WO2012042615A1

WO2012042615A1 - 燃料タンクシステム

Info

Publication number: WO2012042615A1
Application number: PCT/JP2010/066990
Authority: WO
Inventors: 秀一麻生
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-04-05
Also published as: EP2623354A1; EP2623354A4; EP2623354B1; JPWO2012042615A1; US20130306628A1; JP5445684B2; US9783045B2

Abstract

　温度上昇等により燃料タンクの内圧が上昇しにくく、燃料タンクの周囲に変形のための空間を確保する必要がない燃料タンクシステムを得る。　燃料タンク（１４）にはベーパ配管（３４）が接続されており、キャニスタ（１８）を介して大気開放配管（２４）が接続されている。ベーパ配管には電磁弁（５２）が取り付けられており、電磁弁の開弁により燃料タンク内の上部の気体層（Ａ）が外気と連通される。燃料タンクの上壁部（１４Ｃ）には内側に凹み変形可能な薄肉の変形部位（１４Ｄ）が設けられている。大気開放配管には、燃料タンク内を減圧させ、変形部位を内側に凹み変形させる負圧ポンプ（５８）が設けられている。変形部位を内側に凹み変形させた状態で電磁弁を閉弁することで、燃料タンクが密閉される。

Description

燃料タンクシステム

　本発明は、燃料タンクシステムに関する。

　下記特許文献１には、温度上昇等により燃料タンク内の蒸発燃料量が増えると、燃料タンクの上壁部が車両上方側（タンク外方）に膨出するように弾性変形することにより、燃料タンクの容量を増大させる密閉式の燃料タンク構造が開示されている。
特開２００９－３０５３９号公報

　しかし、特許文献１に記載の技術は、燃料タンクの上壁部がタンク外方に膨出する構造であり、燃料タンクの密閉時の空気分子数が多く、燃料タンク内の空気分圧が上昇しやすくなり、燃料タンクの内圧が上昇する。このため、燃料タンク自体の強度を上げる必要がある。

　また、燃料タンクの上壁部をタンク外方に膨出変形させるための空間を燃料タンクとその上方の床面との間に確保する必要があり、設計の自由度に制約が生じる。

　本発明は上記事実を考慮し、温度上昇等により燃料タンクの内圧が上昇しにくく、燃料タンクの周囲に変形のための空間を確保する必要がない燃料タンクシステムを得ることが目的である。

　本発明に係る第１の態様の燃料タンクシステムは、エンジンに供給される燃料を収容可能な燃料タンクと、前記燃料タンク内の上部の気体層を外気と連通させる配管と、前記燃料タンクの壁部に設けられ、前記燃料タンクの内側に凹むように変形可能な変形部位と、前記変形部位を前記燃料タンクの内側に凹ませるように変形させる変形手段と、前記配管に設けられ、前記配管を開放して前記気体層を外気と連通させ、前記配管を閉塞して前記燃料タンクを密閉させる弁と、前記気体層が外気と連通した後に、前記弁を開弁した状態で前記変形手段を作動させ、前記変形部位を前記燃料タンクの内側に凹ませた状態で前記弁を閉弁する制御手段と、を有するものである。

　本発明に係る第２の態様の燃料タンクシステムは、第１の態様の燃料タンクシステムにおいて、前記変形手段が、前記気体層を吸引して前記燃料タンク内を減圧させる負圧ポンプであるものである。

　本発明に係る第３の態様の燃料タンクシステムは、第１の態様の燃料タンクシステムにおいて、前記変形手段が、前記燃料タンクの外側から前記変形部位を押圧する押圧手段であるものである。

　本発明に係る第４の態様の燃料タンクシステムは、第１の態様から第３の態様のいずれか１つの態様に記載の燃料タンクシステムにおいて、前記変形部位を前記燃料タンクの内側に凹ませた状態で、前記燃料タンク内の圧力が所定値以上に上昇すると、当該圧力の上昇に応じて前記変形部位が許容範囲まで膨らむように構成されているものである。

　本発明に係る第５の態様の燃料タンクシステムは、第１の態様から第４の態様のいずれか１つの態様に記載の燃料タンクシステムにおいて、前記変形部位が、前記燃料タンクの上部に設けられているものである。

　本発明に係る第６の態様の燃料タンクシステムは、第１の態様から第５の態様のいずれか１つの態様に記載の燃料タンクシステムにおいて、前記燃料タンク内の圧力を検出する圧力センサを備え、前記制御手段は、前記圧力センサで検出された圧力が規定値より高いときに、前記変形手段を作動させるものである。

　本発明に係る第７の態様の燃料タンクシステムは、第６の態様の燃料タンクシステムにおいて、前記制御手段は、前記圧力センサで検出された圧力が規定値以下となると、前記弁を閉弁し、前記弁を閉弁した後に前記変形手段の作動を停止させるものである。

　本発明に係る第１の態様の燃料タンクシステムによれば、燃料を収容可能な燃料タンクの壁部に変形部位が設けられており、変形部位が燃料タンクの内側に凹むように変形可能となっている。燃料タンク内の上部の気体層が配管を通じて外気と連通した後、制御手段によって配管に設けられた弁を開弁した状態で変形手段を動作させることで、変形部位を燃料タンクの内側に凹ませるように変形させる。これにより、燃料タンク内の気体層の空気の分子数が減少する。そして、変形部位を燃料タンクの内側に凹ませた状態で、制御手段によって弁を閉弁して配管を閉塞し、燃料タンクを密閉させる。すなわち、変形部位を燃料タンクの内側に凹ませるように変形させ、気体層の空気の分子数を減少させることで、燃料タンクの密閉後に温度上昇しても、空気の分子数が少ない分、燃料タンク内の圧力（内圧）が上昇しにくくなる。このため、変形部位を燃料タンクの外方に膨出させる場合に比べて、燃料タンクの強度を上げる必要がない。また、変形部位が燃料タンクの外方に膨出しないため、燃料タンクの周囲に変形のための空間を確保する必要がなくなる。

　本発明に係る第２の態様の燃料タンクシステムによれば、変形手段が負圧ポンプであり、気体層を吸引して燃料タンク内を減圧させることで、燃料タンクの壁部の変形部位を燃料タンクの内側に凹ませるように変形させる。これによって、簡易な構成により変形部位を内側に凹ませるように変形させることができる。

　本発明に係る第３の態様の燃料タンクシステムによれば、変形手段が、燃料タンクの外側から変形部位を押圧する押圧手段であり、押圧手段により変形部位を押圧することで、燃料タンクの壁部の変形部位を燃料タンクの内側に凹ませるように変形させる。これによって、簡易な構成により変形部位を内側に凹ませるように変形させることができる。

　本発明に係る第４の態様の燃料タンクシステムによれば、変形部位を燃料タンクの内側に凹ませた状態で燃料タンクの密閉した後、温度上昇等により燃料タンクの内圧が所定値以上に上昇すると、圧力の上昇に応じて変形部位が許容範囲まで徐々に膨らむ。すなわち、温度変化による燃料タンク内の圧力の変化に応じて変形部位が変形することで、燃料タンク内の圧力の変動が小さくなり、必要以上の燃料タンクの強度アップが不要となる。

　本発明に係る第５の態様の燃料タンクシステムによれば、燃料タンクの上部に変形部位が設けられており、燃料タンクの上方側に変形部位の変形領域を確保する必要がない。このため、例えば、燃料タンクの上方側に配置されるボデー本体と変形部位との間隔を小さくすることができる。

　本発明に係る第６の態様の燃料タンクシステムによれば、圧力センサにより燃料タンク内の圧力が検出され、圧力センサで検出された圧力が規定値より高いときに、制御手段により変形手段を作動させ、燃料タンクの変形部位を燃料タンクの内側に凹ませるように変形させる。このため、圧力センサで検出された圧力が規定値以下のときは変形手段が作動せず、効率的に変形手段を作動させることができる。

　本発明に係る第７の態様の燃料タンクシステムによれば、圧力センサで検出された圧力が規定値以下となると、制御手段によって弁が閉止され、弁が閉止された後に変形手段の作動が停止される。これによって、燃料タンクの変形部位をより確実に凹み変形させることができる。

　以上説明したように、本発明に係る第１の態様の燃料タンクシステムでは、温度上昇等により燃料タンクの内圧が上昇しにくく、燃料タンクの周囲に変形のための空間を確保する必要がなくなる。

　本発明に係る第２の態様の燃料タンクシステムでは、簡易な構成により燃料タンクの壁部の変形部位を燃料タンクの内側に凹ませるように変形させることができる。

　本発明に係る第３の態様の燃料タンクシステムでは、簡易な構成により燃料タンクの壁部の変形部位を燃料タンクの内側に凹ませるように変形させることができる。

　本発明に係る第４の態様の燃料タンクシステムでは、燃料タンク内の圧力の変動が小さくなり、必要以上の燃料タンクの強度アップが不要となる。

　本発明に係る第５の態様の燃料タンクシステムでは、燃料タンクの上方側に配置されるボデー本体と変形部位との間隔を小さくすることができる。

　本発明に係る第６の態様の燃料タンクシステムでは、燃料タンク内の圧力に応じて効率的に変形手段を作動させることができる。

　本発明に係る第７の態様の燃料タンクシステムでは、燃料タンクの変形部位をより確実に凹み変形させることができ、信頼性が向上する。

本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムを示す概略構成図である。本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムに用いられる燃料タンクの一例を示す断面図である。本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムに用いられる燃料タンクの変形例を示す平面図及び断面図である。本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムの給油中の作動状態を示す部分構成図である。本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムの給油終了後に負圧ポンプを作動させた状態を示す部分構成図である。本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムの給油終了後に負圧ポンプを停止した状態を示す部分構成図である。本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムの走行中又は駐車中に温度が上昇した状態を示す部分構成図である。本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムの走行中又は駐車中に温度が低下した状態を示す部分構成図である。本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムの作動工程を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態の燃料タンクシステムを示す概略構成図である。比較例の燃料タンクシステムの給油終了時の作動状態を示す部分構成図である。比較例の燃料タンクシステムの走行中に温度が上昇した状態を示す部分構成図である。比較例の燃料タンクシステムの走行停止時の状態を示す部分構成図である。比較例の燃料タンクシステムの走行停止時に温度が低下した状態を示す部分構成図である。比較例の燃料タンクシステムの駐車中に温度が上昇した状態を示す部分構成図である。比較例の燃料タンクシステムの駐車中に温度が上昇し、燃料タンクの外方に膨出変形した状態を示す部分構成図である。

　図１には、本発明の第１実施形態の燃料タンクシステム１２が示されている。この燃料タンクシステム１２は自動車に搭載され、燃料をエンジンに供給するために使用されるものである。

　燃料タンクシステム１２は、燃料が収容される燃料タンク１４を有している。燃料タンク１４の上部にはインレットパイプ１６の下端が接続されており、図示しない給油装置の給油ガンをインレットパイプ１６の上端に設けられた給油口１７に接続して、燃料タンク１４に給油することができる。燃料タンク１４内の燃料Ｌは、燃料ポンプ４０が駆動されることで、燃料供給配管２８を通じてエンジン５０に供給される。

　給油口１７には、キャップ１７Ａが着脱可能に取り付けられている。給油口１７のキャップ１７Ａと対向する位置には、開閉可能なリッド４４が設けられており、リッド４４の開閉がリッドセンサ４６によって検知される。インレットパイプ１６の下端には、フラッパバルブ３２が取り付けられている。フラッパバルブ３２は、インレットパイプ１６から燃料タンク１４への燃料の移動時は開弁されて燃料移動を許容するが、逆方向への燃料の移動時には閉弁されて、この逆方向への燃料移動を阻止するようになっている。

　燃料タンク１４の上方には、内部に活性炭が充填されたキャニスタ１８が備えられており、燃料タンク１４とベーパ配管３４（配管）で接続されている。キャニスタ１８は、たとえば給油時に生じた蒸発燃料ガスを吸着し、車両走行時等には脱離させる。キャニスタ１８の大気側ポート２０には、大気開放配管２４（配管）が接続されている。燃料タンク１４内の上部の気体層Ａは、ベーパ配管３４とキャニスタ１８を介して接続された大気開放配管２４を通じて外気と連通されるようになっている。

　また、キャニスタ１８のパージポート２１には、エンジン５０へのパージ配管２３が接続されている。キャニスタ１８のパージ時には、脱離された蒸発燃料がパージ配管２３を通じてエンジン５０に送られるようになっている。また、キャニスタ１８には大気開放配管２４の一端が接続されており、大気開放配管２４の他端には、導入される大気（空気）を浄化するためのフィルタ２２が設けられている。すなわち、大気開放配管２４の他端はインレットパイプ１６の上端近傍においてフィルタ２２を介して大気開放されている。燃料タンク１４内の蒸発燃料を含む気体がベーパ配管３４を通じてキャニスタ１８に導入されると、蒸発燃料はキャニスタ１８内の吸着剤（活性炭）で吸着されると共に、気体は大気開放配管２４から大気開放される。また、キャニスタ１８のパージ時には、大気開放配管２４を通じて、大気がキャニスタ１８に導入される。

　ベーパ配管３４の下端には、フロート状の弁体３８Ｂを供えた満タン規制バルブ３８が設けられている。給油時に燃料Ｌの液面ＬＳが上昇した場合でも、液面ＬＳが満タン規制バルブ３８に達するまでは、弁体３８Ｂはベーパ配管３４を閉塞しておらず、燃料タンク１４内の気体がベーパ配管３４からキャニスタ１８に移動する。キャニスタ１８では、蒸発燃料が活性炭に吸着された後に、気体が大気開放配管２４を通じて大気開放される。このため、給油が妨げられることはない。これに対し、液面ＬＳが満タン規制バルブ３８に達して弁体３８Ｂが燃料に浮き、ベーパ配管３４を閉塞すると、以降は燃料タンク１４内の気体がキャニスタ１８に移動できなくなる。

　燃料タンク１４とインレットパイプ１６の上部とは、ブリーザパイプ２６で接続されている。ブリーザパイプ２６の下端は開口部３０とされており、燃料タンク１４内の上部（インレットパイプ１６の下端よりも上方）に位置している。ブリーザパイプ２６の上端はインレットパイプ１６の上部に開放されている。

　また、燃料タンク１４内の燃料は、燃料ポンプ４０によって燃料供給配管２８を通じて燃料噴射弁６４に送り出された後、燃料噴射弁６４によりエンジン５０の吸気通路６６内に噴射される。また、吸気通路６６には、この吸気通路６６を開閉するスロットバルブ６８と、吸気通路６６の空気導入側に配置されたエアクリーナ７０とが設けられている。

　図１－１及び図１－２に示されるように、燃料タンク１４は、中空状の容器からなり、底面となる下壁部１４Ａと、下壁部１４Ａの周囲に形成された側壁部１４Ｂと、側壁部１４Ｂの上部を覆う上壁部１４Ｃと、を備えている。上壁部１４Ｃ(壁部）には、上壁部１４Ｃの一般部の肉厚よりも薄く形成され、燃料タンク１４の内側（内方）に凹み変形可能に構成された変形部位１４Ｄが設けられている。変形部位１４Ｄは、平面視にて燃料タンク１４の上壁部１４Ｃの中央部に設けられたベーパ配管３４等の取付部１５の周囲に環状に設けられている。変形部位１４Ｄは、燃料タンク１４内が後述する負圧ポンプ５８により減圧されることで、断面視にて上壁部１４Ｃの延長線上の位置から上壁部１４Ｃの下方側に湾曲状に凹むようになっている。

　燃料タンク１４の上方には、上壁部１４Ｃに沿って略水平方向に車両のボデーの一部を構成する床面８０が配設されている。本実施形態では、燃料タンク１４の変形部位１４Ｄは、燃料タンク１４の内側に凹み変形するため、上壁部１４Ｃと床面８０との間に変形部位１４Ｄの変形領域を確保する必要がなく、上壁部１４Ｃと床面８０との間隔を狭く設定することができる。

　図１－１に示されるように、燃料タンク１４の上部には、燃料タンク１４内の圧力（内圧）を検知するための圧力センサ７４が設けられている。ベーパ配管３４の中間部には、ベーパ配管３４を開放及び閉塞する開閉可能な弁としての電磁弁５２が取り付けられている。電磁弁５２は、制御手段としてのＥＣＵ（電子制御装置）６０によって開閉される。電磁弁５２が開弁されることで、燃料タンク１４の上部の気体層Ａがベーパ配管３４を介してキャニスタ１８に連通される。

　大気開放配管２４の一端側（キャニスタ１８に近い位置）には、燃料タンク１４内の上部の気体層Ａの気体を吸引することによって燃料タンク１４内を減圧し、変形部位１４Ｄを内側（内方）に凹み変形させる変形手段としての負圧ポンプ５８が設けられている。負圧ポンプ５８の作動は、制御部としてのＥＣＵ６０によって制御される。すなわち、電磁弁５２を開弁した状態で負圧ポンプ５８を作動（パージ配管２３は閉塞）して燃料タンク１４内を減圧し（燃料タンク１４内を負圧とし）、変形部位１４Ｄを燃料タンク１４の内側に凹み変形させることで、燃料タンク１４の上部の気体層Ａの空気の分子数を減少させるようになっている。

　また、変形部位１４Ｄを燃料タンク１４の内側に凹ませた状態で、ＥＣＵ６０により電磁弁５２を閉弁することで、燃料タンク１４が密閉されるようになっている。電磁弁５２は、給油時に開弁され、燃料タンク１４の上部の気体層Ａが外気と連通された後、例えば給油後に、負圧ポンプ５８を作動して変形部位１４Ｄを燃料タンク１４の内側に凹ませた状態で、電磁弁５２を閉弁するように制御される。本実施形態では、リッド４４の開放がリッドセンサ４６により検知されたときに、ＥＣＵ６０によって電磁弁５２が開弁されるように制御される。また、負圧ポンプ５８を作動し、圧力センサ７４により検知される圧力が規定値以下となったときに、ＥＣＵ６０によって電磁弁５２が閉弁されるように制御される。

　燃料タンク１４の内側に凹んだ変形部位１４Ｄは、燃料タンク１４が密閉された状態で、温度上昇等により燃料タンク１４内の圧力（内圧）が所定値以上に上昇すると、その圧力の上昇に応じて許容範囲まで膨らむようになっている。言い換えると、変形部位１４Ｄは、圧力の上昇に応じて、断面視にて燃料タンク１４の内側に凹んだ状態から上壁部１４Ｃの略延長線上の元の位置に徐々に戻るようになっている。このとき、変形部位１４Ｄは、燃料タンク１４の上壁部１４Ｃの略延長線上の位置より上方の許容範囲まで膨らむように構成してもよい。

　また、ベーパ配管３４には、電磁弁５２が設けられた部位と並列に電磁弁５２の上流側と下流側を繋ぐバイパス通路５４が設けられており、バイパス通路５４にはリリーフ機能を有するメカ式のリリーフ弁５６が取り付けられている。リリーフ弁５６は、通常は閉弁されているが、燃料タンク１４が密閉状態のときに燃料タンク１４内の圧力がキャニスタ１８側の圧力に比べて所定の圧力以上に上昇した場合に、その圧力差により開弁されるようになっている。また、ＥＣＵ６０によって、電動式のリッドオープナー６２の作動が制御され、リッド４４のロック状態が解除されるようになっている。リッドオープナー６２は、図示しないリッドスイッチが押されたときに作動するようになっている。

　次に、本実施形態の燃料タンクシステム１２の作用を説明する。

　図２～図６には、燃料タンクシステム１２の作動過程が模式的に示されている。図２には、給油中の燃料タンクシステム１２の作動状態が示されており、給油中には、リッド４４及びキャップ１７Ａ（図１参照）が開放され、電磁弁５２が開弁されている。ＥＣＵ６０は、リッド４４の開放がリッドセンサ４６により検知されたときに、電磁弁５２を開弁する。電磁弁５２が開放されることで、燃料タンク１４がベーパ配管３４と大気開放配管２４等を通じて外気と連通され、燃料タンク１４内の圧力が大気圧とほぼ同じになる。

　この状態で、インレットパイプ１６を通じて、図示しない給油ガンから燃料が給油され、燃料タンク１４内で燃料Ｌの液面ＬＳが上昇する。電磁弁５２が開弁されていることにより、燃料タンク１４内の上部の気体層Ａの気体（空気及び蒸発燃料）はベーパ配管３４を通じてキャニスタ１８（図１参照）へと移動するので、燃料の給油が妨げられることはない。このとき、負圧ポンプ５８は停止されている。また、給油完了時の燃料タンク１４内の気体層Ａの空気分子数はｎａとなっている。

　図３には、給油終了後の燃料タンクシステム１２の作動状態が示されている。給油が終了すると、キャップ１７Ａが閉止されると共に、リッド４４が閉止される。ＥＣＵ６０は、リッド４４の閉止がリッドセンサ４６で検知されたときに（リッドセンサ４６のＯＮ状態が検知されたときに）、負圧ポンプ５８を駆動する（負圧ポンプ作動状態）。このとき、電磁弁５２は開弁されている。これによって、燃料タンク１４内の上部の気体層Ａの気体がベーパ配管３４を通じてキャニスタ１８に吸引され、大気開放配管２４からフィルタ２２を通して空気が外部に排出されることで、燃料タンク１４内が減圧される（図１参照）。燃料タンク１４内が所定の圧力まで減圧されると、燃料タンク１４の変形部位１４Ｄが内側（内方）に凹み変形し、燃料タンク１４の体積が縮小する。このため、燃料タンク１４の上部の気体層Ａの空気分子数が減少する（図１の空気分子数ｎａが図２の空気分子数ｎａ´に減少する）。

　図４には、給油終了後の減圧時の燃料タンクシステム１２の作動状態が示されている。給油終了後に減圧し、圧力センサ７４によって検知される燃料タンク１４内の圧力が規定値以下となったときに、ＥＣＵ６０は、電磁弁５２を閉弁し、負圧ポンプ５８の駆動を停止する（負圧ポンプ停止状態）。これによって、燃料タンク１４の変形部位１４Ｄが内側に凹み変形した状態で燃料タンク１４が密閉される。本実施形態では、電磁弁５２が閉弁され、ＥＣＵ６０により電磁弁５２の閉弁の信号が確認された後、負圧ポンプ５８の駆動を停止するように制御されている。これによって、燃料タンク１４内を確実に減圧させることができる。この状態では、燃料タンク１４の変形部位１４Ｄが内側に凹み変形しており、燃料タンク１４の上部の気体層Ａの空気分子数ｎａ´は少ない。

　図５には、車両の走行中又は駐車中に温度が上昇したときの燃料タンクシステム１２の作動状態が示されている（高温状態）。車両の走行中又は駐車中には、電磁弁５２が閉弁され燃料タンク１４が密閉されており、負圧ポンプ５８は停止されている。この状態で温度が上昇すると、燃料タンク１４内の圧力の上昇に応じて燃料タンク１４の変形部位１４Ｄが断面視にて上壁部１４Ｃの略延長線上の元の位置に徐々に戻り、燃料タンク１４の体積が拡大する（燃料タンク１４の体積が復元する）。このとき、燃料タンク１４の上部の気体層Ａの空気分子数ｎａ´が少ないため、燃料タンクの体積が縮小しない構成（空気分子数が減少しない構成）と比較すると、燃料タンク１４内の圧力が上昇しにくい。この理由については、後に詳述する。なお、車両の走行中には、エンジン５０及び排気の熱を受けて温度が上昇しやすい。また、変形部位１４Ｄは、燃料タンク１４の上壁部１４Ｃの略延長線上の位置より上方の許容範囲まで膨らむように構成してもよい。変形部位１４Ｄの膨らみを許容範囲以内に収めることは、リリーフ弁５６の開弁圧力の調整によって行う。

　図６には、車両の走行中又は駐車中に温度が低下したときの燃料タンクシステム１２の作動状態が示されている（低温状態）。車両の走行中又は駐車中には、電磁弁５２が閉弁され燃料タンク１４が密閉されており、負圧ポンプ５８は停止されている。この状態で温度が低下すると、燃料タンク１４内の圧力の低下に応じて燃料タンク１４の変形部位１４Ｄが内側（内方）に凹み変形し、燃料タンク１４の体積が縮小する。燃料タンク１４の体積の縮小により圧力が緩和されるため、燃料タンク１４の負圧が小さくなる。本実施形態では、燃料タンク１４内の圧力に応じて、図５に示す変形部位１４Ｄが凹み変形しない状態と図６に示す変形部位１４Ｄが凹み変形した状態を繰り返す。

　本実施形態の作用をより詳細に説明すると、燃料タンク１４内の気体層Ａの圧力Ｐは、蒸発燃料の分圧Ｐｇと空気の分圧Ｐａの合計となる。
　Ｐ＝Ｐｇ＋Ｐａ
　空気の分圧Ｐａは、数１に示す気体の状態方程式で表される。ここで、Ｖは気体が占める体積、ｎは気体の物質量（モル数）、Ｒは気体定数、Ｔは気体の熱力学温度である。また、蒸発燃料の分圧Ｐｇは、飽和蒸気圧となっている。

　図５に示されるように、温度が上昇する際、燃料タンク１４の変形部位１４Ｄが凹み変形しない状態に戻ると、数１のｎは小さく（空気分子数ｎａ´が少ない）、圧力が下がる方向となっており、Ｖは増加するため、圧力が下がる方向となっている。このため、燃料タンクの体積が縮小しない構成（空気分子数が減少しない構成）と比較すると、燃料タンク１４内の圧力が上昇しにくい。

　また、図６に示されるように、温度が低下する際、燃料タンク１４の体積の縮小により圧力が緩和されるため、燃料タンク１４の負圧が小さくなる。このため、燃料タンク１４の圧力の変動が小さくなり、燃料タンク１４の耐圧強度上有利となる。従って、必要以上の燃料タンク１４の強度アップが不要となる。

　なお、給油時には、燃料タンクシステム１２は図２に示す状態となり、上記工程が順次繰り返される。

　図７には、ＥＣＵ６０における燃料タンクシステム１２の動作の処理の流れがフローチャートにて示されている。

　この図に示されるように、ステップ１００でリッドスイッチがＯＮ状態とされた信号が入力されると、ステップ１０２で電磁弁５２が開弁される。この状態で、燃料タンク１４内への給油が行われる。そして、給油終了後にリッド４４が閉止されると、ステップ１０４でリッドセンサ４６のＯＮ信号が入力される。また、給油終了後には、圧力センサ７４で燃料タンク１４内の圧力が測定される。

　次いで、ステップ１０６で燃料タンク１４内の圧力が規定値以下であるか否かが判断され、燃料タンク１４内の圧力が規定値より大きいときは、ステップ１０８で負圧ポンプ５８が駆動される（ＯＮ状態とされる）。これによって、燃料タンク１４内の上部の気体層Ａの気体が吸引され、燃料タンク１４内が減圧される。負圧ポンプ５８の駆動は、ステップ１０６で燃料タンク１４内の圧力が規定値以下となるまで続けられる。

　ステップ１０６で燃料タンク１４内の圧力が規定値以下であると判断されると、ステップ１１０で電磁弁５２が閉弁される。本実施形態では、燃料タンク１４内の圧力が規定値以下となったときに、燃料タンク１４の変形部位１４Ｄが内側に凹み変形した状態となるように調整されており、燃料タンク１４の体積が縮小している。この状態で、電磁弁５２が閉弁されることで、燃料タンク１４が密閉される。

　次いで、ステップ１１２で負圧ポンプ５８の駆動が停止される（ＯＦＦ状態とされる）。負圧ポンプ５８の駆動の停止は、電磁弁５２を閉弁した信号が確認された後に行われる。

　このような燃料タンクシステム１２では、電磁弁５２の開放により燃料タンク１４が外気と連通された後、所定条件下で負圧ポンプ５８を駆動することで、燃料タンク１４の変形部位１４Ｄを内側に凹み変形させ、燃料タンク１４の体積を減少させることができる。また、燃料タンク１４内の圧力が規定値より大きいときに負圧ポンプ５８を駆動することで、効率的に負圧ポンプ５８を駆動させることができる。また、電磁弁５２を閉弁した信号が確認された後、負圧ポンプ５８の駆動が停止されることで、燃料タンク１４内を確実に減圧することができる。

　図９～図１４には、比較例に係る燃料タンクシステム２００の作動過程が模式的に示されている。

　この燃料タンクシステム２００では、燃料タンク２０２の上壁部２０２Ａに弾性変形により上方側に膨出変形可能な膨出変形部位２０２Ｂが設けられている。また、燃料タンク２０２に接続されるベーパ配管３４に電磁弁２０４が設けられており、第１実施形態の負圧ポンプ５８は設けられていない。

　図９に示されるように、給油が終了すると、電磁弁２０４が閉弁され、燃料タンク２０２が密閉される。この状態では、燃料タンク２０２内の圧力は大気圧とほぼ同じになっている。図１０に示されるように、車両走行中には、電磁弁２０４が開弁され、この状態で温度が上昇すると、燃料タンク２０２の上部の気体層Ａの蒸発燃料等の気体はベーパ配管３４を通じてキャニスタ１８へと移動する。このとき、燃料タンク２０２内の圧力は、正圧、は調整弁により正圧リリーフして低圧状態とされる。

　図１１に示されるように、車両の走行を停止すると、電磁弁２０４が閉弁される。この状態で温度が低下すると、燃料タンク２０２の上部の気体層Ａの蒸発燃料の分圧Ｐｇと空気の分圧Ｐａは下がり、圧力Ｐが低下する。このとき、燃料タンク２０２の上部の気体層Ａの空気分子数はｎａとなっている。

　図１２に示されるように、走行停止時に温度が更に低下し、燃料タンク２０２の圧力が所定値以下に下がると（負圧が大きくなると）、負圧リリーフにより、キャニスタ１８側からベーパ配管３４を通じて燃料タンク２０２内に空気が吸入される。これによって、空気分子数ｎａ´が増加し、空気の分圧Ｐａが上がる。

　図１３に示されるように、駐車中に温度が上昇すると、電磁弁２０４が閉弁されているため、燃料タンク２０２の上部の気体層Ａの蒸発燃料の分圧Ｐｇと空気の分圧Ｐａが上がり、圧力Ｐが上昇する。

　図１４に示されるように、駐車中に温度が上昇し、燃料タンク２０２内の圧力が所定値以上に上昇すると、燃料タンク２０２の上壁部２０２Ａの膨出変形部位２０２Ｂが上方側に弾性変形により膨出し、燃料タンク２０２の体積が拡大する。すなわち、温度上昇により燃料タンク２０２内の圧力が上昇する際に、燃料タンク２０２の体積が拡大し、数１に示すように圧力は抑制される方向になるが、図１２で空気分子数ｎａ´が増加した分は、圧力が上がる方向となる。このため、比較例の燃料タンクシステム２００では、空気分子数ｎａ´の増加により空気の分圧Ｐａが上昇しやすくなり、燃料タンク２０２内の圧力が上昇する。このため、燃料タンク２０２自体の強度を上げる必要がある。また、燃料タンク２０２の上壁部２０２Ａとその上方の床面８０（図１参照）との間に、膨出変形部位２０２Ｂが上方側に膨出変形するためのスペースを確保する必要があり、設計の自由度に制約が生じる。

　これに対して、本実施形態の燃料タンクシステム１２では、燃料タンク１４の変形部位１４Ｄを内側（内方）に凹み変形させ、気体層Ａの空気分子数ｎａ´を減少させることで、燃料タンク１４の密閉後に温度上昇しても、空気分子数ｎａ´が少ない分、燃料タンク１４内の圧力が上昇しにくくなる。このため、必要以上の燃料タンク１４の強度アップが不要となる。また、燃料タンク１４の変形部位１４Ｄが燃料タンク１４の外方に膨出しないため、燃料タンク１４の上壁部１４Ｃと床面８０との間に変形のための空間を確保する必要がなくなり、省スペース化が可能となる。

　図１－３には、第１実施形態の燃料タンクの変形例が示されている。この燃料タンク９０には、上壁部１４Ｃの中心部の取付部１５の周囲に変形部位９２が設けられている。変形部位９２は、縁部に燃料タンク９０の内側に突出した環状の２本のビード９２Ａを備えている。負圧ポンプ５８（図１参照）の駆動により燃料タンク９０内が減圧されることで、ビード９２Ａが燃料タンク９０の内方に伸びて変形部位９２が内側に凹み変形する。このような燃料タンク９０でも、簡易な構成により変形部位９２を内側に凹み変形させることができる。

　図８には、本発明の第２実施形態の燃料タンクシステム１２０が示されている。以下、第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成要素、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。

　第２実施形態の燃料タンクシステム１２０では、第１実施形態の燃料タンクシステム１２の負圧ポンプ５８に代えて、燃料タンク１４の上部に押圧手段としてのアクチュエータ１２２が設けられている。アクチュエータ１２２は、ソレノイドからなり、燃料タンク１４の変形部位１４Ｄの上面に接触するように配置された押圧部１２２Ａと、押圧部１２２Ａを燃料タンク１４側に進出・後退させるロッド１２２Ｂと、を備えている。アクチュエータ１２２は、床面８０の下部に図示しない取付具によって取り付けられている。アクチュエータ１２２の作動はＥＣＵ６０によって制御される。

　この燃料タンクシステム１２０では、電磁弁５２を開弁した状態で、アクチュエータ１２２のロッド１２２Ｂを燃料タンク１４側に進出させ、押圧部１２２Ａで燃料タンク１４の変形部位１４Ｄを下方側に押圧することで、燃料タンク１４の上部の気体層Ａの気体がベーパ配管３４及び大気開放配管２４を通じて外部に排出され、燃料タンク１４の変形部位１４Ｄが内側（内方）に凹み変形する。これによって、燃料タンク１４の体積が縮小し、燃料タンク１４の上部の気体層Ａの空気分子数が減少する。この状態で、電磁弁５２を閉弁することで、燃料タンク１４が密閉される。

　このような燃料タンクシステム１２０では、燃料タンク１４の変形部位１４Ｄを内側に凹み変形させ、気体層Ａの空気分子数ｎａ´を減少させることで、燃料タンク１４の密閉後に温度上昇しても、空気分子数ｎａ´が少ない分、燃料タンク１４内の圧力が上昇しにくくなる。このため、必要以上の燃料タンク１４の強度アップが不要となる。また、アクチュエータ１２２を燃料タンク１４の変形部位１４Ｄの全面に設ける必要がなく、変形部位１４Ｄの一部に接触させればよいので、燃料タンク１４の上壁部１４Ｃと床面８０との間に大きな空間を設ける必要はない。

　なお、本実施形態では、アクチュエータ１２２は、燃料タンク１４の取付部１５の両側に設けられているが、押圧部１２２Ａが燃料タンク１４の変形部位１４Ｄに接触する位置であれば、燃料タンク１４の上壁部１４Ｃと床面８０との間のどの位置にアクチュエータ１２２を設けてもよい。

　なお、第１実施形態及びその変形例では、燃料タンク１４、９０の上壁部１４Ｃに変形部位１４Ｄ、９２を設けたが、これらに限定されず、燃料タンク１４、９０の側壁部１４Ｂや下壁部１４Ａの他の位置に変形部位を設けてもよい。また、変形部位１４Ｄ、９２の形状も、これらに限定されず、変形部位が燃料タンクの内側に凹み変形する構成であれば、蛇腹形状など他の形状でもよく、弾性体などの別部材で変形部位を形成してもよい。

　また、第２実施形態では、燃料タンク１４の上壁部１４Ｃに変形部位１４Ｄを設け、アクチュエータ１２２を変形部位１４Ｄの上方に設けているが、これに限定されず、例えば、燃料タンク１４の側壁部１４Ｂに変形部位を設け、アクチュエータ１２２を変形部位の側方に設ける構成でもよい。

　また、第２実施形態では、アクチュエータ１２２を設けたが、これに限定されず、ばね等からなる押圧手段を設けてもよい。

１２   燃料タンクシステム
１４   燃料タンク
１４Ｃ上壁部（壁部）
１４Ｄ変形部位
２４   大気開放配管（配管）
３４   ベーパ配管（配管）
５２   電磁弁（弁）
５８   負圧ポンプ
６０   ＥＣＵ（制御手段）
９０   燃料タンク
９２   変形部位
９２Ａビード
１２０燃料タンクシステム
１２２アクチュエータ（押圧手段）
Ａ     気体層
Ｌ     燃料

Claims

　エンジンに供給される燃料を収容可能な燃料タンクと、
　前記燃料タンク内の上部の気体層を外気と連通させる配管と、
　前記燃料タンクの壁部に設けられ、前記燃料タンクの内側に凹むように変形可能な変形部位と、
　前記変形部位を前記燃料タンクの内側に凹ませるように変形させる変形手段と、
　前記配管に設けられ、前記配管を開放して前記気体層を外気と連通させ、前記配管を閉塞して前記燃料タンクを密閉させる弁と、
　前記気体層が外気と連通した後に、前記弁を開弁した状態で前記変形手段を作動させ、前記変形部位を前記燃料タンクの内側に凹ませた状態で前記弁を閉弁する制御手段と、
　を有する燃料タンクシステム。
　前記変形手段が、前記気体層を吸引して前記燃料タンク内を減圧させる負圧ポンプである請求項１に記載の燃料タンクシステム。
　前記変形手段が、前記燃料タンクの外側から前記変形部位を押圧する押圧手段である請求項１に記載の燃料タンクシステム。
　前記変形部位を前記燃料タンクの内側に凹ませた状態で、前記燃料タンク内の圧力が所定値以上に上昇すると、当該圧力の上昇に応じて前記変形部位が許容範囲まで膨らむように構成されている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料タンクシステム。
　前記変形部位が、前記燃料タンクの上部に設けられている請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の燃料タンクシステム。
　前記燃料タンク内の圧力を検出する圧力センサを備え、
　前記制御手段は、前記圧力センサで検出された圧力が規定値より高いときに、前記変形手段を作動させる請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の燃料タンクシステム。
　前記制御手段は、
　前記圧力センサで検出された圧力が規定値以下となると、前記弁を閉弁し、前記弁を閉弁した後に前記変形手段の作動を停止させる請求項６に記載の燃料タンクシステム。