JP5816186B2 - 蒸発排出物制御システムからの排出物を減少させるための方法及びシステム - Google Patents

Description

この開示は、活性炭充填キャニスター及び／又は吸収性モノリス含有キャニスターを含む、車両燃料貯蔵システムからの蒸発炭化水素排出物を減少させるための方法であって、そのモノリスは、活性炭を含み、同様に、流体流れから揮発性の有機化合物及び他の化学物質を取り除くためにそのように吸収するキャニスターの使用に関する。この開示は、さらに排出物制御のためにパッシブ及びアクティブ排出キャニスター及び／又はキャニスターベッドを採用する特定の方法及びシステムに関する。さらに、この開示は、キャニスターを完全に再生するために、排気されてエンジンによって消費されなければならない炭化水素の総質量を減少させることに関する。

動力車燃料システムからのガソリンの蒸発は、炭化水素大気汚染の大きな潜在源である。自動車産業は、できるだけ、米国単独で各年に燃料システムから蒸発したほとんど１０億ガロンのガソリンを封じ込めるように、エンジンコンポーネント及びシステムを設計するように求められている。そのような排出物は、蒸発する蒸気を吸収及び保持するために活性炭が採用されたキャニスターシステムにより制御されることができる。

最新の自動排出物制御システムで採用されている典型的なキャニスターシステムが、図１に示される。アクティブパージキャニスター２は、燃料タンク１に接続されている。そのアクティブパージキャニスター２は、キャニスターベント３及びエンジン吸気マニホールドへのパージラインを有している。幾つかの基礎的な自動排出物制御システムキャニスターが、特許文献１（米国特許第５４５６２３６号明細書）、特許文献２（米国特許第５４５６２３７号明細書）、特許文献３（米国特許第５４６０１３６号明細書）、特許文献４（米国特許第５４７７８３６号明細書）に記載されている。

これらのキャニスター及びキャニスターシステムは、燃料システムから放出された炭化水素を吸収するように機能する。エンジン動作の特定のモードの下、吸収された炭化水素蒸気は、周期的に、そのカーボンから除去され、そのキャニスターを通じて空気が能動的に（アクティブに）引かれて（「アクティブパージ」）、エンジン中で脱着された蒸気を燃やすことにより「再生されたカーボン」を形成する。この再生されたカーボンは、次いで、追加される蒸気を吸収するために、準備される。

典型的には、この「アクティブパージ」は、エンジンが動作して、そのエンジンマニホールドが、そのカーボンキャニスターを通じて空気を引くために使用されて真空を作る間に、行われる。カーボンキャニスターを完全にパージしてその設計された自由容量に戻し、許容可能な排出物レベルに適合するようにするため、かなりの容積のパージ空気が必要とされる（典型的には、キャニスターの容積の１００〜４００倍である）。

炭再生の別の手段が、「パッシブパージ」又は「自然バックパージ」を通じて行われる。自然バックパージは、周囲大気温度が落ちるような日を通して行われる。典型的には、最も温かい気温は、午後の遅い時間の間であり、最も冷たい気温は朝早い時間の間である。この自然温度の変化は、日周温度変化と称されている。周囲温度が増加すると、車両の燃料タンク及びその内容物の温度は、また増加する。この温度増加は、空気及び蒸気が膨張することを引き起こし、より密度が薄くなり、そしてその増加はまた、燃料蒸気圧の上昇及び蒸気−液平衡を維持するため燃料蒸気の発生を引き起こす。これらのプロセスの正味の効果は、：（１）タンク蒸気空間内のガソリン蒸気濃度の上昇、及び（２）大気への開放ラインでガソリン蒸気及び燃料タンクからの空気をベントして圧力平衡を維持すること（もしタンクが大気から密閉されていれば燃料タンクの加圧すること）を含む。

その周囲温度が低下すると、燃料タンク及び燃料タンクの内容物の温度も低下して、逆の効果が起こる。その空気とガソリン蒸気は、収縮して密度が増加する。燃料の蒸気圧が減少すると、平衡蒸気濃度が下がるので液体の目減り分の燃料蒸気が液体に凝縮することを引き起こす。これらのプロセスの正味の効果は、燃料タンクへの空気の引き込みである。カーボンキャニスターが、タンクベントに配置されるとき、周囲温度の落ち込みの時間の間にタンクに引かれる空気は、キャニスターの限定された再生をもたらすことができる。

７ｐｓｉリード蒸気圧（ＲＶＰ）のガソリンで４０％満たされた、典型的な６０リットルの燃料タンクは、６５°Ｆから１０５°Ｆに加熱された際に、約３５グラムの炭化水素蒸気をベントする。典型的な商業化されたカーボンキャニスターは、１日から３日以上の間で、必要及びデザインに応じて、９９パーセント以上のこれらの蒸気を吸収する。この同じタンクシステムが１０５°Ｆから６５°Ｆに冷却されたとき、約５から７グラムの炭化水素が脱着して燃料タンクにベントして戻る。２４時間周期に渡る、正味のカーボンキャニスター負荷は２８から３０グラムである。

自動車製造業者及びシステム設計者は、カーボンキャニスターを再生させ且つ吸収容量の必要なレベル及びベントされた排出物ターゲットの適合の両方を提供するのに必要なアクティブエンジンパージの容積を顕著に減少させるための方法を探している。自動車製造業者及びシステム設計者は、また、パージ中にエンジンに届けなければならないガソリン蒸気の量を減少させるための方法を探している。自動車製造業者は、また、炭化水素濃度を減少させることによるパージ空気中の燃料蒸気の平均濃度を減少させるための方法を探しており、キャニスターを通じてエンジンに引かれる単位時間当たりのパージ空気の容積は、エンジン制御への影響を最小限に抑えて増加させてもよい。上述されたシステム（６０リットルの燃料タンク、７ｐｓｉＲＶＰ燃料で４０％満たされ、６５°Ｆから１０５°Ｆへそして６５°Ｆへの２４時間の日周サイクルを経る）のため、燃料タンクは約１５．３リットルの空気プラス約９．７リットルのガソリン蒸気を外側にベントする。米国連邦排出基準に適合するように設計された、このシステムに適用される典型的なカーボンキャニスターは、１１又は１５ｇ／１００ｍＬのブタンワーキングキャパシティ（ＢＷＣ）カーボンで約２リットルの容積で満たされる。３日間の負荷の後このキャニスターを好ましくパージするのに必要なアクティブエンジンパージの容積は、２００から８００リットルになり、負荷流に含まれる総容積の４．４から１７倍になる。

新たなエンジン技術（例えばガソリン直噴）及びハイブリッド電気配置は、パージ空気の可用性又はカーボンキャニスター再生のための大きな炭化水素負荷を扱うための能力を減少させている。ハイブリッドでのガソリンエンジンは間欠的に動作するのみであり、それはパージ時間を減少させている。ガソリン直噴エンジンは、伝統的な内燃エンジンよりも大気圧にかなり近いインテーク・マニホールド真空レベルで動作し、それはキャニスターを通じてのパージ流れの展開のため駆動力を減少させている。自動車製造業者は、これらの新しい技術を適応させるために１０から７５ベッド容積のパージ空気（又は例えば上述の２０リットルから１５０リットルのパージ空気）のターゲットを定めている。これらのターゲットは、パージ容積を展開させるための制限か、又は、パージ中の現在の炭化水素濃度を基に、エンジンが許容できて、運転性及び排気ターゲットをなお維持することができる炭化水素の量についての制限のいずれかを基にしている。

従って、新しい技術及び革新が、これらのエンジン技術が、環境排出制御基準に適合することを可能にするのに必要である。自動車製造業者は、またこれらのターゲットをセットしており、それは単に空気パージの容積を減少させる必要性のためだけではなく、新しいハイブリッド技術及び新しい環境排気基準がパージのための時間可用性の量を減少させるからでもある。現在の最新技術のキャニスターシステムでは、大きなパージ容積は、エンジンへの高いガソリン蒸気パージ負荷に等しい。排気触媒及びエンジン制御は、適切に、割り当てられた時間中で、パージされた炭化水素を、完全に酸化させることができず、排気要求を満たすことができない。高い容積のパージ空気をキャニスターに供給するための能力は、必ずしも主なゴールではなく、主なゴールは、大抵、パージの間にエンジンに送られる炭化水素の量の減少である。したがって、代替的に必要であるのは、キャニスターを完全に再生するためにエンジンによりアクティブ的にパージされなければならないキャニスター中の炭化水素の量を減少させることである。

米国特許第５４５６２３６号明細書 米国特許第５４５６２３７号明細書 米国特許第５４６０１３６号明細書 米国特許第５４７７８３６号明細書

本願開示は、そのような革新的なニーズを満たす。本願開示の１つの目的は、費用効率のよい技術を提供し、新しいエンジン技術を消費者にうまくもたらすために自動車会社により定められたこれらの新しいパージターゲットを満たすことを提供することである。さらなる目的は、キャニスター／キャニスターシステムからパージされ、パージ空気とともにエンジンに送られるガソリン蒸気の量を減少させることである。

自動車蒸発性排出物制御システムからの炭化水素排出物を減少させるための方法は、（１）燃料タンクからベントされた燃料蒸気流を第１パッシブパージキャニスターベッドに接触させるステップであって、前記パッシブパージキャニスターベッドが蒸気吸収性材料を具備し、パッシブパージ蒸気吸気口及び蒸気流の流れのためのパッシブパージ蒸気排気口を有する、ステップと、（２）前記パッシブパージ蒸気排気口からの蒸気流をアクティブパージキャニスターベッドに接触させるステップであって、前記アクティブパージキャニスターベッドは蒸気吸収性材料を具備する、ステップと、（３）前記アクティブパージキャニスターベッドと機械的に対流されたパージ空気とを接触させるステップであって、その機械的に対流されたパージ空気は、パッシブパージキャニスターベッドを通じる流れから保護される、ステップと、（４）前記パッシブパージキャニスターベッドと、前記アクティブパージキャニスターベッドに最初に接触することなしにパッシブパージ蒸気排気口を通じて燃料タンクにより受動的に引き込まれた新鮮なパージ空気とを接触させるステップとを含む。

本願開示の１つの実施形態は、車両のための蒸発性排出物制御システムであり、以下の、（１）揮発性の燃料を貯蔵し、前記燃料を消費するのに適した燃料タンクであって、ベントされる燃料蒸気流の放出のためのベントを含む燃料タンクと、（２）パッシブパージ蒸気吸気口及びパッシブパージ蒸気排気口を有し、燃焼タンクからの燃料蒸気を一時的に吸収し且つ貯蔵するための燃料蒸気吸収性材料を含む、パッシブパージキャニスターベッドと、（３）前記燃料タンクからの燃料蒸気を一時的に吸収し且つ貯蔵するための燃料蒸気吸収性材料を含むアクティブパージキャニスターベッドと、（４）燃焼タンクからパッシブパージキャニスターベッドに燃料蒸気を導くための導管と、（５）パッシブパージキャニスターベッド排気口からアクティブパージキャニスターへの燃料蒸気導管であって、燃料タンクからのベントされた燃料蒸気流は、パッシブパージキャニスターベッドと接触されている、導管と、を含む。

本開示のさらなる実施形態においては、アクティブキャニスターベッド及び／又はパッシブキャニスターベッド中の蒸気吸収性材料は、化学、熱及び化学／熱組合わせ活性化方法からなる群から選択されたプロセスにより活性化される、木、泥炭、石炭、ココナッツ、亜炭（ｌｉｇｎｉｔｅ）、石油ピッチ、石油コーク、コールタールピッチ、果物核（ｆｒｕｉｔ ｐｉｔ）、ナッツ殻、おがくず、木粉、合成ポリマー及び自然ポリマーからなる群から選択された材料から得られる、活性炭である。

本開示のさらなる実施形態において、アクティブキャニスターベッド及び／又はパッシブキャニスターベッド中の蒸気吸収性材料は、ゼオライト、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、柱状粘土、分子篩、及びそれらの組み合わせからなる群から選択された無機材料である。さらなる実施形態においては、アクティブキャニスターベッド及び／又はパッシブキャニスターベッド中の蒸気吸収性材料は、多孔質ポリマーである。さらに別の実施形態において、アクティブキャニスターベッド及び／又はパッシブキャニスターベッド中の蒸気吸収性材料は、蜂の巣状又はモノリス（一枚岩）形状である。

本開示のさらなる実施形態において、アクティブキャニスターベッドは、その車両のエンジンが動作の間、加熱される。さらに別の実施形態において、システムは、バッファーベッドセクションを具備する。

本開示のさらなる実施形態において、アクティブキャニスターベッドへのガソリン蒸気負荷は、燃料タンク容積のリットル当たり本質的に０から０．２５グラムのガソリンの範囲である。４つのさらなる実施形態において、アクティブキャニスターベッドへのガソリン蒸気負荷は、それぞれ、（１）燃料タンク容積のリットル当たり０．２５グラムのガソリンよりも少ない、（２）燃料タンク容積のリットル当たり０．２グラムのガソリンよりも少ない、（３）燃料タンク容積のリットル当たり０．１グラムのガソリンよりも少ない、並びに、（４）燃料タンク容積のリットル当たり０．０５グラムのガソリンよりも少ない。

本願開示は、キャニスターの２つの部分に頼っており、パッシブセクションは、バックパージが最大化されることを確実にするために、バックパージからの空気の量のみを扱う。第２の部分は、アクティブに、パージされる。

従来技術のキャニスターシステムの、断面図である。 本開示の１つの実施形態の断面図である。 本開示の第２の実施形態の断面図である。 本開示の第３の実施形態の断面図である。 本開示の第４の実施形態の断面図である。 本開示の第５の実施形態の断面図である。 本開示の第６の実施形態の断面図である。

本願開示のゴールは、第２「アクティブ」キャニスター及び／又はキャニスターベッドセクションに供給する炭化水素の負荷を減少させるため、第１「パッシブ」キャニスター及び／又キャニスターベッドセクションを通じてバックパージ現象の効率及び再生能力を改善することである。

バックパージは、自動車に搭載されている多くのカーボンキャニスターシステムで自然に起こるが、自動車製造業者及びキャニスター設計者はその潜在能力の利点を完全には生かせていなかった。パックパージのより効率的な使用が、パッシブ的にパージされたキャニスター及び／又はパッシブ的にパージされたキャニスターベッドセクションの使用を通じて採用されることができる。パッシブ的にパージされたキャニスターは、エンジンからのどのようなアクティブパージ又は他の強制的な対流プロセスの使用も必要とせず、そのパージは、日周温度サイクルの冷却期間から誘発されるのみである。パッシブパージキャニスターは、炭化水素の粒子内及び軸キャニスター再分配が最小化されるように、炭化水素の非常に重いヒール又は高い濃度を作り上げるために設計された１つのものであり、バックパージ空気流れは、略又は完全に炭化水素で飽和されたままである。本システムの重要な態様は、日々の自然なバックパージが新鮮な空気をパッシブパージセクションに送達することを可能にし、パッシブパージセクション内に含まれている物質移動ゾーンの大部分を継続的に維持することを可能にすることである。

本願開示の実施形態は、パッシブ的にパージされるキャニスター及び／又はパッシブ的にパージされるキャニスターベッドセクションが、逆止め弁（チェックバルブ）又は圧力除去弁及び任意選択的な「バッファー」キャニスターの新規な使用を通じて、アクティブ的にパージされるキャニスター及び／又はキャニスターベッドセクションとともに直列に効率的に採用されることが可能になる。これらの逆止め弁（チェックバルブ）又は圧力除去弁の機能性は、その弁を開ける又は「クラックする」ため、望ましい流れの方向でその弁に渡る正圧力差を必要とする。この要求は、燃料タンク圧力が、燃料タンクからの及び燃料タンクへの空気流れを、それぞれ、提供するのに必要な正及び負クラック圧力の間を変動することを引き起こす。商業的に利用可能な弁は、＋１０インチの水柱から−１０インチの水柱圧力の範囲内で、もしより狭い範囲内でなければ、この圧力変化を維持することができるものが存在する。バッファーキャニスター又はバッファーベッドの等価セクションの目的は、パッシブキャニスターセクションからアクティブキャニスターセクションにベントされた炭化水素の濃度をならすことである。そのバッファーキャニスターは、低炭化水素濃度の空気を保護して、アクティブキャニスターから炭化水素を揮散させる。

図２は、本願開示の第１実施形態を示す。この第１実施形態、図２は、３つのキャニスター：（ａ）パッシブパージキャニスター５、（ｂ）バッファーキャニスター６、及び（ｃ）アクティブパージキャニスター２、を備える。燃料タンク圧力が増加するとき、燃料タンク１は、燃料蒸気及び空気を、パッシブパージキャニスター５を通じて、バッファーキャニスター６を通じて、そしてアクティブパージキャニスター２を通じて、外側にベントする。タンク吸気口チェックバルブ７は、最初にバッファーキャニスター６及びアクティブパージキャニスター２を通過することなしに、空気又は蒸気が大気にベントすることを防ぐ。

燃料タンク圧力が（大気に対して）負になると、それは周囲温度の下降又は車両の動作中燃料が燃料タンクからくみ上げられるときに起こり、燃料タンク吸気口チェックバルブ７は、空気が引き込まれて自然にパッシブパージキャニスター２をパージすることを可能にし、燃料タンク圧力は安定する。燃料タンク排気口チェックバルブ８は、空気がキャニスターベント３からパッシブパージキャニスター５に向けて、又はパージラインからエンジン４に引き込まれるのを防止する。この弁装置を通じての微小漏れ又は浸透は、例えば、部分的ゼロエミッション車（ＰＺＥＶ）のような、厳しい蒸発性排出物要件に適合させるためには、問題がありうる。小さなカーボンベッド又はフィルター（１００ｍｌよりも少ない）が、吸気中にどのような漏れ又は浸透損失をも吸収して効率的にパージされるために、装置の大気側に、ベントラインと直列に追加されることができる。したがって、バッファーキャニスター６は、決してバックパージされない。アクティブパージキャニスター２は、エンジンパージ中のアクティブパージキャニスター２を通じての圧力降下が、クラック圧力及び２つのチェックバルブ及びバッファーキャニスター６を通じた圧力降下よりも少なく、パージ空気がアクティブパージキャニスター２を通じてのみ流れることを確実にするように、設計されている。エンジンが動作している間、アクティブパージキャニスター２は、本産業において典型的なようにパージされる。

パッシブパージキャニスター５は、自動車燃料タンクベントに取り付けられ、燃料が、温度変化又は大気圧力の変化の間、呼吸をすることを可能にする。１つの実施形態において、パッシブパージキャニスター５は、燃料タンク容量のリットル当たり０．００４リットルから燃料タンク容量のリットル当たり０．０７リットルのカーボンの容積を有している。１つの実施形態において、パッシブパージキャニスター５の長さと直径比は、１：１から１０：１の範囲にある。もちろん、他の容積及び長さと直径の比も可能であり、望ましいターゲットのアクティブパージキャニスターへの減少された負荷に依存する。活性炭は、再生可能なガソリン蒸気制御に適した種類のものであるべきである。２つのポートがパッシブパージキャニスター５上に存在する：（１）タンク側ポート、及び（２）ベント側ポート。そのタンク側ポートは、パッシブパージキャニスター５と燃料タンク１の間に蒸気の連絡を提供し、；そのベント側ポートは、パッシブパージキャニスター５と「Ｔ字型」パイプの間に蒸気の連絡を提供する。チェックバルブ（燃料タンク吸気口チェックバルブ７）は、１つのＴ字型排気口に付着され、それは、流れがその「Ｔ字型」に向けてのみ導かれることができるように構成される。バッファーキャニスター６は、「Ｔ字型」の第２の排気口に接続されている。バッファーキャニスター６は、活性炭で満たされ、０．０１０リットルから１．０リットルの容積を有する。バッファーキャニスター６の長さと直径の比は、０．５：１から１０．０：１の範囲にあることができる。もちろん他の容積及び長さと直径の比は、アクティブパージキャニスターに減少された負荷の所望のターゲットに応じて、可能である。バッファーキャニスター６は、２つのポートを有している：（１）タンク側ポート、及び（２）ベント側ポート。タンク側ポートは、バッファーキャニスター６とパッシブパージキャニスター５の間に蒸気の連絡を提供する一方、ベント側ポートは、バッファーキャニスター６と燃料タンク排気口チェックバルブ８の間の蒸気の連絡を提供する。燃料タンク排気口チェックバルブ８は、蒸気流れが、燃料タンクから離れてアクティブパージキャニスター２に向かう方向のみに進むことができるように構成される。

アクティブパージキャニスター２は、燃料タンク容量のリットル当たり０．０００８リットルのカーボンの容積で燃料からタンク容量のリットル当たり０．０３３リットルのカーボンの容積で、キャニスターを活性炭で満たされることができる。アクティブパージキャニスター２は、再生可能なガソリン蒸気吸収に適している活性炭で満たすことができる。アクティブパージキャニスター２の長さと直径の比は、１：１から１０：１の間の範囲にすることができる。もちろん他の容積及び長さと直径の比が、アクティブパージキャニスターに減少された負荷の所望のターゲットに応じて、可能である。そのアクティブパージキャニスター２は、１つの端部が、燃料タンク排気口チェックバルブ８とそのエンジンのインテーク又はインテーク・マニホールドの両方と蒸気連通するように、配管されることができる。アクティブパージキャニスター２の他端部は、おそらくフィルターを経由して、大気と蒸気連通する。

システムは、パッシブパージキャニスター５、バッファーキャニスター６、燃料タンク排気口チェックバルブ８、及びアクティブパージキャニスター２を、連続的に通過するために、それが大気圧に対して正に加圧されるようになる場合に、蒸気及び空気が燃料タンク１からベントされることを可能にするように設計される。そのタンクが大気圧に対して負に加圧されるようになる場合に、システムは、空気が燃料タンク吸気口チェックバルブ７を通じて、パッシブパージキャニスター５を通じて、そして燃料タンク１に流れ込むように導かれるように設計される。流れは、アクティブパージキャニスター２を通じて、そしてパージラインを通じてエンジン４に進行する。

当業者は、本開示の実施形態のキャニスター／キャニスターベッドセクションで手近に利用されている吸収体は、木、泥炭、石炭、ココナッツ、合成ポリマー及び自然ポリマーを含む、様々な原料から、及び、化学的及び／又は熱的活性化を含む、様々なプロセスから、活性炭を含み、同様に、分子篩、多孔質アルミナ、柱状粘土、ゼオライト、及び多孔質シリカを含む、無機吸収体と、多孔質ポリマーを含む、有機吸収体と、を含むことができる吸収体である。本吸収体は、粒状の、球状の、又はペレット化された円柱形状とすることができ、又は、特別な薄い壁の断面形状、例えば、中空シリンダー、星、らせん状のねじれ、アスタリスク、作られたリボン、又は当該技術分野の技術能力の範囲内にある他の形状とすることができる。成形する際、無機及び／又は有機バインダーを使用することができる。吸収体は、モノリス又は蜂の巣部品に形成されることができる。吸収体は、キャニスターに１つ以上の層、又は、分離したチャンバー、として組み入れられることができ、又は、それらは、補助キャニスターベッドとして流体流の流れ量に挿入されることができる。

本開示の文脈では、「モノリス」は、発泡体、織り及び不織繊維、マット、ブロック及び粒子の集合体を含むことを意図している。

図２で示された実施形態は、以下の有利な結果が起こることを可能にする：（１）パッシブパージキャニスター５は、ガソリン蒸気が高く積まれたままに残り、（２）バッファーキャニスター６は、アクティブキャニスターに供給する炭化水素蒸気の濃度を安定化させて、燃料タンクの排気中にアクティブキャニスターに積まれた吸収された炭化水素の潜在的な揮散を最小化し、（３）燃料タンク吸気口チェックバルブ７及びその場所は、日周期の冷却時間で新鮮な空気がパッシブパージキャニスター５をパージすることを可能にする。

パッシブパージキャニスター５は、ガソリン蒸気で高く積まれたままである。この積み込みの高い状態は、パッシブパージの制限された容積が飽和されたままになることを可能にする。パージ空気は、３０％蒸気濃度を超えた濃度でよく飽和されたままにされることができる。適切な設計では（例えば、燃料タンク容量のリットル当たり０．０５リットルの１１ＢＷＣカーボンと、長さと直径の比が４：１よりも大きい）、パッシブパージキャニスター５は、大気にベントしている排出物を９０％の減少よりもよいレベルに制御することができる。このキャニスター５は、アクティブキャニスター２に対する負荷を、９５％までの減少がされることができる。アクティブキャニスター２をパージして空にしてエンジンによって燃焼されなければならないガソリン蒸気の量は、現在の技術と比較して９５パーセントまでの減少がされることができる。

バッファーキャニスター６は、パッシブパージキャニスター５からアクティブパージキャニスター２にベントされる炭化水素蒸気の濃度を安定化させる。これは特に、複数日の日周期で、かなりの波面がアクティブパージキャニスター２において進展することを防ぐことについて、特に重要である。日周期の冷却期間の後、パッシブパージキャニスター５は、特にキャニスターのベント端部で、部分的にパージされる。続いて、日周期の加熱部分の間、システムが温まるとき、低濃度のガソリン蒸気がパッシブパージキャニスターからベントする。バッファーキャニスター６がないと、この空気／蒸気流れのガソリン濃度は低くなり、特にもしアクティブパージキャニスター２が積極的にパージされた後２日又はそれ以上の日にちであるときは、キャニスターベントに向けてアクティブパージキャニスター２からガソリン蒸気をパージすることができる。バッファーキャニスター６は決してパージされず、そのためその空気／蒸気流れは、ガソリン蒸気の濃度が非常に低くパッシブパージキャニスター５から出てくるとき、ガソリン蒸気を揮散することによりガソリン蒸気を濃縮し、バッファーキャニスター６は、次いで、ガソリン蒸気濃度が非常に高くパッシブパージキャニスター５から出てくるとき、蒸気を吸収する。

燃料タンク吸気口チェックバルブ７及びその場所は、日周期の各冷却期間で、新鮮な空気が、パッシブパージキャニスター５をパージすることを可能にする。これは、物質移動領域がパッシブパージキャニスター５内にほとんど限定されたままになることを可能にし、相対的に高沸点の蒸気成分がアクティブパージキャニスター２に移動することを防止する。アクティブパージキャニスター２は、このように、エンジンからのアクティブパージ中に除去される軽留分を簡単にパージするだけでよい。

図３は、本願開示の第２実施例を示す。この第２実施形態、図３は、３つのキャニスターを具備する：（ａ）パッシブパージキャニスター５、（ｂ）バッファーキャニスター６、及び（ｃ）アクティブパージキャニスター２。燃料タンク圧力が増大するとき、燃料タンク１は、燃料蒸気及び空気を、パッシブパージキャニスター５を通じて、バッファーキャニスター６を通じて、そしてアクティブパージキャニスター２を通じて外側にベントする。タンク吸入口チェックバルブ７は、空気又は蒸気が、バッファーキャニスター６を最初に通過することなく及びアクティブパージキャニスター２を通過することなく大気にベントすることを防止する。燃料タンク吸気口自動バルブ１０は、通常、非エネルギー状態で開き、アクティブパージキャニスター２がエンジンによりパージされなければ開いたままである。

燃料タンク圧力が、（大気に対して）負になれば、燃料タンク吸気口チェックバルブ７は、空気が引かれて入ることを可能にし、そして燃料タンク圧力が安定化している間に自然にパッシブパージキャニスター５をパージする。燃料タンク排気口チェックバルブ８は、キャニスターベントから又はエンジン４へのパージラインからパッシブパージキャニスター５に向かって、空気が引かれることを防止する。したがって、バッファーキャニスター６は、決してバックパージされない。燃料タンク吸気口自動バルブ１０は、アクティブパージの期間の間、エネルギー状態にあって、閉められている。このように、このバルブは、キャニスターベントを通じて空気が引かれるために使用されるエンジンマニホールド真空により空気が引かれる機会を除去している。エンジンが動作している間、アクティブパージキャニスター２は、当該産業で典型的なように、パージされる。

図４は、本願開示の第３実施形態を示す。この第３実施形態、図４は、２つのキャニスターを具備する：（ａ）パッシブパージキャニスター５及び（ｂ）アクティブパージキャニスター２。燃料タンク圧力が負になって、パッシブパージ空気が内側に引かれる場合に
パッシブパージキャニスター５は、活性炭の排気口セクションをバイパスされるように設計されている。このバイパスされたセクションのカーボンは、効果的に、バッファーキャニスターとして機能する。

燃料タンク圧力が増加するとき、燃料タンクは燃料蒸気及び空気を、パッシブパージキャニスター５を通じて及びアクティブパージキャニスター２を通じて、外側にベントする。タンク吸気口チェックバルブ７は、空気又は蒸気が、最初にアクティブパージキャニスター２を通過することなしに、大気にベントすることを防止する。

燃料タンク圧力が（大気に対して）負になるとき、燃料タンク吸気口チェックバルブ７は、空気が引かれて、燃料タンク圧力を安定化させる間に、自然にパッシブパージキャニスター５をパージする。燃料タンク排気チェックバルブ８は、空気が、キャニスターベントから又はエンジン４へのパージラインからパッシブパージキャニスター５に向けて、引かれることを防止する。エンジンが動作している間、アクティブパージキャニスター２は、当該産業で典型的なようにパージされる。

図５は、本願開示の第４実施形態を示す。この第４実施形態、図５は、２つのキャニスターを具備する：（ａ）パッシブパージキャニスター５及び（ｂ）アクティブパージキャニスター２。燃料タンク圧力が増加するとき、燃料タンク１は、燃料蒸気及び空気を、パッシブパージキャニスター５を通じて及びアクティブパージキャニスター２を通じて外側にベントする。タンク吸気口チェックバルブ７は、空気又は蒸気を、最初に、アクティブパージキャニスター２を通過することなしに大気にベントすることを防止する。

燃料タンク圧力が（大気に対して）負になったとき、燃料タンク吸気口チェックバルブは、空気が引かれることを可能にし、燃料タンク圧力を安定化させている間に、自然にパッシブパージキャニスターをパージする。燃料タンク排気口チェックバルブは、空気が、キャニスターベントから又はエンジンへのパージラインからパッシブパージキャニスターに向けて、引かれることを防止する。エンジンが動作している間、アクティブパージキャニスターは、当該産業で典型的なようにパージされる。

図６は、本願開示の第５実施形態を示す。この第５実施形態、図６は、１つのキャニスターシステム内に３つのキャニスターベッドセクションを具備する：（ａ）パッシブパージキャニスターベッドセクション１；（ｂ）バッファーベッドセクション２；及び（ｃ）アクティブパージキャニスターベッドセクション３。パッシブパージキャニスターベッドセクション１は、１つの端部で燃料タンクポート４を及び他端部で燃料タンク５の吸気口チェックバルブ５Ｉを含む。バッファーベッドセクション２の１つの端部は、燃料タンク５の排気口チェックバルブ５Ｏに接続し、その間他の端部は、エンジン６へのアクティブパージポートとアクティブパージキャニスターベッドセクション３に接続する。エンジン６へのアクティブパージポートは、１つの端部上のキャニスターベントポート７に接続し、そして他の端部は、エンジン６へのアクティブパージポート及びバッファーベッドセクション２に接続される。

図７は、本願開示の第６実施形態を示す。この第６実施形態、図７は、１つのキャニスターシステム内に３つのキャニスターベッドセクションを具備する：（ａ）パッシブパージキャニスターベッドセクション１；（ｂ）バッファーベッドセクション２；及び（ｃ）アクティブパージキャニスターベッドセクション３。パッシブパージキャニスターベッドセクション１は、１つの端部上に燃料タンクポート４を及び他端部上に燃料タンク５の吸気口チェックバルブ５Ｉを含む。バッファーベッドセクション２の１つの端部は、燃料タンクアウトラインチェックバルブ５Ｏに接続し、その間他の端部は、エンジン６へのアクティブパージポートとアクティブパージキャニスターベッドセクション３に接続する。エンジン６へのアクティブパージポートは、１つの端部上のキャニスターベントポート７に接続し、そして他の端部は、エンジン６へのアクティブパージポート及びバッファーベッドセクション２に接続される。また、１つの端部で燃料タンク吸気口チェックバルブ５Ｉを接続する燃料タンク吸気口自動バルブ８並びに他端部で燃料タンク吸入口ベント９がある。望まれるときには、自動バルブ８の片側に配置されるフィルターがあることができる。

図２−５の全ての実施形態は、アクティブパージキャニスターにより後続されるパッシブパージキャニスターの同じ通常の設計を示す。全てのキャニスターベッドは、１又はそれ以上の全体のキャニスターシステム内で適合するように設計されることができる。一般的な設計原理は、タンク側（すなわち、パッシブパージキャニスター）で利用可能なパージの量を制限して、非常に高い濃度の吸収された炭化水素が高い効率のパッシブパージを作って可能にすることである。

本願開示の実施形態において示されているシステムが正常に動作するために、チェックバルブ（又は蒸気流れ制御の他の好適な手段／装置、例えば圧力除去バルブ）は、エンジンからのアクティブパージが、燃料タンク排気口チェックバルブ及び燃料タンク入り口チェックバルブを通じて空気が引き込まれることを引き起こさないように、設計されなければならない。この「短絡」を防止する代替策は、燃料タンク吸気口チェックバルブのベント側上に自動化されたバルブを組み込むことである。この自動バルブは、（非エネルギー状態で）通常開放され、アクティブパージの期間中に閉められる。

本願の開示の実施形態を通じて、エンジンによりパージされ且つエンジンで燃焼されるのに必要な炭化水素の日常の量は、９５％まで減少されることができる。さらに、アイドリング問題又は追加の排気排出物を引き起こすことがない限り、より多い容積のパージ空気が、ガソリン蒸気を伴うエンジンのオーバーロードなしに利用されてもよい。

さらに、本願開示の実施形態は、エンジンによりパージされる炭化水素が、平均的に低い分子量を有することを確実にする追加的な利点を達成する。これらの炭化水素は、高い蒸気圧を有し、より重い分子量の炭化水素よりも簡単にエンジンへパージし、パッシブにパージされるキャニスターに集中する。より軽い分子量の成分は、またガソリンに存在する重い分子量成分と比較して、より簡単に、完全に、エンジンにより燃焼されるので、したがって、排気排出物における影響は、現在の手順に比べてかなり減少される。キャニスターを完全に再生させて排出物ターゲットに適合するのに必要なパージ空気の容積は、現在の手順に比べて減少される。

この開示の方法及びシステムは、アクティブパージキャニスターベッド、パッシブパージキャニスターベッド及び任意選択のバッファーキャニスターベッドが、１つのキャニスター内に配置され、又は１つのキャニスターよりも多くに配置される実施形態を含む。

本願開示の方法及びシステムの１つの実施形態において、アクティブ及び／又はパッシブキャニスターベッドにおける蒸気吸収性材料は、化学、熱及び化学／熱組合わせアクティブ化方法からなる群から選択されたプロセスにより活性化される、木、泥炭、石炭、ココナッツ、亜炭（ｌｉｇｎｉｔｅ）、石油ピッチ、石油コーク、コールタールピッチ、果物核（ｆｒｕｉｔ ｐｉｔ）、ナッツ殻、おがくず、木粉、合成ポリマー及び自然ポリマーからなる群から選択された材料から得られる、アクティブ化されたカーボンである。

本願開示の方法及びシステムの１つの実施形態において、アクティブ及び／又はパッシブキャニスターベッド中の蒸気吸収性材料は、ゼオライト、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、柱状粘土、分子篩からなる群から選択された無機材料である。

本願開示の方法及びシステムの１つの実施形態において、アクティブ及び／又はパッシブキャニスターベッド中の蒸気吸収性材料は、多孔質ポリマーである。

本願開示の方法及びシステムの１つの実施形態において、アクティブ及び／又はパッシブキャニスターベッド中の蒸気吸収性材料は、中空シリンダー、星、らせん状のねじれ、アスタリスク、作られたリボン、又は当該技術分野の技術能力の範囲内にある他の形状からなる群から選択された高い空隙率の形状の形態である。

本願開示の方法及びシステムの１つの実施形態において、アクティブ及び／又はパッシブキャニスターベッド中の蒸気吸収性材料は、蜂の巣状又はモノリス（一枚岩）形状である。

本願開示の方法及びシステムの１つの実施形態において、アクティブ及び／又はパッシブキャニスターベッドは、ベント側吸収体粒子及びモノリスの外部に、さらに、不活性スペーサー粒子、発泡体、繊維、及びスクリーンを具備する。

前述の記載は本願開示の実施形態に関連し、変形及び修正が、以下の請求項で規定されるような記載の範囲から離れることなくその中でなされてもよい。

机上の実施例１
活性炭粒子が充填されたキャニスター及び／又は吸収性モノリス含有キャニスターを含み、図２−７で示される本願開示の実施形態を利用する自動車燃料貯蔵システムからの蒸発炭化水素排出物を減少させるためのシステム及び方法が、テストされることができる。比較の目的のため、燃料タンクは、７ｐｓｉＲＶＰガソリンで容積にして四十パーセント（４０％）容量に満たされることができる。

システムは、環境室に配置されて、３０日を超えて、シミュレートされた６５°Ｆから１０５°Ｆを経て６５°Ｆに２４時間日周期繰り返し晒されることができ、炭化水素濃縮物が、パッシブパージキャニスター及び任意選択のバッファーキャニスターを安定化させることを可能にする。燃料タンクのガソリンは、三（３）日ごとに置き換えられる。最終周期のため、アクティブキャニスターへのガソリン蒸気負荷は、燃料タンク容積のリットル当たり実質的に０から０．２５グラムのガソリンの範囲にあり；その中に含まれる全ての範囲を含む。１つの実施形態において、最終周期のアクティブキャニスターへのガソリン蒸気負荷は、燃料タンク容積のリットルあたり０．２５グラムのガソリンよりも少ない。第２実施形態において、最終周期にアクティブキャニスターへのガソリン蒸気負荷は、燃料タンク容積のリットル当たり０．２グラムのガソリンよりも少ない。第３実施形態において、最終周期にアクティブキャニスターへのガソリン蒸気負荷は、燃料タンク容積のリットル当たり０．１グラムのガソリンよりも少ない。第４実施形態において、最終周期にアクティブキャニスターへのガソリン蒸気負荷は、燃料タンク容積のリットル当たり０．０５グラムのガソリンよりも少ない。

現在の最新技術のシステムは、上の方法を利用するとき、燃料タンク容積のリットル当たり０．３７から０．５グラムのガソリンの範囲に、最終周期のアクティブキャニスターへのガソリン蒸気負荷を有している。したがって、現在の最新技術システムと比較すると、本願開示の様々な実施形態は、アクティブキャニスターへのガソリン蒸気負荷を約３０パーセント（３０％）までから９５パーセント（９５％）よりも大きく、減少させる能力があり；そのなかに含まれる全ての範囲を含む。

テストされた実施例１
システムは、図２で示された形態で組みたてられた。７ｐｓｉ ＲＶＰガソリンで容積比で最大容量４０％に満たされる商業的に利用可能な６０リットルの燃料タンク１は、１．９リットルのパッシブパージキャニスター５に接続され、商業的に利用可能な１１ｇ／１００ｍＬのＢＷＣのペレット化されたカーボン、ＢＡＸ１１００で満たされた。０．３８リットルのバッファーキャニスター６は、また、商業的に利用可能な１１ｇ／１００ｍＬのＢＷＣのペレット化されたカーボン、ＢＡＸ１１００で満たされた。アクティブキャニスター２は、１リットルの容積を有し、直列に、０．７リットルの商業的に利用可能な１１ｇ／１００ｍＬのＢＷＣのペレット化されたカーボン、ＢＡＸ１１００プラス０．３リットルの商業的に利用可能な６ｇ／１００ｍＬのＢＷＣのペレット化されたカーボン、ＢＡＸ ＬＢＥで満たされた。パッシブパージキャニスター、バッファーキャニスター、及びアクティブパージキャニスターの長さと直径の比は、それぞれ、８：１、３．５：１、及び４：１である。採用された２つのチェックバルブは、商業的に利用可能である、３／８インチのＶｉｔｏｎ ダイヤフラムが利用された。

システムは、６０日以上にわたって、シミュレートされた６５°Ｆから１０５°Ｆを経て６５°Ｆに２４時間日周期繰り返し晒されることができ、炭化水素濃縮物が、パッシブパージキャニスター及びバッファーキャニスターを安定化させることを可能にするように、環境室に配置された。６０リットル燃料タンク中のガソリンは週ごとに置き換えられた。アクティブパージキャニスターは、日常的な負荷を測定するために重さが測られ、及び１０００リットルを超えるパージ空気で日常的に完全にパージされた。

６０リットル燃料タンクは、２５から３５グラムのガソリン蒸気の間で毎日ベントされた。パッシブパージキャニスターは、２２から３２グラムの間のこれらの蒸気を捕らえて、残った３から７グラムは、バッファーキャニスターを経てベントされ、アクティブキャニスターに積まれた。６０リットル燃料タンクから毎日ベントされた空気の容積は、約９．１リットルであり、全９．１リットルの空気がパッシブパージキャニスターを通り、バッファーキャニスターを通り、そしてアクティブパージキャニスターを通り、ベントされた。６０リットル燃料タンクからベントされたガソリン蒸気の平均濃度は、容積比で３８％であり；アクティブパージキャニスターに積まれたガソリン蒸気の平均濃度は、容積比で３％から８％に減少された。

従来の、３日間の時間でこの同じ６０リットル燃料タンクシステムからの蒸気排出物を制御するのに使用される最新キャニスターシステムは、容積で約２リットルであり、完全に再生するのに３００から６００リットルのパージを必要とする。このキャニスターは、また、パージ中に約８５グラムまでのガソリン蒸気をエンジンに送る。この研究中テストされたシステムにおけるアクティブパージキャニスターは、３日の期間にわたって９から２１グラムガソリン蒸気のみ積まれ、アクティブパージの間エンジンに送られるのに必要なガソリン蒸気の量は、約７５％から９０％までが減少された。さらに、完全にアクティブキャニスターを再生するのに必要なパージ空気の容積は、現在の最新技術から１００〜１５０リットル減少され、又は５０％〜８３％の減少であった。

１ 燃料タンク
２ アクティブパージキャニスター
３ キャニスターベント
４ エンジン
５ パッシブパージキャニスター
６ バッファーキャニスター
７ 燃料タンク吸気口チェックバルブ
８ 燃料タンク排気口チェックバルブ
９ 燃料タンク吸入口ベント
１０ 燃料タンク吸気口自動バルブ

Claims (7)

1. 車両向けの自動車蒸発排出物制御システム中の燃料蒸気排出物を減少させるための方法は、
   （ａ）燃料タンクからベントされた燃料蒸気流を第１パッシブパージキャニスターベッドに接触させるステップであって、前記パッシブパージキャニスターベッドが蒸気吸収性材料を具備し、パッシブパージ蒸気吸気口及び蒸気流の流れのためのパッシブパージ蒸気排気口を有する、ステップと、
   （ｂ）前記パッシブパージ蒸気排気口からの蒸気流をアクティブパージキャニスターベッドに接触させるステップであって、前記アクティブパージキャニスターベッドは蒸気吸収性材料を具備する、ステップと、
   （ｃ）前記アクティブパージキャニスターベッドと機械的に対流されたパージ空気とを接触させるステップであって、前記機械的に対流されたパージ空気は、パッシブパージキャニスターベッドを通じて流れることから保護される、ステップと、
   （ｄ）前記パッシブパージキャニスターベッドと、前記アクティブパージキャニスターベッドに最初に接触することなしにパッシブパージ蒸気排気口を通じて燃料タンクにより受動的に引き込まれた新鮮なパージ空気と、を接触させるステップとを含み、
   前記ベントされた燃料蒸気流は、前記パッシブパージキャニスターベッド及び前記アクティブパージキャニスターベッドの両方に接触することなしに大気にベントされることを防ぐ、方法。
2. さらに、前記パッシブパージキャニスターベッド及び前記アクティブパージキャニスターベッドの間に位置するバッファーベッドセクションを提供するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記アクティブキャニスターベッド又は前記パッシブキャニスターベッド、又は前記アクティブキャニスターベッド及び前記パッシブキャニスターベッドの両方の中の前記蒸気吸収性材料は、化学、熱及び化学／熱が組合わされた活性化方法からなる群から選択されたプロセスにより活性化される、木、泥炭、石炭、ココナッツ、亜炭、石油ピッチ、石油コーク、コールタールピッチ、果物核、ナッツ殻、おがくず、木粉、合成ポリマー及び自然ポリマーからなる群から選択された材料から得られる、活性炭を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記アクティブキャニスターベッド又は前記パッシブキャニスターベッド、又は前記アクティブキャニスターベッド及び前記パッシブキャニスターベッドの両方の中の前記蒸気吸収性材料は、ゼオライト、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、柱状粘土、及び分子篩からなる群から選択された無機材料を含む請求項１に記載の方法。
5. 前記アクティブキャニスターベッド又は前記パッシブキャニスターベッド、又は前記アクティブキャニスターベッド及び前記パッシブキャニスターベッドの両方の中の前記蒸気吸収性材料は、多孔質ポリマーを含む、請求項１の方法。
6. 前記アクティブキャニスターベッド又は前記パッシブキャニスターベッド、又は前記アクティブキャニスターベッド及び前記パッシブキャニスターベッドの両方の中の前記蒸気吸収性材料は、蜂の巣又はモノリス形状である、請求項１の方法。
7. 前記アクティブキャニスターベッドは、前記車両のエンジンが動作の間、加熱される、請求項６の方法。

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