JP6441167B2 - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料タンクと、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、キャニスタを大気と連通する大気通路と、燃料タンクとキャニスタとを連通するベーパ通路と、内燃機関へ大気を供給する吸気管と、吸気管とキャニスタとを連通するパージ通路と、キャニスタから吸気管へ向けて気体を強制的に圧送するパージポンプとを有する蒸発燃料処理装置であって、吸気管において十分な負圧が発生している場合にはパージポンプを停止して吸気管負圧のみを利用してキャニスタ内から蒸発燃料を脱離（パージ）する一方、吸気管において十分な負圧が発生していない場合にはパージポンプを駆動してキャニスタ内から蒸発燃料を脱離（パージ）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や特許文献２がある。特許文献１では、パージポンプが破損した時でも燃料蒸気がキャニスタから大気中へ放散されるのを防止するために、パージポンプとして複動型のダイヤフラムポンプを使用している。これにより、パージポンプが破損してもポンプ停止時の通路密閉性が確保される。

特許文献２では、パージポンプとして特殊なベーンポンプを採用している。ここでのベーンポンプは、複数のベーンを回転中心に引き寄せる引張バネ等のベーン収容手段を有する。したがって、パージポンプの駆動中は、引張バネが遠心力により伸びてベーンが径方向外方に飛び出すことで、気体を圧送する。一方、パージポンプの停止中は、引張バネの付勢力によって各ベーンが回転中心に引き寄せられることで、吸入側と吐出側が連通する。これにより、パージポンプの駆動停止中でも気体の流路が確保されることで、蒸発燃料の脱離効率を向上している。なお、特許文献２ではパージポンプが大気通路上に設けられている。しかし、パージポンプの駆動停止中でも気体の流路が確保されていることで、給油時の気体流動も確保される。

特開２００２−２５６９８６号公報 特開２００７−１６２５８８号公報

特許文献１では、パージポンプを停止すると通路が完全に密閉（遮断）される。そのため、吸気管負圧のみを利用して蒸発燃料を脱離する際の効率が極めて悪い。これを避けるため、バイパス弁が設けられたバイパス径路を形成する形態も開示されている。しかし、これでは部品点数の増大に伴うコストアップや、装置の大型・複雑化が避けられない。

一方、特許文献２ではポンプ停止時でも気体が内部を通過可能なベーンポンプを使用しているため、特許文献１のような問題は生じない。しかし、特許文献２では特殊なベーンポンプを使用する必要がある。しかも、ベーンポンプ内における気体流路となる内部空間の大きさ（断面積）については考慮していない。したがって、吸込口から吐出口に至るベーンポンプの内部空間の最小断面積が、パージ通路における内部空間の最小断面積より小さいと、ペーンポンプが通路抵抗（圧損部）となり、蒸発燃料の脱離効率が阻害される。しかも、特許文献２ではベーンポンプが大気通路上に設けられているので、給油時の気体流動も阻害してしまう。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、吸気管において十分な負圧が発生している場合にはパージポンプを停止し、吸気管負圧のみを利用してキャニスタ内から蒸発燃料を脱離する際の脱離効率が阻害されることのない、蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。

そのための手段として、本発明の蒸発燃料処理装置は、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、該キャニスタを大気と連通する大気通路と、前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通するベーパ通路と、内燃機関へ大気を供給する吸気管と、該吸気管と前記キャニスタとを連通するパージ通路と、前記キャニスタから前記吸気管へ向けて気体を強制的に圧送するパージポンプと、を有する。前記吸気管において十分な負圧が発生している場合には、前記パージポンプを停止して吸気管負圧のみを利用して前記キャニスタ内から蒸発燃料を脱離する。一方、前記吸気管において十分な負圧が発生していない場合には、前記パージポンプを駆動して強制的に気体を圧送し、前記キャニスタ内から蒸発燃料を脱離する。前記キャニスタ内から蒸発燃料を脱離する際は、前記大気通路から大気がパージ促進用の空気として導入されながら、前記キャニスタ及び前記パージ通路を通して前記吸気管へ気体が流動していく。なお、ここで言う「気体」とは、パージ促進用の空気（大気）と蒸発燃料の双方を含む意味である。したがって、ここで言う「気体」を換言すれば、蒸発燃料含有ガスと称すこともできる。

前記パージポンプは、前記パージ通路上に設けられる。該パージポンプは、駆動停止時にも気体が内部を通過可能な渦流ポンプである。該パージポンプは、外周縁に沿って複数の溝が並設された円板状のインペラと、該インペラを収容し、吸込口と吐出口とを有するハウジングとを有する。前記インペラは、前記ハウジングの中央部において軸回転する。前記ハウジング内には、前記インペラの外周縁部を囲むように流路が形成され、前記吸込口と吐出口とが常時連通している。そのうえで、前記パージポンプの前記吸込口から前記流路を介した前記吐出口に至る径路における内部空間の最小断面積が、前記大気通路、前記キャニスタ、及び前記パージ通路における内部空間の最小断面積以上となっている。すなわち、前記パージポンプ内径路の最小断面積は、前記キャニスタから蒸発燃料を脱離する際の気体流動径路（以下、パージ径路と称す）となる前記大気通路、前記キャニスタ、及び前記パージ通路における最小断面積以上となっている。これにより、前記パージポンプの前記吸込口から前記流路を介した前記吐出口に至る径路における単位長さ当たりの圧力損失が、前記大気通路、前記キャニスタ、及び前記パージ通路における単位長さ当たりの圧力損失以下となる。なお、ここでの「長さ」とは、気体流動方向の寸法を意味する。また、「キャニスタの内部空間の断面積」のうち、蒸発燃料を吸着する吸着材が収容されている吸着室においては、各吸着材間に形成される空隙面積の総和を意味する。

前記パージ通路上の前記パージポンプよりも前記キャニスタ側に、流量制御弁を設けることが好ましい。すなわち、蒸発燃料を脱離する際の気体の流動方向をパージ方向と定義すると、流量制御弁を設ける場合は、前記パージポンプよりもパージ方向上流に設けることが好ましい。なお、前記パージポンプ及び前記流量制御弁は、給油時の気体流動径路上に無いことが好ましい。

本発明によれば、パージポンプとして渦流ポンプを使用していることで、特殊な構造のベーンポンプを使用せずとも、吸気管負圧のみによって蒸発燃料を脱離する際でも、パージポンプ内を気体が流動可能である。そのうえで、パージポンプにおける内部空間の最小断面積が、パージ径路における最小断面積以上となっている。これにより、パージポンプ内における圧力損失が、パージ径路における圧力損失以上となり、吸気管負圧のみによって蒸発燃料を脱離する際に、パージポンプが通路抵抗（圧損部）となることが確実に避けられる。而して、吸気管負圧のみを利用して蒸発燃料を脱離する際の脱離効率が阻害されることを回避できる。

パージポンプよりもパージ方向上流に流量制御弁を設けていれば、次のようなメリットがある。第１に、吸気管の負圧の程度等に応じてパージ通路やキャニスタ内の負圧の程度を制御可能である。第２に、パージポンプの停止と同時に流量制御弁を閉弁してパージ通路を遮断すれば、パージポンプの停止直後にキャニスタに正圧が作用して蒸発燃料が大気通路を通して大気中に放散されることを防止できる。第３に、給油時等に流量制御弁を閉弁してパージ通路を遮断すれば、燃料タンクからの蒸発燃料を確実にキャニスタへ送ることができる。

また、パージポンプ及び流量制御弁が給油時の気体流動径路上に無ければ、給油時の気体流動がパージポンプや流量制御弁によって阻害されることも無い。

実施形態１の蒸発燃料処理装置の模式図である。 パージポンプの分解斜視図である。 パージポンプの部分断面図である。 パージポンプの横断面図である。 実施形態２の蒸発燃料処理装置の模式図である。

（実施形態１）
蒸発燃料処理装置は、自動車等の車輌に適用されるものであって、図１に示すように、燃料タンク１と、キャニスタ２と、パージポンプ３と、流量制御弁４と、キャニスタ２を大気と連通する大気通路１０と、燃料タンク１とキャニスタ２とを連通するベーパ通路１１と、吸気管１５と、吸気管１５とキャニスタ２とを連通するパージ通路１２とを有する。

燃料タンク１は、耐圧性を有する密閉タンクである。燃料タンク１内には、ガソリン等の揮発性の高い燃料が貯留される。また、燃料タンク１内には、燃料をエンジン（図１には図示せず）へ圧送する燃料ポンプ（図示せず）が配されている。

キャニスタ２は、燃料タンク１で発生した蒸発燃料を選択的に吸着・脱離する。キャニスタ２の内部には、吸着材（図示せず）が充填されている。吸着材としては、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。このような多孔質体としては、活性炭を好適に使用できる。

吸気管１５は、内燃機関（エンジン）５へ大気を吸気供給する管である。吸気管１５内には、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）（図示せず）により開弁量が制御される、スロットルバルブ１６が設けられている。スロットルバルブ１６の開弁量は、図外のアクセルの踏み込み量等に応じて制御される。

パージ通路１２は、ベーパ通路１１の途中から分岐状に設けられている。パージ通路１２は、吸気管１５とはスロットルバルブ１６より下流において連通している。

パージポンプ３は、キャニスタ２から吸気管１５へ向けて気体を強制的に圧送するものであって、パージ通路１２上に設けられる。すなわち、パージポンプ３は吸気管１５とキャニスタ２との間に設けられる。パージポンプ３としては、渦流ポンプ（ターボポンプ）を使用している。なお、渦流ポンプはウェスコポンプとも称される。

パージポンプ３は、図２〜４に示すように、円板状のインペラ３０と、当該インペラ３０を収容するハウジング３１とを有する。インペラ３０は、外周縁に沿って複数の溝３０ａが並設されている。インペラ３０の径方向中央には、軸孔３０ｂが穿設されている。ハウジング３１は、インペラ３０の収容空間を備えるハウジング本体３１ａと、インペラ３０を含めてハウジング本体３１ａの上方を覆う蓋体３１ｂとを有する。ハウジング本体３１ａの上部には、パージポンプ３の吸込口３ａと吐出口３ｂとが形成されている。吸込口３ａは、ハウジング本体３１ａの壁面に形成されている。吐出口３ｂは、ハウジング本体３１ａから外方に延在するノズル状に形成されている。

ハウジング本体３１ａの下部には、インペラ３０の回転駆動手段としてモータ３４が収容されている。モータ３４は、図外の電源と連結されている。インペラ３０をハウジング３１内に収容する際、インペラ３０の軸孔３０ｂをモータ３４の回転軸３４ａに挿通した状態で収容する。軸孔３０ｂと回転軸３４ａは、真円の一部が切断された同一形状であり、インペラ３０と回転軸３４ａとの空回りが防止される。これにより、インペラ３０は、ハウジング３１の径方向中央において水平に軸回転する。ハウジング本体３１ａと蓋体３１ｂの対向面には、それぞれ吸込口３ａと吐出口３ｂとを連通する空間となる流路３ｃが形成されている。ハウジング３１内にインペラ３０を収容した状態において、流路３ｃは溝３０ａを含めてインペラ３０の外周縁部を囲んでいる。これにより、パージポンプ３は吸込口３ａと吐出口３ｂとが流路３ｃを介して常時連通している。したがって、パージポンプ３の駆動停止中でも、パージポンプ３の内部を気体が流動可能となっている。流路３ｃは、吸込口３ａから吐出口３ｂにかけて徐々に空間面積（断面積）が小さくなっている。そのうえで、パージポンプ３の吸込口３ａから流路３ｃを介した吐出口３ｂに至る径路における内部空間の最小断面積が、パージ径路を形成する大気通路１０、キャニスタ２、及びパージ通路１２における内部空間の最小断面積以上となっている。なお、本実施形態１では、パージ通路１２がベーパ通路１１の途中から分岐状に設けられているため、厳密に言えばベーパ通路１１の一部（パージ通路１２との連結部からキャニスタ２までの間）もパージ径路を形成している。したがって、本実施形態１では、パージポンプ３内径路の最小断面積は、少なくとも当該ベーパ通路１１の一部（パージ通路１２との連結部からキャニスタ２までの間）における最小断面積以下ともなっている。

流量制御弁４も、パージ通路１２上に設けられる。詳しくは、パージ通路１２上において、パージポンプ３よりもキャニスタ２側に設けられる。すなわち、流量制御弁４はパージポンプ３よりもパージ方向上流に設けられている。流量制御弁４としては、電磁弁を使用している。流量制御弁４は、図外のＥＣＵによって開閉タイミングが制御され、開弁時間と閉弁時間との比からなるデューティ制御により、パージ通路１２の開弁率（気体流動量）が制御される。

なお、図示していないが、パージポンプ３と流量制御弁４との間（パージポンプ３よりもパージ方向上流側）、及びパージポンプ３と吸気管１５との間と吸気管１５のいずれか一方好ましくは双方（パージポンプ３よりもパージ方向下流側）に、それぞれ内部の圧力を検知する圧力センサが設けられている。各圧力センサからの検知圧力は、ＥＣＵに送信される。流量制御弁４の開弁率及びパージポンプ３の駆動タイミングは、各圧力センサからの検知圧力に基づき、ＥＣＵによって制御される。

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（キーオフ時）や給油時には、燃料タンク１内で発生した蒸発燃料が、ベーパ通路１１を通してキャニスタ２内に流入する。このとき、パージポンプ３は停止しており、流量制御弁４は完全に閉弁している。パージポンプ３及び流量制御弁４は、燃料タンク１において発生した蒸発燃料がキャニスタ２内へ吸着されていく経路上にはない。すると、キャニスタ２内の吸着材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を透過し、キャニスタ２から大気通路１０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。

車輌走行中は、ＥＣＵによって流量制御弁４の開弁率（パージ通路１２の気体流動量）とパージポンプ３の駆動タイミングが制御される。吸気管１５において十分な負圧が発生している場合は、パージポンプ３は停止したままである。しかし、パージポンプ３の停止中でも気体はパージポンプ３内を通過可能である。したがって、吸気管１５からの負圧がパージポンプ３を介してキャニスタ２及び燃料タンク１内へ印加される。これにより、吸気管負圧のみを利用して蒸発燃料がキャニスタ２内から脱離される。このとき、大気通路１０からキャニスタ２内へ大気も同時に導入されることで、蒸発燃料の脱離が促進される。しかも、パージポンプ３における内部空間の最小断面積がパージ径路における内部空間の最小断面積以上となっていることで、パージポンプ３における圧力損失はパージ径路における圧力損失以下となる。これにより、パージポンプ３によって気体流動が阻害されることがなく、吸気管負圧のみを利用して蒸発燃料を脱離する際の脱離効率が低下することはない。なお、吸気管負圧のみを利用して蒸発燃料を脱離する際は、流量制御弁４はほぼ全開している。脱離された蒸発燃料は、燃料タンク１内で発生した蒸発燃料と共に吸気管１５へ送給される。

吸気管１５において十分な負圧が発生していないか、大気圧に近い場合は、パージポンプ３が駆動される。すると、インペラ３０が軸回転することで、キャニスタ２側から吸気管１５側へ気体が強制的に流動する。これにより、燃料タンク１及びキャニスタ２へ負圧が印加されることで、キャニスタ２内の蒸発燃料が吸着材から脱離される。このときも、大気通路１０からキャニスタ２内へ大気も同時に導入されることで、蒸発燃料の脱離が促進される。脱離された蒸発燃料は、燃料タンク１内で発生した蒸発燃料と共に吸気管１５へ送給される。

パージポンプ３の駆動中は、流量制御弁４によってパージポンプ３よりもパージ方向上流側の圧力が負圧となるように制御されている。特に、パージポンプ３の駆動中、吸気管１５内の圧力が大気圧に近い場合は、パージポンプ３よりもパージ方向下流側が正圧となる場合もある。この場合、パージポンプ３よりもパージ方向下流側の正圧値に対して、パージポンプ３よりもパージ方向上流側は絶対値の大きな負圧となるように制御されている。したがって、パージポンプ３を停止した後は、パージ方向下流側の正圧がパージ方向上流側の大きな負圧によって相殺される。これにより、パージポンプ３を停止した直後に、キャニスタ２に正圧が印加されることはない。そのため、パージポンプ３を停止した直後に、キャニスタ２内の蒸発燃料が大気通路１０を通して大気中へ放散されることはない。また、パージポンプ３は、ＥＣＵからの停止信号が発信された後でも惰性駆動することがある。一方、流量制御弁４は電磁弁なので、ＥＣＵからの停止信号が発信されれば直ちに閉弁する。これにより、パージポンプ３の完全な停止タイミングの僅かなズレが、流量制御弁４によってキャニスタ２へ悪影響を及ぼすことも防止される。

（実施形態２）
図５に、本発明の実施形態２を示す。本実施形態２の蒸発燃料処理装置は、実施形態１の変形例であって、基本的構成や作用効果の原理は同じである。したがって、実施形態２については、実施形態１と異なる点を中心に説明する。

図５に示すように、実施形態２の蒸発燃料処理装置も、燃料タンク１と、燃料タンク１で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタ２と、キャニスタ２を大気と連通する大気通路１０と、燃料タンク１とキャニスタ２とを連通するベーパ通路１１と、エンジン５へ大気を供給する吸気管１５と、吸気管１５とキャニスタ２とを連通するパージ通路１２と、キャニスタ２から吸気管１５へ向けて気体を強制的に圧送するパージポンプ３と、電磁弁からなる流量制御弁４とを有する。パージポンプ３及び流量制御弁４は、パージ通路１２上に設けられている。

実施形態１と異なる点は、吸気管１５上のスロットルバルブ１６よりも上流側に、過給器６が設けられている。また、パージポンプ３と吸気管１５との間のパージ通路１２が、二手に分岐している。詳しくは、パージポンプ３よりもパージ方向下流において、パージ通路１２は、パージポンプ３から吸気管１５のスロットルバルブ１６よりも下流に連通する第１パージ通路１２ａと、パージポンプ３から吸気管１５の過給器６よりも上流側に連通する第２パージ通路１２ｂとに分岐している。第１・第２パージ通路１２ａ・１２ｂには、パージポンプ３側から吸気管１５側のみへの気体流動を可能とするチェック弁（一方弁）１３ａ・１３ｂがそれぞれ設けられている。両チェック弁１３ａ・１３ｂは、上流と下流との差圧が所定値以上となった場合に開弁する。両チェック弁１３ａ・１３ｂの設定圧力（開弁圧力）は、それぞれ同じでよい。

駐車中（キーオフ時）や給油時に、燃料タンク１内で発生した蒸発燃料がキャニスタ２内へ吸着捕捉される流れは、実施形態１と同じである。また、車輌走行中に吸気管１５において十分な負圧が発生している場合には、パージポンプ３を停止して吸気管負圧のみを利用して蒸発燃料を脱離する点も、実施形態１と同じである。さらに、吸気管１５において十分な負圧が発生していない場合には、パージポンプ３を駆動すると共に流量制御弁４を開弁制御することによって蒸発燃料を脱離する点も、実施形態１と同じである。

しかし、実施形態２では、吸気管１５上に過給器６が存在する。この場合、過給器６より上流はほぼ大気圧であり、過給器６より下流は正圧となり易い。したがって、過給器６よりも下流が負圧であれば、吸気管１５からの負圧とパージポンプ３からの送給圧を受けて第１パージ通路１２ａのチェック弁１３ａが開弁し、実施形態１と同様のルートで気体が流動する。一方、過給器６より下流が正圧となっていれば、第１パージ通路１２ａのチェック弁１３ａは、当該正圧を受けることで開弁しない。その代わり、第２パージ通路１２ｂのチェック弁１３ｂがパージポンプ３からの送給圧を受けて開弁され、当該第２パージ通路１２ｂを通して気体が流動することになる。その他も実施形態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。

１ 燃料タンク
２ キャニスタ
３ パージポンプ
３ａ 吸込口
３ｂ 吐出口
３ｃ 流路
４ 流量制御弁
５ エンジン
６ 過給器
１０ 大気通路
１１ ベーパ通路
１２ パージ通路
１５ 吸気管
１６ スロットルバルブ
３０ インペラ
３１ ハウジング

Claims (4)

1. 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、
   該キャニスタを大気と連通する大気通路と、
   前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通するベーパ通路と、
   内燃機関へ大気を供給する吸気管と、
   前記吸気管と前記大気通路とを連通するパージ通路と、
   前記キャニスタから前記吸気管へ向けて気体を強制的に圧送するパージポンプと、
   を有し、
   前記吸気管において十分な負圧が発生している場合には前記パージポンプを停止して吸気管負圧のみを利用して前記キャニスタ内から蒸発燃料を脱離する一方、前記吸気管において十分な負圧が発生していない場合には前記パージポンプを駆動して前記キャニスタ内から蒸発燃料を脱離し、
   前記キャニスタ内から蒸発燃料を脱離する際は、前記大気通路から大気が導入されながら前記キャニスタ及び前記パージ通路を通して前記吸気管へ気体が流動し、
   前記パージポンプは、前記パージ通路上に設けられ、
   該パージポンプは、外周縁に沿って複数の溝が並設された円板状のインペラと、該インペラを収容し、吸込口と吐出口とを有するハウジングとを有し、前記インペラは前記ハウジングの中央部において軸回転し、前記ハウジング内には前記インペラの外周縁部を囲むように流路が形成され、前記吸込口と吐出口とが常時連通している渦流ポンプであり、
   前記パージポンプの前記吸込口から前記流路を介した前記吐出口に至る径路における内部空間の最小断面積が、前記大気通路、前記キャニスタ、及び前記パージ通路における内部空間の最小断面積以上となっている、蒸発燃料処理装置。
2. 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、
   該キャニスタを大気と連通する大気通路と、
   前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通するベーパ通路と、
   内燃機関へ大気を供給する吸気管と、
   該吸気管と前記キャニスタとを連通するパージ通路と、
   前記キャニスタから前記吸気管へ向けて気体を強制的に圧送するパージポンプと、
   を有し、
   前記吸気管において十分な負圧が発生している場合には前記パージポンプを停止して吸気管負圧のみを利用して前記キャニスタ内から蒸発燃料を脱離する一方、前記吸気管において十分な負圧が発生していない場合には前記パージポンプを駆動して前記キャニスタ内から蒸発燃料を脱離し、
   前記キャニスタ内から蒸発燃料を脱離する際は、前記大気通路から大気が導入されながら前記キャニスタ及び前記パージ通路を通して前記吸気管へ気体が流動し、
   前記パージポンプは、前記パージ通路上に設けられ、
   該パージポンプは、外周縁に沿って複数の溝が並設された円板状のインペラと、該インペラを収容し、吸込口と吐出口とを有するハウジングとを有し、前記インペラは前記ハウジングの中央部において軸回転し、前記ハウジング内には前記インペラの外周縁部を囲むように流路が形成され、前記吸込口と吐出口とが常時連通している渦流ポンプであり、
   前記パージポンプの前記吸込口から前記流路を介した前記吐出口に至る径路における単位長さ当たりの圧力損失が、前記大気通路、前記キャニスタ、及び前記パージ通路における単位長さ当たりの圧力損失以下となっている、蒸発燃料処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の蒸発燃料処理装置であって、
   前記パージ通路上の前記パージポンプよりも前記キャニスタ側に、流量制御弁が設けられている、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、
   前記パージポンプ及び前記流量制御弁は、給油時の気体流動径路上に無い、蒸発燃料処理装置。
   

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