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公開番号2025066121
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-22
出願番号2025007002,2022558241
出願日2025-01-17,2021-03-29
発明の名称低エミッション吸着体およびキャニスターシステム
出願人インジェヴィティ・サウス・カロライナ・エルエルシー
代理人個人,個人,個人
主分類F02M 25/08 20060101AFI20250415BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】低エミッション吸着体およびキャニスターシステムを提供する。
【解決手段】本明細書は、平行通路吸着体、例えば狭いチャネル幅および小さいセルピッチを有するカーボンハニカムを備えるベント側容積を備えることによって、従来技術によって可能であるものよりもより単純かつよりコンパクトな蒸発燃料エミッション制御システムの設計を可能にする、低DBLブリードエミッション性能特性を提供する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
蒸発エミッション制御キャニスターシステムであって、
燃料側吸着容積と、少なくとも一つのベント側平行通路吸着容積（ＰＰＡＶ）とを備える一つまたは複数のキャニスターであって、前記少なくとも一つのベント側のＰＰＡＶが、外面、および前記外面に平行にそこを通って延在する複数の平行な通路またはチャネルを備え、
前記平行通路またはチャネルは、１．２５ｍｍ以下の平均チャネル水力直径（ｔ
ｃ，Ｄｈ
）、１．５ｍｍ以下の水力直径セルピッチ（ＣＰ
Ｄｈ
）、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを有するように構成される、一つまたは複数のキャニスター、を備える、蒸発エミッション制御キャニスターシステム。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記平均チャネル水力直径（ｔ
ｃ，Ｄｈ
）が、１．２０ｍｍ以下（例えば、１．１０ｍｍ以下、１．０ｍｍ以下）である、請求項１に記載の蒸発エミッション制御キャニスターシステム。
【請求項３】
前記水力直径セルピッチ（ＣＰ
Ｄｈ
）が、１．４５ｍｍ以下（例えば、１．４ｍｍ以下または１．３０ｍｍ以下）である、請求項１または２に記載の蒸発エミッション制御キャニスターシステム。
【請求項４】
前記ＰＰＡＶが、（ｉ）約１．２５ｍｍ未満の複数のチャネル幅（ｔ
ｃ，平均
）、（ｉｉ）約１．５ｍｍ未満の複数のチャネルのセルピッチ幅（ＣＰ
ｔｃ，平均
）、（ｉｉｉ）約２８５～約１０００ｃｐｓｉのセル密度、（ｉｖ）約０．５ｍｍ未満のセル壁の厚さ、（ｖ）約１０ｇ／ｄＬ未満のＢＷＣ、（ｖｉ）約５０ｇ／Ｌ未満の２５℃における５％～５０％のｎ－ブタンの増分吸着容量、または（ｖｉｉ）それらの組み合わせ、のうちの少なくとも一つをさらに含む、請求項１～３のいずれかに記載の蒸発エミッション制御キャニスターシステム。
【請求項５】
前記ＰＰＡＶの前記複数のチャネル幅（ｔ
ｃ，平均
）が、約１．２０ｍｍ未満（例えば、１．１０ｍｍ以下、１．０ｍｍ以下）である、請求項４に記載の蒸発エミッション制御キャニスターシステム。
【請求項６】
前記ＰＰＡＶの前記複数のチャネルのセルピッチ幅（ＣＰ
ｔｃ，平均
）が、約１．４５ｍｍ未満（例えば、約１．４ｍｍ未満、または約１．３ｍｍ未満）である、請求項４または５に記載の蒸発エミッション制御キャニスターシステム。
【請求項７】
前記セル密度が、約３００～約９００ｃｐｓｉ（例えば、約４００～約９００、または約４００～８００、または約４００～約６００）である、請求項４～６のいずれかに記載の蒸発エミッション制御キャニスターシステム。
【請求項８】
前記ＰＰＡＶの前記セル壁の厚さが、約０．１ｍｍ～約０．５ｍｍである、請求項４～７のいずれかに記載の蒸発エミッション制御キャニスターシステム。
【請求項９】
前記少なくとも一つのベント側ＰＰＡＶが、約９．５ｇ／ｄＬ未満（例えば、約９ｇ／ｄＬ未満、または約６ｇ／ｄＬ未満、または約２．０ｇ／ｄＬ～約９ｇ／ｄＬ）のＢＷＣを有する、請求項４～８のいずれかに記載の蒸発エミッション制御キャニスターシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも一つのベント側ＰＰＡＶが、１０ｇ未満のグラム－総ＢＷＣを有する、請求項４～９のいずれかに記載の蒸発エミッション制御キャニスターシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、先に出願された、「ＬｏｗＥｍｉｓｓｉｏｎＡｄｓｏｒｂｅｎｔａｎｄＣａｎｉｓｔｅｒＳｙｓｔｅｍ」と題する２０２０年３月２７日出願の米国仮特許出願第６３／００１，１６４号、および「ＬｏｗＥｍｉｓｓｉｏｎＡｄｓｏｒｂｅｎｔａｎｄＣａｎｉｓｔｅｒＳｙｓｔｅｍ」と題する２０２０年１１月１０日出願の米国仮特許出願第６３／１１１，７６８号の優先権の利益を主張し、それら両方の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 4,400 文字）【０００２】
本開示は、様々な実施形態において、概ね、蒸発エミッション制御システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
自動車の燃料システムからのガソリン燃料の蒸発は、炭化水素の大気汚染の主な潜在源である。これらの燃料蒸気エミッションは、車両の走行中、給油中、または駐車中（つまり、エンジンを切っている場合）に発生する。このようなエミッションは、燃料システムから排出される燃料蒸気を吸着するために活性炭を使用するキャニスターシステムによって制御されることができる。特定のエンジン動作モードでは、キャニスターシステムを周囲空気でパージして活性炭から燃料蒸気を脱着させることにより、吸着された燃料蒸気が活性炭から定期的に除去される。そして再生された炭素は、別の燃料蒸気を吸着する状態にある。
【０００４】
この濃度スイング用途向けのより空間効率の良い活性炭吸着体は、高い蒸気分圧に向かって急勾配の吸着容量を有するｎ－ブタン蒸気吸着等温線を特徴とすることは当技術分野で周知である（米国特許第６，５４０，８１５号）。このように、吸着体は、ガソリン燃料に存在する蒸気のタイプの比較的高濃度で高い容量を有し、吸着体は、低蒸気濃度または分圧にさらされた場合、例えばパージ中に、これらの捕集された蒸気の放出を促進する。これらの高性能活性炭は、「小さなメソ細孔」として大量の細孔容積を有し（例えば、ＳＡＥＴｅｃｈｎｉｃａｌＰａｐｅｒｓ９０２１１９および２００１－０３－０７３３、ならびにＢｕｒｃｈｅｌｌ１９９９、ｐｐ．２５２－２５３）、これは、窒素吸着等温線の分析のＢａｒｒｅｔｔ，ＪｏｙｎｅｒａｎｄＨａｌｅｎｄａ（ＢＪＨ）法（例えば、米国特許第５，２０４，３１０号）によって測定される場合、サイズが約１．８ｎｍ～約５ｎｍであることが好ましい。（ＩＵＰＡＣ分類によると、小さいメソ細孔は２ｎｍ未満のマイクロ細孔サイズ範囲内の約１．８～２ｎｍサイズの細孔と、２～５０ｎｍメソ細孔サイズ範囲内の約２～５ｎｍサイズの細孔である。）小さなメソ細孔は、凝縮相として蒸気を捕集するのに十分に小さいが、低分圧の蒸気にさらすると容易に空になる。したがって、これらの細孔内の容積は、ガソリン作業容量（ＧＷＣ）として知られる、キャニスター容積内の吸着体による回収可能な蒸気容量と線形に相関し、同様に、参照により本明細書に組み込まれる標準ＡＳＴＭ５２２８法によって測定される、吸着体のＡＳＴＭブタン作業容量（ここでは、「ＡＳＴＭＢＷＣ」）と線形に相関する。この用途の市販の活性炭製品のＡＳＴＭＢＷＣの範囲は、約３～約１７ｇ／ｄＬであり、キャニスターシステムの燃料蒸気源に向かう作業容量、および大気ポートまたはベント側に向かう一つまたは複数の後続の容積（つまり、ベント側吸着容積）で使用されるより低いＢＷＣ炭素には、９＋ｇ／ｄＬのＢＷＣ炭素が適している。一般的に、特に、例えば給油中の蒸気捕捉のために適度な流量制限が必要なキャニスターシステムでは、不規則な形状または粉砕された微粒子よりも、円筒形のペレットおよびその他の設計された形状（例えば、球状の顆粒）の活性炭が好まれる。ペレット化および設計成形された活性炭の利点には、優れた機械的強度、低ダスト、低発塵率、処理中の高いオンサイズ収率、およびバルク出荷および取り扱い後のリットルサイズのキャニスター充填全体で一貫性を提供する狭い粒度分布が含まれる。
【０００５】
高度にメソポーラスな吸着体が作業容量のために好まれるが、吸着体の高いＡＳＴＭＢＷＣとその高いＧＷＣは、実際には、車両が走行していない場合でも低排出させる燃料蒸気エミッション制御システムの同時の必要性と相反するように見える。
【０００６】
例えば、環境問題の高まりは、炭化水素エミッションの厳格な規制を推進し続けている。日中（すなわち、昼間の加温）中に車両が暖かい環境に駐車される場合、燃料タンク内の温度が上昇し、その結果、燃料タンク内の蒸気圧が上昇する。通常、車両から大気中への燃料蒸気の漏れを防止するために、燃料タンクは、燃料蒸気を一時的に吸着できる好適な燃料吸着材料を含むキャニスターへ導管を通って排気される。キャニスターは、車両が静止している場合、流体の燃料蒸気が燃料タンクから燃料タンク導管を通り、一つまたは複数の吸着容積を通り、大気に開放されたベントポート外に出るように、蒸気または流体の流路を画成する。燃料タンクからの燃料蒸気および空気の混合物は、キャニスターの燃料蒸気入口を通ってキャニスターに入り、燃料蒸気が一時貯蔵域で吸着される吸着容積中へ拡散し、浄化された空気は、キャニスターのベントポートから大気に放出される。エンジンが作動すると、周囲空気がキャニスターのベントポートを通ってキャニスターシステム中に引き込まれる。パージ用空気は、キャニスター内の吸着容積を通って流れ、吸着容積に吸着した燃料蒸気を脱着してから、燃料蒸気パージ導管を通って内燃エンジンに入る。パージ用空気は、吸着容積に吸着された燃料蒸気の全てを脱着するわけではなく、結果として、大気に放出される可能性のある残留炭化水素（「ヒール」）が生じる。
【０００７】
さらに、気相と局所的に平衡状態にあるヒールは、燃料タンクからの燃料蒸気がエミッションとしてキャニスターシステムを通って移動することも可能にする。このようなエミッションは、通常、車両が駐車され、数日間にわたって日中の温度変化を受ける場合に発生し、これは、一般的に「ダイアーナルブリージングロス」（ＤＢＬ）エミッションと呼ばれる。カリフォルニア州の低公害車規制により、キャニスターシステムからのこれらのＤＢＬエミッションは、２００３モデルイヤー以降の多くの車両では１０ｍｇ未満（「ＰＺＥＶ」）であり、２００４モデルイヤー以降の多くの車両では５０ｍｇ未満、通常は２０ｍｇ未満（「ＬＥＶ－ＩＩ」）であることが望ましいとした。
【０００８】
現在、カリフォルニア州の低公害車規制（「ＬＥＶ－ＩＩＩ」）および米国連邦規格Ｔｉｅｒ３基準は、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａＥｖａｐｏｒａｔｉｖｅＥｍｉｓｓｉｏｎｓＳｔａｎｄａｒｄｓａｎｄＴｅｓｔＰｒｏｃｅｄｕｒｅｓｆｏｒ２００１、およびＳｕｂｓｅｑｕｅｎｔＭｏｄｅｌＭｏｔｏｒＶｅｈｉｃｌｅｓ，２０１２年３月２２日に記載されているように、ＢｌｅｅｄＥｍｉｓｓｉｏｎｓＴｅｓｔＰｒｏｃｅｄｕｒｅ（ＢＥＴＰ）にしたがってキャニスターのＤＢＬエミッションが２０ｍｇを超過しないことを義務づけている。さらに、ＤＢＬエミッションに関する規定は、特にパージ空気のレベルが低い場合に、蒸発エミッション制御システムに課題を出し続けている。例えば、ＤＢＬエミッションの可能性は、パワートレインが内燃エンジンと電気モーターの両方である車両（「ＨＥＶ」）、および内燃エンジンを自動的にシャットダウンして再始動するアイドリングストップシステムを備えてエンジンがアイドリングに費やす時間を短縮し、それによって燃料消費量とテールパイプエミッションを削減する車両を含むハイブリッド車両の場合、より深刻になる可能性がある。このようなハイブリッド車両では、車両操作中の時間のほぼ半分は内燃エンジンが停止になる可能性がある。吸着体に吸着される燃料蒸気は、内燃エンジンが動作中の場合にのみパージされるため、ハイブリッド車のキャニスター内の吸着体は、従来の車両と比較して半分以下の時間で新鮮な空気でパージされ、しばしば５５ベッド体積（ＢＶ）～１００ＢＶの範囲内であり（米国ＥＰＡ連邦試験手順（ＦＴＰ）－７５ドライブサイクルに基づく）、ここで、「ＢＶ」は、パージ流量の総量のキャニスターシステム内の吸着体の容積に対する比率である。それでも、ハイブリッド車両は従来の車両とほぼ同じ量の蒸発燃料蒸気を発生させる。ハイブリッド車両の低いパージ頻度と低いパージ体積は、キャニスター内の吸着体から残留炭化水素ヒールを除去するには不十分である可能性があり、その結果、ＤＢＬエミッションが高くなる。最適な駆動性能、燃料効率、テールパイプエミッション用に設計されている場合、他のパワートレインも同様に、キャニスターをリフレッシュするための高レベルのパージを提供することが課題であり、エンジンに最適な混合気と速度を提供することが課題である。これらのパワートレインには、ターボチャージャー付きまたはターボアシストエンジン、およびガソリン直噴（「ＧＤＩ」）エンジンが含まれる。
【０００９】
対照的に、世界的には、蒸発エミッション規制は米国より厳しくなかったが、現在では、米国がとった道に沿って規制がより厳しくなる傾向にある。特に、軽量車の使用が急速に増加しており、空気の質の問題が緊急の注意を必要とする地域では、車両燃料のより良い使用とよりクリーンな空気のためのより厳密な制御の利点の認識が高まっている。注目すべき例として、中華人民共和国環境保護省は、２０２０年に実施するために、燃料蒸気エミッションの制限を含む規制を２０１６年に発表した（「Ｃｈｉｎａ６」としても知られている「ＬｉｍｉｔｓａｎｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄｓｆｏｒＥｍｉｓｓｉｏｎｓｆｒｏｍＬｉｇｈｔ－ＤｕｔｙＶｅｈｉｃｌｅｓ，ＧＢ１８３５２．６－２０１６、を参照）。この規格は、通常温度および低温での排ガスエミッション、リアルドライビングエミッション（ＲＤＥ）、クランクケースエミッション、蒸発エミッションおよび給油時エミッション用の強制点火エンジン、を搭載するハイブリッド電気車両を含む、小型車両の制限および測定方法、技術的要件、ならびに公害防止装置の耐久性測定方法、ならびに車載診断システム（ＯＢＤ）を規定する。
【００１０】
車両全体のテストのテストプロトコルとエミッション制限は規制で規定されているが、総エミッションに寄与する構成要素（例えば、蒸発エミッション制御キャニスターシステム、燃料タンクの壁、ホース、チューブ等）の設計限界については、自動車メーカーによる割り当てに余裕がある。割り当てのうち、蒸発エミッション制御キャニスターシステムの限度は、一般的に、燃料システムおよび車両設計プロセスにおいて、Ｃｈｉｎａ６規制の全体的な車両要件を満たすための設計バランスの一部として、最悪の日のＤＢＬエミッションが１００ｍｇ未満と設定される。
（【００１１】以降は省略されています）

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