JPH0830452B2 - 燃料蒸発防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，自動車の燃料タンクに付設するキャニスタ
のごとき燃料蒸発防止装置に関し，更に詳しくは特殊な
吸収剤を用い,2段階吸収を行わせるようにした燃料蒸発
防止装置に関する。

〔従来技術〕

自動車の燃料タンク内に，給油ガンにより燃料を供給
する際には，比較的多くの燃料が蒸発する。また，自動
車の走行時，停止時いずれにおいても，燃料タンク，気
化器フロート室内の燃料が一部気化する。そこで，これ
ら蒸発燃料を大気中に漏らさないようにするため，これ
らタンク等と空間部との間に，吸収剤を充填したキャニ
スタが連結されている。この吸収剤は，蒸発燃料を捕捉
するためのものである。また，自動車に限らず燃料貯蔵
タンク等からの蒸発燃料更には漏洩した燃料液を捕捉す
るため，同様に吸収剤を充填した燃料蒸発防止装置が用
いられている。

そして，これらキャニスタ等の燃料蒸発防止装置に用
いる吸収剤としては，従来活性炭が用いられている。

〔解決しようとする課題〕

しかしながら，上記活性炭を用いたキャニスタでは，
しばしば，蒸発燃料を捕捉しきれず，蒸発燃料が大気に
放出されることが起こる。

この原因を調査したところ，活性炭が液状のガソリン
と接触した場合に，活性炭のガソリン蒸気捕捉能が著し
く低下することが明らかとなった。更に，活性炭が液状
のガソリンと接触する原因は，キャニスタにつながって
いる配管及びキャニスタ上部の活性炭が存在しない空間
の内表面に凝縮した液状のガゾリンが，活性炭に触れる
ためであることが分かった。

また，活性炭の蒸気捕捉能（ワーキングキャパシテ
ィ）低下のもう１つの要因は，活性炭に吸着された蒸発
燃料分子のうち，炭素原子数が４又は５以下の小さな分
子はキャニスタのパージ（脱着）工程中に容易に脱着す
るのに反し，それより大きな分子は脱着し難く，キャニ
スタの使用時間が増加するにつれて蒸気捕捉能が減少す
るという点である。

なお，前記のようなガソリン蒸気の凝縮は，特に外気
温が高く，燃料タンク或いは気化器においてガソリンの
蒸気圧が非常に高い時に，その周辺の配管及びキャニス
タ上部の空間で起こる。

本発明は，活性炭が液状燃料と接触しないような方策
を鋭意検討した結果なされたもので，上記蒸発燃料を捕
捉する吸収剤について種々の検討を行い，蒸発燃料捕捉
能力に優れた燃料蒸発防止装置を提供しようとするもの
である。

〔課題の解決手段〕

本発明は，蒸発燃料を捕捉するための吸収剤と，該吸
収剤を収納すると共に蒸発燃料を導入するための吸収剤
容器とからなる燃料蒸発防止装置において，上記吸収剤
容器は燃料に溶解または膨潤する性質を有する有機高分
子を充填した第１吸収室と，活性炭を充填した第２吸収
室とからなり，かつ前記蒸発燃料が第１吸収室を通過し
た後に第２吸収室に導入されるようにしたことを特徴と
する燃料蒸発防止装置にある。

本発明において吸収剤とは，蒸発燃料（漏洩した燃料
液も含む）を捕捉する物質をいう。かかる吸収剤として
は，燃料に溶解又は燃料によって膨潤する性質を有する
有機高分子化合物と，活性炭との２種類を用いる。そし
て，この吸収剤のうち有機高分子は第１吸収室に，活性
炭は第２吸収室にそれぞれ充填し，蒸発燃料が第１吸収
室を通過した後に第２吸収室に導入されるように構成す
る。

前記有機高分子化合物としては，具体的には，ポリプ
ロピレン，ポリイソプレン，ポリブタジエン，ポリイソ
ブチレン，ポリスチレン，ポリノルボルネン，エチレン
−プロピレンジエン共重合体，スチレン−ブタジエン共
重合体，エチレン−プロピレン共重合体，イソブチレン
−イソプレン共重合体，ブタジエン−アクリロニトリル
共重合体の１種又は２種以上を用いる。

しかして，上記高分子化合物には，本架橋高分子、架
橋高分子（高分子ゲル）があるが，いずれも用いること
ができる。前者の未架橋高分子は，燃料に溶解或いは膨
潤するタイプのもので，一般には疎水性高分子と呼ばれ
ており，前記ポリイソプレン等のホモポリマー，スチレ
ン−ブタジエン共重合体等のコ・ポリマーなどがある。
また，後者の高分子ゲルとは，上記疎水性高分子が架橋
されたものであり，この架橋により高分子ゲルは燃料に
不溶となるが膨潤可能である。ここに，架橋とは，特に
架橋剤を用いて導入された化学的架橋に限らず，化学的
な自己架橋や物理的架橋をも含むものである。

上記吸収剤の形状は粉末，粒子，フィルム，糸状，ハ
ニカム状，板状等特に問うものではないが，余り大きい
塊を用いると表面だけが膨潤して，中の方まで吸収が進
まず，吸収能力が低下するおそれがある。したがって，
吸収剤は直径或いは厚みを5mm以下としておくことが好
ましい。

また，本発明にかかる吸収剤は，蒸発燃料の吸収に際
して，前記のごとく未架橋高分子は溶解又は膨潤し，架
橋高分子は膨潤するが不溶である。それ故，前者の高分
子は，再生によっても元の集合状態に戻らないことがあ
り，使い捨てとなることがある。また，後者の架橋高分
子の場合は，再生を繰り返すことができる。

次に，前記活性炭としては，従来の燃料蒸発防止装置
に用いられていた，水蒸気賦活・粒状活性炭などの活性
炭を用いる。

また，第１及び第２吸収室は，壁で区画し両者間をパ
イプで連結する手段もあるが，実施例に示すごとく多孔
板，金網等蒸発燃料が通り易いもので区画することが好
ましい。なお，本発明の燃料蒸発防止装置は自動車用キ
ャニスタに限らず，ボイラー用燃料タンクなど種々の燃
料蒸発防止装置に用いることができる。

〔作用および効果〕

本発明においては，吸収剤として，第１吸収室に前記
性質を有する有機高分子化合物を充填し，第２吸収室に
活性炭を充填し，蒸発燃料が順次第１吸収室を経て第２
吸収室に導入されるよう構成してある。そして，この高
分子は後述より明らかなごとく，蒸発燃料に対して高い
吸収能力を有している。この高い吸収能力は，この高分
子がガソリン等の燃料中に溶解したり，膨潤しようとす
る力に基づくものである。これは，上記有機高分子と蒸
発燃料との親和力が大きいためである。

しかして，本発明においては，蒸発燃料は上記順序で
吸収剤中を通過するので，蒸発燃料はまず有機高分子に
吸収され，その残りが活性炭で吸収される。そして，前
記有機高分子は，後述する実施例に示すように，炭素原
子数が６以上の大きな分子の吸収能が大きい。従って，
蒸発燃料が活性炭と接触する前に有機高分子から成る吸
収剤と接触することにより，活性炭の蒸気捕捉能低下を
もたらす大きな分子が有機高分子に吸着される。それ
故，活性炭の蒸気捕捉能低下を防止することもできる。

従って，本発明によれば，活性炭に液状の蒸発燃料が
直接触れることがなく，活性炭の蒸気捕捉能を劣化させ
ることがない。

また，活性炭の蒸気捕捉能を100％利用できるため
に，いたずらに活性炭の量を多くする必要がなく，燃料
蒸発防止装置の小型化を図ることができる。

なお，蒸発燃料を吸収することにより膨潤した有機高
分子化合物は，燃料蒸発防止装置内をパージする通常の
工程で，脱膨潤され，その蒸発燃料吸収能力が復活し，
継続して使用することができる。

このように，本発明によれば蒸発燃料捕捉能力に優れ
た燃料蒸発防止装置を提供することができる。それ故，
自動車のオンボード用キャニスタについても，活性炭の
みの使用の場合のごとき大容量を必要とすることなく，
小型で大吸収容量のキャニスタを提供することができ
る。

〔実施例〕

第１実施例 本発明の実施例にかかる燃料蒸発防止装置を，第１図
により説明する。

本例の装置は，自動車用キャニスタに関するものであ
る。本キャニスタ１は，第１図に示すごとく，吸収剤を
収容する容器である本体10と，該本体10内において上方
の第１吸収室２に充填した有機高分子20と，下方の第２
吸収室３に充填した活性炭30とからなる。

本体10は，円筒状をなし，その上端に設けた蓋体11及
び底面に設けた底板12を有する。また，蓋体11には，本
体10の第１吸収室２の中央付近まで先端部141を挿入し
た第２導入パイプ14,同様に挿入した第１導入パイプ13,
及びパージ用パイプ16を固定する。上記第１導入パイプ
13は気化器フロート室81の上方空間に連通し，第２導入
パイプ14は燃料タンク82に連通している。また，パージ
用パイプ16はパージポート85に連通している。また，底
板12にはパージ空気パイプ15を開口させる。上記の各パ
イプは，それぞれバルブ131,142,151,161を有する。ま
た，本体10内において，その下方には多孔板17を，上方
には多孔板18を，またそのほぼ中間部には第１吸収室２
と第２吸収室３を仕切る多孔板19を配設する。そして，
該多孔板17と19との間には粒子状の活性炭30を，また多
孔板19と18との間には本発明にかかる粒子状の有機高分
子20を充填する。また，多孔板17はスプリング101によ
り上方へ，多孔板18はスプリング102により下方へ押圧
されている。なお，同図において８はガソリンである。

しかして，このキャニスタ１による蒸発燃料の捕捉
は，上記のごとく，気化器フロート室81又は燃料タンク
82において蒸発したガソリン蒸気が，第１又は第２導入
パイプ13,14より，キャニスタ１内の第１吸収室２内に
入り込み，吸収剤である有機高分子20と接触して，これ
に吸収される。また該有機高分子20に吸収されなかった
ガソリン蒸気は，第２吸収室３内に導入され活性炭30に
吸収される。このとき，上記導入パイプ13,14の弁131,1
42は開かれており，パージ用パイプ16の弁161,パージ空
気パイプ15の弁151は閉じられている。

上記の吸収は，前記有機高分子20が溶解又は膨潤する
ことにより，更に活性炭30が吸収することにより生ず
る。

そして，これらの吸収剤が多くのガソリン蒸気を吸収
した時点においては，蓋体11を取り外して新しい吸収剤
と交換するか，又は吸収剤はそのままとしてその再生を
行う。この再生は，上記各弁131,142,151,161の開閉を
逆にして，上記パージ空気パイプ15より空気を送入す
る。そして，上方のパージ用パイプ16より排ガスをパー
ジポート85へ排出することにより行う。このとき，送入
され空気は，有機高分子及び活性炭に吸収されているガ
ソリンを離脱させ，上記のごとく排出する役目をする。

このように，本例装置によれば，活性炭の蒸発燃料蒸
気捕捉能低下を防止し，蒸発燃料としてのガソリン蒸気
を高能率で捕捉することができる。

第２実施例 有機高分子としてのポリブタジエンのゲルビーズと活
性炭とを準備し，これらにガソリンの液体又は蒸気を導
入して，その蒸気捕捉能を測定した。

即ち，まず上記ポリブタジエンのゲルビーズは，次の
ようにして作製した。細断したポリブタジエン10gを200
mlのトルエン中に入れ,60℃において溶解し，冷却後過
酸化ベンゾイル6gを加え混合し，窒素（N₂）ガスによる
バブリングを行って液中の酸素を追い出した。その後80
℃,4時間の反応を行なわせゲル化終了後放冷した。次い
で，固化したゲルを破砕し，同体積のシクロヘキサンを
加えて，ミキサーにより粉砕し,60℃にてシクロヘキサ
ンを除去し，真空乾燥器にて45℃で10時間乾燥した。

上記により得られたゲルビーズ10gを液体ガソリン中
に浸漬し，ガソリンの吸収量を測定した。該ガソリン
は，市販のものを用いた。また，同様に活性炭10gにつ
いても測定した。この活性炭としてはクラレケミカル
（株）クラレコールKGD（８〜28メッシュ）を用いた。

その測定結果を，横軸に経過時間，縦軸に吸収剤重量
をとって，第２図に示す。ここに，吸収剤重量とは，吸
収剤及びこれに吸収されたガソリンの合計量である。

第２図より知られるごとく，有機高分子としての上記
ゲルビーズは吸収速度が早く，また多量のガソリン液を
吸収する。一方，活性炭は同量程度（10g）のガソリン
液しか吸収することができない。

次に，密栓可能な容器の底に市販ガソリンを入れ，上
記ゲルビーズを，ガソリン液と，直接触れないように，
その容器中に保持し，飽和ガソリン蒸気を接触させた時
のゲルビーズ単位重量当りのガソリン蒸気吸収量を測定
した。活性炭についても同様の測定を行った。その結果
を第３図に横軸に時間（日）を縦軸に吸収量をとって示
した。同図より知られるごとく，活性炭に比して上記ゲ
ルビーズは多量のガソリン蒸気を吸収することが分か
る。

次に，上記の４日間ガソリン蒸気を吸収させたゲルビ
ーズ及び活性炭をガスクロマトグラフィ装置にセット
し，その試料を150℃×５分間加熱した時に，試料から
発生したガスの成分を分析した。その結果を第１表に示
す。

なお，上表中のガソリン蒸気相，液相の成分％は当試
験に使用したガソリン液，ガソリン蒸気を注射器で採取
し，同様にガスクロマトグラフィーにより分析したもの
である。

第１表より知られるごとく，ゲルビーズ中に吸収され
た，ペンタン（C₅），ブタン（C₄）などの低沸点成分の
割合は，元々のガソリン液相中，活性炭吸収ガス中のそ
れに比べて，やや小さくなっている。また，同表よりガ
ソリン蒸気相中の成分と，活性炭又はゲルビーズ中の吸
収成分とを比較すると分かるように，ゲルビーズにおけ
るガソリン蒸気相からの低沸点成分吸収能は，活性炭に
比べやや劣ることが分かる。

第３実施例 第２実施例に示したゲルビーズと活性炭とを第４図に
示すモデルキャニスタに充填し，これにガソリンの主成
分であるブタンガスを導入し，キャニスタの蒸気捕捉
能，即ちワーキング・キャパシティ（WC）の変化を測定
した。

即ち，上記モデルキャニスタ５は同図に示すごとく，
前記第１実施例で示した燃料蒸発防止装置（第１図）と
同様のもので，容器50内の上方にゲルビーズ25を，下方
に活性炭35を充填してなり，両者の間は多孔板54で仕切
ってある。また，該容器50の上方にはブタンガスの導入
ノズル51を，下方には未吸収ガスの排出ノズル52を設け
る。なお，符号53,54,55は多孔板である。また，上記導
入ノズル51は，フローメータ62を介入してパイプ63によ
りブタンガスボンベ61に連結する。また，上記排出ノズ
ル52はパイプ64により炭化水素（HC）分析計65に連結す
る。更に，上記導入ノズル51には，パージ時に吸収ガソ
リンを送るために,HC分析計65にパイプ69を連結する。
また，上記ノズル52には，パージ用の窒素ガスボンベ66
にフローメータ67を介してパイプ68を接続する。

しかして，測定に当たっては，上記キャニスタ５中に
ブタンガスを１／分で導入し，分析計65によりノズル
52から排出したブタンガスが検出された時点で，上記導
入を中止する。そして，ブタン吸収後のキャニスタ全体
の重量を求める。

次いで，パージ（脱着）のために，点線で示すごとく
窒素ガスボンベ66より，ノズル52を介してキャニスタ５
内に窒素ガスを15／分で送り，分析計65によりブタン
ガスが検出されなくなったことを確認し，キャニスタ全
体の重量を求める。このようにして，ブタンガスの導
入，脱着を繰り返す。これにより，第５図に示すごと
き，ブタンの吸収，脱着に基づく，各回の吸収重量W₁〜
W₆の変化を求める。

次に，下式により上記ワーキングキャパシティWCを求
めた。

WC＝〔（W₃−W₂）＋（W₃−W₄）＋（W₅−W₄） ＋（W₅−W₆）〕/4 即ち，上記WCは吸収後の重量とパージ後の重量の差の
平均値として求め，この値が大きい程キャニスタの能力
が大きいことを示す。

しかして，上記のモデルキャニスタ及びWC測定法を用
いて，ゲルビーズと活性炭との充填量を変えた３種類の
キャニスタNo.1〜３につき，第２表に示すＡ〜Ｃの３種
類のガス，ガソリンの導入を行った。その結果を第２表
に示す。

第２表より知られるごとくゲルビーズを含むNo.2,3の
キャニスタは，ガソリン液を注入してもRCはむしろ増加
している。これに反して，活性炭のみのNo.1のキャニス
タは，ガソリン3ml注入（Ｂ条件）でＷ・Ｃの減少を示
し，更に6ml注入時にはガソリンがキャニスタ外へ流出
し，ガソリンを吸収する能力が極めて低いことが分か
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例における燃料蒸発防止装置の概念
図，第２図及び第３図は第２実施例における蒸発燃料吸
収特性図，第４図及び第５図は第３実施例を示し，第４
図はモデルキャニスタの測定時の概念図，第５図はワー
キングキャパシティの測定説明図である。 １……キャニスタ， 13……第１導入パイプ， 14……第２導入パイプ， 17,18,19……多孔板， ２……第１吸収室,20……有機高分子， ３……第２吸収室,30……活性炭， ８……ガソリン，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広瀬 美治 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 志賀 亨 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 大橋 民佳 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 水野 正美 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 青木 智英 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (56)参考文献 特公 平６−26646（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸発燃料を捕捉するための吸収剤と，該吸
   収剤を収納すると共に蒸発燃料を導入するための吸収剤
   容器とからなる燃料蒸発防止装置において，上記吸収剤
   容器は燃料に溶解または膨潤する性質を有する有機高分
   子を充填した第１吸収室と、活性炭を充填した第２吸収
   室とからなり，かつ前記蒸発燃料が第１吸収室を通過し
   た後に第２吸収室に導入されるようにしたことを特徴と
   する燃料蒸発防止装置。
2. 【請求項２】第１請求項に記載の燃料蒸発防止装置にお
   いて、有機高分子は，ポリプロピレン，ポリイソプレ
   ン，ポリブタジエン，ポリイソブチレン，ポリスチレ
   ン，ポリノルボルネン，エチレン−プロプレンジエン共
   重合体，スチレン−ブタジエン共重合体，エチレン−プ
   ロピレン共重合体，イソブチレン−イソプレン共重合
   体，ブタジエン−アクリロニトリル共重合体の１種又は
   ２種以上であることを特徴とする燃料蒸発防止装置。