JP5318802B2 - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料タンクと、該燃料タンクで発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該キャニスタ内から蒸発燃料を吸引脱離させる吸引手段と、蒸発燃料含有ガスから蒸発燃料を優先的に透過させて濃縮分離する分離手段とを備え、分離手段によって分離された濃縮ガスが吸引手段を介して燃料タンクへ回収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、燃料タンクで発生した蒸発燃料を一旦凝縮器へ導入して液化させたうえで、凝縮器からの蒸発燃料をキャニスタで吸着捕捉している。キャニスタ内に吸着捕捉された蒸発燃料は、吸引手段としての吸引ポンプによって吸引脱離される。そのうえで、キャニスタと吸引ポンプとの間に分離手段としての分離膜が設けられている。そして、分離膜によって分離された濃縮ガス（主として蒸発燃料からなるガス）は、凝縮器を経て最終的に燃料タンクへ回収される。このような蒸発燃料処理装置は、蒸発燃料をエンジンへの吸気通路へパージすることなく燃料タンクへ回収する、パージレスエバポシステムと称される。一方、キャニスタの一端には大気と連通する大気ポートを有し、分離膜を透過しなかった希釈ガス（主として空気からなるガス）は、蒸発燃料脱離用ガスとして大気ポートから大気（新気）と共にキャニスタへ導入される。

特開平１１−９３７８４号公報

しかしながら、分離膜によって蒸発燃料含有ガスから蒸発燃料を完全に（１００％）分離することができるわけではない。分離膜による分離性能は、当該分離膜へ供給される蒸発燃料含有ガスの流量によって大きく変動する。具体的には、図３に示すように、分離膜へのガス供給流量が多いほど分離性能は低下し、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度が高くなる特性を有することが知られている。これは、分離膜へのガス供給流量が多いほど単位時間当たりの必要処理量（被処理量）が増大することで、分離し切れない蒸発燃料が生じることに起因する。なお、分離膜へのガス供給流量＝希釈ガス流量＋濃縮ガス流量となる。したがって、図３において希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度の低下と共に希釈ガス流量も低下しているのは、濃縮ガス流量が増大していることによる。すなわち、蒸発燃料含有ガスから蒸発燃料が良好に分離されるほど、分離膜を透過せずに残存する希釈ガス流量が低減することになる。

これに対し、特許文献１では、分離膜（分離手段）への蒸発燃料含有ガス供給流量を制御する流量制御手段は設けられていない。これでは、希釈ガス中に、ある程度の蒸発燃料が残存することを避けられない。この場合、キャニスタの大気ポート付近に、希釈ガス中の蒸発燃料が吸着されていく。すると、蒸発燃料処理装置（吸引ポンプ）の停止中に、大気ポート付近に吸着された蒸発燃料が大気ポートから大気中へ放散され、大気を汚染するおそれがある。また、蒸発燃料処理装置の停止中でも分離手段から若干量の希釈ガスが発生し得る。この場合、希釈ガスはキャニスタへは導入されず大気中へ放散されることになるが、当該希釈ガス中に蒸発燃料が残存していると、やはり大気汚染の原因となる。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、分離手段へのガス供給流量を制御して、蒸発燃料残存濃度の低い希釈ガスを精製できる蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、燃料タンクと、該燃料タンクで発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該キャニスタ内から蒸発燃料を吸引脱離させる吸引手段と、蒸発燃料含有ガスから蒸発燃料を優先的に透過させて濃縮分離する分離手段とを備え、前記分離手段によって分離された濃縮ガスが前記吸引手段を介して前記燃料タンクへ回収される蒸発燃料処理装置である。前記分離手段を透過せずに残存する希釈ガスは、蒸発燃料脱離用ガスとして前記キャニスタへ導入されるか、又は大気中へ放出される。そのうえで、前記分離手段への蒸発燃料含有ガス供給流量を制御する流量制御手段を備えることを特徴とする。

これによれば、分離手段による分離性能を安定させ、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度を制御することができる。すなわち、分離手段への蒸発燃料含有ガス供給流量を制御することで、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度が所定値以下とるように制御可能である。例えば、蒸発燃料が殆ど残存していないに等しい濃度（例えば１ｖｏｌ％以下）にまで低減させることができる。したがって、希釈ガスを蒸発燃料脱離用のガスとしてキャニスタへ導入しても、これによりキャニスタの大気ポート付近へ蒸発燃料が吸着されることを避けることができる。また、希釈ガスを大気中へ放出する場合でも、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度を制御することが可能なので、大気汚染を回避することができる。

前記吸引手段としては、特許文献１のような公知の吸引ポンプを使用することもできるが、前記燃料タンク内に貯留された燃料を内燃機関へ圧送供給する燃料ポンプから吐出された燃料の一部を導入することで発生した負圧によって、前記キャニスタ内に吸着された蒸発燃料を吸引し、前記導入した燃料と共に前記吸引した蒸発燃料を前記燃料タンク内へ吐出回収するアスピレータを使用できる。この場合、前記燃料タンクと前記分離手段のガス導入室とを、キャニスタ等を介さず直接連通させておけば、アスピレータの吐出流量に応じたガス流量が燃料タンクから分離手段へ供給されることになる。そこで、前記流量制御手段は、前記アスピレータからの吐出流量を制御する手段とすることができる。なお、アスピレータの吐出流量＝燃料導入流量＋ガス吸引流量となる。したがって、アスピレータからの吐出流量を制御する手段としては、実際にはアスピレータへの燃料導入流量制御手段やアスピレータへのガス吸引流量制御手段が挙げられる。

仮に、分離手段へのガス供給量を直接制御するには、分離手段へガスを積極的に供給する供給ポンプ等の供給手段を設けたうえで、当該供給手段の出力や流量を制御する必要がある。しかし、これでは供給手段を設ける分、装置の大型化やコスト増を招いてしまう。これに対し、分離手段と燃料タンクとを直接連通して、蒸発燃料を回収するためのアスピレータの能力（流量）を制御すれば、装置の大型化等を避けることができる。

アスピレータによって発生する負圧の程度は、基本的には燃料導入流量に依存する。例えば、アスピレータへの燃料導入流量が多いほど、大きな負圧が発生する。しかし、アスピレータへの燃料導入流量が一定でも、燃料の種類（組成）や燃料温度等の燃料性状によって負圧の程度は変動する。アスピレータは、導入された燃料によるベンチュリ効果によって負圧を発生させるものである。このとき、アスピレータの内部では、導入された燃料も減圧気化されることで、燃料蒸気圧が発生する。そして、アスピレータによって発生する負圧（キャニスタ等へ作用する負圧）は、アスピレータの内部において発生した内部負圧（内圧）と、導入された燃料の蒸気圧とが平衡となった圧力となるからである。軽質な燃料であるほど、あるいは燃料温度が高いほど、燃料蒸気圧は高くなる。このように燃料蒸気圧が変動することで、アスピレータによって発生する負圧の程度も変動する。そして、アスピレータによって発生する負圧の程度に応じて、アスピレータへ吸引されるガスの流量延いてはアスピレータからの吐出流量も定まる。すなわち、使用している燃料の性状（蒸気圧）に応じて、アスピレータの負圧−流量特性も異なってくる（図４参照）。反面、燃料性状が事前にわかれば、これに応じたアスピレータの負圧−流量特性を把握することができる。

そこで、事前に燃料性状（蒸気圧）を把握したうえで、前記流量制御手段は、当該燃料性状に応じた前記アスピレータの負圧−流量特性に基づいて、前記分離手段への蒸発燃料含有ガス供給流量を制御することが好ましい。これによれば、燃料性状の変動に応じて分離手段へのガス供給流量を調整制御できるので、的確に蒸発燃料残存濃度を制御することができる。なお、上述の如く、アスピレータにおける吐出流量、燃料導入流量、ガス吸引流量は、それぞれ互いに相関関係がある。したがって、アスピレータの負圧−流量特性における「流量」とは、アスピレータの吐出流量、燃料導入流量、又はガス吸引流量のいずれでもよい。

前記アスピレータからの吐出流量を前記アスピレータへの吸引ガス流量によって制御する場合は、前記流量制御手段（アスピレータからの吐出流量を制御する手段）として、アスピレータへの吸引ガス流量を制御可能な調圧弁とすることができる。上述のように、アスピレータにおける負圧−流量特性は既知なので、アスピレータによって発生する負圧（キャニスタ等へ作用する負圧）を調圧することで、アスピレータへのガス吸引量も制御できる。これにより、アスピレータからの吐出量も制御でき、分離手段へのガス供給流量も制御される。これによれば、アスピレータへの燃料導入流量を制御する場合よりも、的確且つ効率良く制御できる。

前記調圧弁を、開弁状態と閉弁状態とが切り替えられる電磁弁とする場合でも、前記調圧弁の開弁時間／（開弁時間＋閉弁時間）で定められるデューティ比を制御することで、調圧制御できる。調圧弁としては、開弁量そのものを調節可能なモータ駆動弁等を使用することもできるが、電磁弁であればモータ駆動弁等よりも迅速に調圧できると共に、コスト面でも有利である。

本発明によれば、分離手段へのガス供給流量を制御することで、蒸発燃料残存濃度が確実に低減された希釈ガスを精製できる。したがって、当該希釈ガスを蒸発燃料脱離用のガスとして利用しても、停止中において蒸発燃料が大気中へ放散されることを的確に防ぐことができる。また、希釈ガスを大気中へ放出する場合でも大気汚染を回避できる、また、燃料性状の相違に基づく制御誤差も低減できる。

実施例１の蒸発燃料処理装置の概略構成を示す模式図である。 アスピレータの縦断面図である。 分離膜への蒸発燃料含有ガス供給流量と希釈ガス流量及び希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度との関係を示す模式グラフである。 アスピレータにおける負圧−流量特性を示す模式グラフである。 実施例１において蒸発燃料を処理する際の制御フローである。 実施例１における弁開閉タイミングとこれに伴う負圧センサの検知負圧変化を示すグラフである。 実施例２の蒸発燃料処理装置の概略構成を示す模式図である。 アスピレータの変形例を示す縦断面図である。

以下、本発明の代表的な実施の形態について説明するが、これに限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。特に、本発明の蒸発燃料処理装置に必須の構成要素である燃料タンク、キャニスタ、吸引手段、及び分離手段を備える基本的構成を有する限り、その他種々の構成要素を付加できる。蒸発燃料処理装置は、揮発性の高い燃料（例えばガソリンなど）を燃料とする、自動車などの車両へ好適に適用できる。

（実施例１）
蒸発燃料処理装置は、図１に示すように、燃料Ｆを貯留する燃料タンク１、燃料タンク１内の燃料Ｆを図外の内燃機関（エンジン）へ圧送供給する燃料ポンプ２、燃料タンク１内で発生した蒸発燃料（ベーパ）を吸着するキャニスタ３、キャニスタ３へ負圧を作用させて当該キャニスタ３内から蒸発燃料を吸引脱離させるアスピレータ４、蒸発燃料含有ガスから蒸発燃料を優先的に透過させて濃縮分離する分離膜モジュール５、燃料タンク１内の蒸発燃料をキャニスタ３へ導入して吸着捕捉させる捕捉ベーパ通路１０、及び燃料タンク１内の蒸発燃料を分離膜モジュール５へ導入して処理させる処理ベーパ通路１１などを有する。アスピレータ４が本発明の吸引手段に相当し、分離膜モジュール５が本発明の分離手段に相当する。

燃料タンク１は密閉タンクである。燃料ポンプ２は燃料タンク１内に配され、燃料供給通路１２を通して燃料Ｆをエンジンへ圧送する。キャニスタ３の内部には吸着材Ｃが充填されている。吸着材Ｃとしては、空気は通すが蒸発燃料を吸着・脱離可能な活性炭等を使用できる。符号３３は、キャニスタ３内（吸着材Ｃ）を加熱するヒータである。吸着材Ｃは、温度が高いほど特定成分（本発明では蒸発燃料）の吸着量が少なく、温度が低いほど特定成分の吸着量が多くなる特性を有する。したがって、吸着材Ｃに吸着捕捉されている蒸発燃料を脱離する際は、吸着材Ｃの温度はできるだけ高い方が好ましい。しかし、蒸発燃料が吸着材Ｃから脱離されるとき、その気化熱によって吸着材Ｃの温度は低下する。そこで、蒸発燃料脱離の際にヒータ３３で吸着材Ｃを加熱することで、脱離効率を向上することができる。燃料タンク１とキャニスタ３とは、捕捉ベーパ通路１０を介して連通されている。捕捉ベーパ通路１０上には、当該捕捉ベーパ通路１０の連通状態と遮断状態とを切り替える開閉手段として、捕捉ベーパ通路弁２０が設けられている。また、キャニスタ３の大気ポート３ａには、その先端が大気開放された大気通路１３が連結されている。大気通路１３上にも、当該大気通路１３の連通状態と遮断状態とを切り替える開閉手段として、大気通路弁２３が設けられている。また、燃料タンク１には、当該燃料タンク１の内圧を検知する内圧検知手段として、圧力センサ３６が設けられている。

燃料供給通路１２には、分岐通路１４の一端が分岐状に連結されており、その他端にアスピレータ４が設けられている。分岐通路１４上には、アスピレータ４への燃料導入と遮断とを切り替える燃料導入制御手段として、分岐通路弁２４が設けられている。また、アスピレータ４には、キャニスタ３に至る回収通路１５も連結されている。回収通路１５上には、当該回収通路１５の連通状態と遮断状態とを切り替える開閉手段として、上流（キャニスタ３）側の第１の回収通路弁２５と、下流（アスピレータ４）側の第２の回収通路弁２９とが設けられている。すなわち、アスピレータ４は、回収通路１５を介してキャニスタ３と連通されている。また、回収通路１５上のアスピレータ４と第２の回収通路弁２９との間には、アスピレータ４によって発生した負圧を検知する負圧検知手段として、負圧センサ３７が設けられている。なお、負圧センサ３７は、圧力センサ３６と同じものを使用すればよい。

アスピレータ４は、図２に示すように、ベンチュリ部４１とノズル部４５とから構成されている。ベンチュリ部４１は、絞り４２と、絞り４２の燃料流動方向上流側に設けられた先窄まり状の減圧室４３と、絞り４２の燃料流動方向下流側に設けられた末拡がり状のディフューザ部４４と、吸引ポート４１ｐとを備えている。減圧室４３、絞り４２、およびディフューザ部４４は、それぞれ同軸に形成されている。吸引ポート４１ｐは、減圧室４３に連通形成されている。吸引ポート４１ｐに、回収通路１５が連結される。ノズル部４５は、ベンチュリ部４１の上流側に接合されている。ノズル部４５は、アスピレータ４内に燃料を導入する導入ポート４５ｐと、導入された燃料を噴射するノズル本体４６とを備えている。導入ポート４５ｐに、分岐通路１４が連結される。ノズル本体４６は減圧室４３内に同軸収納されており、当該ノズル本体４６の噴射口４６ｐは絞り４２に臨んでいる。

燃料ポンプ２から吐出された燃料Ｆの一部は、燃料供給通路１２から分岐通路１４を通して燃料導入ポート４５ｐからアスピレータ４内へ導入される。すると、導入された燃料Ｆがノズル本体４６から噴射され、絞り４２及びディフューザ部４４の中央部を軸方向に高速で流動する。このとき、減圧室４３においては、ベンチュリ効果によって負圧が発生する。これにより、吸引ポート４１ｐおよび回収通路１５に吸引力が生じる。回収通路１５を通して吸引ポート４１ｐから吸引された気体（本発明ではキャニスタ３からの蒸発燃料及び空気）は、ノズル本体４６から噴射された燃料Ｆと共にディフューザ部４４から混合排出される。

分離膜モジュール５は、密閉容器５ａと、当該密閉容器５ａ内を導入室５ｂと透過室５ｃとに区画するように配された分離膜５ｄとからなる。ここでの分離膜５ｄには、燃料成分に対する溶解拡散係数が高く、燃料成分を優先的に透過分離するが空気成分は透過し難い公知の分離膜を使用している。そのうえで、分離膜モジュール５の導入室５ｂには、処理ベーパ通路１１が連結される。すなわち、燃料タンク１と分離膜モジュール５の導入室５ｂとは、処理ベーパ通路１１を介して直接連通されている。処理ベーパ通路１１上には、当該処理ベーパ通路１１の連通状態と遮断状態とを切り替える開閉手段として、処理ベーパ通路弁２１が設けられている。また、分離膜モジュール５の導入室５ｂには、分離膜５ｄを透過せずに残存する希釈ガスが流動していく希釈ガス通路１６の一端が連結されている。希釈ガス通路１６の中途部は、枝分かれ状に二方向へ分岐しており、その各他端がキャニスタ３と吸気通路３０に連結されている。吸気通路３０は、エンジン駆動中に当該エンジンへ空気（大気）を吸入する通路である。符号３１は、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量に応じて吸入空気量を制御するストッロルバルブである。符号３２は、エアフィルタである。希釈ガス通路１６上の分岐点と吸気通路３０との間には、当該希釈ガス通路１６の連通状態と遮断状態とを切り替える開閉手段として、圧抜き弁２６が設けられている。一方、分離膜モジュール５の透過室５ｃには、分離膜５ｄによって濃縮分離された濃縮ガスが流動していく濃縮ガス通路１７の一端が連結されている。濃縮ガス通路１７の他端は、第１の回収通路弁２５と第２の回収通路弁２９との間において回収通路１５に連結されている。

圧力センサ３６及び負圧センサ３７からの検知信号は、エンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）３５に入力される。ＥＣＵ３５は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などを有する。ＲＯＭには、所定の制御プログラムや、図４に示すような燃料性状に応じたアスピレータ４の負圧−流量特性が予め記憶されており、ＣＰＵが、当該制御プログラムやアスピレータ４の負圧−流量特性に基づいて各構成要素を所定のタイミングで制御操作したり演算処理する。捕捉ベーパ通路弁２０、処理ベーパ通路弁２１、大気通路弁２３、分岐通路弁２４、第１の回収通路弁２５、圧抜き弁２６、及び第２の回収通路弁２９は、それぞれＥＣＵ３５によって開閉タイミングが制御される電磁弁である。

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（オフ時）は、大気通路弁２３は開弁しているが、捕捉ベーパ通路弁２０、処理ベーパ通路弁２１、分岐通路弁２４、第１の回収通路弁２５、圧抜き弁２６、及び第２の回収通路弁２９はそれぞれ閉弁している。給油時には、捕捉ベーパ通路弁２０がＥＣＵ３５によって開弁される。これにより、給油に伴って燃料タンク１の内圧が上昇すると、燃料タンク１内の蒸発燃料含有ガスが捕捉ベーパ通路１０を通してキャニスタ３内に流入する。すると、キャニスタ３内の吸着材Ｃ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Ｃを透過し、キャニスタ３から大気通路１３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。

一方、エンジン駆動中（燃料ポンプ２の駆動中）は、処理ベーパ通路弁２１、分岐通路弁２４、第１の回収通路弁２５、及び第２の回収通路弁２９が開弁され、燃料タンク１内で発生した蒸発燃料が分離膜モジュール５を介して濃縮分離されたうえで、再度燃料タンク１内へ回収されることになる。すなわち、本実施例の蒸発燃料処理装置は、パージレスエバポシステムとなっている。一方、分離膜モジュール５からの希釈ガスが蒸発燃料脱離用ガスとしてキャニスタ３へ導入される。このとき、分離膜モジュール５へ供給される蒸発燃料含有ガスの流量を制御しながら、蒸発燃料を処理回収することになる。以下に、分離膜モジュール５へのガス供給流量を制御しながら蒸発燃料を処理回収する機構について詳細に説明する。なお、以下の説明において、各弁の開閉や演算処理等は、全てＥＣＵ３５によって行われる。

図５に、蒸発燃料を処理する際の蒸発燃料処理装置の制御フローを示す。図６に、蒸発燃料を処理する際の各弁の開閉タイミングと、これに伴う負圧センサ３７による検知圧力の挙動を示す。したがって、以下の説明において、制御手順に関しては図５を参照し、弁の開閉タイミングや負圧の挙動に関しては図６を参照。まず、蒸発燃料の処理（システム運転）条件が成立しているか否かを判定する。本実施例では、エンジン駆動の有無によって判定する。なお、エンジン駆動＝燃料ポンプ２の駆動である。エンジンが駆動していなければ、蒸発燃料の処理は行われない。なお、エンジン停止中すなわち車両駐車中に蒸発燃料を処理するよう制御することもできる。しかし、車両駐車中に燃料ポンプ２を駆動するのでは、エンジン駆動には必要ない電力を燃料ポンプ２で消費することになるので、電力消費量が必要以上に増大してしまう。一方、エンジン駆動中でのみ蒸発燃料を処理すれば、エンジン駆動に必要な電力を消費するだけなので、効率的である。

エンジンが駆動されていると、蒸発燃料を処理するため所定の弁が開閉制御される（タイミングＴ₁）。このタイミングＴ₁では、分岐通路弁２４が開弁される。これにより、燃料ポンプ２から吐出された燃料Ｆの一部が、燃料供給通路１２から分岐通路１４を通して、アスピレータ４へ導入される。すると、アスピレータ４によって負圧が発生し、回収通路１５内が負圧となる。しかし、この時点では第２の回収通路弁２９は閉弁したままである。したがって、このタイミングＴ₁では、アスピレータ４から第２の回収通路弁２９に至る回収通路１５内のみが減圧される。ここで、第２の回収通路弁２９は濃縮ガス通路１７との連結部より下流（アスピレータ４）側にある。したがって、当該アスピレータ４から第２の回収通路弁２９までの間はガスの流入が無い閉鎖空間となっている。これにより、アスピレータ４から第２の回収通路弁２９までの回収通路１５内は、アスピレータ４によって減圧可能な最大負圧にまで減圧されることになる。このときの最大負圧は、アスピレータ４の内部で発生した内部負圧と、アスピレータ４の内部に導入された燃料Ｆが減圧気化されて発生した燃料蒸気圧との平衡圧力（飽和圧力）Ｐ₀である。

そして、当該アスピレータ４から第２の回収通路弁２９に至る範囲の負圧を負圧センサ３７によって検知し、その検知信号がＥＣＵ３５へ入力される。なお、負圧センサ３７による負圧の検知は、常時モニタリングしておくことが好ましいが、所定時間間隔で定期的に検知するよう制御することもできる。このとき、負圧が安定していなければ、安定するまで繰り返し検知される。しかし、所定時間経過しても負圧が安定しなければ、蒸発燃料処理装置に漏れや故障等が生じていると判定して、蒸発燃料の処理は行われない。

一方、負圧が安定したら、その安定負圧を飽和圧力Ｐ₀としてＥＵＣ３５に入力される。すると、予めＥＣＵ３５に記憶されている、図４に示すようなアスピレータ４における負圧−流量特性マップに基づいて、燃料性状が計測（同定）される。負圧−流量特性マップには、種々の燃料性状、具体的には燃料温度や燃料の種類に応じた負圧−流量特性が記憶されている。したがって、負圧センサ３７によって検知された飽和圧力Ｐ₀を負圧−流量特性マップに照合すれば、そのときの燃料性状を同定することができる。例えば燃料温度が高ければ、燃料蒸気圧も高くなるので飽和圧力Ｐ₀は高く（負圧の程度が小さく）なり、負圧−流量特性も当該飽和圧力Ｐ₀に応じた挙動を示す。逆に、燃料温度が低ければ、燃料蒸気圧も低くなるので飽和圧力Ｐ₀は低く（負圧の程度が大きく）なり、負圧−流量特性も当該飽和圧力Ｐ₀に応じた挙動を示す。

燃料性状に応じた飽和圧力Ｐ₀を検知できたら、次いで、分離膜モジュール５への蒸発燃料含有ガス供給流量、すなわちアスピレータ４からの吐出流量を制御するための設定基準が算出される。本実施例では、アスピレータ４からの吐出流量を、アスピレータ４へのガス吸引量によって制御する。したがって、本実施例では、アスピレータ４における負圧−ガス吸引流量特性がＥＣＵ３５に記憶されている。なお、アスピレータ４からの吐出流量＝燃料Ｆの導入流量＋ガス吸引流量である。また、燃料ポンプ２からアスピレータ４への燃料導入流量は一定である。したがって、アスピレータ４へのガス吸引流量を制御すれば、同時に吐出流量も制御できる。そのためには、回収通路１５及び濃縮ガス通路１７へ作用する負圧を制御する必要がある。

この制御負圧（設定負圧）の算出方法について説明する。まず、設定負圧を算出する前提として、分離膜モジュール５への蒸発燃料含有ガス供給流量は、希釈ガス中に蒸発燃料が殆ど残存していないに等しい濃度となる流量とする必要がある。そのためには、図３に示すような既知のガス供給流量−蒸発燃料残存濃度特性に基づいて、目標残存濃度Ｄｓに対応した目標供給流量Ｑｓを決定する。目標残存濃度Ｄｓとしては、例えば１ｖｏｌ％以下とすればよい。環境負荷を考慮すると、できるだけ低い方が好ましい。そして、分離膜モジュール５への目標供給流量Ｑｓが判明すると、これに対応するアスピレータ４の目標流量Ｑａを決定することができる。ＥＵＣ３５には、当該目標流量Ｑａが予め設定されている。そのうえで、ＥＵＣ３５では、負圧センサ３７によって検知された飽和圧力Ｐ₀に対応する負圧−流量特性に基づいて、目標流量Ｑａに対応した設定負圧Ｐ₁が算出される。

回収通路１５及び濃縮ガス通路１７へ作用させる設定負圧Ｐ₁が算出されると、次いで、圧力センサ３６によって燃料タンク１の内圧が検知される。このとき、圧力センサ３６による検知圧力が所定値（例えば５ｋＰａ程度）を超えていると、処理ベーパ通路弁２１及び圧抜き弁２６が開弁される。すると、燃料タンク１内のガスが吸気通路３０へ導入されることで、燃料タンク１の圧抜きが行われる。このとき、希釈ガス中には多くの蒸発燃料が含まれているが、当該蒸発燃料はエンジンにて消費されるので大気汚染の問題は無い。

一方、圧力センサ３６による検知圧力が所定値以下であれば、蒸発燃料を処理する前の準備段階として、所定の弁が開閉制御される（タイミングＴ₂）。このタイミングＴ₂では、大気通路弁２３が閉弁される一方、第２の回収通路弁２９が開弁される。すると、濃縮ガス通路１７及びアスピレータ４から第１の回収通路弁２５に至る回収通路１５内が、アスピレータ４によって減圧される。そして、この状態での負圧が負圧センサ３７によって検知され、当該検知負圧が所定値（判定圧力）以下となったところで、蒸発燃料を処理するために所定の弁が開閉制御される（タイミングＴ₃）。分離膜５ｄへ作用する負圧が判定圧力を超えていると、分離膜５ｄを挟んだ導入室５ｂと透過室５ｃとの間に十分な差圧が生じないことになる。これでは、蒸発燃料の分離効率が低下し、目標とする蒸発燃料の残存濃度を達成できない。ここでの判定圧力としては、例えば設定負圧Ｐ₁±１ｋＰａ程度以内とすればよい。判定圧力がこの程度から外れていると、蒸発燃料の処理を開始してから設定負圧Ｐ₁になるまでタイムラグが生じる。したがって、蒸発燃料の処理開始初期のタイムラグにおいて、分離膜モジュール５へのガス供給量に誤差が生じるおそれがある。判定圧力が設定負圧Ｐ₁±１ｋＰａ程度以内であれば、蒸発燃料の処理開始直後から精度良く分離膜モジュール５へのガス供給流量を制御できる。

弁開閉タイミングＴ₃では、処理ベーパ通路弁２１及び第１の回収通路弁２５が開弁される。第１の回収通路弁２５は、開弁状態と閉弁状態とが高速で繰り返されることで、その開弁量が制御される。具体的には、回収通路１５及び濃縮ガス通路１７内の負圧が設定負圧Ｐ₁となるように調圧するため、開弁時間／（開弁時間＋閉弁時間）で定められるデューティ比が制御される。これにより、第１の回収通路弁２５は調圧弁として機能する。したがって本実施例では、ＥＣＵ３５及び第１の回収通路弁２５が、本発明の流量制御手段に相当する。

第１の回収通路弁２５が開弁されると、キャニスタ３内に負圧が作用する。これにより、吸着材Ｃに吸着捕捉されていた蒸発燃料が吸引脱離される。脱離された蒸発燃料は、回収通路１５を通してアスピレータ４へ吸引され、燃料Ｆと共に燃料タンク１内へ吐出回収される。一方、処理ベーパ通路弁２１が開弁されることで、燃料タンク１内の蒸発燃料含有ガスが、処理ベーパ通路１１を通して分離膜モジュール５の導入室５ｂへ導入される。すると、蒸発燃料含有ガス中の蒸発燃料が分離膜５ｄを優先的に透過し、透過室５ｃへ濃縮ガスとして分離される。分離膜５ｄによって濃縮分離された濃縮ガスは、濃縮ガス通路１７から回収通路１５を通してアスピレータ４へ吸引され、燃料Ｆ及び脱離ガスと共に燃料タンク１内へ吐出回収される。分離膜５ｄを透過せずに導入室５ｂに残存する希釈ガスは、希釈ガス通路１６を通してキャニスタ３内へ導入され、蒸発燃料脱離用のガスとして利用される。これにより、蒸発燃料の脱離が促進される。このとき、調圧弁として機能する第１の回収通路弁２５によって、回収通路１５及び濃縮ガス通路１７内が設定負圧Ｐ₁となるように制御されている。したがって、アスピレータ４へのガス吸引流量は所定の流量Ｑａとなる。これにより、アスピレータ４からの吐出流量も制御されることで、分離膜モジュール５へのガス供給量が目標流量Ｑｓとなる。したがって、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度は、目標残存濃度Ｄｓ以下となっている。すなわち、希釈ガス中には蒸発燃料が殆ど残存していない。したがって、希釈ガスがキャニスタ３へ導入されても、大気ポート３ａ付近へ蒸発燃料が吸着されることは殆どない。

また、このような蒸発燃料の処理中においても、回収通路１５及び濃縮ガス通路１７の内圧が負圧センサ３７によって検知されている。そして、負圧が安定している状態において、負圧センサ３７によって検知される実際の負圧が設定負圧Ｐ₁と照合され、実際の負圧と設定負圧Ｐ₁との差が所定値を超えていると、第１の回収通路弁２５の開弁度、具体的にはデューティ比が修正される。ここでの所定値（検知負圧と設定負圧Ｐ₁との差）は、例えば０．１ｋＰａ程度とすればよい。負圧センサ３７による実際の負圧と設定負圧Ｐ１との差が所定値以内であれば、そのまま処理し続けられる。そして、エンジン（燃料ポンプ２）の停止に伴い、各弁が初期状態へ開閉制御されて蒸発燃料の処理が終了する。なお、蒸発燃料の処理中も、燃料タンク１の内圧が圧力センサ３６によって検知されている。そして、蒸発燃料の処理中に燃料タンク１の内圧が所定値（例えば５ｋＰａ）を超えると、圧抜き弁２６が開弁されて、吸気通路３０へ圧抜きされる。これにより燃料タンク１の内圧が所定値以下となると、再度圧抜き弁２６は閉弁される。

（実施例２）
上記実施例１では希釈ガスを蒸発燃料脱離用ガスとしてキャニスタ３へ導入したが、希釈ガスを大気中へ放出することもできる。図７に、実施例２の蒸発燃料処理装置の概略構成図を示す。実施例２は実施例１の変形例に相当するので、以下には実施例１と異なる構成を中心に説明する。実施例２の蒸発燃料処理装置は、図７に示すように、希釈ガス通路１６はキャニスタ３へは連結されておらず、その先端が大気開放されている。この場合、燃料タンク１から蒸発燃料含有ガスが分離膜モジュール５へ供給されると、分離膜５ｄを透過しなかった希釈ガスが希釈ガス通路１６を通して大気中へ放出される。このとき、実施例１と同様に、希釈ガス中の蒸発燃料残存濃度が残存していないに等しい濃度にまで低減されているので、大気汚染が回避される。

なお、実施例２における目標残存濃度Ｄｓは、実施例１における目標残存濃度Ｄｓよりもさらに低く設定しておくことが好ましい。実施例１では、基本的には希釈ガスをキャニスタ３へ導入し、間接的な大気汚染を防止するものなので、若干量であれば蒸発燃料が希釈ガス中に残存していても大きな問題はない。しかし、実施例２では希釈ガスを大気中へ放出するので、蒸発燃料残存濃度が直接大気汚染に関与するからである。したがって、実施例２における目標残存濃度Ｄｓは、好ましくは０．５ｖｏｌ％、より好ましくは０．１ｖｏｌ％に設定する。

実施例２では、希釈ガスを蒸発燃料脱離用のガスとして利用しない。そこで、蒸発燃料の脱離効率を向上させるため、蒸発燃料の処理中も大気通路弁２３を開弁しておく。これにより、キャニスタ３へアスピレータ４からの負圧が作用すると、大気通路１３を通して大気がキャニスタ３へ導入され、蒸発燃料の脱離が促進される。一方、希釈ガスを大気へ放出するので、実施例１のような燃料タンク１の圧抜きという概念（圧抜き制御）は不要である。実施例２において蒸発燃料を処理する際の制御フローは、図５に示す制御フローから「圧抜き」を除いたものとなる。したがって、圧抜き弁２６は、実施例２においては単に希釈ガス通路１６を開閉する希釈ガス通路弁ということができる。当該希釈ガス通路弁２６は、処理ベーパ通路弁２１や第１の回収通路弁２５と同時に（図６のタイミングＴ₃で）開弁される。その他の基本的構成や制御方法等は実施例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。

（その他の変形例）
上記実施例１，２において、燃料導入制御手段は、分岐通路１４上のほかに、アスピレータ４へ設けることもできる。例えば、アスピレータ４内に、ノズル本体４６からの燃料噴射タイミングを制御するニードル弁を設けることができる。具体的には、図８に示すように、ノズル部４５に弁設置ベース４８を接合したうえで、当該弁設置ベース４８の中央部に、ノズル本体４６を開閉するニードル弁４７を配すことができる。ニードル弁４７はピン状の部材であり、アスピレータ４の軸方向に沿って摺動可能となっている。ニードル弁４７と弁設置ベース４８との間には圧縮バネ４９が配されており、当該圧縮バネ４９によってニードル弁４７は閉弁方向へ常時付勢されている。また、弁設置ベース４８の周縁部には、電磁石５０がニードル弁４７を囲むように配されている。ＥＣＵ制御によって電磁石５０に通電されると、ニードル弁４７が開弁方向へ引き寄せられ、ノズル本体４６が開弁される。

上記実施例１，２では、アスピレータ４の負圧−ガス吸引流量特性に基づいて設定負圧Ｐ₁を定めたが、負圧−吐出流量特性に基づいて設定負圧Ｐ₁を定めることもできる。アスピレータ４への燃料導入流量は一定なので、負圧−吐出流量特性は、負圧−ガス吸引流量特性に燃料導入流量を加算した挙動となるだけである。また、アスピレータ４の吐出流量は、アスピレータ４への燃料導入流量によって制御することもできる。この場合、第１の回収通路弁２５は開弁状態で保持しておく一方、分岐通路弁２４のデューティ比を制御することで、設定負圧Ｐ₁となるように、アスピレータ４への燃料導入流量を制御すればよい。

１ 燃料タンク
２ 燃料ポンプ
３ キャニスタ
４ アスピレータ
５ 分離膜モジュール
９ 回収通路
１０ 捕捉ベーパ通路
１１ 処理ベーパ通路
１２ 燃料供給通路
１３ 大気通路
１４ 分岐通路
１５ 回収通路
１６ 希釈ガス通路
１７ 濃縮ガス通路
２５ 第1の回収通路弁（調圧弁）
２６ 圧抜き弁（希釈ガス通路弁）
３６ 圧力センサ
３７ 負圧センサ
４１ｐ 吸引ポート
４３ 減圧室
４４ ディフューザ部
４５ｐ 導入ポート
Ｃ 吸着材
Ｆ 燃料
Ｐ₀ 飽和圧力
Ｐ₁ 設定負圧

Claims (5)

1. 燃料タンクと、該燃料タンクで発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該キャニスタ内から蒸発燃料を吸引脱離させる吸引手段と、蒸発燃料含有ガスから蒸発燃料を優先的に透過させて濃縮分離する分離手段とを備え、前記分離手段によって分離された濃縮ガスが前記吸引手段を介して前記燃料タンクへ回収される蒸発燃料処理装置であって、
   前記吸引手段と前記キャニスタとは、該キャニスタから脱離された蒸発燃料を前記燃料タンクへ回収する回収通路を介して連通されており、
   前記回収通路には、前記分離手段によって分離された濃縮ガスを前記燃料タンクへ回収するための濃縮ガス通路が連結されており、
   前記回収通路上には、前記吸引手段によって前記回収通路及び前記濃縮ガス通路へ作用する負圧を検知する負圧検知手段が設けられており、
   前記分離手段を透過せずに残存する希釈ガスが、蒸発燃料脱離用ガスとして前記キャニスタへ導入されるか、又は大気中へ放出され、
   前記負圧検知手段による検知負圧に基づいて、前記回収通路及び前記濃縮ガス通路へ作用する負圧を制御することで、前記分離手段への蒸発燃料含有ガス供給流量を制御する流量制御手段を備えることを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
   
   
2. 請求項１に記載の蒸発燃料処理装置であって、
   前記吸引手段は、前記燃料タンク内に貯留された燃料を内燃機関へ圧送供給する燃料ポンプから吐出された燃料の一部を導入することで発生した負圧によって、前記キャニスタ内に吸着された蒸発燃料を吸引し、前記導入した燃料と共に前記吸引した蒸発燃料を前記燃料タンク内へ吐出回収するアスピレータであり、
   前記燃料タンクと前記分離手段のガス導入室とが直接連通されており、
   前記流量制御手段は、前記アスピレータからの吐出流量を制御する手段であることを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
3. 請求項２に記載の蒸発燃料処理装置であって、
   前記流量制御手段は、燃料性状に応じた前記アスピレータの負圧−流量特性に基づいて、前記分離手段への蒸発燃料含有ガス供給流量を制御することを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
4. 請求項３に記載の蒸発燃料処理装置であって、
   前記流量制御手段が、前記アスピレータへ吸引されるガスの流量を制御可能な調圧弁であることを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
5. 請求項４に記載の蒸発燃料処理装置であって、
   前記調圧弁は、開弁状態と閉弁状態とが切り替えられる電磁弁であり、
   前記調圧弁の開弁時間／（開弁時間＋閉弁時間）で定められるデューティ比を制御することで、調圧制御されることを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
   

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