(57)【要約】【課題】  キャニスタ内の複数の室に充填される吸着材を適正化することで、吸着・脱離性能を向上しつつ、キャニスタの小型・軽量化を図る。【解決手段】ケース２内の流れ方向に沿って直列に配置された複数の室５〜８のそれぞれに吸着材を充填する。中実形状の吸着材の外径もしくは中空形状の吸着材の各部の肉厚を吸着材の厚みと定義し、吸着材における５０ｎｍ以上の大きさの巨視的細孔のうち、５００ｎｍ未満の大きさの巨視的細孔が占める比率を５００ｎｍ未満の容積比率と定義すると、流入・流出部側から大気開放口側へ向けて、複数の室に充填される吸着材の厚みを段階的に小さくするとともに、５００ｎｍ未満の容積比率を段階的に大きくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内の流れ方向に沿って直列に配置された複数の室内に吸着材が充填されるとともに、上記流れ方向の一端に燃料蒸気の流入・流出部、他端に大気開放口を備えたキャニスタにおいて、
上記吸着材は、円柱状もしくは球形の中実形状もしくは中空形状をなし、
上記中実形状の吸着材の外径、もしくは上記中空形状の吸着材の各部の肉厚を吸着材の厚みとし、
上記吸着材における５０ｎｍ以上の大きさの巨視的細孔のうち、５００ｎｍ未満の大きさの巨視的細孔が占める比率を５００ｎｍ未満の容積比率とすると、
上記流入・流出部側から大気開放口側へ向けて、上記複数の室に充填される吸着材の厚みを段階的に小さくするとともに、上記５００ｎｍ未満の容積比率を段階的に大きくした、ことを特徴とするキャニスタ。
【請求項２】
更に、上記流入・流出部側から大気開放口側へ向けて、上記複数の室に充填される吸着材の外径を段階的に大きくした、ことを特徴とする請求項１に記載のキャニスタ。
【請求項３】
更に、上記流入・流出部側から大気開放口側へ向けて、上記複数の室の通路直交方向の断面積を段階的に小さくした、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のキャニスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば自動車用内燃機関の燃料蒸気の処理などに用いられ、吸着材として微視的細孔と巨視的細孔とを有する活性炭を用いたキャニスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用内燃機関においては、車両の燃料タンクから蒸発した燃料蒸気の外部への放出を防止するために、燃料蒸気の吸着および脱離が可能なキャニスタが設けられている。このキャニスタは、周知のように、ケース内に吸着材が充填されており、流れ方向一端側には大気開放口が設けられ、他端側には燃料タンクに連通する燃料蒸気の流入部（チャージポート）と内燃機関の吸気通路に連通する燃料蒸気の流出部（パージポート）とが設けられている。車両停止後等に発生する燃料蒸気は、流入部を通して燃料タンクからキャニスタへ導入されて、吸着材に一時的に吸着される。その後の運転中に、内燃機関の吸気サイクルにおいて大気開放口から大気が流入して流出部より流出する空気の流れが生じ、この吸気流れにより吸着材に吸着されていた燃料成分を新気とともに脱離させて流出部から内燃機関の吸気通路を経由して燃焼室内で燃焼処理するようになっている。
【０００３】
このようなキャニスタにおいて、吸着脱離を効率的に行えるように、例えば特許文献１では、キャニスタのケース内に、吸着材が充填される複数の室を流れ方向に沿って直列に配置し、大気開放口側の室には、熱容量の大きい蓄熱吸着材を配置することが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２では、昼夜呼吸損失エミッション（Ｄｉｕｒｎａｌ  Ｂｌｅａｔｈｉｎｇ  Ｌｏｓｓ；ＤＢＬ）を大幅に低減する技術として、キャニスタに充填される吸着材を、ｎ−ブタン濃度が５容積％と５０容積％との間でのｎ−ブタン濃度の平衡吸着量の差分が３５ｇ／Ｌを超える活性炭（以下、「Ａ炭」と呼ぶ）と、３５ｇ／Ｌ以下の活性炭（以下、「Ｂ炭」と呼ぶ）の二種類に区分し、流入・流出部側の室にはＡ炭を用いた吸着材を充填し、大気開放口側の室にはＢ炭を用いた吸着材を充填している。このように、大気開放口側に平衡吸着量の差分が小さい活性炭、つまり有効吸着量（吸着時と脱離後の吸着量の差分）が少ないものの脱離性能に優れたＢ炭を配置することで、大気開放口側への燃料蒸気の排出を抑制し、昼夜呼吸損失エミッション（ＤＢＬ）の低減を図るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１９５７２号公報
【特許文献１】特表２００５−５１０６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように、蓄熱吸着材を用いた場合、吸着材の体積に加えて、蓄熱材料の体積が必要となり、キャニスタの大型化を招く。
【０００７】
また、特許文献２のように、有効吸着量が少ないＢ炭を用いた吸着材を大気開放口側に配置すると、所定の有効吸着量を確保するために必要な活性炭の容量（体積）が増加し、やはりキャニスタの大型化や重量増加が問題となる。
【０００８】
そこで本発明は、大気開放口側に有効吸着量の大きい活性炭を用いた吸着材を配置した場合であっても、脱離性能に優れ、昼夜呼吸損失エミッション（ＤＢＬ）を十分に低減することが可能な新規なキャニスタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るキャニスタは、ケース内の流れ方向に沿って直列に配置された複数の室内に吸着材が充填されるとともに、上記流れ方向の一端に燃料蒸気の流入・流出部、他端に大気開放口を備えている。
【００１０】
上記吸着材は、円柱状もしくは球形の中実形状もしくは中空形状をなしている。
【００１１】
そして、上記中実形状の吸着材の外径、もしくは上記中空形状の吸着材の各部の肉厚を吸着材の厚みと定義し、上記吸着材における５０ｎｍ以上の大きさの巨視的細孔のうち、５００ｎｍ未満の大きさの巨視的細孔が占める比率を５００ｎｍ未満の容積比率と定義すると、上記流入・流出部側から大気開放口側へ向けて、上記複数の室に充填される吸着材の厚みを段階的に小さくするとともに、上記５００ｎｍ未満の容積比率を段階的に大きくしている。
【００１２】
好ましくは、上記流入・流出部側から大気開放口側へ向けて、上記複数の室に充填される吸着材の外径を段階的に大きくする。
【００１３】
更に好ましくは、上記流入・流出部側から大気開放口側へ向けて、上記複数の室の通路直交方向の断面積を段階的に小さくする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明のよれば、キャニスタのケースに内に直列に配置される複数の室に充填される吸着材に対し、流入・流出部側から大気開放口側へ向けて、その厚みを大気開放口側へ向けて段階的に小さくするとともに、５００ｎｍ未満の容積比率を段階的に大きくすることによって、吸着・脱離性能を向上して昼夜呼吸損失エミッション（ＤＢＬ）を大幅に削減しつつ、吸着材の容量の増加を抑制して、キャニスタの小型化・軽量化を図ることができる。
【００１５】
また、流入・流出部側から大気開放口側へ向けて、上記複数の室に充填される吸着材の外径を段階的に大きくし、更に好ましくは、複数の室の通路直交方向の断面積を段階的に小さくすることによって、昼夜呼吸損失エミッションを更に低減しつつ、通気抵抗を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例に係るキャニスタを示す断面図。
【図２】中空状の吸着材を示す側面図（ａ）および正面図（ｂ）。
【図３】吸着材として使用され得る５つの活性炭の各データを示す表。
【図４】図３の５つの活性炭の形状を示す断面図。
【図５】図３の５つの活性炭の巨視的細孔の大きさの分布を示すグラフ。
【図６】上記第１実施例と比較例における昼夜呼吸損失エミッションを示す特性図。
【図７】本発明の第２実施例に係るキャニスタを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明に係るキャニスタ１の第１実施例を示している。このキャニスタ１は、合成樹脂製のケース２によって二重のＵターン形状に流路が形成されているものであって、流れ方向の一端に、燃料蒸気の流入部となるチャージポート３と、燃料蒸気の流出部となるパージポート４と、が設けられており、流れ方向の他端に、大気開放口となる大気ポート５が設けられている。上記チャージポート３は例えば図示しない自動車の燃料タンクに接続され、上記パージポート４は例えば内燃機関の吸気系に接続される。
【００１８】
上記ケース２内には、吸着材を収容する室として、上記チャージポート３およびパージポート４の側から順に、第１室６、第２室７、第３室８及び第４室９が直列に設けられている。第１室６には、後述する活性炭Ａ−１からなる相対的に粒径の小さい吸着材１０が充填されている。第２室７には、上記の活性炭Ａ−１を用いた吸着材１１が充填されている。第３室８には、後述する活性炭Ａ−２を用いた吸着材１２が充填され、第４室９には、後述する活性炭Ｂ−２を用いたハニカム形状をなす外径の最も大きな吸着材１３が充填されている。
【００１９】
これにより、キャニスタ１の流路の中で特に大気ポート５に近い部分での通気抵抗の低減が達成され、キャニスタ１全体としての脱離性能が向上する。上記第１室６、第２室７、第３室８及び第４室９の間は、例えば通気性を有する多孔板やフィルタによって互いに区画されている。
【００２０】
上記第３室８に充填される吸着材１２は、活性炭そのものの微視的細孔（直径が２ｎｍ以上５０ｎｍ未満の細孔）に加えて、燃料蒸気の通路となる巨視的細孔（直径が５０ｎｍ以上１０００００ｎｍ未満の細孔）を有するものであり、例えば、粉末状の活性炭に、常温で固体でありかつ後述する焼成時の温度で気化、昇華または分解するメルタブルコアをバインダとともに加えて成形した上で、焼成し、所定の大きさの粒状としたものである。
【００２１】
活性炭は、例えば、市販されている石炭系、木質系等の活性炭を粉砕して粒子径が３５０μｍ以下（４２メッシュパス）の粉末状のものである。バインダは、粉末状のベントナイト、木節粘土、シリカゾル、アルミナゾルなどの粉体あるいはゾルの固形分を用いることができる。メルタブルコアは、常温で固体でありかつ焼成時の温度で気化、昇華または分解し、さらには製造時の媒体とする水に溶けにくい粉末状（好ましくは粒子径が０．１μｍ〜１ｍｍ）の材料、例えば、昇華性有機化合物（ナフタレン、パラジクロロベンゼンなど）や、融点が高く、分解しやすいポリマ（ポリエチレンなど）や、繊維状の材料（φ０．１μｍ〜１００μｍ×繊維長１ｍｍ以下）の材料、例えばナイロン、ポリエステル、ポリプロピレンなどを用いることができる。
【００２２】
そして、これら３者を、適宜な配合比でもって、適宜に水を加えて混合し、押出成形により直径が４〜６ｍｍで長さが２〜１２ｍｍ程度（望ましくは直径とほぼ等しい長さ）の円柱状に成形する。そして、この成形体をロータリーキルンなどを使用して不活性ガス雰囲気下にて６５０℃〜１０００℃で３〜４時間焼成して、粒状の吸着材を得る。
【００２３】
上記のメルタブルコアは、焼成の際に消失し、これによって、活性炭そのものの微視的細孔（直径が２ｎｍ以上５０ｎｍ未満の細孔）に加えて燃料蒸気の通路となる巨視的細孔（直径が５０ｎｍ以上１０００００ｎｍ未満の細孔）が形成される。つまり、得られた吸着材１１は、巨視的細孔からなるいわゆるマクロポーラス構造を有すると同時に、燃料蒸気の分子を捕捉する微視的細孔からなるいわゆるメソポーラス構造を有するものとなる。
【００２４】
吸着材１２の巨視的細孔の大きさは、主に、使用する活性炭によって定まるが、メルタブルコアの割合等によって調整可能である。
【００２５】
図２は、一例として、第３室８に充填される吸着材１２の断面形状を示している。この吸着材１２は、外側の円筒壁１２Ａと、この円筒壁１２Ａの中心部に設けられた十字形の放射状壁１２Ｂと、を有する中空円筒状をなす。そして、各部の肉厚は、０．６ｍｍ以上で１．５ｍｍ以下の範囲内にある。例えば、円筒壁１２Ａの外径Ｄ１は、４．５ｍｍであり、内径Ｄ２は、３．０ｍｍである。また放射状壁１２Ｂの各々の肉厚ｄは、例えば０．８ｍｍであり、円筒壁１２Ａの肉厚（半径方向の厚み）は、例えば０．８ｍｍである。また、軸方向の長さＬは４ｍｍである。但し、これらの寸法は、実際の切断加工の際に生じるばらつきが大きい。なお、吸着材１２の外径は球形であってもよく、また放射状壁１２Ｂとしては、上記のような十字形のほか、３方向へ延びる放射状のもの、あるいは２方向へ延びるＩ字形のもの、など種々の形状が可能である。
【００２６】
図３は、吸着材に用いられる５つの活性炭Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３，Ｂ−１，Ｂ−２の各種のデータを示す表である。上述したように、上記実施例では、吸着材Ａ−１が第１室６及び第２室７の吸着材１０，１１として用いられ、活性炭Ａ−２が第３室８の吸着材１２として用いられ、活性炭Ｂ−２が第４室９の吸着材１３として用いられている。
【００２７】
活性炭Ａ−１，Ａ−３及びＢ−１は、図４（Ａ）に示すように、中空の無い円柱形状もしくは球形状の吸着材に成形されるものであり、その外径（粒径）は２ｍｍである。活性炭Ａ−２は、上記の図２及び図４（Ｂ）に示すように、十字形の放射状壁１２Ｂを有する中空円筒状をなす吸着材１２に成形されるものである。活性炭Ｂ−２は、図４（Ｃ）に示すように、第４室９内に挿入・配置される一つの大きなハニカム状の吸着材１３として成型されるものであり、外側の円筒壁１３Ａと、この円筒壁１３Ａの内側に設けられた格子状壁１３Ｂと、を有する中空円筒状をなし、格子状壁１３Ｂによって円筒壁１３Ａの内部が通路長手方向に延びる複数の空間に仕切られている。円筒壁１３Ａの外径は３０ｍｍ、格子状壁１３Ｂの厚みは０．３ｍｍである。
【００２８】
キャニスタ１の通気抵抗の抑制の上では、吸着材の大きさが大きいことが有利となる。しかし、それに伴って吸着材１２の厚み（単純な球形の場合はその直径が厚みに相当する）が厚くなると、吸着材としての吸着脱離性能とりわけ脱離性能が悪化する。従って、特に大気開放口寄りの第３室８及び第４室９に充填される吸着材１１は、中空形状で、各部の厚みが薄いものとされている。
【００２９】
図３において、吸着材１２，１３における直径が５０ｎｍ以上１０００００ｎｍ未満の巨視的細孔の容積のうち、５００ｎｍ未満の大きさの巨視的細孔が示す容積比率（％）は、例えば「ＩＳＯ  １５９０１−１」で規定される水銀圧入法によって測定することができる。図５に、５０ｎｍ以上１０００００ｎｍ未満の巨視的細孔（マクロポア）の大きさの容積の比率、つまり大きさの分布を示すグラフを示している。
【００３０】
ここで、中実形状の吸着材の外径、もしくは中空形状の吸着材の各部の肉厚を吸着材の厚みと定義し、吸着材における５０ｎｍ以上の大きさの巨視的細孔のうち、５００ｎｍ未満の大きさの巨視的細孔が占める比率を５００ｎｍ未満の容積比率と定義すと、図３に示すように、チャージ・パージポート３，４が設けられる流入・流出部側から大気ポート５が設けられる大気開放口側へ向けて、複数の室６〜９に充填される吸着材（活性炭）及びその外径，厚み，更に５００ｎｍ未満の容積比率は以下の通りである。
・吸着材（活性炭）：Ａ−１→Ａ−１→Ａ−２→Ｂ−２
・外径（ｍｍ）    ：    ２→    ２→４．５→  ３０
・厚み（ｍｍ）    ：２．０→２．０→０．８→０．３
・容積比率        ：  ２７→  ２７→  ５４→  ８２
このように本実施例では、流入・流出部側から大気開放口側へ向けて、吸着材の厚みを段階的に小さくするとともに、５００ｎｍ未満の巨視的細孔が占める容積比率を段階的に大きくしている。特に、流入・流出部側の第１室６と第２室７には同じ活性炭Ａ−１が用いられているために吸着材の厚みや５００ｎｍ未満の容積比率は変わらないが、第２室７から第４室９にかけては、吸着材の厚みを徐々に小さくしつつ、５００ｎｍ未満の容積比率を徐々に大きくしている。これによって、大気開放側へ向かうに従って、段階的に通気抵抗が抑制されるとともに脱離性能が向上し、結果として、昼夜呼吸損失エミッションを大幅に削減することができる。しかも、流入・流出部側へ向かって吸着材の厚みを段階的に大きくするとともに、上記５００ｎｍ未満の容積比率を小さくしていくことで、所期の吸着性能を確保しつつ、吸着材の容量を低減し、キャニスタの小型化・軽量化を図ることができる。
【００３１】
更に本実施例では、流入・流出部側から大気開放口側へ向けて、複数の室に充填される吸着材の外径を段階的に大きくするとともに、複数の室の通路直交方向の断面積を段階的に小さくしている。つまり、図１にも示すように、流入・流出部側の第１室６と第２室７の通路断面積はほぼ同じであるが、第３室８の通路断面積を第１室６，第２室７よりも小さくしており、更に第４室９の通路断面積を第３室８よりも小さくしている。このように、大気開放口側へ向けて吸着材の外径を徐々に大きくしつつ通路断面積を徐々に小さくすることによって、大気開放口側へ向かって脱離性能が段階的に向上し、昼夜呼吸損失エミッションを更に低減することができるとともに、流入・流出部側へ向かって段階的に吸着材の外径を小さくする一方で室の断面積を大きくすることで、大気開放口側へ向けて段階的に脱離性能を向上させて、昼夜呼吸損失エミッションを更に低減することができるとともに、吸着材の容量を抑制してキャニスタの更なるコンパクト化を図ることができる。
【００３２】
図６は、上述した実施例と、比較例と、における昼夜呼吸損失エミッション（ＤＢＬ）を示す特性図である。上記の比較例は、第３室８に活性炭Ｂ−１を用いた吸着材が充填されていることを除いて、上記実施例と同様のものである。つまり、比較例の複数の室６〜９に充填される吸着材及びその外径，厚み及び５００ｎｍ未満の容積比率は、流入・流出部側から大気開放口側へ向けて、以下のように推移する。
・吸着材（活性炭）：Ａ−１→Ａ−１→Ｂ−１→Ｂ−２
・外径（ｍｍ）    ：    ２→    ２→    ２→  ３０
・厚み（ｍｍ）    ：２．０→２．０→２．０→０．３
・容積比率        ：  ２７→  ２７→  ２０→  ８２
この比較例では、５００ｎｍ未満の容積比率が大気開放口側へ向けて段階的に小さくなっておらず、また厚みも第３室８から第４室９の間でのみ急激に変化するものとなっている。このような比較例では、第３室８から第４室９の間で、急激な吸着材の厚みの削減と５００ｎｍ未満の容積比率の上昇となるために、図６に示すように、実施例に比してＤＢＬが大幅に悪化（増加）することが確認された。
【００３３】
図７は、本発明の第２実施例を示している。この第２実施例では、第１室６Ａに活性炭Ａ−３を用いた吸着材１０Ａを用いた点でのみ、第１実施例と異なっている。この第２実施例における複数の室６Ａ，７，８，９に充填される吸着材及びその外径，厚み及び５００ｎｍ未満の容積比率は、流入・流出部側から大気開放口側へ向けて、以下の通りである。
・吸着材（活性炭）：Ａ−３→Ａ−１→Ａ−２→Ｂ−２
・外径（ｍｍ）    ：    ２→    ２→４．５→  ３０
・厚み（ｍｍ）    ：２．０→２．０→０．８→０．３
・容積比率        ：  ５２→  ２７→  ５４→  ８２
この第２実施例では、最も流入・流出部側の第１室６Ａに充填される吸着材１０Ａに用いられる活性炭Ａ−３の５００ｎｍ未満の容積比率が５２％と高くなっている点を除き、上記の第１実施例と同様、流入・流出部側から大気開放口側へ向けて、吸着材の厚みを段階的に小さくするとともに、５００ｎｍ未満の巨視的細孔が占める容積比率を段階的に大きくしている。第１室６Ａは大気ポート５から最も遠い位置にあり、昼夜呼吸損失エミッションに対する影響は少ないことから、この第２実施例のように流入・流出部側の第１室６Ａに５００ｎｍ未満の容積比率の比較的高い吸着材１０Ａを用いた場合であっても、上記第１実施例と同様に、ＤＢＬ性能を大幅に向上することが可能である。
【００３４】
また、第２実施例の変更例として、第２室７にも活性炭Ａ−３を用いた吸着材を用いるようにしても良い。この場合の複数の室６Ａ，７，８，９に充填される吸着材及びその外径，厚み及び５００ｎｍ未満の容積比率は、流入・流出部側から大気開放口側へ向けて、以下の通りである。
・吸着材（活性炭）：Ａ−３→Ａ−３→Ａ−２→Ｂ−２
・外径（ｍｍ）    ：    ２→    ２→４．５→  ３０
・厚み（ｍｍ）    ：２．０→２．０→０．８→０．３
・容積比率        ：  ５２→  ５２→  ５４→  ８２
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、上記実施例ではキャニスタ内を４つの室に区画しているが、流入・流出部側から大気開放口側へ向けて活性炭の厚みが段階的を段階的に小さくするとともに、５００ｎｍ未満の容積比率を段階的に大きくしたものであれば、３つあるいは５つ以上の室に分割しても良い。
【符号の説明】
【００３５】
１…キャニスタ
２…ケース
３…チャージポート（流入部）
４…パージポート（流出部）
５…大気ポート（大気開放口）
６，７，８，９…室
１０，１１，１２，１３…吸着材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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