(57)【要約】      （修正有）【課題】自動車のガスタンクの防食を可能にする。【解決手段】自動車のガスタンク構造１に関連し、該ガスタンク構造１は、ガス燃料を受容するキャビティ１２を包囲し、導電性材料から作製されるタンク壁２３を有するガスタンク２と、タンク壁２３の外面の少なくとも一部に施され、絶縁材料から作製される第１の層２４と、第１の層２４の外面の少なくとも一部に施され、導電性材料から作製される第２の層２５とを備えており、第２の層２５は第１の層２４によってタンク壁２３から絶縁されており、また、該ガスタンク構造１は陰極端子及び陽極端子を有する電圧源４０を備えており、タンク壁２３は陰極端子に導電接続され、第２の層２５は陽極端子に導電接続される。【選択図】図２
2009198002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のガスタンク構造（１）であって、
ガス燃料を受容するキャビティ（１２）を包囲し、導電性材料から作製されるタンク壁（２３）を有するガスタンク（２）と、
前記タンク壁（２３）の外面（４２）の少なくとも一部に施され、絶縁材料から作製される第１の層（２４）と、
前記第１の層（２４）の外面（２８）の少なくとも一部に施され、導電性材料から作製される第２の層（２５）であって、前記第１の層（２４）によって前記タンク壁（２３）から絶縁される、第２の層（２５）と、
陰極端子（４５）及び陽極端子（４６）を有する電圧源（４０）であって、前記タンク壁（２３）は該陰極端子（４５）に導電接続され、前記第２の層（２５）は該陽極端子（４６）に導電接続される、電圧源（４０）と、
を備える、自動車のガスタンク構造。
【請求項２】
前記第１の層（２４）は、前記タンク壁（２３）の前記外面（４２）を完全に覆う、請求項１に記載のガスタンク構造。
【請求項３】
前記ガスタンク（２）には、ガス燃料の流れを調節する導電ガス弁（３）が設けられ、前記陰極端子（４５）は、該ガス弁（３）を介して前記タンク壁（２３）に導電接続される、請求項１又は２に記載のガスタンク構造。
【請求項４】
前記第２の層（２５）は、前記ガス弁（３）の周りをえぐるように空ける第１の凹部（４７）を形成する、請求項３に記載のガスタンク構造。
【請求項５】
前記ガスタンク（２）には、擬似ガス弁となっている導電閉鎖要素（２９）が設けられ、前記陰極端子（４５）は、該閉鎖要素（２９）を介して前記タンク壁（２３）に導電接続される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスタンク構造。
【請求項６】
前記第２の層（２５）は、前記閉鎖要素（２９）の周りをえぐるように空ける第２の凹部（４８）を形成する、請求項５に記載のガスタンク構造。
【請求項７】
前記第１の層は、前記ガス弁（３）を少なくとも部分的に覆う、請求項３乃至６のいずれか１項に記載のガスタンク構造。
【請求項８】
前記第１の層は、前記閉鎖要素（２９）を少なくとも部分的に覆う、請求項３乃至７のいずれか１項に記載のガスタンク構造。
【請求項９】
抵抗器（３１）を直列に介在させて、前記電圧源（４０）の前記陽極端子（４６）は前記第２の層（２５）に導電接続される、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガスタンク構造。
【請求項１０】
抵抗器を直列に介在させて、前記電圧源（４０）の前記陰極端子（４５）は前記タンク壁（２３）に導電接続される、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガスタンク構造。
【請求項１１】
該電圧源（４０）の該陽極端子（４６）と前記陰極端子（４５）との間での電流の流れを妨げるのに使用され得る切替可能なヒューズ（３２）を直列に介在させて、前記電圧源（４０）の前記陽極端子（４６）は前記第２の層（２５）に導電接続される、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のガスタンク構造。
【請求項１２】
該電圧源（４０）の前記陽極端子（４６）と該陰極端子（４５）との間での電流の流れを妨げるのに使用され得る切替可能なヒューズを直列に介在させて、前記電圧源（４０）の前記陰極端子（４５）は前記タンク壁（２３）に導電接続される、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のガスタンク構造。
【請求項１３】
前記第２の層（２５）の導電性材料は、導電性粒子が選択可能な濃度で導入される、絶縁材料から作製される基材を含む、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のガスタンク構造。
【請求項１４】
前記電圧源（４０）は前記自動車の車両バッテリーである、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のガスタンク構造。
【請求項１５】
前記電圧源（４０）の前記陰極端子（４５）は、前記自動車の電気接地端子（４４）に短絡される、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のガスタンク構造。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のガスタンク構造を有する自動車。
【請求項１７】
電気的に特徴のある変数の値を、前記電圧源（４０）の前記陽極端子（４６）と前記陰極端子（４５）との間の回路において求めると共に提供する、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のガスタンク構造を試験する方法。
【請求項１８】
前記電気的に特徴のある変数の値と、該特徴のある変数の少なくとも１つの閾値との比較に基づいて、結果値を提供する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記電気的に特徴のある変数の値に基づく信号伝達を行なう、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
電気的に特徴のある変数の値を、前記電圧源（４０）の前記陽極端子（４６）と前記陰極端子（４５）との間の回路において求め、前記切替可能なヒューズを、前記電気的に特徴のある変数の求めた値に基づいてトリガする、請求項１１又は１２に記載のヒューズを有するガスタンク構造を動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車工学の分野に属し、ガス燃料を使用して動作することができる自動車の防食ガスタンクを有するガスタンク構造に関する。本発明はさらに、このタイプのガスタンク構造を備える自動車に関し、このタイプのガスタンク構造のガスタンクの受動的防食（passive corrosion protection）を試験する方法、及びガスタンク構造を動作させる方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
次第に減少している原油の備蓄量を鑑み、また排気ガス排出に対する法的要件がさらに厳しくなっていることを背景に、最近の自動車は、４ストローク原理に従って動作し、且つ液体燃料（ガソリン）又はガス燃料を選択的に使用して動作することができる内燃エンジンを備えるものがますます多くなっている。主に使用されるガス燃料はＬＰＧ（ＬＰＧ＝液化石油ガス）又はＣＮＧ（ＣＮＧ＝圧縮天然ガス）である。
【０００３】
図６は、例えばＣＮＧを使用して動作することができる自動車の従来のガスシステムを示す。したがって、全体的に参照符号１００によって示されるガスシステムは、壁が通常は鋼から作製される耐圧縮ガスタンク１０１を備える。ガスタンク１０１には、ガスタンクにガス燃料を充填すること、及びガス燃料を使用して動作することができる内燃エンジン１０８へガス燃料を制御して供給することを可能にするガス弁１０２が端面に設けられている。ガス弁１０２はこのために、第１のガス管路１０３を介してタンク弁１０４に、また分配レール（distributor rail）１０７（「レール」）にガスを放出する第２のガス管路１０５を介して内燃エンジン１０８に接続されている。分配レール１０７の端部には制御可能なガス噴射器１０９が配置され、これを通して、ガス燃料を内燃エンジン１０８の吸気管（図６には詳細には図示せず）内に噴射することができる。
【０００４】
ガスタンク１０１を充填するために、タンク弁１０４を、圧縮機支援型タンクシステム（compressor-supported tank system）（図６には示さず）に接続し、高圧ＣＮＧを、通常は２００ｂａｒ乃至３００ｂａｒである充填圧力で第１のガス管路１０３を介してガスタンク１０１に導入する。ガスタンク１０１から供給されたガス燃料は、内燃エンジン１０８の動作に好適であり、通常は１０ｂａｒ未満であるガス圧力に圧力緩和されなければならず、第２のガス管路１０５は、ガス燃料のガス圧力を低減するために減圧機１０６を通してガスを供給する。
【０００５】
現在、実際には、鋼製のガスタンクは、自動車の他の錆びる可能性のある（rustable）構成要素と比べて錆の形成がかなり多い傾向があることが分かっている。この基本的な理由は、ガス燃料を補給している間の特別な特徴に見出すことができる。ほとんど空になったガスタンクに、例えば８ｂａｒ乃至９ｂａｒの残留圧力で高圧ガス燃料を充填する場合、ガス燃料は充填中に膨張し（relaxes）、これによってガス燃料が冷却され（ジュールトムソン効果）、タンク壁の温度が著しく低下する。周囲温度に対する温度差が大きいため、大気水分がガスタンクの冷たい外面に凝結し、通常は直ちに凍結する。ガスタンクの充填が進むにつれ、ガスタンク内のガス圧力とタンクシステムの圧縮機圧力との間の圧力差が連続的に小さくなり、その結果、ジュールトムソン効果が次第に生じなくなり、生成される圧縮熱に起因してタンク壁の温度が再び上昇する。その結果、凍結した凝結物がガスタンクの外被で解け、燃料補給のたび毎にガスタンクに水膜が残ることになる。
【０００６】
図６に示すように、鋼製のタンク壁の２価鉄イオン（Ｆｅ２＋）が、形成されている水膜１１０内で溶解し、残りの電子（ｅ−）が大気中酸素（Ｏ２）に放出されて水酸化物イオン（ＯＨ−）が形成される。結果として生じる水酸化物イオン（ＯＨ−）は鉄イオンと結合して水酸化鉄（ＩＩ）（Ｆｅ（ＯＨ）２）を形成する。タンク壁に凝結して錆として堆積する難溶性の酸化水酸化鉄（ＩＩＩ）（ＦｅＯ（ＯＨ））が、生成される水酸化鉄（ＩＩ）から形成される。
【０００７】
実際には、燃料補給中のガスタンク内の残留圧力は通常は非常に低いため、燃料補給のたび毎にガスタンクの外被に比較的大量の水分が凝結する。さらに、自動車のガスタンクは、駆動力に応じて比較的頻繁に燃料補給する必要がある。さらに、（例えば道路の除氷塩の）塩イオンが水膜中で溶解する場合、これが著しく高い程度までの腐食を促す電解液を生成する。
【０００８】
出願人らが行なった試験が示すように、鋼製のガスタンクで生じる腐食は、この理由から、自動車の他の錆びる可能性がある構成要素における腐食よりも２倍乃至３倍強い。錆が形成される結果としてタンク壁が弱くなるため、これは相当な安全上の危険を呈する。
【０００９】
自動車のガスタンクで錆形成が増加することを妨げるために、受動的防食を提供する特別な塗膜でガスタンクをコーティングすることが知られている。しかしながら、使用される塗料は多孔質であるため、水及び空気がタンク壁に拡散することを完全に防止することができず、それによって、この措置の結果として錆の形成を遅らせることしかできない。さらに、このタイプの塗膜は、自動車の動作中に、例えば石がぶつかること（stoning）又は熱的に誘起される応力の結果としてかなり摩耗しやすいため、時間と共に脆弱になる。塗料のクラック及び隙間では、摩耗に起因して、下にあるタンク壁の腐食が一段と増す可能性がある。
【００１０】
防食としての塗膜の有効性を調べることは、単に塗膜を視覚的に評価することによって可能であり、これは必然的に主観的であり、誤りが生じる可能性がある。さらに、塗膜の下に既に形成されている錆を視覚的に認識することが常に可能であるわけではないため、ガスタンクの実際の状態を誤って判断する危険がある。
【００１１】
防食の改善は、さらなる犠牲陽極によって得ることができ、このために、例えば鋼製のガスタンクに亜鉛の下塗りを施し、これが続いて保護塗膜によってコーティングされる。亜鉛は、電気化学列において、腐食から保護される鋼よりも負であるため、このタイプのガスタンクの亜鉛の下塗りは優勢的に、鋼製のタンク壁の前に腐食する。全ての犠牲陽極は時間と共に消費されるため、早期に交換しなければならない。しかしながら、そのような亜鉛の下塗りの状態は、下塗りが塗膜によって隠れているため視覚的に評価することが困難である。さらに、亜鉛の下塗り及びその上に重なる塗膜も自動車の動作中に大きく摩耗するため、この場合、生成されるクラック及び隙間で腐食が一段と増す可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
逆に言えば、本発明の課題は、自動車のガスタンクの防食を可能にすることにあり、この結果として、上述の欠点を回避することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明が提案するものに従って、すなわち連係する（coordinated）特許請求の範囲の特徴を有する、自動車のガス燃料を保管するガスタンクを有するガスタンク構造、このタイプのガスタンク構造を備える自動車、このタイプのガスタンク構造の受動的防食を試験する方法、及びこのタイプのガスタンク構造を動作させる方法によって、これら及びさらなる課題が解決される。本発明の有利な構成は、従属請求項の特徴によって明記される。
【００１４】
本発明は、ガス燃料を使用して動作することができる自動車のガス燃料を保管する防食ガスタンクを有するガスタンク構造を開示する。本発明によるこのガスタンク構造は、導電性材料、例えば鋼又はアルミニウム等の金属材料から作製されるタンク壁（タンクケーシング）を有するガスタンクを備える。タンク壁は、ガス燃料を保管するキャビティを内面すなわち内表面で包囲する。絶縁材料から作製される第１の層（以下「絶縁層」と称する）が、少なくともタンク壁の、キャビティから遠位の外面すなわち外表面の一部に施される。好ましくは、第１の層はタンク壁の外面を完全に覆う。
【００１５】
さらに、導電性材料から作製される第２の層（以下「陽極層」と称する）が、少なくとも絶縁層の、キャビティから遠位の外面すなわち外表面の一部に施される。この陽極層はこの場合、絶縁層によってタンク壁から常に絶縁されるように配置される。
【００１６】
さらに、本発明によるガスタンク構造は、特に本発明によるガスタンク構造を備える自動車の車両バッテリーであり得る電圧源を備える。この場合、ガスタンクのタンク壁は、電圧源の陰極端子（陰極）に導電接続されており、同様に陽極層が電圧源の陽極端子（陽極）に接続されている。電圧源の陰極端子及び陽極端子は絶縁層によって電気的に絶縁されており、そのため、絶縁層が損傷を受けないままである場合陽極端子と陰極端子との間には閉回路は形成されない。自動車工学において慣例的であるように、電圧源の陰極端子は自動車の電気接地端子に導電接続することができ、それによって、タンク壁には地電位が適用される。
【００１７】
タンク壁の外面が外部環境（すなわち水及び空気の直接的な作用）に曝される場合、例えば陽極層及びこの下に位置する絶縁層に局所的な損傷が生じ、その結果、タンク壁の外面が局所的に曝される場合、例えばガスタンクの燃料補給に起因してタンク壁に残ったままである、電解液として作用する水膜がガスタンク上にある結果として陽極層とタンク壁との間に短絡が起こる可能性がある。しかしながら、この場合、タンク壁の金属材料の電子放出（錆の形成に必要である）は、陽極層がタンク壁に対して予めより高い（特に陽）電位になっていることの結果として防止され、その結果、タンク壁の金属材料の金属イオンは、タンク壁の外被に位置する水膜中で溶解することができず、したがって錆の形成が防止される。このために、電圧源は適した電位差を有し、すなわち、電圧源の電位差は、タンク壁の金属材料の電子放出が防止されるように選択される。通常、陽極層が、特に電気的な車両質量体に接続されているタンク壁に対してタンク壁の電位（例えば０ｍＶであり得る）よりも少なくとも数ミリボルト高い電位を有するように電圧源の電位差が選択されれば十分である。例えば、陽極層は、タンク壁に対して、少なくとも１ｍＶ乃至１０ｍＶの範囲にある電位差を有する。単に完全性の目的のために、陽極層とタンク壁との間の電位差は、所望の機能を満たすためにより高くてもよいことに留意されたい。
【００１８】
したがって、例えば陽極層及び絶縁層が局所的に損傷している場合に、タンク壁の外面が外部環境に対して曝される場合、ガスタンクの金属材料の電気化学的に（活性的な）防食が実現され、その結果、ガスタンクが錆の形成から安全且つ確実に保護される。
【００１９】
本発明によるガスタンク構造のガスタンクには通常、第１のタンク開口に取り付けられ、ガスタンクにガス燃料を充填し、ガス燃料を自動車の内燃エンジンに制御して供給するためのガス弁が設けられる。本発明の、実施が容易である有利な構成では、タンク壁は、ガスタンクのガス弁を介して電圧源の陰極端子に導電接続される。ガス弁はこのために、従来は鋼又は真鍮等の導電性材料から少なくとも部分的に作製され、タンク壁に導電接続され、この場合、陰極端子はガス弁の導電性材料に接続される。この場合、陽極層とガス弁との間の短絡を回避するためにガス弁の周りをえぐるように空ける第１の凹部を、第２の層（陽極層）に形成すると有利である。
【００２０】
本発明によるガスタンク構造のガスタンクには、第２のタンク開口に取り付けられ、第２のタンク開口を閉じる閉鎖要素を設けることができ、閉鎖要素は、ガス弁と同様の外形を有するが弁機能を有しない擬似ガス弁となっている。本発明の、実施が容易であるさらに有利な構成では、タンク壁は、閉鎖要素を介して電圧源の陰極端子に導電接続される。閉鎖要素はこのために、鋼又は真鍮等の導電性材料から少なくとも部分的に作製され、タンク壁に導電接続され、この場合、陰極端子は閉鎖要素の導電性材料に接続される。この場合、陽極層と閉鎖要素との間の短絡を回避するために閉鎖要素の周りをえぐるように空ける第２の凹部を、第２の層に形成すると有利である。
【００２１】
本発明によるガスタンク構造では、絶縁層及び／又は陽極層が、水及び空気のガスタンク外被への拡散を妨げる受動的防食を提供することが非常に好ましい。絶縁層又は陽極層の材料はこのために好適な方法で具現される。絶縁層はこのために、例えば樹脂材料ベースの絶縁塗膜と例えばすることができる。陽極層は例えば、このために、導電性粒子が所望の濃度又は量で導入される基材としての樹脂材料ベースの導電性塗膜とすることができる。好ましくは、絶縁層はこのためにタンク壁の外面を完全に覆う。後者の場合、陽極層が絶縁層を完全に又はほとんど完全に覆うのがさらに好ましく、この場合、陽極層はいずれの場合も、陽極層と、ガス弁及び閉鎖要素等の、タンク壁に導電接続されるガスタンクの構造体との間で電気接触がないように配置される。前述したように、陽極層はこのために、ガス弁の第１の凹部、及び閉鎖要素が存在する場合には閉鎖要素の第２の凹部は別として、絶縁層を完全に覆うようにすることができる。
【００２２】
本発明によるガスタンク構造のさらなる有利な構成では、絶縁層は、ガスタンクの外面を覆うだけではなく、むしろガス弁上へ、また閉鎖要素が存在する場合には閉鎖要素上へ延びる。この措置の結果として、陽極層と、導電ガス弁又は導電閉鎖要素との間の漏れ電流を回避することができる。
【００２３】
本発明によるガスタンク構造のさらなる有利な構成では、抵抗器を直列で介在させて、電圧源の陽極端子が陽極層に導電接続される。これによって、（例えば陽極層及び絶縁層への局所的な損傷の結果としての）陽極層とタンク壁との間の短絡の場合に、陽極端子と陰極端子との間に流れる電流の強度を好適な方法で設定することができる。これとは代替的に、抵抗器を介在させて、電圧源の陰極端子をタンク壁に導電接続してもよい。
【００２４】
本発明によるガスタンク構造のさらなる有利な構成では、切替可能なヒューズを直列で介在させて、電圧源の陽極端子が第２の層に導電接続される。切替可能なヒューズは、第１の切替状態では電流を流し、第２の切替状態では電流の通過を阻止するようになっている。ヒューズはさらに、電気的に特徴のある変数の値（測定値、又は測定値に基づいて計算された値）に基づいて、第１の切替状態から第２の切替状態へ自動的に切替わるか、又は代替的には電子制御装置によって切替わることができるようになっている。前者の場合、ヒューズは電気的に特徴のある変数の値を測定又は計算して、測定値又は計算値が予め調節可能な閾値に達するか、又は超えるか、又は下回った場合に第２の切替状態へ切替わる。後者の場合、制御装置は、ヒューズを切替えるために、選択可能な電気的に特徴のある変数について測定値又は計算値を算出し、測定値又は計算値が予め調節可能な閾値に達するか、又は超えるか、又は下回った場合にヒューズを第２の切替状態へ切替える。測定される電気的に特徴のある変数は、陽極端子と陰極端子との間の開回路又は短絡した回路の特に電流強度、電圧又は抵抗であり得る。予め調節可能な閾値は、ヒューズ又は制御装置に記憶することができる。
【００２５】
本発明はさらに、上述したガスタンク構造を備える自動車に及ぶ。
【００２６】
さらに、本発明は、ガス燃料を使用して動作することができる自動車の上述したガスタンク構造のガスタンクの、絶縁層及び／又は陽極層によって提供される受動的防食を試験する方法に及ぶ。論理モジュールが設けられ、且つ特にヒューズ又はヒューズの制御装置に一体化され得る試験デバイスが、本発明による方法を実行するように構成される。
【００２７】
この方法では、電気的に特徴のある変数の値（測定値、又は測定値に基づいて計算された値）は、試験デバイスによって制御され、電圧源の陽極端子と陰極端子との間の開回路又は短絡した回路において求められ、且つ例えば読み取るために信号出力で提供される。測定値は、ヒューズ、ヒューズの制御装置、又は別個の測定デバイスによって測定することができ、この場合、データに関して、測定デバイスは試験デバイスに一体化されるか又はこれと接続される。
【００２８】
電気的に特徴のある変数の値は、特に少なくとも１つの予め調節可能な閾値と比較することができ、この場合、このタイプの比較は、ヒューズ、ヒューズの制御装置、又は別個の比較デバイスによって行うことができ、この場合、データに関して、比較デバイスは試験デバイスに一体化されるか又はこれと接続される。少なくとも１つの閾値は、ヒューズ、ヒューズの制御装置、又は比較デバイスに対応して記憶することができる。その後、比較に基づく結果値がその値に割り当てられる。したがって、第１の結果値（例えば０）は例えば、閾値を上回らない場合にその値に割り当てることができるか、又は、第１の結果値とは異なる第２の結果値（例えば１）は、閾値を上回る場合に割り当てられる。それぞれの結果値は、ヒューズ、ヒューズの制御装置、又は別個の割り当てデバイスによって割り当てることができ、この場合、データに関して、割り当てデバイスは試験デバイスに一体化されるか又はこれと接続される。複数の閾値が提供される場合、これに従って複数の結果値を割り当てることができる。割り当てられた結果値が続いて提供される。
【００２９】
好ましくは、この方法では、信号伝達デバイス、例えば表示ランプによって、電気的に特徴のある変数の値に基づいて信号伝達を行なう。このタイプの信号伝達は、特に割り当てられた結果値にも基づくことができる。
【００３０】
本発明による方法によって、陽極端子と陰極端子との間の開回路又は短絡した回路の電流強度、電圧又は抵抗等、電気的に特徴のある変数を求めることによって、ガスタンクに関して、絶縁層及び／若しくは陽極層の損傷がないこと、又は絶縁層及び／若しくは陽極層によって提供される受動的防食の有効性を簡単に検査することができる。
【００３１】
損傷がないこと又は有効性は、好適な方法で求められる、電気的に特徴のある変数の閾値によって特に評価することができる。この好適な方法は例えば、ガスタンクの受動的防食を意図的に損傷し、電気的に特徴のある変数に関してこの場合に生じる値を求める、前もって実行される一連の試験に基づいて行なわれ得る。
【００３２】
受動的防食の有効性のそのような試験は、非常に短い時間内、例えばガスシステムの動作上の安全性が調べられる自動車の主な点検の間に実行することができる。このタイプの試験は、可能性としては、エンジン制御ユニットの制御装置の設定エラーコードの、選択可能な最大電流強度を上回っているか、若しくは電圧源の陽極端子と陰極端子との間の回路の電圧の選択可能な低下を下回っている場合、また、対応する警告指示器を介して車両の運転者に知らせるのに適切な場合に、診断機能として、進行中の車両動作中に簡単に実施することもできる。
【００３３】
ここで、例示的な実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の例示的な実施形態によるガスタンク構造を有するガスシステムの構成の概略図である。
【図２】図１のガスタンクの概略的な長手方向断面図である。
【図３】図２の細部Ａによるガスタンクの拡大図である。
【図４】図１のガスタンクの変形形態の図３と同様の図である。
【図５Ａ】関連する同等の電気回路図と共に、腐食の或る状態における図１のガスタンクの同じ部分の概略的な長手方向断面を示す図である。
【図５Ｂ】関連する同等の電気回路図と共に、腐食の或る状態における図１のガスタンクの同じ部分の概略的な長手方向断面を示す図である。
【図５Ｃ】関連する同等の電気回路図と共に、腐食の或る状態における図１のガスタンクの同じ部分の概略的な長手方向断面を示す図である。
【図６】自動車の従来のガスシステムの構成の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
ガス燃料を使用して動作する自動車の従来のガスシステムを示す図６は、本明細書の導入部において既に詳細に解説してあるため、さらなる説明はここでは行なわない。
【００３６】
まず図１を参照されたい。図１は、本発明の例示的な実施形態による、本発明によるガスタンク構造を有する自動車のガスシステムの構成の概略図である。
【００３７】
したがって、ガス燃料として例えばＣＮＧを使用して動作する自動車のガスシステムは、全体的に参照符号１で示されるガスタンク構造を備え、且つ、例えば電磁的に作動可能なガス弁３を有するガスタンク２を有する。ガス弁３では、ガスタンク２は燃料補給のために第１のガス管路４によってタンク弁５に接続されている。ガス燃料を内燃エンジン８に制御して供給するために、ガスタンク２は、ガス弁３において、分配レール７（「レール」）にガスを放出する第２のガス管路６によって内燃エンジン８に接続されている。ガス燃料の圧力を低減するために、第２のガス管路６は、減圧機１０を通して接続される。分配レール７に接続されているのは、この場合は例えば４つの制御可能なガス噴射器９であり、これを通して、ガス燃料を内燃エンジン８の吸気管内に噴射することができる。
【００３８】
ガス燃料は、例えば２００ｂａｒ乃至３００ｂａｒの高圧でガスタンク２内に保管することができる。ガスタンク２を充填するために、タンク弁５を圧縮機支援型タンクシステムに接続する。内燃エンジン８の動作の際には、減圧機１０内のガス燃料が１０ｂａｒ未満、例えば８ｂａｒの低ガス圧に圧力緩和される。
【００３９】
図２及び図３は、ガスタンク構造１、及びガスタンク２の構成をより詳細に示している。シリンダ又はボトルの形状をとっているガスタンク２は、端面の第１の端部１３及び端面の第２の端部１４を接合する中空の円筒形外郭部分１１を備える。ガスタンク２のタンクケーシングとして機能するタンク壁２３は、ガス燃料を保管するキャビティ１２を形成する。
【００４０】
２つの端部１３、１４の領域において、タンク壁２３は、第１の端部１３の側部に位置する第１の首部１５と、第２の端部１４の側部に位置する第２の首部１６とを形成するような厚さになっている。２つの首部１５、１６はそれぞれ、キャビティ１２内に突出している。
【００４１】
第１の首部１５はキャビティ１２内にガスを放出する第１のタンク開口１７を形成し、キャビティをガスタンク２の外部環境と接続する。第１のタンク開口１７内に実質的に位置する弁体１９と、弁体１９と一体形成され、第１のタンク開口１７の外側に位置する多角体２１（この場合は例えば６角体）とから成るガス弁３は、第１のタンク開口１７内に受容される。このために、ガス弁３の弁体１９には第１のタンク開口１７の雌ねじ（詳細には図示せず）にねじ留めされる雄ねじ（詳細には図示せず）が設けられる。ガス弁３の、弁体１９及び弁体１９と一体形成される第１の多角体２１は両方とも、鋼又は真鍮等の導電性材料から作製されるが、絶縁成分も含み得る。
【００４２】
同様に、第２の首部１６は、キャビティ１２内にガスを放出する第２のタンク開口１８を形成し、当該第２のタンク開口１８の内部には、ガスタンクを車両に締結するように機能し、弁機能を有しない擬似ガス弁の形態をとっている閉鎖要素２９が受容される。閉鎖要素２９は、第２のタンク開口１８内に実質的に位置する要素本体２０と、要素本体２０と一体形成され、第２のタンク開口１８の外側に位置する第２の多角体２２（この場合は例えば６角体）とから成る。閉鎖要素２９の要素本体２０には、第２のタンク開口１８の雌ねじ（詳細には図示せず）にねじ留めされる雄ねじ（詳細には図示せず）が設けられる。閉鎖要素２９の、要素本体２０及び要素本体２０と一体形成される第２の多角体２２は両方とも、鋼又は真鍮等の導電性材料から作製される。
【００４３】
（中空のシリンダ軸に対して平行な）ガスタンクの長手方向における２つの首部１５、１６の寸法は、ガス弁３又は閉鎖要素２９の気密なねじ留めを確実にするように選択される。これは、各対のねじに十分な巻数があり、それによって、ガス弁３又は閉鎖要素２９が例えば２００ｂａｒ乃至３００ｂａｒの高ガス圧の作用に耐えることができることを意味する。
【００４４】
第１のタンク開口１７内にその弁体１９と共に受容されるガス弁３は、ガスタンク２のキャビティ１２を充填するまたは空にするようにガス燃料の流れを制御するように機能する。このため、ガス弁３には、ガス燃料の流れを制御する制御デバイス（本明細書では図示せず）が設けられ、このデバイスはそれ自体当業者に既知である。さらに、ガス弁には、種々の安全デバイス、例えばタンクの過熱の場合のために防爆装置（burst protector）（本明細書ではさらに詳細には説明しない）が設けられる。
【００４５】
ガスタンク２は、例えば長手方向フレームキャリア（frame longitudinal carrier）として既知であるものに締結され、ガス弁３の第１の多角体２１及び閉鎖要素２９の第２の多角体２２に例えば形状がフィットするように接続することができる特別なタンク用ブラケットによって、自動車の車両床側に取り付けられる。
【００４６】
タンク壁２３は、金属材料から、この場合は例えば焼き入れ及び焼き戻しされた鋼から作製され、したがって電流を通すことができる。タンク壁２３は、その内面４１がキャビティ１２を包囲する。絶縁材料、例えばプラスチック材料から作製される絶縁層２４は、タンク壁２３の、キャビティ１２から遠位の外面４２に施される。第１の端部１３の領域では、絶縁層２４はガス弁３の弁体１９まで延びる。第２の端部１４の領域では、絶縁層２４は閉鎖要素２９の要素本体２０まで延びる。したがって、タンク壁２３はその外面４２が絶縁層２４によって完全に覆われる。
【００４７】
絶縁層２４は、金属製のタンク壁２３の受動的防食として機能するように、タンク壁２３の外面４２に大気中酸素及び水が拡散することを妨げるのに好適な材料から作製される。
【００４８】
導電性材料から作製される層（「陽極層」）２５が、絶縁層２４の、キャビティ１２から遠位の外面２８すなわち表面に施される。陽極層２５の導電性材料は、この場合、導電性粒子が選択可能な量又は濃度で導入される非導電性の基材（例えば樹脂）から成り、その結果、陽極層２５の導電率が所望に応じて設定されるようにする。陽極層２５はガスタンク２の外郭部分１１を完全に覆う。陽極層２５は、第１の端部１３の領域では、第１のタンク開口１７又はガス弁３の弁体１９にまでは到達せず、むしろガス弁３の周りをえぐるように空ける（例えば円形の）第１の凹部４７を形成し、それによって、陽極層２５がガス弁３と接触せず、陽極層２５とガス弁３との間には電気的接続がないようにする。同様に、陽極層２５は、第２の端部１４の領域では、第２のタンク開口１８又は閉鎖要素２９の要素本体２０にまでは到達せず、むしろ閉鎖要素２９の周りをえぐるように空ける（例えば円形の）第２の凹部４８を形成し、それによって、陽極層２５が閉鎖要素２９と接触せず、陽極層２５と閉鎖要素２９との間には電気的接続がないようにする。
【００４９】
陽極層２５は、存在する場合に金属製のタンク壁２３の受動的防食として機能するように、タンク壁２３の外面４２に大気中酸素及び水が拡散することを妨げるのに好適な材料から作製される。
【００５０】
本発明によるガスタンク構造１は、例えばこの場合に自動車の車両バッテリー４０である電圧源をさらに備える。図１及び図２に示すように、車両バッテリー４０の陰極端子（陰極）４５は、車両バッテリー４０の陰極端子４５がガス弁３を介してタンク壁２３に導電接続されるように、第１の電線２６を介してガス弁３の導電性の第１の多角体２１に接続される。図１に示されるように、陰極端子４５は電気的な車両質量体４４にさらに接続される。
【００５１】
車両バッテリー４０の陽極端子（陽極）４６は、第２の電線２７を介して陽極層２５に導電接続され、２つの導電性接触面３０が第２の電線２７に接続される。２つの接触面３０は陽極層２５の外面４３に施される。したがって、本発明によるガスタンク構造１には、絶縁層２４が損傷を受けないままであるとすると、車両バッテリー４０の陽極端子４６と陰極端子４５との間には閉回路は形成されない。
【００５２】
陽極端子４６は陽極層２５に電気的に接続され、電気抵抗器（「ドロッピングレジスタ」）３１（ＲＶ）と、陽極端子と陰極端子との間で閉じている場合がある回路を開くのに使用することができる切替可能なヒューズ３２とが直列で介在する。切替可能なヒューズ３２は、第１の切替状態では電流を流し、第２の切替状態では電流の通過を阻止するようになっている。
【００５３】
制御装置３３は、切替可能なヒューズ３２の切替状態を制御するようにヒューズ３２に対して並列に配置される。制御装置３３はこのために、ヒューズ３２の両側で、第３の電線３４及び第４の電線３５を介して第２の電線２７に接続されている。制御装置３３はこの場合、例えば、選択可能な単位時間当たりの第２の電線２７を流れる電流を２つの電線３４、３５を介して検出することができるようになっている。電流の流れは、例えば陽極層及び絶縁層が損傷を受け、電解液として作用する水膜が損傷の領域に存在する場合に、陽極端子と陰極端子との間に閉回路があるときに生じる可能性がある。
【００５４】
電流が第２の電線２７を通って流れる場合、制御装置３３が、生じている電流強度を検出し、ここから、例えば計算値として、電流強度（Ｉ）と電流が流れる時間（ｔ）との積から計算される関連するアンペア時数（ampere hour number）を求める。この場合、求められた計算値が、アンペア時数に関して制御装置３３に記憶されている選択可能な閾値を超える場合、制御装置３３はヒューズ３２をトリガ(trigger)し、このように車両バッテリー４０の陽極端子４６と陰極端子４５との間の回路を開くようにする。
【００５５】
図４は、図１のガスタンク２の変形形態を示す。先に説明したように、絶縁層２４が損傷を受けた場合に、陽極端子４６と陰極端子４５との間の回路が閉じられてもよく、それにより、タンク壁２３の外面４２が外部環境に曝され、したがって陽極層２５が例えば電解液を介してタンク壁２３に導電接続される。同じく、漏れ電流が陽極層２５と２つの多角体２１、２２との間に生じるという可能性を除外することはできない。ガスタンク２の図４に示す変形形態は、絶縁層２４が、タンク壁２３の外面４２だけではなく、ガス弁３の第１の多角体２１及び閉鎖要素２９の第２の多角体２２も少なくとも部分的に又は完全に覆うという点で、このタイプの漏れ電流を防止する。ガスタンク２に対してガス燃料を供給及びガスタンク２からガス燃料を除去するための、ガス弁３と相互作用するガス管路は、この場合、好ましくは、例えばプラスチックから作製され、したがってさらにガス管路とガス弁３との間を絶縁する絶縁ねじ留めデバイス（screwing-in device）を介してガス弁３に接続される。
【００５６】
ここで、関連する同等の電気回路図と共に、それぞれ腐食の種々の状態における図１のガスタンクの同じ部分の概略的な長手方向断面を示す、図５Ａ乃至図５Ｃを参照する。
【００５７】
まず図５Ａを参照されたい。図５Ａは、タンク壁２３の外面４２に施される絶縁層２４及び絶縁層２４の外面２８に施される陽極層２５が両方とも損傷を受けないままである状況を示す。陽極層２５の外面４３に水滴３６（周囲空気からの酸素、及び腐食促進塩イオン（例えば冬季の天候の道路清掃サービスの結果としての除氷塩又は泥に起因する）が溶解している可能性がある）が位置し、その結果水滴３６が電解液を形成する場合、絶縁層２４及び陽極層２５の両方が受動的防食として作用し、水及び空気のタンク壁２３への拡散を妨げ、そのため、水滴３６が腐食をほとんど引き起こさない。
【００５８】
断面図で示されている関連する同等の回路図は、ガスタンク構造において生じる電気抵抗を示す。（直列回路には）タンク壁２３の抵抗ＲＫ、陽極層２５の調節可能な抵抗ＲＡ、絶縁層２４の抵抗ＲＩ、及びドロッピングレジスタ３１の調節可能な抵抗ＲＶがある。種々の抵抗器は、ヒューズ３２が介在して車両バッテリー４０に電気的に接続される。
【００５９】
絶縁層２４及び陽極層２５の両方が損傷を受けていない図５Ａでは、タンク壁２３の抵抗ＲＫが、金属導体の非常に小さい抵抗値（およそ０オーム）を有し、絶縁層２４の抵抗ＲＩが、絶縁体の非常に大きい抵抗値（およそ「無限大」オーム）を有する一方、陽極層２５の抵抗ＲＡ及びドロッピングレジスタ３１の抵抗ＲＶはそれぞれ、選択可能な抵抗値に設定することができる。絶縁層２４の抵抗ＲＩが大きいことに起因して、例えば１２ボルト又は２４ボルトである車両バッテリー４０の電圧は、直列で接続されている抵抗器の両端でほぼ完全に低下し、その結果、制御装置３３は、切替可能なヒューズ３２を介して電流（漏れ電流）の流れをほとんど検出しないか又は多くても非常にわずかしか検出しない。
【００６０】
図５Ａ乃至図５Ｃに示されるように、制御装置３３は、この場合例えば、運転者が見ることができる表示ランプ３７である信号伝達デバイスに接続される。表示ランプ３７は、ヒューズ３２が第１の切替状態にある場合は点灯せず、ヒューズ３２が第２の切替状態にある場合は点灯するように制御装置３３によって作動することができる。
【００６１】
図５Ａの状況では、表示ランプ３７は点灯せず、したがって電気化学的防食が有効であることを運転者に示す。
【００６２】
他方で、図５Ｂは、例えば機械的及び熱的な作用に起因して、例えば１ｍｍ乃至２ｍｍの幅を有する狭小のクラック３８が陽極層２５及び絶縁層２４に生じている状況を示す。クラック３８はタンク壁２３の外面４２にまで到達し、したがって外部環境に曝されている。クラック形成は、対応する損傷が陽極層２５及び絶縁層２４の両方の同一箇所に生じることの前提となる。
【００６３】
クラック３８の箇所において、電解液として作用する水滴３６が、タンク壁２３まで浸透し、絶縁層２４の絶縁作用を局所的にキャンセルする可能性があり、その結果、陽極層２５及びタンク壁２３が局所的に短絡する。しかしながら、タンク壁２３が陰極端子（又は車両質量体）に電気的に接続しており、陽極層が車両バッテリー４０の陽極端子４６に電気的に接続しており、タンク壁２３の鉄原子が電子を放出せず、よって水滴３６中で鉄イオンが溶解しないため、電解液はタンク壁２３に対して腐食効果を有し得ない。したがって、電解液がタンク壁２３と接触するにもかかわらず、活性的な（電気化学的）防食の結果として錆が形成される可能性がない。
【００６４】
クラック３８によって、絶縁層２４の抵抗ＲＩが低下し、車両バッテリー４０の陽極端子と陰極端子との間の回路で多少なりとも電流が生じる。この場合、電流強度は絶縁層２４の抵抗値によって変わり、抵抗値はさらにクラック３８の寸法から得られる。図５Ｂの場合では、クラック３８の寸法は、陽極端子と陰極端子との間を流れる電流の強度と、時間との積（アンペア時数）が、この積の選択可能な閾値よりも小さくなるようなものであり、そのため、制御装置３３はヒューズ３２をトリガせず、すなわち、ヒューズ３２は第１の切替状態から第２の切替状態に切替えられず、表示ランプ３７は点灯しない。
【００６５】
図５Ｃは、機械的及び熱的な作用に起因して、例えば５ｍｍ乃至７ｍｍの幅を有する比較的大きい隙間３９が陽極層２５及び絶縁層２４に生じているさらなる状況を示し、隙間はタンク壁２３にまで到達し、タンク壁を外部環境に曝している。
【００６６】
電解液として作用する水滴３６が隙間３９に位置する場合、絶縁層２４の抵抗ＲＩは、絶縁層２４の残留抵抗に応じて、比較的高い電流強度の電流の流れが車両バッテリー４０の陽極端子と陰極端子との間の回路で生じる程度まで低下する。その結果、車両バッテリー４０が放電する危険がある。車両バッテリー４０の陰極端子と陽極端子との間の回路の電圧の低下は、この場合例えば０．６ボルト乃至０．７ボルトである。本例の場合、電流強度と時間との積（アンペア時数）は、この積の選択可能な閾値よりも大きく、そのため、制御装置３３はヒューズ３２をトリガし、すなわち、ヒューズ３２は第２の切替状態に切替えられ、車両バッテリー４０の放電を回避するために陽極端子と陰極端子との間の短絡回路が開かれる。ヒューズ３２はこの場合バッテリーモニタとして機能する。活性的な（電気化学的）防食の有効性がなくなったこと（switching-off）が、表示ランプ３７の点灯によって運転者に示される。
【００６７】
ガスタンク構造１では、陽極端子と陰極端子との間の回路が短絡した場合に、電流強度を検出すること及びアンペア時数を求めることによってヒューズ３２をトリガすることができ、その結果、陽極端子と陰極端子との間の回路が開かれる。代替的には、車両バッテリー４０の陽極端子と陰極端子との間の短絡回路の電圧の低下及び電気抵抗等、様々な電気的に特徴のある変数を測定すること、並びにこの測定値又は測定値から求められた計算値に基づいてヒューズ３２を切替えることができる。
【００６８】
さらに、ガスタンク構造１では、絶縁層２４及び陽極層２５が損傷を受けていないこと（損傷の状態）、又はこれらの受動的防食としての有効性を、簡単に検出することができる。制御装置３３はこのために、例えば電圧源の陽極端子と陰極端子との間の非短絡回路又は短絡回路における電流強度等、電気的に特徴のある変数の値を測定し、この電気的に特徴のある変数の測定値を、読み取ることができる信号出力で提供する。測定値の大きさはこの場合、陽極層及び絶縁層が損傷を受けていないことに関する情報を提供する。同じく、測定値を、例えばエンジン制御ユニットの制御装置に送信し、同様に読み取ることができる対応するエラーコードを制御装置に設定することも代替的に可能である。同じく、測定値が電気的に特徴のある変数の予め調節可能な閾値に達するとすぐに、信号伝達デバイスを起動することが代替的に可能である。後者の場合、電気的に特徴のある変数に関して複数の閾値を提供することも可能であり、この場合、このタイプの閾値に達するたび毎に、信号伝達デバイスは次第に段階的になる（graded）信号伝達を行なう。絶縁層２４及び陽極層２５が損傷を受けていないことに関するこのタイプの試験は、診断機能として、進行中の車両動作中に簡単に行うことができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  ガスタンク構造
２  ガスタンク
３  ガス弁
４  第１のガス管路
５  タンク弁
６  第２のガス管路
７  分配レール
８  内燃エンジン
９  ガス噴射器
１０  減圧器
１１  外郭部分
１２  キャビティ
１３  第１の端部
１４  第２の端部
１５  第１の首部
１６  第２の首部
１７  第１のタンク開口
１８  第２のタンク開口
１９  弁体
２０  要素本体
２１  第１の多角体
２２  第２の多角体
２３  タンク壁
２４  絶縁層
２５  陽極層
２６  第１の電線
２７  第２の電線
２８  絶縁層２４の外面
２９  閉鎖要素
３０  接触面
３１  ドロッピングレジスタ
３２  ヒューズ
３３  制御装置
３４  第３の電線
３５  第４の電線
３６  水滴
３７  表示ランプ
３８  クラック
３９  隙間
４０  車両バッテリー
４１  タンク壁２３の内面
４２  タンク壁２３の外面
４３  陽極層２５の外面
４４  車両質量体
４５  陰極端子
４６  陽極端子
４７  第１の凹部
４８  第２の凹部
１００  ガスシステム
１０１  ガスタンク
１０２  ガス弁
１０３  第１のガス管路
１０４  タンク弁
１０５  第２のガス管路
１０６  減圧器
１０７  分配レール
１０８  内燃エンジン
１０９  ガス噴射器
１１０  水膜
【図１】
2009198002.tif 000003
【図２】
2009198002.tif 000004
【図３】
2009198002.tif 000005
【図４】
2009198002.tif 000006
【図５Ａ】
2009198002.tif 000007
【図５Ｂ】
2009198002.tif 000008
【図５Ｃ】
2009198002.tif 000009
【図６】
2009198002.tif 000010
【外国語明細書】
2009198002.tif 000011
2009198002.tif 000012
2009198002.tif 000013
2009198002.tif 000014
2009198002.tif 000015
2009198002.tif 000016
2009198002.tif 000017
2009198002.tif 000018
2009198002.tif 000019
2009198002.tif 000020
2009198002.tif 000021
2009198002.tif 000022
2009198002.tif 000023
2009198002.tif 000024
2009198002.tif 000025
2009198002.tif 000026
2009198002.tif 000027
2009198002.tif 000028
2009198002.tif 000029
2009198002.tif 000030
2009198002.tif 000031
2009198002.tif 000032
2009198002.tif 000033
2009198002.tif 000034
2009198002.tif 000035
2009198002.tif 000036
2009198002.tif 000037
2009198002.tif 000038
2009198002.tif 000039
2009198002.tif 000040
2009198002.tif 000041
2009198002.tif 000042
2009198002.tif 000043
2009198002.tif 000044
2009198002.tif 000045
2009198002.tif 000046
2009198002.tif 000047
2009198002.tif 000048
2009198002.tif 000049
2009198002.tif 000050
2009198002.tif 000051