JP4337730B2

JP4337730B2 - 蒸発燃料処理装置のリーク診断装置

Info

Publication number: JP4337730B2
Application number: JP2004369185A
Authority: JP
Inventors: 裕也石井; 毅露木; 孝根林
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2024-12-21
Also published as: JP2006177199A; US7366604B2; US20060130568A1

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、リーク診断期間内のパージライン圧の最大値と最小値との差圧を算出し、該差圧に基づいてリークの有無を診断するものである。
特開２００３−７４４２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたもののように、パージライン圧の最大値と最小値との差圧でリーク判定を行う場合、パージライン圧の最大値は燃料（ガソリン）性状による燃料蒸発量の影響を非常に受けやすい。したがって、誤判定を起こす可能性が大きくなるか、診断許可条件を厳しくする必要がある。
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。

このため本発明では、機関運転停止操作後、直ちに、パージラインを閉塞し、パージライン圧が最大となった時点で一旦パージラインを開放し、所定時間後に再度パージラインを閉塞してからパージライン圧の最小値を算出し、該最小値に基づいてリーク状態を判定する、あるいは、機関運転停止操作後、パージラインを閉塞し、パージライン圧が所定値を超えたときは、パージラインを所定時間開放した後再度閉塞し、パージライン圧が所定値を超えなくなるまで、該パージラインの開閉を繰り返し、パージライン圧が所定値を超えなくなってからパージライン圧の最小値を算出し、該最小値に基づいてリーク状態を判定する構成とした。

これにより、蒸発燃料パージシステム（パージライン）の正常時には、運転停止直後の温度より温度降下することにより、閉塞されたパージラインの圧力が運転停止直後より低下し、大気圧を下回って大きく低下するのに対し、リーク発生時には、パージライン圧は大気圧に収束するので、圧力の低下が小さいので、圧力低下量に基づいてリーク状態を判定することができる。

そして、停車中に診断を行うため、運転状態による診断精度悪化の影響を受けないため診断精度を確保でき、かつ、運転停止直後の温度より下回って温度降下する領域では、機関運転停止後にエンジンルームの温度上昇に伴い蒸発した燃料の多くが凝縮され、う燃料の蒸発量の影響を軽減できるので、該領域での温度降下に基づいて高精度なリーク診断を行える。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からそれぞれ信号が入力され、エンジンキースイッチ２３のＯＮ，ＯＦＦ信号、バッテリ２４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説明する。

Ｓ１では、エンジンキースイッチ２３がＯＦＦに操作されたかを判定する。
エンジンキースイッチ２３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２３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２３がＯＦＦ操作されたときの燃料温度Ｔｆｓが、エンジンキースイッチ２３がＯＮ操作された運転開始時の燃料温度に対して所定温度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、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てＳ４へ進み、所定値Ｃ未満のときは、Ｓ３１へ進んで終了する。
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へ進み、給油中と判定されたときは、診断を行えないので、Ｓ３１へ進んで終了する。

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へ進み、診断完了と判定後は、Ｓ３１へ進んで終了する。
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、リーク診断用のパージライン内の基準圧として大気圧Ｐｂを検出する。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によって検出する。
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、診断用のパージライン圧Ｐ検出周期Ｂ計測用のタイマＴＢを、Ｔだけカウントアップする。

Ｓ１２では、前記タイマＴＢの値が検出周期Ｂに達したかを診断し、達する前はフローを終了し、達したときにＳ１３へ進み、タイマーＴＢの値を０にリセットする。
Ｓ１４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。
Ｓ１５では、最大圧検出時にセットされるフラグＦＬＡＧＣが１であるかを判定する。初めは０にリセットされているので、Ｓ１６へ進む。

Ｓ１６では、パージライン圧ＰがＰｍａｘ以上であるかを判定する。Ｐｍａｘ以上と判定されたときは、Ｓ４１へ進んで現在のパージライン圧ＰをＰｍａｘとして更新した後、Ｓ４２へ進む。
Ｓ４２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Ｓ１へ戻り、達したときは、Ｓ４３でフラグＦＬＡＧＢを１にセットしてからＳ４４へ進み、判定（診断）保留とする。次いでＳ１へ戻った後、Ｓ５からＳ３１へ進んで終了する。
また、Ｓ１６でパージライン圧ＰがＰｍａｘ未満と判定されたときは、Ｓ１７へ進み、前記フラグＦＬＡＧＣを１にセットする。

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。
また、最大値が検出される前、つまり圧力上昇状態のまま設定時間Ａを経過すると、診断が行えないので、電力消費節減のため判定を保留する。

このようにして最大値Ｐｍａｘを算出した場合は、Ｓ１８以降へ進み、今度はパージライン圧Ｐの最小値を算出する。
Ｓ１８では、パージライン圧ＰがＰｍｉｎ以下であるかを判定し、以下と判定されたときは、Ｓ１９へ進んで現在のパージライン圧ＰをＰｍｉｎとして更新した後、Ｓ２０へ進む。

Ｓ２０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、Ｓ１へ戻り、達したときは、Ｓ２１でフラグＦＬＡＧＢを１にセットした後、Ｓ２２へ進む。また、Ｓ１８でパージライン圧ＰがＰｍｉｎを超えたと判定されたときは、Ｓ２１へジャンプする。

これにより、パージライン圧Ｐが下降し続けている間は、最新のパージライン圧ＰがＰｍｉｎとして設定され、パージライン圧Ｐが下降から上昇に転じる最小値に達したときに、該最小値がＰｍｉｎとして検出され、また、パージライン圧Ｐが下降し続けている間に診断条件成立後の経過時間が所定値Ａに達したときは、該経過時点でのパージライン圧Ｐを最小値Ｐｍｉｎとして設定する。

Ｓ２２では、Ｓ８で検出された基準圧としての大気圧Ｐｂから前記最小値Ｐｍｉｎを減算した値が、判定用のしきい値Ｐ０以上であるかを判定する。ここで、前記しきい値Ｐ０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、しきい値Ｐ０以上と判定されたときは、Ｓ２３でパージライン（蒸発燃料処理システム）は正常であると診断し、しきい値Ｐ０未満と判定されたときは、Ｓ２４でパージラインにリーク異常を生じていると診断する。次いでＳ１へ戻った後、Ｓ５からＳ３１へ進んで終了する。

図４は、上記診断時のパージライン圧力Ｐの変化の様子を示す。
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、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。
一方、パージラインの故障（リークＮＧ）時は、パージライン圧Ｐの上昇度が小さく、かつ、リークによって大気に連通しているので大気圧に収束する。
そこで、パージライン圧Ｐの大気圧からの下降量がしきい値以上のときは正常で、しきい値未満のときはリーク異常があると診断することができる。

なお、前記特許文献１のように最大値と最小値との差圧でリーク判定を行う場合は、リーク時でも蒸発燃料量が多いときには運転停止直後の圧力上昇が大きいので、差圧が大きくなって誤判定を起こす可能性が大きくなるが、本発明では運転停止時の温度状態での圧力より低い温度領域での圧力降下量、好ましくは、本実施形態のように大気圧からの降下量に基づいて診断するので、蒸発燃料量の大小による影響を回避しつつ高い診断精度を得ることができる。

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、燃料タンク５内の空間容積が大きいときほど、同一の温度降下量に対して圧力降下量は小さくなるが、上記のようにしきい値Ｐ０を、該空間容積に応じて可変に設定することにより、燃料残量に影響されることなく高精度な診断を行える。

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。
次に、リーク診断の第２実施形態について、図５のフローチャート（第１実施形態との相違する部分のみ示す）により説明する。
この第２実施形態では、第１実施形態と同様に進行してＳ１７でパージライン圧Ｐの最大値Ｐｍａｘを検出した時点で、Ｓ１０１で一旦、新気導入口開閉弁１２を開弁して、パージラインを開放する。次いで、Ｓ１０２で開放後の経過時間を計測するタイマＴＣを実行周期分Ｔカウントアップし、Ｓ１０３でタイマＴＣの値が設定値Ｃに達したかを判定し、達する前はＳ１に戻り、達したときに、Ｓ１０４でタイマＴＣの値を０にリセットした後、Ｓ１８以降へ進んで、第１実施形態同様に最小値Ｐｍｉｎを算出し、大気圧Ｐｂとの差圧がしきい値Ｐ０以上のときに正常、しきい値Ｐ０未満のときにリーク異常と診断する。

このようにすれば、図６に示すように、パージライン圧Ｐを最大圧検出時点で一気に大気圧まで降下させておいてから温度降下によって圧力降下させるため、最小値となるまでの到達時間を短縮でき、その分の消費電力を節減できる。
次に、リーク診断の第３実施形態について、図７のフローチャート（第１実施形態との相違する部分のみ示す）により説明する。

第３実施形態では、運転停止直後に、Ｓ２０１で経過時間計測用のタイマＴＤの値を判定後、Ｓ２０２で該タイマＴＤを実行周期分Ｔカウントアップし、Ｓ２０１の判定でタイマＴＤの値が設定値Ｄに達した後にＳ４以降へ進む。
これにより、運転停止後、所定時間経過するまでは、新気導入口開閉弁１２を開弁状態に維持してパージラインを開放するため、第２実施形態同様に、その後パージラインを閉塞してからパージライン圧Ｐが最小値となるまでの到達時間が短縮されて消費電力を節減でき、かつ、運転停止後にパージライン開放中に給油すれば、その後、引き続きリーク診断を行うことができる。

次に、リーク診断の第４実施形態について、図８、９のフローチャートにより説明する。
本実施形態では、第１実施形態と同様に進行して大気圧Ｐｂを検出した後、Ｓ３０１で後述するフラグＦＬＡＧＥの値を判定する。
該フラグＦＬＡＧＥの初期値は０にリセットされており、０と判定されたときはＳ９以降へ進み、パージラインを閉塞してから前記圧力検出周期Ｂ経過後にＳ３０２でパージライン圧Ｐを設定圧Ｐｓｔと比較する。

Ｓ３０２で設定圧Ｐｓｔ以下と判定されたときは、Ｓ１５で最大圧算出完了判定用のフラグＦＬＡＧＣが１にセットされているかを判定する。
フラグＦＬＡＧＣが０である最大圧算出完了前では、Ｓ３０３へ進んでパージライン圧Ｐが前回値Ｐｐｒｅを上回っているかを判定し、上回る場合はＳ１に戻り、前回値Ｐｐｒｅ以下となったとき、すなわち、圧力上昇から下降に転じて圧力最大値が検出されたときに、Ｓ１７でフラグＦＬＡＧＣを１にセットする。

以降は、Ｓ１５からＳ１８へ進み、Ｓ１９〜Ｓ２４で前記各実施形態同様に圧力最小値Ｐｍｉｎを算出し、Ｐｂ−Ｐｍｉｎをしきい値Ｐ０と比較してリーク判定を行う。
一方、Ｓ３０２で上昇中のパージライン圧Ｐが、前記設定圧Ｐｓｔを超えたと判定されたときは、Ｓ３０４へ進み、フラグＦＬＡＧＥを１にセットした後、Ｓ３０５で新気導入口開閉弁１２を開弁する。これにより、パージラインが大気開放され、圧力降下する。

次いで、Ｓ３０６で該開弁後経過時間を計測するタイマＴＥをＴ分カウントアップし、Ｓ３０７でタイマＴＥの値を所定時間Ｅと比較し、所定時間Ｅに達するまでは、Ｓ１に戻り、前記Ｓ３０１からＳ３０４に進み、所定時間Ｅに達したときに、Ｓ３０８で前記フラグＦＬＡＧＥを０にリセットする。これにより、以降は、Ｓ３０１からＳ９へ進んで、パージラインを閉塞後、同様の処理を行い、設定圧Ｐｓｔを超えた場合は、再度Ｓ３０４へ進んでパージラインを所定時間開放する操作を繰り返し、パージライン圧Ｐが設定圧Ｐｓｔ以下になったときに、リーク判定を行う。

図１０は、上記第４実施形態における診断時のパージライン圧力Ｐの変化の様子を示す。
このようにすれば、蒸発燃料量が多く、運転停止直後の圧力上昇が大きすぎるときのみ、パージラインを開放して、消費電力を節減しつつ速やかに判定を下すことができる。
また、エンジン運転停止時の燃料温度と運転開始時の燃料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、リーク診断を高精度に維持できる。

本発明の一実施形態を示すシステム図第１実施形態のリーク診断のフローチャート（前段）第１実施形態のリーク診断のフローチャート（後段）第１実施形態のリーク診断時の様子を示すタイムチャート第２実施形態のリーク診断の要部を示すフローチャート第２実施形態のリーク診断時の様子を示すタイムチャート第３実施形態のリーク診断の要部を示すフローチャート第４実施形態のリーク診断のフローチャート（前段）第４実施形態のリーク診断のフローチャート（後段）第４実施形態のリーク診断時の様子を示すタイムチャート

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
２０ＥＣＵ
２１圧力センサ
２２燃温センサ
２３エンジンキースイッチ
２４バッテリ

Claims

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、
機関運転停止操作後、直ちに、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、パージライン圧が最大となった時点で一旦パージラインを開放し、所定時間後に再度パージラインを閉塞してからパージライン圧の最小値を算出し、該最小値に基づいてリーク状態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。
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、
機関運転停止操作後、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、パージライン圧が所定値を超えたときは、パージラインを所定時間開放した後再度閉塞し、パージライン圧が所定値を超えなくなるまで、該パージラインの開閉を繰り返し、パージライン圧が所定値を超えなくなってからパージライン圧の最小値を算出し、該最小値に基づいてリーク状態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。