(57)【要約】【課題】  タンク開閉弁の延命と充填効率の向上を図る【解決手段】  非通電時閉の電磁弁からなるタンク開閉弁を有する燃料タンクに、燃料補給口から燃料充填流路を介して流体燃料を充填する方法であって、燃料供給装置から燃料補給口に流体燃料を供給可能な状態にする充填準備工程Ｓ２０１と、充填準備工程Ｓ２０１の後に前記タンク開閉弁の電磁コイルに通電して開弁する開弁工程Ｓ２０４と、充填準備工程Ｓ２０１の後に前記燃料供給装置から流体燃料を供給する燃料供給工程Ｓ２０３と、前記開弁工程Ｓ２０４および燃料供給工程Ｓ２０３の後に前記タンク開閉弁の電磁コイルへの通電量を減少して閉弁する閉弁工程Ｓ２０５と、を備える。【選択図】    図６
2005264966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非通電時閉の電磁弁からなるタンク開閉弁を有する燃料タンクに、燃料補給口から燃料充填流路を介して流体燃料を充填する方法であって、
燃料供給装置から燃料補給口に流体燃料を供給可能な状態にする充填準備工程と、
前記充填準備工程後に前記タンク開閉弁の電磁コイルに通電して開弁する開弁工程と、
前記充填準備工程後に前記燃料供給装置から流体燃料を供給する燃料供給工程と、
前記開弁工程および前記燃料供給工程の後に前記タンク開閉弁の電磁コイルへの通電量を減少して閉弁する閉弁工程と、
を備えることを特徴とする流体燃料充填方法。
【請求項２】
前記燃料供給装置から前記燃料タンクに至る流路が気密状態か否かを判定する気密工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の流体燃料充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料タンクへの流体燃料充填方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＮＧ（圧縮天然ガス）などのガス燃料をエンジンなどの出力発生装置の燃料とする車両では、ガス燃料を貯蔵する燃料タンクを搭載しており、ガス燃料の貯蔵量が減少した時に、車両に設けられた補給口に燃料供給装置を接続して燃料タンクにガス燃料を充填する（例えば、特許文献１参照）。
また、近年では、図２に示すように、燃料タンク３の充填口３ａに、非通電時にスプリングリターンで閉弁する電磁弁からなるタンク開閉弁１００を備えたものも開発されている。
なお、電磁弁には弁体の自励振動の発生を防止する自励振動抑制機構を備えたものも開発されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
従来、タンク開閉弁１００を備えた燃料タンク３に燃料ガスを充填するときには、電磁コイル１１７を非通電にしてタンク開閉弁１００を閉弁状態にしておき、タンク開閉弁１００に印加する充填ガス圧により生じる開弁方向の力を、燃料タンク３の内圧およびタンク開閉弁１００のスプリング１１６により生じる閉弁方向の力よりも大きくすることにより、タンク開閉弁１００を開弁させ、ガス燃料を充填している。
この場合、充填ガス圧Ｐ０、タンク開閉弁１００の弁座開口面積Ａ、スプリング力Ｆ、燃料タンク１００の内圧Ｐ１とすると、電磁コイル１１７に通電せずにタンク開閉弁１００のを開弁する開弁条件は、（Ｐ０×Ａ）＞（Ｐ１×Ａ＋Ｆ）である。
【特許文献１】特開平７−１３３８９４号公報
【特許文献２】特開平５−９９３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この充填方法では、充填ガス圧と燃料タンク内圧との差圧が小さくなってタンク開閉弁のクラッキング圧に近づくと、タンク開閉弁の弁体とスプリングにより形成される動弁系が激しく振動し、弁体が弁座を叩くため、バルブシートの寿命を低下させる虞がある。これを解決するために、タンク開閉弁に自励振動抑制機構を備えた電磁弁を用いることも考えられるが、自励振動抑制機構を備えた電磁弁は構造が複雑で、寸法および重量も大きくなり、特に車載用としては不利である。
【０００５】
また、満充填時の燃料タンクの内圧は充填ガス圧からクラッキング圧を差し引いた圧力までしか上げることができないので、クラッキング圧分だけ充填効率が低下してしまう。
そこで、この発明は、タンク開閉弁の延命と充填効率の向上を図ることができる流体燃料充填方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、非通電時閉の電磁弁からなるタンク開閉弁（例えば、後述する実施例におけるタンク開閉弁１００）を有する燃料タンク（例えば、後述する実施例における燃料タンク３）に、燃料補給口（例えば、後述する実施例におけるレセプタクル７）から燃料充填流路を介して流体燃料（例えば、後述する実施例における水素ガス）を充填する方法であって、
燃料供給装置（例えば、後述する実施例における充填ノズル２００）から燃料補給口に流体燃料を供給可能な状態にする充填準備工程（例えば、後述する実施例における充填準備工程Ｓ２０１）と、
前記充填準備工程後に前記タンク開閉弁の電磁コイル（例えば、後述する実施例における電磁コイル１１７）に通電して開弁する開弁工程（例えば、後述する実施例における開弁工程Ｓ２０４）と、
前記充填準備工程後に前記燃料供給装置から流体燃料を供給する燃料供給工程（例えば、後述する実施例における燃料供給工程Ｓ２０２）と、
前記開弁工程および前記燃料供給工程の後に前記タンク開閉弁の電磁コイルへの通電量を減少して閉弁する閉弁工程（例えば、後述する実施例における閉弁工程Ｓ２０５）と、
を備えることを特徴とする流体燃料充填方法である。
このように構成することにより、電磁コイルに通電しタンク開閉弁の開弁状態を確実に維持しつつ燃料タンクに流体燃料を充填することができ、且つ、充填後確実にタンク開閉弁を閉弁することができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記燃料供給装置から前記燃料タンクに至る流路が気密状態か否かを判定する気密工程（例えば、後述する実施例における気密工程Ｓ２０３）を備えることを特徴とする。
このように構成することにより、前記流路にガス漏れがないことを確認して流体燃料の充填を実行することができる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、電磁コイルに通電しタンク開閉弁の開弁状態を確実に維持しつつ燃料タンクに流体燃料を充填することができ、且つ、充填後確実にタンク開閉弁を閉弁することができるので、流体燃料の充填中にタンク開閉弁がその前後圧力差に起因して振動するのを防止することができ、振動に起因する各部の損傷を回避して、タンク開閉弁の寿命を延ばすことができる。また、タンク開閉弁のクラッキング圧に依存せずに流体燃料を燃料タンクに充填することができるので、充填効率が向上する。
【０００９】
請求項２に係る発明によれば、前記流路にガス漏れがないことを確認して流体燃料の充填を実行することができるので、安全性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明に係る流体燃料充填方法の実施例を図１から図７の図面を参照して説明する。なお、この実施例は、燃料電池車両に搭載された水素貯蔵用の燃料タンクに流体燃料としての水素ガスを充填する態様である。
図１に示すように、燃料電池車両（以下、車両と略す）１は、水素と酸素の電気化学反応により発電をする燃料電池（図２ではＦＣと略す）２と、燃料電池２の燃料である水素ガスを貯蔵する燃料タンク３とを搭載しており、燃料電池２で得られた電力で電動機（図示略）を運転し、その動力で駆動輪４を回転して走行する。
【００１１】
燃料タンク３にはタンク開閉弁１００が取り付けられている。タンク開閉弁１００は、非通電時にスプリングリターンで閉弁する単動式パイロット型の電磁弁で構成されている。
図２に示すように、燃料タンク３の充填口３ａに気密状態に装着されるタンク開閉弁１００のバルブボディ１０１には、充填配管接続口１０２と、供給配管接続口１０３と、センサ取付口１０４と、タンク出入口１０５が設けられており、これらはバルブボディ１０１の内部に形成された連通路１０６によって連通している。
【００１２】
バルブボディ１０１においてタンク出入口１０５の開口端の周囲には弁座１０７が設けられており、この弁座１０７に、プランジャ１１０に支持された弁体１０８が着座離反可能に設けられていて、着座時に弁体１０８のメインバルブシート１０９が弁座１０７に圧接する。
【００１３】
プランジャ１１０は、バルブボディ１０１に支持されたアクチュエータケース１１５に軸線方向へ移動可能に収容されている。アクチュエータケース１１５には、弁体１０８およびプランジャ１１０を閉弁方向に付勢するスプリング１１６と、通電時にプランジャ１１０を開弁方向に引き付ける磁力を発生する電磁コイル１１７が設けられている。
【００１４】
このタンク開閉弁１００においては、電磁コイル１１７に通電しないとき（すなわち、非通電時）には、スプリング１１６による閉弁方向の力と、燃料タンク３の内圧と連通路１０６の内圧との差圧に基づく閉弁方向の力によって、弁体１０８が弁座１０７に圧接されて閉弁し、電磁コイル１１７に通電したとき（すなわち、通電時）には、これら閉弁方向の力よりも、電磁コイル１１７の磁力によってプランジャ１１０を開弁方向に引き付ける力が勝り、弁体１０８が弁座１０７から離反して開弁する。
【００１５】
バルブボディ１０１の充填配管接続口１０２は、充填配管５を介して、車両１のボディサイドパネル６の凹部６ａに設けられたレセプタクル（燃料補給口）７に接続されている。レセプタクル７の内部には、図３に示される水素供給装置の充填ノズル（燃料供給装置）２００をレセプタクル７に接続すると開弁し、レセプタクル７から取り外すと閉弁する開閉弁（図示略）が内蔵されている。
ボディサイドパネル６の凹部６ａは、ボディサイドパネル６に取り付けられたフューエルリッド９によって開閉可能になっており、フューエルリッド９の開閉によってレセプタクル７を露出あるいは遮蔽することができる。また、フューエルリッド９は、車室内運転席近傍に設けられたリッドオープナー１０を操作することにより開くことができるようになっている。
【００１６】
さらに、凹部６ａあるいはその周辺には、フューエルリッド９の開閉を検出するためのリッド開閉センサ１１と、レセプタクル７に対する充填ノズル２００の挿脱を検出するための挿脱センサ１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）が設けられている。
リッド開閉センサ１１は、図３に示すようにフューエルリッド９を閉じたときに係合するロック１３の動作から開閉を検出するセンサで構成してもよいし、フューエルリッド９の回転を検出するセンサで構成してもよい。あるいは、リッドオープナー１０の開操作を検出するセンサで構成することも可能である。
挿脱センサ１２は、図４に示すように、充填ノズル２００の先端との接触、非接触により充填ノズル２００の挿脱を検出する接触式センサ１２ａで構成してもよいし、発光部１２ｂと受光部１２ｃからなり、レセプタクル７に装着された充填ノズル２００によって発光部１２ｂから出射した光が遮られることで充填ノズル２００の装着を検出する非接触式センサで構成してもよい。
【００１７】
バルブボディ１０１の供給配管接続口１０３は、レギュレータ２１およびラインバルブ２２を備えた供給配管２０を介して燃料電池２に接続されており、タンク開閉弁１００とラインバルブ２２を開弁することによって、燃料タンク３に貯蔵された水素ガスをレギュレータ２１で減圧し、燃料電池２に供給することが可能となっている。
バルブボディ１０１のセンサ取付口１０４には、バルブボディ１０１の連通路１０６内の圧力を検出するための圧力センサ１３が取り付けられている。
【００１８】
そして、ラインバルブ２２の開閉信号、リッド開閉センサ１１の出力信号、挿脱センサ１２の出力信号、圧力センサ１３の出力信号等が電子制御装置（ＥＣＵ）３０に入力され、燃料タンク３に水素ガスを充填するときに、ＥＣＵ３０は前記信号等に基づいて、タンク開閉弁１００の電磁コイル１１７に対する通電、非通電を制御する。
【００１９】
以下、燃料タンク３への水素ガス充填時におけるタンク開閉弁１００の制御を図５のフローチャートに従って説明する。なお、この実施例では、水素供給装置の充填ノズル２００が車両１のレセプタクル７に正しく装着されると、車両１のＥＣＵ３０と水素供給装置の制御装置（図示略）が電気的に接続され、両者の間で制御信号の交信が可能になっているものとする。
また、作業者の正規の手順としては、充填準備スイッチをＯＮした後、リッドオープナー１０を操作してフューエルリッド９を開き、水素供給装置の充填ノズル２００をレセプタクル７に装着する。
【００２０】
まず、ステップＳ１０１において、充填準備スイッチがＯＮされているか否かを判定し、判定結果が「ＮＯ」である場合は本ルーチンの実行を一旦終了し、判定結果が「ＹＥＳ」である場合はステップＳ１０２に進む。
ステップＳ１０２において、ラインバルブ２２が閉じているか否かを判定する。ステップＳ１０２における判定結果が「ＮＯ」（ラインバルブ２２が開いている）である場合は、燃料タンク３への水素ガス充填をすべきではないので、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００２１】
ステップＳ１０２における判定結果が「ＹＥＳ」（ラインバルブ２２が閉じている）である場合は、ステップＳ１０３に進み、リッド開閉センサ１１の出力信号に基づいてフューエルリッド９が開かれたか否かを判定する。ステップＳ１０３における判定結果が「ＮＯ」（フューエルリッド閉）である場合は本ルーチンの実行を一旦終了する。
ステップＳ１０３における判定結果が「ＹＥＳ」（フューエルリッド開）である場合は、ステップＳ１０４に進み、挿脱センサ１２の出力信号に基づいて充填ノズル２００がレセプタクル７に装着されているか否かを判定する。ステップＳ１０４における判定結果が「ＮＯ」（未装着）である場合は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００２２】
ステップＳ１０４における判定結果が「ＹＥＳ」（装着）である場合は、ステップＳ１０５に進み、圧力センサ１３の出力信号に基づき、水素供給装置からタンク開閉弁１００の連通路１０６に至る燃料充填流路内が気密状態にあるか否かを判定する。この実施例では、充填ノズル２００がレセプタクル７に接続されてから所定時間の間に圧力センサ１３で検出される連通路１０６内の圧力が所定値まで下降したときには前記燃料充填流路内は気密が保たれていない（非気密状態）と判定する。
ステップＳ１０５における判定結果が「ＮＯ」（非気密状態）である場合は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
ステップＳ１０５における判定結果が「ＹＥＳ」（気密状態）である場合はステップＳ１０６に進み、充填許可信号を水素供給装置の制御装置に出力する。充填許可信号を受信した水素供給装置の制御装置は水素ガスの供給を開始する。これにより水素供給装置からレセプタクル７、充填配管５を介してタンク開閉弁１００に水素ガスが供給され、その結果、タンク開閉弁１００の連通路１０６内の圧力が上昇していく。このように、前記燃料充填流路内の気密保持を確認してから水素ガスの供給を開始するので、水素充填時の安全性が極めて高い。
【００２３】
次に、ステップＳ１０７に進み、タンク開閉弁１００の電磁コイル１１７に通電してタンク開閉弁１００を開弁する。
次に、ステップＳ１０８に進み、充填終了か否かを判定する。ここで、充填準備スイッチがＯＦＦにされたとき、リッド開閉センサ１１がフューエルリッド９の閉状態を検出したたとき、挿脱センサ１２が充填ノズル２００の脱却状態を検出したとき、圧力センサ１３の出力変化速度が閾値以下となったときなどに、充填終了と判断される。
ステップＳ１０８における判定結果が「ＮＯ」（充填終了でない）である場合は、ステップＳ１０７に戻り、水素ガスの充填を継続する。
【００２４】
ステップＳ１０８における判定結果が「ＹＥＳ」（充填終了）である場合は、ステップＳ１０９に進み、タンク開閉弁１００の電磁コイル１１７への通電量を減少あるいは停止して開閉弁１００を閉弁する。
次に、ステップＳ１１０に進み、充填終了信号を水素供給装置の制御装置に出力して、本ルーチンの実行を終了する。充填終了信号を受信した水素供給装置の制御装置は水素ガスの供給を停止する。この後、作業者は、充填ノズル２００をレセプタクル７から取り外す。
【００２５】
図６は上述のようにして燃料タンク３に水素ガスを充填した場合の工程図であり、図７は連通路１０６内の圧力変化を示す図である。
充填準備工程Ｓ２０１は、水素供給装置からレセプタクル７に水素ガスを供給可能な状態にする工程であり、前述した制御例ではステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理を実行することにより実施する。
気密工程Ｓ２０２は、充填準備工程Ｓ２０１の後に前記燃料充填流路が気密状態にあるか否かを判定する工程であり、前述した制御例ではステップＳ１０５の処理を実行することにより実施する。
燃料供給工程Ｓ２０３は、気密工程Ｓ２０２の後（すなわち、充填準備工程Ｓ２０１の後）に燃料供給装置から水素ガスを供給する工程であり、前述した制御例ではステップＳ１０６の処理を実行することにより実施する。これにより、水素供給装置からタンク開閉弁１００に水素ガスが供給される。
開弁工程Ｓ２０４は、燃料供給工程Ｓ２０３の後（すなわち、充填準備工程Ｓ２０１の後）に電磁コイル１１７に通電してタンク開閉弁１００を開弁する工程であり、前述した制御例ではステップＳ１０７の処理を実行することにより実施する。ただし、燃料供給装置からの水素ガスの供給圧力が極めて高いため、気密状態が保たれている場合、実際には、気密工程Ｓ２０２と燃料供給工程Ｓ２０３と開弁工程Ｓ２０４は殆ど同時に実施される。
【００２６】
閉弁工程Ｓ２０５は、開弁工程Ｓ２０４の後に電磁コイル１１７への通電量を減少してタンク開閉弁１００を閉弁する工程であり、前述した制御例ではステップＳ１０９の処理を実行することにより実施する。
燃料供給停止工程Ｓ２０６は、閉弁工程Ｓ２０５の後に燃料供給装置からの水素ガスの供給を停止する工程であり、前述した制御例ではステップＳ１１０の充填終了信号出力後、水素供給装置が水素ガスの供給を停止することにより実施する。
脱却工程Ｓ２０７は、閉弁工程Ｓ２０５および燃料供給停止工程Ｓ２０６の後に、レセプタクル７から水素供給装置の充填ノズル２００を取り外す工程である。
【００２７】
この実施例における燃料タンク３への水素充填方法によれば、開弁工程Ｓ２０４の前に水素供給装置から充填配管５を介してタンク開閉弁１００に水素ガスを供給し、前記燃料充填流路内の圧力を上昇させているので、タンク開閉弁１００を開弁する前に連通路１０６内を昇圧してタンク開閉弁の前後差圧（すなわち、連通路１０６内と燃料タンク３内との差圧）を大きくすることができ、その結果、開弁に先立ってタンク開閉弁１００に開弁方向の力を作用させることができるので、タンク開閉弁１００の開弁時の起動電力を小さくすることができ、電力消費を少なくすることができる。
【００２８】
また、電磁コイル１１７に通電しタンク開閉弁１００の開弁状態を確実に維持しつつ燃料タンク３に水素ガスを充填することができ、且つ、充填後確実にタンク開閉弁１００を閉弁することができるので、水素ガスの充填中にタンク開閉弁１００がその前後圧力差に起因して振動するのを防止することができ、振動に起因する各部の損傷を回避して、タンク開閉弁１００の寿命を延ばすことができる。また、タンク開閉弁１００のクラッキング圧に依存せずに水素ガスを燃料タンク３に充填することができるので、充填効率が向上する。
【００２９】
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、燃料供給工程を開弁工程の前に実行しているが、開弁工程を燃料供給工程よりも先に実行することも可能である。その場合には、図５のフローチャートにおいてステップＳ１０４で「ＹＥＳ」と判定された場合に、電磁コイル１１７に通電してタンク開閉弁１００を開き（ステップＳ１０７に対応）、その後に水素供給装置の制御装置に充填許可信号を出力して水素供給装置から水素ガスの供給を開始し（ステップＳ１０６に対応）、その後に充填終了か否かを判定する（ステップＳ１０８に対応）。
このようにしても、タンク開閉弁１００の開弁状態を確実に維持しつつ燃料タンク３に水素ガスを充填することができ、且つ、充填後確実にタンク開閉弁１００を閉弁することができるので、水素ガスの充填中にタンク開閉弁１００がその前後圧力差に起因して振動するのを防止することができ、振動に起因する各部の損傷を回避して、タンク開閉弁１００の寿命を延ばすことができる。また、タンク開閉弁１００のクラッキング圧に依存せずに水素ガスを燃料タンク３に充填することができ、充填効率を向上することができる。つまり、この発明では、開弁工程と燃料供給工程はいずれを先に実行してもよく、あるいは両工程を同時に実行してもよい。
【００３０】
また、前述した実施例では、気密工程を燃料供給工程の前に実行しているが、燃料供給工程を気密工程よりも先に実行することも可能である。その場合、燃料充填流路内が気密状態にあるか否かの判定は、水素供給装置が水素ガスを供給開始してから所定時間の間に連通路１０６内の圧力が所定値まで上昇したときに、燃料充填流路内が気密に保たれている（気密状態）と判定する。
また、前述した実施例では、充填ノズル２００を接続すると開弁する開閉弁がレセプタクル７に内蔵されているので、ステップＳ１０３での肯定判定（フューエルリッド開）とステップＳ１０４での肯定判定（充填ノズル装着完了）の少なくともいずれか一方を満たしたときをトリガーとして、ステップＳ１０７の処理（電磁コイル１１７への通電によるタンク開閉弁１００の開弁）を実行することが可能である。
【００３１】
また、前述した制御例では燃料供給停止工程を閉弁工程の後に実施しているが、閉弁工程を燃料供給停止工程の後に実施することも可能である。
また、流体燃料は水素ガスに限られるものではなく、ＣＮＧ等であってもよい。また、タンク開閉弁をパイロット型でなく直動型の電磁弁で構成しても、本発明は成立する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明に係る流体燃料充填方法を実施可能な燃料電池車両の概略構成図である。
【図２】燃料タンクに設けられるタンク開閉弁の概略断面図である。
【図３】前記車両に設けられたフューエルリッドおよびレセプタクルの概略外観斜視図である。
【図４】（Ａ）はレセプタクルの側面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図５】燃料充填時におけるタンク開閉弁の開閉制御を示すフローチャートである。
【図６】流体燃料充填方法を示す工程図である。
【図７】燃料タンクへの燃料供給時におけるタンク開閉弁上流の圧力変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
３  燃料タンク
７  レセプタクル（燃料補給口）
１００  タンク開閉弁
１１７  電磁コイル
２００  充填ノズル（燃料供給装置）
Ｓ２０１  充填準備工程
Ｓ２０２  気密工程
Ｓ２０３  燃料供給工程
Ｓ２０４  開弁工程
Ｓ２０５  閉弁工程
【図１】
2005264966.tif 000003
【図２】
2005264966.tif 000004
【図３】
2005264966.tif 000005
【図４】
2005264966.tif 000006
【図５】
2005264966.tif 000007
【図６】
2005264966.tif 000008
【図７】
2005264966.tif 000009