JP4260079B2 - 内燃機関の燃料性状計測装置および内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料性状計測装置および内燃機関に関する。

自動車に搭載されるガソリンエンジンは、吸気管に燃料噴射弁を設けて、燃料噴射弁から燃料を吸気ポートに向けて噴射、供給するものが一般的である。冷間始動時のようにエンジンが十分に暖機されていない場合、燃料噴射弁から噴射された燃料の一部は燃焼室に吸入されずに吸気ポートの内壁面や吸気バルブの表面に付着し、実質的な噴射量が減少する。そこで、十分に暖機がなされている時と同等の空燃比を確保するために、噴射量を増量補正することがなされている。

燃焼に寄与せず吸気ポートの内壁面等に付着する燃料の量は、燃料性状、特に揮発性の高低により異なる。また、燃料性状は、同じ種類であっても、メーカや季節、販売地域によりばらつく。したがって、噴射量の補正を適正に行うには、燃料性状を高精度に計測する必要がある。

燃料性状を計測する技術として、燃料性状によって燃料の誘電率が変化することに着目し、燃料を誘電体とするコンデンサ構造の検出部を設けて、燃料の誘電率に応じた値をとる前記検出部の静電容量から軽質油か重質油かを判定するものがある（特許文献１）。この技術では、静電容量に応じた周波数の信号を生成する発振回路を設けて静電容量を得ている。また、燃料性状によって燃料の屈折率や沸点、分子熱が変化することに着目したものもある（特許文献２）。特許文献２には、燃料中に光ファイバを浸漬して光ファイバを透過する光量を検出することで屈折率を得るものが記載されている。
実開平４−８９５６号公報 特開平４−１４３８号公報

しかしながら、燃料の誘電率や屈折率から燃料の揮発性を知るには、燃料の誘電率や屈折率と燃料の揮発性との対応関係が予め既知である必要があるところ、燃料のメーカや季節、販売地域の相違に基因して、このような燃料の誘電率等と燃料の揮発性との対応関係を正確に把握するのは、必ずしも容易ではない。

本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、燃料の揮発性を簡単な構成で判定することのできる内燃機関の燃料性状計測装置、および内燃機関を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明では、燃料タンク内に貯留する燃料の燃料性状を計測する内燃機関の燃料性状計測装置において、
途中に絞りを有する計測通路と、
該計測通路内に計測通路の通路方向に沿ってガス流を発生させるガス流発生手段と、
前記絞りの両端の差圧を検出する差圧検出手段と、
前記計測通路を両端で前記燃料タンクと連通して前記計測通路に流れる被計測ガスを燃料タンク内のガスとしたときの検出差圧に基づいて前記被計測ガス中の蒸発燃料の濃度を演算する蒸発燃料濃度演算手段と、
前記燃料タンク内の燃料の温度を検出する温度検出手段と、
前記蒸発燃料濃度演算手段により検出された蒸発燃料濃度と前記温度検出手段により検出された温度とに基づいて前記燃料タンク内の燃料の燃料性状として揮発性を算出する揮発性算出手段とを具備する構成とする。
前記内燃機関には、燃料タンク内から導入通路を介して導かれた蒸発燃料を一時的に吸着する吸着材を収納したキャニスタと、前記吸着材から脱離した蒸発燃料を含む前記キャニスタ内のガスを内燃機関の吸気管に導き前記蒸発燃料をパージするパージ通路と、該パージ通路に設けられパージ流量を調整するパージ制御弁とを備えており、
かつ、前記計測通路を両端で前記キャニスタと連通して前記計測通路に流れる被計測ガスを前記キャニスタ内のガスとしたときの検出差圧に基づいて前記被計測ガス中の蒸発燃料濃度を演算する別の蒸発燃料濃度演算手段を具備せしめる。

燃料の揮発性が異なると、温度に対する蒸発燃料の飽和濃度の特性線も異なる。現在の温度における蒸発燃料濃度から、燃料タンクに貯留した燃料の揮発性を特定することができる。
計測通路、差圧検出手段などの蒸発燃料の濃度を計測する主要な手段が、キャニスタからパージされる蒸発燃料の濃度の計測に流用できる。したがって、構成を複雑化することなく、燃料の揮発性とともにパージガス中の蒸発燃料の濃度を計測可能とすることができる。

請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記計測通路を両端で大気に開放して前記計測通路に流れるガスを空気とする第１の濃度計測状態と、前記計測通路を両端で前記燃料タンクと該燃料タンクの気相部にて連通して前記計測通路に流れるガスを前記燃料タンク内のガスとする第２の濃度計測状態とのいずれかに切替える計測通路切替え手段を具備せしめ、
前記蒸発燃料濃度演算手段は、前記第１の濃度計測状態における検出差圧と前記第２の濃度計測状態における検出差圧とに基づいて蒸発燃料の濃度を演算する演算手段とする。

計測通路に燃料タンク内のガスを流通させたときの検出差圧に加えて、蒸発燃料の濃度が既知のとき（濃度０）のときの検出差圧が得られるから、このときの検出差圧に基づいて校正が可能となり、さらに燃料性状を正確に知ることができる。

請求項３記載の発明では、燃料タンク内に貯留する燃料の燃料性状を計測する内燃機関の燃料性状計測装置において、
途中に絞りを有する計測通路と、
該計測通路内に計測通路の通路方向に沿ってガス流を発生させるガス流発生手段と、
前記絞りの両端の差圧を検出する差圧検出手段と、
前記計測通路を両端で前記燃料タンクと連通して前記計測通路に流れる被計測ガスを燃料タンク内のガスとしたときの検出差圧に基づいて前記被計測ガス中の蒸発燃料の濃度を演算する蒸発燃料濃度演算手段と、
前記燃料タンク内の燃料の温度を検出する温度検出手段と、
前記蒸発燃料濃度演算手段により検出された蒸発燃料濃度と前記温度検出手段により検出された温度とに基づいて前記燃料タンク内の燃料の燃料性状として揮発性を算出する揮発性算出手段と、
前記計測通路を両端で大気に開放して前記計測通路に流れるガスを空気とする第１の濃度計測状態と、前記計測通路を両端で前記燃料タンクと該燃料タンクの気相部にて連通して前記計測通路に流れるガスを前記燃料タンク内のガスとする第２の濃度計測状態とのいずれかに切替える計測通路切替え手段を具備せしめ、
前記蒸発燃料濃度演算手段は、前記第１の濃度計測状態における検出差圧と前記第２の濃度計測状態における検出差圧とに基づいて蒸発燃料の濃度を演算する演算手段とする。

燃料の揮発性が異なると、温度に対する蒸発燃料の飽和濃度の特性線も異なる。現在の温度における蒸発燃料濃度から、燃料タンクに貯留した燃料の揮発性を特定することができる。
計測通路に燃料タンク内のガスを流通させたときの検出差圧に加えて、蒸発燃料の濃度
が既知のとき（濃度０）のときの検出差圧が得られるから、このときの検出差圧に基づい
て校正が可能となり、さらに燃料性状を正確に知ることができる。

請求項４記載の発明では、請求項３の発明の構成において、前記絞りにおけるガス流を遮断する弁手段を設けるとともに、前記差圧検出手段は、１対の導圧通路を、前記絞りとともに前記弁手段を挟んで配設し、
前記キャニスタを含み前記パージ制御弁を閉じたときに形成される閉空間を、ガスの漏れについて検査する被検査空間として、前記１対の導圧通路のうち、一方の導圧通路側で前記閉空間を前記計測通路と連通せしめる連通路と、
該連通路を遮断する別の弁手段と、
前記計測通路が非遮断状態で前記連通路が遮断された第１の漏れ検査状態のときの前記差圧検出手段による検出値と、前記計測通路が遮断され前記連通路が非遮断状態の第２の漏れ検査状態のときの前記差圧検出手段による検出値とに基づいて、前記閉空間の漏れを判定する漏れ判定手段とを具備せしめる。

第２の漏れ検査状態においては閉空間の漏れ穴の大きさに応じて差圧検出手段による検出値が変化する。これを、通路断面積が一定の絞りを大気が流通する第１の漏れ検査状態における検出値と比較することで、閉空間の漏れについて知ることができる。構成を複雑化することなく、燃料の揮発性やパージガス中の蒸発燃料の濃度を計測可能とし、さらに燃料の漏れ検査をも行うことができる。

請求項５記載の発明では、請求項１ないし4の発明の構成において、前記内燃機関の作動状態を検出する機関作動状態検出手段を具備せしめ、前記燃料性状の計測は、前記内燃機関が停止状態にあることを条件として実行される構成とする。

内燃機関が停止状態にあれば、燃料タンク内のガス中の蒸発燃料の濃度は安定しており、さらに燃料性状を正確に知ることができる。

請求項６記載の発明では、請求項5の発明の構成において、前記機関作動状態検出手段は、イグニションキーがオンか否かを検出する手段である構成とする。

内燃機関が停止状態にあるか否かを簡易に検出することができる。

請求項７記載の発明では、請求項１ないし6の発明の構成において、前記燃料タンクへの給油による状態の変化を検出する燃料タンク状態検出手段を具備せしめ、前記燃料性状の計測は、前記燃料タンクに給油がされたことを条件として実行される構成とする。

給油により、燃料タンクにそれまでとは別のメーカや別の地域の燃料が満たされることになるから、給油時を挟み燃料の揮発性が不連続に変化する蓋然性が高い。したがって、さらに燃料性状を正確に知ることができる。

請求項８記載の発明では、請求項7の発明の構成において、前記燃料タンク状態検出手段は、燃料タンクのフューエルキャップの開閉を検出する手段である構成とする。

燃料タンクが給油状態にあることを簡易に検出することができる。

請求項９記載の発明では、請求項7の発明の構成において、前記燃料タンク状態検出手段は、燃料タンク内の燃料の量を検出する手段であり、燃料量が予め設定した基準量まで増量すると給油状態と判断する構成とする。

燃料タンクが給油状態にあることを簡易に検出することができる。

請求項１０記載の発明では、請求項１ないし9の発明の構成において、前記燃料性状の計測は、所定時間ごとに実行される構成とする。

燃料タンク内に貯留した燃料は時間とともに低沸点の成分から燃料が蒸発していくから、揮発性は漸次、低下していく。燃料性状の計測を所定時間ごとに実行することで、かかる経時的な揮発性変化を知ることができる。

請求項１１記載の発明では、請求項１ないし１０の発明の構成において、前記温度検出手段は、燃料タンク以外の場所で温度を検出する手段であり、前記燃料の温度を前記燃料タンク以外の場所についての検出温度に基づいて推定する構成とする。

温度検出手段として、内燃機関に設けられる他の温度検出手段を兼用化することができる。この場合において、例えば内燃機関停止後、十分な時間をとって温度を検出することで、燃料タンク内の蒸発燃料の濃度を安定させることができるとともに、内燃機関各部の温度が雰囲気温度に収束していくことで、推定誤差を軽減することができる。

請求項１２記載の発明では、内燃機関に、請求項１ないし１１いずれか記載の内燃機関の燃料性状計測装置を付設し、計測された前記燃料性状に基づいて燃料の噴射量の補正量を設定する補正量設定手段を具備せしめる。

燃焼室内での燃焼に寄与しない燃料の多少を正確に判断することができるので、空燃比制御を適正になし得る。

請求項１３記載の発明では、内燃機関に、請求項１ないし１１いずれか記載の内燃機関の燃料性状計測装置が付設され、計測された前記燃料性状に基づいて、内燃機関の始動時の燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段を具備せしめる。

冷間始動時に燃焼室内に流入する燃料量を正確に判断することができるので、最適な燃料量を噴射することができ、速やかに内燃機関を始動することができる。さらに、燃料を過剰に噴射することがなくなるため、吸気ポートの内壁面等に付着する燃料量を低減することができ、始動時の排気エミッションを向上することができる。

（第１実施形態）
図１に本発明の第１実施形態になる内燃機関の燃料性状計測装置の構成を示す。本実施形態は自動車のエンジンに適用したもので、内燃機関であるエンジン１の燃料タンク１１は導入通路１２を介してキャニスタ１３と接続され、燃料タンク１１とキャニスタ１３とは常時、連通している。キャニスタ１３内には吸着材１４が充填され、燃料タンク１１で蒸発した燃料を吸着材１４で一時吸着する。キャニスタ１３はパージ通路１５を介してエンジン１の吸気管２と接続されている。パージ通路１５にはパージ制御弁であるパージバルブ１６が設けられ、その開き時にはキャニスタ１３と吸気管２とが連通するようになっている。

パージバルブ１６は電磁弁であり、エンジン１の各部を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１によるデューティ制御等で開度が調整される。開度に応じて吸着材１４から脱離した蒸発燃料が吸気管２の負圧により吸気管２内にパージされ、インジェクタ5からの噴射燃料とともに燃焼することになる（以下、適宜、パージされる蒸発燃料を含む混合気をパージガスという）。

キャニスタ１３には、先端で大気に開放するパージエア通路１７が接続されている。パージエア通路１７にはクローズバルブ１８が設けられている。

パージ通路１５とパージエア通路１７とが計測通路である蒸発燃料通路２１により接続可能としてある。蒸発燃料通路２１は、パージバルブ１６よりもキャニスタ１３側でパージ通路１５からの分岐通路２５を介してパージ通路１５と接続し、クローズバルブ１８よりもキャニスタ１３側でパージエア通路１７からの分岐通路２６を介してパージエア通路１７と接続する。蒸発燃料通路２１にはパージ通路１５側から第１の切替え弁３１、絞り２２、バルブ３３、ポンプ４１、および第２の切替え弁３２が設けてある。また、パージ通路１５は、分岐通路２５への分岐部よりもキャニスタ１３側で連通路２４により導入通路１２と接続可能である。また、パージエア通路１７は、分岐通路２６への分岐部にて連通路２７により燃料タンク１１と接続可能である。連通路２７は導入通路１２と同様に燃料タンク１１内の燃料の量によらず燃料の液面よりも上方で燃料タンク１１内と連通する。これら連通路２４，２７にはそれぞれバルブ３４，３５が設けられている。

また、パージエア通路１７と蒸発燃料通路２１とは、連通路２８により、連通路２８の一端ではポンプ４１よりもバルブ３３側で連通し、連通路２８の他端では連通路２６との分岐部よりもキャニスタ１３側で連通している。

第１の切替え弁３１は、蒸発燃料通路２１が一端で大気に開放する第１の濃度計測状態と、蒸発燃料通路２１が前記一端で連通路２５と連通する第２の濃度計測状態とのいずれかに切替える三方弁構造の電磁弁で、その２種類の切替え状態がＥＣＵ５１により制御される。第１の切替え弁３１が非通電（オフ）のとき、切替え状態が、蒸発燃料通路２１が大気に開放する第１の濃度計測状態に設定してある。

第２の切替え弁３２は、蒸発燃料通路２１が他端で大気に開放する第1の濃度計測状態と、蒸発燃料通路２１が他端で連通路２６と連通する第2の濃度計測状態とのいずれかに切替える三方弁構造の電磁弁で、その２種類の切替え状態がＥＣＵ５１により制御される。第２の切替え弁３２が非通電（オフ）のとき、切替え状態が蒸発燃料通路２１が大気に開放する第１の濃度計測状態に設定してある。

その他のバルブ３３，３４，３５，３６は、二方弁構造の電磁弁であり、バルブ３３〜３６が設けられるそれぞれの通路を遮断する。

ガス流発生手段であるポンプ４１は電動ポンプであり、作動時に第１の切替え弁３１側を吸入側として蒸発燃料通路２１中に蒸発燃料通路２１に沿ってガスを流通せしめるもので、作動のオンオフおよび回転数がＥＣＵ５１により制御される。回転数の制御は予め設定した所定値で一定となるようにする回転数一定制御である。

また、蒸発燃料通路２１は絞り２２およびバルブ３３の両端でそれぞれ導圧配管２３１，２３２を介して差圧検出手段である差圧センサ５５と接続され、差圧センサ５５により実質的に絞り２２の両端の差圧を検出するようになっている。差圧の検出信号はＥＣＵ５１に出力される。

燃料タンク１１には温度検出手段である温度センサ５６が設けられ、燃料タンク１１内の温度を検出するようになっている。温度の検出信号は、ＥＣＵ５１に出力される。

ＥＣＵ５１は、基本的な構成は一般的なエンジン用のもので、マイクロコンピュータを中心に構成される。ＥＣＵ５１は、吸気管２に設けられて吸入空気量を調整するスロットル４、燃料を噴射するインジェクタ５、混合気に点火する点火プラグ６等の各部を、吸気管２に設けられたエアフローセンサ５２により検出される吸入空気量、吸気圧センサ５３により検出される吸気圧、排気管３に設けられた空燃比センサ５４により検出される空燃比の他、イグニッション信号、エンジン回転数、エンジン冷却水温、アクセル開度等に基づいて制御し、適正なスロットル開度、燃料噴射量、点火時期等が与えられるようにしている。なお、吸気圧センサ５３の検出圧力は絶対圧で与えられ、後述する燃料揮発性算出ルーチンにおいて大気圧とされる。

図２にＥＣＵ５１で実行される燃料性状判定のフローを示す。ステップＳ１０１では燃料揮発性判定条件が成立しているか否かを判定する。燃料揮発性判定条件は給油をしたり、前回の給油から所定時間以上の時間が経過したり、高温度雰囲気の状態でエンジンが搭載された車両が長時間、放置されるなどにより、燃料タンク１１内の燃料の低沸点成分が蒸発し、揮発性が変化すると推測される場合に燃料の揮発性の判定を実施するように設定される。この燃料揮発性判定条件の成立を判断する処理は、より詳しくは後述する第３実施形態等に開示されている。

ステップＳ１０１が肯定判断されると、ステップＳ１０２に進み、濃度検出ルーチンを実行する。否定判断されるとステップＳ１０１を繰り返す。

図３に濃度検出ルーチンの内容を示す。図４に濃度検出ルーチンの実行中における装置各部の状態の推移を示す。濃度検出ルーチンの実行において、初期状態は、パージバルブ１６が「閉」、クローズバルブ１８が「開」である。第１、第２切替え弁３１，３２が「オフ」で、前記第1の濃度計測状態となっている。また、バルブ３３〜３６が「閉」（オフ）である。ポンプ４１が「オフ」である（図４中、Ａ）。図３において、ステップＳ２０１では、バルブ３３を開いて、ポンプ４１を駆動し、蒸発燃料通路２１にガスを流す（図４中、Ｂ）。ガスは空気であり、図５中に矢印で示すように蒸発燃料通路２１を流通し、再び大気中に抜ける。ステップＳ２０２ではこの状態の絞り２２の差圧ΔＰ0を検出する。ステップＳ２０３ではクローズバルブ１８を閉じ、ステップＳ２０４で第１、第２の切替え弁３１，３２をオンするとともに、バルブ３４，３５を開く（オン）する。（図４中、Ｃ）。前記第1の濃度計測状態から前記第２の濃度計測状態とに移行する。このときのガスの流れは、パージバルブ１６およびクローズバルブ１８が閉じ、バルブ３４，３５が開いていることで、図６に示すように、燃料タンク１１と絞り２２との間を循環する環状通路となる。燃料タンク１１を通るため、ガスは蒸発燃料を含む混合気である。

ステップＳ２０５ではこの状態において、絞り２２の差圧ΔＰ1を検出する。

続くステップＳ２０６，Ｓ２０７は蒸発燃料濃度演算手段としての処理で、ステップＳ２０６では得られた２つの差圧ΔＰ0，ΔＰ1に基づいて差圧比Ｐを式（１）にしたがって算出する。ステップＳ２０７では、差圧比Ｐに基づいて燃料蒸気濃度Ｃを式（２）にしたがって算出する。式（２）中、ｋ1は定数であり、予め制御プログラムなどとともにＥＣＵ５１のＲＯＭに記憶される。
Ｐ＝ΔＰ1／ΔＰ0・・・（１）
Ｃ＝ｋ1×（Ｐ−１）（＝（ΔＰ1−ΔＰ0）／ΔＰ0）・・・（２）

蒸発燃料は空気よりも重いため、燃料タンク１１からのガスに蒸発燃料が含まれていると、密度が高くなる。回転数が同じで、蒸発燃料通路２１の流速（流量）が同じであれば、エネルギー保存の法則の要請により、絞り２２の差圧が空気より大きくなる。燃料蒸気濃度Ｃが大きくなるほど、差圧比Ｐが大きくなる。燃料蒸気濃度Ｃおよび差圧比Ｐがしたがう特性線は図７に示すように直線となる。式（２）はかかる特性線を表現したものであり、定数ｋ1は予め実験などにより適合される。

ここで、蒸発燃料通路２１に大気を流通させる第１の濃度計測状態では、燃料蒸気濃度は０であり、かかる濃度既知のガスについての差圧を、蒸発燃料通路２１に燃料タンク１１内のガスを流通させる第２の濃度計測状態のときの差圧と併せて検出することで、検出誤差を相殺することができ、高精度化を図ることができる。

ステップＳ２０８では、得られた燃料蒸気濃度Ｃが一時、記憶される。

ステップＳ２０９で第１，第２の切替え弁３１，３２をオフするとともに、バルブ３４，３５を閉じ（オフ）、ステップＳ２１０でバルブ３３を閉じる（オフ）とともに、ポンプ４１をオフする。この状態は図４中のＡと同じであり、濃度検出ルーチンの開始前の状態に復することになる。

濃度検出ルーチン（ステップＳ１０２）の実行後、ステップＳ１０３で燃料揮発性算出ルーチンを実行する。

図８は燃料揮発性算出ルーチンを示すもので、ステップＳ３０１では濃度検出ルーチンで得られた燃料蒸気濃度Ｃを読込む。

ステップＳ３０２では、大気圧Ｐａｔｍを検出する。大気圧Ｐａｔｍは吸気圧センサ５３により検出される。

ステップＳ３０３では、燃料蒸気圧Ｐｅｖを式（３）により算出する。式（３）は蒸発燃料の濃度が大気圧に対する燃料の飽和蒸気圧の比率であることに基づくものである。
Ｐｅｖ＝Ｐａｔｍ×Ｃ・・・（３）

ステップＳ３０４では、燃料温度Ｔを検出する。

続くステップＳ３０５は揮発性算出手段としての処理で、燃料蒸気圧Ｐｅｖおよび燃料温度Ｔに基づいてリード蒸気圧ＲＶＰを算出し、これを燃料揮発性とする。ＥＣＵ５１には図９に示すような温度Ｔと蒸気圧Ｐｅｖとの特性線をマップとして記憶しており、マップを参照して燃料揮発性ＲＶＰを算出する。得られた燃料揮発性ＲＶＰはステップＳ３０６でメモリに一時、記憶される。

次に図１０により、始動時燃料噴射補正量算出ルーチンについて説明する。ステップＳ４０１ではイグニッションキーがオンされたか否かを判定し、肯定判断されるとステップＳ４０２に進む。否定判断されるとステップＳ４０１が繰り返される。

ステップＳ４０２〜Ｓ４０６は補正量設定手段としての処理で、ステップＳ４０２では前記燃料揮発性算出ルーチンで得た燃料揮発性ＲＶＰを読込み、ステップＳ４０３で燃料揮発性ＲＶＰに応じた燃料噴射量補正係数ＴＡＵｅを算出する。算出は、燃料揮発性ＲＶＰと燃料噴射量補正係数ＴＡＵｅとを対応付けるマップなどにしたがってなされる。

ステップＳ４０４ではエンジン水温Ｔｗを検出し、ステップＳ４０５でエンジン水温Ｔｗに応じた燃料噴射量補正係数ＴＡＵｗを算出する。算出は、エンジン水温Ｔｗと燃料噴射量補正係数ＴＡＵｗとを対応付けるマップなどにしたがってなされる。

ステップＳ４０６では燃料噴射補正量ＫＴＡＵを式（４）にしたがって算出する。燃料噴射補正量ＫＴＡＵはスロットル開度やエンジン回転数などに基づいて演算された噴射量ＴＡＵに乗じて最終的な噴射量を求めるものである。
ＫＴＡＵ＝ＴＡＵｅ×ＴＡＵｗ・・・（４）

さて、前記燃料噴射量補正係数ＴＡＵｅを求めるためのマップは、燃料噴射量補正係数ＴＡＵｅが１以上で、燃料揮発性ＲＶＰが高いほど小さくなって１に近づくように設定されている。燃料揮発性ＲＶＰが高い燃料は、噴射されても付着して燃焼に寄与しない割合が少ないからである。

また、前記燃料噴射量補正係数ＴＡＵｗを求めるためのマップは、燃料噴射量補正係数ＴＡＵｅが１以上で、エンジン水温Ｔｗが高いほど小さくなって１に近づくように設定されている。エンジン水温Ｔｗが高ければ吸気管２の温度も高く蒸発しやすくなるから、噴射されても付着して燃焼に寄与しない割合が少ないからである。

このように、燃料噴射量が燃料の揮発性に応じて適正化され、空燃比を高精度に制御することができる。

また、蒸発燃料通路２１に燃料タンク１１を通るガス中の蒸発燃料の濃度を検出することができることを利用して、ＥＣＵ５１は次のようにパージガス中の蒸発燃料の濃度を演算する別の蒸発燃料濃度演算手段を構成している。すなわち、前記第２の濃度計測状態を基本としてバルブ３４，３５を閉じることで、キャニスタ１３と蒸発燃料通路２１間でキャニスタ１３内のガスを循環させ、このときの絞り２２の差圧に基づいて、パージガス中の蒸発燃料の濃度を求める。濃度検出ルーチンは、バルブ３４，３５の設定を除き、図３に示した内容と実質的に同等の処理を実行する。すなわち、蒸発燃料通路２１を大気が通過するときの絞り２２の差圧と、被計測ガスであるパージガスが通過するときの絞り２２の差圧との差圧比に基づいてパージガス中の蒸発燃料の濃度が知られることになる。

これにより、パージバルブ１６を適正な開度に設定して、パージガス中の蒸発燃料の量を適正化することができる。

また、ＥＣＵ５１は次のように、燃料タンク１１〜キャニスタ１３〜パージバルブ１６に到る、パージバルブ１６と閉じた状態で蒸発燃料が存在する閉空間であるエバポ系を漏れの被検査空間として、リークチェックを簡易に行う漏れ判定手段を構成している。すなわち、第１の切替え弁３１、第２の切替え弁３２をオフとし、さらに弁手段であるバルブ３３を開き、別の弁手段であるバルブ３６を閉じる（第１の漏れ検査状態）。この状態でポンプ４１を駆動状態とし、差圧センサ５５による検出差圧を所定周期で取込む。この検出圧力は大気圧を基準とした絞り２２よりもポンプ４１側の蒸発燃料通路２１内の圧力であり、ポンプ４１の駆動開始により負側に漸増する。検出圧力の前回値との差分が予め設定した基準値以下になったらそのときの検出圧力（基準圧力）を記憶する。

次にバルブ３３を閉じるとともにバルブ３６を開き、さらにクローズバルブ１８を閉じる（第２の漏れ検査状態）。この状態でポンプ４１を駆動する。そして同様に差圧センサ５５による検出差圧を所定周期で取込む。この検出圧力は大気圧を基準としたエバポ系内の圧力である。検出圧力の前回値との差分が所定の基準値以下になったら、そのときの検出圧力を記憶し、前記基準圧力と比較する。エバポ系に絞り２２と同じ面積の漏れ穴があれば基準圧力と同じ圧力値が得られ、エバポ系に絞り２２よりも大きな面積の漏れ穴があれば検出圧力は小さくなる。したがって、基準圧力以上であればエバポ系にリークなしと判断し、基準値以下であればリークありと判断する。

なお、前回値との差分すなわち検出圧力の変化量が基準値以下になることを要求しているのは、検出圧力が収束するまで待つ趣旨である。

このように、絞りを有する蒸発燃料通路に大気と被計測ガスとを流通させることにより、燃料の揮発性を知ることができるだけではなく、その主要部を使ってパージガス中の蒸発燃料の濃度を知ることができるとともに、エバポ系のリークチェックをも行うことができる。多機能な装置を低コストで実現することができる。

（第２実施形態）
図１１に本発明の第２実施形態になる燃料性状計測装置を示す。第１実施形態において、一部を別の構成としたもので、第１実施形態と実質的に同じ部分には同じ番号を付して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

パージエア通路１７Ａは他の管路と接続しない単純な通路で、その途中に設けられたクローズバルブ１８により閉じられる。

蒸発燃料通路２１は第１実施形態と同様に両端部に切替え弁３１，３２が設けられており、切替え弁３１，３２がオンのときに、一端側では連通路２８により、他端側では連通路２９により、燃料タンク１１と連通するようになっている。

ＥＣＵ５１Ａは、切替え弁３１，３２をオフにして蒸発燃料通路２１に大気を流通させる第１の計測状態と、切替え弁３１，３２をオンにして蒸発燃料通路２１に燃料タンク１１内の、蒸発燃料を含むガスを流通させる第２の計測状態とのそれぞれにおいて、絞り２２の差圧を検出することにより、第１実施形態と同様に、燃料揮発性ＲＶＰを算出することができる。

（第３実施形態）
図１２に本発明の第３実施形態になる燃料性状判定装置を示す。第１実施形態において、一部を別の構成としたもので、第１実施形態と実質的に同じ部分には同じ番号を付して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

燃料タンク１１の給油口のフューエルキャップ１９は、その開閉状態が燃料タンク状態検出手段であるセンサ５７により検出されるようになっており、フューエルキャップ１９の開閉状態がＥＣＵ５１Ｂにて知られるようになっている。センサ５７はスイッチ式、光式、静電容量式等、種々のセンサが用いられ得る。

図１３にＥＣＵ５１Ｂにおける制御の一部を示す。ステップＳ５０１では、フューエルキャップ１９が「開」か否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ５０５で現在の時刻を濃度検出日時として記憶する。続くステップＳ５０６では濃度検出ルーチンを実行し、ステップＳ５０７で燃料揮発性算出ルーチンを実行する。これら濃度検出ルーチンおよび燃料揮発性算出ルーチンは第１実施形態と同様に行われる。燃料揮発性算出ルーチン（ステップＳ５０７）の実行後、ステップＳ５０１に戻る。

フューエルキャップ１９が「開」か否かを判定するステップＳ５０１が否定判断されると、ステップＳ５０２でイグニッションキーがオン状態か否かを判定する。否定判断されるとステップＳ５０１に戻る。濃度検出ルーチン（ステップＳ５０６）および燃料揮発性算出ルーチン（ステップＳ５０７）は非実行である。

ステップＳ５０２が肯定判断されると、ステップＳ５０３で、前回濃度検出から所定時間が経過したか否かを判断する。これは記憶された濃度検出日時（ステップＳ５０５）に基づいて判断される。肯定判断されると、ステップＳ５０５〜Ｓ５０７の処理が実行される。したがって、次に給油がなされるまでの間において、所定時間ごとに燃料の揮発性が判定されることになる。時間の経過とともに燃料中の低沸点成分の蒸発が進行して、燃料の揮発性が変化するため、かかる揮発性の変化に追随して燃料噴射量を適正化することができる。

また、前回濃度検出から所定時間が経過したか否かを判断するステップＳ５０３が否定判断されると、ステップＳ５０４で燃料温度Ｔが予め設定した所定温度Ｔ０以上か否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ５０５〜Ｓ５０７の処理が実行される。燃料温度Ｔが高いほど燃料中の低沸点成分は蒸発しやすく燃料の揮発性の変化は速く進行するから、前回濃度検出からの経過時間が所定時間に達していなくとも、燃料の揮発性がかなり変化している蓋然性が高いことになる。かかる揮発性の変化に追随して燃料噴射量を適正化することができる。

ステップＳ５０４が否定判断されるとステップＳ５０１に戻る。

このように、燃料性状がある程度変化したと認められるタイミングで燃料性状を判定することで、ポンプ４１、切替え弁３１，３２、バルブ３３〜３５の作動頻度を下げてバッテリの電力消費を抑制するとともに、演算負荷を軽減することができる。

なお、前回濃度検出からの経過時間が所定時間に達している場合、または燃料温度Ｔが所定温度Ｔ０以上である場合であってもイグニッションキーがオン状態であることを要求しているのは、イグニッションキーがオフの期間は、燃料噴射がなされず燃料性状の判定結果がエンジンの制御において用いられることのない期間だからであり、さらに電力消費の抑制等を図ることができる。但し、消費電力が問題にならない場合は、第５実施形態に示すようにイグニッションキーがオフの期間に作動させてもかまわない。

（第４実施形態）
図１４に本発明の第４実施形態になる燃料性状判定装置を示す。第１実施形態において、一部を別の構成としたもので、第１実施形態と実質的に同じ部分には同じ番号を付して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

燃料タンク１１内には燃料量を検出する燃料タンク状態検出手段であるフューエルレベルゲージ５８が設けてある。フューエルレベルゲージ５８にはフロート式等、種々の検出方式のものが用いられ得る。フューエルレベルゲージ５８の検出信号はＥＣＵ５１Ｃに入力し、燃料量が知られるようになっている。

図１５にＥＣＵ５１Ｃにおける制御の一部を示す。ステップＳ６０１では、燃料量が所定量以上増加したか否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ６０５〜Ｓ６０７を実行する。ステップＳ６０５〜Ｓ６０７は第３実施形態におけるステップＳ５０５〜Ｓ５０７と同等の処理であり、現在の日時を濃度検出日時として記憶し（ステップＳ６０５）、濃度検出ルーチンを実行し（ステップＳ６０６）、燃料揮発性算出ルーチンを実行する（ステップＳ６０７）。燃料タンク１１内の燃料が増加するのは給油時であり、第３実施形態のステップＳ５０１と同様に給油されたことを検出することができる。燃料量が所定量以上増加したか否かを判定するステップＳ６０１が否定判断されるとステップＳ６０２に進む。ステップＳ６０２〜ステップＳ６０４は第３実施形態におけるステップＳ５０２〜ステップＳ５０４と同等の処理であり、イグニッションキーがオン状態で（ステップＳ６０２）、前回濃度検出から所定時間が経過したとき（ステップＳ６０３）、または、燃料温度Ｔが所定温度Ｔ０以上になったときに燃料性状の判定が行われる（ステップＳ６０５〜Ｓ６０７）。

なお、ステップＳ６０１で燃料量と比較される所定量は、車両が斜面に駐車されて傾斜姿勢となってみかけ上、燃料量が増加しても、これを燃料量増加と誤判断しないように、十分大きな値に設定する必要がある。給油は通常、満タン状態の半分程度まで燃料量が減少してから行われるから、燃料量増加と誤判断されない程度に前記所定値を設定するのは容易である。

（第５実施形態）
図１６に本発明の第５実施形態になる燃料性状計測装置を示す。第１実施形態において、一部を別の構成としたもので、第１実施形態と実質的に同じ部分には同じ番号を付して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

吸気管２にはエアーフローセンサ５２に吸気温センサ５９が併設されており、吸気温度を検出するようになっている。吸気温センサ５９はエアーフローセンサ５２にユニット化されている。吸気温センサ５９の検出信号はＥＣＵ５１Ｄに入力し、吸気温度が知られるようになっている。

ＥＣＵ５１Ｄは実質的に第１実施形態におけるＥＣＵと同等の制御を実行するようになっており、吸気温センサ５９が第１実施形態における温度センサ５６に替わるものとして機能する。すなわち、イグニッションキーオフ直後においては、燃料タンク１１は略雰囲気温度となっているのに対し、エンジンルーム内に設置されている吸気管２は高温となっている。その後，吸気管２の温度は低下していき、十分に時間が経過すると、雰囲気温度に収束していく。

したがって、イグニッションキーオフ後、所定時間経過後に、吸気温センサ５９により検出された温度を燃料温度とみなして、第１実施形態のように濃度検出ルーチン、燃料揮発性算出ルーチンを実行することで、燃料性状の判定ができる。なお、所定時間は、吸気管２の温度が雰囲気温度に収束したと認められる時間であり、例えば５時間とする。予め、実験的に吸気管２の温度の収束特性を求めて、その結果に基づいて所定時間を設定すればよい。

エアーフローセンサ５２に併設される吸気温センサ５９を使うことで、その分、構成を簡略化することができる。かかる温度検出手段としては、エンジンを含む車両に設けられた温度検出手段であれば、利用することができるが、吸気管２内は新気が流通するから、吸気温センサ５９の検出温度は、元々、冷却水温等に比して燃料タンク１１内の温度に近く、望ましい。

また、本発明の具体的な仕様は特に記載したものの他、本発明の趣旨に反しない限り任意である。

本発明の第１実施形態になる内燃機関の構成図である。 前記内燃機関の作動を示す第１のフローチャートである。 前記内燃機関の作動を示す第２のフローチャートである。 前記内燃機関の作動を示すタイミングチャートである。 前記内燃機関の要部におけるガスの流れを示す第１の図である。 前記内燃機関の要部におけるガスの流れを示す第２の図である。 前記内燃機関の作動を説明する第１のグラフである。 前記内燃機関の作動を示す第３のフローチャートである。 前記内燃機関の作動を説明する第２のグラフである。 前記内燃機関の作動を示す第４のフローチャートである。 本発明の第２実施形態になる内燃機関の構成図である。 本発明の第３実施形態になる内燃機関の構成図である。 前記内燃機関の作動を示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態になる内燃機関の構成図である。 前記内燃機関の作動を示すフローチャートである。 本発明の第５実施形態になる内燃機関の構成図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ 吸気管
３ 排気管
１１ 燃料タンク
１２ 導入通路
１３ キャニスタ
１４ 吸着材
１５ パージ通路
１６ パージバルブ（パージ制御弁）
１７ パージエア通路
１８ クローズバルブ
２１ 蒸発燃料通路（計測通路）
２２ 絞り
３１，３２ 切替え弁（計測通路切替え手段）
３３ バルブ（弁手段）
３６ バルブ（別の弁手段）
４１ ポンプ（ガス流発生手段）
５１，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ ＥＣＵ（蒸発燃料濃度演算手段、揮発性算出手段、補正量設定手段、別の蒸発燃料濃度演算手段、漏れ判定手段）
５１Ａ ＥＣＵ（蒸発燃料濃度演算手段、揮発性算出手段、補正量設定手段）
５５ 差圧センサ（差圧検出手段）
５６ 温度センサ（温度検出手段）
５７ フューエルキャップセンサ（燃料タンク状態検出手段）
５８ フューエルレベルゲージ（燃料タンク状態検出手段）
５９ 吸気温センサ（温度検出手段）

Claims (13)

1. 燃料タンク内に貯留する燃料の燃料性状を計測する内燃機関の燃料性状計測装置において、前記内燃機関は、燃料タンク内から導入通路を介して導かれた蒸発燃料を一時的に吸着する吸着材を収納したキャニスタと、前記吸着材から脱離した蒸発燃料を含む前記キャニスタ内のガスを内燃機関の吸気管に導き前記蒸発燃料をパージするパージ通路と、該パージ通路に設けられパージ流量を調整するパージ制御弁とを備えており、
   途中に絞りを有する計測通路と、
   該計測通路内に計測通路の通路方向に沿ってガス流を発生させるガス流発生手段と、
   前記絞りの両端の差圧を検出する差圧検出手段と、
   前記計測通路を両端で前記燃料タンクと連通して前記計測通路に流れる被計測ガスを燃料タンク内のガスとしたときの検出差圧に基づいて前記被計測ガス中の蒸発燃料の濃度を演算する蒸発燃料濃度演算手段と、
   前記燃料タンク内の燃料の温度を検出する温度検出手段と、
   前記蒸発燃料濃度演算手段により検出された蒸発燃料濃度と前記温度検出手段により検出された温度とに基づいて前記燃料タンク内の燃料の燃料性状として揮発性を算出する揮発性算出手段とを具備せしめ、
   かつ、前記計測通路を両端で前記キャニスタと連通して前記計測通路に流れる被計測ガスを前記キャニスタ内のガスとしたときの検出差圧に基づいて前記被計測ガス中の蒸発燃料濃度を演算する別の蒸発燃料濃度演算手段を具備せしめたことを特徴とする内燃機関の燃料性状計測装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の燃料性状計測装置において、前記計測通路を両端で大気に開放して前記計測通路に流れるガスを空気とする第１の濃度計測状態と、前記計測通路を両端で前記燃料タンクと該燃料タンクの気相部にて連通して前記計測通路に流れるガスを前記燃料タンク内のガスとする第２の濃度計測状態とのいずれかに切替える計測通路切替え手段を具備せしめ、
   前記蒸発燃料濃度演算手段は、前記第１の濃度計測状態における検出差圧と前記第２の濃度計測状態における検出差圧とに基づいて蒸発燃料の濃度を演算する演算手段とした内燃機関の燃料性状計測装置。
3. 燃料タンク内に貯留する燃料の燃料性状を計測する内燃機関の燃料性状計測装置において、
   途中に絞りを有する計測通路と、
   該計測通路内に計測通路の通路方向に沿ってガス流を発生させるガス流発生手段と、
   前記絞りの両端の差圧を検出する差圧検出手段と、
   前記計測通路を両端で前記燃料タンクと連通して前記計測通路に流れる被計測ガスを燃料タンク内のガスとしたときの検出差圧に基づいて前記被計測ガス中の蒸発燃料の濃度を演算する蒸発燃料濃度演算手段と、
   前記燃料タンク内の燃料の温度を検出する温度検出手段と、
   前記蒸発燃料濃度演算手段により検出された蒸発燃料濃度と前記温度検出手段により検出された温度とに基づいて前記燃料タンク内の燃料の燃料性状として揮発性を算出する揮発性算出手段と、
   前記計測通路を両端で大気に開放して前記計測通路に流れるガスを空気とする第１の濃度計測状態と、前記計測通路を両端で前記燃料タンクと該燃料タンクの気相部にて連通して前記計測通路に流れるガスを前記燃料タンク内のガスとする第２の濃度計測状態とのいずれかに切替える計測通路切替え手段を具備せしめ、
   前記蒸発燃料濃度演算手段は、前記第１の濃度計測状態における検出差圧と前記第２の濃度計測状態における検出差圧とに基づいて蒸発燃料の濃度を演算する演算手段としたことを特徴とする内燃機関の燃料性状計測装置。
4. 請求項３記載の内燃機関の燃料性状計測装置において、前記絞りにおけるガス流を遮断する弁手段を設けるとともに、前記差圧検出手段は、１対の導圧通路を、前記絞りとともに前記弁手段を挟んで配設し、
   前記キャニスタを含み前記パージ制御弁を閉じたときに形成される閉空間を、ガスの漏れについて検査する被検査空間として、前記１対の導圧通路のうち、一方の導圧通路側で前記閉空間を前記計測通路と連通せしめる連通路と、
   該連通路を遮断する別の弁手段と、
   前記計測通路が非遮断状態で前記連通路が遮断された第１の漏れ検査状態のときの前記差圧検出手段による検出値と、前記計測通路が遮断され前記連通路が非遮断状態の第２の漏れ検査状態のときの前記差圧検出手段による検出値とに基づいて、前記閉空間の漏れを判定する漏れ判定手段とを具備せしめた内燃機関の燃料性状計測装置。
5. 請求項１ないし４いずれか記載の内燃機関の燃料性状計測装置において、前記内燃機関の作動状態を検出する機関作動状態検出手段を具備せしめ、前記燃料性状の計測は、前記内燃機関が停止状態にあることを条件として実行される内燃機関の燃料性状計測装置。
6. 請求項５記載の内燃機関の燃料性状計測装置において、前記機関作動状態検出手段は、イグニションキーがオンか否かを検出する手段である内燃機関の燃料性状計測装置。
7. 請求項１ないし６いずれか記載の内燃機関の燃料性状計測装置において、前記燃料タンクへの給油による状態の変化を検出する燃料タンク状態検出手段を具備せしめ、前記燃料性状の計測は、前記燃料タンクに給油がされたことを条件として実行される内燃機関の燃料性状計測装置。
8. 請求項７記載の内燃機関の燃料性状計測装置において、前記燃料タンク状態検出手段は、燃料タンクのフューエルキャップの開閉を検出する手段である内燃機関の燃料性状計測装置。
9. 請求項７記載の内燃機関の燃料性状判定装置において、前記燃料タンク状態検出手段は、燃料タンク内の燃料の量を検出する手段であり、燃料量が予め設定した基準量まで増量すると給油状態と判断する内燃機関の燃料性状計測装置。
10. 請求項１ないし９いずれか記載の内燃機関の燃料性状計測装置において、前記燃料性状の計測は、所定時間ごとに実行される内燃機関の燃料性状計測装置。
11. 請求項１ないし１０いずれか記載の内燃機関の燃料性状計測装置において、前記温度検出手段は、燃料タンク以外の場所で温度を検出する手段であり、前記燃料の温度を前記燃料タンク以外の場所についての検出温度に基づいて推定する内燃機関の燃料性状計測装置。
12. 請求項１ないし１１いずれか記載の内燃機関の燃料性状計測装置が付設され、計測された前記燃料性状に基づいて燃料の噴射量の補正量を設定する補正量設定手段を具備せしめた内燃機関。
13. 請求項１ないし１１いずれか記載の内燃機関の燃料性状計測装置が付設され、計測された前記燃料性状に基づいて、内燃機関の始動時の燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段を具備せしめた内燃機関。

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