JPH10184463A - 内燃機関の蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料室内に大きな負圧が作用するのを阻止す
る。 【解決手段】 燃料タンク１の上側部分２および下側部
分３により画定される内部空間を変形可能な分離膜５に
より空気室６と燃料室７とに分離する。燃料室７に燃料
注入管１３を接続して燃料注入管１３を介し燃料室７内
に燃料を注入する。分離膜５の周縁部を、固定部８を介
し燃料タンク１内壁面に固定して分離膜５の中央部が燃
料室７内の燃料液面に密着しつつ燃料液面と共に上下動
するようにする。燃料室７の上部空間７ａを蒸発燃料管
２４および蒸発燃料通路２５を介し、チャコールキャニ
スタを介することなくスロットル弁４３下流の吸気管４
１に接続する。蒸発燃料管２５内に拡散室２８およびパ
ージ制御弁４５を配置し、拡散室２８内に負圧制御弁２
９を配置する。負圧制御弁２９は燃料室７内の負圧が許
容負圧になったときに開弁して拡散室２８内に大気圧を
導く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の蒸発燃料
処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料タンク内で発生する蒸発燃料量を低
減すべく燃料タンクの上部空間の容積を低減するため
に、燃料タンクの内部空間を燃料室と空気室とに密封的
に分離する分離膜を具備し、燃料室に燃料注入管を接続
してこの燃料注入管を介し燃料室内に燃料を注入し、分
離膜にほぼ同心状をなす複数の環状の折り目を形成する
と共に分離膜の周縁部を、固定部を介し燃料タンク内壁
面に固定し、それにより分離膜の中央部が燃料室内の燃
料液面に密着して燃料液面と共に上下動するようにした
燃料タンクを具備した内燃機関が公知である（米国特許
第３６１７０３４号明細書参照）。

【０００３】ところが、この内燃機関でも燃料室内で発
生する蒸発燃料量を完全になくすことはできず、したが
って燃料室内で発生した蒸発燃料を燃料室の外部に排出
する必要がある。しかしながらこの蒸発燃料を大気に放
出することはできない。そこで、上述の内燃機関では燃
料室の上部空間と機関吸気通路とをパージ通路により、
チャコールキャニスタを介することなく接続して吸気通
路内に発生する負圧を燃料室の上部空間に導き、それに
よって燃料室の上部空間内の蒸発燃料を吸引するように
している。この蒸発燃料は次いで機関燃焼室内において
燃焼せしめられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この内燃機関におい
て、燃料室内に作用する負圧は機関運転状態に応じて定
まる。しかしながら、機関運転状態が変化して燃料室内
の負圧が大きくなると燃料室内の液体燃料が吸引される
恐れがあり、この場合機関に過剰の燃料が供給されるこ
とになるのでもはや空燃比を目標空燃比に維持すること
ができないという問題点がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明によれば、燃料タンクの内部空間を燃料室と空
気室とに密封的に分離する変形可能な分離膜を具備し、
燃料室に燃料注入管を接続して燃料注入管を介し燃料室
内に燃料を注入し、分離膜が燃料室内の燃料量に応じて
変形するようにした燃料タンクを具備した内燃機関にお
いて、燃料室の上部空間とスロットル弁下流の機関吸気
通路とをパージ通路により、チャコールキャニスタを介
することなく接続してこの吸気通路内に発生する負圧を
燃料室内に導くようにし、パージ通路内に燃料室内の負
圧が予め定められた許容負圧になったときに開弁してパ
ージ通路内に大気を導く負圧制御弁を配置している。す
なわち、燃料室内の負圧が許容負圧以下に維持されるの
で燃料室内の液体燃料がパージ通路を介し吸引されるの
が阻止される。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、車両用燃料タ
ンク１は例えば金属または合成樹脂材料からなる上側部
分２と下側部分３とを具備する。これら上側部分２およ
び下側部分３はそれぞれのフランジ部において互いに密
封的に連結される。上側部分２および下側部分３により
画定される内部空間４内には例えばポリエチレン、ナイ
ロンのように可撓性および燃料不透過性を備えた材料か
らなる分離膜５が配置される。この分離膜５は内部空間
４を上方の空気室６と下方の燃料室７とに分離する。

【０００７】分離膜５はその周縁部が固定部８において
燃料タンク１の内壁面に密封的に固定される。すなわ
ち、本実施態様では分離膜５の周縁部は全周にわたっ
て、上側部分２および下側部分３のフランジ部間に把持
されつつ固定されている。また、分離膜５にはほぼ同心
状に配置された複数の環状の折り目５ｂが形成される。
分離膜５はこれら折り目５ｂに沿って変形可能になって
おり、その結果後述するように分離膜５の中央部が燃料
室７内の燃料液面に密着して燃料液面と共に上下動可能
となっている。なお、本実施態様において折り目５ｂは
ほぼ等間隔で形成されている。

【０００８】図１に示されるように、空気室６は空気室
内圧制御弁９およびエアクリーナ１０を介して大気に連
通される。空気室内圧制御弁９は互いに並列配置された
正圧リリーフ弁１１および大気圧リリーフ弁１２を具備
する。正圧リリーフ弁１１は空気室６内の圧力が予め定
められた正圧を越えて上昇したときに開弁し、一方大気
圧リリーフ弁１２は空気室６内の圧力が大気圧となると
ただちに開弁する。したがって、空気室６内の圧力は正
圧リリーフ弁１１の開弁圧と大気圧間に維持されること
になる。

【０００９】一方、燃料室７には燃料注入管１３が接続
される。燃料注入管１３の上端開口部には燃料キャップ
１４が着脱自在に取り付けられ、この上端開口部に隣接
する燃料注入管１３内には燃料キャップ１４の挿着時に
燃料キャップ１４の外周面と接触するシール部材１５
と、給油時に燃料注入管１３内に挿入される給油ノズル
の外周面と接触するシール部材１６と、通常ばね力によ
って燃料注入管１３を遮断している蒸発燃料遮断弁１７
とが配置される。

【００１０】燃料室７にはさらに、上側部分２のフラン
ジ部よりも外側に突出する下側部分３により画定される
燃料ポンプ室１８が接続される。この燃料ポンプ室１８
内には燃料ポンプ１９と、燃圧レギュレータ２０と、燃
料フィルタ２１とが配置されており、燃料ポンプ１９か
ら吐出された燃料は燃圧レギュレータ２０により調圧さ
れた後に燃料供給管２２を介して燃料噴射弁４４に供給
される。このように燃料室７に連通する燃料ポンプ室１
８内に燃圧レギュレータ２０を配置すると、燃料供給管
２２からの燃料を各燃料噴射弁４４に分配するための燃
料分配管から燃料タンク１まで延びる燃料戻し通路を設
ける必要がなくなり、しかもシリンダヘッド付近で加熱
されて蒸発燃料を含む燃料が燃料タンク１内に戻ること
がなくなるので燃料タンク１内における蒸発燃料の発生
が抑制される。また、燃料タンク１内に燃料ポンプ１９
を配置することにより燃料ポンプ１９の騒音を低減する
ことができる。

【００１１】さらに図１を参照すると、燃料注入管１３
の下端開口部よりも上方でありかつ固定部８の直下方の
燃料室７内に開口する循環管２３が燃料注入管１３の上
側部分に開口せしめられる。また、燃料ポンプ室１８の
上方空間１８ａは蒸発燃料管２４を介して循環管２３の
上端開口部よりも上方の燃料注入管１３に接続され、こ
の蒸発燃料管２４の上端開口部周りの燃料注入管１３に
は蒸発燃料排出管２５が接続される。蒸発燃料排出管２
５内には、燃料室７内の燃料が蒸発燃料排出管２５を介
して燃料室７外部に流出するのを阻止するための燃料流
出防止弁２７と、比較的大きな容積を有する拡散室２８
と、パージ制御弁４５とが順次配置される。

【００１２】拡散室２８は負圧制御弁２９およびエアク
リーナ３５を介して大気に連通される。チェック弁式の
負圧制御弁２９は拡散室２８内の負圧が予め定められた
設定負圧になるとただちに開弁して拡散室２８内に大気
圧を導入する。したがって、拡散室２８内の負圧は設定
負圧以下に維持されることになる。拡散室２８内の負圧
が設定負圧以下に維持されると燃料室７内の負圧が後述
する許容負圧以下に維持される。なお、負圧制御弁２９
をダイアフラム弁から形成することもできる。

【００１３】さらに図１を参照すると、４０は車両の内
燃機関、４１は機関の吸気管、４２は機関の排気管、４
３は吸気管内に配置されたスロットル弁、４４は吸気管
内に配置された燃料噴射弁をそれぞれ示す。スロットル
弁４３下流の吸気管４１内には蒸発燃料排出管２５が接
続される。なお、燃料噴射弁４４およびパージ制御弁４
５は電子制御ユニット５０からの出力信号に基づいて制
御される。

【００１４】燃料室７内の蒸発燃料は機関運転時に例え
ば機関運転状態に応じて吸気管４１内にパージされる。
パージ作用を停止すべきときにはパージ制御弁４５が閉
弁され、パージ作用を行うべきときにはパージ制御弁４
５が開弁される。パージ制御弁４５が開弁されるとスロ
ットル弁４３下流の吸気管４１内の負圧が燃料室７の上
部空間７ａに作用し、斯くして蒸発燃料が蒸発燃料管２
４および蒸発燃料排出管２５を介して吸気管４１内にパ
ージされる。なお、給油時を含む機関停止時にはパージ
作用は停止され、すなわちパージ制御弁４５が閉弁状態
に維持される。

【００１５】なお、図１に示されるように本実施態様で
は、チャコールキャニスタを介することなく燃料室７と
スロットル弁４３下流の吸気管４１とを直接的に接続し
ている。したがって、チャコールキャニスタのための空
間を設ける必要がなくなり、その分燃料タンク１の容積
を大きくすることができる。電子制御ユニット（ＥＣ
Ｕ）５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バ
ス５１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリ
メモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５
３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、バックアップ
ＲＡＭ５５、入力ポート５６、および出力ポート５７を
具備する。燃料タンク１の空気室６内には分離膜５の中
央部と共に上下動して分離膜５の高さ位置に比例した出
力電圧を発生する燃料量センサ５８が取り付けられ、こ
の燃料量センサ５８の出力電圧はＡＤ変換器５９を介し
て入力ポート５６に入力される。ＣＰＵ５４では燃料セ
ンサ５８の出力電圧に基づいて燃料室７内の燃料量ＦＡ
が算出される。一方、出力ポート５７はそれぞれ対応す
る駆動回路６２を介して各燃料噴射弁４４、およびパー
ジ制御弁４５にそれぞれ接続される。

【００１６】ところで、給油をすべきときにはまず燃料
キャップ１４が燃料注入管１３の上端開口部から取り外
される。燃料キャップ１４が取り外されても蒸発燃料遮
断弁１７が閉弁状態に保持されているので燃料注入管１
３の上端開口部から蒸発燃料が大気に放出されるのが阻
止されている。次いで、図示しない給油ノズルが燃料注
入管１３の上端開口部に挿入され、給油ノズルの先端部
によりばね付勢に抗して蒸発燃料遮断弁１７が開弁され
る。この場合、給油ノズルの外周面にシール部材１５，
１６が接触しているのでこの場合にも燃料注入管１３の
上端開口部から蒸発燃料が大気に放出されるのが阻止さ
れている。次いで、給油が開始されると燃料が燃料注入
管１３を介して燃料室７内に注入される。

【００１７】燃料室７内の燃料量が増大するのに伴って
燃料液面が上昇し、この燃料液面の上昇に伴って分離膜
５も上昇する。この場合分離膜５は燃料液面に密着した
状態に保持され、すなわち燃料室７内の燃料液面上方の
容積をほぼゼロにすることができ、したがって給油時に
燃料タンク１内で発生する蒸発燃料量を低減することが
できる。一方、分離膜５が上昇するのに伴って空気室６
の容積が次第に小さくなり、その結果空気室６内の正圧
が次第に上昇する。この空気室６内の正圧は分離膜５を
燃料室７に向けて付勢し、斯くして分離膜５が燃料液面
に確実に密着せしめられる。なお、空気室６内の圧力が
正圧リリーフ弁１１の開弁圧を越えると正圧リリーフ弁
が開弁するので給油時に正圧リリーフ弁１１が一旦開弁
した後は空気室６内の圧力は正圧リリーフ弁１１の開弁
圧にほぼ維持される。このときの燃料室７内の圧力も正
圧リリーフ弁１１の開弁圧にほぼ維持される。

【００１８】上述したように給油時にはパージ制御弁４
５が閉弁状態に保持される。したがって、給油時に燃焼
室７内で発生した蒸発燃料は燃料室７の上部空間７ａま
たは拡散室２８内に蓄えられ、すなわち蒸発燃料が大気
に排出されるのが阻止されている。給油時において燃料
室７内の燃料液面が循環管２３の下端開口部に達して循
環管２３が遮断されると給油ノズルの先端周りに発生し
ている負圧が急激に増大する。給油ノズルは給油ノズル
周りの燃料注入管１３内にこのような大きな負圧が発生
すると給油作用を自動的に停止するようになっており、
このため燃料液面が高くなって循環管２３が燃料により
遮断されると給油が停止される。したがって、循環管２
３の下端開口部の高さによって燃料室７内に注入される
燃料量が定められることになる。本実施態様では図１に
示されるように、循環管２３の下端開口部は固定部８に
隣接配置されており、このため燃料液面がほぼ固定部８
の高さになるまで給油が行われる。

【００１９】なお、本実施態様では分離膜５の中心面が
ほぼ平坦になるまで給油が行われる。このようにすると
燃料タンク１の内部空間４のほぼすべてを燃料室７とす
ることができ、燃料タンク１内に多量の燃料を蓄えるこ
とができる。給油が完了して給油ノズルが引き抜かれる
と蒸発燃料遮断弁１７が再び閉弁される。次いで、燃料
キャップ１４が取り付けられる。

【００２０】機関の運転が開始されて燃料室７内の燃料
量が減少するとそれに伴って燃料室７内の燃料液面が次
第に低下する。その結果、分離膜５が燃料液面と共に下
降して分離膜５の中心面が燃料室７内に突出するように
なる。この場合、分離膜５は燃料液面に密着した状態に
保持されつつ下降し、したがって給油以外のときにも燃
料タンク１内で発生する蒸発燃料量が低減される。

【００２１】分離膜５が下降するのに伴って空気室６の
容積が次第に大きくなり、その結果空気室６内の圧力が
次第に低下する。しかしながら、空気室６内の圧力が大
気圧となると大気圧リリーフ弁１２が開弁するので空気
室６内の圧力が大気圧よりも低くなることはない。上述
したように機関運転時には機関運転状態に応じてパージ
作用が行われる。パージ作用を行うべくパージ制御弁４
５が開弁されるとスロットル弁４３下流の吸気管４１内
の負圧が蒸発燃料排出管２５、拡散室２８、および蒸発
燃料管２４を介して燃料室７内に作用せしめられる。そ
の結果燃料室７の上部空間７ａ内の蒸発燃料が吸引され
る。この蒸発燃料は次いで吸気管４１内にパージされ、
機関燃焼室内で燃焼せしめられる。また、燃料室７内に
負圧を作用させることによって分離膜５を燃料液面に確
実に密着させることができる。

【００２２】ところで、上述したように、パージ作用時
に燃料室７内に作用する負圧は機関運転状態に応じて定
まり、すなわち例えば機関低負荷高回転運転時には燃料
室７内に大きな負圧が作用する。特に、本実施態様にお
けるようにチャコールキャニスタを介することなく燃料
室７と吸気管４１とを直接的に接続した場合には、チャ
コールキャニスタを具備した場合に比べて大きな負圧が
燃料室７に作用しうる。また、本実施態様におけるよう
に分離膜５を設けて燃料室７の上部空間７ａの容積をで
きるだけ小さくするようにした燃料タンク１では、分離
膜５を有していない燃料タンクに比べて大きな負圧が燃
料室７内に作用しうる。燃料室７内に大きな負圧が作用
すると燃料室７内の液体燃料が蒸発燃料管２４を介して
吸引される恐れがあり、この燃料が吸気管４１内に到る
と機関燃焼室内に供給される燃料量が極めて過剰にな
る。また、燃料室７内に大きな負圧が作用すると燃料室
７内の燃料の蒸発が促進され、或いは分離膜５に大きな
負荷が作用して分離膜５の耐久性が低下せしめられる恐
れがある。

【００２３】一方、燃料室７内の燃料量が多いときほど
燃料室７内の液体燃料が吸引される可能性が大きい。し
たがって、燃料室７内の燃料量が最大のときに燃料室７
内の液体燃料が蒸発燃料管２４を介し吸引され始める負
圧を許容負圧と称すると、燃料室７内の負圧を許容負圧
以下に維持すれば、燃料室７内の燃料量に関わらず液体
燃料が吸引されるのを阻止することができる。そこで、
本実施態様では拡散室２８内の負圧が設定負圧になった
ときに開弁して拡散室２８内に大気を導入する負圧制御
弁２９を設けている。その結果、燃料室７内の負圧が許
容負圧以下に維持される。

【００２４】設定負圧すなわち負圧制御弁２９の開弁圧
ＰＯは例えば大気圧ＡＴＭよりもわずかに大きい負圧に
定められる。図２は燃料室７内の負圧ＰＤと、機関運転
状態を表す機関負荷との関係を示している。図２を参照
すると、負圧制御弁２９が設けられていないときには図
２において破線でもって示されるように機関負荷が小さ
くなるにつれて燃料室７内の負圧ＰＤが大きくなる。こ
れに対し、開弁圧ＰＯの負圧制御弁２９を具備している
本実施態様では、図２において実線でもって示されるよ
うに、機関負荷が極めて高いときを除いて燃料室７内の
負圧ＰＤは開弁圧ＰＯにおいてほぼ一定に維持される。
すなわち、燃料室７内の負圧ＰＤを機関運転状態によら
ずほぼ一定に維持することができる。その結果、パージ
作用時において吸入空気中における蒸発燃料濃度が急激
に変動するのを阻止することができ、したがって空燃比
を目標空燃比に良好に維持することができる。

【００２５】ところで、負圧制御弁２９が開弁すると拡
散室２８内に空気が導入される。この空気は拡散室２８
内の蒸発燃料を希薄化し、次いでスロットル弁４３下流
の吸気管４１内にパージされる。したがって、パージ作
用時において吸入空気中における蒸発燃料濃度が急激に
変動するのをさらに阻止することができる。なお、本実
施態様において拡散室２８はいわゆるトラップとして作
用しうる。すなわち、燃料室７内の液体燃料が蒸発燃料
管２４および蒸発燃料排出管２５を介し吸引されたとし
てもこの液体燃料は拡散室２８内にトラップされ、した
がって液体燃料が吸気管４１内に到るのを阻止すること
ができる。

【００２６】本実施態様では、負圧制御弁２９の開弁圧
は燃料室７内の燃料量によらず一定に定められている。
しかしながら、負圧制御弁２９の開弁圧を例えば燃料室
７内の燃料量に応じて変更可能にすることもできる。ま
た、本実施態様では空気室６を、空気室内圧制御弁９を
介して大気に連通させている。しかしながら、空気室６
を、空気室内圧制御弁９を介することなく直接的に大気
に連通させてもよい。この場合、空気室６内の圧力は常
時ほぼ大気圧に維持されることになる。

【００２７】さらに、本実施態様では、固定部８を燃料
タンク１の比較的上方に設けて燃料室７内の燃料量が減
少するのに伴い分離膜５の中心面が燃料室７内に向け突
出するようにしている。しかしながら、固定部８を燃料
タンク１の比較的下方に設けて燃料室７内の燃料量が増
大するのに伴い分離膜５の中心面が空気室６内に向け突
出するようにすることもできる。このようにすると、分
離膜５がほぼ全面にわたって燃料液面に密着するので燃
料室７内に形成される空気層の容積を極めて小さくする
ことができ、したがって燃料室７内で発生する蒸発燃料
量を極めて少なくすることができる。

【００２８】さらに、分離膜５を膨張収縮可能な材料か
らなる袋状に形成してこの袋の内部空間に空気室６を画
定し、袋の外部に位置する燃料タンク１の内部空間４に
燃料室７を画定することもできる。

【００２９】

【発明の効果】燃料室内に大きな負圧が作用するのを阻
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の全体図である。

【図２】燃料室内の負圧と機関負荷との関係を示す線図
である。

【符号の説明】

１…燃料タンク ５…分離膜 ６…空気室 ７…燃料室 １３…燃料注入管 ２４…蒸発燃料管 ２５…蒸発燃料排出管 ２８…拡散室 ２９…負圧制御弁 ４０…内燃機関 ４１…吸気管 ４２…排気管 ４３…スロットル弁 ４５…パージ制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 37/00 ３１１ Ｂ６０Ｋ 15/02 Ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料タンクの内部空間を燃料室と空気室
   とに密封的に分離する変形可能な分離膜を具備し、燃料
   室に燃料注入管を接続して該燃料注入管を介し該燃料室
   内に燃料を注入し、分離膜が燃料室内の燃料量に応じて
   変形するようにした燃料タンクを具備した内燃機関にお
   いて、燃料室の上部空間とスロットル弁下流の機関吸気
   通路とをパージ通路により、チャコールキャニスタを介
   することなく接続して該吸気通路内に発生する負圧を燃
   料室内に導くようにし、パージ通路内に燃料室内の負圧
   が予め定められた許容負圧になったときに開弁してパー
   ジ通路内に大気を導く負圧制御弁を配置した蒸発燃料処
   理装置。