JP4350660B2 - 蒸発燃料処理装置の故障診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料タンク内で発生する蒸発燃料を一時的に貯蔵し、貯蔵した蒸発燃料を内燃機関に供給する蒸発燃料処理装置の故障を診断する故障診断装置に関する。

蒸発燃料処理装置の故障診断装置は、例えば特許文献１に示されており、この装置によれば、内燃機関の吸気管からパージ制御弁を介して蒸発燃料処理装置内に負圧が導入され、蒸発燃料処理装置内の圧力が、所定時間内に所定の負圧に達しないとき、パージ制御弁が異常と判定される。

特許第３１９９０５７号公報

上記従来の故障診断装置では、蒸発燃料処理装置内を負圧化するため、蒸発燃料処理装置に空気を導入する空気通路に設けられた弁を閉弁する必要がある。そのため、蒸発燃料処理装置から機関吸気系への、通常の蒸発燃料パージを実行しつつ、故障診断を行うことはできない。そのため、故障診断の実行頻度を確保すると、蒸発燃料処理装置内に貯蔵された蒸発燃料のパージを十分に行えないことがあった。換言すれば、蒸発燃料のパージを適度に実行すると、故障診断の実行頻度を確保できないという場合があった。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、通常の蒸発燃料パージを実行しつつ、蒸発燃料処理装置の故障診断を行い、故障診断の実行頻度を確保し、かつ蒸発燃料の十分なパージを行うことができる故障診断装置を提供すること目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、燃料タンク（１０）と、大気に連通する空気通路（１５）が接続され、前記燃料タンク（１０）内で発生する蒸発燃料を吸着する吸着剤を有するキャニスタ（１２）と、該キャニスタ（１２）と前記燃料タンク（１０）とを接続する第１の通路（１１）と、前記キャニスタ（１２）と内燃機関の吸気系（２）とを接続する第２の通路（１８，２０，２３）と、前記第２の通路（１８，２０，２３）に設けられたパージ制御弁（１９）とを備えた蒸発燃料処理装置の故障を診断する故障診断装置において、前記蒸発燃料処理装置内の圧力（ＰＴＡＮＫ）を検出する圧力検出手段（３０）と、前記パージ制御弁（１９）を駆動する駆動信号のデューティ比（ＤＯＵＴＰＧＣ）を変化させ、前記パージ制御弁（１９）の開度を制御する制御手段（３１）と、前記圧力検出手段（３０）により検出される圧力（ＰＴＡＮＫ）に、第１のフィルタ処理を施す第１のフィルタ処理手段（３１）と、前記圧力検出手段（３０）により検出される圧力（ＰＴＡＮＫ）に、前記第１のフィルタ処理より通過周波数帯域が狭い第２のフィルタ処理を施す第２のフィルタ処理手段（３１）と、前記第１及び第２のフィルタ処理手段から出力されるフィルタ処理後圧力に基づいて、前記２の通路（１８，２０，２３）を流れるパージガスの流量異常を判定する流量異常判定手段（３１）とを備え、前記流量異常判定手段は、前記フィルタ処理後圧力に基づいて、前記圧力検出手段により検出される圧力波形に、前記パージ制御弁の駆動信号周期（ＴＤ）とほぼ同一の周期を有する脈動成分が検出されたとき、前記パージガスの流量は正常と判定することを特徴とする。
なお、ここで言う「パージガスの流量異常」は、パージ制御弁の全開故障を含むものとする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の蒸発燃料処理装置の故障診断装置において、前記流量異常判定手段は、前記パージ制御弁を駆動する駆動信号のデューティ比が所定上限値（ＤＰＧＣＰＴＯＣＨ）より大きいとき、または前記デューティ比が所定下限値（ＤＰＧＣＰＴＯＣＬ）より小さいときは、前記脈動成分の検出を中断することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の蒸発燃料処理装置の故障診断装置において、前記流量異常判定手段は、前記機関の始動直後に前記圧力検出手段（３０）により検出される圧力（ＰＴＡＮＫ）の変化に基づいて前記パージ制御弁（１９）の全開故障を判定する全開故障判定手段（３１）を含むことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の蒸発燃料処理装置の故障診断装置において、前記流量異常判定手段は、前記機関の停止直後に前記圧力検出手段（３０）により検出される圧力（ＰＴＡＮＫ）の変化に基づいて前記パージ制御弁（１９）の全開故障を判定する全開故障判定手段（３１）を含むことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、検出される蒸発燃料処理装置内の圧力に、通過周波数帯域が異なる２つのフィルタ処理が施され、該フィルタ処理後の圧力に基づいて、パージガスの流量異常が判定される。具体的には、フィルタ処理後圧力に基づいて、圧力検出手段により検出される圧力波形に、パージ制御弁の駆動信号周期とほぼ同一の周期を有する脈動成分が検出されたとき、パージガスの流量は正常と判定される。パージ制御弁はデューティ比可変の駆動信号によりその開度が制御されるので、パージ制御弁が正常であれば、パージ実行中の検出圧力に駆動信号に対応する周波数成分が含まれる。したがって第１及び第２のフィルタ処理の通過帯域を適切に設定することにより、パージ実行中の検出圧力から駆動信号に対応する周波数成分、すなわち上記脈動成分の有無を判定することができ、上記脈動成分の有無に応じて異常が発生しているか否かを正確に判定することができる。その結果、故障診断の実行頻度を確保し、かつ蒸発燃料の十分なパージを行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、パージ制御弁を駆動する駆動信号のデューティ比が所定上限値より大きいとき、または所定下限値より小さいときは、脈動成分の検出が中断される。パージ制御弁の開弁時間が長いとき、または短いときは、脈動成分を検知できない可能性があることを考慮したものであり、脈動成分の検出を中断することにより、誤判定を防止できる。
請求項３に記載の発明によれば、機関の始動直後に検出される圧力の変化に基づいて、パージ制御弁の全開故障が判定される。機関始動直後においては、パージ制御弁は閉弁されている（開弁制御信号が出力されていない）ので、そのときに蒸発燃料処理装置内の圧力変化があれば、パージ制御弁が閉弁していない、すなわち全開故障であると判定することができる。したがって、パージ制御弁の全開故障を短時間で正確に判定することができる。

請求項４に記載の発明によれば、機関の停止直後に検出される圧力の変化に基づいて、パージ制御弁の全開故障が判定される。機関停止直後においても、始動直後と同様に、パージ制御弁の開弁制御信号が出力されていないので、そのときに蒸発燃料処理装置内の圧力変化があれば、パージ制御弁が閉弁していない、すなわち全開故障であると判定することができる。したがって、パージ制御弁の全開故障を短時間で正確に判定することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる蒸発燃料処理装置及び内燃機関の吸気系の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、吸気管２を有し、吸気管２には上流側から順に、エアクリーナ４、過給機５、インタークーラ６、及びスロットル弁３が設けられている。過給機５は、排気のエネルギにより回転駆動されるタービンと、該タービンにより駆動され、吸入される空気を加圧するコンプレッサとを備えている。過給機５は、吸気管２の下流側に加圧された空気を排出する。

燃料タンク１０は、チャージ通路１１を介してキャニスタ１２に接続され、キャニスタ１２は、吸気管２のスロットル弁３の下流側に第１のパージ通路１８を介して接続されている。
キャニスタ１２は、燃料タンク１０内の蒸発燃料を吸着するための吸着剤としての活性炭を保持する吸着剤保持部１３と、チャージ通路１１及びパージ通路１８が接続されている接続室１４とを備えている。接続室１４には、蒸発燃料処理装置内の圧力を検出する圧力センサ３０が設けられている。圧力センサ３０の検出信号は、図３に示すように、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）３１に供給される。圧力センサ３０により検出される圧力は、燃料タンク１０内の圧力を常に示すわけではないが、定常的な状態では、燃料タンク１０内の圧力と等しくなるので、圧力センサ３０による検出圧力を、以下「タンク内圧ＰＴＡＮＫ」という。

キャニスタ１２には、大気に連通する空気通路１５が接続されており、空気通路１５とキャニスタ１２の接続部にベントシャット弁１６が設けられている。ベントシャット弁１６は、図３に示すようにＥＣＵ３１に接続された電磁弁であり、ＥＣＵ３１により開閉制御される。ベントシャット弁１６は、給油時またはパージ実行中に開弁される。ベントシャット弁１６は、駆動信号が供給されないときは、開弁する常開型の電磁弁である。

第１のパージ通路１８には、パージ制御弁１９が設けられている。パージ制御弁１９は、その駆動信号のオン−オフデューティ比を変更することにより流量を連続的に制御することができるように構成された電磁弁であり、その作動はＥＣＵ３１により制御される。

第１のパージ通路１８は、パージ制御弁１９の下流側において通路２０に分岐し、通路２０は、ジェットポンプ２４及び通路２３を介して、吸気管２の、過給機５の上流側と接続されている。すなわち、通路２０及び２３により、第２のパージ通路が構成されている。ジェットポンプ２４には、過給空気供給通路２５を介して、過給機５により加圧された空気が供給される。

図２は、ジェットポンプ２４の構成を示す断面図である。ジェットポンプ２４は、過給空気供給通路２５に接続され、加圧された空気を噴出する円筒状のノズル４１と、該ノズル４１との間に間隙４３を空けて該ノズル４１を囲むケーシング４２とからなる。ノズル４１は、加圧された空気を噴出する噴孔４１ａを有する。ケーシング４２には、通路２０が接続される吸入ポート４２ａと、通路２３が接続される排気ポート４２ｂが設けられている。

ジェットポンプ２４のノズル４１から過給機５により加圧された空気が噴出すると（矢印Ａ参照）、その噴出空気の粘性により、噴出空気流によって吸入ポート４２ａから排気ポート４２ｂに向かう流れ（矢印Ｂ参照）が生成され、負圧が発生する。これにより、加圧された空気が通路２０に流入することなく、通路２０から吸入ポート４２ａを介して蒸発燃料を含む混合気（以下「パージガス」という）が吸引され、加圧された空気とともに、排気ポート４２ｂを介して通路２３に排出される。そしてジェットポンプ２４から排出されたパージガスは、吸気管２の、過給機５の上流側に供給される。したがって、過給機作動中においてもキャニスタ１２から吸気管２に蒸発燃料をパージすることができる。

第１のパージ通路１８が通路２０に分岐する分岐部より下流側には、第１チェック弁２１が設けられている。また通路２０には、第２チェック弁２２が設けられている。第１チェック弁２１及び第２チェック弁２２は、各弁の上流側の圧力と、下流側の圧力との差圧が所定圧（例えば０．６７ｋＰａ（５ｍｍＨｇ））を超えると開弁する。第１チェック弁２１は、スロットル弁３の下流側の吸気圧ＰＢＡが負圧である（大気圧ＰＡより低い）ときに開弁する。また過給機５による過給が開始されると、ジェットポンプ２４の吸引力により負圧が生成されるので、第２チェック弁２２は、ジェットポンプ２４により生成される負圧によって開弁する。第２チェック弁２２は、実際には吸気圧ＰＢＡが大気圧ＰＡより６．７ｋＰａ（５０ｍｍＨｇ）程度低いパージ開始圧より高くなると開弁する。したがって、過給機５が作動していないときは、第１チェック弁２１のみが開弁し、第１のパージ通路１８を介して、吸気管２のスロットル弁３の下流側に蒸発燃料が供給される。一方、過給機５の作動中においては、吸気圧ＰＢＡが大気圧ＰＡより高くなると第１チェック弁２１が閉弁し、第２チェック弁２２のみが開弁した状態となる。その結果、蒸発燃料が、通路２０、ジェットポンプ２４、及び通路２３を介して吸気管２の過給機５の上流側に供給される。また過給機５の作動中で、吸気圧ＰＢＡがパージ開始圧と大気圧ＰＡの間にあるときは、両チェック弁２１，２２が開弁し、第１のパージ通路１８及びジェットポンプ２４を介した蒸発燃料の供給が行われる。

燃料タンク１０、チャージ通路１１、キャニスタ１２、空気通路１５、ベントシャット弁１６、第１のパージ通路１８、パージ制御弁１９、通路２０及び通路２３（第２のパージ通路）、第１チェック弁２１、第２チェック弁２２、ジェットポンプ２４、及び過給空気供給通路２５により、蒸発燃料処理装置が構成される。

燃料タンク１０の給油時に蒸発燃料が大量に発生すると、キャニスタ１２の吸着剤に蒸発燃料が貯蔵される。エンジン１の所定運転状態において、パージ制御弁１９のデューティ制御が行われ、適量の蒸発燃料がキャニスタ１２から吸気管２に供給される。

さらに本実施形態では、蒸発燃料を吸気管２に供給するパージを実行するときに、パージ制御弁１９を通過するパージガスの流量異常（パージ制御弁１９の全閉故障を含む、パージガス流量の異常（ただし本実施形態では、パージ制御弁１９の全開故障に起因するものを除く）、以下「パージフロー異常」という）、及びパージ制御弁１９の全開故障が、圧力センサ３０により検出されるタンク内圧ＰＴＡＮＫに基づいて、ＥＣＵ３１により判定される。ここで、全閉故障とは、パージ制御弁１９が閉弁した状態に固定され、開弁しない故障をいい、全開故障とは、開弁した状態に固定され、閉弁しない故障をいう。

図３に示すＥＣＵ３１には、圧力センサ３０の他に、図示しないエンジン回転数センサ、吸気圧センサ、スロットル弁開度センサ、エンジン冷却水温センサなどの各種センサが接続されており、これらのセンサの出力信号により、エンジン１の運転状態が検出される。ＥＣＵ３１は、入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、記憶回路、及び出力回路を備えている。入力回路は、各種センサ等からの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する。記憶回路は、前記ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する。出力回路は、パージ制御弁１９、ベントシャット弁１６、及び図示しない燃料噴射弁などに駆動信号を出力する。

次に図４を参照して、本実施形態におけるパージフロー異常の判定手法を説明する。
本実施形態では、周期ＴＤ（例えば８０ミリ秒）のパルス信号が、駆動信号としてパージ制御弁１９に供給され、このパルス信号のデューティ比を変更することにより、パージ制御弁１９の開度が制御される。したがって、パージ制御弁１９が正常であるときは、圧力センサ３０の出力波形（検出タンク内圧ＰＴＡＮＫの波形）は、図４（ａ）に示すように、周期ＴＤの成分にノイズ成分が重畳した波形となる。図４（ａ）に示す信号に、ノイズ成分を除去するローパスフィルタ処理（以下「第１ローパスフィルタ処理」という）を施すと、図４（ｃ）に示す第１なまし信号ＳＡ１が得られる。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す信号に、周期ＴＤの成分の通過を阻止するバンドストップフィルタ処理を施した信号の波形を示す。図４（ｂ）に示す信号に、さらにローパスフィルタ処理（以下「第２ローパスフィルタ処理」という）を施すと、図４（ｃ）に示す第２なまし信号ＳＡ２が得られる。第２ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数ｆＣ２は、第１ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数ｆＣ１より低くなるように設定されている。

第１なまし信号ＳＡ１と、第２なまし信号ＳＡ２とが交差する時刻ｔ１からｔ２までの時間ＴＤａが、周期ＴＤとほぼ等しいとき、パージ制御弁１９は正常であると判定することができる。一方、時間ＴＤａが変動していたり、周期ＴＤの近傍にないときは、パージフロー異常と判定することができる。

本実施形態ではさらに以下に説明する手法により、パージ制御弁１９に全開故障が判定される。
エンジン１の始動直後は、パージ制御弁１９は閉弁されているので、パージ制御１９が正常に閉弁していれば、タンク内圧ＰＴＡＮＫは、図５（ａ）に実線で示すように、ほぼ大気圧ＰＡと等しくなる。一方、パージ制御弁１９が全開故障しているときは、始動直後に直ちに第１のパージ通路１８を介して蒸発燃料処理装置内に負圧が導入されるので、タンク内圧ＰＴＡＮＫは大気圧ＰＡより低い負圧ＰＮまで低下する。したがって、始動直後のタンク内圧ＰＴＡＮＫの低下量が所定判定量を超えたとき（タンク内圧ＰＴＡＮＫが所定負圧より低くなったとき）は、パージ制御弁１９が全開故障していると判定することができる。

またエンジン１の停止直前は、アイドル状態にあり、パージ制御弁１９は閉弁しているか、あるいは小さい開度で開弁している。したがって、パージ制御弁１９が正常であれば、エンジン１の停止直後におけるタンク内圧ＰＴＡＮＫの変化は、図５（ｂ）に示すように僅かである。これに対し、パージ制御弁１９が全開故障しているときは、停止直後に負圧ＰＮから大気圧ＰＡに向かってタンク内圧ＰＴＡＮＫが上昇する。したがって、エンジン停止直後におけるタンク内圧ＰＴＡＮＫの上昇量が所定判定量を超えたときは、パージ制御弁１９が全開故障していると判定することができる。ただし、以下に説明する例では、図５（ａ）に示す、始動直後に実行される判定手法が採用されている。

以下図６〜図１０を参照して、ＥＣＵ３１のＣＰＵで実行されるパージ制御弁１９の故障診断処理を説明する。図６〜図１０に示す処理は、所定時間（例えば１０ミリ秒）毎に実行される。

図６は、上述した第１ローパスフィルタ処理、バンドストップフィルタ処理、及び第２ローパスフィルタ処理を行い、第１判定パラメータＤＰＴＮＫＯＣＡＶ及び第２判定パラメータＤＰＴＮＫＡＶＥを算出する処理のフローチャートである。

ステップＳ１１では、イグニッションスイッチオン後の経過時間を計測するタイマＴ１０ＭＳＩＧＰＯＮの値が、所定時間ＴＭＰＴＡＮＳＴ（例えば０．１秒）以上であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、後述するステップＳ１６及びＳ１８で算出される第１ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＯＣＡＶＥ及び第２ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＡＶＥを、ともにその時点のタンク内圧ＰＴＡＮＫに設定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１３では、後述するバンドストップフィルタ処理（ステップＳ１７）により算出されるバンドストップフィルタ処理後圧ＰＴＮＢＮＤＳＴＰを、その時点のタンク内圧ＰＴＡＮＫに設定する。ステップＳ１４では、ステップＳ２０で参照されるダウンカウントタイマＴＰＴＡＮＫ００を所定時間ＴＭＰＴＡＮＫ００（例えば０．１秒）にセットしてスタートさせる。

さらにステップＳ２５では、ステップＳ２２で参照されるダウンカウントタイマＴＰＴＮＫＥＶＰ０を所定時間ＴＭＰＴＮＫＥＶＰ０（例えば１０秒）にセットしてスタートさせる。ステップＳ２６では、第１判定パラメータＤＰＴＮＫＯＣＡＶ及び第２判定パラメータＤＰＴＮＫＡＶＥをともに「０」に設定する。

ステップＳ１１でタイマＴ１０ＭＳＩＧＰＯＮの値が所定時間ＴＭＰＴＡＮＳＴに達すると、ステップＳ１６に進み、下記式（１）により、第１ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＯＣＡＶＥを算出する。
ＰＴＮＫＯＣＡＶＥ＝ＣＰＴＮＫＯＣＡＶＥ×ＰＴＡＮＫ
＋（１−ＣＰＴＮＫＯＣＡＶＥ）×ＰＴＮＫＯＣＡＶＥ
（１）
ここでＣＰＴＮＫＯＣＡＶＥは、０から１の間の値に設定される第１なまし係数であり、右辺のＰＴＮＫＯＣＡＶＥは前回算出値である。

ステップＳ１７では、下記式（２）により、バンドストップフィルタ処理後圧ＰＴＮＢＮＤＳＴＰ(k)を算出する。ここで「ｋ」は、本処理の実行周期で離散化した離散化時刻であり、今回値を示す(k)は通常は省略されている。

ここで、ＢＰＴＡＮＫ(i)（ｉ＝０，１，２）及びＡＰＴＡＮＫ(i)（ｉ＝１，２）は、バンドストップフィルタ処理を実現するフィルタ係数である。

ステップＳ１８では、下記式（３）にバンドストップフィルタ処理後圧ＰＴＮＢＮＤＳＴＰを適用し、第２ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＡＶＥを算出する。
ＰＴＮＫＡＶＥ＝ＣＰＴＮＫＡＶＥ×ＰＴＮＢＮＤＳＴＰ
＋（１−ＣＰＴＮＫＡＶＥ）×ＰＴＮＫＡＶＥ （３）
ここでＣＰＴＮＫＡＶＥは、０から１の間の値に設定される第２なまし係数であり、右辺のＰＴＮＫＡＶＥは前回算出値である。第２なまし係数ＣＰＴＮＫＡＶＥは、第１なまし係数ＣＰＴＮＫＯＣＡＶＥより小さな値（カットオフ周波数がより低くなる値）に設定されている。

ステップＳ１９では、負圧化判定終了フラグＦＰＴＮＥＧＡＥＮＤが「１」であるか否かを判別する。負圧化判定終了フラグＦＰＴＮＥＧＡＥＮＤは、エンジン１の始動直後の負圧化判定が終了したとき、「１」に設定される（ステップＳ２９参照）。

最初は、ＦＰＴＮＥＧＡＥＮＤ＝０であるので、ステップＳ２０に進み、ステップＳ１４でスタートしたタイマＴＰＴＡＮＫ００の値が「０」であるか否かを判別する。最初はＴＰＴＡＮＫ００＞０であるので、ステップＳ２３に進み、第１基準圧ＰＴＡＮＫ００を、その時点の第２ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＡＶＥに設定する。次いで第２基準圧ＰＴＮＫＥＶＰ０を、同様にその時点の第２ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＡＶＥに設定し（ステップＳ２４）、前記ステップＳ２６に進む。

ステップＳ２０の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ２１に進む。したがって、第１基準圧ＰＴＡＮＫ００は、イグニッションスイッチオンした時点から、時間（ＴＭＰＴＡＮＳＴ＋ＴＭＰＴＡＮＫ００）経過した時点の第２ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＡＶＥに設定される。

ステップＳ２１では、始動モードフラグＦＳＴＭＯＤが「１」であるか否かを判別する。始動モードフラグＦＳＴＭＯＤは、エンジン１が始動（クランキング）中であるとき「１」に設定される。ＦＳＴＭＯＤ＝１であってエンジン１の始動中であるときは、前記ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２１でＦＳＴＭＯＤ＝０であって始動中でないときは、ステップＳ２５でスタートしたタイマＴＰＴＮＫＥＶＰ０の値が「０」であるか否かを判別する（ステップＳ２２）。最初はＴＰＴＮＫＥＶＰ０＞０であるので、前記ステップＳ２４に進み、第２基準圧ＰＴＮＫＥＶＰ０の更新を行う。

ステップＳ２２の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ２７に進む。したがって、第２基準圧ＰＴＮＫＥＶＰ０は、エンジン１の始動完了時点から所定時間ＴＭＰＴＮＫＥＶＰ０経過した時点の第２ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＡＶＥに設定される。

ステップＳ２７では、第２基準圧ＰＴＮＫＥＶＰ０から第１基準圧ＰＴＡＮＫ００を減算した値が、負の判定閾値ＤＰＴＫＮＥＧＡ（例えば−０．５３ｋＰａ（−４ｍｍＨｇ））以下であるか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるとき、すなわちエンジン１の始動後の所定時間ＴＭＰＴＮＫＥＶＰ０内に第２ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＡＶＥが、｜ＤＰＴＫＮＥＧＡ｜以上低下したときは（図５（ａ）に破線で示す変化参照）、タンク内圧ＰＴＡＮＫが始動直後に負圧化したこと示す負圧化フラグＦＰＴＮＮＥＧＡを「１」に設定する（ステップＳ２８）。その後ステップＳ２９に進む。

ステップＳ２７の答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちにステップＳ２９に進み、負圧化判定終了フラグＦＰＴＮＥＧＡＥＮＤを「１」に設定する。負圧化判定終了フラグＦＰＴＮＥＧＡＥＮＤが「１」に設定された後は、ステップＳ１９から直ちにステップＳ３０に進む。なお、本実施形態では、負圧化判定終了フラグＦＰＴＮＥＧＡＥＮＤが「０」である間は、パージの実行が禁止される。すなわち、パージ制御弁１９の駆動信号のデューティ比は０％に維持される。

ステップＳ３０では、下記式（４）により第１判定パラメータＤＰＴＮＫＯＣＡＶを算出し、ステップＳ３１では、下記式（５）により第２判定パラメータＤＰＴＮＫＡＶＥを算出する。
ＤＰＴＮＫＯＣＡＶ＝ＰＴＮＫＯＣＡＶＥ−ＰＴＮＫＥＶＰ０ （４）
ＤＰＴＮＫＡＶＥ＝ＰＴＮＫＡＶＥ−ＰＴＮＫＥＶＰ０ （５）

すなわち、第１判定パラメータＤＰＴＮＫＯＣＡＶは、第１ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＯＣＡＶＥを、第２基準圧ＰＴＮＫＥＶＰ０を基準値（ゼロ点）とする値に変換したパラメータであり、第２判定パラメータＤＰＴＮＫＡＶＥは、第２ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＡＶＥを、第２基準圧ＰＴＮＫＥＶＰ０を基準値（ゼロ点）とする値に変換したパラメータである。

図７及び図８は、脈動判定処理のフローチャートである。この処理では、検出されるタンク内圧ＰＴＡＮＫに脈動成分、すなわち駆動信号の周期ＴＤを有する変動成分が含まれているか否かが判定される。
ステップＳ４０では、圧力センサ３０が正常であるか否かを判別する。具体的には、図示しない処理で断線またはショート（地絡）が検出されているときは、ステップＳ４０の答は否定（ＮＯ）となり、それ以外のときは、肯定（ＹＥＳ）となる。圧力センサ３０の異常が検出されているときは直ちに本処理を終了する。圧力センサ３０が正常であるときは、脈動判定終了フラグＦＰＴＮＯＣＥＮＤが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ４１）。

最初はＦＰＴＮＯＣＥＮＤ＝０であるので、ＮＧ判定カウンタＣＮＧＰＯＣの値が、脈動判定閾値ＣＴＪＵＤＰＴＯＣ（例えば４０）より大きいか否かを判別する。最初はこの答は否定（ＮＯ）となるので、ステップＳ４４に進み、ＯＫ判定カウンタＣＯＫＰＯＣの値が、脈動判定閾値ＣＴＪＵＤＰＴＯＣより大きいか否かを判別する。最初はこの答も否定（ＮＯ）となるので、ステップＳ５１（図８）に進み、パージ制御弁１９に供給する駆動信号のデューティ比ＤＯＵＴＰＧＣが、所定下限値ＤＰＧＣＰＴＯＣＬ（例えば１０％）以上であるか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、デューティ比ＤＯＵＴＰＧＣが、所定上限値ＤＰＧＣＰＴＯＣＨ（例えば９０％）以下であるか否かを判別する（ステップＳ５２）。

ステップＳ５１またはＳ５２の答が否定（ＮＯ）であって、デューティ比ＤＯＵＴＰＧＣが所定上下限値の範囲内にないときは、ダウンカウントタイマＴＰＯＣＤＬＹを所定時間ＴＭＰＯＣＤＬＹ（例えば３秒）にセットしてスタートさせる（ステップＳ５３）。その後ステップＳ６４に進む。

デューティ比ＤＯＵＴＰＧＣが所定下限値ＤＰＧＣＰＴＯＣＬより小さいときは、開弁している時間が短いため、タンク内圧ＰＴＡＮＫの脈動成分が検知できない可能性があり、デューティ比ＤＯＵＴＰＧＣが所定上限値ＤＰＧＣＰＴＯＣＨより大きいときは、開弁している時間が長いため、タンク内圧ＰＴＡＮＫの脈動成分が検知できない可能性がある。そこで、ステップＳ５１及びＳ５２により、そのような場合において脈動判定を中断し、誤判定を防止している。

ステップＳ５１及びＳ５２の答がともに肯定（ＹＥＳ）であって、デューティ比ＤＯＵＴＰＧＣが所定上下限値の範囲内にあるときは、ステップＳ５３でスタートしたタイマＴＰＯＣＤＬＹの値が「０」であるか否かを判別する（ステップＳ５４）。最初はこの答は否定（ＮＯ）であるので、直ちにステップＳ６４に進む。

タイマＴＰＯＣＤＬＹの値が「０」になると、ステップＳ５５に進み、第１判定パラメータＤＰＴＮＫＯＣＡＶの前回値ＤＰＴＫＯＣＡＶＺが、第２判定パラメータＤＰＴＮＫＡＶＥより小さいか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、第１判定パラメータＤＰＴＮＫＯＣＡＶが第２判定パラメータＤＰＴＮＫＡＶＥ以上であるか否かを判別する（ステップＳ５６）。ステップＳ５５及びＳ５６の答がともに肯定（ＹＥＳ）であるとき、すなわち第１判定パラメータＤＰＴＮＫＯＣＡＶが第２判定パラメータＤＰＴＮＫＡＶＥより小さい値から、第２判定パラメータＤＰＴＮＫＡＶＥ以上の値へ変化したときは、周期計測タイマＴＰＯＣＩＮＴＢＬの値が、所定下限値ＴＭＰＯＣＩＮＴＢＬＬ（例えば０．０７秒）以上であるか否かを判別する（ステップＳ５８）。周期計測タイマＴＰＯＣＩＮＴＢＬは、ステップＳ６４で「０」に戻されるアップカウントタイマであり、このタイマの値が、図３（ｃ）の時間ＴＤａに相当する。

ステップＳ５８で、ＴＰＯＣＩＮＴＢＬ≧ＴＭＰＯＣＩＮＴＢＬＬであるときは、前回値正常フラグＦＴＩＴＢＬＺＯＫが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ６１）。この答が否定（ＮＯ）であるときは直ちにステップＳ６３に進む。前回値正常フラグＦＴＩＴＢＬＺＯＫが「１」であるときは、ＯＫ判定カウンタＣＯＫＰＯＣを「１」だけインクリメントする（ステップＳ６２）。ステップＳ６３では、前回値正常フラグＦＴＩＴＢＬＺＯＫを「１」に設定する。

ステップＳ６４では、周期計測タイマＴＰＯＣＩＮＴＢＬの値を「０」に戻す。ステップＳ６５では、第１判定パラメータＤＰＴＮＫＯＣＡＶの前回値ＤＰＴＫＯＣＡＶＺを、第１判定パラメータＤＰＴＮＫＯＣＡＶ（今回値）に設定し、本処理を終了する。

ステップＳ５８の答が否定（ＮＯ）、すなわち周期計測タイマＴＰＯＣＩＮＴＢＬの値が、所定下限値ＴＭＰＯＣＩＮＴＢＬＬより小さいときは、計測した周期が短すぎるため、ステップＳ５９に進んで、ＮＧ判定カウンタＣＮＧＰＯＣを「１」だけインクリメントする。続くステップＳ６０では、前回値正常フラグＦＴＩＴＢＬＺＯＫを「０」に設定する。その後前記ステップＳ６４に進む。

ステップＳ５５またはＳ５６の答が否定（ＮＯ）であるときは、すなわち第１判定パラメータＤＰＴＮＫＯＣＡＶの前回値ＤＰＴＫＯＣＡＶＺが第２判定パラメータＤＰＴＮＫＡＶＥ以上であるとき、または第１判定パラメータＤＰＴＮＫＯＣＡＶが第２判定パラメータＤＰＴＮＫＡＶＥより小さいときは、周期計測タイマＴＰＯＣＩＮＴＢＬの値が、所定上限値ＴＭＰＯＣＩＮＴＢＬＨ（例えば０．０９秒）より大きいか否かを判別する（ステップＳ５７）。この答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちにステップＳ６５に進む。
ステップＳ５７で、周期計測タイマＴＰＯＣＩＮＴＢＬの値が、所定上限値ＴＭＰＯＣＩＮＴＢＬＨより大きいときは、計測した周期が長すぎるため、前記ステップＳ５９に進む。

ステップＳ５１〜Ｓ６５により、計測された周期ＴＰＯＣＩＮＴＢＬが所定上下限値の範囲内にあるとき、ＯＫ判定カウンタＣＯＫＰＯＣがインクリメントされ、計測された周期ＴＰＯＣＩＮＴＢＬが所定上下限値の範囲内にないとき、ＮＧ判定カウンタＣＮＧＰＯＣがインクリメントされる。そして、ステップＳ４２の答が肯定（ＹＥＳ）となると、パージ制御弁１９の駆動信号の周期とほぼ同一の周期を持った脈動成分が検出されないと判定し、脈動無し判定フラグＦＰＴＮＮＯＯＣを「１」に設定する（ステップＳ４３）。次いで、脈動判定終了フラグＦＰＴＮＯＣＥＮＤを「１」に設定する（ステップＳ４６）。脈動判定終了フラグＦＰＴＮＯＣＥＮＤが「１」に設定された後は、ステップＳ４１の答が肯定（ＹＥＳ）となるので、本処理は実質的に実行されない。

一方、ステップＳ４４の答が肯定（ＹＥＳ）となると、パージ制御弁１９の駆動信号の周期とほぼ同一の周期を持った脈動成分が検出されたと判定し、脈動無し判定フラグＦＰＴＮＮＯＯＣを「０」に設定する（ステップＳ４５）。次いで、前記ステップＳ４６に進む。

図９は、パージフロー異常の判定を行う処理のフローチャートである。
ステップＳ７１では、パージフロー異常判定終了フラグＦＤＯＮＥ９０Ｅが「１」であるか否かを判別する。最初は、この答は否定（ＮＯ）であるので、ステップＳ７２に進み、脈動判定終了フラグＦＰＴＮＯＣＥＮＤが「１」であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちに本処理を終了する。

脈動判定終了フラグＦＰＴＮＯＣＥＮＤが「１」となったときは、ステップＳ７３に進み、脈動無し判定フラグＦＰＴＮＮＯＯＣが「１」であるか否かを判別する。脈動無し判定フラグＦＰＴＮＮＯＯＣが「１」であって、脈動成分が検出されなかったときは、さらに負圧化フラグＦＰＴＮＮＥＧＡが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ７４）。そして、ステップＳ７４の答が否定（ＮＯ）であるとき、すなわち脈動成分が検出されず、かつ始動直後の負圧化が検出されなかったとき、パージフロー異常が発生したと判定し、パージフロー異常フラグＦＦＳＤ９０Ｅを「１」に設定する（ステップＳ７６）。

またステップＳ７３の答が否定（ＮＯ）であるとき、すなわち脈動成分が検出されたときは、パージフロー正常と判定し、パージフロー正常フラグＦＯＫ９０Ｅを「１」に設定する（ステップＳ７５）。またステップＳ７３及びＳ７４の答がともに肯定（ＹＥＳ）であるときは、パージ制御弁１９の全開故障である可能性が高いので、パージフロー異常と判定せずにステップＳ７５に進む。

ステップＳ７７では、パージフロー異常判定終了フラグＦＤＯＮＥ９０Ｅを「１」に設定し、本処理を終了する。その後は、ステップＳ７１の答が肯定（ＹＥＳ）となるので、本処理は実質的に実行されない。

図１０は、パージ制御弁１９の全開故障の判定を行う処理のフローチャートである。
ステップＳ８１では、全開故障判定終了フラグＦＤＯＮＥ９２Ｅが「１」であるか否かを判別する。最初は、この答は否定（ＮＯ）であるので、ステップＳ８２に進み、脈動判定終了フラグＦＰＴＮＯＣＥＮＤが「１」であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちに本処理を終了する。

脈動判定終了フラグＦＰＴＮＯＣＥＮＤが「１」となったときは、ステップＳ８３に進み、脈動無し判定フラグＦＰＴＮＮＯＯＣが「１」であるか否かを判別する。脈動無し判定フラグＦＰＴＮＮＯＯＣが「１」であって、脈動成分が検出されなかったときは、さらに負圧化フラグＦＰＴＮＮＥＧＡが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ８４）。そして、ステップＳ８４の答が肯定（ＹＥＳ）であるとき、すなわち脈動成分が検出されず、かつ始動直後の負圧化が検出されたとき、パージ制御弁１９の全開故障が発生したと判定し、全開故障フラグＦＦＳＤ９２Ｅを「１」に設定する（ステップＳ８６）。

またステップＳ８３の答が否定（ＮＯ）であるとき、すなわち脈動成分が検出されたときは、または全開故障は発生していないと判定し、全開故障無しフラグＦＯＫ９２Ｅを「１」に設定する（ステップＳ８５）。またステップＳ８４の答が否定（ＮＯ）であって始動直後の負圧化が検出されなかったときは、全開故障は発生してないので、前記ステップＳ８５に進む。
ステップＳ８７では、全開故障判定終了フラグＦＤＯＮＥ９２Ｅを「１」に設定し、本処理を終了する。その後は、ステップＳ８１の答が肯定（ＹＥＳ）となるので、本処理は実質的に実行されない。

以上のように本実施形態では、検出されるタンク内圧ＰＴＡＮＫに、比較的カットオフ周波数の高い第１ローパスフィルタ処理を施すことにより、第１ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＯＣＡＶＥが算出される一方、タンク内圧ＰＴＡＮＫにバンドストップフィルタ処理を施し、さらに第１ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数よりカットオフ周波数の低い第２ローパスフィルタ処理を施すことにより、第２ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＡＶＥが算出される。そして、第１ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＯＣＡＶＥ及び第２ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＡＶＥに基づいて、パージ制御弁１９の駆動信号周期ＴＤとほぼ同一の周期をもつ脈動成分、すなわち駆動信号の周波数に対応する周波数成分の有無が判定され、その判定結果に基づいて、パージフロー異常またはパージ制御弁の全開故障が発生しているか否かが判定される。したがって、故障診断を通常のパージ実行中に行うことができ、故障診断の実行頻度を確保し、かつ蒸発燃料の十分なパージを行うことができる。すなわち、故障診断のために蒸発燃料処理装置内の負圧化を行う場合には、ベントシャット弁１６を閉弁する必要があり、通常のパージを行うことができなくなる。また故障診断を実行しないときにパージする蒸発燃料の量を増加させると、エンジンの排気特性や運転性を悪化させる可能性がある。本実施形態の故障診断によれば、そのような不具合を確実に解消することができる。

またエンジン１の始動直後のタンク内圧ＰＴＡＮＫ（第２ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＡＶＥ）が、所定量（｜ＤＰＴＫＮＥＧＡ｜）以上低下し、かつパージ実行中にパージ制御弁の駆動信号の周期とほぼ同一周期の脈動成分が検出されないときは、パージ制御弁１９の全開故障と判定される（図６，ステップＳ２７，Ｓ２８、図１０，ステップＳ８３，Ｓ８４）。したがって、パージ制御弁１９の全開故障を、迅速かつ正確に判定することができる。

また本実施形態では、過給機５を備えたエンジンの吸気管２に蒸発燃料を供給する蒸発燃料処理装置が示されており、本実施形態の故障診断は、過給中において蒸発燃料のパージを行う場合にも実行可能である。

なお、図６に示した処理では、エンジン１の始動直後にタンク内圧ＰＴＡＮＫが負圧化するか否かを判定したが、図５を参照して説明したように、エンジン１の停止直後の所定判定期間内におけるタンク内圧ＰＴＡＮＫの上昇量ＤＰＴＮＫＵＰが、所定量（｜ＤＰＴＫＮＥＧＡ｜）を超え、かつパージ実行中にパージ制御弁の駆動信号の周期とほぼ同一周期の脈動成分が検出されないとき、パージ制御弁１９の全開故障が発生したと判定し、前記脈動成分が検出されず、かつ前記上昇量ＤＰＴＮＫＵＰが所定量を越えないときは、パージフロー異常と判定するようにしてもよい。その場合には、図６のステップＳ１９、Ｓ２０、Ｓ２３、Ｓ２７〜Ｓ２９は削除し、ステップＳ１８の実行後にステップＳ２１に進み、ステップＳ２２の答が肯定（ＹＥＳ）のとき、ステップＳ３０に進むように、図６の処理を修正する。

本実施形態では、チャージ通路１１が第１の通路に相当し、第１のパージ通路１８及び第２のパージ通路（２０，２３）が第２の通路に相当し、圧力センサ３０が圧力検出手段に相当する。またＥＣＵ３１が、制御手段、第１のフィルタ処理手段、第２のフィルタ処理手段、流量異常判定手段、及び全開故障判定手段を構成する。具体的には、図６のステップＳ１６が第１のフィルタ処理手段に相当し、ステップＳ１７及びＳ１８が第２のフィルタ処理手段に相当し、図６のステップＳ１９，Ｓ２０，Ｓ２３，Ｓ２７〜Ｓ２９が全開故障判定手段に相当し、図６のステップＳ１９〜Ｓ３１、及び図７〜図１０の処理が、流量異常判定手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、パージフロー異常と、パージ制御弁の全開故障とを分けて判定しているが、これらをまとめてパージガスの流量異常として判定するようにしてもよい。その場合には、パージ制御弁の駆動信号の周期とほぼ同一周期の脈動成分が検出されないときは、パージガスの流量異常が発生したと判定し、前記脈動成分が検出されたとき、パージガスの流量は正常である判定する。なお、パージ制御弁が正常であるのに、前記脈動成分が検出されない異常としては、例えばパージ通路に大きな孔があいたような状態が考えられる。

また上述した実施形態では、タンク内圧ＰＴＡＮＫに、バンドストップフィルタ処理及び第２のローパスフィルタ処理を施すことにより、第２ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＡＶＥを算出するようにしたが、バンドストップフィルタ処理を無くし、比較的カットオフ特性が急峻で、カットオフ周波数が第２のローパスフィルタ処理と同程度のローパスフィルタ処理を、タンク内圧ＰＴＡＮＫに施すことにより、第２ローパスフィルタ処理後圧ＰＴＮＫＡＶＥを算出するようにしてもよい。

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどに蒸発燃料を供給する蒸発燃料処理装置の故障診断にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる蒸発燃料処理装置及び内燃機関の吸気系の構成を示す図である。 図１に示されるジェットポンプの断面図である。 蒸発燃料処理装置の制御系の構成を示すブロック図である。 故障診断の手法を説明するために、圧力センサの出力信号の波形を示す図である。 パージ制御弁の全開故障を判定する手法を説明するためのタイムチャートである。 故障判定に使用される判定パラメータ（ＤＰＴＮＫＯＣＡＶ，ＤＰＴＮＫＡＶＥ）を算出する処理のフローチャートである。 検出される圧力（ＰＴＡＮＫ）に脈動成分が有るか否かを判定する処理のフローチャートである。 検出される圧力（ＰＴＡＮＫ）に脈動成分が有るか否かを判定する処理のフローチャートである。 パージフロー異常の判定を行う処理のフローチャートである。 パージ制御弁の全開故障の判定を行う処理のフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 吸気管
１０ 燃料タンク
１１ チャージ通路（第１の通路）
１２ キャニスタ
１８ 第１のパージ通路（第２の通路）
２０，２３ 通路（第２の通路）
２４ ジェットポンプ
３０ 圧力センサ（圧力検出手段）
３１ 電子制御ユニット（制御手段、第１のフィルタ処理手段、第２のフィルタ処理手段、流量異常判定手段、全開故障判定手段）

Claims (4)

1. 燃料タンクと、大気に連通する空気通路が接続され、前記燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸着する吸着剤を有するキャニスタと、該キャニスタと前記燃料タンクとを接続する第１の通路と、前記キャニスタと内燃機関の吸気系とを接続する第２の通路と、前記第２の通路に設けられたパージ制御弁とを備えた蒸発燃料処理装置の故障を診断する故障診断装置において、
   前記蒸発燃料処理装置内の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記パージ制御弁を駆動する駆動信号のデューティ比を変化させ、前記パージ制御弁の開度を制御する制御手段と、
   前記圧力検出手段により検出される圧力に、第１のフィルタ処理を施す第１のフィルタ処理手段と、
   前記圧力検出手段により検出される圧力に、前記第１のフィルタ処理より通過周波数帯域が狭い第２のフィルタ処理を施す第２のフィルタ処理手段と、
   前記第１及び第２のフィルタ処理手段から出力されるフィルタ処理後圧力に基づいて、前記第２の通路を流れるパージガスの流量異常を判定する流量異常判定手段とを備え、
   前記流量異常判定手段は、前記フィルタ処理後圧力に基づいて、前記圧力検出手段により検出される圧力波形に、前記パージ制御弁の駆動信号周期とほぼ同一の周期を有する脈動成分が検出されたとき、前記パージガスの流量は正常と判定することを特徴とする蒸発燃料処理装置の故障診断装置。
2. 前記流量異常判定手段は、前記パージ制御弁を駆動する駆動信号のデューティ比が所定上限値より大きいとき、または前記デューティ比が所定下限値より小さいときは、前記脈動成分の検出を中断することを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理装置の故障診断装置。
3. 前記流量異常判定手段は、前記機関の始動直後に前記圧力検出手段により検出される圧力の変化に基づいて前記パージ制御弁の全開故障を判定する全開故障判定手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の蒸発燃料処理装置の故障診断装置。
4. 前記流量異常判定手段は、前記機関の停止直後に前記圧力検出手段により検出される圧力の変化に基づいて前記パージ制御弁の全開故障を判定する全開故障判定手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の蒸発燃料処理装置の故障診断装置。

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