JP2018084195A - 吸着材およびそれを用いたキャニスタ - Google Patents

Abstract

【課題】キャニスタに充填された際に吸着材同士の間に空隙が形成されやすく、通気抵抗の増大を抑制できると共に、蒸発燃料に対する吸着・脱離性能が向上された吸着材を提供する。【解決手段】蒸発燃料を吸着及び脱離可能な吸着材５０は、両端面５０ａを有する柱状又は筒状に成形されており、端面５０ａの少なくとも一方が吸着材５０の軸線Ｓに対して傾斜した切断面又は凹凸状の切断面を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、吸着材およびそれを用いたキャニスタに関する。

自動車等の車両には、燃料タンクで生じた蒸発燃料が大気中に放出されることを防止するために、蒸発燃料を吸着・脱離可能な吸着材が充填されたキャニスタが備えられている。キャニスタは、内燃機関（エンジン）停止中等に生じた蒸発燃料を、内部に収容する吸着材に吸着させることで一時的に捕捉する。そして、エンジンが運転されると、エンジンの吸気負圧を利用して蒸発燃料を脱離し、脱離された蒸発燃料は車両のエンジンにて燃焼される。

キャニスタの吸着材には、活性炭等の、蒸発燃料を吸着する細孔を有する様々な材料が用いられる。また、例えば特許文献１に示されるように、吸着材の粉末を筒状又はハチの巣形等に成形した成形吸着材を用いることによって、キャニスタの容積当たりの吸着材の量を調整することが行われている。

特開２００９−７９５９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているようなハチの巣形等の複雑な形状に成形された吸着材は、その外形が大きくなりやすいため、吸着材の軸線に対して垂直に切断された端面の面積も大きくなる傾向にある。そのような吸着材をキャニスタに充填すると、吸着材の端面同士が面接触しやすく、複数の吸着材が一列に整列してしまう場合もある。そのため、吸着材間の空隙が少なくなることでキャニスタ内の通気抵抗が増大したり、キャニスタ内を流れる気体の流れに偏りが生じることにより、キャニスタの性能が低下する恐れがある。

本発明は前記のごとく問題点を解決すべくなされたものであって、その課題は、キャニスタに充填された際に吸着材同士の間に空隙が形成されやすく、通気抵抗の増大を抑制できると共に、蒸発燃料の吸着・脱離性能が向上された吸着材を提供することである。

本発明の吸着材は、両端面を有する柱状又は筒状に成形された、蒸発燃料を吸着及び脱離可能な吸着材であり、端面の少なくとも一方が吸着材の軸線に対して傾斜した切断面又は凹凸状の切断面を有することを特徴とする。

本発明の吸着材は、中空部を有する筒状に成形されており、中空部が軸方向に延びる仕切壁によって仕切られていることが好ましい。

本発明の吸着材は、端面が、ギザギザ状、波状、山状、又は谷状であることが好ましい。

本発明の吸着材は、外径が４〜６ｍｍであることが好ましい。なお、本発明において数値範囲を示す「○○〜△△」の記載は、その上限及び下限を含む数値範囲を意味する。つまり、「○○〜△△」とは「○○以上、△△以下」を意味する。

本発明のキャニスタは、燃料タンクに連通するタンクポートと、内燃機関に連通するパージポートと、大気に開放される大気ポートと、蒸発燃料を吸着及び脱離可能な吸着材が充填された吸着室と、を有し、吸着室は、タンクポート及びパージポートに連通する第１吸着室と、タンクポートから大気ポートへ至る蒸発燃料の流れ方向において第１吸着室と大気ポートとの間に位置する第２吸着室と、を有し、第２吸着室には上記本発明の吸着材が充填されていることを特徴とする。

本発明の吸着材によると、端面が吸着材の軸線に対して傾斜した切断面又は凹凸状の切断面を有することで、キャニスタに充填した際に活性炭同士の間に空隙が形成されやすい。そのため、吸着材が充填された空間内に流体を満遍なく行きわたらせることができ、通気抵抗の増大も抑制できる。また、吸着材の端面の表面積が大きくなるため、蒸発燃料に対する吸着・脱離性能を向上できる。

本発明のキャニスタによると、キャニスタの吹き抜け性能に大きな影響を与える第２吸着室に、脱離性能に優れかつ空隙も確保できる吸着材が充填されている。そのため、蒸発燃料の大気への吹き抜けを確実に防止できると共に、給油時に大量の蒸発燃料がキャニスタに流入しても確実に吸着することができる。

実施形態１に係るキャニスタの断面図である。 吸着材の斜視図である。 吸着材の断面図である。 変更例１に係る吸着材の断面図である。 変更例２に係る吸着材の斜視図である。 変更例３に係る吸着材の斜視図である。 変更例４に係る吸着材の斜視図である。 変更例５に係る吸着材の斜視図である。 変更例６に係る吸着材の斜視図である。 変更例７に係る吸着材の斜視図である。 変更例８に係る吸着材の斜視図である。 変更例９に係る吸着材の斜視図である。 変更例９に係る吸着材の断面図である。 実施形態２に係るキャニスタの断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。説明の都合上、吸着材を収容するキャニスタについて説明した後に、吸着材について説明する。なお、キャニスタの上下左右方向を図１に基づいて規定するが、当該方向は説明のための便宜的な方向であり、キャニスタの搭載方向等を限定するものではない。

＜実施形態１＞
実施形態１のキャニスタ１０は自動車等の車両用であり、図１に示されるようにケーシング１２を備えている。ケーシング１２は、樹脂製で、有底角筒状のケース本体１４と、ケース本体１４の開口端面を閉鎖する蓋体１６とにより構成されている。ケース本体１４内は、隔壁１８により主室２０と副室２２とに仕切られている。主室２０と副室２２とは、ケース本体１４と蓋体１６との間に形成された連通路２４によって相互に連通されている。これにより、主室２０と副室２２とを連通路２４を介して連通するＵ字状のガス通路が形成されている。

ケース本体１４の底壁（図１における上壁）には、燃料タンク２５に連通するためのタンクポート２６と、内燃機関（エンジン）２７の吸気通路に連通するためのパージポート２８と、大気に開放するための大気ポート３０とが形成されている。なお、タンクポート２６及びパージポート２８は主室２０に直接連通されており、大気ポート３０は副室２２に直接連通されている。

主室２０の上端部は、仕切壁３２によって、左右に二分、すなわちタンクポート２６に連通する部分と、パージポート２８に連通する部分とに仕切られている。また、隔壁１８及び仕切壁３２で仕切られた各部分の上端面には、フィルタ３４がそれぞれ配置されている。また、主室２０及び副室２２の開口端面には、多孔板３６がそれぞれ配置されている。多孔板３６の内側面、すなわち上側面には、フィルタ３８がそれぞれ積層状に配置されている。また、各多孔板３６と蓋体１６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。バネ部材４０は、多孔板３６を上方へ付勢している。なお、フィルタ３４及び３８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、ケース本体１４の底壁（図１における上壁）には、各フィルタ３４を支持する多数のピン状の突起４２が突出されている。これにより、ケース本体１４の底壁と各フィルタ３４との間に各ポート側の空間部４４が形成されている。

主室２０のフィルタ３４，３８間には、蒸発燃料を吸着及び脱離可能な吸着材４６が充填されている。吸着材４６は、粉末状の活性炭をバインダと共に混錬して、直径が１〜３ｍｍ、長さが３〜１０ｍｍの円柱状に成形されている。

一方、副室２２のフィルタ３４，３８間には、図２及び３に示される吸着材５０が充填されている。図２は吸着材５０の斜視図であり、図３は吸着材５０の軸線Ｓに沿った断面図である。吸着材５０は、粉末状の活性炭とバインダとからなる、直径が４〜６ｍｍ、長さが３〜１０ｍｍの円柱状に成形されている。また、吸着材５０の両端面５０ａは、吸着材５０の軸線Ｓに対して傾斜した複数の面からなるギザギザ状に成形されている。

吸着材５０は以下の方法により作製される。まず、粉状の活性炭をバインダと混錬し、押出成形機を用いて円柱状に押出成形することで柱状体を作成する。この柱状体を、ギザギザ状の刃を用いて所定長さで切断した後に、焼成することで吸着材５０を得ることができる。なお、吸着材５０の製造方法は、端面５０ａがギザギザ状の切断面を有するように切断する工程を含んでいればよく、その他の工程は上記の製造方法に限定されず、公知のいかなる方法であってもよい。

このように成形された吸着材５０は端面５０ａがギザギザ状であるため、端面が軸線に対して垂直に切断されている従来の吸着材と比較して、端面の表面積が大きくなっている。そのため、蒸発燃料等の気体と接する細孔数を増加させることができ、吸着材５０の蒸発燃料に対する吸着性能及び脱離性能を向上することができる。また、端面５０ａは柱状体を切断することのみによって所定形状に加工されるため、製造工程を増加させることなく、吸着材５０の表面積を増加させることができる。

また、端面５０ａはギザギザ状に成形されているため、端面が軸線に対して垂直に切断されている従来の吸着材と比較して、端面５０ａ同士が当接した際に間に空隙が形成されやすい。そのため、吸着材５０は副室２２内に高密度で充填されても、副室２２内の通気抵抗の増加を抑制することができる。

吸着材５０の端面５０ａの形状はギザギザ状に限定されず、吸着材５０の軸線Ｓに対して傾斜した切断面又は凹凸状の切断面を有していれば他の形状であってもよい。なお、吸着材５０の端面５０ａの形状は、上記製造方法において柱状体を切断する刃の形状を変更することによって適宜変更可能である。以下において吸着材５０の各変更例を示す。図４は変更例１に係る吸着材５０の軸線Ｓに沿った断面図である。変更例１では、柱状体を軸線Ｓに対して斜めに切断することにより、端面５０ａが軸線Ｓに対して傾斜した平坦な面に成形されている。図５の変更例２では、端面５０ａは傾斜面を含む波状に成形されている。変更例３（図６）では、端面５０ａは断面四角形の突条が平行に並ぶ凹凸面である。変更例４（図７）では、端面５０ａは平坦な２つの斜面で構成された山状及び谷状である。変更例５（図８）では、端面５０ａは湾曲した２つの斜面で構成された谷状及び山状である。変更例６（図９）では、端面５０ａは段差状の凹凸面で構成された山状及び谷状である。端面５０ａの形状は両端で同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、一方の端面５０ａは軸線Ｓに対して垂直な平面であってもよい。なお、本発明において「吸着材の軸線に対して傾斜した切断面」とは、吸着材５０の軸線Ｓに対して傾斜していればよく、切断面自体は平坦であってもよいし、湾曲していてもよい。また、「凹凸状の切断面」とは凹部と凸部とを有する切断面であればよく、変更例３（図６）及び変更例６（図９）のように、吸着材５０の軸線Ｓに対して垂直な平面と平行な平面とからなる形状を含む。

吸着材５０は、変更例７（図１０）のように、内部に中空部５０ｂを有する中空の筒状に成形してもよいし、変更例８（図１１）のように、内部に中空部５０ｂを有する筒状に成形し、中空部５０ｂを軸方向に延びる仕切壁５０ｃによって仕切ってもよい。更に、吸着材５０の外形は円柱状に限られず、円以外の断面形状を有する柱状であってもよい。例えば図１２及び図１３に示される変更例９では、吸着材５０は断面星形の柱状に成形されている。なお、図１２は変更例９に係る吸着材５０の斜視図であり、図１３は軸線Ｓに対して垂直な吸着材５０の断面図である。このように、吸着材５０を筒状にしたり、外形を変更することによって、円柱状の場合と比べて表面積を増大することができる。

次に、本実施形態のキャニスタ１０の動作について説明する。自動車のエンジン２７が停止している状態では、燃料タンク２５内で蒸発した蒸発燃料や燃料タンク２５に燃料を給油する際に生じた蒸発燃料が、タンクポート２６を介して主室２０に導入される。当該蒸発燃料は、主室２０、連通路２４、及び副室２２を順次通る間に吸着材４６及び吸着材５０に吸着される。

一方、エンジン２７の運転中には、エンジン２７の吸気負圧を利用して、大気ポート３０から大気中の空気が副室２２へと導入される。当該空気は、副室２２、連通路２４、及び主室２０を順次通る間に吸着材４６，５０から蒸発燃料を脱離させる。脱離した蒸発燃料は、空気と共にパージポート２８から排出され、エンジン２７へと供給されて燃焼される。

大気ポート３０からキャニスタ１０内に空気が流入すると、蒸発燃料は吸着材４６，５０の表面から脱離するため、表面積が大きい吸着材５０は、速やかに蒸発燃料を脱離することができ、蒸発燃料を吸着可能な状態への回復を効率的に行うことができる。そのため、常にキャニスタ１０を副室２２に流入した蒸発燃料を吸着可能な状態に維持することができ、副室２２に流入した蒸発燃料が吸着材５０に吸着されることなく大気ポート３０から大気中へと吹き抜けることを確実に防止できる。

また、燃料を給油する際には、燃料タンク２５から大量の蒸発燃料がキャニスタ１０内に流入する。この際にキャニスタ１０内の通気抵抗が高いと、一部の蒸発燃料がキャニスタ１０に流入することができず、行き場を失った蒸発燃料は燃料タンク２５の給油口から大気中へと流出する可能性がある。しかし、吸着材５０は副室２２に高密度で充填された状態においても、吸着材５０同士の間に空隙を形成することにより通気抵抗の増大を抑制することができる。そのため、キャニスタ１０は大量の蒸発燃料の流入を許容することができ、給油の際に蒸発燃料が給油口から流出することを防止できる。

＜実施形態２＞
以下において、実施形態２について説明する。なお、実施形態２は実施形態１に一部変更を加えた構成であるため、実施形態１と同一の構成については同じ符号を付して重複する説明は省略する。なお、実施形態１とは異なり、実施形態２のキャニスタ１０は図１４の上下方向に基づいて車両に搭載される。つまり、各ポート２６，２８，３０がケーシング１２の上方に位置するように、キャニスタ１０は車両に搭載される。

図１４に示されるキャニスタ１０の副室２２は、仕切部材６０によって、第１副室２２ａ、第２副室２２ｂ、及び第３副室２２ｃに仕切られている。仕切部材６０は一対の多孔板６２が平行に連結された構造であり、当該多孔板６２の間が第２副室２２ｂとなる。また、第１副室２２ａに面する多孔板６２の第１副室２２ａ側、及び第３副室２２ｃに面する多孔板６２の第３副室２２ｃ側には、それぞれフィルタ６４が配置されている。

第１副室２２ａには吸着材４６が充填されており、第３副室２２ｃには吸着材５０が充填されている。一方、第２副室２２ｂには吸着材は充填されていない。そのため、タンクポート２６からキャニスタ１０内に流入した蒸発燃料が、主室２０、連通路２４及び第１副室２２ａを通過して第２副室２２ｂに流入すると、蒸発燃料は空気よりも重いために第２副室２２ｂの下部に溜まる。これにより、蒸発燃料は第３副室２２ｃへと到達し難くなる。

また、吸着性能が高い吸着材５０が第３副室２２ｃに充填されているため、第２副室２２ｂから第３副室２２ｃへと到達した蒸発燃料も確実に吸着することができる。更に、吸着材５０は高い脱離性能も有しており、吸着した蒸発燃料を容易に脱離することができるため、第３副室２２ｃにおける蒸発燃料の吸着可能量を常に高い状態に維持することができ、キャニスタ１０の吹き抜け防止性能をより高めることができる。

本発明は上記した実施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、吸着材５０の材料は活性炭に限らず、シリカなどの無機吸着材や、多孔性重合体などの有機吸着材を使用することもできる。また、吸着材５０は、副室２０及び第３副室２２ｃに限らず、吸着材４６が充填されている他の空間の一部又は全てに充填されていてもよい。また、キャニスタ１０は、Ｕ字型のガス通路を有する形状に限らず、他の形状であってもよい。キャニスタ１０の他の形状としては、例えば、円筒状のケースの両端に各ポートが形成されている直線状のガス通路を有する形状が挙げられる。

１０ キャニスタ
１２ ケーシング
２０ 主室
２２ 副室
２２ａ 第１副室
２２ｂ 第２副室
２２ｃ 第３副室
２４ 連通路
２６ タンクポート
２８ パージポート
３０ 大気ポート
４６，５０ 吸着材
５０ａ 端面

Claims (5)

1. 両端面を有する柱状又は筒状に成形された、蒸発燃料を吸着及び脱離可能な吸着材であって、
   前記端面の少なくとも一方が、前記吸着材の軸線に対して傾斜した切断面又は凹凸状の切断面を有する、吸着材。
2. 請求項１に記載の吸着材であって、
   中空部を有する筒状に成形されており、
   前記中空部が軸方向に延びる仕切壁によって仕切られている、吸着材。
3. 請求項１又は請求項２に記載の吸着材であって、
   前記端面は、ギザギザ状、波状、山状、又は谷状である、吸着材。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の吸着材であって、
   外径が４〜６ｍｍである、吸着材。
5. 燃料タンクに連通するタンクポートと、内燃機関に連通するパージポートと、大気に開放される大気ポートと、蒸発燃料を吸着及び脱離可能な吸着材が充填された吸着室と、を有するキャニスタであって、
   前記吸着室は、前記タンクポート及び前記パージポートに連通する第１吸着室と、前記タンクポートから前記大気ポートへ至る蒸発燃料の流れ方向において前記第１吸着室と前記大気ポートとの間に位置する第２吸着室と、を有し、
   前記第２吸着室には、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の吸着材が充填されている、キャニスタ。
   
   
   

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