JP6580136B2 - キャニスタのパージの動作を診断するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関自動車の燃料蒸気フィルターのパージ弁の動作を診断するための方法に関する。本発明はまた、本方法を実装する機関に関する。

現在、汚染規制基準により、自動車は、燃料蒸気フィルターのパージの動作の診断を可能にする手段を搭載しなければならないと規定されている。

「キャニスタ」とも呼ばれるそのような種類のフィルターは、内燃機関およびガソリンなどの燃料の貯蔵容器を含む自動車に、この貯蔵容器から出るいかなる蒸気も大気中に排出させないために取り付けられる。貯蔵容器は、運転の最中に自動様式で、定期的にパージされる。このパージは、蒸気が燃料と共に燃焼室で燃やされるように、フィルターの貯蔵室への空気吸入口と機関の吸気マニホールドとの間の循環路を確立することによって起こる。パージ弁は、フィルターを吸気マニホールドに接続する管に取り付けられる。通常動作中、機関の制御ユニットによって制御されるパージ弁は、パージの開始時に漸進的に開き、パージの終了まで開いたままであり、次いで同様に漸進的に再び閉まる。開口は、機関の動作パラメータが燃料および空気のこの追加流入に適合する時間を有するように漸進的である。

このパージ弁が開いたままであるとき、再び閉まらないとき、または部分的にのみ再び閉まるとき、これは故障と呼ばれる。

そのような故障を検出するために、先行技術の方法は、自動車がアイドリングモードにあるときにパージ弁の動作を試験する。

診断のための方法のうちの１つは、パージ弁の開口中に機関の動作を観察することに関与する。例として、文書ＦＲ２ ９００ ９８２ Ａ１は、機関がアイドリングしているときにキャニスタのパージを実施し、例えば、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）型の制御器に基づいた、アイドリング速度制御器の動きを観察することを提案する。パージ前およびパージ後の制御器のパラメータの比較が、パージ弁の開口が起きたか、または起きなかったかを診断することを可能にする。

しかしながら、そのような種類の方法は、自動停止始動機能（スタート＆ストップ）を搭載した自動車の場合には、適用不可能である。実際、この種の自動車には、アイドリングフェーズが実質的には存在しない。したがって、アイドリング速度外で動作する新しい方法を開発することが必要になっている。

この必要性に応えるために、本発明は、アイドリング速度およびアイドリング速度外の両方で動作するキャニスタのパージ弁の動作を診断するための方法を提案する。

本発明は、内燃機関の燃料蒸気フィルターのパージ弁の動作を診断するための方法に関し、本パージ弁は、フィルターの貯蔵室と機関の吸気マニホールドとの間に要求に応じて流体連通を確立し、パージの最中に実行される前記方法は、以下のステップ、
ａ）時点ｔ０で、事前に設定された前記パージ弁のあるレベルの開口（それに基づいて前記パージ弁が十分に開いていると見なされる）を検出するステップ、
ｂ）時点ｔ２で、前記パージ弁の強制かつ瞬間閉口を実行するステップ、
ｃ）時点ｔ０と時点ｔ２との間の時点ｔ１で、吸気マニホールドの内部で優勢であるマニホールドの第１の圧力Ｐ１ｍを測定し、かつ機関の動作点に従ってマニホールドの前記圧力の第１のモデル化値Ｐ１ｃを計算するステップ、
ｄ）時点ｔ２の後の時点ｔ３で、マニホールドの第２の圧力Ｐ２ｍを測定し、かつ機関の動作点に従ってマニホールドの前記圧力の第２のモデル化値Ｐ２ｃを計算するステップ、
ｅ）測定された圧力Ｐ１ｍと計算された圧力Ｐ１ｃとの第１の偏差Ｅ１を計算し、かつ測定された圧力Ｐ２ｍと計算された圧力Ｐ２ｃとの第２の偏差Ｅ２を計算するステップ、
ｆ）第１の偏差Ｅ１と第２の偏差Ｅ２との差異に対応する基準Ｃを計算するステップ、
ｇ）基準Ｃが既定の閾値Ｃｓを下回る場合に前記パージ弁の故障を診断するステップ
を含むことを特徴とする。

故に、本発明に従うパージ弁の動作の診断の実装は、アイドリングフェーズに限定されず、パージが開始されるいかなる時にも作動され得る。実際、本方法はマニホールド圧力のモデル化に基づくため、任意の時に吸気マニホールドの内側の優勢な圧力を測定して、それを同時に得られるモデル化された圧力（理論的には、パージフェーズ外での吸気マニホールドの内側の優勢な圧力に対応する）と比較することが可能である。故に、モデル化された圧力と関連した測定された圧力の変動が、パージ弁の開口および閉口に関する情報を提供することを可能にする。

本方法は簡便であり、例えば機関の制御ユニット内のプログラム以外には、その実装のために特定の手段を必要としない。本方法は、パージフェーズが進行中であることを検出する、マニホールド圧力を測定し、かつ同時にモデル化された圧力の値を決定する、次いで前記パージ弁の強制かつ瞬間閉口を命令するのには十分である。この閉口後、マニホールド圧力を測定し、かつ同時にモデル化された圧力の値を決定することが同様に必要である。瞬間閉口前後の測定された圧力の値とモデル化された圧力との偏差の比較が、いかなる故障も検出されることを可能にする。実際、このパージ弁の通常動作の場合、マニホールド圧力の急激な減少がこの瞬間閉口に続いて起きるはずである。しかしながら、これは、式Ｃ＝Ｅ１−Ｅ２（式中、Ｅ１＝Ｅ１ｍ−Ｅ１ｃおよびＥ２＝Ｅ２ｍ−Ｅ２ｃ）によって計算される基準が高くなるという事実をもたらす。反対に、正しく動作しない、即ち、開口または閉口位置に閉塞される弁の場合、Ｅ１およびＥ２の値が近くなるため、この基準は低くなる。

本方法の実装は、吸気マニホールドの内側の圧力の測定を可能にするセンサが現在すでに内燃機関で利用可能であるため、測定の特定の手段の導入を必要としない。モデル化は、限定するものではないが、例えば、機関の速度、バタフライ弁の開口の度合い、機関の温度、および気圧など、従来のパラメータに基づいて行われる。機関の動作点の変化によって引き起こされるパージ流量に起因する圧力の変動を特定するために、モデルは、パージ流量を考慮に入れず、その結果、機関の動作点にのみ従って変化する。

加えて、偏差Ｅ１とＥ２との差異の計算は、測定された圧力とモデル化された圧力との間の系統的な偏差を考慮に入れないことを可能にする。実際、系統的な偏差は一定であるため、偏差間の差異の提供が、系統的な偏差の影響を打ち消す。

一実施形態に従って、パージ弁が十分に開いていると見なされる開口のレベルは、前記パージ弁の７０％以上の開口である。この条件は、測定の信頼性を確実にすることを可能にする。実際、弁の開口のレベルが大きいほど、基準Ｃはより正確になる。これは、吸気マニホールド内に流入する空気および燃料蒸気の流れが、パージ弁の開口のレベルの増大と共に増大するという事実によって説明される。その結果、瞬間閉口前の測定された圧力とこの瞬間閉口後に測定された圧力との偏差はより大きい。モデル化された圧力の値は、モデルが機関の動作点にのみ従って変化するために、この開口のレベルとは独立している。

加えて、運転の最中に実施される診断の数を制限しないようにするために、パージ弁が十分に開いていると見なされる開口のレベルは、前記パージ弁の９０％未満の開口であることが推奨される。

好ましい実施形態に従って、時点ｔ０と時点ｔ１との偏差は、マニホールド圧力の安定化時間に対応する。故に、時点ｔ０で、パージ弁の開口が検出されるとすぐに、マニホールド圧力の安定化を可能にするために、時点ｔ１に至るまでわずかな遅延が開始され、その後で実際の圧力Ｐ１ｍが測定され、対応するモデル化された圧力Ｐ１ｃが計算される。この安定化は、特に、Ｐ１ｍのより正確な値が得られることを可能にする。

有利に、時点ｔ０と時点ｔ１の間の時間は、１秒〜３秒の間にある。

好ましい実施形態に従って、時点ｔ２と時点ｔ３との偏差は、強制かつ瞬間閉口の後のマニホールド圧力の安定化時間に対応する。故に、時点ｔ２で、強制かつ瞬間閉口が起こるとすぐに、マニホールド圧力の安定化を可能にするために、時点ｔ３に至るまでわずかな遅延が開始され、その後で実際の圧力Ｐ２ｍが測定され、対応するモデル化された圧力Ｐ２ｃが計算される。この安定化は、特に、Ｐ２ｍのより正確な値が得られることを可能にする。

有利に、時点ｔ２と時点ｔ３の間の時間は、０．５秒〜２秒の間にある。

一実施形態に従って、時点ｔ０と時点ｔ１との間で、マニホールド圧力が、予め決められた最大値Ｐｍａｘ、例えば、８００ｈＰａを下回ることが確認される。マニホールド圧力の変動が、絶対値として、予め決められた最大値、例えば、２０ｈＰａ／秒を下回ることを確かめることにより、機関の動作点が安定していることが同様に確認される。

別の実施形態に従って、時点ｔ２と時点ｔ３との間で、マニホールド圧力が、予め決められた最大値Ｐｍａｘを下回ること、および機関の動作点が安定していることも確認される。時点ｔ２と時点ｔ３との間での圧力の変動が、予め設定された閾値、約１００ｈＰａを超える場合、診断は、汚染されている危険があることから停止される。

優先的に、時点ｔ１は時点ｔ２と等しく、パージ弁の強制かつ瞬間閉口は、測定された圧力Ｐ１ｍおよび計算された圧力Ｐ１ｃの記録の直後に実行される。圧力Ｐ１ｍの測定および圧力Ｐ１ｃの計算の直後に瞬間閉口を開始するという事実が、診断に必要な時間を減少させることを可能にする。同じパージの最中に可能な診断の数は、この結果として増加する。これは、パージ弁の瞬間閉口中、機関の制御ユニットが、パージの持続時間が十分でなかったことを検出した場合に、前記パージ弁が自動的に再び開くという事実により説明される。

改善された実施形態に従って、ステップａ）からｇ）が少なくとも１回繰り返され、基準Ｃがそれぞれの場合において閾値Ｃｓを下回る場合に、パージ弁の故障が存在すると結論付けられる。これは、より大きな信頼性を診断に付与することを可能にし、誤警報が生じるリスクを制限する。例えば、診断の第１の実装が故障を検出した場合、ステップａ）からｇ）が既定の回数、例えば、２〜４回繰り返される。結果がこれらのステップが繰り返されるそれぞれの場合において同じである場合、およびそのような場合に限り、パージ弁の故障が存在すると結論付けられる。

別の改善された実施形態に従って、モデル化された圧力は、理論部および補正部を含み、この補正部は、理論部とパージフェーズ外で測定される圧力との偏差に従って学習プロセスによって決定される。この学習プロセスは、機関の動作の理論モデルと関連する系統的な変動性を考慮に入れることを可能にする。これらの変動性は、例えば、機械加工の不正確さ、センサの交換、または汚染に由来する。補正部は、機関の動作点を特徴付ける少なくとも特定のパラメータに応じて、全体的または優先的のいずれかで決定される。

本発明はまた、吸気マニホールドと、燃料蒸気フィルターと、フィルターの貯蔵室と機関の吸気マニホールドとの間に要求に応じて流体連通を確立するパージ弁と、吸気マニホールドの内部で優勢なマニホールド圧力を測定する手段とを含む内燃機関であって、先に記載されるような方法を実装することを特徴とする、内燃機関を本発明の対象として有する。

図面を参照した以下の説明の熟読により、本発明はより容易に理解され、かつ他の機能および利点が理解される。

本発明に従う、診断のための方法を実装する燃料蒸気フィルターを含む内燃機関の概略図である。 本方法の好ましい実施形態に従う、強制閉口を伴うパージの最中に測定およびモデル化されるマニホールド圧力の変化を示す時間図である。

図１に表されるような内燃機関１は、火花点火式のものである。それは、エアフィルター１１、続いてバタフライ弁１２および吸気マニホールド１３を介して、空気および燃料の混合物が供給される一連の燃焼室１０を含む。機関１の他の機能的要素は、本発明に関係がないため、ここには表されない。

機関１は、加えて、燃料の貯蔵容器１４および燃料蒸気のフィルター１５を含む。燃料蒸気のフィルター１５は、第１の管１６を介して貯蔵容器１４の上方部に接続される貯蔵室１５０を含む。貯蔵室１５０は同様に、第２の管１７およびパージ弁１５２によって、空気取入口１５１および吸気マニホールド１３に接続される。

機関１は、例えば電子マイクロプロセッサカードである制御ユニット１８を含む。そのような種類の制御ユニット１８は、慣習的であるため、ここでは詳しく記載されない。

制御ユニット１８は、機関１上に位置するセンサから、特に、機関クランク軸の回転速度用のセンサ、温度センサ、酸素プローブ（これらはここでは表されない）、および吸気マニホールド１３の内側の圧力を測定するための圧力センサ１９を用いて、情報を受信する。

制御ユニット１８は同様にパージ弁１５２を制御する。パージが制御され、本発明に従う診断方法の実装外にあるとき、パージ弁１５２は、それが完全に開くまで漸進的に開く。それはある特定の時間は開き続け、次いで同様に漸進的に再び閉まる。弁が開いているとき、空気取入口１５１と吸気マニホールド１３との間にガス流が確立され、その結果、貯蔵室１５０内に含まれる燃料蒸気が吸気マニホールド１３に向かって運ばれ、燃焼室１０内で燃やされる。

図２は、パージフェーズ中の本発明に従う方法の実装の最中におけるパージ弁１５２の位置を、その開口のパーセンテージで、曲線２０として示す。このパージ弁１５２の位置の変化は、完全開口までの漸進的開口のフェーズ２０１、開口位置を維持しているフェーズ２０２、および瞬間閉口２０３を含む。

パージ弁１５２の位置のこの変化の間、制御ユニット１８は、パージフェーズ外の吸気マニホールド１３の内側の圧力に理論的に対応するモデル化された圧力を決定する。モデル化された圧力は、図２の曲線２１によって表される。モデル化された圧力は、パージ期間外の学習プロセスによって得られる理論部および補正部を含む。同時に、圧力センサ１９が、吸気マニホールド１３の内側の圧力を測定する。この測定の結果は、図２の曲線２２によって示される。

パージ弁１５２が閉塞されるとき、吸気マニホールドの内側で測定される圧力は、同じように変化しない。曲線２３は、パージ弁１５２が閉口位置で閉塞されるときの測定された圧力の変化を表す。この場合、吸気マニホールド１３の内側の圧力は、モデル化された圧力の非常に近くを維持する。偏差Ｄが、モデル化された圧力と測定された圧力との間に存在し得るが、この偏差は実質的に一定である。

本発明に従って診断を実施するために、制御ユニット１８は、時点ｔ０で、パージ弁が開いていることを、その開口が、開口が十分であると見なされるものを超えて特定の開口のパーセンテージに達したときに検出する。この開口パーセンテージは、好ましくは、７０％〜９０％開口である。これが、Ｐ１ｍの正確な測定値を有すること、および単一パージの最中に可能な診断の数を制限しないことの両方を可能にする。

次いで、吸気マニホールド内の圧力の安定化を可能にするために、第１の遅延が開始される。この遅延の持続時間は、例えば、１秒〜３秒である。この第１の遅延の最後に、時点ｔ１で、制御ユニット１８は、マニホールドの内側で測定された圧力Ｐ１ｍの値、および機関１の動作点に従うモデル化された圧力の計算された値Ｐ１ｃを記憶する。これら２つの値は、次いで、第１の偏差Ｅ１＝Ｐ１ｍ−Ｐ１ｃを計算するのに用いられる。

パージ弁１５２の強制かつ瞬間閉口が、続いて、時点ｔ１のわずかに後にある時点ｔ２で実施され、その結果、制御ユニット１８はこのインターバル中にすでに圧力値Ｐ１ｍおよびＰ１ｃを記憶している。ここには表されない変異形として、時点ｔ２は時点ｔ１と同じであってもよい。

第２の遅延は、マニホールド圧力の安定化を可能にするために、時点ｔ２でのパージ弁のこの瞬間閉口の後に開始される。この遅延の持続時間は、例えば、０．５秒〜２秒の間にある。この遅延の最後に、時点ｔ３で、制御ユニット１８は、マニホールドの内側の測定された圧力Ｐ２ｍの値、および機関１の新しい動作点に従うモデル化された圧力Ｐ２ｃの計算された値を記憶し、次いで第２の偏差Ｅ２＝Ｐ２ｍ−Ｐ２ｃを計算する。次いで、制御ユニット１８は、以下の式、
Ｃ＝Ｅ１−Ｅ２、
に従って基準Ｃを確立し、次いで基準Ｃは、既定の閾値Ｃｓと比較される。基準ＣがＣｓを上回る場合、弁は正しく機能していたことになる。そうでない場合は、診断は１回以上繰り返される。結果が特定の回数、例えば、２〜４回の後に変化しない場合、即ち、それぞれの場合における基準Ｃが閾値Ｃｓを下回る場合、パージ弁１５２の故障が発生していると結論付けられる。一方、基準Ｃが少なくとも１回閾値Ｃｓを上回る場合、故障は起きていないと結論付けられる。

Claims (13)

1. 内燃機関（１）の燃料蒸気フィルター（１５）のパージ弁（１５２）の動作を診断するための方法であって、前記パージ弁（１５２）が前記フィルターの貯蔵室（１５０）と前記機関（１）の吸気マニホールド（１３）との間に要求に応じて流体連通を確立し、パージの最中に実行される前記方法が、以下のステップ、
   ａ）時点ｔ０で、事前に設定された前記パージ弁（１５２）のあるレベルの開口であって、それに基づいて前記パージ弁（１５２）が十分に開いていると見なされる開口を検出するステップ、
   ｂ）時点ｔ２で、前記パージ弁（１５２）の強制かつ瞬間閉口を実行するステップ、
   ｃ）前記時点ｔ０と前記時点ｔ２との間の時点ｔ１で、前記吸気マニホールド（１３）の内部で優勢である前記マニホールドの第１の圧力Ｐ１ｍを測定し、かつ前記機関（１）の動作点に従って前記マニホールドの前記圧力の第１のモデル化値Ｐ１ｃを計算するステップ、
   ｄ）前記時点ｔ２の後の時点ｔ３で、前記マニホールドの第２の圧力Ｐ２ｍを測定し、かつ前記機関（１）の動作点に従って前記マニホールドの前記圧力の第２のモデル化値Ｐ２ｃを計算するステップ、
   ｅ）前記測定された圧力Ｐ１ｍと前記計算された圧力Ｐ１ｃとの第１の偏差（Ｅ１）を計算し、かつ前記測定された圧力Ｐ２ｍと前記計算された圧力Ｐ２ｃとの第２の偏差Ｅ２を計算するステップ、
   ｆ）前記第１の偏差Ｅ１と前記第２の偏差Ｅ２との差異に対応する基準（Ｃ）を計算するステップ、
   ｇ）前記基準（Ｃ）が既定の閾値（Ｃｓ）を下回る場合に前記パージ弁（１５２）の故障を診断するステップ
   を含むことを特徴とする、方法。
2. 前記パージ弁が十分に開いていると見なされる前記レベルの開口が、前記パージ弁の７０％以上の開口であることを特徴とする、請求項１に記載の診断のための方法。
3. 前記パージ弁が十分に開いていると見なされる前記レベルの開口が、前記パージ弁の９０％未満の開口であることを特徴とする、請求項１または２に記載の診断のための方法。
4. 前記時点ｔ０と前記時点ｔ１との前記偏差が前記マニホールド圧力の安定化時間に対応することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の診断のための方法。
5. 前記時点ｔ０と時点ｔ１との間の時間が１秒から３秒の間にあることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の診断のための方法。
6. 前記時点ｔ２と前記時点ｔ３との前記偏差が前記強制かつ瞬間閉口の後の前記マニホールド圧力の安定化時間に対応する、請求項１から５のいずれか一項に記載の診断のための方法。
7. 前記時点ｔ２と前記時点ｔ３との間の時間が０．５秒から２秒の間にある、請求項１から６のいずれか一項に記載の診断のための方法。
8. 前記時点ｔ０と前記時点ｔ１との間で、前記マニホールド圧力が予め決められた最大値Ｐｍａｘを下回ること、および前記機関の前記動作点が安定していることが確認されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の診断のための方法。
9. 前記時点ｔ２と前記時点ｔ３との間で、前記マニホールド圧力が予め決められた最大値Ｐｍａｘを下回ること、および前記機関の前記動作点が安定していることが確認されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の診断のための方法。
10. 前記時点ｔ１が前記時点ｔ２と等しく、前記パージ弁（１５２）の前記強制かつ瞬間閉口が前記測定された圧力Ｐ１ｍおよび前記計算された圧力Ｐ１ｃの記録の直後に実行されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の診断のための方法。
11. 前記ステップａ）〜ｆ）が少なくとも１回繰り返され、かつそれぞれの場合における前記基準（Ｃ）が前記閾値（Ｃｓ）を下回る場合に、前記パージ弁（１５２）の故障が存在すると結論付けられることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の診断のための方法。
12. 前記モデル化された圧力が理論部および補正部を含み、前記補正部が、前記理論部とパージフェーズ外で測定される前記圧力との前記偏差に従って学習プロセスによって決定されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の診断のための方法。
13. 吸気マニホールド（１３）と、燃料蒸気フィルター（１５）と、前記フィルターの貯蔵室（１５０）と前記機関（１）の前記吸気マニホールド（１３）との間に要求に応じて流体連通を確立するパージ弁（１５２）と、前記吸気マニホールド（１３）の内部で優勢であるマニホールド圧力を測定する手段と、制御ユニットを含む内燃機関であって、前記制御ユニットは、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法を実行するプログラムを実装している、内燃機関。

Images