JP4727604B2 - キャニスタを備えた汎用エンジン - Google Patents

Description

本発明は、燃料タンク内で蒸発した燃料蒸気を吸着するキャニスタを備えるとともに、当該キャニスタから離脱した燃料蒸気が母体エンジンの吸気系に導入される汎用エンジンに関する。

汎用エンジンにおいて、停止中或いは運転中を問わずに、燃料蒸気が当該エンジンの周辺に漏れ出すことを防止する方法は、例えば特許文献１（特開２００５−１６３６９０号公報）並びに特許文献２（特開２００５−１６３６８８号公報）等で公知である。
即ち、特許文献１（特開２００５−１６３６９０号公報）で開示されたように、燃料タンクキャップと燃料タンクの間には、当該キャップがタンクに装着された状態では、燃料タンク内に通じる蒸発燃料通路が形成され、当該燃料タンク内からの蒸発燃料を、特許文献２（特開２００５−１６３６８８号公報）に開示されたキャニスタに導くチャージ用管路が、当該燃料タンク内を通過するようにして燃料蒸気の外部への漏洩を防止する方法である。

前記タンクキャップは、装着された状態では、前記燃料タンクを外気から遮断するのみならず、前記蒸発燃料通路を形成し、且つまた、外部に通ずる外部連通路を持っており、当該燃料タンク内の圧力が外部圧力よりも低いときに開いて、前記外部連通路を燃料タンク内に通じせしめる一方向弁が設けてある等、構造が複雑・精緻とならざるを得なかった。
また、前記燃料タンク側にしても、前記蒸発燃料通路内の蒸発燃料を、前記キャニスタに導くチャージ用管路の一部が内部を縦断しており、前記キャップの嵌合口とともに複雑な構造にならざるを得なかった。

前記キャニスタの配置について、特許文献２（特開２００５−１６３６８８号公報）に開示されている場所は、エンジン本体のクランクケースの側方であり、且つ上向きに傾斜したシリンダ軸を有して前記クランクケースに結合されるシリンダブロックの下方の領域としている。
また、前記燃料タンクからの蒸発燃料を導くチャージ用管路と、前記キャニスタから離脱した蒸発燃料を導くパージ用管路の両方共に、前記キャニスタ・ケーシングの両端面のうち、当該エンジンの吸気系側に臨む部分に接続されることも、蒸発燃料への熱害を回避するための特徴として挙げている。

特開２００５−１６３６９０号公報（図３） 特開２００５−１６３６８８号公報（図１、図３）

解決しようとする課題の第一は、燃料タンク・キャップの構造の簡素化である。汎用エンジンは、搭載される作業機械の種類・性格によって、燃料の補充頻度が大きく変るため、燃料タンクのキャップを開閉する回数と周囲の環境が大きく変るので、構造が簡単・堅牢で、厳しい取り扱いに対しても耐え得る、耐久性の高いものを提供する必要がある。
従来は、特許文献１に開示されているように、燃料タンクの注油口並びに装着されるキャップには、燃料及び燃料蒸気を外部に漏らさず、燃料がエンジンによって消費される結果、当該タンク内部が負圧になった時には、外部から大気の一部を導入して負圧を相殺する等の機能を持った複雑・精緻な構造になり易く、製作に多大な工数を要するため、より簡素で合理的なものが必要となっていた。

課題の第二は、保守・点検が容易なタンク・キャップ・管路システムの構成である。例えば、前記燃料タンク・キャップシステムでは、複雑な構造が内部に組み込まれており、目視による点検や現場における保全作業では、健全な機能の維持・修復が期待できない。
また、蒸発燃料チャージ用管路が、当該燃料タンク内部を通り、下底部からクランクケース上の狭少な空間を通ってシリンダブロック横へ抜け、前記キャニスタへ至る通路は、いずれも目視が充分にできるとは言えず、当該チャージ用管路に亀裂が生じた場合の燃料漏れ、或いは蒸発燃料の放散などの異常に気付くのが遅れ、さらに保守の手入れが難しい等の虞がある。
したがって、前記燃料タンク内を通る蒸発燃料のチャージ用管路を、当該タンクの外を走る管路に変更する必要がある。

課題の第三は、キャニスタの効率と通気抵抗の問題である。従来技術は、特許文献２に開示されているように、燃料タンクからの蒸発燃料を導くチャージ用管路と、キャニスタから離脱した蒸発燃料を導くパージ用管路とが、キャニスタの両端面のうち、当該エンジンの吸気系を臨む部分に接続されるために、キャニスタ内部に長手方向に隔壁を設け、断面積を二分の一にすると共に、通気距離をキャニスタ長さを往復する二倍にしている。
キャスタの蒸発燃料を吸着する効率に就いては、内蔵する活性炭と燃料蒸気の接触し易さが、大きな要因であるが、断面積を二分の一にし、長さを二倍にしたことは、吸着効率が悪化する要因となる。また、空気によって吸着燃料をパージする際の通気抵抗も大きくなることも明らかで、キャニスタの使い方の改善は必要である。

上記の課題に対し、本発明は以下の手段により問題の解決を図る。
第一の手段は、燃料タンク内で蒸発した蒸発燃料を導き吸着する管路とキャニスタを備え、当該キャニスタから脱着した燃料蒸気をエンジン本体に連なる吸気系に導く汎用エンジンにおいて、
前記燃料タンクの給油口及びキャップが給油時以外にはタンクを密開し、さらに通気孔を持たないものであり、前記燃料タンクは前記密封式キャップに適合した給油口と当該タンクの上面にロールオーバ弁を持ち、当該弁の吐出口に前記蒸発燃料を導くチャージ用管路を気密に接続するとともに、前記チャージ用管路は前記燃料タンクの外側面を通って下方へ伸び、当該シリンダの前方にあるシリンダヘッドカバー側部に付設されたキャニスタに気密に接続され、
さらに、前記チャージ用管路が接続された前記キャニスタの一側端面に、当該チャージ用管路の接続口と並列に、前記燃料蒸気のパージ用管路の接続口が設けられており、該キャニスタの他端面にエンジンの吸気系に備わるエアクリーナからの、清浄空気を導入するための大気吸入管路を接続するとともに、前記吸気系がエンジン本体のシリンダヘッドに接続される吸気管、気化器、及び該気化器の上流に配置されるエアクリーナであることを特徴とする。
第二の手段は、上記第一の手段において、前記シリンダヘッドカバー側部に付設されたキャニスタの当該エンジンの排気系に臨む側には、離脱した蒸発燃料を給送するためのパージ用管路の接続口が設けられて当該エンジンの吸気系に導かれるよう構成されているとともに、前記キャニスタの当該エンジンの吸気系に臨む側にはパージ用空気の接続口が設けられて当該エンジンのエアクリーナを通った清浄な空気が大気吸入管路で導入されるよう構成されていることを特徴とする。
第三の手段は、上記第二の手段において、前記燃料タンクの内部圧力が外気圧より低くなった時に、前記清浄空気が前記大気吸入管路、キャニスタ、チャージ用管路、及びロールオーバ弁を経由して前記燃料タンク内に入り負圧を相殺する経路を形成することを特徴とする。

本発明によれば、前出のキャップ及び燃料タンクは、それぞれ単純な構造の密封型及び一部改修した標準型が使用可能になり、エンジン全体の傾斜にも耐える等、製造並びに使用ともに容易で、信頼性の高い燃料タンクを提供することができる。

又本発明によれば、蒸発燃料の回収・吸着システムを、コンパクトでありながら、保守点検が容易なものにする効果がある。

更に本発明によれば、蒸発燃料の吸着及び脱着を効率良くおこなわせるキャニスタを提供し、燃料蒸気の周辺への放散を防ぎ、且つ、前記燃料タンク内部に負圧が発生し始めた際には、容易に清浄空気を導入させ、負圧を相殺し得る燃料タンクシステムを提供する効果がある。

以下に本発明の実施の形態を、添付の図面に基づいた実施例として説明する。
図１は、本発明による燃料タンクのキャップ及び給油口周辺を断面で示した側面図、
図２は、本発明を適用し、蒸散ガス規制に適合し得る汎用エンジンの正面図、
図３は、図２のエンジンを、Ｚ矢視方向から見た汎用エンジンの側面図、図４は、燃料タンクからの脱落防止用連結索を省略して表現したキャップ組立の断面図である。

図２及び図３において、本汎用エンジン１０は、例えば作業機械等に用いられる空冷の単気筒エンジンであり、クランクケース１１と、クランクシャフト１２の回転中心から一放射線に沿って延びる中心線を持ち、クランクケース１１の側面に結合されるシリンダブロック１３と、当該シリンダブロック１３の頭部に接合されるシリンダヘッド１４とで構成され、シリンダブロック１３及びシリンダヘッド１４の外側面には多数の空冷用フィンが取り付けられている。
また、クランクケース１１の下面１１ａは据付面になっており、通常、駆動される作業機械のエンジンベッドが対応した構造・寸法に仕上げられているので、当該場所に安定・緊密に据え付けられる。他方、上面のシリンダヘッド１４には、吸・排気弁駆動装置（図示せず）が備えられており、当該装置全体を覆うヘッドカバー１５で保護されている。

クランクケース１１は、シリンダブロック１３と一体に鋳造成形されるケース本体１６と、そのケース本体１６の両開放端を塞ぎ、且つ前記クランクシャフト１２を、回転自在 に支持する主軸受を持つサイドカバー１７とから構成されている。前記クランクシャフト１２の一端の突出部１２ａは、前記サイドカバー１７から突出しており、作業機械（図示せず）の入力軸と結合される。
クランクシャフト１２の他端部には、リコイルスタータや冷却ファン(何れも図示せず)
が組み付けられており、それらをケース２０がカバーし、外界から保護をしている。

エンジンの吸気系２１は、前記リコイルスタータ等のカバーであるケース２０の側方に設置されて、汎用エンジン１０のシリンダヘッド１４に接続される吸気管２３及び気化器２２と、当該気化器２２の上流に配置されるエアクリーナ２４とから構成されている。

エンジンの排気系３１は、前記気化器２２とはシリンダヘッド１４を挟んで反対側で、当該シリンダヘッド１４に接続される排気管３２と、当該排気管３２に接続される消音器３３とを含み、消音器３３はカバー３５で覆われる。
また、作業機械に連結し駆動するクランクシャフト１２の突出部１２ａが、排気系３１側にあるので（図３参照）、前記作業機械を当該エンジン１０の放熱から保護するために、シリンダブロック１３のクランクシャフト１２の突出１２ａ部側に遮熱板３６を入れて固定し、後記するチャージ用管路６１を受けさせ、クリップ６２で留めてある。
なお、吸気系２１及び排気系３１は、前記シリンダブロック１３及びその前端のシリンダヘッド１４に対して、相互に反対側の適切な場所に配設されている。

汎用エンジン１０のクランクケース１１の上方には、燃料タンク組立４０が配設されており、燃料タンク本体４１は、クランクケース１１のケース本体１６に一体に設けられた支持腕４２と、前記シリンダブロック１３に付設された支持腕４７等とで支持される。
図１において、燃料タンク本体４１は、基本的には、大きな弁当箱の四隅を比較的大きなＲで丸めて、蓋を弁当箱の「身」に溶接したような気密構造の方形缶であり、「身」の底を上に、蓋の天井を下にして使用するような形態である。

燃料タンク本体４１の上面には、クランクシャフト１２の軸線方向に注油口４５が設けられており、フィルタ４４が当該注油口に装着された後に、キャップ組立５０がねじ込み装着されると、当該注油口４５は、外界から気密に遮断されるように構成されている。
また、当該燃料タンク本体４１の上面の、前記注油口４５から若干離れた位置には、ロールオーバ弁６０、例えば実公平４−４６１５３号公報等で周知のものが付設されており、当該燃料タンク本体４１内に発生する蒸発燃料の蒸気を、チャージ用管路６１を経由して下流のキャニスタ６５へ通すようになっている。なお、前記ロールオーバ弁６０は、チャージ用管路６１を通して燃料タンク本体４１内の蒸発燃料、或いは、エアクリーナ２４を通過した外気を自由に通過せしめる機能を持っている。
さらに、前記ロールオーバ弁６０は、汎用エンジン１０及び燃料タンク本体４１が傾斜をした場合、液体燃料が逆流して当該ロールオーバ弁６０に充満しても、当該弁６０内に設けられたフロートの働きでチェック弁部を閉鎖し、液体燃料を前記チャージ用管路６１へ一滴も漏らさない機能も持っている。

前記燃料タンク本体４１の下面には、前記ケース本体１６から立ち上がった支持腕４２、並びに、前記シリンダブロック１３に付設された支持腕４７等に固定可能な、支持板４８，４９等が付設されており、さらに、汎用エンジン１０の気化器２２へ燃料を供給する燃料供給管接続口４６等があり、燃料管（図示せず）が接続されている。
汎用エンジン１０が稼動中は、燃料液面のヘッド差により、前記燃料管を通して、燃料タンク組立４０から気化器２２へ、燃料が絶えず送られるので、燃料タンク本体４１内は僅かに負圧になっており、蒸発燃料は外部に漏れることがない。汎用エンジン１０が稼動を止めると、燃料タンク組立４０から気化器２２への燃料の供給は自動的に止まるので、燃料タンク本体４１内で蒸発した燃料は、徐々に蒸気圧を上げて大気圧を凌ぐようになり、隙間から周辺に漏れ出す可能性がある。

本発明の燃料タンク組立４０及びキャップ組立５０の構造においては、注油口４５には隙間が全くないので、蒸発燃料は当該タンク組立４０より漏れ出ることはなく、全て、隣接位置に設けられたロールオーバ弁６０の接続口から、チャージ用管路６１を経由してキャニスタ６５に流入し、吸着剤（例えば活性炭）に吸着される。
したがって、当該汎用エンジン１０は、燃料タンク本体４１にキャップ組立５０を装着している限り、稼動中は勿論のこと、停止或いは休止期間中も燃料蒸気を周辺に漏出することはない。

円筒形状の容器からなる前記キャニスタ６５は、シリンダヘッド１４のカバー１５にボルト７５等で上端部を固定されたキャニスタブラケット６８に、図示せぬバンド等の固定部材により、抱え込まれた形で固定され、強靭に設計製作されており、外部からの偶発的衝撃や局部的圧力から、前記キャニスタ６５を、充分保護するように構成されている。
また、キャニスタ６５内に充填された吸着剤には、吸着量の限界があるので、蒸発燃料で飽和することがないように、当該汎用エンジン１０の稼動中は、発生する吸気系２１の負圧を利用して、蒸発燃料の脱着・排出による前記キャニスタ６５の再生を行なう。そのために、前記チャージ用管路６１が前記キャニスタ６５に接続される端面に、当該チャージ用管路６１の接続口に並列に、燃料蒸気のパージ用管路６４の接続口を設け、当該パージ用管路６４を当該エンジン１０の吸気系２１に接続する。
一方、蒸発燃料を吸着剤から脱着するための空気は、前記キャニスタ６５の他端面（吸気系２１に臨む側）に接続口を設け、当該エンジン１０の吸気系２１に備わるエアクリーナ２４からの、清浄空気を導入するように、大気吸入管路６３を接続する。

前記キャニスタ６５における燃料蒸気の流入・吸着作用及び吸着燃料の乾燥空気による脱着・パージ作用は、何れもゆっくりした一方向の流れによるものであることが特徴であり、吸・脱着媒体の使用効率は高い。
さらに、燃料蒸気或いは清浄空気の通過面積が大きく、通過距離が短いことは、吸・脱着媒体の通気抵抗が少ないことになるので、当該エンジンの蒸発燃料の回収効率が良いことになる。
また、前記燃料タンク本体４１の内部圧力が、何らかの理由で負圧になった時にも、前記エアクリーナ２４を通った清浄空気が、キャニスタ６５、チャージ用管路６１、ロールオーバ弁６０と逆流して、容易に燃料タンク本体４１内の負圧を相殺することができる。

図４は、本発明による燃料タンク用のキャップ組立５０の一例である。
キャップは、作業者の操作する外キャップ５１と、燃料タンク本体４１の給油口４５とねじで噛み合う内キャップ５２と、中央にスポンジＳを接着した半球形の凸部を持つパッキング５３及び前記外キャップ５１と内キャップ５２の間に挟み込まれるリング５４の組み立て品である。
本キャップ組立５０は、給油口４５を密封することが肝要なため、外キャップ５１を常に適切なトルクで締め付け得るように、外キャップ５１と注油口４５のねじに噛み合う内キャップ５２の間をラチェットで結合してあり、作業者のキャップ締め付けトルクが規定値になると、外キャップ５１が滑って、それ以上前記ねじの締め付け力が大きくならないよう規制すると共に、音が出るように構成されている。
なお、中央にスポンジＳを接着したパッキング５３の半球形凸部は、蒸散ガス規制を受けない従来型キャップ用有孔パッキングを、封止修正して使用しているもので、本来不要な構造である。

本発明の実施の形態に係る燃料タンクのタンクキャップ及び給油口周辺を断面で示した側面図である。 本発明を適用し、蒸散ガス規制に適合し得る汎用エンジンの正面図である。 図２のエンジンを、Ｚ矢視方向から見た汎用エンジンの側面図である。 燃料タンクからの脱落防止用連結索を省略して表現したキャップ組立の断面図である。

符号の説明

１０ 汎用エンジン
１３ シリンダブロック
１５ シリンダヘッドカバー
２１ 吸気系
２４ エアクリーナ
３１ 排気系
３６ 遮熱板
４０ 燃料タンク組立
４１ 燃料タンク本体
４５ 注油口
４６ 給油管路接続口
５０ キャップ組立
５１ 外キャップ
５２ 内キャップ
６０ ロールオーバ弁
６１ チャージ用管路
６３ 大気吸入管路
６４ パージ用管路
６５ キャニスタ
６８ キャニスタブラケット

Claims (3)

1. 燃料タンク内で蒸発した蒸発燃料を導き吸着する管路とキャニスタを備え、当該キャニスタから脱着した燃料蒸気をエンジン本体に連なる吸気系に導く汎用エンジンにおいて、
   前記燃料タンクの給油口及びキャップが給油時以外にはタンクを密開し、さらに通気孔を持たないものであり、前記燃料タンクは前記密封式キャップに適合した給油口と当該タンクの上面にロールオーバ弁を持ち、当該弁の吐出口に前記蒸発燃料を導くチャージ用管路を気密に接続するとともに、前記チャージ用管路は前記燃料タンクの外側面を通って下方へ伸び、当該シリンダの前方にあるシリンダヘッドカバー側部に付設されたキャニスタに気密に接続され、
   さらに、前記チャージ用管路が接続された前記キャニスタの一側端面に、当該チャージ用管路の接続口と並列に、前記燃料蒸気のパージ用管路の接続口が設けられており、該キャニスタの他端面にエンジンの吸気系に備わるエアクリーナからの、清浄空気を導入するための大気吸入管路を接続するとともに、前記吸気系がエンジン本体のシリンダヘッドに接続される吸気管、気化器、及び該気化器の上流に配置されるエアクリーナであることを特徴とするキャニスタを備えた汎用エンジン。
2. 請求項１のキャニスタを備えた汎用エンジンにおいて、前記シリンダヘッドカバー側部に付設されたキャニスタの当該エンジンの排気系に臨む側には、離脱した蒸発燃料を給送するためのパージ用管路の接続口が設けられて当該エンジンの吸気系に導かれるよう構成されているとともに、前記キャニスタの当該エンジンの吸気系に臨む側にはパージ用空気の接続口が設けられて当該エンジンのエアクリーナを通った清浄な空気が大気吸入管路で導入されるよう構成されていることを特徴とするキャニスタを備えた汎用エンジン。
3. 請求項２のキャニスタを備えた汎用エンジンにおいて、前記燃料タンクの内部圧力が外気圧より低くなった時に、前記清浄空気が前記大気吸入管路、キャニスタ、チャージ用管路、及びロールオーバ弁を経由して前記燃料タンク内に入り負圧を相殺する経路を形成することを特徴とするキャニスタを備えた汎用エンジン。

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