(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の停車中燃料タンクから発生するガソリンの蒸気を吸着し、走行時エンジンの吸気により吸着したガソリンを燃料として再使用するキャニスターにおいて、第１キャニスターの後に、ハニカム活性炭を吸着剤とする小容量の第２キャニスターを、第１キャニスター内部のガソリンの吸着平衡による移動が抑制されるように直列に配管または同様な構造を介して接続してなる自動車の燃料蒸散防止装置。
【請求項２】
第２キャニスターの容量が第１キャニスターの２％以上、２０％以下である請求項１記載の自動車の燃料蒸散防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車の燃料蒸散防止装置いわゆるキャニスターに関するもので、更に詳しく述べると、自動車に搭載しガソリンタンクから蒸発したガソリンの蒸気を吸着剤で回収し再使用する装置であるが、通常のキャニスターにオリフィスまたは小容量の第２のキャニスターを付加することにより、自動車を長時間停止した時のガソリンのロスを大幅に低下すると共に、公害防止の効果を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車がエンジンを停止した時ガソリンタンクから蒸発した蒸気は、従来回収することなく大気中に放出されていた。しかし、近年は公害に対する配慮から大気中への放出パイプの途中に吸着剤を充填した捕集器を取り付けて、蒸発したガソリン蒸気を吸着させ、次の走行時逆方向に空気を流し脱着させてエンジンに供給し再使用する方式が採用されている。また、ガソリンの吸着剤としては一般に活性炭が使用され内部には活性炭を充填した１個の捕集器が使用されていた。
【０００３】
今までもその蒸散量を低減するために活性炭の吸着性能の向上或いはキャニスターの構造の面で多くの考案がなされてきた。しかし、これらは主として吸着・脱着能力いわゆるＷｏｒｋｉｎｇＣａｐａｃｉｔｙ（Ｗ．Ｃ．）や、長期間使用した場合劣化しないよう耐久性を高める考案であった。このため長時間停車した場合、キャニスターからリークするガソリン蒸気の低減には必ずしも効果的ではなかった。
【０００４】
特に米国の一部の州では１９９５年から、全米では１９９６年から施行される自動車の燃料の新しい蒸散規制に定められている。新しい規制によれば長時間停車する場合を想定した７２時間のＤｉｕｒｎａｌＢｒｅａｔｈｉｎｇＬｏｓｓ（ＤＢＬ）の様にキャニスターのＷ．Ｃ．に余力があっても、長時間停車した場合時間の経過と共にキャニスターに吸着されているガソリンが吸着層内の濃度拡散の結果、大気中に放出される量が増加して規制値を越える場合があり、その対策が必要とされる様になった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の様なＤｉｕｒｎａｌＢｒｅａｔｈｉｎｇＬｏｓｓ（ＤＢＬ）対策の必要性を考慮すれば、従来から吸着剤として活性炭を使用しているキャニスターでは、長期間自動車を停車した場合時間過時と共にガソリン蒸気のリーク量が増大する点に問題がある。そこで、キャニスターの容量の増加や活性炭を高性能化することなしに、キャニスターの構成の変更等の手段で経済性を損なわずに、長時間停車した場合でもガソリン蒸気のリーク量を抑制できるキャニスターを新たに開発して提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
キャニスターは自動車が停車中外気の温度によりガソリンタンク等の燃料系から発生したガソリン蒸気を活性炭に吸着させ、走行時にはエンジンの吸気の一部を吸着したガソリンの脱着用に利用することにより、蒸散したガソリンを回収して再利用するシステムになっている。本発明者はエンジンの構成上キャニスターの脱着に使用できる空気量は吸気の一部であるため量的に制約があり、そのため活性炭に吸着されたガソリンの約半分場合によってはそれ以上が脱着されずに、活性炭に吸着された状態で残っている点に着目した。
【０００７】
更にキャニスター内部の活性炭層に吸着されたガソリンの濃度分布は、ガソリン蒸気の入口側が高く排気側が低い勾配になっているが、キャニスター内部の活性炭は１つの連続した活性炭層のため、ガソリン蒸気の入口側の吸着量の多い部分の気相濃度は出口側より高いから、吸着されているガソリンは時間経過と共に気相濃度の低い出口側に吸着平衡により移動し、次第に活性炭層内部に吸着されているガソリン濃度が均一化されてゆく。
【０００８】
本発明者はこの様なメカニズムで出口側の気相濃度が上昇するため、長時間停車した場合ガソリン蒸気のリークが起こり易くなることを見出した。更に、キャニスターからリークするガソリン蒸気の成分は、プロパン及びブタンが主でしかも少量なので、これを吸着させるためには別にリーク対策専用のハニカム活性炭を吸着剤とする小型の第２キャニスターを設けることが有効であるとの知見を得て、これに基づいて本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、自動車の停車中燃料タンクから発生するガソリンの蒸気を吸着し、走行時エンジンの吸気により吸着したガソリンを燃料として再使用するキャニスターにおいて、第１キャニスターの後に、ハニカム活性炭を吸着剤とする小容量の第２キャニスターを、第１キャニスター内部のガソリンの吸着平衡による移動が抑制されるように直列に配管または同様な構造を介して接続してなる自動車の燃料蒸散防止装置である。この燃料蒸散防止装置において、第２キャニスターの吸着剤としてハニカム活性炭を使用し、その容量は第１キャニスターの２％以上、２０％以下であることが好ましい。
【００１０】
ここで配管または同様な構造を介してとは、キャニスターの後に第２キャニスターを接続する場合活性炭層が連続した状態とならず分離されていること、両者の間のガスの流れが抑制される様な絞られた構造を有する意味である。これは後述の様にキャニスター内部のガソリンが吸着平衡により第２キャニスターへ移動するのを抑制するためである。以下、本発明について詳しく説明する。
【００１１】
本発明の自動車の燃料蒸散防止装置は従来から使用されているキャニスターの構成を改善したもので、特に長時間停車する場合のガソリンの蒸散ロスを低下させる機能を有するものである。
【００１２】
以前エンジンを停止した自動車或いはガソリンスタンド等のガソリンタンクから蒸発したガソリン蒸気は、回収されることなく大気中に放出されていた。しかし、最近は光化学スモッグ、オキシダント等の公害問題が深刻となり、大気中に放出されたガソリン中に含まれる炭化水素が、その主要な原因の一つと考えられているため、放出量の減少が重要な課題となっている。このため、自動車から発生するガソリン蒸気を、大気中へ放出するパイプの途中に吸着剤を充填した捕集器いわゆるキャニスターを取り付け、蒸発したガソリンを吸着させて、次の走行時に逆方向に空気を通して脱着し、エンジンに供給することにより回収する方式が採用されている。
【００１３】
しかし、キャニスターは一般に１体の連続した活性炭層でガソリン蒸気の吸着及び脱着を行うため、前述の様に長時間停車した場合には活性炭層内部に吸着されたガソリンの濃度差がある場合、ガソリン蒸気は吸着平衡により次第に出口側へ移動して放出され、蒸散ロスの増加は避けられなかった。本発明の燃料蒸散防止装置はこの問題点を解決するために開発されたもので、通常の第１のキャニスターの後に直列にハニカム活性炭を吸着剤とする小容量の第２キャニスターが配管または同様な構造で接続されている。
【００１４】
第２キャニスターの活性炭層は第１のキャニスターと連続した状態とならず、分離された状態に保持するために配管または同様な構造で直列に接続する必要がある。２つのキャニスターを分離して配管で接続することにより、１体の連続した活性炭層と比べて著しく吸着平衡によるガソリン蒸気の移動が阻害され、第２キャニスターには第１キャニスターの容量の１０〜２０％程度の小容量のものを使用しても、後述の実施例で示す様にガソリン蒸気の蒸散量は１／１０程度まで激減させることができる結果が得られている。
【００１５】
第２キャニスターの容量が第１キャニスターの２％以下となると、新たに第２キャニスターを設けた効果が急激に低下し、また、容量が２０％以上となるとその効果の向上の度合いが急激に低下する傾向を示すからである。
【００１６】
第２キャニスターに充填する活性炭の形状は、第２キャニスターを付加した構成より圧力損失が高くなり易いためハニカム活性炭とする必要があり、吸着速度が高い点もこの構成に適している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
通常のキャニスターの内部に吸着されたガソリンの濃度分布の一例を図１に示す。キャニスターは図２に示す様に、１体の連続した活性炭層で構成されているが、活性炭層に吸着されたガソリンの濃度分布を調べるために図に示した様に、入口側から出口側迄の間の４〜８で示した点のガソリン濃度を測定した。
【００１８】
吸着直後のガソリンの濃度分布は分布曲線１に示した様にガソリン蒸気の入口側が高く、出口側が低くかなり勾配がついた状態になっている。
【００１９】
しかし、時間の経過と共に吸着されているガソリンは吸着剤周辺の雰囲気を媒介として、その入口側と出口側との濃度差に基づく吸着平衡により出口側に移動し、２４時間後には分布曲線２で示した状態となる。更にエンジンを起動して自動車が走行を開始し、吸気によりキャニスターに吸着されたガソリンが脱着されると分布曲線３で示した濃度分布となる。
【００２０】
しかし、吸着されたガソリンの脱着にはエンジンの吸気の一部を利用しているが、エンジンの吸・排気ガス系統の構成から利用できる空気量には制約がある。キャニスターの活性炭容積が２リットル程度の場合、使用できる空気量は活性炭容積の１００〜３００倍が限度であり、これでは脱着の度合いが尚不十分であり、図１のガソリン濃度分布曲線３に示す様に、吸着されたガソリン蒸気が充分脱着された状態には到達できない。
【００２１】
通常のキャニスターの構成でも、自動車を長時間停止した場合キャニスターから流出するガスの量は小量であり、その主成分はプロパンとブタンである。従って、これを吸着させるためには小型のハニカム活性炭を吸着剤とする第２キャニスターを設けることによりその目的が達成できる。
【００２２】
しかし、キャニスターに充填されている活性炭と同一の形状の活性炭を使用すると、第２キャニスターは容量が小さく一般に内径も小さくなるため、空気の流速が著しく高くなりこのため圧力損失が増大して問題となる。そこで、第２キャニスターにハニカム活性炭を使用すれば、圧力損失も使用可能な範囲に抑えることが可能となり、ガソリン蒸気のリークも大幅に減少させることが可能となる。
【００２３】
また、第２キャニスターは小容量であるが脱着時の空気通過量は第１キャニスターと同じであるから、第２キャニスターは小容量であるだけ脱着が充分に行われ吸着能力も維持できる。
【００２４】
次にキャニスターの吸着後のパージ空気量とガソリンリーク濃度の関係の一例を示す。図３に直径１００ｍｍ、長さ１２７ｍｍの容器に粒径２ｍｍの造粒炭を充填した容積１リットルのキャニスターの断面図を示す。このキャニスターにガソリンを破過する迄吸着させた後、それぞれ通過空気量を変更して吸着されているガソリンをパージした。更に空気中に２４時間３０℃で放置した後、キャニスターのガソリン蒸気入口側から空気を１リットル／ｍｉｎ．で流した時にキャニスターからリークするガソリン濃度を測定した。
【００２５】
その結果、パージに使用した空気量と放置後ガソリン蒸気入口側から空気を流した時リークするガソリン濃度の関係を表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
この結果より、パージに活性炭容積の１０００倍以上の空気量を使用した場合には、リークするガソリンの濃度が大幅に低下していることが分かる。
【００２８】
本発明の燃料蒸散防止装置は通常のキャニスターの後に、小容量の第２キャニスターを直列に付加したものである。通常パージ用に使用可能な第１キャニスターの約３００倍量の空気を使用した場合でも、本発明の蒸散防止装置は後述の実施例２〜１０に示す様に通常のキャニスターで１０００〜５０００倍の空気量を使用した場合と同程度まで、リークするガソリン濃度を低下できることが分かる。従って、リークするガソリン量は約１／１０またはそれ以下となり、極めて顕著な効果が認められる。
【００２９】
【実施例】
以下実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
【００３０】
図４に本発明の自動車の燃料蒸散防止装置の一態様の構成を示す。図に示した第１のキャニスターは直径１００ｍｍ、長さ１２７ｍｍの容器に粒径２ｍｍの造粒炭１リットルを充填したもので、その後にハニカム活性炭を充填した小容量の第２キャニスターが直列に配管で接続されている。尚、第１キャニスターと第２キャニスターの間隔は２０ｍｍで内径１０ｍｍの配管で接続されている。また、第２キャニスターに充填されている活性炭の形状及び容積を表２に示す。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
実施例１〜５は表２に示す様に、第２キャニスターにはそれぞれ容積２０〜１２６ｍｌのハニカム活性炭を充填したものである。
【００３３】
また前記の実施例１〜５と比較のため、比較例１及び２の燃料蒸散防止装置には第２キャニスターは設けず、第１キャニスターの出口のガスは直接放出される様になっている。
【００３４】
これらの燃料蒸散防止装置にガソリン蒸気を破過点まで吸着させ、次に、３００リットルの空気（第１キャニスターの活性炭容量の３００倍）を通過させてこれらの装置に吸着されているガソリンをパージした。更に空気中に２４時間３０℃で放置して残留したガソリンが、吸着平衡により燃料蒸散防止装置内を移動した状態となった後、本装置のガソリン蒸気入口側から空気を１リットル／ｍｉｎ．で流した時にリークするガソリン濃度を測定した。その結果及び充填されている活性炭層のブタンＷ．Ｃ．（ワーキング・キャパシティ）、空気流量２０リットル／ｍｉｎ．の時の装置の圧力損失を表２に併せて示す。
【００３５】
尚、ブタンＷ．Ｃ．は下記の方法て測定した。乾燥した活性炭１リットルを金属製のキャニスターに充填し、２５℃で９９．０％以上のｎ−ブタンを１リットル／ｍｉｎ．でダウンフローにて吸着させ、出口のブタン濃度が５０００ｐｐｍに達した時停止する。このブタン吸着による増量をＷａ（ｇ）とする。次に、常温で空気を１５リットル／ｍｉｎ．で２０分間キャニスターにアップフローで流しｎ−ブタンを脱着させる。脱着による減量をＷｄ（ｇ）とする。前記の吸着・脱着操作を６回繰り返し、その内第４、５及び６回目のＷａ、Ｗｄの値を使用し次式によってブタンＷ．Ｃ．を算出する。
【００３６】
ブタンＷ．Ｃ．＝〔（Ｗａ−４＋Ｗａ−５＋Ｗａ―６）＋（Ｗｄ−４＋Ｗｄ−５＋Ｗｄ−６）〕／６
【００３７】
この結果より、実施例１〜５のハニカム活性炭の容量を変えた場合のリークする空気のガソリン濃度より、第２キャニスターの活性炭容量は第１キャニスターの容量の２％でもかなりの効果が認められ、ハニカム活性炭容量が４％〜８％になれば充分な効果があることが認められる。また、第２キャニスターのハニカム活性炭充填量がこの範囲内では変化しても圧力損失の上昇は認められない。第１キャニスターのブタンＷ．Ｃ．の向上は認められず、ハニカム活性炭を充填した第２キャニスターがない場合と同じである。
【００３８】
比較例１は第２キャニスターを取り付けない場合で、時間の経過と共にリークする空気のガソリン濃度が急激に上昇することが認められる。また、比較例２は第２キャニスターを取り付けない代わりに実施例１の第２キャニスターのハニカム活性炭と同量の造粒炭を、第１キャニスターに追加充填した場合であるが、ブタンＷ．Ｃ．は向上するがリークする空気のガソリン濃度を低下させる効果は殆ど認められない。尚、圧力損失の増大も認められない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の燃料蒸散防止装置は通常のキャニスターに直列に配管で接続した小容量のハニカム活性炭を吸着剤とする第２のキャニスターを設けたものである。この様な構成を有する燃料蒸散防止装置を使用すれば、キャニスターの容量の増加や活性炭を高性能化することなしに、自動車を長時間停止した場合にもキャニスター内部に吸着されているガソリンが濃度勾配により大気放出口の方へ吸着平衡により移動する速度を大幅に抑制し、ガソリンの蒸散ロスを１／１０程度に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  通常のキャニスターの内部に吸着されたガソリンの濃度分布の一例を示す。
【図２】  図１の測定に使用したキャニスターの断面図を示す。
【図３】  キャニスターの一例の断面図を示す。
【図４】  本発明の燃料蒸散防止装置の一態様の構成図を示す。
【符号の説明】
１  ガソリン蒸気吸着後のガソリン濃度分布曲線
２  放置後のガソリン濃度分布曲線
３  脱着後のガソリン濃度分布曲線
４  活性炭層のガソリン濃度測定箇所
５  活性炭層のガソリン濃度測定箇所
６  活性炭層のガソリン濃度測定箇所
７  活性炭層のガソリン濃度測定箇所
８  活性炭層のガソリン濃度測定箇所
９  キャニスター
１０  キャニスターのガス放出口
１１  活性炭充填層
１２  配管
１３  第２キャニスター
１４  ハニカム活性炭
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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