JP6030025B2 - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸発燃料処理装置に関する。

従来、自動車の燃料タンク等からの蒸発燃料が大気に放出されるのを防止するために、蒸発燃料中の燃料成分を一時的に吸着する蒸発燃料処理装置（以下、キャニスタともいう）が用いられている。

このようなキャニスタとして、タンクポートとパージポートと大気ポートを形成したケースを有し、該ケース内に、活性炭を充填した４つの吸着層を直列に配設し、隣接する吸着層の間に前記活性炭を充填しない空間を形成したキャニスタが知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−１４６７９３号公報

キャニスタにおいては、パージの際に、大気ポートに近い吸着層では、その充填された活性炭から燃料成分が脱離する際の温度低下が大きい。前記従来技術のキャニスタでは、隣接する吸着層間の離間距離が不十分であるため、パージに際に、大気ポートに近い吸着層内で低下した気体の温度が、活性炭が充填されていない空間でほとんど上昇することなく、次の吸着層に流入してしまう。そのため、この次の吸着層での脱離性能が低下し、燃料成分の脱離が不十分になり、パージ後の活性炭における燃料成分の残存量が多くなり、大気への吹き抜けが生じる恐れがある。

そこで、本発明は、前記従来のキャニスタよりもパージ後の、吸着材における燃料成分の残存量を減少させ、大気ポートから外部への燃料成分の吹き抜けを低減する蒸発燃料処理装置を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、内部に流体が流通できる通路を形成し、該通路の一端側にはタンクポート及びパージポートを形成し、前記通路の他端側には大気ポートを形成し、前記通路内には、燃料成分を吸着できる吸着材を充填した４つ以上の吸着層を設けた蒸発燃料処理装置であって、
主吸着層と、該主吸着層の大気ポート側に設けた領域を有し、
該領域には、該主吸着層とは異なる３つ以上の吸着層と、この隣り合う吸着層を離間させる離間部を設け、
前記領域内の少なくとも２つの離間部において、その通路の流通方向と直交する断面積を、真円の断面積に置き換えた際の直径の平均値よりも、隣り合う吸着層の離間距離を大きくしたことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記領域において、隣り合う吸着層の離間距離を、大気ポートに近い離間部ほど長くなるように形成したことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記領域において、最も大気ポート側に位置する吸着層を、ＡＳＴＭ Ｄ５２２８によるブタンワーキングキャパシティーが１４．５ｇ／ｄL以上の活性炭で構成したことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の発明において、前記蒸発燃料処理装置において、最もタンクポート側に設けた吸着層を、破砕炭で構成したことを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の発明において、前記領域内の吸着層における通路の流通方向と直交する断面積と、前記主吸着層における通路の流通方向と直交する断面積との比が、１：２．５〜１：４．５の範囲に含まれることを特徴とするものである。

本発明は、主吸着層の大気ポート側に領域を設け、該領域内に設けた少なくとも２つの離間部を、その通路の流通方向と直交する断面積を、真円の断面積に置き換えた際の直径の平均値よりも、隣り合う吸着層の離間距離が大きくなるように形成したことにより、この離間部内における滞留時間を、前記従来のキャニスタよりも長くすることができ、脱離による低下した気体の温度上昇（回復）量を大きくすることができる。これにより、パージに際に、本発明の蒸発燃料処理装置内における気体の温度を、従来のキャニスタよりも高く維持するができるため、吸着材の脱離性能を向上することができ、パージ後の燃料成分の残存量を、前記従来のキャニスタよりも減少させて、大気への吹き抜け量を低減し、吹き抜け性能を向上できる。

本発明の実施例１に係る蒸発燃料処理装置を説明するための概略図。 本発明の実施例２に係る蒸発燃料処理装置を説明するための概略図。 本発明の実施例３に係る蒸発燃料処理装置を説明するための概略図。 本発明の実施例４に係る蒸発燃料処理装置を説明するための概略図。 本発明の実施例５に係る蒸発燃料処理装置を説明するための概略図。

本発明を実施するための形態を図に基づいて説明する。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１を示す。

本発明の蒸発燃料処理装置１は、図１に示すように、ケース２を有し、該ケース２の内部には流体が流通できる通路３が形成され、前記ケース２における通路３の一端側端部にはタンクポート４とパージポート５が、他端側端部には大気ポート６が形成されている。

前記通路３には、蒸発した燃料成分を吸着できる吸着材が充填された４つの吸着層、すなわち、第１吸着層１１，第２吸着層１２，第３吸着層１３，第４吸着層１４が、直列に配置されている。本実施例では、前記吸着材として活性炭を用いた。

前記ケース２内には、図１に示すように、前記タンクポート４とパージポート５に連通する第１領域２１と、大気ポート６に連通する第２領域２２が形成され、第１領域２１と第２領域２２は、大気ポート６側と反対側のケース２内に形成された空間２３により連通し、流体が通路３内を流れる際には、空間２３で折り返して略Ｕ字状に流れるようになっている。

前記タンクポート４は、図示しない燃料タンクの上部気室に連通し、前記パージポート５は、図示しないパージ制御弁（ＶＳＶ）を介してエンジンの吸気通路へ接続されている。このパージ制御弁の開度は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により制御され、エンジン運転中に、Ａ／Ｆセンサ等の測定値等を基にしてパージ制御が行われる。前記大気ポート６は、図示しない通路を介して外部と連通している。

前記第１領域２１内には、前記吸着材である活性炭が所定密度で充填されて、前記４つの吸着１１〜１４のうち最も容積の大きな主吸着層である第１吸着層１１が形成されている。この活性炭としては、造粒炭や破砕炭を用いることができるが、本実施例においては破砕炭を用いた。なお、図においては、第１吸着層１１が活性炭で構成されていることが分かりやすいように、造粒炭を用いて記載した。

前記ケース２におけるタンクポート４とパージポート５との間には、ケース２における内側面から、前記第１吸着層１１の一部にまで達する邪魔板１５が設けられている。該邪魔板１５により、タンクポート４とパージポート５間を流れる流体が、第１吸着層１１を通って流通するようになっている。

前記第１吸着層１１は、そのタンクポート４側が不織布等からなるフィルタ１６で、パージポート５側が不織布等からなるフィルタ１７で夫々覆われている。また、第１吸着層１１の空間２３側面には、その面全体を覆うウレタン等からなるフィルタ１８が設けられ、該フィルタ１８の空間２３側には多数の連通穴を有するプレート１９が設けられている。該プレート１９は、スプリング等の付勢手段２０によりタンクポート４側へ付勢されている。

前記第２領域２２の空間２３側には、前記吸着材である活性炭が所定密度で充填された第２吸着層１２が形成されている。この活性炭としては、造粒炭や破砕炭を用いることができるが、本実施例においては造粒炭を用いた。

第２吸着層１２の空間２３側には、その全体を覆うウレタン等からなるフィルタ２６が設けられている。前記フィルタ２６の空間２３側には多数の連通穴を全面に略均等に設けたプレート２７が設けられている。該プレート２７は、スプリング等の付勢部材２８により大気ポート６側へ付勢されている。

前記プレート１９，２７とケース２の蓋板３０との間に前記空間２３が形成され、該空間２３により、前記第１吸着層１１と第２吸着層１２とが連通している。

前記第２領域２２における第２吸着層１２の大気ポート６側には、前記吸着材である活性炭を所定密度で充填した第３吸着層１３が形成されている。この活性炭としては、造粒炭や破砕炭を用いることができるが、本実施例においては造粒炭を用いた。

前記第２吸着層１２の大気ポート６側端面と、第３吸着層１３の空間２３側端面との間には、吸着層１２と１３とを所定距離Ｌ１、離間させる第１離間部３１が設けられている。第１離間部３１の形状は任意に設定するが、本実施例では、大気ポート６側ほどその内径が小さくなるように設定した。

該第１離間部３１の第２吸着層１２側端部と、第３吸着層１３側端部には、その全体を覆うウレタン等からなるフィルタ３５，３６が設けられている。このフィルタ３５と３６の間には、フィルタ３５，３６を所定距離、離間することができる空間形成部材３７が設けられている。

前記第２領域２２における第３吸着層１３の大気ポート６側には、前記吸着材である活性炭が所定密度で充填された第４吸着層１４が形成されている。この活性炭としては、造粒炭や破砕炭を用いることができるが、本実施例においてはＡＳＴＭ Ｄ５２２８によるブタンワーキングキャパシティー（ＢＷＣ）が、１４．５ｇ／ｄＬ以上の高性能活性炭を用いた。なお、第４吸着層１４を構成する活性炭として、第２吸着層１２や第３吸着層１３を構成する活性炭と同様の活性炭を用いてもよい。第４吸着層１４の大気ポート６側には、その端面全体を覆う不織布等からなるフィルタ３４が設けられている。

前記第３吸着層１３の大気ポート６側端面と、第４吸着層１４の空間２３側端面との間には、吸着層１３と１４とを所定距離Ｌ２離間させる第２離間部３２が設けられている。第２離間部３２の形状は任意に設定するが、本実施例では、大気ポート６側ほどその内径が小さくなるように設定した。

該第２離間部３２の第３吸着層１３側端部と、第４吸着層１４側端部には、その全体を覆うウレタン等からなるフィルタ３８，３９が設けられている。このフィルタ３８と３９の間には、フィルタ３８，３９を所定距離、離間することができる空間形成部材４０が設けられている。

前記離間部３１，３２には、吸着材は設けられていない。
なお、離間部３１，３２は、隣り合う吸着層が所定距離離間することができればよく、例えば、ウレタン等のフィルタのみで形成してもよいし、空間形成部材３７、４０のみで構成しても良い。

前記第１離間部３１において、その通路３の流通方向と直交する方向の断面を、その断面積と同じ断面積となる真円に置き換えた場合における直径Ｄ１（図１ではＤ１の方向が分かるように例示的に図示する）の第１離間部３１の前記流通方向全体での平均値（以下、直径Ｄ１の平均値という）よりも、前記第２吸着層１２と第３吸着層１３の離間距離Ｌ１が大きくなるように設定した。本実施例においては、離間距離Ｌ１を９０ｍｍ、直径Ｄ１の平均値を５０．３ｍｍとした。

また、前記第２離間部３２において、その通路３の流通方向と直交する方向の断面を、その断面積と同じ断面積となる真円に置き換えた場合における直径Ｄ２（図１ではＤ２の方向が分かるように例示的に図示する）の第２離間部３２の前記流通方向全体での平均値（以下、直径Ｄ２の平均値という）よりも、前記第３吸着層１３と第４吸着層１４の離間距離Ｌ２が大きくなるように設定し、更に、前記距離Ｌ２を、直径Ｄ２の平均値の２倍以上に設定することが好ましい。本実施例においては、離間距離Ｌ２を１４０ｍｍ、直径Ｄ２の平均値を４５．３ｍｍとした。

また、前記第２吸着層１２と第３吸着層１３との離間距離Ｌ１よりも、第３吸着層１３と第４吸着層１４との離間距離Ｌ２のほうが長く設定されている。すなわち、第２領域２２内において、隣り合う吸着層間の離間距離は、大気ポート６側の離間部ほど長くなるように設定し、更に、前記距離Ｌ２を、距離Ｌ１の１．５倍以上にすることが好ましい。

更に、前記第２領域２２内の吸着層１２，１３，１４の容積の合計は、蒸発燃料処理装置１内における全ての吸着層の容積の合計の１２％以下に設定されている。

また、前記第２領域２２内の吸着層１２，１３，１４における通路３の流通方向と直交する夫々の断面積と、前記第１吸着層１１における通路３の流通方向と直交する断面積との比が、１：２．５〜１：４．５の範囲となるように設定されている。

更に、第２吸着層１２と第３吸着層１３と第４吸着層１４において、通路３の流通方向と直交する方向の夫々の断面積を、通路３の流通方向の全体に亘って同じにしてもよいし、大気ポート６側に向かうほど小さくなるようにしてもよい。

前記の構成により、タンクポート４から蒸発燃料処理装置１内へ流入した蒸発燃料を含有する気体は、各吸着層１１〜１４内の吸着材で燃料成分が吸着された後、大気ポート６から大気へと放出される。

一方、エンジン運転中のパージ制御の際には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）によりパージ制御弁が開放され、吸気通路内の負圧により大気ポートから蒸発燃料処理装置１内に吸入された空気が、前記とは逆方向に流れて、パージポート５からエンジンの吸気通路へ供給される。その際、各吸着層１１〜１４内の吸着材に吸着されていた燃料成分が脱離し、空気と共にエンジンへ供給される。

本発明の蒸発燃料処理装置１は、上記構造・構成を有することにより、以下の作用・効果を奏する。

前記離間部３１（３２）における通路３の流通方向と直交する方向の断面を、その断面積と同じ断面積となる真円に置き換えた場合における直径の離間部３１（３２）の前記流通方向全体での平均値よりも、前記隣接する吸着層１２と１３（１３と１４）の離間距離Ｌ１（Ｌ２）が大きくなるようにしたことにより、離間部３１，３２内における滞留時間を、前記従来のキャニスタよりも長くすることができ、吸着層で脱離により低下した気体の温度の上昇（回復）量を多くすることができる。これにより、隣接する吸着層に流入する気体の温度を、従来のキャニスタよりも高くすることができ、その吸着材の燃料成分の脱離性能を高く保つことができる。これにより、パージ後の蒸発燃料処理装置１内の燃料成分の残存量を、前記従来のキャニスタよりも減少させて、燃料成分の大気への吹き抜け量を低減し、吹き抜け性能を向上できる。

また、パージの際には、大気ポート６に近い吸着層ほど、その吸着層への入口と出口とでの気体の温度差が大きい。そのため、温度低下が大きい大気ポート側に位置する離間部ほど、滞留時間を長くして、低下した気体の温度の回復量（上昇量）を大きくすることができれば、吸着材の脱離性能を高く維持することができ、離間部のタンクポート４側の吸着層での吸着材からの燃料成分の脱離効率を向上させることができる。

そこで、本発明では、離間部３１，３２の流通方向の長さＬ１，Ｌ２を、大気ポート６側の離間部ほど長くすることで、大気ポート６に近いほど、離間部における滞留時間を長くし、低下した気体の温度の上昇量を多くし、蒸発燃料処理装置１の脱離性能を向上させることができた。

［実施例２］
前記実施例１においては、ケース２内に、空間２３で１回折り返すＵ字状の通路３を形成したが、例えば図２に示すように、ケース２内において、２回折り返すＮ字状に形成した通路４１としてもよい。

本実施例２の第１領域２１の構造は、前記実施例１の第１領域２１と同様である。本実施例２において、第２領域４２は、空間４３において折り返すＵ字状に形成され、第２領域４２の一端は空間２３に連通し、他端には大気ポート６が設けられている。

第２領域４２における空間２３と４３の間には、前記実施例１と同様の第２吸着層１２、第３吸着層１３が設けられ、第２吸着層１２と第３吸着層１３の間には第１離間部３１が設けられている。また、空間４３の大気ポート６側には、前記実施例１の第４吸着層１４と同様の第４吸着層１４が設けられている。第４吸着層１４と第３吸着層１３との間には第２離間部３２が設けられている。

吸着層１１，１２，１３，１４と離間部３１，３２の相互の関係は、前記実施例１と同様に設定されている。すなわち、前記実施例１と同様に、第２領域４２内の前記離間部３１（３２）において、その通路３の流通方向と直交する断面を、その断面積と同じ断面積となる真円に置き換えた場合における直径の離間部３１（３２）の前記流通方向全体での平均値よりも、前記隣接する吸着層１２と１３（１３と１４）の離間距離Ｌ１（Ｌ２）が大きくなるようにするとともに、前記第２吸着層１２と第３吸着層１３の離間距離Ｌ１よりも、第３吸着層１３と第４吸着層１４の離間距離Ｌ２のほうが長くように設定されている。

前記実施例１における第３吸着層１３と第４吸着層１４の離間距離Ｌ２に相当する離間距離は、本実施例２においては、第３吸着層１３の大気ポート６側端面と第４吸着層１４のタンクポート４側端面との軸方向の離間距離である。すなわち、図２に示すように、第３吸着層１３の大気ポート６側端面と空間４３のタンクポート４側端面入口端との距離Ｌ２’と空間４３の大気ポート６側端面と第４吸着層１４のタンクポート４側端面との距離Ｌ２”との合計（Ｌ２’＋Ｌ２”）である。

その他の部材は、前記実施例１と同様であるので、前記と同様の符号を付して説明を省略する。
また、本実施例２においても、前記実施例１と同様の作用、効果を奏する。

［実施例３］
本実施例３は、前記実施例１、２の通路３、４１と通路の形状が異なり、例えば図３に示すように、ケース２内において、３回折り返すＷ字状に形成した通路５１としてもよい。

本実施例３の第１領域２１の構造は、前記実施例１の第１領域２１と同様である。本実施例３において、第２領域５２は、空間５３、５４において２回折り返すＮ字状に形成され、第２領域５２の一端は空間２３に連通し、他端には大気ポート６が設けられている。

第２領域５２における空間２３と５３の間には、前記実施例１と同様の第２吸着層１２、第３吸着層１３が設けられ、第２吸着層１２と第３吸着層１３の間には第１離間部３１が設けられている。また、空間５３と５４の間には、前記実施例１の第４吸着層１４と同様の第４吸着層１４が設けられている。第４吸着層１４と第３吸着層１３との間には第２離間部３２が設けられている。

吸着層１１，１２，１３，１４と離間部３１，３２の相互の関係は、前記実施例１，２と同様に設定されている。

その他の部材は、前記実施例１，２と同様であるので、前記と同様の符号を付して説明を省略する。
また、本実施例３においても、前記実施例１，２と同様の作用、効果を奏する。

［実施例４］
前記実施例１においては、ケース２内の通路３を、空間２３で１回折り返すＵ字状に形成したが、例えば、図４に示すように、ケース内の通路を、折り返しのないＩ字状に形成してもよい。

本実施例４は、例えば図４に示すように、第１領域２１と第２領域２２とが、空間で折り返すことなく、直線状に配列された蒸発燃料処理装置である。

本実施例４においても、３つの吸着層と、この隣り合う吸着層を離間させる離間部を有し、前記吸着層の容積が、大気ポート６に近い吸着層ほど小さくなるようにし、前記離間部の容積が、大気ポートに近い離間部ほど大きくなるようにし、最もタンクポート側に位置する離間部の容積は、最も大気ポート側に位置する吸着層の容積よりも大きくなるようにした領域である第２領域が、大気ポート６側に設けられている。

吸着層１１，１２，１３，１４と離間部３１，３２の相互の関係は、前記実施例１，２と同様に設定されている。

その他の部材は、前記実施例１，２と同様であるので、前記と同様の符号を付して説明を省略する。
また、本実施例４においても、前記実施例１，２と同様の作用、効果を奏する。

［実施例５］
図５は、本発明の実施例５の一例を示す。

本実施例５の蒸発燃料処理装置６１は、本体キャニスタ６２と、サブキャニスタ６３とを有し、本体キャニスタ６２とサブキャニスタ６３とは連通管６４により連通されている。

本体キャニスタ６２内には、前記実施例１と同様に第１領域２１と第２領域２２が形成され、第１領域２１内には第１吸着層１１が、第２領域２２内には、前記実施例１と同様の第２吸着層１２、第３吸着層１３が設けられ、第２吸着層１２と第３吸着層１３の間には第１離間部３１が設けられている。また、サブキャニスタ６３内には、前記実施例１と同様の第４吸着層１４が設けられている。第３吸着層１３と第４吸着層１４との間には、第２領域２２とサブキャニスタ６３に亘って第２離間部６６が形成されている。

請求項１の領域とは、本実施例５においては、本体キャニスタ６２内の第２領域２２とサブキャニスタ６３が該当する。

吸着層１１，１２，１３，１４と離間部３１，６６の相互の関係は、前記実施例１，２と同様に設定されている。

本実施例５においては、流路断面積の小さい連通管６４では、その部分で流速が増し、その部分での滞留時間は短くなる。そのため、本実施例５においては、前記実施例１の第３吸着層１３と第４吸着層１４との離間距離Ｌ２に相当する距離は、前記連通管６４を除いた空間の距離、すなわち、図５のＬ６＋Ｌ７が該当し、このＬ６＋Ｌ７を用いて、前記実施例１，２の相互の関係が成立するように吸着層１１，１２，１３，１４と離間部３１，６６が形成することが好ましい。

その他の部材は、前記実施例１，２と同様であるので、前記と同様の符号を付して説明を省略する。
また、本実施例５においても、前記実施例１，２と同様の作用、効果を奏する。

［その他の実施例］
なお、前記実施例１〜５では、第１領域２１内には、主吸着層である第１吸着層１１のみ設けたが、第１領域２１内に複数の吸着層を設けるとともに、その隣り合う吸着層の間に、それらを離間する離間部を設けるようにしてもよい。

また、第２領域２２，４２，５２内に、４個以上の吸着層を直列に設け、その隣り合う吸着層の間に、それらを夫々離間する離間部を設けてもよい。その場合、少なくとも２つの離間部において、その通路の流通方向と直交する方向の断面を、その断面積と同じ断面積となる真円に置き換えた場合における直径の離間部の前記流通方向全体での平均値よりも、前記隣接する吸着層の離間距離が大きくなるようにする。

更に、好ましくは、大気ポート６側に設けた少なくとも２つの離間部において、通路の流通方向と直交する方向の断面を、その断面積と同じ断面積となる真円に置き換えた場合における直径の離間部の前記流通方向全体での平均値よりも、前記隣接する吸着層の離間距離が大きくなるようにする。

また、隣接する吸着層１２の離間距離は、大気ポート６に近いほど、長くすることが好ましい。

また、主吸着層とは異なる３つ以上の吸着層と、この隣り合う吸着層を離間させる離間部を有し、少なくとも２つの離間部において、その通路の流通方向と直交する方向の断面を、その断面積と同じ断面積となる真円に置き換えた場合における直径の離間部の前記流通方向全体での平均値よりも、前記隣接する吸着層の離間距離が大きくなる領域が、主吸着層の大気ポート６側に設けられていれば、蒸発燃料処理装置全体の形状や、吸着層、離間部、空間等の数及び形状、配列等は任意に設定することができる。

１，６１ 蒸発燃料処理装置
３，４１，５１ 通路
４ タンクポート
５ パージポート
６ 大気ポート
１１，１２，１３ 吸着層
３１，３２，６６ 離間部

Claims (5)

1. 内部に流体が流通できる通路を形成し、該通路の一端側にはタンクポート及びパージポートを形成し、前記通路の他端側には大気ポートを形成し、前記通路内には、燃料成分を吸着できる吸着材を充填した４つ以上の吸着層を設けた蒸発燃料処理装置であって、
   主吸着層と、該主吸着層の大気ポート側に設けた領域を有し、
   該領域には、該主吸着層とは異なる３つ以上の吸着層と、この隣り合う吸着層を離間させる離間部を設け、
   前記領域内の少なくとも２つの離間部において、その通路の流通方向と直交する断面積を、真円の断面積に置き換えた際の直径の平均値よりも、隣り合う吸着層の離間距離を大きくしたことを特徴とする蒸発燃料処理装置。
2. 前記領域において、隣り合う吸着層の離間距離を、大気ポートに近い離間部ほど長くなるように形成したことを特徴とする請求項１記載の蒸発燃料処理装置。
3. 前記領域において、最も大気ポート側に位置する吸着層を、ＡＳＴＭ Ｄ５２２８によるブタンワーキングキャパシティーが１４．５ｇ／ｄL以上の活性炭で構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の蒸発燃料処理装置。
4. 前記蒸発燃料処理装置において、最もタンクポート側に設けた吸着層を、破砕炭で構成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の蒸発燃料処理装置。
5. 前記領域内の吸着層における通路の流通方向と直交する断面積と、前記主吸着層における通路の流通方向と直交する断面積との比が、１：２．５〜１：４．５の範囲に含まれることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の蒸発燃料処理装置。

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