JP6715563B2 - 密閉タンクシステム - Google Patents

Description

（同時係属出願の参照）
本出願は、２０１３年８月１日付で出願された米国仮出願第６１／８６１，１８７号と２０１３年８月８日付で出願された米国仮出願第６１／８６３，４８３号の利益を請求し、これら全体は引用によりここに組み込まれる。

本開示は、全体的に自動車燃料タンクに関する。

多くの自動車が、エンジンの動作を支持するために内燃機関のような原動力に最終的に供給される燃料を収容する燃料タンクを備えている。燃料を収容することに加えて、燃料タンクは一般的にその内部に例えばポンプや弁のようなコンポーネントを収容している。そして燃料タンクは、タンク内で発生する燃料蒸気を管理するための大きな蒸気キャニスタを備えた大容量蒸気取扱いシステムと関連付けられていて、燃料蒸気は大気圧近くに維持され、大気中に漏れ出ないようになっている。

少なくとも幾つかの実施例では、燃料タンクは、液体燃料を収容するのに適合したチャンバと、前記チャンバ内の圧力が前記チャンバ内に収容される燃料の蒸気圧を超えることを許容するタンク本体の補強部材と、を画定するタンク本体と、燃料が前記チャンバに加えられる際に通る流入口であって、燃料が前記チャンバに加えられる際に通る給油ノズルと結合して、タンクへの給油を可能にし、チャンバ内圧力を大気圧以上に維持することを可能にするように構成された流入口と、を備えている。

少なくとも幾つかの実施例では、燃料タンクは、液体燃料を収容するのに適合したチャンバと、前記チャンバからの流体の流れを制限し、前記チャンバ内の圧力が前記チャンバ内に収容される燃料の蒸気圧を超えることを許容する弁と、を画定するタンク本体と、燃料が前記チャンバに加えられる際に通る流入口であって、燃料が前記チャンバに加えられる際に通る給油ノズルと結合して、タンクへの給油を可能にし、チャンバ内圧力を大気圧以上に維持することを可能にするように構成された流入口と、を備えている。

図１は燃料タンクシステムの概略図である。 図２は代替的な燃料タンクシステムの一部の部分概略図である。 図３は蒸気キャニスタを有する燃料タンクシステムの概略図である。 図４は他の燃料タンクシステムの概略図である。 図５は補助流体容器を備えた燃料タンクシステムの概略図である。

より詳細は図面を参照して、図１は自動車エンジンの動作を支持するために大量の燃料を収容するように設計された自動車燃料タンク１０を示している。燃料タンク１０は、燃料が収容される内部チャンバ１４を画定するタンク本体１２と、そこを通って燃料がチャンバ１４に収容される充填パイプ１６とを有している。必要に応じて、燃料タンク１０内の圧力が閾値レベルを超えた時に開く超過圧力安全弁１８も設けることができる。必要に応じて、燃料ポンプ２０を燃料タンク１０の内側又は外側に設けることができる。燃料ポンプ２０は燃料タンクチャンバ１４から燃料を取り込んで、圧力の下で燃料タンクの下流の燃料システムコンポーネント（例えば燃料レールや燃料噴射装置）に供給する。燃料ポンプ２０は、従来型の構成と配置でよく、これ以上は論じない。燃料ポンプ２０からの出力は燃料タンクの開口２４を貫通する導管２２を通って供給され、導管２２は好ましくは燃料タンクを貫通する開口の数を制限するために安全弁１８と同じ領域に設けられている。

燃料タンク１０は、従来の乗用車の燃料タンクシステムより高い圧力で液体燃料を収容するように構成されている。少なくとも特定の実施例では、燃料タンク１０は燃料の蒸気圧より高い圧力、例えば３５ｋＰａより高く１５０ｋＰａ以下の圧力、又は使用環境条件の範囲下で燃料システムに必然的に生じる圧力以上で燃料を収容して、燃料タンク内での燃料蒸気の形成を防ぐ。これによって、例えば炭素キャニスタと関連する導管や弁といった燃料蒸気取扱いシステムを低減又は除去することができる。このシステムが外部から加圧される場合でも、必ずしもそうする必要はなく、タンク内で発生する又は存在する圧力は必然的に自動車が経験する環境条件の範囲内で発生する。

こうするために、充填パイプ１６は例えば１つ以上の弁によって選択的に閉じられて、タンク充填時の圧力損失を防ぐ。そして燃料を燃料タンクに供給するための給油ノズルも、充填パイプ１６で封止され、燃料に圧力を加えながらタンク１０に供給する構成になっている。充填パイプ１６は、その端部に給油ノズルを収容して給油ノズルに対して適切に封止する給油ノズルを補完する特徴を備えた頭部２６を有している。給油作業が行われる時の比較的高い圧力も、燃料蒸気の形成を削減又は防止するので、通常給油と関連付けられる燃料蒸気の放出が削減され、炭素キャニスタ又は他の蒸気取扱いコンポーネントの必要性が削減又は除外される。

タンク本体自体は、例えば金属及び／又はプラスチックを含む適切な材料から形成される。上述の内部圧力に耐えるために、特にタンクがプラスチックから形成されている場合に、様々な支持構造を燃料タンク内に組み込み及び／又は外側に設けられる。その点では、当技術分野で周知のように、タンクは何層ものプラスチック材料から形成することができ、蒸気バリア層を備えることができる。

また、タンクはブロー成形、射出成形、真空成形などのあらゆる適切な方法によって形成することができる。１つの実施例では、タンクは押出しブロー成形プロセスによって形成される。そのプロセスでは、プラスチック材料の溶融パリソンが押出されてブロー金型に供給される。パリソンは加圧ガスを閉じたパリソン内部に導入することで予備膨張（pre-blown）し、初期的にパリソンがブロー金型内で外向きに膨張する。その後、パリソンは切断されるか引き裂かれて、パリソン内部へのアクセスを許容する。その点では、パリソンは２つ以上に完全に切り離されるか、又は部分的に開放され／破られて、内部を露出する。１つ以上の支持構造２８又は他のコンポーネントが次に、パリソン内部が閉じられて最終的にタンクに成形される前に、パリソン内部に設けられる。可能な成形プロセスと装置が、２００９年６月２５日出願の米国特許出願第１２／４９１，９６４号に開示されており、その開示内容全体は引用によりここに組み込まれる。もちろん、他の成形プロセスや装置を用いることもできる。燃料ポンプや圧力安全弁も、限定するものではないが例えばパリソン内部がアクセス可能な成形プロセスの間に、パリソンに組み入れることができる。

図１に示すように、支持構造２８は内部構造（限定するものではないが例えばポスト、壁、ロープ、梁など）とタンクの外側に固定及び／又は囲む外部構造２９（限定するものではないが、例えばベルト、バンド、スリーブ、板、壁など）を備え、タンクの形成時や形成後に設けられている。図示では少なくとも個別の部材のように示されているが、支持構造は内側タンク又はシェル（shell）が収容される完全な筐体を形成する材料でできた１つ以上のシェル又は層を備えることができ、例えば２０１１年３月２日出願の米国特許出願第１３／０３８，９３６号に開示されており、その開示内容全体は引用によりここに組み込まれる。もちろん、外側層又はシェルは完全な筐体を形成する必要はなく、必要に応じて形成される。内側シェル又はタンクは燃料が貯蔵される内部チャンバを形成する。代替的に、内側シェル又はタンクは無孔の又は完全な筐体を形成する必要はなく、液体燃料は代わりに外側シェル又はタンクによって最終的に保持することができる。

タンク１０内の比較的高い圧力は、燃料蒸気の形成を著しく抑制又は防止するので、通気弁、燃料蒸気／炭素キャニスタ、及び関連する導管やコネクタは必要ない。これは燃料供給システムを大いに単純化し、システムコンポーネントの数とコストを低減する。通気弁やロールオーバー（rollover）弁が無く、蒸気キャニスタも無いので、蒸気キャニスタの空気抜きコンポーネントや制御システムを設ける必要が無い。そして液体燃料が蒸気キャニスタに流れ込む可能性が無いので、バッフル（baffle）や他の液体シールド又はキャニスタに蒸気が流れるのを許容し液体が流れるのを防止する弁は必要無い。システムはより軽量化され（燃費を向上させ）、より少ない材料が用いられ、リサイクルがより容易になる。

図２に充填パイプ１６と関連付けられた蒸気導管又は通気ライン３０を示す。燃料タンクの給油時に、通気ライン３０は給油ノズル上の補完的特徴と結合して、タンクから給油ノズルまでのガス状物質の流路を提供する。この流路は、液体流路と切り離すことができ、少なくとも幾つかの実施例では、給油ノズルとの確実な封止された結合時にのみ開放される。給油ノズル又はこのノズルの下流にあるコンポーネントは、燃料蒸気を取扱い大気への必要以上の放出を防ぐシステムを備えている。これにより、タンクの制御された通気を可能にし、給油中の蒸気の放出を低減又は防止している。

上述のように、給油ノズルはこれまでのところ充填パイプと封止された確実な接続を提供するコンポーネントを備えていないので、図３に既存の給油ノズル技術と共に用いられるように設計された実施例を示す。図３において、燃料タンク４０は図１に関し上述したように構成されている。充填レベル通気弁４２が燃料タンク４０の中又は下流に設けられている。当技術分野で周知のように、充填レベル通気弁４２は通常開いて燃料蒸気がそこを通って出ていくことを許容し、液体燃料によって閉じられて液体燃料が弁を通って流れるのを防ぐ弁部材を有している。従って、燃料タンク４０の給油時に、燃料がその弁部材に作用して通気バルブ４２を閉じさせることによって燃料タンク４０のそれ以上の通気を防いで、タンク内の所望の最大燃料レベルが制御される。通気弁４２が閉じると、それ以上の燃料のタンク４０への追加はタンク内の圧力を増加させ、燃料を充填パイプ４４内に後退（backup）させて、燃料が供給される給油ノズルを遮断する。

通気弁４２の下流には二次弁４６が設けられ、二次弁４６から下流には蒸気キャニスタ４８が設けられている。当技術分野で周知のように、二次弁４６は給油プロセスの間は開いて燃料蒸気が燃料タンクから蒸気キャニスタへ流れるのを許容する。他の時間は二次弁４６が閉じてガスがタンク４０から流れ出るのを防ぎ、所望の圧力が維持される封止された又は閉じたタンクを提供する。幾つかの可能な実施形態の１つでは、二次弁４６はソレノイドで作動する。また一つの実施例では、過圧安全機能が二次弁４６に組み込まれているか、又は別の弁がタンク４０と蒸気キャニスタ４８の間のバイパス流路又はタンクに設けられている。これにより、タンク４０内の圧力が所定の最大圧力を超えることを防止する。図示では物理的に通気弁４２の下流に設けられているように示されているが、二次弁４６は通気弁４２と共通のハウジング又は構造に組み込むことができ、及び／又はタンク４０に支持されて蒸気キャニスタ４８に向かう流路の通気弁の下流に設けることができる。二次弁４６が給油時以外は閉じているので、ロールオーバー弁は不要であり、タンク４０内の最大燃料レベルを制御する充填制限弁４２はよりシンプルに設計することができる。

蒸気キャニスタ４８は、従来のキャニスタに比べて寸法と容量が小さい。例えば、米国の自動車で一般的に用いられているより大きな蒸気キャニスタは、欧州の自動車で一般的に用いられているより小さなキャニスタに置き換えることができる。より小さなキャニスタは給油時にのみ蒸気を収容し、蒸気の日中放出を収容しない寸法である。蒸気キャニスタは給油時にのみガスを収容し、自動車の他の動作時には収容しないので、これは可能である。また、蒸気キャニスタ４８への流路は給油時以外は閉じているので（二次弁４６が閉じているので）、液体が蒸気キャニスタ４８へ流れ込む可能性は低減し、ほとんど削減されるので、液体燃料がキャニスタに流れ込むのを防止するための弁、バッフル、及びその他の装置は不要である。また、蒸気と液体の流れを管理するための複雑な弁配置や制御スキーム（scheme）が不要である。代わりに、蒸気キャニスタは単に、蒸気を自動車エンジンへ（例えば制限無しに）追放するためのポート４７と、清浄な空気を大気中に追放するためのポート４９を有している。

図４に同様に蒸気キャニスタ５０とこの蒸気キャニスタの上流に設けられた弁５２を備えた燃料タンクシステムの別の実施例を示す。弁５２はソレノイドで動作するか又は他の設計により、給油前に開いて燃料タンク５４を減圧する。過圧安全弁が弁５２に組み込まれているか、又は上述のように設けられている。充填制限ニップル５６がタンク５４に設けられ、充填パイプ６０と関連付けられた導管５８を備えている。導管５８は給油時に蒸気を給油ノズル又は他のコンポーネントと連通させ、燃料タンク５４が満タンになった時（即ち所望の最大燃料レベルに達した時）、信号が導管５８を通って給油ノズルに送られて、給油を終了させ、タンク５４が過剰充填となるのを防止する。給油ノズルは信号を受け取り、それに応じて燃料のタンク５４への流れを遮断する構成と配置になっている。このような充填制限ニップル５６と燃料遮断システムは既知であり、例えば欧州で用いられている。上述のように、弁５２は給油時を除いて閉じているので、ロールオーバー弁は不要である。液体燃料が蒸気キャニスタに流れ込むのをさらに抑止し又は防止するために、弁５２は給油前にのみ開いて、給油中に閉じることができる。そしてこのシステムは比較的少ないコンポーネントで形成でき、より小さな蒸気キャニスタとのよりシンプルな統合を提供できる。また、このシステムは給油時以外での燃料タンク内の圧力を増加でき、給油前にタンクを減圧できる。

従って、この燃料タンクシステムは燃料タンクへ又は燃料タンクからの流体の流れを許容しない通常動作時には閉じられている。少なくとも給油時以外は、この燃料タンクシステムはより高い圧力が維持される。これにより、燃料蒸気の形成が低減又は防止され、もし蒸気取扱いコンポーネントが必要であったとしても、そのコンポーネントの寸法とコストが低減される。タンクの通気は給油時に許容され、必要に応じて蒸気キャニスタは通気スキームに含まれる。この燃料タンクは製造プロセスの間、又はその後、補強されて、増加した内部圧力を収容する。

図５に、図１に示したものと同様で、補助流体容器８２を備えた燃料システム８０を示す。記載を容易にするために、図１で用いた参照符号と同じ多くの符号が図５でも用いられている。この容器８２はあらゆるアルコール又は他の蒸気取扱い材料を備えることができ、蒸気／ガス状物質が収容されるチャンバを形成するシンプルな筐体の代わりになる。この容器８２はあらゆる適切な材料で形成でき、主燃料タンク１０と一体に形成することも、別体に形成することもでき、燃料タンクに支持されるか、又は遠隔に設けることができる。図５に示すタンク１０と容器８４の間に延在する導管８４のような適切な通路によって、この容器８４は燃料タンク１０と連通している。この導管８４は、燃料タンクと流体容器の間でガス状物質の双方向の流れを提供する（特に、もし蒸気吸収材料が容器内に設けられていない場合、液体の容器へのキャリーオーバー又は流れは、どのような問題も提供しない）。燃料タンク１０と流体容器８２の間の流れを制御するために、弁８６が設けられている。この弁はそこを通るタンク１０と容器８２の間の流れを許容するために開き、そのような流れを防止するか又は少なくとも実質的に抑止するために閉じる。弁８６はソレノイドで駆動されるか、又は制御されている。このような流体容器８２は、蒸気コンテナと組み合わせて又は蒸気コンテナの代わりに用いられ、図１に示したのとは異なる燃料システムでも用いることができる。

給油前と給油時に、蒸気はタンク１０から流体容器８２へ移動する。これはポンプ８８及び／又はタンクと容器の圧力差によって達成される。給油後、弁８６は開放されて容器８２からタンク１０へ蒸気が戻される。これは給油時の蒸気管理方法を提供し、例えば高圧ポンプへ燃料を向かわせるための最小限の圧力を維持しつつタンクシステム８０が閉じた状態を維持することを許容する。少なくとも幾つかの実施例では、流体容器８２内の蒸気は液体に凝縮され（例えば燃料の蒸気圧以上の容器内の圧力から）、そして液体は次にタンク１０に移動する。ここで、活性炭ベースの蒸気キャニスタで蒸気を吸収する代わりに、蒸気は液化されてタンクに戻される。

ここで開示した発明の形態は、現在の好ましい実施例を構成するが、多くの他のものも可能である。発明のすべての可能な等価な形態又は効果を述べることは意図していない。ここで用いた用語は限定のためでなく単に記述的なものであり、様々な変形が本発明の精神又は範囲から逸脱することなく可能であることが理解される。

Claims (16)

1. 液体燃料を収容するのに適合したチャンバと、前記チャンバ内の圧力が前記チャンバ内に収容される燃料の蒸気圧を超えることを許容するタンク本体の補強部材と、を画定するタンク本体と、
   燃料が前記チャンバに加えられる際に通る流入口であって、燃料が前記チャンバに加えられる際に通る給油ノズルと結合して、燃料タンクへの給油を可能にし、チャンバ内圧力を大気圧以上に維持することを可能にするように構成された流入口と、
   前記タンク本体から延びて前記チャンバと連通する充填パイプと、
   を備え、
   前記流入口は前記充填パイプ内に形成され、
   液体燃料が前記タンク本体の前記チャンバに加えられない前記燃料タンクの通常使用時に、１５０ｋＰａ以下の圧力で前記チャンバからの燃料蒸気の出口を画定する安全弁を閉じ、
   タンク充填時に前記充填パイプを選択的に開閉して、前記チャンバ内を３５ｋＰａより高く１５０ｋＰａ以下の圧力に維持し、
   前記燃料タンクが、前記チャンバ内に収容される燃料の最大レベルを制限するように適合した充填レベル弁も備え、
   前記充填レベル弁が、前記チャンバと他の弁の間に配置されていることを特徴とする燃料タンク。
2. 前記流入口が、前記タンク本体から延在して前記チャンバと連通する充填パイプで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク。
3. 前記燃料タンクが、前記チャンバ内に収容される燃料の最大レベルを制限するように適合した弁も備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク。
4. 前記燃料タンクが、選択的に前記チャンバと連通する蒸気キャニスタと、前記蒸気キャニスタの上流に設けられて選択的に前記チャンバから前記蒸気キャニスタへ流体が流れることを許容する弁と、も備え、
   前記弁は、燃料が前記チャンバに加えられる給油時に開かれ、他の時間は閉じられて燃料が前記蒸気キャニスタに流れるのを防ぐことを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク。
5. 前記燃料タンクが、前記充填パイプと関連付けられ、給油時に前記充填パイプに流れ込む液体燃料と分離した流体を供給するのに適合した導管を備えていることを特徴とする請求項２に記載の燃料タンク。
6. 前記導管が給油ノズルへ信号を供給するのに適合し、前記チャンバ内に収容される燃料の最大レベルを制限することを特徴とする請求項５に記載の燃料タンク。
7. 前記導管が給油ノズルと連通するのに適合し、給油時にガス状流体がそこを通るのを許容して、前記チャンバを通気することを特徴とする請求項５に記載の燃料タンク。
8. 前記燃料タンクが、前記チャンバと連通する流体容器も備え、
   前記流体容器が、燃料蒸気が前記チャンバから前記流体容器へ及び前記流体容器から前記チャンバへ流れることを許容することを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク。
9. 蒸気が前記流体容器内で液体に変化し、液体燃料が前記流体容器と前記チャンバの間を流れることを特徴とする請求項８に記載の燃料タンク。
10. 前記燃料タンクが、前記チャンバと連通する流体容器も備え、
    前記流体容器が、流体が前記チャンバから前記流体容器へ及び前記流体容器から前記チャンバへ流れることを許容することを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク。
11. 前記燃料タンクが、前記流体容器と前記チャンバの間を流れる流体を制御する弁も備えていることを特徴とする請求項８に記載の燃料タンク。
12. 前記燃料タンクが、流体を少なくとも前記流体容器と前記チャンバのうちの１つから他の流体容器又はチャンバへ移動させるポンプも備えていることを特徴とする請求項８に記載の燃料タンク。
13. 液体燃料を収容するのに適合したチャンバと、前記チャンバからの流体の流れを制限し、前記チャンバ内の圧力が前記チャンバ内に収容される燃料の蒸気圧を超えることを許容する弁と、を画定するタンク本体と、
    燃料が前記チャンバに加えられる際に通る流入口であって、燃料が前記チャンバに加えられる際に通る給油ノズルと結合して、タンクへの給油を可能にし、液体燃料が前記チャンバ内に加えられる際に、チャンバ内圧力を大気圧以上に維持することを可能にするように構成された流入口と、
    前記タンク本体から延びて前記チャンバと連通する充填パイプと、
    を備えた燃料タンクであって、
    前記流入口は前記充填パイプ内に形成され、
    液体燃料が前記タンク本体の前記チャンバに加えられない前記燃料タンクの通常使用時に、１５０ｋＰａ以下の圧力で前記チャンバからの燃料蒸気の出口を画定する安全弁を閉じ、
    前記燃料タンクが、前記チャンバ内に収容される燃料の最大レベルを制限するように適合した充填レベル弁も備え、
    前記充填レベル弁が、前記チャンバと他の弁の間に配置されていることを特徴とする燃料タンク。
14. 前記燃料タンクが、前記充填パイプと関連付けられ、給油時に前記充填パイプに流れ込む液体燃料と分離した流体を供給するのに適合した導管を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の燃料タンク。
15. 前記導管が給油ノズルへ信号を供給するのに適合し、前記チャンバ内に収容される燃料の最大レベルを制限することを特徴とする請求項１４に記載の燃料タンク。
16. 前記導管が給油ノズルと連通するのに適合し、給油時にガス状流体がそこを通るのを許容して、前記チャンバを通気することを特徴とする請求項１４に記載の燃料タンク。

Images