JP2010143570A - プラスチック製燃料タンクの運転時通気制御方法及びプラスチック製燃料タンク - Google Patents

Abstract

【課題】 温度上昇によるプラスチック製燃料タンクの形状安定性を構造的な補強無しに維持することのできるプラスチック製燃料タンクの運転時通気制御方法を提供する。
【解決手段】 プラスチック製燃料タンクの内部を、圧力保持機能を有する運転時通気弁により周囲大気圧に対して予め定められた差圧範囲内に維持し、その際にタンクの最大許容超過圧力を規定する前記差圧範囲の上限圧力を周囲温度の関数として変化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラスチック製燃料タンクの運転時における通気を制御する方法に関し、更には燃料を自動車のエンジンへ送出している間にタンク内へ向けて或いはタンク外へ向けてタンク内の通気（運転時通気）を行う運転時通気手段として、タンクの容積空間に通じる少なくとも一つの運転時通気口とタンク外の燃料蒸気フィルタとの間に少なくとも一つの運転時通気弁を備えた自動車用プラスチック製燃料タンクにも関する。

燃焼エンジンと一台以上の電動機とによるハイブリット駆動系を備えた最近の乗用車では、通気系を別体とした燃料タンクが益々利用されている。別体形式の通気系では、燃料タンクの運転時通気用の通気路と給油時通気用の通気路とが個別に設けられているのが一般的である。燃料タンクの運転時通気とは、エンジンの作動中に車両の動きによるタンク内燃料のサージ運動や温度変化で気化した燃料蒸気をタンク内から燃料蒸気フィルタ経由で大気中へ排出することを意味し、また燃料タンクの給油時通気とは、給油時に液体である燃料の流入により押し退けられるタンク内容積空間の気体をタンク内から燃料蒸気フィルタ経由で大気中へ排出することを意味する。この燃料蒸気フィルタは、従来から活性炭フィルタで構成されているが、以上のような通気動作で炭化水素を吸着し、従って燃料蒸気フィルタからは、通気に含まれていた殆ど全ての炭化水素が除去された排出ガスが大気へ放出される。燃料蒸気フィルタの再生、即ち逆洗は、自動車の運転中に行われるのが一般的であり、その際には外気が燃料蒸気フィルタを介して内燃機関の燃焼用空気として吸引され、燃料蒸気フィルタが新鮮な外気で洗浄されて再生されると共に、洗浄で生じた炭化水素はエンジンの燃焼室で燃焼に供されることになる。

ところでハイブリット車では、車両の駆動が電動機で行われている間は燃料蒸気フィルタの逆洗による再生サイクルの回数が減少する。従って、燃料蒸気フィルタの吸着性能を高めておくか、或いは燃料タンク系内における液体炭化水素の気相への転移が抑制されるように工夫しておく必要がある。

この理由から、ハイブリット車に装備される燃料タンクは、通気系を別体とした圧力タンク構造とされることが多い。この場合、個々の通気弁は圧力保持弁の形態をとり、給油操作の開始に先立って周囲大気圧との圧力等化を行うように電気的に切り換え可能とされる。これは、従来から電磁弁による通気弁で達成されている。燃料タンクの構造機能の一つとして許容される最大超過圧力は例えば４００ｍｂａｒ程度であり、また最大許容部分真空度は１００ｍｂａｒ程度である。これは、スチール製の燃料タンクのは充分な材料厚のものである限り問題とはならないが、ハイブリッド車用の燃料タンクとしてはタンク自重が過大となるという不都合を伴う。一方、プラスチック製燃料タンクの場合は、燃料タンクの外形次第ではタンクを構成するプラスチック容器が高圧下で変形する可能性が生じる。これに対しては、緊締帯や補強構造の付加等の防止策が施されるが、このような防止策は燃料タンクの全体構造を極めて複雑化するだけでなく、プラスチックの変形挙動や可塑性自体が温度依存性であるという点に対する配慮に欠けるものである。即ち、プラスチック製燃料タンクは或る温度を超える固有の形状安定性が部分的に損なわれる虞があり、従来から知られている補強対策では、この点に対する配慮が不充分である。

従って本発明の主目的は、前述の不都合を大幅に改善することのできるプラスチック製燃料タンクの運転時通気制御方法を提供することである。また本発明の別の目的は、係る方法に直接使用するプラスチック製燃料タンクを提供することである。

上述の課題を解決するあめの本発明によるプラスチック製燃料タンクの運転時通気方法では、当該プラスチック製燃料タンクの内部容積空間を、圧力保持機能を有する少なくとも一つの運転時通気弁により周囲大気圧に対して予め定められた差圧範囲内に維持し、その際に前記タンクの最大許容超過圧力を規定する前記差圧範囲の上限圧力を周囲温度の関数として変化させることを特徴としている。

換言すれば、本発明は燃料タンクに対する周囲温度に依存した圧力調製方式を提供するものであり、これにより、周囲温度の変化による燃料タンクの固有剛性の変化を確実に考慮に入れた変形防止策を提供することができる。

ここで、「周囲温度」とは本発明の目的の範囲内で理解されるべきであり、具体的には対象とする構造体の温度、即ち、例えば高温のディーゼル燃料流により定まる燃料タンクの温度を意味する。エンジンからの燃料の還流を伴う多くの自動車燃料供給系における燃料は、エンジンの作動中には同様に燃料タンク系全体構造の加熱に寄与する程に加熱されることは周知である。

本発明に係る方法の好適な一実施形態においては、周囲温度が少なくとも予め設定された上限温度値を超えたときに前記差圧範囲の上限圧力を低下させ、周囲温度が少なくとも予め設定された下限温度値よりも低下したときに前記差圧範囲の上限圧力を上昇させる。ここで、上限温度値と下限温度値は互いに一致する温度値でもよい。但し、制御システム側の事情で切り換えにヒステリシスを与える必要がある場合は、下限温度値に上限温度値からの偏差を持たせてもよい。

本発明に係る方法の別の好適な一実施形態においては、前記運転時通気弁として、温度に依存して開弁圧力が変化する特性を有する少なくとも一つの弁が使用される。

周囲温度に対する差圧変化の許容範囲は０〜５００ｍｂａｒとすることができる。

本発明による方法は、運転時通気弁として無給電で周囲温度に依存して開閉動作する自動圧力調整弁を用いることにより好適に実施可能である。

本発明はまた以上に述べたような運転時通気制御方法の実施に使用する自動車用プラスチック製燃料タンクも提供し、この燃料タンクは、燃料を自動車のエンジンへ送出している間にタンク内へ向けて或いはタンク外へ向けてタンク内の通気を行う運転時通気手段を備え、該運転時通気手段がタンク内の容積空間に通じる少なくとも一つの運転時通気口とタンク外の燃料蒸気フィルタとの間に少なくとも一つの運転時通気弁を備え、該運転時通気弁が周囲温度に依存して開弁圧力が変化する特性を有する圧力保持弁を構成していることを特徴とする。

このようなプラスチック製燃料タンクの外形は所望のいかなる複雑さを有してもよく、この場合、運転時通気口は、プラスチック製燃料タンクの外形に応じて、自動車への搭載状態におけるタンク上部の１箇所又は複数箇所に同一又は異なる高さで設けることができる。また運転時通気弁は、各通気口又はそれに連通した通気マニホールド中に設けることができる。

本発明によるプラスチック製燃料タンクの好適な一実施形態においては、運転時通気弁が無給電で動作する自動圧力調整弁によって構成されている。この構成は、特に自動車のバッテリーが外されているときの通気制御に有利である。このような状況としては、例えば保守整備工場などで自動車がバッテリーを外された状態で再塗装チャンバー内の比較的高温度環境に曝される場合が考えられる。

本発明によるプラスチック製燃料タンクの別の好適な一実施形態においては、前記運転時通気弁が、温度に依存してバネ定数が変化する少なくとも一つの弁バネと、該弁バネによるバネ荷重で閉位置に保持される少なくとも一つの弁体とを有している。

弁バネは、形状記憶材料、例えば形状記憶合金で構成することができる。形状記憶材料は、初期形状から大きく変形させても初期形状を記憶することができる材料であり、合成樹脂又は合金からなる。形状記憶材料に一旦付与された形状の変化は、例えば加熱することによって元通りに戻すことができる。ここで使用される形状記憶材料は、二方向性形状記憶効果を有するもの、即ち、冷却により初期形状に戻ることができるものであることが好ましい。

弁バネは、バイメタルスプリングによって構成することもできる。この場合も弁バネのバネ定数は周囲温度に応じて変化し、それにより温度依存性をもつ開閉特性を簡単な手段で付与することができる。

運転時通気弁の閉弁付勢力は、例えば約５０℃の周囲温度又は構造体温度までほぼ１００パーセントであり、これは大気圧に対してほぼ４００ｍｂａｒの最大許容超過圧力に対抗する力に相当する。周囲温度又は構造体温度が約７０℃以上になると、該通気弁の閉弁付勢力は例えば０％に近づき、燃料タンク内がほぼ無加圧状態となる。

勿論、本発明によるプラスチック製燃料タンクには、運転時通気弁とは別の通気通路を利用した給油時通気弁が設けられていてもよい。

本発明によるプラスチック製燃料タンクは、特にハイブリット自動車向けプラスチック製燃料タンクとして好適である。

本発明によるプラスチック製燃料タンクとその運転時通気制御方法の特徴と利点を図示の例示的な実施形態と共に詳述すれば以下の通りである。

本発明の一実施形態による燃料タンク系を示す模式構成図である。 本発明の一実施形態による燃料タンクの通気系を示す模式断面図である。

本発明による燃料タンク１はプラスチック製燃料タンクの形態をとり、給油管２、給油用通気ライン（不図示）、及び少なくとも一つの運転時通気ライン（管路）３を既知の形態と同様の形態で備えている。運転時通気ライン３は、１つ以上の通気口４を介して燃料タンク内容積空間の上部均圧空間５に連通する。均圧空間５は、タンクが適正に配置された状態で上部に位置することは述べるまでもない。均圧空間５は、タンク内の液体燃料の上に位置するタンク内遊離ガス容積部分であり、これにより液体炭化水素燃料は、燃料の体積に変化が起きても、通気ラインに侵入することはない。

均圧空間５に連結された運転時通気ライン３は、運転時通気弁６を介して燃料蒸気フィルタ７に連結されている。燃料蒸気フィルタ７は、炭化水素吸着物質を収容する一つ以上のキャビティを備えた活性炭フィルタとして既知の形態で構成することができる。

後述するように、運転時通気弁６は圧力保持機能を有する弁であり、この通気弁の閉鎖によりプラスチック製燃料タンク１内が周囲圧力に対して所定の差圧範囲内に確実に維持される。これにより、特に液体炭化水素が気相に転移する傾向を減じることができる。このようにして、特に燃料蒸気フィルタの逆洗再生サイクルの回数が少ないハイブリット車においても、一般的な自動車用燃料蒸気フィルタの性能を基本的に超えることのない同等性能の燃料蒸気フィルタで通気を行うことが可能となる。

当業者には自明なように、本発明による燃料タンク１では複数箇所の通気口４にそれぞれに運転時通気弁を設けることができることは明らかである。

図２は、本発明による燃料タンク通気系の概略構造の一例を示す断面図である。

この通気系は、タンク内部から外部への通気通路８と、外部からタンク内部への通気通路９とを備えている。平時、外部への通気通路８は外向き通気弁１０により閉鎖され、内部への通気通路９は内向き通気弁１１により閉鎖される。外向き通気弁１０はポペット弁体１０ａを有し、該弁体１０ａは弁バネとしてのバイメタルスプリング１０ｂにより閉位置に保持される。バイメタルスプリング１０ｂは、均圧空間５側から作用する圧力に対して４００ｍｂａｒ以上の超過圧力で弁座１０ｃから離反移動するようにバネ定数が設定され、開弁時に燃料蒸気フィルタ７への運転時通気ライン３を開放するように構成されている。周囲温度がバイメタルの作動温度値よりも高くなるとバイメタルスプリングのバネ定数が低下して弁体１０ａがタンク内圧の作用で弁座１０ｃから離れ、それ以上のタンク内圧の上昇を防止することにより、プラスチック製燃料タンク１の温度上昇による変形を防止する。

外部からタンク内部への通気通路９中に設けられている内向き通気弁１１は、ボール形態の弁体１１ａを備えている。この弁体１１ａは、弁バネとしての圧縮コイルバネ１１ｂによって弁座１１ｃに押し付けられており、この閉弁状態が内向き通気弁の定常ポジションである。内向き通気弁１１では、例えばタンク内圧よりも約１００ｍｂａｒだけ大気圧が高くなったとき、即ち、タンク内圧が大気圧よりも約１００ｍｂａｒだけ減圧状態となったときに開放するようにコイルバネ１１ｂのバネ定数が設定されている。

この内向き通気弁に周囲温度に依存した開閉特性をもたせることも可能である。

以上に述べたように、本実施形態によれば、プラスチック製燃料タンク内の圧力は運転時通気弁６によって大気圧に対し約−１００ｍｂａｒ〜＋４００ｍｂａｒの差圧範囲内に保持される。この場合、外向き通気弁１０の閉弁付勢力は前記差圧範囲の上限圧力、従って燃料タンクの最大許容超過圧力を決定し、一方、内向き通気弁１１の閉弁付勢力は前記差圧範囲の下限圧力、従って燃料タンクの最大許容減圧値を決定する。この場合、最大許容超過圧力は外向き通気弁１０の弁バネ（バイメタルスプリング）１０ｂの温度特性により周囲温度に対して設定可能である。周囲温度が相対的に高くなると弁体１０ａを弁座１０ｃへ押し付ける付勢力が下がることにより、温度依存性を有する圧力調整機能が無給電でもたらされるものである。

尚、通気弁の弁バネ（例えばバイメタル又は形状記憶材料）を電気加熱することにより電気信号で圧力調製機能をもたせることも可能である。このような電気による加熱は、弁バネ自体への通電のほか、電気加熱要素の付設によっても行うことができ、更にはこれら両者を併用しても可能である。

１ プラスチック製燃料タンク
２ 給油口
３ 運転時通気ライン
４ 通気口
５ 均圧空間
６ 運転時通気弁
７ 燃料蒸気フィルタ
８ 外部への通気通路
９ 内部への通気通路
１０ 外向き通気弁
１０ａ 弁体
１０ｂ バイメタルスプリング
１０ｃ 弁座
１１ 内向き通気弁
１１ａ 弁体
１１ｂ 圧縮コイルバネ
１１ｃ 弁座

Claims (11)

1. プラスチック製燃料タンクの内部容積空間を、圧力保持機能を有する少なくとも一つの運転時通気弁により周囲大気圧に対して予め定められた差圧範囲内に維持し、その際に前記タンクの最大許容超過圧力を規定する前記差圧範囲の上限圧力を周囲温度の関数として変化させることを特徴とするプラスチック製燃料タンクの運転時通気制御方法。
2. 周囲温度が少なくとも予め設定された上限温度値を超えたときに前記差圧範囲の上限圧力を低下させ、周囲温度が少なくとも予め設定された下限温度値よりも低下したときに前記差圧範囲の上限圧力を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記運転時通気弁として、温度に依存して開弁圧力が変化する特性を有する少なくとも一つの弁を使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 周囲温度に対する差圧変化の許容範囲を０〜５００ｍｂａｒとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 周囲温度のための上限温度値を７０℃に設定することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 自動車用のプラスチック製燃料タンクであって、燃料を自動車のエンジンへ送出している間にタンク内へ向けて或いはタンク外へ向けてタンク内の通気を行う運転時通気手段を備え、該運転時通気手段がタンク内の容積空間に通じる少なくとも一つの運転時通気口とタンク外の燃料蒸気フィルタとの間に少なくとも一つの運転時通気弁を備え、該運転時通気弁が周囲温度に依存して開弁圧力が変化する特性を有する圧力保持弁を構成していることを特徴とするプラスチック製燃料タンク。
7. 前記運転時通気弁が無給電で動作する自動圧力調整弁であることを特徴とする請求項６に記載のプラスチック製燃料タンク。
8. 前記運転時通気弁が、温度に依存してバネ定数が変化する少なくとも一つの弁バネと、該弁バネによるバネ荷重で閉位置に保持される少なくとも一つの弁体とを有することを特徴とする請求項６又は７に記載のプラスチック製燃料タンク。
9. 前記弁バネがバイメタルスプリングからなることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のプラスチック製燃料タンク。
10. 前記弁バネが形状記憶材料で構成されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のプラスチック製燃料タンク。
11. ハイブリット自動車向けの請求項１〜９のいずれか１項に記載のプラスチック製燃料タンク。

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