(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に燃料蒸気を吸着する吸着材を配置し、機関停止中に吸気通路内に発生する燃料蒸気を前記吸着材に吸着するとともに、機関運転中に機関吸気を前記吸着材中を通過させて、前記吸着材に吸着した燃料蒸気をパージし、吸気とともに機関に吸入させる内燃機関の蒸発燃料捕集装置において、
前記吸着材は、機関が低吸入空気量で運転されているときに吸着材の他の部分より吸気が通過しやすい偏流部分を有しており、
更に、機関停止中に吸気通路に発生した燃料蒸気を前記偏流部分に主に吸着させる吸着調整手段が設けられたことを特徴とする内燃機関の蒸発燃料捕集装置。
【請求項２】
前記吸着材の前記偏流部分の燃料蒸気吸着容量を、吸着材の他の部分の燃料蒸気吸着容量より大きくしたことを特徴とする内燃機関の蒸発燃料捕集装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の蒸発燃料捕集装置に関し、詳細には内燃機関の停止中に吸気通路から燃料蒸気が大気に放出されることを防止可能な蒸発燃料捕集装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の機関停止中には、種々の原因により機関吸気通路に燃料蒸気が発生する。例えば、機関停止時に気筒燃焼室に供給された燃料が機関停止とともに燃焼しないまま気筒内に滞留、蒸発すると、機関停止中に気筒吸気弁が開弁している気筒から吸気通路内に燃料蒸気が流出し、吸気通路内に燃料蒸気が充満するようになる。また、機関停止時に吸気ポート壁面に液状のまま付着した燃料が残留していると、機関停止中に壁面付着燃料が蒸発し吸気通路内に燃料蒸気が形成される。更に、燃料噴射弁を有する機関では機関停止中に燃料噴射弁内に滞留した燃料が吸気通路内にわずかに漏出し、吸気通路内で燃料蒸気を形成する場合がある。
【０００３】
このように機関停止中に吸気通路内に燃料蒸気が発生すると、生成した燃料蒸気は吸気通路内に充満し、更には吸気通路の開口（吸気口）から大気に漏出するようになり、燃料蒸気（炭化水素）による大気汚染が生じる原因となる場合がある。
このため、機関停止中の吸気通路からの燃料蒸気放出を防止するために、機関吸気通路に活性炭などの吸着材を配置し、機関停止中に吸気通路内に発生した燃料蒸気を吸着材に吸着させて大気への放出を防止する蒸発燃料捕集装置が提案されている。
【０００４】
この種の蒸発燃料捕集装置の例としては、例えば特開平１１−８２１９２号公報に記載されたものがある。
同公報の捕集装置は、吸気通路のスロットル弁と機関本体との間に、機関停止中に燃料噴射弁から漏出した燃料の蒸発により生成される燃料蒸気を吸着可能な吸着材を配置したものである。同公報の蒸発燃料捕集装置では、例えば機関停止中に吸気通路に発生した燃料蒸気は吸着材に吸着され吸着材より大気側に漏出することがないため、機関停止中の燃料蒸気の大気への放出が防止される。また、次に機関が運転されると、吸着材に吸着された燃料蒸気は吸着材中を通過して流れる吸気により吸着材からパージされて吸気とともに機関に供給されて燃焼するため、吸着した燃料蒸気により吸着材が飽和することが防止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平１１−８２１９２号公報の装置のように吸気通路に吸着材を配置して機関停止中に燃料蒸気を吸着するようにした場合には、機関運転状態によっては吸着材から燃料蒸気を充分にパージ（脱離）させることができないまま機関が再度停止される場合が生じる。
【０００６】
一般に、吸気通路の各断面における流路抵抗は断面全体にわたって一様ではなく、吸気通路の幾何学形状により断面上の流路抵抗分布が生じている。このため、機関運転中吸気通路を通る空気の流量は吸気通路断面全体にわたって一様になることはなく、断面上の各領域の流路抵抗に応じて分布を生じている。例えば、機関高負荷高回転運転等の吸入空気量が大きい運転領域では、断面上の各領域での流量の差はあまり大きくないが、機関吸入空気量が小さくなるにつれて吸気通路断面上での吸気流量のばらつきは大きくなり、低負荷低回転運転等のように機関吸入空気量が極めて小さくなるような運転状態では、吸気通路断面上の位置によっては、ほとんど吸気が流れなくなる領域が存在する。
【０００７】
このため、上記公報の装置のように吸気通路に吸着材を配置した場合には、特に低吸入空気量運転時にはほとんど吸気が通過しない吸着材上の断面領域が生じる。
これに対して、機関停止中には吸着材と機関本体との間の吸気通路には燃料蒸気が均一に充満するため、機関停止中に吸着材には燃料蒸気が一様に吸着され、吸着材の断面上の各領域の燃料蒸気吸着量はほぼ均一になる。
【０００８】
このため、機関が低吸入空気量で運転されていると、吸着材の断面上には燃料蒸気を吸着しているにもかかわらず充分な量の吸気が通過しない領域が生じる。これらの部分では、機関の低吸入空気量運転時には吸着した燃料蒸気は吸着材から充分に脱離されないため、機関が低吸入空気量運転後再度停止された場合には、充分に燃料蒸気を脱離しない状態から燃料蒸気の吸着を開始することになる。
【０００９】
従って、このように燃料蒸気の脱離が不十分な吸着材の領域は少量の燃料蒸気を吸着しただけで飽和してしまい、それ以上燃料蒸気を吸着することができなくなり、吸着材のこれらの飽和部分を通過して吸気通路内の燃料蒸気が大気側に漏出しやすくなる問題がある。
この問題を防止するためには、吸着材の容積を増大して充分な吸気が通過しない部分の燃料蒸気吸着容量（吸着可能な燃料蒸気量）を増大することが考えられる。しかし、吸着材は吸気通路中に介挿されているため、単純に吸着材容積を増大すると高吸入空気量運転時に吸気圧力損失が大きくなってしまい、機関の出力低下などの問題が生じる。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑み、機関の高吸入空気量運転時の吸気圧力損失を増大させることなく、吸気通路内の燃料蒸気の大気側への漏出を防止することが可能な内燃機関の蒸発燃料捕集装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の吸気通路に燃料蒸気を吸着する吸着材を配置し、機関停止中に吸気通路内に発生する燃料蒸気を前記吸着材に吸着するとともに、機関運転中に機関吸気を前記吸着材中を通過させて、前記吸着材に吸着した燃料蒸気をパージし、吸気とともに機関に吸入させる内燃機関の蒸発燃料捕集装置において、前記吸着材は、機関が低吸入空気量で運転されているときに吸着材の他の部分より吸気が通過しやすい偏流部分を有しており、更に、機関停止中に吸気通路に発生した燃料蒸気を前記偏流部分に主に吸着させる吸着調整手段が設けられたことを特徴とする内燃機関の蒸発燃料捕集装置が提供される。
【００１２】
すなわち、請求項１の発明では、吸着材には機関吸入空気量が少ないときに吸気が通過しやすい偏流部分が生じている。吸着材中の偏流部分では、吸気が通過しやすいために、吸着材の他の部分より通過する吸入空気量が大きくなる。このため、機関が低吸入空気量で運転され吸着材の他の部分を通過する吸入空気の量が減少したような場合でも、吸着材の偏流部分には比較的多量の吸気が通過するようになる。本発明では、機関停止中、吸気通路に発生した燃料蒸気を、吸着材の上記偏流部分に吸着させるようにする吸着調整手段が設けられている。吸着調整手段としては、例えば機関停止時に作動して吸気通路から外部に漏出しようとする燃料蒸気を、吸着材の上記偏流部分に導くダンパ等の機械的手段を用いて、燃料蒸気を強制的に偏流部分に通過させる形式のものが使用できる。或いは、吸着調整手段として、予め吸着材の偏流部分の流路抵抗が小さくなるように吸着材の構造を設定しておき、機関停止中に吸気通路に充満した燃料蒸気が外部に流出する際に、燃料蒸気が吸着材の偏流部分を通過しやすくするようにする形式とすることもできる。
【００１３】
上記吸着調整手段により、機関停止中に吸気通路に発生した燃料蒸気は吸着材の上記偏流部分に集中的に吸着されることになる。一方、機関の運転が開始されると機関の低吸入空気量運転であっても偏流部分には吸着材の他の部分に較べて比較的多量の吸気が通過する。このため、偏流部分に吸着された燃料蒸気は機関の低吸入空気量運転時にも効率的にパージされるようになり、吸着材が燃料蒸気で飽和することが防止される。すなわち、本発明では、機関の低吸入空気量運転時に他の吸着材部分よりも吸気が通過しやすくなる偏流部分に機関停止中に吸気通路に発生した燃料蒸気を集中的に吸着させるようにしたことにより、機関の低吸入空気量運転時の吸着材からの燃料蒸気のパージを促進し吸着材の飽和を防止することが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、前記吸着材の前記偏流部分の燃料蒸気吸着容量を、吸着材の他の部分の燃料蒸気吸着容量より大きくしたことを特徴とする内燃機関の蒸発燃料捕集装置が提供される。
すなわち、請求項２の発明では、吸着材の上記偏流部分は、例えば活性炭、シリカゲル等の吸着成分量を他の部分より多く担持させるなどにより、吸着材の他の部分より燃料蒸気の吸着容量（すなわち、吸着可能な燃料蒸気量）を増大させている。これにより、機関停止中に偏流部分が吸着された燃料蒸気により飽和することが防止される。また、吸着材の偏流部分以外の部分では機関停止中の燃料蒸気吸着量は少なくなるため、これらの部分では吸着成分量を偏流部分より少なくすることができ、吸着材全体として従来より吸着成分の量を低減することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の概略構成を説明する図である。
図１において、１は内燃機関の気筒吸気弁、３は吸気ポートを示す。各気筒の吸気ポートは吸気マニホルド７ａを介してサージタンク７ｂに接続されている。サージタンク７ｂは、吸気通路７、エアクリーナ１０を経て空気吸入口としてのノズル１７に接続されており、吸気通路７上には、スロットル弁９が配置されている。
【００１６】
図１に５で示すのは、各気筒の吸気ポート３に設けられた燃料噴射弁である。燃料噴射弁５は、機関運転中図示しない燃料供給配管から供給される燃料を、各吸気ポートに噴射し、各気筒内に吸気とともに燃料を吸入させるものである。
エアクリーナ１０の吸気流路にはフィルタエレメント１５と、フィルタエレメント１５の吸気通路７側に吸着材１３が設けられている。吸着材１３は、例えば、不織布や多孔板等の間シリカゲル、活性炭などの吸着成分を充填した構成される。
【００１７】
機関運転中、燃料噴射弁５から噴射された燃料の一部は吸気ポート３壁面に液状のまま付着して、壁面付着燃料を形成している。この壁面付着燃料は機関停止後徐々に蒸発して燃料蒸気となる。また、機関停止中には燃料噴射弁内に保持された燃料がわずかながら吸気ポートに漏れだす、いわゆる燃料噴射弁の油密漏れが生じる場合があり、油密漏れにより吸気ポートに流出した燃料は、壁面付着燃料と同様に機関停止中に蒸発して燃料蒸気となる。このため、機関停止中には、吸気ポート３、吸気マニホルド７ｂ、サージタンク７ａ及び吸気通路７には燃料蒸気が充満するようになる。
【００１８】
機関停止中に吸気通路７に燃料蒸気が充満すると、燃料蒸気は吸気通路７からエアクリーナ１０のフィルタエレメント１５を通ってノズル１７に漏出し、更にはノズル１７の吸入口１７ａから大気に流出するようになる。本実施形態では、吸気通路７の燃料蒸気がノズル吸入口１７ａを通って大気に放出されることを防止するためにエアクリーナ１０内に燃料蒸気を吸着可能な吸着材１３を設けている。
【００１９】
吸着材１３を設けたことにより、吸気通路７内に充満した燃料蒸気は、吸着材１３通過時に吸着材に吸着、保持されるため、機関停止中にノズル１７ａの吸入口１７ａから大気に放出されることが防止される。
次に機関が運転されると、ノズル吸入口１７ａから吸入された吸気は、エアクリーナ１０のフィルタ１５と吸収剤１３とを通って吸気通路７から機関に吸入される。このため、吸着材１３を通る吸気により吸着材１３に吸着された燃料蒸気が脱離し（パージが行なわれ）、脱離した燃料蒸気は吸気とともに機関に吸入されるようになる。これにより、吸着材１３が吸着した蒸気で飽和することが防止され、次回の機関停止中にも燃料蒸気を吸着可能となる。
【００２０】
ところが、機関が吸入空気量が小さい状態で運転されていると、吸着材１３にパージが完全に行なわれない部分が生じる場合がある。すなわち、ノズル１７から吸気通路７を通って機関に吸入される空気流は、流路抵抗が少ない経路を通って流れる傾向がある。例えば、図１に示したように、吸気通路７がエアクリーナの片側から接続されているような構成では、図１に矢印Ｂで示したように、ノズルからエアクリーナ１０の吸気通路接続部の反対側を通って流れる吸気流は、矢印Ａで示す吸気通路接続部側を通って流れる吸気流より流路長さが長くなるため、流路抵抗が大きくなる。このため、図１の配置では、吸気は矢印Ａの経路を通って流れやすくなり、吸着材１３の吸気通路接続部側部分（図１にＡＡで示した部分）を吸気が多く流れるようになる。このように、吸着材１３中に他の部分より吸気が流れやすい偏流部分（図１、ＡＡ部分）が生じた場合、機関吸入空気量が大きい場合にはそれほど問題にならないものの、機関吸入空気量が小さい運転状態では、吸気のほとんどが吸着材中の偏流部分を通って流れてしまい、他の部分にはほとんど吸気が流れないような状態が生じる。例えば、吸着材１３の吸気通路接続部と反対側に位置する部分では、機関の吸入空気量が小さい運転状態では、矢印Ｂで示した空気流がほとんど生じなくなる。このため、この部分では吸着材１３に吸着された燃料蒸気は機関の低吸入空気量運転中脱離しないままになる。従って、機関の低吸入空気量運転が長く続いた後に機関が停止されたような場合には、この部分では前回吸着した燃料蒸気を脱離しないまま吸気通路に発生する燃料蒸気を吸着することになり、機関停止中にこの部分の吸着材が燃料蒸気で飽和してしまい、もはや燃料蒸気を吸着できなくなる場合が生じる。
【００２１】
このように、吸着材１３の偏流部分以外の部分で吸着材の飽和が生じると、吸気通路７内の燃料蒸気は吸着されることなく飽和した部分を通過して、ノズル１７の吸入口１７ａから大気に放出される問題が生じる。
本発明では、機関停止中に吸着材１３の上記偏流部分ＡＡに吸気通路７内に発生した燃料蒸気を主に吸収させるようにする吸着調整手段を設けることにより、この問題を解決している。
【００２２】
上述したように、吸着材１３の偏流部分ＡＡには機関が低吸入空気量で運転されている時でも比較的多量の吸気が通過する。このため、吸着材１３の偏流部分では比較的多量の燃料蒸気を吸着していても機関の低吸入空気量運転時に効率的に燃料蒸気を脱離することができる。従って、吸着材１３の偏流部分に他の部分より多くの燃料蒸気を吸着させることにより、機関の低吸入空気量運転時にも効率よく吸着材１３のパージを行なうことが可能となり、吸着材１３の燃料蒸気による飽和が防止される。
【００２３】
次に、本実施形態の吸着調整手段について説明する。
本実施形態では、吸着調整手段として、図１に３０で示す可動ベーンが用いられている。可動ベーン３０は軽量の金属または合成樹脂製の薄板３０ａをエアクリーナ１０のハウジングにヒンジ３０ｂで取り付けた構成とされる。可動ベーン３０は、機関停止中の吸気流が無い状態では自重により（または小さな付勢力のばねにより付勢されて）、図１に実線で示した位置に移動し、吸気通路７から吸着材１３の偏流部分ＡＡ以外の部分を遮断するようになっている。この状態では、吸気通路７で発生した蒸気は、可動ベーン３０により強制的に偏流部分ＡＡを通って流れることになるため、燃料蒸気は主に吸着材１３の偏流部分に吸着されるようになる。これにより、機関停止中に吸気通路７に発生した燃料蒸気はその大部分が吸着材の偏流部分ＡＡに吸着されるようになる。
【００２４】
この状態から機関が始動され、低負荷低回転の低吸入空気量状態で運転されると、前述したように吸気は流路抵抗の少ない矢印Ａで示した経路を主に流れ、吸着材１３の偏流部分ＡＡを通過して吸気通路７に流入する。これにより、偏流部分ＡＡには低吸入空気量であっても比較的多量の吸気が通過するようになり、偏流部分ＡＡに吸着された燃料蒸気が吸着材から脱離して吸気とともに機関に吸入される。
【００２５】
負荷、回転数が上昇して、機関の吸入空気量が増大すると、可動ベーン３０はエアクリーナ１０を通る吸気流に押動されて、図１に点線に示した位置に移動する。これにより、吸気は偏流部分ＡＡ以外の吸着材部分も通過して流れるようになり、吸着材１３の偏流部分以外の部分に吸着された少量の燃料蒸気も吸着材１３から脱離するようになるとともに、可動ベーン３０による吸気抵抗の増大が防止される。なお、可動ベーン３０の自重（及びばねの付勢力）は、吸入空気量がある程度増大した時に図１の点線に示した位置（開放位置）に移動するように設定されている。
【００２６】
また、ノズル１７内にも、可動ベーン３０と同様なベーン３３を設け、吸入空気量が少ない状態では自重（またはばね付勢力）により図１の実線位置に移動するように設定して、低吸入空気量運転時に更に積極的に吸気流を吸着材１３の偏流部分ＡＡに導くようにしても良い。ノズル１７の可動ベーン３０は、吸入空気量が増大すると、吸気流に押動されて図１に点線で示した位置に移動し、吸入空気量増大時に吸気抵抗が増大することを防止するようにされている。
【００２７】
なお、吸着材１３の偏流部分ＡＡの詳細な部位、大きさなどについては、吸気系の構成、配置などにより異なるため、実際の吸気系に吸着材を装着した状態での実験により偏流部分ＡＡの詳細と可動ベーン３０（及び使用する場合には可動ベーン３３）の重量、ばね付勢力などを決定することが好ましい。
また、上述の説明のように、本実施形態では吸着材１３の偏流部分ＡＡ以外の部分では燃料蒸気吸着量は偏流部分ＡＡに置ける吸着量より少なくなる。このため、上記により特定された偏流部分ＡＡに吸着材の他の部分よりシリカゲル、活性炭などの吸着成分を多く担持（充填）するようにして、偏流部分ＡＡの燃料蒸気吸着容量を増大させるようにすれば、（或いは、偏流部分ＡＡ以外の部分の吸着性分担持量を偏流部分ＡＡより低減するようにすれば）、吸着材全体での吸着成分量を低減すること可能となる。
【００２８】
上述のように、本実施形態では機関停止中に吸着材１３の偏流部分ＡＡに集中的に燃料蒸気を吸着させる吸着調整手段としての可動ベーン３０を設けたことにより、機関の低吸入空気量運転時においても吸着材１３からの燃料蒸気のパージを効率的に行なうことが可能となっている。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００２９】
前述の第１の実施形態では、吸着調整手段としての可動ベーン３０を設けて機関停止中に発生する燃料蒸気を吸着材１３の偏流部分ＡＡに導いていた。これに対して、本実施形態では可動ベーン３０を用いずに燃料蒸気を偏流部分に導く構成とした点が第１の実施形態と相異している。
図２は、第２の実施形態の概略構成を示す図１と同様な図である。図２において、図１と同一の参照符号は図１と同様な要素を示すものとする。
【００３０】
図２の実施形態では、フィルタエレメント１５の吸着材偏流部分に対応する部分はフィルタエレメントの他の部分より吸気抵抗が小さくなるように、例えばエレメント厚さが他の部分より薄くなっている。一方、吸着材１３の偏流部分ＡＡには吸着材の他の部分より吸着成分が多く担持されており、偏流部分の燃料蒸気吸着容量は他の部分より大きくなっている。また、吸着材１３とフィルタエレメント１５との合計の吸気抵抗は、偏流部分ＡＡでは、他の部分より小さくなるように吸着材１３とフィルタエレメント１５との吸気抵抗が設定されている。
【００３１】
このように、偏流部分ＡＡでの合計吸気抵抗を他の部分より小さくしたことにより、本実施形態では機関停止中に吸気通路７で発生した燃料蒸気は、ノズル１７に漏出しようとする際に主に抵抗の小さい偏流部分ＡＡを通過するようになる。このため、燃料蒸気の大部分は吸着材１３の偏流部分ＡＡに吸着されるようになる。また、偏流部分ＡＡは第１の実施形態に較べても更に吸気抵抗が小さいため、機関の低吸入空気量運転時にも吸着材１３の偏流部分ＡＡには充分な吸気が通過し偏流部分ＡＡに吸着された燃料蒸気が脱離するようになる。すなわち、本実施形態では、偏流部分ＡＡでの吸着材１３とフィルタエレメント１５との吸気抵抗を他の部分より小さく設定したことにより、第１の実施形態の可動ベーン３０を設けたのと同等の効果を得ている。
【００３２】
なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様な可動ベーン３０を設けるようにすれば、更に偏流部分ＡＡでの燃料蒸気吸着を促進することができるのはいうまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、吸着材の吸気が通過しやすい偏流部分に主に機関停止中に発生する燃料蒸気を吸着させるようにしたことにより、吸着材全体の吸着容量を増大させることなく低吸入空気量運転時にも吸着材に吸着された燃料蒸気を効率的にパージすることが可能となり、低吸入空気量運転が長期間行なわれるような運転状態でも吸着材が燃料蒸気で飽和することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の概略構成を説明する、図１と同様な図である。
【符号の説明】
３…吸気ポート
７…吸気通路
１０…エアクリーナ
１３…吸着材
１５…フィルタエレメント
１７…ノズル
【図１】
0003539381.tif 000002
【図２】
0003539381.tif 000003