JP2021025440A - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タンクポート側の第１層目と大気ポート側の第２層目とを有する蒸発燃料処理装置において、第１層目全体における蒸発燃料の吸着性能を向上する。【解決手段】蒸発燃料処理装置１０は、通路２０を有するケース１２を備える。ケース１２は、通路２０の一端側に連通するタンクポート２２及びパージポート２３と、通路２０の他端側に連通する大気ポート２４と、を有する。通路２０は、吸着材を備えかつ直列的に並ぶ第１層目４１と第２層目４２とを有する。第１層目４１は、中側吸着層４１ｂを間にして直列に並ぶ上側吸着層４１ａ及び下側吸着層４１ｃを備える。上側吸着層４１ａ及び下側吸着層４１ｃには第１吸着材５１が充填される。中側吸着層４１ｂには、第１吸着材５１による上側吸着層４１ａ及び下側吸着層４１ｃの通気抵抗よりも中側吸着層４１ｂの通気抵抗を大きくする第２吸着材５２が充填される。【選択図】図１

Description

本明細書に開示の技術は、蒸発燃料処理装置に関する。詳しくは、主として自動車等の車両の燃料タンクで生じた蒸発燃料の吸着及び脱離を行う蒸発燃料処理装置に関する。

従来、例えば特許文献１に記載された蒸発燃料処理装置がある。その蒸発燃料処理装置は、気体が流通する通路を有するケースを備える。ケースは、通路の一端側に連通するタンクポートと、通路の他端側に連通する大気ポートと、を有する。通路は、蒸発燃料を吸着する吸着材を備えかつ直列的に並ぶタンクポート側の第１層目と大気ポート側の第２層目とを有する。第１層目には吸着材である活性炭が全面的に充填されている。

特開２００５−１９５００７号公報

特許文献１において、タンクポート側の第１層目の吸着材として、破砕活性炭に比べて粒径の大きい造粒活性炭が用いられる場合、造粒活性炭による第１層目の通気抵抗が小さく、吸着時（チャージ時）にタンクポートから入ってきた蒸発燃料すなわちガソリンベーパが第１層目全体へ広がりにくい。したがって、蒸発燃料の主な通り道となる第１層目の中心部では蒸発燃料の吸着量が多く，凝縮熱が多く発生するため、第１層目の中心部に熱がこもりやすく、第１層目の蒸発燃料の吸着性能が低下されやすい。また、第１層目の中心部の周辺部（第１層目の壁側周辺部）の造粒活性炭を有効利用できないことからも、第１層目の蒸発燃料の吸着性能が低い。

本明細書が開示する技術の課題は、タンクポート側の第１層目と大気ポート側の第２層目とを有する蒸発燃料処理装置において、第１層目全体における蒸発燃料の吸着性能を向上することにある。

本明細書が開示する技術は次の手段をとる。

第１の手段は、気体が流通する通路を有するケースを備えており、前記ケースは、前記通路の一端側に連通するタンクポートと、前記通路の他端側に連通する大気ポートと、を有しており、前記通路は、蒸発燃料を吸着する吸着材が充填されかつ直列的に並ぶタンクポート側の第１層目と大気ポート側の第２層目とを有する、蒸発燃料処理装置であって、前記第１層目は、第２吸着層を間にして直列に並ぶ２つの第１吸着層を備えており、前記第１吸着層には第１吸着材が充填されており、前記第２吸着層には、前記第１吸着材による前記第１吸着層の通気抵抗よりも該第２吸着層の通気抵抗を大きくする第２吸着材が充填されている、蒸発燃料処理装置である。

第１の手段によると、タンクポート側の第１層目と大気ポート側の第２層目とを有する蒸発燃料処理装置において、第１層目の２つの第１吸着層の間の第２吸着層には、第１吸着材による第１吸着層の通気抵抗よりも第２吸着層の通気抵抗を大きくする第２吸着材が充填されている。したがって、吸着時において、第１層目の上流側の第１吸着層から流入した蒸発燃料が、第２吸着層を通過する際に、第２吸着層の通路断面全体に分散されやすい。このため、蒸発燃料が下流側の第１吸着層に均等に分配されることにより、下流側の第１吸着層における蒸発燃料の吸着性能を向上することができる。また、第２吸着層の第２吸着材によっても蒸発燃料が吸着されるため、第１層目における蒸発燃料の吸着量を増加することができる。よって、下流側の第１吸着層における蒸発燃料の吸着性能の向上と、第１層目における蒸発燃料の吸着量の増加と、の相乗効果により、第１層目全体における蒸発燃料の吸着性能を向上することができる。

第２の手段は、第１の手段の蒸発燃料処理装置であって、前記第１吸着材は造粒活性炭である、蒸発燃料処理装置である。

第２の手段によると、第１吸着材である造粒活性炭は破砕活性炭に比べて粒径が大きいため、第１吸着材による第１吸着層の通気抵抗を小さくすることができる。また、造粒活性炭には、一般的な蒸発燃料処理装置に用いられるものを利用することが可能である。なお、本明細書でいう「活性炭の粒径」とは、活性炭の体積換算値の平均粒子径を意味する。

第３の手段は、第１又は２の手段の蒸発燃料処理装置であって、前記第２吸着材は破砕活性炭である、蒸発燃料処理装置である。

第３の手段によると、第２吸着材である破砕活性炭は造粒活性炭に比べて粒径が小さいため、第２吸着材による第２吸着層の通気抵抗を大きくすることができる。また、破砕活性炭は、造粒活性炭と比べて吸着性能が低い。したがって、蒸発燃料の吸着による凝縮熱が低下されるため、第１層目の中心部の温度の上昇を抑制し、第１層目の蒸発燃料の吸着性能を向上することができる。また、破砕活性炭には、一般的な蒸発燃料処理装置に用いられるものを利用することが可能である。

第４の手段は、第１〜３のいずれか１つの手段の蒸発燃料処理装置であって、前記２つの第１吸着層のうちの一方の第１吸着層は前記タンクポートの直近に配置されている、蒸発燃料処理装置である。

第４の手段によると、タンクポートからの蒸発燃料ガスを一方の第１吸着層に速やかに導入させることができる。

第５の手段は、第４の手段の蒸発燃料処理装置であって、前記一方の第１吸着層と前記タンクポートとの間には空間層が設けられている、蒸発燃料処理装置である。

第５の手段によると、タンクポートから一方すなわち上流側の第１吸着層に導入される蒸発燃料ガスを、空間層において予備的に均質化することができる。

本明細書に開示の技術によると、タンクポート側の第１層目と大気ポート側の第２層目とを有する蒸発燃料処理装置において、第１層目全体における蒸発燃料の吸着性能を向上することができる。

一実施形態にかかる蒸発燃料処理装置を示す断面図である。

以下、本明細書に開示の技術を実施するための一実施形態について図面を用いて説明する。

（蒸発燃料処理装置の概要）
本実施形態では、自動車等の車両に搭載されるキャニスタとしての蒸発燃料処理装置について例示する。図１は蒸発燃料処理装置を示す断面図である。なお、蒸発燃料処理装置の搭載方向は限定されない。

図１に示すように、蒸発燃料処理装置１０は、略四角形箱状に形成された樹脂製のケース１２を備えている。ケース１２は、下面を開口しかつ上面を閉鎖する角筒状のケース本体１３と、ケース本体１３の下面開口部を閉鎖する略平板状の蓋部材１５と、を有する。ケース本体１３は、四角筒状の角筒部１３ａと、上面を閉鎖する端壁部１３ｂと、を有する。

ケース本体１３の内部は、隔壁部１３ｃにより図１において左側の主空間部１７と右側の副空間部１９とに二分されている。主空間部１７と副空間部１９とは、ケース本体１３と蓋部材１５との間に形成された連通空間部１８を介して連通されている。これにより、主空間部１７と連通空間部１８と副空間部１９とからなるＵ字状の通路２０が形成されている。通路２０を気体が流通する。

ケース本体１３の端壁部１３ｂには、主空間部１７の内外を連通するタンクポート２２及びパージポート２３がそれぞれ形成されている。タンクポート２２及びパージポート２３は、通路２０の一端側に連通されている。タンクポート２２は、燃料タンクの気層部に連通される。パージポート２３は、エンジンの吸気通路に連通される。また、端壁部１３ｂには、副空間部１９の内外を連通する大気ポート２４が形成されている。大気ポート２４は、通路２０の他端側に連通されている。大気ポート２４は大気に開放される。主空間部１７はタンクポート２２側の空間部であり、副空間部１９は大気ポート２４側の空間部である。

主空間部１７の上部には、タンクポート２２及びパージポート２３を覆うシート状のフィルタ３０が設けられている。主空間部１７の下端開口部には、例えば樹脂製の通気性を有する第１多孔板２６が設置されている。第１多孔板２６の上面には、第１多孔板２６を覆うシート状のフィルタ３１が積層状に配置されている。第１多孔板２６と蓋部材１５との間には、コイルバネからなる第１バネ部材２７が介装されている。第１バネ部材２７は第１多孔板２６を上方に付勢する。このようにして、主空間部１７にフィルタ３０とフィルタ３１とで仕切られた第１層目４１が設けられている。

フィルタ３０は、ケース本体１３の端壁部１３ｂに対して所定の間隔を隔てて配置されている。これにより、端壁部１３ｂとフィルタ３０との間に空間層４０が設けられている。

副空間部１９の上端部には、大気ポート２４を覆うシート状のフィルタ３２が設けられている。副空間部１９の下端開口部には、例えば樹脂製の通気性を有する第２多孔板２８が設置されている。第２多孔板２８の上面には、第２多孔板２８を覆うシート状のフィルタ３３が積層状に配置されている。第２多孔板２８と蓋部材１５との間には、コイルバネからなる第２バネ部材２９が介装されている。第２バネ部材２９は第２多孔板２８を上方に付勢する。このようにして、副空間部１９にフィルタ３２，３３で仕切られた第２層目４２が設けられている。タンクポート２２側の第１層目４１と大気ポート２４側の第２層目４２とは直列的に並んでいる。第１層目４１は大容量側の層であり、第２層目４２は小容量側の層である。

第１層目４１内は、２枚のフィルタ３４，３５により３層に仕切られている。フィルタ３２とフィルタ３４との間に上側吸着層４１ａが形成されている。上側吸着層４１ａは、空間層４０を介してタンクポート２２の直近に配置されている。フィルタ３４とフィルタ３５との間に中側吸着層４１ｂが形成されている。フィルタ３５とフィルタ３１との間に下側吸着層４１ｃが形成されている。上側吸着層４１ａと中側吸着層４１ｂと下側吸着層４１ｃとは直列的に並んでいる。上側吸着層４１ａは本明細書でいう「上流側の第１吸着層」、「一方の第１吸着層」に相当する。中側吸着層４１ｂは本明細書でいう「第２吸着層」に相当する。下側吸着層４１ｃは本明細書でいう「下流側の第１吸着層」に相当する。

第２層目４２内は、フィルタ３６により２層に仕切られている。フィルタ３２とフィルタ３６との間に上側吸着層４２ａが形成されている。フィルタ３６とフィルタ３３との間に下側吸着層４２ｂが形成されている。

第１層目４１の上側吸着層４１ａ、中側吸着層４１ｂ、下側吸着層４１ｃ、連通空間部１８、第２層目４２の下側吸着層４２ｂ及び上側吸着層４２ａは、吸着時の蒸発燃料を含む空気からなる蒸発燃料ガスの流れに対して直列に配置されている。つまり、吸着時は、タンクポート２２側が気体の流れの上流側となり、大気ポート２４側が気体の流れの下流側となる。なお、各フィルタ３１〜３６は、例えば樹脂製の不織布、発泡ウレタン等により形成されている。

第１層目４１の上側吸着層４１ａと下側吸着層４１ｃ、及び、第２層目４２の上側吸着層４２ａ及び下側吸着層４２ｂには、蒸発燃料を吸着及び脱離可能な第１吸着材５１が充填されている。第１吸着材５１には、粉末状の活性炭がバインダを用いて粒状に成形された活性炭いわゆる造粒活性炭が用いられている。

第１層目４１の中側吸着層４１ｂには、蒸発燃料を吸着及び脱離可能な第２吸着材５２が充填されている。第２吸着材５２には、破砕した活性炭いわゆる破砕活性炭が用いられている。第２吸着材５２である破砕活性炭は、第１吸着材５１である造粒活性炭と比べて粒径が小さい。例えば、第１吸着材５１の平均粒径を３〜７ｍｍとした場合、第２吸着材５１の平均粒径は２±０．５ｍｍに設定されている。

（蒸発燃料処理装置１０の作用）
＜吸着時＞
車両のエンジン（図示しない）が停止している状態等において、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を含む空気からなる蒸発燃料ガスは、タンクポート２２から空間層４０を介して第１層目４１に導入される。その蒸発燃料ガスが第１層目４１の上側吸着層４１ａ、中側吸着層４１ｂ及び下側吸着層４１ｃを流れるうちに蒸発燃料が各吸着材５１，５２に吸着される。

このとき、タンクポート２２から第１層目４１の上側吸着層４１ａに導入される蒸発燃料ガスが空間層４０において予備的に均質化される。また、第１層目４１において、中側吸着層４１ｂの第２吸着材５２である破砕活性炭は、上側吸着層４１ａ及び下側吸着層４１ｃの第１吸着材５１である造粒活性炭と比べて粒径が小さい。したがって、第１吸着材５１による上側吸着層４１ａ及び下側吸着層４１ｃの通気抵抗よりも第２吸着材５２による中側吸着層４１ｂの通気抵抗が大きい。このため、空間層４０からの蒸発燃料が、中側吸着層４１ｂを通過する際に、中側吸着層４１ｂの通路断面全体に分散されることにより、下側吸着層４１ｃに均等に分配される（図１中、矢印参照）。また、中側吸着層４１ｂの破砕活性炭は、上側吸着層４１ａ及び下側吸着層４１ｃの造粒活性炭と比べて吸着性能が低い。したがって、蒸発燃料の吸着による凝縮熱が低下されるため、第１層目４１の中心部の温度の上昇が抑制される。

そして、第１層目４１で吸着されなかった蒸発燃料を含む蒸発燃料ガスは、連通空間部１８を介して第２層目４２に導入される。その蒸発燃料ガスが第２層目４２の下側吸着層４２ｂ、上側吸着層４２ａを流れるうちに蒸発燃料が第１吸着材５１に吸着される。その後、ほとんど蒸発燃料を含まない空気が大気ポート２４から大気中へ放出される。

＜パージ時＞
エンジンの運転中にパージ処理を行う条件が満たされると、パージポート２３を介してエンジンの吸気負圧がケース１２内の通路２０に印加される。これに伴い、大気ポート２４から大気中の空気（気体）がパージエアとして第２層目４２に導入される。パージエアは、第２層目４２の上側吸着層４２ａ及び下側吸着層４２ｂの第１吸着材５１から蒸発燃料を脱離させる。そして、パージエアは、連通空間部１８を通り、第１層目４１の下側吸着層４１ｃ、中側吸着層４１ｂ、上側吸着層４１ａの各吸着材５１，５２から蒸発燃料を脱離させた後、空間層４０を介してパージポート２３からエンジンに送られ、エンジンで燃焼される。なお、パージ時は、大気ポート２４側が気体の流れの上流側となり、パージポート２３側が気体の流れの下流側となる。

（本実施形態の利点）
本実施形態によると、タンクポート２２側の第１層目４１と大気ポート２４側の第２層目４２とを有する蒸発燃料処理装置１０において、第１層目４１の上側吸着層４１ａと下側吸着層４１ｃとの間の中側吸着層４１ｂには、第１吸着材５１による上側吸着層４１ａ及び下側吸着層４１ｃの通気抵抗よりも中側吸着層４１ｂの通気抵抗を大きくする第２吸着材５２が充填されている。したがって、吸着時において、第１層目４１の上側吸着層４１ａから流入した蒸発燃料が、中側吸着層４１ｂを通過する際に、中側吸着層４１ｂの通路断面全体に分散されやすい。このため、蒸発燃料が下側吸着層４１ｃに均等に分配されることにより、下側吸着層４１ｃにおける蒸発燃料の吸着性能を向上することができる。また、中側吸着層４１ｂの第２吸着材５２によっても蒸発燃料が吸着されるため、第１層目４１における蒸発燃料の吸着量を増加することができる。よって、下側吸着層４１ｃにおける蒸発燃料の吸着性能の向上と、第１層目４１における蒸発燃料の吸着量の増加と、の相乗効果により、第１層目４１全体における蒸発燃料の吸着性能を向上することができる。

また、特許文献１によると、第１層目における蒸発燃料の吸着性能を向上するには、第１層目の容積の拡大により吸着材の収容量を増加する必要があり、ケースの大型化を招くことになるが、本実施形態によると、ケース１２の大型化を抑制し、車両等への搭載性を向上することができる。

また、第１層目４１における上側吸着層４１ａ及び下側吸着層４１ｃの第１吸着材５１は造粒活性炭である。したがって、造粒活性炭は破砕活性炭に比べて粒径が大きいため、第１吸着材５１による上側吸着層４１ａ及び下側吸着層４１ｃの通気抵抗を小さくすることができる。また、造粒活性炭には、一般的な蒸発燃料処理装置に用いられるものを利用することが可能である。

また、第１層目４１における中側吸着層４１ｂの第２吸着材５２は破砕活性炭である。したがって、破砕活性炭は造粒活性炭に比べて粒径が小さいため、第２吸着材５２による中側吸着層４１ｂの通気抵抗を大きくすることができる。また、破砕活性炭は、造粒活性炭と比べて吸着性能が低い。したがって、蒸発燃料の吸着による凝縮熱が低下されるため、第１層目４１の中心部の温度の上昇を抑制し、第１層目４１の蒸発燃料の吸着性能を向上することができる。また、破砕活性炭には、一般的な蒸発燃料処理装置に用いられるものを利用することが可能である。

上側吸着層４１ａはタンクポート２２の直近に配置されている。したがって、タンクポート２２からの蒸発燃料ガスを上側吸着層４１ａに速やかに導入させることができる。

また、第１層目４１の上側吸着層４１ａとタンクポート２２との間には空間層４０が設けられている。したがって、タンクポート２２から上側吸着層４１ａに導入される蒸発燃料ガスを、空間層４０において予備的に均質化することができる。

［他の実施形態］
本明細書に開示の技術は、前記した実施形態に限定されるものではなく、その他各種の形態で実施可能である。例えば、本明細書に開示の技術は、車両用の蒸発燃料処理装置に限らず、例えば船舶や産業用機械等の蒸発燃料処理装置に適用してもよい。また、通路２０の形状は、Ｕ字状に限らず、Ｉ字状でもよく、任意の形状に変更してもよい。また、蒸発燃料処理装置１０は、タンクポート２２と大気ポート２４とを有していればよく、タンクポート２２がパージポートを兼ねていてもよい。また、空間層４０は省略してもよい。また、第２層目４２の吸着層の構成、吸着材等は適宜変更してもよい。

１０ 蒸発燃料処理装置
２０ 通路
２２ タンクポート
２３ パージポート
２４ 大気ポート
４０ 空間層
４１ 第１層目
４１ａ 上側吸着層（上流側の第１吸着層、一方の第１吸着層）
４１ｂ 中側吸着層（第２吸着層）
４１ｃ 下側吸着層（下流側の第１吸着層）
４２ 第２層目
５１ 第１吸着材
５２ 第２吸着材

Claims (5)

1. 気体が流通する通路を有するケースを備えており、
   前記ケースは、前記通路の一端側に連通するタンクポートと、前記通路の他端側に連通する大気ポートと、を有しており、
   前記通路は、蒸発燃料を吸着する吸着材が充填されかつ直列的に並ぶタンクポート側の第１層目と大気ポート側の第２層目とを有する、蒸発燃料処理装置であって、
   前記第１層目は、第２吸着層を間にして直列に並ぶ２つの第１吸着層を備えており、
   前記第１吸着層には第１吸着材が充填されており、
   前記第２吸着層には、前記第１吸着材による前記第１吸着層の通気抵抗よりも該第２吸着層の通気抵抗を大きくする第２吸着材が充填されている、蒸発燃料処理装置。
2. 請求項１に記載の蒸発燃料処理装置であって、
   前記第１吸着材は造粒活性炭である、蒸発燃料処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の蒸発燃料処理装置であって、
   前記第２吸着材は破砕活性炭である、蒸発燃料処理装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の蒸発燃料処理装置であって、
   前記２つの第１吸着層のうちの一方の第１吸着層は前記タンクポートの直近に配置されている、蒸発燃料処理装置。
5. 請求項４に記載の蒸発燃料処理装置であって、
   前記一方の第１吸着層と前記タンクポートとの間には空間層が設けられている、蒸発燃料処理装置。

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