JP5413402B2

JP5413402B2 - 燃料タンク構造

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Publication number: JP5413402B2
Application number: JP2011115921A
Authority: JP
Inventors: 晋治下川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2031-05-24
Also published as: US9079488B2; US20120298534A1; JP2012240650A

Description

本発明は、燃料タンク構造に関し、さらに詳しくは、燃料タンクへの過給油を抑制可能な燃料タンク構造に関する。

燃料タンクへの過給油を防止するために、たとえば特許文献１には、燃料タンクとキャニスタとを接続する第１の蒸発燃料通路にフロート弁を設け、燃料タンクが満タンになったときに第１の蒸発燃料通路を閉塞するようにした構造が記載されている。

特許文献１に記載の構造では、さらに、フロート弁の開弁後も、燃料タンクの圧力が所定値以上に上昇すると開弁するチェック弁を備えている。

このように、特許文献１に記載の構造では、燃料タンクが満タンになってフロート弁が閉弁された状態でも、チェック弁が開弁されて燃料タンクの内圧が低下するため、給油管内の燃料が流下してしまい、過給油を招くおそれがある。

特開２００４−１００６２２号公報

本発明は上記事実を考慮し、燃料タンクへの過給油を抑制する効果の高い燃料タンク構造を得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、内部に燃料を収容可能な燃料タンクと、前記燃料タンク内の蒸発燃料を吸着剤により吸着可能なキャニスタと、前記燃料タンク内に設けられ、前記燃料タンク内の燃料液面があらかじめ設定された満タン液位に達すると閉弁する満タン規制バルブと、前記満タン規制バルブと前記キャニスタとを連通する共通配管と、前記満タン規制バルブの上部から分岐し前記燃料タンク内に位置する分岐配管と、前記燃料タンクから前記満タン液位よりも高い位置まで延出されて燃料タンクへの給油用とされる給油配管と、前記分岐配管に設けられたバルブハウジングと、前記バルブハウジング内に前記バルブハウジングと隙間をあけて配置され、前記燃料タンクが満タンになった状態で燃料タンクのタンク内圧を受けて前記バルブハウジング内の気体移動を許容する位置から上昇すると前記バルブハウジングの上部開口を閉塞し前記バルブハウジング内の該気体移動を制限する第１バルブ体と、前記第１バルブ体内で前記第１バルブ体の下部開口を閉塞すると共に前記燃料タンクのタンク内圧を受けて上昇すると前記下部開口を開放し前記第１バルブ体内を通じて前記バルブハウジングの前記上部開口に抜ける気体移動を許容する第２バルブ体と、前記第１バルブ体に設けられ前記第２バルブ体が前記下部開口を閉塞した状態で前記第１バルブ体の内部と前記隙間との気体移動に対し抵抗を作用させつつ該気体移動を許容するオリフィスと、を有する。

この燃料タンク構造では、給油配管を通じて燃料が給油されるとき、燃料タンク内の燃料液面が満タン液位に達する前は、満タン規制バルブが開弁されており、燃料タンク内の気体は共通配管を通じてキャニスタに流れる（この気体中の蒸発燃料は吸着剤で吸着される）。したがって、引き続き燃料タンクに給油できる。

燃料タンク内の燃料液面が満タン液位に達すると、満タン規制バルブが閉弁されるので、燃料タンク内の気体が共通配管を通じてキャニスタに流れることはない。ここで、さらに給油された燃料は燃料配管内を上昇して給油ガンに達するので、給油ガンのオートストップ機能により、給油が停止される。

分岐配管には、バルブハウジングが設けられている。バルブハウジング内には第１バルブ体が配置されている。第１バルブ体は、燃料タンクが満タンになった状態で燃料タンクのタンク内圧を受けると、バルブハウジング内の気体移動を許容する位置から上昇する。そして、バルブハウジングの上部開口を閉塞し、バルブハウジング内の気体移動を制限する。すなわち、満タン規制バルブが閉弁状態であっても、燃料タンクからキャニスタへの気体移動が制限される。これにより、給油配管内の燃料が燃料タンク内に流下することが抑制されるので、給油が停止された状態が維持され、過給油が抑制される。

第１バルブ体内では、第２バルブ体が、第１バルブ体の下部開口を閉塞しているが、第２バルブ体は、燃料タンクのタンク内圧を受けて上昇すると、第１バルブ体の下部開口を開放する。そして、第１バルブ体内を通じてバルブハウジングの上部開口に抜ける気体移動が許容される。
また、第２バルブ体が第１バルブ体の下部開口を閉塞した状態で、第１バルブ体の内部と、隙間（バルブハウジングと第１バルブ体との隙間）との気体移動に対し抵抗を作用させつつ、この気体移動を許容する。これにより、燃料タンク内の気体が僅かずつキャニスタに移動するので、燃料タンクのタンク内圧を緩やかに低下させることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記燃料タンク内で前記満タン液位よりも高い位置で前記分岐配管に設けられ、燃料タンクのタンク内圧が所定値を超えると開弁して分岐配管を開くカットオフバルブ、を有する。

したがって、タンク内圧が所定値を超えるとカットオフバルブが開弁し、分岐配管を通じて燃料タンク内の気体がキャニスタに移動可能となる。これにより、燃料タンクのタンク内圧の過度の上昇を抑制できる。

本発明は上記構成としたので、燃料タンクへの過給油を抑制する効果が高くなる。

本発明の第１実施形態の燃料タンク構造を示す概略構成図である。本発明の第１実施形態の燃料タンク構造を構成する内圧制御バルブを示す断面図である。本発明の第１実施形態の燃料タンク構造を構成する内圧制御バルブを示す断面図である。本発明の第１実施形態の燃料タンク構造を構成する内圧制御バルブを示す断面図である。給油時における燃料タンクのタンク内圧の経時変化示すグラフである。本発明の第２実施形態の燃料タンク構造を示す概略構成図である。

図１には、本発明の第１実施形態の燃料タンク構造１２が示されている。また、図２〜図４には、この燃料タンク構造１２を構成する内圧制御バルブ３２が断面図にて示されている。

燃料タンク構造１２は、内部に燃料を収容可能な燃料タンク１４を有している、燃料タンクの上部には、給油配管１６の下端部分が接続されている。給油配管１６の上端の開口部分は給油口１６Ｈとされている。給油口１６Ｈに給油ガンを差し入れて、燃料タンク１４に給油することができる。

燃料タンク１４の外部には、内部に活性炭等の吸着剤が収容されたキャニスタ１８が備えられている。燃料タンク１４の内部の気体層とキャニスタ１８とは共通配管２０で接続されており、燃料タンク１４内の気体をキャニスタ１８に流入させることができる。流入された気体中の蒸発燃料は、キャニスタ１８の吸着剤で吸着され、それ以外の気体（大気成分）が、大気連通管２２から大気中に排出される。

共通配管２０の下端には、燃料タンク１４内の上部に位置するように、満タン規制バルブ２４が設けられている。満タン規制バルブ２４は、いわゆるフロートバルブであり、燃料ＦＥに浮遊する図示しないフロートを有している。燃料タンク１４内の燃料ＦＥの液面が満タン液位ＦＬに達するまでは、フロートは燃料に浮くことはないが、燃料ＦＥが満タン液位ＦＬに達すると、満タン規制バルブ２４のフロートが燃料ＦＥに浮き、満タン規制バルブ２４は閉弁状態となる。この状態では、共通配管２０も閉塞されるので、共通配管２０を通じての燃料タンク１４からキャニスタ１８への気体の移動は阻止される。

満タン規制バルブ２４の上部からは、分岐配管２６が延出されている。本実施形態では、後述するカットオフバルブ２８から分岐配管２６及び共通配管２０を経てキャニスタ１８まで気体の移動が可能とされている。

分岐配管２６の先端（下端）には、カットオフバルブ２８が備えられている。カットオフバルブ２８は、燃料タンク１４内において、満タン規制バルブ２４よりも高い位置に設けられている。カットオフバルブ２８は、燃料タンク１４のタンク内圧が上昇して所定値を超えると開弁され、燃料タンク１４内の気体をキャニスタ１８に流入可能とする。たとえば、満タン規制バルブ２４が閉弁されていても、カットオフバルブ２８が開弁されることで、燃料タンク１４内の気体がキャニスタ１８に移動可能となる。これにより、燃料タンク１４のタンク内圧の過度の上昇が抑制される。

分岐配管２６の中間位置（カットオフバルブ２８からキャニスタ１８までの間）には、内圧制御バルブ３２が設けられている。図２にも詳細に示すように、内圧制御バルブ３２は、略円筒状に形成されたバルブハウジング３４を有している。バルブハウジング３４の上壁３４Ｕに形成された上部開口３６Ｕはキャニスタ１８側に位置し、下壁３４Ｌに形成された下部開口３６Ｌは燃料タンク１４側に位置するように、バルブハウジング３４は分岐配管２６に取り付けられている。

バルブハウジング３４の内部には、第１バルブ体３８が収容されている。第１バルブ体３８は略円筒状に形成されており、バルブハウジング３４の内周面と第１バルブ体３８の外周面との間には所定の隙間ＣＬが構成されている。第１バルブ体３８は、バルブハウジング３４内において、上下に移動可能となっている。第１バルブ体３８は、本発明のバルブ部材の一例である。

第１バルブ体３８の上壁３８Ｕには、バルブハウジング３４の上部開口３６Ｕに臨む上部開口４０Ｕが形成されている。同様に、第１バルブ体３８の下壁３８Ｌは、バルブハウジング３４の下部開口３６Ｌに臨む下部開口４０Ｌが形成されている。

バルブハウジング３４の上壁３４Ｕの下面には、第１バルブ体３８の上面と対向する環状のシール部４４が形成されている。第１バルブ体３８が上昇してシール部４４に全周にわたって接触すると、隙間ＣＬと上部開口３６Ｕとの間での気体の移動が阻止される。

第１バルブ体３８の下壁３８Ｌからは、下方に突出する複数本の脚部４２が形成されている。脚部４２は、第１バルブ体３８の周方向には所定の間隔をあけて形成されている。脚部４２は、第１バルブ体３８が下降したときにバルブハウジング３４の下壁３４Ｌに接触する。ただし、この状態においても、隙間ＣＬと下部開口３６Ｌとの気体の移動が可能となっている。

第１バルブ体３８の内部には、第２バルブ体４８が収容されている。第２バルブ体４８は、たとえば略球状に形成されて、その外径（図２における幅）が、第１バルブ体３８の内径よりも小さくされており、第１バルブ体３８内で上下に移動することが可能となっている。第１バルブ体３８の内部には、圧縮コイルスプリング５２が収容されている。圧縮コイルスプリング５２は、所定のバネ力で第２バルブ体４８を下部開口４０Ｌに向かって押圧している。

第２バルブ体４８の外径は、第１バルブ体３８の下部開口４０Ｌよりも大径とされており、第１バルブ体３８内で降下すると、下部開口４０Ｌの口縁に全周で接触する。これにより、下部開口４０Ｌを通じての気体の移動が阻止される。

第１バルブ体３８の下壁３８Ｌの上面は、下部開口４０Ｌに向かって逆円錐状に傾斜する傾斜面４６とされている。傾斜面４６によって、第２バルブ体４８は降下時に下部開口４０Ｌの中心に案内される。

第１バルブ体３８と第２バルブ体４８及び圧縮コイルスプリング５２を合わせた質量は、燃料タンク１４内が満タン状態となって満タン規制バルブ２４が閉弁された状態で、燃料タンク１４内の気体の流れが下部開口３６Ｌから作用したときに、第１バルブ体３８及び第２バルブ体４８が上昇するように、所定の質量とされている。そして、燃料タンク１４から作用する圧力が低下し、所定の開弁圧になったときに、第１バルブ体３８が降下してシール部４４から離間するように、所定の開弁圧に設定されている、

また、第２バルブ体４８が第１バルブ体３８に対し上昇して下部開口４０Ｌの口縁から離間するときの圧力（第２バルブ体４８が開弁されるときの開弁圧）は、給油配管１６内に溜まった燃料のヘッド圧と同程度あるいは、このヘッド圧よりもわずかに低い程度とされている。

第１バルブ体３８の側面には、小孔状（たとえば直径が０．５ｍｍ以下の円形の孔）のオリフィス５０が形成されている。オリフィス５０により、第１バルブ体３８の内部と外部（ただしバルブハウジング３４の内部、すなわち隙間ＣＬ）との間の気体の移動が許容される。ただし、オリフィス５０は小孔状とされているため、この気体の移動には、所定の抵抗が生じる。

次に、本実施形態の燃料タンク構造１２の作用を説明する。

燃料タンク１４に給油する場合には、給油配管１６の上端の給油口１６Ｈに図示しない給油ガンを差し入れる。給油中は、燃料タンク１４のタンク内圧が燃料タンク１４内の燃料量や満タン規制バルブ２４の状態等に応じて変化する。図５には、給油開始時からの時間ｔの経過に伴う燃料タンク１４のタンク内圧Ｐの変化が定性的に示されている。このグラフにおいて、給油配管１６内を上昇して給油ガンに達した燃料のヘッド圧（Ｐ１）を一点鎖線Ｌ３で示している。

燃料タンク１４内の燃料ＦＥの液面が満タン液位ＦＬに達するまで（図５におけるＡ〜Ｂの時間）は、満タン規制バルブ２４は開弁されている、燃料タンク１４内の気体はキャニスタ１８に移動するため、燃料タンク１４に引き続き給油することが可能である。この状態では、図２に示すように、内圧制御バルブ３２の第１バルブ体３８は降下している。

燃料タンク１４内の燃料ＦＥの液面が満タン液位ＦＬに達すると（図５おけるＢの時点）、満タン規制バルブ２４が閉弁されるので、燃料タンク１４のタンク内圧Ｐが短時間で上昇する。この状態で、カットオフバルブ２８は開弁されており、燃料タンク１４内の圧力は（実質的に流速の速い気体として）内圧制御バルブ３２に作用する。このため、満タン状態あるいは満タン状態になる直前において、図３に示すように、内圧制御バルブ３２の第１バルブ体３８が上昇し、シール部４４に接触する。分岐配管２６を通じての燃料タンク１４からキャニスタ１８への気体の移動が制限される。給油された燃料は給油配管１６内を上昇し、給油ガンに達する。そして、給油ガンのオートストップ機構が働くことで、給油が止められる。

ここで、燃料タンク１４のタンク内圧Ｐは、給油配管１６におけるヘッド圧と同程度に維持される。すなわち、燃料タンク１４のタンク内圧Ｐが急激に降下することがなく、給油配管１６内において、給油ガンに接触する液面位置を維持できる。給油ガンのオートストップ機構は引き続き働くので、いわゆる過給油にならない。

この状態で、オリフィス５０を通じて、僅かずつではあるが燃料タンク１４内の気体がキャニスタ１８に移動する。したがって、図５におけるＢ〜Ｅの時間では、燃料タンク１４のタンク内圧Ｐが漸減している。

また、燃料タンク１４内のタンク内圧Ｐのわずかな変動（上昇）等に伴い、内圧制御バルブ３２の第２バルブ体４８が上昇して下部開口４０Ｌの口縁から離れると、燃料タンク１４から分岐配管２６を通じて気体がキャニスタ１８に移動し、燃料タンク１４のタンク内圧が降下する。これにより、第２バルブ体４８も降下するので、下部開口４０Ｌの口縁に再び接触し、気体のキャニスタ１８への移動が阻止される。すなわち、図４において、実線及び二点鎖線で示すように、第２バルブ体４８が下部開口４０Ｌの口縁への接触と離間とを繰り返す（図５におけるＢ〜Ｃの時間）。

したがって、図５におけるＢ〜Ｄの時間では、タンク内圧Ｐは、上下に変動しつつ、この時間全体ではゆるやかに降下している。

ここで、図５には、比較例における燃料タンクのタンク内圧Ｐの定性的な経時変化も、二点鎖線Ｌ２で併せて示されている。比較例の燃料タンク構造では、本実施形態の第１バルブ体３８を有さない構造であるが、これ以外は本実施形態と同じ構造とされている。したがって、第２バルブ体４８の上下動により、バルブハウジング３４の下部開口３６Ｌが開閉される。

比較例の燃料タンク構造では、第２バルブ体４８の上下動に伴い、燃料タンク１４のタンク内圧Ｐが上下している。しかしながら、分岐配管２６を通じて燃料タンク１４からキャニスタ１８への気体の移動を積極的に制限する（そのような所定の抵抗を生じさせる）構造ではないため、Ｂの時点から短時間でタンク内圧が降下し、給油配管１６のヘッド圧Ｐ１よりも低くなっている。

これに対し、本実施形態の燃料タンク構造１２では、燃料タンク１４のタンク内圧Ｐが徐々に降下するため、給油配管１６のヘッド圧Ｐ１よりもタンク内圧Ｐが高い状態を、より長時間にわたって維持できる（図５におけるＢ〜Ｃの時間）。給油配管１６内では、燃料が給油ガンに達した状態を維持でき、オートストップ機構が継続するので、いわゆる過給油を抑制する効果が、たとえば比較例の燃料タンク構造よりも高くなる。

なお、この時間（Ｂ〜Ｃの時間）において、一時的に燃料タンク１４のタンク内圧Ｐがヘッド圧Ｐ１よりも小さくなる状態が存在していても、短時間であれば、給油配管１６内の燃料が燃料タンク１４内に流下することはない。換言すれば、このように、給油配管１６内の燃料が燃料タンク１４内に流下しない程度であれば、燃料タンク１４のタンク内圧Ｐが、給油配管１６におけるヘッド圧Ｐ１に維持されていることになる。

そして、燃料タンク１４のタンク内圧が所定値以下になると、第１バルブ体３８が降下する。脚部４２がバルブハウジング３４の下壁３４Ｌに接触し、内圧制御バルブ３２（分岐配管２６）を通じて、燃料タンク１４内の気体がキャニスタ１８に移動可能な状態となる（図５におけるＥの時点）。

以降は、内圧制御バルブ３２は常時開弁されている（カットオフバルブ２８も開弁されている）ので、たとえば、キャニスタ１８に備えられたＯＢＤポンプ（故障診断用のポンプ）を駆動して燃料タンク１４に所定の圧力を作用させ、燃料タンク１４の不具合検知を行うことが可能である。

図６には、本発明の第２実施形態の燃料タンク構造７２が示されている。第２実施形態では、２つのカットオフバルブ２８を有している。そして、これら２つのカットオフバルブ２８のそれぞれに接続された分岐配管７４が合流部７６で合流され、さらに、カットオフバルブ２８まで分岐配管２６で接続されている（分岐配管７４も分岐配管２６の一部を成している）。２つのカットオフバルブ２８は互いに対等な関係にあるが、燃料タンク１４に対する位置が異なっている。これ以外は、第２実施形態の燃料タンク構造７２は、第１実施形態の燃料タンク構造１２と同一構成とされている。

したがって、第２実施形態の燃料タンク構造７２においても、第１実施形態の燃料タンク構造１２と略同様の作用効果を奏する。さらに、第２実施形態の燃料タンク構造７２では、異なる位置に設けられた２つのカットオフバルブ２８を有しているため、燃料タンク１４内の液面の傾斜等によって一方のカットオフバルブ２８が液没しても、他方のカットオフバルブ２８は液没しない状態を維持する可能性が高くなる。

なお、このように、燃料タンク１４内の液面傾斜時にカットオフバルブ２８の液没を防止する観点からは、３つ以上のカットオフバルブ２８を備える構成としてもよい。

上記では、本発明の内圧制御バルブとして、バルブハウジング３４内に第１バルブ体３８を備えると共に、さらに第１バルブ体３８内に第２バルブ体４８を備えた構成を挙げているが、内圧制御バルブの具体的構成はこれに限定されない。要するに、燃料タンク１４の満タン状態（満タン規制バルブ２４の閉弁状態）で、分岐配管２６の流路抵抗を大きくする等により燃料タンク１４からキャニスタ１８への気体の移動を抑制し、燃料タンク１４のタンク内圧を給油配管１６のヘッド圧に所定時間維持できればよい。

また、オリフィス５０が形成されていない構造の内圧制御バルブとしても、燃料タンク１４のタンク内圧を、給油配管１６のヘッド圧に維持することは可能である。ただし、オリフィス５０による気体の移動はないため、第２バルブ体４８の上下動のみで燃料タンク１４のタンク内圧を降下させて、内圧制御バルブを開弁状態にする必要がある（必要以上に長い時間を要すると共に、その制御も難しくなる）。これに対し、オリフィス５０を有する構成では、オリフィス５０を通じて燃料タンク１４内の気体を単位時間当たり所定量でキャニスタ１８に移動させるので、必要以上に時間を要することなく、しかも確実にタンク内圧を降下させ、内圧制御バルブ３２を開弁状態に移行させることができる。

１２燃料タンク構造
１４燃料タンク
１６給油配管
１８キャニスタ
２０共通配管
２４満タン規制バルブ
２６分岐配管
２８カットオフバルブ
３２内圧制御バルブ
３８第１バルブ体
４８第２バルブ体
５０オリフィス
７２燃料タンク構造
ＦＥ燃料
ＦＬ満タン液位

Claims

内部に燃料を収容可能な燃料タンクと、
前記燃料タンク内の蒸発燃料を吸着剤により吸着可能なキャニスタと、
前記燃料タンク内に設けられ、前記燃料タンク内の燃料液面があらかじめ設定された満タン液位に達すると閉弁する満タン規制バルブと、
前記満タン規制バルブと前記キャニスタとを連通する共通配管と、
前記満タン規制バルブの上部から分岐し前記燃料タンク内に位置する分岐配管と、
前記燃料タンクから前記満タン液位よりも高い位置まで延出されて燃料タンクへの給油用とされる給油配管と、
前記分岐配管に設けられたバルブハウジングと、
前記バルブハウジング内に前記バルブハウジングと隙間をあけて配置され、前記燃料タンクが満タンになった状態で燃料タンクのタンク内圧を受けて前記バルブハウジング内の気体移動を許容する位置から上昇すると前記バルブハウジングの上部開口を閉塞し前記バルブハウジング内の該気体移動を制限する第１バルブ体と、
前記第１バルブ体内で前記第１バルブ体の下部開口を閉塞すると共に前記燃料タンクのタンク内圧を受けて上昇すると前記下部開口を開放し前記第１バルブ体内を通じて前記バルブハウジングの前記上部開口に抜ける気体移動を許容する第２バルブ体と、
前記第１バルブ体に設けられ前記第２バルブ体が前記下部開口を閉塞した状態で前記第１バルブ体の内部と前記隙間との気体移動に対し抵抗を作用させつつ該気体移動を許容するオリフィスと、
を有する燃料タンク構造。
前記燃料タンク内で前記満タン液位よりも高い位置で前記分岐配管に設けられ、燃料タンクのタンク内圧が所定値を超えると開弁して分岐配管を開くカットオフバルブ、
を有する請求項１に記載の燃料タンク構造。