JP2022181344A - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着層の外周部におけるベーパガスの流れの損失係数とパージガスの流れの損失係数とをそれぞれ最適化する。
【解決手段】キャニスタ１０は、流路１８を形成するケーシング１１を備える。流路１８には、蒸発燃料を吸着する吸着材２１が充填された吸着層２０が設けられる。吸着時には流路１８を正方向に流れるベーパガス中の蒸発燃料が吸着材２１に吸着される。脱離時には流路１８を正方向とは逆方向へ流れるパージガスにより吸着材２１から蒸発燃料が脱離される。ケーシング１１の内壁面には、周方向に延在するリブ状に突出されかつベーパガスの流れの損失係数とパージガスの流れの損失係数とを異ならせる突起部３０が設けられる。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示の技術は蒸発燃料処理装置に関する。詳しくは、自動車等の車両の燃料タンク内にて発生した蒸発燃料（例えばガソリンベーパ）を処理する蒸発燃料処理装置に関する。

一般的な蒸発燃料処理装置は、ケーシング内の流路に、蒸発燃料を吸着する吸着材が充填された吸着層が設けられている。吸着時には流路を正方向に流れるベーパガス中の蒸発燃料が吸着材に吸着される。また、脱離時には流路を正方向とは逆方向へ流れるパージガスにより吸着材から蒸発燃料が脱離される。多くの蒸発燃料処理装置では、給油時における吸着層のガスの流れの損失係数を考慮して、粉末よりも大きな粒径を有する粒状の吸着材が用いられる。

ケーシングの内壁面とその内壁面に接触する吸着材との間の隙間は、互いに接触する吸着材同士の間の隙間と比べて大きい。すなわち、吸着層の外周部の空隙率が吸着層の内周部の空隙率よりも高いため、吸着層の外周部のガスの流れの損失係数がその内周部のガスの流れの損失係数よりも小さい。したがって、給油時において、通常時（例えば駐車時）の流速と比べて流速の速いベーパガスは、吸着層の外周部を通りやすく、その内周部を通りにくい。このため、吸着層の内周部の下流域において吸着材に蒸発燃料を効率的に吸着させることが困難である。また、吸着層の内周部の下流域に蒸発燃料を吸着可能な吸着材が存在しているにもかかわらず、吸着層の外周部を流れたベーパガスが大気中に吹き抜けることも懸念される。

このような問題を解決するために、特許文献１では、ケーシングの内壁面に吸着材の外形形状の一部に対応する凹凸部を形成することによって、ケーシングの内壁面と吸着材との間の空隙率を低減している。また、特許文献２では、ケーシングの内壁面にその周方向に延在するリブを形成することによって、ケーシングを補強している。

特開２０１２－１９７７５８号公報 特開２０１３－２４９７５２号公報

特許文献１及び特許文献２によると、吸着層の外周部におけるベーパガスの流れの損失係数とパージガスの流れの損失係数とは同じである。このため、吸着層の外周部におけるベーパガスの流れの損失係数とパージガスの流れの損失係数とをそれぞれ最適化することはできない。

本明細書に開示の技術が解決しようとする課題は、吸着層の外周部におけるベーパガスの流れの損失係数とパージガスの流れの損失係数とをそれぞれ最適化することにある。

上記課題を解決するため、本明細書が開示する技術は次の手段をとる。

第１の手段は、流路を形成するケーシングを備えており、前記流路には、蒸発燃料を吸着する吸着材が充填された吸着層が設けられており、吸着時には前記流路を正方向に流れるベーパガス中の蒸発燃料が前記吸着材に吸着され、脱離時には前記流路を前記正方向とは逆方向へ流れるパージガスにより前記吸着材から前記蒸発燃料が脱離される蒸発燃料処理装置であって、前記ケーシングの内壁面には、周方向に延在するリブ状に突出されかつ前記ベーパガスの流れの損失係数と前記パージガスの流れの損失係数とを異ならせる突起部が設けられている、蒸発燃料処理装置である。

第１の手段によると、ケーシングの内壁面に周方向に延在するリブ状に突出された突起部により、吸着層の外周部におけるベーパガスの流れの損失係数とパージガスの流れの損失係数とが異ならせられる。これにより、吸着層の外周部におけるベーパガスの流れの損失係数とパージガスの流れの損失係数とをそれぞれ最適化することができる。

第２の手段は、第１の手段の蒸発燃料処理装置であって、前記突起部は、前記ケーシングと別体で形成された突起部形成部材である、蒸発燃料処理装置である。

第２の手段によると、ケーシングと、ケーシングと別体の突起部形成部材と、のそれぞれ形状を簡素化することができる。これにより、ケーシング及び突起部形成部材にかかる成形コストを低減することができる。

第３の手段は、第１又は２の手段の蒸発燃料処理装置であって、前記突起部は、前記ベーパガスの流れに面する側に形成されかつ先端側ほどその流れ方向の下流側に位置する第１傾斜面と、前記パージガスの流れに面する側に形成されかつ先端側ほどその流れ方向の下流側に位置する第２傾斜面と、を有しており、前記第１傾斜面の傾斜角度θ１と、前記第２傾斜面の傾斜角度θ２、とは、θ１＞θ２の関係を満たす、蒸発燃料処理装置である。

第３の手段によると、突起部の第１傾斜面の傾斜角度θ１と、第２傾斜面の傾斜角度θ２、とが、θ１＞θ２の関係を満たすため、吸着層の外周部におけるベーパガスの流れの損失係数がパージガスの流れの損失係数に比べ大きい。これにより、吸着時、特にベーパガスの流速が速い給油時において、吸着層の外周部におけるベーパガスの流れの遅延効果が得られることにより、吸着層の外周部を流れるベーパガスの流速と、吸着層の内周部を流れるベーパガスの流速と、が均質化される。このため、吸着層の内周部の下流域における吸着効率を向上することができるとともに、吸着層の外周部を流れたベーパガスの吹き抜けを抑制することができる。一方、脱離時には、パージガスの流れの流速が遅いため、吸着層の内周部と外周部との流速の速度差も小さく、また、突起部の第２傾斜面によるパージガスの流れの遅延効果が小さい。したがって、吸着層の外周部を流れるパージガスの流速と、吸着層の内周部を流れるパージガスの流速と、が均質化されることにより、脱離効率の低下を抑制することができる。

第４の手段は、第１～３のいずれか１つの手段の蒸発燃料処理装置であって、前記突起部は、前記ベーパガスの流れに面する側の開口面積Ｓ１と、前記パージガスの流れに面する側の開口面積Ｓ２とがＳ１＜Ｓ２の関係を満たす連通孔を有する、蒸発燃料処理装置である。

第４の手段によると、突起部が、連通孔のベーパガスの流れに面する側の開口面積Ｓ１とパージガスの流れに面する側の連通孔の開口面積Ｓ２とがＳ１＜Ｓ２の関係を満たす連通孔を有する。これにより、脱離時において、パージガスの一部が突起部の連通孔を通過することで、突起部の下流側におけるパージガスの淀みを抑制することができる。また、吸着時、特にベーパガスの流速が速い給油時において、ベーパガスが突起部の連通孔を通過しにくいため、吸着層の外周部におけるベーパガスの流れの遅延効果の低下を抑制することができる。

本明細書に開示の技術によると、吸着層の外周部におけるベーパガスの流れの損失係数とパージガスの流れの損失係数とをそれぞれ最適化することができる。

実施形態１にかかるキャニスタを示す断面図である。 図１のII－II線矢視断面図である。 突起部を示す断面図である。 突起部の連通孔を示す断面図である。 給油時のベーパガスの流れを示す図である。 脱離時のパージガスの流れを示す図である。 実施形態２にかかる突起部形成部材を示す断面図である。

以下、本明細書に開示の技術を実施するための実施形態について図面を用いて説明する。

［実施形態１］
本実施形態では、内燃機関を備える自動車等の車両に搭載される蒸発燃料処理装置としてのキャニスタについて例示する。図１はキャニスタを示す断面図、図２は図１のII－II線矢視断面図である。なお、図１を基に上下左右の方位を定めるが、キャニスタの配置方向を特定するものではない。

（キャニスタの概要）
図１に示すように、キャニスタ１０は円筒状のケーシング１１を備えている。ケーシング１１は、ケーシング本体１２とカバー１６とを有する。ケーシング本体１２は、円筒状の筒壁部１２ａと、筒壁部１２ａの一端面（図１において左端面）を閉鎖する底壁部１２ｂと、が一体成形により形成されている。

底壁部１２ｂには、ベーパガスの導入口となるタンクポート１３、及び、パージガスの導出口となるパージポート１４が一体成形により形成されている。タンクポート１３及びパージポート１４は、底壁部１２ｂから外方（図１において左方）へ突出する円筒状に形成されている。ケーシング本体１２は樹脂製である。

カバー１６は、円板状に形成されている。カバー１６の中央部には、大気と連通して大気（外気）の出入口となる大気ポート１７が一体成形により形成されている。大気ポート１７は、カバー１６から外方（図１において右方）へ突出する円筒状に形成されている。カバー１６は樹脂製である。

カバー１６は、ケーシング本体１２の筒壁部１２ａに対して筒壁部１２ａの開口面（図１において右端面）を閉鎖するように溶着、接着等により接合されている。これにより、ケーシング１１内には、タンクポート１３及びパージポート１４と大気ポート１７との間を連通する直線状の流路１８が形成されている。すなわち、キャニスタ１０はＩ字状のフロー構造を有する。

ベーパガスは、流路１８をタンクポート１３側から大気ポート１７側へ流れる。パージガスは、流路１８を大気ポート１７側からパージポート１４側へ流れる。すなわち、流路１８におけるベーパガスが正方向に流れるとすると、パージガスは正方向とは逆方向に流れる。

流路１８には、蒸発燃料を吸着する粒状の吸着材２１が充填された吸着層２０が設けられている。吸着材２１としては、例えば、粒状の活性炭、粒状の造粒炭等が用いられる。また、ケーシング本体１２内の底壁部１２ｂ側には、吸着層２０を保持する通気性を有するシート状の第１フィルタ２３が配置されている。第１フィルタ２３は、樹脂製の不織布や発泡ウレタン等により形成されている。

ケーシング本体１２内の開口側には、吸着層２０を保持する通気性を有するシート状の第２フィルタ２４を介して、多孔板２６が面方向（図１において左右方向）に移動可能に嵌合されている。第２フィルタ２４は、樹脂製の不織布や発泡ウレタン等により形成されている。多孔板２６は、板厚方向に貫通する多数の通気孔２６ａを有する。多孔板２６は樹脂製である。また、第１フィルタ２３と第２フィルタ２４との間に吸着層２０が区画されている。

カバー１６と多孔板２６との間には、多孔板２６を押圧するコイルスプリング２８が介在されている。なお、図示しないが、タンクポート１３は燃料タンクに接続される。また、パージポート１４は内燃機関（エンジン）の吸気通路に接続される。また、大気ポート１７は大気に開口される。

（キャニスタ１０の作用）
（吸着時）
燃料タンク内で発生した蒸発燃料を含むベーパガスは、キャニスタ１０のタンクポート１３から流路１８に導入され、吸着層２０を流れる。このとき、ベーパガス中の蒸発燃料が吸着材２１に吸着される。その吸着材２１に蒸発燃料が吸着された後の清浄なガス（空気）が大気ポート１７から大気に放出される。

（脱離時）
大気（パージガス）は、キャニスタ１０の大気ポート１７から流路１８に導入され、吸着層２０を流れる。このとき、吸着材２１から蒸発燃料が脱離される。蒸発燃料を脱離したパージガスは、パージポート１４からエンジンの吸気通路へパージされる。

（実施形態１の特徴的構成）
図１に示すように、ケーシング１１の内壁面すなわちケーシング本体１２の筒壁部１２ａの内周面には、突起部３０が一体成形により設けられている。突起部３０は、吸着層２０の外周部における軸方向（図１において左右方向）の中央部に突出されている。突起部３０は、突起部３０の周方向に延在するリブ状に突出されている。突起部３０は、円環状に連続している（図２参照）。図３は突起部を示す断面図である。

図３に示すように、突起部３０は、断面台形形状に形成されている。突起部３０は、第１傾斜面３１と第２傾斜面３２とを有する。第１傾斜面３１は、ベーパガスの流れに面する側（図３において左側）に形成されかつ先端側ほどベーパガスの流れ方向の下流側（図３において右側）に位置する。第１傾斜面３１は、断面直線状に形成されており、ベーパガスの流れ方向の上流側から下流に向かって次第に縮径するテーパ面を呈する。

第２傾斜面３２は、パージガスの流れに面する側（図３において右側）に形成されかつ先端側ほどパージガスの流れ方向の下流側（図３において左側）に位置する。第２傾斜面３２は、断面直線状に形成されており、パージガスの流れ方向の上流側から下流に向かって次第に縮径するテーパ面を呈する。

第１傾斜面３１の傾斜角度（テーパ角）θ１と、第２傾斜面３２の傾斜角度（テーパ角）θ２、とは、θ１＞θ２の関係を満たしている。したがって、第１傾斜面３１と第２傾斜面３２とにより、ベーパガスの流れの損失係数とパージガスの流れの損失係数とが異ならせられている。すなわち、ベーパガスの流れの損失係数がパージガスの流れの損失係数に比べ大きい。

図２に示すように、突起部３０は、複数（図２では１６個を示す）の連通孔３４を有する。図４に示すように、連通孔３４の一端は第１傾斜面３１に開口され、その他端は第２傾斜面３２に開口されている。連通孔３４は、断面円形状で、パージガスの流れ方向の上流側（図４において右側）から下流側（図４において左側）に向かって次第に縮径するテーパ孔状に形成されている。連通孔３４の第１傾斜面３１側の開口径ｄ１は、第２傾斜面３２側の開口径ｄ２よりも小さい。すなわち、第１傾斜面３１側（ベーパガスの流れに面する側）の連通孔３４の開口面積Ｓ１と、第２傾斜面３２側（パージガスの流れに面する側）の連通孔３４の開口面積Ｓ２と、はＳ１＜Ｓ２の関係を満たしている。

（吸着時（特に給油時）のベーパガスの流れ）
給油時において、キャニスタ１０の流路１８を正方向に流れるベーパガスの流速は、通常時（例えば駐車時）のベーパガスの流速に比べてかなり速い。また、ケーシング１１の内壁面とその内壁面に接触する吸着材２１との間の隙間は、互いに接触する吸着材同士の間の隙間と比べて大きい。このため、吸着層２０の外周部のベーパガスの流れの損失係数は、吸着層２０の内周部のベーパガスの流れの損失係数よりも小さい。したがって、給油時において、通常時（例えば駐車時）の流速と比べて流速の速いベーパガスは、吸着層２０の外周部を通りやすく、吸着層２０の内周部を通りにくい。図５は給油時のベーパガスの流れを示す図である。

図５に示すように、吸着層２０の外周部を流れるベーパガスＶｏ（図５中、黒矢印参照）は、吸着層２０の内周部を流れるベーパガスＶｉ（図５中、白抜き矢印参照）が突起部３０の中心部に到達するよりも早く、突起部３０の第１傾斜面３１に到達する。以下、吸着層２０の外周部を流れるベーパガスＶｏを外周流ベーパガスＶｏといい、吸着層２０の内周部を流れるベーパガスＶｉを内周流ベーパガスＶｉという。

突起部３０の第１傾斜面３１に到達した外周流ベーパガスＶｏは、ほとんど突起部３０を迂回するため、圧損が生じる。これにより、外周流ベーパガスＶｏの流速が遅くなる。その流速の遅い外周流ベーパガスＶｏは、吸着層２０の外周部を下流へ流れていく。また、突起部３０の第２傾斜面３２がディフューザーとして機能することで、外周流ベーパガスＶｏの拡散性が向上される。なお、連通孔３４の第１傾斜面３１に開口する一端の開口面積Ｓ１は小さいため、外周流ベーパガスＶｏは連通孔３４をほとんど通らない。

したがって、吸着層２０の下流側（大気ポート１７側）において、外周流ベーパガスＶｏの流速と内周流ベーパガスＶｉの流速が均質化される。このため、吸着層２０の吸着材２１を全体的に満遍なく利用することが可能となる。これにより、吸着層２０の内周部の下流域Ａ（図５において一点鎖線で囲まれた領域）の吸着材２１にもベーパガス中の蒸発燃料を効率的に吸着させることができる。よって、吸着効率を向上するとともに外周流ベーパガスＶｏの大気へ吹き抜けを抑制することができる。

（脱離時のベーパガスの流れ）
脱離時において、キャニスタ１０の流路１８を逆方向に流れるパージガスの流速は、例えば給油時のベーパガスの流速の半分程度で全体的に遅い。このため、吸着層２０の外周部を流れるパージガスに、給油時ほどの圧損は必要とされない。図６は脱離時のパージガスの流れを示す図である。

図６に示すように、吸着層２０の外周部を流れるパージガスＰｏ（図６中、黒矢印参照）の流速と、吸着層２０の内周部を流れるパージガスＰｉ（図６中、白抜き矢印参照）の流速との速度差は小さい。以下、吸着層２０の外周部を流れるパージガスＰｏを外周流パージガスＰｏといい、吸着層２０の内周部を流れるパージガスＰｉを内周流パージガスＰｉという。

外周流パージガスＰｏのうち、一部は突起部３０の連通孔３４を通り、残部は突起部３０を迂回する。このときの圧損は、給油時の圧損よりも小さい。また、外周流パージガスＰｏの一部が連通孔３４を通ることにより、突起部３０の下流側（第１傾斜面３１側）に生じる淀みを解消することができる。したがって、吸着層２０の下流側（パージポート１４側）において、外周流パージガスＰｏの流速とパージガスＰｉの流速が均質化される。これにより、吸着層２０の吸着材２１から蒸発燃料を満遍なく脱離させることができる。よって、脱離効率の低下を抑制することができる。

（実施形態１の利点）
実施形態１のキャニスタ１０によると、ケーシング１１の内壁面に周方向に延在するリブ状に突出された突起部３０により、吸着層２０の外周部におけるベーパガスの流れの損失係数とパージガスの流れの損失係数とが異ならせられる。これにより、吸着層２０の外周部におけるベーパガスの流れの損失係数とパージガスの流れの損失係数とをそれぞれ最適化することができる。

また、突起部３０の第１傾斜面３１の傾斜角度θ１と、第２傾斜面３２の傾斜角度θ２、とが、θ１＞θ２の関係を満たすため、外周流ベーパガスＶｏの流れの損失係数が外周流パージガスＰｏの流れの損失係数に比べ大きい。これにより、吸着時、特にベーパガスの流速が速い給油時において、外周流ベーパガスＶｏの流れの遅延効果が得られることにより、外周流ベーパガスＶｏの流速と外周流パージガスＰｏの流速とが均質化される。このため、吸着層２０の内周部の下流域Ａにおける吸着効率を向上することができるとともに、外周流ベーパガスＶｏの吹き抜けを抑制することができる。

一方、脱離時には、パージガスの流れの流速が遅いため、吸着層２０の内周部と外周部との流速の速度差が小さく、また、突起部３０の第２傾斜面３２によるパージガスの流れの遅延効果が小さい。したがって、外周流パージガスＰｏの流速と内周流パージガスＰｉの流速とが均質化されることにより、脱離効率の低下を抑制することができる。

また、突起部３０が、連通孔３４の第１傾斜面３１側の開口面積Ｓ１と第２傾斜面３２側の連通孔３４の開口面積Ｓ２とがＳ１＜Ｓ２の関係を満たす連通孔３４を有する。これにより、脱離時において、外周流パージガスＰｏの一部が突起部３０の連通孔３４を通過することで、突起部３０の下流側（第１傾斜面３１側）における外周流パージガスＰｏの淀みを抑制することができる。また、吸着時、特にベーパガスの流速が速い給油時において、外周流ベーパガスＶｏが突起部３０の連通孔３４を通過しにくいため、外周流ベーパガスＶｏの流れの遅延効果の低下を抑制することができる。

［実施形態２］
本実施形態は、実施形態１の突起部３０（図１参照）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、実施形態１と同一部位については同一符号を付して重複する説明を省略する。図７は突起部形成部材を示す断面図である。

図７に示すように、本実施形態の突起部（符号、１３０を付す）は、ケーシング１１のケーシング本体１２と別体で形成されかつ突起部形成部材１３０（突起部と同一符号を付す）である。ケーシング本体１２の筒壁部１２ａ内に突起部形成部材１３０が嵌合されかつ溶着、接着等により接合されている。

本実施形態によると、ケーシング１１のケーシング本体１２と、ケーシング本体１２と別体の突起部形成部材１３０と、のそれぞれ形状を簡素化することができる。これにより、ケーシング１１のケーシング本体１２及び突起部形成部材１３０にかかる成形コストを低減することができる。

［他の実施形態］
本明細書に開示の技術は、前記した実施形態に限定されるものではなく、その他各種の形態で実施可能である。例えば、本明細書に開示の技術は、Ｉ字状のフロー構造を有するキャニスタ１０に限らず、Ｕ字状のフロー構造を有するキャニスタに適用してもよい。また、ケーシング本体１２の筒壁部１２ａの形状は、円筒状に限らず、角筒状でもよい。また、突起部３０は、ケーシング１１の内壁面の周方向に断続的に形成してもよい。また、突起部３０の第１傾斜面３１の断面形状は、直線状に限らず、凸型円弧状、凹型円弧状、凸型円弧状部分と凹型円弧状部分とを組み合わせたＳ字状、階段状、波形状、鋸刃状等でもよい。また、突起部３０の第２傾斜面３２の断面形状は、直線状に限らず、凸型円弧状、凹型円弧状、凸型円弧状部分と凹型円弧状部分とを組み合わせたＳ字状、階段状、波形状、鋸刃状等でもよい。また、突起部３０の第１傾斜面３１の断面形状と第２傾斜面３２の断面形状とは異なっていてもよい。また、突起部３０の連通孔３４の断面形状は、円形状に限らず、四角形状でもよい。

１０ キャニスタ（蒸発燃料処理装置）
１１ ケーシング
１２ ケーシング本体
１６ カバー
１８ 流路
２０ 吸着層
２１ 吸着材
３０ 突起部
３１ 第１傾斜面
３２ 第２傾斜面
３４ 連通孔
１３０ 突起部形成部材（突起部）
θ１，θ２ 傾斜角度
Ｓ１，Ｓ２ 開口面積

Claims (4)

1. 流路を形成するケーシングを備えており、
   前記流路には、蒸発燃料を吸着する吸着材が充填された吸着層が設けられており、
   吸着時には前記流路を正方向に流れるベーパガス中の蒸発燃料が前記吸着材に吸着され、脱離時には前記流路を前記正方向とは逆方向へ流れるパージガスにより前記吸着材から前記蒸発燃料が脱離される蒸発燃料処理装置であって、
   前記ケーシングの内壁面には、周方向に延在するリブ状に突出されかつ前記ベーパガスの流れの損失係数と前記パージガスの流れの損失係数とを異ならせる突起部が設けられている、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、
   前記突起部は、前記ケーシングと別体で形成された突起部形成部材である、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、
   前記突起部は、前記ベーパガスの流れに面する側に形成されかつ先端側ほどその流れ方向の下流側に位置する第１傾斜面と、前記パージガスの流れに面する側に形成されかつ先端側ほどその流れ方向の下流側に位置する第２傾斜面と、を有しており、前記第１傾斜面の傾斜角度θ１と、前記第２傾斜面の傾斜角度θ２、とは、θ１＞θ２の関係を満たす、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、
   前記突起部は、前記ベーパガスの流れに面する側の開口面積Ｓ１と、前記パージガスの流れに面する側の開口面積Ｓ２とがＳ１＜Ｓ２の関係を満たす連通孔を有する、蒸発燃料処理装置。

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