JP5524018B2 - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、燃料タンクと、該燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該キャニスタへ負圧を印加してキャニスタ内から蒸発燃料を脱離する負圧印加手段と、蒸発燃料含有ガスを空気成分と燃料成分とに分離する分離膜を備える分離手段とを有し、分離膜を介して蒸発燃料含有ガスから蒸発燃料を燃料タンクへ分離回収す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の蒸発燃料処理装置では、負圧印加手段として真空ポンプを使用しており、当該真空ポンプによってキャニスタから脱離された蒸発燃料を含む蒸発燃料含有ガス（パージガス）を、分離手段としての分離膜モジュールに導入して、分離膜を介して燃料成分を燃料タンクへ分離回収している。詳しくは、真空ポンプはキャニスタと分離膜モジュールとの間に設けられており、キャニスタからのパージガスは、分離膜モジュールの導入室へ供給される。一方、分離膜を透過しなかった空気は、最終的に脱離促進用ガスとしてキャニスタへ供給される。なお、キャニスタから蒸発燃料の脱離回収中は、燃料タンクからの蒸発燃料含有ガスは処理されない構成となっている。
この種の分離膜を備える分離膜モジュールでは、分離膜を挟んで導入室と透過室とにおける蒸発燃料の分圧差が大きいほど、分離効率（単位時間当たりの透過分離量）が高いことが知られている。したがって、導入室に蒸発燃料が存在している状態において、透過室における燃料成分濃度が低いほど、分離効率が高いことになる。しかしながら、特許文献１では真空ポンプによって分離膜モジュールの導入室へ正圧を付加しているのみであり、透過室においては積極的なガス流動が図られていない。これでは、透過室において燃料成分濃度（蒸発燃料の分圧）が恒常的に高い状態となっており、蒸発燃料の分離回収効率には限界があった。
そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、蒸発燃料含有ガスを空気成分と燃料成分とに分離する分離手段を用いながら、蒸発燃料の分離回収効率が高い蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。
そのために本発明は、燃料タンクと、該燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該キャニスタへ負圧を印加してキャニスタ内から蒸発燃料を脱離する負圧印加手段と、蒸発燃料含有ガスを空気成分と燃料成分とに分離する分離手段とを有し、該分離手段は、蒸発燃料含有ガスから燃料成分を優先的に透過分離させる分離膜と、該分離膜によって区分けされた導入室と透過室とを備え、蒸発燃料含有ガスを前記分離手段へ導入し、前記分離膜を介して蒸発燃料を前記燃料タンクへ回収する蒸発燃料処理装置であって、前記負圧印加手段によって前記キャニスタ内から蒸発燃料を脱離（パージ）する際、前記燃料タンクからの蒸発燃料含有ガスを前記分離手段の導入室へ導入して、前記分離膜を介して前記透過室へ分離された燃料成分を前記燃料タンクへ回収しながら、前記キャニスタからのパージガスを前記分離手段の透過室へ供給することを特徴とする。
キャニスタ内から蒸発燃料を脱離しながら、燃料タンクからの蒸発燃料含有ガスも分離手段へ導入していれば、キャニスタ内に吸着されている蒸発燃料と共に、燃料タンク内で再発生した蒸発燃料も同時に処理回収できる。これにより、蒸発燃料の処理中における燃料タンクの急激な内圧上昇や、システム停止中におけるキャニスタへの負荷（蒸発燃料吸着量）等を低減できる。なお、キャニスタからのパージガスも、脱離された蒸発燃料を含む蒸発燃料含有ガスと言えるが、通常、当該パージガス中の燃料成分濃度は、燃料タンクからの蒸発燃料含有ガス中の燃料成分濃度よりも低い。そのうえで、キャニスタからのパージガスを分離手段の透過室へ供給している。これにより、透過室内がパージガスによって掃気されるので、透過室における燃料成分濃度を積極的に下げることができる。而して、分離膜による蒸発燃料の分離効率が向上し、蒸発燃料の分離回収効率が向上する。分離効率の向上により、分離手段や負圧印加手段の小型化も可能となる。パージガスは、透過分離された燃料成分と共に燃料タンクへ回収される。
前記分離手段は、基本的には分離膜によって導入室と透過室とに区分けされる構成であれば特に限定されないが、分離手段内において、導入された蒸発燃料含有ガスや分離膜を透過した燃料成分などのガスが前記分離膜に沿って流動するよう構成することが好ましい。これによれば、蒸発燃料含有ガスと分離膜との累積接触面積や接触時間が増大するので、高い精度で蒸発燃料を透過分離することができる。すなわち、蒸発燃料の分離残しを避けることができる。
そのうえで、前記パージガスを、前記分離手段のガス流動方向における中途部へ供給することが好ましい。蒸発燃料含有ガスが分離膜に沿って分離手段内を流動する場合、導入室においては蒸発燃料含有ガス中の蒸発燃料濃度は上流から下流にかけて漸減する。これに比例して、透過室においても蒸発燃料含有ガスの流動方向に対して蒸発燃料濃度が漸減する。そして、蒸発燃料含有ガスの流動方向における下流域では、蒸発燃料濃度が極めて低い状態となっている。したがって、当該下流域にパージガスを供給すると、返って当該下流域における分離効率が低下するおそれがある。そこで、パージガスを分離手段の中途部へ供給すれば、このような問題を避けながら、パージガスによって透過室を的確に掃気することができる。
なお、前記分離手段はひと繋がりの構成（１部材）とすることもできるし、複数に分割することもできる。この場合、前記パージガスは、分割された分離手段の連結部に供給すればよい。
本発明によれば、蒸発燃料含有ガスを空気成分と燃料成分とに分離する分離手段を用いながら、パージガスによって透過室を積極的に掃気することで、蒸発燃料の分離回収効率を向上することができる。
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、負圧印加手段、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、自動車などの車輌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へ負圧を印加して当該キャニスタ３内から蒸発燃料を吸引脱離させるアスピレータ４、蒸発燃料含有ガスを空気成分と燃料成分とに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が本発明の負圧印加手段に相当し、分離膜モジュール５が本発明の分離手段に相当する。
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へ負圧を印加して当該キャニスタ３内から蒸発燃料を吸引脱離させるアスピレータ４、蒸発燃料含有ガスを空気成分と燃料成分とに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が本発明の負圧印加手段に相当し、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。燃料タンク１には、当該燃料タンク１の内圧を検知する圧力検知手段として、圧力センサ３６が設けられている。圧力センサ３６からの検知信号は、エンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）３５へ入力される。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・脱離可能な多孔質体を使用できる。本実施例では活性炭を使用している。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。
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とに区切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。詳しくは、分離膜５ｄは、ガス分離の主体的機能を果たす非多孔質な薄膜層（機能層）と、当該薄膜層を支持する多孔質支持層とからなる。薄膜層には、例えば架橋されて三次元不溶化されたシリコーンゴム等が使用される。多孔質支持層には、例えばポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、又はポリビニリデンフルオロライド（ＰＶＤＥ）等の合成樹脂や、セラミックが使用される。分離膜５ｄとしては、中空糸状、平板状、ハニカム状、スパイラル状などの形態がある。
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。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。
キャニスタ３と分離膜モジュール５の導入室５ｂとは、不透過ガス通路１６を介して連通されている。なお、不透過ガス通路１６は、その途中で分岐して、吸気通路３０にも連結されている。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。不透過ガス通路１６上の分岐点と吸気通路３０との間には、当該不透過ガス通路１６の連通状態と遮断状態とを切り替える圧抜弁２６が設けられている。不透過ガス通路１６は、スロットルバルブ３１より上流（エアフィルタ３２側）において吸気通路３０と連結されている。また、キャニスタ３と分離膜モジュール５の透過室５ｃとは、パージ通路１７を介して連通されている。
捕捉ベーパ通路弁２０、処理ベーパ通路弁２１、大気通路弁２３、及び圧抜弁２６は、ＥＣＵ３５によって開閉タイミングが制御される電磁弁である。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が予め記憶されており、ＣＰＵが、当該制御プログラムに基づいて、蒸発燃料処理装置の各構成要素を所定のタイミングで制御操作する。
燃料供給通路１２には、分岐通路１４が分岐状に連結されており、その他端にアスピレータ４が連結されている。アスピレータ４には、分離膜モジュール５の透過室５ｃに至る回収通路１５も連結されている。アスピレータ４は、燃料ポンプ２から吐出された燃料Ｆの一部を導入して負圧を発生させる負圧発生手段である。詳しくは、図２に示すように、アスピレータ４はベンチュリ部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Ｆを導入する導入ポート４５ｐと、導入された燃料Ｆ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を介して回収通路１５に負圧（吸引力）が生じる。回収通路１５を通して吸引ポート４１ｐから吸引されたガスは、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の密閉容器５ａには、図３に示すように、燃料タンク１からの蒸発燃料含有ガスＧ1を導入する導入ポート５ｍと、分離膜５ｄを透過しなかった空気成分（以下、不透過ガスと称す）Ｇ2を排気する不透過ガスポート５ｎと、分離膜５ｄを透過した燃料成分（以下、透過ガスと称す）Ｇ3を排気回収する回収ポート５ｆと、キャニスタ３からのパージガスＧ4を導入する掃気ポート５ｐとが、内外貫通状に形成されている。導入ポート５ｍ及び不透過ガスポート５ｎは導入室５ｂに形成されている。導入ポート５ｍに、処理ベーパ通路１１が連結される。不透過ガスポート５ｎに、不透過ガス通路１６が連結される。なお、導入ポート５ｍと不透過ガスポート５ｎとは、導入室５ｂにおいて互いに対向状に形成されている。したがって、導入室５ｂへ導入された蒸発燃料含有ガスは、分離膜５ｄに沿って導入ポート５ｍ側から不透過ガスポート５ｎ側へ流動していく。
一方、回収ポート５ｆ及び掃気ポート５ｐは透過室５ｃに形成されている。回収ポート５ｆに、回収通路１５が連結される。掃気ポート５ｐに、パージ通路１７が連結される。回収ポート５ｆは、蒸発燃料含有ガスＧ1の流動方向に対して上流端（導入ポート５ｍ側）に形成されている。したがって、導入室５ｂの下流域も含めて分離膜５ｄを透過した透過ガスＧ3も分離膜５ｄに沿って流動し、回収ポート５ｆから排気される。これにより、透過室５ｃにおけるガス流動方向は、導入室５ｂにおけるガス流動方向とは逆になる。そのうえで、掃気ポート５ｐは、ガス流動方向の中途部に形成されている。掃気ポート５ｐを透過ガスＧ3の流動方向上流端（蒸発燃料含有ガスＧ1の流動方向下流端）に形成することもできるが、この場合、パージガスＧ4による透過室５ｃの掃気効果が低減するおそれがある。なお、掃気ポート５ｐの形成箇所は１箇所である。すなわち、キャニスタ３と分離膜モジュール５の透過室５ｃとの連結部は、１箇所である。
掃気ポート５ｐの形成箇所（透過室５ｃとキャニスタ３との連通箇所）は、透過室５ｃの中途部であれば特に限定されないが、透過室５ｃにおける透過ガスＧ3の流動方向に対して、できるだけ上流に形成することが好ましい。これにより、透過室５ｃ内を全体的に掃気できるからである。但し、パージガスＧ4中の燃料成分濃度と透過室５ｃにおける燃料成分濃度とがほぼ一致する部位以下流（透過ガスＧ3の流動方向基準）とすることが好ましい。パージガスＧ4中の燃料成分濃度と透過室５ｃにおける燃料成分濃度とがほぼ一致する部位より上流に掃気ポート５ｐを形成すると、当該燃料成分濃度がほぼ一致する部位より上流域では、パージガスＧ4によって透過室５ｃ内の燃料成分濃度が高められ、分離膜５ｄによる分離効率が低下するからである。最も好ましくは、パージガスＧ4中の燃料成分濃度と透過室５ｃにおける燃料成分濃度とがほぼ一致する部位に掃気ポート５ｐを形成する。なお、システム（蒸発燃料処理装置）稼動中は、キャニスタ３内から蒸発燃料が脱離されるに伴い、パージガスＧ4中の燃料成分濃度は経時的に減少する。したがって、パージガスＧ4中の燃料成分濃度は、当該パージガスＧ4を透過室５ｃへ供給する供給初期濃度を基準とすることが好ましい。一般的に、パージガスＧ4中の初期燃料成分濃度は、１０ｖｏｌ％程度である。
パージガスＧ4中の燃料成分濃度と透過室５ｃにおける燃料成分濃度とがほぼ一致する部位は、蒸発燃料含有ガスＧ1中の燃料成分濃度、分離膜モジュール５の寸法、及び分離膜５ｄによる分離性能等に応じて決まる。極端に厳しい寒冷地や熱帯地を除いて、車輌走行中、一般的に燃料Ｆは２５〜４５℃程度の温度範囲にある。このような温度範囲では燃料タンク１内において蒸発燃料含有ガスＧ1中の燃料成分濃度は、凡そ３０〜５０ｖｏｌ％となる。そして、蒸発燃料含有ガスＧ1は、導入室５ｂ内を分離膜５ｄに沿って流動することで、蒸発燃料含有ガスＧ1の流動方向上流側から下流にかけて燃料成分濃度が漸減する。一方、導入室５ｂにおける燃料成分濃度が高いほど燃料成分の透過分離量も高いことから、透過室５ｃにおいては、透過ガスＧ3の流動方向上流側から下流にかけて燃料成分濃度が漸増している。例えば、燃料成分５０ｖｏｌ％程度の蒸発燃料含有ガスＧ1が導入室５ｂに導入されたとすると、透過室５ｃにおける燃料成分濃度は、下流域で５０ｖｏｌ％以上、中流域で１５〜２０ｖｏｌ％程度、下流域では５ｖｏｌ％未満となる。このような傾向は、分離膜モジュール５の寸法や分離膜５ｄの種類等によって一定であり、予め測定把握しておくことができる。したがって、掃気ポート５ｐの形成箇所は、想定される蒸発燃料含有ガスＧ1中の燃料成分濃度やパージガスＧ4中の燃料成分濃度、分離膜モジュール５の寸法、及び分離膜５ｄの種類等に応じて、適宜設計することができる。
蒸発燃料含有ガスＧ1中の燃料成分濃度は、燃温が高いほど高くなる。これを前提として、蒸発燃料含有ガスＧ1中の燃料成分濃度は、一般的に想定される通常走行中の燃温変動範囲の下限温度（例えば２５℃）での濃度を基準とすることが好ましい。もちろん、一般的に想定される通常走行中の燃温変動範囲において、比較的高い燃温での濃度を基準としても構わない。但し、比較的高い燃温での濃度を基準とすると、燃温が低下した場合には、パージガスＧ4中の燃料成分濃度と透過室５ｃにおける燃料成分濃度とがほぼ一致する部位より上流に、掃気ポート５ｐが位置することになる。一方、蒸発燃料含有ガスＧ1中の燃料成分濃度を比較的低い燃温での濃度を基準とすれば、燃温が上昇しても、パージガスＧ4中の燃料成分濃度と透過室５ｃにおける燃料成分濃度とがほぼ一致する部位より下流に、掃気ポート５ｐが位置している。
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、及び圧抜弁２６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。なお、以下の説明において、各弁の開閉タイミングや燃料ポンプ２の駆動タイミング等は、全てＥＣＵ３５によって制御操作される。そして、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。給油完了後は、捕捉ベーパ通路弁２０が再度開弁される。
車輌走行中（エンジン稼動中）は、大気通路弁２３が閉弁される一方、処理ベーパ通路弁２１が開弁される。捕捉ベーパ通路弁２０は常時閉弁されており、圧抜弁２６も基本的には閉弁されている。また、ヒータ３３が通電され、キャニスタ３内が加熱される。処理ベーパ通路弁２１が開弁されると、燃料タンク１内の蒸発燃料含有ガスＧ1は、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、図３に示すように、蒸発燃料含有ガスＧ1は、導入室５ｂ内を導入ポート５ｍから不透過ガスポート５ｎへ向けて、分離膜５ｄに沿って流動していく。その間に、蒸発燃料含有ガスＧ1中の燃料成分が分離膜５ｄを優先的に透過することで、透過室５ｃには主として蒸発燃料からなる透過ガスＧ3が分離精製される。一方、分離膜５ｄを透過せずに導入室５ｂに残存している不透過ガスＧ2は、不透過ガス通路１６を通してキャニスタ３へ導入される。これにより、キャニスタ３内に吸着されている蒸発燃料の脱離が促進される。
これと併行して、燃料ポンプ２が駆動されると、当該燃料ポンプ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及び分離膜モジュール５の透過室５ｃ内が減圧される。これにより、分離膜５ｄを透過した透過ガスＧ3は、透過室５ｃ内を分離膜５ｄに沿って流動し、回収ポート５ｆから回収通路１５を通してアスピレータ４へ吸引され、燃料タンク１内へ燃料Ｆと共に吐出回収される。
また、アスピレータ４による負圧は、分離膜モジュール５の透過室５ｃを介してパージ通路１７からキャニスタ３内へも印加される。これにより、キャニスタ３内に吸着されていた蒸発燃料が吸引脱離（パージ）される。そして、キャニスタ３からのパージガスは、パージ通路１７を通して分離膜モジュール５の透過室５ｃへ供給される。すると、パージガスＧ4中の燃料成分濃度は透過室５ｃ内の燃料成分濃度より低いため、図３に示すように、パージガスＧ4によって透過室５ｃ内が掃気され、透過室５ｃ内の燃料成分濃度すなわち燃料成分の分圧が積極的に低減される。これにより、分離膜５ｄによる分離効率が向上する。なお、透過室５ｃの上流域では中下流域に比べて燃料成分濃度が低くなっているが、パージガスＧ4は透過室５ｃの中途部に供給されるので、当該上流域における燃料成分濃度がパージガスＧ4によって高められることはない。パージガスＧ4も、透過ガスＧ3と共に回収ポート５ｆから排気され、最終的に燃料タンク１へ回収される。
また、エンジン駆動中に燃料タンク１の内圧が所定値（例えば５ｋＰａ）以上となったことが圧力センサ３６によって検知されると、圧抜弁２６が開弁される。すると、不透過ガスは不透過ガス通路１６を通して吸気通路３０へ導入され、燃料タンク１が圧抜きされる。燃料タンク１の内圧が十分（例えば大気圧程度）に低下したことが圧力センサ３６によって検知されると、再度圧抜弁２６は閉弁される。
（実施例２）
上記実施例１では、ひと繋がりの分離膜モジュール５を用いたが、図４に示す実施例２のように、分離膜モジュールを複数に分割することもできる。本実施例２では、図４，５に示すように、分離膜モジュールを、導入室５ｂにおける燃料タンク１からの蒸発燃料含有ガスＧ1の流動方向を基準として、上流側の第１モジュール部５１と下流側の第２モジュール部５２とに二分割している。透過室５ｃにおけるキャニスタ３からのパージガスＧ4の流動方向を基準とすれば、第１モジュール部５１は上流に、第２モジュール部５２は下流にある。すなわち、分離膜モジュールは、ガス流動方向に対して直列状に分割されている。第１モジュール部５１及び第２モジュール部５２は、それぞれ密閉容器５ａ1・５ａ2と、導入室５ｂ1・５ｂ2と、透過室５ｃ1・５ｃ2と、分離膜５ｄ1・５ｄ2とを備える。第１モジュール部５１の導入室５ｂ1と第２モジュール部５２の導入室５ｂ2とは、連結管５３ｂを介して連通されている。第１モジュール部５１の透過室５ｃ1と第２モジュール部５２の透過室５ｃ2とは、連結管５３ｃを介して連通されている。
上記実施例１では、ひと繋がりの分離膜モジュール５を用いたが、図４に示す実施例２のように、分離膜モジュールを複数に分割することもできる。本実施例２では、図４，５に示すように、分離膜モジュールを、導入室５ｂにおける燃料タンク１からの蒸発燃料含有ガスＧ1の流動方向を基準として、上流側の第１モジュール部５１と下流側の第２モジュール部５２とに二分割している。透過室５ｃにおけるキャニスタ３からのパージガスＧ4の流動方向を基準とすれば、第１モジュール部５１は上流に、第２モジュール部５２は下流にある。すなわち、分離膜モジュールは、ガス流動方向に対して直列状に分割されている。第１モジュール部５１及び第２モジュール部５２は、それぞれ密閉容器５ａ1・５ａ2と、導入室５ｂ1・５ｂ2と、透過室５ｃ1・５ｃ2と、分離膜５ｄ1・５ｄ2とを備える。第１モジュール部５１の導入室５ｂ1と第２モジュール部５２の導入室５ｂ2とは、連結管５３ｂを介して連通されている。第１モジュール部５１の透過室５ｃ1と第２モジュール部５２の透過室５ｃ2とは、連結管５３ｃを介して連通されている。
また、燃料タンク１からの蒸発燃料含有ガスＧ1が導入される導入ポート５ｍは、第１モジュール部５１の導入室５ｂ1の上流端（蒸発燃料含有ガスＧ1の流動方向基準）に形成されている。不透過ガスＧ2が排気される不透過ガスポート５ｎは、第２モジュール部５２の導入室５ｂ2の下流端（蒸発燃料含有ガスＧ1の流動方向基準）に形成されている。分離膜５ｄ1・５ｄ2を透過した透過ガスＧ3が排気される回収ポート５ｆは、第１モジュール部５１の透過室５ｃ2の下流端（透過ガスＧ3の流動方向基準）に形成されている。そして、キャニスタ３からのパージガスＧ4が導入される掃気ポート５ｐは、第１モジュール部５１の透過室５ｃ1と第２モジュール部５２の透過室５ｃ2との連結部、すなわち連結管５３ｃに形成されている。
第１モジュール部５１の長さ寸法（ガス流動距離）は、第２モジュール部５２の長さ寸法よりも大きく設定されている。これにより、掃気ポート５ｐが、透過室５ｃにおける透過ガスＧ3の流動方向に対してできるだけ上流で、パージガスＧ4中の燃料成分濃度と透過室５ｃにおける燃料成分濃度とがほぼ一致する部位以下流に位置している。これにより、蒸発燃料含有ガスＧ1中の燃料成分は、その大半が第１モジュール部５１において透過分離され、第２モジュール部５２における透過分離量は僅かとなっている。したがって、第１モジュール部５１の透過室５ｃ1内における燃料成分濃度はパージガスＧ4中の燃料成分濃度より高いが、第２モジュール部５２の透過室５ｃ2内における燃料成分濃度はパージガスＧ4中の燃料成分濃度よりも低くなる。
そして、蒸発燃料処理の際は、キャニスタ３からのパージガスＧ4が連結管５３ｃから導入される。すると、連結管５３ｃより下流にある第１モジュール部５１の透過室５ｃ1内はパージガスＧ4によって掃気されることで、積極的に燃料成分濃度が下げられ、分離効率が向上する。一方、第２モジュール部５２の透過室５ｃ2は連結管５３ｃより上流にあるので、当該透過室５ｃ2における分離効率がパージガスＧ4によって低下することが避けられる。その他は実施例１と同じなので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。
（変形例）
上記実施例１、２において、圧抜弁２６に代えて、不透過ガス通路１６の分岐点に三方弁を設けることもできる。また、蒸発燃料の処理中に燃料タンク１の内圧が所定値以上となった場合も、キャニスタ３を介して圧抜きすることもできる。この場合、分岐通路１４上に電磁弁を設けておく。そのうえで、蒸発燃料の処理中に燃料タンク１の内圧が所定値以上となったことが圧力センサ３６によって検知されると、処理ベーパ通路弁２１及び分岐通路上の電磁弁を閉弁する一方、捕捉ベーパ通路弁２０を開弁する。すると、給油時と同様にして燃料タンク１内が圧抜きされる。そして、燃料タンク１の内圧が十分に低下したことが圧力センサ３６によって検知されると、再度捕捉ベーパ通路弁２０が閉弁される一方、処理ベーパ通路弁２１及び分岐通路上の電磁弁が閉弁され、蒸発燃料の処理が再開される。したがって、このような変形例では、不透過ガス通路１６を必ずしも吸気通路３０へ分岐連通させる必要はない。当然、圧抜弁２６も不要となる。
上記実施例１、２において、圧抜弁２６に代えて、不透過ガス通路１６の分岐点に三方弁を設けることもできる。また、蒸発燃料の処理中に燃料タンク１の内圧が所定値以上となった場合も、キャニスタ３を介して圧抜きすることもできる。この場合、分岐通路１４上に電磁弁を設けておく。そのうえで、蒸発燃料の処理中に燃料タンク１の内圧が所定値以上となったことが圧力センサ３６によって検知されると、処理ベーパ通路弁２１及び分岐通路上の電磁弁を閉弁する一方、捕捉ベーパ通路弁２０を開弁する。すると、給油時と同様にして燃料タンク１内が圧抜きされる。そして、燃料タンク１の内圧が十分に低下したことが圧力センサ３６によって検知されると、再度捕捉ベーパ通路弁２０が閉弁される一方、処理ベーパ通路弁２１及び分岐通路上の電磁弁が閉弁され、蒸発燃料の処理が再開される。したがって、このような変形例では、不透過ガス通路１６を必ずしも吸気通路３０へ分岐連通させる必要はない。当然、圧抜弁２６も不要となる。
また、上記実施例１，２では不透過ガスをキャニスタ３へ供給しているが、キャニスタ３と共に、又はキャニスタ３へ供給せずに、不透過ガスを吸気通路３０や大気中へ排気することもできる。不透過ガスを吸気通路３０へ排気する場合は、蒸発燃料の処理中、燃料タンク１の内圧が所定値未満でも、適宜のタイミングで圧抜弁２６を開弁する。または、圧抜弁２６を設けなくてもよい。不透過ガスを大気中へ排気する場合は、不透過ガス通路１６の先端を大気開放しておけばよい。不透過ガスをキャニスタ３へ供給しない場合は、不透過ガス通路１６をキャニスタ３へ連結しなければよい。この場合、蒸発燃料処理中も大気通路弁２３を開弁して、大気通路１３から大気を脱離促進ガスとしてキャニスタ３内へ導入することが好ましい。
また、上記実施例１，２における負圧印加手段を、図６に示すように、アスピレータ４に代えて真空ポンプ５５とすることもできる。この場合も、蒸発燃料の処理手順は実施例１，２と同じである。
実施例２では、分離膜モジュールを二つに分割したが、三つ以上に分割することもできる。この場合、分割されたモジュール部同士を連結する連結部（連結管）も複数存在するが、透過室５ｃにおける透過ガスＧ3の流動方向に対してできるだけ上流で、パージガスＧ4中の燃料成分濃度と透過室５ｃにおける燃料成分濃度とがほぼ一致する部位以下流（最も好ましくはパージガスＧ4中の燃料成分濃度と透過室５ｃにおける燃料成分濃度とがほぼ一致する部位）に位置する連結部へ掃気ポート５ｐを形成することが好ましい。また、分離膜モジュールを複数に分割した場合も、いずれかのモジュール部の透過室へ直接掃気ポート５ｐを形成することもできる。
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
５ｂ 導入室
５ｃ 透過室
５ｄ 分離膜
５ｆ 回収ポート
５ｍ 導入ポート
５ｎ 不透過ガスポート
５ｐ 掃気ポート
１０ 捕捉ベーパ通路
１１ 処理ベーパ通路
１３ 大気通路
１４ 分岐通路
１５ 回収通路
１６ 不透過ガス通路
１７ パージ通路
３６ 圧力センサ
４１ ベンチュリ部
４１ｐ 吸引ポート
４３ 減圧室
４４ ディフューザ部
４５ ノズル部
４５ｐ 導入ポート
４６ ノズル本体
４６ｐ 噴射口
５１ 第１モジュール部
５２ 第２モジュール部
５３ｂ・５３ｃ 連結管
Ｃ 吸着材
Ｆ 燃料
Ｇ1 蒸発燃料含有ガス
Ｇ2 空気成分（不透過ガス）
Ｇ3 燃料成分（透過ガス）
Ｇ4 パージガス
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
５ｂ 導入室
５ｃ 透過室
５ｄ 分離膜
５ｆ 回収ポート
５ｍ 導入ポート
５ｎ 不透過ガスポート
５ｐ 掃気ポート
１０ 捕捉ベーパ通路
１１ 処理ベーパ通路
１３ 大気通路
１４ 分岐通路
１５ 回収通路
１６ 不透過ガス通路
１７ パージ通路
３６ 圧力センサ
４１ ベンチュリ部
４１ｐ 吸引ポート
４３ 減圧室
４４ ディフューザ部
４５ ノズル部
４５ｐ 導入ポート
４６ ノズル本体
４６ｐ 噴射口
５１ 第１モジュール部
５２ 第２モジュール部
５３ｂ・５３ｃ 連結管
Ｃ 吸着材
Ｆ 燃料
Ｇ1 蒸発燃料含有ガス
Ｇ2 空気成分（不透過ガス）
Ｇ3 燃料成分（透過ガス）
Ｇ4 パージガス
Claims (3)
- 燃料タンクと、該燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、該キャニスタへ負圧を印加してキャニスタ内から蒸発燃料を脱離する負圧印加手段と、蒸発燃料含有ガスを空気成分と燃料成分とに分離する分離手段とを有し、該分離手段は、蒸発燃料含有ガスから空気成分よりも燃料成分を優先して透過分離させる分離膜と、該分離膜によって区分けされた導入室と透過室とを備え、前記燃料タンクからの蒸発燃料含有ガスを前記分離手段へ導入し、前記分離膜を介して蒸発燃料を前記燃料タンクへ回収する蒸発燃料処理装置であって、
前記負圧印加手段によって前記キャニスタ内から蒸発燃料を脱離する際、前記燃料タンクからの蒸発燃料含有ガスを前記分離手段の導入室へ導入して、前記分離膜を介して前記透過室へ分離された燃料成分を前記燃料タンクへ回収しながら、前記キャニスタからのパージガスを前記分離手段の透過室へ供給し、
前記分離膜を透過せずに前記導入室に残存している不透過ガスは、不透過ガス通路を通して前記キャニスタへ導入することを特徴とする、蒸発燃料処理装置。 - 請求項１に記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記分離手段内では、導入された蒸発燃料含有ガスや分離膜を透過した燃料成分などのガスが前記分離膜に沿って流動し、
前記パージガスを、前記分離手段のガス流動方向における中途部へ供給することを特徴とする、蒸発燃料処理装置。 - 請求項２に記載の蒸発燃料処理装置であって、
前記分離手段は複数に分割されており、
前記パージガスを、分割された分離手段の連結部に供給することを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
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