JP4357945B2 - 吸気系の蒸発燃料吸着装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの吸気系の蒸発燃料吸着装置に関する。

近年、車両停止時に車両から放出されるＨＣ（炭化水素）に関する規制の強化により、車両停止時にエンジン内に残留していた燃料やインジェクタから洩れた燃料が気化し、吸入通路から漏れてくることが問題となっている。
この吸気系からのＨＣの漏れを抑制するために、特開２００３−１９３９１７号公報は、エアクリーナフィルタの下流側に蒸発燃料吸着用活性炭を設けた蒸発燃料吸着装置を提案している。
特開２００３−１９３９１７号公報

しかし、従来の蒸発燃料吸着装置には、大気中に含まれるＣ数大のＨＣ成分がエンジン側活性炭層に到達した場合には、本来の蒸発燃料吸着作用が低下してしまう可能性があるという課題がある。

本発明の目的は、大気中に含まれるＣ数大のＨＣ成分がエンジン側活性炭層にも吸着されても、本来の蒸発燃料吸着作用が低下しにくい吸気系の蒸発燃料吸着装置を提供することにある。

上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明はつぎの通りである。
（１）吸気系のエアクリーナ内のエアフィルタ下流側に蒸発燃料吸着用活性炭層を設け、該蒸発燃料吸着用活性炭層の活性炭の粒径と細孔径の少なくとも一方を吸気系の吸気流れ方向に変化させた吸気系の蒸発燃料吸着装置であって、前記活性炭の吸気流れ方向大気側の細孔径を吸気流れ方向エンジン側の細孔径より大きくし、かつ、前記活性炭の吸気流れ方向大気側の粒径を吸気流れ方向エンジン側の粒径より小さくした吸気系の蒸発燃料吸着装置。
（２）前記蒸発燃料吸着用活性炭層が、第１の不織布に複数の凹部を形成して該凹部に前記活性炭を配置し、前記第１の不織布に前記凹部が開口している面側から第２の不織布を貼り合わせて構成されている（１）記載の吸気系の蒸発燃料吸着装置。
（３）前記蒸発燃料吸着用活性炭層が、活性炭を複合させた不織布から構成されている（１）記載の吸気系の蒸発燃料吸着装置。
（４）前記蒸発燃料吸着用活性炭層が、活性炭を縫い込んだ不織布から構成されている（１）記載の吸気系の蒸発燃料吸着装置。

上記（１）の吸気系の蒸発燃料吸着装置によれば、活性炭の粒径と細孔径の少なくとも一方を吸気系の吸気流れ方向に変化させたので、粒径の変化による通気性の変化と、細孔径の変化による分子量の異なるＨＣ成分の吸着度合いの変化を、蒸発燃料吸着の点から最適に組み合わせることが可能になり、そして最適に組み合わせることにより、大気側からの吸気に含まれるＣ数大のＨＣ成分が活性炭層に吸着されても、エンジン側からの漂ってくるＣ数小のＨＣ成分を吸着する能力が十分に残るようにすることが可能になる。
また、活性炭の大気側の細孔径をエンジン側の細孔径より大きくしたので、大気側からの吸気に含まれるＣ数大のＨＣ成分は、その大部分が、大気側の細孔径大の活性炭の層で選択的に吸着され、エンジン側の細孔径小の活性炭の層にほとんど到らず、エンジン側の細孔径小の活性炭層はＣ数大のＨＣ成分によって劣化されにくい（ここで、「劣化」とは、細孔径小の細孔がＣ数大のＨＣ成分によって孔を塞がれてしまってエンジン側からの漂ってくるＣ数小のＨＣ成分を吸着しにくくなることを劣化という）。
また、活性炭の大気側の粒径をエンジン側の粒径より小さくしたので、大気側の粒径小の活性炭の粒間の隙間を素通りしてエンジン側の粒径大の活性炭の層に至る、大気側からの吸気に含まれるＣ数大のＨＣ成分の量が少なくなり、Ｃ数大のＨＣ成分の大部分が大気側の粒径小の活性炭に吸着されるようになり、エンジン側の粒径大の活性炭層はＣ数大のＨＣ成分によって劣化されにくい。
上記（２）の吸気系の蒸発燃料吸着装置によれば、活性炭層が、不織布に複数の凹部を形成して該凹部に活性炭を配置し、もう一つの不織布を貼り合わせて構成されているので、所定の活性炭を不織布の所定の部位に保持させることができるので、容易に上記（１）の構成を得ることができる。
上記（３）の吸気系の蒸発燃料吸着装置によれば、活性炭層が、活性炭を複合させた不織布から構成されているので、所定の活性炭を不織布の所定の部位に保持させることができるので、容易に上記（１）の構成を得ることができる。
上記（４）の吸気系の蒸発燃料吸着装置によれば、活性炭層が、活性炭を縫い込んだ不織布から構成されているので、所定の活性炭を不織布の所定の部位に保持させることができるので、容易に上記（１）の構成を得ることができる。

以下に、本発明の吸気系の蒸発燃料吸着装置を図１〜図８を参照して説明する。
本発明の吸気系の蒸発燃料吸着装置は、図３に示すように、エンジン１の吸気系に蒸発燃料吸着用活性炭層９を設けた吸気系の蒸発燃料吸着装置である。
エンジン１の運転中にインジェクタ２から噴射された燃料（ガソリン）は吸気ポート３を通って燃焼室内に流入する。その際、吸気ポート３や吸気バルブ４、ピストン５にはガソリンが付着する。その状態でエンジンを停止すると、やがて吸気系に付着したＨＣ（炭化水素）成分はスロットルバルブ６の隙間を通ってエアクリーナ７方向に逆流してくる。エアクリーナ７は、吸入空気を濾過する働きをもつエアフィルタ８、蒸発燃料を捕捉する蒸発燃料吸着用活性炭層９を備えている。蒸発燃料吸着用活性炭層９は、ごみ等の付着を防ぐために、エアクリーナ７内のエアフィルタ８の下流側に設けられる。エアクリーナ７は、吸気管１０および吸気口１１の間に接続されている。

本発明の吸気系の蒸発燃料吸着用活性炭層９は、図１に示すように、多数の粒状（粒子状）の活性炭２０の層からなる。活性炭層９では、活性炭２０の粒径（粒のサイズ）と細孔径（細孔２５の入口径）の少なくとも一方が吸気系の吸気流れ方向（活性炭層９の厚み方向と同じ）に変化させてある。活性炭層９は、たとえば、大気側層９ａとエンジン側層９ｂを有し、大気側層９ａとエンジン側層９ｂとで、活性炭２０の粒径と細孔径の少なくとも一方を変えてある。
その態様としては、
（ｉ）活性炭２０の吸気流れ方向大気側の細孔径（平均細孔径）を吸気流れ方向エンジン側の細孔径（平均細孔径）より大きくした場合、
（ii）活性炭２０の吸気流れ方向大気側の粒径（平均粒径）を吸気流れ方向エンジン側の粒径（平均粒径）より小さくした場合、
（iii ）活性炭２０の吸気流れ方向大気側の細孔径（平均細孔径）を吸気流れ方向エンジン側の細孔径（平均細孔径）より大きくし、かつ、活性炭２０の吸気流れ方向大気側の粒径（平均粒径）を吸気流れ方向エンジン側の粒径（平均粒径）より小さくした場合（図１）、
の３通りがある。
すなわち、
（ｉ）大気側層９ａの活性炭２０ａの細孔径がエンジン側層９ｂの活性炭２０ｂの細孔径より大の場合、
（ii）大気側層９ａの活性炭２０ａの粒径がエンジン側層９ｂの活性炭２０ｂの粒径より小、 （iii ）大気側層９ａの活性炭２０ａの細孔径がエンジン側層９ｂの活性炭２０ｂの細孔径より大、かつ、大気側層９ａの活性炭２０ａの粒径がエンジン側層９ｂの活性炭２０ｂより小、
の３通りといってもよい。

活性炭２０の粒径と細孔径の少なくとも一方を変えることによる作用、効果は、つぎの通りである。
たとえば、上記（iii ）の場合（図１の場合）、大気側層９ａの活性炭２０ａは粒径が小さいため、活性炭粒間の隙間が小さく、そのため、大気側からの多量の吸気エアに対して、その中に含まれる極微量のＨＣ成分（前を車の排気ガスに含まれる炭化水素など）が活性炭粒間の隙間を素通りしにくく、大気側層９ａの活性炭粒に吸着されやすい。上記（ii）でも同じことがいえる。
また、上記（iii ）の場合（図１の場合）、大気側層９ａの活性炭２０ａは細孔径を大きくしてあるので、大気側からのエアのうちＨＣ成分の中のＣ数大（たとえば、Ｃ数が８を越えるもの）の成分を確実に細孔径内で捕捉することができる。それにより、エンジン側層９ｂの活性炭（細孔径小）には、Ｃ数大の成分が到達せず（Ｃ数大の成分が到達すると細孔径小の活性炭の細孔は孔出口がＣ数大のＨＣ分子で閉塞されて細孔がＨＣ成分吸着に有効に作用しなくなり、劣化状態となる）、エンジン側層９ｂの活性炭の劣化は小さい。これにより、エンジン側層９ｂの活性炭２０ｂでは、全面にわたってＣ数大のＨＣ成分による劣化のない層を維持することができる。上記（ｉ）でも同じことがいえる。
これに対し、図２に示した比較例の蒸発燃料吸着材３０（層厚全体にわたって活性炭の平均粒径が同じで、かつ、細孔径が同じもの）では、活性炭粒子の粒径は均一で全体にまんべんなくＣ数大のＨＣ成分が残存してしまうので、全面にわたり平均的に劣化が生じてしまい、結果的に大きな劣化を生じてしまう。

活性炭２０の粒径と細孔径の少なくとも一方を変えることによる作用、効果は、つぎの通りである。
たとえば、上記（iii ）の場合（図１の場合）、大気側層９ａの活性炭２０ａは粒径が小さいため、活性炭粒間の隙間が小さく、そのため、大気側からの多量の吸気エアに対して、その中に含まれる極微量のＨＣ成分（前を走る車の排気ガスに含まれる炭化水素など）が活性炭粒間の隙間を素通りしにくく、大気側層９ａの活性炭粒に吸着されやすい。上記（ii）でも同じことがいえる。
また、上記（iii ）の場合（図１の場合）、大気側層９ａの活性炭２０ａは細孔径を大きくしてあるので、大気側からのエアのうちＨＣ成分の中のＣ数大（たとえば、Ｃ数が８を越えるもの）の成分を確実に細孔径内で捕捉することができる。それにより、エンジン側層９ｂの活性炭（細孔径小）には、Ｃ数大の成分が到達せず（Ｃ数大の成分が到達すると細孔径小の活性炭の細孔は孔出口がＣ数大のＨＣ分子で閉塞されて細孔がＨＣ成分吸着に有効に作用しなくなり、劣化状態となる）、エンジン側層９ｂの活性炭の劣化は小さい。これにより、エンジン側層９ｂの活性炭２０ｂでは、全面にわたってＣ数大のＨＣ成分による劣化のない層を維持することができる。上記（ｉ）でも同じことがいえる。
これに対し、図２に示した比較例の蒸発燃料吸着材３０（層厚全体にわたって活性炭の平均粒径が同じで、かつ、細孔径が同じもの）では、活性炭粒子の粒径は均一で全体にまんべんなくＣ数大のＨＣ成分が残存してしまうので、全面にわたり平均的に劣化が生じてしまい、結果的に大きな劣化を生じてしまう。

図４〜図８は、活性炭層９を２層以上に形成して各層で活性炭の粒径や細孔径を変えてそれを保持する種々の構造例と比較例を示す。
第１の構造例として、エンボス型の蒸発燃料吸着用活性炭層９を図４に示す。エンボス型の蒸発燃料吸着用活性炭層９は、第１の不織布２１または織布にエンボス加工を施し、その多数の凹部２２に活性炭２０を入れて活性炭２０を保持し、第１の不織布に凹部２２の開口している面側から第２の不織布２３を貼り合わせた構造をもつ。図５は、保持した活性炭２０ａ、２０ｂの粒径、細孔径の異なる２つの活性炭層９ａ、９ｂを重ね合わせて熱プレスした蒸発燃料吸着用活性炭層９を示す。

また、不織布２１間の接着は、図４に示すようにエンボス部分の間を熱プレス（熱プレス部分を符号２４で示す）することにより、接着剤なしで接着できるから、従来の図７のような接着剤４０の流れ込みによる細孔の詰まりによる性能低下もなくなる。また、圧損低下も小さくなる。更に、プレスによればかなり細かく確実に張りめぐらせることができるから接着よりも強度アップが期待できる。
また、熱プレスの代わりに、糸による縫合という方法、手段もある。さらに、熱プレスと糸による縫合を組み合わせれば、より強固で強度低下の心配のない薄型の蒸発燃料吸着用活性炭層９を提供できる。

エンボス型の蒸発燃料吸着用活性炭層９の作用、効果はつぎの通りである。
エンボス形状を有することで、図５に示すように、活性炭粒径が大きい場合でも、全面にわたって均一に活性炭２０を保持することができる。
さらに、２層構造の蒸発燃料吸着用活性炭層９を製造する場合、図５に示すように、活性炭２０の粒径と細孔径の少なくとも一方を互いに異ならせた２層９ａ、９ｂを重ねればよいので、製造が容易で、有利である。
また、不織布２１へのエンボス加工は、図６に示すように、微細な凹凸形状を、たとえばプレス型にて形成後、表面を硬膜化処理することなどにより可能となる。

第２の構造例として、複合型の蒸発燃料吸着用活性炭層９を図８に示す。この複合型の蒸発燃料吸着用活性炭層９は、不織布２１の成形時に、吸着剤（たとえば、活性炭２０）を複合させたものである。
すなわち、その製造において、活性炭を微粉末に加工し、不織布原料（液状時）に混入して不織布２１を形成する。その際の混入活性炭の特性を自由に変えることにより、自在な吸着特性を有する吸着材含有不織布を形成できる。作製方法としては、図８（Ａ）に示すように、始めからシート状に形成し、その時に同時に吸着材を複合させてもよいし、あるいは、図８（Ｂ）に示すように、繊維２６の状態に複合形成した後、それを自在に折り込むことで蒸発燃料吸着用活性炭層９を形成してもよい。

複合型の蒸発燃料吸着用活性炭層９の作用、効果はつぎの通りである。
この方法では、複合する活性炭の性状（粒径、細孔径）を変化させることができるから、容易に活性炭特性の異なる層を形成することができる。また、複合時に部位によって混入する活性炭性状（粒径、細孔径）を変化させれば、部位によって活性炭性状の異なる不織布を形成することができる。どちらの場合も、図８（Ａ）に示すように、大気側とエンジン側の活性炭粒径と細孔径を変えることにより、図４〜図６と同様の効果を得ることができる。

第３の構造例として、蒸発燃料吸着用活性炭層９を、活性炭を縫い込んだ不織布から構成してもよい。
活性炭の不織布への縫い込みは、（イ）２枚の不織布の間に粒状活性炭を配置して、２枚の不織布を縫合または熱プレスで接着したもの（図４のものに比べてエンボス加工を施さないもの）、あるいは、（ロ）活性炭の繊維（カーボン繊維等）からなる不織布を、２枚以上、活性炭の細孔の径を異ならせて作製し、それらを重ねて縫合した、または熱プレス接着したもの（図８（Ｂ）に比べて、繊維自体がカーボン繊維等からなるもの）、の何れによってもよい。
活性炭縫い込み型の蒸発燃料吸着用活性炭層９の作用、効果は図４のエンボス型の蒸発燃料吸着用活性炭層９と同じである。

本発明の吸気系の蒸発燃料吸着装置の蒸発燃料吸着用活性炭層の断面図である。 比較例の蒸発燃料吸着装置の蒸発燃料吸着用活性炭層の断面図である。 図１の蒸発燃料吸着装置が装着されるエンジン吸気系の断面図である。 （Ａ）は本発明の吸気系の蒸発燃料吸着装置の蒸発燃料吸着用活性炭層の第１例としてのエンボス型の蒸発燃料吸着用活性炭層の平面図、および（Ｂ）は（Ａ）の断面図である。 図４（Ｂ）の蒸発燃料吸着用活性炭層を、活性炭の粒系、細孔径を変えて、２層重ねた場合の断面図である。 （Ａ）は図４のエンボス型の蒸発燃料吸着用活性炭層を作製するに当たり不織布にエンボス加工を施したものの平面図、および（Ｂ）は（Ａ）の断面図である。 比較例の蒸発燃料吸着装置の一部の平面図である。 （Ａ）は本発明の吸気系の蒸発燃料吸着装置の蒸発燃料吸着用活性炭層の第２例としての複合型の蒸発燃料吸着用活性炭層の組み立て前後の断面図、および（Ｂ）は複合型の蒸発燃料吸着用活性炭層の繊維の断面図である。

符号の説明

１ エンジン
２ インジェクタ
３ 吸気ポート
４ 吸気バルブ
５ ピストン
６ スロットルバルブ
７ エアクリーナ
８ エアフィルタ
９ 蒸発燃料吸着用活性炭層
９ａ 大気側層
９ｂ エンジン側層
１０ 吸気管
１１ 吸気口
２０ 活性炭
２０ａ 大気側層の活性炭（粒径小、細孔径大）
２０ｂ エンジン側層の活性炭（粒径大、細孔径小）
２１ 第１の不織布
２２ エンボス加工の凹部
２３ 第２の不織布
２４ 熱プレス部分
２５ 細孔
２６ 繊維

Claims (4)

1. 吸気系のエアクリーナ内のエアフィルタ下流側に蒸発燃料吸着用活性炭層を設け、該蒸発燃料吸着用活性炭層の活性炭の粒径と細孔径の少なくとも一方を吸気系の吸気流れ方向に変化させた吸気系の蒸発燃料吸着装置であって、前記活性炭の吸気流れ方向大気側の細孔径を吸気流れ方向エンジン側の細孔径より大きくし、かつ、前記活性炭の吸気流れ方向大気側の粒径を吸気流れ方向エンジン側の粒径より小さくした吸気系の蒸発燃料吸着装置。
2. 前記蒸発燃料吸着用活性炭層が、第１の不織布に複数の凹部を形成して該凹部に前記活性炭を配置し、前記第１の不織布に前記凹部が開口している面側から第２の不織布を貼り合わせて構成されている請求項１記載の吸気系の蒸発燃料吸着装置。
3. 前記蒸発燃料吸着用活性炭層が、活性炭を複合させた不織布から構成されている請求項１記載の吸気系の蒸発燃料吸着装置。
4. 前記蒸発燃料吸着用活性炭層が、活性炭を縫い込んだ不織布から構成されている請求項１記載の吸気系の蒸発燃料吸着装置。

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