JP6996399B2 - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

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本発明は、蒸発燃料処理装置に関する。
特許文献1の蒸発燃料処理装置は、内燃機関の燃料タンクで発生した蒸発燃料が導入されるキャニスタを備えている。キャニスタは、燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着する。キャニスタには、当該キャニスタに外気を導入する外気導入管が接続されている。また、キャニスタは、パージ管を介して、吸気管におけるスロットルバルブよりも下流側の部分に接続されている。パージ管には、当該パージ管の流路を開状態及び閉状態のいずれか一方に切り替えるパージバルブが取り付けられている。
特許文献1の蒸発燃料処理装置において、パージバルブによってパージ管の流路が閉状態になっている場合、燃料タンクで発生した蒸発燃料がキャニスタに流入し、キャニスタの内部に吸着される。一方、パージバルブによってパージ管の流路が開状態になっている場合、吸気管内の負圧によって、外気導入管を介してキャニスタに外気が流入する。そして、キャニスタの内部に吸着されていた蒸発燃料と外気とがパージ管を介して吸気管内に流入する。
特開2013-241855号公報
特許文献1の蒸発燃料処理装置において、蒸発燃料及び外気がパージ管を介して吸気管内に流入する際には、パージバルブよりも上流部分とパージバルブよりも下流側の部分との圧力差が大きくなる。そして、パージバルブの下流側ではガスの流速が高くなる。このようにガスの流速が高くなると、パージバルブの出口部付近にガスの渦流が発生し、その渦流によって気流音が生じることがある。そこで、特許文献1の蒸発燃料処理装置において、ガスの渦流の発生を抑制するためにパージ管の途中に整流器を配置することが考えられる。しかしながら、整流器の構成によっては、当該整流器をパージ管に取り付ける際に手間がかかることがある。したがって、整流器に関して、より簡便にパージ管に取り付けできるようにすることが求められる。
上記課題を解決するための蒸発燃料処理装置は、燃料タンクで発生した蒸発燃料が導入されるとともに当該蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記キャニスタに接続され、当該キャニスタに外気を導入する外気導入管と、前記キャニスタと吸気管におけるスロットルバルブよりも下流側の部分とを接続するパージ管と、前記パージ管に設けられ、当該パージ管の流路を開状態及び閉状態のいずれか一方に切り替えるパージバルブとを備える蒸発燃料処理装置であって、前記パージバルブの出口部と前記パージ管との接続箇所から前記パージ管と前記吸気管との接続箇所までの間には、整流器が設けられており、前記整流器は、複数の整流室が区画された柱形状の本体部と、前記本体部における軸線方向の端面からガスの流れ方向に突出した筒形状の筒状部とを備えており、前記整流器における少なくとも前記筒状部は、前記パージ管内に挿入されている。
上記構成において、整流器の筒状部は筒形状になっていて、本体部のように内部に整流室を区画するための壁部が存在していない。そのため、筒状部は、本体部に比べて、径方向に撓むように変形しやすい。したがって、整流器における筒状部をパージ管内に挿入する際に、筒状部が径方向内側に撓むように変形して、パージ管内に挿入しやすくなる。すなわち、パージ管に対する整流器の取り付けがより簡便になる。
内燃機関の概略図。 パージバルブの周辺構造を示す説明図。 (a)は、整流器の正面図。(b)は、(a)における3-3線での整流器の断面図。 パージ管に対して整流器を取り付ける様子を示す説明図。
以下、本発明の実施形態を図1~図4にしたがって説明する。先ず、本発明が適用された内燃機関100の概略構成について説明する。なお、以下の説明において、単に上流、下流というときは、吸気、排気、蒸発燃料、及び外気の流れ方向における上流、下流を示すものとする。
図1に示すように、内燃機関100は、当該内燃機関100の外部から吸気を導入するための吸気管11を備えている。吸気管11における上流側吸気管11aには、スロットルバルブ21が配置されている。スロットルバルブ21は、上流側吸気管11aの流路を開閉することにより、上流側吸気管11aの流路を流通する吸気量を制御する。
上流側吸気管11aの下流側は、吸気脈動等を抑制するためのサージタンク11bに接続されている。吸気管11におけるサージタンク11bの下流側は、吸気管11における下流側吸気管11cに接続されている。
吸気管11における下流側吸気管11cの下流側は、燃料を吸気と混合して燃焼させる気筒12に接続されている。気筒12の内部には、燃料噴射弁22によって燃料が噴射される。また、気筒12の内部には、当該気筒12の内部を往復動するピストン23が配置されている。気筒12には、当該気筒12から排気を排出するための排気管13が接続されている。
内燃機関100は、上記燃料噴射弁22に燃料を供給するための燃料を貯留する燃料タンク31を備えている。図示は省略するが、燃料タンク31内にはフィードポンプが収納されており、フィードポンプが圧送した燃料が燃料配管を介して燃料噴射弁22に供給される。
燃料タンク31には、当該燃料タンク31内で発生した蒸発燃料の大気放出を抑える蒸発燃料処理装置50が接続されている。蒸発燃料処理装置50は、燃料タンク31で発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタ52を備えている。キャニスタ52には、蒸発燃料が流通するベーパ管51の一端が接続されている。ベーパ管51の他端は、燃料タンク31内へと至っている。ベーパ管51の途中には、キャニスタ52側から燃料タンク31側への蒸発燃料の流れを抑制する逆止弁61が取り付けられている。
キャニスタ52には、当該キャニスタ52に外気を導入する外気導入管53が接続されている。外気導入管53の途中には、当該外気導入管53の流路を開状態及び閉状態のいずれか一方に切り替える外気導入バルブ62が取り付けられている。
キャニスタ52には、当該キャニスタ52とサージタンク11bとを繋ぐパージ管55が接続されている。本実施形態では、パージ管55のうちの上流側(キャニスタ52側)の一部が、鋼鉄製で円管形状の上流側パージ管56で構成され、パージ管55のうちの下流側(サージタンク11b側)の一部が、ゴム製で円管形状の下流側パージ管57で構成されている。この上流側パージ管56と下流側パージ管57との接続部分には、パージ管55の流路を開状態及び閉状態のいずれか一方に切り替えるパージバルブ65が取り付けられている。
上記のパージバルブ65及び外気導入バルブ62は、制御装置80によって開閉制御される。制御装置80は、パージバルブ65に対して、当該パージバルブ65を開閉制御するための制御信号を出力する。また、制御装置80は、外気導入バルブ62に対して、当該外気導入バルブ62を開閉制御するための制御信号を出力する。なお、本実施形態において、制御装置80は、上記のパージバルブ65及び外気導入バルブ62の制御の他にも、スロットルバルブ21の開度や燃料噴射弁22の燃料噴射量など、内燃機関100全体を制御する電子制御ユニット(ECU)として構成されている。
次に、パージバルブ65の周辺構成について具体的に説明する。
図2に示すように、パージバルブ65は、略円柱形状のバルブ本体66を備えている。バルブ本体66には、ガスの流れ方向(図2における左右方向)に延びる断面円形状の連通孔66aが貫通している。なお、連通孔66aが図示しない弁体によって開閉されることで、パージバルブ65内の流路の開状態及び閉状態が切り替えられる。
バルブ本体66のキャニスタ52側(図2における右側)の端面からは、略円筒形状の入口部67が突出している。入口部67の外径は、上流側パージ管56の内径と略同じになっている。入口部67の内部空間である入口孔67aは、連通孔66aに連通している。パージバルブ65の入口部67には、パージ管55における上流側パージ管56の端部が接続されている。本実施形態では、上流側パージ管56の内部にパージバルブ65の入口部67が挿入されることにより、両者が接続されている。
バルブ本体66の吸気管11側(図2における左側)の端面からは、略円筒形状の出口部68が突出している。出口部68の外径は、パージバルブ65が接続される前の下流側パージ管57の内径よりも僅かに大きくなっている。出口部68の内部空間である出口孔68aは、連通孔66aに連通している。パージバルブ65の出口部68には、パージ管55における下流側パージ管57の端部が接続されている。本実施形態では、下流側パージ管57の内部にパージバルブ65の出口部68が挿入されることにより、両者が接続されている。したがって、下流側パージ管57のうちの出口部68が挿入されている部分は、径方向外側に弾性変形しており、出口部68の外径と下流側パージ管57の内径とが略同じになっている。
なお、パージバルブ65の出口部68とパージ管55における下流側パージ管57との接続箇所Xは、パージバルブ65の出口部68において下流側パージ管57が外側から覆っている領域(図2では出口部68全体)である。
下流側パージ管57の内部には、全体として円柱形状の整流器70が挿入されている。整流器70は、当該整流器70の軸線方向が下流側パージ管57のガスの流れ方向に沿うように取り付けられている。整流器70の外径は、パージバルブ65の出口部68の外径と略同じになっている。また、整流器70の外径は、当該整流器70が取り付けられる前の下流側パージ管57の内径よりも僅かに大きくなっている。そして、整流器70が下流側パージ管57の内部に挿入されることで、下流側パージ管57のうちの整流器70が挿入されている部分は、径方向外側に弾性変形している。したがって、整流器70が取り付けられた状態では、整流器70の外径と下流側パージ管57の内径とが略同じになっている。
整流器70は、パージバルブ65の出口部68よりも下流側において、当該出口部68に隣接した位置に配置されている。すなわち、本実施形態では、整流器70は、パージバルブ65の出口部68とパージ管55における下流側パージ管57との接続箇所Xに対してガス流れ方向下流側に隣接した位置に配置されている。また、本実施形態では、整流器70の上流端とパージバルブ65の出口部68の下流端とが当接している。
図3(a)及び(b)に示すように、整流器70は、軸線方向中央に位置する略円柱形状の本体部71と、軸線方向におけるその両側に位置する上流側筒状部72、下流側筒状部73とに大別できる。本体部71には、当該本体部71の上流側の端面から下流側の端面まで6つの整流室71aが貫通している。各整流室71aは、本体部71の軸線方向に沿って互いに平行に延びている。図3(a)に示すように、各整流室71aは、ガスの流れ方向から視たときに円形状になっている。ガスの流れ方向から視たときに、6つの整流室71aのうちの1つは、本体部71の略中央に位置している。また、ガスの流れ方向から視たときに、6つの整流室71aのうちの残りの5つは、本体部71の略中央に位置する1つの整流室71aを取り囲むように、本体部71の周方向に均等に並んでいる。
図3(b)に示すように、本体部71における軸線方向上流側の端面からは、ガスの流れ方向の上流側に向かって略円筒形状の上流側筒状部72が突出している。上流側筒状部72の外径は、本体部71の外径と略同じになっている。すなわち、上流側筒状部72は、本体部71における軸線方向上流側の端面のうちの外周縁に沿って延びている。ガスの流れ方向において、上流側筒状部72の長さは、本体部71の長さの略1/2になっている。上流側筒状部72の内部空間72aは、略円柱形状になっており、本体部71の各整流室71aに連通している。また、上流側筒状部72の外周面のうちの上流側端部は、上流側ほど外径が小さくなったテーパ面72bになっている。上流側筒状部72の壁部の厚みT2は、本体部71の外周面から整流室71aまでの最短距離、すなわち本体部71における各整流室71aを区画する壁部のうちの最も小さい厚みT1よりも薄くなっている。このように上流側筒状部72は、本体部71に比べて薄肉構造になっている。
本体部71における軸線方向下流側の端面からは、ガスの流れ方向の下流側に向かって略円筒形状の下流側筒状部73が突出している。下流側筒状部73の外径は、本体部71の外径と略同じになっている。すなわち、下流側筒状部73は、本体部71における軸線方向下流側の端面のうちの外周縁に沿って延びている。ガスの流れ方向において、下流側筒状部73の長さは、本体部71の長さの略1/2になっている。下流側筒状部73の内部空間73aは、略円柱形状になっており、本体部71の各整流室71aに連通している。また、下流側筒状部73の外周面のうちの下流側端部は、下流側ほど外径が小さくなったテーパ面73bになっている。下流側筒状部73の壁部の厚みT3は、本体部71の外周面から整流室71aまでの最短距離、すなわち本体部71における各整流室71aを区画する壁部のうちの最も小さい厚みT1よりも薄くなっている。このように下流側筒状部73は、本体部71に比べて薄肉構造になっている。
次に、整流器70による気流音の抑制作用について説明する。図1に示すように、制御装置80は、内燃機関100の運転が開始されるときから内燃機関100の運転が終了されるときまで外気導入バルブ62を開状態に制御する。
図1に示すように、内燃機関100の運転状態に応じて、例えば、キャニスタ52の内部の蒸発燃料が比較的に少ない場合において制御装置80がパージバルブ65を閉状態に制御すると、パージバルブ65によってパージ管55の流路が閉状態になる。この場合、燃料タンク31内で発生した蒸発燃料がベーパ管51を介してキャニスタ52内に流入する。キャニスタ52内に流入した蒸発燃料は、キャニスタ52の内部に吸着される。
一方、内燃機関100の運転状態に応じて、例えば、キャニスタ52の内部の蒸発燃料が比較的に多い場合において制御装置80がパージバルブ65を開状態に制御すると、パージバルブ65によってパージ管55の流路が開状態になる。この場合、吸気管11内の負圧によって、外気導入管53を介してキャニスタ52内に外気が流入する。そして、キャニスタ52の内部に吸着されていた蒸発燃料と外気とがパージ管55を介して吸気管11におけるサージタンク11b内に流入する。
図2に示すように、蒸発燃料及び外気のガスがパージ管55を介して吸気管11内に流入する際には、パージバルブ65よりも上流の上流側パージ管56内の圧力とパージバルブ65よりも下流の下流側パージ管57内の圧力との圧力差が大きくなる。そして、パージバルブ65の出口部68とパージ管55における下流側パージ管57との接続箇所Xのすぐ下流側において蒸発燃料及び外気のガスの流速が最も高くなりやすい。ここで、仮に、整流器70が設けられていない場合には、蒸発燃料及び外気のガスの流速が高くなることや蒸発燃料及び外気のガスがパージバルブ65の連通孔66a等を流通する際にガスの流れが乱れることに伴って、パージバルブ65の出口部68付近において蒸発燃料及び外気のガスの流れが大きく乱れ、ガスの渦流が発生しやすい。このように蒸発燃料及び外気のガスの渦流が発生すると、そのガスの渦流によって気流音が発生することがある。
本実施形態では、整流器70が、パージバルブ65の出口部68とパージ管55における下流側パージ管57との接続箇所Xからパージ管55における下流側パージ管57と吸気管11におけるサージタンク11bとの接続箇所までの間に位置している。また、整流器70には、複数の整流室71aが区画されている。そのため、各整流室71aを流れるガスは、各整流室71aを流れている間においてガスの流れる方向が整流される。そして、各整流室71aからガスが流出した後において、ある整流室71aから流出したガスが他の整流室71aから流出したガス側へと広がりにくい。これにより、整流室71aよりも下流側では、ガスの流れが乱れて渦流が発生することを抑制できる。その結果、ガスの渦流の発生に伴う気流音を抑制できる。
本実施形態において、整流器70を下流側パージ管57に取り付ける際の作用及び効果について説明する。
図2に示すように、整流器70の外径は、当該整流器70が取り付けられる前の下流側パージ管57の内径よりも僅かに大きくなっている。したがって、整流器70を下流側パージ管57に取り付ける際には、下流側パージ管57を径方向外側へと弾性変形させつつ、当該下流側パージ管57内に整流器70を挿入することになる。
図3(b)に示すように、本実施形態において、整流器70における下流側筒状部73は、略円柱形状の内部空間73aが区画された筒形状になっている。すなわち、整流器70における下流側筒状部73には、本体部71のように整流室71aを区画するための壁部が存在していない。そのため、下流側筒状部73は、本体部71に比べて、径方向に撓むように弾性変形しやすい。したがって、図4に示すように、整流器70における下流側筒状部73を下流側パージ管57における上流側端部の内部に挿入する際には、下流側筒状部73が、下流側筒状部73と本体部71との接続部分を支点として径方向内側に撓むように弾性変形する。すると、下流側筒状部73の外径が小さくなることで、下流側筒状部73を下流側パージ管57内に挿入しやすくなる。すなわち、下流側パージ管57に対する整流器70の取り付けがより簡便になる。なお、図4では、下流側筒状部73における径方向内側への弾性変形を誇張して図示している。また、整流器70における上流側筒状部72を、下流側パージ管57における下流側端部の内部に挿入する際にも、同様の効果を得られる。
さらに、図3(b)に示すように、本実施形態では、整流器70の径方向において、下流側筒状部73の壁部の厚みT3は、本体部71における各整流室71aを区画する壁部のうちの最も小さい厚みT1よりも薄くなっている。そのため、本実施形態では、例えば、下流側筒状部73の壁部の厚みT3が本体部71における各整流室71aを区画する壁部のうちの最も小さい厚みT1と同じになっている構成に比べて、下流側筒状部73が径方向に撓むように弾性変形しやすい。
本実施形態では、下流側筒状部73の外周面のうちの下流側端部は、下流側ほど外径が小さくなったテーパ面73bになっている。そして、整流器70における下流側筒状部73の外径は、整流器70が取り付けられる前の下流側パージ管57の内径よりも僅かに大きくなっている。そのため、整流器70における下流側筒状部73を下流側パージ管57における上流側端部の内部に挿入する際には、整流器70におけるテーパ面73bが、下流側パージ管57における上流側端部の内周縁に当接する。すると、整流器70を下流側パージ管57の軸線方向に沿って挿入しようとする力の一部がテーパ面73bによって、下流側筒状部73を径方向内側に撓ませようとする力に変換される。したがって、本実施形態では、より速やかに整流器70を下流側パージ管57に挿入できる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、整流器70の形状は適宜変更できる。例えば、整流器70は、全体として楕円柱形状になっていてもよい。また、例えば、上流側筒状部72のテーパ面72bや下流側筒状部73のテーパ面73bが設けられていなくても、整流器70を下流側パージ管57内に十分に挿入しやすい場合には、テーパ面72bやテーパ面73bを省略できる。
・上記実施形態において、整流器70における上流側筒状部72及び下流側筒状部73の一方を省略してもよい。例えば、図2に示すように、下流側パージ管57における上流側端部の内部に、当該下流側パージ管57における上流側端部側から整流器70を挿入する際には、整流器70における上流側筒状部72を省略してもよい。また、下流側パージ管57における下流側端部の内部に、当該下流側パージ管57における下流側端部側から整流器70を挿入する際には、整流器70における下流側筒状部73を省略してもよい。
・上記実施形態において、下流側筒状部73の壁部の厚みT3と本体部71における各整流室71aを区画する壁部のうちの最も小さい厚みT1との厚み関係を変更してもよい。例えば、整流器70の径方向において、下流側筒状部73の壁部の厚みT3は、本体部71における各整流室71aを区画する壁部のうちの最も小さい厚みT1と同じになっていてもよい。同様に、整流器70の径方向において、上流側筒状部72の壁部の厚みT2は、本体部71における各整流室71aを区画する壁部のうちの最も小さい厚みT1と同じになっていてもよい。
・上記実施形態において、整流器70における本体部71の形状は適宜変更できる。例えば、本体部71における整流室71aの数は、2以上になっていれば、適宜変更してもよい。また、整流室71aは、ガスの流れ方向から視たときに楕円形状や多角形状になっていてもよい。
また、整流器70の本体部71において、当該本体部71の内部空間が格子状に延びる複数の区画壁で区画されていてもよい。さらに、整流器70の本体部71において、当該本体部71の内部空間が複数の区画壁によってハニカム状に区画されていてもよい。これらの場合、各区画壁で区画されている空間が整流室71aを構成する。
・上記実施形態において、整流器70の位置は適宜変更してもよい。例えば、整流器70は、パージバルブ65の出口部68における出口孔68aの内部に取り付けられていてもよい。この場合、整流器70は、パージバルブ65の出口部68とパージ管55における下流側パージ管57との接続箇所Xに位置している。なお、この構成においても、整流器70は下流側パージ管57の径方向内側に位置しているため、整流器70は下流側パージ管57の内部に挿入されている。
また、整流器70は、パージ管55における下流側パージ管57と吸気管11におけるサージタンク11bとの接続箇所に位置していてもよい。さらに、整流器70は、パージ管55における下流側パージ管57において、パージバルブ65における出口部68の下流端から離間した位置に挿入されていてもよい。
・上記実施形態において、整流器70は、複数の下流側パージ管57を接続するアダプタとしての機能を備えていてもよい。例えば、下流側パージ管57が、上流側に位置する第1パージ管と、下流側に位置する第2パージ管とによって構成されていたとする。この場合には、下流側パージ管57における第1パージ管と第2パージ管との間に、第1パージ管と第2パージ管との間を接続する整流器70が取り付けられていてもよい。具体的には、整流器70の軸線方向上流側が第1パージ管の内部に挿入されており、整流器70の軸線方向下流側が第2パージ管の内部に挿入されていて、当該整流器70が第1パージ管及び第2パージ管に跨って挿入されていてもよい。なお、この構成においては、整流器70における少なくとも上流側筒状部72が下流側パージ管57の第1パージ管内に挿入され、整流器70における少なくとも下流側筒状部73が下流側パージ管57の第2パージ管内に挿入されている。
・上記実施形態において、パージ管55における下流側パージ管57とパージバルブ65の出口部68との接続構成は適宜変更できる。例えば、パージ管55における下流側パージ管57の上流端とパージバルブ65の出口部68の下流端とを接合してもよい。この場合には、両者の接合面が、パージバルブ65の出口部68とパージ管55における下流側パージ管57との接続箇所である。
X…接続箇所、11…吸気管、11a…上流側吸気管、11b…サージタンク、11c…下流側吸気管、12…気筒、13…排気管、21…スロットルバルブ、22…燃料噴射弁、23…ピストン、31…燃料タンク、50…蒸発燃料処理装置、51…ベーパ管、52…キャニスタ、53…外気導入管、55…パージ管、56…上流側パージ管、57…下流側パージ管、61…逆止弁、62…外気導入バルブ、65…パージバルブ、66…バルブ本体、66a…連通孔、67…入口部、67a…入口孔、68…出口部、68a…出口孔、70…整流器、71…本体部、71a…整流室、72…上流側筒状部、72a…内部空間、72b…テーパ面、73…下流側筒状部、73a…内部空間、73b…テーパ面、80…制御装置、100…内燃機関。

Claims (1)

  1. 燃料タンクで発生した蒸発燃料が導入されるとともに当該蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記キャニスタに接続され、当該キャニスタに外気を導入する外気導入管と、前記キャニスタと吸気管におけるスロットルバルブよりも下流側の部分とを接続するパージ管と、前記パージ管に設けられ、当該パージ管の流路を開状態及び閉状態のいずれか一方に切り替えるパージバルブとを備える蒸発燃料処理装置であって、
    前記パージバルブの出口部と前記パージ管との接続箇所から前記パージ管と前記吸気管との接続箇所までの間には、整流器が設けられており、
    前記整流器は、複数の整流室が区画された柱形状の本体部と、前記本体部における軸線方向の端面からガスの流れ方向に突出した筒形状の筒状部とを備えており、
    前記整流器における少なくとも前記筒状部は、前記パージ管内に挿入されている
    ことを特徴とする蒸発燃料処理装置。
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