JP2012077849A - 圧力容器の支持構造および車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧力容器が受ける衝撃に起因する圧力容器およびブラケットに対する荷重を緩衝し、負荷を軽減する。
【解決手段】圧力容器10aと、圧力容器10aの軸方向の両端部分をそれぞれ保持し、サイドメンバ110a,110bに取り付けるためのブラケット30,40とを備える。ブラケット30,40が、取り付け部34,44と、保持部と、圧力容器10aへの押圧力の入力に応じて、取り付け部34,44とサイドメンバ110a,110bとの接触部分が互いに摺動するようにブラケット30,40をそれぞれ移動させ、ブラケット30,40の移動に伴い圧力容器10aをサイドメンバ110a,110bに対して回転させる圧力容器回転機構と、をそれぞれ含む。
【選択図】図2
【解決手段】圧力容器10aと、圧力容器10aの軸方向の両端部分をそれぞれ保持し、サイドメンバ110a,110bに取り付けるためのブラケット30,40とを備える。ブラケット30,40が、取り付け部34,44と、保持部と、圧力容器10aへの押圧力の入力に応じて、取り付け部34,44とサイドメンバ110a,110bとの接触部分が互いに摺動するようにブラケット30,40をそれぞれ移動させ、ブラケット30,40の移動に伴い圧力容器10aをサイドメンバ110a,110bに対して回転させる圧力容器回転機構と、をそれぞれ含む。
【選択図】図2
Description
本発明は、圧力容器の支持構造および車両に関し、特に、流体を圧縮して貯留し得る圧力容器の支持構造、および該支持構造を用いて圧力容器を支持し、搭載した車両に関する。
一般に、天然ガスや水素ガスなどの常温常圧では気体の物質を高圧で圧縮し、充填した高圧タンクなどの圧力容器が知られている。天然ガス自動車や燃料電池自動車などの車両には、燃料となる天然ガスや水素ガスなどに圧力を付加して充填し、貯留した圧力容器が搭載される。車両に搭載する圧力容器には、一般に、燃費の向上などのために軽量化が望まれており、このため、例えば炭素繊維強化プラスティック(CFRP)やガラス繊維強化プラスティック(GFRP)などの繊維強化プラスティック(FRP)製の圧力容器が好適に採用されている。
図6に例示する圧力容器10は、中空形状のライナ12と、ライナ12の外周部分を被覆する繊維強化樹脂層(FRP層)14とを備え、構成されている。圧力容器10の端部にはまた、少なくとも一つの口金部16を有する。口金部16は、ここでは図示しないバルブを接続可能に構成されており、このバルブの開閉動作により圧力容器10の内外への高圧流体の流通を制御することができる。ライナ12には、例えば、6−ナイロン、6,6−ナイロンなどのナイロン樹脂やポリプロピレン樹脂などの高いガスバリア性を有する熱可塑性樹脂に、必要に応じてエラストマーを添加して構成される。
繊維強化樹脂層14は一般に、例えばガラス繊維、炭素繊維、ケブラ繊維などからなる、長く連続した糸状の繊維を複数束ねた繊維束(フィラメント)に、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を含む樹脂液を含浸させ、必要に応じて乾燥および/または半硬化させたいわゆるプリプレグ繊維をライナ12の外周表面に巻きつけて、その後該樹脂液を硬化させることにより形成することができる。このとき、ライナ12の材質および/または厚みの他、例えば、繊維強化樹脂層14を構成する繊維または繊維束の太さやプリプレグ繊維の巻き数等を調整し、繊維強化樹脂層14の厚みを調整することにより、圧力容器10の耐圧性および耐衝撃性、その他の設計強度を所望のものとすることができる。
このような圧力容器を車両に搭載する場合には、例えば車両後部や中央部など、衝撃などの外部からの影響が比較的少ない箇所に配置されていたが、近年、単位容積あたりの充填量を上昇させる必要性から圧力容器の耐圧性が向上し、これに伴い耐衝撃性も向上したこと、また、搭乗空間または積載容積の確保の要請などの点から、車両の形状や用途によっては車両の下部または底部に搭載することが望ましい場合もある。
図7は、図6に示す圧力容器10を車両の下部または底部に搭載した車両の一例を示したものである。図7に示す圧力容器10は、その長手方向が車両の側面方向であって、かつ水平面にほぼ平行となるように配置されている。圧力容器10の長手方向の一方端部、より具体的には図6において口金部16の開口部分に相当する部分には、バルブ18が設けられている。なお、ここでは1つの圧力容器10を搭載した車両について例示しているが、必要に応じて、直列または並列に配置された複数の圧力容器を車両に搭載することができる。
図8A,図8Bは、図6に示す圧力容器10の、従来の支持構造の一例について説明するための要部拡大図である。圧力容器10は、一対のブラケット130,140を介して、車体の底部、より具体的には、例えば車両の前後方向に延設された、剛性の比較的高い一対のサイドメンバ110a,110bの底面112,114に取り付けられている。
ブラケット130,140にはそれぞれ、保持部132,142と、保持部132,142に対しほぼ直角となるように屈曲部158,168をそれぞれ屈曲させて配置された取り付け部134,144とを有する。
保持部132,142は一般に、圧力容器10の軸方向の両端部分をそれぞれ保持することができるように構成されている。保持部132は、例えば、圧力容器10のバルブ18を挿入可能な開口を有することができる。このとき、保持部132を挿入させたバルブ18を口金部に取付けることにより、保持部132が口金部とバルブ18との間に挟みこまれ、圧力容器10とブラケット130とが固定される。一方、圧力容器10の軸方向の両端部分のうち、バルブ18側とは反対側のいわゆるエンド側端部を保持するためのブラケット140の保持部142もまた、ブラケット130の保持部132と同様の構成とすることもできるが、車載した圧力容器10が容易に脱落しないように適切に保持することが可能な構成であればよく、保持部132,142の形状に制限はない。
取り付け部134,144には一般に、1または複数の挿通孔(図示せず)がそれぞれ設けられている。サイドメンバ110a,110bの底面112,114に取り付け部134,144の一方面側である取り付け面135,145をそれぞれ当接させるとともに、挿通孔に挿通させたボルトまたはネジなどの締結部材136,146を用いて締め付けると、ブラケット130,140は締結部材136,146の頭部と車両のサイドメンバ110a,110bの底面112,114との間にそれぞれ挟まれ、固定される。このようにして、圧力容器10が車両の下部または底部に搭載される。
このように、車両の下部または底部に圧力容器を搭載した場合であっても、通常の走行では不具合は発生しないが、例えば未舗装路などの路面の凹凸が著しい悪路や、石などの障害物上を車両が通過すると、路面または路面上の障害物と車両の下部または底部とが干渉し、荷重を受ける場合がある。このとき、圧力容器や該圧力容器の取り付けに用いられるブラケットに許容限度を超えた荷重を受けると、場合によっては圧力容器および/またはブラケットの変形、破損などの不具合が生じうる。
ところで、特許文献1には、タンク本体の少なくとも一部を覆うタンク被覆部材と、タンク本体に対してタンク被覆部材が相対的に回転移動するための回転手段と、を備える高圧タンクが開示されている。
上述した特許文献1の技術では、高圧タンク本体への衝撃力は抑制しうる一方、例えば、高圧タンクが受けた衝撃や車両の振動等に起因してブラケットが受けうる荷重に関する対策が十分でない場合があり得た。
本発明の目的は、圧力容器および該圧力容器を保持するためのブラケットに対し、圧力容器が受ける衝撃等に起因して圧力容器およびブラケットが受けうる荷重を緩衝し、負荷を軽減することである。
本発明の構成は、以下の通りである。
(1)圧力容器と、前記圧力容器の軸方向の両端部分をそれぞれ保持し、基材に取り付けるための一対のブラケットとを備え、前記一対のブラケットが、基材に取り付けるための取り付け部と、前記取り付け部に対して屈曲されてなり、前記圧力容器の端部を保持するための保持部と、前記圧力容器への押圧力の入力に応じて、前記取り付け部と前記基材との接触部分が互いに摺動するように前記ブラケットをそれぞれ移動させ、前記ブラケットの移動に伴い前記圧力容器を前記基材に対して回転させる圧力容器回転機構と、をそれぞれ含む、圧力容器の支持構造。
(2)前記ブラケットにはそれぞれ、締結部材を挿通させて前記基材と前記取り付け部とを締結させるための、前記取り付け部を貫通する1または複数の挿通孔が形成されてなり、前記ブラケットが、前記挿通孔に挿通された締結部材に対し垂直方向に移動可能である、上記(1)に記載の圧力容器の支持構造。
(3)前記ブラケットが、前記基材の底部に対して下方側から取付けられてなり、前記取り付け部と前記保持部との間に、前記圧力容器の下方側から入力した押圧力を緩衝するために余長を迂曲させた迂曲部をさらに含む、上記(1)または(2)に記載の圧力容器の支持構造。
(4)前記基材が、車両の前後方向に延設された一対のサイドメンバである、上記(1)から(3)のいずれか1つに記載の圧力容器の支持構造。
(5)圧力容器と、前記圧力容器の軸方向の両端部分をそれぞれ保持し、車体に取り付けるための一対のブラケットとを備え、前記一対のブラケットが、前記車体の底部に取り付けるための取り付け部と、前記取り付け部に対して屈曲されてなり、前記圧力容器の端部を保持するための保持部と、前記圧力容器への押圧力の入力に応じて、前記取り付け部と前記車体の底部との接触部分が互いに摺動するように前記ブラケットがそれぞれ移動し、前記ブラケットの移動に伴い前記圧力容器が前記車体に対して回転する圧力容器回転機構と、をそれぞれ含む、車両。
圧力容器が受ける衝撃に起因する圧力容器およびブラケットに対する荷重を緩衝し、負荷を軽減することができる。
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図1A,図1Bは、図6に示す圧力容器10に相当する圧力容器10a,10bを車両の下部または底部に搭載した車両の一例を示したものである。図1Aは、車両を側面視した図であり、図1Bは、この車両を背面視した図である。なお、ここでは2つの圧力容器10a,10bを搭載した車両について例示しているが、これに限定されるものではなく、車両に搭載する圧力容器は1つであっても良く、また3つ以上であっても良い。
圧力容器10a,10bは、車両100の背面22寄り、本実施態様では後輪24の近傍に、その長手方向が車両100の側面方向であって、かつ水平面にほぼ平行となるように並列に配置されている。圧力容器10a,10bの長手方向の一方端部、より具体的には図6において口金部16の開口部分に相当する部分には、それぞれ、電流の有無に応じて開閉するバルブ18a,18bが設けられている。
バルブ18a,18bとしては、例えば、内蔵するソレノイドの作用に応じて、図示しない電源からの通電によって開弁し、通電解除によって閉弁することにより、圧力容器10a,10bの内外の流体の流通を制御可能となるように構成された電磁弁を適用することができる。
図2は、図1Bに示す圧力容器10aの支持構造を備える車両について説明するための要部拡大図である。圧力容器10aは、一対のブラケット30,40を介して、車体の底部、より具体的には、例えば車両100の前後方向に延設された一対のサイドメンバ110a,110bの底面112,114に取り付けられている。
ブラケット30,40は、取り付け部134,144に代えて取り付け部34,44をそれぞれ有することを除き、図8A、図8Bに示すブラケット130,140とほぼ同様の構成を有している。
取り付け部34,44にはそれぞれ、1または複数の挿通孔が設けられている。サイドメンバ110a,110bの底面112,114に取り付け部34,44をそれぞれ当接させるとともに、挿通孔に挿通させたボルトまたはネジなどの締結部材36a,36b,46a,46bを用いてそれぞれ締め付けると、ブラケット30,40は締結部材36,46と車両のサイドメンバ110a,110bの底面112,114の間にそれぞれ挟まれ、固定される。
図2Aは、図2に示す圧力容器10aの支持構造について、より詳細に説明するための部分拡大図である。図2Aでは特にブラケット30側の構成について説明する。取り付け部34に設けられた挿通孔38a,38bはいずれも、対応する締結部材36a,36bの軸部の外径または断面直径に対応する幅を有し、かつ、その中央付近が、圧力容器10aとは反対側が凸となるように折れ曲がったスリット形状を有している。一方、図2に示すブラケット40の取り付け部44の形状は、圧力容器10aを挟んで対向するブラケット30の取り付け部34とほぼ対称となるように配置されている。なお、締結部材36a,36bの軸部の外径または断面直径に対応する幅とは、少なくとも締結部材36a,36bの軸部が挿通可能であって、かつ、締結部材36a,36bの最大径を有する部分(通常、締結部材36a,36bの頭部または頂部(図2Aで図示されている部分)である。)よりも小さく、容易に脱落しない程度であることを指す。
図2、図2Aに示すようなブラケット30,40によって支持され、車両に搭載された圧力容器10aが、車両の前方または後方からの衝突や路面干渉などにより衝撃または荷重を受けると、圧力容器10aおよびブラケット30,40に対する荷重を緩和するような挙動を示す。図3に示すように、圧力容器10aの前方から、軸方向または長手方向の中央部分A、左側部分B、右側部分Cにそれぞれ荷重を受けた場合を例にとり、圧力容器10aおよびブラケット30,40の挙動について、図4A〜図4Cを用いて説明する。
図4Aに示すように、圧力容器10aの長手方向中央部分Aに車両の前方から荷重を受けると、圧力容器10aは車両の後方側へほぼ平行に移動するとともに、ブラケット30の取り付け部34およびブラケット40の取り付け部44もまた、サイドメンバ110a,110bとの接触面を摺動させながら車両の後方側へ、各挿通孔が対応する締結部材の軸部分に沿うように、ほぼ平行に移動する。本実施の形態によれば、圧力容器10aの長手方向中央部分Aに車両の前方から受けた荷重を適切に緩和することができる。
また、図4Bに示すように、圧力容器10aの長手方向左側部分Bに車両の前方から荷重を受けると、圧力容器10aの左側部分および左側ブラケット30の取り付け部34は車両の後方側へ移動する一方、圧力容器10aの右側部分および右側ブラケット40の取り付け部44は車両の前方側へ移動する。このとき、ブラケット30,40は協働して、圧力容器10aを所定の角度だけ回転させる回転機構として挙動する。本実施の形態によれば、圧力容器10aの長手方向左側部分Bに車両の前方から受けた荷重を適切に緩和することができる。
さらに、図4Cに示すように、圧力容器10aの長手方向右側部分Cに車両の前方から荷重を受けると、圧力容器10aの右側部分および右側ブラケット40の取り付け部44は車両の後方側へ移動する一方、圧力容器10aの左側部分および左側ブラケット30の取り付け部34には車両の前方側へ移動する。このとき、ブラケット30,40は協働して、圧力容器10aを図3Bに示す方向とは逆方向に所定の角度だけ回転させる回転機構として挙動する。本実施の形態によれば、圧力容器10aの長手方向右側部分Cに車両の前方から受けた荷重を適切に緩和することができる。
図4A〜図4Cでは、圧力容器10aに車両の前方から荷重を受けた場合について例示したが、圧力容器10aに車両の後方から荷重を受けた場合においても、同様に、その荷重を受けた箇所に応じて圧力容器10aおよびブラケット30,40が適切に移動し、受けた荷重に伴う圧力容器10aおよび/またはブラケット30,40への負荷を軽減することができる。また、車両の後方側に設けられた圧力容器10aの支持構造だけでなく、車両の前方側に設けられた圧力容器10bの支持構造についても、本実施の形態と同様の構成とすることができる。また、車両に搭載された複数の圧力容器のうち、その一部についてのみ本実施の形態の支持構造で支持することも可能である。
また、本発明の変形例として、圧力容器10aおよび圧力容器10aと一体に保持されたブラケット30,40が、左側ブラケット30の締結部材36a,36bと、右側ブラケット40の締結部材46a,46bの中間点をあたかも回転軸として回転移動可能とするように、図2Aに示す略「くの字」状または山形状の挿通孔38a,38bに代えて円弧状のスリットにすることも好適である。
図5は、本発明の他の実施の形態において、車両における圧力容器の支持構造の構成の概略を説明するための背面視した要部拡大図である。ブラケット130,140に代えてブラケット50,60をそれぞれ備えることを除き、図8Aの支持構造と同様の構成を有している。本実施の形態において、ブラケット50,60はそれぞれ、保持部132と取り付け部134との間、保持部142と取り付け部144との間に、迂曲部58,68をそれぞれ備える。迂曲部58,68は、図8Aに示すほぼ直角形状の屈曲部138,148とは異なり、圧力容器10の形状に沿って膨らんだような迂曲した形状を有している。迂曲部58,68において迂曲させた余長分が、圧力容器10の下方側から受けた押圧力に対して緩衝作用を有することになる。
図5において、通常走行時には、ブラケット50,60は協働して圧力容器10を適切に支持することが可能な程度の剛性を有している。一方、圧力容器10の下方側から押圧されると、迂曲部58,68が延伸することにより、例えば締結部材136,146や圧力容器10が受ける荷重を緩和することができる。なお、ブラケット50,60を作製するための材料としては、例えば、炭素鋼など、所望の剛性を有する金属または金属合金が好適である。必要に応じて、耐水処理、防錆処理などの表面処理を施すことも好適である。
本発明のさらに別の実施の形態において、図5に示すブラケット50,60の取り付け部134,144に代えて、図2に示すような取り付け部34,44を適用することも好適である。本実施の形態によれば、圧力容器の長手方向の前後方向および下方側からの押圧力を緩衝し、圧力容器やブラケットが受ける荷重を緩和することができる。
本発明の実施形態の圧力容器の支持構造は、例えば車両の下部または底部に搭載する態様において適用することができる。圧力容器としては、例えば、FRP製のものに限らず、例えば鋼鉄製のものであっても構わないが、車両に搭載する場合には好ましくはFRP製の圧力容器である。また、圧力容器に充填する流体は天然ガスや水素に限らず、例えば窒素や酸素などであってもよい。
また、圧力容器への押圧力の入力に伴う圧力容器の移動に関し、例えば、(1)該圧力容器の端部に設けられたバルブに接続された図示しないガス配管の移動が追従可能な程度に圧力容器の移動を制限する、あるいは、(2)圧力容器の移動に追従して移動可能な継手部材を設ける、などといった、圧力容器の端部に設けられたバルブに接続されたガス配管等の脱落や損傷その他の不具合を防止する機構を必要に応じて併設することも好適である。
本発明の実施形態の車両には、車両の下部または底部に圧力容器を搭載し得る、例えば、自動二輪車、自転車、電車等、あらゆる車両が含まれ得る。本実施形態の車両は特に、圧力容器の配置の態様によって該圧力容器の底部と路面との干渉等が起こりうる、例えば天然ガス自動車や燃料電池自動車などの自動車に好適に適用することができる。
10,10a,10b 圧力容器、12 ライナ、14 繊維強化樹脂層、16 口金部、18,18a,18b バルブ、22 背面、24 後輪、30,40,50,60,130,140 ブラケット、34,44,134,144 取り付け部、36,36a,36b,46,46a,46b,136,146 締結部材、38a,38b 挿通孔、58,68 迂曲部、100 車両、110a,110b サイドメンバ、112,114 底面、132,142 保持部、135,145 取り付け面、138,148,158,168 屈曲部。
Claims (5)
- 圧力容器と、前記圧力容器の軸方向の両端部分をそれぞれ保持し、基材に取り付けるための一対のブラケットとを備え、前記一対のブラケットが、
基材に取り付けるための取り付け部と、
前記取り付け部に対して屈曲されてなり、前記圧力容器の端部を保持するための保持部と、
前記圧力容器への押圧力の入力に応じて、前記取り付け部と前記基材との接触部分が互いに摺動するように前記ブラケットをそれぞれ移動させ、前記ブラケットの移動に伴い前記圧力容器を前記基材に対して回転させる圧力容器回転機構と、
をそれぞれ含むことを特徴とする圧力容器の支持構造。 - 前記ブラケットにはそれぞれ、締結部材を挿通させて前記基材と前記取り付け部とを締結させるための、前記取り付け部を貫通する1または複数の挿通孔が形成されてなり、
前記ブラケットが、前記挿通孔に挿通された締結部材に対し垂直方向に移動可能であることを特徴とする請求項1に記載の圧力容器の支持構造。 - 前記ブラケットが、前記基材の底部に対して下方側から取付けられてなり、
前記取り付け部と前記保持部との間に、前記圧力容器の下方側から入力した押圧力を緩衝するために余長を迂曲させた迂曲部をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載の圧力容器の支持構造。 - 前記基材が、車両の前後方向に延設された一対のサイドメンバであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の圧力容器の支持構造。
- 圧力容器と、前記圧力容器の軸方向の両端部分をそれぞれ保持し、車体に取り付けるための一対のブラケットとを備え、前記一対のブラケットが、
前記車体の底部に取り付けるための取り付け部と、前記取り付け部に対して屈曲されてなり、前記圧力容器の端部を保持するための保持部と、
前記圧力容器への押圧力の入力に応じて、前記取り付け部と前記車体の底部との接触部分が互いに摺動するように前記ブラケットがそれぞれ移動し、前記ブラケットの移動に伴い前記圧力容器が前記車体に対して回転する圧力容器回転機構と、
をそれぞれ含むことを特徴とする車両。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20131203 |