(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の蒸発燃料処理装置であって、
燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
前記キャニスタから、キャニスタ出ガスを流出させるキャニスタ出ガス生成手段と、
前記キャニスタ出ガスを、高濃度で蒸発燃料を含む処理ガスと、中濃度で蒸発燃料を含む循環ガスと、低濃度で蒸発燃料を含むキャニスタ入ガスとに分離するベーパ濃縮手段と、
前記処理ガスを前記燃料タンクに導く処理ガス通路と、
前記循環ガスを前記ベーパ濃縮手段の上流に循環させる循環ガス通路と、
前記キャニスタ入ガスを前記キャニスタの上流に循環させるキャニスタ入ガス通路と、
を備えることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
【請求項２】
前記キャニスタ出ガス生成手段は、前記キャニスタに連通するパージガス循環ポンプを含み、
前記ベーパ濃縮手段は、
蒸発燃料を含むガスを高濃度で蒸発燃料を含む高濃度ガスと低濃度で蒸発燃料を含む低濃度ガスとに分離する第１の分離膜を有し、前記キャニスタ出ガスと前記循環ガスとの混合ガスを前記処理ガスと中濃度ガスとに分離する高濃度用分離ユニットと、
前記高濃度分離ユニットの下流に配置され、前記第１の分離膜と同様に機能する第２の分離膜を有し、前記中濃度ガスを前記循環ガスと前記キャニスタ入ガスとに分離する中濃度用分離ユニットとを含むことを特徴とする請求項１記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項３】
前記第１の分離膜の面積は、前記第２の分離膜の面積に比して小さいことを特徴とする請求項２記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項４】
前記第１の分離膜の面積と、前記第２の分離膜の面積との比は、キャニスタ出ガスの蒸発燃料濃度が１５％である場合に、前記処理ガスの蒸発燃料濃度が９５％以上となり、かつ、前記キャニスタ入ガスの蒸発燃料濃度が５％以下となるように設定されていることを特徴とする請求項３記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項５】
前記燃料タンク内の燃料を内燃機関に向けてフィードするフィードポンプを備え、
前記処理ガス通路は、前記フィードポンプの燃料吸引口に前記処理ガスを導くことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項６】
前記フィードポンプの燃料吸引口に負圧を発生させるためのベンチュリを備えることを特徴とする請求項５記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項７】
前記パージガス循環ポンプは、前記キャニスタと前記高濃度用側分離ユニットとの間に配設されると共に、
前記キャニスタ入ガス通路は、前記中濃度用分離ユニット側の圧力を前記キャニスタ側の圧力に比して高圧とする調圧弁を備えることを特徴とする請求項２乃至６の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項８】
前記ベーパ濃縮手段が前記処理ガスを生成する際の処理能力を可変とする処理能力可変手段と、
蒸発燃料の処理必要量を求める処理必要量取得手段と、
前記処理必要量に基づいて、前記処理能力可変手段を制御する処理能力制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項７記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項９】
前記処理能力可変手段は、前記第１の分離膜に触れる前記混合ガスの圧力、および前記第２の分離膜に触れる前記中濃度ガスの圧力の少なくとも一方の圧力を可変とする圧力可変手段を含み、
前記処理能力制御手段は、前記処理必要量が多いほど前記圧力を高圧とする圧力制御手段を含むことを特徴とする請求項８記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１０】
前記圧力可変手段は、前記調圧弁の設定圧力を可変とする調圧弁設定圧力可変手段を含み、
前記処理能力制御手段は、前記処理必要量が多いほど前記設定圧力を高圧とする設定圧力制御手段を含むことを特徴とする請求項９記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１１】
前記圧力可変手段は、前記パージガス循環ポンプの吐出能力を可変とする吐出能力可変手段を含み、
前記処理能力制御手段は、前記処理必要量が多いほど前記吐出能力を高める吐出能力制御手段を含むことを特徴とする請求項９または１０記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１２】
前記処理能力可変手段は、前記キャニスタを加熱するキャニスタ加熱手段を含み、
前記処理能力制御手段は、前記処理必要量が多いほど前記キャニスタ加熱手段に多くの熱量を発生させる発熱量制御手段を含むことを特徴とする請求項８乃至１１の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１３】
前記キャニスタと前記パージガス循環ポンプとの間に配設され、前記パージガス循環ポンプの作動時に、前記循環ガス通路に負圧を生じさせる負圧調整弁を備えることを特徴とする請求項７乃至１２の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１４】
前記キャニスタからの蒸発燃料の脱離を促進する脱離促進手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１５】
前記脱離促進手段は、前記キャニスタを加熱するキャニスタ加熱手段を含むことを特徴とする請求項１４記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１６】
前記キャニスタと前記パージガス循環ポンプとは、当該パージガス循環ポンプの作動に伴う熱が前記キャニスタに伝わるように配置されており、
前記キャニスタ加熱手段は、当該パージガス循環ポンプを含むことを特徴とする請求項１５記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１７】
前記キャニスタ出ガスの濃度、前記混合ガスの濃度、および前記処理ガスの濃度の少なくとも１つを検出する濃度検出手段と、
前記脱離促進手段の作動時における前記濃度検出手段の検出結果と、前記脱離促進手段の非作動時における前記濃度検出手段の検出結果との差に基づいて、前記脱離促進手段の異常を判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１４乃至１６の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１８】
前記高濃度用分離ユニットは、前記中濃度用分離ユニットの下方に配置されていることを特徴とする請求項２乃至１７の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１９】
前記燃料タンクは、前記高濃度用分離ユニットおよび前記中濃度用分離ユニットの何れよりも下方に配置されることを特徴とする請求項２乃至１８の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項２０】
前記キャニスタ出ガスの濃度、前記混合ガスの濃度、および前記処理ガスの濃度の少なくとも１つを検出する濃度検出手段と、
前記第１の分離膜の面積と、前記第２の分離膜の面積との比率を可変とする面積比可変手段と、
前記濃度検出手段の検出結果に基づいて、前記面積比可変手段を制御する面積比制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項２乃至１９の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項２１】
前記高濃度用分離ユニットは複数の処理室を備え、
前記第１の分離膜は、前記複数の処理室のそれぞれを上室と下室に区分する複数の部分を含み、
前記複数の処理室は、複数の上室が互いに直列に導通すると共に、複数の下室の全てが前記処理ガス通路に連通するように設けられ、
前記面積比可変手段は、前記混合ガスを少なくとも２つの上室にそれぞれ導くための少なくとも２本の通路と、前記少なくとも２本の通路を流れる前記混合ガスの比率を可変とする弁機構とを含み、
前記面積比制御手段は、前記濃度検出手段の検出結果に基づいて前記弁機構を制御する弁機構制御手段を含むことを特徴とする請求項２０記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項２２】
前記処理ガス通路に連通して前記処理ガスを蓄える処理ガスタンクと、
内燃機関の始動時に、前記処理ガスタンクに蓄えられている前記処理ガスを内燃機関に対して燃料として供給する燃料ガス供給手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至２１の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項２３】
前記パージガス循環ポンプの出口部における圧力を検出するポンプ出口圧力検出手段と、
前記パージガス循環ポンプが作動すべき状況下で検出された前記出口部における圧力が所定の値から外れている場合に、当該パージガス循環ポンプ、若しくは当該パージガス循環ポンプから前記調圧弁までの経路に異常が生じていることを認識する異常認識手段と、
を備えることを特徴とする請求項７乃至２２の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項２４】
前記パージガス循環ポンプの出口部における圧力を検出するポンプ出口圧力検出手段と、
前記パージガス循環ポンプの作動停止直後に前記出口部に生ずる圧力変化に基づいて、当該パージガス循環ポンプから前記調圧弁までの経路に漏れが生じているか否かを判断する漏れ判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項７乃至２３の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項２５】
前記キャニスタを流通するガスの流量を検出するキャニスタ流通ガス検出手段と、
前記キャニスタを流通するガスの流量に基づいて、前記キャニスタ出ガス生成手段の作動完了を判定するパージ完了判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至２４の何れか１項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、内燃機関の燃料タンク内で発生する蒸発燃料を大気に放出させることなく処理するための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膜とを備えている。更に、この装置は、分離膜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、キャニスタを含む閉じた系の中で処理することができる。このため、上述した従来の装置によれば、燃料噴射量の補正のような複雑な制御を必要とすることなく、蒸発燃料の大気放出を有効に防止することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
既述した通り、上記従来の装置は、分離膜を用いてパージガス中から蒸発燃料を抽出している。しかしながら、既存の分離膜では、キャニスタからパージされてくるパージガス中から、十分に高い濃度で蒸発燃料を取り出すことはできない。濃度の薄い燃料ガスがそのまま燃料タンクに還流されるとすれば、燃料ガスに含まれる空気の影響で種々の不都合が生ずる。このため、上記従来の装置は、分離膜の後段に、燃料ガスを凝縮するための凝縮ユニットを配置することとしている。
【０００４】
このように、上記従来の装置は、分離膜によって高濃度の燃料ガスが生成できないため、分離膜の後段に凝縮ユニットを設けることを必須とするものであった。
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、分離膜による処理のみで十分に蒸発燃料を凝縮させることができ、凝縮ユニットを用いることなく蒸発燃料の燃料タンクへの還流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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、内燃機関の蒸発燃料処理装置であって、
燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
前記キャニスタから、キャニスタ出ガスを流出させるキャニスタ出ガス生成手段と、
前記キャニスタ出ガスを、高濃度で蒸発燃料を含む処理ガスと、中濃度で蒸発燃料を含む循環ガスと、低濃度で蒸発燃料を含むキャニスタ入ガスとに分離するベーパ濃縮手段と、
前記処理ガスを前記燃料タンクに導く処理ガス通路と、
前記循環ガスを前記ベーパ濃縮手段の上流に循環させる循環ガス通路と、
前記キャニスタ入ガスを前記キャニスタの上流に循環させるキャニスタ入ガス通路と、
を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記キャニスタ出ガス生成手段は、前記キャニスタに連通するパージガス循環ポンプを含み、
前記ベーパ濃縮手段は、
蒸発燃料を含むガスを高濃度で蒸発燃料を含む高濃度ガスと低濃度で蒸発燃料を含む低濃度ガスとに分離する第１の分離膜を有し、前記キャニスタ出ガスと前記循環ガスとの混合ガスを前記処理ガスと中濃度ガスとに分離する高濃度用分離ユニットと、
前記高濃度分離ユニットの下流に配置され、前記第１の分離膜と同様に機能する第２の分離膜を有し、前記中濃度ガスを前記循環ガスと前記キャニスタ入ガスとに分離する中濃度用分離ユニットとを含むことを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の蒸発燃料処理装置であって、前記第１の分離膜の面積は、前記第２の分離膜の面積に比して小さいことを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の蒸発燃料処理装置であって、前記第１の分離膜の面積と、前記第２の分離膜の面積との比は、キャニスタ出ガスの蒸発燃料濃度が１５％である場合に、前記処理ガスの蒸発燃料濃度が９５％以上となり、かつ、前記キャニスタ入ガスの蒸発燃料濃度が５％以下となるように設定されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記燃料タンク内の燃料を内燃機関に向けてフィードするフィードポンプを備え、
前記処理ガス通路は、前記フィードポンプの燃料吸引口に前記処理ガスを導くことを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の蒸発燃料処理装置であって、前記フィードポンプの燃料吸引口に負圧を発生させるためのベンチュリを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項７記載の発明は、請求項２乃至６の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記パージガス循環ポンプは、前記キャニスタと前記高濃度用側分離ユニットとの間に配設されると共に、
前記キャニスタ入ガス通路は、前記中濃度用分離ユニット側の圧力を前記キャニスタ側の圧力に比して高圧とする調圧弁を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記ベーパ濃縮手段が前記処理ガスを生成する際の処理能力を可変とする処理能力可変手段と、
蒸発燃料の処理必要量を求める処理必要量取得手段と、
前記処理必要量に基づいて、前記処理能力可変手段を制御する処理能力制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記処理能力可変手段は、前記第１の分離膜に触れる前記混合ガスの圧力、および前記第２の分離膜に触れる前記中濃度ガスの圧力の少なくとも一方の圧力を可変とする圧力可変手段を含み、
前記処理能力制御手段は、前記処理必要量が多いほど前記圧力を高圧とする圧力制御手段を含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記圧力可変手段は、前記調圧弁の設定圧力を可変とする調圧弁設定圧力可変手段を含み、
前記処理能力制御手段は、前記処理必要量が多いほど前記設定圧力を高圧とする設定圧力制御手段を含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項１１記載の発明は、請求項９または１０記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記圧力可変手段は、前記パージガス循環ポンプの吐出能力を可変とする吐出能力可変手段を含み、
前記処理能力制御手段は、前記処理必要量が多いほど前記吐出能力を高める吐出能力制御手段を含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項１２記載の発明は、請求項８乃至１１の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記処理能力可変手段は、前記キャニスタを加熱するキャニスタ加熱手段を含み、
前記処理能力制御手段は、前記処理必要量が多いほど前記キャニスタ加熱手段に多くの熱量を発生させる発熱量制御手段を含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項１３記載の発明は、請求項７乃至１２の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記キャニスタと前記パージガス循環ポンプとの間に配設され、前記パージガス循環ポンプの作動時に、前記循環ガス通路に負圧を生じさせる負圧調整弁を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１４記載の発明は、請求項１乃至１３の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置であって、前記キャニスタからの蒸発燃料の脱離を促進する脱離促進手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項１５記載の発明は、請求項１４記載の蒸発燃料処理装置であって、前記脱離促進手段は、前記キャニスタを加熱するキャニスタ加熱手段を含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項１６記載の発明は、請求項１５記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記キャニスタと前記パージガス循環ポンプとは、当該パージガス循環ポンプの作動に伴う熱が前記キャニスタに伝わるように配置されており、
前記キャニスタ加熱手段は、当該パージガス循環ポンプを含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項１７記載の発明は、請求項１４乃至１６の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記キャニスタ出ガスの濃度、前記混合ガスの濃度、および前記処理ガスの濃度の少なくとも１つを検出する濃度検出手段と、
前記脱離促進手段の作動時における前記濃度検出手段の検出結果と、前記脱離促進手段の非作動時における前記濃度検出手段の検出結果との差に基づいて、前記脱離促進手段の異常を判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項１８記載の発明は、請求項２乃至１７の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置であって、前記高濃度用分離ユニットは、前記中濃度用分離ユニットの下方に配置されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１９記載の発明は、請求項２乃至１８の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置であって、前記燃料タンクは、前記高濃度用分離ユニットおよび前記中濃度用分離ユニットの何れよりも下方に配置されることを特徴とする。
【００２４】
請求項２０記載の発明は、請求項２乃至１９の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記キャニスタ出ガスの濃度、前記混合ガスの濃度、および前記処理ガスの濃度の少なくとも１つを検出する濃度検出手段と、
前記第１の分離膜の面積と、前記第２の分離膜の面積との比率を可変とする面積比可変手段と、
前記濃度検出手段の検出結果に基づいて、前記面積比可変手段を制御する面積比制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２５】
請求項２１記載の発明は、請求項２０記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記高濃度用分離ユニットは複数の処理室を備え、
前記第１の分離膜は、前記複数の処理室のそれぞれを上室と下室に区分する複数の部分を含み、
前記複数の処理室は、複数の上室が互いに直列に導通すると共に、複数の下室の全てが前記処理ガス通路に連通するように設けられ、
前記面積比可変手段は、前記混合ガスを少なくとも２つの上室にそれぞれ導くための少なくとも２本の通路と、前記少なくとも２本の通路を流れる前記混合ガスの比率を可変とする弁機構とを含み、
前記面積比制御手段は、前記濃度検出手段の検出結果に基づいて前記弁機構を制御する弁機構制御手段を含むことを特徴とする。
【００２６】
請求項２２記載の発明は、請求項１乃至２１の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記処理ガス通路に連通して前記処理ガスを蓄える処理ガスタンクと、
内燃機関の始動時に、前記処理ガスタンクに蓄えられている前記処理ガスを内燃機関に対して燃料として供給する燃料ガス供給手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２７】
請求項２３記載の発明は、請求項７乃至２２の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記パージガス循環ポンプの出口部における圧力を検出するポンプ出口圧力検出手段と、
前記パージガス循環ポンプが作動すべき状況下で検出された前記出口部における圧力が所定の値から外れている場合に、当該パージガス循環ポンプ、若しくは当該パージガス循環ポンプから前記調圧弁までの経路に異常が生じていることを認識する異常認識手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２８】
請求項２４記載の発明は、請求項７乃至２３の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記パージガス循環ポンプの出口部における圧力を検出するポンプ出口圧力検出手段と、
前記パージガス循環ポンプの作動停止直後に前記出口部に生ずる圧力変化に基づいて、当該パージガス循環ポンプから前記調圧弁までの経路に漏れが生じているか否かを判断する漏れ判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２９】
請求項２５記載の発明は、請求項１乃至２４の何れか１項記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記キャニスタを流通するガスの流量を検出するキャニスタ流通ガス検出手段と、
前記キャニスタを流通するガスの流量に基づいて、前記キャニスタ出ガス生成手段の作動完了を判定するパージ完了判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００３０】
【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。
【００３１】
実施の形態１．
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の内部には低圧フィードポンプ１２（以下、単に「フィードポンプ１２」と称す）が配置されている。フィードポンプ１２には、燃料タンク１０内の燃料を吸引するための吸引管１４が連通していると共に、図示しない内燃機関に燃料をフィードするための燃料管１６が連通している。
【００３２】
燃料タンク１０には、ベーパ通路１８を介してキャニスタ２０が連通している。キャニスタ２０は、その内部に活性炭を有している。燃料タンク１０の内部で発生する蒸発燃料は、ベーパ通路１８を通ってキャニスタ２０に流入し、その活性炭に吸着される。
【００３３】
キャニスタ２０の内部には、活性炭と共にヒータ２２が配置されている。ヒータ２２によれば、活性炭を適当に加熱することができる。キャニスタ２０は、また、大気口２４を備えている。大気口２４には、キャニスタ２０の内部に過大な圧力が生ずるのを防止するための過圧防止弁２６が設けられている。過圧防止弁２６は、キャニスタ２０の内部から流出する流体の流れのみを許容する一方向弁であり、図示しないエアクリーナを介して大気に開放されている。
【００３４】
キャニスタ２０には、パージ通路２８が連通している。パージ通路２８は、負圧調整弁３０を備えており、その調整弁３０の下流においてパージガス循環ポンプ３２の吸入口に連通している。負圧調整弁３０は、キャニスタ２０からパージガス循環ポンプ３２へ向かう流体の流れのみを許容する一方向弁であり、パージガス循環ポンプ３２の作動時に、その吸入口付近に所定の負圧を発生させるために設けられている。
【００３５】
パージガス循環ポンプ３２の吐出口には、高濃度用分離ユニット３４が連通している。高濃度用分離ユニット３４は、第１の分離膜３６を備えていると共に、第１の分離膜３６により隔絶されている上室３８および下室４０を備えている。上述したパージガス循環ポンプ３２は、より具体的には、高濃度用分離ユニット３４の上室３８に連通している。一方、高濃度用分離ユニット３４の下室４０には処理ガス通路４２が連通している。処理ガス通路４２は、燃料タンク１０の内部において、吸引管１４に、すなわち、フィードポンプ１２の吸引口に連通している。高濃度用分離ユニット３４は、３次元的な配置において、燃料タンク１０より高い位置に配置される。このため、処理ガス通路４２は、上方から下方へ向かうように延在している。
【００３６】
高濃度用分離ユニット３４の上方には、中濃度用分離ユニット４４が配置されている。中濃度用分離ユニット４４は、第２の分離膜４６を備えていると共に、第２の分離膜４６により隔絶されている上室４８および下室５０を備えている。中濃度用分離ユニット４４の上室４８は、連通路５２を介して高濃度用分離ユニット３４の上室３８と連通している。中濃度用分離ユニット４４は、３次元的な配置において、高濃度用分離ユニット３４より高い位置に配置されているため、連通路５２は上方から下方へ向かうように延在している。
【００３７】
中濃度用分離ユニット４４の上室４８には、更に、キャニスタ入ガス通路５４が連通している。キャニスタ入ガス通路５４は、上述したキャニスタ２０に連通しており、中濃度用分離ユニット４４から流出してくるガスをキャニスタ２０に還流させることができる。また、キャニスタ入ガス通路５４は、中濃度用分離ユニット４４側の端部の近傍に調圧弁５６を備えていると共に、キャニスタ２０側の端部の近傍に負圧防止弁５８を備えている。
【００３８】
調圧弁５６は、中濃度用分離ユニット４４からキャニスタ２０へ向かう流体の流れのみを許容する一方向弁であり、その上流側に、より具体的には、パージガス循環ポンプ３２から調圧弁５６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、負圧防止弁５８は、図示しないエアクリーナを介して大気に連通しており、キャニスタ入ガス通路５４への大気の流入のみを許容する一方向弁である。負圧防止弁５８は、キャニスタ入ガス通路５４の内部、乃至はキャニスタ２０の内部に不当に大きな負圧が生ずるのを防ぐために設けられている。
【００３９】
中濃度用分離ユニット４４の下室５０には、循環ガス通路６０が連通している。循環ガス通路６０は、負圧調整弁３０の下流においてパージ通路２８に連通している。従って、循環ガス通路６０によれば、中濃度用分離ユニット４４の下室５０と、パージガス循環ポンプ３２の吸入口とを導通状態にすることができる。
【００４０】
図１に示す通り、本実施形態の装置は、エバポ処理制御コンピュータ６２を備えている（以下、ECU：Electronic Control Unit)と称す）。上述したヒータ２２やパージガス循環ポンプ３２などは、ECU６２によって制御されている。
【００４１】
次に、図２を参照して、第１の分離膜３６および第２の分離膜４６の特性について説明する。
第１の分離膜３６および第２の分離膜４６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。
【００４２】
図２は、上記構造を有する分離膜６４が蒸発燃料を凝縮する原理を模式的に表した図である。図２は、具体的には、分離膜６４の上流空間６６（左上の空間）に蒸発燃料を１５％の濃度で含むガスが３０kPaの圧力で導かれ、かつ、その下流空間６８（右下の空間）に１００kPaの圧力が作用している状態を示す。
【００４３】
分離膜６４は、理想的には、空気の通過を阻止しつつ蒸発燃料を自由に通過させる。この場合、蒸発燃料の蒸気分圧は分離膜６４の両側で等しくなる。図２に示す状態において、分離膜６４の上流空間６６（２００kPa、１５％）には、１７０kPaの空気分圧と３０kPaの燃料分圧とが生じている。燃料分圧が分離膜６４の両側で同じであるとすれば、その下流空間６８には、７０kPaの空気分圧と３０kPaの燃料分圧が発生する。つまり、この場合、蒸発燃料の濃度は、分離膜６４の機能により１５％から３０％に高められている。
【００４４】
以上説明した通り、本実施形態において用いられる分離膜６４によれば、分離膜６４の上流側に高圧のガスを導き、その下流側の圧力を低く維持することにより、ガス中の蒸発燃料濃度を高めることができる。この際、蒸発燃料を濃縮する能力は、分離膜の両側に生ずる差圧が大きいほど、また、分離膜下流の圧力が低圧であるほど大きなものとなる。従って、第１の分離膜３６および第２の分離膜４６によれば、それらの上流側（上室３８，４８）に高い圧力を導き、また、それらの下流側（下室４０，５０）に低い圧力を導くほど、蒸発燃料の濃縮能力を高めることができる。
【００４５】
次に、図３を参照して、分離膜を利用して、蒸発燃料と空気の混合ガスから、燃料濃度が十分に高いガスと、その濃度が十分に低いガスを取り出す原理について説明する。
図３（Ａ）は、分離膜６４の上流空間６６に６０％の蒸発燃料ガス（燃料６０％、空気４０％）が流入し、分離膜６４により、そのガスが、５％の低濃度ガス（燃料５％、空気９５％）と、７２．５％の中濃度ガス（燃料７２．５％、空気２７．５％）とに分離されている状態を示す。
【００４６】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す分離がどのように行われているかをより詳細に示した図である。図３（Ｂ）に示す通り、蒸発燃料ガスの濃度は、上流空間６６に流入した直後は６０％である。蒸発燃料ガスの濃度がこのように高い部分では、分離膜６４の下流に極めて濃度の高い蒸発燃料ガスを生成することができる。具体的には、９５％程度の濃度で燃料を含むガスを生成することができる。
【００４７】
上流空間６６に流入した蒸発燃料ガスの濃度は、ガス中の蒸発燃料が下流空間６８に分離されるにつれて低下する。このため、上流空間６６内の濃度は、図３（Ｂ）に示すように、上流空間６６の左側から右側にかけて低下する。そして、蒸発燃料ガスが上流空間６６から流出する段階では、その濃度が５％程度に低下している。下流空間６８で生成される濃縮ガスの濃度は、分離膜６４の上流側のガス濃度に応じた値となる。このため、下流空間６８内のガス濃度も、上流空間６６内の濃度と同様に、図中左側から右側にかけて低下する。
【００４８】
図３（Ａ）に示す７２．５％の濃縮ガスは、下流空間６８内部で生成される蒸発燃料ガスの平均濃度である。つまり、上述した７２．５％の濃度は、図３（Ｂ）に示すように、９５％〜４５％程度の分布をもって下流空間６８内に生成される濃縮ガスをまとめて取り出した場合の燃料濃度である。
【００４９】
図３（Ｃ）は、下流空間６８が、仕切壁７０により高濃度下流空間７２と中濃度下流空間７４とに仕切られた状態を示す。図３（Ｃ）において、仕切壁７０は、高濃度下流空間７２内に生成される蒸発燃料の濃度が９５％となるように下流空間６８を区分している。この場合、高濃度下流空間７２内に生成される蒸発燃料ガスは９５％の高濃度ガスとなり、一方、中濃度下流空間７４内に生成されるガスは、６５％の中濃度ガスとなる。
【００５０】
以上説明した通り、６０％程度の蒸発燃料ガスを分離膜６４で処理することにより低濃度（５％程度）のガスとする場合、生成される濃縮ガスを、更に高濃度のガスと中濃度のガスに分離して取り出せば、極めて濃度の高い蒸発燃料ガス（９５％程度）を生成することができる。つまり、ある濃度を有する蒸発燃料ガスを分離膜６４で処理する場合、高濃度のガスと低濃度のガスに加えて中濃度のガスを生成することによれば、十分に濃度の高いガス（９５％程度）と十分に濃度の低いガス（５％程度）を生成することが可能である。
【００５１】
図４は、本実施形態の装置が蒸発燃料を濃縮するために有する機構を簡略化して表した図を示す。
図４は、本実施形態の装置において、パージ通路２８に１５％の蒸発燃料ガスが供給されている状態を示す。パージガス循環ポンプ３２は、定常状態では、パージ通路２８から供給される蒸発燃料ガス（キャニスタ出ガス）と、循環ガス通路６０から供給される循環ガスとの混合ガスを圧縮して高濃度用分離ユニット３４の上室３８に供給する。
【００５２】
高濃度用分離ユニット３４の上室３８に流入した蒸発燃料ガスは、その内部で処理された後、次に中濃度用分離ユニット４４の上室４８に流入する。そして、中濃度用分離ユニット４４の上室４８に流入した蒸発燃料ガスは、その内部で処理された後、キャニスタ入ガス通路５４に流入する。この場合、上述した２つの上室３８，４８は、図３（Ｃ）に示す上流空間６６に相当している。また、高濃度用分離ユニット３４が有する下室４０および中濃度用分離ユニット４４が有する下室５０は、それぞれ図３（Ｃ）に示す高濃度用下流空間７２および中濃度用下流空間７４に相当している。
【００５３】
更に、本実施形態の装置において、高濃度用分離ユニット３４が有する第１の分離膜３６の面積と、中濃度用分離ユニット４４が有する第２の分離膜４６の面積との比は、図３（Ｃ）に示す高濃度用下流空間７２の面積と中濃度用下流空間７４の面積との比に対応している。つまり、本実施形態において、第１の分離膜３６の面積と第２の分離膜４６の面積との比は、高濃度用分離ユニット３４の上室３８に６０％の蒸発燃料ガスが流入した場合に、高濃度用分離ユニット３４の下室４０に９５％のガスが生成され、中濃度用分離ユニット４４の下室５０に６５％のガスが生成されるように設計されている。
【００５４】
加えて、本実施形態の装置は、パージ通路２８に１５％のキャニスタ出ガスが供給された場合に、定常状態では、そのガスと循環ガスとの混合ガスが６０％の燃料濃度となるように設計されている。このため、図４に示すように、本実施形態の装置によれば、パージ通路２８に供給されるキャニスタ出ガスの濃度が１５％であれば、高濃度用分離ユニット３４から処理ガス通路４２に９５％の高濃度ガスを流出させることができ、かつ、中濃度用分離ユニット４４からキャニスタ出ガス通路５４に５％の低濃度ガスを流出させることができる。
【００５５】
次に、図１と共に図５および図６を参照して、本実施形態の装置の動作について説明する。
本実施形態の装置において、ECU６２は、所定のパージ条件が成立する場合にパージガス循環ポンプ３２を作動させる。パージガス循環ポンプ３２が作動すると、その吸引口側に生ずる負圧がキャニスタ２０に導かれ、パージ通路２８にキャニスタ出ガスが流出する。ECU６２は、キャニスタ出ガスの燃料濃度が１５％以上である場合に限りパージ条件の成立を判断する。従って、パージガス循環ポンプ３２の作動は、キャニスタ出ガスの燃料濃度が１５％以上である場合にのみ継続される。
【００５６】
既述した通り、キャニスタ出ガスの濃度が１５％である場合、高濃度用分離ユニット３４の下室４０には、９５％の燃料濃度を有する高濃度の処理ガスが生成される。キャニスタ出ガスの濃度が１５％を超える場合は、より高濃度の処理ガスが生成される。このようにして生成される高濃度の処理ガスは、処理ガス通路４２を通って燃料タンク１０内のフィードポンプ１２の吸引口に供給される。
【００５７】
本実施形態において、フィードポンプ１２は、燃料を３００kPa程度に過圧する能力を有している。フィードポンプ１２に吸入された処理ガスは、このような圧力で加圧されると液体燃料となる。この際、処理ガスに多量の空気が含まれていると、フィードポンプ１２のベーパーロックや異音の発生といった不都合が生ずる。これに対して、処理ガスに含まれている空気が少量であれば、処理ガスの加圧に伴って空気が燃料に溶解することからそれらの問題は生じない。
【００５８】
ベーパーロックや異音を生じさせることのない空気の比率は、フィードポンプ１２の能力、すなわち、フィードポンプ１２が発生させる燃料流量および燃料圧力に応じて決定される。一般的に車両に搭載されるフィードポンプでは、処理ガス中の空気濃度が５％未満であれば、つまり、処理ガスの燃料濃度が９５％以上であればベーパーロックや異音の問題が生ずることはない。このため、本実施形態のシステムによれば、車両に搭載される一般的なフィードポンプ１２との組み合わせにおいて、ベーパーロックや異音の問題を生じさせることなく、処理ガスを燃料タンク１０に還流させることができる。
【００５９】
ところで、本実施形態の装置は、上述した通り、処理ガスの燃料濃度が常に９５％以上となるように設計されているが、その燃料濃度の下限値は、ベーパーロックや異音の発生を防止する観点より定められた値である。つまり、その下限値（９５％）は、フィードポンプ１２の能力との関係で定めたものであり、より能力の高いフィードポンプが用いられる場合には、処理ガスの燃料濃度の下限値を、９５％より小さな値としてもよい。
【００６０】
本実施形態の装置において、１５％の濃度を有するキャニスタ出ガスがパージ通路２８に供給されている場合、高濃度用分離ユニット３４の上室３８から中濃度用分離ユニット４４の上室４８には、４０％程度の濃度を有する蒸発燃料ガスが流入する（図４参照）。キャニスタ出ガスの濃度が１５％より高い場合は、４０％より濃度の濃いガスが中濃度用分離ユニット４４の上室４８に流入する。
【００６１】
中濃度用分離ユニット４４は、このようにして上室４８に流入してくる蒸発燃料ガスを濃縮して、６５％程度の濃度を有する中濃度の循環ガスをその下室５０に発生させる。中濃度の循環ガスは、循環ガス通路６０を通ってパージガス循環ポンプ３２の吸入口側に還流される。その結果、高濃度用分離ユニット３４には、常に６０％以上の濃度を有する混合ガスが供給される。このため、本実施形態の装置によれば、パージ条件が成立している間中、９５％以上の濃度を有する処理ガスを安定して生成することができる。
【００６２】
本実施形態の装置において、中濃度用分離ユニット４４の上室４８には、既述の通り４０％以上の濃度を有する蒸発燃料ガスが流入する。このようにして上室４８に流入してくる蒸発燃料ガスは、上室４８内を移動するに従って低濃度となり、やがて５％程度の低濃度に収束する。中濃度用分離ユニット４４が有する第２の分離膜４６には、４０％以上の蒸発燃料ガスを、常に５％程度の低濃度ガスに収束させるに足る面積が与えられている。このため、本実施形態の装置によれば、キャニスタ入ガスの濃度を常に５％程度にすることができる。
【００６３】
キャニスタ入ガスは、キャニスタ入ガス通路５４を通ってキャニスタ２０に流入し、その後、キャニスタ２０の内部を流通した後、再びパージ通路２８へと流出する。キャニスタ２０の内部をガスが流通する場合、そのガス中に含まれている蒸発燃料の濃度が十分に低い場合は、活性炭に吸着されている蒸発燃料を、そのガスの流通に伴って脱離させることができる。本実施形態の装置では、既述の通り、キャニスタ入ガスの燃料能動が常に５％以下に抑えられている。このため、本実施形態の装置によれば、吸着燃料をパージさせるためのガスとしてキャニスタ入ガスを利用することができ、キャニスタ２０に吸着された蒸発燃料を閉じた系の中で効率的に処理することができる。
【００６４】
以下、上述した蒸発燃料の処理機能を実現するために本実施形態の装置に施されている詳細な設定の内容について説明する。
図５は、第１の分離膜３６と第２の分離膜４６との面積比と、蒸発燃料ガスの濃度との関係を説明するための図である。より具体的には、図５（Ａ）は、上記の面積比と、高濃度用分離ユニット３４により生成される処理ガスの濃度との関係を示す。また、図５（Ｂ）は、上記の面積比と、中濃度用分離ユニット４４により生成されるキャニスタ入ガスの濃度との関係を示す。
【００６５】
図５（Ａ）に示すように、処理ガスの濃度は、第１の分離膜３６と第２の分離膜４６との面積比が大きくなるほど高くなる。一方、図５（Ｂ）に示すように、キャニスタ入ガスの濃度は、第１の分離膜３６と第２の分離膜４６との面積比が大きくなるほど低くなる。つまり、第１の分離膜３６に対して第２の分離膜４６が大きくなるほど、処理ガスの濃度は高くなり、一方、キャニスタ入ガスの濃度は低くなる。
【００６６】
キャニスタ出ガスの濃度が１５％であり、第１の分離膜３６に作用する圧力が１５０kPaである場合、処理ガス濃度の目標値（下限値）である９５％、およびキャニスタ入ガス濃度の目標値（上限値）である５％は、上記の面積比を１：１４０とすることで満たすことができる。このため、本実施形態の装置では、第１の分離膜３６が第２の分離膜４６の１４０倍以上となるように両者の面積を設定している。
【００６７】
本実施形態の装置は、図１に示すように、中濃度用分離ユニット４４の下流に調圧弁５６を備えている。このため、パージガス循環ポンプ３２から調圧弁５６に至る経路内には、調圧弁の設定圧力（例えば１５０kPa）が作用している。つまり、本実施形態において、第１の分離膜３６の両側には、燃料タンク内圧（ほぼ大気圧）と調圧弁５６の設定圧との差圧が作用し、一方、第２の分離膜４６の両側には、パージガス循環ポンプ３２の吸気口付近に生ずる負圧と調圧弁５６の設定圧との差圧が作用している。
【００６８】
それらの差圧は、調圧弁５６が存在しない場合に比して高圧である。また、第１の分離膜３６および第２の分離膜４６は、既に述べた通り上室３８，４８と下室４０，５０に大きな差圧が生じているほど優れた濃縮能力を発揮する（図２参照）。このため、本実施形態の装置では、調圧弁５６が存在することにより、第１の分離膜３６の燃料凝縮能力、および第２の分離膜４６の燃料凝縮能力が、それぞれ高められている。
【００６９】
また、本実施形態の装置は、図１に示すように、パージガス循環ポンプ３２とキャニスタ２０との間に負圧調整弁３０を備えている。負圧調整弁３０によれば、パージガス循環ポンプ３２の吸入口付近に負圧を生じさせることができる。また、このようにして生じた負圧は、循環ガス通路６０を介して中濃度用分離ユニット４４の下室５０に導かれる。
【００７０】
下室５０に負圧が導かれると、上室４８の内圧を高めることなく第２の分離膜４６に作用する差圧を大きくすることができる。第２の分離膜４６は、作用する差圧の大きさに応じた燃料濃縮能力を発揮する。従って、本実施形態の装置によれば、上室４８側の圧力を過大な値にすることなく、第２の分離膜４６の両側に大きな差圧を作用させ、中濃度用分離ユニット４４に優れた燃料濃縮能力を発揮させることができる。
【００７１】
中濃度用分離ユニット４４の上室４８に大きな圧力を導く場合は、パージガス循環ポンプ３２から調圧弁５６に至る経路を、その圧力に見合った耐圧構造としなければならない。本実施形態の装置によれば、上室４８に生じさせる圧力を比較的低く抑えることができるため、その経路の構造を簡単化することができる。この点、本実施形態の装置は、システムの低コスト化や軽量化を図る上で有利である。
【００７２】
本実施形態の装置において、パージガス循環ポンプ３２の作動中は、一定の能力で蒸発燃料ガスが吐出され続ける。その際、高濃度用分離ユニット３４および中濃度用分離ユニット４４は、調圧弁５６や負圧調整弁３０の設定圧力に応じた一定の分離能力を発揮する。この場合、高濃度用分離ユニット３４は、キャニスタ出ガスの濃度が高いほど処理ガス（９５％以上の高濃度ガス）を多量に生成し、また、中濃度用分離ユニット４４に向けて濃度の高い中濃度ガス（４０％程度）を流出させる。そして、中濃度用分離ユニット４４は、高濃度用分離ユニット３４から供給される中濃度ガスの濃度が高いほど、循環ガス（６０％程度の中濃度ガス）を多量に生成し、キャニスタ入ガス（５％未満の低濃度ガス）の量を少量とする。
【００７３】
つまり、本実施形態の装置において、キャニスタ入ガスの流量は、キャニスタ出ガスの濃度が高いほどが少量となり、キャニスタ出ガスの濃度が低いほど多量となる。キャニスタ出ガスの濃度は、パージの開始直後など、キャニスタ２０に多量の蒸発燃料が吸着されている場合に高くなり、パージの進行に伴ってキャニスタ２０に吸着されている蒸発燃料の量が減るに従って少量となる。このため、本実施形態において、キャニスタ入ガスの流量は、パージの進行に伴って増大する。
【００７４】
キャニスタ２０に吸着されている蒸発燃料の脱離は、キャニスタ入ガスの流量が増すほど促進される。このため、本実施形態の装置によれば、蒸発燃料の吸着量の減少に対して蒸発燃料の脱離量の減少を緩やかにすることができる。従って、本実施形態の蒸発燃料処理装置によれば、パージの実行中、常に効率的にパージを進行させることができ、キャニスタ２０に吸着されている蒸発燃料のパージを短時間で完了させることができる。
【００７５】
図６は、キャニスタ入ガスの燃料濃度とパージ量との関係を示す図である。図６に示すパージ量は、キャニスタ２０を基準の吸着状態として、キャニスタ２０に適当な濃度のキャニスタ入ガスを供給した場合に、そのガスによりキャニスタ２０からパージされた燃料の量を意味している。また、図６において、符号▲１▼を付して示す曲線は、キャニスタ２０のヒータ２２が発熱していない場合の特性であり、符号▲２▼を付して示す曲線は、ヒータ２２が所望の熱を発している場合の特性である。
【００７６】
図６に示すように、キャニスタ２０からパージされる燃料の量は、キャニスタ入ガスの濃度が高くなるに連れて低下する。このため、キャニスタ入ガスに蒸発燃料が含まれている場合、キャニスタ２０に空気を流通させた場合と同等のパージ能力を得ることはできない。
【００７７】
ところが、特性▲１▼および▲２▼に示すように、キャニスタ２０のパージ能力は、ヒータ２２によりキャニスタ２０を加熱することにより改善される。このため、ヒータ２２が適切な熱量を発する環境下では（特性▲２▼）、キャニスタ入ガスの濃度が５％以下の領域において、非加熱の環境下で空気により達成されるパージ能力（特性▲１▼）と同等以上のパージ能力を確保することができる。
【００７８】
本実施形態において、ECU６２は、キャニスタ２０内の蒸発燃料をパージすべき場合に、ヒータ２２に対して適当な電力を供給する。このため、本実施形態の装置においては、５％程度の燃料濃度を有するキャニスタ入ガスによっても、キャニスタ２０内に吸着されている蒸発燃料を、効率的にパージさせることができる。
【００７９】
本実施形態において、中濃度用分離ユニット４４は、既に述べた通り、３次元的な配置において高濃度用分離ユニット３４の上方に配置されている。このため、パージガス循環ポンプ３２から吐出された蒸発燃料ガスは、高濃度用分離ユニット３４の上室３８で処理された後、その上方に位置する中濃度用分離ユニット４４の上室４８に流入する。
【００８０】
蒸発燃料は、空気に比して比重が大きいため、同一の空間内ではその下方側に濃いガスが分布し易い。従って、上述した３次元的な配置によれば、高濃度用分離ユニット３４の上室３８には、中濃度用分離ユニット４４の上室４８に比して、濃度の濃いガスが分布し易い。高濃度用分離ユニット３４により生成される処理ガスの濃度を高め、また、中濃度用分離ユニット４４から流出するキャニスタ入ガスの濃度を低く抑えるうえでは、高濃度用分離ユニット３４の上室３８に濃いガスが存在し、中濃度用分離ユニット４４の上室４８に薄いガスが存在することが望ましい。本実施形態の装置によれば、それら２つの分離ユニット３４，４４の位置関係により、そのような要求が満たされている。このため、本実施形態の装置によれば、十分に濃度の濃い処理ガスと、十分に濃度の薄いキャニスタ入ガスを効率的に生成することができる。
【００８１】
本実施形態において、燃料タンク１０は、既に述べた通り、３次元的な配置において高濃度用分離ユニット３４の下方に配置されている。このため、高濃度用分離ユニット３４の下室４０において生成された処理ガスは、処理ガス通路４２２を下って燃料タンク１０に流入する。
【００８２】
高濃度用分離ユニット３４の下室４０において生成された処理ガスは、自然冷却により液化することがある。上述した３次元的な配置によれば、このようにして生じた液体燃料は、燃料タンク１０内に自然滴下する。このため、本実施形態の装置によれば、高濃度用分離ユニット３４や処理ガス通路４２の中に液体燃料が溜まるのを確実に防ぐことができる。
【００８３】
ところで、上述した実施の形態１においては、キャニスタ２０の内部に、キャニスタ２０を加熱するためのヒータ２２を設けることとしているが、キャニスタ２０を加熱するための機構は、必ずしもヒータ２２に限るものではない。すなわち、図１に示す構成において、パージガス循環ポンプ３２は、蒸発燃料のパージが必要な状況下では、必ず作動に伴う熱を発生する。このため、例えばパージガス循環ポンプ３２をキャニスタ２０と一体的に設けるなど、ポンプ３２の発する熱がキャニスタ２０に伝達される構造を実現する場合には、ヒータ２２を省略して、キャニスタ２０を加熱するための機構としてパージガス循環ポンプ３２を用いることとしてもよい。
【００８４】
尚、上述した実施の形態１においては、パージガス循環ポンプ３２が前記請求項１記載の「キャニスタ出ガス生成手段」に、高濃度用分離ユニット３４および中濃度用分離ユニット４４が前記請求項１記載の「ベーパ濃縮手段」に、それぞれ相当している。
【００８５】
また、上述した実施の形態１においては、ヒータ２２が前記請求項１４記載の「脱離促進手段」、および前記請求項１５記載の「キャニスタ加熱手段」に相当している。
【００８６】
実施の形態２．
次に、図７および図８を参照して本発明の実施の形態２について説明する。
図７は、本実施形態の蒸発燃料処理装置の構造を説明するための図である。尚、図７において、上記図１に示す構成要素と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００８７】
本実施形態の装置は、複数の高濃度用分離ユニット３４を備えている。具体的には、２つの高濃度用分離ユニット３４を備えている。それらの高濃度用分離ユニット３４の下室４０は、何れも処理ガス通路４２と導通している。また、前段の高濃度用分離ユニット３４の上室３８は、制御弁８０を介してパージガス循環ポンプ３２の吐出口に連通している。一方、後段の高濃度用分離ユニット３４の上室３８は、３方制御弁８２を介して、前段の高濃度用分離ユニット３４の上室３８およびパージガス循環ポンプ３２の吐出口に連通している。
【００８８】
制御弁８０は、ECU６２に制御されることにより開閉する弁である。制御弁８０によれば、前段の高濃度用分離ユニット３４の上室３８がパージガス循環ポンプ３２の吐出口に導通する状態と、前者が後者から遮断された状態とを選択的に実現することができる。３方制御弁８２は、ECU６２に制御されることにより、後段の高濃度用分離ユニット３４の上室３８が、前段の高濃度用分離ユニット３４の上室３８に導通する状態と、パージガス循環ポンプ３２の吐出口に導通する状態とを選択的に実現する弁である。
【００８９】
本実施形態において、ECU６２は、制御弁８０および３方制御弁８２を制御することにより、パージガス循環ポンプ３２から吐出された蒸発燃料ガスが、前段の高濃度用分離ユニット３４の上室３８を経て後段の高濃度用分離ユニット３４の上室３８に流入する状態と、そのガスが、前段の上室３８をバイパスしてポンプ３２の吐出口から直接後段の上室３８に流入する状態とを選択的に実現することができる。以下、前者を「高濃度ユニット２段化状態」と称し、後者を「高濃度ユニット１段化状態」と称す。
【００９０】
本実施形態の装置において、パージ通路２８には、キャニスタ出ガスの濃度を測定するための濃度センサ８４が配設されている。ECU６２は、濃度センサ８４の出力に基づいて、キャニスタ２０からパージされてくるキャニスタ出ガスの燃料濃度を検知することができる。
【００９１】
本実施形態の装置において、パージガス循環ポンプ３２から吐出された蒸発燃料ガスが、常に同じ条件で高濃度用分離ユニット３４により処理されるとすれば、燃料タンク１０に供給される処理ガスの濃度や、中濃度用分離ユニット４４に供給される中濃度ガスの濃度は、キャニスタ出ガスの濃度が高いほど高くなる。そして、中濃度用分離ユニット４４に供給される中濃度ガスの濃度が不当に高い場合は、キャニスタ入ガスの濃度が５％未満に抑えられない事態も生じ得る。
【００９２】
これに対して、高濃度用分離ユニット３４が有する第１の分離膜３６と、中濃度用分離ユニット４４が有する第２の分離膜４６との面積比を、キャニスタ出ガスの濃度に応じて変更することによれば、キャニスタ出ガスの濃度変化に対する処理ガスやキャニスタ入ガスの濃度変化を小さく抑制することができる。
【００９３】
本実施形態の装置によれば、上述した高濃度ユニット２段化状態と高濃度ユニット１段化状態とを切り換えることにより、第１の分離膜３６と第２の分離膜４６の面積比を変化させることができる。そこで、本実施形態の装置は、処理ガスやキャニスタ入ガスの濃度が目標値から大きく外れないように、キャニスタ出ガスの濃度に応じて、高濃度ユニット２段化状態と高濃度ユニット１段化状態とを適宜切り換えることとしている。
【００９４】
図８は、本実施形態において、ECU６２が上記の機能を実現するため実行する制御ルーチンのフローチャートである。
図８に示すルーチンでは、先ず、濃度センサ８４の出力に基づいてキャニスタ出ガスの濃度が検出される（ステップ９０）。
次に、検出されたキャニスタ出ガスの濃度が、所定の判定値α以上であるか否かが判別される（ステップ９２）。
その結果、キャニスタ出ガスの濃度がα以上であると判別された場合は、高濃度ユニット２段化状態が形成されるように、制御弁８０および３方制御弁８２が制御される（ステップ９４）。
一方、キャニスタ出ガスの濃度がα以上でないと判別された場合は、高濃度ユニット１段化状態が形成されるように、制御弁８０および３方制御弁８２が制御される（ステップ９６）。
【００９５】
以上説明した通り、図８に示すルーチンによれば、キャニスタ出ガス濃度がα以上である場合には、高濃度ユニット２段化状態を形成することができる。高濃度ユニット２段化状態によれば、高い濃度を有するキャニスタ出ガスは、先ず前段の高濃度用分離ユニット３４で処理され、次いで、後段の高濃度用分離ユニット３４で処理された後、中濃度用分離ユニット４４に供給される。この場合、中濃度用分離ユニット４４に供給される中濃度ガスは、キャニスタ出ガスが高濃度であるにも関わらず、さほど濃度の高いものにはならない。このため、本実施形態の装置によれば、このような環境下でも、中濃度用分離ユニット４４から流出するキャニスタ入ガスを確実に濃度５％以下のガスとすることができる。
【００９６】
また、高濃度ユニット２段化状態が実現されている場合、処理ガス通路４２には、前段の高濃度用分離ユニット３４で生成された濃度の高い処理ガスと、後段の高濃度用分離ユニット３４で生成された比較的濃度の低い処理ガスとが供給される。この場合、処理ガス通路４２に対して、適度な濃度（９５％程度）を有する処理ガスを多量に流通させることができる。従って、本実施形態の装置によれば、キャニスタ出ガスの濃度が高い場合に、優れた蒸発燃料処理能力を発揮することができる。
【００９７】
更に、図８に示すルーチンによれば、キャニスタ出ガス濃度がαに満たない場合には、高濃度ユニット１段化状態を形成することができる。高濃度ユニット１段化状態によれば、キャニスタ出ガスは、パージガス循環ポンプ３２から吐出された後、後段の高濃度用分離ユニット３４で処理され、その後中濃度用分離ユニット４４に供給される。この場合、キャニスタ出ガスの濃度が比較的低いにも関わらず、処理ガスの濃度を高く維持することができる。このため、本実施形態の装置によれば、このような環境下でも、十分に高い濃度で処理ガスを生成することができる。
【００９８】
ところで、上述した実施の形態２においては、キャニスタ出ガスの濃度に基づいて高濃度ユニット２段化状態と、高濃度ユニット１段化状態とを切り換えることとしているが、その切り換えの基礎とするデータは、キャニスタ出ガスの濃度そのものには限られない。すなわち、その基礎とするデータは、キャニスタ出ガスの濃度と相関を有するものであれば足り、例えば、パージガス循環ポンプ３２から吐出されてくる混合ガスの濃度、或いは、高濃度用分離ユニット３４により生成される処理ガスの濃度などに基づいて、高濃度ユニット２段化状態と高濃度ユニット１段化状態とを切り換えることとしてもよい。
【００９９】
また、上述した実施の形態２においては、キャニスタ出ガスが、前段の高濃度用分離ユニット３４を流れる状態と、これをバイパスする状態とを選択的に実現することとしているが、制御の手法は、このような手法に限定されるものではない。すなわち、制御弁８０および３方制御弁８２をリニアに制御して、前段の高濃度用分離ユニット３４を流れるガス流量と、これをバイパスするガス流量との比率を、キャニスタ出ガスの濃度に対してリニアに変化させることとしてもよい。このような制御手法によれば、第１の分離膜３６と第２の分離膜４６の面積比を、キャニスタ出ガスの濃度に応じてリニアに変化させるのと実質的に同等の状態を作り出すことができる。
【０１００】
尚、上述した実施の形態２においては、濃度センサ８４が前記請求項２０記載の「濃度検出手段」に、制御弁８０および３方制御弁８２が前記請求項２０記載の「面積比可変手段」に、それぞれ相当していると共に、ECU６２が、上記ステップ９４および９６の処理を実行することにより前記請求項２０記載の「面積比制御手段」が、それぞれ実現されている。
【０１０１】
また、上述した実施の形態２においては、２つの高濃度用分離ユニット３４がそれぞれ備える室（上室３８と下室４０を合わせた室）が、前記請求項２１記載の「処理室」に相当していると共に、２つの高濃度用分離ユニット３４がそれぞれ備える第１の分離膜３６が、前記請求項２０記載の「複数の部分」のそれぞれに相当している。また、パージガス循環ポンプ３２の吐出口と前段の上室３８とをつなぐ通路、およびパージガス循環ポンプ３２の吐出口と後段の上室３８とをつなぐ通路が、前記請求項２１記載の「２本の通路」に、更に、制御弁８０および３方制御弁８２が前記請求項２１記載の「弁機構」に、それぞれ相当している。そして、ECU６２が上記ステップ９４および９６の処理を実行することにより前記請求項２１記載の「弁機構制御手段」が実現されている。
【０１０２】
実施の形態３．
次に、図９を参照して本発明の実施の形態３について説明する。
図９は、本実施形態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９において、図１に示す構成部分と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１０３】
図９に示すように、本実施形態の蒸発燃料処理装置は、処理ガス通路４２に連通する処理ガスタンク１００を備えている。処理ガスタンク１００は、高濃度用分離ユニット３４の下室４０で生成される処理ガスを蓄えることができる。処理ガスタンク１００には、図示しない内燃機関に配置される燃料ガス噴射弁１０２が連通している。燃料ガス噴射弁１０２は、液体の燃料を噴射するための通常の燃料噴射弁とは別個に設けられた噴射弁であり、内燃機関に対して燃料として処理ガスを噴射することができる。
【０１０４】
本実施形態において、ECU６２は、内燃機関の始動時に内燃機関に対して処理ガスが噴射されるように燃料ガス噴射弁１０２を制御する。処理ガスは気体であるため、液体燃料より燃焼し易い。このため、本実施形態の装置によれば、内燃機関の始動時における燃料の燃焼性を高めて、内燃機関の始動性、および始動時におけるエミッション特性を改善することができる。
【０１０５】
ところで、上述した実施の形態３では、内燃機関の始動時には常に処理ガスを噴射することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、処理ガスの噴射は、内燃機関の始動性が特に悪化し易い低温始動時に限って噴射することとしてもよい。
【０１０６】
尚、上述した実施の形態３においては、ECU６２が、内燃機関の始動時に、処理ガスが噴射されるように燃料ガス噴射弁１０２を制御することにより、前記請求項２２記載の「燃料ガス供給手段」が実現されている。
【０１０７】
実施の形態４．
次に、図１０を参照して本発明の実施の形態４について説明する。
図１０は、本実施形態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１０において、図１に示す構成部分と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１０８】
図１０に示すように、本実施形態の装置は、フィードポンプ１２に通じる吸引管１４と処理ガス通路４２との接続部に、ベンチュリ１１０を備えている。ベンチュリ１１０は、フィードポンプ１２により液体燃料が吸引された場合に、吸引管１４と処理ガス通路４２との接続部に負圧が生ずるように設けられている。
【０１０９】
上記の接続部に負圧が生ずると、処理ガス通路４２内の処理ガスを、効率的に吸引管１４内部に吸引させることができる。このため、本実施形態の装置によれば、高濃度用分離ユニット３４により生成された処理ガスを、特別な加圧機構などを設けることなくフィードポンプ１２に吸引させることができ、簡単なシステム構成を用いつつ優れた蒸発燃料処理能力を確保することができる。
【０１１０】
実施の形態５．
次に、図１１乃至図１３を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
図１１は、本実施形態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１１において、図１に示す構成部分と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１１１】
上述した実施の形態１の装置は、高濃度用分離ユニット３４や中濃度用分離ユニット４４、或いは調圧弁５６や負圧調整弁３０などの仕様により決定される一定の能力で蒸発燃料の濃縮処理を実行する。ところで、燃料タンク１０の内部には、その雰囲気温度が高いほど多量の蒸発燃料が生じ易い。このため、キャニスタ２０には、燃料タンク１０の雰囲気温度が高いほど多量の蒸発燃料が流入する。また、燃料の給油時には、燃料タンク１０内での液面上昇に伴って、タンク内に存在していた蒸発燃料が多量にキャニスタ２０に流入する。
【０１１２】
蒸発燃料処理装置に無駄な負荷をかけることなく蒸発燃料の大気放出を防ぐうえでは、キャニスタ２０に流入する蒸発燃料の量に応じて装置の燃料処理能力を変化させることが有効である。そこで、本実施形態の装置は、外気温が高い場合や、給油の直後など、多量の蒸発燃料が発生すると予測される環境下では、装置の燃料処理能力を高めることとしている。
【０１１３】
上記の機能を実現するため、本実施形態の装置は、中濃度用分離ユニット４４の下流に、可変調圧弁１２０を備えている。可変調圧弁１２０は、ECU６２から供給される制御信号に応じて設定圧を変化させることのできる弁機構である。可変調圧弁１２０によれば、高濃度用分離ユニット３４の上室３８および中濃度用分離ユニット４４の上室４８に発生する圧力を変化させることにより、第１の分離膜３６および第２の分離膜４６の分離能力を変化させること、つまり、蒸発燃料処理装置の燃料処理能力を変化させることができる。
【０１１４】
また、本実施形態の装置は、図示しない内燃機関に吸入される空気の温度、すなわち吸気温THAを検出するための吸気温センサ１２２、および燃料タンク１０内の燃料残量を検出するための燃料残量センサ１２４を備えている。ECU６２は、それらのセンサ１２２，１２４の出力に基づいて、吸気温THAおよび燃料残量を検知することができる。
【０１１５】
図１２は、本実施形態において、ECU６２が、外気温に応じて装置の燃料処理能力を変化させるべく実行する制御ルーチンのフローチャートである。
図１２に示すルーチンでは、先ず、吸気温センサ１２２の出力に基づいて吸気温THAが検出される（ステップ１３０）。
次に、検出された吸気温THAに基づいて可変調圧弁１２０の設定圧力が演算される（ステップ１３２）。
次いで、上記の如く演算された設定圧を可変調圧弁１２０の状態に反映させるための処理、具体的には、可変調圧弁１２０に対して、その設定圧力に応じた制御信号を出力する処理が行われる（ステップ１３４）。
【０１１６】
可変調圧弁１２０の設定圧は、装置の燃料処理能力を決める因子であり、蒸発燃料の発生量に応じて設定されるべき値である。ここで、蒸発燃料の発生量は、吸気温THAに対して相関を有する量である。従って、可変調圧弁１２０の設定圧は、吸気温THAとの関係で特定されるべき値である。本実施形態において、ECU６２は、適正な設定圧と吸気温THAとの関係を定めたマップを記憶している。上記ステップ１３２では、そのマップを参照して、吸気温THAに対する設定圧、つまり、蒸発燃料の発生状況に応じた設定圧が求められる。
【０１１７】
上述した図１２に示すルーチンによれば、外気温が低く、蒸発燃料の発生量が少ないと予想される環境下では、可変調圧弁１２０の設定圧を低くすることができる。このため、本実施形態の装置によれば、可変調圧弁１２０の上流側の圧力が常に高圧となる場合に比して、システムの耐圧構造を簡略化することができ、軽量化および低コスト化を実現することができる。
【０１１８】
また、上述した図１２に示すルーチンによれば、外気温が高く、蒸発燃料の発生量が多いと予想される環境下では、可変調圧弁１２０の設定圧を高くすることで十分な蒸発燃料処理能力を確保することができる。このため、本実施形態の装置によれば、外気温が高い環境下でも、蒸発燃料が大気に放出されるのを有効に防止することができる。
【０１１９】
図１３は、本実施形態において、ECU６２が、給油時の燃料処理能力を高めるために実行する制御ルーチンのフローチャートである。
図１３に示すルーチンでは、先ず、燃料残量センサ１２４の出力に基づいて燃料残量が検出される（ステップ１４０）。
このようにして検出された燃料残量は、少なくとも次回の処理サイクル時まで記憶される。また、燃料残量が記憶された後、車両のイグニッションスイッチ（IGスイッチ）がOFFされた場合、ECU６２は、その後IGスイッチがONとされ、少なくとも１回本ルーチンが実行されるまではその残量を記憶する。
【０１２０】
次に、今回の処理サイクルが、イグニッション（IG）スイッチがOFFからONに切り換えられた後、初回のサイクルであるか否かが判別される（ステップ１４２）。
【０１２１】
上記ステップ１４２の条件が成立する場合は、IGスイッチがOFFされる前に記憶された最新の燃料残量が読み出される（ステップ１４４）。
燃料の給油は、通常、IGスイッチがOFFとされた状態で行われる。本ステップ１４４の処理によれば、そのようにして給油が行われた場合に、給油が終了してIGスイッチがONとされた時点で、給油が行われる直前の燃料残量を検知することができる。
【０１２２】
上記ステップ１４２において、今回の処理サイクルが、IGスイッチがONとされた後初回のサイクルではないと判別された場合は、前回の処理サイクル時に記憶された燃料残量が読み出される（ステップ１４２）。
【０１２３】
上述したステップ１４４または１４６の処理が終了すると、次に、それらのステップで読み出された燃料残量と、上記ステップ１４０で検出された現在の燃料残量との比較に基づいて、給油が実行されたか、または実行中であるかが判別される（ステップ１４８）。
【０１２４】
その結果、給油が実行された、または給油が実行中であると判別された場合は、可変調圧弁１２０の設定圧が、所定の高圧設定値とされる（ステップ１５０）。
本ステップ１５０の処理により、設定圧が高圧設定値とされると、第１の分離膜３６および第２の分離膜４６に作用する圧力が高圧となり、蒸発燃料処理能力が高められる。このため、本実施形態の装置によれば、蒸発燃料が多量に発生する給油時にも、蒸発燃料がキャニスタから溢れて大気に放出されるのを有効に防止することができる。
【０１２５】
一方、上記ステップ１４８において給油が実行されていないと判断された場合は、可変調圧弁１２０の設定圧が、所定の低圧設定値とされる（ステップ１５２）。
本ステップ１５２の処理により、設定圧が低圧設定値とされると、パージガス循環ポンプ３２から可変調圧弁１２０に至る経路に作用する圧力が低圧となる。このため、本実施形態の装置によれば、その圧力が常に高圧となる場合に比して、システムの耐圧構造を簡略化することができ、軽量化および低コスト化を実現することができる。
【０１２６】
ところで、上述した実施の形態５においては、可変調圧弁１２０の設定圧を変えることにより蒸発燃料の処理能力を変化させることとしているが、蒸発燃料の処理能力を変化させる手法はこれに限定されるものではない。例えば、調圧弁の設定圧が一定であっても、パージガス循環ポンプ３２から吐出されるガス流量が変化すれば、調圧弁における流通抵抗が変化し、その結果、第１の分離膜３６および第２の分離膜４６に作用する圧力は変化する。このため、蒸発燃料の処理能力は、パージガス循環ポンプ３２の吐出量を変えることにより変化させることとしてもよい。
【０１２７】
また、本実施形態の装置においては、キャニスタ２０に内蔵されているヒータ２２の発熱量を変化させることにより、キャニスタ出ガスの濃度を変えることができる。本実施形態の装置は、キャニスタ出ガスの濃度が高いほど蒸発燃料を多量に処理することができる。従って、蒸発燃料の処理能力は、ヒータ２２に供給する電力を変えることにより変化させることとしてもよい。
【０１２８】
また、上述した実施の形態５においては、可変調圧弁１２０として、電気的に設定圧を変えることのできる弁機構を用いているが、可変調圧弁１２０は、このような弁機構に限られるものではない。すなわち、可変調圧弁１２０は、形状記憶合金等の機能により、雰囲気温度に応じて開放加重を変化させる機械式の弁機構で実現してもよい。このような弁機構によれば、給油時の処理能力を変えることはできないが、外気温に応じて処理能力を変化させる機能を簡単な構成により実現することができる。
【０１２９】
尚、上述した実施の形態５においては、可変調圧弁１２０が前記請求項８記載の「処理能力可変手段」に相当していると共に、ECU６２が、上記ステップ１３０またはステップ１４８の処理を実行することにより、前記請求項８記載の「処理必要量取得手段」が、上記ステップ１３２および１３４、またはステップ１５０および１５２の処理を実行することにより前記請求項８記載の「処理能力制御手段」が、それぞれ実現されている。
【０１３０】
また、上述した実施の形態５においては、可変調圧弁１２０が前記請求項９記載の「圧力可変手段」および前記請求項１０記載の「調圧弁設定圧力可変手段」に相当していると共に、ECU６２が、上記ステップ１３２および１３４、またはステップ１５０および１５２の処理を実行することにより前記請求項９記載の「圧力制御手段」および前記請求項１０記載の「設定圧力制御手段」が実現されている。
【０１３１】
また、上述した実施の形態５においては、パージガス循環ポンプ３２の吐出量により蒸発燃料の処理能力を変化させる構成を採用した場合に、その吐出量を可変とする機構により前記請求項１１記載の「吐出能力可変手段」を実現することができ、また、ECU６２にその吐出量を変化させる処理を実行させることにより前記請求項１１記載の「吐出能力制御手段」を実現することができる。
【０１３２】
また、上述した実施の形態５においては、キャニスタ２０のヒータ２２により蒸発燃料の処理能力を変化させる構成を採用した場合に、ヒータ２２により前記請求項１２記載の「キャニスタ加熱手段」を実現することができ、また、ECU６２にヒータ２２の発熱量を変化させる処理を実行させることにより前記請求項１２記載の「発熱量制御手段」を実現することができる。
【０１３３】
実施の形態６．
次に、図１４および図１５を参照して、本発明の実施の形態６について説明する。
図１４は、本実施形態の蒸発燃料処理装置の構成を説明するための図である。尚、図１４において、上記図１に示す構成要素と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１３４】
本実施形態の装置は、図１４に示すように、高濃度用分離ユニット３４の下室４０に配設された濃度センサ１６０を備えている。濃度センサ１６０は、高濃度用分離ユニット３４によって生成される処理ガスの濃度に応じた出力を発する。ECU６２は、濃度センサ１６０の出力に基づいて、処理ガスの濃度を検知することができる。
【０１３５】
本実施形態の装置は、実施の形態１の装置と同様に、蒸発燃料を脱離させるためのガスとして、５％程度の濃度で蒸発燃料を含むキャニスタ入ガスを用いている。そして、そのようなガスによる効率的なパージを可能とするため、キャニスタ２０をヒータ２２で加熱することとしている。このため、本実施形態の装置を正常に機能させるうえでは、ヒータ２２が適正に機能していることが必要である。従って、本実施形態の装置においては、ヒータ２２の異常を速やかに検知することが重要である。
【０１３６】
図１５は、ECU６２が、ヒータ２２が正常であるか否かを判断するための実行する制御ルーチンのフローチャートである。図１５に示すルーチンは、適当な頻度で実行されるように、例えば、車両の始動時毎、所定の時間間隔毎、或いは所定の走行距離毎などに起動される。
【０１３７】
図１５に示すルーチンでは、先ず、ヒータ２２をONとした状態で、濃度センサ１６０の出力に基づいて処理ガス濃度が検出される（ステップ１７０）。
次に、ヒータ２２をOFFとした状態で、処理ガス濃度が検出される（ステップ１７２）。
【０１３８】
ヒータ２２が正常であれば、ヒータ２２がONである場合には、ヒータ２２がOFFである場合に比して、キャニスタ出ガスの濃度が高くなる。処理ガスの濃度は、キャニスタ出ガスの濃度に対して相関を有するため、ヒータ２２が正常であれば、処理ガスの濃度も、ヒータ２２がONである場合にヒータ２２がOFFである場合に比して高くなる。従って、本実施形態の装置においては、ヒータ２２ON時の処理ガス濃度がヒータOFF時の処理ガス濃度に比して十分に高い場合には、ヒータ２２が正常であると判断することができる。反対に、それらの濃度に有意な差が認められない場合は、ヒータ２２が正常に機能していないと判断することができる。
【０１３９】
図１５に示すルーチンでは、上記ステップ１７２の処理に次いで、ヒータ２２ON時の処理ガス濃度が、ヒータOFF時の処理ガス濃度に比して十分に高いか否かが判別される（ステップ１７４）。
その結果、ON時の濃度がOFF時の濃度に比して十分に高いと判断された場合は、ヒータ２２が正常であるとの判断がなされる（ステップ１７６）。
一方、上記の条件が成立しないと判別された場合は、ヒータ２２に、断線や劣化などの異常が生じているとの判断がなされる（ステップ１７８）。
【０１４０】
以上説明した通り、図１５に示すルーチンによれば、処理ガス濃度に基づいて、ヒータ２２の状態を精度良く判断することができる。このため、本実施形態の装置によれば、ヒータ２２に異常が生じた場合に、その異常を精度良く速やかに検知することができる。
【０１４１】
ところで、上述した実施の形態６においては、ヒータ２２の状態を、処理ガス濃度に基づいて判断することとしているが、判断の基礎とするデータは処理ガス濃度に限定されるものではない。すなわち、その基礎とするデータは、キャニスタ出ガスの濃度と相関を有するものであれば足り、キャニスタ出ガスの濃度そのものの、或いは、パージガス循環ポンプ３２から吐出されてくる混合ガスの濃度などに基づいてヒータ２２の状態を判断することとしてもよい。
【０１４２】
尚、上述した実施の形態６においては、ヒータ２２が前記請求項１７記載の「脱離促進手段」に、濃度センサ１６０が前記請求項１７記載の「濃度検出手段」にそれぞれ相当していると共に、ECU６２が、上記ステップ１７４の処理を実行することにより前記請求項１７記載の「異常判定手段」が実現されている。
【０１４３】
実施の形態７．
次に、図１６乃至図１８を参照して、本発明の実施の形態７について説明する。
図１６は、本実施形態の蒸発燃料処理装置の構成を説明するための図である。尚、図１６において、上記図１に示す構成要素と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１４４】
本実施形態の装置は、図１６に示すように、パージガス循環ポンプ３２の吐出口付近に、圧力検出機構１８０を備えている。圧力検出機構１８０は、例えば、公知の圧力センサや、配管内に配置されるピトー管或いはベンチュリなどを利用した流量センサにより実現することができる。
【０１４５】
本実施形態の装置は、パージガス循環ポンプ３２が蒸発燃料ガスを圧送することにより蒸発燃料の処理を可能としている。このため、本実施形態の装置が適正に蒸発燃料処理能力を発揮するためには、パージガス循環ポンプ３２が正常に機能することが必須である。
【０１４６】
また、本実施形態の装置は、実施の形態１の場合と同様に、第１の分離膜３６や第２の分離膜４６に作用する圧力を調圧弁５６により高めることにより、所望の蒸発燃料処理を確保している。このため、本実施形態の装置が適正に蒸発燃料処理能力を発揮するためには、調圧弁５６が正常に機能することが必須である。
【０１４７】
更に、本実施形態の装置において、パージガス循環ポンプ３２から調圧弁５６に至る経路に漏れが生じていれば、その漏れの箇所から蒸発燃料が大気中に流出し、車両の排気エミッションが悪化する。このため、本実施形態の装置においては、パージガス循環ポンプ３２の異常、調圧弁５６の異常、更には、パージガス循環ポンプ３２から調圧弁５６に至る経路の漏れ異常を速やかに検知することが重要である。
【０１４８】
図１７は、上述した異常を検知するためのECU６２が実行する第１のルーチンのフローチャートである。
図１７に示すルーチンでは、先ず、パージガス循環ポンプ３２が運転中であるか否かが判別される（ステップ１９０）。
【０１４９】
その結果、パージガス循環ポンプ３２が運転中でないと判別された場合は、そのまま今回の処理サイクルが終了される。
一方、パージガス循環ポンプ３２が運転中であると判別された場合は、次に、圧力検出機構１８０の出力に基づいてポンプ３２の吐出口圧力が検出される（ステップ１９２）。
【０１５０】
ポンプ３２の吐出口圧力が検出されると、次に、その圧力が、所定の判定値P０以上であるか否かが判別される（ステップ１９４）。
上記の吐出圧力は、パージガス循環ポンプ３２が適正に作動していない場合は、正常値に比して低い値となる。また、その圧力は、ポンプ３２から調圧弁５６に至る系内に漏れ故障が生じる場合や、調圧弁５６に開故障が生じている場合にも正常値に比して低い値となる。本ステップ１９４で用いられる判定値P０は、それらの異常の存在を判別するために、正常な吐出口圧力に基づいて予め設定された値である。
【０１５１】
図１７に示すルーチンにおいて、上記ステップ１９４の条件が成立すると判別された場合は、パージガス循環ポンプ３２から調圧弁５６に至る系が正常であることが判断される（ステップ１９６）。
一方、上記ステップ１９４の条件が成立しないと判別された場合は、パージガス循環ポンプ３２から調圧弁５６に至る系に異常が生じていることが判断される（ステップ１９８）。
【０１５２】
以上説明した通り、図１７に示すルーチンによれば、パージガス循環ポンプ３２や調圧弁５６に異常が生じているか否かを精度良く判断することができる。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３２から調圧弁５６に至る系に何らかの異常が生じた場合に、その異常を速やかに検知することができる。
【０１５３】
図１８は、装置の異常を検出するためのECU６２が実行する第２のルーチンのフローチャートを示す。
図１８に示すルーチンでは、先ず、今回の処理サイクルがパージガス循環ポンプ３２の停止直後に起動されたサイクルであるか否かが判別される（ステップ２００）。
【０１５４】
その結果、今回の処理サイクルがポンプ３２の停止直後に起動されたものではないと判別された場合は、速やかに今回の処理サイクルが終了される。
一方、上記ステップ２００の条件が成立すると判別された場合は、次に、圧力検出機構１８０の出力に基づいて、パージガス循環ポンプ３２の吐出口圧力が検出され、かつ、記録される（ステップ２０２）。
【０１５５】
次に、所定期間が経過したか否かが判別される（ステップ２０４）。
尚、上記の所定期間は、ポンプ３２の停止後にその吐出口圧力がどのような変化を示しているかを判断するのに必要な期間である。
【０１５６】
所定期間が経過したと判別されるまでは、繰り返し上記ステップ２０２および２０４の処理が実行される。一方、所定期間が経過したと判別されると、次に、記録された吐出圧力の変化に基づいて、その圧力が急激に降下しているか否かが判別される（ステップ２０６）。
【０１５７】
パージガス循環ポンプ３２から調圧弁５６に至る経路に漏れ異常が生じていない場合は、ポンプ３２が停止された後、その吐出口圧力は緩やかな変化を示す。一方、上記の経路に漏れ異常が生じている場合は、ポンプ３２の停止後に、その吐出口圧力が急激な降下を示す。上記ステップ２０６では、所定の判定値に基づいて、漏れ異常の発生を判断するに足る圧力降下が生じていたか否かが判別される。
【０１５８】
そして、パージガス循環ポンプ３２の吐出口圧力に急激な降下が生じていたと判別された場合は、ポンプ３２から調圧弁５６に至る系に漏れ異常が生じていると判断される（ステップ２０８）。
一方、そのような急激な圧力降下が生じていないと判別された場合は、ポンプ３２から調圧弁５６に至る系が正常であると判断される（ステップ２１０）。
【０１５９】
以上説明した通り、図１８に示すルーチンによれば、パージガス循環ポンプ３２の停止直後における吐出口圧力の変化に基づいて、ポンプ３２から調圧弁５６に至る系、つまり、正圧の作用する系に漏れ異常が生じているか否かを判断することができる。このため、本実施形態の装置によれば、そのような漏れ異常の発生を速やかに検知して、蒸発燃料の大気放出を防止することができる。
【０１６０】
尚、上述した実施の形態７においては、圧力検出機構１８０が前記請求項２３記載の「ポンプ出口圧力検出手段」に相当していると共に、ECU６２が上記図１７に示すルーチンを実行することにより前記請求項２３記載の「異常認識手段」が実現されている。
【０１６１】
また、上述した実施の形態７においては、圧力検出機構１８０が前記請求項２４記載の「ポンプ出口圧力検出手段」に相当していると共に、ECU６２が上記図１８に示すルーチンを実行することにより前記請求項２４記載の「漏れ判定手段」が実現されている。
【０１６２】
実施の形態８．
次に、図１９および図２０を参照して、本発明の実施の形態８について説明する。
図１９は、本実施形態の蒸発燃料処理装置の構成を説明するための図である。尚、図１９において、上記図１に示す構成要素と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１６３】
本実施形態の装置は、図１９に示すように、パージ通路２８に、キャニスタ出ガスの量を計測するための流量センサ２２０を備えている。流量センサ２２０は、パージ通路２８の内部に配置されるピトー管或いはベンチュリなどを利用した、公知の構造を有するセンサである。
【０１６４】
本実施形態の装置において、中濃度用分離ユニット４４で生成される循環ガスは、実施の形態１の場合と同様に、キャニスタ出ガスの濃度が高いほどが多量となる。パージガス循環ポンプ３２の能力は一定であるから、キャニスタ出ガスの流量は、循環ガスが多量であるほど少量となる。このため、キャニスタ出ガスの流量は、キャニスタ出ガスの濃度が濃いほど少量となり、その濃度が薄くなるに連れて増量される。従って、本実施形態の装置においては、キャニスタ出ガスの流量から、そのガスの濃度、つまり、キャニスタ２０内における燃料の吸着状態を推定することができる。
【０１６５】
蒸発燃料のパージは、キャニスタ２０内に燃料が多量に吸着されている状況下で実行すれば足り、その量が十分に少ない状況下では実行する必要がない。このため、蒸発燃料のパージが開始された後、キャニスタ２０内の吸着燃料量が十分に少量になったら、その時点でパージを完了させることが望ましい。そこで、本実施形態の装置は、キャニスタ出ガスの流量から、キャニスタ内での燃料吸着状態を推定し、その量が十分に少ないと推定できる場合には蒸発燃料のパージを完了させることとしている。
【０１６６】
図２０は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU６２が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
図２０に示すルーチンでは、先ず、蒸発燃料のパージが行われているか否か、より具体的には、パージガス循環ポンプ３２が作動しているか否かが判別される（ステップ２３０）。
【０１６７】
その結果、蒸発燃料がパージされていないと判別された場合は、そのまま今回の処理サイクルが終了される。一方、蒸発燃料がパージされていると判別された場合は、次に、流量センサ２２０の出力に基づいて、キャニスタ出ガスの流量が検出される（ステップ２３２）。
【０１６８】
そして、検出されたキャニスタ出ガスの流量が、所定の判定値Q０以上であるか否かが判別される（ステップ２３４）。
【０１６９】
判定値Q０は、キャニスタ出ガスの濃度が、パージを終了させるべき濃度（例えば１５％）になった時点で生ずるキャニスタ出ガスの流量である。従って、その流量がQ０以上でないと判別された場合は、未だ、キャニスタ出ガスがパージを終了させるべき濃度に低下していないと判断できる。この場合、以後、パージを終了させることなく、速やかに今回のルーチンが終了される。
【０１７０】
一方、上記ステップ２３４において、キャニスタ出ガスの流量が判定値Q０以上であると判別された場合は、キャニスタ出ガスの濃度が、パージを終了させるべき濃度に低下したと判断できる。この場合、図２０に示すルーチンでは、次に、パージを終了させるための処理、つまり、パージガス循環ポンプ３２を停止させるための処理等が行われる。
【０１７１】
以上説明した通り、本実施形態の装置によれば、キャニスタ出ガスの流量に基づいて、そのガスの濃度が適当に低下した時点で、つまり、キャニスタ２０内の蒸発燃料の吸着量が十分に少量となった時点で、パージを終了させることができる。このため、本実施形態の装置によれば、蒸発燃料ガスの濃度を検出するセンサを用いることなく、適切なタイミングでパージを完了させることができる。
【０１７２】
ところで、上述した実施の形態８においては、キャニスタ２０内の燃料吸着状態が、キャニスタ出ガスの流量に反映させることから、その流量に基づいてパージの完了時期を決定することとしているが、パージの完了時期を決める要素はこれに限定されるものではない。つまり、キャニスタ２０内の燃料吸着状態は、キャニスタ出ガスの流量に反映されると共に、処理ガスや、循環ガス、更にはキャニスタ入ガスなどの流量にも反映される。従って、パージの完了時期は、それらのガス流量に基づいて決定することとしてもよい。
【０１７３】
尚、上述した実施の形態８においては、流量センサ２２０が前記請求項２５記載の「キャニスタ流通ガス検出手段」に相当していると共に、ECU６２が上記ステップ２３４の処理を実行することにより前記請求項２５記載の「パージ完了判定手段」が実現されている。
【０１７４】
【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。
請求項１記載の発明によれば、キャニスタからパージされるキャニスタ出ガスをベーパ濃縮手段で処理することにより、高濃度の処理ガスと、中濃度の循環ガスと、低濃度のキャニスタ入ガスとに分離することができる。この際、中濃度の循環ガスはベーパ濃縮手段に循環されて繰り返し濃縮処理に付される。このため、本発明によれば、処理ガスを十分に高濃度とし、かつ、キャニスタ入ガスを十分に低濃度とすることができる。十分に高濃度の処理ガスは、燃料タンクに導くことで燃料として利用することができる。また、十分に低濃度のキャニスタ入ガスは、キャニスタに導くことで、キャニスタ内に吸着されている蒸発燃料をパージさせるためのガスとして利用することができる。従って、本発明によれば、キャニスタに吸着されている蒸発燃料を、効率的に燃料として利用可能な状態にすることができる。
【０１７５】
請求項２記載の発明によれば、パージガス循環ポンプによってキャニスタ出ガスを生成することができる。また、高濃度用分離ユニットと中濃度用分離ユニットとを用いて、キャニスタ出ガスから、高濃度の処理ガスと、中濃度の循環ガスと、低濃度のキャニスタ入ガスを生成することができる。
【０１７６】
請求項３記載の発明によれば、高濃度用分離ユニットが備える第１の分離膜の面積を、中濃度用分離ユニットが有する第２の分離膜の面積より小さくすることにより、混合ガスが第１の分離膜で処理される際に効率的に高濃度の処理ガスを取り出すことができ、また、中濃度ガスが第２の分離膜で処理される際に効率的に低濃度のキャニスタ入ガスを取り出すことができる。
【０１７７】
請求項４記載の発明によれば、第１の分離膜の面積と第２の分離膜の面積との比が適切な値であることから、キャニスタ出ガスの蒸発燃料濃度が１５％以上であれば、処理ガスの蒸発燃料濃度を９５％以上とし、かつ、キャニスタ入ガスの蒸発燃料濃度を５％以下とすることができる。このため、本発明によれば、キャニスタ出ガスの濃度が１５％になるまで、キャニスタ内の蒸発燃料を燃料化するための処理を継続することができる。
【０１７８】
請求項５記載の発明によれば、処理ガスをフィードポンプの燃料吸引口に導くことができる。フィードポンプに吸い込まれた処理ガスは、その内部で圧縮されることにより液化する。このため、本発明によれば、処理ガスを液化するための機構を特別に設けることなく、処理ガスを燃料として利用可能な状態にすることができる。
【０１７９】
請求項６記載の発明によれば、フィードポンプの燃料吸引口にベンチュリを設けることで、処理ガスを円滑にフィードポンプに吸い込ませることができる。
【０１８０】
請求項７記載の発明によれば、キャニスタと高濃度用分離ユニットの間にパージガス循環ポンプが配置され、中濃度用分離ユニットとキャニスタの間に調圧弁が配置される。パージガス循環ポンプと調圧弁との間には、調圧弁の設定圧力が作用する。高濃度用分離ユニットおよび中濃度分離ユニットは、それらの作用する圧力が高いほど優れた分離能力を発揮する。このため、本発明によれば、優れた蒸発燃料処理能力を発揮することができる。また、本発明の構成によれば、キャニスタ出ガスの濃度が薄くなり、処理ガス量が減少し、また、循環ガス量が減少するに連れて、キャニスタ入ガス量が増量する。このため、本発明によれば、キャニスタ内の蒸発燃料が少なくなるほど、その蒸発燃料がパージされ易い状態を作り出すことができる。
【０１８１】
請求項８記載の発明によれば、蒸発燃料の処理必要量に応じて、ベーパ濃縮手段の処理能力を変化させることができる。このため、本発明によれば、内燃機関の状態に応じた適正な蒸発燃料処理を実現することができる。
【０１８２】
請求項９記載の発明によれば、第１の分離膜に触れる混合ガスの圧力、或いは第２の分離膜に触れる中濃度ガスの圧力を変化させることにより、所望の処理能力を実現することができる。
【０１８３】
請求項１０記載の発明によれば、調圧弁の設定圧力を変化させることにより所望の圧力を作り出すことができる。
【０１８４】
請求項１１記載の発明によれば、パージガス循環ポンプの吐出能力を変化させることにより所望の処理能力を作り出すことができる。
【０１８５】
請求項１２記載の発明によれば、キャニスタを加熱する程度を変化させることにより所望の処理能力を作り出すことができる。
【０１８６】
請求項１３記載の発明によれば、キャニスタとパージガス循環ポンプとの間に負圧調整弁を配置することで、循環ガス通路に負圧を生じさせることができる。循環ガス通路に生ずる負圧は、第２の分離膜に作用し、その膜の両側に作用する差圧を増大させる。このため、本発明によれば、第２の分離膜に過大な正圧を加えることなくその両側に大きな差圧を発生させることができ、中濃度用分離ユニットに高い濃縮能力を発揮させることができる。
【０１８７】
請求項１４記載の発明によれば、キャニスタからの蒸発燃料の脱離を促進する脱離促進手段を備えていることから、キャニスタ入ガスに蒸発燃料が含まれているにも関わらず、キャニスタ内の蒸発燃料を適正にパージさせることができる。
【０１８８】
請求項１５記載の発明によれば、キャニスタを加熱することにより、蒸発燃料の脱離を有効に促進することができる。
【０１８９】
請求項１６記載の発明によれば、パージガス循環ポンプが発する熱を利用してキャニスタを加熱することができる。
【０１９０】
請求項１７記載の発明によれば、キャニスタからの蒸発燃料の脱離状態を表す濃度（キャニスタ出ガス濃度など）を、脱離促進手段の作動時と非作動時とで比較することにより、脱離促進手段が適正に機能しているか否か、すなわち、脱離促進手段に異常が生じているか否かを判断することができる。
【０１９１】
請求項１８記載の発明によれば、高濃度用分離ユニットが中濃度用分離ユニットの下方に配置されているため、より比重の重い高濃度のガスを、高濃度用分離ユニットに効率的に存在させることができる。このため、本発明によれば、高い処理能力を確保することができる。
【０１９２】
請求項１９記載の発明によれば、燃料タンクが高濃度用分離ユニットや中濃度用分離ユニットの下方に配置されているため、それらのユニット内で液化した燃料を効率的に燃料タンクに回収することができる。
【０１９３】
請求項２０記載の発明によれば、キャニスタからの蒸発燃料の脱離状態を表す濃度（キャニスタ出ガス濃度など）に応じて第１の分離膜の面積と第２の分離膜の面積との比率を変化させることにより、キャニスタの状態に応じて適正な蒸発燃料処理能力を実現することができる。
【０１９４】
請求項２１記載の発明によれば、高濃度用分離ユニットが備える複数の上室をどのように混合ガスが流通するかを変化させることにより、実質的に第１の分離膜の面積と第２の分離膜の面積との比率を変化させることができる。
【０１９５】
請求項２２記載の発明によれば、処理ガスタンクに蓄えた処理ガスを内燃機関の始動時に燃料として利用することにより、内燃機関の指導性を高めることができる。
【０１９６】
請求項２３記載の発明によれば、パージガス循環ポンプが作動すべき場合に、ポンプの出口部に適正な圧力が生じているか否かに基づいて、ポンプが適正に作動しているか、およびポンプから調圧弁までの経路に異常が生じていないかを判断することができる。
【０１９７】
請求項２４記載の発明によれば、パージガス循環ポンプが停止した後、その出口部の圧力が適正な圧力変化を示すか否かに基づいて、ポンプから調圧弁までの経路に漏れが生じているか否かを判断することができる。
【０１９８】
請求項２５記載の発明によれば、キャニスタを流通するガスの流量に基づいて、パージの完了を判断することができる。それらのガス流量は、キャニスタ内の蒸発燃料量が減って処理ガス流量および循環ガス流量が減るに連れて増加する。従って、本発明によれば、キャニスタ内の蒸発燃料が適正に処理された時点でパージを完了させることができる。
【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】  実施の形態１の装置が備える分離膜の原理を説明するための図である。
【図３】  実施の形態１の装置が備える分離膜により高濃度のガスと低濃度のガスを生成する原理を説明するための図である。
【図４】  実施の形態１の装置が蒸発燃料ガスを処理する様子を説明するための図である。
【図５】  第１の分離膜と第２の分離膜の面積比と、処理ガス或いはキャニスタ入ガスの濃度との関係を示す図である。
【図６】  キャニスタからパージされる蒸発燃料の量とキャニスタ入ガスの濃度との関係を、加熱の有無に応じて表した図である。
【図７】  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。
【図８】  実施の形態２の装置において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図９】  本発明の実施の形態３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１０】  本発明の実施の形態４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１１】  本発明の実施の形態５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１２】  実施の形態５の装置において実行される第１の制御ルーチンのフローチャートである。
【図１３】  実施の形態５の装置において実行される第２の制御ルーチンのフローチャートである。
【図１４】  本発明の実施の形態６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１５】  実施の形態６の装置において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図１６】  本発明の実施の形態７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１７】  実施の形態７の装置において実行される第１の制御ルーチンのフローチャートである。
【図１８】  実施の形態７の装置において実行される第２の制御ルーチンのフローチャートである。
【図１９】  本発明の実施の形態８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２０】  実施の形態８の装置において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１０  燃料タンク
１２  低圧フィードポンプ
２０  キャニスタ
２２  ヒータ
２８  パージ通路
３０  負圧調整弁
３２  パージガス循環ポンプ
３４  高濃度用分離ユニット
３６  第１の分離膜
３８，４８  上室
４０，５０  下室
４２  処理ガス通路
４４  中濃度用分離ユニット
４６  第２の分離膜
５４  キャニスタ入ガス通路
６０  処理ガス通路
６２  ECU(Electronic Control Unit)
６４  分離膜
６６  上流空間
６８  下流空間
８０  制御弁
８２  ３方制御弁
１００  処理ガスタンク
１０２  燃料ガス噴射弁
１１０  ベンチュリ
１２０  可変調圧弁
１６０  濃度センサ
１８０  圧力検出機構
２２０  流量センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003932963.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0003932963.tif 000016
【図１６】
0003932963.tif 000017
【図１７】
0003932963.tif 000018
【図１８】
0003932963.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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