特許 7375625 エンジンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-30

(45)【発行日】2023-11-08

(54)【発明の名称】エンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20231031BHJP

   F02M 26/49 20160101ALI20231031BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 364D

F02M26/49

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020043091

(22)【出願日】2020-03-12

(65)【公開番号】P2021143633

(43)【公開日】2021-09-24

【審査請求日】2023-02-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 未来織

【審査官】小関 峰夫

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－３０３６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２７６４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２３９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２２３５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２５２３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１５７７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－６７１７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｍ ２６／４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、
前記エンジンに接続された吸気通路に設けられたスロットルバルブ及び吸気圧センサと、
前記エンジンの回転数を検出するクランク角センサと、
前記スロットルバルブを流れる冷却水の温度を検出する温度センサと、
キャニスタからパージ通路を介して前記吸気通路に蒸発燃料を含むパージガスを導入する蒸発燃料処理装置と、
吸気圧を推定する推定部と、
前記エンジンの運転状態がアイドル運転状態であり、前記エンジンの回転数の変化率が所定値以下であり、前記パージガスの流量の変化率が所定値以下であり、前記冷却水の温度の変化率が所定値以下の場合に、前記吸気圧センサの実測値と吸気圧の推定値との乖離を学習する学習部と、を備えたエンジンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

ＥＧＲ弁での異物の噛み込みの判定に関する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１５７７７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、吸気圧の実測値と推定値との差分に基づいて上記判定を行うことができる。即ち、上記の差分が比較的大きい場合にはＥＧＲ弁の噛み込みが発生していると判定し、この差分が小さく実測値と推定値とが略同じとみなせる場合には噛み込みが発生していないと判定できる。しかしながら、異物の噛み込みが発生していない正常時であっても実測値と推定値との間には乖離がある。この乖離値は、一定値ではなくばらつきがある。このため、このようなばらつきのある乖離値を考慮せずに上記判定を行うと、上記の判定を精度よく行うことができない可能性がある。

【0005】

そこで本発明は、吸気圧の実測値と推定値の乖離を精度よく学習できるエンジンシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的は、エンジンと、前記エンジンに接続された吸気通路に設けられたスロットルバルブ及び吸気圧センサと、前記エンジンの回転数を検出するクランク角センサと、前記スロットルバルブを流れる冷却水の温度を検出する温度センサと、キャニスタからパージ通路を介して前記吸気通路に蒸発燃料を含むパージガスを導入する蒸発燃料処理装置と、吸気圧を推定する推定部と、前記エンジンの運転状態がアイドル運転状態であり、前記エンジンの回転数の変化率が所定値以下であり、前記パージガスの流量の変化率が所定値以下であり、前記冷却水の温度の変化率が所定値以下の場合に、前記吸気圧センサの実測値と吸気圧の推定値との乖離を学習する学習部と、を備えたエンジンシステムによって達成できる。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、吸気圧の実測値と推定値の乖離を精度よく学習できるエンジンシステムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本実施例のエンジンシステムの概略構成図である。

【図2】図２Ａは、異物の噛み込みが生じていない場合の説明図であり、図２Ｂは、異物の噛み込みが生じた場合の説明図である。

【図3】図３は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。

【図4】図４は、吸気圧の実測値から推定値を減算した乖離値のばらつきを示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１は、本実施例のエンジンシステムの概略構成図である。エンジン２０は、ピストン２４が収納されたシリンダブロック２１上に設置されたシリンダヘッド２２内の燃焼室２３内で混合気を燃焼させて、ピストン２４を往復動させる。ピストン２４の往復動は、クランクシャフト２６の回転運動に変換される。シリンダブロック２１の下部には、潤滑用のオイルを貯留したオイルパン２１ａが設けられている。尚、図示はしていないが、エンジン２０は４つの気筒を有した直列４気筒エンジンであるがこれに限定されない。

【0010】

エンジン２０のシリンダヘッド２２には、吸気ポート１０ｉを開閉する吸気弁４２と、排気ポート３０ｅを開閉する排気弁４４とが気筒ごとに設けられている。また、シリンダヘッド２２の頂部には、燃焼室２３内の混合気に点火するための点火プラグ２７が気筒ごとに取り付けられている。また、シリンダヘッド２２には、燃焼室２３内に燃料を噴射する筒内噴射弁１２が設けられている。吸気弁４２の開弁時に燃焼室２３に吸入された吸入空気と、筒内噴射弁１２から噴射された燃料とが混合されて混合気をなし、この混合気がピストン２４で圧縮され、点火プラグ２７で点火燃焼させられる。

【0011】

各気筒の吸気ポート１０ｉは気筒毎の枝管を介してサージタンク１８に接続されている。サージタンク１８の上流側には吸気管１０が接続されており、吸気管１０の上流端にはエアクリーナ１９が設けられている。そして吸気管１０には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１５ａ、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ１５ｂ、電子制御式のスロットルバルブ１３が設けられている。また、サージタンク１８には吸気圧を検出する吸気圧センサ１７が設けられている。

【0012】

各気筒の排気ポート３０ｅは気筒毎の枝管を介して排気管３０に接続されている。排気管３０には、三元触媒３１が設けられている。三元触媒３１の上流側には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ３３が設置されている。

【0013】

排気管３０と吸気管１０とを連通するＥＧＲ管５０が設けられている。ＥＧＲ管５０には、開度調整が可能なＥＧＲバルブ５２が設けられている。ＥＧＲ管５０及びＥＧＲバルブ５２はＥＧＲ装置に相当する。ＥＧＲバルブ５２が開くことにより、排気ガスの一部が吸気管１０に還流され、ＥＧＲバルブ５２の開度を調整することにより、燃焼室２３に吸入される吸気ガスの総量に対するＥＧＲガスの量の比率であるＥＧＲ率を調整することができる。尚、ここでいうＥＧＲ率とは、外部ＥＧＲ率である。ＥＧＲ管５０には、ＥＧＲクーラが備えられていてもよい。

【0014】

また、エンジン２０は、吸気弁４２及び排気弁４４のそれぞれの動弁特性を変更する可変動弁機構（以下、ＶＶＴと称する）４３及び４５を備えている。ＶＶＴ４５は、例えば１つの排気弁４４に対応して排気側カムシャフトに駆動カムが設けられており、駆動カムにより排気弁４４を開閉する。駆動カムは、排気側カムシャフトに対して位相を変更可能に連結されている。これにより、排気弁４４の開弁時期及び閉弁時期を進角又は遅角側に変更することができる。ＶＶＴ４３についても同様である。尚、カムシャフトに対する駆動カムの位相は、オイルコントロールバルブにより調整される油圧に応じて切り替えられる。尚、油圧式のＶＶＴ４５の代わりに、電動式の動弁機構を採用してもよい。

【0015】

蒸発燃料処理装置６０は、キャニスタ６１、ベーパ通路６２、封鎖弁６３、外気導入通路６４、外気導入バルブ６５、パージ通路６６、及びパージバルブ６７を含む。キャニスタ６１は、蒸発燃料を吸着可能に構成されている。ベーパ通路６２は、燃料タンク２８内の蒸発燃料をキャニスタ６１に導く。封鎖弁６３は、ベーパ通路６２に設けられている。封鎖弁６３の閉弁時では、燃料タンク２８内からキャニスタ６１へのベーパ通路６２を介した蒸発燃料の流通が行われない。封鎖弁６３の開弁時では、燃料タンク２８内からキャニスタ６１へのベーパ通路６２を介した蒸発燃料の流通が許容される。

【0016】

外気導入通路６４は、キャニスタ６１に接続され、キャニスタ６１に外気を導入する。外気導入バルブ６５は、外気導入通路６４に設けられている。外気導入バルブ６５の開弁時では、外気導入通路６４を介したキャニスタ６１への外気の導入が許容される。外気導入バルブ６５の閉弁時では、外気導入通路６４を介したキャニスタ６１への外気の導入が停止される。

【0017】

パージ通路６６は、キャニスタ６１とサージタンク１８とを接続している。パージ通路６６は、吸気管１０におけるスロットルバルブ１３よりも下流側の部分に接続されている。パージバルブ６７は、パージ通路６６に設けられている。

【0018】

蒸発燃料処理装置６０は、吸気管１０におけるスロットルバルブ１３よりも下流側の部分に負圧が発生しているときに、封鎖弁６３及びパージバルブ６７の双方を開弁させることにより、燃料タンク２８内の蒸発燃料がベーパ通路６２、キャニスタ６１及びパージ通路６６を介して吸気管１０にパージされる。

【0019】

ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、及びＲＯＭ（Read Only Memory）を備える。ＥＣＵ１００は、ＲＡＭやＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することによりエンジン２０を制御する。ＥＣＵ１００は、エンジン２０の制御装置である。また、ＥＣＵ１００のＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭは、後述する推定部及び学習部を機能的に実現する。

【0020】

ＥＣＵ１００には、上述の点火プラグ２７、スロットルバルブ１３、筒内噴射弁１２、及びＥＧＲバルブ５２が電気的に接続されている。またＥＣＵ１００には、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１、スロットルバルブ１３のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１４、エアフロメータ１５ａ、吸気温センサ１５ｂ、吸気圧センサ１７、クランクシャフト２６のクランク角を検出するクランク角センサ２５、エンジン２０の冷却水の温度を検出する水温センサ２９ａ、大気圧センサ２９ｂ、空燃比センサ３３、その他の各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ１００は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ２７、スロットルバルブ１３、筒内噴射弁１２、ＥＧＲバルブ５２、封鎖弁６３、外気導入バルブ６５、及びパージバルブ６７等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度、ＥＧＲ率、パージガスの流量等を制御する。

【0021】

次に、ＥＧＲバルブ５２の異物の噛み込みについて説明する。図２Ａは、異物の噛み込みが生じていない場合の説明図である。ＥＧＲバルブ５２は、不図示のアクチュエータによってストロークする弁体５４と、閉弁時に弁体５４が着座する弁座５６とを備えている。図２Ａに示すように、弁体５４が弁座５６に着座することにより、ＥＧＲ管５０は閉鎖される。ここで、弁体５４が弁座５６から離れた開弁状態から弁体５４が弁座５６に着座する閉弁状態に移行する際に、弁体５４と弁座５６との間に異物Ｆが噛みこまれる可能性がある。図２Ｂは、異物の噛み込みが生じた場合の説明図である。図２Ｂに示すように、弁体５４と弁座５６との間に異物Ｆが噛みこむと、弁体５４と弁座５６との間に隙間が生じ、本来ＥＧＲガスの流量がゼロになるべきところが、この隙間を介してＥＧＲガスが吸気管１０に還流される場合がある。この異物は、例えばエンジン２０の製造時に溶接工程で発生したスパッタがエンジンの振動等により剥がれ落ちることにより生じる場合が考えられる。

【0022】

このような異物の噛み込みにより、例えば燃焼状態が悪化してエンジンストールが発生したり、三元触媒３１が過昇温したり、アイドル運転状態でのエンジン２０の振動数が増大したり、エンジン２０の始動時に影響を与える可能性がある。従って、このような異物の噛み込みを精度よく判定することが望まれる。

【0023】

ここで、異物の噛み込みがない場合には、吸気圧センサ１７の実測値はスロットルバルブ１３の開度に応じて負圧となるが、異物の噛み込みがある場合には、ＥＧＲガスが吸気管１０に還流されることにより、異物の噛み込みがない場合よりも高い圧力となり、即ち、正圧（大気圧）に近づく。ここで、吸気圧をエンジン２０の運転状態や他のセンサの検出値等に基づいて推定し、吸気圧センサ１７の実測値と推定値の差分に基づいて、異物の噛み込みの有無を判定することが考えられる。推定値は、本来異物の噛み込みが生じていない場合での吸気圧に相当し、異物の噛み込みが生じていない場合には、上記の差分は比較的小さい値となり、異物の噛み込みが生じている場合には、上記の差分は比較的大きな値となるはずだからである。

【0024】

しかしながら詳しくは後述するが、異物の噛み込みが生じていない正常時においても上記の実測値と推定値との間には乖離があり、この乖離値は一定ではなくばらつきがある。この乖離値のばらつきは、吸気圧センサ１７自体の検出精度のばらつきや、エンジン２０の運転状態のばらつき、推定値の算出に用いられるセンサ自体の検出精度のばらつき、その他環境変化によるばらつきに起因する。このため本実施例では、この乖離値のばらつきが小さくなる一定の条件成立時に乖離値を学習し、この学習した乖離値を考慮して、異物の噛み込み判定を行う。

【0025】

例えば異物の噛み込みの判定は次のように行うことができる。吸気圧センサ１７の実測値と、吸気圧の推定値と、予め学習された乖離値と、エンジン２０の回転数とに基づいて判定される。具体的には、所定の判定条件成立時での実測値及び推定値を取得し、この実測値からこの推定値を減算して差分値を取得し、この差分値から乖離値を減算して得られた算出値が所定値以下の場合には噛み込みは生じていないものと判定し、算出値が所定値を超えている場合には、噛み込みは生じているものと判定する。ここで、所定値は、例えばエンジン２０の回転数が増大するほど小さい値に設定される。

【0026】

次に、ＥＣＵ１００が実行する制御について説明する。図３は、ＥＣＵ１００が実行する制御の一例を示したフローチャートである。本制御は繰り返し実行される。ＥＣＵ１００は、異物噛み込み判定条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１）。異物噛み込み判定条件は、エンジン２０がアイドル運転状態であって、燃料カットが行われていない状態であり、ＥＧＲバルブ５２が開弁から閉弁へ移行している状態である。尚、これらの判定条件は、エンジン２０がアイドル運転状態で車両が減速して停車する過程で成立する。従って減速中から停車するまでの間にかけて、毎回異物噛み込み判定条件が成立する。

【0027】

図４は、異物の噛み込みが発生していない正常時での、吸気圧の実測値［ｋＰａ］から推定値［ｋＰａ］を減算した乖離値［ｋＰａ］のばらつきを示したグラフである。曲線Ｄ１は、ＥＧＲバルブ５２が開弁から閉弁へ移行している状態での乖離値のばらつきを示している。曲線Ｄ２は、ＥＧＲバルブ５２が開弁から閉弁へ移行している状態であり且つエンジン２０がアイドル運転状態での乖離値のばらつきを示している。曲線Ｄ３は、ＥＧＲバルブ５２が開弁から閉弁へ移行している状態であってエンジン２０がアイドル運転状態であって更に燃料カットが行われていない状態での乖離値のばらつきを示している。図３に示すように、曲線Ｄ１～曲線Ｄ３のうち曲線Ｄ３のばらつきが最も小さい。

【0028】

ここで乖離値とは上述したように正常時での吸気圧の実測値と推定値との差分であるから、このように乖離値のばらつきが小さい状態で以下のように異物噛み込み判定処理を実行することにより、異物の噛み込みの判定精度が向上する。

【0029】

ステップＳ１でＮｏの場合には、本制御を終了する。ステップＳ１でＹｅｓの場合、異物噛み込み判定処理を実行する（ステップＳ２）。異物噛み込み判定では、上述したように吸気圧センサ１７の実測値を取得するとともに吸気圧の推定値を算出し、この実測値及び推定値と、予めＥＣＵ１００のＲＡＭに記憶されている学習済みの乖離値とに基づいて判定する。ここで吸気圧の推定値は、大気圧センサ２９ｂの実測値、エアフロメータ１５ａの実測値、吸気温センサ１５ｂの実測値等からエアモデルにより算出される。ステップＳ２の処理は、吸気圧を推定する推定部が実行する処理の一例である。尚、吸気圧の推定値はこれ以外の公知の方法であってもよい。

【0030】

次にＥＣＵ１００は、上記の判定処理の結果に基づいて、異物の噛み込みが生じているか否かを判定する。（ステップＳ３）。ステップＳ３でＹｅｓの場合、ＥＣＵ１００はエンスト防止処理を実行する（ステップＳ４）。エンスト防止処理としては、例えばアイドルアップ処理と吸入空気量増大処理を実行する。アイドルアップ処理とは、基準アイドル回転数にアイドルアップ回転数を加算した値を目標アイドル回転数に設定する処理である。吸入空気量増大処理は、スロットルバルブの開度を増大させて吸入空気量を増量しつつ点火時期を遅角させてリザーブトルクを増大できる処理である。これにより、異物の噛み込みに起因したエンジンストールを防止できる。尚、異物の噛み込みが生じていると判定された場合に行う処理は上記に限定されず、例えば所定の運転条件成立時にＥＧＲバルブ５２を開弁して異物を除去するための処理を実行してもよい。

【0031】

ステップＳ３でＮｏの場合には、ＥＣＵ１００は乖離値を学習する条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ５）。具体的には、異物噛み込み判定条件に加えて、異物の噛み込みがなく、エンジン２０の回転数の変化率が所定値以下であり、パージガスの流量の変化率が所定値以下であり、冷却水の温度の変化率が所定値以下の場合に、学習条件が成立していると判定する。エンジン２０の回転数は、クランク角センサ２５により取得できる。パージガスの流量の変化率は、パージバルブ６７を閉弁から開弁させた際の空燃比センサ３３により検出される空燃比の変化率等に基づいて推定できる。冷却水の温度の変化率は、水温センサ２９ａにより取得できる。尚、これらの変化率の取得方法や算出方法、推定方法は上記に限定されない。

【0032】

上記のエンジン２０の回転数の変化率が所定値以下であり、パージガスの流量の変化率が所定値以下であり、冷却水の温度の変化率が所定値以下であることは、吸気圧の変化率が小さい運転状態であることを意味している。エンジン２０の回転数の変化率が大きい場合には、これに伴い吸気圧も大きく変動し、パージガスの流量の変化率が大きい場合には、吸気圧も大きく変動するからである。尚、冷却水の温度の変化率が小さい場合が上記の学習条件に含まれている理由は以下による。この冷却水はエンジン２０のシリンダブロック２１やシリンダヘッド２２のみならずスロットルバルブ１３内をも流れる。従って例えばエンジン２０を始動して暖機されるまでは冷却水の温度の上昇率が大きく、これに伴いスロットルバルブ１３の温度も大きく変化し、これにより吸気温度も大きく変化するからである。

【0033】

ステップＳ５でＮｏの場合には、本制御は終了する。ステップＳ５でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１００は学習処理を実行する（ステップＳ６）。学習処理では、取得した吸気圧の実測値と算出した推定値との乖離値を学習する。図４の曲線Ｄ４は、上記の異物噛み込み判定条件と学習条件とが成立した場合での差分のばらつきを示している。この場合、乖離値のばらつきが最も少ないため、上記条件成立した場合に学習することにより、精度よくこの乖離値を学習できる。尚、このような学習処理では、前回学習した乖離値と今回学習した乖離値とに基づいてなまし処理を実施した乖離値を、新たな乖離値として学習してもよい。ステップＳ５及びＳ６の処理は、学習部が実行する処理の一例である。

【0034】

上述したように異物噛み込み判定条件が成立し且つ異物の噛み込みがないと判定されて且つ学習条件が成立した場合に、学習処理が実行される。このため、学習条件として実質的には、ＥＧＲバルブ５２が正常であって開度がゼロであり、エンジン２０がアイドル運転状態であり、燃料カットが行われていない状態であり、エンジン２０の回転数の変化率が所定値以下であり、パージガスの流量の変化率が所定値以下であり、冷却水の温度の変化率が所定値以下であることである。但し、上記の異物噛み込み判定条件又は学習条件において、燃料カットが行われていないことを除外してもよい。

【0035】

上記実施例では学習された吸気圧の実測値と推定値の差分を、ＥＧＲ弁の異物の噛み込み判定に用いたが、これに限定されず、それ以外の判定や処理、制御等に用いてもよい。

【0036】

上記実施例では異物噛み込み判定処理が実施された際に乖離値の学習を行ったがこれに限定されない。例えば、ＥＧＲ管５０やＥＧＲバルブ５２が設けられていないエンジンシステムにおいても、例えばエンジン２０がアイドル運転状態であって、エンジン２０の回転数の変化率が所定値以下であり、パージガスの流量の変化率が所定値以下であり、冷却水の温度の変化率が所定値以下である場合に、乖離値の学習を行ってもよい。

【0037】

本実施例のエンジンシステムは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンを採用したシステムであってもよいし、ハイブリッド車両に搭載されたエンジンシステムであってもよい。

【0038】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0039】

１３ スロットルバルブ
１７ 吸気圧センサ
２０ エンジン
２５ クランク角センサ
６０ 蒸発燃料処理装置
１００ ＥＣＵ（推定部、学習部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】