JP5179965B2 - キャニスタ - Google Patents

Description

本発明は、自動車の燃料タンク等で発生する燃料蒸気を吸着材に吸着して処理するキャニスタに関する。

従来より、内燃機関の停止中に、燃料タンクから発生する燃料蒸気を、キャニスタ内に導入して、吸着材に吸着させ、内燃機関の運転時に、吸着した燃料を吸気管負圧により脱離して燃焼室で燃焼させるようにしている。

このようなキャニスタでは、内燃機関の停止中に、燃料タンクから流入する燃料蒸気を吸着しきれずに、空気を導入する導入ポートから大気中に放出してしまう場合がある。これを防止するために、特許文献１にあるように、導入ポート側の吸着材層の吸着材に、流入ポート側の吸着材層の吸着材より蒸発燃料の吸着量が小さく、蒸発燃料の保持力が大きい特性を有する活性炭を充填して、吹き抜けを抑制したものが提案されている。
特開２００６−８３８７１号公報

しかしながら、こうした従来のものでは、導入ポート側の吸着材層の吸着材に、流入ポート側の吸着材層の吸着材より蒸発燃料の吸着量が小さく、蒸発燃料の保持力が大きい特性を有する活性炭を充填したので、内燃機関運転中の脱離時に、導入ポート側の吸着材に保持された状態で燃料が残留しやすく、外部温度変化等によって、残留した燃料が導入ポートから外部に放出されてしまう場合があるという問題があった。

本発明の課題は、吸着材を短時間で回復して燃料の放出を抑制したキャニスタを提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明は、容器内を複数の室に仕切ると共に、燃料タンクからの燃料蒸気を導入する流入ポート及び脱離した燃料を内燃機関の吸気管に排出させる流出ポートを設けた主室と、空気を導入する導入ポートを設けた副室との間の前記各室を直列に接続して前記各室に吸着材を充填し、前記流入ポートを介して導入した燃料蒸気を前記吸着材に吸着させると共に、前記導入ポートを介して導入した空気により、前記吸着材に吸着した燃料を脱離させるキャニスタに関する。
本発明のキャニスタでは、前記副室は、前記主室の容積よりも小さく、前記主室に直列に接続された第１副室と、該第１副室に直列に接続され前記導入ポートを設けた第２副室とに分割され、前記各室に充填する前記吸着材は、粒状の活性炭から成形された、複数のペレットであり、かつ、前記第２副室のペレットは、多数の通気路が内部に形成されている一方、前記主室及び前記第１副室のペレットは、通気路が形成されておらず、前記第２副室のペレットは前記主室及び前記第１副室の前記吸着材より燃料を脱離したときの単位時間当たりの脱離量が多い。前記第２副室は、その断面積が前記第１副室の断面積よりも小さく、前記第２副室に充填した前記吸着材層の長さＬと前記第２副室の断面積に相当する円面積の直径Ｄとの比Ｌ／Ｄが１以上である。
前記第２副室のペレットの少なくとも一つは、当該ペレットの表面から内部に達する複数の通気路を有し、前記複数の通気路が当該ペレットの内部で互いに連通している。

前記第１副室に前記主室及び前記第２副室よりも熱容量が大きい吸着材を充填した構成でもよい。

本発明のキャニスタは、導入ポートを設けた室に充填する吸着材が、粒状の活性炭から成形されたペレットで、かつ、ペレットは他の室の吸着材より燃料を脱離したときの単位時間当たりの脱離量が多いので、導入ポートを設けた室の吸着材を短時間で回復でき、吸着材に残留する燃料の放出を抑制できるという効果を奏する。

また、導入ポートを設けた室は長さＬと直径Ｄとの比Ｌ／Ｄを１以上としたので、燃料蒸気の吸着が効率よく行われ、吹き抜けを抑制できる。更に、ペレットに多数の通気路を形成することにより、燃料を脱離したときの単位時間当たりの脱離量を多くすることが容易にできる。第１副室に他の室よりも熱容量が大きい吸着材を充填することにより、温度低下が抑制され、吸着材からの燃料の脱離が促進される。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１はキャニスタの容器で、容器１は合成樹脂により形成されている。容器１の一方は開口されており、蓋部材２により閉塞されている。本実施形態では、容器１は、隔壁４により仕切られて、主室６と副室８とが形成されている。主室６の容積は副室８の容積よりも大きく、副室８は細長い形状に形成されている。主室６と副室８とは、蓋部材２側に形成された連通路１０により互いに連通されている。

容器１には、蓋部材２と反対側に、図３に示すように、燃料タンク１２にチェック弁１４を介して接続される流入ポート１６が形成されている。流入ポート１６は、主室６に燃料タンク１２からの燃料蒸気を導入できるように接続されている。

また、容器１には、流入ポート１６に併設して流出ポート１８が形成されており、流出ポート１８は、内燃機関２０の吸気管２２にパージ弁２４を介して接続されている。流出ポート１８は、主室６に接続されており、後述する脱離された燃料をパージ弁２４を介して吸気管２２に排出できるように構成されている。更に、容器１には、大気側と連通された導入ポート２６が形成されており、導入ポート２６は副室８に接続されている。導入ポート２６は、大気側からの空気を副室８に導入できるように構成されている。

主室６には、流入ポート１６及び流出ポート１８側の端に、フィルタ２８，３０が設けられており、また、蓋部材２側の端にもフィルタ３２が設けられている。副室８には、導入ポート２６側の端に、フィルタ３４が設けられており、蓋部材２側の端にもフィルタ３６が設けられている。蓋部材２側のそれぞれのフィルタ３２，３６には、それぞれ多孔板３８，４０が併設されており、多孔板３８，４０と蓋部材２との間には、それぞれコイルバネ４１ａ，４１ｂが介装されている。

主室６内には、流入ポート１６及び流出ポート１８側の両フィルタ２８，３０と、蓋部材２側のフィルタ３２との間に、吸着材４２が充填されている。本実施形態では、吸着材４２は、粒状の活性炭をバインダと共に混練して、直径が１〜３ｍｍ程度で、長さが３〜１０ｍｍ程度の円柱状に成形したペレットである。尚、ペレットを主室６に充填する場合に限らず、粒状の活性炭をそのまま主室６に充填してもよい。

一方、副室８内には、多孔板４４が挿入されて、副室８内が連通路１０に接続した第１副室８ａと、導入ポート２６に接続した第２副室８ｂとに分割されている。容器１内に、複数の室、本実施形態では、主室６、第１副室８ａ、第２副室８ｂが設けられ、主室６と第１副室８ａとが連通路１０により接続されると共に、第１副室８ａと第２副室８ｂとが連通形成されている。これにより、主室６と第１副室８ａと第２副室８ｂとが直列に接続されて設けられている。

多孔板４４の両側には、それぞれフィルタ４６，４８が設けられており、第１副室８ａ内の両フィルタ３６，４６の間には、主室６の吸着材４２や第２副室８ｂの後述する吸着材５４よりも熱容量の大きい吸着材５０が充填されている。本実施形態では、吸着材５０には、直径が１〜３ｍｍ程度で、長さが３〜１０ｍｍ程度に成形したペレットを用いている。第１副室８ａに熱容量の大きい吸着材５０を充填することにより、燃料の吸着量を多くすることができ、第２副室８ｂの後述する吸着材５４の負担を低減できる。また、ペレットを用いることにより通気抵抗を低減できる。主室６の吸着材４２の熱容量を大きくすると、主室６の吸着材４２の燃料吸着量が多くなりすぎ、吹き抜け性が悪くなる。尚、熱容量の大きい吸着材５０を第１副室８ａに充填するのは、必要に応じて行えばよく、主室６と同じペレットのみを第１副室８ａに充填してもよい。

第２副室８ｂ内の両フィルタ３４，４８の間には、吸着材５４が充填されている。吸着材５４は粒状の活性炭を賦活後、バインダと共に添加剤を混ぜてペレット状に形成し、その後、添加剤を除去して形成したものである。こうして成形したペレット状の吸着材５４は、図２に示すように、添加剤が除去された後に多数の通気路５６が吸着材５４の内部に形成されている。通気路５６は直径０．０５ｍｍ程度の孔で、吸着材５４の表面から吸着材５４の内部に達して多数形成されて、通気路５６同士が吸着材５４の内部で互いに連通しているものもある。

この通気路５６により、空気が吸着材５４の内部にまで浸透しやすく、通気路５６を形成していない主室６の吸着材４２及び第１副室８ａの吸着材５０よりも燃料を脱離したときの単位時間当たりの脱離量が多い。例えば、単位重量あたりの燃料量を同じとした燃料を吸着させた各吸着材４２，５０，５４に、同じ空気量を同じ時間だけ供給して燃料量の離脱を比較した場合、通気路５６を形成した吸着材５４からの単位時間当たりの脱離量が多い。

各吸着材４２，５０，５４には、同じ活性炭を用いてペレット状に成形してもよく、その際、通気路５６を形成した吸着材５４は、吸着できる燃料量は少なくなるが、燃料の脱離速度は速い。

また、第２副室８ｂは、その断面積が第１副室８ａの断面積よりも小さくなるように形成されている。第２副室８ｂの両フィルタ３４，４８間の長さＬ（充填されている吸着材５４層の長さ）と、第２副室８ｂの断面を円形の断面と同等に換算した際の直径Ｄとの比Ｌ／Ｄを１以上となるように形成している。Ｌ／Ｄを１以上とすると、第２副室８ｂ内での燃料蒸気の吸着が効率よく行われ、導入ポート２６から大気中に放出される燃料蒸気量を低減できる。

次に、前述した本実施形態のキャニスタの作動について説明する。
まず、自動車が内燃機関２０を運転することなく停止している状態では、燃料タンク１２等で発生した燃料蒸気が流入ポート１６を介して、主室６に導入される。導入された燃料蒸気は、フィルタ２８を通ってから、主室６内の吸着材４２に吸着される。

燃料蒸気が主室６内に導入されると、流入ポート１６側の吸着材４２に吸着され、蓋部材２側の吸着材４２に向かって、順次、燃料蒸気の吸着が行われる。主室６内の吸着材４２で吸着できなかった燃料蒸気は、連通路１０を通り、第１副室８ｂに導入される。そして、第１副室８ａ内の吸着材５０により吸着される。その際、第１副室８ａに他の室６，８ｂよりも熱容量の大きい吸着材５０を充填しているので、燃料蒸気の液化による熱は、吸着材５０の吸熱で、熱が奪われ、温度上昇が抑制される。よって、吸着材５０への吸着が促進される。

更に、第１副室８ａで吸着されなかった燃料蒸気は、フィルタ４６、多孔板４４、フィルタ４８を通り、第２副室８ｂに導入される。そして、第２副室８ｂ内の吸着材５４により吸着される。燃料が吸着されて分離された空気が導入ポート２６から大気中に放出される。第２副室８ｂは長さＬと直径Ｄとの比Ｌ／Ｄを１以上に形成されているので、燃料蒸気の吸着が効率よく、導入ポート２６から大気中に放出される燃料蒸気量を低減できる。

一方、内燃機関２０の運転中には、導入ポート２６から大気中の空気がフィルタ３４を介して第２副室８ｂに導入される。第２副室８ｂに導入された空気は、第２副室８ｂ内の吸着材５４から燃料を脱離させた後、フィルタ４８、多孔板４４、フィルタ４６を通り、第１副室８ａに導かれる。

第２副室８ｂ内の吸着材５４には多数の通気路５６が形成されているので、燃料を脱離したときの単位時間当たりの脱離量が多く、第２副室８ｂ内の吸着材５４からは、吸着されている燃料が速やかに脱離し、燃料蒸気を吸着できる状態になる回復が早い。しかも、通気路５６はペレット状の吸着材５４の内部にまで形成されているので、吸着材５４の内部の燃料をも速やかに脱離する。

燃料蒸気を含んだ空気は、第１副室８ａに導入され、第１副室８ａの吸着材５０からも燃料を脱離させる。その際、気化熱が奪われ、温度が低下するが、第１副室８ａには他の室６，８ｂよりも熱容量の大きい吸着材５０を充填しているので、温度低下が抑制され、吸着材５０からの燃料の脱離が促進される。よって、キャニスタを小型化でき、しかも、小型化しても、十分に吸着材５０の温度変化を抑制できる。

更に、燃料蒸気を含んだ空気は、第１副室８ａから連通路１０を介して主室６に導かれる。主室６内でも同様に、吸着材４２から燃料の脱離が行われる。主室６、流出ポート１８、パージ弁２４を介して吸気管２２に排出され、内燃機関２０で燃焼される。

このように、導入ポート２６から空気を導入した際に、第２副室８ｂ内の吸着材５４から速やかに燃料が脱離され、第２副室８ｂの吸着が速やかに回復される。よって、内燃機関運転中の脱離時に、吸着材５４に保持された状態での燃料の残留は非常に少なく、外部温度変化等によって、内燃機関の停止中等に、残留した燃料が導入ポート２６から外部に放出されてしまうのを抑制できる。また、例えば、内燃機関２０の運転と停止とが頻繁に繰り返されたような場合でも、第２副室８ｂの吸着は速やかに回復されて、運転を停止中に燃料蒸気が主室６で吸着されなかった場合でも、第２副室８ｂで確実に吸着して、大気中への燃料蒸気が排出を防止する。よって、捕集性能を向上させることができる。尚、本実施形態では、第１副室８ａを設けたが、第１副室８ａを設けることなく、副室８の全体を吸着材５４を充填した第２副室８ｂとしてもよい。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

本発明の一実施形態としてのキャニスタの断面図である。 本実施形態の吸着材の部分拡大図である。 本実施形態のキャニスタと燃料タンク、内燃機関との接続を示す説明図である。

符号の説明

１…容器 ２…蓋部材
４…隔壁 ６…主室
８…副室 ８ａ…第１副室
８ｂ…副室 １０…連通路
１２…燃料タンク １６…流入ポート
１８…流出ポート ２０…内燃機関
２２…吸気管 ２６…導入ポート
２８，３０，３２，３４，３６，４６，４８…フィルタ
４２，５０，５４…吸着材
５６…通気路

Claims (2)

1. 容器内を複数の室に仕切ると共に、燃料タンクからの燃料蒸気を導入する流入ポート及び脱離した燃料を内燃機関の吸気管に排出させる流出ポートを設けた主室と、空気を導入する導入ポートを設けた副室との間の前記各室を直列に接続して前記各室に吸着材を充填し、前記流入ポートを介して導入した燃料蒸気を前記吸着材に吸着させると共に、前記導入ポートを介して導入した空気により、前記吸着材に吸着した燃料を脱離させるキャニスタにおいて、
   前記副室は、前記主室の容積よりも小さく、前記主室に直列に接続された第１副室と、該第１副室に直列に接続され前記導入ポートを設けた第２副室とに分割され、
   前記各室に充填する前記吸着材は、粒状の活性炭から成形された、複数のペレットであり、かつ、前記第２副室のペレットは、多数の通気路が内部に形成されている一方、前記主室及び前記第１副室のペレットは、通気路が形成されておらず、前記第２副室のペレットは前記主室及び前記第１副室の前記吸着材より燃料を脱離したときの単位時間当たりの脱離量が多く、
   前記第２副室は、その断面積が前記第１副室の断面積よりも小さく、前記第２副室に充填した前記吸着材層の長さＬと前記第２副室の断面積に相当する円面積の直径Ｄとの比Ｌ／Ｄが１以上であり、
   前記第２副室のペレットの少なくとも一つは、当該ペレットの表面から内部に達する複数の通気路を有し、前記複数の通気路が当該ペレットの内部で互いに連通している
   ことを特徴とするキャニスタ。
2. 前記第１副室に前記主室及び前記第２副室よりも熱容量が大きい吸着材を充填したことを特徴とする請求項１に記載のキャニスタ。

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