JP2014118896A - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス通路の通路断面内における脱離性能の不均一化を抑制し、パージ時における脱離性能の向上を図る。
【解決手段】ケーシング１０の内部に形成されるガス通路１４，１５に、蒸発燃料を吸着及び脱離する粒状の活性炭Ｃを充填する。ガス通路１４，１５の通路断面内の外側部分３２に比して、通路断面内の中央部分３１における蒸発燃料の脱離を促進するように、中央部分３１に充填される第１活性炭Ｃ１の粒径を外側部分３２に充填される第２活性炭Ｃ２の粒径よりも大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車の燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸着及び脱離して処理する蒸発燃料処理装置に関する。

特許文献１等に記載されているように、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のキャニスタが用いられている。このキャニスタは、周知のように、ケーシングの内部に形成されるガス通路に、蒸発燃料を吸着及び脱離する粒状の活性炭等の吸着材が充填されたものである。

特開２００７−１４６７９３号公報

近年、環境規制が厳しくなってきており、更には自動車のハイブリッド化によるパージ（脱離）時における空気量の低下により、低空気量のパージ時における蒸発燃料のブリードエミッション（以下、単に「ブリード」と略す）の抑制が求められている。ブリードの抑制には、パージ時における蒸発燃料の脱離効率を向上させることが有効である。

この脱離効率に関し、脱離時における粒状の吸着材の温度低下や通路断面におけるパージガスの流れの不均一化が、脱離効率を大きく下げる要因となっており、脱離効率を向上するためには、これらを改善することが有効である。

ここで、理論的・力学的には、ある通路内を流体が流れる場合、通路断面のうちで壁面に近い外側部分が中央部分に比して壁面抵抗により流れ難くなる。しかしながら、粒状の活性炭（吸着材）が充填されるキャニスタにあっては、中央部分では活性炭同士が立体的に配置されて、活性炭と活性炭との間に活性炭が入り込むなどによって空隙が小さくなるのに対し、壁面近傍では活性炭と壁面との間の空隙が大きくなる傾向にあることから、外側部分が中央部分に比して摩擦（圧力損失）が小さくなり、パージ時にパージガスが流れ易くなり、逆に中央部分でパージガスが流れ難くなる。

この結果、通路断面での脱離効率が不均一化となり、つまり通路断面の中央部分でパージが促進され難くなって、燃料蒸気が中央部分で局部的に残存し易くなるために、キャニスタの容量に見合った所期の性能を発揮することができず、蒸発燃料の大気中への放出（ブリード）を有効に抑制することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、通路断面内での脱離性能の不均一化を抑制することによって、パージ時における脱離性能の向上を図ることを目的としている。

そこで本発明では、ケーシングの内部に形成されるガス通路に、蒸発燃料を吸着及び脱離する粒状の吸着材が充填された蒸発燃料処理装置において、上記ガス通路の通路断面内の外側部分に比して、上記通路断面内の中央部分における蒸発燃料の脱離を促進する脱離促進手段を設けたことを特徴としている。

このように、通路断面内の中央部分における蒸発燃料の脱離を促進することで、通路断面内での脱離効率の不均一化を抑制して、キャニスタの容量に見合った所期の蒸発燃料の脱離性能を得ることができ、ひいては蒸発燃料の大気中への放出（ブリード）を有効に抑制することができる。

上記脱離促進手段の具体例として、第１に、上記中央部分に充填される第１の吸着材が上記外側部分に充填される第２の吸着材よりも粒径が大きい。このように中央部分に充填される第１の吸着材の粒径を大きくすることで、吸着材の間の空隙が大きくなって、中央部分のガス流れが促進され、ひいては中央部分の脱離を促進することができる。

第２に、上記中央部分に充填される第１の吸着材が上記外側部分に充填される第２の吸着材に比して自己放出特性が高い。このように、中央部分に充填される第１の吸着材の自己放出特性を高くすることによっても、中央部分の脱離を促進することができる。

第３に、上記ガス通路の通路断面を横断するようにグリッドが設けられ、このグリッドにガス流れを許容する複数の通気孔が形成され、上記中央部分の通気孔が上記外側部分の通気孔よりも大きい。この場合にも、中央部分のガス流れが促進され、ひいては中央部分の脱離を促進することができる。

以上のように本発明によれば、通路断面の中央部分における蒸発燃料の脱離を促進することで、通路断面の中央部分と外側部分との間での脱離効率の不均一化を抑制することができる。この結果、蒸発燃料の脱離効率を向上し、ひいては蒸発燃料の大気中への放出を抑制することができる。

本発明の一実施例に係る蒸発燃料処理装置としてのキャニスタを示す断面図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。 実施例と比較例のパージ中における活性炭内の温度変化を示す説明図。 実施例と比較例のパージ性能を示す説明図。 実施例と比較例のキャニスタ吸着量に対するブリード特性を示す説明図。 通路断面の中央部分と外側部分での活性炭の自己放出特性を示す説明図。 上記実施例のグリッドを示す平面図。

以下、本発明の好ましい一実施例を図面を参照して説明する。図１は、この発明に係る蒸発燃料処理装置としてのキャニスタの一実施例を示す断面図で、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

このキャニスタは、軽量かつ安価な合成樹脂材料によって形成されたケーシング１０を主体としている。ケーシング１０は、略有底箱状をなすケース本体１０Ａと、このケース本体１０Ａのケース縦方向（図１の左右方向）Ｌ１の一端に開口形成された開口部１０Ｂを塞ぐように、この開口部１０Ｂに接合・固定される板状の底蓋部１０Ｃと、により構成されている。ケース本体１０Ａの開口部１０Ｂと反対側の他端には、ポート１１〜１３を有するポート壁部１０Ｄが設けられている。つまり、ポート壁部１０Ｄには、図示せぬ配管を介して燃料タンクに接続されるチャージポート１２と、同じく配管を介してエンジンの吸気部に接続されるパージポート１１と、大気（外気）に連通するドレンポート１３と、が一体的に形成されている。

ケーシング１０の内部には、ガスが通流する一連のガス通路１４〜１６が形成されており、このガス通路１４〜１６の一方の端部に上記のチャージポート１２及びパージポート１１が配置され、他方の端部にドレンポート１３が配置されている。ここで、本実施例のガス通路１４〜１６は、ケース縦方向Ｌ１に沿う一対の第１ガス通路１４及び第２ガス通路１５と、両ガス通路１４，１５の端部同士を接続するＵターン通路１６と、により構成されている。つまり、Ｕターン通路１６により折り返される略Ｕ字状の通路構造をなしており、コンパクトなケーシング１０内に長いガス通路を形成する構造となっている。チャージポート１２とパージポート１１は第１ガス通路１４に繋がっており、ドレンポート１３は第２ガス通路１５に繋がっている。図２にも示すように、ケーシング１０は、第１ガス通路１４を構成する略矩形の筒状をなす第１筒部１７と、第２ガス通路１５を構成する円筒形の第２筒部１８とが、薄板状をなす仕切壁部１９によって一体的に接続された構造となっている。

第１ガス通路１４と第２ガス通路１５の内部には、それぞれ粒状の吸着材としての活性炭Ｃ（Ｃ１，Ｃ２）が充填されている。また、各ガス通路１４，１５の両端部には、活性炭Ｃが漏れ出すことのないように、通気性を有する不織布等のスクリーン（フィルタ）２１〜２４が配設されている。つまり、各ガス通路１４，１５に充填された活性炭Ｃがスクリーン２１〜２４の間に挟持されている。更に、Ｕターン通路１６の側では、スクリーン２２，２３と底蓋部１０Ｃとの間に、リターンスプリング２５，２６及びグリッド２７，２８が介装されている。グリッド２７，２８は、ガス通路１４，１５の通路断面を横断するように設けられたプレート状の部材であり、ガス流れを許容するための複数の通気孔３０が貫通形成されている。リターンスプリング２５，２６がグリッド２７，２８と底蓋部１０Ｃとの間に圧縮状態で介装されることで、長期の使用に伴って活性炭Ｃが摩耗しても、ガス通路１４，１５内に充填される活性炭Ｃに所定のテンションが与えられ、活性炭Ｃがぐらつくことなく安定して保持される。

製造時には、底蓋部１０Ｃが取り付けられる前のケース本体１０Ａの開口部１０Ｂを上向きにした状態で、この開口部１０Ｂより上述したスクリーン２１〜２４，活性炭Ｃ，グリッド２７，２８，及びリターンスプリング２５，２６がケース本体１０Ａ内に挿入・組み付けられ、最後に底蓋部１０Ｃがケース本体１０Ａの開口端面に接合される。

このキャニスタの基本的な作用について説明すると、吸着時には、チャージポート１２から蒸発燃料を含んだガスが導入され、第１ガス通路１４，Ｕターン通路１６及び第２ガス通路１５の順に流れる際に、蒸発燃料が活性炭Ｃに吸着され、残りのクリーンガスがドレンポート１３より大気に放出される。一方、脱離（パージ）時には、ドレンポート１３より大気ガスが導入され、第２ガス通路１５，Ｕターン通路１６及び第１ガス通路１４の順に流れる際に、活性炭に吸着している蒸発燃料が脱離されて、パージポート１１を介して内燃機関の吸気部へと供給されて、燃焼室内で燃焼・処理される。

次に、本実施例の要部をなす構成について説明する。ガス通路１４，１５内に粒状の活性炭Ｃが充填されるキャニスタにあっては、上述したように、壁面近傍では壁面との間に空隙ができ易くなることから、ガス通路１４，１５の通路長手方向（Ｌ１）に対して直交する通路断面のうち、壁面近傍の外側部分３２に比して中央部分３１でガスが流れ難く、このような流れの不均一化によって、中央部分３１の脱離効率が低下し、キャニスタの容量に見合うだけの脱離性能が得られない、という課題がある。このような課題に対し、本実施例においては、ガス通路１４，１５の通路断面内の外側部分３２に比して、通路断面内の中央部分３１における蒸発燃料の脱離を促進する脱離促進手段を設けることで、通路断面内でのガス流れや脱離効率の不均一化を抑制し、キャニスタの容量に見合う所期の脱離性能を確保することで、蒸発燃料の大気への放出を十分に抑制するものである。このような脱離促進手段の具体例として、以下に３つの例を説明する。

先ず、脱離促進手段の第１の例として、図１及び図２に示すように、ガス通路１４，１５の通路断面内の中央部分３１に充填される第１活性炭Ｃ１（第１の吸着材）が、通路断面内の外側部分３２に充填される第２活性炭Ｃ２（第２の吸着材）に比して、空隙率が高くなるように粒径（平均の粒径）が大きいものが使用されている。つまり、通路断面内の中央部分３１が外側部分３２よりもガスが流れ易くなるように、中央部分３１と外側部分３２とで充填する活性炭の粒径（大きさ）を異ならせている。

なお、充填方法としては、例えばガス通路１４，１５内に第１，第２活性炭Ｃ１，Ｃ２を充填する際に、中央部分３１と外側部分３２との境界３３となる部分に円筒状のカラー部材を入れておき、充填後にカラー部材を抜き取るようにすれば良い。

図３はパージ中における活性炭内の温度変化を示したものであり、図中のα０は、壁面近傍の外側部分（３２）の温度特性を示している。また、図中のα１は通路断面の中央部分３１と外側部分３２とに同じ粒径の活性炭を均一に充填した比較例における中央部分３１の温度変化を示しており、α２は上記実施例における通路断面の中央部分３１の温度変化を示している。

同図に示すように、比較例では、壁面近傍の外側部分３２の温度特性α０に対し、中央部分３１の温度特性α１におけるパージ完了時間（変曲点α１’）が大幅に遅くなっており、中央部分３１でのパージが促進されていない状態となっている。このように中央部分３１でのみパージが完了していない不均一な状態が継続すると、中央部分３１にのみ蒸発燃料が脱離せずに残存し易くなり、ひいては蒸発燃料の大気へのブリード（放出）を十分に抑制することができない。これに対して本実施例では、中央部分３１の温度特性α２におけるパージ完了時間（変曲点α２’）が、壁面近傍の外側部分３２の温度特性α０のものとほぼ同等となっている。つまり、空隙が生じ易い壁面近傍の外側部分３２に比して中央部分３１の活性炭の粒径を大きくすることで、結果的に、通路断面でのガス流れを均一化し、中央部分３１と外側部分３２とでパージ完了時間をほぼ同一とすることができる。従って、キャニスタの容量に見合った脱離性能を得ることができ、ひいては蒸発燃料の大気へのブリード（放出）を十分に抑制することができる。

図４は、通路断面内の中央部分３１と外側部分３２とに同じ活性炭を用いた比較例と、上記実施例と、のパージ性能（所定量空気を流した場合に、活性炭に吸着している全吸着量に対して脱離したパージ量の割合）を示している。同図に示すように、中央部分３１に粒径の大きい第１活性炭Ｃ１を用いた本実施例では、中央部分３１にも外側部分３２と同一の粒径の活性炭を用いる比較例に比して、パージ性能が１０％近く改善することが確認された。

図５は、キャニスタ吸着量に対するブリード特性（Ｂｌｅｅｄ ＥＭ特性）を示している。同図に示すように、中央部分３１に粒径の大きい第１活性炭Ｃ１を用いた本実施例では、比較例に比して、ブリード特性（蒸発燃料の大気への放出量）が抑制され、キャニスタからの蒸発燃料の漏れ出しが十分に抑制されることが確認された。

次に、脱離促進手段の第２の例について図６を参照して説明する。この図６は、活性炭の自己放出のし易さを示す自己放出特性を示している。同図に示すように、中央部分３１に充填される第１活性炭Ｃ１は、外側部分３２に充填される第２活性炭Ｃ２に比して、自己放出特性の高いものが使用されている。このように中央部分３１に自己放出特性に優れた第１活性炭Ｃ１を用いることによっても、この中央部分３１の脱離を促進することができる。

次に、脱離促進手段の第３の例について図７を参照して説明する。この図７は、第２ガス通路１５の一端に設られる上記のグリッド２８を単体で示している。なお、第１ガス通路１４に設けられるグリッド２７についても同様の構造となっており、ここでは説明を省略する。同図に示すように、グリッド２８に形成される通気孔３０は、中央部分３０Ａが大きくなり、外側部分３０Ｂが小さくなるように、より具体的には、中央部分３０Ａに近づくに従って大きくなり、外側部分３０Ｂに近づくに従って小さくなるように設定されている。言い換えると、通路断面内で中央部分３１が外側部分３２よりも空隙率が大きくなるように、通気孔３０の寸法やレイアウト（密集度合い）が設定されている。このように、中央部分３１の通気孔３０Ａを大きくすることによっても、上記第１の例と同様に、中央部分３１のガス流れを促進し、中央部分３１での脱離を促進することができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例では脱離促進手段として上記３つの例を組み合わせて用いているが、これら３つの例をそれぞれ単独もしくは２つを組み合わせて用いるようにしても良い。

また、上述した脱離促進手段の第１，第２の例では、境界３３を境に中央部分３１と外側部分３２とで活性炭の粒径や自己放出特性を２段階に切り換えているが、これに限らず、外側部分３２から中央部分３１へ向かうに従って段階的あるいは徐々に活性炭の粒径が大きくなり、あるいは自己放出特性が高くなるように構成しても良い。

更に、上述した脱離促進手段の第３の例では、通路断面の中央部分３１と外側部分３２とで個々の通気孔３０（３０Ａ，３０Ｂ）の大きさ・寸法を変更しているが、個々の通気孔３０自体の大きさを変えることなく、中央部分３１では外側部分３２に比して通気孔３０を密集して配置することによって、中央部分３１の通気孔３０の全体的な大きさを大きくするようにしても良い。

１０…ケーシング
１４，１５…ガス通路
２７，２８…グリッド
３０…通気孔
３１…中央部分
３２…外側部分
Ｃ…活性炭（吸着材）
Ｃ１…第１活性炭（第１の吸着材）
Ｃ２…第２活性炭（第２の吸着材）

Claims (4)

1. ケーシングの内部に形成されるガス通路に、蒸発燃料を吸着及び脱離する粒状の吸着材が充填された蒸発燃料処理装置において、
   上記ガス通路の通路断面内の外側部分に比して、上記通路断面内の中央部分における蒸発燃料の脱離を促進する脱離促進手段を設けたことを特徴とする蒸発燃料処理装置。
2. 上記脱離促進手段は、上記中央部分に充填される第１の吸着材が上記外側部分に充填される第２の吸着材よりも粒径が大きいことを含んで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. 上記脱離促進手段は、上記中央部分に充填される第１の吸着材が上記外側部分に充填される第２の吸着材に比して自己放出特性が高いことを含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸発燃料処理装置。
4. 上記ガス通路の通路断面を横断するように設けられたグリッドを備え、
   このグリッドには、ガス流れを許容するための複数の通気孔が形成されており、
   上記脱離促進手段は、上記中央部分の通気孔が上記外側部分の通気孔よりも大きいことを含んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置。

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