(57)【要約】【課題】減速時に、スロットルバルブよりも上流側に滞留しているパージガスが燃焼室に導入され、空燃比がリッチになってしまうことを抑制することができる内燃機関を提供する。【解決手段】この内燃機関では、蒸発燃料パージシステム３００の切り替えバルブ３７０が、吸気管１２０におけるコンプレッサ２２０よりも上流側の部分に、同部分に設けられている貫通孔と第１ポート３７１とを連通させた状態で取り付けられている。そして、キャニスタ４５０と第２ポート３７２とが上流側パージ配管３４０で接続され、吸気管１２０におけるスロットルバルブ１５０よりも下流側の部分と第３ポート３７３とが下流側パージ配管３８０で接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給器と、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を捕集するキャニスタと、前記キャニスタに捕集した蒸発燃料を吸気管に導入する蒸発燃料パージシステムとを備えた内燃機関であって、
前記蒸発燃料パージシステムが、第１ポートと第２ポートと第３ポートとが形成されたハウジングに各ポートの連通と遮断とを切り替える弁体が収容されている切り替えバルブを備え、
前記切り替えバルブが、前記吸気管における前記過給器のコンプレッサよりも上流側の部分に、同部分に設けられている貫通孔と前記第１ポートとを連通させた状態で取り付けられており、
前記キャニスタと前記第２ポートとが上流側パージ配管で接続され、前記吸気管におけるスロットルバルブよりも下流側の部分と前記第３ポートとが下流側パージ配管で接続されている内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は過給器付きの車載内燃機関であり、蒸発燃料パージシステムを搭載した内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両には、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を捕集するキャニスタが設けられている。そして、キャニスタを搭載した車両には、キャニスタに外部から空気を導入し、捕集した燃料を空気とともにパージガスとして運転中の内燃機関の吸気通路に導入するパージを行い、キャニスタの捕集能力を回復させる蒸発燃料パージシステムも搭載されている。
【０００３】
過給器付きの内燃機関の場合、過給が行われていないときには吸気通路におけるスロットルバルブよりも下流側の負圧を利用してキャニスタ側からパージガスを吸い込み、パージを行うことができるが、過給時には吸気通路におけるスロットルバルブよりも下流側が正圧になるため、パージを行うことができない。そのため、過給時には吸気通路におけるコンプレッサよりも上流側にキャニスタ側からのパージガスを導入してパージを行うようにした蒸発燃料パージシステムもある。
【０００４】
こうした蒸発燃料パージシステムとして、特許文献１には、吸気通路におけるスロットルバルブよりも下流側に接続する第１パージ通路と、吸気通路におけるコンプレッサよりも上流側に接続する第２パージ通路と、キャニスタに接続された上流側パージ通路とを、切り替えバルブを介して接続した蒸発燃料パージシステムが開示されている。
【０００５】
こうした蒸発燃料パージシステムでは、過給時には第２パージ通路を介してパージを行い、過給を行っていないときには第１パージ通路を介してパージを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６‐１０４９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、車両が加速状態から減速状態に移行したときのように、過給が行われている状態から減速状態に移行した場合には、切り替えバルブによって第２パージ通路が閉塞されるが、吸気通路における第２パージ通路が接続している部分からスロットルバルブまでの部分及び第２パージ通路内にはパージガスが滞留している。スロットルバルブによって吸入空気量を制限している減速時に、スロットルバルブよりも上流側に滞留しているこのパージガスが燃焼室に導入され、空燃比がリッチになってしまうと、エミッションコントロールの観点から好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するための内燃機関は、過給器と、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を捕集するキャニスタと、前記キャニスタに捕集した蒸発燃料を吸気管に導入する蒸発燃料パージシステムとを備えている。そして、前記蒸発燃料パージシステムが、第１ポートと第２ポートと第３ポートとが形成されたハウジングに各ポートの連通と遮断とを切り替える弁体が収容されている切り替えバルブを備えている。この内燃機関では、前記切り替えバルブが、前記吸気管における前記過給器のコンプレッサよりも上流側の部分に、同部分に設けられている貫通孔と前記第１ポートとを連通させた状態で取り付けられており、前記キャニスタと前記第２ポートとが上流側パージ配管で接続され、前記吸気管におけるスロットルバルブよりも下流側の部分と前記第３ポートとが下流側パージ配管で接続されている。
【０００９】
上記構成では、パージ配管を介さずに、吸気管におけるコンプレッサよりも上流側の部分に第１ポートが直接接続されている。そのため、パージ配管を介して第１ポートを接続する場合と比較して、切り替えバルブの第１ポートから吸気管に至るまでの通路の容積を小さくすることができる。したがって、上記構成によれば、車両が加速状態から減速状態に移行して過給が行われている状態から減速状態に移行した場合に、スロットルバルブよりも上流側に滞留するパージガスの量を少なくすることができる。
【００１０】
すなわち、上記構成によれば、スロットルバルブによって吸入空気量を制限している減速時に、スロットルバルブよりも上流側に滞留しているパージガスが燃焼室に導入され、空燃比がリッチになってしまうことを抑制し、ひいては、空燃比がリッチになることによるエミッションの悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】内燃機関の一実施形態について、同内燃機関が搭載している蒸発燃料パージシステムの概略構成を示す模式図。
【図２】同蒸発燃料パージシステムの切り替えバルブが第３ポートと第２ポートとを連通させている状態を示す模式図。
【図３】同蒸発燃料パージシステムの切り替えバルブが第２ポートと第１ポートとを連通させている状態を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、内燃機関の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。なお、この内燃機関は車両に搭載される内燃機関である。
図１に示されているように、内燃機関における、シリンダブロックやシリンダヘッドからなる機関本体１００には、４つの燃焼室１１０が設けられている。機関本体１００には吸気管１２０と排気管１３０とが接続されている。吸気管１２０は、下流側の端部が４つに分岐しており、機関本体１００に設けられた各燃焼室１１０とこの分岐した端部とが１つずつ連通するように、機関本体１００に接続されている。また、排気管１３０は、上流側の端部が４つに分岐しており、吸気管１２０と同様に、機関本体１００に設けられた各燃焼室１１０とこの分岐した端部とが１つずつ連通するように、機関本体１００に接続されている。
【００１３】
この内燃機関は過給器としてターボチャージャ２００を備えている。そのため、排気管１３０の途中にはターボチャージャ２００のタービン２１０が配置され、吸気管１２０の途中にはターボチャージャ２００のコンプレッサ２２０が配置されている。タービン２１０の内部にはタービンホイール２１１が収容されており、コンプレッサ２２０の内部にはタービンホイール２１１と回転軸を介して連結されたコンプレッサホイール２２１が収容されている。これにより、排気管１３０を流れる排気のエネルギをタービン２１０で回収し、そのエネルギによってコンプレッサ２２０で過給を行うことができるようになっている。なお、排気管１３０には、タービン２１０よりも上流側の部分と下流側の部分とを接続しており、タービン２１０を迂回させて排気を流すためのバイパス通路２４０と、このバイパス通路２４０を開閉するウェイストゲートバルブ２５０とが設けられている。これにより、ウェイストゲートバルブ２５０を開弁させてバイパス通路２４０を通じて排気を流すようにすることにより、ターボチャージャ２００による過給を抑制することができるようになっている。
【００１４】
吸気管１２０におけるコンプレッサ２２０よりも下流側の部分には、吸入空気を冷却するインタークーラ１４０が設けられている。そして、吸気管１２０におけるインタークーラ１４０よりも下流側の部分には、吸入空気の脈動を軽減するサージタンク１６０が設けられている。吸気管１２０はこのサージタンク１６０よりも下流側の部分で分岐して機関本体１００に接続されている。また、吸気管１２０におけるサージタンク１６０とインタークーラ１４０との間の部分には、吸入空気の量を調整するスロットルバルブ１５０が設けられている。
【００１５】
また、この内燃機関は、燃料タンク４００内で発生した蒸発燃料を捕集するキャニスタ４５０を備えている。キャニスタ４５０と燃料タンク４００は蒸発燃料配管４１０を介して接続されている。キャニスタ４５０には活性炭が収容されており、燃料タンク４００内で発生した蒸発燃料が蒸発燃料配管４１０を通じてキャニスタ４５０に導入されると、活性炭に蒸発燃料が吸着され、キャニスタ４５０に捕集されるようになっている。
【００１６】
さらに、この内燃機関には、キャニスタ４５０に外部から空気を導入し、捕集した燃料を空気とともにパージガスとして運転中の内燃機関の吸気管１２０に導入するパージを行い、キャニスタ４５０の捕集能力を回復させる蒸発燃料パージシステム３００も搭載されている。
【００１７】
この蒸発燃料パージシステム３００は、状況に応じて吸気管１２０におけるコンプレッサ２２０よりも上流側の部分にパージガスを導入したり、スロットルバルブ１５０よりも下流側の部分にパージガスを導入したりすることができるように構成されている。
【００１８】
具体的には、パージガスの導入先を切り替える切り替えバルブ３７０を備えており、この切り替えバルブ３７０が吸気管１２０におけるコンプレッサ２２０よりも上流側の部分に取り付けられている。切り替えバルブ３７０は、第１ポート３７１と第２ポート３７２と第３ポート３７３とが形成されたハウジング３７５の内部に、各ポート３７１，３７２，３７３の連通と遮断とを切り替える弁体３７６を収容したものである。
【００１９】
図１に示されているように、弁体３７６には弁内通路が形成されており、ハウジング３７５内で弁体３７６を回転させることにより、各ポート３７１，３７２，３７３の連通と遮断とを切り替えることができる。なお、弁体はモータによって駆動され、モータを制御することによって弁体３７６の向きを制御することができる。
【００２０】
吸気管１２０における切り替えバルブ３７０が取り付けられている部分には、貫通孔が形成されており、切り替えバルブ３７０は吸気管１２０に設けられているこの貫通孔と第１ポート３７１とが連通するように、吸気管１２０に取り付けられている。そして、切り替えバルブ３７０の第２ポート３７２は上流側パージ配管３４０によってキャニスタ４５０と接続されており、第３ポート３７３は下流側パージ配管３８０によって吸気管１２０におけるスロットルバルブ１５０よりも下流側の部分と接続されている。
【００２１】
上流側パージ配管３４０の途中には、閉弁したときに上流側パージ配管３４０を閉塞するパージ制御バルブ３６０が設けられている。また、上流側パージ配管３４０におけるパージ制御バルブ３６０よりも上流側の部分には、キャニスタ４５０側からパージガスを吸引して切り替えバルブ３７０側に送り出すパージポンプ３５０も設けられている。
【００２２】
切り替えバルブ３７０における弁体３７６の向きの制御を含む、内燃機関の各部の制御は制御装置５００によって行われる。制御装置５００には、アクセルの操作量を検出するアクセルポジションセンサ５１０や、車両の速度である車速を検出する車速センサ５２０、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトの回転角を検出するクランクポジションセンサ５３０が接続されている。また、制御装置５００には、吸気管１２０を通じて燃焼室１１０に吸入される空気の量である吸入空気量を検出するエアフロメータ５４０や、吸気管１２０におけるコンプレッサ２２０よりも下流側の部分における圧力を検出する過給圧センサ５５０も接続されている。
【００２３】
制御装置５００は、これらのセンサによって検出した情報に基づき内燃機関を制御する。具体的には、車速センサ５２０によって検出した車速とアクセルポジションセンサ５１０によって検出したアクセルの操作量とに基づき、要求されているトルクの大きさを推定し、推定したトルクを発生させるために必要な吸入空気量を実現すべくスロットルバルブ１５０の開度を調整する。そして、吸入空気量に見合った量の燃料を供給するようにインジェクタ５６０を制御する。なお、この内燃機関では、内燃機関の燃焼室１１０に直接燃料を供給する筒内噴射型のインジェクタ５６０が各燃焼室１１０に対して１つずつ設けられている。また、制御装置５００は、要求されているトルクを実現するために、各燃焼室１１０に１つずつ設けられている点火プラグ５７０を制御して各燃焼室１１０における点火のタイミングも制御する。
【００２４】
また、制御装置５００は上記のようなスロットルバルブ１５０やインジェクタ５６０、点火プラグ５７０の制御にあわせてウェイストゲートバルブ２５０を開閉することにより、ターボチャージャ２００による過給も制御する。すなわち、要求されているトルクが大きいときには、ウェイストゲートバルブ２５０を閉弁させてターボチャージャ２００で過給を行う。一方で、要求されているトルクが小さい場合には、ウェイストゲートバルブ２５０を開弁させて、排気がタービン２１０を迂回して流れるようにして、過給を抑制する。
【００２５】
さらに、制御装置５００は蒸発燃料パージシステム３００も制御する。
具体的には、図１に示されているように、パージの実行条件が成立していないときには、切り替えバルブ３７０を制御して弁体３７６における弁内通路が各ポート３７１，３７２，３７３のいずれとも連通しない状態にするとともに、パージ制御バルブ３６０を閉弁させ、上流側パージ配管３４０を閉塞してパージが行われないようにする。
【００２６】
一方で、内燃機関が運転されており、パージの実行条件が成立しているときには、パージ制御バルブ３６０を開弁させ、パージポンプ３５０を駆動して上流側パージ配管３４０を通じてパージガスを吸気管１２０側に送り込む。このときには、過給圧センサ５５０によって検出されている圧力が高いか低いかによって切り替えバルブ３７０を制御し、パージガスを吸気管１２０におけるスロットルバルブ１５０よりも下流側の部分に導入するか、吸気管１２０におけるコンプレッサ２２０よりも上流側の部分に導入するかを決定する。
【００２７】
図２に示されているように、制御装置５００は、過給圧センサ５５０によって検出されている圧力が低く、ターボチャージャ２００による過給が行われていないときには、切り替えバルブ３７０の弁体３７６を、第２ポート３７２と第３ポート３７３とを連通させる向きに制御する。すなわち、吸気管１２０におけるスロットルバルブ１５０よりも下流側の部分の圧力が大気圧よりも低い負圧になっていると推定されるときには、切り替えバルブ３７０の弁体３７６を、第２ポート３７２と第３ポート３７３とを連通させる向きに制御する。これにより、上流側パージ配管３４０を通じて切り替えバルブ３７０の第２ポートに導入されたパージガスは、第３ポート３７３に接続されている下流側パージ配管３８０を通じて吸気管１２０におけるスロットルバルブ１５０よりも下流側の部分に導入されるようになる。こうして吸気管１２０に導入されたパージガスは、吸気管１２０を流れる吸入空気とともに燃焼室１１０に導入され、燃焼室１１０内での燃焼に供される。
【００２８】
また、図３に示されているように、制御装置５００は、過給圧センサ５５０によって検出されている圧力が高く、ターボチャージャ２００による過給が行われているときには、切り替えバルブ３７０の弁体３７６を、第２ポート３７２と第１ポート３７１とを連通させる向きに制御する。すなわち、吸気管１２０におけるスロットルバルブ１５０よりも下流側の部分の圧力が大気圧よりも高い正圧になっていると推定されるときには、切り替えバルブ３７０の弁体３７６を、第２ポート３７２と第１ポート３７１とを連通させる向きに制御する。これにより、上流側パージ配管３４０を通じて切り替えバルブ３７０の第２ポートに導入されたパージガスは、第１ポート３７１を通じて吸気管１２０におけるコンプレッサ２２０よりも上流側の部分に導入されるようになる。こうして吸気管１２０に導入されたパージガスも、吸気管１２０を流れる吸入空気とともに燃焼室１１０に導入され、燃焼室１１０内での燃焼に供される。
【００２９】
こうしてパージを行い、キャニスタ４５０に収容されている活性炭に吸着していた蒸発燃料を吸気管１２０に導入し、燃焼室１１０での燃焼によって処理することにより、キャニスタ４５０における蒸発燃料の捕集能力が回復する。制御装置５００は、内燃機関が運転されており、パージの実行条件が成立しているときにパージを行い、キャニスタ４５０における蒸発燃料の捕集能力を随時回復させる。
【００３０】
次に、本実施形態にかかる内燃機関の作用及びその作用によって得られる効果について説明する。
車両が加速しており、ターボチャージャ２００による過給が行われているときには、吸気管１２０におけるスロットルバルブ１５０よりも下流側の部分の圧力が大気圧よりも高い正圧になっており、図３に示されているように、第１ポート３７１を通じて吸気管１２０にパージガスが導入されている。
【００３１】
車両が加速状態から減速状態に移行したときのように、こうしてターボチャージャ２００による過給が行われている状態から減速状態に移行した場合には、図１に示されているように、切り替えバルブ３７０によって第１ポート３７１が閉塞され、パージが停止される。もしくは、減速の度合いによっては、図２に示されているように、切り替えバルブ３７０によって第１ポート３７１が閉塞され、第２ポート３７２と第３ポート３７３とが連通された状態になる。これらのときには、第１ポート３７１を通じたパージは停止されるものの、吸気管１２０における第１ポート３７１が接続している部分からスロットルバルブ１５０までの部分にはパージガスが滞留している。スロットルバルブ１５０によって吸入空気量を制限している減速時に、吸気管１２０内に滞留しているパージガスが燃焼室１１０に導入され、空燃比がリッチになってしまうと、エミッションコントロールの観点から好ましくない。
【００３２】
これに対して上記の内燃機関では、パージ配管を介さずに、吸気管１２０におけるコンプレッサ２２０よりも上流側の部分に第１ポート３７１が直接接続されている。そのため、パージ配管を介して第１ポート３７１を接続する場合と比較して、切り替えバルブ３７０の第１ポート３７１から吸気管１２０に至るまでの通路の容積を小さくすることができる。したがって、過給が行われている状態から減速状態に移行した場合に、スロットルバルブ１５０よりも上流側に滞留するパージガスの量を少なくすることができる。
【００３３】
すなわち、スロットルバルブ１５０によって吸入空気量を制限している減速時に、スロットルバルブ１５０よりも上流側に滞留しているパージガスが燃焼室１１０に導入され、空燃比がリッチになってしまうことを抑制することができる。ひいては、空燃比がリッチになることによるエミッションの悪化を抑制することができる。
【００３４】
なお、上記の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・切り替えバルブ３７０は、１つの弁体３７６で各ポート３７１，３７２，３７３の接続状態を切り替えるものに限らない。各ポート３７１，３７２，３７３に弁体を１つずつ設け、各弁体の開閉を制御するものであってもよい。こうした構成を採用した場合にも切り替えバルブ３７０によって各ポート３７１，３７２，３７３の連通と遮断とを切り替えることができる。
【００３５】
・加速状態から減速状態に移行したときに吸気管１２０におけるスロットルバルブ１５０よりも上流側の部分に滞留するパージガスを極力少なくする上では、切り替えバルブの取り付け位置は、吸気管１２０における、コンプレッサ２２０にできるだけ近い位置であることが好ましい。
【００３６】
・過給器は、ターボチャージャに限らない。例えば、過給器としてモータで駆動される電動式の過給器や、内燃機関の駆動力の一部を利用してコンプレッサ２２０を稼働させるスーパーチャージャなどを採用した内燃機関であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１００…機関本体、１１０…燃焼室、１２０…吸気管、１３０…排気管、１４０…インタークーラ、１５０…スロットルバルブ、１６０…サージタンク、２００…ターボチャージャ、２１０…タービン、２１１…タービンホイール、２２０…コンプレッサ、２２１…コンプレッサホイール、２４０…バイパス通路、２５０…ウェイストゲートバルブ、３００…蒸発燃料パージシステム、３４０…上流側パージ配管、３５０…パージポンプ、３６０…パージ制御バルブ、３７０…切り替えバルブ、３７１…第１ポート、３７２…第２ポート、３７３…第３ポート、３７５…ハウジング、３７６…弁体、３８０…下流側パージ配管、４００…燃料タンク、４１０…蒸発燃料配管、４５０…キャニスタ、５００…制御装置、５１０…アクセルポジションセンサ、５２０…車速センサ、５３０…クランクポジションセンサ、５４０…エアフロメータ、５５０…過給圧センサ、５６０…インジェクタ、５７０…点火プラグ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018115606.tif 000005