JP4449849B2 - 残留燃料除去装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気系に残留する燃料を除去する残留燃料除去装置に関する。

吸気ポート及び吸気弁に付着した燃料（ＨＣ）が、内燃機関の停止時に気化し、吸気通路に向かって対流することが知られている。
この気化したＨＣを吸着するため、サージタンクの内壁に吸着材を設けた装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、スロットルバルブやエアクリーナに吸着材を設けた装置が知られている（例えば、特許文献２，３参照）。

特開２００１−２２７４２１号公報 特開２００２−３３２９２４号公報 特開２００３−１０６２２５号公報

しかしながら、サージタンクの壁面近傍では、上記対流が発生しないか、発生したとしても速度が著しく低くなっている。このため、上記特許文献１に係る装置では、吸着材の周りに高濃度のＨＣが移動せず、ＨＣを十分に吸着することができない。
また、吸気ポートからスロットルバルブまでは距離が長いため、スロットルバルブまで上記対流が達しない可能性がある。このため、上記特許文献２に係る装置によってもＨＣを十分に吸着することができない。同様の理由により、上記特許文献３に係る装置によっても、ＨＣを十分に吸着することができない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、残留燃料の対流の中に吸着材を晒すことで、内燃機関の停止中に気化した残留燃料を効率良く吸着することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の吸気系に残留する燃料を除去する残留燃料除去装置であって、
各気筒の吸気通路に連通するサージタンクと、
前記サージタンクの壁面を兼ねる前記吸気通路の壁面に形成された開口部に配置され、吸気通路長を可変とする開閉弁と、
前記開閉弁に設けられ、気化した残留燃料を吸着する吸着材と、
内燃機関の停止中に前記開閉弁を開弁操作する開閉弁制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、内燃機関の吸気系に残留する燃料を除去する残留燃料除去装置であって、
各気筒の吸気通路に連通するサージタンクと、
前記サージタンク内の複数の室を仕切る壁面に形成された開口部に配置され、前記サージタンクの容積を可変とする開閉弁と、
前記開閉弁に設けられ、気化した残留燃料する吸着材と、
内燃機関の停止中に前記開閉弁を開弁操作する開閉弁制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

第１の発明によれば、残留燃料の対流中に吸着材が晒されるため、内燃機関の停止中に気化した残留燃料を効率良く吸着することができる。また、この発明によれば、内燃機関の停止中に発生する残留燃料の対流中に吸着材を晒すことができる。

第２の発明によれば、サージタンクの開口部を流れる残留燃料の対流中に吸着材が晒されるため、内燃機関の停止中に気化した残留燃料を効率良く吸着することができる。また、この発明によれば、内燃機関の停止中に発生する残留燃料の対流中に吸着材を晒すことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す図である。本実施の形態１のシステムは、内燃機関１としてのガソリンエンジンを備えている。
内燃機関１は、シリンダブロック２を備えている。シリンダブロック２には、複数の気筒４が設けられている。図１には、１つの気筒４のみを示している。

各気筒４の内部にはピストン６が設けられている。ピストン６は、クランク機構を介してクランクシャフト８と接続されている。クランクシャフト８の近傍には、クランク角センサ１０が設けられている。クランク角センサ１０は、クランクシャフト８の回転角度（以下「クランク角」という。）を検出するように構成されている。

また、シリンダブロック２には水温センサ１２が設けられている。水温センサ１２は、内燃機関１を循環する冷却水温を検出するように構成されている。

シリンダブロック２の上部にはシリンダヘッド１４が組み付けられている。ピストン６上面からシリンダヘッド１４までの空間は燃焼室１６を形成している。シリンダヘッド１４には、燃焼室１６内の混合気に点火する点火プラグ１８が設けられている。

シリンダヘッド１４は、燃焼室１６と連通する吸気ポート２０を備えている。吸気ポート２０と燃焼室１６との接続部には吸気弁２２が設けられている。

吸気ポート２０の近傍には、該近傍に燃料を噴射するインジェクタ２４が設けられている。吸気ポート２０には、吸気通路２６が接続されている。吸気通路２６の途中には、サージタンク２８が設けられている。サージタンク２８から吸気ポート２０までの吸気通路２６は、インテークマニホールドを構成する。

吸気通路２６の壁面２７の一部は、サージタンク２８の壁面を兼ねている。すなわち、壁面２７の一部は、吸気通路２６とサージタンク２８とで共用されている。この壁面２７の一部に、開口部２７Ａが形成されている。さらに、この開口部２７Ａに開閉弁３０が配置されている。開閉弁３０は、金属や樹脂等の材料により形成されたものである。

この開閉弁３０が開弁されると、吸気通路の長さ（以下「吸気通路長」という。）が短くなる。一方、図１に示すように、開閉弁３０が閉弁されると、吸気通路長が長くなる。よって、開閉弁３０は、吸気通路長を切り替え可能な切替弁として機能する。本実施の形態１のシステムは、可変吸気機構としての可変吸気通路長機構を有している。

開閉弁３０の両面には、吸着材３１が設けられている。吸着材３１は、気化したＨＣを吸着するように構成されたものである。吸着材３１の材料としては、例えば、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、アルミナのような多孔質物質を用いることができる。例えば、上記多孔質物質の粉末を開閉弁３０の両面にコーティングすることにより、吸着材３１を構成することができる。また、該粉末を袋やケースに収納したものを開閉弁３０に固定することにより、吸着材３１を構成することもできる。

サージタンク２８の上流にはスロットルバルブ３２が設けられている。スロットルバルブ３２は、スロットルモータ３４により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ３２は、アクセル開度センサ３８により検出されるアクセル開度AAに基づいて駆動されるものである。スロットルバルブ３２の近傍には、スロットル開度センサ３６が設けられている。スロットル開度センサ３６は、スロットル開度TAを検出するように構成されている。

スロットルバルブ３２の上流には、エアフロメータ４０が設けられている。エアフロメータ４０は、吸入空気量GAを検出するように構成されている。エアフロメータ４０の上流にはエアクリーナ４２が設けられている。エアクリーナ４２の上流は、大気に開放されている。

また、シリンダヘッド１４は、燃焼室１６と連通する排気ポート４４を備えている。排気ポート４４と燃焼室１６との接続部には排気弁４６が設けられている。排気ポート４４には排気通路４８が接続されている。排気通路４８には、空燃比センサ５０が設けられている。空燃比センサ５０は排気空燃比を検出するように構成されている。空燃比センサ５０の下流には、排気ガスを浄化するための触媒５２が設けられている。

本実施の形態１のシステムは、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。
ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ１０、冷却水温センサ１２、スロットル開度センサ３６、アクセル開度センサ３８、エアフロメータ４０、空燃比センサ５０等が接続されている。
また、ＥＣＵ６０の出力側には、点火プラグ１８、インジェクタ２４、開閉弁３０、スロットルモータ３４等が接続されている。
ＥＣＵ６０は、クランク角センサ１０の出力に基づいて、機関回転数NEを算出する。

［実施の形態１の特徴］
上記システムにおいて、インジェクタ２４から吸気ポート２０近傍に、燃料であるＨＣが噴射される。噴射されたＨＣは、吸気通路２６を流れる空気と混合され、燃焼室１６内に供給される。ここで、噴射されたＨＣの一部は、吸気ポート２０壁面及び吸気弁２２に付着する。また、インジェクタ２４は金属によってシールされているため、エンジン停止中にもインジェクタ２４からＨＣが漏れ出す場合がある。この場合も、漏れ出したＨＣがインジェクタ先端や吸気ポート２０に付着してしまう。
内燃機関１の停止時に、インジェクタ先端や吸気ポート２０や吸気弁２２に付着したＨＣが、内燃機関１の熱によって暖められ気化する。その結果、気化したＨＣが、吸気通路に向かって流れる。すなわち、ＨＣの対流が発生する。

既述した従来の装置によれば、気化したＨＣを吸着するために、図２に示すように、サージタンクの壁面６１に吸着材６２が設けられている。該サージタンク内にＨＣの対流が到達したとしても、壁面６１近傍にはほとんど対流が発生していないため、吸着材６２の近傍には高濃度のＨＣが供給されない。この装置において、吸着材６２表層にＨＣが吸着されると、吸着されたＨＣは内部に向かって移動する。そして、吸着材６２の表面近傍のＨＣ濃度が低くなるため、該表面近傍にＨＣが拡散し、次の吸着が行われる。すなわち、ＨＣの濃度差によって生じるＨＣの拡散により、ＨＣが吸着材６２に吸着される。このＨＣの拡散速度は対流速度に比して非常に低いため、吸着材６２によりＨＣを効率的に吸着することができない。

これに対して、本実施の形態１のシステムでは、可変吸気機構を構成する開閉弁３０に吸着材３１が設けられている。この開閉弁３０は、内燃機関停止時に開弁操作される。すなわち、この開閉弁３０の開弁操作により、短い吸気通路長に切り替えられる。その結果、吸気ポート２０で発生した対流が、開口部２７Ａを介してサージタンク２８に流れ込む。よって、この吸着材３１が、対流の中に晒されることとなる。対流により、吸着材３１の表面近傍に高濃度のＨＣが供給される。さらに、図３に示すように、対流により、ＨＣが吸着材３１の表層だけではなく、吸着材３１の内部にも直接吸着される。従って、吸着材３１によりＨＣを効率良くかつ十分に吸着することができる。

なお、サージタンク２８からスロットルバルブ３２及びエアクリーナ４２までの距離は長いため、吸気ポート２０で発生した対流は該スロットルバルブ３２及びエアクリーナ４２まで到達しない可能性が高い。

また、本実施の形態１のシステムによれば、内燃機関の始動と同時、具体的には、初爆完了後（つまり、クランキング終了後）に、開閉弁３０が閉弁操作される。すなわち、低回転域では、吸気効率を上げるため、開閉弁３０により開口部２７Ａが塞がれ、吸気通路長が長くされる。このとき、吸気通路側に設けられた吸着材３１に吸着されたＨＣのみがパージされる。ここで、開閉弁３０は吸気通路２６の壁面の一部を構成しているため、開閉弁３０近傍の吸入空気の流速は低い。よって、吸着材３１からのＨＣの脱離量が少ないため、空燃比制御に与える影響は小さい。

また、高回転域では、開閉弁３０が開弁操作される。すなわち、高回転域では、吸気効率を上げるため、吸気通路長が短くされる。このとき、吸着材３１は、吸入空気の流れの中に晒されることとなる。よって、開閉弁３０の両面上の吸着材３１に吸着されたＨＣを効率良くパージすることができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図４は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図４に示すルーチンによれば、先ず、機関回転数NEを読み込む（ステップ１００）。ここで、ＥＣＵ６０は、クランク角センサ１０により検出されたクランク角に基づいて、機関回転数NEを算出することができる。

次に、上記ステップ１００で読み込まれた機関回転数NEに基づいて、内燃機関が停止中であるか否かを判別する（ステップ１０２）。このステップ１０２において、スタータのＯＮ後、初爆完了前のクランキング中は、内燃機関停止中であるとみなされる。

上記ステップ１０２で内燃機関停止中であると判別された場合には、開閉弁３０を開弁操作する（ステップ１０４）。これにより、開閉弁３０及び吸着材３１が、気化したＨＣの対流中に晒されるため、該ＨＣが吸着材３１に効率良く吸着される。

その後、本ルーチンを一旦終了した後、再び本ルーチンが起動されると、上記ステップ１０２で内燃機関停止中でないと判別された場合、つまり、内燃機関が始動されたと判別されると、機関回転数NEが所定値よりも小さいか否かを判別する（ステップ１０６）。この所定値は、開閉弁３０を閉弁した方が開弁するよりも吸気効率が良い低回転域か、あるいは、開閉弁３０を開弁した方が閉弁するよりも吸気効率が良い高回転域かを判別するための閾値である。すなわち、このステップ１０６では、吸気効率を高めるために、開閉弁３０を開弁して吸気通路長を長くするか、開閉弁３０を閉弁して吸気通路長を短くするかが判別される。

ステップ１０６で機関回転数NEが所定値よりも小さいと判別された場合には、つまり、低回転域であると判別された場合には、開閉弁３０を閉弁操作する（ステップ１０８）。これにより、開口部２７Ａが塞がれ、吸気通路長が短くされる。その結果、開閉弁３０の吸気通路２６側の面に設けられた吸着材３１に吸着されたＨＣがパージされる。

一方、ステップ１０６で機関回転数NEが所定値以上であると判別された場合には、つまり、高回転域であると判別された場合には、開閉弁３０を開弁操作する（ステップ１１０）。これにより、吸気通路長が長くされる。その結果、開閉弁３０及び吸着材３１が空気の流れの中に晒されることとなる。すなわち、開閉弁３０の両面に吸入空気が流れるため、吸着材３１に吸着されたＨＣが効率良くパージされる。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、サージタンク壁面を兼ねる吸気通路壁面２７の開口部２７Ａに設けられた開閉弁３０に吸着材３１が設けられる。そして、内燃機関停止中に開閉弁３０を開弁操作することにより、ＨＣの対流中に吸着材３１が晒される。これにより、吸着材３１にＨＣを効率良くかつ十分に吸着させることができる。
また、高回転域において開閉弁３０を開弁操作することにより、吸入空気の流れの中に吸着材３１が晒される。これにより、吸着材３１に吸着されたＨＣを効率良くパージすることができる。

ところで、上記実施の形態１では、開閉弁３０の中央の軸を中心として回転するタイプの開閉弁３０を用いているが、開閉弁のタイプはこれに限られず、他のタイプの開閉弁を用いることができる。図５は、本実施の形態１の変形例を示す図である。図５に示すように、開閉弁の端部の軸を中心として回転するタイプの開閉弁３０、すなわち、片持ちタイプの開閉弁３０を用いることができる。この場合、開閉弁３０のサージタンク２８側の面に吸着材３１を設けることにより、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、上記実施の形態１では、開閉弁３０を芯材として、その両面に吸着材３１が形成されているが、開閉弁自体を吸着材で構成するようにしてもよい。例えば、活性炭の粉末で成型された開閉弁を用いることができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１のシステムは、可変吸気機構としての可変吸気通路長機構を有していた。本発明の実施の形態２のシステムは、可変吸気機構としての可変容積機構を有している。なお、その他の共通する構成要素については、説明を省略する。

［システム構成の説明］
図６は、本実施の形態２によるシステム構成を示す図である。
図６に示すように、サージタンク２８は、複数の容積室２８Ａ，２８Ｂを有している。第１室２８Ａは、上流のスロットルバルブ３２と、下流の吸気ポート２０とにそれぞれ連通している。第１室２８Ａと第２室２８Ｂとを仕切るための壁面２８Ｃには、開口部２８Ｄが形成されている。この開口部２８Ｄには、開閉弁３０が配置されている。

この開閉弁３０が開弁されると、第１室２８Ａと第２室２８Ｂが連通するため、サージタンク２８の容積が大きくなる。一方、図６に示すように、開閉弁３０が閉弁されると、第２室２８Ｂが塞がれ吸気系として機能しないため、サージタンク２８の容積が小さくなる。よって、開閉弁３０は、サージタンク２８の容積を切替可能な切替弁として機能する。本実施の形態２のシステムは、可変吸気機構としての可変容積機構を有している。

開閉弁３０の両面には、上記実施の形態１と同様に、吸着材３１が設けられている。

［実施の形態２の特徴］
本実施の形態２のシステムでは、可変吸気機構を構成する開閉弁３０に吸着材３１が設けられている。この開閉弁３０は、内燃機関停止時に開弁操作される。すなわち、この開閉弁３０の開弁操作により、第１室２８Ａと第２室２８Ｂとが連通して、サージタンク２８の容積が大きくなる。その結果、吸気ポート２０で発生したＨＣの対流が、吸気通路２６を通ってサージタンク２８の第１室２８Ａ及び第２室２８Ｂに流れ込む。よって、吸着材３１が、対流の中に晒されることとなる。図３に示すように、この対流により、吸着材３１の表面近傍に高濃度のＨＣが供給され、ＨＣが吸着材３１の表層に吸着される。さらに、対流により、吸着材３１の内部に直接ＨＣが吸着される。従って、吸着材３１によりＨＣを効率良くかつ十分に吸着することができる。

また、本実施の形態２のシステムによれば、内燃機関の始動と同時、具体的には、初爆完了後（つまり、クランキング終了後）に、開閉弁３０が閉弁操作される。すなわち、低回転域では、吸気効率を上げるため、開閉弁３０により開口部２８Ｄが塞がれ、サージタンク容積が小さくされる。このとき、第１室２８Ａ側に設けられた吸着材３１に吸着されたＨＣのみがパージされる。ここで、吸着材３１近傍の吸入空気の流速は低い。よって、吸着材３１からのＨＣの脱離量が少ないため、空燃比制御に与える影響は小さい。

また、高回転域では、開閉弁３０が開弁操作される。すなわち、高回転域では、吸気効率を上げるため、サージタンク容積が大きくされる。このとき、吸着材３１は、吸入空気の流れの中に晒されることとなる。よって、開閉弁３０の両面上の吸着材３１に吸着されたＨＣを効率良くパージすることができる。

本実施の形態２の具体的処理については、図４に示すルーチンと同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように、本実施の形態２によれば、サージタンク容積を可変とする開閉弁３０に吸着材３１が設けられる。そして、内燃機関停止中に開閉弁３０を開弁操作することにより、ＨＣの対流中に吸着材３１が晒される。これにより、吸着材３１にＨＣを効率良くかつ十分に吸着させることができる。
また、高回転域において開閉弁３０を開弁操作することにより、吸入空気の流れの中に吸着材３１が晒される。これにより、吸着材３１に吸着されたＨＣを効率良くパージすることができる。

尚、上記実施の形態１，２においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１０４の処理を実行することにより第１又は第２の発明における「開閉弁制御手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す図である。 従来の装置におけるＨＣの吸着を説明するための図である。 図１に示すシステムにおけるＨＣの吸着を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２によるシステム構成を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダブロック
４ 気筒
６ ピストン
８ クランクシャフト
１０ クランク角センサ
１２ 水温センサ
１４ シリンダヘッド
１６ 燃焼室
１８ 点火プラグ
２０ 吸気ポート
２２ 吸気弁
２４ インジェクタ
２６ 吸気通路
２７ 壁面
２７Ａ 開口部
２８ サージタンク
２８Ａ 第１室
２８Ｂ 第２室
２８Ｃ 壁面
２８Ｄ 開口部
３０ 開閉弁
３１ 吸着材
３２ スロットルバルブ
３４ スロットルモータ
３６ スロットル開度センサ
３８ アクセル開度センサ
４０ エアフロメータ
４２ エアクリーナ
４４ 排気ポート
４６ 排気弁
４８ 排気通路
５０ 空燃比センサ
５２ 触媒

Claims (2)

1. 内燃機関の吸気系に残留する燃料を除去する残留燃料除去装置であって、
   各気筒の吸気通路に連通するサージタンクと、
   前記サージタンクの壁面を兼ねる前記吸気通路の壁面に形成された開口部に配置され、吸気通路長を可変とする開閉弁と、
   前記開閉弁に設けられ、気化した残留燃料を吸着する吸着材と、
   内燃機関の停止中に前記開閉弁を開弁操作する開閉弁制御手段と、
   を備えたことを特徴とする残留燃料除去装置。
2. 内燃機関の吸気系に残留する燃料を除去する残留燃料除去装置であって、
   各気筒の吸気通路に連通するサージタンクと、
   前記サージタンク内の複数の室を仕切る壁面に形成された開口部に配置され、前記サージタンクの容積を可変とする開閉弁と、
   前記開閉弁に設けられ、気化した残留燃料する吸着材と、
   内燃機関の停止中に前記開閉弁を開弁操作する開閉弁制御手段と、
   を備えたことを特徴とする残留燃料除去装置。

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