JP5902637B2

JP5902637B2 - 燃料タンク構造

Info

Publication number: JP5902637B2
Application number: JP2013030393A
Authority: JP
Inventors: 晋治下川; 武藤　信晴; 信晴武藤; 靖雄秋元
Original assignee: Kyosan Denki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Kyosan Denki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2033-02-19
Also published as: US20140230920A1; US9494325B2; JP2014159209A; CN103993995A; CN103993995B

Description

本発明は、燃料タンク構造に関する。

燃料タンク構造として、特許文献１には、フロートの下方に第２弁機構を設け、燃料タンク内から燃料遮断弁へ向かう気流を受けると、閉止体が導入口の開口面積を減少する燃料遮断弁を設けた構造が記載されている。

特許文献１の構造では、閉止体に、閉弁状態でも通気を確保するために接続孔が設けられている。しかし、燃料タンク内の蒸発燃料を吸着するキャニスタへの流路を開放した場合等に、この接続孔を通った気体がフロートに作用することがある。このような場合でも、フロートが不用意に閉じないようにすることが望まれる。

特開２０１１−２４６０３１号公報

本発明は上記事実を考慮し、燃料タンクのタンク内圧が高い状態で、燃料タンクからの気流が満タン規制バルブに作用して満タン規制バルブが閉弁されてしまうことを抑制可能な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すると共に蒸発燃料吸着後の気体を大気開放するキャニスタと、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フロートが燃料に浮くことで閉弁する満タン規制バルブと、前記満タン規制バルブを介して前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通すると共に、制御により開閉可能な封鎖弁が設けられた連通配管と、前記燃料タンク内から作用するタンク内圧が増大すると前記フロートに向かって流れる気体の流路の断面積を小さくする断面積可変バルブと、前記断面積可変バルブにおける前記流路と前記フロートとの間に位置し断面積可変バルブからフロートへの気流の直接的な当接を抑制する抑制部材と、を有し、前記断面積可変バルブは、前記抑制部材よりも前記流路の上流側で流路を隔てると共に、開口部が形成された隔壁と、前記隔壁よりも前記流路の上流側で、前記隔壁から下方に延出された筒部内において前記隔壁から離間した離間状態と前記タンク内圧の増大により前記隔壁に接触した接触状態との間で上下にスライドし、下方へスライドした前記離間状態で前記開口部を開放すると共に前記筒部から延出された下底部に支持され、上方へスライドした前記接触状態で前記開口部を部分的に閉塞する断面積可変バルブ本体と、を有する。

この燃料タンク構造では、封鎖弁が開弁した状態では、燃料タンクとキャニスタとが連通配管により連通されるので、燃料タンク内の蒸発燃料を含む気体をキャニスタに移動させることができる。

また、燃料タンクへの給油時に燃料液面が満タン液位に達すると、フロートが燃料に浮いて満タン規制バルブが閉弁するので、燃料タンク内の気体が外部に排出されないようにして、給油燃料をインレットパイプ等から給油ガンに到達させることができる。

断面積可変バルブは、燃料タンク内から作用するタンク内圧が増大すると、フロートに向かって流れる気体の流路の断面積を小さくする。したがって、燃料タンクのタンク内圧が高い状態で封鎖弁を開弁しても、燃料タンク内からフロートに流れる気体の流量が少なくなる。

さらに、断面積可変バルブにおける流路とフロートとの間には、抑制部材が設けられている。抑制部材は、断面積可変バルブからフロートへの気流の直接的な当接を抑制する。したがって、流路を通った燃料タンク内の気体が直接的にフロートに当たってフロートが閉弁方向に移動されてしまうことを抑制できる。

以上により、燃料タンクのタンク内圧が高い状態であっても、フロートが閉弁側へ移動することが抑制され、満タン規制バルブの閉弁が抑制される。

しかも、前記断面積可変バルブは、前記抑制部材よりも前記流路の上流側で流路を隔てると共に、開口部が形成された隔壁と、前記隔壁よりも前記流路の上流側で、前記隔壁から下方に延出された筒部内において前記隔壁から離間した離間状態と前記タンク内圧の増大により前記隔壁に接触した接触状態との間で上下にスライドし、下方へスライドした前記離間状態で前記開口部を開放すると共に前記筒部から延出された下底部に支持され、上方へスライドした前記接触状態で前記開口部を部分的に閉塞する断面積可変バルブ本体と、を有する。

断面積可変バルブ本体は筒部内を上下にスライドする。そして、断面積可変バルブ本体は、下方へスライドした離間状態では下底部に支持されると共に開口部を開放し、燃料タンク内からフロートへの気体の流路の断面積を相対的に大きく確保できる。これに対し、タンク内圧が増大して断面積可変バルブ本体が上方へスライドし接触状態になると、開口部を部分的に閉塞するので、燃料タンク内からフロートに流れる気体の流量を確実に少なくできる。

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、前記抑制部材が、前記流路と前記フロートの間に位置する障壁部と、前記障壁部から立設され前記フロートの周囲を囲む側壁部と、を有する。

すなわち、障壁部が気体の流路とフロートの間に位置するので、流路を通った燃料タンク内の気体が直接的にフロートに当たることを障壁部により抑制できる。

また、側壁部が、障壁部の周囲から立設されてフロートの周囲を囲っているので、流路を通った燃料タンク内の気体がフロートの周囲に当たることを抑制できる。

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、前記障壁部に形成され障壁部上の燃料を流下させる流下孔、を有する。

したがって、障壁部上に溜まった燃料を、流下孔を通じて流下させることができる。

本発明は上記構成としたので、燃料タンクのタンク内圧が高い状態で、燃料タンクからの気流が満タン規制バルブに作用して満タン規制バルブが閉弁されてしまうことを抑制できる。

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の満タン規制バルブ及びその近傍を拡大して示す断面図である。本発明の第１実施形態の燃料タンク構造の満タン規制バルブ及びその近傍を拡大して示す断面図である。本発明の第１実施形態の燃料タンク構造の満タン規制バルブ及びその近傍を拡大して示す断面図である。本発明の第１実施形態におけるタンク内圧と流量との関係を定性的に示すグラフである。

図１には、本発明の第１実施形態の燃料タンク構造１２が示されている。また、図２には、この燃料タンク構造１２を構成する満タン規制バルブ２４及びその近傍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、インレットパイプ１６の下端部分が接続されている。インレットパイプ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。インレットパイプ１６の給油口１６Ｈは、通常はフューエルキャップ２６によって開閉されおり、給油時には、フューエルキャップ２６が給油作業者等により外される。

車体のパネルには、フューエルキャップ２６のさらに外側にフューエルリッド２８が設けられている。車室内等に設けられたリッド開放スイッチ３０が開放操作され、その情報が制御装置３２に送られると、制御装置３２が後述する所定の条件下でフューエルリッド２８を開放する。フューエルリッド２８の開閉状態はリッド開閉センサ３４で検知され、検知情報が制御装置３２に送られる。

燃料タンク１４には、タンク内圧センサ３６が設けられている。タンク内圧センサ３６で検知されたタンク内圧の情報は、制御装置３２に送られる。

燃料タンク１４の外部には、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とは連通配管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る。吸着されなかった気体成分（大気成分）が、大気連通管２２から大気中に排出される。

キャニスタ１８とエンジン３８とは、パージ配管４０で接続されている。後述する封鎖弁４８を閉弁した状態でエンジン３８の負圧をキャニスタ１８に作用させることで、大気連通管２２から大気を導入すると共に吸着剤に吸着された蒸発燃料を脱離（パージ）させることができる。脱離された蒸発燃料はエンジン３８に送られて燃焼される。

連通配管２０の途中には、封鎖弁４８が設けられている。封鎖弁４８は、本実施形態では電磁弁であり、制御装置３２によって開閉制御される。封鎖弁４８の開弁状態では、燃料タンク１４内の気体が連通配管２０を通じてキャニスタ１８に移動可能であるが、封鎖弁４８の閉弁状態では、この気体の移動が不能となる。

連通配管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。

図２及び図３に詳細に示すように、本実施形態の満タン規制バルブ２４は、略円筒状のバルブハウジング４２を有している。バルブハウジング４２内には、上面が開放された略円筒状の抑制部材５０が設けられている。

抑制部材５０の底部は、後述するように、断面積可変バルブ６０の貫通流路６４Ｃ（気体の流路ＦＰ）とフロート４４の間に位置する略円板状の障壁部５０Ａとなっている。そして、この障壁部５０Ａの周囲から、円筒状の側壁部５０Ｂが立設されている。

側壁部５０Ｂは、フロート４４の外周を取り囲んでおり、フロート４４に横方向から気体が当たることを抑制している。

側壁部５０Ｂには、図示しない連通孔が形成されている。燃料タンク１４内の液位上昇に伴い、燃料ＦＥの一部が、この連通孔から抑制部材５０の内部に流入するようになっている。

また、障壁部５０Ａは、中央に向かって緩やかに下がる形状（略すり鉢状）の上面を有すると共に、中央に流下孔５０Ｃが形成（貫通）されている。抑制部材５０の内部の燃料は、流下孔５０Ｃを通って流下し、抑制部材５０の外部（下方）に排出される。

抑制部材５０内には、フロート４４が配置されている。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、図２及び図３に示すように、抑制部材５０内に燃料がない状態である。この状態では、フロート４４は燃料に浮くことはなく、障壁部５０Ａに支持されている。

これに対し、燃料ＦＥが満タン液位ＦＬに達すると、図４に示すように、抑制部材５０内に燃料ＦＥが流入する。そして、フロート４４が燃料ＦＥに浮いた状態となり、満タン規制バルブ２４は閉弁状態となる。この閉弁状態では、フロート４４によって連通配管２０が閉塞されるので、連通配管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の下方には、断面積可変バルブ６０が配置されている。断面積可変バルブ６０は、円筒状の筒部６０Ｃと、筒部６０Ｃの下底を成す略円板状の下底部６０Ｂ及び、筒部６０Ｃの上底を成す上底部６０Ａを有している。

筒部６０Ｃは、満タン規制バルブ２４のバルブハウジング４２と連続する形状とされている。筒部６０Ｃに設けられた係止部６０Ｄを、バルブハウジング４２に設けられた被係止部４２Ｄに係止することで、断面積可変バルブ６０を満タン規制バルブ２４に取り付けることができる。

上底部６０Ａは、抑制部材５０の障壁部５０Ａよりも、気体の流路の上流側（図２〜図４では下側）で、この流路を隔てており、隔壁となっている。上底部６０Ａには貫通孔６２Ａ（開口部）が形成されており、貫通孔６２Ａが開放された状態では、上底部６０Ａの上流側から下流側への気体の移動が可能である。

下底部６０Ｂには貫通孔６２Ｂが形成されており、燃料タンク１４内から断面積可変バルブ６０内への気体の移動が可能である。

筒部６０Ｃ内には、断面積可変バルブ本体６４が配置されている。断面積可変バルブ本体６４の中央には、断面積可変バルブ本体６４を上下方向に貫通する貫通流路６４Ｃが形成されている。

断面積可変バルブ本体６４は、この断面積可変バルブ本体６４に上向き（閉弁方向）に作用した燃料タンク１４のタンク内圧が、タンク封鎖圧（図５に示すグラフ参照）よりも低い所定値の状態では、図２に示すように閉弁方向（上方向）に移動することはなく、下底部６０Ｂに支持されている。この状態（離間状態）のとき、気体の実質的な流路ＦＰは、貫通孔６２Ｂから、筒部６０Ｃの側方、貫通孔６２Ａを経て満タン規制バルブ２４のバルブハウジング４２内に至る経路と、貫通流路６４Ｃ内から貫通孔６２Ａを通る経路とがある。

これに対し、断面積可変バルブ本体６４に上向き（閉弁方向）に作用した燃料タンク１４のタンク内圧が、所定値（ただし、タンク封鎖圧以下）を超えると、図３に示すように、断面積可変バルブ本体６４は閉弁方向（上方向）に移動し、上底部６０Ａに下方から接触する。この状態（接触状態）では、貫通孔６２Ａ（開口部）が部分的に閉塞される。そして、実質的な気体の流路ＦＰは、貫通流路６４Ｃ内のみとなり、流路ＦＰの断面積が小さくなる。

下底部６０Ｂの中央からは上方に向けて案内筒６６が立設されている。断面積可変バルブ本体６４の貫通流路６４Ｃは案内筒６６内に収容されており、断面積可変バルブ本体６４は、上下移動する際の横方向のガタ付きやズレが抑制されている。

図１に示すように、連通配管２０は、燃料タンク１４内で下端部近傍が分岐されて分岐配管２０Ｄが構成されている。分岐配管２０Ｄの下端には、カットオフバルブ５６が備えられている。カットオフバルブ５６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５６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５６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。

次に、本実施形態の燃料タンク構造１２の作用を説明する。

燃料タンク構造１２において、封鎖弁４８を閉弁することで、燃料タンク１４を密閉することができる。燃料タンク１４の密閉により、キャニスタ１８へは蒸発燃料を含む気体が移動しなくなるので、キャニスタ１８における蒸発燃料の吸着の負荷を軽くすることができる。

燃料タンク１４に給油する場合には、給油作業者は、まず、リッド開放スイッチ３０を押す。このとき、制御装置３２は、封鎖弁４８を開弁状態として、燃料タンク１４内の気体をキャニスタ１８に移動可能とする。そして、燃料タンク１４のタンク内圧が所定値以下に下がったことがタンク内圧センサ３６で検知された状態で、制御装置３２はフューエルリッド２８を開放する。フューエルリッド２８が開放されれば、給油作業者は、フューエルキャップ２６を給油口１６Ｈから外し給油することが可能になる。

ここで、比較例として、断面積可変バルブ６０が設けられていない燃料タンク構造（ただし、これ以外は第１実施形態と略同一の構成）を考える。

比較例の燃料タンク構造では、封鎖弁４８が開弁されたときに、燃料タンクのタンク内圧があまりに高いと、多量の気体が燃料タンクから満タン規制バルブに作用するため、この気体に押されるようにしてフロートが閉弁方向（上方向）へ移動し、満タン規制バルブが閉弁されてしまうおそれがある。満タン規制バルブが閉弁されると、燃料タンク内のタンク内圧を低下させることができないため、制御装置によってリッドが開放されることもなく、給油が不可能な状態となる。

図５には、燃料タンク１４のタンク内圧と、連通配管２０を燃料タンク１４からキャニスタ１８へと流れる気体の流量（単位時間当たりに流れる量）との関係が定性的に示されている。このグラフにおいて、二点鎖線Ｌ１は、断面積可変バルブ６０が開弁状態にあるとき、破線Ｌ２は断面積可変バルブ６０が閉弁状態にあるときをそれぞれ示している。本実施形態では、タンク内圧が閉弁圧ＴＰに達するまでは、断面積可変バルブ６０が開弁状態であるが、タンク内圧が閉弁圧ＴＰを超えていると、断面積可変バルブ６０が閉弁状態となる。したがって、タンク内圧と流量との関係は、図５において実線Ｌ３で示したように閉弁圧ＴＰを境界として異なる挙動を示す。これに対し、比較例の構造は、断面積可変バルブ６０を備えていないため、タンク内圧と流量とは、二点鎖線Ｌ１で示した関係（あるいは、これに近い関係）となる。

なお、このグラフにおいて、「タンク封鎖圧」とは、封鎖弁４８を閉弁し燃料タンク１４を密閉状態に維持するタンク内圧の閾値である。タンク内圧センサ３６で検知されたタンク内圧が、このタンク封鎖圧以下の場合は、制御装置３２は封鎖弁４８を閉弁状態に維持するが、タンク封鎖圧を超えると、制御装置３２は封鎖弁４８を開弁する。また、このグラフの「開弁限界」とは、連通配管２０を流れる気体の流量が、この開弁限界以下の場合は満タン規制バルブ２４が開弁されているが、開弁限界を超える流量では、満タン規制バルブ２４が閉弁されてしまうおそれがある流量である。

このグラフから分かるように、タンク内圧が高くなると、流量も多くなる。比較例の燃料タンク構造では、タンク内圧の上昇に伴う流量の増加量が多い（急激に多くなる）。特に、このグラフに示した例では、タンク内圧がタンク封鎖圧に達する前に、流量が開弁限界に達している。そして、流量が開弁限界に達することで、フロート４４の上下の圧力差も大きくなり、満タン規制バルブ２４が閉弁されてしまうおそれがある。

本実施形態の燃料タンク構造１２では、燃料タンク１４のタンク内圧が、図５に示す閉弁圧ＴＰ以下の場合は、断面積可変バルブ本体６４は閉弁方向（上方向）へ移動しない。したがって、流量は、満タン規制バルブ２４の開弁限界を超えていないので、満タン規制バルブ２４は閉弁されず、燃料タンク１４内の気体は、連通配管２０を通ってキャニスタ１８へ移動する。

タンク内圧が閉弁圧ＴＰを超えると、断面積可変バルブ本体６４は閉弁方向（上方向）へ移動し、気体の実質的な流路が、貫通流路６４Ｃとなる。気体の流路の断面積が小さくなるので、タンク内圧が高くても、流量は比較例の燃料タンク構造より少ない。このように、流量が抑制されることで、比較例の燃料タンク構造よりも、満タン規制バルブ２４の閉弁が抑制される。

しかも、本実施形態では、燃料タンク１４から、貫通流路６４Ｃを通って満タン規制バルブ２４のフロート４４に向かう気体は、抑制部材５０の障壁部５０Ａに当たるため、フロート４４に直接的に当たることが抑制されている。したがって、貫通流路６４Ｃを流れた気体によって、フロート４４が閉弁方向（上方向）に押し上げられることが抑制される。

このように、満タン規制バルブ２４の閉弁が抑制されることで、燃料タンク１４の気体が連通配管２０を通じてキャニスタ１８に流れ、燃料タンク１４のタンク内圧が低下する。そして、タンク内圧が所定値以下に達すると、制御装置３２はフューエルリッド２８を開くので、給油作業者はフューエルキャップ２６を外し燃料タンク１４へ給油することが可能になる。

なお、本実施形態では、抑制部材５０が障壁部５０Ａだけでなく、フロート４４の側方に位置する側壁部５０Ｂを有している。したがって、フロート４４の上下動時の横方向へのズレが抑制される。特に、貫通流路６４Ｃを通った気体が、フロート４４に横方向から回り込んで当たり、フロート４４が不用意に横方向へ移動することが抑制される。

上記した給油中以外でも、タンク内圧がタンク封鎖圧を超えた場合には、タンク内圧の過度の上昇を抑制するために、制御装置３２が封鎖弁４８を開弁する（「圧抜き」を行う）よう制御されることが多い。比較例の燃料タンク構造では、タンク内圧がタンク封鎖圧を超えた状態で封鎖弁４８を開弁すると、流量が開弁限界を超えるため、満タン規制バルブ２４が閉弁されてしまうおそれがある。これに対し、第１実施形態の燃料タンク構造１２では、タンク内圧がタンク封鎖圧に達していても、流量は、開弁限界に達していない。また、貫通流路６４Ｃを流れた気体によって、フロート４４が閉弁方向（上方向）に押し上げられることが抑制される。これらにより、満タン規制バルブ２４の閉弁が抑制されるので、燃料タンク１４内の気体が連通配管２０からキャニスタ１８に流れ、燃料タンク１４内を減圧することが可能である。

貫通流路６４Ｃの開口断面積は、単にタンク内圧が高い状態での流量を制限するためであれば、小さくすることが好ましい。しかし、あまりに小さくすると、燃料タンク１４からキャニスタ１８に移動する気体の流量が小さくなりすぎるため、満タン規制バルブ２４の開弁状態で、タンク内圧の減圧や給油に長い時間を要することになる。したがって、封鎖弁４８の開弁時に満タン規制バルブ２４は閉弁されないという条件を満たしつつ、タンク内圧の減圧時や給油時には、連通配管２０の流量を十分に確保できるように貫通流路６４Ｃの開口断面積を設定することが好ましい。

１２燃料タンク構造
１４燃料タンク
１８キャニスタ
２０連通配管
２４満タン規制バルブ
４８封鎖弁
５０抑制部材
５０Ａ障壁部
５０Ｂ側壁部
５０Ｃ流下孔
６０断面積可変バルブ
６０Ａ上底部（隔壁）
６２Ａ貫通孔（開口部）
６４断面積可変バルブ本体
６４Ｃ貫通流路

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すると共に蒸発燃料吸着後の気体を大気開放するキャニスタと、
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フロートが燃料に浮くことで閉弁する満タン規制バルブと、
前記満タン規制バルブを介して前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通すると共に、制御により開閉可能な封鎖弁が設けられた連通配管と、
前記燃料タンク内から作用するタンク内圧が増大すると前記フロートに向かって流れる気体の流路の断面積を小さくする断面積可変バルブと、
前記断面積可変バルブにおける前記流路と前記フロートとの間に位置し断面積可変バルブからフロートへの気流の直接的な当接を抑制する抑制部材と、
を有し、
前記断面積可変バルブは、
前記抑制部材よりも前記流路の上流側で流路を隔てると共に、開口部が形成された隔壁と、
前記隔壁よりも前記流路の上流側で、前記隔壁から下方に延出された筒部内において前記隔壁から離間した離間状態と前記タンク内圧の増大により前記隔壁に接触した接触状態との間で上下にスライドし、下方へスライドした前記離間状態で前記開口部を開放すると共に前記筒部から延出された下底部に支持され、上方へスライドした前記接触状態で前記開口部を部分的に閉塞する断面積可変バルブ本体と、
を有する燃料タンク構造。
前記抑制部材が、
前記流路と前記フロートの間に位置する障壁部と、
前記障壁部から立設され前記フロートの周囲を囲む側壁部と、
を有する請求項１に記載の燃料タンク構造。
前記障壁部に形成され障壁部上の燃料を流下させる流下孔、を有する請求項２に記載の燃料タンク構造。