JP2006070768A

JP2006070768A - 蒸発燃料処理装置

Info

Publication number: JP2006070768A
Application number: JP2004253847A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hara; 武志原; Shoichi Kitamoto; 昌一北本; Takahiro Imamura; 貴博今村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】簡易な構成でありながら、蒸発燃料を効果的に冷却・液化して燃料タンクに回収するようにした蒸発燃料処理を提供する。
【解決手段】吸着材１０ａを収容するキャニスタ１０と、キャニスタ１０と燃料タンク１２とを接続し、燃料タンクから蒸発した蒸発燃料をキャニスタにチャージして吸着材に吸着させるチャージ通路１６と、キャニスタを大気に開放する大気開放路５２と、キャニスタと内燃機関（エンジン）２０の吸気系（吸気管２２）とを接続して吸着材から脱離した蒸発燃料を吸気系にパージさせるパージ通路５０とを備えると共に、パージ通路に、キャニスタに収容された吸着材の内部を通過する吸着材通過部５０ｂを形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、蒸発燃料処理装置に関する。

キャニスタを備え、燃料タンクと接続して燃料タンクから蒸発した蒸発燃料（燃料蒸気）をチャージしてキャニスタに吸着させると共に、キャニスタから脱離した蒸発燃料を所定の運転状態において内燃機関の吸気系にパージさせる蒸発燃料処理装置は良く知られている。

このような蒸発燃料処理装置にあっては、内燃機関の吸気負圧を利用して蒸発燃料を吸気系にパージさせているが、近年、電動モータと内燃機関を組み合わせたハイブリッド車両や、燃焼室に燃料を直接噴射する、いわゆる直噴機関などが種々提案されている。しかしながら、ハイブリッド車両では内燃機関が停止されることが多く、さらに、通常の内燃機関でもスロットル開度が大きいときは、予定する吸気負圧を期待できない。その結果、蒸発燃料を吸気系にパージさせる機会が減少することから、吸着させた蒸発燃料量を適切に処理できない不都合があった。

そのため、下記の特許文献１に記載されるように、燃料タンクとキャニスタの間に凝縮器を設け、蒸発燃料を冷却して液化した上で燃料タンクに戻す技術が提案されている。
特開平１１−９３７８４号公報

特許文献１に記載される技術にあっては、凝縮器は、蒸発燃料を貯留する冷却槽と、冷却槽内部の蒸発燃料を冷却する、ペルチェ効果を利用した半導体素子（熱電冷却素子）からなる熱吸収装置と、冷却槽を分割する仕切り板を備え、燃料タンクからの燃料を導入して熱吸収装置によって冷却保存する。蒸発燃料はこの冷却された燃料の中を通されて液化・吸収され、燃料タンクに再び戻されるように構成される。

このように特許文献１に記載される技術にあっては、蒸発燃料の冷却・液化に熱電冷却素子からなる熱吸収装置を必要とするなど、構成が複雑となる欠点があった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、より簡易な構成でありながら、蒸発燃料を効果的に冷却・液化して燃料タンクに回収するようにした蒸発燃料処理装置を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１に係る蒸発燃料処理装置にあっては、吸着材を収容するキャニスタと、前記キャニスタと燃料タンクとを接続し、前記燃料タンクから蒸発した蒸発燃料を前記キャニスタにチャージして前記吸着材に吸着させるチャージ通路と、前記キャニスタを大気に開放する大気開放路と、前記キャニスタと内燃機関の吸気系とを接続して前記吸着材から脱離した蒸発燃料を前記吸気系にパージさせるパージ通路とを備えると共に、前記パージ通路に、前記キャニスタに収容された吸着材の内部を通過する吸着材通過部を形成する如く構成した。

請求項２に係る蒸発燃料処理装置にあっては、さらに、前記パージ通路の吸着材通過部の下流に、前記パージ通路内の蒸発燃料の内の液化された燃料を貯留する液溜め室と、前記液溜め室と前記燃料タンクとを接続して前記液化された燃料を前記燃料タンクに戻す液化燃料戻し通路とを備え、よって前記パージ通路が前記液溜め室を介して前記内燃機関の吸気系に接続される如く構成した。

請求項３に係る蒸発燃料処理装置にあっては、さらに、前記パージ通路の吸着材通過部と前記液溜め室の間に、前記パージ通路内の蒸発燃料を冷却する冷却手段を備える如く構成した。

請求項４に係る蒸発燃料処理装置にあっては、さらに、前記パージ通路に配置され、前記吸着材から脱離した蒸発燃料を吸引して前記パージ通路への流入を促進する吸引ポンプを備える如く構成した。

請求項１に係る蒸発燃料処理装置にあっては、パージ通路にキャニスタに収容された吸着材の内部を通過する吸着材通過部を形成する如く構成したので、蒸発燃料の冷却・液化に熱電冷却素子からなる熱吸収装置を必ずしも必要としない点で構成が簡易となる。即ち、後述する如く、キャニスタ内部に収容された吸着材（活性炭）は、蒸発燃料が脱離するときの気化熱によって冷却されるが、パージ通路がその吸着材（活性炭）の内部を通過するように構成することで、その吸着材の冷却を利用して蒸発燃料を冷却・液化することができ、従来技術に比して簡易な構成でありながら、蒸発燃料を効果的に冷却・液化して燃料タンクに回収することができる。

さらには、それによって内燃機関にパージされる蒸発燃料量を減少させることができて空燃比への影響を低減することができる。

請求項２に係る蒸発燃料処理装置にあっては、さらに、パージ通路の吸着材通過部の下流に、パージ通路内の蒸発燃料の内の液化された燃料を貯留する液溜め室と、液溜め室と燃料タンクとを接続して液化された燃料を燃料タンクに戻す液化燃料戻し通路とを備え、よってパージ通路が液溜め室を介して内燃機関の吸気系に接続される如く構成したので、上記した効果に加え、蒸発燃料を効果的に気液分離することができ、液化された蒸発燃料を燃料タンクに回収する一方、液化できなかった蒸発燃料を内燃機関にパージさせることができる。

請求項３に係る蒸発燃料処理装置にあっては、さらに、パージ通路の吸着材通過部と液溜め室の間にパージ通路内の蒸発燃料を冷却する冷却手段を備える如く構成したので、構成は若干複雑となるものの、蒸発燃料の冷却・液化を一層効果的に行うことができる。

請求項４に係る蒸発燃料処理装置にあっては、さらに、パージ通路に配置され、吸着材から脱離した蒸発燃料を吸引してパージ通路への流入を促進するポンプを備える如く構成したので、吸着材からの蒸発燃料の脱離を促進させることができると共に、吸気負圧が不足するような運転状態においても脱離した蒸発燃料を内燃機関の吸気系に確実にパージさせることができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る蒸発燃料処理装置を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係る蒸発燃料処理装置を模式的に示す概略図である。

図１において、符号１０はキャニスタを示す。キャニスタ１０は樹脂材あるいは金属材から製作され、その内部にペレット状の活性炭からなる吸着材１０ａを収容する。より具体的には、キャニスタ１０は２個のフィルタ１０ｂ，１０ｃを備え、その２個のフィルタ１０ｂ，１０ｃの間に形成される空間内に吸着材１０ａが収容される。

尚、キャニスタ１０の内部の空間は、フィルタ１０ｂからフィルタ１０ｃに向けて延びる仕切り板１０ｄで部分的に区画される。また、フィルタ１０ｃとキャニスタの底面の間にはスプリング１０ｅが弾装され、フィルタ１０ｃをフィルタ１０ｂに向けて押し、ペレット間の空隙を減少させる。

符号１２は燃料タンクを示し、燃料タンク１２には燃料（ガソリン燃料）１４が貯留される。燃料タンク１２も樹脂材あるいは金属材から製作されると共に、気密かつ液密に製作される。燃料タンク１２のフィラネック１２ａの先端に形成された開口はフィラキャップ１２ｂで閉鎖される。

キャニスタ１０と燃料タンク１２の液面上方空間１２ｃとはチャージ通路１６によって接続され、燃料タンク１２内において蒸発した蒸発燃料（燃料蒸気）はチャージ通路１６を通ってキャニスタ１０に送られる（チャージされる）。キャニスタ１０に送られた蒸発燃料、特にその主成分である炭化水素（ＨＣ）成分は、キャニスタ１０の内部に収容された吸着材１０ａに吸着される。

符号２０は内燃機関（以下「エンジン」という）を示す。エンジン２０は４サイクル４気筒エンジンからなり、エアクリーナ（図示せず）から吸入された空気は吸気管２２を流れ、スロットル弁２４で流量を調整されつつ吸気マニホルド２６を通って各気筒の吸気ポートに至る。燃料タンク１２に貯留されたガソリン燃料１４は燃料供給管（図示せず）を介してインジェクタ３０に供給され、そこで噴射されて流入空気と混合して混合気を形成する。混合気は吸気弁３２が開弁されたとき、各気筒の燃焼室３４（一つのみ示す）に流入する。

流入した混合気は点火プラグ３６で点火されて燃焼し、ピストン４０を駆動する。燃焼によって生じたガスは排気弁４２が開弁されたとき、排気マニホルド４４を流れ、排気管４６を通って大気（エンジン外）に放出される。

キャニスタ１０とエンジン２０の吸気系、より具体的にはスロットル弁２４の下流位置とはパージ通路５０によって接続される。また、キャニスタ１０は、大気開放路５２を介して大気に開放される。

パージ通路５０にはパージ制御弁５０ａが介挿される。パージ制御弁５０ａは電磁ソレノイド弁からなり、ソレノイドへの通電量に応じた開度でパージ通路５０を開閉する。パージ通路５０が開放されると、吸着材１０ａに吸着された蒸発燃料の気体成分は、脱離した後、パージ制御弁５０ａの開度に応じた流量でエンジン２０の吸気系にパージされる。

大気通路５２には大気開放弁５２ａが介挿される。大気開放弁５２ａも同様に電磁ソレノイド弁からなる。大気開放弁５２ａは、駆動されると、大気通路５２を閉鎖する。

パージ通路５０には、キャニスタ１０から延びた後、エンジン２０の吸気系に至るまでの間に、キャニスタ１０に収容された吸着材１０ａの内部を通過する吸着材通過部５０ｂが形成される。吸着材通過部５０ｂは、具体的には、キャニスタ１０から出て上方に延びた後、折曲されて再びキャニスタ１０に向かい、キャニスタ１０に収容された吸着材１０ａの間を、図示の如く、側面視においてＵ字状に湾曲してなる金属製の配管からなる。

吸着材通路５０ｂは、大気開放路５２に接続される開口の直下付近でキャニスタ１０の側面からその内部に入り、フィルタ１０ｃに向けて下降し、フィルタ１０ｃに沿って延びた後、チャージ通路１６に接続される開口に向けて延びつつ、その開口の直下付近でキャニスタ１０の側面から出るような形状とされる。

さらに、パージ通路５０の吸着材通過部５０ｂの下流（パージの流れにおいて）には、パージ通路５０の内部の蒸発燃料の内の液化された燃料を貯留する液溜め室５４と、液溜め室５４と燃料タンク１２とを接続して液化された燃料を燃料タンク１２に戻す液化燃料戻し通路５６とが設けられる。

液溜め室５４は、図示の如く、燃料タンク１２を小型にした形状を備え、上方で２個の開口が穿設される。２個の開口の一方は吸着材通過部５０ｂの末端に接続され、冷却・液化された蒸発燃料の液体成分が滴下してその内部に貯留される。

液溜め室５４において液化燃料戻し通路５６に接続される付近にはポンプ６０が設けられ、貯留された蒸発燃料の液体成分を燃料タンク１２に圧送する（戻す）。ポンプ６０は電動モータ６２に接続され、電動モータ６２の回転出力で駆動される。

液溜め室５４の２個の開口の他方には上記したパージ通路５０が接続され、よって液溜め室５４の液面上方空間５４ａをエンジン２０の吸気系に接続する。従って、吸着材通路５０ｂを介して送られた蒸発燃料の気体成分は、液面上方空間５４ａに一旦貯留した後、パージ通路５０を介してエンジン２０の吸気系に送られる。このように、パージ通路５０は、液溜め室５４を介してエンジン２０の吸気系に接続される。

パージ通路５０において、吸着材通過部５０ｂの適宜位置にはポンプ６４が配置され、吸着材１０ａから脱離した蒸発燃料を吸引してパージ通路５０への流入を促進する。ポンプ６４には電動モータ６６が接続され、電動モータ６６の回転出力で駆動される。

エンジン２０のクランクシャフトあるいはカムシャフト（共に図示せず）の付近にはクランク角センサ７０が配置され、エンジン回転数を示す信号を出力すると共に、吸気管２２にはスロットル弁２４の配置位置の下流において絶対圧センサ７２が配置され、吸気管内圧力ＰＢＡ（エンジン負荷を示す）に応じた信号を出力する。

これらセンサの出力は、ＣＰＵ,ＲＯＭ,ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータから構成される電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）７４に送られる。ＥＣＵ７４は、キャニスタパージが許可される運転状態、即ち、定常運転状態にあって空燃比フィードバック制御およびフュエルカットなどが実行されていない運転状態にあるとき、パージ制御弁５０ａを開弁して蒸発燃料を吸気系にパージさせる。

このとき、ＥＣＵ７４は電動モータ６６を駆動してポンプ６４を駆動する。この結果、パージ通路５０内の蒸発燃料は吸引されてエンジン２０の吸気系に強制的に圧送されるので、エンジン２０の吸気負圧が不足するとき、あるいは吸気負圧が全くないような場合でも吸気系へのパージを行うことができる。また、ＥＣＵ７４は、電動モータ６２を連続に駆動してポンプ６０を駆動し、液化された蒸発燃料を燃料タンク１２に戻す。尚、液溜め室５４にフロートを配置して水位を検出し、それに応じて電動モータ６２を間欠的に駆動するようにしても良い。

この実施例に係る蒸発燃料処理装置において特徴的なことは、パージ通路５０にキャニスタ１０に収容された吸着材１０ａの内部を通過する吸着材通過部５０ｂが形成されることである。

以下それについて説明する。

図２は、ｎ−ブタン（ノルマルブタン）の温度に対する蒸気圧特性を示すグラフである。図２から明らかな如く、ｎ−ブタン、０℃での飽和蒸気圧はほぼ大気圧となると共に、０℃で液化する。

他方、キャニスタ１０の内部の活性炭（吸着材１０ａ）は、吸着したブタンが脱離するときの気化熱によって温度が低下する。図３は、活性炭の温度が４５℃で脱離が開始したときのパージ流量（パージエア積算流量）に対する活性炭の温度特性を示すグラフである。図中で、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは図１に示すキャニスタ１０の位置における温度を示す。

図３に示される如く、活性炭温度はパージが開始した直後、０℃付近まで低下する。尚、温度降下は、チャージ通路１６の付近に近い部位が最も大きい。

この実施例はその点に着目し、蒸発燃料の脱離時の活性炭の温度降下を利用し、パージ通路５０にキャニスタ１０に収容された活性炭（吸着材１０ａ）の内部を通過する吸着材通過部５０ｂを形成し、蒸発燃料を冷却・液化するようにした。

即ち、この実施例に係る蒸発燃料処理装置にあっては、吸着材１０ａを収容するキャニスタ１０と、キャニスタ１０と燃料タンク１２とを接続し、燃料タンク１２から蒸発した蒸発燃料をキャニスタ１０にチャージして吸着材１０ａに吸着させるチャージ通路１６と、キャニスタ１０を大気に開放する大気開放路５２と、キャニスタ１０とエンジン２０の吸気系（吸気管２２）とを接続して吸着材１０ａから脱離した蒸発燃料を吸気系にパージさせるパージ通路５０とを備えると共に、パージ通路５０に、キャニスタ１０に収容された吸着材１０ａの内部を通過する吸着材通過部５０ｂを形成する如く構成したので、蒸発燃料の冷却・液化に熱電冷却素子からなる熱吸収装置を必ずしも必要としない点で構成が簡易となると共に、蒸発燃料を効果的に冷却・液化して燃料タンク１２に回収することができる。

さらには、それによってエンジン２０の吸気系にパージされる蒸発燃料量を減少させることができて空燃比への影響を低減することができる。

さらに、パージ通路５０の吸着材通過部５０ｂの下流に、パージ通路内の蒸発燃料の内の液化された燃料を貯留する液溜め室５４と、液溜め室５４と燃料タンク１２とを接続して液化された燃料を燃料タンク１２に戻す液化燃料戻し通路５６とを備え、よってパージ通路５０が液溜め室５４を介してエンジン２０の吸気系に接続される如く構成したので、上記した効果に加え、蒸発燃料を効果的に気液分離でき、液化された蒸発燃料を燃料タンク１４に回収することができる一方、液化できなかった蒸発燃料をエンジン２０の吸気系にパージさせることができる。

さらに、パージ通路５０に配置され、吸着材１０ａから脱離した蒸発燃料を吸引してパージ通路５０への流入を促進するポンプ６４を備える如く構成したので、吸着材からの蒸発燃料の脱離を促進させることができると共に、吸気負圧が不足するような運転状態においても脱離した蒸発燃料をエンジン２０の吸気系に確実にパージさせることができる。

図４は、この発明の第２実施例に係る蒸発燃料処理装置を模式的に示す、図１と同様の概略図である。尚、第１実施例と同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。

第１実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、第２実施例においてはパージ通路５０の吸着材通過部５０ｂと液溜め室５４の間にパージ通路５０内の蒸発燃料を冷却する冷却手段８０を備える如く構成した。冷却手段は、ペルチェ効果を利用した熱電冷却素子からなる。

第２実施例においては、上記の如く、冷却手段８０を設けたので、構成は若干複雑となるものの、キャニスタ１０に収容された活性炭（吸着材１０ａ）が冷却状態にないときも、蒸発燃料の冷却・液化を一層効果的に行うことができる。

尚、第２実施例において、冷却手段８０として、ペルチェ効果を利用した熱電冷却素子に代え、エアコンディショナ（図示せず）の冷媒などを利用しても良い。

この発明の第１実施例に係る蒸発燃料処理装置を模式的に示す概略図である。図１に示す蒸発燃料処理装置で使用されるガソリン燃料などの成分である、ｎ−ブタン（ノルマルブタン）の温度に対する蒸気圧特性を示すグラフである。図１に示す蒸発燃料装置のキャニスタに収容される活性炭（吸着材）の温度が４５℃で脱離が開始したときのパージ流量に対する活性炭の温度特性を示すグラフである。この発明の第２実施例に係る蒸発燃料処理装置を全体的に示す、図１と同様の概略図である。

符号の説明

１０キャニスタ
１２燃料タンク
１４燃料
１６チャージ通路
２０内燃機関（エンジン）
２２吸気管（吸気系）
５０パージ通路
５０ａパージ制御弁
５０ｂ吸着材通過部
５２大気開放路
５４液溜め室
５６液化燃料戻し通路
６０，６４ポンプ
６２，６６電動モータ
７４電子制御ユニット（ＥＣＵ）
８０冷却手段

Claims

吸着材を収容するキャニスタと、前記キャニスタと燃料タンクとを接続し、前記燃料タンクから蒸発した蒸発燃料を前記キャニスタにチャージして前記吸着材に吸着させるチャージ通路と、前記キャニスタを大気に開放する大気開放路と、前記キャニスタと内燃機関の吸気系とを接続して前記吸着材から脱離した蒸発燃料を前記吸気系にパージさせるパージ通路とを備えると共に、前記パージ通路に、前記キャニスタに収容された吸着材の内部を通過する吸着材通過部を形成したことを特徴とする蒸発燃料処理装置。
さらに、前記パージ通路の吸着材通過部の下流に、前記パージ通路内の蒸発燃料の内の液化された燃料を貯留する液溜め室と、前記液溜め室と前記燃料タンクとを接続して前記液化された燃料を前記燃料タンクに戻す液化燃料戻し通路とを備え、よって前記パージ通路が前記液溜め室を介して前記内燃機関の吸気系に接続されることを特徴とする請求項１記載の蒸発燃料処理装置。
さらに、前記パージ通路の吸着材通過部と前記液溜め室の間に、前記パージ通路内の蒸発燃料を冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の蒸発燃料処理装置。
さらに、前記パージ通路に配置され、前記吸着材から脱離した蒸発燃料を吸引して前記パージ通路への流入を促進するポンプを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置。