(57)【要約】【課題】本発明は蒸発燃料処理装置に関し、キャニスタの小型化と、蒸発燃料の効率的な処理とを可能とすることを目的とする。【解決手段】燃料タンク１０内で発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタ１４を設ける。キャニスタ１４に連通するパージ通路１８を設ける。パージ通路１８と連通する高濃度用分離ユニット２２を設ける。高濃度用分離ユニット２２は、パージガス循環ポンプ１６よりパージガスの供給を受け、高濃度室２８において燃料濃度の高い処理ガスを生成し、低濃度室２６において燃料濃度の低い中濃度ガスを生成する。上記の処理ガスは処理ガス通路３０により燃料タンク１０に戻される。燃料タンク１０の内部で発生する蒸発燃料は、パージ通路に連通するベーパ通路１２によって、キャニスタ１４とパージガス循環ポンプ１６の間に導かれる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発燃料を吸着することのできるキャニスタと、
前記キャニスタに連通するパージ通路と、
前記パージ通路と連通する分離室を有し、当該分離室に導かれたガス中から高濃度で蒸発燃料を含む処理ガスを分離する分離ユニットと、
前記処理ガスを燃料タンクに導く処理ガス通路と、
前記燃料タンクを前記パージ通路に連通させるベーパ通路と、
を備えることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
【請求項２】
前記パージ通路の途中に配置され、前記キャニスタ側から前記分離ユニット側へ向けてガスを圧送するパージガス循環ポンプを備え、
前記ベーパ通路は、前記キャニスタと前記パージガス循環ポンプとの間に連通されることを特徴とする請求項１記載の蒸発燃料処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸発燃料処理装置に係り、特に、燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタで吸着して大気に放出させることなく処理する蒸発燃料処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平１０−２７４１０６号公報に開示されるように、燃料タンク内で生じた蒸発燃料を吸着するためのキャニスタを備える蒸発燃料処理装置が知られている。この装置は、キャニスタに吸着されている蒸発燃料を空気の流れによりパージさせる機構と、パージガス中から蒸発燃料を分離する分離ユニットとを備えている。更に、この装置は、分離ユニットにより分離された蒸発燃料を液化するための凝縮ユニットと、凝縮された燃料を燃料タンクに還流させる還流経路とを備えている。このような蒸発燃料処理装置によれば、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を、大気に放出させることなく処理することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２７４１０６号公報
【特許文献２】
特開平６−１４７０３７号公報
【特許文献３】
特開昭６２−２７９８２５号公報
【特許文献４】
特開平６３−２７０５２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置において、燃料タンクから蒸発燃料を導出するための経路は、直接的にキャニスタに接続されている。この場合、燃料タンク内で発生する全ての蒸発燃料は、分離ユニットに到達する以前に必ずキャニスタに吸着されることとなる。発生する全ての蒸発燃料がキャニスタに吸着されるとすれば、キャニスタに対して大きな容量を与えておくことが必要である。このため、上記従来の装置は、キャニスタの大型化が避けられないという特性を有していた。
【０００５】
分離ユニットは、そこに流入してくるガス中の燃料濃度が高いほど蒸発燃料を効率的に処理することができる。このような要求に反して、キャニスタからパージされてくるガス中の燃料濃度は、さほど高くならないのが通常である。このため、上記従来の装置は、必ずしも高い効率で蒸発燃料が処理できないという特性も有していた。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、キャニスタの小型化と、蒸発燃料の効率的な処理とを可能とする蒸発燃料処理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】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、蒸発燃料処理装置であって、
蒸発燃料を吸着することのできるキャニスタと、
前記キャニスタに連通するパージ通路と、
前記パージ通路と連通する分離室を有し、当該分離室に導かれたガス中から高濃度で蒸発燃料を含む処理ガスを分離する分離ユニットと、
前記処理ガスを燃料タンクに導く処理ガス通路と、
前記燃料タンクを前記パージ通路に連通させるベーパ通路と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記パージ通路の途中に配置され、前記キャニスタ側から前記分離ユニット側へ向けてガスを圧送するパージガス循環ポンプを備え、
前記ベーパ通路は、前記キャニスタと前記パージガス循環ポンプとの間に連通されることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの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。
【００１０】
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の蒸発燃料処理装置の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態の装置は燃料タンク１０を備えている。燃料タンク１０には、その内部で発生した蒸発燃料を外部に導出するためのベーパ通路１２が連通している。ベーパ通路１２は、キャニスタ１４とパージガス循環ポンプ１６とを結ぶパージ通路１８に接続されている。
【００１１】
キャニスタ１４は、その内部に活性炭を有しており、ベーパ通路１２およびパージ通路１８を介して蒸発燃料を含むガスが流入してきた場合には、そのガス中の蒸発燃料を吸着することができる。キャニスタ１４の内部には、活性炭を加熱するためのヒータ２０が配置されている。活性炭は、ヒータ２０で加熱されることにより、その加熱が行われない場合に比して、吸着燃料を放出し易い状態となる。
【００１２】
パージガス循環ポンプ１６は、パージ通路１８を介して導かれるガスを吸入し、吐出口から圧送することができる。パージガス循環ポンプ１６の吐出口には、高濃度用分離ユニット２２が連通している。高濃度用分離ユニット２２は、第１分離膜２４を備えていると共に、第１分離膜２４により隔絶されている低濃度室２６および高濃度室２８を備えている。上述したパージガス循環ポンプ１６の吐出口は、より具体的には、低濃度室２６に連通している。一方、高濃度室２８には、処理ガス通路３０が連通している。
【００１３】
燃料タンク１０の内部には、燃料フィードポンプ３２と、ジェットポンプ３４とが配置されている。燃料フィードポンプ３２は、内燃機関（図示せず）に向けて燃料をフィードするためのポンプである。燃料フィードポンプ３２は、内燃機関において現実に消費される量に比して多量の燃料を吐出する。このようにして吐出された燃料のうち、過剰分は、ジェットポンプ３４を通過して燃料タンク１０の内部に還流される。
【００１４】
ジェットポンプ３４は、燃料フィードポンプ３２により吐出された燃料の過剰分が、その内部を流通する過程において、吸入口に負圧を生じさせ、その吸入口に供給されている流体を吸入して圧送するポンプである。図１に示すシステムにおいて、ジェットポンプ３４の吸入口には、上述した処理ガス通路３０が連通している。このため、ジェットポンプ３４によれば、処理ガス通路３０を介して、高濃度用分離ユニット２２の高濃度室２８内のガスを吸入し、吐出することができる。
【００１５】
高濃度用分離ユニット２２の上方には、中濃度用分離ユニット３６が配置されている。中濃度用分離ユニット３６は、第２分離膜３８を備えていると共に、第２分離膜３８により隔絶されている低濃度室４０および高濃度室４２を備えている。中濃度用分離ユニット３６の低濃度室４０は、連通路４４を介して、上述した高濃度用分離ユニット２２の低濃度室２６と連通している。
【００１６】
中濃度用分離ユニット３６の低濃度室４０には、また、キャニスタ入ガス通路４６が連通している。キャニスタ入ガス通路４６は、上述したキャニスタ１４に連通しており、中濃度用分離ユニット３６から流出してくるガスをキャニスタ１４に還流させることができる。また、キャニスタ入ガス通路４６は、中濃度用分離ユニット３６側の端部の近傍に調圧弁４８を備えていると共に、キャニスタ１４側の端部の近傍に逆止弁対５０を備えている。
【００１７】
調圧弁４８は、中濃度用分離ユニット３６からキャニスタ１４へ向かう流体の流れのみを許容する一方向弁であり、その上流側の経路内に、つまり、パージガス循環ポンプ１６から調圧弁４８に至る経路内に、所定の正圧を発生させるために設けられている。一方、逆止弁対５０は、キャニスタ１４を含む系内の圧力が不当に高圧或いは低圧となるのを防ぐために設けられている。
【００１８】
中濃度用分離ユニット３６の高濃度室４２には、循環ガス通路５２が連通している。循環ガス通路５２は、パージ通路１８に連通している。従って、循環ガス通路５２によれば、中濃度用分離ユニット３６の高濃度室４２と、パージガス循環ポンプ１６の吸入口とを導通状態にすることができる。
【００１９】
［基本動作の説明］
図１に示す装置において、パージガス循環ポンプ１６が停止している場合は、燃料タンク１０からキャニスタ１４へ蒸発燃料を含むガスが流入することがある。例えば、車両の停止後に燃料タンク１０の内部において、余熱により多量に蒸発燃料が発生した場合、或いは、給油の実行に伴って燃料タンク１０内のガスが多量に押し出された場合は、蒸発燃料を含むガスが多量にキャニスタ１４に流入する。この際、キャニスタ１４は、ガス中の蒸発燃料を吸着し、空気のみを逆止弁対５０に向かって流通させる。
【００２０】
パージガス循環ポンプ１６が作動すると、そこで生成された負圧がキャニスタ１４に導かれる。このような負圧が、燃料を吸着しているキャニスタ１４に導かれると、蒸発燃料を含むキャニスタ出ガスがパージ通路１８へ流出する。パージガス循環ポンプ１６により生成される負圧は、循環ガス通路５２を介して、中濃度用分離ユニット３６の高濃度室４２にも導かれる。このため、パージガス循環ポンプ１６には、定常状態では、パージ通路１８から供給されるキャニスタ出ガスと、循環ガス通路５２から供給される循環ガスとが吸引される。そして、この場合パージガス循環ポンプ１６は、それらの混合ガスを、パージガスとして高濃度用分離ユニット２２の低濃度室２６に供給する。
【００２１】
パージガス循環ポンプ１６が上記の如く作動している場合、ポンプ１６の吐出口から調圧弁４８までの系（高濃度用分離ユニット２２の低濃度室２６、および中濃度用分離ユニット３６の低濃度室４０を含む）にはポンプの吐出圧が作用する。一方、高濃度用分離ユニット２２の高濃度室２８にはジェットポンプ３４の作動に伴う負圧が導かれている。更に、中濃度用分離ユニット３６の高濃度室４２には、パージガス循環ポンプ１６の発する負圧が導かれる。従って、この場合、高濃度用分離ユニット２２の第１分離膜２４の両側、および中濃度用分離ユニット３６の第２分離膜３８の両側には、何れも、低濃度室２６，４０側が高濃度室２８，４２側に比して高圧となるような差圧が発生する。
【００２２】
第１分離膜２４および第２分離膜３８は、ポリイミドなどの高分子材料で構成された薄膜であり、空気と燃料を含むガスに晒された場合に、膜に対する空気の溶解度と燃料の溶解度との違いにより、両者を分離する特性を示す。より具体的には、第１分離膜２４および第２分離膜３８は、一方の面に蒸発燃料を含むガスが導かれ、かつ、その面の側が高圧となるように膜の両側に差圧が与えられた場合に、膜の低圧側に蒸発燃料濃度の高められた凝縮ガスを通過させる特性を有している。
【００２３】
このため、パージガス循環ポンプ１６の作動に伴って、高濃度用分離ユニット２２の低濃度室２６に混合ガスが流入し、かつ、第１分離膜２４の両側に低濃度室２６が高圧となるような差圧が発生すると、混合ガス中の蒸発燃料が高濃度室２８側に凝縮される。その結果、低濃度室２６内の混合ガスは流入時に比して燃料濃度の低いガス（以下、「中濃度ガス」と称す）となり、また、高濃度室２８内には、高濃度の処理ガスが生成される。
【００２４】
高濃度用分離ユニット２２の低濃度室２６から流出する中濃度ガスは、中濃度用分離ユニット３６の低濃度室４０に流入する。中濃度用分離ユニット３６は、低濃度室４０に中濃度ガスが流入すると、第２分離膜３８により中濃度ガス中の蒸発燃料を凝縮して、中濃度ガスに比して濃度の高い循環ガスを高濃度室４２において生成する。生成された循環ガスは、循環ガス通路５２を通ってパージガス循環ポンプ１６の吸入口に供給される。
【００２５】
本実施形態の装置では、キャニスタ出ガスの燃料濃度が１５％である場合に、定常状態では、循環ガスの燃料濃度が６５％程度となり、その結果、パージガス循環ポンプ１６から吐出される混合ガス（パージガス）の燃料濃度が６０％程度となる。高濃度用分離ユニット２２は、６０％程度のパージガスが供給されると、そのパージガスを、燃料濃度が９５％以上の処理ガスと、燃料濃度が４０％程度の中濃度用ガスとに分離する。中濃度用分離ユニット３６は、燃料濃度が４０％程度の中濃度ガスの供給を受けると、その中濃度ガスを、燃料濃度が６５％程度の循環ガスと、燃料濃度が５％未満のキャニスタ入ガスとに分離する。つまり、本実施形態の装置は、キャニスタ出ガスの燃料濃度が１５％程度である場合には、定常状態で、燃料濃度が９５％以上の処理ガスと、燃料濃度が５％未満のキャニスタ入ガスとを生成することができる。
【００２６】
高濃度用分離ユニット２２において生成された処理ガスは、ジェットポンプ３４に吸入される。ジェットポンプ３４は、空気濃度が５％程度であれば、その空気が燃料中に溶け込む程度に処理ガスを圧縮することができる。このため、本実施形態の構成によれば、高濃度用分離ユニット２２により生成された処理ガスを、液化させた状態で燃料タンク１０の内部に戻すことができる。
【００２７】
［本実施形態の特徴の説明］
燃料タンク１０の内部では、パージの実行中においても蒸発燃料が発生することがある。ベーパ通路１２が、仮にパージ通路１８にではなく、キャニスタ１４に接続されているとすれば、パージの実行中に発生する蒸発燃料は、一旦は必ずキャニスタ１４に流入することとなる。パージの実行中に発生する蒸発燃料が必ずキャニスタ１４に吸着されるとすれば、キャニスタ１４の容量は、そのような蒸発燃料の吸着をも考慮したうえで、大きな値としておくことが必要である。このため、ベーパ通路１２がキャニスタ１４に接続されている構成においては、キャニスタ１４に対して大きな容量を与えることが必要となる。
【００２８】
これに対して、本実施形態の装置では、既述した通り、ベーパ通路１２が、キャニスタ１４にではなくパージ通路１８に接続されている。この構成によれば、パージの実行中に発生した蒸発燃料は、キャニスタ１４に吸着されることなく、燃料タンク１０の内部から直接的に高濃度用分離ユニット２２に導かれる。このため、本実施形態のシステムでは、パージの実行中に発生する蒸発燃料がキャニスタ１４には吸着されないものとして、その容量を小さくすることができる。
【００２９】
本実施形態の構成は、蒸発燃料の処理効率の点でも、ベーパ通路１２がキャニスタ１４に接続されているものに比して優れている。すなわち、高濃度用分離ユニット２２や、中濃度用分離ユニット３６は、パージガス循環ポンプ１６から吐出されるガス中の燃料濃度が高いほど、蒸発燃料を効率良く処理することができる。パージガス循環ポンプ１６から吐出されるガス中の燃料濃度は、燃料タンク１０内で発生した蒸発燃料が、ベーパ通路１２から直接パージガス循環ポンプ１６に流入する場合と、キャニスタ１４に吸着された後にパージガス循環ポンプ１６に向けてパージされる場合とでは、前者の場合により濃くなるのが通常である。本実施形態の装置は、パージ中に発生した蒸発燃料を前者の経路でパージガス循環ポンプ１６に流入させることができる。このため、この装置によれば、ベーパ通路１２がキャニスタ１４に接続されているものに比して、より効率的に蒸発燃料を処理することができる。
【００３０】
実施の形態２．
次に、図２を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図２は、本発明の実施の形態２の蒸発燃料処理装置の構成を説明するための図を示す。尚、図２において、上記図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００３１】
実施の形態２の装置において、キャニスタ１４は、パージ通路１８を介して高濃度用分離ユニット２２の低濃度室２６に直接接続されている。また、高濃度用分離ユニット２２の低濃度室２６は、パージ通路６０を介して内燃機関の吸気通路に接続されている。パージ通路６０は、図示しないパージ制御弁を備えており、必要に応じて、内燃機関の吸気通路と上記の低濃度室２６とを導通させることができる。
【００３２】
実施の形態２の装置は、実施の形態１の装置と同様に、車両の停止後の発生した蒸発燃料や、給油時に押し出されて燃料タンク１０から流出する蒸発燃料をキャニスタ１４により吸着することができる。そして、この装置は、キャニスタ１４に吸着した蒸発燃料を、その一部を燃料タンク１０に戻すことにより、また、その残部を内燃機関１０の吸気通路に吸入させることにより、処理することができる。以下、本実施形態の装置が蒸発燃料を処理する際の動作について説明する。
【００３３】
高濃度用分離ユニット２２は、実施の形態１の場合と同様に、低濃度室２６の内圧が、高濃度室２８の内圧に比して高い場合に、高濃度室２８に燃料濃度の高い処理ガスを発生させる。図２に示す構成において、低濃度室２６の内圧は、キャニスタ１４や燃料タンク１０の内圧に、つまり、大気圧の近傍に開放されている。一方、高濃度室２８には、ジェットポンプ３４の作動に伴う負圧が導かれている。このため、分離膜２４の両側には、高濃度室２８に燃料濃度の高い処理ガスを発生させることのできる差圧が確保されている。
【００３４】
本実施形態の装置は、キャニスタ１４内の蒸発燃料を積極的にパージすべき要求が生じた場合は、その差圧が確保される範囲で、つまり、低濃度室２６の内圧が高濃度室２８の内圧（ジェットポンプ３４による負圧）より高く維持される範囲で、パージ制御弁を開いて低濃度室２８に内燃機関の吸気負圧を導入する。この場合、高濃度室２８において生成された燃料濃度の高い処理ガスがジェットポンプ３４により燃料タンク１０内に戻されると共に、低濃度室２６では、分離膜２４の働きにより燃料濃度の下げられた中濃度ガスが生成され、この中濃度ガスが内燃機関の吸気通路にパージされる。
【００３５】
本実施形態の装置において、ベーパ通路１２は、実施の形態１の場合と同様にパージ通路１８に接続されている。このため、本実施形態においても、キャニスタ１４の容量を小さく抑制することが可能であり、また、燃料タンク１０内で発生した蒸発燃料を直接的に高濃度用分離ユニット２２に導き、高い処理効率を実現することができる。燃料タンク１０の内部で発生した蒸発燃料が、何ら希釈されることなく内燃機関にパージされると、そのパージに起因して大きな空燃比荒れが生じ易い。これに対して、本実施形態のように、高濃度用分離ユニット２２により希釈した中濃度ガスを内燃機関に供給することとすれば、そのような空燃比荒れは十分に抑制することができる。このため、本実施形態の装置によれば、パージガス循環ポンプ１６を用いずに、蒸発燃料を吸気通路に流入させる構成を採用しつつ、内燃機関のドライバビリティやエミッション特性を悪化させることなく、実施の形態１の場合と同様の効果を実現することができる。
【００３６】
尚、上述した実施の形態１または２においては、高濃度用分離ユニット２２の低濃度室２６が前記第１の発明における「分離室」に、高濃度用分離ユニット２２が前記第１の発明における「分離ユニット」に、それぞれ相当している。
【００３７】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明によれば、燃料タンクの内部で発生する蒸発燃料を、ベーパ通路を介して、キャニスタと分離ユニットとの間に導出することができる。このため、本発明によれば、燃料タンクから導出される蒸発燃料を、直接的に分離ユニットに供給することができ、キャニスタの小型化を可能とし、かつ、蒸発燃料の効率的な処理を可能とすることができる。
【００３８】
第２の発明によれば、燃料タンクから導出されたガスをパージガス循環ポンプにより分離ユニットに圧送することができる。このため、本発明によれば、キャニスタに流入する蒸発燃料量を十分に少なくすることができ、かつ、分離ユニットにおける蒸発燃料の処理効率を十分に高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の蒸発燃料処理装置の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態２の蒸発燃料処理装置の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１０  燃料タンク
１２  ベーパ通路
１４  キャニスタ
１６  パージガス循環ポンプ
１８，６０  パージ通路
２２  高濃度用分離ユニット
２４，３８  分離膜
２６，４０  低濃度室
２８，４２  高濃度室
３６  中濃度用分離ユニット
３４  ジェットポンプ
【図１】
2004324488.tif 000003
【図２】
2004324488.tif 000004