JP2004068706A - エンジンの燃料ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの燃料ガス処理装置において、パージガスの過給のための圧縮機を、その駆動手段を特別に設けることなく低廉に設置する。
【解決手段】燃料タンク７内を吸気通路２に連通させる燃料ガス通路８，１０に、燃料ガスを吸着させるためのキャニスタ９と、パージガス流量を規制するパージ制御弁１２と、パージガスの過給のための圧縮機１１とを介装する。この圧縮機１１は、空気の過給のための圧縮機４の駆動手段としての電動モータ５により駆動する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料ガス処理装置に関し、詳細には、キャニスタからパージされた燃料ガスを含むパージガスの過給のための圧縮機を備える燃料ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パージガスの過給のための圧縮機を備えるエンジンの燃料ガス処理装置として、次のものが知られている。すなわち、燃料タンク内を吸気通路に連通させる燃料ガス通路に、燃料ガスを吸着させるためのキャニスタと、パージガス流量を規制するパージ制御弁と、パージガスの過給のための圧縮機とが介装されたものである。ここで、この圧縮機は、電動モータにより駆動される（特開平１１−１７３２２０号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この燃料ガス処理装置には、次のような問題がある。すなわち、パージガスの過給のために駆動手段として電動モータが特別に設けられているため、部品点数が増加し、コストがかさむことである。近年、燃費改善の観点から空気の過給のために電動モータを駆動源とする電子制御式過給機を採用したエンジンの開発が試みられている。このようなエンジンでは、空気の過給のための圧縮機と、パージガスの過給のための圧縮機とのそれぞれに電動モータが必要となるため、コスト及びレイアウト双方の面で不利となる。
【０００４】
そこで、本発明は、パージガスの過給のための圧縮機を、駆動手段を特別に設けることなく低廉に設置することのできるエンジンの燃料ガス処理装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、　本発明では、燃料タンク内を吸気通路に連通させる燃料ガス通路に、燃料ガスを吸着させるためのキャニスタと、パージガス流量を規制するパージ制御弁と、パージガスの過給のための第２の圧縮機とを介装する。ここで、この第２の圧縮機は、空気の過給のための第１の圧縮機の駆動手段により駆動することとする。
【０００６】
すなわち、本発明では、第２の圧縮機を、第１の圧縮機の駆動手段を共用して駆動するのである。このようにすることで、第２の圧縮機のための駆動手段を特別に設ける必要がなくなるので、部品点数を削減し、コストを低減することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る自動車用エンジン１の燃料ガス処理装置の構成図である。
エンジン１において、吸気通路２には、ターボチャージャの圧縮機３と、これとは別の第１の圧縮機としての圧縮機（若しくはポンプ）４とが設置されている。後者の圧縮機４は、電動モータ５を駆動源としているため、エンジン１の運転状態に依存せずに空気の過給を行うことが可能である。図示しないエアクリーナを通過した空気は、圧縮機３により圧縮され、さらにその下流に配置された圧縮機４により圧縮される。このように２段で圧縮された空気は、スロットル弁６を通過し、マニホールド部２ａにおいて各気筒に分配される。
【０００８】
燃料ガスの処理のため、エンジン１の燃料タンク７は、燃料ガス導入管８によりキャニスタ９と接続されている。このキャニスタ９には活性炭等の吸着材９ａが充填されており、燃料ガス（ここでは、ガソリンの蒸発ガス）を、この吸着材９ａに吸着させて蓄えておくことができる。また、キャニスタ９は、パージガス供給管１０を介してスロットル弁６の下流で吸気通路２に連通されており、このパージガス供給管１０には、パージガスの過給のための第２の圧縮機としての圧縮機（若しくはポンプ）１１が介装されるとともに、その下流にパージ制御弁１２が介装されている。圧縮機１１は、通電により結合する電磁クラッチ１３を介して電動モータ５と連結されており、このクラッチ１３により電動モータ５から圧縮機１１への動力の伝達を制御することができる。そして、クラッチ１３が結合し、動力が伝達されているときには、１つの電動モータ５により圧縮機４，１１の双方が駆動される。ここで、圧縮機１１の吐出圧は、パージガスの過給圧Ｐｃｐが空気の過給圧Ｐｃａよりも高くなるように、吸気通路２に設置された２つの圧縮機３，４の吐出圧の合計よりも大きな値に設定されている。一方、パージ制御弁１２は、後述するコントロールユニット２１からの指令信号により制御され、パージガス流量を規制する。これら圧縮機１１とパージ制御弁１２との間のパージガス供給管１０には、単位長さ当たりの容積を拡大させて緩衝室１４が形成されており、この緩衝室１４からパージガス戻し管１５が延伸している。このパージガス戻し管１５は、圧縮機１１よりも上流でパージガス供給管１０と接続している。パージガス戻し管１５には、リリーフ弁として、緩衝室１４から出るパージガスの流れを許容する方向に設定された逆止弁１６が設置されており、その開弁圧は、圧縮機３，４による空気の最大設定過給圧よりも大きな値に設定されている。
【０００９】
燃料タンク７内に生じた燃料ガスは、燃料ガス導入管８を通ってキャニスタ９に導かれ、キャニスタ９に充填されている吸着材９ａに吸着される。そして、吸着されている燃料ガスをパージさせ、吸気通路２に導入する際には、クラッチ１３を結合させて、電動モータ５により圧縮機１１を作動させるとともに、パージ制御弁１２を開弁させる。燃料ガスは、空気導入管１７を通ってキャニスタ９内に流入した空気とともにパージガスとしてキャニスタ９からパージガス供給管１０に流出する。そして、圧縮機１１により圧縮され、緩衝室１４及びパージ制御弁１２を通過して吸気通路２に導入される。ここで、圧縮機１１よりも下流で圧力が過大となると、逆止弁１６が開き、余剰のパージガスがパージガス戻し管１５を通してキャニスタ９に戻される。
【００１０】
コンロトールユニット２１へは、クランク角センサ３１からのエンジン回転数検出信号（Ｎｅ）、エアフローメータ３２からの吸入空気量検出信号（Ｑａ）、水温センサ３３からの冷却水温検出信号（Ｔｗ）、及び圧力センサ３４からの吸気圧検出信号（Ｐｉ）等の各種運転状態検出信号が入力される。コントロールユニット２１は、入力信号に基づいて電動モータ５、クラッチ１３及びパージ制御弁１２の指令信号を発生する。
【００１１】
次に、コントロールユニット２１の動作について、図２のフロチャートを参照して説明する。
コントロールユニット２１は、ステップ（以下「Ｓ」と記す。）１において、エンジン１の運転状態としてエンジン回転数Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ及び冷却水温Ｔｗを読み込むとともに、Ｓ２において、これらＮｅ，Ｑａ及びＴｗに基づいて要求パージガス流量Ｑｐを算出する。
【００１２】
Ｓ３では、算出された要求パージガス流量Ｑｐが０であるか否かにより燃料ガスのパージ要求があるか否かを判定する。Ｑｐが０であり、パージ要求がないと判定した場合には、Ｓ４へ進み、パージ制御弁１２を全閉させるとともに、Ｓ５において、クラッチ１３への通電を停止して、電動モータ５から圧縮機１１への動力の伝達を遮断し又は遮断したままとする。一方、Ｑｐが０よりも大きく、パージ要求があると判定した場合には、Ｓ６へ進む。
【００１３】
Ｓ６では、電動モータ５の回転数であるモータ回転数Ｎｍを読み込む。そして、Ｓ７では、読み込んだＮｍに応じたパージガス流量の限界値である最大パージガス流量Ｑｐｍａｘを算出する。Ｓ８では、要求パージガス流量ＱｐがこのＱｐｍａｘを超えているか否かを判定する。Ｑｐｍａｘを超えていると判定した場合には、Ｓ９へ進み、Ｑｐｍａｘを要求パージガス流量Ｑｐに設定した後Ｓ１０に進む。Ｑｐｍａｘ以下であると判定した場合には、そのままＳ１０に進む。Ｓ１０では、クラッチ１３に通電して、クラッチ１３を結合させ、圧縮機１１を作動させる。そして、Ｓ１１において、クラッチ１３への通電を開始してから所定の時間が経過するまで待機し、Ｓ１２に進む。これは、圧縮機１１が作動を開始してから充分な過給圧Ｐｃｐが形成されるまでにある程度の時間を要するためである。Ｓ１２では、要求パージガス流量Ｑｐに対応する駆動デューティＤを算出し、指令信号としてパージ制御弁１２に出力する。
【００１４】
本実施形態に係るエンジン１の燃料ガス処理装置によれば、次の効果を得ることができる。
第１に、パージガス供給管１０に圧縮機１１を設置したことで、パージガスの過給が可能となる。このため、排気駆動式過給機（圧縮機３）及び電子制御式過給機（圧縮機４）により空気の過給を行っていて、吸気通路２に負圧が形成されていないときであっても、燃料ガスをキャニスタ９からパージさせ、吸気通路２に導入することができる。
【００１５】
第２に、パージガスの過給のための圧縮機１１を空気の過給のための圧縮機４と共用の電動モータ５により駆動することとした。このため、１つの電動モータ５により２つの圧縮機４，１１を駆動することが可能となるので、部品点数を削減することができるとともに、これらの圧縮機４，１１を設置する際のレイアウトが容易となる。
【００１６】
第３に、電動モータ５と圧縮機１１とをクラッチ１３を介して連結したので、パージガスの過給を行う必要のないときにはこのクラッチ１３を切り、電動モータ５への負荷を軽減することができる。
第４に、圧縮機１１の吐出圧を、圧縮機３，４の吐出圧の合計よりも大きな値に設定し、パージガスの過給圧Ｐｃｐが空気の過給圧Ｐｃａよりも高くなるようにした（Ｐｃｐ＞Ｐｃａ）。このため、吸気通路２からパージガス供給管１０への逆流を防止し、パージガスを吸気通路２に安定して導入することができる。
【００１７】
第５に、パージガス戻し管１５を圧縮機１１とパージ制御弁１２との間のパージガス供給管１０に接続し、余剰のパージガスがキャニスタ９に戻されるようにした。このため、パージ制御弁１２の故障等によるパージガス供給管１０内の異常な圧力の上昇を防止することができる。ここで、リリーフ弁としての逆止弁１６の開弁圧を空気の最大設定過給圧よりも大きな値に設定したので、パージガスの過給圧Ｐｃｐの一時的な増大により逆止弁１６が不要に開くことがなく、パージガスを吸気通路２に効率良く導入することができる。
【００１８】
第６に、圧縮機１１の下流のパージガス供給管１０に緩衝室１４を形成したので、パージガスの脈動を抑制し、パージガスを吸気通路２に安定して導入することができる。ここで、パージガス戻し管１５をこの緩衝室１４又はこれよりも下流のパージガス供給管１０に接続することで、脈動による逆止弁１６の断続的な開弁を防止することができる。
【００１９】
なお、過給圧制御手段として電動モータ５と圧縮機１１との回転速度比を可変とする装置を設け、パージガスの過給圧Ｐｃｐを吸気通路２内の圧力Ｐｉに応じて変更するようにしてもよい。このようにすれば、Ｐｃｐを空気の過給圧Ｐｃａよりも高く維持することが可能となるので、パージガスを吸気通路２に安定して導入することができるとともに、圧縮機１１の吐出圧を必要以上に高く設定せずに済むため、電動モータ５への負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る自動車用エンジンの燃料ガス処理装置の構成図
【図２】同上燃焼ガス処理装置の制御のフローチャート
【符号の説明】
１…エンジン、２…吸気通路、３…ターボチャージャの圧縮機（排気駆動式過給機）、４…第１の圧縮機としての圧縮機（電子制御式過給機）、５…電動モータ、６…スロットル弁、７…燃料タンク、８…燃料ガス導入管、９…キャニスタ、１０…パージガス供給管、１１…第２の圧縮機としての圧縮機、１２…パージ制御弁、１３…クラッチとしての電磁クラッチ、１４…緩衝室、１５…パージガス戻し管、１６…リリーフ弁としての逆止弁、２１…コントロールユニット。

Claims (8)

1. エンジンの燃料ガス処理装置であって、
   このエンジンが空気の過給のための第１の圧縮機と、この第１の圧縮機の駆動手段とを備える一方、
   燃料タンク内の燃料ガスを吸気通路に導入するための燃料ガス通路が形成され、
   この燃料ガス通路に、燃料ガスを吸着させるためのキャニスタと、パージガス流量を規制するパージ制御弁と、パージガスの過給のための第２の圧縮機とが介装され、
   この第２の圧縮機が前記駆動手段により駆動されるエンジンの燃料ガス処理装置。
2. 前記駆動手段が電動モータである請求項１に記載のエンジンの燃料ガス処理装置。
3. 前記駆動手段から前記第２の圧縮機への動力伝達経路上にクラッチを備える請求項１又は２に記載のエンジンの燃料ガス処理装置。
4. 前記第２の圧縮機によるパージガスの過給圧を吸気通路内の圧力に応じて変更する過給圧制御手段を備える請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの燃料ガス処理装置。
5. 前記第２の圧縮機によるパージガスの過給圧が空気の過給圧よりも高く設定された請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの燃料ガス処理装置。
6. 前記第２の圧縮機がパージ制御弁の上流に設置された請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンの燃料ガス処理装置であって、
   この第２の圧縮機とパージ制御弁との間の燃料ガス通路をキャニスタ内に連通させるパージガスの戻し通路を有するとともに、
   この戻し通路にリリーフ弁が介装されたエンジンの燃料ガス処理装置。
7. 前記リリーフ弁として燃料ガス通路からキャニスタへ向かう流れを許容する逆止弁を備え、その開弁圧が空気の最大設定過給圧よりも高く設定された請求項６に記載のエンジンの燃料ガス処理装置。
8. 前記第２の圧縮機の下流の燃料ガス通路に、単位長さ当たりの容積を拡大させた緩衝室が形成された請求項１〜７のいずれかに記載のエンジンの燃料ガス処理装置。

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