本発明は、蒸発燃料処理装置に関する。

特許文献1の内燃機関の吸気通路には、蒸発燃料処理装置が接続されている。この蒸発燃料処理装置は、内燃機関の燃料タンクで発生した蒸発燃料が導入されるキャニスタを備えている。キャニスタは、燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着する。キャニスタには、当該キャニスタに外気を導入する外気導入通路が接続されている。また、キャニスタには、キャニスタ内の蒸発燃料を吸気通路に導くパージ通路の一端が接続されている。パージ通路は、途中で第1パージ通路及び第2パージ通路に分岐しており、第2パージ通路の下流端はエゼクタに接続されている。

エゼクタの内部には、略直線状に延びる主通路と、主通路における延設方向中間箇所に接続された吸引通路とが区画されている。エゼクタにおける主通路の一端は吸気通路におけるターボチャージャのコンプレッサよりも下流側に接続されており、エゼクタにおける主通路の他端は上記コンプレッサよりも上流側に接続されている。また、エゼクタの吸引通路は、第2パージ通路の下流端に接続されている。

特開2017−067043号公報

特許文献1のような蒸発燃料処理装置においては、吸気通路に対するエゼクタの取り付け状態に緩みが生じ、吸気通路とエゼクタとの間の気密性に不備が生じたり、吸気通路に対してエゼクタが外れてしまったりすることがある。このような事態が生じると、キャニスタから蒸発燃料を吸気通路に導入できないだけでなく、吸気通路から吸気の一部が漏れ出てしまうことになる。したがって、吸気通路とエゼクタとの間の気密性に不備が生じたときには、その不備を速やかに検出する必要がある。

上記課題を解決するための蒸発燃料処理装置は、ターボチャージャのコンプレッサが取り付けられた吸気通路に接続されている蒸発燃料処理装置であって、前記吸気通路における前記コンプレッサよりも上流側の部分と前記吸気通路における前記コンプレッサよりも下流側の部分とを繋ぐ還流通路と、前記還流通路の下流端及び前記吸気通路の間に接続されるエゼクタと、燃料タンクで発生した蒸発燃料が導入されるとともに当該蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記キャニスタに接続され、当該キャニスタに外気を導入する外気導入通路と、前記キャニスタ及び前記エゼクタに接続され、前記キャニスタ内の蒸発燃料を吸気通路へと導くパージ通路とを備え、前記エゼクタと前記吸気通路を区画する吸気管の外面との接続箇所には、前記吸気通路における前記コンプレッサよりも上流側の部分及び前記エゼクタの外部から隔離された隔離部が設けられており、前記エゼクタには、前記還流通路及び前記吸気通路の間を連通させる主通路と、前記パージ通路及び前記主通路の間を連通させる吸引通路と、前記吸引通路に連通するとともに前記隔離部に開口する導通路とが区画されている。

上記構成では、吸気通路とエゼクタとの間の気密性に不備が生じたり、吸気通路に対してエゼクタが外れてしまったりした場合、エゼクタの外部に対する隔離部の気密性が失われ、エゼクタの導通路を介してエゼクタの吸引通路に外気が流入する。これにより、エゼクタの吸引通路の負圧は、上記のような吸気通路及びエゼクタの接続異常が生じる前に比べて弱くなる。このように、上記構成によれば、吸気通路とエゼクタとの間の気密性が失われた場合には、それを吸引通路の圧力の変化として検出できる。

蒸発燃料処理装置が適用された内燃機関及び制御装置を示す概略図。

エゼクタの周辺構成を示す断面図。

過給圧の変化に伴うエゼクタの吸引通路の圧力の変化を示すグラフ。

変更例にかかるエゼクタの周辺構成を示す断面図。

以下、本発明の実施形態を図1〜図3にしたがって説明する。先ず、本発明が適用された内燃機関100の概略構成について説明する。なお、以下の説明において単に上流、下流というときは、吸気、排気、蒸発燃料、及び外気の流れにおける上流、下流を示すものとする。

図1に示すように、内燃機関100は、当該内燃機関100の外部から吸気を導入するための吸気通路11を備えている。吸気通路11には、吸気に含まれる異物を取り除くエアクリーナ21が設けられている。吸気通路11におけるエアクリーナ21よりも下流側には、ターボチャージャ30におけるコンプレッサ31が設けられている。コンプレッサ31は、吸気通路11におけるコンプレッサ31よりも下流側に圧縮した吸気を供給する。吸気通路11におけるコンプレッサ31よりも下流側には、圧縮した吸気を冷却するためのインタークーラ22が設けられている。吸気通路11におけるインタークーラ22よりも下流側には、スロットルバルブ23が設けられている。スロットルバルブ23は、吸気通路11の流路を開閉することにより、当該吸気通路11を流通する吸気量を制御する。

吸気通路11の下流端には、燃料を吸気と混合して燃焼させる気筒12が接続されている。気筒12内には、当該気筒12の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁24の先端が突出している。

気筒12には、当該気筒12から排気を排出するための排気通路13の上流端が接続されている。排気通路13には、ターボチャージャ30におけるタービン32が設けられている。

燃料噴射弁24は、燃料を貯留するための燃料タンク25からの燃料供給を受ける。燃料タンク25は、燃料配管を介して燃料噴射弁24と接続されている。また、燃料タンク25内にはフィードポンプが収容されており、フィードポンプによって圧送された燃料が燃料配管を介して燃料噴射弁24に供給される。なお、図1においては、燃料配管及びフィードポンプの図示を省略している。

燃料タンク25には、当該燃料タンク25内で発生した蒸発燃料の大気放出を抑える蒸発燃料処理装置50が接続されている。蒸発燃料処理装置50は、燃料タンク25内で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタ51を備えている。キャニスタ51には、当該キャニスタ51に蒸発燃料を導入するベーパ通路52の一端が接続されている。ベーパ通路52の他端は、燃料タンク25内へと至っている。

キャニスタ51には、当該キャニスタ51に外気を導入する外気導入通路53が接続されている。また、キャニスタ51には、当該キャニスタ51内の蒸発燃料を吸気通路11へと導くパージ通路55が接続されている。パージ通路55のうちの上流側(キャニスタ51側)に位置する共通通路58の上流端は、キャニスタ51に接続されている。パージ通路55における共通通路58には、当該共通通路58を開閉するパージバルブ61が取り付けられている。

パージ通路55における共通通路58の下流端には、パージ通路55における第1パージ通路56の上流端が接続されている。パージ通路55における第1パージ通路56の下流端は、吸気通路11におけるスロットルバルブ23よりも下流側の部分に接続されている。パージ通路55における第1パージ通路56には、吸気通路11側からキャニスタ51側への蒸発燃料等の気体の流通を防ぐ第1逆止弁66が取り付けられている。

パージ通路55における共通通路58の下流端には、パージ通路55における第2パージ通路57の上流端が接続されている。パージ通路55における第2パージ通路57の下流端は、エゼクタ70を介して吸気通路11におけるコンプレッサ31よりも上流側の部分に接続されている。パージ通路55における第2パージ通路57には、吸気通路11側からキャニスタ51側への蒸発燃料等の気体の流通を防ぐ第2逆止弁67が取り付けられている。また、第2パージ通路57における第2逆止弁67よりも下流側(エゼクタ70側)には、第2パージ通路57内の圧力を検出する圧力センサ96が取り付けられている。

吸気通路11におけるインタークーラ22よりも下流側であってスロットルバルブ23よりも上流側の部分には、還流通路54の上流端が接続されている。還流通路54の下流端は、エゼクタ70を介して、吸気通路11におけるコンプレッサ31よりも上流側の部分に接続されている。すなわち、エゼクタ70は、還流通路54の下流端と吸気通路11との間に接続されている。なお、上述したとおり、インタークーラ22は、コンプレッサ31よりも下流側に位置している。したがって、還流通路54は、吸気通路11におけるコンプレッサ31よりも上流側の部分と吸気通路11におけるコンプレッサ31よりも下流側の部分とを繋いでいる。

上記のパージバルブ61は、制御装置90によって開閉制御される。制御装置90は、パージバルブ61に対して、当該パージバルブ61を開閉制御するための制御信号を出力する。また、制御装置90には、圧力センサ96によって検出した第2パージ通路57内の圧力Pxを示す信号が入力される。なお、本実施形態において、制御装置90は、上記のパージバルブ61の制御の他にも、スロットルバルブ23の開度、燃料噴射弁24の燃料噴射量、及びターボチャージャ30による過給運転制御など、内燃機関100全体を制御する電子制御ユニット(ECU)として構成されている。

次に、エゼクタ70の周辺構成について具体的に説明する。 図2に示すように、吸気通路11は、吸気管11aにおける略円筒形状の本体管11bによって区画されている。本体管11bの外周面からは、略円筒形状の接続口11cが延びている。接続口11cの内部空間は、本体管11bの内部空間である吸気通路11に連通している。

吸気管11aにおける接続口11cには、エゼクタ70が取り付けられている。エゼクタ70は、略円筒状の本体部71と、本体部71の延設方向中間箇所から突出する略円筒状の吸引部76とを備えている。この実施形態では、吸引部76は、本体部71に対して略直角に突出している。すなわち、エゼクタ70は、平面視すると全体として「T」字の形状になっている。吸引部76の突出先端には、パージ通路55の第2パージ通路57を区画する第2パージ管57aが接続されている。

本体部71は、その延設方向において、還流通路54を区画する還流管54aに接続される上流部72と、本体部71の延設方向中間部分を含む中流部73と、吸気管11aにおける接続口11cに接続される下流部74とに大別できる。

下流部74の外径は、吸気管11aにおける接続口11cの内径よりも小さくなっている。下流部74の外周面においては、環状凹部74aが窪んでいる。環状凹部74aは、下流部74の周方向全体に亘って環状に延びている。環状凹部74aには、円環形状のシール部材81が嵌め込まれている。シール部材81の材質は、合成ゴムであり、当該シール部材81は弾性変形可能になっている。

中流部73の外径は、下流部74の外径よりも大きくなっている。本実施形態では、中流部73の外径は、吸気管11aにおける接続口11cの内径と略同じになっている。中流部73の下流端における外周面からは、径方向外側に向ってフランジ部75が張り出している。フランジ部75は、中流部73の周方向全体に亘って延びており、平面視で円環形状になっている。フランジ部75の外径は、吸気管11aにおける接続口11cの内径よりも大きく、接続口11cの外径と略同じになっている。

本体部71における下流部74は、吸気管11aにおける接続口11cに挿入されている。また、下流部74が接続口11cに挿入された状態で、フランジ部75の端面が接続口11cの先端面に当接している。その結果、エゼクタ70と接続口11cとの接続箇所には、下流部74の外周面及び接続口11cの内周面によって、隔離空間Aが区画されている。この隔離空間Aは、シール部材81によって、吸気通路11におけるコンプレッサ31よりも上流側の部分から隔離されている。また、隔離空間Aは、フランジ部75と接続口11cの先端面との当接関係により、エゼクタ70の外部から隔離されている。すなわち、本実施形態では、隔離空間Aが隔離部である。

本体部71の内径は、上流側の端部から下流側に向かうほど徐々に小さくなり、延設方向中間の部分で最小になっている。そして、本体部71の内径は、延設方向中間の部分から下流側に向かうほど徐々に大きくなっている。なお、この実施形態では、略円筒状の本体部71の内部空間が、還流通路54及び吸気通路11の間を連通させる主通路78を構成している。

本体部71の内部には、主通路78と略円筒状の吸引部76の内部空間とを繋ぐ接続通路73aが区画されている。接続通路73aは、主通路78における延設方向中間の部分に接続されている。接続通路73aの内径は、主通路78側から吸引部76の内部空間側に向かうほど大きくなっている。接続通路73aにおける吸引部76の内部空間側の内径は、吸引部76の内径と同じになっている。なお、本実施形態では、吸引部76の内部空間と接続通路73aとが、第2パージ通路57及び主通路78の間を連通させる吸引通路79を構成している。

本体部71の内部には、主通路78に連通する連絡通路73bが区画されている。連絡通路73bは、主通路78における延設方向中間の部分から、接続通路73aとは反対側(図2における下側)に延びている。

本体部71の内部には、吸引通路79に連通する第1導通路73cが区画されている。第1導通路73cは、本体部71の延設方向に沿うように延びている。第1導通路73cの一端は、吸引通路79に開口している。第1導通路73cの他端は、隔離空間Aに開口している。

本体部71の内部には、吸引通路79に連通する第2導通路73dが区画されている。第2導通路73dは、本体部71の延設方向に沿うように延びている。第2導通路73dは、主通路78を挟んで第1導通路73cとは反対側(図2における下側)に位置している。第2導通路73dの一端は、連絡通路73bに開口している。第1導通路73cの他端は、隔離空間Aに開口している。すなわち、第2導通路73dは、連絡通路73b及び主通路78を介して吸引通路79に連通している。

本実施形態の作用及び効果について説明する。 内燃機関100において、キャニスタ51側から吸気通路11側へ蒸発燃料を流通させるパージ処理を実行しない場合には、制御装置90によってパージバルブ61が閉状態に制御される。この場合、燃料タンク25内で発生した蒸発燃料がベーパ通路52を介して、キャニスタ51内に流入する。キャニスタ51内に流入した蒸発燃料は、キャニスタ51内に吸着される。

一方、内燃機関100において、キャニスタ51側から吸気通路11側へ蒸発燃料を流通させるパージ処理を実行する場合には、制御装置90によってパージバルブ61が開状態に制御される。ここで、内燃機関100が過給運転を行っていない場合には、吸気通路11におけるスロットルバルブ23よりも下流側の部分の負圧によって、外気導入通路53を介してキャニスタ51内に外気が流入する。そして、キャニスタ51内に吸着されていた蒸発燃料と外気とが、パージ通路55における共通通路58及び第1パージ通路56を介して吸気通路11におけるスロットルバルブ23よりも下流側の部分に流入する。

また、内燃機関100が過給運転を行っている場合には、吸気通路11におけるコンプレッサ31よりも下流側の部分から還流通路54を介して、エゼクタ70における主通路78に外気が流入する。そして、エゼクタ70における主通路78に流入した外気は、吸気通路11におけるコンプレッサ31よりも上流側の部分に流出する。このようにエゼクタ70の主通路78内を外気が流通すると、エゼクタ70の吸引通路79には負圧が発生する。すると、このエゼクタ70の吸引通路79の負圧によって、外気導入通路53を介してキャニスタ51内に外気が流入する。そして、キャニスタ51内に吸着されていた蒸発燃料と外気とが、パージ通路55における共通通路58、パージ通路55における第2パージ通路57、エゼクタ70における吸引通路79、エゼクタ70における主通路78を介して吸気通路11におけるコンプレッサ31よりも上流側の部分に流入する。

ところで、蒸発燃料処理装置50では、吸気管11aの外面とエゼクタ70との接続箇所において、吸気管11aの外面に対するエゼクタ70の取付状態に緩みが生じることがある。この取付状態の緩みが生じると、吸気通路11とエゼクタ70の主通路78との間の気密性が失われる不備が生じたり、吸気管11aの外面に対してエゼクタ70が外れてしまったりするおそれがある。この場合には、エゼクタ70の主通路78から吸気通路11やエゼクタ70の外部に蒸発燃料が流出することがある。このような吸気通路11とエゼクタ70の主通路78との間の気密性が失われる等の不備を検出する上では、圧力センサ96によってパージ通路55における第2パージ通路57の圧力の変化を検出することで、上記の不備を検出することが考えられる。

ここで、エゼクタ70が正常に吸気通路11に取付けられている場合、エゼクタ70の主通路78内の蒸発燃料及び外気は、大気圧と略同じ圧力になった吸気通路11におけるコンプレッサ31よりも上流側の部分に流出する。また、エゼクタ70の取り付け状態に不備があったとしても、エゼクタ70の主通路78内の蒸発燃料及び外気は、大気圧になった吸気通路11の外部に流出する。そのため、仮にエゼクタ70に第1導通路73c及び第2導通路73dが設けられていない場合には、エゼクタ70の取付け状態が正常であっても不備が生じていても、主通路78における外気の流速にほとんど変化が生じない。このように、主通路78における外気の流速にほとんど変化が生じないことから、主通路78内の外気の流れによって生じる吸引通路79及び第2パージ通路57の負圧にも変化が生じない。よって、圧力センサ96によって第2パージ通路57の圧力を検出したとしても、エゼクタ70の取り付け状態の不備を検出することができない。

これに対して、本実施形態では、エゼクタ70の取り付け状態に不備がある場合、隔離空間Aは外気に晒され、エゼクタ70の外部に対する隔離空間Aの気密性は失われる。そして、隔離空間Aに開口しているエゼクタ70の第1導通路73cや第2導通路73dには、エゼクタ70の吸引通路79の負圧によって、外気が流入する。すると、エゼクタ70の吸引通路79には、第2パージ通路57から流入する蒸発燃料や外気に加えて、第1導通路73cや第2導通路73dから外気が流入する。これにより、吸引通路79及び第2パージ通路57の負圧が弱まる。

具体的には、図3に二点鎖線で示すように、エゼクタ70が正常に取り付けられている場合、エゼクタ70の吸引通路79の負圧は、コンプレッサ31の過給圧が大きくなるほど、大きくなる(圧力は小さくなる)。一方、図3に実線で示すように、エゼクタ70の取付け状態に不備がある場合であっても、エゼクタ70の吸引通路79の負圧は、コンプレッサ31の過給圧が大きくなるほど、大きくなる(圧力は小さくなる)。ただし、エゼクタ70の取付け状態に不備がある場合、上述したように、エゼクタ70の第1導通路73cや第2導通路73dを介して、吸引通路79に外気が流入するため、吸引通路79の負圧は大きくなりにくい(圧力が小さくなりにくい)。そのため、過給圧がある一定の値よりも大きいときには、エゼクタ70の取付け状態が正常であるときの第2パージ通路57内の圧力Pxと、取付け状態に不備があるときの第2パージ通路57内の圧力Pxとで相応の差が生じることになる。したがって、本実施形態では、吸気通路11とエゼクタ70の主通路78との間の気密性が失われる等の不備が生じた場合、圧力センサ96によって検出される第2パージ通路57内の圧力Pxの変化として、エゼクタ70の取り付け状態の不備を検出できる。

ところで、過給圧が大きい場合、エゼクタ70の吸引通路79の負圧が大きくなるため、エゼクタ70の吸引通路79には、パージ通路55における第2パージ通路57を介して多くの蒸発燃料が流入する。仮に、このように過給圧が高い状態で、エゼクタ70の取り付け状態に不備が生じると、多くの蒸発燃料が吸気通路11の外部に流出することになり、好ましくない。

本実施形態では、コンプレッサ31の過給圧が大きくなるほど、図3に実線で示すエゼクタ70の取り付け状態に不備がある場合のエゼクタ70の吸引通路79の圧力と、図3に二点鎖線で示すエゼクタ70が正常に取り付けられている場合のエゼクタ70の吸引通路79の圧力との差が大きくなる。そのため、圧力センサ96によって検出される第2パージ通路57内の圧力Pxの変化が大きくなる。これにより、エゼクタ70の取り付け状態の不備を確実に検出できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。 ・上記実施形態において、エゼクタ70と吸気管11aとの接続構成は適宜変更できる。例えば、図4に示すエゼクタ70においては、中流部173の外径は、吸気管11aにおける接続口11cの外径と略同じになっている。また、フランジ部75が省略されている。そして、下流部74が接続口11cに挿入された状態で、中流部173の端面が接続口11cの先端面に当接している。その結果、エゼクタ70と接続口11cとの接続箇所には、中流部173の端面及び接続口11cの先端面によって、隔離部Bが構成されている。すなわち、隔離部Bは、中流部173の端面と接続口11cの先端面との当接関係により、吸気通路11におけるコンプレッサ31よりも上流側の部分及びエゼクタ70の外部から隔離されている。そして、隔離部Bには、第1導通路173c及び第2導通路173dが開口している。この場合でも、エゼクタ70の取付け状態に不備が生じると、中流部173が接続口11cから離間して、隔離部Bは外気に晒され、エゼクタ70の外部に対する隔離部Bの気密性は失われる。なお、この構成のように中流部173の端面と接続口11cの先端面との当接関係によって、吸気通路11におけるコンプレッサ31よりも上流側の部分に対する隔離部Bの気密性が十分に確保されているのであれば、シール部材81を省略してもよい。

・上記実施形態において、エゼクタ70の形状を適宜変更しても良い。例えば、本体部71から吸引部76が斜めに突出していてもよい。すなわち、エゼクタ70を平面視したときに、エゼクタ70が全体として「T」字の形状になっていなくてもよい。

・また、エゼクタ70における導通路の数は適宜変更できる。例えば、第1導通路73c及び第2導通路73dの一方を省略してもよい。なお、第2導通路73dを省略する場合には、連絡通路73bを省略してもよい。また、第1導通路73c及び第2導通路73dに加えて、新たな導通路を設けてもよい。

・上記実施形態において、圧力センサ96の配置は適宜変更できる。例えば、圧力センサ96は、エゼクタ70における吸引通路79内に配置されていてもよい。この構成においても、吸気通路11とエゼクタ70の主通路78との間の気密性が失われる等の不備がある場合、圧力センサ96によって検出される吸引通路79内の圧力の変化として、エゼクタ70の取り付け状態の不備を検出できる。

・上記実施形態において、パージ通路55の接続構成は適宜変更しても良い。例えば、内燃機関100が過給運転を行っていない場合にパージ処理を実行しないのであれば、第1パージ通路56を省略してもよい。

A…隔離空間、B…隔離部、Px…圧力、11…吸気通路、11a…吸気管、11b…本体管、11c…接続口、12…気筒、13…排気通路、21…エアクリーナ、22…インタークーラ、23…スロットルバルブ、24…燃料噴射弁、25…燃料タンク、30…ターボチャージャ、31…コンプレッサ、32…タービン、50…蒸発燃料処理装置、51…キャニスタ、52…ベーパ通路、53…外気導入通路、54…還流通路、54a…還流管、55…パージ通路、56…第1パージ通路、57…第2パージ通路、57a…第2パージ管、58…共通通路、61…パージバルブ、66…第1逆止弁、67…第2逆止弁、70…エゼクタ、71…本体部、72…上流部、73…中流部、73a…接続通路、73b…連絡通路、73c…第1導通路、73d…第2導通路、74…下流部、74a…環状凹部、75…フランジ部、76…吸引部、78…主通路、79…吸引通路、81…シール部材、90…制御装置、96…圧力センサ、100…内燃機関、173…中流部、173c…第1導通路、173d…第2導通路。