JP2008303846A - キャニスタ - Google Patents

Abstract

【課題】製造工数の増加によるコストアップを招くことなく、リサイクル性の悪化のほか活性炭の摩滅、あるいは特定物質の流出等の不具合発生を未然に防止して、キャニスタ本来の性能を長期にわたり安定して維持することが可能な耐久性に優れたキャニスタを提供する。
【解決手段】 蒸発燃料の導入側となるチャージポート１４と大気導入によって離脱した燃料の導出側となるパージポート１５および大気導入用の大気ポート１６とを備えたポリアミド樹脂製のケーシング２内に、吸着材としてペレット状の活性炭４を充填するとともに、その活性炭４群のなかにケーシング２と同じ材質ペレット状の蓄熱材５を混在または混入してある。活性炭４群に対する蓄熱材５の配合量を１０〜３０ｖｏｌ％とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車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蒸発燃料処理装置として用いられるキャニスタに関するものである。

周知のように、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こと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用いられている。このキャニスタは、停車時等に燃料タンクから発生する蒸発燃料を吸着材である活性炭に吸着させ、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、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離脱させてエンジン内で燃焼させる仕組みとなっている。このパージによる蒸発燃料の離脱によって活性炭の性能が復活して蒸発燃料を良好に且つ繰り返し吸着することが可能となる。

上記のような活性炭を吸着材として用いたキャニスタにおいては、蒸発燃料の吸着はいわゆる発熱反応で行われるため、蒸発燃料の吸着に伴いキャニスタの温度が上昇して吸着性能が低下する傾向となる一方、逆に一旦吸着した燃料成分の離脱はいわゆる吸熱反応で行われるため、燃料成分の離脱に伴いキャニスタの温度が低下して燃料成分の離脱性能が低下する傾向となることが知られている。

そこで、これらの対策として、特許文献１に記載のように、粒状の活性炭群のなかにポリマー等の高分子の粒状物質を混在させたもののほかに、特許文献２に記載のように、活性炭そのもののなかに当該活性炭よりも比熱の大きな固体蓄熱材を分散して混入せしめたもの、あるいは特許文献３，４に記載のように、活性炭の表面に当該活性炭よりも熱伝導率が大きく且つ熱容量の大きな蓄熱粒子を付着させたもの、さらには特許文献５に記載のように、温度変化に応じて潜熱の吸収および放出を生じる相変化物質をマイクロカプセル中に封入してなる微細な蓄熱剤を、バインダとともに成形して粒状の成形蓄熱材とし、この成形蓄熱材を粒状の吸着材とともに混合してケース内に充填したもの、等が提案されている。
実開昭６２−３８４６８号公報 特開昭６４−３６９６２号公報 特開平１０−３３９２１８号公報 特開２００６−２０７４８５号公報 特開２００５−２３３１０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、金属製のケースのなかに粒状の活性炭とともにポリマー等の高分子の粒状物質を充填してあるため、キャニスタ自体が車載状態下で振動を受けることで活性炭や高分子粒状物質がケースとの摺接により徐々に摩滅し、その摩滅粉の発生によって通気抵抗が増大するようになるとともに、特に活性炭の摩滅によってキャニスタ本来の性能を長期にわたって維持できなくなるおそれがあるほか、ケースと活性炭および高分子粒状物質同士がそれぞれ異材質であるため、例えば廃車後の解体等に際してリサイクル性が悪いという問題がある。

他方、特許文献２に記載のように、固体蓄熱材として鉄、ステンレス鋼、銅、鉛等の金属材料を用いた場合には、活性炭よりも固体蓄熱材の比重が大きいために、上記と同様にキャニスタが振動を受けることで活性炭が徐々に摩滅し、通気抵抗の増大とともに、本来の性能を長期にわたって維持できなくなるおそれがあるばかりでなく、特に金属製の固体蓄熱材の腐食による耐久性の低下が危惧される。

また、特許文献３，４に記載のように、活性炭そのものに蓄熱材を混入または付着させたものでは、その製造工数の増加によるコストアップが余儀なくされる。

さらに、特許文献５に記載のものでは、相変化物質をマイクロカプセルに封入した蓄熱材を用いているため、上記と同様に製造工数の増加によるコストアップが余儀なくされるだけでなく、マイクロカプセルに封入した相変化物質が吸着熱を吸収または発熱する作動温度（相変化温度）が著しく限定されてしまい、必要十分な性能を発揮できないおそれがあるほか、相変化物質の流出による耐久性の低下が危惧される。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけ製造工数の増加によるコストアップを招くことなく、しかもリサイクル性の悪化のほか活性炭の摩滅、あるいは特定物質の流出等の不具合発生を未然に防止して、キャニスタ本来の性能を長期にわたり安定して維持することが可能な耐久性に優れたキャニスタを提供するものである。

本発明は、蒸発燃料の導入側となるチャージポートと大気導入によって離脱した燃料の導出側となるパージポートおよび大気導入用の大気ポートとを備えたポリアミド樹脂製のケーシング内に、吸着材として粒状の活性炭を充填するとともに、その活性炭群のなかに比熱の大きな高分子材料としてケーシングと同じ材質の粒状の蓄熱材を混在させてあることを特徴とする。

上記ケーシングおよび蓄熱材の材料である熱可塑性のポリアミド樹脂（ＰＡ）は、多くの樹脂材料のなかでも耐薬品性、特に耐ガソリン性および耐熱性に優れているほか、耐水性、吸水性の面でも良好であり、例えばＰＡ６−６（登録商標：ナイロン６−６）、ＰＡ６（登録商標：ナイロン６）、ＰＡ６−１０（登録商標：ナイロン６−１０）、ＰＡ１１（登録商標：ナイロン１１）、ＰＡ１２（登録商標：ナイロン１２）等がある。ここでは、蓄熱材の機能からして可及的に比熱が大きいもの、例えば比熱が１．３０〜１．７０ｋＪ／ｋｇ・Ｋ程度のＰＡ６−６、ＰＡ６、ＰＡ１２等を用いることが望ましい。

ケーシングは、例えば射出成形用の汎用のポリアミド樹脂材料として一般に流通しているペレット状のものを可塑化した上で所定形状に成形することになるが、蓄熱材として使用する場合には上記のように射出成形用の汎用のポリアミド樹脂材料として一般に流通しているペレット状のものを可塑化することなくそのままのかたちで利用することができ、好都合である。

ケーシング内での通気抵抗を極力抑制する上では、上記活性炭および蓄熱材は共にペレット状のものであることが望ましく、さらに上記ペレット状の活性炭および蓄熱材は共に長さ寸法が直径と同等またはそれよりも大きい形状のものであることがより望ましい。例えば活性炭の直径が２ｍｍ程度であれば、蓄熱材の直径は活性炭の直径と同等またはそれよりのわずかに小さい１．５ｍｍ程度のものとする。

上記活性炭群に対する蓄熱材の配合量は、上記と同様の通気抵抗の抑制化や、キャニスタ本来の吸着性能のほか、例えば車両振動等を受けたとしてもその活性炭群に対して蓄熱材が偏在しないように配慮し、例えば活性炭群に対する蓄熱材の配合量は１０〜３０ｖｏｌ％程度とする。

したがって、本発明では、キャニスタによる蒸発燃料の吸着はいわゆる発熱反応で行われるため、蒸発燃料の吸着に伴いキャニスタの温度が上昇して吸着性能が低下する傾向となる一方、逆に一旦吸着した燃料成分の離脱はいわゆる吸熱反応で行われるため、燃料成分の離脱に伴いキャニスタの温度が低下して燃料成分の離脱性能が低下する傾向となることは従来と同様である。

この場合において、活性炭は蒸発燃料の吸着の際に発熱することになるが、その熱は活性炭群のなかに混在している比熱の高い蓄熱材に伝わることから、その蓄熱材の熱容量分だけ活性炭の発熱を抑制することが可能となる。この挙動は燃料成分の離脱の際にも同様であって、活性炭から燃料成分が離脱する際には吸熱作用のために活性炭は温度低下することになるが、比熱の高い蓄熱材に吸熱されていた熱が活性炭に伝わり、その活性炭の温度低下を抑制することが可能となる。

本発明によれば、ケーシング内に充填した粒状の活性炭群のなかに、ケーシングと同じ材質であるポリアミド樹脂製の粒状の蓄熱材を混在させるだけで所期の目的を達成することができ、コスト的に著しく有利となるほか、ケーシングと蓄熱材が共に同じ材質であることで、リサイクル性に優れるとともに、蓄熱材や活性炭の摩滅を抑制して通気抵抗の増大を防ぎ、キャニスタ本体の性能を長期にわたって安定して維持できるようになり、耐久性が向上するほか、以下に列挙するような利点がある。

（ａ）従来の構造のものと比べて蓄熱材の腐食や特定物質の流出等の不具合の発生がなく、一段と耐久性向上に寄与できる。

（ｂ）活性炭の吸脱着に伴う温度変化の範囲を緩和でき、いかなる雰囲気温度においても一定の効果が得られるようになる。

（ｃ）従来と同等の吸着材容量でありながらもその吸着性能が向上し、特に粒状の活性炭群のなかに単に蓄熱材を混在または混入させているだけであるから、バインダとしての機能する材料を必要としないため、同一容積での吸着量も向上することになる。

図１は本発明に係るキャニスタのより具体的な第１の実施の形態を示す図である。

同図に示すように、キャニスタ１は、ＰＡ６−６、ＰＡ６、ＰＡ１２等に代表されるようなポリアミド樹脂材料にて成形された密閉式のケーシング２の吸着室３内に吸着材として粒状の活性炭４（塗りつぶし○印で示す）を充填したものであって、その活性炭４群のなかに所定の割合で比熱の大きな蓄熱材、すなわちケーシング２と同じ材質の粒状の蓄熱材５（白抜き○印で示す）を混入または混在させてある点で従来のものと異なっている。

ケーシング２内の一端には空隙部６を確保するべくエンボス部７を突出形成してあるとともに、このエンボス部７と活性炭４群との間にはウレタンまたは不織布等の通気性材料からなるスクリーン８をグリッド９とともに介装してある。また、ケーシング２内の他端においても空隙部１０を確保するようにしてウレタンまたは不織布等の通気性材料からなるスクリーン１１をグリッド１２とともに介装してあり、スクリーン１１およびグリッド１２は空隙部１０内に配置した圧縮コイルスプリング１３によって付勢されている。

これにより、ケーシング２内の蓄熱材５を含む活性炭４群は圧縮コイルスプリング１３の力により弾性的に充填，保持されており、ケーシング２内での蓄熱材５を含む活性炭４群の無用な移動またはいわゆる踊り現象の発生が防止されている。

なお、ケーシング２は先に述べたようにポリアミド樹脂製のものであり、例えば図示外のケーシング本体とカバーとが半割構造となったものを予め用意しておき、内部にスクリーン８，１１やグリッド９，１２および圧縮コイルスプリング１３のほか、蓄熱材５を含む活性炭４群を充填した上で、ケーシング本体とカバーとを融着することで密閉構造とされる。

そして、ケーシング２のうち空隙部６側の一端には、図示外の燃料タンクからの蒸発燃料を導入するためのチャージポート１４と、後述する大気導入によって活性炭４群から離脱した燃料をエンジンの吸気系側に戻すためのパージポート１５をそれぞれ一体に形成してあるとともに、空隙部１０側の他端には大気を導入するための大気ポート１６を一体に形成してある。

粒状の活性炭４の大きさや同じく粒状の蓄熱材５の大きさ、さらには活性炭４群に対する蓄熱材５の配合量等は、キャニスタ１本来の吸着性能を確保しつつ、例えば車両振動等を受けたとしてもその活性炭４群に対して蓄熱材５が偏在しないように配慮するものとし、吸着材として機能する活性炭４はペレット状（中実円柱状）のもの、例えば直径が２ｍｍで長さがその直径と同等またはそれよりも大きなものを使用する。他方、活性炭４群のなかに混在または混入している比熱の高い粒状の蓄熱材５は活性炭４と同程度の大きさのものとし、ここでは蓄熱材５は活性炭４と同じペレット状のもので、例えば直径が１．５ｍｍで長さがその直径と同等またはそれよりも大きなものを使用する。また、活性炭４群に対する蓄熱材５の配合量は必要十分な比熱を確保するために例えば１０〜３０ｖｏｌ％程度としてある。

上記ペレット状の蓄熱材５がケーシング２と同じ材質、すなわち熱可塑性樹脂の一つであるポリアミド樹脂製のものであることは先に述べた。ここでは、ケーシング２の材質を例えばＰＡ−６６としたならば、蓄熱材５の材質もＰＡ−６６製のものとする。ただし、ケーシング２は例えば射出成形用の汎用樹脂成形材料として一般に流通しているペレット状のものを可塑化して所定形状に成形することになるが、蓄熱材５として使用する場合には一般に流通しているペレット状の材料のかたちでそのまま利用することができ、成形作業が不要となることによってコスト的に著しく有利となる。

なお、ケーシング２および蓄熱材５ともに材質がポリアミド樹脂であれば良く、ＰＡ−６６に代えてＰＡ６、ＰＡ１２のほか、ＰＡ６−１０、ＰＡ１１等のポリアミド樹脂を用いることももちろん可能である。

したがって、このように構成されたキャニスタ１によれば、車両の停車時においては燃料タンクから発生する蒸発燃料がチャージポート１４からケーシング２内に導入されて、吸着材である活性炭４群に吸着される。

その一方、エンジン稼働時には当該キャニスタ１を通して吸気を行うことにより大気ポート１６から大気が導入され、その導入された大気はケーシング２内を通過してパージポート１５からエンジン側に吸入される。この導入空気の流れにより活性炭４群がいわゆるパージされ、活性炭４群に吸着されている蒸発燃料が離脱して導入空気とともにエンジン内に吸気されて燃焼処理される。そして、このパージによる蒸発燃料の離脱によって活性炭４群の性能が復活することになる。なお、これらの蒸発燃料の吸着および離脱のメカニズムは従来のものと基本的に同様である。

ここで、キャニスタ１での活性炭４群による蒸発燃料の吸着はいわゆる発熱反応で行われるため、蒸発燃料の吸着に伴いキャニスタ１内の活性炭４群の温度が上昇して吸着性能が低下する傾向となる一方、逆に一旦吸着した燃料成分の活性炭４群からの離脱はいわゆる吸熱反応で行われるため、燃料成分の離脱に伴いキャニスタ内の活性炭４群の温度が低下して燃料成分の離脱性能が低下する傾向となることは先に述べた。

そして、本実施の形態では、活性炭４群は蒸発燃料の吸着の際に発熱することになるものの、その熱は活性炭４群のなかに混在している比熱の高い蓄熱材５に伝わることから、その蓄熱材５の熱容量分だけ蓄熱材５が熱を保有することになり、その分だけ活性炭４群自体の発熱を抑制するはたらきをすることになる。

同様にして、活性炭４群から一旦吸着した燃料成分が離脱する際には、その離脱による吸熱作用のために活性炭４群は温度低下することになるものの、代わって比熱の高い蓄熱材５に吸熱されていた熱が活性炭４群に伝わり、その活性炭４群の温度低下を抑制するはたらきをすることになる。

このように本実施の形態によれば、ペレット状の活性炭４群のなかにケーシング２と同じ材質のペレット状の蓄熱材５を混在または混入したことにより、活性炭４群が蒸発燃料を吸着する際の過剰な発熱を抑制しつつ、その活性炭４群から燃料成分が離脱する際の過剰な温度低下を抑制することが可能となり、活性炭４群本来の吸着，離脱性能を長期にわたって安定して維持することが可能となる。

特に、ケーシング２および蓄熱材５が共にポリアミド樹脂製のものであるため、キャニスタ１に使用されている金属部品はわずかに圧縮コイルスプリング１３だけとなり、廃車後の解体に際してのリサイクル性、ひいてはキャニスタ１のリサイクル性にも優れたものとなるほか、キャニスタ１の車載状態下で車両振動等を受けたとしても、ケーシング２や蓄熱材５が金属製のものである場合と比べてその蓄熱材５や活性炭４の摩滅を抑制する上で有利であり、キャニスタ１の通気抵抗の増大を抑制することが可能となる。

特に、活性炭４の吸脱着に伴う温度変化の範囲を緩和できることは先に述べた通りであるから、いかなる雰囲気温度においても一定の効果が得られることはもちろんのこと、従来と同等の吸着材容量でありながらもその吸着性能が向上する。また、吸着材としてのペレット状の活性炭４群のなかに単に同じくペレット状の蓄熱材５を混在または混入させているだけであるから、従来のようにいわゆるバインダとしての機能する材料を必要としないため、同一容積での吸着量も向上することになる。

また、蒸発燃料中に水分が混入している場合でも、蓄熱材５がポリアミド樹脂製のものであるために、水分の影響により蓄熱材５が腐食や変質等の物性的変化を受けることもない。

ここで、上記実施の形態では蓄熱材５としてペレット状のものを使用しているが、例えばポリアミド樹脂成形品の射出成形の際に発生する端材を有効利用するべく、この端材を蓄熱材５と同程度の大きさに破砕した上でペレット状の蓄熱材５に混ぜて使用することももちろん可能である。

図２は本発明に係るキャニスタのより具体的な第２の実施の形態を示す図であり、いわゆる２室Ｕターンフロー構造の一方のケーシング２２Ａと第３の吸着室２３ｄとして機能することになる別のケーシング２２Ｂとを併用するタイプのキャニスタ２１の例を示している。なお、先の第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。

図２に示すように、キャニスタ２１における一方のケーシング２２Ａ内は主室として機能する第１，第２の吸着室２３ａ，２３ｂに隔壁２３ｃで仕切られていて、第１，第２の吸着室２３ａ，２３ｂには図１のものと同様にペレット状の蓄熱材５を混在または混入した吸着材としてのペレット状の活性炭４を充填してある。そして、双方の吸着室２３ａ，２３ｂが共有することになる空隙部３０には、各吸着室２３ａ，２３ｂごとに独立した圧縮コイルスプリング３３を介装してあるとともに、空隙部３３自体は第１の吸着室２３ａと第２の吸着室２３ｂとをいわゆるＵターン通路のかたちで互いに連通している。なお、第１，第２の吸着室２３ａ，２３ｂ共に、圧縮コイルスプリング３３の力によりエンボス部２７、スクリーン２８，３１およびグリッド２９，３２を介して蓄熱材５を含む活性炭４群が充填，保持されている点は図１のものと同様である。

そして、ケーシング２２Ａのうち第１の吸着室２３ａ側には図示外の燃料タンクからの蒸発燃料を導入するためのチャージポート３４と、大気導入によって活性炭４群から離脱した燃料をエンジンの吸気系側に戻すためのパージポート３５をそれぞれ一体に形成してあるとともに、第２の吸着室２３ｂ側には連通ポート３７を形成してある。

他方のケーシング２２Ｂは副室として単一の第３の吸着室２３ｄを有していて、第１，第２の吸着室２３ａ，２３ｂと同様に、第３の吸着室２３ｄにはエンボス部２７、グリッド２９，３２、スクリーン２８，３１、さらには圧縮コイルスプリング３３にてペレット状の活性炭４を充填，保持させてある。なお、この第３の吸着室２３ｄの活性炭４群には第１，第２の吸着室２３ａ，２３ｂ側と異なりペレット状の蓄熱材５が混在または混入していない。

そして、第３の吸着室２３ｄの一端には第２の吸着室２３ｂ側の連通ポート３７に接続される連通ポート４７を一体に形成してあるとともに、空隙部４０側の他端には大気を導入するための大気ポート４１を一体に形成してあり、連通ポート３７，４７同士は例えば図示外のホース等を介して接続される。

したがって、このように構成された第２の実施の形態のキャニスタ２１によれば、車両の停車時においては燃料タンクから発生する蒸発燃料がチャージポート３４からケーシング２２Ａ内の第１の吸着室２３ａに導入されるとともに、さらには第２，第３の吸着室２３ｂ，２３ｄ内へと順次導入されて、吸着剤である活性炭４群に吸着される。

その一方、エンジン稼働時には当該キャニスタ２１を通して吸気を行うことにより第３の吸着室２３ｄ側の大気ポート４１から大気が導入され、その導入された大気は第３の吸着室２３ｄのほか第２の吸着室２３ｂ内を流れた上で空隙部３０を経て第１の吸着室２３ａに入り、さらにその第１の吸着室２３内を逆方向に向かって流れた上でパージポート３５からエンジン側に吸入される。この導入空気の流れにより活性炭４群がいわゆるパージされ、活性炭４群に吸着されている蒸発燃料が離脱して導入空気とともにエンジン内に吸気されて燃焼処理される。そして、このパージによる蒸発燃料の離脱によって活性炭４群の性能が復活することになる。

なお、このような活性炭４群による蒸発燃料の吸着あるいは燃料成分の離脱の際に、活性炭４群のなかに混在または混入してあるペレット状の蓄熱材５が活性炭４群との間で熱の授受を行うことは先の第１の実施の形態の場合と全く同様である。

この第２の実施の形態によれば、先の第１の実施の形態と同様の効果が得られることはもちろんのこと、特に第１，第２の吸着室２３ａ，２３ｂに加えて、蓄熱材５を含まない活性炭４のみの第３の吸着室２３ｄがあることで、チャージ効率およびパージ効率が一段と向上することになる。

ここで、図２に示したキャニスタ１は双方のケーシング２２Ａ，２２Ｂ同士が互いに独立していて、両者の連通ポート３７，４７同士を図示外のホースにて接続して使用する場合を示したが、一方のケーシング２２Ａと他方のケーシング２２Ｂとが実質的に一体化されているタイプのものもあり、この場合には連通ポート３７，４７同士が直接接続されるか、空隙部３４同士が接続されて、第２の吸着室２３ｂと第３の吸着室２３ｄとの連通性が確保されることになる。

また、図２に示したケーシング２２Ｂを併用することなくケーシング２２Ａを単独で用いてキャニスタ２１とすることも可能であり、この場合には連通ポート３７が大気ポートとして機能することになる。

本発明に係るキャニスタの第１の実施の形態を示す断面説明図。 本発明に係るキャニスタの第２の実施の形態を示す断面説明図。

符号の説明

１…キャニスタ
２…ケーシング
３…吸着室
４…吸着材としての活性炭
５…蓄熱材
１４…チャージポート
１５…パージポート
１６…大気ポート
２１…キャニスタ
２２Ａ…ケーシング
２２Ｂ…ケーシング
２３ａ…第１の吸着室
２３ｂ…第２の吸着室
２３ｄ…第３の吸着室
３４…チャージポート
３５…パージポート
３７…連通ポート
４１…大気ポート
４７…連通ポート

Claims (4)

1. 蒸発燃料の導入側となるチャージポートと大気導入によって離脱した燃料の導出側となるパージポートおよび大気導入用の大気ポートとを備えたポリアミド樹脂製のケーシング内に、吸着材として粒状の活性炭を充填するとともに、その活性炭群のなかにケーシングと同じ材質の粒状の蓄熱材を混在させてあることを特徴とするキャニスタ。
2. 上記活性炭および蓄熱材は共にペレット状のものであることを特徴とする請求項１に記載のキャニスタ。
3. 上記ペレット状の活性炭および蓄熱材は共に長さ寸法が直径と同等またはそれよりも大きい形状のものであることを特徴とする請求項２に記載のキャニスタ。
4. 活性炭に対する蓄熱材の配合量が１０〜３０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項３に記載のキャニスタ。

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