JPH04358754A - 過給機付エンジンの蒸発燃料制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両の燃料タンクから
発生する蒸発燃料を燃焼室に導き、大気中に放出される
蒸発燃料を規制するようにした過給機付エンジンの蒸発
燃料制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の燃料タンクから発生する蒸発燃
料をそのまま大気中に放出させることは大気汚染の原因
となるため、この蒸発燃料をエンジンの吸気通路に導入
し、供給燃料とともに燃焼室内で燃焼させるようにした
装置が知られている。この装置では、蒸発燃料は活性炭
などの吸着剤を収納したキャニスタに導かれ、吸着剤に
一時的に吸着される。吸着剤に吸着された蒸発燃料は、
エンジン運転時に吸気管負圧によって吸着剤から離脱し
、吸気とともに燃焼室内に導入される。

【０００３】蒸発燃料制御装置に関する先行技術の一例
として、たとえば特開昭６１−１９９６２号公報が知ら
れている。この装置では、キャニスタとスロットル弁下
流とを連通するパージ通路にパージ用電磁弁が設けられ
ており、このパージ用電磁弁を吸入空気量に応じてデュ
ーティ制御することにより、蒸発燃料のパージ流量が最
適に調整される。しかし、蒸発燃料のパージ流量の調整
をデューティ制御によって行なう装置においては、パー
ジ用電磁弁が燃料中の固型成分等の付着によって開き側
で故障すると、スロットル弁が全閉となるアイドリング
時または減速時に、大量の蒸発燃料がキャニスタから吸
気通路（サージタンク）に流れる。そのため、空燃比が
大きく変動し、エンジンの不調またはエンジンストール
を招くおそれがある。また、パージ用電磁弁の開弁側で
の故障によって空燃比がオーバリッチになりエンジンが
失火した場合は、未燃燃料が排気通路に配置される排気
ガス触媒に滞留し、この触媒での未燃燃料の燃焼により
、触媒が溶損するおそれも生じる。

【０００４】このような問題に対処するため、図５に示
すように、キャニスタ９０に吸着された蒸発燃料をパー
ジさせるパージ用電磁弁９１の下流にフェイルセーフ用
の連通制御弁９２を設けた装置が知られている（実開平
２−６１１７３号公報）。この装置においては、パージ
用電磁弁９１が開弁されない運転領域では、連通制御弁
９２は吸気管負圧によって閉弁されるようになっている
。したがって、パージ用電磁弁９１が開き側で故障した
場合は、連通制御弁９２によってパージ通路９３は確実
に閉じられ、大量の蒸発燃料の吸気通路９４への流入に
よるエンジンストール等の発生が防止される。

【０００５】このように、パージ通路に、蒸発燃料のパ
ージ流量をデューティ制御により調整するパージ用電磁
弁と、たとえばスロットル弁の全閉時の吸気管負圧をダ
イヤフラム室に導入して閉弁作動する制御弁とを直列に
設けることにより、パージ用電磁弁が開弁状態で故障し
た場合でも、蒸発燃料のパージが停止される。制御弁を
ダイヤフラム式のバルブ構成としたのは、パージ通路の
閉塞機構を制御圧力による純機械的な構成とすることが
でき、電気的な制御に比べ信頼性が高いからである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、制御弁
をダイヤフラム式のバルブ構成にすると、過給機付エン
ジンに適用した場合は耐久信頼性の点で問題がある。す
なわち、過給機付エンジンでは、スロットル弁の下流に
位置するサージタンク内の圧力は、負圧から正圧に変化
したり正圧から負圧に変化したりするので、ダイヤフラ
ム室にスロットル弁下流の圧力を導く構成の場合は、ダ
イヤフラムが負圧および正圧によって往復動することに
なり、ダイヤフラムの寿命が大幅に低下する。一般にダ
イヤフラムは一方向の圧力に対しては比較的耐久性が良
いのであるが、ダイヤフラムに負圧または正圧が作用す
る構成の場合は、使用が過酷になり、耐久信頼性が著し
く低下する。したがって、ダイヤフラムが破損した場合
は、パージ通路を開閉することが不可能になり、制御弁
はパージ用電磁弁のフェイルセーフ機能を果たさなくな
る。

【０００７】本発明は、上記の問題に着目し、パージ通
路に配置される制御弁のダイヤフラム室に負圧と正圧が
繰返し作用する場合でも、制御弁の耐久信頼性を向上さ
せることが可能な過給機付エンジンの蒸発燃料制御装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明に
係る過給機付エンジンの蒸発燃料制御装置は、燃料タン
クから発生する蒸発燃料をキャニスタに吸着させ、該吸
着された蒸発燃料をパージ通路を介してスロットル弁下
流の吸気通路に導くようにした過給機付エンジンの蒸発
燃料制御装置において、前記パージ通路に、蒸発燃料の
パージ流量をデューティ制御により調整するパージ用電
磁弁と、前記スロットル弁の全閉時の吸気管負圧のダイ
ヤフラム室への導入によって閉弁する制御弁とを直列に
設け、前記吸気管負圧を制御弁のダイヤフラム室へ導く
制御圧力通路に、スロットル弁下流から前記ダイヤフラ
ム室へ向う吸気の流れを阻止するチェック弁を設け、前
記ダイヤフラム室を絞り弁を介して大気と連通させたも
のから成る。

【０００９】

【作用】このように構成された過給機付エンジンの蒸発
燃料制御装置においては、スロットル弁の全閉時にはチ
ェック弁を介してスロットル弁下流側に吸気が流れ、そ
の負圧により制御弁が閉弁される。過給域に入ってスロ
ットル弁下流側の圧力が負圧から正圧（過給圧）に変化
すると、チェック弁により制御弁のダイヤフラム室に正
圧がかからなくなり、ダイヤフラムの反対方向の変位が
防止される。また、この状態では制御弁からチェック弁
までの間に存在する負圧は、絞り弁を介して大気側に逃
がされるため、ダイヤフラムは圧力の変化に追従して迅
速に動くことがなくなり、負圧から正圧への変化または
正圧から負圧への急激な変化の繰返しの場合でも、ダイ
ヤフラムの変位頻度が緩和される。このように、ダイヤ
フラムの反対方向の変位が防止され、かつその変位頻度
が緩和されるので、ダイヤフラムの寿命の向上がはかれ
、制御弁の耐久信頼性が高められる。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明に係る過給機付エンジンの蒸
発燃料制御装置の望ましい実施例を、図面を参照して説
明する。図１ないし図４は、本発明の一実施例を示して
おり、とくに車両に搭載される６気筒エンジンに適用し
た場合を示している。このうち、図１は蒸発燃料制御装
置を中心としたエンジンの系統図を示しており、図２は
蒸発燃料制御装置を除いたエンジンの制御系統図を示し
ている。図２において、１はエンジン、２はサージタン
ク、３は排気マニホールドを示す。排気マニホールド３
は排気干渉を伴わない＃１〜＃３気筒群と＃４〜＃６気
筒群の２つに集合され、その集合部が連通路３ａによっ
て連通されている。７、８は互いに並列に配置された主
ターボチャージャ、副ターボチャージャである。ターボ
チャージャ７、８のそれぞれのタービン７ａ、８ａは排
気マニホールド３の集合部に接続され、それぞれのコン
プレッサ７ｂ、８ｂは、インタクーラ６、スロットル弁
４を介してサージタンク２に接続されている。

【００１１】主ターボチャージャ７は、低吸入空気量域
から高吸入空気量域まで作動され、副ターボチャージャ
８は低吸入空気量域で停止される。双方のターボチャー
ジャ７、８の作動、停止を可能ならしめるために、副タ
ーボチャージャ８のタービン８ａの下流に排気切替弁１
７が、コンプレッサ８ｂの下流に吸気切替弁１８が設け
られる。吸、排気切替弁１８、１７の両方とも開弁のと
きは、両方のターボチャージャ７、８が作動される。副
ターボチャージャ８のタービン８ａの下流と主ターボチ
ャージャ７のタービン７ａの下流とは、排気バイパス通
路４０を介して連通可能となっている。排気バイパス通
路４０には、この排気バイパス通路４０を開閉する排気
バイパス弁４１が設けられている。排気バイパス弁４１
は、ダイヤフラム式アクチュエータ４２によって開閉さ
れるようになっている。

【００１２】低吸入空気量域で停止される副ターボチャ
ージャ８の吸気通路には、１個ターボチャージャから２
個ターボチャージャへの切替を円滑にするために、コン
プレッサ７ｂの上流とコンプレッサ８ｂの下流とを連通
する吸気バイパス通路１３と、吸気バイパス通路１３の
途中に配設される吸気バイパス弁３３が設けられる。吸
気バイパス弁３３はダイヤフラム式のアクチュエータ１
０によって開閉される。吸気切替弁１８の上流と下流と
を連通するバイパス通路には、逆止弁１２が設けられて
おり、吸気切替弁１８の閉時において副ターボチャージ
ャ８側のコンプレッサ出口圧力が主ターボチャージャ７
側より大になったとき、空気が上流側から下流側に流れ
ることができるようにしてある。なお、図中、１４はコ
ンプレッサ出口側の吸気通路、１５はコンプレッサ入口
側の吸気通路を示す。吸気通路１５はエアフローメータ
２４を介してエアクリーナ２３に接続される。排気通路
を形成するフロントパイプ２０は、排気ガス触媒２１、
２２を介して排気マフラー（図示せず）に接続される。 吸気切替弁１８はアクチュエータ１１によって開閉され
、排気切替弁１７はダイヤフラム式アクチュエータ１６
によって開閉されるようになっている。ウエストゲート
バルブ３１は、アクチュエータ９によって開閉されるよ
うになっている。

【００１３】アクチュエータ９、１０、１１、１６、４
２は、過給圧または負圧の導入によって作動するように
なっている。各アクチュエータ９、１０、１１、１６、
４２には、正圧タンク５１からの過給圧または負圧とエ
アフローメータ２４の下流からの大気圧とを選択的に切
り替えるために、第１、第２、第３、第４、第５、第６
の電磁弁２５、２６、２７、２８、３２、４４が接続さ
れている。各電磁弁２５、２６、２７、２８、３２、４
４の切替は、エンジンコントロールコンピュータ２９か
らの指令に従って行なわれる。なお、第２の電磁弁２６
へ負圧を導入する通路には、負圧の一方の流れのみを許
すチェック弁４５が介装されている。

【００１４】第１の電磁弁２５のＯＮは、吸気切替弁１
８を全開とするようにアクチュエータ１１を作動させ、
ＯＦＦは吸気切替弁１８を全閉とするようにアクチュエ
ータ１１を作動させる。第４の電磁弁２８のＯＮは、排
気切替弁１７を全開とするようにアクチュエータ１６を
作動させ、ＯＦＦは排気切替弁１７を全閉するようにア
クチュエータ１０を作動させる。第３の電磁弁２７のＯ
Ｎは吸気バイパス弁３３を全閉とするようにアクチュエ
ータ１０を作動させ、ＯＦＦは吸気バイパス弁３３を全
開するようにアクチュエータ１０を作動させる。

【００１５】排気バイパス弁４１を作動させるアクチュ
エータ４２に大気圧を導入する第５の電磁弁３２は、Ｏ
Ｎ、ＯＦＦ制御でなく、デューティ制御される。同様に
、ウエストゲートバルブ３１を作動させるアクチュエー
タ９に過給圧を導く第６の電磁弁４４も、ＯＮ、ＯＦＦ
制御でなく、デューティ制御される。デューティ制御は
、周知の通り、デューティ比により通電時間を制御する
ことであり、デジタル的に通電、非通電の割合を変える
ことにより、アナログ的に平均電流が可変制御される。 なお、デューティ比は、１サイクルの時間に対する通電
時間の割合であり、１サイクル中の通電時間をＡ、非通
電時間をＢとすると、デューティ比＝Ａ／（Ａ＋Ｂ）×
１００（％）で表わされる。本実施例では、第５の電磁
弁３２と第６の電磁弁４４をデューティ制御することに
より、これらの電磁弁の開口量を可変させることが可能
となっている。

【００１６】排気バイパス弁４１の開度は、アクチュエ
ータ４２のダイヤフラム室４２ａに導入される過給圧の
大気へのブリード量（リーク量）を第５の電磁弁３２の
デューティ制御によって可変させることにより可変可能
となっている。ウェストゲートバルブ３１の開度は、ア
クチュエータ９のダイヤフラム室９ｂに導入される過給
圧の大気へのブリード量（リーク量）を第６の電磁弁４
４のデューティ制御によって可変させることにより可変
可能となっている。

【００１７】エンジンコントロールコンピュータ２９は
、エンジンの各種運転条件検出センサと電気的に接続さ
れ、各種センサからの信号が入力される。エンジン運転
条件検出センサには、吸気管圧力センサ３０、スロット
ル開度センサ５、吸入空気量測定センサとしてのエアフ
ローメータ２４、エンジン回転数センサ５０、および酸
素センサ１９が含まれる。エンジンコントロールコンピ
ュータ２９は、演算をするためのセントラルプロセッサ
ユニット（ＣＰＵ）、読み出し専用のメモリであるリー
ドオンリメモリ（ＲＯＭ）、一時記憶用のランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）、入出力インターフェイス（Ｉ／
Ｏインターフェイス）、各種センサからのアナログ信号
をディジタル量に変換するＡ／Ｄコンバータを備えてい
る。

【００１８】図１は、蒸発燃料制御装置を中心としたエ
ンジンの系統図を示している。図中、６１は車両に搭載
される燃料タンクを示している。燃料タンク６１で発生
した蒸発燃料は、通路６２を介してチャコールキャニス
タ６３に導かれるようになっている。チャコールキャニ
スタ６３は、周知の通り活性炭が収納された蒸発燃料の
吸着容器であり、燃料タンク６１からの蒸発燃料は、こ
のチャコールキャニスタ６３の活性炭に一旦吸着される
ようになっている。チャコールキャニスタ６３には、メ
インパージ通路６４とサブパージ通路６５の２系統のパ
ージ通路が接続されている。

【００１９】サブパージ通路６５の下流端は、主ターボ
チャージャ７のコンプレッサ７ｂ上流に接続されている
。サブパージ通路６５には、第１のバキュームコントロ
ールバルブ（ＶＣＶ１）６６が介装されている。第１の
バキュームコントロールバルブ６６は、ダイヤフラム式
のアクチュエータ６６ａによって開閉駆動されるように
なっている。アクチュエータ６６ａのダイヤフラム室に
は、通路６７を介してコンプレッサ７ｂ下流側の過給圧
が導かれるようになっている。メインパージ通路６４の
下流端は、サージタンク２に接続されている。メインパ
ージ通路６４には、制御弁としての第２のバキュームコ
ントロールバルブ（ＶＣＶ２）６９とパージ用電磁弁７
０が介装されている。第２のバキュームコントロールバ
ルブ６９とパージ用電磁弁７０とは、直列に接続されて
いる。第２のバキュームコントロールバルブ６９は、ダ
イヤフラム式のアクチュエータ６９ａによって開閉駆動
されるようになっている。アクチュエータ６９ａのダイ
ヤフラム室６９ｂには、制御圧力通路８１を介してスロ
ットル弁４の直下流の吸気管負圧が導かれるようになっ
ている。パージ用電磁弁７０は、エンジンコントロール
コンピュータ２９によるデューティ比の変化によってメ
インパージ通路６４を流れる蒸発燃料のパージ量を制御
する機能を有する。

【００２０】吸気管負圧を制御弁としての第２のバキュ
ームコントロールバルブ６９のダイヤフラム室６９ｂに
導く制御圧力通路８１には、スロットル弁４の下流から
ダイヤフラム室６９ｂに向う吸気の流れを阻止するチェ
ック弁８２が設けられている。また、ダイヤフラム室６
９ｂは、通路８３を介して主、副ターボチャージャ７、
８の上流の吸気通路８５と連通可能となっている。通路
８３には、吸気の流れを制限する絞り（オリフィス）８
４ａとチェック弁８４ｂとを有する絞り弁８４が設けら
れている。チェック弁８４ｂを設けたのは、スロットル
弁４の急閉弁による吸気の逆流を考慮したためである。

【００２１】エンジンコントロールコンピュータ２９は
、エアフローメータ２４およびエンジン回転数センサ５
０からの信号によりエンジン１回転当りの吸入空気量を
算出する機能を有している。また、エンジンコントロー
ルコンピュータ２９は、エンジン回転数（ＮＥ）とエン
ジン１回転当りの吸入空気量（ＧＮ）とに基づき、図４
に示すデューティ比マップＭ１　からデューティ比を求
め、パージ用電磁弁７０のデューティ制御を行なう機能
を有している。

【００２２】つぎに、上記のエンジンの蒸発燃料制御装
置における作用について説明する。高吸入空気量域では
、吸気切替弁１８と排気切替弁１７がともに開かれ、吸
気バイパス弁３３が閉じられる。これによって２個ター
ボチャージャ７、８が駆動され、十分な過給空気量が得
られ、出力が向上される。低速域でかつ高負荷時には、
吸気切替弁１８と排気切替弁１７がともに閉じられ、吸
気バイパス弁３３が開かれる。これによって１個のター
ボチャージャ７のみが駆動される。低吸入空気量域で１
個ターボチャージャとする理由は、低吸入空気量域では
１個ターボチャージャ過給特性が２個ターボチャージャ
過給特性より優れているからである。１個ターボチャー
ジャとすることにより、過給圧、トルクの立上りが早く
なり、レスポンスが迅速となる。低吸入空気量域から高
吸入空気量域に移行するとき、つまり１個ターボチャー
ジャから２個ターボチャージャ作動へ切り替えるときに
は、吸気切替弁１８および排気切替弁１７が閉じられて
いるときに排気バイパス弁４１をデューティ制御により
小開制御し、さらに吸気バイパス弁３３を閉じることに
より副ターボチャージャ８の助走回転数を高め、ターボ
チャージャの切替をより円滑（切替時のショックを小さ
く）に行うことが可能になる。

【００２３】上述の制御過程では、スロットル弁４が開
弁されると、制御圧力通路８１はスロットル弁４の直上
流と連通されて大気圧となる。そして、制御弁としての
第２のバキュームコントロールバルブ６９のダイヤフラ
ム室６９ｂからチェック弁８２までの間に存在する負圧
は、絞り弁８４を介して大気側に逃がされ、ダイヤフラ
ム室６９ｂ内のスプリングの力により第２のバキューム
コントロールバルブ６９は開弁状態となる。したがって
、サージタンク２内が負圧の場合は、チャコールキャニ
スタ６３に吸着されていた蒸発燃料は、メインパージ通
路６４を介してサージタンク２に導かれ、この時の蒸発
燃料のパージ量はパージ用電磁弁７０のデューティ制御
によって制御される。このように、メインパージ通路６
４は、低、中吸入空気量域でのみパージを行なう機能を
有する。

【００２４】サージタンク２内が過給によって正圧にな
った場合は、第２のバキュームコントロールバルブ６９
の閉弁によりメインパージ通路６４は閉じられる。この
状態では、第１のバキュームコントロールバルブ６６の
アクチュエータ６６ａには正圧が導かれ、第１のバキュ
ームコントロール６６の開弁によりサブパージ通路６５
は開かれる。サブパージ通路６５が開かれると、チャコ
ールキャニスタ６３に吸着されていた蒸発燃料は、サブ
パージ通路６５を介して主ターボチャージャ７のコンプ
レッサ７ｂの直上流に導かれ、蒸発燃料のパージが行な
われる。このように、サブパージ通路６５は、高吸入空
気量域のみで蒸発燃料のパージを行なう機能を有する。

【００２５】スロットル弁４の全閉時には、上述したよ
うにチェック弁８２を介してスロットル弁下流側に吸気
が流れ、その負圧により制御弁としての第２のバキュー
ムコントロールバルブ６９が閉弁される。過給域に入っ
てスロットル弁下流側の圧力が負圧から正圧に変化する
と、従来ではこの正圧がそのまま第２のバキュームコン
トロールバルブ６９に導かれていたが、本実施例ではチ
ェック弁８２の閉弁により第２のバキュームコントロー
ルバルブ６９のダイヤフラム室６９ｂに正圧がかからな
くなり、ダイヤフラム６９ｃの反対方向の変位が防止さ
れる。つまり、ダイヤフラム６９ｃは、一般の使用条件
と同様に一方向にのみ変位することになる。また、この
状態では、第２のバキュームコントロールバルブ６９か
らチェック弁８２までの間に存在する負圧は、絞り弁８
４を介して大気とほぼ同じ圧力になる吸気通路８５に逃
がされるため、急激な負圧から正圧への変化または正圧
から負圧への変化の繰返しが生じても、第２のバキュー
ムコントロールバルブ６９のダイヤフラム６９ｃ変位頻
度が緩和される。このように、ダイヤフラム６９ｃの反
対方向の変位が防止され、しかもその変位頻度が緩和さ
れるので、ダイヤフラム６９ｃに無理な負担がかからな
くなり、ダイヤフラム６９ｃの寿命が高められる。なお
、本実施例では、絞り弁８４の一方を吸気通路８５と接
続したが、大気側に直接連通する構成としても同様な効
果が得られる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る過給
機付エンジンの蒸発燃料制御装置によるときは、パージ
通路に、蒸発燃料のパージ流量をデューティ制御により
調整するパージ用電磁弁と、スロットル弁の全閉時の吸
気負圧のダイヤフラム室への導入によって閉弁する制御
弁とを直列に設け、吸気負圧を制御弁のダイヤフラム室
へ導く制御圧力通路に、スロットル弁下流からダイヤフ
ラム室へ向う吸気の流れを阻止するチェック弁を設け、
ダイヤフラム室を絞り弁を介して大気と連通させるよう
にしたので、制御弁のダイヤフラム室に負圧と正圧が繰
返し作用しても、ダイヤフラムに無理な力がかからなく
なる。したがって、ダイヤフラムの寿命が長くなり、制
御弁の耐久信頼性を大幅に向上させることができる。そ
の結果、制御弁のフェイルセーフ機能が十分に発揮でき
、パージ用電磁弁が開き側で故障した場合でもパージ通
路を確実に閉塞させることが可能となり、蒸発燃料装置
の信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る過給機付エンジンの蒸
発燃料制御装置の系統図である。

【図２】図１のエンジンの制御系統図である。

【図３】図１における制御弁の拡大断面図である。

【図４】図１の装置におけるパージ用電磁弁のデューテ
ィ比を求めるマップ図である。

【図５】従来のエンジンの蒸発燃料制御装置の系統図で
ある。

【符号の説明】

１　　エンジン ２　　サージタンク ４　　スロットル弁 ７　　主ターボチャージャ ８　　副ターボチャージャ ２９　　エンジンコントロールコンピュータ６１　　燃
料タンク ６３　　チャコールキャニスタ ６４　　パージ通路（メインパージ通路）６９　　制御
弁（第２のバキュームコントロールバルブ）６９ｂ　　
ダイヤフラム室 ６９ｃ　　ダイヤフラム ７０　　パージ用電磁弁（バキュームスイッチングバル
ブ） ８１　　制御圧力通路 ８２　　チェック弁 ８４　　絞り弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　燃料タンクから発生する蒸発燃料をキ
   ャニスタに吸着させ、該吸着された蒸発燃料をパージ通
   路を介してスロットル弁下流の吸気通路に導くようにし
   た過給機付エンジンの蒸発燃料制御装置において、前記
   パージ通路に、蒸発燃料のパージ流量をデューティ制御
   により調整するパージ用電磁弁と、前記スロットル弁の
   全閉時の吸気管負圧のダイヤフラム室への導入によって
   閉弁する制御弁とを直列に設け、前記吸気管負圧を制御
   弁のダイヤフラム室へ導く制御圧力通路に、スロットル
   弁下流から前記ダイヤフラム室へ向う吸気の流れを阻止
   するチェック弁を設け、前記ダイヤフラム室を絞り弁を
   介して大気と連通させたことを特徴とする過給機付エン
   ジンの蒸発燃料制御装置。