(57)【要約】【課題】燃料ガスを効率よく燃料タンクに充填する。【解決手段】本発明は、燃料としての燃料ガスを貯留する燃料タンクに燃料ガスを充填するための燃料ガス充填装置において、前記燃料タンク内の燃料ガスの圧力を検出する手段７と、前記燃料タンク内の燃料ガスの温度を検出する手段６と、これら検出された圧力と温度に基づいて燃料タンク内の燃料ガス残量を一定周期で算出する手段８と、一定周期ごとに算出された燃料ガス残量の変化量に基づき燃料タンク内に充填される燃料ガス流量を算出する手段８と、一定周期ごとに検出された燃料ガス温度の変化量に基づき燃料ガス温度の変化率を算出する手段８と、前記燃料ガス温度の変化率に基づいて燃料タンクに充填される燃料ガス流量を制御する手段５、８とを備える。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料としての燃料ガスを貯留する燃料タンクに燃料ガスを充填するための燃料ガス充填装置において、
前記燃料タンク内の燃料ガスの圧力を検出する手段と、
前記燃料タンク内の燃料ガスの温度を検出する手段と、
これら検出された圧力と温度に基づいて燃料タンク内の燃料ガス残量を一定周期で算出する手段と、
一定周期ごとに算出された燃料ガス残量の変化量に基づき燃料タンク内に充填される燃料ガス流量を算出する手段と、
一定周期ごとに検出された燃料ガス温度の変化量に基づき燃料ガス温度の変化率を算出する手段と、
前記燃料ガス温度の変化率に基づいて燃料タンクに充填される燃料ガス流量を制御する手段とを備えた燃料ガス充填装置。
【請求項２】
前記燃料ガス温度の変化率に基づいて前記燃料ガス温度の目標温度に達するまでの時間を算出する手段と、
前記燃料ガス流量に基づいて前記燃料タンク残量が許容上限量に達するまでの時間を算出する手段と、
燃料ガス温度の目標温度に達するまでの時間と燃料タンク残量が許容上限量に達するまでの時間とに基づいて燃料タンクに充填される燃料ガスの流量を制御する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料ガス充填装置。
【請求項３】
燃料ガス温度の目標温度に達するまでの時間が燃料タンク残量が許容上限量に達するまでの時間より長いときに、充填される燃料ガス量を維持することを特徴とする請求項２に記載の燃料ガス充填装置。
【請求項４】
燃料ガス温度の目標温度に達するまでの時間が燃料タンク残量が許容上限量に達するまでの時間より短いときに、充填される燃料ガス量を減少することを特徴とする請求項２に記載の燃料ガス充填装置。
【請求項５】
前記燃料ガス量の減少量は、前記燃料ガス流量制御手段の開度の絞り率によって制御され、この絞り率は、燃料ガス充填時の燃料タンク内の燃料ガス温度に基づいて設定されることを特徴とする請求項４に記載の燃料ガス充填装置。
【請求項６】
前記絞り率は、外気温に基づいて設定されることを特徴とする請求項５に記載の燃料ガス充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料ガス充填装置、特に車両に搭載する燃料ガス充填装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料としてガス状の燃料ガスを貯留する燃料タンクに圧力センサ、温度センサを設置し、燃料タンク内の圧力および温度から燃料タンク内の燃料ガス残存量を検出し、この燃料ガス残存量から車両の航続可能距離を推定し、運転者に告知する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１‐１４１３４４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料タンクに充填される燃料ガスは、気体の圧縮作用により温度上昇するが、充填による燃料ガスの最高到達温度は、燃料タンクに燃料ガスを充填する充填設備の燃料ガスの充填流量、車両の燃料タンク容積、燃料ガス充填前の燃料タンク内の燃料ガス温度、外気温度等により変化する。したがって、燃料タンク内の燃料ガスが満量になる前に、燃料ガス温度が許容温度を越え、燃料を燃料タンク一杯に充填することができない。一方、燃料タンク内をフルに充填するために、充填流量を絞って、燃料ガスの温度上昇を抑制すると、充填時間が長時間となり、ガソリン車のガソリン補給時間より長くなるという問題がある。
【０００５】
したがって、本発明においては、上記課題を鑑みて、燃料ガスを燃料タンクに短時間のうちにフル充填することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料としての燃料ガスを貯留する燃料タンクに燃料ガスを充填するための燃料ガス充填装置において、前記燃料タンク内の燃料ガスの圧力を検出する手段と、前記燃料タンク内の燃料ガスの温度を検出する手段と、これら検出された圧力と温度に基づいて燃料タンク内の燃料ガス残量を一定周期で算出する手段と、一定周期ごとに算出された燃料ガス残量の変化量に基づき燃料タンク内に充填される燃料ガス流量を算出する手段と、一定周期ごとに検出された燃料ガス温度の変化量に基づき燃料ガス温度の変化率を算出する手段と、前記燃料ガス温度の変化率に基づいて燃料タンクに充填される燃料ガス流量を制御する手段とを備える。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料タンクへ流入する燃料ガスの流量を燃料タンク内の燃料ガス温度の変化率に応じて制御するため、充填装置の充填能力によらず、速やかに燃料タンクの最大容量まで燃料ガスを充填することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を適用する燃料充填装置のシステム図である。車両の搭載される燃料ガスを貯留する燃料タンク１、燃料タンク１と図示しない充填装置が装着される充填口２とを繋ぐガス流路３、このガス流路３の途中に配設される、燃料タンク１からの燃料ガスの逆流を防止する逆止弁４、更にガス流路３には燃料タンク内に充填される燃料ガスの流量を調整するための流量調整弁５が設置される。
【０００９】
また、燃料タンク１にはタンク内の燃料ガスの温度Ｔを検出する温度センサ６と、タンク内の圧力Ｐを検出する圧力センサ７が設置され、これらの検出値はコントローラ８に送られる。
【００１０】
コントローラ８は、後述するようにこれら検出された温度Ｔと圧力Ｐに応じて、燃料タンク１に充填される燃料ガス流量を流量調節弁５の開度を制御することで調節する。ここで、コントローラ８は、各センサ６、７からのデジタル信号をアナログ信号に変換する変換機、及び入力されたデジタル信号を演算するためのＣＰＵを内蔵している。
【００１１】
コントローラ８は、温度センサ６と圧力センサ７の検出値を一定周期ごとに入力し、この検出値に基づいて燃料タンク１内の燃料ガス残量をファンデル・ワールスの状態方程式から算出する。燃料ガス残量を一定周期で検出してその変化量を算出し、燃料タンク１内に流入する燃料ガス流量を算出する。また、一定周期で検出した燃料ガスの温度を用いて、燃料タンク内の燃料ガスの温度変化率を演算する。
【００１２】
また符号９は、リッドスイッチであり、図示しない充填装置を充填項２へ装着するために充填口２を塞いでいるリッドを開放したときに、コントローラ８にリッド開信号を入力する。
【００１３】
このように構成されて、以下、コントローラ８が実施する、燃料タンク１への燃料ガス充填時の制御内容につき図２に示すフローチャートを用いて説明する。この制御はコントローラ８にリッドスイッチ９からのリッド開放信号が入力されている間、一定周期、例えば、１０ｍｓｅｃごとに実施される。
【００１４】
まずステップ１で、燃料タンク内の温度Ｔと圧力Ｐを各センサ６、７から読み取る。続くステップ２で燃料タンク１内の温度Ｔが所定温度Ｔｍ未満かどうかを判定する。ここで、所定温度Ｔｍは燃料タンク１の許容温度Ｔｔに対して余裕を持って設定され、例えば、Ｔｍ＝Ｔｔ×０．８である。
【００１５】
燃料タンク内の温度Ｔが所定温度Ｔｍ未満であればステップ３に進み。所定温度Ｔｍ以上であればステップ４に進み、流量調整弁５を閉じ、制御を終える。一方、ステップ３では、燃料タンク内の温度Ｔの前回値と今回値とから温度変化率ΔＴ（＝ｄＴ／ｄτ）を算出する。
【００１６】
ステップ３に続くステップ５では、検出された燃料タンク１内の温度Ｔと圧力Ｐから燃料タンク１内の燃料ガス残量Ｇを算出し、記憶しておいた燃料タンク１内の燃料ガス残量の前回値と今回値Ｇとから燃料タンク１内に流入する燃料ガス量ΔＧ（＝ｄＧ／ｄτ）を算出する。
【００１７】
ステップ６では、算出された燃料ガス残量Ｇが燃料タンクの満量（許容上限量）Ｇｍに達したかどうかを判定する。満量Ｇｍ未満であればステップ７に進み、ステップ３で算出した温度変化率ΔＴから所定温度Ｔｍに達するまでの所要時間τｓ＝（Ｔｍ−Ｔ）／ΔＴを算出する。一方、燃料タンク１の残量Ｇが満量Ｇｍ以上であればステップ４に進む。
【００１８】
ステップ８では、ステップ５で算出した燃料ガス量ΔＧから燃料タンク１の残量Ｇが満量Ｇｍに達するまでの所要時間τｇ＝（Ｇｍ−Ｇ）／ΔＧを算出する。
【００１９】
ステップ９では、燃料タンク内の温度が所定温度Ｔｍに達するまでの時間τｓと燃料タンク内の燃料ガス残量Ｇが満量Ｇｍとなるまでの時間τｇとを比較する。時間τｓが時間τｇより長い場合にはステップ１０に進み、現状の流量制御弁５の弁開度を維持する。時間τｓが時間τｇより長い場合には、燃料ガスを現在の流量で供給し続けても燃料タンク内の温度が所定温度Ｔｍに達する前に燃料タンク１の残量Ｇを満量Ｇｍにすることができるので、速やかに燃料ガスの充填することができる。
【００２０】
一方、時間τｓが時間τｇと同じか短い場合にはステップ１１に進み、流量制御弁５の弁開度をＸ％だけ絞る。ここで絞り率Ｘは、図３に示すようなマップから算出される。絞り率Ｘは、燃料ガス充填開始時点の燃料タンク内温度が高いほど、かつ外気温度が高いほど高くなるように設定される。このようにして、燃料タンク１内の残量Ｇが満量Ｇｍとなった時点で、燃料タンク１内の燃料ガス温度Ｔが所定温度Ｔｍを越えない範囲で燃料ガス流量を最大流量とするため燃料ガス流量を漸減するように流量制御弁５の弁開度をコントロールする。したがって、燃料タンク内の燃料ガス残量を速やかに満量とすることができる。また、絞り率Ｘは外気温度に基づいて設定されるため、急激に燃料流量を減らして、燃料ガスの充填時間が遅延したり、燃料ガスの充填流量の減少分が少ないために、燃料タンク１の燃料ガス残量Ｇが満量Ｇｍとなる前に燃料タンクの温度Ｔが許容温度Ｔｍに達することを防止できる。以上の制御内容の概略を示しているのが図４である。
【００２１】
したがって、本発明においては、燃料タンクへ流入する燃料ガスの流量を燃料タンク内の温度変化率に応じて制御するため、充填装置の充填能力によらず、速やかに燃料タンクの最大容量まで燃料ガスを充填することができる。
【００２２】
また燃料ガス充填時の燃料タンク内の温度変化率ΔＴと、燃料タンクに流入する燃料ガス流量ΔＧとを演算し、ΔＴに基づき燃料ガスが所定温度Ｔｍに達するまでの時間τｓとΔＧに基づき燃料タンクの残量が満量に達するまでの時間τｇとを算出し、時間τｓと時間τｇの関係から燃料タンクに充填される燃料ガス流量ΔＧを制御するため、燃料タンク内の燃料ガス残量が満量となる前に、燃料タンク内の温度が許容温度Ｔｍに達することを防止し、かつ充填される燃料ガス流量を大きく設定することができるので、速やかに燃料タンクの満量まで燃料ガスを充填することができる。
【００２３】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料充填装置のシステム図である。
【図２】制御内容を説明するフローチャート図である。
【図３】流量制御弁の絞り率と外気温度、燃料タンク内温度との関係を示すマップである。
【図４】制御内容を示す概略図である。
【符号の説明】
１　燃料タンク
２　充填口
３　燃料ガス流路
４　逆止弁
５　流量調整弁
６　温度センサ
７　圧力センサ
８　コントローラ
９　リッドスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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