JP2004503705A - 蒸発制御システムに使用するカーボン／プラスチックブリックの製造方法 - Google Patents

Abstract

燃料蒸気管理システム（７１）に使用するための燃料蒸気吸着ブリック（６４）。燃料蒸気吸着ブリックは活性炭とプラスチックとの混合物で形成され、該混合物は、所望サイズおよび形状に圧縮されかつ燃料タンク（８４）内または燃料タンクアタッチメントの部分内に配置される。カーボン／プラスチックブリック（６４）は、車両の最適パッケージングに適合できる優れた形状的フレキシビリティを有し、かつ燃料タンクまたは燃料タンクアタッチメント内に一体化できるため、燃料タンク組立体に使用される個別部品の数を最小にでき、従って、別体のカーボンキャニスタを設ける必要がない。

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、広くは蒸発制御システムに関し、より詳しくは、蒸発制御システムに使用するカーボン／プラスチックブリック（ｃａｒｂｏｎ／ｐｌａｓｔｉｃ ｂｒｉｃｋ）の製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
既知の形式の搭載形燃料蒸気管理システムは、内燃機関（エンジン）用の揮発性液体燃料を収容するタンクから出る燃料蒸気を収集しかつ貯蔵する蒸気収集キャニスタを有している。キャニスタパージソレノイド（ＣＰＳ：ｃａｎｉｓｔｅｒ ｐｕｒｇｅ ｓｏｌｅｎｏｉｄ）弁は、収集された燃料蒸気をエンジンの吸気マニホルドに周期的にパージする。燃料蒸気は、吸気マニホルド内で、誘導空気または誘導空気−燃料充填物に帯同され、エンジンの燃焼室空間内で燃焼される。一形式のＣＰＳ弁は、マイクロプロセッサによるエンジン管理システムで制御されるソレノイドを有している。カーボンキャニスタのような蒸気貯蔵システムは燃料蒸気吸着能力に限界があるので、蒸気貯蔵システムの吸着能力を超えると、燃料蒸気は周期的に大気中に放出されてしまう。
【０００３】
カーボンキャニスタの現行の設計に付随する１つの問題は、カーボン床の一体性を維持するための複雑な支持構造を必要とすることである。また、現行の設計は、ダスト／フィルタセパレータ、ベント弁、および燃料蒸気管理システムのコストおよび複雑さを増大させる蒸気ライン等の付加部品を必要とする。
【０００４】
【発明の開示】
かくして、カーボンキャニスタおよびその関連部品を不要にできると同時に、大気中への炭化水素の排出を防止できるシステムを提供することが望まれている。
【０００５】
従って本発明の一目的は、蒸発制御システムから、カーボンキャニスタおよびその関連部品の使用を省略することである。
【０００６】
上記目的は、吸着活性炭を、燃料タンクまたは種々の燃料タンクアタッチメントに一体化することにより達成される。これを達成するため、活性炭は、最初にプラスチック粒と混合され、加熱され、かつ圧力を加えることにより、燃料タンクおよび／または種々の燃料タンクアタッチメントに一体化されるカーボンブリックとして形成される。
【０００７】
本発明は、従来のカーボンキャニスタ技術に比べて多くの長所を有している。第１の長所は、燃料タンクの特定キャビティまたは燃料タンクアタッチメントの特注仕様に適合するように任意の所望形状に成形できることである。第２の長所は、カーボンキャニスタおよびその関連アタッチメントが不要であり、このため、付加部品の製造および組立てに関するコストを軽減できることである。第３の長所は、活性炭にプラスチックが付加されているためカーボンダストを低減でき、従ってダストフィルタ装置を省略できることである。第４の長所は、本発明の新規なカーボンブリックが、燃料タンク内での流れを殆ど制限しないことである。
【０００８】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の他の目的および長所は、添付図面を参照して述べる以下の詳細な説明および特許請求の範囲の記載から明らかになるであろう。
【０００９】
ここで図１を参照すると、主要部品として燃料タンク１２と、燃料蒸気ライン１４と、燃料蒸気貯蔵キャニスタ１６と、キャニスタベント弁１８と、ダスト／フィルタセパレータ２０と、新鮮空気ベントライン２２と、蒸気管理弁２４とを備えた燃料蒸気貯蔵システム１０が示されている。
【００１０】
燃料蒸気の発生は、多くのファクタに関連している。例えば、燃料タンク１２内の温度が上昇すると、より多くの燃料蒸気が発生する。また、燃料タンク１２内の燃料レベルが低下するか、燃料タンク内で燃料が跳ね散ると、過剰の燃料蒸気が発生する。燃料キャップ３２が除去されて、燃料パイプ３０を通して燃料が燃料タンク１２内に供給されるときに、おそらく、最大の燃料蒸気発生原因が生じる。
【００１１】
内燃機関（エンジン）２６が運転されていないとき、燃料タンク１２内に発生した燃料蒸気は、燃料蒸気ライン１４を通って燃料蒸気貯蔵キャニスタ１６内に移動する。燃料蒸気貯蔵キャニスタ１６は、燃料蒸気を吸着する活性材料（好ましくは、カーボンペレット２８またはカーボン顆粒）を収容している。カーボンペレット２８による燃料蒸気吸着能力は、キャニスタ１６内のカーボンペレット２８の組成および表面積に関連して定まる。燃料蒸気の量がカーボンペレット２２の燃料蒸気吸着能力を超えると、過剰の燃料蒸気は、キャニスタベント弁１８、ダスト／フィルタセパレータ２０および新鮮空気ベントライン２２を通って通気される。エンジン２６が運転されていないときは蒸気管理弁２４が閉じられ、かくして、燃料蒸気が燃料蒸気ライン１４からエンジン２６に流入することが防止され、かつエンジン２６内で燃焼されない燃料蒸気が再び燃料ライン１４に流入することが防止される。
【００１２】
エンジン２６が運転されると、蒸気管理弁２４が開かれる。吸気マニホルドの真空が燃料蒸気貯蔵システム１０に作用する。この真空により、新鮮空気が、新鮮空気ベントライン２２内に流入し、更にダスト／フィルタセパレータ２０およびキャニスタベント弁１８を通ってキャニスタ１６内に流入する。新鮮空気は、キャニスタ１６内に貯蔵された燃料蒸気（燃料蒸気はカーボンペレット２８により脱着（ｄｅａｄｓｏｒｂｅｄ）されている）をピックアップして、該燃料蒸気を燃料蒸気ライン１４を通して運び出す。燃料蒸気は、開いている蒸気管理弁２４を通ってエンジン２６の吸気マニホルド（図示せず）に流入し、更に燃焼室内に流入して燃焼される。
【００１３】
ここで図２を参照すると、キャニスタ１６内のカーボンペレット２８が新しいカーボン／プラスチックブリック３４に置換されている本発明の好ましい第１実施形態が示されている。ブリック３４の製造方法は、図６を参照して後述する。この実施形態では、カーボン／プラスチックブリック３４は、キャニスタ１６の内部を実質的に充満する形状を有している。かくして、カーボンペレット２８の漏洩を防止すべく適正にパックされるように、またはキャニスタ１６の全稼動寿命を通してカーボン床の一体性の維持が確保されるようにするためのばね板（図示せず）または他の圧縮機構は全く不要である。
【００１４】
図３、図４および図５には、キャニスタ１６が別体部品として除去されている本発明の他の３つの好ましい実施形態が示されている。図３および図４の好ましい実施形態は多層プラスチック燃料タンクまたは金属タンクに使用でき、一方、図５は特に多層プラスチック燃料タンクに使用するためのものである。これらの実施形態において、カーボン／プラスチックブリックは燃料タンク内または燃料タンクアタッチメント内に配置される。カーボン／プラスチックブリックの製造方法は、図６を参照して後述する。
【００１５】
図３を参照すると、ここには、本発明の好ましい第２実施形態による燃料蒸気貯蔵システム５０が示されている。システム５０は、燃料タンク５２と、燃料蒸気ライン５４と、蒸気管理弁５６と、補給パイプ５８と、燃料キャップ６０と、内燃機関６２とを有している。
【００１６】
この好ましい実施形態では、カーボン／プラスチックブリック６４は、通常では液体燃料６６に曝されない燃料タンク６２の領域内に配置される。ブリック６４は、ナイロンまたは高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）等の材料で作られた不透過性ハウジング６８内に収容される。ハウジング６８は、燃料蒸気を受け入れる入口ポート７０と、ベントライン７４に連結された出口ポート７２とを有している。入口ポート７０は、燃料蒸気が蓄積し易い燃料タンク５２の頂部の近くに配置される。ハウジング６８は、当業界で良く知られた方法でタンク５２に取り付けられるか固定される。
【００１７】
別の構成として、図４に示すように、ブリック６４は、図３に示した不透過性ハウジング６８内に配置されるのではなく、燃料蒸気貯蔵システム６１の燃料タンク５２に形成されたキャビティ７６内に配置される。キャビティ７６は、ブリック６４が燃料６６の飛沫に曝されることを防止する。ブリック６４は、燃料蒸気を受け入れる入口ポート７８と、ベントライン７４に連結された出口ポート８０とを有している。この実施形態でも、入口ポート７８は燃料蒸気貯蔵システム２の頂部に配置される。また、ブリック６４の形状は、キャビティ７６の形状と実質的に同じである。
【００１８】
特に、多層プラスチック燃料タンク８４を備えた燃料蒸気貯蔵システム７１に使用するのに適した図５に示す好ましい第３実施形態では、カーボンブリック６４は、不透過性ハウジングを用いるのではなく、タンクが吹込み成形されるときに多層プラスチックタンク８４の層の間に一体化される。入口ポート８６は、タンク８４の多層壁８５の一部８８を通ってタンク８４の頂部に形成されており、ブリック６４内に延びている。
【００１９】
図３、図４および図５の実施形態では、内燃機関６２が運転されていないときは蒸気管理弁５６が閉じられており、燃料タンク５２、８４内に発生した燃料蒸気は、入口ポート７０、７８を通ってブリック６４内に流入し、カーボン／プラスチックブリック６４内の活性材料（この例では顆粒状またはペレット状のカーボン）に吸着される。ブリック６４の燃料蒸気吸着能力は、ブリック６４内に収容される活性材料の組成および表面積に関連して定まる。ブリック６４により吸着されない過剰の燃料蒸気は、出口ポート７２、８０、９０を通ってベントライン７４に流入し、大気中に排出される。
【００２０】
エンジン６２が運転されると、蒸気管理弁５６が開かれる。吸気マニホルドの真空が燃料蒸気貯蔵システム５０、６１、７１に作用する。この真空により、新鮮空気が、ベントライン７２内に流入し、更にダスト／フィルタセパレータ７７を通ってカーボン／プラスチックブリック６４内に流入する。新鮮空気は、ブリック６４内に貯蔵された燃料蒸気（燃料蒸気は活性炭により脱着されている）をピックアップして、該燃料蒸気を燃料蒸気ライン５４を通して運び出す。燃料蒸気は、開いている蒸気管理弁５６を通ってエンジン６２の吸気マニホルド（図示せず）に流入し、更に燃焼室内に流入して燃焼される。
【００２１】
図３、図４および図５の好ましい実施形態には、燃料タンク５２、８４の一部内に収容されたカーボン／プラスチックブリック６４が示されているが、カーボン／プラスチックブリックを、金属またはプラスチックの燃料タンク組立体内に使用される任意の種々の燃料タンクアタッチメントに収容することを特別に考えることができる。例えば、ブリックは、逃し弁または遮断弁の一部内に配置することもできる。
【００２２】
ここで図６を参照すると、ここには、好ましい実施形態に使用されるカーボン／プラスチックブリック３４、６４を製造する論理フローチャートが示されている。最初に、段階１００では、カーボンペレットおよびプラスチック粒が混合装置内に配置される。混合物は、約７０〜９７重量％のカーボン（ペレット状または顆粒状カーボン）が好ましい。また、プラスチック粒は、少なくとも８０℃の融点を有し、少量の炭化水素蒸気を吸着でき、非研摩性を有し、プラスチック粒同士の結合性を有し、かつカーボンペレットの吸着／脱着機構と干渉しないことが好ましい。実施に際し、このプラスチックには、多種類のポリエステル、フルオロポリマーまたは他の種々のポリオレフィンが含まれる。
【００２３】
段階１１０では、タンブリングまたは許容できる他の何らかの方法により、カーボン粒およびプラスチック粒を、これらが実質的に均質になるまで混合する。次に、段階１２０で、この均質混合物を、８０℃のオーブン内で１５〜４５分間加熱する。或いは、均質混合物は、マイクロ波加熱するか、許容できるできる他の何らかの方法により、所定周波数で所定時間加熱することもできる。この時点で、均質混合物がスラリに変化し、プラスチック粒がカーボンペレットと一体に結合する。
【００２４】
段階１３０では、均質スラリがオーブンから取り出されて、容器内に入れられる。次に、段階１４０で、混合物が所望形状に圧縮される。この圧縮は、２０〜６０ｐｓｉの圧力で行なうのが好ましい。次に、段階１５０では、成形されたカーボンブリック３４、６４を燃料システム５０内に配置する準備を行なう。ブリックの最終目的に従って、ブリックを、半透過性膜で包み、シール材を上塗りするか、シール上に成形することができ、或いは簡単にそのままの形態にしておくこともできる。次に、段階１６０で、ブリック３４、６４が、燃料タンク６２、８４、または燃料タンクアタッチメント、または他の許容できる容器内に挿入されるか、溶接される。
【００２５】
本発明は、従来技術に比べて多くの長所を有している。第１に、本発明は車両の最適パッケージングに適合できる優れた形状的フレキシビリティを有している。ブリック３４、６４のサイズおよび形状は、燃料タンクまたは燃料タンクアタッチメントの種々のサイズおよび形状に適合するように変更できる。これにより、無用な設計変更を行なうことなくブリック３４、６４を燃料タンクまたはアタッチメント内に配置できる。
【００２６】
第２に、本発明は、燃料タンク組立体の個別部品の数を低減させまたは最小にできることである。例えば、カーボンキャニスタを省略できる。また、システムによっては取付けブラケットも省略できる。これにより必要な組立て工程数が減少されるため、製造コストを節約できる。
【００２７】
第３に、プラスチックが活性炭内に混合されるため、高速流に付随するカーボンダストを最少にできる。プラスチックは、吸着／脱着サイクル中のカーボンの破壊をなくすことを補助するバインダとして機能する。
【００２８】
以上、本発明を好ましい実施形態に関連して説明したが、当業者ならば本願の教示に基いて種々の変更が可能であるので、本発明は好ましい実施形態に限定されるものでないことは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による燃料蒸気貯蔵システムを示す斜視図である。
【図２】カーボン／プラスチックブリックを収容している本発明の好ましい一実施形態を示す斜視図である。
【図３】カーボン／プラスチックブリックが燃料タンクの不透過性ハウジング内に収容された本発明の他の好ましい実施形態を示す斜視図である。
【図４】カーボン／プラスチックブリックが燃料タンクのキャビティ領域内に収容された本発明の他の好ましい実施形態を示す斜視図である。
【図５】カーボン／プラスチックブリックが多層プラスチック燃料タンクの多層壁内に収容された本発明の他の好ましい実施形態を示す斜視図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態によるカーボン／プラスチックブリックの製造を示すフローチャートである。

Claims (22)

1. 燃料蒸気管理システムにおいて、
   燃料タンクと、
   該燃料タンクに連結された燃料蒸気ラインと、
   該燃料蒸気ラインに連結された内燃機関と、
   燃料蒸気管理システム内に収容されかつ燃料蒸気ラインに連結された蒸気吸着ブリックとを有し、該蒸気吸着ブリックは、内燃機関が停止しているときには燃料蒸気を吸着し、内燃機関が運転されているときには燃料蒸気を脱着し、蒸気吸着ブリックは、活性炭およびプラスチックからなり、
   蒸気吸着ブリックに連結された入口ポートと、
   蒸気吸着ブリックに連結された出口ポートと、
   該出口ポートに連結されたベントラインとを更に有することを特徴とする燃料蒸気管理システム。
2. 前記蒸気吸着ブリックは、３〜３０重量％の範囲内のプラスチックを有していることを特徴とする請求項１記載の燃料蒸気管理システム。
3. 前記蒸気吸着ブリックは燃料タンク内に収容されていることを特徴とする請求項１記載の燃料蒸気管理システム。
4. 前記燃料タンクはキャビティを有し、前記蒸気吸着ブリックは実質的にキャビティ内に収容されていることを特徴とする請求項１記載の燃料蒸気管理システム。
5. 前記燃料タンクに連結される燃料タンクアタッチメントを更に有し、前記蒸気吸着ブリックは燃料タンクアタッチメント内に収容されていることを特徴とする請求項１記載の燃料蒸気管理システム。
6. 所望サイズおよび形状に加熱されかつ圧縮されたカーボンとプラスチックとの混合物からなることを特徴とする燃料蒸気管理システムに使用するための燃料蒸気吸着ブリック。
7. 前記混合物は、３〜３０重量％のプラスチックを有することを特徴とする請求項６記載の燃料蒸気吸着ブリック。
8. 前記燃料蒸気吸着ブリックの前記所望のサイズおよび形状は、燃料蒸気吸着ブリックが配置される燃料タンクの頂部の形状に関連して定められることを特徴とする請求項６記載の燃料蒸気吸着ブリック。
9. 前記燃料蒸気吸着ブリックの前記所望のサイズおよび形状は、燃料蒸気吸着ブリックが配置される燃料タンクアタッチメントの部分の形状に関連して定められることを特徴とする請求項６記載の燃料蒸気吸着ブリック。
10. 前記プラスチックは、ポリエステル、ポリオレフィンおよびフルオロポリマーからなる群から選択されることを特徴とする請求項６記載の燃料蒸気吸着ブリック。
11. 第１量の活性炭と第２量のプラスチックとを、活性炭とプラスチックとの均質混合物が得られるまで混合する段階と、
    前記均質混合物を第１温度で所定時間加熱して、加熱された均質混合物を得る段階と、
    前記加熱された均質混合物を第１圧力で所望サイズおよび形状に圧縮して、圧縮された均質混合物を得る段階とを有することを特徴とする燃料蒸気管理システムに使用する燃料蒸気吸着ブリックの製造方法。
12. 前記圧縮された均質混合物を不透過性材料内に実質的に密封する段階を更に有し、前記不透過性は入口ポートおよび出口ポートを有していることを特徴とする請求項１１記載の製造方法。
13. 前記混合段階は、第１量の活性炭と第２量のプラスチックとを混合する段階からなり、前記第２量のプラスチックは前記均質混合物の３〜３０重量％の範囲内にあることを特徴とする請求項１１記載の製造方法。
14. 前記加熱段階は、前記均質混合物を約８０℃で１５〜４５分間加熱する段階からなることを特徴とする請求項１１記載の製造方法。
15. 前記加熱段階は、前記均質混合物を所定周波数で所定時間マイクロ波加熱する段階からなることを特徴とする請求項１１記載の製造方法。
16. 前記圧縮段階は、前記加熱された均質混合物を、２０〜６０ｐｓｉの範囲内の圧力で所望のサイズおよび形状に圧縮する段階からなることを特徴とする請求項１１記載の製造方法。
17. 前記実質的に密封する段階は、前記圧縮された均質混合物を、出口ポートを備えているナイロンシェルハウジング内に密封する段階からなることを特徴とする請求項１２記載の製造方法。
18. 前記実質的に密封する段階は、前記圧縮された均質混合物を、入口ポートおよび出口ポートを備えている高密度ポリエチレンシェルハウジング内に密封する段階からなることを特徴とする請求項１２記載の製造方法。
19. 前記圧縮された均質混合物を、燃料蒸気管理システムの一部内に配置する段階を更に有することを特徴とする請求項１１記載の製造方法。
20. 前記実質的に密封されかつ圧縮された均質混合物を、燃料蒸気管理システムの一部内に配置する段階を更に有することを特徴とする請求項１２記載の製造方法。
21. 前記配置段階は、前記圧縮された均質混合物を、燃料蒸気管理システムの燃料タンクの一部内に配置する段階からなることを特徴とする請求項１９記載の製造方法。
22. 前記配置段階は、前記圧縮された均質混合物を、燃料蒸気管理システムの燃料タンクアタッチメントの部分内に配置する段階からなることを特徴とする請求項１９記載の製造方法。

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