JP2023127102A - 燃料タンクシステム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料タンクシステムの構成を簡素化する。【解決手段】燃料タンクシステム１０は、燃料タンク１２で発生した蒸発燃料をキャニスタ２０に吸着させ、その蒸発燃料を内燃機関１４にパージさせる。キャニスタ２０と内燃機関１４とを繋ぐパージライン１６と、パージライン１６に設けられかつパージ時に開弁するパージバルブ１８と、燃料タンク１２とパージライン１６のパージバルブ１８より上流側通路部とを繋ぐベーパライン３２と、ベーパライン３２に設けられ、ベーパライン３２を開閉する弁体を有するベーパバルブ３４と、を備える。ベーパバルブ３４は、ベーパライン３２に設けられた弁座と、弁座を開閉する弁体３８と、パージライン１６に作用する吸気負圧が所定値以上の時に弁体３８を閉弁させる機械式アクチュエータ４０と、を有する。【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。

特許文献１には、燃料タンクで発生した蒸発燃料（ベーパ）をキャニスタに吸着させ、その蒸発燃料をエンジンにパージさせる燃料タンクシステムが記載されている。その燃料タンクシステムは、パージ時において、キャニスタと内燃機関（エンジン）との間を連通すると共に燃料タンクとキャニスタとの間を遮断する機能統合弁を備えている。機能統合弁は、燃料タンクとキャニスタとを繋ぐ通路と、キャニスタと内燃機関とを繋ぐ通路と、を切り替える弁体を作動させる電動式のアクチュエータを有し、そのアクチュエータは制御装置により制御される。

特開２０２１－８８９５０号公報

従来の機能統合弁によると、電動式アクチュエータ及びそれを制御する制御装置が必要とされる。このため、燃料タンクシステムの構成の複雑化を余儀なくされる。

本明細書に開示の技術が解決しようとする課題は、燃料タンクシステムの構成を簡素化することにある。

上記課題を解決するため、本明細書が開示する技術は次の手段をとる。

第１の手段は、燃料タンクで発生した蒸発燃料をキャニスタに吸着させ、その蒸発燃料を内燃機関にパージさせる燃料タンクシステムであって、前記キャニスタと前記内燃機関とを繋ぐパージラインと、前記パージラインに設けられかつパージ時に開弁するパージバルブと、前記燃料タンクと前記パージラインの前記パージバルブより上流側通路部とを繋ぐベーパラインと、前記ベーパラインに設けられ、該ベーパラインを開閉する弁体を有するベーパバルブと、を備えており、前記ベーパバルブは、前記パージラインに作用する吸気負圧が所定値以上の時に前記弁体を閉弁させる機械式アクチュエータと、を有する、燃料タンクシステムである。

第１の手段によると、パージバルブの開弁時において、パージラインに作用する吸気負圧が所定値以上の時に、ベーパバルブの機械式アクチュエータが弁体を閉弁させる。これにより、パージラインへの燃料タンクの蒸発燃料の流入が阻止される一方、キャニスタの蒸発燃料が内燃機関にパージされる。また、パージバルブの開弁時において、パージラインに作用する吸気負圧が所定値未満の時は、ベーパバルブの機械式アクチュエータが弁体を開弁させる。これにより、燃料タンクの内圧がパージラインへ逃がされるため、燃料タンクを保護することができる。したがって、特許文献１の機能統合弁に必要とされた電動式アクチュエータ及びそれを制御する制御装置が不要になることで、燃料タンクシステムの構成を簡素化することができる。

第２の手段は、第１の手段の燃料タンクシステムであって、前記ベーパバルブの前記機械式アクチュエータは、前記パージラインに作用する吸気負圧に応じて作動するダイヤフラムと、該ダイヤフラムの作動を前記弁体に伝達する伝達ロッドと、を有する、燃料タンクシステムである。

第２の手段によると、パージラインに作用する吸気負圧に応じてダイヤフラムが作動し、その作動を伝達ロッドを介して弁体に伝達する機械式アクチュエータによって、ベーパバルブの弁体を開閉させることができる。

第３の手段は、第１又は２の手段の燃料タンクシステムであって、前記ベーパバルブの前記弁体と、該弁体が着座する弁座と、の接触面は、相互に面接触可能な円錐面である、燃料タンクシステムである。

第３の手段によると、ベーパバルブの開弁時のベーパラインの通路面積の変化を抑制し、ベーパの流動による気流音の発生を抑制することができる。

本明細書に開示の技術によると、燃料タンクシステムの構成を簡素化することができる。

実施形態にかかる燃料タンクシステムを模式的に示す構成図である。 ベーパバルブの開弁状態を模式的に示す断面図である。 ベーパバルブの閉弁状態を模式的に示す断面図である。 給油時におけるベーパの流れを示す説明図である。 パージ時におけるベーパの流れを示す説明図である。

以下、本明細書に開示の技術を実施するための実施形態について図面を用いて説明する。

（燃料タンクシステムの全体構成）
本実施形態の燃料タンクシステムは、ガソリンエンジンで駆動される自動車等の車両に適用されるものである。図１は燃料タンクシステムを模式的に示す構成図である。図１に示すように、燃料タンクシステム１０は、燃料タンク１２、内燃機関（エンジン）１４、パージライン１６、パージバルブ１８、キャニスタ２０、制御装置３０、ベーパライン３２、及び、ベーパバルブ３４を備えている。

（燃料タンク１２）
図１に示すように、燃料タンク１２は、燃料Ｆを貯留する燃料タンク本体１２ａと、燃料タンク本体１２ａから斜め上方に延在するフィラーパイプ１２ｂと、フィラーパイプ１２ｂの燃料注入口１２ｃを閉塞するキャップ１２ｄと、を備えている。また、燃料タンク１２の気相部とフィラーパイプ１２ｂの燃料注入口１２ｃ側の端部とは、通気ライン１２ｅを介して接続されている。なお、図示しないが、燃料タンク１２内には、燃料を内燃機関１４へ供給する燃料ポンプ、及び、加圧燃料の圧力を調整するプレッシャレギュレータ等を含む燃料供給装置が設けられている。

（キャニスタ２０）
図１に示すように、キャニスタ２０は、略箱状に形成された樹脂製のキャニスタケース２１を備えている。キャニスタケース２１の内部には、壁部２１ａにより下段通路部２２ａと上段通路部２２ｂとに仕切られたＵ字状の通気路２２が形成されている。下段通路部２２ａは、上段通路部２２ｂの通路面積に比べて大きい通路面積を有する。

下段通路部２２ａ内には第１吸着室２３が形成されている。また、上段通路部２２ｂ内には第２吸着室２４と第３吸着室２５とが直列的に形成されている。第２吸着室２４と第３吸着室２５との間には空間室２６が形成されている。第２吸着室２４は、下段通路部２２ａに近い側に配置されている。各吸着室２３，２４，２５には、粒状の吸着材２７がそれぞれ充填されている。吸着材２７は、燃料タンク１２で発生した蒸発燃料いわゆるベーパを吸着、脱離可能である。吸着材２７は、例えば活性炭である。

キャニスタケース２１が有する一方（図１において左方）の端面壁２１ｂは、通気路２２の両端部（図１において左端部）に面する。端面壁２１ｂには共通ポート２８及び大気ポート２９が形成されている。大気ポート２９は、通気路２２の上段通路部２２ｂの内外を連通するポート２９で、上段通路部２２ｂにおける通路断面の中央部に対応する位置に配置されている。大気ポート２９は大気に開放されている。また、共通ポート２８は、通気路２２の下段通路部２２ａの内外を連通するポートで、下段通路部２２ａにおける通路断面の中央部に対応する位置に配置されている。なお、共通ポート２８は、３ポートタイプのキャニスタ２０におけるタンクポートとパージポートとを兼用するポートに相当する。

（パージライン１６）
パージライン１６は、キャニスタ２０の共通ポート２８と内燃機関１４の吸気通路とを繋いでいる。

（パージバルブ１８）
パージバルブ１８はパージライン１６の途中に設けられている。パージバルブ１８は、パージライン１６を開閉する電磁弁からなる。パージライン１６がパージバルブ１８を間にしてキャニスタ２０側の通路部１６ａと内燃機関１４側の通路部１６ｂとに分断されている。

パージバルブ１８は、ハウジング１８ａとソレノイドコイル１８ｂと弁部材１８ｃとバネ部材１８ｄとを備えている。ハウジング１８ａは、パージバルブ１８の外郭を構成している。ハウジング１８ａ内にソレノイドコイル１８ｂ、弁部材１８ｃ及びバネ部材１８ｄが収納されている。

ハウジング１８ａには、第１の流路１８ｅと第２の流路１８ｆと第３の流路１８ｇとが形成されている。第１の流路１８ｅは、パージライン１６のキャニスタ２０側の通路部１６ａと繋がれている。第２の流路１８ｆは、パージライン１６の内燃機関１４側の通路部１６ｂと繋がれている。第１の流路１８ｅと第２の流路１８ｆとの間に弁座部１８ｈが形成されている。第３の流路１８ｇは、第１の流路１８ｅから負圧を導出する通路である。

ソレノイドコイル１８ｂは略円筒状に形成されている。ソレノイドコイル１８ｂは、通電されることによって磁力を発生する。弁部材１８ｃは、磁性体により形成された略円筒状の部材で、プランジャを兼ねる。弁部材１８ｃは、ソレノイドコイル１８ｂ内に軸方向（図１において上下方向）に移動可能に配置されている。

弁部材１８ｃは、ソレノイドコイル１８ｂの励磁に応じて軸方向に沿って摺動する。弁部材１８ｃは、ハウジング１８ａの弁座部１８ｈに着座可能に形成されている。弁部材１８ｃは、弁座部１８ｈに着座することにより閉弁し、第１の流路１８ｅと第２の流路１８ｆとの間を遮断、すなわちパージライン１６を遮断する。また、弁部材１８ｃは、弁座部１８ｈから離座することにより開弁し、第１の流路１８ｅと第２の流路１８ｆとを連通する、すなわちパージライン１６を開通する（図５参照）。

バネ部材１８ｄは、圧縮コイルスプリングにより構成されている。バネ部材１８ｄは、ソレノイドコイル１８ｂ内においてハウジング１８ａと弁部材１８ｃとの間に介在されている。バネ部材１８ｄは、弁部材１８ｃを閉弁方向（図１において下方）に向けて付勢している。ソレノイドコイル１８ｂへの通電がない状態において、弁部材１８ｃはバネ部材１８ｄの付勢力によって閉弁される。また、ソレノイドコイル１８ｂへの通電によって、弁部材１８ｃがバネ部材１８ｄの付勢力に抗して開弁される（図５参照）。

（制御装置３０）
制御装置３０は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）からなり、パージバルブ１８のソレノイドコイル１８ｂと信号線で接続されている。制御装置３０は、内燃機関１４の運転状況に基づいてパージバルブ１８を通電制御する。

（ベーパライン３２）
ベーパライン３２は、燃料タンク１２と、パージライン１６のキャニスタ２０側の通路部１６ａと、を繋いでいる。キャニスタ２０側の通路部１６ａは、パージライン１６のパージバルブ１８より上流側通路部に相当する。なお、燃料タンク本体１２ａには、ベーパライン３２の接続口を開閉するフロート弁３３が設けられている。フロート弁３３は、通常、開弁状態にあり、満タン時、車両転倒時等に閉弁する。

（ベーパバルブ３４）
ベーパバルブ３４は、バルブ部３５と機械式アクチュエータ４０とを有する。バルブ部３５は、ベーパライン３２の途中に設けられている。図２はベーパバルブ３４の開弁状態を模式的に示す断面図、図３は同じく閉弁状態を模式的に示す断面図である。

図２に示すように、バルブ部３５は、ベーパライン３２の途中に形成された弁室形成部３６と、弁室形成部３６内に設けられた弁体３８と、を有する。ベーパライン３２が弁室形成部３６を間にして燃料タンク１２側の通路部３２ａとパージライン１６側の通路部３２ｂとに分断されている。

弁室形成部３６は、上端部に円錐筒状の上筒部３６ａと、下端部に下筒部３６ｂを有する略円筒状に形成されている。弁室形成部３６内に弁室３６ｃが形成されている。下筒部３６ｂの下端部は、燃料タンク１２側の通路部３２ａと繋がれている。上筒部３６ａの上端部は、パージライン１６側の通路部３２ｂと繋がれている。上筒部３６ａは、弁体３８が着座する弁座３６ａ（上筒部と同一符号を付す）を兼ねている。

弁体３８は、弁室形成部３６の弁室３６ｃに対して軸方向（図２において上下方向）に移動可能に配置されている。弁体３８は、上下両端部に円錐部を有する略円柱状に形成されている。弁体３８の上端部すなわち円錐状部は、弁部３８ａとなっている。弁部３８ａは、弁座３６ａに対して着座可能に形成されている（図３参照）。また、弁座３６ａと弁部３８ａとの接触面、詳しくは弁座３６ａの内周面と弁部３８ａの外周面とは、相互に面接触可能な円錐面に形成されている。

弁体３８は、弁座３６ａに着座することにより閉弁し、燃料タンク１２側の通路部３２ａとパージライン１６側の通路部３２ｂとの間を遮断、すなわちベーパライン３２を遮断する（図３参照）。また、弁体３８は、弁座３６ａから離座することにより開弁し、燃料タンク１２側の通路部３２ａとパージライン１６側の通路部３２ｂとを連通、すなわちベーパライン３２を開通する（図２参照）。

機械式アクチュエータ４０は、ダイヤフラム装置４２と伝達ロッド５０とを有する。機械式アクチュエータ４０は、パージライン１６に作用する吸気負圧が所定値以上の時に弁体３８を閉弁させる。ダイヤフラム装置４２は、装置本体４３とダイヤフラム４４とバネ４５とを有する。装置本体４３は、それぞれカップ状の本体下部４３ａと本体上部４３ｂとを最中状に組合せてなる。装置本体４３は、ベーパライン３２の弁室形成部３６と同一軸線上に配置されている。

ダイヤフラム４４は、可撓性を有する平板状部材により形成されている。ダイヤフラム４４は、装置本体４３内を上下に仕切るように本体下部４３ａと本体上部４３ｂとの間に保持されている。それにより、ダイヤフラム４４の上面側には負圧室４７が形成され、ダイヤフラム４４の下面側に背圧室４８が形成されている。負圧室４７は、負圧供給管４９を介してパージバルブ１８（図１参照）の第３の流路１８ｇと繋がっている。したがって、ダイヤフラム４４は、パージライン１６に作用する吸気負圧に応じて作動する。

バネ４５は、圧縮コイルスプリングにより構成されている。バネ４５は、負圧室４７内において本体上部４３ｂとダイヤフラム４４との間に配置されている。バネ４５は、ダイヤフラム４４を背圧室４８（図１において下方）に向けて付勢している。背圧室４８は大気に開放されている。

伝達ロッド５０は直棒材により形成されている。伝達ロッド５０の一端部（図１において上端部）は、ダイヤフラム４４の中央部に連結されている。また、伝達ロッド５０の他端部（図１において下端部）は、弁体３８の上端部に連結されている。伝達ロッド５０は、ダイヤフラム４４の作動を弁体３８に伝達する。

（燃料タンクシステム１０の作用）
［通常時］（図１参照）
車両の駐車時及び通常走行時には、パージバルブ１８が閉弁され、パージライン１６が遮断される。また、パージライン１６に吸気負圧が作用しない。このため、ベーパバルブ３４が開弁され、ベーパライン３２が開通される。したがって、燃料タンク１２のベーパは、ベーパライン３２及びパージライン１６のキャニスタ２０側の通路部１６ａを介してキャニスタ２０に流れる。そのベーパは、キャニスタ２０の各吸着室２３，２４，２５のそれぞれの吸着材２７に吸着される。このときのベーパの流れを図１に矢印で示す。

［給油時］（図４参照）
停車状態では、通常時と同様、パージバルブ１８が閉弁状態で、ベーパバルブ３４が開弁状態にある。この状態で、燃料タンク１２のキャップ１２ｄ（図１参照）が取り外され、給油ガンＧがフィラーパイプ１２ｂの燃料注入口１２ｃに挿入される。その給油ガンＧの操作により、燃料タンク本体１２ａ内に燃料Ｆが供給される。これにともない、燃料タンク本体１２ａ内のベーパがベーパライン３２及びパージライン１６のキャニスタ２０側の通路部１６ａを介してキャニスタ２０へ流れる。そのベーパは、キャニスタ２０の各吸着室２３，２４，２５のそれぞれの吸着材２７に吸着される。ベーパが除去された空気は、大気ポート２９から外部へ排出される。このときのベーパの流れを図４に矢印で示す。給油終了後には、フィラーパイプ１２ｂがキャップ１２ｄで閉塞される（図１参照）。

［パージ時］（図５参照）
車両の通常走行中におけるパージ時には、制御装置３０によってパージバルブ１８が開弁され、パージライン１６が開通される。したがって、内燃機関１４の吸気負圧がパージライン１６を介してキャニスタ２０に作用するにともない、外気が大気ポート２９からキャニスタ２０に導入される。これにより、キャニスタ２０の各吸着室２３，２４，２５のそれぞれの吸着材２７から脱離されたベーパがパージライン１６を介して内燃機関１４にパージされる。このときのベーパの流れを図５に矢印で示す。

このとき、パージライン１６に作用する吸気負圧が所定値以上の時において、ベーパバルブ３４の機械式アクチュエータ４０のダイヤフラム４４がバネ４５の付勢に抗して作動され、その作動が伝達ロッド５０を介して弁体３８に伝達される。これにより、弁体３８が閉弁し、ベーパライン３２が遮断される。したがって、燃料タンク１２へのパージ負圧の印加を抑制することができる。ひいては、パージ時にパージ負圧が燃料タンク１２に印加されることによるキャニスタ２０のベーパ処理量の低下、内燃機関１４へのベーパ量の過剰な増加、及び、燃料タンク１２の強度に対する信頼性の低下等の悪影響を抑制することができる。また、本実施形態では、パージライン１６に作用する吸気負圧の所定値は、その吸気負圧の最大値に近い値に設定されている。

また、パージ状態（パージバルブ１８の開弁状態）において、パージライン１６に作用する吸気負圧が所定値未満になると、ベーパバルブ３４の機械式アクチュエータ４０のダイヤフラム４４がバネ４５の付勢により作動され、その作動が伝達ロッド５０を介して弁体３８に伝達される。これにより、弁体３８が半開又は全開される。これにより、燃料タンク１２の内圧が逃がされる。このときの弁体３８の開度は、パージライン１６に作用する吸気負圧の低下にともない漸次大きくなる。なお、図３に弁体３８の半開状態を二点鎖線３８で示す。

また、パージライン１６に作用する吸気負圧が大気圧に近いＷＯＴ時（内燃機関１４の全負荷時あるいは高負荷時）にはベーパバルブ３４の弁体３８が全開又は略全開となる。また、パージ状態でかつ燃料タンク１２の受熱や燃料の揺動でバーパ発生量が多い状態で、ベーパバルブ３４の弁体３８が半開又は全開されることによって、燃料タンク１２の内圧がベーパライン３２のキャニスタ２０側の通路部１６ａに逃がされるため、燃料タンク１２を保護することができる。

なお、パージが終了したときは、制御装置３０によってパージバルブ１８が閉弁される。また、ベーパバルブ３４が通常時の状態となる。

（実施形態の利点）
本実施形態の燃料タンクシステム１０によると、パージバルブ１８の開弁時において、パージライン１６に作用する吸気負圧が所定値以上の時に、ベーパバルブ３４の機械式アクチュエータ４０が弁体３８を閉弁させる。これにより、パージライン１６への燃料タンク１２の蒸発燃料の流入が阻止される一方、キャニスタ２０の蒸発燃料が内燃機関１４にパージされる。また、パージバルブ１８の開弁時において、パージライン１６に作用する吸気負圧が所定値未満の時は、ベーパバルブ３４の機械式アクチュエータ４０が弁体３８を開弁させる。これにより、燃料タンク１２の内圧がパージライン１６へ逃がされるため、燃料タンク１２を保護することができる。したがって、特許文献１の機能統合弁に必要とされた電動式アクチュエータ及びそれを制御する制御装置が不要になることで、燃料タンクシステム１０の構成を簡素化することができる。

また、ベーパバルブ３４の機械式アクチュエータ４０は、パージライン１６に作用する吸気負圧に応じて作動するダイヤフラム４４と、ダイヤフラム４４の作動を弁体３８に伝達する伝達ロッド５０と、を有する。したがって、パージライン１６に作用する吸気負圧に応じてダイヤフラム４４が作動し、その作動を伝達ロッド５０を介して弁体３８に伝達する機械式アクチュエータ４０によって、ベーパバルブ３４の弁体３８を開閉させることができる。

また、ベーパバルブ３４の弁体３８と、弁体３８が着座する弁座３６ａと、の接触面は、相互に面接触可能な円錐面である。したがって、ベーパバルブ３４の開弁時のベーパライン３２の通路面積の変化を抑制し、ベーパの流動による気流音の発生を抑制することができる。

［他の実施形態］
本明細書に開示の技術は、前記した実施形態に限定されるものではなく、その他各種の形態で実施可能である。例えば、本明細書に開示の技術は、ハイブリッド車に適用することもできる。

１０ 燃料タンクシステム
１２ 燃料タンク
１４ 内燃機関
１６ パージライン
１６ａ 通路部（パージバルブより上流側通路部）
１８ パージバルブ
２０ キャニスタ
３２ ベーパライン
３４ ベーパバルブ
３６ 弁室形成部
３６ａ 弁座
３８ 弁体
４０ 機械式アクチュエータ
４４ ダイヤフラム
５０ 伝達ロッド

Claims (3)

1. 燃料タンクで発生した蒸発燃料をキャニスタに吸着させ、その蒸発燃料を内燃機関にパージさせる燃料タンクシステムであって、
   前記キャニスタと前記内燃機関とを繋ぐパージラインと、
   前記パージラインに設けられかつパージ時に開弁するパージバルブと、
   前記燃料タンクと前記パージラインの前記パージバルブより上流側通路部とを繋ぐベーパラインと、
   前記ベーパラインに設けられ、該ベーパラインを開閉する弁体を有するベーパバルブと、
   を備えており、
   前記ベーパバルブは、前記パージラインに作用する吸気負圧が所定値以上の時に前記弁体を閉弁させる機械式アクチュエータと、を有する、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、
   前記ベーパバルブの前記機械式アクチュエータは、前記パージラインに作用する吸気負圧に応じて作動するダイヤフラムと、該ダイヤフラムの作動を前記弁体に伝達する伝達ロッドと、を有する、燃料タンクシステム。
3. 請求項１又は２に記載の燃料タンクシステムであって、
   前記ベーパバルブの前記弁体と、該弁体が着座する弁座と、の接触面は、相互に面接触可能な円錐面である、燃料タンクシステム。

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