(57)【要約】【課題】内燃機関停止後に、吸気通路内に残留する未燃ガスによるＨＣをキャニスタに吸着させ、内燃機関再始動時のＨＣ排出量を低減する。【解決手段】内燃機関９において、炭化水素吸着用のキャニスタ１９と、前記キャニスタ１９と前記内燃機関９の吸気通路２３とを連通するキャニスタ連通管３０、３１と、前記キャニスタ１９と吸気通路２３とを内燃機関９内を経由して連通する加熱用連通管３２と、前記キャニスタ連通管３０、３１もしくは前記加熱用連通管３２のいずれか一方に設置した新気導入と内気循環とを切換える切換弁２１と、いずれか他方に設置した流量コントロールバルブ２０ａ、２０ｂと、前記切換弁２１および流量コントロールバルブ２０ａ、２０ｂの開閉を制御するコントロールユニット１とを設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関において、
炭化水素吸着用のキャニスタと、
前記キャニスタと前記内燃機関の吸気通路とを連通するキャニスタ連通管と、前記キャニスタと吸気通路とを内燃機関内を経由して連通する加熱用連通管と、
前記キャニスタ連通管もしくは前記加熱用連通管のいずれか一方に設置した新気導入と内気循環とを切換える切換弁と、いずれか他方に設置した流量コントロールバルブと、
前記切換弁および流量コントロールバルブの開閉を制御するコントロールユニットとを有することを特徴とする内燃機関の炭化水素浄化装置。
【請求項２】
前記加熱用連通管は、内燃機関の冷却水通路内を通る請求項１に記載の内燃機関の炭化水素浄化装置。
【請求項３】
前記加熱用連通管は、内燃機関の潤滑油通路内を通る請求項１に記載の内燃機関の炭化水素浄化装置。
【請求項４】
前記コントローラは、機関停止後には、前記切換弁は内気循環に、前記流量コントロールバルブは前記吸気通路から前記キャニスタに流れる方向にそれぞれ切換えることによって、吸気通路内の空気をキャニスタ連通管、キャニスタ、加熱用連通管、吸気通路の順に循環させキャニスタに残留炭化水素を吸着させ、機関再始動後に排気ガス浄化用触媒が活性状態になったら前記流量コントロールバルブを閉、前記切換弁を新気導入として、前記キャニスタに吸着させた炭化水素を吸気通路にパージする請求項２または３に記載の内燃機関の炭化水素浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される炭化水素の排出量を低減する炭化水素排出量低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の自動車では、炭化水素（以下、ＨＣとする）の排出量を低減するために、エンジンの燃焼改善による未燃ＨＣの減少、三元触媒の設置によるによる浄化によってＨＣ排出量の低減を図っている。
【０００３】
しかし、エンジン停止後の吸気通路内には、運転時に噴射されたものの吹き替えしなどにより燃焼しなかった燃料や、エンジン停止後に燃料噴射装置から漏れた燃料が残留することがある。
【０００４】
これらの残留未燃燃料はエンジン停止中に吸気管内に拡散し、次回エンジン始動時に燃焼室に吸入される。しかし、エンジン始動時のクランキング開始直後は燃焼が発生しないため、吸入された残留未燃燃料は燃焼せずに排気通路へと排出される。
【０００５】
排気管には排気ガス浄化用の触媒を設置してあるものの、冷間始動時には触媒が未活性状態であるため、排気中のＨＣを十分に浄化することができない。
【０００６】
したがって吸気管内に残留していた未燃燃料はそのまま大気中に放出されることとなる。これがエンジン始動時にＨＣ排出量が多い原因となっていた。
【０００７】
この問題を解決するために、サージタンク内に残留しているＨＣを吸着するためのＨＣ吸着剤を取り付て、吸着した炭化水素をエンジン始動後に放出して燃焼させる構成が特許文献１に開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−３９０２５号公報
【０００９】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の構成ではＨＣ吸着剤周辺の残留燃料を吸着することはできるものの、吸気通路全体として考えると十分な吸着量とはいえない。
【００１０】
そこで、本発明では吸気通路全体に拡散している未燃燃料を取り除くことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
内燃機関において、炭化水素吸着用のキャニスタと、前記キャニスタと前記内燃機関の吸気通路とを連通するキャニスタ連通管と、前記キャニスタと吸気通路とを内燃機関内を経由して連通する加熱用連通管と、前記キャニスタ連通管もしくは前記加熱用連通管のいずれか一方に設置した新気導入と内気循環とを切換える切換弁と、いずれか他方に設置した流量コントロールバルブと、前記切換弁および流量コントロールバルブの開閉を制御するコントロールユニットとを設ける。
【００１２】
【作用・効果】
本発明によれば、前記内燃機関停止後には前記切換弁は内気循環に、前記流量コントロールバルブは前記吸気通路から前記キャニスタに流れる方向にそれぞれ切換えることで、吸気通路、キャニスタ連通管、キャニスタ、加熱用連通管、吸気通路が連通した状態になる。また、内燃機関内の冷却水、潤滑油は停止後の温度降下に時間がかかるため加熱用連通管の内燃機関内を通過する部分は加熱される。
【００１３】
したがって、連通した通路内の一部が加熱されたことによって、内部のガスに自然対流が生じ、吸気通路、キャニスタ連通管、キャニスタ、加熱用連通管、吸気通路の順に循環することになる。この時、循環するガス中の残留ＨＣをキャニスタに吸着させるので、キャニスタ周辺のみならず吸気通路全体の残留ＨＣを前記キャニスタに吸着させることができる。
【００１４】
また、内燃機関再始動時には、例えば排気ガス浄化用触媒が活性状態になるまでキャニスタに吸着させたＨＣを放出しないことで、内燃機関再起動時に未燃のまま大気中に放出されるＨＣ量を低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明の第１実施形態の構成を表す図である。
【００１７】
内燃機関９は排気通路中１７に排気ガス浄化用触媒１８を有する。
【００１８】
内燃機関９の吸気管２６には、エアクリーナ２２から吸込んだ空気量を測定するエアフローメータ２と、その下流にスロットル開度を調整するスロットル弁３とが設けられている。吸気管２６の下流には吸気コレクタ５が接続されている。吸気コレクタ５の下流には吸気コレクタ５内の空気を内燃機関９の各気筒に導入するインテークマニホールド６が設けられており、インテークマニホールド６の吸気ポート２５近傍には燃料噴射弁７が取り付けられている。
【００１９】
上記の吸気管２６のスロットル弁３より下流と吸気コレクタ５、およびインテークマニホールド６から構成される通路を吸気通路２３とする。
【００２０】
１５はフューエルタンク用キャニスタで、フューエルタンク１４から排出されるエバポレータガス（以下、エバポガスと記す）を吸着する。吸着されたエバポガスは、フューエルタンク用キャニスタパージコントロールバルブ１６の制御によって吸気コレクタ５にパージされ、内燃機関９で燃焼させられる。
【００２１】
１９はコレクタ用キャニスタで、機関停止後の吸気通路２３内の残留ＨＣを吸着するためのものである。
【００２２】
吸気コレクタ用キャニスタ１９はキャニスタパージライン３０およびキャニスタチャージライン３１によって吸気コレクタ５と連通しており、キャニスタパージライン３０およびキャニスタチャージライン３１には、それぞれコレクタ用キャニスタパージコントロールバルブ（一方向弁）２０ａ、コレクタ用キャニスタチャージコントロールバルブ（一方向弁）２０ｂが設けられており、吸気コレクタ５とコレクタ用キャニスタ１９の連通を遮断可能としている。
【００２３】
また、コレクタ用キャニスタ１９は加熱用連通管３２によって吸気コレクタ５よりも下流のインテークマニホールド６と連通している。なお、加熱用連通管３２はコレクタ用キャニスタ１９の底面とインテークマニホールド６の燃料噴射弁７上流とを連通している。
【００２４】
加熱用連通管３２の途中には新気導入と内気循環を選択的に切換え可能な切換弁２１が設けてあり、このバルブ２１とインテークマニホールド６の間の加熱用連通管３２の一部分は内燃機関９の冷却水路１０の内部を通過するように配管される。
【００２５】
コレクタ用キャニスタパージコントロールバルブ２０ａ、コレクタ用キャニスタチャージバルブ２０ｂ、および切換弁２１は、燃料噴射弁７や点火栓８の作動を制御するコントロールユニット１によって、運転状態に応じて制御される。
【００２６】
このため、コントロールユニット１にはエアフローメータ２、スロットルセンサ４、空燃比センサ１２、水温センサ１３、等からの信号が入力し、これらに基づいて前記燃料噴射弁７、点火栓８を制御し、また、コレクタ用キャニスタパージコントロールバルブ２０ａ、コレクタ用キャニスタチャージバルブ２０ｂ、および切換弁２１が制御される。
【００２７】
次に上記システムの作用について説明する。
【００２８】
内燃機関９の運転中は、エアフローメータ２、スロットルセンサ４、水温センサ１３および空燃比センサ１２等からの検出信号に基づいて、コントロールユニット１によって燃料噴射弁７の燃料噴射量や、点火栓８の点火時期を制御しているが、燃料噴射弁７から噴射された燃料の一部は吹き返しなどにより、燃焼せずに吸気ポート２５付近に滞留している。
【００２９】
したがって内燃機関９を停止すると、これら未燃ガスが吸気通路２３内に拡散する。また、微量ではあるが、燃料噴射弁７から漏れ出て吸気通路２３内に拡散する燃料もある。
【００３０】
本実施形態では、機関停止後にコレクタ用キャニスタチャージバルブ２０ｂを開、コレクタ用パージバルブ２０ａを閉、切換弁２１を内気循環として、吸気管２３とコレクタ用キャニスタ１９とを閉回路で接続し、自然対流を利用して吸気通路２３の残留ＨＣをキャニスタチャージライン３１、コレクタ用キャニスタ１９、加熱用連通管３２、吸気通路２３と循環させることによって吸気通路２３内に拡散している残留ＨＣをコレクタ用キャニスタ１９に吸着させている。
【００３１】
ここで、自然対流によるガスの循環が発生するメカニズムについて説明する。
【００３２】
図２は機関停止後の冷却水等の温度降下を示したグラフであり、各温度が時間と共に外気温に近づいていくことを表している。
【００３３】
図２から、冷却水温が外気温に近い温度になるのは機関停止から約１４時間後であり、例えば機関停止から約４時間経過しても外気温より約２０℃高温であることがわかる。
【００３４】
このことから、加熱用連通管３２の冷却水路中を通る部分は、外気に触れている吸気通路２３、キャニスタチャージライン３１、コレクタ用キャニスタ１９、および加熱用連通管３２の内燃機関９に入るまでの部分に比べて長い時間高温状態が続くことがわかる。
【００３５】
そこで、加熱用連通管３２の冷却水路中を通る部分で暖められたガスは上昇して吸気通路２３内に流入する。
【００３６】
その際、加熱用連通管３２内のコレクタ用キャニスタ１９側には負圧が生じ、コレクタ用キャニスタ１９内のガスを加熱用連通管３２内に吸込む。ここで加熱用連通管３２に吸込まれるガスは、コレクタ用キャニスタ１９内の吸着剤によってＨＣが除去されている。
【００３７】
また、コレクタ用キャニスタ１９は、生じた負圧によって吸気コレクタ５内のガスを吸込む。
【００３８】
また一方、吸気通路２３内は加熱用連通管３２で加熱されて外気温より高くなったガスが流入することによって外気温より高温になっており、ガスの体積は膨張する。
【００３９】
この膨張と前述した負圧による引き込みによって、吸気通路２３内の残留ＨＣを含むガスはキャニスタチャージライン３１へと流れ込む。
【００４０】
キャニスタチャージライン３１は外気に触れているため、流れ込んだガスは冷却されながらコレクタ用キャニスタ１９へ流れ込んで残留ＨＣを除去され、加熱用連通管３２へと流れ込む。
【００４１】
上記のメカニズムによって、吸気通路２３内のガスは温度差のある限り、キャニスタチャージライン３１、コレクタ用キャニスタ１９、加熱用連通管３２を循環し、この間に吸気管２３内の残留ＨＣはコレクタ用キャニスタ１９に吸着される。
【００４２】
次に、機関停止中にコレクタ用キャニスタ１９に吸着させたガスのパージ方法について説明する。
【００４３】
内燃機関９の再始動後に切換弁２１を新気導入側、コレクタ用キャニスタチャージバルブ２０ｂを閉に切換え、また、排気ガス浄化用触媒１８が活性化した後にコレクタ用キャニスタパージコントロールバルブ２０ａを開く。
【００４４】
これによりコレクタ用キャニスタ１９に吸着させた残留ＨＣを含むガスは機関運転開始後に吸気用コレクタ５に放出され、確実に燃焼に使用される。
【００４５】
以上のように、本実施形態では内燃機関９の停止後に、吸気通路２３およびコレクタ用キャニスタ１９を含む経路内において自然対流を利用してガスを循環させることにより、吸気通路２３内に残留するＨＣをより効果的にコレクタ用キャニスタ１９に吸着させることができるので、機関の再始動時のＨＣ排出量を低減することができる。
【００４６】
次に第２実施形態について説明する。
【００４７】
図３は本発明の第２実施形態の構成を示している。
【００４８】
基本的には第１実施形態と同様であるが、第１実施形態のキャニスタチャージライン３０、キャニスタパージライン３１に替えて、本実施形態ではコレクタ用キャニスタ連通管４０を設けており、新気導入と内気循環を切換える切換弁２１をキャニスタ連通管４０に配置している。また、流量コントロールバルブ（一方向弁）２０は加熱用連通管３２に配置している。
【００４９】
内燃機関９の停止後に、切換弁２１は内気循環、流量コントロールバルブ２０は開とすることで、第１実施形態と同様にガスを循環させて、吸気管２３内の残留ＨＣをコレクタ用キャニスタ１９に吸着させる。
【００５０】
内燃機関９の再始動と共に切換弁２１を開とし、排気ガス浄化用触媒１８が活性化したら流量コントロールバルブ２０を開にして、コレクタ用キャニスタ１９に吸着させたＨＣを含むガスを加熱用連通管３２を通してインテークマニホールド６の燃料噴射弁７の上流に放出する。
【００５１】
以上により、第１実施形態と同様に、機関停止後に吸気通路２３内に残留するＨＣをコレクタ用キャニスタ１９に吸着させることができるので、機関再始動時のＨＣ排出量を低減できる。
【００５２】
また、加熱用連通管３２を冷却水路１０内を通過させて冷却水温を利用して加熱したが、内燃機関９の潤滑油経路内を通過させて潤滑油温を利用しても同様の効果が得られる。
【００５３】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】内燃機関停止後の水温変化を表すグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  コントロールユニット
２  エアフローメータ
３  スロットル弁
４  スロットルセンサ
５  吸気コレクタ
６  インテークマニホールド
７  燃料噴射弁
８  点火栓
９  内燃機関
１０  冷却水路
１１  エキゾーストマニホールド
１２  空燃比センサ
１３  水温センサ
１４  フューエルタンク
１５  フューエルタンク用キャニスタ
１６  フューエルインタンク用キャニスタパージコンロトールバルブ
１７  排気通路
１８  排気ガス浄化用触媒
１９  コレクタ用キャニスタ
２０ａ  コレクタ用キャニスタパージコントロールバルブ
２０ｂ  コレクタ用キャニスタチャージコントロールバルブ
２１  切換弁
２２  エアクリーナ
２３  吸気通路
２４  燃焼室
２５  吸気ポート
２６  吸気管
３０  キャニスタパージライン
３１  キャニスタチャージライン
３２  加熱用連通管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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