JP2017007358A

JP2017007358A - 燃料タンク構造

Info

Publication number: JP2017007358A
Application number: JP2015121261A
Authority: JP
Inventors: 秀一麻生; Shuichi Aso
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2017-01-12
Also published as: DE102016104451A9; US20160368370A1; DE102016104451A1

Abstract

【課題】蒸発燃料の発生を抑制しつつ、燃料の残量を良好に検知することができる燃料タンク構造を得る。【解決手段】自動車に搭載され、燃料ＧＳを収容する燃料タンク１０と、燃料タンク１０内の天井部１０Ａに固定されると共に、レーザ光を反射する反射膜を含んで袋状に形成され、燃料タンク１０に収容された燃料ＧＳの液面の高さに応じて膨張又は収縮することで、燃料ＧＳとの接触状態を維持する袋状部材１６と、燃料タンク１０の天井部１０Ａ又は底部１０Ｂから袋状部材１６へレーザ光を照射し、反射膜から反射された反射光を検知して袋状部材１６と燃料ＧＳとの接触部分Ｐまでの距離を計測する距離計３２と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料タンク構造に関する。

自動車に搭載される燃料タンクの構造として、特許文献１には、燃料タンク内に膨張及び収縮可能な袋状の伸縮膜（袋状部材）が設けられた燃料タンク構造が開示されている。また、伸縮膜を膨張又は収縮させて燃料の液面を覆うことで、液面から蒸発燃料が発生するのを抑制する技術が開示されている。

特開平８−１７０５６８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された燃料タンク内に燃料計を配置した場合、燃料計のフロートが袋状部材と干渉するため、燃料の残量を良好に検知することが困難となっている。また、袋状部材を小さくして燃料タンク内に燃料計を配置すれば、袋状部材で燃料を覆う面積が小さくなり、蒸発燃料の発生を抑制する効果が低減する。

本発明は上記事実を考慮し、蒸発燃料の発生を抑制しつつ、燃料の残量を良好に検知することができる燃料タンク構造を得ることを目的とする。

請求項１に記載の本発明に係る燃料タンク構造は、自動車に搭載され、燃料を収容する燃料タンクと、前記燃料タンク内の天井部に固定されると共に、レーザ光を反射する反射膜を含んで袋状に形成され、前記燃料タンクに収容された燃料の液面の高さに応じて膨張又は収縮することで、燃料との接触状態を維持する袋状部材と、前記燃料タンクの天井部又は底部から前記袋状部材へレーザ光を照射し、前記反射膜から反射された反射光を検知して前記袋状部材と前記燃料との接触部分までの距離を計測する距離計と、を有する。

請求項１に記載の本発明に係る燃料タンク構造では、燃料タンク内の天井部に袋状部材が固定されており、この袋状部材は、燃料の液面の高さに応じて膨張又は収縮して燃料との接触状態を維持する。これにより、燃料の液面の高さに拘わらず、袋状部材で燃料の液面を覆うことができる。すなわち、蒸発燃料の発生を抑制することができる。

また、袋状部材は、レーザ光を反射する反射膜を含んで構成されている。さらに、燃料タンクの天井部又は底部から袋状部材へレーザ光を照射し、反射膜で反射された反射光を検知する距離計が設けられている。これにより、燃料タンクの天井部からレーザ光が照射される場合は、距離計から照射されたレーザ光が袋状部材と燃料との接触部分に到達すると、袋状部材を構成する反射膜によって反射される。そして、距離計が反射光を検知することで、燃料タンクの天井部から燃料の液面までの距離を計測することができる。一方、燃料タンクの底部からレーザ光が照射される場合は、距離計から照射されたレーザ光が燃料中を通って袋状部材と燃料との接触部分に到達すると、袋状部材を構成する反射膜によって反射される。そして、距離計が反射光を検知することで、燃料タンクの底部から燃料の液面までの距離を計測することができる。このようにして袋状部材と燃料との接触部分までの距離を計測することで、燃料の残量を良好に検知することができる。

請求項２に記載の本発明に係る燃料タンク構造は、請求項１に記載の発明において、前記袋状部材は、前記反射膜の両面を樹脂層で挟んだ三層構造とされており、前記反射膜に対してレーザ光が照射される側に位置する前記樹脂層は、透明の樹脂で形成されている。

請求項２に記載の本発明に係る燃料タンク構造では、反射膜の両面を樹脂層で挟むことにより、反射膜が燃料や空気と接触するのを防止することができる。これにより、反射膜が保護され、反射膜の状態を良好に維持することができる。また、レーザ光が照射される側の樹脂層を透明の樹脂で形成することにより、反射膜を樹脂層で保護した場合であってもレーザ光を反射膜まで透過させることができる。

請求項３に記載の本発明に係る燃料タンク構造は、請求項１又は２に記載の発明において、前記距離計は、前記燃料タンクの天井部から前記燃料タンクの底部に向かってレーザ光を照射する。

請求項３に記載の本発明に係る燃料タンク構造では、距離計から照射されたレーザ光が燃料中を通らないので、底部からレーザ光を照射する構成と比較して距離計の精度が低下するのを抑制することができる。

以上説明したように、請求項１に記載の燃料タンク構造によれば、蒸発燃料の発生を抑制しつつ、燃料の残量を良好に検知することができるという優れた効果を有する。

請求項２に記載の燃料タンク構造によれば、袋状部材の経年劣化によって距離計の検知精度が低下するのを抑制することができるという優れた効果を有する。

請求項３に記載の燃料タンク構造によれば、燃料の残量の検知精度を良好に維持することができるという優れた効果を有する。

第１実施形態に係る燃料タンク構造を概略的に示す図であり、燃料タンクに半分程度の燃料が収容された状態を示す図である。燃料の液面の高さが燃料タンクの底部近傍に位置している状態を示す、図１に対応する図である。図１の３−３線で切断した状態を示す断面図である。第１実施形態に係る燃料タンク構造を構成する袋状部材の断面を拡大して示す拡大断面図である。第１実施形態に係るレーザ距離計によって計測された距離と燃料の残量との関係を示すグラフである。第２実施形態に係る燃料タンク構造を概略的に示す図であり、燃料タンクに半分程度の燃料が収容された状態を示す図である。第２実施形態に係る燃料タンク構造を構成する袋状部材の断面を拡大して示す拡大断面図である。第２実施形態に係るレーザ距離計によって計測された距離と燃料の残量との関係を示すグラフである。

＜第１実施形態＞
以下、図１〜図５を参照して、第１実施形態に係る燃料タンク構造について説明する。なお、各図において適宜示される矢印ＵＰは、燃料タンクの上方側を示している。また、本実施形態では、燃料タンクの上方側と車両上下方向の上方側とが一致している。

図１に示されるように、本実施形態に係る燃料タンク構造を構成する燃料タンク１０は、中空状に形成されており、内部に燃料液体（以下、「燃料ＧＳ」とする）を収容可能な形状（例えば略直方体の箱状）に形成されている。また、燃料タンク１０の下面は、図示しないタンクバンドによって支持されている。そして、このタンクバンドが、図示しないフロアパネルにブラケット等を介して固定されることで、燃料タンク１０がフロアパネルに取り付けられている。

燃料タンク１０には、略筒状のフィラーパイプ１２が接続されている。そして、フィラーパイプ１２の上端部には、給油口１２Ａが形成されており、この給油口１２Ａに給油ガンを差し入れて燃料ＧＳを燃料タンク１０に注入することで、給油が行われる。なお、燃料タンク１０内の燃料ＧＳの量が多い場合は、フィラーパイプ１２にも燃料ＧＳの一部が収容される。

フィラーパイプ１２の上端の給油口１２Ａは、フューエルキャップ１４によって開閉されるようになっている。また、フューエルキャップ１４の外側には、車体のサイドパネルなどに設けられた図示しないフューエルリッドが配置されている。

フューエルキャップ１４は、閉じた状態で給油口１２Ａを閉塞しており、フィラーパイプ１２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１４が開かれると、フィラーパイプ１２の給油口１２Ａが開放され、給油ガンの給油経路へのアクセスが可能となる。

また、燃料タンク１０内には、図示しない燃料ポンプが配置されており、この燃料ポンプによって燃料タンク１０に収容された燃料ＧＳがエンジンへ供給される。

ここで、燃料タンク１０内の天井部１０Ａには、袋状部材１６が固定されている。袋状部材１６は、膨張及び収縮可能で上部が開口した袋状に形成されており、袋状部材１６の上端部が天井部１０Ａに固定されることで、この天井部１０Ａによって開口が塞がれている。また、図４に示されるように、袋状部材１６は、反射膜としての金属膜２０と、この金属膜２０を挟んで両面に設けられた樹脂層１８及び樹脂層２２と、を含む三層構造とされている。なお、図４における図中上側が袋状部材１６の内面側となっており、図中下側が袋状部材１６の外面側となっている。また、ここでいう「膨張及び収縮可能」とは、袋状部材１６自体が伸縮する構成に限定されず、折り畳まれることで収縮し、展開されることで膨張するような容積が可変な袋状の部材を含む。

袋状部材１６を構成する金属膜２０は、レーザ光を反射させるアルミニウムやアルミニウム合金などの金属で形成されている。また、樹脂層１８及び樹脂層２２は、熱可塑性樹脂によって形成されており、樹脂層１８は、金属膜２０の内面側に積層されている。さらに、樹脂層１８は、透明な樹脂で形成されている。一方、樹脂層２２は、金属膜２０の外面側に積層されており、不透明な樹脂で形成されている。なお、ここでいう「透明」とは、可視光を含む光を全て透過させる構成に限定されず、光の少なくとも一部を透過させる概念を含む。

図１に示されるように、燃料タンク１０の天井部１０Ａには、袋状部材１６へ空気を導入するための導入管２４が接続されている。また、導入管２４の一端部は、燃料タンク１０の内部に入り込んでおり、袋状部材１６の内部空間と連通している。

導入管２４の他端部は、大気開放管２５と空気供給管２７とに分岐されている。また、大気開放管２５には、圧力調整弁２６が接続されている。さらに、大気開放管２５の端部には、大気に開放された開口２５Ａが形成されている。

一方、空気供給管２７には、コンプレッサ２８が接続されている。また、空気供給管２７の端部には、大気に開放された開口２７Ａが形成されている。さらに、圧力調整弁２６及びコンプレッサ２８は、制御部であるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）３０と電気的に接続されている。

ここで、ＥＣＵ３０は、圧力調整弁２６及びコンプレッサ２８を制御することにより、燃料タンク１０に収容された燃料ＧＳの液面の高さに応じて袋状部材１６を膨張又は収縮させる。すなわち、ＥＣＵ３０が圧力調整弁２６及びコンプレッサ２８を制御することで、袋状部材１６と燃料ＧＳとの接触状態が維持されている。具体的には、図２に示されるように、燃料ＧＳが減少して液面の高さが下がった場合には、ＥＣＵ３０からの信号によって圧力調整弁２６が閉弁される。また、コンプレッサ２８が作動され、空気供給管２７及び導入管２４を介して袋状部材１６へ圧縮空気が導入される。これにより、袋状部材１６が膨張し、袋状部材１６と燃料ＧＳの液面との接触状態を維持する。

一方、給油等によって燃料ＧＳが増えることで液面が上昇した場合には、ＥＣＵ３０からの信号によって圧力調整弁２６が開弁される。また、コンプレッサ２８が作動している場合は、ＥＣＵ３０からの信号によってコンプレッサ２８が停止される。これにより、袋状部材１６の内部空間の圧力が大気圧まで下がる。このため、燃料ＧＳの液面が上昇するにつれて、袋状部材１６の内部の空気が導入管２４に押し出されて開口２５Ａから排出される。このようにして、袋状部材１６と燃料ＧＳの液面との接触状態を維持する。

ここで、ＥＣＵ３０は、距離計３２及び表示部３４と電気的に接続されている。距離計３２は、燃料タンク１０の上部に配置されており、略円柱状に形成されている。また、距離計３２は、図３に示されるように、底部１０Ｂ側から見て燃料タンク１０の中央部分に配置されている。

さらに、図１に示されるように、距離計３２には、レーザ光が照射される図示しない照射部と、反射光を受光する図示しない受光部とが設けられている。また、燃料タンク１０の天井部１０Ａには、貫通孔１０Ｃが形成されており、この貫通孔１０Ｃから燃料タンク１０の底部１０Ｂに向かってレーザ光を照射できるようになっている。なお、貫通孔１０Ｃは、袋状部材１６の内部空間と連通しているため、距離計３２から袋状部材１６の内部へレーザ光が照射される。また、距離計３２と燃料タンク１０との間はシールされており、袋状部材１６の内部の空気が貫通孔１０Ｃから漏れるのを防止している。

距離計３２から照射されたレーザ光は、袋状部材１６と燃料ＧＳとの接触部分Ｐまで直進し、袋状部材１６を構成する金属膜２０によって反射される。また、金属膜２０で反射された反射光は、距離計３２に検知される。そして、距離計３２は、反射光の波長と基準の波長との差を求めることで、距離計３２から反射部分（袋状部材１６と燃料ＧＳとの接触部分Ｐ）までの距離Ｌ１を計測する。

距離計３２によって計測された距離Ｌ１は、ＥＣＵ３０へ送信される。ここで、燃料ＧＳの残量と距離計３２によって計測された距離（距離計３２から接触部分Ｐまでの距離）との関係式は、図５に示されるグラフのようになっている。このグラフに示す通り、距離計３２から接触部分Ｐまでの距離が短い方が燃料ＧＳの残量が多く、距離計３２から接触部分Ｐまでの距離が長くなるほど燃料ＧＳの残量が少なくなっている。ＥＣＵ３０は、この図５に示された関係式に基づいて燃料ＧＳの残量を算出し、乗員が視認可能な燃料計などの表示部３４に燃料ＧＳの残量を表示させる。
（作用並びに効果）
次に、本実施形態に係る燃料タンク構造の作用並びに効果について説明する。

本実施形態では、レーザ光を照射し、その反射光を検知して距離を計測する距離計３２を用いており、この距離計３２で計測した距離から燃料ＧＳの残量を検知する構成としたので、燃料タンク１０内にフロート等の燃料計を配置する必要がない。これにより、燃料計と袋状部材１６とが干渉することなく、袋状部材１６で燃料ＧＳの液面全体を覆うことができる。すなわち、蒸発燃料の発生を抑制しつつ、燃料ＧＳの残量を良好に検知ことができる。

また、本実施形態では、図４に示されるように、金属膜２０の両面を樹脂層１８及び樹脂層２２で挟んだ構造としたことにより、金属膜２０を保護することができる。すなわち、金属膜２０が燃料タンク１０中の燃料ＧＳや水分や空気等と接触して酸化したり腐食するのを抑制し、金属膜２０の状態を良好に維持することができる。また、レーザ光が照射される側の樹脂層１８を透明に形成することで、レーザ光を金属膜２０まで透過させることができる。この結果、距離計３２で反射光を良好に検知することができ、燃料ＧＳの残量の検知精度を良好に維持することができる。さらに、金属膜２０を設けることで、樹脂層１８又は樹脂層２２のみで袋状部材１６を形成した場合と比較して、蒸発燃料が袋状部材１６を透過しにくくなる。すなわち、蒸発燃料が大気中に排出されるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、燃料タンク１０の天井部１０Ａから底部１０Ｂへレーザ光を照射する構成としたので、レーザ光が燃料ＧＳ中を通ることがない。特に、本実施形態では、袋状部材１６の内側にレーザ光を照射するので、レーザ光が蒸発燃料に当たることもない。これにより、レーザ光が燃料ＧＳ中を通る構成と比較して、距離計３２の精度が低下するのを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、図３に示されるように、距離計３２が燃料タンク１０の中央部分に配置されている。これにより、距離計３２が燃料タンク１０の側壁近傍に配置された構成と比較して、燃料タンク１０が傾いている状態であっても、計測位置における燃料ＧＳの液面の高さが大きく変動しない。この結果、燃料タンク１０が傾いている状態でも距離計３２の検出精度を確保することができる。

＜第２実施形態＞
次に、図６〜８を参照して、第２実施形態に係る燃料タンク構造について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、適宜説明を省略する。また、図６において導入管２４より先の構成は、図１と同様であるため、図示を省略している。

図６に示されるように、燃料タンク５０の天井部５０Ａには、袋状部材５２が固定されている。ここで、袋状部材５２は、図７に示されるように、反射膜としての金属膜６２と、この金属膜６２を挟んで両面に設けられた樹脂層６０及び樹脂層６４と、を含む三層構造とされている。なお、図７における図中上側が袋状部材５２の内面側となっており、図中下側が袋状部材５２の外面側となっている。

袋状部材５２を構成する金属膜６２は、レーザ光を反射させるアルミニウムやアルミニウム合金などの金属で形成されている。また、樹脂層６０及び樹脂層６４は、熱可塑性樹脂によって形成されており、樹脂層６０は、金属膜６２の内面側に積層されている。さらに、樹脂層６０は、不透明の樹脂で形成されている。一方、樹脂層６４は、金属膜６２の外面側に積層されており、透明の樹脂で形成されている。すなわち、本実施形態では、金属膜６２に対してレーザ光が照射される外面側に透明の樹脂層６４が設けられている。

図６に示されるように、燃料タンク５０の底部５０Ｂにおける中央部分には、凹部５０Ｃが形成されており、この凹部５０Ｃに燃料ポンプ５４、フィルタ５６及び距離計５８が配置されている。

フィルタ５６は、凹部５０Ｃの底面に配置されており、このフィルタ５６を通過した燃料ＧＳが燃料ポンプ５４へ導入されるように構成されている。これにより、燃料ＧＳが燃料ポンプ５４に導入される前に燃料ＧＳ中の異物がフィルタ５６で補足される。

燃料ポンプ５４は、燃料タンク５０内に収容された燃料ＧＳをエンジンへ供給するポンプであり、凹部５０Ｃに配置することで、燃料ＧＳが少なくなった場合でもエンジンへ燃料ＧＳを供給できるようになっている。

距離計５８は、レーザ光を照射する図示しない照射部を備えており、燃料タンク５０の底部５０Ｂから天井部５０Ａに向かってレーザ光を照射する。また、距離計５８には、反射光を検知する図示しない受光部が設けられており、反射光の波長と基準の波長との差を求めることで、距離計３２から反射部分（袋状部材５２と燃料ＧＳとの接触部分Ｐ）までの距離Ｌ２を計測する。

また、距離計５８は、ＥＣＵ３０と電気的に接続されている（図１参照）。そして、ＥＣＵ３０は、距離計５８の計測結果に基づいて燃料ＧＳの残量を算出する。具体的には、図８に示されるグラフに基づいて算出する。図８のグラフは、燃料ＧＳの残量と距離計５８が計測した距離（距離計５８から接触部分Ｐまでの距離）との関係が図示されている。そして、このグラフに示す通り、距離計５８から接触部分Ｐまでの距離が短い方が燃料ＧＳの残量が少なく、距離計５８から接触部分Ｐまでの距離が長くなるほど燃料ＧＳの残量が多くなっている。ＥＣＵ３０は、この図８に示されたグラフの関係式に基づいて燃料ＧＳの残量を算出し、乗員が視認可能な燃料計などの表示部３４に燃料ＧＳの残量を表示させる（図１参照）。

（作用並びに効果）
次に、本実施形態に係る燃料タンク構造の作用並びに効果について説明する。

本実施形態では、距離計５８が燃料タンク５０の内部に配置されているため、第１実施形態と比較して、燃料タンク５０の外側に距離計を配置するスペースを確保する必要がない。

また、距離計５８及び燃料ポンプ５４を凹部５０Ｃに配置しているため、袋状部材５２が膨張して燃料タンク５０の底部５０Ｂと接触した状態であっても、距離計５８及び燃料ポンプ５４が袋状部材５２と干渉するのを抑制することができる。その他の作用については第１実施形態と同様である。

以上、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について説明したが、本発明は、上記の構成に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記の構成以外にも種々なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、袋状部材を三層構造としたが、これに限定されず、樹脂層に金属膜を蒸着した二層構造の袋状部材としてもよい。

また、上記実施形態では、反射膜として金属膜を採用したが、これに限定されない。例えば、光反射性を備えた樹脂製のシートなどを用いてもよい。

１０燃料タンク
１０Ａ天井部
１０Ｂ底部
１６袋状部材
１８樹脂層
２０金属膜（反射膜）
２２樹脂層
３２距離計
５０燃料タンク
５０Ａ天井部
５０Ｂ底部
５２袋状部材
５８距離計
６０樹脂層
６２金属膜（反射膜）
６４樹脂層
ＧＳ燃料
Ｐ接触部分（袋状部材と燃料との接触部分）

Claims

自動車に搭載され、燃料を収容する燃料タンクと、
前記燃料タンク内の天井部に固定されると共に、レーザ光を反射する反射膜を含んで袋状に形成され、前記燃料タンクに収容された燃料の液面の高さに応じて膨張又は収縮することで、燃料との接触状態を維持する袋状部材と、
前記燃料タンクの天井部又は底部から前記袋状部材へレーザ光を照射し、前記反射膜から反射された反射光を検知して前記袋状部材と前記燃料との接触部分までの距離を計測する距離計と、
を有する燃料タンク構造。
前記袋状部材は、前記反射膜の両面を樹脂層で挟んだ三層構造とされており、
前記反射膜に対してレーザ光が照射される側に位置する前記樹脂層は、透明の樹脂で形成されている請求項１に記載の燃料タンク構造。
前記距離計は、前記燃料タンクの天井部から前記燃料タンクの底部に向かってレーザ光を照射する請求項１又は２に記載の燃料タンク構造。