JP4249160B2

JP4249160B2 - 逆流防止バルブの故障検出装置

Info

Publication number: JP4249160B2
Application number: JP2005208379A
Authority: JP
Inventors: 真人四竈; 治滝沢; 洋輔小坂; 崇今
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2025-07-19
Also published as: JP2007023925A

Description

この発明は、蒸発燃料のパージシステムにおける逆流防止バルブの開弁故障を判定する装置に関する。

特許文献１には、過給機を備えるエンジンにおいて、過給機からの正圧をキャニスタに導入してキャニスタからエンジンの吸気管に蒸発燃料をパージすることが記載されている。

特許文献２には、燃料タンク、ベーパ通路、キャニスタ、およびパージ通路からなるエバポ系内に正圧を導入する手段を設け、正圧がエバポ系内に導入されたときの圧力検出手段の検出結果に基づいてエバポ系の異常の有無を判定することが記載されている。
特開2005-36757号特許2745966号

過給機を備えたエンジンにおいては、過給機が作動している状態では、過給機下流における吸気管圧力が蒸発燃料系の圧力に対して相対的に正圧になることがある。したがって、蒸発燃料を一時的に蓄えるキャニスタから吸気管に蒸発燃料を供給するパージ通路に、逆流防止のためのバルブを設けることが行われる。このバルブの開弁故障を的確に判定する装置が必要とされている。

この発明の故障判定装置は、燃料タンクからの蒸発燃料をチャージ通路を通してキャニスタに蓄え、デューティ制御されるパージ制御バルブを介してキャニスタ内の燃料をパージ通路を介して吸気通路にパージするエンジンに設けられる。この装置は、前記パージ通路に設けられた逆流防止用バルブと、燃料タンクおよびキャニスタを含む蒸発燃料系の圧力を検出する圧力センサと、を備える。この装置は、さらに、前記圧力センサの出力に基づいて、前記パージ制御バルブの作動周期の脈動波形と基準レベルとの交差を検出する手段と、基準周期に対する前記交差の位相を求める手段と、今回求められる前記位相と所定周期前に求められた位相との位相差に基づいて、前記逆流防止用バルブの開弁故障を判定する判定手段と、を備える。

蒸発燃料系の圧力は、パージ制御バルブの周期的な作動に従って脈動する。この出願の発明者は、逆流防止バルブに開弁故障が発生すると、脈動の位相が反転することを発見した。この発明は、蒸発燃料系の圧力の脈動の位相を観察することにより、パージ通路の逆流防止バルブの開弁故障を的確に判定することができる。

この発明の一形態（請求項２）では、基準レベルとして、圧力センサの出力波形の移動平均を用い、前記交差を検出する手段は、脈動波形の今回のサンプル値と、前記基準レベルの今回値とを比較することにより、脈動波形が前記基準レベルを負側から正側に横切ることを検出する。

この発明の形態によると、脈動の位相検出に必要な波形のゼロ交差を的確に検出することができる。

この発明の一形態（請求項３）では、位相を求める手段は、パージ制御バルブのデューティ制御の周期を基準として、この周期を360度としたときのゼロ交差のsin値およびcos値を求める。そして、前記過給機下流の吸気管圧力が相対的に負のときの前記交差のsin値およびcos値のそれぞれと、該吸気管圧力が相対的に正のときの前記交差のsin値およびcos値のそれぞれとの差の二乗を加算することにより、前記脈動の位相差を算出する位相差算出手段をさらに備える、請求項２に記載の故障判定装置。

この発明の形態によると、検出する位相をsin値およびcos値で求め、三角関数の演算により脈動の位相差を算出することができる。

この発明の一形態（請求項４）では、前記位相を求める手段は、前記交差が検出されたときの前記パージ制御バルブのデューティ制御のデューティに基づいて、前記位相を補正する。

蒸発燃料系の圧力の脈動波形は、パージ制御バルブのデューティに応じて変化するので、デューティによる変化を補償してデューティの影響を受けない位相差を算出する。これにより、パージ制御バルブのデューティ制御におけるデューティが変化しても、正確に位相差を算出することができる。

この発明のさらにもう一つの形態（請求項５）では、エンジンは、キャニスタからの蒸発燃料を過給機の上流に供給する通路を備えており、この通路に第２の逆流防止のバルブを備えている。

この形態によると、パージは、過給機の上流および下流に対して行われるので、蒸発燃料を効率的に使用することができる。

次に図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。図１は、この発明の装置の全体的な構成を示すブロック図である。エンジン11の吸気系には、エアフィルタ13、過給機17、インタークーラー19、およびスロットル弁22が設けられている。燃料タンク23は、チャージ通路25を介してキャニスタ27に連通しており、蒸発燃料が一時的にキャニスタに蓄えられる。キャニスタ27には圧力センサ28が設けられており、蒸発燃料系の圧力を検出する。

キャニスタ27は、パージ通路30により吸気管21に連通している。パージ通路30には、パージ制御バルブ29および逆流防止用のバルブ31が設けられている。さらに、パージ通路30は、通路32に分岐し、過給機17の上流の吸気管15に、第２の逆流防止バルブ33およびジェットバルブ35を介して、連通している。ジェットバルブ35は、過給機17で加圧された空気の一部をジェット流として通路36を介して過給機の上流にもどす。このジェット流によって通路32に負圧が発生し、蒸発燃料がジェットバルブ内でジェット流に吸い込まれる。ジェットバルブの詳細は、この出願人による特許出願公開公報2005-30324号に記載されている。

エンジン11に設けられる図示しない燃料噴射装置（インジェクタ）には、燃料タンク23から通路24を介して燃料が供給される。

蒸発燃料（エバポ）系に設けられた圧力センサ28の出力は、電子制御ユニット(Electronic Control Unit, ECU)50に送られる。ECU50は、実質的にはコンピュータであり、演算を行うＣＰＵ、演算の作業領域を提供するランダムアクセスメモリ（RAM）、プログラムおよびデータを格納する読み出し専用メモリ（ROM）および入出力インターフェイスを備えている。図１において、ECU50は、この発明の故障判定装置の一実施例を実現するための機能ブロック図で表されている。

図２を参照すると、圧力センサ28の出力波形（A）は、パージ制御バルブ29のデューティ制御の影響でデューティ制御と同じ周期の脈動を含んでいる。この実施例では、パージ制御バルブ29は、パージ実行条件が成立しているとき、80ミリ秒の周期でデューティが加えられる。すなわち、80ミリ秒ごとにECU50から送られる可変幅のパルスに従って、パルス幅の時間だけバルブが開き、パージが行われる。パージ通路30を介してのパージは、蒸発燃料系の圧力が吸気管21（吸気マニホールド付近）の圧力よりも高い状態で実行され、パージ制御バルブ29が開くと、蒸発燃料系の圧力が負方向に振れ、バルブ29が閉じると蒸発燃料系の圧力が正方向に回復する。こうして、蒸発燃料系の圧力にはパージ制御バルブ29のデューティ制御の周期に従った脈動が生じる。

ECU50の波形整形部51は、圧力センサ28の出力波形（A）からデューティ制御の周期（この実施例では80ミリ秒）の脈動波形（B）をフィルタ処理により抽出する。また、ほぼ同時に出力波形（A）から脈動波形（B）を除いた成分の所定期間の移動平均である基準レベル線（C）を求める。この基準レベル線（C）は、脈動がない状態での蒸発燃料系の圧力と考えることができる。

ECU50のゼロ交差検出部53は、脈動波形（図２、(B)）と、基準レベル線（図２、(C)）との交差を検出する。図３を参照してゼロ交差の検出方法を説明する。脈動波形（B）および基準レベル線（C）を所定の周期でサンプリングし、前回の脈動波形サンプル値が基準レベル線より下にある（これを脈動波形サンプル値が負である、と呼ぶ）状態から、今回の脈動波形サンプル値が基準レベル線の上にある（これを脈動サンプル値が正である、と呼ぶ）状態に遷移するとき、ゼロ交差が生じたと判定する。図３において、白抜きの丸で示す一対のサンプル値が生じるとき、ゼロ交差が検出される。

ECU50の位相検出部55、位相差検出部57およびバルブ故障判定部59の働きを図４および５を参照して説明する。まず、図４の（A）は、パージ制御バルブ29の80ミリ秒の制御周期を示し、（B）は、デューティ制御に使われるパルス（PCS Duty）の例を示す。図の例では、デューティ比は50%である。蒸発燃料の状態に応じてデューティ比は、変更される。

図４の（ｃ）は、蒸発燃料系の圧力の脈動成分を示す。実線の脈動は、逆流防止バルブ31が正常な状態で、吸気管21が相対的に負圧の状態でパージ通路30を介したパージが行われているときの圧力センサ28の出力に現れる脈動成分を示す。一方、過給機17が働いているときは、吸気管21が相対的に正圧になり、第２の逆流防止バルブ33およびパージ分岐路32を介してジェットパージバルブ35から過給機上流にパージが行われる。図４（C）の波線の脈動は、このとき、パージ通路30の逆流防止バルブ31が開弁故障している状態で、圧力センサ28の出力に現れる脈動成分を示す。すなわち、吸気管21が正圧になっているので、開弁故障した逆流防止バルブ31を通して吸気が蒸発燃料系に逆流し、脈動波形が反転して位相が180度ずれる。

ECU50の位相検出部57は、パージ制御バルブ29のデューティ制御の周期（たとえば、80ミリ秒）ごとに周期の開始点から脈動波形の負から正へのゼロ交差点までの時間をタイマーで計測し、これを脈動波形の位相とする。すなわち、デューティ制御の周期を360度とし、負から正へのゼロ交差が生じた時点を角度に変換して位相とする。

図４の（D）は、実線の脈動波形のゼロ交差からゼロ交差への周期を示し、（E）は、デューティ制御の周期の開始点からゼロ交差までの時間を示し、これを実線の脈動波形の位相とする。（F）は、波線の脈動波形のゼロ交差からゼロ交差への周期を示し、（G）は、デューティ制御の周期の開始点からゼロ交差までの時間を示し、これを波線の脈動波形の位相とする。

位相差検出部57は、吸気管21が相対的に負圧であるときの実線の脈動波形の位相と、吸気管21が相対的に正圧であるときの波線の脈動波形の位相との差を、この後、図５を参照して説明する演算により算出する。バルブ故障判定部59は、こうして算出される位相差が所定の値よりも大きいとき、逆流防止バルブ31に開弁故障が生じていると判定する。

次に図５を参照して、この発明の装置が実行するプロセスを説明する。図５のフローチャートに示すプロセスは、たとえば10ミリ秒ごとに繰り返し実行され、複数回の実行によって一つの全体的なプロセスが完了する。まず、間引きカウンタの値が１になっているかどうかを判断する（101）。間引きカウンタは、この実施例では80ミリ秒のデューティ制御周期を10ミリ秒ごとに区分し、10ミリ秒ごとに演算を行うためのもので、カウンタの値が１になっていれば、ステップ103で脈動の位相を測定するための位相カウンタの値を０にリセットし、ステップ107で間引きカウンタをデューティ制御周期の開始点の８にセットする。ステップ101で間引きカウンタが１でなければ、ステップ105に進み、カウンタをデクリメント（１だけ減算）してステップ109に移る。80ミリ秒のデューティ周期が終わるまでステップ105経由でプロセスが進行し、80ミリ秒に達すると、位相カウンタを０にリセットし（103）、間引きカウンタを８にセットする。

ステップ109では、NGカウンタのカウント数が所定数に達しているかどうかを判断する。NGカウンタは、後述するステップ151で脈動の位相差が所定のしきい値を超えているときにインクリメントされる。NGカウンタのカウント数が所定数に達しているときは、逆流防止バルブ31が開弁故障していると判定して、故障検知済みフラグを１にセットする（141）。

ステップ109でNGカウンタの値が所定数に達していなければ、OKカウンタのカウント値が所定数に達しているかどうか判断する（111）。OKカウンタは、後述するステップ151において、脈動波形の位相差が所定のしきい値以下であるときにインクリメント（１づつ加算）される（153）。

OKカウンタの値が所定数に達していれば、逆流防止バルブ31に開弁故障は生じていないと判定して、OKカウンタおよびNGカウンタを０にリセットして(143)、新たに開弁故障検知プロセスを開始する。

OKカウント数が所定数に達していなければ、過給機下流の吸気管21の圧力が所定値以下である状態（この状態を負圧と呼ぶ）での脈動波形の位相検出回数が所定値に達しているかどうかを判定し（113）、所定値に達していれば、吸気管21の圧力が所定値以上である状態（この状態を正圧と呼ぶ）での脈動波形の位相検出回数が所定値に達しているかどうかを判定する（115）。

ステップ113および115での判定がYesであれば、ステップ151に移り、位相差（後述するステップ139で算出）が所定値以下かどうかを判定する。所定値以下であれば、OKカウンタをインクリメントし（153）、所定値を越えていれば、NGカウンタをインクリメントした後（155）、諸々のパラメータをリセットして次回のプロセスに進む。

ステップ113および115での判定がNoであれば、脈動波形の位相および位相差を算出するためのステップ117以下のプロセスに進む。まず、図２および図３を参照して説明した手法により、脈動波形（B）が負から正に向かう方向に基準レベル線（C）と交差したことが検出され、脈動交差フラグが１にセットされているかどうかを判断する（117）。脈動交差フラグが１にセットされていなければ、今回のプロセスを抜けて、脈動交差フラグが１にセットされるまで、ステップ101からステップ117までのプロセスを繰り返す。

ステップ117で、脈動交差フラグが１にセットされていると、ステップ119に進み、検出された位相を補正する。脈動波形の位相は、図４（E）に示す矢印の期間の長さ、すなわち位相カウンタのカウント値で表す。図４では脈動波形をきれいな正弦波で示しているが、実際の脈動波形は、図４（B）のデューティ制御のパルス幅（デューティ比）によって変形する。吸気管21が負圧側にあるときの脈動波形の位相と、吸気管21が正圧側にあるときの脈動波形の位相との差を検出するのであるが、この２つの異なる状態においてはパージ制御バルブのデューティ比が異なることがある。この場合、脈動波形の変形の仕方が異なるから、基準レベル線と交差する点を位相として用いると、正確に位相差を算出することができない。

そこで、位相カウンタで検出した脈動波形の位相カウントCCROSで表される図４（E）の矢印で示される位相の大きさ（単位は時間、秒）に対し、次の演算により補正を行い、デューティ比の影響を取り除き、角度表現に変換して位相値POSを算出する（119）。

POS = (CCROS - PGC × 0.0004)/0.08 × 3.14 × 2 (1)
ここで、PGCは、パージ制御バルブをデューティ制御するパルスのデューティ比（80ミリ秒のデューティ周期の中でパルスがオンになっている時間に比率で0%から100％）である。80msの周期の中で負から正方向へのゼロ交差が発生する位相（時間カウント）は、デューティ比によって40msの変動幅があることがわかった。PGC × 0.0004は、パーセントで表されるPGCを100で割って小数に直し、これに40ms、すなわち0.04sを掛けたものである。CCROSからPGC × 0.0004を引くことによりデューティ比による位相（時間）の変動が補正される。この位相（時間）を、周期の80msに2π（πは円周率、3.14）を掛けたもので割り、角度表現の位相POSを求める。

角度表現の位相が求められると、ステップ121に進み、テーブルを検索してこの位相に対応するsin値およびcos値を求める。吸気管21（吸気マニホールド）の圧力PBが所定値以下のときは（123）、ステップ133に進み、負圧側での位相検出回数が所定値以上になっていれば、位相差算出のステップ139に進む。位相検出回数が所定値に達していなければ、sin値およびcos値の平均値を算出する（135）。要は、１回のプロセスで検出された位相値を使うのではなく、複数回のプロセスで検出された位相の平均を算出して使用する。検出回数のカウンタをインクリメントして位相差算出ステップ139に移る。

PBが所定値以上になっているときは（125）、ステップ127に進み正圧側での位相検出回数が所定値以上になっていれば、位相差算出ステップ139に進む。位相検出回数が所定値に達していなければ、sin値およびcos値の平均値を算出し（129）、正圧側の位相検出回数カウンタをインクリメントして(131)、ステップ139に移る。図５において、ステップ137およびステップ131からステップ139に移るのではなく、EXITでプロセスを抜け、位相差の平均値の算出は、ステップ127または133において位相の検出回数が所定値を超えたときに行うようにしてもよい。

ステップ139では、次の演算により負圧側のsin値平均値NEGASINおよびcos値平均値NEGACOS、ならびに正圧側のsin値平均値POSINおよびcos値平均値POSCOSを用いて、負圧側の位相と正圧側の位相との差DPOSを算出する。

DPOS = (POSSIN - NEGASIN)² + (POSCOS - NEGACOS)² (2)

こうして位相差が算出された後に、このプロセスに入ると、ステップ151に到達し、位相差が所定値以下であれば、逆流防止バルブ31が正常に働いていると判定して、OKカウンタをインクリメントし（153）、諸々のパラメータをリセットする(157)。位相差が所定値を超えていると、逆流防止バルブ31が開弁故障を起こしていると判定し、NGカウンタをインクリメントする（155）。NGカウンタのカウント値が所定値以上になると（109）、故障の判定を確定し、故障検知済みフラグを１にセットする（141）。こうして、逆流防止バルブ31の開弁故障が検知される。

以上にこの発明を具体的は実施例について説明したが、この発明は、このような実施例に限定されるものではない。

この発明の対象となるエンジンの全体的な構成を示す図。圧力センサの出力から脈動波形と基準レベル線を抽出する様子を示す波形図。脈動波形と基準レベル線との交差を検出する原理を示す図。脈動波形におけるゼロ交差の位相を検出する仕組みを説明する図。この発明のプロセスのフローを示す流れ図。

符号の説明

17 過給機
28 圧力センサ
29 パージ制御バルブ
31 逆流防止バルブ
50 電子制御ユニット（ECU）

Claims

燃料タンクからの蒸発燃料をチャージ通路を通してキャニスタに蓄え、デューティ制御されるパージ制御バルブを介してキャニスタ内の燃料をパージ通路を介して吸気通路にパージするエンジンにおいて、
前記パージ通路に設けられた逆流防止用バルブと、
前記燃料タンクおよび前記キャニスタを含む蒸発燃料系の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの出力に基づいて、前記パージ制御バルブの作動周期の脈動波形と基準レベルとの交差を検出する手段と、
基準周期に対する前記交差の位相を求める手段と、
今回求められる前記位相と所定周期前に求められた位相との位相差に基づいて、前記逆流防止用バルブの開弁故障を判定する判定手段と、
を備える故障判定装置。
前記基準レベルは、前記圧力センサの出力波形の移動平均であり、前記交差を検出する手段は、前記脈動波形の今回のサンプル値と、前記基準レベルの今回値とを比較することにより、脈動波形が前記基準レベルを負側から正側に横切ることを検出する、請求項１に記載の故障判定装置。
前記位相を求める手段は、前記パージ制御バルブのデューティ制御の周期を基準として、該周期を360度としたときの前記交差のsin値およびcos値を求め、
前記過給機下流の吸気管圧力が相対的に負のときの前記交差のsin値およびcos値のそれぞれと、該吸気管圧力が相対的に正のときの前記交差のsin値およびcos値のそれぞれとの差の二乗を加算することにより、前記脈動の位相差を算出する位相差算出手段をさらに備える、請求項２に記載の故障判定装置。
前記位相を求める手段は、前記交差が検出されたときの前記パージ制御バルブのデューティ制御のデューティに基づいて、前記位相を補正する請求項３に記載の故障判定装置。
前記エンジンは、過給機と、前記キャニスタからの蒸発燃料を該過給機の上流に供給する通路と、該通路に設けられた第２の逆流防止のバルブを備える、請求項１から４のいずれかに記載の故障判定装置。