JPH10299597A - 燃料タンクの残燃料量推定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の傾きに拘わらず燃料タンクの残燃料量
を正確に推定することができる燃料タンクの残燃料量推
定装置を提供する。 【解決手段】 燃料タンク９内の燃料液面上方の空間
に、内燃エンジン１の吸気管２の負圧を蒸発燃料通路２
０を介して導入し、減圧処理を行う。その際、蒸発燃料
通路２０の途中に設けられた制御弁３０を一定時間、一
定開度で開弁し、そのときのタンク内圧Ｐｔの変化量Ｄ
Ｐｔを検出し（Ｓ２１）、該検出した変化量ＤＰｔに応
じて燃料タンク９内の残燃料量を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載された
燃料タンクの残燃料量を推定する残燃料量推定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】車両に搭載された燃料タンクの残燃料量
の検出は、燃料より比重の小さい浮きを燃料液面に浮か
せ、その浮きの位置を電気的に検出するフロート式燃料
ゲージにより行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、広く使
用されているフロート式燃料ゲージは、車両（燃料タン
ク）が傾いている場合には、残燃料量を正確に検出でき
ないという問題がある。

【０００４】本発明はこの点に着目してなされたもので
あり、車両の傾きに拘わらず燃料タンクの残燃料量を正
確に推定することができる燃料タンクの残燃料量推定装
置を提供することを目的とする。

【０００５】

【問題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、車両に搭載された燃料タンクの残燃料量を推
定する残燃料量推定装置において、前記燃料タンク内の
燃料液面の上方の空間の圧力を検出する圧力検出手段
と、前記空間の圧力を減圧する減圧手段と、該減圧手段
による減圧中の前記空間の圧力の変化を検出する圧力変
化検出手段とを備え、検出した圧力変化に基づいて前記
燃料タンクの残燃料量を推定することを特徴とする。

【０００６】この構成によれば、燃料タンク内の燃料液
面の上方の空間の圧力が減圧され、減圧中の圧力変化に
基づいて残燃料量が推定される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【０００８】図１は本発明の実施の一形態に係る残燃料
量推定装置を含み、燃料タンクから蒸発燃料が外気に放
出されることを防止する蒸発燃料放出防止装置の構成を
示す全体構成図である。同図において、１は車両に搭載
され、例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エン
ジン」という）であり、エンジン１の吸気管２の途中に
はスロットル弁３が配されている。また、スロットル弁
３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結され
ており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を
出力して電子コントロールユニット（以下（ＥＣＵ）と
いう）５に供給する。

【０００９】燃料噴射弁６は、吸気管２の途中であって
エンジン１とスロットル弁３との間の図示しない吸気弁
の少し上流側に各気筒毎に設けられている。また、各燃
料噴射弁６は燃料供給管７を介して燃料タンク９に接続
しており、燃料供給管７の途中には燃料ポンプ８が設け
られている。燃料タンク９は給油のための給油口１０を
有しており、給油口１０にはフィラーキャップ１１が取
付けられている。

【００１０】燃料噴射弁６はＥＣＵ５に電気的に接続さ
れ、該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射の開弁時期が
制御される。

【００１１】吸気管２の前記スロットル弁３の下流側に
は吸気管絶対圧ＰＢＡを検出する吸気管内絶対圧（ＰＢ
Ａ）センサ１３、及び外気温としての吸気温ＴＡを検出
する吸気温（ＴＡ）センサ１４が装着されている。ま
た、燃料タンク９には、燃料タンク９内の燃料の温度Ｔ
ｇを検出する燃料温度（Ｔｇ）センサ１６と、燃料タン
ク９内の残燃料量を検出する残燃料量センサ１７とが設
けられている。またこれらのセンサ１３〜１７の検出信
号はＥＣＵ５に供給される。

【００１２】次に燃料タンク９、蒸発燃料通路２０等か
ら構成される蒸発燃料放出抑止系３１について説明す
る。

【００１３】燃料タンク９は蒸発燃料通路２０を介して
吸気管２のスロットル弁３の下流側に接続されており、
蒸発燃料通路２０の途中には、燃料タンク９のタンク内
圧（絶対圧）Ｐｔを検出するタンク内圧（Ｐｔ）センサ
１５と、蒸発燃料通路２０を開閉するタンク圧制御弁３
０とが設けられている。タンク内圧センサ１５は、図示
例では蒸発燃料通路２０の燃料タンク９に近い位置に装
着されているが、燃料タンク９に直接装着するようにし
てもよい。タンク内圧センサ１５の検出信号は、ＥＣＵ
５に供給される。制御弁３０は、その制御信号のオン−
オフデューティ比を変更することにより燃料タンク９内
で発生する蒸発燃料の流量を制御するように構成された
電磁弁であり、制御弁３０の作動はＥＣＵ５により制御
される。なお、制御弁３０はその開度をリニアに変更可
能な電磁弁を使用してもよい。

【００１４】蒸発燃料通路２０と燃料タンク９の接続部
には、カットオフ弁２１が設けられている。カットオフ
弁２１は、燃料タンク９の満タン状態のときや燃料タン
ク９の傾きが増加したとき閉弁するフロート弁である。

【００１５】ＥＣＵ５は各種センサ等からの入力信号波
形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナロ
グ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する
入力回路、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」とい
う）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果
等を記憶する記憶手段、燃料噴射弁６や制御弁３０に駆
動信号を供給する出力回路等から構成される。

【００１６】ＥＣＵ５のＣＰＵは、スロットル弁開度セ
ンサ３、吸気管内絶対圧センサ１３等の各種センサの出
力信号に応じてエンジン１に供給する燃料量制御等を行
うとともに、上述の燃料温度センサ１６、タンク内圧セ
ンサ１５等の出力信号に応じて制御弁３０の開度制御を
行う。

【００１７】本実施形態では、エンジン１、吸気管２、
蒸発燃料通路２０、制御弁３０及びＥＣＵ５が、特許請
求の範囲に記載した減圧手段を構成し、ＥＣＵ５は圧力
変化検出手段を構成する。

【００１８】図２は、ＥＣＵ５のＣＰＵで実行される制
御弁３０の開度制御処理のフローチャートであり、本処
理は所定時間（例えば１００ｍｓｅｃ）毎に実行され
る。

【００１９】まず、ステップＳ１で、エンジン１のクラ
ンキングを検知する等によりエンジン１が作動中である
か否かを判別し、エンジン１が作動中であれば、ステッ
プＳ２に進み、燃料温度センサ１６により燃料タンク９
内の燃料の温度Ｔｇを検出し、次いで図４に示す燃料タ
ンク９内の残燃料量の推定処理を実行する（ステップＳ
３）。

【００２０】先ずステップＳ２１では、制御弁３０に固
定のデューティ比の制御信号を供給し、一定の開度で開
弁させ、一定時間（例えば５秒間程度）のタンク内圧力
の減圧処理を実行し、そのときのタンク内圧の変化量Ｄ
Ｐｔ（減圧開始時点の圧力と５秒後の圧力との差圧）を
検出する。この変化量ＤＰｔは、タンク内圧Ｐｔの減圧
処理時の圧力変化率（単位時間当たりの圧力変化量）に
対応する。次いで、変化量ＤＰｔに応じて図５（ａ）に
示すＦＲＥテーブルを検索し、残燃料量推定値ＦＲＥを
算出する（ステップＳ２２）。

【００２１】制御弁３０の開度を一定にして減圧処理を
行う場合、燃料タンク内の残燃料量が多いほど、タンク
内圧Ｐｔの変化率（減少率）は、大きくなる傾向を示
す。すなわち、図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ０から
減圧処理を開始すると、残燃料量が多いときは、曲線Ｌ
１で示すようにタンク内圧Ｐｔが減少し、残燃料量が少
なくなるのに伴って、曲線Ｌ２、Ｌ３で示すようにタン
ク内圧Ｐｔが減少する。したがって、図５（ａ）のＦＲ
Ｅテーブルは、変化量ＤＰｔが増加するほど、残燃料量
推定値ＦＲＥが増加するように設定されている。

【００２２】この処理によれば、減圧処理時のタンク内
圧Ｐｔの変化率を示す変化量ＤＰｔに応じて残燃料量推
定値ＦＲＥが算出されるので、車両（燃料タンク）の傾
きに拘わらず正確な残燃料量を得ることができる。

【００２３】図２に戻り、ステップＳ４では、タンク内
圧センサ１５による燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔの検
出を行う。そして、検出した燃料温度Ｔｇ及び残燃料量
推定値ＦＲＥに応じて、後述する燃料タンク９内の目標
圧力値（絶対圧）Ｐｏ（ｍｍＨｇ）の設定方法に基づい
て図６の処理により燃料タンク９内の目標圧力値Ｐｏを
算出する（ステップＳ５）。この際、前記目標圧力値Ｐ
ｏは、エンジン１の停止後も燃料タンク９内の負圧が保
持できるように、予測される燃料タンク９内のタンク圧
力上昇分を見込んだ過度に負圧化された値に設定され
る。

【００２４】上記予測される燃料タンク９内のタンク内
圧上昇の要因としては、燃料タンク９内の燃料のその温
度における保有熱量により燃料に含まれる成分のうち燃
料温度よりも低い温度で蒸発する成分が蒸発すること
と、外気温の上昇による燃料タンク９内の燃料の温度上
昇により上記と同様に燃料の一部が蒸発することが挙げ
られる。

【００２５】次に、燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔと上
記目標圧力値Ｐｏとの差ΔＰを算出し（ステップＳ
６）、前記差ΔＰが０になるように制御弁３０の開度を
制御して（ステップＳ７）、本処理を終了する。

【００２６】ステップＳ１でエンジン１が停止中の場合
は、ＥＣＵ５のＣＰＵは前記目標圧力値Ｐｏに制御され
た燃料タンク９内の負圧を保持するために制御弁３０を
閉成して（ステップＳ８）、本処理を終了する。

【００２７】以上の構成により、エンジン１の作動中に
おいて、制御弁３０の開度を制御することにより吸気管
２内の負圧を燃料タンク９内に作用させて、燃料タンク
９内を前記所定の目標圧力値Ｐｏに保持する。その結
果、エンジン１の作動中はもとより停止後も燃料タンク
９内は負圧に保持され、給油のためフィラーキャップ１
１を開けても燃料タンク９内の蒸発燃料が外気に放出す
るのを防止することができる。

【００２８】ここで、図２のステップＳ５における燃料
タンク９内の目標圧力値Ｐｏの設定方法の概要を図３を
参照して説明する。図３は、燃料タンク９内の目標圧力
値Ｐｏの設定基準を説明するための燃料温度−タンク内
圧曲線を示すグラフである。

【００２９】図３の燃料タンク９内の目標圧力値Ｐｏの
設定範囲値はＥＣＵ５の記憶手段にマップとして格納さ
れる。

【００３０】図３のグラフにおいて、横軸は、燃料タン
ク９内の燃料の温度Ｔｇ（℃）、縦軸は、燃料タンク９
のタンク内圧Ｐｔ（ｍｍＨｇ）を示す。ここに、縦軸の
タンク内圧Ｐｔは上述したように絶対圧で示され、グラ
フの下方ほど圧力は小さい。

【００３１】以下、図３中の各曲線Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ，
Ｃ，Ｄについて説明する。

【００３２】曲線Ａは、エンジン１が停止して燃料タン
ク９の負圧化が停止しても燃料タンク９の内圧が負圧に
保持されるように、車両の走行中（エンジン１の作動
中）に燃料タンク９内を過度に負圧化するためのタンク
内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの上限値であって、エンジン
１が停止した直後から燃料タンク９内の燃料のその温度
Ｔｇにおける保有熱量により、燃料に含まれる成分のう
ち燃料温度よりも低い温度で蒸発する成分が蒸発するこ
とによる燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔの上昇分を考慮
したタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの上限値を示す。
制御弁３０は、燃料温度Ｔｇに拘わらず燃料タンク９の
タンク内圧Ｐｔが曲線Ａ以下になるように開度が制御さ
れる。曲線Ａでは、燃料温度Ｔｇが増大するほどタンク
内圧Ｐｔは減少する。すなわち、燃料温度Ｔｇが高いほ
ど、タンク内圧Ｐｔを低くする必要がある。

【００３３】曲線Ｂは、エンジン１が停止して燃料タン
ク９の負圧化が停止しても燃料タンク９の内圧が負圧に
保持されるように、車両の走行中（エンジン１の作動
中）に燃料タンク９内を過度に負圧化するためのタンク
内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの上限値であって、停車中又
は駐車中、外気温が所定の想定最大外気温４５℃まで上
昇し、燃料温度Ｔｇもまた４５℃まで上昇した場合の燃
料タンク９のタンク内圧Ｐｔの上昇分を考慮したタンク
内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの上限値を示す。車両設計時
に想定する外気温の最大値は、４０．６℃であるが、本
実施形態では、それより厳しい最大外気温条件を想定し
ている。曲線Ｂにおいては、燃料温度Ｔｇが増大するほ
どタンク内圧Ｐｔは増大する。すなわち、燃料温度Ｔｇ
が想定最大外気温に近いほど、外気温の上昇による影響
は小さいので、曲線Ｂのような特性となる。

【００３４】曲線Ａ＋Ｂは、上記曲線Ａと上記曲線Ｂの
条件を同時に満足する曲線である。曲線Ａ＋Ｂにおいて
は燃料温度Ｔｇが２５℃付近でタンク内圧Ｐｔは最小値
となる。制御弁３０は、燃料温度Ｔｇに拘わらず燃料タ
ンク９のタンク内圧Ｐｔが曲線Ａ＋Ｂ以下になるように
開度が制御される。

【００３５】曲線Ｃは、燃料タンク９からエンジン１に
燃料を移送する燃料ポンプ８の吸引下限であって燃料タ
ンク９の目標圧力値Ｐｏの下限値を示す。燃料タンク９
内のタンク圧力Ｐｔがこの曲線Ｃ以下であると燃料ポン
プ８は燃料タンク９から燃料を吸引することができない
ので、燃料タンク９内のタンク圧力Ｐｔを曲線Ｃ以上に
する必要がある。曲線Ｃにおいては、燃料温度Ｔｇが増
大するほどタンク内圧Ｐｔは増大する。また、曲線Ｃに
よるタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの下限値は曲線Ａ
＋Ｂよるタンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの下限値より
小さい。

【００３６】最後に、曲線Ｄは、いわゆる、燃料が燃料
としての特性を保持する限界ライン（いわゆる、ガソリ
ンが枯れる限界のライン）である。燃料タンク９のタン
ク内圧Ｐｔをこの曲線Ｄ以下まで低下させると、燃料タ
ンク９内の燃料は燃料内の揮発し易い成分が抜けて燃料
としての特性を保持することができなくなる。曲線Ｄに
おいては、燃料温度Ｔｇが増大するほどタンク内圧Ｐｔ
は増大する。曲線Ｄによるタンク内圧Ｐｔは曲線Ｃよる
タンク内圧Ｐｔの目標圧力値Ｐｏの下限値より小さい。

【００３７】エンジン１が停止して燃料タンク９の負圧
化が停止しても燃料タンク９のタンク内圧Ｐｔを負圧に
保持するためには、前記制御弁３０は、エンジン１の作
動中において、その開度が曲線Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂ，Ｃ，Ｄ
による条件をすべて満足するように制御される必要があ
る。具体的には、制御弁３０の制御領域は図３の斜線部
で示され、前記制御弁３０は、燃料温度Ｔｇに応じて燃
料タンク９内のタンク内圧Ｐｔの値がこの領域内になる
ように制御される。

【００３８】さらに本実施形態では、外気温ＴＡの燃料
温度Ｔｇに対する影響度合が、燃料タンク内の残燃料量
ＦＲに依存して変化することに鑑み、残燃料量ＦＲに応
じた目標圧力値Ｐｏの設定を行う。図７（ｃ）は、外気
温ＴＡ（実線）が変化したときの、燃料温度Ｔｇの推移
を示す図であり、残燃料量ＦＲが少ないときは、外気温
ＴＡの変化が時間遅れを伴ってほぼそのまま燃料温度Ｔ
ｇに反映される（同図、鎖線）のに対し、残燃料量ＦＲ
が多いときは、外気温ＴＡの変化がかなりなまされた状
態で燃料温度Ｔｇに反映される（同図、一点鎖線）。

【００３９】図３の曲線Ｂは、外気温ＴＡの変化がほぼ
そのまま燃料温度Ｔｇに反映される場合に対応するもの
であり、残燃料量ＦＲが多い場合には、曲線Ｂ’のよう
に目標圧力値Ｐｏをより大きい圧力値に移動した特性と
なり、目標圧力値Ｐｏは、曲線（Ａ＋Ｂ’）より低圧側
の値（図３の斜線の範囲を曲線（Ａ＋Ｂ’）まで拡大し
た範囲内の値）とすればよい。

【００４０】図６は、残燃料量を考慮した目標圧力値Ｐ
ｏの算出処理（図２、ステップＳ５に対応する）のフロ
ーチャートであり、ステップＳ１１では、燃料温度Ｔｇ
及び残燃料量推定値ＦＲＥに応じて図７（ａ）に示すΔ
Ｔｇｅテーブルを検索し、エンジン停止中の燃料温度Ｔ
ｇの上昇量の推定値（以下「推定温度上昇量」という）
ΔＴｇｅを算出する。ΔＴｇｅテーブルは、所定燃料温
度Ｔｇ１，Ｔｇ２，Ｔｇ３（Ｔｇ１＜Ｔｇ２＜Ｔｇ３）
のそれぞれにおいて、同図（ｃ）に示す特性を考慮し
て、残燃料量ＦＲが増加するほど、推定温度上昇量ΔＴ
ｇｅが減少するように設定されている。なお、燃料温度
Ｔｇが、所定燃料温度Ｔｇ１〜３以外であるときは、補
間演算により推定温度上昇量ΔＴｇｅを算出する。

【００４１】続くステップＳ１２では、推定温度上昇量
ΔＴｇｅに応じて図７（ｂ）に示すΔＰｔｅテーブルを
検索し、エンジン停止中のタンク内圧Ｐｔの上昇量の推
定値（以下「推定タンク内圧上昇量」という）ΔＰｔｅ
を算出する。ΔＰｔｅテーブルは、推定温度上昇量ΔＴ
ｇｅが増加するほど、推定タンク内圧上昇量ΔＰｔｅが
増加するように設定されている。

【００４２】次いで、推定タンク内圧上昇量ΔＰｔｅに
応じて、前述した図３の条件を満たすように目標圧力値
Ｐｏを決定する。すなわち、推定タンク内圧上昇量ΔＰ
ｔｅは、図３に示す曲線Ｂ、Ｂ’の条件を示しているだ
けなので、曲線Ａ及びＣの条件も加味して、最終的な目
標圧力値Ｐｏを決定する。

【００４３】以上のように本実施の形態によれば、外気
温が４５℃に上昇したとしても、エンジン１の作動中
に、吸気管２内の負圧が燃料タンク９内に作用して燃料
タンク９内は所定の目標圧力値Ｐｏに保持されるので燃
料タンク９内の負圧はエンジン１の停止後も保持され、
給油のためフィラーキャップ１１を開けても燃料タンク
９内の蒸発燃料が外気に放出するのを防止することがで
きる。

【００４４】さらに、燃料タンク９の残燃料量推定値Ｆ
ＲＥに応じて目標圧力値Ｐｏを決定するようにしたの
で、燃料タンク内の残燃料量に応じた最適な目標圧力値
Ｐｏに制御することができる。すなわち、例えば残燃料
量が多いときは、少ないときより目標圧力値Ｐｏを大き
い圧力値に設定することができるので、過剰な負圧値と
なることを防止でき、負圧化処理を短時間で容易に行う
ことができる。また、フロート式の残燃料量センサの検
出値ではなく、推定値ＦＲＥを用いるようにしたので、
車両の傾きの影響を受けることなく最適な目標負圧値Ｐ
ｏに制御することができる。

【００４５】また、上記実施の形態では、想定最大外気
温として予め設定された値４５℃を使用して燃料タンク
９のタンク内圧Ｐｔを制御しているが、この想定最大外
気温として、設定手段を設けて設定した値を使用して燃
料タンク９のタンク内圧Ｐｔを制御してもよい。これに
より、例えば、夏場は４５℃、冬場は２５℃のように車
両の周囲温度環境に応じて想定最大外気温を設定するこ
とができるので、燃料タンク８内の負圧値を車両の周囲
温度に対して適切な値とし得、過剰な負圧値となるのを
防止できる。

【００４６】なお、上述した実施形態では、エンジン運
転中に吸気管内の負圧を利用して燃料タンク内の燃料液
面の上方の空間の圧力を過剰な負圧値に制御し、エンジ
ン停止後も負圧状態を維持できるようにしたが、例えば
バッテリで駆動されるポンプによって、燃料タンク内の
燃料液面の上方の空間の圧力を負圧に制御するようにし
てもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、燃
料タンク内の燃料液面の上方の空間の圧力が減圧され、
減圧中の圧力変化に基づいて残燃料量が推定されるの
で、車両の傾きに拘わらず燃料タンクの残燃料量を正確
に推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る残燃料量推定装置
を含む蒸発燃料放出防止装置の構成を示す全体構成図で
ある

【図２】図１に示す蒸発燃料放出防止装置における蒸発
燃料放出防止のための制御処理のフローチャートであ
る。

【図３】燃料タンク内の目標圧力値の設定方法を説明す
るための図である。

【図４】燃料タンク内の残燃料量を推定する処理のフロ
ーチャートである。

【図５】図４の処理で使用するテーブルを示す図であ
る。

【図６】目標圧力値の設定を行う処理のフローチャート
である。

【図７】図６の処理で使用するテーブル等を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 内燃エンジン（減圧手段） ２ 吸気管（減圧手段） ５ 電子コントロールユニット（減圧手段、圧力変化検
出手段） ９ 燃料タンク １５ タンク内圧センサ（圧力検出手段） ２０ 蒸発燃料通路（減圧手段） ３０ タンク圧制御弁（減圧手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両に搭載された燃料タンクの残燃料量
   を推定する残燃料量推定装置において、 前記燃料タンク内の燃料液面の上方の空間の圧力を検出
   する圧力検出手段と、 前記空間の圧力を減圧する減圧手段と、 該減圧手段による減圧中の前記空間の圧力の変化を検出
   する圧力変化検出手段とを備え、 検出した圧力変化に基づいて前記燃料タンクの残燃料量
   を推定することを特徴とする燃料タンクの残燃料量推定
   装置。