。同様に著しい不整地上の走破によって燃料タンクシステム内の圧力上昇やそれに起因する燃料の揺動もトリガされ得る。一方、燃料の冷却は、燃料タンクシステム内の圧力低下をもたらす。これらの圧力変動の全ては、完全に無傷の燃料タンクシステムだけでも、外的影響に基づいて起こる。

燃料タンクシステム内の漏れは、あらゆるケースにおいて圧力低下を引き起こし、しかもこの圧力低下は上述した圧力変動と重なり得る。そのため圧力センサを用いるだけで、燃料タンクシステムの耐漏洩性に関する信頼性の高い予測を得ることは非常に困難である。

したがって、本発明の課題は、燃料タンクシステムの状態に関する確かな予測を可能にする、燃料タンクシステムにおける漏れ診断のための方法を提供することにある。

上記の課題は、独立請求項に係る燃料タンクシステムにおける漏れ診断のための方法によって達成される。

すなわち、
第１の方法ステップにおいて、自動車の停止状態を待機し、
第２の方法ステップにおいて、第１のバルブおよび第２のバルブを閉鎖し、
第３の方法ステップにおいて、燃料タンクシステム内の圧力変化を、圧力センサを用いて所定の第１の時間間隔内で測定し、
第４の方法ステップにおいて、第１のバルブまたは第２のバルブを開放し、パージエアポンプを用いて、所定の過剰圧力に達するまで、燃料タンクシステム内で過剰圧力を構築し、
第５の方法ステップにおいて、第４の方法ステップで開かれたバルブを再び閉鎖し、
第６の方法ステップにおいて、燃料タンクシステム内の圧力変化を、圧力センサを用いて所定の第２の時間間隔内で測定し、
第７の方法ステップにおいて、第３の方法ステップおよび第６の方法ステップで測定された圧力変化を相互に比較し、さらにこの比較から漏れ診断のための結果を導き出す、本発明の方法によれば、燃料タンクシステム内の漏れの存在に関する非常に正確で確かな予測を行うことが可能になる。

本発明の好ましい実施形態によれば、第１の時間間隔の持続時間は、第２の時間間隔の持続時間と同じである。これは、測定された圧力変動の比較を特に容易にする。

以下では、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。

燃料タンクシステムを備えた内燃機関の図である。 圧力／時間線図である。

図１は、燃料タンクシステム１を備えた内燃機関２を示している。この内燃機関２は、排気管路３と吸気管路４を有している。排気ガス中に含まれる運動エネルギーを回収するために、排気管路は、吸気管路４内の吸入空気を圧縮可能なターボ過給機５を備えている。内燃機関２には、吸気管路４を介して新鮮な空気２４が供給される。この新鮮空気２４は、外気側からエアフィルタ６を介して吸気管路４内に導かれ、場合によっては排気ガスターボ過給機５またはコンプレッサによって圧縮された後に内燃機関２の燃焼室に供給される。その上さらに、内燃機関２には、燃料タンク１６からの燃料１７が燃料管路３７を介して供給される。

図１には、さらに、燃料タンク１６と、炭化水素２３を一時的に蓄積するための蓄積要素１９とを備えた燃料タンクシステム１が示されている。この燃料タンク１６と蓄積要素１９は、燃料タンク１６内に存在する燃料１７から気化した炭化水素２３が、蓄積要素１９内に蓄積され得るように相互に接続されている。この蓄積要素１９は、例えば活性炭蓄積器として構成されていてもよい。活性炭蓄積器は、大抵は粒状の炭素が、当該炭素上に蓄積すべき炭化水素２３が集まるように配置されている、閉鎖されたキャニスターである。しかしながら、蓄積要素１９は、限られた蓄積容量しか備えておらず、そのため蓄積要素１９は、定期的に空にさせる必要がある。その際には、例えばパージエアーフィルタ２０を介して新鮮な空気２４が吸入され、パージエアポンプ７を用いて、新鮮空気管路４２を介して蓄積要素１９内に新鮮な空気２４が吸引されまたは蓄積要素１９内で圧縮される。新鮮空気２４は、蓄積要素１９内の活性炭を通って流れ、その際に炭化水素２３を吸収する。これによって、供給される新鮮空気２４中の炭化水素濃度が増加し、その後炭化水素２３で濃厚化された新鮮空気２４が、炭化水素／空気混合気管路４３に沿って吸気管路４に搬送される。吸気管路４内では、炭化水素２３で濃厚化された新鮮空気２４が、エアフィルタ６を介して吸入された新鮮空気２４と混合される。これによって、炭化水素２３を内燃機関２に供給することができ、炭化水素２３は、内燃機関２の燃焼室内で燃焼される。燃料タンクシステム１は、揮発し易い炭化水素２４を含んでいるので、燃料タンクシステム１全体の気密性または耐漏洩性を定期的に検査する必要がある。

図１に示す燃料タンクシステム１の一構成要素は、バルブユニット９である。
この例では、バルブユニット９は、第５のバルブ１１、第６のバルブ１２、第３のバルブ１３、第４のバルブ１４および第２のバルブ１５からなっている。第２のバルブ１５は、第１のバルブ１０と一緒に燃料タンクシステム１の完全な密封のために用いられる。すなわち、第２のバルブ１５と第１のバルブ１０が閉じられ、さらに燃料タンクシステム１内で漏れが存在しない場合には、第２のバルブ１５と第１のバルブ１０の閉鎖後に燃料タンクシステム１内に存在する圧力は、温度変化や燃料タンクシステム１への機械的な衝撃のようなさらなる外的影響が加えられない限り、一定に維持される。この一定の圧力Ｐは、圧力センサ８によって検出し、制御装置２５を用いて監視することが可能である。しかしながら、例えば燃料供給ユニット１８からの放熱による、例えば燃料１７の温度変化が存在する場合には、燃料タンクシステム１内の圧力Ｐが変化する。燃料タンクシステム１内のこの圧力変化は、請求項１に係る第３の方法ステップの枠内で、圧力センサ８を用いて所定の第１の時間間隔Ｔ内で測定される。この場合の測定結果は、例えば制御機器２５内で処理して記憶することが可能である。第４の方法ステップにおいては、第２のバルブ１５が（または、パージエアポンプ７がどこに配置されているかに応じて、第１のバルブ１０も）解放され、パージエアポンプ７を用いて、所定の過剰圧力に達するまで、燃料タンクシステム１内で過剰圧力が構築される。第５のバルブ１１、第６のバルブ１２、第３のバルブ１３および第４のバルブ１４は、バルブユニット９の構成要素であり、ここでは、新鮮空気２４の搬送方向を反転させるために用いられる。これにより、新鮮空気２４をパージエアポンプ７によって燃料タンク１６内へ搬送可能となる。蓄積要素１９のパージのためには、第１のバルブ１０が開放され、さらにバルブユニット９において、第６のバルブ１２および第４のバルブ１４並びに第２のバルブ１５が開放される。バルブユニット９内の第５のバルブ１１と、バルブユニット９内の第３のバルブ１３は、閉じられている。ここにおいて、ラジアルポンプとして構成され、それによってポンピングすべき媒体を吸引側２１から圧力側２２にのみ搬送可能である、パージエアポンプ７が動作すると、新鮮空気が、パージエアーフィルタ２０から第１のバルブ１０を介して蓄積要素１９を通って内燃機関２の吸気管路４に供給される。つまり、この構成においては、活性炭フィルタとして構成可能である蓄積要素１９は、新鮮空気２４でパージされ、その際、蓄積要素１９内に蓄積された炭化水素２３がパージされ、内燃機関２に供給される。例えば炭化水素２３の蓄積量がまだ僅かでしかないという理由で、蓄積要素１９をパージする必要がない場合には、これはすなわち蓄積要素１９内に存在する炭化水素濃度が低いことを意味し、したがって第１のバルブ１０を閉じることが可能である。その上、さらにバルブユニット９内の第６のバルブ１２と第４のバルブ１４も閉じることができる。当初は第２のバルブ１５は開いたままである。ここでパージエアポンプ７が動作すると、新鮮空気２４がエアフィルタ６を介して吸入され、蓄積要素１９および燃料タンク１７の方向に圧縮される。これにより、燃料タンクシステム１内の制御された圧力上昇が行われる。この燃料タンクシステム１内の圧力上昇は、圧力センサ８および／またはパージエアポンプ７の回転数や消費電力を介して制御することが可能である。この目的のために、圧力センサ８もパージエアポンプ７も、電子制御機器２５に接続されている。また前述してきた全てのバルブ１０，１１，１２，１３，１４，１５の制御も、制御機器２５によって行う事が可能であり、さらに少なくとも一つの温度センサ３９が制御機器２５に接続されてもよい。ここにおいて燃料タンクシステム１に、所定の圧力が負荷されている場合、第２のバルブ１５が閉鎖可能となり、これによって燃料タンクシステム１内で構築された圧力が、当該燃料タンクシステム１内で漏れが存在しない限り、一定に維持される。本明細書に記載する燃料タンクシステム１を用いれば、自動車の通常の運転中に燃料タンクシステム１の気密性を定期的に検査することができ、このことは、環境保護や大気汚染に関する規制から見ても重要な要件である。

請求項１の第６の方法ステップによれば、燃料タンクシステム１内の圧力変化が、圧力センサ８を用いて所定の第２の時間間隔Ｔ内で測定され、さらに第７の方法ステップにおいて、第３の方法ステップおよび第６の方法ステップで測定された圧力変化が相互に比較され、さらにこの比較から、漏れ診断のための結果が導き出される。

燃料タンクシステム１内の異なる箇所に配置することが可能な温度センサ３９を用いることにより、ラジアルポンプ７によって生成される圧力と、このポンプが駆動されている回転数、または、このポンプが消費している電力との間の関係性を形成することが可能となる。これにより、燃料タンクシステム１内で生成された過剰圧力を、ラジアルポンプ７の消費電力や回転数に基づいて、制御機器２５によって良好に制御することができるようになり、よって質的にも高品質な漏れ診断を行うことが可能になる。

図２には、圧力／時間線図が示されている。座標系の縦軸上には相対圧力Ｐがプロットされ、座標系の横軸上には時間ｔが秒の単位でプロットされている。特性曲線Ａは、圧力センサ８を用いて測定された燃料タンクシステム１内の相対圧力を示している。この特性曲線Ａは、完全に漏れのない燃料タンクシステム１の測定結果である。例えば、燃料供給ユニット１８の放熱によって引き起こされ得る燃料１７の温度上昇は、気密に密封された燃料タンクシステム１内で圧力上昇を生じさせる。この圧力上昇は十分に線形的に起こり、このことは特性曲線Ａ中でも明らかに識別できる。

特性曲線Ｂのもとでは圧力低下が認識でき、この圧力低下は、約５０秒の時点から開始し、降下する指数関数の形態を有している。この特性は、燃料タンクシステム１内の直径約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ規模の小さな漏れを示唆している。

特性曲線Ｃは、約５０秒の時点からの急激な圧力低下を示し、これも同様に負の指数関数的な形態を呈し、燃料タンクシステム１内の比較的大きな漏れを示唆している。このような急激な圧力降下の場合には、燃料タンクシステム１内に少なくとも直径１ｍｍの漏れが存在する。

実際には、燃料タンクシステム１内の小さな漏れの存在（特性曲線Ｂ）のような作用と、放熱による圧力上昇（特性曲線Ａ）が重なることは頻繁に起きるので、専ら唯一の圧力測定に基づいて漏れを検出することは困難である。しかしながら、本発明に係る方法は、第３および第６の方法ステップにおける圧力変化の測定、並びにそれに続くこれらの測定結果の、すなわち得られた圧力／時間線図の比較により、漏れの有無に関する確かな予測を得るだけでなく、この漏れの大きさを決定することも可能にする。

Claims (2)

1. 自動車の内燃機関（２）の燃料タンクシステム（１）における漏れ診断のための方法であって、
   前記燃料タンクシステム（１）は、燃料タンク（１６）と、炭化水素（２３）を一時的に蓄積する蓄積要素（１９）とを備え、
   前記燃料タンク（１６）および前記蓄積要素（１９）は、前記燃料タンク（１６）内に存在する燃料（１７）から気化した炭化水素（２３）が、前記蓄積要素（１９）内に一時的に蓄積されるように相互に接続されており、
   前記蓄積要素（１９）は、パージエアポンプ（７）を用いて空にすることができ、
   前記パージエアポンプ（７）を用いて、新鮮空気（２４）を、新鮮空気管路（４２）を通して前記蓄積要素（１９）まで搬送可能であり、これによって前記炭化水素（２３）を、前記蓄積要素（１９）から解放させ、かつ炭化水素／空気混合気管路（４３）を通して前記内燃機関（２）に燃焼のために供給することができ、
   前記新鮮空気管路（４２）は、第１のバルブ（１０）を用いて閉鎖可能であり、かつ前記炭化水素／空気混合気管路（４３）は、第２のバルブ（１５）を用いて閉鎖可能であり、
   前記燃料タンクシステム（１）内に、圧力センサ（８）が配置されている、方法において、
   第１の方法ステップにおいて、前記自動車の停止状態を待機し、
   第２の方法ステップにおいて、前記第１のバルブ（１０）および前記第２のバルブ（１５）を閉鎖し、
   第３の方法ステップにおいて、前記燃料タンクシステム（１）内の圧力変化を、前記圧力センサ（８）を用いて所定の第１の時間間隔（Ｔ）内で測定し、
   第４の方法ステップにおいて、前記第１のバルブ（１０）または前記第２のバルブ（１５）を開放し、前記パージエアポンプ（７）を用いて、所定の過剰圧力に達するまで、前記燃料タンクシステム（１）内で過剰圧力を構築し、
   第５の方法ステップにおいて、前記第４の方法ステップで開放された前記バルブ（１０，１５）を再び閉鎖し、
   第６の方法ステップにおいて、前記燃料タンクシステム（１）内の圧力変化を、前記圧力センサ（８）を用いて所定の第２の時間間隔（Ｔ）内で測定し、
   第７の方法ステップにおいて、前記第３の方法ステップおよび前記第６の方法ステップで測定された圧力変化を相互に比較し、さらにこの比較から漏れ診断のための結果を導き出す
   ことを特徴とする方法。
2. 前記第１の時間間隔の持続時間は、第２の時間間隔の持続時間と同じである、請求項１記載の漏れ診断のための方法。

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