JP4506821B2 - 燃料蒸気処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関と電動機を併用して走行するハイブリッド自動車の蒸発燃料処理装置に関する。

従来、燃料タンク内で発生した燃料蒸気をキャニスタに一時的に吸着させ、必要に応じてキャニスタから脱離させた燃料蒸気を空気と共に内燃機関の吸気通路に導いてパージする燃料蒸気処理装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平５−１８３２６号公報 特開平６−１０１５３４号公報

ところで、内燃機関と電動機を併用するハイブリッド自動車において、駐車時に外部電源により蓄電池を充電することにより、ほとんど電動機だけで走行する自動車、いわゆるプラグインハイブリッド自動車が開発されている。

しかしながら、このようなプラグインハイブリッド自動車では、外部電源による充電のみで走行し、内燃機関がほとんど運転されない場合には、キャニスタから脱離させた燃料蒸気を内燃機関で燃焼させて処理するパージ処理が実行される機会がなくなる。このため、キャニスタの燃料蒸気吸着能力が限界を超える（以下、吸着能力が限界を超えることを「破過」という）と、キャニスタから燃料蒸気が大気に放出され、大気汚染となる可能性がある。また、これを防止するために頻繁に内燃機関を運転してパージ処理を行うと、燃費が悪化してしまうという問題が発生する。

本発明は上記点に鑑みて、内燃機関と電動機を併用するハイブリッド自動車において、内燃機関の運転頻度を少なくしつつ、キャニスタから燃料蒸気が大気に放出されることを防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内燃機関（１００）と電動機（２００）を併用して走行する車両に搭載され、燃料タンク（２）内で発生した燃料蒸気を脱離可能に吸着する第一キャニスタ（１２）と、この第一キャニスタ（１２）を大気に連通する開放通路（３５）と、第一キャニスタ（１２）から脱離した燃料蒸気を含む混合気を内燃機関（１００）の吸気通路（３）に導いて燃料蒸気をパージするパージ通路（２８）と、中途部に絞り（５０）を有する第一検出通路（２９）と、この第一検出通路（２９）を開放通路（３５）またはパージ通路（２８）に選択的に連通させる通路切換手段（２０）と、絞り（５０）を挟んで通路切換手段（２０）とは反対側において第一検出通路（２９）に連通し、第一検出通路（２９）から流入する混合気中の燃料蒸気を脱離可能に吸着する第二キャニスタ（１３）と、第二キャニスタ（１３）に連通する第二検出通路（３２）と、第二検出通路（３２）に連通し、ガス流を発生させるガス流発生手段（１４）と、絞り（５０）とガス流発生手段（１４）とにより決まる圧力を検出する圧力検出手段（１６）と、圧力検出手段（１６）で検出した圧力に基づいて、第一キャニスタ（１２）から大気への燃料蒸気の排出を検出する燃料蒸気排出検出手段（Ｓ２０３、Ｓ２０６）と、圧力検出手段（１６）で検出した圧力に基づいて、第一キャニスタ（１２）のパージ完了を検出するパージ完了検出手段（Ｓ４１２）と、車両の運転中で内燃機関（１００）の停止時において燃料蒸気排出検出手段（Ｓ２０３、Ｓ２０６）が第一キャニスタ（１２）から大気への燃料蒸気の排出を検出したときに、内燃機関（１００）の運転を開始させるとともにパージを開始させるパージ開始手段（Ｓ３０２、Ｓ３０６）と、パージ完了検出手段（Ｓ４１２）が第一キャニスタ（１２）のパージ完了を検出したときに、内燃機関（１００）の運転を停止させるとともにパージを停止させるパージ終了手段（Ｓ３１０、Ｓ３１２）とを備えることを特徴とする。

これによると、第一キャニスタ（１２）の破過を検出した場合に内燃機関（１００）を始動させてパージ処理を実施するため、内燃機関（１００）の運転頻度を少なくしつつ、第一キャニスタ（１２）から燃料蒸気が大気に放出されることを防止することができる。また、第一キャニスタ（１２）のパージ完了が検出されると内燃機関（１００）の運転を停止させるため、内燃機関（１００）の運転を必要最低限に抑えて燃費の悪化を防止することができる。

請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の燃料蒸気処理装置において、燃料蒸気排出検出手段（Ｓ２０６）は、通路切換手段（２０）により第一検出通路（２９）と開放通路（３５）とを連通させた状態のときに圧力検出手段（１６）で検出した圧力に基づいて、第一キャニスタ（１２）から大気への燃料蒸気の排出を検出することができる。

請求項３に記載の発明のように、請求項１に記載の燃料蒸気処理装置において、パージ完了検出手段（Ｓ４１２）は、通路切換手段（２０）により第一検出通路（２９）とパージ通路（２８）とを連通させた状態のときに圧力検出手段（１６）で検出した圧力に基づいて、第一キャニスタ（１２）のパージ完了を検出することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態について説明する。図１は本発明の燃料蒸気処理装置が搭載されるハイブリッド自動車の構成図である。

図１に示すように、ハイブリッド自動車は、走行用駆動源として内燃機関１００および電動機２００を備えており、それらの駆動力は変速機３００を介して駆動輪４００に伝達される。電動機２００には二次電池５００からインバータ６００を介して給電され、その際、インバータ６００は、二次電池５００の直流電圧を交流電圧に変換するとともに、交流電圧の周波数を変化させることにより電動機２００の回転数を制御する。

発電機７００は、二次電池５００の充電残量が所定値以下になったときに、内燃機関１００に駆動されて発電を行うようになっている。この発電機７００の発電電力はインバータ６００を介して二次電池５００に供給され、これにより二次電池５００の充電が行われる。また、二次電池５００は、駐車時に外部電源により充電を行うことができるようになっている。

また、ハイブリッド自動車は、内燃機関１００、変速機３００、インバータ６００および発電機７００の制御、さらには後述する燃料蒸気処理装置の制御を行う電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）８００を備えている。このＥＣＵ８００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。

ところで、ハイブリッド自動車は、内燃機関１００および電動機２００の作動状態が異なる複数の走行モードで走行するように構成されている。本実施形態の複数の走行モードとしては、内燃機関１００のみを駆動源として使用する内燃機関走行モード、電動機２００のみを駆動源として使用する電動機走行モード、内燃機関１００および電動機２００の両方を駆動源として使用するハイブリッド走行モードがある。

図２は内燃機関１００および本発明の一実施形態に係る燃料蒸気処理装置の構成図である。この図２において、内燃機関１００は、燃料タンク２内に収容されたガソリン燃料を用いて動力を発生させるガソリン内燃機関である。内燃機関１００の吸気通路３には、例えば燃料噴射量を制御する燃料噴射装置４、吸気量を制御するスロットル装置５、吸気量を検出するエアフローセンサ６、吸気圧を検出する吸気圧センサ７等が設置されている。また、内燃機関１００の排気通路８には、例えば空燃比を検出する空燃比センサ９等が設置されている。

燃料蒸気処理装置１０は、燃料タンク２内で発生した燃料蒸気を処理して内燃機関１００に供給するものであり、複数のキャニスタ１２、１３、ポンプ１４、圧力センサ１６、複数の弁１９〜２２、複数の通路２７〜３５及びＥＣＵ８００を備えている。

第一キャニスタ１２は、ケース４２内を隔壁４３によって仕切られることで二つの吸着部４４、４５を形成している。各吸着部４４、４５には、活性炭等からなる吸着材４６が充填されている。メイン吸着部４４には、燃料タンク２に連通する導入通路２７が連通している。したがって、燃料タンク２内で発生した燃料蒸気は、導入通路２７を通じてメイン吸着部４４に流入し、当該メイン吸着部４４の吸着材４６に脱離可能に吸着される。メイン吸着部４４にはさらに、吸気通路３と連通するパージ通路２８が連通している。

ここでパージ通路２８の中途部には、電磁駆動式のパージ弁１９が設置されており、パージ弁１９はその開閉作動によって、第一キャニスタ１２と吸気通路３との連通を制御する。これによりパージ弁１９の開状態では、スロットル装置５よりも下流側において吸気通路３に発生する負圧がパージ通路２８を通じてメイン吸着部４４に作用する。したがって、メイン吸着部４４に負圧が作用するときには、メイン吸着部４４の吸着材４６から燃料蒸気が脱離し、その脱離蒸気が空気と混合してパージ通路２８に導かれることで、当該混合ガス中の燃料蒸気が吸気通路３にパージされる。尚、パージ通路２８を通じて吸気通路３にパージされた燃料蒸気は、内燃機関１００において燃料噴射装置４からの噴射燃料と共に燃焼される。

サブ吸着部４５には、ケース４２内の空間を隔ててメイン吸着部４４が連通している。これにより、パージ弁１９の開状態では、吸気通路３の負圧がパージ通路２８、メイン吸着部４４を通じてサブ吸着部４５に作用する。また、サブ吸着部４５には、開放通路３５が連通している。ここで開放通路３５の中途部には、開閉作動する電磁駆動式のキャニスタクローズ弁２２が設置され、開放通路３５は、このキャニスタクローズ弁２２を挟んでサブ吸着部４５とは反対側で大気に開放されている。したがって、キャニスタクローズ弁２２の開状態では、開放通路３５を通じてサブ吸着部４５が大気開放される。尚、開放通路３５において大気開放端とキャニスタクローズ弁２２との間には、フィルタ５１が設置されている。

通路切換手段としての通路切換弁２０は、二位置作動する電磁駆動式の弁であり、第一検出通路２９の一端に機械的に接続されている。また、通路切換弁２０は、大気通路３０の一端と機械的に接続されている。大気通路３０の他端は、キャニスタクローズ弁２２とフィルタ５１との間において開放通路３５に連通している。これにより大気通路３０は、開放通路３５を通じて大気に開放されている。また、通路切換弁２０は、メイン吸着部４４とパージ弁１９との間においてパージ通路２８の本流から分岐する分岐通路３１にも機械的に接続されている。このような接続形態の通路切換弁２０は、第一検出通路２９を大気通路３０または分岐通路３１に選択的に連通させる。そして、大気通路３０が第一検出通路２９に連通する第一状態では、大気通路３０の空気が第一検出通路２９に流入可能となる。また、分岐通路３１が第一検出通路２９に連通する第二状態では、パージ通路２８の燃料蒸気を含む混合ガスが第一検出通路２９に流入可能となる。

ガス流発生手段としてのポンプ１４は、例えば電動式のベーンポンプ等から構成されている。ポンプ１４の吸入口は第二検出通路３２の一端に連通しており、ポンプ１４の排出口は排出通路３４の一端に連通している。排出通路３４の他端は大気通路３０に連通しており、ポンプ１４の排出口は、排出通路３４、大気通路３０及び開放通路３５を通じて大気開放されている。作動時においてポンプ１４は、第二検出通路３２を減圧して第二検出通路３２にガス流を発生させつつ、自身内部への吸入ガスを排出口から排出通路３４に排出する。また、停止時においてポンプ１４は、内部を通じて第二検出通路３２と排出通路３４とを連通させる。

第二キャニスタ１３は、活性炭等からなる吸着材３９が充填された吸着部４１をケース４０内に形成している。ここで第二キャニスタ１３の吸着材３９の容積は、第一キャニスタ１２の吸着材４６の総容積よりも小さい。吸着部４１には、第一検出通路２９の絞り５０を挟んで通路切換弁２０とは反対側端と、第二検出通路３２のポンプ１４とは反対側端とが、吸着部４１を挟む二箇所においてそれぞれ連通している。したがって、第一検出通路２９に混合ガスが存在する状態でポンプ１４が作動すると、減圧された第二検出通路３２から負圧が第二キャニスタ１３を通じて第一検出通路２９に作用するため、混合ガスが吸着部４１に流入し、当該混合ガス中の燃料蒸気が吸着部４１の吸着材３９に脱離可能に吸着される。また、パージ弁１９の開状態且つ通路切換弁２０の第二状態において吸気通路３の負圧がパージ通路２８及び分岐通路３１を通じて第一検出通路２９に作用すると、大気通路３０からポンプ１４側に空気が流れることにより、燃料蒸気が吸着材３９から脱離する。尚、こうして吸着材３９から脱離した燃料蒸気は、第一検出通路２９及びパージ通路２８を通じて吸気通路３にパージされる。

第一検出通路２９の中途部には、第一検出通路２９の通路面積を絞る絞り５０が形成されている。また、第一検出通路２９において第二キャニスタ１３と絞り５０との間となる中途部には、電磁駆動式の通路開閉弁２１が設置されており、通路開閉弁２１はその開閉作動によって、第一検出通路２９の当該弁２１よりも通路切換弁側部分と第二キャニスタ側部分との間の連通を制御する。したがって、通路開閉弁２１の閉状態では、絞り５０と第二キャニスタ１３との間において第一検出通路２９が閉塞され、逆に通路開閉弁２１の開状態では、第一検出通路２９が開放される。このように通路開閉弁２１は、絞り５０と第二キャニスタ１３との間において第一検出通路２９を開閉するものである。

圧力検出手段としての圧力センサ１６は、第二検出通路３２において第二キャニスタ１３とポンプ１４との間から分岐する導圧通路３３に連通している。圧力センサ１６は、第二検出通路３２から導圧通路３３を通じて受ける圧力について大気圧に対する差圧を検出する。したがって、ポンプ１４の作動時に圧力センサ１６が検出する圧力は、通路開閉弁２１の開状態において絞り５０の両端間の差圧に実質的に等しくなる。また、通路開閉弁２１の閉状態では、ポンプ１４の吸入側において第一検出通路２９が閉塞されるため、ポンプ１４の作動時に圧力センサ１６が検出する圧力は、ポンプ１４の締切圧に実質的に等しくなる。このように圧力センサ１６は、絞り５０とポンプ１４とにより決まる圧力を検出することができる。

ＥＣＵ８００は、ＣＰＵ及びメモリを有するマイクロコンピュータを主体に構成されており、燃料蒸気処理装置のポンプ１４、圧力センサ１６及び弁１９〜２２並びに内燃機関１００の各要素４〜７、９と電気的に接続されている。ＥＣＵ８００は、例えば各センサ１６、６、７、９の検出結果、内燃機関１００の冷却水温度、車両の作動油温度、内燃機関１００の回転数、車両のアクセル開度、キースイッチのオンオフ状態等に基づき、ポンプ１４及び弁１９〜２２の各作動を制御する。さらに本実施形態のＥＣＵ８００は、例えば燃料噴射装置４の燃料噴射量、スロットル装置５の開度、内燃機関１００の点火時期等、内燃機関１００を制御する機能も備えている。

次に、燃料蒸気処理装置の主作動を図３に基づき説明する。尚、この図３はＥＣＵ８００のＣＰＵが読み出して実行するプログラムのフローチャートである。本主作動は、キースイッチがオン状態になると開始されるものである。因みに、キースイッチのオン状態とは、内燃機関１００および電動機２００の運転を許可して内燃機関１００や電動機２００の駆動力による走行を可能にする状態であり、キースイッチのオフ状態とは、内燃機関１００および電動機２００の運転を禁止する状態である。

まず、ステップＳ１０１では、第一キャニスタ１２が破過しているか否かを判定する条件（すなわち、破過検出条件）が成立しているか否かを判定する。具体的には、後述するステップＳ１０２での前回の破過検出処理が終了してからの経過時間が第一設定時間以上の場合に、破過検出条件が成立する（ステップＳ１０１がＹＥＳ）。

ステップＳ１０１において肯定判定された場合には、ステップＳ１０２に移行して、第一キャニスタ１２が破過しているか否かを判定するための破過検出処理（詳細後述）を実行し、さらにステップＳ１０３に移行して、第一キャニスタ１２が破過していることを表す第一キャニスタ破過フラグがオンに設定されているか否かを判定する。そして、第一キャニスタ１２が破過している場合には（ステップＳ１０３がＹＥＳ）、ステップＳ１０４に移行して、第一キャニスタ１２や第二キャニスタ１３から脱離させた燃料蒸気を内燃機関１００で燃焼させるパージ実施処理（詳細後述）を実行し、その後にステップＳ１０１に戻る。一方、第一キャニスタ１２が破過していない場合には（ステップＳ１０３がＮＯ）、直接ステップＳ１０１に戻る。

以上、ステップＳ１０１において肯定判定された場合の後続処理ステップについて説明したが、ステップＳ１０１において否定判定された場合にはステップＳ１０５に移行する。そして、このステップＳ１０５では、キースイッチがオン状態（ステップＳ１０５がＮＯ）であればステップＳ１０１へ戻り、一方、キースイッチがオフ状態（ステップＳ１０５がＹＥＳ）であれば本主作動を終了する。尚、燃料蒸気処理装置１０では、主作動の終了後、各弁１９〜２２を図４の「第一キャニスタ開放状態」の欄に示すように切り換えて、第一キャニスタ１２を大気開放する第一キャニスタ開放状態が実現される。

次に、上記ステップＳ１０２の破過検出処理について詳しく説明する。まず、破過検出に用いるパラメータである燃料蒸気濃度Ｄの算出原理について説明する。ベーンポンプ等の内部漏れのあるポンプ１４では、負荷に応じて内部漏れ量が変化することから、図５に示すようにポンプ１４のＰ−Ｑ特性曲線Ｃ_Ｐｍｐは下記の一次式（１）にて表される。尚、式（１）においてＫ１、Ｋ２はポンプ１４に固有の定数である。

Ｑ＝Ｋ１・Ｐ＋Ｋ２ ・・・（１）
ここでポンプ１４の締切圧をＰｔとすると、圧力ＰがＰｔとなるポンプ１４の締切時には流量Ｑが０となることから、下記の式（２）が得られる。

Ｋ２＝−Ｋ１・Ｐｔ ・・・（２）
燃料蒸気処理装置１０では、第一検出通路２９の絞り５０よりも第二キャニスタ１３側と第二キャニスタ１３と第二検出通路３２とにおいて、流通ガスの圧力損失が無視できる程度に小さくされている。これにより通路開閉弁２１の開状態では、ポンプ１４の圧力Ｐと絞り５０の両端間の差圧（以下、単に「差圧」という）ΔＰとが実質的に等しくなると考えられる。尚、流通ガスの圧力損失が無視できない諸元としたときには、当該圧力損失分を予めＥＣＵ８００に記憶しておき、必要時に差圧ΔＰを補正することが望ましい。

また、通路開閉弁２１の開状態において空気のみが絞り５０を通過するときには、第二キャニスタ１３がポンプ１４側に空気を素通りさせるため、当該空気の通過流量Ｑ_Ａｉｒとポンプ１４の吸入流量Ｑとが実質的に等しくなる。したがって、空気が絞り５０を通過するときの通過流量Ｑ_Ａｉｒ及び差圧ΔＰ_Ａｉｒは、式（１）、（２）から得られる下記式（３）の関係を満たす。

Ｑ_Ａｉｒ＝Ｋ１・（ΔＰ_Ａｉｒ−Ｐｔ） ・・・（３）
一方、通路開閉弁２１の開状態において燃料蒸気を含む混合ガスが絞り５０を通過するときには、第二キャニスタ１３が空気のみを素通りさせるため、混合ガス中の空気の通過流量Ｑ_Ａｉｒ’とポンプ１４の吸入流量Ｑとが実質的に等しくなる。したがって、混合ガスが絞り５０を通過するときの空気の通過流量Ｑ_Ａｉｒ’及び差圧ΔＰ_Ｇａｓは、式（１）、（２）から得られる下記式（４）の関係を満たす。

Ｑ_Ａｉｒ’＝Ｋ１・（ΔＰ_Ｇａｓ−Ｐｔ） ・・・（４）
ここで空気の通過流量Ｑ_Ａｉｒ’は、絞り５０における混合ガス全体の通過流量をＱ_Ｇａｓとし、燃料蒸気濃度をＤ（％）としたときに下記式（５）を満たすので、この式（５）から下記の式（６）が得られる。

Ｑ_Ａｉｒ’＝Ｑ_Ｇａｓ・（１−Ｄ／１００） ・・・（５）
Ｄ＝１００・（１−Ｑ_Ａｉｒ’／Ｑ_Ｇａｓ） ・・・（６）
さて、絞り５０におけるΔＰ−Ｑ特性曲線は、絞り５０における通過ガスの密度ρを用いて下記の式（７）にて表される。尚、式（７）においてＫ３は、絞り５０に固有の定数であり、絞り５０の穴径及び流量係数をそれぞれｄ及びαとしたときに下記の式（８）にて表される値である。

Ｑ＝Ｋ３・（ΔＰ／ρ）^１/２ ・・・（７）
Ｋ３＝α・π・ｄ^２／４・２^１/２ ・・・（８）
したがって、図５に示す空気のΔＰ−Ｑ特性曲線Ｃ_Ａｉｒは、空気の密度ρ_Ａｉｒを用いて下記の式（９）にて表される。

Ｑ_Ａｉｒ＝Ｋ３・（ΔＰ_Ａｉｒ／ρ_Ａｉｒ）^１/２ ・・・（９）
また、図５に示す混合ガスのΔＰ−Ｑ特性曲線Ｃ_Ｇａｓは、混合ガスの密度ρ_Ｇａｓを用いて下記の式（１０）にて表される。尚、ここで混合ガスの密度ρ_Ｇａｓは、燃料蒸気の成分である炭化水素（ＨＣ）の密度をρ_ＨＣとしたとき、混合ガス中の燃料蒸気濃度Ｄ（％）との間に下記式（１１）の関係を有している。

Ｑ_Ｇａｓ＝Ｋ３・（ΔＰ_Ｇａｓ／ρ_Ｇａｓ）^１/２ ・・・（１０）
Ｄ＝１００・（ρ_Ａｉｒ−ρ_Ｇａｓ）／（ρ_Ａｉｒ−ρ_ＨＣ） ・・・（１１）
以上より、式（３）と式（４）とからＫ１を消去してなる下記の式（１２）が得られ、また式（９）と式（１０）とからＫ３を消去してなる下記の式（１３）が得られる。

Ｑ_Ａｉｒ／Ｑ_Ａｉｒ’＝（ΔＰ_Ａｉｒ−Ｐｔ）／（ΔＰ_Ｇａｓ−Ｐｔ） ・・・（１２）
Ｑ_Ａｉｒ／Ｑ_Ｇａｓ＝｛（ΔＰ_Ａｉｒ／ΔＰ_Ｇａｓ）・（ρ_Ｇａｓ／ρ_Ａｉｒ）｝^１/２ ・・・（１３）
さらに式（１２）と式（１３）とからは、Ｑ_Ａｉｒを消去してなる下記の式（１４）が得られ、またさらに式（１１）からは下記の式（１５）が得られるので、それら式（１４）及び式（１５）と式（６）とから下記の式（１６）が得られる。尚、式（１６）においてＰ１、Ｐ２及びρは、それぞれ下記の式（１７）、式（１８）及び式（１９）にて表されるものである。

Ｑ_Ａｉｒ’／Ｑ_Ｇａｓ＝（ΔＰ_Ｇａｓ−Ｐｔ）／（ΔＰ_Ａｉｒ−Ｐｔ）・｛（ΔＰ_Ａｉｒ／ΔＰ_Ｇａｓ）・（ρ_Ｇａｓ／ρ_Ａｉｒ）｝^１/２ ・・・（１４）
ρ_Ｇａｓ＝ρ_Ａｉｒ−（ρ_Ａｉｒ−ρ_ＨＣ）・Ｄ／１００ ・・・（１５）
Ｄ＝１００・［１−Ｐ１・｛Ｐ２・（１−ρ・Ｄ）｝^１/２］ ・・・（１６）
Ｐ１＝（ΔＰ_Ｇａｓ−Ｐｔ）／（ΔＰ_Ａｉｒ−Ｐｔ） ・・・（１７）
Ｐ２＝ΔＰ_Ａｉｒ／ΔＰ_Ｇａｓ ・・・（１８）
ρ＝（ρ_Ａｉｒ−ρ_ＨＣ）／（１００・ρ_Ａｉｒ） ・・・（１９）
そして、式（１６）の両項を二乗してＤについて整理すると、下記の二次方程式（２０）が得られ、この二次方程式（２０）をＤについて解くと、下記の解（２１）が得られる。尚、解（２１）においてＭ１及びＭ２は、それぞれ下記の式（２２）及び式（２３）にて表されるものである。

Ｄ^２＋１００・（１００・Ｐ１^２・Ｐ２・ρ−２）・Ｄ＋１００^２・（１−Ｐ１^２・２）・・・（２０）
Ｄ＝５０・｛−Ｍ１±（Ｍ１^２−４・Ｍ２）^１/２｝ ・・・（２１）
Ｍ１＝１００・Ｐ１^２・Ｐ２・ρ−２ ・・・（２２）
Ｍ２＝１−Ｐ１^２・Ｐ２ ・・・（２３）
したがって、二次方程式（２０）の解（２１）のうち値が０〜１００の範囲外となるものは燃料蒸気濃度Ｄとしては成立しないので、当該解（２１）のうち値が０〜１００の範囲内となるものが下記の如く燃料蒸気濃度Ｄの算出式（２４）として得られる。

Ｄ＝５０・｛−Ｍ１−（Ｍ１^２−４・Ｍ２）^１/２｝ ・・・（２４）
こうして得られる燃料蒸気濃度Ｄの算出式（２４）において、Ｍ１、Ｍ２に含まれる変数のうちρ_Ａｉｒ、ρ_ＨＣは物理定数として決められた値であり、本実施形態では式（２４）の一部としてＥＣＵ８００のメモリに記憶されている。したがって、式（２４）を用いて燃料蒸気濃度Ｄを算出するには、Ｍ１、Ｍ２に含まれる変数のうち、絞り５０を空気及び混合ガスが通過するときの各差圧ΔＰ_Ａｉｒ、ΔＰ_Ｇａｓとポンプ１４の締切圧Ｐｔとが必要となる。ここで各差圧ΔＰ_Ａｉｒ、ΔＰ_Ｇａｓは、上述したように圧力センサ１６の検出圧力と実質的に等しくなるので、上記ステップＳ１０２の破過検出処理では、圧力ΔＰ_Ａｉｒ、ΔＰ_Ｇａｓ及び締切圧Ｐｔを検出して、それらの値から燃料蒸気濃度Ｄを算出する。

図６は、以上説明した原理に基づきＥＣＵ８００にて実行される破過検出処理のフローを示している。尚、破過検出処理の開始時点においては、図４の「第一キャニスタ開放状態」の欄に示すように、パージ弁１９及び通路開閉弁２１を閉状態、通路切換弁２０を第一状態、キャニスタクローズ弁２２を開状態に保持する第一キャニスタ開放状態が実現されているものとする。

まず、ステップＳ２０１では、ポンプ１４を駆動して第二検出通路３２を減圧する。このとき各弁１９〜２２の状態は、図４の「濃度測定Ｓ２０１」の欄に示すように、破過検出処理開始時点での第一キャニスタ開放状態と同一状態である。これにより、第一検出通路２９は図７に示すように閉塞されるので、圧力センサ１６の検出圧力はポンプ１４の締切圧Ｐｔまで変化する。そこで、ステップＳ２０２では、圧力センサ１６の検出圧力が安定したところで、当該安定値を締切圧Ｐｔとして検出し、検出した締切圧ＰｔをＥＣＵ８００のメモリに記憶する。

続く燃料蒸気排出検出手段としてのステップＳ２０３では、検出した締切圧Ｐｔと所定の締切圧基準値Ｐｔ０との差が、ＥＣＵ８００のメモリに予め記憶された許容値Ｐ３よりも小さいか否かを判定することにより、第一キャニスタ１２が破過しているか否かを判定する。

ここで、第一キャニスタ１２が破過し、燃料蒸気が開放通路３５、大気通路３０及び排出通路３４を介してポンプ１４に流入すると、気体の粘度の変化によりポンプ１４の内部漏れが変化する。このため、図８に示すように、圧力センサ１６で検出される締切圧Ｐｔは、開放通路３５の燃料蒸気濃度が高くなるのに伴って高くなる（すなわち、大気圧側に変化する）。そこで、締切圧Ｐｔと締切圧基準値Ｐｔ０との差が許容値Ｐ３よりも大きい場合は（ステップＳ２０３がＮＯ）、第一キャニスタ１２が破過していると判定してステップＳ２０４に移行する。

ステップＳ２０４では、ポンプ１４の駆動を継続しつつ、通路開閉弁２１を開状態に切り換える。これにより、各弁１９〜２２の状態は図４の「濃度測定Ｓ２０４」の欄に示す状態となるので、ポンプ１４により減圧される第二検出通路３２が、第二キャニスタ１３を通じて第一検出通路２９、大気通路３０および開放通路３５に連通し、図９に示すように空気が絞り５０を通過する。そこで、ステップＳ２０５では、圧力センサ１６の検出圧力が安定したところで、当該安定値を第一圧力ΔＰ_Ａｉｒとして検出し、検出した第一圧力ΔＰ_ＡｉｒをＥＣＵ８００のメモリに記憶する。

続く燃料蒸気排出検出手段としてのステップＳ２０６では、検出した第一圧力ΔＰ_Ａｉｒと所定の第一圧力基準値ΔＰ_Ａｉｒ０との差が、ＥＣＵ８００のメモリに予め記憶された許容値Ｐ４よりも小さいか否かを判定することにより、第一キャニスタ１２が破過しているか否かを判定する。なお、第一圧力基準値ΔＰＡｉｒ０は、燃料蒸気を含まない空気が絞り５０を通過する際の圧力センサ１６の検出圧力に相当する。

ここで、第一キャニスタ１２が破過していると、大気通路３０や開放通路３５には燃料蒸気が存在しているため、絞り５０を通過する気体の密度が変化する。このため、図１０に示すように、圧力センサ１６で検出される第一圧力ΔＰ_Ａｉｒは、開放通路３５の燃料蒸気濃度が高くなるのに伴って低くなる。そこで、第一圧力ΔＰ_Ａｉｒと第一圧力基準値ΔＰ_Ａｉｒ０との差が許容値Ｐ４よりも大きい場合は（ステップＳ２０６がＮＯ）、第一キャニスタ１２が破過していると判定する。

ステップＳ２０６において否定判定された場合、ステップＳ２０７において、第一キャニスタ１２が破過状態であることを表す第一キャニスタ破過フラグをオンに設定する。なお、ステップＳ２０３では締切圧Ｐｔに基づいて第一キャニスタ１２が破過しているか否かを判定し、また、ステップＳ２０６では第一圧力ΔＰ_Ａｉｒに基づいて第一キャニスタ１２が破過しているか否かを判定しているため、すなわち、異なる方法でＷチェックしているため、誤判定を防止することができる。

続くステップＳ２０８では、通路切換弁２０を第二状態に切り換える。これにより、各弁１９〜２２の状態は図４の「濃度測定Ｓ２０８」の欄に示す状態となるので、燃料蒸気を含む混合ガスが図１１に示すようにパージ通路２８の分岐通路３１から第一検出通路２９に流入する。故に、圧力センサ１６の検出圧力は、燃料蒸気濃度Ｄに応じた値ΔＰＧａｓとなる。そこで、ステップＳ２０９では、圧力センサ１６の検出圧力が安定したところで、当該安定値を第二圧力ΔＰ_Ｇａｓとして検出し、検出した第二圧力ΔＰ_ＧａｓをＥＣＵ８００のメモリに記憶する。

続くステップＳ２１０では、メモリに記憶された各圧力Ｐｔ、ΔＰ_Ａｉｒ、ΔＰ_Ｇａｓ及び上記計算式（２４）を用いて、非パージ時の燃料蒸気濃度Ｄを算出する。また、この後のステップＳ２１１では、算出した燃料蒸気濃度ＤをＥＣＵ８００のメモリに記憶し、ステップＳ２１２に移行する。

ステップＳ２１２では、各弁１９〜２２の状態を図４の「第一キャニスタ開放状態」の欄に示す状態に切り換え、その後のステップＳ２１３では、ポンプ１４を停止して、本破過検出処理を終了する。

以上、ステップＳ２０３及びステップＳ２０６において否定判定された場合の後続処理ステップについて説明した。これに対し、ステップＳ２０３において肯定判定された場合、すなわち第一キャニスタ１２が破過していない場合は、ステップＳ２１２に移行する。また、ステップＳ２０６において肯定判定された場合、すなわち第一キャニスタ１２が破過していない場合には、ステップＳ２１３に移行する。

次に、上記ステップＳ１０４（図３参照）のパージ実施処理について説明する。図１２は、ＥＣＵ８００にて実行されるパージ実施処理のフローを示している。尚、パージ実施処理の開始時点においては、各弁１９〜２２は図４の「第一キャニスタ開放状態」の欄に示す状態にあって第一キャニスタ開放状態が実現されているものとする。

まず、ステップＳ３０１では、内燃機関１００が運転中であるか否かを判定する。内燃機関１００が停止していれば（ステップＳ３０１がＮＯ）、パージ開始手段としてのステップＳ３０２に移行して内燃機関１００の運転を開始させてステップＳ３０３に移行する。このときの内燃機関１００の駆動力は、発電機７００の運転に利用する。一方、内燃機関１００が運転中であれば（ステップＳ３０１がＹＥＳ）、直接ステップＳ３０３に移行する。

ステップＳ３０３では、パージ実施条件が成立しているか否かを判定する。ここで、パージ実施条件は、例えば内燃機関１００の始動が完了し、エンジン回転数などエンジン状態量が所定値になったときに成立するように設定されており、上記の所定のエンジン状態量はＥＣＵ８００のメモリに予め記憶されている。

パージ実施条件が成立していない場合には（ステップＳ３０３がＮＯ）、ステップＳ３０３において肯定判定されるまでステップＳ３０３の判定が繰り返し行われる。そして、ステップＳ３０３において肯定判定された場合、即ちパージ実施条件が成立した場合には、ステップＳ３０４に移行する。このステップＳ３０４では、破過検出処理のステップＳ２１１でＥＣＵ８００のメモリに記憶した燃料蒸気濃度Ｄを読み出し、続くステップＳ３０５では、読み出した燃料蒸気濃度Ｄとアクセル開度等の車両状態量とに応じてパージ弁１９の開度を決定する。

続くパージ開始手段としてのステップＳ３０６では、パージ弁１９及び通路開閉弁２１を開状態に、また通路切換弁２０を第二状態に切り換えて、パージ処理を開始する。これにより、各弁１９〜２２の状態は図４の「パージＳ３０６」の欄に示す状態となるので、吸気通路３の負圧が第一キャニスタ１２だけでなく、第一検出通路２９を通じて第二キャニスタ１３にも作用する。故に、第二キャニスタ１３の吸着燃料や第一検出通路２９における残留燃料がパージ通路２８に導かれ、第一キャニスタ１２からの脱離燃料と一緒に吸気通路３へとパージされる。

続いてステップＳ３０７では、パージ処理の開始から設定時間Ｔ１が経過したか否かを判定する。ここで設定時間Ｔ１は、例えば第一キャニスタ１２を破過状態から吸着状態に回復させるのに必要な時間に設定されて、予めＥＣＵ８００のメモリに記憶されている。

ステップＳ３０７において肯定判定された場合、すなわちパージ処理が設定時間Ｔ１実行されると、ステップＳ３０８に移行して、パージされる混合ガスの燃料蒸気濃度Ｄに基づいて第一キャニスタ１２のパージが完了したか否かを判定するパージ濃度測定処理（詳細後述）を実行し、さらにステップＳ３０９に移行して、第一キャニスタ破過フラグがオフに設定されているか否かを判定する。そして、第一キャニスタ１２のパージが完了してる場合には（ステップＳ３０９がＹＥＳ）、パージ終了手段としてのステップＳ３１０において各弁１９〜２２の状態を図４の「第一キャニスタ開放状態」の欄に示す状態に戻す。

続くステップＳ３１１では、内燃機関１００の運転を継続する条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、前述した走行モードが内燃機関走行モードまたはハイブリッド走行モードの場合、また、内燃機関１００により発電機７００を駆動する必要がある場合は、内燃機関１００の運転を継続する条件が成立する。

そして、内燃機関１００の運転を継続する条件が成立していなければ（ステップＳ３１１がＮＯ）、パージ終了手段としてのステップＳ３１２に移行して内燃機関１００の運転を停止させ、本パージ実施処理を終了する。一方、内燃機関１００の運転を継続する条件が成立していれば（ステップＳ３１１がＹＥＳ）、ステップＳ３１２をスキップして、本パージ実施処理を終了する。

以上、ステップＳ３０７及びステップＳ３０９において肯定判定された場合の後続処理ステップについて説明した。これに対し、ステップＳ３０７において否定判定された場合、すなわちパージ処理の開始から設定時間Ｔ１が経過していない場合は、ステップＳ３１３に移行して、キースイッチがオフされたか否かを判定する。このキースイッチがオン状態（ステップＳ３１３がＮＯ）であれば、ステップＳ３０７において肯定判定されるまでステップＳ３０７の判定が繰り返し行われる。

またステップＳ３０９において否定判定された場合、すなわち第一キャニスタ１２のパージが完了していない場合には、ステップＳ３１３に移行する。そして、キースイッチがオン状態（ステップＳ３１３がＮＯ）であれば、ステップＳ３０９において肯定判定されるまでステップＳ３０７〜ステップＳ３０９の処理が繰り返し行われる。

さらに、ステップＳ３１３において肯定判定された場合、すなわちキースイッチがオフされた場合は、ステップＳ３１４に移行して各弁１９〜２２の状態を図４の「第一キャニスタ開放状態」の欄に示す状態に戻し、続いてステップＳ３１２に移行して内燃機関１００の運転を停止させ、本パージ実施処理を終了する。

次に、上記ステップＳ３０８（図１２参照）のパージ濃度測定処理について説明する。図１３は、ＥＣＵ８００にて実行されるパージ濃度測定処理のフローを示している。

まず、ステップＳ４０１で各弁１９〜２２の状態を図４の「第一キャニスタ開放状態」の欄に示す状態に切り換え、これにより、図７に示すように第一検出通路２９を閉塞する。続くステップＳ４０２でポンプ１４を駆動して第二検出通路３２を減圧し、ステップＳ４０３で締切圧Ｐｔを検出し、ステップＳ４０４でその締切圧ＰｔをＥＣＵ８００のメモリに記憶する。

続くステップＳ４０５では、ポンプ１４の駆動を継続しつつ、通路開閉弁２１を開状態に切り換える。これにより、各弁１９〜２２の状態は図４の「濃度測定Ｓ２０４」の欄に示す状態となるので、図９に示すように空気が絞り５０を通過する。そこで、ステップＳ４０６では、圧力センサ１６の検出圧力を第一圧力ΔＰ_Ａｉｒとして検出し、ステップＳ４０７でその第一圧力ΔＰ_ＡｉｒをＥＣＵ８００のメモリに記憶する。

続くステップＳ４０８では、通路切換弁２０を第二状態に切り換える。これにより、各弁１９〜２２の状態は図４の「濃度測定Ｓ２０８」の欄に示す状態となるので、内燃機関１００にパージされる混合ガスが図１１に示すようにパージ通路２８の分岐通路３１から第一検出通路２９に流入する。故に、圧力センサ１６の検出圧力は、パージされる混合ガスの燃料蒸気濃度Ｄに応じた値ΔＰ_Ｇａｓとなる。そこで、ステップＳ４０９では、圧力センサ１６の検出圧力を第二圧力ΔＰ_Ｇａｓとして検出し、ステップＳ４１０でその第二圧力ΔＰ_ＧａｓをＥＣＵ８００のメモリに記憶する。

続くステップＳ４１１では、ステップＳ４０３、４０７、４１０でメモリに記憶された各圧力Ｐｔ、ΔＰ_Ａｉｒ、ΔＰ_Ｇａｓ、及び上記計算式（２４）を用いて、燃料蒸気濃度Ｄを算出する。ここで、燃料蒸気の濃度に応じて気体の密度が変化するため、図１４に示すように、圧力センサ１６で検出される第二圧力ΔＰ_Ｇａｓは、パージされる混合ガスの燃料蒸気濃度Ｄが高くなるのに伴って低くなる。

続くパージ完了検出手段としてのステップＳ４１２では、ステップＳ４１１で算出した燃料蒸気濃度Ｄが、ＥＣＵ８００のメモリに予め記憶された許容濃度Ｄ０よりも低いか否かを判定することにより、第一キャニスタ１２のパージが完了したか否かを判定する。具体的には、燃料蒸気濃度Ｄが許容濃度Ｄ０よりも低い場合は、第一キャニスタ１２のパージが完了したと判断する（ステップＳ４１２がＹＥＳ）。

そして、ステップＳ４１２において肯定判定された場合は、ステップＳ４１３に移行して第一キャニスタ破過フラグをオフに設定する。

続くステップＳ４１４では、パージ弁１９及び通路開閉弁２１を開状態に、また通路切換弁２０を第二状態に切り換える。これにより、各弁１９〜２２の状態は図４の「パージＳ３０６」の欄に示す状態となるので、第二キャニスタ１３の吸着燃料や第一検出通路２９における残留燃料がパージ通路２８に導かれ、第一キャニスタ１２からの脱離燃料と一緒に吸気通路３へとパージされる。このステップＳ４１４の後、本パージ濃度測定処理を終了する。

以上、ステップＳ４１２において肯定判定された場合の後続処理ステップについて説明した。これに対し、ステップＳ４１２において否定判定された場合、すなわち第一キャニスタ１２のパージが完了していない場合は、ステップＳ４１４に移行してパージ状態に戻された後に、本パージ濃度測定処理を終了する。そして、パージ実施処理（図１２参照）に戻り、ステップＳ３０７またはステップＳ３１３において肯定判定されるまでパージが行われる。

本実施形態によると、第一キャニスタ１２の破過を検出した場合に、内燃機関１００を始動させてパージ処理を実施するため、内燃機関１００の運転頻度を少なくしつつ、第一キャニスタ１２から燃料蒸気が大気に放出されることを防止することができる。また、第一キャニスタ１２のパージ完了が検出されると内燃機関１００の運転を停止させるため、内燃機関１００の運転を必要最低限に抑えて燃費の悪化を防止することができる。

なお、図１２のステップＳ３０７において、パージ処理開始からの経過時間で判定したが、パージ処理開始からパージ弁１９を通過したパージ混合気の積算量で判定しても良い。この積算量は例えば第一キャニスタ１２を破過状態から吸着状態に回復させるのに必要な積算量に設定されて、予めＥＣＵ８００のメモリに記憶されている。

本発明の一実施形態に係る燃料蒸気処理装置が搭載されるハイブリッド自動車の構成図である。 一実施形態に係る燃料蒸気処理装置の構成図である。 一実施形態に係る燃料蒸気処理装置の主作動を示すフローチャートである。 一実施形態に係る燃料蒸気処理装置における各弁の作動状態を示す図表である。 本発明の原理を説明するための特性図である。 一実施形態に係る燃料蒸気処理装置の破過検出処理を示すフローチャートである。 一実施形態に係る燃料蒸気処理装置の破過検出処理を説明するための構成図である。 一実施形態に係る燃料蒸気処理装置の破過検出処理を説明するための特性図である。 一実施形態に係る燃料蒸気処理装置の破過検出処理を説明するための構成図である。 一実施形態に係る燃料蒸気処理装置の破過検出処理を説明するための特性図である。 一実施形態に係る燃料蒸気処理装置の破過検出処理およびパージ濃度測定処理を説明するための構成図である。 一実施形態に係る燃料蒸気処理装置のパージ実施処理を示すフローチャートである。 一実施形態に係る燃料蒸気処理装置のパージ濃度測定処理を示すフローチャートである。 一実施形態に係る燃料蒸気処理装置のパージ濃度測定処理を説明するための特性図である。

符号の説明

２…燃料タンク、３…吸気通路、１２…第一キャニスタ、１３…第二キャニスタ、１４…ポンプ（ガス流発生手段）、１６…圧力センサ（圧力検出手段）、２０…通路切換弁（通路切換手段）、２８…パージ通路、２９…第一検出通路、３２…第二検出通路、３５…開放通路、５０…絞り、１００…内燃機関、２００…電動機。

Claims (3)

1. 内燃機関（１００）と電動機（２００）を併用して走行する車両に搭載され、
   燃料タンク（２）内で発生した燃料蒸気を脱離可能に吸着する第一キャニスタ（１２）と、
   この第一キャニスタ（１２）を大気に連通する開放通路（３５）と、
   前記第一キャニスタ（１２）から脱離した燃料蒸気を含む混合気を前記内燃機関（１００）の吸気通路（３）に導いて燃料蒸気をパージするパージ通路（２８）と、
   中途部に絞り（５０）を有する第一検出通路（２９）と、
   この第一検出通路（２９）を前記開放通路（３５）または前記パージ通路（２８）に選択的に連通させる通路切換手段（２０）と、
   前記絞り（５０）を挟んで前記通路切換手段（２０）とは反対側において前記第一検出通路（２９）に連通し、前記第一検出通路（２９）から流入する前記混合気中の燃料蒸気を脱離可能に吸着する第二キャニスタ（１３）と、
   前記第二キャニスタ（１３）に連通する第二検出通路（３２）と、
   前記第二検出通路（３２）に連通し、ガス流を発生させるガス流発生手段（１４）と、
   前記絞り（５０）と前記ガス流発生手段（１４）とにより決まる圧力を検出する圧力検出手段（１６）と、
   前記圧力検出手段（１６）で検出した圧力に基づいて、前記第一キャニスタ（１２）から大気への燃料蒸気の排出を検出する燃料蒸気排出検出手段（Ｓ２０３、Ｓ２０６）と、
   前記圧力検出手段（１６）で検出した圧力に基づいて、第一キャニスタ（１２）のパージ完了を検出するパージ完了検出手段（Ｓ４１２）と、
   前記車両の運転中で前記内燃機関（１００）の停止時において前記燃料蒸気排出検出手段（Ｓ２０３、Ｓ２０６）が第一キャニスタ（１２）から大気への燃料蒸気の排出を検出したときに、前記内燃機関（１００）の運転を開始させるとともにパージを開始させるパージ開始手段（Ｓ３０２、Ｓ３０６）と、
   前記パージ完了検出手段（Ｓ４１２）が第一キャニスタ（１２）のパージ完了を検出したときに、前記内燃機関（１００）の運転を停止させるとともにパージを停止させるパージ終了手段（Ｓ３１０、Ｓ３１２）とを備えることを特徴とする燃料蒸気処理装置。
2. 前記燃料蒸気排出検出手段（Ｓ２０６）は、前記通路切換手段（２０）により前記第一検出通路（２９）と前記開放通路（３５）とを連通させた状態のときに前記圧力検出手段（１６）で検出した圧力に基づいて、前記第一キャニスタ（１２）から大気への燃料蒸気の排出を検出することを特徴とする請求項１に記載の燃料蒸気処理装置。
3. 前記パージ完了検出手段（Ｓ４１２）は、前記通路切換手段（２０）により前記第一検出通路（２９）と前記パージ通路（２８）とを連通させた状態のときに前記圧力検出手段（１６）で検出した圧力に基づいて、第一キャニスタ（１２）のパージ完了を検出することを特徴とする請求項１に記載の燃料蒸気処理装置。

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