JP6500733B2

JP6500733B2 - 燃料タンクシステム

Info

Publication number: JP6500733B2
Application number: JP2015200092A
Authority: JP
Inventors: 千明片岡; 孝萬井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2035-10-08
Also published as: JP2017072096A

Description

本発明は、燃料タンクシステムに関する。

燃料タンクの蒸発燃料を捕集するキャニスタと、キャニスタから脱離された蒸発燃料含有ガスから燃料成分を透過分離する分離膜と、キャニスタから分離膜へ蒸発燃料含有ガスを圧送供給するポンプとを備えた蒸発燃料処理装置がある（たとえば特許文献１参照）。

この蒸発燃料処理装置では、キャニスタに吸着捕集された蒸発燃料を、ポンプによってパージさせながら分離膜に供給し、分離膜を透過した蒸発燃料が高濃度で燃料タンクに回収される。

特開２０１０−１０６７６６号公報

ところで、キャニスタ内の吸着剤には、蒸発燃料が液体の状態で吸着される。したがって、キャニスタの吸着剤に吸着された蒸発燃料をポンプによって取り出すためには、液体の蒸発燃料を気化するための大きなエネルギーが必要であり、ポンプの消費電力が多くなる。

本発明は上記事実を考慮し、燃料タンク内の蒸発燃料から燃料成分を燃料タンク内に回収するために要するエネルギーを少なくすることを目的とする。

第一の態様では、内部に燃料を収容する燃料タンクと、蒸発燃料を含む気体から燃料成分を分離する分離装置と、前記燃料タンクと前記分離装置とを連通し前記燃料タンク内の気体を前記分離装置へ排出するための排出配管と、前記排出配管に設けられ前記燃料タンク内の気体を前記分離装置に向けて圧送するポンプと、前記排出配管において前記ポンプと前記分離装置の間に設けられ前記ポンプにより圧送された前記気体を貯留するボンベと、前記ボンベと前記分離装置の間で前記排出配管を開閉する開閉弁と、前記分離装置と前記燃料タンクとを連通し前記分離装置で分離された前記燃料成分を前記燃料タンクに戻すための戻し配管と、前記ボンベのボンベ内圧が所定値を超えていない場合は前記開閉弁を閉弁状態にすると共に前記ポンプを駆動し、前記ボンベ内圧が所定値を超えると前記開閉弁を開弁する制御装置と、を有する。

この燃料タンクシステムでは、燃料タンク内の蒸発燃料を含む気体がポンプにより分離装置に向けて圧送されるが、開閉弁を閉弁しておくことで、この気体は分離装置へは送られずボンベに貯留され、ボンベ内の圧力は徐々に高くなる。

ボンベが所定値以上の高圧になった状態で、ポンプを停止し開閉弁を開弁すると、ボンベ内の高圧の気体が分離装置に流入する。そして、分離装置では、この高圧の気体から、燃料成分が分離される。分離された燃成分は、戻し配管を通じて燃料タンクに戻る。

この燃料タンクシステムでは、ポンプは、燃料タンク内の気体を分離装置に向けて圧送すれば足り、キャニスタに吸着された燃料を、高い圧力によって取り出す必要がない。したがって、燃料タンク内の蒸発燃料から燃料成分を燃料タンク内に回収するために要するエネルギー（ポンプの消費電力）が少なくて済む。

本発明は上記構成としたので、燃料タンク内の蒸発燃料から燃料成分を燃料タンク内に回収するために要するエネルギーを少なくできる。

図１は第一実施形態の燃料タンクシステムを示す構成図である。図２は第一実施形態の燃料タンクシステムにおける給油時の処理を示すフローチャートである。図３は第一実施形態の燃料タンクシステムにおける蒸発燃料分離時の処理を示すフローチャートである。図４は第二実施形態の燃料タンクシステムを示す構成図である。図５は第三実施形態の燃料タンクシステムを示す構成図である。

図１には、第一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は、内部に燃料を収容可能な燃料タンク１４を備えている。燃料タンク１４の上部には、インレットパイプ１５の下部が接続されている。インレットパイプ１５の上端の開口部分は給油口１６である。給油口１６に給油ガンを差し入れて、燃料タンク１４に給油することができる。インレットパイプ１５の給油口１６は、通常はフューエルキャップ１８によって閉塞されている。燃料タンク１４への給油時には、フューエルキャップ１８が給油作業者等により外される。

車体のパネルには、フューエルキャップ１８のさらに外側にフューエルリッド２０が設けられている。車室内には、リッド開放スイッチ２２が設けられている。リッド開放スイッチ２２が操作された情報が制御装置３２に送られると、フューエルリッド２０は、制御装置３２により所定の条件下で開放される。

燃料タンクシステム１２は、燃料タンク１４の外部に配置される分離装置２４を有する。分離装置２４と燃料タンク１４とは、排出配管２６で連通されている。排出配管２６の一端は燃料タンク１４において、満タン液位よりも上方に位置している。排出配管２６は燃料タンク１４内の蒸発燃料を含む気体を分離装置２４に送るための配管である。

分離装置２４は、内部に分離膜２８を有する。分離膜２８は、分離装置２４に送られた蒸発燃料を含む気体から、燃料成分を選択的に分離する。すなわち、分離装置２４に送られた蒸発燃料を含む気体は、分離膜２８を透過した成分（燃料の濃度が高い成分、以下「高濃度成分」という）と、分離膜２８を透過しなかった成分（燃料の濃度が低い成分、以下「低濃度成分」という）とに分離される。低濃度成分は、大気に開放しても問題がない程度に燃料の濃度が低いので、大気開放配管３０から大気開放される。

排出配管２６には、燃料タンク１４側から、ポンプ３４、ボンベ３６及び圧力開放弁３８が設けられている。ポンプ３４は、駆動により、燃料タンク１４内の気体を分離装置２４に向けて圧送する。

圧力開放弁３８の開弁状態では、ボンベ３６から分離装置２４へ排出配管２６を通って気体の移動が可能である。これに対し、圧力開放弁３８の閉弁状態では、排出配管２６が閉じられ、気体の移動が阻止される。ポンプ３４及び圧力開放弁３８は、制御装置３２により制御される。

燃料タンク１４内には、タンク内圧を検知するタンク内圧センサ４０が設けられている。ボンベ３６内には、ボンベ内圧を検知するボンベ内圧センサ４２が設けられている。タンク内圧センサ４０およびボンベ内圧センサ４２で検知された圧力のデータは、制御装置３２に送られる。

分離装置２４と燃料タンク１４とは戻し配管４４で接続される。戻し配管４４は、分離装置２４内の高濃度成分を燃料タンク１４内に戻すための配管である。戻し配管４４における燃料タンク１４側の端部近傍は、燃料タンク１４の底部に沿って配置されると共に、複数の戻し孔（図示省略）が形成される。これら複数の戻し孔から、高濃度成分を泡状（バブリング）して燃料タンク１４内の液体燃料中に戻すことで、液化回収できる。

次に、本実施形態の作用を説明する。

図２には、第一実施形態において、燃料タンク１４への給油する場合の処理の制御フローが示されている。また、図３には、第一実施形態において、燃料タンク１４の気体から蒸発燃料を分離する場合の処理の制御フローが示されている。

給油時には、制御装置３２は、ステップＳ１０２において、燃料タンク１４への給油が開始されたか否かを判断する。この判断は、たとえば、リッド開放スイッチ２２の操作や、フューエルリッド２０の開閉を検知するセンサ（リッド開閉センサ）の検知結果に基き行うことが可能である。

ステップＳ１０２において、燃料タンク１４への給油が開始されていないと判定した場合は、ステップＳ１０２に戻り、引き続き燃料タンク１４への給油が開始されたか否かを判断する。

ステップＳ１０２において、燃料タンク１４への給油が開始されたと判定した場合は、ステップＳ１０４に移行する。制御装置３２は、ステップＳ１０４において、圧力開放弁３８を閉弁する。

さらに、ステップＳ１０６において、制御装置３２はポンプ３４を駆動する。ポンプ３４の駆動により、燃料タンク１４内の蒸発燃料を含む気体が、分離装置２４に向けて圧送される。ただし、圧力開放弁３８は閉弁されているので、この気体は分離装置２４には送られず、ボンベ３６に貯留される。

次に、制御装置３２は、ステップＳ１０８において、燃料タンク１４への給油が終了したか否かを判断する。この判断は、上記したリッド開閉センサの検知結果により行うことが可能である。

ステップＳ１０８において、燃料タンク１４への給油が終了していないと判定した場合は、ステップＳ１０６に戻り、引き続きポンプ３４を駆動する。

ステップＳ１０８で燃料タンク１４への給油が終了したと判定した場合は、ステップＳ１１０に移行する。ステップＳ１１０では、ポンプ３４を停止する。そして、給油時の処理を終了する。

なお、給油時以外であっても、タンク内圧センサ４０で検知したタンク内圧が所定値を超えている場合は、制御装置３２は、圧力開放弁３８を閉弁状態に維持し、ポンプ３４を駆動する。燃料タンク１４内の気体がボンベ３６に送られるので、タンク内圧の過度の上昇を抑制できる。

また、給油時以外では、図３に示すように、燃料タンク１４内の蒸発燃料を含む気体から、燃料成分を分離（高濃度化）する処理を行うことがある。なお、この処理では、制御装置３２はポンプ３４を常に停止する。また、この処理の初期段階では、制御装置３２は圧力開放弁３８を閉弁状態とする。

まず、ステップＳ２０２では、制御装置３２は、ボンベ内圧センサ４２の検知結果から、ボンベ内圧が所定の閾値を超えているか否かを判断する。ボンベ内圧が所定の閾値を超えていないと判断した場合は、ステップＳ２０２に戻り、引き続き、ボンベ内圧が所定の閾値以上であるか否かを判断する。

ステップＳ２０２において、ボンベ内圧が所定の閾値を超えていると判断した場合は、ステップＳ２０４に移行する。ステップＳ２０４では、制御装置３２が圧力開放弁３８を開弁する。これにより、ボンベ３６内の高圧の気体が、分離装置２４へ流入する。

分離装置２４では、流入した気体は、高濃度成分と低濃度成分とに分離される。そして、高濃度成分は戻し配管４４により燃料タンク１４へ戻され、低濃度成分は大気開放配管３０から大気開放される。

次に、ステップＳ２０６では、制御装置３２は、ボンベ内圧センサ４２の検知結果から、ボンベ内圧が所定の閾値以下であるか否かを判断する。ボンベ内圧が所定の閾値以下に下がっていないと判断した場合は、ステップＳ２０４に戻り、引き続き、圧力開放弁３８を開弁状態に維持する。

ステップＳ２０６において、ボンベ内圧が所定の閾値以下であると判断した場合は、ステップＳ２０８に移行する。ステップＳ２０８では、制御装置３２は、圧力開放弁３８を閉弁し、この処理を終了する。

以上の説明から分かるように、この燃料タンクシステム１２では、燃料タンク１４内の気体から高濃度成分を分離するために、この気体をキャニスタに吸着させておらず、キャニスタに吸着された蒸発燃料を取り出す必要がない。このため、キャニスタかポンプを用いて蒸発燃料と取り出す構成と比較して、ポンプ３４の消費電力が少ない。すなわち、燃料タンク１４内の蒸発燃料から燃料成分を燃料タンク１４内に回収するために要するエネルギーが少ない。

また、こ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、燃料タンク１４内で発生した蒸発燃料を含む気体を、ポンプ３４の駆動によりボンベ３６に送る。このため、燃料タンク１４のタンク内圧の過度の上昇を抑制できる。

この燃料タンクシステム１２では、ボンベ３６に気体が高圧状態で貯留されるので、圧力開放弁３８を開弁するだけで、ボンベ３６内の気体を分離装置２４に送り、高濃度成分を取り出すことができる。すなわち、高濃度成分を取り出すための制御が簡易である。

なお、分離装置２４を用いて、蒸発燃料を含む気体から高濃度成分を取り出すためには、分離装置２４に高圧の気体を圧送する必要がある。この場合、ボンベ３６を用いず、ポンプ３４から分離膜２８へ高圧の気体を圧送しようとすると、この逆圧が燃料タンク１４に作用するおそれがあり、燃料タンク１４に高い強度が求められる。本実施形態の燃料タンクシステム１２では、ボンベ３６に気体を貯留して圧力を高くし、この高圧の気体を、圧力開放弁３８の開弁により分離装置２４に送る。このため、燃料タンク１４に高い圧力が作用する可能性が小さくなり、燃料タンク１４の強度を過度に高くする必要がない。

次に、第二実施形態及び第三実施形態について説明する。第二実施形態及び第三実施形態では、第一実施形態と比較して、分離装置を複数有する点が異なる。

以下、第二実施形態において、第一実施形態と同様の要素、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。第三実施形態においても、第一実施形態又は第二実施形態と同様の要素、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

第二実施形態の燃料タンクシステム６２では、図４に示すように、分離装置２４に加えて、分離装置６４を有する。分離装置２４と分離装置６４とは接続配管６６で接続されており、分離装置２４で生じた低濃度成分が、分離装置６４に送られる。分離装置６４と、排出配管２６の途中（燃料タンク１４とポンプ３４の間）とは、戻し配管６８で連通される。

分離装置６４では、分離装置２４から送られた低濃度成分を、さらに、相対的に高濃度の成分と低濃度の成分とに分離する。分離装置６４で分離された高濃度の成分は、戻し配管６８から排出配管２６の途中に戻される。

このように、第二実施形態の燃料タンクシステム６２では、２つの分離装置２４、６４を有しており、２段階で、蒸発燃料を含む気体から高濃度の成分を分離できる。このため、たとえば、１段目の分離装置２４で生成した低濃度成分から、さらに蒸発燃料を分離する必要がある場合に有効である。

第三実施形態の燃料タンクシステム７２では、図５に示すように、分離装置２４及び分離装置６４に加えて、分離装置７４を有する。分離装置６４と分離装置７４とは接続配管７６で接続されており、分離装置６４で生じた低濃度成分が、分離装置７４に送られる。分離装置７４と、戻し配管６８の途中とは、戻し配管７８で連通される。

分離装置７４では、分離装置６４から送られた低濃度成分を、さらに、相対的に高濃度の成分と低濃度の成分とに分離する。分離装置７４で分離された高濃度の成分は、戻し配管７８から戻し配管６６の途中に戻される。

このように、第三実施形態の燃料タンクシステム７２では、３つの分離装置２４、６４、７４を有しており、３段階で、蒸発燃料を含む気体から高濃度の成分を分離できる。このため、たとえば、２段目の分離装置６４で生成した低濃度成分から、さらに蒸発燃料を分離する必要がある場合に有効である。

第二実施形態及び第三実施形態において、分離装置６４、７４と燃料タンク１４とを戻し配管で連通し、分離装置６４、７４から燃料成分を燃料タンク１４へ直接戻すようにしてもよい。

なお、分離装置を４つ以上備え、蒸発燃料を含む気体から高濃度の成分を４段以上で分離する構成としてもよい。

１２燃料タンクシステム
１４燃料タンク
２４分離装置
２６排出配管
２８分離膜
３４ポンプ
３６ボンベ
３８圧力開放弁
４４戻し配管
６２燃料タンクシステム
６４分離装置
７２燃料タンクシステム
７４分離装置

Claims

内部に燃料を収容する燃料タンクと、
蒸発燃料を含む気体から燃料成分を分離する分離装置と、
前記燃料タンクと前記分離装置とを連通し前記燃料タンク内の気体を前記分離装置へ排出するための排出配管と、
前記排出配管に設けられ前記燃料タンク内の気体を前記分離装置に向けて圧送するポンプと、
前記排出配管において前記ポンプと前記分離装置の間に設けられ前記ポンプにより圧送された前記気体を貯留するボンベと、
前記ボンベと前記分離装置の間で前記排出配管を開閉する開閉弁と、
前記分離装置と前記燃料タンクとを連通し前記分離装置で分離された前記燃料成分を前記燃料タンクに戻すための戻し配管と、
前記ボンベのボンベ内圧が所定値を超えていない場合は前記開閉弁を閉弁状態にすると共に前記ポンプを駆動し、前記ボンベ内圧が所定値を超えると前記開閉弁を開弁する制御装置と、
を有する燃料タンクシステム。