JP4528206B2

JP4528206B2 - 蒸発燃料処理系のリークを判定する装置

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Publication number: JP4528206B2
Application number: JP2005169407A
Authority: JP
Inventors: 治滝沢; 真人四竈; 洋輔小坂
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2025-06-09
Also published as: JP2006342728A

Description

本発明は、燃料タンク内で発生する蒸発燃料をキャニスタに一時的に貯蔵し、貯蔵した蒸発燃料を吸気系に適宜供給する内燃機関の蒸発燃料処理系のリークの有無を判定する装置に関する。

従来、タンク内圧に基づいてリークの有無を判定する内燃機関の蒸発燃料処理系のリーク判定装置が、多く提案されている（例えば特許文献１を参照）。しかし、これらの装置では、タンク内圧が所定値に到達するまでの周期を複数回計測してから判定を行うなどの理由により、リーク判定までの所要時間が長いという問題がある。リーク判定時間が長くなると、判定処理中にも燃料の蒸発が進んで蒸発燃料処理系内の状態変化が生じる可能性が高くなるので、判定精度に影響を与えると考えられる。したがって、より迅速なリーク判定を行うことができる装置が求められている。

このような要求を満たすため、例えば、特許文献２では、タンク内圧の2回微分値に相当する判定パラメータに基づいて、リークの有無を判定するリーク判定装置が開示されている。この装置は、タンク内圧の変化量を求め、この圧力変化量の時間推移の近似直線の傾きＡを算出して判定パラメータとする。この傾きＡは、タンク内圧の2回微分値に相当するパラメータである。

特許文献２の装置では、系にリークが無い場合には、タンク内圧は一定割合で単調増加するので、判定パラメータは０となる。また、系にリークが有る場合には、タンク内圧はリークの度合いに応じた任意の値に収束するので、タンク内圧の変化量も収束に伴い徐々に減少していく。この結果、判定パラメータは任意の０以外の値を取るようになる。このような判定パラメータの特性によって、リーク判定を行う。

特許文献２のリーク判定装置では、タンク内圧が収束しはじめて、判定パラメータが所定のしきい値を超えた時点でリーク有りと判断することができるので、特許文献１などの装置と比べて短い期間でリーク判定を行うことが可能となる。
特開2001−349253号特開2005−2987号

しかし、現在の一般的な圧力センサの分解能では、タンク内圧の２回微分値に相当する特許文献２の判定パラメータを十分に検出することができない。例えば、分解能より小さい圧力変化が生じた場合、実際の圧力変化が検出できず圧力変化量も０となってしまう。このような検出結果から判定パラメータを算出しても、母数が少ない間は誤差が大きく挙動が振動的になると考えられる。このため、判定パラメータが収束するまでリーク判定が行えないという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、より迅速かつ高精度なリーク判定を行うことが可能な蒸発燃料処理系のリーク判定装置を提供することを目的とする。

本発明は、燃料タンクと、大気に連通する吸気口が設けられ、該燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該燃料タンクおよび該キャニスタを接続する第1の通路と、該キャニスタを内燃機関の吸気系に接続する第2の通路と、キャニスタの吸気口を開閉するベントシャット弁と、該第2の通路に設けられたパージ制御弁とを備える蒸発燃料処理系のリークを判定する装置を提供する。この装置は、蒸発燃料処理系の圧力を検出する圧力センサと、圧力センサによる検出圧力の所定範囲において、分解能の高い高精度圧力を算出する圧力算出手段と、内燃機関の停止を検出する機関停止検出手段と、機関停止検出手段によって内燃機関の停止が検出されたならば、パージ制御弁およびベントシャット弁を閉弁した後、高精度圧力の2回微分値に相当する判定パラメータに基づいて、蒸発燃料処理系内にリークがあるかどうかを判定するリーク判定手段と、を備える。

この発明により、圧力センサの検出圧力の所定範囲において高分解能で圧力を計測できるので、タンク内圧の2回微分値に相当するリーク判定パラメータを高精度に算出することが可能となり、このパラメータの収束時間を短縮することできる。また、リーク判定までの所要時間が短縮するので、蒸発燃料処理系内の状態変化の影響を受けにくくなり、リーク判定の精度が向上する。

本発明の一実施形態によると、圧力算出手段は、検出圧力の所定範囲がＡ／Ｄ変換器の入力レンジと等しくなるように検出圧力を増幅させることにより、高精度圧力を算出する。

また、本発明の一実施形態よると、圧力算出手段は、検出圧力をＡ／Ｄ変換して得られる第1の出力と、検出圧力を所定量高くする増加成分を該検出圧力に重畳した信号をＡ／Ｄ変換して得られる第2の出力と、検出圧力を所定量低くする減少成分を該検出圧力に重畳した信号をＡ／Ｄ変換して得られる第3の出力と、を求める。そして、第１の出力、第2の出力、および第3の出力の平均値を高精度圧力とする。

次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の実施形態に従う、内燃機関およびその制御装置の全体構成図である。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）５は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インタフェース５ａ、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ５ｂ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有するメモリ５ｃ、および車両の各部に制御信号を送る出力インタフェース５ｄを備えている。メモリ５ｃのＲＯＭには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。この発明に従うリーク判定を実施するためのプログラム、および該プログラムの実行の際に用いるデータおよびテーブルは、このＲＯＭに格納されている。ＲＯＭは、ＥＰＲＯＭのような書き換え可能なＲＯＭでもよい。ＲＡＭには、ＣＰＵ５ｂによる演算のための作業領域が設けられる。車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、ＲＡＭに一時的に記憶される。

エンジン１は、例えば４気筒を備えるエンジンであり、吸気管２が連結されている。吸気管２の上流側にはスロットル弁３が配されており、スロットル弁３に連結されたスロットル弁開度センサ（θＴＨ）４は、スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。

燃料噴射弁６は、エンジン１とスロットル弁３の間に気筒毎に設けられ、ＥＣＵ５からの制御信号によって開弁時間が制御される。燃料供給管７は、燃料噴射弁６および燃料タンク９を接続し、その途中に設けられた燃料ポンプ８が、燃料を燃料タンク９から燃料噴射弁６に供給する。図示しないレギュレータが、ポンプ８と燃料噴射弁６の間に設けられ、燃料の圧力が高すぎるときは図示しないリターン管を通して余分な燃料を燃料タンク９に戻す。こうして、スロットル弁３を介して取り込まれた空気は、吸気管２を通り、燃料噴射弁６から噴射される燃料と混合してエンジン１のシリンダ（図示せず）に供給される。

吸気管圧力（ＰＢ）センサ１３および吸気温（ＴＡ）センサ１４は、スロットル弁３の下流側に装着されており、それぞれ吸気管圧力ＰＢおよび吸気温ＴＡを検出し、それをＥＣＵ５に送る。

エンジン１には、クランク角センサ１７が設けられている。クランク角センサ１７は、クランクシャフト（図示せず）の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ５に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（たとえば、３０度）で出力されるパルス信号である。ＥＣＵ５は、該ＣＲＫ信号に応じ、エンジン１の回転数ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、ピストン（図示せず）のＴＤＣ位置に関連したクランク角度で出力されるパルス信号である。

エンジン水温（ＴＷ）センサ１８は、エンジン１のシリンダブロックの冷却水が充満した気筒周壁（図示せず）に取り付けられ、エンジン冷却水の温度ＴＷを検出し、それをＥＣＵ５に送る。

エンジン１には排気管１２が接続され、排気管１２の途中に設けられた排気ガス浄化装置である三元触媒（図示せず）を介して排気する。三元触媒の上流に設けられたＬＡＦセンサ１９は広域空燃比センサであり、リーンからリッチにわたる範囲において排気ガス中の酸素濃度すなわち実空燃比を検出し、それをＥＣＵ５に送る。

イグニッションスイッチ２１がＥＣＵ５に接続されている。イグニッションスイッチ２１の切換信号は、ＥＣＵ５に送られる。

車速（ＶＰ）センサ２２および大気圧（ＰＡ）センサ２３がＥＣＵ５に接続されており、それぞれ、車両の速度ＶＰおよび大気圧ＰＡを検出し、それをＥＣＵ５に送る。

エンジン１には、たとえば４速の変速機（図示せず）が連結されており、該変速機は、選択された変速比に従い、エンジン１の駆動力を車両の駆動輪に伝達する。

次に、蒸発燃料処理系５０について説明する。燃料タンク９は、チャージ通路３１を介してキャニスタ３３に接続され、燃料タンク９からの蒸発燃料が、キャニスタ３３に移動できるようになっている。

圧力センサ１５は、キャニスタ３３と燃料タンク９との間に設けられており、その検出信号はＥＣＵ５に送られる。圧力センサ１５の出力ＰＴＡＮＫは、キャニスタ３３および燃料タンク９内の圧力が安定している定常状態では、燃料タンク内の圧力に等しくなる。一方、圧力センサ１５の出力ＰＴＡＮＫは、キャニスタ３３または燃料タンク９内の圧力が変化しているときは、実際のタンク内圧とは異なる圧力を示す。圧力センサ１５の出力を、以下「タンク内圧ＰＴＡＮＫ」と呼ぶ。

キャニスタ３３は、燃料蒸気を吸着する活性炭を内蔵し、通路３７を介して大気に連通する吸気口（図示せず）を持つ。通路３７の途中には、ベントシャット弁３８が設けられる。ベントシャット弁３８は、通常は開弁状態にあり、ＥＣＵ５からの制御信号に従って閉弁する。

キャニスタ３３は、パージ通路３２を介して吸気管２のスロットル弁３の下流側に接続される。パージ通路３２の途中には電磁弁であるパージ制御弁３４が設けられ、キャニスタ３３に吸着された燃料が、パージ制御弁３４を介してエンジンの吸気系に適宜パージされる。パージ制御弁３４は、ＥＣＵ５からの制御信号に基づいて、オン−オフデューティ比を変更することにより、パージ流量を連続的に制御する。

この実施形態によると、イグニッションスイッチ２１がオフされても、リーク判定を実施する期間中は、ＥＣＵ５、バイパス弁３６およびベントシャット弁３８には電気が供給される。パージ制御弁３４は、イグニッションスイッチ２１がオフされると電気が供給されなくなり、閉弁状態を維持する。

各種センサからの入力信号はＥＣＵ５の入力インタフェース５ａに渡される。入力インタフェース５ａは、受け取ったアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＣＰＵ５ｂは、変換されたデジタル信号を処理し、メモリ５ｃに格納されているプログラムに従って演算を実行し、車の各部のアクチュエータに送る制御信号を作り出す。この制御信号は出力インタフェース５ｄに送られ、出力インタフェース５ｄは、燃料噴射弁６、パージ制御弁３４、バイパス弁３６およびベントシャット弁３８に制御信号を送る。

続いて、本発明の実施形態によるリーク判定装置について説明する。

本発明の実施形態では、迅速にリークの有無を検知するために、特許文献２と同様にタンク内圧ＰＴＡＮＫの２回微分値に基づくリーク判定を行う。このように微分値を用いる場合には、計測圧力に基づく判定手法（例えば特許文献１）に比べて高いセンサ分解能が要求される。以下にその理由を説明する。

所定時間ｔ経過時の到達圧力でリーク判定する手法（例えば特許文献１）において、到達圧力Ｐを判定するための分解能をN_Ａとするとき、Ｐの階級数ｎ_Ａは次式で表される。

ｎ_Ａ＝Ｐ／N_Ａ（１）
ただし、圧力Ｐは初期状態から必ず増加するので、ｎ_Ａは１以上の整数である。また、Ｐの階級数ｎ_Ａは、分解能N_Ａが細かくなるほどに増加するので、階級数ｎ_Ａはリーク判定の精度を意味する数値でもある。

上記手法における判定精度が十分であるとして、単位時間当たりの圧力変化ｄＰ／ｄｔでリーク判定する手法について考える。圧力変化の最大値をP’max、分解能をN_Ｂとするとき、圧力変化ｄＰ／ｄｔの階級数ｎ_Ｂは次式で表される。

ｎ_Ｂ＝P’max／N_Ｂ（２）
ただし、ｎ_Ｂは１以上の整数である。また、圧力変化ｄＰ／ｄｔの階級数ｎ_Ｂは、分解能N_Ｂが高くなるほどに増加するので、階級数ｎ_Ｂはリーク判定の精度を意味する数値でもある。

ここで、圧力変化ｄＰ／ｄｔによるリーク判定の精度（ｎ_Ｂ）を、圧力センサによる精度（ｎ_Ａ）と同等にしたい場合、ｎ_Ａ＝ｎ_Ｂとすれば良いので、（１）式および（２）式より、

の関係が得られる。

圧力変化の最大値P’maxは、少なくともＰまでの単調増加の割合であり、到達圧力Ｐおよび所定時間ｔを用いて以下のように表すことができる。

（３）式および（４）式より、次式のような関係式が得られる。

（５）式を整理して、次式のような分解能N_ＡおよびN_Ｂの関係式が得られる。

ここで所定時間ｔに関しては、判定処理開始時の初期状態から到達圧力に達するまでには通常数分程度の時間がかかるので、ｔ＞＞１であると考える。

したがって、（６）式により、圧力変化でリーク判定する手法の分解能N_Ｂは、到達圧力でリーク判定する手法の分解能N_Ａを到達時間ｔで割った値までの範囲で分解能を向上させることによって、所望の判定精度が得られると考えられる。このような理由により、本発明の実施形態では、高分解能のタンク内圧ＰＴＡＮＫを用いてリーク判定を行うこととしている。

次に、図２を参照して本発明の第1の実施形態によるリーク判定装置について説明する。図２は、本発明の第1の実施形態によるリーク判定装置の構成図である。本実施形態では、圧力センサで計測されるタンク内圧ＰＴＡＮＫのうち所定領域について複数倍に増幅することによりセンサ分解能を向上させる。そして高分解能となったタンク内圧力ＰＴＡＮＫを使用することにより迅速なリーク判定を行う。

圧力センサ１５は、リーク判定処理の開始時にベントシャット弁３８を開弁して蒸発燃料処理系５０を大気と連通させることにより、大気圧とタンク内圧ＰＴＡＮＫとのオフセットが取られる。そして、ベントシャット弁３８を閉弁した後に、圧力センサ１５は、大気圧を０とする−６０〜＋６０mmHgの範囲にわたってタンク内圧ＰＴＡＮＫを計測し、これに対応する０〜５Ｖの電圧を出力する。圧力センサ１５の出力電圧は、ＥＣＵ５の入力インタフェース５ａに入力される。

圧力センサ１５の出力電圧は、通常、１０ビットＡ／Ｄ変換回路５９でアナログ値から１０２４段階のデジタル値へと変換される。そして、デジタル値に変換されたタンク内圧ＰＴＡＮＫは、センサ異常検知部６１などに入力される。センサ異常検知部６１は、入力された−６０〜＋６０mmHgの範囲にわたるタンク内圧ＰＴＡＮＫに基づいて、断線やショートなどによるセンサの異常出力の検知を行う。このとき、１２０mmHgの圧力範囲を５Ｖの範囲で計測しているので、センサ異常検知部６１に入力されるタンク内圧ＰＴＡＮＫの分解能は、０．１１２mmHgとなる。

一方、本実施形態では、リーク判定のために、入力インタフェース５ａ内のオフセット回路５１および増幅回路５３によって、タンク内圧ＰＴＡＮＫ−１０〜＋２０mmHgの範囲の信号を増幅した信号が生成される。圧力センサ１５の検出電圧（０〜５Ｖ）のうち、タンク内圧−１０〜＋２０mmHgに対応する電圧２．１〜３．３Ｖの領域を増幅して分解能を向上させ、この領域の信号を用いてリーク判定を行う。図３に示すように、オフセット回路５１および増幅回路５３が、圧力センサ１５の出力（０Ｖ（―６０mmHg）〜５Ｖ（＋６０mmHg））のうち２．１Ｖ（−１０mmHg）から３．３Ｖ（＋２０mmHg）にわたる１．２Ｖ幅の領域（図３（ａ））を、０Ｖ（−１０mmHg）から５Ｖ（＋２０mmHg）にわたる５Ｖ幅（図３（ｂ））に変換する。

そして、この変換信号が、１０ビットＡ／Ｄ回路５５でデジタル値に変換され、リーク判定部５７に入力される。このとき、３０mmHgの圧力範囲を５Vの範囲で１０ビットA/D変換することになるので、リーク判定部５７に入力される圧力センサ１５の分解能は０．０３mmHgとなる。したがって、リーク判定部５７に入力されるタンク内圧ＰＴＡＮＫは、センサ異常判定部６１などに入力されるタンク内圧ＰＴＡＮＫと比べて約４倍の分解能となる。

リーク判定部５７は、ベントシャット弁３８が閉じることに応じてリーク判定を開始する。リーク判定は、所定時間の間隔で実行される。

リーク判定は、任意の既知の手法で実行することができる。本実施形態では、リーク判定部５７は、タンク内圧ＰＴＡＮＫの２回微分値に基づいて、蒸発燃料処理系５０にリークがあるかどうかを判定する。この判定手法は、例えば特許文献２に開示されている公知の手法である。以下にその概略を説明するが、詳細については特許文献２を参照されたい。

図４は、タンク内圧ＰＴＡＮＫの推移を示すタイムチャートの一例である。具体的には、図４は、大気開放処理の後にベントシャット弁３８を閉じた時刻ｔ０からのタンク内圧ＰＴＡＮＫの推移を示す。図４の（ａ）は、蒸発燃料処理系５０が正常な（すなわちリーク無しの）場合を示し、図４の（ｂ）は、蒸発燃料処理系５０にリークがある場合を示す。

図４より、蒸発燃料処理系５０が正常なときは、タンク内圧ＰＴＡＮＫはほぼ直線的に増加する。また、蒸発燃料処理系５０にリークがあるときは、タンク内圧ＰＴＡＮＫは、比較的大きな変化率で上昇した後、徐々に変化率が減少する。したがって、タンク内圧ＰＴＡＮＫの変化率の推移を観測することにより、リークがあるかどうかを判定することができる。

本実施形態では、リークがあるかどうかを判定するための判定パラメータの算出に、タンク内圧ＰＴＡＮＫの２回微分値を用いる。蒸発燃料処理系５０が正常ならば、該タンク内圧ＰＴＡＮＫの２回微分値はほぼゼロとなる。蒸発燃料処理系５０にリークがあれば、該２回微分値は負の値となる。

図５の（ａ）は、一定時間毎にサンプリングされたタンク内圧ＰＴＡＮＫの実測値の一例を示す。今回のサンプリングサイクルで検出されたタンク内圧をＰＴＡＮＫ（ｋ）で表すと、タンク内圧の変化量ＤＰは、式（７）で表される。

ＤＰ＝ＰＴＡＮＫ（ｋ）−ＰＴＡＮＫ（ｋ−１）（７）
図５の（ｂ）は、変化量ＤＰの推移を示すタイムチャートである。変化量ＤＰが徐々に減少する傾向があることが、示されている。本願発明の一実施形態では、最小二乗法により、変化量ＤＰの推移を示す回帰直線Ｌ１を求め、この傾きＡを算出する。傾きＡは、タンク内圧ＰＴＡＮＫの２回微分値を表しており、リーク判定のパラメータとして使用される。なお、リーク判定パラメータＡの算出方法およびリーク判定の処理フローの詳細については、特許文献２を参照されたい。

続いて、図６を参照して、本実施形態によるリーク判定の効果を説明する。図６（ａ）は、リーク判定処理中のタンク内圧ＰＴＡＮＫの推移を示すタイムチャートである。図中、実線で表されるグラフ６３は、オフセット回路５１、増幅回路５３およびＡ／Ｄ変換回路５５によって約４倍の分解能となったタンク内圧の計測値を示す。図中、点線で表されるグラフ６５は、圧力センサ１５の計測値をそのまま１０ビットＡ／Ｄ変換したときのタンク内圧の計測値を示す。

図６（ｂ）は、リーク判定パラメータＡの推移を示すタイムチャートである。図中、実線で表されるグラフ６７は、高分解能のタンク内圧ＰＴＡＮＫ６３に基づいて算出されたリーク判定パラメータＡの時間推移を示す。図中点線で表されるグラフ６９は、従来の分解能のタンク内圧ＰＴＡＮＫ６５に基づいて算出されたリーク判定パラメータＡの時間推移である。グラフ６７およびグラフ６９は、便宜上、判定パラメータＡの絶対値を表示している。

上述のように、リーク判定パラメータＡは、タンク内圧ＰＴＡＮＫの2回微分値を表しており、最小二乗法によって算出される。最小二乗法に用いるタンク内圧ＰＴＡＮＫのサンプル数が増加するにつれて、リーク判定パラメータは任意の数値に収束する。タンク内にリークが無い場合にはリーク判定パラメータは０に収束する。タンク内にリークが有る場合には、リークの度合いに応じて０以外の数値に収束する。そして、この収束値をリーク判定パラメータＡとして、リーク判定を行う。

図６（ｂ）のグラフ６７とグラフ６９を比較すると、グラフ６９の挙動が大きく振動していることがわかる。この挙動の原因は、分解能の粗さにある。例えば、図中符号ａ〜ｃで示す区間内について注目すると、タンク内圧ＰＴＡＮＫ６５は、時点ａにおいてステップ状に増加し、区間Ｂにおいて一定の値を取って、時点ｃにおいて再びステップ状に増加している。このとき、タンク内圧ＰＴＡＮＫの2回微分値に当たるリーク判定パラメータＡの挙動６９は、時点ａにおいて急激に増大し、区間ｂでは偏差ＤＰが０であるためパラメータは急激に０に近づいていき、時点ｃで再び急増する。このような挙動の原因は、グラフ６５およびグラフ６９の分解能が粗く、分解能より小さい圧力変化量を検出することができないので、1段階の増加量が大きくなりすぎるためである。グラフ６７も多少の振動は見られるが微小である。

リーク判定パラメータＡを決定するためには、パラメータＡの挙動が任意の数値に収束しなければいけないので、グラフ６９のような振動が発生している間は収束値を判定することができない。グラフ６９の場合、リーク判定パラメータＡが確定するのは時刻ｅである。

これに対して、グラフ６７の挙動は大きな振動も見せずに安定して収束に向かっており、リーク判定パラメータＡが確定する時刻ｄは、時刻ｅより短時間となっている。このように、本実施形態によるリーク判定手法によって、迅速にリーク判定パラメータを求めることができる。

また、パラメータの確定までの時間が短縮されると、さらなる燃料の蒸発やさまざまな外乱によるタンク内の状態変化の影響を受けにくくなる。したがって、本実施形態によるリーク判定手法によって、リーク判定の精度が向上する。

なお、本実施形態では、リーク判定用にセンサ出力を約４倍の分解能に変換しているが、別の分解能でリーク判定を行うことももちろん可能である。例えば、増幅する範囲や増幅率を変更することによって分解能を変更することができる。分解能は、使用環境等に応じて適宜設定することができる。

次に、図７を参照して本発明の第2の実施形態によるリーク判定装置について説明する。本実施形態では、圧力センサで計測されるタンク内圧ＰＴＡＮＫに対応する電圧値に正負両方向の外乱を重畳することによりＡ／Ｄ変換回路のセンサ分解能を向上させる。そして高分解能となったタンク内圧力ＰＴＡＮＫを使用することにより迅速なリーク判定を行う。

図７は、本発明の第2の実施形態によるリーク判定装置の構成図である。

圧力センサ１５の出力信号は、ローパスフィルタ回路（図示せず）を介して、アナログスイッチ７１のＣＨ１入力に接続されている。また、アナログスイッチ７１のＣＨ０入力には、圧力センサ１５出力の最大電圧以上の所定高電圧ＶＨ（例えば５Ｖ）が供給されている。また、アナログスイッチ７１のＣＨ２入力には、圧力センサ１５出力の最小電圧以下の所定低電圧ＶＬ（例えば０Ｖ）が供給されている。

アナログスイッチ７１で選択されたチャンネルの電圧値は、サンプルホールドコンデンサ（以下「ＳＨコンデンサ」という）Ｃ０とバッファアンプ７２を介して、Ａ／Ｄ変換回路５５でデジタル値に変換される。ＳＨコンデンサＣ０の容量は、１０〜２０pF程度である。その後、後述するようにタンク内圧算出部７３においてタンク内圧を示すデジタル値ＰＴＡＮＫを算出する。タンク内圧ＰＴＡＮＫは、リーク判定部５７に送られてリーク判定処理に利用される。同様に、タンク内圧ＰＴＡＮＫは、センサ異常検知部６１などにも送られて、各処理が実行される。

図８は、アナログスイッチ７１からタンク内圧算出部７３までの動作を説明するためのタイミングチャートである。本実施形態では、短い周期ＴＳ（例えば１５μsec程度）でアナログスイッチ７１を切り替えてＡ／Ｄ変換を行う。図８のｔ０〜ｔ５は、Ａ／Ｄ変換のタイミングを示すが、実際には、時刻ｔ１、ｔ３、ｔ４、およびｔ５においてＡ／Ｄ変換が行われ、時刻ｔ０およびｔ２では、Ａ／Ｄ変換は行われない。具体的には以下の手順によりＡ／Ｄ変換が実行される。

１）最初にアナログスイッチ７１をＣＨ０入力に接続する（時刻ｔｓ０）。これにより、ＳＨコンデンサＣ０の両端の電圧（以下「ＳＨコンデンサ電圧」という）ＶＣ０は、所定高電圧ＶＨに向かって上昇を開始する。

２）時刻ｔｓ１にアナログスイッチ７１をＣＨ１入力に切り替える。これにより、ＳＨコンデンサ電圧ＶＣ０は、センサ出力電圧ＶＳに向かって下降を開始する。時刻ｔ１においてＡ／Ｄ変換を行う。時刻ｔ１においては、ＣＨ０入力接続時にコンデンサＣ０に蓄積された電荷が僅かに残っているため、センサ出力電圧ＶＳより第１所定量ΔＶＨだけ高い電圧Ｖｔ１がＡ／Ｄ変換され、電圧Ｖｔ１に対応するデジタル値ＤＶｔ１が出力される。

３）時刻ｔｓ２にアナログスイッチ７１をＣＨ２入力に切り替える。これにより、ＳＨコンデンサ電圧ＶＣ０は、所定低電圧ＶＬに向かって下降を開始する。時刻ｔ２においてはＡ／Ｄ変換は行わない。

４）時刻ｔｓ３においてアナログスイッチ７１をＣＨ１入力に切り替える。これにより、ＳＨコンデンサ電圧ＶＣ０は、センサ出力電圧ＶＳに向かって上昇を開始する。時刻ｔ３においてＡ／Ｄ変換を行う。時刻ｔ３においては、ＣＨ２入力接続時にコンデンサＣ０から放電された電荷の減少分の影響が僅かに残っているため、センサ出力電圧ＶＳより第２所定量ΔＶＬだけ低い電圧Ｖｔ３がＡ／Ｄ変換され、電圧Ｖｔ３に対応するデジタル値ＤＶｔ３が出力される。

５）時刻ｔｓ４においてはアナログスイッチ７１がＣＨ１入力に接続された状態を維持し、時刻ｔ４においてＡ／Ｄ変換を行う。時刻ｔ４においては、ＣＨ２入力接続時の影響は残っていないので、センサ出力電圧ＶＳに対応する電圧Ｖｔ４がＡ／Ｄ変換され、対応するデジタル値ＤＶｔ４が出力される。

６）時刻ｔｓ５においてもアナログスイッチ７１がＣＨ１入力に接続された状態を維持し、時刻ｔ５においてＡ／Ｄ変換を行う。時刻ｔ５においても、ＣＨ２入力接続時の影響は残っていないので、センサ出力電圧ＶＳに対応する電圧Ｖｔ５がＡ／Ｄ変換され、対応するデジタル値ＤＶｔ５が出力される。

上記ステップ１）〜６）が１つのサンプリング（Ａ／Ｄ変換）動作であり、タンク内圧算出部７３は、下記式（８）により、Ａ／Ｄ変換回路５５から出力されるデジタル値ＤＶｔ１、ＤＶｔ３、ＤＶｔ４、およびＤＶｔ５を平均化して、タンク内圧を示すデジタル値ＰＴＡＮＫを算出する。

ＰＴＡＮＫ＝（ＤＶｔ１＋ＤＶｔ３＋ＤＶｔ４＋ＤＶｔ５）／４（８）
図９は、Ａ／Ｄ変換の実行タイミングと、他の演算の実行タイミングとの関係を示すタイミングチャートである。すなわち、本実施形態では、２ミリ秒周期で、リーク判定やセンサ異常検知などの制御が実行され、圧力センサ１５の出力電圧のオーバーサンプリング処理は、これらの制御演算の前の期間に実行される。このサンプリング処理期間は、タンク内圧の変化速度に対して十分に短いので、サンプリング処理期間中の圧力センサ１５の出力電圧はほぼ一定とみなすことができる。図９に示す下向きの矢印が、上記ステップ１）〜６）のタイミングを示している。

図１０は、１０ｍＶの振幅（本実施形態の分解能の２倍）の正弦波信号を入力したときに得られるデジタル値を示す図である。同図（ａ）は、通常の２ミリ秒周期のＡ／Ｄ変換処理により得られるデジタル値を示す。出力されるデジタル値は３値のみであり、中間の値が出力されないことが明らかである。

同図（ｂ）は、本実施形態のオーバーサンプリングによるＡ／Ｄ変換処理により得られるデジタル値を示す。中間的な値も出力されるので、入力信号により忠実なデジタル値が得られていることが明らかである。

以上のように本実施形態では、圧力センサ１５の出力信号、および重畳信号成分である第１所定量ΔＶＨおよび第２所定量ΔＶＬをセンサ出力信号に重畳した信号（厳密には第１所定量ΔＶＨが加算された信号、および第２所定量ΔＶＬが減算された信号）について、短い周期で４回Ａ／Ｄ変換を行い、その結果得られるデジタル値を平均化することにより、タンク内圧のデジタル値ＰＴＡＮＫを得るようにしたので、第１所定量ΔＶＨおよび第２所定量ΔＶＬを適切に設定することにより、Ａ／Ｄ変換回路５５の分解能を確実に向上させることができる。

なお、第１所定量ΔＶＨおよび第２所定量ΔＶＬは、Ａ／Ｄ変換回路５５が出力するデジタル値の分解能に対応する電圧（本実施形態では５ｍＶ）の１／２程度とすることが望ましい。

以上、本発明の具体的な実施例について説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではない。

本発明の実施形態に従う、内燃機関およびその制御装置の全体構成図である。本発明の第1の実施形態によるリーク判定装置の構成図である。本発明の第1の実施形態におけるリーク判定用のタンク内圧を示す図である。タンク内圧の推移を示すタイムチャートである。一定時間毎にサンプリングされたタンク内圧ＰＴＡＮＫの実測値、および該実測値に基づいて算出された変化量ＤＰの推移を示すタイムチャートである。リーク判定処理中のタンク内圧、およびタンク内圧に基づいて算出されたリーク判定パラメータの推移を示すタイムチャートである。本発明の第2の実施形態によるリーク判定装置の構成図である。本発明の第2の実施形態におけるＡ／Ｄ変換の実行手順を示すタイミングチャートである。本発明の第2の実施形態におけるＡ／Ｄ変換および他の演算のタイミングを示すタイミングチャートである。本発明の第2の実施形態における振幅の小さい正弦波をＡ／Ｄ変換した結果を示す図である。

符号の説明

１エンジン
５ＥＣＵ
６燃料噴射弁
９燃料タンク
１５圧力センサ
３４パージ制御弁
３８ベントシャット弁

Claims

燃料タンクと、大気に連通する吸気口が設けられ、該燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該燃料タンクおよび該キャニスタを接続する第1の通路と、該キャニスタを内燃機関の吸気系に接続する第2の通路と、キャニスタの吸気口を開閉するベントシャット弁と、該第2の通路に設けられたパージ制御弁とを備える蒸発燃料処理系のリークを判定する装置であって、
前記蒸発燃料処理系の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサによる検出圧力の所定範囲において、分解能の高い高精度圧力を算出する圧力算出手段と、
前記内燃機関の停止を検出する機関停止検出手段と、
前記機関停止検出手段によって前記内燃機関の停止が検出されたならば、前記パージ制御弁および前記ベントシャット弁を閉弁した後、前記高精度圧力の2回微分値に相当する判定パラメータに基づいて、前記蒸発燃料処理系内にリークがあるかどうかを判定するリーク判定手段と、を備え、
前記圧力算出手段は、前記検出圧力をＡ／Ｄ変換して得られる第1の出力と、前記検出圧力を所定量高くする増加成分を該検出圧力に重畳した信号をＡ／Ｄ変換して得られる第2の出力と、前記検出圧力を所定量低くする減少成分を該検出圧力に重畳した信号をＡ／Ｄ変換して得られる第3の出力とを求め、前記第１の出力、第2の出力、および第3の出力の平均値を前記高精度圧力とする、リーク判定装置。
前記圧力算出手段は、前記所定範囲がＡ／Ｄ変換器の入力レンジと等しくなるように前記検出圧力を増幅させることにより、前記高精度圧力を算出する、請求項１に記載のリーク判定装置。