JP2009156030A - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発燃料処理装置の脱離効率を向上させる。
【解決手段】活性炭１１が充填された複数の充填室１２、１３がケーシング内に形成された蒸発燃料処理装置１において、一対の電極板に挟み込まれたＰＴＣセラミックをポリイミドフィルムの間に封止することで形成されたＰＴＣユニット３４と、ＰＴＣユニット３４を挟み込んで挟持固定する一対の放熱板３５ａ、３５ｂと、を有するシート状のヒータユニット３０を有し、ヒータユニット３０は、その両面が充填室１３内の流体の流れ方向に沿うように、充填室１３内に配置されている。これによって、パージにより流入する空気が少なくても、短時間で蒸発燃料処理装置１内部の温度を所定の設定温度まで上昇させることできる。
【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。

ところで、近年、環境規制が厳しくなってきており、キャニスタにはさらなる性能向上が求められている。キャニスタの性能向上には、吸着材の吸着能力向上によるものと、脱離効率の向上によるものとが考えられるが、発展する自動車技術においては高い燃料経済性も求められており、十分な追い出し空気量を確保することが困難になってきているため、脱離効率を向上させることが、キャニスタ性能向上への現実的な解決策となる。

例えば、特許文献１には、加熱装置の放熱部（放熱板）をキャニスタの側壁に形成された挿入穴から挿入することでキャニスタ内の吸着材層に埋設し、キャニスタ内の吸着材を加熱することで、脱離効率を向上させる技術が開示されている。

また、特許文献１とは異なり、ヒータユニット全体をキャニスタ内部に設置すると、効率的にキャニスタ内の吸着材を加熱することが可能となるが、この場合、吸着時に接することになる可燃ガスや、脱離時に接することになる塩分、水分に対してヒータユニットは高い安全性や耐薬品性を備える必要がある。例えば、特許文献２には、耐候性があるヒータユニットとして、金属ケースに絶縁板及び電極板で挟み込まれたＰＴＣ素子を挿入し、樹脂で封止して構成されたユニットが開示されている。
特開２００３−２９３８６６号公報 特開２００１−２８４０２３号公報

しかしながら、上述した特許文献１における加熱装置は、上記挿入穴を閉塞する蓋部と、この蓋部に突出形成された上記放熱部と、上記放熱板に設けられたＰＴＣ素子などからなる発熱体と、発熱体を発熱駆動する駆動手段とからなっており、上記発熱体がキャニスタ外表面の一部となる上記蓋部にも接触する構成となっているため、上記発熱体の熱の一部が上記蓋部から外部に逃げてしまい、エネルギー損失が大きいという問題がある。

また、特許文献２のように樹脂で封止して耐候性のヒータユニットを構成すれば、ヒータユニットをキャニスタ内部に設置することは可能となるが、ヒータユニットの体積が大きくなってしまうため、キャニスタ内に設置すると、通気性確保が困難となってしまうという問題がある。

そこで、本発明の請求項１の蒸発燃料処理装置は、蒸発燃料の吸着・脱離を行う吸着材が充填された充填室がケーシング内に形成され、上記ケーシングには、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側に接続されるパージポートと大気に連通する大気ポートとが設けられた蒸発燃料処理装置において、一対の電極板に挟み込まれたシート状のＰＴＣセラミックを一対のポリイミドフィルムの間に封止することで形成されたシート状のＰＴＣユニットと、上記ＰＴＣユニットを挟み込んで挟持固定する一対のシート状の放熱板と、を有するシート状のヒータユニットを有し、上記ヒータユニットは、その両面が上記充填室内の流体の流れ方向に沿うように、上記充填室内に配置されていることを特徴としている。

本発明の請求項２は、請求項１に記載の蒸発燃料処理装置において、上記ヒータユニットは、上記大気ポートから上記パージポートへ向かう流体の流れに対して上流側となる上記充填室内の大気ポート側に配置されていることを特徴としている。パージの際に大気ポートから導入される空気は、ヒータユニットによって暖められながら、パージポート側へと流れていくが、ヒータユニットが大気ポートからパージポートへ向かう流体の流れに対して上流側となる充填室内の大気ポート側に配置されているので、大気ポートからパージポートへ向かう空気の流れに対して下流側となる充填室内のパージポート側にヒータユニットが配置されている場合に比べて、より多くの吸着材がヒータユニットによって暖めらた空気に接触することになる。

本発明の請求項３は、請求項１または２に記載の蒸発燃料処理装置において、上記ヒータユニットの放熱板には、ヒータユニットが配置された充填室内の流体の流れ方向と直交するように、円柱形状の複数の放熱フィンが突出形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、ヒータユニットが充填室内で発熱するので、ヒータユニットに発生させた熱で効率良く蒸発燃料処理装置内部を暖めることができる。つまり、パージにより流入する空気が少なくても、短時間で蒸発燃料処理装置内部の温度を所定の設定温度まで上昇させることでき、吸着材に吸着された蒸発燃料の脱離効率を向上させることができる。また、シート状のヒータユニットが、充填室内の流体の流れ方向に沿うように充填室内に配置されているので、ヒータユニットを充填室内に配置することによる通気抵抗の増加を最小限に抑制することができる。

そして、ヒータユニットを大気ポートからパージポートへ向かう流体の流れに対して上流側となる充填室内の大気ポート側に配置すれば、蒸発燃料処理装置内のより多くの吸着材が、ヒータユニットによって暖めらた空気に接触することになり、一層効率よく吸着材に吸着された蒸発燃料の脱離効率を向上させることができる。

また、放熱フィンをヒータユニットが配置された充填室内の流体の流れ方向と直交するように配置すれば、放熱フィンの間を流れる空気を効率よく暖めることができ、吸着材に吸着された蒸発燃料の脱離効率を向上させることができる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る蒸発燃料処理装置１（以下、キャニスタ１と記す）を示している。

このキャニスタ１のケーシング２は、合成樹脂材料からなり、主ケース３と、この主ケース３の長手方向の他端側の開口を閉塞するキャップ４と、から大略構成されている。

主ケース３は、一端側にエンジン（図示せず）の吸気系に接続されるパージポート５と燃料タンク（図示せず）に接続されるチャージポート６とが隣接して設けられた略筒状の細長い第１筒状部７と、一端側に大気に連通する大気ポート８が設けられた細長い第２筒状部９と、を有している。第１筒状部７の他端及び第２筒状部９の他端はそれぞれ開口しており、上述のキャップ４で閉塞される。

これら第１筒状部７と第２筒状部９とは、互いに隣接し合うように配置され補強用のリブ１０によって連結されており、主ケース３は、全体として略箱形の直方体形状を呈している。

第１筒状部７及び第２筒状部９の内部には、蒸発燃料の吸着・脱離を行う吸着材として活性炭１１が充填された細長い第１充填室１２及び第２充填室１３がそれぞれ形成されている。

第１充填室１２の一端側は、通気性を有する第１スクリーン部材１４を介してチャージポート６に連通すると共に、通気性を有する第２スクリーン部材１５を介してパージポート５に連通している。

第１スクリーン部材１４と第２スクリーン部材１５とは、第１筒状部７の一端側壁面７ａから第１筒状部７他端側（図１における左側）に向かって第１充填室１２内まで突出した仕切壁１６によって仕切られ、かつ第１スクリーン部材１４が第２スクリーン部材１５に対して第１充填室１２他端側（図１における左側）にオフセットしている。換言すると、第１充填室１２に対するチャージポート６の接続位置が、第１充填室１２に対するパージポート５の接続位置に対して、第１充填室１２他端側にオフセットしている。

第１充填室１２他端側は、通気性を有する第３スクリーン部材１７を介して、主ケース３の他端部（図１における左側端部）とキャップ４とによって構成された接続路１８に連通している。第３スクリーン部材１７は、スプリング１９のバネ力を受けた多孔板２０により第１充填室１２一端側（図１における右側）に向かって付勢されている。

第２充填室１３一端側（図１における右側）は、通気性を有する第４スクリーン部材２１を介して大気ポート８に連通している。第２充填室１３他端側（図１における左側）は、通気性を有する第５スクリーン部材２２を介して接続路１８に連通している。第５スクリーン部材２２は、スプリング２３のバネ力を受けた多孔板２４により第２充填室１３一端側に向かって付勢されている。

第１充填室１２の他端及び第２充填室１３の他端は、接続路１８を介して接続されており、ケーシング２の内部は、接続路１８において折り返す略Ｕ字状の通路構造となっている。

尚、各スクリーン部材１４，１５，１７，２１，２２は、ウレタンまたは不織布からなり、吸着材である活性炭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。

そして、ケーシング２内に形成され２つの充填室１２，１３のうち大気ポート８側に位置する第２充填室１３内には、ヒータユニット３０が配置されている。より詳しくは、第２充填室１３内の一端側、つまり第２充填室１３内の大気ポート８側に、ヒータユニット３０が活性炭１１とともに埋設されるように配置されている。

ヒータユニット３０は、図２〜図４に示すように、一対の電極板３１、３１に挟み込まれたＰＴＣセラミック３２を一対のポリイミドフィルム３３、３３でさらに挟み込んで形成されたシート状のＰＴＣユニット３４と、このＰＴＣユニット３４を挟み込んで挟持固定する薄板状の一対の放熱板３５ａ、３５ｂと、を有している。

ＰＴＣセラミック３２は、細長いシート状に形成され、例えば１．２ｍｍ程度の厚さに設定されている。

一対の電極板３１、３１は、ＰＴＣセラミック３２と略同じ大きさのシート状を呈し、例えば０．３〜０．５ｍｍ程度の厚さに設定され、リード線３６を介して図外の電源ユニットにそれぞれ接続されている。

一対のポリイミドフィルム３３、３３は、ＰＴＣセラミック３２よりも全体的に大きいシート状に形成され、例えば１ｍｍ以下の厚さに設定されている。このポリイミドフィルム３３、３３の中央には、一対の電極板３１、３１に挟み込まれたＰＴＣセラミック３２が収容される凹部３７が予め形成されている。

ＰＴＣユニット３４は、一対の電極板３１、３１に挟み込まれたＰＴＣセラミック３２を凹部３７内に収容した状態で一対のポリイミドフィルム３３、３３の外周縁（上記凹部３７の外周側の部分）を接着剤もしくは熱溶着によって全周に亙って接合することで形成されている。つまり、一対の電極板３１、３１に挟み込まれたＰＴＣセラミック３２は、一対のポリイミドフィルム３３、３３の間に挟みこまれた状態で封止されている。

放熱板３５ａ、３５ｂは、例えばアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料からなり、ＰＴＣユニット３４よりも全体的に大きい矩形板状に形成されている。放熱板３５ａ、３５ｂには、円柱形状の複数の放熱フィン３８が、放熱板３５ａ、３５ｂの表面３９ａ、３９ｂから垂直に突出形成されている。これら放熱フィン３８は、放熱板３５ａまたは３５ｂと一体に形成されているものであり、放熱板３５ａまたは３５ｂと同じ材質である。

ヒータユニット３０は、放熱板３５ａの一側部に形成された細長い係合片４０ａを放熱板３５ｂの一側部に形成された細長い係合穴４１ｂに挿入すると共に、放熱板３５ｂの他側部に形成された細長い係合片４０ｂを放熱板３５ａの他側部に形成された細長い係合穴４１ａに挿入し、一対の放熱板３５ａ、３５ｂでＰＴＣユニット３４を挟み込み、さらに係合穴４１ａ、４１ｂを貫通した係合片４０ａ、４０ｂの先端部分を内側に折り返することで一対の放熱板３５ａ、３５ｂをかしめ止めして、放熱板３５ａ、３５ｂ間にＰＴＣユニット３４を挟持固定する構成となっている。つまり、ヒータユニット３０は、放熱フィン３８以外の部分は全体として薄肉（シート状）に形成されていると共に、ＰＴＣセラミック３２の外周側の電極板３１、ポリイミドフィルム３３及び放熱板３５ａ、３５ｂもそれぞれ薄肉なので全体としての熱伝導性も高い構成となっている。

そして、ヒータユニット３０は、図１及び図５に示すように、その両面が第２充填室１３内の流体の流れ方向に沿うように、つまり放熱フィン３８が設けられる表面３９ａ、３９ｂが第２充填室１３内の流体の流れ方向と略平行となるように、第２充填室１３内の大気ポート８側に配置されている。より詳しくは、ヒータユニット３０は、活性炭１１が放熱フィン３８、３８間に隙間なく入り込んだ状態となるように第２充填室1３内に埋設されている。また、ヒータユニット３０は、放熱板３５ａ、３５ｂに形成された放熱フィン３８が、第２充填室１３内の流体の流れ方向と直交するように、第２充填室１３内に配置されている。

そして、キャニスタ１は、パージの際に電極板３１、３１に通電してヒータユニット３０を発熱させると、大気ポート８から導入された空気がヒータユニット３０の放熱フィン３８の間を抜けて第２充填室１３の他端側に向かって流れていく過程で暖められ、この暖められた空気によって、ヒータユニット３０よりも流れ方向でパージポート５側にある活性炭１１も暖められることになる。

尚、図１及び図５における４２はリード線３６をケーシング２の外側に引き出すために主ケース３に形成された貫通穴、４３はこの貫通穴４２を塞ぐ蓋部材でる。蓋部材４３はリード線３６に貫通されている。

このように構成されたキャニスタ１においては、発熱源であるヒータユニット３０が第２充填室１３内に配置された構成となっているので、ヒータユニット３０に発生させた熱で効率良くキャニスタ１内部を暖めることができる。つまり、パージにより大気ポート８から流入する空気が少なくても、短時間でキャニスタ１内部の温度を所定の設定温度まで上昇させることでき、活性炭１１に吸着された蒸発燃料を効率良く脱離することができる。

また、ヒータユニット３０によって暖められた空気によって、第２充填室１３のヒータユニット３０より他端側に位置する活性炭１１及び第１充填室１２内の活性炭１１も暖められることになるが、ヒータユニット３０が第２充填室１３の大気ポート８側に配置されているので、ヒータユニット３０が第２充填室１３の他端側や第１充填室１２に設けられている場合に比べて、より多くの活性炭１１がヒータユニット３０によって暖められた空気に接触することになる。つまり、ヒータユニット３０が第２充填室１３の大気ポート８側に配置されているので、キャニスタ１内の活性炭１１に吸着された蒸発燃料の脱離効率を一層向上させることができる。

そして、放熱板３５ａ、３５ｂに形成された放熱フィン３８が、パージの際の第２充填室１３内の空気の流れ方向と直交するように、第２充填室１３内に配置されているので、放熱フィン３８の間を流れる空気を効率よく暖めることができ、キャニスタ１の脱離効率を向上させることができる。

また、ヒータユニット３０は放熱フィン３８以外の部分は全体として薄肉に形成されており、このようなヒータユニット３０が、第２充填室１３内の流体の流れ方向に沿うように第２充填室１３内に配置されているので、ヒータユニット３０を第２充填室１３内に配置することによる通気抵抗の増加を最小限に抑制することができる。

尚、本実施形態においては、ポリイミドフィルム３３の中央に凹部３７が予め形成されているが、この凹部３７は必ずしも形成しておく必要はない。

また、本実施形態においては、電極板３１がＰＴＣセラミック３２及びポリイミドフィルム３３とは別部材となっているが、電極板３１に相当する電極をＰＴＣセラミック３２もしくはポリイミドフィルム３３に予め印刷しておき、電極板３１を省略することも可能である。

さらに、本願発明は、上述した実施形態のように吸着材が充填される充填室が２つのものに限定されるものではなく、充填室が３つ以上のものや、１つのものにも適用可能である。例えば、充填室が一つ場合、つまり一つの筒状部内に一つの充填室が形成されるような場合には、筒状部の一端側にパージポートとチャージポートと設け、筒状部の他端側に大気ポートを設け、充填室内の大気ポート側にヒータユニットを配置するようにしてもよい。

本発明に係る蒸発燃料処理装置（キャニスタ）の装置全体を示す説明図。 本発明に係る蒸発燃料処理装置に用いられるＰＴＣユニットの分解斜視図。 本発明に係る蒸発燃料処理装置に用いられるヒータユニットの分解斜視図。 本発明に係る蒸発燃料処理装置に用いられるヒータユニットの斜視図。 図１の矢示Ａ方向からみた本発明に係る蒸発燃料処理装置を示す説明図。

符号の説明

１…キャニスタ
３０…ヒータユニット
３１…電極板
３２…ＰＴＣセラミック
３３…ポリイミドフィルム
３４…ＰＴＣユニット
３５ａ…放熱板
３５ｂ…放熱板
３８…放熱フィン

Claims (3)

1. 蒸発燃料の吸着・脱離を行う吸着材が充填された充填室がケーシング内に形成され、上記ケーシングには、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側に接続されるパージポートと大気に連通する大気ポートとが設けられた蒸発燃料処理装置において、
   一対の電極板に挟み込まれたシート状のＰＴＣセラミックを一対のポリイミドフィルムの間に封止することで形成されたシート状のＰＴＣユニットと、上記ＰＴＣユニットを挟み込んで挟持固定する一対のシート状の放熱板と、を有するシート状のヒータユニットを有し、
   上記ヒータユニットは、その両面が上記充填室内の流体の流れ方向に沿うように、上記充填室内に配置されていることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
2. 上記ヒータユニットは、上記大気ポートから上記パージポートへ向かう流体の流れに対して上流側となる上記充填室内の大気ポート側に配置さ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。
3. 上記放熱板には、ヒータユニットが配置された充填室内の流体の流れ方向と直交するように、円柱形状の複数の放熱フィンが突出形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸発燃料処理装置。

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