JP5772734B2 - 燃料タンクシステム - Google Patents

Description

本発明は、燃料タンクシステムに関する。

自動車に搭載される燃料タンクシステムでは、たとえばハイブリッド車等においてエンジンの駆動時間が短くなることを考慮し、燃費の向上を図るために、エンジンからの負圧に依存することなくキャニスタをパージ可能とすることが望まれる。特許文献１には、キャニスタのベーパを吸出ポンプで吸い出して液化器で液化し、燃料タンクへ回収する蒸発燃料回収装置が記載されている。

しかし、特許文献１の構造では、蒸発燃料を液化器で冷却して液化しているため、冷却のためのエネルギーが必要であり、さらなるエネルギー効率の向上が求められる。

また、特許文献２には、分離膜によって蒸発燃料リッチ成分と空気リッチ成分とに分離する分離膜モジュールを備え、コンプレッサを用いて膜分離の駆動力を得る構成が記載されている。

しかし、コンプレッサ等を用いると、コンプレッサの駆動力が必要となり、その結果、燃費の低下を招くおそれがある。

特開２００３−３１４３８１号公報 特開２００２−１２２０４６号公報

本発明は上記事実を考慮し、エンジンから作用する負圧に依存することなくキャニスタをパージ可能で、車両の燃費向上にも寄与できる燃料タンクシステムを得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、燃料を収容する燃料タンクと、前記燃料タンク内の蒸発燃料の吸着及び脱離が可能なキャニスタと、エンジンからの排気を排出するための排気管と、前記燃料タンク内の気体から大気成分を分離可能な気体分離機と、前記燃料タンクの上部の気体層と前記キャニスタ及び前記気体分離機とを連通する第１連通配管と、前記第１連通配管に設けられ前記気体層と前記キャニスタ及び前記気体分離機との連通状態を切り替える切替手段と、前記気体分離機と前記排気管との連通及び非連通を切り替え可能で、前記エンジンの駆動時に前記気体分離機と前記排気管とを連通させる連通手段と、を有する。

この燃料タンクシステムでは、たとえば燃料タンクのタンク内圧が正圧になっている状態で、切替手段により、燃料タンクを気体分離機とを連通させる（燃料タンクとキャニスタとは非連通とする）。これにより、燃料タンク内の気体層の気体が気体分離機に移動し、燃料タンク内の気体は少なくなる。

この状態で、燃料タンク内の温度の低下等に起因して、燃料タンクの内圧が下がり、負圧になると、切替手段により、燃料タンクとキャニスタとを連通させる（燃料タンクと気体分離機とは非連通とする）。これにより、燃料タンクの負圧がキャニスタに作用するので、キャニスタに吸着された蒸発燃料を脱離（パージ）させて吸引し、燃料タンクに戻すことができる。

気体分離機と排気管とは、連通手段によって、連通と非連通とを切り替え可能である。エンジンの駆動時に気体分離機と排気管とを連通することで、排気管の圧力が気体分離機に作用し、気体分離機内に圧力差が生じる。これにより、気体分離機内では、燃料タンクから送られた気体から大気成分が分離される。そして、大気成分を、排気管を通じて外部に排出できる。

このように、本発明では、気体分離機内に圧力を導入するために、コンプレッサやポンプ等の部材が不要である。これらの部材を駆動するためのエネルギーが不要であり、車両の燃費向上に寄与できる。車両を構成する部品点数も少なくて済み、車両の軽量化を図ることも可能となる。

しかも、燃料タンク内の正圧時の状態において気体分離機で大気成分を分離して燃料タンク外に排出することで燃料タンク内を負圧にする動作と、燃料タンク内の負圧時の状態においてキャニスタをパージする動作とを繰り返し行うことができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記連通手段が、前記気体分離機と前記排気管とに接続された第２連通配管と、前記第２連通配管を開閉する開閉弁と、を有する。

したがって、第２連通配管及び開閉弁を設ける簡単な構造で連通手段を構成できる。開閉弁の開弁により、気体分離機と排気管とを連通し、閉弁により気体分離機と排気管とを非連通にできる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記連通手段が、前記気体分離機と前記排気管との間で並列して複数設けられている。

したがって、複数の連通手段のうちの一部を排気管から気体分離機への排気導入用とし、他の連通手段を気体分離機から排気管への排出用として用いるなど、複数の第２連通配管を使い分けることで、気体分離機内での圧力差を効率的に発生させることが可能になる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、複数の前記連通手段が前記排気管の長手方向に沿って並列配置されている。

これにより、複数の連通手段の間で圧力差が生じるので、上流側の連通手段において排気管から気体分離機に気体を導入し、下流側に連通手段において気体分離機から排気管に気体を排出することを効率的に行える。

本発明は上記構成としたので、エンジンから作用する負圧に依存することなくキャニスタをパージ可能で、車両の燃費向上にも寄与できる。

本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムを給油中の状態で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のブロック図である。 本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムを空気成分排出時の状態で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をキャニスタのパージ時の状態で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おいて、燃料タンクの内圧と開閉弁の開閉及び三方弁の切り替えとの関係を示す説明図である。本発明の第１実施形態の燃料タンクシステムの第１変形例を示す概略構成図である。 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。 本発明の第３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４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４実施形態の燃料タンクシステムにおいて、（Ａ）は燃料タンクの内圧と開閉弁の開閉及び三方弁の切り替えとの関係を示す説明図、（Ｂ）は燃料タンクの内圧がＰ４に達する前後の状態での開閉弁の開閉及び三方弁の切り替えの関係を示す説明図、（Ｃ）は燃料タンクの内圧がＰ３に達する前後の状態での開閉弁の開閉及び三方弁の切り替えの関係を示す説明図である。 本発明の第４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。 本発明において複数本の排気用配管を排気管の長手方向と直交する断面に沿って配置した例を示す排気管及び排気用配管の断面図である。

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。燃料タンクシステム１２の燃料タンク１４は、本実施形態では樹脂製とされている。燃料タンク１４は、全体として、内部に燃料を収容可能な形状（たとえば略直方体の箱状）に形成されている。

燃料タンク１４の下方は、図示しないタンクバンドによって支持されている。このタンクバンドの両端は、フロアパネルの図示しないブラケットに固定されている。これにより、燃料タンク１４がタンクバンドに支持された状態でフロアパネルに取り付けられている。

図１に示すように、燃料タンク１４には、インレットパイプ３２の下部が接続されている。インレットパイプ３２の上端は給油口３６とされている。この給油口３６に給油ガンを差し入れて燃料を燃料タンク１４に導き、給油することができる。なお、燃料タンク１４内の燃料量によっては、インレットパイプ３２にも、燃料の一部が収容される。

燃料タンク１４の上壁１４Ｔには、満タン液位の規制及び燃料の漏れ出し防止を行うバルブ３８が設けられている。燃料タンク１４への給油時に、燃料タンク１４内の燃料が満タン液位に達するまではバルブ３８は開弁されており、燃料タンク１４内の気体が後述するキャニスタ４０に排出されるので、給油を継続して行うことができる。燃料タンク１４内の燃料が満タン液位に達すると、バルブ３８が閉弁され、燃料タンク１４内の気体がキャニスタ４０に排出されなくなるので、給油された燃料はインレットパイプ３２内を上昇し、給油ガンに達する。これにより、給油ガンのオートストップ機構が動作し、給油が停止される。

インレットパイプ３２の上端の給油口３６は、フューエルキャップ４２によって開閉されるようになっている。車体のサイドパネル４８には、フューエルキャップ４２のさらに外側にフューエルリッド５０が設けられている。

フューエルリッド５０は、ＥＣＵ３０（図２参照）によって制御されて、ロックあるいはロック解除されようになっている。そして、図示しないフューエルリッドオープナーが操作されるとロック解除され、インレットパイプ３２（給油経路）の上方を開放可能となる。

フューエルキャップ４２は、給油口３６に装着された状態で、インレットパイプ３２をその上方で閉塞しており、インレットパイプ３２への給油ガンのアクセスを制限している。これに対し、フューエルキャップ４２が給油口３６から外されると、インレットパイプ３２の上方が開放され、インレットパイプ３２へのアクセスが可能となる。

車体には、キャップ開閉センサ５２が設けられており、フューエルキャップ４２の開閉状態を検知してＥＣＵ３０にその情報を送るようになっている。同様に、車体には、リッド開閉センサ５４が設けられており、フューエルリッド５０の開閉状態を検知して、ＥＣＵ３０にその情報を送るようになっている。

燃料タンクシステム１２は、キャニスタ４０を有している。図示の例では、キャニスタ４０は燃料タンク１４の上方に配置されているが、キャニスタ４０の位置は限定されず、燃料タンク１４の下方でもよい。キャニスタ４０内には、活性炭等により構成された吸着剤が収容されている。この吸着剤によって、蒸発燃料の吸着及び脱離が可能とされている。

さらに、燃料タンクシステム１２は、気体分離機１６を有している。図示の例では、気体分離機１６は燃料タンク１４の上方に配置されているが、気体分離機１６の位置もキャニスタ４０と同様に限定されず、燃料タンク１４の下方でもよい。気体分離機１６内には、分離膜１６Ｆが備えられており、この分離膜１６Ｆによって、気体分離機１６内が、蒸発燃料導入室１６Ｇと排気導入室１６Ｃとに区画されている。分離膜１６Ｆの両側に生じた空気成分の圧力（例えば、酸素分圧）の差で、蒸発燃料導入室１６Ｇ内の蒸発燃料を含む気体から大気成分のみが分離膜１６Ｆを通過して排気導入室１６Ｃに移動する。このようにして、気体分離機１６は、燃料タンク１４から送られた気体（大気成分と蒸発燃料成分の双方を含んだ混合ガス）から大気成分、すなわち蒸発燃料を構成しない成分のみを分離可能である。

燃料タンク１４のバルブ３８には、第１連通配管２０の一端側（共通通路２０Ａの一端側）が接続されている。第１連通配管２０は、途中に設けられた分岐部２０Ｄにより、キャニスタ側連通路２０Ｃと、分離機側連通路２０Ｂの２つに分岐されている。キャニスタ側連通路２０Ｃはキャニスタ４０に接続されている。分離機側連通路２０Ｂは気体分離機１６の蒸発燃料導入室１６Ｇに接続されている。第１連通配管２０は、燃料タンク１４からの気体の排出路を構成している。

分岐部２０Ｄには、三方弁２２が設けられている。図２に示すように、三方弁２２は、ＥＣＵ３０によって制御される。ＥＣＵ３０は、後述するタンク内圧センサ７４によって検出された燃料タンク１４の内圧に応じて、燃料タンク１４から排出される気体の経路を、キャニスタ側連通路２０Ｃと分離機側連通路２０Ｂのいずれか一方へ選択的に切り替える。

図示しないエンジンからの排気管６２と、気体分離機１６の排気導入室１６Ｃとの間は、２本の排気用配管７６Ａ、７６Ｂで接続されている。排気管６２における上流側の排気用配管７６Ａと、下流側の排気用配管７６Ｂのそれぞれには、図２にも示すように、ＥＣＵ３０によって開閉制御される開閉弁２４Ａ、２４Ｂが設けられている。以下において、排気用配管７６Ａ、７６Ｂを特に区別する必要がない場合は排気用配管７６として説明する。同様に、開閉弁２４Ａ、２４Ｂを特に区別する必要がない場合は開閉弁２４として説明する。本発明の連通手段は、排気用配管７６を開閉弁２４とを有する構成である。そして、排気用配管７６は、本発明の「第２連通配管」の例である。

ＥＣＵ３０は、タンク内圧センサ７４によって検出された燃料タンク１４の内圧があらかじめ設定された所定の閾値（本実施形態では、後述する閾値Ｐ１）を超えると、開閉弁２４を開弁する。あるいは、エンジンの駆動時には開閉弁２４を開弁し、エンジンの停止時には開閉弁２４を閉弁するように制御してもよい。開閉弁２４が開弁されると、排気管６２を流れる排気からの圧力が、排気導入室１６Ｃに作用する。

そして、気体分離機１６内において、分離膜１６Ｆの両側（蒸発燃料導入室１６Ｇと排気導入室１６Ｃとの間）に、圧力差が生じる。この圧力差により、蒸発燃料導入室１６Ｇに導入された気体（蒸発燃料を含む）から、大気成分が分離膜１６Ｆを透過して排気導入室１６Ｃに移動する。大気成分は、排気用配管７６から排気管６２に流れ、大気に放出可能となる。

特に、本実施形態では、２本の排気用配管７６Ａ、７６Ｂが排気管６２の長手方向に沿って並べて配置されている。排気用配管７６Ａ、７６Ｂの間に排気による圧力差が生じるので、図３に矢印Ｆ６で示すように、排気管６２を流れる排気の一部が、排気用配管７６Ａから排気導入室１６Ｃを経由し、さらに排気用配管７６Ｂを経て排気管６２に戻るような流れが生じやすい。

これに対し、開閉弁２４が閉弁されると、排気導入室１６Ｃに排気が導入されなくなるので、気体分離機１６内の圧力差が解消されると共に、気体分離機１６内の気体の大気放出が阻止される。

なお、三方弁２２及び開閉弁２４としては、それぞれ、電気式の開閉弁や機械式の開閉弁の他、電気式と機械式を併用した開閉弁等を用いることが可能である。三方弁２２は、燃料タンク１４の高圧時に開弁することで過度の内圧上昇を抑制する安全弁として作用させることも可能である。

キャニスタ４０にはさらに、大気開放管６０が設けられている。大気開放管６０の端部は大気開放されている。したがって、三方弁２２がキャニスタ側連通路２０Ｃを連通させると、燃料タンク１４内の気体は、キャニスタ４０を通過し（このときに蒸発燃料は吸着剤に吸着される）、その後、大気に排出される。

大気開放管６０にはエアフィルタ６４が設けられており、キャニスタ４０に導入された外気中の異物を除去する。この異物には、空気中の塵や埃等の他、水や泥など、大気開放管６０の流路の断面積を減少させてしまう物質を含む。

燃料タンク１４内には、内部の燃料をエンジンに送出するための燃料ポンプモジュール６６が設けられている。燃料ポンプモジュール６６とエンジンとは燃料供給配管６８で連通されており、燃料ポンプモジュール６６を構成する燃料ポンプ７０の駆動により燃料をエンジンに送出することができる。さらに、燃料ポンプモジュール６６は、液面レベルセンサ７２を備えており、燃料タンク１４内の燃料液位が検知できるようになっている。検知された液位の情報は、ＥＣＵ３０に送られる。

燃料タンク１４の上壁１４Ｔには、タンク内圧センサ７４が設けられている。タンク内圧センサ７４は燃料タンク１４の内圧を検知する。検知された燃料タンク１４の内圧の情報はＥＣＵ３０に送られる。

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。

燃料タンク１４に給油を行う場合、乗員（給油者であってもよい）により、車両のイグニッションがオフにされる。この状態で、フューエルリッドオープナーの操作によりフューエルリッド５０の開放動作が行われると、ＥＣＵ３０は、燃料タンク１４への給油が行われる状態（給油時）であると判断する。そして、ＥＣＵ３０は、三方弁２２を制御して、燃料タンク１４とキャニスタ４０とを連通させる。これにより、燃料タンク１４内の気体がキャニスタ４０に移動可能となる。また、ＥＣＵ３０は開閉弁２４を閉弁し、気体分離機１６から外気への気体の経路を閉塞する。なお、燃料タンク１４が給油時となっているか否かの判断は、フューエルリッドオープナーの操作や、これに伴うフューエルリッド５０の開放動作に代えて（あるいは併用して）、フューエルキャップ４２が給油口３６から取り外されたことを用いてもよい。

この状態で給油が行われると、給油中は、燃料タンク１４内の気体がキャニスタ４０に移動することで（図１に示す矢印Ｆ１参照）、燃料タンク１４内の気体が燃料に置換される。燃料タンク１４内の気体は蒸発燃料を含んでいるが、キャニスタ４０では、気体中の蒸発燃料が吸着剤で吸着されて浄化される。浄化後の気体は大気開放管６０から大気に排出される。

燃料タンク１４内の燃料の液位が上昇してバルブ３８に達すると、気体が燃料タンク１４から排出されなくなるので、燃料がインレットパイプ３２内を上昇する。そして、インレットパイプ３２内の燃料が給油ガンに達すると、給油ガンのオートストップ機構が働き、給油が停止される。

給油が終了すると、フューエルキャップ４２がインレットパイプ３２に装着され、さらにフューエルリッド５０が閉じられる。このようにフューエルリッド５０が閉じられたことがリッド開閉センサ５４で検知されると（さらに必要に応じて、フューエルキャップ４２が装着されたことをキャップ開閉センサ５２で検知してもよい）、ＥＣＵ３０は、燃料タンク１４への給油が終了したと判断する。

次いで、ＥＣＵ３０は、三方弁２２を制御して気体分離機１６側へ切り換え、燃料タンク１４内と気体分離機１６とを連通させる（燃料タンク１４内とキャニスタ４０との気体の移動経路は閉塞される）。燃料タンク１４では、フューエルキャップ４２によってインレットパイプ３２が閉じられ、さらに開閉弁２４によって排気用配管７６も閉じられているので、燃料タンク１４内の蒸発燃料を外部に排出することなく燃料タンク１４内に閉じ込める構造（いわゆる密閉タンク）を構成することができる。

給油時以外では、たとえば周囲の温度変化等に起因して燃料タンク１４の内圧が変化する。ＥＣＵ３０は、燃料タンク１４の内圧に応じて、以下に示すように三方弁２２及び開閉弁２４を制御する。なお、三方弁２２及び開閉弁２４を制御するにあたっては、図５にも示すように、燃料タンク１４の内圧が正圧の場合として、大気圧よりも高い所定の閾値Ｐ１と、大気圧よりは高く閾値Ｐ１よりも低い閾値Ｐ２とが設定されている（この場合、大気圧＜Ｐ２＜Ｐ１の関係となる）。閾値Ｐ１を、以下では適宜「第二の所定値」ということがある。

同様に、燃料タンク１４の内圧が負圧の場合として、大気圧よりも低い所定の閾値Ｐ３と、大気圧よりは低く閾値Ｐ３よりは高い閾値Ｐ４があらかじめ設定されている（この場合、Ｐ３＜Ｐ４＜大気圧の関係となる）。閾値Ｐ３を、以下では適宜「第一の所定値」ということがある。なお、図５において、実線は、燃料タンク１４の内圧に応じた開閉弁２４の状態の変化（開又は閉）を示している。また、破線は、同じく燃料タンク１４の内圧に応じた三方弁２２の状態の変化（燃料タンク１４を気体分離機１６とキャニスタ４０のどちらと連通させるか）を示している。

まず、燃料タンク１４内の温度が上昇すると、燃料タンク１４の内圧が高くなる。燃料タンク１４の内圧が正圧、すなわち大気圧よりも高くなっている状態では、ＥＣＵ３０は、三方弁２２を気体分離機１６側へ切り換え、燃料タンク１４内の気体がキャニスタ４０には流れないようにする。また、ＥＣＵ３０は、燃料タンク１４の内圧が上記した閾値Ｐ１以上になるまでは、開閉弁２４を閉弁しておく。

エンジンが駆動している状態で、燃料タンク１４の内圧が閾値Ｐ１（第二の所定値）以上になると、ＥＣＵ３０は、図３に示すように、開閉弁２４を開弁する。この状態を、以下では適宜「第２の状態」という。

気体分離機１６では、分離膜１６Ｆの両側で圧力差（ここでは、特に酸素の分圧差）が生じる。燃料タンク１４内の気体が気体分離機１６に流れ（図３の矢印Ｆ２参照）、気体分離機１６でこの気体から大気成分が分離される。分離された大気成分（蒸発燃料成分は含まない）は、排気用配管７６から排気管６２を経て、外部に排出される（図３の矢印Ｆ３参照）。実質的に、燃料タンク１４内の上部の気体層を構成している気体の量が減るので、燃料タンク１４の内圧は低下する。

ＥＣＵ３０は、燃料タンク１４の内圧が低下して閾値Ｐ２に達するまでは、開閉弁２４の開弁状態を維持する。このため、燃料タンク１４内に存在している大気成分を有する気体は、引き続き燃料タンクシステム１２の外部に排出される。そして、燃料タンク１４の内圧が低下して閾値Ｐ２以下になると、ＥＣＵ３０は開閉弁２４を閉弁する。

このように、燃料タンク１４の内圧が正圧の場合には、燃料タンク１４内に存在する気体の大気成分を燃料タンクシステム１２の外部に排出するので、燃料タンク１４の内圧低減を図ることができる。

この状態で、燃料タンク１４内の温度が低下すると、燃料タンク１４内の気体（大気成分）は少なくなっているので、燃料タンク１４の内圧がさらに低下して負圧になる。

燃料タンク１４の内圧が上記した閾値Ｐ３（第一の所定値）以下になると、ＥＣＵ３０は、図４に示すように、三方弁２２を制御してキャニスタ４０側へ切り換え、燃料タンク１４の内部とキャニスタ４０とを連通させる。この状態を、以下では適宜「第１の状態」という。燃料タンク１４の内部は負圧になっているので、この負圧がキャニスタ４０に作用する。キャニスタ４０では、給油時に吸着された蒸発燃料が吸着剤に吸着されているが、この蒸発燃料が吸着剤から脱離され、燃料タンク１４内へ移動する（図４の矢印Ｆ４参照）。すなわち、キャニスタ４０は、燃料タンク１４の負圧によってパージされることになる。なお、キャニスタ４０のパージ時には、大気開放管６０を通って大気がキャニスタ４０に導入される。

燃料タンク１４の内圧が上昇して閾値Ｐ４に達すると、ＥＣＵ３０は、再び三方弁２２を気体分離機１６側に切り換え、燃料タンク１４内の気体がキャニスタ４０には流れないようにする。

以上の説明から分かるように、本実施形態の燃料タンクシステム１２では、燃料タンク１４への給油時には、短時間で大量に生じる蒸発燃料を含んだ気体をキャニスタ４０に送ることで、キャニスタ４０の吸着剤を用いて蒸発燃料を吸着している。また、燃料タンク１４の正圧時には、気体分離機１６を用いて、燃料タンク１４内に存在している大気成分を外部に排出することで、実質的な燃料タンク１４内の気体分子量を少なくしている。このように、キャニスタ４０と気体分離機１６とを、燃料タンクシステム１２の状態に応じて適切に使い分けることで、蒸発燃料の効率的な処理を可能にしている。

そして、気体分離機１６を用いることで燃料タンク１４内に負圧を生じさせている。この負圧をキャニスタ４０に作用させてキャニスタ４０をパージすることで、エンジンから作用する負圧に依存することなく、キャニスタ４０をパージできる。キャニスタ４０のパージのためにエンジンを駆動する（あるいはエンジン回転数を上昇させる）必要がないので、エネルギー効率にも優れる。

特に、本実施形態では、このように燃料タンク１４内の大気成分を少なくしていない構成と比較して、燃料タンク１４の負圧時に、燃料タンク１４内、すなわち燃料タンクシステム１２に外部から導入可能な気体の量が多くなる。そして、より多くの大気を導入することで、キャニスタ４０をパージする能力が向上する。

しかも、キャニスタ４０のパージ時に燃料タンク１４内には大気が導入されるが、燃料タンク１４の内圧が閾値Ｐ１に達したときに、気体分離機１６により大気成分が蒸発燃料成分から分離されて外部に排出される。このように、燃料タンク１４内の大気成分を少なくすることで、燃料タンク１４内に、再び負圧状態が生じやすくなる。そして、燃料タンク１４内を再び負圧状態にすることで、キャニスタ４０から蒸発燃料を繰り返し脱離しキャニスタ４０をパージすることが可能となる。

加えて、本実施形態では、排気管６２と気体分離機１６とを排気用配管７６で接続しており、開閉弁２４を開弁することで、排気管６２の排気を気体分離機１６に導入し、気体分離機１６内に所望の圧力差を生じさせることが可能である。換言すれば、気体分離機１６内に圧力を導入するために、コンプレッサやポンプ等の部材が不要である。したがって、これらの部材を駆動するためのエネルギーが不要であり、車両の燃費向上に寄与できる。車両を構成する部品点数も少なくて済み、車両の軽量化を図ることも可能となる。

なお、開閉弁２４を開弁するための燃料タンク１４の内圧の条件としては、原理的には、燃料タンク１４の内圧が負圧から上昇して大気圧になった状態を用いることも可能である。この場合、図５示すグラフでは、実質的にＰ１＝大気圧となる。同様に、三方弁２２を気体分離機１６側からキャニスタ４０側に切り替えるための燃料タンク１４の内圧の条件としても、原理的には、燃料タンク１４の内圧が正圧から下降して大気圧になった状態を用いることも可能である。この場合、図５に示すグラフでは、実質的にＰ３＝大気圧となる。

しかし、実際には、大気圧は、周囲の温度や高度（海面からの高さ）等に依存して変化する。したがって、想定される最高の大気圧よりも閾値Ｐ１を高く設定することで、たとえば大気圧が高い状態でも、燃料タンク１４の内圧が確実に大気圧よりも高い状態で開閉弁２４を開弁できる。また、想定される最低の大気圧よりも閾値Ｐ３を低く設定することで、たとえ大気圧が低い状態でも、燃料タンク１４の内圧が確実に大気圧よりも低い状態で三方弁２２を気体分離機１６側からキャニスタ４０側へ切り替えることができる。

また開閉弁２４を閉弁するための燃料タンク１４の内圧の条件としては、燃料タンク１４の内圧が閾値Ｐ１以上の状態から下降して閾値Ｐ１になった状態を用いることが可能である。この場合、実質的にＰ２＝Ｐ１となる。

しかし、開閉弁２４の開弁状態では燃料タンク１４の内圧が低下する。したがって、Ｐ２＝Ｐ１とすると、開閉弁２４の開弁後の短時間で燃料タンク１４の内圧が閾値Ｐ１に低下し、開閉弁２４を閉弁することになる。これに対し、本実施形態のように、閾値Ｐ１よりも低い閾値Ｐ２を設定し、燃料タンク１４の内圧が閾値Ｐ２に下降したときに開閉弁２４を閉じるようにすれば、より長時間にわたって開閉弁２４の開弁状態を維持し、気体分離機１６によって大気成分を分離する時間を長く確保することができる。

同様に、三方弁２２をキャニスタ４０側から気体分離機１６側へ切り替えるための燃料タンク１４の内圧の条件としても、燃料タンク１４の内圧が閾値Ｐ２以下の状態から上昇して閾値Ｐ２となった状態を用いることが可能である。この場合、実質的にＰ４＝Ｐ３となる。

しかし、三方弁２２をキャニスタ４０側としている状態では、燃料タンク１４の内圧が上昇する。したがって、Ｐ４＝Ｐ３とすると、三方弁２２をキャニスタ４０側に切り替えた後の短時間で燃料タンク１４の内圧が閾値Ｐ３に上昇し、三方弁２２を気体分離機１６側に切り替えることになる。これに対し、本実施形態のように、閾値Ｐ３よりも高い閾値Ｐ４を設定し、燃料タンク１４の内圧が閾値Ｐ４に上昇したときに三方弁２２をキャニスタ４０側から気体分離機１６側に切り替えるようにしたことで、より長時間にわたって燃料タンク１４とキャニスタ４０とが連通された状態を維持し、キャニスタ４０をパージする時間を長く確保することができる。

図６には、本発明の第２実施形態の燃料タンクシステム９２が示されている。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、第１実施形態と同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

第２実施形態では、排気用配管７６が１つのみ設けられている。開閉弁２４も１つのみ１つの排気用配管７６に対応して１つ）設けられている。第１実施形態と同様に、開閉弁２４はＥＣＵ３０（図２参照）によって開閉制御される。

このような構成とされた第２実施形態においても、燃料タンクシステム９２の実質的な作用は、第１実施形態の燃料タンクシステム１２と同様である。

ただし、第２実施形態では、エンジンの駆動状態で開閉弁２４が開弁されると、排気の圧力が１本の排気用配管７６のみを通じて気体分離機１６の排気導入室１６Ｃに作用する。また、排気導入室１６Ｃの大気成分は、排気用配管７６内を拡散するようにして、排気管６２に流れる。

第２実施形態の燃料タンクシステム９２では、排気用配管７６及び開閉弁２４を１つのみ備えているので、これらを複数（２つずつ）備えた第１実施形態の燃料タンクシステム１２と比較して、構造の簡素化や軽量化を図ることが可能である。

これに対し、第１実施形態の燃料タンクシステム１２では、排気用配管７６を２つ備えているので、一方の排気用配管（排気管６２における上流側の排気用配管７６Ａ）から気体分離機１６の排気導入室１６Ｃを経て他方の排気用配管（排気管６２における下流側の排気用配管７６Ｂ）から排気管６２に至る排気の一方向の流れを生成することが可能である。

また、第１実施形態の燃料タンクシステム１２では、複数の排気用配管７６の開閉弁２４のうち、特定の開閉弁２４のみを開弁する（他の開閉弁２４は閉弁する）等により、排気導入室１６Ｃに導入する排気の量や圧力を調整することも可能となる。さらに、開閉弁２４の一方を、通常は使用しない予備とすることで、通常使用の開閉弁２４に不具合が生じて開弁できなくなっても、予備の開閉弁２４を開閉制御することで、排気導入室１６Ｃに排気を導入することができ、燃料タンクシステム１２の信頼性が高くなる。

なお、このように、排気導入室１６Ｃに導入する排気の量や圧力を調整する（あるいは予備の開閉弁２４を設定する）ためであれば、複数の開閉弁２４を排気管６２の長手方向に沿って配置する必要はない。たとえば、図１１に示すように、排気管６２の長手方向と直交する方向に並べて、複数の排気用配管７６が配置される構成でもよい。なお、図１１では、開閉弁２４の図示を省略している）。

また、複数の排気用配管７６を有する構成において、すべての排気用配管７６に開閉弁２４を設ける必要はない。たとえば、図１に示したように２本の排気用配管７６を有する構成において、一方の排気用配管７６にのみ開閉弁２４を設け、他方の排気用配管７６には絞りを設けることで、不用意な気体の移動を抑制する構成でもよい。

さらに、上記では、開閉弁２４が排気用配管７６に設けられている例を挙げているが、開閉弁２４に加えて、燃料タンク１４から共通通路２０Ａ、分離機側通路２０Ｂを経て排気用配管７６に至る配管に閉鎖弁（開閉弁）が設けられた構成を採用してもよい。

たとえば、図７に示す第３実施形態の燃料タンクシステム１１２のように、分岐部２０Ｄから気体分離機１６までの分離機側連通路２０Ｂにも、閉鎖弁２５が追加して設けられていてもよい。第３実施形態の構成において、閉鎖弁２５の開閉制御は、開閉弁２４と同様に行えばよい。

さらに、図８に示す第４実施形態の燃料タンクシステム１２２のように、バルブ３８から分岐部２０Ｄまでの共通流路２０Ａに、閉鎖弁２７が追加して設けられていてもよい。この燃料タンクシステム１２２では、図５に示した開閉弁２４及び三方弁２２の状態変化に代えて、図９（Ａ）に示す状態変化を適用できる。

すなわち、燃料タンク１４内の温度が上昇し燃料タンク１４の内圧が高くなると、ＥＣＵ３０は、遅くとも燃料タンク１４の内圧が閾値Ｐ１（第二の所定値）に達する前に三方弁２２を気体分離機１６側へ切り替えると共に、閉鎖弁２７を閉弁しておく。

燃料タンク１４の内圧が閾値Ｐ１以上になると、ＥＣＵ３０は、閉鎖弁２７及び開閉弁２４を開弁する。これにより、燃料タンクシステム１２２は第２の状態となる。燃料タンク１４内の気体が気体分離機１６に流れ、分離された気体（大気成分）が燃料タンクシステム１２に外部に排出されるため、燃料タンク１４の内圧は低下する。

ＥＣＵ３０は、燃料タンク１４の内圧が低下して閾値Ｐ２に達するまでは、閉鎖弁２７及び開閉弁２４の開弁状態を維持するため、燃料タンク１４内の気体（大気成分）は、引き続き燃料タンクシステム１２の外部に排出される。そして、燃料タンク１４の内圧が低下して閾値Ｐ２以下になると、ＥＣＵ３０は閉鎖弁２７及び開閉弁２４を閉弁する。ここまでの開閉弁２４及び三方弁２２の状態変化は、図５に示したものと略同様である。

この状態で、燃料タンク１４内の温度低下により、燃料タンク１４の内圧がさらに低下して負圧になる。ＥＣＵ３０は、遅くとも、燃料タンク１４の内圧が閾値Ｐ３（第一の所定値）になる前に、閉鎖弁２７を開弁しておく。

燃料タンク１４の内圧が閾値Ｐ３（第一の所定値）以下になると、ＥＣＵ３０は、三方弁２２をキャニスタ４０側へ切り換え、燃料タンク１４の内部とキャニスタ４０とを連通させる。これにより、燃料タンクシステム１２２は第１の状態となる。

燃料タンク１４の内部の負圧がキャニスタ４０に作用するので、キャニスタ４０の吸着剤に吸着されていた蒸発燃料が吸着剤から脱離され、燃料タンク１４内へ移動する（キャニスタ４０が燃料タンク１４の負圧によってパージされる）。なお、図９（Ｃ）に示すように、燃料タンク１４内の圧力が閾値Ｐ３に達するより前の段階で三方弁２２をキャニスタ４０側へ切り替えておき（閉鎖弁２７は閉弁状態を維持している）、燃料タンク１４内の圧力が閾値Ｐ３に達した状態で閉鎖弁２７を開弁してもよい。

燃料タンク１４の内圧が上昇して閾値Ｐ４に達すると、ＥＣＵ３０は、閉鎖弁２７を閉弁し、さらに三方弁２２を気体分離機１６側に切り換える。これにより、燃料タンク１４内の気体がキャニスタ４０には流れないようにする。なお、図９（Ｂ）に示すように、燃料タンク１４の内圧が上昇した閾値Ｐ４に達すると、まず、閉鎖弁２７を閉弁して、燃料タンク１４内の気体がキャニスタ４０に流れないようにした後、燃料タンク１４の内圧が閾値Ｐ４よりも上昇した段階で三方弁２２を気体分離機１６側に切り替えてもよい。

なお、三方弁２２が、気体分離機１６側の第１連通配管２０Ｂとキャニスタ側連通路２０Ｃの双方を閉塞可能であれば、開閉弁２４を省略してもよい。この場合、実質的に、三方弁２２が開閉弁２４を兼ねることになる。

さらに、上記では、一端側が燃料タンク１４の内部（バルブ３８）と接続され、分岐部２０Ｄを経て他端側がキャニスタ４０及び気体分離機１６にそれぞれ接続された第１連通配管２０を有する構造の燃料タンクシステム１２を挙げている。このような第１連通配管２０では、燃料タンク１４とキャニスタ４０との間の配管と、燃料タンク１４と気体分離機１６との間の配管が部分的に共通化されているので、部品点数が少なくなる。もちろん、燃料タンク１４とキャニスタ４０との間の配管と、燃料タンク１４と気体分離機１６との間の配管をそれぞれ別々に設けてもよい。この場合には、燃料タンク１４と気体分離機１６とを接続する配管に、ＥＣＵ３０で開閉制御される開閉弁を設ければよい。この構成では、実質的に三方弁が不要であり、三方弁よりも簡単な構造の開閉弁を用いることが可能である。

いずれの構成であっても、キャニスタ４０をパージするために、エンジンの負圧をキャニスタ４０に作用させる必要はない。たとえば、ハイブリッド車等では、エンジンの駆動時間が短くなることが想定されるが、このようにエンジンの駆動時間が短い自動車であっても、キャニスタ４０から蒸発燃料をより確実に脱離する（パージする）ことが可能となる。

また、エンジンの負圧によりキャニスタ４０から蒸発燃料を脱離すると、キャニスタ４０で脱離された蒸発燃料がエンジンでの燃料に用いられるため、いわゆる空燃費（燃料に対する空気の比率）が変化するおそれがあるが、上記実施形態では、キャニスタ４０で脱離された蒸発燃料はエンジンでの燃料には用いられないので、空燃費が変化しない。

もちろん、本発明では、エンジンの負圧を併用してキャニスタ４０からの蒸発燃料の脱離（パージ）を行う構成の燃料タンクシステムを排除するものではない。すなわち、図１０に示す第５実施形態の燃料タンクシステム１３２のように、エンジンの負圧を作用させる負圧配管８２をキャニスタ４０に接続すると共に、負圧配管に開閉弁８４を設けた構成としてもよい。この構成では、たとえば、燃料タンク１４の負圧が充分でない場合等や、より確実にパージを行う必要がある場合等に、開閉弁８４を開弁し、エンジンの負圧をキャニスタ４０に作用させるようにすればよい。

上記第３実施形態、第４実施形態及び第５実施形態では、排気用配管７６を複数（２つ）有する構成を挙げているが、第２実施形態と同様に、排気用配管７６を１つのみ有する構成であってもよい。

１２ 燃料タンクシステム
１４ 燃料タンク
１６ 気体分離機
２０ 連通配管（第１連通配管）
２２ 三方弁（切替手段）
２４ 開閉弁
４０ キャニスタ
６２ 排気管
７６ 排気用配管（第２連通配管）
９２ 燃料タンクシステム
１１２ 燃料タンクシステム
１２２ 燃料タンクシステム
１３２ 燃料タンクシステム

Claims (4)

1. 燃料を収容する燃料タンクと、
   前記燃料タンク内の蒸発燃料の吸着及び脱離が可能なキャニスタと、
   エンジンからの排気を排出するための排気管と、
   前記燃料タンク内の気体から大気成分を分離可能な気体分離機と、
   前記燃料タンクの上部の気体層と前記キャニスタ及び前記気体分離機とを連通する第１連通配管と、
   前記第１連通配管に設けられ前記気体層と前記キャニスタ及び前記気体分離機との連通状態を切り替える切替手段と、
   前記気体分離機と前記排気管との連通及び非連通を切り替え可能で、前記エンジンの駆動時に前記気体分離機と前記排気管とを連通させる連通手段と、
   を有する燃料タンクシステム。
2. 前記連通手段が、
   前記気体分離機と前記排気管とに接続された第２連通配管と、
   前記第２連通配管を開閉する開閉弁と、
   を有する請求項１に記載の燃料タンクシステム。
3. 前記連通手段が、前記気体分離機と前記排気管との間で並列して複数設けられている請求項１又は請求項２に記載の燃料タンクシステム。
4. 複数の前記連通手段が前記排気管の長手方向に沿って並列配置されている請求項３に記載の燃料タンクシステム。

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