JP6506665B2 - 制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、制御装置について特に内燃機関のエバポパージ制御技術に関する。
ダウンサイジングターボやアイドルストップなどの低燃費技術の導入によって内燃機関の吸気管負圧(ポンプロス)が少なくなった結果、燃料タンク内での揮発燃料(エバポ)を内燃機関の吸気管の負圧により放出すること(エバポパージ)が困難となってきている。このため特許文献1では、アイドルストップにより内燃機関への燃料噴射を停止し、内燃機関回転数が所定値以下になるまでの期間にエバポパージすることでアイドルストップによる燃費低減とエバポパージを両立する方法が開示されている。
特開2012−26332号公報
しかし特許文献1では、内燃機関への燃料供給を停止してから実際に内燃機関が停止する前のわずかな時間でしかエバポパージできず、燃料タンクでのエバポ発生やキャニスタでのエバポ蓄積が多い場合は十分なエバポパージができず大気中にエバポが漏れる恐れがあった。さらには高速道路や郊外など車両がほとんど停止しない場合についても考慮されていなかった。
本発明は上記課題を解決するためのものであり、燃料タンクのエバポ発生が多い場合やキャニスタでのエバポ蓄積が多い場合でも、アイドルストップ等のエンジン停止による燃費効果をしつつ十分なエバポパージを行うことを目的とする。
燃料タンクあるいはキャニスタの揮発燃料を内燃機関の吸気管に放出するパージ弁を制御するパージ制御部と、内燃機関と駆動輪との動力伝達機構を制御する動力伝達制御部と、を備えた制御装置において、前記動力伝達制御部によりクラッチを切断し、かつ、車両が惰性走行をしている状態において、前記パージ制御部により前記エバポ弁を開放してエバポを前記吸気管にパージする。
本発明を適用することで、燃料タンクのエバポ発生が多い場合やキャニスタでのエバポ蓄積が多い場合でも、アイドルストップ等のエンジン停止による燃費効果をしつつ十分なエバポパージができる。またセーリング運転中にエバポパージを行うことでエバポパージによる運転性や排気悪化をも防止できる。
内燃機関のパージ制御システムの一例。 パージ制御演算ブロックの一例。 パージ制御中のタイムチャートの一例 本発明を実現するための動力伝達制御システムの一例 本発明を実現するためのフローチャートの一例 セーリングアイドル中のパージ制御タイムチャートの一例 セーリングアイドル中の内燃機関回転数の設定方法の一例 セーリングアイドル中の内燃機関回転数の設定方法の一例 セーリングアイドル中の内燃機関負荷の設定方法の一例 セーリングアイドル中の内燃機関負荷の設定方法の一例 セーリングアイドル中の内燃機関回転数の設定方法の別の一例 セーリングアイドル中のパージ制御タイムチャートの別の一例 セーリングアイドル中のパージ制御タイムチャートの別の一例 本発明を実現するためのフローチャートの別の一例 セーリングアイドル中のパージ制御タイムチャートの別の一例 本発明を実現するためのフローチャートの別の一例 セーリングアイドル中のパージ制御タイムチャートの別の一例 本発明を実現するためのフローチャートの別の一例 セーリングアイドル中のパージ制御タイムチャートの別の一例
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は内燃機関のパージ制御システムの一例を示す図である。エンジンコントローラ114は燃料タンク104内のエバポが大気中に漏れるのを防止するため、パージ弁106の開弁度合いを制御して内燃機関101でエバポを燃焼させる。このためエンジンコントローラ114では燃料タンク104の燃料レベルセンサ109や燃料タンク内の温度・圧力を測定するタンク温度・圧力センサ113の値から内燃機関停止中にキャニスタ112へ蓄積されたエバポ蓄積量や内燃機関101が稼働中に燃料タンク109で発生する揮発燃料量を推定し、スロットル102の開度が小さく吸気管103に負圧が発生している間にパージ制御弁106を開弁して接続管110、111を介してエバポを吸気管103にパージする。なおドレイン弁108は燃料タンクからのエバポリークを検知する際に閉弁するが、エンジン運転中はパージ制御を実施するためにほとんど開弁状態となる。このパージシステムにより燃料タンクで発生するエバポが大気中にもれることが防止できる。次に図1のパージ制御システムのパージ弁106開度をパージ弁駆動dutyで制御してエバポをパージする際に、内燃機関の出力が不安定にならないように制御する方法について述べる。
図2はパージ制御演算ブロックの一例である。エバポ濃度演算部201ではタンク温度および燃料残量からエバポの発生量を推定し、かつパージ弁を開いた際の空燃比FB制御の補正係数を考慮してパージ弁から放出されるパージに含まれる揮発燃料と空気の比(エバポ濃度)を演算する。パージduty演算部202ではエバポにより内燃機関の出力や燃焼空燃比が大きく変動しないように、エバポ濃度とスロットル開度から目標とするエバポ燃焼に寄与するエバポの流量(パージ流量)を算出して、パージ流量の変動で内燃機関の燃焼が不安定にならないようにパージ弁駆動dutyを出力する。またパージ空燃比補正係数演算部203ではエバポにより燃焼空燃比がリッチになる分のインジェクタ燃料噴射量を減量補正するため、エバポ濃度とスロットル開度からパージ空燃比補正係数(インジェクタ噴射燃料の減量割合)を演算する。
図3はパージ制御中のタイムチャートの一例である。本実施例ではスロットル開度は一定であり内燃機関の負荷も変わらないとし、さらにエバポ濃度が高く(例えば40%以上)、パージ弁を一度に大きくあけてエンストするおそれがあるケースを示している。時刻Aにてパージ弁駆動dutyを増加させてエバポパージを開始している。インジェクタの燃料噴射量をパージ空燃比補正係数の増加分(最大で3割程度)だけ減らし、空燃比をストイキに保ち、空燃比フィードバック制御による空燃比補正係数が増加してエバポ濃度が薄くなってきたことを確認できたら(例えば空燃比補正係数が平均で1割ほど変化したら)、エバポ濃度を小さくするとともにさらにパージ弁106を開放することで、パージ流量が所定値になるように制御している。一般的にパージ流量はスロットル開度や内燃機関の回転数によってきまり、特に車両停止中のアイドル運転でパージ流量を大きくするとエバポ濃度が一定ではないため回転変動が大きくなり、最悪のケースでは失火してしまう恐れがあった。そこで本実施例では、惰行・減速中のアイドル運転(セーリングアイドル運転)を利用した解決策を開示する。
図4はセーリングアイドル運転を行うための動力伝達制御システムの一例を示す。内燃機関404で発生した動力はトルクコンバータ405、クラッチ406、CVT変速器402を介して駆動輪403に伝えられる。セーリングアイドル運転は内燃機関404の動力が駆動輪403に伝わらないため、車両を惰行あるいは減速させる際に用いられる。セーリングアイドル運転に移行する際は、トランスミッションコントローラ401により駆動輪403が回転中(走行中)にクラッチ406を切り離し、内燃機関404をアイドル回転数に制御する。またセーリング運転中でも発電機やエアコンの圧縮機408はベルト407により駆動されているため、これらの稼働負荷を制御することでセーリングアイドル運転時の内燃機関負荷を増加させることができる。なお本実施例ではCVT変速器を用いて説明するが、AMTやMTなどの変速器を用いても本発明は変わらず実現できる。
図5は本実施例を実現するためのフローチャートの一例を示す。ステップS501ではパージ要求があるか否かを判定する。ここでは例えば図1のエンジンコントローラ114で算出されるエバポ濃度が所定値よりも高いか否かでパージ要求の有無を判別することとし、ここでパージ要求有りならばステップS502に進む。ステップS502ではセーリング条件(例えば走行中かつアクセル開度が0)であれば、車両が惰行・減速状態に移行する。すなわち、セーリング運転の条件として、アクセル開度センサの値が所定値以下となった場合に、動力伝達制御部によりクラッチ406を切断し、かつ、車両の惰性走行を行うことが望ましい。なおステップS502とは別のセーリング条件としてクルーズコントロールからの要求が考えられる。具体的にはクルーズコントロールが実行中の場合は、アクセル開度の代わりに車両加減速指令などを代用し、例えば加速指令が無くなった時点でセーリング条件が成立したと判断するようにしても良い。セーリング条件ステップS502が成立した場合はステップS503にすすむ。ステップS503では図4のトランスミッションコントローラ401による制御でセーリングアイドル運転に移行するとともに、図1−4で説明したようなパージ制御を実施する。
以上のように、本実施例の制御装置は、燃料タンク104あるいはキャニスタ112の揮発燃料を内燃機関101の吸気管103に放出するパージ弁106を制御するパージ制御部(エンジンコントローラ114)と、内燃機関101と駆動輪403との動力伝達機構(クラッチ406)を制御する動力伝達制御部(トランスミッションコントローラ401)と、を備えている。そして、動力伝達制御部により動力伝達機構(クラッチ406またはトルクコンバータ405のロックアップクラッチ) を切断し、かつ、車両が惰性走行をしている状態において、パージ制御部(エンジンコントローラ114)によりパージ弁106を開放してエバポを吸気管103に放出する様に制御する。このエバポの吸気管103へ放出する制御は、動力伝達制御部により動力伝達機構を切断し、車両が惰性走行をしている状態で、かつ、エバポ放出要求があった場合に行うことが望ましい。
エバポ放出要求の信号は燃料タンク内の揮発燃料濃度値、キャニスタの揮発燃料蓄積値、あるいはパージ弁から放出されるエバポ濃度値の少なくとも一つが所定値以上となった場合に送られるように設定されることが望ましい。
なお、本実施例では、エンジンコントローラ114とトランスミッションコントローラ401とを別の構成として説明しているが、これらのコントローラは一体となっていても良い。
また本実施例の内燃機関制御部(エンジンコントローラ114)は上記の惰性走行において内燃機関101の回転数を所定回転数に維持するセーリングアイドル運転を行い、この惰性走行をしている状態において、パージ制御部(エンジンコントローラ114)によりパージ弁106を開放してエバポを吸気管103に放出する様に制御する。この所定回転数は車両停止時のアイドル回転数よりも高く設定することが望ましい。
この結果、車両が惰行・減速する際にエバポの放出が可能となり、アイドルストップ等による燃費削減とエバポパージの両立が実現できる。次に図6から図11を用い、本発明のパージ制御のより詳細をついて説明する。
図6はセーリングアイドル中のパージ制御タイムチャートの一例である。ここではセーリングアイドル運転中にエバポパージを開始する際の制御方法について説明する。車速が減速傾向にありエバポ濃度がパージ要求しきい値(例えば10%)よりも高い場合ではパージ要求ありと判定し、時刻Aのようにアクセル開度が0になりセーリング条件が成立した時点でセーリングアイドル運転に移行する。その際はエンジン回転数をアイドル回転数に速やかに落とすためにパージ駆動dutyを0にしてパージ弁を閉弁し、パージが無くなった時刻Bで燃料噴射を停止する。次に内燃機関の燃焼が停止し回転数が十分に下がった時刻Cでとクラッチを切断して、再び燃料を噴射してセーリンアイドル運転に移行する。この後は図3での説明と同様に空燃比補正係数の増加度合いに応じてエバポ濃度を補正しながらパージ弁駆動dutyを制御して、エバポパージを実施する。本制御ではセーリングアイドルへ移行する際にパージ燃料を燃焼させてからセーリングアイドルに移行することで、セーリングアイドルに移行する前のパージ燃料残りによる排気悪化やセーリングアイドル運転開始時の回転変動を抑えることができる。
図7はセーリングアイドル運転中の内燃機関の回転数設定の一例である。セーリングアイドル運転中ではエバポ濃度に応じて内燃機関の負荷を増やすか回転数を高くすることでパージ流量をアクティブに制御できる。例えば図7−aに示すようにエバポ濃度が高い場合にはアイドル回転数を高くすると、エバポ濃度が高い場合はより多くのエバポをパージすることができる。さらには車速に応じてアイドル回転数を変化させることで運転者に違和感を与えずにより多くのパージを実現できる。この運転者の違和感がないアイドル回転数を設定するという観点としては、図7−bに示すように減速度が大きいほどアイドル回転数を高くしても良い。本設定によればエンジンブレーキと同等の回転数にアイドル回転数を設定することで、エンジンブレーキ時の回転数を模擬することでパージ流量を増加させることができる。
図8はセーリングアイドル運転中の内燃機関の負荷設定方法の一例である。図8−aではセーリングアイドル時の発電機負荷を車両停止アイドル時よりも高くすることで内燃機関の負荷を増大し、より多くのパージを実現できる。またエバポ濃度に応じた負荷を設定することで、発電機負荷の増大による燃費悪化を最小限にすることもできる。なおここで発電した電力は電池に蓄積するか、次に述べるエアコンなどの別の補機で消費させることで燃費悪化を最小限にすることができる。また図8−aではセーリングアイドル時の発電機負荷に上限下限をもうけエバポ濃度が所定値よりも小さい場合は負荷を下限に押え、逆に所定値よりも大きい場合は負荷を上限に押えている。この負荷上限および下限および所定値を変えることで燃費とエバポパージの調整が可能になる。発電機負荷を増加させる所定値をより低いエバポ濃度に設定することで、より多くのエバポパージができるようになる。エバポ図8−bではセーリングアイドル時のエアコン負荷を車両停止アイドル時よりも高くすることで内燃機関の負荷を増大させて、より多くのエバポをパージできるようにしている。電動式エアコンコンプレッサーの場合は前述の発電機負荷を増大させることで、機械式エアコンプレッサーの場合はコンプレッサーを稼働させることで内燃機関の負荷をかえることができる。
図9はセーリングアイドル中の内燃機関の回転数設定方法の別の一例である。図7−aではエバポ濃度に応じてアイドル回転数を設定していたが、エバポ濃度の代わりにキャニスタでのエバポ蓄積量や燃料タンクの燃料揮発量をもとにアイドル回転数を設定することでも本発明は実現できる。すなわち、本実施例の内燃機関制御装置(エンジンコントローラ114)は、キャニスタのエバポ蓄積量あるいは燃料タンクエバポ揮発量を推定あるいは測定し、前記推定あるいは測定値に応じてアイドル回転数を制御する。ここで図7−bに示した減速度ではなく、車速に応じてアイドル回転数を設定しても、運転者に違和感なくパージ流量を増加させることができる。またアイドル回転数に上限により燃費とパージの調整ができる。例えば車両の燃費向上をエバポパージより優先させる時にはこの回転数上限を低くすればよい。
図10はセーリングアイドル中のパージ制御タイムチャートの別の一例である。ここではセーリングアイドル運転中のエバポパージを運転者の加速要求で終了する例について説明する。セーリングから加速に移る際のクラッチ接続のためエンジン回転数を車輪速側回転数と同期させる必要がある。このため時刻Aでドライバーがアクセルを踏むとパージ弁を閉じて回転数同期の外乱となるエバポを減らし、時刻Bでクラッチがつながった後に再びパージ弁を開放する。本制御によりセーリング運転中に多くのパージを行っていても内燃機関の燃焼が不安定にならずに車両が加速状態に移行できる。
図11はセーリングアイドル中のパージ制御タイムチャートの別の一例である。ここではパージ要求が不成立となって解除されてセーリングアイドル運転からセーリングストップ運転へ移行する際の制御について説明する。時刻Aにおいてエバ濃度がパージ要求しきい値を下回り、パージ要求が解除された場合はセーリング中にエンジンを停止するセーリングストップ運転に移行することにより、燃費を向上させる。すなわち、本実施例の内燃機関制御部(エンジンコントローラ114)は惰性走行において内燃機関101への燃料噴射を停止するセーリングストップ運転を行う。さらにこの際、内燃機関101への燃料噴射を停止してから内燃機関の回転が停止するまで(エンジン回転数がゼロ)負圧が無くなる時刻Bまでパージ弁を開放することで、触媒内の空燃比をリッチとし、エンジン始動して加速する際の大気中へのNOx放出を防止できる。
図12は本発明を実現するためのフローチャートの別の一例である。図5との違いはステップS1203であり、ここではパージ弁duty変化速度および空燃比フィードバック(空燃比FB)のゲインを車両停止アイドル時よりも大きくする。すなわち内燃機関制御部(エンジンコントローラ114)は、パージ弁106の開弁同愛の増加速度を車両停止時のアイドル運転よりも早くする。あるいは内燃機関制御部(エンジンコントローラ114)は内燃機関101の空燃比フィードバック応答走行度を車両停車時のアイドル運転よりも早くする。
図13はセーリングアイドル中のパージ制御タイムチャートの別の一例である。ここではセーリングアイドル時の挙動を実線で車両停止アイドル時の挙動を点線とし、これを重ねて比較している。セーリングアイドル時は車両停止アイドル時と比較しパージ弁をより早く開けることができる。なぜならばセーリング中は車両停止中と比較すると地面からの反射熱が小さく、かつ走行風により燃料タンクが冷やされ燃料タンクからの揮発燃料が少ないためである。本制御の結果、セーリングアイドル時の内燃機関回転数は車両停止アイドル時よりも高くかつ変動も大きくなるが、セーリング中に運転者が気にならない程度まで大きくパージ制御のduty変化速度や空燃比制御FBの制御ゲインを設定することができる。この結果、車両停止アイドル速くエバポをパージできる。
図14は本発明を実現するためのフローチャートの別の一例である。図5との違いはステップS1402においてパージ濃度が所定値以下の場合はステップS1403に進みセーリング運転以外でのエバポパージを禁止することである。
図15はセーリングアイドル中のパージ制御タイムチャートの別の一例である。走行中(車速>0)にエバポ濃度がパージ禁止判定しきい値を下回った時刻Aではセーリング運転以外でのパージが禁止され、パージ弁駆動dutyおよびパージ空燃比補正係数がゼロになる。その後時刻Bにおいてセーリング条件(車速>0、アクセル開度=0)が成立した際には時刻Cでアイドル回転数に制御された際にパージ弁dutyおよびパージ空燃比補正係数を制御してエバポパージを行う。なお、セーリング条件が不成立となった場合はパージ弁106を閉じる。
以上のように本実施例の内燃機関制御部(エンジンコントローラ114)は、燃料料タンク内の揮発燃料濃度値あるいはキャニスタの揮発燃料蓄積値あるいはパージ弁から放出されるエバポ濃度値がエバポ放出要求よりも高く設定された所定値以下となった場合にはセーリング運転以外でのエバポパージを禁止する。本構成によればエバポを早急にパージする必要がない場合には、セーリング運転以外でのパージを禁止することでパージによる排気や運転性の悪化を防止できる。
図16は本発明を実現するためのフローチャートの別の一例である。図5との違いはステップS1402でエバポ濃度学習が必要か否かを判定し、必要であればステップS1403でセーリング運転以外でのエバポパージを禁止し、ステップS1404でセーリング条件が成立した場合はステップS1405でセーリングアイドル運転中にエバポ濃度を学習する。
図17はセーリングアイドル中のパージ制御タイムチャートの別の一例である。時刻Aにおいて走行中にエバポパージを実施している際に空燃比が目標空燃比から大きくはずれてしまったことをトリガとしたエバポ濃度学習要求が成立している。このため時刻AからBの区間ではエバポパージが禁止され(パージ弁dutyがゼロ)セーリングアイドルを開始した時刻Bからエバポをパージしてエバポ濃度を学習する。ここでは時刻Cの段階では空燃比が目標空燃比よりもリッチにあるためエバポ濃度を濃い側に補正学習し、時刻Dにおいて空燃比が目標空燃比近傍にあり、空燃比補正係数もセーリング運転前のパージ禁止区間(時刻Aから時刻B)までに戻ったことをトリガとしてエバポ濃度学習を終了しセーリングアイドル運転時のパージ制御を実施する。本構成によればエバポ濃度学習をセーリング運転中に行うことができ、エバポ濃度学習による排気や運転性の悪化を防止できる。
101 内燃機関
102 スロットル
103 吸気管
104 燃料タンク
106 パージ弁
109 燃料レベル計
112 キャニスタ
113 燃料タンク圧・温度センサ
114 エンジンコントローラ
401 トランスミッションコントローラ
402 CVT変速器
403 駆動輪
404 内燃機関
405 トルクコンバータ
406 クラッチ
407 ベルト
408 補機(発電機、エアコンコンプレッサー)

Claims (16)

  1. 燃料タンクあるいはキャニスタの揮発燃料を内燃機関の吸気管に放出するパージ弁を制御するパージ制御部と、内燃機関と駆動輪との動力伝達機構を制御する動力伝達制御部と、を備えた制御装置において、
    前記パージ弁を閉弁してから所定時間後に前記動力伝達制御部によりクラッチを切断し、かつ、車両が惰性走行をしている状態において、前記パージ制御部により前記パージ弁を開放してエバポを前記吸気管に放出することを特徴とする制御装置。
  2. 請求項1に記載の制御装置において、
    前記惰性走行において前記内燃機関の回転数を所定回転数に維持するセーリングアイドル運転を行う内燃機関制御部を備えたことを特徴とする制御装置。
  3. 請求項1に記載の制御装置において、
    前記惰性走行において前記内燃機関への燃料噴射を停止するセーリングストップ運転を行う内燃機関制御部を備えたことを特徴とする制御装置。
  4. 請求項1に記載の制御装置において、
    前記動力伝達制御部によりクラッチを切断し、車両が惰性走行をしている状態で、かつ、エバポ放出要求があった場合において、前記パージ制御部により前記エバポ弁を開放してエバポを前記吸気管にパージすることを特徴とする制御装置。
  5. 請求項4に記載の制御装置において、
    前記エバポ放出要求の信号は燃料タンク内の揮発燃料濃度値あるいはキャニスタの揮発燃料蓄積値あるいはパージ弁から放出されるエバポ濃度値の少なくとも一つが所定値以上となった場合に送られることを特徴とする制御装置。
  6. 請求項1に記載の制御装置において、
    アクセル開度センサの値が所定値以下となった場合に、前記動力伝達制御部によりクラッチを切断し、かつ、車両の惰性走行を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  7. 請求項2に記載の制御装置おいて、
    前記所定回転数は車両停止時のアイドル回転数よりも高く設定する内燃機関制御部を備えたことを特徴とする制御装置。
  8. 請求項2に記載の制御装置おいて、
    セーリングアイドル運転時のエアコン出力や発電機出力の補機負荷を車両停止時のアイドルよりも大きくする内燃機関制御部を備えたことを特徴とする制御装置。
  9. 請求項2に記載の制御装置おいて、
    キャニスタのエバポ蓄積量あるいは燃料タンクエバポ揮発量を推定あるいは測定し、前記推定あるいは測定値に応じてアイドル回転数を制御する内燃機関制御部を備えたことを特徴とする制御装置。
  10. 請求項2に記載の制御装置おいて、
    前記パージ弁の開弁度合いの増加速度を車両停止時のアイドル運転よりも早くする内燃機関制御部を備えたことを特徴とする制御装置。
  11. 請求項10に記載の制御装置おいて、
    内燃機関の空燃比制御のフィードバック応答速度を車両停止時のアイドル運転よりも早くする内燃機関制御部を備えたことを特徴とする制御装置。
  12. 請求項2に記載の制御装置おいて、
    前記パージ要求が不成立となった場合にセーリングアイドル運転からセーリングストップ運転に移行する内燃機関制御部を備えたことを特徴とする制御装置。
  13. 請求項12に記載の制御装置おいて、
    内燃機関への燃料噴射を停止してから内燃機関の回転が停止するまで前記パージ弁を開放する内燃機関制御部を備えたことを特徴とする制御装置。
  14. 請求項1に記載の制御装置おいて、
    前記セーリング条件が不成立となった場合は前記パージ弁を閉じる内燃機関制御部を備えたことを特徴とする制御装置。
  15. 請求項1に記載の制御装置おいて、
    燃料料タンク内の揮発燃料濃度値あるいはキャニスタの揮発燃料蓄積値あるいはパージ弁から放出されるエバポ濃度値がエバポ放出要求よりも高く設定された所定値以下となった場合にはセーリング運転以外でのエバポパージを禁止する内燃機関制御部を備えたことを特徴とする制御装置。
  16. 請求項1に記載の制御装置おいて、
    エバポ濃度学習要求が成立した場合は、セーリング運転以外でのエバポパージを禁止し、セーリングアイドル運転中にエバポ濃度を学習する内燃機関制御部を備えたことを特徴とする制御装置。
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