JP7160215B1 - 車両の異常診断方法及び車両の異常診断装置 - Google Patents
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Abstract
蒸発燃料処理システム(18)の異常診断は、第1吸入空気量と第2吸入空気量との差分である診断パラメータが予め設定された所定の第1閾値以下のときに蒸発燃料システムを異常と診断する。第1吸入空気量は、エアフローメータ(4)の検出値であり、パージ制御弁(21)が閉弁した状態のとき理論上は第2吸入空気量と同一の値となる。第2吸入空気量は、演算により間接的に算出される理論上の吸入空気量であり、吸気系デバイスの作動に伴う吸入空気量の変化を反映させた値である。診断パラメータは、パージ制御弁(21)の制御デューティが100%になってから検出された第1吸入空気量と、第2吸入空気量とに基づいて算出される。
Description
本発明は、車両の異常診断方法及び車両の異常診断装置に関する。
特許文献1には、大気から内燃機関の吸気経路に導入される空気量が安定した状態において、パージガスを上記吸気経路に供給するポンプを駆動したときの当該吸気経路に導入される空気量の変化からパージガスを当該吸気経路に供給できる状態であるか否かを判定する技術が開示されている。
しかしながら、この特許文献1においては、吸気経路にパージガスを供給できる状態であるか否かを判定する際に、スロットル弁の弁開度等の吸気関連のデバイスの作動状態が変化すると吸気経路に導入される空気量が変化することになる。そのため、特許文献1においては、吸気経路にパージガスを供給できる状態であるか否かを判定する際に吸気関連のデバイスの作動状態が変化すると、吸気経路に導入される空気量が変化し、吸気経路にパージガスを供給できる状態であるか否かを判定できない虞がある。
本発明は、パージ制御弁を開弁してエアフローメータで第1吸入空気量を検出し、上記第1吸入空気量と内燃機関の理論上の吸入空気量である第2吸入空気量とを用いてパージガスを吸気通路に導入する蒸発燃料処理システムの異常の有無を判定する。
本発明によれば、診断中の吸気系デバイスの作動に伴う診断パラメータの変動を打ち消すことが可能となり、吸気系デバイスの作動に伴う吸入空気量の変化時においても精度よく蒸発燃料処理システムの異常の有無を診断することができる。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明が適用される内燃機関1のシステム構成の概略を模式的に示した説明図である。
内燃機関1は、例えば多気筒の火花点火式ガソリン機関であり、自動車等の車両に駆動源として搭載される。内燃機関1の吸気通路2には、吸気中の異物を捕集するエアクリーナ3と、吸入空気量を検出するエアフローメータ4と、電動のスロットル弁5と、各気筒の吸気ポートに吸気を分配するコレクタ6が設けられている。
エアフローメータ4は、エアクリーナ3の下流側に配置されている。エアフローメータ4は、質量流量が検出可能なセンサであって、内燃機関1の吸入空気量である第1吸入空気量を検出する。エアフローメータ4は、温度センサを内蔵したものであり、吸気導入口における吸気温度が検出可能となっている。
スロットル弁5は、負荷に応じて内燃機関1の吸入空気量を制御するものであって、エアフローメータ4の下流側に配置されている。
また、この内燃機関1は、ターボ過給機7を有している。ターボ過給機7は、吸気通路2に設けられたコンプレッサ8と、排気通路13に設けられたタービン9と、を有している。コンプレッサ8とタービン9は、同軸上に配置され、一体となって回転する。コンプレッサ8は、スロットル弁5の上流側となり、エアフローメータ4よりも下流側となる位置に配置されている。
吸気通路2には、スロットル弁5の上流側にインタクーラ10が設けられている。インタクーラ10は、コンプレッサ8の下流側に配置されている。インタクーラ10は、コンプレッサ8により圧縮(加圧)された吸気を冷却して充填効率を上げるものである。
吸気通路2には、吸気バイパス通路11が接続されている。吸気バイパス通路11は、コンプレッサ8を迂回して、コンプレッサ8の上流側と下流側とを連通するように形成されている。
吸気バイパス通路11には、電動のリサーキュレーション弁12が設けられている。リサーキュレーション弁12は、通常は閉じられているが、コンプレッサ8の下流側が高圧になった場合等に開かれる。リサーキュレーション弁12が開くことにより、吸気バイパス通路11を介してコンプレッサ8の下流側の高圧な吸気をコンプレッサ8の上流側に戻せるようになっている。なお、リサーキュレーション弁12としては、コンプレッサ8下流側の圧力が所定圧力以上となったときのみ開弁するようないわゆる逆止弁を用いることも可能である。
排気通路13には、タービン9を迂回してタービン9の上流側と下流側とをつなぐ排気バイパス通路14が接続されている。排気バイパス通路14には、排気バイパス通路14内の排気流量を制御する電動のウエストゲート弁15が配置されている。排気通路13には、排気バイパス通路14の下流側端よりも下流側に、排気浄化用の触媒(排気浄化触媒)16が設けられている。触媒16は、排気通路13の上流側に位置するものであり、例えばマニホールド触媒である。
また、吸気通路2には、燃料タンク17内の蒸発燃料を処理する蒸発燃料処理システム18が接続されている。
蒸発燃料処理システム18は、エバポ通路19と、蒸発燃料の吸着脱離が可能なキャニスタ20と、キャニスタ20と吸気通路2の間に位置する電動のパージ制御弁(パージバルブ)21と、蒸発燃料の外部への放出を制御する電動のドレインカット弁22と、キャニスタ20のパージ用のパージポンプ23と、を有している。
エバポ通路19は、燃料蒸発を吸気通路2に導入するものであって、エアフローメータ4の下流側、かつコンプレッサ8の上流側となる位置で吸気通路2に接続されている。エバポ通路19は、一端が吸気通路2に接続され、他端が外部(大気)に開放(開口)されている。
キャニスタ20は、エバポ通路19上に設けられ、燃料タンク17に発生した蒸発燃料が導入されている。キャニスタ20は、蒸発燃料を吸着保持するものである。
パージ制御弁21は、エバポ通路19上に設けられ、キャニスタ20とエバポ通路19の一端との間に位置している。
ドレインカット弁22は、エバポ通路19上に設けられ、キャニスタ20とエバポ通路19の他端との間に位置している。
パージポンプ23は、エバポ通路19上に設けられ、キャニスタ20とパージ制御弁21との間に位置している。パージポンプ23は、パージ制御弁21が開弁した際に燃料タンク17からの蒸発燃料を含むパージガスを加圧して吸気通路2に導入する。パージポンプ23は、車両の走行中は常に回転しているものであって、キャニスタ20に吸着された蒸発燃料量である吸着燃料量に応じて回転数が制御される。
例えば、吸着燃料量が多すぎる場合は、パージ制御弁21を開弁した際に吸気通路2に大量の蒸発燃料が流入しないように、パージポンプ23の回転数が小さくなるように制御される。吸着燃料量がゼロに近い等の少なすぎる場合は、パージ制御弁21を開弁した際にパージガスを大量に吸気通路2に流入させても意味がないので、パージポンプ23の回転数が小さくなるように制御される。
パージポンプ23は、コントロールユニット24からの制御信号によって回転数が制御される。
コントロールユニット24は、CPU、ROM、RAM及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータである。コントロールユニット24には、上述したエアフローメータ4の検出信号のほか、大気圧を検出する大気圧センサ25、車両の車速を検出する車速センサ26、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキセンサ27、クランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ28、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ29、空燃比を検出するA/Fセンサ30等の各種センサ類の検出信号が入力されている。
大気圧センサ25は、大気圧を検出する大気圧検出部に相当するものである。車速センサ26は、車速を検出する車速検出部に相当するものである。クランク角センサ28は、内燃機関1の機関回転数(機関回転速度)を検出可能なものであり、回転数検出部に相当する。アクセル開度センサ29は、アクセルペダルの操作量であるアクセル開度のほか、アクセルペダルの操作速度であるアクセル変化速度を検出可能なものである。つまり、アクセル開度センサ29は、アクセル操作量検出部に相当する。A/Fセンサ30は、排気空燃比に応じたほぼリニアな出力特性を有するいわゆる広域型の空燃比センサであり、触媒16の上流側の排気通路13に配置されている。A/Fセンサ30は、触媒16よりも上流側に位置し、排気バイパス通路14の下流側端よりも下流側に位置している。
コントロールユニット24は、各種センサ類の検出信号に基づいて、スロットル弁5、リサーキュレーション弁12、ウエストゲート弁15、パージ制御弁21及びドレインカット弁22を開閉制御するとともに、燃料噴射弁(図示せず)から噴射される燃料の噴射量や噴射時期、内燃機関1の点火時期、吸入空気量、内燃機関1の空燃比等を最適に制御する。
コントロールユニット24は、車両の減速走行時に、内燃機関1の燃料噴射を停止する燃料カット(フューエルカット)を実施している。つまり、コントロールユニット24は、内燃機関1の燃料カットを実施する燃料カット制御部に相当する。なお、車両の減速走行時とは、例えば、ブレーキペダルが踏み込まれ、かつアクセルペダルが踏み込まれていない状態での走行(いわゆるコースト走行)時や、ブレーキペダル及びアクセルペダルが踏み込まれていない状態での走行(いわゆるセーリング走行)時である。
さらに、コントロールユニット24は、車両の異常診断として蒸発燃料処理システム18の異常診断を実施している。すなわち、コントロールユニット24は、第2吸入空気量を算出した際に、パージ制御弁21を開弁した状態で第1吸入空気量を検出し、第1吸入空気量と第2吸入空気量との差分である診断パラメータを用いて蒸発燃料処理システム18の異常の有無を判定する異常判定部に相当する。診断パラメータは、第2吸入空気量から第1吸入空気量を減じたものである。また、コントロールユニット24は、第2吸入空気量を算出する第2吸入空気量算出部に相当する。
ここで、第2吸入空気量とは、内燃機関1の吸気系に配置された各種デバイス(例えばスロットル弁5や内燃機関1の図示しない可変動弁機構等)の作動状況(スロットル開度や可変動弁機構による吸気弁のバルブタイミング)と内燃機関1の機関回転数、大気圧等に基づいて演算により間接的に算出される理論上の吸入空気量であるモデル吸入空気量である。第2吸入空気量は、吸気系デバイスの作動に伴う吸入空気量の変化を反映させた値であり、内燃機関1の運転状態の変化に追従した値として算出される。また、第2吸入空気量は、パージ制御弁21が閉弁している前提で算出される。すなわち、第2吸入空気量が算出される際にパージ制御弁21が開弁していても、パージ制御弁21は閉弁しているものとして、内燃機関1の運転状態や吸気系の各種デバイスの作動状況等に基づいて第2吸入空気量が算出される。
第1吸入空気量は、エアフローメータ4の検出値であり、パージ制御弁21が閉弁した状態のとき理論上は第2吸入空気量と同一の値となる。
第1吸入空気量は、同一の運転状態であっても、パージ制御弁21を開弁した状態とパージ制御弁21を閉弁した状態とで変化する。エバポ通路19が吸気通路2に対して離れていない状態、すなわちエバポ通路19が吸気通路2に接続された正常状態では、パージ制御弁21を開弁するとパージポンプ23で加圧されたパージガスが吸気通路2に導入されることになる。
従って、正常状態での第1吸入空気量(エアフローメータ4の検出値)は、パージガスが吸気通路2に導入されると、同一の運転状態であれば、パージガスが吸気通路2に導入されない場合に比べて減少する。これは、パージガスの導入分だけエアフローメータ4を通過する空気量が減少するためである。
また、エバポ通路19が吸気通路2に対して離れているような状態、すなわちエバポ通路19が吸気通路2に正しく接続されていない異常状態では、パージ制御弁21を開弁してもパージポンプ23で加圧されたパージガスが吸気通路2に導入されなくなる。
従って、異常状態での第1吸入空気量(エアフローメータ4の検出値)は、パージ制御弁21が開弁状態であってもパージガスが吸気通路2に導入されることはないので、同一の運転状態であれば、パージ制御弁21の開閉状態に関わらず一定になるはずである。
そこで、蒸発燃料処理システム18の異常診断は、第1吸入空気量と第2吸入空気量との差分である診断パラメータが予め設定された所定の第1閾値以下のときに蒸発燃料システムを異常と診断する。なお、診断パラメータは、パージ制御弁21の制御デューティが100%になってから検出された第1吸入空気量と、第2吸入空気量とに基づいて算出される。
蒸発燃料処理システム18の異常診断は、診断中に吸気通路2に流入したパージガスが内燃機関1の筒内から排出されたときに終了する。すなわち、診断パラメータが算出され、パージ制御弁21が閉弁されてから所定時間が経過するまでは、通常のパージ制御は禁止される。通常のパージ制御は、空燃比フィードバック制御中にパージ制御弁21を開弁して吸気通路2に適宜のパージガスを導入する制御である。
図2は、蒸発燃料処理システム18の異常診断を実施した際の動作の一例を示すタイミングチャートである。図2中に実線で示す空気量は、第1吸入空気量である。図2中に破線で示す空気量は、第2吸入空気量である。
時刻t1は、内燃機関1の燃料カットが開始されるタイミングである。時刻t2は、パージ制御弁21の開弁に備えてパージポンプ23の回転数を増加させるタイミングである。時刻t2は、例えば、後述する図3のステップS1~ステップS4の条件が全て「Yes」となるタイミングである。時刻t3は、パージポンプ23の回転数が診断用の回転数(蒸発燃料処理システム18の異常診断用の回転数)に到達したタイミングであり、パージ制御弁21を全閉(デューティ比0%)から全開(デューティ比100%)に切り替えるタイミングである。時刻t4は、パージ制御弁21が全開となるタイミングである。時刻t5は、時刻t4から所定時間経過したタイミングであり、診断パラメータが算出されるタイミングである。診断パラメータは、第1吸入空気量と第2吸入空気量との差分を時刻t4~時刻t5の間積算し、所定時間(時刻t4から時刻t5までの間の時間)で除して得られた流量差(第1吸入空気量と第2吸入空気量の流量差)の平均値である。
なお、図2における第2吸入空気量は、パージ制御弁21が全閉から全開に切り替えられる時刻t3以前、及びパージ制御弁21が全開から全閉に切り替えられて実際にパージ制御弁21が全閉となったタイミング(時刻t5より応答遅れ相当の時間経過後)以降、第1吸入空気量と一致している。
蒸発燃料処理システム18の異常診断は、時刻t5のタイミングで算出された診断パラメータの値が第1閾値以下のときに、異常があると判定する。
このような蒸発燃料処理システム18の異常診断は、診断に際して、吸気系デバイスの作動に伴う吸入空気量の変化を反映させた第2吸入空気量と、エアフローメータ4の検出値である第1吸入空気料を用いることで、診断中の吸気系デバイスの作動に伴う診断パラメータの変動を打ち消すことが可能となり、吸気系デバイスの作動に伴う吸入空気量の変化時においても精度よく蒸発燃料処理システム18の異常の有無を診断することができる。
蒸発燃料処理システム18の異常診断は、内燃機関1の燃料カット中に実施することが望ましい。蒸発燃料処理システム18の異常診断は、内燃機関1の燃料カット中に実施すれば、空燃比変動に伴う運転性の影響を低減することができる。
蒸発燃料処理システム18の異常診断は、パージ制御弁21を開弁した際に内燃機関1の筒内(燃焼室内)の空燃比が予め設定された所定値である第1空燃比未満の場合には実施しないことが望ましい。ここで、第1空燃比は、燃料カット中に筒内で燃焼が発生することがない程度に希薄(リーン)な空燃比である。
パージ制御弁21を開弁した際の筒内の空燃比は、例えばエアフローメータ4で検出される第1吸入空気量と、パージガスの流量及びパージガス中の蒸発燃料量を用いて算出される。
パージガスの流量及びパージガス中の蒸発燃料量は、コントロールユニット24で算出される。パージガスの流量は、パージ制御弁21の弁開度とパージポンプ23の回転数から算出可能である。パージガス中の蒸発燃料量は、例えば、内燃機関1の空燃比フィードバック制御中にパージガスを導入することで変動した空燃比のずれ量(変動量)から算出される。
蒸発燃料処理システム18の異常診断は、内燃機関1の筒内の空燃比が燃焼しない程度にリーンであるときに実施することで、燃料カット中にも関わらず内燃機関1の筒内で燃焼が発生してしまうことを回避することができ、運転性能の悪化や運転者に対して違和感を与えてしまうことを防止することができる。
蒸発燃料処理システム18の異常診断は、大気圧が低下するほどパージポンプ23の回転数を増加させた状態で第1吸入空気量を検出して診断パラメータを算出するようにしてもよい。
標高が高くなって周囲の大気圧が低下すると、内燃機関1に吸入される空気が薄くなる。内燃機関1に吸入される空気は、パージ制御弁21の開度(制御デューティ)やパージポンプ23の回転数が同一条件であれば、空気が薄くなると、体積流量は変わらないものの質量流量が低下する。
そこで、蒸発燃料処理システム18の異常診断は、大気圧に応じて診断時のパージポンプ23の回転数を増加させることで、常に平地と同等の診断パラメータの値を確保し、大気圧の変化によるS/N比の悪化を抑制して、大気圧によらず(高地であっても平地と同等に)異常の有無を判定することができる。
蒸発燃料処理システム18の異常診断は、触媒16の温度が所定温度以上の場合に実施するようにしてもよい。所定温度とは、パージガス中の蒸発燃料を処理できる程度に触媒16を活性化させる温度である。所定温度は、例えば触媒16の活性化温度である。換言すると、蒸発燃料処理システム18の異常診断は、触媒16が暖気されている場合に実施するようにしてもよい。
これによって、パージガス中の蒸発燃料は、蒸発燃料処理システム18の異常診断時に触媒16で浄化することが可能となり、排気通路13を通って車外に排出されることはない。つまり、蒸発燃料処理システム18の異常の有無の診断は、排気性能を悪化させることなく実施することができる。
触媒16の温度は、例えば、内燃機関1から触媒16に供給される熱量に基づいて推定可能である。1燃焼当たりの供給熱量は、燃料噴射量、機関回転数等から算出可能である。内燃機関1から触媒16に供給された総供給熱量は、1燃焼当たり供給熱量を積算することで算出される。そして、この総供給熱量に基づいて触媒16の温度は推定可能である。なお、触媒16の温度は、温度センサで直接検出してもよい。
図3は、蒸発燃料処理システム18の異常診断を行う際の制御の流れを示すフローチャートである。
ステップS1では、燃料カット中であるか否かを判定する。ステップS1において、内燃機関1が燃料カット中でないと判定された場合は、蒸発燃料処理システム18の異常診断を実施せずに今回のルーチンを終了する。
ステップS2では、パージ制御弁21を開弁した際に筒内の空燃比が第1空燃比以上になるか否かを判定する。ステップS2において、パージ制御弁21を開弁した際に筒内の空燃比が第1空燃比以上にならない判定された場合は、蒸発燃料処理システム18の異常診断を実施せずに今回のルーチンを終了する。
ステップS3では、エアフローメータ4の検出値である第1吸入空気量が所定の範囲内に入った状態であるか否かを判定する。ステップS3において、第1吸入空気量が所定の範囲内に入った状態でないと判定された場合は、蒸発燃料処理システム18の異常診断を実施せずに今回のルーチンを終了する。
ステップS4では、触媒16が所定温度以上のであるか否かを判定する。ステップS4において、触媒16が所定温度以上のでないと判定された場合は、蒸発燃料処理システム18の異常診断を実施せずに今回のルーチンを終了する。
ステップS5では、パージポンプ23の回転数を蒸発燃料処理システム18の異常診断用の回転数まで増加させる。
ステップS6では、パージ制御弁21を開弁する。ステップS7では、第2吸入空気量を算出する。ステップS8では、第1吸入空気量を検出する。ステップS9では、第1吸入空気量と第2吸入空気量の差分である診断パラメータを算出する。診断パラメータは、所定時間の間第1吸入空気量と第2吸入空気量との差分を積算したものをこの所定時間で除して得られた流量差の平均値である。
ステップS10では、診断パラメータが第1閾値より大きいか否かを判定する。診断パラメータが第1閾値よりも大きい場合は、ステップS11へ進み蒸発燃料処理システム18に異常はないと判定する。診断パラメータが第1閾値以下の場合は、ステップS12へ進み蒸発燃料処理システム18に異常があると判定する。
以上、本発明の具体的な実施例を説明してきたが、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、蒸発燃料処理システム18の異常診断は、第1吸入空気量と第2吸入空気量の差分の平均値を診断パラメータとするのではなく、例えばパージ制御弁21が全開となった時点での第1吸入空気量と第2吸入空気量との差分や、第1吸入空気量と第2吸入空気量との比を診断用パラメータとして採用することも可能である。
また、第2吸入空気量について、パージ制御弁21が閉弁している前提ではなく、パージ制御弁21が開弁している前提で算出し、第1吸入空気量と第2吸入空気量とが略一致しているか否かで、蒸発燃料処理システム18の異常を判定することも可能である。また、蒸発燃料処理システム18の異常診断は燃料カット中だけでなく、アイドリング運転中など様々な条件で実施できる。また、蒸発燃料処理システム18の異常状態としては、エバポ通路19と吸気通路2とが接続されていない異常だけでなく、エバポ通路19に詰りが生じている異常や、パージ制御弁21が作動しない異常など、様々な異常が含まれる。
上述した実施例は、車両の異常診断方法及び車両の異常診断装置に関するものである。
Claims (7)
- 車両に搭載された内燃機関の吸入空気量である第1吸入空気量を検出するエアフローメータと、
上記エアフローメータの下流側の位置で上記内燃機関の吸気通路に接続され、パージ制御弁を開弁した際に燃料タンクからの蒸発燃料を含むパージガスを吸気通路に導入する蒸発燃料処理システムと、を有し、
上記内燃機関の理論上の吸入空気量である第2吸入空気量を算出し、
上記パージ制御弁を開弁した状態で上記第1吸入空気量を検出し、
上記第1吸入空気量と上記第2吸入空気量とを用いて上記蒸発燃料処理システムの異常の有無を判定する車両の異常診断方法。 - 上記第1吸入空気量と上記第2吸入空気量との差分が予め設定された所定の第1閾値以下のときに蒸発燃料システムを異常と診断する請求項1に記載の車両の異常診断方法。
- 上記蒸発燃料処理システムの異常の有無の判定は、上記内燃機関の燃料カット中に実施する請求項1または2に記載の車両の異常診断方法。
- 上記パージ制御弁を開弁した際の上記パージガスの流量及び上記パージガス中の蒸発燃料量を用いて上記パージ制御弁を開弁した際の上記内燃機関の筒内の空燃比を算出し、
算出された筒内の空燃比が予め設定された所定値未満の場合には、上記蒸発燃料処理システムの異常の有無の判定を実施しない請求項3に記載の車両の異常診断方法。 - 大気圧が低下するほど上記パージガスを加圧するパージポンプの回転数を増加させた状態で上記第1吸入空気量を検出する請求項1~4のいずれかに記載の車両の異常診断方法。
- 上記蒸発燃料処理システムの異常の有無の判定は、
上記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒の温度が所定温度以上の場合に実施される請求項1~5のいずれかに記載の車両の異常診断方法。 - 車両に搭載された内燃機関の吸入空気量である第1吸入空気量を検出するエアフローメータと、
上記エアフローメータの下流側の位置で上記内燃機関の吸気通路に接続され、パージ制御弁を開弁した際に燃料タンクからの蒸発燃料を含むパージガスを吸気通路に導入する蒸発燃料処理システムと、
上記内燃機関の理論上の吸入空気量である第2吸入空気量を算出する第2吸入空気量算出部と、
上記パージ制御弁を開弁した状態で上記第1吸入空気量を検出し、当該第1吸入空気量と上記第2吸入空気量とを用いて上記蒸発燃料処理システムの異常の有無を判定する異常判定部と、を有する車両の異常診断装置。
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