JP5655523B2 - 燃料充填方法及び燃料タンク充填装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の燃料タンクに対し簡素な構成で充填時間を短縮できる燃料充填方法及び燃料タンク充填装置に関する。

ＤＭＥ（ジメチルエーテル）燃料を使う自動車に対する燃料充填装置は、現行法規ではＬＰガス自動車用構造取扱基準に準拠し作製される。ＤＭＥ燃料を供給するＤＭＥ燃料供給スタンドはＬＰガス供給スタンドと類似の構造を有する。以下、ＤＭＥ燃料は単に燃料という。

図９に示されるように、燃料供給スタンド９０１には燃料を貯留する貯槽９０２が設置されており、貯槽９０２内の燃料が圧送ポンプ９０３により払い出されて燃料充填装置９０４に圧送される。燃料は、燃料充填装置９０４内の計量器９０５を通過し、計量器９０５の下流に設けられたホース９０６を介して自動車の燃料タンク９０７へ充填される。燃料タンク９０７に繋がる配管９０８には充填口９０９が設けられ、ホース９０６の先端には充填口９０９に着脱可能なノズル９１０が設けられる。

燃料充填を行うときにノズル９１０を充填口９０９に装着する。燃料充填の運転／停止は、ノズル９１０に設けられたバルブ（図示せず）の開閉で行う。一方、燃料タンク９０７には過充填防止機構９１１が設けられており、燃料が燃料タンク９０７に満タン（燃料タンク容量の約８５％）になると配管９０８が遮断され、ホース９０６からの燃料が配管９０８に流れ込まなくなることで充填が強制停止される。過充填防止機構９１１によって充填が停止されても燃料供給スタンド９０１では圧送ポンプ９０３は停止せず、圧送される燃料は燃料供給スタンド９０１内の図示しない経路によりリリーフされる。燃料充填装置９０４のスイッチ（図示せず）を操作することで圧送ポンプ９０３が運転／停止される。

過充填防止機構９１１は、配管９０８内に弁体（図示せず）が設けられ、弁体が配管９０８を開放したり遮断したりするものである。過充填防止機構９１１は、梃子の働きをするレバー９１２を有し、そのレバー９１２の作用点となる位置に弁体が取り付けられ、支点は作用点の直近に配置され、力点はモーメントを大きくするため支点から離れて配置される。レバー９１２の力点となる位置には燃料より軽いフロート９１３が取り付けられる。燃料タンク９０７に燃料が少ないときには、フロート９１３が液面から離れており、フロート９１３の重力によりレバー９１２の力点側が下降し、作用点にある弁体が配管９０８を開放する位置に移動される。燃料が増えて液面が上昇するとフロート９１３が液面に乗り、さらに液面が上昇するとフロート９１３が上昇してレバー９１２の力点側が上昇するので、作用点にある弁体が配管９０８を遮断する位置に移動される。

圧送ポンプ９０３により燃料を圧送している状態で、過充填防止機構９１１が配管９０８を遮断すると、配管９０８内に衝撃波が発生する。衝撃波により、配管９０８、充填口９０９、ノズル９１０、ホース９０６、計量器９０５等に過大な圧力が加わる。衝撃波による圧力が部材の許容耐圧を超えると、部材に悪影響が及び、場合によっては損傷に至る。衝撃波は、充填速度が高いほど大きい。よって、低速充填（低流量充填）では衝撃波が起きても不具合とならないが、高速充填（高流量充填）では不具合となるので、衝撃波対策が必要となる。

高速充填での衝撃波による不具合を防止するために、過充填防止機構９１１で配管９０８が遮断される遮断液面レベルよりも低く予報液面レベルを設定し、予報液面レベルにまで液面が上昇したとき、充填速度を低下させる燃料充填方法が創案されている。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示されるように、燃料タンク９０７内にフロート式あるいは超音波式の液面センサ９１４を設置し、予報液面レベルが検出できるように構成する。液面センサ９１４からの電気又は光信号は、図１０（ａ）のように通信ケーブル９１５で燃料充填装置９０４に通信するか、あるいは図１０（ｂ）のように送信器９１６と受信器９１７間で無線通信するとよい。燃料充填装置９０４には、ホース９０６に送り込む燃料の流量を制御することで高速充填と低速充填を切り替える流量制御弁９１８を設ける。

これによれば、液面が予報液面レベルに到達するまでは高速充填が可能となる。配管９０８が遮断されるときは低速充填となっているので不具合はない。

特開２００９−１３８７５５号公報

ところで、従来のＤＭＥの燃料供給スタンド９０１では、ＬＰガス供給スタンドを基礎としているため、充填速度は比較的低速の２０〜３０リットル／分である。ＬＰガス供給スタンドは、供給先が乗用車や小型トラックであるから、この充填速度で問題はない。しかし、大型トラックを対象にＤＭＥを供給することを想定すると、この充填速度では不足である。

ＤＭＥは軽油に比べて発熱量が小さく、同一発熱量を得るために、体積で軽油の１．８６倍のＤＭＥが必要となる。したがって、ＤＭＥ車が軽油車と同等の航続距離を得るには、体積が１．８６倍の燃料を積載することになる。この量の燃料を軽油車に軽油を充填するのと同等の時間で充填するには、１．８６倍の充填速度が必要となる。まして、大型トラックのように充填量が多い場合は、充填速度を８０〜１００リットル／分と、いっそう高速充填にして、充填時間を短縮したいところである。

また、大型トラックやその他の長距離走行する自動車では、長距離走行に十分な積載燃料を確保するため、燃料タンク９０７が複数搭載される。１台の自動車の複数の燃料タンク９０７に対して燃料を充填する際、図９の構成を並列に複数使用するのは部材の無駄が多い。また、衝撃波対策として、図１０（ａ）、図１０（ｂ）の構成を並列に複数使用するのは部材の無駄が多い。したがって、装置の簡素化、コスト低減のために、新たな燃料充填方法が望まれる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、複数の燃料タンクに対し簡素な構成で充填時間を短縮できる燃料充填方法及び燃料タンク充填装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の燃料充填方法は、燃料が圧送されるホースの先端のノズルを自動車の共通充填口に装着し、共通充填口から分岐された配管を介して複数の燃料タンクに並行して燃料を充填する際に、各燃料タンクに過充填防止のために前記配管を遮断する遮断液面レベルと該遮断液面レベルよりも低い予報液面レベルを設定しておき、いずれの燃料タンクでも予報液面レベルが検出されないとき高速充填を行い、いずれかの燃料タンクで予報液面レベルが検出されると低速充填に切り替えることを特徴とする燃料充填方法である。

前記いずれかの燃料タンクで予報液面レベルが検出されて低速充填に切り替えた後、前記配管が遮断されたとき、高速充填に戻してもよい。

本発明の燃料タンク充填装置は、複数の燃料タンクと、各燃料タンクへ燃料を、高速充填と低速充填で切り替えて供給する燃料充填装置と、前記燃料充填装置のノズルが装着される共通充填口と、前記共通充填口から各燃料タンクへ分岐された配管と、前記配管に接続されると共に、各燃料タンクに設けられ遮断液面レベルを検出したとき前記配管を遮断する過充填防止機構と、各燃料タンクに設けられ遮断液面レベルよりも低い予報液面レベルを検出したとき導通が遮断される液面センサと、全液面センサが直列接続されてなり、全液面センサが導通状態のとき前記燃料充填装置を高速充填に、いずれかの前記液面センサの導通が遮断されたとき前記燃料充填装置を低速充填に切り替えるセンサ回路とを備えたものである。

前記センサ回路の互いに隣接する液面センサ間に接続されたコモンラインを備えてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）複数の燃料タンクに対し簡素な構成で充填時間を短縮できる。

本発明の第一実施形態を示す燃料タンク充填装置の構成図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１の燃料タンク充填装置における液面センサの動作を示す回路図である。 図１の構成における制御手順を示すフローチャートである。 図１の構成における充填速度の時間変化を示す波形図である。 本発明の第二実施形態を示す燃料タンク充填装置の構成図である。 （ａ）、（ｂ）は、図５の燃料タンク充填装置における液面センサの動作を示す回路図である。 図５の構成における制御手順を示すフローチャートである。 図５の構成における充填速度の時間変化を示す波形図である。 従来の燃料タンク充填装置の構成図である。 従来の衝撃波対策が施された燃料タンク充填装置の構成図である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、燃料タンク充填装置１は、複数の燃料タンク２（２ａ，２ｂ）と、燃料充填装置９０４のノズル９１０が装着される共通充填口３と、共通充填口３から各燃料タンク２へ分岐された配管４と、各燃料タンク２に設けられ遮断液面レベルを検出したとき配管４を遮断する過充填防止機構９１１と、各燃料タンク２に設けられ遮断液面レベルよりも低い予報液面レベルを検出したとき導通が遮断される液面センサ５（５ａ，５ｂ）と、全液面センサ５が直列接続されてなるセンサ回路６とを備える。

燃料充填装置９０４など図１０（ａ）と符号の同じ部材は同一部材が使用される。また、貯槽９０２、圧送ポンプ９０３は図示が省略されている。流量制御弁９１８における流量は、高速充填のとき８０〜１００リットル／分とし、低速充填のときは遮断による衝撃波が不具合とならない程度で極力大きい流量とする。

過充填防止機構９１１が配管４を遮断する遮断液面レベルは、満タンすなわち燃料タンク容量の８５％とし、予報液面レベルは満タン前の５〜１０％すなわち燃料タンク容量の７５〜８０％とする。

図２（ａ）、図２（ｂ）に、液面センサ５が２個の場合のセンサ回路６の詳細を示す。液面センサ５は、液面が予報液面レベルより低いときには導通し、液面が予報液面レベル以上になると導通が遮断されるよう構成される。センサ回路６は、液面センサ５ａと液面センサ５ｂが直列接続されてなる。

液面センサ５としては、フロートが機械式スイッチ、近接センサ、光スイッチ等の検出器を作動させることにより、機械式接点あるいは半導体が導通／遮断する公知の液面センサ５を使用するとよい。

図２（ａ）に示されるように、液面センサ５ａと液面センサ５ｂが共に導通している場合、センサ回路６は２つの出力端子７，８間が導通となる。図２（ｂ）に示されるように、液面センサ５ａが遮断されると液面センサ５ｂが導通であっても、出力端子７，８間が遮断される。液面センサ５ａが導通で液面センサ５ｂが遮断の場合も同様である。すなわち、燃料タンク２ａ，２ｂのいずれでも予報液面レベルが検出されないとき、出力端子７，８間が導通し、燃料タンク２ａ，２ｂのいずれかで予報液面レベルが検出されると、出力端子７，８間が遮断される。

図３に示した制御手順に従い本発明の第一実施形態の燃料充填方法を説明する。

ステップＳ１にて、予報が可能かどうか判定する。例えば、液面センサ５が失陥しているとき、センサ回路６と燃料充填装置９０４を繋ぐ通信ケーブルが接続されていないときなど、燃料充填装置９０４においてセンサ回路６の信号が正しく得られない場合、判定はＮＯとなり、ステップＳ２に進む。ＹＥＳのときはステップＳ３に進む。

ステップＳ２では、予報が不可能であることから、低速充填を実行する。

ステップＳ３にて、高速充填を実行し、ステップＳ４にて、予報液面レベルが検出されたかどうか判定する。この判定は、出力端子７，８間の導通／遮断に基づいて行うので、燃料タンク２ａ，２ｂのいずれでも予報液面レベルが検出されないか、あるいは燃料タンク２ａ，２ｂのいずれかで予報液面レベルが検出されるかの判定となる。判定がＮＯであれば、高速充填を継続してよいのでステップＳ３に戻る。ＹＥＳのときはステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、高速充填から低速充填に切り替える。

その後、一方の燃料タンク２において液面が上昇し過充填防止機構９１１によって充填が停止され、さらに他方の燃料タンク２においても液面が上昇し過充填防止機構９１１によって充填が停止される。

このような制御手順により、図４に示されるように、２つの燃料タンク２内の燃料が共に十分に少ないときには、高速充填が実行され、いずれかの液面センサ５により予報液面レベルが検出されるまで、高速充填が継続される。予報液面レベルが検出されると、遮断時の衝撃波による不具合がない低速充填に切り替えられる。その後、液面が遮断液面レベルに上昇して、過充填防止機構９１１が充填を停止しても衝撃波は小さく、不具合は生じない。

次に、第二実施形態を説明する。

図５に示されるように、燃料タンク充填装置５１は、図１の燃料タンク充填装置１に対して、コモンライン５２を付加したものである。すなわち、センサ回路５３は、互いに隣接する液面センサ５間にコモンライン５２が接続される。これに対応するべく、燃料充填装置５４には、図３とは異なる制御手順が実装される。図１と符号の同じ部材は同一部材が使用される。

燃料充填装置５４では、いずれかの燃料タンク２で予報液面レベルが検出されると低速充填に切り替えるのは同じであるが、その後、配管４が遮断されたとき、高速充填に戻す制御を行うようになっている。配管４の遮断は、計量器９０５で流量が低下したことから判定する。

図６（ａ）、図６（ｂ）に、液面センサ５が２個の場合のセンサ回路５３の詳細を示す。液面センサ５の構成は、第一実施形態と同じである。センサ回路５３は、液面センサ５ａと液面センサ５ｂが直列接続され、さらに液面センサ５ａと液面センサ５ｂ間にコモンライン５２が接続されてなる。

図６（ａ）に示されるように、液面センサ５ａと液面センサ５ｂが共に導通している場合、センサ回路５３は３つの出力端子７，８，５５間が全て導通となる。図６（ｂ）に示されるように、液面センサ５ａが遮断され液面センサ５ｂが導通の場合、出力端子７，５５間が遮断され出力端子８，５５間が導通となる。液面センサ５ａが導通で液面センサ５ｂが遮断の場合は、逆に出力端子８，５５間が遮断され出力端子７，５５間が導通となる。これにより、燃料タンク２ａ，２ｂの予報液面レベルが個別に検出できる。

図７に示した制御手順に従い本発明の第二実施形態の燃料充填方法を説明する。

ステップＳ１からステップＳ５までは、図３の制御手順と同じであるから、説明を省略する。ステップＳ５の後、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６にて、計量器９０５での流量が低下したかどうか判定する。判定がＮＯであれば、低速充填を継続する必要がありステップＳ５に戻る。ＹＥＳのときは、流量の低下から、すでに予報液面レベルが検出されていた燃料タンク２において過充填防止機構９１１が配管４を遮断して充填を停止したと判断できるので、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７にて、低速充填から高速充填に切り替える。

ステップＳ８にて、予報液面レベルが検出されたかどうか判定する。すでに一方の燃料タンク２では予報液面レベルが検出されているので、他方の燃料タンク２のみ判定することになる。判定がＮＯであれば、高速充填を継続してよいのでステップＳ７に戻る。ＹＥＳのときはステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、高速充填から低速充填に切り替える。

このような制御手順により、図８に示されるように、２つの燃料タンク２内の燃料が共に十分に少ないときには、高速充填が実行され、いずれかの液面センサ５により予報液面レベルが検出されるまで、高速充填が継続される。予報液面レベルが検出されると、遮断時の衝撃波による不具合がない低速充填に切り替えられる。その後、液面が遮断液面レベルに上昇して、過充填防止機構９１１が充填を停止しても衝撃波は小さく、不具合は生じない。

このとき、一方の燃料タンク２において充填が停止されたことにより、流量が低下する。これにより、再び、高速充填が実行され、残りの液面センサ５により予報液面レベルが検出されるまで、高速充填が継続される。残りの液面センサ５でも予報液面レベルが検出されると、遮断時の衝撃波に備えて低速充填に切り替えられる。

第二実施形態では次のような効果が得られる。燃料タンク充填装置１，５１では、共通充填口３から複数の燃料タンク２へ配管４が分岐される。これにより、燃料充填装置９０４，５４からの燃料が並行して複数の燃料タンク２に充填される。分岐される燃料の量は等分とは限らないが、仮に等分とし、複数の燃料タンク２に同じ充填速度で高速充填が行われるとする。しかし、それぞれの燃料タンク２はもともと残量が同じではなく、したがって、同じ充填速度で充填が行われても液面は同じ高さとならない。このときいずれかの燃料タンク２で予報液面レベルが検出されると、燃料充填装置９０４，５４では過充填防止機構９１１による遮断時の衝撃波に備えて充填速度を低速充填に変えざるを得ない。しかし、他方の燃料タンク２がまだ液面が予報液面レベルより十分に低いこともあり得る。この燃料タンク２に対して低速充填のままで満タンまで充填すると、充填時間が長くなる。その点、燃料タンク充填装置５１では、液面センサ５間にコモンライン５２が接続されているため、燃料充填装置５４では、それぞれの燃料タンク２での予報液面レベルの検出を独立に認識することができる。よって、計量器９０５での流量低下から一方の燃料タンク２の配管４が遮断されたことを認識した後は、高速充填に戻すことができる。この結果、充填時間をより短縮できる。なお、ステップＳ５で低速充填中に他方の燃料タンク２でも予報液面レベルが検出された場合は、一方の燃料タンク２の配管４が遮断されても高速充填には戻らない。

第一実施形態では、一方の燃料タンク２で予報液面レベルが検出されて低速充填となった後は、高速充填には戻らないので、複数の燃料タンク２で充填開始前の液面差が大きいと、充填時間が長くなる。そこで、自動車において、複数の燃料タンク２で燃料がおおむね均等に消費されるようにしておくことが望まれる。複数の燃料タンク２で充填開始前の液面差が小さければ、全ての燃料タンク２でほぼ同時期に予報液面レベルとなるので、第一実施形態での充填時間短縮が期待できる。

第一、第二実施形態では、燃料タンク２を２つとしたが、３つ以上であっても本発明を適用し、２つの場合と同様の効果を得ることができる。

１ 燃料タンク充填装置
２ （２ａ，２ｂ） 燃料タンク
３ 共通充填口
４ （４ａ，４ｂ） 配管
５ （５ａ，５ｂ） 液面センサ
６ センサ回路

Claims (4)

1. 燃料が圧送されるホースの先端のノズルを自動車の共通充填口に装着し、共通充填口から分岐された配管を介して複数の燃料タンクに並行して燃料を充填する際に、
   各燃料タンクに過充填防止のために前記配管を遮断する遮断液面レベルと該遮断液面レベルよりも低い予報液面レベルを設定しておき、
   いずれの燃料タンクでも予報液面レベルが検出されないとき高速充填を行い、
   いずれかの燃料タンクで予報液面レベルが検出されると低速充填に切り替えることを特徴とする燃料充填方法。
2. 前記いずれかの燃料タンクで予報液面レベルが検出されて低速充填に切り替えた後、前記配管が遮断されたとき、高速充填に戻すことを特徴とする請求項１記載の燃料充填方法。
3. 複数の燃料タンクと、
   各燃料タンクへ燃料を、高速充填と低速充填で切り替えて供給する燃料充填装置と、
   前記燃料充填装置のノズルが装着される共通充填口と、
   前記共通充填口から各燃料タンクへ分岐された配管と、
   前記配管に接続されると共に、各燃料タンクに設けられ遮断液面レベルを検出したとき前記配管を遮断する過充填防止機構と、
   各燃料タンクに設けられ遮断液面レベルよりも低い予報液面レベルを検出したとき導通が遮断される液面センサと、
   全液面センサが直列接続されてなり、全液面センサが導通状態のとき前記燃料充填装置を高速充填に、いずれかの前記液面センサの導通が遮断されたとき前記燃料充填装置を低速充填に切り替えるセンサ回路とを備えたことを特徴とする燃料タンク充填装置。
4. 前記センサ回路の互いに隣接する液面センサ間に接続されたコモンラインを備えたことを特徴とする請求項３記載の燃料タンク充填装置。