JP5819722B2

JP5819722B2 - 蒸発燃料処理装置

Info

Publication number: JP5819722B2
Application number: JP2011283917A
Authority: JP
Inventors: 孝萬井
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: US20130160651A1; US8992673B2; JP2013133731A

Description

本発明は、蒸発燃料処理装置に関する。

従来、自動車の燃料タンク等からの蒸発燃料が大気に放出されるのを防止するために、蒸発燃料中の燃料成分を一時的に吸着する蒸発燃料処理装置（以下、キャニスタともいう）が用いられている。

近年、キャニスタにおいては、蒸発燃料の大気への放散量を少なくすることが望まれている。このように、蒸発燃料の大気への放散量を少なくするために、キャニスタ内に充填する活性炭として、ブタンの残存しやすい直径２０Å以下の細孔の割合が直径１００Å以下の細孔の２０％以下で、低沸点ガス成分の吸着に有効な直径が２０Åより大きく２５Å以下となる細孔の割合が直径１００Å以下の細孔の１５〜２５％になるように形成された活性炭が知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−２７０９号公報

前記従来技術の活性炭では、ブタンの残存しやすい２０Å以下の細孔の容積をできるだけ少なくなるようにしている。

しかし、本出願人は、ブタンの残存しやすい２０Å以下の細孔は、ブタンの脱離力は低いが吸着力が高いことから、蒸発燃料処理装置から大気へブタン等の低沸点の燃料成分の漏れ出しを抑制するには有効であることに着目し、より蒸発燃料処理装置から外部への蒸発燃料成分の吹き抜けを低減できる蒸発燃料処理装置を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、蒸発燃料の燃料成分を吸着・脱離する第１吸着体及び第２吸着体を混合充填した吸着室を備え、
低沸点の燃料成分の吸着及び脱離に有効な有効細孔の細孔容積は、前記第１吸着体が第２吸着体より多く、
前記有効細孔よりも小さな細孔で、かつ、前記有効細孔よりもブタンの吸着力が高く、脱離力が低い細孔の細孔容積は、前記第１吸着体が第２吸着体より少ないことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、蒸発燃料の燃料成分を吸着・脱離する吸着体を充填した吸着室を複数有し、
前記第１吸着体及び第２吸着体を混合充填した吸着室を、大気ポート側に設けたことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、最も大気ポート側に設けた吸着室内には、前記第１吸着体と、第２吸着体と、前記燃料成分に対する吸着能力を有しない造粒物が混合充填されていることを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記第１吸着体及び第２吸着体を混合充填した吸着室を複数設け、その吸着室を直列に連続して配置するとともに、その隣接する吸着室間に前記吸着体を充填しない空間室を設けたことを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項２又は３又は４記載の発明において、前記第１吸着体及び第２吸着体を混合充填した複数の吸着室は、第１吸着体と第２吸着体との混合割合が夫々異なり、大気ポート側ほど第２吸着体の混合割合を多くすることを特徴とするものである。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の発明において、前記有効細孔よりも大きな細孔の細孔容積は、前記第１吸着体が第２吸着体より少ないことを特徴とするものである。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至６の何れか１項に記載の発明において、前記第１吸着体として石炭系活性炭を用い、前記第２吸着体として木質系活性炭を用いたことを特徴とするものである。

請求項８記載の発明は、請求項１乃至７の何れか１項に記載の発明において、蒸発燃料処理装置は、キャニスタ本体と、該キャニスタ本体の大気側のポートに接続したトラップキャニスタとを有し、
前記蒸発燃料の燃料成分を吸着・脱離する第１吸着体及び第２吸着体を混合充填した吸着室を、トラップキャニスタ内に設けたことを特徴とするものである。

低沸点の燃料成分の吸着及び脱離に有効な有効細孔の割合の高い第１吸着体と、有効細孔よりも狭い細孔を有し、ブタンの吸着がよい第２吸着体の２種類の吸着体を用いることで、従来技術の活性炭を用いた場合よりも蒸発燃料成分をより吸着保持でき、蒸発燃料処理装置から大気への蒸発燃料成分の漏れ出しを抑制し、吹き抜け性能を向上させることができる。

本発明の実施例１に係る蒸発燃料処理装置の概略断面図。本発明の実施例１に用いる石炭系活性炭と木質系活性炭の細孔直径に対する細孔容積の関係を示すグラフ。本発明の実施例２に用いるトラップキャニスタの一例を示す概略断面図。本発明の実施例２に用いるトラップキャニスタの他例を示す概略断面図。本発明の実施例４に係る蒸発燃料処理装置の一例を示す概略断面図。

本発明を実施するための形態を図に基づいて説明する。
［実施例１］
図１と図２は、本発明の実施例１を示す。

本発明の蒸発燃料処理装置１は、図１に示すように、キャニスタ本体２と、トラップキャニスタ３で構成されている。

前記キャニスタ本体２は、本体ケース４を有し、該本体ケース４の内部には流体が流通できる通路５が形成され、図１に示すように、前記本体ケース４における該通路５の一端側端部にはタンクポート６とパージポート７が、他端側端部には大気側のポート８が形成されている。

前記ケース４内には、前記タンクポート６とパージポート７とに連通する主室１１と、大気側のポート８に連通する副室１２とが形成され、該主室１１と副室１２は仕切り壁４ａにより区画され、主室１１と副室１２は、大気側のポート８側と反対側の本体ケース４内に形成された空間１３により連通し、タンクポート６から大気側のポート８へと気体が流れる際には、空間１３で折り返して略Ｕ字状に流れるようになっている。

前記タンクポート６は、図示しない弁を介して燃料タンクの上部気室に連通し、前記パージポート７は、図示しないパージ制御弁（ＶＳＶ）・パージ通路を介してエンジンの吸気通路へ接続されている。このパージ制御弁の開度は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により制御され、エンジン運転中にパージ制御が行われる。

前記本体ケース４におけるタンクポート６とパージポート７との間には、ケース４における内側面から、後述する第１吸着室１５の一部にまで達する邪魔板１４が設けられている。該邪魔板１４により、タンクポート６とパージポート７間を流れる流体が、後述する第１吸着室１５を通って流通するようになっている。

前記主室１１内には、活性炭１５ａを所定の密度で充填した第１吸着室１５が設けられている。この第１吸着室１５の活性炭１５ａは、所定の平均粒子径の造粒炭で構成されている。なお、活性炭１５ａを破砕炭で構成しても良い。また、活性炭１５ａは１種類の活性炭で構成してもよいし、複数種類の活性炭を混合して構成してもよい。

前記第１吸着室１５は、そのタンクポート６側を不織布等からなるフィルタ１６で、パージポート７側は不織布等からなるフィルタ１７で覆われている。また、第１吸着室１５の下面には、その面全体を覆うウレタン等からなるフィルタ１８が設けられ、該フィルタ１８の下側には多数の連通穴を有するプレート１９が設けられている。該プレート１９は、スプリング等の付勢手段２０によりタンクポート６側へ付勢されている。

前記副室１２内には、タンクポート６側から順に活性炭２１ａを所定の密度で充填した第２吸着室２１と、活性炭２２ａを所定の密度で充填した第３吸着材室２２が直列して設けられている。この活性炭２１ａ，２２ａは、所定の平均粒子径の造粒炭で構成されている。なお、活性炭２１ａ，２２ａを破砕炭で構成しても良い。また、活性炭２１ａ，２２ａは１種類の活性炭で構成してもよいし、複数種類の活性炭を混合して構成してもよい。

前記第２吸着室２１の空間１３側には、その全体を覆うウレタン等からなるフィルタ２６が設けられている。前記フィルタ２６の空間１３側には多数の連通穴を全面に略均等に設けたプレート２７が設けられている。該プレート２７は、スプリング等の付勢部材２８によりポート８側へ付勢されている。

前記第２吸着室２１と第３吸着室２２との間には、ウレタン等からなるフィルタ２９が設けられ、第３吸着室２２のポート８側には、その全体を覆うウレタン等からなるフィルタ３０が設けられている。

次に、前記トラップキャニスタ３について詳述する。
該トラップキャニスタ３は、ケース３１を有し、該ケース３１のキャニスタ本体２側には、本体側ポート３２が、その反対側には大気ポート３３が設けられ、本体側ポート３２とキャニスタ本体２のポート８とはホース３４で連結されている。ケース３１内には、キャニスタ本体２側から順に、第４吸着室３５、空間室３６、第５吸着室３７が形成されている。

前記第４吸着室３５には、蒸発燃料の燃料成分を吸着・脱離できる石炭系活性炭からなる第１吸着体３８と、蒸発燃料の燃料成分を吸着・脱離できる木質系活性炭からなる第２吸着体３９を７：３の割合で、所定の密度で充填されている。また、前記第５吸着室３７には、前記第１吸着体３８と、前記第２吸着体３９を３：７の割合で、所定の密度で充填されている。また、前記空間室３６内には、活性炭が充填されていない。

図２に示すように、ブタン等の低沸点の燃料成分を吸着及び脱離するのに有効な窒素吸着法によって求めたＢＪＨ法による細孔直径が２ｎｍ以上２．５ｎｍ以下（以下、有効細孔という）における細孔容積は、石炭系活性炭からなる第１吸着体３８が、木質系活性炭からなる第２吸着体３９よりも多い。また、前記有効細孔よりも小さく、かつ、ブタンの吸着力が高く、脱離力が低い、ＢＪＨ法による細孔直径が１ｎｍ以上２ｎｍ以下における細孔容積は、第１吸着体３８よりも第２吸着体３９が多い。更に、前記有効細孔よりもブタンの吸着力が低く、脱離力が高い、前記有効細孔よりも大きくＢＪＨ法による細孔直径が２ｎｍ以上における細孔容積は、第１吸着体３８よりも第２吸着体３９が多い。

このように、石炭系活性炭からなる第１吸着体３８は、燃料成分を吸着・脱離できる細孔の範囲において、その分布は有効細孔付近に集中しているのに対し、木質系活性炭からなる第２吸着体３９は、燃料成分を吸着・脱離できる細孔の範囲において第１吸着体３８よりもなだらかで広く分布しているのが分かる。なお、第１吸着体３８と第２吸着体３９とが均一に混合できるように、第１吸着体３８と第２吸着体３９の粒径を略同じにすることが好ましい。

なお、第１吸着体３８と第２吸着体３９としては、石炭系活性炭や木質系活性炭以外にも、上記のように、有効細孔は、第１吸着体３８が第２吸着体３９よりも多く、前記有効細孔よりもブタンの吸着力が高く、脱離力が低い、細孔直径が１ｎｍ以上２ｎｍ以下における細孔容積は、第１吸着体３８よりも第２吸着体３９が多い関係を有するもので、かつ、蒸発燃料成分を吸着・脱離できるものであれば、任意の種類の活性炭等の吸着体を用いることができる。また、前記実施例１では、キャニスタ本体２内に活性炭１５ａ，２１ａ，２２ａを充填したが、この活性炭１５ａ，２１ａ，２２ａの代わりに、蒸発燃料成分を吸着・脱離できるものであれば、任意の吸着体を用いることができる。

第１吸着体３８と第２吸着体３９の混合割合は任意に設定するが、大気ポート３３側に位置する第５吸着室３７は、第４吸着室３５よりも、ブタンの脱離力は低いが吸着力の高い第２吸着体３９の割合を高くすることが好ましい。

第４吸着室３５のキャニスタ本体２側には、その全体を覆うウレタン等からなるフィルタ４１が設けられ、第４吸着室３５の大気ポート３３側には、その全体を覆うウレタン等からなるフィルタ４２が設けられている。

空間室３６の第４吸着室３５側と第５吸着室３７側の両側部には、多数の連通穴を全面に略均等に設けたプレート４３，４４が設けられている。プレート４３，４４間には、板状の空間調整部材４５により連結されている。

第５吸着室３７のキャニスタ本体２側には、その全体を覆うウレタン等からなるフィルタ４７が設けられ、第５吸着室３７の大気ポート３３側には、その全体を覆う不織布等からなるフィルタ４８が設けられている。該フィルタ４８の大気ポート３３側には、多数の連通穴を全面に略均等に設けたプレート４９が設けられ、該プレート４９は、スプリング等の付勢手段５０によりポート３２側に付勢されている。

前記の構成により、タンクポート４から蒸発燃料処理装置１内へ流入した蒸発燃料を含有する気体は、キャニスタ本体２を経た後に、第４吸着室３５、空間室３６内に流入する。

そして、空間室３６で拡散することにより第５吸着室３７へ蒸発燃料が流入することを遅延させることができる。その後、第５吸着室３７を通って大気ポート３３から大気へと放出される。この間、燃料成分は、活性炭１５ａ，２１ａ，２２ａ、吸着体３８，３９で吸着される。

一方、エンジン運転中のパージ制御の際、電子制御ユニット（ＥＣＵ）によりパージ制御弁が開放され、吸気通路内の負圧により大気ポート３３からトラップキャニスタ３内に吸入された空気は、前記とは逆方向に流れて、パージポート７からエンジンの吸気通路へ供給される。その際、活性炭１５ａ，２１ａ，２２ａ、吸着体３８，３９に吸着されていた燃料成分が脱離し、空気と共にエンジンへ供給される。

本発明の蒸発燃料処理装置１は、上記構造・構成を有することにより、以下の作用・効果を奏する。

有効細孔の割合の高い第１吸着体３８と、広く細孔が分布している第２吸着体３９を混合することで、夫々の吸着体の特性をもつ蒸発燃料処理装置１とすることができる。また、その混合割合を変化させることで、蒸発燃料処理装置１の特性を容易に変えることができる。

有効細孔よりもブタンの吸着力が高く、脱離力が低い細孔容積が比較的多い第２吸着体３９を用い、大気ポート３３側ほど多く配設したことにより、従来技術の活性炭を用いた場合よりも蒸発燃料成分をより吸着保持でき、蒸発燃料処理装置１から大気への蒸発燃料成分の漏れ出しを抑制し、吹き抜け性能を向上させることができる。

なお、キャニスタ本体２内の吸着室の数や形状は、図１に示すものに限定されることなく、任意に設定することができる。

［実施例２］
前記実施例１においては、トラップキャニスタ３内に、２つの吸着室３５、３７を設けたが、トラップキャニスタ３内に設けた吸着室としては、図３に示すように１つの吸着室５１でも、例えば、図４に示すように３つの吸着室５３，５４，５５等の複数を直列に形成してもよく、その数は任意に設定することができる。また、その吸着室の形状は任意の形状とすることができる。トラップキャニスタ３内に形成した各吸着室には、前記実施例１と同様に、第１吸着体３８と第２吸着体３９所定の割合で充填されている。

トラップキャニスタ３内に複数の吸着室を直列に形成した場合には、図４に示すように、第４吸着室５３、第５吸着室５４，第６吸着室５５において、その隣接する吸着室間に空間室５６，５６を形成することが好ましい。

夫々の吸着室５３，５４，５５における第１吸着体３８と第２吸着体３９の割合は、同じでも異なるようにしてもよいが、大気ポート側３３に至るほど、第２吸着体３９の割合が高くなるようにすることが好ましい。例えば、第３吸着室５３には、第１吸着体３８と第２吸着体３９が７：３の割合で、第４吸着室５４には、第１吸着体３８と第２吸着体３９が５：５の割合で、第３吸着室５５には、第１吸着体３８と第２吸着体３９が７：３の割合で充填する。

その他の構造は前記実施例１と同様であるため、その説明を省略する。
本実施例２においても前記実施例１と同様の効果を奏する。

更に、吸着室の数を増やし、空間室５６の数が増えるほど、蒸発燃料の拡散を遅延させることができ、より吹き抜け性能を向上させることができる。

［実施例３］
本実施例３は、前記実施例１において、第１吸着体３８と第２吸着体３９を混合充填した吸着室内に、蒸発燃料成分に対する吸着能力を有しない造粒物、例えば、樹脂で活性炭と略同様の形状に形成した樹脂ペレットを、第１吸着体３８と第２吸着体３９と同時に混合し、充填したものである。造粒物の混合割合は任意に設定することができるが、造粒物の全体積は、第１吸着体３８と第２吸着体３９と造粒物の総体積当たり５０％以下にすることが好ましい。

その他の構造は前記実施例１，２と同様であるため、その説明を省略する。
本実施例３においても前記実施例１，２と同様の効果を奏する。

近年、最も大気ポート側に位置する吸着室の断面積を狭くするとともに、全長を長くすることが、蒸発燃料と活性炭との接触時間を長くすることで、吸着性能を向上させて、蒸発燃料の吹き抜け性能を向上することが行われている。しかし、断面積を小さくすると、抵抗が大きくなり給油性能等に悪影響がでる恐れがある。

そこで、本実施例３のように、第１吸着体３８と第２吸着体３９とともに、造粒物を混合することで、断面積が同じで、かつ、吸着体３８，３９の総量が同じ場合でも、吸着室の長さを長くすることができ、吸着体３８，３９と燃料成分との接触時間を増やすことができるために、吹き抜け性能を向上することができる。

［実施例４］
本実施例４は、前記実施例１〜３のトラップキャニスタ３を設けず、トラップキャニスタ３に設けた第１吸着体３８と第２吸着体３９を混合充填した吸着室を、キャニスタ本体２内に設けたものである。

図５は、前記実施例１における副室１２内に、第１吸着体３８と第２吸着体３９を混合充填した吸着室６１，６２を２つ設け、吸着室６１，６２間に蒸発燃料を吸着する吸着体を充填しない空間室６３を設けた例である。

また、前記実施例３のように、吸着室６１，６２内に第１吸着体３８と第２吸着体３９とともに造粒物を混合してもよい。

その他の構造は前記実施例１乃至３と同様であるため、その説明を省略する。
本実施例４においても前記実施例１乃至３と同様の効果を奏する。

１蒸発燃料処理装置
２キャニスタ本体
３トラップキャニスタ
１５，２１，２２，３５，３７，５１，５３，５４，５５，６１，６２吸着室
３１，５６，６３空間室
３３大気ポート
３８第１吸着体
３９第２吸着体

Claims

蒸発燃料の燃料成分を吸着・脱離する第１吸着体及び第２吸着体を混合充填した吸着室を備え、
低沸点の燃料成分の吸着及び脱離に有効な有効細孔の細孔容積は、前記第１吸着体が第２吸着体より多く、
前記有効細孔よりも小さな細孔で、かつ、前記有効細孔よりもブタンの吸着力が高く、脱離力が低い細孔の細孔容積は、前記第１吸着体が第２吸着体より少ないことを特徴とする蒸発燃料処理装置。
蒸発燃料の燃料成分を吸着・脱離する吸着体を充填した吸着室を複数有し、
前記第１吸着体及び第２吸着体を混合充填した吸着室を、大気ポート側に設けたことを特徴とする請求項１記載の蒸発燃料処理装置。
最も大気ポート側に設けた吸着室内には、前記第１吸着体と、第２吸着体と、前記燃料成分に対する吸着能力を有しない造粒物が混合充填されていることを特徴とする請求項２記載の蒸発燃料処理装置。
前記第１吸着体及び第２吸着体を混合充填した吸着室を複数設け、その吸着室を直列に連続して配置するとともに、その隣接する吸着室間に前記吸着体を充填しない空間室を設けたことを特徴とする請求項２又は３記載の蒸発燃料処理装置。
前記第１吸着体及び第２吸着体を混合充填した複数の吸着室は、第１吸着体と第２吸着体との混合割合が夫々異なり、大気ポート側ほど第２吸着体の混合割合を多くすることを特徴とする請求項２又は３又は４記載の蒸発燃料処理装置。
前記有効細孔よりも大きな細孔の細孔容積は、前記第１吸着体が第２吸着体より少ないことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の蒸発燃料処理装置。
前記第１吸着体として石炭系活性炭を用い、前記第２吸着体として木質系活性炭を用いたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の蒸発燃料処理装置。
蒸発燃料処理装置は、キャニスタ本体と、該キャニスタ本体の大気側のポートに接続したトラップキャニスタとを有し、
前記蒸発燃料の燃料成分を吸着・脱離する第１吸着体及び第２吸着体を混合充填した吸着室を、トラップキャニスタ内に設けたことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の蒸発燃料処理装置。