JP5313194B2

JP5313194B2 - 蒸発燃料処理装置

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Publication number: JP5313194B2
Application number: JP2010050211A
Authority: JP
Inventors: 勝彦牧野
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2010-03-08
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2030-03-08
Also published as: JP2011185134A

Description

本発明は、燃料タンクと、該燃料タンクで発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該キャニスタ内から蒸発燃料を吸引脱離させる吸引手段と、蒸発燃料含有ガスから蒸発燃料を優先的に透過させて濃縮分離する分離手段とを備える蒸発燃料処理装置に関する。

この種の蒸発燃料処理装置として、例えば下記特許文献１がある。特許文献１では、燃料タンクで発生した蒸発燃料を一旦凝縮器へ導入して液化させたうえで、凝縮器からの蒸発燃料をキャニスタで吸着捕捉している。キャニスタ内に吸着捕捉された蒸発燃料は、吸引手段としての吸引ポンプによって吸引脱離される。そのうえで、キャニスタと吸引ポンプとの間に分離手段としての分離膜モジュールが設けられている。そして、分離膜モジュールによって分離された濃縮ガス（主として蒸発燃料からなるガス）は、凝縮器を経て最終的に燃料タンクへ回収される。このような蒸発燃料処理装置は、蒸発燃料をエンジンへの吸気通路へパージすることなく燃料タンクへ回収する、パージレスエバポシステムと称される。一方、分離膜を透過しなかった希釈ガス（主として空気からなるガス）は、蒸発燃料脱離用ガスとしてキャニスタへ導入される。また、特許文献１では、分離膜モジュールや吸引ポンプを設けずに、キャニスタからの脱離ガスを、機関吸気による負圧を利用して吸気通路へ導入してもよいとされている。

特開平１１−９３７８４号公報

しかしながら、キャニスタからの脱離ガスを吸気通路へそのまま導入したのでは、脱離ガス中の蒸発燃料濃度は一定でない。これでは、エンジンへ供給する空燃比が不安定となり、エンジンの排気エミッションが悪化してしまう。また、特許文献１では、キャニスタからの脱離ガスを分離膜モジュールへ導入して希釈ガスをキャニスタへ導入する形態と、キャニスタからの脱離ガスを吸気通路へ導入する形態とを、それぞれ別の構成として想定している。分離膜モジュールからの希釈ガスをキャニスタへ導入する場合は、ガスをシステム（処理装置）外へ排気する構成は存在しない。この場合、外気温度等によって燃温が上昇し、燃料タンクの内圧が大きく上昇しても、燃料タンクの圧抜きができない。これでは、燃料タンクが破損してしまう。そこで、分離膜モジュールからの希釈ガスを吸気通路へ導入することが考えられる。しかし、分離膜モジュールへの蒸発燃料含有ガス（特許文献１の場合は脱離ガス）の流量を制御する流量制御手段を有しない特許文献１では、やはりエンジンの排気エミッションの悪化は避けられない。分離膜による分離性能は、当該分離膜へ供給される蒸発燃料含有ガスの流量によって大きく変動するからである。

具体的には、図５に示すように、分離膜へのガス供給流量が多いほど分離性能は低下し、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度が高くなる特性を有することが知られている。これは、分離膜へのガス供給流量が多いほど単位時間当たりの必要処理量（被処理量）が増大することで、分離し切れない蒸発燃料が生じることに起因する。なお、分離膜へのガス供給流量＝希釈ガス流量＋濃縮ガス流量となる。したがって、図５において希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度の低下と共に希釈ガス流量も低下しているのは、濃縮ガス流量が増大していることによる。すなわち、蒸発燃料含有ガスから蒸発燃料が良好に分離されるほど、分離膜を透過せずに残存する希釈ガス流量が低減することになる。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、分離手段へのガス供給流量を制御することで、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度を安定させた状態で燃料タンクの圧抜きができる蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、燃料タンクと、該燃料タンクで発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該キャニスタ内から蒸発燃料を吸引脱離させる吸引手段と、蒸発燃料含有ガスから蒸発燃料を優先的に透過させて濃縮分離する分離手段とを備える蒸発燃料処理装置であって、前記燃料タンクの内圧を検知する圧力検知手段と、前記分離手段への蒸発燃料含有ガス供給流量を制御する流量制御手段とを備える。前記分離手段によって分離された濃縮ガス（主として蒸発燃料からなるガス）は、前記吸引手段を介して前記燃料タンクへ回収される。一方、前記分離手段を透過せずに残存する希釈ガス（主として空気からなるガス）は、内燃機関へ空気を吸入する吸気通路へ導入される。そのうえで、前記流量制御手段は、前記希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度が安定するように、前記燃料タンクの内圧に基づいて、前記分離手段への蒸発燃料含有ガス供給量を制御することを特徴とする。

これによれば、分離手段へのガス供給流量を制御することで、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度を安定させることができる。すなわち、分離手段へのガス供給流量を制御することで、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度を所定の濃度に制御することができる。したがって、希釈ガスを吸気通路へ導入しても、エンジンへの空燃比が安定するので、エンジンの排気エミッションが悪化することを避けることができる。なお、本発明においては、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度を一定値に安定させることが主目的であり、蒸発燃料残存濃度を必ずしも低くする必要は無い。一方、蒸発燃料が殆ど残存していないに等しい濃度に制御すれば、エンジン停止中に希釈ガスを吸気通路へ導入しても、大気汚染を避けることができる。

前記希釈ガスは、常時吸気通路へ導入しても構わないが、前記燃料タンクの内圧が所定値以上の場合に前記燃料タンクの圧抜きのために前記吸気通路へ導入する一方、前記燃料タンクの内圧が所定値未満の場合は、前記希釈ガスを蒸発燃料脱離ガスとして前記キャニスタへ導入することが好ましい。これによれば、通常は希釈ガスを蒸発燃料脱離ガスとして利用することで蒸発燃料の脱離効率を向上でき、キャニスタを迅速に再生できる。そして、必要に応じて圧抜きのために希釈ガスを吸気通路へ排気することで、燃料タンクの破損を確実に防止できる。

前記分離手段は、前記蒸発燃料含有ガスが導入される導入室を備える。そのうえで、前記流量制御手段は、前記燃料タンクと前記分離手段の導入室との間に設けられた流量制御弁とすることができる。これによれば、流量制御弁の開弁量を制御することで、燃料タンクの内圧に応じた量の蒸発燃料含有ガスが分離手段へ供給されることになる。したがって、分離手段へ蒸発燃料含有ガスを積極的に供給するポンプ等は不要であり、装置の大型化を避けることができる。

また、前記分離手段は、前記濃縮ガスが精製される透過室を備える。そして、前記分離手段の透過室と前記吸引手段とを連通させたうえで、前記流量制御手段は、前記吸引手段によって前記分離手段の透過室へ負圧が作用している状態において、前記分離手段への蒸発燃料含有ガスの流量を制御することが好ましい。換言すれば、分離手段の透過室へ負圧が作用していない状態では、分離手段へ蒸発燃料含有ガスは供給されない。分離手段では、導入室と透過室との間の差圧が大きいほど分離効率が高い特性を有する。そこで、透過室へ負圧が作用している状態において蒸発燃料含有ガスを供給すれば、当該蒸発燃料含有ガスの供給初期から良好な分離効率を担保できる。これにより、蒸発燃料残存濃度も供給初期から安定させることができる。

前記流量制御弁は、開弁状態と閉弁状態とが切り替えられる電磁弁とすることができる。この場合、流量制御弁の開弁状態と閉弁状態とを高速で切り替えながら、前記流量制御弁の開弁量を、当該流量制御弁の開弁時間／（開弁時間＋閉弁時間）で定められるデューティ比によって制御すればよい。流量制御弁は、例えばモータ駆動弁等の開弁量（開弁度）そのものを制御可能なものを使用することもできるが、電磁弁であれば、その開弁量を迅速に制御することができる。

なお、前記流量制御弁の開弁量は、エンジンコントロールユニット（ＥＵＣ）によって制御される。この場合、前記ＥＵＣには、前記燃料タンクの内圧−開弁量マップを予め記憶しておき、前記流量制御弁の開弁量は、前記燃料タンクの内圧−開弁量マップに基づいて制御することが好ましい。これによれば、圧力検知手段によって検知された燃料タンクの内圧に応じて逐次流量制御弁の開弁量を算出（計算）する必要はないので、燃料タンクの内圧変化に迅速に対応させることができる。

前記吸引手段としては、前記燃料タンク内の燃料を内燃機関へ圧送供給する燃料ポンプから吐出された燃料の一部を利用して負圧を発生させるアスピレータを使用することが好ましい。吸引手段として吸引ポンプを使用すれば、装置が大型化すると共に、吸引ポンプを駆動させるための電力も必要となる。これに対しアスピレータであれば、装置の大型化を避けることができる。また、アスピレータは燃料ポンプから吐出された燃料の一部を導入利用することで負圧を発生できるので、吸引手段を駆動させる電力は不用である。一方、吸引手段として機関吸気による負圧を利用する場合は、エンジンの駆動を前提としているので、エンジン停止中に蒸発燃料の処理をすることができない。これに対しアスピレータによれば、エンジン駆動と関係なく独立して作動させることができるので、エンジン停止中でも蒸発燃料を処理することができる。この効果は、例えば内燃機関モードと電気自動車モードとに切り替えられるようなハイブリット車において、特に有利である。ハイブリット車においては、エンジン駆動時間が一般的な自動車に比べて短い。したがって、機関吸気による負圧を利用する場合は、蒸発燃料の脱離（キャニスタの再生）時間も短くなる。すると、キャニスタから充分に蒸発燃料を脱離できてない状態において新たな蒸発燃料が導入されるおそれがある。この場合、キャニスタの許容量（蒸発燃料の最大吸着量）を超えてオーバーフローしてしまい、蒸発燃料漏れが生じるおそれがある。

本発明によれば、分離手段へのガス供給流量を制御することで、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度を安定させることができる。これにより、希釈ガスを吸気通路へ導入しても、エンジンへの空燃比が安定するので、エンジンの排気エミッションが悪化することを避けることができる。また、蒸発燃料が殆ど残存していないに等しい濃度に制御すれば、エンジン停止中に希釈ガスを吸気通路へ導入しても、大気汚染を避けることができる。

蒸発燃料処理装置の概略構成を示す模式図である。アスピレータの縦断面図である。エンジン停止中に圧抜きする際の弁開閉タイミングと、これに伴う圧力変化を示すグラフである。エンジン停止中に圧抜きする際の制御フローである。分離膜への蒸発燃料含有ガス供給流量と希釈ガス流量及び希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度との関係を示す模式グラフである。燃料タンクの内圧と流量制御弁の開弁量との関係を示すマップである。エンジン駆動中に圧抜きする際の弁開閉タイミングと、これに伴う圧力変化を示すグラフである。アスピレータの変形例を示す縦断面図である。

以下、本発明の代表的な実施の形態について説明するが、これに限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。特に、本発明の蒸発燃料処理装置に必須の構成要素である燃料タンク、キャニスタ、吸引手段、及び分離手段を備える基本的構成を有する限り、その他種々の構成要素を付加できる。蒸発燃料処理装置は、揮発性の高い燃料（例えばガソリンなど）を燃料とする、自動車などの車両へ好適に適用できる。

（実施例）
蒸発燃料処理装置は、図１に示すように、燃料Ｆを貯留する燃料タンク１、燃料タンク１内の燃料Ｆを図外の内燃機関（エンジン）へ圧送供給する燃料ポンプ２、燃料タンク１内で発生した蒸発燃料（ベーパ）を吸着するキャニスタ３、キャニスタ３へ負圧を作用させて当該キャニスタ３内から蒸発燃料を吸引脱離させるアスピレータ４、蒸発燃料含有ガスから蒸発燃料を優先的に透過させて濃縮分離する分離膜モジュール５、燃料タンク１内の蒸発燃料をキャニスタ３へ導入して吸着捕捉させる捕捉ベーパ通路１０、及び燃料タンク１内の蒸発燃料を分離膜モジュール５へ導入して処理させる処理ベーパ通路１１などを有する。アスピレータ４が本発明の吸引手段に相当し、分離膜モジュール５が本発明の分離手段に相当する。

燃料タンク１は密閉タンクである。燃料ポンプ２は燃料タンク１内に配され、燃料供給通路１２を通して燃料Ｆをエンジンへ圧送する。キャニスタ３の内部には吸着材Ｃが充填されている。吸着材Ｃとしては、空気は通すが蒸発燃料を吸着・脱離可能な活性炭等を使用できる。符号３３は、キャニスタ３内（吸着材Ｃ）を加熱するヒータである。吸着材Ｃは、温度が高いほど特定成分（本発明では蒸発燃料）の吸着量が少なく、温度が低いほど特定成分の吸着量が多くなる特性を有する。したがって、吸着材Ｃに吸着捕捉されている蒸発燃料を脱離する際は、吸着材Ｃの温度はできるだけ高い方が好ましい。しかし、蒸発燃料が吸着材Ｃから脱離されるとき、その気化熱によって吸着材Ｃの温度は低下する。そこで、蒸発燃料脱離の際にヒータ３３で吸着材Ｃを加熱することで、脱離効率を向上することができる。燃料タンク１とキャニスタ３とは、捕捉ベーパ通路１０を介して連通されている。捕捉ベーパ通路１０上には、当該捕捉ベーパ通路１０の連通状態と遮断状態とを切り替える開閉手段として、捕捉ベーパ通路弁２０が設けられている。また、キャニスタ３には、その先端が大気開放された大気通路１３が連結されている。大気通路１３上にも、当該大気通路１３の連通状態と遮断状態とを切り替える開閉手段として、大気通路弁２３が設けられている。また、燃料タンク１には、当該燃料タンク１の内圧を検知する圧力検知手段として、圧力センサ３６が設けられている。

燃料供給通路１２には、分岐通路１４の一端が分岐状に連結されており、その他端にアスピレータ４が設けられている。分岐通路１４上には、アスピレータ４への燃料導入と遮断とを切り替える燃料導入制御手段として、分岐通路弁２４が設けられている。また、アスピレータ４には、キャニスタ３に至る回収通路１５も連結されている。回収通路１５上には、当該回収通路１５の連通状態と遮断状態とを切り替える開閉手段として、回収通路弁２５が設けられている。すなわち、アスピレータ４は、回収通路１５を介してキャニスタ３と連通されている。回収通路１５上のアスピレータ４と回収通路弁２５との間には、アスピレータ４によって発生した負圧を検知する負圧検知手段として、負圧センサ３７が設けられている。なお、負圧センサ３７は、圧力センサ３６と同じものを使用すればよい。

アスピレータ４は、図２に示すように、ベンチュリ部４１とノズル部４５とから構成されている。ベンチュリ部４１は、絞り４２と、絞り４２の燃料流動方向上流側に設けられた先窄まり状の減圧室４３と、絞り４２の燃料流動方向下流側に設けられた末拡がり状のディフューザ部４４と、吸引ポート４１ｐとを備えている。減圧室４３、絞り４２、およびディフューザ部４４は、それぞれ同軸に形成されている。吸引ポート４１ｐは、減圧室４３に連通形成されている。吸引ポート４１ｐに、回収通路１５が連結される。ノズル部４５は、ベンチュリ部４１の上流側に接合されている。ノズル部４５は、アスピレータ４内に燃料を導入する導入ポート４５ｐと、導入された燃料を噴射するノズル本体４６とを備えている。導入ポート４５ｐに、分岐通路１４が連結される。ノズル本体４６は減圧室４３内に同軸収納されており、当該ノズル本体４６の噴射口４６ｐは絞り４２に臨んでいる。

燃料ポンプ２から吐出された燃料Ｆの一部は、燃料供給通路１２から分岐通路１４を通して燃料導入ポート４５ｐからアスピレータ４内へ導入される。すると、導入された燃料Ｆがノズル本体４６から噴射され、絞り４２及びディフューザ部４４の中央部を軸方向に高速で流動する。このとき、減圧室４３においては、ベンチュリ効果によって負圧が発生する。これにより、吸引ポート４１ｐおよび回収通路１５に吸引力が生じる。回収通路１５を通して吸引ポート４１ｐから吸引された気体（本発明ではキャニスタ３からの蒸発燃料及び空気）は、ノズル本体４６から噴射された燃料Ｆと共にディフューザ部４４から混合排出される。

分離膜モジュール５は、密閉容器５ａと、当該密閉容器５ａ内を導入室５ｂと透過室５ｃとに区画するように配された分離膜５ｄとからなる。ここでの分離膜５ｄには、燃料成分に対する溶解拡散係数が高く、燃料成分を優先的に透過分離するが空気成分は透過し難い公知の分離膜を使用している。そのうえで、分離膜モジュール５の導入室５ｂには、処理ベーパ通路１１が連結される。すなわち、燃料タンク１と分離膜モジュール５の導入室５ｂとは、処理ベーパ通路１１を介して直接連通されている。処理ベーパ通路１１上には、当該処理ベーパ通路１１の連通状態と遮断状態とを切り替える開閉手段として、処理ベーパ通路弁２１が設けられている。当該処理ベーパ通路弁２１が、本発明の流量制御弁に相当する。また、分離膜モジュール５の導入室５ｂには、分離膜５ｄを透過せずに残存する希釈ガスが流動していく希釈ガス通路１６の一端が連結されている。希釈ガス通路１６の中途部は、枝分かれ状に二方向へ分岐しており、その各他端がキャニスタ３と吸気通路３０に連結されている。吸気通路３０は、エンジン駆動中に当該エンジンへ空気（大気）を吸入する通路である。符号３１は、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量に応じて吸入空気量を制御するストッロルバルブである。符号３２は、エアフィルタである。希釈ガス通路１６上の分岐点と吸気通路３０との間には、当該希釈ガス通路１６の連通状態と遮断状態とを切り替え可能な圧抜き弁２６が設けられている。なお、希釈ガス通路１６は、スロットルバルブ３１より上流（エアフィルタ３２側）において吸気通路３０と連結されている。一方、分離膜モジュール５の透過室５ｃには、分離膜５ｄによって濃縮分離された濃縮ガスが流動していく濃縮ガス通路１７の一端が連結されている。濃縮ガス通路１７の他端は、回収通路弁２５より下流（アスピレータ４側）において回収通路１５に連結されている。これにより、分離膜モジュール５の透過室５ｃとアスピレータ４とは、濃縮ガス通路１７及び回収通路１５を介して連通している。

圧力センサ３６及び負圧センサ３７からの検知信号は、エンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）３５に入力される。ＥＣＵ３５は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などを有する。ＲＯＭには、所定の制御プログラムや、図６に示すような燃料タンク１の内圧−処理ベーパ通路弁（流量制御弁）２１の開弁量特性マップが予め記憶されており、ＣＰＵが、当該制御プログラムや内圧−開弁量特性マップに基づいて、各構成要素を所定のタイミングで制御操作する。捕捉ベーパ通路弁２０、処理ベーパ通路弁２１、大気通路弁２３、分岐通路弁２４、回収通路弁２５、及び圧抜き弁２６は、それぞれＥＣＵ３５によって開閉タイミングが制御される電磁弁である。

次に、蒸発燃料処理装置による蒸発燃料の処理機構について説明する。駐車中（オフ時）は、大気通路弁２３は開弁しているが、捕捉ベーパ通路弁２０、処理ベーパ通路弁２１、分岐通路弁２４、回収通路弁２５、及び圧抜き弁２６はそれぞれ閉弁している。給油時には、捕捉ベーパ通路弁２０がＥＣＵ３５によって開弁される。これにより、給油に伴って燃料タンク１の内圧が上昇すると、燃料タンク１内の蒸発燃料含有ガスが捕捉ベーパ通路１０を通してキャニスタ３内に流入する。すると、キャニスタ３内の吸着材Ｃによって蒸発燃料が選択的に吸着捕捉される。残余の空気は吸着材Ｃを透過し、キャニスタ３から大気通路１３を通して大気中に放散される。これにより、大気汚染を回避しながら燃料タンク１が圧力開放され、燃料タンク１の破損が防止される。

給油時以外の駐車中（エンジン停止中）には、捕捉ベーパ通路弁２０及び処理ベーパ通路弁２１が共に閉弁されていることで、燃料タンク１内は密閉空間となっている。したがって、蒸発燃料が発生することにより燃料タンク１の内圧は徐々に上昇していく。そして、燃料タンク１の内圧が所定値を超えると、燃料タンク１の破損を防止するため、燃料タンク１の圧抜き制御が行われる。以下に、エンジン停止中における圧抜き制御について詳しく説明する。図３に、エンジン停止中に圧抜きする際の各弁の開閉タイミング等と、これに伴う回収通路１５及び濃縮ガス通路１７内の圧力（キャニスタ３や分離膜モジュール５に作用する負圧）の挙動、並びに燃料タンク１の内圧の挙動を示す。図４に、エンジン停止中に圧抜きする際の制御フローを示す。したがって、以下の説明において、各弁の開閉タイミング等や圧力挙動に関しては図３を参照し、制御手順に関しては図４を参照。なお、以下の説明において、各弁の開閉タイミングや燃料ポンプ２の駆動タイミング等は、全てＥＣＵ３５によって行われる。

エンジン停止中において、燃料タンク１の内圧が所定値（判定圧力）以上となったことが圧力センサ３６によって検知されると、燃料ポンプ２が駆動されると共に、所定の弁が開閉制御される（タイミングＴ₁）。なお、ここでの判定圧力は特に限定されず、任意の圧力に設定すればよい。但し、少なくとも燃料タンク１が破損しない圧力（燃料タンク１の耐圧力未満）とする。燃料タンク１の種類にもよるが、例えば５ｋＰａ程度に設定することができる。タイミングＴ₁では、大気通路弁２３が閉弁される一方、分岐通路弁２４が開弁される。これにより、燃料ポンプ２から吐出された燃料Ｆの一部が、燃料供給通路１２から分岐通路１４を通して、アスピレータ４へ導入される。すると、アスピレータ４によって負圧が発生し、回収通路１５内が減圧される。しかし、回収通路弁２５は閉弁したままである。したがって、キャニスタ３へは負圧が作用しない。また、濃縮ガス通路１７は回収通路弁２５より下流（アスピレータ４側）において回収通路１５と連結されていることで、回収通路１５と同時に濃縮ガス通路１７も減圧される。これにより、分離膜モジュール５の透過室５ｃに負圧が作用する。なお、このタイミングＴ₁では、圧抜き弁２６も閉弁されている。したがって、この時点（タイミングＴ₁）では燃料タンク１の圧抜きはされない。また、エンジンは停止しているので、燃料ポンプ２から吐出され、アスピレータ４へ導入されなかった残余の燃料Ｆは、図示していないプレッシャレギュレータから燃料タンク１内へ返流される。

そして、負圧センサ３７によって回収通路１５及び濃縮ガス通路１７内が充分に負圧となったことが検知されると、処理ベーパ通路弁２１及び圧抜き弁２６が開弁される（タイミングＴ₂）。このときの判定負圧も特に限定されず、任意の圧力に設定すればよい。分離膜モジュール５において導入室５ｂと透過室５ｃとの間に良好な差圧が生じる程度とすることが好ましい。したがって、このときの判定負圧は、できるだけ低い（負圧の程度が大きい）方が好ましい。例えば−５ｋＰａ程度としたり、アスピレータ４によって減圧可能な最大負圧（飽和負圧）とすることができる。

処理ベーパ通路弁２１及び圧抜き弁２６が開弁されると、燃料タンク１内の蒸発燃料含有ガスは、処理ベーパ通路１１を通して分離膜モジュール５の導入室５ｂへ導入される。すると、蒸発燃料含有ガス中の蒸発燃料が分離膜５ｄを優先的に透過することで、透過室５ｃに濃縮ガス（主として蒸発燃料からなるガス）が分離精製される。このとき、導入室５ｂと透過室５ｃとの間には既に良好な差圧が生じていることで、蒸発燃料含有ガスが分離膜モジュール５に導入された初期から、高い分離効率が担保されている。濃縮ガスは、濃縮ガス通路１７及び回収通路１５を通して、アスピレータ４から燃料タンク１内へ燃料Ｆと共に吐出回収される。一方、分離膜５ｄを透過せずに導入室５ｂに残存している希釈ガス（主として空気からなるガス）は、希釈ガス通路１６を通して吸気通路３０へ導入される。このとき、エンジンが停止していることで、スロットルバルブ３１は全閉状態にある。そこで、希釈ガス通路１６をスロットルバルブ３１より上流（エアフィルタ３２側）において吸気通路３０に連結していることで、希釈ガスはエアフィルタ３２を介して大気へ放出される。これにより、燃料タンク１の圧抜きが行われ、燃料タンク１の内圧が徐々に低下していく。このとき、処理ベーパ通路弁２１は、燃料タンク１の内圧変化に基づいて、開弁量が制御される。

ここで、処理ベーパ通路弁２１が常時全開状態であれば、燃料タンク１の内圧が高いほど、分離膜モジュール５への蒸発燃料含有ガス供給量は多くなる。これでは、分離膜５ｄにおける蒸発燃料の分離効率は安定しない。分離膜５ｄは、図５に示すように、当該分離膜５ｄへのガス供給流量が多いほど分離性能は低下し、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度が高くなる特性を有するからである。したがって、燃料タンク１の内圧が高い状態では、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度が高くなる。これでは、希釈ガスを大気開放することで、大気汚染を招いてしまう。そこで、図５に示す既知の特性に基づいて、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度が所定濃度Ｄｓ以下となるように、分離膜５ｄへのガス供給流量を所定流量Ｑｓに制御する必要がある。ここでの所定濃度Ｄｓは、大気を汚染することがないとみなせる程度の濃度、すなわち殆ど残存していないに等しい濃度とする。例えば、１ｖｏｌ％程度以下を目標とすればよい。なお、ガス供給流量−蒸発燃料残存濃度特性は、分離膜５ｄの種類や形態によって異なる。

これを前提として、ＥＣＵ３５には、分離膜５ｄへのガス供給流量を所定流量Ｑｓに制御するための、図６に示すような燃料タンク１の内圧−処理ベーパ通路弁２１の開弁量特性マップが予め記憶されている。そのうえで、処理ベーパ通路弁２１（流量制御弁）は、当該内圧−開弁量特性マップに基づいて、燃料タンク１の内圧変化に応じた開弁量にフィードバック制御される。具体的には、燃料タンク１の内圧が高ければ処理ベーパ通路弁２１の開弁量を小さくし、燃料タンク１の内圧低下に伴って処理ベーパ通路弁２１の開弁量を大きくしていく。これにより、燃料タンク１の内圧に応じて分離膜モジュール５への蒸発燃料含有ガス供給量も制御され、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度が所定濃度Ｄｓで安定する。そして、所定濃度Ｄｓが充分に低い濃度に設定されていることで、圧抜きに伴う大気汚染を回避することができる。なお、本実施例における処理ベーパ通路弁２１は、電磁弁である。そこで、処理ベーパ通路弁２１は、開弁状態と閉弁状態とが高速で繰り返され、当該処理ベーパ通路弁２１の開弁量は、開弁時間／（開弁時間＋閉弁時間）で定められるデューティ比によって制御される。そして、燃料タンク１の内圧が充分に低下したことが圧力センサ３６によって検知されると、燃料ポンプ２が停止されると共に、各弁が初期状態へ開閉制御される（タイミングＴ₃）。ここでの判定圧力も特に限定されないが、できるだけ低い方が好ましい。例えば大気圧程度、好ましくは０Ｐａ程度とすればよい。なお、圧力センサ３６による燃料タンク１の内圧や、負圧センサ３７による負圧の検知は、常時モニタリングしておくことが好ましいが、所定時間間隔で定期的に検知するよう制御することもできる。

一方、エンジン駆動中は、処理ベーパ通路弁２１、分岐通路弁２４、及び回収通路弁２５が開弁される。この場合も、燃料タンク１内で発生した蒸発燃料が分離膜モジュール５を介して濃縮分離されたうえで、アスピレータ４から再度燃料タンク１内へ吐出回収される点は、上記エンジン停止中における圧抜きの場合と同じである。また、回収通路弁２５も開弁されていることで、アスピレータ４によって発生した負圧がキャニスタ３へも作用する。これにより、吸着材Ｃに吸着捕捉されていた蒸発燃料が吸引脱離される。脱離された蒸発燃料も、回収通路１５を通してアスピレータ４へ吸引され、燃料Ｆ及び濃縮ガスと共に燃料タンク１内へ吐出回収される。すなわち、本実施例の蒸発燃料処理装置は、パージレスエバポシステムとなっている。一方、分離膜５ｄを透過せずに導入室５ｂに残存する希釈ガスは、希釈ガス通路１６を通してキャニスタ３内へ導入され、蒸発燃料脱離用のガスとして利用される。これにより、蒸発燃料の脱離が促進される。

エンジン駆動中は、外気温度や燃料ポンプ２の駆動熱などによって燃料Ｆの温度が上昇し得る。したがって、エンジン駆動中に蒸発燃料を処理している間にも、燃料タンク１の内圧は上昇し得る。そこで、エンジン駆動中に燃料タンク１の内圧が所定値以上となった場合にも、圧抜きを行う必要がある。ここでの判定圧力は、上記エンジン停止中の判定圧力と同じにすればよい。以下に、エンジン駆動中における圧抜き制御について、図７を参照しながら説明する。図７は、エンジン駆動中に圧抜きする際の弁開閉タイミングと、これに伴う圧力変化を示すグラフである。

エンジン駆動中に燃料タンク１の内圧が所定値以上となったことが、圧力センサ３６によって検知されると、圧抜き弁２６が開弁されると共に、燃料タンク１の内圧変化に応じて処理ベーパ通路弁２１の開弁量が制御される（タイミングＴ₁）。なお、エンジンが駆動しているので、燃料ポンプ２は既に駆動している。また、蒸発燃料の処理中なので、分離膜モジュール５において導入室５ｂと透過室５ｃとの間にも、既に差圧は生じている状態である。したがって、エンジン駆動中の圧抜きの際には、分離膜モジュール５の透過室５ｃに充分な負圧が作用するまで待機する必要はない。

そして、上記エンジン停止中の圧抜きの際と同様に、予めＥＣＵ３５に記憶されていた、図６に示すような内圧−開弁量特性マップに基づいて、分離膜５ｄへのガス供給量が所定流量Ｑｓとなるように、処理ベーパ通路弁２１（流量制御弁）の開弁量が燃料タンク１の内圧に応じてフィードバック制御される。このときの処理ベーパ通路弁２１の開弁量も、開弁時間／（開弁時間＋閉弁時間）で定められるデューティ比によって制御される。これにより、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度が所定濃度Ｄｓで安定する。そのうえで、希釈ガスは希釈ガス通路１６を通して吸気通路３０へ導入され、燃料タンク１が圧抜きされる。ここでは、エンジンが駆動していることで、希釈ガスはエンジンへ吸気される。しかし、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度は安定しているので空燃比も安定し、排気エミッションが悪化することが避けられる。そして、燃料タンク１の内圧が充分に低下したことが圧力センサ３６によって検知されると、再度蒸発燃料の処理モードへ各弁が開閉制御される（タイミングＴ₂）。

なお、エンジン駆動中に圧抜きする際の希釈ガス中の蒸発燃料所定濃度Ｄｓは、エンジン停止中に圧抜きする際の所定濃度Ｄｓと必ずしも一致させる必要は無い。エンジン停止中では大気汚染防止の観点からできるだけ低く設定する必要があるが、エンジン駆動中では、排気エミッションの悪化を防止できればよいので、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度が安定さえしていれば、所定濃度Ｄｓは比較的高くても構わない。但し、エンジン駆動の有無によって、所定濃度Ｄｓやこれに応じた処理ベーパ通路弁２１の開弁量等を変更するよう制御することは制御プログラムが複雑になるので、双方の所定濃度Ｄｓを一致させておくことが好ましい。

（変形例）
燃料導入制御手段は、分岐通路１４上のほかに、アスピレータ４へ設けることもできる。例えば、アスピレータ４内に、ノズル本体４６からの燃料噴射タイミングを制御するニードル弁を設けることができる。具体的には、図８に示すように、ノズル部４５に弁設置ベース４８を接合したうえで、当該弁設置ベース４８の中央部に、ノズル本体４６を開閉するニードル弁４７を配すことができる。ニードル弁４７はピン状の部材であり、アスピレータ４の軸方向に沿って摺動可能となっている。ニードル弁４７と弁設置ベース４８との間には圧縮バネ４９が配されており、当該圧縮バネ４９によってニードル弁４７は閉弁方向へ常時付勢されている。また、弁設置ベース４８の周縁部には、電磁石５０がニードル弁４７を囲むように配されている。ＥＣＵ制御によって電磁石５０に通電されると、ニードル弁４７が開弁方向へ引き寄せられ、ノズル本体４６が開弁される。

上記実施例では、蒸発燃料の処理中は、処理ベーパ通路弁２１の開弁量を制御していなかったが、蒸発燃料の処理中にも、処理ベーパ通路弁２１の開弁量を制御することもできる。この場合、エンジン駆動中の所定濃度Ｄｓをエンジン停止中の所定濃度Ｄｓ、すなわち蒸発燃料が殆ど残存していないに等しい濃度（例えば１ｖｏｌ％以下）としておけば、蒸発燃料脱離ガスとしてキャニスタ３に導入される希釈ガス中の蒸発燃料濃度も低減できる。また、このような所定濃度Ｄｓに設定すれば、希釈ガス通路１６の先端を大気開放し、希釈ガスを大気中へ直接放出してもよい。この場合、希釈ガス通路１６の中途部を枝わかれ状に三方向へ分岐させ、その内の一通路の先端を大気開放しておく。当該大気開放通路上にも、ＥＣＵ３５によって開閉制御される開閉手段として電磁弁を設けておく。又は、希釈ガス通路１６の分岐点に四方弁を設けてもよい。上記実施例でも、圧抜き弁２６に代えて、希釈ガス通路１６の分岐点に三方弁を設けることもできる。負圧センサ３７は、濃縮ガス通路１７上に設けてもよい。

１燃料タンク
２燃料ポンプ
３キャニスタ
４アスピレータ
５分離膜モジュール
５ｂ導入室
５ｃ透過室
５ｄ分離膜
１０捕捉ベーパ通路
１１処理ベーパ通路
１３大気通路
１４分岐通路
１５回収通路
１６希釈ガス通路
１７濃縮ガス通路
２１処理ベーパ通路弁（流量制御弁）
２６圧抜き弁
３６圧力センサ
３７負圧センサ
Ｃ吸着材
Ｆ燃料

Claims

燃料タンクと、該燃料タンクで発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該キャニスタ内から蒸発燃料を吸引脱離させる吸引手段と、蒸発燃料含有ガスから蒸発燃料を優先的に透過させて濃縮分離する分離手段とを備える蒸発燃料処理装置であって、
前記燃料タンクの内圧を検知する圧力検知手段を備え、
前記吸引手段と前記キャニスタとは回収通路を介して連通され、該回収通路上には、該回収通路の連通状態と遮断状態とを切り替える回収通路弁が設けられており、
前記燃料タンクと前記キャニスタとは捕捉ベーパ通路を介して連通され、該捕捉ベーパ通路上には、該捕捉ベーパ通路の連通状態と遮断状態とを切り替える捕捉ベーパ通路弁が設けられており、
前記分離手段は、蒸発燃料含有ガスが導入される導入室と、濃縮ガスが精製される透過室とを有し、
前記燃料タンクと前記導入室とは処理ベーパ通路を介して連通され、該処理ベーパ通路上には、該処理ベーパ通路の連通状態と遮断状態とを切り替え、前記分離手段への蒸発燃料含有ガス供給流量を制御する流量制御手段として処理ベーパ通路弁が設けられており、
前記透過室からは、前記回収通路の前記回収通路弁と前記吸引手段との間に連通する濃縮ガス通路が延びており、
前記導入室からは、前記キャニスタと、内燃機関へ空気を吸入する吸気通路とへ分岐状に連通する希釈ガス通路が延びており、前記吸気通路側へ分岐した希釈ガス通路上には、該希釈ガス通路の連通状態と遮断状態とを切り替える圧抜き弁が設けられており、
給油時以外の前記内燃機関停止中は、初期状態として、前記回収通路弁、前記捕捉ベーパ通路弁、前記処理ベーパ通路弁、及び前記圧抜き弁の全てが閉弁されているが、前記燃料タンクの内圧が所定値を超えたことが前記圧力検知手段によって検知されると、前記吸引手段によって前記回収通路及び濃縮ガス通路を介して前記分離手段の透過室へ負圧を作用させてから、前記処理ベーパ通路弁及び前記圧抜き弁を開弁して、前記燃料タンクの圧抜き制御を行い、
該圧抜き制御時には、前記希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度が安定するように、前記燃料タンクの内圧に基づいて前記処理ベーパ通路弁の開弁量を制御することで前記分離手段への蒸発燃料含有ガス供給量を制御し、前記分離手段によって分離された濃縮ガスが、前記濃縮ガス通路、前記回収通路、及び前記吸引手段をこの順で介して前記燃料タンクへ回収される一方、前記分離手段を透過せずに残存する希釈ガスが、前記吸気通路へ導入されることを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
請求項１に記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記圧抜き制御では、前記燃料タンクの内圧が高いほど前記処理ベーパ通路弁の開弁量を小さくし、前記燃料タンクの内圧低下に伴って前記処理ベーパ通路弁の開弁量を大きくし、前記燃料タンクの内圧が所定値以下となれば、前記吸引手段を停止して前記各弁が前記初期状態へ戻されることを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
請求項１または請求項２に記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記燃料タンクの内圧が所定値未満の場合は、前記希釈ガスは蒸発燃料脱離ガスとして前記キャニスタへ導入されることを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記処理ベーパ通路弁は、開弁状態と閉弁状態とが切り替えられる電磁弁であり、
前記処理ベーパ通路弁の開弁量が、開弁時間／（開弁時間＋閉弁時間）で定められるデューティ比によって制御されることを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記処理ベーパ通路弁の開弁量は、エンジンコントロールユニットによって制御され、
前記エンジンコントロールユニットには、前記燃料タンクの内圧−開弁量マップが予め記憶されており、
前記処理ベーパ通路弁の開弁量が、前記燃料タンクの内圧−開弁量マップに基づいて制御されることを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の蒸発燃料処置装置であって、
前記吸引手段が、前記燃料タンク内の燃料を内燃機関へ圧送供給する燃料ポンプから吐出された燃料の一部を利用して負圧を発生させるアスピレータであることを特徴とする、蒸発燃料処理装置。