蒸発燃料処理装置
【課題】燃料タンクで発生した燃料蒸気を液化して液体状態で燃料タンクへ戻し、エンジンの吸気管への燃料蒸気パージを不要にできる蒸発燃料処理装置を提供する。
【解決手段】燃料タンク１０内で発生した燃料蒸気を、液化促進装置２１内へ導入して捕集するとともに凝縮させて液化し、液体となった燃料を燃料クーラ２２内へ導入して冷却してから燃料タンク１０へ戻す構成としている。これにより、エンジンの吸気管への燃料蒸気パージを不要にできる蒸発燃料処理装置を提供することができる。
【解決手段】燃料タンク１０内で発生した燃料蒸気を、液化促進装置２１内へ導入して捕集するとともに凝縮させて液化し、液体となった燃料を燃料クーラ２２内へ導入して冷却してから燃料タンク１０へ戻す構成としている。これにより、エンジンの吸気管への燃料蒸気パージを不要にできる蒸発燃料処理装置を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料タンク内で発生した燃料蒸気を大気中に放出させずに液化して燃料タンクに戻し、燃料タンク内圧力を大気圧に均圧化させ、パージ制御を不要にする蒸発燃料処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蒸発燃料処理装置として、たとえば、燃料タンクで発生した燃料蒸気を捕集するキャニスタと燃料タンクとをエバポ通路で連通し、キャニスタとエンジンの吸気管とをパージ通路で連通し、エバポ通路に蒸発燃料を分離液化して燃料タンクへ戻すベーパセパレータを設けた構成のものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
上述の従来の蒸発燃料処理装置では、燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタよりも上流側に配置されたベーパセパレータで液化し燃料タンクへ戻し、ベーパセパレータで液化されなかった蒸発燃料のみがキャニスタへ導かれる。そして、キャニスタに吸着捕集された蒸発燃料は、パージ通路およびエンジンの吸気管を経てエンジンの燃焼室へ供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４２６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の従来の蒸発燃料処理装置では、ベーパセパレータを設けたことにより、燃料タンク内で発生した蒸発燃料のエンジン吸気管への導入量が低減されるものの、完全に０にはならない。このため、依然として、キャニスタのパージに伴って蒸発燃料がエンジン吸気管へ吸入され、エンジンの空燃費が最適値から外れてエミッション、燃費が悪化する恐れがある。
【０００６】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料タンクで発生した燃料蒸気を液化して液体状態で燃料タンクへ戻し、エンジンの吸気管への導入、いわゆるパージを不要にできる蒸発燃料処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に記載の蒸発燃料処理装置は、燃料タンクと、燃料蒸気を凝縮させる液化促進装置と、燃料タンク内で発生した燃料蒸気を液化促進装置へ導入可能に燃料タンクと液化促進装置とを連通する誘導通路と、液化促進装置内で凝縮された燃料を燃料タンクへ還流可能に液化促進装置と燃料タンクとを連通するリターン通路と、液化促進装置内部と液化促進装置周囲の大気との連通・遮断を切り替える弁であって液化促進装置内部の圧力が大気圧力以上であるときには液化促進装置内部と大気とを遮断状態とし、液化促進装置内部の圧力が大気圧力未満であるときには液化促進装置内部と大気とを連通状態とする弁である第１制御弁と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
先ず、従来の蒸発燃料処理装置において、燃料タンク内で発生した燃料蒸気を捕集するキャニスタには大気開放口が設けられている。またキャニスタはエバポ通路を介して燃料タンクと連通するとともに、パージ通路が接続されてエンジンの吸気管と連通している。キャニスタは、エンジン停止中に燃料タンク内で発生しエバポ通路を介してキャニスタへ流入した燃料蒸気を吸着捕集して、大気中に燃料蒸気が放散することを防止している。一方、エンジン運転中は、大気開放口からキャニスタに内に導入された空気とともにキャニスタ内に吸着捕集されていた燃料蒸気を、パージ通路を経てエンジンの吸気管内へ供給（いわゆるパージ）している。このため、従来の蒸発燃料処理装置では、パージの際にエンジンが吸入する混合気の空燃比が適正値からずれ、エミッションや燃費が悪化する可能性がある。また、長時間の駐車時等ではキャニスタ内が燃料蒸気で飽和状態となり、燃料蒸気が大気中に放散される可能性がある。
【０００９】
これに対して、本発明の請求項１に記載される蒸発燃料処理装置によれば、燃料タンク内で発生した燃料蒸気が誘導通路を経て液化促進装置内へ流入すると、燃料蒸気は液化促進装置内で凝縮して液体となる。この液化された燃料は、リターン通路を経て燃料タンク内へ還流される。すなわち、燃料タンクと液化促進装置とが誘導通路およびリターン通路により連通されて一種の閉塞回路が形成され、燃料は、燃料タンク内で蒸発、液化促進装置内で凝縮液化、燃料タンクへ還流、というサイクルを繰り返している。これにより、従来の蒸発燃料処理装置におけるパージ工程を不要とすることができる。
【００１０】
ここで、液化促進装置内における蒸発燃料の液化について説明する。一般に、蒸気粒子が固体表面に付着すると、凝縮潜熱を放出して液体粒子となる。これらの液体粒子が多数凝集して大きな液滴となる。したがって、液化促進装置において多くの燃料蒸気を高効率で凝縮させるために、液化促進装置が具備すべき要件として、同時に多数の燃料蒸気を付着させられるように表面積が大きいこと、生成された液滴が液化促進装置から容易に離脱できるように溌油性に優れること、燃料蒸気が凝縮潜熱を放出し易いように液化促進装置は熱伝導性に優れること、等が上げられる。このため、液化促進装置としては、たとえば、繊維構造を有する素材をケース内に収納した構成等が考えられる。
【００１１】
また、本発明の請求項１に記載される蒸発燃料処理装置は、液化促進装置内部の圧力が大気圧力以上であるときには液化促進装置内部と大気とを遮断状態とし、液化促進装置内部の圧力が大気圧力未満であるときには液化促進装置内部と大気とを連通状態とする弁である第１制御弁を備えている。これにより、液化促進装置を経て燃料蒸気が大気中に放散されることを抑止できるとともに、エンジン運転時間の経過に連れて燃料タンク内の燃料が減少すると、適宜第１制御弁を経て外気が燃料タンク内へ導入され燃料タンク内の圧力が均圧化されるのでエンジンの運転が円滑に維持される。
【００１２】
以上により、本発明の請求項１に記載される蒸発燃料処理装置によれば、パージ工程が不要な蒸発燃料処理装置を提供することができる。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の蒸発燃料処理装置は、燃料タンク内の圧力が液化促進装置内の圧力よりも高いときには誘導通路を連通状態とし、燃料タンク内の圧力が液化促進装置内の圧力以下であるときには誘導通路を遮断状態とする第２制御弁、およびリターン通路の連通・遮断を切り替える第３制御弁の少なくとも一方を備えることを特徴としている。
【００１４】
上述の構成において第２制御弁を設けた場合、燃料タンク内における蒸発燃料量がある程度多くなったとき、言い換えると蒸発燃料の分圧が高くなったときに、蒸発燃料を燃料タンクから液化促進装置へ導入している。これにより、液化促進装置内に燃料蒸気が存在する頻度を必要最小限度に抑えて、蒸発燃料が大気中に放散されることを確実に防止できる。
【００１５】
液化促進装置は燃料タンクとはある距離を隔てて配置されている。したがって、液化促進装置内で凝縮されて液体となった燃料は、液化促進装置内に留まる間にその温度が低下する可能性がある。そこで、第３制御弁を設けた場合、たとえば、液化促進装置内において凝縮されて液体となった燃料が少ないときには第３制御弁を遮断状態とし、液化促進装置内に溜まった燃料が多くなったときに第３制御弁を連通状態として液化促進装置から燃料タンクへ還流させる、すなわち、凝縮され液体となった燃料を液化促進装置内にしばらくとどめるようにすれば、燃料温度を低下させてから燃料タンクへ還流させることができる。これにより、燃料タンク内の燃料温度上昇を抑制することができる。
【００１６】
以上により、パージ工程を不要としつつ、蒸発燃料が大気中に放散されることを確実に防止できること、および燃料タンク内の燃料温度上昇を抑制できることの少なくとも一方が可能な蒸発燃料処理装置を提供できる。
【００１７】
この場合、本発明の請求項３に記載の蒸発燃料処理装置のように、第３制御弁を、液化促進装置内の圧力が燃料タンク内の圧力よりも高いときにはリターン通路を連通状態とし、液化促進装置内の圧力が燃料タンク内の圧力以下であるときにはリターン通路を遮断状態とするものとする、すなわち、液化促進装置内の圧力および燃料タンク内の圧力の大きさに応じて連通遮断を切り替える構成としても良いし、あるいは、本発明の請求項４に記載の蒸発燃料処理装置のように、第３制御弁を、液化促進装置内における液体燃料量が所定量よりも多いときにはリターン通路を連通状態とし、液化促進装置内における液体燃料量が所定量以下であるときにはリターン通路を遮断状態とする、すなわち、液化促進装置内に溜まった液体燃料量に応じて連通遮断を切り替える構成としても良い。
【００１８】
本発明の請求項５に記載の蒸発燃料処理装置は、燃料タンクと、燃料蒸気を凝縮させる液化促進装置と、液化促進装置内で生成された液体燃料を冷却する冷却装置と、燃料タンク内で発生した燃料蒸気を液化促進装置へ導入可能に燃料タンクと液化促進装置とを連通する誘導通路と、冷却装置内で冷却された燃料を燃料タンクへ導入可能に冷却装置と燃料タンクとを連通するリターン通路と、液化促進装置内部と液化促進装置周囲の大気との連通・遮断を切り替える弁であって液化促進装置内部の圧力が大気圧力以上であるときには液化促進装置内部と大気とを遮断状態とし、液化促進装置内部の圧力が大気圧力未満であるときには液化促進装置内部と大気とを連通状態とする弁である第１制御弁と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
本発明の請求項５に記載の蒸発燃料処理装置は、本発明の請求項１に記載の蒸発燃料処理装置に対して、液化促進装置内で凝縮された液体燃料が導入されてこの液体燃料を冷却する冷却装置を備えるとともに、液化促進装置と燃料タンクとを連通していたリターン通路を冷却装置と燃料タンクとを連通するように変更した点が異なっている。
【００２０】
燃料蒸気が凝縮するときに放出する凝縮潜熱により、液化促進装置内の温度が上昇し液化した燃料温度も高くなる。温度の高い燃料をそのまま燃料タンク内へ戻すと、燃料タンク内の燃料温度が上昇する。エンジンへ供給される燃料温度が上昇すると、エンジン性能、エミッションに悪影響が出る恐れがある。そこで、本発明の請求項５に記載の蒸発燃料処理装置では、液化促進装置で液化された温度の高い燃料を冷却装置で冷却した後に燃料タンクへ還流するようにしている。これにより、パージ工程を不要としつつ、燃料タンク内の燃料温度上昇を抑制することができる蒸発燃料処理装置を提供することができる。
【００２１】
本発明の請求項６に記載の蒸発燃料処理装置は、燃料タンク内の圧力が液化促進装置内の圧力よりも高いときには誘導通路を連通状態とし、燃料タンク内の圧力が液化促進装置内の圧力以下であるときには誘導通路を遮断状態とする第２制御弁、リターン通路の連通・遮断を切り替える第３制御弁、および液化促進装置と冷却装置との連通・遮断を切り替える第４制御弁の少なくとも一つを備えることを特徴としている。
【００２２】
第２制御弁を設けた場合、燃料タンク内における蒸発燃料量がある程度多くなったとき、言い換えると蒸発燃料の分圧が高くなったときに、蒸発燃料を燃料タンクから液化促進装置へ導入している。これにより、液化促進装置内に燃料蒸気が存在する頻度を必要最小限度に抑えて、蒸発燃料が大気中に放散されることを確実に防止できる。
【００２３】
液化促進装置内で凝縮されて液体となった燃料は、冷却装置内に留まる間に冷却される。そこで、第３制御弁を設けた場合、たとえば、冷却装置内に溜まった燃料量が少ないときには第３制御弁を遮断状態とし、冷却装置内の燃料量が多くなったときに第３制御弁を連通状態として燃料を冷却装置から燃料タンクへ還流させるようにすれば、冷却装置内で燃料温度を十分低下させてから燃料タンクへ還流させられるので、燃料タンク内の燃料温度上昇を確実に抑制することができる。
【００２４】
また、第４制御弁を設けて液化促進装置および冷却装置間の連通・遮断を切り替え可能とすれば、液化促進装置から冷却装置への蒸発燃料の流入を必要最小限度に抑えて、冷却装置の温度上昇を抑制することができる。
【００２５】
以上により、パージ工程を不要としつつ、蒸発燃料が大気中に放散されることを確実に防止できること、および燃料タンク内の燃料温度上昇を確実に抑制できることの少なくとも一方が可能な蒸発燃料処理装置を提供できる。
【００２６】
この場合、本発明の請求項７に記載の蒸発燃料処理装置のように、第３制御弁を、冷却装置内の圧力が燃料タンク内の圧力よりも高いときにはリターン通路を連通状態とし、冷却装置内の圧力が燃料タンク内の圧力以下であるときにはリターン通路を遮断状態とする構成、すなわち、冷却装置内の圧力および燃料タンク内の圧力の大きさに応じて連通遮断を切り替える構成としても良いし、あるいは、冷却装置内における液体燃料量が所定量よりも多いときにはリターン通路を連通状態とし、冷却装置内における液体燃料量が所定量以下であるときにはリターン通路を遮断状態とする構成、のどちらかとする、もしくは両方の構成を備えるようにしてもよい。
【００２７】
さらには、本発明の請求項８に記載の蒸発燃料処理装置のように、第４制御弁を、液化促進装置内の圧力が冷却装置内の圧力よりも高いときには連通状態とし、液化促進装置内の圧力が冷却装置内の圧力以下であるときには遮断状態とするもの、あるいは、液化促進装置内における液体燃料量が所定量よりも多いときには連通状態とし、液化促進装置内における液体燃料量が所定量以下であるときには遮断状態とするもの、のどちらかとする、もしくは両方の構成を備えるようにしてもよい。
【００２８】
本発明の請求項９に記載の蒸発燃料処理装置では、液化促進装置および冷却装置は一体的に一つの部品として形成されることを特徴としている。
【００２９】
このような構成とすることにより、蒸発燃料処理装置の構成部品点数を少なくして組み付け工数を低減することができる。また、車両へ蒸発燃料処理装置を搭載する作業工数を低減することができる。
【００３０】
本発明の請求項１０に記載の蒸発燃料処理装置は、液化促進装置は、潜熱蓄熱材と、潜熱蓄熱材と燃料蒸気との間で熱交換可能な熱交換手段と、を備えることを特徴としている。
【００３１】
潜熱蓄熱材は、物質が相転移（固体から液体へ、液体から気体へ、あるいはこれらの逆）する際に外部とやりとりされる熱である潜熱を蓄えるものである。潜熱は、物質が単に温度変化する際に外部とやりとりされる熱である顕熱と比べて熱量が大きい。したがって、潜熱蓄熱材に潜熱として蓄えられる熱量は、温度変化のみにより熱を蓄える顕熱蓄熱材に蓄えられる熱量と比べて大きくなっている。また、潜熱蓄熱材は、相転移中においてはその温度が一定であるので、一定温度での蓄熱が可能である。
【００３２】
燃料蒸気が液化促進装置の熱交換手段を通過して潜熱蓄熱材と熱交換すると、潜熱蓄熱材は相転移しつつ燃料蒸気から吸熱し燃料蒸気の温度が低下し燃料蒸気は凝縮して液体となる。このとき、上述したように潜熱蓄熱材の吸熱量が大きいので、燃料蒸気を高効率で液化する、すなわち、短時間に大量の燃料蒸気を液化することができる。
【００３３】
本発明の請求項１１に記載の蒸発燃料処理装置は、潜熱蓄熱材は直鎖パラフィン（ｎ−パラフィン）を原材料とするものであることを特徴としている。
【００３４】
直鎖パラフィン（ｎ−パラフィン）は、固体・液体間相転移する際の融点が２５℃前後の常温領域にあり、成分を調整することで融点すなわち蓄熱温度をある程度自由に設定でき、相転移を繰り返しても劣化しない、等の特徴を備えている。このため、潜熱蓄熱材として直鎖パラフィン（ｎ−パラフィン）を用いることにより、潜熱蓄熱材の融点を、蒸発燃料処理装置の実使用時における燃料蒸気温度に容易に設定でき、燃料蒸気を高効率で確実に液化させることができる。
【００３５】
本発明の請求項１２に記載の蒸発燃料処理装置は、第１制御弁に替えて分離膜を備え、分離膜を介して液化促進装置内部および誘導通路内部の少なくとも一方を周囲の大気と連通させ、分離膜は、空気を構成する気体である酸素、窒素および水蒸気を透過させ且つ燃料蒸気を構成する炭化水素の透過を阻止するように形成されることを特徴としている。
【００３６】
このような構成とすれば、液化促進装置内部および誘導通路内部の圧力が外部の大気圧力よりも高いときは、液化促進装置内部および誘導通路内部の空気が分離膜を透過して外部へ流出し、それにより液化促進装置内部および誘導通路内部の圧力が大気圧力に均圧化される。このとき、液化促進装置内部および誘導通路内部の燃料蒸気は、分離膜により透過が阻止され、外部の大気中に流出することがない。一方、液化促進装置内部および誘導通路内部の圧力が外部の大気圧力よりも低いときは、外部の空気が分離膜を透過して液化促進装置内部および誘導通路内部へ流入し、それにより液化促進装置内部および誘導通路内部の圧力が大気圧力に均圧化される。このように、分離膜を介して液化促進装置内部および誘導通路内部の少なくとも一方を周囲の大気と連通させることで、液化促進装置内部および誘導通路内部の圧力が大気圧力よりも高いとき、および低いときの両方において液化促進装置内部および誘導通路内部の圧力を大気圧力に均圧化することができる。
【００３７】
本発明の請求項１３に記載の蒸発燃料処理装置は、分離膜は中空糸膜であることを特徴としている。
【００３８】
中空糸膜は、燃料蒸気と接触しても微細孔の変形が生じないようにすることで、燃料蒸気分離機能、すなわち燃料蒸気が透過することを阻止する機能を安定して維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０を燃料タンク１０に取り付けた状態を示す模式図である。
【図２】チェックバルブ２４の拡大模式図である。
【図３】チェックバルブ２３の拡大模式図である。
【図４】チェックバルブ２６の拡大模式図である。
【図５】チェックバルブ２５の拡大模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０を燃料タンク１０に取り付けた状態を示す模式図である。
【図７】本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０を燃料タンク１０に取り付けた状態を示す模式図である。
【図８】蒸発燃料分離器６０の拡大断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明による蒸発燃料処理装置の一実施形態を、自動車の燃料タンク１０に取り付けられる蒸発燃料処理装置２０に適用した場合を例に、図面に基づいて説明する。
【００４１】
（第１実施形態）
蒸発燃料処理装置２０が搭載される自動車のエンジン（図示せず）はガソリンエンジンであり、燃料タンク１０内にはガソリンが貯蔵される。燃料タンク１０は、図１に示すように、燃料を燃料タンク１０外部へ送出するためのポンプモジュール４０を備えている。ポンプモジュール４０から送出された燃料は、供給通路４１を介してエンジン（図示せず）へ供給されている。燃料タンク１０には、給油キャップ１１が備えられた給油管１２が設けられている。
【００４２】
蒸発燃料処理装置２０は、大きくは、図1に示すように、液化促進装置２１、燃料クーラ２２を備えている。蒸発燃料処理装置２０は、燃料タンク１０内で蒸発した燃料蒸気を、液化促進装置２１内に捕集するとともに凝縮させて液化し、液体となった燃料を燃料クーラ２２内で温度を下げてから燃料タンク１０へ還流させるものである。燃料タンク１０と液化促進装置２１とが、図１に示すように、誘導通路であるエバポ通路２７および第２制御弁であるチェックバルブ２４を介して接続されている。液化促進装置２１と燃料クーラ２２とが、図１に示すように、連絡通路３０および第４制御弁であるチェックバルブ２６を介して接続されている。燃料クーラ２２と燃料タンク１０とが、図１に示すように、リターン通路２８および第３制御弁であるチェックバルブ２５を介して接続されている。以下に本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０の構成について説明する。
【００４３】
液化促進装置２１は、図１に示すように、ケーシング２１ａ内にコンデンサ２１ｂを収容して構成されている。ケーシング２１ａは、樹脂材料あるいは金属材料等により略直方体状の容器として形成されている。液化促進装置２１は、エバポ通路２７およびチェックバルブ２４を介して燃料タンク１０に接続されている。エバポ通路２７の燃料タンク１０側端部は、図１に示すように、燃料タンク１０内の燃料液面Ｆよりも上方部分、詳しくは、満タン時の液面位置よりも上方部分に開口している。エバポ通路２７の液化促進装置２１側端部は、図１に示すように、ケーシング２１ａ内のコンデンサ２１ｂよりも上方部分に開口している。本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０において、コンデンサ２１ｂに要求される機能は、燃料蒸気を捕集して凝縮し液化できること、および液化した燃料を速やかにコンデンサ２１ｂから離脱させられること、の二つである。燃料蒸気を高効率で凝縮し液化できるためには、燃料蒸気が付着し凝縮する部位としての表面積が大きいこと、詳しく、ケーシング２１ａ内においてコンデンサ２１ｂが占める体積に対する表面積の割合ができるだけ大きいこと、燃料蒸気が凝縮潜熱を放出し易いように熱伝導率が高いこと等の特性を備えることが必要である。一方、液化した燃料を速やかにコンデンサ２１ｂから離脱させられるためには、ガソリン液滴が付着した際の接触角度がより大きくなる性質、すなわち高溌油性を備えている材質から形成されることが望ましい。以上の性質を具備すべく、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０では、コンデンサ２１ｂを、樹脂繊維を布状に粗く編んだものを多数重ねて形成している。用いられる樹脂としては、溌油性の高い材質を選択している。なお、コンデンサ２１ｂを形成する繊維素材として、樹脂に限定する必要はなく、金属、たとえばアルミニウム、ステンレス鋼の細線を用いても良い。また、コンデンサ２１ｂを、繊維状素材を編んだ布からではなくて、金属、たとえばアルミニウム、ステンレス鋼等の薄板にプレス加工等により多数のフィンを設けたものを多数重ねて形成してもよい。ケーシング２１ａ内のコンデンサ２１ｂの下方には、図１に示すように、空間が形成されており、コンデンサ２１ｂで凝縮液化された燃料液滴がコンデンサ２１ｂから落下して上述の空間内に溜まる。
【００４４】
エバポ通路２７には、図１に示すように、第２制御弁であるチェックバルブ２４が設けられている。チェックバルブ２４は、図２に示すように、リード弁２４ａを有するリードバルブとして形成されている。すなわち、リード弁２４ａは、図２に示すように、弁座２４ｂに回転軸２４ｃを軸として回転自在に保持されている。ここで、チェックバルブ２４の作動について説明する。図２において、エバポ通路２７の上方は液化促進装置２１に、エバポ通路２７の下方は燃料タンク１０にそれぞれ連通しているので、リード弁２４ａの両面には、燃料タンク１０内圧力および液化促進装置２１内圧力がそれぞれ作用している。これにより、リード弁２４ａには、燃料タンク１０内圧力により回転軸２４ｃを中心として反時計回りのトルクが作用すると同時に、液化促進装置２１内圧力により回転軸２４ｃを中心として時計回りのトルクが作用する。燃料タンク１０内圧力が液化促進装置２１内圧力以下であるときは、リード弁２４ａに作用する時計回りのトルクが反時計回りのトルクを上回り、リード弁２４ａが弁座２４ｂに着座してチェックバルブ２４は閉弁している。このため、エバポ通路２７が遮断され、燃料タンク１０内で発生した燃料蒸気は液化促進装置２１へ流入しない。一方、燃料タンク１０内圧力が液化促進装置２１内圧力より大きいときは、リード弁２４ａに作用する反時計回りのトルクが時計回りのトルクを上回り、リード弁２４ａは回転軸２４ｃの周りに回転して弁座２４ｂから離れ、チェックバルブ２４は開弁する。このため、エバポ通路２７が連通され、燃料タンク１０内で発生した燃料蒸気は液化促進装置２１へ流入する。燃料蒸気が液化促進装置２１へ流入して燃料タンク１０内圧力と液化促進装置２１内圧力とが等しくなると、リード弁２４ａは再び弁座２４ｂに着座してチェックバルブ２４が閉弁し、燃料タンク１０と液化促進装置２１とが遮断状態となる。
【００４５】
液化促進装置２１には、図１に示すように、ケーシング２１ａ内部と外部（大気中）とを連通する均圧通路２９が接続され、均圧通路２９には、第１制御弁であるチェックバルブ２３が設けられている。均圧通路２９の液化促進装置２１側端部は、図３に示すように、ケーシング２１ａ内のコンデンサ２１ｂよりも上方部分に開口している。チェックバルブ２３は、図３に示すように、リード弁２３ａを有するリードバルブとして形成されている。すなわち、リード弁２３ａは、図３に示すように、弁座２３ｂに回転軸２３ｃを軸として回転自在に保持されている。ここで、チェックバルブ２３の作動について説明する。図３において、リード弁２３ａの両面には、液化促進装置２１内圧力および大気圧力がそれぞれ作用している。これにより、リード弁２３ａには、液化促進装置２１内圧力により回転軸２３ｃを中心として反時計回りのトルクが作用すると同時に、大気圧力により回転軸２３ｃを中心として時計回りのトルクが作用する。液化促進装置２１内圧力が大気圧力以上であるときは、リード弁２３ａに作用する反時計回りのトルクが時計回りのトルクを上回り、リード弁２３ａが弁座２３ｂに着座してチェックバルブ２３は閉弁している。このため、均圧通路２９が遮断され、液化促進装置２１内の燃料蒸気が大気中へ放散されることが阻止される。一方、液化促進装置２１圧力が大気圧力より小さいときは、リード弁２３ａに作用する反時計回りのトルクが時計回りのトルクより小さくなり、リード弁２３ａは回転軸２３ｃの周りに時計回りに回転して弁座２３ｂから離れ、チェックバルブ２３は開弁する。このため、均圧通路２９が連通され、空気が液化促進装置２１内へ流入する。そして、この空気流入により液化促進装置２１内圧力が上昇し、液化促進装置２１内圧力が大気圧力と等しくなると、リード弁２３ａが再び閉弁し、液化促進装置２１内の燃料蒸気が大気中へ放散されることが阻止される。液化促進装置２１内圧力が大気圧に均圧化されて燃料タンク１０内圧力が大気圧に均圧化されることにより、燃料タンク１０からエンジン（図示せず）への燃料供給が円滑に行われる。
【００４６】
冷却装置である燃料クーラ２２は、液化促進装置２１において液化された燃料を滞留させて温度を低下させるためのものである。そのため、燃料クーラ２２は、熱伝導性に優れる材質、たとえば、アルミニウム等から略箱状に形成されている。燃料クーラ２２の下側の外面には、図１に示すように、複数のフィンが設けられ放熱効果を高めている。燃料クーラ２２と液化促進装置２１とは、図１に示すように、連絡通路３０および第４制御弁であるチェックバルブ２６を介して接続されている。連絡通路３０の液化促進装置２１側端部は、図１に示すように、液化促進装置２１の底面に開口し、連絡通路３０の燃料クーラ２２側端部は、図１に示すように、燃料クーラ２２の上面に開口している。これにより、液化促進装置２１内で凝縮されその底部にたまった液体燃料は、チェックバルブ２６が開弁状態になると連絡通路３０を経て燃料クーラ２２内へ自重により流入する。
【００４７】
チェックバルブ２６は、図４に示すように、リード弁２６ａを有するリードバルブとして形成されている。リード弁２６ａは、たとえば金属薄板等から形成され、図４に示すように、弁座２６ｂに密着させてその一端側において弁座２６ｂに固定されている。ここで、チェックバルブ２６の作動について説明する。リード弁２６ａの上面、つまり液化促進装置２１に対向する面には、液化促進装置２１内圧力および液化促進装置２１内で凝縮されてチェックバルブ２６へ流入した燃料の重量が作用している。一方、リード弁２６ａの下面には燃料クーラ２２内圧力が作用している。液化促進装置２１内圧力と燃料クーラ２２内圧力との差は、液体燃料の重量に比べて極めて小さいので無視する。チェックバルブ２６のリード弁２６ａの上面に作用する燃料重量は、片持ち梁状のリード弁２６ａを開弁させるように作用する。燃料量が少ないときは開弁方向に作用する力が小さいため、リード弁２６ａの弾性変形はほとんどなく、したがってチェックバルブ２６は閉弁している。液化促進装置２１内で凝縮された燃料量が増加するに連れてリード弁２６ａを開弁させる方向に作用する力が増大し、やがてリード弁２６ａは図４中に破線で示すように弾性変形してチェックバルブ２６が開弁する。これにより、燃料が燃料クーラ２２へ流入する。すると、リード弁２６ａを開弁させるように作用する力が小さくなり、リード弁２６ａは元の形状に戻りチェックバルブ２６が閉弁し、燃料クーラ２２と液化促進装置２１とは遮断状態となる。
【００４８】
燃料クーラ２２は、燃料タンク１０と、図１に示すように、リターン通路２８および第３制御弁であるチェックバルブ２５を介して接続されている。リターン通路２８の燃料クーラ２２側端部は、図５に示すように、燃料クーラ２２の底面に開口し、リターン通路２８の燃料タンク１０側端部は、図１に示すように、燃料タンク１０内の燃料液面より上方の空間に開口している。これにより、燃料クーラ２２内に溜まった液体燃料は、チェックバルブ２５が開弁状態になるとリターン通路２８を経て燃料タンク１０内へ自重により流入する。
【００４９】
チェックバルブ２５は、先に説明したチェックバルブ２６と同様の構造を有しており、図５に示すように、リード弁２５ａを有するリードバルブとして形成されている。リード弁２５ａは、たとえば金属薄板等から形成され、図５に示すように、弁座２５ｂに密着させてその一端側において弁座２５ｂに固定されている。チェックバルブ２５の作動について説明する。リード弁２５ａの上面、すなわち燃料クーラ２２の底面に対向する面には、燃料クーラ２２内圧力および燃料クーラ２２内の燃料の重量が作用している。一方、リード弁２５ａの下面には燃料タンク１０内圧力が作用している。燃料クーラ２２内圧力と燃料タンク１０内圧力との差は、液体燃料の重量に比べて極めて小さいので無視する。チェックバルブ２５のリード弁２５ａの上面に作用する燃料重量は、片持ち梁状のリード弁２５ａを開弁させるように作用する。燃料量が少ないときは開弁方向に作用する力が小さいため、リード弁２５ａの弾性変形はほとんどなく、したがってチェックバルブ２５は閉弁している。燃料クーラ２２内の燃料量が増加するに連れてリード弁２５ａを開弁させる方向に作用する力が増大し、やがてリード弁２５ａは図５中に破線で示すように弾性変形してチェックバルブ２５が開弁する。これにより、燃料が燃料クーラ２２から燃料タンク１０へ流入する。すると、リード弁２５ａを開弁させるように作用する力が小さくなり、リード弁２５ａは元の形状に戻りチェックバルブ２５が閉弁し、燃料クーラ２２と燃料タンク１０とは遮断状態となる。
【００５０】
次に、以上説明したように構成された、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０の作用・効果について説明する。
【００５１】
先ず、蒸発燃料処理装置２０の作動、すなわち、燃料タンク１０と蒸発燃料処理装置２０との間の燃料蒸気、空気の流れについて説明する。
【００５２】
駐車中においては、燃料タンク１０内では燃料であるガソリンが蒸発してガソリン蒸発ガスが発生している。また、燃料タンク１０内圧力、すなわち燃料液面上方の空間の圧力、液化促進装置２１内圧力、および燃料クーラ２２内圧力はほぼ等しくなっている。
【００５３】
エンジンが始動されて自動車が走行を開始すると、燃料タンク１０が路面からの輻射熱を受けて燃料タンク１０内の燃料温度が上昇し、ガソリン蒸気の発生が盛んになるとともに燃料タンク１０内圧力が上昇する。すると、燃料タンク１０内圧力が液化促進装置２１内圧力よりも高くなるのでチェックバルブ２４が開弁し、燃料タンク１０で発生したガソリン蒸気が液化促進装置２１内へ流入する。チェックバルブ２４は、燃料タンク１０内圧力と液化促進装置２１内圧力とが等しくなると閉弁する。
【００５４】
液化促進装置２１内へ流入したガソリン蒸気は、コンデンサ２１ｂの表面に付着して凝縮して微細な液滴となる。さらに、多数の液滴が凝集して大きい液滴となり、自重によりコンデンサ２１ｂから滑り落ちて液化促進装置２１の底部に溜まる。ガソリン蒸気は液化促進装置２１内で凝縮する際に凝縮潜熱を放出するが、液化促進装置２１がほぼ密閉されているためガソリン温度が上昇する。液化促進装置２１のケーシング２１ａの底部は、図１に示すように、連絡通路３０の開口部へ向かって傾斜しているので、コンデンサ２１ｂから離脱したガソリンの雫はケーシング２１ａの底部に沿って連絡通路３０の開口部へ流れる。連絡通路３０の開口部周辺に溜まるガソリンが増えると、チェックバルブ２６のリード弁２６ａに対して開弁方向に作用する力が増大し、やがてリード弁２６ａが弾性変形してチェックバルブ２６が開弁する。それにより、ケーシング２１ａの底部に溜まったガソリンは、連絡通路３０を経て燃料クーラ２２へ流入する。液化促進装置２１内のガソリンが燃料クーラ２２へ流出するとチェックバルブ２６は再び閉弁する。
【００５５】
ガソリンは燃料クーラ２２内へ流入し燃料クーラ２２の底部に溜まる。ガソリン温度は外気温度よりも高い。ガソリンの熱は熱伝導により燃料クーラ２２の底面を経てフィン２２ａへ伝えられる。フィン２２ａ表面には自動車走行中においては空気が流れている。したがって、ガソリンの熱は、フィン２２ａ表面から空気へ熱伝達により放散される。これにより、燃料クーラ２２内においてガソリンが冷却される。燃料クーラ２２の底部は、図１に示すように、リターン通路２８の開口部へ向かって傾斜しているので、燃料クーラ２２へ流入したガソリンは燃料クーラ２２の底部に沿ってリターン通路２８の開口部へ流れる。液化促進装置２１から燃料クーラ２２へのガソリン流入の回数が重なるに連れて燃料クーラ２２内のガソリン量が増加する。それに伴って、チェックバルブ２５のリード弁２５ａに対して開弁方向に作用する力が増大し、やがてリード弁２５ａが弾性変形してチェックバルブ２５が開弁する。それにより、ケーシング２１ａの底部に溜まったガソリンは、リターン通路２８を経て燃料タンク１０へ流入する。燃料クーラ２２内のガソリンが燃料タンク１０へ流出するとチェックバルブ２５は再び閉弁する。
【００５６】
エンジンの運転時間経過に連れて燃料タンク１０内のガソリンが減少すると、ガソリンの体積が減った分燃料タンク１０内圧力が低下する。この場合、チェックバルブ２５が開弁した際に、燃料クーラ２２からガソリンとともに空気が燃料タンク１０へ流入する。そうすると、燃料クーラ２２内圧力が低下するが、今度は、チェックバルブ２６が開弁した際に、液化促進装置２１内の空気が燃料クーラ２２内へ流入する。これにより、液化促進装置２１内圧力が低下する。ここで、液化促進装置２１内圧力が大気圧よりも低くなると、チェック弁２３が開弁し、均圧通路２９を介して、空気が液化促進装置２１内へ流入する。液化促進装置２１内圧力が大気圧と等しくなる、つまり均圧化されるとチェック弁２３が閉弁し、液化促進装置２１内部と外部との連通は遮断される。以上説明したように、ガソリンが消費されて燃料タンク１０内圧力が低下すると、チェック弁２５、チェック弁２６、およびチェック弁２３を順次介して、蒸発燃料処理装置２０外部から空気が燃料タンク１０内へ導入されて、燃料タンク１０内圧力が大気圧と均圧化される。これにより、燃料タンク１０からエンジンへの燃料供給を円滑に行うことができる。
【００５７】
以上説明したように、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０では、燃料タンク１０内で発生したガソリン蒸気を凝縮して液体とし、ついで冷却して温度を下げて燃料タンク１０へ戻している。
【００５８】
従来の蒸発燃料処理装置では、キャニスタ内に捕集されたガソリン蒸気をエンジンの吸気管へ導入してエンジンで燃焼させ、それによりキャニスタをガソリン蒸気捕集可能状態へ初期化していた。そのため、インジェクタから噴射される燃料に加えてキャニスタからエンジン吸気管へ吸入された蒸発燃料がエンジンへ供給されることになり、エンジンの空燃費が最適値から外れてエミッション、燃費が悪化する恐れがあった。
【００５９】
これに対して、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０は、燃料タンク１０内で発生した蒸発燃料に関しては、燃料タンク１０と蒸発燃料処理装置２０により完全な閉塞サイクルを形成しており、従来の蒸発燃料処理装置におけるパージを一切不要にできる。したがって、空燃比を常に最適に維持してエンジンを運転することができる。
【００６０】
（第２実施形態）
図６に、本発明の第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０を燃料タンク１０に取り付けた状態の模式図を示す。図６において、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０と同一構成要素には同一符号を付してある。
【００６１】
本発明の第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０は、燃料タンク１０との相対位置関係が変更され、それに対応して燃料クーラ２２内の燃料を燃料タンク１０へ移送する方法が変更されている。これら２点の変更点以外の構成および作用は、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０と同一である。以下に、本発明の第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０の構成について本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０との相違点を中心に説明する。
【００６２】
本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０は、図１に示すように、燃料タンク１０の上方に配置されている。これに対して、本発明の第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０は、図６に示すように、燃料タンク１０とは、自動車における上下方向においてほぼ同一高さに並んで配置されている。したがって、燃料クーラ２２は、図６に示すように、燃料タンク１０の底部付近に配置されているため、燃料クーラ２２内の燃料を、その自重により燃料タンク１０内へ流入させることができない。そこで、本発明の第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０では、図６に示すように、燃料クーラ２２の下部とポンプモジュール４０が備えるジェットポンプ４３の吸入口４３ａとを吸入通路４２により連通して、ジェットポンプ４０の吸引力により燃料クーラ２２内の燃料を燃料タンク１０へ汲み上げている。ジェットポンプ４３は、ポンプモジュール４０のサブタンク（図示せず）内へ燃料タンク１０内の燃料を供給するものである。また、第２実施形態においては、第１実施形態においてリターン通路２８に設けられていたチェックバルブ２５は撤去している。
【００６３】
本発明の第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０によれば、第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０と同様の効果、すなわち従来の蒸発燃料処理装置におけるパージを一切不要にできる、という効果が得られるとともに、蒸発燃料処理装置２０の設置場所、つまり燃料タンク１０との相対位置関係如何によらずに、燃料クーラ２２内の燃料を燃料タンク１０へ戻すことができるので、自動車における設置自由度の高い蒸発燃料処理装置２０を提供することができる。
【００６４】
（第３実施形態）
図７に、本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０を燃料タンク１０に取り付けた状態の模式図を示す。図７において、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０と同一構成要素には同一符号を付してある。
【００６５】
本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０は、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０に対して、構成を２点変更している。すなわち、液化促進装置２１に替えて液化促進装置５０を備える点、および、第１制御弁であるチェックバルブ２３に替えて分離膜である中空糸膜６１を備えた燃料蒸気分離器６０を設け、液化促進装置５０の内部空間を、中空糸膜６１を介して外部の大気と連通させている点、の以上２点が本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０の特徴である。以下に、本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０について、特に上述した特徴点２点を中心に説明する。
【００６６】
液化促進装置５０は、図７に示すように、熱交換手段である凝縮器５１を備えている。凝縮器５１は、樹脂材料あるいは金属材料により例えば直方体状の容器として形成されている。凝縮器５１の内部には、潜熱蓄熱材としての直鎖パラフィン５４が充填されている。本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０では、直鎖パラフィン５４として融解温度が３０℃に調整されたものが用いられている。すなわち、直鎖パラフィン５４は、３０℃よりも低い温度では固体であり、３０℃以上では潜熱を吸収して融解し液体となる。凝縮器５１には、図７に示すように、車両への搭載状態において上側となる上側端面５１ａおよび車両への搭載状態において下側となる下側端面５１ｂに開口する熱交換管路５１ｃが複数個互いに平行に設けられている。凝縮器５１の上側端面５１ａおよび下側端面５１ｂには、図７に示すように、アッパーキャップ５２、ロアーキャップ５３がそれぞれ気密的に固定されている。熱交換管路５１ｃ、アッパーキャップ５２およびロアーキャップ５３は、樹脂材料あるいは金属材料により形成されている。アッパーキャップ５２には、図７に示すように、エバポ通路２７および均圧通路２９が、それぞれアッパーキャップ５２内空間に連通するように接続されている。ロアーキャップ５３には、図７に示すように、連絡通路３０がアッパーキャップ５２内空間に連通するように接続されている。
【００６７】
均圧通路２９の先端には、図７に示すように、燃料蒸気分離器６０が装着されている。燃料蒸気分離器６０は、図８に示すように、分離膜である中空糸膜６１を備えている。中空糸膜６１は、中空状に（管状に）成形して炭化させたアモルファスカーボンにより形成される自立型の膜である。燃料蒸気分離器６０は、この中空糸膜６１を複数個互いに平行に束ねたものを備えている。なお、図８では、分かり易さのために、中空糸膜６１を大きく描いているが、実際の中空糸膜６１の直径はおよそ２ｍｍ程度である。中空糸膜６１は、その一端において、図８に示すように開口端が閉じられて塞がれている。中空糸膜６１の他端は、図８に示すように、開放された状態で管状の外周側面をフランジ６２に保持固定されて、管状の内部空間は外部の大気に連通している。フランジ６２およびフランジ６２に固定された中空糸膜６１は、図８に示すように、略円筒状のケース６３に収容固定されている。燃料蒸気分離器６０のケース６３の内部空間、つまり中空糸膜６１の管状の外側表面を包含する空間は、図８に示すうように、均圧通路２９を介して液化促進装置５０に連通接続されている。これにより、液化促進装置５０は、中空糸膜６１を介して外部の大気と連通している。
【００６８】
続いて、本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０の作動について、特に、液化促進装置５０および燃料蒸気分離器６０の作動について説明する。
【００６９】
先ず、液化促進装置５０の作動について説明する。燃料タンク１０内の燃料が蒸発して生成された燃料蒸気がエバポ通路２７およびチェックバルブ２４を経て液化促進装置５０のアッパーキャップ５２内へ導入されると、この燃料蒸気は、さらに凝縮器５１の熱交換管路５１ｃ内へ導入される。燃料蒸気は、熱交換管路５１ｃ内で潜熱蓄熱材としての直鎖パラフィン５４と熱交換する。すなわち、燃料蒸気が有する熱量が直鎖パラフィン５４へ移動して、つまり吸熱されて燃料蒸気の温度が低下し、燃料蒸気は凝縮して燃料液滴となる。
【００７０】
ところで、燃料タンク１０内の燃料温度が高まるに連れて燃料の蒸発が盛んになる。つまり燃料蒸気分圧が高くなる。たとえば、ガソリンの場合３０℃を超えると蒸発が盛んになる。そして、温度が３０℃を超える燃料蒸気が凝縮器５１に導入されると、直鎖パラフィン５４は燃料蒸気の熱を潜熱として吸熱し固体から液体へ相変化する。一般的に、物質が相変化するときの移動熱である潜熱は、物質が相変化を伴わずに温度のみが変化するときの移動熱である顕熱に比べて格段に大きい。たとえば、水の顕熱である比熱は４．２ｋＪ／ｋｇ・Ｋであるのに対し、固体である氷と液体である水との間の相変化に伴う潜熱は３３３．９ｋＪ／ｋｇである。ただし、氷−水間の相変化は０℃で行われるので、３０℃を超える燃料蒸気を凝縮するために利用することは困難である。そこで、本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０では、ガソリンの蒸発が盛んになる３０℃付近において相変化する物質である直鎖パラフィン５４を、燃料蒸気を冷却し凝縮させるために採用した。本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０に用いられる直鎖パラフィン５４は、固体−液体間の相変化が起きる温度、つまり融解温度を３０℃となるように調整されている。これにより、温度が３０℃を超える燃料蒸気が持つ熱を直鎖パラフィン５４の相変化に伴う潜熱として吸熱させることにより高効率で冷却し凝縮させることができる。燃料蒸気が凝縮して生成された燃料液滴は、重力の作用で熱交換管路５１ｃ内を落下してロアーキャップ５３内に滞留する。そして、図７に示すように、連絡通路３０、チェックバルブ２６、燃料クーラ２２、チェックバルブ２５およびリターン通路２８を経て、燃料タンク１０内へ戻される。
【００７１】
一方、燃料蒸気から吸熱して固相から液相へ相変化した直鎖パラフィン５４は、凝縮器５１の外表面において周囲の大気と熱交換して大気中に熱を放散することにより再び固相へ相変化して燃料蒸気の冷却に再び供される。
【００７２】
次に、燃料蒸気分離器６０の作動について説明する。燃料蒸気分離器６０が備える中空糸膜６１は、大きさが０．４ｎｍ程度に制御された微細孔を多数備えている。空気を形成する代表的な成分である酸素分子、窒素分子の大きさは、それぞれ０．３５ｎｍ、０．３６ｎｍである。また水蒸気を構成する水分子の大きさは０．２８ｎｍであり、中空糸膜６１が備える微細孔より小さい。一方、燃料蒸気を構成する炭化水素、たとえばガソリンの主成分であるＣ４Ｈ１０の大きさは０．５ｎｍであり、中空糸膜６１が備える微細孔より大きい。したがって、空気は中空糸膜６１を透過できるが、燃料蒸気は中空糸膜６１を透過できないことになる。
【００７３】
ここで、本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０の燃料蒸気分離器６０が備える中空糸膜６１では、微細孔の大きさを０．４ｎｍ程度としているが、微細孔の大きさは、空気が透過でき且つ燃料蒸気は透過できないような大きさであることが重要である。したがって、中空糸膜６１の微細孔の大きさは、燃料タンク１０に貯蔵される燃料の主要成分の分子の大きさに応じて、最適に変更されるべきものである。
【００７４】
燃料タンク１０内の圧力は、エンジンへの正常な燃料供給を維持するために常に大気圧と等しくなるように調節されている必要がある。すなわち、エンジンにより燃料が消費されて燃料タンク１０内の液位が低下し燃料タンク１０内の圧力が低下した場合は、外部から燃料タンク１０内に空気を導入して燃料タンク１０内圧力を上昇させて大気圧に均圧化する必要がある。一方、自動車の周囲温度が高い場合、燃料タンク１０内における燃料蒸発が盛んになり燃料タンク１０内の圧力が上昇する。このような場合は、燃料タンク１０内の空気を外部へ放出して燃料タンク１０内圧力を下げて大気圧に均圧化する必要がある。
【００７５】
本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０では、燃料蒸気分離器６０を介して液化促進装置５０、言い換えると燃料タンク１０を外部の大気と連通させている。先に説明したように、燃料蒸気分離器６０が備える中空糸膜６１は空気を透過させるので、液化促進装置５０内圧力、すなわち燃料タンク１０内圧力と大気圧との間に差が生じた場合は、外部から燃料タンク１０内へ空気が流入する、あるいは燃料タンク１０内から外部へ空気が流出することにより、燃料タンク１０内圧力を速やかに大気圧に均圧化できる。ところで、燃料タンク１０内から外部へ空気が流出するときに、燃料蒸気分離器６０が備える中空糸膜６１は燃料蒸気を透過させないので、燃料蒸気が中空糸膜６１を通過して外部へ空気が流出することは確実に阻止される。
【００７６】
以上説明したように、本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０によっても、燃料タンク１０内で発生した蒸発燃料を、確実に液化して再び燃料タンク１０へ戻すことができるので、従来の蒸発燃料処理装置におけるパージを一切不要にできる。したがって、空燃比を常に最適に維持してエンジンを運転することができる。さらに、燃料蒸気が大気中に放散されることを確実に阻止しつつ、燃料タンク１０内圧力を常に大気圧に保つことができる。
【００７７】
なお、以上説明した本発明の第１実施形態および第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０においては、各チェックバルブ２３、２４、２５、２６を、均圧通路２９の途中、誘導通路２７の途中、リターン通路２８の途中、連絡通路３０の途中、にそれぞれ設置しているが、これらのチェックバルブの設置位置は通路の途中に限る必要は無く、各通路の両端に位置する要素のどちらか一方に一体的に取り付けられても良い。
【００７８】
また、以上説明した本発明の第１実施形態および第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０においては、各チェックバルブ２３、２４、２５、２６を、リード弁式逆止弁から形成しているが、逆止弁であれば、リード弁式以外の構造の弁を用いても良い。たとえば、ボール弁、ポペット弁等を用いた構造の逆止弁を用いても良い。また、各チェックバルブを電気アクチュエータにより駆動されるバルブに置き換えるとともに、各チェックバルブの上流側圧力および下流側圧力を検出する圧力センサを設け、各圧力センサからの圧力信号に基いて各バルブの連通・遮断を切り替える構成としても良い。
【００７９】
また、以上説明した本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０においては、各チェックバルブ２４、２５、２６を、誘導通路２７の途中、リターン通路２８の途中、連絡通路３０の途中、にそれぞれ設置しているが、これらのチェックバルブの設置位置は通路の途中に限る必要は無く、各通路の両端に位置する要素のどちらか一方に一体的に取り付けられても良い。
【００８０】
また、以上説明した本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０においては、各チェックバルブ２４、２５、２６を、リード弁式逆止弁から形成しているが、逆止弁であれば、リード弁式以外の構造の弁を用いても良い。たとえば、ボール弁、ポペット弁等を用いた構造の逆止弁を用いても良い。また、各チェックバルブを電気アクチュエータにより駆動されるバルブに置き換えるとともに、各チェックバルブの上流側圧力および下流側圧力を検出する圧力センサを設け、各圧力センサからの圧力信号に基いて各バルブの連通・遮断を切り替える構成としても良い。
【００８１】
また、以上説明した本発明の第１実施形態〜第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０においては、液化促進装置と燃料クーラ２２はそれぞれ独立した二つの容器として形成され、両者を連絡通路３０で接続する構成としているが、液化促進装置、燃料クーラ２２、およびチェックバルブ２６を合体させて一つの部品として構成しても良い。このようにすれば、蒸発燃料処理装置２０を自動車に搭載する工程における作業工数を低減できる。
【００８２】
また、以上説明した本発明の第１実施形態〜第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０においては、燃料クーラ２２を備えているが、燃料クーラ２２を必ず備える必要は無く、状況に応じて燃料クーラ２２を省略しても良い。
【００８３】
また、以上説明した本発明の第１実施形態〜第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０においては、燃料としてガソリンを用いる場合を例に説明したが、ガソリン以外の燃料を用いる構成であっても良い。特に、エタノール等揮発性の高い燃料を用いる蒸発燃料処理装置に適用すると好適である。
【符号の説明】
【００８４】
１０ 燃料タンク
２０ 蒸発燃料処理装置
２１ 液化促進装置
２１ａ ケーシング
２１ｂ コンデンサ
２２ 燃料クーラ
２２ａ フィン
２３ チェックバルブ（第１制御弁）
２４ チェックバルブ（第２制御弁）
２５ チェックバルブ（第３制御弁）
２６ チェックバルブ（第４制御弁）
２７ エバポ通路（誘導通路）
２８ リターン通路
２９ 均圧通路
３０ 連絡通路
４０ ポンプモジュール
４１ 供給通路
４２ リターン通路
４３ ジェットポンプ
４３ａ 吸入口
５０ 液化促進装置
５１ 凝縮器（熱交換手段）
５１ａ 上側端面
５１ｂ 下側端面
５１ｃ 熱交換管路
５２ アッパーキャップ
５３ ロアーキャップ
５４ 直鎖パラフィン（潜熱蓄熱材）
６０ 燃料蒸気分離器
６１ 中空糸膜（分離膜）
６２ フランジ
６３ ケース
Ｆ 燃料液面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料タンク内で発生した燃料蒸気を大気中に放出させずに液化して燃料タンクに戻し、燃料タンク内圧力を大気圧に均圧化させ、パージ制御を不要にする蒸発燃料処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蒸発燃料処理装置として、たとえば、燃料タンクで発生した燃料蒸気を捕集するキャニスタと燃料タンクとをエバポ通路で連通し、キャニスタとエンジンの吸気管とをパージ通路で連通し、エバポ通路に蒸発燃料を分離液化して燃料タンクへ戻すベーパセパレータを設けた構成のものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
上述の従来の蒸発燃料処理装置では、燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタよりも上流側に配置されたベーパセパレータで液化し燃料タンクへ戻し、ベーパセパレータで液化されなかった蒸発燃料のみがキャニスタへ導かれる。そして、キャニスタに吸着捕集された蒸発燃料は、パージ通路およびエンジンの吸気管を経てエンジンの燃焼室へ供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４２６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の従来の蒸発燃料処理装置では、ベーパセパレータを設けたことにより、燃料タンク内で発生した蒸発燃料のエンジン吸気管への導入量が低減されるものの、完全に０にはならない。このため、依然として、キャニスタのパージに伴って蒸発燃料がエンジン吸気管へ吸入され、エンジンの空燃費が最適値から外れてエミッション、燃費が悪化する恐れがある。
【０００６】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料タンクで発生した燃料蒸気を液化して液体状態で燃料タンクへ戻し、エンジンの吸気管への導入、いわゆるパージを不要にできる蒸発燃料処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に記載の蒸発燃料処理装置は、燃料タンクと、燃料蒸気を凝縮させる液化促進装置と、燃料タンク内で発生した燃料蒸気を液化促進装置へ導入可能に燃料タンクと液化促進装置とを連通する誘導通路と、液化促進装置内で凝縮された燃料を燃料タンクへ還流可能に液化促進装置と燃料タンクとを連通するリターン通路と、液化促進装置内部と液化促進装置周囲の大気との連通・遮断を切り替える弁であって液化促進装置内部の圧力が大気圧力以上であるときには液化促進装置内部と大気とを遮断状態とし、液化促進装置内部の圧力が大気圧力未満であるときには液化促進装置内部と大気とを連通状態とする弁である第１制御弁と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
先ず、従来の蒸発燃料処理装置において、燃料タンク内で発生した燃料蒸気を捕集するキャニスタには大気開放口が設けられている。またキャニスタはエバポ通路を介して燃料タンクと連通するとともに、パージ通路が接続されてエンジンの吸気管と連通している。キャニスタは、エンジン停止中に燃料タンク内で発生しエバポ通路を介してキャニスタへ流入した燃料蒸気を吸着捕集して、大気中に燃料蒸気が放散することを防止している。一方、エンジン運転中は、大気開放口からキャニスタに内に導入された空気とともにキャニスタ内に吸着捕集されていた燃料蒸気を、パージ通路を経てエンジンの吸気管内へ供給（いわゆるパージ）している。このため、従来の蒸発燃料処理装置では、パージの際にエンジンが吸入する混合気の空燃比が適正値からずれ、エミッションや燃費が悪化する可能性がある。また、長時間の駐車時等ではキャニスタ内が燃料蒸気で飽和状態となり、燃料蒸気が大気中に放散される可能性がある。
【０００９】
これに対して、本発明の請求項１に記載される蒸発燃料処理装置によれば、燃料タンク内で発生した燃料蒸気が誘導通路を経て液化促進装置内へ流入すると、燃料蒸気は液化促進装置内で凝縮して液体となる。この液化された燃料は、リターン通路を経て燃料タンク内へ還流される。すなわち、燃料タンクと液化促進装置とが誘導通路およびリターン通路により連通されて一種の閉塞回路が形成され、燃料は、燃料タンク内で蒸発、液化促進装置内で凝縮液化、燃料タンクへ還流、というサイクルを繰り返している。これにより、従来の蒸発燃料処理装置におけるパージ工程を不要とすることができる。
【００１０】
ここで、液化促進装置内における蒸発燃料の液化について説明する。一般に、蒸気粒子が固体表面に付着すると、凝縮潜熱を放出して液体粒子となる。これらの液体粒子が多数凝集して大きな液滴となる。したがって、液化促進装置において多くの燃料蒸気を高効率で凝縮させるために、液化促進装置が具備すべき要件として、同時に多数の燃料蒸気を付着させられるように表面積が大きいこと、生成された液滴が液化促進装置から容易に離脱できるように溌油性に優れること、燃料蒸気が凝縮潜熱を放出し易いように液化促進装置は熱伝導性に優れること、等が上げられる。このため、液化促進装置としては、たとえば、繊維構造を有する素材をケース内に収納した構成等が考えられる。
【００１１】
また、本発明の請求項１に記載される蒸発燃料処理装置は、液化促進装置内部の圧力が大気圧力以上であるときには液化促進装置内部と大気とを遮断状態とし、液化促進装置内部の圧力が大気圧力未満であるときには液化促進装置内部と大気とを連通状態とする弁である第１制御弁を備えている。これにより、液化促進装置を経て燃料蒸気が大気中に放散されることを抑止できるとともに、エンジン運転時間の経過に連れて燃料タンク内の燃料が減少すると、適宜第１制御弁を経て外気が燃料タンク内へ導入され燃料タンク内の圧力が均圧化されるのでエンジンの運転が円滑に維持される。
【００１２】
以上により、本発明の請求項１に記載される蒸発燃料処理装置によれば、パージ工程が不要な蒸発燃料処理装置を提供することができる。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の蒸発燃料処理装置は、燃料タンク内の圧力が液化促進装置内の圧力よりも高いときには誘導通路を連通状態とし、燃料タンク内の圧力が液化促進装置内の圧力以下であるときには誘導通路を遮断状態とする第２制御弁、およびリターン通路の連通・遮断を切り替える第３制御弁の少なくとも一方を備えることを特徴としている。
【００１４】
上述の構成において第２制御弁を設けた場合、燃料タンク内における蒸発燃料量がある程度多くなったとき、言い換えると蒸発燃料の分圧が高くなったときに、蒸発燃料を燃料タンクから液化促進装置へ導入している。これにより、液化促進装置内に燃料蒸気が存在する頻度を必要最小限度に抑えて、蒸発燃料が大気中に放散されることを確実に防止できる。
【００１５】
液化促進装置は燃料タンクとはある距離を隔てて配置されている。したがって、液化促進装置内で凝縮されて液体となった燃料は、液化促進装置内に留まる間にその温度が低下する可能性がある。そこで、第３制御弁を設けた場合、たとえば、液化促進装置内において凝縮されて液体となった燃料が少ないときには第３制御弁を遮断状態とし、液化促進装置内に溜まった燃料が多くなったときに第３制御弁を連通状態として液化促進装置から燃料タンクへ還流させる、すなわち、凝縮され液体となった燃料を液化促進装置内にしばらくとどめるようにすれば、燃料温度を低下させてから燃料タンクへ還流させることができる。これにより、燃料タンク内の燃料温度上昇を抑制することができる。
【００１６】
以上により、パージ工程を不要としつつ、蒸発燃料が大気中に放散されることを確実に防止できること、および燃料タンク内の燃料温度上昇を抑制できることの少なくとも一方が可能な蒸発燃料処理装置を提供できる。
【００１７】
この場合、本発明の請求項３に記載の蒸発燃料処理装置のように、第３制御弁を、液化促進装置内の圧力が燃料タンク内の圧力よりも高いときにはリターン通路を連通状態とし、液化促進装置内の圧力が燃料タンク内の圧力以下であるときにはリターン通路を遮断状態とするものとする、すなわち、液化促進装置内の圧力および燃料タンク内の圧力の大きさに応じて連通遮断を切り替える構成としても良いし、あるいは、本発明の請求項４に記載の蒸発燃料処理装置のように、第３制御弁を、液化促進装置内における液体燃料量が所定量よりも多いときにはリターン通路を連通状態とし、液化促進装置内における液体燃料量が所定量以下であるときにはリターン通路を遮断状態とする、すなわち、液化促進装置内に溜まった液体燃料量に応じて連通遮断を切り替える構成としても良い。
【００１８】
本発明の請求項５に記載の蒸発燃料処理装置は、燃料タンクと、燃料蒸気を凝縮させる液化促進装置と、液化促進装置内で生成された液体燃料を冷却する冷却装置と、燃料タンク内で発生した燃料蒸気を液化促進装置へ導入可能に燃料タンクと液化促進装置とを連通する誘導通路と、冷却装置内で冷却された燃料を燃料タンクへ導入可能に冷却装置と燃料タンクとを連通するリターン通路と、液化促進装置内部と液化促進装置周囲の大気との連通・遮断を切り替える弁であって液化促進装置内部の圧力が大気圧力以上であるときには液化促進装置内部と大気とを遮断状態とし、液化促進装置内部の圧力が大気圧力未満であるときには液化促進装置内部と大気とを連通状態とする弁である第１制御弁と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
本発明の請求項５に記載の蒸発燃料処理装置は、本発明の請求項１に記載の蒸発燃料処理装置に対して、液化促進装置内で凝縮された液体燃料が導入されてこの液体燃料を冷却する冷却装置を備えるとともに、液化促進装置と燃料タンクとを連通していたリターン通路を冷却装置と燃料タンクとを連通するように変更した点が異なっている。
【００２０】
燃料蒸気が凝縮するときに放出する凝縮潜熱により、液化促進装置内の温度が上昇し液化した燃料温度も高くなる。温度の高い燃料をそのまま燃料タンク内へ戻すと、燃料タンク内の燃料温度が上昇する。エンジンへ供給される燃料温度が上昇すると、エンジン性能、エミッションに悪影響が出る恐れがある。そこで、本発明の請求項５に記載の蒸発燃料処理装置では、液化促進装置で液化された温度の高い燃料を冷却装置で冷却した後に燃料タンクへ還流するようにしている。これにより、パージ工程を不要としつつ、燃料タンク内の燃料温度上昇を抑制することができる蒸発燃料処理装置を提供することができる。
【００２１】
本発明の請求項６に記載の蒸発燃料処理装置は、燃料タンク内の圧力が液化促進装置内の圧力よりも高いときには誘導通路を連通状態とし、燃料タンク内の圧力が液化促進装置内の圧力以下であるときには誘導通路を遮断状態とする第２制御弁、リターン通路の連通・遮断を切り替える第３制御弁、および液化促進装置と冷却装置との連通・遮断を切り替える第４制御弁の少なくとも一つを備えることを特徴としている。
【００２２】
第２制御弁を設けた場合、燃料タンク内における蒸発燃料量がある程度多くなったとき、言い換えると蒸発燃料の分圧が高くなったときに、蒸発燃料を燃料タンクから液化促進装置へ導入している。これにより、液化促進装置内に燃料蒸気が存在する頻度を必要最小限度に抑えて、蒸発燃料が大気中に放散されることを確実に防止できる。
【００２３】
液化促進装置内で凝縮されて液体となった燃料は、冷却装置内に留まる間に冷却される。そこで、第３制御弁を設けた場合、たとえば、冷却装置内に溜まった燃料量が少ないときには第３制御弁を遮断状態とし、冷却装置内の燃料量が多くなったときに第３制御弁を連通状態として燃料を冷却装置から燃料タンクへ還流させるようにすれば、冷却装置内で燃料温度を十分低下させてから燃料タンクへ還流させられるので、燃料タンク内の燃料温度上昇を確実に抑制することができる。
【００２４】
また、第４制御弁を設けて液化促進装置および冷却装置間の連通・遮断を切り替え可能とすれば、液化促進装置から冷却装置への蒸発燃料の流入を必要最小限度に抑えて、冷却装置の温度上昇を抑制することができる。
【００２５】
以上により、パージ工程を不要としつつ、蒸発燃料が大気中に放散されることを確実に防止できること、および燃料タンク内の燃料温度上昇を確実に抑制できることの少なくとも一方が可能な蒸発燃料処理装置を提供できる。
【００２６】
この場合、本発明の請求項７に記載の蒸発燃料処理装置のように、第３制御弁を、冷却装置内の圧力が燃料タンク内の圧力よりも高いときにはリターン通路を連通状態とし、冷却装置内の圧力が燃料タンク内の圧力以下であるときにはリターン通路を遮断状態とする構成、すなわち、冷却装置内の圧力および燃料タンク内の圧力の大きさに応じて連通遮断を切り替える構成としても良いし、あるいは、冷却装置内における液体燃料量が所定量よりも多いときにはリターン通路を連通状態とし、冷却装置内における液体燃料量が所定量以下であるときにはリターン通路を遮断状態とする構成、のどちらかとする、もしくは両方の構成を備えるようにしてもよい。
【００２７】
さらには、本発明の請求項８に記載の蒸発燃料処理装置のように、第４制御弁を、液化促進装置内の圧力が冷却装置内の圧力よりも高いときには連通状態とし、液化促進装置内の圧力が冷却装置内の圧力以下であるときには遮断状態とするもの、あるいは、液化促進装置内における液体燃料量が所定量よりも多いときには連通状態とし、液化促進装置内における液体燃料量が所定量以下であるときには遮断状態とするもの、のどちらかとする、もしくは両方の構成を備えるようにしてもよい。
【００２８】
本発明の請求項９に記載の蒸発燃料処理装置では、液化促進装置および冷却装置は一体的に一つの部品として形成されることを特徴としている。
【００２９】
このような構成とすることにより、蒸発燃料処理装置の構成部品点数を少なくして組み付け工数を低減することができる。また、車両へ蒸発燃料処理装置を搭載する作業工数を低減することができる。
【００３０】
本発明の請求項１０に記載の蒸発燃料処理装置は、液化促進装置は、潜熱蓄熱材と、潜熱蓄熱材と燃料蒸気との間で熱交換可能な熱交換手段と、を備えることを特徴としている。
【００３１】
潜熱蓄熱材は、物質が相転移（固体から液体へ、液体から気体へ、あるいはこれらの逆）する際に外部とやりとりされる熱である潜熱を蓄えるものである。潜熱は、物質が単に温度変化する際に外部とやりとりされる熱である顕熱と比べて熱量が大きい。したがって、潜熱蓄熱材に潜熱として蓄えられる熱量は、温度変化のみにより熱を蓄える顕熱蓄熱材に蓄えられる熱量と比べて大きくなっている。また、潜熱蓄熱材は、相転移中においてはその温度が一定であるので、一定温度での蓄熱が可能である。
【００３２】
燃料蒸気が液化促進装置の熱交換手段を通過して潜熱蓄熱材と熱交換すると、潜熱蓄熱材は相転移しつつ燃料蒸気から吸熱し燃料蒸気の温度が低下し燃料蒸気は凝縮して液体となる。このとき、上述したように潜熱蓄熱材の吸熱量が大きいので、燃料蒸気を高効率で液化する、すなわち、短時間に大量の燃料蒸気を液化することができる。
【００３３】
本発明の請求項１１に記載の蒸発燃料処理装置は、潜熱蓄熱材は直鎖パラフィン（ｎ−パラフィン）を原材料とするものであることを特徴としている。
【００３４】
直鎖パラフィン（ｎ−パラフィン）は、固体・液体間相転移する際の融点が２５℃前後の常温領域にあり、成分を調整することで融点すなわち蓄熱温度をある程度自由に設定でき、相転移を繰り返しても劣化しない、等の特徴を備えている。このため、潜熱蓄熱材として直鎖パラフィン（ｎ−パラフィン）を用いることにより、潜熱蓄熱材の融点を、蒸発燃料処理装置の実使用時における燃料蒸気温度に容易に設定でき、燃料蒸気を高効率で確実に液化させることができる。
【００３５】
本発明の請求項１２に記載の蒸発燃料処理装置は、第１制御弁に替えて分離膜を備え、分離膜を介して液化促進装置内部および誘導通路内部の少なくとも一方を周囲の大気と連通させ、分離膜は、空気を構成する気体である酸素、窒素および水蒸気を透過させ且つ燃料蒸気を構成する炭化水素の透過を阻止するように形成されることを特徴としている。
【００３６】
このような構成とすれば、液化促進装置内部および誘導通路内部の圧力が外部の大気圧力よりも高いときは、液化促進装置内部および誘導通路内部の空気が分離膜を透過して外部へ流出し、それにより液化促進装置内部および誘導通路内部の圧力が大気圧力に均圧化される。このとき、液化促進装置内部および誘導通路内部の燃料蒸気は、分離膜により透過が阻止され、外部の大気中に流出することがない。一方、液化促進装置内部および誘導通路内部の圧力が外部の大気圧力よりも低いときは、外部の空気が分離膜を透過して液化促進装置内部および誘導通路内部へ流入し、それにより液化促進装置内部および誘導通路内部の圧力が大気圧力に均圧化される。このように、分離膜を介して液化促進装置内部および誘導通路内部の少なくとも一方を周囲の大気と連通させることで、液化促進装置内部および誘導通路内部の圧力が大気圧力よりも高いとき、および低いときの両方において液化促進装置内部および誘導通路内部の圧力を大気圧力に均圧化することができる。
【００３７】
本発明の請求項１３に記載の蒸発燃料処理装置は、分離膜は中空糸膜であることを特徴としている。
【００３８】
中空糸膜は、燃料蒸気と接触しても微細孔の変形が生じないようにすることで、燃料蒸気分離機能、すなわち燃料蒸気が透過することを阻止する機能を安定して維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０を燃料タンク１０に取り付けた状態を示す模式図である。
【図２】チェックバルブ２４の拡大模式図である。
【図３】チェックバルブ２３の拡大模式図である。
【図４】チェックバルブ２６の拡大模式図である。
【図５】チェックバルブ２５の拡大模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０を燃料タンク１０に取り付けた状態を示す模式図である。
【図７】本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０を燃料タンク１０に取り付けた状態を示す模式図である。
【図８】蒸発燃料分離器６０の拡大断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明による蒸発燃料処理装置の一実施形態を、自動車の燃料タンク１０に取り付けられる蒸発燃料処理装置２０に適用した場合を例に、図面に基づいて説明する。
【００４１】
（第１実施形態）
蒸発燃料処理装置２０が搭載される自動車のエンジン（図示せず）はガソリンエンジンであり、燃料タンク１０内にはガソリンが貯蔵される。燃料タンク１０は、図１に示すように、燃料を燃料タンク１０外部へ送出するためのポンプモジュール４０を備えている。ポンプモジュール４０から送出された燃料は、供給通路４１を介してエンジン（図示せず）へ供給されている。燃料タンク１０には、給油キャップ１１が備えられた給油管１２が設けられている。
【００４２】
蒸発燃料処理装置２０は、大きくは、図1に示すように、液化促進装置２１、燃料クーラ２２を備えている。蒸発燃料処理装置２０は、燃料タンク１０内で蒸発した燃料蒸気を、液化促進装置２１内に捕集するとともに凝縮させて液化し、液体となった燃料を燃料クーラ２２内で温度を下げてから燃料タンク１０へ還流させるものである。燃料タンク１０と液化促進装置２１とが、図１に示すように、誘導通路であるエバポ通路２７および第２制御弁であるチェックバルブ２４を介して接続されている。液化促進装置２１と燃料クーラ２２とが、図１に示すように、連絡通路３０および第４制御弁であるチェックバルブ２６を介して接続されている。燃料クーラ２２と燃料タンク１０とが、図１に示すように、リターン通路２８および第３制御弁であるチェックバルブ２５を介して接続されている。以下に本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０の構成について説明する。
【００４３】
液化促進装置２１は、図１に示すように、ケーシング２１ａ内にコンデンサ２１ｂを収容して構成されている。ケーシング２１ａは、樹脂材料あるいは金属材料等により略直方体状の容器として形成されている。液化促進装置２１は、エバポ通路２７およびチェックバルブ２４を介して燃料タンク１０に接続されている。エバポ通路２７の燃料タンク１０側端部は、図１に示すように、燃料タンク１０内の燃料液面Ｆよりも上方部分、詳しくは、満タン時の液面位置よりも上方部分に開口している。エバポ通路２７の液化促進装置２１側端部は、図１に示すように、ケーシング２１ａ内のコンデンサ２１ｂよりも上方部分に開口している。本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０において、コンデンサ２１ｂに要求される機能は、燃料蒸気を捕集して凝縮し液化できること、および液化した燃料を速やかにコンデンサ２１ｂから離脱させられること、の二つである。燃料蒸気を高効率で凝縮し液化できるためには、燃料蒸気が付着し凝縮する部位としての表面積が大きいこと、詳しく、ケーシング２１ａ内においてコンデンサ２１ｂが占める体積に対する表面積の割合ができるだけ大きいこと、燃料蒸気が凝縮潜熱を放出し易いように熱伝導率が高いこと等の特性を備えることが必要である。一方、液化した燃料を速やかにコンデンサ２１ｂから離脱させられるためには、ガソリン液滴が付着した際の接触角度がより大きくなる性質、すなわち高溌油性を備えている材質から形成されることが望ましい。以上の性質を具備すべく、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０では、コンデンサ２１ｂを、樹脂繊維を布状に粗く編んだものを多数重ねて形成している。用いられる樹脂としては、溌油性の高い材質を選択している。なお、コンデンサ２１ｂを形成する繊維素材として、樹脂に限定する必要はなく、金属、たとえばアルミニウム、ステンレス鋼の細線を用いても良い。また、コンデンサ２１ｂを、繊維状素材を編んだ布からではなくて、金属、たとえばアルミニウム、ステンレス鋼等の薄板にプレス加工等により多数のフィンを設けたものを多数重ねて形成してもよい。ケーシング２１ａ内のコンデンサ２１ｂの下方には、図１に示すように、空間が形成されており、コンデンサ２１ｂで凝縮液化された燃料液滴がコンデンサ２１ｂから落下して上述の空間内に溜まる。
【００４４】
エバポ通路２７には、図１に示すように、第２制御弁であるチェックバルブ２４が設けられている。チェックバルブ２４は、図２に示すように、リード弁２４ａを有するリードバルブとして形成されている。すなわち、リード弁２４ａは、図２に示すように、弁座２４ｂに回転軸２４ｃを軸として回転自在に保持されている。ここで、チェックバルブ２４の作動について説明する。図２において、エバポ通路２７の上方は液化促進装置２１に、エバポ通路２７の下方は燃料タンク１０にそれぞれ連通しているので、リード弁２４ａの両面には、燃料タンク１０内圧力および液化促進装置２１内圧力がそれぞれ作用している。これにより、リード弁２４ａには、燃料タンク１０内圧力により回転軸２４ｃを中心として反時計回りのトルクが作用すると同時に、液化促進装置２１内圧力により回転軸２４ｃを中心として時計回りのトルクが作用する。燃料タンク１０内圧力が液化促進装置２１内圧力以下であるときは、リード弁２４ａに作用する時計回りのトルクが反時計回りのトルクを上回り、リード弁２４ａが弁座２４ｂに着座してチェックバルブ２４は閉弁している。このため、エバポ通路２７が遮断され、燃料タンク１０内で発生した燃料蒸気は液化促進装置２１へ流入しない。一方、燃料タンク１０内圧力が液化促進装置２１内圧力より大きいときは、リード弁２４ａに作用する反時計回りのトルクが時計回りのトルクを上回り、リード弁２４ａは回転軸２４ｃの周りに回転して弁座２４ｂから離れ、チェックバルブ２４は開弁する。このため、エバポ通路２７が連通され、燃料タンク１０内で発生した燃料蒸気は液化促進装置２１へ流入する。燃料蒸気が液化促進装置２１へ流入して燃料タンク１０内圧力と液化促進装置２１内圧力とが等しくなると、リード弁２４ａは再び弁座２４ｂに着座してチェックバルブ２４が閉弁し、燃料タンク１０と液化促進装置２１とが遮断状態となる。
【００４５】
液化促進装置２１には、図１に示すように、ケーシング２１ａ内部と外部（大気中）とを連通する均圧通路２９が接続され、均圧通路２９には、第１制御弁であるチェックバルブ２３が設けられている。均圧通路２９の液化促進装置２１側端部は、図３に示すように、ケーシング２１ａ内のコンデンサ２１ｂよりも上方部分に開口している。チェックバルブ２３は、図３に示すように、リード弁２３ａを有するリードバルブとして形成されている。すなわち、リード弁２３ａは、図３に示すように、弁座２３ｂに回転軸２３ｃを軸として回転自在に保持されている。ここで、チェックバルブ２３の作動について説明する。図３において、リード弁２３ａの両面には、液化促進装置２１内圧力および大気圧力がそれぞれ作用している。これにより、リード弁２３ａには、液化促進装置２１内圧力により回転軸２３ｃを中心として反時計回りのトルクが作用すると同時に、大気圧力により回転軸２３ｃを中心として時計回りのトルクが作用する。液化促進装置２１内圧力が大気圧力以上であるときは、リード弁２３ａに作用する反時計回りのトルクが時計回りのトルクを上回り、リード弁２３ａが弁座２３ｂに着座してチェックバルブ２３は閉弁している。このため、均圧通路２９が遮断され、液化促進装置２１内の燃料蒸気が大気中へ放散されることが阻止される。一方、液化促進装置２１圧力が大気圧力より小さいときは、リード弁２３ａに作用する反時計回りのトルクが時計回りのトルクより小さくなり、リード弁２３ａは回転軸２３ｃの周りに時計回りに回転して弁座２３ｂから離れ、チェックバルブ２３は開弁する。このため、均圧通路２９が連通され、空気が液化促進装置２１内へ流入する。そして、この空気流入により液化促進装置２１内圧力が上昇し、液化促進装置２１内圧力が大気圧力と等しくなると、リード弁２３ａが再び閉弁し、液化促進装置２１内の燃料蒸気が大気中へ放散されることが阻止される。液化促進装置２１内圧力が大気圧に均圧化されて燃料タンク１０内圧力が大気圧に均圧化されることにより、燃料タンク１０からエンジン（図示せず）への燃料供給が円滑に行われる。
【００４６】
冷却装置である燃料クーラ２２は、液化促進装置２１において液化された燃料を滞留させて温度を低下させるためのものである。そのため、燃料クーラ２２は、熱伝導性に優れる材質、たとえば、アルミニウム等から略箱状に形成されている。燃料クーラ２２の下側の外面には、図１に示すように、複数のフィンが設けられ放熱効果を高めている。燃料クーラ２２と液化促進装置２１とは、図１に示すように、連絡通路３０および第４制御弁であるチェックバルブ２６を介して接続されている。連絡通路３０の液化促進装置２１側端部は、図１に示すように、液化促進装置２１の底面に開口し、連絡通路３０の燃料クーラ２２側端部は、図１に示すように、燃料クーラ２２の上面に開口している。これにより、液化促進装置２１内で凝縮されその底部にたまった液体燃料は、チェックバルブ２６が開弁状態になると連絡通路３０を経て燃料クーラ２２内へ自重により流入する。
【００４７】
チェックバルブ２６は、図４に示すように、リード弁２６ａを有するリードバルブとして形成されている。リード弁２６ａは、たとえば金属薄板等から形成され、図４に示すように、弁座２６ｂに密着させてその一端側において弁座２６ｂに固定されている。ここで、チェックバルブ２６の作動について説明する。リード弁２６ａの上面、つまり液化促進装置２１に対向する面には、液化促進装置２１内圧力および液化促進装置２１内で凝縮されてチェックバルブ２６へ流入した燃料の重量が作用している。一方、リード弁２６ａの下面には燃料クーラ２２内圧力が作用している。液化促進装置２１内圧力と燃料クーラ２２内圧力との差は、液体燃料の重量に比べて極めて小さいので無視する。チェックバルブ２６のリード弁２６ａの上面に作用する燃料重量は、片持ち梁状のリード弁２６ａを開弁させるように作用する。燃料量が少ないときは開弁方向に作用する力が小さいため、リード弁２６ａの弾性変形はほとんどなく、したがってチェックバルブ２６は閉弁している。液化促進装置２１内で凝縮された燃料量が増加するに連れてリード弁２６ａを開弁させる方向に作用する力が増大し、やがてリード弁２６ａは図４中に破線で示すように弾性変形してチェックバルブ２６が開弁する。これにより、燃料が燃料クーラ２２へ流入する。すると、リード弁２６ａを開弁させるように作用する力が小さくなり、リード弁２６ａは元の形状に戻りチェックバルブ２６が閉弁し、燃料クーラ２２と液化促進装置２１とは遮断状態となる。
【００４８】
燃料クーラ２２は、燃料タンク１０と、図１に示すように、リターン通路２８および第３制御弁であるチェックバルブ２５を介して接続されている。リターン通路２８の燃料クーラ２２側端部は、図５に示すように、燃料クーラ２２の底面に開口し、リターン通路２８の燃料タンク１０側端部は、図１に示すように、燃料タンク１０内の燃料液面より上方の空間に開口している。これにより、燃料クーラ２２内に溜まった液体燃料は、チェックバルブ２５が開弁状態になるとリターン通路２８を経て燃料タンク１０内へ自重により流入する。
【００４９】
チェックバルブ２５は、先に説明したチェックバルブ２６と同様の構造を有しており、図５に示すように、リード弁２５ａを有するリードバルブとして形成されている。リード弁２５ａは、たとえば金属薄板等から形成され、図５に示すように、弁座２５ｂに密着させてその一端側において弁座２５ｂに固定されている。チェックバルブ２５の作動について説明する。リード弁２５ａの上面、すなわち燃料クーラ２２の底面に対向する面には、燃料クーラ２２内圧力および燃料クーラ２２内の燃料の重量が作用している。一方、リード弁２５ａの下面には燃料タンク１０内圧力が作用している。燃料クーラ２２内圧力と燃料タンク１０内圧力との差は、液体燃料の重量に比べて極めて小さいので無視する。チェックバルブ２５のリード弁２５ａの上面に作用する燃料重量は、片持ち梁状のリード弁２５ａを開弁させるように作用する。燃料量が少ないときは開弁方向に作用する力が小さいため、リード弁２５ａの弾性変形はほとんどなく、したがってチェックバルブ２５は閉弁している。燃料クーラ２２内の燃料量が増加するに連れてリード弁２５ａを開弁させる方向に作用する力が増大し、やがてリード弁２５ａは図５中に破線で示すように弾性変形してチェックバルブ２５が開弁する。これにより、燃料が燃料クーラ２２から燃料タンク１０へ流入する。すると、リード弁２５ａを開弁させるように作用する力が小さくなり、リード弁２５ａは元の形状に戻りチェックバルブ２５が閉弁し、燃料クーラ２２と燃料タンク１０とは遮断状態となる。
【００５０】
次に、以上説明したように構成された、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０の作用・効果について説明する。
【００５１】
先ず、蒸発燃料処理装置２０の作動、すなわち、燃料タンク１０と蒸発燃料処理装置２０との間の燃料蒸気、空気の流れについて説明する。
【００５２】
駐車中においては、燃料タンク１０内では燃料であるガソリンが蒸発してガソリン蒸発ガスが発生している。また、燃料タンク１０内圧力、すなわち燃料液面上方の空間の圧力、液化促進装置２１内圧力、および燃料クーラ２２内圧力はほぼ等しくなっている。
【００５３】
エンジンが始動されて自動車が走行を開始すると、燃料タンク１０が路面からの輻射熱を受けて燃料タンク１０内の燃料温度が上昇し、ガソリン蒸気の発生が盛んになるとともに燃料タンク１０内圧力が上昇する。すると、燃料タンク１０内圧力が液化促進装置２１内圧力よりも高くなるのでチェックバルブ２４が開弁し、燃料タンク１０で発生したガソリン蒸気が液化促進装置２１内へ流入する。チェックバルブ２４は、燃料タンク１０内圧力と液化促進装置２１内圧力とが等しくなると閉弁する。
【００５４】
液化促進装置２１内へ流入したガソリン蒸気は、コンデンサ２１ｂの表面に付着して凝縮して微細な液滴となる。さらに、多数の液滴が凝集して大きい液滴となり、自重によりコンデンサ２１ｂから滑り落ちて液化促進装置２１の底部に溜まる。ガソリン蒸気は液化促進装置２１内で凝縮する際に凝縮潜熱を放出するが、液化促進装置２１がほぼ密閉されているためガソリン温度が上昇する。液化促進装置２１のケーシング２１ａの底部は、図１に示すように、連絡通路３０の開口部へ向かって傾斜しているので、コンデンサ２１ｂから離脱したガソリンの雫はケーシング２１ａの底部に沿って連絡通路３０の開口部へ流れる。連絡通路３０の開口部周辺に溜まるガソリンが増えると、チェックバルブ２６のリード弁２６ａに対して開弁方向に作用する力が増大し、やがてリード弁２６ａが弾性変形してチェックバルブ２６が開弁する。それにより、ケーシング２１ａの底部に溜まったガソリンは、連絡通路３０を経て燃料クーラ２２へ流入する。液化促進装置２１内のガソリンが燃料クーラ２２へ流出するとチェックバルブ２６は再び閉弁する。
【００５５】
ガソリンは燃料クーラ２２内へ流入し燃料クーラ２２の底部に溜まる。ガソリン温度は外気温度よりも高い。ガソリンの熱は熱伝導により燃料クーラ２２の底面を経てフィン２２ａへ伝えられる。フィン２２ａ表面には自動車走行中においては空気が流れている。したがって、ガソリンの熱は、フィン２２ａ表面から空気へ熱伝達により放散される。これにより、燃料クーラ２２内においてガソリンが冷却される。燃料クーラ２２の底部は、図１に示すように、リターン通路２８の開口部へ向かって傾斜しているので、燃料クーラ２２へ流入したガソリンは燃料クーラ２２の底部に沿ってリターン通路２８の開口部へ流れる。液化促進装置２１から燃料クーラ２２へのガソリン流入の回数が重なるに連れて燃料クーラ２２内のガソリン量が増加する。それに伴って、チェックバルブ２５のリード弁２５ａに対して開弁方向に作用する力が増大し、やがてリード弁２５ａが弾性変形してチェックバルブ２５が開弁する。それにより、ケーシング２１ａの底部に溜まったガソリンは、リターン通路２８を経て燃料タンク１０へ流入する。燃料クーラ２２内のガソリンが燃料タンク１０へ流出するとチェックバルブ２５は再び閉弁する。
【００５６】
エンジンの運転時間経過に連れて燃料タンク１０内のガソリンが減少すると、ガソリンの体積が減った分燃料タンク１０内圧力が低下する。この場合、チェックバルブ２５が開弁した際に、燃料クーラ２２からガソリンとともに空気が燃料タンク１０へ流入する。そうすると、燃料クーラ２２内圧力が低下するが、今度は、チェックバルブ２６が開弁した際に、液化促進装置２１内の空気が燃料クーラ２２内へ流入する。これにより、液化促進装置２１内圧力が低下する。ここで、液化促進装置２１内圧力が大気圧よりも低くなると、チェック弁２３が開弁し、均圧通路２９を介して、空気が液化促進装置２１内へ流入する。液化促進装置２１内圧力が大気圧と等しくなる、つまり均圧化されるとチェック弁２３が閉弁し、液化促進装置２１内部と外部との連通は遮断される。以上説明したように、ガソリンが消費されて燃料タンク１０内圧力が低下すると、チェック弁２５、チェック弁２６、およびチェック弁２３を順次介して、蒸発燃料処理装置２０外部から空気が燃料タンク１０内へ導入されて、燃料タンク１０内圧力が大気圧と均圧化される。これにより、燃料タンク１０からエンジンへの燃料供給を円滑に行うことができる。
【００５７】
以上説明したように、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０では、燃料タンク１０内で発生したガソリン蒸気を凝縮して液体とし、ついで冷却して温度を下げて燃料タンク１０へ戻している。
【００５８】
従来の蒸発燃料処理装置では、キャニスタ内に捕集されたガソリン蒸気をエンジンの吸気管へ導入してエンジンで燃焼させ、それによりキャニスタをガソリン蒸気捕集可能状態へ初期化していた。そのため、インジェクタから噴射される燃料に加えてキャニスタからエンジン吸気管へ吸入された蒸発燃料がエンジンへ供給されることになり、エンジンの空燃費が最適値から外れてエミッション、燃費が悪化する恐れがあった。
【００５９】
これに対して、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０は、燃料タンク１０内で発生した蒸発燃料に関しては、燃料タンク１０と蒸発燃料処理装置２０により完全な閉塞サイクルを形成しており、従来の蒸発燃料処理装置におけるパージを一切不要にできる。したがって、空燃比を常に最適に維持してエンジンを運転することができる。
【００６０】
（第２実施形態）
図６に、本発明の第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０を燃料タンク１０に取り付けた状態の模式図を示す。図６において、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０と同一構成要素には同一符号を付してある。
【００６１】
本発明の第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０は、燃料タンク１０との相対位置関係が変更され、それに対応して燃料クーラ２２内の燃料を燃料タンク１０へ移送する方法が変更されている。これら２点の変更点以外の構成および作用は、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０と同一である。以下に、本発明の第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０の構成について本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０との相違点を中心に説明する。
【００６２】
本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０は、図１に示すように、燃料タンク１０の上方に配置されている。これに対して、本発明の第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０は、図６に示すように、燃料タンク１０とは、自動車における上下方向においてほぼ同一高さに並んで配置されている。したがって、燃料クーラ２２は、図６に示すように、燃料タンク１０の底部付近に配置されているため、燃料クーラ２２内の燃料を、その自重により燃料タンク１０内へ流入させることができない。そこで、本発明の第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０では、図６に示すように、燃料クーラ２２の下部とポンプモジュール４０が備えるジェットポンプ４３の吸入口４３ａとを吸入通路４２により連通して、ジェットポンプ４０の吸引力により燃料クーラ２２内の燃料を燃料タンク１０へ汲み上げている。ジェットポンプ４３は、ポンプモジュール４０のサブタンク（図示せず）内へ燃料タンク１０内の燃料を供給するものである。また、第２実施形態においては、第１実施形態においてリターン通路２８に設けられていたチェックバルブ２５は撤去している。
【００６３】
本発明の第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０によれば、第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０と同様の効果、すなわち従来の蒸発燃料処理装置におけるパージを一切不要にできる、という効果が得られるとともに、蒸発燃料処理装置２０の設置場所、つまり燃料タンク１０との相対位置関係如何によらずに、燃料クーラ２２内の燃料を燃料タンク１０へ戻すことができるので、自動車における設置自由度の高い蒸発燃料処理装置２０を提供することができる。
【００６４】
（第３実施形態）
図７に、本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０を燃料タンク１０に取り付けた状態の模式図を示す。図７において、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０と同一構成要素には同一符号を付してある。
【００６５】
本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０は、本発明の第１実施形態による蒸発燃料処理装置２０に対して、構成を２点変更している。すなわち、液化促進装置２１に替えて液化促進装置５０を備える点、および、第１制御弁であるチェックバルブ２３に替えて分離膜である中空糸膜６１を備えた燃料蒸気分離器６０を設け、液化促進装置５０の内部空間を、中空糸膜６１を介して外部の大気と連通させている点、の以上２点が本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０の特徴である。以下に、本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０について、特に上述した特徴点２点を中心に説明する。
【００６６】
液化促進装置５０は、図７に示すように、熱交換手段である凝縮器５１を備えている。凝縮器５１は、樹脂材料あるいは金属材料により例えば直方体状の容器として形成されている。凝縮器５１の内部には、潜熱蓄熱材としての直鎖パラフィン５４が充填されている。本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０では、直鎖パラフィン５４として融解温度が３０℃に調整されたものが用いられている。すなわち、直鎖パラフィン５４は、３０℃よりも低い温度では固体であり、３０℃以上では潜熱を吸収して融解し液体となる。凝縮器５１には、図７に示すように、車両への搭載状態において上側となる上側端面５１ａおよび車両への搭載状態において下側となる下側端面５１ｂに開口する熱交換管路５１ｃが複数個互いに平行に設けられている。凝縮器５１の上側端面５１ａおよび下側端面５１ｂには、図７に示すように、アッパーキャップ５２、ロアーキャップ５３がそれぞれ気密的に固定されている。熱交換管路５１ｃ、アッパーキャップ５２およびロアーキャップ５３は、樹脂材料あるいは金属材料により形成されている。アッパーキャップ５２には、図７に示すように、エバポ通路２７および均圧通路２９が、それぞれアッパーキャップ５２内空間に連通するように接続されている。ロアーキャップ５３には、図７に示すように、連絡通路３０がアッパーキャップ５２内空間に連通するように接続されている。
【００６７】
均圧通路２９の先端には、図７に示すように、燃料蒸気分離器６０が装着されている。燃料蒸気分離器６０は、図８に示すように、分離膜である中空糸膜６１を備えている。中空糸膜６１は、中空状に（管状に）成形して炭化させたアモルファスカーボンにより形成される自立型の膜である。燃料蒸気分離器６０は、この中空糸膜６１を複数個互いに平行に束ねたものを備えている。なお、図８では、分かり易さのために、中空糸膜６１を大きく描いているが、実際の中空糸膜６１の直径はおよそ２ｍｍ程度である。中空糸膜６１は、その一端において、図８に示すように開口端が閉じられて塞がれている。中空糸膜６１の他端は、図８に示すように、開放された状態で管状の外周側面をフランジ６２に保持固定されて、管状の内部空間は外部の大気に連通している。フランジ６２およびフランジ６２に固定された中空糸膜６１は、図８に示すように、略円筒状のケース６３に収容固定されている。燃料蒸気分離器６０のケース６３の内部空間、つまり中空糸膜６１の管状の外側表面を包含する空間は、図８に示すうように、均圧通路２９を介して液化促進装置５０に連通接続されている。これにより、液化促進装置５０は、中空糸膜６１を介して外部の大気と連通している。
【００６８】
続いて、本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０の作動について、特に、液化促進装置５０および燃料蒸気分離器６０の作動について説明する。
【００６９】
先ず、液化促進装置５０の作動について説明する。燃料タンク１０内の燃料が蒸発して生成された燃料蒸気がエバポ通路２７およびチェックバルブ２４を経て液化促進装置５０のアッパーキャップ５２内へ導入されると、この燃料蒸気は、さらに凝縮器５１の熱交換管路５１ｃ内へ導入される。燃料蒸気は、熱交換管路５１ｃ内で潜熱蓄熱材としての直鎖パラフィン５４と熱交換する。すなわち、燃料蒸気が有する熱量が直鎖パラフィン５４へ移動して、つまり吸熱されて燃料蒸気の温度が低下し、燃料蒸気は凝縮して燃料液滴となる。
【００７０】
ところで、燃料タンク１０内の燃料温度が高まるに連れて燃料の蒸発が盛んになる。つまり燃料蒸気分圧が高くなる。たとえば、ガソリンの場合３０℃を超えると蒸発が盛んになる。そして、温度が３０℃を超える燃料蒸気が凝縮器５１に導入されると、直鎖パラフィン５４は燃料蒸気の熱を潜熱として吸熱し固体から液体へ相変化する。一般的に、物質が相変化するときの移動熱である潜熱は、物質が相変化を伴わずに温度のみが変化するときの移動熱である顕熱に比べて格段に大きい。たとえば、水の顕熱である比熱は４．２ｋＪ／ｋｇ・Ｋであるのに対し、固体である氷と液体である水との間の相変化に伴う潜熱は３３３．９ｋＪ／ｋｇである。ただし、氷−水間の相変化は０℃で行われるので、３０℃を超える燃料蒸気を凝縮するために利用することは困難である。そこで、本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０では、ガソリンの蒸発が盛んになる３０℃付近において相変化する物質である直鎖パラフィン５４を、燃料蒸気を冷却し凝縮させるために採用した。本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０に用いられる直鎖パラフィン５４は、固体−液体間の相変化が起きる温度、つまり融解温度を３０℃となるように調整されている。これにより、温度が３０℃を超える燃料蒸気が持つ熱を直鎖パラフィン５４の相変化に伴う潜熱として吸熱させることにより高効率で冷却し凝縮させることができる。燃料蒸気が凝縮して生成された燃料液滴は、重力の作用で熱交換管路５１ｃ内を落下してロアーキャップ５３内に滞留する。そして、図７に示すように、連絡通路３０、チェックバルブ２６、燃料クーラ２２、チェックバルブ２５およびリターン通路２８を経て、燃料タンク１０内へ戻される。
【００７１】
一方、燃料蒸気から吸熱して固相から液相へ相変化した直鎖パラフィン５４は、凝縮器５１の外表面において周囲の大気と熱交換して大気中に熱を放散することにより再び固相へ相変化して燃料蒸気の冷却に再び供される。
【００７２】
次に、燃料蒸気分離器６０の作動について説明する。燃料蒸気分離器６０が備える中空糸膜６１は、大きさが０．４ｎｍ程度に制御された微細孔を多数備えている。空気を形成する代表的な成分である酸素分子、窒素分子の大きさは、それぞれ０．３５ｎｍ、０．３６ｎｍである。また水蒸気を構成する水分子の大きさは０．２８ｎｍであり、中空糸膜６１が備える微細孔より小さい。一方、燃料蒸気を構成する炭化水素、たとえばガソリンの主成分であるＣ４Ｈ１０の大きさは０．５ｎｍであり、中空糸膜６１が備える微細孔より大きい。したがって、空気は中空糸膜６１を透過できるが、燃料蒸気は中空糸膜６１を透過できないことになる。
【００７３】
ここで、本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０の燃料蒸気分離器６０が備える中空糸膜６１では、微細孔の大きさを０．４ｎｍ程度としているが、微細孔の大きさは、空気が透過でき且つ燃料蒸気は透過できないような大きさであることが重要である。したがって、中空糸膜６１の微細孔の大きさは、燃料タンク１０に貯蔵される燃料の主要成分の分子の大きさに応じて、最適に変更されるべきものである。
【００７４】
燃料タンク１０内の圧力は、エンジンへの正常な燃料供給を維持するために常に大気圧と等しくなるように調節されている必要がある。すなわち、エンジンにより燃料が消費されて燃料タンク１０内の液位が低下し燃料タンク１０内の圧力が低下した場合は、外部から燃料タンク１０内に空気を導入して燃料タンク１０内圧力を上昇させて大気圧に均圧化する必要がある。一方、自動車の周囲温度が高い場合、燃料タンク１０内における燃料蒸発が盛んになり燃料タンク１０内の圧力が上昇する。このような場合は、燃料タンク１０内の空気を外部へ放出して燃料タンク１０内圧力を下げて大気圧に均圧化する必要がある。
【００７５】
本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０では、燃料蒸気分離器６０を介して液化促進装置５０、言い換えると燃料タンク１０を外部の大気と連通させている。先に説明したように、燃料蒸気分離器６０が備える中空糸膜６１は空気を透過させるので、液化促進装置５０内圧力、すなわち燃料タンク１０内圧力と大気圧との間に差が生じた場合は、外部から燃料タンク１０内へ空気が流入する、あるいは燃料タンク１０内から外部へ空気が流出することにより、燃料タンク１０内圧力を速やかに大気圧に均圧化できる。ところで、燃料タンク１０内から外部へ空気が流出するときに、燃料蒸気分離器６０が備える中空糸膜６１は燃料蒸気を透過させないので、燃料蒸気が中空糸膜６１を通過して外部へ空気が流出することは確実に阻止される。
【００７６】
以上説明したように、本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０によっても、燃料タンク１０内で発生した蒸発燃料を、確実に液化して再び燃料タンク１０へ戻すことができるので、従来の蒸発燃料処理装置におけるパージを一切不要にできる。したがって、空燃比を常に最適に維持してエンジンを運転することができる。さらに、燃料蒸気が大気中に放散されることを確実に阻止しつつ、燃料タンク１０内圧力を常に大気圧に保つことができる。
【００７７】
なお、以上説明した本発明の第１実施形態および第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０においては、各チェックバルブ２３、２４、２５、２６を、均圧通路２９の途中、誘導通路２７の途中、リターン通路２８の途中、連絡通路３０の途中、にそれぞれ設置しているが、これらのチェックバルブの設置位置は通路の途中に限る必要は無く、各通路の両端に位置する要素のどちらか一方に一体的に取り付けられても良い。
【００７８】
また、以上説明した本発明の第１実施形態および第２実施形態による蒸発燃料処理装置２０においては、各チェックバルブ２３、２４、２５、２６を、リード弁式逆止弁から形成しているが、逆止弁であれば、リード弁式以外の構造の弁を用いても良い。たとえば、ボール弁、ポペット弁等を用いた構造の逆止弁を用いても良い。また、各チェックバルブを電気アクチュエータにより駆動されるバルブに置き換えるとともに、各チェックバルブの上流側圧力および下流側圧力を検出する圧力センサを設け、各圧力センサからの圧力信号に基いて各バルブの連通・遮断を切り替える構成としても良い。
【００７９】
また、以上説明した本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０においては、各チェックバルブ２４、２５、２６を、誘導通路２７の途中、リターン通路２８の途中、連絡通路３０の途中、にそれぞれ設置しているが、これらのチェックバルブの設置位置は通路の途中に限る必要は無く、各通路の両端に位置する要素のどちらか一方に一体的に取り付けられても良い。
【００８０】
また、以上説明した本発明の第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０においては、各チェックバルブ２４、２５、２６を、リード弁式逆止弁から形成しているが、逆止弁であれば、リード弁式以外の構造の弁を用いても良い。たとえば、ボール弁、ポペット弁等を用いた構造の逆止弁を用いても良い。また、各チェックバルブを電気アクチュエータにより駆動されるバルブに置き換えるとともに、各チェックバルブの上流側圧力および下流側圧力を検出する圧力センサを設け、各圧力センサからの圧力信号に基いて各バルブの連通・遮断を切り替える構成としても良い。
【００８１】
また、以上説明した本発明の第１実施形態〜第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０においては、液化促進装置と燃料クーラ２２はそれぞれ独立した二つの容器として形成され、両者を連絡通路３０で接続する構成としているが、液化促進装置、燃料クーラ２２、およびチェックバルブ２６を合体させて一つの部品として構成しても良い。このようにすれば、蒸発燃料処理装置２０を自動車に搭載する工程における作業工数を低減できる。
【００８２】
また、以上説明した本発明の第１実施形態〜第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０においては、燃料クーラ２２を備えているが、燃料クーラ２２を必ず備える必要は無く、状況に応じて燃料クーラ２２を省略しても良い。
【００８３】
また、以上説明した本発明の第１実施形態〜第３実施形態による蒸発燃料処理装置２０においては、燃料としてガソリンを用いる場合を例に説明したが、ガソリン以外の燃料を用いる構成であっても良い。特に、エタノール等揮発性の高い燃料を用いる蒸発燃料処理装置に適用すると好適である。
【符号の説明】
【００８４】
１０ 燃料タンク
２０ 蒸発燃料処理装置
２１ 液化促進装置
２１ａ ケーシング
２１ｂ コンデンサ
２２ 燃料クーラ
２２ａ フィン
２３ チェックバルブ（第１制御弁）
２４ チェックバルブ（第２制御弁）
２５ チェックバルブ（第３制御弁）
２６ チェックバルブ（第４制御弁）
２７ エバポ通路（誘導通路）
２８ リターン通路
２９ 均圧通路
３０ 連絡通路
４０ ポンプモジュール
４１ 供給通路
４２ リターン通路
４３ ジェットポンプ
４３ａ 吸入口
５０ 液化促進装置
５１ 凝縮器（熱交換手段）
５１ａ 上側端面
５１ｂ 下側端面
５１ｃ 熱交換管路
５２ アッパーキャップ
５３ ロアーキャップ
５４ 直鎖パラフィン（潜熱蓄熱材）
６０ 燃料蒸気分離器
６１ 中空糸膜（分離膜）
６２ フランジ
６３ ケース
Ｆ 燃料液面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクと、
燃料蒸気を凝縮させる液化促進装置と、
前記燃料タンク内で発生した燃料蒸気を前記液化促進装置へ導入可能に燃料タンクと前記液化促進装置とを連通する誘導通路と、
前記液化促進装置内で凝縮された燃料を前記燃料タンクへ還流可能に前記液化促進装置と前記燃料タンクとを連通するリターン通路と、
前記液化促進装置内部と前記液化促進装置周囲の大気との連通・遮断を切り替える弁であって前記液化促進装置内部の圧力が大気圧力以上であるときには前記液化促進装置内部と大気とを遮断状態とし、前記液化促進装置内部の圧力が大気圧力未満であるときには前記液化促進装置内部と大気とを連通状態とする弁である第１制御弁と、を備えることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
【請求項２】
前記燃料タンク内の圧力が前記液化促進装置内の圧力よりも高いときには前記誘導通路を連通状態とし、前記燃料タンク内の圧力が前記液化促進装置内の圧力以下であるときには前記誘導通路を遮断状態とする第２制御弁、および前記リターン通路の連通・遮断を切り替える第３制御弁の少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項３】
前記第３制御弁は、前記液化促進装置内の圧力が前記燃料タンク内の圧力よりも高いときには前記リターン通路を連通状態とし、前記液化促進装置内の圧力が前記燃料タンク内の圧力以下であるときには前記リターン通路を遮断状態とすることを特徴とする請求項２に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項４】
前記第３制御弁は、前記液化促進装置内における液体燃料量が所定量よりも多いときには前記リターン通路を連通状態とし、前記液化促進装置内における液体燃料量が所定量以下であるときには前記リターン通路を遮断状態とすることを特徴とする請求項２に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項５】
燃料タンクと、
燃料蒸気を凝縮させる液化促進装置と、
前記液化促進装置内で生成された液体燃料を冷却する冷却装置と、
前記燃料タンク内で発生した燃料蒸気を前記液化促進装置へ導入可能に燃料タンクと前記液化促進装置とを連通する誘導通路と、
前記冷却装置内で冷却された燃料を前記燃料タンクへ導入可能に前記冷却装置と前記燃料タンクとを連通するリターン通路と、
前記液化促進装置内部と前記液化促進装置周囲の大気との連通・遮断を切り替える弁であって前記液化促進装置内部の圧力が大気圧力以上であるときには前記液化促進装置内部と大気とを遮断状態とし、前記液化促進装置内部の圧力が大気圧力未満であるときには前記液化促進装置内部と大気とを連通状態とする弁である第１制御弁と、を備えることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
【請求項６】
前記燃料タンク内の圧力が前記液化促進装置内の圧力よりも高いときには前記誘導通路を連通状態とし、前記燃料タンク内の圧力が前記液化促進装置内の圧力以下であるときには前記誘導通路を遮断状態とする第２制御弁、前記リターン通路の連通・遮断を切り替える第３制御弁、および前記液化促進装置と前記冷却装置との連通・遮断を切り替える第４制御弁の少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項５に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項７】
前記第３制御弁は、前記冷却装置内の圧力が前記燃料タンク内の圧力よりも高いときには前記リターン通路を連通状態とし、前記冷却装置内の圧力が前記燃料タンク内の圧力以下であるときには前記リターン通路を遮断状態とするもの、および、前記冷却装置内における液体燃料量が所定量よりも多いときには前記リターン通路を連通状態とし、前記冷却装置内における液体燃料量が所定量以下であるときには前記リターン通路を遮断状態とするもの、の少なくともどちらか一方であることを特徴とする請求項６に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項８】
前記第４制御弁は、前記液化促進装置内の圧力が前記冷却装置内の圧力よりも高いときには連通状態となり、前記液化促進装置内の圧力が前記冷却装置内の圧力以下であるときには遮断状態となるもの、および、前記液化促進装置内における液体燃料量が所定量よりも多いときには連通状態となり、前記液化促進装置内における液体燃料量が所定量以下であるときには遮断状態となるもの、の少なくともどちらか一方であることを特徴とする請求項６に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項９】
前記液化促進装置および前記冷却装置は一体的に一つの部品として形成されることを特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれか一つに記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１０】
前記液化促進装置は、潜熱蓄熱材と、前記潜熱蓄熱材と前記燃料蒸気との間で熱交換可能な熱交換手段と、を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一つに記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１１】
前記潜熱蓄熱材は直鎖パラフィン（ｎ−パラフィン）を原材料とするものであることを特徴とする請求項１０に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１２】
前記第１制御弁に替えて分離膜を備え、前記分離膜を介して前記液化促進装置内部および前記誘導通路内部の少なくとも一方を周囲の大気と連通させ、
前記分離膜は、空気を構成する気体である酸素、窒素および水蒸気を透過させ且つ前記燃料蒸気を構成する炭化水素の透過を阻止するように形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか一つに記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１３】
前記分離膜は中空糸膜であることを特徴とする請求項１２に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１】
燃料タンクと、
燃料蒸気を凝縮させる液化促進装置と、
前記燃料タンク内で発生した燃料蒸気を前記液化促進装置へ導入可能に燃料タンクと前記液化促進装置とを連通する誘導通路と、
前記液化促進装置内で凝縮された燃料を前記燃料タンクへ還流可能に前記液化促進装置と前記燃料タンクとを連通するリターン通路と、
前記液化促進装置内部と前記液化促進装置周囲の大気との連通・遮断を切り替える弁であって前記液化促進装置内部の圧力が大気圧力以上であるときには前記液化促進装置内部と大気とを遮断状態とし、前記液化促進装置内部の圧力が大気圧力未満であるときには前記液化促進装置内部と大気とを連通状態とする弁である第１制御弁と、を備えることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
【請求項２】
前記燃料タンク内の圧力が前記液化促進装置内の圧力よりも高いときには前記誘導通路を連通状態とし、前記燃料タンク内の圧力が前記液化促進装置内の圧力以下であるときには前記誘導通路を遮断状態とする第２制御弁、および前記リターン通路の連通・遮断を切り替える第３制御弁の少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項３】
前記第３制御弁は、前記液化促進装置内の圧力が前記燃料タンク内の圧力よりも高いときには前記リターン通路を連通状態とし、前記液化促進装置内の圧力が前記燃料タンク内の圧力以下であるときには前記リターン通路を遮断状態とすることを特徴とする請求項２に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項４】
前記第３制御弁は、前記液化促進装置内における液体燃料量が所定量よりも多いときには前記リターン通路を連通状態とし、前記液化促進装置内における液体燃料量が所定量以下であるときには前記リターン通路を遮断状態とすることを特徴とする請求項２に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項５】
燃料タンクと、
燃料蒸気を凝縮させる液化促進装置と、
前記液化促進装置内で生成された液体燃料を冷却する冷却装置と、
前記燃料タンク内で発生した燃料蒸気を前記液化促進装置へ導入可能に燃料タンクと前記液化促進装置とを連通する誘導通路と、
前記冷却装置内で冷却された燃料を前記燃料タンクへ導入可能に前記冷却装置と前記燃料タンクとを連通するリターン通路と、
前記液化促進装置内部と前記液化促進装置周囲の大気との連通・遮断を切り替える弁であって前記液化促進装置内部の圧力が大気圧力以上であるときには前記液化促進装置内部と大気とを遮断状態とし、前記液化促進装置内部の圧力が大気圧力未満であるときには前記液化促進装置内部と大気とを連通状態とする弁である第１制御弁と、を備えることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
【請求項６】
前記燃料タンク内の圧力が前記液化促進装置内の圧力よりも高いときには前記誘導通路を連通状態とし、前記燃料タンク内の圧力が前記液化促進装置内の圧力以下であるときには前記誘導通路を遮断状態とする第２制御弁、前記リターン通路の連通・遮断を切り替える第３制御弁、および前記液化促進装置と前記冷却装置との連通・遮断を切り替える第４制御弁の少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項５に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項７】
前記第３制御弁は、前記冷却装置内の圧力が前記燃料タンク内の圧力よりも高いときには前記リターン通路を連通状態とし、前記冷却装置内の圧力が前記燃料タンク内の圧力以下であるときには前記リターン通路を遮断状態とするもの、および、前記冷却装置内における液体燃料量が所定量よりも多いときには前記リターン通路を連通状態とし、前記冷却装置内における液体燃料量が所定量以下であるときには前記リターン通路を遮断状態とするもの、の少なくともどちらか一方であることを特徴とする請求項６に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項８】
前記第４制御弁は、前記液化促進装置内の圧力が前記冷却装置内の圧力よりも高いときには連通状態となり、前記液化促進装置内の圧力が前記冷却装置内の圧力以下であるときには遮断状態となるもの、および、前記液化促進装置内における液体燃料量が所定量よりも多いときには連通状態となり、前記液化促進装置内における液体燃料量が所定量以下であるときには遮断状態となるもの、の少なくともどちらか一方であることを特徴とする請求項６に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項９】
前記液化促進装置および前記冷却装置は一体的に一つの部品として形成されることを特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれか一つに記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１０】
前記液化促進装置は、潜熱蓄熱材と、前記潜熱蓄熱材と前記燃料蒸気との間で熱交換可能な熱交換手段と、を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一つに記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１１】
前記潜熱蓄熱材は直鎖パラフィン（ｎ−パラフィン）を原材料とするものであることを特徴とする請求項１０に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１２】
前記第１制御弁に替えて分離膜を備え、前記分離膜を介して前記液化促進装置内部および前記誘導通路内部の少なくとも一方を周囲の大気と連通させ、
前記分離膜は、空気を構成する気体である酸素、窒素および水蒸気を透過させ且つ前記燃料蒸気を構成する炭化水素の透過を阻止するように形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか一つに記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項１３】
前記分離膜は中空糸膜であることを特徴とする請求項１２に記載の蒸発燃料処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１９０２１０（Ｐ２０１０−１９０２１０Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９３７２（Ｐ２０１０−９３７２）
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【出願人】（０００１６１８４０）京三電機株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【出願人】（０００１６１８４０）京三電機株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]