JP2009062967A - ハイブリッド自動車用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料蒸気処理装置を備えるハイブリッド自動車において、パージのために内燃機関が運転される頻度を少なくする。
【解決手段】燃料蒸気処理装置１０は、途中に絞り５０を有する検出用通路２８と、検出用通路２８にガス流を発生させるポンプ１４と、絞り５０における圧力損失を検出する差圧センサ１６とを備え、検出用通路２８を空気が流通するときの圧力損失と、検出用通路２８をキャニスタ１２からの混合気が流通するときの圧力損失とに基づいて、燃料蒸気濃度を算出する。そして、算出した燃料蒸気濃度が所定値に達したときに、内燃機関１００を起動させるとともに、キャニスタ１２に吸着された蒸発燃料の内燃機関１００への供給を開始する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料蒸気処理装置を備えるハイブリッド自動車用制御装置に関する。

従来の燃料蒸気処理装置は、燃料タンク内で蒸発した燃料をキャニスタ内の吸着材に一時的に吸着し、この吸着した蒸発燃料を内燃機関の運転時にパージ通路を介して吸気管に供給（パージ）することにより、吸着材の吸着能力を回復するようにしている。

特許文献１には、このような燃料蒸気処理装置をハイブリッド自動車に搭載した装置が示されている。この装置では、キャニスタの蒸発燃料吸着状態を、燃料タンク内圧、前回パージからの経過時間、前回のパージ量から推定し、パージが必要と判断すると内燃機関を起動してパージを行うようにしている。

特許文献２には、走行用駆動源として内燃機関のみを備える車両において、キャニスタの蒸発燃料吸着状態を正確に推定するために、パージ通路に燃料蒸気濃度を検出する装置を配設した装置が示されている。
特開２００２−２２１０６４号公報 特開平６−１０１５３４号公報

しかしながら、燃料の蒸発量やパージ時の脱離量は燃料の揮発性や走行条件によって異なるため、特許文献１に示されたような蒸発燃料吸着状態の推定手法では正確性に欠ける。従って、蒸発燃料吸着状態を誤判定して必要以上に内燃機関を起動し、燃費を悪化させる可能性がある。

一方、特許文献２に示された燃料蒸気濃度の検出手法では、パージが実施されてパージガスが流れないと燃料蒸気濃度を検出できない、すなわち内燃機関の停止状態では燃料蒸気濃度を検出することができない。

本発明は上記点に鑑みて、燃料蒸気処理装置を備えるハイブリッド自動車において、パージのために内燃機関が運転される頻度を少なくすることを目的とする。

本発明は、電動機（２００）および内燃機関（１００）を備えるハイブリッド自動車に適用され、燃料蒸気処理装置（１０）は、途中に絞り（５０）を有する検出用通路（２８）と、検出用通路（２８）内を減圧してガス流を発生させるガス流発生手段（１４）と、検出用通路（２８）を両端で大気に開放して検出用通路（２８）に流れるガスを空気とする第一状態と、検出用通路（２８）をキャニスタ（１２）と連通して検出用通路（２８）に流れるガスを混合気とする第二状態とのいずれかに切替える検出用通路切替え手段（２０）と、絞り（５０）とガス流発生手段（１４）とにより決まる圧力を検出する圧力検出手段（１６）と、第一状態における検出圧力と第二状態における検出圧力とに基づいて混合気の燃料蒸気濃度を演算する燃料蒸気濃度演算手段（Ｓ１０２）とを備え、内燃機関制御手段（ステップＳ１０３、Ｓ１０５、Ｓ１０７）は、燃料蒸気濃度演算手段（Ｓ１０２）にて演算した混合気の燃料蒸気濃度が所定値に達したときに、内燃機関（１００）を起動させるとともに、キャニスタ（１２）に吸着された蒸発燃料の内燃機関（１００）への供給を燃料蒸気処理装置（１０）に実行させることを特徴とする。

ところで、ガス流発生手段（１４）の能力が一定であれば、エネルギー保存の法則から、検出用通路（２８）を空気が流通するときと、空気と組成の異なるガスが流通するときとでは、密度が相違する分、流速が異なる。密度と燃料蒸気濃度とには対応関係があるから、燃料蒸気濃度に応じて流速が変わることになる。

そして、流速は絞り（５０）における圧力損失を規定するから、上記燃料蒸気処理装置（１０）によると、第一状態における検出圧力と第二状態における検出圧力とに基づいて、燃料蒸気濃度を正確に検出することができる。すなわち、内燃機関（１００）の停止状態においても燃料蒸気濃度を正確に検出することができる。したがって、ハイブリッド自動車においてパージのために内燃機関（１００）が起動される頻度を少なくして、燃費を向上させることができる。

この場合、燃料蒸気濃度演算手段（Ｓ１０２）にて混合気の燃料蒸気濃度を最後に演算してから現在までの経過時間が設定時間以上になったときに、燃料蒸気濃度演算手段（Ｓ１０２）による混合気の燃料蒸気濃度を演算する処理を開始するように決定するとともに、最後に演算した混合気の燃料蒸気濃度の値が大きくなるのに伴ってその設定時間を短くすることができる。

このようにすれば、燃料蒸気濃度演算手段（Ｓ１０２）による濃度演算の頻度を少なくしつつ、キャニスタ（１２）の蒸発燃料吸着量が１００％になる前に濃度演算を実施することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態について説明する。図１は本発明のハイブリッド自動車用制御装置が搭載されるハイブリッド自動車の構成図である。

図１に示すように、ハイブリッド自動車は、走行用駆動源として内燃機関１００および電動機２００を備えており、それらの駆動力は変速機３００を介して駆動輪４００に伝達される。電動機２００には二次電池５００からインバータ６００を介して給電され、その際、インバータ６００は、二次電池５００の直流電圧を交流電圧に変換するとともに、交流電圧の周波数を変化させることにより電動機２００の回転数を制御する。

発電機７００は、二次電池５００の充電残量が所定値以下になったときに、内燃機関１００に駆動されて発電を行うようになっている。この発電機７００の発電電力はインバータ６００を介して二次電池５００に供給され、これにより二次電池５００の充電が行われる。

また、ハイブリッド自動車は、内燃機関１００、変速機３００、インバータ６００および発電機７００の制御、さらには後述する燃料蒸気処理装置の制御を行う電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）８００を備えている。このＥＣＵ８００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。

ところで、ハイブリッド自動車は、内燃機関１００および電動機２００の作動状態が異なる複数の走行モードで走行するように構成されている。本実施形態の複数の走行モードとしては、内燃機関１００のみを駆動源として使用する内燃機関走行モード、電動機２００のみを駆動源として使用する電動機走行モード、内燃機関１００および電動機２００の両方を駆動源として使用するハイブリッド走行モードがある。

図２は内燃機関１００および本発明の一実施形態に係るハイブリッド自動車用制御装置の構成図である。この図２において、まず、内燃機関１００について説明する。内燃機関１００は、燃料タンク２内に収容されたガソリン燃料を用いて動力を発生させるガソリン内燃機関である。内燃機関１００の吸気通路３には、例えば燃料噴射量を制御する燃料噴射装置４、吸気量を制御するスロットル装置５、吸気量を検出するエアフローセンサ６、吸気圧を検出する吸気圧センサ７等が設置されている。また、内燃機関１００の排気通路８には、例えば空燃比を検出する空燃比センサ９等が設置されている。

次に、ハイブリッド自動車用制御装置について説明する。ハイブリッド自動車用制御装置は、ＥＣＵ８００と、燃料蒸気処理装置１０とからなる。燃料蒸気処理装置１０は、燃料タンク２内で発生した燃料蒸気を処理して内燃機関１００に供給するものであり、複数のキャニスタ１２、１３、ポンプ１４、差圧センサ１６、複数の弁１８〜２２、および複数の通路２６〜３５を備えている。

第一キャニスタ１２は、ケース４２内を隔壁４３によって仕切られることで二つの吸着部４４、４５を形成している。各吸着部４４、４５には、活性炭等からなる吸着材４６、４７が充填されている。メイン吸着部４４には、燃料タンク２内に連通する導入通路２６が連通している。したがって、燃料タンク２内で発生した燃料蒸気は、導入通路２６を通じてメイン吸着部４４に流入し、当メイン吸着部４４の吸着材４６に脱離可能に吸着される。メイン吸着部４４にはさらに、吸気通路３と連通するパージ通路２７が連通している。ここでパージ通路２７の吸気通路側端には、電磁駆動式の二方弁からなるパージ制御弁１８が設置されており、パージ制御弁１８はその開閉作動によって、パージ通路２７と吸気通路３との連通を制御する。これによりパージ制御弁１８の開状態では、吸気通路３のスロットル装置５よりも下流側に発生する負圧がパージ通路２７を通じてメイン吸着部４４に作用する。したがって、メイン吸着部４４に負圧が作用するときには、メイン吸着部４４の吸着材４６から燃料蒸気が脱離し、その脱離蒸気が空気と混合してパージ通路２７に導かれることで、当混合気中の燃料蒸気が吸気通路３へとパージされる。尚、パージ通路２７を通じて吸気通路３にパージされた燃料蒸気は、燃料噴射装置４からの噴射燃料と共に内燃機関１００内で燃焼されることとなる。

サブ吸着部４５には、ケース４２内底部の空間部４８を隔ててメイン吸着部４４が連通している。また、サブ吸着部４５には、第一検出用通路２８の中途部に連通する中継通路２９が連通している。ここで中継通路２９の中途部には、電磁駆動式の二方弁からなる連通制御弁１９が設置されており、連通制御弁１９はその開閉作動によって、中継通路２９の当弁１９よりも第一検出用通路側部分２９ａとサブ吸着部側部分２９ｂとの間の連通を制御する。これにより、連通制御弁１９及びパージ制御弁１８の開状態では、吸気通路３の負圧がパージ通路２７、メイン吸着部４４、空間部４８を通じてサブ吸着部４５に作用し、さらに中継通路２９及び第一検出用通路２８にも作用する。したがって、第一検出用通路２８に混合気が存在している状態でサブ吸着部４５に負圧が作用すると、第一検出用通路２８の混合気が中継通路２９を通じてサブ吸着部４５に流入し、当混合気中の燃料蒸気がサブ吸着部４５の吸着材４７に脱離可能に吸着される。また、サブ吸着部４５に負圧が作用するときには、サブ吸着部４５の吸着材４７から燃料蒸気が脱離するが、その脱離蒸気は空間部４８で一旦滞留した後、メイン吸着部４４に吸着されることとなる。

検出用通路切替え手段としての通路切換弁２０は、二位置動作する電磁駆動式の三方弁から構成されている。通路切換弁２０は、フィルタ４９を介して大気に開放された第一大気通路３０に接続されている。また、通路切換弁２０は、メイン吸着部４４とパージ制御弁１８との間においてパージ通路２７から分岐する分岐通路３１に接続されている。またさらに通路切換弁２０は、第一検出用通路２８の一端に接続されている。このような接続形態の通路切換弁２０は、第一検出用通路２８に連通する通路を第一大気通路３０とパージ通路２７の分岐通路３１との間で切り換える。したがって、第一大気通路３０が第一検出用通路２８に連通する第一状態では、第一大気通路３０を通じて空気が第一検出用通路２８に流入可能となる。また、分岐通路３１が第一検出用通路２８に連通する第二状態では、パージ通路２７の燃料蒸気を含む混合気が分岐通路３１を通じて第一検出用通路２８に流入可能となる。

ガス流発生手段としてのポンプ１４は、例えば電動式のベーンポンプ等から構成されている。ポンプ１４の吸入口は第二検出用通路３２の一端に連通しており、ポンプ１４の排出口は、フィルタ５１を介して大気に開放された第二大気通路３４に連通している。本実施形態のポンプ１４は、その作動によって第二検出用通路３２を減圧するように構成されており、当減圧時には、第二検出用通路３２から吸入した気体を第二大気通路３４に排出する。

第二キャニスタ１３は、活性炭等からなる吸着材３９がケース４０内に充填されてなる吸着部４１を有している。吸着部４１には、第一検出用通路２８の絞り５０を挟んで通路切換弁２０とは反対側端と、第二検出用通路３２のポンプ１４とは反対側端とが、吸着材３９を挟む二箇所においてそれぞれ連通している。したがって、第一検出用通路２８に混合気が存在している状態でポンプ１４が作動すると、第一検出用通路２８の混合気が吸着部４１に流入し、当混合気中の燃料蒸気が吸着部４１の吸着材３９に脱離可能に吸着される。尚、このとき吸着材３９に吸着された燃料蒸気が脱離しないように、本実施形態では吸着材３９の容量が設定されている。また、吸気通路３の負圧が第一検出用通路２８に作用するときには、第二大気通路３４からポンプ１４方向に空気が流れることにより、吸着材３９から燃料蒸気が脱離する。尚、本実施形態では、中継通路２９において連通制御弁１９を挟む二部分２９ａ、２９ｂが連通することにより、吸気通路３の負圧が第一検出用通路２８に作用するので、吸着材３９からの脱離蒸気は中継通路２９を通じてサブ吸着部４５へと流入し、吸着材４７に吸着されることなる。

第一検出用通路２８において中継通路２９の連通部分と通路切換弁２０との間となる中途部には、第一検出用通路２８の通路面積を絞る絞り５０が形成されている。また、第一検出用通路２８において中継通路２９の連通部分と絞り５０との間となる中途部には、電磁駆動式の二方弁からなる通路開閉弁２１が設置されており、通路開閉弁２１はその開閉作動によって、第一検出用通路２８の当弁２１よりも通路切換弁側部分２８ａと第二キャニスタ側部分２８ｂとの間の連通を制御する。ここで部分２８ａ、２８ｂの非連通時には、通路３０、３１に繋がる通路切換弁２０と第二キャニスタ１３との間において第一検出用通路２８が閉塞された状態となり、逆に部分２８ａ、２８ｂの連通時には第一検出用通路２８が開放された状態となる。即ち通路開閉弁２１は、通路３０、３１よりも第二キャニスタ１３側において、より具体的には第二キャニスタ１３と絞り５０との間において第一検出用通路２８を開閉するものである。

圧力検出手段としての差圧センサ１６は、第一検出用通路２８において第二キャニスタ１３と通路開閉弁２１との間から分岐する導圧通路３３に連通している。これにより差圧センサ１６は、第一検出用通路２８の絞り５０よりも第二キャニスタ１３側から導圧通路３３を通じて受ける圧力と、大気圧との間の差圧を検出する。したがって、ポンプ１４の作動時に差圧センサ１６が検出する差圧は、通路開閉弁２１の開状態において絞り５０の両端間の差圧に実質的に等しくなる。また、通路開閉弁２１の閉状態では、ポンプ１４の吸入側において第一検出用通路２８が閉塞されるため、ポンプ１４の作動時における差圧センサ１６の検出差圧は、ポンプ１４の締切圧に実質的に等しくなる。

キャニスタクローズ弁２２は、電磁駆動式の二方弁から構成されており、連通制御弁１９とサブ吸着部４５との間において中継通路２９から分岐する第三大気通路３５の中途部に設置されている。第三大気通路３５においてキャニスタクローズ弁２２を挟んで中継通路２９とは反対側端は、フィルタ５２を介して大気に開放されている。したがって、キャニスタクローズ弁２２の開状態では、第三大気通路３５及び中継通路２９を通じてサブ吸着部４５が大気開放されることとなる。

ＥＣＵ８００は、燃料蒸気処理装置１０のポンプ１４、差圧センサ１６及び弁１８〜２２並びに内燃機関１００の各要素４〜７、９と電気接続されている。ＥＣＵ８００は、例えば各センサ１６、６、７、９の検出結果、内燃機関１００の冷却水温度、車両の作動油温度、内燃機関１００の回転数、車両のアクセル開度、キースイッチのオンオフ状態等に基づいて、ポンプ１４及び弁１８〜２２の各作動を制御する。

因みに、キースイッチのオン状態とは、内燃機関１００および電動機２００の運転を許可して内燃機関１００や電動機２００の駆動力による走行を可能にする状態であり、キースイッチのオフ状態とは、内燃機関１００および電動機２００の運転を禁止する状態である。

次に、ハイブリッド自動車用制御装置の特徴的な主作動のフローを図４に基づいて説明する。尚、本主作動は、キースイッチがオンされると開始されるものである。まず、濃度演算開始判定手段としてのステップＳ１０１では、燃料蒸気濃度の測定を開始するか否かを決定するために、後述するステップＳ１０２での前回の濃度測定、または後述するステップＳ１０７での前回の濃度推定が終了してからの経過時間が、第一設定時間以上になったか否かをＥＣＵ８００により判定する。

ここで、前回の濃度測定値または前回の濃度推定値が小さいときは第一設定時間を長くし、前回の濃度測定値または前回の濃度推定値が濃度が大きいときは第一設定時間を短くする。これにより、濃度測定の頻度を少なくしつつ、第一キャニスタ１２の蒸発燃料吸着量が１００％になる前に濃度測定を実施することができる。そして、前回の濃度測定値または前回の濃度推定値と第一設定時間との関係は、ＥＣＵ８００のメモリに記憶されている。

ステップＳ１０１において肯定判断された場合には、燃料蒸気濃度演算手段としてのステップＳ１０２に移行して、濃度測定処理（詳細後述）を実行する。この濃度測定処理により、パージ制御弁１８の閉状態でパージ通路２７の燃料蒸気濃度が測定されると、ステップＳ１０３に移行して、燃料蒸気濃度が所定値以上か否かをＥＣＵ８００により判定する。ステップＳ１０３の判断基準となる上記所定値は、パージが必要と判断される燃料蒸気濃度に相当するものであり、ＥＣＵ８００のメモリに記憶されている。

ステップＳ１０３において否定判断された場合には、ステップＳ１０１に戻る。一方、ステップＳ１０３において肯定判断された場合には、ステップＳ１０４に移行して、内燃機関１００が運転中であるか否かをＥＣＵ８００により判定する。

ステップＳ１０４において否定判断された場合、すなわち、電動機走行モード状態の場合には、ステップＳ１０５に移行して内燃機関１００を始動させる。このステップＳ１０４の処理により内燃機関１００の運転が開始されると、ステップＳ１０６に移行して、パージ条件が成立しているか否かをＥＣＵ８００により判定する。また、ステップＳ１０４において肯定判断された場合には、ステップＳ１０６に直接移行する。

ここで、パージ条件は、例えば内燃機関１００の冷却水温度が所定値以上となって内燃機関１００の暖機が完了し、且つ内燃機関１００の回転数がアイドリング回転数を超えているときに成立するように予め設定されて、ＥＣＵ８００のメモリに記憶されている。

ステップＳ１０６において肯定判断された場合には、ステップＳ１０７に移行して、パージ処理（詳細後述）を実行する。このパージ処理により、パージ制御弁１８の開状態でパージ通路２７から吸気通路３に燃料蒸気がパージされる。また、ステップＳ１０７では、上記パージ処理によりパージされる燃料蒸気の量に基づいて現在の燃料蒸気濃度を推定し、その推定濃度をＥＣＵ８００のメモリに記憶する。なお、ステップＳ１０３、ステップＳ１０５、およびステップＳ１０７は、本発明の内燃機関制御手段を構成する。

そして、ステップＳ１０７の処理を実行中にパージ停止条件が成立すると、ステップＳ１０１に移行する。ここで、パージ停止条件は、例えばアクセル開度が所定値以下（より詳細には、実質的にスロットルバルブが全閉状態）となったときに成立するように予め設定されて、ＥＣＵ８００のメモリに記憶されている。 また、ステップＳ１０６において否定判断された場合には、ステップＳ１０８に移行する。ステップＳ１０８では、ステップＳ１０２の濃度測定処理の終了から第二設定時間が経過したか否かをＥＣＵ８００により判定する。このステップＳ１０８において肯定判断された場合には、ステップＳ１０１へと戻り、また一方、ステップＳ１０８において否定判断された場合には、ステップＳ１０６へと戻る。尚、ステップＳ１０８の判断基準となる上記第二設定時間は、燃料蒸気濃度の経時変化と濃度の要求精度とを考慮して予め設定され、ＥＣＵ８００のメモリに記憶されている。

以上、ステップＳ１０１において肯定判断された場合の後続処理ステップＳ１０２〜Ｓ１０８について説明したが、以下、ステップＳ１０１において否定判断された場合の後続処理ステップＳ１０９について説明する。ステップＳ１０９では、キースイッチがオフされたか否かをＥＣＵ８００により判定する。このステップＳ１０９において否定判断された場合には、ステップＳ１０１へと戻り、また一方、ステップＳ１０９において肯定判断された場合には、主作動を終了する。尚、燃料蒸気処理装置１０では、主作動が終了した後、各弁１８〜２２を図５に示す状態にして第一キャニスタ１２を図６の如く大気開放する第一キャニスタ開放作動が実施される。

ここで、上記ステップＳ１０２の濃度測定処理についてさらに詳しく説明する。まず、燃料蒸気処理装置１０における燃料蒸気濃度の測定原理について説明する。例えばベーンポンプ等の内部漏れのあるポンプ１４では、負荷に応じて内部漏れ量が変化することから、図７に示すようにポンプ１４のＰ−Ｑ特性曲線Ｃ_Ｐｍｐは下記の一次式（１）にて表される。尚、式（１）においてＫ１、Ｋ２はポンプ１４に固有の定数である。

Ｑ＝Ｋ１・Ｐ＋Ｋ２・・・（１）
ここでポンプ１４の締切圧をＰｔとすると、Ｐ＝Ｐｔとなるポンプ１４の吸入側の締切時にはＱ＝０となることから、下記の式（２）が得られる。

Ｋ２＝−Ｋ１・Ｐｔ・・・（２）
燃料蒸気処理装置１０では、第一検出用通路２８の絞り５０よりも第二キャニスタ１３側、第二キャニスタ１３及び第二検出用通路３２において、流通気体の圧力損失が無視できる程度に小さくされている。これにより通路開閉弁２１の開状態では、ポンプ１４の圧力Ｐと絞り５０の両端間の差圧（以下、単に差圧という）ΔＰとが実質的に等しくなると考えられる。尚、第二キャニスタ１３及び第二検出用通路３２について流通気体の圧力損失が無視できない諸元としたときには、当圧損分を予めＥＣＵ８００に記憶しておき、必要時にΔＰを補正するように実施することもできる。

また、通路開閉弁２１の開状態において空気が絞り５０を通過するときには、第二キャニスタ１３がポンプ１４側に空気を素通りさせるため、当空気の通過流量Ｑ_Ａｉｒとポンプ１４の吸入流量Ｑとが実質的に等しくなる。したがって、空気が絞り５０を通過するときの通過流量Ｑ_Ａｉｒ及び差圧ΔＰ_Ａｉｒは、式（１）、（２）から得られる下記式（３）の関係を満たす。

Ｑ_Ａｉｒ＝Ｋ１・（ΔＰ_Ａｉｒ−Ｐｔ）・・・（３）
一方、通路開閉弁２１の開状態において燃料蒸気を含む混合気（以下、単に混合気という）が絞り５０を通過するときには、第二キャニスタ１３が空気のみを素通りさせるため、混合気中の空気（以下、単に混合気中空気という）の通過流量Ｑ_Ａｉｒ’とポンプ１４の吸入流量Ｑとが実質的に等しくなる。したがって、混合気が絞り５０を通過するときの混合気中空気の通過流量Ｑ_Ａｉｒ’及び差圧ΔＰ_Ｇａｓは、式（１）、（２）から得られる下記式（４）の関係を満たす。

Ｑ_Ａｉｒ’＝Ｋ１・（ΔＰ_Ｇａｓ−Ｐｔ）・・・（４）
ここで混合気中空気の通過流量Ｑ_Ａｉｒ’は、絞り５０における混合気全体の通過流量をＱ_Ｇａｓとし、燃料蒸気濃度をＤ（％）としたときに下記式（５）を満たすので、この式（５）から下記の式（６）が得られる。

Ｑ_Ａｉｒ’＝Ｑ_Ｇａｓ・（１−Ｄ／１００）・・・（５）
Ｄ＝１００・（１−Ｑ_Ａｉｒ’／Ｑ_Ｇａｓ）・・・（６）
さて、絞り５０における気体のΔＰ−Ｑ特性曲線は、絞り５０を通過する気体の密度ρを用いて下記の式（７）にて表される。尚、式（７）においてＫ３は絞り５０に固有の定数であり、絞り５０の穴径及び流量係数をそれぞれｄ及びαとしたとき、下記の式（８）にて表される値である。

Ｑ＝Ｋ３・（ΔＰ／ρ）^１／２・・・（７）
Ｋ３＝α・π・ｄ^２／４・２^１／２・・・（８）
したがって、図７に示す空気のΔＰ−Ｑ特性曲線Ｃ_Ａｉｒは、空気の密度ρ_Ａｉｒを用いて下記の式（９）にて表される。

Ｑ_Ａｉｒ＝Ｋ３・（ΔＰ_Ａｉｒ／ρ_Ａｉｒ）^１／２・・・（９）
また、図７に示す混合気のΔＰ−Ｑ特性曲線Ｃ_Ｇａｓは、混合気の密度ρ_Ｇａｓを用いて下記の式（１０）にて表される。尚、ここで混合気の密度ρ_Ｇａｓは、燃料蒸気の成分である炭化水素（ＨＣ）の密度をρ_ＨＣとしたとき、混合気中の燃料蒸気濃度Ｄ（％）との間に下記式（１１）の関係を有している。

Ｑ_Ｇａｓ＝Ｋ３・（ΔＰ_Ｇａｓ／ρ_Ｇａｓ）^１／２・・・（１０）
Ｄ＝１００・（ρ_Ａｉｒ−ρ_Ｇａｓ）／（ρ_Ａｉｒ−ρ_ＨＣ）・・・（１１）
以上より、式（３）と式（４）とからＫ１を消去してなる下記の式（１２）が得られ、また式（９）と式（１０）とからＫ３を消去してなる下記の式（１３）が得られる。

Ｑ_Ａｉｒ／Ｑ_Ａｉｒ’＝（ΔＰ_Ａｉｒ−Ｐｔ）／（ΔＰ_Ｇａｓ−Ｐｔ）・・・（１２）
Ｑ_Ａｉｒ／Ｑ_Ｇａｓ＝｛（ΔＰ_Ａｉｒ／ΔＰ_Ｇａｓ）・（ρ_Ｇａｓ／ρ_Ａｉｒ）｝^１／２・・・（１３）
さらに式（１２）と式（１３）とからは、Ｑ_Ａｉｒを消去してなる下記の式（１４）が得られ、またさらに式（１１）からは下記の式（１５）が得られるので、それら式（１４）及び式（１５）と式（６）とから下記の式（１６）が得られる。尚、式（１６）においてＰ１、Ｐ２及びρは、それぞれ下記の式（１７）、式（１８）及び式（１９）にて表されるものである。

Ｑ_Ａｉｒ’／Ｑ_Ｇａｓ＝（ΔＰ_Ｇａｓ−Ｐｔ）／（ΔＰ_Ａｉｒ−Ｐｔ）・｛（ΔＰ_Ａｉｒ／ΔＰ_Ｇａｓ）・（ρ_Ｇａｓ／ρ_Ａｉｒ）｝^１／２・・・（１４）
ρ_Ｇａｓ＝ρ_Ａｉｒ−（ρ_Ａｉｒ−ρ_ＨＣ）・Ｄ／１００・・・（１５）
Ｄ＝１００・［１−Ｐ１・｛Ｐ２・（１−ρ・Ｄ）｝^１／２］・・・（１６）
Ｐ１＝（ΔＰ_Ｇａｓ−Ｐｔ）／（ΔＰ_Ａｉｒ−Ｐｔ）・・・（１７）
Ｐ２＝ΔＰ_Ａｉｒ／ΔＰ_Ｇａｓ・・・（１８）
ρ＝（ρ_Ａｉｒ−ρ_ＨＣ）／（１００・ρ_Ａｉｒ）・・・（１９）
そして、式（１６）の両項を二乗してＤについて整理すると、下記の二次方程式（２０）が得られ、この二次方程式（２０）をＤについて解くと、下記の解（２１）が得られる。尚、解（２１）においてＭ１及びＭ２は、それぞれ下記の式（２２）及び式（２３）にて表されるものである。

Ｄ^２＋１００・（１００・Ｐ１^２・Ｐ２・ρ−２）・Ｄ＋１００^２・（１−Ｐ１^２・Ｐ２）・・・（２０）
Ｄ＝５０・｛−Ｍ１±（Ｍ１^２−４・Ｍ２）^１／２｝・・・（２１）
Ｍ１＝１００・Ｐ１^２・Ｐ２・ρ−２・・・（２２）
Ｍ２＝１−Ｐ１^２・Ｐ２・・・（２３）
したがって、二次方程式（２０）の解（２１）のうち値が０〜１００の範囲外となるものは燃料蒸気濃度Ｄとしては成立しないので、当解（２１）のうち値が０〜１００の範囲内となるものが下記の如く燃料蒸気濃度Ｄの算出式（２４）として得られる。

Ｄ＝５０・｛−Ｍ１−（Ｍ１^２−４・Ｍ２）^１／２｝・・・（２４）
こうして得られる燃料蒸気濃度Ｄの算出式（２４）において、Ｍ１、Ｍ２に含まれる変数のうちρ_Ａｉｒ、ρ_ＨＣは物理定数として決められた値であり、本実施形態では式（２４）の一部としてＥＣＵ８００のメモリに記憶されている。したがって、式（２４）を用いて燃料蒸気濃度Ｄを算出するには、Ｍ１、Ｍ２に含まれる変数のうち、絞り５０を空気及び混合気が通過するときの各差圧ΔＰ_Ａｉｒ、ΔＰ_Ｇａｓとポンプ１４の締切圧Ｐｔとが必要となる。そこで、上記ステップＳ１０２の濃度測定処理では、差圧ΔＰ_Ａｉｒ、ΔＰ_Ｇａｓ及び締切圧Ｐｔを検出してそれらの値から燃料蒸気濃度Ｄを算出する。以下、かかる濃度測定処理のフローを図８に基づいて説明する。尚、濃度測定処理の開始時点においては、パージ制御弁１８及び連通制御弁１９が閉状態、通路切換弁２０が第一状態、通路開閉弁２１及びキャニスタクローズ弁２２が開状態となっているものとする。

まず、ステップＳ２０１では、ＥＣＵ８００によりポンプ１４を一定の回転数となるように駆動制御して、第二検出用通路３２を減圧する。このとき、各弁１８〜２２の状態は図５の如く濃度測定処理開始時点での状態と同一であるので、図９に示すように第一状態となって第一大気通路３０から第一検出用通路２８に空気が流入し、差圧センサ１６により検出される差圧が図１０の如く所定値ΔＰ_Ａｉｒにまで変化する。そこで本ステップＳ２０１では、差圧センサ１６の検出差圧が安定したところで、その安定値を空気通過時の差圧ΔＰ_ＡｉｒとしてＥＣＵ８００のメモリに記憶する。尚、本ステップＳ２０１において、ポンプ１４から第二大気通路３４に排出される空気は、フィルタ５１を通じて大気中に放散されることとなる。

次にステップＳ２０２では、ＥＣＵ８００により、ステップＳ２０１と同様なポンプ１４の定回転数制御を継続しつつ、通路開閉弁２１を閉状態とする。これにより、各弁１８〜２２の状態は図５に示す状態となるので、図１１に示すように第一検出用通路２８が閉塞され、差圧センサ１６により検出される差圧が図１０の如くポンプ１４の締切圧Ｐｔにまで変化する。そこで本ステップＳ２０２では、差圧センサ１６の検出差圧が安定したところで、その安定値をポンプ１４の締切圧ＰｔとしてＥＣＵ８００のメモリに記憶する。尚、本ステップＳ２０２において、差圧センサ１６の検出差圧が安定するまでにポンプ１４から第二大気通路３４に排出される空気は、フィルタ５１を通じて大気中に放散されることとなる。

続いてステップＳ２０３では、ＥＣＵ８００により、ステップＳ２０１と同様なポンプ１４の定回転数制御を継続しつつ、通路切換弁２０を第二状態とすると共に通路開閉弁２１を開状態とする。これにより、各弁１８〜２２の状態は図５に示す状態となるので、図１２に示すようにパージ通路２７の分岐通路３１から第一検出用通路２８に混合気が流入し、差圧センサ１６により検出される差圧が図１０の如く燃料蒸気濃度Ｄに応じた値ΔＰ_Ｇａｓにまで変化する。そこで本ステップＳ２０３では、差圧センサ１６の検出差圧が安定したところで、その安定値を混合気通過時の差圧ΔＰ_ＧａｓとしてＥＣＵ８００のメモリに記憶する。尚、本ステップＳ２０３では、絞り５０を通過した混合気中の燃料蒸気が第二検出用通路３２側に抜けることなく吸着部４１に吸着される。したがって、ポンプ１４には、混合気のうち第二キャニスタ１３を素通りした空気のみが達することとなるので、当空気のみがポンプ１４から排出されて大気中に放散されるのである。

ステップＳ２０３に続くステップＳ２０４では、ＥＣＵ８００によりポンプ１４を停止させる。さらに、本実施形態のステップＳ２０４では、通路切換弁２０を第一状態に戻しておく。この後、ステップＳ２０５では、ステップＳ２０１及びＳ２０３において記憶された差圧ΔＰ_Ａｉｒ及びΔＰ_Ｇａｓと、ステップＳ２０２において記憶された締切圧Ｐｔと、予め記憶されている式（２４）とをＥＣＵ８００のメモリからＣＰＵに読み出す。さらにステップＳ２０５では、ＥＣＵ８００により、読み出した差圧ΔＰ_Ａｉｒ、ΔＰ_Ｇａｓ及び締切圧Ｐｔを式（２４）に代入して燃料蒸気濃度Ｄを算出し、その算出濃度Ｄをメモリに記憶する。

以上、濃度測定処理について説明した。続いて、上記ステップＳ１０７のパージ処理のフローを図１３に基づいて説明する。尚、パージ処理の開始時点において各弁１８〜２２の状態は、直前の濃度測定処理のステップＳ２０４で実現された状態となっている。まず、ステップＳ３０１では、直前の濃度測定処理のステップＳ２０５で記憶された算出濃度ＤをＥＣＵ８００のメモリからＣＰＵに読み出す。さらにステップＳ３０１では、ＥＣＵ８００により、車両のアクセル開度等の車両状態量と、読み出した算出濃度Ｄとに基づいてパージ制御弁１８の開度を設定し、その設定値をメモリに記憶する。

次にステップＳ３０２では、ＥＣＵ８００により、パージ制御弁１８及び連通制御弁１９を開状態、キャニスタクローズ弁２２を閉状態として、第一パージ処理を実施する。これにより、弁１８〜２２の状態は図５に示す状態となるので、図１４に示すように第二検出用通路３２が大気開放されて、吸気通路３の負圧が要素２７、１２、２９、２８、１３に作用する。したがって、燃料蒸気がメイン吸着部４４から脱離して吸気通路３にパージされる。それと共に、濃度測定処理によって第一検出用通路２８に残留した混合気がサブ吸着部４５に流入し、当混合気中の燃料蒸気がサブ吸着部４５に吸着される。またさらに、負圧が第二キャニスタ１３に作用することで、吸着部４１から燃料蒸気が脱離するため、この脱離蒸気もまた、サブ吸着部４５に流入して吸着される。ステップＳ３０２の第一パージ処理では、このようにして第二キャニスタ１３から燃料蒸気を掃出させることを目的としている。そこで、ステップＳ３０２の実行時間、即ち第一パージ処理の処理時間Ｔｐは、例えば濃度測定処理のステップＳ２０３の実行時間をＴｄとしたとき、Ｔｐ≧Ｔｄとなるように設定される。濃度測定処理のステップＳ２０１〜Ｓ２０３においてポンプ１４の吸入圧は吸気通路３の負圧よりも小さいので、このような処理時間Ｔｐの設定により第二キャニスタ１３内を十分に掃気することができる。

尚、ステップＳ３０２では、ステップＳ３０１でメモリに記憶された設定開度がＣＰＵに読み出され、当設定開度に一致するようにパージ制御弁１８の開度が制御される。以上のようにして、ステップＳ３０２の実行開始から時間Ｔｐが経過すると、次のステップＳ３０３に移行する。

ステップＳ３０３では、ＥＣＵ８００により、連通制御弁１９を閉状態とすると共に、キャニスタクローズ弁２２を開状態として、第二パージ処理を実施する。これにより、弁１８〜２２の状態は図５に示す状態となるので、図１５に示すように第三大気通路３５及び中継通路２９のサブ吸着部側部分２９ｂが大気開放されて、吸気通路３の負圧が要素２７、１２に作用する。したがって、燃料蒸気がメイン吸着部４４から脱離して吸気通路３にパージされる。尚、ステップＳ３０３においても、ステップＳ３０２と同様にして設定開度が読み出され、当設定開度に一致するようにパージ制御弁１８の開度が制御される。また、ステップＳ３０３は、先に説明したパージ停止条件が成立すると終了する。

ところで、ポンプ１４の能力が一定であれば、エネルギー保存の法則から、第一検出用通路２８を空気が流通するときと、空気と組成の異なるガスが流通するときとでは、密度が相違する分、流速が異なる。密度と燃料蒸気濃度とには対応関係があるから、燃料蒸気濃度に応じて流速が変わることになる。

そして、流速は絞り５０における圧力損失を規定するから、本実施形態によると、第一検出用通路２８を空気が流通する第一状態における圧力損失と、第一検出用通路２８を混合気が流通する第二状態における圧力損失とに基づいて、混合気の燃料蒸気濃度を正確に検出することができる。すなわち、内燃機関１００の停止状態においても燃料蒸気濃度を正確に検出することができる。したがって、ハイブリッド自動車においてパージのために内燃機関１００が起動される頻度を少なくして、燃費を向上させることができる。

また、本実施形態によると、濃度測定処理においてポンプ１４は、第二キャニスタ１３から燃料蒸気を脱離させることなく第二検出用通路３２を減圧する。これにより、濃度測定処理のステップＳ２０１では、第一検出用通路２８に流入して絞り５０を通過した空気が第二キャニスタ１３を素通りしてポンプ１４に到達する。それ故、図３に示すように差圧ΔＰ_Ａｉｒは、従来と同様、絞り５０における空気のΔＰ−Ｑ特性曲線Ｃ_ＡｉｒとポンプのＰ−Ｑ特性曲線Ｃ_Ｐｍｐとの交点が表す値となる。また、濃度測定処理のステップＳ２０３では、第一検出用通路２８に流入して絞り５０を通過した混合気のうち燃料蒸気は第二キャニスタ１３に吸着されるため、当混合気のうち空気のみがポンプ１４に到達することとなる。それ故、１００％濃度混合気が絞り５０を通過するときの差圧ΔＰ_Ｇａｓを想定したとき、当差圧ΔＰ_Ｇａｓは、図３に示すようにポンプ１４の締切圧Ｐｔに等しい値となる。したがって、１００％濃度混合気の通過時における差圧ΔＰ_Ｇａｓが大きな値となるので、１００％濃度混合気及び空気の各通過時における差圧ΔＰ_Ｇａｓ、ΔＰ_Ａｉｒの差、即ち検出ゲインＧが大きくなる。このことから本実施形態では、差圧センサ１６の圧力分解能に対して十分に大きな検出ゲインＧを確保することができるので、差圧ΔＰ_Ａｉｒに対する差圧ΔＰ_Ｇａｓの相対検出精度が向上する。

また、本実施形態によると、濃度測定処理において燃料蒸気が第二キャニスタ１３に吸着されてポンプ１４に到達することがないので、ポンプ１４が燃料蒸気を吸入することでそのＰ−Ｑ特性ひいては差圧センサ１６の検出差圧が不安定になることを防止できる。さらに本実施形態によると、濃度測定処理においてポンプ１４の回転数が一定に制御されるので、ポンプ１４のＰ−Ｑ特性が安定した状態で差圧ΔＰ_Ａｉｒ、ΔＰ_Ｇａｓ及び締切圧Ｐｔが検出される。したがって、ポンプ１４のＰ−Ｑ特性が変化することによる差圧ΔＰ_Ａｉｒ、ΔＰ_Ｇａｓ及び締切圧Ｐｔの検出誤差を低減することができる。

またさらに本実施形態によると、濃度測定処理のステップＳ２０３においてはパージ制御弁１８が閉じられるので、パージ通路２７の混合気が第一検出用通路２８に確実に取り込まれ、また吸気通路３の負圧脈動が第一検出用通路２８への流入混合気に伝播することもない。したがって、絞り５０における混合気の流量不足や脈動伝播による差圧ΔＰ_Ｇａｓの検出誤差を低減することができる。このように本実施形態によれば、濃度測定処理において差圧ΔＰ_Ａｉｒ、ΔＰ_Ｇａｓ及び締切圧Ｐｔを精確に検出することができるので、燃料蒸気濃度Ｄの算出精度が向上する。

さらにまた本実施形態によると、図１０の如く締切圧Ｐｔが差圧ΔＰ_Ａｉｒよりも負圧側へ大きくなる。したがって、締切圧Ｐｔの検出ステップＳ２０２を、差圧ΔＰ_Ａｉｒの検出ステップＳ２０１の後に連続実施する濃度測定処理によれば、それら各ステップにおいて差圧センサ１６の検出差圧を安定させるための時間の合計を実施順が逆の場合よりも短くできる。また、濃度測定処理のステップＳ２０２では、絞り５０と第二キャニスタ１３との間において第一検出用通路２８が閉塞されるので、このことによっても差圧センサ１６の検出差圧を短時間にて安定させることができる。さらに濃度測定処理では、差圧ΔＰ_Ａｉｒ及び締切圧Ｐｔを検出した後のステップＳ２０３において差圧ΔＰ_Ｇａｓを検出するので、差圧ΔＰ_Ｇａｓの検出に用いた混合気が差圧ΔＰ_Ａｉｒ及び締切圧Ｐｔの検出時に第一検出用通路２８に残留しているようなことがない。したがって、差圧ΔＰ_Ａｉｒ及び締切圧Ｐｔの検出時に差圧センサ１６の検出差圧を安定させるための時間が第一検出用通路２８の混合気によって延長することもない。

このように本実施形態によれば、濃度測定処理のステップＳ２０１、Ｓ２０２を短時間で実行することができるので、濃度測定処理の全体時間の短縮が図られる。これによりパージ処理の時間が増大して、実際にパージされる量が十分に確保され得るので、第一キャニスタ１２からの燃料蒸気の脱離が予期せずして生じる事態を回避することができる。

加えて本実施形態によると、濃度測定処理後に実施される第一パージ処理では、パージ制御弁１８及び連通制御弁１９が開かれて吸気通路３の負圧が第一検出用通路２８及び第二キャニスタ１３に作用する。これにより、第一検出用通路２８に残留している混合気や、負圧を受けて第二キャニスタ１３から脱離した燃料蒸気が第一キャニスタ１２のサブ吸着部４５に導入される。即ち第一検出用通路２８及び第二キャニスタ１３が掃気されるので、先の濃度測定処理によりそれら要素２８、１３に取り込まれた燃料蒸気が次の濃度測定処理に影響を及ぼす事態を回避することができる。また、第一パージ処理においてサブ吸着部４５に吸着される燃料蒸気は、空間部４８の存在によって、時間をかけてメイン吸着部４４に達することとなる。これにより第一パージ処理においては、メイン吸着部４４から脱離してパージ通路２７に導かれる燃料蒸気の増大が発生しないようになるので、実パージ濃度が直前の濃度測定処理による算出濃度Ｄからずれることを防止できる。

さらに加えて本実施形態によると、主作動が終了した後においては、通常、連通制御弁１９が閉状態とされる。その結果、第一パージ処理によりサブ吸着部４５に吸着された燃料蒸気が主作動終了後に脱離して第一検出用通路２８や第二キャニスタ１３に誤って到達することを防止できる。したがって、そのようなサブ吸着部４５からの脱離蒸気が次の濃度測定処理に影響を及ぼす事態を回避することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、電動機２００と発電機７００を独立して備えるハイブリッド自動車を示したが、電動機の機能と発電機の機能とを発揮するモータジェネレータを備えるハイブリッド自動車にも、本発明を適用することができる。

本発明のハイブリッド自動車用制御装置が搭載されるハイブリッド自動車の構成図である。 内燃機関１００および本発明の一実施形態に係るハイブリッド自動車用制御装置の構成図である。 本発明の原理を説明するための特性図である。 一実施形態に係るハイブリッド自動車用制御装置の主作動を説明するためのフローチャートである。 一実施形態に係るハイブリッド自動車用制御装置の主作動及び第一キャニスタ開放作動を説明するための模式図である。 一実施形態に係るハイブリッド自動車用制御装置の第一キャニスタ開放作動を説明するための模式図である。 図４の濃度測定処理を説明するための特性図である。 図４の濃度測定処理を説明するためのフローチャートである。 図４の濃度測定処理を説明するための模式図である。 図４の濃度測定処理を説明するための特性図である。 図４の濃度測定処理を説明するための模式図である。 図４の濃度測定処理を説明するための模式図である。 図４のパージ処理を説明するためのフローチャートである。 図４のパージ処理を説明するための模式図である。 図４のパージ処理を説明するための模式図である。

符号の説明

２…燃料タンク、１０…燃料蒸気処理装置、１２…キャニスタ、１４…ポンプ（ガス流発生手段）、１６…差圧センサ（圧力検出手段）、２０…通路切換弁（検出用通路切替え手段）、２８…検出用通路、５０…絞り、１００…内燃機関、２００…電動機、５００…二次電池、７００…発電機。

Claims (2)

1. 走行用駆動源としての電動機（２００）と、該電動機（２００）に電力を供給する二次電池（５００）と、該二次電池（５００）の充電を行う発電機（７００）と、該発電機（７００）を駆動する内燃機関（１００）とを備えるハイブリッド自動車に適用され、
   燃料タンク（２）内で蒸発した燃料をキャニスタ（１２）に一時的に吸着した後に蒸発燃料を含む混合気を前記内燃機関（１００）に供給する燃料蒸気処理装置（１０）と、
   前記キャニスタ（１２）の蒸発燃料吸着状態に基づいて前記内燃機関（１００）の運転を制御する内燃機関制御手段（ステップＳ１０３、Ｓ１０５、Ｓ１０７）とを備え、
   前記燃料蒸気処理装置（１０）は、
   途中に絞り（５０）を有する検出用通路（２８）と、
   該検出用通路（２８）内を減圧してガス流を発生させるガス流発生手段（１４）と、
   前記検出用通路（２８）を両端で大気に開放して前記検出用通路（２８）に流れるガスを空気とする第一状態と、前記検出用通路（２８）を前記キャニスタ（１２）と連通して前記検出用通路（２８）に流れるガスを前記混合気とする第二状態とのいずれかに切替える検出用通路切替え手段（２０）と、
   前記絞り（５０）と前記ガス流発生手段（１４）とにより決まる圧力を検出する圧力検出手段（１６）と、
   前記第一状態における検出圧力と前記第二状態における検出圧力とに基づいて前記混合気の燃料蒸気濃度を演算する燃料蒸気濃度演算手段（Ｓ１０２）とを備え、
   前記内燃機関制御手段（ステップＳ１０３、Ｓ１０５、Ｓ１０７）は、前記燃料蒸気濃度演算手段（Ｓ１０２）にて演算した前記混合気の燃料蒸気濃度が所定値に達したときに、前記内燃機関（１００）を起動させるとともに、前記キャニスタ（１２）に吸着された蒸発燃料の前記内燃機関（１００）への供給を前記燃料蒸気処理装置（１０）に実行させることを特徴とするハイブリッド自動車用制御装置。
2. 前記燃料蒸気処理装置（１０）は、前記燃料蒸気濃度演算手段（Ｓ１０２）による前記混合気の燃料蒸気濃度を演算する処理を開始するか否かを決定する濃度演算開始判定手段（ステップＳ１０１）を備え、
   この濃度演算開始判定手段（ステップＳ１０１）は、
   前記燃料蒸気濃度演算手段（Ｓ１０２）にて前記混合気の燃料蒸気濃度を最後に演算してから現在までの経過時間が設定時間以上になったときに、前記燃料蒸気濃度演算手段（Ｓ１０２）による前記混合気の燃料蒸気濃度を演算する処理を開始するように決定するとともに、
   最後に演算した前記混合気の燃料蒸気濃度の値が大きくなるのに伴って、前記設定時間を短くすることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車用制御装置。

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