JP2016147663A - 車両の排ガス装置を支持する支持ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】衝突時に車両内に居る乗員の安全性向上を達成可能な、車両の排ガス装置を支持する支持ユニットを提供する。
【解決手段】車両の排ガス装置（１８）を支持する支持ユニットが、軽金属ダイカスト材料により構成される少なくとも１つの支持要素（２６）を備えるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の内燃機関の排ガスを導出する排ガス装置を支持可能な支持ユニットに関する。

図１は、車両の駆動システム１０の原理図である。駆動システム１０は、内燃機関１４と、内燃機関１４に連結されるギヤボックス１６とを有する駆動ユニット１２を有している。内燃機関１４の燃焼運転中に生成される燃焼排ガスは、全般に符号１８を付した排ガス装置により内燃機関１４から導出される。排ガス装置１８は、例えば内燃機関１４に接続される排ガスマニホールドを有している、あるいは排ガスマニホールドを介して内燃機関１４に接続されていることができる。

特にフロントエンジン型の車両の場合、駆動ユニット１２は、排ガス装置１８あるいはその一部とともに走行方向で見て、車両内室をエンジンルームから隔離する端壁２４の前に配置されている。排ガス装置１８は、車両の前側領域で複数の支持ユニット２０により駆動ユニット１２、ひいては残りの車両に対して支持、すなわち駆動ユニット１２あるいは車両に担持されている。また、排ガス装置１８自体の様々な領域も、単数又は複数のこの種の支持ユニット２０により互いに対して支持されていることができ、これにより、排ガス装置１８自体の補強あるいは安定性向上を達成することができる。その際、排ガス装置１８は、例えば、一部において湾曲して延びる複数の排ガス管あるいは触媒領域又は／及びサイレンサ領域等を有していることができる。

車両、特に車両のフロント領域に向かう矢印Ｐ_１方向での障害物２２の衝突時、障害物２２は、駆動ユニット１２に負荷を加え、駆動ユニット１２を端壁２４に向かう方向に移動させる。排ガス装置１８が駆動ユニット１２に支持ユニット２０を介して剛結されていることに基づいて、排ガス装置１８、特に排ガス装置１８の、エンジンルーム内に配置されている領域も、矢印Ｐ_２方向で端壁２４に向かって移動する。一般に使用される支持ユニット２０は、鋼薄板材料から構成されているため、駆動ユニット１２により端壁２４に向かう方向で連行される排ガス装置１８が、端壁２４に陥没あるいは端壁２４を貫通し、これにより、かなりの損害及び損傷を車両内室内に引き起こす恐れが、本質的に存在する。

本発明の課題は、衝突時に車両内に居る乗員の安全性向上を達成可能な、車両の排ガス装置を支持する支持ユニットを提供することである。

本発明により上記課題は、軽金属ダイカスト材料により構成される少なくとも１つの支持要素を備える、車両の排ガス装置を支持する支持ユニットにより解決される。

本発明により構成される支持ユニットに使用される軽金属ダイカスト材料は、確かに、極めて高い引っ張り強さを有し、これにより排ガス装置と、車両の例えば駆動ユニットとの間の極めて安定した結合を形成するのに好適である。しかし、この材料の脆性に基づいて、こうして構成された支持要素の破壊に必要な衝撃の仕事量は、例えば鋼又は鋼薄板材料から構成される支持要素の場合と比較して明らかに小さい。このことは、衝突時に本発明により構成された支持要素の易破壊性に基づいて、排ガス装置が、排ガス装置を担持するシステム領域、つまり例えば駆動ユニットから容易に連結解除可能であり、これにより、排ガス装置が駆動ユニットとともにあるいは駆動ユニットにより乗員内室内に移動してしまう危険は、明らかに低減されている。

本発明に係る支持ユニットにおいて、軽金属ダイカスト材料は、Ａｌ又は／及びＭｇあるいはＳｉ又は／及びＣｕ又は／及びＺｎを含んでいてもよい。特に好ましくは、軽金属ダイカスト材料は、Ａｌ／Ｓｉ合金又はＡｌ／Ｍｇ合金又はＡｌ／Ｓｉ／Ｍｇ合金又はＡｌ／Ｓｉ／Ｃｕ合金であってもよい。

本発明に係る支持ユニット、あるいは支持ユニットの、軽金属ダイカスト材料により構成される支持要素を、様々なシステム領域、つまり、例えば一方では排ガス装置に、他方では車両の駆動ユニット等に簡単に連結することができるように、第１のシステム領域に堅固に結合するために設けられ、少なくとも１つの支持要素に第１の連結領域において連結されるか、又は連結すべき第１の結合要素と、第２のシステム領域に堅固に結合するために設けられ、少なくとも１つの支持要素に第２の連結領域において連結されるか、又は連結すべき第２の結合要素とが設けられていてもよい。その際、結合要素への支持要素の安定な連結を達成することができるように、第１の結合要素が、支持要素に第１の連結領域において少なくとも１つの連結部材により連結されているか、又は連結可能であり、又は／かつ第２の結合要素が、支持要素に第２の連結領域において少なくとも１つの連結部材により連結されているか、又は連結可能であることを提案する。好ましくは、少なくとも１つの連結部材は、ボルト、例えば植え込みボルトとして構成されていてもよい。

本発明に係る支持ユニットにおいて、衝突時に引き起こされる支持ユニットの破壊をさらに良好に規定することができるように、少なくとも１つの支持要素が、少なくとも１つの目標破損領域を有することを提案する。このような目標破損領域を簡単に提供することができるように、少なくとも１つの目標破損領域が、横断面狭窄部又は／及び凹部又は／及び支持要素を貫通する開口を有することを提案する。

さらに本発明は、内燃機関を有する駆動ユニットと、内燃機関の燃焼排ガスを導出する排ガス装置とを備え、さらに、前述の構造を有する少なくとも１つの支持ユニットを備える、車両用の駆動システムに関する。

駆動システムにおいて、例えば、少なくとも１つの支持ユニットは、排ガス装置を内燃機関に対して支持するように配置されている、又は／かつ駆動ユニットは、ギヤボックスを有し、少なくとも１つの支持ユニットは、排ガス装置をギヤボックスに対して支持するように配置されている、又は／かつ少なくとも１つの支持ユニットは、排ガス装置の第１の領域を排ガス装置の第２の領域に対して支持するように配置されているようになっていてもよい。

以下に本発明について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

車両用の駆動システムの原理図である。 図２ａ）〜図２ｃ）は、支持ユニット、あるいは支持ユニット用の支持要素のそれぞれ異なる実施の形態を示す図である。

排ガス装置を駆動ユニット、つまり例えば内燃機関あるいはギヤボックスに対して支持するために、又は排ガス装置自体の様々な領域を互いに支持するために、本発明に係る支持ユニットを使用可能な駆動システムを、図１に原理図で示す。その点において、この種の駆動システムの基本的な構造については、図１に対して加えた先の説明を参照されたい。

図２ａ）は、図１の駆動システム１０で使用可能な支持ユニット２０の一例を示している。支持ユニット２０は、支持要素２６を備えており、支持要素２６は、第１の結合要素２８及び第２の結合要素３０に堅固に連結されている。両結合要素２８，３０は、例えば図示のようにアングル状に形成されていてもよいが、これとは異なるあらゆる幾何学形状を有していてもよい。結合要素２８，３０は、好ましくは鋼あるいは鋼薄板材料から構成されている。結合要素２８は、例えば第１のシステム領域としての排ガス装置１８に結合可能である一方、結合要素３０は、例えば第２のシステム領域としての内燃機関１４又はギヤボックス１６に結合可能である。この結合は、例えば素材結合（ｍａｔｅｒｉａｌｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：分子間力等の化学結合による束縛）、つまり例えば溶接により実施可能であるが、ねじ止め又は／及び締め付けにより実施されてもよい。

支持要素２６は、第１の連結領域３２を有する例えば長尺の構成を有していることができ、第１の結合要素２８は、第１の連結領域３２において第１の連結部材３４を用いて支持要素２６に結合されている。例えば第１の連結部材３４は、ボルトを有していてもよく、ボルトは、第１の結合要素２８を貫いて、支持要素２６の第１の連結領域３２に設けられたねじ山付き開口に螺入可能である。

支持要素２６は、第２の連結領域３６において第２の結合要素３０に第２の連結部材３８により堅固に結合されている。第２の連結部材３８も、例えばボルトとして形成されていてもよく、第２の結合要素３０を貫いて支持要素２６の第２の連結領域３６に螺入可能である。

支持要素２６は、支持ユニット２０の本発明に係る構成では、軽金属ダイカスト材料から構成されている。この場合、支持要素２６は、アルミニウム（Ａｌ）又は／及びマグネシウム（Ｍｇ）又はこれらの合金から構成されていることができる。特に以下の合金が使用可能である：ＡｌＳｉ９Ｃｕ３、ＡｌＭｇ３、ＡｌＭｇ５、ＡｌＭｇ９、ＡｌＳｉ１０Ｍｇ、ＡｌＳｉ１２Ｃｕ１、ＡｌＳｉ１２。支持要素２６を構成するために軽金属ダイカスト材料を使用する本質的な利点は、この構造材料が、基本的に鋼材料の引っ張り強さに匹敵する引っ張り強さを有しており、その結果、通常運転中、車両、特に駆動ユニット１２への排ガス装置の安定した支持あるいは保持が保証されていることにある。しかし、その脆性に基づいて、軽金属ダイカスト材料は、衝撃的な負荷が加わると、鋼材料より明らかに容易に破損する。特に軽金属ダイカスト材料からなる支持要素２６の破壊に必要な衝撃の仕事量は、鋼材料から構成される支持要素の場合と比較して、４分の１から５分の１である。衝撃負荷時の比較的容易な破壊性に基づいて、特に正面衝突時、図１にも看取可能な支持ユニット２０の、排ガス装置１８を駆動ユニット１２に連結する支持要素２６の破壊により、排ガス装置１８は、駆動ユニット１２から実質的に分離される。排ガス装置が排ガスマニホールドを介して内燃機関１４に直接結合されている領域でのみ、連結は残されている。しかし、排ガスマニホールドの湾曲した構成に基づいて、排ガスマニホールドは、比較的容易に変形可能である。この状態で駆動ユニット１２が、車両と接触した障害物２２により後方に、車両内室、例えば端壁２４に向かって押しやられると、支持要素２６の破壊により引き起こされた、駆動ユニット１２からの排ガス装置１８の実質的な連結解除に基づいて、排ガス装置１８は、駆動ユニット１２の移動に従動しないか、仮に従動したとしても僅かにしか従動しない。その結果、排ガス装置１８が端壁２４を貫通する危険は、明らかに低減されている。この危険の低減には、排ガス装置１８自体を支持し、これにより排ガス装置１８を補強している単数又は複数の支持ユニット２０が同様に破壊され、その結果、排ガス装置１８自体の安定性がやはり減少し、端壁への排ガス装置１８の衝突時、排ガス装置１８自体が変形することによって、エネルギの大きな部分が導出されることも、貢献する。

支持ユニット２０のために設けられた支持要素２６を軽金属ダイカスト材料から構成したことに加え、支持要素２６の形状付与も、衝撃負荷時の易破壊性に寄与し得る。例えば、図２ａ）の例では、支持要素２６が、スピンドル状の、例えば回転対称の凹面状の構成を有して形成されており、その結果、例えば支持要素２６の長手方向中央領域において、目標破損領域４０を提供する最大の減径部あるいは狭窄部が存在していることが看取可能である。図２ｂ）及び図２ｃ）の例では、支持要素２６が、原則、例えば柱状の、好ましくは円柱状の構成を有して形成されていることができる。外周領域には、様々な切欠きあるいは凹部４２、あるいは支持要素２６を貫通していてもよい開口４４を設けることができ、切欠き、凹部４２あるいは開口４４は、所定の目標破損領域４０の形成に寄与する。これにより、一方では構造材料の選択により、他方では形状付与により、本発明により構成された支持要素２６の破損特性に影響を及ぼし、破損特性を規定することができる。その結果、例えば駆動システム１０内の組み付け場所あるいは互いに連結したいシステム領域に合わせて、様々な支持要素２６あるいは支持ユニット２０を使用することが可能である。

支持ユニット２０、あるいは支持ユニット２０を備えて構成される駆動システム１０の前述の本発明に係る構造において、もちろん、前述の複数ある構造的な構成特徴の単独又は複数の特徴と関連付けて、さらに別の態様を実現することもできる。例えばそれぞれの支持ユニット２０の第１及び第２の結合要素２８，３０は、もちろん、それぞれ異なる材料から、結合要素２８，３０に結合すべきシステム領域に合わせて、それぞれ異なる形状付与を有して形成されていてもよい。既に説明したように結合要素は、鋼材料、例えば鋼薄板材料から構成されていてもよい。アルミニウムも構造材料として使用可能である。結合要素２８，３０を腐食あるいは熱負荷からも保護するために、結合要素２８，３０は、基本的にコーティングされていない構成に対して択一的に、コーティングにより被覆されていてもよい。もちろん、結合要素２８，３０は、１つの部分から一体成形されていても、複数の部分から構成されていてもよい。

本発明に係る支持ユニット２０の構造要素を過度の温度負荷から保護するために、構造要素同士の境界領域に、例えば熱絶縁性の要素、例えばマイカシート、熱絶縁性の材料又は繊維複合材料からなるマット又はプレートが設けられていてもよい。この種の材料による複数ある構造要素の個々の又は複数の構造要素の被覆も、可能である。改善された腐食防止を提供するために、本発明に係る支持ユニット２０の複数ある構造要素の個々の又は複数の構造要素は、例えばテフロン又はプラスチック材料によりコーティングされていてもよい。表面処理、例えばプラズマ処理、陽極酸化処理、電気めっき処理も、可能である。原則、構造要素は、防食性の合金により被覆されてもよい。防食性の層、例えばマイカ材料又はゴム材料からなる層の介装も、可能である。

所定の破損特性を提供する特に図２ａ）〜図２ｃ）に看取可能な支持要素の形状付与は、もちろん、個別に又は互いに組み合わされて設けられていてもよい。特に凹部４２あるいは貫通した開口４４は、対称又は非対称に支持要素２６に設けられていてもよい。支持要素２６は、原則、回転対称の、支持要素２６の長手方向軸線の方向で長尺の構成を有していてもよい。横断面は、例えば円形若しくは楕円形に又は角を有して形成されていてもよい。支持要素２６が特に支持機能の充足のためにも極めて強く負荷を受ける場所には、材料肉厚化部が設けられていてもよい。材料肉厚化部は、例えば図２ａ）に、支持要素２６が連結部材３４，３８を介して結合要素２８，３０に連結されている場所で、支持要素２６がより大きな材料厚さを有して形成されていることで、看取可能である。

排ガス装置１８自体を安定化させる支持ユニット２０の組み込みにも、様々な可能性がある。例えば、図１に看取可能であるように、１つの支持ユニット２０の一方の結合要素が、排ガス装置１８に直接結合されている一方、他方の結合要素は、別の支持ユニット２０の結合要素に結合されていることができる。択一的には、この種の支持ユニット２０の両方の結合要素が、排ガス装置１８に直接結合されていてもよい。

１０ 駆動システム、 １２ 駆動ユニット、 １４ 内燃機関、 １６ ギヤボックス、 １８ 排ガス装置、 ２０ 支持ユニット、 ２２ 障害物、 ２４ 端壁、 ２６ 支持要素、 ２８ 第１の結合要素、 ３０ 第２の結合要素、 ３２ 第１の連結領域、 ３４ 第１の連結部材、 ３６ 第２の連結領域、 ３８ 第２の連結部材、 ４０ 目標破損領域、 ４２ 切欠きあるいは凹部、 ４４ 開口、 Ｐ_１，Ｐ_２ 方向

Claims (11)

1. 軽金属ダイカスト材料により構成される少なくとも１つの支持要素（２６）を備える、車両の排ガス装置（１８）を支持する支持ユニット。
2. 前記軽金属ダイカスト材料は、Ａｌ又は／及びＭｇを含む、請求項１記載の支持ユニット。
3. 前記軽金属ダイカスト材料は、Ｓｉ又は／及びＣｕ又は／及びＺｎを含む、請求項１又は２記載の支持ユニット。
4. 前記軽金属ダイカスト材料は、Ａｌ／Ｓｉ合金又はＡｌ／Ｍｇ合金又はＡｌ／Ｓｉ／Ｍｇ合金又はＡｌ／Ｓｉ／Ｃｕ合金である、請求項１から３までのいずれか１項記載の支持ユニット。
5. 第１のシステム領域（１８）に堅固に結合するために設けられ、少なくとも１つの支持要素（２６）に第１の連結領域（３２）において連結されるか、又は連結すべき第１の結合要素（２８）と、第２のシステム領域（１４，１６，１８）に堅固に結合するために設けられ、少なくとも１つの支持要素（２６）に第２の連結領域（３６）において連結されるか、又は連結すべき第２の結合要素（３０）とを備える、請求項１から５までのいずれか１項記載の支持ユニット。
6. 前記第１の結合要素（２８）は、前記支持要素（２６）に前記第１の連結領域（３２）において少なくとも１つの連結部材（３４）により連結されているか、又は連結可能であり、又は／かつ前記第２の結合要素（３０）は、前記支持要素（２６）に前記第２の連結領域（３６）において少なくとも１つの連結部材（３８）により連結されているか、又は連結可能である、請求項５記載の支持ユニット。
7. 少なくとも１つの連結部材（３４，３８）は、ボルトを有する、請求項６記載の支持ユニット。
8. 少なくとも１つの支持要素（２６）は、少なくとも１つの目標破損領域（４０）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の支持ユニット。
9. 少なくとも１つの目標破損領域（４０）は、横断面狭窄部又は／及び凹部又は／及び前記支持要素（２６）を貫通する開口を有する、請求項８記載の支持ユニット。
10. 内燃機関（１４）を有する駆動ユニット（１２）と、前記内燃機関（１４）の燃焼排ガスを導出する排ガス装置（１８）とを備え、さらに、請求項１から９までのいずれか１項記載の少なくとも１つの支持ユニット（２０）を備える、車両用の駆動システム。
11. 少なくとも１つの支持ユニット（２０）は、前記排ガス装置（１８）を前記内燃機関（１４）に対して支持するように配置されている、又は／かつ前記駆動ユニット（１２）は、ギヤボックス（１６）を有し、少なくとも１つの支持ユニット（２０）は、前記排ガス装置（１８）を前記ギヤボックス（１６）に対して支持するように配置されている、又は／かつ少なくとも１つの支持ユニット（２０）は、前記排ガス装置（１８）の第１の領域を前記排ガス装置（１８）の第２の領域に対して支持するように配置されている、請求項９記載の駆動システム。

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