JP6809329B2 - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸発燃料処理装置に関する。

従来、燃料タンク内の燃料蒸気を機関に加えて処理する蒸発燃料処理装置が知られている。この蒸発燃料処理装置では、燃料蒸気をキャニスタに一時的に吸着させ、運転状態に応じてパージバルブを開弁することで機関運転時の負圧によりキャニスタの燃料蒸気を機関に吸引させる。

特許文献１に開示された蒸発燃料処理装置は、機関運転停止後にパージラインの弁を閉じ、運転停止直後より下回る温度領域での温度降下によるパージライン圧の低下量に基づいてパージラインのリークを判定する。すなわち、パージラインの正常時にはパージライン圧が大気圧を下回って大きく低下するのに対して、パージラインのリーク発生時にはパージライン圧が大気圧に収束することを利用して、リークの判定が行われる。

特開２００６−１７７１９９号公報

特許文献１では、パージラインのリークについて判定することができるが、パージラインの閉塞（例えば異物等によりパージラインが塞がること）について判定することができない。例えば、パージラインの一部でリークが発生していても、そのリーク箇所と圧力センサ（すなわちパージライン圧を測定するセンサ）との間が異物等で閉塞している場合には、正常であると判定される。そのため、パージラインのリークの有無とは別に、パージラインの閉塞について判定することが求められている。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、パージラインの閉塞について判定することができる蒸発燃料処理装置を提供することである。

本発明による蒸発燃料処理装置は、空燃比が目標値に保たれるように燃料噴射弁（２５）の噴射量を制御する機関（１）に適用されるものであって、キャニスタ（１１）、第１配管（１２）、第２配管（１３）、パージバルブ（１５）、バルブ駆動部（３１）、空燃比取得部（３２）、閉塞判定部（３５、４２、５３）、および変動算出部を備えている。
第１配管は、燃料タンク（６）とキャニスタとをつなぐ第１通路（２２）を有している。第２配管は、キャニスタと機関の吸気通路（３）とをつなぐ第２通路（２３）を有している。パージバルブは第２通路を開閉する。バルブ駆動部はパージバルブを開閉駆動する。空燃比取得部は空燃比を取得する。

変動算出部は、パージバルブの開弁開始時の空燃比を初期空燃比（ＡＦ＿ｉ）とし、パージバルブが開弁してから所定時間（Ｔ）経過するまでの間において、空燃比取得部が取得した空燃比が初期空燃比から変動した量を空燃比変動量とすると、空燃比変動量の最大値、空燃比変動量の平均値、空燃比変動量の積算値、または、空燃比取得部が取得した空燃比の変動割合を算出する。
第１通路、第２通路、および、パージバルブの内部通路をパージライン（３０）とすると、閉塞判定部は、変動算出部が算出した空燃比変動量の最大値、空燃比変動量の平均値、空燃比変動量の積算値、または、空燃比取得部が取得した空燃比の変動割合に基づいて、パージラインの閉塞または閉塞度合いを判定する。
閉塞判定部は、空燃比変動量の最大値、空燃比変動量の平均値、空燃比変動量の積算値、または、空燃比取得部が取得した空燃比の変動割合の最大値が、閉塞判定値（Ｊ）以下である場合、パージラインが閉塞していると判定する。閉塞判定部は、パージバルブの開弁開始時の開度が小さいほど閉塞判定値を小さく設定する。

上述のように空燃比を目標値に保つための燃料噴射量制御が行われる機関においては、パージラインが閉塞していない場合、パージバルブの開弁時に燃料蒸気が吸引される際に燃料噴射量制御が少し遅れる結果、空燃比が一時的に大きく変動する。これに対して、パージラインの少なくとも一箇所が完全に閉塞している場合、パージバルブが開弁指令を受けても燃料蒸気が吸引されず、空燃比が変動しない。また、パージラインの少なくとも一箇所が部分的に閉塞している場合、パージバルブが開弁指令を受けても燃料蒸気の吸引が比較的少なくなり、空燃比の変動が比較的小さくなる。本発明では、上述の空燃比の変動に注目することで、閉塞判定部によるパージラインの閉塞についての判定を可能としている。

本明細書において、「通路が完全に閉塞している」とは、通路の横断面積がゼロになることである。また、「通路が部分的に閉塞している」とは、通路の横断面積が製造当初（すなわち設計値）よりも小さくなることであって、異物堆積または配管変形等により通路が製造当初よりも狭くなることである。また、「通路の閉塞度合い」とは、製造当初よりも狭くなっている通路について、どれほど狭くなっているかという程度のことである。

本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置が適用されたエンジンを説明する図である。 図１のＥＣＵが有する機能部を説明する図である。 図１のパージバルブが閉弁状態から開弁するときの空燃比および燃料噴射量の変化を示すものであって、蒸発燃料処理装置の通路が閉塞していない場合のタイムチャートである。 図１のパージバルブが閉弁状態から開弁するときの空燃比および燃料噴射量の変化を示すものであって、蒸発燃料処理装置の通路が閉塞している場合のタイムチャートである。 図１のＥＣＵが実行する処理を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態による蒸発燃料処理装置のＥＣＵが有する機能部を説明する図である。 図６のＥＣＵが実行する処理を説明するフローチャートである。 本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置のＥＣＵが有する機能部を説明する図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置は、エンジンに適用されている。図１に示すように、エンジン１は、燃焼室で燃料を燃焼させて動力を取り出す機関である。燃焼室には、吸気管２の吸気通路３を通じて外部空間から空気が導入される。燃焼室の燃焼ガスは、排気管４の排気通路５等を通じて外部空間に排出される。蒸発燃料処理装置１０は、燃料タンク６内の燃料蒸気を機関に加えて処理し、大気中への燃料蒸気の放出抑制を図る。

（蒸発燃料処理装置）
先ず、蒸発燃料処理装置１０の概略構成について図１を参照して説明する。
図１に示すように、蒸発燃料処理装置１０は、キャニスタ１１、配管１２〜１４、パージバルブ１５、外気導入バルブ１６、および、ＥＣＵ１７を備えている。

キャニスタ１１は、燃料蒸気を吸着して一時的に保持する吸着材２１を有している。
第１配管１２は、燃料タンク６とキャニスタ１１とをつなぐ第１通路２２を有している。第１通路２２は、燃料タンク６からキャニスタ１１まで燃料蒸気を送るための通路である。
第２配管１３は、キャニスタ１１と吸気管２のインテークマニホールド７とをつなぐ第２通路２３を有している。第２通路２３は、キャニスタ１１からエンジン１まで燃料蒸気を送るための通路である。
第３配管１４は、キャニスタ１１と外部空間とをつなぐ第３通路２４を有している。第３通路２４は、外気を取り入れるための通路である。

パージバルブ１５は、第２通路２３の途中に設けられており、ＥＣＵ１７からの指令に応じて作動し、第２通路２３を開閉する。パージバルブ１５により第２通路２３が開けられると、第２通路２３が異物等により完全に閉塞されていない限り、キャニスタ１１とインテークマニホールド７とが連通する。
外気導入バルブ１６は、第３通路２４の途中に設けられており、ＥＣＵ１７からの指令に応じて作動し、第３通路２４を開閉する。外気導入バルブ１６により第３通路２４が開けられると、第３通路２４が異物等により完全に閉塞されていない限り、キャニスタ１１と外部空間とが連通する。
通路の閉塞は、例えば異物の堆積または配管の変形等により製造当初（すなわち設計値）よりも狭くなることで起こる。通路が完全に閉塞するとは、通路の横断面積がゼロになることである。通路が部分的に閉塞するとは、通路の横断面積が製造当初よりも小さくなることである。

ＥＣＵ１７は、マイクロコンピュータおよび駆動回路等を有しており、インジェクタ２５、Ａ／Ｆセンサ２６、パージバルブ１５、および外気導入バルブ１６に電気的に接続されている。ＥＣＵ１７は、車両の運転状態に応じてインジェクタ２５、パージバルブ１５、および外気導入バルブ１６を作動させる。

インジェクタ２５は、図示しない燃料供給路および燃料ポンプを通じて燃料タンク６とつながっており、上記燃料ポンプにより圧送された燃料をエンジン１に噴射して供給する。Ａ／Ｆセンサ２６は、排気通路５に設けられており、空燃比（すなわち、燃焼の際の空気質量を燃料質量で割った値）を検出する。

パージバルブ１５および外気導入バルブ１６が開弁されて第２通路２３および第３通路２４が開けられると、エンジン１運転時におけるインテークマニホールド７の負圧によりキャニスタ１１内の空気が吸引され、外気がキャニスタ１１に流入する。吸着材２１に吸着されている燃料蒸気は、外気が通過することで吸着材２１から分離され、エンジン１の燃焼室に送られて燃焼される。

（ＥＣＵの機能）
次に、ＥＣＵ１７の詳細な構成について図１〜図４を参照して説明する。
以下では、パージバルブ１５の開弁開始時の空燃比を初期空燃比とする。また、蒸発燃料処理装置１０が有する通路（第１通路２２、第２通路２３、第３通路２４、パージバルブ１５の内部通路、および、外気導入バルブ１６の内部通路）をパージライン３０とする。

図２に示すように、ＥＣＵ１７は、バルブ駆動部３１、空燃比取得部３２、燃料噴射量制御部３３を有している。バルブ駆動部３１は、パージバルブ１５および外気導入バルブ１６を開閉駆動する。空燃比取得部３２は、Ａ／Ｆセンサ２６から空燃比を取得する。燃料噴射量制御部３３は、空燃比が目標値に保たれるように空燃比に基づきインジェクタ２５の噴射量をフィードバック制御する。

上述のように空燃比を目標値に保つための燃料噴射量制御が行われるエンジン１においては、パージライン３０がどこも閉塞していない場合、図３に示すようにパージバルブ１５の開弁時に燃料蒸気が吸引される際に燃料噴射量制御が少し遅れる結果、空燃比が一時的に大きく変動する。

しかし、パージライン３０の少なくとも一箇所が閉塞している場合、パージバルブ１５が開弁指令を受けてもエンジン１に燃料蒸気が送られなくなり、図４に示すように空燃比が変動しない。例えば、図１において異物等の詰まりにより第１通路２２が閉塞すると、キャニスタ１１が燃料タンク６の燃料蒸気を回収できなくなる。また、第２通路２３または第３通路２４が閉塞したり、パージバルブ１５または外気導入バルブ１６が閉故障したりすると、パージバルブ１５および外気導入バルブ１６に開作動するように指令しても、外部空間からキャニスタ１１を経由してインテークマニホールド７まで至るパージ経路が遮断され、燃料蒸気を送出できなくなる。

図２に示すように、ＥＣＵ１７は、上述の空燃比の変動に注目することでパージライン３０の閉塞について判定するための機能部として、変動算出部３４および閉塞判定部３５を有している。以下では、パージバルブ１５が開弁してから所定時間Ｔ経過するまでの間において、空燃比取得部３２が取得した空燃比が初期空燃比ＡＦ＿ｉから変動した量を空燃比変動量とする。変動算出部３４は、空燃比変動量の最大値である最大変動量Ｖｍを算出する（図３、図４参照）。閉塞判定部３５は、最大変動量Ｖｍが閉塞判定値Ｊ以下である場合（図４参照）、パージライン３０が閉塞していると判定する。ここで「閉塞している」とは、パージライン３０が完全に閉塞しているか、または、蒸発燃料処理装置１０による燃料蒸気の処理が効果的になされない程度にパージライン３０が部分的に閉塞していることを意味する。また、閉塞判定部３５は、最大変動量Ｖｍが閉塞判定値Ｊよりも大きい場合（図３参照）、パージライン３０が閉塞していないと判定する。第１実施形態では、閉塞判定値Ｊは予め決められている所定値である。

ＥＣＵ１７が有する各機能部３１〜３５は、専用の電子回路によるハードウェア処理により実現されてもよいし、ＲＯＭ等に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理により実現されてもよいし、あるいは、両者の組み合わせで実現されてもよい。各機能部３１〜３５のうちどの部分をハードウェア処理により実現し、どの部分をソフトウェア処理により実現するかは、適宜選択可能である。

（ＥＣＵが実行する処理）
次に、パージライン３０の閉塞の有無を判定するためにＥＣＵ１７が実行する一連の処理について図５を参照して説明する。図５に示すルーチンは、車両の運転状態に応じてパージバルブ１５および外気導入バルブ１６を制御するルーチン、および、空燃比を目標値に保つためにインジェクタ２５を制御するルーチンに並行して行われるものであり、パージバルブ１５が閉弁状態から開弁されるときに実行される。

図５のステップＳ１では、初期フラグＦが０にセットされ、最大変動量Ｖｍが０にセットされる。ステップＳ１の後、処理はステップＳ２に移行する。
ステップＳ２では、Ａ／Ｆセンサ２６から空燃比ＡＦが取得される。ステップＳ２の後、処理はステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、初期フラグＦが０であるか否かが判断される。初期フラグＦが０である場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、処理はステップＳ４に移行する。初期フラグＦが０でない場合（すなわち初期フラグが１である場合、Ｓ３：ＮＯ）、処理はステップＳ５に移行する。
ステップＳ４では、現在の空燃比ＡＦが初期空燃比ＡＦ＿ｉとしてＲＡＭ等に記憶され、初期フラグＦが１にセットされる。ステップＳ４の後、処理はステップＳ５に移行する。

ステップＳ５では、初期空燃比ＡＦ＿ｉと現在の空燃比ＡＦとの差の絶対値（以下、変動量｜ＡＦ＿ｉ−ＡＦ｜）が算出される。ステップＳ５の後、処理はステップＳ６に移行する。
ステップＳ６では、直前のステップＳ５で算出された変動量｜ＡＦ＿ｉ−ＡＦ｜が最大変動量Ｖｍよりも大きいか否かが判断される。変動量｜ＡＦ＿ｉ−ＡＦ｜が最大変動量Ｖｍよりも大きい場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、処理はステップＳ７に移行する。変動量｜ＡＦ＿ｉ−ＡＦ｜が最大変動量Ｖｍ以下である場合（Ｓ６：ＮＯ）、処理はステップＳ８に移行する。

ステップＳ７では、直前のステップＳ５で算出された変動量｜ＡＦ＿ｉ−ＡＦ｜が最大変動量ＶｍとしてＲＡＭ等に記憶される。
ステップＳ８では、パージバルブ１５が開弁してから、すなわち本ルーチンが開始してから、所定時間Ｔ経過したか否かが判断される。所定時間Ｔが経過した場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、処理はステップＳ９に移行する。所定時間Ｔが経過していない場合（Ｓ８：ＮＯ）、処理はステップＳ２に戻る。

ステップＳ９では、最大変動量Ｖｍが閉塞判定値Ｊ以下であるか否かが判断される。最大変動量Ｖｍが閉塞判定値Ｊ以下である場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１０に移行する。最大変動量Ｖｍが閉塞判定値Ｊよりも大きい場合（Ｓ９：ＮＯ）、処理はステップＳ１１に移行する。
ステップＳ１０では、パージライン３０が閉塞していると判定される。ステップＳ１０の後、処理はステップＳ１１に移行する。
ステップＳ１１では、パージライン３０が閉塞していることを示すアラームが出力される。ステップＳ１１の後、本ルーチンが終了される。
ステップＳ１２では、パージライン３０が閉塞していないと判定される。ステップＳ１２の後、本ルーチンが終了される。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、蒸発燃料処理装置１０は、空燃比が目標値に保たれるようにインジェクタ２５の噴射量を制御するエンジン１に適用されるものであって、キャニスタ１１、第１配管１２、第２配管１３、パージバルブ１５、バルブ駆動部３１、空燃比取得部３２、および、閉塞判定部３５を備えている。

第１配管１２は、燃料タンク６とキャニスタ１１とをつなぐ第１通路２２を有している。第２配管１３は、キャニスタ１１とエンジン１の吸気通路３とをつなぐ第２通路２３を有している。パージバルブ１５は第２通路２３を開閉する。バルブ駆動部３１はパージバルブ１５を開閉駆動する。空燃比取得部３２は空燃比を取得する。
閉塞判定部３５は、空燃比変動量の最大値である最大変動量Ｖｍに基づいて、パージライン３０の閉塞を判定する。

上述のように空燃比を目標値に保つための燃料噴射量制御が行われるエンジン１においては、パージライン３０が閉塞していない場合、パージバルブ１５の開弁時に燃料蒸気が吸引される際に燃料噴射量制御が少し遅れる結果、空燃比が一時的に大きく変動する。これに対して、パージライン３０の少なくとも一箇所が完全に閉塞している場合、パージバルブ１５が開弁指令を受けても燃料蒸気が吸引されず、空燃比が変動しない。また、パージライン３０の少なくとも一箇所が部分的に閉塞している場合、パージバルブ１５が開弁指令を受けても燃料蒸気の吸引が比較的少なくなり、空燃比の変動が比較的小さくなる。第１実施形態では、上述の空燃比の変動に注目することで、閉塞判定部３５によるパージライン３０の閉塞の有無の判定を可能としている。

また、第１実施形態では、ＥＣＵ１７は、変動算出部３４を備えている。変動算出部３４は、空燃比変動量の最大値である最大変動量Ｖｍを算出する。閉塞判定部３５は、変動算出部３４が算出した最大変動量Ｖｍに基づきパージライン３０の閉塞を判定する。
したがって、閉塞判定部３５は、最大変動量Ｖｍと閉塞判定値Ｊとの比較によりパージライン３０の閉塞判定を行うことが可能である。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態では、図６に示すように、ＥＣＵ４１の閉塞判定部４２は、パージバルブ１５の開弁開始時の開度が小さいほど閉塞判定値Ｊを小さく設定する。図７に示すように、ＥＣＵ４１において、パージバルブ１５の開弁開始時であってステップＳ４の後に実行されるステップＳ４−２では、パージバルブ１５の開度が小さいほど閉塞判定値Ｊが小さく設定される。パージバルブ１５の開度と閉塞判定値Ｊとの関係を示すマップは、ＲＯＭ等に予め記憶されている。
以上のように構成されることで、パージバルブ１５の開弁開始時の開度が比較的小さいために空燃比の変動量が比較的小さくなる場合であっても、パージライン３０の閉塞を判定することができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態では、図８に示すように、ＥＣＵ５１は有効時間判定部５２を有している。有効時間判定部５２は、燃料タンク６への給油が行われてから所定の有効時間が経過するまでの間であるか否かを判定する。例えば、給油口開放に先立ちポンプ等を用いて燃料タンク６内の燃料蒸気をキャニスタ１１に吸着させる処理が行われたこと、燃料タンク６の図示しないレベルセンサからの信号、または、図示しない給油口開放レバーに設けられた開スイッチからの信号等に基づき、給油が行われたことが判定される。

第３実施形態では、閉塞判定部３５は、燃料タンク６への給油が行われてから所定の有効時間が経過するまでの間であるとき、パージライン３０の閉塞の有無を判定する。
以上のように構成されることで、燃料蒸気の発生量が比較的多い給油直後に閉塞判定が行われるので、閉塞判定の精度を向上させることができる。

［他の実施形態］
本発明の他の実施形態では、変動算出部は、空燃比変動量の平均値、空燃比変動量の積算値、または、空燃比取得部が取得した空燃比の変動割合を算出してもよい。閉塞判定部は、変動算出部が算出した空燃比変動量の平均値、空燃比変動量の積算値、または、空燃比取得部が取得した空燃比の変動割合に基づいて、パージラインの閉塞または閉塞度合いを判定してもよい。

本発明の他の実施形態では、閉塞判定部は、パージラインが閉塞しているか否かだけではなく、パージラインの閉塞度合いを判定してもよい。例えば、閉塞判定部は、変動算出部が算出する値（例えば最大変動量）が小さいほど、パージラインの閉塞度合いが大きいと判定する。
本発明の他の実施形態では、燃料タンクとキャニスタの間に封鎖弁が設けられてもよい。また、パージラインのどこかにポンプ等が設けられてもよい。また、ＥＣＵは、パージラインのリークの有無を判定する機能部を有していてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１・・・エンジン（機関） ３・・・吸気通路
６・・・燃料タンク １０・・・蒸発燃料処理装置
１１・・・キャニスタ １２・・・第１配管
１３・・・第２配管 １５・・・パージバルブ
２２・・・第１通路 ２３・・・第２通路
２５・・・燃料噴射弁 ３０・・・パージライン
３１・・・バルブ駆動部 ３２・・・空燃比取得部
３４・・・変動算出部 ３５、４２、５３・・・閉塞判定部
ＡＦ＿ｉ・・・初期空燃比 Ｊ・・・閉塞判定値
Ｔ・・・所定時間 Ｖｍ・・・最大変動量

Claims (2)

1. 空燃比が目標値に保たれるように燃料噴射弁（２５）の噴射量を制御する機関（１）に適用され、燃料タンク（６）内の燃料蒸気を前記機関に加えて処理する蒸発燃料処理装置であって、
   燃料蒸気を吸着して保持するキャニスタ（１１）と、
   前記燃料タンクと前記キャニスタとをつなぐ第１通路（２２）を有する第１配管（１２）と、
   前記キャニスタと前記機関の吸気通路（３）とをつなぐ第２通路（２３）を有する第２配管（１３）と、
   前記第２通路を開閉するパージバルブ（１５）と、
   前記パージバルブを開閉駆動するバルブ駆動部（３１）と、
   空燃比を取得する空燃比取得部（３２）と、
   前記パージバルブの開弁開始時の空燃比を初期空燃比（ＡＦ＿ｉ）とし、前記パージバルブが開弁してから所定時間（Ｔ）経過するまでの間において、前記空燃比取得部が取得した空燃比が前記初期空燃比から変動した量を空燃比変動量とすると、前記空燃比変動量の最大値、前記空燃比変動量の平均値、前記空燃比変動量の積算値、または、前記空燃比取得部が取得した空燃比の変動割合を算出する変動算出部と、
   前記第１通路、前記第２通路、および、前記パージバルブの内部通路をパージライン（３０）とすると、前記変動算出部が算出した前記空燃比変動量の最大値、前記空燃比変動量の平均値、前記空燃比変動量の積算値、または、前記空燃比取得部が取得した空燃比の変動割合に基づいて、前記パージラインの閉塞または閉塞度合いを判定する閉塞判定部（４２）と、
   を備え、
   前記閉塞判定部は、前記空燃比変動量の最大値、前記空燃比変動量の平均値、前記空燃比変動量の積算値、または、前記空燃比取得部が取得した空燃比の変動割合の最大値が、閉塞判定値（Ｊ）以下である場合、前記パージラインが閉塞していると判定し、
   前記閉塞判定部は、前記パージバルブの開弁開始時の開度が小さいほど前記閉塞判定値を小さく設定する、蒸発燃料処理装置。
2. 前記燃料タンクへの給油が行われてから所定の有効時間が経過するまでの間であるか否かを判定する有効時間判定部（５２）、をさらに備えており、
   前記閉塞判定部（５３）は、給油が行われてから前記有効時間が経過するまでの間であるとき、前記パージラインの閉塞または閉塞度合いを判定する、請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。

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