JP4468769B2 - 蒸発燃料吸着装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の蒸発燃料吸着装置に関し、特に、給油中および給油中以外の内燃機関の運転時に発生する蒸発燃料をそれぞれ別々に吸着する蒸発燃料吸着装置に関する。
揮発性液体燃料の燃料タンクを備えた車両においては、燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸気系へパージする蒸発燃料吸着装置が一般的に備えられている。このような蒸発燃料吸着装置は、ベーパ通路を介して燃料タンクと接続される。燃料タンクで発生した蒸発燃料は、蒸発燃料吸着装置で一旦吸着されて捕集される。その後、パージ通路を介して蒸発燃料吸着装置と接続するエンジンの吸気通路にパージされる。
このような蒸発燃料吸着装置として、たとえば、以下のような技術が開示される。特開平8−218922号公報(特許文献1)は、キャニスタの吸着能力を確保し、かつパージ再開時に良好な空燃比フィードバック制御を行う蒸発燃料処理装置を開示する。この蒸発燃料処理装置は、燃料タンクへの給油時にその燃料タンクから発生する蒸発燃料を第1のキャニスタへ導く第1蒸発燃料通路と、燃料タンクから内燃機関の運転時に発生する蒸発燃料を第2のキャニスタ内の蒸発燃料吸着材の内部へ導入する第2蒸発燃料通路とを含む。第2蒸発燃料通路において、第2のキャニスタから吸気通路へ蒸発燃料と空気とを供給する通路付近における第2のキャニスタ内の蒸発燃料吸着材の吸着状態が、前回パージ終了時から次回パージ開始時まで実質的に一定になるように、第2のキャニスタ内に蒸発燃料を導入する。蒸発燃料処理装置は、前回パージ終了時のパージ濃度を次回パージ開始時のパージ濃度として内燃機関の空燃比が目標空燃比となるように内燃機関への供給燃料量を制御する。
特許文献1に開示された蒸発燃料処理装置によると、第2のキャニスタから吸気通路内へ蒸発燃料と空気を供給する通路付近における第2のキャニスタ内の蒸発燃料吸着材の吸着状態を前回パージ終了時から次回パージ開始時まで実質的に一定にすることができる。その結果、前回パージ終了時のパージ濃度を次回パージ開始時のパージ濃度として内燃機関の空燃比が目標空燃比となるように内燃機関の供給燃料量を制御できる。それゆえパージ再開時の空燃比フィードバック制御が良好になる。
特開平8−218922号公報
しかしながら、特許文献1に開示された蒸発燃料処理装置においては、複数のキャニスタを別途設けるため、構造および配管が複雑になる問題がある。また、複数のキャニスタ間は、連通状態であるので、蒸発燃料は、複数のキャニスタ間の圧力差に応じて移動する場合がある。たとえば、給油中に、給油時に用いられるキャニスタから給油時以外の内燃機関の運転時に用いられるキャニスタに蒸発燃料が移動する場合がある。この場合、給油時以外の運転時に用いられるキャニスタにおいては、給油時の蒸発燃料を吸着するため、給油時以外の運転時における吸着能力が低下する場合がある。そのため、給油時以外の運転時に用いられるキャニスタにおいて、蒸発燃料を吸着しきれず、エンジンの吸気通路へパージ量が増加して、排気ガスの浄化性が悪化するという問題がある。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡易な構成により、給油中および給油中以外の内燃機関の運転時において、それぞれ別々に蒸発燃料を吸着する蒸発燃料吸着装置を提供することである。
第1の発明に係る蒸発燃料吸着装置は、燃料タンクの蒸発燃料を吸着する。蒸発燃料吸着装置は、燃料タンクと接続された第1の通路と、第1の通路と接続された第1の吸着室と、燃料タンクと接続された第2の通路と、第2の通路と接続された第2の吸着室と、第1の吸着室の圧力と第2の吸着室の圧力との圧力差に応じて、第1の吸着室と第2の吸着室とを連通状態および遮断状態のいずれかの状態にするための開閉手段と、第2の吸着室と内燃機関の吸気通路とを接続するパージ通路と、給油中の状態であるか否かを検知するための検知手段と、第1の通路を連通状態および遮断状態のいずれかの状態に切り換えるための切り換え手段と、給油中の状態であると検知されると、第1の通路が連通状態になるように、切り換え手段を制御するための制御手段とを含む。
第1の発明によると、制御手段は、給油中の状態であると検知されると、第1の通路が連通状態になるように切り換え手段(たとえば、電磁弁)を制御する。給油に伴なって燃料タンクに燃料が満たされると、燃料タンクに充満する蒸発燃料は、第1の通路を通って、第1の通路と接続する第1の吸着室に移動する。第1の吸着室に移動した蒸発燃料は、第1の吸着室に充填される活性炭に吸着される。一方、給油中以外の内燃機関の運転時(たとえば、車両の走行中)においては、制御手段は、第1の通路が遮断状態になるように電磁弁を制御する。第2の吸着室は、パージ通路を介して、内燃機関の吸気通路と接続している。内燃機関の吸気通路において発生する負圧を利用して、第2の吸着室に吸着された蒸発燃料は、パージ通路を通って吸気通路にパージされる。このとき、燃料タンク内に充満する蒸発燃料は、第2の通路を通って第2の吸着室に移動する。第2の吸着室に移動した蒸発燃料は、第2の吸着室に充填される活性炭に吸着される。第1の吸着室と第2の吸着室との間には、第1の吸着室の圧力と第2の吸着室の圧力との圧力差に応じて連通状態および遮断状態のいずれかの状態になる開閉手段(たとえば、正負圧リリーフ弁)が設けられている。そのため、給油中に蒸発燃料が第1の吸着室から第2の吸着室に移動しないようにすることができる。したがって、第1の吸着室と第2の吸着室との間に正負圧リリーフ弁を設ける簡易な構成により、給油中および給油中以外の内燃機関の運転時において、それぞれ別々に蒸発燃料を吸着する蒸発燃料吸着装置を提供することができる。
第2の発明に係る蒸発燃料吸着装置においては、第1の発明の構成に加えて、開閉手段は、圧力差が予め定められた値になると、連通状態にするための手段を含む。
第2の発明によると、開閉手段(たとえば、正負圧リリーフ弁)は、第1の吸着室の圧力と第2の吸着室の圧力との圧力差が予め定められた値になると、連通状態にする。第1の吸着室の圧力と第2の吸着室の圧力との圧力差が予め定められた値以上にならないと、正負圧リリーフ弁は連通しないため、給油中に、第1の吸着室に吸着される蒸発燃料が第2の吸着室に移動しないようにすることができる。そのため、給油中および給油中以外の内燃機関の運転時において、蒸発燃料をそれぞれ別々に吸着することができる。そのため、給油中以外の運転時における、蒸発燃料の吸着能力の低下を防ぐことができる。
第3の発明に係る蒸発燃料吸着装置においては、第1または2の発明の構成に加えて、第1の吸着室の圧力は、大気圧に対応する。第2の吸着室の圧力は、燃料タンク内の圧力に対応する。予め定められた値は、大気圧と燃料タンクの強度に対応する圧力との圧力差より低い値である。
第3の発明によると、第1の吸着室の圧力は、たとえば、第1の吸着室が大気と連通するなどして大気圧に対応する。第2の吸着室は、燃料タンクと連通状態であるため、第2の吸着室の圧力は、燃料タンク内の圧力に対応する。予め定められた値は、大気圧と燃料タンクの強度に対応する圧力との圧力差よりも低い値である。これにより、異常気象等により燃料タンク内の温度が上昇し、燃料タンク内が高圧になったとしても、第1の吸着室の圧力と第2の吸着室の圧力との圧力差が予め定められた値になると、開閉手段(たとえば、正負圧リリーフ弁)が連通状態になる。そのため、燃料タンク内の圧力が燃料タンクの強度に対応する圧力よりも高圧になることを防ぐことができる。
第4の発明に係る蒸発燃料吸着装置においては、第1〜3のいずれかの発明の構成に加えて、第1の吸着室と第2の吸着室とは、一体的に形成される。
第4の発明によると、第1の吸着室と第2の吸着室とは、一体的に形成される。たとえば、蒸発燃料吸着装置の内部の空間を仕切り板等により第1の吸着室と第2の吸着室とを形成することにより、蒸発燃料吸着装置を別途複数個設ける必要がなくなるため、配管等の構造を簡易な構成にすることができる。
第5の発明に係る蒸発燃料吸着装置においては、第1〜4のいずれかの発明の構成に加えて、第1の吸着室の容積は、第2の吸着室の容積よりも大きい。
第5の発明によると、第1の吸着室の容積は、第2の吸着室の容積よりも大きい。これにより、給油前の燃料タンク内に発生している多量の蒸発燃料を、給油時に第2の吸着室に導入して、吸着することができる。
第6の発明に係る燃料吸着装置においては、第1〜5のいずれかの発明の構成に加えて、検知手段は、燃料タンクの給油口の状態に基づいて、給油中の状態であるか否かを検知するための手段を含む。
第6の発明によると、検知手段は、燃料タンクの給油口の状態に基づいて、給油中の状態であるか否かを検知する。たとえば、給油口に設けられる給油扉が開かれたり、給油口に設けられる給油口キャップが取り外されたり、給油ガンが給油口に挿入されたりするような状態を検知することにより、給油中の状態であることを検知することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る蒸発燃料吸着装置について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
図1に示すように、本実施の形態に係る蒸発燃料吸着装置100は、ECU(Electronic Control Unit)104と、燃料タンク102と、キャニスタ200と、吸気システム112とを含む。
吸気システム112は、エアクリーナ106と、エアフローメータ108と、スロットル弁110と、吸気通路140と、サージタンク144と、吸気ポート146とから構成される。
エアクリーナ106は、吸気通路140の一方端と接続する。エアクリーナ106と吸気通路140との間には、エアフローメータ108が設けられる。エアフローメータ108は、エアクリーナ106から吸入される空気の流量を検知する。吸気通路140の途中には、スロットル弁110が設けられる。スロットル弁110により、吸入される空気量が制御される。吸気通路140の他方端は、サージタンク144と接続する。サージタンク144は、吸気ポート146の一方端と接続する。吸気ポート146の他方端は、エンジン(図示せず)に接続される。エアクリーナ106から吸入された空気は、吸気通路140、サージタンク144および吸気ポート146を通って、エンジンに導入される。
燃料タンク102には、吸気ポート146に設けられる燃料噴射インジェクタ114に対して、燃料配管116を介して燃料を供給する燃料ポンプ118が設けられる。また、燃料タンク102は、給油通路136の一方端と接続する。給油通路136の他方端の給油口には、給油口キャップ138が設けられる。給油口キャップ138には、給油口キャップ138を覆うようにして、給油扉124が開閉可能に設けられている。給油扉124には、開閉検知スイッチ122が設けられており、給油扉124が開かれると、検知信号がECU104に送信される。
キャニスタ200は、燃料タンク102と接続された蒸発燃料通路(1)132、蒸発燃料通路(2)134と接続する。蒸発燃料通路(1)132の途中には、電磁弁120が設けられており、ECU104からの制御信号を受けて、蒸発燃料通路(1)132を、連通状態および遮断状態のいずれかの状態に切り換える。また、蒸発燃料通路(1)132は、少なくとも蒸発燃料通路(2)134の流路抵抗よりも小さくなるように形成される。本実施の形態において、たとえば、蒸発燃料通路(1)132の内径は、蒸発燃料通路(2)134の内径よりも大きい。
キャニスタ200には、さらにパージ通路139が設けられる。パージ通路139は、吸気通路140と接続する。パージ通路139の途中には、ECU104からの制御信号に応じて開閉する電磁弁142が設けられる。電磁弁142によるデューティ制御により吸気通路140にパージされる蒸発燃料の量が制御される。
キャニスタ200には、給油口キャップ138の上部に連通する大気通路152が設けられる。大気通路152には、エアフィルタ150と、OBD(On-Board Diagnosis)用ポンプ148とが設けられる。エアフィルタ150は、給油口側から大気通路152を通過する大気に含まれる塵やゴミ等を捕集する。また、OBD用ポンプ148によりキャニスタ200に予め定められた負圧を付与して、付与した負圧と、経路内の圧力の差に基づいて、蒸発燃料吸着装置の故障しているか否かが診断される。
キャニスタ200の筐体内部の空間は、複数の区画に分割される。分割された区画のそれぞれには、活性炭が充填される。以下、図2を用いて、本実施の形態に係る蒸発燃料吸着装置に設けられるキャニスタ200の内部の構造について説明する。
図2に示すように、キャニスタ200は、パージ通路139と接続されたパージポート208と、蒸発燃料通路(1)132と接続されたタンクポート(1)204と、蒸発燃料通路(2)134と接続されたタンクポート(2)206と、大気通路152と接続された大気ポート202とから構成される。
キャニスタ200の筐体内部の空間は、仕切り板(1)210により、図2において紙面の上下方向に分割される。仕切り板(1)210により分割された空間の上部には、区画(2)222と、その一方端が大気ポート202と接続する区画(1)220とが設けられる。区画(1)220および区画(2)222には、活性炭236,238がそれぞれ充填される。区画(1)220の他方端と区画(2)222の一方端との間には、連通した仕切り板(2)212が設けられる。区画(2)222の他方端には、不織布246、連通した樹脂プレート250を介して、スプリング230が設けられている。スプリング230は、区画(1)220および区画(2)222を圧縮する方向に、弾性力に基づく押圧力が発生するように設けられる。これにより、活性炭の粒子間がこすれ、あるいはつぶれを防止して、通気抵抗が大きくなることを防ぐ。
一方、仕切り板(1)210により分割された空間の下部には、区画(3)224と、その一方端がタンクポート(1)204と接続する区画(4)226と、その一方端がタンクポート(2)206およびパージポート208と接続する区画(5)228とが設けられる。区画(3)224、区画(4)226および区画(5)228には、それぞれ活性炭240,242,244が充填される。区画(4)226と区画(5)228とは、仕切り板(3)214を介して隣接して設けられている。区画(3)224の一方端と区画(4)226の他方端および区画(5)228の他方端との間には、仕切り板(4)216が設けられる。ここで、仕切り板(4)216は、区画(3)224の一方端と区画(4)226の他方端とが連通するような形状を有する。一方、区画(3)224の一方端と区画(5)228の他方端との間において、仕切り板(3)216には、正負圧リリーフ弁218が設けられる。区画(3)224の他方端には、不織布248、連通した樹脂プレート252を介して、スプリング232が設けられている。スプリング232は、区画(3)224が圧縮する方向に、弾性力に基づく押圧力が発生するように設けられる。
このようにして、区画(1)220、区画(2)222、区画(3)224、区画(4)226により「第1の吸着室」を構成する。そして、区画(5)228により「第2の吸着室」を構成する。区画(5)228の他方端と区画(3)224の一方端との間、すなわち、第1の吸着室と第2の吸着室との間に設けられる正負圧リリーフ弁218は、チェック弁128,130を含む。なお、本実施の形態において、第1の吸着室を構成する区画の数は、区画(1)220〜区画(4)226の4つに限定されるものではない。また、第2の吸着室を構成する区画の数は、区画(5)228の1つに限定されるものではない。
正負圧リリーフ弁218は、第1の吸着室の圧力と第2の吸着室の圧力との圧力差に応じて、連通状態および遮断状態のいずれかの状態にする。すなわち、正負圧リリーフ弁218は、第1の吸着室の圧力と第2の吸着室の圧力との圧力差が予め定められた値になると、連通状態にする。具体的には、第1の吸着室の圧力が第2の吸着室よりも予め定められた圧力だけ高いと、チェック弁128が開弁する。一方、第2の吸着室が第2の吸着室よりも予め定められた圧力だけ高いと、チェック弁130が開弁する。なお、「予め定められた圧力」は、チェック弁128,130において、それぞれ個別に設定される値である。
また、第1の吸着室は、大気通路152に連通するため、第1の吸着室の圧力は、大気圧に対応する。一方、第2の吸着室は、蒸発燃料通路(2)134を介して、燃料タンク102に接続するため、第2の吸着室の圧力は、燃料タンク内の圧力に対応する。そのため、チェック弁130が開弁する圧力は、本実施の形態において、大気圧と燃料タンク102の強度に対応する圧力との圧力差よりも低い圧力である。そのため、異常気象等により燃料タンク102内の温度が上昇して、燃料タンク102内の圧力が上昇しても、燃料タンク102内の圧力が変形するほど高圧になることはない。
チェック弁128が開弁する圧力は、第1の吸着室の活性炭に吸着された蒸発燃料をパージするときに、蒸発燃料が第2の吸着室に移動可能な圧力であれば特に限定されるものではない。
以上のような構造に基づく、本実施の形態に係る蒸発燃料吸着装置の作用について、図3を用いて説明する。
車両が給油中以外の内燃機関の運転時、たとえば、走行中であるような場合においては、ECU104は、電磁弁120を閉じるように制御する。
給油中であるか否かの判断については、本実施の形態において、ECU104が開閉検知スイッチ122から送信される給油扉124が開いていることに対応する信号を検知するか否かにより行なわれる。なお、給油中であるか否かの判断は、給油口に給油口キャップ138が有るか無いかを電気的に検知してもよいし、給油ガンが給油口に挿入されるか否かを検知してもよい。
活性炭244に吸着された蒸発燃料が吸気通路140にパージされる際には、エンジンの運転に伴なって発生する負圧を利用して、活性炭244に吸着された蒸発燃料は、パージ通路139を通って、吸気通路140にパージされる。このとき、電磁弁142のデューティ制御により、蒸発燃料のパージ量が制御される。
そして、電磁弁120が閉じているため、燃料タンク102において発生する蒸発燃料は、エンジンの負圧により、蒸発燃料通路(2)134に移動する。蒸発燃料は、区画(5)228に到達すると、区画(5)228に充填される活性炭244に吸着される。このようにして、給油中以外の内燃機関の運転時において、蒸発燃料は、図3の点線の経路を通る。
一方、給油中の状態であると検知されると、ECU104は、電磁弁120を開くように制御する。電磁弁120が開かれると、給油前に燃料タンク102に充満した蒸発燃料は、蒸発燃料通路(2)134よりも流路抵抗の小さい蒸発燃料通路(1)132を通る。蒸発燃料は、蒸発燃料通路(1)132を通過して、給油ポート204に到達する。給油ポート204に到達した蒸発燃料は、燃料タンク102内に燃料で満たされていくと、区画(4)226、区画(3)224を通過した後、スプリング室234を介して、区画(2)222および区画(1)220へと移動する。すなわち、蒸発燃料は、図3の実線のように、大気ポート202に向けて第2の吸着室を通過する。この間に、蒸発燃料は、区画(1)〜区画(4)のいずれかの区画の活性炭に吸着される。
このとき、第1の吸着室と第2の吸着室とは、正負圧リリーフ弁218を介して仕切られている。そのため、第1の吸着室と第2の吸着室との圧力差が予め定められた値以上にならない限り、連通しない。そのため、給油中の蒸発燃料は、第2の吸着室に移動しない。
また、第1の吸着室に吸着された蒸発燃料がパージされる際には、エンジンの負圧により、第1の吸着室と第2の吸着室との圧力差が予め定められた値以上になると、チェック弁128が開いて、パージポート208からパージ通路139へと移動する。すなわち、第2の吸着室において吸着された蒸発燃料は、図3の一点鎖線の経路を通る。
以上のようにして、本実施の形態に係る蒸発燃料吸着装置によると、区画(1)〜区画(4)で構成される第1の吸着室と、区画(5)で構成される第2の吸着室との間には、第1の吸着室の圧力と第2の吸着室の圧力との圧力差に応じて連通状態および遮断状態のいずれかの状態になる正負圧リリーフ弁が設けられている。そのため、給油中に蒸発燃料が第2の吸着室に移動しないようにすることができる。したがって、第1の吸着室と第2の吸着室との間に正負圧リリーフ弁を設ける簡易な構成により、給油中および給油中以外の内燃機関の運転時において、それぞれ別々に蒸発燃料を吸着する蒸発燃料吸着装置を提供することができる。
なお、本発明において、第1の吸着室の圧力と第2の吸着室の圧力との圧力差に応じて、連通状態および遮蔽状態のいずれかの状態になれば、特に上述のような機械式の正負圧リリーフ弁を設けることに限定されるものではない。たとえば、第1の吸着室の圧力および第2の吸着室の圧力をセンサ等で検知して、その圧力差に応じて連通状態および遮蔽状態のいずれかの状態に切り換えられる電磁弁等を設けてもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本実施の形態に係る蒸発燃料吸着装置の構成を示す図である。 本実施の形態に係る蒸発燃料吸着装置に設けられるキャニスタの内部構造を示す図である。 本実施の形態に係る蒸発燃料吸着装置において、蒸発燃料の移動経路を示す図である。
符号の説明
100 蒸発燃料吸着装置、102 燃料タンク、104 ECU、106 エアクリーナ、108 エアフローメータ、110 スロットル弁、112 吸気システム、114 燃料噴射インジェクタ、116 燃料配管、118 燃料ポンプ、120,142 電磁弁、122 開閉検知スイッチ、124 給油扉、136 給油通路、138 給油口キャップ、139 パージ通路、140 吸気通路、144 サージタンク、146 吸気ポート、148 OBD用ポンプ、150 エアフィルタ、152 大気通路、200 キャニスタ、202 大気ポート、204,206 タンクポート、208 パージポート、210,212,214,216 仕切り板、218 正負圧リリーフ弁、220,222,224,226,228 区画、230,232 スプリング、234 スプリング室、236,238,240,242,244 活性炭、246,248 不織布、250,252 樹脂プレート。

Claims (6)

  1. 燃料タンクの蒸発燃料を吸着する蒸発燃料吸着装置であって、
    前記燃料タンクと接続された第1の通路と、
    前記第1の通路と接続された第1の吸着室と、
    前記燃料タンクと接続された第2の通路と、
    前記第2の通路と接続された第2の吸着室と、
    前記第1の吸着室の圧力と前記第2の吸着室の圧力との圧力差に応じて、前記第1の吸着室と前記第2の吸着室とを連通状態および遮断状態のいずれかの状態にするための開閉手段と、
    前記第2の吸着室と内燃機関の吸気通路とを接続するパージ通路と、
    給油中の状態であるか否かを検知するための検知手段と、
    前記第1の通路を連通状態および遮断状態のいずれかの状態に切り換えるための切り換え手段と、
    前記給油中の状態であると検知されると、前記第1の通路が連通状態になるように、前記切り換え手段を制御するための制御手段とを含み、
    前記第2の吸着室は、前記第1の吸着室と前記パージ通路との間に形成される、蒸発燃料吸着装置。
  2. 前記開閉手段は、前記圧力差が予め定められた値になると、連通状態にするための手段を含む、請求項1に記載の蒸発燃料吸着装置。
  3. 前記第1の吸着室の圧力は、大気圧に対応し、
    前記第2の吸着室の圧力は、前記燃料タンク内の圧力に対応し、
    前記予め定められた値は、前記大気圧と前記燃料タンクの強度に対応する圧力との圧力差よりも低い値である、請求項1または2に記載の蒸発燃料吸着装置。
  4. 前記第1の吸着室と前記第2の吸着室とは、一体的に形成される、請求項1〜3のいずれかに記載の蒸発燃料吸着装置。
  5. 前記第1の吸着室の容積は、前記第2の吸着室の容積よりも大きい、請求項1〜4のいずれかに記載の蒸発燃料吸着装置。
  6. 前記検知手段は、前記燃料タンクの給油口の状態に基づいて、前記給油中の状態であるか否かを検知するための手段を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の蒸発燃料吸着装置。
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