JP2013174142A - 蒸発燃料用エジェクタ - Google Patents

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哲規 井野口
Koji Kuzuhara
浩司 葛原
Shinji Sugihara
伸二 杉原
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Abstract

【課題】過給機を備えるエンジンに蒸発燃料を供給するものにおいて、過給圧力が変化しても供給される蒸発燃料量の変動を抑制することができる蒸発燃料用エジェクタを提供する。
【解決手段】燃料タンク60内で発生する蒸発燃料を、過給機40を備えるエンジンに供給する蒸発燃料用エジェクタは、過給機40の下流側から吸気の一部を流入させると共に、吸気の流速を高めて流出させるノズル部171と、ノズル部171から流出される吸気の流れによって、蒸発燃料を吸引する吸引部172と、ノズル部171から流出される吸気、および吸引部172から吸引される蒸発燃料を混合させて、過給機40の上流側へ吐出するディフューザ部173とを備えており、吸引部172内の流路172aに、流路172aの断面積を縮小する絞り部174a〜174cを形成する。
【選択図】図2

Description

本発明は、過給機を備えるエンジンに蒸発燃料をパージするエジェクタに関するものである。
従来の蒸発燃料パージ装置として、例えば特許文献1に示されるものが知られている。特許文献1の蒸発燃料パージ装置は、過給機を備えるエンジンに設けられている。過給機が作動していない場合であると、吸気マニホールド内はピストンの吸入作用によって負圧となり、メインパージ制御弁が開かれることで、燃料タンク内で蒸発してキャニスタ内に吸着された蒸発燃料が吸気マニホールド内に吸引されるようになっている。
また、過給機が作動して吸気マニホールド内が正圧となる場合であると、過給機の下流側にて圧縮空気が蓄圧タンクに蓄えられ、この蓄圧タンクから圧縮空気がエジェクタに送られる。そして、蒸発燃料はエジェクタの吸引作用によって吸引されて、メインパージ制御弁が開かれることで、吸気マニホールド内に供給されるようになっている。
このように、引用文献1の蒸発燃料パージ装置は、過給機を備えるエンジンに対して、過給機の作動に伴って吸気マニホールド内が正圧になっても、吸気マニホールド内への蒸発燃料の供給を可能としている。
特開2008−38808号公報
しかしながら、引用文献1の蒸発燃料パージ装置においては、過給機が作動する場合には、過給圧力が高くなるほど、エジェクタに吸引される蒸発燃料量は増加していくので、当然、吸気マニホールド内に供給される蒸発燃料量が増加する。ここで、エンジンにおいては、通常、最適な空燃比が得られるように、本来供給される燃料量と混合される空気量との混合割合が制御されるようになっているが、上記のように過給圧力によって、供給される蒸発燃料量が増減すると、エンジンにおける最適な空燃比が得られなくなる。よって、メインパージ制御弁等によって、過給圧力に応じて蒸発燃料量をきめ細かく制御する必要が生ずる。
本発明の目的は、上記問題に鑑み、過給機を備えるエンジンに蒸発燃料を供給するものにおいて、過給圧力が変化しても供給される蒸発燃料量の変動を抑制することができる蒸発燃料用エジェクタを提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
請求項1に記載の発明では、燃料タンク(60)内で発生する蒸発燃料を、過給機(40)を備えるエンジンに供給する蒸発燃料用エジェクタであって、
過給機(40)の下流側から吸気の一部を流入させると共に、吸気の流速を高めて流出させるノズル部(171)と、
ノズル部(171)から流出される吸気の流れによって、蒸発燃料を吸引する吸引部(172)と、
ノズル部(171)から流出される吸気、および吸引部(172)から吸引される蒸発燃料を混合させて、過給機(40)の上流側へ吐出するディフューザ部(173)と、を備え、
吸引部(172)内の流路(172a)に、流路(172a)の断面積を縮小する絞り部(174a〜174c)が形成されたことを特徴としている。
この発明においては、過給機(40)が作動している場合に、吸気の一部がエジェクタ(170)のノズル部(171)から流入し、ノズル部(171)から流出される吸気の流れによって、吸引部(172)から蒸発燃料が吸引される。そして、ディフューザ部(173)で吸気と蒸発燃料とが混合されて、過給機(40)の上流側に吐出される。よって、蒸発燃料は、エジェクタ(170)および過給機(40)によってエンジンへ供給されることになる。
ここで、通常は、過給機(40)による過給圧が増加するほど、エジェクタ(170)のノズル部(171)に流入される吸気量が増加し、ノズル部(171)から流出される吸気の流速が増大し、これに伴って吸引部(172)によって吸引される蒸発燃料量が増加していく。
しかしながら、本発明では、エジェクタ(170)の吸引部(172)内の流路(172a)に絞り部(174a〜174c)を設けるようにしている。これによると、過給圧がある程度まで増加する間は、過給圧の増加に伴って吸引される蒸発燃料量も増加するが、所定過給圧を超えるとその後は、過給圧が増加していっても、絞り部(174a〜174c)による絞り作用が支配的となって、吸引部(172)によって吸引される蒸発燃料量の増加が抑えられ、蒸発燃料量が一定量に維持されるようになる。よって、本発明のエジェクタ170においては、過給圧が変化しても供給される蒸発燃料量の変動を抑制することができる。
請求項2に記載の発明では、絞り部(174a)は、流路(172a)を仕切る仕切り板(1741)に開口部(1742)が形成されたオリフィス板(174a)であることを特徴としている。
この発明によれば、オリフィス板(174a)という簡単な構造で絞り部(174a)を形成することができる。
請求項3に記載の発明では、開口部(1742)の下流側には、なだらかに流路(172a)に繋がる第1拡大部(1743)が形成されたことを特徴としている。
この発明によれば、開口部(1742)の下流側において、第1拡大部(1743)によって蒸発燃料の流れをスムースにすることができ、絞り作用を高めて、過給圧に伴って蒸発燃料量が増加するのを抑制する効果を高めることができる。つまり、蒸発燃料量の変動する領域を小さくすることができる。
請求項4に記載の発明では、開口部(1742)の上流側には、なだらかに流路(172a)に繋がる第2拡大部(1744)が形成されたことを特徴としている。
この発明によれば、開口部(1742)の上流側において、第2拡大部(1744)によって蒸発燃料の流れをスムースにすることができ、絞り作用を高めて、過給圧に伴って蒸発燃料量が増加するのを抑制する効果を高めることができる。つまり、蒸発燃料量の変動する領域を小さくすることができる。
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
エンジン吸気系および蒸発燃料パージ系における蒸発燃料用エジェクタを示す全体概略図である。 第1実施形態におけるエジェクタを示す断面図である。 第1実施形態での吸引部における負圧と吸引される蒸発燃料量との関係を示す実験確認値である。 第2実施形態におけるエジェクタを示す断面図である。 第2実施形態での吸引部における負圧と吸引される蒸発燃料量との関係を示す実験確認値である。 第3実施形態におけるエジェクタを示す断面図である。
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態にかかる蒸発燃料用エジェクタ170について、図1〜図3を用いて説明する。蒸発燃料用エジェクタ170は、例えば、車両用の蒸発燃料パージ装置100に適用されている。以下、蒸発燃料用エジェクタ170を単に、エジェクタ170と呼ぶことにする。
図1に示すように、蒸発燃料パージ装置100は、燃料タンク60内で発生する蒸発燃料が、給油時等に大気中に放出されるのを防止するために、蒸発燃料をエンジンの吸気系1に導入(パージ)する装置である。エンジンの吸気系1に導入された蒸発燃料は、図示しないインジェクタ等からエンジンに供給される本来の燃焼用燃料と混合されて、エンジンのシリンダ内で燃焼されるようになっている。蒸発燃料パージ装置100は、エンジンの吸気系1と、蒸発燃料バージ系2とに接続されている。
エンジンの吸気系1は、内燃機関であるエンジンの吸気マニホールド10に吸気管20が接続され、更に、吸気管20にフィルタ30、過給機40、インタークーラ50、スロットルバルブ11等が設けられて形成されている。
フィルタ30は、吸気管20の最上流部に配設されており、吸気中の塵や埃等を捕捉するようになっている。過給機40は、吸気の充填効率を高めるための吸気用圧縮機であり、フィルタ30よりも下流側に配設されている。過給機40は、エンジンの排気エネルギーによってタービンが作動されて、タービンに連動するコンプレッサでフィルタ30を通過した吸気を加圧するようになっている。
インタークーラ50は、冷却用の熱交換器であり、過給機40の下流側に配設されている。インタークーラ50は、過給機40によって加圧された吸気と例えば外気との間で熱交換し、吸気を冷却(空冷)するようになっている。スロットルバルブ11は、吸気量調節弁であり、アクセルペダルと連動して吸気マニホールド10の入口部における開度を調節して、吸気マニホールド10内に流入される吸気量を調節するようになっている。吸気は、上記各機器30、40、50、11を通過して吸気マニホールド10内に流入し、インジェクタ等から噴射される燃焼用燃料と所定の空燃比となるように混合されて、シリンダ内で燃焼される。
蒸発燃料パージ系2は、燃料タンク60、およびキャニスタ70が、配管61、71、110、72にて吸気マニホールド10に接続されて形成されている。配管71と配管72との間となる配管110に蒸発燃料パージ装置100(およびエジェクタ170)が介在されている。
燃料タンク60は、ガソリン等の燃料を貯留する容器である。燃料タンク60は、配管61によってキャニスタ70の流入部70aに接続されている。キャニスタ70は、内部に活性炭等の吸着材が封入された容器であり、燃料タンク60内で発生する蒸発燃料を、配管61を介して流入部70aから取り入れ、吸着材に一時的に吸着するようになっている。キャニスタ70には、外部の新鮮な空気を吸入するための吸入部70bが設けられており、吸入された新鮮な空気によって吸着材に吸着した蒸発燃料は、容易に離脱されるようになっている。キャニスタ70に吸入部70bが形成されることで、キャニスタ70内には大気圧が作用するようになっている。
そして、キャニスタ70には、吸着材から離脱された蒸発燃料が流出される流出部70cが設けられている。流出部70cには配管71の一端側が接続され、配管71の他端側には配管110および配管72が順に接続されている。そして、配管72の先端側は、吸気マニホールド10の流入部に接続されている。
蒸発燃料パージ装置100は、配管110、フィルタ120、バルブ130、分岐配管140、第1逆止弁151、第2逆止弁152、吸気流入配管161、吸気流出配管162、およびエジェクタ170等を備えている。
配管110は、蒸発燃料パージ装置100の主流路を形成し、キャニスタ70から流出される蒸発燃料を流通させる流路となっている。配管110の一端側(蒸発燃料流れの上流側)は、配管71の他端側と接続され、また、配管110の他端側(蒸発燃料流れの下流側)は、配管72の一端側と接続されている。
フィルタ120は、蒸発燃料中の塵や埃等を捕捉するものであり、配管110の一端側に配設されている。フィルタ120は、例えば微細な網目状を成すメッシュ部材から形成されている。
バルブ130は、配管110内の流路を開閉する開閉手段であり、配管110においてフィルタ120よりも配管72側(蒸発燃料流れの下流側)に配設されている。バルブ130は、例えば、図示しない弁体と電磁コイルとスプリングとを備えた電磁弁が使用されている。バルブ130は、図示しない制御部によって、電磁コイルに通電されたときの電磁力と、スプリングの弾性力とのバランスによって、配管110内の流路を開閉するようになっている。
バルブ130は、通常は配管110内の流路を閉じた状態を維持しており、制御部によって電磁コイルに通電されると、電磁力がスプリングの弾性力に打ち勝って、配管110内の流路を開いた状態にするようになっている。尚、制御部は、通電のオン時間とオフ時間とによって形成される1周期の時間に対するオン時間の比率、即ちデューティ比を調節して電磁コイルに通電することで、配管110を流通する蒸発燃料の流量を調節できるようになっている。
分岐配管140は、配管110において、バルブ130よりも蒸発燃料の下流側から分岐する流路となっている。分岐配管140の分岐した先端側(蒸発燃料の下流側)は、後述するエジェクタ170の吸引部172に接続されている。
第1逆止弁151は、配管110において、分岐配管140が分岐する分岐点と、配管72との間に配設された弁である。第1逆止弁151は、配管110において、配管71側から配管72側への蒸発燃料の流通を許容すると共に、配管72側から配管71側および分岐配管140側への蒸発燃料の逆流を阻止するようになっている。第1逆止弁151は、例えば茸状を成しており、蒸発燃料の流れがないときには閉じており、蒸発燃料の流通時の圧力に伴って流路を開き、また蒸発燃料の逆流時の圧力に伴って流路を閉じる弁体が使用されている。
第2逆止弁152は、分岐配管140の途中に配設された弁である。第2逆止弁152は、分岐配管140において、配管71側からエジェクタ170(吸引部172)への蒸発燃料の流通を許容すると共に、エジェクタ170(吸引部172)から配管71側および配管72側への蒸発燃料の逆流を阻止するようになっている。第2逆止弁152は、上記第1逆止弁151と同様に、例えば茸状を成しており、蒸発燃料の流れがないときには閉じており、蒸発燃料の流通時の圧力に伴って流路を開き、蒸発燃料の逆流時の圧力に伴って流路を閉じる弁体が使用されている。
吸気流入配管161は、過給機40によって加圧された吸気の一部を、エジェクタ170に流入させる流路である。吸気流入配管161は、過給機40の吸気流れの下流側(過給機40とインタークーラ50との間、またはインタークーラ50とスロットルバルブ11との間)からエジェクタ170のノズル部171に接続されるように形成されている。
吸気流出配管162は、エジェクタ170内を流通した吸気および蒸発燃料を過給機40に流入させる流路である。吸気流出配管162は、エジェクタ170のディフューザ部173から過給機40の吸気流れの上流側(フィルタ30と過給機40との間)に接続されるように形成されている。
エジェクタ170は、加圧された吸気が内部を流通する際に形成される負圧によって、蒸発燃料を吸引する流体ポンプであり、ノズル部171、吸引部172、およびディフューザ部173を備えている。
図2に示すように、ノズル部171は、流入する吸気に対して絞り部を形成する流路であり、一端側が吸気流入配管161と接続されており、他端側(先端側)がディフューザ部173に向けて延びている。ノズル部171の内径は、先端に向けて徐々に小さくなるように形成されている。ノズル部171は、絞り効果によって吸気流入配管161から流入された吸気の流速を高めるようになっている。よって、ノズル部171の先端側において、高速となって吸気が流出される領域は負圧となる。
吸引部172は、ノズル部171に対して交差する方向に延びる流路であり、吸引部172の内部に形成される内部流路172aは、ノズル部171の先端側に連通するように設けられている。吸引部172の一端側は、分岐配管140と接続されており、ノズル部171の負圧によって、分岐配管140から蒸発燃料を吸引するようになっている。内部流路172aは、本発明の流路に対応する。
ディフューザ部173は、ノズル部171の他端側(先端側)で、ノズル部171の流路の軸線とディフューザ部173の流路の軸線とが一致するように配置され、ノズル部171とは反対側に向けて内径が徐々に拡大されるように形成された流路となっている。ディフューザ部173の一端側は、ノズル部171、および吸引部172と連通されており、拡大された他端側が吸気流出配管162に接続されている。ディフューザ部173は、内部を流通する吸気および蒸発燃料の流速を低下させつつ、圧力を上昇させるようになっている。
そして、吸引部172の内部流路172aの途中部位には、内部流路172aの流路断面積を縮小する絞り部174aが形成されている。絞り部174aは、ここでは、内部流路172aを仕切る仕切り板1741に円形状の開口部1742が形成されたオリフィス板174aとして形成されている。
次に、上記構成に基づく蒸発燃料パージ装置100の作動について説明する。蒸発燃料パージ装置100は、過給機40が作動されないときの「通常パージ」と、過給機40が作動されたときの「過給時パージ」とを行う。
1.通常パージ
車両の走行時において、過給機40が作動していない場合に、図示しない制御部によってバルブ130が開かれると、エンジンにおけるピストンの吸入作用によって発生する吸気マニホールド10内の負圧と、キャニスタ70にかかる大気圧との差によって、キャニスタ70内に吸着された蒸発燃料は、配管71から、配管110におけるフィルタ120、バルブ130、および第1逆止弁151を流れ、配管72を介して吸気マニホールド10内に吸引される。
そして、吸気マニホールド10内に吸引された蒸発燃料は、インジェクタ等からエンジンに供給される本来の燃焼用燃料と混合されて、エンジンのシリンダ内で燃焼される。
尚、エンジンのシリンダ内においては、燃焼用燃料と吸気との混合割合である空燃比が予め定めた所定の空燃比となるように制御される。制御部は、バルブ130の開閉時間をデューティ制御することで、蒸発燃料をパージしても、所定の空燃比が維持されるように、蒸発燃料のパージ量を調節するようになっている。
2.過給時パージ
車両の走行時において、過給機40が作動している場合には、吸気マニホールド10内は加圧された吸気によって正圧となるので、上記のような蒸発燃料の吸引が困難となる。過給時パージにおいては、過給機40によって過給された吸気の一部が、吸気流入配管161からエジェクタ170内(ノズル部171およびディフューザ部173)を流通して、吸気流出配管162から過給機40の上流側に戻る。
このとき、制御部によってバルブ130が開かれると、エジェクタ170の吸引部172の吸引作用により、キャニスタ70内に吸着された蒸発燃料は、配管71から、配管110におけるフィルタ120、バルブ130、更には分岐流路140における第2逆止弁152を通り、吸引部172からエジェクタ170内に吸引され、エジェクタ170内を流通する吸気と共に吸気流出配管162から過給機40の上流側に供給される。
そして、過給機40の上流側に供給された蒸発燃料は、吸気管20を介して吸気マニホールド10内に至り、インジェクタ等からエンジンに供給される本来の燃焼用燃料と混合されて、エンジンのシリンダ内で燃焼される。
この場合も、制御部は、バルブ130の開閉時間をデューティ制御することで、吸気管20に蒸発燃料をパージしても、所定の空燃比が維持されるように、蒸発燃料のパージ量を調節するようになっている。
このように、本蒸発燃料パージ装置100においては、過給機40を備えるエンジンであっても、蒸発燃料を吸気マニホールド10あるいは、過給機40の上流側に供給することができる。
ここで、通常は、過給機40による過給圧が増加するほど、エジェクタ170のノズル部171に流入される吸気量が増加し、ノズル部171から流出される吸気の流速が増大し、ノズル部171の先端側における負圧が大きくなっていく。これに伴って吸引部172によって吸引される蒸発燃料量が単純に増加していくことになる(図3中の破線で示す従来技術)。
しかしながら、本実施形態では、エジェクタ170の吸引部172の内部流路172aに絞り部174aを設けるようにしている。これによると、過給圧がある程度まで増加する間は、過給圧の増加に伴って、吸引される蒸発燃料量も増加するが、所定過給圧(図3中の負圧30kPa)を超えるとその後は、過給圧が増加していっても、絞り部174aによる絞り作用が支配的となって、吸引部172によって吸引される蒸発燃料量の増加が抑えられ(図3中の白矢印)、蒸発燃料量が一定量に維持されるようになる(図3中の実線で示す本発明の第1実施形態)。よって、本実施形態のエジェクタ170においては、過給圧が変化しても供給される蒸発燃料量の変動を抑制することができる。
蒸発燃料量の変動を抑制することで、図3に示すように、負圧に対して蒸発燃料量が一定となる範囲では、バルブ130による蒸発燃料量の制御を不要とすることができ、蒸発燃料供給の制御が容易となるのである。
また、吸引部172に設ける絞り部174aとして、オリフィス板174aを用いるようにしているので、オリフィス板174aという簡単な構造で絞り部174aを形成することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態のエジェクタ170を図4に示す。第2実施形態は、上記第1実施形態における吸引部172の絞り部174aを絞り部174bに変更したものである。
絞り部174bは、開口部1742の蒸発燃料流れの下流側に、第1拡大部1743を備えている。第1拡大部1743は、縮小された開口部1742から蒸発燃料流れの下流側に向けてなだらかに本来の内部流路172aに繋がるようにした内径徐変部である。
第2実施形態によれば、開口部1742の下流側において、第1拡大部1743によって蒸発燃料の流れをスムースにすることができ、絞り作用を高めて、過給圧に伴って蒸発燃料量が増加するのを抑制する効果を高めることができる。つまり、図5に示すように、蒸発燃料量の変動する領域を小さくすることができる。換言すると、蒸発燃料量が一定となる領域を拡大することができる。具体的には、上記第1実施形態では、負圧30kPa以降で蒸発燃料量がほぼ一定になったが、第2実施形態では、負圧20kPa以降で蒸発燃料量がほぼ一定となっている。
(第3実施形態)
第3実施形態のエジェクタ170を図6に示す。第3実施形態は、上記第2実施形態における吸引部172の絞り部174bを絞り部174cに変更したものである。
絞り部174cは、開口部1742の蒸発燃料流れの上流側に、第2拡大部1744を備えている。第2拡大部1744は、縮小された開口部1742から蒸発燃料流れの上流側に向けてなだらかに本来の内部流路172aに繋がるようにした内径徐変部である。
第3実施形態によれば、開口部1742の上流側において、第2拡大部1744によって蒸発燃料の流れをスムースにすることができ、絞り作用を高めて、過給圧に伴って蒸発燃料量が増加するのを抑制する効果を、第2実施形態に対して更に高めることができる。
40 過給機
60 燃料タンク
100 蒸発燃料パージ装置
170 エジェクタ
171 ノズル部
172 吸引部
172a 内部流路(流路)
173 ディフューザ部
174a 絞り部、オリフィス板
174b、174c 絞り部
1741 仕切り板
1742 開口部
1743 第1拡大部
1744 第2拡大部

Claims (4)

  1. 燃料タンク(60)内で発生する蒸発燃料を、過給機(40)を備えるエンジンに供給する蒸発燃料用エジェクタであって、
    前記過給機(40)の下流側から吸気の一部を流入させると共に、前記吸気の流速を高めて流出させるノズル部(171)と、
    前記ノズル部(171)から流出される前記吸気の流れによって、前記蒸発燃料を吸引する吸引部(172)と、
    前記ノズル部(171)から流出される前記吸気、および前記吸引部(172)から吸引される前記蒸発燃料を混合させて、前記過給機(40)の上流側へ吐出するディフューザ部(173)と、を備え、
    前記吸引部(172)内の流路(172a)に、前記流路(172a)の断面積を縮小する絞り部(174a〜174c)が形成されたことを特徴とする蒸発燃料用エジェクタ。
  2. 前記絞り部(174a)は、前記流路(172a)を仕切る仕切り板(1741)に開口部(1742)が形成されたオリフィス板(174a)であることを特徴とする請求項1に記載の蒸発燃料用エジェクタ。
  3. 前記開口部(1742)の下流側には、なだらかに前記流路(172a)に繋がる第1拡大部(1743)が形成されたことを特徴とする請求項2に記載の蒸発燃料用エジェクタ。
  4. 前記開口部(1742)の上流側には、なだらかに前記流路(172a)に繋がる第2拡大部(1744)が形成されたことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の蒸発燃料用エジェクタ。
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