JP2023147995A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の運転の停止中にインジェクタから漏洩した燃料成分がサージタンクないし吸気マニホルドに充満する問題を緩和し、内燃機関の始動の遅延を回避する。【解決手段】燃料タンクに接続する接続路６２と、接続路６２を流れる燃料蒸気を捕捉するキャニスタ６１と、キャニスタ６１に接続しており空気を導入することのできる導入路６４と、キャニスタ６１と内燃機関の気筒１に連なる吸気通路３とを連通せしめ、キャニスタ６１に捕捉した燃料蒸気を含むパージガスを吸気通路３に放出させるパージガス流路６３と、パージガス流路６３を開閉する制御バルブ６５と、を備える燃料蒸発ガス排出抑制装置６が付帯し、パージガス流路６３が前記吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の箇所に接続し、接続箇所から下方に延伸し、延伸先にキャニスタ６１を有し、内燃機関の運転の停止中に前記制御バルブ６５を開弁可能な内燃機関を構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、動力源として車両等に搭載される内燃機関に関する。

従来より、内燃機関には、燃料タンク内で蒸発した燃料蒸気を捕捉する燃料蒸発ガス排出抑制装置が付設されている（例えば、下記特許文献を参照）。普遍的な燃料蒸発ガス排出抑制装置は、チャコールキャニスタと呼称され、発生した燃料蒸気を、活性炭を充填したキャニスタに吸着させて捕捉し、適時その燃料蒸気を内燃機関の吸気通路に送出して吸気に混交し、気筒にて燃焼処理するものである。

キャニスタには、燃料タンク内の燃料蒸気を回収するための回収路の他、大気に開放した大気導入路、及び当該キャニスタを内燃機関の吸気通路におけるスロットルバルブの下流に連通するパージガス流路が接続している。キャニスタに吸着した燃料蒸気をパージする処理では、パージガス流路上に設けた制御バルブを開弁し、スロットルバルブの下流で発生する吸気負圧を利用して、キャニスタに外気を取り入れながら燃料蒸気を吸気通路に引き込む。

特開２０１９－０４４６６９号公報

内燃機関の運転の停止中、インジェクタは閉弁している。だが、その弁体と弁座との間のシールは完璧ではなく、インジェクタから微量の燃料が漏洩する油密漏れが発生することがある。

気筒に連なる吸気通路内、吸気ポートの近傍を指向してインジェクタから燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関では、運転停止中にインジェクタから漏洩して気化した燃料成分（特に、ＨＣ）が、吸気通路におけるスロットルバルブの下流、即ちサージタンクや吸気マニホルドに滞留する。その帰結として、サージタンク及び吸気マニホルドの酸素濃度が低下することになり、内燃機関の始動の際に気筒に必要十分な量の酸素が供給されず、初期の燃焼が不安定となり、ひいては始動の遅延を招くことがあり得た。

本発明は、内燃機関の運転の停止中にインジェクタから漏洩した燃料成分がサージタンクないし吸気マニホルドに充満する問題を緩和しようとするものである。

本発明では、燃料タンクに接続する接続路と、前記接続路を流れる燃料蒸気を捕捉するキャニスタと、前記キャニスタに接続し空気を導入することのできる導入路と、前記キャニスタと当該内燃機関の気筒に連なる吸気通路とを連通せしめ、前記キャニスタに捕捉した燃料蒸気を含むパージガスを前記吸気通路に放出させるパージガス流路と、前記パージガス流路を開閉する制御バルブと、を備える燃料蒸発ガス排出抑制装置が付帯しており、前記パージガス流路が前記吸気通路におけるスロットルバルブの下流の箇所に接続し、かつ当該接続箇所から下方に延伸し、その延伸先に前記キャニスタを有し、内燃機関の運転の停止中に前記制御バルブを開弁可能である内燃機関を構成した。

前記接続箇所は、気筒の吸気ポートよりも上方に位置するとなおよい。

本発明によれば、内燃機関の運転の停止中にインジェクタから漏洩した燃料成分がサージタンクないし吸気マニホルドに充満する問題を緩和することができ、内燃機関の始動の遅延を回避可能となる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の構成を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、ポート噴射式の４ストローク火花点火ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。なお、点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵されていることがある。

吸気通路３は、各気筒１の吸気ポートに至り、外部から取り入れた空気を各気筒１に向けて流通させ、気筒１に供給する。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

内燃機関には、燃料蒸発ガス排出抑制装置６が付帯している。燃料蒸発ガス排出抑制装置６は、燃料タンク５において気化した燃料の蒸気を活性炭を充填したチャコールキャニスタ６１に吸着させて捕捉するとともに、適時その燃料蒸気を吸気通路３に送出して吸気に混交し、気筒１にて燃焼処理するものである。

燃料タンク５とキャニスタ６１との間は、接続路６２を介して接続している。燃料タンク５内で発生した燃料蒸気は、接続路６２を通じてキャニスタ６１に流入する。キャニスタ６１と吸気通路３（特に、スロットルバルブ３２の下流である、サージタンク３３若しくは吸気マニホルド３４）との間は、パージガス流路６３を介して接続している。キャニスタ６１が捕捉した燃料蒸気は、パージガス流路６３を通じて吸気通路３に流入する。加えて、キャニスタ６１には、大気に開放した空気導入路６４を付設している。

パージガス流路６３上には、当該流路６３を開閉する制御バルブであるパージＶＳＶ（Ｖａｃｕｕｍ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｖａｌｖｅ）６５が存在する。ＶＳＶ６５は、弁体を駆動するソレノイドに印加する電流または電圧の大きさを調節（特に、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御）してその開度を拡縮操作できる流量制御弁である。ＶＳＶ６５を開弁している間は、パージガス流路６３を介してキャニスタ６１と吸気通路３とが連通する。そして、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流に発生する吸気負圧により、キャニスタ６１内の燃料蒸気が吸気通路３に引き込まれる。このとき、導入路６４を通じてキャニスタ６１内に空気即ち外気が取り入れられる。

排気通路４は、各気筒１の排気ポートを始端とし、各気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生する燃焼ガスを流通させて外部へと導く。排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。触媒４１は、有害物質であるＨＣ、ＣＯ及びＮＯ_xの酸化／還元反応を惹起してこれらを無害化する。

排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、排気通路４と吸気通路３とを接続する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における触媒４１の下流の箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の箇所（特に、サージタンク３３若しくは吸気マニホルド３４）に接続している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラがＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、内燃機関のクランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、運転者によるアクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、内燃機関に要求されるエンジントルクまたはエンジン負荷率）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流（特に、サージタンク３３若しくは吸気マニホルド３４内）の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、排気通路４の触媒４１の上流における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサから出力される空燃比信号ｆ、触媒４１の下流における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサから出力される空燃比信号ｇ、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２に付随するイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ＶＳＶ６５に対して開度操作信号ｎ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｏを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に吸入される空気（新気）量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸入空気量等に基づき、要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）、点火タイミング（一度の燃焼に対する火花点火の回数を含む）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。

また、ＥＣＵ０は、停止した内燃機関を始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの再始動であることもある）するに際して、電動機（スタータモータ（セルモータ）やＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）等。図示せず）に制御信号ｏを入力し、電動機によりクランクシャフトを回転駆動しながら燃料噴射及び火花点火を行うクランキングを実行する。電動機は、車載のバッテリから必要な電力の供給を受ける。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、クランクシャフトの回転速度即ちエンジン回転数が閾値を超えたときに、内燃機関が完爆したものと見なして終了する。通常、当該閾値は、始動時の内燃機関の冷却水温が低いほど高く設定する。

内燃機関の運転を停止している間に燃料タンク５内で気化した燃料の蒸気は、燃料蒸発ガス排出抑制装置６のキャニスタ６１に捕集される。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転中に、適宜ＶＳＶ６５を開閉操作し、キャニスタ６１に溜まった燃料蒸気をパージ処理する。即ち、燃料蒸気をパージガス流路６３を介して吸気通路３に放出し、気筒１において燃焼させる。

しかして、本実施形態では、燃料蒸発ガス排出抑制装置６が、内燃機関の運転の停止中にインジェクタ１１から漏洩して気化した燃料成分を回収する役割をも兼ねている。

パージガス流路６３は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の箇所（サージタンク３３若しくは吸気マニホルド３４）に接続し、かつ当該箇所から下方に伸びており、その先にキャニスタ６１が存在している。また、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の箇所が、気筒１の吸気ポートよりも上方に位置している。

ＶＳＶ６５は、内燃機関の運転の停止中であっても開弁することが可能である。本実施形態におけるＶＳＶ６５は、制御信号ｎを通電することで閉弁し、その通電を遮断することで開弁する、いわゆるノーマルオープン型のものである。尤も、制御信号ｎを通電することで開弁し、その通電を遮断することで閉弁する、いわゆるノーマルクローズ型のものを採用しても構わない。この場合には、内燃機関の運転の停止中に適時、制御信号ｎを与えてＶＳＶ６５を開弁操作する。

内燃機関の運転の停止中にインジェクタ１１から漏洩した燃料成分（特に、ＨＣ）は、空気よりも比重が大きい（重い）。それ故、ＶＳＶ６５を開弁しておくことで、その燃料成分がパージガス流路６３に落ち込み、キャニスタ６１に捕集されることになる。

本実施形態によれば、内燃機関の運転の停止中にインジェクタ１１から漏洩した燃料成分がサージタンク３３ないし吸気マニホルド３４に充満する問題を緩和できる。そして、内燃機関の始動時に、サージタンク３３から吸気マニホルド３４を通じて各気筒１に必要量の酸素を供給することが可能となって、燃焼の不安定化、ひいては内燃機関の始動の遅延が回避される。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、ＶＳＶ６５としてノーマルオープン型のものを採用する場合、万が一これが故障すると、パージガス流路６３が常時開通した状態に陥ってしまう。そこで、ＶＳＶ６５とは別に、安全弁となる制御バルブ（ノーマルオープン型、ノーマルクローズ型の何れでもよい）を、パージガス流路６３上に付設しておくことも考えられよう。

その他、各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
３３…サージタンク
３４…吸気マニホルド
４…排気通路
５…燃料タンク
６…燃料蒸発ガス排出抑制装置
６１…キャニスタ
６２…接続路
６３…パージガス流路
６４…導入路
６５…制御バルブ（パージＶＳＶ）
ｎ…制御バルブの開度操作信号

Claims (2)

1. 燃料タンクに接続する接続路と、
   前記接続路を流れる燃料蒸気を捕捉するキャニスタと、
   前記キャニスタに接続し空気を導入することのできる導入路と、
   前記キャニスタと当該内燃機関の気筒に連なる吸気通路とを連通せしめ、前記キャニスタに捕捉した燃料蒸気を含むパージガスを前記吸気通路に放出させるパージガス流路と、
   前記パージガス流路を開閉する制御バルブと、を備える燃料蒸発ガス排出抑制装置が付帯しており、
   前記パージガス流路が前記吸気通路におけるスロットルバルブの下流の箇所に接続し、かつ当該接続箇所から下方に延伸し、その延伸先に前記キャニスタを有し、内燃機関の運転の停止中に前記制御バルブを開弁可能である、内燃機関。
2. 前記接続箇所が、前記気筒の吸気ポートよりも上方に位置する、請求項１記載の内燃機関。

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