JP2020133486A - パージバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】排出ノズル内の気体の流速が過度に高くなって気流音が発生することを抑制する。【解決手段】蒸発燃料を吸着するキャニスタと内燃機関の吸気管とを繋ぐパージ管５５には、パージバルブ７０が取り付けられている。パージバルブ７０は、内部空間を区画するハウジング７２を備えている。ハウジング７２には、当該ハウジング７２の内部空間７２ａに気体を導入する導入ノズル７１が接続されている。また、ハウジング７２には、当該ハウジング７２の内部空間７２ａから気体を排出する排出ノズル７５が接続されている。この排出ノズル７５の上流側の開口は、弁体７４によって開閉される。排出ノズル７５の上流端からの一部分は、下流側ほど流路断面積が大きいテーパ部７６になっている。また、排出ノズル７５におけるテーパ部７６よりも下流側には、テーパ部７６よりも流路断面積が大きい下流部７７が位置している。【選択図】図２

Description

本発明は、パージバルブに関する。

特許文献１の蒸発燃料処理装置は、内燃機関の燃料タンクで発生した蒸発燃料が導入されるキャニスタを備えている。キャニスタは、燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着する。キャニスタには、当該キャニスタに外気を導入する外気導入管が接続されている。また、キャニスタは、パージ管を介して、吸気管におけるスロットルバルブよりも下流側の部分に接続されている。

パージ管には、当該パージ管の流路を開状態及び閉状態のいずれか一方に切り替えるパージバルブが取り付けられている。このパージバルブのハウジングには、当該ハウジング内に気体を導入する導入ノズルが接続されている。また、ハウジングには、当該ハウジング内から気体を排出する排出ノズルが接続されている。さらに、ハウジングの内部には、排出ノズルの上流側の開口を開閉する弁体が配置されている。

特許文献１の蒸発燃料処理装置において、弁体が排出ノズルの上流側の開口縁に当接することでパージバルブが閉状態になる。このとき、キャニスタ側から吸気管側への蒸発燃料及び外気の流通が遮断される。一方、弁体が排出ノズルの上流側の開口縁から離間することでパージバルブが開状態になる。このとき、キャニスタ側から吸気管側へ蒸発燃料及び外気が流通する。

特開２００８−２９１９１６号公報

特許文献１の蒸発燃料処理装置において、パージバルブが開状態になっているときには、排出ノズルの上流側の開口縁と弁体との間の隙間から、排出ノズルの内部に勢いよく気体が流入する。そのため、排出ノズルの上流側の部分においては気体の流速が高い。そして、排出ノズル内の気体の流速が過度に高くなると、下流側で気体の流れが乱れたときに、気流音が生じることがある。

上記課題を解決するためのパージバルブは、蒸発燃料を吸着するキャニスタと内燃機関の吸気管とを繋ぐパージ管に設けられ、当該パージ管の流路を開状態及び閉状態のいずれか一方に切り替えるパージバルブであって、内部空間を区画するハウジングと、前記ハウジングに接続されて当該ハウジングの内部空間に気体を導入する導入ノズルと、前記ハウジングに接続されて当該ハウジングの内部空間から気体を排出する排出ノズルと、前記排出ノズルの上流側の開口を開閉する弁体とを備え、前記排出ノズルの上流端からの一部分は、下流側ほど流路断面積の大きいテーパ部になっており、前記排出ノズルにおける前記テーパ部よりも下流側には、当該テーパ部よりも流路断面積の大きい下流部が設けられている。

上記構成では、排出ノズルの上流端からの一部分がテーパ部になっているため、排出ノズルに流入した直後の気体の流速が高くなることが抑えられる。その上、上記構成では、テーパ部よりも下流側に当該テーパ部よりも流路断面積が大きい下流部が設けられている。そのため、テーパ部と下流部との境界部分で、気体の流速が低下しやすい。その結果、排出ノズルの内部で気体の流速が過度に高くなることはない。

内燃機関及び制御装置の概略図。 パージバルブの周辺構造を示す断面図。

以下、本実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。先ず、内燃機関１００と、内燃機関１００に適用された制御装置２００の概略構成について説明する。なお、以下の説明において、単に上流、下流というときは、吸気、排気、蒸発燃料、及び外気の流れ方向における上流、下流を示すものとする。

図１に示すように、内燃機関１００は、当該内燃機関１００の外部から吸気を導入するための吸気管１１を備えている。吸気管１１における上流側吸気管１１ａには、スロットルバルブ２１が配置されている。スロットルバルブ２１は、上流側吸気管１１ａの流路を開閉することにより、上流側吸気管１１ａの流路を流通する吸気量を制御する。

上流側吸気管１１ａの下流端には、吸気脈動等を抑制するためのサージタンク１１ｂが接続されている。吸気管１１におけるサージタンク１１ｂの下流端には、吸気管１１における下流側吸気管１１ｃが接続されている。吸気管１１における下流側吸気管１１ｃには、燃料を噴射する燃料噴射弁２２が取り付けられている。

吸気管１１における下流側吸気管１１ｃの下流端には、燃料を吸気と混合して燃焼させるための気筒１２が接続されている。気筒１２の内部には、燃料噴射弁２２によって噴射された燃料が供給される。また、気筒１２の内部には、当該気筒１２の内部を往復動するピストン２３が配置されている。気筒１２には、当該気筒１２から排気を排出するための排気管１３が接続されている。

内燃機関１００は、上記燃料噴射弁２２に燃料を供給するための燃料を貯留する燃料タンク３１を備えている。図示は省略するが、燃料タンク３１内にはフィードポンプが収容されており、フィードポンプが圧送した燃料が燃料配管を介して燃料噴射弁２２に供給される。

燃料タンク３１には、当該燃料タンク３１内で発生した蒸発燃料の大気放出を抑える蒸発燃料処理装置５０が接続されている。蒸発燃料処理装置５０は、燃料タンク３１で発生する蒸発燃料を吸着するためのキャニスタ５２を備えている。キャニスタ５２には、蒸発燃料が流通するベーパ管５１の一端が接続されている。ベーパ管５１の他端は、燃料タンク３１内へと至っている。ベーパ管５１の途中には、キャニスタ５２側から燃料タンク３１側への蒸発燃料の流れを抑制する逆止弁６１が取り付けられている。

キャニスタ５２には、当該キャニスタ５２に外気を導入するための外気導入管５３が接続されている。外気導入管５３の途中には、当該外気導入管５３の流路を開状態及び閉状態のいずれか一方に切り替える外気導入バルブ６２が取り付けられている。

キャニスタ５２には、当該キャニスタ５２とサージタンク１１ｂとを繋ぐパージ管５５が接続されている。本実施形態では、パージ管５５のうちのキャニスタ５２側の一部が、円管形状の上流側パージ管５６で構成され、パージ管５５のうちのサージタンク１１ｂ側の一部が、円管形状の下流側パージ管５７で構成されている。この上流側パージ管５６と下流側パージ管５７との接続部分には、パージ管５５の流路を開状態及び閉状態のいずれか一方に切り替えるパージバルブ７０が取り付けられている。

上記のパージバルブ７０及び外気導入バルブ６２は、制御装置２００によって開閉制御される。制御装置２００は、パージバルブ７０に対して、当該パージバルブ７０を開閉制御するための制御信号を出力する。また、制御装置２００は、外気導入バルブ６２に対して、当該外気導入バルブ６２を開閉制御するための制御信号を出力する。なお、本実施形態において、制御装置２００は、上記のパージバルブ７０及び外気導入バルブ６２の制御の他にも、スロットルバルブ２１の開度や燃料噴射弁２２の燃料噴射量など、内燃機関１００全体を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）として構成されている。

次に、パージバルブ７０の具体的な構成について説明する。
図２に示すように、パージバルブ７０におけるハウジング７２は、全体として円柱形状の外観になっている。ハウジング７２の内部には、略円柱形状の内部空間７２ａが区画されている。ハウジング７２の外周面には、略円筒形状の導入ノズル７１の一端部が接続されている。導入ノズル７１の内部空間７１ａは、ハウジング７２の内部空間７２ａに連通している。導入ノズル７１の内径は、ハウジング７２の内径よりも小さくなっている。導入ノズル７１の他端部には、上流側パージ管５６が取り付けられている。

ハウジング７２の軸線方向において、当該ハウジング７２の一方側（図２における上側）の端部には、略円筒形状の排出ノズル７５が接続されている。排出ノズル７５の中心軸線は、ハウジング７２の中心軸線と同軸になっている。排出ノズル７５の内径は、ハウジング７２の内径よりも小さくなっている。排出ノズル７５は、ハウジング７２の軸線方向一方側の端部の壁部を貫通しており、排出ノズル７５の軸線方向他方側（図２における下側）の端部は、ハウジング７２の内部空間７２ａに至っている。また、排出ノズル７５の軸線方向一方側の端部は、ハウジング７２の軸線方向一方側の端部から突出している。排出ノズル７５の内部空間７５ａは、ハウジング７２の内部空間７２ａに連通している。排出ノズル７５の軸線方向一方側の端部には、下流側パージ管５７が取り付けられている。

ハウジング７２の軸線方向他方側の端部には、略円柱形状の駆動部７３が取り付けられている。駆動部７３の中心軸線は、ハウジング７２の中心軸線と同軸になっている。駆動部７３における軸線方向一方側の端面からは、他方側に向かって略円柱形状の凹部７３ａが窪んでいる。凹部７３ａは、駆動部７３の中心軸線上に位置している。凹部７３ａには、排出ノズル７５の軸線方向他方側の開口を開閉する弁体７４が配置されている。弁体７４は、図示しない付勢部材によって、駆動部７３の軸線方向一方側に向かって付勢されている。また、駆動部７３における凹部７３ａの径方向外側には、弁体７４を駆動するためのコイル７３ｂが内蔵されている。なお、この実施形態では、ハウジング７２、導入ノズル７１、排出ノズル７５、及び駆動部７３の外壁部分が、一体的な成形物として構成されている。

パージバルブ７０のコイル７３ｂが通電されていないと、付勢部材の付勢力によって弁体７４が、駆動部７３の軸線方向一方側に移動する。そして、弁体７４が排出ノズル７５の軸線方向他方側の開口縁に当接して、パージバルブ７０が閉状態になる。すると、キャニスタ５２側から吸気管１１側への気体の流通が遮断される。

一方、パージバルブ７０のコイル７３ｂが通電されていると、当該コイル７３ｂが磁力を発生させて付勢部材の付勢力に抗して弁体７４を、駆動部７３の軸線方向他方側に移動させる。そして、弁体７４が排出ノズル７５の軸線方向他方側の開口縁から離間して、パージバルブ７０が開状態になる。すると、弁体７４と排出ノズル７５の軸線方向他方側の開口縁との間の隙間を介して、ハウジング７２の内部空間７２ａから排出ノズル７５の内部空間７５ａに気体が流入する。こうしてキャニスタ５２側から吸気管１１側へ気体が流通する。なお、本実施形態では、排出ノズル７５の軸線方向他方側の開口縁が、排出ノズル７５の上流側の開口縁である。

上記の排出ノズル７５は、上流端を含むテーパ部７６と、テーパ部７６の下流端に接続された下流部７７とに大別できる。テーパ部７６は、下流側ほど内径が大きくなっている。テーパ部７６は、排出ノズル７５の中心軸線に対して一定の角度で内径が大きくなっている。下流部７７は、排出ノズル７５の軸線方向のいずれの部分においても内径が同じになっている。下流部７７の内径は、テーパ部７６の下流端の内径よりも大きくなっている。したがって、テーパ部７６の下流端と下流部７７の上流端との間には、段差部７８が生じている。また、下流部７７の内径がテーパ部７６の下流端の内径よりも大きくなっているため、排出ノズル７５の中心軸線に直交する下流部７７の流路断面積は、排出ノズル７５の中心軸線に直交するテーパ部７６の下流端の流路断面積よりも大きくなっている。

本実施形態では、排出ノズル７５の軸線方向におけるテーパ部７６の下流端の位置が、以下のように決定されている。具体的には、先ず、図２において二点鎖線で示すように、テーパ部７６の下流端と下流部７７との間に段差部７８がなく、テーパ部７６の内径が一定の割合で大きくなったまま、テーパ部７６の下流端の内径と下流部７７の内径とが同じになっているものとする。このような構成において、排出ノズル７５の内部空間７５ａを流通する気体の流速が最も高くなる箇所よりも上流側に、テーパ部７６の下流端が位置するように、本実施形態では下流部７７の位置が設定されている。なお、本実施形態では、テーパ部７６の軸線方向の長さは、排出ノズル７５の軸線方向の長さの２０％程度の長さになっている。

本実施形態の作用について説明する。
先ず、蒸発燃料処理装置５０の動作について説明する。制御装置２００は、内燃機関１００の運転が開始されるときから内燃機関１００の運転が終了されるときまで外気導入バルブ６２を開状態に制御する。

また、制御装置２００は、内燃機関１００の運転状態に応じて、例えば、キャニスタ５２の内部の蒸発燃料が比較的に少ない場合においてパージバルブ７０を閉状態に制御する。すると、燃料タンク３１内で発生した蒸発燃料がベーパ管５１を介してキャニスタ５２内に流入する。キャニスタ５２内に流入した蒸発燃料は、キャニスタ５２の内部に吸着される。

一方、制御装置２００は、内燃機関１００の運転状態に応じて、例えば、キャニスタ５２の内部の蒸発燃料が比較的に多い場合においてパージバルブ７０を開状態に制御する。すると、吸気管１１内の負圧によって外気導入管５３を介してキャニスタ５２内に外気が流入する。そして、キャニスタ５２の内部に吸着されていた蒸発燃料と外気とがパージ管５５を介して吸気管１１におけるサージタンク１１ｂに流入する。

本実施形態の効果について説明する。
（１）図２に示すように、パージバルブ７０が開状態になっているときには、弁体７４と排出ノズル７５の上流側の開口縁との間の隙間を介して、ハウジング７２の内部空間７２ａから排出ノズル７５の内部空間７５ａに気体が流入する。この排出ノズル７５の内部空間７５ａは略直線状になっているため、排出ノズル７５の内部空間７５ａを流通する気体の流速が徐々に高くなる。

ここで、図２において二点鎖線で示す比較構成において、排出ノズル７５の内部空間７５ａを流通する気体の流速は、排出ノズル７５の上流端から一定距離の箇所で最も高くなる。このとき、排出ノズル７５の寸法や、当該排出ノズル７５内を流通する気体の量によっては、気体の最高速がマッハ１．５を超えて、例えばマッハ２程度にまで達することがある。特に、気体の最高速がマッハ１．５を超えたあたりから、排出ノズル７５の内部空間７５ａでは、超音速の流れが亜音速に減速する際に生じる垂直衝撃波が、流路内壁面の境界層と干渉した結果生じる擬似衝撃波が無視できないものとなる。このような擬似衝撃波は、排出ノズル７５の内部において気流音を発生させる原因となる。

この点、本実施形態では、先ず、排出ノズル７５の上流端からの一部がテーパ部７６になっている。このテーパ部７６においては、流路断面積が下流側ほど徐々に大きくなっているので、排出ノズル７５に流入した直後の気体の流速が、テーパ部７６の内部空間で高くなることを抑えられる。さらに、本実施形態では、テーパ部７６と下流部７７との境界部分において、流路断面積が大きくなっている。これにより、テーパ部７６から下流部７７へと気体が流れる際に、流速が低下する。その結果、排出ノズル７５の内部空間７５ａを流通する気体の流速が、マッハ１．５を超えるような過度に高い速度になることを抑制できる。そして、このように、気体の流速をマッハ１．５未満に抑えておけば、擬似衝撃波の発生に伴う気流音の発生も防げる。

（２）本実施形態では、排出ノズル７５におけるテーパ部７６及び下流部７７の境界部分が段差部７８になっている。すなわち、本実施形態では、テーパ部７６と下流部７７との境界部分において、徐々に流路断面積を大きくしているのではなく、急激に流路断面積を大きくしている。排出ノズル７５を流通する気体の流速を低下させるという観点では、このように急激に流路断面積を大きくした方が、より効果的である。

（３）本実施形態では、上記の比較構成において排出ノズル７５の内部空間７５ａを流通する気体の流速が最も高くなる箇所よりも上流側に、テーパ部７６の下流端が位置するように、下流部７７の位置が設定されている。つまり、本実施形態では、排出ノズル７５におけるテーパ部７６及び下流部７７の境界部分が、比較構成において排出ノズル７５の内部空間７５ａを流通する気体の流速が最も高くなる箇所よりも上流側に位置している。そのため、本実施形態では、上記の比較構成における気体の最も高い流速に達する前に、気体の流速を低下させることができる。したがって、排出ノズル７５の内部空間７５ａを流通する気体の最も高い流速が、上記の比較構成における気体の最も高い流速よりも低くなる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、パージバルブ７０における排出ノズル７５の形状は変更できる。例えば、排出ノズル７５の中心軸線に直交する下流部７７の流路断面形状は、楕円形状であったり、多角形状であったりしてもよい。

・上記実施形態において、排出ノズル７５におけるテーパ部７６及び下流部７７の境界部分の位置は変更できる。例えば、テーパ部７６の軸線方向の長さを、排出ノズル７５の軸線方向の長さの５％〜３５％程度の長さに変更してもよい。なお、下流部７７の軸線方向の長さは、テーパ部７６の軸線方向の長さに応じて変更すればよい。

・上記実施形態において、排出ノズル７５では、テーパ部７６と下流部７７とが直接的に接続されていなくてもよい。つまり、テーパ部７６よりも下流側に、当該テーパ部７６よりも流路断面積の大きい下流部７７が配置されていればよい。例えば、排出ノズル７５において、テーパ部７６と下流部７７との間の部分を接続部としたとき、この接続部は、流路断面積が一定の形状であってもよいし、流路断面積が下流側ほど徐々に大きくなるテーパ形状であってもよい。なお、接続部がテーパ形状である場合には、排出ノズル７５の中心軸線に対する接続部の内壁面の角度は、排出ノズル７５の中心軸線に対するテーパ部７６の内壁面の角度よりも大きくなっていればよい。

・上記実施形態において、パージバルブ７０における導入ノズル７１の形状は変更できる。例えば、導入ノズル７１は、楕円筒形状であったり、多角筒形状であったりしてもよい。

・上記実施形態において、パージバルブ７０におけるハウジング７２の形状は変更できる。例えば、ハウジング７２は、全体として四角柱形状の外観になっていてもよい。また、ハウジング７２の内部には、略四角柱形状の内部空間が区画されていてもよい。

・上記実施形態において、ハウジング７２に対する排出ノズル７５の接続構成は変更できる。例えば、排出ノズル７５は、ハウジング７２の軸線方向一方側の端部の壁部を貫通しておらず、ハウジング７２の軸線方向一方側の端部の壁部から軸線方向一方側に突出していてもよい。この構成においても、排出ノズル７５の軸線方向他方側の端部の近傍に弁体７４が配置されていれば、当該弁体７４によって排出ノズル７５の軸線方向他方側の開口を開閉できる。

・上記実施形態において、排出ノズル７５の内部空間７５ａを流通する気体の流速に拘わらず、本件技術を適用できる。排出ノズル７５の内部空間７５ａを流通する気体の流速がどのような流速であろうとも、上記実施形態のテーパ部７６及び下流部７７に関する技術を適用すれば、気体の流速の低下を実現できる。また、気体の流速が低下すれば、上述した擬似衝撃波に起因する気流音に限らずに、気体が流通することに伴う気流音の発生が抑えられる。

１１…吸気管、１１ａ…上流側吸気管、１１ｂ…サージタンク、１１ｃ…下流側吸気管、１２…気筒、１３…排気管、２１…スロットルバルブ、２２…燃料噴射弁、２３…ピストン、３１…燃料タンク、５０…蒸発燃料処理装置、５１…ベーパ管、５２…キャニスタ、５３…外気導入管、５５…パージ管、５６…上流側パージ管、５７…下流側パージ管、６１…逆止弁、６２…外気導入バルブ、７０…パージバルブ、７１…導入ノズル、７１ａ…内部空間、７２…ハウジング、７２ａ…内部空間、７３…駆動部、７３ａ…凹部、７３ｂ…コイル、７４…弁体、７５…排出ノズル、７５ａ…内部空間、７６…テーパ部、７７…下流部、７８…段差部、１００…内燃機関、２００…制御装置。

Claims (1)

1. 蒸発燃料を吸着するキャニスタと内燃機関の吸気管とを繋ぐパージ管に設けられ、当該パージ管の流路を開状態及び閉状態のいずれか一方に切り替えるパージバルブであって、
   内部空間を区画するハウジングと、前記ハウジングに接続されて当該ハウジングの内部空間に気体を導入する導入ノズルと、前記ハウジングに接続されて当該ハウジングの内部空間から気体を排出する排出ノズルと、前記排出ノズルの上流側の開口を開閉する弁体とを備え、
   前記排出ノズルの上流端からの一部分は、下流側ほど流路断面積の大きいテーパ部になっており、
   前記排出ノズルにおける前記テーパ部よりも下流側には、当該テーパ部よりも流路断面積の大きい下流部が設けられている
   パージバルブ。