JP2004353559A - 蒸発燃料処理装置のリーク診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発燃料処理装置におけるリークを、蒸発燃料の影響を受けることなく精度良く診断できるようにする。
【解決手段】蒸発燃料処理装置の診断対象区間を閉塞し、該閉塞区間を加圧又は減圧したときの圧力変化に基づいてリークを診断する。ここで、前記圧力が所定時間内に基準圧力まで達しないときには、基準大径以上の径のリーク穴があるものと判断する。一方、前記基準圧力に達したときには、圧力の時間的変化カーブの曲率と、燃料残量に応じた閾値とを比較し、曲率が閾値よりも大きいときには、前記基準大径未満で基準小径以上のリーク穴があるものと判断し、曲率が閾値以下であれば（圧力が略一定速度で変化する場合）、リーク穴はないか、許容される基準小径未満であるものと判断する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸発燃料処理装置のリーク診断装置であって、詳しくは、診断対象区間を閉塞し、該閉塞区間を加圧又は減圧した圧力変化に基づいてリークを診断する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、蒸発燃料処理装置のリーク診断装置としては、特許文献１に開示されるようなものがあった。
【０００３】
このものは、診断対象とする閉塞区間に吸気管負圧を導入し、このときの圧力変化量に基づいてリークの有無を診断する構成である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３４３９２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように、減圧（又は加圧）による圧力変化量に基づいてリークの有無を診断する構成の場合、燃料蒸気の影響を受け易く、径の小さいリーク穴の有無を精度良く診断することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、燃料蒸気の影響を受けづらく、径の小さいリーク穴の有無を精度良く診断することができる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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１に係る発明は、診断対象の区間を閉塞し、該閉塞区間を加圧又は減圧したときの前記閉塞区間内の圧力変化に基づいてリークを診断するリーク診断装置において、前記圧力の時間的変化カーブの曲率に基づいてリークを診断する構成とした。
【０００８】
かかる構成によると、診断対象区間を加圧又は減圧し、該加圧又は減圧に見合う圧力変化が実際に発生するか否かに基づいて、リーク穴による圧力漏れ（リーク）を診断するが、圧力の時間的変化カーブの曲率（圧力変化の加速度）に基づいてリーク診断を行なう。
【０００９】
前記圧力の時間的変化カーブの曲率は、燃料蒸気の影響を受けづらく、かつ、リーク穴径（リーク箇所の面積）に応じて異なる値を示すから、径の小さいリーク穴の存在を精度良く診断することができる。
【００１０】
尚、圧力の時間的変化カーブの曲率は、閉塞区間内の圧力を検出する圧力センサの検出結果に基づいて算出することができる一方、ポンプなどの加圧又は減圧デバイスを用いる場合には、該ポンプの負荷に基づいて算出することが可能である。
【００１１】
請求項２記載の発明では、前記閉塞区間が燃料タンク内を含み、前記燃料タンク内の燃料残量に応じて前記リーク診断に用いる閾値を設定する構成とした。
かかる構成によると、燃料タンク内を含む診断区間を閉塞して加圧又は減圧し、このときの圧力の時間的変化カーブの曲率に基づいてリークを診断するときに、前記曲率と比較する閾値を、燃料タンク内の燃料残量、即ち、燃料残量に応じて変化する閉塞区間の容積に応じて設定する。
【００１２】
従って、燃料残量による閉塞区間の容積の変化によって、圧力の時間的変化カーブの曲率が変化しても、精度良くリーク診断を行なえる。
請求項３記載の発明では、所定の加圧又は減圧時間が経過した時点で、前記閉塞区間内の圧力が所定圧力に達していないときに、基準大径以上のリーク穴の発生を判定し、前記所定圧力に達したときには、前記圧力の時間的変化カーブの曲率に基づいて、前記基準大径未満の径のリーク穴の有無を判別する構成とした。
【００１３】
かかる構成によると、閉塞区間を加圧又は減圧したときに、大きなリーク穴が存在する場合と、リークがないか又はリーク穴が小さい場合とでは、圧力変化量に明確な差を生じるので、所定の加圧又は減圧時間が経過した時点での圧力レベルに基づいて、大きな径のリーク穴が存在しているか否かを判別する。
【００１４】
一方、リークがない場合と、リーク穴が小さい場合とでは、圧力変化量の絶対値に大きな差がなく、圧力レベルに基づく診断では燃料蒸気の影響を受けて誤診断する可能性がある。
【００１５】
そこで、基準大径未満の径のリーク穴の有無については、圧力の時間的変化カーブの曲率に基づいて診断を行なうことで、燃料蒸気の影響を受けずに精度良く診断できるようにする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は実施形態における内燃機関のシステム構成図である。
【００１７】
この図１において、内燃機関１は、図示省略した車両に搭載されるガソリン機関である。
前記内燃機関１の吸気系には、スロットル弁２が設けられていて、これにより機関１の吸入空気量が制御される。
【００１８】
また、スロットル弁２下流の吸気管３のマニホールド部には、気筒毎に電磁式の燃料噴射弁４が設けられている。
前記燃料噴射弁４は、コントロールユニット２０から機関回転に同期して出力される噴射パルス信号により開弁して燃料噴射を行い、噴射された燃料は機関１の燃焼室内で燃焼する。
【００１９】
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。
前記キャニスタ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。
【００２０】
また、前記キャニスタ７には、新気導入口９が形成されると共に、パージ通路１０が導出されている。
前記パージ通路１０は、常閉型のパージ制御弁１１を介して、スロットル弁２下流の吸気管３に接続されている。
【００２１】
前記パージ制御弁１１は、前記コントロールユニット２０から出力されるパージ制御信号により開弁するようになっている。
従って、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、ここに吸着捕集される。
【００２２】
そして、機関１の運転中に所定のパージ許可条件が成立すると、パージ制御弁１１が開制御され、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を通って吸気管３内に吸入され、その後、機関１の燃焼室内で燃焼処理される。
【００２３】
係る蒸発燃料処理装置のリーク診断装置としては、キャニスタ７の新気導入口９側に、電動式エアポンプ１３が設けられる。
そして、キャニスタ７の新気導入口９を、大気開放口１２と、エアポンプ１３の吐出口とに選択的に接続する電磁式の切換弁１４が設けられる。
【００２４】
尚、前記切換弁１４はＯＦＦ状態で大気開放口１２側、ＯＮ状態でエアポンプ１３側に切換えられるようになっており、通常はＯＦＦで大気開放口１２側に切換えられ、キャニスタ７の新気導入口９を大気開放口１２に連通させている。
【００２５】
また、前記大気開放口１２と前記エアポンプ１３の吸込口とに共通のエアフィルター１７が設けられている。
前記コントロールユニット２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサから信号が入力される。
【００２６】
前記各種センサとしては、機関１の回転に同期してクランク角信号を出力するクランク角センサ２１、機関１の吸入空気量を計測するエアフローメータ２２、車速を検出する車速センサ２３、燃料タンク内５の圧力を検出する圧力センサ２４、燃料タンク５内の燃料残量を検出するタンク残量センサ（燃料計）２５、エアポンプ１３の作動電流値を検出する電流センサ２６が設けられている。
【００２７】
ここにおいて、コントロールユニット２０は、機関運転条件に基づいて燃料噴射弁４の作動を制御し、また、機関運転条件に基づいてパージ制御弁１１の作動を制御する。
【００２８】
更に、リーク診断装置を構成するエアポンプ１３及び切換弁１４の作動を制御して、蒸発燃料処理装置のリーク診断を行う。
次に、コントロールユニット２０による蒸発燃料処理装置のリーク診断を、図２のフローチャートに従って詳細に説明する。
【００２９】
図２のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ１では、タンク残量センサ（燃料計）２５で検出される燃料タンク５内の燃料残量を読み込む。
ステップＳ２では、前記パージ制御弁１１〜キャニスタ７〜燃料タンク５の診断対象区間に閉塞し、かつ、該閉塞区間に対して空気を圧送して加圧すべく、パージ制御弁１１を閉制御し、切換弁１４をＯＮ状態にした後、エアポンプ１３を駆動し、エアポンプ１３から吐き出される空気が、前記閉塞区間に送り込まれるようにする。
【００３０】
ステップＳ３では、圧力センサ２４で検出される燃料タンク内５の圧力（閉塞区間の圧力）をサンプリングして、記憶する。
ステップＳ４では、燃料タンク内５の圧力が、予め記憶された基準圧力以上になっているか否かを判別する。
【００３１】
前記燃料タンク内５の圧力が前記基準圧力以上になっていないときには、ステップＳ５へ進み、エアポンプ１３による空気供給時間が上限時間以下であるか否かを判別する。
【００３２】
ステップＳ５で、エアポンプ１３による空気供給時間が上限時間を超えていると判断されたときには、上限時間を超える時間だけ空気を供給し続けても、燃料タンク内５の圧力が基準圧力以上にならなかったことになる。
【００３３】
この場合は、前記閉塞区間から所定以上のリークがあるため、所期の圧力上昇を示さないものと判断でき、本実施形態では、ステップＳ６へ進み、前記閉塞空間のいずれかに所定の基準大径（例えば０．０４ｉｎｃｈ）以上の径のリーク穴が存在しているとの診断結果を出力する。
【００３４】
一方、前記上限時間以下の時間内で、前記燃料タンク内５の圧力が前記基準圧力以上になったときには、ステップＳ７へ進む。
ステップＳ７では、前記燃料タンク内５の圧力の時間的変化カーブの傾き（圧力変化の速度）を算出する。
【００３５】
前記圧力の時間的変化カーブの傾き（圧力変化の速度）は、最新の圧力検出値と前回の圧力検出値との偏差として求められる。
ステップＳ８では、更に、前記燃料タンク内５の圧力の時間的変化カーブの曲率（圧力変化の加速度）を算出する。
【００３６】
ステップＳ９では、そのときの燃料タンク５内の燃料残留に基づいて、前記曲率の判定に用いる閾値を設定する。
これは、燃料残量に応じて加圧する閉塞区間の容積が変化し、容積が変化することで、前記曲率（加速度）が変化するためであり、本実施形態では、燃料残量が多いほど、換言すれば、閉塞区間の容積が小さいほど、閾値としてより大きな値を設定する。
【００３７】
ステップＳ１０では、前記ステップＳ８で求めた曲率（加速度の絶対値）と、前記ステップＳ９で設定した閾値とを比較する。
そして、ステップＳ１０で、曲率（加速度の絶対値）が閾値以下であると判断されたとき、換言すれば、燃料タンク内５の圧力が略一定の速度で増大変化した場合には、には、ステップＳ１１へ進んで、リーク穴無し（リーク穴直径０．０２ｉｎｃｈ未満）の診断結果を出力する。
【００３８】
前記リーク穴無しの診断結果は、リーク穴が全くないか、又は、リーク穴があったとしても、許容される基準小径（直径０．０２ｉｎｃｈ）未満のリーク穴であるとの判断結果である。
【００３９】
一方、曲率（加速度の絶対値）が閾値を超えている判断されたとき、即ち、加圧による圧力上昇速度が徐々に鈍る傾向を示す場合には、ステップＳ１２へ進んで、リーク穴有り（リーク穴直径０．０２ｉｎｃｈ以上）の診断結果を出力する。
【００４０】
図３は、本実施形態のシステムにおいて、燃料温度が２５℃で、かつ、燃料残量１０リットルの条件で、エアポンプ１３による加圧を行なったときの圧力変化を、リーク無し，リーク穴径０．３７ｍｍ，リーク穴径０．５４ｍｍ，リーク穴径１．０ｍｍそれぞれの場合について示すものである。
【００４１】
この図に示すように、リーク無しの場合には、略一定の速度で圧力上昇するのに対し、リーク穴径が大きくなるほど圧力上昇が鈍り、リーク穴径１．０ｍｍの場合には、僅かに圧力上昇した後、直ぐに圧力が略一定の状態で推移する。
【００４２】
従って、リーク穴径が１．０ｍｍを超えるような大きなリークの有無は、圧力が基準圧力（例えば図３の例では２ｋＰａ）を超えるか否かに基づいて判断できることになる。
【００４３】
換言すれば、基準大径以上の大穴が開いている場合に、基準圧力を超えて圧力上昇しないように、エアポンプ１３の突出量が設定される。
一方、比較的リーク穴径が小さく基準圧力を超えることができる場合に、リークの有無を診断するのに、本実施形態では、図３に示す圧力の時間的変化カーブの曲率を用いる。
【００４４】
即ち、リークがない場合には、略一定速度で圧力が上昇するのに対して、リークが発生すると、圧力上昇速度が漸減し、然も、圧力上昇速度の落ち込みは、リーク穴径が大きくなるほど大きくなる。
【００４５】
そこで、本実施形態では、前記特性に基づいて、穴径１．０ｍｍ（０．０４ｉｎｃｈ）を下回る径のリークの有無を、圧力の時間的変化カーブの曲率（圧力変化の加速度）に基づいて判断させるようにしたものである。
【００４６】
ここで、前記圧力変化は、燃料蒸気の影響を受けることになるが、図３の燃料温度２５℃における圧力変化と、図４の燃料温度４０℃における圧力変化との比較から明らかなように、圧力変化量に比して圧力の時間的変化カーブの曲率（圧力変化の加速度）は、燃料蒸気の影響を受けづらい。
【００４７】
従って、前記圧力の時間的変化カーブの曲率（圧力変化の加速度）に基づくリーク診断は、燃料蒸気に大きく影響されることなく、比較的径の小さいリーク穴の有無を精度良く診断できるものである。
【００４８】
ところで、上記実施形態では、燃料タンク５内の圧力をセンサで検出し、該検出圧力の時間的変化カーブの曲率（加速度）を求める構成としたが、エアポンプ１３の負荷が、閉塞区間内の圧力に応じて変化することから、エアポンプ１３の負荷の時間的変化カーブの曲率（加速度）に基づいて、リーク診断を行なわせることで、実質的には、前記圧力の時間的変化カーブの曲率（加速度）に基づく診断と同様の診断を行なわせることができる。
【００４９】
図５のフローチャートは、エアポンプ負荷の時間的変化カーブの曲率（加速度）に基づいて、リーク診断を行なう実施形態を示す。
この図５のフローチャートは、図２のフローチャートのステップＳ３，ステップＳ７，ステップＳ８，ステップＳ１０に相当する、ステップＳ３Ａ，ステップＳ４Ａ，ステップＳ７Ａ，ステップＳ８Ａ，ステップＳ１０Ａの部分のみが異なり、診断の基本的な内容は、圧力センサ２４を用いる前記実施形態と一致するものである。
【００５０】
即ち、図５のフローチャートでは、燃料タンク５内の圧力（閉塞区間内の圧力）に相当するパラメータとして、エアポンプ１３の負荷（例えば電流値）を用いるものであり、ステップＳ３Ａでは、エアポンプ１３の負荷（例えば、電流センサ２６で検出される電流）をサンプリングして記憶する。
【００５１】
そして、ステップＳ４Ａでは、前記負荷が基準値以上になったか否かを判別し、上限時間内でエアポンプ１３の負荷が基準値以上になったときには、ステップＳ７Ａへ進んで、前記負荷の時間的変化カーブの傾き（負荷変化の速度）を演算する。
【００５２】
更に、ステップＳ８Ａでは、前記負荷の時間的変化カーブの曲率（負荷変化の加速度）を演算する。
そして、ステップＳ１０Ａでは、燃料残量に応じた閾値と、前記ステップＳ８Ａで求めた負荷の時間的変化カーブの曲率（負荷変化の加速度の絶対値）とを比較して、リーク穴直径０．０２ｉｎｃｈ以上のリークが生じているか否かを診断する。
【００５３】
上記実施形態によると、圧力センサ２４を省略して、閉塞区間内の圧力を直接検出することなくリーク診断を行なえる。
尚、上記実施形態では、エアポンプ１３の負荷を代表するパラメータとしてエアポンプ１３の電流を用いたが、圧力に基づいてエアポンプ１３をフィードバック制御するときのエアポンプ１３の駆動指令値を用いる構成としても良い。
【００５４】
また、上記実施形態では、エアポンプ１３によって閉塞区間を加圧したときの圧力の時間的変化カーブの曲率に基づいてリーク診断を行なわせる構成としたが、機関１の運転中に前記キャニスタ７の大気導入口を閉塞すると共に、パージ制御弁１１を開き、閉塞区間に吸入負圧を導入して減圧させる構成とし、このときの圧力の時間的変化カーブの曲率に基づいてリーク診断を行なわせることができる。
【００５５】
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３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において、
前記閉塞区間にエアポンプで空気を供給して加圧する構成であ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。
【００５６】
かかる構成によると、閉塞区間に空気を供給して圧力上昇させるから、任意のタイミングで、任意の圧力上昇を発生させることができ、リーク診断制御の機会を確保でき、また、安定的な診断を行なえる。
（ロ）請求項１〜３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において、
前記閉塞区間にエアポンプで空気を供給して加圧する構成であって、前記圧力の時間的変化カーブの曲率を、前記エアポンプの負荷に基づいて算出す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。
【００５７】
かかる構成によると、閉塞区間内の圧力変化を直接圧力センサで検出する代わりに、閉塞区間に空気を供給するエアポンプの負荷から間接的に閉塞区間内の圧力状態を検知して、リーク診断を行なう。
【００５８】
従って、圧力センサを備えずに、径の小さいリーク穴の存在を精度良く診断することができる。
（ハ）請求項１〜３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において、
前記閉塞区間に機関の吸入負圧を導入して減圧する構成であ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。
【００５９】
かかる構成によると、機関運転中に発生する吸入負圧を閉塞区間に導入して減圧させるから、エアポンプ等のデバイスが不要で、システムコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における機関のシステム構成図。
【図２】実施の形態におけるリーク診断を示すフローチャート。
【図３】燃温２５℃における圧力変化とリーク穴径との相関を示す線図。
【図４】燃温４０℃における圧力変化とリーク穴径との相関を示す線図。
【図５】リーク診断の別の実施形態を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…内燃機関，２…スロットル弁，３…吸気管，４…燃料噴射弁，５…燃料タンク，６…蒸発燃料導入通路，７…キャニスタ，８…吸着材，９…新気導入口，１０…パージ通路，１１…パージ制御弁，１２…大気開放口，１３…エアポンプ，１４…切換弁，１７…エアフィルタ，２０…コントロールユニット，２１…クランク角センサ，２２…エアフローメータ，２３…車速センサ，２４…圧力センサ，２５…タンク残量センサ，２６…電流センサ

Claims (3)

1. 診断対象の区間を閉塞し、該閉塞区間を加圧又は減圧したときの前記閉塞区間内の圧力変化に基づいてリークを診断するリーク診断装置において、
   前記圧力の時間的変化カーブの曲率に基づいてリークを診断す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. 前記閉塞区間が燃料タンク内を含み、前記燃料タンク内の燃料残量に応じて前記リーク診断に用いる閾値を設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. 所定の加圧又は減圧時間が経過した時点で、前記閉塞区間内の圧力が所定圧力に達していないときに、基準大径以上のリーク穴の発生を判定し、前記所定圧力に達したときには、前記圧力の時間的変化カーブの曲率に基づいて、前記基準大径未満の径のリーク穴の有無を判別することを特徴とする請求項１又は２記載の蒸発燃料処理装置のリーク診断装置。

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