JP6946980B2 - 燃料供給装置および燃料供給装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料供給装置、および燃料供給装置の制御方法に関する。

燃料電池等に液体燃料を供給する燃料供給システムにおいて、寒冷地での外気温の影響等により液体燃料が凍結することがある。液体燃料が凍結すると、ポンプロック状態が引き起こされるだけでなく、体積膨張によるポンプの損傷や、ポンプロック状態での通電によるモータ焼損などが発生する場合があり問題となる。

ここで、検出した液体燃料の温度から、ポンプロック状態が引き起こされた原因が液体燃料の凍結によるものか否かを判別する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１４−１９０１６９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ポンプロック状態が引き起こされた原因を特定することはできても、ポンプロック状態が引き起こされること自体を回避することはできない。

本発明は、液体燃料が凍結することに起因して生じるポンプロックを回避する技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様による燃料供給装置は、液体燃料が供給されてエネルギーを発するパワーユニットと、液体燃料が貯留される燃料タンクと、燃料タンク内に配置され、液体燃料をパワーユニットに供給する燃料ポンプと、燃料タンク内に配置され、燃料ポンプを収容するサブタンクと、燃料タンク内の液体燃料をサブタンク内に移送する燃料移送手段と、サブタンク内の液体燃料を当該サブタンク外であって燃料タンク内に排出する燃料排出手段と、パワーユニットと燃料ポンプとを接続し、燃料ポンプから供給される液体燃料の流路となる燃料供給路と、燃料供給路から分岐し、液体燃料をサブタンク内に循環させる循環路と、を含んで構成される。燃料移送手段はジェットポンプであって、サブタンク内における前記循環路の端部において当該サブタンクの内外を連通するように配置される。燃料排出手段は、循環路から分岐して、サブタンク外であって燃料タンク内に液体燃料を排出可能に構成された燃料排出路である。燃料排出手段は、循環路と、燃料排出路を切り換え可能に構成された切換弁をさらに備える。切換弁は、液体燃料の温度に応じて流路を切り換え可能に構成されたバイメタル弁である。

本発明によれば、燃料ポンプが収容されるサブタンク内の液体燃料を当該サブタンク外に排出できるので、燃料ポンプ周辺の液体燃料が凍結することに起因して生じるポンプロック等の問題を回避することができる。

図１は、第１実施形態の燃料供給装置の主要構成を示す概略構成図である。 図２は、第１実施形態の燃料排出制御を示すフローチャートである。 図３は、第１実施形態の変形例１の主要構成を示す概略構成図である。 図４は、変形例１の燃料供給路と循環路との分岐点の詳細を説明する図である。 図５は、変形例２の燃料排出制御を示すフローチャートである。 図６は、変形例３の燃料排出制御を示すフローチャートである。 図７は、第２実施形態の燃料供給装置の燃料排出制御を説明する図である。 図８は、第３実施形態の燃料供給装置の燃料排出制御を説明する図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

−第１実施形態−
図１は、第１実施形態の燃料供給装置１００の主要構成を示す概略構成図である。図１に示すとおり、燃料供給装置１００は、パワーユニット１０と、燃料ポンプ１と、サブタンク２０と、燃料貯留部（燃料タンク、メインタンク）３０と、燃料供給路１２と、循環路１３と、燃料排出路１４と、切換弁２と、補助ポンプ３とを含んで構成され、パワーユニット１０が備える燃料噴射装置１１に液体燃料を供給する。以下に説明する燃料供給装置１００は、例えば、液体燃料を消費する燃料電池や、内燃機関を搭載する車両に適用される。なお、燃料電池は、液体燃料を直接、又は間接的に消費する限りにおいてはその態様を限定する必要はなく、例えば固体酸化形燃料電池(SOFC; Solid Oxide Fuel Cell)や、固体高分子形燃料電池（PEFC; Polymer Electrolyte Fuel Cell）等である。

本実施形態のパワーユニット１０は、内燃機関（エンジン）であって、液体燃料をエネルギーに変換する。より具体的には、パワーユニット１０は、燃料貯留部３０あるいはサブタンク２０に貯留された液体燃料が供給されて、備える燃料噴射装置１１により霧状に噴射された液体燃料を燃焼することによりエネルギーを発生させる。本実施形態の燃料供給装置１００は、車両に適用されるので、当該エネルギーは車両の駆動力となる。

燃料貯留部３０（以下、「燃料タンク３０」とも称する）は、パワーユニット１０へ供給される液体燃料を貯留する。燃料タンク３０は、可燃性の液体燃料貯留用として一般的な容器であればよく、鋼板又は樹脂製のタンクである。燃料タンク３０は、燃料供給路１２を介してパワーユニット１０と接続されている。燃料タンク３０の内部構成については後述する。

サブタンク２０（以下、「チャンバ２０」とも称する）は、燃料貯留部３０内に配置された容器であって、燃料ポンプ１を収容する。チャンバ２０内には、後述の補助ポンプ３によって燃料タンク３０内に貯留された液体燃料が移送される。すなわち、チャンバ２０は、いわゆるバッファ燃料用の燃料タンク（燃料チャンバ）である。チャンバ２０も、素材としては液体燃料貯留用の一般的な容器と同等であればよく、鋼板又は樹脂製である。

燃料ポンプ１は、チャンバ２０内に配置されたポンプであって、燃料供給路１２と接続されている。燃料ポンプ１は、燃料供給路１２を介して、パワーユニット１０の燃料噴射装置１１に液体燃料を供給する。具体的には、燃料ポンプ１は、チャンバ２０内の液体燃料を汲み上げるととともに（矢印１ａ参照）、燃料供給路１２を通して汲み上げた液体燃料をパワーユニット１０へ圧送する。

燃料供給路１２は、チャンバ２０内に貯留された液体燃料がパワーユニット１０へ供給される際の流路となる配管である。燃料供給路１２からは、液体燃料がパワーユニット１０へ供給される際の流路とは別に、燃料ポンプ１から圧送された液体燃料をチャンバ２０内に循環させる際の流路となる循環路１３が分岐する。

循環路１３は、液体燃料をチャンバ２０内に循環させる際の流路となる配管である。循環路１３において、燃料供給路１２との分岐点の逆側の端部はチャンバ２０内に配置するように構成される。そして、当該端部には、補助ポンプ３が設けられている。循環路１３からは、チャンバ２０内、あるいは燃料ポンプ１内の液体燃料をチャンバ２０外へ排出するための排出路１４が分岐する。

補助ポンプ３は、燃料タンク３０内においてチャンバ２０の外側に貯留されている液体燃料をチャンバ２０内に移送するための燃料移送手段として機能する。したがって、補助ポンプ３は、その吸い込み口がチャンバ２０の外側に、吐き出し口がチャンバ２０の内側に位置するように構成される。なお、補助ポンプ３は、燃料タンク３０内に貯留された液体燃料を最後までチャンバ２０内に移送できるように、少なくともその吸い込み口がチャンバ２０の側面において、より下側（重力方向における下側）に位置するのが好ましい。

なお、本実施形態の補助ポンプ３は、ジェットポンプである。したがって、循環路１３の端部に設けられたジェットポンプは、その内部において液体燃料が循環路１３からジェットポンプ内を通ってチャンバ２０内に吐き出されることにより発生する負圧を利用して、燃料タンク３０内の液体燃料をチャンバ２０内に移送する。チャンバ２０がこのように構成されることにより、燃料タンク３０内にチャンバ２０の容量を超える十分な液体燃料が貯留されている限り、チャンバ２０内を液体燃料（バッファ燃料）で満たすことができる。

排出路１４は、チャンバ２０内、あるいは燃料ポンプ１内の液体燃料をチャンバ２０外へ排出する際の流路となる配管であって、本実施形態の燃料排出手段として機能する。本実施形態の排出路１４は、上述の通り循環路１３から分岐して設けられ、分岐点の逆側の端部は、燃料タンク３０内においてチャンバ２０の外側の領域に位置するように構成される。また、排出路１４と循環路１３との分岐点には、切換弁２が配置される。

本実施形態の切換弁２は、三方弁である。切換弁２は、その開弁方向が適宜選択されることにより、燃料供給路１２から分岐した流路が、燃料ポンプ１から圧送された液体燃料を循環路１３を介してチャンバ２０内に循環させる際の流路（リターンライン１３ａ）と、排出路１４を介してチャンバ２０外に排出させる際の流路（排出ライン１４ａ）のいずれの流路と連通するかを切り換え可能に構成される。

なお、切換弁２は、バイメタル弁で構成されてもよい。この場合は、切換弁２は、後述のコントローラ５０によって開弁／閉弁を制御される必要はなく、チャンバ２０内ないし循環路１３を通る液体燃料の温度が予め設定した所定の温度以下になった場合に、バイメタルの特性により開弁／閉弁が制御され、リターンライン１３ａと排出ライン１４ａとをパッシブに切り換えることができるように構成される。なお、ここでの「所定の温度」は、後述する図２のフローチャートのステップＳ２に係る「所定の温度」と同等でよい。

コントローラ５０は、例えば、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）から構成される。コントローラ５０は、少なくとも燃料ポンプ１および切換弁２と通信可能に構成されており、これらの動作、具体的には燃料ポンプ１の可動／停止、および切換弁２の開弁／閉弁を制御する。

以上が本実施形態の燃料供給装置１００が備える基本構成である。燃料供給装置１００が、上述した構成、特に、燃料排出手段としての排出路１４を備えることにより、寒冷地での外気温の影響等によって燃料ポンプ１内あるいは燃料ポンプ１周辺の液体燃料が凍結することを回避することができる。その結果、液体燃料が凍結し、燃料ポンプ１がロックしてしまうこと（ポンプロック）を回避することができる。また、液体燃料が凍結し、その体積が膨張することによってポンプを損傷してしまう虞を回避することができる。より詳細には、燃料ポンプ１内の液体燃料が凍結し膨張することにより、燃料ポンプ１を内側から損傷させる虞を回避することができる。また、燃料ポンプ１の周辺の液体燃料が凍結し膨張することにより、燃料ポンプ１を外側から押しつぶすようにして損傷させる虞を回避することができる。

以下では、上記の構成を用いて燃料ポンプ１内あるいは燃料ポンプ１周辺の液体燃料が凍結することを回避する方法を説明する。なお、以下では、燃料ポンプ１内あるいは燃料ポンプ１周辺の液体燃料が凍結することを一語で「燃料凍結」とも称する。

図２は、本実施形態の燃料供給装置１００が燃料凍結を回避する際の制御（燃料排出制御）の流れを示すフローチャートである。燃料供給装置１００が備えるコントローラ５０は、以下に説明する制御を実行するようにプログラムされている。また、燃料供給装置１００は、チャンバ２０内の液体燃料の温度（燃温）を検出する燃温検出手段、および、燃料ポンプ１内、及び、チャンバ２０内の液体燃料量を検出、または推定する残燃料量取得手段を備える。

ステップＳ１では、コントローラ５０は、燃温検知手段からチャンバ２０内の液体燃料の温度を取得する。本実施形態の燃温検出手段は、不図示の公知の温度センサであって、例えばチャンバ２０の内側下部に設けられ、検出した燃温をコントローラ５０に送信可能に構成されている。

ステップＳ２では、コントローラ５０は、ステップＳ１で取得した燃温が予め定めた所定の温度以下か否かを判定する。「所定の温度」は、液体燃料の凝固点よりも高い温度であって、当該温度を下回ると、液体燃料が凍結する虞が高いと判断し得る温度である。「所定の温度」は、液体燃料の種類に応じて適宜設定される。コントローラ５０は、取得した燃温が所定の温度以下になったと判定すると、続くステップＳ３の処理を実行する。取得した燃温が所定の温度よりも高い場合は、取得した燃温が所定の温度以下と判定されるまで、ステップＳ１〜Ｓ２の処理が繰り返し実行される。

ステップＳ３では、コントローラ５０は、チャンバ２０内と、燃料ポンプ１内の液体燃料をチャンバ２０外に排出するために、排出ライン１４ａと燃料供給路１２とが連通するように切換弁２の開弁方向を制御する。これにより、燃料ポンプ１が圧送する液体燃料は、燃料タンク３０内におけるチャンバ２０の外側の領域に排出される。また、切換弁２の開弁方向が制御され、液体燃料をチャンバ２０内に循環させるリターンライン１３ａが遮断されるので、リターンライン１３ａを通してチャンバ２０内に循環される液体燃料量が略ゼロになるのに応じて、補助ポンプ３（ジェットポンプ）によるチャンバ２０外からの液体燃料の吸い込みがなくなる。その結果、燃料ポンプ１の周辺ないし燃料ポンプ１内の液体燃料量を減少させることができる。その結果、少なくとも燃料ポンプ１の周辺には、例え凍結したとしても体積膨張により燃料ポンプ１をロックさせる程の量の液体燃料は存在しなくなるので、燃料凍結によって燃料ポンプ１がロックする虞を回避することができる。

ここで、補助ポンプ３が本実施形態のように配置された場合、一般的なジェットポンプはチャンバ２０の内外の連通を遮断する機構（構造）を通常有していない。このため、リターンライン１３ａを遮断しても、燃料タンク３０内の液体燃料がジェットポンプを介して流入してくる場合がある。しかしながら、このようにして流入してくる液体燃料量は少量であり、燃料ポンプ１が駆動している限りは、流入してきた液体燃料をそのまま、あるいはそれ以上の量チャンバ２０外に排出することができるので、流入してきた液体燃料が燃料ポンプ１の周辺を覆うほど溜まることは原則ない。したがって、ジェットポンプがチャンバ２０の内外の連通を遮断する機構（構造）を有していなくても、上記のとおり燃料凍結によって燃料ポンプ１がロックする虞を回避することができる。

しかしながら、本実施形態のジェットポンプは、ジェットポンプを介したチャンバ２０内への液体燃料の流出を防ぐために、チャンバ２０の内外の連通を遮断する機構（構造）、例えば開閉弁をさらに備えてもよい。これにより、ステップＳ３においてリターンライン１３ａが遮断された後、燃料ポンプ１内、および、燃料ポンプ１周辺の液体燃料量をより効率よく減少させることができる。

また、図２のフローチャートには記載していないが、ステップＳ３の処理を実行する前にパワーユニット１０のシステムを停止しておくことが望ましい。具体的には、燃料噴射装置１１の稼働を停止しておくことが望ましい。これにより、チャンバ２０内、および燃料ポンプ１内の液体燃料量がなくなった状態で燃料噴射装置１１が稼動することで、いわゆる空焚きにより燃料噴射装置１１（インジェクタ）が壊れてしまうような事態を防ぐことができる。

ステップＳ４では、残燃料量取得手段が、チャンバ２０内の残燃料量を取得する。本実施形態の残燃料量取得手段は、コントローラ５０の一機能部であって、チャンバ２０内の残燃料量を以下のようにして推定する。

チャンバ２０内の容量は、少なくとも、燃料供給路１２から分岐する流路がステップＳ３において排出ライン１４ａに切り換えられてからの経過時間（排出ライン連通継続時間）に基づいて推定することができる。具体的には以下のように推定できる。まず、チャンバ２０、および燃料ポンプ１内の容積、および、燃料ポンプ１の１回転あたりの吐出量は設計値等から予め知得することができる。また、車両システムにおいて、燃料ポンプ１の回転数は一定値で駆動させる場合があるので、燃料ポンプ１の回転数が一定値に設定された場合はその設定した回転数を予め知得することができる。

すなわち、排出ライン１４ａに切り換えられてからの経過時間が分かれば、その間に燃料ポンプ１が回転した数に一回転あたりの吐出量を乗じることで、経過時間中にチャンバ２０から排出された液体燃料量を算出することができる。そうすると、通常、チャンバ２０内には液体燃料がフル（一杯）に貯留されているので、設計値等から導き出せるチャンバ２０および燃料タンク３０内の最大液体燃料量から、算出した上記の液体燃料量を減算することにより残液体燃料量を推定することができる。なお、燃料ポンプ１の回転数が一定値でない場合は、コントローラ５０は、燃料ポンプ１の駆動を指示する指令値等から排出ライン連通継続時間中における燃料ポンプ１の回転数を取得すればよい。

なお、燃料ポンプ１の一回転あたりの吐出量は、液体燃料の温度、圧力、粘度などにより変化するので、これらの値を考慮して残燃料量を推定（補正）してもよい。これらの値のうち、少なくとも一つ以上の値を考慮することにより、より正確な残燃料量を推定することができる。なお、上記のように残燃料量を推定せず、コントローラ５０とは別個に一般的な液量計（液量計測用センサ）を残燃料量取得手段としてチャンバ２０内に配置して、液量計が検出した残燃料量をコントローラ５０が取得可能に構成してもよい。

ステップＳ５では、コントローラ５０は、ステップＳ３で推定した残燃料量が所定量以下となったか否かを判定する。ここでの「所定量」は、燃料ポンプ１の故障リスクの観点や、電力消費抑制の観点から予め定められる。例えば、チャンバ２０の底部に溜まり得る異物を汲み上げてしまう場合があるので、燃料ポンプ１が当該異物を噛みこむことにより損傷するリスクを回避できると判断し得る量を所定量に設定する。あるいは、チャンバ２０内に残った液体燃料が凍結しても燃料ポンプ１が損傷する虞が無いと判断しる量を所定量に設定する。そして、残燃料量が「所定量」以下になった場合は燃料ポンプ１を停止させることにより、燃料ポンプ１の損傷リスクを解消できるとともに、燃料ポンプ１を過剰に稼働させることがないので、電力消費量を抑制することができる。

ステップＳ５において、ステップＳ３で推定した残燃料量が所定量以下となった場合は、続くステップＳ６の処理を実行する。残燃料量が所定量より多い場合は、残燃料量が所定量以下となるまで、ステップＳ４〜Ｓ５の処理が繰り返し実行される。

ステップＳ６では、コントローラ５０は、燃料ポンプ１を停止させる。これにより、燃料ポンプ１の周辺および燃料ポンプ１内には、燃料凍結により燃料ポンプ１をロックさせる虞のある液体燃料量より少ない量の液体燃料しか存在しなくなるので、燃料凍結により引き起こされていた従来の問題を事前に回避することができる。

以上が、第１実施形態の燃料供給装置１００が備えるコントローラ５０が実行する燃料排出制御の詳細である。以下では、本実施形態の変形例について説明する。

＜変形例１＞
変形例１の燃料供給装置２００は、循環路１３が燃料供給路１２から分岐する分岐位置が燃料供給装置１００と異なる。

図３は、燃料供給装置２００の概略構成図である。図示するように、本例における循環路１３と燃料供給路１２との分岐点は燃料噴射装置１１内に位置しており、循環路１３は、燃料タンク３０の外部において燃料供給路１２から分岐するとともに、その端部が、燃料タンク３０内におけるチャンバ２０内に位置するように構成される。

図４は、燃料供給装置２００の概略構成図であって、燃料供給路１２と循環路１３との分岐位置をより詳細に説明するための図である。燃料噴射装置１１において、図中の両矢印が示す区間は、燃料噴射装置１１が備えるインジェクタ１１ａに液体燃料を供給するインジェクタレールである。ただし、図４は、インジェクタレールとインジェクタ１１ａの接合部分は省略して描かれている。

図の斜線部分が示すとおり、本例における燃料供給路１２は燃料噴射装置１１が備えるインジェクタレールを含む。そして、本例における循環路１３は、燃料供給路１２において、燃料ポンプ１側から見てインジェクタレールの終端位置において分岐する。すなわち、本例における循環路１３は、燃料供給路１２のインジェクタレール終端から分岐し、当該分岐点の逆側の端部がチャンバ２０内に位置するように構成される。

＜変形例２＞
変形例２は、上述の燃料排出制御の他の例を示す。図５は、変形例２にかかる燃料排出制御を示すフローチャートである。本例は、パワーユニット１０が停止した際に燃料排出制御が実行されることを特徴とする。具体的には、以下に説明するステップＳ１１に特徴があり、続くステップＳ３〜Ｓ６は、図２を用いて説明した上述のフローと同様である。

ステップＳ１１では、コントローラ５０は、パワーユニット１０のシステムが停止しているか否かを判定する。具体的には、燃料噴射装置１１による燃料噴射が停止しているかどうかを判定する。例えば、パワーユニット１０に対する駆動指示、或いは、燃料噴射装置１１に対する燃料噴射指示の有無から判定することができる。コントローラ５０は、パワーユニット１０のシステムが停止していると判定した場合は、ステップＳ３〜Ｓ６の処理を、上述した図２に係るフローチャートを用いて説明したのと同様に実行する。パワーユニット１０のシステムが停止していないと判定された場合は、当該システムが停止するまで、ステップＳ１の処理が繰り返し実行される。

このように、変形例２によれば、チャンバ２０内の液体燃料の温度を考慮せずに、パワーユニット１０のシステムが停止した際に、燃料ポンプ１およびチャンバ２０内の液体燃料をチャンバ２０外へ排出する。このような制御態様によっても、上述した実施形態と同様に、燃料凍結によって燃料ポンプ１がロックする虞を回避することができる。

＜変形例３＞
変形例３は、上述（第１実施形態および変形例２）の燃料排出制御の他の例を示す。図６は、変形例３にかかる燃料排出制御を示すフローチャートである。本例は、パワーユニット１０が停止して以降のシステム停止中に燃料排出制御が実行されることを特徴とする。具体的には、以下に説明するステップＳ２１、２２、および２３に特徴があり、ステップＳ１、Ｓ２、およびステップＳ３〜Ｓ６は、図２を用いて説明した上述のフローと同様である。

ステップＳ２１では、コントローラ５０は、変形例２のステップＳ１１と同様にパワーユニット１０のシステムが停止しているか否かを判定する。パワーユニット１０のシステムが停止していると判定された場合は、ステップＳ２２の処理が実行される。パワーユニット１０のシステムが停止していないと判定された場合は、当該システムが停止するまでステップＳ２１の処理が繰り返し実行される。

ステップＳ２２では、コントローラ５０は、燃料ポンプ１の駆動を停止する。そして、コントローラ５０は、続くステップＳ１の処理を実行する。

ステップＳ１からＳ２では、上述したのと同様にチャンバ２０内の液体燃料の温度を検出して、検出した燃温が「所定の温度」以下か否かを判定する。検出した燃温が所定の温度以下と判定された場合は、続くステップＳ３において排出ライン１４ａと燃料供給路１２とが連通するように切換弁２の開弁方向を切り換えた後、続くステップＳ２３の処理が実行される。

ステップＳ２３では、ステップＳ２２で停止した燃料ポンプ１を駆動して、チャンバ２０内の液体燃料をチャンバ２０外へ排出する。このような制御態様によっても、上述した実施形態と同様に、燃料凍結によって燃料ポンプ１がロックする虞を回避することができる。

以上、第１実施形態の燃料供給装置１００、２００は、液体燃料が供給されてエネルギーを発するパワーユニット１０と、液体燃料が貯留される燃料タンク３０と、燃料タンク３０内に配置され、液体燃料をパワーユニット１０に供給する燃料ポンプ１と、燃料タンク３０内に配置され、燃料ポンプ１を収容するサブタンク２０と、燃料タンク３０内の液体燃料をサブタンク２０内に移送する燃料移送手段（補助ポンプ３）と、サブタンク２０内の液体燃料を当該サブタンク２０外であって燃料タンク３０内に排出する燃料排出手段（燃料排出路１４）を含んで構成される。これにより、燃料ポンプ１の周辺、および燃料ポンプ１内に残留する液体燃料を排除することができるので、寒冷地での外気温の影響等によって燃料ポンプ１内あるいは燃料ポンプ１周辺の液体燃料が凍結することにより生じるポンプロックを回避することができる。

また、第１実施形態の燃料供給装置１００、２００は、パワーユニット１０と燃料ポンプ１とを接続し、燃料ポンプ１から供給される液体燃料の流路となる燃料供給路１２と、燃料供給路１２から分岐し、液体燃料をサブタンク内に循環させる循環路１３と、をさらに備え、燃料移送手段としてのジェットポンプは、サブタンク２０内における循環路１３の端部に配置され、燃料排出手段としての燃料排出路１４は、循環路１３から分岐して、サブタンク２０外であって燃料タンク３０内に液体燃料を排出可能に構成される。また、第１実施形態の燃料供給装置１００、２００の燃料排出手段は、液体燃料を循環路１３を介してサブタンク２０内に循環させる流路（リターンライン１３ａ）と、液体燃料を燃料排出路１４を介してサブタンク２０外に排出する流路（排出ライン１４ａ）とを切り換え可能に構成された切換弁２を備える。これにより、燃料排出制御を実行する具体的な燃料供給装置１００、２００の一例を実現することができる。

また、燃料供給装置１００、２００によれば、切換弁２は、液体燃料の温度に応じて流路を切り換え可能に構成されたバイメタル弁である、これにより、液体燃料の温度が予め設定した所定の温度以下になった場合に、バイメタルの特性により開弁／閉弁が制御されるので、リターンライン１３ａと排出ライン１４ａとを燃温に応じてパッシブに切り換えることができる。

また、燃料供給装置１００、２００によれば、ジェットポンプは、燃料タンク３０内の液体燃料が当該ジェットポンプを介してサブタンク２０内に流入するのを防止可能な開閉弁を備える。これにより、リターンライン１３ａが遮断されて以降、チャンバ２０外からチャンバ２０内に流入する液体燃料量が略ゼロとなるので、液体燃料をチャンバ２０外へより効率よく排出することができる。

また、燃料供給装置１００、２００によれば、燃料排出手段は、パワーユニット１０への液体燃料の供給を停止した後に、液体燃料を排出する。これにより、液体燃料が供給されない状態でパワーユニット１０が稼動することによって燃料噴射装置１１が損傷する虞を解消することができる。

また、燃料供給装置１００、２００によれば、サブタンク２０内の液体燃料の温度を検出する燃温検出手段をさらに備え、燃料排出手段は、サブタンク２０内の液体燃料が所定の温度になった場合に、液体燃料を排出する。これにより、液体燃料が凍結する前に、確実に液体燃料をチャンバ２０外へ排出することができる。

また、燃料供給装置１００、２００によれば、サブタンク２０内の液体燃料量を取得する残燃料量取得手段をさらに備え、液体燃料量が所定量以下になると、燃料ポンプを停止する。これにより、燃料ポンプ１が異物を噛みこむこと等により損傷するリスクを回避するとともに、燃料ポンプ１を過剰に稼働させることによる電力消費量を抑制することができる。

また、燃料供給装置１００、２００によれば、残燃料量取得手段は、少なくとも燃料排出手段によってサブタンク２０内の液体燃料が排出されてからの経過時間（排出ライン連通継続時間）から、液体燃料量を推定する。これにより、液量計等の残燃料量取得手段を別個設ける必要がなくなるので、製造コストを削減することができる。

−第２実施形態−
図７は、第２実施形態による燃料供給装置３００を説明するための図である。燃料供給装置２００は、第１実施形態とは燃料排出手段の構成が異なる。本実施形態の燃料排出手段は、燃料タンク３０内において燃料ポンプ１およびチャンバ２０を所定の角度以上傾けることができる構造である。

図７（ａ）は、通常時、例えば燃料ポンプ１がパワーユニット１０（不図示）に燃料を供給している状態である。そして、液体燃料の温度が低下し、燃温が「所定の温度」以下になると、燃料供給装置２００は、図７（ｂ）の状態となる。なお、ここでの「所定の温度」は、液体燃料の凝固点よりも高い温度であって、第１実施形態と同等、もしくはそれ以下とする。それ以下としたのは、後述するように、燃料供給装置３００によれば、液体燃料がスラリー状になってもチャンバ２０外へ排出可能だからである。

図７（ｂ）は、燃料供給装置２００がチャンバ２０内の液体燃料をチャンバ２０外へ排出する態様を説明するための図である。図示するとおり、燃料供給装置２００では、チャンバ２０内の液体燃料が「所定量」以下となるまで排出されるように、燃料タンク３０内において燃料ポンプ１およびチャンバ２０を傾ける。なお、ここでの「所定量」は第１実施形態と同等かそれ以下でもよい。それ以下でもよいとしたのは、本実施形態では燃料ポンプ１を稼働させる必要がないので、上述したような燃料ポンプ１がロックしてしまうリスク、および電力消費量が過剰となるリスクがないからである。すなわち、本実施形態の所定量は、ゼロでもよい。このような構成による燃料排出手段でも、チャンバ２０内の液体燃料を排出することが可能であり、第１実施形態と同様に燃料凍結を回避することができる。

また、燃料供給装置２００では、液体燃料の排出の際に燃料ポンプ１を可動する必要がないので、燃料ポンプ１では汲み上げが困難になったスラリー状の液体燃料でもチャンバ２０外へ排出することができる。

なお、燃料供給路１２は、図示するように、例えばロータリージョイント４で連結する等して、燃料ポンプ１およびチャンバ２０を傾ける際に燃料供給路１２が損傷しないように構成されるのが望ましい。また、本実施形態の燃料排出手段は、燃料ポンプ１およびチャンバ２０を上方に引き上げるためのワイヤや、ワイヤを巻き上げるためのサーボモータ等により実現可能であり、その具体的構成は特に限定されない。

以上、第２実施形態の燃料供給装置２００によれば、燃料排出手段は、燃料ポンプ１およびサブタンク２０を燃料タンク３０内において所定角度以上傾けることにより、サブタンク２０内の液体燃料を排出する。このような構成でも、チャンバ２０内の液体燃料を排出することが可能であり、第１実施形態と同様に燃料凍結を回避することができる。

−第３実施形態−
図８は、第３実施形態による燃料供給装置３００を説明するための図である。燃料供給装置４００は、第１、第２実施形態とは燃料排出手段が異なる。本実施形態の燃料排出手段は、チャンバ２０に形成された開閉可能な開口部（排出弁５）と、燃料タンク３０内において燃料ポンプ１およびチャンバ２０を重力方向上方に移動することができる構造と、から構成される。

図８（ａ）は、通常時、例えば燃料ポンプ１がパワーユニット１０（不図示）に燃料を供給している状態である。そして、液体燃料の温度が低下し、燃温が「所定の温度」以下になると、燃料供給装置２００は、図８（ｂ）の状態となる。なお、ここでの「所定の温度」は、第２実施形態と同等とする。

図８（ｂ）は、燃料供給装置４００がチャンバ２０内の液体燃料をチャンバ２０外へ排出する態様を説明するための図である。図示するとおり、燃料供給装置４００では、チャンバ２０内の液体燃料が「所定量」以下となるまで、燃料タンク３０内において燃料ポンプ１およびチャンバ２０を上方に引き上げる。この際、排出弁５は開弁しているとともに、燃料タンク３０内の液体燃料の液面よりも高い位置にある。なお、ここでの「所定量」は第２実施形態と同等とする。このような構成でも、チャンバ２０内の液体燃料を排出することができるので、第２実施形態と同様に燃料凍結を回避することができる。

なお、本実施形態においては、排出弁５の重力方向における高低の位置を調整することによりチャンバ２０内に残す残液体燃料量を調整することができるが、本例においても燃料排出制御中に燃料ポンプ１を駆動させる必要がないので、排出弁５をチャンバ２０の底面と連続する位置に設け、図８（ｂ）の状態においてチャンバ２０内の液体燃料を全て排出できるように構成するのが好ましい。

また、燃料供給装置３００では、第２実施形態と同様、液体燃料の排出の際に燃料ポンプ１を可動する必要がないので、燃料ポンプ１では汲み上げが困難になったスラリー状の液体燃料でもチャンバ２０外へ排出することができる。

なお、燃料供給路１２は、図示するように、弾性を有しフレキシブルな構造で形成されたホース形状部６を含む等して、燃料ポンプ１およびチャンバ２０を持ち上げる際に燃料供給路１２が損傷しないように構成されるのが望ましい。また、本実施形態の燃料排出手段は、第２実施形態と同様、燃料ポンプ１とチャンバ２０とを上方に引き上げるためのワイヤや、ワイヤを巻き上げるサーボモータ等により実現可能である。また、例えば、燃料ポンプ１とチャンバ２０とを下方から持ち上げ可能なリフト構造をチャンバ２０の下方に配置する等して実現してもよく、その具体的構成は特に限定されない。

以上、第３実施形態の燃料供給装置３００によれば、燃料排出手段は、サブタンク２０に形成された開閉可能な開口部（排出弁５）と、燃料タンク３０およびサブタンク２０を燃料タンク３０内において重力方向上方に移動することにより、前記開口部から前記サブタンク内の液体燃料を排出する。このような構成でも、チャンバ２０内の液体燃料を排出することが可能であり、第１実施形態と同様に燃料凍結を回避することができる。

以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は、上述した一実施形態及びその変形例に限定されることはない。

例えば、燃料供給路１２、循環路１３、および排出路１４の分岐位置（切換弁２の配置）は、図１で示す位置に限定されない。燃料排出手段が上述の通り機能する限り、すなわち、燃料ポンプ１から圧送される液体燃料の流路が、燃料噴射装置１１、チャンバ２０内、およびチャンバ２０外へそれぞれ別個に選択可能に到達するように構成される限り、その態様は適宜変更されてよい。

以上、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。また、上記実施形態及び変形例は、矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせ可能である。

１…燃料ポンプ
２…切換弁
３…燃料移送手段（補助ポンプ、ジェットポンプ）
１０…パワーユニット
１２…燃料供給路
１３…循環路
１４…燃料排出路
２０…サブタンク（チャンバ）
３０…燃料タンク

Claims (9)

1. 液体燃料が供給されてエネルギーを発するパワーユニットと、
   前記液体燃料が貯留される燃料タンクと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記液体燃料を前記パワーユニットに供給する燃料ポンプと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記燃料ポンプを収容するサブタンクと、
   前記燃料タンク内の液体燃料を前記サブタンク内に移送する燃料移送手段と、
   前記サブタンク内の液体燃料を当該サブタンク外であって前記燃料タンク内に排出する燃料排出手段と、
   前記パワーユニットと前記燃料ポンプとを接続し、前記燃料ポンプから供給される前記液体燃料の流路となる燃料供給路と、
   前記燃料供給路から分岐し、前記液体燃料を前記サブタンク内に循環させる循環路と、を備え、
   前記燃料移送手段はジェットポンプであって、前記サブタンク内における前記循環路の端部において当該サブタンクの内外を連通するように配置され、
   前記燃料排出手段は、前記循環路から分岐して、前記サブタンク外であって前記燃料タンク内に前記液体燃料を排出可能に構成された燃料排出路であり、
   前記燃料排出手段は、前記循環路と、前記燃料排出路を切り換え可能に構成された切換弁をさらに備え、
   前記切換弁は、前記液体燃料の温度に応じて前記流路を切り換え可能に構成されたバイメタル弁である、
   ことを特徴とする燃料供給装置。
2. 液体燃料が供給されてエネルギーを発するパワーユニットと、
   前記液体燃料が貯留される燃料タンクと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記液体燃料を前記パワーユニットに供給する燃料ポンプと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記燃料ポンプを収容するサブタンクと、
   前記燃料タンク内の液体燃料を前記サブタンク内に移送する燃料移送手段と、
   前記サブタンク内の液体燃料を当該サブタンク外であって前記燃料タンク内に排出する燃料排出手段と、
   前記パワーユニットと前記燃料ポンプとを接続し、前記燃料ポンプから供給される前記液体燃料の流路となる燃料供給路と、
   前記燃料供給路から分岐し、前記液体燃料を前記サブタンク内に循環させる循環路と、を備え、
   前記燃料移送手段はジェットポンプであって、前記サブタンク内における前記循環路の端部において当該サブタンクの内外を連通するように配置され、
   前記燃料排出手段は、前記循環路から分岐して、前記サブタンク外であって前記燃料タンク内に前記液体燃料を排出可能に構成された燃料排出路であり、
   前記ジェットポンプは、前記燃料タンク内の液体燃料が当該ジェットポンプを介して前記サブタンク内に流入するのを防止可能な開閉弁を備える、
   ことを特徴とする燃料供給装置。
3. 液体燃料が供給されてエネルギーを発するパワーユニットと、
   前記液体燃料が貯留される燃料タンクと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記液体燃料を前記パワーユニットに供給する燃料ポンプと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記燃料ポンプを収容するサブタンクと、
   前記燃料タンク内の液体燃料を前記サブタンク内に移送する燃料移送手段と、
   前記サブタンク内の液体燃料を当該サブタンク外であって前記燃料タンク内に排出する燃料排出手段と、を備え、
   前記燃料排出手段は、前記燃料ポンプおよび前記サブタンクを前記燃料タンク内において所定角度以上傾けることにより前記サブタンク内の液体燃料を排出する、
   ことを特徴とする燃料供給装置。
4. 液体燃料が供給されてエネルギーを発するパワーユニットと、
   前記液体燃料が貯留される燃料タンクと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記液体燃料を前記パワーユニットに供給する燃料ポンプと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記燃料ポンプを収容するサブタンクと、
   前記燃料タンク内の液体燃料を前記サブタンク内に移送する燃料移送手段と、
   前記サブタンク内の液体燃料を当該サブタンク外であって前記燃料タンク内に排出する燃料排出手段と、を備え、
   前記燃料排出手段は、
   前記サブタンクに形成された開閉可能な開口部と、
   前記燃料タンクおよび前記サブタンクを前記燃料タンク内において重力方向上方に移動することにより、前記開口部から前記サブタンク内の液体燃料を排出する、
   ことを特徴とする燃料供給装置。
5. 液体燃料が供給されてエネルギーを発するパワーユニットと、
   前記液体燃料が貯留される燃料タンクと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記液体燃料を前記パワーユニットに供給する燃料ポンプと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記燃料ポンプを収容するサブタンクと、
   前記燃料タンク内の液体燃料を前記サブタンク内に移送する燃料移送手段と、
   前記サブタンク内の液体燃料を当該サブタンク外であって前記燃料タンク内に排出する燃料排出手段と、を備え、
   前記燃料排出手段は、前記パワーユニットへの液体燃料の供給を停止した後に、前記液体燃料を排出する、
   ことを特徴とする燃料供給装置。
6. 液体燃料が供給されてエネルギーを発するパワーユニットと、
   前記液体燃料が貯留される燃料タンクと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記液体燃料を前記パワーユニットに供給する燃料ポンプと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記燃料ポンプを収容するサブタンクと、
   前記燃料タンク内の液体燃料を前記サブタンク内に移送する燃料移送手段と、
   前記サブタンク内の液体燃料を当該サブタンク外であって前記燃料タンク内に排出する燃料排出手段と、を備え、
   前記サブタンク内の前記液体燃料の温度を検出する燃温検出手段をさらに備え、
   前記燃料排出手段は、前記サブタンク内の前記液体燃料が所定の温度になった場合に、前記液体燃料を排出する、
   ことを特徴とする燃料供給装置。
7. 液体燃料が供給されてエネルギーを発するパワーユニットと、
   前記液体燃料が貯留される燃料タンクと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記液体燃料を前記パワーユニットに供給する燃料ポンプと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記燃料ポンプを収容するサブタンクと、
   前記燃料タンク内の液体燃料を前記サブタンク内に移送する燃料移送手段と、
   前記サブタンク内の液体燃料を当該サブタンク外であって前記燃料タンク内に排出する燃料排出手段と、を備え、
   前記サブタンク内の液体燃料量を取得する残燃料量取得手段をさらに備え、
   前記液体燃料量が所定量以下になると、前記燃料ポンプを停止する、
   ことを特徴する燃料供給装置。
8. 請求項７に記載の燃料供給装置において、
   前記残燃料量取得手段は、少なくとも前記燃料排出手段によって前記サブタンク内の液体燃料が排出されてからの経過時間から、前記液体燃料量を推定する、
   ことを特徴とする燃料供給装置。
9. 液体燃料が供給されてエネルギーを発するパワーユニットと、
   前記液体燃料が貯留される燃料タンクと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記液体燃料を前記パワーユニットに供給する燃料ポンプと、
   前記燃料タンク内に配置され、前記燃料ポンプを収容するサブタンクと、
   前記燃料タンク内の液体燃料を前記サブタンク内に移送する燃料移送手段と、
   前記サブタンク内の燃料を当該サブタンク外であって前記燃料タンク内に排出する燃料排出手段と、
   前記パワーユニットと前記燃料ポンプとを接続し、前記燃料ポンプから供給される前記液体燃料の流路となる燃料供給路と、
   前記燃料供給路から分岐し、前記液体燃料を前記サブタンク内に循環させる循環路と、を備え、
   前記燃料移送手段はジェットポンプであって、前記サブタンク内における前記循環路の端部において当該サブタンクの内外を連通するように配置され、
   前記燃料排出手段は、前記循環路から分岐して、前記サブタンク外であって前記燃料タンク内に前記液体燃料を排出可能に構成された燃料排出路であり、
   前記燃料排出手段は、前記循環路と、前記燃料排出路を切り換え可能に構成された切換弁をさらに備え、
   前記切換弁は、前記液体燃料の温度に応じて前記流路を切り換え可能に構成されたバイメタル弁である燃料供給装置の制御方法であって、
   所定の条件時に、前記サブタンク内の燃料を当該サブタンク外であって前記燃料タンク内に排出する、
   ことを特徴とする燃料供給装置の制御方法。

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