JPH04252852A - 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、主ターボチャージャと
副ターボチャージャを有し、低吸入空気量域では主ター
ボチャージャで過給し、高吸入空気量域では両ターボチ
ャージャを作動させて両ターボチャージャで過給する過
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。これらの装置では、蒸発燃料は活
性炭などの吸着剤を収納した容器に導かれ、蒸発燃料は
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、特公昭６２−１８７４７号公報、特開平２−４
２１６８号公報が知られている。前者はスロットル弁下
流の吸気管圧力が正圧のときバルブを開いてキャニスタ
内の蒸発燃料をターボチャージャのコンプレッサ上流に
パージさせるものである。後者は、蒸発燃料制御装置を
、主ターボチャージャおよび副ターボチャージャを有す
る２ステージツインターボエンジンに適用したものであ
り、キャニスタからの蒸発燃料をバルブを介して常時作
動する主ターボチャージャのコンプレッサ上流にパージ
させるものである。

【０００４】図５は、従来の蒸発燃料制御装置を有する
過給機付エンジンの一例を示している。図中、８１は主
ターボチャージャを示し、８２は副ターボチャージャを
示している。燃料タンク８３で生じた蒸発燃料は、一旦
チャコールキャニスタ８４によって吸着された後、パー
ジ通路８５、８６を介して吸気通路に導かれるようにな
っている。一方のパージ通路８５には、負圧によって開
弁するバルブ８７と電気信号によって開度が調整される
電磁バルブ８８とが直列に介装されている。他方のパー
ジ通路８６には、正圧によって開弁するバルブ８９が介
装されている。一方のパージ通路８５のバルブ８７は、
ダイヤフラム式のアクチュエータ８７ａによって開閉駆
動されるようになっており、アクチュエータ８７ａには
スロットルバルブ９０の下流側から負圧が導かれる。こ
のパージ通路８５は、エンジンの低、中吸入空気量域に
て蒸発燃料をパージさせる機能を有する。他方のパージ
通路８６のバルブ８９は、ダイヤフラム式のアクチュエ
ータ８９ａによって開閉駆動されるようになっており、
アクチュエータ８９ａには主ターボチャージャ８１のコ
ンプレッサ８１ａの出口側から過給圧が導かれる。この
パージ通路８６は、エンジンの高吸入空気量域にて蒸発
燃料をパージさせる機能を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示す従来の２ステージツインターボエンジンの蒸発燃料
制御装置には、つぎのような問題が存在した。２ステー
ジツインターボエンジンでは、主ターボチャージャ８１
は低吸入空気量域でも作動するため、パージ通路８６の
バルブ８９の作動圧力を主ターボチャージャ８１のコン
プレッサ８１ａの出口側から取出すと、低吸入空気量域
でもバルブ８９が開弁することがある。そのため、低吸
入空気量域では２つのパージ通路８５、８６により蒸発
燃料がパージされることになり、空燃比に影響を与える
。さらにこの場合、蒸発燃料の発生量が外部条件によっ
て極端に増減すると、さらに燃焼条件に悪影響を及ぼし
、エンジンストールまたは失火が生じやすくなる。蒸発
燃料の発生量は、燃料が新しいほど多く、また燃料温が
高いほど多くなる。さらに、燃料タンク内の燃料量も多
いほど多くなる。したがって、寒い時期に少ない燃料量
で走行している場合は、蒸発燃料量の発生は少なく、逆
に暑い時期に高地で燃料補給後に加減速を繰返すような
走行条件の場合は、蒸発燃料量の発生は多くなる。

【０００６】本発明は、上記の問題に着目し、低吸入空
気量域での蒸発燃料のパージ量を適正化し、低吸入空気
量域におけるエンジンストールおよび失火の発生を防止
す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。

【０００７】

【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、主ターボ
チャージャと副ターボチャージャとを備え、燃料タンク
から発生する蒸発燃料をスロットル弁下流の吸気通路へ
導くメインパージ通路と、前記燃料タンクから発生する
蒸発燃料を前記両方のターボチャージャのうちいずれか
一方のターボチャージャのコンプレッサ上流の吸気通路
にパージさせるサブパージ通路とを有し、該サブパージ
通路に、高吸入空気量域でのみ過給作動する前記副ター
ボチャージャのコンプレッサ圧によって開弁するパージ
用バルブを設けたものから成る。

【０００８】

【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、サブパージ通路に設けられる
パージ用バルブは、副ターボチャージャのコンプレッサ
圧によって開弁される。副ターボチャージャは、高吸入
空気量域でのみ作動するので、低吸入空気量域における
サブパージ通路からの蒸発燃料のパージは行なわれない
。そのため、低吸入空気量域における蒸発燃料のパージ
量を適性化することができ、たとえ蒸発燃料量が外部条
件によって極端に増減しても、燃焼条件への悪影響は小
さく、エンジンストールおよび失火の発生は防止される
。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明に係る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。

【００１０】第１実施例 図１ないし図４は、本発明の第１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。

【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に接続される。吸気切替弁１
８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を弁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、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に負圧を導く第６の電磁弁４４は、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）×１
００（％）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に導入される過給気の
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
気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、パージ用バルブとしての第
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６
６ａのダイヤフラム室には、通路６７が接続されている
。通路６７の上流端は、副ターボチャージャ８のコンプ
レッサ８ｂの下流側の吸気通路と接続されている。これ
によって、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８ｂ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、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７０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には、スロットル全閉時
に通路７１を介してスロットル弁４の直下流の負圧が導
かれ、第２のバキュームコントロールバルブ６９を閉じ
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】この蒸発燃料制御装置では、サブパージ通
路６５の通路径がメインパージ通路６４の通路径よりも
大となっている。これは、メインパージ通路６４が接続
されるサージタンク２側は、運転条件によって負圧が−
５００ｍｍＨｇないし−１００ｍｍＨｇと大きく、サブ
パージ通路６５が接続される主ターボチャージャ７のコ
ンプレッサ上流側は負圧が０ないし−８０ｍｍＨｇと小
さいためである。（図３参照）。つまり、サブパージ通
路６５には小さな負圧しか作用しないため、通路径を小
さく設定すると流路抵抗が大となり、十分なパージが行
なわれなくなるからである。したがって、サブパージ通
路６５の通路径は、メインパージ通路６４に対して大に
設定されている。

【００２１】つぎに、第１実施例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１０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。

【００２２】上述の過給作動過程では、スロットル弁４
が開弁されると第２のバキュームコントロールバルブ６
９のアクチュエータ６９ａには、スロットル弁４の直下
流の負圧が導かれ、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６４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。なお、メ
インパージ通路６４において、バキュームコントロール
バルブ６９をパージ用電磁弁７０に対して直列に設けた
のは、パージ用電磁弁７０が開弁状態で故障した場合に
はスロットル全閉時に蒸発燃料がパージされて空燃比が
オーバリッチになることが考えられるからである。した
がって、バキュームコントロールバルブ６９は、フェイ
ルセーフとして機能する。

【００２３】サージタンク２内が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６
５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。サブ
パージ通路６５によるパージの場合は、パージ用バルブ
としての第１のバキュームコントロールバルブ６６は、
通路６７を介して導かれる副ターボチャージャ８のコン
プレッサ圧によって開弁される。副ターボチャージャ８
は、高吸入空気量域でのみ作動するので、低吸入空気量
域におけるサブパージ通路からの蒸発燃料のパージは行
なわれない。したがって、低吸入空気量域における蒸発
燃料のパージ量を適正化することが可能となり、たとえ
燃料タンク６１からの蒸発燃料量が増減しても、燃焼条
件への悪影響は小さく、エンジンストールおよび失火の
発生が防止される。

【００２４】第２実施例 図４は、本発明の第２実施例を示している。第２実施例
が第１実施例と異なるところは、サブパージ通路の接続
構成のみであり、その他の部分は第１実施例に準じるの
で、準じる部分に第１実施例と同一の符号を付すことに
より準じる部分の説明を省略し、異なる部分についての
み説明する。図４において、６５はサブパージ通路を示
している。第１実施例においては、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たが、本実施例ではサブパージ通路
６５の下流端は、副ターボチャージャ８のコンプレッサ
８ｂの上流に接続されている。このように構成された第
２実施例においては、サブパージ通路６５からの蒸発燃
料は、副ターボチャージャ８の上流側の吸気通路にパー
ジされる。これによって、第１のバキュームコントロー
ルバルブ６６が開弁状態で故障した場合でも、サブパー
ジ通路６５からは高吸入空気量域のみ蒸発燃料をパージ
させることが可能となる。したがって、第１実施例の場
合よりも、機能的な信頼性を高めることが可能となる。

【００２５】

【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、燃料タ
ンクから発生する蒸発燃料を両方のターボチャージャの
うちいずれか一方のターボチャージャのコンプレッサ上
流の吸気通路にパージさせるサブパージ通路に、高吸入
空気量域でのみ過給作動する副ターボチャージャのコン
プレッサ圧によって開弁するパージ用バルブを設けるよ
うにしたので、低吸入空気量域におけるサブパージ通路
からの蒸発燃料のパージを阻止することができる。した
がって、低吸入空気量域における蒸発燃料のパージ量を
適正化することができ、たとえ蒸発燃料量が外部条件に
よって極端に増減しても、燃焼条件への影響度は小さく
なり、エンジンストールおよび失火の発生を防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１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の装置におけるエンジン回転数に対する吸
気管圧力の変化を示す特性図である。

【図４】本発明の第２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５】従来の過給機付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 ７　　主ターボチャージャ ７ｂ　　主ターボチャージャのコンプレッサ８　　副タ
ーボチャージャ ８ｂ　　副ターボチャージャのコンプレッサ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　　メインパージ通路 ６５　　サブパージ通路 ６６　　パージ用バルブ（第１のバキュームコントロー
ルバルブ） ７０　　パージ用電磁弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　主ターボチャージャと副ターボチャー
   ジャとを備え、燃料タンクから発生する蒸発燃料をスロ
   ットル弁下流の吸気通路へ導くメインパージ通路と、前
   記燃料タンクから発生する蒸発燃料を前記両方のターボ
   チャージャのうちいずれか一方のターボチャージャのコ
   ンプレッサ上流の吸気通路にパージさせるサブパージ通
   路とを有し、該サブパージ通路に、高吸入空気量域での
   み過給作動する前記副ターボチャージャのコンプレッサ
   圧によって開弁するパージ用バルブを設けたことを特徴
   とする過給機付エンジンの蒸発燃料制御装置。