JP2016107959A

JP2016107959A - Ｆｆ方式を採用する車両

Info

Publication number: JP2016107959A
Application number: JP2014261233A
Authority: JP
Inventors: 鯉江　成次郎; Seijiro Koie; 成次郎鯉江
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2016-06-20

Abstract

【課題】ＦＦ方式を採用する車両において、衝突時の安全性と軽量化に有効な車両を提供する。【解決手段】横置パワートレーンのアイドリングストップ機能を備えたエンジン２１から出る排気ガスは、まずエキゾーストマニフォールド３１を通り、トランスミッションケースの上方に位置して触媒３２を内蔵したマフラー３３を経由する。その後、サブフレーム４０の直下に配設する排気管３５によりロッカレール１１の前端部に導かれ、排気口３５ａより車両側部から略車両後方に向けて排出する。以上の様にＦＦ方式を採用する車両のエンジンコンパートメント１に排気系ユニットを集約する。一方、ボデーにおいては、左右のロッカレール１１の下端に位置してトンネル部を持たない平坦なフロアパネル１７を形成する。【選択図】図５

Description

ＦＦ方式を採用する車両において、衝突時の安全性と軽量化に有効な車両に関する。

現在ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）方式を採用するほとんどの車両において、ダッシュパネル車両前方にて前面衝突入力に対しクラッシュ部を形成する左右一対のフロントサイドメンバが、ダッシュロア部に沿って車両下方に湾曲し、再びフロアパネルの前端で切り返して水平なフロアパネル下面沿いを後方に延長されている。そしてその延長部は、トルクボックス、フロア・クロスメンバ等によりロッカレールに連結され前面衝突入力を支持する（図示無し）。また実用化はされていないが、軽量化と客室の低床化を狙ったペリメータ・フレーム型のＦＦ方式を採用する車両が特許文献１で提案されている。

以下、図１〜図３により特許文献１に示されたＦＦ方式を採用する車両について説明する。図１および図２はそれぞれ車両フロント部の側面図、平面図を示す。まずダッシュパネル１６の車両前方にて前面衝突入力に対しクラッシュ部１２ａを形成する左右一対のフロントサイドメンバ１２が、ダッシュパネル１６の車両後方でそれぞれ前輪逃し面に沿って延長した湾局部１２ｂを形成し、フロントピラー１５の直下にあるロッカレール１１の車両前端部に連結され前面衝突入力を支持している。左右のフロントサイドメンバ１２の湾曲部１２ｂは、ダッシュ・クロスメンバ１３により連結され、さらにサブフレーム４０の後端部がボルト留めされている。客室の床面を形成するフロアパネル１７とダッシュロア部１６ａは、ロッカレール１１と湾曲部１２ｂの下面に設置される。左右のロッカレール１１は、フロア・クロスメンバ１４により連結されている。

一方、エンジンコンパートメント１にはエンジン２１とミッション２２が横置きに連結され、図示しないが左右一対のフロントサイドメンバ１２のクラッシュ部１２ａとサブフレーム４０にマウントされる。エンジン２１から出る排気ガスはエキゾーストマニフォールド３１、触媒３２を通り、エンジン２１とサブフレーム４０の直下に配設された排気管３５を経由してマフラー３３に至り、車両後部の排気口３５ａより排出される。エンジン２１の振動吸収と長すぎる排気系ユニットを分割するため、フランジ３４が適せん配置される。図３は、図２のＡ−Ａ断面を示す。フロアパネル１７の中央にトンネル部１７ａが形成され、左右のロッカレール１１を連結するフロア・クロスメンバ１４もトンネル部１７ａにより切り欠かれる。トンネル部１７ａには、ボデーから吊下げられた排気管３５の他にブレーキ、燃料などのパイプライン８０が配設され、蓋をする形でトンネルブレース１８がトンネル部１７ａの両下端部にボルト留めされている。

図示しないがミニバンと言われる車両は、トンネル部を設けず床面を高くして平坦なフロアパネルを設け、床下に排気系ユニットを配設している。また図示しないがフロントエンジンの車両には、客室の前部に排気系ユニットを集約しロッカレール前端部の車両側部に排気口を設けた車両がある。例えばメルセデス・ベンツ／ＳＬＲマクラーレン、フィスカー・オートモーティブ／カルマ等である。

特許公開２００９−２５５８８５号

特許が解決しようとする課題

従来の車両も特許文献１に示す車両も排気系ユニットは、車両後部から排気している。そのためフロアパネル１７の中央にトンネル部１７ａを形成し排気管３５を配設しているが、このことが車両にとって様々な問題を招いている。まずトンネル部１７ａが足元スペースを阻害している。またトンネル部１７ａにより左右のフロアパネル１７が分断されるため、オフセット衝突では、入力側のロッカレール１１から反対側のロッカレール１１にフロアパネル１７を介して荷重が伝播しづらい（トンネル部１７ａが容易に変形するため）。そのためトンネルブレース１８をボルト留めして開口部であるトンネル部１７ａを拘束するなどの対策が必要となる。だが板厚が薄いフロアパネル１７では、ボルト留め部に荷重が集中するため別部材にて補強する必要がある。また側面衝突では、フロア・クロスメンバ１４が衝突側のロッカレール１１に作用する入力を受止め反対側のロッカレール１１に分散する役割を担うが、トンネル部１７ａによりフロア・クロスメンバ１４の中央部が切り欠かれるため、フロア・クロスメンバ１４の中央部を補強する必要がある。

次に排気系ユニットは、排気管３５が車両中央部を縦断するため非常に長く、組付け作業等の問題で分割を余儀なくされることもあり、軽量化が難しい。また排気系ユニットは、振動（エンジン２１の振動、排気脈流による）、熱（高温の排気ガス）、ノイズ（排気脈流）を伴い、それらがフロアパネル１７を介して客室に侵入してくる。そのため排気系ユニットの吊下げ部のボデー剛性を高め、断熱材や防音材をフロアパネル１７に敷き詰める対策が必要で重量の増加が避けられない。

図示しないがミニバンの場合、床面が高いため背の高い車両となり車重がかさみ、高い重心は走行安定性に不利である。また図示しないが、客室の前部に排気系ユニットを集約したメルセデス・ベンツ／ＳＬＲマクラーレンの場合、ＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）方式を採用するためプロペラシャフトが車両中央を縦断する。そのためトンネル部がフロアパネルを分断し、各種衝突モードに対し他のＦＲ方式を採用する車両と同様に様々な対策が必要になる。同じくフィスカー・オートモーティブ／カルマの場合、フロントエンジンを発電機と位置付け、電動モーターによるリヤドライブを採用したＦＲ方式のハイブリッド車両である。この車両にプロペラシャフトは不要だが、フロアパネル中央にトンネル部を設け電池パックを置くため、ＦＲ方式を採用する車両と同様にトンネル部がフロアパネルを分断し、これも各種衝突モードに対し他のＦＲ方式を採用する車両と同様に様々な対策が必要になる。

本発明は、このような従来の車両が有する問題を解決しようとするものであり、衝突時の安全性と車両の軽量化を目的とするものである。

課題を解決するための手段

本発明は上記目的を達成するために車両前部のエンジンコンパートメントに排気系ユニットを集約し、その排気口をロッカレール前端部に設け排気ガスを車両側部から略車両後方に向けて排出する。次に左右のロッカレールの下端に位置してトンネル部を持たない平坦なフロアパネルを形成する。そしてエンジンにアイドリングストップ機能を備えたものである。

また第２の課題解決手段は、車両前部のエンジンコンパートメントに横置きされたエンジンとトランスミッションから構成されるパワートレーンにおいて、トランスミッションケースの上方に排気系ユニットのマフラー部が位置してパワートレーンにボルト等で固定される。

発明の効果

上述したように本発明の車両は、トンネル部を持たず平坦で低床なフロアパネルを形成するため車両にとって様々な効果をもたらす。まず客室の床面が平坦になり、運転者を含む搭乗者の足元スペースが阻害されず、低床化は車両の軽量化と走行安定性を高める。またオフセット衝突では、入力側のロッカレールから反対側のロッカレールにフロアパネルを介して荷重が伝播するが、板厚が薄いフロアパネルでも応力が集中することなく充分持ちこたえることができる。また側面衝突では、断面変化が無く直線的に形成されたフロア・クロスメンバが変形することなく衝突側のロッカレールに作用する入力を受止め、反対側のロッカレールに入力を分散する。これ等により理想的なモノコック構造が可能となり、軽量化をしながら衝突安全性を高めることができる。

次に排気系ユニットがエンジンコンパートメントに集約されることにより様々な効果をもたらす。まず排気系ユニットが非常にコンパクトに構成され、軽量化と組付け作業性が高められる。かつトランスミッションケースの上方にマフラー部が位置する場合、エキゾーストマニフォールド、触媒、マフラーが一体となりパワートレーンに固定することができ、強度を要求されないエキゾーストマニフォールドは大幅な軽量化が可能になる。また排気系ユニットが組込まれたパワートレーン・モジュールは、組付け作業性が更に高められる。また客室の床面は、排気系ユニットからの振動、熱、ノイズ等の影響を受けないため簡単な断熱材や防音材で対処でき、軽量化とコストダウンが可能である。

ただ排気系ユニットの変更で排気口をロッカレール前端部に設け排気ガスを車両側部から略車両後方に向けて排出する場合、新たな問題を抱えることにもなる。例えばエンジン稼働中の駐停車時がそれで、窓やドアを開けた際に排気ガスが客室に侵入し、乗降時には足元に排気ガスが噴きかかってしまう。そのため、エンジン制御にアイドリングストップ機能を備えることにより上記する問題に対処している。

これまで説明したように本発明は、プロペラシャフトが車両中央を縦断しないというＦＦ方式の構造的メリットを最大限活かすことができる。

特許文献１の車両の側面図。（フロント部）同車両の平面図。（フロント部）同車両の図２におけるＡ−Ａ断面図本発明の車両の側面図。（フロント部）同車両の平面図。（フロント部）同車両の図５におけるＢ−Ｂ断面図

以下、本発明の実施の形態を図４〜図６に基づき説明する。図４および図５は、それぞれ車両フロント部の側面図、平面図を示す。トンネル部を形成せずにフロアパネル１７が平坦であることを除けば、ペリメータ・フレーム型のボデー構造は特許文献１と基本的に大きな変更はない。まずダッシュパネル１６の車両前方にて前面衝突入力に対しクラッシュ部１２ａを形成する左右一対のフロントサイドメンバ１２が、ダッシュパネル１６の車両後方でそれぞれ前輪逃し面に沿って延長した湾局部１２ｂを形成し、フロントピラー１５の直下にあるロッカレール１１の前端部に連結され前面衝突入力を支持している。左右のフロントサイドメンバ１２の湾曲部１２ｂは、ダッシュ・クロスメンバ１３により連結され、さらにサブフレーム４０の後端部がボルト留めされている。客室の床面を形成するフロアパネル１７とダッシュロア部１６ａは、ロッカレール１１と湾曲部１２ｂの下面に設置される。左右のロッカレール１１は、フロア・クロスメンバ１４により連結されている。

一方、エンジンコンパートメント１にはエンジン２１とミッション２２が横置きに連結され、図示しないが左右一対のフロントサイドメンバ１２のクラッシュ部１２ａとサブフレーム４０にマウントされる。排気系ユニットは、以下の様に構成される。まずエキゾーストマニフォールド３１の排気集合出口部は横方向に延長され、ミッション２２のケース上部に位置してマフラー３３に内蔵された触媒３２へと繋がる。マフラー３３から延びる排気管３５は、エンジン２１とドライブシャフト５０の隙間を通すように車両の下方に伸び、サブフレーム４０の下側を車両後方に延長され、ダッシュロア部１６ａ沿いに横方向に向きを変え、ロッカレール１１の前端部に略車両後方に向けた排気口３５ａを設ける。排気管３５は、エンジン２１の振動を吸収するためフランジ３４にて分割されている。一体化したエキゾーストマニフォールド３１とマフラー３３は、パワートレーンに適せんボルト留めされ、排気管３５はダッシュロア部１６ａに吊下げられる。本図においては、エキゾーストマニフォールド３１とマフラー３３が一体化されているが、分割してボルト留めしてもかまわない。また排気管３５の取り回しは色々考えられ、本図の限りではない。

図６は、図５のＢ−Ｂ断面を示す。平坦なフロアパネル１７の中央下部には、フロアセンタリンフォース１９にて補強され、その凹部にブレーキ、燃料などのパイプライン８０が配設されている。

以下、上記構成の作用を説明する。上述したように本発明の車両は、トンネル部を持たず平坦で低床なフロアパネル１７を形成するため車両にとって様々な効果をもたらす。まず客室の床面が平坦になり、運転者を含む搭乗者の足元スペースが阻害されず、低床化は車両の軽量化と走行安定性を高める。またオフセット衝突では、入力側のロッカレール１１から反対側のロッカレール１１に平坦なフロアパネル１７を介して効率よく荷重が伝播する。そのため板厚が薄いフロアパネル１７でも応力が集中することなく充分持ちこたえることができる。フロアセンタリンフォース１９は、平坦なフロアパネル１７の剛性を高め、走行中の障害物から保安上重要なパイプライン８０の破損を防止する。また側面衝突では、断面変化が無く直線的に形成されたフロア・クロスメンバ１４が変形することなく衝突側のロッカレール１１に作用する入力を受止め、反対側のロッカレール１１に入力を分散する。これ等により理想的なモノコック構造が可能となり、軽量化をしながら衝突安全性を高めることができる。

次に排気系ユニットがエンジンコンパートメント１に集約されることにより様々な効果をもたらす。まず排気系ユニットが非常にコンパクトに構成され、軽量化と組付け作業性が高められる。かつ本図に示すようにトランスミッションケースの上方にマフラー３３が位置する場合、エキゾーストマニフォールド３１、触媒３２、マフラー３３が一体となりパワートレーンに固定することができ、エキゾーストマニフォールド３１は大幅な軽量化が可能になる。また排気系ユニットが組込まれたパワートレーン・モジュールは、組付け作業性が更に高められる。ただ良いことばかりではない。触媒３２を内蔵するマフラー３３はまとまった容量を必要とし、小さい車両においてはスペース確保が難しくなる。その場合は本図に示すように、ボデーからフロントフェンダーを張り出し、フロントトレッドを広げて、エンジンコンパートメント１を拡張すればよい。

一方で集約した排気系ユニットは更に振動、熱、ノイズ等をまき散らすが、もともとエンジンコンパートメント１はそれらに充分対応した部位であり、ダッシュパネル１６等に新たな対策を必要としない。それに対し客室の床面は、排気系ユニットからの振動、熱、ノイズ等の影響を受けないため簡単な断熱材や防音材で対処でき、軽量化とコストダウンが可能である。また図示しないが、排気系の制約を受けない車両後部については設計の自由度が高められる。とりわけリヤフロア底面が左右のリヤサイドメンバまで拡大され、スペアタイヤを装備しない場合は、車両後部のラゲージスペースを更に拡大できる。

また排気系ユニットの変更で、排気口３５ａをロッカレール１１の前端部に設け排気ガスを車両側部から略車両後方に向けて排出する場合、新たな問題を抱えることにもなる。例えばエンジン２１が稼働中の駐停車時がそれで、窓やドアを開けた際に排気ガスが客室に侵入し、乗降時には足元に排気ガスが噴きかかってしまう。そのため、エンジン制御にアイドリングストップ機能を備えることにより上記する問題に対処している。昨今では駐車時のエンジンストップやコールドスタート時の低速暖気走行などドライバーの燃料節約意識が高まり、上記する問題に直面するケースは非常に少ないと思われる。

これまで説明したように本発明は、プロペラシャフトが車両中央を縦断しないというＦＦ方式の構造的メリットとモノコックボデーの特性を最大限活かすことができる。それ故プロペラシャフトが車両中央を縦断する４ＷＤ仕様には不向きとなる。そのため４ＷＤ仕様にする場合は、センタフロア直下に配置したモーターがリヤタイヤを駆動する、ハイブリッド化が望ましい。

１エンジンコンパートメント、１１ロッカレール、１２フロントサイドメンバ、１２ａクラッシュ部１２ｂ湾曲部、１３ダッシュ・クロスメンバ、１４フロア・クロスメンバ、１５フロントピラー１６ダッシュパネル、１６ａダッシュロア部、１７フロアパネル、１７ａトンネル部、１８トンネルブレース１９フロアセンタリンフォース、２１エンジン、２２トランスミッション、３１エキゾーストマニフォールド３２触媒、３３マフラー、３４フランジ、３５排気管、３５ａ排気口、４０サブフレーム５０ドライブシャフト、６０タイロッド、８０パイプライン、９１前輪

Claims

ダッシュパネル車両前方にて前面衝突入力に対しクラッシュ部を形成する左右一対のフロントサイドメンバが、ダッシュパネル車両後方でそれぞれ前輪逃し面に沿って延長した湾局部を形成し、各々ロッカレール車両前端部に連結され前面衝突入力を支持するＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）方式を採用する車両において
（イ）アイドリングストップ機能を有する
（ロ）エンジンコンパートメント内に排気系ユニットを集約する。
（ハ）ロッカレール前端部の車両側部に排気口を設ける。
（ニ）左右のロッカレールの車両下端部に位置した平坦なフロアパネルを形成する。
以上の如く構成された車両。
請求項１において、エンジンコンパートメントに横置きされたパワートレーンのトランスミッションケースの上方にマフラーを固定する車両。