JP6639217B2

JP6639217B2 - キャニスタ

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Publication number: JP6639217B2
Application number: JP2015245736A
Authority: JP
Inventors: 順平大道; 正己河田; 池田　洋一; 洋一池田
Original assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Current assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2020-02-05
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: CN106948973B; JP2017110575A; US10215133B2; US20170175682A1; CN106948973A

Description

本発明は、自動車の蒸発燃料処理装置に用いられるキャニスタに関し、特に、筒状をなすケースの長手方向に沿ってガスが流れるように構成したキャニスタに関する。

周知のように、エンジンを用いた自動車は、燃料タンク内の蒸発燃料が大気に放出されるのを抑制するために、キャニスタを主体とした蒸発燃料処理装置を備えている。キャニスタは、ケース内に活性炭等の吸着材を充填したものであって、停車時等に燃料タンク内から発生する蒸発燃料を吸着材に吸着させる一方、エンジン稼働時にドレンポート（大気ポートとも呼ばれる）から導入した大気により吸着材から燃料成分を脱離させて、エンジンの吸気系に吸入させる構成となっている。

特許文献１に開示されたキャニスタは、円筒状ケースの中心軸線に沿った中心位置から側方に延びるパージポートと、半径方向に接続されたチャージポートと、を備え、ケースの一端部には吸着材室の一端を仕切るフランジが設けられている。このフランジには、吸着材室側に向けて突出した、円筒部が形成されているとともに、チャージポートが接続された拡散室と吸着材室とを連通する複数のオリフィス孔が周方向に並んで配置されている。蒸発燃料（チャージガス）は、チャージポートから拡散室へ入り、複数のオリフィス孔を通して吸着材室内に案内される。上記の円筒部は、蒸発燃料が吸着材によって吸着されずに高濃度のままパージポートへと流れるのを防止している。

特開２０１４−２３４７１７号公報

特許文献１のような構成によれば、チャージガスは円筒部の外周面に沿うようにして略直線状に流れ、チャージが進行していくため、円筒部の端部近傍では吸着材室の中心部に向けてチャージガスが流れにくく、この中心部の領域が吸着に有効利用されていない。

従って、キャニスタとしての吸着能力をさらに向上させるために、なおも改善の余地があった。

第１の発明のキャニスタは、
筒状をなすケースの内部に吸着材が充填されているとともに、上記ケースの長手方向の一端部にチャージポート及びパージポートが配置され、かつ上記ケースの長手方向の他端部にドレンポートが配置され、
上記ケースの上記一端部に、吸着材室の一端の外周部を仕切る環状をなすフランジ部が設けられているとともに、上記フランジ部の内周から吸着材室側に突出した上記ケースと同心状の第１筒部と、上記フランジ部の内周から上記第１筒部と反対側に延びた上記ケースと同心状の第２筒部と、を備え、
上記第１筒部によって画成されるケース中心部の空間が上記パージポートに接続され、上記第２筒部と上記ケースとの間に画成される環状の拡散室が上記チャージポートに接続されており、
上記フランジ部に上記吸着材室と上記拡散室とを連通する複数のオリフィス孔が形成されており、
上記吸着材室内に、上記第１筒部の端部に近接して位置しかつ中心部にオリフィス孔を有する第１隔壁と、該第１隔壁から上記ドレンポート側へ離間して位置しかつ全面に亘って複数の連通孔を有する第２隔壁と、を備え、上記第１隔壁と上記第２隔壁との間を吸着材が充填されない第２拡散室として構成している。

このような構成では、フランジ部のオリフィス孔を介して吸着材室内に導入されたチャージガスは、第１隔壁のオリフィス孔に向けて収束するため、流れに直交する断面において径方向にチャージが進行する。このため、第１隔壁よりも上流側における中心部の領域が吸着に有効に利用される。さらに、第２拡散室においてチャージガスが再拡散するため、第２隔壁下流側の吸着材室においては、断面の全体に亘ってチャージが進行する。

本発明の好ましい一態様では、ケースは、ドレンポート側の小径部と、チャージポート側の大径部と、を有し、大径部内に第１隔壁及び第２隔壁が配置される。また、第１隔壁のオリフィス孔は円環状に形成される。

さらに、第２の発明のキャニスタは、
第１筒部の端部に近接して吸着材室内に配置され、中心部にオリフィス孔を有する隔壁と、
ドレンポート側において上記隔壁に重ねて配置され、ケースの長手方向に沿って所定の長さを有する通気性部材と、
を備えている。

このような構成では、フランジ部のオリフィス孔を介して吸着材室内に導入されたチャージガスは、隔壁のオリフィス孔に向けて収束するため、流れに直交する断面において径方向にチャージが進行する。このため、隔壁よりも上流側における中心部の領域が吸着に有効に利用される。さらに、通気性部材の内部を通してチャージガスが再拡散するため、通気性部材下流側の吸着材室においては、断面の全体に亘ってチャージが進行する。

本発明によれば、吸着材室内に吸着が行われにくい領域が少なくなり、流れに直交する断面において径方向に広くチャージが進行する。従って、吸着材室内の吸着材全体を有効に用いて蒸発燃料のチャージを行うことができ、キャニスタとしての吸着能力を向上させることができる。特に、急速なチャージが行われる給油時に有効である。

第１実施例に係るキャニスタの一実施例を示す縦断面図。同じくキャニスタの一端部の斜視図。このキャニスタの一端部を拡大して示す縦断面図。第１隔壁及び第２隔壁の斜視図。吸着材の温度と時間の関係を示し、第１実施例の吸着状況を表すグラフ。第２実施例のキャニスタを示す縦断面図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係るキャニスタ１の第１実施例を示す縦断面図である。このキャニスタ１は、合成樹脂製のケース２を有し、このケース２は、大径部３ａ及び小径部３ｂを有する両端が開口した断面真円形の円筒状のボディ部３と、このボディ部３の大径部３ａ側の開口端に取り付けられたチャージ／パージ側エンドカバー４と、ボディ部３の小径部３ｂ側の開口端に取り付けられたドレン側エンドカバー５と、から主に構成されている。

上記ドレン側エンドカバー５は、その中心部に、ボディ部３の中心軸線Ｌに沿って延びたドレンポート７を具備している。そして、このドレン側エンドカバー５が、コイル状のスプリング８を介してスクリーン部材９及び格子板１０を支持している。

上記チャージ／パージ側エンドカバー４は、ボディ部３の中心軸線Ｌに沿った中心位置から側方へ略Ｌ字形に延びたパージポート１２と、半径方向に接続されたチャージポート１３と、を備えている。また、このチャージ／パージ側エンドカバー４によって覆われるボディ部３の端部には、合成樹脂にて一体に成形されたバルクヘッド１５が取り付けられている。バルクヘッド１５の内側端面には、スクリーン部材１６，１７が配置されており、これらのボディ部３一端のスクリーン部材１６，１７とドレンポート７側のスクリーン部材９との間の容積が吸着材室１８となっている。吸着材室１８には、活性炭等からなる粒状の吸着材１９が充填されており、スプリング８によって適宜な圧縮状態に保持されている。さらに、ボディ部３の大径部３ａ内には、後述するチャージガス収束・拡散機構２０が配置されている。

なお、当業者には自明なように、上記チャージポート１３が図示しない車両の燃料タンクの上部空間に接続され、上記パージポート１２が図示しない内燃機関の吸気系に接続される。また、ドレンポート７は、直接に、あるいは何らかの機器や配管を介して、大気に開放される。例えば、車両の停車中や給油中に生じた蒸発燃料は、上記チャージポート１３からキャニスタ１内に導入され、ボディ部３内をその中心軸線Ｌに沿って長手方向に直線的に流れる間に、吸着材１９に吸着される。このように吸着された燃料成分は、内燃機関の運転中に吸気系で生じる負圧によってドレンポート７から大気が取り込まれることにより、吸着材１９からパージされ、パージポート１２から内燃機関の吸気系に流入して、最終的には内燃機関において燃焼される。

図２，３に示すように、バルクヘッド１５は、吸着材室１８の一端を仕切る円環状の第１フランジ部２１と、ボディ部３の開口端に位置する円環状の第２フランジ部２２と、を有し、これらの板状をなす２つのフランジ部２１，２２が、放射状に配置された複数のリブ２３によって互いに連結されている。第１フランジ部２１と第２フランジ部２２とは、互いに平行であり、かつ後述する拡散室４１として必要な容積を確保するために、適宜な距離だけ離間している。上記第１フランジ部２１の内周縁には、該第１フランジ部２１から吸着材室１８側へ突出した第１円筒部２６と、この第１円筒部２６とは反対側へ延びた第２円筒部２７と、が接続されている。これらの第１円筒部２６及び第２円筒部２７は、互いに等しい外径及び内径を有している。第１円筒部２６は、吸着材１９の一部を外周側（チャージポート１３側）と内周側（パージポート１２側）とに仕切っており、チャージポート１３から吸着材室１８内に導入されたチャージガスが吸着材１９によって吸着されずに高濃度のままパージポート１２へと流れるのを防止している。

上記第２円筒部２７の内周側には、さらに同心状に第３円筒部２８が形成されており、この第３円筒部２８内には、スクリーン部材１７を支持するための放射状リブ３０が設けられている。上記第１円筒部２６、第２円筒部２７及び第３円筒部２８は、いずれもボディ部３と同心状をなしている。また、第３円筒部２８は、上記第１円筒部２６及び第２円筒部２７よりも小径であり、第３円筒部２８と第２円筒部２７との間に、環状間隙３３（図３参照）が形成されている。この環状間隙３３は、チャージ／パージ側エンドカバー４内に形成される空間つまりチャージガス室３４に向かって開放されている。

第３円筒部２８のチャージガス室３４側の端部壁には、さらに、該第３円筒部２８よりも小径のカップ状をなす第４円筒部３５が設けられており、この第４円筒部３５の端部壁の中心に、パージ出口３６が開口している。パージ出口３６は別部材からなる連結管３７を介して、パージポート１２に接続されている。

一方、上記第２円筒部２７の外周面とボディ部３の内周面との間には、前後を第１フランジ部２１及び第２フランジ部２２によって区画された円環状の拡散室４１が画成されている。第２円筒部２７と第２フランジ部２２との接続部となる第２フランジ部２２の内周縁には、上記拡散室４１と上記チャージガス室３４とを互いに連通させる切欠状の窓部４２が周方向の複数箇所（例えば３箇所）に設けられている。この窓部４２は、チャージガス室３４内のチャージガスの流れを絞りつつ中心寄りの位置へと集めてから拡散室４１へと案内する補助絞り部として機能する。

さらに、上記拡散室４１と吸着材室１８とを仕切っている円環状の第１フランジ部２１には、図３に示すように、多数の小さな円形のオリフィス孔４３が開口形成されており、このオリフィス孔４３を介して拡散室４１と吸着材室１８とが連通している。ここで、複数個のオリフィス孔４３は、第１，第２円筒部２６，２７ならびにボディ部３と同心状をなす１つの同心円の上に等間隔に並んで配置されている。

燃料タンクで発生した蒸発燃料を含むガス（本明細書ではチャージガスと呼ぶ）は、チャージポート１３からチャージガス室３４へ入った後、窓部４２を通して拡散室４１へ入り、ここから複数のオリフィス孔４３を通して吸着材室１８内へと案内される。チャージポート１３では、ボディ部３の中心軸線Ｌに対し半径方向から流入するが、チャージガス室３４での拡張、窓部４２での収縮、拡散室４１での再度の拡張、オリフィス孔４３での収縮、吸着材室１８での拡張、が繰り返される結果、チャージポート１３における半径方向への流れの速度ベクトルは消失し、片寄りのない形で複数個のオリフィス孔４３から吸着材室１８へと流れる。吸着材室１８内では、第１円筒部２６の外周面に沿うように、個々には細い流れでかつ全体としては円筒状の流れとして、チャージガスが導入される。

一方、パージ時にドレンポート７から取り込まれた空気と燃料成分との混合物であるパージガスは、ボディ部３中心の第１円筒部２６内に集まり、ここから第３円筒部２８、さらには第４円筒部３５及び連結管３７を通してパージポート１２へと流れ、パージポート１２から内燃機関の吸気系に流入して、最終的には内燃機関において燃焼される。

次に、図３及び図４を参照して、チャージガス収束・拡散機構２０について詳細に説明する。

チャージガス収束・拡散機構２０は、ボディ部３の中心軸線Ｌに直交する面に沿ってそれぞれ設けられた第１隔壁５１及び第２隔壁５２から構成されている。第１隔壁５１は、合成樹脂材料を用いて円板状に形成されており、大径部３ａの内径に対応した外径を有している。第１隔壁５１の中心部には、オリフィス孔５３が開口形成されている。オリフィス孔５３は、中央に円形のランド部５４を残して円環状をなしており、チャージポート１３の入口１３ａの直径と同程度の等価直径を有している。ランド部５４は、複数（例えば４つ）の細いブリッジ部５５を介して周縁部に接続されている。さらに、第１隔壁５１は、第１円筒部２６に対向する第１の面５１ａと、ドレンポート７側となる第２の面５１ｂと、を有し、第１の面５１ａの外周縁に沿って外開きするように立ち上がったシールリップ５６を有する。シールリップ５６は、スリットを介して複数のリップ片に分割されており、大径部３ａの内周面に接している。第１隔壁５１の第２の面５１ｂには、外周寄りの位置において、第２隔壁５２を支持するための複数（例えば４つ）のスペーサ５８が形成されている。各スペーサ５８は、第１隔壁と第２隔壁とを所定の間隔を隔てて離間させるように、長さが設定されている。なお、スペーサ５８を第１隔壁５１と別に形成してもよい。

第２隔壁５２は、第１隔壁５１と同じく、合成樹脂材料を用いて円板状に形成されており、第１隔壁５１の外径と実質的に等しい外径を有している。第２隔壁５２は、いわゆる多孔板として構成されている。つまり、全面に亘って一様に分布した多数の連通孔６０を有している。各連通孔６０は、その孔径がオリフィス孔４３の孔径よりも小さく、第１フランジ部２１に設けられたオリフィス孔４３よりも数多く設けられている。また、第１隔壁５１の第２の面５１ｂと対向する第１の面５２ａの外周縁に沿って、シールリップ６２が設けられている。このシールリップ６２は、大径部３ａの内周面に接している。

上記のように構成された第１隔壁５１と第２隔壁５２とは、図３に示すように、第２拡散室６４として必要な容積を確保するために、スペーサ５８により所定の間隔だけ離間して大径部３ａ内に配置される。すなわち、第１隔壁５１は、第１フランジ部２１と平行をなすとともに、オリフィス孔５３が中心軸線Ｌ上に位置するように、第１円筒部２６の下流側端部２６ａに比較的近接して配置されている。なお、第１隔壁５１と下流側端部２６ａとの間には、後述するガスの流れを考慮して適宜な間隔が設けられている。第２隔壁５２は、スペーサ５８によって、第１隔壁５１と平行をなすとともに、第１隔壁５１から所定の長さだけドレンポート７側に離間して位置決めされる。隔壁５１，５２により、吸着材室１８は、チャージポート１３側の上流側吸着材室１８ａと、ドレンポート７側の下流側吸着材室１８ｂと、に二分される。

第１隔壁５１と第２隔壁５２との間には、第２拡散室６４が画成される。この第２拡散室６４内には吸着材１９が充填されていない。つまり、上流側吸着材室１８ａと下流側吸着材室１８ｂとの間に吸着材１９が充填されない空間が形成される。第２拡散室６４の長手方向の長さ、つまり第１隔壁５１と第２隔壁５２との離間距離は、例えば、チャージポート１３の入口１３ａの直径の３倍程度の長さに設定される。

上記構成においては、第１フランジ部２１の周囲のオリフィス孔４３を通して上流側吸着材室１８ａに流入したチャージガスは、上流側吸着材室１８ａの中心部に向けて収束し、第１隔壁５１のオリフィス孔５３を通って第２拡散室６４内に流入する。第２拡散室６４では、チャージガスはオリフィス孔５３から半径方向に拡がり、多数の連通孔６０を介して下流側吸着材室１８ｂに流出する。

上流側吸着材室１８ａでは、第１フランジ部２１の外周部に同心円上に配列されたオリフィス孔４３から径方向内側へ収束していくようにチャージが進行する結果、径方向に比較的均等な吸着量分布となる。また、下流側吸着材室１８ｂでは、第２拡散室６４内でチャージガスが再度拡散した後に、断面の全面でチャージが進行していくため、径方向に概ね均等な吸着量分布となる。

従って、吸着材室１８内の吸着材１９全体を有効に用いて蒸発燃料のチャージを行うことができる。

図５は、第１実施例について、第１円筒部２６の下流側端部２６ａの近傍の断面における吸着材１９の温度と時間との関係を示しており、ひいては、燃料成分の吸着状況を表している。発熱反応である吸着時には、吸着量に応じて吸着材１９の温度が上昇する。従って、第１円筒部２６の下流側端部２６ａの近傍における吸着材１９の温度を、上流側吸着材室１８の中心部（破線で示す）及び外周部（実線で示す）においてそれぞれ測定し、その結果を示している。図示するように、上記第１実施例では、上流側吸着材室１８ａの中心部と外周部とで概ね等しく吸着が進行し、従って、径方向にほぼ均等な吸着量分布となっている。

次に、図６を参照して、本発明の第２実施例について説明する。なお、第１実施例と重複する部分についての説明は省略する。

本実施例では、チャージガス収束・拡散機構１２０は、円板状の隔壁１５１と、円柱状の通気性部材１５２と、から構成される。隔壁１５１は、第１実施例の第１隔壁５１と基本的に同一の構成を有し、中心部に開口形成されたオリフィス孔１５３と、第１円筒部２６に対向する第１の面１５１ａの外周縁に沿って設けられたシールリップ１５６と、を備える。オリフィス孔１５３は、中央に円形のランド部１５４を残して円環状をなしている。この第２実施例の隔壁１５１は、第１実施例の第１隔壁５１と異なり、スペーサ５８を有していない。

通気性部材１５２は、チャージガスの流れを許容するウレタンフォーム等の連続気泡の多孔性材料からなり、チャージガスを拡散するのに十分な厚さ（ケース２の長手方向に沿った長さ）を有している。

上記のように構成された通気性部材１５２は、隔壁１５１のドレンポート７側となる第２の面１５１ｂに重ねられて大径部３ａ内に配置される。つまり、本実施例では、第１実施例と異なり、隔壁１５１と通気性部材１５２との間には第２拡散室６４に相当する空間が形成されない。

上記構成においては、吸着材室１８に導入されたチャージガスは、上流側吸着材室１８ａの中心部に向けて収束し、隔壁１５１に設けられたオリフィス孔１５３を介して通気性部材１５２内に流入する。チャージガスは、通気性部材１５２の内部を通して全体に拡がった後、下流側吸着材室１８ｂへと流れる。このように、通気性部材１５２は、第１実施例における第２隔壁５２及び第２拡散室６４と同様の機能を有する。従って、第１実施例と同様に、吸着材室１８内の吸着材１９全体を有効に用いて蒸発燃料のチャージを行うことができる。

なお、上記各実施例では、第１隔壁５１のオリフィス孔５３及び隔壁１５１のオリフィス孔１５３は、円環状にそれぞれ形成されているが、オリフィス孔を単一の円形の孔としてもよい。

また、上記実施例では、キャニスタ１のボディ部３は円筒状をなしているが、本発明はこれに限定されず、ボディ部３は、矩形等の断面を有する筒状であってもよい。

１キャニスタ
１３チャージポート
１８吸着材室
２０チャージガス収束・拡散機構
５１第１隔壁
５２第２隔壁
６４第２拡散室

Claims

筒状をなすケースの内部に吸着材が充填されているとともに、上記ケースの長手方向の一端部にチャージポート及びパージポートが配置され、かつ上記ケースの長手方向の他端部にドレンポートが配置され、
上記ケースの上記一端部に、吸着材室の一端の外周部を仕切る環状をなすフランジ部が設けられているとともに、上記フランジ部の内周から吸着材室側に突出した上記ケースと同心状の第１筒部と、上記フランジ部の内周から上記第１筒部と反対側に延びた上記ケースと同心状の第２筒部と、を備え、
上記第１筒部によって画成されるケース中心部の空間が上記パージポートに接続され、上記第２筒部と上記ケースとの間に画成される環状の拡散室が上記チャージポートに接続されており、
上記フランジ部に上記吸着材室と上記拡散室とを連通する複数のオリフィス孔が形成されている、キャニスタにおいて、
上記吸着材室内に、上記第１筒部の端部に近接して位置しかつ中心部にオリフィス孔を有する第１隔壁と、該第１隔壁から上記ドレンポート側へ離間して位置しかつ全面に亘って複数の連通孔を有する第２隔壁と、を備え、上記第１隔壁と上記第２隔壁との間を吸着材が充填されない第２拡散室として構成した、ことを特徴とするキャニスタ。
上記ケースは、上記ドレンポート側の小径部と、上記チャージポート側の大径部と、を有し、上記第１隔壁及び上記第２隔壁が上記大径部内に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のキャニスタ。
上記第１隔壁の上記オリフィス孔は円環状に形成されている、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。
筒状をなすケースの内部に吸着材が充填されているとともに、上記ケースの長手方向の一端部にチャージポート及びパージポートが配置され、かつ上記ケースの長手方向の他端部にドレンポートが配置され、
上記ケースの上記一端部に、吸着材室の一端の外周部を仕切る環状をなすフランジ部が設けられているとともに、上記フランジ部の内周から吸着材室側に突出した上記ケースと同心状の第１筒部と、上記フランジ部の内周から上記第１筒部と反対側に延びた上記ケースと同心状の第２筒部と、を備え、
上記第１筒部によって画成されるケース中心部の空間が上記パージポートに接続され、上記第２筒部と上記ケースとの間に画成される環状の拡散室が上記チャージポートに接続されており、
上記フランジ部に上記吸着材室と上記拡散室とを連通する複数のオリフィス孔が形成されている、キャニスタにおいて、
上記第１筒部の端部に近接して上記吸着材室内に配置され、中心部にオリフィス孔を有する隔壁と、
上記ドレンポート側において上記隔壁に重ねて配置され、上記ケースの長手方向に沿って所定の長さを有する通気性部材と、
を備えた、ことを特徴とするキャニスタ。