JP3312467B2 - 内燃機関用蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関用蒸発燃料処理
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】主活性炭層と、主活性炭層よりも容量が
小さい副活性炭層と、主活性炭層と副活性炭層間に形成
された蒸発燃料拡散抑制空間とを具備し、燃料タンク内
および機関吸気通路内に連結された蒸発燃料室を主活性
炭層、次いで蒸発燃料拡散抑制空間、次いで副活性炭層
を介して大気に連通せしめたキャニスタが公知である
（特開平５−３３７３４号公報参照）。このキャニスタ
では主活性炭層と副活性炭層間に蒸発燃料拡散抑制空間
を設け、それによって蒸発燃料が大気に放出されるのを
制御するようにしている。

【０００３】即ち、このキャニスタでは燃料タンク内で
発生した蒸発燃料が蒸発燃料室に送り込まれ、次いでこ
の蒸発燃料が主活性炭層内に流入して主活性炭層内の活
性炭に吸着される。一方、蒸発燃料室が機関吸気通路内
の負圧発生領域に連通せしめられると主活性炭層から脱
離した蒸発燃料が機関吸気通路内にパージされる。この
機関吸気通路内への蒸発燃料のパージ作用は機関停止時
には行われず、これに対して機関停止時においても蒸発
燃料はキャニスタに送り込まれ続けるので最も多量の蒸
発燃料が主活性炭層内の活性炭に吸着されるのは機関停
止時となる。

【０００４】ところで主活性炭層内の活性炭に吸着され
ている蒸発燃料量が増大すると一部の蒸発燃料は主活性
炭層内の活性炭から脱離して副活性炭層内に拡散しよう
とするが主活性炭層と副活性炭層間には蒸発燃料拡散抑
制空間が設けられているために副活性炭層内に拡散され
る蒸発燃料は少なく、斯くして副活性炭層内の活性炭に
吸着される蒸発燃料は少量となる。このように吸着され
ている蒸発燃料が少量であると副活性炭層内の活性炭か
ら脱離して外気中に放出される蒸発燃料は極めて少量と
なり、斯くして蒸発燃料が外気中に放出するのを抑制で
きることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一方、機関の運転が開
始されて蒸発燃料室が機関吸気通路内の負圧発生領域に
連結されると大気が副活性炭層内に流入してまず初めに
副活性炭層内の活性炭から蒸発燃料が脱離され、次いで
主活性炭層内の活性炭から蒸発燃料の脱離作用が開始さ
れる。しかしながらこのような副活性炭層が設けられて
いると全体的な流路抵抗が大きくなるために主活性炭層
内に流入する空気量は少なくなり、従って容量の大きな
主活性炭層内の活性炭に吸着されている多量の蒸発燃料
を短時間のうちに脱離させることができないという問題
がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、主活性炭層と、主活性炭層よりも
容量が小さい副活性炭層と、主活性炭層と副活性炭層間
に形成された蒸発燃料拡散抑制空間とを具備し、燃料タ
ンク内および機関吸気通路内に連結された蒸発燃料室を
主活性炭層、次いで蒸発燃料拡散抑制空間、次いで副活
性炭層を介して大気に連通せしめた蒸発燃料処理装置に
おいて、蒸発燃料室を副活性炭層を介することなく主活
性炭層のみを介して空気室に連通させ、空気室に空気室
と大気間の連通制御をする大気開放弁を設け、機関始動
後予め定められた期間が経過するまで大気開閉弁を閉弁
状態に保持すると共に予め定められた期間が経過したと
きには大気開放弁を開弁状態に保持するようにしてい
る。

【０００７】

【作用】機関始動後予め定められた期間が経過するまで
は大気開放弁が閉弁状態に保持されるために大気が副活
性炭層内に流入し、斯くしてこの間に副活性炭層内の活
性炭に吸着されている蒸発燃料がほぼ完全に脱離せしめ
られる。機関始動後予め定められた期間が経過すると大
気開放弁が開弁状態に保持されるために大気が空気室か
ら主活性炭層内に直接流入する。主活性炭層の流路抵抗
は小さいのでこのとき多量の空気が主活性炭層内を流
れ、斯くして主活性炭層内の活性炭からは急速に蒸発燃
料が脱離される。

【０００８】

【実施例】図１を参照すると、１はキャニスタ、２は燃
料タンク、３は機関本体、４はスロットル弁５を具えた
吸気通路を夫々示す。キャニスタ１内には主活性炭層６
と、隔壁７によって主活性炭層６から分離された副活性
炭層８とが形成される。この副活性炭層８は主活性炭層
６よりも容量がかなり小さく、かつ流路抵抗がかなり大
きい。主活性炭層６は一対のフィルタ９，１０間に形成
されており、副活性炭層８は一対のフィルタ１１，１２
間に形成されている。また、主活性炭層６の上方には蒸
発燃料室１３が形成されており、主活性炭層６の下方に
は空気室１４が形成されている。更に、副活性炭層８の
上方には大気に連通した大気室１５が形成されており、
副活性炭層８の下方には蒸発燃料拡散抑制空間１６が形
成されている。また、副活性炭層８と拡散抑制空間１６
間には絞り開口１７が形成されている。

【０００９】蒸発燃料室１３は一方ではパージ管１８を
介して吸気通路４内に連結されており、他方では燃料タ
ンク２内の圧力を制御する圧力制御弁１９および蒸発燃
料供給管２０を介して燃料タンク２の上部空間に連結さ
れている。圧力制御弁１９は弁ポート２１の開閉制御を
するダイアフラム２２を具備しており、燃料タンク２内
の圧力が一定圧を越えると圧力制御弁１９が開弁して燃
料タンク２内の蒸発燃料が蒸発燃料供給管２０を介して
蒸発燃料室１３内に送り込まれる。

【００１０】燃料タンク２の燃料注入管２３の先端部は
車両ボディーに形成された凹部２４内に突出しており、
車両ボディーにはこの凹部２４を覆いうる蓋２５が回動
可能に取付けられている。この蓋２５にはこの蓋２５の
開閉状態を検出しうる検出スイッチ２６が取付けられて
いる。また、燃料注入管２３にはピボット２７周りに回
動可能な開閉弁２８が取付けられており、この開閉弁２
８は図示しないばねのばね力によって通常図１に示す位
置、即ち給油ノズルガイド２９の下端開口を閉鎖しかつ
燃料タンク２の上部空間と蒸発燃料室１３とを連結する
蒸発燃料通路３０を遮断する位置に休止している。

【００１１】燃料タンク２内に燃料を注入すべきときに
はまず初めに蓋２５が開かれ、次いで燃料キャップ３１
がはずされ、次いで給油ノズルが給油ノズルガイド２９
内に挿入される。このとき給油ノズルの先端部が開閉弁
２８に当接するために開閉弁２８は時計回りに回動せし
められる。その結果、開閉弁２８が蒸発燃料通路３０を
開通させるために燃料タンク２内の蒸発燃料が蒸発燃料
通路３０を介して蒸発燃料室１３内に送り込まれる。給
油が完了して給油ノズルが引き抜かれると開閉弁２８は
再び図１に示す位置に戻る。

【００１２】一方、キャニスタ１に形成された大気室１
４には大気に連通する大気ポート３２が形成され、この
大気ポート３２には大気ポート３２の開閉制御をする大
気開放弁３３が配置される。この大気開放弁３３は電子
制御ユニット４０の出力信号により制御される。電子制
御ユニット４０はディジタルコンピュータからなり、双
方向性バス４１によって相互に接続されたＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）４２、ＲＯＭ（リードオンメモ
リ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、常時電
源に接続されたバックアップＲＡＭ４５、入力ポート４
６および出力ポート４７を具備する。入力ポート４６に
は検出スイッチ２６および機関回転数を表わす出力信号
を発生する回転数センサ４８が接続され、更に入力ポー
ト４６にはイグニッションスイッチ４９のオン・オフ信
号が入力される。一方、出力ポート４７は駆動回路５０
を介して大気開放弁３３に接続される。

【００１３】まず初めに機関の運転が停止されていると
きを考える。このときには燃料タンク２内の圧力が圧力
制御弁１９の開弁圧よりも高くなると燃料タンク２内に
発生している蒸発燃料が蒸発燃料供給管２０および圧力
制御弁１９を介して蒸発燃料室１３内に送り込まれ、次
いでこの蒸発燃料は主活性炭層６内に流入して主活性炭
層６内の活性炭に吸着される。このとき蒸発燃料室１３
に近い側の活性炭から順次蒸発燃料を吸着するので活性
炭に吸着されている蒸発燃料の濃度は空気室１４から蒸
発燃料室１３に向けて次第に濃くなる。

【００１４】ところで活性炭では吸着されている蒸発燃
料は主に二つの方法で拡散していく。例えば主活性炭層
６に吸着されている蒸発燃料の濃度に差が生じると蒸発
燃料は濃度の低い方に向けて活性炭の表面に沿いつつ移
動していく。即ち、主活性炭層６内の蒸発燃料の濃度が
均一となるように蒸発燃料が活性炭の表面に沿いつつ拡
散していく。これが第１の拡散方法である。

【００１５】一方、活性炭の周りの空気中の蒸発燃料の
濃度が低くなると活性炭に吸着されている蒸発燃料が活
性炭から脱離して空気中に飛び出す。次いでこの蒸発燃
料も濃度が均一となるように空気中を拡散していく。こ
れが第２の拡散方法である。従って前述したように燃料
タンク２内の蒸発燃料が主活性炭層６内に送り込まれる
と当初は主活性炭層６内で濃度差が生じるが時間か経過
するにつれて主活性炭層６内の蒸発燃料の濃度が均一と
なる。ところで図１示されるように主活性炭層６と副活
性炭層８間に拡散制御空間１６を形成するとこの拡散制
御空間１６で活性炭層が途切れるために主活性炭層６か
ら副活性炭層８への上述の第１の拡散方法による蒸発燃
料の拡散は生じないことになる。

【００１６】一方、拡散抑制空間１６内は蒸発燃料を含
んだ空気で満たされており、この空気中の蒸発燃料は絞
り開口１７を通って少しずつ副活性炭層８内に拡散して
いく。ところが絞り開口１７を通って副活性炭層８内に
流入する蒸発燃料量は少なく、しかもこの蒸発燃料が大
気室１５側の副活性炭層８の端部まで拡散するにはかな
りの時間を要する。斯くして副活性炭層８から大気中へ
は蒸発燃料がほとんど放出されないことになる。従って
拡散抑制空間１６を設けただけでも蒸発燃料の大気への
放出がかなり抑制され、更に絞り開口１７を設けると蒸
発燃料の大気への放出が一層抑制されることになる。

【００１７】一方、機関の運転が開始されて蒸発燃料室
１３がパージ管１８を介して吸気通路４の負圧発生領域
に連結されると大気室１５内の大気が副活性炭層８、絞
り開口１７、拡散抑制空間１６、主活性炭層６、蒸発燃
料室１３およびパージ管１８を介して吸着通路４内に供
給される。このときまず初めに副活性炭層８内の活性炭
に吸着されている蒸発燃料が脱離し、斯くして副活性炭
層８内の活性炭に吸着されていた全蒸発燃料は短時間の
うちに脱離せしめられる。従って機関停止直後には副活
性炭層８内の活性炭には蒸発燃料が全く吸着されていな
いことになる。その結果、機関停止中に蒸発燃料が副活
性炭層８内に拡散してきてもこの蒸発燃料は確実に副活
性炭層８内の活性炭に吸着され、斯くして蒸発燃料が大
気に放出されるのを抑制することができることになる。

【００１８】このように蒸発燃料が大気に放出されるの
を抑制するためには吸気通路４内への燃料のパージ作用
が開始されたときにまず初めに副活性炭層８内の活性炭
に吸着されている蒸発燃料を脱離させる必要がある。と
ころが副活性炭層８の流路抵抗は大きく、絞り開口１７
を設けた場合には流路抵抗が更に大きくなるので副活性
炭層８内および主活性炭層６内を流れる空気量は少量と
なる。従って副活性炭層８内の活性炭から全蒸発燃料が
脱離された後も副活性炭層８を通過した空気を主活性炭
層６内に流入させるようにすると主活性炭層６内の活性
炭から全蒸発燃料を脱離させるのに長時間を要すること
になる。

【００１９】そこで本発明による実施例では図２に示さ
れるように機関始動後一定期間Ｔｏが経過するまでは大
気開放弁３３を閉弁状態に保持しておき、機関始動後一
定期間Ｔｏが経過した後は機関が停止されるまで大気開
放弁３３を開弁状態に保持するようにしている。この一
定期間Ｔｏは副活性炭層８の活性炭から全蒸発燃料を脱
離させるのに必要な期間である。この一定期間Ｔｏは副
活性炭層８の容積や活性炭の種類によって変化するがお
およそ２０分から４０分程度である。

【００２０】一方、機関始動後一定期間Ｔｏが経過して
大気開放弁３３が開弁せしめられると空気は空気室１４
から主活性炭層６を介して蒸発燃料室１３内に流入す
る。このとき副活性炭層８内はもはや空気が流れない。
前述したように主活性炭層６の流路抵抗は小さく、従っ
てこのとき空気室１４から蒸発燃料室１３に向けて主活
性炭層６内を多量の空気が流れる。その結果、主活性炭
層６内の活性炭から全蒸発燃料を短時間のうちに脱離で
きることになる。

【００２１】なお、給油時に給油ノズルによって開閉弁
２８が開弁せしめられると燃料タンク２内の蒸発燃料が
蒸発燃料通路３０を介して主活性炭層６内に送り込まれ
る。次いで給油ノズルから燃料が吹き出すと燃料タンク
２内の圧力が上昇すると共に多量の蒸発燃料が発生し、
この蒸発燃料は順次主活性炭層６内に送り込まれる。こ
のとき大気開閉弁３３が閉弁状態に保持されていたとす
るとキャニスタ１内の流路抵抗が大きいために燃料タン
ク２内の圧力がかなり高くなり、その結果この圧力に反
応して給油ノズルからの燃料注入作用が自動的に停止さ
れてしまうことになる。

【００２２】そこで本発明による実施例では給油すべく
蓋２５が開かれたときには大気開放弁３３がただちに開
弁せしめられる。大気開放弁３３が開弁せしめられると
キャニスタ１内の流路抵抗が小さくなるために燃料タン
ク２内の圧力はさほど高くならず、斯くして給油ノズル
による給油の最中に燃料注入作用が停止せしめられるこ
とがなくなる。

【００２３】図４は大気開放弁を制御するためのルーチ
ンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みに
よって実行される。なお、図１に示す実施例では機関停
止時でも電子制御ユニット４０に電力が供給され続けて
いる。図４を参照するとまず初めにステップ１００にお
いてイグニッションスイッチ４９がオンであるか否かが
判別される。オンのときにはステップ１０１に進んで機
関回転数Ｎが４００ｒ．ｐ．ｍよりも高いか否か、即ち
機関が始動されたか否かが判別される。Ｎ＞４００ｒ．
ｐ．ｍになるとステップ１０２に進んでカウント値Ｔが
１だけインクリメントされ、次いでステップ１０３にお
いてカウント値Ｔが予め定められた値Ｔｏよりも大きく
なったか否かが判別される。Ｔ＜Ｔｏのときにはステッ
プ１０７に進んで大気開放弁３３が閉弁せしめられ、Ｔ
≧Ｔｏになるとステップ１０４に進んで大気開放弁３３
が開弁せしめられる。

【００２４】一方、ステップ１００においてイグニッシ
ョンスイッチ４９がオンでないと判断されたとき、又は
ステップ１０１においてＮ≦４００ｒ．ｐ．ｍであると
判断されたときにはステップ１０５に進んでカウント値
Ｔが零にされ、次いでステップ１０６において検出スイ
ッチ２６がオンであるか否かが判別される。検出スイッ
チ２６がオフのとき、即ち蓋２５が図１に示されるよう
に閉じられているときにはステップ１０７に進んで大気
開放弁３３が閉弁せしめられる。これに対して検出スイ
ッチ２６がオンのとき、即ち蓋２５が開かれたときには
ステップ１０４に進んで大気開放弁３３が開弁せしめら
れる。

【００２５】なお、経年変化により副活性炭層８内の活
性炭が劣化してくると活性炭の吸着容量が減少してく
る。従って副活性炭層８の活性炭から全蒸発燃料を脱離
させるのに必要な図２に示す期間Ｔｏは活性炭の劣化に
伴い次第に短かくすることが好ましい。図３は最適な機
関Ｔｏと機関の累積運転時間ΣＴとの関係を示してお
り、図５に示す第２実施例では図３に示す関係に基いて
期間Ｔｏが定められる。なお、累積運転時間ΣＴに代え
て車両の累積走行距離を用いることもできる。

【００２６】図５は大気開放弁を制御するための第２実
施例のルーチンを示しており、このルーチンは一定時間
毎の割込みによって実行される。図５を参照するとまず
初めにステップ２００においてイグニッションスイッチ
４９がオンであるか否かが判別される。オンのときには
ステップ２０１に進んで機関回転数Ｎが４００ｒ．ｐ．
ｍよりも高いか否か、即ち機関が始動されたか否かが判
別される。Ｎ＞４００ｒ．ｐ．ｍになるとステップ２０
２に進んでカウント値Ｔが１だけインクリメントされ、
次いでステップ２０３では累積運転時間ΣＴが１だけイ
ンクリメントされる。次いでステップ２０４では累積運
転時間ΣＴから図３に基いて期間Ｔｏが求められ、次い
でステップ２０５においてカウント値Ｔが予め定められ
た値Ｔｏよりも大きくなったか否かが判別される。Ｔ＜
Ｔｏのときにはステップ２０９に進んで大気開放弁３３
が閉弁せしめられ、Ｔ≧Ｔｏになるとステップ２０６に
進んで大気開放弁３３が開弁せしめられる。

【００２７】一方、ステップ２００においてイグニッシ
ョンスイッチ４９がオンでないと判断されたとき、又は
ステップ２０１においてＮ≦４００ｒ．ｐ．ｍであると
判断されたときにはステップ２０７に進んでカウント値
Ｔが零にされ、次いでステップ２０８において検出スイ
ッチ２６がオンあるか否かが判別される。検出スイッチ
２６がオフのとき、即ち蓋２５が図１に示されるように
閉じられているときにはステップ２０９に進んで大気開
放弁３３が閉弁せしめられる。これに対して検出スイッ
チ２６がオンのとき、即ち蓋２５が開かれたときにはス
テップ２０６に進んで大気開放弁３３が開弁せしめられ
る。

【００２８】

【発明の効果】大気中への蒸発燃料の放出を抑制しつつ
主活性炭層内の活性炭に吸着された全蒸発燃料を短時間
のうちに脱離させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】蒸発燃料処理装置の全体図である。

【図２】大気開放弁の開閉制御のタイムチャートであ
る。

【図３】大気開放弁の閉弁期間Ｔｏを示す図である。

【図４】大気開放弁を制御するためのフローチャートで
ある。

【図５】大気開放弁を制御するための第２実施例を示す
フローチャートである。

【符号の説明】

１…キャニスタ ２…燃料タンク ３…機関本体 ４…吸気通路 ６…主活性炭層 ８…副活性炭層 １３…蒸発燃料室 １４…空気室 １６…拡散抑制空間 ３３…大気開放弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 53/04 ZAB B60K 15/077 F02M 25/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主活性炭層と、主活性炭層よりも容量が
   小さい副活性炭層と、主活性炭層と副活性炭層間に形成
   された蒸発燃料拡散抑制空間とを具備し、燃料タンク内
   および機関吸気通路内に連結された蒸発燃料室を上記主
   活性炭層、次いで蒸発燃料拡散抑制空間、次いで副活性
   炭層を介して大気に連通せしめた蒸発燃料処理装置にお
   いて、上記蒸発燃料室を上記副活性炭層を介することな
   く主活性炭層のみを介して空気室に連通させ、該空気室
   に空気室と大気間の連通制御をする大気開放弁を設け、
   機関始動後予め定められた期間が経過するまで大気開閉
   弁を閉弁状態に保持すると共に予め定められた期間が経
   過したときには大気開放弁を開弁状態に保持するように
   した内燃機関用蒸発燃料処理装置。