JP2007332855A - 燃料蒸気処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過給エンジンにおいても簡単な構成によって燃料蒸気の処理量を確保できる燃料蒸気処理装置を提供する。
【解決手段】燃料蒸気処理装置３００を、燃料タンク２０１内で発生した燃料蒸気を一時的に貯蔵し放出するキャニスタ３０１と、エンジンが吸入する空気を加圧する過給器１０４が吐出した加圧空気の一部を過給器１０４の吸入口側に戻す空気流路３０７と、空気流路３０７の途中に設けられ、空気流路３０７内の空気流を絞って負圧を発生させるとともに、この負圧を利用してキャニスタ３０１が放出した燃料蒸気を空気流路３０７内に導入するポンプ部３０８とを備える構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両に設けられる燃料蒸気処理装置に関するものである。

ガソリンを燃料とする自動車は、燃料タンク内のガソリンが気化した燃料蒸気（燃料蒸発ガス又はエバポとも称される）の車外への放出を防止することが求められる。エバポは、環境保護の観点から法規制等によって排出量が規制されており、また、車外に放出された場合は、そのガソリン臭気によってユーザに不快感や不安を与えてしまう。

従来、自動車は、活性炭を有するキャニスタに燃料蒸気を一時的に貯蔵するとともに、エンジン運転時にスロットルの絞りによって発生する吸気管負圧を利用して、燃料蒸気を吸気管内に導入し、シリンダ内で燃焼処理する燃料蒸気処理装置を備えることが一般的である。
しかし、過給器つきのエンジンは、吸気管内が正圧であるか、負圧であっても大気圧との差圧が小さい場合が多く、燃料蒸気の処理量を十分に確保することが難しい。
これに対し、燃料蒸気処理装置は、電動式過給器を駆動するモータを動力源として燃料蒸気を加圧するコンプレッサを設けて、燃料蒸気を吸気管内に圧送するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−６８７０６号公報

しかし、上述した従来技術は、電動のコンプレッサを必要とするため、装置の構成が複雑となり、また、これを駆動するための電力も必要となる。
本発明の課題は、過給エンジンにおいても簡単な構成によって燃料蒸気の処理量を確保できる燃料蒸気処理装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、燃料タンク内で発生した燃料蒸気を一時的に貯蔵し放出するキャニスタと、エンジンが吸入する空気を加圧する過給器が吐出した加圧空気の一部を前記過給器の吸入口側に戻す空気流路と、前記空気流路の途中に設けられ、前記空気流路内の空気流を絞って負圧を発生させるとともに、前記負圧を利用して前記キャニスタが放出した燃料蒸気を前記空気流路内に導入するポンプ部とを備えた燃料蒸気処理装置である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の燃料蒸気処理装置において、前記キャニスタが放出した燃料蒸気を前記ポンプ部に供給する第１の燃料蒸気搬送ラインと、前記キャニスタが放出した燃料蒸気を前記エンジンの吸気管におけるスロットルバルブよりも下流側の領域に供給する第２の燃料蒸気搬送ラインとを備えることを特徴とする燃料蒸気処理装置である。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ポンプ部において過給器の吸入側と吐出側との差圧によって空気流路内に発生する空気流を絞って負圧を発生させ、この負圧により燃料蒸気を空気流路内に導入することによって、燃料蒸気はこの空気流とともに過給器の吸入口側に導入されるから、例えば電動モータ等のアクチュエータや、エンジンの出力等の動力源を必要としない簡単な構成によって、過給エンジンにおける燃料蒸気の処理量を確保することができる。
（２）燃料蒸気をポンプ部に供給する第１の燃料蒸気搬送ラインに加えて、燃料蒸気をエンジンの吸気管におけるスロットルバルブよりも下流側の領域に供給する第２の燃料蒸気搬送ラインを設けることによって、過給圧が低くポンプ部が十分に機能しにくい低負荷運転時においても、吸気管負圧を利用することによって燃料蒸気の処理を行うことができ、広い運転条件において良好な処理性能を得ることができる。

本発明は、過給エンジンにおいても簡単な構成によって燃料蒸気の処理量を確保できる燃料蒸気処理装置を提供するという課題を、ターボチャージャの出側における加圧された空気の一部を、ターボチャージャの上流側に戻す加圧空気ラインを設け、その途中に空気流を絞って負圧を発生させるジェットポンプを配置し、このジェットポンプによってエバポ（燃料蒸気）を吸引し、インテークダクトに導入することによって解決した。

以下、本発明を適用した燃料蒸気処理装置の実施例について説明する。
図１は、実施例の燃料蒸気処理装置を備えた車両の構成を示す図である。
この車両は、例えば、ガソリンを燃料とし、ターボ過給を行うエンジンを備えた乗用車であって、インテーク（インダクション）システム１００、燃料供給システム２００、燃料蒸気（エバポ）処理装置３００を備えている。

インテークシステム１００は、図示しないエンジンに空気（新気）を供給するものであって、エアインテーク１０１、エアクリーナ１０２、インテークダクト１０３、ターボチャージャ１０４、インタークーラインレットパイプ１０５、インタークーラ１０６、インタークーラアウトレットパイプ１０７、スロットル１０８、インテークマニホールド１０９を備えている。

エアインテーク１０１は、大気中から空気を取り入れる空気取入口であって、例えば、車両の前端部等に配置されている。
エアクリーナ１０２は、エアインテーク１０１から取り入れられた空気を濾過し、埃等の異物を除去するものであって、濾過を行うフィルタエレメントを、ボックス状のケースに収容したものである。
インテークダクト１０３は、エアクリーナ１０２から出た空気を、ターボチャージャ１０４のコンプレッサ１０４ｂの吸入口に供給する管路である。

ターボチャージャ１０４は、エンジンの排気のエネルギを利用して空気を圧縮加圧する過給器であって、タービン１０４ａ、コンプレッサ１０４ｂを備えている。
タービン１０４ａは、排気の圧力によって回転駆動されるインペラを有するターボ式（遠心式）の排気タービンである。
コンプレッサ１０４ｂは、そのインペラをタービン１０４ａ側のインペラに回転軸を介して接続され、タービン１０４ｂによって駆動されるターボ式（遠心式）の圧縮機である。コンプレッサ１０４ｂは、インテークダクト１０３からその吸入口に導入された空気を、所定の過給圧まで圧縮してインタークーラインレットパイプ１０５側に吐出する。

インタークーラインレットパイプ１０５は、ターボチャージャ１０４のコンプレッサ１０４ｂが吐出した空気を、インタークーラ１０６に導入する管路である。
インタークーラ１０６は、コンプレッサ１０４ｂにおける圧縮時に温度が上昇した空気を、走行風等で冷却することによって、酸素密度を高め充填効率を改善する熱交換器である。
インタークーラアウトレットパイプ１０７は、インタークーラ１０６から出た冷却後の空気を、スロットル１０８に導入する管路である。

スロットル１０８は、エンジンの吸入空気量を調節してエンジンの出力調整を行うものであって、インタークーラアウトレットパイプ１０７とインテークマニホールド１０９との間に設けられ、内径側に吸気が流される筒状のスロットルボディと、このスロットルボディ内の吸気流路断面積を絞るスロットルバルブ（バタフライバルブ）とを備えている。スロットルバルブは、例えば図示しないスロットルペダルへの入力等に応じて作動する図示しないスロットルアクチュエータによって駆動される。
インテークマニホールド１０９は、スロットル１０８を通過した空気を、図示しないエンジンの各シリンダに対応する吸気ポートに分配する分岐管である。

燃料供給システム２００は、燃料であるガソリンをエンジンに供給するものであって、燃料タンク２０１、燃料ポンプ２０２、デリバリーライン２０３、インジェクタ２０４を備えている。
燃料タンク２０１は、主に液相のガソリンが貯留される容器であって、例えば板金加工や樹脂材料を用いた多層ブロー成形によって形成され、車両の床下部等に配置されている。
燃料ポンプ２０２は、燃料タンク２０１の内部に配置された電磁ポンプであって、ガソリンを所定の燃圧まで加圧してデリバリーライン２０３に吐出するものである。
デリバリーライン２０３は、燃料ポンプ２０２が吐出したガソリンをインジェクタ２０４に導入する管路である。

インジェクタ２０４は、インテークマニホールド１０９の各シリンダに対応したブランチにそれぞれ設けられた電磁弁つきのノズルであって、デリバリーライン２０３から供給される加圧されたガソリンを、図示しないエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）が出力する噴射信号に応じて、インテークマニホールド１０９内に間欠的に噴射するものである。
また、燃料供給システム２００は、デリバリーライン２０３内のガソリンの圧力（燃圧）を所定の設定燃圧に維持する図示しないフューエルレギュレータと、余剰のガソリンを燃料タンク２０１に戻す図示しないリターンラインとを備えている。

燃料蒸気処理装置３００は、燃料タンク２０１の内部でガソリンが蒸発して発生した燃料蒸気（エバポ）を処理するものであって、キャニスタ３０１、チャージライン３０２、２ウェイバルブ３０３、外気導入ライン３０４、パージライン３０５、パージ制御（ＣＰＣ）バルブ３０６、加圧空気ライン３０７、ジェットポンプ３０８、過給域用パージライン３０９、負圧域用パージライン３１０を備えている。

キャニスタ３０１は、燃料蒸気を一時的に吸着して貯蔵し、その後放出する機能を有する活性炭をケース内に収容したものであって、例えば車両の床下部等に配置されている。
チャージライン３０２は、燃料タンク２０１の上部に設けられた図示しないフューエルカットバルブ（気液分離バルブ）を介して、燃料タンク２０１から排出された燃料蒸気を、キャニスタ３０１に導入する管路である。
２ウェイバルブ３０３は、チャージライン３０２の途中に設けられ、燃料タンク２０１内の圧力が大気圧よりも高くなると、バルブが開いて燃料蒸気がキャニスタ３０１に導入される。一方、燃料タンク２０１内の圧力が大気圧よりも低くなると、外気がキャニスタ３０１に導入される。
外気導入ライン３０４は、キャニスタ３０１が貯蔵した燃料蒸気を放出してエンジン側へ送る際に、燃料蒸気を搬送するパージガスとして機能する空気をキャニスタ３０１に導入する管路である。外気導入ライン３０４は、その開口端部が、車両の構成部材の一部であって、内部に外気が進入可能に形成されたフレームＦの内部に設けられ、ここから空気を取り入れるようになっている。

パージライン３０５は、キャニスタ３０１が放出した燃料蒸気を、外気導入ライン３０４から取り入れられる空気とともにエンジン側に搬送（キャニスタパージ）する管路であって、エンジン側において、過給域用パージライン３０９及び負圧域用パージライン３１０に二又状に分岐している。
パージ制御バルブ３０６は、図示しないＥＣＵからの制御信号に従ってパージライン３０５の流量を調整するソレノイドバルブであって、エンジンの運転状態に応じて燃料蒸気のエンジン側への導入量を制御するものである。

加圧空気ライン３０７は、一方の端部がターボチャージャ１０４の吐出側であるインタークーラインレットパイプ１０５に接続され、他方の端部がターボチャージャ１０４の取入口側であるインテークダクト１０３に接続された管路である。
ターボチャージャ１０４によって過給が行われている状態においては、ターボチャージャ１０４から吐出された加圧空気の一部は、加圧空気ライン３０７を経由してインテークダクト１０３側へ戻され、これによって加圧空気ライン３０７内には空気流が発生する。

ジェットポンプ３０８は、加圧空気ライン３０７の途中に挿入され、加圧空気ライン３０７内の上述した空気流の流路断面積を絞る絞り部を備えている。この絞り部においては、ベンチュリ効果によって圧力が低下し、負圧が発生する。ジェットポンプ３０８は、この負圧を利用して、過給域用パージライン３０９から燃料蒸気及び空気を吸引する。
過給域用パージライン３０９は、一方の端部をパージライン３０５に接続され、他方の端部をジェットポンプ３０８の絞り部に接続された管路である。
また、過給域用パージライン３０９は、その途中に、燃料蒸気等のパージライン３０５側への逆流を防止する１ウェイバルブ３０９ａが設けられている。

負圧域用パージライン３１０は、一方の端部をパージライン３０５に接続され、他方の端部をインテークマニホールド１０９に接続された管路である。
この負圧域用パージライン３１０も、過給域用パージライン３０９と同様に、その途中に１ウェイバルブ３１０ａが設けられている。

次に、上述した実施例の燃料蒸気処理装置の効果を、以下説明する本発明の比較例と対比して説明する。なお、上述した実施例と同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図２は、比較例の燃料蒸気処理装置を備える車両の構成を示す図である。
比較例の燃料蒸気処理装置４００は、実施例の燃料蒸気処理装置３００に対して、パージ制御（ＣＰＣ）バルブ３０６、加圧空気ライン３０７、ジェットポンプ３０８、過給域用パージライン３０９、負圧域用パージライン３１０に代えて、以下説明する負圧域用パージライン４０１、第１パージバルブ４０２、過給域用パージライン４０３、第２パージバルブ４０４、加圧空気ライン４０５を備えたものである。

負圧域用パージライン４０１は、一方の端部をパージライン３０５に接続され、他方の端部をインテークマニホールド１０９に接続された管路である。
第１パージバルブ４０２は、負圧域用パージライン４０１の途中に設けられ、図示しないＥＣＵからの制御信号に従って動作するソレノイドバルブである。

過給域用パージライン４０３は、一方の端部をパージライン３０５に接続され、他方の端部をインテークダクト１０３に接続された管路である。
第２パージバルブ４０４は、過給域用パージライン４０３の途中に設けられ、インテークマニホールド１０９内の圧力がインテークダクト１０３内の圧力に対して高い場合に開弁する差圧式のバルブである。
過給空気ライン４０５は、一方の端部をインテークマニホールド１０９に接続され、他方の端部を第２パージバルブ４０４に接続された管路であって、第２パージバルブ４０４の高圧室側をインテークマニホールド１０９と連通させるものである。

比較例の燃料蒸気処理装置４００においては、エンジンの運転負荷が低く、インテークマニホールド１０９内の圧力が大気圧よりも低い場合には、キャニスタ３０１が放出した燃料蒸気は、インテークマニホールド１０９内の圧力と大気圧との差によって、パージライン３０５及び負圧域用パージライン４０１を介してインテークマニホールド１０９内に導入され、エンジンの筒内において燃焼処理される。

これに対し、エンジンの運転負荷が高く、ターボチャージャ１０４による過給が行われている場合は、インテークマニホールド１０９内の圧力が大気圧とほぼ同じか、あるいは大気圧以上となるから、上述した方法による燃料蒸気の処理（パージ）は不可能となる。
そこで、比較例の場合は、インテークマニホールド１０９内の正圧によって第２パージバルブ４０４を開き、過給域用パージライン４０３をインテークダクト１０３と連通させる。
このように運転負荷が高い場合は、インテークダクト１０３内の空気流量が比較的多くなり、流速が速くなることから、インテークダクト１０３内に負圧が発生し、この負圧によって燃料蒸気が過給域用パージライン４０３からインテークダクト１０３内に取り込まれる。
しかし、ここで得られる負圧は、インテークマニホールド１０９内で低負荷運転時に生じる負圧に対して小さいため、燃料蒸気の処理能力は低負荷運転時に比べて低下してしまう。

これに対し、実施例の燃料蒸気処理装置３００においては、低負荷時においては、比較例と同様にインテークマニホールド１０９内の負圧を利用したパージが行われるが、高負荷でありターボチャージャ１０４による過給が行われる状態においては、ターボチャージャ１０４の吐出側と吸入側との差圧によって、加圧空気ライン３０７内に空気流が発生し、この空気流がジェットポンプ３０８の絞り部で絞られることによって、負圧が発生する。そして、この負圧によって、燃料蒸気及びパージガスとしての空気は、加圧空気ライン３０７内に吸引され、加圧空気ライン３０７内の空気流とともにインテークダクト１０３内に導入される。インテークダクト１０３内に導入された燃料蒸気は、新気とともにインテークシステム１００内を流れ、エンジンの筒内において燃焼処理される。

以上のように、実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ジェットポンプ３０８において、ターボチャージャ１０４の吸入側と吐出側との差圧により加圧空気ライン３０７内に発生する空気流を絞って負圧を発生させ、この負圧により燃料蒸気等を加圧空気ライン３０７内に導入することによって、燃料蒸気は空気流とともにターボチャージャ１０４の入口側に導入され、新気とともに燃焼処理されるから、簡単な構成によって過給エンジンにおける燃料蒸気の処理量を確保することができる。
これによって、ターボ車やターボハイブリッド車のようにインテークマニホールド１０９内の負圧が小さく従来のパージ方法では燃料蒸気の処理量が確保しにくい車両であっても、燃料蒸気の処理量を確保して車外への排出量を低減し、環境保護や法規制等への適合を図ることができる。
（２）燃料蒸気をジェットポンプ３０８に供給する過給域用パージライン３０９に加えて、燃料蒸気をインテークマニホールド１０９に供給する負圧域用パージライン３１０を設けることによって、過給圧が低くジェットポンプ３０８が十分に機能しにくい低負荷運転時においても、インテークマニホールド１０９内の負圧を利用することによって燃料蒸気の処理を行うことができ、広い運転条件において良好な処理性能を得ることができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）燃料蒸気処理装置や、その他の部分の車両の構成は、実施例のものに限定されず、適宜変更することができる。例えば、実施例では過給器は排気タービンを利用したターボチャージャであったが、これに限らず、例えば、容積型、ターボ型等の圧縮機を、エンジンの出力や、電動モータ等のアクチュエータによって駆動するものであってもよい。また、複数のターボチャージャを備えたり、異なった種類の過給器を並列又は直列に組み合わせた過給システムであってもよい。
（２）実施例において、燃料は例えばガソリンであったが、本発明は、揮発性を有する液体燃料を用いた他の車両にも適用することができる。
（３）過給器が吐出した加圧空気の一部を過給器の吸入口側に戻す空気流路に、例えばエンジン制御ユニット等の制御装置によって制御さえる流量制御弁を設けてもよい。これによって、過度な量の加圧空気が空気流路に流され、過給圧の抜けが発生することを防止できる。

本発明を適用した燃料蒸気処理装置の実施例を備えた車両の構成を示す図である。 本発明の比較例である燃料蒸気処理装置を備えた車両の構成を示す図である。

符号の説明

１００ インテークシステム
１０１ エアインテーク
１０２ エアクリーナ
１０３ インテークダクト
１０４ ターボチャージャ
１０４ａ タービン
１０４ｂ コンプレッサ
１０５ インタークーラインレットパイプ
１０６ インタークーラ
１０７ インタークーラアウトレットパイプ
１０８ スロットル
１０９ インテークマニホールド
２００ 燃料供給システム
２０１ 燃料タンク
２０２ 燃料ポンプ
２０３ デリバリーライン
２０４ インジェクタ
３００ 燃料蒸気処理装置
３０１ キャニスタ
３０２ チャージライン
３０３ ２ウェイバルブ
３０４ 外気導入ライン
３０５ パージライン
３０６ パージ制御バルブ
３０７ 加圧空気ライン
３０８ ジェットポンプ
３０９ 過給域用パージライン
３０９ａ １ウェイバルブ
３１０ 負圧域用パージライン
３１０ａ １ウェイバルブ
Ｆ フレーム

Claims (2)

1. 燃料タンク内で発生した燃料蒸気を一時的に貯蔵し放出するキャニスタと、
   エンジンが吸入する空気を加圧する過給器が吐出した加圧空気の一部を前記過給器の吸入口側に戻す空気流路と、
   前記空気流路の途中に設けられ、前記空気流路内の空気流を絞って負圧を発生させるとともに、前記負圧を利用して前記キャニスタが放出した燃料蒸気を前記空気流路内に導入するポンプ部と
   を備えた燃料蒸気処理装置。
2. 請求項１に記載の燃料蒸気処理装置において、
   前記キャニスタが放出した燃料蒸気を前記ポンプ部に供給する第１の燃料蒸気搬送ラインと、
   前記キャニスタが放出した燃料蒸気を前記エンジンの吸気管におけるスロットルバルブよりも下流側の領域に供給する第２の燃料蒸気搬送ラインと
   を備えることを特徴とする燃料蒸気処理装置。
   
   

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