JP2013057281A - 燃料蒸散防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料タンク→キャニスタシステム→大気の通気抵抗を給油時には小さく、停車時には大きくできる燃料蒸散防止装置の提供。
【解決手段】メインキャニスタ４と燃料タンク３とを連通する第１連通路６には、第１開閉弁６１が設けられ、メインキャニスタ４とエンジン２の吸気系とを連通する第２連通路７には、第２開閉弁７１が設けられている。メインキャニスタ４とサブキャニスタ５とを連通する第３連通路８には、第３開閉弁８１が設けられ、メインキャニスタ４と大気１０とを連通する第４連通路９には、第４開閉弁９１が設けられている。給油中において、第１開閉弁６１は開、第２開閉弁７１は閉、第３開閉弁８１は閉、第４開閉弁９１は開となっており、停車時において、第１開閉弁６１は開、第２開閉弁７１は閉、第３開閉弁８１は開、第４開閉弁９１は閉となっている。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンの燃料タンクおよび燃料システムから蒸気燃料が大気中へ放出されることを防止するための燃料蒸散防止装置に関する。

自動車などの車両には、ガソリンなど揮発性（炭化水素）燃料の蒸発燃料を吸着して保持するために、活性炭などの吸着剤を収容したキャニスタを用いた燃料蒸散防止装置（キャニスタシステム）が搭載されている。キャニスタシステムは、停車中（エンジンの運転停止中）の燃料タンクからの蒸発燃料および燃料タンクへの給油中の蒸発燃料を、キャニスタに吸着して保持し大気への蒸散を防止する。エンジン運転中は、吸気負圧を利用して、キャニスタを通して大気をエンジンの吸気系に吸引させ、吸着された蒸発燃料を吸着剤から引き出し（空気パージ）、エンジンで燃焼する。これにより、吸着された蒸発燃料は吸着剤から周期的に除去されるので、吸着剤はつぎの蒸気燃料を吸着することが可能な状態になる（再生される）。

キャニスタシステムについての許容エミッションレベルは、徐々に下げられており、蒸発燃料を保持するキャニスタの能力向上が要求されている。たとえば、均一な能力の活性炭を含有する現行のキャニスタシステムは、吸着および空気パージ再生のサイクル中において、１００グラムの蒸発燃料を容易に捕捉したり放出することができる。

燃料タンクへの燃料補給（給油）中においては、置換される燃料タンク内の空気および燃料から、大量の蒸発燃料が蒸散されるため、短時間に大量の蒸発燃料をキャニスタで吸着する必要がある。このため、給油中において、燃料タンク→キャニスタシステム→大気の通気抵抗は低いことが必要である。

また、停車中において、長時間にわたって燃料タンクからの蒸発燃料をキャニスタシステムで吸着させる必要があり、燃料タンク→キャニスタシステム→大気の通気抵抗は大きいことが望ましい。

さらに、エンジン運転中は、大気→キャニスタシステム→エンジンの通気抵抗が小さいと、吸気系に多量の蒸発燃料が吸引され、エンジンの空気燃料比が燃料リッチとなり、エンジンの始動時などの空燃比制御に不具合が生じ易い。

特許文献１には、蒸気源接続部と真空パージ接続部とを備えた主キャニスタと、主キャニスタの接続部に接続された追加キャニスタとを有する蒸発エミッション制御システムが提案されている。図２に示す如く、この従来のキャニスタシステム１Ａでは、メインキャニスタ４とサブキャニスタ５とが常時連結されており、以下の欠点があった。

メインキャニスタ４とサブキャニスタ５とが直列に配されており、通気抵抗が大きい。このため、燃料タンクへの給油時の如く、短時間に多量の蒸発燃料をメインキャニスタ４に吸着させる必要があるときは、蒸発燃料の流通が円滑にできないため、給油時に発生する蒸発燃料の処理性能が損なわれている。

特許文献２には、ＯＲＶＲ（給油時用）キャニスタ部とエバポ・ＯＲＶＲキャニスタ部とを備えた蒸発燃料処理装置が開示されている。この特許文献２では、ＯＲＶＲキャニスタ部とエバポ・ＯＲＶＲキャニスタ部との連通部に可変オリフィスを配し、ＯＲＶＲキャニスタ部に通気抵抗が小さい吹き抜け防止部を設けている。

特許文献２では、連通部に可変オリフィスを配したり、ＯＲＶＲキャニスタ部に通気抵抗が小さい吹き抜け防止部を設けている。このため、ＯＲＶＲキャニスタ部とエバポ・ＯＲＶＲキャニスタ部とを連通する配管が複数となったり、ＯＲＶＲキャニスタ部の構造が複雑となるなど、コストが増大する問題が生じる。

特開２００９−７９５９５号公報 特開２００８−１２１４２７号公報

この発明の目的は、単純な構成で、給油時に燃料タンク→キャニスタシステム→大気の通気抵抗を小さくでき、停車時（給油時以外）に燃料タンク→キャニスタシステム→大気の通気抵抗を大きくできる燃料蒸散防止装置の提供にある。
さらに、エンジン運転時において、大気→キャニスタシステム→エンジンへ大気を吸引する際の通気抵抗を大きくできる燃料蒸散防止装置の提供にある。

この発明は、燃料タンクから蒸散する蒸発燃料を吸着するメインキャニスタ、およびこのメインキャニスタの大気連通路に配され、メインキャニスタから放出される蒸発燃料を吸着するサブキャニスタを備えた燃料蒸散防止装置において、メインキャニスタに複数の大気連通路を設け、給油中はメインキャニスタとサブキャニスタとを連通する第３流路を閉じるとともに第４流路を開放して直接大気に連通させることを要旨としている。また、停車時には、サブキャニスタとの第３流路を開くとともに、第４流路を閉じる。

このため、燃料蒸散防止装置において、
イ）給油時には、メインキャニスタとサブキャニスタとの連通を遮断して、メインキャニスタのみを使用し、
ロ）停車時には、メインキャニスタとサブキャニスタとを連結して、メインキャニスタから蒸発燃料が洩れだすことを阻止し、
ハ）エンジン運転中には、メインキャニスタとサブキャニスタとを連結して、吸着剤から吸着された蒸発燃料をエンジンに吸引して再生する。
これにより、簡単な構成で給油時に発生する蒸発燃料の処理性能が向上できる。

メインキャニスタは、燃料タンクに連通するとともに第１開閉弁を備えた第１流路（燃料タンク連通路）、エンジンの吸気系に連通するとともに第２開閉弁を備えた第２流路（吸気系連通路）、サブキャニスタに連通するとともに第３開閉弁を備えた第３流路（サブキャニスタ連通路）、および大気に連通するとともに第４開閉弁を備えた第４流路（大気直通路）を有し、サブキャニスタは直接大気に連通した連通口を有する。第１〜第４開閉弁は、エミッションの状況に応じて開閉制御される。なお、第１〜第４開閉弁は、流量制御弁であってもよく、より少数の流路切替弁でも代用できる。

この第１〜第４開閉弁は、制御装置により車両またはエンジンの運転条件に応じてつぎのように制御される。
イ）給油中
第１開閉弁は開、第２開閉弁は閉、第３開閉弁は閉、第４開閉弁は開とする。
ロ）停車中
第１開閉弁は開、第２開閉弁は閉、第３開閉弁は開、第４開閉弁は閉とする。
ロ）エンジン運転中
第１開閉弁は閉、第２開閉弁は開、第３開閉弁は開、第４開閉弁は閉とする。

これにより、給油中は、第１流路、メインキャニスタ、第４流路を通じて流通抵抗の少ない燃料蒸散防止装置が構成でき、短時間に多量の蒸発燃料をメインキャニスタに吸着できる。また、停車中は、メインキャニスタから洩れ出る蒸発燃料をサブキャニスタで吸着でき、長時間に渡る停車にも対応できる。さらに、エンジン運転中は、通気抵抗の大きい燃料蒸散防止装置により、短時間に吸気系に蒸発燃料が吸い込まれ、エンジンの空気燃料比の制御に悪影響を及ぼす不具合を低減できる。

この発明の燃料蒸散防止装置の構成を示す概略図である。 従来のキャニスタシステムの構成を示す概略図である。 この発明の燃料蒸散防止装置と従来のキャニスタシステムとの性能を比較した測定データである。

この発明を実施するための形態を図に示す実施例とともに説明する。

図１は、この発明の燃料蒸散防止装置１の概略構成を示す。２は自動車のエンジン、３は燃料タンクであり、燃料蒸散防止装置１は、メインキャニスタ４およびサブキャニスタ５を備えている。メインキャニスタ４は、ケーシング４１内に活性炭４２を収容してなる。ケーシング４１には、燃料タンク３への連通ポート４３、エンジン２の吸気系への連通ポート４４、サブキャニスタ５への連通ポート４５および大気１０への連通ポート４６が設けられている。

サブキャニスタ５は、ケーシング内に活性炭を収容してなる。ケーシングには、メインキャニスタ４への連通ポート５１および大気１０への連通ポート５２が設けられている。

メインキャニスタ４と燃料タンク３とを連通する第１連通路６には、第１開閉弁６１が設けられ、メインキャニスタ４とエンジン２の吸気系とを連通する第２連通路７には、第２開閉弁７１が設けられている。
メインキャニスタ４とサブキャニスタ５とを連通する第３連通路８には、第３開閉弁８１が設けられ、メインキャニスタ４と大気１０とを連通する第４連通路９には、第４開閉弁９１が設けられている。
第１開閉弁６１、第２開閉弁７１、第３開閉弁８１および第４開閉弁９１は、例えば電磁弁であり、図示しない制御装置によって選択的に開閉される。

図１の（イ）は、給油中の第１開閉弁６１、第２開閉弁７１、第３開閉弁８１および第４開閉弁９１の開閉状態を示す。
第１開閉弁６１は開、第２開閉弁７１は閉、第３開閉弁８１は閉、第４開閉弁９１は開となっており、給油中の短時間に放出される蒸発燃料を、メインキャニスタ４のみに吸着させる。この際に、メインキャニスタ４は、第４開閉弁９１が開となっており、通気抵抗が小さいため、燃料タンク３内に存在する多量の蒸発燃料を円滑に第１連通路６に流入できる。

図１の（ロ）は、停車時の第１開閉弁６１、第２開閉弁７１、第３開閉弁８１および第４開閉弁９１の開閉状態を示す。
第１開閉弁６１は開、第２開閉弁７１は閉、第３開閉弁８１は開、第４開閉弁９１は閉となっており、停車中に徐々に燃料タンク３から放出される蒸発燃料を主にメインキャニスタ４で吸着し、メインキャニスタ４で吸着しきれない部分をサブキャニスタ５で吸着する。この際に、メインキャニスタ４は、第３開閉弁８１が開となっており、通気抵抗が大きいため、燃料タンク３内から徐々に蒸発する蒸発燃料を長時間にわたってメインキャニスタ４およびサブキャニスタ５に吸着できる。

図１の（ハ）は、エンジン２の始動時など運転中の第１開閉弁６１、第２開閉弁７１、第３開閉弁８１および第４開閉弁９１の開閉状態を示す。
第１開閉弁６１は閉、第２開閉弁７１は開、第３開閉弁８１は開、第４開閉弁９１は閉となっている。この状態では、サブキャニスタ５の大気１０への連通ポート５２から吸いこまれた大気が、サブキャニスタ５、第３連通路８、メインキャニスタ４、第２連通路７を通じてエンジン２に吸引される。この際に、サブキャニスタ５およびメインキャニスタ４内の吸着された蒸発燃料を活性炭から剥離させ、活性炭を再生する。

図３は、この発明の燃料蒸散防止装置１と、図２に示す従来のキャニスタシステム１Ａとの蒸発燃料のエミッション性能の比較を示す。図中のＢＶはベッドボリューム、ＢＷＣ（ブタンワーキングキャパシティ）はブタン有効吸着量、ＧＷＣはガソリンワーキングキャパシティ、ＤＢＬ（デュアーナルブレイシングロス）は日間呼吸損失、ＣＡＮはキャニスタを示す。
燃料蒸散防止装置１は、従来のキャニスタシステム１Ａに比べて大気中に放出される蒸発燃料を著しく低減できることが分かる。

この発明に使用されるメインキャニスタ４およびサブキャニスタ５は、以下の仕様が好適である。
１）メインキャニスタ４とサブキャニスタ５とに導入される活性炭の容積比がメインキャニスタ／サブキャニスタ＝３８以上、１９０以下である。
２）サブキャニスタ５に導入される活性炭の容積が、Ｌ（長さ）／Ｄ（直径）＝０．６８以上、３．００以下である。

３）サブキャニスタ５に導入される活性炭の性能が、ＡＳＴＭ５２２８で規定されるＢＷＣが３．０ｇ／ｄｌ以上である。
４）エンジン始動時に大気から導入される空気の量がメインキャニスタ４容量に対して３０倍以上で使用する。

５）燃料がガソリンまたはアルコール含有ガソリンである。
６）メインキャニスタ４またはサブキャニスタ５に使用される活性炭が石炭、木材、やし殻、ピッチ、果実殻、合成樹脂である。

７）メインキャニスタ４に使用される活性炭の形状が、顆粒状、円筒状、ハニカム状などである。
８）サブキャニスタ５に使用される活性炭の形状が、顆粒状、円筒状、ハニカム状などである。
９）サブキャニスタ５の形状が、円柱状、三角柱状、円錐状、三角錐状、四角錐状のいずれかである。

この発明の燃料蒸散防止装置は、停車時のみ燃料タンク→メインキャニスタ→サブキャニスタ→大気の順で蒸発燃料を吸着し、給油中は燃料タンク→メインキャニスタ→大気の順で蒸発燃料を吸着している。メインキャニスタとサブキャニスタとの第３連通路に第３開閉弁を設け、メインキャニスタの第４連通路に第４開閉弁を設けるという簡単な構成で優れたエミッション性能を得ることができ、実用性に優れる。

１ 燃料蒸散防止装置
２ 自動車のエンジン
３ 燃料タンク
４ メインキャニスタ
５ サブキャニスタ
６ 第１連通路（第１流路）
７ 第２連通路（第２流路）
８ 第３連通路（第３流路）
９ 第４連通路（第４流路）
４１ ケーシング
４２ 活性炭
４３ 連通ポート
４４ 連通ポート
４５ 連通ポート
４６ 連通ポート
５１ ケーシング
５２ 活性炭
５３ 連通ポート
５４ 連通ポート（連通口）
６１ 第１開閉弁
７１ 第２開閉弁
８１ 第３開閉弁
９１ 第４開閉弁

Claims (3)

1. エンジン、燃料タンク、この燃料タンクから前記エンジンに揮発性燃料を供給する燃料供給装置を有する燃料蒸散防止装置であって、
   前記燃料タンクから蒸散する蒸発燃料を吸着するメインキャニスタ、およびこのメインキャニスタの大気連通路に配され、前記メインキャニスタから放出される蒸発燃料を吸着するサブキャニスタを備え、
   前記メインキャニスタは、停車時のみ前記サブキャニスタを通じて大気に連通していることを特徴とする燃料蒸散防止装置。
2. 前記メインキャニスタは、前記燃料タンクに連通するとともに第１開閉弁を備えた第１流路、前記エンジンの吸気系に連通するとともに第２開閉弁を備えた第２流路、前記サブキャニスタに連通するとともに第３開閉弁を備えた第３流路、および大気に連通するとともに第４開閉弁を備えた第４流路を有し、
   前記サブキャニスタは、大気に連通した連通口を有し、
   状況に応じて前記第１〜第４開閉弁を開閉制御し、前記メインキャニスタと前記サブキャニスタとの連通を切り換えることを特徴とする請求項１に記載の燃料蒸散防止装置。
3. 前記燃料タンクへの給油時には、前記メインキャニスタと前記サブキャニスタとの連通を遮断して前記メインキャニスタのみを使用し、
   給油時以外の車両停止時には、前記メインキャニスタと前記サブキャニスタとを連通して、前記メインキャニスタから大気に洩れだす蒸発燃料を前記サブキャニスタに吸着し、
   エンジン始動時には、前記メインキャニスタと前記サブキャニスタとを連通して、前記サブキャニスタおよび前記メインキャニスタを通して大気を前記エンジンに吸引させることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料蒸散防止装置。

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