JP2019085875A - 燃料タンクシステム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料が過剰給油された場合でも蒸発燃料の吹き返しを抑制できる燃料タンクシステムを提供する。【解決手段】燃料タンクシステム２０は、燃料タンク２２と、燃料タンク２２をキャニスタ４０に連通するベーパ通路３８と、ベーパ通路３８に設けられており且つ開弁量を調整可能な封鎖弁４４と、燃料タンク２２内の燃料の液面高さを検出するセンダーゲージ３２と、封鎖弁４４の開弁量を制御するＥＣＵ１６とを備える。ＥＣＵ１６は、燃料の給油中にセンダーゲージ３２により検出される燃料の液面高さが所定の上限値に達すると封鎖弁４４の開弁量を所定量に変更し、その後に封鎖弁４４を全閉位置に閉弁するよう構成されている。【選択図】図１

Description

本明細書に開示の技術は燃料タンクシステムに関する。

自動車等の車両用の燃料タンクシステムには、燃料タンクで生じた蒸発燃料が大気中に放出されることを防止することが求められている。そのため、一般的な燃料タンクシステムは、蒸発燃料を吸着・脱離可能な活性炭等の吸着材が充填されたキャニスタを備えている（例えば、特許文献１参照）。キャニスタは、内燃機関（エンジン）停止中や給油中に生じた蒸発燃料を、吸着材に吸着させることで一時的に捕捉する。そして、エンジンが駆動されると、エンジンの吸気負圧を利用して蒸発燃料を吸着材から脱離し、脱離した蒸発燃料はエンジンにて燃焼される。これにより、蒸発燃料が大気中に放出されることが防止される。

また、特許文献１に記載の燃料タンクシステムは、燃料タンクとキャニスタとを接続するベーパ通路に設けられた封鎖弁を有している。封鎖弁は、給油中は開弁しており、燃料液面が所定の上限値に達すると閉弁される。これにより、燃料が燃料タンクからキャニスタへと流入することを防止すると共に、燃料タンクのインレットパイプ内の燃料液面を上昇させることで、給油ノズルのオートストップ機能を作動させる。

特開２００８−１１４８４５号公報

しかし、特許文献１に記載の燃料タンクシステムにおいては、燃料液面が所定の上限値に到達すると封鎖弁は直ちに全開状態から全閉状態へと移行し、燃料タンクとキャニスタとの連通は遮断される。封鎖弁が閉弁された後も給油ノズルのオートストップ機能が作動するまでは給油は継続されるため、封鎖弁が閉弁された後に燃料タンクの内圧が過度に上昇し、燃料タンク内の蒸発燃料が給油口から吹き返す恐れがある。

そこで、本明細書に開示の技術は、燃料が過剰給油された場合でも蒸発燃料の吹き返しを抑制できる燃料タンクシステムを提供することを目的とする。

その一つの例は、給油口を備える燃料タンクと、前記燃料タンクをキャニスタに連通するベーパ通路と、前記ベーパ通路に設けられており且つ開弁量を調整可能な封鎖弁と、前記燃料タンク内の燃料の液面高さを検出する液面検出手段と、前記封鎖弁の開弁量を制御する制御手段と、を有する燃料タンクシステムであって、前記制御手段は、燃料の給油中に前記液面検出手段により検出される燃料の液面高さが所定の上限値に達すると前記封鎖弁の開弁量を所定量に変更し、その後に前記封鎖弁を全閉位置に閉弁するよう構成されていることを特徴とする。

この構成によると、給油中に燃料の液面高さが所定の上限値に達した後も封鎖弁の開弁量が所定量に保たれる。そのため、燃料タンク内で生じた蒸発燃料がベーパ通路を介してキャニスタへと流入することで、燃料タンクの内圧が過度に上昇することを防止できる。これにより、燃料が過剰給油された場合でも蒸発燃料が燃料タンクの給油口から吹き返すことを抑制できる。

前記燃料タンクシステムは、前記燃料タンク内の圧力を検出するタンク内圧検出手段を備え、前記制御手段は、前記封鎖弁の開弁量が所定量に保持された状態における前記タンク内圧検出手段の検出値に基づいて前記封鎖弁を全閉位置に閉弁することが好ましい。

この構成によると、燃料タンクの内圧に応じて封鎖弁が全閉位置に閉弁される。そのため、燃料タンクの内圧が安定する前に封鎖弁を閉弁することを防止でき、蒸発燃料の吹き返しを精度よく抑制できる。

前記燃料タンクシステムにおいて、前記制御手段は、前記タンク内圧検出手段の検出値に基づいて前記封鎖弁の開弁量の所定量を決定することが好ましい。

この構成によると、燃料タンクの内圧に応じて封鎖弁の開弁量が変更されるため、給油後の吹き返しを精度よく防止できる。

前記燃料タンクシステムにおいて、前記封鎖弁の開弁量の所定量は全閉位置近傍の開度であることが好ましい。

この構成によると、給油ノズルのオートストップ機能を作動させるために必要な燃料タンクの内圧上昇を安定して実現することができる。

上記燃料タンクシステムによると、給油中に燃料の液面高さが所定値に達した後も封鎖弁の開弁量が所定値に保たれるため、燃料タンクの内圧が急激に上昇することを防止でき、蒸発燃料が燃料タンクの給油口から吹き返すことを抑制できる。

実施形態１の燃料タンクシステムの構成図である。 封鎖弁の断面図である。 給油中のタンク内圧、燃料量、及び封鎖弁の開弁量を示すタイムチャートである。 実施形態２の燃料タンクシステムの構成図である。 実施形態３の燃料タンクシステムの構成図である。

［実施形態１］
以下、実施形態１の燃料タンクシステムについて図１から図３を参照しながら説明する。図１は燃料タンクシステムの構成図である。図２は封鎖弁の断面図である。図３は給油中のタンク内圧、燃料量、及び封鎖弁の開弁量を示すタイムチャートである。

＜エンジンシステムの構成＞
実施形態１の燃料タンクシステム２０は、図１に示すようにエンジンシステム１０の一部として構成されている。ここで、エンジンシステム１０は周知のものであり、エンジン本体１１に吸気通路１２を介して空気に燃料を混ぜた混合気を供給している。空気はスロットル弁１４によって流量を制御して供給され、燃料は燃料噴射弁（図示しない）によって流量を制御して供給される。スロットル弁１４と燃料噴射弁は共にエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１６に接続されており、スロットル弁１４と燃料噴射弁はＥＣＵ１６によって開弁量を制御されている。ＥＣＵ１６は、様々な制御プログラムを記憶しているメモリと、制御プログラムを実行するためのプロセッサとを備えている。なお、ＥＣＵ１６は、本明細書における「制御手段」に相当する。

＜燃料タンクシステムの構成＞
燃料タンクシステム２０の燃料タンク２２は、一端に給油口２４が設けられたインレットパイプ２６を備えている。給油口２４には、着脱可能なフューエルキャップ２８が取り付けられており、燃料タンク２２内と外部とを遮断している。また、給油口２４はフューエルリッド２９によって覆われている。フューエルリッド２９は、フューエルリッド２９のロック機構であり且つＥＣＵ１６に接続されているリッドオープナー２９ａを備えている。リッドオープナー２９ａは、ＥＣＵ１６からロックを解除するための信号を受信するとフューエルリッド２９のロックを解除するよう構成されていると共に、フューエルリッド２９の開閉状態を検出し、検出信号をＥＣＵ１６に送信するよう構成されている。

燃料タンク２２内には、燃料ポンプ３０ａを備える燃料ポンプモジュール３０が設置されている。燃料ポンプ３０ａは、電動ポンプであり、燃料タンク２２内の燃料をエンジン本体１１、詳しくは燃料噴射弁へと供給するよう構成されている。また、燃料ポンプモジュール３０は、フロートにより燃料タンク２２内の燃料の液面高さを検出するセンダーゲージ３２と、燃料タンク２２の内圧、すなわちタンク内圧を測定する圧力センサ３４とを有している。燃料ポンプモジュール３０はＥＣＵ１６に接続されており、ＥＣＵ１６は燃料ポンプ３０ａを制御すると共に、センダーゲージ３２及び圧力センサ３４から検出信号を受信する。更に、燃料タンク２２の底部には、燃料の温度、アルコール濃度等の燃料性状を測定するための燃料センサ３６が設けられており、燃料センサ３６による測定結果はＥＣＵ１６へと送信される。なお、センダーゲージ３２は、本明細書における「液面検出手段」に相当し、圧力センサ３４は、本明細書における「タンク内圧検出手段」に相当する。

燃料タンク２２は、ベーパ通路３８を介してキャニスタ４０に接続されている。キャニスタ４０内には、蒸発燃料を吸着・脱離可能な活性炭等からなる吸着材４０ａが充填されている。燃料タンク２２内で生じた蒸発燃料をベーパ通路３８を介してキャニスタ４０に吸着させることにより、蒸発燃料の大気中への放出が防止される。

ベーパ通路３８の燃料タンク２２側端部は、燃料タンク２２内の液面上部空間、すなわち気層部に開口している。また、ベーパ通路３８の燃料タンク２２側端部にはカットオフバルブ４２が取り付けられている。カットオフバルブ４２は、通常時は開弁して燃料タンク２２とベーパ通路３８とを連通しており、車両の転倒時等には閉弁して燃料タンク２２とベーパ通路３８との連通を遮断するよう構成されているフロート式バルブである。ベーパ通路３８の途中には封鎖弁４４が設けられており、ベーパ通路３８は燃料タンク２２と封鎖弁４４とを接続する第１ベーパ通路３８ａと、封鎖弁４４とキャニスタ４０とを接続する第２ベーパ通路３８ｂとに区分される。詳しい構造は後述するが、封鎖弁４４はＥＣＵ１６により開閉制御される電動弁である。封鎖弁４４は、通常時は燃料タンク２２を密閉するために閉弁されており、燃料タンク２２の内圧が所定値より高い場合や給油の際に燃料タンク２２とキャニスタ４０とを連通させるために開弁される。第１ベーパ通路３８ａの途中からは循環通路４６が分岐しており、循環通路４６の先端はインレットパイプ２６の給油口２４近傍に接続されている。

また、キャニスタ４０はパージ通路４８を介して吸気通路１２に接続されている。パージ通路４８には、ＥＣＵ１６によって開閉制御されるパージ弁５０が設けられている。エンジン本体１１の稼働中にパージ弁５０が開弁されると、吸気負圧がパージ通路４８を介してキャニスタ４０に作用し、大気通路５２から空気がキャニスタ４０内へと流入する。これにより、蒸発燃料がキャニスタ４０から脱離し、パージ通路４８を介してエンジン本体１１へと供給されて燃焼される。

＜封鎖弁の構造＞
次に、図２を参照しながら封鎖弁４４の構造について説明する。封鎖弁４４は、ステッピングモータ６０を備え、かつ弁体６２のストロークを制御することで開弁量を調整可能な電動弁である。ステッピングモータ６０及び弁体６２を収容するバルブハウジング６４には、略Ｌ字状の流路６６が形成されている。流路６６は、第１ベーパ通路３８ａに連通する流入路６６ａと、第２ベーパ通路３８ｂに連通する流出路６６ｂとを有する。流入路６６ａの上端開口部の口縁部に弁座６８が形成されている。

ステッピングモータ６０は、モータハウジング６０ａから突出しかつ正逆回転可能な出力軸６０ｂを有している。出力軸６０ｂは、図２において下方へ指向されている。出力軸６０ｂは連結軸７０を介して弁体６２に連結されている。弁体６２は、有底円筒状に形成された円筒部６２ａと、円筒部６２ａの下端に形成されたフランジ状のシール部６２ｂとを有する。円筒部６２ａの内周面に形成された雌ネジと、連結軸７０の外周面に形成された雄ネジとにより送りねじ機構が構成されている。これにより、ステッピングモータ６０の出力軸６０ｂの正逆回転に基づいて、弁体６２が軸方向（図２における上下方向）に移動する。

弁体６２のシール部６２ｂには、ゴム状の弾性材料からなり、且つバルブハウジング６４の弁座６８に対応するリング状のシール部材７２が装着されている。弁体６２、より詳しくはシール部材７２がバルブハウジング６４の弁座６８に着座することにより、流入路６６ａと流出路６６ｂとの連通が遮断され、封鎖弁４４は閉弁状態となる。そして、ＥＣＵ１６によりステッピングモータ６０が正方向に回転すると、その回転量に応じて弁体６２が開弁方向（図２における上方）に移動し、ステッピングモータ６０が逆方向に回転すると、その回転量に応じて弁体６２が閉弁方向（図２における下方）に移動する。このように、封鎖弁４４は、弁座６８に対する弁体６２の相対位置をステッピングモータ６０により変更することにより、開弁量を変更可能に構成されている。なお、流入路６６ａと流出路６６ｂとの連通が遮断されるよう弁体６２が弁座６８に完全に着座する位置を全閉位置という。

＜給油中の燃料タンクシステムの動作＞
次に、給油中の燃料タンクシステム２０の動作について図１及び図３を参照しながら説明する。なお、図３中に記載の「満タン」は燃料タンク２２内の燃料量の許容可能な上限値に相当する。「Ｆ点」及び「Ｅ点」は、車両のメータパネルに燃料残量を表示する際に用いられる上限値と下限値の目安である。Ｆ点及びＥ点は、燃料タンク２２の容量や車両の燃費等に応じて適宜変更可能である。また、タンク内圧を示す線Ｐ１及びＰ２のうち、線Ｐ１はＴ３の時点で封鎖弁４４の開弁量を所定量に維持、すなわち開弁状態に維持した場合のタンク内圧を示す。一方、線Ｐ２はＴ３の時点で封鎖弁４４を完全に閉弁した場合のタンク内圧を示す。

封鎖弁４４は、通常時は閉弁されており燃料タンク２２は密閉されている。燃料を給油するためにフューエルリッド２９が開けられると、ＥＣＵ１６により封鎖弁４４が開弁される（図３中、Ｔ１）。そして、給油ノズル（図示しない）を用いて給油が開始されると、燃料タンク２２内で生じた蒸発燃料が第１ベーパ通路３８ａ及び第２ベーパ通路３８ｂを介してキャニスタ４０に吸着される。また、第１ベーパ通路３８ａを流れる蒸発燃料の一部は、循環通路４６を介してインレットパイプ２６へと循環される。

給油の開始直後は燃料タンク２２に流入した燃料が大量に蒸発するため、燃料タンク２２の内圧が急激に上昇する（図３中、Ｔ３の右側参照）。しかし、循環通路４６を介して蒸発燃料がインレットパイプ２６へと循環されると、燃料に巻き込まれて燃料タンク２２に流入する空気が減少するため、蒸発燃料の発生量が低減する。そのため、タンク内圧は急激に上昇した後に低下し、略一定になる。

図３のＴ２においてセンダーゲージ３２が燃料タンク２２内の燃料の液面高さがＦ点に到達したことを検出すると、センダーゲージ３２からの信号に基づきＥＣＵ１６が封鎖弁４４の開弁量を減少し始める。そして、Ｔ３において燃料タンク２２内の燃料の液面高さが満タン、すなわち所定の上限値に達すると、封鎖弁４４の開弁量は全閉位置近傍の開度である所定量まで低減される。Ｔ２からＴ３の間において、封鎖弁４４の開弁量が小さくなることにより封鎖弁４４における通気抵抗が大きくなる。そのため、燃料タンク２２からキャニスタ４０へと流れる蒸発燃料の量が減少し、図３に示すようにタンク内圧が上昇する。この内圧上昇によりインレットパイプ２６内の燃料液面高さが上昇するため、給油ノズルのオートストップ機能が作動し、給油が停止される。なお、ＥＣＵ１６は、圧力センサ３４によって検出される燃料タンク２２の内圧に応じて前記所定量を決定する。また、給油中の燃料タンク２２の内圧は給油速度に応じて変化するため、ＥＣＵ１６はセンダーゲージ３２の検出値から給油速度を算出し、算出された給油速度に基づき想定されるタンク内圧に応じて所定量を決定してもよい。

ここで、燃料タンク２２内の燃料の液面高さが所定の上限値に達した時点で封鎖弁４４を完全に閉弁してしまうと、燃料タンク２２内で生じた蒸発燃料がキャニスタ４０へと流れることができなくなる。その場合、図３の線Ｐ２で示すように、燃料タンク２２の内圧が過度に上昇し、蒸発燃料が給油口２４から吹き返す可能性がある。一方、本実施形態の燃料タンクシステム２０では、燃料の液面高さが所定の上限値に達した後も、ＥＣＵ１６が燃料タンク２２の内圧が安定したと判断するまで封鎖弁４４の開弁量は所定量に維持される（図３中、Ｔ３からＴ４）。これにより、給油停止直後に燃料タンク２２内で生じた蒸発燃料はベーパ通路３８を介してキャニスタ４０に流入する。そのため、図３の線Ｐ１で示すように燃料タンク２２の内圧は略一定に保たれ、蒸発燃料が給油口２４から吹き返すことを防止できる。なお、ＥＣＵ１６は、例えば所定時間内に圧力センサ３４によって検出されるタンク内圧の最大値と最小値との差が所定の範囲内である場合に、燃料タンク２２の内圧が安定していると判定する。

そして、Ｔ４においてＥＣＵ１６が燃料タンク２２の内圧が安定したと判定すると、封鎖弁４４の開弁量が減少され、封鎖弁４４は全閉位置に閉弁される（図３中、Ｔ５）。なお、ＥＣＵ１６は、封鎖弁４４の開弁量が所定量に変更されてから所定時間経過した時点、又はフューエルリッド２９が閉じられた時点で封鎖弁４４を全閉位置に閉弁するよう構成されていてもよい。

＜実施形態１の利点＞
実施形態１によると、給油中に燃料タンク２２内の燃料液面高さが許容上限値に達した後も、封鎖弁４４の開弁量が所定量に保たれ、燃料タンク２２がキャニスタ４０と連通している。これにより、給油停止直後に燃料タンク２２内で生じた蒸発燃料はベーパ通路３８を介してキャニスタ４０に流入するため、燃料タンク２２の内圧の過度の上昇を防止できる。そのため、蒸発燃料が給油口２４から吹き返すことを抑制できる。

また、ＥＣＵ１６が燃料タンク２２の内圧が安定したと判定するまで封鎖弁４４の開弁量が所定量に保たれる。そのため、燃料タンク２２の内圧が安定する前に封鎖弁４４が閉弁されることを防止できる。これにより、燃料タンク２２の内圧の過度の上昇をより正確に防止できる。

また、燃料の液面高さが許容上限値に達した際の開弁量は燃料タンク２２の内圧に応じて決定される。そのため、インレットパイプ２６内の燃料液面の上昇と蒸発燃料の給油口２４からの吹き返し防止とを精度よく両立できる。

［実施形態２］
続いて、図４を参照しながら実施形態２を説明する。図４は実施形態２の燃料タンクシステムの構成図である。なお、実施形態２は、実施形態１の一部を変更したものであるため、変更箇所についてのみ説明し、同一の構成については説明を省略する。

実施形態２の燃料タンク２２は、実施形態１の第１ベーパ通路３８ａから分岐する循環通路４６の代わりに、インレットパイプ２６と並行に延びる循環通路８０を有している。循環通路８０は、一端が燃料タンク２２の気層部に連通しており、他端がインレットパイプ２６の給油口２４近傍に接続されている。

＜実施形態２の利点＞
本実施形態によると、循環通路８０の燃料タンク２２側端部とベーパ通路３８の燃料タンク２２側端部とが相互に分離している。つまり、循環通路８０の燃料タンク２２側端部にはカットオフバルブが設けられていない。そのため、燃料タンク２２から循環通路８０を介してインレットパイプ２６へと循環する気体の流れがカットオフバルブ４２の影響を受けることが無い。

［実施形態３］
続いて、図５を参照しながら実施形態３を説明する。実施形態３は、実施形態２の一部を変更した構成であるため、変更箇所についてのみ説明し、同一の構成については説明を省略する。なお、図５は実施形態３の燃料タンクシステムの構成図である。

実施形態３の循環通路８０は、圧力差に応じて開弁量が変化する機械式の流量制御弁８２を備えている。そのため、給油の際に燃料タンク２２内からインレットパイプ２６に循環される蒸発燃料の量を調整できる。これにより、給油中に燃料タンク２２内で生じる蒸発燃料を精度よく抑制できる。

［他の実施形態］
本開示の技術は上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、封鎖弁４４は開弁量を自在に変更可能な電動弁であればよく、ゲートバルブ、ボールバルブ等が利用可能である。また、ステッピングモータ６０の代わりに弁体６２を無段階式に移動可能なモータを備えていてもよい。

１６ ＥＣＵ（制御手段）
２０ 燃料タンクシステム
２２ 燃料タンク
２４ 給油口
３２ センダーゲージ（液面検出手段）
３４ 圧力センサ（タンク内圧検出手段）
３８ ベーパ通路
４０ キャニスタ
４４ 封鎖弁

Claims (4)

1. 給油口を備える燃料タンクと、
   前記燃料タンクをキャニスタに連通するベーパ通路と、
   前記ベーパ通路に設けられており且つ開弁量を調整可能な封鎖弁と、
   前記燃料タンク内の燃料の液面高さを検出する液面検出手段と、
   前記封鎖弁の開弁量を制御する制御手段と、
   を有する燃料タンクシステムであって、
   前記制御手段は、燃料の給油中に前記液面検出手段により検出される燃料の液面高さが所定の上限値に達すると前記封鎖弁の開弁量を所定量に変更し、その後に前記封鎖弁を全閉位置に閉弁するよう構成されている、燃料タンクシステム。
2. 請求項１に記載の燃料タンクシステムであって、
   前記燃料タンク内の圧力を検出するタンク内圧検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記封鎖弁の開弁量が所定量に保持された状態における前記タンク内圧検出手段の検出値に基づいて、前記封鎖弁を全閉位置に閉弁する、燃料タンクシステム。
3. 請求項１に記載の燃料タンクシステムであって、
   前記燃料タンク内の圧力を検出するタンク内圧検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記タンク内圧検出手段の検出値に基づいて前記封鎖弁の開弁量の所定量を決定する、燃料タンクシステム。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料タンクシステムであって、
   前記封鎖弁の開弁量の所定量は全閉位置近傍の開度である、燃料タンクシステム。
   
   
   
   
   

Images