CN107816398A - 蒸发燃料处理装置 - Google Patents

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CN107816398A CN201711139062.0A CN201711139062A CN107816398A CN 107816398 A CN107816398 A CN 107816398A CN 201711139062 A CN201711139062 A CN 201711139062A CN 107816398 A CN107816398 A CN 107816398A
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牧野胜彦
木本顺也
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Abstract

本发明提供一种蒸发燃料的脱离效率较高的蒸发燃料处理装置。该蒸发燃料处理装置包括：吸附室(11a、11b)，其收容有能够对在燃料箱(50)内产生的蒸发燃料进行吸附和脱离的吸附材料(Q)；箱口(15)，其与燃料箱(50)连通；吹扫口(16)，其将从吸附材料(Q)中脱离了的蒸发燃料排出到吸附室(11a、11b)外；大气口(14)，其向大气开放；以及加热装置(30)，其设于吸附室(11a)与大气口(14)之间。加热装置(30)具有通过通电而发热的发热体、和与该发热体接合且自该发热体向大气口(14)侧和吸附室(11a)侧延伸的热交换散热片。热交换散热片的比发热体靠吸附室(11a)侧的部分的表面积大于比发热体靠大气口(14)侧的部分的表面积。

Description

蒸发燃料处理装置
本申请是申请日为2015年9月16日、申请号为201510589635.4、发明名称为“蒸发燃料处理装置”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种蒸发燃料处理装置，其包括：收容有能够对在燃料箱内产生的蒸发燃料进行吸附和蒸发燃料能够自其脱离的吸附材料的吸附室、与燃料箱连通的箱口、将从吸附材料中脱离的蒸发燃料向吸附室外排出的吹扫口、向大气开放的大气口以及设于吸附室与大气口之间的加热装置。
背景技术
为了防止由于储存在燃料箱中的燃料蒸发而产生的蒸发燃料排出到车辆外，通常，在汽车等车辆上搭载有被称为吸附罐的这种蒸发燃料处理装置(以下有时称为吸附罐)。具体而言，在燃料箱内产生的蒸发燃料通过箱口而被收容在吸附室内的吸附材料选择性地吸附。但是，基于吸附材料的蒸发燃料的吸附量存在一定的极限。因而，需要通过定期地将蒸发燃料从吸附材料中脱离(吹扫)从而再生吸附材料的蒸发燃料吸附能力。于是，通过利用与内燃机连通的进气管负压等从大气口导入大气(外部空气)作为脱离空气(吹扫空气)，从而使蒸发燃料从吸附材料中脱离。将脱离后的蒸发燃料经由吹扫口排出到吸附室外。
在此，吸附材料具有温度越高则蒸发燃料的吸附量越少、且温度越低则吸附量越多的特性。另外，吸附材料具有温度越高则蒸发燃料的脱离量越多、且温度越低则脱离量越少的特性。因而，在从吸附材料中将蒸发燃料脱离时，为了提高脱离效率(吸附材料的再生效率)，期望温度尽可能较高。然而，在将蒸发燃料脱离时，存在吸附材料的温度由于该蒸发燃料的汽化热而下降的倾向。于是，通过在吸附室的上游设置加热装置而将吹扫空气强制性地加热，从而能够高效地将蒸发燃料脱离。
作为这样的蒸发燃料处理装置，例如公开有下述专利文献1。在专利文献1中，使用有加热装置，该加热装置包括通过通电而发热的发热体、和接合于该发热体并从该发热体向箱口侧和吸附室侧延伸的热交换散热片。该加热装置在吹扫空气的流动方向上在热交换散热片的中央部设有发热体。热交换散热片是通过并列设置多个散热片而成的，各散热片彼此的间隔全部均匀。
另外，在专利文献1中，为了使自大气口流入的吹扫空气沿径向扩散，并向加热装置整体均匀地供给吹扫空气，而在加热装置与大气口之间配置有具有多个扩散孔的扩散板。该扩散板上的扩散孔的面对大气口的平面方向上的中央部的开口面积最小，且越靠近外缘部则开口面积越逐渐增大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-102722号公报
发明内容
发明要解决的问题
在此，吹扫空气自大气口经由加热装置被导入吸附室。因而，热交换散热片的在吹扫空气的流动方向上自发热体向上游侧、即自发热体向大气口侧延伸的部分的热交换效率低于热交换散热片的自发热体向下游侧、即自发热体向吸附室侧延伸的部分的的热交换效率。因此，热交换散热片的比发热体靠上游侧的部分的无法最大限度地发挥其功能，而存在的意义较低。对此，在专利文献1中，由于在吹扫空气的流动方向上在热交换散热片的中央部设有发热体，因此，加热装置的吹扫空气加热效率较低。相伴与此，空间效率也下降。
另外，有时吸附罐也以使吸附室内的气体流动路径成为水平的方式以横躺状态设置。该情况下，由于蒸发燃料的比重大于空气的比重，因此，存在吸附室内的下层区域的蒸发燃料吸附量变多的倾向。因而，在将吸附罐以横躺状态设置的情况下，优选的是，加热装置的吹扫空气加热效率也越靠下方侧越高。对此，在专利文献1中，热交换散热片的各散热片彼此的间隔全部均匀。这样，则无法将吸附室内的蒸发燃料的吸附量较多的下层区域优先加热。
另外，有时大气口也设于相对于面对该大气口的吸附室的径向中央偏心的位置。该情况下，在专利文献1的扩散板中，平面方向上的中央部的开口面积变小，开口面积最小的部位和大气口成为位置偏移的关系。这样，则无法向加热装置均匀地供给吹扫空气，而使脱离效率下降。
另外，在吸附罐内补充在燃料箱内产生的蒸发燃料时，气体在吸附室内自箱口朝向大气口流动。因而，在吸附室内流动的气体中的蒸发燃料浓度越靠近箱口越高、且越靠近大气口越低。因此，导致蒸发燃料的吸附效率随着靠近大气口而逐渐下降。但是，在专利文献1中，虽然吸附室被划分成多个层，但是各层全部收容了相同的吸附材料，而并没有着眼于蒸发燃料的吸附效率随着靠近大气口而下降的问题。
于是，本发明即是为了解决所述问题而做成的，其目的在于提供一种蒸发燃料的脱离效率、吸附效率较高的蒸发燃料处理装置。
用于解决问题的方案
作为用于解决该问题的方法，前提在于提供一种蒸发燃料处理装置(吸附罐)，该蒸发燃料处理装置包括：吸附室，其收容有能够对在燃料箱内产生的蒸发燃料进行吸附和蒸发燃料能够自其脱离的吸附材料；箱口，其与所述燃料箱连通；吹扫口，其将从所述吸附材料中脱离了的蒸发燃料排出到所述吸附室外；大气口，其向大气开放；以及加热装置，其设于所述吸附室与所述大气口之间。
加热装置具有通过通电而发热的发热体、和与该发热体接合的热交换散热片。而且，在使热交换散热片自发热体向大气口侧和吸附室侧延伸的情况下，热交换散热片的比发热体靠吸附室侧的的部分的表面积大于热交换散热片的比发热体靠大气口侧的的部分的表面积。另外，还能够使热交换散热片自发热体仅向吸附室侧延伸。由此，由于热交换散热片的在吹扫空气的流动方向上位于发热体的下游侧的部分的表面积大于热交换散热片的在吹扫空气的流动方向上位于发热体的上游侧的部分的表面积，因此，提高加热装置加热吹扫空气的加热效率，进而还提高蒸发燃料的脱离效率。
在以使吸附室内的气体流动路径成为水平的方式设置吸附罐的情况下，还能够使热交换散热片的位于加热装置下部的部分的表面积最大。具体而言，通过并列设置多个散热片而构成热交换散热片，使加热装置的下部中的各散热片彼此之间的间隔比加热装置的上部中的各散热片彼此之间的间隔窄。由此，能够准确地应对在将吸附罐以横躺状态设置的情况下特有的蒸发燃料吸附量分布并将吹扫空气加热，因此提高蒸发燃料的脱离效率。
另外，优选的是，在加热装置与大气口之间设有具有多个扩散孔的扩散板，该扩散板用于将自大气口流入的空气扩散并导入加热装置。该情况下，若将大气口设在相对于面对该大气口的吸附室的径向中央偏心的位置，则使位于大气口正下方的扩散孔的开口面积最小，且使扩散孔的开口面积随着远离大气口的正下方而逐渐增大。由此，能够根据大气口的设置位置向加热装置整体均匀地供给吹扫空气，进而提高蒸发燃料的脱离效率。
另外，还能够将面对大气口的吸附室划分为多个层。该情况下，优选的是，在面临大气口的层内相比于其他层收容蒸发燃料吸附力较高的高吸附级别的吸附材料。具体而言，在面临大气口的层内收容细孔径分布的峰值在1.8mm～2.2mm、且基于ASTM(AmericanSociety for Testing and Materials：美国材料与试验协会)法的丁烷工作容量在13g/dL以上的吸附材料。由此，蒸发燃料以较低的浓度向大气口附近流动，但若为细孔径在2mm左右的高吸附级别的吸附材料，则即使蒸发燃料浓度较低也能够可靠地捕捉并吸附蒸发燃料，而能够提高蒸发燃料的吸附效率。进而，蒸发燃料被吸附材料吸附而从大气口排出，另一方面，由于该高吸附级别的吸附材料的吸附保持力较高，吹扫时的蒸发燃料残留量较多而使得脱离效率较差，通常并不优选。但是，通过在吸附室与大气口之间设置加热装置从而提高了脱离效率，因此能够解决该问题。
发明的效果
采用本发明的蒸发燃料处理装置，能够提高蒸发燃料的脱离效率、吸附效率。
附图说明
图1是蒸发燃料处理装置的剖视图和其周围机构的示意图。
图2是大气口周围的分解立体图。
图3是加热装置的侧视图。
图4是偏心大气口周围的剖视图。
图5是表示偏心扩散板的一例子的俯视图。
图6是表示偏心扩散板的其他例子的俯视图。
图7是横置吸附罐的侧剖视图。
图8是图7所示的加热装置的主视图。
图9是包括空气层的吸附罐的剖视图。
附图标记说明
10、吸附罐(蒸发燃料处理装置)；11、壳体；11a、第1吸附室；11b、第2吸附室；11a1、第1层；11a2、第2层；14、大气口；15、箱口；16、吹扫口；20、加热壳体；20a、加热室；21、盖；22、连接器；30、37、加热装置；31、发热体；32、热交换散热片；33、各散热片；35、连接器销；40、42、44、扩散板；41、43、45、扩散孔；50、燃料箱；55、空气层；60、发动机；Q、Qh、吸附材料。
具体实施方式
以下，说明本发明的代表性的实施方式。如图1所示，吸附罐10包括壳体11。壳体11为树脂制，由方筒状的壳体主体12、和将壳体主体12的开口端面封闭的盖体13构成。壳体11(壳体主体12)内被分隔壁12a分隔为第1吸附室11a和第2吸附室11b这两室。两室11a、11b利用形成在壳体主体12与盖体13之间的连通通路11c相互连通。由此，形成使第1吸附室11a和第2吸附室11b经由连通通路11c连通的、U字状的气体流动路径。另外，在本实施方式中，为了方便说明，在图1中以横向图示了吸附罐10，但设想设置为以气体流动路径成为铅垂方向的纵向。
在壳体主体12的与盖体13相对的一面形成有与第1吸附室11a连通的大气口14、和与第2吸附室11b连通的箱口15以及吹扫口16。箱口15经由蒸发燃料通路51与燃料箱50的气相部连通。吹扫口16经由吹扫通路65与发动机(内燃机)60的进气管61连通。附图标记62为对向发动机60吸入的空气量进行控制的节气门。吹扫通路65连接于进气管61的比节气门62靠下游侧的位置。在吹扫通路65上设有对该吹扫通路65进行开闭的吹扫通路阀64。在发动机60的运转中，通过利用附图外的电子控制装置(ECU)控制吹扫通路阀64，从而进行吹扫控制。大气口14经由大气通路63向大气开放。
在第1吸附室11a和第2吸附室11b的两端分别配置有过滤器17，在盖体13侧的过滤器17的外侧分别配置有多孔板18。另外，在各多孔板18与盖体13之间分别插入安装有压缩螺旋弹簧19，各多孔板18分别被该压缩螺旋弹簧19始终向第1吸附室11a侧和第2吸附室11b侧施力。各过滤器17例如由树脂制的无纺布、发泡聚氨酯等海绵体形成。
在第1吸附室11a和第2吸附室11b内分别收容有能够选择性地对丁烷等蒸发燃料进行吸附和蒸发燃料能够自其脱离的吸附材料Q。吸附材料Q例如能够使用粒状的活性炭。粒状的活性炭能够使用粉碎了的活性炭(粉碎炭)、将粒状或粉末状的活性炭与粘结剂一起造粒而成的造粒炭等。该吸附材料Q的基于ASTM法的丁烷工作容量(BWC)没有特殊限定，例如可以小于13g/dL。
并且，在第1吸附室11a与大气口14之间形成有加热室20a。在加热室20a的内部配置有将吹扫气体加热的加热装置30、和向加热装置30分散地供给吹扫气体的扩散板40。如图2所示，加热室20a由专用的加热壳体20形成。加热壳体20形成为与加热装置30和扩散板40的形状相对应的形状，其一侧面为了能够使加热装置30和扩散板40出入而开口。通常时，利用螺钉23将具有连接器22的盖21固定于加热壳体20的开口。
也如图3所示，加热装置30具有通过通电而发热的发热体31、和与该发热体31接合的热交换散热片32。热交换散热片32由热导率较高的金属材料构成，是由通过使多个薄片状散热片33以面对面的状态并列而成的。发热体31由带状的PTC(Positive TemperatureCoefficient：正温度系数热敏电阻)构成，以沿着与吹扫气体的流动方向平行以及正交的方向分别在热交换散热片32的外表面上卷绕一圈的状态配置于热交换散热片32的外表面，并利用具有导热性的粘接剂粘接。
在本实施方式中，热交换散热片32在吹扫气体的流动方向上向发热体31的上游侧和下游侧这两侧延伸、即自发热体31向大气口14侧和第1吸附室11a侧这两侧延伸。但是，发热体31在热交换散热片32的外周面上配置于吹扫气体流动方向上游侧、即靠近大气口14的位置。因而，热交换散热片32自发热体31向大气口14侧延伸的尺寸L1小于热交换散热片32自发热体31向第1吸附室11a侧延伸的尺寸L2(L1＜L2)。由此，热交换散热片32的比发热体31靠第1吸附室11a侧的部分的表面积大于热交换散热片32的比发热体31靠大气口14侧的部分的表面积。
另外，如图7所示，为了使吸附室内的气体流动路径成为水平，也有时吸附罐10以横躺状态设置。该情况下，优选使用越靠下部则热交换散热片32的表面积越大的加热装置37。具体而言，如图8所示，优选的是，在加热装置37中，使各散热片33彼此之间的间隔自上部朝向下部逐渐变窄。
回到图2，附图标记34为发热体31的电极，在该电极34上结合有包括连接器销35的PCB(Printed-circuit-board：印刷电路板)36。在将加热装置30配置在了加热室20a内时，连接器销35贯穿到盖21的连接器22内，各散热片33的面方向与吹扫气体的流动方向成为平行。另外，利用ECU控制向发热体31的通电、即控制基于加热装置30的加热。
扩散板40在吹扫气体的流动方向上配置于加热装置30的上游侧、即配置于加热装置30与大气口14之间。在扩散板40的整体上设有多个扩散孔41。大气口14形成于第1吸附室11a的径向中央的位置。因此，扩散板40的与大气口14的正下方相当的面方向中央部的扩散孔41的开口面积最小，随着从此处到外缘开口面积逐渐增大。
另一方面，如图4所示，有时大气口14也设于相对于第1吸附室11a的径向中央偏心的位置。该情况下，也如图5所示，对于各扩散孔43的开口面积，不是使平面方向上的中央部最小，而是使用这样的扩散板42：使位于偏心位置的大气口14的正下方的扩散孔43的开口面积最小，且随着朝向平面方向外侧远离此处而逐渐增大。由此，能够根据大气口14的形成位置将吹扫空气均匀地导入加热装置30。另外，扩散板并不限定于具有多个圆形的扩散孔43的图5所示的扩散板42，而能够进行各种变形。例如，如图6所示，能够使用在向平面方向纵横地展开的多个框之间形成有扩散孔45的扩散板44。即使是平面方向上的中央部的扩散孔41的开口面积最小的扩散板40也能够进行同样的变形。
接着，参照图1说明吸附罐10的作用。在加油时或停车时，含有在燃料箱50内产生的蒸发燃料的蒸发燃料气体采用这样的气体流动路径：经由吸附罐10的箱口15被导入第2吸附室11b，以绕过分隔壁12a的方式通过连通通路11c、第1吸附室11a从而到达大气口14。此时，蒸发燃料气体中的蒸发燃料被第2吸附室11b和第1吸附室11a内的吸附材料Q选择性地吸附。然后，未被吸附材料Q吸附而透过了第1吸附室11a的空气成分自大气口14经由大气通路63被排出到大气中。
另一方面，在发动机60的运行过程中，在利用ECU使吹扫通路阀64开阀时，进气管61中的进气负压经由吹扫口16施加于第1吸附室11a和第2吸附室11b。由此，大气中的空气作为吹扫空气经由大气通路63从大气口14流入，而使被吸附材料Q吸附了的蒸发燃料脱离(吹扫)。此时，在吹扫通路阀64开阀的同时向发热体31通电，驱动加热装置30。因而，自大气口14流入的吹扫空气通过加热室20a，从而以被加热后的状态被导入第1吸附室11a和第2吸附室11b。由此，提高蒸发燃料的脱离效率。
详细而言，自大气口14流入的吹扫空气首先通过与扩散板40相碰撞而沿径向扩散。此时，在大气口14的正下方，扩散孔41的开口面积最小，且越向径向外侧远离则扩散孔41的开口面积越逐渐增大。由此，能够调整通过各扩散孔41的吹扫空气量，从而向加热装置30整体均匀地供给吹扫气体，而提高加热装置30的加热效率。在加热装置30中，通过向发热体31通电而使发热体31发热，该发热体31的热被向热交换散热片32传递。而且，在通过了扩散板40的吹扫空气被导入加热装置30时，吹扫气体在并列的各散热片33之间通过，从而加热吹扫气体。此时，由于热交换散热片32的比发热体31靠下游侧的部分的表面积大于热交换散热片32的比发热体31靠上游侧的部分的表面积，因此，能够利用加热装置30高效地将吹扫空气加热。
而且，作为吹扫空气和从吸附材料Q中脱离的蒸发燃料的混合气体的、吹扫气体最终自吹扫口16经由吹扫通路65被导入发动机60。另外，脱离的蒸发燃料还能够通过在吹扫通路65上设置真空泵等吸引单元而回流到燃料箱50。
另外，如图9所示，还能够将面对大气口14的第1吸附室11a划分为多个层，空气层55介于该多个层彼此之间。具体而言，能够以空气层55介于它们之间的方式划分为面对大气口14的吹扫空气流动方向上游侧的第1层11a1、和下游侧的第2层11a2。该情况下，在第1层11a1和第2层11a2的两端分别配置有过滤器17。空气层55侧的过滤器17被设于空气层55内的保持构件56保持。在此基础上，优选在面临大气口14的第1层11a1内收容蒸发燃料吸附力高于第2层11a2内的吸附材料Q的蒸发燃料吸附力的吸附材料Qh。吸附材料Qh优选使用细孔径分布的峰值在1.8mm～2.2mm的吸附材料。另外，吸附材料Qh的基于ASTM法的丁烷工作容量优选在13g/dL以上。
另外，在图1所示的例子中，还能够在第1吸附室11a内收容蒸发燃料吸附力较高的吸附材料Qh。

Claims (5)

1.一种蒸发燃料处理装置，该蒸发燃料处理装置包括：
吸附室，其收容有能够对在燃料箱内产生的蒸发燃料进行吸附和蒸发燃料能够自其脱离的吸附材料；
箱口，其与所述燃料箱连通；
吹扫口，其将从所述吸附材料中脱离的蒸发燃料排出到所述吸附室外；
大气口，其向大气开放；以及
加热装置，其设于所述吸附室与所述大气口之间，其中，
面对所述大气口的吸附室被划分为多个层，
在面临所述大气口的层内相比于其他层收容有所述蒸发燃料的吸附力较高的吸附材料。
2.根据权利要求1所述的蒸发燃料处理装置，其中，
在面临所述大气口的层内收容有细孔径分布的峰值在1.8mm～2.2mm的吸附材料。
3.根据权利要求1或2所述的蒸发燃料处理装置，其中，
收容在面临所述大气口的层内的吸附材料的基于ASTM法的丁烷工作容量在13g/dL以上。
4.根据权利要求1所述的蒸发燃料处理装置，其中，
在所述大气口与所述箱口和所述吹扫口之间具有用于划分所述吸附室的分隔壁，所述蒸发燃料绕过所述分隔壁而在所述大气口与所述箱口以及所述吹扫口之间以U字状流动。
5.根据权利要求1所述的蒸发燃料处理装置，其中，
面对所述大气口的吸附室被分为多个层，空气层介于该多个层彼此之间。
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