JP5291250B2 - 燃料タンクシステム - Google Patents

Description

本発明は、燃料タンクシステムに関する。より詳しくは、２つの燃料溜り部が形成された燃料タンクを備え、サイフォン管によりこれら燃料溜り部の間でいずれか一方から他方へ燃料を移送する燃料タンクシステムに関する。

内燃機関を動力源とした車両には、この内燃機関に供給する燃料を貯留するために燃料タンクが設けられる。燃料タンクは、車両固有のレイアウトに適した形状に形成されるが、近年では、四輪駆動車、後輪駆動車、およびハイブリッド車など様々な種類の車両に適した、所謂、鞍型の燃料タンクの開発が盛んである。

鞍型燃料タンクは、タンク底部の車幅方向に沿った断面が凹状となっており、第１燃料溜り部と第２燃料溜り部との少なくとも２つの燃料溜り部が形成される。このような鞍型燃料タンクでは、どちらか一方の燃料溜り部に過剰な量の燃料が溜まってしまうのを防止するため、２つの燃料溜り部における燃料の液位を等しく保つ装置を設ける必要がある。

このような液位を等しく保つ装置を備えた燃料タンクシステムの一例として、例えば特許文献１には、第１燃料溜り部と第２燃料溜り部のうちいずれか一方から他方へ燃料を移送するサイフォン管を設けたものが示されている。

特開平１０−６１５１５号公報

このようなサイフォン管を利用した燃料タンクシステムでは、ポンプなどで積極的に動力を加えることで燃料を移送するものではないので、比較的簡易な構成で２つの燃料溜り部の燃料の液位を等しく保つことができる反面、燃料の液位の変化がサイフォン管を介した燃料の移送によるものであるか、あるいは給油によるものであるかを区別しにくいという課題がある。このため、例えば、サイフォン管を介した燃料の移送により燃料の液位が上昇した場合であっても、給油により燃料の液位が上昇したと誤判定してしまい、結果として燃料タンク内の燃料量を正確に推定できない場合がある。

本発明は、２つの燃料溜り部における燃料の液位をサイフォン管により等しく保つ燃料タンクシステムであって、燃料タンク内の燃料量を高い精度で推定することが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。

上記目的を達成するため本発明は、第１燃料溜り部（例えば、後述のメインタンク部１６）および第２燃料溜り部（例えば、後述のサブタンク部１８）が形成された燃料タンク（例えば、後述の燃料タンク１０）と、前記第１、第２燃料溜り部にわたって配置され、これら第１、第２燃料溜り部のうちいずれか一方から他方へ燃料を移送するサイフォン管（例えば、後述のサイフォン管３４）と、を備える車両用の燃料タンクシステム（例えば、後述の燃料タンクシステム１）を提供する。前記燃料タンクシステムは、燃料の移送状態であるか否かを判定する移送状態判定手段（例えば、後述のＥＣＵ６０）をさらに備える。

この発明によれば、２つの燃料溜り部にわたって配置されたサイフォン管を備えた燃料タンクシステムにおいて、燃料の移送状態、すなわちサイフォン管により、一方の燃料溜り部から他方の燃料溜り部へ燃料が移送されている状態であるか否かを判定する移送判定手段を設けた。これにより、燃料タンク内の液位の変動がサイフォン管による燃料の移送に起因するものであるか否かを判定することができるので、結果として燃料が給油されている状態であるか否かを高い精度で判定することができる。また、燃料が給油されている状態であるか否かを高い精度で判定できるので、結果として、燃料タンク内の燃料量も高い精度で推定することができる。

この場合、前記燃料タンクシステムは、前記第１、第２燃料溜り部のうちいずれかに貯留された燃料の液位を検出する液位検出手段（例えば、後述のセンダユニット５０）をさらに備え、前記移送状態判定手段は、前記液位の検出値の変化率（例えば、後述の燃料の増加速度ＶＦ）が所定の閾値（例えば、後述の閾値ＶＦ＿ｔｈ）以下である場合には燃料が移送状態であると判定し、前記液位の検出値の変化率が前記閾値より大きい場合には燃料が移送状態ではないと判定することが好ましい。
なお、本発明において、上記液位の検出値の変化率とは、当該液位の検出値に略比例したパラメータの変化率を用いたものも含むものとする。

この発明によれば、移送状態判定手段は、２つの燃料溜り部のうちいずれかに貯留された燃料の液位の検出値の変化率が所定の閾値以下である場合には燃料が移送状態であると判定し、液位の検出値の変化率が上記閾値より大きい場合には燃料が移送状態ではないと判定する。燃料タンク内の液位の変化率は、サイフォン管の移送によるものと給油によるものとを比較すると、サイフォン管の移送によるものの方が小さい。したがって、移送状態判定手段により、より高い精度で燃料の移送状態であるか否かを判定できるので、結果として、燃料タンク内の燃料量の推定精度をさらに高めることができる。

この場合、前記燃料タンクシステムは、前記車両が停止している時に、前記移送状態判定手段により燃料が移送状態ではないと判定され、かつ、所定の時期における前記液位の検出値の変化量が所定の閾値より大きい場合には、燃料が給油状態であると判定する給油状態判定手段をさらに備えることが好ましい。
なお、本発明において、上記液位の検出値の変化量とは、当該液位の検出値に略比例したパラメータの変化量を用いたものも含むものとする。

車両が停止している時に液位が変化した場合、この液位の変化の要因は、移送によるものでない場合には、給油によるものであるといえる。この発明によれば、給油状態判定手段は、車両が停止している時に、上記移送状態判定手段により燃料が移送状態ではないと判定され、かつ、所定の時期における液位の検出値の変化量（例えば、後述の増加量ＷＦ）が所定の閾値（例えば、後述の閾値ＷＦ＿ｔｈ）より大きい場合には、燃料が給油状態であると判定する。これにより、高い精度で給油状態であることが判定できるので、結果として、燃料タンク内の燃料量を高い精度で推定することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料タンクシステムの構成を示す模式図である。 上記実施形態に係る燃料タンクのメインタンク部のみに燃料が貯留されている状態を示す図である。 上記実施形態に係る燃料タンクが傾斜した状態を示す図である。 上記実施形態に係るＥＣＵによるメータ制御の概念を模式的に示す図である。 給油時におけるセンダ信号のタイムチャートの一例を示す図である。 液位の変化量を、その変化の要因ごとに比較した図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料タンクシステム１の構成を示す模式図である。
燃料タンクシステム１は、鞍型の燃料タンク１０と、この燃料タンク１０に接続された電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）６０とを含んで構成され、図示しない車両に搭載される。なお、図１には、燃料タンク１０の車幅方向に沿った断面図を示す。

燃料タンク１０の底部の略中央には、上方に向って凸状に湾曲した鞍部１４が設けられており、この鞍部１４により第１燃料溜り部としてのメインタンク部１６と第２燃料溜り部としてのサブタンク部１８とが区画形成される。

メインタンク部１６には、燃料タンク１０内に貯留された燃料を汲み上げ、図示しないエンジンに供給する燃料ポンプモジュール２０が設けられている。

燃料ポンプモジュール２０は、燃料ポンプ２２と、この燃料ポンプ２２に接続されたプレッシャレギュレータ２６とを備える。燃料ポンプ２２は、メインタンク部１６の底部１６ａに開口する汲み上げ用ジェットポンプ２４により燃料吸引口２４ａからメインタンク部１６に貯留された燃料を汲み上げ、プレッシャレギュレータ２６に圧送する。プレッシャレギュレータ２６には、エンジンに連通する燃料配管２８と、その先端側にサクション用ジェットポンプ３２が設けられたリターン用分岐配管３０と、が接続されている。

燃料タンク１０内には、メインタンク部１６の底部１６ａおよびサブタンク部１８の底部１８ａにわたって、サイフォン管３４が配置されている。このサイフォン管３４のうち上部側途上には、３方向ジョイント３６を介してサクション用管路４０の一端側が接続されている。また、このサクション用管路４０の他端側は、上述のサクション用ジェットポンプ３２の吸引側（負圧側）に接続されている。３方向ジョイント３６のうちサクション用管路４０の一端側の接続部３６ａには逆流防止弁３８が設けられており、サイフォン管３４側からサクション用ジェットポンプ３２側へのみ燃料が流通可能となっている。

サイフォン管３４のメインタンク部１６側の開放端３４ａは、サクション用ジェットポンプ３２よりも車幅方向外側のうち、メインタンク部１６の底部１６ａに、かつ、メインタンク部１６の車幅方向外側の内壁１６ｂに隣接して配置されている。この開放端３４ａには、気体を検出することで開放端３４ａを閉じ、液体を検出することにより開放端３４ａを開く切替バルブ４２ａが装着されている。
サイフォン管３４のサブタンク部１８側の開放端３４ｂは、サブタンク部１８の底部１８ａに、かつ、車幅方向外側の内壁１８ｂに隣接して配置されている。この開放端３４ｂには、気体を検出することで開放端３４ｂを閉じ、液体を検出することで開放端３４ｂを開く切替バルブ４２ｂが装着されている。

また、燃料タンク１０内には、メインタンク部１６に貯留された燃料の液位を検出するセンダユニット５０が設けられている。センダユニット５０は、メインタンク部１６に貯留された燃料の液面に浮かぶフロート５１の位置、すなわちメインタンク部１６に貯留された燃料の液位に略比例した検出信号（以下、「センダ信号」という）を出力しており、このセンダ信号はＥＣＵ６０により検出される。

以上のように構成された燃料タンク１０の動作について説明する。
例えば、図２に示すように、メインタンク部１６のみに燃料Ｆが貯留されている状態（例えば、工場出荷時など）で、エンジンの始動が行われた場合について説明する。
この場合、先ず、燃料ポンプモジュール２０の燃料ポンプ２２が駆動され、メインタンク部１６に貯留されている燃料Ｆは、汲み上げ用ジェットポンプ２４の作用下に燃料吸引口２４ａから吸引される。吸引された燃料Ｆは、プレッシャレギュレータ２６から燃料配管２８を介してエンジンに供給される。
一方、燃料吸引口２４ａから吸引された燃料Ｆの一部は、分岐配管３０を介してサクション用ジェットポンプ３２に供給され、サクション用管路４０に負圧が発生する。サクション用管路４０は、３方向ジョイント３６を介してサイフォン管３４に連通しており、このサイフォン管３４内が吸引される。ここで、サイフォン管３４のメインタンク部１６側の開放端３４ａは燃料Ｆ内にあるため閉じており、サブタンク部１８側の開放端３４ｂは開いている。このため、サクション用ジェットポンプ３２の作用下に、サイフォン管３４内が吸引されると、このサイフォン管３４の、メインタンク部１６側の開放端３４ａから吸い上げられた燃料Ｆは、サブタンク部１８側の開放端３４ｂ側に移送される。開放端３４ｂでは、燃料Ｆが供給されることにより開かれ、メインタンク部１６側の燃料Ｆがサブタンク部１８側に移送される。この後は、サイフォン管３４によりサイフォン機能が発揮され、結果として、メインタンク部１６内の燃料Ｆの液位と、サブタンク部１８に移送された燃料の液位とが同一の高さになるように、メインタンク部１６およびサブタンク部１８のうちいずれか一方から他方へ燃料Ｆが移送される。

また、例えば、図３に示すように燃料タンク１０が傾斜した状態では、サイフォン管３４のサイフォン機能により、上方側のメインタンク部１６内の燃料Ｆが、下方側のサブタンク部１８に移送され、これにより、メインタンク部１６およびサブタンク部１８内の燃料の液位が同一の高さになるように調整される。

また、エンジン停止時には、３方向ジョイント３６の接続部３６ａに設けられた逆流防止弁３８の作用下に、サイフォン用管路４０からサイフォン管３４側に逆流することがない。したがって、エンジン停止時であっても、サイフォン管３４のサイフォン機能が発揮し、メインタンク部１６およびサブタンク部１８の燃料の液位が同一になるように調整される。

図１に戻って、ＥＣＵ６０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号をデジタル信号に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ６０は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラムおよび演算結果などを記憶する記憶回路と、燃料メータ７０に制御信号を出力する出力回路と、を備える。

ＥＣＵ６０には、上述のセンダユニット５０から出力されたセンダ信号の他、燃料タンク１０から供給されエンジンに噴射された燃料量（以下、「燃料噴射量」という）、燃料タンクシステム１が搭載された車両の車速、および図示しないイグニッションスイッチからのＯＮ／ＯＦＦ信号などの各種信号が入力される。ＥＣＵ６０は、これらセンダ信号、燃料噴射量、車速、イグニッションスイッチからの信号などに基づいて、燃料タンク１０内に貯留された燃料量を推定し、燃料メータ７０にメータ指示値を送信する。燃料メータ７０は、このメータ指示値に応じて、燃料タンク１０内の燃料量を表示する。

以下、図４〜図６を参照して、ＥＣＵ６０に構成された燃料メータ７０制御、すなわちメータ指示値を算出するモジュールについて詳細に説明する。

図４は、ＥＣＵによるメータ制御の概念を模式的に示す図である。
ＥＣＵでは、燃料タンク内の燃料量を精度良く推定するため、すなわち車両の走行状態に応じてメータ指示値が大きく変動しないように、メータ制御の状態を、燃料噴射制御状態と非燃料噴射制御状態と給油状態との３種類で切り換え、そして、これら３種類の制御状態ごとに設定されたアルゴリズムに基づいて、燃料タンク内に貯留された燃料量を推定し、この推定に基づいてメータの指示値を算出する。以下、これら燃料噴射制御状態、非燃料噴射状態、給油状態のそれぞれにおいて燃料タンク内の燃料量を推定するアルゴリズムについて説明する。

＜１．燃料噴射制御状態＞
メータ制御の状態が燃料噴射制御状態にあるとき、ＥＣＵは、燃料タンク内の燃料量の所定の初期値から、車両の走行に供された分の燃料を逐次減算することにより燃料タンク内の燃料量を推定し、さらにこの推定した燃料量に基づいてメータ指示値を算出する。従ってこの場合、燃料タンク内の燃料量、すなわちメータの指示値は、基本的には下降するのみであり上昇することはない。より具体的には、メータ制御の状態が燃料噴射制御状態にあるとき、ＥＣＵは、センダ信号と、燃料噴射量と、の２種類のパラメータに基づいて燃料タンク内の燃料量を推定する。

なお、メータ制御の状態が燃料噴射制御状態にあるときに、所定の条件が満たされた場合には、メータ制御の状態は、燃料噴射制御状態から非燃料噴射制御状態に移行する。
また、メータ制御の状態が燃料噴射制御状態にあるときに、後に図５および図６を参照して説明する手順により、給油状態であると判定されたことに応じて、メータ制御の状態は、燃料噴射制御状態から給油状態へ移行する。

＜２．非燃料噴射制御状態＞
メータ制御の状態が燃料噴射制御状態にあるとき、ＥＣＵは、センダ信号に基づいて燃料タンク内の燃料量を推定し、さらにこの推定した燃料量に基づいてメータ指示値を算出する。従ってこの場合、燃料タンク内の燃料量、すなわちメータ指示値は、上記燃料噴射制御状態とは異なり、下降だけでなく上昇する場合もある。

なお、メータ制御の状態が非燃料噴射制御状態にあるときに、所定の条件が満たされた場合には、メータ制御の状態は、非燃料噴射制御状態から燃料噴射制御状態に移行する。
また、メータ制御の状態が燃料噴射制御状態にあるときに、後に図５および図６を参照して説明する手順により、給油状態であると判定されたことに応じて、メータ制御の状態は、非燃料噴射制御状態から給油状態へ移行する。

＜３．給油状態＞
上述のように、燃料噴射制御状態では、燃料タンク内の燃料量の初期値から燃料噴射量を減算することにより燃料タンク内の燃料量を推定する。鞍型の燃料タンクを採用した本実施形態の燃料タンクシステムでは、燃料タンク内の燃料量を常に高い精度で推定する場合、メインタンク部とサブタンク部との間での燃料の移送や燃料タンクの傾斜などによる液位変動が課題となる。これに対して、初期値から燃料噴射量の減算に基づいて燃料量を推定することにより、燃料の液位変動によらず推定することが可能となる。

しかしながらこの場合、燃料噴射制御状態における燃料量の初期値、すなわち燃料タンク内に燃料を給油した後における燃料量を高い精度でかつ速やかに推定することが重要となる。そこで、メータ制御の状態が給油状態にあるとき、ＥＣＵは、センダ信号や、センダ信号の変化率などの複数のパラメータに基づいて、給油が完了した後における燃料タンク内の燃料量を推定し、さらにこの推定した燃料量に基づいてメータ指示値を算出する。

＜４．給油状態の判定の手順＞
上述のように、鞍型の燃料タンクを採用した本実施形態の燃料タンクシステムでは、燃料タンク内の燃料量を常に高い精度で推定するには、給油が完了した後における燃料量を高い精度でかつ速やかに推定できる必要がある。このため、燃料が給油されている状態であるか否かを高い精度で判定することも重要となる。特に、サイフォン管を備えた本実施形態の燃料タンクシステムでは、メインタンク部内の液位の上昇は、燃料の給油に起因するものだけでなく、サイフォン管を介したサブタンク部側からメインタンク部側への移送に起因するものも含まれる。このため、燃料の給油の判定には、液位の変動がサイフォン管を介した燃料の移送によるものであることを判定することも重要となる。以下、図５、６を参照して、本実施形態の給油状態の判定の手順について説明する。

図５は、車両を停止し（車速が０［ｋｍ／ｈ］となり）、燃料を給油した時におけるセンダ信号のタイムチャートの一例を示す図である。図５では、時刻ｔ１において走行中の車両が停止し、時刻ｔ３において車両が停止している間に燃料の給油を開始した場合におけるセンダ信号の変化を示す図である。

先ず、ＥＣＵは、車速が０［ｋｍ／ｈ］となり車両が停止してから所定の時間後の時刻ｔ２におけるセンダ信号をサンプリングし、このときサンプリングしたセンダ信号に対応する燃料量を、停車時基準燃料量として記憶する。ここで、センダ信号に対応する燃料量とは、燃料タンクの容量と液位との関係を示すマップ（図示せず）を用いてセンダ信号の値から一意的に算出される燃料タンク内の燃料量をいう。ところで、上述のようにセンダ信号は、メインタンク部に貯留された燃料の液位に略比例した信号であり、サブタンク部に貯留された燃料の液位とは一般的に異なったものとなるが、本実施形態では、メインタンク部内の液位とサブタンク部内の液位とは同一であると仮定し、上記マップを用いてセンダ信号に対応する燃料量を算出する。

その後、ＥＣＵは、所定の周期でセンダ信号をサンプリングし、この時のセンダ信号に対応する燃料量を停車中検出燃料量ＲＦ＿ｊｄｇとして記憶する（図５中、白丸参照）。

この時、ＥＣＵは、センダ信号に対応する停車中検出燃料量ＲＦ＿ｊｄｇを算出しながら、停車中検出燃料量ＲＦ＿ｊｄｇの今回サンプリング値と前回サンプリング値との差に基づいて燃料量の増加速度ＶＦを算出し、この増加速度ＶＦと所定の閾値ＶＦ＿ｔｈとを比較し、増加速度ＶＦが閾値ＶＦ＿ｔｈ以下である場合には燃料が移送状態であると判定し、増加速度ＶＦが閾値ＶＦ＿ｔｈより大きい場合には燃料が移送状態であると判定する。

図６は、液位の変化量を、その変化の要因ごとに比較した図である。
サイフォン管を伝って燃料が移送する場合における燃料量の増加速度は、給油機により燃料を給油した場合における燃料量の増加速度よりも小さい。したがって、上述のように、燃料量の増加速度ＶＦに対し、閾値ＶＦ＿ｔｈを設定することにより（図６中、破線参照）、液位の変化が移送によるものであるか否かを判定することができる。

図５に戻って、ＥＣＵは、上述のような増加速度ＶＦに加えて、停車中検出燃料量ＲＦ＿ｊｄｇと停車時基準燃料量Ｆ２との差により燃料の増加量ＷＦ（＝ＲＦ＿ｊｄｇ−Ｆ２）を算出し、この増加量ＷＦが所定の閾値ＷＦ＿ｔｈを超えたか否かを判定する。そして、ＥＣＵは、増加速度ＶＦが閾値ＶＦ＿ｔｈより大きく燃料が移送状態ではないと判定され、かつ、燃料の増加量ＷＦが閾値ＷＦ＿ｔｈより大きい場合に、燃料が給油状態であると判定する（図５中、時刻ｔ４参照）。また、ここで燃料が給油状態であると判定されたことに応じて、メータ制御の状態を上述の給油状態に移行し、給油が完了した後における燃料タンク内の燃料量を推定する。
さらに、移送状態と判定された場合にメータ指示値への反映を禁止することで、移送によるメータの誤差を防ぐことができる。これにより、次回のメータ指示値をメータに反映させる際に、急激に変動することがない。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、サイフォン管３４を介して燃料が移送する移送状態であるか否かを判定することにより、結果として燃料が給油されている状態であるか否かを高い精度で判定することができる。また、燃料が給油されている状態であるか否かを高い精度で判定できるので、結果として、燃料タンク内の燃料量も高い精度で推定することができる。

（２）本実施形態によれば、メインタンク部に貯留された燃料の液位を検出するセンダユニットの検出値（センダ信号）に基づいて算出された燃料量の増加速度ＶＦが閾値ＶＦ＿ｔｈ以下である場合には燃料が移送状態であると判定し、燃料量の増加速度ＶＦが閾値ＶＦ＿ｔｈより大きい場合には燃料が移送状態ではないと判定する。これにより、より高い精度で燃料の移送状態であるか否かを判定できるので、結果として、燃料タンク内の燃料量の推定精度をさらに高めることができる。

（３）車両が停止している時に液位が変化した場合、この液位の変化の要因は、移送によるものでない場合には、給油によるものであるといえる。本実施形態によれば、車両が停止している時に、燃料量の増加速度ＶＦが閾値ＶＦ＿ｔｈより大きく燃料が移送状態ではないと判定され、かつ、車両が停止した後の燃料の増加量ＷＦが閾値ＷＦ＿ｔｈより大きい場合には、燃料が給油状態であると判定する。これにより、高い精度で燃料が給油状態であることが判定できるので、結果として、燃料タンク内の燃料量を高い精度で推定することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。

１…燃料タンクシステム
１０…燃料タンク
１６…メインタンク部（第１燃料溜り部）
１８…サブタンク部（第２燃料溜り部）
３４…サイフォン管
５０…センダユニット（液位検出手段）
６０…ＥＣＵ（移送状態判定手段、給油状態判定手段）
７０…燃料メータ（メータ）

Claims (3)

1. 第１燃料溜り部および第２燃料溜り部が形成された燃料タンクと、
   前記第１、第２燃料溜り部にわたって配置され、これら第１、第２燃料溜り部のうちいずれか一方から他方へ燃料を移送するサイフォン管と、を備える車両用の燃料タンクシステムであって、
   燃料の移送状態であるか否かを判定する移送状態判定手段をさらに備えることを特徴とする燃料タンクシステム。
2. 前記第１、第２燃料溜り部のうちいずれかに貯留された燃料の液位を検出する液位検出手段をさらに備え、
   前記移送状態判定手段は、前記液位の検出値の変化率が所定の閾値以下である場合には燃料が移送状態であると判定し、前記液位の検出値の変化率が前記閾値より大きい場合には燃料が移送状態ではないと判定することを特徴とする請求項１に記載の燃料タンクシステム。
3. 前記車両が停止している時に、前記移送状態判定手段により燃料が移送状態ではないと判定され、かつ、所定の時期における前記液位の検出値の変化量が所定の閾値より大きい場合には、燃料が給油状態であると判定する給油状態判定手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の燃料タンクシステム。

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