JP2004324562A

JP2004324562A - 燃料貯留装置の燃料蒸発抑制方法および燃料貯留装置

Info

Publication number: JP2004324562A
Application number: JP2003121589A
Authority: JP
Inventors: Noriyasu Amano; 典保天野; Naoya Kato; 直也加藤; Nobuhiko Koyama; 信彦小山
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: US20040231829A1; JP4047215B2

Abstract

【課題】燃料貯留装置の燃料の蒸発を抑制することである。
【解決手段】蓄熱材５２が封入され、タンク１１の貯留燃料Ｆと熱交換する蓄熱手段５を設ける。飽和蒸気圧の特性が、貯留燃料Ｆが高温側では温度変化に対する飽和蒸気圧の変化率が大きく、低温側では温度変化に対する飽和蒸気圧の変化率が小さいため、貯留燃料Ｆの温度の上昇に対して蓄熱材５２が燃料温度の上昇を抑制して飽和蒸気圧の上昇を抑制する作用と、貯留燃料Ｆの温度の低下に対して蓄熱材５２が燃料温度の低下を抑制して飽和蒸気圧の低下を抑制する作用とで、前者の方が大きくなる。全体として燃料の蒸発が抑制される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料貯留装置内の燃料蒸発抑制方法および燃料貯留装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリン等の高揮発性油を利用した内燃機関では、燃料貯留装置の、燃料を貯留するタンク内で発生した蒸発燃料の大気への放出を防止するために、蒸発燃料処理装置を備えている。蒸発燃料処理装置は、蒸発燃料を一旦、キャニスタ内の吸着剤に吸着し、この吸着した蒸発燃料を内燃機関の運転時に吸気管負圧を利用して脱離（パージ）し、内燃機関の吸気系に送出して、インジェクタから正規に供給される燃料ととともに内燃機関の燃焼室で燃焼処理するものである。
【０００３】
成層燃焼を行う直噴式の内燃機関や、動力として内燃機関とモータとを用いるハイブリッド車に搭載されている内燃機関では、スロットルバルブの開度が相対的に全開側に設定されることから、吸気管負圧が小さくなるが、このため、蒸発燃料のパージ能力が低下することになる。
【０００４】
また、排気エミッションに関する規制の強化に伴い燃焼制御が高度化されており、内燃機関で燃焼処理し得る蒸発燃料の許容量には限界がある。
【０００５】
そこで、下記特許文献１には、燃料タンク内における蒸発燃料の発生量を抑制すべく、半導体素子を用いた冷却手段を有する凝縮器により、蒸発燃料を凝縮、液化する技術が提案されている。また、下記特許文献２には、耐圧構造の燃料タンク内に弾性膜でできた燃料室を設けて、燃料は燃料室内に貯留し、燃料室外を加圧ポンプで所定圧力に維持する技術が提案されている。このものでは、燃料室内の蒸気圧が一定に維持されることで、蒸発燃料の発生量を抑制する。また、下記特許文献３には、燃料部分と気体部分とを分離し、燃料の貯留量に応じて上下に移動する分離膜を設けるとともに、該分離膜をキャニスタに通じるポートに近い側ほど位置が高くなるように傾斜して設ける技術が提案されている。このものでは、分離膜にシワができても、そのシワでできた空間内に蒸発燃料が閉じ込められて一時に蒸発燃料がキャニスタに送出されるのを禁止することでキャニスタの大型化を回避することを企図している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−９３７８４号公報
【特許文献２】
特開平８−３２４２６６号公報
【特許文献３】
特開平９−２０３３５９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１や特許文献２のものでは、蒸発燃料の発生量を抑制するのに半導体素子や加圧ポンプを作動させる必要があるから、その電力消費の分、燃費が低下する。内燃機関停止後も作動させると大きな負担となる。また、内燃機関停止後、運転者がいない状態で半導体素子や加圧ポンプが実働状態のままとするのは望ましいことではない。その上、凝縮器や加圧ポンプを含む配管システムや半導体素子や加圧ポンプの制御用のシステムが構成を徒に複雑化し、コストの上昇を招く。また、搭載性が悪化し、近年の車両小型化、車室内スペースの拡大という要求に十分に応えられない。加圧ポンプを用いる特許文献２の技術ではタンクに耐圧構造のものまで要求される。
【０００８】
一方、特許文献３のものは、特許文献１や特許文献２のものに比して電力消費を伴わず、構成も簡単であるが、タンクからキャニスタに一時に多量の蒸発燃料が移動するのを抑制することによりキャニスタの小型化を図る技術であり、蒸発燃料の発生量自体を効果的に抑制するというものではない。
【０００９】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、効率よく蒸発燃料の発生量を抑制することのできる燃料貯留装置内の燃料蒸発抑制方法および燃料貯留装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、燃料を貯留するタンクを有する燃料貯留装置の燃料蒸発抑制方法において、
燃料温度が、燃料温度変化に対する飽和蒸気圧の変化が大きな高温側に変化するときには、蓄熱材に貯留燃料から吸熱せしめて、貯留燃料の温度の上昇を抑制し、前記蓄熱材の吸熱になる熱を、燃料温度が、燃料温度変化に対する飽和蒸気圧の変化が小さな低温側に変化するときに、前記蓄熱材から貯留燃料に放熱せしめ、
前記蓄熱材が貯留燃料に放熱するときには、小なる飽和蒸気圧低下抑制作用を許容し、前記蓄熱材が貯留燃料から吸熱するときに、前記飽和蒸気圧低下抑制作用よりも大なる飽和蒸気圧上昇抑制作用を得ることで、燃料の蒸発を抑制する。
【００１１】
蓄熱材と貯留燃料との間で熱交換がなされる。貯留燃料が高温側では温度変化に対する飽和蒸気圧の変化率が大きく、低温側では温度変化に対する飽和蒸気圧の変化率が小さいため、貯留燃料の上昇に対して、蓄熱材が燃料の温度上昇を抑制する方向に作用したときの飽和蒸気圧の上昇を抑制する作用と、貯留燃料温度の低下に対して、蓄熱材が燃料の温度低下を抑制する方向に作用したときの飽和蒸気圧の低下を抑制する作用とでは、前者の方が大きくなる。全体として蓄熱材が燃料の蒸発を抑制する。
【００１２】
また、低温側で燃料蒸発が促進されるとはいえ、飽和蒸気圧自体が高温側に比して低いから、低温雰囲気下で燃料の蒸発量が過大になることはない。
【００１３】
これにより、燃料の蒸発を効率的に抑制することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明では、燃料を貯留するタンクを有する燃料貯留装置において、蓄熱材を有し、前記タンクに貯留する貯留燃料と熱交換をする蓄熱手段を設ける。
【００１５】
蓄熱材と貯留燃料との間で熱交換がなされる。貯留燃料が高温側では温度変化に対する飽和蒸気圧の変化率が大きく、低温側では温度変化に対する飽和蒸気圧の変化率が小さいため、貯留燃料の上昇に対して、蓄熱手段が燃料の温度上昇を抑制する方向に作用したときの飽和蒸気圧の上昇を抑制する作用と、貯留燃料の低下に対して、蓄熱手段が燃料の温度低下を抑制する方向に作用したときの飽和蒸気圧の低下を抑制する作用とでは、前者の方が大きくなる。全体として蓄熱手段が燃料の蒸発を抑制する。
【００１６】
また、低温側で燃料蒸発が促進されるとはいえ、飽和蒸気圧の値自体が高温側に比して低いから、低温下で燃料の蒸発量が過大になることはない。
【００１７】
これにより、燃料の蒸発を効率的に抑制することができる。
【００１８】
請求項３記載の発明では、請求項２の発明の構成において、前記蓄熱手段は、前記タンクの内面または貯留燃料に浸漬する部材の表面に配置する。
【００１９】
蓄熱手段において貯留燃料との熱交換が容易になり、燃料の蒸発を効率的に抑制することができる。
【００２０】
請求項４記載の発明では、請求項２の発明の構成において、前記蓄熱手段は貯留燃料中で浮力を発生させる浮力発生手段を備えている構成とする。
【００２１】
蓄熱手段が、常時、浮力により貯留燃料の液面付近に位置する。燃料の蒸発は貯留燃料の液面で起きるので、蓄熱手段が液面付近の燃料と効果的に熱交換し、さらに燃料の蒸発を抑制することができる。
【００２２】
また、蓄熱手段が液面付近に存在することで、その分、貯留燃料とその液面よりも上方の空気とが接触する面積が小さくなり、さらに燃料の蒸発を抑制することができる。
【００２３】
請求項５記載の発明では、請求項４の発明の構成において、前記蓄熱手段は、蓄熱材が封入された容器体を有し、該容器体内には蓄熱材の非封入部を設けて、これを前記浮力発生手段とする。
【００２４】
容器体と蓄熱材以外に別途、フロート等を設ける必要がなく、構成が簡単である。
【００２５】
請求項６記載の発明では、請求項５の発明の構成において、前記容器体を、その直径が前記タンクから燃料を吸い上げる燃料ポンプの吸入口の直径よりも大きな容器体とする。
【００２６】
貯留燃料の量が減ったときに蓄熱手段が誤って燃料ポンプに吸い込まれるのを防止することができる。
【００２７】
請求項７記載の発明では、請求項２ないし６の発明の構成において、前記蓄熱手段は、蓄熱材が封入された容器体を有し、前記蓄熱材は、融点が常温の物質で、潜熱により蓄熱をする蓄熱材により構成する。
【００２８】
潜熱を用いることで、蓄熱手段が小型でも大量の熱を吸放熱することができる。
【００２９】
請求項８記載の発明では、請求項７の発明の構成において、前記蓄熱材は、塩化カルシウム六塩、オクタデカン、またはシクロヘキサールのいずれかを含むものとする。
【００３０】
これらの物質は融点が２０〜３０°Ｃの間にあり、融解熱も比較的大きく、燃料の蒸発の抑制に適している。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本発明の燃料貯留装置の燃料蒸発抑制方法および燃料貯留装置を適用した第１実施形態になる燃料貯留装置を示す。燃料貯留装置は、数十Ｌの容積の合成樹脂製のタンク１１を有し、その側壁部の上端部には、タンク壁を貫通するフーエルネック２１が接続され、その一端に給油口２２が設けられている。タンク１１内には燃料ポンプ３１が設置され、図示しない吸入口から吸い上げた燃料を、タンク壁を貫通して図示しないインジェクタに通じる燃料配管４１に送出している。タンク１１の天井部には、タンク壁を貫通する燃料蒸気配管４２が接続され、タンク１１内で発生した蒸発燃料が図示しないキャニスタに送出されるようになっている。また、タンク１１内は、板厚方向に穴を打ち抜いた、貯留燃料に浸漬する部材である仕切り板１２，１３により水平方向に仕切られており、前記穴により一定の移動を許容しつつ、加減速時や車両が傾いたときに貯留燃料Ｆが急激に移動しないようになっている。
【００３２】
タンク１１の内面１１ａおよび仕切り板１２，１３の表面である板面１２ａ，１３ａには、多数の蓄熱手段である蓄熱ピース５が取り付けられている。蓄熱ピース５は、図２に示すように、小容器体５１に蓄熱材５２を封入したものである。小容器体５１は耐熱耐燃料性の合成樹脂等を中空の直方体に成形したものである。蓄熱材５２の封入は、小容器体の半割体に固形の蓄熱材５２を入れた後、前記半割体の開口端を溶着せしめることでなされる。蓄熱材５２には、例えば塩化カルシウム６水塩（ＣａＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ）が用いられる。塩化カルシウム六水塩は融点が２７°Ｃであり、常温で液相と固相との間で相変化する。なお、蓄熱材５２は、２０〜３０°Ｃの常温に融点を有するものが好適であり、前記塩化カルシウム六水塩のような無機水和塩だけではなく、有機化合物でもよい。好適な蓄熱材５２となり得る有機化合物の例としては、例えば、融点が２８°Ｃのオクタデカン（Ｃ_１８Ｈ_３８）、融点が２４°Ｃのシクロヘキサノール（Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ）がある。これらの混合物、あるいは、これらを主成分として含む混合物でもよい。
【００３３】
蓄熱材５２は封入量を小容器体５１の容積よりも少なくしてあり、小容器体５１内に蓄熱材５２の非封入部５３が設けられる。これにより、蓄熱材５２が固相から液相になったときの体積膨張により小容器体５１が損傷を受けるのを防止している。
【００３４】
走行時の燃料ポンプ３１の作動や車両停止中の雰囲気温度の上昇等により貯留燃料Ｆの温度が上昇し、蓄熱ピース５の蓄熱材５２の融点よりも高くなると、蓄熱材５２が溶けはじめる。このとき、蓄熱材５２は融解熱に相当する熱量を蓄熱材５２の周囲の燃料から奪うため、燃料が冷却される。タンク１１内に設置した蓄熱材５２の量を適当に設定することにより、蓄熱材５２が完全に溶けてしまうまで吸熱が行われた時点でも、燃料の温度を蓄熱材５２の温度以上にならないようにすることができる。例えば、蓄熱材５２として塩化カルシウム６水塩を用いた場合、燃料温度がその融点である２７°Ｃに達すると、以後、蓄熱材５２が融解し、その際、貯留燃料Ｆの熱を奪い、貯留燃料Ｆを冷却する。ここで、本燃料貯留装置では、蓄熱材５２の融解で燃料温度が２７°Ｃに留まり、蓄熱ピース５を有しない従来の燃料貯留装置では燃料温度が３７°Ｃまで上昇したとすると、図３より知られるように、本燃料貯留装置と従来の燃料貯留装置とでは、飽和蒸気圧差が生じる。すなわち、本燃料貯留装置では、飽和蒸気圧上昇抑制作用が生じる。すなわち、本燃料貯留装置により、図３中の領域Ａの面積に対応する燃料の蒸発が抑制される。
【００３５】
その後、燃料ポンプ３１の作動停止や雰囲気温度の低下により燃料温度が低下し、蓄熱材５２の融点に達すると、蓄熱材５２が固化し、その際、周囲の貯留燃料Ｆに放熱する。すなわち、貯留燃料Ｆは温められる。このときの放熱量が、燃料の１０°Ｃ分の温度変化だとすると、本燃料貯留装置と従来の燃料貯留装置とでは、飽和蒸気圧差が生じる。すなわち、本燃料貯留装置では、飽和蒸気圧低下抑制作用が生じる。すなわち、本燃料貯留装置により、図中、領域Ｂに面積に対応する燃料の蒸発が促進される。
【００３６】
ここで、蓄熱ピース５の蓄熱材５２における蓄熱作用により、燃料の蒸発の抑制作用と促進作用との両方を奏する訳であるが、飽和蒸気圧は温度に対して指数関数にしたがい、燃料温度が高いほど温度変化に対する飽和蒸気圧の変化は大きい。したがって、同じ１０°Ｃ分の温度変化であっても、前記飽和蒸気圧上昇抑制作用と飽和蒸気圧低下抑制作用とでは飽和蒸気圧上昇抑制作用の方が大きい。すなわち、燃料蒸発の抑制作用の方が大きい。したがって、両者の得失より、蓄熱ピース５を設けることにより、燃料の蒸発の抑制作用を奏する。
【００３７】
なお、蓄熱ピース５はタンク１１の内面１１ａおよび貯留燃料Ｆに浸漬する仕切り板１２，１３の板面１２ａ，１３ａに蓄熱ピース５を配設するのではなく、第１実施形態において、要求される蓄熱量に応じて一部を間引きし、例えば図４に示すようにタンク内面１１ａのうち底面を蓄熱ピース５の非形成部とする。
【００３８】
また、蓄熱材の膨張率や小容器体の膨張率によっては、小容器体の損傷を防止するための蓄熱材の非封入部は不要であり、その分、体積効率のよい蓄熱ピースとすることができる。
【００３９】
（第２実施形態）
図５に本発明の燃料蒸発抑制方法および燃料貯留装置を適用した第２実施形態になる燃料貯留装置を示す。第１実施形態と実質的に同じ部分には同じ符号を付して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４０】
タンク１１内の貯留燃料Ｆには多数の蓄熱ピース５Ａが浮かべてある。蓄熱ピース５Ａは第１実施形態の蓄熱ピースと形状が異なっている。
【００４１】
蓄熱ピース５Ａは小容器体５１Ａの内に蓄熱材５２Ａが封入されたもので、小容器体５１Ａの形状が球形である点が第１実施形態のものと相違している。また、蓄熱ピース５Ａはタンク内面１１ａや仕切り板１２ａ，１３ａに固定ではなく、貯留燃料Ｆに浮かべてある。
【００４２】
ここで、蓄熱材５２Ａを封入する小容器体５１Ａ内には、第１実施形態と同様に蓄熱材の非封入部５３Ａが設けてある。浮力発生手段である非封入部５３Ａはその大きさに応じて浮力を発生するが、非封入部５３Ａの大きさは、蓄熱ピース５Ａを貯留燃料Ｆに浮かせ得る浮力を発生する大きさに設定してある。なお、非封入部５３Ａが蓄熱材５２Ａの液化時の小容器体５１Ａの損傷を防止する作用を奏するのは勿論である。
【００４３】
本実施形態の蓄熱ピース５Ａによっても、燃料の蒸発抑制効果を奏する。さらに、常温の雰囲気環境下での燃料蒸発は、沸騰によるものではないため貯留燃料Ｆの液面で発生する。したがって、蓄熱材の非封入部５３Ａによる浮力で、蓄熱ピース５Ａが貯留燃料Ｆの液面に位置するようにすることで、効果的に燃料の蒸発を抑制することができる。また、蓄熱ピース５Ａが液面付近に存在することで、その分、貯留燃料Ｆとその液面よりも上方の空気とが接触する面積が小さくなり、さらに貯留燃料Ｆの蒸発を抑制することができる。
【００４４】
なお、小容器体５１Ａの直径は、燃料ポンプ３１の前記吸込口よりも大径とし、燃料の残量が減少して、貯留燃料Ｆの液面が、すなわち蓄熱ピース５Ａの位置が燃料ポンプ３１の前記吸込口に近くなっても、蓄熱ピース５Ａが燃料ポンプ３１に誤って吸い込まれるのを防止することができる。
【００４５】
また、蓄熱ピース５Ａは、タンク１１内のすべて、若しくは数個単位で、可撓性のワイヤにより数珠つなぎにしてもよい。燃料貯留装置の組付け部品としてのまとまりがよく、取り扱いに便利である。
【００４６】
なお、小容器体内に蓄熱材の非封入部を設けることで小容器体と蓄熱材以外に別途、フロート等を設けることなく、蓄熱ピースを貯留燃料に浮かべることができ、構成が簡単である。勿論、要求される仕様によっては、フロートを別途設けるのでもよい。
【００４７】
また、前記各実施形態において、蓄熱ピースを構成する小容器体は長方形や球形のものを示したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、正方形やラグビーボール形など、他の形状でもよい。
【００４８】
（第３実施形態）
図７、図８に本発明の燃料蒸発抑制方法および燃料貯留装置を適用した第３実施形態になる燃料貯留装置を示す。第１実施形態と実質的に同じ部分には同じ符号を付して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４９】
本燃料貯留装置は基本構成が従来のものと同じで、第１、第２実施形態のごとき蓄熱ピースは設けられていない。図８は本燃料貯留装置のタンク１１Ａのタンク壁の断面で、該タンク壁の合成樹脂製基体１１１の内部に多数の小容器体であるマイクロカプセル５１Ｂが存在している。各マイクロカプセル５１Ｂは数μｍ〜数百μｍ程度の微小なもので、その中には、マイクロカプセル５１Ｂとともに蓄熱手段５Ｂを構成する蓄熱材５２Ｂが封入されている。マイクロカプセル５１Ｂは予め蓄熱材５２Ｂを封入したものを製造しておき、これをタンク壁の材料となる合成樹脂に練り込んでおく。このマイクロカプセル入りの合成樹脂をタンクの形状に型成形してタンク１１Ａとする。
【００５０】
この燃料貯留装置では、蓄熱手段がタンク壁内部に混入した状態で設けられるので、タンクの形状が実質的に従来のものと同じとすることも可能となる。また、組付け手順や部品の種類が従来のものと変わらず、実車への適用が特に容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態になる燃料貯留装置の図である。
【図２】前記燃料貯留装置を構成する蓄熱ピースの断面図である。
【図３】前記燃料貯留装置の作動を説明するグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態になる燃料貯留装置の図である。
【図５】本発明の第３実施形態になる燃料貯留装置の図である。
【図６】前記燃料貯留装置を構成する蓄熱ピースの断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態になる燃料貯留装置の図である。
【図８】図７のＡにおける断面図である。
【符号の説明】
１１，１１Ａタンク
１１ａ内面
１２，１３仕切り板（貯留燃料に浸漬する部材）
１２ａ，１３ａ板面（貯留燃料に浸漬する部材の表面）
１２Ａ，１３Ａ仕切り板
２１フューエルネック
２２給油口
３１燃料ポンプ
４１燃料配管
４２燃料蒸気配管
５，５Ａ蓄熱ピース（蓄熱手段）
５Ｂ蓄熱手段
５１，５１Ａ小容器体（容器体）
５１Ｂマイクロカプセル（容器体）
５２，５２Ａ，５２Ｂ蓄熱材
５３Ａ非封入部

Claims

燃料を貯留するタンクを有する燃料貯留装置の燃料蒸発抑制方法において、
燃料温度が、燃料温度変化に対する飽和蒸気圧の変化が大きな高温側に変化するときには、蓄熱材に貯留燃料から吸熱せしめて、貯留燃料の温度の上昇を抑制し、前記蓄熱材の吸熱になる熱を、燃料温度が、燃料温度変化に対する飽和蒸気圧の変化が小さな低温側に変化するときに、前記蓄熱材から貯留燃料に放熱せしめ、
前記蓄熱材が貯留燃料に放熱するときには、小なる飽和蒸気圧低下抑制作用を許容し、前記蓄熱材が貯留燃料から吸熱するときに、前記飽和蒸気圧低下抑制作用よりも大なる飽和蒸気圧上昇抑制作用を得ることで、燃料の蒸発を抑制する燃料貯留装置の燃料蒸発抑制方法。
燃料を貯留するタンクを有する燃料貯留装置において、蓄熱材を有し、前記タンクに貯留する貯留燃料と熱交換をする蓄熱手段を設けたことを特徴とする燃料貯留装置。
請求項２記載の燃料貯留装置において、前記蓄熱手段は、前記タンクの内面または貯留燃料に浸漬する部材の表面に配置した燃料貯留装置。
請求項２記載の燃料貯留装置において、前記蓄熱手段は貯留燃料中で浮力を発生させる浮力発生手段を備えている燃料貯留装置。
請求項４記載の燃料貯留装置において、前記蓄熱手段は、蓄熱材が封入された容器体を有し、該容器体内には蓄熱材の非封入部を設けて、これを前記浮力発生手段とした燃料貯留装置。
請求項５記載の燃料貯留装置において、前記容器体を、その直径が前記タンクから燃料を吸い上げる燃料ポンプの吸入口の直径よりも大きな容器体とした燃料貯留装置。
請求項２ないし６いずれか記載の燃料貯留装置において、前記蓄熱手段は、蓄熱材が封入された容器体を有し、前記蓄熱材は、融点が常温の物質で、潜熱により蓄熱をする蓄熱材により構成した燃料貯留装置。
請求項７記載の燃料貯留装置において、前記蓄熱材は、塩化カルシウム六塩、オクタデカン、またはシクロヘキサールのいずれかを含む燃料貯留装置。