JP4872969B2

JP4872969B2 - 燃料タンク装置

Info

Publication number: JP4872969B2
Application number: JP2008154975A
Authority: JP
Inventors: 宏石杉山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2028-06-13
Also published as: JP2009299581A

Description

本発明は、例えば内燃機関等の機器に燃料を供給するのに好適に用いられる燃料タンク装置に関し、特に、複数のタンクを備えた燃料タンク装置に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（特開２００８−８２７８号公報）に開示されているように、例えば２つのタンクを備えた燃料タンク装置が知られている。この種の従来技術による燃料タンク装置は、例えば低オクタン価のガソリンと高オクタン価のガソリンとを必要に応じて使い分けるような車両に搭載されるものである。このため、従来技術の燃料タンク装置は、高蒸気圧タンクと低蒸気圧タンクとを備えている。

高蒸気圧タンク内には、例えばレギュラーガソリン等のように、オクタン価が低く、飽和蒸気圧が高い燃料が貯留される。飽和蒸気圧が十分に高い燃料の場合、常温においてタンク内で蒸発する燃料の濃度は、着火可能濃度範囲（一般的には、０．６〜８．０vol％程度）よりも高くなる。従って、この燃料がタンク内で着火する虞れはない。

一方、低蒸気圧タンク内には、例えばハイオクガソリンのように、オクタン価が比較的高く、飽和蒸気圧が比較的低い燃料が貯留される。飽和蒸気圧が低い燃料の場合には、燃料の揮発性が低い。このため、常温における燃料タンク内の蒸発燃料濃度は、着火可能濃度範囲に入ることがある。

このため、従来技術では、高蒸気圧タンクと低蒸気圧タンクとを連通配管により接続する構成としている。これにより、高蒸気圧タンク内で蒸発した燃料は、連通配管を介して低蒸気圧タンク内に導入されるようになる。従って、低蒸気圧タンク内の蒸発燃料濃度を着火可能濃度範囲よりも高い状態に保持することができる。

特開２００８−８２７８号公報

ところで、上述した従来技術では、高蒸気圧タンクと低蒸気圧タンクとを連通し、両タンク内の蒸発燃料濃度を着火可能濃度範囲よりも高くする構成としている。しかしながら、内燃機関の運転状態や給油状況等によっては、２つのタンク内の燃料残量に比較的大きな差が生じることがある。一例を挙げれば、高蒸気圧タンク内のレギュラーガソリンが大きく減少し、低蒸気圧タンク内のハイオクガソリンは十分に残っている場合などである。

このような場合には、２つの燃料タンクが連通されていても、高蒸気圧タンク内の蒸発燃料が低蒸気圧タンクに十分に供給されなくなる。このため、従来技術では、高蒸気圧タンク内の燃料が大きく減少した場合に、低蒸気圧タンク内の蒸発燃料濃度が着火可能濃度範囲に入る虞れがあり、システム設計上好ましくないという問題がある。

また、例えば高温等の原因により、タンク内の圧力が通常よりも大きく上昇した場合には、各タンクの周壁に余分な負荷がかかるため、耐久性の観点から好ましくないという問題もある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、複数の貯留タンクに対して、燃料の揮発性やタンクにかかる負荷等を考慮してタンク内の気相の圧力を適切に調整することができ、高い信頼性を実現することが可能な燃料タンク装置を提供することを目的としている。

第１の発明は、種類の異なる燃料がそれぞれ貯留される複数の貯留タンクと、
前記各貯留タンク内の気相空間を連通する連通路と、
前記貯留タンクから外部に燃料を供給するときに、当該燃料供給に用いる貯留タンクを前記各貯留タンクの何れかに切換えることが可能なタンク切換機構と、
前記気相空間の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記タンク切換機構を制御することにより、前記燃料供給に用いる貯留タンクを前記気相空間の圧力に応じて前記各貯留タンクの何れかに切換える切換制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明によると、第１の発明において、
前記複数の貯留タンクは、飽和蒸気圧が高い燃料を貯留する高蒸気圧タンクと、前記高蒸気圧タンクよりも飽和蒸気圧が低い燃料を貯留する低蒸気圧タンクとを備え、
前記切換制御手段は、前記気相空間の圧力が下限判定値以下となったときに、前記低蒸気圧タンク内の燃料を外部に供給し、前記高蒸気圧タンク内の燃料が外部に供給されるのを禁止する構成としている。

第３の発明によると、第１または第２の発明において、
前記複数の貯留タンクは、飽和蒸気圧が高い燃料を貯留する高蒸気圧タンクと、前記高蒸気圧タンクよりも飽和蒸気圧が低い燃料を貯留する低蒸気圧タンクとを備え、
前記切換制御手段は、前記気相空間の圧力が上限判定値以上となったときに、前記高蒸気圧タンク内の燃料を外部に供給し、前記低蒸気圧タンク内の燃料が外部に供給されるのを禁止する構成としている。

第４の発明によると、第２または第３の発明において、
前記タンク切換機構は、前記高蒸気圧タンクに接続された配管と前記低蒸気圧タンクに接続された配管のうち何れか一方の配管を外部の燃料供給対象に接続する三方弁である構成としている。

第１の発明によれば、切換制御手段は、タンク内の気相空間の圧力に応じてタンク切換機構を制御することにより、複数の貯留タンクのうち適切なタンクから外部に燃料を供給することができる。これにより、例えば燃料の揮発性やタンクにかかる負荷等を考慮して特定のタンク内の燃料を優先的に使用したり、特定タンクからの燃料供給を禁止することができる。従って、貯留タンク内の気相の圧力を適切に調整することができ、燃料タンク装置の信頼性を高めることができる。

第２の発明によれば、切換制御手段は、気相空間の圧力が下限判定値以下に低下したときに、高蒸気圧タンクから外部への燃料供給を禁止することができる。これにより、飽和蒸気圧が高い燃料を可能な限り高蒸気圧タンク内に残すことができる。このため、気相空間の圧力が許容範囲を超えて低下するのを未然に防止することができ、タンク内における蒸発燃料の濃度を着火可能濃度範囲よりも高い濃度に維持することができる。

第３の発明によれば、切換制御手段は、気相空間の圧力が上限判定値以上に上昇したときに、飽和蒸気圧が高い高蒸気圧タンク内の燃料を優先的に使用することができる。これにより、気相空間の圧力上昇を可能な限り抑えることができ、気相空間の圧力を許容範囲内に維持することができる。従って、圧力上昇による余分な負荷が貯留タンクにかかるのを未然に防止することができ、貯留タンクを保護することができる。

第４の発明によれば、三方弁を用いることにより、少ない部品点数でも複数の貯留タンクと燃料供給対象との切換接続を容易に行うことができ、配管の接続構造を簡略化することができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。この図に示すように、本実施の形態のシステムは、例えばガソリンエンジンにより構成された内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、飽和蒸気圧が異なる燃料がそれぞれ貯留される例えば２つの貯留タンク１２，１４が付設されている。

内燃機関１０には、貯留タンク１２，１４のうち何れか一方のタンクに貯留された燃料が選択的に供給される。内燃機関１０は、この燃料を燃料噴射弁から筒内に噴射し、吸入空気と共に燃焼させることにより作動する。なお、本発明において、貯留タンクの個数は２つに限定されるものではない。

ここで、貯留タンク１２，１４のうち一方の貯留タンク１２は、飽和蒸気圧が高い燃料を貯留する高蒸気圧タンクとして用いられる（以下、高蒸気圧タンク１２と称す）。また、他方の貯留タンク１４は、高蒸気圧タンク１２よりも飽和蒸気圧が低い燃料を貯留する低蒸気圧タンクとして用いられる（以下、低蒸気圧タンク１４と称す）。ここで、飽和蒸気圧が高い燃料とは、例えばレギュラーガソリン等のように、オクタン価が比較的低い燃料である。また、飽和蒸気圧が低い燃料とは、例えばハイオクガソリン等のように、オクタン価が比較的高い燃料である。

これらのタンク１２，１４には、各タンク内に存在する気相空間１６を連通する連通路としての連通配管１８が設けられている。また、低蒸気圧タンク１４には、パージ配管２０、逆止弁２２及びキャニスタ２４からなるパージ機構が設けられている。このパージ機構によれば、タンク１４内の蒸発燃料を含むパージガスを浄化しつつ、このガスを外部に逃がすことができる。

次に、燃料供給システムについて説明する。まず、２つのタンク１２，１４内には、それぞれタンク内の燃料を吸込んで外部に吐出する燃料ポンプ２６，２８が配置されている。燃料ポンプ２６，２８の吐出側には、高蒸気圧側と低蒸気圧側のタンク配管３０，３２がそれぞれ接続されている。これらのタンク配管３０，３２は、内燃機関１０に設けられた機関側配管３４に対して並列に接続されている。そして、３本の配管３０〜３４の合流部には、燃料切換弁３６が設けられている。

燃料切換弁３６は、例えば電磁駆動式の三方弁等からなり、本実施の形態のタンク切換機構を構成している。そして、燃料切換弁３６は、後述のＥＣＵ４０から入力される制御信号に応じて、タンク配管３０，３２の何れか一方を機関側配管３４に接続する。これにより、燃料切換弁３６は、内燃機関１０への燃料供給に用いるタンクを高蒸気圧タンク１２と低蒸気圧タンク１４の何れかに切換えるものである。

即ち、燃料切換弁３６が高蒸気圧側の弁位置に切換えられたときには、高蒸気圧タンク１２内の燃料が配管３０，３４を介して内燃機関１０に供給される。このとき、低蒸気圧タンク１４は、内燃機関１０から遮断された状態となる。また、燃料切換弁３６が低蒸気圧側の弁位置に切換えられたときには、低蒸気圧タンク１４内の燃料が配管３２，３４を介して内燃機関１０に供給される。このとき、高蒸気圧タンク１２は、内燃機関１０から遮断された状態となるものである。

さらに、本実施の形態のシステムは、圧力センサ３８を含むセンサ系統と、内燃機関１０を運転制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０とを備えている。圧力センサ３８は、本実施の形態の圧力検出手段であり、タンク１２，１４内の気相空間１６の圧力を検出するものである。なお、図１中では、圧力センサ３８を高蒸気圧タンク１２に配置する場合を例示したが、圧力センサ３８は低蒸気圧タンク１４側に配置してもよい。

また、上述したセンサ系統には、圧力センサ３８以外にも、内燃機関１０のクランク角を検出するクランク角センサ、吸入空気量を検出するエアフロメータ、排気ガスの空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ、内燃機関の冷却水の温度を検出する水温センサ等が含まれている。一方、内燃機関１０は、燃料噴射弁や点火プラグ等を含む各種のアクチュエータを備えている。

そして、ＥＣＵ４０は、センサ系統により内燃機関の運転状態を検出しつつ、各アクチュエータを制御する。また、ＥＣＵ４０は、内燃機関の運転制御と並行して燃料選択制御を実施する。この燃料選択制御は、例えば内燃機関の運転状態等に応じて燃料切換弁３６を制御することにより、高蒸気圧タンク１２内のレギュラーガソリンと、低蒸気圧タンク１４内のハイオクガソリンとを使い分けるものである。

ここで、低蒸気圧タンク１４には、パージガスを外部に放出するためにパージ配管２０等が設けられている。このため、高蒸気圧タンク１２内で高い飽和蒸気圧の燃料が蒸発すると、この燃料は連通配管１８を通じて低蒸気圧タンク１４内にも流入する。これにより、低蒸気圧タンク１４内では、燃料の揮発性が低くても、蒸発燃料の濃度が着火可能濃度範囲よりも高い濃度値に保持される。

しかし、内燃機関の運転状態や給油状況等によっては、例えば低蒸気圧タンク１４に十分な燃料が貯留され、その一方で高蒸気圧タンク１２内の燃料が大きく減少した状態となることがある。このような場合には、連通配管１８が存在しても、高蒸気圧タンク１２内の蒸発燃料が低蒸気圧タンク１４に十分に供給されず、低蒸気圧タンク１４内の蒸発燃料濃度が着火可能濃度範囲に入る虞れが生じる。このため、本実施の形態では、以下に述べる圧力監視制御を実施する。

（圧力監視制御）
圧力監視制御は、内燃機関１０に燃料を供給する貯留タンクを、気相空間１６の圧力に応じてタンク１２，１４の何れかに切換える。図２は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ４０により実行される圧力監視制御のフロチャートである。なお、図２に示すルーチンは、内燃機関の運転中に繰返し実行される。

図２に示すルーチンでは、まず、圧力センサ３８によりタンク１２，１４内の気相空間１６の圧力Ｐを検出する（ステップ１００）。次に、圧力Ｐの検出値と、ＥＣＵ４０に予め記憶された下限判定値Ｌとを比較することにより、圧力Ｐが下限判定値Ｌ以下であるか否かを判定する（ステップ１０２）。

ここで、気相空間１６の圧力が低下した場合には、これに伴って低蒸気圧タンク１４内の蒸発燃料の濃度も低下する。そして、圧力が下限判定値Ｌ以下に低下すると、低蒸気圧タンク１４内の蒸発燃料濃度が着火可能濃度範囲に入る虞れがある。つまり、下限判定値Ｌは、低蒸気圧タンク１４内の蒸発燃料の濃度が着火可能濃度範囲の上限値まで低下したときの気相空間内の圧力値、または当該圧力値に対して一定の余裕代を加算した圧力値として定義されている。

そして、ステップ１０２の判定成立時には、燃料切換弁３６の弁位置を低蒸気圧側に切換える。即ち、気相空間１６の圧力低下を抑えるために、飽和蒸気圧が高い高蒸気圧タンク１２内の燃料が内燃機関に供給されるのを禁止し、低蒸気圧タンク１４内の燃料を内燃機関に供給する（ステップ１０４）。

一方、ステップ１０２の判定が不成立のときには、気相空間１６の圧力が十分に高い通常の状態であるから、前述した燃料選択制御を実施する（ステップ１０６）。

上記構成によれば、タンク１２，１４内の圧力が下限判定値Ｌ以下に低下したときには、高蒸気圧タンク１２から内燃機関１０への燃料供給を禁止することができる。これにより、飽和蒸気圧が高いレギュラーガソリン等の燃料を可能な限り高蒸気圧タンク１２内に残すことができる。このため、タンク１２，１４内の圧力が許容範囲を超えて低下するのを未然に防止することができ、タンク内における蒸発燃料の濃度を着火可能濃度範囲よりも高い濃度に維持することができる。

従って、本実施の形態によれば、燃料の揮発性を考慮して低蒸気圧タンク１４内の燃料を優先的に使用したり、高蒸気圧タンク１２からの燃料供給を禁止することができる。これにより、気相空間１６の圧力を適切に調整することができ、燃料タンク装置の信頼性を高めることができる。また、三方弁からなる燃料切換弁３６を用いることにより、少ない部品点数でも複数の貯留タンク１２，１４と内燃機関１０との切換接続を容易に行うことができ、配管３０，３２，３４等の接続構造を簡略化することができる。

実施の形態２．
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、前記実施の形態１とほぼ同様の構成（図１）を採用しているものの、以下に述べる制御において、実施の形態１と異なるものである。

［実施の形態２の特徴］
図３は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ４０により実行される圧力監視制御のフロチャートである。なお、図３に示すルーチンは、内燃機関の運転中に繰返し実行される。このルーチンでは、まず、実施の形態１と同様に、気相空間１６の圧力Ｐを検出する（ステップ２００）。次に、圧力Ｐの検出値と、ＥＣＵ４０に予め記憶された上限判定値Ｈとを比較することにより、圧力Ｐが上限判定値Ｈ以上であるか否かを判定する（ステップ２０２）。

ここで、例えば高温等の原因により、気相空間１６の圧力が通常よりも大きく上昇した場合には、タンク１２，１４に余分な負荷がかかる虞れがある。このため、上限判定値Ｈは、例えば通常の使用環境でタンクにかかる内圧の最大値、または当該最大値に対して一定の余裕代を減算した圧力値として定義されている。つまり、圧力Ｐが上限判定値Ｈ以上となったときには、タンク１２，１４にかかる負荷が許容範囲を超えていると判断することができる。

そこで、ステップ２０２の判定成立時には、燃料切換弁３６の弁位置を高蒸気圧側に切換える。即ち、気相空間１６の圧力上昇を抑えるために、飽和蒸気圧が高い高蒸気圧タンク１２内の燃料を出来るだけ内燃機関に供給し、低蒸気圧タンク１４内の燃料が内燃機関に供給されるのを禁止する（ステップ２０４）。

一方、ステップ２０２の判定が不成立のときには、気相空間１６の圧力が通常のレベルであるから、前述した燃料選択制御を実施する（ステップ２０６）。

上記構成によれば、タンク１２，１４内の圧力が上限判定値Ｈ以上に上昇したときには、飽和蒸気圧が高いレギュラーガソリン等の燃料を優先的に使用することができる。これにより、気相空間１６の圧力上昇を出来るだけ抑えることができる。このため、タンク１２，１４内の圧力を許容範囲内に維持することができ、圧力上昇による余分な負荷がタンク１２，１４にかかるのを未然に防止することができる。従って、本実施の形態によれば、タンクにかかる負荷を考慮して気相空間１６の圧力を適切に調整することができる。そして、タンク１２，１４を高圧から保護し、装置の信頼性を高めることができる。

なお、前記実施の形態では、図２，図３中のステップ１０２，２０２が切換制御手段の具体例を示している。

また、実施の形態１では、気相空間１６の圧力Ｐと下限判定値Ｌとの大小関係に応じてタンクを切換える構成とし、実施の形態２では、圧力Ｐと上限判定値Ｈとの大小関係に応じてタンクを切換える構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、実施の形態１，２を組合わせる構成としてもよい。即ち、圧力Ｐと２つの判定値Ｈ，Ｌとをそれぞれ比較し、これらの結果に応じて使用するタンク１２，１４を切換える構成としてもよい。

また、実施の形態では、２つのタンク１２，１４にそれぞれレギュラーガソリン、ハイオクガソリンを貯留する場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、飽和蒸気圧が異なる燃料であれば、任意の二種類の燃料をタンク１２，１４にそれぞれ貯留する構成としてよいものである。さらに、本発明は、飽和蒸気圧に大差がない燃料でも、タンク内の圧力に応じて使用燃料を切換える制御が必要であれば、任意の燃料に広く適用することができる。

また、実施の形態では、高蒸気圧タンク１２に圧力センサ３８を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば低蒸気圧タンク１４、連通配管１８、パージ配管２０等に圧力センサ３８を配置する構成としてもよい。

また、実施の形態では、２つの貯留タンク１２，１４が存在する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、３つ以上の貯留タンクを備えた燃料タンク装置に適用してもよい。

さらに、実施の形態では、内燃機関１０に燃料を供給する燃料タンク装置を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、内燃機関以外の機器に燃料を供給する燃料タンク装置にも広く適用することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される圧力監視制御のフロチャートである。本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される圧力監視制御のフロチャートである。

符号の説明

１０内燃機関
１２高蒸気圧タンク（貯留タンク）
１４低蒸気圧タンク（貯留タンク）
１６気相空間
１８連通配管（連通路）
２０パージ配管
２２逆止弁
２４キャニスタ
２６，２８燃料ポンプ
３０，３２タンク配管
３４機関側配管
３６燃料切換弁（タンク切換機構）
３８圧力センサ（圧力検出手段）
４０ＥＣＵ

Claims

種類の異なる燃料がそれぞれ貯留される複数の貯留タンクと、
前記各貯留タンク内の気相空間を連通する連通路と、
前記貯留タンクから外部に燃料を供給するときに、当該燃料供給に用いる貯留タンクを前記各貯留タンクの何れかに切換えることが可能なタンク切換機構と、
前記気相空間の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記タンク切換機構を制御することにより、前記燃料供給に用いる貯留タンクを前記気相空間の圧力に応じて前記各貯留タンクの何れかに切換える切換制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料タンク装置。
前記複数の貯留タンクは、飽和蒸気圧が高い燃料を貯留する高蒸気圧タンクと、前記高蒸気圧タンクよりも飽和蒸気圧が低い燃料を貯留する低蒸気圧タンクとを備え、
前記切換制御手段は、前記気相空間の圧力が下限判定値以下となったときに、前記低蒸気圧タンク内の燃料を外部に供給し、前記高蒸気圧タンク内の燃料が外部に供給されるのを禁止する構成としてなる請求項１に記載の燃料タンク装置。
前記複数の貯留タンクは、飽和蒸気圧が高い燃料を貯留する高蒸気圧タンクと、前記高蒸気圧タンクよりも飽和蒸気圧が低い燃料を貯留する低蒸気圧タンクとを備え、
前記切換制御手段は、前記気相空間の圧力が上限判定値以上となったときに、前記高蒸気圧タンク内の燃料を外部に供給し、前記低蒸気圧タンク内の燃料が外部に供給されるのを禁止する構成としてなる請求項１または２に記載の燃料タンク装置。
前記タンク切換機構は、前記高蒸気圧タンクに接続された配管と前記低蒸気圧タンクに接続された配管のうち何れか一方の配管を外部の燃料供給対象に接続する三方弁である請求項２または３に記載の燃料タンク装置。