JP6210096B2 - 燃料タンク構造 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料タンク構造に関する。
自動車に搭載される燃料タンクの構造として、蒸発燃料(ベーパ)を吸着するためのキャニスタを備えた構造が知られている。このような構造では、インテークマニホールドからの負圧を利用してキャニスタに吸着された蒸発燃料を脱離(パージ)するため、ポンピングロスが増加し、燃費を向上させるのが困難となっている。この対策として、特許文献1には、燃料タンクに気体分離機が接続された構造が開示されている。この構造では、気体分離機を作動させて燃料タンク内の大気成分を外部に排出することで、燃料タンクの内圧を低下させ、キャニスタに吸着された蒸発燃料を脱離させる。
特許第5299565号公報
しかしながら、特許文献1に開示された燃料タンク構造では、燃料タンクの内圧を低下させるための気体分離機や、キャニスタと気体分離機とを切り替えるための機構などが必要となり、構造が煩雑になる。また、気体分離機を作動させるためのエネルギー(電力)が必要となるため、燃費を向上させる観点から改善の余地がある。
本発明は上記事実を考慮し、簡易な構造で燃費を向上させることができる燃料タンク構造を得ることを目的とする。
請求項1に記載の本発明に係る燃料タンク構造は、自動車に搭載され、燃料が収容される収容部を備えた燃料タンクと、大気と連通されたキャニスタと、前記収容部と前記キャニスタとを連結する第1配管と、前記第1配管を開閉させる第1開閉弁と、前記収容部に接続され、給油ガンのノズルが挿入される給油口を備え、かつ、給油時を除いて該給油口が閉塞されたフィラーパイプと、前記フィラーパイプと前記キャニスタとを連結する第2配管と、前記第2配管を開閉させる第2開閉弁と、前記収容部内の圧力を検知する圧力センサと、前記収容部内の燃料をエンジンへ送給する燃料ポンプと、給油時に前記第1開閉弁を開弁させて前記収容部から前記キャニスタへの蒸発燃料の移動を許容すると共に、給油後に前記第1開閉弁を閉弁させ、かつ、前記圧力センサが検知した前記収容部内の圧力が大気圧よりも低い所定の圧力以下になると前記第2開閉弁を開弁させる制御部と、を有する。
請求項1に記載の本発明に係る燃料タンク構造では、燃料タンクは、燃料を収容するための収容部を備えており、この収容部には、フィラーパイプが接続されている。また、収容部とキャニスタとが第1配管によって連結されており、この第1配管には第1開閉弁が設けられている。さらに、フィラーパイプとキャニスタとが第2配管によって連結されており、この第2配管には第2開閉弁が設けられている。ここで、第1開閉弁は、給油時に制御部によって開弁され、燃料タンクの収容部からキャニスタへの蒸発燃料の移動を許容する。これにより、給油時には、収容部内の蒸発燃料が第1配管を流れてキャニスタに吸着され、蒸発燃料を除く気体成分が大気に排出される。このようにして、蒸発燃料が大気中に排出されるのを抑制する。
一方、給油後に第1開閉弁は閉弁されており、この状態で燃料ポンプによって収容部内の燃料がエンジンへ送給されると、収容部内の圧力が低下する。そして、制御部は、圧力センサが検知した収容部内の圧力が大気圧よりも低い所定の圧力以下になると、第2開閉弁を開弁させる。これにより、第2配管へ大気が導入されると共に、キャニスタに吸着している蒸発燃料がキャニスタから脱離(パージ)され、第2配管を通ってフィラーパイプから収容部に流れる。このようにして、気体分離機などの装置を用いることなく、簡易な構造でキャニスタに吸着した蒸発燃料を回収することができる。
請求項2に記載の本発明に係る燃料タンク構造は、請求項1に記載の発明において、前記第2開閉弁は、前記第2配管を流れる蒸発燃料の流量を調節可能に構成されており、前記制御部は、前記燃料ポンプによってエンジンへ送給される燃料の流量よりも前記第2配管を流れる蒸発燃料の流量が少なくなるように前記第2開閉弁を制御する。
請求項2に記載の本発明に係る燃料タンク構造では、燃料ポンプからエンジンへ送給される燃料の流量よりも第2配管を流れる蒸発燃料の流量が少なくなる。これにより、収容部内の圧力を負圧に維持することができ、安定してキャニスタから蒸発燃料を回収することができる。
請求項3に記載の本発明に係る燃料タンク構造は、請求項1又は2に記載の発明において、前記収容部は、膨張収縮可能に構成されており、前記収容部の底部には複数のリブが突設されている。
請求項3に記載の本発明に係る燃料タンク構造では、燃料が給油されることで収容部が膨張される。また、収容部内の燃料が減ると、収容部が収縮する。ここで、収容部の底部に複数のリブが突設されているため、収容部が収縮しても燃料の流路を確保することができ、安定して燃料ポンプへ燃料を流すことができる。
以上説明したように、請求項1に記載の燃料タンク構造によれば、簡易な構造で燃費を向上させることができるという優れた効果を有する。
請求項2に記載の燃料タンク構造によれば、蒸発燃料の回収性能を向上させることができるという優れた効果を有する。
請求項3に記載の燃料タンク構造によれば、膨張収縮可能な袋状部材で収容部を構成した場合であっても燃料の流路を確保することができるという優れた効果を有する。
実施形態に係る燃料タンク構造を概略的に示す一部破断した図であり、収容部が燃料で満たされた状態を示す図である。 図1の2−2線で切断した状態を示す断面図である。 図2の3−3線で切断した断面を拡大して示す拡大断面図である。 収容部内の燃料が減少している状態を示す、図1に対応する図である。 キャニスタに吸着された燃料が回収されている状態を示す、図1に対応する図である。 給油時の状態を示す、図1に対応する図である。
以下、実施形態に係る燃料タンク構造について説明する。なお、各図において適宜示される矢印UPは、燃料タンクの上方側を示している。また、本実施形態では、燃料タンクの上方側と車両上下方向の上方側とが一致している。
図1に示されるように、本実施形態に係る燃料タンク構造を構成する燃料タンク10は、タンク本体部12と、収容部14とを含んで構成されている。タンク本体部12は、中空状に形成されており、燃料タンク10の外殻を構成している。また、タンク本体部12の下面は、図示しないタンクバンドによって支持されている。そして、このタンクバンドが、図示しないフロアパネルにブラケット等を介して固定されることで、タンク本体部12がフロアパネルに取り付けられている。
このタンク本体部12の内部には、収容部14が設けられている。収容部14は、膨張収縮可能に構成されており、内部に燃料液体(以下、「燃料GS」とする)を収容可能な袋状に形成されている。なお、ここでいう「膨張収縮可能」とは、収容部14自体が伸縮する構成に限定されず、折り畳まれることで収縮し、展開されることで膨張するような容積が可変な袋状の部材を含む。また、本実施形態の収容部14は、燃料GSの減少に追従して収縮する部材ではなく、所定の圧力(負圧)が作用するまでは形状を維持する剛性を備えている。なお、図1にて実線で示される収容部14は、燃料GSで満たされた所謂満タン状態を示しており、図中二点鎖線は、収容部14が収縮した状態の外形を示している。
収容部14には、略筒状のフィラーパイプ18が接続されている。そして、フィラーパイプ18の上端部には、給油口18Aが形成されており、この給油口18Aに給油ガン100のノズル100Aを挿入して燃料GSを収容部14に注入することで、給油が行われる(図6参照)。
フィラーパイプ18の上端の給油口18Aは、フューエルキャップ20によって開閉されるようになっている。また、フューエルキャップ20の外側には、車体のサイドパネルなどに設けられた図示しないフューエルリッドが配置されている。
フューエルキャップ20は、給油時を除いて給油口18Aを閉塞しており、フィラーパイプ18への給油ガン100のアクセスを制限している。これに対して、図6に示されるように、給油時には、フューエルキャップ20が開かれ、フィラーパイプ18の給油口18Aが開放される。これにより、給油ガン100の給油経路へのアクセスが可能となる。
また、フィラーパイプ18の内部には、液面センサ22が設けられている。液面センサ22は、収容部14内に収容された燃料GSの液面を検知することで燃料GSの量を検知するセンサであり、本実施形態では静電容量センサによって構成されている。なお、他のセンサを用いて収容部14内の燃料GSの量を検知してもよい。さらに、フィラーパイプ18には、第2配管としてのベーパ回収管44が接続されている。ベーパ回収管44の詳細については後述する。
収容部14内の底部には、燃料GS中の異物を捕捉するためのフィルタ24が設けられている。また、フィルタ24には収容部14の外側へ延びる供給管26が接続されており、この供給管26によってフィルタ24と燃料ポンプ30とが連結されている。燃料ポンプ30は、図示しない内燃機関であるエンジンへ燃料GSを送給するための装置であり、この燃料ポンプ30からエンジンへ送給管32が延びている。このため、燃料ポンプ30が作動されると、収容部14内の燃料GSは、フィルタ24を通って燃料ポンプ30へ供給され、この燃料ポンプ30によってエンジンへ送給される。
ここで、図2に示されるように、収容部14の底部には、複数(本実施形態では2つ)のリブ14Aが突設されている。リブ14Aはそれぞれ、フィラーパイプ18が挿入された部位の近傍の壁面から対角方向に延在されており、平面視でリブ14Aの間にフィルタ24が挟まれている。また、図3に示されるように、リブ14Aは、フィルタ24の上面24Aよりも上方まで突出されている。これにより、収容部14が収縮して収容部14の上部側が図中二点鎖線で示される位置まで下方へ移動した場合であっても、リブ14Aによって燃料GSの流路が潰れるのを抑制することができる。すなわち、燃料GSの流路を確保することができるように構成されている。
また、図1に示されるように、本実施形態の燃料ポンプ30には、フューエルポンプコントローラ34が電気的に接続されている。そして、このフューエルポンプコントローラ34によって燃料ポンプ30からエンジンへ送給される燃料GSの流量が制御されている。フューエルポンプコントローラ34は、後述する制御部としてのECU(Electronic Control Unit)36と電気的に接続されている。
収容部14の上端部には、第1配管としてのベーパ導入管38が接続されている。ベーパ導入管38は、収容部14とキャニスタ40とを連結しており、収容部14内の蒸発燃料(ベーパ)が流れる構造とされている。また、キャニスタ40は、大気開放管41を介して大気と連通されている。
ベーパ導入管38には、フロート弁39が設けられている。フロート弁39は、タンク本体部12の上壁に設けられており、フロート弁体39Aを備えている。そして、燃料GSがフロート弁39に到達すると、フロート弁体39Aが浮き上がってベーパ導入管38の流路を塞ぎ、燃料GSがフロート弁39よりもキャニスタ40側へ流れるのを抑制している。
ここで、フロート弁39よりもキャニスタ40側のベーパ導入管38には、第1開閉弁としてのベーパ導入用弁42が設けられている。そして、このベーパ導入用弁42が開弁されることで、ベーパ導入管38が開放され、収容部14内の蒸発燃料がキャニスタ40へ移動するのを許容する。一方、ベーパ導入用弁42が閉弁されることで、ベーパ導入管38が閉塞され、蒸発燃料のキャニスタ40への移動を制限する。そして、本実施形態では、ベーパ導入用弁42は、ECU36によって給油後に閉弁される。
また、本実施形態では、ベーパ導入管38におけるフロート弁39よりも収容部14側は、フレキシブルなチューブによって構成されている。このため、収容部14の膨張収縮に追従して収容部14とフロート弁39との接続状態を維持できるように構成されている。
キャニスタ40の近傍のベーパ導入管38には、ベーパ回収管44が接続されている。ベーパ回収管44の一端側は、キャニスタ40とベーパ導入用弁42との間のベーパ導入管38に接続されており、ベーパ回収管44の他端側は、フィラーパイプ18に接続されている。すなわち、ベーパ回収管44によってフィラーパイプ18とキャニスタ40とが連結されている。また、ベーパ回収管44には、第2開閉弁としてのベーパ回収用弁46が設けられている。そして、このベーパ回収用弁46が開弁されることで、ベーパ回収管44が開放され、キャニスタ40からフィラーパイプ18への蒸発燃料の移動を許容する。一方、ベーパ回収用弁46が閉弁されることで、ベーパ回収管44が閉塞され、キャニスタ40からフィラーパイプ18への蒸発燃料の移動を制限する。
収容部14の上端部には、圧力センサ48及び温度センサ50が設けられている。圧力センサ48及び温度センサ50は、ベーパ導入管38と収容部14との接続部分の近傍に配置されており、収容部14内の圧力及び温度をそれぞれ検知できるように構成されている。ここで、本実施形態では、燃料GSの満タン状態で圧力センサ48の先端部及び温度センサ50の先端部が燃料GS内に入らないように満タン状態における燃料GSの液面が設定されている。また、圧力センサ48及び温度センサ50は、フレキシブルなチューブによって収容部14と接続されている。このため、収容部14の膨張収縮に追従して収容部14と圧力センサ48及び温度センサ50との接続状態を維持できるように構成されている。
フューエルポンプコントローラ34、ベーパ導入用弁42、ベーパ回収用弁46、圧力センサ48、及び温度センサ50は、ECU36と電気的に接続されている。そして、ECU36からの信号に基づいてベーパ導入用弁42及びベーパ回収用弁46が開閉されることで、キャニスタ40への蒸発燃料の吸着、及びキャニスタ40からの蒸発燃料の回収が行われる。以下、給油時におけるキャニスタ40への蒸発燃料の吸着及びキャニスタ40からの蒸発燃料の回収のそれぞれについて説明する。なお、以下の説明において、特に記載のない限り、ベーパ導入用弁42及びベーパ回収用弁46は閉弁された状態を維持している。
まず、給油時におけるキャニスタ40への蒸発燃料の吸着について説明する。図6に示されるように、給油時には、フューエルキャップ20が開かれ、給油口18Aに給油ガン100のノズル100Aが挿入される。ここで、フューエルキャップ20が開かれる前に、乗員が車室内の図示しないフューエルリッドスイッチを操作することで、ECU36からの信号に基づいてフューエルリッドが開かれる。そして、本実施形態では、フューエルリッドが開かれたタイミングで、ECU36からの信号に基づいてベーパ導入用弁42が開弁される。これにより、収容部14内の蒸発燃料がキャニスタ40へ移動するのを許容する状態となる。そして、この状態で給油ガン100のノズル100Aからフィラーパイプ18内へ燃料GSが注入され、収容部14が膨張される。また、収容部14内の蒸発燃料がベーパ導入管38を通ってキャニスタ40に吸着され、それ以外の気体(大気成分)が大気中に排出される。なお、燃料GSが満タン時の液位に到達すると、給油ガン100のオートストップ機能が働いて給油が停止される。また、フューエルリッドが閉じられたタイミングでECU36からの信号に基づいてベーパ導入用弁42が閉弁される。
次に、キャニスタ40からの蒸発燃料の回収について説明する。図4に示されるように、燃料ポンプ30によって収容部14内の燃料GSがエンジンへ送給されると、収容部14内の燃料GSが減少し、収容部14内及びフィラーパイプ18内の燃料GSの液位が下がる。ここで、ベーパ導入用弁42及びベーパ回収用弁46が閉弁されているため、収容部14内及びフィラーパイプ18内の空間は密閉されている。このため、収容部14内の燃料GSの減少によって収容部14内及びフィラーパイプ18内の圧力が低下し負圧が作用する。そして、この負圧によって収容部14が収縮する。なお、図4中の二点鎖線は、満タン時における収容部14の外形、及び満タン時におけるフィラーパイプ18内の燃料GSの液面を示している。
図4の状態からさらに収容部14内の燃料GSが減少すると、図5に示されるように、燃料GSの液位が低下し、収容部14内及びフィラーパイプ18内の圧力が低下する。そして、圧力センサ48が検知した収容部14内の圧力が大気圧よりも低い所定の圧力以下になると、ECU36からの信号に基づいてベーパ回収用弁46が開弁される。
ベーパ回収用弁46が開弁されると、キャニスタ40に負圧が作用し、キャニスタ40を通じてベーパ回収管44へ大気が導入されると共に、キャニスタ40に吸着された蒸発燃料が脱離(パージ)される。そして、脱離された蒸発燃料は、ベーパ回収管44及びフィラーパイプ18を通って収容部14に流れる。このようにして、キャニスタ40で吸着された蒸発燃料が回収される。
ここで、本実施形態のベーパ回収用弁46は、ベーパ回収管44を流れる蒸発燃料の流量を調整可能に構成されている。すなわち、ベーパ回収用弁46の開き具合を変更させることで、ベーパ回収管44を流れる蒸発燃料の流量を調整することができる。
また、ベーパ回収用弁46は、燃料ポンプ30からエンジンへ送給される燃料の流量(以下、「流量Q」と称する。)よりもベーパ回収管44を流れる蒸発燃料の流量(以下、「流量q」と称する。)の方が少なくなるように、ECU36によって制御されている。具体的には、ECU36は、フューエルポンプコントローラ34から受信した情報により、エンジンへ送給される燃料GSの流量Qを取得する。そして、この流量Qよりもベーパ回収管44を流れる蒸発燃料の流量qが少なくなるように、ベーパ回収用弁46の開き具合を調整する。
このとき、ベーパ回収管44を流れる蒸発燃料の流速をUとし、ベーパ回収管44の流路面積をAとすると、流量qは、以下の数式(1)のように表される。
・・・・・(1)
一方、圧力センサ48が示す圧力をPとし、大気圧をPとすると、圧力損失の計算式(ファニングの式)より、以下の数式(2)の関係式で表すことができる。なお、以下の数式(2)において、ベーパ回収管44の管路摩擦係数をλとし、管路長をlとし、管路径をdとし、蒸発燃料の密度をρとしている。
・・・・・(2)
上記数式(2)からUを算出し、数式(1)へ代入することにより、流量qが求められる。なお、この計算はECU36によって行われる。そして、求められた流量qが流量Qよりも少なくなるようにベーパ回収用弁46を制御して管路径dを調整する。
図5の状態からさらに収容部14内の燃料GSが減少し、液面センサ22が検知している燃料GSの液面が所定の液位よりも下がった場合、ECU36からの信号に基づいてベーパ回収用弁46が閉弁され、蒸発燃料の回収が停止される。
(作用並びに効果)
次に、本実施形態に係る燃料タンク構造の作用並びに効果について説明する。
本実施形態では、給油時にECU36からの信号に基づいてベーパ導入用弁42が開弁されることで、収容部14からキャニスタ40へ蒸発燃料が移動し、蒸発燃料をキャニスタ40に吸着させることができる。また、蒸発燃料を除く気体成分が大気に排出される。これにより、蒸発燃料が大気中に排出されるのを抑制することができる。
一方、燃料ポンプ30によって収容部14内の燃料GSがエンジンへ送給されることで収容部14内の圧力が大気圧よりも低い所定の圧力以下になると、ECU36からの信号に基づいてベーパ回収用弁46が開弁される。これにより、キャニスタ40に吸着された蒸発燃料がキャニスタから脱離され、収容部14に流れる。このようにして、気体分離機などの装置を用いることなく、簡易な構造でキャニスタ40に吸着した蒸発燃料を回収することができる。また、インテークマニホールドからの負圧を利用しないため、ポンピングロスが抑制し、燃費を向上させることができる。
さらに、エンジンを停止している状態であってもキャニスタ40から燃料タンク10の収容部14へ蒸発燃料を回収できるので、ハイブリッド車のように、エンジンを停止させてモータの動力で走行する車両にも適用することができる。
また、本実施形態では、燃料ポンプ30からエンジンへ送給される燃料の流量Qよりもベーパ回収管44を流れる蒸発燃料の流量が少なくなるようにベーパ回収用弁46を制御する。これにより、収容部14内の圧力を負圧に維持することができ、安定してキャニスタ40から蒸発燃料を回収することができる。すなわち、蒸発燃料の回収性能を向上させることができる。
さらに、本実施形態では、図3に示されるように、リブ14Aによって収容部14の収縮時に燃料GSの潰れるのを抑制している。これにより、収容部14内の燃料GSが少ない場合であっても、安定して燃料ポンプ30へ燃料GSを流すことができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の構成に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記の構成以外にも種々なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施形態では、収容部14を膨張収縮可能に構成したが、これに限定されず、膨張収縮しない部材で収容部を構成してもよい。
また、本実施形態では、フューエルリッドが開かれたタイミングで、ECU36からの信号に基づいてベーパ導入用弁42が開弁される構成としたが、これに限定されない。例えば、フューエルキャップ20の開閉状態を検知するセンサなどを設けておき、フューエルキャップ20が開かれたタイミングでベーパ導入用弁42を開弁させてもよい。
さらに、本実施形態では、圧力センサ48が検知した収容部14内の圧力に基づいてベーパ回収用弁46を開弁させたが、これに限定されず、圧力センサ48及び温度センサ50の両方の情報に基づいてベーパ回収用弁46を開弁させる構成としてもよい。収容部14内の温度が低下すれば、収容部14内の圧力が低下するため、圧力センサ48及び温度センサ50によって収容部14内の圧力及び温度を検知し、この2つのセンサからの情報に基づいてベーパ回収用弁46を制御することで、より精度良くベーパ回収用弁46の制御を行うことができる。
10 燃料タンク
14 収容部
14A リブ
18 フィラーパイプ
18A 給油口
30 燃料ポンプ
36 ECU(制御部)
38 ベーパ導入管(第1配管)
40 キャニスタ
42 ベーパ導入用弁(第1開閉弁)
44 ベーパ回収管(第2配管)
46 ベーパ回収用弁(第2開閉弁)

Claims (3)

  1. 自動車に搭載され、燃料が収容される収容部を備えた燃料タンクと、
    大気と連通されたキャニスタと、
    前記収容部と前記キャニスタとを連結する第1配管と、
    前記第1配管を開閉させる第1開閉弁と、
    前記収容部に接続され、給油ガンのノズルが挿入される給油口を備え、かつ、給油時を除いて該給油口が閉塞されたフィラーパイプと、
    前記フィラーパイプと前記キャニスタとを連結する第2配管と、
    前記第2配管を開閉させる第2開閉弁と、
    前記収容部内の圧力を検知する圧力センサと、
    前記収容部内の燃料をエンジンへ送給する燃料ポンプと、
    給油時に前記第1開閉弁を開弁させて前記収容部から前記キャニスタへの蒸発燃料の移動を許容すると共に、給油後に前記第1開閉弁を閉弁させ、かつ、前記圧力センサが検知した前記収容部内の圧力が大気圧よりも低い所定の圧力以下になると前記第2開閉弁を開弁させる制御部と、
    を有する燃料タンク構造。
  2. 前記第2開閉弁は、前記第2配管を流れる蒸発燃料の流量を調節可能に構成されており、
    前記制御部は、前記燃料ポンプによってエンジンへ送給される燃料の流量よりも前記第2配管を流れる蒸発燃料の流量が少なくなるように前記第2開閉弁を制御する請求項1に記載の燃料タンク構造。
  3. 前記収容部は、膨張収縮可能に構成されており、
    前記収容部の底部には複数のリブが突設されている請求項1又は2に記載の燃料タンク構造。
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