JP6766691B2 - 燃料タンクシステム - Google Patents

Description

本願は、燃料タンクシステムに関する。

特許文献１には、キャニスタがパージ配管を介してエンジンの吸気通路に連通すると共に、ベーパ配管を介して燃料タンクに連通し、ベーパ配管を密閉バルブで開閉する構造の燃料蒸発ガス排出抑制装置が開示されている。この燃料蒸発ガス排出抑制装置では、キャニスタに接続されたベント配管の途中に、リークを検出するためのエバポレーティブリークチェックモジュールが設けられている。

特開２０１５−１９０３４７号公報

上記公報に記載のような燃料タンクシステムにおいて、エンジンで発生した負圧を燃料タンクに作用させることで、燃料タンクの内部の蒸発燃料をエンジンに移動させて燃焼させることができる。このような制御は、パージ制御と称されることがある。

ところで、燃料タンクの内部の燃料温度が低い状態でパージ制御を行った後に、封鎖弁（燃料タンクとキャニスタを連通するベーパ配管の弁）を閉じた場合、燃料タンクのタンク内圧は、大気圧程度となる。その後に燃料タンク内の燃料温度が上昇すると、燃料タンクのタンク内圧が大気圧から上昇する。燃料タンクの強度として、このタンク内圧に耐える強度が必要であり、重量増を招く。

本願は、パージ制御によって燃料タンクの内部の燃料をエンジンに移動させる燃料タンクシステムにおいて、軽量化を図ることが目的である。

第一の態様では、燃料を収容する燃料タンクと、蒸発燃料を吸着剤で吸着及び脱離するキャニスタと、前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通するベーパ配管を開閉する第一開閉弁と、前記キャニスタとエンジンとを連通するパージ配管を開閉する第二開閉弁と、前記燃料タンクの内部の燃料温度を検知する燃料温度センサと、前記燃料タンクの内部のタンク内圧を検知するタンク内圧センサと、エンジンを冷却するためのエンジン冷却水を前記燃料タンクの周囲に流すことで前記燃料タンクの内部の燃料を加熱する加熱装置と、エンジンの駆動中に前記第一開閉弁及び前記第二開閉弁を開弁すると共に前記燃料温度センサで検知した前記燃料温度が閾値温度以下の場合に前記加熱装置を作動させ、前記タンク内圧センサで検知した前記タンク内圧が閾値内圧を以下になると前記第一開閉弁及び前記第二開閉弁を閉弁すると共に前記加熱装置を停止させる制御装置と、を有する。

この燃料タンクシステムでは、第一開閉弁を閉弁することで、燃料タンクを密閉できる。これにより、燃料タンクの内部の気体がベーパ配管を通じてキャニスタに移動しない構造を実現できる。これに対し、第一開閉弁を開弁すると、燃料タンクの内部の蒸発燃料を含む気体がキャニスタに移動可能となるので、キャニスタの吸着剤で蒸発燃料を吸着できる。

また、この燃料タンクシステムでは、エンジン駆動中に第二開閉弁を開弁することで、エンジンの負圧をキャニスタに作用させることができる。これにより、キャニスタに吸着された蒸発燃料を脱離し、エンジン６６で燃焼させることができる。この状態で第一開閉弁を開弁すれば、燃料タンクの内部の蒸発燃料をエンジンに移動させ、エンジンで燃焼させることができる。

エンジンの駆動中には、制御装置によって第一開閉弁が開弁されると、キャニスタの吸着剤に吸着された蒸発燃料がエンジンの負圧により脱離されてエンジンに移動し、エンジンで燃焼される。さらに第二開閉弁も開弁されると、燃料タンクの内部の蒸発燃料もエンジンに移動し、エンジンで燃焼される。

燃料温度センサで検知した燃料温度が閾値温度以下の場合は、制御装置が、加熱装置を作動させる。これにより、燃料タンクの内部の燃料温度が上昇する。そして、制御装置は、タンク内圧が閾値内圧以下になると第一開閉弁及び第二開閉弁を閉弁すると共に加熱装置を停止させる。第一開閉弁の閉弁により、燃料タンクは密閉される。加熱装置は、エンジンを冷却するためのエンジン冷却水を燃料タンクの周囲に流すことで燃料タンクの内部の燃料を加熱するので、燃料の加熱に要するコストと低減できる。

その後、たとえばエンジン停止時に外気温が上昇しても、燃料タンクの内部の燃料温度はすでに上昇されているので、上昇されていない場合と比較して、さらなる温度上昇は抑制される（もしくは燃料温度は降下する）。以降のタンク内圧の変化量の絶対値が小さくなるので、燃料タンクの強度を過度に高める必要がなく、燃料タンクの軽量化を図ることができる。

本願では、パージ制御によって燃料タンクの内部の燃料をエンジンに移動させる燃料タンクシステムにおいて、軽量化を図ることができる。

図１は参考例の燃料タンクシステムを示す図である。 図２は参考例の燃料タンクシステムにおける制御の一例を示すフローチャートである。 図３は比較例の燃料タンクシステムにおける制御の一例を示すフローチャートである。 図４は参考例の燃料タンクシステムにおける燃料タンクの内部の燃料温度とタンク内圧の経時変化を示すグラフである。 図５は比較例の燃料タンクシステムにおける燃料タンクの内部の燃料温度とタンク内圧の経時変化を示すグラフである。 図６は第一実施形態の燃料タンクシステムを示す図である。

本発明の一参考例の燃料タンクシステム２２について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、燃料タンクシステム２２は、燃料タンク２４及びキャニスタ２６を有している。燃料タンク２４は、その内部に燃料を収容可能である。燃料タンク２４には、インレットパイプ２８が設けられており、給油ノズル（図示省略）をインレットパイプ２８の上端の給油口２８Ａに差し入れて、燃料タンク２４に給油できる。

燃料タンクシステム２２が備えられた車両には、給油口２８Ａよりも車両外側にリッド３０が設けられている。リッド３０は、図示しないリッドオープナーにより、通常は閉位置でロックされているが、給油時に、給油スイッチが操作されると、リッドオープナーはリッド３０を開位置へ移動させる。これにより、給油口２８Ａからキャップを取り外し、燃料タンク２４へ給油することが可能となる。

キャニスタ２６の内部には蒸発燃料を吸着及び脱離可能な活性炭等の吸着剤が収容されている。

燃料タンク２４内には、燃料があらかじめ設定された満タン液位に達すると閉弁する満タン規制バルブ３８が設けられている。満タン規制バルブ３８とキャニスタ２６とは、ベーパ配管４０で連通されている。

燃料タンク２４内の燃料の液位が満タン液位に達していない状態では、満タン規制バルブ３８は開弁されているので、燃料タンク２４内の気体がベーパ配管４０を通ってキャニスタ２６に移動可能である。

燃料タンク２４内の液位が満タン液位に達すると、満タン規制バルブ３８が閉弁されるので、燃料タンク２４内の気体はキャニスタ２６に移動不能となる。この状態で、燃料タンク２４に対しさらに給油すると、給油された燃料の液面がインレットパイプ２８を上昇して給油ノズルに達し、給油ノズルのオートストップ機構により、給油が停止される。

ベーパ配管４０には、第一開閉弁３２が設けられている。第一開閉弁３２は、ベーパ配管４０を開閉する。第一開閉弁３２の開弁状態では、燃料タンク２４内の蒸発燃料を含む気体がベーパ配管４０を通ってキャニスタ２６へ移動可能である。第一開閉弁３２の閉弁状態では、燃料タンク２４内の気体はキャニスタ２６へ移動不能であり、燃料タンク２４は密閉される。第一開閉弁３２は、制御装置４２によって制御される。

ベーパ配管４０には、第一開閉弁３２と並列にリリーフ弁４４が設けられている。リリーフ弁４４は、通常状態では閉弁されているが、燃料タンク２４のタンク内圧が所定の正リリーフ圧よりも大きくなった場合や、負リリーフ圧よりも小さくなった場合には、燃料タンク２４側とキャニスタ２６側との圧力差により開弁される。これにより、燃料タンク２４とキャニスタ２６とが連通されるので、燃料タンク２４のタンク内圧が過度に高くなったり低くなったりすることが抑制される。

キャニスタ２６には、キャニスタ２６の内部を大気と連通させる大気連通管５２が接続されている。大気連通管５２には、エアフィルタ５６が設けられている。エアフィルタ５６は、大気連通管５２を通ってキャニスタ２６に流入する気体から異物を除去する。

キャニスタ２６には、エンジン４６と連通するパージ配管５４が接続されている。パージ配管５４には、第二開閉弁３４が設けられている。第二開閉弁３４はパージ配管５４を開閉する。第二開閉弁３４は、制御装置４２によって制御される。

第二開閉弁３４が開弁している状態でエンジン４６が駆動されると、エンジン４６の負圧をキャニスタ２６に作用させることができる。このとき、大気連通管５２から大気がキャニスタ２６に導入されるので、キャニスタ２６の吸着剤に吸着されていた蒸発燃料を脱離することができる。脱離された蒸発燃料は、エンジン４６からの負圧によって、エンジン４６に移動して燃焼される。

燃料タンク２４には、内部の圧力（タンク内圧）を検知するタンク内圧センサ４８が配置されている、タンク内圧センサ４８で検知されたタンク内圧の情報は、制御装置４２に送られる。

燃料タンク２４には、内部の燃料温度を検知する燃料温度センサ５０が配置されている。燃料温度センサ５０で検知された燃料温度の情報は、制御装置４２に送られる。

燃料タンク２４には、加熱装置５８が設けられている。本参考例では、加熱装置５８は、通電によって発熱する電熱線６０を有する構造である。この電熱線６０が、燃料タンク２４の外側の所定範囲（図１の例では、少なくとも燃料タンク２４の下半分を覆う範囲）に配置されている。電熱線６０への通電は、制御装置４２によって制御される。

次に、本参考例の燃料タンクシステム２２の作用を説明する。

この燃料タンクシステム２２では、制御装置４２により、第一開閉弁３２を閉弁することができる。これにより、燃料タンク２４を密閉し、燃料タンク２４の内部の蒸発燃料を含む気体がキャニスタ２６に移動しない構造を実現できる。

これに対し、制御装置４２により、第一開閉弁３２を開弁することも可能である。これにより、燃料タンク２４の内部の気体を、ベーパ配管４０からキャニスタ２６へ移動させ、蒸発燃料をキャニスタ２６の吸着剤で吸着させることが可能である。たとえば、タンク内圧センサ４８で検知されたタンク内圧が所定値より大きい場合や、燃料タンク２４への給油時には、制御装置４２は第一開閉弁３２を開弁する。

エンジン４６の駆動時には、制御装置４２は、図２に示すフローに基づいて、加熱装置５８、第一開閉弁３２及び第二開閉弁３４を制御する。

まず、制御装置４２は、ステップＳ１０２において、タンク内圧が所定の閾値内圧Ｐ１よりも大きいか否かを判断する。タンク内圧が閾値内圧Ｐ１以下である場合は、ステップＳ１１６に移行し、第一開閉弁３２及び第二開閉弁３４を閉弁する。

ステップＳ１０２において、タンク内圧が閾値内圧Ｐ１よりも大きいと判断した場合は、制御装置４２は、ステップＳ１０４に移行し、パージ制御が可能であるか否かを判断する。このパージ制御とは、エンジン４６で生じた負圧をキャニスタ２６に作用させて、キャニスタ２６の吸着剤から蒸発燃料を脱離することをいう。さらに本参考例では、エンジンの負圧を燃料タンク２４に作用させて、燃料タンク２４の内部の蒸発燃料を含む気体をエンジン４６に移動させることをいう。

ステップＳ１０４において、パージ制御が可能でないと判断した場合は、制御装置４２は、ステップＳ１１６に移行する。

ステップＳ１０４において、パージ制御が可能であると判断した場合は、制御装置４２は、ステップＳ１０６に移行し、第一開閉弁３２及び第二開閉弁３４を開弁する。

さらに制御装置４２は、ステップＳ１０８において、燃料タンク２４内の燃料温度が、所定の閾値温度Ｔ１よりも低いか否かを判断する。

ステップＳ１０８において、燃料温度が閾値温度Ｔ１以上であると判断した場合は、制御装置４２は、ステップＳ１１０に移行し加熱装置５８をオフ状態にする。これに対し、燃料温度が閾値温度Ｔ１より低いと判断した場合は、制御装置４２はステップＳ１１２に移行し加熱装置５８をオン状態にする。ここでいう「オフ状態にする」とは、加熱装置５８をオン状態からオフ状態に変化させる制御の他に、オフ状態を維持する制御を含む。同様に、「オン状態にする」とは、加熱装置５８をオフ状態からオン状態に変化させる制御の他に、オン状態を維持する制御を含む。本参考例では、加熱装置５８として、電熱線６０を含む構造を採っているので、「オフ状態」とは電熱線６０に通電しない状態であり、「オン状態」とは電熱線６０に通電する状態である。

ステップＳ１１０又は及びステップＳ１１２の後、制御装置４２は、ステップＳ１１４へ移行する。ステップＳ１１４では、制御装置４２は、タンク内圧が所定の閾値内圧Ｐ２よりも低いか否かを判断する。この閾値内圧Ｐ２は、閾値内圧Ｐ１よりも低い所定の値である。

ステップＳ１１４において、タンク内圧が閾値内圧Ｐ２以上であると判断した場合は、制御装置４２は、ステップＳ１０４に戻る。これに対し、ステップＳ１１４において、タンク内圧が閾値内圧Ｐ２よりも小さいと判断した場合には、制御装置４２は、ステップＳ１１６に移行し、第一開閉弁３２及び第二開閉弁３４を閉弁する。第一開閉弁３２の閉弁により、燃料タンク２４は密閉される。

さらに、制御装置４２は、ステップＳ１１８に移行する。ステップＳ１１８では、制御装置４２は加熱装置５８をオフ状態とし、このフローを終了する。

ここで、図３には、比較例の燃料タンクシステムにおける制御のフローの一例が示されている。比較例の燃料タンクシステムでは、本参考例の燃料温度センサ５０及び加熱装置５８を有さない構造である。

比較例の燃料タンクシステムでは、制御装置４２は、ステップＳ２０２において、タンク内圧が所定の閾値内圧Ｐ１よりも大きいか否かを判断する。タンク内圧が閾値内圧Ｐ１以下である場合は、ステップＳ２１０に移行し、第一開閉弁３２及び第二開閉弁３４を閉弁する。タンク内圧が閾値内圧Ｐ１よりも大きいと判断した場合は、ステップＳ２０４に移行し、パージ制御が可能であるか否かを判断する。

ステップＳ２０４において、パージ制御が可能でないと判断した場合は、制御装置４２は、ステップＳ２１０に移行する。ステップＳ２０４において、パージ制御が可能であると判断した場合は、制御装置４２は、ステップＳ２０６に移行し、第一開閉弁３２及び第二開閉弁３４を開弁する。次いで、ステップＳ２０８では、制御装置４２は、タンク内圧が所定の閾値内圧Ｐ２よりも低いか否かを判断し、タンク内圧が閾値内圧Ｐ２以上であると判断した場合は、制御装置４２は、ステップＳ２０２に戻る。ステップＳ２０８において、タンク内圧が閾値内圧Ｐ２よりも小さいと判断した場合には、制御装置４２は、ステップＳ２１０に移行する。ステップＳ２１０では、制御装置４２は第一開閉弁３２及び第二開閉弁３４を閉弁し、このフローを終了する。

図４には、本参考例の場合において、エンジン４６の駆動停止の前後のタイミングにおける燃料温度とタンク内圧（大気圧に対するゲージ圧）の時間変化の一例が示されている。同様に、図５には、比較例の場合において、エンジンの駆動停止の前後のタイミングにおける燃料温度とタンク内圧の時間変化の一例が示されている。図４及び図５におけるＪ０がエンジン４６の駆動停止時刻である。

図５に示す比較例の場合、エンジンの駆動中に、燃料タンク内の燃料を加熱していない。このため、エンジンが停止した時刻Ｊ０において、燃料温度は低い（このグラフでは一例として２０℃程度である）。そして時刻Ｊ０において、タンク内圧は大気圧に近い値である。

エンジンが停止した時刻Ｊ０以降において、たとえば、燃料温度よりも外気温が高い状態が生じると、外気温の影響により燃料温度が上昇し、これに伴って、タンク内圧も大気圧付近から上昇することがある。たとえば、図５に示す時刻Ｊ１では、ゲージ圧（大気圧との差）が＋３０ｋＰａ程度に上昇している。

また、この状態から外気温が低下すると燃料温度も低下し、これに伴ってタンク内圧も低下する。たとえば、図５に示す時刻Ｊ２では、時刻Ｊ０の場合と同程度に燃料温度が低下しており、タンク内圧（ゲージ圧）が０ｋＰａ程度に低下している。

以上から分かるように、比較例では、エンジン停止の時刻Ｊ０以降では、外気温変化の影響によるタンク内圧の変化の絶対値が大きい。図５のグラフでは、タンク内圧の変化の絶対値が３０ｋＰａ程度である。したがって、比較例では、このタンク内圧の変化の絶対値に応じて燃料タンクの強度を高くする必要があり、燃料タンクの重量増を招く。

これに対し、本参考例の燃料タンクシステム２２では、エンジン４６の駆動中に燃料タンク２４内の燃料を加熱装置５８により加熱する。したがって、図４において、エンジンが停止した時刻Ｊ０では、燃料温度は比較例の場合よりも高い（このグラフでは一例として３０℃程度である）。なお、本参考例においても、エンジン４６が停止した時刻Ｊ０ではタンク内圧は大気圧に近い値である。

エンジン４６が停止した時刻Ｊ０以降に外気温が上昇しても、本参考例では、燃料温度が、加熱によりあらかじめ高くなっているため、比較例の場合よりも燃料温度が上昇しづらく、外気温が燃料温度よりも低ければ燃料温度が低下することもある。たとえば、図４における時刻Ｊ３では燃料温度が低下しており、タンク内圧もゲージ圧で−１５ｋＰａ程度に低下している。

本参考例ではこのようにタンク内圧が低下するので、この状態から外気温が上昇し、燃料温度が上昇した場合でも、タンク内圧の変化の絶対値は、比較例におけるタンク内圧の変化の絶対値より小さい。たとえば、図４に示す時刻Ｊ４において、タンク内圧はゲージ圧で＋１５ｋＰａ程度である。以降は、再度燃料温度が低下し、タンク内圧が低下しても、タンク内圧の変化の絶対値は比較例より小さい。たとえば、時刻Ｊ５においても、タンク内圧はゲージ圧で−１５ｋＰａ程度である。

すなわち、本参考例では、エンジン停止の時刻Ｊ０以降では、外気温変化の影響によるタンク内圧の変化の絶対値が、比較例の場合よりも小さい。図４のグラフでは、タンク内圧の変化の絶対値が１５ｋＰａ程度である。したがって、本参考例では、このタンク内圧の変化の絶対値に応じて燃料タンク２４の強度を過度に高くする必要がなく、燃料タンク２４を軽量化できる。また、燃料タンク２４を補強するための部材が不要若しくは少なくて済むので、低コストで燃料タンクシステム２２を構成できる。

次に、第一実施形態について説明する。第一実施形態において、参考例と同様の要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

図６に示すように、第一実施形態の燃料タンクシステム６２では、エンジン４６からの排気が流れる排気管６４に、排気の流れの上流側から、触媒装置６６、バイパス管６８及びマフラー７０が設けられている。バイパス管６８は、分岐部６４Ａで排気管６４から分岐し、合流部６４Ｂで排気管６４に合流している。

バイパス管６８には、排熱回収器７２が設けられている。排気管６４には流路切替弁６４Ｖが設けられており、排気の流路を、排気管６４（分岐部６４Ａから合流部６４Ｂまでの間の部分）と、バイパス管６８とに切り替えることができる。たとえば、排気管６４を流れる排気の一部を、バイパス管６８に流す場合に、その流量を調整することができる。そして、バイパス管６８を流れた排気の熱が、排熱回収器７２で回収され、エンジン冷却水が加熱される。

エンジン４６とラジエター７４の間には、エンジン冷却水が循環流路７６により循環するようになっている。そして、この循環流路７６を流れるエンジン冷却水の一部は、排熱回収流路７８を通って、排熱回収器７２に流入する。これにより、エンジン冷却水は、排熱回収器７２から排気の熱を受けて加熱される。

排熱回収流路７８は、さらに、燃料タンク２４の下部を経由して循環流路７６に合流するする加熱流路７８Ａと、燃料タンク２４の下部を経由することなく循環流路７６に合流するバイパス流路７８Ｂとに分岐している。分岐部７８Ｃには、加熱流路７８Ａを流れる冷却水の流量を調整する温水調整弁８０が設けられている。温水調整弁８０は、制御装置４２によって制御される。加熱流路７８Ａは、燃料タンク２４の内部の燃料を加熱する部材であり、加熱装置５８の一例である。

加熱流路７８Ａは、燃料タンク２４の下部では、複数の分流管７８Ｄに分割されており、それぞれの分流管７８Ｄは燃料タンク２４の外面に近接して配置されている。

このような構成とされた第一実施形態の燃料タンクシステム６２においても、参考例の燃料タンクシステム２２と同様に、エンジン４６の駆動中に燃料タンク２４内の燃料を加熱装置５８により加熱する。したがって、エンジン停止以降では、外気温変化の影響によるタンク内圧の変化の絶対値が小さくい。タンク内圧の変化の絶対値に応じて燃料タンク２４の強度を過度に高くする必要がなく、燃料タンクの軽量化、低コストに寄与できる。

しかも、第一実施形態では、エンジン４６からの排気の熱を効果的に利用して燃料タンク２４の内部の燃料を加熱できる。燃料を加熱するために、あらたな熱源を用意する必要がないので、より燃料の加熱に要するコストを低減できる。

２２ 燃料タンクシステム
２４ 燃料タンク
２６ キャニスタ
３２ 第一開閉弁
３４ 第二開閉弁
４０ ベーパ配管
４２ 制御装置
４６ エンジン
４８ タンク内圧センサ
５０ 燃料温度センサ
５４ パージ配管
５８ 加熱装置
６０ 電熱線
６２ 燃料タンクシステム

Claims (1)

1. 燃料を収容する燃料タンクと、
   蒸発燃料を吸着剤で吸着及び脱離するキャニスタと、
   前記燃料タンクと前記キャニスタとを連通するベーパ配管を開閉する第一開閉弁と、
   前記キャニスタとエンジンとを連通するパージ配管を開閉する第二開閉弁と、
   前記燃料タンクの内部の燃料温度を検知する燃料温度センサと、
   前記燃料タンクの内部のタンク内圧を検知するタンク内圧センサと、
   エンジンを冷却するためのエンジン冷却水を前記燃料タンクの周囲に流すことで前記燃料タンクの内部の燃料を加熱する加熱装置と、
   エンジンの駆動中に前記第一開閉弁及び前記第二開閉弁を開弁すると共に前記燃料温度センサで検知した前記燃料温度が閾値温度以下の場合に前記加熱装置を作動させ、前記タンク内圧センサで検知した前記タンク内圧が閾値内圧以下になると前記第一開閉弁及び前記第二開閉弁を閉弁すると共に前記加熱装置を停止させる制御装置と、
   を有する燃料タンクシステム。