JP2006083862A - 車両用燃料蒸気制御システムにおける蒸発燃料の排出を検出する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関が動作していないときに、効率的に燃料蒸気の排出を検出する。
【解決手段】燃料蒸気制御システム内の負圧を吸引するために、内燃機関が動作していないときに、これを電気モーター又は発電機によって回転させる。燃料蒸気制御システムにおいて、許容できない状態が存在するか否かを判定するために、負圧の流出が監視される。車両が停止しているか又は電気駆動モードにあるかのいずれかにおいて、蒸発燃料の排出テストを実行することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、概略的には車両用のエミッション制御システムに関し、より具体的には、車両のための燃料蒸気制御システムからの蒸発燃料の排出を検出する方法に係る。

内燃機関駆動の車両において、蒸発燃料、つまり燃料蒸気が燃料タンクから大気中へ放出されるのを防止するための燃料蒸気制御システムが周知である。このような制御システムは、蒸気の挙動を制御する複数の主要な構成部品、すなわち、蒸気制御バルブ、燃料蒸気制御弁、及び、蒸気を吸収するカーボン・キャニスターなどを含む。

そのようなシステムでは、燃料蒸気が不適切に換気される場合があり、その結果としてエンジン（内燃機関）の性能が低下したり、蒸気が大気中へ排出される可能性がある。そこで、燃料蒸気制御システムにおいて適切な補正処置がとられ得るように、上記のような蒸気の排出を検出するための様々な車載診断システムが考案されてきた。

通常、燃料蒸気の排出を検出する方法には、(1)燃料蒸気制御システムに負圧を供給するために、エンジンの吸気マニフォールドを接続する、(2) 燃料蒸気制御システムを密閉し、及び／又は、(3) 制御システム内に生じた負圧の流出状態を監視する、ことが含まれ得る。内燃機関によってのみ駆動される車両においては、それらの工程はエンジンが動作しているときにのみ実行し得るものなので、エンジン制御の要求と前記燃料蒸気の排出の検出手順とを調和させる必要があり、このことが双方に制約をもたらす。

この問題は、内燃機関と電気駆動モーターの両方を用いるハイブリッド駆動車両においてはさらに悪化する。すなわち、ハイブリッド駆動車両は、内燃機関（IC）モードにおいて動作するときには、動作効率を最高化するために、かなりの期間にわたり比較的スロットル開度の大きな状態で動作する傾向があるが、全開又は全開近くのスロットル開度において、吸気マニフォールド圧力は比較的高くなり（負圧が小さくなり）、燃料蒸気の排出の検出を容易にするために燃料蒸気制御システム内に負圧を引き込むエンジンの能力を制限するからである。

従って、この分野には、内燃機関（エンジン）が動作していないときに、効率的に機能し得る、燃料蒸気の排出の検出方法に対する必要性が存在する。本発明は、この必要性を満足することを意図している。

本発明によれば、内燃機関が動作していないときに、この内燃機関により駆動され得る車両からの燃料蒸気の排出を検出する方法が提供される。車両が動作中でないとき、又は車両が、燃料電池又は他の電力源と組み合わせられた電気モーターのような代替駆動源により動力を供給されるときに、燃料蒸気の排出を検出することが出来る。本発明の実施形態の一つによれば、燃料蒸気制御システムへ負圧を供給するために、動作中でない内燃機関を強制的に回転させるのに、モーターとして動作可能な車載電気機械を有効利用する。燃料蒸気制御システムはそのとき、エミッション制御システムの適切な動作を診断するために、監視される。

本発明の第１実施形態によれば、内燃機関が動作していないときに、内燃機関からの燃料蒸気の排出を検出する方法が、提供される。この方法は、燃料蒸気制御システムからの燃料蒸気の逃げを制御するために用いられる第１弁を閉じる工程、スロットルを介して上記内燃機関へ空気が入るのを防ぐために該スロットルを閉じる工程、上記内燃機関を上記燃料蒸気制御システムと接続するための燃料蒸気制御弁を開く工程、この燃料蒸気制御弁を閉じる工程、及び、その変化が上記燃料蒸気制御システム内の許容できない状態の可能性を表わす、当該燃料蒸気制御システム内の燃料蒸気圧力を計測する工程、を含む。

スロットルは、上記内燃機関の吸気マニフォールドへの空気流を阻止する閉位置へスロットル・プレートを移動させることにより、閉じられる。内燃機関の回転は、電気駆動モーター、又は駆動モーターとして動作させられる車載発電機のいずれかを用いて、実行される。電気駆動モーター又は発電機が内燃機関を回転させるための動力源として用いられるハイブリッド動力車両において、この検出方法を用いることが出来る。

本発明の第２実施形態によれば、内燃機関と電気駆動モーターを備えたハイブリッド動力車両の燃料蒸気制御システムにおける蒸発燃料の排出を検出するための方法が、提供される。この方法は、上記内燃機関が動作しているか否かを判定する工程、上記内燃機関が動作していないと判定されるときに上記燃料蒸気制御システムを閉じる工程、上記内燃機関を上記燃料蒸気制御システムに接続する燃料蒸気制御弁を開く工程、当該制御システム内の燃料蒸気圧力を低減するために上記内燃機関を回転させる工程、上記燃料蒸気制御弁を閉じる工程、及び、蒸発燃料の排出が存在するか否かを判断するために、上記燃料蒸気制御システム内の蒸気圧力を計測する工程、を有する。

これらの限定するものではない特徴は、本発明の他の利点と共に、本発明の好ましい実施形態の説明の以下の詳細を考慮することにより、より良く理解され得る。その説明の途中において、添付の図面を頻繁に参照していく。

図１を最初に参照すると、車両には、全体として符号10により示される燃料蒸気制御システムが備えられている。図示の実施形態において、車両は、ハイブリッド動力形のものであり、一組の歯車機構42を介して一つ又はそれ以上の駆動輪44を駆動する内燃機関（エンジン）38と電気モーター50とにより駆動される。電気モーター50は、直流出力を持つバッテリー46に蓄えられたエネルギーがインバーター48により交流に変換されて、駆動される。電気モーター50は、バッテリー46を充電するために用いられる電力を発するために、再生モードで動作させられ得る。これに加えて、発電機40もまた電気エネルギーを発生し、内燃機関38により直接、又は歯車機構42を介してのいずれかにより駆動される。発電機40はまた直接駆動接続、又は歯車機構42を介しての接続のいずれかにより、内燃機関38を回転（クランキング）させることが出来る電気モーターとしても、動作し得る。上述の駆動構成部品は、電子エンジン制御（electronic engine control: EEC）ユニット34により制御され、そのEECは、排出制御システム10の動作をも制御する。

燃料蒸気制御システム10は、燃料タンク12を含み、この燃料タンク12の内部容積は一つ又は複数の蒸気キャニスター16及び内燃機関38の吸気マニフォールド14と連通している。燃料タンク12は、燃料を内燃機関38へ供給し、典型的には蒸気換気弁18及びロールオーバー・バルブ20を含む。燃料タンク12はまた、過剰な負圧又は正圧が燃料タンク12へ印加されるのを防ぐための、燃料タンク・キャップと一体の負圧開放弁22を含むことが出来る。燃料タンク12は更に、燃料タンク圧力又は負圧を監視するためとEEC 34への対応する入力信号を発生するための圧力変換器24を含む。圧力変換器24は、燃料タンク12へ直接組み込むことも、離間して取り付け、燃料タンク12へ管路により接続することも出来る。

蒸気キャニスター16は、燃料タンク12から出て来た燃料蒸気を捕捉し、そして次のように用いるために設けられている。蒸気キャニスター16は、キャニスター換気弁（canister vent valve: CVV：第１弁）26を介して大気へ接続される。蒸気キャニスター16内に引き込まれる空気を濾過するためのフィルター28を、CVV 26と大気との間に設けることも出来る。CVV 26は、EEC 34により電気接続を通じて制御される通常時開放のソレノイド弁である。

燃料蒸気制御弁（vapor management valve: VMV）30が、吸気マニフォールド14と燃料タンク12及び蒸気キャニスター16との間に接続される。VMV 30は、通常時閉塞の負圧応動式ソレノイドを有するものとすることが出来、ソレノイドもまた、EECにより励起される。VMV 30が開くと、吸気マニフォールド14の負圧により蒸気キャニスター16から燃料蒸気が吸引されて、内燃機関38の気筒において燃焼される。EEC 34がVMV 30の励起を停止しているときには、燃料蒸気は蒸気キャニスター16内に吸蔵される。

システム10は更に、VMV 30と燃料タンク12及び蒸気キャニスター16との間に結合されるサービス・ポート32を含むものとすることが出来る。サービス・ポート32は、オペレーターが、故障を特定するために、排出制御システム10内の診断を実行する助けをする。

CVV 26及びVMV 30を制御するのに加えて、EEC 34はまた、吸気マニフォールド14への空気の流量を制御するスロットル・ボディ（不図示）の一部を形成するスロットル・プレート36を制御する。

EEC 34は、車両が走行しているときに所定のタイミングで、燃料蒸気制御システム10が適切に機能しているか否かを判断するための一連の診断テスト・ルーチンを実行する。これらの診断テストは、蒸発燃料の排出が比較的大きいことの検出とそれが比較的小さいことの検出とを含むものとすることが出来る。しかしながら、本発明の方法によれば、車両が電気モーター50の動力で駆動されているか、車両が静止していて内燃機関38が動作していないときのいずれかの場合のように、内燃機関38が動作していないときにも、制御システム10内の蒸発燃料の排出の可能性を判定するための診断テストを実行し得る。

本発明の方法は、ここで、本方法を構成する各工程のフローチャートを示す図２もまた参照することにより、より良く理解することが出来る。蒸発燃料の排出検出方法は、ステップ52において開始され、そして、周期的な診断テストを行うEEC 34又は他の車載制御器に対して応答する。蒸発燃料排出テストを実行する必要があるか否かについての判断が、現在の車両動作状態乃至履歴データに基づき、ステップ54において最初に行なわれる（アイドル排出テスト必要？）。例えば、車両のイグニッションのオンへの切り換えの後10分以内に蒸発燃料排出テストが実行されることを、予めプログラムされた命令によって指示することが出来る。蒸発燃料排出テストが開始されるべきことが確認されたならば、ステップ56において、一連の動作条件が確認される。例えば、蒸発燃料排出テストに進む前に、燃料タンク12内の圧力が規定範囲内にあること、センサー又はアクチュエーターの故障が無かったこと、タンク12が最近再給油されなかったこと、内燃機関制御が閉ループ・モードにあること、そして車両がアイドル状態にあること、が確認されなければならない。更に、大気圧が充分に高いこと、外気温（雰囲気温度）が規定範囲内であること、累積内燃機関運転時間が充分に短いこと、そして、タンク12内の燃料のレベルが一定範囲内であること、が確認される。

ステップ56における状態が確認されると、内燃機関38が動作しているか否かの判断が、ステップ58においてなされる。内燃機関38が動作しているならば、EEC 34が、通常の制御システム10の蒸発燃料排出テストを開始する。一方、ステップ58において内燃機関が動作していないと判定されるならば、本発明の方法の蒸発燃料排出テストを実行するために、以下のステップが実行される。

最初にステップ62において、バッテリー46が規定範囲の充電状態（state of charge: SOC）にあるか否かについての判断がなされる。バッテリーSOCが規定範囲内にないとき、処理はステップ54へ戻る。一方、SOCが規定範囲内にあるとき（ＳＯＣは充分）、処理はステップ64へ進み、そこにおいてCVV 26とスロットル・プレート36の両方が閉じられる。CVV 26とスロットル・プレート36の両方が閉じた状態では、大気がCVV 26を通ってシステム内に入ることがなく、そして新気が吸気マニフォールド14へ入ることがないので、燃料蒸気制御システム10は大気から有効に遮断される。

次に、ステップ66においてVMV 30が開かれ、内燃機関38は制御システム10との流体連通状態に置かれる。そして、ステップ68において、発電機40が内燃機関38を回転（又は「クランキング」）させるためにモーターとして動作し、内燃機関のピストンに往復運動をさせる。このことで、そのピストンのシリンダーから排気マニフォールド（不図示）へ空気が押し出される。それで、内燃機関38の回転は吸気マニフォールド14内、ひいては燃料蒸気制御システム10を構成するライン及び構成部品内の蒸気圧力を低下させる。EEC 34は、制御システム10内の蒸気圧力を監視し、そして、この圧力が、蒸発燃料の排出を検出するために必要な負圧に相当する予め設定されたレベルまで降下すると（ステップ70）、EEC 34が、内燃機関38の回転を停止するように、発電機40に命令する。しかしながら、要求負圧レベルがステップ72に示される予め設定された期間内に達成されないならば、蒸発燃料の排出検出方法は停止させられ、別の制御に、即ち、例えばステップ74のように、通常の蒸発燃料テストと同様に燃料蒸気の排出量が多いことを表示する制御に、進む。

これに対し、内燃機関38の回転が制御システム10内の蒸気圧力を予め選択されたレベルまで規定期間内に降下させたと判断されると、ステップ76においてVMV 30が閉じられ、そしてステップ78において内燃機関38の回転が終了される。この時点において吸気マニフォールド14は、制御システム10の残りの部分から切り離されており、EEC 34は、制御システム10内における負圧の流出度合を監視する。この負圧の流出度合、つまり、制御システム10内の負圧の減少（圧力の上昇）は、該制御システム10内の蒸発燃料が（漏れて）排出される可能性を表している。すなわち、圧力の変化が予め設定された度合を越えれば、EEC 34内にフラグが立てられる。それが、何らかの修正動作又は修理を必要とする蒸発燃料の排出の可能性を記録する。

上述の点から、本発明は、排出制御システム10内に負圧を発生するために内燃機関38を用い、それから燃料蒸気制御システム10を密閉し、続いて、その負圧をシステム10が維持する能力を監視する、非常に簡便な方法を提供することが判る。ハイブリッド車両において用いられるとき、内燃機関が動作していないときに負圧を生成するために、内燃機関38を回転させるのに、電気駆動モーター又は発電機を利用することが出来る。発電機40が内燃機関38を回転させる動力手段として開示されているものの、その回転力はまた、歯車機構42を介して内燃機関38のクランクシャフトへトルクとして伝達される電気モーター20からの動力により、生成することも出来る。

以上、述べてきた特定の方法及び手法は、単に本発明の原理の適用の一つを示すものに過ぎないことが理解されるはずである。本発明の真の思想及び範囲から逸脱することなしに、様々な変更をなすことが出来る。

燃料蒸気制御システムを備えたハイブリッド動力車両のブロック及び概略構成図である。 本発明の好ましい実施形態を構成する方法の各ステップを示すフローチャートである。

符号の説明

10 燃料蒸気制御システム
30 燃料蒸気制御弁
38 内燃機関

Claims (24)

1. 内燃機関が動作していないときに、この内燃機関が搭載された車両の燃料蒸気制御システムにおける蒸発燃料の排出を検出する方法であって、
   上記内燃機関を上記燃料蒸気制御システムに接続する燃料蒸気制御弁を開く開放工程と、
   上記燃料蒸気制御システムにおける燃料蒸気の圧力を低下させるために上記内燃機関を回転させる回転工程と、
   その変化が上記燃料蒸気制御システムにおける蒸発燃料の排出の可能性に関連する、上記燃料蒸気制御システムにおける燃料蒸気の圧力を計測する計測工程と、
   を有する方法。
2. 上記開放工程に先立ち、
   上記燃料蒸気制御システムから大気への蒸発燃料の漏れを制御する第１弁を閉じる工程と、
   上記内燃機関のスロットルを介して上記内燃機関へ空気が入ることを防止するために、上記スロットルを閉じる工程と、
   を更に有する請求項１の方法。
3. 上記回転工程と上記計測工程との間に、上記燃料蒸気制御弁を閉じる工程を更に有する請求項２の方法。
4. 上記スロットルを閉じる上記工程が、上記内燃機関への空気の流れを制御するスロットル・プレートを閉じる工程を有する、請求項２又は３のいずれかの方法。
5. 上記回転工程では、電気駆動モーターを用いて上記内燃機関に動力を供給する、前記請求項１〜４のいずれか１つの方法。
6. 上記回転工程が予め設定された長さの期間にわたり継続する、前記請求項１〜５のいずれか１つの方法。
7. 上記計測工程が上記予め設定された長さの期間にわたり継続する、請求項６の方法。
8. 上記予め設定された長さの期間の後で、燃料蒸気制御弁を閉じる工程を更に有する、請求項６又は７のいずれかの方法。
9. 上記回転工程が予め設定された長さの時間、継続し、そして、
   上記計測された蒸気圧力が予め設定された圧力を下回るときに、上記燃料蒸気制御弁を閉じる工程を更に有する、前記請求項１〜８のいずれか１つの方法。
10. 上記回転工程では、電気モーターとして機能する発電機によって上記内燃機関へ動力を供給する、前記請求項１〜９のいずれか１つの方法。
11. 予め設定された長さの時間にわたり蒸気圧力が計測された後で、上記内燃機関の回転を終了させる工程を更に有する、前記請求項１〜10のいずれか１つの方法。
12. 上記内燃機関の回転が終了した後で蒸気圧力を監視する工程を更に有する、請求項11の方法。
13. 燃料タンク、換気口への燃料蒸気の流れを制御するベント・バルブ、内燃機関の吸気マニフォールドへの空気の流れを制御するスロットル弁、及び、該内燃機関との間の燃料蒸気の流れを制御する燃料蒸気制御弁を備えた燃料蒸気制御システムにおける、蒸発燃料の排出を検出する方法であって、
    上記ベント・バルブを閉じる工程と、
    空気が上記内燃機関から吸引されるのを防止するために、上記スロットル弁を閉じる工程と、
    上記吸気マニフォールドを上記燃料蒸気制御システムとの流体連通状態に置くために、上記燃料蒸気制御弁を開く工程と、
    上記燃料蒸気制御システム内に負圧を作り出すために、補助動力源を用いて上記内燃機関を回転させる回転工程と、
    上記燃料蒸気制御弁を閉じる工程と、
    その変化が上記燃料蒸気制御システムにおける蒸発燃料の排出の可能性を表示する、該燃料蒸気制御システム内の蒸気圧力を計測する計測工程と、
    を有する方法。
14. 上記スロットル弁を閉じる工程が、上記吸気マニフォールドへの空気流を制御するスロットル・プレートを閉じる工程を有する、請求項13の方法。
15. 上記回転工程が、補助動力源として発電機を用いることにより実行される、請求項13又は14のいずれかの方法。
16. 上記回転工程が、上記燃料蒸気制御システム内の蒸気圧力が予め設定された圧力値まで降下するまで、継続される、請求項13〜15のいずれか１つの方法。
17. 上記回転工程が、予め設定された長さの時間にわたり継続させられる、請求項13〜15のいずれか１つの方法。
18. 上記内燃機関の回転を停止する工程を更に有し、そして、
    上記計測工程が、上記回転工程が停止した後で実行される、請求項13〜17のいずれか１つの方法。
19. 内燃機関と電気駆動モーターを搭載したハイブリッド駆動車両の燃料蒸気制御システムにおける蒸発燃料の排出を検出する方法であって、
    上記内燃機関が動作しているか否かを判定する工程と、
    上記内燃機関が動作していないと判定されるならば、上記燃料蒸気制御システムを閉じる工程と、
    上記内燃機関を上記燃料蒸気制御システムに接続する燃料蒸気制御弁を開く工程と、
    上記燃料蒸気制御システムにおける燃料蒸気圧力を低下させるために、上記内燃機関を回転させる回転工程と、
    上記燃料蒸気制御弁を閉じる工程と、
    その変化が上記燃料蒸気制御システムにおける蒸発燃料の排出の可能性を表示する、該燃料蒸気制御システムにおける蒸気圧力を計測する工程と、
    を有する方法。
20. 上記燃料蒸気制御システムを閉じる工程が、該燃料蒸気制御システムを大気に接続するバルブを閉じる工程を有する、請求項19の方法。
21. 上記燃料蒸気制御システムを閉じる工程が更に、上記内燃機関への空気の流れを防ぐために内燃機関のスロットル弁を閉じる工程を更に有する、請求項20の方法。
22. 上記燃料蒸気制御システムを閉じる工程が、上記内燃機関への空気の流れを防ぐために内燃機関のスロットル弁を閉じる工程を更に有する、請求項19の方法。
23. 上記回転工程が、上記電気駆動モーターにより上記内燃機関を回転させる工程を有する、請求項19〜22のいずれか１つの方法。
24. 上記回転工程が、発電機により上記内燃機関を回転させる工程を有する、請求項19〜23のいずれか１つの方法。
    

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