JP2009270562A - 燃料蒸気制御システム及び制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 アイドルストップアンドゴーシステムが採用されている車両に於いて、再始動時に燃料消費量を増加させずに、浄化装置の酸素保存能力を向上させ、浄化装置の窒素酸化物に対する浄化能力を向上させる燃料蒸気制御装置システム及び制御方法を提供する。
【解決手段】 エンジンが停止した状態から再始動する場合に、浄化装置の酸素保存能力が設定された値以下である場合に、浄化装置をパージするために追加される第2燃料量(Fa)と、燃料タンクから回収して吸気通路に供給された燃料蒸気に含まれている第1燃料量(Va)とに対応して再始動時に燃焼室に噴射する燃料量(Fr)を調節することによって、吸気通路に供給された燃料蒸気を効果的に使用し、燃料の消費を低減させ、浄化装置の窒素酸化物に対する浄化能力を向上させる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、燃料蒸気制御システムに関し、より詳細には、アイドルストップアンドゴーシステムにおけるエンジンの再始動時に燃料消費を低減させて、浄化装置の浄化能力を向上させる、燃料蒸気制御システム及びその制御方法に関する。
一般に、ガソリンエンジンの排気ガス中に含まれている主要汚染物質は、炭化水素、一酸化炭素、及び窒素酸化物である。このような汚染物質を低減させるために排気ガス浄化装置(以後、「浄化装置」と略記する」が使用される。浄化装置は、排気ガスに含まれている汚染物質を酸化または還元して、無害な窒素、二酸化炭素、及び水に変換して排気ガスを浄化する。
浄化装置は様々な形式のものが知られているが、その中の一つとして、触媒を用いて窒素酸化物を還元して窒素に変換するものがある。しかし、この浄化装置は、還元反応時に排気ガス中の酸素濃度が設定された値より高いと、酸素を吸収し保存するという性質がある。
この浄化装置は、大量の酸素を保存し、酸素を保存する酸素保存能力(OSC:oxygen storage capability)が低下し、酸素保存能力が低下すると、窒素酸化物に対する浄化能力が低下することがある。
エンジンが長時間停止したり頻繁に停車したりする場合には、浄化装置は大気中の酸素に露呈されて大量の酸素を保存し、酸化窒素の還元力が低下することがある。
この問題点を解決するために、始動時に通常の始動に必要な燃料量より多くの燃料を供給することによって、浄化装置に保存された酸素を除去する方法がある。本明細書では、このように追加的な燃料を供給して浄化装置の酸素保存能力を向上させることを「パージ(purge)」という。
しかし、この方法は燃料消費量が増加するという短所がある。
燃料消費を低減させるためにアイドルストップアンドゴーシステム(idle stop and go system)が採用されている車両は、制御部がアイドリング状態でエンジンを自動的に停止させ、運転者の走行意志を感知された場合には、エンジンキーを操作しなくてもエンジンを自動的に始動する(例えば特許文献1を参照)。
このようなアイドルストップアンドゴーシステムでは、頻繁にエンジンを停止したり、再始動したりすることによって、浄化装置の酸素保存能力が低下し、それによって窒素酸化物に対する浄化能力が低下するという問題点がある。
特開2006−118413号公報
本発明は、アイドルストップアンドゴーシステムが採用されている車両に於いて、再始動時に燃料消費量を増加させずに、浄化装置の酸素保存能力を向上させ、浄化装置の窒素酸化物に対する浄化能力を向上させる燃料蒸気制御装置システム及び制御方法を提供することを目的とする。
本発明による燃料蒸気制御システムは、エンジンの燃焼室に空気を送る吸気通路と、吸気通路に設置されたスロットルバルブと、排気ガスが通過する排気通路と、排気通路に形成された浄化装置と、を含むエンジンの吸排気システムに於いて、
燃料タンクの燃料から発生する燃料蒸気を捕集するキャニスタと、キャニスタとスロットルバルブの後端の一側とを連結し燃料蒸気を吸気通路に移動させる移動通路と、移動通路上に設置されキャニスタから吸気通路に供給される燃料蒸気を制御するパージコントロールバルブと、制御部と、を含み、
エンジンのアイドリング状態でエンジンを自動的に停止させ、パージコントロールバルブを操作してキャニスタから移動通路を通じて吸気通路に燃料蒸気を供給し、エンジンの再始動時に、供給された燃料蒸気に含まれている第1燃料量(Va)に対応してインジェクターからエンジンの燃焼室に噴射する第4燃料量(Fr)を変化させるように制御することを特徴とする。
また、本発明は、浄化装置の酸素保存能力が設定された値以下であれば、浄化装置をパージするために追加する第2燃料量(Fa)を設定することが好ましい。
また、本発明は、第1燃料量(Va)が第2燃料量(Fa)より大きい場合は、第1燃料量から第2燃料量を差し引いた値を第3燃料量(Fs、Fs=Va−Fa)とし、第4燃料量は、通常の始動時の燃料インジェクション量である第5燃料量(Fn)から第3燃料量を差し引いた量(Fr=Fn−Fs)であることが好ましい。
また、本発明は、第1燃料量が第2燃料量より小さい場合は、第2燃料量から第1燃料量を差し引いた値を第6燃料量(Fd、Fd=Fa−Va)とし、
第4燃料量は、第5燃料量と第6燃料量との和(Fr=Fn+Fd)であることが好ましい。
また、本発明は、酸素保存能力を設定するために、浄化装置に隣接して酸素センサーを設置することが好ましい。
また、本発明は、キャニスタに捕集されている燃料蒸気を、スロットルバルブを閉じ、パージコントロールバルブを開いて吸気通路に供給することが好ましい。
また、本発明の燃料蒸気制御方法は、エンジンの燃焼室に空気を送る吸気通路と、吸気通路に設置されたスロットルバルブと、排気ガスが通過する排気通路と、排気通路に形成された浄化装置と、を含むエンジンの吸排気システムに於いて、
燃料タンクの燃料から発生する燃料蒸気を捕集するキャニスタと、キャニスタとスロットルバルブの後端の一側とを連結し燃料蒸気を吸気通路に移動させる移動通路と、移動通路上に設置されキャニスタから吸気通路に供給される燃料蒸気を制御するパージコントロールバルブと、制御部と、を有する燃料蒸気供給装置を用いて、
アイドリング状態で制御部がエンジンを停止させる段階と、スロットルバルブを閉じ、パージコントロールバルブを操作してキャニスタに捕集された燃料蒸気を吸気通路に供給する段階と、吸気通路に供給された燃料蒸気に含まれる第1燃料量(Va)を設定する段階と、第1燃料量に対応して再始動時にインジェクターから燃焼室に噴射する第4燃料量(Fr)を設定する段階と、制御部がエンジンを再始動する時に第4燃料量の燃料をインジェクターから燃焼室に噴射する段階と、を含むこと特徴とする。
酸素保存能力が設定された値以下であれば、酸素保存能力に対応して浄化装置をパージするために必要な第2燃料量(Fa)を設定することが好ましい。
第1燃料量(Va)が第2燃料量(Fa)より大きい場合は、第1燃料量から第2燃料量を差し引いた値を第3燃料量(Fs、Fs=Va−Fa)とし、
第4燃料量は、通常の始動時の燃料インジェクション量である第5燃料量(Fn)から第3燃料量を差し引いた量(Fr=Fn−Fs)であることが好ましい。
また、本発明は、第1燃料量が第2燃料量より小さい場合は、第2燃料量から第1燃料量を差し引いた値を第6燃料量(Fd、Fd=Fa−Va)とし、第4燃料量は、第5燃料量と第6燃料量との和(Fr=Fn+Fd)であることが好ましい.
また、本発明は、浄化装置の酸素保存能力を、浄化装置に隣接して装着した酸素センサーから入力された測定値を分析して設定する段階を更に含み、酸素保存能力は、酸素センサーから入力された測定値を分析して設定することが好ましい。
本発明の実施例による燃料蒸気制御システムによれば、エンジンが停止した状態から再始動する場合に、燃料タンクから回収されて吸気通路に供給された燃料蒸気に含まれている第1燃料量(Va)に対応して再始動時に燃焼室に実際に噴射される燃料量(Fr)を調節することによって、吸気通路に充填された燃料蒸気を効果的に使用して燃料の消費を低減させることができる。
また、本発明の実施例による燃料蒸気制御システムによれば、浄化装置の酸素保存能力が設定された値以下である時に燃料蒸気を用いて浄化装置から酸素を除去して浄化装置を活性化する場合に、燃料蒸気に含まれている第1燃料量に対応して燃料蒸気の供給量を調節することによって、燃料消費を低減させて、浄化装置を効果的に活性化することができる。
本発明の実施例では、燃料消費を低減させるために、アイドルストップアンドゴーシステムを採用する。アイドルストップアンドゴーシステムは、アイドリング状態でエンジンを自動的に停止させ、運転者の走行意志が検知された場合には、エンジンキーの操作がなくても制御部180によってエンジンの始動が行われ、アイドリング中の燃料を節約することができるように配備されている。
しかし、アイドルストップアンドゴーシステムでは、エンジンが停止したり、再始動したりすることを繰り返すことによって、浄化装置162の酸素保存能力が低下し、それによって、窒素酸化物(NOx)に対する浄化能力が低下するという問題点があった。
この問題点を解決するために、再始動時の浄化装置162の酸素保存能力を向上させるために、インジェクター110から燃料の通常供給量(Fn)より多くの量の燃料を噴射(パージ)することが行われる。
アイドルストップアンドゴー機能が作動する条件はシステムの設計によって任意に設定できる。好ましい例として、以下の条件を示すことが出来る。
アイドリング状態と認定してエンジンを停止させる条件は、例えば、車速が3km/hr以下であって、エンジンがアイドリング状態であって、ギヤが中立であって、且つクラッチがリリースされている状態である。
また、アイドルストップ状態から再始動される条件は、例えば正常な状態でクラッチが押される時、車速が例えば10km/kr以上であって、ギヤが中立の時またはブレーキの負圧が低くなる時などである。
また、アイドルストップアンドゴー機能が作動しない条件は、例えば、アイドルストップアンドゴー作動スイッチがオフであったり、バッテリー残量が設定値以下であったり、シートベルトが未着用であったり、ドアが開いていたり、ブレーキ負圧が低かったり、あるいは関連センサーまたはスイッチが故障した場合などである。
アイドルストップアンドゴーシステムでは、再始動時の時間短縮のためにクランク角センサーを配置し、バッテリーの充電状態及び性能を感知するためにバッテリーセンサーを設置し、運転者がオン/オフを作動させる作動スイッチを形成し、クラスタにアイドルストップアンドゴーシステムの作動状態を表示する表示部を設けることが好ましい。
また、ギヤの中立を感知するためのセンサーとクラッチペダルの位置を感知する位置感知センサーを設置することが好ましい。また、バッテリーは、耐久性の向上のためにAGMバッテリーを設置し、耐久性が向上したスタータ及びゼネレータを装備するのが好ましい。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例による燃料蒸気制御システムについて詳細に説明する。
この記載は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように説明するためのものである。本発明は、本発明の技術思想から逸脱しない限り多様に相異した形態に具現することが可能であって、ここで説明する実施例に限定されるものではない。
図1は本発明の実施例による燃料蒸気制御システムの構成図である。
図1を参照すると、エンジン10の吸排気システムは、吸気通路15と、排気通路20と、を主な要素と構成される。
吸気通路15には、スロットルバルブ(ETC)75と、スロットルバルブ75の開度を検知するスロットル開度センサー80と、を設け、スロットルバルブ75の後端部には内部圧力を感知するマニホールド圧力センサー(DTP sensor)115を設けることが好ましい。
排気通路20には、浄化装置162と、酸素センサー155、160と、を設けることができる。浄化装置162は、排気ガス中に含まれている炭化水素と一酸化炭素と窒素酸化物とを無害な二酸化炭素と窒素と水とに変換する。
酸素センサー155、160によって測定された酸素濃度の測定値は制御部180に入力され、制御部180は、浄化装置162は酸素濃度から浄化装置162の浄化装置の酸素保存能力を分析することができる。
エンジン10の燃焼室の前端部には燃料を噴射するインジェクター110が設置される。
エンジン10に接続して、燃料供給システムが設置され、燃料供給システムは、燃料タンク120と、燃料タンク120のタンクの内部圧力を測定する燃圧センサー125と、燃料をインジェクター110に供給する燃料ポンプ135と、を有することができる。
燃料タンク120には、燃料タンク120の燃料から発生する燃料蒸気を捕集するキャニスタ140と、キャニスタ140とスロットルバルブ75の後端の一側とを連結し燃料蒸気を吸気通路15に移動させる移動通路141と、移動通路141上に設置されキャニスタ140から吸気通路15に供給される燃料蒸気を制御するパージコントロールバルブ150と、を設置することが好ましい。
パージコントロールバルブ150は、制御部180に制御され、キャニスタ140に捕集された燃料蒸気の所定量を吸気通路15に供給することができる。クローズバルブ145は、正常時には閉じられて燃料蒸気が空気中に拡散するのを防止し、非常時には開かれて内部のガスを排気することができる。
また、各構成要素を制御するプログラムを記憶し、各センサーからの測定値の入力を受信し、各構成要素を制御する制御部180を備えることが好ましい。
本発明の実施例による構成によれば、エンジンが停止した状態で、パージコントロールバルブ150を通じて排気通路15に供給された燃料蒸気に含まれている燃料量によって、再始動時の燃料供給量を変化させることができる。
即ち、エンジンの再始動時に、吸気通路15に供給された燃料蒸気に含まれる燃料量が多ければ少量の燃料をインジェクター110からエンジン10に噴射し、燃料蒸気に含まれる燃料量が少なければ多量の燃料を噴射することが好ましい。
ここで、パージコントロールバルブ150は供給する燃料蒸気の流量を測定又は/及び調節できるバルブであることが好ましい。
制御部180は、供給された燃料蒸気の流量と、図示しない温度センサーと圧力センサーによって測定した燃料蒸気の温度と圧力と、からパージコントロールバルブ150を通じて吸気通路15に供給された第1燃料量(Va)を算出することができる。
より詳細に説明すれば、制御装置180は、アイドルストップ時に、スロットルバルブ75及びパージコントロールバルブ150を開いて、吸気通路15内に燃料蒸気を供給する。
また、制御部180は、酸素センサー155、160から入力された信号によって浄化装置162の酸素保存能力を計算し、このデータに基づいて浄化装置162の酸素保存能力を向上させるためにパージするのに必要な第2燃料量(Fa)を計算する。
そして、制御部180は、吸気通路15の燃料蒸気に含まれている第1燃料量によって、再始動時にインジェクター110から噴射する第4燃料量(Fr)を調節する。燃料量の調整はインジェクター110からの1回の噴射で行うことも、複数サイクルの噴射に分けて行うことも、何れも可能である。
図2は本発明の実施例による燃料蒸気制御方法を示したフローチャートである。
図2を参照す、制御部180は、所定時間間隔で第1段階(S101)でアイドルストップする条件であるかどうかを判断する。アイドルストップする条件でなければそのまま待機することが好ましい。
アイドルストップする条件が満たされていれば、制御部180は第2段階(S102)へ移行してエンジンを停止させる。
第2段階(S102)の後、第3段階(S103)と第4段階(S104)とが同時に行うことが好ましい。
第3段階(S103)で制御部180は、所定時間間隔で浄化装置の酸素保存能力を測定することが好ましい。酸素保存能力は、酸素センサー155、160から入力された信号によって計算することができる。
第4段階(S104)で、制御部180は、スロットルバルブ(ETC)75を閉じて、パージコントロールバルブ(PCV)150を開くことができる。
第5段階(S105)で、制御部180は、第3段階で求めた浄化装置162の酸素保存能力の測定値に基づき、浄化装置をパージするか否かを判断することが好ましい。酸素保存能力が設定された値より大きければ、第6段階(S106)へ移行して制御部180は再始動する条件が満たされるのを待機し、再始動する条件が満たされればエンジンを通常の条件で再起動する。
第3段階の判定で、酸素保存能力が設定された値より小さければ、第7段階(S107)へ移行し、制御部180は吸気通路15に供給された燃料蒸気に含まれている第1燃料量(Va)を計算する。
第8段階(S108)で、制御部180は、浄化装置をパージするために追加的に噴射される第2燃料量(Fa)を計算する。
第9段階(S109)で、制御部180は、第1燃料量(Va)及び第2燃料量(Fa)を比較する。第1燃料量(Va)が第2燃料量(Fa)より大きければ、第10段階(S110)へ移行して、パージするのに必要な第2燃料量(Fa)を超過している燃料蒸気に含まれている第1燃料量(Va)である第3燃料量(Fs)を計算するのが好ましい(Fs=Va−Fa)。
次いで第11段階(S111)へ移行し、制御部180は、インジェクター110から噴射する第4燃料量(Fr)を計算する。第4燃料量は、再始動する際にパージするのに必要な第5燃料量(Fn)から第3燃料量(Fs)を引いた量である(Fr=Fn−Fs)。
次に、第15段階(S115)移行して、制御部180は再始動する条件が満たされるのを待機するのが好ましい。例えば正常な状態でクラッチが押されるなど、再始動条件が満たされれば、第12段階(S112)へ移行し、制御部180は、自動的にエンジンを再始動させて、第11段階(S111)で計算された第4燃料量(Fr)をインジェクターから噴射することが好ましい。
第9段階(S109)で第1燃料量(Va)が第2燃料量(Fa)より小さければ、制御部180は第13段階(S113)へ移行し、第2燃料量(Fa)と第1燃料量(Va)との差である不足した第6燃料量(Fd)を計算するのが好ましい(Fd=Va−Fa)。
次いで、第14段階(S114)へ移行し、制御部180は実際に噴射する第4燃料量(Fr)を計算し、再始動する条件が満たされるのを待機するのが好ましい。ここで、第4燃料量は、第5燃料量(Fn)に第6燃料量(Fd)を加えた量である(Fr=Fn+Fd)。
そして、第11段階(S111)と同様に、第15段階(S115)で制御部180は再始動する条件が満たされるのを待機し、再始動条件が満たされれば、第12段階(S116)へ戻ってエンジンを自動的に再始動することができる。
このように、本発明は、アイドルストップアンドゴーシステムにおいて、エンジンを再始動する時に、吸気通路15のに供給されている燃料タンクから回収された燃料蒸気に含まれている燃料によって、インジェクター110から噴射する燃料を削減することによって、燃料消費を低減させることができる。
また、浄化装置162の酸素保存能力に対応したパージを行って、浄化装置の酸素保存能力を効果的に向上させて、窒素酸化物を効果的に低減させることができる。
以上で本発明の実施例について説明したが、本発明はこの説明に限定されない。本発明は、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付した図面に記載した技術範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属する。
本発明の実施例による燃料蒸気制御システムの構成図である。 本発明の実施例による燃料蒸気制御方法を示したフローチャートである。
符号の説明
10エンジン
15吸気通路
20排気通路
50クランクシャフト
75スロットルバルブ
80スロットル開度センサー
100点火コイル
105プラグ
110インジェクター
115マニホールド圧力センサー
120燃料タンク
125燃圧センサー
135燃料ポンプ
140キャニスタ
141移動通路
145クローズバルブ
150パージコントロールバルブ
155、160酸素センサー
162浄化装置
180制御部

Claims (11)

  1. エンジンの燃焼室に空気を送る吸気通路と、前記吸気通路に設置されたスロットルバルブと、排気ガスが通過する排気通路と、前記排気通路に形成された浄化装置と、を含むエンジンの吸排気システムに於いて、
    燃料タンクの燃料から発生する燃料蒸気を捕集するキャニスタと、前記キャニスタと前記スロットルバルブの後端の一側とを連結し燃料蒸気を前記吸気通路に移動させる移動通路と、前記移動通路上に設置され前記キャニスタから前記吸気通路に供給される燃料蒸気を制御するパージコントロールバルブと、制御部と、を含み、
    前記制御部は、前記エンジンのアイドリング状態で前記エンジンを自動的に停止させ、前記パージコントロールバルブを操作して前記キャニスタから前記移動通路を通じて前記吸気通路に燃料蒸気を供給し、前記エンジンの再始動時に、供給された燃料蒸気に含まれている第1燃料量(Va)に対応してインジェクターから前記エンジンの燃焼室に噴射する第4燃料量(Fr)を変化させるように制御することを特徴とする燃料蒸気制御システム。
  2. 前記浄化装置の酸素保存能力が設定された値以下であれば、浄化装置をパージするために追加する第2燃料量(Fa)を設定することを特徴とする請求項1記載の燃料蒸気制御システム。
  3. 前記第1燃料量(Va)が前記第2燃料量(Fa)より大きい場合は、前記第1燃料量から前記第2燃料量を差し引いた値を第3燃料量(Fs、Fs=Va−Fa)とし、
    前記第4燃料量は、通常の始動時の燃料インジェクション量である第5燃料量(Fn)から前記第3燃料量を差し引いた量(Fr=Fn−Fs)であることを特徴とする請求項2記載の燃料蒸気制御システム。
  4. 前記第1燃料量が前記第2燃料量より小さい場合は、第2燃料量から第1燃料量を差し引いた値を第6燃料量(Fd、Fd=Fa−Va)とし、
    前記第4燃料量は、前記第5燃料量と前記第6燃料量との和(Fr=Fn+Fd)であることを特徴とする請求項2記載の燃料蒸気制御システム。
  5. 前記酸素保存能力を設定するために、前記浄化装置に隣接して酸素センサーを設置することを特徴とする請求項2記載の燃料蒸気制御システム。
  6. 前記キャニスタに捕集されている燃料蒸気を、前記スロットルバルブを閉じ、前記パージコントロールバルブを開いて前記吸気通路に供給することを特徴とする請求項1記載の燃料蒸気制御システム。
  7. エンジンの燃焼室に空気を送る吸気通路と、前記吸気通路に設置されたスロットルバルブと、排気ガスが通過する排気通路と、前記排気通路に形成された浄化装置と、を含むエンジンの吸排気システムに於いて、
    燃料タンクの燃料から発生する燃料蒸気を捕集するキャニスタと、前記キャニスタと前記スロットルバルブの後端の一側とを連結し燃料蒸気を前記吸気通路に移動させる移動通路と、前記移動通路上に設置され前記キャニスタから前記吸気通路に供給される燃料蒸気を制御するパージコントロールバルブと、制御部と、を有する燃料蒸気供給装置を用いて、
    アイドリング状態で前記制御部が前記エンジンを停止させる段階と、前記スロットルバルブを閉じ、前記パージコントロールバルブを操作して前記キャニスタに捕集された燃料蒸気を前記吸気通路に供給する段階と、前記吸気通路に供給された燃料蒸気に含まれる第1燃料量(Va)を設定する段階と、前記第1燃料量に対応して再始動時に前記インジェクターから前記燃焼室に噴射する第4燃料量(Fr)を設定する段階と、前記制御部が前記エンジンを再始動する時に前記第4燃料量の燃料をインジェクターから前記燃焼室に噴射する段階と、を含むこと特徴とする燃料蒸気制御方法。
  8. 前記酸素保存能力が設定された値以下であれば、前記酸素保存能力に対応して前記浄化装置をパージするために必要な第2燃料量(Fa)を設定する段階を含む、請求項7記載の燃料蒸気制御方法。
  9. 前記第1燃料量(Va)が前記第2燃料量(Fa)より大きい場合は、前記第1燃料量から前記第2燃料量を差し引いた値を第3燃料量(Fs、Fs=Va−Fa)とし、
    前記第4燃料量は、通常の始動時の燃料インジェクション量である第5燃料量(Fn)から前記第3燃料量を差し引いた量(Fr=Fn−Fs)であることを特徴とする請求項8記載の燃料蒸気制御方法。
  10. 前記第1燃料量が前記第2燃料量より小さい場合は、第2燃料量から第1燃料量を差し引いた値を第6燃料量(Fd、Fd=Fa−Va)とし、
    前記第4燃料量は、前記第5燃料量と前記第6燃料量との和(Fr=Fn+Fd)であることを特徴とする請求項8記載の燃料蒸気制御方法。
  11. 前記浄化装置の前記酸素保存能力を、前記浄化装置に隣接して装着した酸素センサーから入力された測定値を分析して設定する段階を更に含み、前記酸素保存能力は、前記酸素センサーから入力された測定値を分析して設定されることを特徴とする請求項8記載の燃料蒸気制御方法。
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