JP6724736B2 - 高圧流体制御弁の制御装置および異常診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、高圧流体制御弁の制御装置および異常診断方法に関し、特に開閉機能と調圧機能とを兼ね備える圧力制御弁において、弁体の開閉不良を診断する技術に関する。

特許文献１には、水素タンク２と、水素タンク２に貯蔵されている高圧の水素ガスを燃料電池１のアノード極に供給するための水素供給通路３と、水素供給通路３に介装された制御弁４と、を備える燃料電池システムが開示されている。制御弁４は、燃料電池１に供給される水素ガスの圧力を調整するためのものである。さらに、この燃料電池システムは、燃料電池１の発電停止時（電源オフ時）に水素タンク２の内部と水素供給通路３との連通を遮断する開閉弁５を備える（段落００１３、００１４）。

特開２０１３−１３４６８７号公報

しかし、特許文献１では、制御弁４が水素供給通路３の途中、換言すれば、高圧配管３Ａと低圧配管３Ｂとの間に配置される一方、開閉弁５が水素タンク２のガス取出部、換言すれば、水素タンク２と水素供給通路３との接続部に配置されており、制御弁４と開閉弁５とが個別に設けられている。ここで、開閉弁の機能と調圧弁の機能とを一体の圧力制御弁に統合することができれば、配管等のレイアウト性が向上するとともに、部品数および製造コストの削減に繋がる。さらに、実際の運用を考慮すれば、弁体の開閉不良を診断する方法を確立することが求められる。開閉弁に生じた異常を検知可能とすることは、開閉弁を通じた流体の漏れにより圧力制御弁の下流側に備わる部品に許容範囲を超える圧力がかかるおそれがあることから、特に重要である。

そこで、本発明では、開閉機能と調圧機能とを兼ね備える高圧流体制御弁において、弁体の開閉不良を診断可能とし、もって、高圧流体制御弁の実用性を高めることを目的とする。

本発明の一形態では、高圧流体制御弁の制御装置を提供する。一形態に係る制御装置は、弁体と、弁体を収容するハウジングと、弁体を駆動するソレノイドと、を備え、ハウジングに、一次ポートと連通する高圧室と、二次ポートと連通する低圧室と、高圧室および低圧室の間の中間室と、が形成されるとともに、弁体が全閉時に当接するシート部として、高圧室と中間室との間に遮断シート部が、中間室と低圧室との間に遮断シート部よりも小さなシート径を有する調圧シート部が、夫々設けられ、全閉からの開弁動作時に、調圧シート部が遮断シート部に遅れて開放されるように構成された高圧流体制御弁を制御する、高圧流体制御弁の制御装置である。本形態では、低圧室の圧力を検出する圧力センサと、ソレノイドに弁体を駆動するための駆動エネルギを供給する制御ユニットと、高圧流体制御弁における異常の有無を診断する異常診断ユニットと、を設け、制御ユニットにより、駆動エネルギとして、高圧流体制御弁の全閉からの開弁動作時に遮断シート部を開放させるための第１の駆動エネルギを供給した後、低圧室の圧力を開弁後の調圧時における所定の制御範囲に収めるための第１の駆動エネルギよりも小さい第２の駆動エネルギに切り換え、異常診断ユニットにより、駆動エネルギが第２の駆動エネルギに到達する前に圧力センサの圧力検出値が所定の制御範囲に到達した場合に、高圧流体制御弁に異常が生じていると診断する。

本発明によれば、高圧流体制御弁における異常の有無を診断可能となることで、高圧流体制御弁の適正な運用を図り、その実用性を高めることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る高圧流体制御弁を適用した燃料電池システムの全体構成図である。 図２は、同上高圧流体制御弁の全体構成を示す概略断面図である。 図３は、同上高圧流体制御弁の要部構成を示す拡大断面図である。 図４は、同上高圧流体制御弁の全閉からの開弁時の動作を概略的に示す説明図である。 図５は、弁体の開方向位置に応じたシート面圧の変化を示す説明図である。 図６は、全閉からの開弁動作時にソレノイドに供給する駆動エネルギの変化を示す説明図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る異常診断の内容を概略的に示す説明図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る異常診断の内容を概略的に示す説明図である。 図９は、同上異常診断の流れを示すフローチャートである。 図１０は、同上異常診断の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、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全体構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る高圧流体制御弁５を適用した燃料電池システム１の構成を、アノード系を中心に示している。

本実施形態に係る燃料電池システム１は、大別すると、燃料電池１０と、カソードガス給排機構１２と、アノードガス給排機構１４と、を備える。燃料電池１０は、発電装置を構成する。カソードガス給排機構１２は、燃料電池１０のカソード極に酸化剤を供給し、発電反応後のカソードオフガスを燃料電池１０から排出する機構である。アノードガス給排機構１４は、燃料電池１０のアノード極に燃料を供給し、発電反応後のアノードオフガスをアノード極に再度供給するとともに、アノードオフガスの一部を必要に応じて燃料電池システム１の外部に排出する機構である。

燃料電池システム１は、さらに、図示しない負荷装置を備えるとともに、加熱／冷却機構等の燃料電池１０の運転に必要な設備を適宜備える。本実施形態において、燃料電池システム１は、車両に搭載され、負荷装置は、具体的には、車両走行用の電動モータである。燃料電池１０は、この燃料電池自動車の駆動源を構成し、電動モータに供給される電力のほか、車両の走行に必要な電力を発電する。

燃料電池１０は、膜電極接合体を一対のセパレータにより挟持して構成される燃料電池セルを積層して構成され、カソードガス給排機構１２を介して空気の供給を受けるとともに、アノードガス給排機構１４を介して水素ガスの供給を受け、空気中の酸素と水素との化学反応により発電する。本実施形態では、水素が燃料であり、空気中の酸素が酸化剤である。水素ガスは、後に述べる高圧水素タンク１４１から供給され、空気は、大気中から図示しないコンプレッサ等を介して取り込まれる。発電により生じた電気は、車両走行用の電動モータに供給され、この電動モータの駆動に用いられる。

カソードガス給排機構１２は、カソードガス供給通路１２１と、カソードガス排出通路１２２と、を備える。カソードガス供給通路１２１は、燃料電池１０のカソード極に供給される空気が流れる通路であり、カソードガス排出通路１２２は、燃料電池１０から排出されるカソードオフガスが流れる通路である。カソードガス供給通路１２１を介して大気中の空気が燃料電池１０のカソード極に供給され、カソードガス排出通路１２２を介してカソードオフガスが燃料電池システム１の外部に放出される。

アノードガス給排機構１４は、高圧水素タンク１４１と、アノードガス供給通路１４２と、アノードオフガス循環通路１４３と、を備える。高圧水素タンク１４１は、燃料電池１０のアノード極に供給される水素ガスを高圧状態に保って貯蔵する高圧ガス容器である。アノードガス供給通路１４２は、燃料電池１０のアノード極に供給される水素ガスが流れる通路であり、高圧水素タンク１４１のガス取出口と、燃料電池１０のアノード極のガス流入口と、の間に接続されている。アノードガス供給通路１４２は、後に述べるエゼクタ１４５よりも上流側の第１燃料供給管１４２ａと、エゼクタ１４５よりも下流側の第２燃料供給管１４２ｂと、からなる。アノードオフガス循環通路１４３は、燃料電池１０から排出されたアノードオフガスをアノード極に再度供給するための通路であり、燃料電池１０のアノード極のガス流出口と、アノードガス供給通路１４２と、の間に接続されている。

高圧水素タンク１４１のガス取出口には、本実施形態に係る「高圧流体制御弁」である統合主止弁５が取り付けられている。統合主止弁５は、高圧水素タンク１４１の内部とアノードガス供給通路１４２との連通を遮断する開閉機能と、アノードガス供給通路１４２に送り出す水素ガスの圧力を制御する減圧ないし調圧機能とを兼ね備えるものである。高圧水素タンク１４１に貯蔵されている水素ガスは、統合主止弁５の開放中に、統合主止弁５による制御を受けてアノードガス供給通路１４２に送出され、アノードガス供給通路１４２を介して燃料電池１０のアノード極に供給される。

さらに、アノードガス供給通路１４２とアノードオフガス循環通路１４３との接続部にエゼクタ１４５が設置されており、アノードガス供給通路１４２に送出された水素ガスは、エゼクタ１４５のノズル部に供給される。他方で、燃料電池１０のアノード極における発電反応に寄与せずに残った水素と、発電反応に際してカソード極からアノード極に漏洩した水分および窒素等の不純物と、を含んだアノードオフガスが、アノードオフガス循環通路１４３を介してエゼクタ１４５に供給される。アノードオフガスは、エゼクタ１４５の内部でノズル部を通じた水素ガスの噴流により形成される負圧の作用を受けてアノードガス供給通路１４２に吸入され、この水素ガスとともに燃料電池１０のアノード極に循環される。

本実施形態では、アノードオフガス循環通路１４３にアノードオフガス排出通路１４４が接続されている。アノードオフガスの一部は、燃料電池システム１からの不純物の排出等の必要に応じ、アノードオフガス循環通路１４３からアノードオフガス排出通路１４４に流入し、アノードオフガス排出通路１４４を介して燃料電池システム１の外部に排出される。

（制御システムの基本構成）
本実施形態において、燃料電池１０の運転は、コントロールユニット１０１により制御される。コントロールユニット１０１は、中央演算装置、記憶装置および入出力インターフェース等を備えた電子制御ユニットとして構成され、燃料電池１０の運転制御のため、燃料電池システム１に対する運転要求および燃料電池１０の実際の運転状態を検出する各種センサ１１１〜１１７等から信号を入力する。

アクセルセンサ１１１は、当該車両の運転者によるアクセルペダルの踏込量を示す信号を出力する。ＨＦＲ測定装置１１２は、燃料電池１０のセルを構成する電解質膜の湿潤度（ＨＦＲ測定値）を示す信号を出力する。スタック電流センサ１１３は、燃料電池１０が実際に生じさせている電流を示す信号を出力する。さらに、起動スイッチ１１４は、運転者のキー操作に応じて燃料電池システム１に対する起動および停止指令を示す信号を出力する。

タンク圧力センサ１１５は、高圧水素タンク１４１に設置され、高圧水素タンク１４１内部の圧力、換言すれば、高圧水素タンク１４１に貯蔵されている水素ガスの圧力を検出する。上流側圧力センサ１１６は、アノードガス供給通路１４２の第１燃料供給管１４２ａに設置され、エゼクタ１４５に供給される水素ガスの圧力を検出する。下流側圧力センサ１１７は、アノードガス供給通路１４２の第２燃料供給管１４２ｂに設置され、エゼクタ１４５から送出されたアノードガス、換言すれば、水素ガスとアノードオフガスとの混合ガスの圧力を検出する。

コントロールユニット１０１は、入力した各種信号をもとに燃料電池１０の運転制御に関する所定の演算を実行する。具体的には、燃料電池１０の目標発電電力を算出し、統合主止弁５に駆動信号を出力する。そして、本実施形態では、燃料電池システム１に対する起動指令があった場合に、全閉状態にある統合主止弁５を開弁させる制御を実行する。

（高圧流体制御弁の全体構成）
図２は、本実施形態に係る高圧流体制御弁である統合主止弁５の全体構成を示す断面図である。統合主止弁５は、開閉機能と調圧機能とを兼ね備えており、高圧水素タンク１４１のガス取出口に取り付けられる。図２を参照して、統合主止弁５の全体的な構成について説明する。

統合主止弁５は、大別すると、ハウジング５１と、弁体５２と、ソレノイド５３と、を備える。

ハウジング５１は、高圧側のポート（以下「一次ポート」という）ｐ１と、低圧側のポート（以下「二次ポート」という）ｐ２と、を有し、一次ポートｐ１は、高圧水素タンク１４１の内部に、二次ポートｐ２は、アノードガス供給通路１４２に、夫々流体接続される。高圧水素タンク１４１に貯蔵されている水素ガスは、一次ポートｐ１から統合主止弁５に導入され、ハウジング５１の内部で弁体５２の位置に応じた減圧ないし調圧作用を受けた後、二次ポートｐ２からアノードガス供給通路１４２に送出される。本実施形態において、高圧水素タンク１４１に貯蔵されている水素ガスの圧力は、数ＭＰａから数十ＭＰａ（例えば、１〜７０ＭＰａ）に設定され、調圧の結果、二次ポートｐ２では、数ｋＰａから１ＭＰａ程度（エゼクタ１４５がない場合は、例えば、０．００５〜０．２ＭＰａ）にまで減圧される。一次ポートｐ１における水素ガスの圧力を「一次圧」といい、二次ポートｐ２における圧力を「二次圧」という。

ハウジング５１の内部には、統合主止弁５の動作に関して異なる圧力を規定する空間として、水素ガスが流れる方向に対して上流側から順に、高圧室Ｃｈ、中間室Ｃｍおよび低圧室Ｃｌが形成されている。高圧室Ｃｈは、一次ポートｐ１と連通し、一次圧Ｐ１の水素ガスが導入される空間である。ここで、高圧室Ｃｈの圧力を、一次圧に等しい圧力Ｐ１とする。低圧室Ｃｌは、二次ポートｐ２と連通し、減圧後の二次圧Ｐ２の水素ガスを通過させる空間であり、低圧室Ｃｌの圧力を、二次圧に等しい圧力Ｐ３とする。中間室Ｃｍは、高圧室Ｃｈと低圧室Ｃｌとの間に介在する空間である。ハウジング５１の内部には、さらに、高圧室Ｃｈと中間室Ｃｍとの間に遮断シート部５１１が、中間室Ｃｍと低圧室Ｃｌとの間に調圧シート部５１２が、夫々形成されている。

弁体５２は、一次ポートｐ１から二次ポートｐ２へ向かう水素ガスの流れを規制するものであり、ハウジング５１の内部に、軸方向に往復移動可能に収容されている。本実施形態において、弁体５２は、軸方向に摺動するスプール状の弁体として具現され、図２に示す全閉時の状態で、高圧室Ｃｈと中間室Ｃｍとの連通を遮断するとともに、中間室Ｃｍと低圧室Ｃｌとの連通を遮断する。

弁体５２は、円筒状に形成された主軸部５２１と、主軸部５２１の一端から軸方向に延設された第１棒状部５２２と、主軸部５２１の他端から第１棒状部５２２とは逆方向に延設された第２棒状部５２３と、を有する。弁体５２は、さらに、主軸部５２１の中間部付近から径方向に延設された遮断部５２４と、主軸部５２１の基端部付近から径方向に延設された調圧部５２５と、を備える。

主軸部５２１は、一端側で高圧室Ｃｈから中間室Ｃｍにかけて延在するとともに、他端側でハウジング５１の弁体案内孔５１ａに延伸する長さに設定されている。第１棒状部５２２は、主軸部５２１の一端から先端側に延び、ハウジング５１の一方の側壁を貫通する長さに設定され、第２棒状部５２３は、主軸部５２１の他端から基端側に延び、ハウジング５１の他方の側壁を貫通する長さに設定されている。第１棒状部５２２および第２棒状部５２３がハウジング５１の内壁に設置された環状シール部材に対して摺動自在に支持されることで、弁体５２全体がハウジング５１に対して支持されている。さらに、弁体案内孔５１ａを形成するハウジング５１の内壁に環状シール部材５２６が設置されており、この環状シール部材５２６に対して主軸部５２１が摺動自在に支持されることで、ハウジング５１に対する追加の支持部が弁体５２に形成される。ここで、環状シール部材５２６とこれに摺接する主軸部５２１とにより、高圧室Ｃｈをハウジング５１の外部に対して密封する「摺動シール部」が形成される。

遮断部５２４は、弁体５２の中心軸に垂直な断面において円環状に形成されており、ハウジング５１に対して全閉時に遮断シート部５１１に当接する関係にある。調圧部５２５は、遮断部５２４よりも基端側に設けられ、弁体５２の中心軸に垂直な断面で遮断部５２４よりも幅の狭い円環状に形成されている。そして、調圧部５２５は、ハウジング５１に対して全閉時に調圧シート部５１２に当接する関係にある。遮断部５２４が遮断シート部５１１と当接することで、高圧室Ｃｈと中間室Ｃｍとの連通が遮断され、調圧部５２５が調圧シート部５１２と当接することで、中間室Ｃｍと低圧室Ｃｌとの連通が遮断される。

ソレノイド５３は、弁体５２を電磁的に駆動するものであり、ハウジング５１に対し、弁体５２の基端側に隣接して配置されている。

ソレノイド５３は、電磁コイル５３１と、電磁コイル５３１と内側で、同心に配置されたプランジャ５３２と、を備え、プランジャ５３２は、電磁コイル５３１が生じさせる電磁力を受けて直線的に移動する。電磁コイル５３１およびプランジャ５３２は、ソレノイドケース５３３に収容され、ソレノイドケース５３３は、ホルダ５３４を介してハウジング５１に固定されている。ソレノイド５３は、電磁コイル５３１への通電がオンされることで電磁力を生じ、プランジャ５３２を駆動する。プランジャ５３２の運動が第２棒状部５２３を介して弁体５２に伝達され、弁体５２を開方向に駆動する。そして、弁体５２の移動量、換言すれば、弁体５２の開方向位置に応じて遮断シート部５１１および調圧シート部５１２が開放される。

本実施形態では、ハウジング５１に対し、弁体５２の先端側に隣接して弁戻し機構５４が設けられている。弁戻し機構５４は、弁体５２をソレノイド５３とは反対側から弾性的に付勢するものであり、電磁コイル５３１への通電がオフされた場合に、弁体５２を閉方向に駆動し、全閉時の位置に復帰させる。

弁戻し機構５４は、スプリング５４１と、弁体５２の先端部に取り付けられたリテーナ５４２と、リテーナ５４２に対してスプリング５４１の反対側に設置されたホルダ５４３と、を備える。スプリング５４１は、リテーナ５４２およびホルダ５４３とともにスプリングケース５４４に収容され、スプリングケース５４４は、ハウジング５１に対して直に固定されている。スプリングケース５４４がハウジング５１に固定された状態で、スプリング５４１は、リテーナ５４２およびホルダ５４３の間で圧縮状態にある。さらに、弁体５２とリテーナ５４２とで挟み込むようにして円盤状のダイヤフラム５４５が設置されており、ダイヤフラム５４５は、ハウジング５１とスプリングケース５４３とによりその外周部が挟持されている。低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３ないし二次圧が圧力帰還通路５１３を介して弁戻し機構５４の圧力室Ｃｐに導入され、この帰還圧がダイヤフラム５４５を介して弁体５２に作用することで、弁体５２に対する閉方向の駆動力が補助される。本実施形態では、弁体５２を全閉時の位置に復帰させる駆動力の発生源としてスプリング５４１を採用したが、スプリング５４１に代えてゴム等、他の弾性体を採用してもよく、弾性体ばかりでなく、永久磁石を採用することも可能である。

電磁コイル５３１に対する通電のオンおよびオフは、コントロールユニット１０１により制御される。

（高圧流体制御弁の要部構成）
図３は、統合主止弁５の要部構成を弁体５２の中心軸に平行な断面で示しており、図４は、統合主止弁５の全閉からの開弁動作を、図４と同じ断面により概略的に示している。図３および４を参照して、本実施形態で採用する遮断シート部５１１および調圧シート部５１２についてさらに説明する。

先に述べたように、本実施形態では、スプール状の１つの弁体５２に、開閉機能を実現するための遮断部５２４と、調圧機能を実現するための調圧部５２５と、を形成する一方、ハウジング５１に、遮断部５２４を受ける遮断シート部５１１と、調圧部５２５を受ける調圧シート部５１２と、を形成する。

遮断シート部５１１は、摺動シール部における弁体５２の外径、換言すれば、先に述べた摺動シール部を形成する主軸部５２１の直径（以下「摺動シール径」という）ｄ１よりも大きなシート径（以下「遮断シート径」という）ｄ３を有する。ここで、「遮断シート径」とは、弁体５２の遮断部５２４と遮断シート部５１１との当接部の直径をいい、弁体５２に対して一次圧Ｐ１が作用する受圧面を定める際の基準となる寸法である。よって、遮断部５２４と遮断シート部５１１とが線ではなく、実質的に面で接触する場合は、「遮断シート径」とは、接触面の外縁部の直径、換言すれば、最大径をいう。

遮断シート部５１１は、例えば、所定の遮断面圧を確保し得る硬質な樹脂材から形成することができ、本実施形態では、そのような樹脂材を円環状に成形し、これをハウジング５１の内壁に形成した凹状部に嵌合させ、固定ないし固着させることで設けられている。

調圧シート部５１２は、遮断シート径ｄ３よりも小さなシート径（以下「調圧シート径」という）ｄ２を有する。換言すれば、遮断シート径ｄ３は、調圧シート径ｄ２よりも大きな値に設定されている。調圧シート部５１２は、ハウジング５１自体ではなく、ハウジング５１の付帯部品、具体的には、可動体である円筒状のスライド体５１５と、スライド体５１５とハウジング５１の内壁との間に圧縮状態で設置されたバネ体５１６と、により形成される。バネ体５１６は、所定の閉弁面圧を達成し得る弾性を呈するように設定されている。

スライド体５１５がバネ体５１６により開方向に付勢されて、その先端部が弁体５２の調圧部５１２に当接し、このスライド体５１５と調圧部５１２との当接部として調圧シート部５１２が形成されている。当接部におけるスライド体５１５の直径ｄ２を遮断シート径ｄ３よりも小さな値に設定することで、上記関係（ｄ３＞ｄ２）を規定する調圧シート径ｄ２を設定することが可能である。低圧室Ｃｌを画成するハウジング５１の内壁に凹状案内部を形成し、スライド体５１５の基端側に設けられた拡径部をこの凹状案内部に収容することで、スライド体５１５が弁体５２の開方向に移動自在な状態で低圧室Ｃｌに設置されている。スライド体５１５とハウジング５１の内壁との間には、全閉時の状態で所定の間隔ｇが形成されている。ここで、スライド体５１５は、バネ体５１６により弁体５２の開方向に付勢されているため、開弁動作時における弁体５２の移動に対し、この所定の間隔ｇに相当する距離だけ、弁体５２に追従して移動ないし変位可能である。調圧シート部５１２は、付帯部品によらず、所定の閉弁面圧を確保し得るだけの弾性を呈する樹脂材を採用し、そのような樹脂材を円環状に成形し、ハウジング５１の内壁に形成した凹状部に固定ないし固着させることで、ハウジング５１自体により（換言すれば、ハウジング５１の一部として）形成することも可能である。開弁動作時に調圧シート部５１２が圧縮状態から形状を復元することで、弁体５２の移動に追従することができる。

さらに、本実施形態では、調圧シート径ｄ２が摺動シール径ｄ１と等しい値に設定されている。

図４の説明に移り、図４（Ａ）は、統合主止弁５の「全閉時」における状態を、図４（Ｂ）は、全閉からの開弁動作の過程において、遮断シート部５１１が開放されたものの、調圧シート部５１２が遮断されたままである「閉弁時」における状態を、図４（Ｃ）は、開弁動作がさらに進み、遮断シート部５１１および調圧シート部５１２の双方が開放された「開弁時」における状態を、夫々示している。

統合主止弁５は、ソレノイド５３に供給する電気エネルギ（以下「駆動エネルギ」という）を制御することで弁体５２を開方向および閉方向に移動させ、高圧室Ｃｈと中間室Ｃｍとの間の流路面積（以下「遮断シート部の開度」という）を制御するとともに、中間室Ｃｍと低圧室Ｃｌとの間の流路面積（以下「調圧シート部の開度」という）を制御する。弁体５２の開方向の駆動は、電磁コイル５３１の電磁力により、閉方向の駆動は、スプリング５４１の弾性に基づく復元力による。

図４（Ａ）に示す全閉時では、弁体５２の遮断部５２４が遮断シート部５１１に、調圧部５２５が調圧シート部５１２（スライド体５１５の先端部）に夫々当接することで、遮断シート部５１１および調圧シート部５１２が閉塞された状態にあり、これらの開度は、いずれも０（ゼロ）である。高圧室Ｃｈには、一次ポートｐ１を通じて高圧水素タンク１４１内部の圧力が導入され、高い圧力（一次圧）Ｐ１が作用する。これに対し、低圧室Ｃｌに作用する圧力（二次圧）Ｐ３は、二次ポートｐ２がアノードガス供給通路１４２に接続されていることで、一次圧に比べて極めて低い。中間室Ｃｍには、一次圧Ｐ１および二次圧Ｐ３の間の圧力Ｐ２が作用する。遮断シート部５１１には、全閉時に完全な流体遮断が求められるのに対し、調圧シート部５１２には、全閉時であっても安全性の観点から支障のない範囲で僅かな漏れが許容される。よって、システム１の前回停止時から充分な時間が経過している場合に、中間室Ｃｍの圧力Ｐ２は、停止直後の圧力から大幅に低下し、一次圧Ｐ１よりも寧ろ二次圧Ｐ３に近い状態にある。遮断シート径ｄ３が摺動シール径ｄ１よりも大きいことで、弁体５２には、一次圧Ｐ１に基づき、遮断シート径ｄ３と摺動シール径ｄ１との差分に応じた力が閉方向に作用する（以下、弁体５２に対して閉方向に作用する力を「閉弁力」といい、反対に、開方向に作用する力を「開弁力」という）。全閉状態にある弁体５２を開方向に移動させるには、一次圧Ｐ１に基づく閉弁力に打ち勝つだけの電磁力を電磁コイル５３１により生じさせる必要がある。

図４（Ｂ）に示す閉弁時では、弁体５２の遮断部５２４が遮断シート部５１１から離間し、遮断シート部５１１が開放される一方、調圧部５２５が調圧シート部５１２に当接したままであることで、調圧シート部５１２の開度は、依然として０である。遮断シート部５１１が開放されることで、高圧室Ｃｈから中間室Ｃｍへの流れ生じ、高圧室Ｃｈと中間室Ｃｍとで圧力Ｐ１、Ｐ２が均衡する（Ｐ１＝Ｐ２）。調圧シート径（スライド体５１５の外径）ｄ２が摺動シール径ｄ１と等しいことで、弁体５２に対する一次圧Ｐ１の影響が相殺される。閉弁時では、スライド体５１５の拡径部がハウジング５１の内壁に当接した状態にあり、弁体５２には、バネ体５１６の弾性力も働いておらず、弁体５２に作用する閉弁力は、実質的にスプリング５４１の弾性力のみである。よって、弁体５２を開方向にさらに移動させるには、この比較的小さな閉弁力に打ち勝つ程度の電磁力を生じさせればよい。

図４（Ｃ）に示す開弁時では、閉弁時の状態からさらに調圧部５２５が調圧シート部５１２から離間し、遮断シート部５１１および調圧シート部５１２の双方が開放される。これにより、中間室Ｃｍから低圧室Ｃｌに水素ガスが流入し、統合主止弁５の下流側に備わる部品（例えば、エゼクタ１４５）への水素ガスの供給が開始される。調圧シート部５１２の開度を調節することで、下流部品に供給される水素ガスの圧力を制御する。遮断シート部５１１の開放後、弁体５２に対する一次圧Ｐ１の影響が相殺されているため、比較的小さな駆動エネルギで弁体５２を移動させることが可能である。

図５は、全閉からの開弁動作時に遮断シート部５１１および調圧シート部５１２に作用する面圧の変化を示している。

本実施形態では、開弁動作時に、スライド体５１５が弁体５２の移動に対して間隔ｇに相当する所定の距離だけ追従するので、図５に示すように、弁体５２が移動を開始した後、遮断シート部５１１がまず開放され、その後、スライド体５１５の拡径部がハウジング５１の内壁に当接した時点で、調圧シート部５１２が開放される。弁体５２の遮断部５２４および調圧部５２５が遮断シート部５１１、調圧シート部５１２から離間する弁位置を、夫々「着座点」として示している。

遮断シート部５１１は、硬質の樹脂材から形成されており、全閉時には、一次圧Ｐ１に基づく閉弁力が弁体５２の遮断部５２４に作用して、所定の遮断面圧を上回る面圧をもって遮断部５２４と当接した状態にある。電磁コイル５３１に対する通電がオンされ、弁体５２に作用する開弁力が一次圧Ｐ１に基づく閉弁力を超えると、弁体５２が移動を開始し、これに伴い、遮断シート部５１１の面圧が急激に減少する。着座点以降、遮断シート部５１１の面圧は、０（ゼロ）となる。

調圧シート部５１２は、スライド体５１５およびバネ体５１６により構成され、バネ体５１６は、所定の閉弁面圧を達成し得る弾性を呈するように設定されている。よって、全閉時には、スライド体５１５は、バネ体５１６の弾性力により、所定の閉弁面圧を上回る面圧をもって弁体５２の調圧部５２５に押し付けられた状態にある。弁体５２に追従してスライド体５１５が移動するのに伴い、バネ体５１６の変位量が減少し、弾性力が減少するため、調圧シート部５１２の面圧も減少する。調圧シート部５１２の面圧の減少は、遮断シート部５１１よりも緩やかである。着座点以降、調圧シート部５１２の面圧も、遮断シート部５１１と同様に０となる。本実施形態では、弁体５２の調圧部５２５が調圧シート部５１２に着座した直後または離間する直前の面圧を閉弁面圧とする。

開弁からの閉弁動作時では、遮断シート部５１１および調圧シート部５１２の面圧は、開弁動作時とは逆の変化を示す。ただし、弁戻し機構５４のスプリング５４１によっては遮断シート部５１１の反発力に抗するだけの閉弁力を生じさせることができないので、遮断部５２４が遮断シート部５１１に着座した後の面圧の上昇は、高圧室Ｃｈと中間室Ｃｍとの差圧の増大に応じたものとなる。

（ソレノイドに対する通電制御）
図６は、全閉からの開弁動作時にソレノイド５３に供給する駆動エネルギの変化を示している。

時刻ｔ０では、ソレノイド５３に対する通電が停止された状態にあり、ソレノイド５３に供給する駆動エネルギは、０（ゼロ）である。この状態で、弁体５２は、図５に示す弁停止位置にある。時刻ｔ０からソレノイド５３に対する通電を開始し、駆動エネルギを増大させ、弁体５２を開方向に駆動する。

先に述べたように、全閉状態にある弁体５２を開方向に移動させるには、一次圧Ｐ１に基づく閉弁力に打ち勝つだけの電磁力を電磁コイル５３１により生じさせる必要がある。よって、動作開始後の期間Ａにおいて、駆動エネルギを０から急減に増大させ（時刻ｔ０〜ｔ１）、ソレノイド５３に対して大きな開弁エネルギＥ１を供給することで、一次圧Ｐ１に基づく閉弁力に打ち勝つだけの大きな開弁力を生じさせる。開弁エネルギＥ１は、「第１の駆動エネルギ」に相当する。開弁エネルギＥ１の大きさは、一次圧Ｐ１、換言すれば、高圧水素タンク１４１内部の圧力に応じて変更する。具体的には、高圧水素タンク１４１の貯蔵量ないし残容量が多く、一次圧Ｐ１が高いときほど、開弁エネルギＥ１を増大させる。駆動エネルギが開弁エネルギＥ１に到達した後、所定の時間Δｔｘ１（時刻ｔ１〜ｔ２）に亘って開弁エネルギＥ１を維持する。

弁体５２が移動を開始し、遮断部５２４と遮断シート部５１１との間に僅かな隙間が生じると、高圧室Ｃｈから中間室Ｃｍへの流れが生じ、中間室Ｃｍの圧力Ｐ２が上昇する。高圧室Ｃｈと中間室Ｃｍとの差圧が減少するのに従い、閉弁力が減少する。高圧室Ｃｈと中間室Ｃｍとで圧力が均衡した状態（Ｐ１＝Ｐ２）では、弁体５２に対する一次圧Ｐ１の影響が相殺され、弁体５２は、スプリング５４１の弾性力に打ち勝つ程度の比較的小さな開弁力で移動させることが可能である。それにも拘らず、圧力Ｐ１、Ｐ２が均衡した後も大きな駆動エネルギを維持したならば、過大な開弁力により弁体５２が一気に移動して、遮断シート部５１１ばかりでなく、本来であれば遮断された状態を維持しなければならない調圧シート部５１２までをも大きく開放させてしまい、二次圧Ｐ３が急激に上昇して、統合主止弁５の下流側に備わる部品に、許容範囲を超える圧力がかかるおそれがある。そこで、弁体５２が移動を開始し、遮断部５２４が遮断シート部５１１から離間し始めたのに合わせて駆動エネルギを開弁エネルギＥ１から減少させ、開弁エネルギＥ１よりも大幅に小さい調圧エネルギＥ２に切り換える。本実施形態では、駆動エネルギが開弁エネルギＥ１に到達した時刻ｔ１から所定の時間Δｔｘ１が経過した時刻ｔ２に駆動エネルギの減少を開始し、起動完了後の調圧運転時に調圧シート部５１２の開度を最大開度とする調圧時上限エネルギＥ２ｍａｘよりも小さい調圧エネルギＥ２に切り換える（時刻ｔ４）。調圧エネルギＥ２は、「第２の駆動エネルギ」に相当する。

本実施形態では、駆動エネルギを開弁エネルギＥ１から調圧エネルギＥ２に切り換える際に、調圧エネルギＥ２よりもさらに小さく、調圧時下限エネルギＥ２ｍｉｎよりも小さい駆動抑制エネルギＥ３を介して調圧エネルギＥ２に遷移させる（時刻ｔ３）。駆動抑制エネルギＥ３は、「第３の駆動エネルギ」に相当する。駆動抑制エネルギＥ３の大きさは、タンク圧Ｐｔｎｋに応じて変更し、タンク圧Ｐｔｎｋが高く、開弁エネルギＥ１が大きいときほど、駆動抑制エネルギＥ３を減少させる。調圧時下限エネルギＥ２ｍｉｎは、起動完了後の調圧運転時に調圧シート部５１２の開度を０とする調圧エネルギをいう。

駆動エネルギの切換後、調圧エネルギＥ２を増大させたり、減少させたりすることで、統合主止弁５の下流側の圧力を調整し、燃料電池１０に対する水素ガスの供給流量を制御する。具体的には、統合主止弁５の下流圧力を上流側圧力センサ１１６により検出し、この圧力検出値を下流圧力の目標値に近付けるように、上限エネルギＥ２ｍａｘおよび下限エネルギＥ２ｍｉｎの範囲で調圧エネルギＥ２を制御する。換言すれば、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が開弁後の調圧時における所定の制御範囲に収められる。そして、燃料電池システム１を停止する場合は、駆動エネルギを０として、電磁コイル５３１に対する通電を停止する（時刻ｔ５）。

（異常診断の内容）
異常診断は、全閉状態にある統合主止弁５を開弁させるたびに実行し、本実施形態では、燃料電池システム１の起動毎に実行する。しかし、起動時に代えるかまたは起動時に加え、燃料電池システム１の停止時または停止中に、運転者による操作とは無関係に実行してもよい。コントロールユニット１０１には、タンク圧力センサ１１５から統合主止弁５の上流側の圧力、換言すれば、高圧水素タンク１４１内部の圧力（タンク圧Ｐｔｎｋ）を示す信号が入力されるほか、上流側圧力センサ１１６から第１燃料供給管１４２ａの圧力を示す信号が入力される。上流側圧力センサ１１６の圧力検出値は、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３を示すものである。コントロールユニット１０１は、入力した信号をもとにソレノイド５３に対する通電制御を実行する。そして、駆動エネルギとの比較のもと、上流側圧力センサ１１６の圧力検出値に基づき、統合主止弁５における異常の有無を診断する。

本実施形態で診断の対象とするのは、次に掲げる（１）〜（６）の異常である。
（１）遮断部５２４の閉弁不良
（２）調圧部５２５の閉弁不良
（３）遮断部５２４および調圧部５２５の閉弁不良
（４）遮断部５２４の開弁不良
（５）調圧部５２５の開弁不良
（６）遮断部５２４および調圧部５２５の開弁不良
ここで、「閉弁不良」とは、弁体５２が開固着状態にあり、所定の遮断面圧または閉弁面圧をもって閉じ切れていない場合の異常をいい、「開弁不良」とは、弁体５２が閉固着状態にあり、ソレノイド５３に所定の駆動エネルギを供給し、相応の開弁力を生じさせてもなお開弁状態に至らない場合の異常をいう。本実施形態では、燃料電池システム１の一回の起動毎に上記（１）〜（６）の全ての異常の有無を診断することとするが、一部の異常のみを診断の対象としてもよい。例えば、遮断部５２４に関わる異常（１）、（３）、（４）および（６）を対象とする。

図７および８は、統合主止弁５に異常が生じている場合の低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３の変化を示している。図７は、上記（１）〜（３）の異常が生じている場合を示し、図８は、上記（４）〜（６）の異常が生じている場合を示す。

図７および８において、統合主止弁５に異常が生じておらず、正常に動作している場合の中間室Ｃｍおよび低圧室Ｃｌの圧力Ｐ２、Ｐ３の変化を、夫々太い点線により示す。正常時では、ソレノイド５３に開弁エネルギＥ１を供給すると、開弁力の増大に応じて弁体５２が開方向に移動を開始する。遮断部５２４と遮断シート部５１１との間に隙間が生じると、高圧室Ｃｈから中間室Ｃｍへの流れが生じ、中間室Ｃｍの圧力Ｐ２が上昇する。高圧室Ｃｈと中間室Ｃｍとで圧力が均衡すると、弁体５２に対する一次圧Ｐ１の影響が相殺され、それ以降は、比較的小さな開弁力で弁体５２を移動させることが可能となることから、弁体５２がさらに移動し、調圧部５２５が調圧シート部５１２から離間する。これに伴い、中間室Ｃｍから低圧室Ｃｌへの流れが生じ、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が上昇する。低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３は、駆動抑制エネルギＥ３から調圧エネルギＥ２への遷移中も上昇を続け、駆動エネルギが調圧エネルギＥ２に到達する時刻ｔ４では、調圧時における圧力Ｐ３の制御範囲（Ｐ３ｌ〜Ｐ３ｈ）の下限を定める所定の圧力Ｐ３ｌに到達する。

図７は、統合主止弁５に上記（１）〜（３）の異常が生じている場合に低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３にみられる変化の傾向を、夫々太い実線Ａ〜Ｃにより示している。上流側圧力センサ１１６により低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３を検出し、駆動エネルギが調圧エネルギＥ２に到達する前にこの圧力検出値が所定の下限圧力Ｐ３ｌに到達した場合は、弁体５２の遮断部５２４および調圧部５２５のうち、少なくとも一方に閉弁不良が生じており、遮断シート部５１１または調圧シート部５１２が充分な面圧で閉塞されていないと判断する。

（１）遮断部５２４の閉弁不良
調圧部５２５が正常であるものの、遮断部５２４に閉弁不良が生じている場合は、全閉時にあっても遮断シート部５１１に充分な遮断面圧がかかっておらず、高圧室Ｃｈと中間室Ｃｍとの間で漏れが生じ、圧力Ｐ１、Ｐ２がほぼ均衡した状態にある。よって、ソレノイド５３に対する駆動エネルギの供給を開始する時刻ｔ０で既に弁体５２に対する一次圧Ｐ１の影響が減殺された状態にあるため、駆動エネルギの供給を開始すると直ちに弁体５２が移動し、遮断シート部５１１を開放させる。調圧部５１２が正常に動作しているため、駆動エネルギの供給を開始した直後は、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３に上昇は生じないが、弁体５２がさらに移動し、駆動エネルギが開弁エネルギＥ１に到達する時刻ｔ１までに調圧シート部５１２を開放させる。よって、この場合は、図７に太線Ａで示すように、駆動エネルギの供給を開始した後、駆動エネルギが開弁エネルギＥ１に到達する前に、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３に所定の範囲ＳＬｐを超える上昇が生じることになる。所定の範囲ＳＬｐは、低圧室Ｃｌにおける実質的な圧力上昇の発生を判定するための指標である。

（２）調圧部５１２の閉弁不良
遮断部５２４が正常であるものの、調圧部５２５に閉弁不良が生じている場合は、調圧部５２５の異常によらず遮断シート部５１１に充分な遮断面圧がかかった状態となることから、弁体５２に対し、全閉時に一次圧Ｐ１に基づく閉弁力が作用する。よって、駆動エネルギが開弁エネルギＥ１に到達した後に弁体５２が移動し、これに伴い、高圧室Ｃｈから中間室Ｃｍへの流れが生じて、中間室Ｃｍの圧力Ｐ２が上昇する。ここで、調圧部５２５に閉弁不良が生じており、調圧シート部５１２に対して充分な閉弁面圧が作用していないことから、中間室Ｃｍにおける圧力上昇に伴い、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３も上昇する。よって、この場合は、図７に太線Ｂで示すように、ソレノイド５３に対して開弁エネルギＥ１を供給した後、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３は、調圧時における下限圧力Ｐ３ｌに対し、本来到達すべき時刻ｔ４よりも早い時期に到達する。本実施形態では、駆動エネルギを開弁エネルギＥ１から減少させた後、駆動抑制エネルギＥ３を介して調圧エネルギＥ２に遷移させており、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が下限圧力Ｐ３ｌに到達する時期は、駆動エネルギが駆動抑制エネルギＥ３に到達する時刻ｔ３よりも前である。

（３）遮断部５２４および調圧部５２５の閉弁不良
遮断部５２４に加え、調圧部５２５にも閉弁不良が生じている場合は、遮断シート部５１１および調圧シート部５１２のいずれに対しても充分な面圧がかかっていないことから、ソレノイド５３に対する駆動エネルギの供給を開始し、弁体５２が移動すると直ちに低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が上昇する。よって、この場合は、図７に太線Ｃで示すように、所定の範囲ＳＬｐを超える圧力Ｐ３の上昇が、遮断部５２４のみに閉弁不良が生じている場合（太線Ａ）よりも早い時期に、具体的には、駆動エネルギの供給を開始した直後に生じることになる。

図８は、統合主止弁５に上記（４）〜（６）の異常が生じている場合に低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３にみられる変化の傾向を、夫々太い実線Ｄ〜Ｆにより示している。これらの異常の診断では、開弁エネルギＥ１を供給した時刻ｔ１後の圧力検出値、本実施形態では、駆動エネルギが調圧エネルギＥ２に到達した時刻ｔ４後の圧力検出値を監視する。具体的には、時刻ｔ４後も低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３に所定の範囲を超える上昇がない場合に、弁体５２の遮断部５２４および調圧部５２５のうち、少なくとも一方に開弁不良が生じており、開弁エネルギＥ１の供給によっても弁体５２が閉じたままの状態にあると判断する。

（４）遮断部５２４の開弁不良
遮断部５２４に開弁不良が生じており、開弁エネルギＥ１の供給によっても遮断シート部５１１が開放されるに至らない場合は、例え調圧部５２５が正常に動作しているとしても、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が上昇することはなく、駆動エネルギを供給する前の圧力を維持する。よって、この場合は、図８に太線Ｄで示すように、駆動エネルギが調圧エネルギＥ２に到達した後も低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３に上昇ないし変化は生じない。

（５）調圧部５２５の開弁不良
遮断部５２４が正常であるものの、調圧部５２５に開弁不良が生じている場合は、開弁エネルギＥ１の供給により弁体５２が移動し、遮断シート部５１１が開放された後も調圧シート部５１２が閉塞された状態を維持する。ここで、調圧シート部５１２の閉塞は、調圧部５２５とスライド体５１５の先端部との当接によるものであり、調圧シート部５１２にかかる面圧は、スライド体５１５を弁体５２の開方向に付勢するバネ体５１６の弾性力によるものであることから、例え調圧シート部５１２が閉塞された状態にあるとしても、調圧部５２５を通じて僅かな漏れが生じる（以下、この僅かな漏れを「スローリーク」という）。よって、この場合は、図８に太線Ｅで示すように、遮断シート部５１１が開放された後、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３にはこのスローリークによる上昇が生じるだけであり、調圧シート部５１２の開放によるものと判断することのできる実質的な上昇は生じない。

（６）遮断部５１１および調圧部５１２の開弁不良
遮断部５２４に開弁不良が生じている場合と同様であり、図８に太線Ｆで示すように、駆動エネルギが調圧エネルギＥ２に到達した後も低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３に上昇ないし変化は生じない。

図９および１０は、異常診断の基本的な流れをフローチャートにより示している。

図９に示すルーチンにより、上記（１）および（２）の異常の有無を診断し、図１０に示すルーチンにより、上記（３）〜（６）の異常の有無を診断する。異常診断は、コントロールユニット１０１により燃料電池システム１の起動毎に実行され、何らかの異常が検知された場合に、コントロールユニット１０１は、警告灯等を作動させることによりその異常の発生を運転者に知らせる。ソレノイド５３に対する電力の供給を直ちに停止し、燃料電池システム１の起動を中止してもよい。

図９において、Ｓ１０１では、開弁エネルギＥ１を読み込み、ソレノイド５３に開弁エネルギＥ１を供給して、弁体５２を駆動する。具体的には、タンク圧Ｐｔｎｋを検出し、タンク圧Ｐｔｎｋに応じた開弁エネルギＥ１を読み込むとともに、駆動エネルギを０から極短い時間のうちに開弁エネルギＥ１にまで増大させる。開弁エネルギＥ１は、タンク圧Ｐｔｎｋが高いときほど大きな値に設定される。駆動エネルギを開弁エネルギＥ１にまで増大させるのにかける時間は、例えば、１秒以内である。

Ｓ１０２では、今回のルーチンが駆動エネルギの供給を開始した後、１回目であるか否かを判定する。１回目である場合は、Ｓ１０３へ進み、２回目またはそれ以降である場合は、Ｓ１０５へ進む。

Ｓ１０３では、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が所定の範囲を超えて上昇したか否かを判定する。この判定は、例えば、駆動エネルギの供給前に対する低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３の上昇代ΔＰ３が所定の閾値ＳＬｐよりも大きいか否かを判定することによる。所定の閾値ＳＬｐよりも大きい場合は、Ｓ１０４へ進み、所定の閾値ＳＬｐ以下である場合は、Ｓ１０２へ戻り、Ｓ１０２およびそれ以降の処理を繰り返す。

Ｓ１０４では、遮断部５２４および調圧部５２５の双方に閉弁不良が生じていると判定する。

Ｓ１０５では、Ｓ１０３と同様に、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が所定の範囲を超えて上昇したか否かを判定する。具体的には、駆動エネルギの供給前に対する低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３の上昇代ΔＰ３が所定の閾値ＳＬｐよりも大きいか否かを判定する。所定の閾値ＳＬｐよりも大きい場合は、Ｓ１０６へ進み、所定の閾値ＳＬｐ以下である場合は、Ｓ１０７へ進む。

Ｓ１０６では、遮断部５２４に閉弁不良が生じていると判定する。

Ｓ１０７では、図６に示す時刻ｔ１が経過したか、換言すれば、駆動エネルギが開弁エネルギＥ１に到達したか否かを判定する。開弁エネルギＥ１に到達した場合は、図１０に示すＳ２０１へ進み、到達していない場合は、Ｓ１０２へ進み、Ｓ１０２およびそれ以降の処理を繰り返す。

図１０に移り、Ｓ２０１では、タンク圧Ｐｔｎｋに応じた駆動抑制エネルギＥ３を読み込み、駆動エネルギＥを開弁エネルギＥ１から所定の時間のうちに駆動抑制エネルギＥ３にまで減少させる。駆動エネルギＥを駆動抑制エネルギＥ３にまで減少させるのにかける時間は、なるべく短い時間であってよく、例えば、０．１〜０．２秒ほどである。

Ｓ２０２では、時刻ｔ３が経過したか否か、換言すれば、開弁エネルギＥ１からの減少後、駆動エネルギが駆動抑制エネルギＥ３に到達したか否かを判定する。駆動抑制エネルギＥ３に到達した場合は、Ｓ２０５へ進み、経過していない場合は、Ｓ２０３へ進む。

Ｓ２０３では、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が所定の下限圧力Ｐ３ｌ以上であるか否かを判定する。圧力Ｐ３ｌ以上である場合は、Ｓ２０４へ進み、圧力Ｐ３ｌ未満である場合は、Ｓ２０２へ戻り、Ｓ２０２およびそれ以降の処理を繰り返す。

Ｓ２０４では、調圧部５２４に閉弁不良が生じていると判定する。

Ｓ２０５では、時刻ｔ４が経過するまで、換言すれば、駆動抑制エネルギＥ３の供給後、駆動エネルギが調圧エネルギＥ２に到達するまで待機する。

Ｓ２０６では、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３に所定の範囲を超える上昇が生じている否かを判定する。この判定は、例えば、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が所定の下限圧力Ｐｌ３以上であるか否かを判定することによる。圧力Ｐｌ３以上である場合は、Ｓ２０７へ進み、圧力Ｐｌ３未満である場合は、Ｓ２０８へ進む。上記判定でいう「所定の範囲」とは、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３の上昇が調圧部５２５を通じたスローリークによることを示す指標となるものである。よって、上記判定は、駆動エネルギの供給前に対する圧力Ｐ３の上昇代ΔＰ３がスローリークによる上昇分を示すＳＬｐよりも大きいか否かを判定することによってもよい。

Ｓ２０７では、弁体５２は、正常であると判定する。

Ｓ２０８では、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３に変化がないか否かを判定する。変化がなく、駆動エネルギの供給前における圧力を維持する場合は、Ｓ２０９へ進み、変化がある場合は、Ｓ２１０へ進む。

Ｓ２０９では、遮断部５２４および調圧部５２５のうち、少なくとも遮断部５２４に開弁不良が生じていると判定する。

Ｓ２１０では、調圧部５２５に開弁不良が生じていると判定する。

本実施形態において、「高圧流体制御弁の制御装置」は、コントロールユニット１０１により具現される。図９に示すＳ１０１の処理および図１０に示すＳ２０１の処理が「制御ユニット」としての機能を実現し、Ｓ１０２〜１０７およびＳ２０２〜２１０の処理が「異常診断ユニット」としての機能を実現する。

（作用効果の説明）
以上が統合主止弁５およびその制御装置に関する説明であり、以下、本実施形態により得られる効果をまとめる。

本実施形態によれば、開閉機能と調圧機能とを１つの制御弁（統合主止弁５）に統合することができ、これを通じて配管等のレイアウト性が向上するとともに、部品数および製造コストを削減することが可能となる。

そして、本実施形態によれば、以下の理由により、統合主止弁５の実用性を高めることが可能である。

第１に、統合主止弁５における異常の有無を診断可動であることで、統合主止弁５の適正な運用を図ることが可能となる。

第２に、遮断部５２４および調圧部５２５のうち、少なくとも遮断部５２４における閉弁不良の発生を診断可能としたことで、低圧室Ｃｌの急激な圧力上昇により下流部品に許容範囲を超える過大な圧力がかかるのを防止することができる。

そして、遮断部５２４および調圧部５２５の双方における閉弁不良の発生がより早い時期に診断可能となることで、下流部品を過大な圧力の印加からより確実に保護することができる。

第３に、調圧部５２５における閉弁不良の発生を診断可能としたことで、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３の正確な制御が困難となる状態で調圧に移行するのを回避することができる。

第４に、遮断部５２４および調圧部５２５のうち、少なくとも遮断部５２４における開弁不良の発生を診断可能としたことで、突発的な遮断部５２４の不良解除により、下流側の圧力が急減に上昇するのを回避し、下流部品を急激な圧力上昇から保護することができる。

第５に、調圧部５２５における開弁不良の発生を診断可能とすることで、正確な調圧が困難となるのを回避することができる。

以上の説明では、本発明を燃料電池自動車に適用した場合を例に説明したが、本発明は、これに限らず、天然ガス自動車に対し、調圧弁の機能を兼ね備えた統合主止弁として適用することも可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内において、様々な変更および修正が可能であることはいうまでもない。

１…燃料電池システム
５…統合主止弁（高圧流体制御弁）
５１…ハウジング
５１ａ…弁体案内孔
５１１…遮断シート部
５１２…調圧シート部
Ｃｈ…高圧室
Ｃｍ…中間室
Ｃｌ…低圧室
５２…弁体
５２１…主軸部
５２４…遮断部
５２５…調圧部
５２６…環状シール部材
５３…ソレノイド
５３１…電磁コイル
５３２…プランジャ
５４…弁戻し機構
ｐ１…一次ポート
ｐ２…二次ポート
１２…カソードガス給排機構
１２１…カソードガス供給通路
１２２…カソードオフガス排出通路
１４…アノードガス給排機構
１４１…高圧水素タンク（燃料タンク）
１４２…アノードガス供給通路
１４３…アノードオフガス循環通路
１０１…コントロールユニット

Claims (13)

1. 弁体と、
   前記弁体を収容するハウジングと、
   前記弁体を駆動するソレノイドと、を備え、
   前記ハウジングに、一次ポートと連通する高圧室と、二次ポートと連通する低圧室と、前記高圧室および前記低圧室の間の中間室と、が形成されるとともに、前記弁体が全閉時に当接するシート部として、前記高圧室と前記中間室との間に遮断シート部が、前記中間室と前記低圧室との間に前記遮断シート部よりも小さなシート径を有する調圧シート部が、夫々設けられ、
   全閉からの開弁動作時に、前記調圧シート部が前記遮断シート部に遅れて開放されるように構成された高圧流体制御弁を制御する、高圧流体制御弁の制御装置であって、
   前記低圧室の圧力を検出する圧力センサと、
   前記ソレノイドに前記弁体を駆動するための駆動エネルギを供給する制御ユニットと、
   前記高圧流体制御弁における異常の有無を診断する異常診断ユニットと、
   を備え、
   前記制御ユニットは、前記駆動エネルギとして、前記高圧流体制御弁の全閉からの開弁動作時に前記遮断シート部を開放させるための第１の駆動エネルギを供給した後、前記低圧室の圧力を開弁後の調圧時における所定の制御範囲に収めるための前記第１の駆動エネルギよりも小さい第２の駆動エネルギに切り換え、
   前記異常診断ユニットは、前記駆動エネルギが前記第２の駆動エネルギに到達する前に前記圧力センサの圧力検出値が前記所定の制御範囲に到達した場合に、当該高圧流体制御弁に異常が生じていると診断する、高圧流体制御弁の制御装置。
2. 前記異常診断ユニットは、前記駆動エネルギの供給を開始した後、前記駆動エネルギが前記第１の駆動エネルギに到達する前に前記圧力検出値が所定の範囲を超えて上昇した場合は、前記遮断部および前記調圧部のうち、少なくとも前記遮断部に閉弁不良が生じていると診断する、請求項１に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
3. 前記異常診断ユニットは、前記圧力検出値の上昇が前記駆動エネルギの供給開始後、直ちに生じた場合は、前記遮断部および前記調圧部の双方に閉弁不良が生じていると診断する、請求項２に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
4. 前記制御ユニットは、前記第１の駆動エネルギからの減少後、前記駆動エネルギを、前記第２の駆動エネルギよりも小さい第３の駆動エネルギを介して前記第２の駆動エネルギに遷移させ、
   前記異常診断ユニットは、前記第１の駆動エネルギを供給した後、前記駆動エネルギが前記第３の駆動エネルギに到達する前に前記圧力検出値が前記所定の制御範囲に到達した場合は、前記調圧部に閉弁不良が生じていると診断する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
5. 前記異常診断ユニットは、前記第１の駆動エネルギを供給した後も前記圧力検出値に所定の範囲を超える上昇がない場合は、当該高圧流体制御弁に異常が生じていると診断する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
6. 前記異常診断ユニットは、前記圧力検出値が上昇せず、前記第１の駆動エネルギを供給する前の圧力検出値を維持する場合は、前記遮断部および前記調圧部のうち、少なくとも前記遮断部に開弁不良が生じていると診断する、請求項５に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
7. 前記異常診断ユニットは、前記第１の駆動エネルギを供給した後、前記圧力検出値が上昇するものの、前記所定の範囲を超える上昇がない場合は、前記調圧部に開弁不良が生じていると診断する、請求項５または６に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
8. 弁体と、
   前記弁体を収容するハウジングと、
   前記弁体を駆動するソレノイドと、を備え、
   前記ハウジングに、一次ポートと連通する高圧室と、二次ポートと連通する低圧室と、前記高圧室および前記低圧室の間の中間室と、が形成されるとともに、前記弁体が全閉時に当接するシート部として、前記高圧室と前記中間室との間に遮断シート部が、前記中間室と前記低圧室との間に前記遮断シート部よりも小さなシート径を有する調圧シート部が、夫々設けられ、
   全閉からの開弁動作時に、前記調圧シート部が前記遮断シート部に遅れて開放されるように構成された高圧流体制御弁を制御する、高圧流体制御弁の制御装置であって、
   前記低圧室の圧力を検出する圧力センサと、
   前記ソレノイドに前記弁体を駆動するための駆動エネルギを供給する制御ユニットと、
   前記高圧流体制御弁における異常の有無を診断する異常診断ユニットと、
   を備え、
   前記制御ユニットは、前記駆動エネルギとして、前記高圧流体制御弁の全閉からの開弁動作時に前記遮断シート部を開放させるための第１の駆動エネルギを供給した後、前記低圧室の圧力を開弁後の調圧時における所定の制御範囲に収めるための前記第１の駆動エネルギよりも小さい第２の駆動エネルギに切り換え、
   前記異常診断ユニットは、前記第１の駆動エネルギを供給した後も前記圧力センサの圧力検出値に所定の範囲を超える上昇がない場合は、当該高圧流体制御弁に異常が生じていると診断する、高圧流体制御弁の制御装置。
9. 前記異常診断ユニットは、前記圧力検出値が上昇せず、前記第１の駆動エネルギを供給する前の圧力検出値を維持する場合は、前記遮断部および前記調圧部のうち、少なくとも前記遮断部に開弁不良が生じていると診断する、請求項８に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
10. 前記異常診断ユニットは、前記第１の駆動エネルギを供給した後、前記圧力検出値が上昇するものの、前記所定の範囲を超える上昇がない場合は、前記調圧部に開弁不良が生じていると診断する、請求項８または９に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
11. 前記高圧流体制御弁の起動指令を出力する起動スイッチをさらに備え、
    前記制御ユニットは、前記起動スイッチからの信号に応じ、前記ソレノイドに対して前記第１の駆動エネルギを供給し、
    前記異常診断ユニットは、前記起動スイッチからの信号に基づく開弁動作時に、前記高圧流体制御弁における異常の有無を診断する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
12. 弁体を収容するハウジングに、一次ポートと連通する高圧室と、二次ポートと連通する低圧室と、前記高圧室および前記低圧室の間の中間室と、が形成されるとともに、前記弁体が全閉時に当接するシート部として、前記高圧室と前記中間室との間に遮断シート部が、前記中間室と前記低圧室との間に前記遮断シート部よりも小さなシート径を有する調圧シート部が、夫々設けられ、全閉からの開弁動作時に、前記調圧シート部が前記遮断シート部に遅れて開放されるように構成された高圧流体制御弁における異常の有無を診断する、高圧流体制御弁の異常診断方法であって、
    前記弁体を駆動するための駆動エネルギとして、前記高圧流体制御弁の全閉からの開弁動作時に前記遮断シート部を開放させるための第１の駆動エネルギを供給した後、前記低圧室の圧力を開弁後の調圧時における所定の制御範囲に収めるための前記第１の駆動エネルギよりも小さい第２の駆動エネルギに切り換え、
    前記駆動エネルギが前記第２の駆動エネルギに到達する前に前記低圧室の圧力が前記所定の制御範囲に到達した場合に、当該高圧流体制御弁に異常が生じていると診断する、高圧流体制御弁の異常診断方法。
13. 弁体を収容するハウジングに、一次ポートと連通する高圧室と、二次ポートと連通する低圧室と、前記高圧室および前記低圧室の間の中間室と、が形成されるとともに、前記弁体が全閉時に当接するシート部として、前記高圧室と前記中間室との間に遮断シート部が、前記中間室と前記低圧室との間に前記遮断シート部よりも小さなシート径を有する調圧シート部が、夫々設けられ、全閉からの開弁動作時に、前記調圧シート部が前記遮断シート部に遅れて開放されるように構成された高圧流体制御弁における異常の有無を診断する、高圧流体制御弁の異常診断方法であって、
    前記弁体を駆動するための駆動エネルギとして、前記高圧流体制御弁の全閉からの開弁動作時に前記遮断シート部を開放させるための第１の駆動エネルギを供給した後、前記低圧室の圧力を開弁後の調圧時における所定の制御範囲に収めるための前記第１の駆動エネルギよりも小さい第２の駆動エネルギに切り換え、
    前記第１の駆動エネルギを供給した後も前記低圧室の圧力に所定の範囲を超える上昇がない場合は、当該高圧流体制御弁に異常が生じていると診断する、高圧流体制御弁の異常診断方法。

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