JP2007500808A

JP2007500808A - 自動車の気体燃料管理システム

Info

Publication number: JP2007500808A
Application number: JP2006521080A
Authority: JP
Inventors: ジャナーサナムシュリヤプラカッシュ; アール．ブランケンシップジョン; ジェイ．スツワボウスキスティーブ; ジー．グラボウスキアンソニー; クマールジョウラアルン; アール．グラボウスキジョン; ジェイ．フィリッピシオドア; ブラウンマイケル; イー．ソルティスリチャード
Original assignee: フォードグローバルテクノロジーズ、リミテッドライアビリティカンパニー
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2007-01-18
Also published as: EP1648723A1; WO2005016674A1; DE602004008642D1; US7970528B2; KR20060083407A; DE602004008642T2; US20070256737A1; EP1648723A4; EP1648723B1

Abstract

車両の燃料貯蔵タンク、燃料ライン及び、原動機の境界の外側の気体燃料の存在を検出する少なくとも一つのガスセンサを含む車両用の気体燃料管理システム。漏出ガスが検出され、濃度が所定の閾値を上回った場合、車両の原動機に対する燃料供給が中断され、そして、もしバッテリ動力モードが備えられているならば、車両はその後、運転者の利便性のため、そのモードで作動され得る。

Description

本発明は、自動車の原動機に供給される気体燃料を分配し、若しくは処理するためのシステムに関する。

車両設計者は、燃料経済性の改善と排気物質の低減を常に追及する中で、気体燃料の使用への流れを加速している。気体燃料はいくつかの利点を提供するものの、設計者に対して、時に処理することが難しい気体燃料の漏出排出物を含む、一連の特有課題をもたらす。例えば、水素の好ましくない放出は臭いや色では容易に検出できず、結果として、漏出した水素を監視するための電子検出手段の使用並びに、水素又は天然ガス若しくは液化石油ガスのような他の気体燃料の好ましくない排出の影響を軽減するための適切な対策を提供するシステムを車両内に構築することが望まれる。本発明の譲受人に譲渡されている米国特許 6,290,594は、解放された水素ガスの濃度を低減するためのファンを車両の室内空間内に有する車両に装備された、燃料電池内の漏出水素を測定するためのシステムを開示する。

しかしながら、この'594特許は漏出水素が検出されたときに気体燃料貯蔵タンクからの燃料供給を中断することをせず、そして'594特許のシステムは、車両内部の種々の空間のいずれか一つの空間で検出される漏出した水素あるいは他の気体燃料の濃度によって車両の原動機が停止されるときに、走行用モータ／発電機とともに水素あるいは他の気体燃料によって動力供給される内燃機関が備えられたハイブリッド車両の運転者に、限定された期間、モータ／発電機を使って車両を運転することを可能とする制御モードを欠いている。

乗員室と原動機とを有する自動車の気体燃料管理システムが、気体燃料貯蔵タンクと気体燃料を貯蔵タンクから原動機に運ぶための燃料ラインとを含む燃料システムを備えている。

その燃料ラインは、該燃料ライン内の気体燃料の流動を制御するための、少なくとも一つの電子制御弁を有する。電子制御弁に接続されて動作する燃料管理制御器は、車両内に取り付けられたガス・センサが気体燃料貯蔵タンク、燃料ライン又は、原動機の少なくとも一つの境界の外側に漏出気体燃料が存在することを検出したときに、その弁を閉じる。本発明によれば、原動機は、内燃機関、燃料電池、走行用モータ／発電機を備えた内燃機関または、本技術分野の当業者に知られておりこの明細書によって示唆される他の燃料消費型の原動機を含み得る。

本発明による燃料管理システムは好ましくは、ガス・センサからのガス検出信号に応じて燃料管理制御器によって操作される、少なくとも一つの空気循環器を更に含む。空気循環器は、車両内の換気される空間から漏出燃料ガスを除去すべく、ブロアー、ファン又は、該空間中の雰囲気空気を移動させるための他の装置のいずれかを含み得る。車両の乗員室は、サイドウインドウ、サンルーフ又は他の可動密閉パネルであり得る窓がガス・センサからのガス検出信号に応じて開けられるように、客室又は乗員室の少なくとも一つの窓を燃料管理システムに動作可能に接続することによって、換気され得る。この点に関して、「ガラスパネル」という用語は、車両の乗員室の換気に使用可能な、窓にような視覚装置や、半透明あるいは不透明な可動パネルのいずれかを意味する。

本発明によれば、原動機が内燃機関を含む場合、燃料管理制御器は、ガス・センサからのしかるべきガス検出信号が存在するときに、一つ以上の電子制御される燃料弁を閉位置にして保持することになる。より高いレベルのガス検出信号が存在する場合は、他の処置を採ることができる。例えば燃料管理制御器は、もし車両が走行用バッテリを備えているならば、その再充電を抑制したり、車両の燃料補給を抑制することが出来る。更に、前述した通り、ガス検出信号が存在する場合、燃料管理制御器は、車両の機関を停止しながら、同時に車両が走行用モータ／発電機によって作動し続けることを許容すべく、電子制御燃料タンク弁を閉じることができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、一台の車両に複数のガス検出センサが使用してもよいことが企図される。センサは、機関室若しくは原動機室の中はもちろん、燃料タンクがその中に取り付けられている筐体の内側に配置することができる。追加のセンサを、乗員室の内側及び、内部に走行用バッテリが配置されている筐体の内側に配置することができる。さらに好ましい実施形態においては、少なくとも一つの換気ダクトは、その第一の端部が内部に燃料貯蔵タンクが載置されている筐体に接続するように配置される一方、その第二の端部が自動車の外部表面に取り付けられたエキストラクターに接続されており、それによって燃料貯蔵タンクから燃料タンク筐体に入ってくるどんな漏出気体燃料も、車両が動いているときに車体の表面を流れ去る空気によって筐体から抜き出される。これは、空気が漏出燃料ガス排出物を除去しながら原動機室を吹き抜けることができるように原動機室の上部に形成された換気開口の使用と同じように、所謂受動型の装置である。

本発明の別の観点によれば、気体燃料を供給される原動機と走行用モータ／発電機との両方を有する気体燃料自動車の動作方法が、車両内の種々の空間内における漏出燃料ガスの重大な蓄積を軽減するための受動換気システムを設ける工程及び、車両の少なくとも一つの室内空間の内部の漏出燃料ガスの存在を判定すべく、少なくとも一つの電子センサによって上記室内空間を監視する工程を含む。本方法はまた、原動機を作動不能とする一方、走行用モータ／発電機の作動を許容しながら、周辺空気を車両内部の少なくとも一つの空間に供給するためのファンやブロアのような空気循環器の提供を含んでおり、それにより、運転者に対して走行用モータ及び走行用バッテリを使用した限定的な動作を可能としながら、循環器が作用する室内空間を浄化する。

本発明の方法による追加の工程は、車両の乗員室の可動ガラスを開ける工程及び、気体燃料タンクと原動機との間に配置された燃料供給弁を閉じる工程が含まれる。電子ガスセンサ・システムが動作不能になるか、それとも、所定の漏出燃料ガス濃度閾値が超えられた場合に、原動機の燃料供給を遮断することによって原動機が動作不能とされると共に、走行用モータ／発電機の作動を可能とし、同時に、車両の室内空間を浄化するように少なくとも空気循環器を作動させることになる。

車両の信頼性を高めると同時に、車両の燃料経済性を維持する態様で、漏出燃料ガス排出物が処理され得る点が、本発明の利点である。

気体燃料管理システムが、水素、天然ガス又は、液化石油ガスに関して採用されることが可能となり、且つ、原動機として燃料電池、機関とモータ／発電機の組み合わせ、機関のみ、又は更に他のタイプの燃料消費型の原動機を持つ車両において使用することができるということが、本発明の利点である。

本発明の他の利点そして目的及び特徴が、本明細書の読者に明らかになるであろう。

図1に示すように、車両10は、サイドウインドウ52及びムーンルーフ46のような、いくつもの可動ガラス装置を有する。車両10はまた、機関室フード42の後縁に形成された一連の通気孔44も有する。最後に、車両10は運転者（左）側のクォータパネル上に形成されたNACAスクープ（scoop）56及び、助手席（右）側のクォータパネル上に形成されたNACAスクープを有する。車両10が動いているときに、NACAスクープの空気力学的作用によって車両10の内部から空気が抜き出される。この特徴は、通気孔44による換気と同様に、受動型換気システムの一部を提供する。図2に示されるように、車両10の車台は、天然ガス、水素、液化石油ガス又は他の圧縮及び/又は液化燃料ガスのいずれか一つに適した圧縮及び/又は液化ガス燃料タンクである、燃料タンク12を有する。本明細書において「気体燃料」という用語は、圧縮ガスとして単一の相で貯蔵された燃料又は、圧縮ガスと液体の二相で貯蔵された燃料のいずれかを意味する。

走行用バッテリ14は気体燃料貯蔵タンク12に隣接して搭載されており、燃料タンク12からのガス若しくは液体並びに走行用バッテリ14からの電気エネルギーは、原動機20が設置される車両10の前部に移動する。

原動機20は、図3に示されるように、伝動装置30に連結され、走行用モータ／発電機34を伴う又は伴わない機関26を有するものとすることができる。あるいは、原動機20が、燃料電池及び付随の走行用モータ／発電機又は、走行用モータ／発電機を伴わない内燃機関を含むものとすることができる。

気体燃料は概して空気中に浮遊しており、ムーンルーフ46及び機関室通気孔44による換気の使用は、この浮揚性をうまく利用している。これらは、燃料タンク筐体の通気ダクト88を通して空気を抜き出すためのNACAスクープの使用と同様に、受動型換気装置である（図3）。ダクト88は燃料タンク筐体18との内側接続部と、前述のNACAダクトの一つとの外側接続部とを有する。燃料タンク筐体18内に配置されるガス・センサ22bは、貯蔵タンク12の境界の外側の気体燃料（この場合、水素）の存在を検出する。下記に十分に説明するように、センサ22bによって望ましくないレベルの気体燃料が検出された場合にタンク筐体18を換気するために、燃料タンク筐体の換気ファン84が使用される。本技術分野の当業者であれば、この明細書を考慮して、浮揚性が欠如する場合には適切に調整を行って、ガス検出と能動型換気装置及び受動型換気装置とをここに記載されたように使用できることを十分に理解するであろう。

バッテリ14が、バッテリ室ファン80によって換気されるバッテリ筐体32内に配置されており、バッテリ室ファン80は、燃料タンク筐体の換気ファン88と同様に、センサ22cを用いて閾値を超える漏出燃料ガスの濃度が検出された場合に作動させられることになる。空調ファン66が乗員室68内に取り付けられ、センサ22aが乗員室内側の漏出ガスを検出した場合に起動される。同様に、センサ22dが機関室40内の漏出気体ガスを探知した場合に、機関冷却ラジエータ62のためのラジエータ・ファン64が作動させられる。

走行用モータ／発電機34を作動させるための高電圧リレーを収容するヒューズとリレーのボックスは、後述のように作動させられる換気ファン74を備えている。

図4に示されるように、車両10は、燃料管理制御器24に作動させられるドライバー・インフォメーション・ディスプレイ36を更に備えている。ドライバー・ディスプレイ36は、車両10の内側と外側の両方から見ることのできる二色ランプを含む。もしランプが緑色ならば、これは燃料処理システム内部において障害が検出されていないことを意味する。もしランプが赤色ならば、これは閾値濃度を超えた濃度の漏出ガスが検出されているか、もしくは、一つ以上のセンサ22が規定外にあることを意味する。ドライバー・インフォメーション・ディスプレイ36は、より高いレベルの漏出ガスが検出された場合に起動される、可聴式の警報装置を更に含む。

図4に示すように、燃料管理制御器24は、タンク筐体18用及びバッテリ筐体32用の種々の空気循環器、乗員室のHVACファン66並びに機関室冷却ファン/ラジエータ冷却ファン64を含む空気循環器28を作動させるのと同様に、可動ガラス46及び52を作動させる。燃料管理制御器24はガス・センサ22a〜22dから信号を受信し、機関26及び走行用モータ／発電機34全体を管理する機能的制御器を有する車両システム制御器38に動作可能に接続される。燃料管理制御器24はまた、燃料弁58a〜58cを作動させる。

図5に示すように、本発明による方法はブロック100において開始する。ブロック102において、燃料管理制御器24が車両10内の室内空間のデータを抽出すべくガス・センサ22a〜22dを作動させる。本発明の発明者は、Chico,CAのMakel Engineering社によって製造され、型式番号02HDS021を持つ、微小測定用のシリコン・ガス・センサが本発明の実施に有用であると判断した。

ブロック104において、漏出燃料ガスの濃度が測定されているならば、それが低側濃度閾値CG₁と比較される。漏出ガス濃度がCG₁より低い場合、本ルーチンはブロック102におけるデータ抽出を継続する。しかしながら、もしブロック104において濃度がCG₁を上回るならば、ルーチンは低レベル軽減ルーチンが実行されるブロック106に移動する。

ブロック106における低レベル軽減ルーチンは、ムーンルーフ46又はサイドウインドウ52のような可動ガラスの開放、走行用バッテリ14の高電圧充電の中断及び漏出ガスが検出されたことの運転者への警報を含む。また、燃料タンク筐体のファン84及びバッテリ筐体のファン80が起動されることになる。もし乗員室内で漏出が検出されるならば、空調ファン66が作動されることになる。もし機関室内で漏出燃料ガスが検出されるならば、機関冷却ファン64が作動される一方、空調ファン66が停止されることになる。また、車両の燃料補給が抑制されることになる。

ブロック106において低レベル軽減ルーチンが開始した後、ルーチンはブロック108に進み、そこでセンサ22a〜22dからの測定されたガス濃度が上側閾値CG₂と比較される。もしガス濃度がCG₂より高くないならば、ガスの濃度が閾値CG₁を下回るまで、低レベル軽減ルーチンは継続することになる。ブロック108において、もしガス濃度がCG₂を上回るならば、ルーチンはブロック110に進み、そこで燃料遮断弁58a,b及びcによって燃料を遮断することにより原動機20が停止されることになる。これは、原動機内部の燃料処理の不具合だけでなく、燃料タンク12と原動機20との間の気体若しくは液体を運ぶ燃料ライン16内に存在する燃料システムの不具合を軽減する働きをすることになる。

ブロック110において原動機を停止してから、燃料管理制御器24はブロック112に進み、高レベル軽減ルーチンが実行されることになる。この高レベル軽減ルーチンは、燃料タンク・ソレノイド弁58a,b及びcが全ての条件において閉じされているかを確かめるような工程を含み、さらに、換気ファン80及び84の作動を維持する工程をも含む。燃料ソレノイド弁58a〜58cが一旦閉じられると、それらは車両の運転者により手動のリセットが行なわれるまで開くことができない。

ブロック110においては前述のように、原動機28が停止されたときには、機関26は燃料を全く受けることがなくなる。その結果、運転者のための利便性を考慮して、車両が限定された期間の間、電気駆動能力のみによって駆動されることを可能にする、限定作動制御もしくはリンプホーム・モードが走行用モータ／発電機34により開始されることになる。ブロック114において、図5のルーチンは、漏出ガスの濃度がCG₂を下回るまで、高レベル軽減ルーチンの作動を継続する。ブロック112において、測定された燃料ガスの濃度がCG₂を下回る場合はルーチンがブロック104へ進み、測定されたガス濃度のCG₁との比較を継続する。好ましくは、図5の方法は車両10が燃料を搭載している時は常に作動する。

本発明を、その特定の実施形態に関連して説明してきたが、本技術分野の当業者によって、種々の修正、変更及び調整が、特許請求の範囲に説明される本発明の技術思想及び範囲から逸脱すること無く行なわれ得ることを理解すべきである。

本発明による燃料管理システムを有する車両の斜視図である。本システム及び方法に関連する種々の構成要素を示す図1の車両の車台の斜視図である。図1及び2の車両の平面図である。本発明による気体燃料管理システムの種々の構成要素を示すブロック図である。本発明による気体燃料管理システムの作動の一部を示すフローチャートである。

Claims

乗員室及び原動機を有する自動車の気体燃料管理システムであって、
気体燃料貯蔵タンクと、
上記貯蔵タンクから上記原動機へ気体燃料を運ぶと共に、その中での気体燃料の流量を制御するための少なくとも一つの電子制御弁を有する燃料ラインと、
上記貯蔵タンク、上記燃料ライン及び上記原動機の少なくとも一つの境界の外側の気体燃料の存在を検出し、所定の閾値を上回る燃料ガス濃度が検出された場合にガス検出信号を出力する少なくとも一つのガス・センサと、
上記電子制御弁及び上記ガス・センサに接続されて作動し、上記ガス・センサがガス検出信号を出力した場合に上記電子制御弁を閉じる燃料管理制御器とを備える気体燃料管理システム。
上記原動機は内燃機関を有する、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
上記原動機は燃料電池を有する、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
上記ガス・センサからのガス検出信号に応じて、上記燃料管理制御器によって作動させられる、少なくとも一つの空気循環器を更に備える、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
上記燃料管理制御器は、上記ガス・センサからのガス検出信号に応じて、上記乗員室の少なくとも一つの窓を開放する、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
上記少なくとも一つの窓は、上記乗員室のムーンルーフである、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
上記原動機は内燃機関を有し、
上記燃料管理制御器は、上記ガス検出信号が存在する場合に上記電子制御弁を閉位置にして保持する、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
上記原動機は、走行用モータ／発電機及び伝動装置に連結された内燃機関を有する、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
上記燃料管理制御器は、上記ガス検出信号が存在する場合に走行用バッテリの再充電を抑制する、
請求項8に記載の気体燃料管理システム。
上記燃料管理制御器は、上記ガス検出信号が存在する場合に上記電子制御弁を閉じると共に、上記車両が上記走行用モータ／発電機によって作動し続けることを許容する、
請求項8に記載の気体燃料管理システム。
上記気体燃料は水素である、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
上記気体燃料は天然ガスである、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
上記気体燃料は液化石油ガスである、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
ガス検出信号が存在する場合に上記車両の運転者に警報するための警報システムを更に備える、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
上記少なくとも一つのガス・センサは、上記燃料貯蔵タンクが内部に載置される筐体の内側に設置される、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
上記少なくとも一つのガス・センサは、上記原動機が内部に載置される区画の内側に設置される、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
上記少なくとも一つのガス・センサは、上記乗員室の内側に設置される、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
上記少なくとも一つのガス・センサが、上記走行用バッテリが内部に設置される筐体の内側に設置される、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
内部に上記燃料貯蔵タンクが載置される筐体に接続される第一端部及び上記車両の外部表面に取り付けられたエキストラクターに接続された第二端部を有する少なくとも一つの換気ダクトを更に備え、
上記燃料貯蔵タンクから上記筐体に入る気体燃料が上記換気ダクトによって該筐体から抜き出される、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
上記原動機が内部に設置されている区画の上部に形成される少なくとも一つの換気開口を更に備え、
上記原動機から上記区画に入る気体燃料が上記換気開口によって該区画から抜き出される、
請求項1に記載の気体燃料管理システム。
乗員室と、
内燃機関を有する原動機と、
燃料管理システムとを備える車両であって、
上記燃料管理システムは、
それと共に関連づけられる少なくとも一つの空気循環器を有する筐体の内部に載置された気体燃料貯蔵タンクと、
上記貯蔵タンクから上記原動機へ気体燃料を運ぶと共に、その中での気体燃料の流量を制御するための少なくとも一つの電子制御弁を有する燃料ラインと、
上記貯蔵タンク、上記燃料ライン及び上記原動機の少なくとも一つの境界の外側の気体燃料の存在を検出し、所定の閾値を上回る燃料ガス濃度が検出された場合にガス検出信号を出力する少なくとも一つのガス・センサと、
上記電子制御弁及び上記ガス・センサに接続されて動作し、上記ガス・センサがガス検出信号を出力した場合に上記電子制御弁を閉じると共に、上記燃料貯蔵タンクの筐体を換気すべく上記少なくとも一つの空気循環器を作動させる燃料管理制御器とを有する車両。
乗員室と、
少なくとも一つの走行用モータ／発電機に連結された内燃機関を有する原動機と、
燃料管理システムとを備える車両であって、
上記燃料管理システムは、
それと共に関連づけられる少なくとも一つの空気循環器を有する筐体の内部に載置された気体燃料貯蔵タンクと、
上記貯蔵タンクから上記原動機へ気体燃料を運ぶと共に、その中での気体燃料の流量を制御するための少なくとも一つの電子制御弁を有する燃料ラインと、
上記貯蔵タンク、上記燃料ライン及び上記原動機の少なくとも一つの境界の外側の気体燃料の存在を検出し、所定の閾値を上回る燃料ガス濃度が検出された場合にガス検出信号を出力する少なくとも一つのガス・センサと、
上記電子制御弁及び上記ガス・センサに接続されて動作し、上記ガス・センサが燃料ガスの濃度が所定の閾値を上回ったことを示すガス検出信号を出力した場合に、上記走行用モータ／発電機で車両の作動の継続を許容する一方で、上記電子制御弁を閉じることによって上記機関を停止すると共に、上記燃料貯蔵タンクの筐体を換気すべく上記少なくとも一つの空気循環器を作動させる燃料管理制御器とを有する車両。
上記乗員室に取付けられ、上記ガス・センサがガス検出信号を出力した場合に上記燃料管理制御器によって開放するように制御される、複数の可動ガラスパネルを更に有する、
請求項22に記載の車両。
気体燃料を供給される原動機と走行用モータ／発電機との両方を有する気体燃料自動車の動作方法であって、
上記車両内部の漏出燃料ガスの重大な蓄積を軽減するための受動型換気システムを提供する工程と、
上記車両の少なくとも一つの内部空間の漏出燃料ガスの存在を検出すべく、少なくとも一つの電子ガス・センサによって上記内部空間を監視する工程と、
上記車両の上記少なくとも一つの内部空間に周囲の空気を供給するための、少なくとも一つの空気循環器を提供する工程と、
上記車両の作動中に漏出ガスが探知された場合に、上記走行用モータ／発電機の作動を可能とする一方で上記原動機の作動を停止し、そして上記少なくとも一つの内部空間から漏出燃料ガスを排出すべく上記少なくとも一つの空気循環器を作動させる工程とを備える方法。
漏出燃料ガスが探知された場合に、上記車両の乗員室内の可動ガラスを開放する工程を更に備える、
請求項24に記載の方法。
上記原動機を停止する工程は、気体燃料貯蔵タンクと上記原動機との間に設置された燃料供給弁を閉じる工程を少なくとも含む、
請求項24に記載の方法。
上記少なくとも一つの内部空間内に漏出ガスが探知された場合に、上記車両が燃料補給されるのを抑制する工程を更に備える、
請求項24に記載の方法。
上記電子ガス・センサが動作不能となった場合に、上記走行用モータ／発電機の作動を可能とする一方で上記原動機の作動を停止し、そして上記少なくとも一つの内部空間を浄化すべく上記少なくとも一つの空気循環器を作動させる工程を更に備える、
請求項24に記載の方法。
漏出燃料ガスが第一の低側所定濃度を上回っていることが探知された場合において上記少なくとも一つの空気循環器を作動させ、更に、漏出燃料ガスが第二の高側所定濃度を上回っていることが探知された場合に上記原動機を停止する、
請求項24に記載の方法。
漏出燃料ガスが所定の閾濃度を上回って検出される場合に、車両の運転者に警報する工程を更に備える、
請求項24に記載の方法。