JP2009108710A - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料タンク内で生じた蒸発燃料を液化することができ、しかも液化燃料を機関での燃焼に有効に利用できる蒸発燃料処理装置を得る。
【解決手段】燃料タンク１８とキャニスタ１６の間には、蒸発燃料を冷却して凝縮（液化）する凝縮器３０が配置される。凝縮器３０から液化燃料を燃料タンク１８に戻す戻し配管は、その下端がサクションフィルタ２６の内側に臨むように配置される。一旦蒸発し、その後液化した燃料を直接的にエンジンに送ることで、エンジンでの燃焼に有効に利用できるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸発燃料処理装置に関する。

燃料タンク等で発生した蒸発燃料はキャニスタで処理されることが一般的であるが、特許文献１では、燃料タンクとキャニスタの間に燃料蒸気を冷却する冷却器を配置し、冷却器によって液化された燃料を燃料タンクへ還流させるようにした蒸発燃料処理装置が記載されている。このように、蒸発燃料を液化することで、キャニスタの吸着負荷を少なくし、効率的な蒸発燃料の処理が可能になる。

ところで、特許文献１に記載の構成では、液化された燃料は回収通路を通して単に燃料タンク内に戻されるだけである。実際には、このように一旦気化した後に液化された燃料を機関での燃料に有効に利用することが望まれる。
特開２００２−２８５９１９号公報

本発明は上記事実を考慮し、燃料タンク内で生じた蒸発燃料を液化することができ、しかも液化燃料を機関での燃焼に有効に利用できる蒸発燃料処理装置を得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、燃料が貯留される燃料タンクと、前記燃料タンクで開口した開口部から燃料を機関に送出する送出配管と、前記送出配管の開口部分に設けられ燃料タンクから燃料を外部に送出する際の異物を除去するサクションフィルタと、前記燃料タンクで発生した蒸発燃料が吸着される活性炭が収容されたキャニスタと、前記燃料タンクから前記キャニスタに蒸発燃料を送るベーパ配管と、前記ベーパ配管に設けられ前記蒸発燃料を凝縮して液化燃料とする凝縮手段と、前記凝縮手段で生成された液化燃料を前記サクションフィルタの近傍に戻す戻し配管と、を有することを特徴とする。

この蒸発燃料処理装置では、燃料がまずサクションフィルタと通ることで異物が除去され、その後に送出配管で機関に送出される。

また、この蒸発燃料処理装置ではキャニスタを有しているので、燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタ内の活性炭で吸着することも可能であるが、ベーパ配管には凝縮手段が設けられているので、この凝縮手段により、蒸発燃料は凝縮されて液化燃料とされる。これにより、キャニスタに送られる蒸発燃料の量が少なくなるので、キャニスタの吸着負荷を少なくできる。以下、単に「液化燃料」というときは、このように蒸発燃料が凝縮手段で凝縮されて液化されたものをいうこととする。

凝縮手段で生成された液化燃料は、戻し配管により、燃料タンク内のサクションフィルタの近傍に戻される。サクションフィルタは送出配管の開口部分に設けられているので、液化燃料は送出配管から機関に送出されて燃焼される。すなわち、液化燃料を積極的に機関に送って燃料に有効に利用できるようになる。

なお、ここでいう「近傍」は、上記したように、液化燃料を送出配管から機関に送出できる程度であればよい。一般的には、サクションフィルタは送出配管の開口部を囲むように閉曲面状に形成されることが多いので、戻し配管の端部をサクションフィルタ内に直接的に臨むように配置すればよい。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記凝縮手段が、凝縮された前記液化燃料が貯留される液溜部と、前記戻し配管が接続されて前記液溜部から戻し配管へと液化燃料を排出する排出口部と、前記排出口部に設けられ前記液溜部の液化燃料が減少すると排出口部を閉塞する閉塞部材と、を有することを特徴とする。

したがって、液化燃料は液溜部に貯留される。この液化燃料は、排出口部から排出され、戻し配管に排出される。

排出口部には閉塞部材が設けられており、液溜部の液化燃料が減少すると排出口部を閉塞する。このため、戻し配管への気体の排出を抑制できる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記戻し配管に設けられ、前記凝縮手段から前記燃料タンク内への燃料の移動を許容し逆方向の移動を阻止する逆止弁、を有することを特徴とする。

したがって、凝縮手段から燃料タンクへの燃料（液化燃料）の移動は許容されるが、逆方向、すなわち燃料タンクから凝縮手段への燃料の移動（逆流）を防止することができる。

本発明は上記構成としたので、燃料タンク内で生じた蒸発燃料を液化することができ、しかも液化燃料を機関での燃焼に有効に利用できる。

図１には、本発明の第一実施形態の蒸発燃料処理装置１２が示されている。この蒸発燃料処理装置１２は一例として、家庭用電源等から充電して図示しないバッテリに蓄電し、その電力を車両走行に使用可能な、いわゆるプラグインハイブリッド車に適用されたものを挙げている。したがって、車両は、家庭用コンセントや充電スタンド等に差し込むための図示しない電源プラグを有している。

蒸発燃料処理装置１２は、内部に活性炭が収容されたキャニスタ１６を有しており、燃料タンク１８内に貯留された蒸発燃料をこの活性炭で吸着することができる。また、燃料タンク１８内には、フューエルポンプ２０が配設されており、フューエルポンプ２０を駆動することで、送出配管２２から燃料を図示しないエンジンに送出（供給）することができる。

図３に詳細に示すように、送出配管２２はフューエルポンプ２０の下側に延出されてその下端が燃料吸入口２４とされており、この燃料吸入口２４を取り囲むように閉曲面状のサクションフィルタ２６が取り付けられている。したがって、燃料タンク１８内の燃料は、サクションフィルタ２６によって異物が除去された状態で、エンジンに供給される。なお、エンジンや燃料の種類によっては、たとえばエンジン側から生じた負圧等によって燃料が送出されることもあり、この場合では、フューエルポンプ２０を有することなく、送出配管２２がそのまま燃料タンク１８の下部に延出されて、下端が燃料吸入口２４とされることもある。

図１に示すように、燃料タンク１８とキャニスタ１６とはベーパ配管２８で接続されているが、ベーパ配管２８の途中には凝縮器３０が設けられている。図２に詳細に示すように、凝縮器３０は略筒状に形成された凝縮器本体３２を有しており、その上底３２Ｕに、気体導入ポート３４及び気体排出ポート３６が形成されて、それぞれにベーパ配管２８が接続されている。また、凝縮器本体３２の内部には、気体導入ポート３４と気体排出ポート３６とを分けるようにして、上底３２Ｕから下方に隔壁３８が延出されているが、隔壁３８は、下底３２Ｌには達しない長さとされており、気体導入ポート３４から隔壁３８の図面左側を降下し、隔壁３８の下側を回りこんだ後、隔壁３８の図面右側を上昇して気体排出ポート３６に達する気体流路４０が構成されている。

気体流路４０には、１枚又は複数枚の冷却フィン４２が配置されている。冷却フィン４２は電力供給を受けると気体流路４０を流れる蒸発燃料を冷却して凝縮し、液化する作用を有している。特に本実施形態では、たとえば車両駐車中に図示しない電源プラグが外部電源に接続されると、この外部電源からの電力を直接受けて冷却フィン４２による冷却作用を発揮可能な構成としている。

凝縮器本体３２の内部の、隔壁３８よりも下部は、蒸発燃料が冷却フィン４２によって凝縮されることで生成された液体燃料が貯留される液溜部４４とされている。凝縮器本体３２の下底３２Ｌは中央には円形の液化燃料排出口部４６が形成されており、液溜部４４に貯留された液化燃料を排出することができるようになっている。特に、下底３２Ｌの上面は、周囲から液化燃料排出口部４６に向かって次第に傾斜するすり鉢状の傾斜面４８とされており、液化燃料排出口部４６へ液化燃料が流れ込みやすくなっている。そして、液溜部４４の最下部に、液化燃料排出口部４６が位置していることになる。

凝縮器本体３２の内部には、液化燃料よりも比重が小さく、且つ液化燃料排出口部４６よりも大径とされた球状のフロートバルブ５０が収容されている。液溜部４４に充分な量の液化燃料が存在しているとき（図２に示す状態）では、フロートバルブ５０は液化燃料排出口部４６よりも上方に浮いているので液化燃料排出口部４６を閉塞することはないが、液溜部４４の燃料が少なくなって液面が降下すると、フロートバルブ５０が液化燃料排出口部４６を閉塞する。特に、すり鉢状の傾斜面４８により、液面の降下時には、フロートバルブ５０が液化燃料排出口部４６に案内される。

液化燃料排出口部４６、すなわち、液溜部４４の最下部には、戻し配管５２の上端が接続されている。戻し配管５２は燃料タンク１８の上壁を貫通し、その下端が燃料タンク１８内に位置している。

図３に詳細に示すように、戻し配管５２の下端５２Ｌは、サクションフィルタ２６の内部に望むように配置されて固定されている。したがって、戻し配管５２により燃料タンク１８内に戻された液化燃料は、サクションフィルタ２６の内側に直接流れ込む。

図１に示すように、戻し配管５２の途中には、燃料タンク１８内に位置するようにチェックバルブ５４が備えられている。チェックバルブ５４は、凝縮器３０から燃料タンク１８への燃料の流れは許容するが、その逆方向の流れは阻止する向きに取り付けられている。

キャニスタ１６には大気連通管５６が接続されており、この大気連通管５６の端部近傍には封鎖弁５８が備えられている。また、大気連通管５６には圧力センサ６４が設けられており、大気連通管５６内の圧力を検知することができる。なお、大気連通管５６はキャニスタ１６とも連通されていので、検出された圧力は、キャニスタ１６内の圧力とも一致する。検知された圧力データは、ＥＣＵ６０に送られる。ＥＣＵ６０では、この圧力データに基づいて凝縮器３０（冷却フィン４２）を制御する。

さらに、キャニスタ１６には、エンジンと連通するパージ配管６６が接続されており、エンジンの駆動等によってパージ配管６６からキャニスタ１６に負圧が作用するようになっている。この負圧により、大気連通管５６から大気が導入されると蒸発燃料が脱離され、パージ配管６６を通ってエンジンに送られる。

なお、本実施形態の蒸発燃料処理装置１２では、ＥＣＵ６０が、いわゆるＯＢＤ（Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ）システムを備えており，所定の条件下で、車両の不具合等を検出するための処理を行うようになっている。特に、燃料タンク１８に関しては、燃料タンク１８内に備えられたタンク内圧センサ６２によるタンク内圧データに基づいて、不具合の発生を検出できるようになっている。

次に、本実施形態の蒸発燃料処理装置１２の作用を説明する。

この蒸発燃料処理装置１２では、燃料タンク１８で発生した蒸発燃料は、ベーパ配管２８を通って凝縮器３０に送られ、気体流路４０を流れる。ここで、ＥＣＵ６０が凝縮器３０を作動させていると、冷却フィン４２によって蒸発燃料が凝縮されて液化され、液溜部４４に貯留される。すなわち、蒸発燃料をキャニスタ１６に送る前に凝縮器３０で処理できるので、キャニスタ１６の吸着負荷が小さくなる。

なお、このように、キャニスタ１６の送られる蒸発燃料の量を少なくするためには、たとえば、燃料タンク１８全体を冷却する構成も考えられるが、この場合には燃料タンク１８内の液体の燃料も冷却してしまうため、効率が悪くなる。本実施形態では、蒸発燃料のみを冷却するので、効率的に凝縮させることができる。

しかも、凝縮器３０の作動（冷却フィン４２への通電）は、図示しない電源プラグを利用して外部電源から行うことができる。このため、車両のバッテリの消耗を防ぐことができる。もちろん、外部電源がない状況では、車両のバッテリから電力供給を受けるようにしてもよい。

凝縮器３０の作動は、タンク内圧センサ６２で検出された圧力値に応じて行うことができる。すなわち、ＥＣＵ６０では、封鎖弁５８を閉弁した状態で圧力センサ６４での検出値が、あらかじめ設定した閾値以下になるように凝縮器３０を作動させればよい。このように圧力が上昇すると凝縮器３０を作動させることで、蒸発燃料処理装置１２、特にキャニスタ１６の耐圧性を高く維持できる。このとき、封鎖弁５８を閉弁しておけば、蒸発燃料の不用意な大気開放を抑制できる。

しかも、封鎖弁５８を封鎖した状態で大気連通管５６、すなわちキャニスタ１６内の圧力を検出するので、大気連通管５６を大気開放した状態と比較して、より正確な圧力検出が可能になる。

さらに、たとえば、車両走行中に封鎖弁５８を一時的に閉弁し、タンク内圧センサ６２によって燃料タンク１８の内圧を検出することも可能である。これにより、燃料の状態（温度等）に依存することなく、蒸発燃料の発生速度（単位時間当たりの発生量）を予測することもできる。この場合、予測された蒸発燃料の発生速度に基づいて、凝縮器３０の作動を制御するようにしてもよい。この場合であっても、凝縮器３０の作動により、キャニスタ１６に流入する蒸発燃料の量を抑制できる。

なお、本実施形態では、上記したように、ＥＣＵ６０がＯＢＤシステムを備えている。ＯＢＤシステムによる燃料タンク１８の内圧の検出中は凝縮器３０の作動を停止することで、凝縮器３０の作動による燃料タンク１８の内圧変化への影響を回避して、より正確にＯＢＤによる燃料タンク１８の内圧検出を実行できるようになる。

そして、本実施形態の蒸発燃料処理装置１２では、凝縮器３０で生成された液化燃料が、戻し配管５２を通ってサクションフィルタ２６の内部に戻される。サクションフィルタ２６は燃料吸入口２４を取り囲んでいるので、戻された液化燃料はエンジンに直接的に送られて燃焼される。すなわち、液化燃料を燃料タンク１８内で且つサクションフィルタ２６の外部に戻す構成と比較して、より積極的にエンジンに供給して燃焼することが可能となる。

特に、液化燃料は、燃料タンク１８内で一旦蒸発燃料となった燃料であるため分子量の小さい成分が多く、燃料タンク１８内に戻すと短時間で気化しやすい。このように気化しやすい成分を多く有する液化燃料を積極的にエンジンに送ることで、結果的に燃料タンク１８内での燃料の蒸発（気化）を抑制できることになる。しかも、このようにして液化燃料をエンジンに積極的に供給することで、キャニスタ１６からパージによってエンジンに送る燃料の量も少なくなる。

凝縮器３０の液溜部４４に貯留された液化燃料の量が少なくなり、液面が降下すると、フロートバルブ５０が液化燃料排出口部４６を閉塞する。したがって、不用意に気体をサクションフィルタ２６内に戻してしまうことを防止でき、フューエルポンプ２０への気体の流入（いわゆる巻き込み）も防止できる。

また、戻し配管５２には、チェックバルブ５４が設けられている。したがって、たとえば燃料タンク１８内で液面が変動したような場合でも、燃料の逆流、すなわち凝縮器３０への流入を防止できる。

なお、上記では、戻し配管５２がサクションフィルタ２６の内部に望むように配置された例を挙げた。これにより、液化燃料のすべてをサクションフィルタ２６内に戻すことができる。ただし、液化燃料のすべてをサクションフィルタ２６内に戻す必要はなく、その一部のみをサクションフィルタ２６内に戻す構成でもよい。たとえば、図４に示す本実施形態の変形例のように、戻し配管５２の下端５２Ｌをサクションフィルタ２６の近傍に配置した構成であっても、実質的に戻し配管５２から液化燃料の一部がサクションフィルタ２６内に流入するようになっていれば、この流入した分の液化燃料については、エンジンに積極的に供給して燃焼させることが可能となる。

また、上記では、プラグインハイブリッド車に備えられた図示しない電源プラグを用いて凝縮器３０が電力供給を受ける例を挙げたが、本発明は、たとえば、プラグインハイブリッド車ではない車両にも適用可能であり、その場合では、凝縮器３０に電力供給するための専用のプラグを備えるようにしてもよい。

本発明の一実施形態の蒸発燃料処理装置の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態の蒸発燃料処理装置を構成する凝縮器を示す断面図である。 本発明の一実施形態の蒸発燃料処理装置を構成するサクションフィルタ及びその近傍を示す概略図である。 本発明の一実施形態の変形例の蒸発燃料処理装置を構成するサクションフィルタ及びその近傍を示す概略図である。

符号の説明

１２ 蒸発燃料処理装置
１６ キャニスタ
１８ 燃料タンク
２０ フューエルポンプ
２２ 送出配管
２４ 燃料吸入口
２６ サクションフィルタ
２８ ベーパ配管
３０ 凝縮器（凝縮手段）
３８ 隔壁
４０ 気体流路
４２ 冷却フィン
４４ 液溜部
４６ 液化燃料排出口部
５０ フロートバルブ（閉塞部材）
５２ 戻し配管
５４ チェックバルブ（逆止弁）
５６ 大気連通管
５８ 封鎖弁
６０ ＥＣＵ
６２ タンク内圧センサ
６４ 圧力センサ
６６ パージ配管

Claims (3)

1. 燃料が貯留される燃料タンクと、
   前記燃料タンクで開口した開口部から燃料を機関に送出する送出配管と、
   前記送出配管の開口部分に設けられ燃料タンクから燃料を外部に送出する際の異物を除去するサクションフィルタと、
   前記燃料タンクで発生した蒸発燃料が吸着される活性炭が収容されたキャニスタと、
   前記燃料タンクから前記キャニスタに蒸発燃料を送るベーパ配管と、
   前記ベーパ配管に設けられ前記蒸発燃料を凝縮して液化燃料とする凝縮手段と、
   前記凝縮手段で生成された液化燃料を前記サクションフィルタの近傍に戻す戻し配管と、
   を有することを特徴とする蒸発燃料処理装置。
2. 前記凝縮手段が、
   凝縮された前記液化燃料が貯留される液溜部と、
   前記戻し配管が接続されて前記液溜部から戻し配管へと液化燃料を排出する排出口部と、
   前記排出口部に設けられ前記液溜部の液化燃料が減少すると排出口部を閉塞する閉塞部材と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
3. 前記戻し配管に設けられ、前記凝縮手段から前記燃料タンク内への燃料の移動を許容し逆方向の移動を阻止する逆止弁、
   を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蒸発燃料処理装置。

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