JP2005069157A

JP2005069157A - 内燃機関用エアポンプ

Info

Publication number: JP2005069157A
Application number: JP2003302379A
Authority: JP
Inventors: Hironori Ohashi; 弘典大橋; Hajime Hosoya; 肇細谷
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-17
Also published as: US20050045161A1; KR20050021331A; DE102004040037A1; US7096858B2; CN1590744A; DE102004040037B4

Abstract

【課題】燃料蒸気管路のリーク診断に用いられる内燃機関用エアポンプにおいて、燃料蒸気などの揮発物がモータに到達することを防止し、回路部分の腐食などを未然に防止する。
【解決手段】エアポンプ１３のモータ１３ａとポンプ１３ｂとを、ケーシング３１内に一体的に配設する。前記ケーシング３１内は、モータ１３ａを収容する部屋３１ａと、ポンプ１３ｂを収容する部屋３１ｂとに隔壁３１ｃによって仕切られており、モータ１３ａからポンプ１３ｂへの動力伝達は、マグネットカップリング３２で行われる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関において用いられるエアポンプに関し、詳しくは、燃料蒸気などの揮発物を吸入する可能性のあるエアポンプの改善技術に関する。

従来から、内燃機関の燃料を貯留する燃料タンクにて発生する燃料蒸気を捕集して処理する蒸発燃料処理装置において、燃料蒸気管路におけるリークの有無を診断する装置として、特許文献１に開示されるようなものがあった。
このものは、燃料蒸気管路をバルブで閉鎖し、該閉鎖空間内にエアポンプで空気を供給して加圧したときのエアポンプの駆動負荷に基づいて、燃料蒸気管路におけるリークの有無を診断する構成である。
特開２００３−０１３８１０号公報

ところで、従来の燃料蒸気管路の加圧に用いられるモータ駆動のエアポンプは、空気を搬送する目的で使用されるため、モータ部を搬送空気から密閉する気密構造を有する構成ではなかった。
しかし、実際には、逆流した燃料蒸気がポンプ部からモータ部分に到達し、モータの回路部分が燃料蒸気の影響で腐食したり、モータ部で発生する火花が燃料蒸気に引火するなどの問題が生じる可能性があることが判明した。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、燃料蒸気管路の加圧などに用いられる内燃機関用エアポンプにおいて、燃料蒸気などの揮発物がモータ部に到達することを防止し、回路部分の腐食などを未然に防止することを目的とする。

そのため請求項１記載の発明では、モータ部内に気密構造を有する構成とした。
かかる構成によると、燃料蒸気などの回路を腐食させる揮発物がポンプ部からモータの周囲に到達しても、モータ内の回路部分などへの侵入が気密構造で防がれ、回路部分の腐食などが防止される。
請求項２記載の発明では、ポンプ部内に気密構造を有する構成とした。

かかる構成によると、燃料蒸気などの回路を腐食させる揮発物がポンプ内に取り込まれても、ポンプ部内に設けられる気密構造により、前記揮発物がポンプ部の外部に漏れ出てモータ部に到達することが防がれ、モータの回路部分が揮発物で腐食することなどが防止される。
請求項３記載の発明では、モータ部とポンプ部との間に気密構造を有する構成とした。

かかる構成によると、燃料蒸気などの回路を腐食させる揮発物がポンプ内に取り込まれてモータ部側に向けて流れ出ても、ポンプ部とモータ部との間に設けられる気密構造によって、揮発物がモータ部に到達することが防がれ、モータの回路部分が揮発物で腐食することなどが防止される。

図１は、本発明に係る内燃機関用エアポンプが適用される内燃機関のシステム構成図である。
この図１において、内燃機関１は、図示省略した車両に搭載されるガソリン機関である。
前記内燃機関１の吸気系には、スロットル弁２が設けられていて、これにより機関１の吸入空気量が制御される。

また、スロットル弁２下流の吸気管３のマニホールド部には、気筒毎に電磁式の燃料噴射弁４が設けられている。
前記燃料噴射弁４は、マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット２０から、機関回転に同期して出力される噴射パルス信号により開弁して燃料噴射を行い、噴射された燃料は機関１の燃焼室内で燃焼する。

また、内燃機関１には、蒸発燃料処理装置が設けられている。
前記蒸発燃料処理装置は、燃料タンク５にて発生する蒸発燃料を蒸発燃料導入通路６により導いて一時的に吸着するキャニスタ７を備える。
前記キャニスタ７は、容器内に活性炭などの吸着材８を充填したものである。
また、前記キャニスタ７には、新気導入口９が形成されると共に、パージ通路１０が導出されている。

前記パージ通路１０は、常閉型のパージ制御弁１１を介して、スロットル弁２下流の吸気管３に接続されている。
前記パージ制御弁１１は、前記コントロールユニット２０から出力されるパージ制御信号により開弁するようになっている。
従って、燃料タンク５にて発生した蒸発燃料は、蒸発燃料導入通路６によりキャニスタ７に導かれて、ここに吸着捕集される。

そして、機関１の運転中に所定のパージ許可条件が成立すると、パージ制御弁１１が開制御され、機関１の吸入負圧がキャニスタ７に作用する結果、新気導入口９から導入される新気によってキャニスタ７に吸着されていた蒸発燃料が脱離され、この脱離した蒸発燃料を含むパージガスがパージ通路１０を通って吸気管３内に吸入され、その後、機関１の燃焼室内で燃焼処理される。

前記コントロールユニット２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサから信号が入力される。
前記各種センサとしては、機関１の回転に同期してクランク角信号を出力するクランク角センサ２１、機関１の吸入空気量を計測するエアフローメータ２２、車速を検出する車速センサ２３、燃料タンク内５の圧力を検出する圧力センサ２４、燃料タンク５内の燃料残量を検出するタンク残量センサ（燃料計）２５が設けられている。

また、本実施形態では、前記蒸発燃料処理装置における燃料蒸気管路のリーク診断を行うようになっており、そのために、前記新気導入口９を開閉する常開型電磁弁であるドレンカットバルブ１２が設けられると共に、蒸発燃料導入通路６内に空気を送り込んで加圧するエアポンプ１３が設けられている。
前記エアポンプ１３の吐出口と前記蒸発燃料導入通路６とは、空気供給管１４を介して接続され、前記空気供給管１４の途中には、チェックバルブ１５が介装される。

また、前記エアポンプ１３の吸い込み口側には、エアクリーナ１７が設けられている。
前記コントロールユニット２０は、所定の診断条件が成立すると、前記パージ制御弁１１及びドレンカットバルブ１２を閉制御することで、燃料タンク５，蒸発燃料導入通路６，キャニスタ７，パージ制御弁１１下流のパージ通路１０を閉鎖空間とし、該閉鎖空間に対してエアポンプ１３で空気を供給することで加圧する。

そして、前記加圧時におけるタンク内圧（又はポンプ駆動負荷）の変化に基づいて、前記閉鎖空間におけるリークの有無を診断する。
尚、閉鎖空間を所定圧に加圧した後の圧力漏れからリークの有無を診断する構成であっても良い。
また、空気の供給によって前記閉鎖空間を加圧する代わりに、エアポンプ１３により前記閉鎖空間から空気を吸い出して減圧し、このときのタンク内圧又はポンプ駆動負荷からリーク診断を行う構成であっても良い。

次に、前記エアポンプ１３の構造を詳細に説明する。
図２は、前記エアポンプ１３の第１実施形態を示す図である。
図２に示すように、エアポンプ１３は、モータ１３ａと該モータ１３ａによって回転駆動されるポンプ１３ｂとから構成される。
前記ポンプ１３ｂとしては、ターボ型ポンプ（遠心式、斜流式、軸流式）や容積型の回転式ポンプ（ギヤポンプ、ベーンポンプ）を用いることができるが、本実施形態では、ギヤポンプの一種であるトロコイドタイプのポンプを用いる。

前記モータ１３ａとポンプ１３ｂとは、ケーシング３１内に一体的に配設される。
前記ケーシング３１内は、モータ１３ａを収容する部屋３１ａと、ポンプ１３ｂを収容する部屋３１ｂとに隔壁３１ｃによって仕切られており、モータ１３ａからポンプ１３ｂへの動力伝達は、マグネットカップリング３２で行われるようになっている。
即ち、前記モータ１３ａとポンプ１３ｂとの間に、隔壁３１ｃからなる気密構造が設けられ、モータ１３ａとポンプ１３ｂとの間は密閉されている。

ケーシング３１のポンプ１３ｂが収容される側の端面には、吸込み用開口部３１ｄと吐出し用開口部３１ｅとが開設されており、前記吐出し用開口部３１ｅには、前記空気供給管１４が接続される。
上記構成のエアポンプ１３によると、例えば燃料蒸気がポンプ１３ｂに逆流しても、該燃料蒸気がモータ１３ａを収容する部屋３１ａに入り込むことがなく、モータ１３ａの回路部分が燃料蒸気の影響で腐食したり、モータ１３ａの火花が燃料蒸気に引火することを回避できる。

また、非接触継ぎ手であるマグネットカップリング３２を用いることから、シール材を用いる必要がなく、シール劣化による気密性の低下がない。
図３は、前記エアポンプ１３の第２実施形態を示す図である。
図３に示す第２実施形態では、前記図２の第１実施形態と同様にして、ケーシング３１内が、モータ１３ａを収容する部屋３１ａと、ポンプ１３ｂを収容する部屋３１ｂとに隔壁３１ｃによって仕切られ、モータ１３ａとポンプ１３ｂとの間に隔壁３１ｃからなる気密構造が設けられる構成である。

一方、第２実施形態は、モータ１３ａからポンプ１３ｂへの動力伝達が、シャフトを用いて行われる点が、第１実施形態と異なる。
即ち、第２実施形態では、モータ１３ａの出力軸３３を、前記隔壁３１ｃを貫通させてポンプ１３ｂの回転軸にまで延設して同軸に連結させてあり、ポンプ１３ｂとモータ１３ａとは機械的に連結される。

また、前記出力軸３３が隔壁３１ｃを貫通する部分にシール３４を設け、出力軸３３の周囲と隔壁３１ｃの貫通穴との隙間からの漏れを防止するようになっている。
前記シール３４としては、Ｘリング，液体シール，ラビリンスシールなどを用いる。
上記構成の場合も第１実施形態と同様に、燃料蒸気がポンプ１３ｂに逆流しても、該燃料蒸気が部屋３１ａに入り込んでモータ１３ａに到達することがなく、モータ１３ａの回路部分が燃料蒸気の影響で腐食したり、モータ１３ａの火花が燃料蒸気に引火することを回避できる。

また、モータ１３ａからポンプ１３ｂへの動力伝達を、一般的なシャフトの連結で行わせる構成とし、シャフトが隔壁３１ｃを貫通する部分をシールする構成であれば、大きな構造変更を行うことなく、燃料蒸気がモータ１３ａに到達することを回避できる。
図４は、前記エアポンプ１３の第３実施形態を示す図である。
図４に示す第３実施形態では、ケーシング３１内に隔壁３１ｃが設けられず、モータ１３ａとポンプ１３ｂとは同一空間内に配設され、モータ１３ａからポンプ１３ｂへの動力伝達は、シャフトの連結によって機械的に行われる。

また、燃料蒸気の存在域をポンプ１３ｂ内（空気の吸入・吐き出し経路内）に限定し、ケーシング３１内への燃料蒸気の漏れ出しを防止するために、ポンプ１３ｂ内に気密構造３５を設けてある。
前記気密構造３５は、ポンプ１３ｂのポンプケース３６内からケーシング３１内への燃料蒸気の漏れ出しを防止できるように、ポンプケース３６を回転軸が貫通する部分をシールするシール部材３７と、ポンプ回転部分を気密性を有して囲むポンプケース３６（又は該ポンプケース３６内側又は外側に設けられる気密部材）とによって構成され、ポンプ１３ｂ内に逆流した燃料蒸気が、図のポンプ１３ｂ内に太線で示す境界を越えて外側に漏れ出すことを阻止する。

かかる構成によると、ポンプ１３ｂ内に燃料蒸気が逆流しても、ポンプ１３ｂ内からケーシング３１内へ燃料蒸気が漏れ出すことがなく、モータ１３ａの回路部分が燃料蒸気の影響で腐食したり、モータ１３ａの火花が燃料蒸気に引火することを回避できる。
図５は、前記エアポンプ１３の第４実施形態を示す図である。
図５に示す第４実施形態では、前記第３実施形態と同様に、ケーシング３１内に隔壁３１ｃが設けられず、モータ１３ａとポンプ１３ｂとは同一空間内に配設され、モータ１３ａからポンプ１３ｂへの動力伝達は、シャフトの連結によって機械的に行われる。

一方、第４実施形態では、ポンプ１３ｂを介してケーシング３１内に漏れ出た燃料蒸気が、モータ１３ａ内に侵入しないように、モータブラシ部などの回転部分や回路部分を密閉する気密構造３８をモータ１３ａ内に設けてある。
前記気密構造３８は、モータ１３ａのモータケース３９を出力軸が貫通する部分をシールするシール部材と、モータ１３ａの回転部分及び回路部分を気密性を有して囲むモータケース３９（又はモータケース３９内側又は外側に設けられる気密部材）とによって構成され、ポンプ１３ｂを介してケーシング３１内に入り込んだ燃料蒸気が、図のモータ１３ａ内に太線で示す境界を越えてモータの内側に侵入することを阻止する。

かかる構成によると、ポンプ１３ｂ内に燃料蒸気が逆流し、これがケーシング３１内へ漏れ出すことがあっても、燃料蒸気がモータ１３ａの内部にまで侵入することがなく、モータ１３ａの回路部分が燃料蒸気の影響で腐食したり、モータ１３ａの火花が燃料蒸気に引火することを回避できる。
尚、図２〜図５に示したエアポンプは、蒸発燃料処理装置における燃料蒸気管路のリーク診断用として用いることができる他、排気管内に２次空気を供給するためのエアポンプや、燃料微粒化用の空気を供給するエアポンプとしても使用することが可能である。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項３記載の内燃機関用エアポンプにおいて、
前記モータ部とポンプ部とが、隔壁で仕切られる部屋にそれぞれ収容され、前記モータ部からポンプ部への動力伝達が、非接触継ぎ手によって行われることを特徴とする内燃機関用エアポンプ。

かかる構成によると、燃料蒸気等の揮発物がポンプ部に逆流しても、該燃料蒸気がモータ部を収容する部屋に入り込むことがなく、モータ部の回路部分が燃料蒸気の影響で腐食したり、モータ部の火花が燃料蒸気に引火することを回避できる。
また、非接触継ぎ手（例えばマグネットカップリング）を用いることから、シール材を用いる必要がなく、シール劣化による気密性の低下がない。
（ロ）請求項３記載の内燃機関用エアポンプにおいて、
前記モータ部とポンプ部とが、隔壁で仕切られる部屋にそれぞれ収容され、前記モータ部からポンプ部への動力伝達が、前記隔壁を貫通して設けられるシャフトを介して行われ、かつ、前記シャフトが隔壁を貫通する部分にシールを設けたことを特徴とする内燃機関用エアポンプ。

かかる構成によると、燃料蒸気等の揮発物がポンプ部に逆流しても、該燃料蒸気がモータ部を収容する部屋に入り込むことがなく、モータ部の回路部分が燃料蒸気の影響で腐食したり、モータ部の火花が燃料蒸気に引火することを回避できる。
また、モータ部からポンプ部への動力伝達が一般的なシャフトを用いた機械的な連結で行われるので、大幅な構造変更を行うことなく、燃料蒸気等の揮発物がモータ部へ到達することを回避できる。
（ハ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関用エアポンプにおいて、
前記エアポンプが、内燃機関の蒸発燃料処理装置における燃料蒸気管路内を加圧又は減圧するためのエアポンプであることを特徴とする内燃機関用エアポンプ。

かかる構成によると、リーク診断のために燃料蒸気管路を閉鎖しエアポンプで加圧又は減圧する構成において、エアポンプに燃料蒸気が逆流しても、燃料蒸気がモータ部に到達することがなく、モータ部の回路部分が燃料蒸気の影響で腐食したり、モータ部の火花が燃料蒸気に引火することを回避できる。

実施形態における内燃機関のシステム構成図。エアポンプの第１実施形態を示す図。エアポンプの第２実施形態を示す図。エアポンプの第３実施形態を示す図。エアポンプの第４実施形態を示す図。

符号の説明

１…内燃機関，２…スロットル弁，３…吸気管，４…燃料噴射弁，５…燃料タンク，６…蒸発燃料導入通路，７…キャニスタ，８…吸着材，９…新気導入口，１０…パージ通路，１１…パージ制御弁，１２…ドレンカットバルブ，１３…エアポンプ，１４…空気供給管，１５…チェックバルブ，２０…コントロールユニット，３１…ケーシング，３１ｃ…隔壁，３２…マグネットカップリング，３３…出力軸，３４…シール，３５，３８…気密構造

Claims

モータで駆動される内燃機関用エアポンプであって、
モータ部内に気密構造を有することを特徴とする内燃機関用エアポンプ。
モータで駆動される内燃機関用エアポンプであって、
ポンプ部内に気密構造を有することを特徴とする内燃機関用エアポンプ。
モータで駆動される内燃機関用エアポンプであって、
モータ部とポンプ部との間に気密構造を有することを特徴とする内燃機関用エアポンプ。