JP4425729B2 - 内燃機関の炭化水素排出量低減装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関からの炭化水素（以下「ＨＣ」とも言う）の排出量を低減する内燃機関の炭化水素排出量低減装置に関するものである。

内燃機関においては、燃料噴射弁から漏れ出る燃料（油密漏れ）、燃焼室からの燃料吹き戻し、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）通路からの燃料流入等によって吸気ポート近傍に燃料（ＨＣ）が残留し、内燃機関の運転停止後もその燃料（ＨＣ）が残留したままとなる。多気筒内燃機関にあっては、吸気マニホールドに燃料（ＨＣ）が残留する。この残留ＨＣを放置しておくと、次回の機関始動時において、スタータモータ等によるクランキングに伴い吸気ポート近傍の浮遊炭化水素が燃焼室に吸入され更に未燃のまま排出されてしまうという不都合が生じる。

そこで、上記不都合を解消する従来技術として、特許文献１や特許文献２が提案されている。特許文献１では、内燃機関のスロットル弁と機関本体との間の吸気通路に吸着材を設け、この吸着材により燃料噴射弁より漏れ出た燃料を吸着するようにしている。また、特許文献２では、内燃機関の吸気通路にＨＣ吸着材を設け、このＨＣ吸着材により吸気通路内に残留するＨＣを除去するようにしている。かかる場合、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣは、内燃機関の始動後に吸入空気の通過に伴い放出される。

しかしながら、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣを放出する場合、吸入空気の流れだけではＨＣ吸着材からＨＣを完全に離脱させることができず、ＨＣ放出が不十分になると考えられる。特に、内燃機関の運転中において燃焼室からの燃料吹き戻しやＰＣＶ通路からの燃料流入（特に燃料中のエンジンオイル流入）等によって吸気ポート近傍に高沸点分のＨＣが増え、その高沸点分のＨＣがＨＣ吸着材に付着する場合には、高沸点分のＨＣが放出されずに残ってしまう。これにより、ＨＣ吸着材のＨＣ吸着性能が著しく低下してしまい、十分なＨＣ低減効果が得られなくなるという問題が生じる。

また、特許文献３では、ＨＣ吸着材を内燃機関の吸気通路に設けると共に、吸入空気を加熱することができる加熱手段をＨＣ吸着材の上流側に設ける技術が開示されている。加熱手段の具体的手段としては、燃焼式ヒータにより吸入空気を温めること、内燃機関周囲のホットエアを導入すること、電気的なヒータで加熱すること、内燃機関を循環する冷却水で加熱することが開示されている。こうして吸入空気を加熱することにより、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣの離脱が促進されるようになっている。

しかしながら、特許文献３の場合、何れの構成であってもＨＣ吸着材の加熱のためだけに新規な構成（燃焼式ヒータ、ホットエア通路、電気的ヒータ）が必要となる。そのため、構成の煩雑化を招くと共に、実現のためには費用がかかるという問題があった。また、冷却水による加熱では、加熱が不十分でＨＣを速やかに離脱させることができないという問題があった。
特開平１１−８２１９２号公報 特開２００１−２２７４２１号公報 特開２００３−１０６２２５号公報

本発明は、構成の煩雑化を抑制しつつ、炭化水素の排出量を効果的に低減することができる内燃機関の炭化水素排出量低減装置を提供することを主たる目的とするものである。

請求項１に記載の発明では、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁と、前記スロットル弁よりも下流側に設けられたサージタンクと、前記吸気通路に設けられた炭化水素吸着材とを備える内燃機関の炭化水素排出量低減装置であって、前記内燃機関の排気通路において当該排気通路内に設けられた排気浄化用の触媒よりも下流側と前記吸気通路において前記スロットル弁及び前記サージタンクの間とを接続する還流通路を備え、前記炭化水素吸着材は、前記吸気通路において前記還流通路との接続点よりも下流側に配置されており、前記内燃機関から排出される排気の一部を前記還流通路を介して前記吸気通路側に還流させるようにしている。
この場合、排気（すなわちＥＧＲガス）によって吸気温度が上昇し炭化水素吸着材が加熱されるため、当該吸着材に吸着された炭化水素が離脱しやすくなり、炭化水素の放出を確実に行うことができる。仮に炭化水素吸着材に高沸点分の炭化水素が吸着している場合にもその高沸点分の炭化水素を確実に放出することができる。冷却水により炭化水素吸着材を加熱する従来構成では、炭化水素を速やかに離脱させることが困難であるが、排気は冷却水に比して高温であるため、炭化水素吸着材の離脱を促進することができる。また本構成では、内燃機関に通常設けられる排気環流装置（ＥＧＲ装置）の構成を流用するものであるため、従来技術のように炭化水素放出のために新たな構成を要しない。その結果、構成の煩雑化を抑制しつつ、炭化水素吸着材の吸着能力の低下を抑制し炭化水素の排出量を効果的に低減することができるようになる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、車両に搭載される多気筒ガソリン噴射エンジンを対象に炭化水素排出量低減装置を具体化するものであり、図１は、本エンジン制御システムの概要を示す構成図である。

図１において、エンジン１０の吸気管１１には、図示しないアクセルペダルの踏込み操作量に応じて開度調節されるスロットル弁１２が設けられている。スロットル弁１２の下流側にはサージタンク１３が設けられ、そのサージタンク１３の下流側にはエンジン１０の各気筒に空気を導入するための吸気マニホールド１４が接続されている。吸気マニホールド１４には、各気筒の吸気ポート近傍に燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１６が設けられている。サージタンク１３には、その内周面ほぼ全体に活性炭、ゼオライト、ＨＣ吸着作用を有する触媒成分（例えばＰｄ）等よりなるＨＣ吸着材１７が付着されている。

各気筒の吸気ポートでは吸入空気と燃料噴射弁１６による噴射燃料とが混合されて混合気が形成され、この混合気が吸気弁２１の開放に伴い各気筒の燃焼室２２に導入されて燃焼に供される。燃焼室２２で燃焼に供された混合気は、排気弁２３の開放に伴い排気として排気管２４を介して排出される。排気管２４には、排気を浄化するための触媒２５が設けられている。

また本構成では、ＥＧＲ装置として、排気管２４の触媒２５よりも下流側と、吸気管１１のスロットル弁１２及びサージタンク１３の間とを接続するようにしてＥＧＲ通路２７が設けられており、そのＥＧＲ通路２７の途中にＥＧＲ制御弁２８が設けられている。本実施の形態では、ＥＧＲ装置が「加熱手段」に相当する。

ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されており、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、その都度のエンジン運転状態に応じて燃料噴射制御や点火時期制御等を実施する。また、ＥＣＵ３０は、エンジン暖機後においてＥＧＲ制御弁２８の開度を制御することによりＥＧＲを実施する。

エンジン１０においては、燃料噴射弁１６から漏れ出る燃料（油密漏れ）、燃焼室２２からの燃料吹き戻し、ＰＣＶ通路からの燃料（ブローバイガス）の流入等によって吸気マニホールド１４や吸気ポート近傍などにＨＣが残留し、エンジン１０の運転停止後もそのＨＣが残留したままとなる。この残留ＨＣを放置しておくと、次回のエンジン始動時においてクランキングに伴い吸気ポート近傍等の残留ＨＣが燃焼室２２に吸入され更に未燃のまま排出されてしまうという不都合が生じる。

そこで本実施の形態では、エンジン停止中に吸気ポート近傍等の残留ＨＣをサージタンク１３のＨＣ吸着材１７に吸着させ、それによりエンジン始動時におけるＨＣ排出を抑制することとしている。

また、エンジン始動後には、ＥＧＲガスの環流によりＨＣ吸着材１７を加熱し、ＨＣ吸着材１７の吸着ＨＣの離脱を促すようにしている。すなわち、図２に示すように、タイミングｔ１でエンジン１０が始動されると、エンジン水温が上昇し始め、水温が所定温度（例えば６０℃）に達すると、ＥＧＲ制御弁２８が開放される。ｔ２以降、エンジン運転状態に基づいてＥＧＲ制御が実施される。このとき、高温のＥＧＲガスが吸気管１１に供給されるために吸入空気の温度が上昇し、その吸入空気によりＨＣ吸着材１７が加熱される。それにより、ＨＣ吸着材１７の吸着ＨＣが離脱しやすくなり、ＨＣ放出が確実に行われる。仮にＨＣ吸着材１７に高沸点分のＨＣが吸着している場合にも、その高沸点分のＨＣを確実に放出することができる。ＨＣ吸着材１７からＨＣ（特に高沸点分のＨＣ）が確実に放出されることにより、ＨＣ吸着材１７のＨＣ吸着能力の低下が抑制できる。

以上詳述した本実施の形態によれば、ＥＧＲガスの導入によりＨＣ吸着材１７を加熱するようにしたため、ＨＣ吸着材１７のＨＣ吸着能力の低下が抑制され、ＨＣ排出量を効果的に低減することができるようになる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

図３には、ＨＣ排出量低減装置の別の構成を示す。図３では、ＨＣ吸着材１７を加熱するための加熱手段として、前記図１のＥＧＲ装置に代えてヒータ４０を設けている。このヒータ４０は、サージタンク１３の周囲に付設されており、ＥＣＵ３０からの指令に基づきＯＮされる。本構成では、エンジン始動後にヒータ４０を一時的にＯＮすることにより、ＨＣ吸着材１７が加熱される。これにより、ＨＣ吸着材１７の吸着ＨＣが離脱しやすくなり、ＨＣ放出が確実に行われる。

ヒータ４０をサージタンク１３の周囲に設ける構成に代えて、同サージタンク１３の周囲に、エンジン冷却水や潤滑油を循環させるための配管を設ける構成としても良い。この場合、冷却水配管等からの受熱によりＨＣ吸着材１７が加熱される。これにより、前記同様、ＨＣ吸着材１７の吸着ＨＣが離脱しやすくなり、ＨＣ放出が確実に行われる。

サージタンク１３の周囲にヒータ４０を設ける構成や、同サージタンク１３の周囲に冷却水配管等を設ける構成を、前記図１の構成（加熱手段としてのＥＧＲ装置を具備する構成）に付加することも可能である。これにより、吸着ＨＣの離脱をより一層促進できる。

上記実施の形態では、サージタンク１３にＨＣ吸着材１７を設けたが、その構成を変更し、サージタンク１３以外の吸気通路部分（例えば吸気管１１や吸気マニホールド１４）にＨＣ吸着材１７を設けても良い。かかる構成であっても、ＥＧＲガス等によりＨＣ吸着材を加熱する構成とすれば、ＨＣ排出量を効果的に低減することが可能となる。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。 エンジン始動時のＥＧＲ動作を示すタイムチャートである。 ＨＣ排出量低減装置の別の構成を示す図である。

符号の説明

１０…エンジン、１１…吸気管、１２…スロットル弁、１３…サージタンク、１４…吸気マニホールド、２４…排気管、２７…ＥＧＲ通路、２８…ＥＧＲ制御弁、３０…ＥＣＵ、４０…ヒータ。

Claims (1)

1. 内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁と、
   前記スロットル弁よりも下流側に設けられたサージタンクと、
   前記吸気通路に設けられた炭化水素吸着材とを備える内燃機関の炭化水素排出量低減装置であって、
   前記内燃機関の排気通路において当該排気通路内に設けられた排気浄化用の触媒よりも下流側と前記吸気通路において前記スロットル弁及び前記サージタンクの間とを接続する還流通路を備え、
   前記炭化水素吸着材は、前記吸気通路において前記還流通路との接続点よりも下流側に配置されており、前記内燃機関から排出される排気の一部を前記還流通路を介して前記吸気通路側に還流させる構成としたことを特徴とする内燃機関の炭化水素排出量低減装置。

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