JP2021059980A - キャニスタ - Google Patents

Abstract

【課題】最大気側の層への拡散を抑制し、キャニスタの吹き抜けを抑制する。【解決手段】キャニスタ１は、大気ポート２０の最も近くに配設された第１吸着層３０、該第１吸着層３０よりタンクポート１６側に配設された第２吸着層３２、該第２吸着層３２より前記タンクポート１６側に配設された第３吸着層３４を含む複数の吸着層を備える。前記第１吸着層３０に含まれる第１吸着材の吸着容量は、前記第２吸着層３２に含まれる第２吸着材の吸着容量より大きいか同等で、前記第２吸着材の吸着容量は、前記第３吸着層３４に含まれる第３吸着材の吸着容量より大きい。【選択図】図１

Description

本明細書に開示の技術は、キャニスタに関する。

自動車等の車両の蒸発燃料処理装置は、蒸発燃料を吸着及び脱離可能な吸着材が充填されたキャニスタを有する。これにより、燃料タンク内で発生した蒸発燃料は、キャニスタ内の吸着材に吸着される。そして、吸着材に吸着された蒸発燃料は、車両の走行時、すなわち内燃機関の稼働時にパージ通路へと脱離され、内燃機関へ通じる吸気通路に供給される。

上述のキャニスタでは、吸着材に残留する蒸発燃料が車両停止中に大気中へ放散されること、所謂吹き抜けを抑制することが求められている。例えば、特許文献１では、低沸点燃料成分の吸脱着に有効な有効細孔径の細孔容積が多い第１吸着体と、有効細孔径よりも小さな細孔径の細孔容積が第１吸着体よりも多い第２吸着体のうち、第２吸着体の比率を、最大気側の吸着層において高めることで、吹き抜けを抑制している。

特開２０１３−１３３７３１号公報

ところで、本明細書に開示の技術者らは、最大気側の層への、該最大気側の層よりも、大気ポートへの流れの上流に位置する層からの燃料の拡散が、吹き抜けの一因となることを知見した。

而して、本開示の技術が解決しようとする課題は、上述した点に鑑みて創案されたものであって、最大気側の層への拡散を抑制し、キャニスタの吹き抜けを抑制することにある。

上記課題を解決するために、本明細書に開示のキャニスタは次の手段をとる。

第１の手段は、液体燃料を貯留する燃料タンクに連通するタンクポートと大気に連通する大気ポートとが少なくとも形成されたケーシングと、該ケーシングによって画定された吸着室内に直列に配設された少なくとも３つの吸着層であって、前記大気ポートの最も近くに配設された第１吸着層、該第１吸着層より前記タンクポート側に配設された第２吸着層、該第２吸着層より前記タンクポート側に配設された第３吸着層を含む複数の吸着層を備えるキャニスタであって、前記第１吸着層に含まれる第１吸着材の吸着容量は、前記第２吸着層に含まれる第２吸着材の吸着容量より大きいか同等で、前記第２吸着材の吸着容量は、前記第３吸着層に含まれる第３吸着材の吸着容量より大きい、キャニスタである。

上記第１の手段によれば、第２吸着層に吸着された蒸発燃料が第１吸着層へと拡散しても、第１吸着層において拡散した蒸発燃料を吸着することができる。また、パージ後において、第３吸着層における蒸発燃料濃度を第２吸着層よりも低くすることができるので、第２吸着層から第３吸着層への拡散を生じさせ、第２吸着層から第１吸着層への拡散を低減することができる。よって、キャニスタの吹き抜けを抑制することができる。

第２の手段は、第１の手段のキャニスタであって、前記第１吸着材、前記第２吸着材及び前記第３吸着材の容積比は、１．００：０．７０〜１．００：１．０５〜１．５０の範囲である、キャニスタである。

上記第２の手段によれば、第２吸着層から第１吸着層への拡散をより低減し、キャニスタの吹き抜けを抑制することができる。

第３の手段は、第１又は第２の手段のキャニスタであって、前記複数の吸着層は、通気性を有する仕切り部材によって離隔されて配設される、キャニスタである。

上記第３の手段によれば、第１乃至第３の吸着層を隔離して配設することができる。

第４の手段は、第３の手段のキャニスタであって、前記仕切り部材の流通方向に隣接して、流体が流通する断面積を狭くする、絞り部材が配設されている、キャニスタである。

上記第４の手段によれば、圧力損失が増加し、各吸着層での流体の滞在時間が長くなるため、これら吸着層による吸着量及び脱着量が増加する。

第５の手段は、第１乃至第４の手段のキャニスタであって、前記ケーシング内に画定された吸着室の断面積は、前記第１吸着層から前記第３吸着層との間の少なくとも一部が、前記第３吸着層が配設されている部位から前記第１吸着層が配設されている部位に向かって漸減する構成となっている、キャニスタである。

上記第５の手段によれば、圧力損失が増加し、各吸着層での流体の滞在時間が長くなるため、これら吸着層による吸着量及び脱着量が増加する。

上述したキャニスタによれば、吹き抜けを抑制することができる。

第１の実施形態のキャニスタの断面図である。 図１に示すキャニスタの第２吸着層の吸着材及び第３吸着層の吸着材の合計容積に対する第３吸着層の吸着材の容積のパーセンテージに対して、キャニスタの吹き抜け量をプロットして得られるグラフである。

［第１の実施形態］
図１を参照して、第１の実施形態に係るキャニスタ１の構成を説明する。キャニスタ１は、自動車等の内燃機関（本実施形態ではガソリンエンジン）を有する車両に搭載される。便宜上、図１を基準としてキャニスタ１の上下、左右方向を定める。また、紙面前後方向を前後方向とする。これらの方向は車両に搭載された際の方向とは必ずしも一致しない。

［キャニスタの概略］
キャニスタ１は、例えばＰＡ６６ナイロン樹脂等の樹脂製のケーシング１０を備えている。ケーシング１０は、下面を開口する有天筒状のケーシング本体１２と、ケーシング本体１２の下面開口部を閉鎖するケーシング蓋１４とにより構成されている。ケーシング本体１２は、周壁部１２Ａと周壁部１２Ａの上端を閉鎖する天板部１２Ｂとを有する。ケーシング本体１２の天板部１２Ｂには、液体燃料（ガソリン）を貯留する燃料タンクに通じるタンクポート１６、内燃機関の吸気通路に連通するパージポート１８及び大気に連通する大気ポート２０がそれぞれ形成されている。ケーシング本体１２の天板部１２Ｂの下面には、下方に向かって隔壁２２が形成されており、ケーシング１０の内部を左右の２つの吸着室２４、２６に分割している。隔壁２２とケーシング蓋１４との間には、吸着室２４及び吸着室２６を接続する接続空間２８が形成されている。

吸着室２４には、活性炭粒子からなる吸着材が充填されて形成される第１吸着層３０、第２吸着層３２及び第３吸着層３４が配設されている。第２吸着層３２に対して、第１吸着層３０及び第３吸着層３４は最近接の吸着層である。吸着室２６には、同じく活性炭粒子からなる吸着材が充填されて形成される第４吸着層３６が配設されている。第１吸着層３０乃至第４吸着層３６は、その上下から仕切り部材により挟持されることにより、境界を画定されている。仕切り部材は通気性を有する部材であり、不織布、樹脂製の多孔質プレート等が例示される。詳細には、第１吸着層３０は、その上方に位置する仕切り部材３８と下方に位置する仕切り部材４０により挟持されている。第２吸着層３２は、その上方に位置する仕切り部材４０とその下方に位置する仕切り部材４２により挟持されている。第３吸着層３４は、その上方に位置する仕切り部材４２とその下方に位置する仕切り部材４４により挟持されている。第４吸着層３６は、その上方に位置する仕切り部材４６とその下方に位置する仕切り部材４８により挟持されている。

周壁部１２Ａの第２吸着層３２に対応する部分、すなわち、周壁部１２Ａの左方かつ、上下方向における中央部分は、上に向かって徐々に内方へ傾斜している。すなわち、吸着室２４の第２吸着層３２が配設されている部分の断面積は、第３吸着層３４から第１吸着層３０に向かう方向において漸減している。

第１吸着層３０と仕切り部材４０の間には、絞り部材５０が介装されている。絞り部材５０は、中央部分に孔５２が貫通形成された樹脂製のプレートである。接続空間２８には、コイルスプリング５４が仕切り部材４４とケーシング蓋１４の間に、コイルスプリング５６が仕切り部材４８とケーシング蓋１４の間に、それぞれ圧縮状態で介装されている。コイルスプリング５４及びコイルスプリング５６は、任意の手段により、左右前後方向への移動を規制されている。コイルスプリング５４は、仕切り部材４４を、コイルスプリング５６は仕切り部材４８をそれぞれ上方へ付勢している。吸着室２４内の、天板部１２Ｂと仕切り部材３８の間には、図示しない通気性を有するスペーサーが介装されており、第１吸着層３０乃至第３吸着層３４の上方への移動を規制している。同様に天板部１２Ｂと仕切り部材４６の間にも、図示しない通気性を有するスペーサーが介装されており、第４吸着層３６の上方への移動を規制している。

［吸着層］
本実施形態では、第１吸着層３０の吸着材の吸着容量は、第２吸着層３２の吸着材の吸着容量より多いか同等である。第２吸着層３２の吸着材の吸着容量は、第３吸着層３４の吸着材の吸着容量よりも大きい。第４吸着層３６には、任意の吸着材を使用することができる。なお、吸着容量は、例えばＡＳＴＭ ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌのＤ５２２８（２０１６年版）の方法により測定されたＢＷＣ（Ｂｕｔａｎｅ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔｙ）によって規定することができる。本実施形態では、第１吸着層３０、第２吸着層３２に使用される吸着材はそれぞれＢＷＣが１１ｇ／ｄＬよりも大きい。さらに、第１吸着層３０の吸着材のＢＷＣは、第２吸着層３２の吸着材のＢＷＣより大きい、又は同等である。例えば、第１吸着層３０、第２吸着層３２には、いずれもＢＷＣが１５ｇ／ｄＬである吸着材を使用することができる。第２吸着層３２は、第３吸着層３４よりもＢＷＣが大きい。例えば第３吸着層３４には、ＢＷＣが１１ｇ／ｄＬの吸着材を使用することができる。

第１吸着層３０、第２吸着層３２、第３吸着層３４に使用する吸着材の容積比は、１．００：０．７０〜１．００：１．０５〜１．５０の範囲とすることができる。一方、第４吸着層３６は任意の容積とすることができる。

［本実施形態の利点］
本実施形態では、第１吸着層３０の吸着材の吸着容量が、第２吸着層３２の吸着材の吸着容量より大きいか同等である。更に、第２吸着層３２の吸着材の吸着容量は、第３吸着層３４の吸着材の吸着容量よりも大きい。一般に、フィックの式によって表されるように、吸着層間での吸着した蒸発燃料の濃度差が大きいほど、高濃度側の吸着層から低濃度側の吸着層への拡散量が大きくなる。

Ｊ：拡散流束
Ｄ：拡散係数
ｃ：濃度
ｘ：拡散方向への距離

燃料タンク内で発生した蒸発燃料は、タンクポート１６からキャニスタ１内に導入され、蒸発燃料がほぼ除去された空気が大気ポート２０から流出する。そのため、各吸着層の吸着材が飽和する前の状態であれば、吸着材が吸着している燃料の濃度は、大きい順に第４吸着層３６、第３吸着層３４、第２吸着層３２、第１吸着層３０となる。第１吸着層３０と第２吸着層３２では、第２吸着層３２の方が蒸発燃料の濃度が高いため、第２吸着層３２から第１吸着層３０へと蒸発燃料が拡散する。このとき、仮に第１吸着層３０の吸着材の吸着容量が、第２吸着層３２の吸着材の吸着容量よりも小さい場合、第２吸着層３２から第１吸着層３０へと拡散した蒸発燃料を第１吸着層３０で吸着しきれず、結果として大気ポート２０から蒸発燃料が大気へと放出されてしまう、すなわち吹き抜けが生じる恐れがある。本実施形態では、第１吸着層３０の吸着材の吸着容量は、第２吸着層３２の吸着材の吸着容量より大きい又は同等であるため、上述した吹き抜けが生じる可能性は低くなる。

また、パージ時には、大気ポート２０からパージポート１８に向かう流れが生じる。そして、大気ポート２０側の吸着層から脱着された蒸発燃料は、大気ポート２０側に位置する吸着層よりもパージポート１８側に位置する吸着層を通過する。ここで、第１吸着層３０の吸着材の吸着容量は、第２吸着層３２の吸着材の吸着容量より大きいか同等である。そのため、パージ後では、第１吸着層３０に吸着されている蒸発燃料の濃度に対して、第２吸着層３２に吸着されている蒸発燃料の濃度は、相対的に増加する。一方、本実施形態では、第２吸着層３２の吸着材の吸着容量は、第３吸着層３４の吸着材の吸着容量よりも大きい。そのため、パージ後において、第２吸着層３２の吸着材に吸着されている蒸発燃料の濃度に対して、第３吸着層３４の吸着材に吸着されている蒸発燃料の濃度は相対的に小さくなる、より詳細には、第３吸着層３４の吸着材に吸着されている蒸発燃料の濃度は、第２吸着層３２の吸着材に吸着されている蒸発燃料の濃度よりも小さくなる。よって、パージ後は、第２吸着層３２から第１吸着層３０への蒸発燃料の拡散が生じるものの、第２吸着層３２から第３吸着層３４への拡散も生じるため、第２吸着層３２から第１吸着層３０への拡散量を低減し、ひいては吹き抜けを抑制することができる。

また、第１吸着層３０と第２吸着層３２と第３吸着層３４の吸着材の容積比は、１．００：０．７０〜１．００：１．０５〜１．５０の範囲にすることが望ましい。つまり、第１吸着層３０の容積は第２吸着層３２の容積以上の範囲にあることが望ましい。第１吸着層３０及び第２吸着層３２容積比を上記範囲とすることにより、第１吸着層３０が吸着しきれない量の蒸発燃料が第２吸着層３２から拡散する可能性が低くなる。ひいては、吹き抜けが生じる可能性を更に低くすることができる。また、第２吸着層３２と第３吸着層３４の吸着材の容積比が上記範囲にあることにより、パージ後に、第２吸着層３２から第１吸着層３０への拡散量を十分に低減できる程度に、第２吸着層３２から第３吸着層３４への拡散を生じさせることができる。

図２に、第２吸着層３２の吸着材及び第３吸着層３４の吸着材の合計容積に対する第３吸着層３４の吸着材の容積のパーセンテージを横軸に、第１吸着層３０、第２吸着層３２、第３吸着層３４を備えたキャニスタ１の吹き抜け量を縦軸に設定したグラフを示す。このとき、第１吸着層３０及び第２吸着層３２の吸着材の吸着容量は、ＢＷＣが１５ｇ／ｄＬであり、第３吸着層３４の吸着材の吸着容量は、ＢＷＣが１１ｇ／ｄＬである。図２のグラフより、第２吸着層３２の吸着材の容積と第３吸着層３４の吸着材の容積が、上述した範囲にあるときに、吹き抜けが抑制されることがわかる。なお、吹き抜け量が最小となるのは、第２吸着層３２と第３吸着層３４の吸着材の容積比が中央値をとるときである。

また、流通方向において、仕切り部材４０に隣接して絞り部材５０が配設されている。これにより、第２吸着層３２から第１吸着層３０に向かう、流体（蒸発燃料と空気の混合物）に対する抵抗が大きくなる。そして、各吸着層での流体の滞在時間が長くなるため、これら吸着層による吸着量が増加する。さらに、絞り部材５０よりも大気ポート２０側に位置する第１吸着層３０への蒸発燃料の拡散を抑制することができる。

また、吸着室の第２吸着層３２が配設されている部分の断面積は、第３吸着層３４から第１吸着層３０に向かう方向において漸減している。このため、ケーシング１０の第２吸着層３２が配設された部分では、タンクポート１６から大気ポート２０への流れが生じている際、流体に対する抵抗が大きくなる。そして、各吸着層での流体の滞在時間が長くなるため、これら吸着層による吸着量が増加する。さらに、第１吸着層３０への蒸発燃料の拡散を抑制することができる。

［変形例］
上記実施形態では、キャニスタ１は第１吸着層３０、第２吸着層３２、第３吸着層３４及び第４吸着層３６を有していたが、第４吸着層３６は省略してもよい。又は、５つ以上の吸着層を有する構成としてもよい。上記実施形態では、キャニスタ１は所謂Ｕフロータイプのものであったが、Ｉフロータイプのものであってもよい。

１ キャニスタ
１０ ケーシング
１６ タンクポート
２４ 吸着室
３０ 第１吸着層
３２ 第２吸着層
３４ 第３吸着層
３８，４０，４２，４４ 仕切り部材
５０ 絞り部材

Claims (5)

1. 液体燃料を貯留する燃料タンクに連通するタンクポートと大気に連通する大気ポートとが少なくとも形成されたケーシングと、該ケーシングによって画定された吸着室内に直列に配設された少なくとも３つの吸着層であって、前記大気ポートの最も近くに配設された第１吸着層、該第１吸着層より前記タンクポート側に配設された第２吸着層、該第２吸着層より前記タンクポート側に配設された第３吸着層を含む複数の吸着層を備えるキャニスタであって、
   前記第１吸着層に含まれる第１吸着材の吸着容量は、前記第２吸着層に含まれる第２吸着材の吸着容量より大きいか同等で、前記第２吸着材の吸着容量は、前記第３吸着層に含まれる第３吸着材の吸着容量より大きい、キャニスタ。
2. 請求項１に記載のキャニスタであって、前記第１吸着材、前記第２吸着材及び前記第３吸着材の容積比は、１．００：０．７０〜１．００：１．０５〜１．５０の範囲である、キャニスタ。
3. 請求項１又は２に記載のキャニスタであって、前記複数の吸着層は、通気性を有する仕切り部材によって離隔されて配設される、キャニスタ。
4. 請求項３に記載のキャニスタであって、前記仕切り部材の流通方向に隣接して、流体が流通する断面積を狭くする、絞り部材が配設されている、キャニスタ。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のキャニスタであって、前記ケーシング内に画定された吸着室の断面積は、前記第１吸着層から前記第３吸着層との間の少なくとも一部が、前記第３吸着層が配設されている部位から前記第１吸着層が配設されている部位に向かって漸減する構成となっている、キャニスタ。

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