JP2013023042A - ハイブリッド車用燃料タンク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンとモータをそれぞれ単独で駆動して走行することが可能なハイブリッド車において、エンジンが停止状態での走行の揺動などによって、ポンプカップより燃料が溢れて当該ポンプカップ内が燃料不足状態となり、当該エンジンの始動時に始動不良を起こすことを防ぐ。
【解決手段】エンジン１４が停止状態での走行中に燃料ポンプ３を一定時間毎に自動的に駆動する動作指令を行うコントローラの役割をするＥＣＵ７を備えることで、ポンプカップ１内に燃料２を供給し、ポンプカップ１内の燃料維持を可能とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンとモータをそれぞれ単独で駆動して走行することが可能なハイブリッド車に搭載される燃料タンク装置に関する。

通常のガソリン車はエンジンを起動することで前後輪を回転させて車体を走行させる仕組みになっているが、エンジンの出力は高負荷（高速）運転を考慮して設定されているため、低負荷（低速）運転時においてはエネルギー変換効率が著しく下がる。そこで低速運転時にはエンジンを起動せずに電気モータで前後輪が回るようにしたハイブリッド車が普及するようになった。ハイブリッド車は、石油燃料をあまり使わずＣＯ₂排出量が少ないことから、世界的な石油燃料価格の高騰やＣＯ₂削減意識の向上等も相俟って近年飛躍的に普及している。

ハイブリッド車に搭載される主な装置の一例を図３に簡単に示す。ハイブリッド車は、車体１１中に、エンジン１４と、発電機１５と、インバータ１６と、フロントモータ１７と、リアモータ１８と、キャタライザ１９と、高圧バッテリ２０と、燃料タンク２１と、マフラ２２と、前部動力伝達装置２３と、クラッチ２４と、後部動力伝達装置２５と、前輪１２と、後輪１３とを有している。

ここで例に挙げるハイブリッド車は、前輪１２にはエンジン１４とフロントモータ１７が前部動力伝達装置２３を介してそれぞれ繋がっており、後輪１３にはリアモータ１８のみが後部動力伝達装置２５を介して繋がっている。

発進時や低速走行時には、高圧バッテリ２０に蓄えられた電気がインバータ１６で変換されてフロントモータ１７とリアモータ１８を動かすことで、前輪１２と後輪１３がそれぞれ回転して走行する。このとき、前部動力伝達装置２３内のクラッチ２４が離れることで、エンジン１４は切り離されており、当該動作に関与しない。

通常走行時には前部動力伝達装置２３内のクラッチ２４が繋がり、エンジン１４を起動して前輪１２を回し、発電機１５で高圧バッテリ２０の充電を行いながら速度制御を行う（以下、フロントモータ１７とリアモータ１８を纏めて電気モータ１７と称する）。

ここで、以降の説明を理解しやすいよう、エンジン１４とその周辺の一部の装置例について図４を用いて簡単に説明する。まず、給油口用スイッチ３２を押すと給油口センサ３３に取り付けられている給油口蓋３４が開く。そこから入れられた燃料２は、燃料シャットオフバルブ３５を通り、燃料タンク２１の底に溜まる。燃料タンク２１に溜まった燃料２は、エンジン１４が起動すると燃料ポンプ３によって吸い上げられ、配管１０ａを通り、インジェクタ３１からエンジン１４に移送されるが、その際、ポンプカップ１にも燃料２が溜まる。ちなみに、各装置の制御指令を行うコントローラは、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｕｎｉｔ：電子制御装置）７がその役割を担っている。

ちなみにインジェクタ３１は燃料噴射をするノズルであるが、エンジン１４が起動していないときに燃料２がエンジン１４内に流れ込まないようになっている。その際、配管１０ａ内の圧力が高まってくると、ポンプカップ１内に燃料２を排出する仕組みになっている（排出方法は後述）。尚、ポンプカップ１内の燃料２が満杯になり溢れた燃料２は、燃料タンク２１内に戻る仕組みになっている。

ところで、ハイブリッド車は前述のようにエンジン１４と電気モータ１７のどちらでも走行できる構成になっている（図３参照）ことから、運転方法によってはエンジン１４を起動しない状態で長期間走行するケースも想定されるが、そのような場合、燃料タンク２１内にある燃料２から水が分離して配管が錆びたり、エンジン１４起動時に燃料劣化の影響で悪影響の出る可能性がある。この解決策として、エンジン１４停止期間が一定以上になったら燃料ポンプ３を駆動させ、燃料タンク２１内の燃料２を循環するという方法がある（特許文献１参照）。

特許第４２８０８７０号公報

しかしながら、エンジン１４を起動せずに走行し続けると、上述とは別の問題が、より短い時間間隔で発生する可能性がある。

一般的なポンプカップとその周辺の一部の装置について図１、図４を用いて説明する。まず、燃料タンク２１内にポンプカップ１を設置し、ポンプカップ１の中には燃料ポンプ３を有しており、燃料ポンプ３から配管１０ａがエンジン１４へ伸びている。配管１０ａは途中から分岐しており、配管１０ａから分岐した分岐管１０ｂには、その途中にレギュレータ６がポンプカップ１の方向を向くように設置され、分岐管１０ｂの先端は、１ＷＡＹバルブ（一方向弁）５を有するポンプカップ１の燃料吸引口（連通口）１ａの付近に、当該口１ａに向かい合う方向に配置されており、分岐管１０ｂの先端部分とポンプカップ１の燃料吸引口１ａを合わせてフィリングジェットポンプ４という。ちなみに燃料ポンプ３の制御指令を行うコントローラは、ＥＣＵ７がその役割を担っている。

通常エンジン１４を起動していれば、まず燃料ポンプ３が駆動し、ポンプカップ１内の燃料２の一部を燃料ポンプ３の燃料吸引口３ａから吸い上げ、吸い上げられた燃料２は配管１０ａを通りエンジン１４へ移送される。その際、配管１０ａから分岐した分岐管１０ｂにも燃料２が流れる。燃料２は分岐管１０ｂの途中のレギュレータ６を通過し、分岐管１０ｂの先端から噴出し、当該燃料２と燃料タンク２１内の燃料２の一部が、１ＷＡＹバルブ５を有するポンプカップ１の燃料吸引口１ａを通過し、ポンプカップ１に移送されるという仕組みになっている。即ちフィリングジェットポンプ４により、ポンプカップ１はエンジン１４起動時には常に燃料２が充満された状態となる。

エンジン１４を起動させずに電気モータ１７を駆動させて走行している状態では上記の動作は行われない。もし燃料２がエンジン１４に流れ込もうとしても、前述のようにインジェクタ３２がそれを防ぐ働きをする。そのためエンジン１４の停止中に燃料ポンプ３を駆動させても、エンジン１４に燃料２が移送されることはない。その際、配管１０ａ内の圧力が高まってくると、レギュレータ６よりポンプカップ１に燃料２を排出するため、圧力により配管１０ａが破裂する危険性はない。

しかし、走行揺動により、ポンプカップ１内に溜めてある燃料２がポンプカップ１上部の開口部から溢れてしまうことがある。特に、スラローム走行などにより大幅な揺動が起きると一度に大量の燃料２が溢れてしまう。

エンジン１４の起動による走行中は、ポンプカップ１内に燃料２が供給されるため問題はない。しかし、電気モータ１７により走行している間は、燃料ポンプ３やフィリングジェットポンプ４が停止しているので、ポンプカップ１内への燃料２の供給はされないため、ポンプカップ１内の燃料２は走行揺動によって減っていく一方である。もちろんエンジン１４も電気モータ１７も起動していない時であっても、走行さえしていればこの状態はあり得る。

このような状態を続けていると、エンジン１４の始動要求時に燃料２がポンプカップ１内に残っておらず、始動不良状態となってしまう可能性がある。

また停車中であっても、１ＷＡＹバルブ５のシールが不完全であれば、そこからポンプカップ１内の燃料２が漏れてしまうため、長時間停車し続けていると上記と同様の問題が発生する可能性がある。

本発明は、エンジンが停止した状態で走行しているときにポンプカップ内に燃料を自動的に供給することにより、上述の問題を解決する装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る燃料タンク装置は、エンジンに燃料供給されるエンジン駆動状態でエンジン走行又はエンジン発電を行うエンジン駆動モードと、前記エンジンへの燃料供給が遮断されるエンジン停止状態で電気モータ走行又は走行準備状態保持を行うエンジン停止モードとの切替えが可能なハイブリッド車に搭載される燃料タンク装置であって、前記燃料タンク装置は、前記エンジンへ燃料供給するよう燃料タンク本体から延びて一端が前記エンジンに連結された燃料供給管と、前記エンジン駆動状態の際は前記燃料供給管から前記エンジンへの燃料供給を許可し、前記エンジン停止状態の際は前記エンジンへの燃料供給を遮断する燃料供給遮断手段と、前記燃料タンク本体内に配置されると共に内部と外部とを連通する連通口から燃料の進入を許すことで前記燃料供給管へ流入する燃料を一時的に貯留するカップと、前記カップに貯留された燃料を前記燃料供給管に送ると共に前記カップ内部に負圧を発生させて前記連通口を通じて前記カップ内部に燃料を進入させるよう作動する燃料ポンプと、前記燃料ポンプの作動を制御する燃料ポンプ制御手段と、を有し、前記燃料ポンプ制御手段は、前記エンジン駆動モードの際は前記燃料ポンプを作動させて前記エンジンへの燃料供給を実施すると共に前記カップ内部に燃料を進入させ、前記エンジン停止モードの際は前記燃料供給遮断手段によって前記エンジンへの燃料供給が遮断されているにも関わらず前記燃料ポンプを一定時間作動させて前記カップ内部に燃料を進入させることを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る燃料タンク装置は、上記第１の発明の燃料タンク装置において、前記燃料ポンプが作動された際に前記カップ内に発生する負圧により開放されて前記燃料タンクから前記カップへの燃料の進入を許可する一方向弁が前記連通口に配設されることを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る燃料タンク装置は、上記第１または２の発明の燃料タンク装置において、前記燃料供給管より分岐するよう形成されて前記カップの内部燃料を前記燃料供給管から前記カップの外部へ排出すると共に前記カップ外部側一端を前記連通口に対向するように位置させた分岐管とを有することを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る燃料タンク装置は、上記第１乃至第３の発明のいずれか１つの燃料タンク装置において、前記燃料ポンプ制御手段は、前記エンジン停止モードの際に、前記燃料ポンプを繰り返しタイマ作動させることを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る燃料タンク装置は、上記第４の発明の燃料タンク装置において、前記燃料ポンプ制御手段は、前記エンジン停止モードで前記車両の電源が入って走行準備保持状態に移行したときに、前記繰り返しタイマ作動の初回作動を行うことを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係る燃料タンク装置は、上記第４又は第５の発明の燃料タンク装置において、前記車両に、前記車両の加速度を検知する加速度検知手段を更に搭載し、前記燃料ポンプ制御手段は、前記加速度検知手段に応じて、前記燃料ポンプを強制的に一定時間作動させることを特徴とする。

第１の発明によれば、エンジン停止状態での走行中、燃料をポンプカップ内に供給することにより、エンジンが始動される際にエンジンへの燃料供給不足による始動不良を防ぐことができる。

第２の発明によれば、燃料タンクからカップへ燃料の進入を許可する一方向弁を有するため、カップ内に供給された燃料を貯留してカップ内の液面高さを高く保持することができる。

第３の発明によれば、分岐管の一端が連通口に対向しているため、分岐管から排出される燃料を連通口に供給し易くなる。

第４の発明によれば、燃料ポンプを一定期間毎に作動できるので、カップ内の燃料欠乏を回避することができる。

第５の発明によれば、車体の電源を入れてから最初に走行し始めた直後に燃料をポンプカップ内に供給することにより、エンジンへの燃料供給不足による始動不良を防ぐことができる。

第６の発明によれば、一定以上の揺動を感知すると燃料をポンプカップ内に供給することにより、エンジンへの燃料供給不足による始動不良を防ぐことができる。

ポンプカップとそれに関連する一部の装置の模式図 本発明の実施例２に係る、ポンプカップとそれに関連する一部の装置の模式図 ハイブリッド車に搭載される主な装置の配置図 エンジンと燃料タンクとそれらに関連する一部の装置の模式図

以下、本発明に係るエンジンとモータをそれぞれ単独で駆動して走行することが可能なハイブリッド車、すなわち、エンジンに燃料が供給されるエンジン駆動状態でエンジンの駆動力により駆動輪を駆動させるエンジン走行又はエンジンの駆動力により発電機を駆動して発電するエンジン発電を行うエンジン駆動モードと、エンジンへの燃料供給が遮断されるエンジン停止状態でモータにより走行を行う電気モータ走行又は車両の電源が入れられた際に走行準備状態保持を行うエンジン停止モードとの切替えが可能なハイブリッド車に搭載される燃料タンク装置を、実施例により図面を用いて詳細に説明する。

本発明の実施例１に係る装置を、図１、図３、図４を用いて説明する。燃料タンク２１内にポンプカップ(カップ)１を設置し、ポンプカップ１の中には燃料ポンプ３を有しており、燃料ポンプ３から配管(燃料供給管)１０ａがエンジン１４へ伸びている。配管１０ａは途中から分岐しており、配管１０ａから分岐した分岐管１０ｂには、その途中にレギュレータ６がポンプカップ１の方向を向くように設置され、分岐管１０ｂの先端は、１ＷＡＹバルブ(一方向弁)５を有するポンプカップ１の燃料吸引口（連通口）１ａの付近に、当該口１ａに向かい合う方向に配置されており、分岐管１０ｂの先端部分とポンプカップ１の燃料吸引口１ａを合わせてフィリングジェットポンプ４という。ちなみに燃料ポンプ３の制御指令を行うコントローラは、時間計測機能を内蔵したＥＣＵ(燃料ポンプ制御手段)７がその役割を担っている。

エンジン１４が起動しているとき、すなわち、エンジンの駆動力で駆動輪を作動させるエンジン走行やエンジンの駆動により発電機を発電させるエンジン発電を行うエンジン駆動モードの際には、従来の技術と同様、まず燃料ポンプ３が駆動し、ポンプカップ１内の燃料２の一部を燃料ポンプ３の燃料吸引口３ａから吸い上げ、吸い上げられた燃料２は配管１０ａを通りエンジン１４へ移送される。その際、配管１０ａから分岐した分岐管１０ｂにも燃料２が流れる。燃料２は分岐管１０ｂの途中のレギュレータ６を通過し、分岐管１０ｂの先端から噴出し、当該燃料２と燃料タンク２１内の燃料２の一部が、１ＷＡＹバルブ５を有するポンプカップ１の燃料吸引口１ａを通過し、ポンプカップ１に移送されるという仕組みになっている。即ちフィリングジェットポンプ４により、ポンプカップ１はエンジン１４起動時には常に燃料２が充満された状態となる。よって、エンジン１４起動による走行中に、燃料２が揺動でポンプカップ１から溢れてしまっても、燃料２が無くなることがない。

ここで実施例１に係る装置は、時間計測機能を内蔵したＥＣＵ７の制御指令により、エンジン１４停止状態（エンジン停止モード）、すなわち、モータの駆動力で走行する電気モータ走行や、車両の電源が入れられたときの走行準備状態保持で車両停止しているときにも、一定時間毎に自動的に燃料ポンプ２を駆動させるタイマ機能を有し、燃料２をポンプカップ１に供給することで、ポンプカップ１内の燃料２を維持し、エンジン１４始動時に燃料２がポンプカップ１内に無い状態を避けることができる。

既に述べたように、エンジン１４を停止した状態で、燃料２がエンジン１４に流れ込もうとしても、インジェクタ(燃料供給遮断手段)３１がそれを防ぐ働きをする。そのためエンジン１４の停止中に燃料ポンプ３を駆動させても、エンジン１４に燃料２が移送されることはない。その際、配管１０ａ内の圧力が高まってくると、レギュレータ６よりポンプカップ１に燃料２を排出するため、圧力により配管１０ａが破裂する危険性はない。

実施例１に係る装置は、上述のような設定を行うことでポンプカップ１内の燃料維持を可能としている。

本発明の実施例２に係る装置を、図２を用いて説明する。実施例２に係る装置は、実施例１に係る装置に加速度センサ(加速度検出手段)８が追加されている。加速度センサ８はＥＣＵ７に電気的に接続されている。ＥＣＵ７は、加速度センサ８が一定以上の揺動を感知したときに燃料ポンプ３を自動的に駆動する制御指令を行う機能を備えている。その他の構成は前述した実施例１に係る装置と同様であるから説明は省略する。

実施例１に係る装置ではエンジン１４停止状態での走行中に一定時間毎に燃料２をポンプカップ１内に供給するが、もしスラローム走行などによる大幅な揺動が起きた場合、一度に大量の燃料２がポンプカップ１内から溢れてしまい、一定時間毎に決まった量の燃料２を供給するだけではポンプカップ１内の燃料２が不足してしまうことも考えられる。

よって、実施例２に係る装置では、ＥＣＵ７と電気的に接続された加速度センサ８を設け、加速度センサ８が一定以上の揺動を感知したときに燃料ポンプ３を自動的に駆動する制御指令を行う機能をＥＣＵ７に備え、ポンプカップ１内に燃料２を供給する。ちなみにＥＣＵ７の当該動作は上述の時間計測には全く関与しない。そのため、上述の時間計測による一定時間毎のポンプカップ１内への燃料２供給の制御指令は当該動作に関係なく行われる。

この設定により、実施例２に係る装置は、大幅な揺動が起きた場合にもポンプカップ１内の燃料２を維持し、より確実にエンジン１４始動時に燃料２がポンプカップ１内に無い状態を避けることができる。

本発明の実施例３に係る装置を、図１を用いて説明する。実施例１に係る装置や実施例２に係る装置では、ポンプカップ１内の燃料不足が、揺動よりポンプカップ１の開口部から燃料２が溢れてしまうことに起因することを前提としているが、ポンプカップ１内の燃料不足の原因は揺動によるものだけではない。停車中であっても、１ＷＡＹバルブ５のシールが不完全であれば、そこからポンプカップ１内の燃料２が漏れてしまうため、長時間停車し続けていると同様の問題が起きる可能性がある。

よって、実施例３に係る装置は、実施例１に係る装置のＥＣＵ７に、車体の電源を入れた直後、すなわち、エンジン停止モードで車両の走行準備保持状態に移行する際に、自動的に燃料ポンプ３を駆動する制御指令を行う機能を設け、ポンプカップ１内に燃料２を供給する。

この設定により、実施例３に係る装置は、長時間に渡る停車中にポンプカップ１から燃料２が漏れた場合にも、発進時に燃料２をポンプカップ１内に供給することで、エンジン１４始動時に燃料２がポンプカップ１内に無い状態を避けることができる。

本発明は、エンジンとモータをそれぞれ単独で駆動して走行することが可能なハイブリッド車に搭載される燃料タンク装置として好適である。

１ ポンプカップ（カップ）
１ａ ポンプカップの燃料吸引口（連通口）
２ 燃料
３ 燃料ポンプ
３ａ 燃料ポンプの燃料吸引口
４ フィリングジェットポンプ
５ １ＷＡＹバルブ（一方向弁）
６ レギュレータ
７ ＥＣＵ（燃料ポンプ制御手段）
８ 加速度センサ（加速度検出手段）
１０ａ 配管（燃料供給管）
１０ｂ 分岐管
１１ 車体
１２ 前輪
１３ 後輪
１４ エンジン
１５ 発電機
１６ インバータ
１７ フロントモータ
１８ リアモータ
１９ キャタライザ
２０ 高圧バッテリ
２１ 燃料タンク
２２ マフラ
２３ 前部動力伝達装置
２４ クラッチ
２５ 後部動力伝達装置
３１ インジェクタ
３２ 給油用スイッチ
３３ 給油用センサ
３４ 給油口用蓋
３５ 燃料シャットオフバルブ

Claims (6)

1. エンジンに燃料供給されるエンジン駆動状態でエンジン走行又はエンジン発電を行うエンジン駆動モードと、前記エンジンへの燃料供給が遮断されるエンジン停止状態で電気モータ走行又は走行準備状態保持を行うエンジン停止モードとの切替えが可能なハイブリッド車に搭載される燃料タンク装置であって、
   前記燃料タンク装置は、
   前記エンジンへ燃料供給するよう燃料タンク本体から延びて一端が前記エンジンに連結された燃料供給管と、
   前記エンジン駆動状態の際は前記燃料供給管から前記エンジンへの燃料供給を許可し、前記エンジン停止状態の際は前記エンジンへの燃料供給を遮断する燃料供給遮断手段と、
   前記燃料タンク本体内に配置されると共に内部と外部とを連通する連通口から燃料の進入を許すことで前記燃料供給管へ流入する燃料を一時的に貯留するカップと、
   前記カップに貯留された燃料を前記燃料供給管に送ると共に前記カップ内部に負圧を発生させて前記連通口を通じて前記カップ内部に燃料を進入させるよう作動する燃料ポンプと、
   前記燃料ポンプの作動を制御する燃料ポンプ制御手段と、を有し、
   前記燃料ポンプ制御手段は、
   前記エンジン駆動モードの際は前記燃料ポンプを作動させて前記エンジンへの燃料供給を実施すると共に前記カップ内部に燃料を進入させ、
   前記エンジン停止モードの際は前記燃料供給遮断手段によって前記エンジンへの燃料供給が遮断されているにも関わらず前記燃料ポンプを一定時間作動させて前記カップ内部に燃料を進入させる
   ことを特徴とする燃料タンク装置。
2. 前記燃料ポンプが作動された際に前記カップ内に発生する負圧により開放されて前記燃料タンクから前記カップへの燃料の進入を許可する一方向弁が前記連通口に配設される
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク装置。
3. 前記燃料供給管より分岐するよう形成されて前記カップの内部燃料を前記燃料供給管から前記カップの外部へ排出すると共に前記カップ外部側一端を前記連通口に対向するように位置させた分岐管とを有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料タンク装置。
4. 前記燃料ポンプ制御手段は、前記エンジン停止モードの際に、前記燃料ポンプを繰り返しタイマ作動させる
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料タンク装置。
5. 前記燃料ポンプ制御手段は、前記エンジン停止モードで前記車両の電源が入って走行準備保持状態に移行したときに、前記繰り返しタイマ作動の初回作動を行う
   ことを特徴とする請求項４に記載の燃料タンク装置。
6. 前記車両に、前記車両の加速度を検知する加速度検知手段を更に搭載し、
   前記燃料ポンプ制御手段は、前記加速度検知手段に応じて、前記燃料ポンプを強制的に一定時間作動させる
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の燃料タンク装置。

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