JP3803581B2

JP3803581B2 - 燃料蒸発ガスのない燃料系統における燃料漏れの検出装置及び方法

Info

Publication number: JP3803581B2
Application number: JP2001554902A
Authority: JP
Inventors: ペリー，ポール，ダグラス
Original assignee: Siemens Automotive Inc
Current assignee: Siemens Automotive Inc
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2021-01-26
Also published as: KR100500273B1; DE60105390T2; KR20020082844A; EP1250242B1; DE60105390D1; JP2004518048A; US20010032624A1; US6626157B2; WO2001054938A1; AU2001229907A1; EP1250242A1

Description

【０００１】
【発明の背景】
公知の燃料系統には、燃料タンク内の燃料蒸発ガスの生成を減らすためにブラダーを用いる例があると思われる。
【０００２】
燃料排出ガスに関する法律に従う燃料系統には、燃料蒸発ガスをチャコールキャニスタへ送込むためにブラダーと逆止弁を備えた例があると思われる。
【０００３】
燃料系統の他の例として、燃料タンク内の蒸気圧力の上昇を感知してチャコールキャニスタへの蒸気排出ガスの流量を制御するものがあると考えられる。
【０００４】
燃料系統のさらに別の例には、燃料タンクのブラダーを加圧して、燃料蒸発ガスの生成速度を制御し、燃料蒸発ガスの生成を減らすものがあると考えられる。
【０００５】
将来、メタノールまたはアルコールのようなアルコール系燃料の使用が予想されるが、この場合、燃料蒸発ガス及び燃料の排出を防止するために信頼性が高く堅牢な燃料系統が必要とされると考えられる。
米国特許第５，９２５、８１７号は、内部空間を燃料チェンバと、空気チェンバとに分離する分離壁を有する燃料タンクの不具合を診断する装置を開示している。
【０００６】
【発明の概要】
本発明によると、燃料供給システムは、チャコールキャニスタを使用せずに燃料蒸発ガスを浄化できる。本発明の一実施例によると、フェイルセイフ特性を有する燃料タンクが提供される。本発明の別の実施例によると、燃料蒸発ガスまたは液体燃料の漏れを検知し阻止する燃料モジュールが提供される。本発明のさらに別の実施例によると、燃料漏れを検知し、燃料の漏れを防止する方法が提供される。
【０００７】
本発明は、制御ユニットを備えた内燃機関と、燃料タンクと、燃料タンクの内部を上方のチェンバと、下方のチェンバとに分割する可撓性の膜と、上方のチェンバに結合されて、燃料を内燃機関へ供給する燃料ポンプと、下方のチェンバと連通関係にあり、燃料が燃料タンク内へまたは燃料タンク外へ供給される時、下方のチェンバを通気する第１の弁と、上方のチェンバと連通関係にあり、エンジンの動作時、チャコールキャニスタなしに空気と燃料蒸発ガスとを浄化する第２の弁と、上方のチェンバの内部に設けられ、制御ユニットに接続されて、上方のチェンバに空気が存在すると、これに応答するセンサーとより成る、内燃機関へ燃料を供給するシステムを提供する。
【０００８】
本発明はさらに、少なくとも１つの開端部を有する上方の容器と、少なくとも１つの開端部を有する下方の容器と、上方及び下方の容器のそれぞれの開端部間に設けられた可撓性の膜と、上方の容器に結合された燃料ポンプと、下方の容器と連通関係にある第１の弁と、上方の容器と連通関係にあり、エンジンの動作時、チャコールキャニスタなしに空気と燃料蒸発ガスとを浄化する第２の弁（２５６）と、上方の容器の内部に設けられ、上方の容器の内部に空気が存在すると、これを感知するセンサーとより成る燃料貯蔵モジュールを提供する。
【０００９】
本発明はさらに、燃料タンクと、燃料タンクの内部を上方の区画室と、下方の区画室とに分割する可撓性の膜と、上方の区画室に結合された燃料ポンプと、下方の区画室と連通する第１の弁と、上方の区画室と連通し、真空源とも連通するが、キャニスタとは連通しない第２の弁と、上方の区画室の内部に設けられ、液体−空気判別装置であるセンサーとより成る、内燃機関の燃料蒸発ガス制御システムを提供する。
【００１０】
本発明はまた、燃料タンクと、燃料タンクの内部を上方のチェンバと、下方のチェンバとに分割する可撓性の膜と、上方のチェンバに結合されて燃料を内燃機関へ供給する燃料ポンプと、下方のチェンバと連通関係にあり、燃料が燃料タンク内へまたは燃料タンク外へ供給される時、下方のチェンバを通気する第１の弁と、上方のチェンバと連通関係にあり、エンジンの動作時、チャコールキャニスタなしに空気と燃料蒸発ガスとを浄化する第２の弁と、上方のチェンバの内部に設けられ、上方のチェンバに空気が存在すると、これに応答するセンサーとより成る燃料供給システムの燃料タンクの漏れを突き止める方法であって、上方のチェンバへ実質的に空気を伴わずに燃料を供給し、上方のチェンバへの空気の侵入を検知するステップより成る燃料タンクの漏れを突き止める方法を提供する。
【００１２】
本発明はさらに、上方の燃料貯蔵チェンバと、下方の空気チェンバとを有する燃料タンクに燃料を保持するフェイルセイフな方法であって、燃料貯蔵チェンバを周囲空気の圧力より低い圧力に減圧し、空気が空気チェンバから排出されるのを防止し、燃料貯蔵チェンバが破裂して外部の空気が燃料貯蔵チェンバ内に侵入しても、その燃料貯蔵チェンバに燃料を保持するステップを含む、燃料タンクに燃料を保持するフェイルセイフな方法を提供する。
【００１３】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図１は、燃料タンクまたはモジュール２００と、内燃機関３００とを含む燃料供給システム１００を示す。このシステム１００は、自動車（図示せず）に設けるのが好ましい。しかしながら、燃料供給システム１００は、内燃機関を必要とする任意適当な装置に使用可能である。燃料タンク２００は、上方または第１のチェンバ２１０と、下方または第２のチェンバ２２０とより成る。第１のチェンバ２１０と、第２のチェンバ２２０との間には、これら２つのチェンバを分離する可撓性の膜または部材２３０が設けられている。
【００１４】
可撓性の部材２３０は、ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステルか、好ましくはケブラーポリマー複合物を含むポリマーで形成することができる。燃料ポンプ２４０が燃料を供給している間、最適動作を確保するために、可撓性の部材２３０は、その表面に予め形成した折りしわまたは折り目を含むことができる。
【００１５】
第１及び第２のチェンバはプラスチックまたは金属製であり、溶接、接合、レーザー溶接または好ましくはスナップ式またはクリンプ式のような従来の方法で互いに固着される。
【００１６】
第１及び第２のチェンバのうち一方のチェンバは燃料を貯蔵し、もう一方のチェンバは周囲圧力で空気を貯蔵することができる。燃料は、第１のチェンバ２１０内の燃料ポンプ２４０により燃料噴射器（図示せず）へ圧送される。タンク内にある燃料ポンプ２４０を図示したが、燃料ポンプを外部に設けることも可能である。第１のチェンバ２１０は、ノズル部分２５０を含むことができる。このノズル部分２５０は、ノズルキャップ２５２、第１の逆止弁２５６及び感知装置２５８を有する。後述するが、ノズル部分２５０は、ノズル部分２５０と、第２のチェンバ２２０とをインターロックする装置２６０を含む。
【００１７】
ノズル部分２５０はまた、ドライ・ブレーク・シール(dry-break seal)か好ましくはリップシール２５４で良い逆止密封シールを含む。リップシール２５４は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のシールを含むことが可能であり、燃料補給プローブ４００がノズル部分２５０に挿入状態にある間、燃料蒸発ガスの漏れを阻止する。
【００１８】
逆止弁２５６は、ノズル部分２５０と、吸気マニホルド３１０との間に所定の圧力差が存在すると、吸気マニホルド３１０と、ノズル部分２５０との間の連通を可能にする。逆止弁２５６は、後述する理由により、ノズル部分２５０に隣接して設けるのが好ましい。蒸発ガス通路３２０は、吸気マニホルド３１０と、逆止弁２５６との間に設けられている。この蒸発ガス通路３２０は、吸気マニホルド３１０と、ノズル部分２５０との間に位置するオリフィス部分３３０を含むのが好ましい。エンドユーザーの用途が燃料蒸発ガスのさらに正確な調節を必要とする場合、逆止弁２５６は常閉ソレノイド弁でよい。
【００１９】
感知装置２５８はノズル部分２５０に設けられ、空気と液体を含む複数の物理的パラメータを感知可能である。このパラメータは、圧力も含むことができる。感知装置２５８は、燃料タンクの環境に利用可能な液体−空気センサーかまたは従来の圧力センサーでよい。感知装置２５８は、電子制御ユニット（図示せず）または信号装置（図示せず）に接続可能である。１つのパラメータを検出することにより、電子制御ユニット（図示せず）は、従来の燃料レベルセンサーを用いずに、即ち、可撓性の部材２３０に作用する圧力を相関すると同時に温度変化を無視できるものと考えることにより、燃料漏れまたはそのおおよその燃料体積を突き止めることができる。
【００２０】
第２のチェンバ２２０内の空気体積が変化するため、第２のチェンバ２２０は、周囲空気の排出及び侵入を容易にする通気通路２７０を有する。放出通路２７２と、制御可能な逆止弁２７４とは、空気通路を介して第２のチェンバ２２０と連通する。第２のチェンバ２２０は、放出通路２７２の絞り部分２７３を介して周囲空気と連通する。第２のチェンバ２２０からの空気の排出は、選択的に制御可能な逆止弁２７４を介して行うことができる。再び、第２のチェンバ２２０内の空気圧力をさらに正確に制御できるようにするため、逆止弁２７４を常閉ソレノイド弁（図示せず）で置き換えることができる。
【００２１】
次に、ノズル部分２５０と、第２のチェンバ２２０の制御可能な逆止弁２７４との間のインターロック動作について述べる。図１及び２に示すように、ノズル部分２５０と、逆止弁２７４との間には、リンク機構２６０が設けられている。燃料タンク２００が燃料補給中でない時、リンク機構２６０は制御可能な逆止弁２７４とインターロック関係になく、逆止弁は常閉逆止弁として働くことができる。図２に示すように、燃料補給プローブ４００を挿入すると、制御可能な逆止弁２７４がリンク機構２６０により開いて、第２のチェンバ２２０を周囲空気と連通させる。インターロック装置２６０をリンクとして示すが、このリンクはケーブル型機構でよく、このリンク及び逆止弁を、ソレノイド（図示せず）及びノズルキャップスイッチ（図示せず）で置き換えることができる。上述したように、逆止ソレノイド弁をノズルキャップスイッチと電子的にインターロックさせて、ソレノイドがノズルキャップスイッチに応答して常閉逆止弁２７４を開くようにすることも可能である。
【００２２】
電子制御ユニット（図示せず）は、内燃機関３００を制御できる。電子制御ユニットはまた、内燃機関３００の種々の排出ガス制御装置の制御ユニット（図示せず）と一体化することも可能である。公知のように、排出ガス制御ユニットは、保守、診断及び修理を容易にするためエンジン制御ユニットと別個にすることも可能である。さらに、排出ガス制御ユニット（図示せず）またはエンジン制御ユニット（図示せず）を、第１のチェンバ２１０の感知装置２５８に接続することができる。
【００２３】
エンジン３００が作動している間、吸気マニホルド３１０に真空が発生する。この真空または負圧は、オリフィス部分３３０及び常閉弁２５６を介して第１のチェンバ２１０へ伝達されるため、第１のチェンバ２１０内の任意の空気または燃料蒸発ガスが除去される。同時に、第１のチェンバ２１０の圧力が降下するが、この圧力降下により可撓性の部材２３０が内側に折りたたまれて、燃料レベルを所定の高さへ強制的に上昇させる。好ましい実施例によると、この所定の高さは、感知装置２５８の位置より高く、常閉弁２５６またはリップシール２５４と少なくとも同じ位置である。ここで、この高さは、オリフィス部分３３０のサイズ、常閉弁２５６にかかるバイアス及びノズル部分２５０の燃料体積の関数として決ることに注意されたい。
【００２４】
可撓性の部材２３０が内側に移動すると、第２のチェンバ２２０の圧力が低下する。しかしながら、絞り部分２７３により、第２のチェンバ２２０の空気圧力は周囲空気の圧力と等化する傾向があり、第１のチェンバ２１０だけが真空または負圧状態のままである。さらに、第１のチェンバ２１０に漏れがない限り、この負圧は、エンジン３００が動作を停止しても第１のチェンバ２１０内に維持される。
【００２５】
第１のチェンバ２１０には空気がないため、燃料蒸発ガスの生成はなくなると考えられる。第１のチェンバ２１０内では燃料蒸発ガスが生成しないため、好ましい実施例では、チャコールキャニスタは不要である。さらに、燃料が負圧状態にあるため、第１のチェンバ２１０の外側の空気圧はこのチェンバの内の圧力よりも高く、このため、第１のチェンバ２１０のいずれの箇所からも漏れが生じないと考えられる。従って、燃料が第１のチェンバ２１０から外部へ漏れるのではなくて、外側の空気が漏洩箇所を通って急激に侵入し、第１のチェンバ２１０内の圧力と等化する。このように、好ましい実施例ではフェイルセイフ特性が得られる。
【００２６】
第１のチェンバ２１０の内外の圧力が等化することにより燃料タンクの燃料レベルが、好ましくは液体−空気センサーである感知装置２５８の位置より下にくると、感知装置２５８が働いて、オペレーターまたは制御ユニット（図示せず）の何れかにへ漏れがあることを指示する。あるいは、感知装置２５８が圧力センサーを具備する場合、この感知装置２５８は、圧力降下を指示して、自動車のオペレーター（図示せず）または制御ユニット（図示せず）へ、信号装置（図示せず）を介して、燃料タンクに漏れがあることを通報する。
【００２７】
燃料タンクまたはモジュール２００が最小点数の部品より成るため、燃料タンク２００を燃料モジュールユニットとして組み立てて、車両の組み立てラインで取り付けるようにすることができる。燃料モジュールユニットは、第１及び第２のチェンバ（第２のチェンバ２２０は放出弁部分及び常閉弁を有する）と、可撓性の部材２３０と、ノズル２５０（リップシール、ノズルキャップ２５２、常閉弁及び感知装置２５８を有する）とより成る。燃料モジュール２００は、組み立てライン上で取り付ける前に組み立て済みのユニットとすることができる。このようにすると、その取り付けは、燃料モジュール２００を車両の燃料区画室に取り付け、蒸発ガス通路３２０を吸気マニホルドに固着し、感知装置２５８を車両の制御ユニットと接続し、燃料ラインを燃料ポンプ２４と結合するステップよりなると考えられる。
【００２８】
図３を参照して、燃料の燃料漏れを突き止めるプロセスは、燃料タンク２００の燃料補給及びエンジン３００の始動の後に行うことができる。エンジン３００が空気及び燃料蒸発ガスを放出し始めると、第１のチェンバ２１０内の圧力が低下する。この動作により、蒸発ガスキャニスタが不要になるだけでなく、漏れがある場合、その漏れの検知及びフェイルセイフ動作が可能になる。
【００２９】
液体燃料は実質的に圧縮不能であるため、第１のチェンバ２１０の圧力が低下すると、ノズル部分２５０内の燃料レベルは上昇する。この時点から、第１のチェンバ２１０に漏れがあると、第１のチェンバ２１０内の圧力または燃料レベルが低下する。感知装置２５８は、圧力降下、液体の不存在または空気の存在により推測される漏れがあることを直ちにオペレーターまたは制御ユニットへ通報する。同時に、第１のチェンバ２１０から外部への燃料の漏れが阻止される。
【００３０】
従って、好ましい実施例では、車両の製造者に経済的な利点が得られると考えられる。例えば、燃料タンクまたはモジュール２００内部に空気が存在しないため、漏れは減少すると思われる。燃料タンクまたはモジュール２００がより安全になるだけでなく、適用される排出ガス規制に合致する漏れの診断をただ１つの感知装置により行うことができる。さらに、好ましい実施例では、最小点数の部品を用いるため、蒸発ガスの回収、漏れの検知及び漏れの防止を単一のモジュールで行うことが可能であり、このモジュールは任意のタイプの自動車に迅速に組み込む（または付加する）ことにより自動車を適用される排出ガス規制に合致させることができる。最後に、自動車の製造にあたり、蒸発ガスキャニスタ、１またはそれ以上の浄化ソレノイド弁、１またはそれ以上の炭化水素センサー及び他のセンサーが不要になるため、コストが節減される。
【００３１】
本発明をある特定の実施例につき説明したが、頭書の特許請求の範囲により定義される本発明の範囲から逸脱することなく多数の変形例及び設計変更が可能である。従って、本発明は図示説明した実施例に限定されず、特許請求の範囲により規定される全範囲及びその均等物の範囲を享受するものと意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による燃料系統の断面図である。
【図２】図２は、燃料補給中の図１の燃料系統を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の作動プロセスを示すフローチャートである。

Claims

制御ユニットを備えた内燃機関と、
燃料タンク（２００）と、
燃料タンクの内部を上方のチェンバ（２１０）と、下方のチェンバ（２２０）とに分割する可撓性の膜（２３０）と、
上方のチェンバに結合されて、燃料を内燃機関へ供給する燃料ポンプ（２４０）と、
下方のチェンバと連通関係にあり、燃料が燃料タンク内へまたは燃料タンク外へ供給される時、下方のチェンバを通気する第１の弁（２７４）と、
上方のチェンバと連通関係にあり、エンジンの動作時、チャコールキャニスタなしに空気と燃料蒸発ガスとを浄化する第２の弁（２５６）と、
上方のチェンバの内部に設けられ、制御ユニットに接続されて、上方のチェンバに空気が存在すると、これに応答するセンサー（２５８）とより成る、内燃機関（３００）へ燃料を供給するシステム（１００）。
第２の弁は、エンジンが動作中でない時、上方のチェンバと連通関係にない請求項１の燃料供給システム。
少なくとも１つの開端部を有する上方の容器（２１０）と、
少なくとも１つの開端部を有する下方の容器（２２０）と、
上方及び下方の容器のそれぞれの開端部間に設けられた可撓性の膜（２３０）と、
上方の容器に結合された燃料ポンプ（２４０）と、
下方の容器と連通関係にある第１の弁（２７４）と、
上方の容器と連通関係にあり、エンジンの動作時、チャコールキャニスタなしに空気と燃料蒸発ガスとを浄化する第２の弁（２５６）と、
上方の容器の内部に設けられ、上方の容器の内部に空気が存在すると、これを感知するセンサー（２５８）とより成る燃料貯蔵モジュール（２００）。
燃料ノズル（２５０）及び燃料ノズルキャップ（２５２）をさらに備え、センサーは少なくとも燃料ノズルの内部に設けられている請求項３の燃料貯蔵モジュール。
燃料ノズルは、その端部に少なくとも１つのリップシール（２５４）を有する請求項４の燃料貯蔵モジュール。
燃料タンク（２００）と、
燃料タンクの内部を上方の区画室（２１０）と、下方の区画室（２２０）とに分割する可撓性の膜（２３０）と、
上方の区画室に結合された燃料ポンプ（２４０）と、
下方の区画室と連通する第１の弁（２７４）と、
上方の区画室と連通し、真空源とも連通するが、キャニスタとは連通しない第２の弁（２５６）と、
上方の区画室の内部に設けられ、液体−空気判別装置であるセンサー（２５０）とより成る、内燃機関の燃料蒸発ガス制御システム。
エンジンが作動されると、第２の弁は、上方の区画室を内燃機関の吸気マニホルドと連通可能にする請求項６の燃料蒸発ガス制御システム。
第２の弁は、空気または液体燃料のうちの一方が存在するとセンサーの動作に応答する請求項６の燃料蒸発ガス制御システム。
燃料タンク（２００）と、燃料タンクの内部を上方のチェンバ（２１０）と、下方のチェンバ（２２０）とに分割する可撓性の膜（２３０）と、上方のチェンバに結合されて燃料を内燃機関へ供給する燃料ポンプ（２４０）と、下方のチェンバと連通関係にあり、燃料が燃料タンク内へまたは燃料タンク外へ供給される時、下方のチェンバを通気する第１の弁（２７４）と、上方のチェンバと連通関係にあり、エンジンの動作時、チャコールキャニスタなしに空気と燃料蒸発ガスとを浄化する第２の弁（２５４）と、上方のチェンバの内部に設けられ、上方のチェンバに空気が存在すると、これに応答するセンサー（２５８）とより成る燃料供給システムの燃料タンクの漏れを突き止める方法であって、
上方のチェンバへ実質的に空気を伴わずに燃料を供給し、
上方のチェンバへの空気の侵入を検知するステップより成る燃料タンクの漏れを突き止める方法。
検知ステップは、上方のチェンバの圧力の上昇を感知するステップを含む請求項９の方法。
検知ステップは、上方のチェンバの空気の存在を感知するステップを含む請求項９の方法。
燃料供給ステップは、燃料を上方のチェンバへ供給し、上方のチェンバ内の空気及び燃料蒸発ガスを真空源で浄化するステップを含み、検知ステップは、上方のチェンバの一部に燃料が存在しないことで空気の侵入を推測するステップを含む請求項９の方法。
上方の燃料貯蔵チェンバ（２１０）と、下方の空気チェンバ（２２０）とを有する燃料タンク（２００）に燃料を保持するフェイルセイフな方法であって、
燃料貯蔵チェンバを周囲空気の圧力より低い圧力に減圧し、
空気が空気チェンバから排出されるのを防止し、
燃料貯蔵チェンバが破裂して外部の空気が燃料貯蔵チェンバ内に侵入しても、その燃料貯蔵チェンバに燃料を保持するステップを含む、燃料タンクに燃料を保持するフェイルセイフな方法。
減圧ステップは、燃料貯蔵チェンバ内の空気及び燃料蒸発ガスを排出するステップを含む請求項１３の方法。