JP2008518151A - 燃料補給システム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃焼機関を有する車両のための燃料補給システムを提供する。燃料補給システムは、燃料タンク(1)と、燃料タンク(1)内で発生した燃料蒸気を吸着するためのキャニスタ(2)と、キャニスタ(2)に連結され且つそれを排気するためのキャニスタドレーン遮断バルブ(3)と、燃焼機関の点火装置のスイッチがオンであるのかオフであるのかを検出するための点火装置センサ(4)を有する。燃料補給コントローラ(5)は、燃焼機関の点火装置のスイッチがオフであることを点火装置センサ(4)が検出したとき、キャニスタドレーン遮断バルブ(3)を開く。本発明は、この燃料補給システムを用いて自動車の燃料を補給する方法も提供する。

Description

本発明は、燃料補給システム、及び自動車の燃料タンクに燃料補給する方法に関する。より具体的には、本発明は、安全で、正確で、しかも構成が簡単であり、それによって製作費用を低減し、同時に容易な燃料補給を可能にする燃料補給システムに関する。

燃料タンクに収容されている燃料は、周囲温度で蒸発する傾向にあり、液体燃料の表面の上方に位置する燃料タンクの上部スペースを満たす燃料蒸気と空気の混合気を形成することが知られている。燃料の殆どがエンジン内の燃焼のために消費されたとき、液体燃料の表面の上方に位置する上部スペースが比較的大きくなり、従って、それに対応する容積の燃料蒸気と空気の混合気が、燃料タンクの上部スペースを満たしている。しかし、燃料補給中、燃料蒸気と空気の混合気のほぼ全部の容積は、液体燃料に置き換えられ、燃料蒸気と空気の混合気は、燃料タンク内の圧力の増加を防ぐために何らかの方法で燃料タンクから逃げる必要がある。通常、燃料蒸気と空気の混合気は、燃料システムから通気バルブを通って逃げることが可能である。

次第に厳しくなる環境基準は、燃料補給（給油）中に車両から出る燃料蒸気の大幅な低減を余儀なくさせる規制をもたらした。これらの規制は、一般的に、燃料補給中に大気に出る燃料蒸気を本質的に排除することを目指すものである。従って、現在の従来型自動車燃料補給システムでは、燃料補給中に燃料タンクを通気させるフロート型バルブが一般的に用いられている。このフロートバルブを燃料の中に沈めると、フロートバルブのフロートが上がり、ついには、燃料タンクの通気を阻止するように燃料タンクを密封し、その結果、燃料を充填用パイプに送り、その中を上昇させ、充填用ノズル内の吸引装置を作動させる。この種の通気バルブは、「制御バルブ（ＣＶ）」又は「燃料レベル通気バルブ（ＦＬＶＶ）」等の多数の名称を有する。制御バルブは、一般的に、それに用いられるフロートを作成するのに必要な複合材料の数のために幾分高額である。更に、この制御バルブは、燃料補給機能を制御するように製造されるので、タンクがほぼいっぱいになる度に燃料に沈められる。これらの制御バルブは、その寸法のために、炭素キャニスタへの蒸気通路の中に液体を通すことを許す反応性がいくらか欠如し、その結果、キャニスタを汚す。過去には、いくつかの異なる方法が、この問題を解決するために考察された。

このような１つの方法は、米国特許第６，５１６，８３５号に開示されており、この方法は、レベルセンサのようなタンク装着型センサからの信号に基づいて作動されるタンク装着型ソレノイドバルブを説明している。レベルセンサが、タンクがいっぱいになったことを指示すると、ソレノイドバルブが閉まり、タンクの圧力スパイクを引き起こし、従って、燃料補給処理を終了させる。このシステムの利点は、車両走行中の動的圧力発生に対処するための小型オリフィス通気バルブのみを残して、バルブがいつでも通常閉鎖位置に留まることができることである。その結果、蒸気回収キャニスタに流れることができる蒸気の量が制限され、キャニスタを小型化することができる。上述のように、制御バルブを除去することにより、蒸気回収キャニスタ内への液体の持ち越しの危険性が大きく低減される。このシステムの欠点は、燃料補給機能を実行するのに必要な追加センサ及びバルブである。これらの項目は、システムに追加費用を加える。

米国特許第６，４８８，０１５号は、燃料補給処理を制御するために「キャニスタ通気ソレノイド」又は「ドレーン遮断バルブ」を用いるシステムを説明している。システムは、車両が停車しているかどうかを判断するために車両速度センサを用いる。停車した状態で、タンク内の燃料レベルが所定の高さを超える場合には、「ドレーン遮断バルブ」が閉じることになる。バルブは、所定期間閉じたままであり、圧力をタンク内に蓄積させ、流体を充填用パイプに押し上げ、最終的に充填ノズルを遮断することができる。５秒後にタンク内の燃料レベルが所定レベルよりも下であれば、バルブは、再び開かれ、より多くの燃料補給を可能にする。燃料レベルが所定レベルに到達した状態で、遮断バルブが閉じて燃料補給処理が終了する。このシステムは有効であるが、いくつかの懸案事項がある。第１に、車両速度センサを用いることにより、エンジン作動状態中に燃料補給が許される可能性がある。第２に、システムは、抵抗カード型燃料レベル測定器に基づいている。これらの測定器の乏しい精度に基づくと、一定の充填容積は困難であろう。

以上に鑑みて、従来技術における欠点を克服する改良された燃料補給システムの必要性が存在する。特に、燃料補給システムは、構成が簡単で正確かつ安全でなければならない。

本発明の発明者は、この技術的問題が特許請求の範囲の内容、すなわち、燃焼機関を有する車両のための燃料補給システムであって、燃料タンクと、燃料タンク内で発生した燃料蒸気を吸着するように構成されたキャニスタと、キャニスタに連結され且つそれを排気するためのキャニスタドレーン遮断バルブと、燃焼機関の点火装置のスイッチがオンであるのか又はオフであるのかを検出するように構成された点火装置センサと、点火装置センサが燃焼機関の点火装置のスイッチがオフであることを検出した時にキャニスタドレーン遮断バルブを開き、且つ、燃料補給処理の終了時又は燃料補給が発生しない場合にキャニスタドレーン遮断バルブを閉じるための燃料補給コントローラとを有する燃料補給システムによって解決することができることを見出した。

上述の米国特許第６，４８８，０１５号のシステムに対して、本発明のシステムに見られる主な機能的差異は、これが車両速度センサに基づいていないことである。燃料補給時に車両を止めることを要求することにより、潜在的に電荷集中を生成すると考えられる可動部分がないために多くの危険性が排除される。

本発明によるシステムの燃料タンクは、金属、ポリマー材料のような燃料に対して化学的に耐性のある材料で作られた中空体である。本発明は、ポリマー材料で作られた燃料タンクで良好な結果を得る。ポリマー材料は、好ましくは、ポリエチレン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリブチレン・テレフタレート、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリプロピレン、エラストマー、及びこれらの２つ又はそれよりも多くの混合物から成る群から選択される。好ましくは、ポリマー材料は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）を含む。特定的な実施形態では、中空要素はまた、ＥＶＯＨ（少なくとも部分的に加水分解されたエチレン−酢酸ビニルコポリマー）のようなバリア材の層を含む。変形例として、ＨＤＰＥは、燃料に対するその浸透性を低減するために（フッ素化又はスルホン化などにより）表面処理されてもよい。

上述のように、本発明の主な特徴は、エンジンのスイッチがオフのとき、ドレーン遮断バルブを開くだけであり、従って、燃料補給作業に有効な通気を可能にし、燃料補給処理の終了時又は燃料補給が発生しないとき、ドレーン遮断バルブを再び閉じるように構成されたコントローラに接続された点火装置センサの存在に関する。上述のコントローラは、「エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）」又は燃料システムに関する機能のみを制御するように設計された別のＥＣＵのいずれかであるのがよい。燃料補給の終了時又は燃料補給作業がないことは、レベルセンサと、レベルセンサが所定期間にわたって静止しているかを検出するためのタイマとを用いることによって判断することができる。

本発明によるシステムは、キャニスタを含み、このキャニスタは、タンクからの燃料蒸気と空気の混合気がキャニスタ内に導かれてチャコールに吸着されるか又は部分的に凝縮されるような方法で、蒸気ラインを通して燃料タンクに接続されている。このようなシステムの蒸気ラインは、キャニスタの上部に位置する吸気ポートに接続される。「パージ」ポートとして公知のキャニスタ上の第２のポートも設けられ、ここからラインが、車両エンジンの吸入マニホルド又は気化器に延びている。エンジンが事前設定された回転数で作動している時に、チャコールに蓄えられた凝縮燃料及び蒸気が放出され、エンジン内に吸入され、燃焼する。

本発明によるキャニスタはまた、キャニスタドレーン遮断バルブを通して大気に接続された第３のポートを含む。このバルブが燃料補給処理の終了時に閉じられた時に、蒸気が大気に逃げず、タンクを実質的に密封し、燃料を、それが注入口パイプを満たすように戻し、最終的に燃料補給処理を終了させる。

本発明によるキャニスタ内の燃料蒸気吸着剤は、任意の吸収剤とすることができる。それは、好ましくは、純粋か、粒状か、又はペレット化されるか又は適切なサポート上に支持されるかのいずれかのチャコールである。それはまた、例えば、ハニカムの形態の凝集チャコールとすることもできる。

上述のように、燃料補給作業が発生しない時に閉じられる通気バルブを有することが好ましい（キャニスタを小型化するために）。従って、本発明の一実施形態では、燃料補給システムは、注入口ドアが開いているか又は閉じているかを検出するようになった注入口ドアセンサを有する注入口ドアを含む。この実施形態によるコントローラは、次に、エンジンが停止する時、最初に通気バルブを開くが、注入口ドアを閉じるとき、通気バルブを再び閉じる。

ＯＢＤ（漏れ検出試験を含む「搭載診断」）を用いる燃料システムにおいては、通常は、エンジンのスイッチがオフになると、ＣＰＵ（エンジンの中央コンピュータプログラム制御ユニット）は、通気バルブを含む全てのバルブを閉じることによって漏れ検出試験を開始する。従って、エンジン停止時の漏れ試験は、燃料補給作業が発生しない場合でさえもいつも中断される（通気バルブが開かれる）であろうから、本発明の燃料補給システムは、このような燃料システムに適合しないと考えられる。

従って、本発明の第１の好ましい実施形態により、燃料補給コントローラは、点火装置センサが、点火装置のスイッチがオフであることを連続して検出し、かつ注入口ドアセンサが、注入口ドアが閉じていることを連続して検出する両方の間（典型的には、燃料補給作業なしのエンジン停止の場合）である所定時間ｔが経過した後に、キャニスタドレーン遮断バルブを閉じるように構成されている。ドレーン遮断バルブが閉じられ、かつエンジンのスイッチが依然としてオフである状態で、ＣＰＵは、通常の漏れ検出試験を開始することができる。通常、時間ｔは、数分の範囲、典型的には１〜１０分の間、好ましくは２〜８分の間、より好ましくは３〜６分の間である。

一方、キャニスタへの液体取込を回避するために、タンクが（ほぼ）満タン状態である時に通気バルブを閉じる方が良いと考えられる。従って、第２の好ましい実施形態により、本発明による燃料補給システムは、燃料タンク内の燃料レベルを検出する燃料レベル検出装置を更に含む。より好ましくは、この燃料レベル検出装置は、従来の抵抗カードレベルセンサよりも正確な非接触レベルセンサを用いる。好ましい非接触レベルセンサは、計量又は誘導式、又はホール効果に基づくものである。後者が、良好な結果を与える。このようなシステムにおいては、燃料補給コントローラは、燃料レベル検出装置によって検出された燃料レベルが所定の高さｈに到達すると、キャニスタドレーン遮断バルブを閉じるように構成される。この高さは、タンク内で許容される最大燃料レベルにほぼ対応する。

本発明はまた、上述の燃料補給システムを用いて自動車に燃料補給する方法に関し、本方法は、点火装置センサを用いて燃焼機関の点火装置のスイッチがオン又はオフであるかを検出する段階と、燃焼機関の点火装置のスイッチがオフである時に燃料補給コントローラを通してキャニスタドレーン遮断バルブを開く段階とを含む。

上述のように、燃料補給後又は燃料補給作業が発生しない時には、コントローラを通してキャニスタドレーン遮断バルブを再び閉じることが好ましい。

従って、本方法は、好ましくは、燃料タンクの注入口ドアが開いているか又は閉じているかを検出する付加的な段階を含む。この段階は、次に、コントローラによるドレーン遮断バルブの閉鎖を実際に調整し、これは、上述の注入口ドアセンサを用いて実行される。この実施形態では、燃料補給作業が発生しない場合、又は、燃料補給作業が発生したが完了した場合の両方で、このセンサによって燃料補給作業がないことが検出される。

より好ましい実施形態により、通気バルブが開かれたままであり、一方で必要であれば運転者が燃料補給作業を実行することを可能にし、及び／又は、燃料補給作業なしにエンジン停止の場合に漏れ検出を可能にする間である時間を低減するために、本発明による方法は、好ましくは、注入口ドアが閉じられ、かつ少なくとも期間ｔにわたって閉じたままである時に（エンジン停止後又は燃料補給が終了して注入口ドアが閉じられた後）、キャニスタドレーン遮断バルブを閉じる付加的な段階を含む。

最後に、別の好ましい実施形態により、（ほぼ）満タンのタンクレベル時に液体がキャニスタに取り込まれるのを回避するために、本方法は、注入口ドアが開いている場合に燃料タンク内の燃料レベルを検出する付加的な段階と、燃料レベルが所定の高さｈに到達した時にキャニスタドレーン遮断バルブを閉じる付加的な段階とを含む。

好ましくは、高さｈは、満タンのタンクレベルに対応する高さである。この点で、システム及びコントローラは、米国特許第６，４８８，０１５号に説明するように、すなわち、２つの所定のレベルを用いるように適応させることができると考えられることに注目する価値がある。

本発明によるシステム及び方法は、図１及び図２によってそれぞれ非制限的に例示されている。

図１は、本発明による燃料補給システムの好ましい実施形態を示す図である。燃料補給システムは、注入口パイプ１０を備えた燃料タンク１を有し、注入口パイプ１０は、その端部に注入口ドア９を有している。注入口ドア９は、それが開いているのか閉じているのかを検出するための注入口ドアセンサ８を含んでいる。燃料補給システムは、１つ又は２つ以上の転倒バルブ１１を燃料タンク１上に有している。キャニスタ２が、燃料タンク１内で発生した燃料蒸気を吸着するために、蒸気導管１２を通じて燃料タンク１と蒸気連通している。キャニスタ２はまた、パージソレノイド１３を通じてエンジン吸入マニホルドと連通し、且つ、キャニスタドレーン遮断バルブ３を通じて選択的に大気に連通しており、キャニスタドレーン遮断バルブ３は、排気のためにキャニスタに連結され、キャニスタ通気ソレノイドとも呼ばれている。キャニスタドレーン遮断バルブ３を用いることにより、燃料タンク１は、効果的にシールされ、その結果、燃料蒸気は大気に逃れることができず、それにより、燃料を注入口パイプ１０充填するように戻して、最終的に燃料補給処理を終了させる。フロートアーム１４を有する非接触燃料レベル検出装置６は、燃料タンク１内の燃料の量を検出する。燃料補給システムはまた、燃焼機関の点火装置のスイッチがオンであるかオフであるかを検出するための点火装置センサ４と、燃焼機関の点火装置のスイッチがオフであることを点火装置センサ４が検出した時にキャニスタドレーン遮断バルブ３を開くための燃料補給コントローラ５とを有している。燃料補給コントローラ５は、燃料レベル検出装置６によって検出された燃料レベルが所定の高さ（最大燃料レベル、図示せず）に到達すると、キャニスタドレーン遮断バルブ３を閉じるように構成されている。更に、燃料補給コントローラ５は、所定の期間中、点火装置のスイッチがオフであることを点火装置センサ４が連続して検出し且つ注入口ドア９が閉じていることを注入口ドアセンサ８が連続して検出すると、キャニスタドレーン遮断バルブ３を閉じる。

図２は、基本的な処理フローを説明する図である。エンジンが停止すると、燃料補給プログラムが始まり、通気孔（ドレーン遮断バルブ）３を開いて圧力を抜き、次に、所定期間にわたって注入口ドア９の開放を調べる。所定時間（図示のように、例えば５分）内に注入口ドアが開くと、燃料補給処理を継続させ、コンピュータ（燃料補給コントローラ５）は、レベル検出装置６及び注入口ドアセンサ８と通信し、注入口ドア９が閉まるか又はタンクが所定レベルに到達したら、キャニスタ通気ソレノイド（ドレーン遮断バルブ）３を遮断し、燃料補給処理を終了する。注入口ドア９が所定時間内に開かない場合、燃料補給コントローラ５は、通気バルブ（ドレーン遮断バルブ）３を閉じ、通常のエンジン停止サイクル（漏れ検出試験）を実行し始める。

本発明による燃料補給システムの好ましい実施形態を示す図である。 基本的な処理フローを説明する図である。

Claims (10)

1. 燃焼機関を有する車両のための燃料補給システムであって、
   燃料タンク（１）と、
   前記燃料タンク（１）内で発生した燃料蒸気を吸着するように構成されたキャニスタ（２）と、
   前記キャニスタ（２）に連結され且つ前記キャニスタ（２）を排気するためのキャニスタドレーン遮断バルブ（３）と、
   燃焼機関の点火装置のスイッチがオンであるのかオフであるのかを検出するように構成された点火装置センサ（４）と、
   前記燃焼機関の点火装置のスイッチがオフであることを前記点火装置センサ（４）が検出した時に、前記キャニスタドレーン遮断バルブ（３）を開くための燃料補給コントローラ（５）と、を有する燃料補給システム。
2. 前記燃料タンク（１）は、注入口ドアセンサ（８）を有する注入口ドア（９）を含み、前記注入口ドアセンサ（８）は、前記注入口ドア（９）が開いているのか閉じているのかを検出するように構成される、請求項１に記載の燃料補給システム。
3. 前記点火装置のスイッチがオフであることを前記点火装置センサ（４）が連続して検出し、且つ、前記注入口ドア（９）が閉じていることを前記注入口ドアセンサ（８）が連続して検出して、所定時間ｔの経過後、前記燃料補給コントローラ（５）は、前記キャニスタドレーン遮断バルブ（３）を閉じる、請求項２に記載の燃料補給システム。
4. 更に、前記燃料タンク（１）内の燃料レベルを検出する燃料レベル検出装置（６）を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料補給システム。
5. 前記燃料レベル検出装置（６）は非接触レベルセンサである、請求項４に記載の燃料補給システム。
6. 前記燃料補給コントローラ（５）は、前記燃料レベル検出装置（６）によって検出された前記燃料レベルが所定の高さｈに到達したとき、前記キャニスタドレーン遮断バルブ（３）を閉じる、請求項４又は５に記載の燃料補給システム。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料補給システムを用いて自動車に燃料を補給する方法であって、
   前記点火装置センサ（４）を用いて燃焼機関の点火装置のスイッチがオン又はオフであるかを検出する段階と、
   前記燃焼機関の点火装置のスイッチがオフであるときに、前記燃料補給コントローラ（５）を通じて前記キャニスタドレーン遮断バルブ（３）を開く段階と、を有する方法。
8. 更に、前記燃料タンク（１）の注入口ドア（９）が開いているのか閉じているのかを検出する段階を有する、請求項７に記載の方法。
9. 前記注入口ドア（９）が閉じられ、少なくとも時間ｔにわたって閉じたままであるとき、前記燃料補給コントローラ（５）は前記キャニスタドレーン遮断バルブ（３）を閉じる、請求項８に記載の方法。
10. 更に、前記注入口ドア（９）が開いているときに前記燃料タンク（１）内の燃料レベルを検出する段階と、
    前記燃料レベルが所定の高さｈに到達したときに前記キャニスタドレーン遮断バルブ（３）を閉じる段階と、を有する請求項８又は９に記載の方法。

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