JP2018115606A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an on-vehicle internal combustion engine with a supercharger and to an internal combustion engine equipped with an evaporated fuel purge system.
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。 The vehicle is provided with a canister that collects the evaporated fuel generated in the fuel tank. For vehicles equipped with a canister, air is introduced into the canister from the outside, and the collected fuel is purged together with air into the intake passage of the operating internal combustion engine as a purge gas to recover the collecting performance of the canister An evaporative fuel purge system is also installed.
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。 In the case of an internal combustion engine with a supercharger, purge can be performed by sucking purge gas from the canister side using negative pressure downstream of the throttle valve in the intake passage when supercharging is not being performed. At the time of supply, since the downstream side of the throttle valve in the intake passage becomes a positive pressure, purging cannot be performed. Therefore, there is also an evaporated fuel purge system in which purge is performed by introducing purge gas from the canister side upstream of the compressor in the intake passage during supercharging.
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。
As such an evaporative fuel purge system,
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。 In such an evaporative fuel purge system, purging is performed via the second purge passage when supercharging is performed, and purging is performed via the first purge passage when supercharging is not performed.
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。 By the way, when the vehicle is changed from the supercharged state to the decelerated state, such as when the vehicle is changed from the accelerated state to the decelerated state, the second purge passage is closed by the switching valve. The purge gas stays in the portion from the portion where the second purge passage is connected to the throttle valve and in the second purge passage. It is preferable from the viewpoint of emission control that the purge gas staying upstream from the throttle valve is introduced into the combustion chamber at the time of deceleration where the intake air amount is limited by the throttle valve and the air-fuel ratio becomes rich. Absent.
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。
Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
An internal combustion engine for solving the above problems includes a supercharger, a canister that collects evaporated fuel generated in a fuel tank, and an evaporated fuel purge system that introduces the evaporated fuel collected in the canister into an intake pipe. It has. The evaporative fuel purge system includes a switching valve in which a valve body that switches between communication and blocking of each port is housed in a housing in which a first port, a second port, and a third port are formed. In this internal combustion engine, the switching valve is attached to a portion of the intake pipe upstream of the compressor of the supercharger in a state where a through hole provided in the portion and the first port communicate with each other. The canister and the second port are connected by an upstream purge pipe, and a portion downstream of the throttle valve in the intake pipe and the third port are connected by a downstream purge pipe.
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。 In the above configuration, the first port is directly connected to the upstream side of the compressor in the intake pipe without passing through the purge pipe. Therefore, the volume of the passage from the first port of the switching valve to the intake pipe can be reduced as compared with the case where the first port is connected via the purge pipe. Therefore, according to the above configuration, when the vehicle shifts from the acceleration state to the deceleration state and shifts from the supercharged state to the deceleration state, the amount of purge gas that stays upstream from the throttle valve is reduced. can do.
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。 That is, according to the above configuration, at the time of deceleration in which the intake air amount is limited by the throttle valve, purge gas staying upstream from the throttle valve is introduced into the combustion chamber, and the air-fuel ratio becomes rich. As a result, the deterioration of the emission due to the rich air-fuel ratio can be suppressed.
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。
Hereinafter, an embodiment of an internal combustion engine will be described with reference to FIGS. This internal combustion engine is an internal combustion engine mounted on a vehicle.
As shown in FIG. 1, four
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。
This internal combustion engine includes a
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。
An
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。
The internal combustion engine also includes a
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。
Further, the internal combustion engine is purged by introducing air into the
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。
The evaporated
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。
Specifically, a
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
A through hole is formed in the portion of the
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。
A
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。
Control of each part of the internal combustion engine including control of the direction of the
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。
The
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。
The
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。
Further, the
Specifically, as shown in FIG. 1, when the purge execution condition is not satisfied, the switching
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。
On the other hand, when the internal combustion engine is in operation and the purge execution condition is satisfied, the
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。
As shown in FIG. 2, when the pressure detected by the supercharging
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。
Further, as shown in FIG. 3, when the pressure detected by the supercharging
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。
Purging is performed in this manner, and the evaporated fuel adsorbed on the activated carbon accommodated in the
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。
Next, the effect | action of the internal combustion engine concerning this embodiment and the effect acquired by the effect | action are demonstrated.
When the vehicle is accelerating and the
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。
When the vehicle is shifted from the state of supercharging by the
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。
On the other hand, in the internal combustion engine described above, the
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。
That is, the purge gas staying upstream of the
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。
In addition, said embodiment can also be implemented with the following forms which changed this suitably.
The switching
・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。
In order to minimize the purge gas staying in the upstream side of the
・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。
・ The turbocharger is not limited to a turbocharger. For example, even in an internal combustion engine that employs an electric supercharger driven by a motor as a supercharger or a supercharger that operates a
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。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
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。 An internal combustion engine comprising a supercharger, a canister for collecting evaporated fuel generated in a fuel tank, and an evaporated fuel purge system for introducing the evaporated fuel collected in the canister into an intake pipe,
The evaporative fuel purge system includes a switching valve in which a valve body that switches between communication and blocking of each port is housed in a housing in which a first port, a second port, and a third port are formed.
The switching valve is attached to a portion upstream of the compressor of the supercharger in the intake pipe in a state in which a through hole provided in the portion and the first port are in communication with each other.
An internal combustion engine in which the canister and the second port are connected by an upstream purge pipe, and a portion of the intake pipe that is downstream of the throttle valve and the third port is connected by a downstream purge pipe.
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