JP4353758B2 - 容器の気密検査方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は独立請求項１および７の上位概念に記載の容器の気密検査方法および装置に関するものである。

流体で満たされている容器例えば内燃機関を備えた自動車のタンク装置の非気密性を検出するために、容器に負圧または過圧が与えられる。非気密性が存在している場合、この非気密性により流体が容器内に流入ないし容器から流出し、これにより負圧ないし過圧が低下される。負圧ないし過圧の低下は非気密性変数に対する尺度として使用される。

例えば、内燃機関を備えた自動車のタンク装置の場合、内燃機関の吸気管内の負圧により、特に燃料蒸気および空気からなる混合物がタンク装置から吸引される。このために、吸気管とタンク装置との間のタンク通気弁が開かれる。あとから続いてフレッシュ・エア（すなわち、外気又は外の空気）がタンク装置内に流入することを阻止するために、タンク装置のフレッシュ・エア供給配管が遮断弁で閉じられる。それに続いてタンク通気弁が閉じられ、およびタンク装置内の負圧が、タンク装置内に配置されている圧力センサにより測定される。タンク装置内に非気密性が存在する場合、周囲空気がタンク装置内に流入可能であり、これが負圧を低下させることになる。

車両タンク装置の気密試験方法が、国際特許公開第０１／５９２８６号から既知である。この方法においては、ポンプにより負圧が形成される。
負圧ないし過圧によりタンク装置の弾性構成部分特にタンクそれ自身が変形することがあり、これによりタンク装置内の負圧ないし過圧は低下する。クリープ現象とも呼ばれるこの現象は、負圧ないし過圧の形成において、各構成部分に対してただ１回のみ発生する。

負圧を形成したとき、気相内の吸引された量を補充するために、容器内に存在する流体特に燃料の一部が液相から気相に移行する（ガス発生）。ガス発生は同様に負圧を低下させる。ガス発生は、蒸発された流体量の増大と共に、圧力平衡に到達するまで、流体蒸気圧およびガス状流体の分圧の関数として低下する。

流体で満たされている容器に負圧ないし過圧を与えたとき、容器内に存在する流体のガス発生ないし凝縮および／または容器の弾性構成部分の変形は負圧ないし過圧を低下させ、これにより気密検査の精度が制限されることになる。
国際特許公開第０１／５９２８６号

ここで、容器構成部分の弾性および／または容器内に存在する液体のガス発生ないし容器内に存在するガスまたはガス混合物の凝縮の、容器内の負圧ないし過圧への影響が低減され、これにより、実行されている物理的および／または化学的プロセスとは無関係に、容器の非気密性を高い確実性で検出可能であり且つ非気密性変数を高い精度で決定可能な、容器特に内燃機関を備えた自動車のタンク装置およびタンク通気装置の気密検査方法および装置を提供することが本発明の技術的課題である。

本発明は、この課題を、独立請求項１および７の特徴により解決する。本発明の対象の有利な形態が従属請求項に記載されている。
本発明により、圧力源によって、容器に所定の一定の負圧または過圧が与えられる。この場合、圧力源は制御されながら操作されるので、非気密性が存在する場合、非気密性により平均して一定の空気質量流量（空気質量の流れ）が設定される。ここで、負圧ないし過圧を一定に保持するために、圧力源は平均して一定の操作変数で操作される。この操作変数から、非気密性変数を計算可能である。

容器への各供給ないし容器からの各排出が遮断され、容器に、設定可能な、大気圧に対して負圧ないし過圧が与えられ、およびこのために必要なガス質量流量（ガス質量の流れ）特に空気質量流量を表わす第１の信号が測定される、容器特に内燃機関を備えた自動車のタンク装置およびタンク通気装置の本発明による気密検査方法は、一定の負圧ないし過圧が達成されるようにガス質量流量（ガス質量の流れ）が制御され、および設定可能な限界値よりも大きい、平均して一定のガス質量流量が設定された場合に、非気密性の存在が推測されるように設計されている。ここで、非気密性が存在する場合においてのみ、負圧ないし過圧を保持するためのガス質量流量が常に調節されなければならないので、一定のガス質量流量が設定されることが有利である。ガス発生および／または容器特にタンクの弾性構成部分の変形特に収縮による負圧の低下、ないしガスないしガス混合物の凝縮および／または容器の弾性構成部分の膨張による過圧の低下は、時間の経過と共に減少する。僅かなガス発生ないし僅かな凝縮による僅かな圧力低下を誤って非気密性と診断することがないように、一定のガス質量流量が限界値より大きいときにのみ非気密性であると推測することが有利である。

この限界値が、容器の弾性、および／または容器内における少なくとも１つの流体の残余蒸発ないしガス混合物の少なくとも１つの成分の残余凝縮の関数として設定され、これにより、気密検査の精度が明らかに向上されることが有利である。

負圧ないし過圧を保持するために、本来存在する圧力源の排出能力が調節されることが有利である。
特に内燃機関の吸気管と結合されている通気弁（換言すれば、ガス抜き弁）特にタンク通気弁を有する容器の場合、通気弁の開度の変化によりきわめて容易に負圧を制御可能であり、および通気弁が操作される操作変数から、非気密性を推測可能ないし非気密性変数を計算可能であることが有利である。

本発明による容器の気密検査装置は、圧力源が、設定可能な平均して一定の負圧ないし過圧を保持するように制御可能であり、および制御のために圧力源を操作可能な操作変数から、非気密性変数を計算可能であるように設計されている。制御可能な圧力源を使用することにより、ガス発生ないし凝縮および／または容器構成部分の弾性とは無関係に、負圧ないし過圧を一定に保持することが可能である。

圧力源が、制御ユニットにより、特に本来存在するエンジン制御装置により制御され、これにより追加構造部分を必要としないことは好ましい。
圧力源が電磁駆動ポンプであり、そのポンプ電流が操作変数としてきわめて容易に決定可能であることが有利である。

本発明のその他の利点および特徴が、本発明の好ましい実施態様に関する以下の説明並びに図面から明らかである。

以下に、本発明による方法を、図１ないし２に示されている、内燃機関を備えた自動車内のタンク１０を有するタンク装置により説明する。この方法は、自動車のタンク１０に限定されず、むしろ任意の容器または種々の流体特に燃料に対するタンク装置において、および特に種々の分野におけるタンク装置のタンク通気系において、例えば化学工業において使用される容器においても、気密検査に使用可能である。

気密性に関して検査されるべき、図１に略図で示されているタンク１０はフレッシュ・エア供給配管４０を有し、フレッシュ・エア供給配管４０内に制御可能な遮断弁５０が配置されている。このフレッシュ・エア供給配管４０を介して、タンク１０に、フレッシュ・エアが矢印４５の方向に流入可能である。さらに、タンク１０は吸引配管２０を有し、吸引配管２０内に電磁駆動真空ポンプ（ポンプ３０）が配置されている。ポンプ３０の代わりに、例えば機械駆動および／または油圧駆動真空源が設けられていてもよい。

ポンプ３０により、ガス混合物１２は、矢印２５の方向に、吸引配管２０を介してタンク１０から吸引される。ポンプ３０は、制御ライン３５を介して、制御ユニット７０特にエンジン制御装置により操作可能且つ制御可能である。さらに、制御ユニット７０により、制御ライン５５を介して、遮断弁５０の開閉操作が可能である。

さらに、タンク１０は圧力センサ６０を有し、圧力センサ６０により、タンク１０内の圧力を測定可能である。圧力センサ６０は、同じ圧力が作用しているタンク装置内の他の位置に配置されていてもよいことは明らかである。圧力センサ６０の信号は信号ライン６５を介して制御ユニット７０に伝送される。

圧力は、圧力センサ６０を用いる代わりに、他の方法で、例えば圧力センサの特性を表わす、タンク装置および／またはポンプ３０の任意の運転変数から決定されてもよい。
タンク１０は、図１に例として示されているように、少なくとも一部が燃料１１で満たされている。燃料１１の上方にガス混合物１２が存在する。ガス混合物１２は特に燃料蒸気および空気を有している。タンクはガス混合物１２のみで充満されていてもよい。

図２に示されている第２の実施態様においては、図１に示されている第１の実施態様と同じ構成部分には同じ符号が付けられているので、それらの説明に関しては、第１の実施態様の説明がそのまま参照される。この実施態様は、ポンプ３０の代わりに制御可能なタンク通気弁３０′が設けられていることにより第１の実施態様とは異なり、タンク通気弁３０′により吸引配管２０内のガス質量流量を制御可能である。ここで、吸引配管２０は、図示されていない内燃機関の吸気管と結合されている。内燃機関が運転しているとき、タンク通気弁３０′が少なくとも一部開かれている場合、吸気管内の負圧により、ガス混合物１２は矢印２５の方向にタンク１０から吸引される。

ここで、遮断弁５０が閉じられ、および図１に示されているポンプ３０により、ないし図２に示されているタンク通気弁３０′を開くことにより、吸引配管２０を介してガス混合物１２が吸引された場合、タンク装置内特にタンク１０内に負圧が形成される。

ここで本発明による気密検査を実行するために、図３に示されているように、本方法がステップ２０からスタートされる。
最初にステップ２１０において遮断弁５０が閉じられ、これによりフレッシュ・エア供給配管４０は遮断され、したがってフレッシュ・エアはタンク１０内に流入可能ではない。

それに続いてステップ２２０において、タンク１０内の負圧の制御が行われる。このために、ポンプ３０ないしタンク通気弁３０′が図１ないし２に示されているように操作され、且つタンク１０内に負圧が形成される。この場合、負圧は、例えばメーカー側で設定された所定の一定の値に制御される。

この制御過程により、燃料１１のガス発生による、および／またはタンク装置の弾性構成部分の変形例えば収縮による負圧の低下が補償される。したがって、時間線図内にガス質量流量の低下が現われ、このガス質量流量の低下は、負圧を保持するために必要なポンプ３０の排出能力の低下ないしタンク通気弁３０′の開度の低減により検出可能である。
タンク装置内に非気密性が存在する場合、燃料１１のガス発生がほとんど終了すると直ちに、一定に制御される負圧により、定常的に、非気密性による平均して一定の空気質量流量が設定される。燃料１１の残余蒸発は負圧低下に僅かに寄与するにすぎない。
弾性構成部分はこれ以上収縮しないので、これによりさらに負圧の低下は行われない。吸引配管２０内のガス質量流量は、ほぼ一定の空気質量流量であることから、定常状態にある。

ポンプ３０ないしタンク通気弁３０′は、定常状態において、平均して一定の操作変数で操作され、この場合、この操作変数は、制御ユニット７０内で、圧力センサ６０により決定されたタンク１０内の圧力に対する信号から、それ自身既知の方法で決定される。ここで、操作変数は例えばポンプ電流である。しかしながら、ここで操作変数として回転速度等が使用されてもよい。電磁操作タンク通気装置３０′は例えば周期的に操作されてもよく、このときにはサイクル周波数が操作変数である。

ここでステップ２３０において、ガス質量流量が設定可能な限界値より大きいかどうかが検査され、この限界値は、例えば実験により予め決定され、且つ例えばメーカー側で設定されたものであり、この限界値は、タンク装置ないし燃料１１の物理的および／または化学的性質例えば燃料１１の残余蒸発に対して特有のものである。ガス質量流量が設定限界値より大きくない場合、ステップ２４０において、非気密性が存在しないこと、即ち特に非気密性による周囲からの空気の流入が可能ではないことが推測される。それに続いてこの方法はステップ２８０において終了される。

それとは逆に、ステップ２３０において、ガス質量流量が設定限界値より大きいことが特定された場合、ステップ２５０において、非気密性が存在することが推測される。それに続いてステップ２６０において、ステップ２２０において決定された操作変数から非気密性変数が計算される。

計算された非気密性変数は、ステップ２７０において、図示されていない出力ユニットまたは制御ユニット７０に伝送される。
それに続いてステップ２８０においてこの方法が終了される。

負圧の代わりにタンク１０内に過圧が形成されてもよい。このために、このとき、ポンプ３０またはタンク通気弁３０′の代わりに対応過圧源が必要である。このときには、ガス発生の代わりにガス混合物１２の凝縮が補償可能である。

このように、上記実施形態は、容器（特に自動車タンク装置）の気密検査方法に関するものである。従来、タンクに加圧して、圧力低下を測定したり、基準漏れを並列に設けて、診断する方法があった。また、負圧にして、圧力上昇から診断する方法もあった。負圧にする場合、燃料の蒸発、タンク自体の弾性変形（収縮）が測定誤差となる。加圧にする場合、ガス混合物の凝縮、タンク自体の弾性変形（膨張）が診断誤差となる。この誤差要因を排除した方法および装置が上記実施形態である。タンク内に一定の負圧が達成されるように、真空ポンプ３０または吸気管通気弁３０′で、ガス質量流量が制御され、ガス質量流量が限界値より大きいときにタンクの非気密性が推測される。前記一定のガス質量流量から、非気密性変数を計算することができる。限界値は、容器の弾性、流体の残余蒸発、ガス混合物の残余凝縮の関数として設定することができる。タンク内に一定の加圧を形成するときは、ポンプを使うことができる。ポンプを使う例が第１の実施態様（図１）、吸気管通気弁を使う例が第２の実施態様（図２）、図３に、タンク気密検査方法の流れ図が示されている。

以上のように、上記実施形態は、容器（１０、２０、３０、４０、５０）特に内燃機関を備えた自動車のタンク装置およびタンク通気装置の気密検査方法および装置において、実行されている物理的および／または化学的プロセスとは無関係に、容器（１０、２０、３０、４０、５０）の非気密性を高い確実性で検出可能であり且つ非気密性変数を高い精度で決定可能なように、容器（１０、２０、３０、４０、５０）の構成部分特にタンク（１０）の弾性、および／または容器（１０、２０、３０、４０、５０）内に存在する液体（１１）のガス発生ないし容器（１０、２０、３０、４０、５０）内に存在するガスまたはガス混合物（１２）の凝縮の、容器（１０、２０、３０、４０、５０）内の負圧または過圧への影響を低減させるために、容器（１０、２０、３０、４０、５０）内に一定の負圧ないし過圧が達成されるようにガス質量流量が制御され、および設定可能な限界値よりも大きい、平均して一定のガス質量流量が設定された場合に、非気密性の存在が推測される。一定のガス質量流量を表わす信号から、非気密性変数が計算される。

このようにして、容器構成部分の弾性および／または容器内に存在する液体のガス発生ないし容器内に存在するガスまたはガス混合物の凝縮の、容器内の負圧ないし過圧への影響が低減され、これにより、実行されている物理的および／または化学的プロセスとは無関係に、容器の非気密性を高い確実性で検出可能であり且つ非気密性変数を高い精度で決定可能な、容器特に内燃機関を備えた自動車のタンク装置およびタンク通気装置の気密検査方法および装置を提供する。

図１は、本発明により使用される方法がその実施態様において用いられる、真空ポンプを備えたタンク装置の第１の実施態様の略系統図である。 図２は、本発明により使用される方法がその実施態様において用いられる、タンク通気弁を備えたタンク装置の第２の実施態様の略系統図である。 図３は、図１または２のタンク装置におけるタンク気密検査の略流れ図である。

符号の説明

１０ タンク
１１ 流体（燃料）
１２ ガス混合物
２０ 吸引配管
２５ 吸引（矢印）
３０ ポンプ（圧力源）
３０′ 通気弁（換言すれば、ガス抜き弁）
３５、５５ 制御ライン
４０ フレッシュ・エア供給配管（すなわち、外気供給配管）
４５ 供給（矢印）
５０ 遮断弁
６０ 圧力センサ
６５ 信号ライン
７０ 制御ユニット

Claims (12)

1. 容器への各供給ないし容器からの各排出（４５）が遮断され、容器に、設定可能な、大気圧に対して負圧ないし過圧が与えられ、およびこのために必要なガス質量流量を表わす第１の信号が測定される、内燃機関を備えた自動車のタンク装置およびタンク通気装置の容器の気密検査方法において、
   容器内が一定の負圧ないし過圧となるように、ガス質量流量が制御され、
   設定可能な限界値よりも大きい、平均して一定のガス質量流量が設定された場合に、非気密性の存在が推測されることを特徴とする容器の気密検査方法。
2. 請求項１の方法において、
   前記限界値が、容器の弾性、および／または容器内の少なくとも１つの流体（１１）の残余蒸発ないしガス混合物（１２）の少なくとも１つの成分の残余凝縮の関数として設定されることを特徴とする方法。
3. 請求項１または２の方法において、
   前記一定のガス質量流量を表わす信号から、非気密性変数が計算されることを特徴とする方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかの方法において、
   ガス質量流量を制御するために、圧力源（３０；３０′）の排出能力が変化され、および排出能力を表わす変数が、ガス質量流量を表わす第１の信号として測定されることを特徴とする方法。
5. 請求項１ないし３のいずれかの方法において、
   負圧を与えるために、通気弁（３０′）の流量が制御され、および流量を表わす変数が、ガス質量流量を表わす第１の信号として決定されることを特徴とする方法。
6. 請求項４または５のいずれかの方法において、
   圧力源（３０）ないし通気弁（３０′）を操作するための操作変数が圧力信号の関数として計算され、およびこの操作変数から非気密性変数が決定されることを特徴とする方法。
7. 容器への供給ないし容器からの排出（４５）を遮断するための遮断弁（５０）と、容器に、設定可能な、大気圧に対して負圧ないし過圧を与えることが可能な圧力源（３０；３０′）とを備えた、請求項１ないし６のいずれかの方法を実行するための、内燃機関を備えた自動車のタンク装置およびタンク通気装置の容器の気密検査装置において、
   圧力源（３０；３０′）が、設定可能な平均して一定の負圧ないし過圧を容器内で保持するように制御可能であることと、および
   制御のために圧力源（３０；３０′）を操作可能な操作変数から、非気密性変数が計算可能であることと、
   を特徴とする容器の気密検査装置。
8. 請求項７の装置において、
   圧力源（３０；３０′）を制御するための制御ユニット（７０）を備えたことを特徴とする装置。
9. 請求項７または８の装置において、
   圧力源（３０）が電磁駆動ポンプであり、そのポンプ電流が操作変数であることを特徴とする装置。
10. 請求項７ないし９のいずれかの装置において、
    圧力源（３０；３０′）が通気弁（３０′）を含み、負圧を制御するために、通気弁（３０′）の開度が制御可能であることを特徴とする装置。
11. 請求項１ないし６のいずれかに記載の方法において、
    容器は圧力センサを有しており、圧力センサにより容器内の圧力を測定可能であり、圧力センサにより測定された容器内の圧力に基づいて、容器内が一定の負圧ないし過圧となるようにガス質量流量が制御されることを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、
    前記容器は吸引配管を有しており、該吸引配管内に圧力源が配置されており、
    容器内が一定の負圧ないし過圧となるように圧力源により吸引配管内のガス質量流量を制御することを特徴とする方法。

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