(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンク内の蒸発燃料をエンジンの吸気通路へ放出するための蒸発燃料処理装置であって、
燃料タンクから吸気通路まで延び、燃料タンクからの蒸発燃料を吸気通路に放出するためのパージ通路と、
このパージ通路上に設けられ、燃料タンクからの蒸発燃料を吸着して蓄積するキャニスタと、
このキャニスタに連通され、キャニスタに空気を供給する大気開放通路と、
この大気開放通路上に設けられ、上記キャニスタへの空気の供給を制御する大気開放弁と、
上記キャニスタの下流側の上記パージ通路上に設けられ、吸気通路への蒸発燃料の供給を制御するパージバルブと、
燃料タンク内に設けられ、エンジンに燃料を圧送する燃料ポンプと、
燃料タンク内に設けられ、燃料温度を検出する燃料温度センサと、
燃料タンクから上記パージバルブまでの蒸発燃料が通過する経路上に設けられ、この経路内の圧力を検出する圧力センサと、
を有しており、
更に、エンジンの所定の運転状態において、上記大気開放弁及び上記パージバルブの両方を閉弁して上記燃料ポンプを駆動し、この燃料ポンプの駆動の前後における上記燃料温度センサによって検出された燃料温度の変化及び上記圧力センサによって検出された圧力の変化に基づいて、上記キャニスタにおける蒸発燃料の吸着が飽和状態であるときの使用燃料の蒸気圧を推定する蒸気圧推定手段を有する、ことを特徴とする蒸発燃料処理装置。
【請求項２】
上記蒸気圧推定手段は、事前に求められた、異なるリード蒸気圧を有する複数のガソリンについての燃料温度と蒸気圧との関係に基づいて、上記燃料温度センサによって検出された燃料温度の変化及び上記圧力センサによって検出された圧力の変化に対応する使用燃料のリード蒸気圧を求め、このリード蒸気圧に基づいて使用燃料の蒸気圧を推定する、請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項３】
上記蒸気圧推定手段は、上記燃料ポンプの駆動前に上記圧力センサによって検出された圧力を「Ｐ0」とし、上記燃料ポンプの駆動後に上記圧力センサによって検出された圧力を「Ｐ1」とし、上記燃料ポンプの駆動前に上記燃料温度センサによって検出された燃料温度を「Ｔfuel0」とし、この燃料温度Ｔfuel0と上記燃料ポンプの駆動後に上記燃料温度センサによって検出された燃料温度との差を「ΔＴfuel」とし、燃料のリード蒸気圧を「ＲVP」とし、異なるリード蒸気圧ＲVPを有する複数のガソリンについての燃料温度と蒸気圧との関係を示す関数を「ｆ」とし、この関数ｆを燃料温度で微分した関数を「ｆ´」とし、関数ｆに燃料温度Ｔfuel0及びリード蒸気圧ＲVPを代入した値を「ｆ（Ｔfuel0，ＲVP）」とし、関数ｆ´に燃料温度Ｔfuel0及びリード蒸気圧ＲVPを代入した値を「ｆ´（Ｔfuel0，ＲVP）」とすると、以下の式に基づいて使用燃料のリード蒸気圧ＲVPを求める、請求項２に記載の蒸発燃料処理装置。
0006327584.tif 000027
【請求項４】
上記蒸気圧推定手段は、上記燃料ポンプが最大出力にて動作するように駆動する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項５】
上記蒸気圧推定手段は、エンジンの始動時に使用燃料の蒸気圧の推定を行う、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の蒸発燃料処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料タンク内の蒸発燃料をエンジンの吸気通路へ放出するための蒸発燃料処理装置に係わり、特に、蒸発燃料の蒸気圧を推定する蒸発燃料処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料についての温度と飽和蒸気圧との関係（飽和蒸気圧特性）が燃料ごとに異なることが知られており、そのような飽和蒸気圧特性を種々の燃料について推定する試みがなされている。例えば、特許文献１には、燃料性状センサの検出結果に基づいて燃料の飽和蒸気圧線を特定し、この飽和蒸気圧線から燃料温度に対応する飽和蒸気圧を求める技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２３２００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来から、燃料タンク内に発生した蒸発燃料（以下では適宜「エバポガス」と呼ぶ。）をキャニスタに一旦吸着させ、パージ要求に応じて、キャニスタに吸着されたエバポガスをエンジンの吸気通路へとパージする蒸発燃料処理装置（所謂エバポパージシステム）が知られている。そのような蒸発燃料処理装置では、エバポガスをパージするためのパージ制御などを的確に実行する観点から、燃料の蒸気圧を精度良く推定できればよいと考えられる。また、蒸発燃料処理装置の構成を複雑化及び高コスト化させずに、蒸発燃料処理装置の既存の構成要素をできるだけ利用して、燃料の蒸気圧を推定できればよいと考えられる。上記した特許文献１に開示された技術では、燃料の蒸気圧を求めるのに当たって燃料性状センサを用いていたため、装置が高コスト化してしまっていた。
【０００５】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、簡易な構成にて使用燃料の蒸気圧を精度良く推定することができる蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明は、燃料タンク内の蒸発燃料をエンジンの吸気通路へ放出するための蒸発燃料処理装置であって、燃料タンクから吸気通路まで延び、燃料タンクからの蒸発燃料を吸気通路に放出するためのパージ通路と、このパージ通路上に設けられ、燃料タンクからの蒸発燃料を吸着して蓄積するキャニスタと、このキャニスタに連通され、キャニスタに空気を供給する大気開放通路と、この大気開放通路上に設けられ、キャニスタへの空気の供給を制御する大気開放弁と、キャニスタの下流側のパージ通路上に設けられ、吸気通路への蒸発燃料の供給を制御するパージバルブと、燃料タンク内に設けられ、燃料温度を検出する燃料温度センサと、燃料タンクからパージバルブまでの蒸発燃料が通過する経路上に設けられ、この経路内の圧力を検出する圧力センサと、を有しており、更に、燃料温度センサによって検出された燃料温度及び圧力センサによって検出された圧力に基づいて、キャニスタにおける蒸発燃料の吸着が飽和状態であるときの使用燃料の蒸気圧を推定する蒸気圧推定手段と、エンジンの所定の運転状態において、蒸気圧推定手段によって推定された蒸気圧をキャニスタが放出するガスに含まれる蒸発燃料の分圧として用いて、キャニスタが放出するガスに含まれる蒸発燃料量を推定する蒸発燃料量推定手段と、を有する、ことを特徴とする。
このように構成された本発明によれば、燃料温度センサによって検出された燃料温度及び圧力センサによって検出された圧力に基づいて使用燃料の蒸気圧を推定し、この蒸気圧が、キャニスタが放出するガスに含まれる蒸発燃料の分圧に等しいものとして扱い、蒸気圧を適用した蒸発燃料の分圧に基づいて、キャニスタが放出するガスに含まれる蒸発燃料量を推定する。このような本発明によれば、既存の蒸発燃料処理装置の構成をほとんど変更することなく、簡易な構成にて、キャニスタが放出するガスに含まれる蒸発燃料量を精度良く推定することができる。また、本発明によれば、従来のように蒸発燃料をエンジンで燃焼させたときの空燃比を用いないため、エンジンで蒸発燃料を燃焼させる前に、蒸発燃料量を適切に推定することが可能となる。
【０００７】
本発明において、好ましくは、蒸気圧推定手段は、事前に求められた、異なるリード蒸気圧を有する複数のガソリンについての燃料温度と蒸気圧との関係に基づいて、燃料温度センサによって検出された燃料温度の変化及び圧力センサによって検出された圧力の変化に対応する使用燃料のリード蒸気圧を求め、このリード蒸気圧に基づいて使用燃料の蒸気圧を推定する。
このように構成された本発明によれば、組成などが異なることによる燃料の蒸気圧特性の違い（つまりガソリンのリード蒸気圧の違い）を適切に考慮に入れることで、使用燃料の蒸気圧をより精度良く推定することができる。
【０００８】
本発明において、好ましくは、蒸気圧推定手段は、燃料ポンプの駆動前に圧力センサによって検出された圧力を「Ｐ0」とし、燃料ポンプの駆動後に圧力センサによって検出された圧力を「Ｐ1」とし、燃料ポンプの駆動前に燃料温度センサによって検出された燃料温度を「Ｔfuel0」とし、この燃料温度Ｔfuel0と燃料ポンプの駆動後に燃料温度センサによって検出された燃料温度との差を「ΔＴfuel」とし、燃料のリード蒸気圧を「ＲVP」とし、異なるリード蒸気圧ＲVPを有する複数のガソリンについての燃料温度と蒸気圧との関係を示す関数を「ｆ」とし、この関数ｆを燃料温度で微分した関数を「ｆ´」とし、関数ｆに燃料温度Ｔfuel0及びリード蒸気圧ＲVPを代入した値を「ｆ（Ｔfuel0，ＲVP）」とし、関数ｆ´に燃料温度Ｔfuel0及びリード蒸気圧ＲVPを代入した値を「ｆ´（Ｔfuel0，ＲVP）」とすると、以下の式に基づいて使用燃料のリード蒸気圧ＲVPを求める。
【０００９】
0006327584.tif 000002
【００１０】
このように構成された本発明によれば、上記の式を用いて、使用燃料の蒸気圧をより正確に推定することが可能となる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、蒸気圧推定手段は、燃料ポンプが最大出力にて動作するように駆動する。
このように構成された本発明によれば、燃料ポンプを最大出力にて動作させることで、燃料温度及び圧力を速やかに上昇させることができ、使用燃料の蒸気圧を速やかに推定することが可能となる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、蒸気圧推定手段は、エンジンの始動時に使用燃料の蒸気圧の推定を行う。
このように構成された本発明によれば、エンジンで蒸発燃料を燃焼させる前に蒸気圧を適切に推定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の蒸発燃料処理装置によれば、簡易な構成にて使用燃料の蒸気圧を精度良く推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態による蒸発燃料処理装置が適用されたシステムの概略構成図である。
【図２】エバポ分圧と吸着エバポ量との関係についての説明図である。
【図３】キャニスタの飽和状態についての説明図である。
【図４】エバポ濃度についての説明図である。
【図５】燃料の蒸気圧特性についての説明図である。
【図６】燃料温度、蒸気圧及びリード蒸気圧によって規定された関数ｆと、この関数ｆを燃料温度で微分した関数ｆ´についての説明図である。
【図７】燃料温度と燃料のモル重量とリード蒸気圧との関係についての説明図である。
【図８】本発明の実施形態による蒸気圧推定及びエバポ重量推定の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による蒸発燃料処理装置について説明する。
【００１６】
［装置構成］
まず、図１を参照して、本発明の実施形態による蒸発燃料処理装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態による蒸発燃料処理装置が適用されたシステムの概略構成図である。このシステムは、車両に搭載されるものである。
【００１７】
図１に示すように、蒸発燃料処理装置１は、エンジンに供給する燃料（具体的にはガソリン）を貯蔵する燃料タンク２を有しており、この燃料タンク２の内部には、燃料をエンジンに圧送するための燃料ポンプ４と、貯蔵された燃料の温度（燃料温度）を検出する燃料温度センサ６とが設けられている。また、燃料タンク２には、当該燃料タンク２内で発生した蒸発燃料（エバポガス）を放出するためのパージ通路８の一端が接続されている。このパージ通路８は、他端がエンジンのスロットルバルブ２２の下流側の吸気通路２０に接続されており、蒸発燃料を吸気通路２０へとパージできるようになっている。
【００１８】
上記のパージ通路８上には、上流側から順に、パージ通路８内の圧力（燃料タンク２内の圧力に相当し、以下では適宜「タンク内圧」と呼ぶ。）を検出する圧力センサ１０と、蒸発燃料を吸着する活性炭を内部に備え、蒸発燃料を貯蔵するキャニスタ１２と、キャニスタ１２に吸着された蒸発燃料の吸気通路２０への供給を制御するパージバルブ１８と、が設けられている。また、キャニスタ１２には、外部から空気が供給される大気開放口１４ａを備え、キャニスタ１２に空気を供給する大気開放通路１４が接続されている。この大気開放通路１４上には、キャニスタ１２への空気の供給を制御する大気開放弁１６が設けられている。
【００１９】
また、蒸発燃料処理装置１は、エンジンを含めて、当該蒸発燃料処理装置１全体を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を更に有する。本実施形態では、ＥＣＵ３０は、主に、燃料温度センサ６が検出した燃料温度に対応する検出信号と、圧力センサ１０が検出したタンク内圧に対応する検出信号とが入力される。そして、ＥＣＵ３０は、これらの検出信号や、エンジンの運転状態などに基づいて、燃料タンク２内の燃料ポンプ４と、キャニスタ１２に接続された大気開放通路１４上に設けられた大気開放弁１６と、キャニスタ１２下流のパージ通路８上に設けられたパージバルブ１８とに制御信号を供給して、これらの動作を制御する。この場合、ＥＣＵ３０は、大気開放弁１６を開弁／閉弁させて、キャニスタ１２への空気の供給／遮断を制御する。また、ＥＣＵ３０は、パージバルブ１８を開弁／閉弁させて、キャニスタ１２に吸着された蒸発燃料の吸気通路２０への供給／遮断を制御すると共に、パージバルブ１８の開度を調整して、吸気通路２０に供給する蒸発燃料の量を制御する。詳細は後述するが、ＥＣＵ３０は、本発明における「蒸気圧推定手段」、「蒸発燃料量推定手段」及び「燃料噴射量減量手段」として機能する。
【００２０】
［本実施形態の基本概念］
次に、本実施形態においてＥＣＵ３０が実行する、蒸発燃料（エバポガス）の蒸気圧の推定及び蒸発燃料の量（以下では適宜「エバポ重量」と呼ぶ。）の推定に関する基本概念について説明する。なお、本明細書では、「蒸気圧」は「飽和蒸気圧」を意味するものとする。
【００２１】
従来から、キャニスタ１２に吸着されたエバポガスをエンジンの吸気通路２０へとパージし、このエバポガスをエンジンで燃焼させることが行われている。この場合、従来では、キャニスタ１２からのエバポガスのパージ開始時には、大気開放通路１４から極少量の空気を供給して少量のエバポガスをキャニスタ１２から放出させて、このエバポガスをエンジンで燃焼させたときに検出された空燃比に基づいて、空気量に対する、キャニスタ１２から放出されたエバポガスの量（エバポ重量）を推定していた。そのため、このような従来の技術では、パージ開始時には、少量のエバポガスしかエンジンに供給することができず、エンジンの燃料噴射量を少ししか減量することができなかった（なお、空燃比からエバポ重量と燃料噴射量の減量量との関係を求めた後は、エバポガスの供給量を増やすことができる）。
【００２２】
したがって、本実施形態では、エンジンでエバポガスを燃焼させる前に、空気量に対する、キャニスタ１２から放出されたエバポ重量を推定するようにして、パージ開始時から大量の空気を導入して、走行時のパージ総量を増やすことを図った。これを実現すべく、本願の発明者らは、キャニスタ１２から放出されるエバポガスに関して、空気量に対するエバポ重量が決まるメカニズムについて検討した。その詳細について、図２乃至図５を参照して説明する。
【００２３】
まず、図２を参照して、キャニスタ１２にエバポガスを吸着させるために供給されるガス（エバポガスだけでなく、空気を含むガスであり、以下では適宜「吸着用ガス」と呼ぶ。）に含まれるエバポガスの分圧（以下では単に「エバポ分圧」と呼ぶ。）と、キャニスタ１２に吸着されるエバポガスの量（以下では単に「吸着エバポ量」と呼ぶ。）との関係について説明する。図２は、横軸にエバポ分圧を示し、縦軸に吸着エバポ量を示している。なお、エバポ分圧は、キャニスタ１２から放出されるガス（エバポガスだけでなく、空気を含むガスであり、以下では適宜「パージガス」と呼ぶ。）に含まれるエバポガスの分圧と言い換えられる。
【００２４】
具体的には、図２には、エバポ分圧と吸着エバポ量との関係を示すグラフを複数の温度ごとに示しており、これらのグラフは吸着等温線に相当する。図２より、エバポ分圧が高くなるほど、吸着エバポ量が大きくなることがわかる。また、温度が高くなると、吸着エバポ量が小さくなることがわかる。これは、温度が高くなると、キャニスタ１２に吸着されたエバポガスの脱離が進みやすくなるからである。
【００２５】
ここで、キャニスタ１２内の活性炭に長い時間をかけてエバポガスを吸着させると、吸着用ガスにおけるエバポ分圧と、キャニスタ１２に吸着されたエバポガスの蒸気圧（以下で適宜「エバポ蒸気圧」と呼ぶ。）とが等しいところで平衡状態となり、吸着エバポ量が飽和する（一定量になる）。このときの吸着エバポ量は、図２に示したように、エバポ分圧と温度とから決まる（つまり吸着等温線より決まる）。
【００２６】
次に、図３を参照して、キャニスタ１２によるエバポガス吸着の飽和状態について説明する。図３は、横方向にキャニスタ１２内の位置を示し、縦方向に吸着エバポ量を示している。横方向に示すキャニスタ１２内の位置は、キャニスタ１２内の活性炭１２ａを横方向に延ばして表したときの位置に相当し、左側は大気開放側であり、右側が燃料タンク側である。
【００２７】
図３に示すように、キャニスタ１２の活性炭１２ａには、図の右側からエバポガスが供給されるため、図の右側に位置する活性炭１２ａから、エバポガス吸着の飽和状態が生じる。そして、時間の経過に従って、エバポガス吸着の飽和状態が生じる位置が徐々に左側にシフトしていき、或る位置において飽和状態が生じる位置のシフトが止まる。夏場なら、概ね１日程度でエバポガス吸着の飽和状態になる。
【００２８】
次に、図４を参照して、エバポガスをパージしたときのエバポガスの濃度（以下では単に「エバポ濃度」と呼ぶ。）について説明する。図４は、横軸に、エンジンの吸気通路２０にパージされたパージガスに含まれる空気量（総パージ量）を示し、縦軸に、パージガス中のエバポガスの濃度（エバポ濃度）を示している。図４に示すように、空気量が大きくなるほど、エバポ濃度が小さくなる。
【００２９】
ここで、エバポガスのパージは、エンジンの始動後において、大気開放通路１４上の大気開放弁１６を開弁し、且つパージ通路８上のパージバルブ１８を開弁した状態で実施される。この場合、大気開放通路１４からキャニスタ１２内に空気が供給され、キャニスタ１２の活性炭１２ａに吸着されたエバポガスが放出されて、空気とエバポガスとが混合したパージガスが、パージ通路８を通過してエンジンの吸気通路２０へとパージされる。こうしてキャニスタ１２の活性炭１２ａからエバポガスが放出されて、空気と混合してパージガスになるとき、キャニスタ１２に吸着されたエバポガスの蒸気圧（エバポ蒸気圧）と、パージガスに含まれるエバポガスの分圧（エバポ分圧）とがほぼ等しくなるように、キャニスタ１２の活性炭１２ａからエバポガスが放出される。したがって、エバポ分圧はエバポ蒸気圧とほぼ等しいと言える。
【００３０】
具体的には、パージ実行開始直後に生成されるエバポガスのエバポ分圧は、キャニスタ１２からエバポガスがパージされるパージポートに近い場所の活性炭１２ａに吸着されたエバポガスの蒸気圧（エバポ蒸気圧）によって決まると考えられる。そのため、エバポ蒸気圧を推定すれば、このエバポ蒸気圧をエバポ分圧として用いると共に、温度や空気量などの他のパラメータを合わせて用いることで、図４に示すような、パージ実行開始直後のエバポ濃度（初期エバポ濃度）を推定することができるのである。なお、エバポ濃度は、一義的に上記したエバポ重量に対応するものである。
【００３１】
次に、図５を参照して、エバポ蒸気圧の特性、つまりエバポガスとしての蒸発燃料（ガソリン）の蒸気圧特性について説明する。図５は、横軸に燃料温度を示し、縦軸にエバポ蒸気圧に対応する燃料蒸気圧を示している。具体的には、図５には、燃料としてのガソリンのリード蒸気圧（以下では適宜「ＲＶＰ」と表記する。）ごとに、燃料温度と燃料蒸気圧との関係（蒸気圧特性）を示している。つまり、種々のリード蒸気圧を有する複数の燃料について、それぞれの蒸気圧特性を示している。図５に示すように、燃料温度が高くなると、燃料蒸気圧が高くなることがわかる。また、当然ながら、リード蒸気圧（ＲＶＰ）が高くなると、燃料蒸気圧が高くなる。
なお、リード蒸気圧は、摂氏３７．８度（華氏１００度）におけるガソリンの飽和蒸気圧であり、ガソリンの蒸発のし易さを示す指標である。このリード蒸気圧は、ガソリンの組成などによって変化する。
【００３２】
本実施形態では、燃料温度センサ６が検出した燃料温度及び圧力センサ１０が検出したタンク内圧などに基づいて、使用燃料のリード蒸気圧を求め、このリード蒸気圧を有する燃料の蒸気圧特性から現在の燃料温度に対応する使用燃料の蒸気圧を得ることとし、そして、この蒸気圧を上記したようにエバポ分圧として用いることとした。この場合、本実施形態では、異なるリード蒸気圧を有する複数のガソリンについての蒸気圧特性を事前に得ておき、これらの蒸気圧特性に基づき使用燃料のリード蒸気圧を求めるようにした。
【００３３】
［蒸気圧推定］
次に、本発明の実施形態による燃料蒸気圧の推定方法について具体的に説明する。
【００３４】
本実施形態では、ＥＣＵ３０は、エンジンの始動時において、大気開放弁１６及びパージバルブ１８の両方を閉弁して、つまり燃料タンク２から吸気通路２０までのパージ通路８を介したエバポガスが流れる経路を密封して、燃料ポンプ４を駆動し、この燃料ポンプ４の駆動の前後における燃料温度センサ６によって検出された燃料温度の変化及び圧力センサ１０によって検出されたタンク内圧の変化に基づいて、使用燃料の蒸気圧を推定する。つまり、ＥＣＵ３０は、燃料ポンプ４を駆動して燃料温度を強制的に上昇させたときの燃料温度の上昇度合い及びタンク内圧の上昇度合いに基づいて、使用燃料の蒸気圧を推定する。例えば、ＥＣＵ３０は、燃料ポンプ４が最大出力にて動作するように駆動する（一例では、燃料ポンプ４を最大電圧にて駆動する）。より具体的には、本実施形態では、異なるリード蒸気圧を有する複数の燃料（ガソリン）についての燃料温度と蒸気圧との関係を事前に求めてメモリなどに記憶させておき、ＥＣＵ３０は、そのように記憶された異なるリード蒸気圧ごとの燃料温度と蒸気圧との関係を参照して、検出された燃料温度の変化及びタンク内圧の変化に対応するリード蒸気圧を求め、このリード蒸気圧に基づいて使用燃料の蒸気圧を推定する。
【００３５】
次に、使用燃料の蒸気圧の具体的な算出方法について説明する。ここで使用する記号は、以下のように定義する。
【００３６】
Ｐ0：燃料ポンプ４の駆動前のタンク内圧（ほぼ大気圧である）
Ｐ1：燃料ポンプ４の駆動後のタンク内圧
ＰB：燃料ポンプ４の駆動前の燃料蒸気圧（蒸発燃料の分圧に等しい）
ΔＰB：燃料ポンプ４の駆動前の燃料蒸気圧ＰBと燃料ポンプの駆動後の燃料蒸気圧との差
Ｔfuel0：燃料ポンプ４の駆動前の燃料温度
Ｔfuel1：燃料ポンプ４の駆動後の燃料温度
ΔＴfuel：燃料温度Ｔfuel0と燃料温度Ｔfuel1との差（上昇量）
Ｖ：燃料タンク２、パージ通路８（パージバルブ１８の下流側）、キャニスタ１２、及び大気開放通路１４（大気開放弁１６の下流側）の空間体積
ＮA：空気モル数
ＮB：燃料ポンプ４の駆動前の燃料（エバポガス）のモル数
ΔＮB：燃料ポンプ４の駆動前の燃料のモル数ＮBと燃料ポンプ４の駆動後の燃料のモル数との差
Ｒ：気体定数
ＲVP：燃料（エバポガス）のリード蒸気圧
ｆ：異なるリード蒸気圧を有する複数の燃料についての燃料温度と蒸気圧との関係を示す関数
ｆ´：関数ｆを燃料温度で微分した関数
ｆ（Ｔfuel0，ＲVP）：関数ｆに燃料温度Ｔfuel0及びリード蒸気圧ＲVPを代入した値
ｆ´（Ｔfuel0，ＲVP）：関数ｆ´に燃料温度Ｔfuel0及びリード蒸気圧ＲVPを代入した値
【００３７】
ここで、上記した関数ｆ及び関数ｆ´の具体例を図６に示す。図６（Ａ）は、図５と同様の図であり、横軸に燃料温度を示し、縦軸に燃料蒸気圧を示しており、異なるリード蒸気圧を有する複数の燃料についての燃料温度と燃料蒸気圧との関係を表す関数ｆを示している。図６（Ｂ）は、横軸に燃料温度を示し、縦軸に燃料蒸気圧を燃料温度で微分した値を示しており、異なるリード蒸気圧を有する複数の燃料についての関数ｆ（図６（Ａ）に示すもの）を燃料温度で微分した関数ｆ´を示している。これらの関数ｆ及び関数ｆ´は、燃料温度、燃料蒸気圧及びリード蒸気圧を変数とする関数である。
【００３８】
燃料蒸気圧の算出式は、以下のような手順にて導出される。まず、燃料ポンプ４の駆動前では、つまり燃料ポンプ４の駆動によって燃料温度を上昇させる前では、蒸発燃料の状態は、以下の式（１）の状態方程式で表され、蒸発燃料及び空気を含むガスの状態は、以下の式（２）の状態方程式で表される。式（１）及び（２）は、理想気体の状態方程式である。
【００３９】
0006327584.tif 000003
0006327584.tif 000004
【００４０】
次に、燃料ポンプ４の駆動後では、つまり燃料ポンプ４の駆動によって燃料温度を上昇させた後では、蒸発燃料の蒸気圧（蒸発燃料の分圧に等しい）は、以下の式（３）の状態方程式で表され、蒸発燃料及び空気を含むガスの状態は、以下の式（４）の状態方程式で表される。式（３）及び（４）も、理想気体の状態方程式である。
【００４１】
0006327584.tif 000005
0006327584.tif 000006
【００４２】
式（１）〜（４）を組み合わせて、測定する物理量であるタンク内圧Ｐ0、Ｐ1及び燃料温度Ｔfuel0と、燃料蒸気圧ＰBとから成る式を作ることを考える。まず、式（４）を変形すると、以下の式（５）のようになる。式（５）中の「ΔＴfuel」は、「ΔＴfuel＝Ｔfuel1−Ｔfuel0」である。
【００４３】
0006327584.tif 000007
【００４４】
式（５）において、ΔＮBとΔＴfuelの積の項は、他の項よりも値が小さいものとして無視すると、式（５）から以下の式（６）が得られる。
【００４５】
0006327584.tif 000008
【００４６】
式（６）を式（２）によって簡潔に記述すべく式（２）を変形すると、以下の式（７）及び式（８）が得られる。
【００４７】
0006327584.tif 000009
0006327584.tif 000010
【００４８】
式（６）に式（７）及び式（８）を代入すると、以下の式（９）が得られる。
【００４９】
0006327584.tif 000011
【００５０】
次に、式（３）を変形すると、以下の式（１０）が得られる。
【００５１】
0006327584.tif 000012
【００５２】
式（１０）において、ΔＮBとΔＴfuelの積の項は、他の項よりも値が小さいものとして無視すると、式（１０）から以下の式（１１）が得られる。
【００５３】
0006327584.tif 000013
【００５４】
また、式（３）を式（１）によって簡潔に記述すべく式（１）を変形すると、以下の式（１２）が得られる。
【００５５】
0006327584.tif 000014
【００５６】
次に、式（１１）に式（１）及び式（１２）を代入すると、以下の式（１３）が得られ、この式（１３）を更に変形すると、以下の式（１４）が得られる。
【００５７】
0006327584.tif 000015
0006327584.tif 000016
【００５８】
次に、式（９）から式（１４）を減算すると、以下の式（１５）が得られ、この式（１５）を更に変形すると、以下の式（１６）が得られる。
【００５９】
0006327584.tif 000017
0006327584.tif 000018
【００６０】
ここで、式（１６）中の「ＰB」は、関数ｆについてのｆ（Ｔfuel0，ＲVP）の値に等しく、式（１６）中の「ΔＰB／ΔＴfuel」は、関数ｆ´についてのｆ´（Ｔfuel0，ＲVP）の値にほぼ等しい。したがって、式（１６）は、以下の式（１７）のように変形される。
【００６１】
0006327584.tif 000019
【００６２】
式（１７）では、未定変数はリード蒸気圧ＲVPのみであるため、この式（１７）から、リード蒸気圧ＲVPの値を求めることができる。本実施形態では、ＥＣＵ３０は、式（１７）に基づいて、使用燃料のリード蒸気圧ＲVPを求める。具体的には、ＥＣＵ３０は、圧力センサ１０によって検出されたタンク内圧Ｐ0、Ｐ1と、燃料温度センサ６によって検出された燃料温度Ｔfuel0及び温度差ΔＴfuelとを式（１７）に代入して、事前に記憶しておいた関数ｆ及び関数ｆ´のデータを参照して（例えば図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すもの）、上記の検出値を代入した後の式（１７）を満たすリード蒸気圧ＲVPを求める。そして、ＥＣＵ３０は、こうして求めたリード蒸気圧ＲVPから使用燃料の蒸気圧ＰBを求める。具体的には、ＥＣＵ３０は、求めたリード蒸気圧ＲVPと、燃料温度センサ６によって検出された燃料温度Ｔfuel0とを関数ｆに代入することによって、使用燃料の蒸気圧ＰBを求める。つまり、ＥＣＵ３０は、ｆ（Ｔfuel0，ＲVP）の値を、使用燃料の蒸気圧ＰBとして得る。上記したように、ＥＣＵ３０は、この蒸気圧ＰBを、キャニスタ１２が放出するエバポガスのエバポ分圧として用いる。
【００６３】
［エバポ重量推定］
次に、本発明の実施形態によるエバポ重量の推定方法について具体的に説明する。
【００６４】
本実施形態では、ＥＣＵ３０は、上記のようにして推定された使用燃料の蒸気圧ＰBを、キャニスタ１２が放出するエバポガスのエバポ分圧（以下では、エバポ分圧を適宜「エバポ分圧ＰB」と表記する。）として用いて、キャニスタ１２が放出するエバポガスのエバポ重量を推定する。具体的には、ＥＣＵ３０は、このエバポ分圧ＰBに加えて、大気圧や大気開放通路１４から供給される空気量などに基づいて、エバポ重量を求める。
【００６５】
次に、エバポ重量の具体的な算出方法について説明する。ここで使用する記号は、以下のように定義する。なお、上記した記号と同一の記号を付した要素は同一の意味を有するものとする。
【００６６】
Ｐatm：大気圧
ＰG：キャニスタ１２が放出するパージガスの圧力
Ｔatm：雰囲気温度
Ｑair：大気開放通路１４から供給される空気の流量（単位時間当たりの体積）
Ｑevap：キャニスタ１２が放出するエバポガスの流量（単位時間当たりの体積）
Ｎair：大気開放通路１４から供給される空気の単位時間当たりのモル数
Ｎevap：キャニスタ１２が放出するエバポガスの単位時間当たりのモル数
ｍevap：エバポガスの分子量
Ｇevap：単位時間当たりのエバポ重量
【００６７】
まず、大気開放通路１４から供給される空気は、以下の式（１８）の状態方程式で表される。式（１８）は、理想気体の状態方程式である。
【００６８】
0006327584.tif 000020
【００６９】
キャニスタ１２が放出するエバポガスのエバポ分圧は、上記したように推定されたエバポガス（燃料）の蒸気圧ＰBである。したがって、キャニスタ１２が放出するパージガスの圧力ＰGから、キャニスタ１２が放出するパージガスに含まれる空気の分圧は「ＰG−ＰB」となる。これらより、キャニスタ１２が放出するパージガスに含まれるエバポガスは、以下の式（１９）の状態方程式で表され、キャニスタ１２が放出するパージガスに含まれる空気は、以下の式（２０）の状態方程式で表さる。式（１９）及び（２０）も、理想気体の状態方程式である。
【００７０】
0006327584.tif 000021
0006327584.tif 000022
【００７１】
式（１９）及び（２０）中の「Ｑevap」がどうような表式となるかを求めていく。まず、式（１８）と式（２０）の右辺が同じであるため、式（１８）及び（２０）から以下の式（２１）が得られ、この式（２１）を変形すると、以下の式（２２）が得られる。
【００７２】
0006327584.tif 000023
0006327584.tif 000024
【００７３】
式（２２）を式（１９）に代入して「Ｎevap」について解くと、以下の式（２３）が得られる。
【００７４】
0006327584.tif 000025
【００７５】
「Ｎevap＝Ｇevap／ｍevap」であることから、これに基づき式（２３）を変形すると、単位時間当たりのエバポ重量Ｇevapの導出式である以下の式（２４）が得られる。
【００７６】
0006327584.tif 000026
【００７７】
本実施形態では、ＥＣＵ３０は、式（２４）を用いて、エバポ重量Ｇevapを求める。この場合、ＥＣＵ３０は、式（２４）中の雰囲気温度Ｔatmとして、上記したように、燃料温度センサ６によって検出された、燃料ポンプ４の駆動後の燃料温度Ｔfuel1を用いる。また、１つの例では、ＥＣＵ３０は、式（２４）中のキャニスタ１２が放出するパージガスの圧力ＰGとして、大気圧Ｐatmからキャニスタ１２の圧損を減算した圧力を用いる。この例では、ＥＣＵ３０は、キャニスタ１２の圧損として測定値を用いる。他の例では、一般的にキャニスタ１２は圧損が小さくなるように設計されるため、キャニスタ１２の圧損が大気圧Ｐatmよりも十分小さいものとして、ＥＣＵ３０は、式（２４）中の圧力ＰGとして大気圧Ｐatmを用いる。
【００７８】
更に、ＥＣＵ３０は、１つの例では、エバポガスの分子量ｍevapとして、ブタンの分子量５８ｇ／ｍｏｌを用いる。こうするのは、エバポガス（ガソリン）の主成分がブタンであるからである。他の例では、ＥＣＵ３０は、図７に示すような事前に測定したモル重量を、エバポガスの分子量ｍevapとして用いる。図７は、横軸に燃料温度を示し、縦軸に燃料のモル重量を示しており、事前の測定により得られた、複数のリード蒸気圧の燃料についての燃料温度とモル重量との関係を示している。ＥＣＵ３０は、このような燃料温度とモル重量との関係を参照して、燃料温度センサ６によって検出された燃料温度と、上記のように推定された使用燃料のリード蒸気圧とに対応するモル重量を求める。
【００７９】
そして、本実施形態では、ＥＣＵ３０は、式（２４）からエバポ重量Ｇevapを求めると、大気開放弁１６及びパージバルブ１８の両方を開いた状態にて、このエバポ重量Ｇevapに基づいて、エバポガスをエンジンの吸気通路２０にパージする制御を開始する。具体的には、ＥＣＵ３０は、要求パージ量を求めて、この要求パージ量に基づき、パージバルブ１８をデューティ制御する。このようにエバポガスのパージを開始するときに、本実施形態では、ＥＣＵ３０は、求めたエバポ重量Ｇevap分だけ、エンジンの燃料噴射弁からの燃料噴射量を減量する。つまり、ＥＣＵ３０は、元の要求燃料噴射量からエバポ重量Ｇevapを減算した量を、新たな燃料噴射量として適用する。
【００８０】
［フローチャート］
次に、図８を参照して、本発明の実施形態による蒸気圧推定及びエバポ重量推定の処理の流れについて説明する。図８は、本発明の実施形態による蒸気圧推定及びエバポ重量推定の処理を示すフローチャートである。
【００８１】
まず、ステップＳ１では、ＥＣＵ３０は、車両のイグニッションスイッチがオンになったか否かを判定する。つまり、ＥＣＵ３０は、エンジンが始動される状況にあるか否かを判定する。その結果、イグニッションスイッチがオンになったと判定された場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２に進み、イグニッションスイッチがオンになったと判定されなかった場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、当該フローを抜ける。なお、エンジンは、ステップＳ１の後のステップＳ２以降のいずれかのタイミングにおいて始動されることとなる。
【００８２】
ステップＳ２では、ＥＣＵ３０は、キャニスタ１２が飽和状態にあるか否か、つまりキャニスタ１２の吸着エバポ量が飽和しているか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ３０は、エンジンが停止してから所定日数（例えば１日以上。但し日数ではなく時間を用いてもよい。）経過している場合に、キャニスタ１２が飽和状態にあると判定する。このようなステップＳ２の判定の結果、キャニスタ１２が飽和状態にあると判定された場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ステップＳ３に進み、キャニスタ１２が飽和状態にあると判定されなかった場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、当該フローを抜ける。
【００８３】
ステップＳ３では、ＥＣＵ３０は、圧力センサ１０によって検出されたタンク内圧Ｐ0及び燃料温度センサ６によって検出された燃料温度Ｔfuel0を取得する。次いで、ステップＳ４では、ＥＣＵ３０は、大気開放弁１６及びパージバルブ１８の両方を閉弁する。なお、タンク内圧Ｐ0及び燃料温度Ｔfuel0の取得後に大気開放弁１６及びパージバルブ１８を閉弁することに限定はされず、タンク内圧Ｐ0及び燃料温度Ｔfuel0の取得前に大気開放弁１６及びパージバルブ１８を閉弁してもよい。
【００８４】
次いで、ステップＳ５では、ＥＣＵ３０は、燃料ポンプ４を駆動する。例えば、燃料ポンプ４を電圧制御している場合には、ＥＣＵ３０は、燃料ポンプ４を最大電圧で駆動する。なお、ステップＳ５に進んだ段階において、エンジンが始動している場合には、燃料ポンプ４が既に駆動されているので、ステップＳ５において燃料ポンプ４を強制的に駆動しなくてもよい。また、上記のように燃料ポンプ４を最大電圧で駆動すると、燃料ポンプ４の吐出圧が所望の圧力を超える傾向にあるが、所望の圧力を超える分の余分な燃料は燃料タンク２に戻されるようになっているため、特に問題はない。
【００８５】
次いで、ステップＳ５で燃料ポンプ４を駆動してからある程度の時間（例えば燃料温度が所定温度以上上昇するのに要する時間）が経過すると、ステップＳ６において、ＥＣＵ３０は、圧力センサ１０によって検出されたタンク内圧Ｐ1及び燃料温度センサ６によって検出された燃料温度Ｔfuel1を取得する。
【００８６】
次いで、ステップＳ７では、ＥＣＵ３０は、大気開放弁１６及びパージバルブ１８の両方を開弁する。このステップＳ７の処理と並行して、ステップＳ８〜Ｓ１１の処理が行われる。
【００８７】
まず、ステップＳ８では、ＥＣＵ３０は、ステップＳ３で取得したタンク内圧Ｐ0及び燃料温度Ｔfuel0と、ステップＳ６で取得したタンク内圧Ｐ1及び燃料温度Ｔfuel1とに基づいて、使用燃料のリード蒸気圧ＲVPを求める。具体的には、ＥＣＵ３０は、タンク内圧Ｐ0、Ｐ1と、燃料温度Ｔfuel0と、燃料温度Ｔfuel1から燃料温度Ｔfuel0を減算した温度差ΔＴfuelと、を式（１７）に代入して、事前に記憶しておいた関数ｆ及び関数ｆ´のデータを参照して（例えば図６（Ａ）及び（Ｂ）参照）、上記の圧力及び温度を代入した後の式（１７）を満たすリード蒸気圧ＲVPを求める。
【００８８】
次いで、ステップＳ９では、ＥＣＵ３０は、ステップＳ８で求めたリード蒸気圧ＲVPに基づいて、使用燃料の蒸気圧ＰBを求める。具体的には、ＥＣＵ３０は、求めたリード蒸気圧ＲVPと、燃料温度センサ６によって検出された燃料温度Ｔfuel0とを関数ｆに代入することによって、使用燃料の蒸気圧ＰBを求める。つまり、ＥＣＵ３０は、ｆ（Ｔfuel0，ＲVP）の値を、使用燃料の蒸気圧ＰBとして得る。
【００８９】
次いで、ステップＳ１０では、ＥＣＵ３０は、ステップＳ９で求めた蒸気圧ＰBを、キャニスタ１２が放出するエバポガスのエバポ分圧（エバポ分圧ＰB）として用いる。
【００９０】
次いで、ステップＳ１１では、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０で得られたエバポ分圧ＰBに基づいて、キャニスタ１２が放出するエバポガスのエバポ重量Ｇevapを求める。具体的には、ＥＣＵ３０は、このエバポ分圧ＰBに加えて、大気圧Ｐatmや、キャニスタ１２が放出するパージガスの圧力ＰGや、雰囲気温度Ｔatmや、大気開放通路１４から供給される空気量Ｑairなどを、式（２４）に代入することで、エバポ重量Ｇevapを求める。
【００９１】
［作用効果］
次に、本発明の実施形態による蒸発燃料処理装置について説明する。
【００９２】
本実施形態では、大気開放弁１６及びパージバルブ１８の両方を閉弁して燃料ポンプ４を駆動し、この燃料ポンプ４の駆動の前後における燃料温度センサ６によって検出された燃料温度の変化及び圧力センサ１０によって検出された圧力（タンク内圧）の変化に基づいて、使用燃料の蒸気圧を推定する。つまり、本実施形態では、燃料タンク２から吸気通路２０まで（厳密にはパージバルブ１８まで）のパージ通路８を介したエバポガスが流れる経路を密封したときの、燃料ポンプ４の駆動による燃料温度の上昇度合い及びこの密封空間における圧力の上昇度合いに基づいて、使用燃料の蒸気圧（蒸気圧特性）を推定する。このような本実施形態によれば、既存の蒸発燃料処理装置の構成をほとんど変更することがないので、簡易な構成にて、使用燃料の蒸気圧を精度良く推定することができる。
【００９３】
また、本実施形態では、上記のように推定された蒸気圧をキャニスタ１２が放出するパージガスに含まれるエバポ分圧として用いて、キャニスタ１２が放出するパージガスに含まれるエバポ重量を推定する。このような本実施形態によれば、従来のようにエバポガスをエンジンで燃焼させたときの空燃比を用いないため、エンジンでエバポガスを燃焼させる前に、エバポ重量を適切に推定することができる。これにより、パージ開始時に、エバポ重量分だけ、エンジンの燃料噴射量を適切に減量させることができる。よって、パージ開始時に、大量の空気を導入することができ、走行時のパージ総量を増やすことができる。つまり、要求パージ量を増やすことができ、走行距離に対するパージ量を増量することが可能となる。
【００９４】
［変形例］
以下では、上記した実施形態の変形例について説明する。
【００９５】
上記した実施形態では、燃料タンク２とキャニスタ１２との間のパージ通路８上に圧力センサ１０を設けていたが、この位置に圧力センサ１０を設けることに限定はされない。圧力センサ１０は、燃料タンク２からパージバルブ１８までのエバポガスが通過する経路上（燃料タンク２内及びキャニスタ１２内も含む）に設ければよい。
【００９６】
また、上記した実施形態では（図８参照）、キャニスタ１２が飽和状態にある場合に（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、蒸気圧推定及びエバポ重量推定を行っていたが、このステップＳ２の判定を行わずに、エンジンの始動時に一律に蒸気圧推定及びエバポ重量推定を行うこととしてもよい。
【００９７】
また、上記した実施形態では、エバポ重量（蒸発燃料量）を推定していたが、この代わりにエバポ濃度を推定してもよい。これらのエバポ重量とエバポ濃度とは一義的に対応するものであり、パージガスの量（全体のパージ量）にエバポ濃度を乗算した値がエバポ重量となり、エバポ重量をパージガスの量で除算した値がエバポ濃度となる。
【符号の説明】
【００９８】
１  蒸発燃料処理装置
２  燃料タンク
４  燃料ポンプ
６  燃料温度センサ
８  パージ通路
１０  圧力センサ
１２  キャニスタ
１４  大気開放通路
１６  大気開放弁
１８  パージバルブ
２０  吸気通路
３０  ＥＣＵ
【図１】
0006327584.tif 000028
【図２】
0006327584.tif 000029
【図３】
0006327584.tif 000030
【図４】
0006327584.tif 000031
【図５】
0006327584.tif 000032
【図６】
0006327584.tif 000033
【図７】
0006327584.tif 000034
【図８】
0006327584.tif 000035