JP4849027B2 - ハイブリッド車両の蒸発燃料処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料タンクから発生する蒸発燃料の処理を行うハイブリッド車両の蒸発燃料処理装置に関する。
一般に、エンジンは、燃料タンクで発生した蒸発燃料(エバポガスとも言う)を吸蔵するキャニスタ、及び蒸発燃料をキャニスタからパージして燃焼室に供給するパージ制御手段を有し、エンジンの運転中にキャニスタに吸蔵された蒸発燃料を随時パージしてエンジンで燃焼させるようになっている。
しかし、エンジン及びモータを動力源とするハイブリッド車両では、走行中にエンジンが停止する場合が多く、エンジンの停止中には、燃料タンクで発生した蒸発燃料を燃焼室に供給して燃焼させることはできない。
そこで、本発明は上記の問題に鑑み、エンジンが停止するハイブリッド車両において、燃料タンクで発生した蒸発燃料を適切に処理するハイブリッド車両の蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明によれば、車輪を駆動する動力源が内燃機関を駆動しているときに、前記内燃機関の排気通路上に配置された排気浄化触媒に前記内燃機関の燃料タンクで発生した蒸発燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料供給手段が前記蒸発燃料を供給しているときに、前記内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブの開弁期間が重複するように前記吸気バルブおよび前記排気バルブを制御するバルブ制御手段と、を備え、前記燃料供給手段は、前記燃料タンクで発生した前記蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記排気通路の前記排気浄化触媒と前記内燃機関との間の部分と前記キャニスタとを接続する配管と、前記配管に配置されて前記キャニスタからパージされた前記蒸発燃料の量を調整するバルブと、前記バルブを制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記排気浄化触媒に供給される前記蒸発燃料の量が前記排気浄化触媒の温度上昇に応じて増加するように、前記バルブを制御することを特徴とするハイブリッド車両の蒸発燃料処理装置が提供される。
本発明によれば、ハイブリッド車両において、燃料タンクで発生した蒸発燃料を適切に処理することを可能とする効果を奏する。
各図において、同一または相当する部分には同一符号を付して説明を簡素化ないし省略する。
以下の順番でハイブリッド車両において、内燃機関であるエンジンの排気管の排気浄化触媒上流にキャニスタから吸蔵した蒸発燃料を供給して、あわせて、エンジンの吸気管から吸入空気を排気管の排気浄化触媒上流に供給するハイブリッド車両の蒸発燃料処理装置について説明する。
図1は実施例1の基本構成を説明するための模式図である。図1は内燃機関であるエンジンの全体を示す模式図である。同図において、エンジン本体11には、各種のセンサが取り付けられている。ECU(電子制御装置:Electronic Control Unit)10は、各種センサからの情報を取り込み、以下の制御を行う。ECU10は、ステップモータ16のアクチュエータを制御して電子スロットル7を制御し、自由に開度設定を行って吸入空気を調整することができる。吸入空気はエアクリーナ18から吸気管24内に進入し、エアフロセンサ8で吸入空気量が測定される。吸入空気はサージタンク30を通り、吸気ポートに入る。吸気ポートには燃料噴射弁4が取り付けられており、ECU10は燃料噴射弁4を制御して燃料噴射の時期および、燃料噴射量を制御する。燃料が噴射された吸入空気は燃料を含んだ混合気となる。混合気は吸気バルブ26が開弁しているときに燃焼室に流入する。
バルブを制御してバルブタイミングを制御する可変バルブタイミング機構(Variable Valve Timing:VVT)について説明する。エンジン11には、吸気バルブ26側には、吸気バルブ26を制御してバルブタイミングを制御するVVT(以下では吸気側VVT12と言う)が取り付けられている。同じくエンジン11には、排気バルブ27側には、排気バルブ27を制御してバルブタイミングを制御するVVT(以下では排気側VVT17と言う)が取り付けられている。ECU10は、OCV(Oil Control Valve)2を介して吸気側VVT12及び排気側VVT17を制御する。吸気側VVT12及び排気側VVT17には、カムシャフトの位置を測定するカムシャフトポジションセンサ22が取り付けられている。
燃焼室内に流入した混合気は点火プラグ3によって着火され、排気ガスとなる。排気ガスは、排気バルブ27が開弁しているときに排気管25に流入する。また、クランクシャフトの位置を検出するクランクシャフトポジションセンサ15が取り付けられている。クランクシャフトポジションセンサ15でエンジン11の回転数を検出できる。排気管25には、A/Fセンサ14、排気浄化触媒13、酸素センサ及び排気温度センサ23が取り付けられている。排気温度センサ23によって排気浄化触媒13に流入する排気ガスの温度を検出する。そして、この排気ガスの温度に基づいて、排気浄化触媒13の温度を推定する。なお、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ6が冷却水通路に取り付けられている。ECU10は上記の各種センサの情報を取り込み、エンジン11およびステップモータ16を制御している。
図2はハイブリッド車両とキャニスタ32による、蒸発燃料の処理を行う配管を示す模式的な図である。図2のように、ECU10はエンジン11とモータ33とを結合または切り離すクラッチ41を制御している。このように、ECU10はエンジン11、モータ33及びクラッチ41を制御している。エンジン11又はモータ33はギア51を介してタイヤ50が駆動する。
エンジン11には電子スロットル7を通過した吸入空気が流入する。燃料は、燃料タンクにある燃料ポンプ20によって燃料供給路21を通って燃料噴射弁4へ輸送される。燃料タンク42内の燃料が蒸発して生じた蒸発燃料は、連通管35を通してキャニスタ32内の活性炭等の吸着体(不図示)に吸着される。電子スロットル7下流側の吸気管24には、キャニスタ32内に吸着されている蒸発燃料を吸気管24内に供給するための吸気管パージ配管37がサージタンク30に接続され、この吸気管パージ配管37の途中に蒸発燃料パージ量を調整する吸気管キャニスタバイパスバルブ34が設けられている。ECU10は、吸気管キャニスタバイパスバルブ34を制御する。吸気管24に供給された蒸発燃料は、燃焼室に運ばれ燃焼される。これが、通常のパージ制御である。
一方で本実施例では、キャニスタ32と排気浄化触媒13との間に、蒸発燃料を排気浄化触媒13に供給するための触媒パージ配管36が接続され、この触媒パージ配管36の途中に蒸発燃料パージ量を調整する触媒キャニスタバイパスバルブ31が設けられている。これらキャニスタ32、触媒パージ配管36、触媒キャニスタバイパスバルブ31から燃料供給手段が構成されている。燃料供給手段、吸気管パージ配管37、吸気管キャニスタバイパスバルブ34等から蒸発燃料処理装置1が構成されている。
ECU10は触媒キャニスタバイパスバルブ31を制御することで、蒸発燃料を排気浄化触媒13に供給する蒸発燃料パージ量を制御する。このようにしてECU10はパージ処理を行う。
ECU10は、モータ33の回転数を制御する。また、ECU10は、モータ33とエンジン11のクランクシャフトとをつないでモータ33の駆動力を伝達するようにクラッチ41を制御する。こうして、ECU10は、以下に説明するようにして蒸発燃料を排気浄化触媒で処理できるようにモータ33でエンジン11のクランクシャフトを回転させるように制御する。
以下、モータ33がエンジン11のクランクシャフトを回転させている状態におけるエンジン11であって、燃焼が行われていないエンジン11を説明する。図1に示すシステムによれば、ECU10は、OCV2を制御して吸気側VVT12により吸気バルブ26の開弁位相を進角(より具体的には開弁タイミングを進角)する、あるいはまた排気側VVT17により排気バルブ27の開弁位相を遅角(より具体的には閉弁タイミングを遅角)することにより、吸気バルブ26と排気バルブ27とが共に開弁状態となるように、制御することができる。この状態を以下吸排気バルブオーバーラップと言う。吸排気バルブオーバーラップが行われている期間を吸排気バルブオーバーラップ期間と言う。ECU10はOCV2を制御して吸排気バルブオーバーラップ期間を長くしたり短くしたりすることができる。
吸排気バルブオーバーラップについて図3を使って説明する。エンジン11のクランクシャフトの回転に併せて、排気バルブ27が閉じる前に吸気バルブ26が開く。こうすることで、吸排気バルブオーバーラップ期間が形成される。吸排気バルブオーバーラップ期間が形成されると、吸気ポートから燃焼室を経由して排気ポートに吸入空気が入り込む。こうして、吸気管24の吸入空気が、排気管25に流入する。OCV2が吸気側VVT12を進角、かつ又は排気側VVT17を遅角する。OCV2を制御するのはECU10であるので、ECU10、OCV2、吸気側VVT12及び排気側VVT17がバルブ制御手段を実現するものである。
次に、図4のフローチャートを用いて本実施例の具体的な制御について説明を行う。ECU10はこのフローチャートを所定のクランク角毎に実行する。ステップ(以下Sと称する)1では、キャニスタパージの要求があるか否かを判定する。キャニスタパージの要求とは、キャニスタに吸蔵された蒸発燃料の量が所定値を越えたときとしてよい。要求がなければ、このルーチンを抜ける。要求があるときには、S2に進む。
S2では、モータ33による走行であるEV走行がされているか否かを判定する。この判定が肯定される場合には、S3に進む。このとき、エンジン11の中で燃焼は行われていない。S2の判定が否定された場合には、S7に進む。S7では、このときEV走行がされておらず、エンジン11で燃焼が行われている。この場合には、ECU10は、吸気管キャニスタバイパスバルブ34を制御する。こうして吸気管24に蒸発燃料が供給される。蒸発燃料は、燃焼室に運ばれ燃焼される。このような通常のパージ制御を実行する。エンジン11において燃焼が行われている場合には吸気管24に蒸発燃料を供給する通常のパージ制御を行う。
S3では、排気浄化触媒13が暖機済みか否かを判定する。具体的には、排気浄化触媒13の上流に取り付けられた排気温度センサ23の検出値に基づいて排気浄化触媒13の温度を推定する。この推定した温度に基づいて、排気浄化触媒13の温度が活性化温度に達しているかを判定する。この判定が肯定された場合には、S4に進み、否定された場合には、このルーチンを抜ける。排気浄化触媒13が活性化温度に達していない場合に、S4下記の制御に進んでしまうと、排気浄化触媒13において、蒸発燃料を浄化できず、排気エミッションの悪化につながるおそれがある。S3は、排気エミッションの悪化を防ぐことを可能とする効果を奏する。
S4では、バルブ制御手段が、燃焼が行われていないエンジン11において、OCV2が吸気側VVT12を進角、かつ又は排気側VVT17を遅角することで、吸気バルブ26と排気バルブ27とが共に開弁状態となるように、吸気バルブ26及び排気バルブ27の開弁タイミングを調整する。次にS5に進んで、ECU10は、モータ33と燃焼は行われていないエンジン11のクランクシャフトとを結合する。こうして、モータ33はエンジン11を駆動する。
S4及びS5に記載の制御が行われると、エンジン11のクランクシャフトは回転をする。そのため、吸気バルブ26及び排気バルブ27の開弁時期が重複する吸排気バルブオーバーラップ期間が形成される。こうして、吸気管24から排気管25に設置された排気浄化触媒13にかけて空気(以下では吸入空気と言う)の流れが形成される。
S6において、キャニスタ32と排気浄化触媒13上流間を結ぶ触媒キャニスタバイパスバルブ31を開弁する。こうして、キャニスタ32から蒸発燃料を、排気管25上であり、かつ排気浄化触媒13の上流に供給する。排気管25には吸入空気の流れが存在しており、吸入空気の流れがあるために、排気管25に流入した蒸発燃料は、排気浄化触媒13に流れ込む。蒸発燃料は、排気浄化触媒13と反応して浄化され、排気浄化触媒13の下流に流され、大気中に放出される。こうして、エンジン11の稼働時間の短いハイブリッド車両においてキャニスタ32にたまった蒸発燃料を浄化して処理することができるという効果を奏する。
なお、ECU10は電子スロットル7の開度を全開か所定値以上に大きなスロットル開度にすることがのぞましい。本実施例では、エンジン11をモータ33によって駆動するが、通常のモータ走行時には、エンジン11とモータ33とは動力が結合されていない場合が多い。このため、本実施例に記載の制御を実行すると、モータ33に負荷がかかることになり、駆動力が低下するおそれがある。これを補うために、ECU10は電子スロットル7の開度を全開か所定値以上に大きなスロットル開度にすると、吸気管24に流れ込む吸入空気量を多くすることができる。こうして吸気管圧が大気圧に近づくと、エンジン11の回転を円滑に行うことができ、モータ33の負荷を少なくすることが可能となる。
実施例1において、パージ処理を実行しているときには、モータ33でエンジン11を回転させることになる。そのために、モータ33の負荷が大きくなるおそれがある。そこで図6のようにパージ要求量に応じてモータ33の回転数を変化させるように制御する。
パージ要求量について説明する。キャニスタに吸着されている蒸発燃料に関連する情報としては、例えば、パージ率、パージ濃度、パージ流量、パージ蒸発燃料量が挙げられ、これらの中から少なくとも1つを検出するようにする。尚、パージ率、パージ濃度、パージ流量、パージ蒸発燃料量は演算によって求められ、これらの情報からパージ要求量を求めることができる。
このほか、外気温度センサ、燃料タンク42内に設けられたタンク内温度センサ、燃料残量センサ、燃料撹拌度センサ、タンク内圧センサ(いずれも不図示)を用いてパージ要求量を検出してもよい。上記センサの検出値とパージ要求量との関係は、図5にあるようにマップで与える。キャニスタ32内に吸蔵されている蒸発燃料の吸蔵量を検出して、パージ要求量を算出してもよい。
パージ要求量が大きいほど、図6のように、モータ33の回転数を大きくして、エンジン11の回転数を大きくする。このとき、吸気排気バルブオーバーラップ期間とモータ33の回転数との関係について説明する。図6(b)のように、パージ要求量が所定値αより小さい場合には、吸排気バルブオーバーラップ期間(図6では、バルブO/Lと略して表記してある)を徐々に大きくして吸入空気を大きくする。図6(a)のように、所定値αにおいて吸排気バルブオーバーラップ期間が最大になった後は、パージ要求量が大きくなるにつれ、モータ33の回転数を徐々に大きくすることで、吸入空気量を大きくする。あわせて、モータ33の回転数を大きく制御する。吸排気バルブオーバーラップ期間とモータ33の回転数を制御するECU10が空気制御手段を実現するものである。
本実施例のように各種センサの検出値によってパージ要求量を決定し、パージ要求量に基づいてモータ33の回転数、及び又は吸排気バルブオーバーラップ期間を制御することで、ドライバが急な減速感を感じることがなく、ドライバビリティを向上することができる。また、排気浄化触媒13に供給できる吸入空気量を大きくすることができるために、短期間で大量の蒸発燃料の処理が可能となる。
本実施例のフローチャートは図4と同様である。図4に記載のフローチャートをECU10は実行する。S1において、パージ要求量を検出する。S4において、図6を参照して吸排気バルブオーバーラップを設定する。S5において、図6を参照してモータ33の回転数を設定する。S6において、触媒キャニスタバイパスバルブ31を制御して、蒸発燃料を供給する量を制御する。
排気浄化触媒13の排気浄化性能は暖機状態によって変化する。このため、排気浄化触媒13の暖機状態によって、排気浄化触媒13に供給する蒸発燃料の量と供給する空気の量を制御する。これを図7の実線を使って説明する。
図7の実線は排気浄化触媒13の温度が比較的低くて活性化温度に近いときの制御を時系列で示している。パージ処理が実行された当初は、排気浄化触媒13の浄化性能が低いために、蒸発燃料の供給は少なく抑える。このとき、蒸発燃料は排気浄化触媒13と反応して、反応熱を生む。このため、パージ制御を開始してから徐々に排気浄化触媒13の温度は上昇する。排気浄化触媒13の温度上昇に併せて、浄化性能も向上するために、排気浄化触媒13に供給する蒸発燃料の量と供給する空気の量を増加させる制御を行う。
図7(a)の特に実線のように、排気浄化触媒13の温度(図7では、触媒温度と略して表記してある)に基づいて、排気浄化触媒13に供給する蒸発燃料の量及び吸入空気の量を制御する。図7では、比較するために排気浄化触媒13の温度が初めは低い場合(実線)と排気浄化触媒13の温度が初めから高い場合(破線)とを表示してある。
本実施例のフローチャートは図4と同様である。排気浄化触媒13の温度を推定する排気温度センサ23を用いて、排気浄化触媒13の温度を検出する。図4に記載のフローチャートをECU10は実行して、S4において吸排気バルブオーバーラップ設定をする際に図7(b)を参照して供給する空気量を設定する。かつ又は、同時に図7(b)を参照して、S5においてモータ33の回転数を設定して供給する空気量を設定する。かつ又は、図7(b)を参照して電子スロットル7のスロットル開度を設定してもよい。S6において、図7(b)を参照して触媒キャニスタバイパスバルブ31を制御して、蒸発燃料を供給する量を制御する。
このように、図7を参照して排気浄化触媒13に供給する蒸発燃料の量及び供給する空気の量を変化させる制御をS4からS6において行う。こうすることで、排気浄化触媒13によって蒸発燃料の浄化を確実に行うことができ、排気エミッションの悪化を防ぐことができる。
上記各実施例は、キャニスタパージ要求があるときにパージ処理が実行される実施例であったが、本発明は、ハイブリッド車両において、エンジン11が停止中に、蒸発燃料を適切に処理することを目的としている。そのため、キャニスタパージ要求がないときでも、蒸発燃料を排気浄化触媒13に供給して、蒸発燃料を適切に処理する実施例を説明する。
ハイブリッド車両においては、エンジン11が停止してモータ33で走行する時間が比較的長い。エンジン停止中であってモータ33で走行しているときには、走行風によって、排気浄化触媒13が冷却される。そのため、長時間モータ33で走行している場合には、排気浄化触媒13の温度が活性化温度を下回ってしまうおそれがある。この場合には、ECU10がモータ走行からエンジン11による走行に切り替えたときに、排気浄化触媒13が活性化しておらず、排気ガスが浄化できないおそれがある。
そこで、本実施例では、排気浄化触媒13の温度が活性化温度を上回っており、徐々に排気浄化触媒13が冷却され、排気浄化触媒13の温度が活性化温度に近づいたときに、キャニスタ32から蒸発燃料を排気浄化触媒13の上流に供給する。バルブ制御手段は、排気管25に吸入空気の流れができるように吸気バルブ26及び排気バルブ27を制御する。この吸入空気の流れがあるために、排気管25に供給された蒸発燃料は、排気浄化触媒13に流れ込む。そして、排気浄化触媒13は蒸発燃料と反応して反応熱が発生する。この反応熱によって排気浄化触媒13は暖機され、活性化温度を保つことができる。なお、大気温が低い冷間時には、排気浄化触媒13の昇温をする目的で、排気浄化触媒13に流入する大気である吸入空気の量を最小限になるように制御してもよい。
以下、図8のフローチャートを用いて本実施例の具体的な制御について説明を行う。図4のフローチャートと同じところはステップの番号を同じにして、一部説明を省略する。ECU10はこのフローチャートを所定のクランク角毎に実行する。図4におけるS1に相当するキャニスタパージの要求があるか否かについての判定は、行わない。すなわち、パージ要求がない場合においても、S2以下のステップを行うこととする。
S2でモータ33による走行であるEV走行がされていると判定された場合には、S30に進む。S30では、排気浄化触媒13が活性化温度に達しており、所定値βよりも小さい、という条件が判定される。所定値βは、活性化温度以上であって、十分に排気浄化触媒13が冷却されたとする温度とする。活性化温度を上回っていた排気浄化触媒13が、徐々に冷却され活性化温度に近づいたときS4以下の制御に進むように、βの値を決める。なお、βの値は、一定の値に限らず、車の外気温、車速度、吸入空気量、エンジン11の回転数、キャニスタ32の吸蔵量の検出結果等に基づいて決めてもよい。
S4、S5、S6は図4と同じであり、吸気管24から排気浄化触媒13上流にかけて空気の流れが形成され、キャニスタ32から蒸発燃料を排気浄化触媒13の上流に供給する。
ECU10はこのように制御することで、十分に排気浄化触媒13が冷却されたときには、蒸発燃料が排気浄化触媒13に供給される。排気浄化触媒13は蒸発燃料と反応して反応熱が発生し、反応熱によって排気浄化触媒13は暖機され、活性化温度を保つことができる効果を奏する。
燃料タンクとキャニスタと内燃機関との全体構成を示す模式的な図である。 ハイブリッドシステムとキャニスタとを説明する図である。 吸気バルブ26および排気バルブ27の開弁期間を示す図である。 実施例1に記載のルーチンを示した図である。 タンク内温度センサ、燃料残量センサ、燃料撹拌度センサ、タンク内圧センサとパージ要求量との関係を図示した図である。 パージ要求量と吸排気バルブオーバーラップ期間及びモータ回転数を示す図である。 排気浄化触媒13の温度と蒸発燃料及び空気の供給量を示す図である。 実施例4に記載のルーチンを示した図である。
符号の説明
1 蒸発燃料処理装置
2 OCV
3 イグニッションコイル
4 燃料噴射弁
5 ノックセンサ
6 冷却水温度センサ
7 電子スロットル
8 エアフロセンサ
9 吸気温度センサ
10 ECU
11 エンジン
12 吸気側VVT
13 排気浄化触媒
14 A/Fセンサ
15 クランクシャフトポジションセンサ
16 ステップモータ
17 排気側VVT
18 エアクリーナ
19 スロットルポジションセンサ
20 燃料ポンプ
21 燃料供給路
22 カムシャフトポジションセンサ
23 排気温度センサ
24 吸気管
25 排気管
26 吸気バルブ
27 排気バルブ
30 サージタンク
31 触媒キャニスタバイパスバルブ
32 キャニスタ
33 モータ
34 吸気管キャニスタバイパスバルブ
35 連通管
36 触媒パージ配管
36 吸気管パージ配管
40 酸素センサ
41 クラッチ
42 燃料タンク
50 タイヤ
51 ギア

Claims (1)

  1. 車輪を駆動する動力源が内燃機関を駆動しているときに、前記内燃機関の排気通路上に配置された排気浄化触媒に前記内燃機関の燃料タンクで発生した蒸発燃料を供給する燃料供給手段と、
    前記燃料供給手段が前記蒸発燃料を供給しているときに、前記内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブの開弁期間が重複するように前記吸気バルブおよび前記排気バルブを制御するバルブ制御手段と、を備え、
    前記燃料供給手段は、前記燃料タンクで発生した前記蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記排気通路の前記排気浄化触媒と前記内燃機関との間の部分と前記キャニスタとを接続する配管と、前記配管に配置されて前記キャニスタからパージされた前記蒸発燃料の量を調整するバルブと、前記バルブを制御する制御装置と、を有し、
    前記制御装置は、前記排気浄化触媒に供給される前記蒸発燃料の量が前記排気浄化触媒の温度上昇に応じて増加するように、前記バルブを制御することを特徴とするハイブリッド車両の蒸発燃料処理装置。
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