JP4613806B2 - 蒸発燃料処理システムの異常診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸発燃料処理システムの異常診断装置に関し、詳しくは、システムのリーク状態を診断する異常診断装置に関する。

車両用の内燃機関には、燃料タンクで発生する蒸発燃料が大気に放出されることを防止する蒸発燃料処理システムが備えられている。蒸発燃料処理システムは、内部に活性炭が充填されたキャニスタを有しており、このキャニスタに蒸発燃料を吸着して貯えるようになっている。キャニスタに吸着された蒸発燃料は、吸気通路の負圧の導入によりキャニスタからパージされ、吸入空気とともに燃焼室内に供給されて燃焼処理される。

しかし、蒸発燃料処理システムには、例えば、燃料タンクや燃料タンクとキャニスタとを接続するパイプの経年変化等によってリークが生じる場合がある。システムにリークが存在すると、大気中に蒸発燃料を飛散させることになってしまい、蒸発燃料処理システムとしての機能が損なわれることになる。

このため、従来の蒸発燃料処理システムには、例えば、特許文献１に記載されるように、システムのリーク状態を診断する異常診断装置が設けられている。特許文献１に記載された装置は、キャニスタの大気開閉弁を閉じた状態でパージポンプを作動させて負圧を導入し、システム内圧力（特許文献１に記載の技術では燃料タンク内の圧力）が所定値に達したらパージポンプを停止させるようにしている。そして、所定時間経過後のシステム内圧力の変動を検知することにより、リーク状態を診断するようにしている。
特開２００２−１３８９１０号公報 特開２００２−４９５９号公報 特開平６−２３５３５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された装置では、時間が経過してシステム内圧力が一定圧に収束した後でなければ、リーク状態を診断することができない。したがって、この装置では、リーク状態の診断に一定の時間が必要であり、短時間でリーク状態を診断することは難しい。

短時間でリーク状態を診断する方法としては、負圧導入時のシステム内圧力の変化を測定し、それを基準値と比較することが考えられる。基準値は、システムに基準リークが生じている場合のシステム内圧力とする。これによれば、図１２に示すように、システム内圧力（大気圧との差圧）が基準値よりも下がった時点で、システムには基準リークを超えるリークは生じていないと診断することができる。つまり、リーク状態が正常な場合（図１２ではリーク小の場合）には、システム内圧力が収束するのを待つまでも無く、システム内圧力が基準値まで低下した時点で速やかに診断を完了することができる。

ところが、負圧導入時のシステム内圧力は、必ずしも常に減少方向（負圧の増大方向）に変化するとは限らない。実験によれば、システム内圧力は一度大きく低下してから徐々に上昇し、やがて一定の圧力に収束していくことが確認されている。これは、負圧の増大に伴ってタンク内に貯留されている燃料が蒸発することによる。

このようなシステム内圧力のアンダーシュートを考慮すると、図１３に示すように、負圧の導入直後にシステム内圧力（大気圧との差圧）が基準値よりも低下した場合であっても、最終的にはシステム内圧力が基準値よりも高くなることが予想される。この場合、システムには基準リークを超えるリークが生じているので、リーク状態は異常であると診断されるべきである。しかし、単にシステム内圧力と基準値とを比較するだけの診断方法では、システム内圧力が基準値よりも低下した時点でリーク状態は正常と診断されてしまう。つまり、異常と診断すべきところを正常と誤診断してしまうことになる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、蒸発燃料処理システムのリーク状態を正確に且つ速やかに診断できるようにした異常診断装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、
燃料タンクと、前記燃料タンクに接続されるキャニスタとを有する蒸発燃料処理システムに設けられ、前記燃料タンクから前記キャニスタに至る蒸発燃料の流路内に負圧を導入したときのシステム内圧力を測定し、前記システム内圧力に基づいて前記システムのリーク状態を診断する異常診断装置において、
負圧の導入後に前記システム内圧力が定常になったとき或いは定常になったと推定されたとき、前記システム内圧力が予め設定された第１基準値よりも高い場合には、前記システムに基準リークを超えるリークが生じていると判断する第１判定手段と、
負圧の導入後に前記システム内圧力が前記第１基準値よりも低い値に設定された第２基準値まで低下したら、前記システムに前記基準リークを超えるリークは生じていないと判断する第２判定手段とを備え、
前記第１判定手段と第２判定手段のうち先に判定をなした方の判定結果により前記システムのリーク状態を診断することを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
負圧の導入直後に生じる前記システム内圧力のアンダーシュート量を、前記燃料タンク内の温度と前記燃料タンクの残存燃料量とに基づいて予測し、予測したアンダーシュート量を前記第１基準値から差し引いた値を前記第２基準値として設定する第２基準値設定手段を備えることを特徴としている。

第３の発明は、第２の発明において、
前記第２基準値設定手段は、前記システムに前記基準リークが生じている場合のシステム内圧力推移を燃料温度と残存燃料量とをパラメータとして表現した物理モデルを用いて前記アンダーシュート量を計算することを特徴としている。

また、第４の発明は、上記の目的を達成するため、
燃料タンクと、前記燃料タンクに接続されるキャニスタとを有する蒸発燃料処理システムに設けられ、前記燃料タンクから前記キャニスタに至る蒸発燃料の流路内に負圧を導入したときのシステム内圧力を測定し、前記システム内圧力に基づいて前記システムのリーク状態を診断する異常診断装置において、
前記システム内圧力と予め設定された基準値とを比較し、前記システム内圧力が予め設定された基準値よりも高い場合には、前記システムに基準リークを超えるリークが生じていると判断する判定手段と、
負圧の導入後、所定の判定禁止期間は前記判定手段による判定を禁止する禁止手段と、
前記燃料タンク内の温度と前記燃料タンクの残存燃料量とに基づいて前記判定禁止期間を決定する判定禁止期間設定手段と、
を備えることを特徴としている。

第５の発明は、第４の発明において、
前記判定禁止期間設定手段は、負圧の導入から前記システム内圧力が最もアンダーシュートするまでの到達時間を、前記燃料タンク内の温度と前記燃料タンクの残存燃料量とに基づいて予測し、予測した到達時間を基準として前記判定禁止期間を決定することを特徴としている。

第６の発明は、第５の発明において、
前記判定禁止期間設定手段は、前記システムに前記基準リークが生じている場合のタンク内圧推移を燃料温度と残存燃料量とをパラメータとして表現した物理モデルを用いて前記到達時間を計算することを特徴としている。

負圧の導入後、システム内圧力は一度大きく低下してから徐々に上昇し、やがて定常状態となる。このため、システム内圧力が基準リークに対応する第１基準値よりも低くなったことだけでは、システムに基準リークを超えるリークが生じていないとは断定できない。第１の発明によれば、負圧の導入後にシステム内圧力が第１基準値よりもさらに低下し、第１基準値より低く設定された第２基準値まで低下することをシステムに基準リークを超えるリークが生じていないと判断する条件としているので、システム内圧力のアンダーシュートに伴う誤判定を防止することができる。しかも、システム内圧力が定常になるのを待つまでも無く、システム内圧力が第２基準値まで低下した時点で速やかに診断を完了することができる。システム内圧力が第２基準値まで低下しない場合には、定常状態でのシステム内圧力と第１基準値との大小関係からシステムのリーク状態を正確に診断することができる。

負圧の導入直後に生じるシステム内圧力のアンダーシュート量は、燃料温度と残存燃料量に応じて変化する。第２の発明及び第３の発明によれば、燃料温度と残存燃料量とに基づいて予測されたアンダーシュート量を第１基準値から差し引いた値が第２基準値として設定されるので、アンダーシュートに伴う誤判定をより確実に防止することができる。特に、第３の発明によれば、診断の都度、物理モデルを用いてアンダーシュート量を計算することで、条件毎にアンダーシュート量を記憶しておく必要が無く、メモリ容量を削減することができるという利点がある。

アンダーシュートに伴う誤判定を防止するための方法としては、負圧導入後の暫くの間はリーク状態の診断を禁止することが考えられる。しかし、負圧導入後のシステム内圧力の推移は燃料温度と燃料タンクの残存燃料量に応じて変化し、必ずしも一定ではない。また、誤判定の可能性を低減するために禁止期間を長くとると、その分、診断の完了に時間を要してしまう。第４の発明によれば、燃料温度と残存燃料量とに基づいて判定禁止期間が決定されるので、無駄に禁止期間を長くすることなく誤判定の可能性を低減することができ、正確且つ速やかにシステムのリーク状態を診断することができる。

第５の発明及び第６の発明によれば、負圧の導入からシステム内圧力が最もアンダーシュートするまでの到達時間を基準として判定禁止期間が決定されるので、アンダーシュートに伴う誤判定をより確実に防止することができ、且つ、判定禁止期間を必要最小限にして速やかに診断を完了することができる。特に、第６の発明によれば、診断の都度、物理モデルを用いて負圧の導入からシステム内圧力が最もアンダーシュートするまでの到達時間を計算することで、条件毎に判定禁止期間を記憶しておく必要が無く、メモリ容量を削減することができるという利点がある。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態としての蒸発燃料処理システムの構成を示す概略図である。本実施形態の蒸発燃料処理システムは、燃料を貯留する燃料タンク２を備えている。燃料タンク２の内部には、タンク内部の圧力に応じた信号を出力する圧力センサ３２、タンク内部の燃料温度に応じた信号を出力する温度センサ３４、及び、燃料の液面の高さに応じた信号を出力する液面位置センサ３６が配置されている。燃料の液面の高さは燃料タンク２内の燃料量の測定に用いられる。

燃料タンク２はベーパ通路１０を介してキャニスタ４に接続されている。キャニスタ４の内部は活性炭で充填されている。ベーパ通路１０を通ってキャニスタ４内に流入してきた蒸発燃料はその活性炭に吸着される。キャニスタ４のベーパ通路１０が接続される側には、パージ通路１２も接続されている。パージ通路１２はスロットル弁（図示略）の下流において吸気通路６に連通するとともに、その途中にパージ弁(ＶＳＶ：Vacuum Switching Valve)８を備えている。パージ弁８は、デューティ信号により駆動されることにより、実質的にそのデューティ比に応じた開度を実現する制御弁である。

キャニスタ４のベーパ通路１０が接続される側の反対側には、端部を大気に開放された大気通路１４が接続されている。大気通路１４はその途中に電動ポンプ２０を備えている。電動ポンプ２０は、キャニスタ４から大気側にガスを汲み出すように取り付けられている。また、大気通路１４における電動ポンプ２０とキャニスタ４との間には、切り替え弁２２が配置されている。切り替え弁２２には、端部を大気に開放されたガス通路１６が接続されている。ガス通路１６にはオリフィス２４が配置されている。切り替え弁２２は、図１中に実線で示す通路と破線で示す通路とを選択的に切り替えることができる。切り替え弁２２において実線で示す通路が選択されたとき、大気通路１４の電動ポンプ２０が配置される側とキャニスタ４に接続される側とが連通する。破線で示す通路が選択されたときには、大気通路１４の電動ポンプ２０が配置される側にガス通路１６が連通する。また、電動ポンプ２０と切り替え弁２２との間には、大気通路１４の圧力に応じた信号を出力する圧力センサ３８が配置されている。

パージ弁８、切り替え弁２２、及び電動ポンプ２０は、内燃機関の制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０に接続されている。ＥＣＵ３０には、これらの弁８，２２及び電動ポンプ２０の動作を適宜に制御することで、蒸発燃料処理システムのリーク状態を診断する機能が備えられている。以下、本実施形態においてＥＣＵ３０により実行される蒸発燃料処理システムのリーク診断について説明する。

図２は、本実施形態においてＥＣＵ３０により実行されるリーク診断のルーチンをフローチャートで示したものである。本ルーチンの最初のステップＳ１００では、電動ポンプ２０の作動により大気通路１４から大気中へのガスの放出が開始される。電動ポンプ２０の回転速度は所定の一定回転速度に制御される。なお、初期状態における切り替え弁２２の内部通路は、図１に実線で示す通路が選択されている。また、パージ弁８は、内燃機関の運転状態に応じてデューティ制御されている。

次のステップＳ１０２では、リファレンス圧Ｐ_ref1を決定するための処理が実行される。ここでは、切り替え弁２２の内部通路が図１に破線で示す通路に切り替えられる。これにより、ガス通路１６内に空気の流れが生じることになり、オリフィス２４の前後で圧力損失が生じる。ＥＣＵ３０はそのときの圧力センサ３８の信号からオリフィス２４の下流における圧力（ゲージ圧）を測定し、その測定結果をリファレンス圧Ｐ_ref1として設定する。リファレンス圧Ｐ_ref1は、システムにリークが生じているか否か判定するための参照値であり、システム内に基準径のリーク穴が開いている場合、つまり、システムに基準リークが発生している場合の定常状態でのシステム内圧力に相当する。

リファレンス圧Ｐ_ref1の決定後は次のステップＳ１０４に進み、蒸発燃料処理システム内への負圧の導入が開始される。具体的な処理としては、電動ポンプ２０は作動させたまま、パージ弁８が閉じられ、切り替え弁２２の内部通路が図１に実線で示す通路に切り替えられる。これにより、燃料タンク２からパージ弁８に至る流路内のガスはキャニスタ４を経て大気通路１４へ吸い出されていき、前記流路内の圧力（システム内圧力）は次第に低下していく。図３は負圧導入開始後のシステム内圧力の推移を示す図であり、実線はリークが大きい場合、破線はリークが小さい場合をそれぞれ示している。

ステップＳ１０６では、温度センサ３４の信号から燃料タンク２内の燃料温度Ｔ_fuelが測定され、液面位置センサ３６の信号から燃料量Ｖ_fuelが測定される。測定された燃料温度Ｔ_fuel及び燃料量Ｖ_fuelは、次のステップ１０８で実施されるシミュレーションのためのパラメータとして使用される。

ステップＳ１０８では、システムに基準リークが生じている場合のシステム内圧力の推移が物理モデルを用いてシミュレートされる。物理モデルは、蒸発燃料処理システムにおける流入出バランスを物理式で表したものである。本実施形態では、図４の概略図に示すように、電動ポンプからの流出流量、リーク穴からの流入流量、及び燃料蒸発流量を考慮した物理モデルを用いている。この物理モデルを用いれば、システム内の質量保存から、負圧導入開始後の任意の時点におけるシステム内圧力を算出することができる。以下、ステップＳ１０８で実施される物理モデルを用いたシステム内圧力の算出方法について説明する。

図６は、本実施形態においてＥＣＵ３０により実行されるシステム内圧力の算出のルーチンをフローチャートで示したものである。図６に示すルーチンの最初のステップＳ３００では、以下の式（１）によって電動ポンプからの流出流量が算出される。式（１）において、ｍ_a2 ^’は電動ポンプからの空気の流出流量（単位ｍｏｌ／ｓ）、ｍ_g2 ^’はキャニスタへの燃料の吸着流量（単位ｍｏｌ／ｓ）、Ｐはシステム内圧力（単位Ｐａ）、Ｐ₀は大気圧（単位Ｐａ）、Ｂ及びＣはポンプ特性を示す係数である。電動ポンプは図５に示すようなポンプ特性（差圧−流量特性）を有しており、係数Ｂ，Ｃには実際の電動ポンプ２２のポンプ特性に応じた値が選定される。

次のステップＳ３０２では、以下の式（２）によってリーク穴からの流入流量が算出される。式（２）はノズルの式であり、式（２）において、ｍ_a1 ^’はリーク穴からの流入流量（単位ｍｏｌ／ｓ）、Ａはリーク穴の面積（単位ｍ²）、Ｒは一般気体定数（単位Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）、Ｍ_aは燃料タンク内の空気の分子量（ｋｇ／ｍｏｌ）、Ｔは大気温（単位Ｋ）である。

次のステップＳ３０４では、以下の式（３）によって燃料タンク内での燃料の蒸発流量が算出される。式（３）において、ｍ_g3 ^’は燃料の蒸発流量（単位ｍｏｌ／ｓ）、Ｄは係数、Ｙ_sは式（４）で表される変数、Ｙ_gは式（５）で表される変数である。また、式（４）及び式（５）中のＭ_gは燃料タンク内の蒸発燃料の分子量（ｋｇ／ｍｏｌ）、式（４）中のＰ_sは飽和蒸気圧、式（５）中のＰ_gは蒸発燃料の分圧である。

そして、次のステップＳ３０６で、システム内の質量保存に基づいてシステム内圧力が算出される。式（６）は、燃料タンク内の状態方程式である。式（６）において、Ｐ_tankは燃料タンク内圧力（単位Ｐａ）でありシステム内圧力Ｐに等しい。Ｔ_tankは燃料タンク内の温度（単位Ｋ）であり、ステップＳ１０６で測定された燃料温度Ｔ_fuelが代入される。Ｖは燃料タンク内の空容積（単位ｍ³）であり、実際の燃料タンク２の全容積からステップＳ１０６で測定された燃料量Ｖ_fuelを差し引いた値が代入される。Ｒは一般気体定数（単位Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）である。ｍ_a ^’は燃料タンク内空気のモル数変化、ｍ_g ^’は燃料タンク内蒸発燃料のモル数変化である。

式（６）における燃料タンク内空気のモル数変化ｍ_a ^’は、リーク穴からの空気の流入流量ｍ_a1 ^’と、燃料タンクからキャニスタへの空気の流出流量ｍ_a2 ^’とを用いて式（７）によって表すことができる。燃料タンクからキャニスタへの空気の流出流量ｍ_a2 ^’は、電動ポンプからの空気の流出流量に等しい。

また、式（６）における燃料タンク内蒸発燃料のモル数変化ｍ_g ^’は、燃料タンク内での燃料の蒸発流量ｍ_g3 ^’と、燃料タンクからキャニスタへの燃料の流出流量ｍ_g2 ^’とを用いて式（８）によって表すことができる。燃料タンクからキャニスタへの燃料の流出流量ｍ_g2 ^’は、キャニスタへの燃料の吸着流量に等しい。

式（６）に示す状態方程式を解くことでシステム内圧力Ｐを算出することができる。ＥＣＵ３０は、システム内圧力Ｐの初期値を０とし、所定の周期Δｔで図６に示すルーチンを実行することにより、負圧導入後のシステム内圧力の推移をシミュレートする。図７は、物理モデルから算出されるシステム内圧力の推移をグラフで表したものである。この図に示すように、負圧導入後、システム内圧力は一度大きく低下してから徐々に上昇し、やがて一定の圧力に収束していく。

再び図２に示すルーチンに戻って説明すると、ステップＳ１０８では、上記のような物理モデルを用いたシミュレーションの結果に基づき、システム内圧力の最下点圧Ｐ_bと、一定になったときの定常圧Ｐ_stとを算出する。図７に示すように、こられ定常圧Ｐ_stと最下点圧Ｐ_bとの差が、システムに基準リークが生じている場合のシステム内圧力のアンダーシュート量となる。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０８で算出された最下点圧Ｐ_bと定常圧Ｐ_stとを用い、次の式（９）によってリファレンス圧Ｐ_ref1を補正する。以下では、補正前のリファレンス圧Ｐ_ref1を第１リファレンス圧と呼び、補正後のリファレンス圧Ｐ_ref2を第２リファレンス圧と呼ぶ。
Ｐ_ref2 = Ｐ_ref1-(Ｐ_st-Ｐ_b) ・・・（９）

前述のように、第１リファレンス圧Ｐ_ref1は、システムに基準リークが発生している場合の定常状態でのシステム内圧力を意味する。したがって、図３中に実線で示すように、定常状態における実際のシステム内圧力が第１リファレンス圧Ｐ_ref1よりも高い場合には、基準リークよりも大きいリークがシステム内に生じていると判断することができる。一方、図３中に破線で示すように、定常状態における実際のシステム内圧力が第１リファレンス圧_Ｐref1よりも低い場合には、基準リークよりも大きいリークはシステム内に生じていないと判断することができる。

このように、リークが基準リークよりも大きいか否かは、システム内圧力が定常状態になるのを待つことで判断可能である。しかし、リークが基準リークよりも小さい場合、つまり、蒸発燃料処理システムにリーク異常が無いならば、できる限り速やかに診断を終了したい。診断中は負圧の導入の必要からパージ弁８が閉じられ、その間は、キャニスタ４に吸着された蒸発燃料のパージ処理を行うことができないからである。そこで、ＥＣＵ３０は、第１リファレンス圧Ｐ_ref1を用いた判定に加えて、ステップＳ１０８で設定した第２リファレンス圧Ｐ_ref2を用いた判定も行うようにしている。第１リファレンス圧Ｐ_ref1は第の発明にかかる「第１基準値」に相当し、第２リファレンス圧Ｐ_ref2は第の発明にかかる「第２基準値」に相当する。

第２リファレンス圧Ｐ_ref2は、システムに基準リークが生じている場合の最小システム内圧力を意味する。図３中に実線で示すように、リークが基準リークよりも大きい場合でも、アンダーシュート時のシステム内圧力は第１リファレンス圧Ｐ_ref1よりも一時的に低くなる場合がある。しかし、リークが基準リークよりも大きければ、アンダーシュートしたとしても、第２リファレンス圧Ｐ_ref2を超えてシステム内圧力が低下することはない。式（９）に示すように、第２リファレンス圧Ｐ_ref2は、第１リファレンス圧_Ｐref1よりもアンダーシュート量分だけ低く設定されているからである。したがって、図３中に破線で示すように、システム内圧力が第２リファレンス圧Ｐ_ref2以下になることがあれば、基準リークよりも大きいリークはシステム内に生じていないと判断することができる。

２つのリファレンス圧Ｐ_ref1，Ｐ_ref2を用いたリーク診断の具体的な処理の流れは次のようになる。まず、ステップＳ１１２では、システム内圧力として圧力センサ３２の信号からタンク内圧Ｐ_tankが測定され、第２リファレンス圧Ｐ_ref2と比較される。タンク内圧Ｐ_tankが第２リファレンス圧Ｐ_ref2よりも低くなったときには、基準リークよりも大きいリークはシステム内に生じていない、つまり、蒸発燃料処理システムは正常であると判断される（ステップＳ１２０）。

タンク内圧Ｐ_tankが第２リファレンス圧Ｐ_ref2よりも大きい場合には、ステップＳ１１４の判定が行われる。ステップＳ１１４では、タンク内圧Ｐ_tankが定常になったか否か判定される。具体的には、タンク内圧Ｐ_tankの変化量ΔＰと所定の基準値Ｐ_defとが比較され、タンク内圧変化量ΔＰが基準値Ｐ_defを下回ったらタンク内圧Ｐ_tankは定常になったと判断される。なお、図３の実線及び破線に示すように、タンク内圧Ｐ_tankがアンダーシュートしたときには、タンク内圧Ｐ_tankの変化がゼロとなる偏極点ができる。この偏極点をタンク内圧Ｐ_tankの定常状態と誤判定することがないよう、タンク内圧Ｐ_tankのサンプリング周期は大きくとられている。

ステップＳ１１４の判定においてタンク内圧変化量ΔＰが基準値Ｐ_defを下回るまでの間は、ステップＳ１１２の判定が繰り返し実行される。この間にタンク内圧Ｐ_tankが第２リファレンス圧Ｐ_ref2よりも低くなったときには、その時点で、蒸発燃料処理システムは正常との判断が行われて（ステップＳ１２０）、リーク診断は終了する。

タンク内圧Ｐ_tankが第２リファレンス圧Ｐ_ref2よりも低くなることなく、定常状態になったときには、ステップＳ１１６の判定が行われる。ステップＳ１１６では、タンク内圧Ｐ_tankと第１リファレンス圧Ｐ_ref1との比較が行われる。判定の結果、タンク内圧Ｐ_tankが第１リファレンス圧Ｐ_ref1以下であれば、蒸発燃料処理システムは正常との判断が行われる（ステップＳ１２０）。一方、タンク内圧Ｐ_tankが第１リファレンス圧Ｐ_ref1よりも大きい場合には、基準リークよりも大きいリークがシステム内に生じている、つまり、蒸発燃料処理システムは異常であると判断される（ステップＳ１１８）。

以上説明したリーク診断ルーチンによれば、負圧の導入後にタンク内圧Ｐ_tankが第１リファレンス圧Ｐ_ref1よりもさらに低下し、第２リファレンス圧Ｐ_ref2まで低下することを蒸発燃料処理システムに異常がないと判断する条件としているので、タンク内圧Ｐ_tankのアンダーシュートに伴う誤判定を防止することができる。しかも、タンク内圧Ｐ_tankが定常になるのを待つまでも無く、タンク内圧Ｐ_tankが第２リファレンス圧Ｐ_ref2まで低下した時点で速やかにリーク診断を完了することができるという利点もある。

また、上記のリーク診断ルーチンによれば、タンク内圧Ｐ_tankが第２リファレンス圧Ｐ_ref2まで低下しない場合には、定常状態でのタンク内圧Ｐ_tankと第１リファレンス圧Ｐ_ref1との大小関係からシステムのリーク状態を正確に診断することができる。

また、第２リファレンス圧Ｐ_ref2の決定に用いるアンダーシュート量は、燃料の蒸発状態に大きく影響する燃料温度Ｔ_fuelと残存燃料量Ｖ_fuelとを考慮した物理モデルを用いて算出されるので、アンダーシュートに伴う誤判定をより確実に防止することができる。しかも、本実施形態のように診断の都度、物理モデルを用いてアンダーシュート量を計算することで、条件毎にアンダーシュート量を記憶しておく必要が無く、ＥＣＵ３０のメモリ容量を削減することができるという利点もある。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ３０によりリーク診断ルーチンのステップＳ１１４，Ｓ１１６，Ｓ１１８の処理が実行されることで、第１の発明にかかる「第１判定手段」が実現されている。また、ＥＣＵ３０によりリーク診断ルーチンのステップＳ１１２，Ｓ１２０の処理が実行されることで、第１の発明にかかる「第２判定手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態の蒸発燃料処理システムは、図１に示す構成の蒸発燃料処理システムにおいて、ＥＣＵ３０に、図２に示すリーク診断ルーチンに代えて別のリーク診断ルーチンを実行させることにより実現することができる。以下、本実施形態においてＥＣＵ３０により実行される蒸発燃料処理システムのリーク診断について説明する。

図８は、本実施形態においてＥＣＵ３０により実行されるリーク診断のルーチンをフローチャートで示したものである。本ルーチンの最初のステップＳ２００では、電動ポンプ２０の作動により大気通路１４から大気中へのガスの放出が開始される。電動ポンプ２０の回転速度は所定の一定回転速度に制御される。なお、初期状態における切り替え弁２２の内部通路は、図１に実線で示す通路が選択されている。また、パージ弁８は、内燃機関の運転状態に応じてデューティ制御されている。

次のステップＳ２０２では、リファレンス圧Ｐ_refを決定するための処理が実行される。ここでは、切り替え弁２２の内部通路が図１に破線で示す通路に切り替えられる。これにより、ガス通路１６内に空気の流れが生じることになり、オリフィス２４の前後で圧力損失が生じる。ＥＣＵ３０はそのときの圧力センサ３８の信号からオリフィス２４の下流における圧力（ゲージ圧）を測定し、その測定結果をリファレンス圧Ｐ_refとして設定する。リファレンス圧Ｐ_refは、システムに基準リークが発生している場合の定常状態でのシステム内圧力に相当する。

リファレンス圧Ｐ_refの決定後は次のステップＳ２０４に進み、蒸発燃料処理システム内への負圧の導入が開始される。負圧の導入方法は実施の形態１で説明した通りである。図９は負圧導入開始後のシステム内圧力の推移を示す図であり、実線はリークが大きい場合、破線はリークが小さい場合をそれぞれ示している。

また、負圧の導入開始とともに、負圧導入時間TIMEのカウントが開始される（ステップＳ２０６）。さらに、温度センサ３４の信号から燃料タンク２内の燃料温度Ｔ_fuelが測定され、液面位置センサ３６の信号から燃料量Ｖ_fuelが測定される（ステップＳ２０８）。

次のステップＳ２１０では、システムに基準リークが生じている場合のシステム内圧力の推移が物理モデルを用いてシミュレートされる。物理モデルの構成、及びそれを用いたシステム内圧力の算出方法は実施の形態１で説明した通りである。物理モデルを用いたシミュレーションにより、図１０に示すようなシステム内圧力の推移が算出される。ステップＳ２１０では、このシミュレーション結果から、負圧の導入開始からシステム内圧力が最下点圧に到達するまでの時間TIMEaが算出される。

本実施形態にかかるリーク診断では、アンダーシュートに伴う誤判定の防止のため、図９に示すように、負圧導入後の暫くの間はリーク状態の診断を禁止することとしている。ただし、負圧導入後のシステム内圧力の推移は燃料温度と燃料タンクの残存燃料量に応じて変化し、必ずしも一定ではない。また、誤判定の可能性を低減するために禁止期間を長くとると、その分、診断の完了に時間を要してしまう。そこで、本実施形態では、システム内圧力が最下点圧に到達するまでの時間TIMEaをリーク状態の判定を不可とするリーク判定不可時間として設定している。

ステップＳ２１２では、負圧導入時間TIMEがリーク判定不可時間TIMEaを超えたか否か判定さる。負圧導入時間TIMEがリーク判定不可時間TIMEaを超えるまでは、次のステップＳ２１４には進まず、負圧導入時間TIMEがリーク判定不可時間TIMEaを超えたら、次のステップＳ２１４の処理が実行される。

ステップＳ２１４では、タンク内圧Ｐ_tankが定常になったか否か判定される。具体的には、タンク内圧Ｐ_tankの変化量ΔＰと所定の基準値Ｐ_defとが比較され、タンク内圧変化量ΔＰが基準値Ｐ_defを下回ったらタンク内圧Ｐ_tankは定常になったと判断される。タンク内圧変化量ΔＰが基準値Ｐ_defを下回るまでの間は、次のステップＳ２１６には進まず、タンク内圧変化量ΔＰが基準値Ｐ_defを下回ったら、次のステップＳ２１６の処理が実行される。

ステップＳ２１６では、タンク内圧Ｐ_tankとリファレンス圧Ｐ_refとの比較が行われる。判定の結果、タンク内圧Ｐ_tankがリファレンス圧Ｐ_ref以下であれば、蒸発燃料処理システムは正常との判断が行われる（ステップＳ２２０）。一方、タンク内圧Ｐ_tankがリファレンス圧Ｐ_refよりも大きい場合には、基準リークよりも大きいリークがシステム内に生じている、つまり、蒸発燃料処理システムは異常であると判断される（ステップＳ２１８）。

以上説明したリーク診断ルーチンによれば、燃料の蒸発状態に大きく影響する燃料温度Ｔ_fuelと残存燃料量Ｖ_fuelとを考慮した物理モデルを用いてリーク判定不可時間TIMEaが算出されるので、リーク判定の禁止期間を無駄に長くすることなく誤判定の可能性を低減することができ、正確且つ速やかにシステムのリーク状態を診断することができる。

なお、リーク判定不可時間TIMEaを算出する方法としては、上述のように物理モデルを用いる方法の他、マップから算出する方法も考えうる。図１１はマップの概念図であり、このマップによれば、燃料温度Ｔ_fuelと残存燃料量Ｖ_fuelとに応じたリーク判定不可時間TIMEaが一義的に算出できるようになっている。ただし、この場合には、条件毎にリーク判定不可時間TIMEaを記憶しておくための十分なメモリ容量が必要となる。これに対し、本実施形態のように診断の都度、物理モデルを用いてリーク判定不可時間TIMEaを計算すれば、条件毎にリーク判定不可時間TIMEaを記憶しておく必要が無く、ＥＣＵ３０のメモリ容量を削減することができるという利点がある。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ３０によりリーク診断ルーチンのステップＳ２１６，Ｓ２１８の処理が実行されることで、第４の発明にかかる「判定手段」が実現されている。また、ＥＣＵ３０によりリーク診断ルーチンのステップＳ２１２の処理が実行されることで、第４の発明にかかる「禁止手段」が実現され、ステップＳ２１０の処理が実行されることで、第４の発明にかかる「判定禁止期間設定手段」が実現されている。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変形して実施することもできる。例えば、次のように変形して実施してもよい。

上記実施の形態では、圧力センサ３２によって測定されるタンク内圧をシステム内圧として用いているが、圧力センサ３８によって測定される電動ポンプ２０の上流圧をシステム内圧として用いてもよい。

また、上記実施の形態では、オリフィス２４を用いてリーク診断の度にリファレンス圧を測定しているが、マップから条件に応じたリファレンス圧を読み出してくるようにしてもよい。

本発明の実施の形態１としての蒸発燃料処理システムの構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態１において実行されるリーク診断ルーチンのフローチャートである。 負圧導入開始後のシステム内圧力の推移を示す図である。 蒸発燃料処理システムの物理モデルの概略図である。 電動ポンプのポンプ特性を示す図である。 本発明の実施の形態１において実行されるシステム内圧力の算出ルーチンのフローチャートである。 物理モデルから算出されるシステム内圧力の推移を示す図である。 本発明の実施の形態２において実行されるリーク診断ルーチンのフローチャートである。 負圧導入開始後のシステム内圧力の推移を示す図である。 物理モデルから算出されるシステム内圧力の推移を示す図である。 リーク判定不可時間を算出に用いるマップの概念図である。 発明が解決しようとする課題を説明するための図である。 発明が解決しようとする課題を説明するための図である。

符号の説明

２ 燃料タンク
４ キャニスタ
６ 吸気通路
８ パージ弁
１０ ベーパ通路
１２ パージ通路
１４ 大気通路
１６ リファレンス用ガス通路
２０ 電動ポンプ
２２ 切り替え弁
２４ オリフィス
３０ ＥＣＵ
３２，３８ 圧力センサ
３４ 温度センサ
３６ 液面位置センサ
３８ リッド開閉センサ

Claims (2)

1. 燃料タンクと、前記燃料タンクに接続されるキャニスタとを有する蒸発燃料処理システムに設けられ、前記燃料タンクから前記キャニスタに至る蒸発燃料の流路内に負圧を導入したときのシステム内圧力を測定し、前記システム内圧力に基づいて前記システムのリーク状態を診断する異常診断装置において、
   負圧の導入後に前記システム内圧力が定常になったとき或いは定常になったと推定されたとき、前記システム内圧力が予め設定された第１基準値よりも高い場合には、前記システムに基準リークを超えるリークが生じていると判断する第１判定手段と、
   負圧の導入直後に生じる前記システム内圧力のアンダーシュート量を、前記燃料タンク内の温度と前記燃料タンクの残存燃料量とに基づいて予測し、予測したアンダーシュート量を前記第１基準値から差し引いた値を第２基準値として設定する第２基準値設定手段と、
   負圧の導入後に前記システム内圧力が前記第２基準値まで低下したら、前記システムに前記基準リークを超えるリークは生じていないと判断する第２判定手段とを備え、
   前記第１判定手段と第２判定手段のうち先に判定をなした方の判定結果により前記システムのリーク状態を診断することを特徴とする蒸発燃料処理システムの異常診断装置。
2. 前記第２基準値設定手段は、前記システムに前記基準リークが生じている場合のシステム内圧力推移を燃料温度と残存燃料量とをパラメータとして表現した物理モデルを用いて前記アンダーシュート量を計算することを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理システムの異常診断装置。

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