JP2020159339A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関において、蒸発燃料導入通路が、吸気通路における分岐通路の一方にのみ接続されている場合、一方の分岐通路を流れる蒸発燃料を含んだ空気と、他方の分岐通路を流れる蒸発燃料を含まない空気とが、気筒に到達するまでに充分に混合できない虞がある。【解決手段】吸気通路２０には、上流部２１と下流部２２とが備わっている。上流部２１は、第１分岐上流部２１Ａと第２分岐上流部２１Ｂとに分岐している。下流部２２には、スロットルバルブ２５が取り付けられている。キャニスタ７１内に吸着されていた蒸発燃料が流れる蒸発燃料導入通路７４は、吸気通路２０における第１分岐上流部２１Ａに接続されている。蒸発燃料導入通路７４には、蒸発燃料導入バルブ７６が取り付けられている。スロットルバルブ２５の開度が小さいほど、蒸発燃料導入バルブ７６の開状態の時間が長くなるように制御している。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１の水平対向型６気筒の内燃機関は、気筒に連通する吸気通路を備えている。吸気通路の途中には、スロットルバルブが取り付けられている。また、吸気通路には、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を導入するための蒸発燃料導入通路が接続されている。蒸発燃料導入通路の途中には、当該蒸発燃料導入通路の流路を開閉するためのバルブが取り付けられている。

特開２００１−１１５９０４号公報

特許文献１の内燃機関のような水平対向型の内燃機関や、Ｖ型の内燃機関においては、スロットルバルブよりも吸気上流側において、吸気通路が分岐されていて、分岐通路それぞれに過給器が取り付けられている場合がある。このような内燃機関において、蒸発燃料導入通路が、各分岐通路の一方にのみ接続されている場合、一方の分岐通路を流れる蒸発燃料を含んだ空気と、他方の分岐通路を流れる蒸発燃料を含まない空気とが、気筒に到達するまでに充分に混合できない虞がある。その結果、気筒間において、空気に対する蒸発燃料の割合がばらつくことがある。

上記課題を解決するため、本発明は、気筒に連通する吸気通路の下流部と、前記下流部の吸気上流端で分岐している第１分岐上流部及び第２分岐上流部と、前記下流部に取り付けられており、当該下流部の流路断面積を変更するスロットルバルブと、前記第１分岐上流部に接続されており、燃料タンク内で発生した蒸発燃料が流れる蒸発燃料導入通路と、前記蒸発燃料導入通路に取り付けられており、当該蒸発燃料導入通路の開閉状態を変更する蒸発燃料導入バルブと、を備える内燃機関に適用される制御装置であって、前記スロットルバルブの開度が小さい場合には、当該スロットルバルブの開度が大きい場合に比較して、前記蒸発燃料導入バルブの開状態の時間を長く制御する。

上記構成によれば、スロットルバルブの開度が小さくて気体の混合が促進されやすい場合には、蒸発燃料が多く導入される。よって、第１分岐上流部を流れる蒸発燃料を含む空気と、第２分岐上流部を流れる空気とが、スロットルバルブの吸気下流側において、気筒に到達するまでに混合されやすい。

内燃機関の概略図。

以下、本発明の制御装置をＶ型６気筒の内燃機関に適用した一実施形態について、図面を参照して説明する。
先ず、内燃機関１０の概略について説明する。

図１に示すように、内燃機関１０には、内燃機関１０の燃焼室に吸気を導入する吸気通路２０が備わっている。吸気通路２０は、吸気の流れ方向上流側の上流部２１と吸気の流れ方向下流側の下流部２２とで構成されている。さらに、上流部２１は、下流部２２の上流端で分岐する第１分岐上流部２１Ａと第２分岐上流部２１Ｂとで構成されている。換言すると、第１分岐上流部２１Ａ及び第２分岐上流部２１Ｂが下流端で合流しており、その合流点よりも下流側が下流部２２になっている。

第１分岐上流部２１Ａには、吸気中の塵等をろ過する第１エアクリーナ２３Ａが取り付けられている。第１分岐上流部２１Ａにおいて、第１エアクリーナ２３Ａよりも吸気下流側には、第１過給機３１Ａの第１コンプレッサ３２Ａが取り付けられている。第１分岐上流部２１Ａの吸気下流端は、下流部２２の吸気上流端に接続されている。

第２分岐上流部２１Ｂには、吸気中の塵等をろ過する第２エアクリーナ２３Ｂが取り付けられている。第２分岐上流部２１Ｂにおいて、第２エアクリーナ２３Ｂよりも吸気下流側には、第２過給機３１Ｂの第２コンプレッサ３２Ｂが取り付けられている。第２分岐上流部２１Ｂの吸気下流端は、下流部２２の吸気上流端に接続されている。

下流部２２には、水冷式インタークーラ２４が取り付けられている。水冷式インタークーラ２４には、冷却水が通過する流路が区画されている。水冷式インタークーラ２４を通過する吸気と冷却水との熱交換によって、第１過給機３１Ａ及び第２過給機３１Ｂによって過給された吸気が冷却される。

下流部２２において、水冷式インタークーラ２４よりも吸気下流側には、スロットルバルブ２５が取り付けられている。スロットルバルブ２５が開閉されることにより、吸気通路２０の下流部２２の流路断面積が変更される。

下流部２２の吸気下流端は、インテークマニホールド４０のサージタンク４１に接続されている。サージタンク４１では、吸気の脈動が低減される。インテークマニホールド４０におけるサージタンク４１よりも吸気下流側は、６つの分岐管４２に分岐している。６つの分岐管４２のうちの３つは、Ｖ型６気筒の内燃機関１０の第１バンク側の気筒５０Ａに接続されている。また、６つの分岐管４２のうちの他の３つは、Ｖ型６気筒の内燃機関１０の第２バンク側の気筒５０Ｂに接続されている。

第１バンク側の３つの気筒５０Ａには、第１エキゾーストマニホールド６１Ａが接続されている。第１エキゾーストマニホールド６１Ａの上流側は、３つに分岐しており、分岐した各管が各気筒５０Ａに接続されている。第１エキゾーストマニホールド６１Ａの排気下流側の部分は、１つに合流されている。第１エキゾーストマニホールド６１Ａの排気下流端には、第１排気通路６２Ａが接続されている。

第１排気通路６２Ａには、第１過給機３１Ａの第１タービン３３Ａが取り付けられている。第１排気通路６２Ａにおける第１タービン３３Ａよりも下流側には、第１触媒６３Ａが取り付けられている。第１触媒６３Ａは、排気を処理する三元触媒である。

第１排気通路６２Ａにおいて、第１タービン３３Ａよりも上流側からは、第１バイパス通路６４Ａが延びている。第１バイパス通路６４Ａは、第１タービン３３Ａを迂回して、第１排気通路６２Ａにおける第１タービン３３Ａよりも下流側に接続されている。

第１バイパス通路６４Ａには、当該第１バイパス通路６４Ａを開閉するための第１ウェイストゲートバルブ６５Ａが取り付けられている。第１ウェイストゲートバルブ６５Ａが開弁されていると、第１バンク側の各気筒５０Ａから排気された気体の一部は、第１タービン３３Ａを迂回して、第１バイパス通路６４Ａを流れる。一方、第１ウェイストゲートバルブ６５Ａが閉弁されていると、第１バンク側の各気筒５０Ａから排気された気体は、第１タービン３３Ａを流れる。

第２バンク側の３つの気筒５０Ｂには、第２エキゾーストマニホールド６１Ｂが接続されている。第２エキゾーストマニホールド６１Ｂの上流側は、３つに分岐しており、分岐した各管が各気筒５０Ｂに接続されている。第２エキゾーストマニホールド６１Ｂの排気下流側の部分は、１つに合流されている。第２エキゾーストマニホールド６１Ｂの排気下流端には、第２排気通路６２Ｂが接続されている。

第２排気通路６２Ｂには、第２過給機３１Ｂの第２タービン３３Ｂが取り付けられている。第２排気通路６２Ｂにおける第２タービン３３Ｂよりも下流側には、第２触媒６３Ｂが取り付けられている。第２触媒６３Ｂは、排気を処理する三元触媒である。

第２排気通路６２Ｂにおいて、第２タービン３３Ｂよりも上流側からは、第２バイパス通路６４Ｂが延びている。第２バイパス通路６４Ｂは、第２タービン３３Ｂを迂回して、第２排気通路６２Ｂにおける第２タービン３３Ｂよりも下流側に接続されている。

第２バイパス通路６４Ｂには、当該第２バイパス通路６４Ｂを開閉するための第２ウェイストゲートバルブ６５Ｂが取り付けられている。第２ウェイストゲートバルブ６５Ｂが開弁されていると、第２バンク側の各気筒５０Ｂから排気された気体の一部は、第２タービン３３Ｂを迂回して、第２バイパス通路６４Ｂを流れる。一方、第２ウェイストゲートバルブ６５Ｂが閉弁されていると、第２バンク側の各気筒５０Ｂから排気された気体は、第２タービン３３Ｂを流れる。

次に、内燃機関１０の蒸発燃料導入機構７０について説明する。
内燃機関１０は、燃料タンク８５に発生した蒸発燃料を吸気通路２０に導入する蒸発燃料導入機構７０を備えている。

蒸発燃料導入機構７０は、燃料タンク８５内で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタ７１を備えている。キャニスタ７１には、蒸発燃料を導入するベーパ通路７２の一端が接続されている。ベーパ通路７２の他端は、燃料タンク８５内に位置している。

キャニスタ７１には、当該キャニスタ７１に外気を導入する外気導入通路７３が接続されている。
キャニスタ７１には、当該キャニスタ７１内の蒸発燃料を吸気通路２０の第１分岐上流部２１Ａへと導く蒸発燃料導入通路７４が接続されている。蒸発燃料導入通路７４の下流端は、吸気通路２０の第１分岐上流部２１Ａにおける第１エアクリーナ２３Ａと第１コンプレッサ３２Ａとの間に接続されている。蒸発燃料導入通路７４には、当該蒸発燃料導入通路７４の開閉状態を変更する蒸発燃料導入バルブ７６が取り付けられている。蒸発燃料導入通路７４において、蒸発燃料導入バルブ７６よりも下流側には、吸気通路２０側からキャニスタ７１側への蒸発燃料等の気体の流通を防ぐ第１逆止弁７７が取り付けられている。

蒸発燃料導入通路７４の蒸発燃料導入バルブ７６と第１逆止弁７７との間からは、分岐導入通路７８が分岐している。分岐導入通路７８下流端は、吸気通路２０の下流部２２におけるスロットルバルブ２５よりも下流側の部分に接続されている。分岐導入通路７８には、吸気通路２０側からキャニスタ７１側への蒸発燃料等の気体の流通を防ぐ第２逆止弁７９が取り付けられている。

蒸発燃料導入機構７０には、蒸発燃料導入バルブ７６を開閉制御する制御装置９０が備わっている。制御装置９０には、スロットルバルブ２５の開度を検出するスロットルバルブ開度センサ９１から、スロットルバルブ２５の開度を示す信号が入力される。スロットルバルブ２５の開度は、図示しないアクセルペダルの動作量に伴って、変更される。制御装置９０は、蒸発燃料導入バルブ７６に対して、当該蒸発燃料導入バルブ７６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９０は、蒸発燃料導入バルブ７６の制御の他、内燃機関１０全体を制御する制御装置として構成されている。例えば、制御装置９０は、内燃機関１０の図示しない燃料噴射弁の燃料噴射量や、第１過給機３１Ａ及び第２過給機３１Ｂの過給運転の制御を行う。

次に、蒸発燃料導入バルブ７６の開閉処理について、説明する。
制御装置９０は、キャニスタ７１から吸気通路２０へ蒸発燃料を導入させる処理としてパージ処理を行う。制御装置９０は、キャニスタ７１に吸着する蒸発燃料の吸着量が上限を超えると、パージ処理を行う。

制御装置９０は、第１過給機３１Ａ及び第２過給機３１Ｂが過給運転をしていない場合に、パージ処理を行うとき、スロットルバルブ２５が開いていれば、スロットルバルブ２５の開度に拘らず、蒸発燃料導入バルブ７６を開状態にするように制御する。

制御装置９０は、第１過給機３１Ａ及び第２過給機３１Ｂの過給運転をしている場合に、パージ処理を行うとき、スロットルバルブ２５の開度が小さいほど、蒸発燃料導入バルブ７６の開状態の時間が長くなるように制御する。具体的には、制御装置９０は、スロットルバルブ２５の開度が全開である場合に、蒸発燃料導入バルブを閉状態に制御する。そして、制御装置９０は、スロットルバルブ２５の開度が全開から小さくなるにつれて、蒸発燃料導入バルブ７６の開状態の時間が徐々に長くなるように、蒸発燃料導入バルブ７６を制御する。すなわち、制御装置９０は、スロットルバルブ２５の開度が小さい場合には、スロットルバルブ２５の開度が大きい場合に比較して、蒸発燃料導入バルブ７６の開状態の時間を長く制御する。なお、制御装置９０は、スロットルバルブ２５の開度が全閉のときには、パージ処理をしない。

次に、本実施形態の作用について説明する。
内燃機関１０において、キャニスタ７１から吸気通路２０へ蒸発燃料を流通させる処理であるパージ処理を実行しない場合には、制御装置９０によって蒸発燃料導入バルブ７６が閉状態に制御される。この場合、燃料タンク８５内で発生した蒸発燃料は、ベーパ通路７２を介して、キャニスタ７１内に流れ込む。キャニスタ７１内に流れ込んだ蒸発燃料は、キャニスタ７１内に吸着される。

一方、内燃機関１０において、パージ処理を実行する場合には、制御装置９０によって蒸発燃料導入バルブ７６が開状態に制御される。ここで、内燃機関１０が第１過給機３１Ａ及び第２過給機３１Ｂによる過給運転を行っていない場合には、吸気通路２０におけるスロットルバルブ２５よりも下流側の部分の負圧によって、外気導入通路７３を介してキャニスタ７１内に外気が流れ込む。そして、キャニスタ７１内に吸着されていた蒸発燃料と外気とが、蒸発燃料導入通路７４を介して、吸気通路２０におけるスロットルバルブ２５よりも下流側の部分に導入される。

また、内燃機関１０が第１過給機３１Ａ及び第２過給機３１Ｂによる過給運転をおこなっている場合には、吸気通路２０におけるスロットルバルブ２５よりも下流側の部分の圧力が、大気圧に対して正圧になる。一方で、内燃機関１０が過給運転を行っている場合には、吸気通路２０における第１分岐上流部２１Ａの第１コンプレッサ３２Ａよりも吸気上流側の部分に負圧が発生する。この負圧によって、キャニスタ７１内に吸着されていた蒸発燃料と外気が、蒸発燃料導入通路７４を介して、吸気通路２０における第１分岐上流部２１Ａにおける第１過給機３１Ａの第１コンプレッサ３２Ａよりも上流側の部分に導入される。

次に、上記実施形態の効果を説明する。
（１）スロットルバルブ２５の開度が小さいと、スロットルバルブ２５を流れる気体の流路断面積は、小さくなる。流体が狭い範囲から広い範囲へ流れる際には、流れる向きが変わりやすいため、スロットルバルブ２５の開度が小さいほど、気体がスロットルバルブ２５を通過する際に、乱流が発生しやすい。そのため、気体が様々な方向へ流れることで、気体が混ざりやすい。

ここで、上記実施形態によれば、第１過給機３１Ａ及び第２過給機３１Ｂの過給運転をしている場合に、パージ処理をする際には、スロットルバルブ２５の開度が小さいほど、蒸発燃料導入バルブ７６の開状態の時間が長くなる。すなわち、蒸発燃料導入通路７４を介して、吸気通路２０の第１分岐上流部２１Ａに蒸発燃料が導入される際には、スロットルバルブ２５の開度が小さいほど、蒸発燃料導入バルブ７６の開状態の時間が長くなる。そのため、吸気通路２０の下流部２２におけるスロットルバルブ２５よりも下流側の部分において、気体が混ざりやすいときほど、蒸発燃料が多く導入される。よって、吸気通路２０に導入される蒸発燃料が第２分岐上流部２１Ｂを流れる空気とも混ざりやすい。

（２）また、吸気通路２０の第１分岐上流部２１Ａ及び第２分岐上流部２１Ｂが合流してからスロットルバルブ２５に至るまでの蒸発燃料の経路は、比較的に短い。そのため、第１分岐上流部２１Ａを流れる蒸発燃料を含む空気と、第２分岐上流部２１Ｂとが、各気筒５０Ａ及び気筒５０Ｂに至るまでに充分に混ざりにくい。よって、吸気通路２０の第１分岐上流部２１Ａ及び第２分岐上流部２１Ｂが合流してからスロットルバルブ２５に至るまでの蒸発燃料の経路が比較的に短い構成において、第１分岐上流部２１Ａに蒸発燃料が導入される際に、上記実施形態のパージ処理に関する技術を適用すると、より好適に（１）の効果が得られる。

（３）さらに、上記実施形態において、内燃機関１０は、第１過給機３１Ａ及び第２過給機３１Ｂを備えている。そのため、内燃機関１０が過給運転中には、スロットルバルブ２５の吸気下流側の部分の圧力が正圧となるため、分岐導入通路７８からは吸気通路２０の下流部２２に蒸発燃料を導入しにくい。よって、蒸発燃料を吸気通路２０に導入させるためには、吸気通路２０におけるコンプレッサよりも上流側に導入する必要がある。しかし、吸気通路２０の第１分岐上流部２１Ａ及び第２分岐上流部２１Ｂのいずれにも蒸発燃料を導入させる通路を接続させるとすると、部品数が増加してしまう。

上記実施形態によれば、上流部２１のうち、第１分岐上流部２１Ａにのみ蒸発燃料導入通路７４を接続させるとともに、吸気通路２０において、第１分岐上流部２１Ａを流れる蒸発燃料を含む空気と第２分岐上流部２１Ｂを流れる空気が混ざりやすい。そのため、第１バンク側の気筒５０Ａ及び第２バンク側の気筒５０Ｂそれぞれに対して蒸発燃料を均一に供給しつつも、蒸発燃料を供給するための配管等の部品点数の増加を抑えることができる。

上記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組み合わせて実施することができる。
・蒸発燃料導入機構７０における分岐導入通路７８を省略してもよい。少なくとも、吸気通路２０の第１分岐上流部２１Ａに接続されており、燃料タンク８５内で発生した蒸発燃料が流れる蒸発燃料導入通路７４と、蒸発燃料導入通路の開閉状態を変更する蒸発燃料導入バルブ７６が備わっていれば、上記実施形態のパージ処理に関する技術を適用できる。

・キャニスタ７１の外気導入通路７３に開閉弁が備わっていてもよい。この開閉弁を閉じるように制御することで、キャニスタ７１内の圧力を上げることにより、キャニスタ７１内の蒸発燃料が第１分岐上流部２１Ａから吸気通路２０の第１分岐上流部２１Ａに導入される。

・蒸発燃料導入バルブ７６の開閉状態の制御は、スロットルバルブ２５の開度が大きいほど蒸発燃料導入バルブ７６の開状態の時間を短くするように、連続的に変化していなくてもよい。例えば、スロットルバルブ２５の開度が予め定められた閾値よりも大きい場合に、スロットルバルブ２５の開度が当該閾値よりも小さい場合に比べて、蒸発燃料導入バルブ７６の開状態の時間を短くしてもよい。より具体的には、スロットルバルブ２５の開度が当該閾値より大きい場合には、蒸発燃料導入バルブ７６を閉状態にし、スロットルバルブ２５の開度が当該閾値以下の場合には、蒸発燃料導入バルブ７６を開状態にしてもよい。この場合、スロットルバルブ２５の開度が当該閾値より小さい場合には、スロットルバルブ２５の吸気下流側で乱流が起きやすいように閾値を設定すればよい。

・内燃機関１０には、第１過給機３１Ａ及び第２過給機３１Ｂが備わっていなくてもよい。少なくとも、吸気通路２０に第１分岐上流部２１Ａ及び第２分岐上流部２１Ｂが備わっていればよい。

・内燃機関１０の気筒５０Ａ及び気筒５０Ｂの配列は、少なくとも吸気通路２０に第１分岐上流部２１Ａ及び第２分岐上流部２１Ｂが備わっていれば、上記実施形態の例に限られない。例えば、水平対向型であってもよいし、直列であってもよい。

１０…内燃機関、２０…吸気通路、２１…上流部、２１Ａ…第１分岐上流部、２１Ｂ…第２分岐上流部、２２…下流部、２３Ａ…第１エアクリーナ、２３Ｂ…第２エアクリーナ、２４…水冷式インタークーラ、２５…スロットルバルブ、３１Ａ…第１過給機、３１Ｂ…第２過給機、３２Ａ…第１コンプレッサ、３２Ｂ…第２コンプレッサ、３３Ａ…第１タービン、３３Ｂ…第２タービン、４０…インテークマニホールド、４１…サージタンク、４２…分岐管、５０Ａ…気筒、５０Ｂ…気筒、６１Ａ…第１エキゾーストマニホールド、６１Ｂ…第２エキゾーストマニホールド、６２Ａ…第１排気通路、６２Ｂ…第２排気通路、６３Ａ…第１触媒、６３Ｂ…第２触媒、６４Ａ…第１バイパス通路、６４Ｂ…第２バイパス通路、６５Ａ…第１ウェイストゲートバルブ、６５Ｂ…第２ウェイストゲートバルブ、７０…蒸発燃料導入機構、７１…キャニスタ、７２…ベーパ通路、７３…外気導入通路、７４…蒸発燃料導入通路、７６…蒸発燃料導入バルブ、７７…第１逆止弁、７８…分岐導入通路、７９…第２逆止弁、８５…燃料タンク、９０…制御装置、９１…スロットルバルブ開度センサ。

Claims (1)

1. 気筒に連通する吸気通路の下流部と、
   前記下流部の吸気上流端で分岐している第１分岐上流部及び第２分岐上流部と、
   前記下流部に取り付けられており、当該下流部の流路断面積を変更するスロットルバルブと、
   前記第１分岐上流部に接続されており、燃料タンク内で発生した蒸発燃料が流れる蒸発燃料導入通路と、
   前記蒸発燃料導入通路に取り付けられており、当該蒸発燃料導入通路の開閉状態を変更する蒸発燃料導入バルブと、を備える内燃機関に適用される制御装置であって、
   前記スロットルバルブの開度が小さい場合には、当該スロットルバルブの開度が大きい場合に比較して、前記蒸発燃料導入バルブの開状態の時間を長く制御する
   制御装置。