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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022170993
(43)【公開日】2022-11-11
(54)【発明の名称】リーク診断装置
(51)【国際特許分類】
   F02M 25/08 20060101AFI20221104BHJP
   G01M 3/26 20060101ALI20221104BHJP
【FI】
F02M25/08 Z
G01M3/26 M
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021077341
(22)【出願日】2021-04-30
(71)【出願人】
【識別番号】000116574
【氏名又は名称】愛三工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000394
【氏名又は名称】弁理士法人岡田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】谷田 侑也
(72)【発明者】
【氏名】川瀬 真梨子
【テーマコード(参考)】
2G067
3G144
【Fターム(参考)】
2G067AA27
2G067BB22
2G067CC04
2G067DD02
2G067EE10
3G144BA27
3G144DA03
3G144DA07
3G144EA08
3G144EA32
3G144EA33
3G144EA45
3G144FA02
3G144FA04
3G144FA10
3G144FA15
3G144FA38
3G144GA22
3G144GA23
3G144GA24
3G144HA03
3G144HA19
(57)【要約】
【課題】蒸発燃料のリーク診断の精度をより向上させられるリーク診断装置を提供すること。
【解決手段】燃料タンク20内の蒸発燃料を外部に排出しないように処理する蒸発燃料処理システム1のリーク診断装置である。蒸発燃料処理システム1の内圧を測定するための圧力センサ26と、制御装置とを有する。制御装置は、蒸発燃料の飽和蒸気圧特性と、気相部内の蒸発燃料の濃度と、気相部内の対流速度とに基づいて燃料蒸気圧の変化を推測し、推測した燃料蒸気圧の変化に基づいてリーク診断のための基準圧力を補正し、圧力センサにより蒸発燃料処理システム1の内圧を測定し、測定した内圧と補正した基準圧力との比較によりリークの有無を診断するように構成されている。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料タンク内の蒸発燃料を外部に排出しないように処理する蒸発燃料処理システムのリーク診断装置であって、
前記蒸発燃料処理システムの内圧を測定するための圧力センサと、制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記蒸発燃料の飽和蒸気圧特性と、気相部内の前記蒸発燃料の濃度と、気相部内の対流速度とに基づいて燃料蒸気圧の変化を推測し、
推測した前記燃料蒸気圧の変化に基づいてリーク診断のための基準圧力を補正し、
前記圧力センサにより前記蒸発燃料処理システムの内圧を測定し、
測定した前記内圧と補正した前記基準圧力との比較により前記リークの有無を診断するように構成されている、リーク診断装置。
【請求項2】
請求項1に記載のリーク診断装置であって、
更に、前記蒸発燃料の温度を測定する温度センサと、
前記燃料タンク内に設けられたアスピレータを有し、前記アスピレータは、その内部に燃料が流されることで負圧を発生させるように構成されており、
前記アスピレータに燃料を送出する燃料ポンプと、
前記アスピレータの減圧室の圧力を測定するための第二の圧力センサとを有しており、
前記制御装置は、
前記燃料ポンプを駆動させて前記アスピレータに燃料を流し、
前記第二の圧力センサにより前記アスピレータの前記減圧室の圧力を測定し、
この測定した圧力と前記燃料ポンプによって前記アスピレータに導入される流量によって決まる負圧とから前記蒸発燃料の飽和蒸気圧を推測し、
前記温度センサにより前記蒸発燃料の温度を測定し、
推測した前記蒸発燃料の飽和蒸気圧と測定された前記蒸発燃料の温度とを用いて前記飽和蒸気圧特性を特定するよう構成されている、リーク診断装置。
【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載のリーク診断装置であって、
前記制御装置は、推測された前記燃料蒸気圧の変化から経時変化量を算出し、
この推測された前記燃料蒸気圧の経時変化量を加算又は減算することにより前記基準圧力を補正するように構成されている、リーク診断装置。
【請求項4】
請求項1から請求項3のいずれかに記載のリーク診断装置であって、
前記燃料タンク内の気相部の温度を測定する複数の温度センサが前記燃料タンク内に高さ方向に間隔を空けて設けられており、
前記制御装置は、前記複数の温度センサにより各箇所での温度を測定し、
測定した各箇所での温度から前記燃料タンクの気相部の温度勾配を求め、
求めた前記温度勾配に基づいて気相部内の前記対流速度を推定するように構成されている、リーク診断装置。
【請求項5】
請求項1から請求項4のいずれかに記載のリーク診断装置であって、
前記燃料タンクの内部と外部とで前記蒸発燃料を循環させる循環通路を有し、前記循環通路は断面積が狭められた狭窄部を有しており、
該狭窄部により前記蒸発燃料の流れの断面積が変化することで生じる前記蒸発燃料の圧力差を測定するための差圧センサ又は複数の圧力センサを有しており、
前記制御装置は、前記差圧センサ又は複数の圧力センサにより前記蒸発燃料の圧力差を測定し、
測定した前記圧力差に基づいて前記蒸発燃料の密度を算出し、
算出した前記蒸発燃料の密度に基づいて前記蒸発燃料の前記濃度を推定するよう構成されている、リーク診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、リーク診断装置に関する。詳しくは、燃料タンク内の蒸発燃料を外部に流さないようにエンジンに吸入させる又は燃料タンクに還流させる蒸発燃料処理システムにおいて、蒸発燃料処理システムのリーク診断を行うリーク診断装置である。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、ガソリンエンジン車の蒸発燃料処理システムにおける内圧の変化に基づいて蒸発燃料のリークの有無を診断するリーク診断装置が開示されている。具体的には、密閉状態の蒸発燃料処理システムに負圧を印加し、その際の内圧が所定の基準圧力を下回るか否かによってリークを診断する。特許文献1では、更に、負圧印加中における温度変化による蒸気圧の変化に基づく内圧変化を考慮するため、蒸発燃料処理システムの温度に応じて基準圧力の補正を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2011-157915号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、蒸気圧は温度だけでなく蒸発燃料の濃度やタンク内の気相部の対流速度にも影響を受けて変化する余地がある。このため、上記文献の装置ではリーク診断を精度よく行えない懸念がある。そこで、蒸発燃料のリーク診断の精度をより向上させられるリーク診断装置を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一つの態様としてのリーク診断装置は、燃料タンク内の蒸発燃料を外部に排出しないように処理する蒸発燃料処理システムのリーク診断装置である。蒸発燃料処理システムの内圧を測定するための圧力センサと、制御装置とを有する。制御装置は、蒸発燃料の飽和蒸気圧特性と、気相部内の蒸発燃料の濃度と、気相部内の対流速度とに基づいて燃料蒸気圧の変化を推測し、推測した燃料蒸気圧の変化に基づいてリーク診断のための基準圧力を補正し、圧力センサにより蒸発燃料処理システムの内圧を測定し、測定した内圧と補正した基準圧力との比較によりリークの有無を診断するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【0006】
図1】ひとつの実施形態に係るリーク診断装置、濃度検出装置、対流速度検出装置が適用された蒸発燃料処理システムの構成図である。
図2】ECUの構成を示す模式図である。
図3図1のIII部拡大図である。
図4図1のIV部拡大図である。
図5】補正前の基準圧力の経時変化を示すグラフである。
図6】飽和蒸気圧特性を推定する方法を説明する図1に対応する図である。
図7】アスピレータの減圧室の圧力変化を示す図である。
図8】飽和蒸気圧特性を示す図である。
図9】蒸発燃料の濃度を推定する方法を説明する図1に対応する図である。
図10】燃料蒸気圧の経時変化量を示すグラフである。
図11】燃料蒸気圧により補正された基準圧力の経時変化を示すグラフである。
図12】燃料タンクに正圧を導入する方法を説明する図1に対応する図である。
図13】検知された内圧と補正前及び補正後の基準圧力とを比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、本開示の実施形態を、図1-13を用いて説明する。以下の説明において、前後上下左右等の各方向を示す場合には、各図中に示されたそれぞれの方向を指すものとする。
【0008】
始めに、実施形態に係るリーク診断装置、濃度検出装置、対流速度検出装置について説明する。本実施形態に係るリーク診断装置、濃度検出装置、対流速度検出装置は、自動車の燃料タンク20内に生じる蒸発燃料(ベーパ)を外部に排出しないようエンジン10に吸入させる蒸発燃料処理システム1に適用される。
【0009】
<蒸発燃料処理システム1>
蒸発燃料処理システム1は、図1に示すように、ガソリン等の燃料により駆動するエンジン10と、燃料を貯留する燃料タンク20と、燃料タンク20内で発生した蒸発燃料を吸着させるキャニスタ30と、蒸発燃料の流通経路であるベーパ経路40とを有する。また、蒸発燃料処理システム1は、図2に示すように、エンジン10の動作を制御するECU(電子制御装置)60を有する。燃料タンク20の内部は、液体状の燃料を含む液相部と、蒸発燃料及び空気とを含む気相部とに分かれている(図1参照)。
【0010】
<キャニスタ30>
キャニスタ30は、その内部に活性炭等の吸着材(不図示)を有する。吸着材は、燃料蒸気を吸着して捕捉し、空気を通過させるようになっている。キャニスタ30は、図1に示すように、燃料タンク20、エンジン10及び大気とそれぞれ連通されている。詳しくは、キャニスタ30と燃料タンク20の気相部とは、ベーパ通路41、遮断弁41a及び封鎖弁41bを介して連通されている。キャニスタ30とエンジン10とは、パージ通路44及びパージ弁44aを介して連通されている。キャニスタ30と大気とは、大気通路43及び大気弁43aを介して連通されている。
【0011】
上記構成により、遮断弁41a、封鎖弁41b及び大気弁43aが開放状態で燃料タンク20の内圧が大気圧より高くなると、燃料タンク20の気相部の混合気体が、ベーパ通路41を通ってキャニスタ30に流入する。キャニスタ30に流入した燃料蒸気は、吸着材に吸着し捕捉される。一方で、キャニスタ30に流入した空気は、吸着材を通過し大気通路43を通って大気に放出される。このように、キャニスタ30によって、燃料蒸気を外部に排出しないように燃料タンク20の圧抜きを行うことができる。キャニスタ30に捕捉された燃料蒸気は、パージ弁44aの開放及びエンジン10の駆動により、キャニスタ30にエンジン10による吸気負圧が掛けられることで、パージ通路44を通ってエンジン10に吸入されるようになっている。
【0012】
<燃料タンク20>
燃料タンク20は、その上面に取り外し可能に取り付けられるセットプレート23などの上部部材を有する。
【0013】
燃料タンク20は、図1に示すように、その内側底部に設けられた燃料ポンプ21と、燃料ポンプ21からセットプレート23を通ってエンジン10まで延び出る供給通路22とを有する。燃料ポンプ21は、燃料タンク20内の燃料を供給通路22を介してエンジン10に圧送する。また、燃料タンク20は、供給通路22の途中から液相部に向けて分岐する分岐通路24と、分岐通路24の先端に取り付けられるアスピレータ50とを有する。このため、燃料ポンプ21の燃料供給により、圧送された燃料の一部が、分岐通路24を通ってアスピレータ50から燃料タンク20の液相部に噴射されるようになっている。この噴射により、アスピレータ50は、その内部にベンチュリ効果による負圧を発生させる。
【0014】
燃料タンク20には燃料タンク20内の燃料の残量を測定するための液位センサが設けられる。液位センサは、アームと、このアームに取り付けられ燃料の液面に浮かぶフロート25とを有し、アームの角度から燃料の残量を測定する。燃料タンク20は、気相部内に設けられる圧力センサ26を有する。圧力センサ26は、気相部の内圧を測定する。燃料タンク20は、セットプレート23の内側面(下面)に設けられる第1温度センサ27と、フロート25に設けられる第2温度センサ28とをそれぞれ有する。第1温度センサ27は、燃料タンク20の気相部の上部領域の温度を測定する。また、第2温度センサ28は、燃料タンク20の気相部の下部領域の温度を測定する。
【0015】
<ベーパ経路40>
ベーパ経路40は、図1に示すように、前出のベーパ通路41、大気通路43及びパージ通路44に加えて、ベーパ通路41から分岐する吸引通路42を有する。吸引通路42は、ベーパ通路41の封鎖弁41bよりも燃料タンク20側から分岐して、燃料タンク20内に延び出しアスピレータ50に連結される。このため、ベーパ通路41と吸引通路42とは、混合気体が燃料タンク20の内部と外部とを循環できる循環通路Cを形成する。
【0016】
吸引通路42は、その通路の途中に開閉可能に設けられる多段遮断弁42aを有する。多段遮断弁42aは、例えばステッピングモータと接続されており、図3に示すように、吸引通路42の通路幅を部分的に狭めた狭窄部42dを形成するように開度を変更できるようになっている。吸引通路42は、狭窄部42dと連結するように、上流側吸引通路42bと下流側吸引通路42cとを有する。また、吸引通路42は、混合気体が狭窄部42dを流れる前後の圧力の差を測定する差圧センサ42eを有する。
【0017】
吸引通路42は、アスピレータ50と連結していることにより、アスピレータ50が発生させる負圧が掛かるようになっている。これにより、遮断弁41a及び多段遮断弁42aが開放状態かつ封鎖弁41bが閉鎖状態で負圧が掛けられることで、混合気体が燃料タンク20の気相部からベーパ通路41及び吸引通路42を通って再び気相部に戻るように流動させることができる。また、多段遮断弁42aを閉じた状態で負圧が掛けられることで、下流側吸引通路42cの内圧を負圧状態にすることができる。
【0018】
<アスピレータ50>
アスピレータ50は、図4に示すように、燃料を噴射するノズル部51と、ノズル部51の噴射により負圧を発生させるベンチュリ部52とにより構成される。ノズル部51は、前出の分岐通路24が連結され燃料が流入される流入ポート51aと、流入ポート51aから流入した燃料をベンチュリ部52に向けて噴射するノズル本体51bとを有する。ベンチュリ部52は略筒形状であって、その内側面に、軸方向の途中位置で軸回りに沿って軸径方向の内側に張り出す絞り52aと、絞り52aから軸方向の両端に向かってそれぞれ末広がり状に延びる減圧室52b及びディフューザ52cとを有する。また、ベンチュリ部52は、減圧室52bと前出の下流側吸引通路42cとを連通させる吸引ポート52dを有する。
【0019】
ノズル部51は、図4に示すように、ベンチュリ部52と同軸状に組み付けられる。この組み付けにより、ノズル部51のノズル本体51bは、ベンチュリ部52の減圧室52b側から内部に差し込まれて、その先端の噴射口51cが絞り52aに臨むようになっている。これにより、噴射口51cから噴射された燃料が、絞り52aとディフューザ52cとを軸方向に高速で流動する。このため、ベンチュリ効果によって減圧室52bに負圧が発生するようになっている。
【0020】
<ECU60>
ECU60は、不図示の中央処理装置(CPU)と、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)などのメモリを備えたコンピュータシステムであり、メモリに保存されたプログラムをCPUで実行することにより下記のリーク診断が行われるようになっている。ECU60は、図2に示すように、前出のフロート25、圧力センサ26、第1温度センサ27、第2温度センサ28及び差圧センサ42eからの測定信号が入力される。また、ECU60は、前出の燃料ポンプ21、遮断弁41a、封鎖弁41b、多段遮断弁42a、大気弁43a及びパージ弁44aに、それぞれの動作状態を制御するように制御信号を出力する。
【0021】
<燃料タンク20のリーク診断方法>
以下では、上述した蒸発燃料処理システム1の構成に基づいて、上記燃料タンク20からの蒸発燃料のリークを診断する方法について説明する。具体的には、正圧を導入した状態で遮断弁41a、封鎖弁41b、多段遮断弁42aを閉鎖して、外部から封鎖させた燃料タンク20の内圧の経時変化を圧力センサ26により測定する。そして、封鎖から所定の時間が経過した際の内圧が、ECU60により予め算出された診断基準となる基準圧力を下回った場合に、燃料タンク20にリークが生じていると診断される。
【0022】
<基準圧力の算出>
上記を前提として、先ず、ECU60により上記基準圧力を算出する。基準圧力は、大気圧Patmより高い所定の圧力P0を有して封鎖された燃料タンク20に、大気に通ずる直径0.5mmの円形の開口が生じたと仮定した際に推測される内圧の経時変化として、例えばベルヌーイの定理に基づいて算出される。算出された基準圧力を図5のグラフに示す。なお、別の実施形態として、P0は大気圧Patmより低い所定の圧力であっても構わない。その場合、封鎖から所定の時間が経過した際の内圧が、算出された基準圧力を上回った場合にリークが生じていると診断される。
【0023】
<基準圧力の補正>
次に、燃料タンク20の内圧は、燃料タンク20の気相部における燃料の蒸気圧の変化による影響を受ける。このため、燃料の蒸気圧の経時変化量を推測し、推測された蒸気圧の経時変化量に基づいて基準圧力の補正を行う必要がある。具体的には、蒸気圧が高くなるほど基準圧力も高くなるように補正され、蒸気圧が低くなるほど基準圧力も低くなるように補正される。蒸気圧の経時変化量は、蒸発燃料の飽和蒸気圧特性、混合気体における蒸発燃料の分圧(あるいは濃度)、及び気相部における混合気体の対流速度に基づいて推測することができる。
【0024】
<飽和蒸気圧特性の特定>
蒸気圧の経時変化量を推測するために、先ず、気相部内の温度に対する蒸発燃料の飽和蒸気圧の関係を表す飽和蒸気圧特性を特定する。図6に示すように、多段遮断弁42aを閉鎖した状態で、燃料ポンプ21を作動させ燃料を圧送する。これにより、圧送された燃料がアスピレータ50を通ることで、アスピレータ50の減圧室52b(図4参照)及び下流側吸引通路42cに負圧が掛けられる。アスピレータ50の吸引動作が安定した状態では、減圧室52bに掛けられる負圧に減圧室52bで気化した燃料の蒸気圧が加わって平衡状態となり、減圧室52b内の燃料蒸気は飽和状態となる。
【0025】
このため、図7に示すように、アスピレータ50を通る燃料の流量によって決まる減圧室52bの負圧と、差圧センサ42eにより測定される減圧室52bの実際の圧力との差から蒸発燃料の飽和蒸気圧Psを求めることができる。アスピレータ50を通る燃料の流量は、例えば燃料ポンプ21の回転速度から推定することができる。そして、図8に示すように、求めた飽和蒸気圧Psと、第1温度センサ27により測定される燃料タンク20の気相部の上部領域の温度T1と、の関係が一致する飽和蒸気圧特性を特定することができる。飽和蒸気圧特性の特定により、燃料タンク20の気相部の温度変化に基づく飽和蒸気圧の変化を推測することができる。
【0026】
<蒸発燃料の分圧の推定>
次に、燃料タンク20の気相部の混合気体における蒸発燃料の分圧を求めるために、混合気体に含まれる蒸発燃料の密度ρgvと、空気の密度ρatmとを推定する。このうち、空気の密度ρatmは既知の定数であるため、混合気体の密度ρを求めることで蒸発燃料の密度ρgvを推定することができる。混合気体の密度ρは、混合気体が前出の狭窄部42dを通過する前後で生じる差圧ΔPを差圧センサ42eにより測定することで、式(1)に従って算出できる。
ΔP=(Q/CK)2ρ・・・(1)
この式において、Qは混合気体の流量、Cは流量Qに対応した流量係数、Kは狭窄部42dの通路幅の断面積に対応した断面係数である。
【0027】
上記差圧ΔPを測定するため、図9に示すように、遮断弁41aを開放、及び封鎖弁41bを閉鎖させ、更に、多段遮断弁42aを前出の狭窄部42dを形成するように部分的に開いた状態とする。その状態で燃料ポンプ21を作動させて、アスピレータ50を動作させる。アスピレータ50の吸引動作により、燃料タンク20の気相部の混合気体は、ベーパ通路41、上流側吸引通路42b、狭窄部42d、下流側吸引通路42c、アスピレータ50の順に流動し循環する。このようにして、混合気体に狭窄部42dを通過させることで、差圧センサ42eにより差圧ΔPを測定することができる。
【0028】
上記式(1)による密度ρの算出はECU60により行われる。式(1)中の混合気体の流量Qは、燃料ポンプ21の電流、電圧、回転速度等のパラメータから推定される。また、流量Qに対応した流量係数C、狭窄部42dの通路幅の断面積に対応した断面係数Kは既知であり、予めECU60のメモリに記憶させておくことができる。
【0029】
算出された混合気体の密度ρと既知の空気の密度ρatmとの差から、蒸発燃料の密度ρgvを求めることができる。そして、混合気体の密度ρに対する蒸発燃料の密度ρgvの比が圧力センサ26により測定される気相部の全圧に対する燃料の蒸気圧(分圧)の比に相当することに基づいて、蒸発燃料の分圧を推定することができる。推定された蒸発燃料の分圧がその時の温度における飽和蒸気圧より小さい場合には、蒸発燃料は非飽和状態である。この場合、燃料の蒸気圧は、飽和蒸気圧に達するまで時間と共に増加すると推測される。逆に、推定された蒸発燃料の分圧がその時の温度における飽和蒸気圧より大きい場合(過飽和の場合)、蒸気圧はその飽和蒸気圧に達するまで減少すると推測される。例えば、燃料蒸気圧が飽和蒸気圧に向かう速さは、蒸気圧と飽和蒸気圧との差の大きさに比例するものと考えられる。また、別の実施形態として、算出された密度ρgvを気相中における蒸発燃料の濃度に変換し、この濃度と飽和濃度との比較により蒸気圧の経時変化を推定することもできる。
【0030】
<気相部における混合気体の対流速度の推定>
気相部の混合気体において風速がわずかにでも存在する場合、非飽和状態の蒸発燃料の蒸気圧が飽和蒸気圧に向かう速さは、蒸気圧と飽和蒸気圧との差の大きさだけでなく、その風速とにも比例すると考えられる。このため、次に、混合気体の対流速度を推定する。燃料ポンプ21を停止させ、遮断弁41aと多段遮断弁42aとを閉鎖させる。そして、気相部内に配置した一対の物理量センサを用いて気相部内の物理量を測定する。具体的には、第1温度センサ27と第2温度センサ28とを用いて、気相部の上部領域及び下部領域の温度をそれぞれ測定する。混合気体の対流速度は、気相部の上部領域と下部領域との間の温度勾配により生じる熱流束Qに相当する。熱流束Qは、熱伝達率hと、気相部の上部領域と下部領域との間の仮想的な界面の面積Aと、測定された上部領域の温度T1と下部領域の温度T2とを用いて、次の式(2)に従って算出できる。
Q=hA(T1-T2)・・・(2)
熱伝達率hと面積Aは定数と考えることができ、あらかじめECU60に記憶させておくことができる。
【0031】
上記のように、飽和蒸気圧特性、蒸発燃料の分圧、及び混合気体の対流速度をそれぞれ推定したら、これらに基づいてECU60により蒸気圧の経時変化量を推測する。図10に推測された蒸気圧の経時変化量を示す。図10のように、蒸気圧が時間と共に増加する場合、その増加分を基準圧力に足し合わせることで、基準圧力の補正を行うことができる。図11に補正前及び補正後の基準圧力を示す。
【0032】
<燃料タンク20の内圧の測定>
基準圧力の補正が完了したら、次に、燃料タンク20の実際の内圧の経時変化を測定する。図12に示すように、封鎖弁41b、多段遮断弁42a、大気弁43aを開放させ、遮断弁41a、パージ弁44aを閉鎖させる。その状態で、燃料ポンプ21を作動させてアスピレータ50に燃料を圧送する。これにより、図12の矢印に示すように、アスピレータ50の吸引動作により外部から燃料タンク20内に空気が導入される。圧力センサ26により燃料タンク20の内圧がP0となったら、燃料ポンプ21を停止させると共に、封鎖弁41b及び多段遮断弁42aを閉鎖して、燃料タンク20を外部から封鎖させた状態とする。そして、封鎖後の内圧の経時変化を圧力センサ26により測定する。
【0033】
<燃料タンク20のリーク診断>
測定された燃料タンク20の内圧と、補正前及び補正後の基準圧力とを比較したグラフを図13に示す。実線が測定された内圧、点線が補正前の基準圧力、一点鎖線が補正後の基準圧力をそれぞれ示す。所定の時間t0が経過した際の測定された内圧と補正前の基準圧力とを比較した場合、測定された内圧が基準圧力を上回っている。これにより、燃料タンク20にはリークが生じていないように見える。しかし、蒸気圧の変化を考慮した補正後の基準圧力と比較した場合には、測定された内圧が基準圧力を下回っている。このため、実際にはリークが生じているとECU60により診断される。このように、蒸気圧の変化に基づいて基準圧力の補正を行うことで、より高い精度で蒸発燃料のリークの有無を診断できるようになっている。
【0034】
<まとめ>
以上をまとめると、燃料タンク(20)内の蒸発燃料を外部に排出しないように処理する蒸発燃料処理システム(1)のリーク診断装置である。蒸発燃料処理システム(1)の内圧を測定するための圧力センサ(26)と、制御装置(60)とを有する。制御装置(60)は、蒸発燃料の飽和蒸気圧特性と、気相部内の蒸発燃料の濃度と、気相部内の対流速度とに基づいて燃料蒸気圧の変化を推測し、推測した燃料蒸気圧の変化に基づいてリーク診断のための基準圧力を補正し、圧力センサ(26)により蒸発燃料処理システム(1)の内圧を測定し、測定した内圧と補正した基準圧力との比較によりリークの有無を診断するように構成されている。このような構成となっていることにより、燃料タンク(20)内の蒸発燃料が非飽和状態での蒸気圧変化を推測することで、基準圧力をより正確なものに補正できる。これにより、リーク診断の精度をより向上させることができる。
【0035】
また、リーク診断装置は、更に、蒸発燃料の温度を測定する温度センサ(27、28)と、燃料タンク(20)内に設けられたアスピレータ(50)を有し、アスピレータ(50)は、その内部に燃料が流されることで負圧を発生させるように構成されており、アスピレータ(50)に燃料を送出する燃料ポンプ(21)と、アスピレータ(50)の減圧室(52b)の圧力を測定するための第二の圧力センサとを有している。制御装置(60)は、燃料ポンプ(21)を駆動させてアスピレータ(50)に燃料を流し、第二の圧力センサによりアスピレータ(50)の減圧室(52b)の圧力を測定し、この測定した圧力と燃料ポンプ(21)によってアスピレータ(50)に導入される流量によって決まる負圧とから蒸発燃料の飽和蒸気圧を推測し、温度センサ(27、28)により蒸発燃料の温度を測定し、推測した蒸発燃料の飽和蒸気圧と測定された温度とを用いて飽和蒸気圧特性を特定するよう構成されている。このような構成となっていることにより、その時々の燃料の組成に応じたより正確な飽和蒸気圧特性を利用することができ、リーク診断の精度をより向上させることができる。
【0036】
また、前記制御装置(60)は、推測された前記燃料蒸気圧の変化から経時変化量を算出し、
この推測された前記燃料蒸気圧の経時変化量を加算又は減算することにより前記基準圧力を補正するように構成されている。このような構成となっていることにより、簡単な演算で飽和蒸気圧特性、濃度、対流速度を基準圧力に反映させることができる。
【0037】
また、燃料タンク(20)内の気相部の温度を測定する複数の温度センサ(27、28)が燃料タンク(20)内に高さ方向に間隔を空けて設けられている。制御装置(60)は、複数の温度センサ(27、28)により各箇所での温度を測定し、測定したそれぞれの温度から燃料タンク(20)の気相部の温度勾配を求め、求めた温度勾配に基づいて気相部内の対流速度を推定するように構成されている。このような構成となっていることにより、複数の温度センサ(27、28)を設ける簡便な構成で、気相部内の対流速度を算出することができる。
【0038】
また、燃料タンク(20)の内部と外部とで蒸発燃料を循環させる循環通路(C)を有し、循環通路(C)は断面積が狭められた狭窄部(42d)を有している。狭窄部(42d)により蒸発燃料の流れの断面積が変化することで生じる蒸発燃料の圧力差を測定するための差圧センサ(42e)又は複数の圧力センサを有している。制御装置(60)は、差圧センサ(42e)又は複数の圧力センサにより蒸発燃料の圧力差を測定し、測定した圧力差に基づいて蒸発燃料の密度を算出し、算出した蒸発燃料の密度に基づいて蒸発燃料の濃度を推定するよう構成されている。このような構成となっていることにより、熱の発生を伴わない簡便な構成で蒸発燃料の濃度を推定することができる。
【0039】
<その他の実施形態>
別の実施形態として、リーク診断装置は、燃料タンクだけでなく、燃料タンクとキャニスタとを含んだベーパ経路からのリークを診断するものであっても良い。その場合、正圧導入後に大気弁及びパージ弁を閉鎖、遮断弁と封鎖弁とを開放させることで、燃料タンクとキャニスタとを連通させつつ外部から封鎖させた状態での内圧の経時変化を測定する。
【0040】
別の実施形態として、リークの診断方法は、正圧を導入した後の内圧の経時変化を基準圧力と比較する他、負圧を導入した後の内圧の経時変化を基準圧力と比較するものであっても良い。その場合、エンジンが発生する負圧を燃料タンクに導入することで、構成を複雑化することなく負圧の導入を行うことができる。また、前述の実施形態では、基準圧力を補正した後に正圧を導入したが、別の実施形態として、先に正圧を導入してから飽和蒸気圧特性、分圧、対流速度を推定して補正を行っても良いし、分圧や対流速度の推定を行う途中で正圧を導入しても良い。また別の実施形態として、分圧を推定してから正圧を導入した後で、燃料ポンプの回転速度等のパラメータからアスピレータが導入した空気量を推定し、これを用いて分圧または濃度の補正を行っても良い。
【0041】
別の実施形態として、キャニスタは、燃料タンク内に設けても良い。その場合、キャニスタは、閉塞部材の内側面にぶら下げ状に組み付けられるキャニスタケーシングの内部に収納される。
【0042】
別の実施形態として、一対の温度センサは、燃料タンク内の温度勾配を測定できる配置であれば、高さ方向にではなく水平方向に間隔を空けて配置しても良いし、そのどちらにも間隔を空けて配置しても良い。一対の温度センサは、その配置場所を限定するものではなく、別の実施形態として、例えば燃料タンクの内側面や上記キャニスタケーシングに設けても良い。また別の実施形態として、一対の温度センサは、燃料タンク内に複数設けても良い。これにより、気相部の温度勾配を測定する精度を上げることができる。
【0043】
別の実施形態として、循環通路は、燃料タンクとキャニスタとの間を循環させるように設けられていても良い。すなわち、吸引通路は、ベーパ通路の途中から分岐するのではなく、キャニスタからアスピレータに向けて延び出していてもよい。その場合、上流側吸引通路とキャニスタとの間に封鎖弁を設けてもよい。
【0044】
別の実施形態として、狭窄部は、多段遮断弁により形成するのではなく、オリフィスやベンチュリにより形成しても良い。その場合、吸引通路を遮断するための弁を新たに設けてもよい。また別の実施形態として、狭窄部は、循環通路上であれば、ベーパ通路上に設けても良い。具体的には、例えば、ベーパ通路上の遮断弁を多段遮断弁としても良い。
【0045】
別の実施形態として、差圧センサは、狭窄部がベンチュリにより形成される場合には、狭窄部の前後ではなく上流側吸引通路と狭窄部との間の圧力差を測定するように設けられる。蒸発燃料の圧力差は、差圧センサの他、2つの圧力センサを用いて測定しても良い。
【0046】
別の実施形態として、飽和蒸気圧特性は、アスピレータを用いて飽和蒸気圧を求める方法の他、気相部の温度変化(T1からT2)に対する気相部の圧力変化ΔPを測定し、複数の飽和蒸気圧特性の中で、温度変化(T1からT2)に対する圧力変化ΔPが一致する飽和蒸気圧特性を探して特定する方法であってもよい。また別の実施形態として、飽和蒸気圧特性を特定するための温度は、気相部の下部領域の温度を用いても良いし、上部領域及び下部領域の各温度の平均を用いても良いし、アスピレータの減圧室の温度を用いても良い。
【0047】
アスピレータは、上述の実施形態では燃料ポンプを用いて動作させたが、別の実施形態として、燃料ポンプとは別のポンプを用いて動作させるものであっても良い。また別の実施形態として、アスピレータの減圧室の圧力を測定するための第二の圧力センサは、循環通路に設けられた差圧センサを用いる他、差圧センサとは別に下流側吸引通路に設けた圧力センサを用いても良い。
【0048】
別の実施形態として、式(1)を用いて混合気体の密度ρを算出する際に、燃料ポンプの回転速度を変化させることで複数の流量Qを用いて複数の密度ρを算出しても良い。算出された複数の密度ρを平均することで、流量のばらつきによる算出結果への影響を減らしてより精度よく密度を算出することができる。また別の実施形態として、流量を変化させずに、多段遮断弁の開度を変化させることで複数の断面係数Kを用いて複数の密度ρを測定しても良い。
【0049】
別の実施形態として、蒸発燃料の分圧は、混合気体に含まれる蒸発燃料の濃度の割合から推定しても良い。蒸発燃料の濃度は蒸発燃料の密度から求める他、蒸発燃料処理システムに濃度センサを設けて測定するものであっても良い。
【0050】
別の実施形態として、気相部の対流速度は、気相部の上部領域と下部領域との間の蒸発燃料の濃度勾配により生じる拡散流束Jに相当すると考えても良い。上記に基づいて、気相部の対流速度は、測定された上部領域の濃度C1と下部領域の濃度C2と拡散係数Dとを用いて、次の式(3)に従って算出されるものであっても良い。
J=-D(C1-C2)・・・(3)
この場合、各濃度C1、C2は、例えば一対の濃度センサにより測定される。すなわち、一対の物理量センサとして、一対の温度センサの代わりに一対の濃度センサが設けられる。式(3)中の拡散係数は定数とみなすことができ、あらかじめECUに記憶させておくことができる。上記のように、濃度勾配により対流速度を求める場合、燃料タンクに設けられる温度センサの数は1つでも構わない。
【0051】
以上、様々な実施形態を説明したが、本開示はそれらの実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば他にも各種の変形、置換、改良などが可能である。
【符号の説明】
【0052】
1 蒸発燃料処理システム
10 エンジン
20 燃料タンク
21 燃料ポンプ
22 供給通路
23 セットプレート
24 分岐通路
25 フロート
26 圧力センサ
27 第1温度センサ
28 第2温度センサ
30 キャニスタ
40 ベーパ経路
41 ベーパ通路
41a 遮断弁
41b 封鎖弁
42 吸引通路
42a 多段遮断弁
42b 上流側吸引通路
42c 下流側吸引通路
42d 狭窄部
42e 差圧センサ
43 大気通路
43a 大気弁
44 パージ通路
44a パージ弁
50 アスピレータ
51 ノズル部
51a 流入ポート
51b ノズル本体
51c 噴射口
52 ベンチュリ部
52a 絞り
52b 減圧室
52c ディフューザ
52d 吸引ポート
60 ECU(制御装置)
C 循環通路
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