JP2778337B2 - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気装置に関
し、特に、燃料タンク内の燃料から発生する蒸散ガスの
浄化の効率化を図ったものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の燃料タンクにはガソリンなどの
燃料が必要量蓄えられているが、この燃料がエンジンの
暖気や外気などの気温差によって蒸散してしまう。この
蒸散ガスには炭化水素（Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ 以
下、ＨＣと称する。）などの有害物質が含有されてお
り、従って、この蒸散ガスをそのまま外部に放出するこ
とはできず、一時、キャニスタに貯め、エンジンが始動
すると、このエンジンに吸入することで処理している。

【０００３】図４に従来のエンジンの吸気及び排気系の
システムの概略を示す。

【０００４】図４に示すように、エンジン１０には吸気
ポート１１及び排気ポート１２が設けられ、吸気バルブ
１３及び排気バルブ１４によって開閉自在となってい
る。また、クランクシャフト１５にはコンロッド１６を
介してピストン１７が連結され、シリンダ内を上下移動
自在に支持されている。そして、ピストン１７の上部に
は燃焼室１８が形成され、ここに点火プラグ１９が取付
けられている。

【０００５】エアクリーナ２０は吸入する空気中の浮遊
するごみを除去するためのものであり、吸気管２１によ
ってサージタンク２２、そして、エンジン１０の吸気ポ
ート１１に連結されている。この吸気管２１のエアクリ
ーナ２０側にはエアフローセンサ２３が設けられると共
に、吸気管２１のサージタンク２２側にはスロットルバ
ルブ２５及びスロットルポジションセンサ２４が設けら
れている。そして、エアフローセンサ２３及びスロット
ルポジションセンサ２４はエンジンコントロールユニッ
ト（以下、ＥＣＵと称する。）２６に接続され、その検
出結果を出力できるようになっている。また、エンジン
１０の吸気ポート１１にはインジェクタ２７が取付けら
れており、燃料タンク２８内に貯蔵されたガソリンをＥ
ＣＵ２６の指令に基づいて所定量噴射することができる
ようになっている。

【０００６】エンジン１０の排気ポート１２には排気管
２９が接続され、中途部に触媒コンバータ（三元触媒）
３０及び消音器３１が装着されている。また、この排気
管２９にはＯ₂ センサ３２が取付けられている。なお、
エンジン１０にはエンジン冷却水の水温センサ３３が設
けられ、また、エンジン１０の図示しないディストリビ
ュータ内にはクランク角度位置センサ３４が設けられて
いる。

【０００７】また、前述した燃料タンク２８にはキャニ
スタ３５が連結されている。キャニスタ３５は蒸散した
ＨＣなどの有害物質を一時的に貯めておき、エンジン１
０が始動したときに吸入させるものであって、燃料タン
ク２８はチェックバルブ３６を有する排出管３７を介し
てキャニスタ３５が連結されている。そして、このキャ
ニスタ３５はＥＣＵ２６によって制御されるパージ量制
御バルブ３８を有する供給管３９を介して吸気管２１に
連結されている。

【０００８】而して、エアクリーナ２０から吸入された
空気は吸気管２１を介してサージタンク２２に送られ、
そして、エンジン１０の吸気ポート１１に供給される。
このとき、スロットルバルブ２５によって吸入空気量が
制御される。一方、ＥＣＵ２６はエアフローセンサ２３
によって検出された吸入空気量とスロットルポジション
センサ２４によって検出されたスロットル開度とから燃
料噴射量を決定し、インジェクタ２７はＥＣＵ２６の指
令に基づいて燃料タンク２８内のガソリンを所定量噴射
する。従って、空気とガソリンとの混合気が燃焼室１８
内に供給されることとなる。

【０００９】吸気ポート１１から燃焼室１８内に混合気
が供給され、クランクシャフト１５の駆動によってピス
トン１７が上下動して燃焼室１８内の混合気が圧縮さ
れ、点火プラグ１９が火花を発生することで、圧縮され
た混合気の爆発、膨張が行われてエンジンが作動する。

【００１０】また、エンジン１０の停止中において、燃
料タンク２８内のガソリンはエンジンの暖気や外気など
の気温差によって蒸散してしまう。この蒸散ガスは所定
以上のガス圧になると、チェックバルブ３６が開き、排
出管３７を介してキャニスタ３５に送られ、ここで吸着
されて蓄えられる。そして、このキャニスタ３５に蓄え
られた蒸散ガスはパージ量制御バルブ３８を開くことに
より、供給管３９を介して吸気管２１に排出される。従
って、吸気管２１に排出された蒸散ガスは吸気と共にエ
ンジン１０の燃焼室１８に送られて燃焼する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のエンジ
ンの吸気及び排気系にあって、燃料タンク２８内のガソ
リンから発生した蒸散ガスはキャニスタ３５に蓄えられ
る。この場合、例えば、昼夜の気温差の大きい地域で車
両の使用頻度が少なかったり、使用しても走行時間が短
かったりすると、発生する蒸散ガスの量は多くなってキ
ャニスタ３５の吸着能力を越えてしまってＨＣがオーバ
フローし、車外に排出されてしまうという問題があっ
た。

【００１２】従来、その対策として、キャニスタ３５の
吸着能力を高くするためにキャニスタ３５の容量を増大
し、エンジン１０の運転中にキャニスタ３５から大量の
ＨＣを吸気管２１に排出してエンジン１０の燃焼室１８
で燃焼させることが考えられている。ところで、エンジ
ン１０の燃焼室１８内での燃焼を安定させたるために、
一般的に、吸入空気と噴射燃料との重量比、即ち、空燃
比（Ａ／Ｆ）をＥＣＵ２６がコントロールしている。前
述したように、吸入空気はエアフローセンサ２３とスロ
ットルポジションセンサ２４との検出結果から算出さ
れ、ＥＣＵ２６がこれに見合った燃料噴射量を決定して
いる。ところが、吸気管２１にキャニスタ３５から大量
のＨＣが排出されると、この空燃比がずれが生じてしま
い、ドライバビリティを悪化させてしまうという問題が
ある。

【００１３】そこで、キャニスタ３５から吸気管２１へ
のＨＣの排出時期を制御し、エンジン１０が安定して運
転されているとき、例えば、低負荷運転時や低回転時な
どのみＨＣの排出を行うようにすることも考えられる
が、エンジン１０の運転状態の詳細な検出やＨＣの排出
を行うための多数のバルブなどが必要となり、装置が複
雑化、大型化してしまう。

【００１４】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、蒸散ガスの効率的な浄化を図った内燃機関の
排気装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の内燃機関の排気装置は、内燃機関の燃焼ガ
スの排気通路に触媒が装着されると共に該触媒の前後に
フロントＯ₂ センサ及びリアＯ₂ センサが取付けられ、
エンジンコントロールユニットが各Ｏ₂ センサの出力に
よって空燃比を制御する内燃機関の排気装置において、
燃料タンク内の燃料から発生した蒸散ガスを前記排気通
路の前記触媒の上流に供給する蒸散ガス供給手段とエア
を前記蒸散ガスと共に前記排気通路に供給するエア供給
手段とを設け、前記蒸散ガス及びエアの前記排気通路へ
の供給時には前記リアＯ₂ センサの出力を停止したこと
を特徴とするものである。

【００１６】

【作用】燃料タンクから発生した蒸散ガスは蒸散ガス供
給手段によって排気通路に供給される一方、エア供給手
段によってエアが蒸散ガスと共に排気通路に供給される
ことで酸化反応して炭化水素などの有害物質が除去され
る。そして、蒸散ガス及びエアが排気通路に供給されて
いるときにはリアＯ₂ センサの出力を停止し、エンジン
コントロールユニットはフロントＯ₂ センサのみの出力
によって空燃比を制御する。

【００１７】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１８】図１に本発明の一実施例に係る内燃機関の
排気装置を表すエンジンの吸気及び排気系のシステムの
概略、図２に蒸散ガス浄化処理のフローチャート、図３
に空燃比制御のフローチャートを示す。なお、従来と同
様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する
説明は省略する。

【００１９】本実施例の排気装置にあっては、排気系に
蒸散ガスを排気通路に供給する蒸散ガス供給手段とエア
を排気通路に供給するエア供給手段とが設けられてい
る。

【００２０】即ち、図１に示すように、エアクリーナ２
０は吸気管２１によりサージタンク２２を介してエンジ
ン１０の吸気ポート１１に連結されており、吸気管２１
の中途部にはエアフローセンサ２３とスロットルバルブ
２５及びスロットルポジションセンサ２４が設けられて
いる。また、エンジン１０の吸気ポート１１にはインジ
ェクタ２７が取付けられ、燃料タンク２８に接続されて
いる。一方、エンジン１０の排気ポート１２には排気管
２９が接続され、中途部に触媒コンバータ３０（三元触
媒）、５１（酸化触媒）及び消音器３１が装着されてい
る。また、この排気管２９にはフロントＯ₂ センサ３２
及びリアＯ₂ センサ５０が取付けられている。フロント
Ｏ₂ センサ３２は触媒コンバータ３０、５１通過前の酸
素濃度を検出してＥＣＵ２６に出力し、空燃比制御を行
い、リアＯ₂ センサ５０は触媒コンバータ３０、５１通
過後の酸素濃度を検出してＥＣＵ２６に出力し、空燃比
を補正する。

【００２１】燃料タンク２８はチェックバルブ３６を有
する排出管３７を介してキャニスタ３５が連結されてい
る。キャニスタ３５は蒸散したＨＣなどの有害物質を一
時的に貯めておき、エンジン１０が始動したときに吸入
させるものであって、２つの供給管３９，５２を介して
吸気管２１及び排気管２９に連結されている。即ち、キ
ャニスタ３５からパージ量制御バルブ３８を有する供給
管３９を介して吸気管２１に連結されると共に、スイッ
チングバルブ５３及びフレームアレスタ５４、リードバ
ルブ５５を有する供給管５２を介して排気管２９に連結
されている。

【００２２】スイッチングバルブ５３はＥＣＵ２６によ
ってＯＮ／ＯＦＦ制御され、所定の条件下で開放して蒸
散ガスを排気管２９に供給可能とする。フレームアレス
タ５４は燃焼火炎の逆流防止のためのメッシュの金網で
あり、リードバルブ５５は排気管２９側の負圧によって
開放されるものである。

【００２３】一方、１次エアを吸入して吸気管２１を介
してエンジン１０の燃焼室１８に導入する前述したエア
クリーナ２０とは別に、２次エアを吸入するエアクリー
ナ５６が設けられている。このエアクリーナ５６はスイ
ッチングバルブ５７及びリードバルブ５８を有する吸気
管５９を介して排気管２９に連結されている。スイッチ
ングバルブ５７はＥＣＵ２６によってＯＮ／ＯＦＦ制御
され、所定の条件下で開放して２次エアを排気管２９に
供給可能とし、リードバルブ５９は排気管２９側の負圧
によって開放されるものである。

【００２４】而して、エアクリーナ２０から吸入された
空気は吸気管２１及びサージタンク２２を介してエンジ
ン１０の吸気ポート１１に供給される一方、インジェク
タ２７は燃料タンク２８内のガソリンを所定量噴射し、
空気とガソリンとの混合気となって燃焼室１８内に供給
される。そして、燃焼室１８内でピストン１７の上下動
により混合気が圧縮され、点火プラグ１９が火花を発生
することで爆発、膨張が行われてエンジンが作動する。
このとき、排気ガスの酸素濃度をフロントＯ₂センサ３
２及びリアＯ₂ センサ５０が検出して検出結果をＥＣＵ
２６に出力することで空燃比制御が行われる。

【００２５】エンジン１０の停止中、燃料タンク２８内
のガソリンはエンジンの暖気や外気などの気温差によっ
て蒸散する。この蒸散ガス（ＨＣ）は所定以上のガス圧
になると、チェックバルブ３６が開いて排出管３７を介
してキャニスタ３５に送られ、ここで吸着されて蓄えら
れる。そして、蒸散ガスはこのキャニスタ３５から供給
管３９を介して吸気管２１に排出され、吸気と共にエン
ジン１０の燃焼室１８に送られて燃焼する。

【００２６】このとき、昼夜の気温差の大きい地域で車
両の使用頻度が少なかったり、使用しても走行時間が短
かったりすると、発生する蒸散ガスの量は多くなってキ
ャニスタ３５の吸着能力を越えてしまうことがある。こ
の場合、キャニスタ３５の蒸散ガスを供給管５２によっ
て排気管２９に供給する一方、エアクリーナ５６から吸
入した２次エアを蒸散ガスと共に排気管２９に供給し、
酸化触媒５１によって反応させる。

【００２７】即ち、ＥＣＵ２６は水温センサ３３から常
時冷却水温度を検出していると共に、クランク角度位置
センサ３４によって常時エンジン回転数を検出してい
る。従って、図２に示すように、ステップＳ１におい
て、水温が一定温度以上で酸化触媒５１が暖機されてい
るかを判定し、そうであればステップＳ２に移行する。
また、水温が一定温度以下でなければステップＳ４に移
行し、スイッチングバルブ５３，５７をＯＦＦとする。
ステップＳ２において、エンジン１０が低負荷・低回転
であるかを判定し、そうであればステップＳ３に移行
し、スイッチングバルブ５３，５７をＯＮとする。

【００２８】すると、スイッチングバルブ５３が開いて
キャニスタ３５の蒸散ガスが供給管５２によって排気管
２９に供給される一方、スイッチングバルブ５７が開い
てエアクリーナ５６からの２次エアが排気管２９に供給
され、空気と蒸散ガスとが混合されて混合気となって酸
化触媒５１によって反応し、ＨＣが除去される。また、
ステップＳ２において、エンジン１０が低負荷・低回転
でなければステップＳ４に移行し、スイッチングバルブ
５３，５７をＯＦＦとする。

【００２９】また、蒸散ガス及び２次エアが排気管２９
に供給されているときに、空燃比制御はフロントＯ₂ セ
ンサ３２のみの検出結果で行う。これはリアＯ₂ センサ
５０の上流の排気管２９に２次エアが供給されると、リ
アＯ₂ センサ５０は空燃比が薄いことを検出してフロン
トＯ₂ センサ３２の検出値（空燃比）を補正し、この空
燃比を濃くしてしまう。また、排気管２９に蒸散ガスが
供給されると、リアＯ₂ センサ５０は空燃比が濃いこと
を検出してフロントＯ₂ センサ３２の検出値（空燃比）
を補正し、この空燃比を薄くしてしまう。すると、燃焼
室１８で安定した燃焼を行うための空燃比がずれてしま
い、ドライバビリティを悪化させる要因となってしまう
からである。

【００３０】即ち、ＥＣＵ２６は、常時、スイッチング
バルブ５３，５７のＯＮ／ＯＦＦ状態を検出している。
従って、図３に示すように、ステップＰ１において、ス
イッチングバルブ５３，５７のＯＮ状態を判定し、ＯＮ
状態であればステップＰ２に移行する。そして、ステッ
プＰ２において、フロントＯ₂ センサ３２の検出値のみ
によって空燃比のフィードバック制御を行う。一方、ス
テップＰ１において、スイッチングバルブ５３，５７が
ＯＮ状態でなければステップＰ３に移行する。ステップ
Ｐ３において、リアＯ₂ センサ５０の出力値を検出し、
ステップＰ４において、フロントＯ₂ センサ３２の検出
値（リーン／リッチの判定レベル）を補正する。そし
て、ステップＰ２において、補正されたフロントＯ₂ セ
ンサ３２の検出値によって空燃比のフィードバック制御
を行う。

【００３１】このようにキャニスタ３５に吸着された蒸
散ガス（ＨＣ）を供給管５２によって排気管２９に供給
する一方、エアクリーナ５６から吸入した２次エアを蒸
散ガスと共に排気管２９に供給し、酸化触媒５１によっ
て反応させるようにしたので、蒸散ガスをキャニスタ３
５から供給管３９を介して吸気管２１に排出する経路を
低コストで簡単なものにすることができ、あるいは、こ
れを廃止することも可能であり、また、キャニスタ３５
を大型化する必要もなくなる。そして、吸気管２１にキ
ャニスタ３５から大量のＨＣが排出されなくなってエン
ジン１０の空燃比への悪影響がなくなり、安定した燃焼
状態が得られ、排気ガスの低減が図れると共に、ドライ
バビリティの悪化が防止される。

【００３２】そして、蒸散ガス及び２次エアが排気管２
９に供給されているときの空燃比制御はフロントＯ₂ セ
ンサ３２のみの検出結果で行うようにしたので、このと
きにリアＯ₂ センサ５０の検出値によってフロントＯ₂
センサ３２の検出値の補正を行わないこととなり、燃焼
室１８で安定した燃焼を行うための空燃比は正く、ドラ
イバビリティを悪化させることはない。

【００３３】なお、上述の各実施例にあっては、蒸散ガ
スと混合気を構成するための２次エアを吸入するため
に、１次エアを吸入するためのエアクリーナ２０とは別
にエアクリーナ５６を設けたが、エアクリーナ２０を共
用化してもよい。例えば、エアクリーナ２０からの吸気
管２１を途中で分岐して一方をサージタンク２２に、他
方を排気管２９にそれぞれ連結し、１次エア及び２次エ
アを供給するようにしても前述と同様の作用効果を奏す
ることが可能である。また、蒸散ガス及び２次エアの排
気管２９への供給は負圧によって行ったが、エアポンプ
などを設けて行ってもよいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の排気装置を
表すエンジンの吸気及び排気系のシステムの概略図であ
る。

【図２】蒸散ガス浄化処理のフローチャートである。

【図３】空燃比制御のフローチャートである。

【図４】従来の内燃機関のエンジンの吸気及び排気系の
システムの概略図である。

【符号の説明】

１０ エンジン １８ 燃焼室 ２０，５６ エアクリーナ ２１，５９ 吸気管 ２６ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ） ２８ インジェクション ２９ 排気管 ３０ 触媒コンバータ（三元触媒） ３２ フロントＯ₂ センサ ３５ キャニスタ ３７ 排出管 ５０ リアＯ₂ センサ ５１ 触媒コンバータ（酸化触媒） ５２ 供給管 ５３，５７ スイッチングバルブ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の燃焼ガスの排気通路に触媒が
   装着されると共に該触媒の前後にフロントＯ₂ センサ及
   びリアＯ₂ センサが取付けられ、エンジンコントロール
   ユニットが各Ｏ₂ センサの出力によって空燃比を制御す
   る内燃機関の排気装置において、燃料タンク内の燃料か
   ら発生した蒸散ガスを前記排気通路の前記触媒の上流に
   供給する蒸散ガス供給手段とエアを前記蒸散ガスと共に
   前記排気通路に供給するエア供給手段とを設け、前記蒸
   散ガス及びエアの前記排気通路への供給時には前記リア
   Ｏ₂ センサの出力を停止したことを特徴とする内燃機関
   の排気装置。