JP2870177B2 - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蒸発燃料処理装置に係り、特に吸着剤として
活性炭及び有機高分子を用いてなる蒸発燃料処理装置に
関する。

〔従来の技術〕

車両の燃料タンクに給油を行う際には、比較的多くの
燃料が蒸発する。また、自動車の走行時及び停止時のい
ずれの状態においても、燃料タンクや気化器フロート室
内の燃料の一部は蒸発する。そこで、これら蒸発燃料を
大気中に漏らさないようにするため、一般に燃料タンク
には吸着剤を充填した蒸発燃料処理装置（以下、キャニ
スタという）が連結されている。

この吸着剤として一般には活性炭が使用されるが、蒸
発燃料（ベーパ）のうち炭素原子数が６〜７以上の高沸
点成分は、蒸気圧が低いため、一度活性炭に吸着される
と脱離されにくいという性質を有しており、活性炭を徐
々に劣化させるという問題があった。

この問題に対処したキャニスタの一例としては、特開
平１−227861号公報に示されるものがある。同公報に示
されるキャニスタは、上部に有機高分子層が、またその
下部に活性炭層が配設された構造とされており、ベーパ
導管及びパージ導管は共に上部に配置された有機高分子
層に接続された構成となっていた。

ここで使用される有機高分子は、低沸点成分のベーパ
はそれ程吸収しないが、液状燃料や高沸点成分のベーパ
はよく吸収して膨潤する（体積が膨張する）という性質
を有している。

従って、このキャニスタでは、液状燃料や高沸点成分
のベーパを有機高分子層で吸収し、低沸点成分のベーパ
を活性炭層で吸着する構成となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した従来構成のキャニスタでは、ベーパ導管及び
パージ導管は共に有機高分子層に接続され、低沸点成分
のベーパは大部分が有機高分子層を通過して活性炭層へ
吸着され、逆にパージの際はパージ空気が活性炭層のベ
ーパを脱離したのち有機高分子層に吸着されていた燃料
成分を気化して脱離する（パージする）構成となってい
た。これはパージの際、有機高分子層から脱離した高沸
点成分のベーパが再び活性炭層に吸着されてしまうのを
防止するためである。しかしながら、この構成のキャニ
スタでは、有機高分子層に多量の液状燃料や高沸点成分
のベーパが吸収されると、有機高分子が膨潤して有機高
分子層内における通気抵抗が増大し、正常で効率的なパ
ージ作用が行われなくなるという課題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、パー
ジ性能を向上しうる蒸発燃料処理装置を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明では、 活性炭が充填されており、パージ時に大気導管よりパ
ージエアが導入される活性炭層と、 有機高分子よりなる吸収剤を充填してなる有機高分子
層と、 内燃機関に接続されたパージ導管とを具備してなる蒸
発燃料処理装置において、 上記有機高分子層の膨潤状態に応じて上記パージエア
の流れを切り換えるパージエア切替え手段を設け、 上記有機高分子層の膨潤時においてのみ、有機高分子
層に対して上記パージエアを導入する構成としたことを
特徴とするものである。

〔作用〕

上記構成とされた蒸発燃料処理装置では、有機高分子
層の膨潤状態によりパージエアの流れの切替えが行われ
る。即ち、有機高分子層がベーパ燃料を吸収し膨潤した
状態では、有機高分子層に対してパージエアが導入さ
れ、有機高分子層に吸収されているベーパはパージされ
る。

これにより、有機高分子層に燃料が吸収されていない
時は活性炭層のみをパージし、有機高分子層に燃料が吸
収されている時は活性炭層と有機高分子層を共にパージ
する構成となるため、効率良く蒸発燃料処理装置に吸収
された燃料をパージすることができると共に、有機高分
子層の吸収能力の低下を防止することができる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面と共に説明する。第
１図は本発明の第１実施例である蒸発燃料処理装置（キ
ャニスタ）１を示している。

図中、２はキャニスタ本体であり略円筒形状を有して
いる。このキャニスタ本体２は、その内部に配設された
多孔板３〜５により複数の層に画成されている。一番上
部に位置する層は通気室６であり、その上部には大気導
管25が形成されている。また、この通気室６の下部に形
成された層は活性炭層７であり、その内部には吸着作用
によりベーパを捕足する活性炭８が充填されている。ま
た、活性炭８が多孔板3,4と接する位置にはフィルタ9,1
0が介装されており、活性炭８が活性炭層７より外部へ
溢れ出ることを防止している。尚、多孔板3,4及びフィ
ルタ9,10は液状燃料及びベーパは通過させる構成となっ
ている。

上記活性炭層７の下部には空間層11が形成されてい
る。この空間層11は、多孔板4,5に挟まれた部分であ
る。この空間層11には吸収剤は充填されておらず、後述
するベーパ導管12、第１の分岐通路13が連通されると共
に、バルブ14の上部が位置している。

また、多孔板５の下部に位置するのは有機高分子層15
であり、内部に有機高分子化合物16が充填されている。
具体的な有機高分子化合物16としては、エチレンプロピ
レン系ポリマー，シリコン系ポリマー，アクリル系ポリ
マー等のゲル化物の小片の適用が好ましいが、有機高分
子化合物16はこれに限られるものではなく、低沸点成分
のベーパはそれ程吸収しないが、液状燃料や高沸点成分
のベーパは吸収して膨潤するという性質を有しているも
のであればよい。この有機高分子化合物16は、液状燃料
及び高沸点成分のベーパを吸収することによりこれらを
保持する。この際、有機高分子化合物16は膨潤し、その
体積を増大させる。尚、有機高分子化合物16が多孔板５
と接する部分にもフィルタ17が介装されている。

上記のように、ベーパを吸着するのに活性炭８と有機
高分子化合物16の２種類の材質を用いるのは、活性炭８
に液体状の燃料が接触すると、その吸着作用が著しく低
下することによる。また、活性炭８は炭素原子数が５〜
６以下である小さな分子の吸着効率が良好であり、また
有機高分子化合物16は炭素原子数が６〜７以上の大きな
分子の吸収効率が良好である。よって、上記２種類の材
質によりキャニスタ１を構成することにより、種々の性
質のベーパを効率良く捕捉することができる。

また、有機高分子層15の内部中央位置には、本発明の
要部の一つとなる切替え機構18が形成されている。この
切替え機構18の側面部にも多孔板19及びフィルタ20が配
設されており、よってこの多孔板19、フィルタ20を介し
てベーパは切替え機構18内に導入されうる構成となって
いる。

切替え機構18は、前記のバルブ14と板バネ21とにより
構成されている。板バネ21は、多孔板５に固定されてお
り、バルブ14はこの板バネ21の中央位置に固着されてい
る。この板バネ21は可撓することにより上下方向にバル
ブ14を移動させる。また板バネ14は、両端部が多孔板５
に固定されると共に、この固定位置からバルブ14の固着
位置までの所定範囲（図中、矢印Ａで示す範囲）をフィ
ルタ17と対向した構成とされている。更に、板バネ21に
は多数の小孔またはスリットが形成されており、通気抵
抗が小さくなるよう構成されている。

フィルタ17は、その下部に充填された有機高分子化合
物16が膨潤する圧力により、外形形状を変化する構成と
されている。有機高分子化合物16は有機高分子層15内に
おいて、上記矢印Ａで示す部分以外の部位では膨潤して
もその膨潤はキャニスタ本体２等により規制されるた
め、膨潤による体積変化は板バネ21と対向した部分に集
中し、フィルタ17を介して板バネ21を上動付勢する。

バルブ14は、板バネ21により下方向に向け付勢されて
おり、バルブ14の下端部14aは通常状態でキャニスタ本
体２の底部に形成された開口22を塞いでいる。開口22の
下部には空間室23が形成されており、この開口22には後
述する第２の分岐通路24が連通されている。また、バル
ブ14の上端部14bも弁として機能するよう構成されてお
り、この上端部14bと対向する上方位置に第１の分岐通
路13の開口部13aが開口するよう構成されている。

上記のように液状燃料等が吸収され有機高分子化合物
16が膨潤し板バネ21が上動付勢されるとバルブ14は上動
し、上端部14bは第１の分岐通路13の開口部13aと当接し
これを塞ぐ構成とされている。

一方、キャニスタ本体２には、前記したベーパ導管1
2,大気導管25、及びパージ導管26の３本の導管が接続さ
れている。

ベーパ導管12は外部端12aが燃料タンク（図示せず）
に接続されると共に、内部端12bが空気層11に連通され
ている。また、パージ導管26は外部端26aがエンジンの
吸気通路に穿設されたパージポート（図示せず）に接続
されると共に、キャニスタ側は分岐され第１及び第２の
分岐通路13,24を形成している。第１の分岐通路13の開
口部13aはバルブ14の上端部14bと対向する位置に、また
第２の分岐通路24は空間室23に開口していること、及び
大気導管25が活性炭層７の上部に連通されていることは
前記した通りである。更に、第１の分岐通路13の開口部
13aの近傍側部位置には、複数の小孔27が穿設されてい
る（これについては後述する）。

続いて上記構成とされたキャニスタ１の動作について
以下説明する。先ず、有機高分子層15のベーパ吸収量が
まだ少ない状態（以下、通常状態という）について説明
する。

通常状態においては、有機高分子層15のベーパ吸収量
が少ないため有機高分子化合物16はさほど膨潤してはい
ない。このため、有機高分子化合物16の膨潤による板バ
ネ21を上方向に付勢する力よりも、板バネ21がバルブ14
を下方向に付勢する力の方が大きく、よってバルブ14は
開口22を塞いだ状態となっている。

この状態において、燃料タンク等で気化した燃料がベ
ーパ導管12からベーパとして空間層11に導入されると、
ベーパの高沸点成分や一部液化したベーパは比重の関係
から有機高分子層15に吸収され、他のベーパは活性炭層
７に吸着される。また、ベーパ中に混じっていた空気は
活性炭層７を通過して大気導管25から外部に放出され
る。

一方、車両が走行状態にある時には、キャニスタ１に
吸着されたベーパはエンジンに供給され燃焼される。エ
ンジンの駆動状態では、パージ導管26にはエンジン負圧
が印加されている。また、前記のように通常状態では有
機高分子層15はさほどし膨潤していないため、バルブ14
は開口22を塞いでおり、よってパージ導管26は第１の分
岐通路13と連通されている。

よってこの通常状態においてエンジン負荷が印加され
ると、キャニスタ１はエンジン負圧により大気導管25か
ら大気（パージエア）を取り込み、このパージエアの流
れにより活性炭層７に吸着されたベーパは活性炭８から
脱離（パージ）され、パージされたベーパは空間層11,
第１の分岐通路13,パージ導管26を介してエンジンに吸
引され燃焼される。これにより、キャニスタ１に捕捉さ
れていた燃料は排出される。

上記の通常状態におけるパージは、バルブ14により第
２の分岐通路24が塞がれ、第１の分岐通路13が開口され
た状態で行われる。よって、パージ処理は活性炭層７の
みに対して行われる。このように、有機高分子層15のベ
ーパ吸収量の少ない通常状態において、活性炭層７のみ
パージする構成とすることにより、効率的に活性炭層７
のパージを行うことができる。

尚、上記のように通常状態では活性炭層７のみがパー
ジされ、有機高分子層15はパージされないが、キャニス
タ１に流入するベーパの内、液状燃料及び高沸点成分の
ベーパが占める割合はそれ程大きくない。よって通常状
態で有機高分子層15のパージを一時的に停止しても問題
はなく、却ってベーパに多く含まれる低沸点成分のベー
パを効率的にパージすることができる。

次に、有機高分子層15に液状燃料や高沸点ベーパが多
量に吸収され、有機高分子化合物16が膨潤した状態（以
下、膨潤状態という）について説明する。

膨潤状態では有機高分子層15が膨潤し、切替え機構18
により第１の分岐通路13は塞がれ、第２の分岐通路24が
開口された構成となる。この状態では、大気導管25から
導入されたパージエアは、活性炭層7,空間層11,有機高
分子層15,空間室23,第２の分岐通路24,パージ導管26を
介してエンジンに吸引され燃焼される。これにより、キ
ャニスタ１に捕捉されていた燃料は排出される。

また、前記のように第１の分岐通路13の開口部近傍に
は複数の小孔27が形成されている。この小孔27は、膨潤
状態において有機高分子層15から大量のベーパがパージ
された場合、活性炭層７を通過したパージエアの一部を
第１の分岐通路13に導入する機能を奏し、これにより上
記大量のベーパは希釈され円滑にキャニスタ１から排出
される。

このように有機高分子層15の膨潤状態に応じて、有機
高分子層15のベーパ吸収量が少ない時は活性炭層７のみ
をパージし、有機高分子層15のベーパ吸収量が多い時は
活性炭層７と有機高分子層15を共にパージするようパー
ジエアの切替えを行うことが可能となる。従って、少量
のパージエア量で活性炭層７及び有機高分子層15を効率
的にパージすることができる。また、少量のパージエア
量でパージを行うことが可能となるため、キャニスタ１
に接続される各配管や制御バルブ等の小型化を図ること
ができる。更に、エンジンに供給されるパージされた燃
料量が安定化するため、エンジンの空燃比制御性を向上
させることができる。

第２図は本発明の第２実施例であるキャニスタ30を示
す縦断面図である。尚、同図において第１図に示したキ
ャニスタ１の構成と同一構成については同一符号を付し
てその説明を省略する。

同図に示すキャニスタ30は、パージ導管31を、分岐さ
せることなく空間層11に開口させると共に、バイパス通
路32を活性炭素層７と空間室23との間に連通させたこと
を特徴とするものである。また、パージ導管31の開口位
置もバルブ14と対向しない位置に選定されている。

上記構成のキャニスタ30は、通常状態においては第１
実施例で説明したと同様な動作を行い、活性炭層７のみ
がパージされる。しかるに膨潤状態となり、有機高分子
層15に膨潤が生じバルブ14が上動変位すると、有機高分
子層15には大気導管25,活性炭層7,バイパス通路32,空間
室23を介してパージエアが導入される。同図に示される
ように、バイパス通路32が活性炭層７に連通した位置は
多孔板３より図中矢印ａで示す寸法だけ下方の位置であ
る。

これに対して、活性炭層７をパージするパージエアは
通気抵抗の比較的大きな活性炭層７内を図中矢印ｂで示
す寸法だけ進行することになる。よって、バイパス通路
32の方が通気抵抗が小さくなるため、大気導管25よりキ
ャニスタ本体２内に導入されるパージエアの一部はバイ
パス通路32に進入し、有機高分子層15をその下方よりパ
ージする。

上記構成とされたキャニスタ１では、有機高分子層15
をパージするパージエアが活性炭層７を殆ど通過してい
ない（矢印ａの範囲のみ通過している）ため、有機高分
子層15は新鮮なパージエアでパージされることになる。
よって、この構成とすることにより有機高分子層15のパ
ージ効率を向上させることができる。

第３図は上記した第１実施例及び第２実施例の変形例
であるキャニスタ40を示している。このキャニスタ40
は、切替え機構41に特徴を有するものであり、他の構成
は第２実施例で述べた構成と同一構成とされている。よ
って、切替え機構41についてのみ説明する。

切替え機構41は、板バネ42を有機高分子層15の下部に
配設すると共に、バルブ43を空間室23に配設したことを
特徴とするものである。バルブ43はバネ44により上動付
勢されており、キャニスタ本体２の下部に形成された開
口45を塞いでいる。また、板バネ42の中央位置には押さ
えピン46が固定されている。この押さえピン46は開口45
内を下方に向け貫通するように延出しており、通常状態
においてその先端部がバルブ43から若干量離間するよう
構成されている。上記構成のキャニスタ40において、有
機高分子層15が膨潤すると、板バネ42は下方へ変位し、
これに伴い押さえピン46も下動し、バネ44の弾性力に抗
してバルブ43を下動させる。これにより、バルブ43は開
口45から離間し、バイパス通路32と有機高分子層15は連
通され、パージ処理が行われる。上記構成とされた切替
え機構41では、有機高分子層15が膨潤する方向が重力方
向であるため、パージのレスポンスを良好とすることが
できる。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明によれば、有機高分子層及び活性炭
層のパージを効率的に行うことができる等の特長を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例である蒸発燃料処理装置
（キャニスタ）の縦断面図、第２図は本発明の第２実施
例である蒸発燃料処理装置の変形例を示す縦断面図、第
３図は第１及び第２の実施例の変形例を説明するための
図である。 1,30,40……キャニスタ、２……キャニスタ本体、７…
…活性炭層、８……活性炭、11……空間層、12……ベー
パ導管、13……第１の分岐通路、14,43……バルブ、15
……有機高分子層、16……有機高分子化合物、18,41…
…切替え機構、21,42……板バネ、24……第２の分岐通
路、25……大気導管、26,31……パージ導管、27……小
孔、32……バイパス通路、46……押さえピン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 隆 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 平４−121451（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−130753（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−6869（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02M 25/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活性炭が充填されており、パージ時に大気
   導管よりパージエアが導入される活性炭層と、 有機高分子よりなる吸収剤を充填してなる有機高分子層
   と、 内燃機関に接続されたパージ導管とを具備してなる蒸発
   燃料処理装置において、 該有機高分子層の膨潤状態に応じて該パージエアの流れ
   を切り換えるパージエア切替え手段を設け、 上記有機高分子層の膨潤時においてのみ、有機高分子層
   に対して上記パージエアを導入する構成としたことを特
   徴とする蒸発燃料処理装置。