JP6015834B1 - キャニスタの構造 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発燃料ガスの吸着効率および車両搭載性に優れたキャニスタを提供する。【解決手段】キャニスタの各ポートとキャニスタ１内の吸着部材１４との間に筒状の整流通路１８を設け、さらに整流通路１８と吸着部材１４との間に少なくとも各ポート側に頂部を有する錐形の流体分流部材１６を設ける。各ポートからケース１ａ内に流入し、整流通路１８で吸着部材１４に対して垂直に流れるよう整流されたガスの一部が流体分流部材１６の頂部形状に沿って流れることで、吸着部材１４の端面２３全体に拡がり、均一な流速分布で当たるため、蒸発燃料ガスの吸着および脱離を行なう際の吸着部材１４の利用効率が高まる。また、それによって、吸着材の容量を従来よりも少量にできるため、キャニスタのコンパクト化も可能となる。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料タンク内で発生した蒸発燃料ガスに含まれる燃料成分を吸着・脱離するためのキャニスタに関する。

従来から、燃料タンクを備えた車両において、蒸発燃料ガスの燃料成分吸着部材として活性炭を内部に備えたキャニスタが搭載されており、燃料タンク内で発生した蒸発燃料ガスがキャニスタ内を通過するよう蒸発燃料処理装置を構成することで、燃料成分が大気放出されることを防止している。

特許文献１には、容器体内に複数の吸着部材を並列的に備えたキャニスタにおいて、入口ポートと複数の吸着部材との間にそれぞれの吸着部材に対応した開口部を有する分流板を配設し１つの入口ポートから容器体内に導入された蒸発燃料ガスを各吸着部材に均等に分流させるものが提案されている。
特開平９−３１７５７４号公報

しかし、特許文献１で開示されているキャニスタの構造では、分流版の開口部の面積に対して吸着部材の端面の面積が大きいため、吸着部材内部での燃料成分の吸着度合いにバラツキが生じてしまい、吸着部材の利用効率をより高めるまでには至っていない。

吸着部材の利用効率を高めるために、エンジン諸元により所定の蒸発燃料ガスを処理できるよう容量が設定された吸着部材の端面の面積と、キャニスタ容器体の入口ポートの開口面積とを略同面積とすることが考えられるが、キャニスタが大型化してしまう。

本発明は、かかる課題を解決するもので、その目的は、キャニスタを大型化することなく吸着部材の利用効率を高めることにある。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、ケース内に柱状に配設され蒸発燃料を吸着・脱離する吸着部材と、吸着部材一端部から離間して、ケースの吸着部材一端部側に形成された蒸発燃料ガス導入ポートと、蒸発燃料ガス導入ポートと吸着部材一端部との間に設けられたガス流路とを備えたキャニスタにおいて、ガス流路には、吸着部材一端部から蒸発燃料ガス導入ポート側に離間され、筒状でその中心軸が吸着部材の中心軸と一致する整流通路と、整流通路と吸着部材一端部との間に設けられた吸着部材側通路と、が形成されるとともに、整流通路は、中心軸に垂直な断面積が、吸着部材一端部の中心軸に垂直な断面積より小さく設定され、かつ吸着部材側通路の中心軸に垂直な断面積よりも小さく設定されており、少なくとも吸着部材側通路に、蒸発燃料ガス導入ポート側に頂部を有する錐形で、整流通路の中心軸と前記錐形の中心軸とが一致する流体分流部材を備えたことを特徴とするキャニスタである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のキャニスタにおいて、流体分流部材は吸着部材一端部側にも頂部を有する双円錐形状であることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のキャニスタにおいて、流体分流部材は、その軸長方向の一部が整流通路の内部に軸長方向にオーバーラップして設けられていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３に記載のキャニスタにおいて、ケース内において、吸着部材と整流通路と流体分流部材の組み合わせが複数、並列に配設され、蒸発燃料ガス導入ポートから各整流通路までの流路長を全て等しく設定したことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４に記載のキャニスタの蒸発燃料ガス導入ポートは、給油口を備えた燃料タンクと接続され、ケースの吸着部材一端側に蒸発燃料ガス導入ポートとは別に、内燃機関の吸気通路に連通させるためのパージポートを備え、ケースの吸着部材他端側には、大気開放と新気導入するための大気開放ポートを備え、大気開放ポートと吸着部材他端側との間にも、整流通路および流体分流部材が設けられていることを特徴とする。

また請求項６に記載の発明は、請求項１から５に記載のキャニスタが、車両搭載時に、蒸発燃料ガス導入ポートが車両下側を向くように組み付けられていることを特徴とする。

次に発明の効果について説明する。

請求項１に記載の発明によれば、キャニスタ内のガス流路に流入し、ガス流路に設けた整流通路を通過することで、吸着部材に対して直進性を持った蒸発燃料ガスを、整流通路の吸着部材側の端部と吸着部材一端部との間の、中心軸に垂直な断面積が整流通路よりも大きい吸着部材側通路に設けた錐形の頂部を有する流体分流部材の表面形状に沿って通過させることにより、蒸発燃料ガスに拡がりをもたせることができ、吸着部材の端面全体に亘って蒸発燃料ガスを流入させることができるため、吸着部材の利用効率を高めることができる。

上記構成において、整流通路の軸方向に垂直な断面積を吸着部材よりも小さく設定しているので、整流通路から吸着部材にかけて蒸発燃料ガスを低抵抗で導くことができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、流体分流部材の吸着部材一端側の頂部形状に沿ったガス流れを形成できるため、流体分流部材を蒸発燃料ガス導入ポート側から見て流体分流部材直下にあたる吸着部材の端面に対しても確実に蒸発燃料ガスを導くことができるため、吸着部材の利用効率をさらに高めることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、整流通路を通過するガスが前記流体分流部材に沿って流れやすくなるため、所望のガス流れが得やすくなり、さらにキャニスタの軸長方向のコンパクト化にも寄与する。

また、請求項４に記載の発明によれば同容積の吸着部材を、単一で形成した場合と複数並列に形成した場合とで比較すると、複数に分けて形成した方が、吸着部材内に配置された吸着部材の表面積を大きくすることができ、キャニスタ内の熱を早期に外気放出させることができる。すなわち、吸着時には、蒸発燃料が液化するときに発生する凝縮熱によって高温になった吸着部材の温度を低下させやすく、脱離時には脱離減少によって生じる気化潜熱により温度低下した吸着部材の温度を常温に回復させやすくなる。

また、蒸発燃料ガス導入ポートから各整流通路までの流路長を均等に設定することで、各整流通路を通過するガス流量も均一にすることができ、各吸着部材に対して所望の量のガスを通過させることができる。

また、請求項５に記載の発明によれば、燃料タンク内の圧力が高くなる給油時において、燃料タンク内に溜まった蒸発燃料ガスをキャニスタにスムーズに導き、燃料タンクへの給油をスムーズに行うことができるだけでなく、大気開放ポート側にも整流通路と流体分流部材を備えるようにしたので、蒸発燃料ガス導入時（吸着時）だけでなく新気導入時（脱離時）においても、効率良くガスが吸着部材内を通過することができる。

また、請求項６に記載の発明によれば、蒸発燃料ガス導入時に流体分流部材が気液分離部材として作用し、燃料成分が液化した場合であっても、キャニスタ内に留まることなく燃料タンクに戻すことが可能となる。

以下、本発明の実施形態について、図を用いて説明する。

まず、蒸発燃料処理装置とキャニスタの構造について、図１、図２、図３を用いて説明する。

図１は、本発明のキャニスタを含む蒸発燃料処理装置の概念図である。

キャニスタ１は、内燃機関に供給する燃料を貯留するための燃料タンク２と、内燃機関の燃焼室に新気を導入するための吸気管３と、大気開放口１０に連通している。

燃料タンク２は、樹脂又は金属製の容器であり、給油口４から供給された燃料を貯留するものである。

（蒸発燃料吸着時）
まず、蒸発燃料を吸着する場合について説明する。

キャニスタ１は、蒸発燃料ガス導入ポート８と燃料タンク２とが第一の管１１を介して接続されており、連通可能となっている。

燃料タンク２の貯留燃料２ａの蒸発や、給油口４からの給油によって、燃料タンク２内の圧力が所定値を超えると、第一の管の途中に設けられたバルブ９が開状態となって、キャニスタ１と燃料タンクとが連通し、蒸発燃料ガスがキャニスタ１に導入される。

キャニスタ１内に導入された蒸発燃料ガスは、その内部に配設された吸着部材１４で燃料成分が吸着され、浄化されたガスが大気開放ポート６を経て、大気開放口１０より大気開放される。

吸着部材１４としては、使用する燃料の成分に合わせて選択され、活性炭やシリカゲル等、燃料成分を吸着可能なものであれば良い。

（燃料成分脱離時）
次に、吸着部材１４で吸着された燃料成分を脱離し、吸気管３を通して燃焼室に導く（パージする）場合について説明する。

キャニスタ１は、パージポート７と吸気管３のスロットル５の下流とが、第二の管１２を介して接続されており、連通可能となっている。

内燃機関の運転状態が所定の状態となったときには、吸気管３とキャニスタ１を接続する第二の管１２の途中に配設したパージバルブ１３を開状態とすることで、キャニスタ１と吸気管３が連通し、スロットル５の開閉動作によって発生した負圧によってキャニスタ１の大気開放ポート６から新気が導入され、吸着部材１４に吸着された燃料成分を脱離し吸気管３を通過して燃焼室内に導入される。

（第１の実施例）
次に、図２、図３、図５および図６を用いて第１の実施例におけるキャニスタ１の構造を説明する。
なお、図５は図２のＡ−Ａ断面、図６は図２のＢ−Ｂ断面である。

キャニスタ１はケース１aの一端側に蒸発燃料ガス導入ポート８とパージポート７を有し、他端側に大気開放ポート６を有する。

ケース１ａの内部には、燃料成分を吸着・脱離するための吸着部材１４が、２本設けられている。

大気開放ポート６、パージポート７および蒸発燃料ガス導入ポート８の各ポートと吸着部材１４との間には、各ポート側から順に、流路室１７、筒状の整流通路１８が配置されている。

流路室１７はケース１ａ内に設けた空間であり、ケース１ａ内に導入されたガスが整流通路に流れ込むまでの一時的なガス貯留空間として機能する。

整流通路１８は、流路室１７内に導入されたガスが、吸着部材１４の端面２３に対して直進性をもって流すために設けた円筒状の整流通路であり、その中心軸２５は、吸着部材１４の中心軸２４と一致するように設けられる。

さらに、各ポートから吸着部材１４に向かってガスが流れる際の通路抵抗をより低減して、ガスを吸着部材１４までスムーズに導くために、整流通路１８の軸方向に垂直な断面は、蒸発燃料ガス導入ポート８やパージポート７の断面積よりも大きく、かつ整流通路１８の下流に位置する吸着部材１４の断面積よりも小さくなるようにし、各ポートから吸着部材１４まで徐々に断面積が大きくなるように設定している。

また、本実施例のように複数の吸着部材１４を並列に配置したキャニスタ１においては、整流通路１８は、流路室１７内部に導入されたガスを各吸着部材１４に均等な流量に振り分け、ガス流れに直進性をもたせるための分流通路としても機能し、各ポートからそれぞれの整流通路１８までの流路の長さを等しく設定することで、各吸着部材１４に、より均等に振り分けられるようにしている。

上述の通り、整流通路１８は、中心軸に垂直な断面積を吸着部材１４よりも小さく設定しているため、整流通路１８を通過したガスをそのまま吸着部材１４に流入させた場合、吸着部材１４の端面２３の一部にしかガスが接触せず、吸着部材１４内部での吸着度合いに偏りが生じる可能性がある。

そこで、本発明の構成では、整流通路１８と吸着部材１４との間に、流体分流部材１６を設けている。流体分流部材１６は錐形形状の第１頂部１９を有する。整流通路１８で吸着部材１４の端面２３に対して垂直に流れるように整流されたガスのうち、第１頂部１９の近傍を通過するガスは、第１頂部１９の頂点から下端部の方向に表面形状に沿って流れるようになるため、端面２３の外周方向に拡がりをもった流れとなる。このようにすることで、ガスは吸着部材１４の端面２３全体に均一に接触するようになる。

なお、流体分流部材１６はその中心軸２６が整流通路１８および吸着部材１４の中心軸２４、２５と一致するように組み付けられる。

流体分流部材１６の第１の実施例について図３および図７を用いて説明する。

図７に示すように流体分流部材１６の第１の実施例は、流体分流のための第１頂部１９と、第１頂部１９をケース１ａ内に組み付けるための支持リング２１および支持リング２１と第１頂部１９を接続するための支持枝部２２より成り、第１頂部１９が整流通路１８側を向くようにし、整流通路１８と流体分流部材１６の一部が軸方向にオーバーラップして組み付けられる。

整流通路１８で吸着部材１４の端面に対して垂直に流れるよう整流されたガスのうち、第１頂部１９近傍を通過するガスが、錐形をした第１頂部１９の表面形状に沿って流れる。それによって、端面２３の外周方向に向かう拡がりをもったガス流れを得ることができ、端面２３の全体にガスを接触させることができる。

（第２の実施例）
流体分流部材１６の第２の実施例について図４および図８を用いて説明する。

図８に示すように、第１の実施例との違いは第２頂部２０を備えている点である。

第２頂部２０は第１頂部１９と同様に錐形形状であり、第１頂部１９近傍を通過したガスの一部は、コアンダ効果により、第２頂部２０の形状に沿って流れるようになる。流体分流部材１６直下となる端面２３の中央部にも確実にガスを当てることができ、吸着部材１４の利用効率をより高めることができる。

なお、流体分流部材１６の第１頂部１９と第２頂部２０の頂角や高さは吸着部材１４の直径や、第２頂部２０の頂点から吸着部材１４までの距離、整流通路１８の断面直径、あるいは第１頂部１９と整流通路１８内面との距離等に応じて設定されるものであり、通過するガスや新気が吸着部材１４の端面に均等に流れるように設定する。

蒸発燃料ガス導入ポート８の中心軸２７は、吸着部材１４の中心軸２４と平行に設けられており、車両（図示しない）に組み付ける際には、蒸発燃料ガス導入ポート８が下を向くように組み付ける。

このように組み付けることで、ケース１ａ内で吸着部材１４に流入する前に燃料成分が気液分離された場合であっても液化した燃料成分を蒸発燃料ガス導入ポート８から燃料タンク２に戻すことができる。

以上説明したように、本発明にかかるキャニスタの構造では、整流通路１８で吸着部材１４の端面２３に対して垂直に流れるように整流されたガスの一部が、流体分流部材１６に設けた錐形の頂部形状に沿って流れることで、吸着部材１４の端面２３の外周方向に向かって拡がりをもって流れるようになるため、吸着部材１４の端面全体にガスが流入する。それによって吸着部材１４の利用効率を高めることができ、さらにキャニスタ本体をコンパクト化できる。

なお、本実施例では、スロットル５の開閉動作により発生した負圧を利用しているが、吸気管３とパージポート７との間に電動または機械式のポンプを設けて負圧を発生させても良いし、大気開放口１０と大気開放ポート６との間にポンプを設けて新気をキャニスタ内に圧送しても良い。

上述したようにポンプを用いてパージするようにすることで、スロットル開度に依存しないパージを行なうことができるため、パージ要求からスロットル開度を調整し負圧を発生させる必要がないため、パージ要求に起因するポンピングロス増大を抑制でき、燃費を向上させることができる。

また、本実施例では、柱状に成形した活性炭を吸着部材として用いているが、ペレット状の活性炭をケース内に柱状に敷き詰めたものでも良い。

また、本実施例において流体分流部材１６は、図７および図８に示すように、独立した部品としているが、部品のコンパクト化および部品点数削減のためにケース１ａに一体形成したものであっても良い。

本発明のキャニスタを含む蒸発燃料処理装置の概念図である。 実施例にかかるキャニスタの外観を示したものである。 第１の実施例にかかるキャニスタの内部構造を示したものである。 第２の実施例にかかるキャニスタの内部構造を示したものである。 図２に示すキャニスタのＡ−Ａ断面図である。なお、このＡ−Ａ断面図は第１の実施例、第２の実施例のキャニスタに共通する構造である。 図２に示すキャニスタのＢ−Ｂ断面図である。なお、このＡ−Ａ断面図は第１の実施例、第２の実施例のキャニスタに共通する構造である。 第１の実施例にかかる流体分流部材の外観を示したものである。 第２の実施例にかかる流体分流部材の外観を示したものである。

１ キャニスタ
１ａ ケース
６ 大気開放ポート
７ パージポート
８ 蒸発燃料ガス導入ポート
１４ 吸着部材（活性炭）
１６ 流体分流部材
１７ 流路室
１８ 整流通路
１９ 第１頂部
２０ 第２頂部
２１ 支持リング
２２ 支持枝部
２３ 端面
２４ 吸着部材の中心軸
２５ 整流通路の中心軸
２６ 流体分流部材の中心軸
２７ 蒸発燃料ガス導入ポートの中心軸

Claims (6)

1. ケース内に柱状に配設され蒸発燃料を吸着・脱離する吸着部材と、
   吸着部材一端部から離間して、前記ケースの吸着部材一端部側に形成された蒸発燃料ガス導入ポートと、
   前記蒸発燃料ガス導入ポートと前記吸着部材一端部との間に設けられたガス流路とを備えたキャニスタにおいて、
   前記ガス流路には、前記吸着部材一端部から前記蒸発燃料ガス導入ポート側に離間され、筒状でその中心軸が前記吸着部材の中心軸と一致する整流通路と、該整流通路と該吸着部材一端部との間に設けられた吸着部材側通路と、が形成されるとともに、
   前記整流通路は、中心軸に垂直な断面積が、前記吸着部材一端部の中心軸に垂直な断面積より小さく設定され、かつ前記吸着部材側通路の中心軸に垂直な断面積よりも小さく設定されており、
   少なくとも前記吸着部材側通路に、前記蒸発燃料ガス導入ポート側に頂部を有する錐形で、前記整流通路の中心軸と前記錐形の中心軸とが一致する流体分流部材を備えたことを特徴とするキャニスタ。
2. 前記流体分流部材は前記吸着部材一端部側にも頂部を有する双円錐形状であることを特徴とする請求項１記載のキャニスタ。
3. 前記流体分流部材は、その軸長方向の一部が前記整流通路の内部に軸長方向にオーバーラップして設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のキャニスタ。
4. 前記ケース内において、前記吸着部材と前記整流通路と前記流体分流部材の組み合わせが複数、並列に配設され、
   前記蒸発燃料ガス導入ポートから各整流通路の蒸発燃料ガス導入ポート側端部までの流路長が全て等しく設定されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載のキャニスタ。
5. 前記蒸発燃料ガス導入ポートは、給油口を備えた燃料タンクと接続され、
   前記ケースは、前記吸着部材一端側に前記蒸発燃料ガス導入ポートとは別に、内燃機関の吸気通路に連通させるためのパージポートを備え、
   前記ケースの吸着部材他端側には、大気開放と新気導入するための大気開放ポートを備え、
   前記大気開放ポートと吸着部材他端側との間にも、前記整流通路および前記流体分流部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４に記載のキャニスタ。
6. 車両搭載時には、前記蒸発燃料ガス導入ポートが車両下側を向くように組み付けられることを特徴とする請求項５に記載のキャニスタ。

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