JP6311656B2

JP6311656B2 - 燃料タンク構造

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Publication number: JP6311656B2
Application number: JP2015121260A
Authority: JP
Inventors: 秀一麻生
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2018-04-18
Anticipated expiration: 2035-06-16
Also published as: CN106256587B; US20160368374A1; CN106256587A; JP2017007357A; US10106029B2; DE102016105043A1

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、特許文献１には、燃料タンク内に膨張及び収縮可能な袋状の伸縮膜（袋状部材）が設けられた燃料タンク構造が開示されている。また、伸縮膜を膨張又は収縮させて燃料の液面を覆うことで、液面から蒸発燃料が発生するのを抑制する技術が開示されている。

特開平８−１７０５６８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、袋状部材を膨張させる際にコンプレッサから圧縮空気を送る必要があり、袋状部材を収縮させる際には、大気開放弁を開弁する必要がある。すなわち、燃料の液面の高さに応じてコンプレッサを作動又は停止させたり大気開放弁を開閉弁させる必要があり、燃料の液面の高さに追従して袋状部材を膨張及び収縮させることが困難となっている。

本発明は上記事実を考慮し、燃料の液面の高さに追従して袋状部材を膨張及び収縮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、燃料を収容する燃料タンクと、前記燃料タンク内の天井部に固定された膨張及び収縮可能な袋状部材と、前記袋状部材において前記燃料タンクの底部と対向する位置に設けられると共に、燃料よりも比重が小さく、かつ、自重によって前記袋状部材を前記底部側へ膨張させる支持板と、を有し、前記支持板の外周部には、前記支持板の一般部よりも大きい浮力が作用する部位が設けられている。

請求項１に記載の本発明に係る燃料タンク構造では、燃料タンク内の天井部に膨張及び収縮可能な袋状部材が固定されている。また、この袋状部材には、支持板が設けられている。ここで、支持板は、袋状部材において燃料タンクの底部と対向する位置に設けられており、燃料よりも比重が小さい材質で形成されている。これにより、支持板が燃料に浮くため、燃料タンクに収容された燃料の液面が高くなるにつれて支持板が天井部側へ移動し、袋状部材を収縮させることができる。また、支持板は、自重によって袋状部材を底部側へ膨張させる。すなわち、燃料タンクに収容された燃料の液面が低くなるにつれて支持板が底部側へ移動し、袋状部材を底部側へ膨張させることができる。
また、支持板の外周部に一般部よりも大きい浮力が作用する部位が設けられているため、支持板が傾いて燃料に沈むのを抑制し、支持板の姿勢を安定させることができる。

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、前記部位は、前記燃料タンクの前記底部側へ膨出した膨出部である。

請求項２に記載の本発明に係る燃料タンク構造では、支持板が燃料の液面に浮いている状態で燃料から膨出部に作用する浮力は、一般部に作用する浮力よりも大きくなる。これにより、支持板が傾いて燃料に沈むのを抑制し、支持板の姿勢を安定させることができる。

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、前記部位は、気体が封入された空洞部である。

請求項３に記載の本発明に係る燃料タンク構造では、空洞部に浮力が作用するため、支持板が傾いて燃料に沈むのを抑制し、支持板の姿勢を安定させることができる。
請求項４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、燃料を収容する燃料タンクと、前記燃料タンク内の天井部に固定された膨張及び収縮可能な袋状部材と、前記袋状部材において前記燃料タンクの底部と対向する位置に設けられると共に、燃料よりも比重が小さく、かつ、自重によって前記袋状部材を前記底部側へ膨張させる支持板と、を有し、前記支持板の外周部には、前記燃料タンクの前記底部側へ膨出した膨出部が設けられている。
請求項５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、燃料を収容する燃料タンクと、前記燃料タンク内の天井部に固定された膨張及び収縮可能な袋状部材と、前記袋状部材において前記燃料タンクの底部と対向する位置に設けられると共に、燃料よりも比重が小さく、かつ、自重によって前記袋状部材を前記底部側へ膨張させる支持板と、を有し、前記支持板の外周部に沿って気体が封入された空洞部が設けられている。

以上説明したように、請求項１〜５に記載の燃料タンク構造によれば、燃料の液面の高さに追従して袋状部材を膨張及び収縮させることができるという優れた効果を有する。

また、燃料の液面と支持板との接触状態を良好に維持することができるという優れた効果を有する。

第１実施形態に係る燃料タンク構造の全体構成を概略的に示す図である。第１実施形態に係る燃料タンク構造の要部を示す断面図であり、袋状部材が収縮した状態を示す図である。袋状部材が膨張した状態を示す、図２に対応する断面図である。図２の４−４線で切断した状態を示す断面図である。図４の５−５線で切断した状態を拡大して示す拡大断面図である。第１実施形態に係る燃料タンク構造の変形例を示す、図５に対応する断面図である。第２実施形態に係る燃料タンク構造の要部を示す断面図であり、袋状部材が収縮した状態を示す図である。袋状部材が膨張した状態を示す、図７に対応する断面図である。図７の９−９線で切断した状態を示す断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、図１〜図５を参照して、第１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、中空状に形成されており、内部に燃料液体（以下、「燃料ＧＳ」とする）を収容可能な形状（例えば略直方体の箱状）に形成されている。また、燃料タンク１０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、燃料タンク１０がフロアパネルに取り付けられている。

燃料タンク１０には、略筒状のフィラーパイプ１２が接続されている。そして、フィラーパイプ１２の上端部には、給油口１２Ａが形成されており、この給油口１２Ａに給油ガンを差し入れて燃料ＧＳを燃料タンク１０に注入することで、給油が行われる。なお、燃料タンク１０内の燃料ＧＳの量が多い場合は、フィラーパイプ１２にも燃料ＧＳの一部が収容されるように構成されている。

フィラーパイプ１２の上端の給油口１２Ａは、フューエルキャップ１４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１４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１４は、閉じた状態で給油口１２Ａを閉塞しており、フィラーパイプ１２への給油ガンのアクセスを制限している。これに対し、フューエルキャップ１４が開かれると、フィラーパイプ１２の給油口１２Ａが開放され、給油ガンの給油経路へのアクセスが可能となる。

燃料タンク１０内の車両上方側には、袋状部材１６及び収縮制限部材１８が設けられている。袋状部材１６は、膨張及び収縮可能な樹脂材料で形成されており、燃料タンク１０の天井部１０Ａに固定されている。また、燃料タンク１０には、支持板３２が設けられている。支持板３２の詳細については後述する。なお、ここでいう「膨張及び収縮可能」とは、袋状部材１６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。

収縮制限部材１８は、導入管２０と導出管２２との間の領域に設けられており、燃料タンク１０の天井部１０Ａから下方へ突出されている。そして、燃料ＧＳが満タンの液位まで入った状態で収縮制限部材１８が袋状部材１６に接触するように構成されている。これにより、少なくとも導入管２０と導出管２２との間の領域では、袋状部材１６がさらに収縮しないようになっている。

燃料タンク１０内の内壁の近傍には、温度センサ３６の検出部３６Ｂが配置されている。温度センサ３６は、燃料タンク１０の外側に配置された本体部３６Ａと、本体部３６Ａから下方へ延出された棒状の検出部３６Ｂとを含んで構成されている。そして、検出部３６Ｂは、燃料タンク１０の内壁に沿って底部まで延びており、この検出部３６Ｂによって燃料タンク１０内に収容された燃料ＧＳの温度を検知できるように構成されている。

ここで、燃料タンク１０の天井部１０Ａには、導入管２０が接続されている。導入管２０は、後述する袋状部材１６へ空気を導入するための管体であり、上下方向に延在されている。また、導入管２０の下端部は、燃料タンク１０の内部に入り込んでいる。一方、導入管２０の上端部は、冷却風導入部２４に接続されており、さらに冷却風導入部２４の上方へ延出されて導出管２２と接続されている。

導入管２０に接続された冷却風導入部２４は、図示しないペルチェ素子を備えており、このペルチェ素子によって導入管２０の内部を流れる空気を冷却させるように構成されている。

燃料タンク１０の天井部１０Ａには、導入管２０と間隔をあけて導出管２２が接続されている。導出管２２は、袋状部材１６から空気が導出される管体であり、上下方向に延在された縦部２２Ａと、略水平に延在された横部２２Ｂとを含んで構成されている。また、縦部２２Ａの下端部が燃料タンク１０の内部に入り込んでいる。一方、縦部２２Ａの上端部は、横部２２Ｂの一端部に接続されている。そして、横部２２Ｂの他端部は、導入管２０の上端部と接続されている。

ここで、導入管２０と導出管２２とが接続された部分には、大気開放管２６の一端部が接続されている。大気開放管２６は、導出管２２の横部２２Bと連続する方向に延在されており、大気開放管２６の他端部は、大気に開放された開口２６Ａが形成されている。また、大気開放管２６の一端側及び他端側にはそれぞれ、開閉弁２８及び圧力調整弁３０が設けられている。

開閉弁２８は、導入管２０と導出管２２との接続部分の近傍に設けられている。そして、この開閉弁２８を開閉することで、導入管２０及び導出管２２と大気開放管２６との間の空気の出入りを調整できるように構成されている。

圧力調整弁３０は、開口２６Ａの近傍に設けられている。そして、圧力調整弁３０を開くことで、大気開放管２６中の空気が大気中に排出され、大気開放管２６の圧力を調整することができるように構成されている。なお、開閉弁２８が開弁している場合は、燃料タンク１０内の空気が大気中に排出される。

ここで、温度センサ３６、開閉弁２８、圧力調整弁３０及び冷却風導入部２４は、制御部であるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）３８と電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ３８によって制御されている。具体的には、温度センサ３６が検知した燃料ＧＳの温度が所定の温度（例えば、３０℃）よりも高くなった場合、ＥＣＵ３８から冷却風導入部２４へ信号が送信され、冷却風導入部２４を作動させる。このとき、袋状部材１６の状態に拘わらず冷却風導入部２４が作動する。すなわち、袋状部材１６が収縮している場合や膨張している場合に拘わらず冷却風導入部２４が作動する。

冷却風導入部２４が作動することで、導入管２０を流れる空気が冷却され、冷却風となって袋状部材１６へ導入される。そして、袋状部材１６へ導入された低温の空気は、対流によって下降し、袋状部材１６の内面に沿って移動する。ここで、袋状部材１６と燃料ＧＳの液面とが接触しているので、冷却風は、燃料ＧＳから熱を奪いながら袋状部材１６の内部を矢印の方向に流れる。

そして、冷却風は、燃料ＧＳの熱を奪うことで温度が高くなる。そして、温度が高くなるにつれて上昇し、導出管２２の近傍に到達した空気は、この導出管２２を通って導入管２０との接続部分へ到達する。ここで、ＥＣＵ３８によって開閉弁２８が閉弁されているため、高温の空気が導出管２２から導入管２０へ流れて、再び冷却風導入部２４を通過して冷却される。以上のようにして、導入管２０の空気を冷却して循環させることにより、燃料タンク１０の内部の熱を奪って温度を低下させる。そして、温度センサ３６が検知している燃料ＧＳの温度が所定の温度よりも低くなったとき、ＥＣＵ３８によって冷却風導入部２４が停止される。また、開閉弁２８が開弁される。なお、冷却風導入部２４を備えていない構成としてもよい。

（支持板３２の構成）
次に支持板３２について説明する。支持板３２は、袋状部材１６において燃料タンク１０の底部１０Ｂと対向する位置に設けられている。また、図４に示されるように、支持板３２は、袋状部材１６の中央部分に配置されており、燃料タンク１０の底部１０Ｂ側から見て略矩形状に形成されている。

ここで、支持板３２は、燃料よりも比重が小さい熱可塑性樹脂で形成されており、燃料ＧＳに浮くように構成されている。本実施形態では一例として、ポリエチレンを主成分とする材質で形成されている。なお、これに限定されず、ポリプロピレンやポリアセタールなどを主成分とする材質で形成してもよい。

支持板３２の外周部には、底部１０Ｂ側（下方側）へ膨出した膨出部３２Ａが形成されている。膨出部３２Ａは、支持板３２の外周部に沿って形成されており、本実施形態では支持板３２を構成する各辺のそれぞれに膨出部３２Ａが形成されている。また、支持板３２の角部には膨出部３２Ａが形成されておらず、燃料ＧＳを流入させるための流入部３２Ｂとなっている。

図５に示されるように、膨出部３２Ａは、一対の傾斜面３２Ａ１、３２Ａ２によって構成されており、膨出部３２Ａの延在方向と直交する方向に切断した断面形状が略Ｖ字状に形成されている。このため、支持板３２が燃料ＧＳに浮いている状態では、膨出部３２Ａは、一般部よりも燃料タンク１０の底部１０Ｂ側に位置しており、膨出部３２Ａを構成する各傾斜面に対して燃料ＧＳから圧力が作用する。そして、燃料ＧＳから作用する圧力の合力が上方へ向く浮力Ｆ１となる。

図２に示されるように、燃料タンク１０に収容された燃料ＧＳの量が多い状態では、袋状部材１６は、燃料ＧＳの液面に浮く支持板３２によって燃料タンク１０の天井部１０Ａ側に押し上げられている。すなわち、袋状部材１６は収縮している。そして、この状態で袋状部材１６の中央部分（支持板３２によって支持されている部分）は、燃料ＧＳの液面と接触した状態となっている。また、袋状部材１６の外周部分は、燃料ＧＳの中に入り込んでいる。

一方、図３に示されるように、燃料タンク１０に収容された燃料ＧＳの量が少ない状態では、支持板３２が自重によって底部１０Ｂ側へ移動する。すなわち、燃料ＧＳの液面に追従して下降する。これにより、袋状部材１６が下方側へ膨張される。なお、支持板３２が設けられていない場合でも袋状部材１６の自重によって下方へ膨張するが、支持板３２を設けることで、より下方側への荷重が増加し、燃料ＧＳの液面に追従して袋状部材１６が膨張する。
（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、燃料タンク１０内に収容された燃料ＧＳの液面の高さに追従して支持板３２が上下に移動する。これにより、袋状部材１６が燃料ＧＳの液面の高さに追従して膨張又は収縮され、燃料ＧＳの液面から蒸発燃料が発生するのを効果的に抑制することができる。すなわち、給油などによって燃料ＧＳの液面が上昇すると、燃料ＧＳよりも比重の小さい支持板３２が液面に追従して上昇する。これにより、袋状部材１６が収縮される。一方、燃料ＧＳが減少して液面が下がってくると、支持板３２が自重により液面に追従して下降する。これにより、袋状部材１６が下方側へ膨張される。このようにして、支持板３２によって袋状部材１６が膨張又は収縮され、燃料ＧＳの液面から蒸発燃料が発生するのを効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、支持板３２の自重によって袋状部材１６を膨張させる構成であるため、圧縮空気で袋状部材１６を膨張させる構成で用いるコンプレッサ等の設備が不要となる。この結果、構造の簡略化及び低コスト化を図ることができる。また、コンプレッサを作動させるための電力が不要となり、エネルギー消費量を低減することができる。

さらに、本実施形態では、図４に示されるように、支持板３２の外周部に沿って膨出部３２Ａが形成されているため、支持板３２の外周部により大きな浮力が作用し、支持板３２が傾いて沈むのを抑制している。すなわち、支持板３２の姿勢を安定させることができ、燃料ＧＳの液面と支持板３２との接触状態を良好に維持することができる。特に、本実施形態では、支持板３２の各辺に均等に膨出部３２Ａを形成しているため、支持板３２に均等に浮力を作用させることができ、支持板３２の姿勢を良好に維持させることができる。

また、本実施形態では、隣り合う膨出部３２Ａの間に流入部３２Ｂが設けられている。これにより、例えば、燃料タンク１０内の燃料ＧＳが無くなって支持板３２が燃料タンク１０の底部１０Ｂと接触している状態で給油を行った際に、流入部３２Ｂから支持板３２の下面側に燃料ＧＳを流入させることができる。すなわち、支持板３２をスムーズに燃料ＧＳに浮かせることができる。

なお、本実施形態では、支持板３２の外周部に沿って断面Ｖ字状の膨出部３２Ａを形成したが、これに限定されず、膨出部を他の形状としてもよい。例えば、断面円弧状の膨出部を形成してもよい。また、膨出部３２Ａとは別に支持板３２へ浮力を作用させる構成を採用してもよい。例えば、図６に示される変形例のように膨出部３２Ａに替えて空洞形成部４０が形成された構成を採用してもよい。

（変形例）
図６に示されるように、本変形例では、支持板３２の外周部に沿って空洞形成部４０が形成されている。空洞形成部４０は、上側が凸となる略円弧状の円弧部４０Ａによって断面が略半円状の閉断面構造とされており、空洞部４０Ｂを形成している。そして、この空洞部４０Ｂに気体が封入されている。なお、本実施形態では気体の一例として、空洞部４０Ｂに空気Ａが封入されているが、これに限定されない。

本変形例では、空洞形成部４０によって支持板３２の外周部に浮力Ｆ２が作用する。すなわち、支持板３２にフロートが取り付けられた構成と同様に浮力Ｆ２が作用する。これにより、支持板３２が傾いて沈むのを抑制することができる。この結果、支持板３２の姿勢を安定させることができ、燃料ＧＳの液面と支持板３２との接触状態を良好に維持することができる。

なお、本変形例では、空洞形成部４０を支持板３２の上面側に設けたが、これに限定されず、支持板３２の下面側に空洞形成部４０を設けてもよい。また、図５に示される膨出部３２Ａと図６に示される空洞形成部４０の両方が形成された構成を採用してもよい。

＜第２実施形態＞
次に、図７〜９を参照して、第２実施形態に係る燃料タンク構造について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、適宜説明を省略する。

図７に示されるように、本実施形態に係る燃料タンク構造では、燃料タンク５０の天井部５０Ａと支持板３２とが付勢部材としての圧縮コイルばね５２で連結されている。図９に示されるように、本実施形態では、４つの圧縮コイルばね５２が設けられており、それぞれの圧縮コイルばね５２は、支持板３２の流入部３２Ｂが設けられた角部に配置されている。

ここで、圧縮コイルばね５２の付勢力は、支持板３２が燃料ＧＳから受ける圧力よりも小さく設定されている。このため、図７に示されるように、支持板３２が燃料ＧＳ中に沈むことなく、燃料ＧＳの液面に浮いて袋状部材１６を支持している。

一方、図８に示されるように、燃料タンク５０内の燃料ＧＳが減少して液面が下がると、支持板３２の自重及び圧縮コイルばね５２からの付勢力によって支持板３２が底部５０Ｂ側に移動する。すなわち、燃料ＧＳの液面の高さに追従して下降する。

（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、圧縮コイルばね５２によって支持板３２を燃料タンク５０の底部５０Ｂ側へ付勢することにより、支持板３２を安定して燃料ＧＳの液面に押し付けることができる。また、圧縮コイルばね５２から支持板３２へ作用する付勢力は、支持板３２が燃料ＧＳから受ける力よりも小さいため、支持板３２が燃料ＧＳ中に沈むのを抑制することができる。その他の作用については第１実施形態と同様である。

なお、本実施形態では、付勢部材として圧縮コイルばね５２を備えた構成を図示して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、燃料タンク５０の底部５０Ｂと支持板３２の下面とを引張コイルばねで連結した構成としてもよい。この場合、支持板３２が引張コイルばねから受ける引張力（付勢力）が、燃料ＧＳから支持板３２へ作用する圧力よりも小さければ、本実施形態と同様の効果を得る。

以上、本発明の第１実施形態及び第２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、上記実施形態では、温度センサ３６の検出部３６Ｂが燃料タンク１０の底部まで延ばされており、収容された燃料ＧＳの温度を検知するように構成したが、これに限定されない。例えば、検出部を燃料ＧＳの液面よりも上方に配置して、蒸発燃料（ベーパ）の温度を検知するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、燃料タンク１０の内部に２つの収縮制限部材１８を配置したが、これに限定されない。例えば、３つ以上の収縮制限部材１８を配置してもよい。また、収縮制限部材１８を設けない構成としてもよい。この場合、満タン時の燃料ＧＳの液面の高さを調整することで、収縮制限部材１８を設けなくても袋状部材１６の内部に空気の流路を確保することができる。

さらに、上記実施形態では、支持板３２の外周部に沿って膨出部３２Ａや空洞形成部４０を形成したが、膨出部３２Ａや空洞形成部４０を形成する部位については特に限定しない。また、膨出部３２Ａや空洞形成部４０が形成されていない支持板を用いてもよい。この場合、支持板が燃料ＧＳ中に沈まない形状や材質で形成されていれば、上記実施形態と同様の効果を得る。

１０燃料タンク
１０Ａ天井部
１０Ｂ底部
１６袋状部材
３２支持板
３２Ａ膨出部
４０Ｂ空洞部
５０燃料タンク
５０Ａ天井部
５０Ｂ底部
５２圧縮コイルばね（付勢部材）
ＧＳ燃料

Claims

自動車に搭載され、燃料を収容する燃料タンクと、
前記燃料タンク内の天井部に固定された膨張及び収縮可能な袋状部材と、
前記袋状部材において前記燃料タンクの底部と対向する位置に設けられると共に、燃料よりも比重が小さく、かつ、自重によって前記袋状部材を前記底部側へ膨張させる支持板と、
を有し、
前記支持板の外周部には、前記支持板の一般部よりも大きい浮力が作用する部位が設けられている燃料タンク構造。
前記部位は、前記燃料タンクの前記底部側へ膨出した膨出部である請求項１に記載の燃料タンク構造。
前記部位は、気体が封入された空洞部である請求項１又は２に記載の燃料タンク構造。
自動車に搭載され、燃料を収容する燃料タンクと、
前記燃料タンク内の天井部に固定された膨張及び収縮可能な袋状部材と、
前記袋状部材において前記燃料タンクの底部と対向する位置に設けられると共に、燃料よりも比重が小さく、かつ、自重によって前記袋状部材を前記底部側へ膨張させる支持板と、
を有し、
前記支持板の外周部には、前記燃料タンクの前記底部側へ膨出した膨出部が設けられている燃料タンク構造。
自動車に搭載され、燃料を収容する燃料タンクと、
前記燃料タンク内の天井部に固定された膨張及び収縮可能な袋状部材と、
前記袋状部材において前記燃料タンクの底部と対向する位置に設けられると共に、燃料よりも比重が小さく、かつ、自重によって前記袋状部材を前記底部側へ膨張させる支持板と、
を有し、
前記支持板の外周部に沿って気体が封入された空洞部が設けられている燃料タンク構造。