JP4556667B2 - 蒸発燃料処理装置のリーク診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用内燃機関の蒸発燃料処理装置のリーク診断装置に関する。

従来の内燃機関の蒸発燃料処理装置では、燃料タンクで発生する蒸発燃料をキャニスタに導いて一時的に吸着させ、該キャニスタに吸着された蒸発燃料を新気導入口から導入される新気と共にパージ制御弁を介して内燃機関の吸気系に吸入させることによって、蒸発燃料の外気への放散を防止するようにしている。
ところで、上記装置では、燃料タンクからキャニスタを経てパージ制御弁へ至るパージラインの配管に万一亀裂が生じたり、配管の接合部にシール不良が生じたりすると、蒸発燃料のリークを生じ、本来の放散防止効果を十分に発揮させることができなくなる。

そこで、パージラインからの蒸発燃料のリークの有無を診断するリーク診断装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。
これは、機関運転停止後に、大気開放された新気導入口を開閉する新気導入口開閉弁と、パージ制御弁とを閉弁して、パージラインを閉塞後、温度上昇に応じて上昇するパージライン圧を所定周期で検出しつつ、検出値を積算し、積算値がしきい値以上のときに正常、しきい値未満のときにリークしていると診断するものである。

また、特許文献２に記載されたものでは、機関運転中の診断条件成立時に、パージラインに所定負圧を導入後閉塞し、その後のパージライン圧の変化速度に基づいてリークの有無を診断している。
特開２００３−５６４１６号公報 特開２００１−１２３１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたものでは、高燃料温度時に大量に蒸発燃料が発生している場合、リークを生じている場合であっても、圧力上昇が大きいため積算値がしきい値を超えて正常と誤判定されてしまうことがあった。
一方、特許文献１に記載されたものでは、機関運転中しかリーク診断を行えないため、スロッシング影響（振動で生じる過剰な気化）が無いときなど、診断条件の制約があり、一方、診断時には、蒸発燃料の吸気系へのパージを行えないなどの不都合を生じていた。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、機関運転停止時に高精度にリーク診断が行われるようにした蒸発燃料処理装置のリーク診断装置を提供することを目的とする。

このため本発明は、機関運転停止後にパージラインを閉塞し、前記パージライン圧力が大気圧より所定圧だけ正圧側にオフセットした圧力まで低下したら運転停止後の温度降下に応じたパージライン圧の減少速度を算出し、該算出されたパージライン圧の減少速度に基づいて、リーク度合を判定する構成とした。

これにより、機関運転停止時に、温度降下に応じた圧力減少速度に基づいて高精度なリーク診断を行えると共に、運転停止毎に診断を行え、診断頻度を高めることができる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すシステム図である。
内燃機関１の吸気系には、上流側から、エアクリーナ２、スロットル弁３、吸気マニホールド４が設けられている。燃料供給は、各気筒毎に設けた燃料噴射弁（図示せず）によりなされる。

蒸発燃料処理装置としては、燃料タンク５にて発生する蒸発燃料を蒸発燃料導入通路６により導いて一時的に吸着するキャニスタ７が設けられている。キャニスタ７は、容器内に活性炭などの吸着材８を充填したものである。
キャニスタ７にはまた、新気導入口（大気開放口）９が形成されると共に、パージ通路１０が導出されている。パージ通路１０は、パージ制御弁１１を介して、スロットル弁３下流の吸気マニホールド４に接続されている。パージ制御弁１１は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２０から出力される信号により開弁するようになっている。

従って、内燃機関１の停止中などに燃料タンク５にて発生した蒸発燃料は、蒸発燃料導入通路６によりキャニスタ７に導かれて、ここに吸着される。そして、内燃機関１が始動されて、所定のパージ許可条件が成立すると、パージ制御弁１１が開き、内燃機関１の吸入負圧がキャニスタ７に作用する結果、新気導入口９から導入される新気によってキャニスタ７に吸着されていた蒸発燃料が脱離され、この脱離した蒸発燃料を含むパージガスがパージ通路１０を通って吸気マニホールド４内に吸入され、この後、内燃機関１の燃焼室内で燃焼処理される。

蒸発燃料処理装置のリーク診断装置の構成要素としては、キャニスタ７の新気導入口９に、これを開閉可能な新気導入口開閉弁１２が設けられる。
ＥＣＵ２０では、所定のリーク診断条件にて、パージ制御弁１１及び新気導入口開閉弁１２の開閉を制御しつつ、リーク診断を行う。このリーク診断のため、ＥＣＵ２０には、圧力センサ２１と燃温センサ２２と外気温センサ２３からそれぞれ信号が入力され、エンジンキースイッチ２４のＯＮ，ＯＦＦ信号、バッテリ２５からの電源電圧Ｖｂの信号も診断条件判定に使用される。

圧力センサ２１は、燃料タンク５からキャニスタ７を経てパージ制御弁１１に至るパージラインの圧力Ｐ（絶対圧）を検出すべく、パージ通路１０内に臨ませてある。
燃温センサ２２は、燃料温度Ｔｆを検出すべく、燃料タンク５内に臨ませてある。
次に、ＥＣＵ２０による蒸発燃料処理装置のリーク診断について、図２、３のフローチャートにより、図４のタイムチャートを参照しつつ、説明する。

Ｓ１では、エンジンキースイッチ２４がＯＦＦに操作されたかを判定する。
エンジンキースイッチ２４がＯＮのエンジン運転時は、Ｓ３１以降へ進んで初期化処理を行う。Ｓ３１では、リーク診断完了判定フラグＦＬＡＧＢを０にリセットし、Ｓ３２では、新気導入口開閉弁１２を開弁し、Ｓ３３では、診断条件成立判定フラグＦＬＡＧＡを０にリセットし、Ｓ３４では、診断条件成立後の経過時間計測用のタイマＴＡをクリアし、Ｓ３５では、圧力変化速度算出の実行周期Ｂ計測用のタイマＴＢをクリアする。

Ｓ１でエンジンキースイッチ２４がＯＦＦと判定された場合は、Ｓ２へ進む。
Ｓ２では、エンジンキースイッチ２４がＯＦＦ操作されたときの燃料温度Ｔｆｓが、同じくＯＦＦ操作されたときの外気温度Ｔａに対して所定温度Ｄ以上高いかを判定し、高いと判定された場合は、パージラインを閉塞したときにライン内のガスに十分な熱量が与えられて、圧力減少速度によるリーク診断を高精度に維持できる温度降下代が確保されたと判断し、Ｓ３へ進む。

Ｓ３では、電源電圧Ｖｂが所定値Ｃ以上かを判定し、以上と判定されたときは、次回エンジン始動するのみ十分な電力が確保されていると判断し、Ｓ４へ進む。
Ｓ４では、給油中であるかを、パージライン中の圧力上昇変化が所定値以上あるか等によって判定し、給油中でないと判定されたときは、Ｓ５へ進む。
Ｓ５では、リーク診断が未完了か否かをフラグＦＬＡＧＢの値が０か１によって判定し、０である未完了の場合は、Ｓ６へ進む。診断完了と判定後は、Ｓ３２へ進む。

Ｓ６では、診断条件成立後、初回か否かをフラグＦＬＡＧＡの値が０か１によって判定し、０である初回は、Ｓ７へ進む。
Ｓ７では、前記フラグＦＬＡＧＡを１にセットする。
Ｓ８では、リーク判定を行うパージライン内の基準圧Ｐ０を設定する。具体的には、現在の新気導入口開閉弁１２が開かれた状態で、キャニスタ７を介して略大気圧状態となっているパージライン内圧を圧力センサ２１によって検出し、大気圧を後述する診断時のパージライン大気圧を設定する際の基準圧Ｐａとして検出する。なお、パージライン圧検出用の圧力センサとして相対圧センサを用いる場合は、該基準圧Ｐａの検出は不要である。

Ｓ９では、前記パージ制御弁１１および新気導入口開閉弁１２を駆動して共に閉弁し、Ｓ１０へ進む。これにより、燃料タンクからキャニスタを経てパージ制御弁に至るパージラインが閉塞される。
診断条件成立後、２回目以降は、Ｓ６でフラグＦＬＡＧＡの値が１と判定されてＳ１０へジャンプする。

Ｓ１０では、診断条件成立後の経過時間計測用のタイマＴＡの値を、本フローの実行周期分Ｔだけカウントアップする。
Ｓ１１では、後述する圧力変化速度算出の実行周期Ｂ計測用のタイマＴＢを、本フローの実行周期分Ｔだけカウントアップする。
Ｓ１２では、タイマＴＢを０にリセットする。

Ｓ１３では、前記圧力センサ２１によって検出されるパージライン圧（システム圧）Ｐを読み込む。
Ｓ１４では、前記タイマＴＡで計測される診断条件成立後の経過時間が診断を終了させる所定値Ａに達したかを判定する。
所定値Ａに達する前は、そのままＳ１７へ進み、達したときは、Ｓ１６でフラグＦＬＡＧＢを１にセットしてからＳ１７へ進む。

Ｓ１７では、パージライン圧Ｐが最大値ＰＭＡＸ以上であるかを判定する。最大値ＰＭＡＸ以上と判定されたときは、Ｓ１８へ進んで現在のパージライン圧Ｐを最大値ＰＭＡＸとして更新した後、Ｓ１９へ進む。また、Ｓ１６でパージライン圧Ｐが最大値ＰＭＡＸ未満と判定されたときは、そのままＳ１９へ進む。これにより、パージライン圧Ｐが上昇し続けている間は、最新のパージライン圧Ｐが最大値ＰＭＡＸとして設定され、パージライン圧Ｐが上昇から下降に転じる実際の最大値に達したときは、その最大値がＰＭＡＸとして設定される。

Ｓ１９では、前記最大値ＰＭＡＸが診断許可用のしきい値ＰＭＳＬ以上であるかを判定し、しきい値ＰＭＳＬ未満のときは、フローを終了させる。最大値ＰＭＡＸがしきい値ＰＭＳＬに達しないまま、経過時間が前記診断終了用の設定時間Ａに達したときは、Ｓ５の判定で診断を許可することなく終了する。すなわち、パージライン圧Ｐが所定以上上昇して、その後の温度低下による圧力降下代を確保して診断精度を高められるときのみ、診断を許可する。すなわち、診断開始後、直ちに負圧になるような場合は、大気圧をよぎるシーンをうまく捉えることができないことがある。このような場合は、診断を行わないようにする。また、基準圧（＝大気圧）の計測バラツキを考慮して、しきい値ＰＭＳＬを大気圧＋αに設定する。

診断が許可されるとＳ２０へ進み、運転停止後、温度降下によって降下するパージライン圧Ｐが前記診断タイミング設定用の設定圧Ｐ０未満となるまで降下したかを判定する。ここで、設定圧Ｐ０は、前記基準圧Ｐａに所定のオフセット圧ｐｏを加算して、大気圧より少し高めの圧力に設定する。
設定圧Ｐ０未満となるまでの間は、Ｓ２１でフラグＦＬＡＧＫを１として待機し、設定圧Ｐ０未満となったときにＳ２２へ進む。

Ｓ２２ではフラグＦＬＡＧＫを０としてＳ２３へ進む。
Ｓ２３では，フラグＦＬＡＧＫの現在値が０で、前回値ＦＬＡＧＫｚが１であったか、つまり、パージライン圧Ｐが基準圧Ｐ０未満となった直後であるかを判定し、直後と判定されたときは、リーク判定タイミングに達したと判断してＳ２４へ進む。
Ｓ２４では、パージライン圧Ｐの減少速度（絶対値）ＰＳを次式により算出する。

ＰＳ＝｜Ｐ−Ｐｚ｜／Ｂ
Ｐｚは、パージライン圧Ｐの前回値であり、Ｂは、前記タイマＴＢで計測した圧力変化速度算出の実行周期Ｂである。
Ｓ２５では、前記減少速度ＰＳがしきい値ＰＳ０以上であるかを判定する。ここで、前記しきい値ＰＳ０は、燃料タンク５内の空間容積（タンク容積から燃料残量計で計測される燃料残量を減算して算出される）が大きいときほど、小さい値となるように可変に設定される。

そして、ＰＳ≧ＰＳ０と判定されたときは、Ｓ２６へ進んでパージラインはリークしておらず正常であると診断し、Ｓ２７でフラグＦＬＡＧＢ＝１とセットして診断を終了させる。
一方、ＰＳ＜ＰＳ０と判定されたときは、Ｓ２８へ進んでパージラインはリーク異常を生じていると診断する。

図４は、診断時のパージライン圧力Ｐと、その変化速度（Ｐの微分値）ＰＳの様子を示す。
運転停止後、冷却風が無くなったエンジンルーム内の温度上昇により、燃料タンク内の空気圧および燃料の蒸気圧が上昇し、パージライン圧Ｐが一旦上昇する。その後、自然冷却により燃料タンク温度が外気温度まで温度低下するのに伴い、パージライン圧Ｐが減少していく。

ここで、パージラインの正常時は、同図（Ａ）に示すように圧力上昇が大きく、かつ、運転停止直後より低温の外気温度まで温度低下することで、パージライン圧Ｐは、大気圧を下回って低下する。したがって、正常時は、大気圧近傍でも所定以上の圧力減少速度ＰＳを有する。
一方、パージラインの故障（リーク）時は、圧力上昇が小さいので圧力の減少もなだらかで、かつ、大気圧に収束するので、大気圧近傍での圧力減少速度は０近くまで低下する。 そこで、前記設定圧において、圧力減少速度を比較することで、リークの有無を診断することができる。

なお、リーク時でも蒸発燃料量が多いときには凝縮による蒸気圧低下速度が大きいので、大気圧から離れた高圧時にリーク判定を行うと、正常と誤判定してしまう可能性がある。したがって、大気圧近傍の圧力減少の初期は、蒸発燃料量の大小によって減少速度の影響を受けるので、蒸発燃料の凝縮終了付近の大気圧近傍でリーク判定を行うのが精度上は好ましいが、リーク時には、パージライン圧Ｐが大気圧に向かってなだらかに収束するので、大気圧となるのを待って判定を行うと、診断に時間が掛かりすぎ、診断に要する電力消費量が増大してしまう。そこで、大気圧より少し高いパージライン圧で判定することにより、診断精度を高めつつ、判定時期を早めて電力消費を節減できる。

また、エンジン運転停止時の燃料温度と外気温度との温度差が所定値以上の場合のみ、前記リーク判定を行うようにしたため、温度降下代が確保され、圧力減少速度によるリーク診断を高精度に維持できる。
また、パージライン圧Ｐの最大値が所定値以上のときのみ、前記リーク判定を行うようにしたため、外気温度変化による圧力波形のオフセットの影響、基準圧（大気圧）のバラツキの影響を軽減でき、その後の温度低下による圧力降下代を確保して診断精度を高められる
また、同一条件でも燃料タンク５内の空間容積が大きくなるほど、パージライン圧Ｐの変化速度は小さくなるが、上記のようにリーク判定用のしきい値ＰＳ０を、燃料タンク５内の空間容積が大きいときほど、小さい値となるように可変に設定したことにより、該空間容積によらず一定の診断精度を確保できる。

また、診断時間が上限時間Ａを超えないようにしたので、電力消費を所定値以下に押さえることができる。
また、機関運転停止時に診断するので、スロッシング影響を受けることなく、高精度な診断を行え、かつ、運転中の蒸発燃料パージ機会を損なうこともない。

本発明の一実施形態を示すシステム図 リーク診断のフローチャート（前段） リーク診断のフローチャート（後段） リーク診断のタイムチャート

符号の説明

１ 内燃機関
２ エアクリーナ
３ スロットル弁
４ 吸気マニホールド
５ 燃料タンク
６ 蒸発燃料導入通路
７ キャニスタ
８ 活性炭
９ 新気導入口
１０ パージ通路
１１ パージ制御弁
１２ 新気導入口開閉弁
２０ ＥＣＵ
２１ 圧力センサ
２２ 燃温センサ
２３ 外気温センサ
２４ エンジンキースイッチ
２５ バッテリ

Claims (5)

1. 燃料タンクからの蒸発燃料を新気導入口を有するキャニスタに導いて一時的に吸着させ、該キャニスタに吸着された蒸発燃料を新気導入口から導入される新気と共にパージ制御弁を介して内燃機関の吸気系に吸入させる蒸発燃料処理装置において、燃料タンクからキャニスタを経てパージ制御弁に至るパージラインからの蒸発燃料のリークを診断するリーク診断装置であって、
   前記キャニスタの新気導入口を開閉する新気導入口開閉弁と、
   前記パージラインの圧力を検出する圧力検出手段と、
   機関運転停止後に、前記パージ制御弁および前記新気導入口開閉弁を閉弁して前記パージラインを閉塞し、前記パージライン圧力が大気圧より所定圧だけ正圧側にオフセットした圧力まで低下したら運転停止後の温度降下に応じたパージライン圧力の減少速度を算出する圧力減少速度算出手段と、
   前記算出されたパージライン圧力の減少速度に基づいて、リーク度合を判定するリーク判定手段と、
   を含んで構成されることを特徴とする蒸発燃料処理装置のリーク診断装置。
2. 前記リーク判定手段は、パージライン圧力の減少速度がしきい値より大きいときに正常、しきい値以下のときにリークしていると判定することを特徴とする請求項１記載の蒸発燃料処理装置のリーク診断装置。
3. 前記パージラインの閉塞直後に上昇するパージライン圧力の最大値が所定値以上の場合のみ、前記リーク判定を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の蒸発燃料処理装置のリーク診断装置。
4. エンジン運転停止時の燃料温度と当該運転停止時の外気温度との温度差が所定値以上の場合のみ、前記リーク判定を行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の蒸発燃料処理装置のリーク診断装置。
5. 前記しきい値を、燃料タンク内の空間容積に基づいて可変に設定することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の蒸発燃料処理装置のリーク診断装置。

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