JP2021167592A - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発燃料処理装置の大型化を抑えつつ、最も大気側の吸着層からの拡散による燃料蒸気の吹き抜けを効果的に抑制する。【解決手段】蒸発燃料処理装置１２であって、蒸発燃料を捕捉するために直列に配置された複数の吸着層３０ａ〜３０ｄと、燃料タンクに連通するタンクポート１８と、エンジンに連通するパージポート２８と、大気に開放される大気ポート２０と、最も大気側の吸着層３０ｄの大気側の端に空間を介すことなく隣接配置された絞り板５０とを備えており、前記絞り板５０は複数の孔５２を有し、前記絞り板の前記孔５２の総面積は前記大気ポート２０の通路の断面積よりも小さい。【選択図】図１

Description

本技術は蒸発燃料処理装置に関するものである。

一般に、燃料タンクを搭載した自動車には、駐車中や給油中に燃料タンクから流出する蒸発燃料を大気中に放出させないよう捕捉するためのキャニスタを備えている。特開２０１６−０６５４６３号公報には複数の吸着層を備えたキャニスタの一例が記載されている。

特開２０１６−０６５４６３号公報

上記公報のキャニスタは、パージ動作時における吸着層からの燃料の脱離を促進するため、大気ポートから取り込まれた空気を加熱するための加熱装置を備えている。加熱装置は発熱体と複数の放熱板とを備えているが、そのうちの１つの放熱板はその一部が折り曲げられることによって拡散抑制板を形成している。この拡散抑制板は多数の孔を有しており、大気ポートから発熱体に向かうパージ空気の流れを整流するとともに、非パージ時に吸着層を通り抜けた蒸発燃料が大気ポートに向かって拡散するのを抑えている。

しかし、拡散抑制板と吸着層との間に加熱装置があり、しかも加熱装置は拡散抑制板と吸着層に対して隙間を有する。本発明者は、このように拡散抑制板と吸着層との間に空間が存在する場合、駐車中のように自発的な拡散による低流量の流れしか存在しない状況における拡散抑制の効果が薄れることを見出した。また、このような状況における拡散抑制に着目した場合、加熱装置やその前後の空間が存在するとキャニスタが大型化する。したがって、以上の問題点の少なくとも一つを解決することが望まれる。

本技術のひとつの態様は、蒸発燃料処理装置であって、蒸発燃料を捕捉するために直列に配置された複数の吸着層と、燃料タンクに連通するタンクポートと、エンジンに連通するパージポートと、大気に開放される大気ポートと、最も大気側の吸着層の大気側の端に空間を介すことなく隣接配置された絞り板とを備えており、絞り板は複数の孔を有し、絞り板の孔の総面積は大気ポートの通路の断面積よりも小さい。これにより、装置の大型化を抑えつつ、最も大気側の吸着層からの拡散による燃料蒸気の吹き抜けを効果的に抑制することができる。

実施形態によっては、前記絞り板の各孔は孔の軸方向に見て前記絞り板の両面に開口する各端部とその間の中間部とを有し、前記中間部から前記各端部に向けて拡がっている。これにより絞り板による通気抵抗を緩和することができる。

実施形態によっては、前記孔の直径は３ｍｍ以下である。これにより大気への燃料蒸気の吹き抜けを効果的に減少させることができる。

一つの実施形態としてのキャニスタの断面図である。 一つの実施形態としての絞り板の斜視図である。 別の実施形態としての絞り板の斜視図である。 絞り板の孔の形状による流れの違いを説明する図である。 解析に用いたキャニスタのモデルと、絞り板の位置を説明する図である。 絞り板を図５の位置ｃと位置ｄに配置した場合の拡散量のグラフである。 試験に用いた単層キャニスタの断面図である。 従来の押さえ板を示す斜視図である。 別の実施形態としての絞り板の斜視図である。 孔の直径の違いによるブタンの吹き抜け量の変化を示すグラフである。

以下、本技術の各種実施形態について図面を参照しながら説明する。なお以下の実施形態のうち類似する部分については類似の符号を付して説明の繰り返しを避ける。

〔キャニスタ〕
図１は、自動車などの車両に搭載され、燃料タンク１０で発生した余剰な蒸発燃料を処理するキャニスタ１２を示す。キャニスタ１２のケース１４には、通路１６を介して燃料タンク１０に連通するタンクポート１８と、大気に開放される大気ポート２０とが設けられる。キャニスタ１２のケース１４にはさらに、パージ通路２２を介してエンジン２４の吸気管２６に連通するパージポート２８が設けられる。キャニスタ１２のケース１４の内部には、ケース１４の中に活性炭など粒状の吸着材の集合体からなる少なくとも一つの吸着層３０ａ〜３０ｄが配置される。例えば、タンクポートから大気ポートまでの流路に沿って第一から第四の吸着層３０ａ〜３０ｄが直列に配置される。この場合、第四吸着層３０ｄは最も大気側にある吸着層であり、以下では最終吸着層と呼ぶこともある。

図１に示すように、キャニスタ１２のケース１４は、例えば、ケース本体３２と、ケース本体３２の開口を塞ぐ閉塞部材３４とで構成される。ケース１４の内部はケース本体３２に形成された隔壁３６によりタンク側と大気側の大きく二つの収容室に仕切られ、略Ｕ字状の流路が形成される。例えば、第一吸着層３０ａはタンク側の収容室に、第二吸着層３０ｂと第三吸着層３０ｃは大気側の収容室に配置される。ケース１４には第四吸着層３０ｄのための独立した収容室を設けることができる。ケース１４にはタンクポート１８とパージポート２８の直接の連通を防ぐ緩衝壁３８が形成される。以上および図１で説明したケース１４と吸着層３０ａ〜３０ｄの構成はあくまで特定の実施形態に過ぎず、図示しないが別の実施形態として吸着層の数や配置は様々に変更できる。

図１に示すように、各吸着層３０ａ〜３０ｄの端面には、通常、粒状の吸着材を保持するためのフィルタ４０ａ〜４０ｉが配置される。フィルタ４０ａ〜４０ｉは例えば不織布や発泡ウレタンなどの多孔質素材からなる通気性を有するシートである。フィルタ４０ｃ、４０ｄ、４０ｈの外側には押さえ板４２ｃ、４２ｄ、４２ｈが配置される。押さえ板４２ｃ、４２ｄ、４２ｈは、例えば図８に示す構造のものなど、通気を妨げないよう粗い通気穴を有する板あるいはフレームである。押さえ板４２ｃ、４２ｄと閉塞部材３４との間にはスプリング４４ｃ、４４ｄが介装され、このスプリング４４ｃ、４４ｄで押さえ板４２ｃ、４２ｄを吸着層３０ａ〜３０ｃに対して押さえ付けることにより吸着層３０ａ〜３０ｃの経時的な嵩の変化を吸収する。図の実施形態におけるフィルタ４０ａ、４０ｂ、４０ｇなど、フィルタのみで吸着材を保持できる場合は押さえ板４２を省略できる。逆に、図示しない別の実施形態として、吸着材が押さえ板を通り抜けるおそれがない場合はフィルタを省略することもできる。

駐車時や給油時に燃料タンク１０から蒸発燃料がタンクポート１８を通してキャニスタ１２に流入すると、蒸発燃料は吸着層３０ａ〜３０ｄによって吸着される。エンジン２４の動作時には、吸気管２６の負圧によって大気ポート２０から空気がキャニスタ１２に引き込まれることにより、吸着層３０ａ〜３０ｄに吸着されていた燃料が脱離して（パージされて）、パージポート２８から排出される。このパージ動作はパージ通路２２に設けられたパージ制御弁４６により適宜制御される。

〔絞り板〕
図１に示すように、最終吸着層（図１の実施例では第四吸着層３０）の大気側の端には複数の孔５２を有する絞り板５０が隣接して配置される。より具体的に言えば、絞り板５０は最終吸着層３０ｄとの間に空間を介さないように配置される。前述の通り最終吸着層３０ｄの端面にフィルタ４０ｉを配置することはできるが、その場合もやはり絞り板５０とフィルタ４０の間に空間を設けないようにする。絞り板５０は樹脂製が好ましいが、他の材料とすることも可能である。図２、図３には具体的な実施形態としての絞り板５０Ａ、５０Ｂを示す。

絞り板５０Ａ、５０Ｂの孔５２の総面積は、大気ポート２０の内部通路の断面積以下とする。このような絞り板５０Ａ、５０Ｂが存在すると、濃度勾配に起因する自発的な拡散による流れしか存在しない場合など、低流量時には流路に対して絞り効果が生じる。したがって、燃料蒸気が最終吸着層３０ｄから大気ポートに向けて拡散するのを遅延させることが可能となる。つまりは、絞り板５０Ａ、５０Ｂによりパージ（脱離）停止中に燃料蒸気が大気へ拡散するのを抑制することが可能となり、一般にＤＢＬ（Diurnal Breathing Loss）と呼ばれる駐車中の温度変化による燃料蒸気の放出を低減することが可能となる。

孔５２の直径は３ｍｍ以下とすることができる。孔５２が非円形の形状である場合にはその形状と等価な円の直径を用いることができる。この範囲の直径とすることで、大気への燃料蒸気の吹き抜けを効果的に減少させることができる。孔５２の直径は全て同一とすることができる。孔５２の個数は、例えば、上記の孔５２の総面積や直径に関する条件を満たす範囲で、流路全体の通気抵抗を考慮して決定することができる。

図２、図３に示すように、孔５２は絞り板５０Ａ、５０Ｂにできるかぎり均一に分散配置することが好ましい。このように均一な配置とすれば、大気からキャニスタ１２に空気（パージエア）が引き込まれる際、隣接する最終吸着層３０ｄを通過する空気が整流されることにより、最終吸着層３０ｄの脱離を断面全体にわたって均一化することができる。

図４に示すように、孔５２は、孔５２の軸方向に見て、中間部５４から絞り板５０Ｄの両面に開口する各端部５６に向けて拡がるような形状とするのが好ましい。図４の左側に示すように、絞り板５０Ｃの孔の断面形状が両端部の間で一定（例えば円柱形状）である場合、孔を通過する気体は孔の中心軸の近くに集中して流れる傾向にある。したがって、孔の壁面付近はデッドゾーンとなり、孔の有効径Ｄ２は実際の直径Ｄ１よりもかなり小さくなる。一方、図４の右側に示すように絞り板５０Ｄの孔５２が中間部５４から各端部５６に向かって拡がっていると、壁面に沿った流れが生じやすいため、有効径を孔５２の実際の（中間部５４における）直径Ｄ１に近づけることができる。したがって、特にパージ動作時のパージ空気や給油時の余剰燃料蒸気など、高流量の流れに対する絞り板５０Ｄの通気抵抗を緩和することが可能となる。

〔試験１−絞り板の位置〕
吸着層に対する絞り板の位置による吹き抜け量の変化を調べるコンピュータ解析（ＣＡＥ）を行った。図５に示すように、全長１４０ｍｍ、断面積８６ｍｍ²の通路に、２つの吸着層６０、６２と検出用のトラップ層６４を直列に配置したキャニスタのモデルを作成した。通路には、直径１９．７ｍｍの孔６８を中央に一つだけ有する絞り板６６を配置した。絞り板６６の位置は４つの異なる位置ａ〜ｄを選択した。位置ａは最初の吸着層６０の大気側の端、位置ｂ、ｃはそれぞれ最終吸着層６２のタンク側と大気側の端、位置ｄはトラップ層の直前である。タンク側に初期濃度を与え、１２時間、２４時間（１日間）、４８時間（２日間）のソーク（拡散）をシミュレーションし、トラップ層で回収される濃度を計算した。ソークは放置を意味するが、その間ケース内の濃度分布は拡散により変化する。図中に重ねて描かれた太線は濃度分布の例を表すグラフである。

実験結果によれば、いずれのソーク時間でも、位置ｃに絞り板６６を配置したときにトラップ層への拡散量が最も小さくなった。図６に示すように、４８時間後では、位置ｄと位置ｃのいずれの場合も拡散量は規制値である２０ｍｇを下回った。位置ｃの拡散量は位置ｄの拡散量より小さかったが、この差はソーク時間が長く経つにつれてさらに拡大すると考えられる。位置ａ、ｂの場合、４８時間後で３００ｍｇ以上となり、規制値である２０ｍｇを大幅に超える結果となった。この結果から、最終吸着層の大気側の端に空間を介さず絞り板６６が存在することで最終吸着層の中での拡散が抑えられることが判明した。位置ｄに配置した場合、絞り板６６が最終吸着層との間に空間を有するため、その空間への濃度拡散が生じやすいものと考えられる。

絞り板６６を二つ以上の位置に配置した場合も試験した。位置ｃを含む２つの位置に絞り板６６を配置し、全体の通気抵抗が同じとなるように孔の直径を２３．２ｍｍとすると、位置ｃに単独で配置した場合よりも拡散量が大きくなった。さらに、位置ａ〜ｃのすべてに絞り板６６を配置し、全体の通気抵抗が同じとなるように孔の直径を２７．１ｍｍとした場合も拡散が増加した。この結果から、流路全体の通気抵抗を一定とした場合、大径の孔を有する絞り板６６を複数用いたときよりも、最終吸着層の大気側の端に小径の孔を有する絞り板６６を一つだけ配置したときのほうが拡散を抑えられることが判明した。

〔試験２−絞り板の孔の直径〕
孔の総面積を一定にして直径を変えた複数の絞り板を実際に作成し、図７に示す単層の吸着層７０を有するキャニスタの大気側の絞り板５０として用い、性能を試験した。すなわち、直径が小さいものは孔５２の数を多くした。具体的には、図２、図３、図９に示した３種類の絞り板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを用いた。絞り板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの孔５２の直径はそれぞれ３ｍｍ、２ｍｍ、１１ｍｍである。孔の総面積を一定（いずれも約９４ｍｍ²）とするため、絞り板５０Ａ、５０Ｂの孔の個数はそれぞれ１３個、３０個とした。いずれの場合も吸着層７０のタンク側には図８に示した従来の押さえ板４２を配置したが、比較のために同じ押さえ板４２を大気側の絞り板５０としても用いた。押さえ板４２の空隙の総面積は９６２ｍｍ²であり、これは直径３２．７ｍｍの円形の孔が１個開いていることに相当する。試験手順は実際の規制で採用されている試験方法にならって策定した。まず、ブタン・窒素の５０％混合気体をブタン４０ｇ／ｈの流量で２ｇ破過（吹き抜け）するまで吸着させた後、１時間ソークさせた。次に、２５０Ｌの乾燥空気を２２．７Ｌ／ｍｉｎの流量で流してパージした後、再び１時間ソークさせた。その後、窒素１Ｌを０．１Ｌ／ｍｉｎを流入させることによりブタンを脱離させ、終了時の排出気体中のブタン濃度を測定した。図１０に示すように、絞り板５０Ａのように直径を３ｍｍに減らすと吹き抜け量が２５％程度減少し（グラフの縦軸の下端は０でない）、絞り板５０Ｂのようにそれ以上直径を小さくしても横ばいになるという結果が得られた。

以上、具体的な実施形態を説明したが、これらの実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば本技術の目的を逸脱することなく様々な置換、改良、変更を施すことが可能である。

１０ 燃料タンク
１２ キャニスタ
１４ ケース
１６ 通路
１８ タンクポート
２０ 大気ポート
２２ パージ通路
２４ エンジン
２６ 吸気管
２８ パージポート
３０ａ〜３０ｄ 吸着層
３２ ケース本体
３４ 閉塞部材
３６ 隔壁
３８ 緩衝壁
４０ａ〜４０ｉ フィルタ
４２、４２ｃ、４２ｄ、４２ｈ 押さえ板
４４ｃ、４４ｄ スプリング
４６ パージ制御弁
５０、５０Ａ〜５０Ｄ 絞り板
５２ 孔
５４ 中間部
５６ 端部
６０、６２ 吸着層
６４ トラップ層
６６ 絞り板
６８ 孔
７０ 吸着層

Claims (3)

1. 蒸発燃料処理装置であって、
   蒸発燃料を捕捉するために直列に配置された複数の吸着層と、
   燃料タンクに連通するタンクポートと、
   エンジンに連通するパージポートと、
   大気に開放される大気ポートと、
   最も大気側の吸着層の大気側の端に空間を介すことなく隣接配置された絞り板とを備えており、
   前記絞り板は複数の孔を有し、
   前記絞り板の前記孔の総面積は前記大気ポートの通路の断面積よりも小さい蒸発燃料処理装置。
2. 請求項１の蒸発燃料処理装置であって、前記絞り板の各孔はその孔の軸方向に見て前記絞り板の両面に開口する各端部とその間の中間部とを有し、前記中間部から前記各端部に向けて拡がっている蒸発燃料処理装置。
3. 請求項１または２の蒸発燃料処理装置であって、前記孔の直径は３ｍｍ以下である蒸発燃料処理装置。

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