JP2021105396A - 蒸発排気緩和のためのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】自動車内に貯蔵された燃料の蒸発に起因する燃料蒸気の環境への放出を最小限にする。【解決手段】自動車用の改良された蒸発排気緩和システムは、膜モジュールに接続されて吸着材で充填されたキャニスタを、備える。膜モジュールは、自動車の加温による燃料の蒸発によって生成された燃料蒸気中の不活性空気成分からガス状炭化水素を分離する膜を、含む。膜によって分離されたガス状炭化水素は、キャニスタに戻され、そこで、吸着材によって再び吸着される。不活性空気成分は、膜モジュールから自動車の外部の開放大気にベントされる。【選択図】図１

Description

本開示は、自動車に使用するための蒸発排気緩和システムに関する。

環境大気質を維持するとともに、大気に与える温室効果ガスの量を低減するために、自動車の排気を最小限にすることは、重要である。厳しい規制への必須のコンプライアンス及び環境へのインパクトを最小限にするという独立した要望は、自動車メーカーに、自動車の排気を低減するための複数のシステムを、開発させるようになった。大きな焦点は、内燃機関によって推進される自動車による、燃料の燃焼に起因する排気を、低減するためのソリューションを、開発することである。しかしながら、燃料の燃焼は、緩和されなければならない排気の唯一の原因ではない。

例えば、自動車はまた、自動車の燃料タンク内に貯蔵された燃料の蒸発の結果として、炭化水素排気を生成する。特に夏の数か月の間における高い周囲空気温度を介した、又は長期間にわたる直射日光への車両の曝露による間接的な加温を通じた、燃料の温暖化は、自動車によって生成される蒸発排気の量を、大きく増加させる。蒸発排気の緩和は、ハイブリッド車両内において、特に困難である。ハイブリッド車両は、従来の内燃機関によって推進される自動車とは異なり、特に電気車両モードが支配的であり得る都市環境において、その燃焼エンジンを間欠的にのみ使用する。したがって、電気車両モードの普及は、エンジン動作間隔のより長い期間と、エンジンがアイドル状態又は全く作動していない間に燃料蒸気を吸着するシステムにおけるより頻度の少ないパージと、をもたらす。

歴史的には、これらの蒸発排気は、車両の燃料タンクに接続された、活性炭などの吸着材で充填されたキャニスタを含む緩和システムを介して、制御されてきた。活性炭キャニスタは、燃料タンクから高濃度でキャニスタに入る炭化水素蒸気を効率的に隔離するように設計されているが、一般に、比較的低濃度で炭化水素燃料蒸気を隔離するには効率が低い。この欠点に対処するために、多くの蒸発排気緩和システムは、キャニスタの下流に、第２吸着捕捉要素を備える。第２吸着捕捉要素は、炭化水素蒸気を低濃度で効率的に隔離するように設計されており、それによって、システムの全体的な捕捉効率を改善し、車両によって放出される蒸発排気のレベルをさらに低減する。第２吸着捕捉要素を備えた緩和システムによってもたらされる改善された捕捉効率にもかかわらず、ますます厳しい規制及び社会的圧力は、さらにより効率的な排気緩和システムの開発を、必要とする。

第２吸着捕捉要素を使用するのではなく、いくつかの緩和システムは、自動車からの蒸発排気をさらに低減するように努力して、膜を使用してきた。これらのシステムで使用される膜は、炭化水素蒸気を選択的に透過しており、酸素及び窒素などの不活性空気成分からガス状炭化水素を分離するための方法を、提供する。当技術分野で公知のいくつかのシステムでは、膜は、炭化水素蒸気がコンデンサを通過する前に炭化水素蒸気を濃縮するために使用されており、復水は、最終的に燃料タンクに戻される。当技術分野で公知の別のシステムでは、膜は、炭化水素蒸気を濃縮及び凝縮するために使用されている（しかし、システム内に含まれる吸着キャニスタのための再生パージサイクル中にのみである）。このシステムでは、凝縮された燃料は、燃料タンクに戻される。システムの主目的は、蒸発燃料の損失を低減することによって燃費を向上させることにある。当技術分野で公知のさらに別のシステムでは、燃料蒸気をキャニスタへ導入する前に燃料蒸気を濃縮するための機構として、吸着キャニスタの上流に膜が備えられている。このシステムは、キャニスタ内における捕捉効率を名目上改善するが、キャニスタ内で効率的に隔離されなかったかもしれない蒸気、又はキャニスタ内で吸着材から自然に脱着したかもしれないこれらの蒸気の排出に、対処していない。

膜モジュールを備える蒸発排気緩和システムは、ここに開示されている。膜モジュールは、自動車内に貯蔵された燃料の蒸発に起因する燃料蒸気の環境への放出を最小限にするために、酸素及び窒素などの空気の不活性成分からガス状燃料蒸気を分離するように、設計されている。膜モジュールは、自動車の燃料タンク内で生成された燃料蒸気を捕捉するための吸着物質を含む従来の設計のキャニスタと、ペアになっている。

開示される蒸発排気緩和システム内における膜は、溶液拡散メカニズムによって、ガス状炭化水素燃料蒸気を、不活性空気成分、例えば酸素及び窒素から、分離する。簡潔に言えば、分子は、最初に、膜の表面に吸着し、その後、膜貫通マイクロチャンネルを通って膜を横切って拡散する。膜の反対側への拡散後、分子は、膜の表面から脱着する。透過性として知られる性質である、分子が吸着して膜を横切って拡散して脱着するという能力は、分子のサイズ及びその化学的極性に、強く依存する。例えば、ブタンのようなより大きな非極性分子が、酸素又は窒素よりも、膜を横切って少なくとも１０倍透過するように、シリコンベースの膜が、構成されてもよい。したがって、溶液拡散メカニズムに依存する膜は、炭化水素蒸気を酸素及び窒素のような不活性空気成分から分離する能力を、もたらす。

炭化水素が膜を横切って透過するための推進力は、膜を横切るガス状炭化水素の分圧勾配に、ある。より具体的には、ガス状炭化水素の分圧は、膜の一方側の入口付近では高くなり、一方、膜の反対側の領域では比較的低いガス状炭化水素分圧を有する。拡散の基本原理、すなわち、高濃度の領域から低濃度の領域への分子の移動は、膜を横切るガス状炭化水素の透過を、推進する。しかしながら、より多くのガス状炭化水素分子が膜を透過するにつれて、入口と反対の膜のサイドにおける分圧が増大し、膜を横切ってガス状炭化水素を運ぶための拡散推進力が減少する。したがって、炭化水素の入口を持つ膜のサイドとは反対の領域は、好ましくは、低濃度のガス状炭化水素を維持するために連続的に排除され、それによって、膜分離効率を維持する。

ここに開示される蒸発排気緩和システムは、タンク通路を介して燃料タンクに接続するように構成され、自動車に取り付けられたキャニスタを、備える。キャニスタは、車内における燃料の加温によって生成される燃料蒸気中に存在するガス状炭化水素を吸着する、ある量の吸着材を、含む。膜モジュールは、キャニスタ通路及びリサイクル通路の両方を介して、キャニスタに接続されている。膜モジュールは、燃料蒸気中においてガス状炭化水素を不活性空気成分、例えば酸素及び窒素から分離するように構成された膜を、含む。膜は、膜モジュールを、第１区画と第２区画とに、分割する。

ここに開示される蒸発排気緩和システムは、燃料蒸気が燃料タンクからタンク通路を介してキャニスタに移動し、そこでガス状炭化水素の一部が吸着材によってキャニスタ内で吸着され、それによって残りの量の燃料蒸気が生成されるように、構成されている。残りの燃料蒸気は、最初のパスにおいてキャニスタ内で効率的に吸着されなかった蒸気でもよく、又は、キャニスタ内で吸着材から自然に脱着された蒸気でもよい。次に、残りの燃料蒸気は、キャニスタからキャニスタ通路を介して膜モジュールに移動し、第１区画から第２区画へと膜を透過するガス状炭化水素と、不活性空気成分とに分離される。ガス状炭化水素は、リサイクル通路を介してキャニスタに戻され、そこで吸着材によって吸着され、それによって自動車からの蒸発排気の放出を緩和する。

本発明は、添付の図面に図示される様々な実施形態を参照して、以下でより詳細に説明される。

図面は、純粋に例示的な目的のために、ここに提供されており、縮尺通りに描かれておらず、又は、本発明の範囲を限定することを意図していない。

図１は、第１の膜モジュールを備える蒸発排気緩和システムの概略図を示す。 図２は、第２の膜モジュールを備える蒸発排気緩和システムの概略図を示す。 図３は、第３の膜モジュールを備える蒸発排気緩和システムの概略図を示す。 図４は、第４の膜モジュールを備える蒸発排気緩和システムの概略図を示す。 図５は、第５の膜モジュールを備える蒸発排気緩和システムの概略図を示す。 図５Ａは、図５に図示されるセレクタバルブの拡大図を示す。

ここで、本発明の例示的な実施形態を詳細に参照し、その例を添付図面に図示する。本発明の各範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用してもよく、構造的及び機能的な変更を行ってもよいことを、理解されたい。さらに、様々な実施形態の特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、組み合わされ、又は変更されてもよい。したがって、以下の説明は、例示としてのみ提示されており、本発明の精神及び範囲の内に留まりながら、例示された実施形態に対してなされ得る、様々な代替形態及び修正形態を、決して限定するべきではない。

ここで使用される「通路」という用語は、蒸発排気緩和システム内における要素を接続するための、任意の許容可能な形態又は構造を含むように、定義されている。通路の非限定的な例は、様々な構成のパイプ、様々な構成のチューブ、チャンネルに形成された熱可塑性材料、２つの構造コンポーネント間のハウジング壁内における開口などを、含む。

ここで使用される「上流」という用語は、蒸発排気緩和システム内におけるコンポーネントの相対的位置を規定しており、燃料タンクのより近くにあるとして定義されている。

ここで使用される「下流」という用語は、蒸発排気緩和システム内におけるコンポーネントの相対的位置を規定しており、燃料タンクからさらに遠くにあるとして定義されている。

図１には、蒸発排気緩和システム１０が示されている。蒸発排気緩和システム１０は、ある量の液体燃料１４を含む燃料タンク１２を、備える。液体燃料１４は、例えば、高い周囲温度に曝されるか、又は自動車において太陽光を介して間接的に加温されると、蒸発し、高濃度の炭化水素を有するガス状炭化水素燃料蒸気１６を生成する。

燃料タンク１２は、タンク通路２２を介して、キャニスタ２０における燃料タンク接続部１８に、接続されている。キャニスタ２０は、燃料タンク１２から放出される燃料蒸気中のガス状炭化水素を吸着して分離する吸着材２４で充填された、従来の蒸発排気緩和キャニスタである。キャニスタ２０のハウジングは、プラスチック、ガラス繊維、金属等のような任意の適切な材料から、作り出されてもよい。好ましい実施形態では、キャニスタ２０のハウジングは、ブロー成形された熱可塑性樹脂から、作り出されている。

キャニスタ２０は、自動車における規定のスペース内にフィットして、自動車の特定の蒸発排気緩和要件を満たすように、適切に形作られている。キャニスタ形状の非限定的な例は、円筒状、立方状及び正六面体状を、含む。

任意の公知のガス状炭化水素吸着材は、キャニスタ２０内で、使用されてもよい。吸着材２４の非限定的な例は、活性炭、カーボン木炭、ゼオライト、粘土、多孔質ポリマー、多孔質アルミナ、多孔質シリカ、モレキュラーシーブ、カオリン、チタニア、セリア、又はそれらの組合せを、含む。最も一般的なアプリケーションでは、吸着材２４は、活性炭である。

任意の許容可能な吸着材２４の形態は、キャニスタ２０内で、使用されてもよい。使用され得る吸着材２４の形態の非限定的な例は、顆粒状、ペレット状、球状、ペレット状の円筒状、均一な形状の粒子状媒体、及び不均一な形状の粒子状媒体を、含む。

開示される実施形態では,吸着材２４は、好ましくは、ペレット状の活性炭である。

キャニスタ２０は、好ましくは、キャニスタ２０の内部が、吸着材２４を通って移動する燃料蒸気のための蛇行通路を作る多数の開放端区画に分割されるように、多数の内部分割壁を、含む。

キャニスタ２０は、設置される自動車に基づいて、十分な燃料蒸気捕捉を提供するように、適切なサイズになっている。例えば、ここに記載される実施形態では、キャニスタ２０は、約１〜約３リットルの内部ボリュームを、有する。キャニスタ２０は、任意で約２リットルの内部ボリュームを有し、又は、任意で約１．８Ｌの内部ボリュームを有する。

燃料タンク１２内での液体燃料１４の蒸発による燃料蒸気１６の生成は、燃料タンク１２内での圧力の生成を引き起こす。圧力の蓄積は、燃料蒸気１６をタンク通路２２に押し込む。続いて、燃料蒸気１６は、燃料タンク接続部１８でキャニスタ２０に入り、キャニスタ２０を通って、好ましくは蛇行流路を介して、移動する。燃料蒸気がキャニスタ２０を通って移動すると、燃料蒸気中におけるガス状炭化水素の大部分は、キャニスタ２０内で吸着材２４に吸着される。キャニスタ２０内で吸着されない燃料蒸気又は吸着材２４から自然に脱着する燃料蒸気である残りの燃料蒸気は、キャニスタ２０の膜モジュール接続部２６でキャニスタ２０を、出る。残りの燃料蒸気は、燃料タンク１２からキャニスタ２０に入る燃料蒸気に比べて、低濃度の炭化水素を有する。

膜モジュール接続部２６は、キャニスタ２０を、キャニスタ通路３２を介して、膜モジュール２８のキャニスタ接続部３０で、膜モジュール２８に接続する。膜モジュール２８のハウジングは、プラスチック、ポリマー、ガラス繊維、金属等のような任意の適切な材料から、作り出されてもよい。好ましい実施形態では、膜モジュール２８のハウジングは、ブロー成形された熱可塑性樹脂から、作り出されている。

膜モジュール２８は、自動車における規定のスペース内にフィットして、自動車の特定の蒸発排気緩和ニーズを満たすように、適切に形作られている。例えば、膜モジュール２８は、円筒形状、立方体形状又は正六面体形状を、有してもよい。

膜３４は、膜モジュール２８を分割して、第１区画３６と第２区画３８とを形成する。キャニスタ接続部３０は、キャニスタ２０を出る残りの燃料蒸気の流れを、キャニスタ通路３２を介して、第１区画３６に供給する。第１区画３６と第２区画３８とは、一般に、膜３４によって互いにシールされている。残りの燃料蒸気におけるガス状炭化水素は、膜３４を透過し、第１区画３６から移動し、第２区画３８に集中しており、一方、不活性空気成分、例えば酸素及び窒素は、上述のように、優先的に第１区画３６に保持される。

膜３４を横切る燃料蒸気の拡散は、膜の長さに沿って起こり、その結果、第１区画３６は、燃料蒸気濃度勾配を有し、第１区画３６内における燃料蒸気濃度は、キャニスタ接続部３０付近よりも第１大気接続部４０付近で、低い。したがって、第２区画３８は、第１区画３６と比較して逆の燃料蒸気濃度勾配を有し、第２区画３８における燃料蒸気濃度は、エンジン接続部５４付近よりも第２大気接続部４４付近で、高い。

膜３４は、上述のメカニズムによって、空気の不活性成分、例えば酸素及び窒素からガス状炭化水素燃料蒸気を選択的に分離することが可能な材料から、作られている。膜３４は、好ましくは、酸素及び窒素のような空気の不活性成分からガス状炭化水素燃料蒸気を分離するための活性層として、シリコンを含む。

膜３４は、残りの燃料蒸気中における炭化水素を不活性空気成分から分離するための任意の適切な形状に、構成されている。例えば、膜３４は、フラットなシートとして、襞付き構造に、溝付き構造に、又はコイル構造に、構成されてもよい。

膜３４は、自動車の特定の蒸発排気緩和ニーズを満たすように、適切なサイズになっている。例えば、ここに記載される実施形態では、膜３４は、０．１ｍ²と２ｍ²との間の表面積を、有する。膜３４は、任意で、０．１ｍ²と１ｍ²との間の表面積を、有してもよい。

膜３４は、一般に第１区画を第２区画からシールして第１区画から第２区画へのガス状炭化水素の分離を提供する任意の方法で、膜モジュール内に確保されている。例えば、膜３４は、膜３４を支持要素に固定することによって膜モジュール２８内に確保されており、支持要素は、ここに記載される実施形態では、膜モジュール２８のハウジングに固定されている。あるいは、膜３４は、膜３４を膜モジュール２８のハウジングに直接的に固定することによって、膜モジュール２８内に確保されてもよい。

膜３４は、複数の膜が積み重ねられ、層状になり、又は別の方法で互いに組み合わされ得るように、構成されており、それによって、膜モジュール２８の分離能力を高め、蒸発排気緩和システム１０を特別な自動車設計における特定の緩和ニーズに同調させることを、可能にする。

ここに開示される実施形態では、第１区画３６と第２区画３８とは、互いにボリュームがほぼ等しい。第１区画３６は、任意で、第２区画３８よりもボリュームが大きくてもよく、又は任意で、第２区画３８よりもボリュームが小さくてもよい。

第１区画３６は、第１区画３６をベント通路４２を介して開放大気に接続する第１大気接続部４０を、有する。第１区画３６に優先的に保持される不活性空気成分は、第１大気接続部４０を介して第１区画３６を出て、ベント通路４２を介して開放大気に戻り、矢印ａによって示される相対方向に流れる。

第２区画３８は、第２区画３８をスイープ通路４６を介して開放大気に接続する第２大気接続部４４を、有する。第２大気接続部４４は、第１大気接続部４０の上流において、キャニスタ接続部３０と隣り合うように、膜モジュール２８に配置されている。開放大気からの空気は、他の矢印ｂの方向に、スイープ通路４６を介して第２大気接続部４４を通って、第２区画３８に流入する。

ワンウェイスイープバルブ４８は、スイープ通路４６に沿って、配置されている。スイープバルブ４８は、代わりに、第２大気接続部４４に、配置されてもよい。スイープバルブ４８は、第２区画３８内において濃縮された燃料蒸気が開放大気に向かって流れることを妨げる一方、流体が開放大気からスイープ通路４６を介して第２区画３８に流れることを可能にするように、構成されている。ここに開示される実施形態では、スイープバルブ４８は、スタンダードなチェックバルブである。スイープバルブ４８は、代わりに、自動車エンジン５０がオフ状態の間に閉状態を維持し、エンジン点火時に開放大気からスイープ通路４６を介して第２区画３８への流体の流れを可能にするように、構成されてもよい。スイープバルブ４８は、ソレノイド制御バルブ又は空圧制御バルブを使用することを含むが、これらに限定されない、当技術分野で公知の任意の適切な方法によって、エンジンの点火に応答して開放位置に作動されてもよい。スイープバルブ４８は、任意で、蒸発排気緩和システム１０から省略されてもよい。

第２区画３８への空気の流れは、ガス状炭化水素を第２区画３８から車両エンジン５０に向かってスイープし、ガス状炭化水素は、そこで最終的に燃焼される。第２区画３８は、パージ通路５２を介してエンジン５０に接続されており、このことは、第２区画３８におけるエンジン接続部５４を、エンジン５０におけるパージ接続部５６に接続している。

パージバルブ５８は、パージ通路５２に沿って配置されており、又は代わりに、エンジン接続部５４に配置されてもよい。パージバルブ５８は、エンジン５０の点火時に開くように構成されており、第２区画３８からエンジン５０への流体の流れを可能にする。パージバルブ５８は、エンジン５０がオフ状態の間、閉じたままであり、それによって、エンジン５０の点火前にガス状炭化水素が開放大気にベントされ得ないことを、保証する。ここに開示される実施形態では、パージバルブ５８は、スプリング付きチェックバルブであり、スプリング付きチェックバルブは、特定の出力閾値に達する自動車エンジン５０に応答して、開く。パージバルブ５８は、代わりに、ソレノイド制御又は空圧制御バルブを含むが、これらに限定されない、当技術分野で公知の任意の適切なバルブであってもよい。パージバルブ５８は、任意で、蒸発排気緩和システム１０から省略されてもよい。

図２には、蒸発排気緩和システム１０の変形例が示されている。図２のシステムは、図１に図示されるシステムについて上述したように、同じ構成要素及び特徴の多くを含む。例えば、図２に図示される蒸発排気緩和システム１０は、ある量の液体燃料１４を有する燃料タンク１２を備える。ある量の液体燃料１４は、ガス状炭化水素燃料蒸気１６に蒸発する。燃料タンク１２は、タンク通路２２を介して、吸着材２４で充填されたキャニスタ２０における燃料タンク接続部１８に、接続されている。キャニスタ２０は、膜モジュール接続部２６を有する。膜モジュール接続部２６は、キャニスタ２０を、キャニスタ通路３２を介して膜モジュール２８に、キャニスタ接続部３０で、接続する。膜３４は、膜モジュール２８を、第１区画３６と第２区画３８とに分割する。第１区画３６は、第１区画３６をベント通路４２を介して開放大気に接続する第１大気接続部４０を有し、第１区画３６から開放大気への酸素及び窒素などの不活性空気成分の放出を可能にする。第２区画３８は、第２区画３８をスイープ通路４６を介して開放大気に接続する第２大気接続部４４を、有する。スイープバルブ４８は、スイープ通路４６に沿って配置されているが、代わりに第２大気接続部４４に配置されてもよく、又は蒸発排気緩和システム１０から省略されてもよい。

図２の蒸発排気緩和システム１０は、第２大気接続部４４が、キャニスタ接続部３０の下流において第１大気接続部４０と隣り合うように、膜モジュール２８に配置されている点で、図１に図示されるシステムとは異なる。

さらに、第２区画３８は、第２大気接続部４４の上流においてキャニスタ接続部３０と隣り合うキャニスタ戻り接続部６０を、有する。キャニスタ戻り接続部６０は、第２区画３８を、リサイクル通路６４を介してキャニスタ２０に、第２区画接続部６２で、接続している。第２区画接続部６２は、膜モジュール接続部２６の上流において燃料タンク接続部１８と隣り合うように、キャニスタ２０に配置されている。リサイクルバルブ６６は、リサイクル通路６４に沿って配置されている。リサイクルバルブ６６は、任意で、蒸発排気緩和システム１０から省略されてもよい。

大気からスイープ通路４６を介して第２大気接続部４４を通って第２区画３８に流入する空気の流れは、第２区画３８において濃縮された燃料蒸気を、キャニスタ戻り接続部６０を通して、リサイクル通路６４を介して、キャニスタ２０にスイープする。第２区画３８からのガス状炭化水素燃料蒸気の連続的な排出は、第１区画３６と第２区画３８との間における時間の経過に伴う炭化水素分圧勾配を維持し、その結果、第１区画３６に入る追加的な残りの燃料蒸気は、上述のように、膜３４によって、ガス状炭化水素と不活性空気成分とに、効率的に分離される。第２区画接続部６２におけるキャニスタ２０へのガス状炭化水素の戻りは、キャニスタ２０を通して炭化水素を再び通過させ、それらは、吸着材２４によってそこで吸着され、それによって、キャニスタ２０を通る最初の通路で効率的に隔離されてない又は吸着材２４から自然に脱着したかもしれない、炭化水素の排出を低減する。

リサイクルバルブ６６は、キャニスタ２０から第２区画３８への燃料蒸気の逆流を妨げる一方、第２区画３８からリサイクル通路６４を介してキャニスタ２０へ戻る燃料蒸気の流れを可能にするように、構成されたワンウェイバルブである。ここに開示される実施形態では、リサイクルバルブ６６は、スタンダードなチェックバルブであるが、代わりに、当技術分野で公知の任意の適切なバルブでもよい。

キャニスタ２０内において吸着材２４に吸着された炭化水素は、パージサイクル中に、脱着され、蒸発排気緩和システム１０から除去される。車両エンジン５０は、車両を推進するための機械的動力を最終的に提供する燃焼反応のために、空気の一定供給を必要とする。必要な空気の一部は、パージ通路５２を介して供給される。パージ通路５２は、キャニスタ２０におけるエンジン接続部５４を、エンジン５０におけるパージ接続部５６に、接続している。エンジン５０の点火は、ベント通路４２、第１大気接続部４０、第１区画３６、キャニスタ接続部３０、キャニスタ通路３２、膜モジュール接続部２６、エンジン接続部５４、パージ通路５２、及びパージ接続部５６によって画定される流路を介して、蒸発排気緩和システム１０を通じて矢印ｃの方向に、開放大気からエンジン５０に空気を引き込む真空を、もたらす。蒸発排気緩和システム１０を通じた空気の引き込みは、キャニスタ２０内における吸着材２４から炭化水素を脱着しており、エンジン５０が解放されて車両が蒸発排気を生成する条件に再び曝されたときに、蒸発排気を吸着して隔離するシステムを、準備する。

パージバルブ５８は、パージ通路５２に沿って配置されている、又は代わりにエンジン接続部５４に配置されてもよい。図１によって図示される実施形態について上述したように、パージバルブ５８は、エンジン５０の点火時に開き、キャニスタ２０からエンジン５０への流体の流れを可能にする。パージバルブ５８は、エンジン５０がオフ状態の間、閉じたままであり、それによって、燃料蒸気が、パージ通路５２を介してエンジン５０へ流れることによりキャニスタ２０内における吸着材２４の大部分をバイパスし得ないことを、保証する。

図３には、蒸発排気緩和システム１０の別の変形例が示されている。図３のシステムは、図２によって図示されるシステムについて上述したように、同じ構成要素及び特徴を含む。図３の蒸発排気緩和システム１０は、キャニスタ２０及び膜モジュール２８が共通のハウジングを共有している点で、図２に示すシステムとは異なる。蒸発排気緩和システム１０の構成要素を自動車に取り付けるために必要とされるスペースの潜在的な低減は、キャニスタ２０及び膜モジュール２８を単一のハウジングに統合することによって提供される潜在的な利点である。

図４には、蒸発排気緩和システム１０のさらに別の変形例が示されている。図４のシステムは、図１〜３によって図示されるシステムについて上述したように、同じ構成要素及び特徴の多くを含む。例えば、図４に図示される蒸発排気緩和システム１０は、ある量の液体燃料１４を有する燃料タンク１２を、備える。ある量の液体燃料１４は、ガス状炭化水素燃料蒸気１６に蒸発する。燃料タンク１２は、タンク通路２２を介して、吸着材２４で充填されたキャニスタ２０における燃料タンク接続部１８に、接続されている。キャニスタ２０は、キャニスタ２０をキャニスタ通路３２を介してキャニスタ接続部３０で膜モジュール２８に接続する膜モジュール接続部２６を、有する。膜３４は、膜モジュール２８を、第１区画３６と第２区画３８とに分割する。第１区画３６は、第１区画３６をベント通路４２を介して開放大気に接続する第１大気接続部４０を有し、第１区画３６から開放大気への酸素及び窒素などの不活性空気成分の放出を可能にする。第２区画３８は、第２区画３８をリサイクル通路６４を介して第２区画接続部６２でキャニスタ２０に接続するキャニスタ戻り接続部６０を、有する。リサイクルバルブ６６は、リサイクル通路６４に沿って配置されており、図２によって図示される蒸発排気緩和システム１０について上述したように構成されている。リサイクルバルブ６６は、任意で、蒸発排気緩和システム１０から省略されてもよい。

図４の蒸発排気緩和システム１０は、第２区画３８がスイープ接続部４５を有し、スイープ接続部４５が第２区画３８をエンジンスイープ通路４７を介してエンジンスイープ出口４９でエンジン５０に接続している点で、図１〜３に図示されるシステムとは異なる。自動車エンジン５０における第２大気接続部４４は、エンジン５０を、スイープ通路４６を介して開放大気に接続している。エンジンがオフ状態の間、開放大気からの空気は、スイープ通路４６を介して第２大気接続部４４を通ってエンジン５０に流入する。続いて、空気は、矢印ｂ方向に、エンジン５０から、エンジンスイープ出口４９、エンジンスイープ通路４７、及びスイープ接続部４５を通って、第２区画３８に流れる。第２区画３８への空気の流れは、第２区画３８におけるガス状炭化水素が、キャニスタ戻り接続部６０及びリサイクル通路６４を介して第２区画接続部６２でキャニスタ２０に戻るために必要なスイープを、提供する。

図２によって図示される蒸発排気緩和システムについて上述したように、スイープバルブ４８は、エンジンスイープ通路４７に沿って配置されている、又は代わりにスイープ接続部４５に配置されてもよい。スイープバルブ４８は、自動車エンジン５０から第２区画３８への流体の流れのみを可能にし、エンジン５０の点火時において第２区画３８から自動車エンジン５０への流体の流れを閉じて妨げるように、構成されている。スイープバルブ４８は、任意で、蒸発排気緩和システム１０から省略されてもよい。

キャニスタ２０内における吸着材２４に吸着された炭化水素は、パージサイクル中に、図４に示すように、脱着され、蒸発排気緩和システム１０から除去される。車両エンジン５０は、車両を推進するための機械的動力を最終的に提供する燃焼反応のために、空気の一定供給を必要とする。エンジン５０の点火時において、エンジン５０内に形成される真空は、ベント通路４２、第１大気接続部４０、第１区画３６、キャニスタ接続部３０、キャニスタ通路３２、膜モジュール接続部２６、キャニスタ２０、エンジン接続部５４、パージ通路５２、及びパージ接続部５６によって画定される流路を介して、蒸発排気緩和システム１０を通じて、矢印ｃの方向に、空気を引き込む。スイープバルブ４８は、上述したように、エンジン５０の点火に続くパージサイクル中に閉じられ、それによって、ベント通路４２を通って第１区画３６に引き込まれた空気が、パージ通路５２を介してエンジン５０に引き込まれる前に、キャニスタ２０を通って流れなければならないことを、保証する。蒸発排気緩和システム１０を通じた空気の引き込みは、キャニスタ２０内における吸着材２４から炭化水素を脱着しており、エンジン５０が解放されて車両が蒸発排気を生成する条件に再び曝されたときに、蒸発排気を吸着して隔離するシステムを、準備する。スイープ通路４６は、スイープ通路４６を通るエンジン５０への空気の最大流れが、エンジン５０によって蒸発排気システム１０に与えられる真空を大幅に変化させないように構成されており、それによって、キャニスタ２０を通る十分な空気流が吸着された炭化水素を効果的に脱着することを、保証する。パージバルブ５８は、図１によって記載される蒸発排気緩和システムについて上述したように、パージ通路５２に沿って配置されているが、又は任意で蒸発排気緩和システム１０から省略されてもよい。

図４によって図示される実施形態は、キャニスタ２０の外側で且つキャニスタ２０とは構造的に別個の膜モジュール２８を示すが、代わりの実施形態では、膜モジュール２８は、共通のハウジング内でキャニスタ２０と統合されてもよい。

図５に示すような蒸発排気緩和システム１０の別の変形例は、図１〜４に図示されるシステムについて上述したように、同じ構成要素及び特徴の多くを含む。例えば、図５に図示される蒸発排気緩和システム１０は、ある量の液体燃料１４を有する燃料タンク１２を、備える。ある量の液体燃料１４は、ガス状炭化水素燃料蒸気１６に蒸発する。燃料タンク１２は、タンク通路２２を介して、吸着材２４で充填されたキャニスタ２０における燃料タンク接続部１８に、接続されている。キャニスタ２０は、キャニスタ２０をキャニスタ通路３２を介してキャニスタ接続部３０で膜モジュール２８に接続する膜モジュール接続部２６を、有する。膜３４は、膜モジュール２８を、第１区画３６と第２区画３８とに分割する。第１区画３６は、第１区画３６をベント通路４２を介して開放大気に接続する第１大気接続部４０を有し、第１区画３６から開放大気への酸素及び窒素などの不活性空気成分の放出を可能にする。第２区画３８は、第２区画３８をスイープ通路４６を介して開放大気に接続する第２大気接続部４４を、有する。スイープバルブ４８は、図２によって図示されるシステムについて上述したように、スイープ通路４６に沿って配置されている、又は代わりに第２大気接続部４４に配置されてもよい。スイープバルブ４８は、任意で、蒸発排気緩和システム１０から省略されてもよい。第２区画３８はまた、第２区画３８をリサイクル通路６４を介して第２区画接続部６２でキャニスタ２０に接続するキャニスタ戻り接続部６０を、有する。

図５の蒸発排気緩和システム１０は、リサイクル通路６４がパージ通路５２を介してパージ接続部５６でエンジン５０に接続されるように、エンジン接続部５４がリサイクル通路６４に沿って配置されている点で、図１〜４に図示されるシステムとは異なる。セレクタバルブ６８は、パージ通路５２がリサイクル通路６４と交差する点、パージ通路５２に沿って配置されている。

図５Ａに示すように、セレクタバルブ６８は、自動車エンジン５０がオフ状態の間、第２区画３８とキャニスタ２０との間におけるワンウェイバルブとして機能するように、構成されている。セレクタバルブは、この構成では、燃料蒸気が第２区画３８からキャニスタ２０へ流れることを可能にする一方、第２区画３８からパージ通路５２への又はキャニスタ２０から第２区画３８への燃料蒸気の流れを妨げる。エンジン５０の点火時、セレクタバルブ６８は、リサイクル通路６４からパージ通路５２を介してエンジン５０への流体の流れを可能にするように、再構成される。ここに開示される実施形態では、セレクタバルブ６８は、スタンダードな３／２バルブである。３／２セレクタバルブ６８の動作位置は、ソレノイド制御又は空圧制御バルブを使用することを含むが、これに限定されない、当技術分野で公知の任意の許容可能な方法によって、記載された構成の間で調整されてもよい。３／２セレクタバルブ６８は、上述したように、蒸発排気緩和システム１０を通じた流路を制御するように構成された、当技術分野で公知の任意の適切なバルブによって、任意に置き換えてもよい。

キャニスタ２０内における吸着材２４に吸着された炭化水素は、パージサイクル中に、図５に示すように、脱着され、蒸発排気緩和システム１０から除去される。車両エンジン５０は、車両を推進するための機械的動力を最終的に提供する燃焼反応のために、空気の一定供給を必要とする。エンジン５０の点火時において、エンジン５０内における真空は、ベント通路４２、第１大気接続部４０、第１区画３６、キャニスタ接続部３０、キャニスタ通路３２、膜モジュール接続部２６、キャニスタ２０、第２区画接続部６２、リサイクル通路６４、セレクタバルブ６８、エンジン接続部５４、パージ通路５２、及びパージ接続部５６によって画定される流路を介して、蒸発排気緩和システム１０を通じて、矢印ｃの方向に、空気を引き込む。蒸発排気緩和システム１０を通じた空気の引き込みは、キャニスタ２０内における吸着材２４から炭化水素を脱着しており、エンジン５０が解放されて車両が蒸発排気を生成する条件に再び曝されたときに、蒸発排気を吸着して隔離するシステムを、準備する。上述したように、自動車エンジン５０の点火時に、セレクタバルブ６８は、キャニスタ２０から自動車エンジン５０への流体の流れを可能にするように構成されている。

図５によって図示される実施形態は、キャニスタ２０の外側で且つキャニスタ２０とは構造的に別個の膜モジュール２８を示すが、代わりの実施形態では、膜モジュール２８は、共通のハウジング内でキャニスタ２０と統合されてもよい。

上の説明は本発明の好ましい実施形態を構成するが、本発明は、添付のクレームの適切な範囲及び公正な意味から逸脱することなく、修正、変形及び変更が可能であることが、理解されよう。

Claims (20)

1. 自動車用の蒸発排気緩和システムであって、
   その第１端部で燃料タンクに接続するように構成されたタンク通路と、
   前記タンク通路に該タンク通路の第２端部で接続され、吸着材を含むキャニスタと、
   前記タンク通路の下流において前記キャニスタにその第１端部で接続されたキャニスタ通路と、
   前記キャニスタの下流において前記キャニスタ通路に該キャニスタ通路の第２端部で接続され、膜を含み、該膜によって第１区画と第２区画とに分割される膜モジュールと、
   前記キャニスタ通路の下流において前記膜モジュールにその第１端部で接続され、前記キャニスタ通路の上流において前記キャニスタにその第２端部で接続されたリサイクル通路と、を備え、
   前記タンク通路は、ある量の燃料蒸気を前記燃料タンクから前記キャニスタに通すように構成されており、
   前記吸着材は、前記ある量の燃料蒸気の一部を吸着することによって、残りの量の燃料蒸気を生成するように構成されており、
   前記キャニスタ通路は、前記残りの量の燃料蒸気を前記膜モジュールに通すように構成されており、
   前記膜は、前記残りの量の燃料蒸気を、ある量のガス状炭化水素と、ある量の不活性空気成分とに分離するように構成されており、
   前記リサイクル通路は、前記ある量のガス状炭化水素を前記キャニスタに通すように構成されている、蒸発排気緩和システム。
2. 前記膜モジュールは、前記ある量のガス状炭化水素を前記第２区画に分離するように構成されている、請求項１に記載の蒸発排気緩和システム。
3. 前記膜モジュールは、前記第１区画において前記ある量の不活性空気成分を保持するように構成されている、請求項１に記載の蒸発排気緩和システム。
4. 前記第１区画を開放大気に接続するように構成されたベント通路をさらに備える、請求項３に記載の蒸発排気緩和システム。
5. 前記ある量の不活性空気成分を前記第１区画から前記ベント通路を介して前記開放大気に排出するように構成されている、請求項４に記載の蒸発排気緩和システム。
6. その第１端部でエンジンに接続するように構成されたパージ通路をさらに備える、請求項１に記載の蒸発排気緩和システム。
7. 前記第２区画を開放大気に接続するように構成されたスイープ通路をさらに備える、請求項６に記載の蒸発排気緩和システム。
8. 前記第２区画は、前記開放大気から前記スイープ通路を介してスイープエアの流れを受け、前記ある量のガス状炭化水素を前記リサイクル通路を介して前記キャニスタに押し込むために前記スイープエアの流れを起こすように、構成されている、請求項７に記載の蒸発排気緩和システム。
9. ワンウェイバルブであるスイープバルブをさらに備え、前記スイープバルブは、前記スイープ通路に沿って配置されており、前記ワンウェイバルブは、前記第２区画から前記スイープ通路を介して前記開放大気へのガス状炭化水素の流れを妨げる一方、前記スイープ通路を介して前記第２区画への前記スイープエアの流れを可能にするように、構成されている、請求項８に記載の蒸発排気緩和システム。
10. 前記パージ通路は、その第２端部で前記キャニスタに接続されている、請求項７に記載の蒸発排気緩和システム。
11. 前記蒸発排気緩和システムは、パージサイクルを経るように構成されており、ある量のエアが、前記ベント通路、前記第１区画、前記キャニスタ通路、前記キャニスタ、及び前記パージ通路を通じて延びる流路を介して、前記開放大気から前記蒸発排気緩和システムを通じて引き込まれる、請求項１０に記載の蒸発排気緩和システム。
12. 前記パージ通路に沿って配置されたパージバルブをさらに備え、前記パージバルブは、前記エンジンがオフ状態の間に閉じられ、前記エンジンの点火時に開かれるように、構成されている、請求項１１に記載の蒸発排気緩和システム。
13. 前記パージ通路は、その第２端部で前記リサイクル通路に接続されている、請求項７に記載の蒸発排気緩和システム。
14. 前記蒸発排気緩和システムは、パージサイクルを経るように構成されており、ある量のエアが、前記ベント通路、前記第１区画、前記キャニスタ通路、前記キャニスタ、前記リサイクル通路、及び前記パージ通路を通じて延びる流路を介して、前記開放大気から前記蒸発排気緩和システムを通じて前記エンジンに引き込まれる、請求項１３に記載の蒸発排気緩和システム。
15. セレクタバルブをさらに備え、前記セレクタバルブは、前記パージ通路が前記リサイクル通路と交差する点で前記パージ通路に沿って配置されており、前記セレクタバルブは、前記エンジンがオフ状態の間、前記パージ通路を通るガス状炭化水素の流れを妨げ、前記エンジンの点火時、前記パージ通路を通る前記ガス状炭化水素の流れを可能にするように、構成されている、請求項１４に記載の蒸発排気緩和システム。
16. 前記エンジンを開放大気に接続するように構成されたスイープ通路をさらに備える、請求項６に記載の蒸発排気緩和システム。
17. 前記第２区画を前記エンジンに接続するように構成されたエンジンスイープ通路をさらに備え、前記パージ通路は、その第２端部で前記キャニスタに接続されている、請求項１６に記載の蒸発排気緩和システム。
18. 前記第２区画は、前記開放大気から前記スイープ通路及び前記エンジンスイープ通路を通じて延びる流路を介してスイープエアの流れを受け、前記ある量のガス状炭化水素を前記リサイクル通路を介して前記キャニスタに押し込むために前記スイープエアの流れを起こすように、構成されている、請求項１７に記載の蒸発排気緩和システム。
19. 前記蒸発排気緩和システムは、パージサイクルを経るように構成されており、ある量のエアが、前記ベント通路、前記第１区画、前記キャニスタ通路、前記キャニスタ、及び前記パージ通路を通じて延びる流路を介して、前記開放大気から前記蒸発排気緩和システムを通じて引き込まれる、請求項１６に記載の蒸発排気緩和システム。
20. 自動車用の蒸発排気緩和システムであって、
    その第１端部で燃料タンクに接続し、その第２端部でガス状炭化水素を吸着するように構成されたキャニスタに接続するように構成されたタンク通路と、
    前記タンク通路の下流において前記キャニスタにその第１端部で接続するように構成されたキャニスタ通路と、
    前記キャニスタの下流において前記キャニスタ通路に該キャニスタ通路の第２端部で接続され、膜を含み、該膜によって第１区画と第２区画とに分割される膜モジュールと、
    前記キャニスタ通路の下流において前記膜モジュールにその第１端部で接続され、前記キャニスタ通路の上流において前記キャニスタにその第２端部で接続するように構成されたリサイクル通路と、を備え、
    前記タンク通路は、ある量の燃料蒸気を前記燃料タンクから前記キャニスタに通すように構成されており、
    前記キャニスタ通路は、残りの量の燃料蒸気を前記キャニスタから前記膜モジュールに通すように構成されており、
    前記膜は、前記残りの量の燃料蒸気を、ある量のガス状炭化水素と、ある量の不活性空気成分とに分離するように構成されており、
    前記リサイクル通路は、前記ある量のガス状炭化水素を前記キャニスタに通すように構成されている、蒸発排気緩和システム。

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