JP5803699B2

JP5803699B2 - 燃料タンクシステム異常検知方法

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Publication number: JP5803699B2
Application number: JP2012015327A
Authority: JP
Inventors: 秀一麻生
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: JP2013155636A

Description

本発明は、燃料タンクシステム異常検知方法に関する。

特許文献１には、燃料タンクからキャニスタに至るエバポラインに電磁式の封鎖弁（開閉弁）を配設した蒸発燃料排出抑制装置が記載されている。この文献に記載された構成では、封鎖弁によりエバポラインを完全に閉じることで、密閉式の燃料タンクシステムを構成できるようになっている。

燃料タンクシステムにおいては、負圧ポンプの駆動により負圧を燃料タンクに作用させ、燃料タンクの穴あき検知や、封鎖弁（開閉弁）等の異常検知を確実に行えるようにすることが望まれる。

特開２００５−１０４３９４号公報

本発明は上記事実を考慮し、燃料タンクの穴あきや制御弁の異常を検知することが可能な燃料タンクシステム異常検知方法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、前記燃料タンク内で生じた蒸発燃料を吸着剤によって吸着及び脱離するキャニスタと、前記キャニスタの内部を大気開放するための大気開放管と、前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通し燃料タンク内の蒸発燃料をキャニスタに送るためのベント配管と、前記ベント配管において前記燃料タンクのタンク内圧が作用するように設けられた主室と該主室に対し弁部材本体を挟んで反対側の背圧室とに区画され、背圧室の圧力に対し主室の圧力が高くなって弁部材本体が移動すると開弁してベント配管を連通可能とする弁部材と、前記ベント配管における前記燃料タンクから前記弁部材までのタンク側ベント配管と前記弁部材から前記キャニスタまでのキャニスタ側ベント配管とを連通する第１バイパス通路と、前記第１バイパス通路の途中と前記背圧室とを連通する第２バイパス通路と、前記第１バイパス通路と前記第２バイパス通路との交点に設けられ、第１バイパス通路における該交点よりも前記燃料タンク側のタンク側バイパス通路と、該交点よりもキャニスタ側のキャニスタ側バイパス通路と、前記第２バイパス通路のいずれか２つを連通させ残り１つを閉塞する３つの状態の１つをとるよう制御される制御弁と、前記制御弁よりも前記大気開放管側から負圧を作用させることが可能な負圧ポンプと、前記燃料タンクのタンク内圧を検出するタンク内圧センサと、前記負圧ポンプの駆動時間と前記タンク内圧センサで検出された前記タンク内圧とから、前記燃料タンク及び前記制御弁の少なくとも一方の異常を検知可能な異常検知手段と、を有する燃料タンクシステムに対し、前記制御弁によって前記タンク側バイパス通路と前記キャニスタ側バイパス通路とを連通させると共に前記第２バイパス通路を閉塞した第１制御状態で前記負圧ポンプを駆動し、前記異常検知手段が、前記タンク内圧が判定基準圧よりも低くなる第１負圧導入時間Ｔ１を想定すると共に、実際の該第１負圧導入時間Ｔ１を検知し、第１負圧導入時間Ｔ１におけるタンク内圧が判定基準圧よりも高い場合に前記燃料タンクが穴あきであると判定し、前記制御弁によって前記キャニスタ側バイパス通路と前記第２バイパス通路とを連通させると共に前記タンク側バイパス通路を閉塞させるように制御した第２制御状態で前記負圧ポンプを駆動し、前記異常検知手段が、前記タンク内圧が前記判定基準圧よりも低くなる第２負圧導入時間Ｔ２を検知し、前記第１負圧導入時間Ｔ１と第２負圧導入時間Ｔ２との差Ｔ１−Ｔ２があらかじめ設定された第２基準時間Ｓ２以下である場合に前記制御弁が異常であると判定する。

この燃料タンクシステム異常検知方法の異常検知対象である燃料タンクシステムは、燃料タンクとキャニスタとがベント配管によって連通可能とされている。また、ベント配管には、燃料タンクから弁部材までのタンク側ベント配管と、弁部材からキャニスタまでのキャニスタ側ベント配管とを連通する第１バイパス通路が設けられている。さらに、第１バイパス通路の途中と背圧室とを連通する第２バイパス通路が設けられている。

そして、第１バイパス通路と第２バイパス通路との交点に設けられた制御弁により、タンク側バイパス通路、キャニスタ側バイパス通路、第２バイパス通路のいずれか２つを連通させ、他の１つを閉塞する３つの状態のうち１つの状態をとりうる。これにより、たとえば、背圧室の内圧を調整して弁部材の開閉を制御すること等が可能になる。

制御弁としては、バイパス通路（第１バイパス通路及び第２バイパス通路）における流路を切り替えればよく、燃料タンクのタンク内圧が作用しないので、制御弁の小型化を図ることが可能である。

しかも、実質的に３つのバイパス通路（タンク側バイパス通路、キャニスタ側バイパス通路及び第２バイパス通路）の開閉を１つの制御弁で行えるので、これらのバイパス通路の開閉を複数の弁で行う構成と比較して、制御弁の数が少なくて済む。

また、この燃料タンクシステムでは、制御弁よりも大気開放管側から、負圧ポンプにより、負圧を作用させることが可能である。制御弁によるバイパス通路の切り替えにより、燃料タンク内あるいは背圧室に負圧を作用させることができる。さらに、この燃料タンクシステムでは、燃料タンクのタンク内圧を検出するタンク内圧センサを有しており、燃料タンクのタンク内圧を検出できる。

そして、燃料タンクシステム異常検知方法では、負圧ポンプの駆動時間と、タンク内圧センサで検出されたタンク内圧と、から異常検知手段により、燃料タンク及び前記制御弁の少なくとも一方の異常を検知することが可能である。すなわち、燃料タンクシステムは制御弁によって、バイパス通路の連通を制御する制御状態としては３つの状態を取りうるが、これら３つの状態に応じて、燃料タンクの穴あき検知や制御弁の異常検知を行うことが可能である。

制御弁によってタンク側バイパス通路とキャニスタ側バイパス通路とを連通させると共に第２バイパス通路を閉塞した状態（第１制御状態）で負圧ポンプを駆動すると、燃料タンクに負圧が導入される。このとき、燃料タンクに穴あきが生じていない場合には、短時間でタンク内圧は低下するが、穴あきが生じていると、タンク内圧が下がり難いので、判定基準圧に達するのに長い時間を要する（タンク内圧が全く低下しない場合も含む）。そこで、異常検知手段は、第１負圧導入時間において、タンク内圧が判定基準圧よりも高い場合に、燃料タンクが穴あきであると判定する。

制御弁によってキャニスタ側バイパス通路と第２バイパス通路とを連通させると共にタンク側バイパス通路を閉塞した状態（第２制御状態）で負圧ポンプを駆動すると、制御弁が正常であれば、背圧室に負圧が導入されるので、主室と背圧室との圧力差が弁部材の開弁圧に達し、弁部材が開弁される。さらに負圧ポンプを駆動してタンク内圧を低下させると、弁部材が開弁されているので、第２制御状態における第２負圧導入時間Ｔ２は、第１制御状態における第１負圧導入時間Ｔ１よりも短くなると想定される。そこで、第１負圧導入時間Ｔ１と第２負圧導入時間Ｔ２との差Ｔ１−Ｔ２が、あらかじめ設定された第２基準時間Ｓ２以下である場合に、異常検知手段は、制御弁が異常であると判定する。

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、前記制御弁によって前記タンク側バイパス通路と前記第２バイパス通路とを連通させると共に前記キャニスタ側バイパス通路を閉塞させるように制御した第３制御状態で前記負圧ポンプを駆動し、前記タンク内圧が低下した場合に前記制御弁が異常であると判定する。

制御弁によってタンク側バイパス通路と第２バイパス通路とを連通させると共にキャニスタ側バイパス通路を閉塞した状態（第３制御状態）で負圧ポンプを駆動すると、制御弁が正常であれば、燃料タンクへの負圧の導入軽度は閉塞されているので、タンク内圧は低下しない。そこで、第３制御状態においてタンク内圧が低下した場合に、制御弁が異常であると判定できる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、前記第３制御状態において前記負圧ポンプの駆動により前記タンク内圧が判定基準圧よりも低くなる第３負圧導入時間Ｔ３を検知し、該第３負圧導入時間Ｔ３が前記第１負圧導入時間Ｔ１と等しい場合には前記制御弁の異常により前記キャニスタ側バイパス通路と前記タンク側バイパス通路とが連通されていると判定する。

第３制御状態で、負圧ポンプの駆動によるタンク内圧の低下時に、タンク内圧が判定基準圧よりも低くなる第３負圧導入時間Ｔ３を検知する。制御弁の異常によりキャニスタ側バイパス通路とタンク側バイパス通路とが連通されてしまっていると、第３負圧導入時間Ｔ３が第１負圧導入時間Ｔ１と等しくなる。これを利用して、キャニスタ側バイパス通路とタンク側バイパス通路とが連通されていることが判定できる。なお、ここでいう「等しい」場合には、第３負圧導入時間Ｔ３と第１負圧導入時間Ｔ１とが完全に等しい場合の他に、キャニスタ側バイパス通路とタンク側バイパス通路とが連通されていない場合の第３負圧導入時間Ｔ３と第１負圧導入時間Ｔ１との差と比較して、キャニスタ側バイパス通路とタンク側バイパス通路とが連通されていると判定することができる程度に「等しい」場合を含む。

請求項４に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、前記第３制御状態において前記負圧ポンプの駆動により前記タンク内圧が判定基準圧よりも低くなる第３負圧導入時間Ｔ３を検知し、該第３負圧導入時間Ｔ３が前記第２負圧導入時間Ｔ２と等しい場合には前記制御弁の異常により前記キャニスタ側バイパス通路と前記第２バイパス通路とが連通されていると判定する。

第３制御状態で、負圧ポンプの駆動によるタンク内圧の低下時に、タンク内圧が判定基準圧よりも低くなる第３負圧導入時間Ｔ３を検知する。制御弁の異常によりキャニスタ側バイパス通路と第２側バイパス通路とが連通されてしまっていると、第３負圧導入時間Ｔ３が第２負圧導入時間Ｔ２と等しくなる。これを利用して、キャニスタ側バイパス通路と第２バイパス通路とが連通されていることが判定できる。なお、ここでいう「等しい」場合には、第３負圧導入時間Ｔ３と第２負圧導入時間Ｔ２とが完全に等しい場合の他に、キャニスタ側バイパス通路と第２バイパス通路とが連通されていない場合の第３負圧導入時間Ｔ３と第２負圧導入時間Ｔ２との差と比較して、キャニスタ側バイパス通路と第２バイパス通路とが連通されていると判定することができる程度に「等しい」場合を含む。

本発明は上記構成としたので、燃料タンクの穴あきや制御弁の異常を検知することが可能となる。

本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムの全体構成を示す概略図である。本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムにおいてダイヤフラム弁及びその近傍を電磁弁がキャニスタ側閉塞位置に移動しダイヤフラム弁が閉弁した状態で示す拡大断面図である。本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムにおいてダイヤフラム弁及びその近傍を電磁弁がタンク側閉塞位置に移動しダイヤフラム弁が閉弁した状態で示す拡大断面図である。本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムにおいてダイヤフラム弁及びその近傍を電磁弁がタンク側閉塞位置に移動しダイヤフラム弁が開弁した状態で示す拡大断面図である。本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムにおいてダイヤフラム弁及びその近傍を電磁弁が背圧室側閉塞位置に移動しダイヤフラム弁が閉弁した状態で示す拡大断面図である。本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムにおける燃料タンクシステム異常検知方法のフローチャートである。本発明の燃料タンクシステム異常検知方法における第１制御状態での負圧導入時間とタンク内圧との関係を示すグラフである。本発明の燃料タンクシステム異常検知方法における第２制御状態での負圧導入時間とタンク内圧との関係を示すグラフである。本発明の燃料タンクシステム異常検知方法における第３制御状態での負圧導入時間とタンク内圧との関係を示すグラフである。

図１には、本発明の第１実施形態の燃料タンクシステム１２が示されている。この燃料タンクシステム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１４には給油配管８２の下部が接続されている。給油配管８２の上端は給油口１６とされており、この給油口１６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。給油時以外は、給油口１６はたとえば給油口用キャップ１８等で閉塞されている。

自動車のボデーパネルには、給油口１６及び給油口用キャップ１８を車体の外側から覆うリッド２０が設けられている。リッド２０は、リッドオープナースイッチ２２を操作することで、制御装置３２によって矢印Ｒ１方向に回転される。リッド２０がこのように矢印Ｒ１方向に回転した状態では、給油口用キャップ１８を給油口１６から脱着すると共に、給油口１６に給油ガンを差し入れることが可能となる。なお、リッドオープナースイッチ２２の操作により、リッド２０のロックを外すようにし、手動でリッド２０を矢印Ｒ１方向に回転させてもよい。

リッド２０の開閉状態は、リッド開閉センサ２０Ｓで検出されて、制御装置３２に送られる。本実施形態では、リッド２０が開放された状態を「燃料タンクへの給油状態」とみなしており、リッド開閉センサ２０Ｓは給油状態センサの一例となっている。給油状態センサとしては、リッド開閉センサ２０Ｓに代えて、給油口用キャップ１８の着脱状態を検出するセンサ等を用いることも可能である。

燃料タンク１４内には、燃料ポンプ２４が備えられている。燃料ポンプ２４とエンジン２６とは燃料供給配管２８で接続されている。燃料ポンプ２４の駆動により、燃料タンク１４内の燃料を、燃料供給配管２８を通じてエンジン２６に送ることができる。

燃料タンク１４には、タンク内圧センサ３０が備えられている。タンク内圧センサ３０は、燃料タンク１４のタンク内圧を検出し、その情報を制御装置３２に送る。

燃料タンクシステム１２は、キャニスタ３４を有している。キャニスタ３４の内部には、蒸発燃料を吸着可能な吸着剤（活性炭等）が収容されている。キャニスタ３４と燃料タンク１４の上部とは、ベント配管３６で接続されている。燃料タンク１４内で生じた蒸発燃料は、このベント配管３６を通じてキャニスタ３４に送られる。

キャニスタ３４には、エンジン２６と連通するパージ配管３８と、キャニスタ３４内を大気開放する大気開放配管４０とが接続されている。エンジン２６の駆動時等において、エンジン２６の負圧を作用させて、キャニスタ３４内の吸着剤に吸着された蒸発燃料を脱離させ、エンジン２６に送ることができる。このとき、大気開放配管４０を通じてキャニスタ３４に大気が導入される。

大気開放配管４０には、診断用ポンプ４２が備えられている。診断用ポンプ４２は、制御装置３２によって、その駆動が制御される。診断用ポンプ４２は、キャニスタ３４を通じて燃料タンクシステム１２に所定の圧力を作用させることで、燃料タンクシステム１２の故障等を診断するときに用いられる。特に本実施形態では、燃料タンク１４と、この燃料タンク１４に接続された配管等による閉じた系（燃料タンク系）に負圧を作用させることで、後述するように、燃料タンク系に対する穴あきや電磁弁６８の故障の有無の検知が可能な構成とされており、本発明に係る負圧ポンプの一例となっている。

なお、診断用ポンプ４２（負圧ポンプ）の位置は、大気開放配管４０に限定されず、ベント配管３６及び背圧室５６のいずれか通じて、大気開放配管４０側から燃料タンク１４内に負圧を導入することができればよい。

ベント配管３６の一端（燃料タンク１４内の端部）には、満タン規制バルブ４４が取り付けられている。燃料タンク１４内の燃料液面が所定の満タン液面以下では、満タン規制バルブ４４は開弁されており、燃料タンク１４内の蒸発燃料をキャニスタ３４に送ることができる。燃料タンク１４内の燃料液面が所定の液面（満タン液面）を超えると、満タン規制バルブ４４は閉弁される。これにより、燃料タンク１４内の蒸発燃料がキャニスタ３４に流れなくなる。この状態で、さらに燃料タンク１４内に給油されると、燃料が給油配管８２を上昇して給油ガンに達する。給油ガンのオートストップ機能が働くと、給油が停止される。

ベント配管３６の中間部分（燃料タンク１４とキャニスタ３４の間の部分）には、ダイヤフラム弁４６が設けられている。ダイヤフラム弁４６は、本発明の弁部材の一例である。以下、必要に応じて、このダイヤフラム弁４６よりも燃料タンク側のベント配管３６をタンク側ベント配管３６Ｔといい、ダイヤフラム弁４６よりもキャニスタ３４側のベント配管３６をキャニスタ側ベント配管３６Ｃという。ベント配管３６には、後述するように隔壁３６Ｗが形成されており、実質的に、隔壁３６Ｗによって、ベント配管３６がタンク側ベント配管３６Ｔとキャニスタ側ベント配管３６Ｃとに区画されている。

図２に詳細に示すように、ダイヤフラム弁４６は、タンク側ベント配管３６Ｔの他端側を偏平な円筒状に拡径した弁ハウジング４８を有している。弁ハウジング４８の内部には、キャニスタ側ベント配管３６Ｃの一端側が弁ハウジング４８と同軸となるように収容されており、弁座５０が構成されている。この弁座５０と弁ハウジング４８の間の部分が主室５２となっている。図１から分かるように、主室５２はタンク側ベント配管３６Ｔを通じて燃料タンク１４の内部と連通可能である。

弁座５０の上端の開口部分は、弁部材本体５４によって閉塞可能とされている。弁部材本体５４の周囲は、ダイヤフラム５６によって弁ハウジング４８の内周面に固着されている。そして、弁部材本体５４及びダイヤフラム５６よりも図２において上側の空間が、背圧室５８となっている。したがって、主室５２と背圧室５８とが、ダイヤフラム５６によって区画されている。

弁部材本体５４及びダイヤフラム５６が圧力を受ける面積（受圧面積）は、背圧室５８側の受圧面積の方が、主室５２側の受圧面積よりも、弁座５０の断面積の分だけ、広くなっている。

背圧室５８には、圧縮コイルスプリング６０が収容されている。圧縮コイルスプリング６０は、弁部材本体５４に対し、弁座５０に向かう方向（矢印Ｓ１方向）の所定のバネ力を作用させている。さらに、ダイヤフラム５６も、弁部材本体５４に対し矢印Ｓ１方向への所定のバネ力を作用させている。これにより、弁部材本体５４は、弁座５０の開口部分を閉塞する方向に付勢されている。たとえば、主室５２の内圧と背圧室５８の内圧とが同程度である場合には、弁部材本体５４は弁座５０の開口部分に密着する。これにより、ダイヤフラム弁４６は閉弁状態となり、ベント配管３６における気体の移動が阻止される。

これに対し、たとえば、背圧室５８が主室５２よりも所定以上の負圧（内圧が低い状態）になると、圧縮コイルスプリング６０及びダイヤフラム５６のバネ力に抗して弁部材本体５４が背圧室５８側へ移動し、弁座５０の開口部分を開放する。これにより、ダイヤフラム弁４６は開弁状態となり、ベント配管３６において、気体の移動が可能になる。

タンク側ベント配管３６Ｔとキャニスタ側ベント配管３６Ｃとの間には、第１バイパス配管６２が設けられている。この第１バイパス配管６２によって、タンク側ベント配管３６Ｔとキャニスタ側ベント配管３６Ｃとの間が、ダイヤフラム弁４６を経由することなく気体が移動可能となる。第１バイパス配管６２の流路断面積は、ベント配管３６の流路断面積よりも小さくされている。

特に、本実施形態では、第１バイパス配管６２の一部が背圧室５８の近傍に位置している。そして、第１バイパス配管６２には、第１バイパス配管６２の流路断面積を部分的に大きくした収容室７８が設けられると共に、この収容室７８の位置に交点８０が設定されている。

交点８０（収容室７８）と背圧室５８との間には、第２バイパス配管６６が設けられている。第２バイパス配管６６は、第１バイパス配管６２と背圧室５８との間で気体を移動可能としている。以下では、必要に応じて、交点８０よりも燃料タンク１４側の第１バイパス配管６２をタンク側バイパス配管６２Ｔ、交点８０よりもキャニスタ３４側の第１バイパス配管６２をキャニスタ側バイパス配管６２Ｃという。

交点８０には、電磁弁６８が設けられている。電磁弁６８は、電磁弁ハウジング７０を有している。電磁弁ハウジング７０内には、制御装置３２（図１参照）によって通電制御されるコイル部７２と、このコイル部７２からの駆動力を受けて、矢印Ｓ２方向及びその反対方向に移動するプランジャ部７４、及びプランジャ部７４の先端に設けられると共に、収容室７８内に収容された電磁弁本体７６を有している。電磁弁本体７６はさらに、図示しない移動機構によって、収容室７８内で図２における左右方向に移動可能とされている。

具体的には、電磁弁本体７６が、図２に示すように、キャニスタ側バイパス配管６２Ｃを閉塞しタンク側バイパス配管６２Ｔと第２バイパス配管６６とを連通させた位置（以下、「キャニスタ側閉塞位置ＣＰ」という）、図３に示すように、タンク側バイパス配管６２Ｔを閉塞しキャニスタ側バイパス配管６２Ｃと第２バイパス配管６６とを連通させた位置（以下、「タンク側閉塞位置ＴＰ」という）、及び、図４に示すように、第２バイパス配管６６を閉塞し、タンク側バイパス配管６２Ｔとキャニスタ側バイパス配管６２Ｃとを連通させた位置（以下、「背圧室側閉塞位置ＳＰ」という）の３つの位置を取り得る。

そして、電磁弁６８が上記したそれぞれの位置にあるときに、診断用ポンプ４２を駆動しつつ、タンク内圧センサ３０でタンク内圧を検知する。そして、診断用ポンプ４２の駆動時間や、タンク内圧センサ３０で検出されたタンク内圧に基づいて、制御装置３２により、燃料タンク１４の穴あきの有無や、電磁弁６８の正常・異常が検知される。

燃料タンクシステム１２は、報知装置９８を有している。報知装置９８は、制御装置３２からの信号により、所定の情報を表示して、乗員や給油作業者等に報知する。この報知には、視覚によるもの（ディスプレイやランプの表示）、聴覚によるもの（音声など）が含まれる。

次に、本実施形態の燃料タンクシステム１２の作用を説明する。

本実施形態の燃料タンクシステム１２では、通常状態、すなわち、燃料タンク１４に給油していない状態（車両は走行中であっても駐車中であってもよい）では、図２に示すように、電磁弁６８の電磁弁本体７６は制御装置３２によって、キャニスタ側閉塞位置ＣＰに維持されている（第３制御状態）。

このとき、燃料タンク１４のタンク内圧が、ダイヤフラム弁４６の主室５２に作用している。また、上記したように電磁弁本体７６がキャニスタ側閉塞位置ＣＰにあり、タンク側バイパス配管６２Ｔを第２バイパス配管６６とは連通されているので、燃料タンク１４のタンク内圧が、タンク側ベント配管３６Ｔ、タンク側バイパス配管６２Ｔ及び第２バイパス配管６６を通じて背圧室５８にも作用しており、主室５２と背圧室５８とは同圧になっている。

ダイヤフラム弁４６は、主室５２側の受圧面積が背圧室５８側の受圧面積よりも広い。さらに、ダイヤフラム弁４６の弁部材本体５４には、圧縮コイルスプリング６０及びダイヤフラム５６のバネ力も作用している。これらにより、弁部材本体５４は閉弁状態を維持しており、不用意に開弁されることはない。すなわち、燃料タンク１４は、内部の蒸発燃料がキャニスタ３４に移動しないように密閉状態となっている。

特に、本実施形態では、燃料タンク１４のタンク内圧が背圧室５８に作用するため、タンク内圧が高くなるほど、弁部材本体５４を閉弁位置に維持する力（背圧室５８から弁部材本体５４に作用する圧力）も大きくなり、燃料タンク１４の密閉状態を効果的に維持できる。

燃料の給油時には、リッドオープナースイッチ２２が操作されると、制御装置３２は、リッド２０を開放する。さらに制御装置３２は、図３に示すように、電磁弁本体７６をタンク側閉塞位置ＴＰに移動させる（第２制御状態）。これにより、ダイヤフラム弁４６の背圧室５８は、大気開放配管４０からキャニスタ３４、キャニスタ側ベント配管３６Ｃ、キャニスタ側バイパス配管６２Ｃ及び第２バイパス配管６６を通じて大気開放される。すなわち、背圧室５８の圧力が低下し大気圧に近づく。

これに対し、タンク側バイパス配管６２Ｔは、電磁弁本体７６によって閉塞されているので大気開放されず、主室５２にはタンク内圧が作用した状態が維持される。すなわち、主室５２と背圧室５８との間に圧力差が生じた状態が維持される。そして、この圧力差により、図４に示すように、ダイヤフラム弁４６が開弁される。本実施形態では、主室５２と背圧室５８とにダイヤフラム弁４６を開弁させるための所定の圧力差を生じさせているので、このような圧力差が生じない（あるいは生じても短時間で解消される）構成と比較して、ダイヤフラム弁４６をより小さな開弁圧で開弁させることができる。

なお、ダイヤフラム弁４６を小さな開弁圧で開弁させるためには、弁部材本体５４を小型化することが考えられる。しかし、弁部材本体５４は、弁座５０を閉塞する部材であるため、弁部材本体５４を小型化すると、弁座５０、すなわち、キャニスタ側ベント配管３６Ｃの一部の内径も小さくする必要が生じる。したがって、ダイヤフラム弁４６の開弁時に、ベント配管３６の流量を確保する観点からは、弁座５０を大径化することが望まれる。これに伴い、弁部材本体５４も大型になるが、このように大型化された弁部材本体５４であっても、小さな開弁圧で開弁可能となる。

そして、弁座５０の内径を大きくしても、ダイヤフラム弁４６の開弁圧、すなわち弁部材本体５４の動作に必要な力は少なくて済む。弁座５０すなわちベント配管３６の内径を大きくすることで、ベント配管３６の通気抵抗を低減することができる。これにより、給油時に燃料タンク１４内で発生する蒸発燃料が、ベント配管３６を通じてキャニスタ３４へ流れやすくなり、給油を行いやすい燃料タンクシステム１２となる。

また、給油前には、ダイヤフラム弁４６が開弁されることで、燃料タンク１４のタンク内圧が低下される。本実施形態では、ベント配管３６の通気抵抗を小さくすることで、タンク内圧を低下させるために必要な時間も短縮され、より短時間での給油が可能になる。

車両の走行中は、図１に示すように、タンク内圧センサ３０によって燃料タンク１４のタンク内圧が検出されている。このタンク内圧が、あらかじめ設定された所定の内圧閾値を超えていない場合は、図２に示すように、制御装置３２は電磁弁本体７６をキャニスタ側閉塞位置ＣＰに維持している。ダイヤフラム弁４６も閉弁されているので、燃料タンク１４は密閉されている。燃料タンク１４内で発生した蒸発燃料がキャニスタ３４に移動することはない。

タンク内圧が所定の内圧閾値を超えると、制御装置３２は電磁弁本体７６を、図５に示すように背圧室側閉塞位置ＳＰに移動させる（第１制御状態）。これにより、燃料タンク１４内の気体が、タンク側ベント配管３６Ｔから第１バイパス配管６２、キャニスタ側ベント配管３６Ｃを経てキャニスタ３４へ、移動可能となる。すなわち、燃料タンク１４内の気体をキャニスタ３４へ流すことで、タンク内圧の過度の上昇を抑制すること（いわゆる圧抜き）が可能である。

このとき、電磁弁本体７６により、第２バイパス配管６６は閉塞されているので、背圧室５８の圧力は不用意に低下することなく維持され、ダイヤフラム弁４６が閉弁状態に維持される。したがって、燃料タンク１４内の気体が、ダイヤフラム弁４６を通過して大量にキャニスタ３４に流れ込むことはない。

特に、第１バイパス配管６２の流路断面積は、ベント配管３６の流路断面積よりも小さいため、ダイヤフラム弁４６の閉弁状態で、第１バイパス配管６２を流れる燃料タンク１４からの気体の流量を制御することが容易である。

なお、このようにして燃料タンク１４からベント配管３６及び第１バイパス配管６２を通じて排出された蒸発燃料は、キャニスタ３４の吸着剤で吸着されてもよいが、エンジン２６が駆動している場合には、さらにパージ配管３８を通じてエンジン２６に送り、エンジン２６で燃焼させてもよい。

上記説明から分かるように、本実施形態の燃料タンクシステム１２では、第１バイパス配管６２（タンク側バイパス配管６２Ｔ及びキャニスタ側バイパス配管６２Ｃ）と第２バイパス配管６６との交点８０に設けた電磁弁６８により、燃料タンク密閉時、給油時及び圧抜き時の３つの状態に最適な気体の流れを生じさせると共に、ダイヤフラム弁４６を開閉制御することができる。それぞれのバイパス配管に電磁弁を設けた構成と比較して、省スペースとなり、且つ低コスト及び軽量な構造で燃料タンクシステム１２を構成できるようになっている。

さらに本実施形態の燃料タンクシステム１２では、図６に示すフローにしたがって、制御装置３２により、燃料タンク１４（厳密には燃料タンク系）に対する穴あき検知と、電磁弁６８の異常の有無の検知（以下、これらを総称して「検知処理」という）を行うことが可能である。

この検知処理では、まず、穴あき検知を行う。ステップＳ１０２において、制御装置３２は診断用ポンプ４２を駆動する。

次いで、ステップＳ１０４において、制御装置３２は、電磁弁６８を制御し、タンク側バイパス通路６２Ｔとキャニスタ側バイパス通路６２Ｃとを連通させ、第２バイパス通路６６は閉塞する（第１制御状態、図５参照）。これにより、燃料タンク１４内に負圧が導入される。

この第１制御状態において、制御装置３２は、ステップＳ１０６で、燃料タンク１４のタンク内圧ＰＴと、負圧導入時間（第１制御状態の開始時点Ｔ０からの経過時間）を検知する。そして、ステップＳ１０８では、燃料タンク系における穴あきの有無の判定（穴あき判定）を行う。

図７には、第１制御状態において診断用ポンプ４２を駆動した場合の、タンク内圧ＰＴの時間変化が示されている。このグラフにおいて、実線Ｌ１は、燃料タンク系に穴あきが生じていない場合の、一点鎖線Ｌ２は穴あきが生じている場合のタンク内圧ＰＴの変化である。なお、穴あきの有無にかかわらず、タンク内圧ＰＴは初期段階では、初期圧力Ｐ０となっている。

第１制御状態において燃料タンク系に穴あきが生じている場合は、穴あきが生じていない場合よりもタンク内圧ＰＴが低下しづらい（タンク内圧ＰＴが全く低下しない場合も含む）。そこで、ステップＳ１０８の穴あき判定においては、穴あき判定の基準となる穴あき判定基準圧Ｐ１を設定し、穴開きが生じていない場合において穴あき判定基準圧Ｐ１よりもタンク内圧が低くなると想定される負圧導入時間Ｔ１をさらに設定する。

制御装置３２は、負圧導入時間Ｔ１を検知する。そしてこの時点で、タンク内圧ＰＴが穴あき判定基準圧Ｐ１よりも低い場合は、穴あきなしと判断し、タンク内圧ＰＴが穴あき判定基準圧Ｐ１よりも高い場合は、穴あきありと判断する。すなわち、特定の時間（負圧導入時間Ｔ１）におけるタンク内圧ＰＴから、穴あきの有無を判定している。

ステップＳ１０８で穴あきありと判断した場合は、ステップＳ１１０において、穴あきが生じていることを表示装置９８で表示すると共に診断用ポンプ４２を停止し、この検知処理を終了する。

ステップＳ１０８で穴あきなしと判断した場合は、ステップＳ１１２において診断用ポンプ４２を停止する。ここまでで、穴あき判定は終了する。

次に、電磁弁６８の異常判定を行う。まず、ステップＳ１２２において、制御装置３２は診断用ポンプ４２を駆動する。

次いで、ステップＳ１２４において、制御装置３２は、電磁弁６８を制御し、キャニスタ側バイパス通路６２Ｃと第２バイパス通路６６とを連通させ、タンク側バイパス通路６２Ｔは閉塞する（第２制御状態、図４参照）。これにより、背圧室５８に負圧が導入されるので、ダイヤフラム弁４６が開弁される。

この第２制御状態において、制御装置３２は、ステップＳ１２６で、燃料タンク１４のタンク内圧ＰＴと、負圧導入時間（第２制御状態の開始時点からの経過時間）を検知する。そして、ステップＳ１２８では、電磁弁６８の異常の有無の判定（電磁弁異常判定）を行う。

図８には、第２制御状態において診断用ポンプ４２を駆動した場合の、タンク内圧ＰＴの時間変化が示されている。このグラフにおいて、実線Ｌ３は、電磁弁６８に異常が生じていない場合の、二点鎖線Ｌ４は異常が生じている場合のタンク内圧変化である。なお、このグラフにおいても、タンク内圧ＰＴは初期段階では、初期圧力Ｐ０となっている。

第２制御状態において電磁弁６８に異常が生じている場合は、背圧室５８への負圧導入が不十分となり、ダイヤフラム弁４６の開弁も不十分となる（全く開弁されない場合を含む）。そして、タンク内圧ＰＴも低下しづらくなる。

そこで、ステップＳ１２８の電磁弁異常判定においては、電磁弁異常判定基準圧Ｐ２を導入し、この電磁弁異常判定基準圧Ｐ２よりもタンク内圧ＰＴが低くなる第２負圧導入時間Ｔ２（第２制御状態の開始時点Ｔ０からの経過時間）を検知する。そして、第１負圧導入時間Ｔ１と第２負圧導入時間Ｔ２との差Ｔ１−Ｔ２が、あらかじめ設定された第２基準時間Ｓ２以下である場合（換言すれば、Ｔ２の値がＴ１の値に近い場合）に、電磁弁６８が異常であると判定している。なお、電磁弁異常判定基準圧Ｐ２は、穴あき判定基準圧Ｐ１と同じであってもよいが、わずかに異なっていてもよい。

ステップＳ１２８で電磁弁６８に異常ありと判断した場合は、ステップＳ１３０において電磁弁の異常を表示装置９８で表示すると共に診断用ポンプ４２を停止し、この検知処理を終了する。

ステップＳ１２８で電磁弁６８に異常が無いと判断した場合は、ステップＳ１３２において診断用ポンプ４２を一旦停止する。

次いで、ステップＳ１４２において、制御装置３２は、診断用ポンプ４２を再度駆動する。

そして、ステップＳ１４４において、制御装置３２は、電磁弁６８を制御し、タンク側バイパス通路６２Ｔと第２バイパス通路６６を連通させ、キャニスタ側バイパス通路６２Ｃは閉塞する（第３制御状態、図３参照）。この第３制御状態では、電磁弁６８が正常であれば、燃料タンク１４及び背圧室５８のいずれにも負圧は導入されない。

ステップＳ１４６では、制御装置３２は、燃料タンク１４のタンク内圧ＰＴと、第３負圧導入時間（第３制御状態の開始時点Ｔ０からの経過時間）を検知する。そして、ステップＳ１４８では、電磁弁６８の異常の有無の判定（電磁弁異常判定）を行う。

図９には、第３制御状態において診断用ポンプ４２を駆動した場合の、タンク内圧ＰＴの時間変化が示されている。このグラフにおいて、実線Ｌ５は、電磁弁６８に異常が生じていない場合、点線Ｌ６及び二点鎖線Ｌ７はいずれも、電磁弁６８に異常が生じている場合である。

第３制御状態では、電磁弁６８に異常が生じていなければ、上記したようにキャニスタ側バイパス通路６２Ｃが閉塞されているため、背圧室５８の圧力は低下せず、燃料タンク１４のタンク内圧も実線Ｌ５で示すように低下しない。

これに対し、電磁弁６８の異常により、たとえばキャニスタ側バイパス通路６２Ｔとタンク側バイパス通路６２Ｔとが連通されていると、キャニスタ側ベント配管３６Ｃ、第１バイパス通路６２（キャニスタ側バイパス通路６２Ｔ、タンク側バイパス通路６２Ｔ）、タンク側ベント配管３６Ｔを通じて燃料タンク１４内に負圧が作用するため、二点鎖線Ｌ７で示すように燃料タンク１４のタンク内圧が徐々に低下する。また、たとえば、キャニスタ側バイパス通路６２Ｃと第２バイパス通路６６とが連通されていると、背圧室５８に負圧が作用してダイヤフラム弁４６が開弁されてしまうため、点線Ｌ６で示すように燃料タンク１４のタンク内圧が低下する。この場合のタンク内圧の低下速度は、キャニスタ側バイパス通路６２Ｔとタンク側バイパス通路６２Ｔとが連通されている場合（二点鎖線Ｌ７）よりも大きい。

そこで、ステップＳ１４８の電磁弁異常判定においては、タンク内圧ＰＴが低下したか否かを検知している。タンク内圧ＰＴが低下していない場合には、電磁弁６８に異常が無いと判断する。そして、ステップＳ１５０において、診断用ポンプ４２を停止し、この検知処理を終了する。

ステップＳ１４８においてタンク内圧ＰＴが低下していると判断した場合には、ステップＳ１６２に移行し、異常内容診断を行う。すなわち、上記したように、キャニスタ側バイパス通路６２Ｃと第２バイパス通路６６とが連通されている場合（点線Ｌ６）は、キャニスタ側バイパス通路６２Ｔとタンク側バイパス通路６２Ｔとが連通されている場合（二点鎖線Ｌ７）よりも、タンク内圧が短時間で低下する。

そこで、ステップＳ１２８の電磁弁異常判定においては、電磁弁異常判定基準圧Ｐ３を導入し、この電磁弁異常判定基準圧Ｐ３よりもタンク内圧ＰＴが低くなる第３負圧導入時間Ｔ２（第２制御状態の開始時点Ｔ０からの経過時間）を検知する。なお、電磁弁異常判定基準圧Ｐ３は、穴あき判定基準圧Ｐ１と同じであってもよいが、わずかに異なっていてもよい。

そして、キャニスタ側バイパス通路６２Ｃと第２バイパス通路６６とが連通されている場合（二点鎖線Ｌ７で示したタンク内圧変化の場合）には、第３負圧導入時間Ｔ３は、第１負圧導入時間Ｔ１と略等しくなる。また、キャニスタ側バイパス通路６２Ｔとタンク側バイパス通路６２Ｔとが連通されている場合（点線Ｌ６で示したタンク内圧変化の場合）には、第３負圧導入時間Ｔ３は、第２負圧導入時間Ｔ２と略等しくなる。

なお、ここでいう「略等しい」には、Ｔ３＝Ｔ１、あるいはＴ３＝Ｔ２の場合が含まれるのはもちろんであるが、実質的に、電磁弁６８の異常が上記した２つの状態のいずれかであると判定することが可能であればよい。

そこで、ステップＳ１５２の電磁弁異常内容診断では、Ｔ３≒Ｔ１と、Ｔ３≒Ｔ２のいずれであるかを判断する。それぞれの場合において、制御装置３２は、対応するステップＳ１５４、Ｓ１５６のいずれかに移行し、電磁弁６８の異常内容を表示装置９８で表示すると共に診断用ポンプ４２を停止する。これにより、すべての処理が終了する。

以上の説明から分かるように、本実施形態の燃料タンクシステム１２では、電磁弁６８を制御することで採り得る３つの制御状態を適切に切り替えて所定の制御状態とすることで、燃料タンク１４（燃料タンク系）に対する穴あき検知と、電磁弁６８の異常検知、さらには電磁弁６８の異常内容診断を行うことが可能であり、燃料タンクシステム１２の信頼性が向上している。

上記では、本発明の第１バイパス流路及び第２バイパス流路として、第１バイパス配管６２及び第２バイパス配管６６を挙げたが、これらのバイパス流路は、配管として構成されているものに限定されず、要するに、流体（気体）が流れる流路となっていればよい。たとえば、実質的に収容室７８と背圧室５８とを略一体化した構成としてもよい。この構成では、収容室７８と背圧室５８との間の境界部分が、配管状ではないが、第１バイパス流路と背圧室とを連通可能とする第２バイパス流路として作用している。

また、上記では、本発明の制御弁として、３方向の通路のうち任意の２つを連通させると共に他の１つを閉塞可能な電磁弁６８を用いた例を挙げているが、制御弁はこのような電磁弁６８に限定されない。たとえば、タンク側バイパス通路６２Ｔ、キャニスタ側バイパス通と６２Ｃ、第２バイパス通路６６のそれぞれを開閉可能な弁をそれぞれのバイパス通路に設けてもよい。上記実施形態のような電磁弁６８を用いると、１つの電磁弁で３方向の通路の連通状態を切り替えることができ、低コスト且つ簡易な構成となる。

本発明の弁部材としても、上記ではダイヤフラム弁４６を挙げているが、弁部材はダイヤフラム弁４６に限定されない。たとえば、ダイヤフラム５６を無くすと共に、弁部材本体５４をその外周が弁ハウジング４８の内周に接触するように大径化した構成でもよい。この構成では、弁部材本体５４が単独で主室５２と背圧室５８とを区画すると共に、弁座５０に接触することでベント配管３６を閉塞する位置と、弁座５０から離れることでベント配管３６を開放する位置とを移動する。

１２燃料タンクシステム
１４燃料タンク
３０タンク内圧センサ
３２制御装置（異常検知手段）
３４キャニスタ
３６ベント配管
３６Ｔタンク側ベント配管
３６Ｃキャニスタ側ベント配管
４０大気開放配管
４２診断用ポンプ（負圧ポンプ）
４６ダイヤフラム弁（弁部材）
５２主室
５８背圧室
６２第１バイパス配管
６２Ｔタンク側バイパス配管
６２Ｃキャニスタ側バイパス配管
６６第２バイパス配管
６８電磁弁（制御弁）

Claims

内部に燃料を収容可能な燃料タンクと、
前記燃料タンク内で生じた蒸発燃料を吸着剤によって吸着及び脱離するキャニスタと、
前記キャニスタの内部を大気開放するための大気開放管と、
前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通し燃料タンク内の蒸発燃料をキャニスタに送るためのベント配管と、
前記ベント配管において前記燃料タンクのタンク内圧が作用するように設けられた主室と該主室に対し弁部材本体を挟んで反対側の背圧室とに区画され、背圧室の圧力に対し主室の圧力が高くなって弁部材本体が移動すると開弁してベント配管を連通可能とする弁部材と、
前記ベント配管における前記燃料タンクから前記弁部材までのタンク側ベント配管と前記弁部材から前記キャニスタまでのキャニスタ側ベント配管とを連通する第１バイパス通路と、
前記第１バイパス通路の途中と前記背圧室とを連通する第２バイパス通路と、
前記第１バイパス通路と前記第２バイパス通路との交点に設けられ、第１バイパス通路における該交点よりも前記燃料タンク側のタンク側バイパス通路と、該交点よりもキャニスタ側のキャニスタ側バイパス通路と、前記第２バイパス通路のいずれか２つを連通させ残り１つを閉塞する３つの状態の１つをとるよう制御される制御弁と、
前記制御弁よりも前記大気開放管側から負圧を作用させることが可能な負圧ポンプと、
前記燃料タンクのタンク内圧を検出するタンク内圧センサと、
前記負圧ポンプの駆動時間と前記タンク内圧センサで検出された前記タンク内圧とから、前記燃料タンク及び前記制御弁の少なくとも一方の異常を検知可能な異常検知手段と、
を有する燃料タンクシステムに対し、
前記制御弁によって前記タンク側バイパス通路と前記キャニスタ側バイパス通路とを連通させると共に前記第２バイパス通路を閉塞した第１制御状態で前記負圧ポンプを駆動し、
前記異常検知手段が、前記タンク内圧が判定基準圧よりも低くなる第１負圧導入時間Ｔ１を想定すると共に、実際の該第１負圧導入時間Ｔ１を検知し、第１負圧導入時間Ｔ１におけるタンク内圧が判定基準圧よりも高い場合に前記燃料タンクが穴あきであると判定し、
前記制御弁によって前記キャニスタ側バイパス通路と前記第２バイパス通路とを連通させると共に前記タンク側バイパス通路を閉塞させるように制御した第２制御状態で前記負圧ポンプを駆動し、
前記異常検知手段が、前記タンク内圧が前記判定基準圧よりも低くなる第２負圧導入時間Ｔ２を検知し、前記第１負圧導入時間Ｔ１と第２負圧導入時間Ｔ２との差Ｔ１−Ｔ２があらかじめ設定された第２基準時間Ｓ２以下である場合に前記制御弁が異常であると判定する燃料タンクシステム異常検知方法。
前記制御弁によって前記タンク側バイパス通路と前記第２バイパス通路とを連通させると共に前記キャニスタ側バイパス通路を閉塞させるように制御した第３制御状態で前記負圧ポンプを駆動し、
前記タンク内圧が低下した場合に前記制御弁が異常であると判定する請求項１に記載の燃料タンクシステム異常検知方法。
前記第３制御状態において前記負圧ポンプの駆動により前記タンク内圧が判定基準圧よりも低くなる第３負圧導入時間Ｔ３を検知し、該第３負圧導入時間Ｔ３が前記第１負圧導入時間Ｔ１と等しい場合には前記制御弁の異常により前記キャニスタ側バイパス通路と前記タンク側バイパス通路とが連通されていると判定する請求項２に記載の燃料タンクシステム異常検知方法。
前記第３制御状態において前記負圧ポンプの駆動により前記タンク内圧が判定基準圧よりも低くなる第３負圧導入時間Ｔ３を検知し、該第３負圧導入時間Ｔ３が前記第２負圧導入時間Ｔ２と等しい場合には前記制御弁の異常により前記キャニスタ側バイパス通路と前記第２バイパス通路とが連通されていると判定する請求項２に記載の燃料タンクシステム異常検知方法。