遮断弁の開弁完了判断方法および開弁完了判断装置
【課題】開弁完了確定時間を必要最低限の時間に設定することができる遮断弁の開弁完了判断方法および開弁完了判断装置を提供する。
【解決手段】ガス貯蔵容器からのガスを遮断し、内部に弾性体からなるバルブシートを使用した遮断弁の開弁完了判断方法であって、前記遮断弁の開弁指令を出す工程（Ｓ１００）と、前記遮断弁の温度を検出する工程（Ｓ１１０）と、検出した前記温度と前記バルブシートの温度特性とに基づいて前記遮断弁の開弁完了確定時間を決定する工程（Ｓ１２０）と、前記遮断弁の開弁指令が出てからの経過時間を検出する工程（Ｓ１５０）と、前記経過時間と前記開弁完了確定時間とを比較して前記遮断弁の開弁の完了を判断する工程（Ｓ１６０）と、を有する。
【解決手段】ガス貯蔵容器からのガスを遮断し、内部に弾性体からなるバルブシートを使用した遮断弁の開弁完了判断方法であって、前記遮断弁の開弁指令を出す工程（Ｓ１００）と、前記遮断弁の温度を検出する工程（Ｓ１１０）と、検出した前記温度と前記バルブシートの温度特性とに基づいて前記遮断弁の開弁完了確定時間を決定する工程（Ｓ１２０）と、前記遮断弁の開弁指令が出てからの経過時間を検出する工程（Ｓ１５０）と、前記経過時間と前記開弁完了確定時間とを比較して前記遮断弁の開弁の完了を判断する工程（Ｓ１６０）と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばガス貯蔵容器に設けられた遮断弁の開弁完了判断方法および開弁完了判断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料電池自動車などのガス燃料自動車には、燃料としてのガスが充填されたタンクと、このタンクからガス消費機器（燃料電池、エンジンなど）へのガスの流通を遮断する電磁弁とが設けられている。このような電磁弁の開弁応答性を調節する技術としては、例えば、開弁応答性のばらつきを抑制する開弁応答性調整機構を備えた電磁弁が提案され（特許文献１参照）、また電流制御により電磁弁の応答性向上を図る技術が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１６４４２４号公報（図１０）
【特許文献２】特許２９９８５４９号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、一般的な電磁弁の開弁完了判断は、燃料電池自動車の起動時などにおいて燃料系の電磁弁に開弁指令を与えてから電磁弁が確実に開いていることを開弁指令から一律に設定された所定経過時間により判断していた。このため、所定経過時間より短い時間で電磁弁の開弁がすでに完了している場合であっても、所定時間が経過するまでは燃料の消費を開始することができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、開弁完了確定時間を必要最低限の時間に設定することができる遮断弁の開弁完了判断方法および開弁完了判断装置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】
【０００５】
請求項１に係る発明は、ガス貯蔵容器からのガスを遮断し、内部に弾性体からなるバルブシートを使用した遮断弁の開弁完了を、制御装置により判断する遮断弁の開弁完了判断方法であって、前記遮断弁の開弁指令を出す工程と、前記遮断弁の温度を検出する工程と、検出した前記温度と前記バルブシートの温度特性とに基づいて前記遮断弁の開弁完了確定時間を決定する工程と、前記遮断弁の開弁指令が出てからの経過時間を検出する工程と、前記経過時間と前記開弁完了確定時間とを比較して前記遮断弁の開弁の完了を判断する工程と、を有することを特徴とする。
また請求項５に係る発明は、ガス貯蔵容器からのガスを遮断し、内部に弾性体からなるバルブシートを使用した遮断弁の開弁完了判断装置であって、前記遮断弁の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段によって検出された温度と、前記バルブシートの温度特性とに基づいて前記遮断弁の開弁完了確定時間を決定する開弁完了確定時間決定手段と、前記遮断弁の開弁指令が出てからの経過時間を検出する開弁指令経過時間検出手段と、前記開弁指令経過時間検出手段によって検出された経過時間と前記開弁完了確定時間とを比較して前記遮断弁の開弁の完了を判断する開弁完了判断手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項１および請求項５に係る発明によれば、温度に応じて開弁完了確定時間を決定するようにしたため、温度依存性のある弾性体（ゴム部材）をバルブシートに使用した遮断弁であっても、開弁完了確定時間を必要最低限の時間として決定でき、開弁完了後に行なわれる制御を従来に比べて早期に行なうことが可能になる。
【０００７】
請求項２および請求項６に係る発明は、前記バルブシートの温度特性は、温度と粘弾性との関係であることを特徴とする。
【０００８】
請求項２および請求項６に係る発明によれば、開弁完了確定時間をさらに精度よく決定することが可能になる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、開弁開始時の前記遮断弁の上流側と下流側との圧力差を検出する工程と、前記差圧に応じて前記開弁完了確定時間を補正する工程と、を有することを特徴とする。
また請求項７に係る発明は、開弁開始時の前記遮断弁の上流側と下流側との差圧を検出する圧力差検出手段と、前記差圧に応じて前記開弁完了確定時間を補正する開弁確定時間補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３および請求項７に係る発明によれば、遮断弁の上流と下流とで圧力差が高いほど遮断弁の開弁完了に要する時間が長くなる傾向があっても、その圧力差に応じて開弁完了確定時間の補正を行なうので、開弁完了確定時間を必要最低限の時間として決定することが可能になる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記バルブシートの経年劣化を推定する工程と、前記経年劣化に応じて前記温度特性を補正する工程と、を有することを特徴とする。
また請求項８に係る発明は、前記バルブシートの経年劣化を推定する経年劣化推定手段と、前記経年劣化に応じて前記温度特性を補正する温度特性補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項４および請求項８に係る発明によれば、経年劣化によってバルブシートの温度特性が変わったとしても、それに応じて補正を行なうので、開弁完了確定時間を正確に算出することが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の遮断弁の開弁完了判断方法および開弁完了判断装置によれば、開弁完了確定時間を必要最低限の時間に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本実施形態の遮断弁の開弁完了判断装置を備えた燃料電池システムを示す全体構成図、図２は遮断弁の断面図を示し、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図、図３はバルブシートの温度と粘弾性との関係の一例を示すグラフ、図４は本実施形態の遮断弁の開弁完了判断装置のフローチャート、図５は遮断弁の温度と開弁完了確定時間との関係を示すマップ、図６は圧力差と開弁完了確定時間との関係を示すマップである。なお、本実施形態では、燃料電池自動車に適用した場合を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、水素や天然ガスなどを燃料ガスとするガス燃料自動車（エンジン自動車、複合燃料エンジン自動車）などにも適用することができ、または船舶や航空機、あるいは家庭用電源としての定置式のものなどあらゆるものに適用できる。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の開弁完了判断装置を備えた燃料電池システム１は、燃料電池ＦＣ、遮断弁（１次遮断弁）１０を備えたタンク１１、１次減圧弁１２、２次遮断弁１３、２次減圧弁１４、エゼクタ１５、パージ弁１６、エアコンプレッサ１７、制御装置５０などで構成されている。
【００１６】
遮断弁１０は、ガス配管ａ１を介して１次減圧弁１２と接続されている。１次減圧弁１２は、ガス配管ａ２を介して２次遮断弁１３と接続されている。２次遮断弁１３は、配管ａ３を介して２次減圧弁１４と接続されている。２次減圧弁１４は、配管ａ４を介してエゼクタ１５と接続されている。エゼクタ１５は、配管ａ５を介して燃料電池ＦＣのアノード側の入口と、燃料電池ＦＣのアノード側の出口に接続されたガス配管（ガス循環配管）ａ６とそれぞれ接続されている。ガス配管ａ６は、その途中においてガス配管ａ７と接続され、ガス配管ａ７にパージ弁１６が設けられている。エアコンプレッサ１７は、ガス配管ａ８を介して燃料電池ＦＣのカソード側と入口と接続されている。燃料電池ＦＣのカソード側の出口は、配管ａ９を介して外部と連通している。
【００１７】
前記燃料電池ＦＣは、例えば、プロトン透過性を有する固体高分子電解質膜をアノード（水素極）とカソード（空気極）で挟み、さらに導電性のセパレータで挟んで構成した単セルを複数積層した構造を有している。アノードに水素（燃料ガス）が供給され、カソードに空気（酸化剤ガス）が供給されることにより、アノードでは、水素から電子が乖離し、水素イオンが固体高分子電解質膜を介してカソードに透過するとともに電子が外部負荷（走行モータ、蓄電装置、補機など）を通ってカソードに移動することにより発電され、カソードでは、水素イオンと電子と空気中の酸素との反応により水が生成される。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、遮断弁１０は、電磁力で駆動する弁であり、コイル３１、プランジャ３２、弁体３３、バルブシート３４、バネ３５などを有している。なお、この遮断弁１０は、いわゆるキックパイロット式の電磁弁であり、１次側（タンク１１側）と２次側（燃料電池ＦＣ側）の圧力差が大きい場合にでも比較的小さな電磁力で開弁できるものとなっている。このため、１次側と２次側の差圧の関係で、差圧が大きい場合、遮断弁１０はコイル３１の電磁力により一度に開弁することはせず、２段階で開弁するように構成されている。
【００１９】
コイル３１は、円筒状に形成され、その中心にプランジャ３２が設けられている。プランジャ３２は、バネ３５によって図示下方へ付勢されている。
【００２０】
図２（ｂ）に示すように、プランジャ３２は、その下部に弁体３３の上部が内挿されるプランジャ孔３２ａを備えている。プランジャ孔３２ａの内周壁には段部３２ｂが設けられており、プランジャ３２が上方に移動した場合、弁体３３の小径部３３ｂの下部と段部３２ｂの上部とが係合するように構成されている。なお、プランジャ孔３２ａの上部（天面）と段部３２ｂの上部との距離は、前記した２段階の開弁を実現するため、コイル３１の電磁力によりプランジャ３２が上下する移動距離よりも小さく設定されている。
【００２１】
また、弁体３３は、小径部３３ｂと大径部３３ａとを上下に所定間隔を置いて備え、大径部３３ａが弁孔３０によってスライド自在に支持され、小径部３３ｂがプランジャ３２の下端部に形成されたプランジャ孔３２ａによってスライド自在に支持されている。大径部３３ａ及び小径部３３ｂはそれぞれ通路３３ｄ，３３ｅを備えており、１次側の配管口とプランジャ孔３２ａの上部とを連通している。また、弁体３３は、１次側と２次側の差圧が大きい場合の１段階目の開弁で機能して、１次側（プランジャ孔３２ａの上部）と２次側とを連通する小径の貫通孔３３ｃを備えている。この貫通孔３３ｃは、閉弁時には、プランジャ３２の下部に設けられたシール３２ｃにより塞がれ、１次側と２次側とを遮断している。なお、遮断弁１０の弁座３０Ａには２次側に連通する２次側連通孔３０ａを備えているが、この２次側連通孔３０ａの孔径は、貫通孔３３ｃの孔径に比べて大径にしてある。大径部３３ａの下端面にはリング状のバルブシート３４が設けられている。一方、弁座３０Ａには、２次側連通孔３０ａの外周を所定距離置いて取り囲むリング状の突起３０ｂが設けられている。このバルブシート３４と弁座３０Ａの突起３０ｂとでシールが行われ、１次側と２次側とを遮断している。
【００２２】
また、バルブシート３４は、ゴムなどの弾性体で形成されたものである。このバルブシート３４にゴムを使用している電磁弁は、ゴムの低温貼り付きにより低温下で応答時間（開弁完了時間）が遅くなる。このような低温下での貼り付きの原因は、ゴムの粘弾性変化による貼り付き力の増加によるものである。このゴムの貼り付き力は、例えば、ゴムの粘性（張り付こうとする力）と、弾性（粘性に逆らって元の形状に復元しようとすう力）との比で決まり、粘性に対する弾性の比は温度毎に異なるため、貼り付き力には温度依存性がある。つまり、ゴムの貼り付き力の指標（粘弾性）は、ゴムの損失弾性率（Ｇ´´）と貯蔵弾性率（Ｇ´）との比（Ｇ´´／Ｇ´）である損失係数（ｔａｎδ）で表される。これにより、損失係数が高いとゴムの反発弾性率が小さく（貼り付き力が高く）なって、開弁応答（開弁完了）に要する時間が長くなる。例えば、バルブシート３４に用いられる弾性体（ゴム）の損失係数（ｔａｎδ）と温度との関係は、図３において実線で示すグラフのようになる。なお、図３のグラフは一例を示したものであり、弾性体（ゴム）の材質に応じて、グラフの波形は変化する。また、弾性体（ゴム）が経年劣化した場合には、図３において破線で示すように波形がシフトする。
【００２３】
このように構成された遮断弁１０では、１次側と２次側に圧力差がある状態でコイル３１に通電すると、電磁力によってプランジャ３２がまず引き上げられる。このとき、１次側に高圧が加えられている場合、貫通孔３３ｃの部分に加わる差圧による力がプランジャ３２の上方への移動を阻止しようとする。しかし、貫通孔３３ｃの孔径は２次側連通孔３０ａの孔径よりも小径で狭いことから、差圧による力（プランジャ３２の上方への移動を阻止する力）は電磁力（プランジャ３２を上方へ移動させようとする力）よりも小さく、プランジャ３２が上方に移動する。これにより、図２（ｂ）の流れＲ１に示すように、１次側のガス（水素）が、貫通孔３３ｃの狭い通路を通して徐々に２次側に流れ込み始める（１段階目の開弁）。
【００２４】
そして、プランジャ３２はさらに上方へ移動するが、やがて小径部３３ｂの下部と段部３２ｂの上部とが係合する。コイル３１は発生した電磁力によりプランジャ３２と共に弁体３３を上方へ移動させようとするが（引き上げようとするが）、弁体３３には、貫通孔３３ｃの孔径よりも大径の２次側連通孔３０ａ（バルブシート３４の内径分）による大きな差圧の力が作用しているため、プランジャ３２の上方への移動は停止する。
【００２５】
このプランジャ３２の上方への移動が停止している間も、狭い貫通孔３３ｃを通して１次側から２次側へとガスが流れ込んでおり、１次側と２次側の差圧は徐々に小さくなっている。やがて、差圧の力が電磁力よりも小さくなると、弁体３３が弁孔３０をスライドしてプランジャ３２により上方へ引き上げられる。これにより、図２（ｂ）の流れＲ２に示すように、遮断弁１０が完全に開弁して１次側と２次側とを連通させ、開弁完了状態となる（２段階目の開弁）。
【００２６】
一方、コイル３１への通電が遮断されたときには、バネ３５の付勢力でプランジャ３２が下がり（下方に移動し）、弁体３３は弁座３０Ａに押し付けられ、バルブシート３４の変形によって１次側と２次側の連通が遮断される。このとき、小径部３３ｂの貫通孔３３ｃもプランジャ３２のプランジャ孔３２ａの端面に設けられたシール３２ｃによって塞がれ、遮断弁１０が閉弁状態になる。
【００２７】
図１に戻って説明すると、タンク１１は、例えば高純度の水素が非常に高い圧力で貯蔵されている。１次減圧弁１２は、発電時にタンク１１から供給された水素を１次減圧し、２次減圧弁１４は、１次減圧した水素を２次減圧して所定の圧力となって燃料電池ＦＣのアノードに供給するようになっている。２次遮断弁１３は、例えば、遮断弁１０における差圧を短い時間で小さくして、遮断弁１０を短時間で開弁させるようになっている。エゼクタ１５は、燃料電池ＦＣのアノードから排出された未反応の水素を、ガス配管ａ６，ａ５を介して燃料電池ＦＣに戻して再循環させる機能を有する。パージ弁１６は、適宜開弁することにより、燃料電池ＦＣ内で生成された生成水や固体高分子電解質膜を透過した空気に含まれる窒素などを車外（外部）に排出して発電性能の低下を防止する機能を有する。
【００２８】
エアコンプレッサ１７は、燃料電池ＦＣのカソードに空気（酸化剤ガス）を供給する機能を有し、例えばモータで駆動するスーパーチャージャなどで構成されている。なお、本実施形態の燃料電池システム１には、エアコンプレッサ１７から導入された空気を加湿するための加湿器（図示せず）などが設けられている。
【００２９】
制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ、プログラムを記憶したＲＯＭ、各種回路などで構成され、開弁完了確定時間決定手段、開弁指令経過時間検出手段、開弁完了判断手段、圧力差検出手段、開弁確定時間補正手段を備えるとともに、遮断弁１０、２次遮断弁１３、パージ弁１６をそれぞれ開閉制御し、エアコンプレッサ１７のモータの回転速度を制御する。
【００３０】
また、制御装置５０は、温度センサ５１、圧力センサ５２、タイマ５３、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）５４と接続されている。温度センサ５１は、遮断弁１０の上流側に設けられ、タンク１１内の温度を検出する。圧力センサ５２は、遮断弁１０と１次減圧弁１２との間に設けられ、遮断弁１０の下流の圧力を検出する。タイマ５３は、遮断弁１０の開弁指令からの経過時間Ｔ２（図４参照）、遮断弁１０の使用開始からの経過時間Ｔ３（図７参照）を検出する。イグニッションスイッチ５４は、運転者によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられ、制御装置５０によってＩＧ−ＯＮおよびＩＧ−ＯＦＦが検出される。
【００３１】
開弁完了確定時間決定手段は、温度センサ５１によって検出された温度と、バルブシート３４の温度特性（温度と粘弾性との関係）とに基づいて開弁完了確定時間を決定する。開弁指令経過時間検出手段は、遮断弁１０に対して開弁指令が出力されてからの経過時間をタイマ５３によって検出する。開弁完了判断手段は、開弁指令経過時間検出手段によって検出された経過時間と、開弁完了確定時間決定手段によって決定された開弁完了確定時間とを比較して遮断弁１０の開弁の完了を判断する。圧力差検出手段は、遮断弁１０の上流側と下流側との圧力差を検出する。開弁確定時間補正手段は、圧力差検出手段によって検出された圧力差に応じて開弁完了確定時間を補正する。
【００３２】
次に、本実施形態の遮断弁１０の開弁完了判断装置を備えた燃料電池システム１の起動時の制御について図４ないし図６を参照して説明する。なお、燃料電池システム１の停止時には、制御装置５０によって遮断弁１０が閉じられてタンク１１から燃料電池ＦＣへの水素の供給が停止され、エアコンプレッサ１７の運転が停止されて燃料電池ＦＣへの空気の供給が停止され、燃料電池ＦＣの発電が停止されている。
【００３３】
図４に示すように、ステップＳ１００において、制御装置５０は、イグニッションスイッチ５４がオン（ＩＧ−ＯＮ）にされると、それと同時に遮断弁１０に対して開弁指令が出される。これにより、遮断弁１０のコイル３１（図２（ａ）参照）への通電が開始される。
【００３４】
そして、ステップＳ１１０において、制御装置５０は、温度センサ５１によりタンク１１内のガス（水素）温度を検出する。なお、タンク１１内ガス温度は、遮断弁１０の温度とほぼ等しいと考えることができる。また、遮断弁１０の温度は、タンク１１内のガス温度によって検出するものに限定されず、遮断弁１０の温度を直接に検出してもよく、あるいは外気温度などその他周囲の機器の温度で代替してもよい。
【００３５】
そして、ステップＳ１２０において、制御装置５０は、図５に示すマップに基づいて開弁完了確定時間Ｔ１を決定する。なお、図５に示すマップは、図３に示す温度と損失係数（粘弾性）との関係に基づいて、温度に応じて開弁完了確定時間Ｔ１を段階的に変化させたものである。つまり、図３において損失係数（ｔａｎδ、粘弾性）が高い領域では開弁完了確定時間Ｔ１が長く設定され、損失係数（ｔａｎδ）が低い領域では開弁完了確定時間Ｔ１が短く設定される。なお、図５に示すマップは一例であり、さらに多段階的に開弁完了確定時間Ｔ１を変化させるようにしてもよい。また、回転完了確定時間Ｔ１はマップに基づいて決定されるものに限定されず、関数やテーブルなどを用いて決定してもよい。また、ステップＳ１２０が、本実施形態の開弁完了確定時間決定手段が実施する処理に相当する。
【００３６】
そして、ステップＳ１３０において、制御装置５０は、遮断弁１０を挟んで上流側と下流側との圧力差を検出する。なお、遮断弁１０の上流側の圧力は、タンク１１内の水素の残量により推定することができる。ただし、遮断弁１０の上流側にも圧力センサを設けて、圧力差を検出するようにしてもよい。このステップＳ１３０が、本実施形態における圧力差検出手段が実施する処理に相当する。
【００３７】
そして、ステップＳ１４０において、制御装置５０は、ステップＳ１３０によって検出された圧力差に応じて開弁完了確定時間Ｔ１を補正する。開弁完了確定時間Ｔ１の補正は、図６に示すマップに基づいて補正される。つまり、圧力差が高くなるにつれて遮断弁１０の開弁完了時間が遅れるので、図６に示すように、圧力差が高い場合には開弁完了確定時間Ｔ１を長くする補正を行い、圧力差が低い場合には開弁完了確定時間Ｔ１を短くする補正する補正を行なう。
【００３８】
そして、ステップＳ１５０において、制御装置５０は、ＩＧ−ＯＮ（遮断弁１０の開弁指令）からの経過時間Ｔ２を検出する。なお、経過時間Ｔ２は、制御装置５０に接続された（または内蔵された）タイマ５３によって計測される。このステップＳ１５０が、本実施形態における開弁指令経過時間検出手段が実施する処理に相当する。
【００３９】
そして、ステップＳ１６０において、制御装置５０は、経過時間Ｔ２が開弁完了確定時間Ｔ１以上になったか否かを判断する。ステップＳ１６０において、制御装置５０は、遮断弁１０の開弁指令からの経過時間Ｔ２が開弁完了確定時間Ｔ１以上になっていないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１５０に戻り、遮断弁１０の開弁指令からの経過時間Ｔ２が開弁完了確定時間Ｔ１以上になったと判断した場合には（Ｙｅｓ）、図４のフローの処理を終了する。
【００４０】
なお、経過時間Ｔ２が開弁完了確定時間Ｔ１に至った場合には（Ｓ１６０、Ｙｅｓ）、その後の制御として、制御装置５０によって２次遮断弁１３が開かれて、タンク１１からの水素が２次減圧弁１４で減圧された後に燃料電池ＦＣのアノードへの供給が開始される。また、制御装置５０によってエアコンプレッサ１７が駆動されて、燃料電池ＦＣのカソードへの空気の供給が開始される。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態によれば、遮断弁１０の温度に応じて開弁完了確定時間を決定しているため、温度依存性のある弾性体（ゴム部材）をバルブシート３４に使用した電磁弁１０であっても、開弁完了確定時間を必要最小限の時間に設定できる。したがって、従来においては、図５の破線で示すように開弁完了確定時間を温度変化に関係なくワーストケースを想定した時間に一律に設定していたが、本実施形態では必要最低限の時間に設定することが可能になる。その結果、遮断弁１０の開弁完了後に行なわれる制御、つまり燃料電池ＦＣのアノードへの水素供給開始を従来よりも早期に行なうことが可能になる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、バルブシート３４の温度特性として、温度と粘弾性との関係に基づいたマップにより開弁完了確定時間を決定しているため、バルブシート３４の貼り付き状態を高い精度で推定することができ、開弁完了確定時間をさらに精度よく決定することが可能になる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、遮断弁１０の上下流での圧力差が高くなって遮断弁１０の開弁の完了に要する時間が長くなったとしても、圧力差に応じて開弁完了確定時間を補正するため、開弁完了確定時間として必要最低限の時間を適切に設定することが可能になる。
【００４４】
なお、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、図７および図８に示すような開弁完了判断にしてもよい。図７は他の実施形態の遮断弁の開弁完了判断装置のフローチャート、図８は補正後の遮断弁の温度と開弁完了確定時間との関係を示すマップである。この実施形態での開弁完了判断装置は、図４のフローに、バルブシート３４の経年劣化を推定する経年劣化推定手段と、経年劣化に応じて温度特性（温度と粘弾性との関係）を補正する温度特性補正手段とを追加したものである。なお、図４に示すフローと同様の処理については、同一のステップ符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
すなわち、図７に示すように、ステップＳ１１１において、制御装置５０は、バルブシート３４の使用開始からの経過時間Ｔ３が所定時間以上であるか否かを判断する。なお、経過時間Ｔ３は、タイマ５３などを用いて計測することができ、例えば何万時間などに設定される。バルブシート３４は、時間の経過とともに劣化するので、使用開始からの経過時間Ｔ３を検出することにより、バルブシート３４が劣化しているか否かの推定が可能になる。
【００４６】
ステップＳ１１１において、制御装置５０は、バルブシート３４の使用開始からの経過時間Ｔ３が所定時間以上ではないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１２０に進み、所定時間以上であると判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１２に進む。なお、ステップＳ１１１が、本実施形態における経年劣化推定手段が実施する処理に相当する。
【００４７】
ステップＳ１１２において、制御装置５０は、バルブシート３４の温度特性を補正する。つまり、バルブシート３４が劣化すると、図３の破線で示すグラフのように波形がシフトする。したがって、遮断弁１０の温度が劣化前と同じ温度であっても損失係数（ｔａｎδ）が高くなるので、図８の温度と開弁完了確定時間Ｔ１との関係を示すマップについても、例えば実線（破線は補正前）に示すように補正される。なお、補正したマップは、実験等によって予め決められており、補正時に前回のマップと置き換える。このステップＳ１１２が、本実施形態における温度特性補正手段が実施する処理に相当する。
【００４８】
そして、ステップＳ１２０において、制御装置５０は、遮断弁１０の温度（タンク内ガス温度）に基づいて、補正後のマップにより開弁完了確定時間Ｔ１を決定する。なお、使用開始からの経過時間に応じて、図３に示す温度特性を多段階的に補正して、図８に示すマップを補正してもよい。
【００４９】
このように、バルブシート３４の経年劣化を推定して、温度特性（温度と粘弾性との関係）を補正することにより、経年劣化によってバルブシート３４の温度特性が変化したとしても、開弁完了確定時間を正確に算出することが可能になる。
【００５０】
なお、本実施形態では、タンク１１に設けられた遮断弁１０について説明したが、２次遮断弁１３などにも適用できる。また、遮断弁１０は、この遮断弁１０がタンク１１に一体に組み込まれたいわゆるインタンク式の電磁弁にも同様にして適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本実施形態の遮断弁の開弁完了判断装置を備えた燃料電池システムを示す全体構成図である。
【図２】遮断弁の断面図を示し、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図である。
【図３】バルブシートの温度と粘弾性との関係の一例を示すグラフである。
【図４】本実施形態の遮断弁の開弁完了判断装置のフローチャートである。
【図５】遮断弁の温度と開弁完了確定時間との関係を示すマップである。
【図６】圧力差と開弁完了確定時間との関係を示すマップである。
【図７】他の実施形態の遮断弁の開弁完了判断装置のフローチャートである。
【図８】補正後の遮断弁の温度と開弁完了確定時間との関係を示すマップである。
【符号の説明】
【００５２】
１ 燃料電池システム
１０ 遮断弁
１１ タンク（ガス貯蔵容器）
３４ バルブシート
５０ 制御装置
５１ 温度センサ（温度検出手段）
５２ 圧力センサ
５３ タイマ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばガス貯蔵容器に設けられた遮断弁の開弁完了判断方法および開弁完了判断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料電池自動車などのガス燃料自動車には、燃料としてのガスが充填されたタンクと、このタンクからガス消費機器（燃料電池、エンジンなど）へのガスの流通を遮断する電磁弁とが設けられている。このような電磁弁の開弁応答性を調節する技術としては、例えば、開弁応答性のばらつきを抑制する開弁応答性調整機構を備えた電磁弁が提案され（特許文献１参照）、また電流制御により電磁弁の応答性向上を図る技術が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１６４４２４号公報（図１０）
【特許文献２】特許２９９８５４９号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、一般的な電磁弁の開弁完了判断は、燃料電池自動車の起動時などにおいて燃料系の電磁弁に開弁指令を与えてから電磁弁が確実に開いていることを開弁指令から一律に設定された所定経過時間により判断していた。このため、所定経過時間より短い時間で電磁弁の開弁がすでに完了している場合であっても、所定時間が経過するまでは燃料の消費を開始することができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、開弁完了確定時間を必要最低限の時間に設定することができる遮断弁の開弁完了判断方法および開弁完了判断装置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】
【０００５】
請求項１に係る発明は、ガス貯蔵容器からのガスを遮断し、内部に弾性体からなるバルブシートを使用した遮断弁の開弁完了を、制御装置により判断する遮断弁の開弁完了判断方法であって、前記遮断弁の開弁指令を出す工程と、前記遮断弁の温度を検出する工程と、検出した前記温度と前記バルブシートの温度特性とに基づいて前記遮断弁の開弁完了確定時間を決定する工程と、前記遮断弁の開弁指令が出てからの経過時間を検出する工程と、前記経過時間と前記開弁完了確定時間とを比較して前記遮断弁の開弁の完了を判断する工程と、を有することを特徴とする。
また請求項５に係る発明は、ガス貯蔵容器からのガスを遮断し、内部に弾性体からなるバルブシートを使用した遮断弁の開弁完了判断装置であって、前記遮断弁の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段によって検出された温度と、前記バルブシートの温度特性とに基づいて前記遮断弁の開弁完了確定時間を決定する開弁完了確定時間決定手段と、前記遮断弁の開弁指令が出てからの経過時間を検出する開弁指令経過時間検出手段と、前記開弁指令経過時間検出手段によって検出された経過時間と前記開弁完了確定時間とを比較して前記遮断弁の開弁の完了を判断する開弁完了判断手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項１および請求項５に係る発明によれば、温度に応じて開弁完了確定時間を決定するようにしたため、温度依存性のある弾性体（ゴム部材）をバルブシートに使用した遮断弁であっても、開弁完了確定時間を必要最低限の時間として決定でき、開弁完了後に行なわれる制御を従来に比べて早期に行なうことが可能になる。
【０００７】
請求項２および請求項６に係る発明は、前記バルブシートの温度特性は、温度と粘弾性との関係であることを特徴とする。
【０００８】
請求項２および請求項６に係る発明によれば、開弁完了確定時間をさらに精度よく決定することが可能になる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、開弁開始時の前記遮断弁の上流側と下流側との圧力差を検出する工程と、前記差圧に応じて前記開弁完了確定時間を補正する工程と、を有することを特徴とする。
また請求項７に係る発明は、開弁開始時の前記遮断弁の上流側と下流側との差圧を検出する圧力差検出手段と、前記差圧に応じて前記開弁完了確定時間を補正する開弁確定時間補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３および請求項７に係る発明によれば、遮断弁の上流と下流とで圧力差が高いほど遮断弁の開弁完了に要する時間が長くなる傾向があっても、その圧力差に応じて開弁完了確定時間の補正を行なうので、開弁完了確定時間を必要最低限の時間として決定することが可能になる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記バルブシートの経年劣化を推定する工程と、前記経年劣化に応じて前記温度特性を補正する工程と、を有することを特徴とする。
また請求項８に係る発明は、前記バルブシートの経年劣化を推定する経年劣化推定手段と、前記経年劣化に応じて前記温度特性を補正する温度特性補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項４および請求項８に係る発明によれば、経年劣化によってバルブシートの温度特性が変わったとしても、それに応じて補正を行なうので、開弁完了確定時間を正確に算出することが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の遮断弁の開弁完了判断方法および開弁完了判断装置によれば、開弁完了確定時間を必要最低限の時間に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本実施形態の遮断弁の開弁完了判断装置を備えた燃料電池システムを示す全体構成図、図２は遮断弁の断面図を示し、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図、図３はバルブシートの温度と粘弾性との関係の一例を示すグラフ、図４は本実施形態の遮断弁の開弁完了判断装置のフローチャート、図５は遮断弁の温度と開弁完了確定時間との関係を示すマップ、図６は圧力差と開弁完了確定時間との関係を示すマップである。なお、本実施形態では、燃料電池自動車に適用した場合を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、水素や天然ガスなどを燃料ガスとするガス燃料自動車（エンジン自動車、複合燃料エンジン自動車）などにも適用することができ、または船舶や航空機、あるいは家庭用電源としての定置式のものなどあらゆるものに適用できる。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の開弁完了判断装置を備えた燃料電池システム１は、燃料電池ＦＣ、遮断弁（１次遮断弁）１０を備えたタンク１１、１次減圧弁１２、２次遮断弁１３、２次減圧弁１４、エゼクタ１５、パージ弁１６、エアコンプレッサ１７、制御装置５０などで構成されている。
【００１６】
遮断弁１０は、ガス配管ａ１を介して１次減圧弁１２と接続されている。１次減圧弁１２は、ガス配管ａ２を介して２次遮断弁１３と接続されている。２次遮断弁１３は、配管ａ３を介して２次減圧弁１４と接続されている。２次減圧弁１４は、配管ａ４を介してエゼクタ１５と接続されている。エゼクタ１５は、配管ａ５を介して燃料電池ＦＣのアノード側の入口と、燃料電池ＦＣのアノード側の出口に接続されたガス配管（ガス循環配管）ａ６とそれぞれ接続されている。ガス配管ａ６は、その途中においてガス配管ａ７と接続され、ガス配管ａ７にパージ弁１６が設けられている。エアコンプレッサ１７は、ガス配管ａ８を介して燃料電池ＦＣのカソード側と入口と接続されている。燃料電池ＦＣのカソード側の出口は、配管ａ９を介して外部と連通している。
【００１７】
前記燃料電池ＦＣは、例えば、プロトン透過性を有する固体高分子電解質膜をアノード（水素極）とカソード（空気極）で挟み、さらに導電性のセパレータで挟んで構成した単セルを複数積層した構造を有している。アノードに水素（燃料ガス）が供給され、カソードに空気（酸化剤ガス）が供給されることにより、アノードでは、水素から電子が乖離し、水素イオンが固体高分子電解質膜を介してカソードに透過するとともに電子が外部負荷（走行モータ、蓄電装置、補機など）を通ってカソードに移動することにより発電され、カソードでは、水素イオンと電子と空気中の酸素との反応により水が生成される。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、遮断弁１０は、電磁力で駆動する弁であり、コイル３１、プランジャ３２、弁体３３、バルブシート３４、バネ３５などを有している。なお、この遮断弁１０は、いわゆるキックパイロット式の電磁弁であり、１次側（タンク１１側）と２次側（燃料電池ＦＣ側）の圧力差が大きい場合にでも比較的小さな電磁力で開弁できるものとなっている。このため、１次側と２次側の差圧の関係で、差圧が大きい場合、遮断弁１０はコイル３１の電磁力により一度に開弁することはせず、２段階で開弁するように構成されている。
【００１９】
コイル３１は、円筒状に形成され、その中心にプランジャ３２が設けられている。プランジャ３２は、バネ３５によって図示下方へ付勢されている。
【００２０】
図２（ｂ）に示すように、プランジャ３２は、その下部に弁体３３の上部が内挿されるプランジャ孔３２ａを備えている。プランジャ孔３２ａの内周壁には段部３２ｂが設けられており、プランジャ３２が上方に移動した場合、弁体３３の小径部３３ｂの下部と段部３２ｂの上部とが係合するように構成されている。なお、プランジャ孔３２ａの上部（天面）と段部３２ｂの上部との距離は、前記した２段階の開弁を実現するため、コイル３１の電磁力によりプランジャ３２が上下する移動距離よりも小さく設定されている。
【００２１】
また、弁体３３は、小径部３３ｂと大径部３３ａとを上下に所定間隔を置いて備え、大径部３３ａが弁孔３０によってスライド自在に支持され、小径部３３ｂがプランジャ３２の下端部に形成されたプランジャ孔３２ａによってスライド自在に支持されている。大径部３３ａ及び小径部３３ｂはそれぞれ通路３３ｄ，３３ｅを備えており、１次側の配管口とプランジャ孔３２ａの上部とを連通している。また、弁体３３は、１次側と２次側の差圧が大きい場合の１段階目の開弁で機能して、１次側（プランジャ孔３２ａの上部）と２次側とを連通する小径の貫通孔３３ｃを備えている。この貫通孔３３ｃは、閉弁時には、プランジャ３２の下部に設けられたシール３２ｃにより塞がれ、１次側と２次側とを遮断している。なお、遮断弁１０の弁座３０Ａには２次側に連通する２次側連通孔３０ａを備えているが、この２次側連通孔３０ａの孔径は、貫通孔３３ｃの孔径に比べて大径にしてある。大径部３３ａの下端面にはリング状のバルブシート３４が設けられている。一方、弁座３０Ａには、２次側連通孔３０ａの外周を所定距離置いて取り囲むリング状の突起３０ｂが設けられている。このバルブシート３４と弁座３０Ａの突起３０ｂとでシールが行われ、１次側と２次側とを遮断している。
【００２２】
また、バルブシート３４は、ゴムなどの弾性体で形成されたものである。このバルブシート３４にゴムを使用している電磁弁は、ゴムの低温貼り付きにより低温下で応答時間（開弁完了時間）が遅くなる。このような低温下での貼り付きの原因は、ゴムの粘弾性変化による貼り付き力の増加によるものである。このゴムの貼り付き力は、例えば、ゴムの粘性（張り付こうとする力）と、弾性（粘性に逆らって元の形状に復元しようとすう力）との比で決まり、粘性に対する弾性の比は温度毎に異なるため、貼り付き力には温度依存性がある。つまり、ゴムの貼り付き力の指標（粘弾性）は、ゴムの損失弾性率（Ｇ´´）と貯蔵弾性率（Ｇ´）との比（Ｇ´´／Ｇ´）である損失係数（ｔａｎδ）で表される。これにより、損失係数が高いとゴムの反発弾性率が小さく（貼り付き力が高く）なって、開弁応答（開弁完了）に要する時間が長くなる。例えば、バルブシート３４に用いられる弾性体（ゴム）の損失係数（ｔａｎδ）と温度との関係は、図３において実線で示すグラフのようになる。なお、図３のグラフは一例を示したものであり、弾性体（ゴム）の材質に応じて、グラフの波形は変化する。また、弾性体（ゴム）が経年劣化した場合には、図３において破線で示すように波形がシフトする。
【００２３】
このように構成された遮断弁１０では、１次側と２次側に圧力差がある状態でコイル３１に通電すると、電磁力によってプランジャ３２がまず引き上げられる。このとき、１次側に高圧が加えられている場合、貫通孔３３ｃの部分に加わる差圧による力がプランジャ３２の上方への移動を阻止しようとする。しかし、貫通孔３３ｃの孔径は２次側連通孔３０ａの孔径よりも小径で狭いことから、差圧による力（プランジャ３２の上方への移動を阻止する力）は電磁力（プランジャ３２を上方へ移動させようとする力）よりも小さく、プランジャ３２が上方に移動する。これにより、図２（ｂ）の流れＲ１に示すように、１次側のガス（水素）が、貫通孔３３ｃの狭い通路を通して徐々に２次側に流れ込み始める（１段階目の開弁）。
【００２４】
そして、プランジャ３２はさらに上方へ移動するが、やがて小径部３３ｂの下部と段部３２ｂの上部とが係合する。コイル３１は発生した電磁力によりプランジャ３２と共に弁体３３を上方へ移動させようとするが（引き上げようとするが）、弁体３３には、貫通孔３３ｃの孔径よりも大径の２次側連通孔３０ａ（バルブシート３４の内径分）による大きな差圧の力が作用しているため、プランジャ３２の上方への移動は停止する。
【００２５】
このプランジャ３２の上方への移動が停止している間も、狭い貫通孔３３ｃを通して１次側から２次側へとガスが流れ込んでおり、１次側と２次側の差圧は徐々に小さくなっている。やがて、差圧の力が電磁力よりも小さくなると、弁体３３が弁孔３０をスライドしてプランジャ３２により上方へ引き上げられる。これにより、図２（ｂ）の流れＲ２に示すように、遮断弁１０が完全に開弁して１次側と２次側とを連通させ、開弁完了状態となる（２段階目の開弁）。
【００２６】
一方、コイル３１への通電が遮断されたときには、バネ３５の付勢力でプランジャ３２が下がり（下方に移動し）、弁体３３は弁座３０Ａに押し付けられ、バルブシート３４の変形によって１次側と２次側の連通が遮断される。このとき、小径部３３ｂの貫通孔３３ｃもプランジャ３２のプランジャ孔３２ａの端面に設けられたシール３２ｃによって塞がれ、遮断弁１０が閉弁状態になる。
【００２７】
図１に戻って説明すると、タンク１１は、例えば高純度の水素が非常に高い圧力で貯蔵されている。１次減圧弁１２は、発電時にタンク１１から供給された水素を１次減圧し、２次減圧弁１４は、１次減圧した水素を２次減圧して所定の圧力となって燃料電池ＦＣのアノードに供給するようになっている。２次遮断弁１３は、例えば、遮断弁１０における差圧を短い時間で小さくして、遮断弁１０を短時間で開弁させるようになっている。エゼクタ１５は、燃料電池ＦＣのアノードから排出された未反応の水素を、ガス配管ａ６，ａ５を介して燃料電池ＦＣに戻して再循環させる機能を有する。パージ弁１６は、適宜開弁することにより、燃料電池ＦＣ内で生成された生成水や固体高分子電解質膜を透過した空気に含まれる窒素などを車外（外部）に排出して発電性能の低下を防止する機能を有する。
【００２８】
エアコンプレッサ１７は、燃料電池ＦＣのカソードに空気（酸化剤ガス）を供給する機能を有し、例えばモータで駆動するスーパーチャージャなどで構成されている。なお、本実施形態の燃料電池システム１には、エアコンプレッサ１７から導入された空気を加湿するための加湿器（図示せず）などが設けられている。
【００２９】
制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ、プログラムを記憶したＲＯＭ、各種回路などで構成され、開弁完了確定時間決定手段、開弁指令経過時間検出手段、開弁完了判断手段、圧力差検出手段、開弁確定時間補正手段を備えるとともに、遮断弁１０、２次遮断弁１３、パージ弁１６をそれぞれ開閉制御し、エアコンプレッサ１７のモータの回転速度を制御する。
【００３０】
また、制御装置５０は、温度センサ５１、圧力センサ５２、タイマ５３、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）５４と接続されている。温度センサ５１は、遮断弁１０の上流側に設けられ、タンク１１内の温度を検出する。圧力センサ５２は、遮断弁１０と１次減圧弁１２との間に設けられ、遮断弁１０の下流の圧力を検出する。タイマ５３は、遮断弁１０の開弁指令からの経過時間Ｔ２（図４参照）、遮断弁１０の使用開始からの経過時間Ｔ３（図７参照）を検出する。イグニッションスイッチ５４は、運転者によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられ、制御装置５０によってＩＧ−ＯＮおよびＩＧ−ＯＦＦが検出される。
【００３１】
開弁完了確定時間決定手段は、温度センサ５１によって検出された温度と、バルブシート３４の温度特性（温度と粘弾性との関係）とに基づいて開弁完了確定時間を決定する。開弁指令経過時間検出手段は、遮断弁１０に対して開弁指令が出力されてからの経過時間をタイマ５３によって検出する。開弁完了判断手段は、開弁指令経過時間検出手段によって検出された経過時間と、開弁完了確定時間決定手段によって決定された開弁完了確定時間とを比較して遮断弁１０の開弁の完了を判断する。圧力差検出手段は、遮断弁１０の上流側と下流側との圧力差を検出する。開弁確定時間補正手段は、圧力差検出手段によって検出された圧力差に応じて開弁完了確定時間を補正する。
【００３２】
次に、本実施形態の遮断弁１０の開弁完了判断装置を備えた燃料電池システム１の起動時の制御について図４ないし図６を参照して説明する。なお、燃料電池システム１の停止時には、制御装置５０によって遮断弁１０が閉じられてタンク１１から燃料電池ＦＣへの水素の供給が停止され、エアコンプレッサ１７の運転が停止されて燃料電池ＦＣへの空気の供給が停止され、燃料電池ＦＣの発電が停止されている。
【００３３】
図４に示すように、ステップＳ１００において、制御装置５０は、イグニッションスイッチ５４がオン（ＩＧ−ＯＮ）にされると、それと同時に遮断弁１０に対して開弁指令が出される。これにより、遮断弁１０のコイル３１（図２（ａ）参照）への通電が開始される。
【００３４】
そして、ステップＳ１１０において、制御装置５０は、温度センサ５１によりタンク１１内のガス（水素）温度を検出する。なお、タンク１１内ガス温度は、遮断弁１０の温度とほぼ等しいと考えることができる。また、遮断弁１０の温度は、タンク１１内のガス温度によって検出するものに限定されず、遮断弁１０の温度を直接に検出してもよく、あるいは外気温度などその他周囲の機器の温度で代替してもよい。
【００３５】
そして、ステップＳ１２０において、制御装置５０は、図５に示すマップに基づいて開弁完了確定時間Ｔ１を決定する。なお、図５に示すマップは、図３に示す温度と損失係数（粘弾性）との関係に基づいて、温度に応じて開弁完了確定時間Ｔ１を段階的に変化させたものである。つまり、図３において損失係数（ｔａｎδ、粘弾性）が高い領域では開弁完了確定時間Ｔ１が長く設定され、損失係数（ｔａｎδ）が低い領域では開弁完了確定時間Ｔ１が短く設定される。なお、図５に示すマップは一例であり、さらに多段階的に開弁完了確定時間Ｔ１を変化させるようにしてもよい。また、回転完了確定時間Ｔ１はマップに基づいて決定されるものに限定されず、関数やテーブルなどを用いて決定してもよい。また、ステップＳ１２０が、本実施形態の開弁完了確定時間決定手段が実施する処理に相当する。
【００３６】
そして、ステップＳ１３０において、制御装置５０は、遮断弁１０を挟んで上流側と下流側との圧力差を検出する。なお、遮断弁１０の上流側の圧力は、タンク１１内の水素の残量により推定することができる。ただし、遮断弁１０の上流側にも圧力センサを設けて、圧力差を検出するようにしてもよい。このステップＳ１３０が、本実施形態における圧力差検出手段が実施する処理に相当する。
【００３７】
そして、ステップＳ１４０において、制御装置５０は、ステップＳ１３０によって検出された圧力差に応じて開弁完了確定時間Ｔ１を補正する。開弁完了確定時間Ｔ１の補正は、図６に示すマップに基づいて補正される。つまり、圧力差が高くなるにつれて遮断弁１０の開弁完了時間が遅れるので、図６に示すように、圧力差が高い場合には開弁完了確定時間Ｔ１を長くする補正を行い、圧力差が低い場合には開弁完了確定時間Ｔ１を短くする補正する補正を行なう。
【００３８】
そして、ステップＳ１５０において、制御装置５０は、ＩＧ−ＯＮ（遮断弁１０の開弁指令）からの経過時間Ｔ２を検出する。なお、経過時間Ｔ２は、制御装置５０に接続された（または内蔵された）タイマ５３によって計測される。このステップＳ１５０が、本実施形態における開弁指令経過時間検出手段が実施する処理に相当する。
【００３９】
そして、ステップＳ１６０において、制御装置５０は、経過時間Ｔ２が開弁完了確定時間Ｔ１以上になったか否かを判断する。ステップＳ１６０において、制御装置５０は、遮断弁１０の開弁指令からの経過時間Ｔ２が開弁完了確定時間Ｔ１以上になっていないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１５０に戻り、遮断弁１０の開弁指令からの経過時間Ｔ２が開弁完了確定時間Ｔ１以上になったと判断した場合には（Ｙｅｓ）、図４のフローの処理を終了する。
【００４０】
なお、経過時間Ｔ２が開弁完了確定時間Ｔ１に至った場合には（Ｓ１６０、Ｙｅｓ）、その後の制御として、制御装置５０によって２次遮断弁１３が開かれて、タンク１１からの水素が２次減圧弁１４で減圧された後に燃料電池ＦＣのアノードへの供給が開始される。また、制御装置５０によってエアコンプレッサ１７が駆動されて、燃料電池ＦＣのカソードへの空気の供給が開始される。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態によれば、遮断弁１０の温度に応じて開弁完了確定時間を決定しているため、温度依存性のある弾性体（ゴム部材）をバルブシート３４に使用した電磁弁１０であっても、開弁完了確定時間を必要最小限の時間に設定できる。したがって、従来においては、図５の破線で示すように開弁完了確定時間を温度変化に関係なくワーストケースを想定した時間に一律に設定していたが、本実施形態では必要最低限の時間に設定することが可能になる。その結果、遮断弁１０の開弁完了後に行なわれる制御、つまり燃料電池ＦＣのアノードへの水素供給開始を従来よりも早期に行なうことが可能になる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、バルブシート３４の温度特性として、温度と粘弾性との関係に基づいたマップにより開弁完了確定時間を決定しているため、バルブシート３４の貼り付き状態を高い精度で推定することができ、開弁完了確定時間をさらに精度よく決定することが可能になる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、遮断弁１０の上下流での圧力差が高くなって遮断弁１０の開弁の完了に要する時間が長くなったとしても、圧力差に応じて開弁完了確定時間を補正するため、開弁完了確定時間として必要最低限の時間を適切に設定することが可能になる。
【００４４】
なお、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、図７および図８に示すような開弁完了判断にしてもよい。図７は他の実施形態の遮断弁の開弁完了判断装置のフローチャート、図８は補正後の遮断弁の温度と開弁完了確定時間との関係を示すマップである。この実施形態での開弁完了判断装置は、図４のフローに、バルブシート３４の経年劣化を推定する経年劣化推定手段と、経年劣化に応じて温度特性（温度と粘弾性との関係）を補正する温度特性補正手段とを追加したものである。なお、図４に示すフローと同様の処理については、同一のステップ符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
すなわち、図７に示すように、ステップＳ１１１において、制御装置５０は、バルブシート３４の使用開始からの経過時間Ｔ３が所定時間以上であるか否かを判断する。なお、経過時間Ｔ３は、タイマ５３などを用いて計測することができ、例えば何万時間などに設定される。バルブシート３４は、時間の経過とともに劣化するので、使用開始からの経過時間Ｔ３を検出することにより、バルブシート３４が劣化しているか否かの推定が可能になる。
【００４６】
ステップＳ１１１において、制御装置５０は、バルブシート３４の使用開始からの経過時間Ｔ３が所定時間以上ではないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１２０に進み、所定時間以上であると判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１２に進む。なお、ステップＳ１１１が、本実施形態における経年劣化推定手段が実施する処理に相当する。
【００４７】
ステップＳ１１２において、制御装置５０は、バルブシート３４の温度特性を補正する。つまり、バルブシート３４が劣化すると、図３の破線で示すグラフのように波形がシフトする。したがって、遮断弁１０の温度が劣化前と同じ温度であっても損失係数（ｔａｎδ）が高くなるので、図８の温度と開弁完了確定時間Ｔ１との関係を示すマップについても、例えば実線（破線は補正前）に示すように補正される。なお、補正したマップは、実験等によって予め決められており、補正時に前回のマップと置き換える。このステップＳ１１２が、本実施形態における温度特性補正手段が実施する処理に相当する。
【００４８】
そして、ステップＳ１２０において、制御装置５０は、遮断弁１０の温度（タンク内ガス温度）に基づいて、補正後のマップにより開弁完了確定時間Ｔ１を決定する。なお、使用開始からの経過時間に応じて、図３に示す温度特性を多段階的に補正して、図８に示すマップを補正してもよい。
【００４９】
このように、バルブシート３４の経年劣化を推定して、温度特性（温度と粘弾性との関係）を補正することにより、経年劣化によってバルブシート３４の温度特性が変化したとしても、開弁完了確定時間を正確に算出することが可能になる。
【００５０】
なお、本実施形態では、タンク１１に設けられた遮断弁１０について説明したが、２次遮断弁１３などにも適用できる。また、遮断弁１０は、この遮断弁１０がタンク１１に一体に組み込まれたいわゆるインタンク式の電磁弁にも同様にして適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本実施形態の遮断弁の開弁完了判断装置を備えた燃料電池システムを示す全体構成図である。
【図２】遮断弁の断面図を示し、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図である。
【図３】バルブシートの温度と粘弾性との関係の一例を示すグラフである。
【図４】本実施形態の遮断弁の開弁完了判断装置のフローチャートである。
【図５】遮断弁の温度と開弁完了確定時間との関係を示すマップである。
【図６】圧力差と開弁完了確定時間との関係を示すマップである。
【図７】他の実施形態の遮断弁の開弁完了判断装置のフローチャートである。
【図８】補正後の遮断弁の温度と開弁完了確定時間との関係を示すマップである。
【符号の説明】
【００５２】
１ 燃料電池システム
１０ 遮断弁
１１ タンク（ガス貯蔵容器）
３４ バルブシート
５０ 制御装置
５１ 温度センサ（温度検出手段）
５２ 圧力センサ
５３ タイマ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス貯蔵容器からのガスを遮断し、内部に弾性体からなるバルブシートを使用した遮断弁の開弁完了を、制御装置により判断する遮断弁の開弁完了判断方法であって、
前記遮断弁の開弁指令を出す工程と、
前記遮断弁の温度を検出する工程と、
検出した前記温度と前記バルブシートの温度特性とに基づいて前記遮断弁の開弁完了確定時間を決定する工程と、
前記遮断弁の開弁指令が出てからの経過時間を検出する工程と、
前記経過時間と前記開弁完了確定時間とを比較して前記遮断弁の開弁の完了を判断する工程と、を有することを特徴とする遮断弁の開弁完了判断方法。
【請求項２】
前記バルブシートの温度特性は、温度と粘弾性との関係であることを特徴とする遮断弁の開弁完了判断方法。
【請求項３】
開弁開始時の前記遮断弁の上流側と下流側との圧力差を検出する工程と、
前記圧力差に応じて前記開弁完了確定時間を補正する工程と、を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の遮断弁の開弁完了判断方法。
【請求項４】
前記バルブシートの経年劣化を推定する工程と、
前記経年劣化に応じて前記温度特性を補正する工程と、を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の遮断弁の開弁完了判断方法。
【請求項５】
ガス貯蔵容器からのガスを遮断し、内部に弾性体からなるバルブシートを使用した遮断弁の開弁完了判断装置であって、
前記遮断弁の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段によって検出された温度と、前記バルブシートの温度特性とに基づいて前記遮断弁の開弁完了確定時間を決定する開弁完了確定時間決定手段と、
前記遮断弁の開弁指令が出てからの経過時間を検出する開弁指令経過時間検出手段と、
前記開弁指令経過時間検出手段によって検出された経過時間と前記開弁完了確定時間とを比較して前記遮断弁の開弁の完了を判断する開弁完了判断手段と、を備えることを特徴とする遮断弁の開弁完了判断装置。
【請求項６】
前記バルブシートの温度特性は、温度と粘弾性との関係であることを特徴とする請求項５に記載の遮断弁の開弁完了判断装置。
【請求項７】
開弁開始時の前記遮断弁の上流側と下流側との圧力差を検出する圧力差検出手段と、
前記圧力差に応じて前記開弁完了確定時間を補正する開弁確定時間補正手段と、を備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の遮断弁の開弁完了判断装置。
【請求項８】
前記バルブシートの経年劣化を推定する経年劣化推定手段と、
前記経年劣化に応じて前記温度特性を補正する温度特性補正手段と、を備えることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の遮断弁の開弁完了判断装置。
【請求項１】
ガス貯蔵容器からのガスを遮断し、内部に弾性体からなるバルブシートを使用した遮断弁の開弁完了を、制御装置により判断する遮断弁の開弁完了判断方法であって、
前記遮断弁の開弁指令を出す工程と、
前記遮断弁の温度を検出する工程と、
検出した前記温度と前記バルブシートの温度特性とに基づいて前記遮断弁の開弁完了確定時間を決定する工程と、
前記遮断弁の開弁指令が出てからの経過時間を検出する工程と、
前記経過時間と前記開弁完了確定時間とを比較して前記遮断弁の開弁の完了を判断する工程と、を有することを特徴とする遮断弁の開弁完了判断方法。
【請求項２】
前記バルブシートの温度特性は、温度と粘弾性との関係であることを特徴とする遮断弁の開弁完了判断方法。
【請求項３】
開弁開始時の前記遮断弁の上流側と下流側との圧力差を検出する工程と、
前記圧力差に応じて前記開弁完了確定時間を補正する工程と、を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の遮断弁の開弁完了判断方法。
【請求項４】
前記バルブシートの経年劣化を推定する工程と、
前記経年劣化に応じて前記温度特性を補正する工程と、を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の遮断弁の開弁完了判断方法。
【請求項５】
ガス貯蔵容器からのガスを遮断し、内部に弾性体からなるバルブシートを使用した遮断弁の開弁完了判断装置であって、
前記遮断弁の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段によって検出された温度と、前記バルブシートの温度特性とに基づいて前記遮断弁の開弁完了確定時間を決定する開弁完了確定時間決定手段と、
前記遮断弁の開弁指令が出てからの経過時間を検出する開弁指令経過時間検出手段と、
前記開弁指令経過時間検出手段によって検出された経過時間と前記開弁完了確定時間とを比較して前記遮断弁の開弁の完了を判断する開弁完了判断手段と、を備えることを特徴とする遮断弁の開弁完了判断装置。
【請求項６】
前記バルブシートの温度特性は、温度と粘弾性との関係であることを特徴とする請求項５に記載の遮断弁の開弁完了判断装置。
【請求項７】
開弁開始時の前記遮断弁の上流側と下流側との圧力差を検出する圧力差検出手段と、
前記圧力差に応じて前記開弁完了確定時間を補正する開弁確定時間補正手段と、を備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の遮断弁の開弁完了判断装置。
【請求項８】
前記バルブシートの経年劣化を推定する経年劣化推定手段と、
前記経年劣化に応じて前記温度特性を補正する温度特性補正手段と、を備えることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の遮断弁の開弁完了判断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１２９５９３（Ｐ２００９−１２９５９３Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０１１５９（Ｐ２００７−３０１１５９）
【出願日】平成１９年１１月２１日（２００７．１１．２１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２１日（２００７．１１．２１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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