JP7115209B2

JP7115209B2 - 蒸発燃料処理装置

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Publication number: JP7115209B2
Application number: JP2018194178A
Authority: JP
Inventors: 遼佑岸
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2022-08-09
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Description

本発明は、蒸発燃料処理装置に関する。

内燃機関の燃料タンク内で発生した蒸発燃料を処理する蒸発燃料処理装置において、ポンプにて加圧した後の系内の圧力変化に基づいてリーク診断を行う技術が、特許文献１に開示されている。

特開２０１３－１８５５２８号公報

しかしながら、上記蒸発燃料処理装置においては、系内における燃料蒸気圧を把握する手段を有していない。燃料蒸気圧は、系内における燃料の温度のみならず、組成等の燃料の状態によっても変動する。そして、例えば、上述したリーク診断における圧力変化の仕方も、燃料蒸気圧の違いによって異なる。それゆえ、燃料状態が変動し、燃料蒸気圧が変動すると、高精度のリーク診断が困難となる。その他、燃料蒸気圧を把握することは、燃料処理装置における各種診断、制御等を高精度に行うにあたり、重要な要素である。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、検出対象系内の燃料蒸気圧を推定することができる、蒸発燃料処理装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、内燃機関（１１）の燃料を貯留する燃料タンク（２）と、
該燃料タンク内において発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタ（３）と、
上記燃料タンクを含む検出対象系内を減圧するポンプ（５）と、
上記検出対象系内の圧力を検出する圧力検出部（６１）と、
上記検出対象系内を所定圧力まで減圧したときに生じる上記検出対象系内の圧力の脈動の脈動幅（ΔＰ）を検出する脈動検出部（７１）と、
上記検出対象系内を所定圧力まで減圧し、その後における上記圧力検出部の検出値の単位時間当り変化量に基づいて、上記検出対象系内と外部との間の気体の漏れを診断する漏れ診断部（７２）と、
を有する、蒸発燃料処理装置（１）にある。

上記蒸発燃料処理装置は、上記脈動検出部を有する。検出対象系内を所定圧力まで減圧したときに生じる上記検出対象系内の圧力の脈動の脈動幅は、燃料蒸気圧によって変動する。それゆえ、脈動検出部による脈動幅の検出値から、燃料蒸気圧を推定することが可能となる。なお、燃料蒸気圧の推定は、具体的な蒸気圧の値を推定することに限らず、概略の蒸気圧を推定することをも含む。また、蒸気圧の大小を推定すること、すなわち、少なくとも所定の蒸気圧よりも大きいか、もしくは小さいか、を推定することをも含む。

以上のごとく、上記態様によれば、検出対象系内の燃料蒸気圧を推定することができる、蒸発燃料処理装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、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り、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、蒸発燃料処理装置の構成説明図。実施形態１における、各構成要素の動作等のタイミングチャート図。実施形態１における、圧力の脈動を示す拡大説明図。実施形態１における、漏れ診断の際の圧力変動を示す図。実施形態１における、漏れ診断のフロー図。実施形態２における、蒸発燃料処理装置の構成説明図。実施形態２における、漏れ診断のフロー図。実施形態３における、蒸発燃料処理装置の構成説明図。実施形態３における、漏れ診断のフロー図。

（実施形態１）
蒸発燃料処理装置に係る実施形態について、図１～図５を参照して説明する。
蒸発燃料処理装置１は、図１に示すごとく、燃料タンク２と、キャニスタ３と、ポンプ５と、圧力検出部６１と、脈動検出部７１と、を有する。

燃料タンク２は、内燃機関１１の燃料を貯留する。キャニスタ３は、燃料タンク２内において発生した蒸発燃料を吸着する。ポンプ５は、燃料タンク２を含む検出対象系内を減圧する。圧力検出部６１は、検出対象系内の圧力を検出する。脈動検出部７１は、検出対象系内を所定圧力まで減圧したときに生じる検出対象系内の圧力の脈動の脈動幅ΔＰ（図３参照）を検出する。

燃料タンク２とキャニスタ３とは、蒸発燃料通路１２１を介して接続されている。すなわち、燃料タンク２の上部に接続された蒸発燃料通路１２１から、燃料タンク２内にて蒸発した蒸発燃料が、キャニスタ３に到達するよう構成されている。本形態において、圧力検出部６１は、燃料タンク２に設けてあるが、圧力検出部６１を蒸発燃料通路１２１に設けることもできる。

キャニスタ３と内燃機関１１の吸気系１１１との間を連通するように、パージ通路１２４が設けてある。パージ通路１２４には、パージバルブ４１が設けてある。このパージバルブ４１の開閉によって、キャニスタ３から吸気系１１１への蒸発燃料の供給の制御を行うことができるよう構成されている。なお、吸気系１１１には、内燃機関１１の吸気ポート付近に、インジェクタ１１２が設けてある。また、パージ通路１２４は、吸気系１１１におけるスロットル弁１１３よりも下流側に接続されている。

キャニスタ３には、大気を導入するためのベント通路１２２が接続されている。ベント通路１２２には、ベントバルブ４２が設けてある。ベント通路１２２には、ベントバルブ４２を迂回するバイパス通路１２３が接続されている。そして、バイパス通路１２３に、ポンプ５が接続されている。

ポンプ５は、キャニスタ３から大気側へ気体を排出するよう構成されている。パージバルブ４１とベントバルブ４２とを閉じることによって、キャニスタ３と燃料タンク２との双方を含む系内を密閉系とすることができるよう構成されている。この密閉系が、検出対象系内となる。なお、本形態において、検出対象系内は、後述する漏れ診断の対象ともなるため、適宜、「診断対象系内」ともいう。そして、パージバルブ４１及びベントバルブ４２を閉じた状態としたうえで、ポンプ５を作動させる。これにより、診断対象系内を減圧することができる。

また、本形態においては、蒸発燃料通路１２１に、封鎖弁４３を設けている。封鎖弁４３は、燃料タンク２とキャニスタ３との間の連通と遮断とを切り替えることができるよう構成されている。パージバルブ４１、ベントバルブ４２、封鎖弁４３は、いずれも電磁弁によって構成されている。

燃料タンク２内を減圧した後に、封鎖弁４３を閉じることにより、燃料タンク２を含む系内を密閉系とすることもできる。この密閉系も、検出対象系内（すなわち診断対象系内）とすることができる。

本形態の蒸発燃料処理装置１は、診断対象系内と外部との間の気体の漏れを診断する漏れ診断部７２を有する。漏れ診断部７２は、図２に示すごとく、診断対象系内を所定圧力まで減圧した後における圧力検出部６１の検出値の上昇の仕方に基づいて、診断対象系内と外部との間の気体の漏れを診断する。具体的には、検出値の単位時間当り変化量に基づいて、漏れ診断を行う。

診断対象系内における漏れ診断は、例えば、以下のように、行うことができる。ここでは、燃料タンク２と、燃料タンク２から封鎖弁４３までの蒸発燃料通路１２１の一部とを含む、診断対象系内における漏れ診断につき、説明する。

まず、漏れ診断方法の概略は、次のとおりである。パージバルブ４１が閉じられた状態において、図２に示すごとく、封鎖弁４３を開き、ベントバルブ４２を閉じると共に、ポンプ５を作動させる。これにより、診断対象系内の圧力Ｐが低下する。そして、所定の圧力Ｐ１まで減圧した後に、ポンプ５の作動を停止すると共に、封鎖弁４３を閉じる。これにより、燃料タンク２を含む診断対象系内を負圧の状態にて密閉する。

この状態において、圧力Ｐがある単位時間当り変化量以上にて、大気圧へ向かって上昇したとき、漏れがあると診断できる。正常な状態の場合、理想的には圧力Ｐ（＝Ｐ１）は変動しない。しかし、正常な状態であっても、わずかな圧力上昇が生じることはある。例えば、診断対象系内を構成する燃料タンク２等に空いた漏れ孔が、微小な漏れ孔であっても、圧力上昇が生じる。しかし、その漏れ孔が充分に小さい場合には、昇圧は生じても、その昇圧の速度が充分に小さいこととなる。逆に、ある程度の大きさの漏れ孔が空いている場合には、昇圧の速度が高くなる。つまり、原則的には、漏れ孔の大きさに応じて、圧力Ｐの単位時間当り変化量が決まるといえる。

そして、圧力Ｐの単位時間当り変化量が大きすぎる場合（換言すると、圧力Ｐの上昇速度が高すぎる場合）には、異常な漏れがある（例えば、基準値を超える直径の漏れ孔が存在する）と診断される。一方、圧力Ｐの単位時間当り変化量が充分に小さい場合（換言すると、圧力Ｐの上昇速度が充分に低い場合）には、正常である（例えば、基準値を超える直径の漏れ孔が存在しない）と診断される。例えば、図２に示すごとく、ポンプ５の停止及び封鎖弁４３の閉止時点から所定時間Ｔ経過後における、診断対象系内の圧力Ｐが、閾値Ｐｔｈを上回ったとき、異常な漏れがあると診断される。また、ポンプ５の停止及び封鎖弁４３の閉止時点から所定時間Ｔ経過後における、診断対象系内の圧力Ｐが、閾値Ｐｔｈ以下のとき、異常な漏れはないと判断される。なお、所定時間Ｔ経過時点において、ベントバルブ４２を開ける。
なお、図２の最下段のグラフにて、Ｐａｔを付した破線は、大気圧を示し、この破線よりも下が、大気圧に対して負圧であることを意味する。なお、図４においても同様である。

このように、漏れ診断部７２による漏れ診断は、診断対象系内の圧力の上昇の仕方に基づいて行われるが、この圧力の上昇の仕方は、燃料タンク２内の燃料蒸気圧によっても、変わり得る。つまり、診断対象系内の圧力上昇の仕方は、漏れの影響のみならず、燃料蒸気圧の影響をも受け得る。

例えば、燃料の蒸気圧が大きいときは、減圧された診断対象系内において、燃料が蒸発しやすい。そうすると、圧力検出部６１によって検出される診断対象系内の圧力上昇は、漏れ孔からの大気の流入による圧力上昇に加えて、燃料蒸発による圧力上昇も加わる。したがって、同じ漏れ孔が存在していたとしても、図４に示すごとく、燃料蒸気圧が大きいときは、燃料蒸気圧が小さいときに比べて、早く、圧力が上昇することとなる。図４において、実線ＰＬにて示す圧力変化が、燃料蒸気圧の大きい場合の圧力変化を示し、破線ＰＳにて示す圧力変化が、燃料蒸気圧の小さい場合の圧力変化を示す。

したがって、燃料蒸気圧が大きいと、支障のない程度に微小な漏れ孔がある場合にも、漏れ診断部７２によって、異常な漏れ孔が存在すると診断してしまう。つまり、図５に示す圧力変化ＰＬにおいて、所定時間Ｔ経過時点の値が、閾値Ｐｔｈを超えてしまう。すなわち、異常な漏れが存在しない場合にも、異常な漏れがあると診断されてしまう。

燃料蒸気圧をある程度推定することによって、上記のような誤診断を防ぐことができる。そして、その燃料蒸気圧の推定は、上述の脈動検出部７１による脈動幅ΔＰの検出値に基づいて行うことができる。つまり、診断対象系内を所定圧力まで減圧すると、燃料の蒸気圧と、診断対象系内の圧力との差が生じ、燃料の蒸発が生じる。それゆえ、その際の気流の乱れによって、圧力に乱れが生じ、圧力の脈動が生じる。ここで、燃料蒸気圧と診断対象系内の圧力との差が大きいほど、燃料の蒸発はより活性化される。それゆえ、圧力の脈動幅ΔＰも大きくなる。つまり、燃料蒸気圧が大きいほど、圧力の脈動幅ΔＰが大きくなる。この関係に着目して、圧力の脈動幅ΔＰから、燃料蒸気圧を推定することができる。

そこで、本形態の蒸発燃料処理装置１は、脈動検出部７１によって検出された脈動幅ΔＰに基づいて、漏れ診断部７２における漏れ診断の判定基準を補正する、基準補正部７３を有する。本形態において、基準補正部７３は、上述した閾値Ｐｔｈ（図２参照）を補正する。以下に、基準補正部７３による判定基準の補正と、その後の漏れ診断部７２による漏れ診断の実行の流れを、図５のフローを参照して説明する。

なお、本形態の蒸発燃料処理装置１は、車両に搭載されたものである。そして、車両の停止直後（すなわち、運転終了時）に、漏れ診断を行うものとする。図５に示すごとく、イグニッション信号がオフとなったとき、ポンプ５を作動させる（ステップＳ１参照）。なお、図２に示すごとく、ポンプ５の始動と共に、ベントバルブ４２を閉じると共に、封鎖弁４３を開く（ステップＳ２参照）。このとき、パージバルブ４１は閉じている。

次に、圧力検出部６１による診断対象系内の圧力の検出値が、所定の圧力Ｐ１まで低下しているか否かの判断を行う（ステップＳ３参照）。
圧力Ｐ１まで減圧されていると判断されたとき、ポンプ５の回転数を低下させて、圧力Ｐ１が維持されるように調整する（ステップＳ４参照）。なお、図２に示すごとく、圧力Ｐ１まで減圧される直前において、ポンプ回転数を徐々に下げ始めてもよい。そして、圧力Ｐ１に達したとき、ポンプ５の回転数を一定にし、系内の圧力Ｐを圧力Ｐ１にて一定に維持するようにしてもよい。

この圧力Ｐ１を一定に維持しながら、脈動検出部７１によって圧力の脈動幅ΔＰを検出する（図５のステップＳ４、図３参照）。ここで、脈動検出部７１は、圧力検出部６１によって取得される圧力の微小時間内の脈動の振幅を、脈動幅ΔＰとして、検出する。

そして、得られた脈動幅ΔＰに基づいて、漏れ診断の判定基準を補正する（ステップＳ５参照）。すなわち、脈動幅ΔＰが大きい場合には、蒸気圧が大きいと判断されるため、閾値Ｐｔｈを高くする。脈動幅ΔＰが小さい場合には、蒸気圧が小さいと判断されるため、閾値Ｐｔｈを低くする。なお、脈動幅ΔＰの大きさに応じて、閾値Ｐｔｈを、適切な大きさに補正する。例えば、脈動幅ΔＰが大きい場合に、図４に示す閾値Ｐｔｈを、高くして（大気圧により近づけて）、Ｐｔｈａとする。

そのうえで、ポンプ５を停止すると共に、封鎖弁４３を閉じる。これにより、燃料タンク２を含む診断対象系内を密閉して、実質的な漏れ診断を開始する（図５のステップＳ６参照）。すなわち、圧力検出部６１による圧力検出値Ｐの時間変化を見る。そして、上記ステップＳ５において補正した後の閾値と、所定時間Ｔ経過時点の圧力とを比較して、漏れ診断を行う。

すなわち、例えば、脈動幅ΔＰが大きかった場合、図４に示す圧力変化ＰＬにおいて、所定時間Ｔ経過時点の圧力が、補正後の閾値Ｐｔｈａと比較されることとなる。その結果、漏れ孔が許容範囲内のものである場合において、圧力ＰＬが、閾値を超えてしまうことを防ぐことができる。つまり、誤診断を防ぐことができる。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記蒸発燃料処理装置１は、脈動検出部７１を有する。診断対象系内を所定圧力まで減圧したときに生じる診断対象系内の圧力の脈動の脈動幅ΔＰは、燃料蒸気圧によって変動する。それゆえ、脈動検出部７１による脈動幅ΔＰの検出値から、燃料蒸気圧を推定することが可能となる。この推定された燃料蒸気圧を、蒸発燃料処理装置１における漏れ診断の精度向上に役立てることができる。

具体的には、上述したように、脈動幅ΔＰから、燃料蒸気圧を推定することが可能となる。そして、燃料蒸気圧に応じて、漏れ診断部７２による漏れ診断の判定基準を補正することができる。それゆえ、より精度の高い漏れ診断を行うことができる。

また、漏れ診断部７２は、診断対象系内を所定圧力まで減圧した後における圧力検出部６１の検出値の上昇の仕方に基づいて、診断対象系内と外部との間の気体の漏れを診断する。このように、漏れ診断の準備段階として、診断対象系内を負圧にするが、この負圧の状態において、燃料蒸気圧に応じた圧力の脈動が生じやすい。それゆえ、かかる漏れ診断において、脈動検出部７１による検出結果を利用しやすい。また、脈動幅ΔＰに応じて診断基準を補正するため、精度の高い漏れ診断が可能となる。また、診断対象系内を正圧とする必要がないため、万一、漏れ孔が存在したときも、漏れ孔から系外へ多くの蒸発燃料が積極的に放出されることを防ぐことができる。

また、脈動検出部７１による診断対象系内の圧力の脈動の脈動幅ΔＰの検出は、診断対象系内の圧力の上昇又は低下を抑制するようにポンプ５を制御しながら行う。これにより、略一定の圧力下において、圧力の脈動幅ΔＰを検出することができる。つまり、脈動の中心値の時間変動が殆ど生じない状態、すなわち略一定の状態を保ちながら、脈動幅ΔＰを測定することができる。それゆえ、精度の高い脈動幅ΔＰの測定が可能となる。

以上のごとく、上記態様によれば、診断対象系内の燃料蒸気圧を推定することができる、蒸発燃料処理装置を提供することができる。

（実施形態２）
本形態は、図６、図７に示すごとく、診断決定部７４を有する蒸発燃料処理装置１の形態である。診断決定部７４は、脈動検出部７１によって検出された圧力の脈動幅ΔＰに基づいて、漏れ診断部７２による漏れ診断を実行するか否かを決定する。

上述のごとく、圧力の脈動幅ΔＰが大きい場合は、燃料蒸気圧が大きい状態である。そうすると、漏れ診断部７２による漏れ診断の際に検出する診断対象系内の圧力の上昇の仕方が、燃料蒸発による圧力上昇の影響を大きく受けてしまう。その結果、漏れ診断を高精度に行うことが困難な場合もある。

そこで、本形態においては、脈動検出部７１によって検出された脈動幅ΔＰが、ある閾値ΔＰｔｈよりも大きい場合には、漏れ診断を実行しないようにする。つまり、診断決定部７４が、脈動幅ΔＰに基づいて、漏れ診断を実行するか否かを決定する。

図７に、診断決定部７４による判断手法の流れと、その後の漏れ診断部７２による漏れ診断の実行の流れを示す。
ステップＳ１～ステップＳ４は、実施形態１と同様である。そして、ステップＳ４の後に、診断決定部７４において、脈動幅ΔＰを、閾値Ｐｔｈと比較する（ステップＳ５ａ）。閾値Ｐｔｈは、充分に高い精度の漏れ診断を実行できる程度の燃料蒸気圧に相当する脈動幅ΔＰとして、予め設定することができる。

診断決定部７４において脈動幅ΔＰが閾値ΔＰｔｈ以下であると判断されたとき、ステップＳ６に進み、ポンプ５を停止して、漏れ診断部７２による漏れ診断を実行する。一方、診断決定部７４において脈動幅ΔＰが閾値ΔＰｔｈを超えていると判断されたとき、漏れ診断部７２による漏れ診断を実行せず、延期する。なお、漏れ診断を実行しないときは、ポンプ５を停止すると共に、ベントバルブ４２を開放する。

その他は、実施形態１と同様である。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

本形態においては、誤診断の可能性がある場合に、漏れ診断を中止もしくは延期することができる。換言すると、診断精度が低下しやすい状況においては、漏れ診断を行わないようにすることができる。そして、高精度の診断を実施できる状況を選んで、漏れ診断を行うようにすることができる。その結果、高い精度の漏れ診断が可能となる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態３）
本形態は、図８、図９に示すごとく、基準補正部７３と診断決定部７４との双方を備えた、蒸発燃料処理装置１の形態である。
すなわち、実施形態１と実施形態２とを合わせた態様ということもできる。

本形態においては、図９のフローに示すように、漏れ診断に際して、各種判断及び制御等を行う。
同図に示すように、ステップＳ１～ステップＳ５ａについては、実施形態２と同様である。ただし、本形態における閾値ΔＰｔｈは、実施形態２における閾値ΔＰｔｈと同じである必要はない。例えば、本形態における閾値ΔＰｔｈは、実施形態２における閾値ΔＰｔｈよりも大きめに設定することもできる。

そして、ステップＳ５ａにおいて、診断決定部７４によって、脈動幅ΔＰが閾値ΔＰｔｈ以下と判断されたとき、基準補正部７３によって、漏れ診断のための閾値Ｐｔｈを補正する（ステップＳ５ｂ参照）。ここで、閾値Ｐｔｈの補正は、実施形態１と同様に、脈動幅ΔＰに基づいて行う。

一方、ステップＳ５ａにおいて、診断決定部７４によって、脈動幅ΔＰが閾値ΔＰｔｈを超えていると判断されたとき、漏れ診断を実行せず、延期する。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態においては、実施形態１の作用効果と実施形態２の作用効果との双方を奏する。これにより、精度の高い漏れ診断を効果的に実行することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

上記実施形態においては、漏れ診断の際に、所定時間Ｔ経過後の圧力にて、異常な漏れの有無を判断する例を示したが、例えば、所定の圧力まで上昇するまでの経過時間によって、異常な漏れの有無を判断することもできる。
また、上記の実施形態においては、漏れ診断の際に、封鎖弁よりも燃料タンク側の密閉系を診断対象系内として、診断を行う形態を示したが、これに限られるものではない。例えば、ベントバルブ及びパージバルブを閉じ、封鎖弁を開放した状態にて、燃料タンクとキャニスタとを含む密閉系を、診断対象系内とすることもできる。また、封鎖弁を設けない、蒸発燃料処理装置とすることもできる。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１蒸発燃料処理装置
１１内燃機関
２燃料タンク
３キャニスタ
５ポンプ
６１圧力検出部
７１脈動検出部
ΔＰ脈動幅

Claims

内燃機関（１１）の燃料を貯留する燃料タンク（２）と、
該燃料タンク内において発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタ（３）と、
上記燃料タンクを含む検出対象系内を減圧するポンプ（５）と、
上記検出対象系内の圧力を検出する圧力検出部（６１）と、
上記検出対象系内を所定圧力まで減圧したときに生じる上記検出対象系内の圧力の脈動の脈動幅（ΔＰ）を検出する脈動検出部（７１）と、
上記検出対象系内を所定圧力まで減圧し、その後における上記圧力検出部の検出値の単位時間当り変化量に基づいて、上記検出対象系内と外部との間の気体の漏れを診断する漏れ診断部（７２）と、
を有する、蒸発燃料処理装置（１）。
上記脈動検出部によって検出された圧力の脈動幅に基づいて、上記漏れ診断部における漏れ診断の判定基準を補正する基準補正部を有する、請求項１に記載の蒸発燃料処理装置（１）。
上記脈動検出部によって検出された圧力の脈動幅に基づいて、上記漏れ診断部による漏れ診断を実行するか否かを決定する診断決定部を有する、請求項１に記載の蒸発燃料処理装置（１）。
上記脈動検出部による上記検出対象系内の圧力の脈動の脈動幅の検出は、上記検出対象系内の圧力の上昇又は低下を抑制するように制御しながら行う、請求項１～３のいずれか一項に記載の蒸発燃料処理装置（１）。