チャコールキャニスター

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チャコールキャニスター(: Charcoal Canister)とは自動車オートバイ燃料タンクからガソリン蒸気を大気中に放出しないように吸着する大気汚染防止機器である。ベーパーコレクター(: Vapor Collector)と呼ばれる場合もある。この項目ではチャコールキャニスターと同様の原理で、燃料タンク給油口開放時のガソリン蒸気(ベーパー)の放出を防ぐ、Onboard Refueling Vapor Recovery(ORVR)についても併せて記述する。

概要[編集]

チャコールキャニスターの主要な構造は活性炭: Charcoal)が詰められた状の容器: canister)で、これにガソリン蒸気を流入、放出するための配管や逆止弁を組み合わせて燃料蒸発ガス排出抑止装置を構成している[1]。燃料タンクやキャブレターのフロート室で発生したガソリン蒸気は配管を通じてチャコールキャニスターに導かれ、活性炭に吸着される。エンジンが作動している間はチャコールキャニスター内部にも新鮮な空気が通されて、吸着されたガソリン蒸気は活性炭から分離され、エンジンの燃焼室に引き込まれて燃焼される。したがってチャコールキャニスターには、燃料タンクなどからのガソリン蒸気を回収する経路と、エンジンへとガソリン蒸気を放出する経路、チャコールキャニスター内に新鮮な空気を送り込む経路の3つが備えられている[2]

エンジンの作動中はインテークマニホールド負圧によってチャコールキャニスター内部の圧力が下がり、大気圧によって新鮮な空気が流入する。活性炭は、この程度の圧力でも吸着された蒸散ガソリン成分が容易に分離されるように特殊な加工が施されていて、物理的な閉塞などがない限りは半永久的に吸着再分離作用が得られるとされている。[要出典]

チャコールキャニスターは、日本では1973年(昭和48年)年度の新車から適合が義務付けられた自動車排出ガス規制である、昭和48年排出ガス規制以降に普及が進んでおり、自動車ではマスキー法の本格導入以前に自動車メーカーにより初歩の排出ガス対策として大々的に喧伝が行われた事もあり、キャブレターを装備する旧型車両においても高い普及率を示しているが、オートバイでは1998年(平成10年)の平成10年排出ガス規制まで排ガス規制の枠から外れていた事もあり、旧型車両においてはほとんど普及していなかった。

周辺装置[編集]

燃料タンクやキャブレターのフロート室へ接続される経路には、ガソリン蒸気の逆流を防止する逆止弁が取り付けられている場合がある。また、濃度の高いガソリン蒸気を凝縮させて燃料タンクに戻す、コレクタータンクが燃料タンク付近に設けられる場合もある。

インテークマニホールドに接続される経路には、パージコントロールバルブと呼ばれるチェックバルブや電磁弁、あるいはダイヤフラムが取り付けられ、エンジンが回転してインテークマニホールドに負圧が発生している間のみ、ガソリン蒸気がチャコールキャニスターから吸引されるようになっている。パージコントロールバルブは、はじめは単純なチェックバルブが用いられていたが、その後にインテークマニホールドの負圧を利用して、回収経路を閉じるダイヤフラムバルブが用いられるようになった[3]。近年はターボチャージャーなどの過給機などによってインテークマニホールド内が正圧になってもチャコールキャニスターに逆流しないように、エンジンコントロールユニットで精密に制御された電磁弁が用いられるようになっている。

新鮮な空気(パージエア)を取り込む経路には、チャコールキャニスターになどが侵入することを防ぐエアフィルターや、ガソリン蒸気が漏出することを防ぐ逆止弁が組み込まれる場合がある。パージエアフィルターをもたない場合はエンジン吸気経路のエアクリーナーケースに接続される。

自然流下式の燃料供給や、ごく簡易なダイヤフラム式燃料ポンプによる燃料供給の場合には、タンク内の圧力大気と等しく保つ必要がある。燃料蒸発ガス排出抑止装置の装備が義務づけられていない車種では燃料タンクのキャップに小さな通気口が設けて圧力の解放を行っているが、同時にガソリン蒸気をこの通気口から排出してしまう。排出抑止装置の装備が義務づけられた車種ではチャコールキャニスターを介して燃料タンクの通気が行われ、燃料キャップは密閉される構造となっている。近年では完全密閉型ではなく逆止弁を用いた吸気口を設けた燃料キャップが使われる場合も多い。こうした燃料キャップは、チャコールキャニスター吸入系統に一定圧力以上でのみ開弁するチェックバルブの装着と併用される事で、キャップから吸気し余剰圧はチャコールキャニスターへ放出するシステムを確立でき、タンク内の内圧を適正に保つ効果を発揮する。オートバイの自然流下式燃料タンクにも用いられる場合があり、転倒時の燃料流出を防止できるため、モトクロスなどの競技専用車両では何らかの形で[4]燃料タンクへの逆止弁の装着が義務付けられる場合もある。[要検証 ]

海外の蒸散ガス排出規制[編集]

蒸散ガス排出規制英語版とは、自動車の燃料装置から発生するガソリン蒸気の大気中への排出を規制するためのものである。1971年以降アメリカ合衆国では[5]、燃料装置を完全密閉して直接大気に通気しない構造とするように義務付けられ、チャコールキャニスターをはじめとするELCDが登場した。ELCDはやがて全米で販売される全てのガソリンエンジン車両に装着が義務付けられる事となり、日本から輸出されるオートバイも北米向け車両にはチャコールキャニスターが装着されるようになった。

全米でも特に厳しい環境汚染規制が敷かれるカリフォルニア州では、ガソリンスタンドの給油機英語版の給油ノズル先端に、給油の際燃料タンクから発生する蒸散ガソリンをすべて回収する為のベーパーリカバリー英語版と呼ばれる装置の装着が義務付けられている。車体側にも、給油口を開けた際に排出されるガソリン蒸気を抑止する機構の装着が新たに求められるようになった。こうした機構はアメリカではOnboard Refueling Vapor Recovery (ORVR)と呼ばれている。ORVRが装備された燃料タンクには活性炭フィルターが内蔵された給油パイプが取り付けられ、チャコールキャニスターと同様に、捕集した蒸散ガソリンをエンジンが稼働中にインテークマニホールドに引き込んで燃焼させる。ORVRは2000年以降、アメリカ国内で販売される全ての乗用車に取り付けが義務付けられるようにアメリカ合衆国環境保護庁によって勧告されており、2006年からは正式に未装着車の販売規制が行われるようになった。

ベーパーリカバリー対策が施されているガソリンスタンドはステージ2(Stage Ⅱ)に適合していると呼称され、アメリカではカリフォルニア州以外では完全な普及には至っていないが、EUではORVRの装着が必ずしも義務付けられていない代わりにガソリンスタンドへのステージ2適合が義務付けられている体制が採られている。ステージ2対応給油機によるベーパー回収は、主にベーパーを気体のまま地下タンクに貯蔵する方式と、回収したベーパーを液化して再びガソリンとして販売する方式の2通りが存在する。前者の方式は、ORVR未設置車の場合は給油の際に規定通りベーパーが回収される為、地下タンク内のベーパー濃度が単に増加するだけで特に問題は発生しないが、ORVR車で気体の回収を試みた場合、地下タンクに空気のみが侵入する為に地下タンク内のガソリンの蒸散が過剰に進んで地下タンク外にベーパーが漏出する新たな問題が発生する。前述の通りORVRの普及が進んでいるアメリカでは、こうした問題が発生した事によりEUとは逆にガソリンスタンド側へのステージ2適合は必ずしも求められない事になった。後者の液化回収方式は日本の給油機大手のタツノが実用化に成功しており、ORVR未装着車でも給油時のベーパー回収率が99%以上であるとされている[6]。日本ではこの問題に詳しい黒岩祐治県知事を務める神奈川県により詳細な解説が行われており、後者の液化回収方式はORVR車と組み合わせても地下タンク外へのベーパーの漏出が起こらない為、両者の併用する事でより完全なベーパー放出対策が行えるとされているが、日本では車体側のORVR装着、ガソリンスタンド側のステージ2適合共に明確な法的規制が存在しない為、自動車メーカー・ガソリンスタンド業界双方に対策技術を持ちながらも、市井への普及が進んでいないとされている[7]

故障による障害[編集]

チャコールキャニスターやその周辺機器が故障した場合、単に環境に対して悪影響を及ぼすばかりではなく、車体に対していくつかの深刻な障害を引き起こす可能性がある。

例えばチャコールキャニスター内の活性炭フィルターが完全に目詰まりする、吸入系統のチェックバルブが固着するなどの理由で燃料タンクからチャコールキャニスターへの通気が断たれた場合、燃料ポンプによる燃料タンクからのガソリン輸送に伴い、燃料タンクが負圧となってしまう[要検証 ]。自然流下式燃料タンクや吐出力の弱いダイヤフラム式燃料ポンプの場合には、燃料タンクが僅かでも負圧となるとそれ以上燃料の輸送が行えなくなる為、エンストを起こす程度で済むが、電子制御式燃料噴射装置などの車両で燃料ポンプの吐出力が強力な車両の場合、負圧となっても強制的に燃料が吐出され続ける為、最終的には真空に近い状態になることで、大気圧によって燃料タンクが押し潰される深刻な破損が発生する事になる。

吸気系統のパージエアクリーナーが完全に目詰まりするなどの理由で外気の通気が遮られたりした場合も、エンジン負圧によって燃料タンク内の空気が引き込まれ続けて燃料タンクを破損したり[要検証 ]、逆にフルスロットルの際にパージコントロールバルブを通して負圧化した燃料タンク系統に高圧の吸入空気が押しこまれてしまい[要検証 ]、パージコントロールバルブやチャコールキャニスター本体の破損を招く可能性がある。

パージコントロールバルブが故障した場合はガソリン蒸気をインテークマニホールドへ排出できなくなり、活性炭の吸着能力を超えて外部へガソリン蒸気を漏出してしまう場合がある。

チャコールキャニスター各系統を構成する配管が破損した場合、破損個所から蒸散ガソリンが漏れだすことになる。ガソリン臭や火災リスクのみならず、燃料タンク内部が蒸散ガソリンで満たされなくなるため、結露による燃料タンクの錆が発生しやすくなる[要検証 ]

脚注[編集]

  1. ^ EXHAUST GAS”. 愛知工科大学自動車短期大学. 2011年8月20日閲覧。
  2. ^ 活性炭のクラレケミカル|活性炭の用途 > 気相用 ~排ガス処理・自動車のキャニスターなど~”. クラレケミカル株式会社. 2011年8月20日閲覧。
  3. ^ US 4714172, Morris; John M, "Vapor recovery systems", assigned to GT Development Corporation 
  4. ^ 競技車両の場合には燃料キャップに大径のエアベントチューブが装着されている為、このチューブにチェックバルブを装着する事が多い。
  5. ^ カリフォルニア州では1970年以降
  6. ^ ガソリンベーパーを液化して回収 臭いのしないガソリンスタンドへ - NEDO実用化ドキュメント、新エネルギー・産業技術総合開発機構
  7. ^ 普及させようORVR車‐きれいな大気を目指して‐ 神奈川県、2014年11月26日

関連項目[編集]

外部リンク[編集]