JPH06147037A - エンジンの蒸発燃料排出防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガス分離膜を用いたガス分離器でガソリン蒸
気を濃縮して高濃度のガソリン蒸気とし、これを液化し
て燃料タンクに戻すことにより、蒸発ガソリンの大気拡
散を効率よく防止する。 【構成】 燃料タンク７１はガソリンを収納する。ガス
分離器７２は、ガス分離膜７２Ａで仕切られた２つの室
７２Ｂ，７２Ｃからなり、燃料タンク７１内のガソリン
蒸気と空気の混合ガスを一方の室７２Ｂに導く。減圧用
ポンプ７３がエンジン停止後に作動してガス分離器７２
の他方の室７２Ｃを減圧すると、ポンプ７３により吸引
される高濃度のガソリン蒸気が液化装置７４で液化さ
れ、液化したガソリンは戻し通路７５から燃料タンク７
１に戻される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ガソリンエンジンの
燃料タンクからの蒸発燃料排出防止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガソリン燃料の蒸発自身を防止すること
は極めて困難であるため、活性炭キャニスタにガソリン
蒸気を吸着させることによって蒸発ガソリンの大気への
拡散を防止する装置が一般的である（（株）山海堂 昭
和５５年７月発行 自動車工学全書４巻ガソリンエンジ
ン 第２８７頁、また実開昭５８−６４８５４号参
照）。

【０００３】これを図９で説明すると、ガソリン蒸気が
キャニスタ内の活性炭に触れるとその表面にゆるく吸着
され、そこに空気を流すと再び離脱するという性質を利
用して、図に示したように、エンジン停止時に燃料タン
ク２からのガソリン蒸気を活性炭６１Ａの詰まった容器
（キャニスタ）６１に向かって拡散させ、エンジンの運
転時になると三方電磁弁６２を介しキャニスタ６１の外
部から大気を取り入れることにより、離脱したガソリン
蒸気を吸気管８に吸い込ませるのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の装置
では、活性炭キャニスタ６１に容量一杯までガソリン蒸
気が吸着された後は、それ以上ガソリン蒸気を吸着でき
ないため、吸着されないガソリン蒸気がオーバーフロー
して大気中に放出されるしかなく、かといってすべての
ガソリン蒸気をキャニスタ６１で吸着しようとすれば、
キャニスタ６１が大型になり、コストが上昇する。

【０００５】そこでこの発明は、ガス分離膜を用いたガ
ス分離器でガソリン蒸気を濃縮して高濃度のガソリン蒸
気とし、これを液化して燃料タンクに戻すことにより、
蒸発ガソリンの大気拡散を効率よく防止することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、第１図で示
すように、ガソリンを収納する燃料タンク７１と、ガス
分離膜７２Ａで仕切られた２つの室７２Ｂ，７２Ｃから
なり、前記燃料タンク７１内のガソリン蒸気と空気の混
合ガスを一方の室７２Ｂに導くガス分離器７２と、エン
ジン停止後に作動して前記他方の室７２Ｃを減圧するポ
ンプ７３と、このポンプ７３により吸引される高濃度の
ガソリン蒸気を液化する装置７４と、液化したガソリン
を前記燃料タンク７１に戻す通路７５とを設けた。

【０００７】

【作用】エンジンの停止後にたとえば高水温になってい
るときは、燃料タンク７１内でガソリン蒸気が多く発生
する。

【０００８】この場合に、減圧用ポンプ７３が作動され
ると、燃料タンク７１内のガソリン蒸気と空気の混合ガ
スがガス分離器７２に導入される。

【０００９】ガス分離器７２では、空気よりもガソリン
蒸気がより多く下流側の室７２Ｃに透過され、透過によ
り濃度の濃くなったガソリン蒸気は液化装置７４で液化
される。液化したガソリンは、減圧用ポンプ７３で圧送
され、戻し通路７５を介して燃料タンク７１に戻され
る。

【００１０】このようにして、燃料タンク７１内の蒸発
ソリンの大部分が液化されて燃料タンク７１に回収され
ると、キャニスタを設ける必要がなく、ガソリン蒸気の
大気放出が高い効率で低減される。

【００１１】

【実施例】図２において、燃料噴射装置は、燃料タンク
２、フィードポンプ３、燃料フィルタ４、プレッシャレ
ギュレータ５、インジェクタ６などからなり、始動時に
フィードポンプ３を駆動すると、燃料タンク２からの液
体ガソリンが加圧されて燃料ライン７に供給され、プレ
ッシャレギュレータ５により燃料ライン７の燃料が絞り
弁下流の吸気管８の圧力より常に一定圧だけ高く保たれ
る。

【００１２】マイコンからなるコントローラ１１では、
エンジンの作動時にインジェクタ６を、たとえばエンジ
ン回転に同期して間欠的に開くことによって、燃料を吸
気管８に供給する。インジェクタ６からの燃料噴射量は
エアフローメータ１２に応じて定められる。

【００１３】一方、燃料タンク２内の液面より上部に一
端が開口する通路１５を介して燃料タンク２とガス分離
膜モジュール（ガス分離器）１６とが接続される。

【００１４】ガス分離膜モジュール１６はガス分離膜と
しての平膜状のパーベーパレーション膜（浸透気化膜）
１６Ａによって２つの室１６Ｂ，１６Ｃに仕切られてお
り、下流側の室（図で左室）１６Ｃに開口する通路１８
に減圧用ポンプ１９が設けられ、コントローラ１１から
の指令によりこのポンプ１９が駆動されると、通路１５
の他端が開口する上流側の室（右室）１６Ｂよりも下流
側の室１６Ｃが減圧される。通路１５の途中に設けたチ
ェックバルブ１７は、タンク２内のガソリン蒸気の圧力
が一定圧以上になると開かれ、ガソリン蒸気と空気の混
合ガスが分離膜モジュール１６に導入される。

【００１５】ガス分離膜モジュール１６の詳細を図３に
示すと、円板状のパーベーパレーション膜１６Ａを２つ
のハウジング部材１６Ｅ，１６Ｆで上下方向から挟んで
ボルト１６Ｇで固定することにより、ハウジング内に２
つの空間１６Ｂ，１６Ｃを仕切り、図で下方の（上流
側）室１６Ｂに２つの開口部１６Ｈ、１６Ｉ（１６Ｈは
通路１５と１６Ｉは通路２５と連通される）、また上方
の室１６Ｃに１つの開口部１６Ｊを設けている。１６Ｋ
はパーベーパレーション膜１６Ａを保持するとともに、
ガソリン蒸気を通過させる金属多孔板、１６Ｌは２つの
室１６Ｂ，１６ＣをシールするためのＯリングである。

【００１６】パーベーパレーション膜が、分留の困難
な、共沸混合物、沸点が近接した混合物などの液体混合
物の分離に適用されることは公知で、膜の供給側に液体
混合物を加え、透過側を減圧あるいはキャリアガスで、
膜を通してきた蒸気を採取し、蒸気を冷却して液化する
ものがある。

【００１７】ここでは、パーベーパレーション膜をガソ
リン蒸気を濃縮するために用いており、ガソリン蒸気が
濃縮される原理を図４で説明する。図４において、膜１
６Ａで仕切った左右の室１６Ｂ，１６Ｃに圧力差を設け
ると（ガソリン蒸気と空気の混合ガスの導かれる上流側
の室１６Ｂよりも下流側の室１６Ｃを低圧にする）と、
混合ガスは膜中に溶解し、さらに膜中を拡散していく。
この場合に、ガスの種類により溶解や拡散の速度が異な
るので、この速度差を利用すると、特定の種類のガスの
ほうが他のガスより多く下流側の室１６Ｃに透過され
る。つまり、図４では径の小さなガス分子のほうが多く
透過されること示しており、径の小さなガスの濃度が濃
くなるのである。いずれのガス成分をより多く透過させ
るかは、膜１６Ａの材質に依存し、ここでは膜１６Ａの
材質にシリコンゴムまたはブタジエン−アクリルニトリ
ルなどを用いている。この材質の膜によれば、炭素数が
２以上のガソリン蒸気がより多く透過されるのであり、
膜の下流側でガソリン蒸気の濃度が濃くなるのである。

【００１８】なお、燃料タンク内で蒸発するガソリン成
分は、炭素数がほぼ８くらいまでの軽質のものであるこ
と、また膜の能力により炭素数が１のメタンガスは分離
できないことのため、膜の下流側に分離されるガソリン
成分は炭素数が２のエタンガスから炭素数が８のオクタ
ンガスくらいまでである。

【００１９】図２において、ガス分離膜モジュール１６
からの高濃度のガソリン蒸気は、減圧用ポンプ１９によ
り吸引され、コンデンサ２０に導かれる。コンデンサ２
０は一定の容積を有する空間であり、体積膨張によりガ
ソリン蒸気が冷却され、液体となったガソリンは、戻し
通路２１を介して燃料タンク２に戻される。

【００２０】なお、上流側の室１６Ｃに残される低濃度
のガソリン蒸気（炭素数が２以上のガソリン成分は希薄
であり、メタンガスだけが多く含まれている）は、上流
側の室１６Ｂに開口するもう１つの通路２５に設けられ
た加圧ポンプ２６により加圧されて燃料タンク２に戻さ
れる。２７は燃料タンク２からポンプ２６側への逆流を
防ぐチェックバルブである。２８は一定の体積を有する
コンデンサであり、ダンパとしても作用する。

【００２１】コントローラ１１では、スタータスイッチ
３１、水温センサ３２からの信号にもとづいて、エンジ
ン停止後でかつ高水温時に上記の２つのポンプ１９と２
６を作動し、エンジンの運転中になると、ポンプ１９，
２６の作動を停止する。

【００２２】ここで、この例の作用を説明する。

【００２３】エンジンの停止後に高水温になっていると
きは、燃料タンク２内でガソリン蒸気が多く発生する。

【００２４】この場合に、減圧用ポンプ１９が作動され
ると、燃料タンク２内のガソリン蒸気と空気の混合ガス
がガス分離膜モジュール１６に導入される。チェックバ
ルブ１７は、減圧用ポンプ１９による吸引のため開く。

【００２５】分離膜モジュール１６では、軽質ガソリン
成分のうちの炭素数が２以上のガソリン成分を含んだガ
ソリン蒸気がより多く下流側の室１６Ｃに透過され、透
過により濃度の濃くなったガソリン蒸気はコンデンサ２
０での体積膨張により液化する。液化したガソリンは、
減圧用ポンプ１９で圧送されて燃料タンク２に戻され
る。

【００２６】上流側の室１６Ｂに残る低濃度のガソリン
蒸気も加圧ポンプ２６の働きにより、コンデンサ２８に
蓄圧された後、チェックバルブ２７を介して気体のまま
燃料タンク２に戻される。

【００２７】このようにして、燃料タンク２内で蒸発し
たガソリン蒸気の大部分が液化されて燃料タンク２に回
収されると、従来例のようにキャニスタを設けなくと
も、ガソリン蒸気の大気放出を高い効率で低減すること
ができる。

【００２８】図５は第２実施例のガス分離膜モジュール
４１の断面図である。

【００２９】この例は、図５のようにほぼ円筒状のハウ
ジング内を、ガソリン蒸気を通すことのない２つのシー
ル部材４１Ｂによって上下方向に仕切った３つの室４１
Ｃ，４１Ｄ，４１Ｅのうち、下方の室４１Ｃと上方の室
４１Ｅとを中空糸状に形成された多数のパーベーパレー
ション膜４２で連通し、下方の室４１Ｃを燃料タンク２
と、中央の室４１Ｄを減圧用ポンプ１９と、上方の室４
１Ｅを加圧用ポンプ２６とそれぞれ連絡させたものであ
る。

【００３０】ガス分離膜としての中空糸状のパーベーパ
レーション膜４２では、その一部を図６に拡大して示し
たように、その壁部４２Ａがシリコンゴムまたはブタジ
エン−アクリルニトリルなどの材質で形成されており、
中空糸の内外の圧力差により、黒丸で示したガソリン成
分（炭素数が２から８くらいまでの成分）が中空糸の外
の室４１Ｄに多く出ることになる。

【００３１】この例によれば、パーベーパレーション膜
４２の面積が先の実施例より広くなるため、同じ量のガ
ソリン蒸気を高濃度にするにしても効率がよくなり、ガ
ス分離膜モジュールを小型にすることができ、また分離
時間を短縮することができる。

【００３２】図７は第３実施例である。これは、低濃度
のガソリン蒸気を、オリフィス５１を介して活性炭キャ
ニスタ５２に導くとともに、キャニスタ５２と吸気管８
を連通する通路５３にこの通路５３を開閉する電磁弁５
４を設ける一方で、高濃度ガソリン蒸気の液化を、吸収
塔５５により行わせるようにしたものである。

【００３３】吸収塔５５の下部入口５５Ａから高濃度ガ
ソリン蒸気が導入され、吸収塔５５の内部に突出するノ
ズル５５Ｂからガソリンが噴射されると、吸収塔内でガ
ソリン蒸気とガソリン液滴とが気−液接触し、ガソリン
蒸気が液化されて、吸収塔５５の下部に溜まる。５６は
ノズル５５Ｂに液体ガソリンを供給するための加圧ポン
プ、５７は吸収塔５５の下部に溜まった液体ガソリンを
タンク２に戻すためのポンプである。なお、吸収塔５５
の内部は常時一定の圧力が作用しているため、ノズル５
５Ｂからのガソリン液滴が霧化してしまうことはない。

【００３４】電磁弁５４と２つのポンプ５６，５７は、
減圧用ポンプ１９とともにコントローラ５８で制御され
る。

【００３５】図８のように、イグニッションスイッチ
（図ではＩｇスイッチ）５９がＯＦＦで水温センサ３１
で検出された冷却水温Ｔｗが所定値（たとえば４０℃）
を越えていると、燃料タンク２からガソリン蒸気が多く
発生する条件（高温時）であるとして、３つのポンプ１
９，５６，５７を駆動する（ステップ１，２，３，４，
５）。ガソリン蒸気がほとんど発生しない低温時は、ポ
ンプ１９，５６，５７を停止する（ステップ４，６）。

【００３６】イグニッションスイッチ５９のＯＮにより
エンジンの運転中になると、ガソリン蒸気の発生量は少
なく、ガソリン蒸気を回収することは不要になるため、
ポンプ１９，５６，５７は働かせず、フュエルポンプ３
だけを駆動する（ステップ２，７，８）。そして、エア
フローメータ１２で検出した吸入空気量Ｑａが所定値よ
り大きくなったとき（エンジンの高負荷域）、電磁弁５
４を開いてキャニスタ５２に吸着されたガソリンを吸気
管８にパージする（ステップ９，１０，１１）。高負荷
域でパージするのは、高負荷域においてはパージによる
ガソリン分が制御空燃比に与える影響が小さいためであ
る。

【００３７】この例では、活性炭キャニスタ５２に導か
れるのは、燃料タンク２から出てくるガソリン蒸気と空
気の混合ガスそのものでなく、パーベーパレーション分
離膜モジュール１６を経た低濃度ガソリン蒸気であるた
め、キャニスタ５２を設けているとはいえ、従来例より
キャニスタの小型化が可能である。また、キャニスタ５
２によりある程度のガソリン蒸気が吸着されるため、ガ
ス分離膜モジュール１６のほうは効率が低くてよいの
で、分離膜モジュール１６を小型化できる。また吸収塔
５５で液化するためコンデンサが不要である。

【００３８】実施例では、冷却水温Ｔｗだけから減圧用
ポンプ１９（図７の例ではポンプ５６，５７について
も）を駆動するかどうかを決めているが、冷却水温に代
えて、エンジン停止後の放置時間や燃料タンク内温度を
も考慮してポンプを駆動するかどうかを決めるようにす
ることもできる。

【００３９】

【発明の効果】この発明では、パーベーパレーション膜
を用いたガス分離器で燃料タンク内の蒸発ガソリンを濃
縮し、液化して燃料タンクに回収するため、活性炭キャ
ニスタを設けることなく、高い効率でガソリン蒸気の大
気放出を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のクレーム対応図である。

【図２】一実施例のシステム図である。

【図３】ガス分離膜モジュール１６の縦断面図である。

【図４】パーベーパレーション膜の原理を説明するため
の図である。

【図５】第２実施例のガス分離膜モジュール４１の縦断
面図である。

【図６】中空糸状のパーベーパレーション膜４２の一部
拡大断面図である。

【図７】第３実施例のシステム図である。

【図８】第３実施例のフローチャートである。

【図９】従来装置のシステム図である。

【符号の説明】

２ 燃料タンク ８ 吸気管 １１ コントローラ １６ ガス分離膜モジュール（ガス分離器） １６Ａ パーベーパレーション膜（ガス分離膜） １６Ｂ，１６Ｃ 室 １９ 減圧用ポンプ ２０ コンデンサ（液化装置） ３１ スタータスイッチ ３２ 水温センサ ４１ ガス分離膜モジュール ４２ 中空糸状のパーベーパレーション膜（ガス分離
膜） ５３ 活性炭キャニスタ ５４ 電磁弁 ５５ 吸収塔（液化装置） ５６，５７ ポンプ ５８ コントローラ ７１ 燃料タンク ７２ ガス分離器 ７２Ａ ガス分離膜 ７２Ｂ，７２Ｃ 室 ７３ 減圧用ポンプ ７４ 液化装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 甲斐 康朗 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガソリンを収納する燃料タンクと、ガス
   分離膜で仕切られた２つの室からなり、前記燃料タンク
   内のガソリン蒸気と空気の混合ガスを一方の室に導くガ
   ス分離器と、エンジン停止後に作動して前記他方の室を
   減圧するポンプと、このポンプにより吸引される高濃度
   のガソリン蒸気を液化する装置と、液化したガソリンを
   前記燃料タンクに戻す通路とを設けたことを特徴とする
   エンジンの蒸発燃料排出防止装置。