JP2006087206A - 燃料電池車両および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池システムのガス配管ラインに消音部が備えられていることに着目してなされたものであり、これを有効に利用して走行状況に応じた違和感の少ない走行音を発生することができる燃料電池車両を提供することを課題とする。
【解決手段】 ガス配管ライン５に消音部２０を備える燃料電池システム３を搭載した燃料電池車両１において、消音部２０は、燃料電池車両１の走行状況に応じて消音能力を可変可能に構成されているものである。低速の走行状況のときに、消音部２０の消音能力が低下する。例えば、消音部２０は、走行状況に基づいて消音器２１およびバイパス通路２３のいずれかに切り替える方向制御弁２４を備える。方向制御弁２４は、ガスの流速により機械的に作動するものでもよいし、制御装置５１により切替え動作を制御するようにしてもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、走行音が静粛な燃料電池車両および車両に関するものである。

電気自動車に代表される電気車両の走行音は、内燃機関を搭載したエンジン車両に比べて小さい。このため、低速走行中の電気自動車が歩行者等に接近しても、歩行者等は電気自動車の存在に気づかない場合がある。そこで安全面に配慮して、エンジン擬似音を発生させる擬似音発生装置を電気自動車に搭載し、電気自動車の走行状況に応じて擬似音発生装置のスピーカから擬似音を発生させるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。
特開２００１−２８２２６３号公報（第３頁および第１図） 特開平７−３２９４８号公報（第１図）

このような従来の電気自動車によれば、その走行状況に応じた擬似音で歩行者等に注意を喚起できる点では有用である。しかし、スピーカなどの擬似音発生装置の装備が別途必要であった。また、擬似音であるゆえに実際の動作音と異なるため、運転者や歩行者等にとって違和感があった。

本発明は、燃料電池システムのガス配管ラインに消音部が備えられていることに着目してなされたものであり、これを有効に利用して走行状況に応じた違和感の少ない走行音を発生することができる燃料電池車両を提供することをその目的としている。

また、他の本発明は、排気系に消音部が備えられていることに着目し、これを有効に利用して違和感の少ない走行音で車外対象に対して車両の接近を伝達することができる車両を提供することをその目的としている。

本発明の燃料電池車両は、ガス配管ラインに消音部を備える燃料電池システムを搭載した燃料電池車両において、消音部は、燃料電池車両の走行状況に応じて消音能力を可変可能に構成されているものである。

この構成によれば、走行状況に応じて消音部の消音能力が変更されるため、走行状況に応じた音を発することが可能となる。このように、通常の燃料電池システムにおいて備えられるガス配管ラインの消音部を有効に利用することで、擬似音源たる擬似音発生装置などが不要となるなど構造上簡素化し易い上、走行状況に応じた違和感の少ない音を発生することができる。

ここで、燃料電池車両に搭載される燃料電池システムとしては、天然ガスなどの原燃料から水素を主成分とする燃料ガスに車上にて改質するシステムであってもよいし、燃料ガスを貯蔵する高圧タンクや吸蔵合金を車上に搭載するシステムであってもよい。燃料電池車両用の燃料電池としては、固体高分子型が主流であるが、もちろんこれに限るものでなく、例えばリン酸型の燃料電池などであってもよい。また、燃料電池車両としては、四輪や二輪の自動車、電車、自転車などが挙げられる。さらに、消音部のガス配管ラインにおける位置は、例えば燃料電池の上流側であってもよいし、その下流側であってもよい。

ここで、「走行状況」とは、燃料電池車両の走行（移動）に関する状態量（速度、加速度、減速度、旋回状態などの車両運動状態）、走行の駆動源となる燃料電池の運転状態（発電量、ガス量）、車輪を回転させるモータの駆動状態（モータ回転数、モータトルク）、燃料電池車両が走行する環境情報（路面μ、市街地や郊外地などの位置情報、標高、周囲の施設情報、周囲の人物存在の有無、周囲の移動体存在の有無）など、を意味する。好ましくは、特定の走行状況では、以下のように消音部の消音能力が変更される。

この場合、消音部は、燃料電池車両の低速走行または市街地走行の走行状況のときに、消音能力を低下可能に構成されていることが、好ましい。

一般に、低速走行時にはガス配管ラインのガスの流量が低下するため、消音能力が不変の消音部では十分に消音されることになる。そこで上記構成のように、消音部の消音能力を低下させることで、低速走行時に発生する音量を増大させることができる。これにより、低速走行する場合に、歩行者や自転車等の他の車両等に対して燃料電池車両の接近を認識させることが可能となる。
また一般に市街地は、歩行者など人物がいることが多かったり、混雑や幅員減少など諸般の事情によっては低速走行を余儀なくされる場合がある。上記構成により、この場合にも歩行者等に対して燃料電池車両の接近を認識させることが可能となる。
ここで、燃料電池車両の低速走行時には燃料電池は一般に低負荷となり、その高速走行時には燃料電池は一般に高負荷となる。

同様に、消音部は、燃料電池車両の高速走行または郊外地走行の走行状況のときに、消音能力を上昇可能に構成されていることが、好ましい。

この構成によれば、上記の場合とは逆に、高速走行時にはガスの流量が増大して音が大きく発生し易いが、消音能力が上昇した消音部により必要以上の音を減衰することができる。また、燃料地車両の接近を知らせる意義が少ない、周囲が自然で囲まれたような郊外地においても、必要以上に音を発生させなくて済む。

これらの場合、消音部は、ガス配管ラインのガスを導入して消音可能な消音器を備え、消音器の内部は、消音能力の異なる少なくとも二つの消音空間と、少なくとも二つの消音空間を走行状況に基づいて切り替える切替え手段と、を有することが、好ましい。

この構成によれば、消音器に導入されたガスは、走行状況に応じた一の消音空間に切替え手段によって導かれる。これにより、走行状況に応じた音を適切に発生または減衰することができる。また、一つの消音器内に二以上の消音空間および切替え手段を設けているため、消音部全体として燃料電池車両に占めるスペースを小さくすることも可能となる。
ここで、消音器は、反転型や多段膨張型などで構成することができる。例えば、少なくとも二つの消音空間を、その流路断面積が異なるものとしてもよい。一つの消音空間の消音能力を実質的にゼロとしてもよい。また、消音器には、グラスウールなどの吸音材を設けてもよいし、共鳴により音を減衰する共鳴部などを設けてもよい。

同様に、消音部は、ガス配管ラインのガスを導入して消音する消音器と、消音器をバイパスするバイパス通路と、走行状況に基づいて消音器およびバイパス通路のいずれかに切り替える切替え手段と、を有することが、好ましい。

この構成によれば、走行状況に応じて切替え手段によって切り替えられ、消音部に導入されたガスは、消音器またはバイパス通路に導かれる。これにより、例えば走行状況において消音が要求される場合には、消音器にガスを導入することができる。また、走行状況において音の発生が要求される場合には、バイパス通路にガスを導入することができる。なお、このような仕様を考慮すると、大流量のガスの場合について十分な消音効果が得られるように消音器を設計しておけばよい。

また同様に、消音部は、ガス配管ラインのガスを導入して消音可能に構成されていると共にその消音能力の異なる少なくとも二つの消音器と、少なくとも二つの消音器を走行状況に基づいて切り替える切替え手段と、を有することが、好ましい。

この構成によれば、消音部に導入されたガスは、走行状況に応じた一の消音器に切替え手段によって導かれるため、走行状況に応じて音を適切に発生または減衰することができる。また、切替え手段を消音器内に設けなくて済むため、これらの構成を極力複雑化させることがない。このような構成は、消音部の車載スペースに比較的ゆとりがある場合に有用となる。

これらの場合、走行状況を検出する検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて、切替え手段の切替え動作を制御する制御装置と、を更に備えたことが、好ましい。

この構成によれば、走行状況の検出結果に基づいて制御装置が制御するため、切替え手段の切替え動作を適切に行うことができる。

この場合、検出手段は、ガス配管ラインに設けられ、ガスの流量を検出する流量計であることが、好ましい。

この構成によれば、ガス配管ラインにおける音と密接な関係にあるガスの流量を検出するため、走行状況に応じた音をより一層適切に発生または減衰することができる。なお好ましくは、流量計は、ガス配管ラインにおいて燃料電池の上流側に設けられる。燃料電池でのガス反応により水が生成されるが、流量計を燃料電池の上流側におけるガス配管ラインに設けることで、流量計がこの生成水の影響を受けなく済む。

上記の場合、同様に、検出手段は、燃料電池車両の速度を検出する車速計であることが、好ましい。

この構成によれば、燃料電池車両の速度に応じた音を適切に発生または減衰することができる。

また同様に、検出手段は、燃料電池車両の走行位置をＧＰＳ信号により検出することが、好ましい。

この構成によれば、燃料電池車両の走行位置に応じた音を適切に発生または減衰することができ、例えば市街地と郊外地とで音の状況を変えることができる。

また上記の場合、ガス配管ラインに設けられ、酸化ガスを燃料電池に圧送する加圧装置と、加圧装置を走行状況に基づいて制御する制御装置と、を更に備え、制御装置は、加圧装置への制御指令値から推定された酸化ガスの流量に基づいて、切替え手段の切替え動作を制御することが、好ましい。

この構成によれば、ガス配管ラインにおける音と密接な関係にある酸化ガスの推定流量に基づくため、走行状況に応じた音をより一層適切に発生または減衰することができる。特に、上記のような流量計や車速計を用いなくても済む。

また同様に、走行状況を検出する検出手段と、検出手段による検出結果を車内者に報知する報知手段と、車内者による操作により切替え手段を切替え操作可能な操作手段と、を更に備えたことが、好ましい。

この構成によれば、走行状況が報知手段によって車内者に伝達されるため、車内者は、適宜、操作手段によって消音能力を変更することができる。これにより、例えば運転者はクラクションなどを用いることなく、違和感の少ない走行音で燃料電池車両の接近を歩行者等に認識させることができる。
ここで、報知手段は、ランプなどの表示やブザーなどの音により視聴覚的に検出結果を車内者に報知する場合であってもよいし、例えば微振動など触覚的に報知する場合であってもよい。ここで、車内者には、運転手のほか、助手席など運転席以外の席に乗車している者も含まれる。

また同様に、切替え手段は、ここを流れるガスの流速に基づいて機械的に切替え動作することが、好ましい。

この構成によれば、切替え手段がガスの流速により機械的に切り替えるため、センサなどを用いることなく、消音能力を変更することができる。

これらの場合、切替え手段は、方向制御弁であることが、好ましい。

この構成によれば、簡易な構成で消音能力を変更することができる。

これらの場合、消音器は、ガス配管ラインにおいて燃料電池の下流側に設けられていることが、好ましい。

この構成によれば、消音器を燃料電池の上流側に設ける場合に比べ、燃料電池に対するガスの圧損の影響を小さくすることができる。

また、請求項１ないし３のいずれかの場合、走行状況を検出する検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて、消音部の消音能力を可変する制御装置と、を更に備えたことが、好ましい。

この構成によれば、走行状況の検出結果に基づいて制御装置が制御するため、走行状況に応じた消音部の消音能力に変更することができる。

同様に、ガス配管ラインに設けられ、酸化ガスを燃料電池に圧送する加圧装置と、加圧装置を走行状況に基づいて制御する制御装置と、を更に備え、制御装置は、加圧装置への制御指令値から推定された酸化ガスの流量に基づいて、消音部の消音能力を可変することが、好ましい。

この構成によれば、酸化ガスの推定流量に基づく制御装置の制御により、走行状況に応じた消音部の消音能力に変更することができる。

同様に、走行状況を検出する検出手段と、検出手段による検出結果を車内者に報知する報知手段と、車内者による操作により消音部の消音能力を可変操作可能な操作手段と、を更に備えたことが、好ましい。

この構成によれば、走行状況が報知手段によって車内者に伝達されるため、車内者は、適宜、操作手段によって消音能力を変更することができる。

本発明の車両は、ガス配管によってガスを供給されて駆動エネルギーを発生する駆動源と、駆動源からガスを排気する排気系と、排気系に設けられた消音部と、を備えた車両であって、消音部は、車両の走行状況に応じて消音能力を可変可能に構成されているものである。

この構成によれば、走行状況に応じて消音部の消音能力が変更されるため、走行状況に応じた音を発することが可能となる。これにより、ガスを用いて駆動エネルギーを発生する車両の排気系に通常備えられる消音部を有効に利用することで、擬似音発生装置などが不要となるなど構造上簡素化し易い上、走行状況に応じた違和感の少ない音を発生することができる。
ここで、駆動源としては、上記した燃料電池、ガソリン機関やディーゼル機関の内燃機関、または水素内燃機関である。すなわち、この構成では、燃料電池車両のみならず、内燃機関を走行の駆動源とするエンジン車両も対象となる。水素内燃機関の場合には、燃料電池を補記駆動用に用いてもよい。
ここで、「走行状況」とは、上記のように、車両の走行に関する状態量、走行の駆動源の運転状態（ガス量など）、車輪を回転させるモータの駆動状態（モータ回転数、モータトルク）、車両が走行する環境情報など、を意味する。

本発明の燃料電池車両によれば、ガス配管ラインの消音部を有効に利用して、走行状況に応じた違和感の少ない走行音を発生することができる。

本発明の車両によれば、排気系の消音部を有効に利用して、違和感の少ない走行音で車外対象に対して車両の接近を伝達することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。本発明の特徴部分は、消音部の消音能力を変更することで、各種車両がその走行状況に応じた違和感の少ない音を発生させる点にある。以下では、先ず燃料電池車両について燃料電池自動車を例に説明する。第１〜第３実施形態では、主として消音部の変形例について説明し、第４〜第５実施形態では、主として消音部の制御例について説明する。そして、残りの実施形態で応用例について説明する。なお、第２実施形態以降では、第１実施形態の構造と同一となる部分については、第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、燃料電池自動車１は、車体２に燃料電池システム３を搭載している。燃料電池システム３の燃料電池４が図外のインバータを介して図外の駆動モータに連結されており、駆動モータが図外の車軸を回転させる。この種の燃料電池車両は、図１に示すような四輪の燃料電池自動車１のみならず、二厘の自動車であってもよいし、または電車や自転車などであってもよい。

燃料電池４は、多数の単セルを積層したスタック構造からなる。燃料電池４は、酸化ガスとしての空気と、燃料ガスとしての水素ガスとの供給を受けて電力（駆動エネルギー）を発生する。燃料電池４としては、リン酸型など各種の種類があるが、ここでは固体高分子電解質型で構成されている。水素ガスを燃料電池４に供給する方法として、車体２において天然ガスなどの原燃料から水素ガスに改質する方法を用いてもよいし、あるいは水素ガスを貯留した高圧タンクを車体２に搭載する方法を用いてもよい。

燃料電池システム３のガス配管ライン５には、例えば高圧タンクからレギュレータを介して燃料電池４に水素ガスを供給するための燃料ガス供給ライン１１と、燃料電池４から水素オフガスを排出するための燃料ガス排出ライン１２と、燃料電池４に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給ライン１３と、燃料電池４から酸化オフガスを排出するための酸化ガス排出ライン１４と、が設けられている。燃料ガス排出ライン１２は、酸化ガス排出ライン１４に合流しており、水素オフガスは酸化オフガスに合流して最終的に車体２の外部に排気される。

酸化ガス供給ライン１３には、酸化ガスを燃料電池４に圧送するコンプレッサ１７（加圧装置）が設けられている。コンプレッサ１７は、大気中の空気を取り込んで加圧し、図外の加湿器を介して燃料電池４に酸化ガスとしての空気を供給する。コンプレッサ１７の駆動源となるモータの回転数を制御することで、燃料電池４に圧送する酸化ガスの流量が調整される。燃料電池自動車１の高速走行時など、燃料電池４が高負荷となると酸化ガスは大流量となる。一方、燃料電池自動車１の低速走行時など、燃料電池４が低負荷となると酸化ガスは小流量となる。

酸化ガス排出ライン１４には、図１において破線で囲まれた消音部２０が設けられている。消音部２０は、後述するように、燃料電池自動車１の走行状況に応じてその消音能力を可変可能に構成されている。また、図示省略したが消音部２０の上流側の酸化ガス排出ライン１４には、燃料電池４内の酸化ガスの圧力を調整する調圧弁が設けられており、調圧弁の下流側において燃料ガス排出ライン１２が接続されている。

消音部２０は、酸化オフガスと水素オフガスとの混合ガスを導入して消音する消音器２１と、消音器２１が介設された本流通路２２と、本流通路２２と並列に設けられて消音器２１をバイパスするバイパス通路２３と、燃料電池自動車１の走行状況に基づいて混合ガスの流路を消音器２１側の本流通路２２およびバイパス通路２３のいずれかに切り替える方向制御弁２４と、を有している。

消音器２１は、例えば、消音器２１の内部で混合ガスを膨張させることで消音効果を発揮する膨張型のものや、消音器２１の内部で混合ガスを反転させることで消音効果を発揮する反転型のもので、構成することができる。消音器２１の内部は、グラスウールなどの吸音材を配設可能に構成されている。本実施形態の消音器２１は、主として、大流量時の酸化オフガスまたは混合ガスの消音を可能に構成されている。なお、消音器２１は、方向制御弁２４の本流通路２２側の排気ポートに直接取り付けることができる構成であってもよい。

バイパス通路２３は、その上流端が方向制御弁２４の排気ポートに接続され、下流端が本流通路２２における消音器２１の下流側に接続されている。バイパス通路２３は、本流通路２２に比較して小さなまたは同等の内径の管で構成されている。バイパス通路２３には、消音作用のある補助機器（例えばフィルタなど）は設けられていない。このため、バイパス通路２３を通った混合ガスは、消音作用を受けずに本流通路２２の下流側から外部へと排気される。

方向制御弁２４は（切替え手段）、三方弁で構成され、供給ポートが燃料電池４側の本流通路２２に接続されている。方向制御弁２４は、ここを流れるガス（すなわち混合ガス）の流速に基づいて、機械的に切替え動作するように構成されている。

具体的には、混合ガスが大流量となる燃料電池自動車１の高速走行の走行状況のときには、混合ガスの流速は高速となる。混合ガスが高流速となると、方向制御弁２４は機械的に消音器２１側へと切替え動作される。これにより、混合ガスは、消音器２１を通り、消音されて外部へと排気される。すなわち、高速走行の走行状況のときには、消音部２０の消音能力は、全体として上昇することになる。

一方、混合ガスが小流量となる燃料電池自動車１の低速走行の走行状況のときには、混合ガスの流速は低速となる。混合ガスが低流速となると、方向制御弁２４は機械的にバイパス通路２３側へと切替え動作される。これにより、混合ガスは、消音器２１を通らずにバイパス通路２３を通って、外部へと排気される。すなわち、混合ガスは消音部２０では消音されないことから、低速走行の走行状況のときには、消音部２０の消音能力は、全体として低下し実質ゼロとなる。

以上のように、本実施形態の燃料電池自動車１によれば、その走行状況に応じて消音部２０の消音能力が機械的に変更される。したがって、高速走行となって消音部２０の消音能力が上昇する場合には、必要以上の騒音の発生を防止することができる。また、低速走行となって消音部２０の消音能力が低下する場合には、混合ガスの流速に応じた気流音が発生する。これによって、低速走行時に、歩行者や自転車等の他の車両に対して、燃料電池自動車１の接近をその動作音によって認識させることができる。

つまり、本実施形態と異なり、低速走行時にも混合ガスを消音器２１に導くと、気流音（排気音）が十分に消音されて燃料電池自動車１の接近が認識され難い。これに対し、本実施形態のように、低速走行時に混合ガスを消音器２１に通さないことで、相対的ではあるが、排気音を増大させることができる。したがって、低速走行時に、燃料電池自動車１の接近について歩行者等に注意を好適に喚起することができる。

このように、本実施形態によれば、一般にエンジン車両と比べて静粛な走行音の燃料電池自動車１であっても、酸化ガス排出ライン１４の消音部２０を有効に利用して、その消音能力を走行状況に応じて変更することで、走行状況に応じた音を発することが可能となる。これによって、従来のような擬似音発生装置など別途設ける必要がなくなり、構造上簡素化することができると共に、違和感の少ない動作音を発生することができる。

なお、本実施形態では、消音部２０を酸化ガス排出ライン１４に設けたが、消音部２０を酸化ガス供給ライン１３に設けることもできる。もっとも、コンプレッサ１７により燃料電池４に圧送される酸化ガスの圧損の影響を考慮すると、本実施形態のような燃料電池４の下流側に消音部２０を設けることが好ましい。

また、燃料ガス排出ライン１２を消音部２０の上流側の酸化ガス排出ライン１４に接続しているが、もちろんこの位置に限るものでもない。例えば、その接続位置は、消音部２０の下流側であってもよいし、方向制御弁２４と消音器２１との間の本流通路２２であってもよい。後者の場合には、方向制御弁２４は、混合ガスの流速ではなく、酸化オフガスの流速に基づいて切替え動作することになる。

また、切替え手段として機能する方向制御弁２４は、ガスの流速に限らず、ガスの圧力や流量等が切替え動作のための設定要素として構成されてもよい。また、方向制御弁２４を圧力印加可能な弁として構成してもよく、方向制御弁２４が、所定の圧力を印加されることで切替え動作を機械的に行うように構成されてもよい。例えば、酸化ガス供給ライン１３の酸化ガスの圧力、酸化ガス排出ライン１４の酸化オフガスの圧力、燃料ガス供給ライン１１の水素ガスの圧力、または、燃料ガス排出ライン１２の水素オフガスの圧力、を方向制御弁２４に作用させてもよい。

なお、方向制御弁２４は、消音器２１側およびバイパス通路２３側のいずれかに完全に切り替える構成でなくてもよく、排気される混合ガスの流量を消音器２１側およびバイパス通路２３側に所定量ずつ分配する分配器として構成されてもよい。例えば、分配器は、低速走行時には消音器２１側に比べてバイパス通路２３側に混合ガスの流量を多く導き、一方高速走行時にはバイパス通路２３側に比べて消音器２１側に混合ガスの流量を多く導くことができる。

＜第２実施形態＞
次に、図２を参照して、第２実施形態に係る燃料電池自動車１について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。図２は、燃料電池自動車１に搭載された燃料電池システム３を示している。第１実施形態との相違点は、消音部２０の構成である。

消音部２０は、酸化ガス排出ライン１４の混合ガスを導入して消音可能な消音器２１を備えている。消音器２１の内部は、消音能力の異なる二つの消音空間３１ａ、３１ｂに区画されている。消音器２１の内部のガス入口側には、混合ガスを導く通路として二つの消音空間３１ａ、３１ｂを切り替える方向制御弁２４が設けられている。方向制御弁２４は、第１実施形態と同様の構造であり、燃料電池自動車１の走行状況に基づいて機械的に作動し、二つの消音空間３１ａ、３１ｂをいずれかに切り替える。

一方の消音空間３１ａは、燃料電池自動車１の高速走行時における大流量の混合ガスに対応した消音能力を有しており、必要以上の騒音を発生させないように大流量の混合ガスを消音する。他方の消音空間３１ｂは、燃料電池自動車１の低速走行時における小流量の混合ガスに対応した消音能力を有している。この消音空間３１ｂは、第１実施形態のバイパス通路２３に相当する機能を奏すればよく、その消音能力が実質ゼロであってもよいし、僅かに消音可能に構成されてもよい。

このように、消音部２０は、燃料電池自動車１の高速走行の走行状況のときには、方向制御弁２４が消音空間３１ａ側に切り替えて、全体として消音能力が上昇するように構成されている。一方、消音部２０は、低速走行の走行状況のときには、方向制御弁２４が消音空間３１ｂ側に切り替えて、全体として消音能力が低下するように構成されている。

なお、各消音空間３１ａ、３１ｂは、その容積の大きさ（長さ、断面積）、空間の形状等を適宜設定することで消音機能を発揮する。各消音空間３１ａ、３１ｂの構造は、膨張型や反転型などで構成することができ、例えば消音空間３１ａ側にのみ吸音材を配設するなど、適宜設計することができる。また例えば、消音空間３１ｂを単なる通路として構成してもよい。すなわち、各消音空間３１ａ、３１ｂは、消音したい排気音の周波数帯域に応じて適宜設定可能である。

したがって、本実施形態によっても、燃料電池自動車１の走行状況に応じて消音部２０の消音能力が変更されるため、走行状況に応じた動作音を適切に発することが可能となる。本実施形態では特に、単一の消音器２１内に二つの消音空間３１ａ、３１ｂおよび方向制御弁２４を設けているため、燃料電池自動車１において消音部２０全体としてのスペースを大きく占有しないで済む。

なお、消音空間３１の個数は二つに限られるものではなく、例えば三つとしてもよい。この場合には、例えば超低速用の消音空間、低速用の消音空間、これら以外の高速用の消音空間として構成してもよい。また、消音空間３１の個数の増加に対応して、方向制御弁２４の排出側ポートの個数も増加し、例えば三つの消音空間３１の場合には排出側ポートは三つとなる。

さらに、第１実施形態で説明したように、消音部２０のガス配管ライン５における位置や、方向制御弁２４の分配器への代替構成など、各種構成の変形例についても本実施形態で適用することができる。この点、以下の実施形態でも、構造上可能となる場合には適用可能である。

＜第３実施形態＞
次に、図３を参照して、第３実施形態に係る燃料電池自動車１について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。図３は、燃料電池自動車１に搭載された燃料電池システム３を示している。第１実施形態との相違点は、消音部２０の構成である。

消音部２０は、酸化ガス排出ライン１４の混合ガスを導入して消音可能な二つの消音器２１ａ、２１ｂと、二つの消音器２１ａ、２１ｂのいずれかに切り替える方向制御弁２４と、を有している。

一方の消音器２１ａは本流通路２２に介設され、他方の消音器２１ｂは本流通路２２と並列に設けられた分岐通路４１に介設されている。分岐通路４１の上流端は方向制御弁２４に接続され、その下流端は本流通路２２の消音器２１ａの下流側に接続されている。方向制御弁２４は、上記各実施形態と同様に、燃料電池自動車１の走行状況に基づいて機械的に作動し、混合ガスを導く流路としていずれかの消音器２１ａ、２１ｂが位置する通路に切り替える。

二つの消音器２１ａ、２１ｂは、消音能力が異なっており、第２実施形態の二つの消音空間３１ａ、３１ｂと同様に機能する。すなわち、本流通路２２側の消音器２１ａは、燃料電池自動車１の高速走行時における大流量の混合ガスに対応した消音能力を有しており、必要以上の騒音を発生させないように大流量の混合ガスを消音する。分岐通路４１側の消音器２１ｂは、燃料電池自動車１の低速走行時における小流量の混合ガスに対応した消音能力を有しており、その消音能力を実質ゼロで構成されてもよいし、僅かに消音可能に構成されてもよい。

したがって、本実施形態によっても、燃料電池自動車１の走行状況に応じて消音部２０の消音能力が変更されるため、走行状況に応じた動作音を適切に発することが可能となる。本実施形態では特に、第２実施形態とは異なり、方向制御弁２４を消音器２１内に設けなくて済むため、各消音器２１ａ、２１ｂの構成を単純化することができる。このような構成は、消音部２０の車載スペースに比較的ゆとりがある場合に有用となる。

なお、第２実施形態と同様に、消音能力の異なる消音器２１の個数は三つ以上であってもよく、その場合には方向制御弁２４の排出側ポートの個数も三つ以上となる。また、分岐通路４１の下流端を本流通路２２に接続しているが、もちろん外部に直接開放されていてもよい。

＜第４実施形態＞
次に、図４を参照して、第４実施形態に係る燃料電池自動車１について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。図４は、燃料電池システム３を要部として、燃料電池自動車１の制御構成を示している。第１実施形態との相違点は、消音部２０の消音能力の変更を制御装置５１（ＥＣＵ）により制御するようにしたことである。

本実施形態の方向制御弁２４は、上記各実施形態と異なり、混合ガスの流速によって機械的に切替え動作するものではなく、制御装置５１に接続されて、制御装置５１からの出力信号によって切替え動作が制御されるものである。この種の方向制御弁２４は、例えばソレノイドによって駆動される電磁弁タイプのものや、モータによって駆動される電動弁タイプのものや、圧電素子や磁歪素子などの電気・磁気力によって駆動されるタイプのもので、構成することができる。

また、燃料電池自動車１には、車体２に設けられた車速計５２と、ガス配管ライン５に設けられた流量計５３とが、燃料電池自動車１の走行状況を検出する検出手段として設けられている。車速計５２は、制御装置５１に接続されている。車速計５２によって、燃料電池自動車１の速度が計測される。

流量計５３は、制御装置５１に接続されている。また、流量計５３は、酸化ガス供給ライン１３においてコンプレッサ１７の上流側に設けられている。流量計５３によって、コンプレッサ１７によって燃料電池４に供給される酸化ガスの流量が計測される。

なお、この構成に代えて流量計５３を酸化ガス排出ライン１４に設けることもできる。もっとも、本実施形態のように、流量計５３を燃料電池４の上流側となる酸化ガス供給ライン１３に設けることで、流量計５３は、燃料電池４で生成された水の影響を受けなくて済む。

制御装置５１（ＥＣＵ）は、燃料電池４の運転を含め、燃料電池自動車１全体を統括制御する。制御装置５１は、いずれも図示省略したが、ＣＰＵ、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶したＲＯＭ、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭ、および入出力インターフェースを有し、これらは互いにバスを介して接続されている。入出力インターフェースには、コンプレッサ１７のモータや方向制御弁２４等を駆動する各種ドライバのほか、車速計５２や流量計５３などの各種のセンサが接続されている。

そして、ＣＰＵは、上記の構成により、ＲＯＭ内の制御プログラムに従って、入出力インターフェースを介して車速計５２や流量計５３の検出信号を入力し、ＲＡＭ内の各種データ等を処理した後、入出力インターフェースを介して各種ドライバに制御信号を出力することにより、燃料電池自動車１の走行状況に応じて消音部２０の消音能力を変更するように、燃料電池自動車１全体を制御している。

例えば、制御装置５１は、車速計５２の出力信号から、車速が閾値以下の低速走行の走行状況であるかの条件を満たすか否かを判定する。そして、その条件を満たすときには、制御装置５１は、方向制御弁２４に対しバイパス通路２３側に切り替える旨の制御信号を出力し、これを受けて方向制御弁２４はバイパス通路２３側に切替え動作を実行する。一方、車速が閾値よりも大きい例えば高速走行の走行状況であるときには、制御装置５１は、方向制御弁２４に対し消音器２１側に切り替える旨の制御信号を出力する。そして、この信号を受けて方向制御弁２４は、消音器２１側に切替え動作を実行する。

同様に、制御装置５１は、流量計５３の出力信号から、酸化ガスの流量が閾値以下であるかの条件を満たすか否かを判定する。そして、制御装置５１は、酸化ガスの流量が閾値以下であり、低速走行の走行状況であると判定したときには、方向制御弁２４に対しバイパス通路２３側に切り替える旨の制御信号を出力する。一方、酸化ガスの流量が閾値よりも大きく、例えば高速走行の走行状況であると判定したときには、方向制御弁２４に対し消音器２１側に切り替える旨の制御信号を出力する。

また例えば、制御装置５１は、このような検出手段（５２，５３）の検出結果やアクセルペダルの開度に応じて、コンプレッサ１７のモータの回転数を制御する。具体的には、制御装置５１は、燃料電池４の要求される負荷を判断し、その判断結果に基づいてコンプレッサ１７のモータの回転数をどの程度にするかを決定する。

制御装置５１は、その決定に基づいてコンプレッサ１７に制御信号を出力する一方で、その制御指令値に基づいて消音部２０へのガス（酸化オフガスまたは混合ガス）の流量を推定する。そして、制御装置５１は、その推定結果に基づいて方向制御弁２４に切替え信号を出力して、方向制御弁２４の切替え動作を制御する。

以上のように、本実施形態の燃料電池自動車１によれば、車速計５２や流量計５３の検出結果に基づいて、またはコンプレッサ１７への制御指令値から推定したガスの流量に基づいて、制御装置５１により方向制御弁２４を切替え動作することにより、消音部２０の消音能力を変更することができる。これにより、燃料電池自動車１の走行状況に動作音をより一層適切に発することが可能となる。

なお、制御例について図１の消音部２０に適用した例について説明したが、もちろん図２や図３の消音部２０にも適用することができる。また、燃料電池自動車１の走行状況を検出する検出する検出手段として、車速計５２および流量計５３を例に説明したが、もちろんこれらに限られるものではない。例えば、燃料電池自動車１の車軸を回転させる駆動モータの回転数を検出するようにしてもよい。

＜第５実施形態＞
次に、図５を参照して、第５実施形態に係る燃料電池自動車１について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。第１実施形態との相違点は、燃料電池自動車１が制御装置５１（ＣＰＵ）とナビゲーション装置６１とを具備し、ナビゲーション装置６１による検出結果に基づいて、消音部２０の消音能力の変更を制御するようにしたことである。

ナビゲーション装置６１は、車体２に搭載され、燃料電池自動車１の位置に関する位置情報であるＧＰＳ信号を受信する。ナビゲーション装置６１は、制御装置５１に接続されており、受信したＣＰＳ信号を制御装置５１に送る。すなわち、ナビゲーション装置６１は、燃料電池自動車１の位置情報を取得することで、燃料電池自動車１の走行状況を検出する検出手段として機能する。

制御装置５１は、第４実施形態と同様に構成されており、ナビゲーション装置６１からの信号を入力し、消音部２０の方向制御弁２４の切替え動作を制御する。具体的には、制御装置５１は、ナビゲーション装置６１からの入力によって、燃料電池自動車１が走行しているのが市街地であるか郊外地であるかを判断する。

市街地を走行していると判断した場合には、制御装置５１は、方向制御弁２４に対しバイパス通路２３側に切り替える旨の信号を出力し、燃料電池自動車１の走行音を増大させるようにする。すなわち、消音部２０の消音能力を低下させる。一方、郊外地を走行していると判断した場合には、制御装置５１は、方向制御弁２４体に対し消音器２１側に切り替える旨の信号を出力し、必要以上の騒音とならないように燃料電池自動車１の走行音を消音する。すなわち、消音部２０の消音能力を上昇させる。

以上のように、本実施形態の燃料電池自動車１によれば、その走行位置に関する走行状況に応じた消音部２０の消音能力に変更されるため、市街地と郊外地とでこれに適した動作音を適切に発することが可能となる。これにより、歩行者等が比較的多い市街地では、走行音を増大させることができるため、歩行者等に対して燃料電池自動車１の接近を認識させ易くし得る。一方で、歩行者等が比較的少ない、自然に囲まれた郊外地では、歩行者等に燃料地車両の接近を認識させる意味において、必要以上に音を発生させなくて済む。

なお、図１の消音部２０に適用した例について説明したが、もちろん図２や図３の消音部２０にも適用することができる。また、図４に示す第４実施形態のように、車速計５２等の検出手段が制御装置５１に接続されていてもよく、制御装置５１は、車速計５２や流量計５３の検出結果とナビゲーション装置６１の検出結果の両方を加味して、消音部２０の消音能力を可変するようにしてもよい。

＜第６実施形態＞
次に、図６を参照して、第６実施形態に係る燃料電池自動車１について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。上記実施形態との主な相違点は、燃料電池自動車１が報知手段７１と操作手段７２とを具備し、車内者への報知を起因として車内者が操作することにより、消音部２０の消音能力の変更をできるようにしたことである。

図６に示すように、制御装置５１には、検出手段７３、方向制御弁２４、コンプレッサ１７のほか、報知手段７１や操作手段７２が接続されている。検出手段７３には、図４および図５に示したように、例えば車速計５２、流量計５３およびナビゲーション装置６１が含まれ、これらはそれぞれ制御装置５１に接続されている。

報知手段７１は、検出手段７３による検出結果を車内者に報知可能に構成されている。報知手段７１は、例えばランプ８１など、検出結果を車内者に表示可能に表示する表示手段で構成することができる。また、報知手段７１は、例えばブザー８２など、検出結果を車内者に音声により伝達する手段で構成することができる。あるいは、報知手段７１は、例えば微振動など触覚的に検出結果を車内者に伝達する手段で構成することができる。

操作手段７２は、車内者による操作により方向制御弁２４を切替え操作可能に構成されている。操作手段７２は、車内者が手動により操作可能な例えばキーボタンやレバーなどで構成することができる。車内者が操作手段７２を操作すると、その操作信号が制御装置５１に入力され、制御装置５１が方向制御弁２４の切替え動作を制御するようになる。なお、操作手段７２は、報知手段７１の例えばランプ８１の光量設定や、ブザー８２の音量設定を調整可能に構成されていることが好ましい。

本実施形態の構成によれば、検出手段７３によって燃料電池自動車１の走行状況が適宜検出され、その検出結果が制御装置５１に送られる。制御装置５１は、その検出結果から例えば低速走行や市街地走行の走行状況であると判断すると、報知手段７１によって車内者に対してその旨を報知させる。

これにより、車内者は、操作手段７２によって消音部２０の消音能力を変更するか否かを選択することができるようになる。ここで、車内者が消音部２０の消音能力を低下させることを望む場合には、車内者は、操作手段７２を操作することによって、制御装置５１を介して方向制御弁２４をバイパス通路２３側に切り替えることができる。これにより、車内者は車載のクラクションなどを用いることなく、違和感の少ない走行音で燃料電池自動車１の接近を歩行者等に認識させることができる。

一方で、制御装置５１は、その検出結果から例えば高速走行や郊外地走行の走行状況であると判断した場合には、報知手段７１によっては車内者に報知させないように制御する。もっとも、制御装置５１は、報知手段７１によって車内者に対してその旨を報知するようにしてもよい。

このように、本実施形態の燃料電池自動車１によれば、車内者が操作手段７２によって消音部２０の消音能力を適宜変更することができ、走行状況に応じた動作音を適切に発することができる。なお、車内者には、運転手のほか、助手席など運転席以外の席に乗車している者も含まれる。

＜第７実施形態＞
次に、図７を参照して、第７実施形態に係るエンジン車両９１について説明する。本実施形態のエンジン車両９１は、車体９２に内燃機関９３を搭載している。内燃機関９３（駆動源）は、ガソリン機関またはディーゼル機関によって構成された場合には、その上流側のガス配管によってガス（混合気）を供給され、エンジン車両９１の走行のための駆動エネルギーを発生する。なお、内燃機関９３を水素内燃機関で構成することもできる。

内燃機関９３の排気系９４には、内燃機関９３から排気される排気ガスを外部に排出するエキゾーストパイプ９５が設けられている。排気系９４のエキゾーストパイプ９５には、排気ガスを浄化する触媒９６と、触媒９６の下流側に位置し、排気ガスの排気音を消音する消音部２０と、が設けられている。この消音部２０の要部が、図２に示す消音部２０の構成を具備して構成されている。なお、図２の消音部２０の構成については、第２実施形態で説明したのでここでは説明を省略する。

したがって、本実施形態のエンジン車両９１においても、その走行状況に応じて消音部２０の消音能力が可変される。この場合、エンジン車両９１が低速走行の走行状況のときには、消音部２０の方向制御弁２４が消音能力を低下させるように切り替えることになる。

このため、低速走行時には、走行音が増大することになる。これにより、特にエンジン車両９１の走行音が静粛である場合に、低速走行時における走行音を増大させることができ、歩行者等に対してエンジン車両９１の接近を違和感の少ない音で認識させることが可能となる。

また、エンジン車両９１が図５などに示す制御装置５１やナビゲーション装置６１を具備することで、エンジン車両９１が市街地走行時においても、消音部２０の消音能力を低下させることが可能となる。したがって、走行音が静粛なエンジン車両９１においても、燃料電池自動車１において適用した構成を消音部２０に採用することで、擬似音発生装置を装備することなく、低速走行時等の走行状況における歩行者等への安全性を適切に確保することができる。

なお、本実施形態のエンジン車両９１に、第１〜第６の各実施形態を適宜、適用できることは言うまでもない。その適用した例については説明を省略する。

第１実施形態に係る燃料電池車両の構成を示す構成図である。 第２実施形態に係る燃料電池車両の主要部の構成を示す構成図である。 第３実施形態に係る燃料電池車両の主要部の構成を示す構成図である。 第４実施形態に係る燃料電池車両の主要部の構成を示す構成図である。 第５実施形態に係る燃料電池車両の構成を示す構成図である。 第６実施形態に係る燃料電池車両の構成を示す構成図である。 第７実施形態に係るエンジン車両の構成を示す側面図である。

符号の説明

１ 燃料電池自動車、２ 車体、３ 燃料電池システム、４ 燃料電池、５ ガス配管ライン、１３ 酸化ガス供給ライン、１４ 酸化ガス排出ライン、１７ コンプレッサ（加圧装置）、２０ 消音部、２１ 消音器、２２ 本流通路、２３ バイパス通路、２４ 方向制御弁、３１ａ 消音空間、３１ｂ 消音空間、４１ 分岐通路、５１ 制御装置、５２ 車速計（検出手段）、５３ 流量計（検出手段）、６１ ナビゲーション装置（検出手段）、７１ 報知手段、７２ 操作手段、９１ エンジン車両、９４ 排気系

Claims (19)

1. ガス配管ラインに消音部を備える燃料電池システムを搭載した燃料電池車両において、
   前記消音部は、当該燃料電池車両の走行状況に応じて消音能力を可変可能に構成されている燃料電池車両。
2. 前記消音部は、当該燃料電池車両の低速走行または市街地走行の走行状況のときに、消音能力を低下可能に構成されている請求項１に記載の燃料電池車両。
3. 前記消音部は、当該燃料電池車両の高速走行または郊外地走行の走行状況のときに、消音能力を上昇可能に構成されている請求項１に記載の燃料電池車両。
4. 前記消音部は、前記ガス配管ラインのガスを導入して消音可能な消音器を備え、
   前記消音器の内部は、
   消音能力の異なる少なくとも二つの消音空間と、
   前記少なくとも二つの消音空間を前記走行状況に基づいて切り替える切替え手段と、を有する請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池車両。
5. 前記消音部は、
   前記ガス配管ラインのガスを導入して消音する消音器と、
   前記消音器をバイパスするバイパス通路と、
   前記走行状況に基づいて前記消音器および前記バイパス通路のいずれかに切り替える切替え手段と、
   を有する請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池車両。
6. 前記消音部は、
   前記ガス配管ラインのガスを導入して消音可能に構成されていると共にその消音能力の異なる少なくとも二つの消音器と、
   前記少なくとも二つの消音器を前記走行状況に基づいて切り替える切替え手段と、
   を有する請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池車両。
7. 前記走行状況を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて、前記切替え手段の切替え動作を制御する制御装置と、
   を更に備えた請求項４ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池車両。
8. 前記検出手段は、前記ガス配管ラインに設けられ、ガスの流量を検出する流量計である請求項７に記載の燃料電池車両。
9. 前記検出手段は、当該燃料電池車両の速度を検出する車速計である請求項７に記載の燃料電池車両。
10. 前記検出手段は、当該燃料電池車両の走行位置をＧＰＳ信号により検出する請求項７に記載の燃料電池車両。
11. 前記ガス配管ラインに設けられ、酸化ガスを燃料電池に圧送する加圧装置と、
    前記加圧装置を前記走行状況に基づいて制御する制御装置と、
    を更に備え、
    前記制御装置は、前記加圧装置への制御指令値から推定された酸化ガスの流量に基づいて、前記切替え手段の切替え動作を制御する請求項４ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池車両。
12. 前記走行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を車内者に報知する報知手段と、
    前記車内者による操作により前記切替え手段を切替え操作可能な操作手段と、
    を更に備えた請求項４ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池車両。
13. 前記切替え手段は、ここを流れるガスの流速に基づいて機械的に切替え動作する請求項４ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池車両。
14. 前記切替え手段は、方向制御弁である請求項４ないし１３のいずれか一項に記載の燃料電池車両。
15. 前記消音器は、前記ガス配管ラインにおいて燃料電池の下流側に設けられている請求項４ないし１４のいずれか一項に記載の燃料電池車両。
16. 前記走行状況を検出する検出手段と、
    前記検出手段の検出結果に基づいて、前記消音部の消音能力を可変する制御装置と、
    を更に備えた請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池車両。
17. 前記ガス配管ラインに設けられ、酸化ガスを燃料電池に圧送する加圧装置と、
    前記加圧装置を前記走行状況に基づいて制御する制御装置と、
    を更に備え、
    前記制御装置は、前記加圧装置への制御指令値から推定された酸化ガスの流量に基づいて、前記消音部の消音能力を可変する請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池車両。
18. 前記走行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を車内者に報知する報知手段と、
    前記車内者による操作により前記消音部の消音能力を可変操作可能な操作手段と、
    を更に備えた請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池車両。
19. ガス配管によってガスを供給されて駆動エネルギーを発生する駆動源と、
    前記駆動源からガスを排気する排気系と、
    前記排気系に設けられた消音部と、
    を備えた車両であって、
    前記消音部は、当該車両の走行状況に応じて消音能力を可変可能に構成されている車両。
    
    

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