JP4897429B2

JP4897429B2 - 蒸発燃料処理装置

Info

Publication number: JP4897429B2
Application number: JP2006287107A
Authority: JP
Inventors: 中村　　剛
Original assignee: 株式会社マーレフィルターシステムズ
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2026-10-23
Also published as: JP2008106610A

Description

本発明は、自動車の燃料タンクから蒸発した燃料を吸着して、その燃料をエンジン稼働時に燃焼させる蒸発燃料処理装置に関する。

ガソリンを燃料とする自動車では、燃料タンク内の蒸発燃料が大気に放出されるのを抑制するために、蒸発燃料処理装置としてキャニスタが一般的に用いられている。

キャニスタは、停車時等に燃料タンク内から発生する蒸発燃料を活性炭からなる吸着材に吸着させ、エンジン稼働時にキャニスタを通して吸気を行うことにより、キャニスタの大気ポートから導入した大気によってキャニスタ内をパージし、吸着した蒸発燃料を脱離させてエンジン内で燃焼させる仕組みとなっている。そして、このパージにより吸着材の吸着性能を復活させ、蒸発燃料を繰り返し良好に吸着することが可能となる。

ところで、近年、環境規制が厳しくなってきており、キャニスタには性能向上が求められている。キャニスタの性能向上には、パージによる蒸発燃料の脱離効率を向上させることが有効である。脱離効率を向上させる手段としては、活性炭層の長さＬと活性炭層の有効断面直径Ｄの比Ｌ／Ｄを大きくすることが知られている。

特に大気ポート側の活性炭層においては、上記Ｌ／Ｄの値を大きくすると共に、活性炭層の体積を小さくして単位体積当たりのパージ空気量（キャニスタのパージを行う空気の量）を多くすることで、この部分の脱離効率を向上させると共に、上流側（パージポート側及びチャージポート側）の活性炭層で補足しきれなかった蒸発燃料を効率良く補足することができることが知られている（特許文献１を参照）。

また、一方でキャニスタをパージするパージ空気の確保が困難になってきている。例えば、ハイブリッドエンジンの搭載車両においては、モータ駆動のときにはエンジンは駆動せず吸気が行われないため、この間にキャニスタのパージを行うのは非常に困難である。

このように、パージ空気量が不足する場合には、大気ポート側の活性炭層において、上述のＬ／Ｄの値を大きくしてキャニスタ性能を向上させることで、パージ空気量の不足に対応することができるが、Ｌ／Ｄの値が大きくなることで通気抵抗が大きくなってしまうという問題がある。

そこで、特許文献２には、大気ポート側に活性炭層を設ける代わりに、ハニカム活性炭を使用する技術が開示されている。このように、ハニカム活性炭を使用すれば、大気ポート側においてＬ／Ｄの値を大きくすることができると共に、通気抵抗の上昇を小さく納めることができる。
特開２００４−１００６９１号公報特開平１０−３７８１２号公報

ところで、ハニカム活性炭を用いたとしても通気抵抗はゼロではなく、所望のＬ／Ｄの値を確保した上で通気抵抗を下げるためには、ハニカム活性炭の有効断面直径Ｄを大きくする必要がある。しかしながら、ハニカム活性炭の有効断面直径Ｄが大きくなると、断面の中心付近は流れがよいが、断面の外周側ほど空気が流れにくくなる。つまり、この空気の流れの悪い部分でパージが不十分となり、蒸発燃料が残留してエミッションを悪化させてしまう虞がある。

そこで、本発明の請求項１に記載の蒸発燃料処理装置は、内部に形成された第１流路に蒸発燃料の吸着・脱離を行う吸着材からなる吸着層が配置された第１燃料吸着部と、内部に形成された第２流路に蒸発燃料の吸着・脱離を行う吸着材からなる吸着層が配置された第２燃料吸着部と、を備え、上記第１燃料吸着部は、上記第１流路の一端側となる位置に、燃料タンクに接続されるチャージポートとエンジンの吸気系に接続されるパージポートとを有し、上記第２燃料吸着部は、上記第２流路の他端側となる位置に、大気に連通する大気ポートを有し、上記第１流路の他端側が上記第２流路の一端側に連続するように、上記第１燃料吸着部と上記第２燃料吸着部とが連結された蒸発燃料処理装置において、上記第２燃料吸着部は、吸着材としてのハニカム活性炭が収容保持されたハニカム活性炭収容部と、大気ポートを有する大気導入側端部と、を備え、上記大気導入側端部には、上記大気ポートを介して上記ハニカム活性炭収容部に導入される空気を攪拌する攪拌手段が配置され、上記第２燃料吸着部は、上記大気導入側端部の通路断面積が上記ハニカム活性炭容部の通路断面積よりも大きくなるよう形成され、上記第２燃料吸着部の内側には、上記大気導入側端部と上記ハニカム活性炭収容部との境界部分に全周に亙って段差が形成されていると共に、上記第２燃料吸着部の他端面から突出し、上記大気導入側端部の外周縁の周方向に沿って延び、上記大気導入側端部の内周面と離間して対向する複数の突出片が上記大気導入側端部の外周縁の周方向に間欠的に設けられていることを特徴としている。これによって、パージの際に第２燃料吸着部に流入した空気は、攪拌手段により攪拌されてからハニカム活性炭に流れ込むため、ハニカム活性炭の断面の中心付近だけでなく、断面の外周側部分にも流れる。従って、大気ポートより流入した空気は、ハニカム活性炭の断面全体に流れる。また、パージの際に導入されて攪拌手段で攪拌された空気は、流れの向きを大気導入側端部の外周側に変え、大気導入側端部の内周面に衝突し、下流側となる第２流路の一端側に向かって流れ、大気導入側端部とハニカム活性炭収容部との境界部分の段差にて、攪拌された空気中に含まれるダストが捕捉される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の蒸発燃料処理装置において、上記攪拌手段が、上記大気ポートの大気導入口に対向するよう配置されたバッフルプレートであることを特徴としている。

これによって、大気導入口から流入した空気はバッフルプレートに衝突した後、大気導入側端部の外周側に向かって略９０°向きを変える。つまりバッフルプレートにより、大気導入口から流入し直進しようとする空気の流れが攪拌される。

本発明によれば、パージの際に第２燃料吸着部に流入した空気が攪拌手段により攪拌され、ハニカム活性炭の断面方向の流速分布が略均一となるので、少ないパージ空気量であってもハニカム活性炭を効率的にパージすることができる。つまり、吸着層のなかで最も大気側に位置するハニカム活性炭は、少ないパージ空気量であっても、良好な吸着性能を得ることができる。そのため、ハニカム活性炭への蒸発燃料の残留によるエミッションの悪化を防止することができる。また、攪拌された空気がハニカム活性炭収容部内に流入する際に、大気導入側端部とハニカム活性炭収容部との境界部分の段差にて、攪拌された空気内のダストを捕捉することができる。

また、請求項３のように構成すれば、大気ポートから流入した空気がバッフルプレートで確実に略９０°向きを変えられ、大気導入側端部の外周側に向けて流れ、流入空気が攪拌される。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は蒸発燃料処理装置１の全体構成を示す説明図であり、図２は蒸発燃料処理装置１における第２燃料吸着部の説明図である。また、図３及び図４は後述する大気導入側端部１３の説明図である。

図１に示すように、蒸発燃料処理装置１は、第１燃料吸着部２と、第１燃料吸着部２にホース４を介して接続された第２燃料吸着部３と、から大略構成されている。

本実施形態においては、第１燃料吸着部２の第１ケーシング５と、第２燃料吸着部３の第２ケーシング６とが別体となっており、相対的に大きい第１燃料吸着部２の第１ケーシング５に対して第２燃料吸着部３の第２ケーシング６が外付けされている。

第１燃料吸着部２は、その内部に一本の流路である第１流路（図示せず）が形成され、この第１流路に蒸発燃料の吸着・脱離を行う複数の吸着層（図示せず）が配置されている。これらの吸着層は、活性炭等からなる吸着材によって構成されている。

第１燃料吸着部２は、上記第１流路の一端側となる位置に、燃料タンク（図示せず）に接続されるチャージポート７とエンジンの吸気系に接続されるパージポート８とを有し、上記第１流路の他端側となる位置に、第２燃料吸着部３にホース４を介して接続される第１中間ポート９を有している。また、本実施形態においては、上記第１流路が第１ケーシング５内で折り返されており、第１燃料吸着部２のチャージポート７、パージポート８及び第１中間ポート９が、第１ケーシング５の一端側（図１における上方側）に設けられている。

図２に示すように、第２燃料吸着部３は、その内部に一本の流路である第２流路１０が形成され、この第２流路１０に蒸発燃料の吸着・脱離を行う円柱形状のハニカム活性炭１１が配置されている。また、第２燃料吸着部３は、第２流路１０の一端側となる位置に、ホース４を介して第１燃料吸着部２の第１中間ポート９に接続される第２中間ポート１２を有し、第２流路１０の他端側となる大気導入側端部１３に、大気に連通する大気ポート１４を有している。

第２燃料吸着部３の第２ケーシング６は、肉厚が略一定で略段付き円筒形状に形成された主ケース部材１５と、この主ケース部材１５の他端側、すなわち第２ケーシング６の他端側（図１及び図２における上方側）の開口に組み付けられる略有底円筒状のカバー部材１６と、から構成され、このカバー部材１６に大気ポート１４が形成されている。

主ケース部材１５には、一端側（図１、図２における下方側）から順に、円筒状の第２中間ポート１２、円筒状の第２中間ポート基部１７、ハニカム活性炭１１が収容保持される円筒状のハニカム活性炭収容部１８、カバー部材１６と共に大気導入側端部１３を構成する円筒状の主ケース部材他端部１９が形成されている。また、主ケース部材１５は、第２中間ポート１２、第２中間ポート基部１７、ハニカム活性炭収容部１８及び主ケース部材他端部１９のそれぞれの軸心が互いに一致するよう形成されている。また、第２中間ポート基部１７は第２中間ポート１２よりも大径に形成され、ハニカム活性炭収容部１８は第２中間ポート基部１７よりも大径に形成され、主ケース部材他端部１９はハニカム活性炭収容部１８よりも大径に形成されている。

主ケース部材他端部１９には、図１〜図４に示すように、溝２０が形成されていると共に、この溝２０よりも主ケース部材１５の一端側、すなわち第２ケーシング６の一端側（図１及び図２における下方側）の内周面にはビード２１が突出形成されている。

ハニカム活性炭収容部１８は、その内径がハニカム活性炭１１の外径よりも大径となっている。一方、ハニカム活性炭１１には、矩形板状の不織布からなる第１スクリーン部材２２が巻き付けられていると共に、ハニカム活性炭１１の一端部１１ａ（図１及び図２における下方側の端部）には、筒状のシール部材２３が取り付けられている。このシール部材２３は、その内周面がハニカム活性炭１１の一端部１１ａの端面と係合するよう階段状に形成され、ハニカム活性炭収容部１８の内周面に密接するその外周面がヒダ状に形成されている。

第１スクリーン部材２２は、ハニカム活性炭収容部１８の内周面に密着して、ハニカム活性炭１１のハニカム活性炭収容部１８内での半径方向の動きを規制すると共に、ハニカム活性炭１１に対する外部からの衝撃の緩衝材として機能している。

シール部材２３は、ハニカム活性炭１１の外周面とハニカム活性炭収容部１８の内周面との間をシールし、ハニカム活性炭１１を位置決め固定すると共に、その一端部２３ａ（図１及び図２における下方側の端部）がハニカム活性炭収容部１８と第２中間ポート基部１７との境界部分に形成された段差２４に当接している。また、このシール部材２３は、後述する第２スクリーン部材２５と伴にハニカム活性炭１１のハニカム活性炭収容部１８軸方向（図１及び図２における上下方向）の動きを規制している。

ウレタンからなる第２スクリーン部材２５は、円板状を呈し、ハニカム活性炭収容部１８の他端側（図１及び図２における上方側）の開口に、主ケース部材１５軸方向に若干圧縮された状態で組み付けられている。また、この第２スクリーン部材２５の外周縁はハニカム活性炭収容部１８の内周面に密着している。

ハニカム活性炭収容部１８と主ケース部材他端部１９との境界部分には、主ケース部材他端部１９（ハニカム活性炭収容部１８）の周方向の全周に亙って段差２６が形成されている。

また、大気導入側端部１３の内側には、段差２６の主ケース部材１５の他端側（図１及び図２における上方側）に、主ケース部材他端部１９の周方向の全周に亙って段差部４２が形成されている。この段差部４２については後述する。

押さえ部材２７は、図２〜図４に示すように、段差２６に接する円環状の基部２８と、基部２８の中央から放射状に延びて基部２８の内周面に接続されたリブ２９と、基部２８の外周縁から立ち上がった円筒状の外周壁部３０と、を有している。

そして、外周壁部３０の先端は、主ケース部材他端部１９の内周面の全周に形成されたビード２１に突き当てられ位置が固定されている。ここで、第２スクリーン部材２５は、若干圧縮された状態でハニカム活性炭収容部１８の他端側（図１及び図２における上方側）の開口に組み付けられているため、押さえ部材２７が主ケース部材１５の他端側（図１及び図２における上方側）に付勢されることにより、主ケース部材１５に固定されることになる。

カバー部材１６は、図２〜図４に示すように、第２燃料吸着部３の他端面となる底壁３１と、基端側がこの底壁３１に接続された円筒状の周壁３２と、周壁３２の先端からカバー部材１６軸方向に沿って突出する４本の突出片３３と、を有している。

底壁３１の中央には、ハニカム活性炭１１の他端部１１ｂの通路断面積よりも小さい円形の大気導入口３４が形成されている。この大気導入口３４には、図２における下方側に向かって延びる円筒状の大気導入口周壁３５が接続されている。そして、この大気導入口周壁３５と大気導入口３４とによって大気ポート１４が構成されている。

大気導入口周壁３５の先端３５ａには、図２における下方側に向かって延びる細長い４本の延長壁３６が形成されている。これら４本の延長壁３６は、大気導入口周壁３５の円周方向に沿って、それぞれが所定間隔を空けて離間しており、隣接する延長壁３６，３６間には隙間３７が形成されている。そして、これら４本の延長壁３６の先端には、大気導入口３４と略同等の直径の円板状のバッフルプレート３８が底壁３１と略平行に接続されている。このバッフルプレート３８は、攪拌手段に相当するものであって、大気導入口３４に対向して大気導入口３４から導入された空気の流れを遮るように配置されている。大気導入口３４から導入された空気は、バッフルプレート３８に衝突することで流れの向きが略９０°変えられ、隙間３７を通ってカバー部材１６の内側、すなわち大気導入側端部１３の内側に導入される。

周壁３２には、その外周面の円周上の４箇所に、外側に向かって突出する爪３９と、円周状の全周に溝４０とが形成されている。爪３９は、主ケース部材他端部１９の外周面に形成された４箇所の溝部２０にスナップフィットで嵌合するものであって、これによりカバー部材１６が主ケース部材他端部１９に固定されている。また、溝４０には、Ｏリング４１が配置され、カバー部材１６と主ケース部材他端部１９との間がシールされている。

そして、突出片３３は、その先端が押さえ部材２７の基部２８の近傍に位置するように設定されており、基部２８との間には若干の隙間が設定されている。そのため、押さえ部材２７は、外周壁部３０の先端がビード２１から外れた場合でも、これら突出片３３により移動が規制されるため、大きく傾くことがないようになっている。

段差部４２は、大気導入側端部１３の内側のうち、ハニカム活性炭収容部１８の内周面よりも外周側に位置する略ドーナツ状の空間から形成されている。換言すれば、段差部４２は、カバー部材１６の突出片３３の外周面３３ａと主ケース部材他端部１９の内周面１９ａとに挟まれたドーナツ状の空間から形成されている。大気ポート１４から流入した空気は、バッフルプレート３８により略９０°向きを変えられ、大気導入側端部１３の内周側に攪拌されながら流入すると、隣接する突出片３３，３３間に形成された隙間４３を通って段差部４２に至り、段差部４２及び段差２６にて空気中に含まれるダストが捕捉される。

段差部４２においては、主に、突出片３３の外周面３３ａと主ケース部材他端部１９の内周面１９ａとに挟まれた部分で空気中に含まれるダストが捕捉される。また、特に、第２燃料吸着部３の軸心が水平に設置される場合には、ドーナツ状の空間である段差部４２のうち、底面となる領域でダストを捕捉することができる。この場合には、ダストの捕捉を長期に亘り行うことができる。

尚、本実施形態においては、大気導入口３５及びバッフルプレート３８の直径が、ハニカム活性炭１１の他端部１１ｂの断面直径の略半分程度に設定されている。また、カバー部材１６の軸方向に沿った大気導入口３４からバッフルプレート３８までの距離は約２０ｍｍ、カバー部材１６の軸方向に沿ったバッフルプレート３８から押さえ部材２７までの距離が約４０ｍｍに設定されている。

以上のように構成された蒸発燃料処理装置１においては、停車時等に、燃料タンクから発生する蒸発燃料がチャージポート７を介して第１燃料吸着部２へ導入され、第１燃料吸着部２内の複数の活性炭層と、第２燃料吸着部３内のハニカム活性炭１１に吸着される。蒸発燃料は、主に炭化水素化物（以下、ＨＣと記す）ガスと、空気の混合気からなり、ＨＣは、第１燃料吸着部２内の複数の活性炭層と、第２燃料吸着部３のハニカム活性炭１１に吸着され、空気は、第１燃料吸着部２内の複数の活性炭層と、第２燃料吸着部３のハニカム活性炭１１とを通過して大気中に放出される。

一方、エンジン稼働時には、パージポート８にエンジンの吸入負圧が作用することになり、大気が大気ポート１４から第２燃料吸着部３内に流入し、ハニカム活性炭１１、第１燃料吸着部２内の複数の活性炭層を順次通過してエンジン内に吸入される。この際、ハニカム活性炭１１及び第１燃料吸着部２内の複数の活性炭層に吸着されているＨＣはパージされる。ＨＣの脱離は、ハニカム活性炭１１から第１燃料吸着部２内の活性炭層へと移動し、こうして脱離したＨＣはパージポート８を通過してエンジンの吸気系に導入され、エンジン内において燃焼に利用される。第１燃料吸着部２内の複数の活性炭層及び、第２燃料吸着部３内のハニカム活性炭１１の吸着能力はこのようなパージによって再生される。

そして、このようなパージの際に、大気導入口３４から導入された空気は、バッフルプレート３８に衝突して流れの向きを大気導入側端部１３の外周側に略９０°向きを変え、大気導入側端部１３の内周面に衝突してからハニカム活性炭収容部１８へ向かって流れていく。すなわち、大気導入口３４から第２燃料吸着部３内に流れ込む空気は、バッフルプレート３８に衝突することにより攪拌される。そのため、大気導入口３４から第２燃料吸着部３に導入された空気は、ハニカム活性炭３８の断面の中心付近だけでなく、断面の外周側部分にも流れる。従って、パージの際に第２燃料吸着部３に流入した空気のハニカム活性炭１１の断面方向の流速分布が略均一となるので、少ないパージ空気量であっても、ハニカム活性炭１１を効率的にパージすることが可能となる。つまり、大気側に位置するハニカム活性炭１１は、少ないパージ空気量であっても、良好な吸着性能を得ることができる。そのため、ハニカム活性炭１１へのＨＣの残留によるエミッションの悪化を防止することができる。

また、パージの際に、バッフルプレート３８に衝突して大気導入側端部１３の内周側に流入した空気は大気導入側端部１３の外周側を指向しているので、隣接する突出片３３，３３間に形成された隙間４３を通って段差部４２に到達し、主ケース部材他端部１９の内周面１９ａに衝突する。そのため、ドーナツ状の空間である段差部４２においては、主として突出片３３の外周面３３ａと主ケース部材他端部１９の内周面１９ａとに挟まれた部分で空気中に含まれるダストが捕捉することができる。

そして、段差２６においても空気中に含まれるダストを捕捉することができる。

尚、上述した実施形態においては、バッフルプレート３８を攪拌手段としているが、攪拌手段はバッフルプレート３８に限定されるものではなく、例えば、主ケース部材他端部１９の内径と略同じ内径の円形板部材に多数の貫通孔を開けた円形多孔板を攪拌手段として用いることも可能である。上述した実施形態の蒸発燃料処理装置１に上記円形多孔板を適用する場合には、該円形多孔板から押さえ部材２７までのカバー部材１６の軸方向に沿った距離を約２０ｍｍ程度に設定することで、攪拌手段として上述のバッフルプレート３８を用いる場合と同等の作用効果を得ることができる。

本発明に係る蒸発燃料処理装置の全体構成を示す説明図。本発明に係る蒸発燃料処理装置の第２燃料吸着部の説明図。本発明に係る蒸発燃料処理装置の第２燃料吸着部の説明図。本発明に係る蒸発燃料処理装置の第２燃料吸着部の説明図。

符号の説明

１…蒸発燃料処理装置
２…第１燃料吸着部
３…第２燃料吸着部
１１…ハニカム活性炭
１３…大気導入側端部
１４…大気ポート
１８…ハニカム活性炭収容部
３８…バッフルプレート（攪拌手段）

Claims

内部に形成された第１流路に蒸発燃料の吸着・脱離を行う吸着材からなる吸着層が配置された第１燃料吸着部と、
内部に形成された第２流路に蒸発燃料の吸着・脱離を行う吸着材からなる吸着層が配置された第２燃料吸着部と、を備え、
上記第１燃料吸着部は、上記第１流路の一端側となる位置に、燃料タンクに接続されるチャージポートとエンジンの吸気系に接続されるパージポートとを有し、上記第２燃料吸着部は、上記第２流路の他端側となる位置に、大気に連通する大気ポートを有し、
上記第１流路の他端側が上記第２流路の一端側に連続するように、上記第１燃料吸着部と上記第２燃料吸着部とが連結された蒸発燃料処理装置において、
上記第２燃料吸着部は、吸着材としてのハニカム活性炭が収容保持されたハニカム活性炭収容部と、大気ポートを有する大気導入側端部と、を備え、
上記大気導入側端部には、上記大気ポートを介して上記ハニカム活性炭収容部に導入される空気を攪拌する攪拌手段が配置され、
上記第２燃料吸着部は、上記大気導入側端部の通路断面積が上記ハニカム活性炭容部の通路断面積よりも大きくなるよう形成され、
上記第２燃料吸着部の内側には、上記大気導入側端部と上記ハニカム活性炭収容部との境界部分に全周に亙って段差が形成されていると共に、上記第２燃料吸着部の他端面から突出し、上記大気導入側端部の外周縁の周方向に沿って延び、上記大気導入側端部の内周面と離間して対向する複数の突出片が上記大気導入側端部の外周縁の周方向に間欠的に設けられていることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
上記段差は上記ハニカム活性炭収容部の内壁面よりも外周側に位置するよう設定され、
上記突出片は、該突出片と上記大気導入側端部の内周面とに挟まれた空間が、上記ハニカム活性炭収容部の内壁面よりも外周側に位置するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
上記攪拌手段は、上記大気ポートの大気導入口に対向するよう配置されたバッフルプレートであることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸発燃料処理装置。