JP4424074B2 - 蒸発燃料処理装置の故障検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸発燃料処理装置の故障検出装置に関する。特に、車両に搭載した燃料タンクで発生した蒸発燃料をエンジンの吸気系にパージする蒸発燃料の処理装置において、蒸発燃料の漏洩が生じているか否かを検出する故障検出装置に関する。

従来の蒸発燃料処理装置の故障検出装置として、内燃機関が停止され、リーク診断実行条件が成立した時に、エバポ系を密閉状態にしてリーク診断を行うものが知られている。リーク診断期間中に、タンク内圧センサによりゲージ圧で検出したタンク内圧Ｐｔを、所定の静圧側判定値Ｐｔ₁及び所定の負圧側判定値―Ｐｔ₂と比較し、タンク内圧ＰｔがＰｔ₁より高くなったとき、または、Ｐｔ₂より低くなったときには、リークなしと判断する。一方、タンク内圧ＰｔがＰｔ₁より大きくなったり、Ｐｔ₂より小さくなったりすることなく診断期間が終了したら、リークありと判断する。なお、判定値Ｐｔ₁、Ｐｔ₂は、固定値、または、燃料タンク１１内の燃料残量及び／又は燃料温度に応じた変化値とする（例えば、特許文献１、参照。）。
特開２００３−８３１７５号公報

内燃機関停止後にリーク診断を行うためにエバポ系を密閉した場合、エバポ系の圧力変化は、燃料の蒸発および凝縮と、温度変化に起因する。ここで、燃料の蒸発は、燃料成分や運転履歴等によって異なり、例えば、燃料中に軽い成分（蒸発し易い成分）があまり含まれていない場合には、蒸発が生じ難いので圧力が上昇し難くい。そのため、燃料温度に応じて判定値を設定した場合にも、燃料の成分状態等により、リーク診断に誤診が生じる可能性がある。

そこで本発明は、上記問題を鑑みて、正確なリーク診断を行うことができる蒸発燃料処理装置の故障検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、燃料タンク内の燃料が蒸発して生じたエバポガスをエンジンの吸気系にパージする蒸発燃料処理装置と、前記燃料タンク内の温度を検出する温度検出手段と、前記燃料タンクを含む燃料処理装置内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記燃料処理装置を密閉状態に維持する密閉手段と、前記エンジン停止中に前記温度検出手段の出力の変化量と前記圧力検出手段の出力の変化量とからエバポガスのリーク診断を行うリーク診断手段と、を備える蒸発燃料処理装置の故障検出装置である。そして、前記リーク診断手段は、前記エンジン停止時に、前記密閉手段により密閉を行う時点での前記温度検出手段の出力から、所定値以上温度が降下したか否かを判断する温度変化判断手段と、前記温度変化判断手段により、所定値以上温度が降下したと判断された場合に、前記密閉手段により密閉を行う時点での前記圧力検出手段の出力から、燃料蒸気の凝縮が無いと仮定した場合の温度変化に伴って発生する所定の圧力変化量以上圧力が降下したか否かを判断する圧力変化判断手段と、を備え、前記圧力変化判断手段により、前記圧力変化量以上圧力が降下していないと判断された場合に、リークが生じていると診断する。

エンジン停止中に、温度検出手段の出力変化量と、圧力検出手段の出力変化量とから、エバポガスのリーク診断を行う。このように、蒸発による圧力変化によらず、検出手段にて検出可能な温度変化に相当する圧力変化をみることで、より正確なリーク診断を行うことができる。

本実施形態に用いるエバポ系１の構成を、図１を用いて説明する。

エバポ系１を、燃料タンク２内で生じたエバポガスをエンジン吸気系１２へパージ処理するためのシステムとし、ここでは、後述するように、燃料タンク２からパージバルブ７までとする。

エバポ系１には、燃料タンク２と、燃料タンク２に接続するベントライン３と、燃料タンク２にベントライン３を介して接続したキャニスタ４を備える。キャニスタ４内には、エバポガスを吸着する活性炭等の吸着体４ａを収容する。また、キャニスタ４において、吸着体４ａに対して、ガス流通方向についてベントライン３との接続部の略反対側となる位置に、大気開放通路１１を備える。大気開放通路１１には、常開型の電磁弁よりなるベントカットバルブ５を備える。

さらに、キャニスタ４とエンジン吸気系１２の間には、キャニスタ４の吸着体４ａに吸着されているエバポガスをエンジン吸気系１２にパージするためのパージ通路６を備える。また、パージ通路６には、常閉型の電磁弁よりなるパージバルブ７を備える。

また、燃料タンク２からパージバルブ７までのエバポ系１の圧力を検出する圧力センサ８を備える。ここでは、圧力センサ８をキャニスタ４とパージ通路６との接続部近傍の圧力を検出する手段とする。ただしこの限りではなく、燃料タンク２内の圧力を検出するように構成してもよい。また、燃料タンク２内の温度を検出する温度センサ９を備える。ここでは、温度センサ９は、燃料タンク２内の燃料温度の検出を行う。

また、このようなエバポ系１の故障診断を行う制御装置１０を備える。制御装置１０では、ベントカットバルブ５の開閉を制御し、圧力センサ８、温度センサ９の出力に基づいて、エバポ系１からのリークが生じているか否かを診断する。

このようなエバポ系１では、通常、燃料タンク２内で生じたエバポガスが大気中に漏洩するのを防止するため、燃料タンク２内のエバポガスをベントライン３を通してキャニスタ４に導入し、吸着体４ａに吸着させる。また、パージ通路６に設けたパージバルブ７の開度を制御することにより、所定流量に調整したエバポガスを、キャニスタ４からエンジン吸気系１２にパージする。これにより、キャニスタ４の吸着性能を維持している。

このようなエバポ系１において、リークが生じて、大気中にエバポガスが漏洩した状態で長期間放置されると、大気汚染の要因となってしまう。そこで、エバポ系１のエバポガスのリーク診断を行う。

エバポ系１のリークは、エバポ系１を密閉し、系内の圧力であるエバポ系圧力Ｐの検出値に応じて診断する。ここで、診断中にはキャニスタ４からエバポガスをエンジン吸気系１２に取り入れることができずキャニスタ４の吸着性能の悪化を招くため、運転中にリーク診断を行う場合には、診断の頻度が制限されてしまう。また、運転中には、車両運転者のアクセル操作、走行状態、走行環境といった外的要因により燃料タンク１内のエバポガスの状態も変化するので、リークを正確に診断するのが困難である。

そこで、本実施形態では、エンジン停止中にエバポ系１を密閉してリーク診断を行う。エンジン停止後にエバポ系１を密閉した際の圧力変化の一例を、図２に示す。

エバポ系１にリークが生じていない場合には、走行していた車両が停止しキーオフされると、その直後には、エバポ系１の圧力が上昇する。これは、走行に伴って生じる空気の流れによる燃料タンク１の冷却が、車両停止とともに終了されるためである。これにより、燃料タンク１内の気相の温度が上昇するとともに、燃料温度が上昇して燃料蒸発量が増加するので、エバポ系圧力Ｐが上昇する。その後、外気により冷却されるに従って、燃料タンク２内の温度が低下するので、エバポ系圧力Ｐが徐々に低下する。また、このとき、燃料タンク２内の気相に蒸発していた蒸気燃料に凝縮が生じるためエバポ系圧力Ｐがさらに低下する。

一方、エバポ系１にリークが生じている場合には、エンジン停止直後には多くの燃料が蒸発することにより一時的に圧力が上昇するが、蒸気燃料の発生が比較的小さくなった時点で圧力が降下し、大気圧またはその近傍となる。エバポ系１の温度降下に伴う圧力降下は比較的緩やかなものであるため、エバポ系１内にリーク部分より外気が取り込まれることにより、エバポ系１内は大気圧またはその近傍に維持される。そのため、リークが生じている場合には、エンジン停止直後に正圧のみが検出されて負圧は検出されない、または負圧状態を検出するのが困難となる。

なお、圧力波形はこの限りではなく、燃料成分や運転履歴、燃料温度、外気温度・圧力の変化等の要因により異なってくる。例えば、運転時間がある程度長い場合には、燃料中の蒸発し易い軽い成分が既にキャニスタ４を介してエンジン吸気系４へパージされており、燃料中には蒸発し難い重い成分しか残っていない場合がある。このような場合には、エンジンをオフとした後にも燃料の蒸発は生じ難く、蒸発による圧力上昇も抑制される。また、運転時間がごく短い場合などには、エンジンオフ直後のエバポ系１内の温度・圧力上昇が少ない、あるいは温度・圧力上昇が生じない。

そのため、圧力を検出するのみでは、リーク診断を正確に行うことは困難である。そこで、本実施形態では、燃料タンク２内の温度変化量に対する圧力変化量を検出することにより、リーク診断を行う。ここでは、燃料温度の降下量に対する圧力変化量により、リーク診断を行う。例えば、孔径が約０．１２ｍｍ以上のリーク孔からのリークを検出する。

リーク診断開始時の燃料温度ＴＦを基準燃料温度ＴＦｏとし、エバポ系圧力Ｐを基準圧Ｐｏとする。ここでは、エバポ系１を密閉状態とするために、ベントカットバルブ５を閉とする時点での、温度ＴＦおよび圧力Ｐを基準圧ＴＦｏ、基準圧力Ｐｏとする。リーク診断開始後、エバポ系１が密閉された状態で燃料温度ＴＦが基準温度ＴＦｏからα降下した時に、エバポ系圧力Ｐが基準圧力Ｐｏからβ以上降下していれば、リークなしと判断し、降下していなければリークありと判断する。ここで、βは、温度がα低下した際のエバポ系圧力Ｐの最低限の降下圧力量とする。つまり、燃料タンク２内での凝縮に関係なく、温度変化によってのみ降下する圧力量とする。そこで、圧力センサ８により、βが十分に検知される範囲となるように、予めαを設定しておく。これは計算により求めることができる。ただしこの限りではなく、実験等により最低限の降下圧力量α、βを設定してもよい。

このように診断することにより、燃料成分、運転履歴等により凝縮状態が異なる場合にも、凝縮に関係なく、温度による圧力変化のみに注目して診断するので、正確にリーク診断を行うことができる。また、ここではエンジン停止中にリーク診断を行う。これにより、リーク診断の時間を十分にとることができ、温度降下・圧力降下時間を十分にとることができるので、正確にリーク診断を行うことができる。

次に、リーク診断の流れを図３のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１〜Ｓ４において、診断許可条件を満たしているか否かを判断する。ステップＳ１においては、キーオフ状態であるか否か、つまりエンジン停止状態であるか否かを判断する。キーオフ状態でない場合にはリーク診断は行わず、ステップＳ２１に進みＦＬＡＧＢを０に設定する。なお、ＦＬＡＧＢは、既に診断を行ったか否かを示す信号であり、０の場合には停止中の診断がまだ行われていないことを、１の場合には、診断を既に行ったことを示す。

ステップＳ１においてキーオフ状態であると判断された場合には、ステップＳ２に進み、電源電圧が所定値Ｃ以上であるか否かを判断する。ここで、所定値Ｃは次回の始動に必要な電力値とする。リーク診断時には、常開型の電磁弁よりなるベントカットバルブ５を閉じるために通電したり、圧力センサ８、温度センサ９へ通電したり、制御装置１０を動作させるのに電力が消費される。そのため、電源電圧が十分にない場合には、リーク診断を行わず、ステップＳ２１に進みＦＬＡＧＢを０に設定する。

ステップＳ２において、電源電圧の条件を満たしている場合には、ステップＳ３に進み、給油中であるか否かを判断する。給油中の場合には、エバポ系１の密閉は行うことができず、リーク診断が行えない。そこで、ステップＳ２１において、ＦＬＡＧＢを０に設定する。給油中ではないと判断された場合には、ステップＳ４に進み、ＦＬＡＧＢが１であるか否かを判断する。ＦＬＡＧＢが１である場合には、既にリーク診断が終了しているので、リーク診断は行わないと判断する。

このように、ステップＳ１〜Ｓ４における診断許可条件のうち一つでも満たされない場合には、ステップＳ２２に進みベントカットバルブ５を開き、エバポ系１を開放する。次に、ステップＳ２３において、ＦＬＡＧＡを０に設定する。なお、ＦＬＡＧＡは、リーク診断が行われている状態であるか否かを示す信号で、ＦＬＡＧＡが１の場合にはリーク診断中、０の場合には診断中ではないことを示す。さらにステップＳ２４に進み、ＴｉｍｅｒＡを０に設定する。ＴｉｍｅｒＡを、リーク診断が継続されている時間とする。リーク診断が行われない場合には、ステップＳ２２〜Ｓ２４のような処理を行ったあと、本フローを終了する。

一方、ステップＳ１〜Ｓ４の診断許可条件を全て満たしている場合には、リーク診断を行う。ステップＳ５において、ＦＬＡＧＡが１であるか否かを判断する。

ＦＬＡＧＡが１でない場合、つまり、現在リーク診断を継続していない場合には、ステップＳ６に進み、ＦＬＡＧＡを１に設定し、リーク診断を開始する。ステップＳ７において、エバポ系圧力Ｐを検出し、これを基準圧力Ｐｏとして記憶する。次に、ステップＳ８において、燃料温度ＴＦを検出し、これを基準温度ＴＦｏとして記憶する。ステップＳ９において、ベントカットバルブ５を閉じることにより、エバポ系１を密閉する。これにより、リーク診断を開始する。

ステップＳ５において、リーク診断が継続されている、つまりＦＬＡＧＡが１に設定したら、または、ステップＳ９において、エバポ系１を密閉したら、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０において、ＴｉｍｅｒＡをカウントする。つまり、ＴｉｍｅｒＡ＝ＴｉｍｅｒＡ＋Ｔ。なお、Ｔは、本フローを一回転するのに必要な時間に相当する。

ステップＳ１１において、ＴｉｍｅｒＡが、所定値Ａｏ以上であるか否かを判断する。ここで、所定値Ａｏは、リーク診断の繰り返しを指示する上限時間であり、それ以上診断を行っても、後述するステップＳ１４において、燃料温度ＴＦがα変化する見込みがないと判断される時間とする。または、バッテリ等の蓄電装置の容量に対して、リーク診断で消費される電力の割合が大きくなると判断される時間とする。ＴｉｍｅｒＡが、所定値Ａｏ以上である場合には、ステップＳ１２に進み、ＦＬＡＧＢを１に設定する。つまり、今回の診断以降は診断を継続せず、リーク診断を終了する旨を記憶して、ステップＳ１３に進む。なお、本実施形態では、ＴｉｍｅｒＡが所定値Ａｏ以上であると判断された場合にも、その回の診断のみは継続して行う。一方、ＴｉｍｅｒＡが所定値Ａｏより小さい場合には、ＦＬＡＧＢはそのまま０の状態で、ステップＳ１３に進む。

次に、ステップＳ１３において、燃料温度ＴＦを検出する。ステップＳ１４において、燃料温度ＴＦが基準温度ＴＦｏよりα以上低下したか否かを判断する。つまり、ＴＦ≦ＴＦｏ―αであるか否かを判断する。ＴＦがＴＦｏ−αより大きい場合には、温度低下に伴って生じる燃料タンク２内の気相圧力変化が十分に検出できないと判断して、ステップＳ２０に進み、診断保留として本フローを終了する。一方、ＴＦがＴＦｏ−α以下の場合には、ステップＳ１５に進み、エバポ系圧力Ｐを検出する。

ステップＳ１６において、エバポ系圧力Ｐが基準圧力Ｐｏよりβ以上低下したか否かを判断する。つまり、Ｐ≦Ｐｏ−βであるか否かを判断する。ＰがＰｏ−β以下の場合には、ステップＳ１７に進み、エバポ系１のリークは生じておらず、正常であると診断する。一方、ＰがＰｏ−βより大きい場合には、ステップＳ１８に進み、エバポ系１にリークが生じており、異常であると判断する。この場合には、次回のキーオン時に、運転席のランプの点灯等により警告を行う。ただし、この限りではなく、所定回数異常診断が行われたら、警告を行うように設定してもよい。

このように、ステップＳ１７、Ｓ１８においてリーク診断の出力が決定されたら、ステップＳ１９において、ＦＬＡＧＢを１に設定し、今回の停止におけるリーク診断を行ったことを記憶して、本フローを終了する。

このように、本実施形態では、燃料温度ＴＦが診断開始時よりα降下した場合に、エバポ系圧力Ｐがβ降下しているか否かにより判断する。ここで、α、βは、温度変化により予測される気相の圧力変化量を示すので、正確なリーク判断を行うことができる。

次に、本実施形態の効果について説明する。

燃料タンク２内の燃料が蒸発して生じたエバポガスをエンジン吸気系１２にパージするエバポ系１と、燃料タンク２内の温度を検出する温度センサ９と、燃料タンク２をエバポ系１内の圧力を検出する圧力センサ８と、を備える。また、エバポ系１を密閉状態に維持するベントカットバルブ５と、エンジン停止中に、温度センサ９の出力の変化量と、圧力センサ８の出力の変化量と、から、エバポガスのリーク診断を行うリーク診断手段（Ｓ１４、Ｓ１６）と、を備える。これにより、温度降下に対して最低限の圧力降下を生じているか否かを判断することができる。その結果、燃料成分等により変化する凝縮による圧力変動にはよらず、検出された温度変化に対して十分の圧力変化が起っているか否かにより判断しているので、より正確なリーク診断を行うことができる。

このとき、エンジン停止中にリーク診断を行っているので、蒸発等に比較して緩やかとなる温度変化による圧力変化を検出するのに、十分な時間をかけることができる。そのため、温度変化に対して十分な圧力変化が生じているか否かを、蒸発・凝縮状態にかかわらず、より正確に判断することができる。また、エンジン停止中にリーク診断を行うことにより、エバポガスのエンジン吸気系１２へのパージが低減されるのを避けることができる。

エンジン停止時に、ベントカットバルブ５により密閉を行う時点での温度センサ９の出力から、所定値α以上温度が降下したか否かを判断する温度変化判断手段（Ｓ１４）を備え、温度変化判断手段（Ｓ１４）により、所定値α以上の温度が降下したと判断されない場合には、判定を保留する（Ｓ２０）。これにより、温度降下が少ない場合に圧力降下が小さいとしてリークが生じていると判断してしまうのを避けることができる。圧力変化のみではなく温度変化もみることで、より正確にリークを診断することができる。

エンジン停止時に、ベントカットバルブ５により密閉を行う時点での温度センサ９の出力から、所定値α以上温度が降下したか否かを判断する温度変化判断手段（Ｓ１４）と、温度変化判断手段（Ｓ１４）により、所定値α以上温度が降下したと判断された場合に、ベントカットバルブ５により密閉を行う時点での圧力センサ８の出力から、所定値β以上圧力が降下したか否かを判断する圧力変化判断手段（Ｓ１６）と、を備える。圧力変化判断手段（Ｓ１６）により、所定値β以上圧力が降下していないと判断された場合に、リークが生じていると診断する。このように、所定値αの温度降下が生じた場合に、所定値βの圧力降下が生じているか否かにより診断することにより、リーク診断をより正確に、容易に行うことができる。また、圧力変化判断手段（Ｓ１６）により、所定値β以上圧力が降下したと判断された場合には、リークは生じていないと診断する。

リーク診断の継続時間ＴｉｍｅｒＡをカウントするカウント手段（Ｓ１１）と、カウント手段（Ｓ１１）によりカウントされた継続時間ＴｉｍｅｒＡが所定時間Ａｏ以上となった場合に、リーク診断の継続を終了する終了判断手段（Ｓ１１）と、を備える。これにより、温度変化が生じない状態でリーク診断を繰り返し行われることにより、診断の出力が得られずに電力のみを消費するのを避けることができる。

なお、本実施形態では、温度基準を判断する温度を燃料温度としたが、この限りではない。例えば、燃料タンク２内の気相温度により判断してもよい。また、ここでは、ベントカットバルブ５を常開型、パージバルブ７を常閉型としたが、この限りではない。

このように、本発明は、上記発明を実施するための最良の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で、様々な変更を為し得ることはいうまでもない。

本発明は、蒸気燃料処理装置の故障検出装置に適用することができる。例えば、車両に搭載した燃料タンクを含む蒸気燃料処理装置からのリークを検出するための故障検出装置に適用することができる。

本実施形態に用いるエバポ系の構成図である。 本実施形態におけるエバポ系の圧力と温度変化の例を示す図である。 本実施形態に用いるエバポ系のリーク診断のフローチャートである。

符号の説明

１ エバポ系（蒸気燃料処理装置）
２ 燃料タンク
４ キャニスタ
５ ベントカットバルブ
８ 圧力センサ
９ 温度センサ
１２ エンジン吸気系

Claims (3)

1. 燃料タンク内の燃料が蒸発して生じたエバポガスをエンジンの吸気系にパージする蒸発燃料処理装置と、
   前記燃料タンク内の温度を検出する温度検出手段と、
   前記燃料タンクを含む燃料処理装置内の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記燃料処理装置を密閉状態に維持する密閉手段と、
   前記エンジン停止中に、前記温度検出手段の出力の変化量と、前記圧力検出手段の出力の変化量と、から、エバポガスのリーク診断を行うリーク診断手段と、
   を備える蒸発燃料処理装置の故障検出装置であって、
   前記リーク診断手段は、
   前記エンジン停止時に、前記密閉手段により密閉を行う時点での前記温度検出手段の出力から、所定値以上温度が降下したか否かを判断する温度変化判断手段と、
   前記温度変化判断手段により、所定値以上温度が降下したと判断された場合に、前記密閉手段により密閉を行う時点での前記圧力検出手段の出力から、燃料蒸気の凝縮が無いと仮定した場合の温度変化に伴って発生する所定の圧力変化量以上圧力が降下したか否かを判断する圧力変化判断手段と、を備え、
   前記圧力変化判断手段により、前記圧力変化量以上圧力が降下していないと判断された場合に、リークが生じていると診断する、
   ことを特徴とする蒸発燃料処理装置の故障検出装置。
2. 前記リーク診断手段は、前記温度変化判断手段により、所定値以上の温度が降下したと判断されない場合には、判定を保留する請求項１に記載の蒸発燃料処理装置の故障検出装置。
3. リーク診断の継続時間をカウントするカウント手段と、
   前記カウント手段によりカウントされた継続時間が所定時間以上となった場合に、リーク診断の継続を終了する終了判断手段と、を備える請求項１または２に記載の蒸気燃料処理装置の故障検出装置。

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