JP4591359B2

JP4591359B2 - 内燃機関の蒸発燃料処理装置

Info

Publication number: JP4591359B2
Application number: JP2006013106A
Authority: JP
Inventors: 修事湯田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: JP2007192182A

Description

本発明は、キャニスタから複数の気筒群のそれぞれにパージガスを導くためのパージ経路が気筒群間で共用される共用部と気筒群毎の分岐部とを有し、分岐部のそれぞれにパージ弁が設けられた内燃機関の蒸発燃料処置装置に関する。

Ｖ型エンジンのように複数の気筒群を備えた内燃機関に適用される蒸発燃料処理装置として、複数の気筒群間で共用されるキャニスタから吸気系へパージガスを導くためのパージ経路が各気筒群に分岐され、その分岐された経路のそれぞれにパージガスの流量を調整するためのパージ弁が設けられた装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平８−２４０１４４号公報

ところで、パージ弁を通過するパージガスの圧力はパージ弁の開度とパージ弁の前後の圧力差とによって制御される。そのため、キャニスタからパージ弁までの経路の一部が気筒群間で共用された構成では、各パージ弁を通過するパージガスの流量が他のパージ弁の開度の影響で変化する。その理由は、パージ経路の共用部における圧力損失が、その共用部を流れるパージガスの流量（合計ガス流量）に依存して変化するためである。すなわち、パージ弁の上流側の圧力はキャニスタに取り込まれる大気圧よりもキャニスタからパージ弁までのパージ経路の圧力損失分だけ低下するが、パージガスの流れる経路が気筒群間で相互に独立していれば、パージ弁を通過するパージガスの流量はそのパージ弁の下流側に接続された吸気通路の圧力（吸気管圧力）とパージ弁の開度とに基づいて一義的に特定することができる。しかし、パージ経路に共用部が存在すると、合計ガス流量によって圧力損失が変化するため、一つのパージ弁の開度及びそのパージ弁の下流の圧力が決まっても、他のパージ弁の開度が変化すれば各パージ弁の前後の圧力差が変化し、その影響でパージ弁を通過するガスの流量が変動する。このような場合には、パージ弁を通過するガスの流量をパージ弁の開度と吸気通路の圧力（つまり、パージ弁の下流側に作用する圧力）とから特定することができない。このため、パージ経路が気筒群毎に完全に独立している場合の吸気管圧力、パージ弁開度及びパージガス流量との関係に基づいてパージガスの目標流量に対応する開度を設定しても、実際にパージ弁を通過するパージガスの流量が目標流量からずれるおそれがある。また、上記の関係を利用してパージ弁を通過するパージガスの流量を推定した場合には、正確な流量を推定できないおそれがある。

そこで、本発明は、パージ経路が複数の気筒群間で共用される共用部と気筒群毎に分岐された分岐部とを有し、分岐部のそれぞれにパージ弁が設けられている場合でも、パージ弁の目標開度、又はパージ弁を通過するパージガスの流量の演算精度を高めることが可能な内燃機関の蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の蒸発燃料処理装置は、キャニスタから複数の気筒群のそれぞれにパージガスを導くように設けられ、前記複数の気筒群間で共用される共用部と、該共用部から気筒群毎に分岐された分岐部とを有するパージ経路と、前記パージ経路の前記分岐部のそれぞれに設けられてパージガスの流量を調整するパージ弁と、各パージ弁を目標開度に制御するパージ弁制御手段と、を具備し、前記パージ弁制御手段は、前記パージ弁の目標開度又は該目標開度に対応するパージガスの流量の少なくともいずれか一方を演算する演算手段を有し、前記演算手段は、いずれかのパージ弁を演算対象として演算を実行する際に、演算対象外のパージ弁が閉じている状態を前提として求められる演算値を、前記演算対象外のパージ弁の開度の影響を考慮して補正することにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の蒸発燃料処置装置によれば、いずれかのパージ弁を演算対象として目標開度又はパージガスの流量を演算する際に、まずその演算対象のパージ弁のみが開き、他のパージ弁が閉じている状態を前提として演算が行われ、得られた演算値が他のパージ弁の開度の影響を考慮して補正される。これにより、パージ経路の共用部を流れるパージガスの圧力損失の変化を演算値に反映させ、目標開度又はパージガスの流量の演算精度を高めることができる。

本発明の蒸発燃料処置装置の一形態において、前記演算手段は、演算対象外のパージ弁が閉じている状態を前提として前記演算対象のパージ弁の目標開度を演算し、その求めた目標開度を、前記共用部を通過するパージガスの流量が大きいほど増加するように補正してもよい（請求項２）。この形態によれば、演算対象外のパージ弁が開いて共用部のガス流量が増加した場合、その増加に見合うように演算対象のパージ弁の目標開度が増加方向に補正される。従って、目標開度の演算精度を高め、それにより、パージ弁を通過するパージガスの流量のと目標流量との誤差を減少させることができる。

本発明の蒸発燃料処置装置の一形態において、前記演算手段は、演算対象外のパージ弁が閉じている状態を前提として前記演算対象のパージ弁の目標開度に対応するパージガスの流量の推定値を演算し、その求めた流量の推定値を、前記共用部を通過するパージガスの流量が大きいほど低下するように補正してもよい（請求項３）。この形態によれば、演算対象外のパージ弁が開いて共用部のガス流量が増加した場合、その増加に見合うように演算対象のパージ弁を通過するパージガスの流量の推定値が減少方向に補正される。これにより、パージ弁を通過するパージガスの流量の推定精度を高めることができる。パージガスの流量の推定値は例えば内燃機関における燃料噴射量の補正のように、パージガスの流量に関連付けて実行されるべき各種の運転制御においてこれを利用することができる。

なお、本発明において、パージ経路は、キャニスタ内部の吸着層からパージポートを経て気筒群の吸気通路に至るまでの経路を意味し、その共用部はキャニスタの外部に明示的に存在するものに限らず、キャニスタ内部に存在するものでもよい。演算手段が実行する演算は所定の演算式に従って目標開度あるいは流量を演算する態様に限らず、マップ、テーブルといったデータを参照して目標開度あるいは流量を引き当てるような処理も演算手段による演算の概念に含まれる。

以上に説明したように、本発明によれば、いずれかのパージ弁を演算対象として目標開度又はパージガスの流量を演算する際に、その演算対象のパージ弁のみが開き、他のパージ弁が閉じている状態を前提として演算が行われ、得られた演算値が他のパージ弁の開度の影響を考慮して補正されるため、パージ経路の共用部を流れるパージガスの圧力損失の変化を演算値に反映させ、目標開度又はパージガスの流量の演算精度を高めることができる。

図１は本発明の一形態に係る内燃機関の蒸発燃料処理装置を示している。内燃機関（以下、エンジンと称する。）１は、一対のバンク２Ｌ、２Ｒをクランク軸の回りに適宜のバンク角だけ互いに傾けて配置したいわゆるＶ型エンジンとして構成されている。バンク２Ｌ、２Ｒにはそれぞれ複数（図では３つ）のシリンダ３が設けられている。一方のバンク２Ｌのシリンダ３が一つの気筒群を、他方のバンク２Ｒのシリンダ３が他の一つの気筒群をそれぞれ構成する。一方のバンク２Ｌに対しては吸気通路４Ｌ及び排気通路５Ｌが接続され、他方のバンク２Ｒに対しては他の吸気通路４Ｒ及び排気通路５Ｒがそれぞれ接続されている。吸気通路４Ｌ、４Ｒは互いに独立し、排気通路５Ｌ、５Ｒも少なくともそれぞれの上流側において互いに独立している。吸気通路４Ｌ、４Ｒには、吸入空気量を調整するためのスロットル弁６がそれぞれ設けられている。スロットル弁６の開度、あるいは不図示の燃料噴射弁の燃料噴射動作、不図示の吸気弁及び排気弁の動弁特性は、コンピュータユニットとしてのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）７Ｌ、７Ｒにより、バンク２Ｌ、２Ｒ毎に個別に制御される。つまり、エンジン１の運転状態は、バンク毎、言い換えれば気筒群毎にＥＣＵ７Ｌ、７Ｒによって個別に制御される。但し、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは通信回線８を介して双方向に通信可能である。通信回線８を介して情報を交換することにより、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒは、自己が担当するバンク（以下、自バンクと称することがある。）の運転制御のために、他のバンクの運転状態に関する情報を参照可能である。

エンジン１には蒸発燃料処理装置１０が設けられている。蒸発燃料処理装置１０は、不図示の燃料タンクで発生する燃料蒸気を吸着するキャニスタ１１と、そのキャニスタ１１から各気筒群の吸気通路４Ｌ、４Ｒにパージガスを導くためのパージ経路１２と、パージ経路１２を介して吸気通路４Ｌ、４Ｒに導かれるパージガスの流量を調整するためのパージ弁１３Ｌ、１３Ｒとを備えている。パージ経路１２は、気筒群間で共用される単一の共用部１２Ａと、その共用部１２Ａの終端から気筒群毎に分岐された分岐部１２Ｌ、１２Ｒとを備えている。共用部１２Ａはキャニスタの内部のパージガス通路も含む。分岐部１２Ｌ、１２Ｒはスロットル弁６の下流にて吸気通路４Ｌ、４Ｒに接続されている。パージ弁１３Ｌ、１３Ｒは分岐部１２Ｌ、１２Ｒにそれぞれ設けられている。分岐部１２Ｌ、１２Ｒは互いに同一構成であり、パージ弁１３Ｌ、１３Ｒも互いに同一構成である。

パージ弁１３Ｌ、１３Ｒは、一例として、不図示のソレノイド部への通電状態のオン（通電）及びオフ（通電停止）を切り換えてスロットル弁６よりも下流の吸気通路４Ｌ、４Ｒに発生する負圧の導入及び導入停止を制御することにより開閉駆動されるバキュームスイッチングバルブとして構成されている。パージ弁１３Ｌ、１３Ｒの開度は、それぞれのソレノイド部に与える励磁電流のデューティー比の制御によって調整される。そして、パージ弁１３Ｌ、１３Ｒに与える励磁電流のデューティー比は、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒによってバンク毎にそれぞれ独立して制御される。つまり、一方のバンク２Ｌに対応するパージ弁１３Ｌのデューティー比はＥＣＵ７Ｌによって制御され、他方のバンク２Ｒに対応するパージ弁１３Ｒのデューティー比はＥＣＵ７Ｒによって制御される。以下、パージ弁１３Ｌ、１３Ｒの開度制御について説明する。なお、ここでいうデューティ比は、制御の一周期に占めるオン時間の割合、つまりオンデューティ比を意味する。

図２は、ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒがパージ弁１３ｌ、１３Ｒの開度制御のために所定の周期で繰り返し実行するパージ弁制御ルーチンを示すフローチャートである。ＥＣＵ７Ｌ、７Ｒによるパージ弁１３Ｌ、１３Ｒの制御手順は相互に等しく、以下では一方のバンク２Ｌを例に挙げて説明する。図２のパージ弁制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ７ＬはまずステップＳ１で自バンク２Ｌの運転状態を検出し、続くステップＳ２で、検出された運転状態に基づいて自バンク２Ｌに対するパージガスの目標流量を演算する。目標流量の演算は、単一のパージ経路に単一のパージ弁を設けたエンジンを対象とする公知のパージ弁制御と同様に行ってよい。

続くステップＳ３において、ＥＣＵ７Ｌは、そのＲＯＭ内に保持されたパージ流量マップを参照して、現在の吸気管圧力と目標流量とに対応するパージ弁１３Ｌの目標デューティー比を演算する。パージ流量マップは、他方のバンク２Ｒのパージ弁１３Ｒを完全に閉じた状態で、自バンク２Ｌのパージ弁１３Ｌのデューティ比を全閉状態から全開状態に変化させたときのデューティ比とガス流量との関係を吸気管圧力毎に記述したデータである。吸気管圧力は吸気圧センサによる検出値でもよいし、吸入空気量、スロットル弁開度、機関回転数といった運転制御パラメータから演算された推定値でもよい。

次のステップＳ４において、ＥＣＵ７Ｌは他のバンク２Ｒのパージ弁１３Ｒを通過するパージガスの流量をＥＣＵ７Ｒから取得する。例えば、他のバンク２Ｒのパージ弁１３Ｒのデューティ比及び吸気管圧力を取得し、それらの値に対応するパージガスの流量をパージ弁１３Ｒに関するパージ流量マップを利用して所得する。パージ弁１３Ｒに関するパージ流量マップには、パージ弁１３Ｌ、１３Ｒが同一構成であればステップＳ３で参照したパージ流量マップを利用することができる。あるいは、ステップＳ３で参照したパージ流量マップとは別に、パージ弁１３Ｒに関するパージ流量マップをＥＣＵ７ＬのＲＯＭに保持し、これを参照してパージ弁１３Ｒのガス流量を求めてもよい。あるいは、ＥＣＵ７ＲのＲＯＭには、パージ弁１３Ｒに関するパージ流量マップが保持されているため、ＥＣＵ７Ｒに対して現在のパージ弁１３Ｒの吸気管圧力及びデューティ比に対応するガス流量を出力するように要求してもよい。なお、パージ弁１３Ｒに関するパージ流量マップは、バンク２Ｌのパージ弁１３Ｌを完全に閉じた状態で、バンク２Ｒのパージ弁１３Ｒのデューティ比を全閉状態から全開状態に変化させたときのデューティ比とガス流量との関係を吸気管圧力毎に記述したデータである。

続くステップＳ５において、ＥＣＵ７Ｌは、ステップＳ２で求めた目標流量とステップＳ４で取得したガス流量とを比較して、パージ経路１２の共用部１２Ａを流れるパージガスの流量（合計ガス流量）を演算する。次に、ＥＣＵ７Ｌは、得られた合計ガス流量に基づいて、自バンク２Ｌのパージ弁１３Ｌの目標デューティ比を補正する。一例として、合計ガス流量と自バンク２Ｌのパージ弁１３Ｌのデューティー比に対する補正係数（デューティー比補正係数）の関係を記述したデューティ比補正係数マップをＥＣＵ７ＬのＲＯＭに予め格納しておき、そのマップからデューティ比補正係数を取得し、そのデューティ比補正係数をステップＳ３で求めたデューティ比に乗算することによって補正を行う。この場合のデューティ比補正係数は、パージ弁１３Ｌを実際に通過するパージガスの流量をステップＳ２で求めた目標流量に一致させるために必要なデューティ比の補正量を示すものである。

図３はデューティ比補正係数マップにて記述される合計ガス流量と補正係数との関係の一例を示すものである。この例に示すように、デューティ比補正係数と合計ガス流量との間には、合計ガス流量が増加するに従ってデューティ比補正係数が最小値１．０から漸次増加するような関係が存在する。つまり、パージ弁１３Ｌの開度及び吸気通路４Ｌの圧力が一定と仮定しても、パージ弁１３Ｒが開かれて合計ガス流量が増加した場合には、パージ経路１２の共用部１２Ａにおける圧力損失が大きくなり、パージ弁１３Ｌの前後の圧力差が減少する。パージ弁１３Ｌを通過するパージガスの流量はパージ弁１３Ｌの開度とその前後の圧力差とによって定まる。しかも、ステップＳ３で目標デューティ比を求める際に参照したパージ流量マップはパージ弁１３Ｒが閉じている状態を基準として作成されたものであるため、パージ弁１３Ｌを通過するパージガスの流量は、パージ弁１３Ｒが開いて合計ガス流量が増加するほど、言い換えれば、パージ弁１３Ｒの開度が増加するほどステップＳ２の目標流量よりも低下する。従って、パージ弁１３Ｌを実際に通過するパージガスの流量を目標流量に一致させるためには、合計ガス流量が増加するほど目標デューティ比をより大きな値に補正する必要がある。そこで、合計ガス流量と目標デューティー比の補正量との関係を予め適合試験等で把握し、得られた関係をデューティー比補正係数マップにて記述し、これをステップＳ６で参照してパージガスの流量が目標流量に一致するように目標デューティ比を補正している。

目標デューティー比を補正した後、ＥＣＵ７Ｌは補正後の目標デューティー比に従ってパージ弁１３Ｌのデューティ制御を実行する。デューティー制御の実行後、ＥＣＵ７ＬはステップＳ８に進み、現時点における自バンク２Ｌの運転状態を検出する。次のステップＳ９において、ＥＣＵ７Ｌは、ステップＳ７で制御したデューティ比と、ステップＳ８で検出した運転状態、より具体的には通気通路４Ｌの吸気管圧力とに対応するパージガスの流量の推定値をパージ流量マップを参照して演算する。これらの処理は、ステップＳ７で制御したデューティー比に対して、実際にどの程度の流量のパージガスがパージ弁１３Ｌを通過しているかを推定するものである。本来であれば、パージ弁１３Ｌを補正後の目標デューティ比で制御すれば、ステップＳ２で求めた目標流量のパージガスがパージ弁１３Ｌを通過するはずである。しかし、パージ弁１３Ｌのデューティー制御によるパージガス流量の変化よりも、エンジン１の運転状態の変化、例えばスロットル弁６の開度変更に伴う吸気通路４Ｌの圧力変化の方が早期に応答し、その影響でパージガスの流量が目標流量からずれることがある。ステップＳ８及びＳ９の処理はこのようなずれを見込んでパージガス流量を正しく推定するために実行される処理である。

続くステップＳ１０において、ＥＣＵ７Ｌは、ステップＳ９で求めたパージガス流量の推定値をステップＳ５で求めた合計ガス流量に基づいて補正する。この補正は、合計ガス流量と流量補正係数との関係を記述した流量補正マップを参照して合計ガス流量に対応する流量補正係数を求め、ステップＳ９で求めた流量の推定値にその流量補正係数を乗算することにより行う。図４は、流量補正マップにて記述される合計ガス流量と流量補正係数との一例を示す。図４から明らかなように、合計ガス流量と流量補正係数との間には、合計ガス流量が増加するに従って流量補正係数が最大値１．０から漸次減少するような関係が存在する。従って、ステップＳ１０にて得られる補正後の流量推定値は合計ガス流量が増加するほど減少する。このような補正を必要とする理由は、合計ガス流量が増加するほどパージ経路１２の共用部１２Ａにおける圧力損失が増加し、これを考慮に入れないとパージガス流量の推定値に誤差が生じるためである。

パージガス流量の補正後、ＥＣＵ７ＬはステップＳ１１に進み、補正されたパージガスの流量の推定値をＲＡＭ等の記憶装置に記憶する。以上により、ＥＣＵ７Ｌは今回のルーチンを終了する。ステップＳ１１で記憶した流量の推定値は、パージガスの流量を考慮してＥＣＵ７Ｌが実行するエンジン運転制御において参照される。例えば、燃料噴射量の演算において、パージガスの流量に基づく燃料噴射量の補正を実行する場合、ステップＳ１１で記憶した推定値を使用して燃料噴射量の補正値（パージ補正項の値）が決定される。

なお、ＥＣＵ７Ｌによるパージ弁制御ルーチンの実行と並行して、ＥＣＵ７Ｒも図２と同様の手順によりパージ弁１３Ｒに関するデューティ比の制御、及びパージガスの流量の推定値の演算を所定の周期で繰り返し実行する。その実行手順は、ＥＣＵ７Ｌのそれに対して自バンクを２Ｒ、他のバンクを２Ｌとを読み替えるものでよく、その詳細な説明は省略する。以上の形態では、図２のパージ弁制御ルーチンを実行することによりＥＣＵ７Ｌ、７Ｒのそれぞれがパージ弁制御手段として機能し、特に図２のステップＳ１〜Ｓ６及びＳ８〜Ｓ１０を実行することによりＥＣＵ７Ｌ、７Ｒが演算手段として機能する。但し、ＥＣＵはバンク毎に独立して設けられたものに限らず、単一のＥＣＵにより各バンクの運転状態を相互に独立して制御するものでもよい。この場合は、図２のパージ弁制御ルーチンを演算対象となるパージ弁を入れ替えながら各バンクについて実行すればよい。

本発明は以上の形態に限ることなく、適宜の形態で実施してよい。例えば、本発明は２つの気筒群を有する内燃機関に限らず、３以上の気筒群を有する内燃機関にも適用可能である。上記の形態ではパージ弁の目標開度の演算、及びパージガスの流量推定値の演算の両者に関して合計ガス流量を考慮した補正を実行したが、本発明の蒸発燃料処置装置は、目標開度の演算値又は流量推定値の演算値のいずれか一方を演算する場合のみ、演算対象外のパージ弁の開度の影響を考慮して演算値を補正する形態で実施されてもよい。

本発明の一形態に係る内燃機関の蒸発燃料処理装置の概略構成を示す図。図１のＥＣＵがパージ弁の開度制御のために所定の周期で繰り返し実行するパージ弁制御ルーチンを示すフローチャート。デューティ比補正係数マップにて記述される合計ガス流量と補正係数との関係の一例を示す図。流量補正マップにて記述される合計ガス流量と流量補正係数との一例を示す図。

符号の説明

１内燃機関
２Ｌ、２Ｒバンク
３シリンダ
７Ｌ、７Ｒエンジンコントロールユニット（パージ弁制御手段、演算手段）
１０蒸発燃料処理装置
１１キャニスタ
１２パージ経路
１２Ａパージ経路の共用部
１２Ｌ、１２Ｒパージ経路の分岐部
１３Ｌ、１３Ｒパージ弁

Claims

キャニスタから複数の気筒群のそれぞれにパージガスを導くように設けられ、前記複数の気筒群間で共用される共用部と、該共用部から気筒群毎に分岐された分岐部とを有するパージ経路と、
前記パージ経路の前記分岐部のそれぞれに設けられてパージガスの流量を調整するパージ弁と、
各パージ弁を目標開度に制御するパージ弁制御手段と、
を具備し、
前記パージ弁制御手段は、前記パージ弁の目標開度又は該目標開度に対応するパージガスの流量の少なくともいずれか一方を演算する演算手段を有し、前記演算手段は、いずれかのパージ弁を演算対象として演算を実行する際に、演算対象外のパージ弁が閉じている状態を前提として求められる演算値を、前記演算対象外のパージ弁の開度の影響を考慮して補正する、
ことを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置。
前記演算手段は、演算対象外のパージ弁が閉じている状態を前提として前記演算対象のパージ弁の目標開度を演算し、その求めた目標開度を、前記共用部を通過するパージガスの流量が大きいほど増加するように補正する、ことを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
前記演算手段は、演算対象外のパージ弁が閉じている状態を前提として前記演算対象のパージ弁の目標開度に対応するパージガスの流量の推定値を演算し、その求めた流量の推定値を、前記共用部を通過するパージガスの流量が大きいほど低下するように補正する、ことを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。