JP6404173B2

JP6404173B2 - 蒸発燃料処理装置

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Publication number: JP6404173B2
Application number: JP2015080657A
Authority: JP
Inventors: 勝彦牧野; 杉本　篤; 篤杉本; 桂介若松
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2015-04-10
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2035-04-10
Also published as: JP2016200060A; CN106050483A; DE102016004381A1; DE102016004381B4; CN106050483B; US20160298578A1; US9771900B2

Description

本発明は、燃料タンクと、該燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該キャニスタを大気と連通する大気通路と、前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通するベーパ通路と、内燃機関へ大気を供給する吸気管と、該吸気管と前記キャニスタとを連通するパージ通路と、前記キャニスタへ負圧を印加して該キャニスタ内から蒸発燃料を脱離する負圧印加手段と、前記負圧印加手段の駆動による印加圧力を調整する調圧部とを有し、前記燃料タンクで発生した蒸発燃料が前記キャニスタ内へ吸着される際は、蒸発燃料が前記燃料タンクから前記ベーパ通路を通して前記キャニスタ内へ吸着され、前記キャニスタ内に吸着された蒸発燃料を脱離する際は、前記負圧印加手段を駆動して前記キャニスタ内へ負圧を印加し、蒸発燃料が前記キャニスタから前記パージ通路を通して前記吸気管へ供給される、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、負圧印加手段として真空ポンプを使用している。当該負圧印加手段は、パージ通路上に設けられている。調圧部は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）によるデューティ制御によってベーパ通路の開弁率が制御される電磁弁によって構成されている。当該調圧部は、パージ通路における負圧印加手段と吸気管との間に設けられている。つまり、特許文献１では、キャニスタ内に吸着されている蒸発燃料を脱離（パージ）する際の気体流動方向（以下、当該気体の流動方向をパージ方向と称す）において、調圧部が負圧印加手段よりも下流に設けられている。

特開２００２−１８８５３０号公報

負圧印加手段を用いてキャニスタに負圧を印加する場合、負圧印加手段よりもパージ方向下流側（吸気管側）へ気体が強制的に供給される。このとき、特許文献１のように調圧部が負圧印加手段よりもパージ方向下流に設けられていると、負圧印加手段よりパージ方向上流側（キャニスタ側）にも正圧が印加される場合がある。その理由としては、調圧部や通路内の配管抵抗等による圧力損失によって生じる第１の理由。調圧部と負圧印加手段との停止タイミングのズレから生じる第２の理由。又は、調圧部による設定圧力と負圧印加手段による印加圧力差によって生じる第３の理由等が挙げられる。

第２の理由に関して、調圧部として電磁弁を使用した場合、電磁弁はＥＣＵからの停止信号を受けると、直ちに閉弁する。一方、負圧印加手段である真空ポンプは、ＥＣＵからの停止信号を受けても、その惰性によって直ちには停止しない。したがって、電磁弁が閉弁された後に真空ポンプが惰性駆動していると、電磁弁と真空ポンプの間の圧力が徐々に高くなる。第３の理由に関しては、調圧部による設定圧力が負圧印加手段による印加圧力より小さいと、調圧部と負圧印加手段との間の圧力が徐々に高くなる。これは、負圧印加手段からの気体供給量よりも、調圧部の気体通過量の方が少なくなるからである。また、第１の理由の場合も、負圧印加手段からの気体供給量よりも、調圧部の気体通過量の方が少なくなる。

このように、調圧部が負圧印加手段よりもパージ方向下流に設けられていると、第１の理由〜第３の理由等によって、負圧印加手段が駆動している間にパージ方向下流側が必要以上に正圧になるおそれがある。それにより、負圧印加手段よりパージ方向上流側も正圧方向に変動するおそれがある。この場合でも、負圧印加手段を駆動している間は、蒸発燃料はキャニスタから吸気管側へ強制的に流動する。しかし、負圧印加手段を停止すると、キャニスタ内に正圧が残存していることになる。すると、キャニスタ内では気体が大気通路側に流動することになるので、キャニスタ内の蒸発燃料が大気通路を通して大気中に放出されるおそれがある。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、負圧印加手段を停止した後でも蒸発燃料が大気中へ放出されることのない、蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。

そのための手段として、本発明の蒸発燃料処理装置は、燃料タンクと、該燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該キャニスタを大気と連通する大気通路と、前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通するベーパ通路と、内燃機関へ大気を供給する吸気管と、該吸気管と前記キャニスタとを連通するパージ通路と、前記キャニスタへ負圧を印加して該キャニスタ内から蒸発燃料を脱離する負圧印加手段と、前記負圧印加手段の駆動による印加圧力を調整する調圧部と、を有する。前記燃料タンクで発生した蒸発燃料が前記キャニスタ内へ吸着される際は、蒸発燃料が前記燃料タンクから前記ベーパ通路を通して前記キャニスタ内へ吸着される。逆に、前記キャニスタ内に吸着された蒸発燃料を脱離する際は、前記負圧印加手段を駆動して前記キャニスタ内へ負圧を印加し、蒸発燃料が前記キャニスタから前記パージ通路を通して前記吸気管へ供給される。前記負圧印加手段は、前記パージ通路上に設けられる。そのうえで、前記調圧部は、前記パージ通路における前記燃料タンクと前記負圧印加手段との間に設けられている。

ここで、パージ通路上における吸気管と負圧印加手段との間の圧力を第１圧力と称し、負圧印加手段と調圧部との間の圧力を第２圧力と称す。そのうえで、前記負圧印加手段の駆動中は、第１圧力が基本的に負圧となるように設計することが好ましい。さらに、仮に前記負圧印加手段の駆動中に前記第１圧力が正圧になり得るとしても、前記第２圧力が、前記第１圧力の正圧よりも絶対値の大きな負圧となるように設計することが好ましい。

前記調圧部としては、蒸発燃料処理装置内における各通路のうち、最も内径が小さい最小径部とすることができる。又は、前記調圧部を、デューティ制御によって前記ベーパ通路の開弁率が制御される電磁弁とすることもできる。

本発明によれば、調圧部がパージ通路における燃料タンクと負圧印加手段との間に設けられている。つまり、調圧部が負圧印加手段よりもパージ方向上流に設けられている。これにより、負圧印加手段の駆動中にキャニスタ側が正圧になることが調圧部によって抑制される。したがって、負圧印加手段を停止した後でも、キャニスタから蒸発燃料が大気中へ放出されることを防止することができる。

なお、例え特許文献１における上記第１の理由〜第３の理由のような状態が生じても、負圧印加手段の駆動中に当該負圧印加手段よりパージ方向上流側は正圧になり難い。例えば上記第１の理由や第３の理由のように、負圧印加手段からの気体供給量よりも調圧部の気体通過量の方が少ないとしても、負圧印加手段と調圧部の間は負圧が大きくなるだけである。したがって、負圧印加手段を停止しても、当該負圧印加手段よりもパージ方向上流は負圧状態に保たれている。これにより、負圧印加手段の停止後に、キャニスタ内の蒸発燃料が大気側へ流動することはない。また、上記第２の理由のように、負圧印加手段と調圧部との停止タイミングがズレた場合でも同様である。

また、負圧印加手段の駆動中、吸気管と負圧印加手段との間の第１圧力が基本的に負圧となるように設計されていれば、負圧印加手段よりパージ方向上流がわが正圧となることをより的確に抑制することができる。

但し、吸気管からの吸入空気量は、アクセルの踏み込み量等に応じたスロットルバルブの開弁量制御により変動する。そのため、アクセルを大きく踏み込んだストットルバルブ全開時等においては、吸気管内がほぼ大気圧に近い圧力になる。このような状態で負圧印加手段を駆動していると、吸気管と負圧印加手段との間は正圧となることがある。しかし、この場合でも、負圧印加手段と調圧部との間の第２圧力が負圧となっていれば、負圧印加手段停止後は、第１圧力が第２圧力によって相殺される。そこで、負圧印加手段の駆動中に第１圧力が正圧となったとしても、第２圧力が第１圧力よりも大きな負圧となるように設計していれば、負圧印加手段の停止後に、キャニスタへ正圧が作用することを確実に防止できる。

調圧部を通路の内径を異ならせた最小径部によって構成していれば、部品点数やコストの増加を避けながら簡素な構成で上記作用効果を得ることができる。

一方、調圧部を電磁弁によって構成していれば、任意の圧力を自由に設計することができる。

実施形態１の蒸発燃料処理装置の模式図である。実施形態２の蒸発燃料処理装置の模式図である。実施形態３の蒸発燃料処理装置の模式図である。系内圧力の模式図である。

（実施形態１）
蒸発燃料処理装置は、自動車等の車輌に適用されるものであって、図１に示すように、燃料タンク１と、キャニスタ２と、キャニスタ２へ負圧を印加するパージポンプ３と、パージポンプ３の駆動に伴う印加圧力を調整する調圧部４と、キャニスタ２を大気と連通する大気通路１０と、燃料タンク１とキャニスタ２とを連通するベーパ通路１１と、吸気管１５と、吸気管１５とキャニスタ２とを連通するパージ通路１２とを有する。

燃料タンク１は、耐圧性を有する密閉タンクである。燃料タンク１内には、ガソリン等の揮発性の高い燃料が貯留される。また、燃料タンク１内には、燃料をエンジン５へ圧送する燃料ポンプ（図示せず）が配されている。

キャニスタ２は、燃料タンク１で発生した蒸発燃料を選択的に吸着・脱離する。キャニスタ２の内部には、吸着材（図示せず）が充填されている。吸着材としては、空気は通すが蒸発燃料を吸着・脱離可能な多孔質体を使用できる。このような多孔質体としては、活性炭を好適に使用できる。

パージポンプ３としては、真空ポンプを使用できる。なお、パージポンプ３が、本発明の負圧印加手段に相当する。パージポンプ３は、パージ通路１２上に設けられている。

吸気管１５は、内燃機関（エンジン）５へ大気を吸気供給する管である。吸気管１５内には、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）（図示せず）により開弁量が制御される、スロットルバルブ１６が設けられている。スロットルバルブ１６の開弁量は、図外のアクセルの踏み込み量等に応じて制御される。パージ通路１２は、ベーパ通路１１の途中から分岐状に設けられており、吸気管１５とはスロットルバルブ１６より下流において連通している。

そのうえで、調圧部４は、パージ通路１２上における燃料タンク１とパージポンプ３との間に設けられている。すなわち、調圧部４はパージポンプ３よりもパージ方向上流に設けられている。なお、調圧部４は、燃料タンク１において発生した蒸発燃料がキャニスタ２内へ吸着されていく経路上にはない。

調圧部４は、蒸発燃料処理装置内における各通路のうち、最も内径が小さい最小径部からなる。具体的には、大気通路１０、ベーパ通路１１、パージ通路１２、及び吸気管１５の中で最も内径が小さい部位として構成されている。なお、大気通路１０、ベーパ通路１１、パージ通路１２、及び吸気管１５は、それぞれ内径が必ずしも全体的に一様でない場合もあるが、これらの中でも調圧部４の内径が最も小さければよい。また、調圧部４を除くパージ通路１２の内径が他の通路より大きくても、調圧部４のみは他の通路と比べて最も小さくなっていればよい。

ここで、パージ通路１２において、吸気管１５とパージポンプ３との間を第１領域とし、パージポンプ３と調圧部４との間を第２領域とする。また、第１領域の内圧を第１圧力と称し、第２領域の内圧を第２圧力と称す。そのうえで、第１領域におけるパージ通路１２の内径によって、パージポンプ３の駆動中、第１圧力が基本的に負圧となるように設計されている。例えば、パージポンプ３の出力が３０〜６０Ｌ／ｍｉｎの場合、第１領域におけるパージ通路１２の内径は６ｍｍ以上を目安とすればよい。

しかし、パージポンプ３の駆動中、吸気管１５内の圧力によっては第１圧力が正圧となる場合もある。そこで、調圧部４の内径は、パージポンプ３の駆動中に第１圧力が正圧になり得る値に対して、第２圧力は第１圧力よりも絶対値の大きな負圧となるように設計されている。具体的には、第１領域におけるパージ通路１２の内径に対して、調圧部４の内径を３０〜８０％程度とすればよい。例えば、第１領域におけるパージ通路１２の内径を６ｍｍ以上とした場合、調圧部４の内径は２〜５ｍｍ程度を目安とすればよい。

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（キーオフ時）や給油時には、燃料タンク１内で発生した蒸発燃料が、ベーパ通路１１を通してキャニスタ２内に流入する。なお、このとき、パージポンプ３は停止している。すると、キャニスタ２内の吸着材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を透過し、キャニスタ２から大気通路１０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。

車輌走行中はパージポンプ３が駆動され、キャニスタ２側から吸気管１５側へ気体が強制的に流動する。この気体の流動方向を、パージ方向とする。なお、パージポンプ３の駆動タイミングは、図外のＥＣＵによって制御されている。これにより、燃料タンク１及びキャニスタ２へ負圧が印加されることでキャニスタ２内の蒸発燃料が吸着剤から脱離され、燃料タンク１内において発生する蒸発燃料と共にパージ通路１２を通して吸気管１５へ送給される。同時に、大気通路１０からキャニスタ２内へ大気も導入されることで、蒸発燃料の脱離が促進される。

このとき、パージポンプ３による気体送給量よりも調圧部４の気体通過量が少なくても、調圧部４はパージポンプ３よりもパージ方向上流にあるため、第１領域及び第２領域は負圧が大きくなる方向に変動するだけである。したがって、パージポンプ３を停止してもキャニスタ２に正圧が印加されることはないため、キャニスタ２内の蒸発燃料が大気通路１０を通して大気中へ放散されることはない。また、パージポンプ３の停止信号が発信された後に、パージポンプ３が暫く惰性駆動していても同様である。

なお、車輌走行中は、図外のアクセルの踏み込み量等に応じてスロットルバルブ１６の開弁量が制御され、吸気管１５から吸入された大気が所定の空燃比でエンジン５へ供給される。スロットルバルブ１６の開弁量や空燃比も、図外のＥＣＵによって制御されている。したがって、基本的には吸気管１５内は負圧となる。そして、パージ通路１２の第１領域も、その内径によって基本的に負圧となるように設定されている。この点によっても、パージポンプ３を停止した後にキャニスタ２へ正圧が印加されることはない。

しかし、アクセルを大きく踏み込んだ場合等にストットルバルブ１６が全開されると、吸気管１５内はほぼ大気圧に近い圧力になることがある。このような状態においてパージポンプ３が駆動していると、第１領域の第１圧力が正圧となることがある。これに対し、調圧部４の存在によって、第２領域における第２圧力は、第１領域における第１圧力が正圧となり得る値よりも絶対値が大きな負圧となる。したがって、パージポンプ３の駆動中に仮に第１圧力が正圧となっていても、パージポンプ３の停止後は、第１圧力の正圧が第２圧力の負圧によって相殺される。これにより、パージポンプ３を停止した後にキャニスタ２へ正圧が印加されることが確実に防止される。

（実施形態２）
図２に、本発明の実施形態２を示す。本実施形態２の蒸発燃料処理装置は、実施形態１の変形例であって、基本的構成や作用効果の原理は同じである。したがって、実施形態２については、実施形態１と異なる点を中心に説明する。

図２に示すように、実施形態２の蒸発燃料処理装置も、燃料タンク１と、燃料タンク１で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタ２と、キャニスタ２を大気と連通する大気通路１０と、燃料タンク１とキャニスタ２とを連通するベーパ通路１１と、エンジン５へ大気を供給する吸気管１５と、吸気管１５とキャニスタ２とを連通するパージ通路１２と、キャニスタ２へ負圧を印加して当該キャニスタ２内から蒸発燃料を脱離するパージポンプ３と、パージポンプ３の駆動による印加圧力を調整する調圧部４とを有する。ここでの調圧部４も、蒸発燃料処理装置内における各通路のうちで最も内径の小さな最小径部によって構成されており、パージポンプ３よりもパージ方向上流に設けられている。

実施形態１と異なる点は、吸気管１５上のスロットルバルブ１６よりも上流側に、過給器６が設けられている。また、第１領域が二手に分岐している。詳しくは、第１領域においてパージ通路１２は、パージポンプ３から吸気管１５のスロットルバルブ１６よりも下流に連通する第１パージ通路１２ａと、パージポンプ３から吸気管１５の過給器６よりも上流側に連通する第２パージ通路１２ｂとに分岐している。第１・第２パージ通路１２ａ・１２ｂには、上流と下流の差圧が所定値以上となった場合に開弁され、パージポンプ３側から吸気管１５側のみへの気体流動を可能とするチェック弁（一方弁）１３ａ・１３ｂがそれぞれ設けられている。なお、両チェック弁１３ａ・１３ｂの設定圧力（開弁圧力）は、それぞれ同じでよい。

駐車中（キーオフ時）や給油時に、燃料タンク１内で発生した蒸発燃料がキャニスタ２内へ吸着捕捉される流れは、実施形態１と同じである。また、車輌走行中にパージポンプ３が駆動されると燃料タンク１及びキャニスタ２へ負圧が印加され、燃料タンク１及びキャニスタ２内の蒸発燃料がパージ通路１２を通して吸気管１５へ送給される流れも同じである。

しかし、実施形態２では、吸気管１５上に過給器６が存在する。この場合、過給器６より上流はほぼ大気圧であり、過給器６より下流は正圧となり易い。したがって、過給器６よりも下流が負圧であれば、吸気管１５からの負圧とパージポンプ３からの送給圧を受けて第１パージ通路１２ａのチェック弁１３ａが開弁し、実施形態１と同様のルートで気体が流動する。一方、過給器６より下流が正圧となっていれば、第１パージ通路１２ａのチェック弁１３ａは、当該正圧を受けることで開弁しない。その代わり、第２パージ通路１２ｂのチェック弁１３ｂがパージポンプ３からの送給圧を受けて開弁され、当該第２パージ通路１２ｂを通して気体が流動することになる。

このように、実施形態２では第１領域の第１圧力が基本的に正圧となる。しかし、調圧部４の存在によって、第２領域における第２圧力が、第１領域における第１圧力の正圧よりも絶対値が大きな負圧となる。したがって、パージポンプ３の停止後は、第１圧力の正圧が第２圧力の負圧によって相殺され、キャニスタ２へ正圧が印加されることが防止される。その他は実施形態１と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

（実施形態３）
図３に、本発明の実施形態３を示す。本実施形態３の蒸発燃料処理装置も、実施形態１の変形例であって、基本的構成や作用効果の原理は実施形態１と同じである。したがって、実施形態３についても、実施形態１と異なる点を中心に説明する。

図３に示すように、実施形態３の蒸発燃料処理装置も、燃料タンク１と、燃料タンク１で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタ２と、キャニスタ２を大気と連通する大気通路１０と、燃料タンク１とキャニスタ２とを連通するベーパ通路１１と、エンジン５へ大気を供給する吸気管１５と、吸気管１５とキャニスタ２とを連通するパージ通路１２と、キャニスタ２へ負圧を印加して当該キャニスタ２内から蒸発燃料を脱離するパージポンプ３と、パージポンプ３の駆動による印加圧力を調整する調圧部とを有する。ここでの調圧部も、パージポンプ３よりもパージ方向上流に設けられている。

実施形態１と異なる点は、調圧部として電磁弁７を使用している。当該電磁弁７は、図外のＥＣＵによって開閉タイミングが制御され、開弁時間と閉弁時間との比からなるデューティ制御により、パージ通路１２の開弁率（気体流動量）が制御される。第１領域には、第１圧力を検知するための第１圧力センサＰ１が設けられている。また、第２領域には、第２圧力を検知するための第２圧力センサＰ２が設けられている。

そのうえで、第１圧力センサによって検知される第１領域の第１圧力に応じて、電磁弁７の開弁率が制御される。具体的には、吸気管１５内の圧力が負圧であれば、第１領域の第１圧力は正圧にはなり難い。したがって、通常は、第１圧力センサによる検知圧力（第１領域の第１圧力）が負圧となる程度に、電磁弁７の開弁率が制御される。一方、この開弁率において、吸気管１５内の圧力が正圧となれば、第１領域も正圧となることがある。そこで、第１圧力センサによる検知圧力が正圧となった場合、図４に示すように、電磁弁７の開弁率を小さくすることで、第２領域の第２圧力を、第１圧力の絶対値よりも大きな負圧となるように制御される。これにより、パージポンプ３の停止後は、第１圧力の正圧が第２圧力の負圧によって相殺され、キャニスタ２へ正圧が印加されることが防止される。その他は実施形態１と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

１燃料タンク
２キャニスタ
３パージポンプ
５エンジン
６過給器
７電磁弁
１０大気通路
１１ベーパ通路
１２パージ通路
１５吸気管
Ｐ１・Ｐ２圧力センサ

Claims

燃料タンクと、
該燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
該キャニスタを大気と連通する大気通路と、
前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通するベーパ通路と、
内燃機関へ大気を供給する吸気管と、
該吸気管と前記キャニスタとを連通するパージ通路と、
前記キャニスタへ負圧を印加して該キャニスタ内から蒸発燃料を脱離する負圧印加手段と、
前記負圧印加手段の駆動による印加圧力を調整する調圧部と、
を有し、
前記燃料タンクで発生した蒸発燃料が前記キャニスタ内へ吸着される際は、蒸発燃料が前記燃料タンクから前記ベーパ通路を通して前記キャニスタ内へ吸着され、
前記キャニスタ内に吸着された蒸発燃料を脱離する際は、前記負圧印加手段を駆動して前記キャニスタ内へ負圧を印加し、蒸発燃料が前記キャニスタから前記パージ通路を通して前記吸気管へ供給され、
前記負圧印加手段は、前記パージ通路上に設けられ、
前記調圧部は、前記パージ通路における前記燃料タンクと前記負圧印加手段との間に設けられており、
前記パージ通路は、前記負圧印加手段の駆動中、前記吸気管と前記負圧印加手段との間の第１圧力が基本的に負圧となるように設計されており、
前記調圧部は、前記負圧印加手段の駆動中に前記第１圧力が正圧となったとしても、該負圧印加手段を停止した後に前記第１圧力の正圧が前記キャニスタへ作用することがないように、前記負圧印加手段と前記調圧部との間の第２圧力が、前記第１圧力の正圧よりも絶対値の大きな負圧となるように設計されている、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、
前記調圧部が、蒸発燃料処理装置内における各通路のうち、最も内径が小さい最小径部からなる、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、
前記調圧部が、デューティ制御によって前記ベーパ通路の開弁率が制御される電磁弁からなる、蒸発燃料処理装置。