JP2009180095A - 負圧発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過給の有無にかかわらず負圧を発生させ、その構成を簡略化すること。
【解決手段】エンジン２の吸気通路３には、その上流側からターボチャージャ１とスロットル装置５が設けられ、ターボチャージャ１の上流とスロットル装置５の下流に連通するバイパス通路６が設けられる。負圧発生装置は、バイパス通路６に設けられた空気エゼクタ７により負圧を発生させるようになっている。空気エゼクタ７は、ノズル部、負圧室及びディフューザ部から構成され、ノズル部とディフューザ部の位置を入れ替えるために、空気エゼクタ７がバイパス通路６に対して回転可能に設けられる。空気エゼクタ７により発生した負圧は、負圧通路２４を介してキャニスタ２３に供給される。燃料タンク２１にて発生した蒸発燃料はキャニスタ２３にて捕集され、キャニスタ２３に捕集された蒸発燃料が負圧通路２４及びバイパス通路６を介して吸気通路３へパージされる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、内燃機関の吸気を利用して空気エゼクタにより負圧を発生させる負圧発生装置に関する。

従来、この種の技術して、下記の特許文献１及び２に記載される技術が知られている。特に、特許文献１には、過給機付き内燃機関において、吸気通路の過給機前後に連通するバイパス通路に２つの空気エゼクタが設けられ、これら二つの空気エゼクタにより発生する負圧をブレーキブースタに供給する負圧供給装置が記載されている。詳しくは、この負圧供給装置は、スロットルバルブの上流側と下流側との差圧によって作動する第１エゼクタと、過給機の上流側と下流側との差圧によって作動する第２エゼクタと、第１及び第２のエゼクタがそれぞれ発生する負圧のうち真空度の高い方を負圧作動装置に供給する配管等からなる選択手段とを備える。過給機付き内燃機関では、過給機の作動時には、吸入空気が過給により昇圧されることから、吸気通路の負圧が低下してしまう。そこで、特許文献１に記載の装置では、過給機の作動時でもエゼクタにより安定した負圧を供給できるようになっている。

特開２００３−２０１９２７号公報 特開２００５−１７１９２５号公報

ところが、特許文献１に記載の装置では、過給の有無に応じて負圧を供給するために、過給の有無に応じて異なるエゼクタを選択的に使用するようになっている。このため、空気エゼクタが２つ必要になり、配管の構成が複雑となっていた。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、過給の有無にかかわらず負圧を発生させ、そのための構成を簡略化することを可能とした負圧発生装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、過給機付き内燃機関の吸気通路にはその上流側から過給機とスロットル装置が設けられると共に、過給機の上流とスロットル装置の下流に連通するバイパス通路が設けられ、バイパス通路に設けられた空気エゼクタにより負圧を発生させる負圧発生装置において、空気エゼクタは、ノズル部、負圧室及びディフューザ部から構成され、ノズル部とディフューザ部の位置を入れ替えるために、空気エゼクタの少なくとも一部がバイパス通路に対して回転可能に設けられることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、過給機の非作動時には、吸気通路の上流側からバイパス通路に空気が流れ、その空気が空気エゼクタ及びバイパス通路を介して吸気通路の下流側へ流れる。このとき、空気エゼクタのディフューザ部が下流側に、ノズル部が上流側にそれぞれ位置することにより、バイパス通路を流れる空気により負圧室にて負圧が発生する。一方、過給機の作動時には、吸気通路の下流側からバイパス通路に空気が流れ、その空気が空気エゼクタ及びバイパス通路を介して吸気通路の上流側へ流れる。このとき、空気エゼクタの少なくとも一部をバイパス通路に対して回転させてノズル部とディフューザ部の位置を入れ替えることにより、空気エゼクタのディフューザ部が下流側に、ノズル部が上流側にそれぞれ配置され、バイパス通路を流れる空気により負圧室にて負圧が発生する。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、過給機付き内燃機関の吸気通路にはその上流側から過給機とスロットル装置が設けられると共に、過給機の上流とスロットル装置の下流に連通するバイパス通路が設けられ、バイパス通路に設けられたベンチュリ部により負圧を発生させる負圧発生装置において、バイパス通路に流量調整弁が設けられ、ベンチュリ部に負圧通路が接続され、負圧通路にはベンチュリ部からの空気の逆流を阻止する逆止弁が設けられたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、過給機の非作動時には、吸気通路の上流側からバイパス通路に空気が流れ、その空気がベンチュリ部及びバイパス通路を介して吸気通路の下流側へ流れる。このとき、流量調整弁によりベンチュリ部の下流側に流れる空気を上流側から流れる空気よりも少なく調整することにより、バイパス通路を流れる空気によりベンチュリ部にて負圧が発生する。一方、過給機の作動時には、吸気通路の下流側からバイパス通路に空気が流れ、その空気がベンチュリ部及びバイパス通路を介して吸気通路の上流側へ流れる。このとき、流量調整弁によりベンチュリ部の下流側に流れる空気を上流側から流れる空気よりも少なく調整することにより、バイパス通路を流れる空気によりベンチュリ部にて負圧が発生する。また、逆止弁により、ベンチュリ部から負圧通路への空気の逆流が阻止される。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、過給機付き内燃機関の吸気通路にはその上流側から過給機とスロットル装置が設けられると共に、過給機の上流とスロットル装置の下流に連通するバイパス通路が設けられ、バイパス通路に設けられたベンチュリ部により負圧を発生させる負圧発生装置において、ベンチュリ部より上流と下流のバイパス通路にそれぞれ流量調整弁が設けられたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、過給機の非作動時には、バイパス通路に設けられた２つの流量調整弁をそれぞれ開くことにより、吸気通路の上流側からバイパス通路に空気が流れ、その空気がベンチュリ部及びバイパス通路を介して吸気通路の下流側へ流れる。このとき、２つの流量調整弁によりベンチュリ部の下流側に流れる空気を上流側から流れる空気よりも少なく調整することにより、バイパス通路を流れる空気によりベンチュリ部にて負圧が発生する。一方、過給機の作動時には、バイパス通路に設けられた２つの流量調整弁をそれぞれ開くことにより、吸気通路の下流側からバイパス通路に空気が流れ、その空気がベンチュリ部及びバイパス通路を介して吸気通路の上流側へ流れる。このとき、２つの流量調整弁によりベンチュリ部の下流側に流れる空気を上流側から流れる空気よりも少なく調整することにより、バイパス通路を流れる空気によりベンチュリ部にて負圧が発生する。

請求項４に記載の発明は、燃料タンクにて発生した蒸発燃料を捕集するキャニスタを備え、キャニスタに捕集された蒸発燃料を内燃機関の吸気通路へパージして処理する蒸発燃料処理装置において、キャニスタに捕集された蒸発燃料を吸気通路へパージするために、請求項１乃至３の何れか一つに記載の負圧発生装置により発生した負圧が供給されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、過給機の作動時と非作動時とにかかわらず、負圧発生装置からキャニスタに負圧が供給され、キャニスタに捕集された蒸発燃料が、その負圧により吸気通路へ流れてパージされる。

請求項１に記載の発明によれば、過給の有無にかかわらず負圧を発生させることができ、そのための構成を簡略化することができる。

請求項２に記載の発明によれば、過給の有無にかかわらず負圧を発生させることができ、そのための構成を簡略化することができる。併せて、負圧通路による負圧供給先に正圧がかかることを防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、過給の有無にかかわらず負圧を発生させることができ、そのための構成を簡略化することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明の効果に加え、過給の有無にかかわらずキャニスタに捕集された蒸発燃料を吸気通路へパージすることができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の負圧発生装置及び蒸発燃料処理装置を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態の負圧発生装置と蒸発燃料処理装置の構成を概略図により示す。過給機（ターボチャージャ）１を備えた内燃機関（エンジン）２の吸気通路３には、その上流側からエアクリーナ４、ターボチャージャ１及びスロットル装置５が設けられる。エアクリーナ４は、吸気通路３に吸入される外気を清浄化する。ターボチャージャ１は、その作動時に吸気通路３に吸入される空気を過給して昇圧する。スロットル装置５は、スロットルバルブ（図示略）を含み、スロットルバルブの開度が運転者により操作されることで、吸気通路３を介してエンジン２に吸入される空気流量を調節するようになっている。吸気通路３には、ターボチャージャ１の上流とスロットル装置５の下流にて吸気通路３に連通するバイパス通路６が設けられる。このバイパス通路６には、同通路６を流れる空気により負圧を発生させる空気エゼクタ７が設けられる。

図２，３に、この実施形態の空気エゼクタ７を含むエゼクタユニット８の概略を断面図により示す。このエゼクタユニット８は、スロットル装置５より下流の吸気通路３に連通するバイパス通路６の下流側部分に通じる下流側管部１１と、ターボチャージャ１より上流の吸気通路３に連通するバイパス通路６の上流側部分に通じる上流側管部１２と、それら両配管部１１，１２の間にて空気エゼクタ７を収容するエゼクタケース１３とを備える。各管部１１，１２の通路は、外方へ向けて広がるテーパをなしている。各管部１１，１２の開口には、それぞれバイパス通路６が接続される。

この実施形態で、空気エゼクタ７は、下流側管部１１及び上流側管部１２の軸方向に直交する軸線を中心に回転可能に設けられたシャフト１４を備える。このシャフト１４には、ノズル部１４ａ、負圧室１４ｂ及びディフューザ部１４ｃと、下流側管部１１の通路を閉鎖するための栓部１４ｄとが形成される。シャフト１４は、例えば、モータを駆動源として回転させることができる。ノズル部１４ａとディフューザ部１４ｃは、それぞれ外方へ向けて広がるテーパをなしている。これらテーパの内径は、ディフューザ部１４ｃの方がノズル部１４ａよりも若干大きく設定される。ターボチャージャ１の非作動時には、図２に示すように、空気エゼクタ７は、ディフューザ部１４ｃが下流側管部１１に連通し、ノズル部１４ａが上流側管部１２に連通するように配置される。これに対し、ターボチャージャ１の作動時には、図２の状態からシャフト１４が１８０°回転することにより、ディフューザ部１４ｃが上流側管部１２の通路に連通し、ノズル部１４ａが下流側管部１１の通路に連通するように切り替え配置される。これら二つの配置状態は、空気エゼクタ７の開弁時に相当する。これに対し、図３に示すように、空気エゼクタ７の閉弁時には、シャフト１４が図２の状態から時計方向へ９０°回転することにより、栓部１４ｄが下流側管部１１の通路を塞ぐように配置される。上記したように空気エゼクタ７は、そのノズル部１４ａとディフューザ部１４ｃの位置を入れ替えるために、バイパス通路６に対して回転可能に設けられる。空気エゼクタ７は、バイパス通路６を流れる空気により、ノズル部１４ａからディフューザ部１４ｃへ空気が流れることにより高速噴流を生成し、その高速噴流により負圧室１４ｂにて高い負圧を発生させるようになっている。

図１に示すように、蒸発燃料処理装置は、燃料タンク２１にて発生した蒸発燃料（ベーパ）をベーパ通路２２を介して捕集するキャニスタ２３を備え、キャニスタ２３に捕集されたベーパを負圧通路２４、空気エゼクタ７及びバイパス通路６を介して吸気通路３へパージして処理するようになっている。負圧通路２４には、ベーパのパージ流量を制御するためのパージ・バキューム・スイッチング・バルブ（パージＶＳＶ）２５が設けられる。負圧通路２４の先端は、空気エゼクタ７の負圧室１４ｂに連通する。そして、この実施形態では、キャニスタ２３に捕集されたベーパを吸気通路３へパージするために、負圧発生装置を構成する空気エゼクタ７にて発生した負圧が負圧通路２４を介してキャニスタ２３に供給されるようになっている。

以上説明したこの実施形態の負圧発生装置によれば、ターボチャージャ１の非作動時には、吸気通路３の上流側からバイパス通路６に空気が流れ、その空気が空気エゼクタ７及びバイパス通路６を介して吸気通路３の下流側へ流れる。このとき、空気エゼクタ７は、図２に示すように、そのディフューザ部１４ｃが下流側管部１１に、ノズル部１４ａが上流側管部１２にそれぞれ連通するように配置される。これにより、バイパス通路６を流れる空気により、空気エゼクタ７の負圧室１４ｂにて負圧が発生する。

一方、ターボチャージャ１の作動時には、吸気通路３の吸気が過給により昇圧されることから、吸気通路３の下流側からバイパス通路６に空気が流れ、その空気が空気エゼクタ７及びバイパス通路６を介して吸気通路３の上流側へ流れる。このとき、空気エゼクタ７のシャフト１４を１８０°回転させて空気エゼクタ７をバイパス通路６に対して回転させることにより、ノズル部１４ａとディフューザ部１４ｃの位置を入れ替える。これにより、空気エゼクタ７のディフューザ部１４ｃが上流側管部１２に連通し、ノズル部１４ａが下流側管部１１に連通するようにそれぞれ配置される。そして、バイパス通路６をその下流側から上流側へ流れる空気により、空気エゼクタ７の負圧室１４ｂにて負圧が発生する。

上記したようにこの実施形態の負圧発生装置によれば、ターボチャージャ１の作動時と非作動時とにかかわらず、すなわち過給の有無にかかわらず、負圧を発生させることができる。この実施形態では、空気エゼクタ７を回転可能に設けているだけなので、従来例とは異なり、過給の有無に応じて異なるエゼクタを選択するためにエゼクタを２つ設けたり、配管の構成を複雑にしたりする必要がない。このため、過給の有無にかかわらず負圧を発生させるための構成を従来例と比べて簡略化することができる。

この実施形態では、図２に示す状態からシャフト１４を時計方向に９０°回転させることにより、栓部１４が下流側管部１１の通路を塞ぐように配置される、すなわち空気エゼクタ７が閉弁状態となる。このため、空気エゼクタ７の閉弁時には、エンジン２の運転時であってもバイパス通路６に空気が流れなくなり、吸気通路３における圧力損失（エネルギー損失）を低減することができる。

また、この実施形態の蒸発燃料処理装置によれば、ターボチャージャ１の作動時及び非作動時にかかわらず、負圧発生装置の空気エゼクタ７から負圧通路２４を通じてキャニスタ２３に負圧が供給され、キャニスタ２３に捕集されたベーパが、その負圧により負圧通路２４、空気エゼクタ７及びバイパス通路６を介して吸気通路３へ流れてパージされる。このため、ターボチャージャ１による過給の有無にかかわらずキャニスタ２３に捕集されたベーパを吸気通路３へ有効にパージすることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の負圧発生装置及び蒸発燃料処理装置を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下に説明する各実施形態において、第１実施形態と同等の構成については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点について説明する。

図４に、この実施形態の負圧発生装置と蒸発燃料処理装置の構成を概略図により示す。この実施形態では、負圧発生装置の点で第１実施形態と構成が異なる。すなわち、この実施形態では、空気エゼクタ７の代わりにバイパス通路６にベンチュリ部３１が設けられる。ベンチュリ部３１は、いわゆる絞りから構成され、上記した空気エゼクタ７よりも負圧発生能力は劣るものの、バイパス通路６における空気の流れ方向によらず負圧を発生させることができる利点を有する。すなわち、バイパス通路６をその上流側から下流側へ空気が流れても、下流側から上流側へ空気が流れてもベンチュリ部３１にて負圧を発生させることができる。ベンチュリ部３１より上流と下流のバイパス通路６には、それぞれ第１ＶＳＶ３２と第２ＶＳＶ３３が設けられる。各ＶＳＶ３２，３３は、本発明の流量調整弁に相当し、それぞれ比例弁より構成され、その開度がリニアに可変となっている。ベンチュリ部３１には、負圧通路２４の一端が接続される。

従って、この実施形態の負圧発生装置によれば、ターボチャージャ１の非作動時には、バイパス通路６に設けられた２つのＶＳＶ３２，３３をそれぞれ開くことにより、吸気通路３の上流側からバイパス通路６に空気が流れ、その空気がベンチュリ部３１及びバイパス通路６を介して吸気通路３の下流側へ流れる。このとき、２つのＶＳＶ３２，３３の開度を調整することでベンチュリ部３１の下流側に流れる空気を上流側に流れる空気よりも少なく調整することにより、バイパス通路６を流れる空気によりベンチュリ部３１にて負圧が発生する。

一方、ターボチャージャ１の作動時には、バイパス通路６に設けられた２つのＶＳＶ３２，３３をそれぞれ開くことにより、吸気通路３の下流側からバイパス通路６に空気が流れ、その空気がベンチュリ部３１及びバイパス通路６を介して吸気通路３の上流側へ流れる。このとき、２つのＶＳＶ３２，３３の開度を調整することにより、ベンチュリ部３１の上流側に流れる空気を下流側に流れる空気よりも少なく調整することにより、バイパス通路６を流れる空気によりベンチュリ部３１にて負圧が発生する。

上記したようにこの実施形態の負圧発生装置によれば、過給の有無にかかわらず負圧を発生させることができる。この実施形態では、バイパス通路６に第１及び第２のＶＳＶ３２，３３を設けただけなので、従来例とは異なり、過給の有無に応じて異なるエゼクタを選択するためにエゼクタを２つ設けたり、配管の構成を複雑にしたりする必要がない。このため、過給の有無にかかわらず負圧を発生させるための構成を従来例と比べて簡略化することができる。

この実施形態では、エンジン２の運転時にベンチュリ部３１により負圧を発生させる必要がないときは、両ＶＳＶ３２，３３を閉じることにより、バイパス通路６に空気が流れなくなり、吸気通路３における圧力損失（エネルギー損失）を低減することができる。

この実施形態の蒸発燃料処理装置の作用効果については、第１実施形態のそれと基本的に同じである。

［第３実施形態］
次に、本発明の負圧発生装置及び蒸発燃料処理装置を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図５に、この実施形態の負圧発生装置と蒸発燃料処理装置の構成を概略図により示す。この実施形態では、負圧発生装置の点で第１実施形態と構成が異なる。すなわち、この実施形態では、空気エゼクタ７の代わりにバイパス通路６にベンチュリ部３１が設けられる。また、ベンチュリ部３１より下流のバイパス通路６には、本発明の流量調整弁に相当するＶＳＶ３４が設けられる。このＶＳＶ３４は比例弁より構成され、その開度がリニアに可変となっている。また、ベンチュリ部３１に一端が接続される負圧通路２４には、ベンチュリ部３１からの空気の逆流を阻止する逆止弁３５が設けられる。

従って、この実施形態の負圧発生装置によれば、ターボチャージャ１の非作動時には、吸気通路３の上流側からバイパス通路６に空気が流れ、その空気がベンチュリ部３１及びバイパス通路６を介して吸気通路３の下流側へ流れる。このとき、ＶＳＶ３４の開度を調整することでベンチュリ部３１の下流側に流れる空気を上流側に流れる空気よりも少なく調整することにより、バイパス通路６を流れる空気によりベンチュリ部３１にて負圧が発生する。

一方、ターボチャージャ１の作動時には、吸気通路３の下流側からバイパス通路６に空気が流れ、その空気がベンチュリ部３１及びバイパス通路６を介して吸気通路３の上流側へ流れる。このとき、ＶＳＶ３４の開度を調整することでベンチュリ部３１の下流側に流れる空気を上流側に流れる空気よりも少なく調整することにより、バイパス通路６を流れる空気によりベンチュリ部３１にて負圧が発生する。

上記したようにこの実施形態の負圧発生装置によれば、過給の有無にかかわらず負圧を発生させることができる。この実施形態では、バイパス通路６に１つのＶＳＶ３４を設けただけなので、従来例とは異なり、過給の有無に応じて異なるエゼクタを選択するためにエゼクタを２つ設けたり、配管の構成を複雑にしたりする必要がない。このため、過給の有無にかかわらず負圧を発生させるための構成を従来例と比べて簡略化することができる。

この実施形態では、エンジン２の運転時にベンチュリ部３１により負圧を発生させる必要がないときは、ＶＳＶ３４を閉じることにより、バイパス通路６に空気が流れなくなり、吸気通路３における圧力損失（エネルギー損失）を低減することができる。

この実施形態の蒸発燃料処理装置の作用効果については、第１実施形態のそれと基本的に同じである。加えて、この実施形態では、ベンチュリ部３１から負圧通路２４への空気の逆流が逆止弁３５により阻止される。このため、負圧通路２４による負圧の供給先、すなわちキャニスタ２３に過剰な正圧がかかることを防止することができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

例えば、前記各実施形態では、負圧発生装置により発生する負圧を蒸発燃料処理装置のキャニスタ２３に供給するように構成したが、この発生負圧を車両のブレーキブースタに供給するように構成することもできる。

第１実施形態に係り、負圧発生装置と蒸発燃料処理装置の構成を示す概略図。 第１実施形態に係り、エゼクタユニットの概略を示す断面図。 第１実施形態に係り、エゼクタユニットの概略を示す断面図。 第２実施形態に係り、負圧発生装置と蒸発燃料処理装置の構成を示す概略図。 第３実施形態に係り、負圧発生装置と蒸発燃料処理装置の構成を示す概略図。

符号の説明

１ ターボチャージャ（過給機）
２ エンジン（内燃機関）
３ 吸気通路
５ スロットル装置
６ バイパス通路
７ 空気エゼクタ
１４ａ ノズル部
１４ｂ 負圧室
１４ｃ ディフューザ部
１４ｄ 栓部
２１ 燃料タンク
２３ キャニスタ
２４ 負圧通路
３１ ベンチュリ部
３２ 第１ＶＳＶ（流量調整弁）
３３ 第２ＶＳＶ（流量調整弁）
３４ ＶＳＶ（流量調整弁）
３５ 逆止弁

Claims (4)

1. 過給機付き内燃機関の吸気通路にはその上流側から前記過給機とスロットル装置が設けられると共に、前記過給機の上流と前記スロットル装置の下流に連通するバイパス通路が設けられ、前記バイパス通路に設けられた空気エゼクタにより負圧を発生させる負圧発生装置において、
   前記空気エゼクタは、ノズル部、負圧室及びディフューザ部から構成され、前記ノズル部と前記ディフューザ部の位置を入れ替えるために、前記空気エゼクタの少なくとも一部が前記バイパス通路に対して回転可能に設けられることを特徴とする負圧発生装置。
2. 過給機付き内燃機関の吸気通路にはその上流側から前記過給機とスロットル装置が設けられると共に、前記過給機の上流と前記スロットル装置の下流に連通するバイパス通路が設けられ、前記バイパス通路に設けられたベンチュリ部により負圧を発生させる負圧発生装置において、
   前記バイパス通路に流量調整弁が設けられ、前記ベンチュリ部に負圧通路が接続され、前記負圧通路には前記ベンチュリ部からの空気の逆流を阻止する逆止弁が設けられたことを特徴とする負圧発生装置。
3. 過給機付き内燃機関の吸気通路にはその上流側から前記過給機とスロットル装置が設けられると共に、前記過給機の上流と前記スロットル装置の下流に連通するバイパス通路が設けられ、前記バイパス通路に設けられたベンチュリ部により負圧を発生させる負圧発生装置において、
   前記ベンチュリ部より上流と下流の前記バイパス通路にそれぞれ流量調整弁が設けられたことを特徴とする負圧発生装置。
4. 燃料タンクにて発生した蒸発燃料を捕集するキャニスタを備え、前記キャニスタに捕集された蒸発燃料を内燃機関の吸気通路へパージして処理する蒸発燃料処理装置において、
   前記キャニスタに捕集された蒸発燃料を前記吸気通路へパージするために、請求項１乃至３の何れか一つに記載の負圧発生装置により発生した負圧が供給されることを特徴とする蒸発燃料処理装置。

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