JP5847572B2 - キャニスタ - Google Patents

Description

この発明は、車両用内燃機関の蒸発燃料処理装置等に用いられるキャニスタに関する。

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車両用内燃機関では、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、ケーシング内に活性炭等の吸着材が充填された充填室が設けられ、機関停止時等の吸着時には、燃料タンクで発生した蒸発燃料をチャージポートを介してキャニスタ内に導入し、充填室内を所定のチャージ方向へ流れるガス中の蒸発燃料を吸着材に吸着し、機関運転中の脱離時には、充填室内を上記チャージ方向とは反対のパージ方向へ流れる大気ガス（パージガス）により上記吸着材に吸着している蒸発燃料を脱離させて、内燃機関の吸気系へ供給し、燃焼室内で燃焼・処理するようになっている。

特開２００７−１４６７９３号公報

このようなキャニスタでは、蒸発燃料を吸着した状態で放置すると、キャニスタ内で濃度均衡（マイグレーション）を生じる。この際、重力の影響も受けるために、吸着材が充填された充填室のうちで、搭載状態で鉛直方向の下側領域では蒸発燃料の吸着量が相対的に多くなり、上側領域では蒸発燃料の吸着量が相対的に少なくなる。このように充填室内の吸着量が上下方向で不均一な状態となると、吸着・脱離効率が低下し、キャニスタとしての所期の吸着・脱離性能を発揮することができなくなる。例えば、下側領域の吸着量が多い状態で、更に蒸発燃料を含んだガスが充填室内へ流れ込むと、上側領域が吸着可能な状態であるにもかかわらず、下側領域では吸着量が飽和して、吸着性能を超えた分の蒸発燃料が大気中へ放出されてしまうおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、重力の影響に起因する吸着・脱着性能の低下を抑制し得る新規なキャニスタを提供することを目的としている。

そこで本発明は、ケーシング内に吸着材が充填された充填室が設けられ、吸着時には、上記充填室内を所定のチャージ方向へ流れるガス中の蒸発燃料を上記吸着材に吸着し、脱離時には、上記充填室内を上記チャージ方向と反対のパージ方向へ流れるガスにより上記吸着材に吸着している蒸発燃料を脱離するように構成されたキャニスタにおいて、上記吸着時には、上記充填室のうち、鉛直方向で上側領域の流量が多くなり、上記脱離時には、上記充填室のうち、鉛直方向で下側領域の流量が多くなるように、上記充填室内を流れるガスの流れ方向に応じて、上記充填室内を流れるガスの領域を切り換える切換手段を備えることを特徴としている。

このような切換手段は、例えば、上記ケーシング内における上記充填室のガス流れ方向の端部に空隙を確保するためのスペーサに内蔵される。

より具体的には、上記スペーサには、上記充填室の上側領域に連なる上側開口孔と下側領域に連なる下側開口孔とが形成されており、これら上側開口孔と下側開口孔の一方には、一方向の流れのみを許容する逆止弁が設けられ、他方には通気抵抗を増加させるための抵抗体が設けられる。

あるいは、上記の切換手段として、上記ケーシング内に実質的に隙間無く嵌合する枠体と、この枠体の開口部内に上下方向に移動可能に支持され、上記充填室内を流れるガスの流れ方向に応じて上下方向へ移動する遮蔽板と、が設けられる。そして、この遮蔽板が上方向へ移動することによって、上記枠体の開口部のうち、上記遮蔽板よりも上側部分の開口面積が縮小しつつ遮蔽板よりも下側部分の開口面積が拡大し、上記遮蔽板が下方向へ移動することによって、上記枠体の開口部のうち、上記遮蔽板よりも下側部分の開口面積が縮小しつつ上側部分の開口面積が拡大するように構成されている。

このような本発明によれば、吸着時には、蒸発燃料を含んだガスを充填室の上側領域に優先的に通流させて、この上側領域に優先的に蒸発燃料を吸着させることで、重力の影響によって上側領域の蒸発燃料の吸着量が相対的に少なくなることにを抑制・緩和することができる。また、重量の影響によって下側領域の蒸発燃料の吸着量が相対的に多くなった場合であっても、脱離時には主に下側領域に優先的にガスを流し、この下側領域の脱離を促進することによって、吸着量を上下方向で均一化し、ひいては吸着・脱離性能を向上することができる。

本発明の第１実施例に係るキャニスタを示す断面図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。 図１のスペーサの近傍を示す断面図。 図３のスペーサの下側開口孔の近傍を示す断面図。 本発明の第２実施例に係るキャニスタのスペーサの近傍を示す断面図。 図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 本発明の第３実施例に係るキャニスタを示す断面図。 図７のスペーサの近傍を示す断面図。 本発明の第４実施例に係るキャニスタのスペーサを単体で示す斜視図。 図９のスペーサを示す断面図。

以下、本発明の好ましい実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例に係るキャニスタ１を示している。このキャニスタ１のケーシング２は、合成樹脂材料からなり、主ケース３と、この主ケース３の長手方向の他端側の開口を閉塞するキャップ４と、から大略構成されている。主ケース３は、一端側に内燃機関の吸気系に接続されるパージポート５と燃料タンク（図示せず）に接続されるチャージポート６とが設けられた略筒状の細長い第１筒状部７と、一端側に大気に連通する大気ポート８が設けられた細長い第２筒状部９と、を有している。第１筒状部７の他端及び第２筒状部９の他端はそれぞれ開口しており、上述のキャップ４で閉塞される。これら第１筒状部７と第２筒状部９とは、互いに隣接し合うように配置されるとともに、補強用のリブ１０によって連結されており、主ケース３は、全体として略箱形の直方体形状を呈している。第１筒状部７及び第２筒状部９の内部には、蒸発燃料の吸着・脱離を行う吸着材としての活性炭１１が充填された細長い第１、第２充填室１２，１３がそれぞれ形成されている。なお、第１筒状部７は断面略四角形状の筒状をなし、第２筒状部９は、第１筒状部よりも通路断面積の小さい断面円形の筒状をなしている。

第１充填室１２の一端側は、通気性を有する第１スクリーン部材１６を介してチャージポート６及びパージポート５に連通している。第１充填室１２の他端側は、通気性を有する第２スクリーン部材１７を介して、主ケース３の他端部（図１における左側端部）とキャップ４とによって構成された接続路１８に連通している。第２スクリーン部材１７は、スプリング１９のバネ力を受けた多孔板２０により第１充填室１２の一端側（図１における右側）に向かって付勢されている。

第２充填室１３の一端側（図１における右側）は、通気性を有する第３スクリーン部材２１を介して大気ポート８に連通している。第２充填室１３の他端側（図１における左側）は、通気性を有する第４スクリーン部材２２を介して接続路１８に連通している。第４スクリーン部材２２は、スプリング２３のバネ力を受けた多孔板２４により第２充填室１３の一端側に向かって付勢されている。第１充填室１２の他端及び第２充填室１３の他端は、接続路１８を介して接続されており、ケーシング２の内部は、接続路１８において折り返す略Ｕ字状の通路構造となっている。

第２充填室１３は、スペーサ３０によって、図１における左側の第３充填室１３ａと、図１における右側の第４充填室１３ｂとに分割されている。スペーサ３０は、第５スクリーン部材２６を介して第３充填室１３ａと連通し、第６スクリーン部材２７を介して第４充填室１３ｂと連通している。スペーサ３０の第３充填室１３ａ側には、図３に示すように、複数の貫通孔が形成された略矩形板状の多孔板２９が配置されている。つまり、第２充填室１３の一端側から第５スクリーン部材２６、多孔板２９、スペーサ３０、第６スクリーン部材２７の順でそれぞれが配置されている。

また、スペーサ３０によって第３充填室１３ａと第４充填室１３ｂとの間に所定の空隙が確保されており、この空隙によって、上述した特開２００７−１３６７９３号公報にも記載されているように、空隙を通過するガスの濃度・温度を通路断面方向で均一化して、吸着・脱離効率を向上することができる。

なお、各スクリーン部材１６，１７，２１，２２，２６，２７は、ウレタンまたは不織布からなり、吸着材である活性炭１１の漏れを防止しつつ保持する機能を有するものである。

機関停止時等の吸着時には、燃料タンクで発生した蒸発燃料を含むガスがチャージポート６を介してキャニスタ１内に導入され、キャニスタ１内のＵ字状のガス通路をチャージ方向Ｙ１に通流する。この際、ガス中の蒸発燃料が活性炭１１に吸着され、残りのガスが大気ポート８を介して大気へ放出される。一方、機関運転中の脱離時には、パージポート５に接続する内燃機関の吸気系の負圧により、大気ポート８より大気ガス（パージガス）がキャニスタ１内に供給され、キャニスタ１内のＵ字状のガス通路を上記チャージ方向Ｙ１とは反対方向であるパージ方向Ｙ２に通流する。この際、キャニスタ１内を流れるパージガスにより活性炭１１に吸着されている蒸発燃料が脱離し、この蒸発燃料がパージガスとともにパージポート５を介して内燃機関の吸気系へ供給され、燃焼室内で燃焼・処理される。なお、本実施例のキャニスタ１は、横置き姿勢で車両に搭載されるために、搭載状態では上記のガス流れ方向Ｙ１，Ｙ２が水平方向に沿うものとなる。

そして本実施例では、充填室１３ａ，１３ｂの端部に空隙を確保するためのスペーサ３０に、充填室１３ａ，１３ｂ内を流れるガスの流れ方向Ｙ１，Ｙ２に応じて、充填室１３ａ，１３ｂ内を流れるガスの領域を上側領域４６と下側領域４７との間で切り換える切換手段が内蔵されている。

このような切換手段を内蔵したスペーサ３０の具体的な構造について、図１〜図４を参照して説明する。スペーサ３０は、合成樹脂材料により形成されており、第２筒状部９の円筒面をなす内周面に実質的に隙間無く嵌合する円板状の基部３１の外周部には、第３充填室１３ａ側・多孔板２９側（図３の左側）へ張り出した外周リブ３２が一体的に立設されている。また、基部３１には、鉛直方向に沿って２つの上側開口孔３３及び下側開口孔３４が通路長手方向（図３の左右方向）に貫通形成されている。従って、スペーサ３０を通流するガスは、第２充填室１３の上側領域４６に連通する上側開口孔３３と、第２充填室１３の下側領域４７に連通する下側開口孔３４の一方もしくは双方を通過することとなる。

各開口孔３３，３４の周囲には、筒状の上側リブ３５及び下側リブ３６（図２参照）が各開口孔３３，３４よりも大径かつ同心円状に設けられている。これらの上側リブ３５と下側リブ３６とは上記の外周リブ３２と同様に基部３１から第３充填室１３ａ側へ張り出しており、これらのリブ３２，３５，３６によって、基部３１と多孔板２９との間に所定の間隙３９が確保されている。なお、各開口孔３３，３４の開口面積は、通気抵抗を増加させることのないように、大気ポート８の開口面積よりも大きく設定されている。

ここで、筒状の上側リブ３５には、上側開口孔３３の第３充填室１３ａ側の開口を覆うように、通気抵抗を増加させるための抵抗体３７が充填されている。抵抗体３７は、上記のスクリーン部材と同様に、ウレタンや不織布により形成されている。つまり、上側リブ３５と多孔板２９と上側開口孔３３が開口する基部３１とにより囲われた空間にウレタン等の抵抗体３７が充填されている。

更に、基部３１には、下側開口孔３４の上側の周縁部に、第３充填室１３ａ側へ突出するヒンジ部３８が突設されており、このヒンジ部３８に、上記２つのガス流れ方向Ｙ１，Ｙ２のうち、一方のパージ方向Ｙ２に沿う流れのみを許容する逆止弁としてのフラップ弁４０が設けられている。このフラップ弁４０は、弾性変形可能なゴム等の弾性材料により一体的に形成されるもので、ヒンジ部３８に装着される帯状の取付基部４１と、下側開口孔３４の第３充填室１３ａ側の開口を閉塞可能な弁体４２と、両者４１，４２を一体的に繋ぐ首部４３と、を有している。取付基部４１は、基部３１の側面より第３充填室１３ａ側へ突出するガイド部４４によって、下側開口孔３４が位置する下方側を除く三方が囲われており、これによってフラップ弁４０がぐらつくことなく安定して支持されている。

フラップ弁４０は、常態では自重により下側開口孔３４を閉塞する一方、パージ方向Ｙ２にガスが流れる脱離時には、そのガス流れによって間隙３９の方向へ押し開かれて、下側開口孔３４を開放するように構成されている。なお、下側開口孔３４には、３本の補助リブ４５が下側開口孔３４の周縁部から下側開口孔３４の中央へ向けて径方向に張り出しており、これらの補助リブ４５によって、チャージ方向Ｙ１にガスが流れる吸着時にも、フラップ弁４０が下側開口孔３４の内部へ入り込むことが防止されている。

このような本実施例の構成によれば、チャージ方向Ｙ１へガスが流れる吸着時には、フラップ弁４０により下側開口孔３４が閉塞されるために、上側開口孔３３のみを通してガスが流れることとなり、活性炭１１が充填される第２充填室１３のうち、鉛直方向で上側領域４６の流量が相対的に多くなる。このように、吸着時には上側領域４６に優先的にガスを通流させて、この上側領域４６に積極的に蒸発燃料を吸着させることで、上述した濃度均衡に伴う重力の影響によって上側領域４６の蒸発燃料の吸着量が相対的に少なくなることを抑制・緩和することができる。

一方、脱離時には、パージ方向Ｙ２へのパージガスの流れによって、フラップ弁４０が間隙３９側へ押し開かれる。ここで、上側開口孔３３には抵抗体３７が設けられているために、主に下側開口孔３４を通してパージガスが流れることとなり、活性炭１１が充填される第２充填室１３のうち、鉛直方向で下側領域４７の流量が相対的に多くなる。従って、上述した重力の影響により下側領域４７の蒸発燃料の吸着量が相対的に多くなってしまった場合であっても、脱離時には主に下側領域４７に優先的にパージガスを流すことで、下側領域４７に吸着されている蒸発燃料を優先的・積極的に脱離させることで、吸着量を上下方向で均一化し、ひいては吸着・脱離性能を向上することができる。

以下の実施例では、上記実施例と共通する構成要素には同じ参照符号を付して重複する説明を省略し、既述の実施例と異なる部分について主に説明する。

図５及び図６に示す第２実施例では、フラップ弁４０を用いた第１実施例に対し、逆止弁の構造が異なっている。すなわち、この第２実施例では、逆止弁として、ガス流れ方向Ｙ１，Ｙ２に移動可能に設けられた円板状の流量調整弁５１がスペーサ３０Ａに内蔵されている。流量調整弁５１は、スペーサ３０Ａの形成された下側開口孔３４の間隙３９側の開口を塞ぐように、下側開口孔３４よりも大径な円板状をなしており、基部３１に設けられた複数のガイド部５３によってガス流れ方向Ｙ１，Ｙ２に移動可能に支持されている。この流量調整弁５１と多孔板２９との間にはコイルバネ５２が圧縮状態で介装されており、流量調整弁５１を常時パージ方向Ｙ２とは逆方向、つまり下側開口孔３４へ向かう方向へ付勢している。

このような第２実施例においても、上記第１実施例と同様に、チャージ方向Ｙ１へガスが流れる吸着時には、流量調整弁５１により下側開口孔３４が閉塞されるために、上側領域４６に優先的にガスが通流する一方、脱離時には、パージ方向Ｙ２へのパージガスの流れにより、コイルバネ５２の付勢力に抗して流量調整弁５１が開弁し、下側開口孔３４を通してガスが通流可能な状態となるために、主に下側領域４７にパージガスが流れることとなり、重力の影響による上下方向の吸着量のばらつきを軽減し、吸着・脱離性能を向上することができる。なお、脱離時には流量調整弁５１が速やかに開弁するように、コイルバネ５２の付勢力は十分に小さく設定されている。

更に、この第２実施例においては、合成樹脂材料等の非弾性材料からなる流量調整弁５１をコイルバネ５２により下側開口孔３４の周縁部に押し付けることで、下側開口孔３４を確実に閉塞・シールすることができるために、上記第１実施例のようなフラップ弁を用いる場合に比して、部品点数が多く構造が複雑化する反面、シール性に優れている。

図７及び図８に示す第３実施例では、抵抗体３７及びフラップ弁４０を内蔵したスペーサ３０Ｂを、第２充填室１３の接続路１８寄りの端部に配置している。つまり、キャニスタ内のガス通路がＵ字状に折り返される部分にスペーサ３０Ｂを配置している。スペーサ３０Ｂには、上記第１実施例と同様、上側開口孔３３と下側開口孔３４とが通路長手方向に貫通形成されるとともに、上側開口孔３３に抵抗体３７、下側開口孔３４にフラップ弁４０が設けられている。

このスペーサ３０Ｂは、スプリング２３のバネ力を受ける多孔板２４と第６スクリーン部材２７との間に介装されている。つまり、この第３実施例では、スペーサ３０Ｂの接続路１８側には充填室が存在しないために、スクリーン部材を設ける必要がなく、このため、上記の第１実施例に対してスクリーン部材が一枚分省略される形となり、コンパクトに構成することができる。

図９及び図１０は、第４実施例に係る切換手段を内蔵したスペーサ３０Ｃを単体で示している。このスペーサ３０Ｃは、上記第１〜３実施例のスペーサと同様に、充填室の端部に空隙を確保するように設けられるものであり、この例では、図２に示すような断面略四角形状をなすケーシング２内の第２筒状部９の端部に設けられるものとして描いている。このスペーサ３０Ｃは、ケーシング２内に実質的に隙間無く嵌合する枠体６１と、この枠体６１の開口部６１Ａ内に上下方向に移動可能に支持され、充填室内を流れるガスの流れ方向（Ｙ２）に応じて上下方向へ移動する遮蔽板６２と、を備えている。遮蔽板６２の上端には、パージ方向Ｙ２の流れによって回転するプロペラ６３が取り付けられた回転軸６４が回転可能に取り付けられ、この回転軸６４の両端にピニオン６５が設けられている。これらのピニオン６５は、枠体６１の両側部に形成されたラック６６に噛み合っている。また、遮蔽板６２の下部には、下方へ向かうに従ってパージ方向Ｙ２へ傾斜する第１傾斜面部６７が設けられている。更に、枠体６１の開口部６１Ａの下縁部には、上方へ向かうに従ってパージ流れ方向Ｙ２へ傾斜する第２傾斜面部６８が形成されている。

このような構成によって、脱離時には、パージ方向Ｙ２へ流れるパージガスの流れによって、第１傾斜面部６７及び第２傾斜面部６８を介して遮蔽板６２が上向きの力を受けるとともに、プロペラ６３が回転方向の力を受けることで、プロペラ６３が所定方向（図１０の時計回り方向）に回転し、ラック６６及びピニオン６５の噛み合いを介して遮蔽板６２が上方へ移動する。これによって、枠体６１の開口部６１Ａのうちで、遮蔽板６２よりも上側部分６９の開口面積が縮小しつつ、遮蔽板６２よりも下側部分の開口面積が拡大し、上記の第１〜第３実施例と同様に、充填室の下側領域に優先的にガスが流れることとなる。

一方、吸着時を含む非脱離時には、遮蔽板６２の自重等によって、遮蔽板６２が下方向へ移動する。これによって、枠体６１の開口部６１Ａのうちで、遮蔽板６２よりも下側部分の開口面積が縮小しつつ、遮蔽板６２よりも上側部分の開口面積が拡大し、上記の第１〜第３実施例と同様に、充填室の上側領域に優先的にガスが流れるために、吸着性能が向上する。

このような上下方向に移動する遮蔽板６２を用いた第４実施例の構造によれば、上記第１〜第３実施例と同様に、充填室の吸着量を上下方向で均一化し、吸着・脱離性能を向上することができることに加え、逆止弁及び抵抗体を用いた第１〜第３実施例に比して、抵抗体が不要となるために通気抵抗の増加が抑制されるとともに、逆止弁を開くための間隙３９（図１等参照）を確保する必要がないために、その分、通路長手方向の寸法を短縮することができる。

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、上記第１〜第３実施例では、脱離時におけるパージ方向Ｙ２の流速及び流量が、吸着時におけるチャージ方向Ｙ１の流速及び流量に比して大きいために、下側開口孔に逆止弁を設け、脱離時におけるパージ方向Ｙ２の流れによって逆止弁が開くように構成しているが、これとは逆に、上側開口孔に逆止弁を設け、吸着時におけるチャージ方向Ｙ１の流れによって逆止弁が開くように構成しても良い。

また、本実施例では、車載状態でガス流れ方向Ｙ１，Ｙ２が水平方向に傾斜するキャニスタに本発明を適用しているが、ガス流れ方向Ｙ１，Ｙ２が鉛直方向に対して傾斜しているものであれば、本発明を同様に適用することが可能である。

１…キャニスタ
２…ケーシング
１１…活性炭（吸着材）
１２，１３，１３ａ，１３ｂ…充填室
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…スペーサ
３７…抵抗体
４０…フラップ弁（逆止弁）
５１…流量調整弁（逆止弁）

Claims (4)

1. ケーシング内に吸着材が充填された充填室が設けられ、吸着時には、上記充填室内を所定のチャージ方向へ流れるガス中の蒸発燃料を上記吸着材に吸着し、脱離時には、上記充填室内を上記チャージ方向と反対のパージ方向へ流れるガスにより上記吸着材に吸着している蒸発燃料を脱離するように構成されたキャニスタにおいて、
   上記吸着時には、上記充填室のうち、鉛直方向で上側領域の流量が多くなり、上記脱離時には、上記充填室のうち、鉛直方向で下側領域の流量が多くなるように、上記充填室内を流れるガスの流れ方向に応じて、上記充填室内を流れるガスの領域を切り換える切換手段を備えることを特徴とするキャニスタ。
2. 上記ケーシング内における上記充填室のガス流れ方向の端部に空隙を確保するためのスペーサが設けられ、
   このスペーサに、上記切換手段が内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載のキャニスタ。
3. 上記スペーサには、上記充填室の上側領域に連なる上側開口孔と下側領域に連なる下側開口孔とが形成され、
   かつ、上記上側開口孔と下側開口孔の一方に設けられ、一方向の流れのみを許容する逆止弁と、
   上記上側開口孔と下側開口孔の他方に設けられ、通気抵抗を増加させるための抵抗体と、を備えることを特徴とする請求項２に記載のキャニスタ。
4. 上記ケーシング内に実質的に隙間無く嵌合する枠体と、
   この枠体の開口部内に上下方向に移動可能に支持され、上記充填室内を流れるガスの流れ方向に応じて上下方向へ移動する遮蔽板と、を備え、
   この遮蔽板が上方向へ移動することによって、上記枠体の開口部のうち、上記遮蔽板よりも上側部分の開口面積が縮小しつつ遮蔽板よりも下側部分の開口面積が拡大し、
   上記遮蔽板が下方向へ移動することによって、上記枠体の開口部のうち、上記遮蔽板よりも下側部分の開口面積が縮小しつつ上側部分の開口面積が拡大するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のキャニスタ。

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