JP6774849B2 - 高圧流体制御弁の制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、高圧流体制御弁の制御装置および制御方法に関し、特に弁体駆動用のソレノイドの起動時における制御に関する。

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の高圧配管３Ａ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、開閉弁の機能と圧力制御弁の機能とを一体の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。

本発明は、開閉機能と調圧機能とを兼ね備える高圧流体制御弁を提供し、特にそ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り、高圧流体制御弁の起動指令を出力する起動スイッチと、ソレノイドに弁体を駆動するための信号を出力するコントロールユニットと、を備える。コントロールユニットは、起動スイッチからの信号に応じ、ソレノイドに対して遮断シート部を開放させるための駆動エネルギとして第１の駆動エネルギを供給した後、駆動エネルギを第１の駆動エネルギよりも小さい第２の駆動エネルギに減少させる。

本発明によれば、高圧流体制御弁の安定した起動を可能とし、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学習システムの全体構成図である。 図８は、出荷前の学習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９は、タンク圧Ｐｔｎｋと開弁エネルギＥ１との関係を示す説明図である。 図１０は、タンク圧Ｐｔｎｋと駆動抑制エネルギＥ３との関係を示す説明図である。 図１１は、出荷前における開弁エネルギＥ１の学習の内容を示すフローチャートである。 図１２は、出荷前における駆動抑制エネルギＥ３の学習の内容を示すフローチャートである。 図１３は、出荷後における開弁エネルギＥ１の学習の内容を示すフローチャートである。 図１４は、出荷後における駆動抑制エネルギＥ３の学習の内容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３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（時刻ｔ０〜ｔ１）において、駆動エネルギを０から急激に増大させ、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。本実施形態では、後に述べる出荷前の学習により高圧水素タンク１４１内部の圧力（以下「タンク圧」という）Ｐｔｎｋ毎に最適な開弁エネルギＥ１を求め、コントロールユニット１０１の記憶装置に記憶させておく。そして、出荷後、燃料電池システム１の起動毎に開弁エネルギＥ１の学習を実行し、記憶されている開弁エネルギＥ１を学習結果に応じて更新する。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損傷を及ぼすおそれがある。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に到達してから所定の時間Δｔｘ１が経過した時刻ｔ１に駆動エネルギの減少を開始し、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ｔ３）。調圧エネルギＥ２は、「第２の駆動エネルギ」に相当する。調圧時上限エネルギＥ２ｍａｘは、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エネルギをいい、コントロールユニット１０１の記憶装置に予め記憶されている。

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。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。本実施形態では、後に述べる出荷前の学習によりタンク圧Ｐｔｎｋまたは開弁エネルギＥ１に対応させた最適な駆動抑制エネルギＥ３を求め、コントロールユニット１０１の記憶装置に記憶させておく。そして、出荷後、開弁エネルギＥ１と同様に、燃料電池システム１の起動毎に駆動抑制エネルギＥ３の学習を実行し、記憶されている駆動抑制エネルギＥ３を学習結果に応じて更新する。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い、コントロールユニット１０１の記憶装置に予め記憶されている。

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調圧エネルギＥ２を制御する。本実施形態では、切換後に限らず、駆動エネルギを駆動抑制エネルギＥ３に減少させた時刻ｔ２から、調圧エネルギＥ２へ向けたフィードバック制御を開始する。これにより、開弁エネルギＥ１から調圧エネルギＥ２への遷移を速やかにかつ安定して達成することが可能となり、燃料電池システム１の起動に要する時間を短縮することができる。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ｔ４）。

（出荷前の学習）
図７は、出荷前の学習を行う学習システムの構成を概略的に示している。

本実施形態において、出荷前の学習は、アノードガス供給通路１４２を構成する第１燃料供給管１４２ａの末端部に脱圧機能付きの蓋部材１４６を取り付けて実行する。蓋部材１４６によれば、第１燃料供給管１４２ａを閉塞させて、その内部に圧力を蓄積させたり、蓄積した圧力を適宜に開放させたりすることが可能である。統合主止弁５よりも下流側の部品は、低圧設計のものが多く、学習を初めて行う際にそのような下流部品に損傷を及ぼすことを回避するためであり、さらに、統合主止弁５よりも下流側の容積を小さくすることで、僅かな流量であっても低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３の増大代が大きくなり、調圧シート弁５１２の開弁を早期に判定可能とするためである。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から統合主止弁５の下流側の圧力、換言すれば、第１燃料供給管１４２ａの圧力Ｐを示す信号が入力される。コントロールユニット１０１は、入力した信号をもとに駆動エネルギに関する学習を実行し、出荷に際してコントロールユニット１０１に記憶させておく開弁エネルギＥ１および駆動抑制エネルギＥ３を特定する。

図８は、出荷前の学習時にソレノイド５３に供給する駆動エネルギの変化を示している。

開弁エネルギＥ１の学習では、タンク圧Ｐｔｎｋ（例えば、Ｐｔｎｋ_n＝３５ＭＰａ）を検出するとともに、駆動エネルギＥを０から徐々に増大させていき（時刻ｔ０）、遮断シート部５１１が開放される時点を特定する。そして、その時点（時刻ｔ２）における駆動エネルギＥを開弁エネルギＥ１ａとし、タンク圧Ｐｔｎｋｎと対応させてコントロールユニット１０１に記憶させる。遮断シート部５１１が開放されたか否かは、中間室Ｃｍの圧力Ｐ２の挙動を監視することにより判定することも可能であるが、本実施形態では、上流側圧力センサ１１６の出力に基づき、遮断シート部５１１が開放されたか否かを推定的に判定する。具体的には、駆動エネルギＥを増大させながら上流側圧力センサ１１６による圧力検出値、換言すれば、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３を監視し、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３に所定の挙動が現れたことをもって遮断シート部５１１が開放されたものと判定する。所定の挙動とは、例えば、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が上昇し、所定の下限閾値Ｐ３ｔｈｒに達したことである。遮断シート部５１１の開放後、弁体５２がさらに移動し、調圧シート部５１２から離れると、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。よって、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が上昇した時点では、遮断シート部５１１は、既に開放されていると考えられるからである。

駆動抑制エネルギＥ３の学習では、駆動エネルギＥを開弁エネルギＥ１から所定の時間Δｔｙ１のうちに駆動抑制エネルギＥ３の初期値（＝Ｅ３ａ）にまで減少させ（時刻ｔ３）、減少後の低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３を監視する。本実施形態では、駆動エネルギＥを減少させた後、所定の時間Δｔｙ２に亘って減少後の駆動抑制エネルギＥ３ａを維持する。駆動抑制エネルギＥ３の初期値は、調圧時下限エネルギＥｍｉｎ以下の範囲でタンク圧Ｐｔｎｋ毎に予め設定され、コントロールユニット１０１に記憶されており、タンク圧Ｐｔｎｋが高く、開弁エネルギＥ１が大きくなるときほど小さな値に設定されている。そして、減少後の低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３に所定の挙動が現れたか否かを判定する。所定の挙動として、例えば、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が駆動エネルギＥの減少後の圧力（時刻ｔ３）から所定の範囲ΔＰ３を超えて上昇した場合は、駆動抑制エネルギＥ３を減少補正し、コントロールユニット１０１に記憶されている駆動抑制エネルギＥ３を補正後の値に更新する。一方で、それ以外の場合は、駆動抑制エネルギＥ３が適正であるとして、コントロールユニット１０１に記憶されている値を維持する。所定の時間Δｔｙ１およびΔｔｙ２は、いずれも実験等を通じて的確な長さに設定することが可能である。

上記タンク圧Ｐｔｎｋ（＝Ｐｔｎｋ_n）に関する学習が終了した場合は、ソレノイド５３への通電を停止して、弁体５２を弁停止位置に復帰させるとともに、蓋部材１４６を通じて第１燃料供給管１４２ａの内部を脱圧する。そして、タンク圧Ｐｔｎｋを変更し、他のタンク圧Ｐｔｎｋ（例えば、Ｐｔｎｋ_n+1＝７０ＭＰａ）について同様の学習を実行する。学習後の開弁エネルギＥ１および駆動抑制エネルギＥ３は、コントロールユニット１０１において、図９および１０に示す傾向のマップに、タンク圧Ｐｔｎｋに対応させて夫々記憶される。実際に学習を行っていないタンク圧Ｐｔｎｋに対する開弁エネルギＥ１は、補間計算により求めることが可能であり、駆動抑制エネルギＥ３についても同様である。

図１１および１２は、出荷前に行う学習の内容を示すフローチャートである。図８を併せて参照しつつ、本実施形態に係る出荷前の学習について説明する。コントロールユニット１０１は、「第１の学習制御部」により図１１に示す学習を実行し、「第２の学習制御部」により図１２に示す学習を実行する。

図１１において、Ｓ１０１では、タンク圧Ｐｔｎｋ（＝Ｐｔｎｋ_n）を測定する。

Ｓ１０２では、駆動エネルギＥを０から徐々に増大させる（Ｅ＝Ｅ＋ｄＥ）。駆動エネルギＥを一制御周期当たりに増大させる量ｄＥ（図８の時刻ｔ０〜ｔ２における変化の傾きに相当し、以下「駆動エネルギの変化率」という）は、効率上の観点から支障のない範囲でなるべく小さな値であってよく、実験等を通じて予め設定することができる。

Ｓ１０３では、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が所定の上限閾値Ｐ３ｌｉｍ以下であるか否かを判定する。低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が上限閾値Ｐ３ｌｉｍ以下の場合は、Ｓ１０４へ進み、上限閾値Ｐ３ｌｉｍよりも大きい場合は、Ｓ１０５へ進む。

Ｓ１０４では、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が所定の下限閾値Ｐ３ｔｈｒ以上であるか、換言すれば、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が学習前の圧力から上昇し、下限閾値Ｐ３ｔｈｒに達したか否かを判定する。低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が下限閾値Ｐ３ｔｈｒ以上の場合は、Ｓ１０６へ進み、下限閾値Ｐ３ｌｉｍ未満の場合は、Ｓ１０２へ戻り、駆動エネルギＥを所定の変化率ｄＥだけさらに増大させる。

Ｓ１０５では、駆動エネルギＥの変化率ｄＥが大きく、駆動エネルギＥの変化が急過ぎるとして、ソレノイド５３に対する通電を直ちに停止させ、変化率ｄＥを減少させた後、Ｓ１０１から学習をやり直す。Ｓ１５１において、変化率ｄＥを減少後の値に再設定し、Ｓ１０１に戻る。

Ｓ１０６では、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が所定の下限閾値Ｐ３ｔｈｒに達した時点での駆動エネルギＥを、タンク圧Ｐｔｎｋ_nに対する開弁エネルギＥ１（＝Ｅ１ａ）として特定する。

図１２に移り、Ｓ２０１では、駆動抑制エネルギＥ３を読み込む。駆動抑制エネルギＥ３は、図１０に示す傾向のマップに、タンク圧Ｐｔｎｋの関数として記憶されており、例えば、タンク圧Ｐｔｎｋ_n（＝Ｐａ）に対する駆動抑制エネルギＥ３は、Ｅ３ａに設定されている。

Ｓ２０２では、駆動エネルギＥを開弁エネルギＥ１（＝Ｅ１ａ）から所定の時間Δｔｙ１のうちに駆動抑制エネルギＥ３（＝Ｅ３ａ）にまで減少させる。

Ｓ２０３では、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が所定の上限閾値Ｐ３ｌｉｍ以下であるか否かを判定する。低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が上限閾値Ｐ３ｌｉｍ以下の場合は、Ｓ２０４へ進み、上限閾値Ｐ３ｌｉｍよりも大きい場合は、Ｓ２０８へ進む。

Ｓ２０４では、現時点での低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３を記憶する（Ｐ３ｉ＝Ｐ３）。

Ｓ２０５では、駆動エネルギＥを駆動低減エネルギＥ３（＝Ｅ３ａ）に減少させた時点（時刻ｔ３）から所定の時間Δｔｙ２だけ待機する。

Ｓ２０６では、現時点での低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３から所定の時間Δｔｙ２前の圧力（＝Ｐ３ｉ）を減じ、減算値（＝Ｐ３−Ｐ３ｉ）が所定の閾値ΔＰ３以下であるか否かを判定する。減算値が閾値ΔＰ３以下である場合は、Ｓ２０７へ進み、そうでない場合は、Ｓ２０９へ進む。

Ｓ２０７では、駆動抑制エネルギＥ３（＝Ｅ３ａ）が適正であるとして、駆動抑制エネルギＥ３をタンク圧Ｐｔｎｋ_nと対応させて記憶する。

Ｓ２０８では、駆動エネルギＥを駆動抑制エネルギＥ３に減少させる際の傾きが小さく、遮断シート部５１１の開放後も過度に大きな開弁力が生じているものとして、時間Δｔｙ１を短縮させ、遮断シート部５１１の開放後に駆動エネルギＥをより速やかに減少させるようにして、Ｓ１０１から学習をやり直す。

Ｓ２０９では、駆動エネルギＥを減少させた後の時間Δｔｙ２に、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３に所定の範囲ΔＰ３を超える上昇があったことから、駆動抑制エネルギＥ３が過度に大きいと判断し、これを減少させる。その後、第１燃料供給管１４２ａの内部を脱圧し、Ｓ１０１から学習をやり直す。

図１１に戻り、Ｓ１０７では、予め定めた全てのタンク圧Ｐｔｎｋ_n（ｎ＝１〜ｍ）について学習が完了したか否かを判定する。学習が完了した場合は、Ｓ１０８へ進み、完了していない場合は、Ｓ１０９へ進む。

Ｓ１０８では、蓋部材１４６を通じて第１燃料供給管１４２ａの内部を脱圧した後、他のタンク圧Ｐｔｎｋ_n+1について同様の学習を繰り返す。

Ｓ１０９では、図９および１０に示す傾向のマップにおいて、開弁エネルギＥ１（＝Ｅ１ａ）、駆動抑制エネルギＥ３（＝Ｅ３ａ）を夫々タンク圧Ｐｔｎｋ_n（＝Ｐａ）と対応させて記憶する。本実施形態では、タンク圧Ｐｔｎｋと開弁エネルギＥ１、駆動抑制エネルギＥ３とをマップにより関連付けているが、これに限らず、両者の関係式を作成するようにしてもよい。

（出荷後の学習）
出荷後の学習は、燃料電池システム１の起動毎に実行する。

図１３および１４は、出荷後に行う学習の内容を示すフローチャートである。図６を併せて参照しつつ、本実施形態に係る出荷後の学習について説明する。コントロールユニット１０１は、「第１の学習制御部」により図１３に示す学習を実行し、「第２の学習制御部」により図１４に示す学習を実行する。

図１３において、Ｓ３０１では、タンク圧Ｐｔｎｋを測定する。

Ｓ３０２では、図９に示す傾向のマップをタンク圧Ｐｔｎｋにより参照して開弁エネルギＥ１を読み込み、駆動エネルギＥ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。駆動エネルギＥを開弁エネルギＥ１にまで増大させるのにかける時間は、出荷前の学習時に駆動エネルギＥを開弁エネルギＥ１に到達させるのに要した時間よりも大幅に短く、例えば、１秒以内である。駆動エネルギＥを増大させるのにかける時間が長ければ、燃料電池システム１の起動性に影響し、逆に短ければ、弁体５２が電磁力により過度に付勢されることで、調圧シート部５１２までが大きく開放され、統合主止弁５の下流側の圧力が急激に上昇して、下流部品に損傷を及ぼすおそれがある。そこで、両者の観点から最適な時間を実験等により求め、コントロールユニット１０１に予め記憶させておく。

Ｓ３０３では、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が所定の上限閾値Ｐ３ｌｉｍ以下であるか否かを判定する。低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が上限閾値Ｐ３ｌｉｍ以下の場合は、Ｓ３０４へ進み、上限閾値Ｐ３ｌｉｍよりも大きい場合は、Ｓ３０７へ進む。

Ｓ３０４では、駆動エネルギＥを開弁エネルギＥ１にまで増大させた後、所定の時間Δｔｘ１が経過するまで待機する。所定の時間Δｔｘ１は、遮断シート部５１１が開放された後の圧力変化の応答遅れに相当し、高圧水素タンク１４１の満タン時におけるタンク圧Ｐｔｎｋが７０ＭＰａ程度である場合に、例えば、０．１〜０．２秒ほどである。

Ｓ３０５では、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が所定の下限閾値Ｐ３ｔｈｒ以上であるか否かを判定する。低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が下限閾値Ｐ３ｔｈ以上の場合は、Ｓ３０６へ進み、上限閾値Ｐ３ｌｉｍよりも小さい場合は、Ｓ３０８へ進む。

Ｓ３０６では、開弁エネルギＥ１が適正であるとして、開弁エネルギＥ１をタンク圧Ｐｔｎｋに対応させて記憶する。

Ｓ３０７では、開弁エネルギＥ１が過度に大きく、調圧シート部５１２までが大きく開放されたとして、ソレノイド５３への通電を直ちに停止させ、弁体５２を弁停止位置に復帰させるとともに、開弁エネルギＥ１を減少させ、Ｓ３０１から起動制御をやり直す。

Ｓ３０８では、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３に所定の変化がみられないことから、開弁エネルギＥ１が過度に小さく、遮断シート部５１１が開放されるに至っていないとして、ソレノイド５３への通電を停止させ、開弁エネルギＥ１を増大させたうえで、Ｓ３０１から起動制御をやり直す。

図１４に移り、Ｓ４０１では、図１０に示す傾向のマップをタンク圧Ｐｔｎｋにより参照して駆動抑制エネルギＥ３を読み込む。

Ｓ４０２では、駆動エネルギＥを開弁エネルギＥ１から所定の時間Δｔｘ２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、出荷前の学習時に駆動エネルギＥを駆動抑制エネルギＥ３にまで低減させるのにかけた時間と同程度の長さとして、例えば、０．１〜０．２秒ほどである。ただし、駆動エネルギＥは、ソレノイド５３に対する駆動指令のデューティ比をステップ的に変化させることで、駆動抑制エネルギＥ３にまで減少させることも可能である。

Ｓ４０３では、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が所定の上限閾値Ｐ３ｌｉｍ以下であるか否かを判定する。低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が上限閾値Ｐ３ｌｉｍ以下の場合は、Ｓ４０４へ進み、上限閾値Ｐ３ｌｉｍよりも大きい場合は、Ｓ４０５へ進む。

Ｓ４０４では、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が所定の下限閾値Ｐ３ｔｈｒ以上であるか否かを判定する。低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が下限閾値Ｐ３ｔｈｒ以上の場合は、Ｓ４０７へ進み、下限閾値Ｐ３ｌｉｍよりも小さい場合は、Ｓ４０６へ進む。

Ｓ４０５では、駆動抑制エネルギＥ３を減少補正する。この補正は、例えば、駆動抑制エネルギＥ３に１よりも小さな値α（＜１）を乗じることによる（Ｅ３＝Ｅ３×α）。補正後、Ｓ４０３以降の処理を繰り返し実行する。

Ｓ４０６では、駆動抑制エネルギＥ３を増大補正する。この補正は、例えば、駆動抑制エネルギＥ３に１よりも大きな値β（＞１）を乗じることによる（Ｅ３＝Ｅ３×β）。補正後、Ｓ４０３以降の処理を繰り返し実行する。

Ｓ４０７では、駆動抑制エネルギＥ３を保持しまたはマップに記憶されている駆動抑制エネルギＥ３を補正後の値に更新する。

（作用効果の説明）
以上が統合主止弁５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、全閉からの開弁動作時に、ソレノイド５３に対して比較的大きな開弁エネルギＥ１を供給することで、遮断シート部５１１を開放させることができる。その後、駆動エネルギＥを減少させ、開弁エネルギＥ１よりも小さい調圧エネルギＥ２に切り換えることで、遮断シート部５１１の開放後に弁体５２に対して過大な開弁力が作用して、弁体５２が過度に移動し、遮断シート部５１１だけでなく、調圧シート部５１２までが大きく開放され、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３が急激に上昇するのを抑制することが可能となる。よって、統合主止弁５を安定して起動させ、下流側に備わる部品を圧力の急激な上昇から保護することができる。

第２に、開弁エネルギＥ１の供給後、駆動抑制エネルギＥ３を介して調圧エネルギＥ２に切り換えることで、遮断シート部５１１の開放後の弁体５２に対する開弁力の作用をさらに抑制することが可能となる。そして、駆動抑制エネルギＥ３を調圧時下限エネルギＥ２ｍｉｎ以下とすることで、弁体５２に対する過大な開弁力の作用をより確実に回避することができる。

第３に、開弁エネルギＥ１が大きいときほど、駆動抑制エネルギＥ３を減少させることで、遮断シート部５１１の開放に際して弁体５２を付勢する開弁力が大きいときほど、駆動エネルギＥを速やかに減少させることが可能となり、開放後の弁体５２に作用する開弁力を抑制することができる。

第４に、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３を検出し、駆動抑制エネルギＥ３から調圧エネルギＥ２に遷移させる間の駆動エネルギＥを、検出した圧力Ｐ３をもとに制御することで、低圧室Ｃｌの圧力Ｐ３を開弁後の目標圧力に向けて安定して推移させることができる。

第５に、開弁エネルギＥ１および駆動抑制エネルギＥ３の学習により、弁体５２に作用する開弁力を開弁時の動作全体を通じて適正化し、統合主止弁５をより安定して起動させることが可能となる。そして、出荷後の学習により、開弁エネルギＥ１および駆動抑制エネルギＥ３を更新し、経年変化等に対してそれらの良好な値を維持するとともに、出荷前に補間計算により求めた値の精度を高めることができる。

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 (11)

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、
   前記高圧流体制御弁の起動指令を出力する起動スイッチと、
   前記ソレノイドに前記弁体を駆動するための信号を出力するコントロールユニットと、を備え、
   前記コントロールユニットは、
   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遮断シート部を開放させるための駆動エネルギとして第１の駆動エネルギを供給した後、前記駆動エネルギを前記第１の駆動エネルギよりも小さい第２の駆動エネルギに減少させる、
   高圧流体制御弁の制御装置。
2. 前記第２の駆動エネルギが、前記高圧流体制御弁の調圧運転時に前記ソレノイドに供給する駆動エネルギの上限値以下である、請求項１に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
3. 前記コントロールユニットは、前記第１の駆動エネルギの供給後、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の駆動エネルギに切り換える、請求項１または２に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
4. 前記第３の駆動エネルギが、前記高圧流体制御弁の調圧運転時に前記ソレノイドに供給する駆動エネルギの下限値以下である、請求項３に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
5. 前記コントロールユニットは、前記第１の駆動エネルギが大きいときほど、前記第３の駆動エネルギを減少させる、請求項３または４に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
6. 前記低圧室の圧力を検出する圧力センサをさらに備え、
   前記コントロールユニットは、前記圧力センサの圧力検出値に基づき、前記第３の駆動エネルギから前記第２の駆動エネルギに遷移させる間の前記駆動エネルギを制御する、請求項３〜５のいずれか一項に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
7. 前記コントロールユニットは、前記第１の駆動エネルギの学習を実行する第１の学習制御部を有し、
   前記第１の学習制御部は、
   前記ソレノイドに供給する駆動エネルギを０から徐々に増大させながら、前記低圧室の圧力を監視し、
   前記低圧室の圧力に所定の挙動を検出した時点における前記駆動エネルギを、前記第１の駆動エネルギとして記憶する、請求項３〜６のいずれか一項に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
8. 前記コントロールユニットは、前記第３の駆動エネルギの学習を実行する第２の学習制御部を有し、
   前記第２の学習制御部は、
   前記駆動エネルギを前記第１の駆動エネルギから前記第３の駆動エネルギに減少させた後の前記低圧室の圧力を監視し、
   前記低圧室の圧力に所定の範囲を超える上昇を検出した場合に、前記第３の駆動エネルギを減少補正し、新たな第３の駆動エネルギとして記憶する、請求項７に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
9. 前記コントロールユニットは、前記第１の駆動エネルギの学習を実行する第１の学習制御部を有し、
   前記第１の学習制御部は、
   前記起動スイッチからの信号に応じて前記ソレノイドに前記第１の駆動エネルギを供給した後、前記低圧室の圧力が所定の範囲にあるか否かを判定し、
   前記低圧室の圧力が前記所定の範囲にない場合は、前記所定の範囲に収まるように、次回以降の開弁動作時に供給する前記第１の駆動エネルギを補正する、請求項３〜６のいずれか一項に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
10. 前記コントロールユニットは、前記第３の駆動エネルギの学習を実行する第２の学習制御部を有し、
    前記駆動エネルギを前記第１の駆動エネルギから前記第３の駆動エネルギに減少させた後、前記低圧室の圧力が所定の範囲にあるか否かを判定し、
    前記低圧室の圧力が前記所定の範囲にない場合は、前記所定の範囲に収まるように、次回以降の開弁動作時に供給する前記第３の駆動エネルギを補正する、請求項９に記載の高圧流体制御弁の制御装置。
11. 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方法であって、
    前記高圧流体制御弁の全閉からの開弁動作時に、前記ソレノイドに対して前記遮断シート部を開放させるための駆動エネルギとして第１の駆動エネルギを供給した後、前記駆動エネルギを前記第１の駆動エネルギよりも小さい第２の駆動エネルギに減少させる、
    高圧流体制御弁の制御方法。

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