JP2018049703A - 燃料電池システム、及び燃料状態検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料状態検出システム及び燃料状態検出方法、そして燃料状態検出システムを用いた燃料噴射制御システムを提供する。【解決手段】燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタック１と、燃料ガスとなる液体燃料を蓄える燃料タンク２０と、酸化剤ガスを供給するコンプレッサ３１と、燃料タンク２０及びコンプレッサ３１に接続され、燃料電池スタック１に対して燃料ガス及び酸化剤ガスを給排する給排機構と、を備える燃料電池システム１００である。この燃料電池システム１００は、燃料タンク２０と給排機構との間に介装され、可動部を開閉することで給排機構に液体燃料を供給する燃料噴射弁６０と、可動部の可動状態に基づき可動特性を検出する可動特性検出部と、液体燃料の種類ごとの可動特性を示す標準情報が記憶された記憶部８４と、可動特性と標準情報に基づいて、液体燃料の状態を検出する燃料状態検出部８３と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、燃料電池システム、及び燃料状態検出方法に関する。

固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ、Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は、高効率、長時間の安定性等の観点から車両に搭載すべき燃料電池として期待されている。燃料電池の燃料としては、例えばエタノール等の揮発成分を所定の混合比で水に混合させた液体燃料が提案されている。液体燃料は、燃料ガスをタンクに貯蔵する場合よりも安全に管理することができる。このため、ドライバーは、液体燃料を簡便に手に入れられるようになると考えられるが、誤って燃料タンクに不適正な液体燃料を注入してしまうことが懸念される。

この問題を解決するため、特許文献１は、給油口と燃料タンクとを接続する経路に中間槽を介装し、中間槽に注入された燃料の比重を測定することで、注入された燃料の適正・不適性の判別を行う技術を開示している。

特開２００９−７３２０６号公報

ところで、上記技術では、液体燃料が適正か不適性かの判断を行っているが、適正な液体燃料が注入された場合であっても時間経過とともに液体燃料の混合比が変化する場合がある。そして、混合比がわずかに変化した場合でも、着火不良、改質不良、発電不良、煤発生等の不具合が生じるおそれがあるため、そのような液体燃料の使用を回避する必要がある。しかし、混合比がわずかに変化した程度では、液体燃料の比重はほとんど変化せず、比重を用いた燃料の適正・不適性の判別は困難となる。

そこで、本発明は、新たな構成を追加することなく、不適正な液体燃料の判別をより確実に行って当該液体燃料の使用を回避する燃料電池システム、及び燃料状態検出方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様における燃料電池システム及び燃料状態検出方法は、燃料電池に供給される液体燃料を噴射する燃料噴射弁の可動特性を検出する。そして、可動特性と、液体燃料の種類ごとの前記可動特性を示す標準情報と、に基づいて、液体燃料の状態を検出可能となるように構成されていることを特徴とする。

上記態様であれば、動作時間は、液体燃料の動粘度に依存するため、適正な液体燃料の動作時間と算出された動作時間を比較することで、燃料噴射弁に注入された液体燃料が適正か不適正かを判別することができる。

図１は、本実施形態の燃料電池システムの主要構成を示すブロック図である。 図２は、燃料噴射弁（非噴射時）の断面図である。 図３は、燃料噴射弁（噴射時）の断面図である。 図４は、燃料噴射弁のプランジャロッドの変位と、燃料噴射弁のソレノイドに印加される電流及び電圧の時間変化を示す図である。 図５は、改質用燃料、軽油、ガソリンの動粘度と、燃料噴射弁の開弁時間との関係を示す図である。 図６は、本実施形態の燃料電池システムの燃料噴射制御の制御ブロック図である。 図７は、本実施形態の燃料電池システムの起動制御の手順を示すフローチャートである。 図８は、本実施形態の燃料電池システムの燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

［燃料電池システムの構成］
図１は、本実施形態の燃料電池システム１００の主要構成を示すブロック図である。本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１に燃料ガス（アノードガス）を供給する燃料ガス供給系２（給排機構）と、燃料電池スタック１に酸化剤ガス（アノードガス、空気）を酸化剤ガス供給系３（給排機構）と、燃料電池スタック１から排出された燃料オフガス（アノードオフガス）及び酸化剤オフガス（カソードオフガス）を排気するシステム排気系（給排機構）と、燃料電池スタック１から電力を取り出して動力を得るシステム駆動系５から構成される。

燃料ガス供給系２は、燃料タンク２０に接続され、フィルタ２１、ポンプ２２、蒸発器２４、熱交換器２５、改質器２６等からなりこれらを直列に接続する経路２３（経路２３Ａ）が燃料電池スタック１に接続されている。燃料ガス供給系２のうち、蒸発器２４、熱交換器２５、改質器２６は、燃料改質系を構成する。

酸化剤ガス供給系３は、上流にフィルタ３０を備えたコンプレッサ３１（酸化剤ガス供給部）に接続され、熱交換器３３、起動燃焼器３４、触媒燃焼器３５等からなり、これらを直列に接続する経路３２（経路３２Ａ）が燃料電池スタック１に接続されている。酸化剤ガス供給系３のうち、起動燃焼器３４、触媒燃焼器３５は、起動燃焼系を構成する。

システム排気系は、排気燃焼器４等からなる。システム駆動系５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０、バッテリ５１、駆動モータ５２等からなる。また、燃料電池システム１００は、システム全体の動作を制御するコントローラ８を備えている。

上記構成要素のうち、燃料電池スタック１、給排機構（蒸発器２４、熱交換器２５、改質器２６、熱交換器３３、起動燃焼器３４、触媒燃焼器３５、排気燃焼器４）は、断熱ケース７に収容され、外部への熱の放出を低減して、燃料電池スタック１の発電制御時におけるそれぞれの温度低下を抑制している。

燃料電池スタック１は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）であり、セラミック等の固体酸化物で形成された電解質層を、アノード電極（燃料極）と、カソード電極（空気極）により挟み込んで得られるセルを積層したものである。そして、アノード電極には、液体燃料を改質器２６により改質した燃料ガスが供給され、カソード電極には酸化剤ガスが供給される。

ここで、アノードとは、燃料電池スタック１を構成するアノード電極のみならず、アノード電極に燃料ガスを供給する燃料電池スタック１内の通路、及びアノード電極で反応後の燃料オフガスを排出させる燃料電池スタック１内の通路も含むものとする。同様に、カソードとは、燃料電池スタック１を構成するカソード電極のみならず、カソード電極に酸化剤ガスを供給する燃料電池スタック１内の通路、及びカソード電極で反応後の酸化剤オフガスを排出させる燃料電池スタック１内の通路も含むものとする。

燃料電池スタック１では、燃料ガス中に含まれる水素と酸化剤ガス中の酸素とを反応させて発電を行うとともに、反応後に生成される燃料オフガスと酸化剤オフガスを排出する。また、燃料電池スタック１には、燃料電池スタック１内の温度を測定する温度センサ１０が取り付けられている。

燃料電池スタック１（マニホールド）には、燃料電池スタック１のアノードに燃料ガスを供給する経路２３Ａ、燃料電池スタック１の起動制御時に燃焼ガスを燃料電池スタック１のカソードに供給し発電制御時に酸化剤ガスを燃料電池スタック１のカソードに供給する経路３２Ａ、燃料電池スタック１のアノードから排出された燃料オフガスを排気燃焼器４に導入する排気経路２７、燃料電池スタック１のカソードから排出された酸化剤オフガスを排気燃焼器４に導入する排気経路３６が接続されている。

燃料タンク２０は、例えばエタノールと水を混合させた液体燃料を蓄えるものであり、ポンプ２２は、液体燃料を吸引して所定の圧力で燃料供給系に液体燃料を供給するものである。フィルタ２１は、燃料タンク２０とポンプ２２の間に配置され、ポンプ２２に吸引される液体燃料内のごみを除去するものである。

燃料タンク２０から液体燃料を供給する経路２３は、蒸発器２４に液体燃料（改質用燃料）を供給する経路２３Ａ、起動燃焼器３４に液体燃料（燃焼用燃料）を供給する経路２３Ｂ、触媒燃焼器３５に液体燃料（燃焼用燃料）を供給する経路２３Ｃ、排気燃焼器４に液体燃料（燃焼用燃料）を供給する経路２３Ｄに分岐する。経路２６Ａの蒸発器２４よりも液体燃料の上流側となる位置には、経路２６Ａの流路を開放・閉止可能な開閉弁６１Ａが取り付けられ、その後段に液体燃料を蒸発器２４に噴射する燃料噴射弁６０Ａ（燃料噴射弁６０）が取り付けられている。

同様に、経路２３Ｂには、開閉弁６１Ｂが取り付けられ、その後段には起動燃焼器３４に液体燃料を噴射する燃料噴射弁６０Ｂ（燃料噴射弁６０）が取り付けられている。経路２３Ｃには、開閉弁６１Ｃが取り付けられ、その後段には触媒燃焼器３５に液体燃料を噴射する燃料噴射弁６０Ｃ（燃料噴射弁６０）が取り付けられている。経路２３Ｄには、開閉弁６１Ｄが取り付けられ、その後段には排気燃焼器４に液体燃料を噴射する燃料噴射弁６０Ｄ（燃料噴射弁６０）が取り付けられている。

開閉弁６１Ｂは、燃料電池システム１００の起動制御時に経路２３Ｂを開放して液体燃料を流通させ、起動制御終了後に経路２６Ｂを閉止する。同様に、開閉弁６１Ｃは、燃料電池システム１００の起動制御時に経路２３Ｃを開放して液体燃料を流通させ、起動制御終了後に経路２６Ｃを閉止する。また、開閉弁６１Ａは、起動制御時は経路２３Ａを閉止しているが、起動制御終了後に経路２３Ａを開放して液体燃料を流通させる。開閉弁６１Ｄは、燃料電池システム１００の起動制御時に経路２３Ｄを所定の開度で開放して液体燃料を流通させるが、排気燃焼器４が触媒燃焼可能な所定温度に到達すると経路２３Ｄを閉止する。

蒸発器２４は、排気燃焼器４から排気される排気ガスの熱を利用して液体燃料を気化させるものである。熱交換器２５は、排気燃焼器４から熱が供給され、気化した液体燃料を改質器２６において改質するためにさらに加熱するものである。

改質器２６は、触媒反応により液体燃料（改質用燃料）を、水素を包含する燃料ガスに改質して燃料電池スタック１のアノードに供給するものである。

コンプレッサ３１は、フィルタ３０を通じて外気を取り入れて空気を燃料電池スタック１に供給するものである。コンプレッサ３１が排出された空気を供給する経路３２には、リリーフバルブ６４が取り付けられ、経路３２内の圧力が所定値を超えると経路３２を開放し、コンプレッサ３１に対する所定以上の負荷を回避している。また、経路３２は、空気（酸化剤ガス）を熱交換器３３に供給する経路３２Ａ、空気を起動燃焼器３４に供給する経路３２Ｂ、空気を熱交換器２５（改質器２６）に供給する経路３２Ｃ、空気を排気燃焼器４に供給する経路３２Ｄに分岐する。

経路３２Ａには、スロットル６２Ａが取り付けられ、経路３２Ｂには、スロットル６２Ｂが取り付けられ、経路３２Ｃには、スロットル６２Ｃが取り付けられ、経路３２Ｄには、スロットル６２Ｄが取り付けられ、それぞれコントローラ８の制御により空気（酸化剤ガス）の流量が調整できるようになっている。さらに各経路の各スロットルよりも空気の下流となる位置には、火炎をせき止める逆火防止装置６３が取り付けられている。

スロットル６２Ａは、燃料電池スタック１の起動制御時及び発電制御時に経路３２Ａを開放して所定量の空気を流通させる。スロットル６２Ｂは、燃料電池スタック１の起動制御時に経路３２Ｂを開放して所定量の空気を流通させるが、起動制御終了後は経路３２Ｂを閉止する。スロットル６２Ｃは、燃料電池スタック１の起動制御時は開放せず、燃料電池スタック１の発電制御時に、必要に応じて経路３２Ｃを開放して所定量の空気（改質調整用の酸素）を流通させる。スロットル６２Ｄは、燃料電池スタック１の起動制御時に経路３２Ｄを開放して所定量の空気を流通させるが、排気燃焼器４が触媒燃焼可能な温度に到達したときに経路３２Ｄを閉止する。

熱交換器３３は、排気燃焼器４から排出された排気ガスの熱を利用して、燃焼ガス用の空気または酸化剤ガス用の空気を加熱するものである。

起動燃焼器３４は、燃料電池システム１００の起動制御時において、熱交換器３３により加熱された空気と、燃料噴射弁６０Ｂから供給された液体燃料と、が供給され両者を混合する。そして、起動燃焼器３４に付属する着火装置により空気と液体燃料の混合物に着火させて高温の燃焼ガスを生成する。また起動燃焼器３４には、経路３２Ｂから空気が導入され、燃焼ガスと空気との混合ガスを触媒燃焼器３５に供給する。

触媒燃焼器３５は、燃料電池システム１００の起動制御時において、起動燃焼器３４から供給された前記混合ガスと燃料噴射弁６０Ｃから供給された液体燃料とを混合し触媒反応を利用して大量の燃焼ガスを生成して燃料電池スタック１に供給するものである。

なお、起動制御終了後は、燃焼ガスの生成は終了し、熱交換器３３、起動燃焼器３４、触媒燃焼器３５を通過した空気が酸化剤ガスとして引き続き用いられ燃料電池スタック１に供給されて発電制御に移行する。

排気燃焼器４は、発電制御時において、排気経路２７から供給された燃料オフガスと排気経路３６から供給された酸化剤オフガスを混合してその混合ガスを触媒燃焼させ、二酸化炭素や水を主成分とする排気ガスを生成するとともに、触媒燃焼による熱を熱交換器２５等に伝達するものである。また、排気燃焼器４は、起動制御時において燃料噴射弁６０Ｄから供給された液体燃料と、経路３２Ｄから供給された空気とを混合し、これを付属の着火装置を用いて燃焼し、前述同様の排気ガスを生成する。さらに、排気燃焼器４は、燃焼後の排気ガスを排気する排出経路４１に接続され、排出経路４１が蒸発器２４、熱交換器３３を通過し、マフラー（不図示）に接続している。よって、蒸発器２４、熱交換器３３は排気ガスにより加熱される。なお、排気燃焼器４には、排気燃焼器４の温度を測定する温度センサ４０が取り付けられている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、燃料電池スタック１に接続され、燃料電池スタック１の出力電圧を昇圧してバッテリ５１または駆動モータ５２に電力を供給するものである。バッテリ５１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０から供給された電力を充電するとともに、駆動モータ５２に電力を供給するものである。駆動モータ５２は、インバータ（不図示）を介してバッテリ５１及びＤＣ／ＤＣコンバータ５０に接続され、車両の動力源となっている。また、車両のブレーキ時において、駆動モータ５２は回生電力を発生させるが、これをバッテリ５１に充電させることができる。

バッテリ５１及び駆動モータ５２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０を介して、燃料電池スタック１に接続された負荷となる。一方、ポンプ２２やコンプレッサ３１等の燃料電池スタック１を発電させるための補機も負荷として燃料電池スタック１に接続し燃料電池スタック１からの電力供給により駆動することができるが、バッテリ５１からの電力供給により駆動することもできる。

コントローラ８は、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、ＣＰＵを含む汎用の電子回路と周辺機器から構成され、特定のプログラムを実行することにより燃料電池システム１００を制御するための処理を実行する。また、コントローラ８は、燃料電池システム１００を構成する構成要素の駆動・停止制御（ＯＮ・ＯＦＦ制御）を行うことができる。後述のようにコントローラ８が行う燃料電池システム１００の制御としては、燃料電池スタック１が発電できるように加熱する起動制御、通常の発電を行う発電制御、システムを停止させる停止制御がある。なお、燃料電池スタック１の停止制御においては、アノード（アノード電極）の劣化を抑制するため、燃料電池スタック１の開放電圧程度の電圧を保護電圧として印加する必要がある。このため、当該保護電圧を印加する保護回路（不図示）を燃料電池スタック１に接続しておき、燃料電池スタック１の停止制御中にコントローラ８が保護回路（不図示）を駆動させる。

さらに、コントローラ８は、ポンプ２２が駆動している間に、燃料タンク２０から供給される改質用燃料が適正なものか不適正なものかを判断する燃料状態検出部８３（図６）を備えている。また、コントローラ８は、負荷（ＤＣ／ＤＣコンバータ５０）の要求に応じて、燃料噴射弁６０の開弁動作時間及び閉弁動作時間を制御することで液体燃料の噴射量を制御する噴射制御部８１（図６）を備えている。

図２、図３は、燃料噴射弁６０（非噴射時、噴射時）の断面図である。図２、図３に示すように、燃料噴射弁６０は、先端に燃料噴射孔６０１を備えた円筒状のノズルボディ６０２と、このノズルボディ６０２の基端側に接続されたヨーク６０３と、ノズルボディ６０２の内部に移動可能に挿通されたプランジャロッド６０４（可動部）と、プランジャロッド６０４の基端側に位置してヨーク６０３内に固着された円筒状のコア６０５と、を備える。コア６０５の外周側には、コイルボビン６０９に保持された状態でソレノイド６１０が巻装されている。また、コア６０５の内周側にはスプリング６１２（可動部）が配設されており、このスプリング６１２がプランジャロッド６０４の基端のアンカに当接してプランジャロッド６０４をノズルボディ６０２の先端側へと付勢している。このスプリング６１２による付勢力は、スプリングアジャスタ６１３によって調整されている。

ノズルボディ６０２とヨーク６０３の外周を覆うようにペルチエ素子等で形成された温度調整部６０６が取り付けられている。温度調整部６０６は、燃料導入口６１１から導入された液体燃料を冷却するものである。燃料噴射弁６０には、温度センサ６１４（温度検出手段）が取り付けられている。また、図示は省略するが、燃料噴射弁６０には、ソレノイド６１０を流れる電流を測定する電流センサとソレノイド６１０に印加された電圧を測定する電圧センサが取り付けられている。

燃料噴射弁６０に圧送された液体燃料は、コア６０５内部の空間やこれに連通するノズルボディ６０２内部の空間を経由して、ノズルボディ６０２先端の燃料噴射孔６０１へと導かれる。つまり、燃料噴射弁６０内は、コア６０５内部やノズルボディ６０２内部の空間が加圧された液体燃料が流れる燃料流路となっている。この燃料噴射弁６０の燃料流路は、前述の経路２３Ａ、経路２３Ｂ、経路２３Ｃ，経路２３Ｄのいずれかに連通している。

燃料噴射弁６０は、非噴射時において、プランジャロッド６０４がスプリング６１２によりノズルボディ６０２の先端側に付勢され、図２に示すように、プランジャロッド６０４の先端部がノズルボディ６０２の先端内周面に当接することで、ノズルボディ６０２の先端に設けられた燃料噴射孔６０１を閉塞している。よって、燃料噴射弁６０内の液体燃料は、プランジャロッド６０４とノズルボディ６０２に接触部分で遮断され、燃料噴射孔６０１から外部に液体燃料が噴射されることはない。

ここで、ソレノイド６１０に駆動電圧（駆動電流）を印加すると、電磁力の作用によりプランジャロッド６０４がスプリング６１２の付勢力に抗してコア６０５側へと移動し、フランジ６０７がストッパ６０８に当接するまでプランジャロッド６０４が引き上げられる。これにより、図３に示すように、プランジャロッド６０４の先端部がノズルボディ６０２の先端内周面から離間して燃料噴射孔６０１が開放された状態となり、燃料流路内の加圧された液体燃料が燃料噴射孔６０１を通って燃料噴射弁６０の外部に噴射される。

ソレノイド６１０への通電を停止する、または、ソレノイド６１０に前述の駆動電圧とは極性が反対の駆動電圧を印加すると、プランジャロッド６０４はスプリング６１２の付勢力、またはソレノイド６１０の逆方向の電磁力によりノズルボディ６０２の先端側へ押し戻される。そして、プランジャロッド６０４の先端部がノズルボディ６０２の先端内周面に当接して燃料噴射孔６０１を閉塞することで、燃料の噴射が停止する。

図４は、燃料噴射弁６０のプランジャロッド６０４の変位と、燃料噴射弁６０のソレノイド６１０に印加される電流及び電圧の時間変化を示す図である。本実施形態では、燃料噴射弁６０が周期（Ｔ）により開弁状態と閉弁状態を繰り返している。なお、噴射量は、燃料噴射弁６０が開弁状態を維持する時間に比例して増加する。

噴射制御部８１（図６）は、燃料噴射弁６０に対して開弁動作指令信号となる駆動電圧（＋）を印加し、閉弁動作指令信号となる駆動電圧（−）を印加している。駆動電圧（＋）及び駆動電圧（−）は、それぞれ周期（Ｔ）で印加されるが印加継続時間はΔＴとなっている。駆動電圧（＋）が印加される時刻（Ｔ０）において、ソレノイド６１０に印加される電圧（駆動電圧）は、駆動電圧（＋）とほぼ同じである。駆動電圧（−）が印加される時刻（Ｔ１＋Ｔｄ）において、ソレノイド６１０に印加される電圧（駆動電圧）は、駆動電圧（−）とほぼ同じである。駆動電圧（＋）印加後から駆動電圧（−）を印加するまでの間（時間Ｔｄ）は、駆動電圧（＋）よりも電圧の低い維持電圧（＋）を出力してプランジャロッド６０４が燃料噴射孔６０１を開放した状態を維持している。よって、この間もソレノイド６１０に印加される電圧は維持電圧（＋）とほぼ同じとなる。そして、駆動電圧（−）を印加したのちは外部から印加される電圧はなくなるが、ソレノイド６１０における誘導起電力が残留し、次第にゼロに収束する。

プランジャロッド６０４（可動部）は、ソレノイド６１０に駆動電圧（＋）が印加されるとプランジャロッド６０４の先端部が燃料噴射孔６０１から離間してコア６０５側に変位し、駆動電圧（＋）が印加されてから時間（Ｔ１）後にフランジ６０７がストッパ６０８に当接し、その後時間（Ｔｄ）の間、ソレノイド６１０に維持電圧（＋）が印加され、フランジ６０７がストッパ６０８に当接した状態を維持する。そして、ソレノイド６１０に駆動電圧（−）が印加されると、フランジ６０７がストッパ６０８から離間し、プランジャロッド６０４がコア６０５から離間する方向に変位し、時間Ｔ２後にプランジャロッド６０４の先端部がノズルボディ６０２の先端内周面に当接する。そして、ソレノイド６１０に次の駆動電圧（＋）が印加されるまでプランジャロッド６０４の先端部は燃料噴射孔６０１を閉塞する。

ソレノイド６１０に駆動電圧（＋）、維持電圧（＋）を印加することにより、ソレノイド６１０には電流（駆動電流）が流れる。このとき、時刻Ｔ１において、フランジ６０７がストッパ６０８に当接すると同時にソレノイド６１０に流れる電流に変曲点が表れることを本願発明者は見出している。ここで、ソレノイド６１０を中心として、コア６０５、ヨーク６０３、プランジャロッド６０４よる磁気回路が形成されている。そして、プランジャロッド６０４のフランジ６０７がストッパ６０８に当接することにより、磁気回路を構成する磁束成分と抵抗成分が不連続に変化する、若しくは急激に変化することで前記念曲点が表れると考えられる。よって、ソレノイド６１０を流れる電流の変曲点を検出することにより、燃料噴射弁６０の開弁動作が終了した時刻（Ｔ１）を検出することができる。この変曲点は電流を時間方向で２回微分することにより極値として容易に抽出することができる。したがって、開弁動作時間（Ｔ１）は当該変曲点が表れた時刻（Ｔ１）と駆動電圧（＋）を出力した時刻（Ｔ０）との差分により容易に算出することができる。

また、時刻（Ｔ１＋Ｔｄ）において、ソレノイド６１０に駆動電圧（−）を印加し、時刻（Ｔ１＋Ｔｄ＋Ｔ２）において、プランジャロッド６０４の先端部がノズルボディ６０２の先端内周面に当接すると同時に、ソレノイド６１０に印加される電圧に変曲点が現れることを本願発明者は見出した。これは、前述同様に磁気回路の磁束成分と抵抗成分が不連続に変化する、若しくは急激に変化することにより表れるものと考えられる。よって、このソレノイド６１０に印加される電圧の変曲点を検出することにより、燃料噴射弁６０の閉弁動作が終了した時刻（Ｔ２）を検出することができる。ここで、変曲点は、電圧を時間方向で２回微分することにより極値として容易に抽出することができる。したがって、閉弁動作時間（Ｔ２）は当該変曲点が表れた時刻（Ｔ１＋Ｔｄ＋Ｔ２）と駆動電圧（−）を出力した時刻（Ｔ１＋Ｔｄ）との差分により容易に算出することができる。

また、上記変曲点の特定が困難なときは、開弁動作時間及び閉弁動作時間を次のように算出することができる。ソレノイド６１０に駆動電圧（＋）が印加されたときにソレノイド６１０に流れる電流値（最大値）は、毎周期ごとほぼ一定となる。そして、図４に示すように、電流値（最大値）を通る一点鎖線の直線が横軸と交差する時間方向の位置は、電流の変曲点が現れる時刻（Ｔ１）とほぼ一致する。よって、一点鎖線の直線と横軸が交差する時刻（Ｔ１）と駆動電圧（＋）を印加する時刻（Ｔ０）との差分を開弁動作時間（Ｔ１）とすることができる。ここで、電流の変化量、すなわち一点鎖線の直線の傾きは、電流を一回微分し、所定の時間範囲でその平均値をとることにより得られる。

同様に、ソレノイド６１０に駆動電圧（−）が印加されたときにソレノイド６１０に印加される電圧値（負の最大値）は毎周期ごとほぼ一定となる。そして、図４に示すように、電圧値（負の最大値）を通る二点鎖線の直線が横軸と交差する時間方向の位置は、電圧の変曲点が現れる時刻（Ｔ１＋Ｔｄ＋Ｔ２）とほぼ一致する。したがって、二点鎖線の直線と横軸が交差する時刻（Ｔ１＋Ｔｄ＋Ｔ２）と駆動電圧（−）を印加する時刻（Ｔ１＋Ｔｄ）との差分を閉弁動作時間（Ｔ２）とすることができる。ここで、電圧の変化量、すなわち二点鎖線の直線の傾きは、電圧を一回微分し、所定の時間範囲でその平均値をとることにより得られる。

ところで、開弁動作時間（Ｔ１）と閉弁動作時間（Ｔ２）は、液体燃料の動粘度によって変化する。動粘度は、液体燃料の種類によって異なり、また温度によっても変化する。したがって、この動粘度の相違を検出することにより、燃料噴射弁６０に供給された液体燃料が適正なものか不適正なものかを判断することができる。

図５は、改質用燃料として例えばエタノール４５％、水５５％からなる燃料、軽油、ガソリンの動粘度と、燃料噴射弁６０の開弁動作時間との関係を示す図である。図５は、燃料噴射弁６０に供給される液体燃料の動粘度と、当該液体燃料を噴射する際に開弁動作時間との関係を表したものである。図５において、右肩上がりの実線の曲線は、動粘度と開弁動作時間との関係を表す標準値であり、当該実線の曲線を挟み込む破線の曲線は、燃料噴射弁６０において発生する開弁動作時間のばらつきの上限と下限を表している。

いずれの種類の液体燃料であっても温度を上昇させることにより動粘度は減少する傾向にあるが、動粘度の絶対値が異なっている。

温度が２０℃の場合において、改質用燃料の動粘度は、３．１［ｍｍ²／ｓ］であるが、軽油は２．８［ｍｍ²／ｓ］、ガソリンは０．６［ｍｍ²／ｓ］となっている。そして、２０℃における改質用燃料の動粘度の測定誤差範囲は帯２０１により表現できる。しかし、この帯２０１をその長手方向に延長しても、２０℃における軽油の動粘度の測定誤差範囲、及び２０℃におけるガソリンの動粘度の測定誤差範囲のいずれにも重ならないことがわかる。

温度が３０℃の場合において、改質用燃料の動粘度は、２．６［ｍｍ²／ｓ］であるが、軽油は２．４［ｍｍ²／ｓ］、ガソリンは０．５［ｍｍ²／ｓ］となっている。そして、３０℃における改質用燃料の動粘度の測定誤差範囲は帯２０２により表現できる。しかし、この帯２０２をその長手方向に延長しても、３０℃における軽油の動粘度の測定誤差範囲、及び３０℃におけるガソリンの動粘度の測定誤差範囲のいずれにも重ならないことがわかる。

温度が４５℃の場合において、改質用燃料の動粘度は、１．５［ｍｍ²／ｓ］であるが、軽油は２．２［ｍｍ²／ｓ］、ガソリンは０．５［ｍｍ²／ｓ］となっている。そして、４５℃における改質用燃料の動粘度の測定誤差範囲は帯２０３により表現できる。しかし、この帯２０３のその長手方向に延長しても、４５℃における軽油の動粘度の測定誤差範囲、及び４５℃におけるガソリンの動粘度の測定誤差範囲のいずれにも重ならないことがわかる。

温度が６０℃の場合において、改質用燃料の動粘度は、１．０［ｍｍ²／ｓ］であるが、軽油は１．９［ｍｍ²／ｓ］、ガソリンは０．５［ｍｍ²／ｓ］となっている。そして、６０℃における改質用燃料の動粘度の測定誤差範囲は帯２０４により表現できる。しかし、この帯２０４をその長手方向に延長しても、６０℃における軽油の動粘度の測定誤差範囲、及び６０℃におけるガソリンの動粘度の測定誤差範囲のいずれにも重ならないことがわかる。

また、図５に示す動粘度と開弁動作時間の関係は、動粘度と閉弁動作時間との関係にも適用できる。したがって、いずれの温度においても、開弁動作時間、及び／若しくは、閉弁動作時間を可動部の可動特性として測定することにより、液体燃料が適正な改質用燃料であるか、誤燃料であるかを容易に判断することができる。さらに、改質用燃料については、混合比が変わると効率的な改質反応が困難になるが、混合比が変わることで動粘度にも変化が生じることを本願発明者は見出している。

そこで、本実施形態では、適正な燃料として許容される開弁動作時間の開弁上限値の温度特性及び開弁下限値の温度特性、閉弁動作時間の閉弁上限値の温度特性及び閉弁下限値の温度特性と、を予め用意し、測定された開弁動作時間が開弁下限値以上で開弁上限値以下であるが否か、及び／若しくは、測定された閉弁動作時間が閉弁下限値以上で閉弁上限値以下であるか否かにより、燃料噴射弁６０に供給された液体燃料が、誤燃料であるか否かも含め適正か否かを判断することができる。

特に、改質用燃料の動粘度と、軽油及びガソリンの動粘度は、液体燃料の温度を低下させるほど差が表れるため、液体燃料を識別しやすい。このため、燃料噴射弁６０には温度調整部６０６（燃料状態検出部８３を構成する）が取り付けられ、これにより液体燃料を冷却して燃料の識別を容易にすることができる。

本実施形態において、液体燃料の種類の検出は、燃料電池スタック１の起動制御の際に行うが、起動制御の際は燃料電池スタック１等から伝達される熱により液体燃料の温度が上昇する。また、温度変化に伴う動粘度の変化は液体燃料の種類によっても異なる。よって、燃料噴射弁６０の開弁動作時間、閉弁動作時間の温度特性も液体燃料の種類によって異なることになる。

そこで、改質用燃料、ガソリン、軽油等の液体燃料の温度と開弁動作時間（または閉弁動作時間）との関係を示す温度特性の標準情報を予め用意する（後述の記憶部８４に記憶する）。そして、起動制御中に所定時間ごとに液体燃料の温度と開弁動作時間（または閉弁動作時間）との関係を示す温度特性を（後述の動作時間算出部８２により）算出し、これを（後述の燃料状態検出部８３が）標準情報と対比することで液体燃料の種類を検出するようにしてもよい。

燃料噴射弁６０に供給される液体燃料が適正か不適正であるかは、燃料電池スタック１の起動制御において行うことが好適である。よって、起動制御時に用いられる燃料噴射弁６０Ｂ、燃料噴射弁６０Ｃ、燃料噴射弁６０Ｄを用いて液体燃料の適正・不適正を判断することが好適である。

一方、燃料電池スタック１を発電制御する際は、燃料噴射弁６０Ａが使用される。発電制御においては、負荷（ＤＣ／ＤＣコンバータ５０）の要求に応じてコントローラ８（噴射制御部８１）が燃料噴射弁６０（燃料噴射弁６０Ａ）の開弁状態と閉弁状態のＤｕｔｙ比（Ｔｄ／Ｔ、図４標準）を制御している。

しかし、発電制御時は、システム全体で温度勾配が発生しており、さらに燃料電池スタック１の発電状態によって当該温度勾配が変化する。このため、発電制御時に燃料噴射弁６０に供給される液体燃料（改質用燃料）の温度を正確に測定することは困難になる場合があり、実際の開弁動作時間及び閉弁動作時間が、コントローラ８が想定している開弁動作時間及び閉弁動作時間と異なる場合がある。また、例えば、燃料噴射弁６０のスプリング６１２の反発力が変化した場合等にも開弁動作時間及び閉弁動作時間が変化する。よって、これらの理由により、負荷の要求に応じた燃料噴射弁６０の噴射量に誤差が生じる。

ただし、温度が上昇して液体燃料（改質用燃料）の動粘度が低下すれば、開弁動作時間（Ｔ１）及び閉弁動作時間（Ｔ２）はともに短くなる傾向があり、逆に動粘度が上昇すれば、開弁動作時間（Ｔ１）及び閉弁動作時間（Ｔ２）はともに長くなる傾向がある。動粘度が低下することは液体燃料が温度上昇して密度が低下したことを意味し、燃料噴射弁６０から噴射される液体燃料の噴射量が、負荷が要求する噴射量（燃料電池スタック１への供給量）よりも実質的に少なくなる。逆に、動粘度が低下すると液体燃料が温度低下して密度が上昇したことを意味し、燃料噴射弁６０から噴射される液体燃料の噴射量が、負荷が要求する噴射量よりも実質的に多くなる。

また、燃料噴射弁６０のスプリング６１２の反発力が減少した場合には開弁動作時間（Ｔ１）は短くなって閉弁動作時間（Ｔ２）は長くなる傾向があり、逆に反発力が上昇した場合には開弁動作時間（Ｔ１）は長くなって閉弁動作時間（Ｔ２）は短くなる傾向がある。スプリング６１２の反発力が減少した場合には、開弁状態を維持する時間が実質的に長くなるので、燃料噴射弁６０から噴射される液体燃料の噴射量が、負荷が要求する噴射量よりも実質的に多くなる。逆に、スプリング６１２の反発力が増加した場合には、開弁状態を維持した時間が実質的に短くなるので、燃料噴射弁６０から噴射される液体燃料の噴射量が、負荷が要求する噴射量よりも実質的に少なくなる。

そこで、本実施形態では、開弁動作時間の理想の値となる開弁標準値の温度特性と、閉弁動作時間の理想の値となる閉弁標準値の温度特性を予め用意する。ここで、開弁標準値は、前述の開弁下限値より大きくかつ開弁上限値よりも小さい値であり、閉弁標準値は、前述の閉弁下限値よりも大きくかつ閉弁上限値よりも小さい値である。そして、測定された開弁動作時間と開弁標準値との大小関係と、測定された閉弁動作時間と閉弁標準値との大小関係に基づいて、誤差の発生原因を特定して、燃料噴射弁６０の噴射量が、負荷が要求する噴射量に一致するように制御する。

図６は、本実施形態の燃料電池システム１００の燃料噴射制御の制御ブロック図である。本実施形態において、コントローラ８は、噴射制御部８１（指令信号出力部、噴射量制御部）と、動作時間算出部８２（可動特性検出部）と、燃料状態検出部８３と、記憶部８４とを備えている。本実施形態では、燃料噴射弁６０、動作時間算出部８２、燃料状態検出部８３、記憶部８４により燃料状態検出システムを構築しており、これに噴射制御部８１を付加することにより燃料噴射制御システムを構築できる。

記憶部８４は、噴射制御部８１が噴射量を制御するための情報、及び燃料状態検出部８３が液体燃料の適正・不適正を判断するための情報を記憶したものである。記憶部８４には、液体燃料（改質用燃料）の開弁動作時間（許容開弁下限値（第１下限値）、適正開弁下限値（第２下限値）、開弁標準値、適正開弁上限値（第２上限値）、許容開弁上限値（第１上限値））及び閉弁動作時間（許容閉弁下限値（第１下限値）、適正閉弁下限値（第２下限値）、閉弁標準値、適正閉弁上限値（第２上限値）、許容閉弁上限値（第１上限値））の温度特性の情報が記憶されている。

ここで、開弁動作時間の大小関係は、許容開弁下限値＜適正開弁下限値＜開弁標準値＜適正開弁上限値＜許容開弁上限値となっており、閉弁動作時間の大小関係は、許容閉弁下限値＜適正閉弁下限値＜閉弁標準値＜適正閉弁上限値＜許容閉弁上限値となっている。

また、記憶部８４には、ガソリンの開弁動作時間（開弁標準値）及び閉弁動作時間（閉弁標準値）の温度特性の情報が記憶され、軽油の開弁動作時間（開弁標準値）及び閉弁動作時間（閉弁標準値）の温度特性の情報が記憶されている。

さらに、記憶部８４には、燃料噴射弁６０に関する情報として、負荷要求−Ｄｕｔｙ比特性の情報、Ｄｕｔｙ比補正値の情報、開弁動作時間誤差（上限値、下限値）の情報、閉弁動作時間誤差（上限値、下限値）の情報が記憶されている。

負荷要求−Ｄｕｔｙ比特性の情報は、負荷から要求される発電量と、燃料噴射弁６０に出力する指令信号のＤｕｔｙ比との関係を示す情報である。Ｄｕｔｙ比補正値の情報は、測定された開弁動作時間と開弁標準値との差分、及び／若しくは、閉弁動作時間と閉弁動作時間との差分と、指令信号のＤｕｔｙ比の補正量との関係を示す情報である。開弁動作時間誤差（上限値、下限値）、閉弁動作時間誤差（上限値、下限値）は、燃料噴射弁６０の開弁動作時間、閉弁動作時間のばらつき誤差の上限値及び下限値をそれぞれ設定したものであり、使用する燃料噴射弁６０の固有の特性に基づいて設定される。

噴射制御部８１は、負荷（ＤＣ／ＤＣコンバータ５０）からの要求に対応して燃料噴射弁６０に出力する指令信号（駆動信号（＋）、維持信号（＋）、駆動信号（−））のＤｕｔｙ比（Ｔｄ／Ｔ）を制御するものである。ここで、噴射制御部８１は、燃料噴射弁６０に開弁動作を指令する開弁動作指令信号（駆動電圧（＋））と、燃料噴射弁６０に閉弁動作を指令する閉弁動作指令信号（駆動電圧（−））と、を出力する指令信号出力部を備える。また、噴射制御部８１は、燃料電池スタック１の運転状態に基づいて開弁動作指令信号と閉弁動作指令信号の出力時期を制御して液体燃料の噴射量を制御する噴射量制御部を備える。しかし、本実施形態では指令信号出力部及び噴射量制御部を噴射制御部８１として一体で扱っている。

可動特性検出部（動作時間算出部８２）は、燃料噴射弁６０の駆動電流の時間変化に表れる液体燃料に起因した特徴（変曲点の位置等）、及び／若しくは、燃料噴射弁６０の駆動電圧の時間変化に表れる液体燃料に起因した特徴（変曲点の位置等）に基づいて可動特性を検出する。動作時間算出部８２は、燃料噴射弁６０の電圧センサ（不図示）と電流センサ（不図示）に接続されている。動作時間算出部８２は、ソレノイド６１０に流れる電流に変曲点が表れる時刻と、駆動電圧（＋）が印加された時刻との差分により開弁動作時間を算出する。また、動作時間算出部８２は、ソレノイド６１０に印加される電圧に変曲点が表れる時刻と、駆動電圧（−）が印加された時刻との差分により閉弁動作時間を算出する。そして、当該変曲点の特定が困難な場合は、前述のように電流の変化量（傾き）を算出してこれに基づいて開弁動作時間を算出し、電圧の変化量（傾き）を算出してこれに基づいて閉弁動作時間を算出する。

燃料状態検出部８３は、燃料噴射弁６０の温度センサ６１４（燃料状態検出部）に接続されている。そして、燃料状態検出部８３は、開弁動作時間の情報、閉弁動作時間の情報、温度センサ６１４から入力される温度の情報に基づいて燃料噴射弁６０に供給された液体燃料が適正であるか否かを判断するものである。

具体的には、測定された開弁動作時間が、適正開弁下限値≦開弁動作時間≦適正開弁上限値の関係を満たせば、燃料噴射弁６０に供給された液体燃料は適正燃料であると判断する。同様に、測定された閉弁動作時間が、適正閉弁下限値≦閉弁動作時間≦適正閉弁上限値の関係を満たせば、燃料噴射弁６０に供給された液体燃料は適正燃料であると判断する。

また、測定された開弁動作時間が、許容開弁下限値≦開弁動作時間＜適正開弁下限値、または、適正開弁上限値＜開弁動作時間≦許容開弁上限値の関係を満たせば、燃料噴射弁６０に供給された液体燃料は、使用可能な液体燃料であるがドライバーに警告すべき液体燃料であると判断し、警告情報を出力する。

同様に、測定された閉弁動作時間が、許容閉弁下限値≦閉弁動作時間＜適正閉弁下限値、または、適正閉弁上限値＜閉弁動作時間≦許容閉弁上限値の関係を満たせば、燃料噴射弁６０に供給された液体燃料は、使用可能な液体燃料であるがドライバーに警告すべき液体燃料であると判断し、警告情報を出力する。

さらに、測定された開弁動作時間が、開弁動作時間＜許容開弁下限値、または、許容開弁上限値＜開弁動作時間の関係を満たせば、燃料噴射弁６０に供給された液体燃料は不適性燃料であると判断する。同様に、測定された閉弁動作時間が、閉弁動作時間＜許容閉弁下限値、または、許容閉弁上限値＜閉弁動作時間の関係を満たせば、燃料噴射弁６０に供給された液体燃料は不適性燃料であると判断する。

このとき、燃料状態検出部８３は、開弁動作時間を他の液体燃料（軽油、ガソリン）の開弁動作時間の標準値と比較し、及び／若しくは、閉弁動作時間を他の液体燃料（軽油、ガソリン）の閉弁動作時間と比較する。そして、算出された開弁動作時間に最も近い標準値を抽出し、当該標準値に対応する液体燃料が誤燃料として燃料タンク２０に注入されたと判断する。また、このとき噴射制御部８１は、指令信号の出力を停止する。

燃料状態検出部８３は、測定された開弁動作時間が、許容開弁上限値≦開弁動作時間≦許容開弁下限値の関係を満たし、及び／若しくは、測定された閉弁動作時間が、許容閉弁上限値≦閉弁動作時間≦許容閉弁下限値の関係を満たすと判断した場合は、開弁動作時間と開弁標準値とを比較し、及び／若しくは、閉弁動作時間と閉弁標準値とを比較する。

そして、燃料状態検出部８３（または噴射制御部８１）が、開弁動作時間が開弁標準値よりも短くなり、かつ閉弁動作時間が閉弁標準値よりも短くなると判断すると、噴射制御部８１は、噴射量を増加させる制御を行う。また、燃料状態検出部８３（または噴射制御部８１）が、開弁動作時間が開弁標準値よりも長くなり、かつ閉弁動作時間が閉弁標準値よりも長くなると判断すると、噴射制御部８１は噴射量を減少させる制御を行う。これらは、燃料状態検出部８３（または噴射制御部８１）が液体燃料（改質用燃料）の動粘度が変化したと判断しておこなう制御である。

一方、燃料状態検出部８３（または噴射制御部８１）が、開弁動作時間が開弁標準値よりも長くなり、かつ閉弁動作時間が閉弁標準値よりも短くなると判断すると、噴射制御部８１は噴射量を増加させる制御を行う。また、燃料状態検出部８３（または噴射制御部８１）が、開弁動作時間が開弁標準値よりも短くなり、かつ閉弁動作時間が閉弁標準値よりも長くなると判断する場合は、噴射制御部８１は噴射量を減少させる制御を行う。これらは、燃料状態検出部８３（または噴射制御部８１）が燃料噴射弁６０の特性（応答特性）が変化したと判断して行う制御である。

ここで、燃料噴射弁６０の噴射量を増加させるには、指令信号のＤｕｔｙ比を増加させることにより行い、逆に減少させるには指令信号Ｄｕｔｙ比を減少させることにより行う。そして、その増減量は、開弁動作時間と開弁標準値との差分を算出し、これに対応するＤｕｔｙ比補正量をＤｕｔｙ比補正値の情報から抽出すればよい。または、閉弁動作時間と閉弁標準値との差分を算出し、これに対応するＤｕｔｙ比補正量をＤｕｔｙ比補正値の情報から抽出すればよい。このＤｕｔｙ比補正量は燃料状態検出部８３または噴射制御部８１が抽出することができる。また、Ｄｕｔｙ比を補正する制御は、燃料電池スタック１の発電制御において行うことが好適である。

燃料状態検出部８３は、システムの起動制御の開始時から、開弁動作時間と開弁標準値との間に差が生じている場合、または閉弁動作時間と閉弁標準値との間に差が生じている場合は、燃料噴射弁６０の応答特性に変化があったと判断することができる。また、システムの動作途中で開弁動作時間と開弁標準値との間に差が生じた場合、または閉弁動作時間と閉弁標準値との間に差が生じた場合は、液体燃料の動粘度に変化があったと判断することができる。

燃料状態検出部８３は、開弁動作時間及び閉弁動作時間の増減の方向が互いに一致する場合は液体燃料の動粘度に変化があったと判断し、互いに異なる場合には燃料噴射弁６０の応答特性に変化があったと判断することもできる。

燃料状態検出部８３は、燃料状態検出部８３が判断した内容を検出結果情報として出力する。

表示部１０１は、例えば車両内部に取り付けられたカーナビゲーションシステム等に付属するディスプレイであり、燃料状態検出部８３の検出結果を示す検出結果情報が表示される。

警告灯１０２（報知部）は、例えば車両内部に取り付けられたものであり、燃料状態検出部８３が警告情報を出力すると点灯するものである。なお、報知部は、表示部１０１の画面表示で警告を発するものでもよいし、音声等で警告を発するものでもよい。

［燃料電池システムの起動制御の手順］
次に、燃料電池システム１００の起動制御の手順を図７のフローチャートにしたがって説明する。初期状態において、開閉弁６１Ａ〜６１Ｄ、スロットル６２Ａ〜６２ＤはＯＦＦになっている。図７に示すように、システムが起動制御を開始すると、ステップＳ１０１において、コントローラ８は、コンプレッサ３１、スロットル６２Ａ、スロットル６２Ｂ、スロットル６２Ｄを一定の開度でＯＮにする。これにより、経路３２、経路３２Ａ、経路３２Ｂに空気が供給される。

ステップＳ１０２において、コントローラ８は、ポンプ２２、起動燃焼器３４をＯＮにし、開閉弁６１Ｂ、開閉弁６１ＣをＯＮにする。これにより、起動燃焼器３４は、熱交換器３３を通過した空気と、燃料噴射弁６０Ｂから噴射された液体燃料（燃焼用燃料）を用いて燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスと空気とを混合した混合ガスを触媒燃焼器３５に供給する。また、触媒燃焼器３５は、起動燃焼器３４から供給された混合ガスと、燃料噴射弁６０Ｃから供給された液体燃料（燃焼用燃料）を触媒燃焼させて大量の燃焼ガスを生成し、これを燃料電池スタック１に供給する。燃焼ガスが供給された燃料電池スタック１は加熱される。そして、燃料電池スタック１を通過した燃焼ガス（排気ガス）は排気経路３６を通って排気燃焼器４に到達する。

ここで、コントローラ８は、燃料噴射弁６０Ｂ、燃料噴射弁６０Ｃ、燃料噴射弁６０Ｄのいずれかを用いて、燃料タンク２０に貯蔵された液体燃料の適正・不適正を判断できる。起動制御は、後述のように、ステップＳ１０８まであり、起動制御の後は発電制御に移行するが、いずれかの段階で液体燃料が不適正なものと判断した場合は、コントローラ８（噴射制御部８１）は指令信号の出力を停止する。

ステップＳ１０３において、コントローラ８は、排気燃焼器４、開閉弁６１Ｄ、スロットル６２ＤをＯＮにする。これにより、経路３２Ｄから供給された空気（酸化剤ガス）と経路２３Ｄから供給された液体燃料（燃焼用燃料）とを混合して燃焼させて排気ガスを発生させる。排気燃焼器４で生成された排気ガスは、排気燃焼器４自身を加熱する。また、排気燃焼器４は、燃料電池スタック１から排出された燃焼ガス（排気ガス）によっても加熱される。排気燃焼器４で生成された熱は熱交換器２５、及び改質器２６に伝達される。そして、排気燃焼器４から排出された排気ガスは蒸発器２４、熱交換器３３を通過して外部に排出される。よって、蒸発器２４及び熱交換器３３は、排気ガスにより加熱される。なお、ステップＳ１０２とステップＳ１０３は同時に行ってもよい。

ステップＳ１０４において、コントローラ８は、温度センサ４０が測定した温度に基づいて、排気燃焼器４の温度が触媒燃焼可能な所定温度に到達したか否か判断し、ＹＥＳ（是）であれば次のステップＳ１０５に移行し、ＮＯ（否）であれば、ステップＳ１０３後の状態を維持する。

ステップＳ１０５において、コントローラ８は、排気燃焼器４の着火装置をＯＦＦにし、開閉弁６１Ｄ、スロットル６２ＤをＯＦＦにする。一方、排気燃焼器４は、燃料電池スタック１から供給される燃焼ガス（排気ガス）により引き続き加熱される。

ステップＳ１０６において、コントローラ８は、温度センサ１０が測定した温度に基づいて、燃料電池スタック１が発電可能な所定温度に到達したか否かを判断し、ＹＥＳ（是）であれば、次のステップＳ１０７に移行し、ＮＯ（否）の場合は、ステップＳ１０５後の状態を維持する。

ステップＳ１０７において、コントローラ８は、開閉弁６１Ｂ、開閉弁６１ＣをＯＦＦにして起動燃焼器３４及び触媒燃焼器３５への液体燃料（燃焼用燃料）の供給を停止し、スロットル６２ＢをＯＦＦにして起動燃焼器３４への空気の供給を停止し、燃焼ガスの生成を停止する。一方、コントローラ８は、スロットル６２ＡのＯＮ状態を維持する。これにより、熱交換器３３により加熱された空気（酸化剤ガス）が燃料電池スタック１に供給される。

ステップＳ１０８において、コントローラ８は、開閉弁６１ＡをＯＮにして液体燃料（改質用燃料）を蒸発器２４に供給する。これにより、改質用燃料は、蒸発器２４で加熱・気化され、熱交換器２５でさらに加熱され、改質器２６で燃料ガスに改質され燃料電池スタック１に供給される。以上より、燃料電池スタック１はアノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスにより発電することができる状態となり、起動制御が終了する。

［燃料電池システムの発電制御時における動作］
次に、燃料電池システム１００の発電制御時における動作について説明する。システムの発電制御時には、まず、燃料タンク２０から供給された液体燃料（改質用燃料）が改質器２６により燃料ガスに改質されて燃料電池スタック１のアノードに供給される。一方、酸化剤ガスとしての空気が熱交換器３３により加熱されて燃料電池スタック１のカソードに供給される。

燃料ガスと酸化剤ガスが供給された燃料電池スタック１は、電気化学反応により発電し、バッテリ５１及び駆動モータ５２（ＤＣ／ＤＣコンバータ５０）の要求電力、さらにはポンプ２２やコンプレッサ３１等の補機の要求電力に応じて電力を供給する。そして、電気化学反応に使用された燃料オフガスと酸化剤オフガスは排気燃焼器４に導入される。

排気燃焼器４は、燃料オフガス、酸化剤オフガスを混合した状態で燃焼して排気ガスを生成し、これが蒸発器２４及び熱交換器３３を加熱しながら通過して外部に排出される。

［燃料電池システムの燃料噴射制御の手順］
図８は、本実施形態の燃料電池システム１００の燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。次に本実施形態において燃料噴射弁６０に供給された液体燃料（改質用燃料）が適正であるか否かを判断する手順と、燃料噴射弁６０から噴射する液体燃料の噴射量の制御の手順を説明する。

前述のステップＳ１０２またはステップＳ１０３ののち、ステップＳ２０１として、噴射制御部８１は、燃料噴射弁６０（燃料噴射弁６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ）を作動させることができる。この状態で、噴射制御部８１は、周期（Ｔ）、及びＤｕｔｙ比（Ｔｄ／Ｔ）により、駆動電圧（＋）、維持電圧（＋）、駆動電圧（−）を周期的に出力している。

ステップＳ２０２において、動作時間算出部８２は、開弁動作時間、及び／若しくは、閉弁動作時間を算出して燃料状態検出部８３に出力する。ここで、開弁動作時間、閉弁動作時間の算出は、毎周期ごとに算出して燃料状態検出部８３に出力する。または、複数周期に亘って積算し、その平均値を燃料状態検出部８３に出力する。

ステップＳ２０３において、燃料状態検出部８３は、開弁動作時間、及び／若しくは、閉弁動作時間が適正範囲内にいるか否か判断する。すなわち、燃料状態検出部８３は、開弁動作時間が適正開弁下限値以上で適正開弁上限値以下であるか否か判断し、及び／若しくは、閉弁動作時間が適正閉弁下限値以上で適正閉弁上限値以下であるか否か判断する。そして、ＹＥＳ（是）の場合は、次のステップＳ２０４に以降し、ＮＯ（否）の場合は、後述のステップＳ２１４に移行する。

ステップＳ２０４において、燃料状態検出部８３は、すでに警告情報を出力している場合は、その出力を停止して警告灯１０２を消灯する。

ステップＳ２０５において、燃料状態検出部８３は、測定した開弁動作時間と開弁標準値とを比較して変化があった否か判断する、及び／若しくは、測定した閉弁動作時間と閉弁標準値とを比較して変化があった否か判断する。そして、ＹＥＳ（是）の場合は、次のステップＳ２０６に移行し、ＮＯ（否）であればステップＳ２０２に戻る。

ステップＳ２０６において、燃料状態検出部８３は、開弁動作時間が開弁動作時間誤差（上限値、下限値）の範囲内に位置するか否かを判断する、及び／若しくは、閉弁動作時間が閉弁動作時間誤差（上限値、下限値）の範囲内に位置するか否かを判断する。そして、ＹＥＳ（是）であれば、次のステップＳ２０７に移行し、ＮＯ（否）であれば、後述のステップＳ２１１に移行する。

ステップＳ２０７において、燃料状態検出部８３は、開弁動作時間、及び／若しくは、閉弁動作時間がシステム開始時から変化したか否かを判断する。ここで、開弁動作時間がシステム開始から開弁標準値と異なっている、及び／若しくは、閉弁動作時間がシステム開始から閉弁標準値と異なっている場合は、燃料噴射弁６０の応答特性が変化したと判断することができる。また、開弁動作時間が所定時間経過後に開弁標準値と異なった値となる場合、及び／若しくは、閉弁動作時間が所定時間経過後に閉弁標準値と異なった値となる場合には、液体燃料の温度変化により液体燃料の動粘度が変化したと判断することができる。

特に、ステップＳ２０７において、燃料状態検出部８３は、開弁動作時間と開弁標準値との大小関係と、閉弁動作時間と閉弁標準値の大小関係と、が互いに一致するか否かを判断してもよい。ここで、大小関係が一致する場合は、液体燃料の温度変化により液体燃料の動粘度が変化したと判断することができる。また、大小関係が互いに異なる場合は、燃料噴射弁６０の応答特性が変化したと判断することができる。いずれの場合においても、ＹＥＳ（是）の場合は、次のステップＳ２０８に移行し、ＮＯ（否）であれば次のステップＳ２１１に移行する。

ステップＳ２０８において、燃料状態検出部８３は、開弁動作時間が開弁標準値よりも長いか、及び／若しくは、閉弁動作時間が閉弁標準値よりも短いかを判断する。そして、ＹＥＳ（是）の場合は、次のステップＳ２０９に移行し、ＮＯ（否）であればステップＳ２１０に移行する。

ステップＳ２０９において、燃料状態検出部８３（噴射制御部８１）は、燃料噴射弁６０の応答特性の変化により開弁時間が実質的に減少したと判断している。よって、燃料状態検出部８３（噴射制御部８１）は、燃料噴射弁６０から噴射される液体燃料の噴射量が、負荷が要求する噴射量よりも減少したと判断している。そこで、噴射制御部８１は、開弁動作時間と開弁標準値との差分、または閉弁動作時間と閉弁標準値との差分に基づいて噴射量を増加させるためのＤｕｔｙ比補正量を抽出する。

ステップＳ２１０にいて、燃料状態検出部８３（噴射制御部８１）は、燃料噴射弁６０の応答特性の変化により開弁時間が実質的に増加したと判断している。よって、燃料状態検出部８３（噴射制御部８１）は、燃料噴射弁６０から噴射される液体燃料の噴射量が、負荷が要求する噴射量よりも増加したと判断している。そこで、噴射制御部８１は、開弁動作時間と開弁標準値との差分、または閉弁動作時間と閉弁標準値との差分に基づいて噴射量を減少させるためのＤｕｔｙ比補正量を抽出する。

ステップＳ２１１において、燃料状態検出部８３は、開弁動作時間が開弁標準値よりも短いか、及び／若しくは、閉弁動作時間が閉弁標準値よりも短いかを判断する。そして、ＹＥＳ（是）の場合は、次のステップＳ２１２に移行し、ＮＯ（否）であればステップＳ２１３に移行する。

ステップＳ２１２において、燃料状態検出部８３（噴射制御部８１）は、液体燃料の動粘度が上昇しており、これにより液体燃料の温度が低下したと判断している。よって、燃料状態検出部８３（噴射制御部８１）は、液体燃料の温度低下により液体燃料の密度が上昇して燃料噴射弁６０から噴射される液体燃料の噴射量が、負荷が要求する噴射量よりも増加したと判断している。そこで、噴射制御部８１は、開弁動作時間と開弁標準値との差分、または閉弁動作時間と閉弁標準値との差分に基づいて噴射量を減少させるためのＤｕｔｙ比補正量を抽出する。

ステップＳ２１３において、燃料状態検出部８３（噴射制御部８１）は、液体燃料の動粘度が低下しており、これにより液体燃料の温度が上昇したと判断している。よって、燃料状態検出部８３（噴射制御部８１）は、液体燃料の温度上昇により液体燃料の密度が低下して燃料噴射弁６０から噴射される液体燃料の噴射量が、負荷が要求する噴射量よりも低下したと判断している。そこで、噴射制御部８１は、開弁動作時間と開弁標準値との差分、または閉弁動作時間と閉弁標準値との差分に基づいて噴射量を増加させるためのＤｕｔｙ比補正量を抽出する。

ステップＳ２１４において、噴射制御部８１は、負荷要求―Ｄｕｔｙ比特性をＤｕｔｙ比補正量により補正して、補正後の指令信号を燃料噴射弁６０に出力する。ステップＳ２０９またはステップＳ２１３の後にステップＳ２１４を実行することで、駆動電圧（＋）と駆動電圧（−）の時間間隔は長くなり、燃料噴射弁６０は負荷が要求する噴射量で液体燃料を噴射することができる。また、ステップＳ２１０またはステップＳ２１２の後にステップＳ２１４を実行することで、駆動電圧（＋）と駆動電圧（−）の時間間隔は短くなり、燃料噴射弁６０は負荷が要求する噴射量で液体燃料を噴射することができる。ステップＳ２１４の後はステップＳ２０２に戻る。

ステップＳ２１５において、燃料状態検出部８３は警告信号を出力して警告灯１０２を点灯させる。ステップＳ２１６において、燃料状態検出部８３は、開弁動作時間、及び／若しくは、閉弁動作時間が使用可能な液体燃料の範囲を示す許容範囲に含まれるか否かを判断する。すなわち、燃料状態検出部は、開弁動作時間が許容開弁下限値以上で許容開弁上限値以下であるか否か、及び／若しくは、閉弁動作時間が許容閉弁下限値以上で許容閉弁下限値以下であるか否かを判断する。ＹＥＳ（是）と判断した場合は、前述のステップＳ２０５に移行し、ＮＯ（否）の場合は、次のステップＳ２１７に移行する。

ステップＳ２１７において、燃料状態検出部８３は、測定された開弁動作時間と、記憶部８４に記憶された他の液体燃料の開弁動作時間の標準値とを比較して、及び若しくは、測定された閉弁動作時間と、記憶部８４に記憶された他の液体燃料の閉弁動作時間の標準値とを比較して、燃料噴射弁６０に供給された液体燃料、すなわち燃料タンク２０に注入された液体燃料の種類を判断する。

また、ステップＳ２１７において、燃料状態検出部８３（噴射制御部８１）は、指令信号（駆動信号（＋）、維持信号（−）、駆動信号（−））の出力を停止し、ポンプ２２の動作を停止する。上記ステップにおいて、燃料状態検出部８３が判断した内容、検出した内容は検出結果情報として表示部１０１に表示される。なお、上記手順において、ステップＳ２０６は省略してもよい。

燃料噴射弁６０の開弁動作が速く、フランジ６０７がストッパ６０８に比較的強い強度で衝突する場合には、ソレノイド６１０に印加される電圧にも変曲点が表れる。よって、開弁動作時間を、ソレノイド６１０に印加される電圧（駆動電圧）に現れる変曲点により算出することも可能である。また、ソレノイド６１０に外部から電流を追加的に流した場合、プランジャロッド６０４がノズルボディ６０２の先端内周面に当接するときにソレノイド６１０に流れる電流にも変曲点が表れる。よって、閉弁動作時間を、ソレノイド６１０に流れる電流（駆動電流）に表れる変曲点により算出することも可能である。

［燃料電池システムの停止制御の手順］
次に、燃料電池システム１００の停止制御の手順を説明する。システムが停止制御を開始すると、コントローラ８は、ポンプ２２をＯＦＦにし、開閉弁６１ＡをＯＦＦにして燃料ガスの供給を停止する。これにより、燃料電池スタック１の発電が停止する。また、コントローラ８は、スロットル６２ＡのＯＮ状態を維持する。これにより、燃料電池スタック１には酸化剤ガスが冷却ガスとして引き続き導入され、燃料電池スタック１の温度が低下する。さらに、コントローラ８は、燃料電池スタック１に保護電圧を印加する保護回路（不図示）を駆動させる。これにより、アノード電極の劣化を回避する。

次に、コントローラ８は、温度センサ１０が測定する温度に基づいて燃料電池スタック１の温度がアノードの劣化を回避できる上限温度に低下するまで待機する。その後、コントローラ８は、保護回路（不図示）をＯＦＦにして保護電圧の印加を停止する。またコントローラ８は、コンプレッサ３１、スロットル６２ＡをＯＦＦにする。以上により、燃料電池スタック１の停止制御が終了する。

［本実施形態の効果］
本実施形態に係る燃料状態検出方法は、燃料電池スタック１に供給される液体燃料を噴射する燃料噴射弁６０の可動特性を検出するステップＳ２０２と、可動特性と、液体燃料の種類ごとの可動特性を示す標準情報と、に基づいて、液体燃料の状態を検出するステップＳ２０３及びＳ２１５と、を含むことを特徴とする。

これを具現化する本実施形態に係る燃料電池システム１００は、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタック１と、燃料ガスとなる液体燃料を蓄える燃料タンク２０と、酸化剤ガスを供給するコンプレッサ３１と、燃料タンク２０及びコンプレッサ３１に接続され、燃料電池スタック１に対して燃料ガス及び酸化剤ガスを給排する給排機構（蒸発器２４、熱交換器２５、改質器２６、熱交換器３３、起動燃焼器３４、触媒燃焼器３５、排気燃焼器４）と、を備える燃料電池システム１００である。この燃料電池システム１００は、燃料タンク２０と給排機構との間に介装され、可動部（プランジャロッド６０４）を開閉することで給排機構に液体燃料を供給する燃料噴射弁６０と、可動部の可動状態に基づき可動特性を検出する可動特性検出部（動作時間算出部８２）と、液体燃料の種類ごとの可動特性を示す標準情報が記憶された記憶部８４と、可動特性と標準情報に基づいて、液体燃料の状態を検出する燃料状態検出部８３と、を備えることを特徴とする。

可動特性は、燃料噴射弁６０に供給される液体燃料の状態により変化する。したがって、燃料噴射弁６０の可動特性を検出することにより液体燃料の状態、例えば燃料噴射弁６０に注入された液体燃料が適正か不適正かを判別することができる。また、標準情報に基づいて不適性燃料の種類を特定することも可能となる。

可動特性検出部（動作時間算出部８２）は、燃料噴射弁６０の開弁動作及び閉弁動作の少なくとも一方の動作の開始から終了までの動作時間を可動特性として算出することを特徴とする。これにより、動作時間は、液体燃料の動粘度に依存するため、適正な液体燃料の動作時間と算出された動作時間を比較することで、燃料噴射弁６０に注入された液体燃料が適正か不適正かを判別することができる。

動作時間算出部８２は、動作時間を燃料噴射弁６０の開弁動作時の駆動電流または駆動電圧に基づいて算出することを特徴とする。これにより、簡易な方法で液体燃料の状態に依存した動作時間を算出することができる。

動作時間算出部８２は、動作時間を燃料噴射弁６０の閉弁動作時の駆動電流または駆動電圧に基づいて算出することを特徴とする。これにより、簡易な方法で液体燃料の状態に依存した動作時間を算出することができる。

可動特性検出部（動作時間算出部８２）は、燃料噴射弁６０の開弁動作時の駆動電流の変化量、及び／若しくは、燃料噴射弁６０の閉弁動作時の駆動電圧の変化量に基づいて可動特性を検出することを特徴とする。これにより、前述の動作時間の算出が困難な場合であっても可動特性を検出することができる。

記憶部８４には、動作時間の上限として許容される第１上限値と、動作時間の下限として許容される第１下限値と、が記憶されている。そして、燃料状態検出部８３は、動作時間が、第１下限値以上、且つ第１上限値以下であるときは、液体燃料は適正燃料であると判断する。また、燃料状態検出部８３は、動作時間が、第１下限値よりも短い、または第１上限値よりも長いときは、液体燃料は不適正燃料であると判断する。液体燃料の動粘度はその種類により大きく異なる。よって、不適正燃料の動粘度を含まないように第１上限値、第１下限値を適宜設定することで不適正燃料を容易に検出することができる。

記憶部８４には、標準情報として、液体燃料の種類ごとの温度に対応した動作時間の標準値が記憶されている。そして、燃料状態検出部８３は、液体燃料の温度を検出する温度センサ６１４を備え、動作時間と標準値に基づいて液体燃料の種類を検出する。これにより、燃料噴射弁６０に供給された液体燃料が適正燃料と同種であったとしても、当該液体燃料が適正か不適性かを判断することができる。

動作時間算出部８２は、液体燃料の温度が時間経過とともに変化する場合において所定時間ごとに動作時間を算出する。そして、燃料状態検出部８３は、複数の動作時間と、各動作時間の算出時の温度に対応する標準値と、を対比させて液体燃料の種類を検出することを特徴とする。これにより、燃料の種類の検出の信頼性を高めることができる。

燃料状態検出部８３は、液体燃料の温度を調整する温度調整部６０６を備え、液体燃料を所定温度に調整した状態で動作時間を算出する。そして、燃料状態検出部８３は、動作時間と、当該所定温度に対応する標準値と、を対比させて液体燃料の種類を検出することを特徴とする。これにより、検査対象の液体燃料を他の種類の液体燃料との区別を動粘度の相違により識別が容易となる温度に設定することができ、燃料の種類の検出の精度を高めることができる。

記憶部８４には、標準値よりも大きくかつ第１上限値よりも小さな第２上限値と、第１下限値よりも大きくかつ標準値よりも小さな第２下限値と、が記憶されている。そして、燃料状態検出部８３は、報知部（警告灯１０２）を備えるとともに、動作時間が、第２下限値よりも短い、または第２上限値よりも長いと判断した場合に報知部（警告灯）を作動させることを特徴とする。これにより、不適正な液体燃料を使用している可能性についてドライバーに警告することができる。

また、本実施形態に係る燃料噴射制御システムは、前述の燃料状態検出システムを用いた燃料噴射制御システムである。この燃料噴射制御システムは、燃料噴射弁６０の開弁動作と閉弁動作を制御して燃料噴射弁６０の液体燃料の噴射量を制御する噴射制御部８１を備える。そして、噴射制御部８１は、動作時間が、第１下限値よりも短い、または第１上限値よりも長いと燃料状態検出部８３が検出した場合には、燃料噴射弁６０の制御を停止することを特徴とする。これにより、不適正な液体燃料の使用を中止して、システム全体へのダメージを未然に防ぐことができる。

記憶部８４には、燃料噴射弁６０の標準値からの誤差の上限を表す誤差上限値と、燃料噴射弁６０の標準値からの誤差の下限を表す誤差下限値と、が記憶されている。そして、燃料状態検出部８３は、動作時間が、誤差下限値よりも短い、または誤差上限値よりも長いときは、液体燃料の動粘度に変化があったと判断する。また、噴射制御部８１は、液体燃料の動粘度に変化があった場合において、動作時間が標準値よりも長い場合は、噴射量を増加させる制御を行い、動作時間が標準値よりも短い場合は、噴射量を減少させることを特徴とする。これにより、噴射制御部８１は、燃料状態検出部８３が検出した液体燃料の状態と、測定された動作時間に基づいて、噴射量を適正な量に調整することができる。

噴射制御部８１は、燃料噴射弁６０に開弁動作を指令する開弁動作指令信号（駆動電圧（＋））と、燃料噴射弁６０に閉弁動作を指令する閉弁動作指令信号（駆動電圧（−））と、を出力する指令信号出力部（噴射制御部８１）と、燃料電池スタック１の運転状態に基づいて開弁動作指令信号と閉弁動作指令信号の出力時期を制御して液体燃料の噴射量を制御する噴射量制御部（噴射制御部８１）と、を備える。動作時間算出部８２は、動作時間として、燃料噴射弁６０に開弁動作指令信号が入力されてから開弁動作が終了するまでの開弁動作時間と、燃料噴射弁６０に閉弁動作指令信号が入力されてから閉弁動作が終了するまでの閉弁動作時間と、を算出する。記憶部８４には、適正燃料の標準値として、適正燃料の開弁動作時間を表す開弁標準値と、適正燃料の閉弁動作時間を表す閉弁標準値と、が記憶されている。そして、噴射量制御部（噴射制御部８１）は、開弁動作時間と開弁標準値との差分、及び／若しくは、閉弁動作時間と閉弁標準値との差分に基づいて噴射量を増減させることを特徴とする。これにより、液体燃料の状態及び燃料噴射弁６０の応答特性に変化があったとしても、燃料噴射弁６０から噴射する改質用燃料の噴射量が、負荷が要求する噴射量となるように燃料噴射弁６０を制御することができる。

噴射制御部８１（噴射量制御部）は、開弁動作時間が開弁標準値よりも短く、かつ閉弁動作時間が閉弁標準値よりも短い場合は、噴射量を減少させる制御を行うことを特徴とする。このとき、噴射制御部８１（または燃料状態検出部８３）は、液体燃料の動粘度が上昇しており、これにより液体燃料の温度が低下したと判断している。よって、噴射制御部８１は、液体燃料の温度低下により液体燃料の密度が上昇して燃料噴射弁６０から噴射される液体燃料の噴射量が、負荷が要求する噴射量よりも増加したと判断している。したがって、噴射制御部８１は、噴射量を減少させる制御を行うことで、燃料噴射弁６０から噴射する改質用燃料の噴射量を、負荷が要求する噴射量と一致するように調整することができる。

噴射制御部８１（噴射量制御部）は、開弁動作時間が開弁標準値よりも長く、かつ閉弁動作時間が閉弁標準値よりも長い場合は、噴射量を増加させる制御を行うことを特徴とする。このとき、噴射制御部８１（または燃料状態検出部８３）は、液体燃料の動粘度が低下しており、これにより液体燃料の温度が上昇したと判断している。よって、噴射制御部８１は、液体燃料の温度上昇により液体燃料の密度が低下して燃料噴射弁６０から噴射される液体燃料の噴射量が、負荷が要求する噴射量よりも低下したと判断している。したがって、噴射制御部８１は噴射量を増加させる制御を行うことで、燃料噴射弁６０から噴射する改質用燃料の噴射量を、負荷が要求する噴射量と一致するように調整することができる。

噴射制御部８１（噴射量制御部）は、開弁動作時間が開弁標準値よりも長く、かつ閉弁動作時間が閉弁標準値よりも短い場合は、噴射量を増加させる制御を行うことを特徴とする。このとき、噴射制御部８１（または燃料状態検出部８３）は、燃料噴射弁６０の応答特性の変化により開弁時間が実質的に減少したと判断している。よって、噴射制御部８１は、燃料噴射弁６０から噴射される液体燃料の噴射量が、負荷が要求する噴射量よりも減少したと判断している。したがって、噴射制御部８１は噴射量を増加させる制御を行うことで、燃料噴射弁６０から噴射する改質用燃料の噴射量を、負荷が要求する噴射量と一致するように調整することができる。

噴射制御部８１（噴射量制御部）は、開弁動作時間が開弁標準値よりも短く、かつ閉弁動作時間が閉弁標準値よりも長い場合は、噴射量を減少させる制御を行うことを特徴とする。このとき、噴射制御部８１（または燃料状態検出部８３）は、燃料噴射弁６０の応答特性の変化により開弁時間が実質的に増加したと判断している。よって、噴射制御部８１は、燃料噴射弁６０から噴射される液体燃料の噴射量が、負荷が要求する噴射量よりも増加したと判断している。したがって、噴射制御部８１は、噴射量を減少させる制御を行うことで、燃料噴射弁６０から噴射する改質用燃料の噴射量を、負荷が要求する噴射量と一致するように調整することができる。

燃料状態検出部８３は、開弁動作時間と開弁標準値との大小関係と、閉弁動作時間と閉弁標準値の大小関係と、が互いに一致する場合には改質用燃料の動粘度に変化があったと判断する。そして、噴射制御部８１（噴射量制御部）は、燃料状態検出部８３が液体燃料の動粘度に変化があったと判断した場合において、開弁動作時間が開弁標準値よりも長く、または閉弁動作時間が閉弁標準値よりも長い場合は、噴射量を増加させ、開弁動作時間が開弁標準値よりも短く、または閉弁動作時間が閉弁標準値よりも短い場合は、噴射量を減少させることを特徴とする。これにより、噴射制御部８１（噴射量制御部）は、開弁動作時間、閉弁動作時間のいずれか一方を用いて噴射量を増減する制御を行うことができるので、制御の応答を早めることができる。

燃料状態検出部８３は、開弁動作時間と開弁標準値との大小関係と、閉弁動作時間と閉弁標準値の大小関係と、が互いに異なる場合には燃料噴射弁６０の応答特性に変化があったと判断する。そして、噴射制御部８１（噴射量制御部）は、燃料状態検出部８３が燃料噴射弁６０の応答特性に変化があったと判断した場合において、開弁動作時間が開弁標準値よりも長く、または閉弁動作時間が閉弁標準値よりも短い場合は、噴射量を増加させ、開弁動作時間が開弁標準値よりも短く、または閉弁動作時間が閉弁標準値よりも長い場合は、噴射量を減少させることを特徴とする。これにより、噴射制御部８１（噴射量制御部）は、開弁動作時間、閉弁動作時間のいずれか一方を用いて噴射量を増減する制御を行うことができるので、制御の応答を早めることができる。

本実施形態において、燃料噴射弁６０の可動特性を開弁動作時間及び閉弁動作時間とし、これを他の燃料の標準値として比較して液体燃料の種類を検出し、また噴射量の制御を行う旨説明した。しかし、当該可動特性として前述の電流の変化量、電圧の変化量を用い、これらを他の燃料を燃料噴射弁６０に供給したときの電流の変化量、電圧の変化量と比較して液体燃料の適正・不適性、液体燃料の種類を検出してもよく、また液体燃料の電流の変化量の標準値、電圧の変化量の標準値と比較することで噴射量の制御を行ってもよい。

開弁動作時間、及び閉弁動作時間の算出時において、液体燃料の温度に変化がない場合には、許容開弁下限値、適正開弁下限値、開弁標準値、適正開弁上限値、許容開弁上限値、許容閉弁下限値、適正閉弁下限値、閉弁標準値、適正閉弁上限値、許容閉弁上限値は、それぞれ一定値としてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、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。

１ 燃料電池スタック
８ コントローラ
６０ 燃料噴射弁
８１ 噴射制御部
８２ 動作時間算出部
８３ 燃料状態検出部
８４ 記憶部

Claims (20)

1. 燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
   前記燃料ガスとなる液体燃料を蓄える燃料タンクと、
   前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
   前記燃料タンク及び前記酸化剤ガス供給部に接続され、前記燃料電池に対して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを給排する給排機構と、
   を備える燃料電池システムであって、
   前記燃料タンクと前記給排機構との間に介装され、可動部を開閉することで前記給排機構に前記液体燃料を供給する燃料噴射弁と、
   前記可動部の可動状態に基づき可動特性を検出する可動特性検出部と、
   前記液体燃料の種類ごとの前記可動特性を示す標準情報が記憶された記憶部と、
   前記可動特性と前記標準情報に基づいて、前記液体燃料の状態を検出する燃料状態検出部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記可動特性検出部は、前記燃料噴射弁の開弁動作及び閉弁動作の少なくとも一方の動作の開始から終了までの動作時間を前記可動特性として算出することを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記可動特性検出部は、前記動作時間を前記燃料噴射弁の開弁動作時の駆動電流または駆動電圧に基づいて算出することを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記可動特性検出部は、前記動作時間を前記燃料噴射弁の閉弁動作時の駆動電流または駆動電圧に基づいて算出することを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記可動特性検出部は、前記燃料噴射弁の開弁動作時の駆動電流の変化量、及び／若しくは、前記燃料噴射弁の閉弁動作時の駆動電圧の変化量に基づいて前記可動特性を検出することを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記記憶部には、前記動作時間の上限として許容される第１上限値と、前記動作時間の下限として許容される第１下限値と、が記憶され、
   前記燃料状態検出部は、前記動作時間が、前記第１下限値以上、且つ前記第１上限値以下であるときは、前記液体燃料は適正燃料であると判断し、前記動作時間が、前記第１下限値よりも短い、または前記第１上限値よりも長いときは、前記液体燃料は不適正燃料であると判断することを特徴とする燃料電池システム。
7. 請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記記憶部には、前記標準情報として、前記液体燃料の種類ごとの温度に対応した前記動作時間の標準値が記憶され、
   前記燃料状態検出部は、前記液体燃料の温度を検出する温度検出手段を備え、前記動作時間と前記標準値に基づいて前記液体燃料の種類を検出することを特徴とする燃料電池システム。
8. 請求項７に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記可動特性検出部は、前記液体燃料の温度が時間経過とともに変化する場合において所定時間ごとに前記動作時間を算出し、
   前記燃料状態検出部は、複数の前記動作時間と、前記動作時間の算出時の温度に対応する前記標準値と、を対比させて前記液体燃料の種類を検出することを特徴とする燃料電池システム。
9. 請求項７に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記燃料状態検出部は、前記液体燃料の温度を調整する温度調整部を備え、前記液体燃料を所定温度に調整した状態で前記動作時間を算出し、前記動作時間と、当該所定温度に対応する前記標準値と、を対比させて前記液体燃料の種類を検出することを特徴とする燃料電池システム。
10. 請求項７乃至９のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記記憶部には、前記標準値よりも大きくかつ前記第１上限値よりも小さな第２上限値と、前記第１下限値よりも大きくかつ前記標準値よりも小さな第２下限値と、が記憶され、
    前記燃料状態検出部は、報知部を備えるとともに、前記動作時間が、前記第２下限値よりも短い、または前記第２上限値よりも長いと判断した場合に前記報知部を作動させることを特徴とする燃料電池システム。
11. 請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記可動部の前記開弁動作と前記閉弁動作を制御して前記燃料噴射弁の前記液体燃料の噴射量を制御する噴射制御部を備え、
    前記噴射制御部は、前記動作時間が、前記第１下限値よりも短い、または前記第１上限値よりも長いと前記燃料状態検出部が検出した場合には、前記燃料噴射弁の制御を停止することを特徴とする燃料電池システム。
12. 請求項１１に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記記憶部には、前記燃料噴射弁の前記標準値からの誤差の上限を表す誤差上限値と、前記燃料噴射弁の前記標準値からの誤差の下限を表す誤差下限値と、が記憶され、
    前記燃料状態検出部は、前記動作時間が、前記誤差下限値よりも短い、または前記誤差上限値よりも長いときは、前記液体燃料の動粘度に変化があったと判断し、
    前記噴射制御部は、前記液体燃料の動粘度に変化があった場合において、前記動作時間が前記標準値よりも長い場合は、前記噴射量を増加させる制御を行い、前記動作時間が前記標準値よりも短い場合は、前記噴射量を減少させることを特徴とする燃料電池システム。
13. 請求項１１に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記噴射制御部は、
    前記燃料噴射弁に前記開弁動作を指令する開弁動作指令信号と、前記燃料噴射弁に前記閉弁動作を指令する閉弁動作指令信号と、を出力する指令信号出力部と、
    前記燃料電池の運転状態に基づいて前記開弁動作指令信号と前記閉弁動作指令信号の出力時期を制御して前記液体燃料の前記噴射量を制御する噴射量制御部と、を備え、
    前記可動特性検出部は、前記動作時間として、前記燃料噴射弁に前記開弁動作指令信号が入力されてから前記開弁動作が終了するまでの開弁動作時間と、前記燃料噴射弁に前記閉弁動作指令信号が入力されてから前記閉弁動作が終了するまでの閉弁動作時間と、を算出し、
    前記記憶部には、前記適正燃料の前記標準値として、前記適正燃料の前記開弁動作時間を表す開弁標準値と、前記適正燃料の前記閉弁動作時間を表す閉弁標準値と、が記憶され、
    前記噴射量制御部は、
    前記開弁動作時間と前記開弁標準値との差分、及び／若しくは、前記閉弁動作時間と前記閉弁標準値との差分に基づいて前記噴射量を増減させることを特徴とする燃料電池システム。
14. 請求項１３に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記噴射量制御部は、前記開弁動作時間が前記開弁標準値よりも短く、かつ前記閉弁動作時間が前記閉弁標準値よりも短い場合は、前記噴射量を減少させることを特徴とする燃料電池システム。
15. 請求項１３に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記噴射量制御部は、前記開弁動作時間が前記開弁標準値よりも長く、かつ前記閉弁動作時間が前記閉弁標準値よりも長い場合は、前記噴射量を増加させることを特徴とする燃料電池システム。
16. 請求項１３に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記噴射量制御部は、前記開弁動作時間が前記開弁標準値よりも長く、かつ前記閉弁動作時間が前記閉弁標準値よりも短い場合は、前記噴射量を増加させることを特徴とする燃料電池システム。
17. 請求項１３に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記噴射量制御部は、前記開弁動作時間が前記開弁標準値よりも短く、かつ前記閉弁動作時間が前記閉弁標準値よりも長い場合は、前記噴射量を減少させることを特徴とする燃料電池システム。
18. 請求項１３に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記燃料状態検出部は、前記開弁動作時間と前記開弁標準値との大小関係と、前記閉弁動作時間と前記閉弁標準値の大小関係と、が互いに一致する場合には前記液体燃料の動粘度に変化があったと判断し、
    前記噴射量制御部は、前記燃料状態検出部が前記液体燃料の動粘度に変化があったと判断した場合において、前記開弁動作時間が前記開弁標準値よりも長く、または前記閉弁動作時間が前記閉弁標準値よりも長い場合は、前記噴射量を増加させ、前記開弁動作時間が前記開弁標準値よりも短く、または前記閉弁動作時間が前記閉弁標準値よりも短い場合は、前記噴射量を減少させることを特徴とする燃料電池システム。
19. 請求項１３に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記燃料状態検出部は、前記開弁動作時間と前記開弁標準値との大小関係と、前記閉弁動作時間と前記閉弁標準値の大小関係と、が互いに異なる場合には前記燃料噴射弁の特性に変化があったと判断し、
    前記噴射量制御部は、前記燃料状態検出部が前記燃料噴射弁の特性に変化があったと判断した場合において、前記開弁動作時間が前記開弁標準値よりも長く、または前記閉弁動作時間が前記閉弁標準値よりも短い場合は、前記噴射量を増加させ、前記開弁動作時間が前記開弁標準値よりも短く、または前記閉弁動作時間が前記閉弁標準値よりも長い場合は、前記噴射量を減少させることを特徴とする燃料電池システム。
20. 燃料電池に供給される液体燃料を噴射する燃料噴射弁の可動特性を検出するステップと、
    前記可動特性と、前記液体燃料の種類ごとの前記可動特性を示す標準情報と、に基づいて、前記液体燃料の状態を検出するステップと、
    を含むことを特徴とする燃料状態検出方法。

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