JP3264176B2 - エバポシステムの診断方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエバポシステムの故
障診断方法に関する。燃料タンクで発生したエバポガス
（蒸発燃料）をキャニスタ内の吸着剤に吸着させ、吸着
された燃料を所定運転条件下で内燃機関の吸気系へ放出
（パージ）して燃焼させるいわゆるエバポパージシステ
ムの診断方法であって、特にエンジン吸気管から負圧を
導入するプルダウン工程を含むものに関する。

【０００２】

【従来の技術】このエバポシステムでは、エバポガスが
大気に放出されるのを防ぐため、エバポシステム系内を
密閉している。しかし何らかの原因でエバポガスの通路
が破損したり、配管が外れたりした場合にはキャニスタ
のエバポガスが大気に放出されてしまう。またパージ通
路がつまったような場合にも支障をきたす。したがって
このようなエバポシステムの故障発生の有無を診断する
ことが必要になる。

【０００３】特開平6−193518 号には、パージバルブを
介してエバポシステムに吸気負圧を作用させ、このエバ
ポシステムの圧力変化を圧力センサで検出し、この圧力
変化によりエバポシステムの故障を検知することが記載
されている。

【０００４】また特開平7−166974 号には、燃料蒸散防
止機構の異常検出の際に、吸気管内圧力センサによる吸
気管内の圧力状態やフェーエルゲージによる燃料タンク
内の燃料量に応じてパージ制御バルブが電子制御回路に
より開閉制御され、吸気管からの負圧導入速度が適切に
変化されることが記載されている。このため、密閉区間
の圧力が吸気管内の圧力状態や燃料タンク内の燃料量に
影響されることなく調整される。特開平6−193520 号に
は、蒸発燃料の流速が所定値以上になったとき、パージ
バルブの開度を増加することで、蒸発燃料がキャニスタ
から大気中へオーバフローすることを防止することが記
載されている。

【０００５】さらに特開平6−249095 号には、タンク圧
センサによる診断について開示がある。燃料タンク液量
検査を実施し、求められた液料に基づいてタンク通気弁
制御のデューティ比を決定する。その後決定されたデュ
ーティ比で通気弁を開放して遮断弁を閉じ、タンク内で
減少する負圧の負圧減少勾配からリーク診断を行う方法
が開示されている。また所定のデューティ比で通気弁を
開放し、タンク内で増大する負圧の負圧増大勾配からデ
ューティ比を決定して、診断時は前記決定されたデュー
ティ比で通気弁を開放することについても述べている。
いずれにしても事前にデューティ比を決定し、決定され
たデューティ比で通気弁を制御するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにエバポ診
断において、エバポシステムに負圧を導入してその圧力
変化によりエバポシステムの診断を行うこと自体は、す
でに知られている。しかしながら、吸気管内圧力が所定
値以上の場合など、エバポシステム内を所定値圧力にす
るまでの時間が長くなりすぎ、この間パージが行われな
いため、エバポガスのパージ収支が崩れ、エバポエミッ
ション値が悪化する。

【０００７】本発明では、このような場合でもエバポエ
ミッションを悪化させないエバポシステムの制御を提供
することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、燃料タンク
で発生するエバポガスを導入して一時的に吸着を行い、
吸着されたエバポガスをエンジン吸気管に放出するエバ
ポシステムを診断する方法であって、前記エバポシステ
ム内の圧力によって前記エバポシステムを診断する方法
において、前記エバポシステムを負圧にするプルダウン
工程を含み、エンジン吸気管内の圧力が所定値以上の場
合には、吸気管内圧力の導入を中断すると共に、前記所
定値以上の圧力が、予め定める時間内に前記吸気管内圧
力が所定値以下となった場合には、吸気管内圧力の導入
を再開し、診断を行うことを特徴とするエバポシステム
の診断方法によって達成される。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１により本願を実現するシステ
ムの一実施例について説明する。

【００１０】エンジン本体１には、エアクリーナ２，エ
アフロセンサ３，スロットル開度センサ４，冷却水温セ
ンサ５，空燃比センサ６等を備え、それぞれの検出値を
ECU7に取り込み、燃料噴射量や点火制御値，アイドルス
ピード制御（ＩＳＣ）値等を演算している。そして、燃
料噴射量は燃料噴射パルス幅信号によりインジェクタ８
を励磁して供給し、点火制御出力値は最終的に点火プラ
グ９により最適な時期に着火させる。また、ＩＳＣ制御
量は、ＩＳＣ制御バルブ１０に出力され、最適な補助空
気量を供給している。そのほか、インジェクタ８へ燃料
タンク１１から供給する燃料を加圧する燃料ポンプ１２
や、その加圧燃料の圧力を調整する燃圧調整バルブ１３
を備える。

【００１１】インジェクタ８から噴射された燃料は、吸
入空気との混合気を形成しながら気筒内に流れ込み、ピ
ストン運動における圧縮中の点火により爆発燃焼し、排
気ガスが排気管に排出される。この排気ガスは、排気管
途中に設置された触媒１４により、酸化還元作用が促進
され、排気ガス中の有害成分であるＨＣ,ＣＯ,ＮＯｘが
浄化される。この触媒１４による浄化効率を最大限に活
用するために、本システムでは、空燃比センサ６の出力
に応じて混合気比率を理論空燃比近傍の濃淡交互にフィ
ードバック制御する空燃比フィードバックシステム（Ｅ
ＣＵ７により制御される）を備えている。

【００１２】さらに、燃料１５を内蔵した燃料タンク１
１から発生する蒸発燃料（エバポガス）は、エバポ通管
１６を通してキャニスタ１７内の吸着剤１８に吸着さ
れ、吸着された燃料は放出管１９を介してエンジンのス
ロットルバルブ２０の下流側にパージされ、気筒で燃焼
する。放出管１９にはパージバルブ２１が設けられ、パ
ージのタイミング及びパージの量を制御する。パージバ
ルブ２１は、例えば電気的に制御されるデューティバル
ブであり、等価開口面積を制御する。

【００１３】また、圧力センサ２２は、エバポシステム
２３の圧力を検出する。さらに、ドレインバルブ２４
は、キャニスタ１７の新気導入口（ドレイン）に設置さ
れ、ドレインからの新気導入量を制御する。ＥＣＵ７
は、パージバルブ２１，ドレインバルブ２４を制御し、
エバポシステム２３の圧力を計測，処理することによ
り、エバポシステム２３から大気に対して燃料が漏れ出
てしまう故障（リーク）の診断を行う。

【００１４】圧力センサ２２の配置位置による診断への
影響について図２，図３により説明する。

【００１５】図２は、キャニスタ１７と燃料タンク１１
との間に圧力センサ２２を配置したシステム例である。
このシステム例では、燃料タンク１１と圧力センサ２２
との間の配管の圧損や配管内の流れの影響で、燃料タン
ク１１内の圧力と圧力センサ２２の設置位置の圧力に多
少のずれを生じる。このため、この圧力ずれを考慮した
診断方法の構築が必要となる。

【００１６】図３は、キャニスタ１７とパージバルブ２
１との間に圧力センサ２２を配置した場合のシステム例
である。この場合、図２よりも配管の圧損等の影響がよ
り大きくなるという課題がある。

【００１７】しかし、図３に示す圧力センサ２２の設置
位置の場合、エバポシステム内への負圧導入時に、仮に
キャニスタ１７と燃料タンク１１との間の配管が詰まっ
ていたとしても、キャニスタ１７に過大な負圧が印加さ
れることがないよう圧力センサ２２の検出結果に応じて
パージバルブ２１を適切に制御できる。このため、キャ
ニスタ１７の耐圧性に余裕がない場合には、図３に示す
圧力センサ２２の取り付け位置が、好ましい取り付け位
置となる。

【００１８】また、図には示さないが、燃料タンク１１
に直接圧力センサ２２を配置した場合には、配管の圧損
や配管内の流れの影響が小さく、前述の位置に圧力セン
サ２２を配置した場合と比較して最も正確にエバポシス
テム２３の圧力を測定することができる。

【００１９】以上述べたように、圧力センサ配置位置そ
れぞれに特徴があるので、その使用目的に応じて圧力セ
ンサ２２の配置位置を選定することや、搭載上の制限で
配置位置が限定される場合においては、配置位置の特徴
を十分考慮して制御定数等の適合を行うことが好まし
い。

【００２０】図４〜図６は、エバポシステム診断時の燃
料タンク内残量，エバポシステム２３のリークの有無や
リークの大きさ，エバポガス発生量のそれぞれが、プル
ダウン（図１のパージバルブ２１とドレインバルブ２４
を閉じた状態で燃料タンク１１を含んだエバポシステム
２３を一つの閉空間とし、次にパージバルブ２１を開く
と吸気管内の圧力が負圧であるのでエバポシステム２３
の系内を急速に減圧する）時の減圧速度に与える影響に
ついて説明する図である。図４は、エバポシステム診断
時の燃料タンク内残量が少ないほど、すなわち燃料タン
ク内の空ボリュームが大きいほど目標圧力Ｐ０までエバ
ポシステム内圧力をプルダウンするのに多くの時間を必
要とすることを示している。また、図５は、エバポシス
テム２３のリークが大きいほど目標圧力Ｐ０までエバポ
システム内圧力をプルダウンするのに多くの時間を必要
とすることを示している。さらに、図６は、エバポガス
発生量が多い時ほど目標圧力Ｐ０までエバポシステム内
圧力をプルダウンするのに多くの時間を必要とすること
を示している。このため、目標圧力Ｐ０までプルダウン
する時間が最も必要とする要素が重なり合った条件下
と、目標圧力Ｐ０までプルダウンする時間が最も小さく
なる要素が重なり合った条件下とのプルダウン時間差は
大きく、一つのパージバルブ開度（プルダウン速度）を
すべての条件に当てはめると、診断時間も大きく違って
しまう。このため、それらの状態に応じて適切にプルダ
ウン速度を調整してやる必要がある。例えば、プルダウ
ン中のエバポシステム内圧力を直接検出し、その圧力状
態に応じてプルダウン速度を調整してやる方法が有効で
ある。

【００２１】例えば、燃料タンク内残量が少量の状態
で、エバポシステム２３にリークが存在し、エバポガス
が多量に発生する高温下での運転状態が継続された場
合、長いプルダウン時間を必要とする。これは、上記の
運転条件が継続された場合に、エバポシステム診断処理
が時間を経ても完了できず、エバポシステムに重大な故
障（リーク）が発生していたとしても、長時間その故障
状態が放置される可能性があることを示している。その
故障の放置により、大量のエバポガス(未燃焼燃料)が大
気中に放出され、大気汚染の要因になる。

【００２２】図７は、エバポシステムを診断するための
各バルブの動作タイミングならびにエバポシステム内の
圧力変化を示している。通常は、ドレインバルブ２４を
開放している。燃料タンク１１で発生するエバポガスは
キャニスタ１７内の吸着剤１８に吸着される。エンジン
の運転状態に応じて、パージバルブ２１を開くと、吸気
管内が負圧であるので、大気開放されたドレインバルブ
２４を介して流入する空気とともに一度吸着されたエバ
ポガスが吸着剤１８から脱離して吸気管へ搬送されてエ
ンジンでの燃焼に供される。このようにして燃料タンク
１１で発生する燃料蒸気が大気に放出しないようにして
いる。

【００２３】エバポシステム２３を診断する場合、まず
一旦パージバルブ２１を閉じ、ドレインバルブ２４を閉
じる。この状態で燃料タンク１１を含んだエバポシステ
ム２３は一つの閉空間となる。次にパージバルブ２１を
開くと吸気管内の圧力が負圧であるのでエバポシステム
２３の系内は急速に減圧（プルダウン）される。そし
て、エバポシステム内圧力は、圧力センサ２２により大
気圧Ｐａとの差圧Ｐｔとして測定される。差圧Ｐｔが目
標圧力Ｐ０（−２０〜−３０mmＨｇ程度に設定される）
以下となった場合またはＰｔとＰ０の差が所定範囲内に
入った場合、パージバルブ２１を閉じ、差圧Ｐｔ１を測
定する。これで再びエバポシステム内が密封されるの
で、リークがなければエバポシステム内圧力は一定に保
たれるが、エバポシステム内のどこかにリークがあると
エバポシステム内圧力はリークの大きさに応じて次第に
大気圧に近づく。所定時間（図７中の時刻ｔ１からｔ２
までの間）経過後、または圧力変化が所定値以上（Ｐｔ
１からの変化量が所定値、またはＰｔそのものがＰｔ１
とは異なる所定値になった場合のどちらかで規定され
る）となったら、差圧Ｐｔ２を測定する。その後、ドレ
インバルブ２４を開いて、パージバルブ２１を開く（通
常の制御状態に戻す）。以上の過程はＥＣＵ７で制御さ
れ、さらに差圧Ｐｔ１，Ｐｔ２等の測定値に基づいてエ
バポシステム２３のリークが判定される。

【００２４】なお、上記プロセスの最初の部分でパージ
バルブ２１を閉じて、所定時間間隔を置くと、圧力セン
サ２２にはドレインバルブ２４を介して大気圧が印加さ
れるので、その時の圧力センサ２２の出力の大気圧から
のずれ（差圧センサ２２の場合０からのずれ）を測定し
ておき、その後のエバポシステム内圧力の測定値を補正
すれば、圧力センサ２２の誤差を補正できる。

【００２５】図８はＥＣＵ７で診断処理を実行する際の
フローチャートを説明する図である。ステップ１０１で
パージバルブ２２を閉じ、次にドレインバルブ２４を閉
じてエバポシステム２３を閉空間としておいて、ステッ
プ１０２でバージバルブ２１を開く。負圧である吸気管
にエバポシステム内の気体が吸引されてエバポシステム
内は急速に減圧される。所定圧Ｐｔ０に至ったところで
ステップ１０４でパージバルブ２１を閉じ、ステップ１
０５でＰｔ１を測定する。所定時間経過後または圧力変
化が所定値以上となったらステップ１０７でＰｔ２を測
定する。以上のプロセスによりリークの判定に必要な測
定は終了するので、エバポシステム２３を通常の状態に
戻すため、ステップ１０８でドレインバルブ２４を開
き、ステップ１０９でパージバルブ２１を開く（通常の
制御状態に戻す）。以上の測定結果Ｐｔ１，Ｐｔ２を用
い、ステップ１１０で、リーク判定のための圧力変化Ｄ
Ｐ＝（Ｐｔ２−Ｐｔ１）／所用時間を計算する。

【００２６】次に、圧力変化ＤＰが所定値（リーク判定
しきい値）以上ならば、ステップ１１１で異常であると
判定する。さらには運転者への警報や故障コード及び故
障を検出したときの運転状態等の記憶や、予め定めたプ
ロセスにしたがってフェイルセーフを行う等の処理を実
行する。圧力変化ＤＰが所定値未満ならば、ステップ１
１３で正常であると判定し、それに伴う処理を実行す
る。

【００２７】図９に、プルダウン中の実際のエバポシス
テム内圧力とプルダウン目標圧力Ｐ０との偏差を検出
し、その偏差に応じてプルダウン速度を変化させる方法
について説明する。図４〜図６で説明した要因等により
プルダウン時間が大きく変化するため、運転条件やエバ
ポシステム状態によっては、長い診断時間を必要とする
場合がある。このような状態が、長い期間継続された場
合、エバポシステムに重大な故障が発生しているにもか
かわらず、診断が実行できないために故障状態が放置さ
れた場合の課題については前述の通りである。この対策
例として、プルダウン時のエバポシステム内圧力の変化
を直接検出し、プルダウン速度を適切に調整してやるこ
とで上記の課題に対応できる方法について、以下に説明
する。

【００２８】プルダウン速度は、パージバルブ２１の開
口面積を変更することにより調整する。

【００２９】図９の時刻ｔ１において所定のパージバル
ブ開度でプルダウンを開始し、所定期間経過後の時刻ｔ
２でエバポシステム内圧力と目標圧力Ｐ０との偏差Ｄｐ
を求める。偏差Ｄｐが所定値以上である場合には、プル
ダウン速度を速める必要があると判断して、例えばその
偏差Ｄｐに応じてパージバルブ２１の制御デューティを
例えば２０％から３５％に変更して、プルダウン速度を
速める。これにより、エバポシステム内圧力を迅速に目
標圧力Ｐ０に到達させられる。この時、エバポガスの発
生が非常に多量なときを含め、プルダウンに適さない状
態での診断を実施することを防ぐため、プルダウンに要
する時間が所定時間に達した場合には、プルダウンを中
止する。

【００３０】図１０は、吸気管内圧力が所定値以上の場
合に、エバポシステムの診断を中断する様子を示してい
る。これは、スロットル２０が大きく開かれ吸気管内圧
力が高い状態では、プルダウンに要する時間が長くなる
あるいは、エバポシステムの診断に必要なだけのエバポ
システム内圧力変化を実現できないためである。期間
（ａ）の間、吸気管内圧力をエバポシステム２３に導入
することにより、エバポシステム２３内圧力を変化させ
ていく。この過程で、（ｂ）において吸気管内圧力が限
界値に到達したため、吸気管内圧力の導入を中断する。
これにより、エバポシステム２３内圧力は、燃料タンク
１１からのエバポガスや、エバポシステム２３に存在す
るリーク流量のため変化していく。

【００３１】図１１は（ｂ）において吸気管内圧力が限
界値以上になった後、所定期間(ｃ)内の（ｄ）において
再び限界値以下になった場合を示している。この場合に
は、吸気管内圧力が限界値以下になった時点から、引き
続き吸気管内圧力をエバポシステム２３に導入する。

【００３２】また図１２に示すように、吸気管内圧力が
限界値以上になり、エバポシステム２３への導入を中断
したのち、吸気管内圧力が限界値以上の状態が、所定期
間（ｃ）以上続いた場合には、その後（ｅ）において吸
気管内圧力が限界値以下になったとしても、一連の診断
の一環としての吸気管内圧力の導入は行わない。

【００３３】図１３は吸気管内圧力をエバポシステム２
３に導入する速度が所定値以上になった場合に、吸気管
内圧力の導入を中止する様子を示している。（ａ）にお
いてパージバルブ２１を所定開度開き、吸気管内圧力を
エバポシステム２３に導入する。この時、（ｃ）におい
てパージバルブ２１の開度が所定の限界値に達した場
合、エバポシステムにリーク故障があると判定しドレイ
ンバルブ２４を開き、パージバルブ制御デューティを徐
々に通常パージ制御の状態に復帰させる。

【００３４】図１４は、上記図１０から図１３に示した
一連の制御を示すフローチャートである。ステップ２０
１において、エバポシステム２３の診断に適した条件が
成立しているかどうかを判定する。判定の項目として
は、エンジン回転，エンジン負荷，エンジンの吸入空気
量，冷却水温，車両の運行状況などおよびそれらの変化
分を使用する。エバポシステム２３の診断に適した条件
が成立していると判定された場合には、ステップ２０２
にて燃料タンク１１からのエバポガスの発生量を判定す
る。エバポガスの発生量が所定値以下と判定された場
合、およびステップ２０１において診断条件が成立して
いないと判定された場合には、ステップ218において通
常のパージ制御を行う。ステップ２０２において、エバ
ポガスの発生量が所定値よりも多いと判定された場合に
は、ステップ２０３において吸気管内圧力が所定値以下
かどうかを判定する。所定値以下の場合は、ステップ２
０４においてエバポシステム２３の診断中かどうかを判
定する。診断中でなければ、ステップ２０５においてド
レインバルブ２４およびパージバルブ２１を操作し、プ
ルダウンを開始する。ステップ２０６において、圧力セ
ンサ２２により検知されたエバポシステム内圧力がプル
ダウンの目標圧力Ｐ０に達したかどうかを判定し、達し
ていればステップ２１０において、エバポシステム２３
の診断を継続して行う。ステップ２０６においてエバポ
システム内圧力が目標圧力Ｐ０に達していない場合に
は、ステップ２０７においてエバポシステム内圧力の実
測値と目標圧力Ｐ０の差分Ｄｐが所定値以下かどうかを
判定する。この場合に使用される所定値は、プルダウン
開始からの経過時間の関数としている。Ｄｐが所定値以
下の場合には、プルダウンが正常に行われていると判断
する。Ｄｐが所定値より大きい場合には、ステップ２０
８およびステップ２１１にてパージバルブ制御デューテ
ィを操作することで、エバポシステム内圧力の変化を加
速する。また、ステップ２０８において、パージバルブ
制御デューティが限界値に達している場合には、リーク
によりプルダウンが疎外されていると判定し、ステップ
２０９にてエバポシステム２３にリーク故障があるもの
と判定する。ステップ２０３において、吸気管内圧力が
所定値よりも大きいと判定された場合には、エバポシス
テム２３の診断を中断する。すなわちステップ２１２に
おいてエバポシステム２３の診断が中断中の場合には、
ステップ２１３において中断期間が所定期間に達したか
どうかを判定し、達すればステップ２１４において診断
を中止し通常のパージ制御に復帰する。ステップ２１２
においてエバポシステム２３の診断が中断中でなけれ
ば、ステップ２１５においてエバポシステム２３の診断
が行われているかどうかを判定し、診断中であればステ
ップ２１６においてエバポシステム２３の診断を一次中
断する。またステップ２１５においてエバポシステム２
３が診断中でなければ、ステップ２１７において通常の
パージ制御を行う。

【００３５】

【発明の効果】エバポ診断においてエンジン吸気管から
負圧を利用してプルダウンする場合、プルダウン時間が
長くなる要因を判定し、診断を禁止あるいは中断するこ
とにより、エバポエミッションの悪化を防ぐことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願を実現する一実施例。

【図２】システム構成例。

【図３】システム構成の他の例。

【図４】プルダウン時間に対する、燃料残量の影響。

【図５】プルダウン時間に対する、リーク料の影響。

【図６】プルダウン時間に対する、エバポガス発生量の
影響。

【図７】各バルブの動作タイミング。

【図８】処理のフローチャート。

【図９】プルダウンの例。

【図１０】吸気管内圧力による診断の中断。

【図１１】吸気管内圧力による診断の中断と再開。

【図１２】吸気管内圧力による診断の中止。

【図１３】パージバルブ制御デューティによる診断の中
止。

【図１４】制御フローチャート。

【符号の説明】

７…ＥＣＵ、１１…燃料タンク、１６…エバ通管、１７
…キャニスタ、１８…吸気剤、１９…放出管、２１…パ
ージバルブ、２２…圧力センサ、２３…エバポシステ
ム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 一也 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (56)参考文献 特開 平４−311664（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−323206（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−108929（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 25/08 F02M 25/08 301 F02B 77/08 G01M 15/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料タンクで発生するエバポガスを導入し
   て一時的に吸着を行い、吸着されたエバポガスをエンジ
   ン吸気管に放出するエバポシステムを診断する方法であ
   って、前記エバポシステム内の圧力によって前記エバポ
   システムを診断する方法において、前記エバポシステム
   を負圧にするプルダウン工程を含み、エンジン吸気管内
   の圧力が所定値以上の場合には、吸気管内圧力の導入を
   中断すると共に、前記所定値以上の圧力が、予め定める
   時間内に前記吸気管内圧力が所定値以下となった場合に
   は、吸気管内圧力の導入を再開し、診断を行うことを特
   徴とするエバポシステムの診断方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記所定値以上の圧力
   が、予め定める時間以上に継続した場合は、その後の吸
   気管内圧力の導入は行わず診断を中止することを特徴と
   するエバポシステムの診断方法。
3. 【請求項３】請求項１又は２のいずれかにおいて、 前記エバポガスのエンジン吸気管への放出を制御するパ
   ージバルブの開度に基づき、前記パージバルブ開度が所
   定の限界値に達した場合に エバポシステムが故障と判定
   することを特徴とするエバポシステムの診断方法。