JP6949889B2

JP6949889B2 - キャニスタ

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Publication number: JP6949889B2
Application number: JP2019018053A
Authority: JP
Inventors: 恭平山口
Original assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2019-02-04
Filing date: 2019-02-04
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2039-02-04
Also published as: US10954896B2; CN111514698A; JP2020125708A; US20200248655A1; DE102020101270A1

Description

本開示は、キャニスタに関する。

車両の燃料タンクには、蒸発した燃料の大気放出を防ぐキャニスタが装着される。キャニスタは、蒸発燃料を活性炭に吸着させると共に、吸引した空気により活性炭から燃料を脱離してパージを行い、エンジンに供給する。

キャニスタは、通常、チャージポートが接続された主室と、この主室に接続された副室とを少なくとも有する。主室及び副室には、それぞれ活性炭が収納される。また、吸着効率を調整するために、部屋ごとに、気体の流れ方向と垂直な断面における相当直径Ｄに対する、気体の流れ方向の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）が適宜設計される（特許文献１参照）。

特開２００５−１６３２９号公報

近年ではハイブリッド化やダウンサイジング等によりエンジンの排気量が低下し、キャニスタのパージ量も低減しつつある。パージ量が低減すると、大気ポートに主室よりも近い副室において、パージによる活性炭からの蒸発燃料の脱離が不十分となり、副室に残留した蒸発燃料が大気ポートから排出され得る。また、キャニスタ内にブタンを充填させた後のパージ後にブタンが副室に残留すると、このブタンが大気に放出されてしまう。

これに対し、本発明者らは、副室のＬ／Ｄを一定以上としつつ、副室と主室とにおける活性炭の体積を適宜調整することで、蒸発燃料の吸着及び脱離能力を損なうことなく、大気ポートからの蒸発燃料等の放出を抑制できることを見出し、本開示に至った。

本開示の一局面は、大気ポートからの吸着物の放出を抑制できるキャニスタを提供することを目的としている。

本開示の一態様は、車両の燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着及び脱離するキャニスタである。キャニスタは、チャージポートと、パージポートと、大気ポートと、主室と、副室と、活性炭と、を備える。チャージポートは、蒸発燃料を取り込む。パージポートは、蒸発燃料を排出する。大気ポートは、大気に開放される。主室は、チャージポート及びパージポートが接続される。副室は、主室に連通し、大気ポートが直接又は他の部屋を介して接続される。活性炭は、主室及び副室にそれぞれ収納される。

また、副室において、気体の流れ方向と垂直な断面における相当直径Ｄ［ｍｍ］に対する、気体の流れ方向の長さＬ［ｍｍ］の比Ｌ／Ｄは、２以上である。副室に収納された活性炭の体積に対する、主室に収納された活性炭の体積の比は、７を超え１０以下である。

このような構成によれば、副室に収納された活性炭の体積に対する、主室に収納された活性炭の体積の比を一定範囲とすることで、圧損の上昇を抑制しつつ、パージ後の副室における吸着物の残存量を低減できる。その結果、大気ポートからの吸着物の放出を抑制することができる。また、副室のＬ／Ｄを２以上とすることで、気体が副室の吸着物により多く接触するため、副室の容積を小さくしながらも副室における吸着及び脱離効率を維持することができる。

本開示の一態様では、副室に収納された活性炭の体積に対するパージ空気の体積が６００倍以上であってもよい。このような構成によれば、パージによる副室での蒸発燃料等の吸着物の脱離が促進されるので、より確実に大気ポートからの吸着物の放出を抑制することができる。

なお、副室において、「気体の流れ方向と垂直な断面における相当直径Ｄ」とは、副室の気体の流れ方向と垂直な断面Ｓと同じ面積の真円の直径（Ｄ＝（Ｓ／π）^１／２×２）を副室の気体の流れ方向で平均した値を意味する。

図１Ａは、実施形態におけるキャニスタの模式的な断面図であり、図１Ｂは、図１Ａのキャニスタの模式的な側面図である。図２は、図１Ａとは異なる実施形態におけるキャニスタの模式的な断面図である。図３は、図１Ａ及び図２とは異なる実施形態におけるキャニスタの模式的な断面図である。図４Ａは、実施例における副室と主室との活性炭の体積の比と、通気抵抗との関係を示すグラフであり、図４Ｂは、実施例における副室と主室との活性炭の体積の比と、ＤＢＬ試験での排出量との関係を示すグラフである。図５は、実施例におけるパージ量と吸着物の脱離率との関係を示すグラフである。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１Ａに示すキャニスタ１は、車両の燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着及び脱離する。キャニスタ１は、チャージポート２Ａと、パージポート２Ｂと、大気ポート２Ｃと、主室３と、副室４と、活性炭７とを備える。

＜ポート＞
チャージポート２Ａは、配管によって車両の燃料タンクに接続される。チャージポート２Ａは、燃料タンクで発生した蒸発燃料をキャニスタ１内に取り込むように構成されている。

パージポート２Ｂは、パージ弁を介して車両のエンジンの吸気管に接続される。パージポート２Ｂは、キャニスタ１内の蒸発燃料をキャニスタ１から排出し、エンジンに供給するように構成されている。

大気ポート２Ｃは、配管を介して車両の給油口に接続され、大気に開放される。大気ポート２Ｃは、蒸発燃料を取り除いた気体を大気中に放出する。また、大気ポート２Ｃは、外部空気（つまりパージ空気）を取り込むことで、キャニスタ１が吸着した蒸発燃料を脱離（つまりパージ）する。

＜主室＞
主室３は、活性炭７を収納し、チャージポート２Ａから取り込んだ蒸発燃料を吸着する。また、主室３は、吸着した蒸発燃料をパージポート２Ｂから排出する。

主室３は、図１Ａに示すように、フィルタ３Ｄによって、第１空間３Ａと、第２空間３Ｂと、第３空間３Ｃとに仕切られている。フィルタ３Ｄは、活性炭７を通過させない一方で、気体が通過可能に構成されている。

第１空間３Ａは、第２空間３Ｂと第３空間３Ｃとに挟まれるように配置されている。第１空間３Ａには、活性炭７が充填されている。第１空間３Ａは、第２空間３Ｂ及び第３空間３Ｃよりも体積が大きい。

第２空間３Ｂは、第１空間３Ａに隣接した空間である。第２空間３Ｂには、チャージポート２Ａとパージポート２Ｂとが接続されている。なお、第２空間３Ｂには、活性炭７が充填されていない。また、第２空間３Ｂには、ハウジングから延伸し、フィルタ３Ｄを押圧する複数のリブ３Ｇが配置されている。

第３空間３Ｃは、第１空間３Ａにおいて第２空間３Ｂとは反対側に配置された空間である。第３空間３Ｃは、後述する副室４の第２空間４Ｂと連通している。なお、第３空間３Ｃには、活性炭７が充填されていない。また、第３空間３Ｃには、貫通孔を有する樹脂板３Ｅと、樹脂板３Ｅ及びフィルタ３Ｄを第１空間３Ａに向かって押圧するスプリング３Ｆとが配置されている。

＜副室＞
副室４は、活性炭７を収納し、主室３との間で気体の流通が自在となるように主室３に連通している。副室４は、図１Ａに示すように、フィルタ４Ｃによって、第１空間４Ａと、第２空間４Ｂとに仕切られている。フィルタ４Ｃは、主室３のフィルタ３Ｄと同様のものである。

第１空間４Ａには、活性炭７が充填されている。また、第１空間４Ａには、大気ポート２Ｃが接続されている。第１空間４Ａと大気ポート２Ｃとの間には、フィルタ４Ｃと、ハウジングから延伸し、フィルタ４Ｃを押圧する複数のリブ４Ｆとが配置されている。なお、第１空間４Ａと大気ポート２Ｃとの間には樹脂板が配置されてもよい。

第２空間４Ｂは、第１空間４Ａに隣接した空間である。第２空間４Ｂには、主室３の第３空間３Ｃが接続されている。なお、第２空間４Ｂには、活性炭７が充填されていない。また、第２空間４Ｂには、貫通孔を有する樹脂板４Ｄと、樹脂板４Ｄ及びフィルタ４Ｃを第１空間４Ａに向かって押圧するスプリング４Ｅとが配置されている。

副室４は、第２空間４Ｂ以外の部分では主室３に接続されていない。つまり、主室３と副室４とを接続する流路は、第３空間３Ｃと第２空間４Ｂとから構成される流路のみである。

チャージポート２Ａから取り込まれた蒸発燃料は、主室３の第２空間３Ｂを通過し、第１空間３Ａ内で活性炭７に吸着される。第１空間３Ａで吸着しきれなかった蒸発燃料は、第３空間３Ｃを通過して副室４に移動し、副室４の第１空間４Ａ内で活性炭７に吸着される。蒸発燃料が吸着された気体は、大気ポート２Ｃから放出される。

また、大気ポート２Ｃから給気することで、副室４の第１空間４Ａで活性炭７に吸着されていた蒸発燃料は、主室３の第１空間３Ａで活性炭７に吸着されていた蒸発燃料と共に、パージポート２Ｂからエンジンに排出される。その結果、蒸発燃料を含んだ空気がエンジンに供給される。

なお、副室４内には、内壁から突出する突出物（例えば、樹脂板４Ｄ又はフィルタ４Ｃから気体の流れ方向に延伸する棒状の部材）は配置されていない。つまり、副室４の第１空間４Ａ内における活性炭７の密度は一定で、密度の濃淡は存在しない。

（Ｌ／Ｄ）
副室４のうち、活性炭７が充填された第１空間４Ａにおいて、気体の流れ方向と垂直な断面における相当直径Ｄ［ｍｍ］（図１Ｂ参照）に対する、気体の流れ方向の長さＬ［ｍｍ］の比Ｌ／Ｄは、２以上である。Ｌ／Ｄが２未満の場合、活性炭７の断面積が大きくなって、気体が大気ポート２Ｃよりも径方向外側に流動し難くなるため、気体に接触しない領域が生じ得る。つまり、キャニスタ１の吸着効率が著しく低下する。Ｌ／Ｄとしては、２．５以上がより好ましく、３．０以上がより好ましい。

（活性炭体積比）
副室４に収納された活性炭７の体積（つまり、第１空間４Ａの体積）に対する、主室３に収納された活性炭７の体積（つまり、第１空間３Ａの体積）の比（以下、「活性炭体積比」ともいう。）は、７を超え１０以下である。また、活性炭体積比としては、１０が好ましい。

上記活性炭体積比が７以下の場合、副室４における蒸発燃料の脱離性、つまりダイアーナルブリージングロス（ＤＢＬ）性能が低下するおそれがある。逆に、上記活性炭体積比が１０を超える場合、キャニスタ１の通気抵抗が上昇することで圧損が高くなり過ぎるおそれがある。

（パージ空気の体積）
副室４に収納された活性炭７の体積に対するパージ空気の体積（以下、「ＢＶ」ともいう。）は、６００倍以上が好ましい。ＢＶが６００倍未満の場合、蒸発燃料やブタンの脱離が不十分となり、大気ポート２Ｃから蒸発燃料やブタンが放出されやすくなるおそれがある。なお、例えばパージ空気の体積が２００Ｌ、副室４の活性炭７の体積が０．３Ｌの場合、ＢＶは６６７倍となる。ＢＶとしては、６５０倍以上がより好ましく、７００倍以上がさらに好ましい。

＜活性炭＞
活性炭７は、空気等と共にキャニスタ１に供給された蒸発燃料やブタンを吸着する。また、外部空気の導入により蒸発燃料やブタンを脱離する。脱離された蒸発燃料は、エンジンに供給される。

活性炭７の素材としては、公知のものが使用できる。本実施形態では、活性炭７として、粒状の活性炭の集合体を使用している。また、主室３に収納された活性炭７と、副室４に収納された活性炭７とは、同種であってもよいし、異種であってもよい。

［１−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）活性炭体積比を７を超え１０以下とすることで、副室４の流路断面積縮小による圧損の上昇を抑制しつつ、より少ないパージ量で早期に副室４における吸着物の残存量を低減できる。その結果、大気ポート２Ｃからの吸着物の放出を抑制することができる。また、副室４のＬ／Ｄを２以上とすることで、気体が副室４の吸着物により多く接触するため、副室４の容積を小さくしながらも副室４における吸着及び脱離効率を維持することができる。

［２．第２実施形態］
［２−１．構成］
図２に示すキャニスタ１２は、燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着及び脱離する。キャニスタ１２は、チャージポート２Ａと、パージポート２Ｂと、大気ポート２Ｃと、主室３と、副室１４と、第３室５と、活性炭７，８とを備える。

キャニスタ１２のチャージポート２Ａ、パージポート２Ｂ、大気ポート２Ｃ、主室３及び活性炭７は、図１Ａのキャニスタ１と同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。

＜副室＞
副室１４は、第１空間４Ａに大気ポート２Ｃの替わりに第３室５が接続されている点を除いて、図１Ａの副室４と同様のものである。

＜第３室＞
第３室５は、活性炭８を収納し、副室１４との間で気体の流通が自在となるように副室１４と連通している。第３室５に収納された活性炭８の体積は、副室１４に収納された活性炭７の体積よりも小さい。

第３室５は、副室１４の第１空間４Ａに接続されている。また、第３室５における副室１４との接続部分と対向する位置には、大気ポート２Ｃが接続されている。つまり、本実施形態の第３室５は、図１Ａのキャニスタ１の副室４と大気ポート２Ｃとの間に配置された部屋である。

第３室５の内部には、活性炭８として、筒状に成形され、複数の貫通孔を内部に有する、いわゆるハニカム状の成形活性炭が収納されている。この成形活性炭は、カーボンにバインダーとしてのセラミックを混合した材料を一定形状に押し出し成形したものである。

活性炭８は、複数の貫通孔の中心軸が、気体の流れ方向に沿うように第３室５内に配置される。つまり、活性炭８の複数の貫通孔は、中心軸方向に気体を通過可能に構成される。蒸発燃料を含む気体が活性炭８の複数の貫通孔内を通過することで、蒸発燃料は活性炭８に吸着される。

活性炭８は、複数の保持具８Ａによって第３室５内に配置されている。保持具８Ａは、例えば、フィルタ又はゴムによって構成される。第３室５と大気ポート２Ｃとの間には、フィルタ５Ａと、ハウジングから延伸し、フィルタ５Ａを押圧する複数のリブ５Ｂとが配置されている。また、第３室５と副室１４との間には、樹脂板５Ｃが配置されている。

なお、成形活性炭の貫通孔の形状は特に限定されない。そのため、貫通孔の形状は、四角形や六角形のような多角形以外にも、曲線を含む形状であってもよい。曲線を含む形状の貫通孔としては、例えば平行に配置した複数の平板の間に、波板を１つずつ配置することで形成されるものが挙げられる。

［２−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（２ａ）第３室５によって、副室１４からリークした蒸発燃料等をトラップできる。その結果、より確実に大気ポート２Ｃからの吸着物の放出を抑制することができる。

［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（３ａ）上記実施形態のキャニスタ１２において、第３室５に収納する活性炭８は、ハニカム状の成形活性炭に限定されない。
また、図３に示すキャニスタ１３のように、２種類の活性炭１０Ａ，１０Ｂを気体の流路の上流下流に分けて第３室５内に配置してもよい。図３では、第３室５は、複数のフィルタ５Ａによって分割されている。また、第３室５と副室１４との間には、樹脂グリッド５Ｄが配置されている。

図３のキャニスタ１３では、第３室５のうち大気ポート２Ｃに近い領域に第２活性炭１０Ｂが収納され、第３室５のうち副室１４に近い領域に第１活性炭１０Ａが収納されている。第１活性炭１０Ａは、第２活性炭１０Ｂよりも吸着能力が高い。このように配置された活性炭１０Ａ，１０Ｂによって、副室１４から大気ポート２Ｃへの蒸発燃料等のリークをより確実に抑制できる。

（３ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

［４．実施例］
以下に、本開示の効果を確認するために行った試験の内容とその評価とについて説明する。

図４Ａのグラフは、図２及び図３のキャニスタ１２，１３において、副室１４における活性炭体積比を変化させた際の５０Ｌ／ｍｉｎの通気量における通気抵抗の変化を示す。図４Ａ中の破線は、車両の燃料給油性能から要求される通気抵抗２ｋＰａを示す。

図４Ａに示されるように、キャニスタ１２，１３では、活性炭体積比を１０以下とすることで、通気抵抗を２ｋＰａ以下とすることができる。ただし、あくまでこの通気抵抗は一例である。

また、図４Ｂのグラフは、図２及び図３のキャニスタ１２，１３において、副室１４における活性炭体積比を変化させた際のＤＢＬ試験における排出量（つまりパージ後におけるブタンの放出量）の変化を示す。図４Ｂ中の破線は、法規における車両排出規格の上限値１６ｍｇを示す。図４Ｂに示されるように、活性炭の体積比が７を超え１３以下であれば、ＤＢＬ排出量を１６ｍｇ以下とすることができる。

したがって、通気抵抗とＤＢＬ排出量との双方を考慮して、活性炭体積比を７を超え１０以下とすることで、通気抵抗を低減しながら、大気ポート２Ｃからの吸着物の放出を抑制できる。

図５のグラフは、図１Ａのキャニスタ１において、副室４におけるＢＶを変化させた際のパージ後における副室４内のブタン脱離率の変化を示す。図５中の破線は、９５％の脱離率を示す。

図５に示されるように、ＢＶを６００倍以上とすることで、脱離率を９５％以上にすることができる。

１，１２，１３…キャニスタ、２Ａ…チャージポート、２Ｂ…パージポート、
２Ｃ…大気ポート、３…主室、３Ａ…第１空間、３Ｂ…第２空間、３Ｃ…第３空間、
３Ｄ…フィルタ、３Ｅ…樹脂板、３Ｆ…スプリング、３Ｇ…リブ、４，１４…副室、
４Ａ…第１空間、４Ｂ…第２空間、４Ｃ…フィルタ、４Ｄ…樹脂板、
４Ｅ…スプリング、４Ｆ…リブ、５…第３室、５Ａ…フィルタ、５Ｂ…リブ、
５Ｃ…樹脂板、５Ｄ…樹脂グリッド、７，８…活性炭、８Ａ…保持具、
１０Ａ，１０Ｂ…活性炭。

Claims

車両の燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着及び脱離するキャニスタであって、
前記蒸発燃料を取り込むチャージポートと、
前記蒸発燃料を排出するパージポートと、
大気に開放された大気ポートと、
前記チャージポート及び前記パージポートが接続された主室と、
前記主室に連通する副室と、
前記主室及び前記副室にそれぞれ収納された活性炭と、
前記副室に連通し、前記大気ポートが接続された第３室と、
前記第３室の内部に配置された第１活性炭及び第２活性炭と、
前記第３室の内部に配置されると共に、一方の面が前記第１活性炭に接触し、他方の面が前記第２活性炭に接触するフィルタと、
を備え、
前記副室において、気体の流れ方向と垂直な断面における相当直径Ｄ［ｍｍ］に対する、気体の流れ方向の長さＬ［ｍｍ］の比Ｌ／Ｄは、２以上であり、
前記副室に収納された前記活性炭の体積に対する、前記主室に収納された前記活性炭の体積の比は、７を超え１０以下であり、
前記第１活性炭は、前記第３室のうち前記第２活性炭よりも前記副室に近い領域に収納されると共に前記第２活性炭よりも吸着能力が高い、キャニスタ。
車両の燃料タンクで発生した蒸発燃料を吸着及び脱離するキャニスタであって、
前記蒸発燃料を取り込むチャージポートと、
前記蒸発燃料を排出するパージポートと、
大気に開放された大気ポートと、
前記チャージポート及び前記パージポートが接続された主室と、
前記主室に連通する副室と、
前記主室及び前記副室にそれぞれ収納された活性炭と、
前記副室及び前記大気ポートが直接接続された第３室と、
前記第３室の内部に配置されたハニカム状の成形活性炭と、
前記副室と前記第３室とを仕切る板と、
を備え、
前記副室において、気体の流れ方向と垂直な断面における相当直径Ｄ［ｍｍ］に対する、気体の流れ方向の長さＬ［ｍｍ］の比Ｌ／Ｄは、２以上であり、
前記副室に収納された前記活性炭の体積に対する、前記主室に収納された前記活性炭の体積の比は、７を超え１０以下であり、
前記成形活性炭は、前記板から離れて配置される、キャニスタ。