JP2012031785A - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脱離性能を向上することのできる蒸発燃料処理装置を提供する。
【解決手段】蒸発燃料処理装置１０は、ケース１２の吸着材室１７，１８内に導入される蒸発燃料を吸着材４２に吸着させ、吸着材室１７，１８内を流れる空気により吸着材４２から蒸発燃料を脱離させるように構成される。吸着材室１７内にハニカムコア４４を配置しかつハニカムコア４４を通電により発熱させる構成とする。ハニカムコア４４のセル軸方向が、主吸着材室１７内を流れるガスの流れ方向に対して並行をなしている。ハニカムコア４４は、複数枚の金属箔材４５を積層するとともに隣り合う金属箔材４５を所定のピッチ毎に平行にかつ接合箇所が積層方向に千鳥状配列となるように接合された積層体を積層方向に展開することによって構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車用内燃機関の蒸発燃料の処理等に用いられる蒸発燃料処理装置に関する。

従来、ケースの吸着材室内に導入される蒸発燃料を吸着材に吸着させ、吸着材室内を流れる空気により吸着材から蒸発燃料を脱離させる蒸発燃料処理装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３１４３８４号公報

活性炭等の吸着材を用いた蒸発燃料処理装置においては、吸着材から蒸発燃料が脱離する際（脱離時）は、いわゆる吸熱反応であるため、吸着材の温度が低下し、その温度低下に伴って蒸発燃料を脱離する脱離性能（以下、単に「脱離性能」という）が低下することが知られている。

ところで、前記特許文献１のものでは、吸着材室内に吸着材を充填し、ペルチェ素子の両面に内側のヒートシンク及び外側のヒートシンクを固定してペルチェ素子構造体を構成し、内側のヒートシンクをケースの吸着材室内の吸着材中に埋設するとともに、外側のヒートシンクがケース外に露出されている。これにより、脱離性能の向上と吸着性能の早期回復を図っている。

しかしながら、前記特許文献１のものでは、脱離時において、加熱源であるペルチェ素子で生じる熱を内側のヒートシンクで放熱するものであるから、熱伝達効率が低く、脱離性能が低いという問題があった。また、吸着材中に埋設された内側のヒートシンクの形状について記載されていないが、図面を見る限り平板状のものと推測される。このような平板状のヒートシンクでは、表面積が小さく、加熱時における吸着材室内の温度分布が不均一となりやすく、脱離性能が低いという問題があった。このことは、例えばハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ車）のように、エンジンの稼働時間が少ない車両においては、エンジン自動車（ＩＣＥ車）と比べて、蒸発燃料のパージ量が少なく、吸着材からの蒸発燃料の脱離不足を生じるおそれがあることから、その対策が望まれている。

本発明が解決しようとする課題は、脱離性能を向上することのできる蒸発燃料処理装置を提供することにある。

前記課題は、特許請求の範囲に記載された構成を要旨とする蒸発燃料処理装置により解決することができる。
すなわち、請求項１に記載された蒸発燃料処理装置によると、ケースの吸着材室内に導入される蒸発燃料を吸着材に吸着させ、吸着材室内を流れる空気により吸着材から蒸発燃料を脱離させるように構成された蒸発燃料処理装置であって、吸着材室内にハニカムコアを配置しかつハニカムコアを通電により発熱させる構成としたものである。このように構成すると、吸着材室内に配置されたハニカムコア自体を通電により発熱させるため、加熱源で生じた熱をヒートシンクで放熱する場合（前記特許文献１参照）と比べて、熱伝達効率を向上することができる。また、ハニカムコアは、平板状のヒートシンクに比べて、高い表面積（広い表面積）を確保し、加熱時における吸着材室内の温度分布を均一化することができる。よって、ハニカムコア自体を通電により発熱させることによる熱伝達効率の向上と、ハニカムコアによる吸着材室内の温度分布の均一化との協働によって、脱離性能を向上することができる。

また、請求項２に記載された蒸発燃料処理装置によると、ハニカムコアのセル軸方向が、吸着材室内を流れるガスの流れ方向に対して並行をなしている。このように構成すると、ハニカムコアの各セル内にガスをスムースに流すことができるとともに各セル内のガスの流量を均一化することができる。

また、請求項３に記載された蒸発燃料処理装置によると、ハニカムコアは、複数枚の金属箔材を積層するとともに隣り合う金属箔材を所定のピッチ毎に平行にかつ接合箇所が積層方向に千鳥状配列となるように接合された積層体を積層方向に展開することによって構成されている。このように構成すると、ハニカムコアの複数枚の金属箔材によってセル壁が形成されるため、吸着材室内においてハニカムコアのセル壁が占める容積を減少し、通気抵抗の増大を抑制することができる。

また、請求項４に記載された蒸発燃料処理装置によると、ハニカムコアのセル壁に、隣り合うセル間を連通するための通気路が形成されている。このように構成すると、ハニカムコアの隣り合うセル間がセル壁の通気路を介して連通されることによって、隣り合うセル間におけるガスの流動が可能となる。このため、各セル間の通気抵抗差を低減し、各セル間の吸脱着斑の発生を抑制することができる。

実施の形態１にかかる蒸発燃料処理装置を示す断面図である。 図１のII−II線矢視断面図である。 図２のIII部を示す拡大図である。 ハニカムコアの一部を示す斜視図である。 ハニカムコアの展開前の積層体を示す断面図である。 ハニカムコアに対する電極の配置の変更例を示す正面図である。 実施の形態２にかかる蒸発燃料処理装置を示す断面図である。 ハニカムコアの一部を示す平断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。
［実施の形態１］
本実施の形態では、自動車等の車両に搭載される蒸発燃料処理装置について例示する。図１は蒸発燃料処理装置を示す断面図、図２は図１のII−II線矢視断面図、図３は図２のIII部を示す拡大図である。なお、説明の都合上、図１の状態を基準として蒸発燃料処理装置の上下左右を定め、図１における紙面表側を前側、同じく紙面裏側を後側と定めることにする。

図１に示すように、キャニスタとしての蒸発燃料処理装置１０は、樹脂製のケース１２を備えている。ケース１２は、上端面を閉塞しかつ下端面を開口する有天筒状のケース本体１３と、ケース本体１３の下端開口面を閉塞する蓋部材１４とにより構成されている。ケース本体１３内は、隔壁１５により左右二室に仕切られており、右側に中空四角筒状の主吸着材室１７が形成され、また左側に中空四角筒状の副吸着材室１８が形成されている。主吸着材室１７と副吸着材室１８とは、蓋部材１４の内側すなわちケース本体１３の下端部に形成された連通路２０によって相互に連通されている。

前記ケース本体１３の上面には、前記主吸着材室１７に連通するタンクポート２２およびパージポート２３と、前記副吸着材室１８に連通する大気ポート２４が形成されている。タンクポート２２は、蒸発燃料通路２６を介して燃料タンク２７内の気層部に連通されている。また、パージポート２３は、パージ通路３０を介して内燃機関３１の吸気管３２に連通されている。また、吸気管３２には、吸入空気量を制御するスロットルバルブ３３が設けられている。また、パージ通路３０は、吸気管３２に対してスロットルバルブ３３の下流側において連通されている。また、パージ通路３０の途中には、パージ弁３４が介装されている。パージ弁３４は、図示しないエンジンコントロールユニットいわゆるＥＣＵ（制御手段）によって開閉制御されるようになっている。また、大気ポート２４は大気に連通されている。

前記主吸着材室１７内および前記副吸着材室１８内のそれぞれの上端面には、上側のフィルタ３６がそれぞれ設けられている。また、主吸着材室１７内および副吸着材室１８内のそれぞれの下端面には、下側のフィルタ３７がそれぞれ設けられている。上下の両フィルタ３６，３７は、例えば樹脂製の不織布、発泡ウレタン等により形成されている。また、主吸着材室１７内および副吸着材室１８内におけるそれぞれの下側のフィルタ３７の下側には、多孔板３８が積層状に設けられている。また、各多孔板３８と蓋部材１４との間には、コイルバネからなるバネ部材４０がそれぞれ介装されている。

前記主吸着材室１７内および前記副吸着材室１８内（詳しくは上側のフィルタ３６と下側のフィルタ３７との間の室内）には、粒状の吸着材４２がそれぞれ充填されている。吸着材４２としては、例えば粒状の活性炭を用いることができる。さらに、粒状の活性炭としては、破砕した活性炭（破砕炭）、粒状あるいは粉末状の活性炭をバインダともに造粒した造粒炭等を用いることができる。

前記主吸着材室１７内には、前記吸着材４２の充填に先立って、直方体状のハニカムコア４４が配置されている。図４はハニカムコアの一部を示す斜視図、図５はハニカムコアの展開前の積層体を示す断面図である。
図４に示すように、前記ハニカムコア４４は、通電により発熱する材料、例えばステンレス箔等の金属箔材４５で形成されている。すなわち、ハニカムコア４４は、複数枚の金属箔材４５によってセル壁４６を形成したものであって、周方向に連続した６つのセル壁４６により中空六角筒状のセル４８が形成されている。また、金属箔材４５は、前記吸着材４２（図１参照）の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料でもある。また、ハニカムコア４４は、複数枚（本実施の形態では８枚）の金属箔材４５を積層するとともに、隣り合う金属箔材４５を所定のピッチ毎に平行にかつ接合箇所が積層方向に千鳥状配列となるように接合された積層体５０（図５参照）を積層方向（図５において上下方向）に展開することによって構成されている（図４参照）。また、ハニカムコア４４において、隣り合う金属箔材４５の接合箇所におけるセル壁４６は二重壁となり、それ以外の箇所（非接合箇所）におけるセル壁４６は一重壁となる。また、本実施の形態では、ハニカムコア４４の平行するセル壁４６の相互間の間隔が、例えば９．０〜２５．４ｍｍに設定されている。また、金属箔材４５の厚さは６〜２００μｍ程度であり、好ましくは１０〜１００μｍの範囲内に設定するとよい。

前記ハニカムコア４４の製造方法の一例について説明する。ハニカムコア４４の製造工程としては、積層体５０（図５参照）を形成する工程と、その積層体５０を展開する工程とからなる。
積層体５０を形成する工程では、図５に示すように、片面又は両面全体にろう材層５２を設けた多数枚（本実施の形態では５枚）の金属箔材４５を、そのろう材形成面に隣り合う金属箔材４５と千鳥状配列となるように離型剤層５３を設けて積層した状態で、その積層方向（図５において上下方向）に加圧し、かつ、加熱してろう付けすることにより、積層体５０を得る。

次に、積層体５０を展開する工程では、積層体５０（図５参照）の積層された金属箔材４５が相互に離隔するように引張り力を加えることにより、積層体５０を積層方向（図５において上下方向）に展開することによって、ハニカムコア４４（図４参照）を得る。また、前記離型剤層５３（図５参照）は必要に応じて除去される。なお、このようなハニカムコア４４の製造方法としては、例えば特開昭５９−１７９２６５号公報に記載された製造方法を適用することができる。また、ろう材に代えて、隣り合う金属箔材４５を所定のピッチ毎に接着材により接着することもできる。

図１に示すように、前記ハニカムコア４４は、セル軸方向（図４において上下方向）が前記ケース１２の主吸着材室１７内を流れるガスの流れ方向（図１において上下方向）に対して並行をなすように配置されている。また、本実施の形態では、ハニカムコア４４の展開方向が主吸着材室１７の前後方向（図２において上下方向）に向けられているとともに、ハニカムコア４４の展開方向に直交する方向が主吸着材室１７の左右方向（図２において左右方向）に向けられている。なお、ハニカムコア４４において、セル軸方向が高さ方向に相当するとした場合、展開方向が奥行き方向（前後方向）に相当し、展開方向に直交する方向が幅方向（左右方向）に相当する。

前記ハニカムコア４４の前後両側面及び左右両側面は、前記主吸着材室１７の内壁すなわちケース本体１３の前後両側壁（符号、１３ａ，１３ｂを付す）、隔壁１５及び右側壁（符号、１３ｃを付す）に接触されている（図１〜図３参照）。これにより、ハニカムコア４４が主吸着材室１７内の所定位置に配置されている。また、ハニカムコア４４の上下両端面は、前記上側のフィルタ３６及び前記下側のフィルタ３７に面している。また、ハニカムコア４４が配置された主吸着材室１７内には前記吸着材４２が充填されている。これにともない、ハニカムコア４４の各セル４８内に吸着材４２が充填されている（図２参照）。

図１に示すように、前記ハニカムコア４４における左右方向の中央部のセル壁４６の上下端部には電極６０が設定されているとともに、そのセル壁４６の下端部には電極６２が設定されている。例えば、電極６０は＋（プラス）側の電極に設定され、電極６２は−（マイナス）側の電極に設定されている。

前記ケース本体１３の主吸着材室１７の上面にはコネクタ部６４が形成されている。コネクタ部６４は、例えば前記タンクポート２２と前記パージポート２３との間に配置されている。コネクタ部６４内には、一対のターミナル６６が配置されている。両ターミナル６６と前記電極６０，６２とは、それぞれリード線６８を介して電気的に接続されている。また、コネクタ部６４には、図示しない前記ＥＣＵ側の外部コネクタが接続される。また、ＥＣＵによってハニカムコア４４に対する通電制御がなされるようになっている。なお、ＥＣＵは本明細書でいう「制御手段」に相当する。

次に、前記蒸発燃料処理装置１０を備えた蒸発燃料システムの作用について説明する（図１参照）。なお、蒸発燃料処理システムは、蒸発燃料処理装置１０、蒸発燃料通路２６、燃料タンク２７、パージ通路３０、吸気管３２、パージ弁３４等によって構成されている。
まず、車両の内燃機関３１が停止している状態では、パージ弁３４が閉弁されており、燃料タンク２７等で発生した蒸発燃料が蒸発燃料通路２６を介して主吸着材室１７に導入される。導入された蒸発燃料は、主吸着材室１７内のハニカムコア４４の各セル４８内の吸着材４２に吸着される。そして、主吸着材室１７内のハニカムコア４４の各セル４８内の吸着材４２に吸着されなかった蒸発燃料は、連通路２０を通り、副吸着材室１８に導入され、副吸着材室１８内の吸着材４２に吸着される。

一方、内燃機関３１の運転中においては、パージ弁３４が開弁されることで、蒸発燃料処理装置１０内に吸気負圧が作用する。これにともない、大気ポート２４から大気中の空気（新気）が副吸着材室１８に導入される。副吸着材室１８に導入された空気は、副吸着材室１８内の吸着材４２から蒸発燃料を脱離させた後、連通路２０を介して主吸着材室１７に導入され、主吸着材室１７内のハニカムコア４４の各セル４８内の吸着材４２から蒸発燃料を脱離させる。そして、吸着材４２から離脱された蒸発燃料を含んだ空気は、パージ通路３０を介して吸気管３２に排出すなわちパージされることにより、内燃機関３１で燃焼処理される。また、吸着材４２が蒸発燃料を脱離する際において、ＥＣＵによりハニカムコア４４に通電がなされることによって、ハニカムコア４４が発熱されてハニカムコア４４自体が加熱される。これによって、蒸発燃料の脱離時における吸着材４２の温度低下が抑制されるため、脱離性能が向上される。

前記した蒸発燃料処理装置１０（図１参照）によると、ケース１２の主吸着材室１７内にハニカムコア４４を配置しかつハニカムコア４４を通電により発熱させる構成としたものである。したがって、主吸着材室１７内に配置されたハニカムコア４４自体を通電により発熱させるため、加熱源で生じた熱をヒートシンクで放熱する場合（前記特許文献１参照）と比べて、熱伝達効率を向上することができる。また、ハニカムコア４４は、平板状のヒートシンクに比べて、高い表面積（広い表面積）を確保し、加熱時における主吸着材室１７内の温度分布を均一化することができる。よって、ハニカムコア４４自体を通電により発熱させることによる熱伝達効率の向上と、ハニカムコア４４による主吸着材室１７内の温度分布の均一化との協働によって、脱離性能を向上することができる。このことは、少ないエンジンパージ量においても十分な脱離量を確保することができるため、例えばハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ車）のように、エンジンの稼働時間が少ない車両用の蒸発燃料処理装置１０として有効といえる。

また、ハニカムコア４４が吸着材４２（図１参照）の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料により形成されている。したがって、吸着材４２の吸脱着に際して、主吸着材室１７内の中心部分と外側部分との間に温度差を生じるときは、高温側部分の熱がハニカムコア４４を介して低温側部分へ伝達される。すなわち、吸着材４２が蒸発燃料を吸着する際において、主吸着材室１７内の中心部分が外側部分に比べて高温側部分となるため、主吸着材室１７内の中心部分の熱がハニカムコア４４を介して主吸着材室１７内の外側部分に伝達される。これにより、主吸着材室１７内の中心部分の温度上昇を抑制し、主吸着材室１７内の中心部分の吸着性能を向上することができる。また、吸着材４２が蒸発燃料を脱離する際において、ハニカムコア４４が発熱されてハニカムコア４４自体が加熱されたときには、その熱がハニカムコア４４全体に熱伝達されることにより、ハニカムコア４４の温度分布が均一化される。これにより、主吸着材室１７内の脱離性能を向上することができる。このことは、蒸発燃料処理装置１０の小型化に有効である。

また、ハニカムコア４４のセル軸方向が、主吸着材室１７内を流れるガスの流れ方向に対して並行をなしている。したがって、ハニカムコア４４の各セル４８内にガス（空気及び／又は蒸発燃料が相当する）をスムースに流すことができるとともに各セル４８内のガスの流量を均一化することができる。

また、ハニカムコア４４は、複数枚の金属箔材４５を積層するとともに、隣り合う金属箔材４５を所定のピッチ毎に平行にかつ接合箇所が積層方向に千鳥状配列となるように接合された積層体５０（図５参照）を積層方向に展開することによって構成されている。したがって、ハニカムコア４４の複数枚の金属箔材４５によってセル壁４６が形成されるため、主吸着材室１７内においてハニカムコア４４のセル壁４６が占める容積を減少し、通気抵抗の増大を抑制することができる。

また、ハニカムコア４４の前後両側面及び左右両側面が、主吸着材室１７の内壁すなわちケース本体１３の前後両側壁１３ａ，１３ｂ、隔壁１５及び右側壁１３ｃに接触されている（図１〜図３参照）。したがって、ハニカムコア４４の熱がケース１２側に伝達されやすくなるため、大気への放熱性能をさらに向上することができる。なお、ケース１２は外気に接触するものとする。また、ハニカムコア４４は、主吸着材室１７の内壁に対して前後両側面及び左右両側面が接触するものに限らず、少なくとも一部が接触するものであればよい。

また、図６はハニカムコアに対する電極の配置の変更例を示す正面図である。
図６に示すように、一方の電極６０は、ハニカムコア４４の左端部におけるセル壁４６の上下方向の中央部に設定されている。また、他方の電極６２は、ハニカムコア４４の右端部におけるセル壁４６の上下方向の中央部に設定されている。

また、ハニカムコア４４に対する電極６０，６２の配置は、次のように変更してもよい。例えば、一方の電極６０をハニカムコア４４の左上隅角部のセル壁４６に設定し、また、他方の電極６２をハニカムコア４４の右下隅角部のセル壁４６に設定する。また、一方の電極６０をハニカムコア４４の前側上端部のセル壁４６に設定し、また、他方の電極６２をハニカムコア４４の後側下端部のセル壁４６に設定する。このように、電極６０，６２は、ハニカムコア４４の上下方向、左右方向及び前後方向の少なくとも一方向に関して離れた配置関係をもって設定されていればよく、その離間距離は長い方が望ましい。また、各電極６０，６２は、それぞれ１個に限らず、２個以上配置してもよい。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２を説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。図７は蒸発燃料処理装置を示す断面図、図８はハニカムコアの一部を示す平断面図である。
本実施の形態は、図７および図８に示すように、前記実施の形態１（図１及び図２参照）におけるハニカムコア４４の各セル壁４６に、丸形状の通気孔５８が形成されたものである。通気孔５８は、隣り合うセル４８間を連通している（図８参照）。また、通気孔５８は、セル壁４６の軸方向（図７において上下方向）に所定の間隔毎に配置されている。また、通気孔５８は、例えばハニカムコア４４の展開前の積層体５０（図５参照）において積層方向に孔あけ加工を行うことによって容易に形成することができる。なお、通気孔５８は本明細書でいう「通気路」に相当する。

本実施の形態によると、ハニカムコア４４のセル壁４６に、隣り合うセル４８間を連通するための通気孔５８が形成されている。したがって、ハニカムコア４４の隣り合うセル４８間がセル壁４６の通気孔５８を介して連通されることによって、隣り合うセル４８間におけるガス（空気及び／又は蒸発燃料が相当する）の流動が可能となる。つまり、ガスの流入に際し、ハニカムコア４４の入口で整流され、ガス流入後、ハニカムコア４４の内部で通気孔５８により通気抵抗のばらつきが緩和される。このため、各セル４８間の通気抵抗差を低減し、各セル４８間の吸脱着斑の発生を抑制することができる。なお、本実施の形態では、セル壁４６の全てに通気孔５８を形成したが、１セル当りの６つのセル壁４６に対する通気孔５８の個数すなわちセル４８の周方向にかかる通気孔５８の個数、及び、セル４８の軸方向にかかる通気孔５８の個数は、適宜選定することができる。また、通気孔５８の形状は、丸形状に限らず、多角形状、長細状、異形状等に変更することができる。また、通気孔５８は、隣り合う２つ以上のセル壁４６に跨るように形成することもできる。また、通気孔５８に代えて、相互に接合されるセル壁４６の間の一部に非接合部を形成し、その非接合部により隣り合うセル４８間を連通するための開口部によって通気路を形成することもできる。

本発明は上記した実施の形態に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ける変更が可能である。例えば、ハニカムコア４４は、主吸着材室１７内の中央部に配置することにより、主吸着材室１７の内壁（ケース本体１３の前側壁１３ａ、後側壁１３ｂ、隔壁１５及び右側壁１３ｃ）に対して接触しない状態すなわち離れた状態で配置することもできる。また、主吸着材室１７内の中央部にハニカムコア４４が配置される場合は、ハニカムコア４４のセル軸方向が主吸着材室１７内を流れるガスの流れ方向に対して並行（図１において上下方向）をなさない場合も考えられる。また、ハニカムコア４４は、主吸着材室１７に限らず、副吸着材室１８に配置することもできる。また、吸着材４２は、主吸着材室１７内（ハニカムコア４４の各セル４８内を含む）に充填するものに限らず、ハニカムコア４４の各セル壁４６の表面すなわち外表面及びセル４８の内壁面に対して付着させたものでもよい。また、ハニカムコア４４のセル４８の断面形状は、正六角形状に限らず、辺長さや角度が等しくない六角形状や、その他の多角形状であってもよい。

１０…蒸発燃料処理装置
１２…ケース
１７…主吸着材室
４２…吸着材
４４…ハニカムコア
４５…金属箔材
４６…セル壁
４８…セル
５０…積層体
５８…通気孔（通気路）

Claims (4)

1. ケースの吸着材室内に導入される蒸発燃料を吸着材に吸着させ、前記吸着材室内を流れる空気により前記吸着材から前記蒸発燃料を脱離させるように構成された蒸発燃料処理装置であって、
   前記吸着材室内にハニカムコアを配置しかつ前記ハニカムコアを通電により発熱させる構成としたことを特徴とする蒸発燃料処理装置。
2. 請求項１に記載の蒸発燃料処理装置であって、
   前記ハニカムコアのセル軸方向が、前記吸着材室内を流れるガスの流れ方向に対して並行をなしていることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の蒸発燃料処理装置であって、
   前記ハニカムコアは、複数枚の金属箔材を積層するとともに隣り合う金属箔材を所定のピッチ毎に平行にかつ接合箇所が積層方向に千鳥状配列となるように接合された積層体を積層方向に展開することによって構成されていることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の蒸発燃料処理装置であって、
   前記ハニカムコアのセル壁に、隣り合うセル間を連通するための通気路が形成されていることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
   

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