JP3614433B2 - 正圧診断装置を含んだキャニスタパージシステム - Google Patents

Description

発明の属する技術分野
本発明は基本的に、揮発性燃料蒸気のエミッションをコントロールするために自動車において用いられる、燃料蒸気エミッションコントロールシステムに関する。さらに特定化すれば本発明は、燃料タンクと、タンク上部空間からの揮発性燃料蒸気を捕集するキャニスタとを含めたシステム部分において漏れの発生を検出するオンボード診断システムに関する。
発明に関連する参照文献
本発明との関連においては米国特許出願第5146902号明細書に記載の発明があげられる。
発明の技術背景と概要
最近の自動車における典型的な燃料蒸気エミッションコントロールシステムは、燃料タンク内に発生する揮発性燃料蒸気を捕集する燃料蒸気捕集キャニスタを含んでいる。パージングに寄与する状況においてはキャニスタはエンジンのインテークマニホルドへ向けて、キャニスタパージソレノイドバルブ（このバルブはエンジン制御コンピュータによって操作される）を含めたキャニスタパージシステムによってパージングされる。キャニスタパージバルブは、キャニスタからバルブを介してエンジン内に燃料蒸気を引き込むための、インテークマニホルドの負圧による吸引を可能にするためにコンピュータに制御されて開かれる。
米国政府下での規制によれば、ガソリン等の揮発性燃料で駆動される今後の自動車においては、燃料タンクとキャニスタを含めたシステム部分において漏れの発生を検出するオンボード診断能力を備えた燃料蒸気エミッションコントロールシステムを具備することが要求されている。この要求への対応策の１つとしてキャニスタの通気孔に常開型ソレノイドバルブを接続し、診断テストが行われる際に作動させることが提案されている。所定の吸引負圧がタンク上部空間とキャニスタを含むシステム部分にもたらされ、それと共にキャニスタ及びタンク上部空間はキャニスタ通気孔の閉鎖に基づき通気の遮蔽がなされるはずである。所定期間に亘った所定の吸引のロスは漏れによるものと推定される。この吸引のロスは燃料タンクに設けられたトランスデューサーによって検出される。典型的な燃料タンクの構造の特性のために、引き込むことのできる吸引負圧の大きさには限度がある。過度に大きな吸引負圧は変形を惹起するものであり、測定を無意味にする。このような問題を避けるためには比較的高価なバキュームトランスデューサが要求される。典型的な自動車はインテークマニホルドに吸引負圧（バキューム）を生ぜしめている内燃機関によって駆動されているので、そのような吸引負圧は、診断テストの実施に対して用いることができる。しかしながら典型的にはこのテストの実行のためにはエンジンの始動が要求される。
米国特許第5191870号明細書（09.March,1993）には漏れの検出の問題に対する非常にコストのかからない解決手段が記載されている。この解決手段のキーポイントは斬新かつユニークなバキュームレギュレータ／センサである。このバキュームレギュレータ／センサはキャニスタパージソレノイドとキャニスタとの間の導管内に配設されている。このバキュームレギュレータ／センサは、バキュームレギュレータのような構成をしているが、漏れの有無を指示する信号の生成に使用されるスイッチが含まれている。診断テストは、タンク通気孔の閉鎖と、（キャニスタソレノイドバルブとバキュームレギュレータ／センサと燃料タンク上部空間内のバキュームを介しての引き込みのための）エンジンインテークマニホルドの吸引負圧を用いて行われる。必要なバキュームが引き込まれたならば、バキュームレギュレータ／センサは引き込まれたバキュームをトラップするために閉鎖される。不慮の漏れが生じて所定の期間に所定量のバキュームが失われた場合には、バキュームレギュレータ／センサのスイッチによってこの状態を指示する信号の出力が生ぜしめられる。
米国特許第5146902号明細書には、燃料タンクとキャニスタを含めたキャニスタパージシステム部分の完全さを、負圧よりは（すなわち引き込まれる負圧よりは）むしろ正圧を用いて評価する方法及び診断システムが記載されている。キャニスタパージシステムにおけるそのような診断システム及び方法からは、前述した特許出願明細書に記載のシステム及び方法を超えた確かな利点が得られる。
例えば、ホースのひび割れやガスキャップの緩み等による漏れの確実な検出は非常に微妙である。その上さらに燃料蒸気エミッションコントロールシステムは自動車のエンジンの作動を伴うか又は伴わないかのどちらかで診断されるものである。燃料タンクの上部空間における加圧を行う１つの手段としては、専用の電気作動式エアーポンプがある。これは全くシンプルに構成可能であり、そのため比較的コストがかからない。但し自動車が既に他の部材を構成し得る適当に加圧されたエアー源を含んでいる場合には、専用のポンプを別個に設けることは省かれる。燃料タンクの上部空間における加圧（正圧）を行う他の手段は、バキューム作動式電気制御ポンプである。そのようなポンプがエンジンインテークマニホルドバキュームによって作動されるものならば、テストの実行のためにはエンジンが作動されなければならない。
負圧方式を上回る正圧方式のさらなる利点は、圧力の増加によってタンク内の燃料蒸気の発生率が抑制されることである。そのような燃料蒸気の発生率の低減により診断テストにおいては次のようなテストにおける誤った信号の形成される確率が小さくなる。すなわち暑い天候状態の下では寒い天候下での同じテストと比べて燃料蒸気の発生が促進され、キャニスタと燃料タンクの完全性を誤った検出をしてしまうような誤った信号によってリークの指示がなされてしまうようなことが低減される。
米国特許第5146902号明細書によれば、大気が直接燃料タンクの上部空間内へポンピングされ、ここにおいてこの大気は既に生じている燃料蒸気に乗じられる。しかしながら直接燃料タンク内へエアーをポンピングすることに対する憂慮は明らかである。詳細には万一何らかの理由でポンプが遮断されるべき時期を過ぎてなおポンピングされ続けたような場合である。タンク上部空間と燃料蒸気捕集キャニスタにおける過圧は非典型的な圧力及び／又はエアー燃料比をキャニスタ／タンク上部空間に生ぜしめる。このような過圧の影響としての可能性の１つは何等かの燃料蒸気がキャニスタの大気に通じる通気口外へ漏れることである。
米国特許第5297529号明細書（WO94/17298）に関する発明には、そのような悪影響への傾向を軽減し得る、ポンピングされたエアーを燃料蒸気エミッションシステム内へ通す手段が含まれている。それはキャニスタベントソレノイド（CVS）バルブ（このバルブを介してキャニスタは別の方法で非検査期間中に通気される）の閉鎖によってポートが大気に対して閉鎖された後で、キャニスタの通気ポートを通して燃料蒸気エミッションシステム内へポンピングされたエアーを導入することに関係する。
診断検査の後で何らかの理由でエアーポンプを作動させ続けるべきことが生じた場合には、ポンピングされたエアーは燃料タンク上部空間内へは強いられない。このポンピングされたエアーはキャニスタにも通されず、むしろCVS（キャニスタベントソレノイド）バルブを介して大気中に戻される。このバルブはテストの終了の際にタンク検査圧力をやわらげるために再び開かれる。
キャニスタは燃料蒸気を捕集する内部媒体を含んでいるので、燃料蒸気が通気ポートを通ることはない。診断テスト中にキャニスタ通気ポート内へポンピングされるエアーはそれが燃料タンクの上部空間へ入り得る前に前記内部媒体を通らなければならない。その結果燃料蒸気を帯びたエアーというよりはむしろ専らエアーのみがタンク上部空間を加圧する。しかしながら本願の発明は、キャニスタとタンク上部空間とのつながりに本質的に制限を生ぜしめない限り加圧エアーが導入されるポイントには依存しない。
正圧を伴う診断テスト手法なしで済ませる場合と共通していることは、先ずタンクが所定の圧力に加圧された後で診断システムが圧力の損失を捜すことである。
本願発明は、加圧中に検査が行われる診断システム及びその方法に関する。
本発明によるシステム及びその方法の別の有利な実施例は以下の明細書でその付加的特徴及び利点と共に記載される。
次に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の本質を具体化する診断システムを含めたキャニスタページシステムを示す概略的構成図である。
実施例の説明
図１は本発明の本質を具体化するキャニスタページシステム10を表わしている。このシステム10にはキャニスタページソレノイド（CPS）バルブ12とチャコールキャニスタ14が含まれている。これらは自動車の内燃機関のインテークマニホルド16と自動車の燃料タンク18（これはエンジンの駆動のために揮発性液体燃料の供給を維持する）に関連している。キャニスタ14は、タンクポート14tと通気（大気導入）ポート14vとパージポート14pと有している。通常は閉じられているキャニスタベントソレノイド（CVS）バルブ20は、大気に対するキャニスタ通気ポート14tの開閉を制御するために大気とキャニスタ14通気ポート14tとの間に配設されている。前記CPSバルブ12とCVSバルブ20は、エンジンのためのエンジン制御コンピュータ22の制御下におかれる。
キャニスタページシステムの漏れに対する完全性を確認するオンボード診断テストの導入に用いるために、ポンプ手段23が設けられる。このポンプ手段23は、電動ポンプ（ブロワモータ）24,チェックバルブ26,プレッシャレギュレータ27を含んでいる。さらに燃料タンク上部空間の圧力を測定するためにアナログプレッシャートランスデューサ28も設けられている。前記ポンプ24は周辺大気と通じる吸気口30と、プレッシャレギュレータ27の吸入ポートと通じる排気口32を有している。さらにプレッシャレキュレータ27は排出ポートを有しており、この排出ポートはチェックバルブ26を介してキャニスタベントポート14vに通じている。さらに球座が存在しており、この球座を介してチェックバルブからの導管が前記キャニスタベントポート14vとCVSバルブ20との間の導管へ接続される。またポンプ24の操作をコンピュータ22によってコントロールするための回路接続構成が存在する。
アナログプレッシャトランスデューサ28は、例えば米国特許第5267470号明細書（07.December,1993）に記載されているようにトランスデューサ／ロールオーバ−バルブの一部である。このトランスデューサは燃料タンク上部空間内の圧力を検出して相応の信号をコンピュータ22に供給する。
キャニスタパージシステムは従来の方式で動作され、これは以下で簡単に説明する。ページングを助成するコンディションの下で、コンピュータ22により通常は閉鎖されているCPSバルブ12が制御されて開放される。CVSバルブ20はこの時点では開放されている。なぜならそれは通常は診断テスト時以外はいつでも開放されているからである。CPSバルブの開放の結果、エンジンインテークマニホルドの所定の全負圧がページポート14pを介してキャニスタ14へ加えられる。これは（キャニスタ内に）捕集されている燃料蒸気をキャニスタからCPSバルブ12を介してエンジンインテークマニホルドへ引き込むためである。このインテークマニホルドではこれらの導入された燃料蒸気が最終的にむだのない燃焼に結び付けるために、エンジンの燃焼室内へ導入される（燃料混合気の）主流に乗ぜられる。
このシステムは、CPSバルブ12も含めたこのバルブ下流側でのCPSシステムの部位の容認できない漏れに対する完全性の診断テストを行うために以下のように機能する。まず初めに、テストの確実性に悪影響を及ぼし得るような過度な高圧は存在しないことを保証するために、タンク／キャニスタ内の予め存在する圧力を測定することが望ましい。そのような高圧が存在する場合にはコンピュータ22によってCPSバルブ12とCVSバルブ20の閉鎖命令が出された後で、トランスデューサ28から圧力が検出される。タンク／キャニスタにおける予め存在する正圧が過度に高い場合には、テストは見送られ、この点に関して詳述するならば、検査の試みられる時期がその他の種々の入力信号又はコンピュータ22のプログラム（これらの詳しい詳述はここでは省く）によって検出される。最も有利なテスト状況はエンジンが冷えていて周辺温度が低い場合である。さらにそれからの典型的なスケジュールには、エンジンの始動毎のテストの導入も含まれる。仮りにエンジンの始動がホットスタートか及び／又は周辺温度が高い場合には正確なテストの実行ができないことがあり、そのようなケースではテスト開始時点のタンク圧力の測定がその時点で正確なテストの導入が行われたか否かの決定に用いられる。
テストの実行のために適当なタンク圧力が検査開始時のコンピュータ22によるトランスデューサ28の読出しによって検出されると仮定すれば、タンク／キャニスタにおける予め存在する圧力はテストを開始するにあたり適当であると推察される。
テストはコンピュータ22によりポンプ24の作動命令でもって開始され、それによってタンク／キャニスタがますます正の方向で加圧される。エアーがキャニスタ14を介してタンク／キャニスタ内へポンピングされる。キャニスタ14は、内部媒体34（例えば活性炭）を含んでいる。これはタンク内での揮発燃料からエミッションされる燃料蒸気を吸着する。通気ポート14v内へポンピングされるエアーはこの媒体34を通過しなければならない。その結果吸着された燃料蒸気の一部はポンピングされたエアーと混入してキャニスタを通過してタンク上部空間へ向かう。結果としては空気／燃料混合気というよりはむしろ単にエアーのみがタンク上部空間を加圧する。これは非典型的な空気−燃料混合気がタンク上部空間で生ぜしめられることを避ける。ポンプは、タンク／キャニスタにて正の方向で圧力が形成されるように作動される。しかしながらタンク／キャニスタ内でのおよそ許容できない漏れの発生は、所定期間内での所定の正の圧力を形成することを妨げ得る。従ってトランスデューサ28が所定期間内の所定のタンク圧力達成を検出できなかった場合には、エラーが表示される。そのようなエラーはなにか１つ又はそれ以上の、タンク／キャニスタ内の大きな漏れや、回路接続、ポンプ24、チェックバルブ26、トランスデューサ28等の欠陥に帰する。そのような事態においてはテストが終了されエラー表示が行われる。
しかしながら圧力がタンク／キャニスタ内で所定期間内に形成された場合には、テストが行われる。チェックバルブ26は、ポンプを介した圧力の戻りによるロスを防ぐように機能する。これは圧力をタンク／キャニスタ内に閉じ込める。大きな漏れほどではない漏れがタンク／キャニスタ内で生じている場合には、漏れの全くない場合に比べてゆっくりと正の圧力が形成される。タンク内の供給燃料充填レベルに対して、タンク／キャニスタ内で正圧が形成されるレートは、漏れの厳密な関数である。加圧エアは既知の一定の出口断面領域を有するソースからキャニスタパージシステム内へ通され、既知の正圧におかれているので、初期開始圧力から所定のレベルまでのタンク／キャニスタ内で圧力の形成される期間が、タンク内の供給燃料充填レベルに対する漏れの大きさを表示するものとなる。故にタンク内の燃料充填レベルの検出データもコンピュータ22に入力される。
テストの開始時点で、コンピュータ22は、トランスデューサ28により検出された圧力と燃料充填レベルの両方を読み出す。さらにコンピュータは、開始圧力から所定のレベルまでタンク／キャニスタに対して要求された圧力形成の全ての期間を測定する。コンピュータ22は、圧力の種々異なるなる開始と終了や異なる燃料充填レベルに対する実際の漏れの大きさによる圧力上昇期間に相互に関連するデータでプログラミングされるので、個々の圧力及び個々の燃料充填レベル毎にテスト開始時点で測定され、実際の漏れの大きさには、選択された高圧まで圧力を形成するのに必要な全ての期間が関連する。それゆえに発生した漏れの適度に正確な測定値を得ることが可能である。選択された漏れの全量は、許容可能な漏れに対する上限を定める。それにより測定値は、制限が許容できない漏れ全量を指示することを超える。タンク／キャニスタ圧力において形成することのできる最大圧力値は、加圧源から供給される調整圧力に等しくまたタイミングのストップされる形成圧力に対する上限を表わす。このタイミングはもちろん低圧においてもストップされる。
この点に関して言及すれば本発明はキャニスタと燃料タンクにおいて比較的小さな圧力レベルで行われるテストも実施可能である。それにより圧力が相応に構成されたキャニスタとタンクの変形を引き起こさない。テストの完了時点ではCPSバルブがもう一度コンピュータ22によってキャニスタパージング導入のための通常の方法で操作される。
診断テストが所定の温度以上で行われるならば、燃料蒸気圧力の増加が少なくともある程度は漏れの存在をマスクするような十分に早いレートで、燃料蒸気がタンク内で生成され得る。この傾向は正圧によるテストによって幾分良好に抑えられる。なぜならそのような加圧は燃料蒸気発生率を抑える傾向にあるからである。補正率はコンピュータ22のデータ記憶媒体内へプログラミングされる。実際の燃料温度に基づく適正な補正率を選択し、この適正な補正率を測定部に供給するために付加的なセンサの入力信号、例えば燃料温度等がコンピュータによって使用され得る。燃料蒸気発生レートの補正は、テスト開始時点での燃料蒸気発生レートの測定とこの測定値を検査結果の補正に利用することによって行われる。このレートは、蒸気発生空間の閉鎖と、与えられた時間周期に亘る圧力上昇の測定によって検出される。この測定値はメモリに記憶され、前述したように引き続き行われる診断テスト結果の後の補正に用いられる。いくらかの漏れの実際の大きさが一定に留まるならば、そのようないくらかの漏れの存否は、補正結果に最終的に影響を及ぼさない。なぜなら測定値の補正はシステム上で実存の漏れの存否に応じて行われ、補正測定値が供給された場合には実際の漏れが抹消されるからである。燃料温度は燃料温度センサによって直接測定されるか、燃料温度によって適度に補正されたパラメータ温度を検出するセンサによって間接的に測定される。同じく燃料蒸気圧力発生レートも適当なセンサによって直接か又は間接的に測定される。

Claims (5)

1. 燃料タンク（18）からの揮発性燃料蒸気を捕集するための捕集キャニスタ（14）と、
   内燃機関内での燃焼のためインテークマニホルドからエンジンの燃焼室空間へ供給される可燃混合気に加えるために、捕集された燃料蒸気を前記キャニスタから内燃機関のインテークマニホルド（16）へ選択的にパージするためのキャニスタパージソレノイドバルブ（12）と、
   タンク／キャニスタ部分へエアーをポンピングするためのポンプ手段（24）と、
   前記ポンプ手段（24）とキャニスタパージソレノイドバ ルブ（12）の作動をコントロールするエンジンコンピュータ（22）と、
   タンク／キャニスタ部分の圧力を検出する圧力検出手段（28）と、
   診断テスト開始時点にて前記タンク／キャニスタ部分における圧力が測定された第１の圧力から第２の比較的高い圧力の形成される時間の長さを測定する、エンジンコンピュータ（22）内のタイミング手段と、
   前記タイミング手段によって測定された時間の長さから前記タンク／キャニスタ部分からの漏れの程度を決定する、エンジンコンピュータ内の決定手段と、
   タンク／キャニスタ部分における許容できない漏れを指示する信号を生成する、エンジンコンピュータ内の信号 生成手段と、
   タンク及びキャニスタを含むキャニスタパージシステム部分からの漏れを検出する診断装置とを有し、
   前記キャニスタ（14）は大気導入ポート（14v）を有し、
   前記キャニスタパージソレノイドバルブ（12）は、キャニスタとインテークマニホルドとの間にパージフローパスを含んでいる、正圧診断装置を含んだキャニスタパー ジシステムにおいて、
   診断テスト中にタンク／キャニスタ部分において正圧を形成するために、ポンプ手段からキャニスタへのエアーの圧力を制御する圧力制御手段（27）が設けられており、該圧力制御手段（27）は前記ポンプ手段とキャニスタ導入ポートに接続されていることを特徴とする、正圧 診断装置を含んだキャニスタパージシステム。
2. 前記第２の高圧は、前記ポンプ手段によって供給される前記所定の制御圧力にほぼ等しい、請求項１記載の正圧診断装置を含んだキャニスタパージシステ ム。
3. 付加的に前記圧力制御器とキャニスタの大気導入ポートとの間にチェックバルブ手段（26）が設けられている、請求項１記載の正圧診断装置を含んだキャ ニスタパージシステム。
4. 前記エンジンコンピュータは、前記タンク／キャニスタ部分からの漏れの程度の決定において前記燃料タンク内の燃料充填レベルの測定を利用するための手段を含んでいる、請求項１記載の正圧診断装置を含ん だキャニスタパージシステム。
5. さらに補正係数手段が含まれており、
   該補正係数手段は、
   少なくとも１つの燃料温度と燃料タンク内の燃料蒸気発生率に基づいた補正係数を記憶するためのメモリ手段と、
   許容できない漏れを指示するエンジンコンピュータ（2 2）内の前記信号の変更のために少なくとも１つの実際の燃料温度と燃料タンク内の実際の燃料蒸気発生率に対する補正のためのエンジンコンピュータ（22）内の前記決定手段に対する前記補正係数の供給と検出のためのセ ンサ手段を含んでいる、請求項４記載の正圧診断装置を 含んだキャニスタパージシステム。

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