JP5427158B2 - 燃料ガス供給充填システム - Google Patents
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Description
更に、本発明では、低圧側圧力検出手段が検出する燃料ガスの圧力が目標圧力から外れていると、制御手段が前記燃料ガスの圧力が目標圧力になるように電磁式調圧弁に流れる電流を調整し、前記燃料ガスの圧力をフィードバック制御する。このようにフィードバック制御することで、前記燃料ガスの圧力が高精度で目標圧力に制御することができる。また、電磁式調圧弁がノーマルクローズ形の弁であるので、燃料ガスの圧力を調整すべく電磁式調圧弁に流していた電流を止めることで、供給通路を緊急遮断することができる。これにより、例えば、燃料ガス消費器に意図しない高圧の燃料ガスが供給されても供給通路を直ぐに遮断することができ、燃料ガス消費器が損傷することを防ぐことができる。また、電磁式調圧弁が遮断機能を有するので、供給通路に設ける遮断弁の数を減らすことができ、燃料ガス供給充填システムの製造コストを低減することができる。また、燃料ガス供給充填システムの構成機器を低減することで、燃料ガス供給充填システムにおける圧力損失を低減し、且つ小形化を図ることができる。
更に、本発明では、電磁比例ソレノイドの励磁力を変えることで弁通路の開度を変えて二次ポートから出力される圧力、つまり二次圧を調圧することができるようになっており、前記励磁力を目標圧力に応じた力に設定することで二次圧を目標圧力に制御することができる。また、二次圧は圧力帰還室に導かれており、第2シール部材は、この圧力帰還室の内圧に応じた作用力を弁体に与えて弁体を閉位置方向に移動させるようになっている。このような作用力を受ける弁体は、弁体が受ける二次圧、第2シール部材から受ける作用力、励磁力、並びに復帰用ばねによる付勢力等、弁体に作用する力が釣り合う位置まで弁体が移動し、前記力が釣り合うように弁通路の開度が調整される。これにより、二次圧が変動しても、前記弁通路の開度が調整されて前記二次圧が目標圧力に戻される。そのため、二次圧が目標圧力にて保持される。このように前記電磁式調圧弁は、二次圧を目標圧力で保持することができるため、圧力制御性が高く、高圧の燃料ガスをより正確に可変調圧することができる。
また、更に、本発明では、軸受部材により弁体が円滑に移動できるようになっているので、目標圧力に対する追従性が向上している。そして、軸受部材の両側に第1及び第2シール部材が設けられているので、燃料ガスが軸受部材の方に流入することがなく、軸受部材が燃料ガスに曝されることがない。これにより、燃料ガスに対する腐食耐性がない材料を軸受部材に使用することが可能になり、軸受部材の材料の選択肢が増加する。更に、例えば軸受部材をグリス潤滑したときに、使用したグリスが燃料ガスと共に二次ポート側に流出することを防ぐことができる。これにより、弁体の円滑な移動を実現するとともに、燃料ガスへのグリスの混入を防ぐことができる。
圧縮天然ガス自動車、水素ガス自動車及び燃料電池自動車等の車両は、燃料ガス消費器(例えばガスエンジンや燃料電池等)2、高圧タンク3及び燃料ガス供給充填システム1を備えており、この燃料ガス消費器2で燃料ガス(圧縮天然ガス(CNG)や水素ガス等)を消費することによって駆動力を得て駆動輪を動かすようになっている。燃料ガス消費器2は、燃料ガス供給充填システム1を介して高圧タンク3に接続されている。高圧タンク3は、例えば35〜70MPa、又はそれ以上の高圧の燃料ガスを貯留することができるようになっており、燃料ガス供給充填システム1は、高圧タンク3に貯留されている燃料ガスを燃料ガス消費器2に供給するようになっている。
燃料ガス供給充填システム1は、アクセルペダル等の図示しない入力手段の入力に応じて燃料ガス消費器2に燃料ガスを供給するようになっており、供給通路4と、電磁式調圧弁6と、電磁式開閉弁7と、安全リリーフ弁8と、低圧側圧力センサ9と、制御器10とを備えている。供給通路4は、燃料ガスが流れる通路であり、その一端に高圧タンク3が繋がっている。
以下では、前述した燃料ガス供給充填システム1にて設けられている電磁式調圧弁6の構成について、詳述する。なお、以下の説明における上下、左右、及び前後等の方向の概念は、説明の便宜上使用するものであって、電磁式調圧弁6に関して、それらの構成の配置及び向き等をその方向に限定することを示唆するものではない。また、以下で説明する電磁式調圧弁6は、電磁式調圧弁の一実施形態に過ぎず、後述する形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。
以下では、図2を参照しながら電磁式調圧弁6の動作について説明する。まず、制御器10の調圧弁制御部10aがECUから受信する目標圧力に応じた電流をソレノイドコイル35に流す。そうすると、可動部材38に励磁力が作用し、可動部材38がヨーク36の方へ吸引される。これにより、押圧部材41によって弁体24が開位置方向に押されて座部23から離れる。そうすると、弁通路22が開いて弁空間21eの燃料ガスが二次側領域21gへと流れる。この際、弁体24と座部23との間に形成されるオリフィス(図示せず)により弁空間21eから二次側領域21gに流れる燃料ガスが二次圧p2に減圧される。
以下では、燃料ガス供給充填システム1における燃料ガスの供給動作について図1を参照しながら説明する。燃料ガス供給充填システム1では、ECUの指令等により開閉弁制御部10bが電磁式開閉弁7を作動させて供給通路4を開き、高圧タンク3内の燃料ガスを電磁式調圧弁6に流す。流された燃料ガスは、電磁式調圧弁6によって前述のように目標圧力に調圧され、その後、供給通路4を通って燃料ガス消費器2に導かれる。その際、低圧側圧力センサ9によって燃料ガスのガス圧が検出され、その検出結果が制御器10に送信される。
次に、燃料ガス供給充填システム1が有する充填系統について説明する。充填系統は、高圧タンク3に高圧の燃料ガスを充填できる回路であり、燃料ガス供給充填システム1は、充填系統を構成すべく、図1に示すような充填通路51と、フィルター52と、逆止弁53と、高圧側圧力センサ54とを備えている。充填通路51は、バルブブロック11に形成されており、その一端が供給通路4において電磁式開閉弁7と電磁式調圧弁6との間に接続されている。また、充填通路51の他端には、充填口55が形成されており、この充填口55から高圧の燃料ガスを注入することができるようになっている。
<充填動作>
このような充填系統を有する燃料ガス供給充填システム1では、この充填系統を使って高圧タンク3内に高圧の燃料ガスを充填できるようになっている。以下では、充填動作について説明する。燃料ガス供給充填システム1では、充填通路51の充填口55から燃料ガスを入れると、前記燃料ガスがフィルター52を通って逆止弁53に導かれる。導かれた燃料ガスは、逆止弁53を作動させて充填通路51を開き、更に供給通路4に流れ込み、供給通路4を通って電磁式開閉弁7及び電磁式調圧弁6まで達する。
また、燃料ガス供給充填システム1では、高圧側圧力センサ54の検出結果に基づいて燃料ガスの漏れを検出するようになっている。具体的には、電磁式開閉弁7が閉状態の時において燃料ガスが充填通路51から大気開放されると、図3に示すように、電磁式開閉弁7と電磁式調圧弁6との間の圧力が、漏れが発生していない場合(図3の一点鎖線参照)に比べて急激に低下する(時刻t1〜t2参照)。この急激な圧力降下を高圧側圧力センサ54にて検出し、その単位時間当たりの圧力降下が予め定められた規定圧力降下量よりも大きいと、制御器10の開閉弁制御部10bは、充填通路51で漏れが生じていると判定する。判定した後、開閉弁制御部10bは、電磁式開閉弁7を閉じて充填通路51からの漏れを防ぐ(図3の実線参照)。
第2及び第3実施形態に係る燃料ガス供給充填システム1A,1Bは、第1実施形態に係る燃料ガス供給充填システム1と構成が類似している。従って、燃料ガス供給充填システム1A,1Bの構成については、第1実施形態に係る燃料ガス供給充填システム1と異なる点についてだけ説明し、同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
第4実施形態に係る燃料ガス供給充填システム1Cは、図6に示すように第1実施形態に係る燃料ガス供給充填システム1と構成が類似している。従って、第4実施形態に係る燃料ガス供給充填システム1Cの構成について、第1実施形態に係る燃料ガス供給充填システム1と異なる点についてだけ説明する。
第5実施形態に係る燃料ガス供給充填システム1Dは、第1実施形態に係る燃料ガス供給充填システム1と構成が類似している。従って、第5実施形態に係る燃料ガス供給充填システム1Dの構成について、第1実施形態の燃料ガス供給充填システム1と異なる点についてだけ説明する。
第1乃至第5実施形態では、圧力帰還室31の二次圧p2をダイヤフラムシール29で受圧しているが、必ずしもダイヤフラムシールでなくてもよく、Oリングなどの低圧シール部材であってもよい。この場合、弁体24の下端側の外径をシート径より大きくすることによって、第1実施形態の電磁式調圧弁6と同様の作用効果を達成することができる。また、本実施形態の電磁式調圧弁6は、プッシュ型の電磁式調圧弁であるが、プル型の電磁式調圧弁であってもよい。
2 燃料ガス消費器
3 高圧タンク
4 供給通路
6 電磁式調圧弁
7 電磁式開閉弁
9 低圧側圧力センサ
10 制御器
12,12A〜12D 容器元弁
21 ハウジング
21a 一次ポート
21c 二次ポート
22 弁通路
24 弁体
27 軸受部材
28 高圧シール部材
29 ダイヤフラムシール
31 圧力帰還室
33 復帰用ばね
34 電磁比例ソレノイド
51 充填通路
53 逆止弁
54 高圧側圧力センサ
55 充填口
Claims (9)
- 燃料ガスを消費する燃料ガス消費器と高圧の前記燃料ガスが貯蔵される高圧タンクとを接続する供給通路と、
前記供給通路に設けられ、前記供給通路を流れる燃料ガスの圧力を流される電流に応じた圧力に調圧し、流される電流が止められると前記供給通路を閉じるノーマルクローズ形の電磁式調圧弁と、
前記供給通路において前記電磁式調圧弁より上流側に設けられ、前記供給通路を開閉可能な電磁式開閉弁と、
前記供給通路に設けられ、且つ前記電磁式調圧弁より前記燃料ガス消費器側のガス圧力を検出する低圧側圧力検出手段と、
前記低圧側圧力検出手段で検出されるガス圧力が予め定められた目標圧力になるように前記電磁式調圧弁に流す電流を制御する制御手段とを備え、
前記供給通路には、前記電磁式調圧弁と前記電磁式開閉弁との間に充填通路が接続され、
前記充填通路は、充填口から前記高圧の燃料ガスを充填でき、
前記電磁式開閉弁は、前記充填口からの前記高圧の燃料ガスが導かれると、遮断していた供給通路を開き、
前記電磁式調圧弁は、
前記高圧タンクに接続される一次ポート及び前記燃料ガス消費器に接続される二次ポートを繋ぐ弁通路を有するハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、前記弁通路を閉じる閉位置と前記弁通路を開く開位置との間で移動して前記弁通路の開度を制御する弁体と、
前記弁体を前記閉位置の方に付勢する復帰用ばねと、
前記制御手段から流される電流に応じた励磁力を前記弁体に与えて、前記弁体を開位置の方に移動させる電磁比例ソレノイドと、
前記弁体と前記ハウジングとの間に介在し、前記閉位置と前記開位置との間で摺動できるように前記弁体を支持する軸受部材と、
前記軸受部材の両側を封止する第1シール部材及び第2シール部材とを備え、
前記ハウジング内には、前記二次ポートに繋がる圧力帰還室が形成され、
前記第1シール部材は、前記圧力帰還室の内圧に応じた作用力を前記弁体に与えて、前記弁体を前記閉位置の方へと移動させるようになっている、燃料ガス消費器の燃料ガス供給充填システム。 - 前記充填通路に設けられ、前記充填口から前記供給通路に向かって流れる燃料ガスを許容し、その逆方向に流れようとする燃料ガスを遮断する逆止弁と、
前記充填通路からの漏れを検出する漏れ検出手段を備え、
前記制御手段は、前記漏れ検出手段の検出結果に基づいて前記充填通路から漏れが生じていると判定すると、前記電磁式開閉弁により前記供給通路を遮断させるようになっている、請求項1に記載の燃料ガス消費器の燃料ガス供給充填システム。 - 前記漏れ検出手段は、前記供給通路に設けられ、前記電磁式調圧弁と前記電磁式開閉弁との間のガス圧力を検出する高圧側圧力検出手段であり、
前記制御手段は、前記高圧側圧力検出手段で検出されているガス圧力が急激に降下していると、前記充填通路から漏れが生じていると判定するようになっている、請求項2に記載の燃料ガス消費器の燃料ガス供給充填システム。 - 前記弁体は、前記弁体が開位置に向かう方向に前記二次ポートの圧力が作用する二次側受圧部と、前記弁体が閉位置に向かう方向に前記圧力帰還室の圧力が作用する圧力帰還室側受圧部とを備え、
前記圧力帰還室側受圧部の受圧面積は、前記二次側受圧部の受圧面積よりも大きい、請求項1乃至3のいずれか1つに記載の燃料ガス消費器の燃料ガス供給充填システム。 - 前記弁体は、前記弁体が開位置に向かう方向に前記一次ポートの圧力が作用する第一受圧面と、前記弁体が閉位置に向かう方向に前記一次ポートの圧力が作用する第二受圧面とを備え、
前記第一受圧面の受圧面積と前記第二受圧面の受圧面積は略同一である、請求項1乃至4の何れか1つに記載の燃料ガス消費器の燃料ガス供給充填システム。 - 前記低圧側圧力検出手段は、前記ガス供給手段付近に設けられている、請求項1乃至5の何れか1つに記載の燃料ガス消費器の燃料ガス供給充填システム。
- 前記制御手段は、前記低圧側圧力検出手段で検出されるガス圧力が予め定められた許容圧力以上になると、前記電磁式調圧弁に流す電流を止めるようになっている、請求項1乃至6の何れか1つに記載の燃料ガス消費器の燃料ガス供給充填システム。
- 前記電磁式開閉弁は、前記高圧タンクの供給口に設置されるインタンク型又はオンタンク型の電磁式容器元弁に含まれている、請求項1乃至7の何れか1つに記載の燃料ガス消費器の燃料ガス供給充填システム。
- 前記電磁式調圧弁は、前記高圧タンクの供給口に設置されるインタンク型又はオンタンク型の電磁式容器元弁に含まれている、請求項1乃至8の何れか1つに記載の燃料ガス消費器の燃料ガス供給充填システム。
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