JP2006348751A - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸着脱離時の温度変化抑制効果をもつ蒸発燃料処理装置を提供する。
【解決手段】 ケーシング２内の流路が、蒸発燃料の吸着・脱離を行う活性炭１１で充填された複数の充填室８，９，１０と、流路方向で隣接する充填室間に位置し、活性炭１１が充填されていない接続通路１５，１６と、を有し、この流路の一端側に燃料タンクに接続されるチャージポート１３と吸気系に接続されるパージポート１２を設け、他端側に大気に連通する大気ポート１４を設けた蒸発燃料処理装置において、
活性炭１１が充填されていない接続通路１５，１６の内壁面に、リブ３６，３４が設けられている。これによって、接続通路１５，１６にて蒸発燃料の温度変化を抑制することができ、活性炭１１の吸着効率と脱離効率を有効に発揮させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用の燃料タンクから蒸発した燃料を吸着して、その燃料をエンジン稼働時に燃焼させるキャニスタに代表される蒸発燃料処理装置に関する。

ガソリンを燃料とする自動車では、燃料タンク内の蒸発燃料が大気に放出されるのを抑制するために、蒸発燃料処理装置としてキャニスタが一般的に用いられている。

キャニスタは、停車時等に燃料タンク内から発生する蒸発燃料を活性炭からなる吸着材に吸着させ、エンジン稼働時にキャニスタを通して吸気を行うことにより、キャニスタの大気ポートから導入した大気によってキャニスタ内をパージし、吸着した蒸発燃料を脱離させてエンジン内で燃焼させる仕組みとなっている。そして、このパージにより蒸発燃料の脱離によって吸着材の吸着性能を復活させ、蒸発燃料を繰り返し良好に吸着することが可能となる。

吸着材である活性炭は、蒸発燃料を吸着する際に発熱して温度が上昇するが、活性炭は温度が低いほど吸着の効率がよく、温度が高いほど吸着の効率が悪化する性質がある。また、活性炭は、吸着した蒸発燃料を脱離する際に放熱して温度が低下するが、活性炭は温度が高いほど脱離の効率がよく、温度が低いほど脱離の効率が悪化する性質がある。

近年、このようなキャニスタには、車両レイアウトの狭小化に伴うコンパクト化や、燃料タンクの大型化に伴う吸着能力の向上が求められており、吸着材の性能を有効に発揮させる一手段として、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されているように、吸着・脱離時の温度変化を抑制する方法が各種提案されている。

例えば、特許文献１には、活性炭からなる吸着材のみが充填された吸着室と、上記吸着材と上記吸着材よりも熱伝導率及び比熱の大きな材料からなる蓄熱材とからなる蓄熱吸着材が充填された大気連通口側の蓄熱吸着室と、をキャニスタ内部に設け、蒸発燃料の吸着と脱離を効率良く行うキャニスタが開示されている。

また、特許文献２には、キャニスタ内に吸着材が充填された複数の室を設け、これら複数の室のうち大気ポートに近い側の室内に通電により発熱する発熱体を配置することで、蒸発燃料の吸着と脱離を効率良く行うキャニスタが開示されている。
特開２００１−２４８５０４号公報 特開２００２−２６６７１０号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示されるようなキャニスタにおいては、限られたキャニスタ容積内に上述した上記蓄熱材を含む蓄熱吸着材が充填されることになるため、実質的な吸着材容量が相対的に減少することになり、総じて吸着性能が低下してしまう虞があり、さらに蓄熱材を含む蓄熱吸着材が高価であることから生産コストが上昇してしまう。

また上述した特許文献２に開示されるようなキャニスタにおいては、温度変化を抑制するためにデバイス（発熱体）の追加に伴い、総じて生産コストが上昇してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、材料、部品構成等を大きく変更することなく、低コストで吸着・脱離時の温度変化の抑制効果をもつ蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明の請求項１は、ケーシング内の流路が、蒸発燃料の吸着・脱離を行う吸着材で充填された複数の充填室と、流路方向で隣接する充填室間に位置し、吸着材が充填されていない少なくとも一つ以上の接続通路と、を有し、この流路の一端側に燃料タンクに接続されるチャージポートとエンジンの吸気系に接続されるパージポートが設けられ、この流路の他端側に大気に連通する大気ポートが設けられた蒸発燃料処理装置において、吸着材が充填されていない接続通路の内壁面に、第１のフィンが設けられていることを特徴としている。

これによって、蒸発燃料に晒される接続通路の内側表面積が大きくなり、接続通路と蒸発燃料との接触面積が増大する。

また、請求項２のように、接続通路の外壁面に、外気に晒される第２のフィンを設けてもよい。これによって、接続通路の外気に晒される外側表面積が大きくなり、接続通路と外気との接触面積が増大する。

本発明によれば、第１のフィンを設けることで、蒸発燃料に晒される接続通路の内側表面積が大きくなり、接続通路と蒸発燃料との接触面積が増大するので、接続通路を介して、蒸発燃料と外気との間の熱交換が促進され、蒸発燃料の温度変化を抑制することができ、充填室内に充填された吸着材の吸着効率と脱離効率を飛躍的に高めることができる。

また、接続通路の外壁面に第２フィンを設ければ、外気に晒される接続通路の外側表面積が大きくなり、接続通路と外気との接触面積が増大するので、蒸発燃料と外気との間の熱交換が接続通路において一層促進され、蒸発燃料の温度変化をより効果的に抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る蒸発燃料処理装置１（以下、キャニスタ１と記す）を示すものであり、図１はキャニスタ１の断面図、図２はキャニスタ１の一側面図である。

キャニスタ１のケーシング２は、合成樹脂材料からなり、箱形で略直方体形状の主ケース３と、主ケース３の一端側の開口を閉塞する第１キャップ４、主ケース３の他端側の開口を閉塞する第２キャップ５とから大略構成され、主ケース３に一体の互いに略平行な第１隔壁６及び第２隔壁７により主ケース３内が仕切られて、主ケース３の一端側（図１における右側）から他端側（図１における左側）に沿って細長い３つの充填室８，９，１０が形成された構造となっている。これら各充填室８，９，１０には、それぞれ蒸発燃料の吸着・脱離を行う吸着材としての活性炭１１が充填されている。

第１充填室８は主ケース３と第１隔壁６の間に形成され、第２充填室９は主ケース３、第１隔壁６及び第２隔壁７の間に形成され、第３充填室１０は主ケース３と第２隔壁７の間に形成されている。

主ケース３の一端側は、第１充填室８の一端側（図１における右側）に対向する部分が主ケース３と一体の一端側壁面３ａによって閉塞されており、この一端側壁面３ａには、エンジン（図示せず）の吸気系に接続されるパージポート１２と、燃料タンク（図示せず）に接続されるチャージポート１３が設けられている。つまり、主ケース３の一端側は、第１充填室８の一端側に対向する部分のみが主ケース３と一体の一端側壁面３ａにより閉塞され、第２充填室９及び第３充填室１０の一端側（図１における右側）に対向する部分が、主ケース３とは別体の第１キャップ４により閉塞されている。

一方、主ケース３の他端側は、略全面的に開口しており、主ケース３とは別体の第２キャップ５により閉塞されている。この第２キャップ５には、第３充填室１０の他端側（図１における左側）と対向する部分に、大気に連通する大気ポート１４が形成されている。

第１充填室８の他端（図１における左側端部）は、接続通路としての第１接続路１５を介して第２充填室９の他端（図１における左側端部）と連通している。第２充填室９の一端（図１における右側端部）は、接続通路としての第２接続路１６を介して第３充填室１０の一端（図１における右側端部）と連通している。

つまり、ケーシング２の内部に形成される蒸発燃料の流路は、第１接続路１５及び第２接続路１６においてそれぞれ折り返される通路構造となっている。換言すれば、ケーシング２内に形成される流路は、蒸発燃料の吸着・脱離を行う吸着材（活性炭１１）が充填された複数の充填室８，９、１０と、流路方向で隣接する充填室８，９間及び９，１０間にそれぞれ位置する接続路１５，１６とによって構成されている。尚、第１接続路１５及び第２接続路１６には、吸着材は充填されていない。

第１充填室８の一端側（図１における右側）の端部には、フィルター１７が配置されている。また、第１充填室８の他端側の端部、及び第２充填室９の他端側の端部には、多孔板１８に支持されたフィルター１９が配置されている。多孔板１８は、主ケース３の側壁及び第２隔壁７の一側面７ａに摺動自在に嵌合されると共に、スプリング２０,２１によって主ケース３の一端側（図１における右側）方向に付勢されている。第２充填室９及び第３充填室１０の一端側の端部には、フィルター２２が配置されている。第３充填室１０の他端側（図１における左側）の端部には、多孔板２３に支持されたフィルター２４が配置されている。多孔板２３は、主ケース３の側壁及び第２隔壁７の他側面７ｂに摺動自在に嵌合されると共に、スプリング２５によって主ケース３の一端側（図１における右側）方向に付勢されている。

つまり、第１充填室８は流路方向の実質的な前後端がフィルター１７とフィルター１９によって規定され、第２充填室９は流路方向の実質的な前後端がフィルター１９とフィルター２２によって規定され、第３充填室１０は流路方向の実質的な前後端がフィルター２２とフィルター２４によって規定されている。

尚、図１中の２６，２７，２８は、それぞれスプリング２０，２１，２５をガイドするガイド突起であり、それぞれ第２キャップ５に一体に形成されたものである。また、フィルター１７，１９，２２，２４は、ウレタンまたは不織布からなり、吸着体である活性炭１１の脱落を防止しつつ保持する機能を有するものである。

次に、本発明の要部である第１接続路１５と第２接続路１６について詳述する。

ケーシング２内に形成される流路は、ケーシング２の互いに対向する一対の側面位置で折り返されるものであって、接続流路である第１及び第２接続路１５，１６は、この折り返し位置に設けられている。

第１接続路１５は、主として第２キャップ５の接続路形成部３１（後述）により構成されている。第２キャップ５は、第１充填室８及び第２充填室９の他端に臨む略浅底皿形状の接続路形成部３１と、大気ポート１４が形成され第３充填室１０の他端に臨む略浅底皿形状の大気ポート形成部３２と、を有し、接続路形成部３１の底壁３１ａは、第１充填室８の他端部及び第２充填室９の他端部に対向するよう設定されている。

また、接続路形成部３１は、蒸発燃料に晒されるその内側表面積が、第１充填室８の他端部（図１における左側端部）の通路断面積と第２充填室９の他端部（図１における左側端部）の通路断面積との和と同等以上の大きさになるよう形成されている。

第２キャップ５は、主ケース３に組み付けられた状態では、上述した第２隔壁７の他端（図１における左側端）が当接するよう形成されている。つまり、第１接続路１５と大気ポート１４とは直接連通してはおらず、第２，第３充填室９，１０及び第２接続路１６を介して連通している。

第２キャップ５の接続路形成部３１の外壁面には、図１における上下方向に沿って延びる第２のフィンに相当する複数の冷却用のフィン３３が一体に形成されている。これら複数のフィン３３は、外気に晒されるものであって、第１接続路１５における熱交換の促進と、接続路形成部３１ひいては第２キャップ５の剛性向上のために設けられており、互いに平行となるよう配列されている。

また、第２キャップ５の接続路形成部３１の内壁面には、図３に示すように、第１接続路１５内を流れる蒸発燃料の流れ方向（図１における上下方向であり、図３における左右方向）に沿って延びる第１のフィンに相当する複数のリブ３４が突出形成されている。これら複数のリブ３４は、第１接続路１５内で蒸発燃料に晒されるものであって、第１接続路１５における熱交換を促進させるために設けられており、互いに平行となるよう配列されている。

第２接続路１６は、略浅底皿形状を呈する第１キャップ４を主体として構成されている。第１キャップ４の底壁４ａは、第２充填室９の一端部及び第３充填室１０の一端部に対向するよう設定されている。

また、第１キャップ４は、蒸発燃料に晒されるその内側表面積は、第２充填室９の一端部（図１における右側端部）の通路断面積と第３充填室１０の一端部（図１における右側端部）の通路断面積との和と同等以上の大きさになるよう形成されている。

第１キャップ４の外壁面には、図１における上下方向に沿って延びる第２のフィンに相当する複数の冷却用のフィン３５が一体に形成されている。これら複数のフィン３５は、外気に晒されるものであって、第２接続路１６における熱交換の促進と、第１キャップ４の剛性向上のために設けられており、互いに平行となるよう配列されている。

また、第１キャップ４の内壁面には、図４に示すように、第２接続路１６内を流れる蒸発燃料の流れ方向（図１における上下方向であり、図３における左右方向）に沿って延びる第１のフィンに相当する複数のリブ３６が突出形成されている。これら複数のリブ３６は、第２接続路１６内で蒸発燃料に晒されると共に、上述したフィルター２２に先端が当接して主ケース３の一端側に向かって付勢されたフィルター２２を支持するものであって、互いに平行となるよう配列されている。尚、第１キャップ４の設けられたこれら複数のリブ３６も第２接続路１６における熱交換の促進にも寄与するものである。

この第１実施形態におけるキャニスタ１は以上のような構成であるため、停車時等に燃料タンクから発生する蒸発燃料はチャージポート１３を介してケーシング２内に導入され、第１〜第３の各充填室８，９，１０の活性炭１１によって吸着される。蒸発燃料は、主にＨＣガスと空気の混合気から成り、ＨＣは活性炭１１により吸着され、空気は、各充填室８，９，１０を通過して大気ポート１４から大気中に放出される。ここで、チャージの際には、各充填室８，９，１０の活性炭１１は、蒸発燃料を吸着することにより発熱し、温度が上昇する。活性炭１１は、温度が低いほど吸着の効率が良く、温度が高いほど吸着の効率が悪くなるという性質があるため、蒸発燃料の吸着による活性炭１１の温度上昇は吸着の効率を下げるということになる。

一方で、エンジンの稼動時にエンジン側に負圧が発生すると、この負圧により大気が大気ポート１４から第３充填室１０、第２充填室９、第１充填室８を順次通ってエンジン内に吸入される。この大気の流れによって、キャニスタ１内部の活性炭１１に吸着されていたＨＣはパージされ、エンジン内において燃焼に利用される。ここで、パージの際には、上述したチャージの際とは逆に、各充填室８，９，１０の活性炭１１は、蒸発燃料を脱離することにより熱が奪われ、温度が低下する。活性炭１１は、温度が高いほど脱離の効率が良く、温度が低いほど脱離の効率が悪くなるという性質があるため、蒸発燃料の脱離による活性炭１１の温度低下は脱離の効率を下げるということになる。

しかしながら、上述した第１実施形態におけるキャニスタ１においては、チャージの際には、第１接続路１５に設けられた複数のフィン３３及び複数のリブ３４により、第１充填室８を通過することで温度が上昇し周囲との間で温度差が生じた蒸発燃料と、ケーシング２外側の外気との間の熱交換が第１接続路１５にて促進され、第２充填室９に流れこむ蒸発燃料の温度上昇を抑制することができる。そして、第２接続路１６に設けられた複数のフィン３５及び複数のリブ３６により、第２充填室９を通過することで温度が上昇し周囲との間で温度差が生じた蒸発燃料と、ケーシング２外側の外気との間の熱交換が第２接続路１６にて促進され、第３充填室１０に流れこむ蒸発燃料の温度上昇を抑制することができる。

また、パージの際には、第２接続路１６に設けられた複数のフィン３５及び複数のリブ３６により、第３充填室１０を通過することで温度が低下し周囲との間で温度差が生じた蒸発燃料と、ケーシング２外側の外気との間の熱交換が第２接続路１６にて促進され、第２充填室９に流れこむ蒸発燃料の温度低下を抑制することができる。そして、第１接続路１５に設けられた複数のフィン３３及び複数のリブ３４により、第２充填室９を通過することで温度が低下し周囲との間で温度差が生じた蒸発燃料と、ケーシング２外側の外気との間の熱交換が第１接続路１５にて促進され、第１充填室８に流れこむ蒸発燃料の温度低下を抑制することができる。

つまり、第１接続路１５及び第２接続路１６は、フィン３３，３５及びリブ３４，３６を設けることにより、外気に晒される外側表面積と蒸発燃料に晒される内側表面積とが大きくなり、蒸発燃料の温度変化が積極的に抑制される構成となっているので、チャージの際には、蒸発燃料の温度上昇を抑制して活性炭１１の温度上昇を抑制し活性炭の吸着効率を有効に発揮させることができると共に、パージの際には、蒸発燃料の温度低下を抑制して活性炭１１の温度低下を抑制し、活性炭１１の脱離効率を有効に発揮させることができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。尚、上述した第１実施形態と同一構成の部位には同一の符号を付し重複する説明を省略するものとする。

この第２実施形態におけるキャニスタ４１は、上述した第１実施形態のキャニスタ１と略同一構成となっているが、図５及び図６に示すように、第１キャップ４の底壁４ａ及び第２キャップ５の接続路形成部３１の底壁３１ａに、金属プレート４２がそれぞれインサート成形されている。金属プレート４２には、例えば、ステンレス鋼や、亜鉛メッキを施した鉄等を用いるのが好適である。

このような第２実施形態においては、金属プレート４２をインサート成形することにより第１キャップ４及び第２キャップ５の熱伝導性が相対的に向上するため、第１接続路１５及び第２接続路１６における蒸発燃料とケーシング２外側の外気との間の熱交換が一層促進され、より効果的に蒸発燃料の温度変化を抑制することができる。

また、上述した第１及び第２実施形態において、第１キャップ４の複数のフィン３５及び第２キャップ５の複数のフィン３３を、それぞれ格子状に配列するようにしてもよい。また、第１キャップ４の複数のフィン３５及び第２キャップ５の複数のフィン３３は、全体として表面積が大きくなる方が蒸発燃料の温度変化を抑制には有利となる。

そして、上述した各実施形態におけるキャニスタ１，４１は、ケーシング２の互いに対向する一対の側面の位置で行われる流路の折り返しの数を２回とした場合の構成例であるが、上記流路の折り返しの数を適宜変更してキャニスタ１，４１を構成することも可能である。例えば、上記流路の折り返しの数を１回とすると、キャニスタ１，４１は、２つの充填室と、１つの接続通路を有する構成となり、上記流路の折り返しの数を３回とすれば、キャニスタ１，４１は４つの充填室と、３つの接続通路を有する構成となる。

本発明に係る蒸発燃料処理装置の第１実施形態における装置全体の断面図。 本発明に係る蒸発燃料処理装置の第１実施形態における装置の一側面図。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。 図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図。 本発明に係る蒸発燃料処理装置の第２実施形態における装置全体の断面図。 本発明に係る蒸発燃料処理装置の第１実施形態における装置の一側面図。

符号の説明

１…キャニスタ（蒸発燃料処理装置）
２…ケーシング
３…主ケース
４…第１キャップ
５…第２キャップ
８…第１充填室
９…第２充填室
１０…第３充填室
１１…活性炭（吸着材）
１５…第１接続路（接続通路）
１６…第２接続路（接続通路）
３３…フィン（第１のフィン）
３４…リブ（第２のフィン）
３５…フィン（第１のフィン）
３４…リブ（第２のフィン）

Claims (2)

1. ケーシング内の流路が、蒸発燃料の吸着・脱離を行う吸着材で充填された複数の充填室と、流路方向で隣接する充填室間に位置し、吸着材が充填されていない少なくとも一つ以上の接続通路と、を有し、この流路の一端側に燃料タンクに接続されるチャージポートとエンジンの吸気系に接続されるパージポートが設けられ、この流路の他端側に大気に連通する大気ポートが設けられた蒸発燃料処理装置において、
   吸着材が充填されていない接続通路の内壁面に、第１のフィンが設けられていることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
2. 接続通路の外壁面に、外気に晒される第２のフィンが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。

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