JP7196024B2 - キャニスタ - Google Patents

Description

本明細書に開示の技術は、キャニスタに関する。

自動車等の車両の蒸発燃料処理装置は、蒸発燃料を吸着及び脱離可能な吸着材が充填されたキャニスタを有する。これにより、燃料タンク内で発生した蒸発燃料は、キャニスタ内の吸着材に吸着される。そして、吸着材に吸着された蒸発燃料は、車両の走行時、すなわち内燃機関の稼働時に、内燃機関へ通じる吸気通路に向けて脱離される。

ところで、吸着した蒸発燃料の脱離は吸熱反応であるため、脱離時における吸着室内の温度は低下する傾向にある。しかしながら、吸着材の脱離性能は低温になるほど低下するため、吸着室内の脱離に伴う温度変化を抑えることが望ましい。特許文献１では、キャニスタ内で取り得る温度を融点に有する物質を封入して構成される蓄熱材のカプセルを吸着室に収容することが開示されている。該カプセルに封入された物質が凝固する際に放出する潜熱によって、蒸発燃料の脱離時における吸着室の温度変化が抑えられる。

特開２００９－２８７３９５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、好適な融点を有する物質、該物質を封入する容器の材料及び該容器寸法の選定並びに蓄熱材カプセルの製造等に、多大なコストを要する。

而して、本明細書に開示の技術が解決しようとする課題は、上述した点に鑑みて創案されたものであって、コストの増加を抑制しつつ、蒸発燃料を脱離する際の温度低下を抑制したキャニスタを提供することである。

上記課題を解決するために、本明細書に開示のキャニスタは次の手段をとる。

第１の手段は、タンクポート、パージポート、大気ポートが形成されたケーシングと、前記ケーシング内部において、前記大気ポートから前記パージポートまで延在するパージ流路に沿って形成され、かつ吸着材が充填された複数の吸着室と、を備えるキャニスタであって、前記複数の吸着室のうち、前記大気ポートの最も近くに位置する第１吸着室よりも前記パージポート側に位置する第２吸着室以降の吸着室の少なくとも一つの吸着室には、前記ケーシングの周壁から離隔しつつ当該一つの吸着室を占有する占有部を有する占有部材が配設されており、前記占有部材の前記占有部の熱伝導率は、前記キャニスタの前記ケーシングの熱伝導率より小さくされているキャニスタである。

上記第１の手段によれば、大気ポート側に位置する吸着室での蒸発燃料の脱離により低温の空気が流入しがちな第２吸着室以降の吸着室の少なくとも一つの吸着室において、温度が低下することによる吸着材の脱離性能の低下を抑制することができる。

第２の手段は、第１の手段のキャニスタであって、前記占有部材は中空状に形成されている、キャニスタである。

上記第２の手段によれば、特殊な材料を用いることなく、占有部の全体としての熱伝導率を低く設定することができる。

第３の手段は、タンクポート、パージポート、大気ポートが形成されたケーシングと、前記ケーシング内部において、前記大気ポートから前記パージポートまで延在するパージ流路に沿って形成され、かつ吸着材が充填された複数の吸着室と、を備えるキャニスタであって、前記複数の吸着室のうち、前記大気ポートの最も近くに位置する第１吸着室よりも前記パージポート側に位置する第２吸着室以降の吸着室の少なくとも一つの吸着室を規定する、前記ケーシングの周壁の一部は、当該一つの吸着室の内方に向かう凹形状を形成している、キャニスタである。

上記第３の手段によれば、第１の手段と同様の効果を得ることができる。

第４の手段は、上記第１乃至第３の手段のいずれかのキャニスタであって、前記タンクポートから前記大気ポートまで延在する吸着流路は、前記パージ流路に沿って形成された前記複数の吸着室の少なくとも一部を、前記パージ流路と共用しており、前記一つの吸着室の前記吸着材が充填された領域は、前記吸着流路に直交する断面の面積が、前記大気ポートに向けて減少するよう形成されている、キャニスタである。

上記第４の手段によれば、蒸発燃料濃度の低下による吹き抜けを、効果的に抑制することができる。

本明細書に開示のキャニスタは、上述の手段をとることにより、コストの増加を抑制しつつ、蒸発燃料を脱離する際の温度低下を抑制することができる。

第１の実施形態に係るキャニスタの断面図である。 図１に示す一方の占有部材の斜視図である。 図１に示す他方の占有部材の斜視図である。 第２の実施形態に係るキャニスタの吸着室を示す斜視図である。 第１の実施形態の変形例に係るキャニスタに配設される占有部材の一例である。 第１の実施形態の変形例に係るキャニスタに配設される占有部材の他例である。 第２の実施形態の変形例に係るキャニスタの吸着室を示す斜視図である。

以下、本開示に係るキャニスタの実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１の実施形態］
図１乃至３を参照して、第１の実施形態に係るキャニスタ１の構成を説明する。図１に示すキャニスタ１は、自動車等の内燃機関（本実施形態ではガソリンエンジン）を有する車両に搭載される。便宜上、図１を基準としてキャニスタ１の上下、左右方向を定める。また、紙面前後方向を前後方向とする。これらの方向は車両に搭載された際の方向とは必ずしも一致しない。座標系には、右手系の直交座標を採用し、左右方向をＸ軸に、前後方向をＹ軸に、上下方向をＺ軸にそれぞれ対応づける。

図１に示すように、キャニスタ１は、例えばＰＡ６６ナイロン樹脂等の樹脂製のケーシング１０を備えている。ケーシング１０は、下面を開口する有天筒状のケーシング本体１２と、ケーシング本体１２の下面開口部を閉鎖するケーシング蓋１４とにより構成されている。ケーシング本体１２は、周壁部１２Ａと周壁部１２Ａの上端を閉鎖する天板部１２Ｂとからなる。ケーシング本体１２の天板部１２Ｂには、燃料タンクに通じるタンクポート１６、内燃機関の吸気通路に連通するパージポート１８及び大気に連通する大気ポート２０がそれぞれ形成されている。ケーシング本体１２の天板部１２Ｂの下面には、下方に向かって隔壁２２が延在しており、ケーシング１０の内部を左右の２つの空間に分割している。左側の空間には吸着室２４が規定されており、右側の空間には、吸着室２６及び２８が規定されている。なお、吸着室２８は、本明細書中の第１吸着室に相当し、吸着室２６は、本明細書中の第２吸着室に相当する。そして、周壁部１２Ａは、本明細書中の周壁に相当する。

（吸着室及び連通路の構成）
上述した吸着室２４、２６及び２８と、連通路６４の構成について説明する。吸着室２４は、活性炭粒子からなる吸着材３０が充填されている。吸着材３０と、天板部１２Ｂとの間には、通気性を有するシート状のフィルタ３２及び３４が介在している。フィルタ３２及び３４は、例えば、不織布からなる。吸着室２４内の吸着材３０はその下方から通気性を有するウレタンシート３６により支持されている。ウレタンシート３６の下方には、ベース部３８及びベース部３８の上に形成された中空円錐形状の占有部４０を有する樹脂製の占有部材４２が配設されている。占有部４０は吸着材３０に埋没している。ウレタンシート３６には、占有部４０がそこから上方へ突出する孔が形成されている。なお、占有部材４２の構造については、図２を参照して後述する。占有部材４２のベース部３８とケーシング蓋１４の天板部との間にはコイルスプリング４４が圧縮状態で介装されており、ベース部３８を上方へ付勢している。また、吸着室２４内部において、ケーシング本体１２の天板部１２Ｂの下面には部分壁４６が下方に向かって延在しており、吸着室２４の上部を、左右の分室に分割している。

吸着室２６にも、吸着材３０が充填されている。吸着室２６内の吸着材３０はその下方から通気性を有するウレタンシート４８により支持されている。ウレタンシート４８の下方には、樹脂製の多孔板５０が配設されている。多孔板５０とケーシング蓋１４の天板部との間にはコイルスプリング５２が圧縮状態で配設されており、多孔板５０を上方へ付勢している。吸着室２６の上部には、ベース部５４及びベース部５４の上面に形成された中空円錐台形状の占有部５６を有する樹脂製の占有部材５８が、そのベース部５４を上に位置させた状態で配設されている。占有部材５８の占有部５６は吸着材３０に埋没している。なお、占有部材５８の構造については、図３を参照して後述する。

吸着室２８にも、吸着材３０が充填されている。吸着材３０と天板部１２Ｂの間には、通気性を有するシート状のフィルタ６０が介在している。フィルタ６０は例えば、不織布からなる。吸着室２６と吸着室２８の間には、通気性を有する樹脂製の仕切り部材６２が介装されている。該仕切り部材６２により、ケーシング１０内における隔壁２２より右側の空間が吸着室２６及び２８に分割されている。つまり吸着室２６内の吸着材３０と吸着室２８内の吸着材３０は互いに離隔している。また、ケーシング本体１２の周壁部１２Ａの下部、ケーシング蓋１４の天板部、占有部材４２のベース部３８及び多孔板５０により、連通路６４が規定されている。吸着室２４と吸着室２６とは、連通路６４を介して連通している。吸着室２４、連通路６４、吸着室２６、吸着室２８は、略Ｕ字形状の流体通路６６を構成している。

（占有部材）
図２に、占有部材４２の斜視図を示す、占有部材４２のベース部３８は、吸着室２４の横断面と略同一形状の矩形の平板形状を有している。ベース部３８の、占有部４０の基端及びその周辺を除く部分には格子が形成されており、該格子により占有部材４２は通気性を有している。占有部４０は円錐形状を有しており、点線にて示すように中空に形成されている。

図３に、占有部材５８の斜視図を、図１に示す向きとは上下方向に関して逆向きにして示す。占有部材５８のベース部５４は、吸着室２６の横断面と略同一形状の矩形の平板形状を有している。ベース部５４の、占有部５６の基端及びその周辺を除く部分には格子が形成されており、該格子により占有部材５８は通気性を有している。占有部５６は円錐台形状を有しており、点線にて示すように中空に形成されている。なお、第１実施形態において、占有部材４２及び占有部材５８は、いずれもケーシング１０を形成する樹脂と同じ樹脂によって形成されていてよい。

（キャニスタの組み立て）
キャニスタ１は、以下の工程により組み立てられる。まずケーシング本体１２の向きを、各ポートが下に来るように、すなわち、図１に示す向きとは上下方向を逆にして、維持する。天板部１２Ｂの上に、フィルタ３２、３４及び６０をそれぞれ載置する。そして、フィルタ３２、３４及び６０の上に吸着材３０を充填する。ケーシング本体１２の隔壁２２に区画された空間のうち、天板部１２Ｂにタンクポート１６及びパージポート１８が形成されている側の空間に充填された吸着材３０の上に、ウレタンシート３６を載置し、ウレタンシート３６の孔に占有部４０を挿入しつつ占有部材４２を載置する。また、ケーシング本体１２の隔壁２２に区画された空間のうち、天板部１２Ｂに大気ポート２０が形成されている側の空間に充填された吸着材３０の上に仕切り部材６２を載置し、仕切り部材６２の上に占有部材５８を、ベース部５４が仕切り部材６２の側に来るようにして載置する。再び吸着材３０を充填し、吸着材３０の上にウレタンシート４８、多孔板５０をこの順に載置する。占有部材４２のベース部３８に対してコイルスプリング４４を、多孔板５０に対してコイルスプリング５２を固定し、ケーシング本体１２の開口部をケーシング蓋１４で覆う。その後、ケーシング本体１２とケーシング蓋１４を溶着により結合する。

（蒸発燃料の流れ）
キャニスタ１内の蒸発燃料の流れについて、図１を参照して説明する。キャニスタ１を搭載している車両では、例えば、駐車時において、燃料タンク内で蒸発燃料が発生する。発生した蒸発燃料は、燃料タンクとキャニスタ１のタンクポート１６を連通するベーパ通路を通り、タンクポート１６を介して吸着室２４内に流入する。吸着室２４内に流入した蒸発燃料は、吸着室２４、連通路６４、吸着室２６、吸着室２８の順に流体通路６６を流れつつ、各吸着室内の吸着材３０により吸着される。そして、蒸発燃料を含有しない、又は極僅かに含有する空気が、大気ポート２０より大気へ放出される。なお、タンクポート１６、流体通路６６及び大気ポート２０が、本明細書中の吸着流路に相当する。

一方、車両の走行時、すなわち内燃機関の稼働時には、パージポート１８と吸気通路を連通するパージ通路に配設されたパージポンプにより、ケーシング１０内部は、パージポート１８を介して吸引される。すると、大気ポート２０からケーシング１０内へと空気が流入し、流体通路６６を、吸着室２８、吸着室２６、連通路６４、吸着室２４の順に流れ、パージポート１８からパージ通路へと流出する。この際、各吸着室内に充填されている吸着材３０に吸着されている蒸発燃料は、吸着材３０から脱離し、空気とともに流体通路６６をパージポート１８に向かって流れる。なお、大気ポート２０、流体通路６６及びパージポート１８が、本明細書中のパージ流路に相当する。

（第１の実施形態の利点）
一般に、吸着した蒸発燃料の脱離は吸熱反応である。そして、蒸発燃料の脱離時には、上述したように、流体通路６６を、吸着室２８、吸着室２６、連通路６４、吸着室２４の順に流れる。その際、大気ポート２０から流入した空気の温度は、流体通路６６をパージポート１８に向かって流れるにつれて、徐々に低下していく。つまり、蒸発燃料の脱離時において、吸着室２６、吸着室２４内の温度は、吸着室２８内の温度に比して低くなるため、これらの吸着室に充填されている吸着材３０の脱離性能もまた、吸着室２８内の吸着材３０に比して低下する。

第１の実施形態では、大気ポート２０の最も近くに位置する吸着室２８よりもパージポート１８側に位置する吸着室２６及び吸着室２４内部には、それぞれ占有部５６を有する占有部材５８、占有部４０を有する占有部材４２が配設されている。占有部４０は周壁部１２Ａから離隔して配設されており、同様に占有部５６も周壁部１２Ａから離隔して配設されている。そして、占有部４０及び占有部５６は中空とされている。その結果、占有部４０、占有部５６の熱伝導率は、ケーシング１０よりも低くなっている。なお、占有部４０の熱伝導率は、占有部４０の各部分の熱伝導率の平均値を指す。すなわち、占有部４０の樹脂部分の体積と当該樹脂の熱伝導率の積と、中空部分の体積と空気の熱伝導率の積との和を、樹脂部分の体積と中空部分の体積との和で除して得られる値を指す。占有部５６の熱伝導率も同様にして求められる。

主に周壁部１２Ａを介して、吸着室内の空気や吸着材３０と外気との間では、熱伝導が生じる。そのため、吸着室内に外気よりも低温の空気が流入した場合、周壁部１２Ａ近傍の領域にある吸着材３０は、流入した空気による温度の低下が比較的抑えられるが、ケーシング本体１２の周壁部１２Ａから離隔した領域にある吸着材３０は温度の低下が著しくなる。しかし、本実施形態では、吸着室２４及び吸着室２６において、ケーシング本体１２の周壁部１２Ａから離隔した領域に、それぞれ占有部材４２、占有部材５８が配設されている。これらにより、吸着室２４、吸着室２６において、ケーシング本体１２の周壁部１２Ａから離隔した領域の少なくとも一部には、吸着材３０は充填されない。すなわち吸着室２４、吸着室２６内には、主に、比較的外気との間で熱伝導が生じやすい領域に吸着材３０が充填されている。更に、占有部材４２、占有部５６は中空に形成されておりケーシング１０よりも熱伝導度が低くされているため、温度が低下しにくい。以上のことから、低温の空気が流入しがちな吸着室（本実施形態では、吸着室２４、吸着室２６）において、温度が低下することによる吸着材３０の脱離性能の低下を抑制することができる。

また、占有部４０は円錐形状を有しており、占有部４０の、流体通路６６に直交する横断面の面積は、流体通路６６上において、大気ポート２０に向けて増加している。同様に、占有部５６は円錐台形状を有しており、占有部５６の、流体通路６６に直交する横断面の面積は流体通路６６上において、大気ポート２０に向けて増加している。言い換えると、吸着室の吸着材が充填された領域の、蒸発燃料の流れ方向と直交する断面積は、大気ポート２０に向けて減少している。

タンクポート１６から流入した蒸発燃料は、流体通路６６を大気ポート２０に向かって流れる間に、各吸着室内に充填された吸着材３０により吸着されるため、吸着されていない蒸発燃料の濃度は大気ポート２０に向かって低下していく。一般に、蒸発燃料の濃度が低下するほど、吸着材に吸着される蒸発燃料の割合は低下するため、所謂吹き抜けが起こりやすくなる。一方、本実施形態では、各占有部（占有部４０、占有部５６）の形状を、上述の如く形成している。そのため、占有部が配設された吸着室（吸着室２４、吸着室２６）の、吸着室における蒸発燃料の流れ方向の長さをＬとし、吸着室の吸着材が充填された領域の、蒸発燃料の流れ方向と直交する断面積と同等の面積となる円の直径をＤとした際のＬ／Ｄ値が、大気ポート２０に向かって徐々に増加する。一般に、Ｌ／Ｄ値が大きくなるほど、吹き抜けが抑制される。以上のことから、占有部が配設された吸着室において、蒸発燃料濃度の低下による吹き抜けを、効果的に抑制することができる。

［第２の実施形態］
図４を参照して、第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態と同じ構成を有する部位については説明を省略する。また、第１の実施形態と対応するが異なる形状を有する構成要素についても第１の実施形態と同じ符号を付し、異なる点についての説明を行う。

第１の実施形態では、吸着室２４及び吸着室２６にそれぞれ占有部材４２及び占有部材５８を配設していた。第２の実施形態では、吸着室に占有部材を配設することに代えて、吸着室を規定する、ケーシング本体１２の周壁部１２Ａの一部を、該吸着室の内方に向かう凹形状とした。図４に示す吸着室２６では、ケーシング本体１２の周壁部１２Ａのうち、吸着室２６の右側の壁面に相当する部分が、吸着室２６の内方に向かう凹形状をなしている。

（第２の実施形態の利点）
第２の実施形態では、流体通路６６上において大気ポート２０の最も近くに位置する吸着室２８よりもパージポート１８側に位置する吸着室２６を規定する、ケーシング本体１２の周壁部１２Ａの一部が吸着室２６の内方に向かう凹形状を形成している。つまり、第２の実施形態では、吸着室２６において、ケーシング本体１２の周壁部１２Ａからの距離が大きくなる領域が除去されている。そのため、吸着室２６内の吸着材３０の大部分では、周壁部１２Ａを介した大気との間での熱伝導が起こりやすくなるので、低温の空気が吸着室２８から流入しても、温度の低下を抑えることができる。以上のことから、第２の実施形態においても、低温の空気が流入しがちな吸着室（本実施形態では、吸着室２６）において、温度が低下することによる吸着材３０の脱離性能の低下を抑制することができる。

［変形例］
本明細書に開示のキャニスタは、上記した実施形態に限定されるものではなく、その他の形態に変更が可能である。第１の実施形態において、吸着室２４、吸着室２６に配設される占有部材の形状は、それぞれ占有部材４２、占有部材５８の形状には限定されない。
吸着室２４に占有部が円錐台形状を有する占有部材を配設してもよいし、吸着室２６に占有部が円錐形状を有する占有部材を配設してもよい。また、吸着室２４、吸着室２６の少なくとも一方に、図５に示すように占有部が中空の円柱形状を有する占有部材を配設してもよい。或いは、図６に示すように、占有部として複数（図６では３つ）の中空の円柱を有する占有部材を配設してもよい。占有部材は占有部を有していれば、必ずしもベース部を有していなくてもよい。その場合は、占有部に、吸着室内での位置決めをするための、任意の位置決め手段を設けることが望ましい。占有部は、中空に形成されていなくてもよい。その場合、占有部を、ケーシング１０を形成する樹脂よりも熱伝導率が低い材料により形成することが好ましい。

占有部材は吸着室２４及び吸着室２６のうち一方にのみ配設してもよい。また、キャニスタが４つ以上の吸着室を有する場合は、占有部材は、流体通路上において大気ポートの最も近くに位置する吸着室よりもパージポート側に位置する吸着室以降の吸着室の少なくとも一つの吸着室に配設されていればよい。

第２の実施形態において、吸着室２６に代えて吸着室２４について、あるいは吸着室２４と吸着室２６の両方について、吸着室を規定する、ケーシング本体１２の周壁部１２Ａの一部を、該吸着室の内方に向かう凹形状としてもよい。また、吸着室の形状は、図４に示す形状に限定されない。例えば図７に示すように、吸着室（ここでは吸着室２６を例に図示する）の横断面の断面積が、流体通路上において大気ポートに向かって減少するように形成してもよい。これにより、大気ポートに向けてＬ／Ｄを増加させることができ、吹き抜けを効果的に抑制することができる。

１ キャニスタ
１０ ケーシング
１２Ａ 周壁部（ケーシングの周壁）
１６ タンクポート
１８ パージポート
２０ 大気ポート
２４ 吸着室
２６ 吸着室（第２吸着室）
２８ 吸着室（第１吸着室）
３０ 吸着材
４０，５６ 占有部
４２，５８ 占有部材

Claims (3)

1. タンクポート、パージポート、大気ポートが形成されたケーシングと、
   前記ケーシング内部において、前記大気ポートから前記パージポートまで延在するパージ流路に沿って形成され、かつ吸着材が充填された複数の吸着室と、を備えるキャニスタであって、
   前記複数の吸着室のうち、前記大気ポートの最も近くに位置し前記大気ポートから直接空気が流入する第１吸着室よりも前記パージポート側に位置し少なくとも前記第１吸着室を通過した空気が流入する第２吸着室以降の吸着室の少なくとも一つの吸着室には、前記ケーシングの周壁から離隔しつつ当該一つの吸着室を占有する占有部を有する占有部材が配設されており、
   該占有部材は、前記第１吸着室には配設されておらず、
   前記占有部材の前記占有部の熱伝導率は、前記キャニスタの前記ケーシングの熱伝導率より小さくされているキャニスタ。
2. 請求項１に記載のキャニスタであって、前記占有部材は中空状に形成されている、キャニスタ。
3. 請求項１又は請求項２に記載のキャニスタであって、前記タンクポートから前記大気ポートまで延在する吸着流路は、前記パージ流路に沿って形成された前記複数の吸着室の各々の少なくとも一部を、前記パージ流路と共用しており、
   前記一つの吸着室の前記吸着材が充填された領域は、前記吸着流路に直交する断面の面積が、前記大気ポートに向けて減少するよう形成されている、キャニスタ。
   

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