ガス噴射装置および燃料供給システム

【課題】寿命をより向上できるガス噴射装置を提供する。
【解決手段】ガス噴射装置は、有底円筒状のシリンダ１０と、シリンダの内側底面であって、燃料ガスの排出口２７が形成された弁座面２６と、シリンダ１０の内部空間に設けられた弁体２４と、を備える。シリンダ１０および弁体２４は、弁体２４の外周面とシリンダ１０の内周面との間の間隙を燃料ガスが通れるような形状となっている。また、シリンダ１０は、内部空間のうち弁体２４周辺におけるにおける凹角が９０度超過となる形状となっている。これにより、燃料ガスの淀みが生じにくく、ガス噴射装置の寿命が向上される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両などに搭載された駆動源に燃料ガスを供給するガス噴射装置、および、当該ガス噴射装置を有する燃料供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、炭化水素系燃料やアルコール系燃料などの液体燃料を水蒸気改質することにより、水素を含有する改質ガス（以下「燃料ガス」と呼ぶ）を得る技術が知られている。燃料ガスは、水素や一酸化炭素、メタン、二酸化炭素などの主成分のほかに、有機酸や水などの凝縮成分が含まれている。そのため、この燃料ガスに長時間、接していると、耐腐食性の低い材料、例えば、電磁ステンレスなどの磁性材料が腐食する場合があった。
【０００３】
かかる燃料ガスを燃料とする車両には、当該燃料ガスを駆動源であるエンジンなどに供給するガス噴射装置が搭載されている。特許文献１には、このガス噴射装置として利用可能な電磁弁が開示されている。この電磁弁では、励磁コイルへの通電によって弁体とともに可動する可動鉄心が設けられている。ここで、通常、可動鉄心は、電磁ステンレスなどからなり、耐腐食性が乏しい場合が多い。そのため、当該可動鉄心への燃料ガスの付着を防止するために、特許文献１では、当該可動鉄心を燃料ガスなどの流体が通る流体通路から隔離された状態で設置している。また、万一、可動鉄心側に流体が流入するような場合であっても、当該可動鉄心より流体通路寄りの位置に、当該流入した流体を滞留させる固定鉄心側空間を設けている。かかる構成とすることで、可動鉄心への燃料ガスの付着を防止でき、ひいては、可動鉄心の腐食を防止することができる。
【０００４】
また、別の技術として、図１１に図示するようなガス噴射装置も知られている。このガス噴射装置では、中空のシリンダ１００と、当該シリンダ１００内において進退（昇降）する弁体１０１と、当該弁体１０１により開閉される排出口１１０を備えた弁座１１２などを備えている。弁体１０１は、有底の筒状となっており、底面付近には、当該弁体１０１の内部空間に連通する横孔１０３が形成されている。シリンダ１００の上端から供給された燃料ガスは、当該シリンダ１００の内部から、弁体１０１の内部空間、横孔１０３を経由して、排出口１１０まで至り、外部に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３４６２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、こうした従来のガス噴射装置は、燃料ガスの淀みが生じやすく、ひいては、部品の腐食を招きやすいという問題があった。例えば、特許文献１記載の電磁弁において、固定鉄心側空間は、可動鉄心への燃料ガス付着防止には有効であるものの、当該空間に一度流入した燃料ガスは、排出されることなく、当該空間に滞留したままとなる。その結果、当該空間周辺に配された部品は、当該燃料ガスとの接触時間が長くなり、最終的には、これら部品の腐食を招く恐れがあった。また、特許文献１記載の電磁弁では、燃料ガスが通る流体通路には、いくつかの窪みが設けられている。かかる窪みは、燃料ガスの淀み、ひいては、部品の腐食を招きやすかった。
【０００７】
また、図１１に例示したガス噴射装置では、弁体１０１の外周囲には、当該弁体１０１の姿勢保持のための板バネ１０６を初めとして幾つかの部品が設けられており、この板バネ１０６等の周辺には、微小な隙間１０４が形成されることになる。かかる隙間１０４に流入した燃料ガスは、当該隙間１０４内で滞留し、周辺の部材の腐食を招く恐れがあった。また、図１１のガス噴射装置では、耐腐食性が低い磁性材料からなる弁体１０１が、ガス流路内に完全に露出しており、燃料ガスに接触しやすくなっている。その結果、弁体１０１が腐食する恐れもあった。つまり、従来のガス噴射装置は、燃料ガスによる部品腐食が生じる恐れがあり、結果として、寿命が短くなりがちであった。
【０００８】
そこで、本発明では、ガス噴射装置の寿命をより向上できるガス噴射装置、および、燃料供給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のガス噴射装置は、車両に搭載され、燃料ガスを噴射するガス噴射装置であって、燃料ガスが通る空洞が形成された有底円筒状のシリンダと、前記シリンダの内側底面であって、前記燃料ガスの排出口が形成された弁座と、前記シリンダの内部空間に設けられ、前記弁座に対して進退することで前記排出口を開閉する弁体と、を備え、前記ガス流路は、前記弁体の外周面と前記シリンダの内周面との間の間隙を含む、ことを特徴とする。
【００１０】
好適な態様では、前記シリンダは、内部空間のうち前記弁体が進退する範囲である弁体収容空間における凹角が９０度超過となる形状である。
【００１１】
他の好適な態様では、前記弁体は、その上面と前記シリンダの長軸との成す角度が９０度超過となるように、上面が略円錐状である。
【００１２】
他の好適な態様では、さらに、磁力により前記弁体を進退させる駆動機構を備え、前記弁体は、前記磁力を受ける磁性材料と、前記燃料ガスに対する耐腐食性が前記磁性材料より高い非磁性金属材料と、から構成される。この場合、前記弁体は、非磁性金属材料からなる本体と、前記本体の上側に固着されるとともに磁性材料からなるバルブキャップと、を有することが望ましい。また、前記弁体は、磁性材料からなるコア体と、非磁性金属材料からなり、前記コア体を完全に内部に収容する本体と、を有することも望ましい。さらに、前記駆動機構は、磁性材料からなり、前記シリンダの内周面に貼着された固定鉄心と、非磁性金属材料からなり、前記固定鉄心の外表面を覆うカバー体と、を備えることも望ましい。
【００１３】
他の本発明である燃料供給システムは、駆動源への燃料供給を制御する燃料供給システムであって、上述したようなガス噴射装置と、前記ガス噴射装置に燃料ガスまたは液体燃料を択一的に供給する供給機構と、前記駆動源または当該駆動源が搭載された車両の運転状況を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記駆動源の駆動停止を予測するとともに、駆動停止が予測された場合には、前記供給機構に対して液体燃料の供給を指示する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、前記ガス流路は、前記弁体の外周面と前記シリンダの内周面との間の間隙を含んでおり、弁体周辺に微小な間隙が生じにくい。その結果、燃料ガスの滞留が生じにくくなり、結果として、ガス噴射装置の寿命を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態であるガス噴射装置の閉状態における断面図である。
【図２】本発明の実施形態であるガス噴射装置の開状態における断面図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】弁体周辺の拡大図である。
【図５】弁体の他の形態を示す図である。
【図６】他のガス噴射装置の縦断面図およびＢ−Ｂ断面図である。
【図７】他のガス噴射装置の縦断面図およびＣ−Ｃ断面図である。
【図８】他のガス噴射装置の縦断面図およびＤ−Ｄ断面図である。
【図９】他の本発明の実施形態である燃料供給システムの構成図である。
【図１０】車両の運転イメージを示す図である。
【図１１】従来のガス噴射装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１，２は、本発明の実施形態であるガス噴射装置の断面図であり、図１および図２は、それぞれ、バルブ閉鎖状態、および、バルブ解放状態を示している。
【００１７】
このガス噴射装置は、主に、車両に搭載され、当該車両の駆動源であるエンジンなどに燃料ガスを供給するために用いられる。ここで、取り扱い対象である燃料ガスについて簡単に説明する。燃料ガスは、炭化水素系燃料やアルコール系燃料などの液体燃料を、水蒸気改質して得られるガスで、水素や一酸化炭素、メタン、二酸化炭素などの主成分のほかに、有機酸や水などの凝縮成分を有している。この有機酸や水などの凝縮成分は、耐腐食性に乏しい材料、例えば、電磁ステンレスなどの腐食を招く腐食成分として作用することが知られている。つまり、燃料ガスは、腐食成分を含んだガスであるといえる。
【００１８】
かかる腐食成分含有の燃料ガスが、ガス噴射装置の構成部品のうち耐腐食性が乏しい部品に接触したり、あるいは、耐腐食性に優れた部品であっても長期に渡って接触したりした場合には、当該部品の腐食、ひいては、ガス噴射装置の寿命低下を招く恐れがある。
【００１９】
そこで、本実施形態では、構成部品の腐食を極力低減でき得るようにガス噴射装置を特殊な構成としている。以下、このガス噴射装置について詳説する。
【００２０】
ガス噴射装置は、シリンダ１０、弁体２４、および、駆動機構などから構成される。シリンダ１０は、内部に弁体２４やコイルユニット２０等が配置された略筒状部材である。このシリンダ１０は、磁性材料（例えば電磁ステンレスなど）よりも耐食性が高い金属材料（以下「非磁性金属材料」という）、例えば、３００系ステンレスなどからなる。このシリンダ１０は、単一部材で構成されてもよいし、複数部材で構成されてもよい。本実施形態では、このシリンダ１０を四つの部材、すなわち、第一アウターボディ１２、第二アウターボディ１３、接続ボディ１１、および、ノズルボディ１４で構成している。
【００２１】
接続ボディ１１および第一アウターボディ１２は、いずれも、その中央に貫通孔が形成された略筒状体である。この接続ボディ１１および第一アウターボディ１２は、同軸線上に並ぶように連結され、一つの大きな筒状体を構成する。接続ボディ１１のうち第一アウターボディ１２とは反対側の端部は、配管等を介して燃料ガスの供給源に接続されている。また、第一アウターボディ１２のうち接続ボディ１１とは反対側の端部には、ノズルボディ１４が連結される。ノズルボディ１４は、有底筒状のシリンダ１０の底部として機能するもので、その中央には、小径の貫通孔２８が形成されている。この小径の貫通孔２８は、燃料ガスが排出される排出孔２８として機能する孔である。
【００２２】
第二アウターボディ１３は、接続ボディ１１の外径とほぼ同じ大きさの内径を有しており、当該接続ボディ１１の外側に嵌め込まれている。この第二アウターボディ１３の外周面には、上位制御装置（図示せず）からの制御信号線が接続される信号コネクタ１７が突出形成されている。この信号コネクタ１７は、第一アウターボディ１２の内部に収容された励磁コイル１８に電気的に接続されている。
【００２３】
このように四つの部材から構成されるシリンダ１０は、上端面が完全開口され、かつ、下端に排出孔２８が形成された底面を有する有底の筒状体となる。ここで、このシリンダ１０のうち、接続ボディ１１側端部における開口端が、燃料ガスがシリンダ１０内に導入される導入口１５である。さらに、その導入口１５から下方に延びる孔は、燃料ガスが通る燃料通路１６として機能する。さらに、ノズルボディ１４の上端面、すなわち、ノズルボディ１４のうちシリンダ１０の内部に露出した面は、燃料ガスが排出される排出口２７が形成されるとともに、弁体２４が当接／離間する弁座面２６として機能する。
【００２４】
ここで、このシリンダ１０の内部には、コイルユニット２０、コイルスプリング２１、および、弁体２４が配置される。コイルユニット２０は、駆動機構を構成する一部材で、略筒状の固定鉄心１９の外周に励磁コイル１８を巻回したユニットである。固定鉄心１９は、電磁ステンレスなどの磁性材料から構成されており、その内径は、当該コイルユニット２０の配置位置前後におけるシリンダ１０内径とより少し小さい。この固定鉄心１９の外周に巻回された励磁コイル１８を通電することで、当該固定鉄心１９が磁化される。このコイルユニット２０は、シリンダ１０の内部のうち、弁体２４の可動範囲より上側の位置に配置されている。このコイルユニット２０の配置を許容するために、当該配置位置におけるシリンダ１０の内径は、大幅に拡大されている。
【００２５】
コイルスプリング２１は、弁体２４の上側に配置されており、弁体２４を弁座面２６に近づく方向（固定鉄心１９から離れる方向、図１，２における下方向）に付勢する。ただし、このコイルスプリング２１の付勢力は、励磁コイル１８を通電した際に固定鉄心１９と弁体２４との間に生じる磁気吸引力よりも小さい。したがって、励磁コイル１８が通電された場合、弁体２４は、当該コイルスプリング２１の付勢力に抗して、固定鉄心１９に近づく方向に移動する。一方、励磁コイル１８への通電が停止された場合、弁体２４は、当該コイルスプリング２１から付勢力を受けて、固定鉄心１９から離れる方向、すなわち、弁座面２６に近づく方向に移動する。
【００２６】
コイルユニット２０およびコイルスプリング２１の下側には、弁体２４が配置されている。弁体２４は、進退（昇降）することで、弁座面２６に設けられた排出口２７を開閉する部材である。この弁体２４は、上述したとおり、磁化した固定鉄心１９との間に磁気吸引力を生じさせ得る構成となっており、励磁コイル１８への通電状況、ひいては、固定鉄心１９の磁化状況に応じて、進退（昇降）する。すなわち、励磁コイル１８が通電（固定鉄心１９が磁化）された場合、弁体２４は、固定鉄心１９との間に生じる磁気吸引力により上昇し、弁座面２６から離間する。この離間により排出口２７が開放され、当該排出口２７からの燃料ガスの排出が許容される。一方、励磁コイル１８の通電が解除（固定鉄心１９の磁化が解除）された場合、弁体２４は、コイルスプリング２１からの付勢力を受けて下降し、弁座面２６に当接、密着する。この密着により排出口２７が閉鎖され、当該排出口２７からの燃料ガスの排出が禁止される。
【００２７】
ここで、この弁体２４周辺の構成について図３、図４を参照して詳説する。図３は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。また、図４は、弁体２４周辺の拡大図である。既述したとおり、弁体２４は、シリンダ１０の内部空間のうち底部近傍に配置され、規定の進退量だけ進退可能となっている。以下では、シリンダ１０の内部空間のうち、弁体２４の可動範囲部分を、弁体収容空間と呼ぶ。この弁体収容空間の幅（すなわちシリンダ１０の内径）は、図４に図示するとおり、大きく二段階に変化している。すなわち、弁体収容空間は、小径の上半分と、大径の下半分とに大別される。上半分の径ｄ１は、弁体２４の外径（突起部２９除く）よりも大きく、かつ、弁体２４の側面から突出する突起部２９の外径よりも小さい。また、下半分の径ｄ２は、弁体２４の側面から突出する突起部２９の外径とほぼ同じか、若干大きくなっている。
【００２８】
この弁体収容空間の上半分と下半分との境界にはテーパ面３０が形成されており、径が徐々に拡大するようになっている。別の見方をすれば、弁体収容空間の上半分と下半分との境界に９０度超過の凹角が形成されている。このテーパ面３０は、磁気吸引力により上昇しようとする弁体２４の突起部２９の上面に当接することで、弁体２４のさらなる上昇を規制するリフト量規定面３０として機能する。なお、このリフト量規定面３０とシリンダ中心軸との成す角度αは、９０度超過であれば特に限定されないが、望ましくは１３５度、より望ましくは１６５度超過である。また、この角度αは、１７７度未満であることが望ましい。
【００２９】
本実施形態では、さらに、この弁体収容空間と弁座面２６との境界部分にも、当該境界部分における凹角部の角度βが９０度超過となるようなテーパ面（以下「案内面３８」と呼ぶ）を形成している。この案内面３８は、弁体収容空間の下端近傍まで流れてきた燃料ガスを、弁座面２６の中央に形成された排出口２７へと導く。なお、この案内面３８とシリンダ内周面との成す角度βは、９０度超過であれば特に限定されないが、１２５度から１４５度、特に１３５度であることが望ましい。
【００３０】
次に弁体２４について詳説する。本実施形態の弁体２４は、材料が異なる二つの部材から構成されている。すなわち、弁体２４は、非磁性金属材料（例えば３００系ステンレス）からなる本体２３と、磁性材料（例えば電磁ステンレス）からなるキャップ体２２と、から構成されている。
【００３１】
本体２３は、中実の略円柱形部材である。この本体２３の高さ方向中間位置からは径方向外側に突出する突起部２９が二つ、１８０度対称位置に設けられている。この突起部２９は、弁体２４の進退方向をガイドするガイド部材として機能するとともに、リフト量規定面３０に当接して弁体２４の上昇量を規制するリフト量規制部材としても機能する。
【００３２】
この突起部２９は、弁体収容空間の下半分における半径とほぼ同じか、若干小さい半径（弁体２４の中心から突起部２９の先端３１までの距離）を有している。そのため、この突起部２９は、弁体２４が水平方向に移動したり、傾斜したりしようとした際には、弁体収容空間の内周面に即座に当接し、干渉する。そして、この当接・干渉により弁体２４の傾斜や水平移動が禁止されることになる。その結果、弁体２４は、常に、シリンダ１０と同軸線上において昇降することができる。つまり、突起部２９は、弁体２４の進退方向を案内するガイド部材として機能する。
【００３３】
また、この突起部２９は、収容空間の上半分における径よりも大径であるため、弁体２４が上昇するとリフト量規定面３０に当接し、干渉する。そして、この当接・干渉により、弁体２４の更なる上昇が禁止される。その結果、弁体２４の過剰な上昇が防止される。つまり、突起部２９は、弁体２４の上昇量を規制するリフト量規制部材としても機能する。
【００３４】
なお、この説明で明らかなとおり、この突起部２９の先端３１は、弁体２４の昇降に応じて、弁体収容空間の内周面に摺接する。また、突起部２９の上端面は、弁体２４が上昇するたびに、リフト量規定面３０に衝突する。
【００３５】
ところで、本実施形態では、この突起部２９の上端面および下端面に、テーパを施している。そして、このテーパにより、突起部２９の上端面と弁体２４の外周面とが成す角度、および、突起部２９上端面と弁体２４の外周面とが成す角度が９０度超過になるようにしている。別の見方をすれば、本実施形態では、この突起部２９周辺における凹角部が、いずれも、９０度超過となるように適宜、テーパを施している。かかる構成としているのは、燃料ガスの淀みを低減するためであるが、これについては後に詳説する。なお、突起部２９の上端面と弁体２４の外周面とが成す角度は、９０度超過であれば特に限定されないが、原則的には、リフト量規定面３０とシリンダ中心軸とが成す角度αと同じであることが望ましい。弁体２４の底面には、弾性材料、例えば、ゴムなどからなる弾性シート２５が配されている。この弾性シート２５は、弁体２４が弁座面２６方向に下降した際に、当該弁座面２６に密着し、排出口２７周辺を気密にシールする。
【００３６】
弁体２４のキャップ体２２は、弁体２４の本体２３の上面、すなわち、固定鉄心１９に対向する面に固着された部材である。このキャップ体２２と固定鉄心１９との間に生じる磁気吸引力により弁体２４が上昇するようになっている。このキャップ体２２の上面は、中心から周縁に向かうにつれて低くなるように傾斜した略円錐状となっている。この傾斜面と弁体中心軸（シリンダ中心軸とほぼ同じ）との成す角度γは、９０度超過であれば、特に限定されないが、１２５度から１４５度、特に１３５度であることが望ましい。かかる構成としているのは、燃料ガスの淀みを低減するためであるが、これについても後に詳説する。いずれにしても、これまでの説明で明らかなとおり、本実施形態では、弁体収容空間における凹角を全て９０度超過としている。
【００３７】
次に、駆動機構について説明する。駆動機構は、弁体２４をシリンダ１０内で進退（昇降）させるための機構で、既述したコイルユニット２０や、コイルスプリング２１などから構成される。コイルユニット２０は、既述したとおり、磁性材料からなる固定鉄心１９と当該固定鉄心１９に巻回された励磁コイル１８からなるユニットである。コイルスプリング２１は、シリンダ１０の内部に挿入され、弁体２４を、固定鉄心１９から離れる方向（弁座に当接する方向）に付勢する。
【００３８】
以上のような構成のガス噴射装置における作用について説明する。導入口１５から供給された燃料ガスは、シリンダ１０の内部空間を流れる。弁体収容空間まで到達した燃料ガスは、弁体２４の外周面とシリンダ１０の内周面との間に形成される間隙を流れる。
【００３９】
このとき、励磁コイル１８の通電が解除されている場合、弁体２４のキャップ体２２と固定鉄心１９との間に磁気吸引力は生じない。一方で、弁体２４は、コイルスプリング２１により固定鉄心１９から離れる方向に付勢されているため、弁体２４は、弁座に当接し、排出口２７を閉鎖した閉状態となる。この場合、燃料ガスは、外部に排出されず、シリンダ１０内部に滞留する。
【００４０】
一方、励磁コイル１８が通電状態の場合、弁体２４のキャップ体２２と固定鉄心１９との間に磁気吸引力が生じる。この磁気吸引力を受けて、弁体２４は、コイルスプリング２１の付勢力に抗して、固定鉄心１９に近づく方向（弁座から離れる方向）に移動する。この移動は、突起部２９の上面がリフト量規定面３０に当接するまで行われる。また、この移動の過程において、弁体２４が、傾斜したり、水平方向に移動したりしようとしても、当該弁体２４の外周面から突出した突起部２９がシリンダ１０の内周面に当接する。そのため、弁体２４の傾斜等が防止され、弁体２４は、常に、シリンダ１０の中心軸に沿って移動することになる。そして、この移動により、弁体２４が弁座から離間し、排出口２７が開放された開状態となる。この場合、燃料ガスは、排出口２７から排出孔２８へと至り、外部へと噴射される。
【００４１】
つまり、本実施形態において、シリンダ１０の内部空間が燃料ガスの流れるガス流路となる。ここで、本来であれば、燃料ガスは、このガス流路に沿って、潤滑に流れることが望ましい。しかしながら、ガス流路の形状によっては、渦流が発生し、燃料ガスの淀みが生じる場合があった。
【００４２】
例えば、図１１に図示するような従来技術では、弁体１０１を有底の筒状にするとともに当該筒の内外に連通する横孔１０３を形成していた。そして、この弁体１０１の内部空間１０２が、燃料ガスの通るガス流路となっていた。しかしながら、かかる構成とした場合、燃料ガスは、弁体２４の底面近傍において、略９０度屈曲しなければ弁体２４の外部に流出できない。しかし、かかる流れの急変を潤滑に行うことは難しく、当該流れの急変部分で渦流、ひいては、燃料ガスの淀みが生じる場合があった。
【００４３】
また、この従来技術では、弁体２４の外周囲に板バネ１０６など、空間を分断する部材が多く配されており、弁体２４の周囲に微小な間隙１０４（図１１において墨ハッチングを施した範囲）が多数形成される構成となっていた。かかる微小な間隙１０４に、一度、燃料ガスが流入すると、その場において留まり、淀みの原因となることが多かった。こうした燃料ガスの淀みは、各種部材の腐食を促進し、ひいては、ガス噴射装置の寿命を低下させていた。
【００４４】
そこで、本実施形態では、燃料ガスに起因する部品の腐食をより低減し得るようにシリンダ１０や弁体２４などを特殊な構成としている。すなわち、既述したとおり、本実施形態では、弁体収容空間における凹角を、すべて、９０度超過となるようにしている。具体的には、リフト量規定面３０の成す角度α、突起部２９の上面および下面の成す角度、および、案内面３８の成す角度βの全てを、９０度超過としている。さらに、弁体２４の上面と中心軸とのなす角度γも、９０度超過としている。
【００４５】
かかる構成とすることで、燃料ガスを急激に屈曲させることなく、シリンダ１０の底まで導くことができる。その結果、渦流の発生、ひいては、燃料ガスの淀みを低減できる。そして、燃料ガスの淀みを低減することにより、長時間、一つの部材が燃料ガスに接触することが低減される。特に、当該ガス噴射装置が搭載された車両が駐停車された場合には、当該ガス噴射装置も駆動停止される。この停止時点において、凹角で滞留した燃料ガスは、次回の車両起動時まで、その場に留まることになる。かかる長期に渡る燃料ガスの滞留は、ガス滞留位置周辺の部品の腐食、ひいては、ガス噴射装置の寿命低下を招く。一方、本実施形態では、かかる燃料ガスの滞留が大幅に低減されるため、燃料ガスに起因する部品の腐食、ひいては、ガス噴射装置の寿命低下を防止することができる。
【００４６】
また、図１１に図示するような従来のガス噴射装置では、弁体２４全体を磁性材料で構成していた。しかし、磁性材料は、一般に、燃料ガスに含まれる凝縮成分に対する耐食性が乏しく、かかる磁性材料で弁体２４全体を構成した場合、当該弁体２４の寿命が低下するという問題があった。特に、突起部２９が腐食すると、弁体２４の上昇量に影響を及ぼし、ひいては、燃料ガスの射出量が低下する恐れがあった。
【００４７】
本実施形態では、既述したとおり、弁体２４のうち、固定鉄心１９との間で磁気吸引力を生じさせるために必要な部分、すなわち、弁体２４の上面部分のみを磁性材料で構成している。そして、突起部２９を含む他の部分については、耐食性に優れた金属材料で構成している。かかる構成とすることで、上昇力（磁気吸引力）を確保しつつも、弁体２４の腐食の可能性を大幅に低減することができる。そして、その結果、ガス噴射装置の寿命を向上させることができる。
【００４８】
以上、説明したように、本実施形態によれば、燃料ガスの淀みを低減できる。また、耐食性に乏しい磁性材料の露出量を低減できる。その結果、部品の腐食を低減でき、ひいては、ガス噴射装置の寿命を向上させることができる。
【００４９】
なお、これまで説明した構成は一例であり、燃料ガスの滞留を低減でき得る構成であれば、各部の構成は適宜、変更されてもよい。例えば、図５に図示するように、突起部２９の高さ、特に、シリンダ１０の内周面と接触する先端３１の高さを大きくしてもよい。かかる構成とした場合、弁体２４の周方向へのブレが低減される。
【００５０】
また、上述の説明では、中実の弁体２４を用いていたが、図６に図示するような、中空の弁体２４を用いてもよい。かかる構成とすることで、弁体２４を軽量化でき、弁体２４の駆動速度を向上することができる。
【００５１】
また、上述の説明では、弁体２４の上面に磁性材料を露出させていたが、磁性材料を弁体２４の内部に埋め込むようにしてもよい。例えば、図７に図示するように、弁体２４を、本体２３、コア体３２、キャップ体２２の三部材から構成してもよい。この場合、本体２３は、非磁性金属材料からなり、有底円筒形となっている。また、コア体３２は、磁性材料からなる部材で、円筒形の本体２３の内部に配置される。そして、キャップ体２２は、このコア体３２の上面を覆うべく弁体２４の上面に配置される部材で、非磁性金属材料からなる。かかる三部材で弁体２４を構成した場合、磁性材料からなるコア体３２は、非磁性金属材料からなる本体２３およびキャップ体２２により、完全に覆われる。その結果、当該コア体３２が燃料ガスに接触することはなくなり、燃料ガスに含まれる腐食成分によりコア体３２が腐食することが防止される。
【００５２】
また、磁性材料からなる固定鉄心１９も、非磁性金属材料で覆うようにしてもよい。例えば、図７に図示するように、略円筒状の固定鉄心１９の内側に嵌め込まれる円筒状のカバー体１１ａを接続ボディ１１の下端から突出形成し、当該カバー体１１ａで、固定鉄心１９の内周面を覆うようにしてもよい。かかる構成とすることで固定鉄心１９の燃料ガスへの接触が防止され、当該燃料ガスによる固定鉄心１９の腐食も防止される。
【００５３】
また、弁体２４の外周面とシリンダ１０の内周面との間隙だけでなく、弁体２４の内部もガス流路として機能させてもよい。すなわち、図８に図示するように、弁体２４を、有底で、上面が完全開口された略円筒形状とし、当該円筒の下端近傍に、弁体２４の外側に抜ける横孔３３を形成してもよい。かかる構成とすることで、ガス流路の断面積を広げることができ、より多量の燃料ガスを取り扱うことができる。また、弁体２４の重量も軽量化されるため、弁体２４の駆動速度の向上も図ることができる。なお、図８では、弁体２４の内側底面を水平面としているが、当該内側底面を中心軸線上が最も高くなるように傾斜した略錐状としてもよい。かかる形状とすることで、燃料ガスの急激な屈曲を防止でき、燃料ガスの滞留を低減できる。また、かかる構成とする場合には、弁体２４の外周面とシリンダ１０の内周面との間隙幅や、横孔３３の径などを最適化し、どちらかの経路に流れが偏らないようにすることが望ましい。
【００５４】
次に、このガス噴射装置が組み込まれる燃料供給システムについて図９を参照して説明する。図９は、他の本発明の実施形態である燃料供給システムの概略構成図である。この燃料供給システムは、ガス噴射装置内での燃料ガスの滞留をより低減するために、特殊な制御を実行するようになっている。
【００５５】
この燃料供給システムは、上述したようなガス噴射装置５１の他に、液体燃料を貯留する液体燃料タンク４１や、水を貯留する水タンク４３、水と液体燃料とを混合気化させて燃料ガス（改質ガス）を生成する改質器４８、これらタンク４１，４３や改質器４８に配管を介して接続されたポンプ４５，４６，５４やバルブ５５などを備えている。液体燃料タンク４１には、燃料ガスの原料となる液体炭化水素系燃料やアルコール系燃料などの液体燃料が貯留されている。この液体燃料タンク４１に貯留されている液体燃料は、適宜、第一ポンプ４５により汲み上げられ、改質器４８に供給される。また、液体燃料タンク４１には、パージ用ライン５３も接続されている。このパージ用ライン５３は、切替バルブ５５を介して液体燃料タンク４１とガス噴射装置５１とを接続する配管である。液体燃料タンク４１に貯留された液体燃料は、第三ポンプ５４により汲み上げられ、パージ用ライン５３、切替バルブ５５を経て、ガス噴射装置５１に直接供給される場合もあるが、これについては、後に詳説する。
【００５６】
水タンク４３は、配管を介して改質器４８に接続されており、適宜、当該水タンク４３に貯留された水が改質器４８に供給されるようになっている。改質器４８には、改質触媒４７が設けられている。この改質触媒に液体燃料および水を供給し加熱することで、水素、一酸化炭素、メタン、二酸化炭素などを主成分とする燃料ガス（改質ガス）が生成される。この改質器４８にはガス供給ライン５０が接続されており、当該改質器４８で生成された燃料ガスは、ガス供給ライン５０、切替バルブ５５を経て、ガス噴射装置５１に供給される。
【００５７】
切替バルブ５５は、ガス噴射装置５１の接続先を、ガス供給ライン５０（ひいては改質器４８）またはパージ用ライン５３（ひいては液体燃料タンク４１）のいずれか一方に切り替えるバルブである。この切替バルブ５５の切替により、ガス噴射装置５１が改質器４８に接続された場合、当該ガス噴射装置５１には燃料ガスが供給されることになる。逆に、ガス噴射装置５１が液体燃料タンク４１に接続された場合、当該ガス噴射装置５１には液体燃料が供給されることになる。この切替バルブの駆動は、図示しない制御装置により制御される。ガス噴射装置５１は、供給された燃料ガスや液体燃料をエンジン５２などの駆動源に供給するもので、図１〜図８を用いて説明したような構成であればよい。
【００５８】
制御装置は、上述した切替バルブ５５やポンプ４５，４６，５４、ガス噴射装置５１などの駆動を制御するものである。また、この制御装置は、車両やエンジンの運転状況を検出する各種センサにも接続されており、車両等の運転状況、例えば、車速などを取得できるようになっている。本実施形態では、この制御装置による制御を特殊なものとすることで、ガス噴射装置５１における燃料ガスの滞留を低減している。
【００５９】
具体的には、制御装置は、通常時には燃料ガスが、エンジンの停止直前には液体燃料が、ガス噴射装置５１に供給されるように切替バルブ５５の駆動を制御する。かかる制御とすることで、エンジン停止前にガス噴射装置５１に残留した燃料ガスが、液体燃料により洗い流される。そして、エンジン停止前に燃料ガスが洗い流されることで、車両駐車時のように、長時間、ガス噴射装置５１が駆動されない場合に、燃料ガスがガス噴射装置５１内に滞留することが防止される。
【００６０】
ところで、上記制御を実行するためには、制御装置において、エンジン停止直前か否かを判断する必要がある。かかる判断の方法としては、種々考えられるが、例えば、車両の速度が一定基準値以下になった場合には、エンジン停止直前と判断するようにしてもよい。すなわち、制御装置は、車速センサでの検出値と、予め記憶手段（例えばメモリなど）に記憶された基準値と、を定期的に比較する。そして、比較の結果、検出された車速が、基準値以下の場合には、切替バルブ５５を駆動してガス噴射装置５１に液体燃料タンク４１を接続し、要求されるエンジン駆動に必要な量の液体燃料がガス噴射装置５１に供給されるようにすればよい。
【００６１】
図１０は、かかる制御を行った場合の運転イメージを示す図である。図１０において、縦軸は、車速を横軸は時間を示している。車速が基準速度Ｘ以上となる時刻ａから時刻ｂまでの間、制御装置は、ガス噴射装置５１に燃料ガスが供給されるように切替バルブ５５を駆動する。そして、時刻ｂ以降において、車速が基準速度Ｘ未満となれば、制御装置は、車両、ひいては、エンジン５２が近く停止する可能性が高いと判断する。この場合、制御装置は、ガス噴射装置５１に液体燃料が供給されるように切替バルブ５５を駆動する。このバルブ５５の駆動により、ガス噴射装置５１には液体燃料が供給され、内部に残留している燃料ガスが洗い流される。したがって、その後、車両が駐車され、ガス噴射装置５１が長時間駆動されない状況になったとしても、当該ガス噴射装置５１の各種部品が燃料ガスにより腐食する可能性を低減できる。
【００６２】
その後、再び車両が駆動し始めたとしても、車速が基準速度Ｘ未満である時刻ｃまでは、ガス噴射装置５１には液体燃料が供給される。そして、車速が基準速度Ｘ以上となる時刻ｃから時刻ｄまでの間、制御装置は、ガス噴射装置５１に燃料ガスを供給する。そして、再び、車速が基準速度Ｘ未満となれば、ガス噴射装置５１に液体燃料が供給されるように切替バルブ５５を駆動する。これにより、残留した燃料ガスが洗い流される。そして、結果として、ガス噴射装置５１の寿命を向上することができる。
【００６３】
なお、上述した例では、エンジン５２が停止直前か否かを、車速と基準速度Ｘとの比較結果のみで判断しているが、当然、他のパラメータに基づいて判断してもよい。例えば、車速だけでなく、加速度も検出または算出し、車速が基準速度Ｘ未満かつ加速度が０以下（減速または一定速度状態）の場合に、エンジン５２が停止直前であると判断するようにしてもよい。かかる構成とすることで、エンジン停止直前か否かの判断をより正確に行うことができる。なお、この場合、図１０における時刻ｂから時刻ｃ´までの間、および、時刻ｄ以降は、液体燃料が供給されるが、時刻ｃ´から時刻ｃまでの間は、燃料ガスが供給されることになる。また、別の態様として、エンジンの回転数などに基づいてエンジン停止直前か否かを判断するようにしてもよい。
【００６４】
いずれにしても、エンジン停止直前に液体燃料をガス噴射装置５１に流すことにより、当該ガス噴射装置５１の内部に残留する燃料ガスを洗い流すことができ、燃料ガスによる部品腐食の可能性を低減できる。そして、結果として、ガス噴射装置５１の寿命を向上することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０シリンダ、１５導入口、１６燃料通路、１８励磁コイル、１９固定鉄心、２１コイルスプリング、２２キャップ体、２３本体、２４弁体、２６弁座面、２７排出口、２９突起部、３０リフト量規定面、４１液体燃料タンク、４３水タンク、４８改質器、５１ガス噴射装置、５２エンジン、５５切替バルブ。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、燃料ガスを噴射するガス噴射装置であって、
燃料ガスが通る空洞が形成された有底円筒状のシリンダと、
前記シリンダの内側底面であって、前記燃料ガスの排出口が形成された弁座と、
前記シリンダの内部空間に設けられ、前記弁座に対して進退することで前記排出口を開閉する弁体と、
を備え、
前記ガス流路は、前記弁体の外周面と前記シリンダの内周面との間の間隙を含む、ことを特徴とするガス噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス噴射装置であって、
前記シリンダは、内部空間のうち前記弁体が進退する範囲である弁体収容空間における凹角が９０度超過となる形状である、ことを特徴とするガス噴射装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガス噴射装置であって、
前記弁体は、その上面と前記シリンダの長軸との成す角度が９０度超過となるように、上面が略円錐状である、ことを特徴とするガス噴射装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のガス噴射装置であって、さらに、
磁力により前記弁体を進退させる駆動機構を備え、
前記弁体は、前記磁力を受ける磁性材料と、前記燃料ガスに対する耐腐食性が前記磁性材料より高い非磁性金属材料と、から構成される、
ことを特徴とするガス噴射装置。
【請求項５】
請求項４に記載のガス噴射装置であって、
前記弁体は、
非磁性金属材料からなる本体と、
前記本体の上側に固着されるとともに磁性材料からなるバルブキャップと、
を有することを特徴とするガス噴射装置。
【請求項６】
請求項４に記載のガス噴射装置であって、
前記弁体は、
磁性材料からなるコア体と、
非磁性金属材料からなり、前記コア体を完全に内部に収容する本体と、
を有することを特徴とするガス噴射装置。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか１項に記載のガス噴射装置であって、
前記駆動機構は、
磁性材料からなり、前記シリンダの内周面に貼着された固定鉄心と、
非磁性金属材料からなり、前記固定鉄心の外表面を覆うカバー体と、
を備えることを特徴とするガス噴射装置。
【請求項８】
駆動源への燃料供給を制御する燃料供給システムであって、
請求項１から７のいずれか１項に記載のガス噴射装置と、
前記ガス噴射装置に燃料ガスまたは液体燃料を択一的に供給する供給機構と、
前記駆動源または当該駆動源が搭載された車両の運転状況を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記駆動源の駆動停止を予測するとともに、駆動停止が予測された場合には、前記供給機構に対して液体燃料の供給を指示する制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料供給システム。

【図１】