[0001] 本公开涉及一种向燃料电池供给气体燃料的燃料供给装置。

[0002] 在专利文献1中公开有具备各1个或各多个用于喷射向燃料电池供给的气体燃料的第1喷射器(injector)和第2喷射器的燃料循环装置。

[0003] 现有技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：日本特开2011‑179333号公报

[0043] 以下，对本公开的燃料供给装置的实施方式进行说明。

[0044] ＜关于燃料电池系统的概要＞

[0045] 首先，对具备本实施方式的燃料供给装置的燃料电池系统1的概要进行说明。燃料电池系统1是搭载于燃料电池车并向其驱动用马达(省略图示)供给电力的系统。

[0046] (关于燃料电池系统的概略构成)

[0047] 如图1所示，燃料电池系统1具有FC电池堆(燃料电池)11、氢系系统12、以及空气系系统13。

[0048] FC电池堆11接受燃料气体的供给和氧化剂气体的供给而进行发电。在本实施方式中，燃料气体是氢气，氧化剂气体是空气。即，FC电池堆11接受来自氢系系统12的氢气的供给、来自空气系系统13的空气的供给而进行发电。并且，由FC电池堆11所发电的电力借助变换器(省略图示)向驱动用马达(省略图示)供给。

[0049] 氢系系统12设置于FC电池堆11的阳极侧。该氢系系统12具备氢供给通路21和氢气废气循环通路22。氢供给通路21是用于从氢罐31向FC电池堆11供给氢气的通路。氢气废气循环通路22是用于使从FC电池堆11排出的氢气(以下，适当称为“氢气废气”。)循环的通路。

[0050] 氢系系统12在氢供给通路21从氢罐31侧依次设置有主截止阀32、减压阀33、燃料供给装置34。主截止阀32是用于对氢气从氢罐31向氢供给通路21的供给和阻断该供给进行切换的阀。减压阀33是用于使氢气减压的压力调整阀。

[0051] 燃料供给装置34是向FC电池堆11供给氢气(本公开的“气体燃料”的一个例子)的装置，具备燃料喷射部41、喷射控制部42以及引射器(ejector)43。

[0052] 燃料喷射部41是用于喷射向FC电池堆11供给的氢气的机构，在本实施方式中，作为喷射氢气的阀，具备线性电磁阀51(第1燃料喷射阀)和喷射器52(第2燃料喷射阀)。在图1所示的例子中，线性电磁阀51和喷射器52并联配置。

[0053] 线性电磁阀51是利用线性螺线管(未图示，本公开的“线性致动器”的一个例子)的驱动来进行氢气的喷射口51a的开闭动作的阀。该线性电磁阀51是以将喷射口51a的开度维持在全闭开度(开度是100％)与全开开度(开度是0％)之间的预定开度的方式进行控制而能够将氢气的喷射量(流量)调整为预定量的喷射量调整阀(流量调整阀)。其中，“预定开度”是根据运转条件变更的值，“预定量”是与要求发电量相应的量。

[0054] 喷射器52是能够将喷射口52a的开度仅控制为全闭开度和全开开度、且是间歇地喷射氢气的通断阀(ON‑OFF阀)。此外，喷射器52的喷射量设定得比线性电磁阀51的喷射量少。

[0055] 喷射控制部42具备例如CPU和ROM、RAM等存储器，根据预先储存于存储器的程序来控制燃料喷射部41。

[0056] 引射器43设置于燃料喷射部41的下游侧(在氢供给通路21中流动的氢气的流动方向的下游侧)且是FC电池堆11的上游侧(在氢供给通路21中流动的氢气的流动方向的上游侧)的位置。引射器43具备入口43a、出口43b以及抽吸口43c。

[0057] 入口43a是从燃料喷射部41喷射的氢气的导入口，在图1所示的例子中，与线性电磁阀51的喷射口51a以及喷射器52的喷射口52a连接。另外，出口43b是排出氢气的部分，与FC电池堆11连接。而且，抽吸口43c是用于抽吸氢气废气(燃料废气)的部分，与氢气废气循环通路22连接。

[0058] 该引射器43利用由于从入口43a导入从燃料喷射部41喷射的氢气而产生的负压从抽吸口43c抽吸从FC电池堆11向氢气废气循环通路22排出的氢气废气。并且，引射器43使从抽吸口43c抽吸来的氢气废气与从入口43a导入的氢气汇合而从出口43b向FC电池堆11循环。这样一来，从FC电池堆11向氢气废气循环通路22排出的氢气废气经由引射器43向FC电池堆11循环。

[0059] 另外，氢系系统12在使氢气废气从FC电池堆11向引射器43循环的氢气废气循环通路22配置有气液分离器61和排气排水阀62。气液分离器61是使氢气废气内的水分分离的设备。气液分离器61经由氢气废气循环通路22与引射器43的抽吸口43c连接。排气排水阀62是用于对氢气废气、水分从气液分离器61向空气系系统13的稀释器(未图示)的排出和阻断该排出进行切换的阀。

[0060] (关于燃料电池系统的作用)

[0061] 在以上这样的构成的燃料电池系统1中，在氢系系统12，在从氢供给通路21供给到FC电池堆11的氢气于FC电池堆11被使用于发电之后，作为氢气废气从FC电池堆11经由氢气废气循环通路22被引射器43抽吸、或者向外部排出。另外，在空气系系统13，在供给到FC电池堆11的空气于FC电池堆11被使用于发电之后，作为空气废气从FC电池堆11向外部排出。

[0062] (关于线性电磁阀和喷射器的协调控制)

[0063] 对于本实施方式的燃料供给装置34，喷射控制部42一边协调线性电磁阀51的驱动(由线性电磁阀51进行的氢气的喷射)和喷射器52的驱动(由喷射器52进行的氢气的喷射)一边进行控制。因此，以下，说明在本实施方式中进行的线性电磁阀51和喷射器52的协调控制。

[0064] ＜电池堆输出的变化较小的情况＞

[0065] 在搭载燃料电池系统1的车辆稳定行驶时、平缓加速时等，如图10所示，电池堆输出SO(FC电池堆11的输出)的变化较小。即，此时，电池堆输出SO的变化量(变动量)小于预定量X。此外，电池堆输出SO的变化较小换言之是指FC电池堆11的发电变化量较小。另外，在将最大的电池堆输出SO设为100％时，“预定量X”是例如20％。

[0066] 在此，在电池堆输出SO的变化较小时(燃料电池低输出时)，如图10所示，设想使线性电磁阀51(LINEAR)停止(使由线性电磁阀51进行的氢气的喷射停止)而仅使喷射器52(INJ)驱动的情况。于是，由于喷射器52是通断阀且是间歇地喷射氢气的阀，因此，如图10所示，电池堆内压SP(FC电池堆11内的压力)的脉动变大。因此，氢气向FC电池堆11的供给量不稳定，FC电池堆11的燃料经济性有可能降低。另外，由于喷射器52的驱动次数(喷射动作次数)较多，因此，喷射器52的耐久性有可能降低。

[0067] 因此，在本实施方式中，如图2所示，喷射控制部42在电池堆输出SO的变化较小时进行使线性电磁阀51驱动而使喷射器52停止的控制(第1喷射阀喷射控制)。并且，此时，喷射控制部42控制为将线性电磁阀51的喷射口51a的开度维持在全闭开度与全开开度之间的预定开度从而使电池堆内压SP的实际压力AP成为目标调压值的下限值TPmin。由此，如图2所示，电池堆内压SP的实际压力AP被控制在目标调压值的下限值TPmin。这样一来，电池堆内压SP的脉动的产生被抑制，因此，能抑制FC电池堆11的氢气侧的内压与空气侧的内压之间的差值，提高FC电池堆11的燃料经济性。

[0068] 另外，通过使喷射器52停止，能够减少喷射器52的驱动次数。因此，能够维持喷射器52的耐久性，因此能够谋求燃料喷射部41的寿命的提高。

[0069] ＜电池堆输出的变化较大的情况＞

[0070] 另一方面，在搭载燃料电池系统1的车辆急加速时(WOT(节气门全开：WIDE OPEN THROTTLE)时)等，如图11所示，电池堆输出SO的变化变大。即，此时，电池堆输出SO的变化量成为预定量X以上。此外，电池堆输出SO的变化变大换言之是指FC电池堆11的发电变化量变大。

[0071] 在此，在电池堆输出SO的变化较大时(燃料电池高输出时)，如图11所示，设想使喷射器52停止而仅使线性电磁阀51驱动的情况。其中，此时，以电池堆内压SP的实际压力AP成为目标调压值的下限值TPmin的方式控制线性电磁阀51的驱动。于是，线性电磁阀51的氢气的喷射的响应性较低，因此，如图11所示，在电池堆内压SP的目标调压值TP增加的时间段T1中，有可能产生电池堆内压SP的实际压力AP无法达到目标调压值的下限值TPmin的区域α。

[0072] 因此，在本实施方式中，喷射控制部42在电池堆输出SO的变化较大时一边使线性电磁阀51驱动，一边根据需要使喷射器52驱动。

[0073] 具体而言，喷射控制部42进行以图3的流程图表示的内容的控制。如图3所示，喷射控制部42检测加速操作量(油门踏板(未图示)的踩踏量)(步骤S1)，基于检测到的加速操作量计算FC电池堆发电量(在FC电池堆11所需要的发电量)(步骤S2)。接着，喷射控制部42基于计算出的FC电池堆发电量计算必要氢流量(所要求的氢气向FC电池堆11的供给流量)(步骤S3)。接着，喷射控制部42基于计算出的必要氢流量计算电池堆内压SP的目标调压值TP(步骤S4)，并且，检测电池堆内压SP的实际压力AP和1次压力(燃料供给装置34的上游侧的压力)(步骤S5、S6)。

[0074] 接着，喷射控制部42基于目标调压值TP与实际压力AP的压力差、1次压力进行喷射器52(INJ)的驱动控制(步骤S7)。

[0075] 在该步骤S7中，喷射控制部42在目标调压值TP与实际压力AP的压力差是利用线性电磁阀51的驱动能够升高的压力以下的情况下，进行使线性电磁阀51驱动而使喷射器52停止的控制(第1喷射阀喷射控制)。即，喷射控制部42在能够通过使线性电磁阀51驱动来将电池堆内压SP调整为目标调压值TP的情况下，使喷射器52停止而仅使线性电磁阀51驱动。

[0076] 另一方面，喷射控制部42在目标调压值TP与实际压力AP的压力差比利用线性电磁阀51的驱动能够升高的压力大的情况下，进行使线性电磁阀51驱动并且使喷射器52驱动的控制(两喷射阀喷射控制)。即，喷射控制部42在无法通过使线性电磁阀51驱动而将电池堆内压SP调整为目标调压值TP的情况下，使线性电磁阀51和喷射器52这两者驱动。

[0077] 并且，喷射控制部42通过进行这样的以图3的流程图表示的内容的控制，从而进行图4所示的控制。

[0078] 如图4所示，在电池堆内压SP的目标调压值TP增加的时间段T1中，喷射控制部42进行两喷射阀喷射控制。其中，在该时间段T1，目标调压值TP的每单位时间的变化值(增加值)比预定值多，目标调压值TP与实际压力AP的压力差比利用线性电磁阀51的驱动能够升高的压力大。

[0079] 这样一来，在电池堆输出SO的变化较大时，喷射控制部42进行两喷射阀喷射控制而使燃料喷射部41的输出响应性提高，以便即使针对电池堆内压SP的急剧的上升要求，也能够应对。

[0080] 并且，喷射控制部42在如此进行两喷射阀喷射控制时进行根据所要求的氢气的喷射量与线性电磁阀51的氢气的喷射量之间的差值来控制喷射器52的氢气的喷射量的反馈控制。另外，此时，喷射控制部42控制喷射器52的驱动，以使由于喷射器52的驱动而产生的电池堆内压SP的脉动的范围处于目标压力的上限值TPmax与目标压力的下限值TPmin的范围内。

[0081] 另外，如图4所示，在电池堆内压SP的目标调压值TP恒定的时间段T2中，喷射控制部42进行使喷射器52停止而仅使线性电磁阀51驱动的控制(第1喷射阀喷射控制)。其中，在该时间段T2，目标调压值TP的每单位时间的变化值(增加值)是预定值以下，目标调压值TP与实际压力AP的压力差成为利用线性电磁阀51的驱动能够升高的压力以下。

[0082] 这样一来，在电池堆内压SP的目标调压值TP恒定时(稳定压力时)，喷射控制部42使线性电磁阀51驱动而将电池堆内压SP控制在目标调压值的下限值TPmin。另外，喷射控制部42使喷射器52停止而抑制电池堆内压SP的脉动的产生。因此，能够将氢气向FC电池堆11供给的供给量抑制到所需最小限度，并且，能够抑制FC电池堆11的氢气侧的内压与空气侧的内压之间的差值。因而，能够使FC电池堆11的燃料经济性提高。

[0083] 另外，通过使喷射器52停止，能够减少喷射器52的驱动次数。因此，能够维持喷射器52的耐久性，因此能够谋求燃料喷射部41的寿命的提高。

[0084] 此外，如图4所示，在电池堆内压SP的目标调压值TP减少的时间段T3中，喷射控制部42使线性电磁阀51和喷射器52这两者停止。

[0085] ＜关于防止引射器内的结冰的控制＞

[0086] 在冰点下时、车辆的连续稳定行驶时等等外部气温、氢罐31内的温度较低时，从氢罐31向燃料供给装置34供给的氢气的温度变低。另一方面，若FC电池堆11在车辆的启动后被温暖，则从FC电池堆11经由氢气废气循环通路22向引射器43循环的氢气废气成为温湿的状态。

[0087] 在如此向燃料供给装置34供给的氢气的温度较低、而向引射器43循环的氢气废气处于温湿的状态的情况下，在引射器43的内部(喷嘴、扩散器)的氢气与氢气废气之间的汇合部处有可能产生霜。并且，此时，若将线性电磁阀51的喷射口51a的开度维持在预定开度并利用线性电磁阀51喷射氢气、而使喷射器52停止，则在引射器43的内部流动的氢气的脉动变小。于是，所产生的霜附着于引射器43的内部，而且，所附着的霜有可能逐渐向冰发展而结冰。

[0088] 因此，对于如上述那样有可能在引射器43的内部产生霜的情况，喷射控制部42在利用线性电磁阀51连续地喷射氢气的情况下，在时间t(预定时间)后，利用喷射器52使氢气间歇地喷射至少1次以上(参照图5)。在此，时间t设定为在引射器43的内部产生的霜不会成为冰的时间，例如，如图6所示，基于罐内气体温度T(氢罐31内的温度)、气氛气体温度(外部气温)由映射规定时间t。如图6所示，以罐内气体温度T、气氛气体温度越高时间t越长的方式规定时间t。

[0089] 这样一来，喷射控制部42在进行着使线性电磁阀51驱动而使喷射器52停止的第1喷射阀喷射控制时，参照图6的映射，在经过时间t后，判定为满足了在引射器43的内部发生结冰的结冰发生条件。然后，喷射控制部42在如此判定为满足了结冰发生条件的情况下，进行使线性电磁阀51停止而使喷射器52驱动的第2喷射阀喷射控制，利用燃料喷射部41间歇地喷射氢气而使氢气在引射器43的内部脉动。由此，能够利用氢气使附着于引射器43的内部的霜振动而将其吹飞，因此，能够防止在引射器43的内部结冰的情况。

[0090] ＜关于本实施方式的作用效果＞

[0091] 如以上这样对于本实施方式的燃料供给装置34，燃料喷射部41具备线性电磁阀51和喷射器52。并且，喷射控制部42一边协调线性电磁阀51的驱动和喷射器52的驱动一边进行控制。

[0092] 如此，燃料喷射部41具备线性电磁阀51。在此，线性电磁阀51能够将其喷射口51a的开度维持在全闭开度与全开开度之间的预定开度(中间开度)而喷射氢气。因此，在使线性电磁阀51驱动之际，能够减少进行线性电磁阀51的喷射口51a的开闭动作的阀(阀芯，未图示)与阀座部(阀座，未图示)的碰撞次数，因此，能够抑制阀和阀座部的耐久性的降低。因而，能够维持线性电磁阀51的耐久性，因此能够谋求燃料喷射部41的寿命的提高。

[0093] 另外，通过使线性电磁阀51驱动，能够减少喷射器52的驱动次数。因此，能够维持喷射器52的耐久性，因此能够谋求燃料喷射部41的寿命的提高。

[0094] 另外，喷射控制部42在电池堆输出SO的变化较小时(燃料电池低输出时)进行使线性电磁阀51驱动而使喷射器52停止的控制(第1喷射阀喷射控制)。

[0095] 这样一来，通过在电池堆输出SO的变化较小时使喷射器52停止，能够更有效地维持喷射器52的耐久性。另外，通过使线性电磁阀51驱动，能够使FC电池堆11的燃料经济性提高。

[0096] 另外，喷射控制部42在进行第1喷射阀喷射控制时控制为使电池堆内压SP成为目标调压值的下限值TPmin。

[0097] 由此，能够抑制线性电磁阀51的氢气的喷射量，因此，能够使FC电池堆11的燃料经济性提高。

[0098] 另外，在电池堆输出SO的变化较大时(燃料电池高输出时)，必要喷射量(由FC电池堆11要求的氢气的喷射量)较大，仅使线性电磁阀51驱动有可能无法满足必要喷射量。

[0099] 因此，喷射控制部42在电池堆输出SO的变化较大时进行使线性电磁阀51驱动并且使喷射器52驱动的控制(两喷射阀喷射控制)。

[0100] 由此，在电池堆输出SO的变化较大时，即使在仅使线性电磁阀51驱动无法满足必要喷射量的情况下，也能够通过使喷射器52驱动来满足必要喷射量。

[0101] 另外，喷射控制部42在进行两喷射阀喷射控制时进行根据必要喷射量与线性电磁阀51的氢气的喷射量之间的差值来控制喷射器52的氢气的喷射量的反馈控制。

[0102] 由此，在电池堆输出SO的变化较大时，能够更可靠地满足必要喷射量。

[0103] 另外，喷射控制部42在燃料电池高输出时，在针对FC电池堆11的内压的目标调压值TP与实际压力AP之间的压力差比利用线性电磁阀51的驱动能够升高的压力大的情况下，进行两喷射阀喷射控制。另外，喷射控制部42在燃料电池高输出时，在针对FC电池堆11的内压的目标调压值TP与实际压力AP之间的压力差是利用线性电磁阀51的驱动能够升高的压力以下的情况下，进行第1喷射阀喷射控制。

[0104] 这样一来，在燃料电池高输出时，在仅使线性电磁阀51驱动无法将电池堆内压SP设为目标调压值TP的情况下，喷射控制部42使喷射器52与线性电磁阀51一起被驱动。由此，能够可靠地将电池堆内压SP设为目标调压值TP。

[0105] 另外，在燃料电池高输出时，在仅使线性电磁阀51驱动就能够将电池堆内压SP设为目标调压值TP的情况下，喷射控制部42仅使线性电磁阀51驱动而使喷射器52停止。由此，能够一边抑制电池堆内压SP的脉动的产生，一边抑制FC电池堆11的氢气侧的内压与空气侧的内压之间的差值。因此，多余的氢气难以向FC电池堆11透过，因此能够谋求FC电池堆11的燃料经济性的提高。另外，通过使喷射器52停止，能够减少喷射器52的驱动次数。因此，能够维持喷射器52的耐久性，因此，能够谋求燃料喷射部41的寿命的提高。

[0106] 另外，引射器43的入口43a与线性电磁阀51的喷射口51a连接。

[0107] 这样一来，即使在如进行第1喷射阀喷射控制时那样仅使线性电磁阀51驱动的情况下，也能够利用引射器43使氢气废气向FC电池堆11循环，因此，能维持引射器43的氢气废气的循环功能。

[0108] 另外，引射器43的入口43a也与喷射器52的喷射口52a连接。并且，也可以是，喷射控制部42在进行着使线性电磁阀51驱动而使喷射器52停止的第1喷射阀喷射控制时，在满足了于引射器43的内部发生结冰的结冰发生条件的情况下，使喷射器52驱动而利用燃料喷射部41间歇地喷射氢气。

[0109] 这样一来，通过间歇地喷射氢气而使氢气在引射器43的内部脉动，从而能够防止在引射器43的内部结冰的情况。

[0110] 此外，上述的实施方式只不过是例示，不对本公开有任何限定，当然，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种改良、变形。

[0111] 例如，也可以是，喷射控制部42在进行第1喷射阀喷射控制时，在由引射器43进行的氢气废气的循环流量不足的情况下，使喷射器52驱动。

[0112] 另外，引射器43的入口43a连接于线性电磁阀51的喷射口51a和喷射器52的喷射口52a中的至少一者即可。例如，也可以是，如图7所示，引射器43的入口43a与线性电磁阀51的喷射口51a连接而不与喷射器52的喷射口52a连接。另外，也可以是，如图8所示，在设置有两个喷射器52的情况下，引射器43的入口43a与线性电磁阀51的喷射口51a以及一个喷射器52的喷射口52a连接而不与另一个喷射器52的喷射口52a连接。

[0113] 另外，如图9所示，也可以设为，引射器43的入口43a与大线性电磁阀51‑1(第1线性电磁阀)的喷射口51a以及小线性电磁阀51‑2(第2线性电磁阀)的喷射口51a连接而不与喷射器52的喷射口52a连接。在此，大线性电磁阀51‑1的氢气的喷射量设为比小线性电磁阀51‑2的氢气的喷射量大。并且，喷射控制部42在燃料电池高输出时进行使大线性电磁阀51‑
1驱动而使小线性电磁阀51‑2停止的控制，在仅凭大线性电磁阀51‑1的氢气的喷射量而不足够的情况下，进行也使喷射器52驱动的控制。

[0114] 另外，作为能够将氢气的喷射口的开度控制在全闭开度与全开开度之间的预定开度的燃料喷射阀(第1燃料喷射阀)，除了线性电磁阀51以外，也可以使用利用线性电磁致动器驱动的阀(由线性螺线管驱动的喷射器等)、利用压电致动器驱动的阀。

[0115] 另外，喷射器52的喷射量和线性电磁阀51的喷射量也可以设定为相同量。

[0116] 另外，喷射控制部42在满足了所述的结冰发生条件的情况下，利用燃料喷射部41间歇地喷射氢气即可。因此，也可以是，在满足了所述的结冰发生条件的情况下，喷射控制部42一边使线性电磁阀51驱动一边使喷射器52驱动，或者，仅使线性电磁阀51驱动而利用燃料喷射部41间歇地喷射氢气。

[0117] 另外，也可以是，预先设置第2个(另一个)线性电磁阀51(本公开的“第2燃料喷射阀”的一个例子)来替代喷射器52，在满足了所述的结冰发生条件的情况下，喷射控制部42使第2个线性电磁阀51驱动而利用燃料喷射部41间歇地喷射氢气。

[0118] 附图标记说明

[0119] 1、燃料电池系统；11、FC电池堆；12、氢系系统；21、氢供给通路；22、氢气废气循环通路；31、氢罐；34、燃料供给装置；41、燃料喷射部；42、喷射控制部；43、引射器；43a、入口；43b、出口；43c、抽吸口；51、线性电磁阀；51a、喷射口；52、喷射器；52a、喷射口；SO、电池堆输出；SP、电池堆内压；TP、目标调压值；TPmin、目标调压值的下限值；TPmax、目标调压值的上限值；AP、实际压力；α、区域；T1、T2、T3、时间段；T、罐内气体温度；t、时间。