JP3620445B2

JP3620445B2 - 内燃機関の蒸発燃料捕集装置

Info

Publication number: JP3620445B2
Application number: JP2000380683A
Authority: JP
Inventors: 衛 ▲吉▼岡; 義彦兵道
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: JP2002180920A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の蒸発燃料捕集装置に関し、詳細には内燃機関の停止中に吸気通路から燃料蒸気が大気に放出されることを防止可能な蒸発燃料捕集装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の機関停止中には、種々の原因により機関吸気通路に燃料蒸気が発生する。例えば、機関停止時に気筒燃焼室に供給された燃料が機関停止とともに燃焼しないまま気筒内に滞留、蒸発し、気筒吸気弁が開弁したままで停止した気筒から吸気通路内に流出したり、或いは機関停止時に吸気ポート壁面に液状のまま付着した燃料が蒸発し燃料蒸気が形成される場合がある。また、燃料噴射弁を有する機関では、燃料噴射弁内に滞留した燃料が機関停止中に吸気通路内にわずかに漏出し、吸気通路内で燃料蒸気を形成する場合がある。
【０００３】
このように吸気通路内に燃料蒸気が発生すると、生成した燃料蒸気が機関停止中に吸気通路の開口（吸入口）から大気に放出され、燃料蒸気（炭化水素）による大気汚染の原因となる場合が生じる。
このため、機関停止中の吸気通路からの燃料蒸気放出（以下、「吸気漏れエミッション」と称する）を防止するために、機関吸気通路に活性炭などの吸着材を配置し、機関停止中に吸気通路内に発生した燃料蒸気を吸着材に吸着させて大気への放出を防止する蒸発燃料捕集装置が提案されている。
【０００４】
この種の蒸発燃料捕集装置の例としては、例えば特開平１１−８２１９２号公報に記載されたものがある。
同公報の捕集装置は、吸気通路のスロットル弁と機関本体との間に、機関停止中に燃料噴射弁から漏出した燃料の蒸発により生成される燃料蒸気を吸着可能な吸着材を配置したものである。同公報の蒸発燃料捕集装置では、機関停止中に吸気通路に発生した燃料蒸気は吸着材に吸着され、大気に放出されることが防止される。また、吸着材に吸着された燃料蒸気は、次に機関が運転されると吸気により吸着材からパージされて吸気とともに機関に供給されて燃焼するため、吸着した燃料蒸気により吸着材が飽和することが防止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平１１−８２１９２号公報のように、吸気通路に燃料蒸気を吸着する吸着材を配置した場合でも、条件によっては吸気通路入口から燃料蒸気が大気に放出され、吸気漏れエミッションが発生する場合がある。
例えば、活性炭等の吸着材は燃料蒸気を吸着した状態で温度が上昇すると、燃料蒸気の吸着容量が低下するために吸着した燃料蒸気の一部を放出するようになる。このため、上記特開平１１−８２１９２号公報の装置では、機関停止中に周囲温度が上昇すると、吸着材に吸着された燃料蒸気の一部が吸着材から放出され、吸気通路入口から大気に放出される場合が生じる問題がある。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑み、機関停止中に周囲温度が上昇した場合でも吸気通路から大気への燃料蒸気放出による吸気漏れエミッションの発生を防止可能な内燃機関の蒸発燃料捕集装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の吸気通路に燃料蒸気を吸着する吸着材を配置し、機関停止中に吸気通路内に発生する燃料蒸気を前記吸着剤に吸着するとともに、機関運転中に機関吸気により前記吸着材に吸着した燃料蒸気をパージして機関に吸入させる内燃機関の蒸発燃料捕集装置において、前記吸気通路の端部の大気吸入口を前記吸着材、及び前記吸着材と内燃機関との間の吸気通路部分より高い位置に設けるとともに、前記吸着材を前記吸気通路の断面全体を覆うように設け、前記吸気通路部分から前記大気吸入口に流れる燃料蒸気が必ず前記吸着材を通過するようにしたことを特徴とする内燃機関の蒸発燃料捕集装置が提供される。
【０００８】
すなわち、請求項１の発明では、内燃機関の吸気通路に配置される吸着材は、吸気通路端の大気吸入口より低い位置に配置されている。本発明では、機関停止中に蒸発燃料により生成した燃料蒸気は吸着材に吸着、保持されるため、吸入口からの大気放出が防止される。また、機関停止中に周囲温度が上昇すると吸着された燃料蒸気の一部が吸着材から放出されるが、燃料蒸気は空気より重いため放出された燃料蒸気は吸着材の下部近傍に滞留する。本発明では、吸気通路の大気吸入口は、吸着材より高い位置に設けられているため、この場合も滞留した燃料蒸気は大気吸入口から外部に流出しない。このため、本発明によれば、機関停止中の吸気漏れエミッションが発生することが防止される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の概略構成を説明する図である。
図１において、１は内燃機関の気筒、１ａは気筒の吸気弁、３は吸気ポートを示す。各気筒の吸気ポートは吸気マニホルド７ａを介してサージタンク７ｂに接続されている。サージタンク７ｂは、吸気通路７、エアクリーナ１０を経てノズル１７に接続されている。吸気通路７上には、スロットル弁９が配置されている。
【００１４】
図１に５で示すのは、各気筒の吸気ポート３に設けられた燃料噴射弁である。燃料噴射弁５は、機関運転中図示しない燃料供給配管から供給される燃料を、各吸気ポートに噴射し、各気筒内に吸気とともに燃料を吸入させる。
エアクリーナ１０にはフィルタエレメント１５と、フィルタエレメント１５下部にシリカゲル、活性炭等からなる吸着材層１３が設けられている。また、本実施形態では、吸気通路７はエアクリーナ１０に吸着材層１３下側で接続され、ノズル１７はエアクリーナ１０にフィルタエレメント１５の上側で接続されている。すなわち、機関運転中にノズル１７から吸入された空気はフィルタエレメント１５上部からエレメント内に流入し、エレメント１５下側に設けられた吸着材層１３を通り、吸着材層１３下側の吸気通路７に流入する。また、ノズル１７の空気吸入口１７ａの位置は、吸着材層１３より高い位置に配置されている。
【００１５】
機関運転中、燃料噴射弁５から噴射された燃料の一部は吸気ポート３壁面に液状のまま付着して、壁面付着燃料を形成している。この壁面付着燃料は機関停止後徐々に蒸発して燃料蒸気となる。また、機関停止中には燃料噴射弁内に保持された燃料がわずかながら吸気ポートに漏れだす、いわゆる燃料噴射弁の油密漏れが生じる場合があり、油密漏れにより吸気ポートに流出した燃料は、壁面付着燃料と同様に機関停止中に蒸発して燃料蒸気となる。このため、機関停止中には、吸気ポート３、吸気マニホルド７ａ、サージタンク７ｂ及び吸気通路７には燃料蒸気が充満するようになる。
【００１６】
このため、従来吸気通路７内の燃料が機関停止中にノズル１７の吸入口１７ａから大気に流出し、いわゆる吸気漏れエミッションが発生する問題が生じていた。本実施形態では、機関停止中の吸気漏れエミッションの発生を防止するためにエアクリーナ１０内に燃料蒸気を吸着可能な吸着材層１３を設けている。
吸着材層１３を設けたことにより、吸気通路７内に充満した燃料蒸気は、吸着材層１３通過時に吸着材に吸着され、ノズル１７ａの吸入口１７ａから大気に放出されることが防止されるため、吸気漏れエミッションが生じない。
【００１７】
ところが、吸着材層１３に吸着された燃料蒸気は、例えば周囲温度が高くなると吸着材から放出されるようになる。このため、機関停止中に周囲温度の上昇などが生じると、一旦吸着材層１３に吸着されていた燃料蒸気の一部が吸着材層１３から放出されるようになる。
本実施形態では、図１に示すように、ノズル１７の吸入口１７ａは、吸着材層１３、及び吸着材層１３に接続される吸気通路７より高い位置に配置されている。また、燃料蒸気は比較的分子量の高い炭化水素からなるため、燃料蒸気の比重は空気に比べて重くなっている。このため、本実施形態では機関停止中の温度上昇などにより、吸着材層１３から燃料蒸気が放出されたような場合には、放出された蒸気は吸着材層１３の下側の吸気通路に滞留するようになり、吸着材層１３の上部には漏出しない。すなわち、本実施形態では、ノズル１７の吸入口１７ａを吸着材層１３、及び吸着材層に接続される吸気通路７より高い位置に設けたことにより、機関停止中に周囲温度が上昇したような場合にも燃料蒸気が吸入口１７ａから大気に放出されることがなく、吸気漏れエミッションの発生を完全に防止することができる。
【００１８】
図６は、従来一般的に採用されているノズルとエアクリーナ、吸気通路の高さ方向の位置関係を示す図１と同様な図である。
従来、吸気通路７はエアクリーナ１０の上部に接続され、ノズル１７はエアクリーナ１０の下部に接続されるのが一般的であった。このような構成は、例えば図６に示すようにノズル１７（エアクリーナ１０下部）に水抜き口１７ｂを設けることにより、雨や水はね等により水滴が吸気通路７に侵入することを防止する上で効果的であった。しかし、このような従来構成では、例えばフィルタエレメント１５の上部に吸着材層１３を設けた場合には、ノズル１７の吸入口１７ａは、吸着材層１３、及び吸着材層１３に接続される吸気通路７より低い位置に開口するようになる。このため、機関停止中に周囲温度の上昇などにより吸着材層１３から放出された燃料蒸気は、吸着材層１３からフィルタエレメント１５を通ってフィルタエレメント１５下部のノズル１７に流入するようになり、ノズル吸入口１７ａを通って大気に放出されるようになるため機関停止中に吸気漏れエミッションが発生することを防止できなかった。図１の実施形態では、ノズル１７の吸入口１７ａを吸着材層１３、及び吸着材層１３下部に接続される吸気通路７より高い位置に配置しているため、吸着材層１３から放出された燃料蒸気は全て吸着材層１３下部の吸気通路７内に滞留するようになり、吸気漏れエミッションは発生しない。
【００１９】
次に、請求項に記載した発明とは直接関連しないが、参考例としての第２の実施形態について説明する。
図１の実施形態では、ノズル１７の吸入口１７ａ位置を吸着材層１３、及びその下側に接続される吸気通路７より高い位置に配置して吸着材層１３から放出された燃料蒸気を吸着材層１３下側の吸気通路７に滞留させることにより、吸着材層１３上側のノズル吸入口１７ａから燃料蒸気が大気に漏れることを防止していた。
【００２０】
これに対して、本実施形態では、機関停止中に吸着材から放出される燃料蒸気を、吸着材より更に低い位置に設けた吸気通路の戻り部分に導くことにより、ノズル吸入口１７ａからの大気への漏出を防止している。
図２は、本発明の第２の実施形態の概略構成を説明する第１図と同様な図である。図２において、図１と同一の参照符号は図１と同様な要素を示している。
【００２１】
図２の実施形態では、吸気通路７とエアクリーナ１０、及びノズル１７の吸入口１７ａはほぼ同一の高さに配置されている。また、シリカゲル、活性炭などの吸着材１３はエアクリーナ１０に配置されるのではなく、吸気通路７を囲む筒状に形成されている。すなわち、本実施形態の吸着材１３は、筒状に形成した吸着材の両端を吸気通路７の途中に介挿することにより、吸気通路の内壁面を吸着材で構成するようにしている。本実施形態では吸着材１３は燃料蒸気が吸着材中を通過するのではなく、吸気通路７内の燃料蒸気が吸着材で構成された吸気通路内壁面と接触する際に吸着材１３に吸着されるようにされている。この種の接触吸着型の吸着材構造は、図１のように吸着材中を燃料蒸気が通過する形式（透過吸着型）に比べた場合、吸気通路に面した単位面積当たりの吸着量は低くなる。しかし、接触吸着型の吸着材構造では、透過吸着型に比べて機関運転時の吸気圧力損失を増大させることなく吸気通路に沿った長さを増大することにより接触面積を大きくできるので、吸気圧力損失を低く抑えながら吸着材全体としての燃料上記吸着能力を透過吸着型とほぼ同等にすることができる利点がある。
【００２２】
本実施形態では、筒状の吸着材１３の最下部と、吸着材１３と機関との間の吸気通路７の吸着材１３より低い位置に形成した戻り部２１（図２では、サージタンク７ａ部分を戻り部２１として用いた場合を示す）とを連通する配管２３が設けられている。配管２３は燃料蒸気戻り通路として機能する。
本実施形態においても、機関停止中に吸気通路に発生した燃料蒸気は筒状の吸着材１３に吸着、保持される。また、機関停止中に周囲温度が上昇して吸着材から一部の燃料蒸気が放出されると、放出された燃料蒸気は吸着材の最下部近傍に滞留する。本実施形態では、吸着材１３の最下部近傍には配管２３が開口しているため、放出された燃料蒸気は配管２３に流入し、配管２３を通って吸着材１３より更に低い位置にある戻り部２１に流入し、そこに滞留するようになる。
【００２３】
このため、本実施形態においても吸着材１３から放出された燃料蒸気は、吸着材１３より大気側に漏出することなく、吸着材１３と機関本体との間の吸気通路７に設けられた戻り部２１に滞留するようになり、吸気漏れエミッションの発生が防止される。
なお、図２においては吸着材１３は吸気通路７の途中に接続される筒状体として形成されていたが、吸着材を吸気通路７とは別体の筒状体として構成するのではなく、吸気通路７内壁面にシリカゲル、活性炭などの吸着材を付着させることにより吸着材１３を形成することも可能である。
【００２４】
次に、請求項に記載した発明とは直接関連しないが、参考例としての第３の実施形態について説明する。
上述の第１と第２の実施形態では、機関停止中の温度上昇などにより吸着材から放出された燃料蒸気を吸着材より機関本体側の吸気通路内に滞留させるようにしたことにより、吸気漏れエミッションの発生を防止している。
図３は、本実施形態の概略構成を示す図２と同様な図である。図３において、図２と同一の参照符号は図２と同様な要素を示している。
【００２５】
図３に示すように、本実施形態においても吸着材１３は、図２と同様に吸気通路７の内壁面を構成する筒状体として構成されている。しかし、本実施形態では図２のように燃料蒸気を戻り部に流す配管２３は設けられていない。
図４は、図３、ＩＶ−ＩＶ線に沿った吸着材１３の断面図である。図４に示すように、本実施形態では、吸着材１３の壁厚は下部１３ａでは上部１３ｂより厚くなっている。すなわち、図４の吸着材１３では、下部１３ａの吸着材容積は上部より大きくなっている。このように、下部１３ａの吸着材容積を大きくしたことにより、吸着材１３の下部１３ａは吸着材の他の部分より吸着可能な燃料蒸気量、すなわち燃料蒸気の吸着容量が大きくなっている。機関停止後、吸気通路７内に燃料蒸気が充満した状態では、吸着材１３の各部分はほぼ均一に燃料蒸気を吸収する。このため、燃料蒸気を吸着した状態では吸着材下部１３ａは、上部１３ｂにくらべてまだ吸着容量に余裕がある状態になっている。周囲温度が上昇すると、吸着材の吸着容量は低下するため吸着容量を越えた分の燃料蒸気が吸着材の各部分から放出されるようになるが、本実施形態では、図４のように吸着材の下部１３ａと上部１３ｂとで吸着可能な燃料蒸気量に差が生じている。また、燃料蒸気は空気より比重が重いため吸着材各部分から放出された燃料蒸気は吸着材下側部分近傍に滞留する。一方、温度の上昇により吸着容量が低下して下部１３ａ以外の部分から燃料蒸気が放出されるようになっても、下部１３ａでは吸着容量に余裕があるためまだ燃料蒸気を吸着可能な状態になっている。従って、この場合には下部１３ａ以外の吸着材部分から放出された燃料蒸気は吸着材１３内を下方に流れ、下部１３ａに再度吸収され、そこに保持されるようになる。
【００２６】
このため、本実施形態では機関停止中に周囲温度が上昇した場合でも吸着した蒸気が吸着材から放出されることがなく、吸気漏れエミッションの発生が防止される。
なお、図２、図３では吸着材１３として円筒状（断面環状）のものの例を示したが、吸着材１３は必ずしも円筒状である必要はなく、図５に示すように断面三角形状のものとしてもよい。この場合には、三角形断面の下側の辺になる部分の肉厚を他の辺より大きくすることにより、この部分の燃料蒸気吸着容量を増大させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、吸気通路に燃料蒸気を吸着可能な吸着材を配置して、機関停止中に吸気通路に発生する燃料蒸気吸着する場合において、機関停止中の温度上昇により吸着材から放出された燃料蒸気が大気に放出されることを効果的に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】参考例としての第２の実施形態の概略構成を説明する第１図と同様な図である。
【図３】参考例としての第３の実施形態の概略構成を示す図２と同様な図である。
【図４】吸着材の図３、ＩＶ−ＩＶ線に沿った吸着材の断面図である。
【図５】吸着材の断面形状の別の実施形態を説明する図である。
【図６】従来の一般的な吸気系の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…気筒
３…吸気ポート
７…吸気通路
７ｂ…サージタンク
１３…吸着材
１７…ノズル

Claims

内燃機関の吸気通路に燃料蒸気を吸着する吸着材を配置し、機関停止中に吸気通路内に発生する燃料蒸気を前記吸着材に吸着するとともに、機関運転中に機関吸気により前記吸着材に吸着した燃料蒸気をパージして機関に吸入させる内燃機関の蒸発燃料捕集装置において、
前記吸気通路の端部の大気吸入口を前記吸着材、及び前記吸着材と内燃機関との間の吸気通路部分より高い位置に設けるとともに、前記吸着材を前記吸気通路の断面全体を覆うように設け、前記吸気通路部分から前記大気吸入口に流れる燃料蒸気が必ず前記吸着材を通過するようにしたことを特徴とする内燃機関の蒸発燃料捕集装置。