(57)【要約】【課題】燃料電池の排出ガスの流体通路の開度を高精度に制御し、燃料電池車両の発電量を安定させる。【解決手段】燃料電池二輪車１０の排出手段には、排ガスの圧力を調整する背圧弁５８が設けられる。背圧弁５８はボディ１１３をベースとして構成されており、該ボディ１２３を貫通する断面円形の流体通路１２４と、バルブ軸１２６に連結され、流体通路１２４を開閉するバルブ体としての円板状のバタフライバルブ１２８と、該バタフライバルブ１２８の回転駆動源としてのブラシレスモータ１３０と、ブラシレスモータ１３０の出力軸１３０ａの回転を減速してバルブ軸１２６に伝達するための複数のギアからなる減速機構１３２とを有する。出力軸１３０ａには回転量を示すパルス信号を出力するロータリエンコーダ１３４が連結されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスと水素ガスを反応させて電力を発生する燃料電池と、
前記燃料電池に対して反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記燃料電池に対して水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、
前記燃料電池内の反応で生じた排ガスを調圧するためのバルブと、
を備え、前記燃料電池で発生した電力により走行する燃料電池二輪車において、
前記バルブは、回動するバルブ軸に連結され、流体通路を開閉するバルブ体と、
前記バルブ軸を回転駆動するモータと、
前記モータの出力軸に連結され、該出力軸の回転量を示すパルス信号を出力するエンコーダと、
前記エンコーダから供給される前記回転量に基づいて、前記バルブ体の開度が所定の目標開度と一致するように前記モータの駆動制御を行う制御部とを有することを特徴とする燃料電池車両。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池車両において、
前記モータと前記バルブ軸との間には、前記モータの前記出力軸の回転を減速して前記バルブ軸に伝達するための減速機構が設けられていることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池車両において、
前記減速機構は、複数のギアと、該ギア同士の噛合を補強するための補強手段とを備えることを特徴とする燃料電池車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池で発生した電力により走行する燃料電池車両に関し、特に、燃料電池で反応して排出されたガスを調圧するためのバルブを有する燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動二輪車等の車両では、アクセル操作に対してエンジン出力を調整するために給気通路に内にスロットルバルブが設けられており、アクセル操作に連動してスロットルバルブの開閉が行われる。
【０００３】
近時、スロットルバルブの開閉をコントローラ及びモータを介して開閉することにより、車両走行状況に応じてエンジンに対する空気供給量をより適切に設定することが可能となっている。この場合、スロットルバルブの開度は所定のセンサにより検知及びフィードバックされ、コントローラによって所定の目標開度となるように制御される。
【０００４】
モータによる開閉を行うスロットルバルブとして、例えば特許文献１に記載されたものを挙げることができる。このスロットルバルブでは、所定の制御部の作用下に減速ギア列を介してバタフライバルブを回動させることにより、給気管路の管路の開閉制御を行っている。この場合、バタフライバルブの回動軸に設けられた最終段ギアにはポテンショメータが設けられており、回動軸の回転量を検出して制御部に供給することによりフィードバック制御が行われている。このポテンショメータは、回動軸の側面に設けられたブラシと、該ブラシに対面する基板上の抵抗体からなり、ブラシが抵抗体に対して摺動することにより回転量が検出される。
【０００５】
さて、引用文献２には、燃料電池用ガス循環ポンプシステムが開示されている。該文献に開示されたシステムでは、水素ガス供給装置及び空気供給装置から燃料電池に対して水素ガス及び空気が供給される。燃料電池を通過した水素及び酸素は、それぞれ対応する調圧弁を通過して排気側に流れる。このような調圧弁を設けることにより、燃料電池内の内圧を制御することができ、例えば、燃料電池に供給される水素及び酸素の圧力に変動が生じた場合でも燃料電池における発電量を所定値に保つことができる。そのため、特許文献１に開示されたバルブシステムを特許文献２に開示された燃料電池システムの調圧弁に適用することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３４３８７８号公報
【特許文献２】特開平９−２５９９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前記の特許文献１に記載されたスロットルバルブでは、ポテンショメータにより回転軸の回動量を検出しているためその検出信号はアナログ信号となり、電気的ノイズが加わりやすい。電気的ノイズが加わったアナログ信号に基づいてフィードバック制御を行うとバタフライバルブに微動が発生する懸念がある。
【０００８】
そのため、特許文献１に開示されたバルブを特許文献２に記載された燃料電池システムに適用した場合には、燃料電池の内圧を正確に制御することが困難となり、燃料電池における発電量に変動が生じる場合がある。
【０００９】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、廉価な構成で、流体通路の開度を高精度に調整することにより、燃料電池における内圧を正確に制御し、燃料電池における発電量を安定化させる燃料電池車両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】
【００１０】
本発明に係る燃料電池車両は、反応ガスと水素ガスを反応させて電力を発生する燃料電池と、前記燃料電池に対して反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記燃料電池に対して水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、前記燃料電池内の反応で生じた排ガスを調圧するためのバルブと、を備え、前記燃料電池で発生した電力により走行する燃料電池二輪車において、前記バルブは、回動するバルブ軸に連結され、流体通路を開閉するバルブ体と、前記バルブ軸を回転駆動するモータと、前記モータの出力軸に連結され、該出力軸の回転量を示すパルス信号を出力するエンコーダと、前記エンコーダから供給される前記回転量に基づいて、前記バルブ体の開度が所定の目標開度と一致するように前記モータの駆動制御を行う制御部とを有することを特徴とする。
【００１１】
このように、エンコーダが出力するパルス信号に基づいてバルブ体の開度を制御することにより、電気的ノイズの影響を低減することができ、バルブ体の振動を抑制して流体通路の開度を高精度に制御することができる。また、エンコーダはポテンショメータ等のアナログ式のセンサと比較して直線性、温度特性等が優れており、比較的廉価の型であっても所定の精度を実現することができる。このようなバルブを燃料電池システムの調圧弁に用いることにより、燃料電池における内圧を正確に制御し、燃料電池における発電量を安定化させることができる。発電量が安定することにより、例えば、燃料電池車両の走行性能が向上する。
【００１２】
この場合、前記モータと前記バルブ軸との間には、前記モータの前記出力軸の回転を減速して前記バルブ軸に伝達するための減速機構が設けられているとよい。これにより、バルブ軸の回転は増速されてエンコーダに伝達されることとなり、実質的にバルブ軸の回転検出の分解能が向上する。また、仮にエンコーダ出力信号にノイズが加わってもその影響は減速機構の減速比に応じて低減され、バルブ体が発生する振動を抑制することができる。
【００１３】
さらに、前記減速機構は、複数のギアと、該ギア同士の噛合を補強するための補強手段とを備えることにより、減速機構におけるギア同士の滑りを防止し、バルブの開度精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る燃料電池車両によれば、エンコーダが出力するパルス信号に基づいてバルブ体の開度を制御することにより、電気的ノイズの影響を低減することができ、これによりバルブ軸の微動の発生を防止して流体通路の開度を高精度に制御することができる。また、エンコーダはポテンショメータ等のアナログ式のセンサと比較して直線性、温度特性等が優れており、比較的廉価の型であっても所定の精度の検出が可能である。
【００１５】
さらに、このようなバルブを燃料電池システムの調圧弁に用いることにより、燃料電池における内圧を正確に制御し、燃料電池における発電量を安定化させる発電量が安定し、燃料電池車両の走行性能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る燃料電池車両について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図８を参照しながら説明する。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態に係る燃料電池車両としての燃料電池二輪車１０は、燃料電池１２を搭載しており該燃料電池１２から得られる電力を用いてモータ１４を駆動することにより走行する。燃料電池１２は、端子電池（単位セル）を多数枚積層して構成される個体高分子膜型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）であり、アノード電極に供給される燃料ガス（水素ガス）とカソード電極に供給される反応ガス（空気）とを電気化学反応させることで電力を発生する。燃料電池二輪車１０は、操舵輪である前輪１６と、駆動輪である後輪１８と、前輪１６を操舵するハンドル２０と、フレーム２２と、運転者及び同乗者が着座するシート２４とを有する。
【００１８】
燃料電池二輪車１０の燃料電池システム２６は、図２に示すように、燃料電池１２に対して反応ガスを供給する反応ガス供給手段２８と、燃料電池１２に対して水素ガスを供給する水素ガス供給手段３０と、燃料電池１２内の反応で生じた排ガスを排出する排出手段３２と、システムの運転を統括的に制御するＥＣＵ（Electric Control Unit）３４とを有する。排出手段３２には、排出ガスを調圧するための背圧弁５８が設けられている。
【００１９】
燃料ガスとしての水素ガスは、水素ボンベ３６から遮断弁３８を介して所定圧力をもって燃料電池１２に供給され、且つ発電に供された後には水素循環流路４０内に導入される。該水素循環流路４０において、未反応の水素ガスは、水素ボンベ３６からの導入される水素ガスと合流し、燃料電池１２に対して再度供給される。水素循環流路４０内を循環する水素ガスは、パージ弁４２を介して希釈装置４４内に導入される。
【００２０】
一方、反応ガスとしての空気は、エアクリーナ４６を介して加給器４８内に導入された後に、所定圧力に加圧された状態で燃料電池１２に供給され、且つ発電に供された後には希釈装置４４内に導入される。インタークーラ５２は燃料電池１２への供給空気を冷却し、加湿器５４は、反応ガスに水分を供給する。また、バイパスバルブ５６は燃料電池１２の低温時等にインタークーラ５２及び加湿器５４を介さずに空気を供給する。背圧弁５８は燃料電池１２における反応ガスの圧力を調整する。この背圧弁５８の構成、作用については後述する。
【００２１】
水素循環流路４０に設けられたパージ弁４２が開動作することによって、反応後の水素ガスが希釈装置４４に導入され、該希釈装置４４において燃料電池１２からの排出ガスと混合、希釈処理された後に、サイレンサ６０を介して大気に放出される。ここで、燃料電池１２からの生成水は、排出ガスとともに加湿器５４内に導入される際に集積され、反応ガスに供給する水分として再利用される。また加湿器５４で集積されなかった水分（例えば水蒸気）は、希釈装置４４を経た後に反応済みガスと共に排出される。
【００２２】
具体的には、ＥＣＵ３４には水素ガス及び反応ガスの圧力及び温度に関する信号、車速及び加給器４８の回転数に関する信号、燃料電池１２及びその冷却水温に関する信号等が入力され、これらの各信号に対応して加給器４８、バイパスバルブ５６、背圧弁５８、パージ弁４２及び遮断弁３８等の動作が制御される。
【００２３】
また、ＥＣＵ３４にはスロットルグリップ６４からの加速要求信号が入力され、該信号に対応して後輪１８駆動用のモータ１４が駆動制御される。モータ１４は、燃料電池１２又は二次電池としてのバッテリ６６からの直流電流が、インバータユニットとしてのモータドライバ（制御部）６８において三相交流電源に変換された後に供給されて駆動する三相交流モータとして構成されている。
【００２４】
燃料電池システムにおける冷却系は、燃料電池１２及びモータ１４のウォータジャケット、及びインタークーラ５２内及びモータドライバ６８に隣接する冷却板（冷却器）７０内の各水路を連通させる冷却水路７２を構成し、該冷却水路７２にウォータポンプ７４及びラジエータ７６が設けられている。
【００２５】
このような冷却系において、ウォータポンプ７４の動作により冷却水路７２内を冷却水が流通、循環することで、燃料電池１２、モータ１４、反応ガス、及びモータドライバ６８から吸熱されるとともにこの熱がラジエータ７６にて放熱される。サーモスタット７８は、燃料電池１２の低温時にラジエータ７６を介さずに冷却水を循環させる。
【００２６】
次に、燃料電池二輪車１０の排出手段３２に設けられる背圧弁５８及び該背圧弁５８を制御するバルブ開度制御装置１００について説明する。
【００２７】
図３に示すように、バルブ開度制御装置１００は、吸気通路１１２の途中に設けられた背圧弁５８と、ＥＣＵ３４から指示される目標スロットル開度θａに基づいて背圧弁５８を制御するコントローラドライバ１１８とを有する。ＥＣＵ３４では、スロットルグリップ６４の操作量Ａｃｃ、バッテリ６６の残容量及び車速信号Ｖに基づいて燃料電池１２における発電量を決定し、それに基づいて加給器４８の回転を制御するとともに目標スロットル開度θａを求めてコントローラドライバ１１８に供給する。ＥＣＵ３４とコントローラドライバ１１８との間においては、目標スロットル開度θａ以外にも動作指示情報及びエラー情報等についての相互通信が行われる。操作量Ａｃｃ、車速信号Ｖ及び目標スロットル開度θａの通信には、他のコントローラに対しても通信可能な所定の車内通信網を用いてもよい。
【００２８】
図４〜図６に示すように、背圧弁５８はボディ１２３をベースとして構成されており、該ボディ１２３を貫通する断面円形の流体通路１２４と、バルブ軸１２６に連結され、流体通路１２４を開閉するバルブ体としての円板状のバタフライバルブ１２８と、該バタフライバルブ１２８の回転駆動源としてのブラシレスモータ１３０と、ブラシレスモータ１３０の出力軸１３０ａの回転を減速してバルブ軸１２６に伝達するための複数のギアからなる減速機構１３２とを有する。また、出力軸１３０ａには、回転量を示すパルス信号を出力するロータリエンコーダ１３４が連結されており、バルブ軸１２６には、回転量を検出するポテンショメータ１３６が連結されている。ブラシレスモータ１３０はＵ、Ｖ及びＷ相の三相駆動の交流型であって、コントローラドライバ１１８の作用下にパルス駆動される（図３参照）。ポテンショメータ１３６とコントローラドライバ１１８は電源ラインとしてのＶｃｃ及びＧｎｄと、信号供給ラインとしてのＳｇの３本のラインで接続されている（図３参照）。
【００２９】
ボディ１２３は、流体通路１２４の一方を前記吸気通路１１２に接続するパイプ１４０と、流体通路１２４の他方をボルト締結により所定の流体供給機器（例えば、加給器４８）に接続するためのブロック部１４２とを有する。バルブ軸１２６は流体通路１２４内に設けられた円形のバタフライバルブ１２８に接続されるとともに、流体通路１２４に対する直交方向の支軸孔１４４に回動自在に挿入されており、バルブ軸１２６が回動することによりバタフライバルブ１２８が傾動し、その傾動角θに応じて流体通路１２４の開度が調整される。流体通路１２４は、バタフライバルブ１２８の傾動角θが０°のとき全閉となり、９０°のとき全開となる（図７参照）。
【００３０】
バルブ軸１２６はボディ１２３を挟んだ両側をスラストベアリング１４６ａ、１４６ｂで回転支持されており滑らかに回動可能である。また、流体通路１２４を挟んで両側の支軸孔１４４にはバルブ軸１２６に当接するＯリング１４８ａ、１４８ｂが設けられており、流体通路１２４を通過する流体の漏れを防止するとともに、流体通路１２４に外部から異物が侵入することを防止している。
【００３１】
減速機構１３２は、ブラシレスモータ１３０の出力軸１３０ａに接続された歯数の少ない初段ギア１５０と、該初段ギア１５０に噛合する歯数の多い第１中間ギア１５２と、該第１中間ギア１５２と同軸一体的に回転する歯数の少ない第２中間ギア１５４と、該第２中間ギア１５４に噛合する歯数の多い終段ギア１５６とを有する。終段ギア１５６はバルブ軸１２６の一端に接続されており、減速機構１３２によってブラシレスモータ１３０の回転が減速されてバルブ軸１２６に伝達されることになる。なお、バルブ軸１２６の他端には前記のポテンショメータ１３６が連結されている。
【００３２】
また、終段ギア１５６は、バタフライバルブ１２８の傾動角θを、０°≦θ≦９０°の可動範囲とするのに十分な約１８０°の扇形として形成されている（図５参照）。ボディ１２３には、終段ギア１５６が時計方向及び反時計方向に過度に回転することを防止する第１ストッパ１５８及び第２ストッパ１６０が設けられている。第１ストッパ１５８及び第２ストッパ１６０には突出量が調整可能な調整ボルト１６２ａ、１６２ｂが設けられており、終段ギア１５６における扇形の周方向各端面が調整ボルト１６２ａ、１６２ｂの端部に接触することによりそれ以上の回転が防止される。傾動角θの機械的可動角は動作的余裕を考慮して−２°≦θ≦９２°となるように調整ボルト１６２ａ、１６２ｂにより調整されている。
【００３３】
一方、ＥＣＵ３４から供給される目標スロットル開度θａは、０°≦θａ≦９０°として表され、通常動作時には終段ギア１５６が第１ストッパ１５８又は第２ストッパ１６０を強く押圧する状態、いわゆる突き当て状態の発生が防止され、目標スロットル開度θａと傾動角θとの偏差が存在することに基づくブラシレスモータ１３０に対する過電流を防止することができる。
【００３４】
ボディ１２３と終段ギア１５６との間におけるバルブ軸１２６の周りにはリターンスプリング１６４が設けられており、終段ギア１５６を図５における時計方向に付勢している。これにより、ブラシレスモータ１３０が非通電状態であるときには、終段ギア１５６は調整ボルト１６２ａに当接し（図５に示す状態）、バタフライバルブ１２８の傾動角θは、θ＝−２°の位置で保持される。また、リターンスプリング１６４は、減速機構１３２に予圧を与えるため各ギア同士の噛合を補強するための補強手段として作用し、ギア同士の滑りを防止し、バルブの開度精度を向上させることができる。リターンスプリング１６４には、例えばトーションスプリングが用いられる。
【００３５】
バルブ軸１２６の周りには、さらにコイルスプリング１６６が設けられており、スラストベアリング１４６ａの端面に対して予圧としての付勢力を与え、がたの発生を防止している。なお、減速機構１３２、リターンスプリング１６４及びコイルスプリング１６６は、塵挨等から保護するためのカバー１６８によって覆われているが、図５に示す側面図においては、減速機構１３２を視認できるようにカバー１６８を取り外した状態で図示している。
【００３６】
図４に示すように、ブラシレスモータ１３０における出力軸１３０ａの一端には前記の初段ギア１５０が設けられており、他端はロータリエンコーダ１３４に連結されている。
【００３７】
ロータリエンコーダ１３４はいわゆるインクリメンタル型であって、ブラシレスモータ１３０の出力軸１３０ａに連結された検出軸１３４ａと、該検出軸１３４ａに設けられた円板１３４ｂと、該円板１３４ｂを挟んだ対向位置に設けられた複数の発光素子１３４ｃ及び複数の受光素子１３４ｄと、受光素子１３４ｄの検出信号を調整するアンプ１３４ｅとを有する。円板１３４ｂには回転角度に応じた多数のスリットが設けられており、受光素子１３４ｄではスリットを介して受光した検出信号をアンプ１３４ｅに供給する。このようなロータリエンコーダ１３４ではスリットのパターンに基づいて、回転角度に対応したパルス信号であるＡ相信号と、該Ａ相信号に対して９０°位相の異なるＢ相信号と、所定の基準角度を示すＺ信号とを出力し、それぞれコントローラドライバ１１８に供給する。また、コントローラドライバ１１８からはロータリエンコーダ１３４に対して、電源ラインとしてのＶｃｃ及びＧｎｄを介して電力供給を行っている（図３参照）。
【００３８】
次に、このように構成されるバルブ開度制御装置１００の作用について、図８を参照しながら説明する。図８に示される処理は、搭乗者が図示しないイグニッションキーをオンにする操作に基づいてコントローラドライバ１１８に電源が供給されることにより処理が開始され、具体的には、内部のＣＰＵ（Central Processing Unit）により所定の記憶部からプログラムを読み込み実行することによりソフトウェア処理として行われる。
【００３９】
先ず、ステップＳ１において、所定の初期化処理を行う。つまり、ポテンショメータ１３６から得られる角度に関する信号Ｓｇを確認して断線等の異常がないことを確認するとともに、その他の所定のフェイル調査を行う。フェイル調査により断線等の異常が認められた場合には、その旨をＥＣＵ３４に通知するとともに、所定のフェイル対応処理であるステップＳ１１に移る。異常が認められない場合には次のステップＳ２へ移る。
【００４０】
また、ステップＳ１においては、終段ギア１５６がリターンスプリング１６４から付勢されていることにより、θ≒−２°となっていると想定されることから、信号Ｓｇに基づいてバルブ軸１２６の傾動角θが−２°近傍の値となっていることを確認する。
【００４１】
さらに、この時点で出力軸１３０ａの回動角計測用のアップダウンカウンタＣｎの値を０にリセットする。この後、図示しない並列的な専用処理（又は割り込み処理等）において、アップダウンカウンタＣｎはロータリエンコーダ１３４から得られるＡ相信号及びＢ相信号のパルスに基づいてリアルタイムで増減される。
【００４２】
ステップＳ２において、ＥＣＵ３４から動作開始指示を受けることにより初期動作としてブラシレスモータ１３０を駆動し、傾動角θが０°となりロータリエンコーダ１３４からＺ信号を受信するまでブラシレスモータ１３０を回転させ、Ｚ信号を受信した時点で駆動を一時停止し、所定の位置保持処理を行う。
【００４３】
また、Ｚ信号を受信した時点で位置補正パラメータＣｚに対する設定として、Ｃｚ←Ｃｎとして代入処理を行う。以後、アップダウンカウンタＣｎから位置補正パラメータＣｚを減算することにより、傾動角θが０°である位置を基準とした正確な角度検出が可能となる。すなわち、傾動角θはθ＝Ｃｎ−Ｃｚとして表されることになる。
【００４４】
ステップＳ３において、ＥＣＵ３４からの動作許可信号がその時点において有効に存続しているか否かを確認し、動作許可信号が無効である場合には待機し、有効である場合にはステップＳ４へ移る。
【００４５】
ステップＳ４において、所定の電源回路から供給される電源電圧値を確認し、規定範囲内であればステップＳ５へ移り、規定範囲外であればステップＳ１１のフェイル処理へ移る。つまり、電源電圧が過大である場合にはブラシレスモータ１３０に対してダメージを与えるおそれがあり、過小である場合には必要な回転トルクが得られないおそれがあるため、ステップＳ４における電源電圧監視処理を行うことによりこのような事態が発生することを防止している。
【００４６】
ステップＳ５において、ＥＣＵ３４から供給される目標スロットル開度θａの値を確認し、前回値と比較して変化の有無に基づく分岐処理を行う。つまり、目標スロットル開度θａが不変である場合にはステップＳ８へ移り所定の現状位置保持処理を行い、変化がある場合にはステップＳ６へ移る。
【００４７】
ステップＳ６においては、ブラシレスモータ１３０をパルス駆動するための出力パルス数Ｐｏの算出を次の（１）式に基づいて行う。
【００４８】
【数１】
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【００４９】
ここで、Ｒは減速機構１３２の減速比であり、Ｐｅはロータリエンコーダ１３４が出力する１回転当たりのパルス数であり、ともに固定値である。この（１）式の右辺第１項によれば、０°〜９０°の単位で供給される目標スロットル開度θａを３６０°で除算するとともに減速比Ｒ及びパルス数Ｐｅを乗算することにより、１回転あたりＲ×Ｐｅとなるように単位変換される。また、バルブ軸１２６の回転角度として表される目標スロットル開度θａをブラシレスモータ１３０の出力軸１３０ａの回転角度として表すことができる。仮に、Ｒ＝２０、Ｐｅ＝５００とすると、０°〜９０°の目標スロットル開度θａは、出力パルス数Ｐｏとして０〜２５００のパルスで表されることになる。
【００５０】
また、この値（つまり、（１）式の右辺第１項）から（１）式の右辺第２項を差し引くことによって、その時点の角度偏差をパルス数に変換した値として出力パルス数Ｐｏが求められる。（１）式の右辺第２項は、アップダウンカウンタＣｎから位置補正パラメータＣｚを減算した値であり、傾動角θがθ＝０°となる位置を基準とした出力軸１３０ａの回転角度を示す。
【００５１】
（１）式から明らかなように、この出力パルス数Ｐｏの単位は、０．０３６°（＝９０／２５００）であり、十分小さい値とすることができる。換言すれば、バルブ軸１２６が１／４回転（０°〜９０°）する際に出力軸１３０ａは増速されて５回転することになり、ロータリエンコーダ１３４の１回転当たりの出力パルス数Ｐｏ（＝５００）のさらに５倍のパルス数（＝２５００）の計測精度が得られることになる。
【００５２】
ステップＳ７において、ステップＳ６で求められた出力パルス数Ｐｏに基づいてブラシレスモータ１３０をパルス駆動する。これにより、出力軸１３０ａが回転するとともにバルブ軸１２６が従動的に回転し、バルブ軸１２６の傾動角θが目標スロットル開度θａに一致する。この場合、ブラシレスモータ１３０の出力トルクも減速比Ｒに応じて増大してバルブ軸１２６に伝達されるため、流体力や摩擦力等に抗してバルブ軸１２６を確実に動作させることができる。
【００５３】
また、出力パルス数Ｐｏは、その時点の角度偏差をパルス数に変換した値として求められて出力されることから、一種のフィードバック制御がなされることになる。
【００５４】
ステップＳ７又はステップＳ８の処理後、ステップＳ９において、ブラシレスモータ１３０に対する過電流判定処理を行い、過電流が発生していると判定される場合にはステップＳ１１のフェイル処理へ移り、電流値が正常範囲内である場合にはステップＳ１０へ移る。
【００５５】
ステップＳ１０において、背圧弁５８の各種の異常判定を行い、正常である場合にはステップＳ３へ戻ってブラシレスモータ１３０の制御を継続し、異常が認められる場合には、ステップＳ１１のフェイル処理へ移る。このステップＳ１０において行う異常判定としては、例えばブラシレスモータ１３０の駆動に対してポテンショメータ１３６の信号Ｓｇが正常に追従していることの確認判定が挙げられる。信号Ｓｇが追従してないと認められる場合には、減速機構１３２等に不具合があると判断されるため、ステップＳ１１へ移る。
【００５６】
なお、図８に示す処理は微小時間で繰り返し実行されており、仮に異常が発生した場合であってもステップＳ１、Ｓ４、Ｓ９及びＳ１０の各異常判定処理によって即時にフェイル処理であるステップＳ１１へ移行することにより、背圧弁５８を適切に保護することができる。また、ステップＳ１１は不測の事態に対応するために設けられているものであり、通常はこのような異常が発生することがないように設定されていることはもちろんである。
【００５７】
上述したように、本実施の形態に係る燃料電池二輪車１０においては、排出手段３２に排ガスの圧力を調整する背圧弁５８が設けられ、バルブ開度制御装置１００により制御される。背圧弁５８に供給される空気は加給器４８によって圧縮されており、しかも供給管路は比較的小径であるため、通過空気量を適正に保つためには傾動角θを高精度に調整する必要がある。
【００５８】
これに対して、バルブ開度制御装置１００においては、ロータリエンコーダ１３４が出力するパルス信号であるＡ相信号、Ｂ相信号及びＺ信号に基づいてブラシレスモータ１３０の出力軸１３０ａの回動量及びバルブ軸１２６の傾動角θを求めることにより、電気的ノイズの影響を低減することができ、これによりバタフライバルブ１２８の微動を防止して流体通路１２４の開度を高精度に制御することができる。したがって、燃料電池１２における内圧を正確に制御でき発電量が安定する。発電量が安定することにより、例えば、燃料電池二輪車１０の走行性能が向上する。
【００５９】
また、ロータリエンコーダ１３４はアナログ式のセンサと比較して直線性、温度特性等が優れており、比較的廉価の型であっても所定の精度の検出が可能である。バルブ開度制御装置１００では、アナログ式のポテンショメータ１３６を併用しているが、該ポテンショメータ１３６は、基本的には減速機構１３２の異常検出等の不測事態に対応するためのものであり、設計事項に基づいて省略することも可能である。すなわち、バルブ開度制御装置１００では、回転検出用にロータリエンコーダ１３４のみを用いて背圧弁５８の制御が可能であり、廉価に構成することができる。また、多くのブラシレスモータには、回転制御用にロータリエコーダが付属していることから、これをバルブ軸１２６の傾動角θの検出用に兼用も可能である。
【００６０】
ブラシレスモータ１３０とバルブ軸１２６との間には減速機構１３２が設けられていることから、バルブ軸１２６の回転は増速されてロータリエンコーダ１３４に伝達されることとなり、実質的に傾動角θの回転検出の分解能が向上する。また、仮にロータリエンコーダ１３４の出力信号にノイズが加わってもその影響は減速機構１３２の減速比Ｒに応じて低減され、バタフライバルブ１２８が発生する振動を抑制することができる。
【００６１】
さらに、アクチュエータとしてはブラシレスモータ１３０に限らず種々のモータを用いることができる。回転検出センサとしてはロータリエンコーダ１３４に限らず、ホールＩＣやレゾルバを用いても同様の効果が得られる。
【００６２】
燃料電池二輪車１０のバルブ開度制御装置１００においてはロータリエンコーダ１３４が駆動側のブラシレスモータ１３０の側に設けられていることから、受動側であるバルブ体の構造、形状、大きさに対して制限がなく、例えばアクチュエータにより駆動されるニードルバルブやスプールバルブに適用してもよい。
【００６３】
本発明に係る燃料電池車両は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施の形態に係る燃料電池二輪車の側面図である。
【図２】燃料電池二輪車における燃料電池システムのブロック構成図である。
【図３】バルブ開度制御装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【図４】スロットルバルブの断面正面図である。
【図５】スロットルバルブの側面図である。
【図６】スロットルバルブの断面平面図である。
【図７】流体通路内におけるバタフライバルブの動作を示す模式図である。
【図８】バルブ開度制御装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
１０…燃料電池二輪車                    １２…燃料電池
２６…燃料電池システム                  ２８…反応ガス供給手段
３０…水素ガス供給手段                  ３２…排出手段
５８…背圧弁                            １００…バルブ開度制御装置
１１２…吸気通路                        １１８…コントローラドライバ
１２４…流体通路                        １２６…バルブ軸
１２８…バタフライバルブ                １３０…ブラシレスモータ
１３０ａ…出力軸                        １３２…減速機構
１３４…ロータリエンコーダ              １５０…初段ギア
１６４…リターンスプリング（補強手段）
θ…傾動角                              θａ…目標スロットル開度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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