JP4363448B2 - 排気系熱交換器の車体搭載構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車等の排気ガスと冷媒との熱交換を行う排気系熱交換器を車体に搭載するための排気系熱交換器の車体搭載構造に関する。

エンジンの排気ガスを排出するための排気系における触媒コンバータとマフラとの間に、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を行う排気系熱交換器を配設した構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１０５４６４号公報

しかしながら、上記従来の技術では、排気系熱交換器の車体への搭載構造について考慮されていなかった。

本発明は、上記事実を考慮して、排気系熱交換器を車体に対し良好に搭載することができる排気系熱交換器の車体搭載構造を得ることが目的である。

請求項１記載の発明に係る排気系熱交換器の車体搭載構造は、車体前後方向に長手とされ、排気ガス流路を流れる排気ガスと冷媒流路を流れる冷媒との熱交換を行うための排気系熱交換器と、車体上下方向の下向きに開口すると共に車体前後方向に延在し、前記排気系熱交換器の少なくとも一部が内部に入り込まされたトンネル部と、車幅方向に延在し、前記排気系熱交換器の長手方向における前記冷媒流路の設置範囲の外側部分に対する車体上下方向の上側で、前記トンネル部の車幅方向に対向する壁部間を架け渡したクロスメンバと、一端側が前記排気系熱交換器における前記クロスメンバの車体上下方向の下側部分に固定されると共に、他端側が前記クロスメンバに固定され、前記排気系熱交換器を前記クロスメンバに対し吊り支持するための吊り支持手段と、を備え、前記排気系熱交換器は、長手方向の一端側に車体上下方向の最下部が位置するように配置されており、前記排気系熱交換器の長手方向中央部よりも前記一端側に配置され、該排気系熱交換器の車体上下方向の最下部よりも該車体上下方向の下側に突出して位置する燃料タンクをさらに備えており、かつ、前記排気系熱交換器は、前記長手方向の一端側が他端側よりも車体上下方向の下側に位置するように車体前後方向に対し傾斜して配置されており、該長手方向の他端部が車幅方向に延在する車体骨格の上側に配置されている。

請求項１記載の排気系熱交換器の車体搭載構造では、排気系熱交換器の少なくとも一部がトンネル部内に入り込んでおり、該排気系熱交換器は、少なくともその質量の一部がトンネル部を構成する壁部間を架け渡したクロスメンバに対し吊り手段を介して吊り支持されている。ここで、熱交換器における冷媒流路設置範囲外の部分の上側にクロスメンバが位置するため、換言すれば、吊り支持手段の一端部が固定された部分の上側に該吊り支持手段の他端部が固定されるクロスメンバが位置するため、少なくとも車体前後方向にコンパクトな吊り支持手段によって排気系熱交換器を車体に対し吊り支持することができる。

このように、請求項１記載の排気系熱交換器の車体搭載構造では、排気系熱交換器を車体に対し良好に搭載することができる。
また、本排気系熱交換器の車体搭載構造では、排気系熱交換器の車体上下方向の最下部よりも下側に燃料タンクの最下部が突出して位置するため、該排気系熱交換器の主に長手方向の一端側（クロスメンバ側）は、燃料タンクによって路面干渉等に対し保護される。一方、車体前後方向に傾斜された排気系熱交換器における長手方向の他端側は、一端側の最下部よりも車体上下方向の上側に位置するため、例えばトンネル部等の燃料タンク以外の車体構造によって保護されやすい。
さらに、本排気系熱交換器の車体搭載構造では、傾斜配置された排気系熱交換器の一端側が燃料タンクによって路面干渉に対し保護されると共に、他端側が車体骨格によって路面干渉に対し保護される。車体骨格が排気系熱交換器の直下を横切るように配置されるので、該排気系熱交換器他端側の保護性が良好である。

請求項２記載の発明に係る排気系熱交換器の車体搭載構造は、請求項１記載の排気系熱交換器の車体搭載構造において、前記クロスメンバは、前記排気系熱交換器に対する車体上下方向の上側に位置する部分の少なくとも一部が閉断面構造を成している。

請求項２記載の排気系熱交換器の車体搭載構造では、排気系熱交換器における冷媒流路の設置範囲外、すなわち高温になりやすい部分と車室との間に、少なくともクロスメンバが（単独で又は他の部材とで）形成した閉断面構造が介在するので、排気系熱交換器から車室への熱供給（伝熱、輻射）が抑制される。これにより、排気系熱交換器から車室へ熱供給を抑制するための車熱構造を不要としたり簡素化したりすることが可能になる。

請求項３記載の発明に係る排気系熱交換器の車体搭載構造は、車体前後方向に長手とされ、排気ガス流路を流れる排気ガスと冷媒流路を流れる冷媒との熱交換を行うための排気系熱交換器と、車体上下方向の下向きに開口すると共に車体前後方向に延在し、前記排気系熱交換器の少なくとも一部が内部に入り込まされたトンネル部と、車幅方向に延在し、前記トンネル部の車幅方向に対向する壁部間を架け渡すと共に、前記排気系熱交換器の長手方向における前記冷媒流路の設置範囲の外側部分に対する車体上下方向の上側で閉断面構造を形成したクロスメンバと、を備え、前記排気系熱交換器は、長手方向の一端側に車体上下方向の最下部が位置するように配置されており、前記排気系熱交換器の長手方向中央部よりも前記一端側に配置され、該排気系熱交換器の車体上下方向の最下部よりも該車体上下方向の下側に突出して位置する燃料タンクをさらに備えており、かつ、前記排気系熱交換器は、前記長手方向の一端側が他端側よりも車体上下方向の下側に位置するように車体前後方向に対し傾斜して配置されており、該長手方向の他端部が車幅方向に延在する車体骨格の上側に配置されている。

請求項３記載の排気系熱交換器の車体搭載構造では、排気系熱交換器の少なくとも一部がトンネル部内に入り込んでおり、該排気系熱交換器における冷媒流路の設置範囲外、すなわち高温になりやすい部分の車体上下方向の上側すなわち車室側にクロスメンバがオーバラップして配置されている。このクロスメンバは、単独で又は他の部材とで閉断面構造を形成しているため、排気系熱交換器から車室への熱供給（伝熱、輻射）が抑制される。これにより、排気系熱交換器から車室へ熱供給を抑制するための車熱構造を不要としたり簡素化したりすることが可能になる。

このように、請求項３記載の排気系熱交換器の車体搭載構造では、排気系熱交換器を車体に対し良好に搭載することができる。
また、本排気系熱交換器の車体搭載構造では、排気系熱交換器の車体上下方向の最下部よりも下側に燃料タンクの最下部が突出して位置するため、該排気系熱交換器の主に長手方向の一端側（クロスメンバ側）は、燃料タンクによって路面干渉等に対し保護される。一方、車体前後方向に傾斜された排気系熱交換器における長手方向の他端側は、一端側の最下部よりも車体上下方向の上側に位置するため、例えばトンネル部等の燃料タンク以外の車体構造によって保護されやすい。
さらに、本排気系熱交換器の車体搭載構造では、傾斜配置された排気系熱交換器の一端側が燃料タンクによって路面干渉に対し保護されると共に、他端側が車体骨格によって路面干渉に対し保護される。車体骨格が排気系熱交換器の直下を横切るように配置されるので、該排気系熱交換器他端側の保護性が良好である。

請求項４記載の発明に係る排気系熱交換器の車体搭載構造は、請求項１〜請求項３の何れか１項記載の排気系熱交換器の車体搭載構造において、前記燃料タンクは、燃料を貯留するタンク本体が樹脂材を含んで構成されている。

請求項４記載の排気系熱交換器の車体搭載構造では、燃料タンクのタンク本体が樹脂材を含んで構成されているので、燃料タンクは衝撃に強い（変形しても復元する）。このため、路面干渉により変形して最下部の位置が車体上下方向上側に移動してしまうことが防止され、燃料タンクに路面干渉が生じた場合でも、排気系熱交換器の保護構造（機能）が維持されやすい。

以上説明したように本発明に係る排気系熱交換器の車体搭載構造は、排気系熱交換器を車体に対し良好に搭載することができるという優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係る排気系熱交換器の車体搭載構造が適用された車両用排気系搭載構造１０について、図１乃至図９に基づいて説明する。以下、車両用排気系搭載構造１０の排気系（排気ガス系統）１１の概略全体構成、排気系熱交換器１５の構成、車両用排気系搭載構造１０が搭載される車体Ｂの概略全体構成、車体Ｂに対する排気系熱交換器１５を含む排気系１１の搭載構造（搭載姿勢）の順で説明することとする。なお、以下の説明で、単に上流・下流の語を用いるときは、排気ガスの流れ方向の上流・下流を示すものとする。また、各図に示す矢印ＦＲ、矢印ＵＰ、矢印Ｗは、車両用排気系搭載構造１０が適用された自動車の車体前後方向の前側（走行方向）、車体上下方向の上側、車幅方向をそれぞれ示すものとする。

（排気系の概略全体構成）
図６には、車両用排気系搭載構造１０によって車体Ｂに搭載（支持）される排気系１１の概略全体構成が底面図にて示されており、図７には排気系１１が側面図にて示されている。これらの図に示される如く、車両用排気系搭載構造１０は、排気系１１は、排気ガス流路を形成するようになっており、上流から順に、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ１２、１４、エンジンの暖機促進や暖房維持のために排気ガスの熱回収する排気系熱交換器１５、排気音を低減（消音）するためのマフラ１６が設けられ、これらの機器が排気管１８にて直列に連通されている。

より具体的には、第１触媒コンバータ１２は、図７に示される如く、内燃機関であるエンジン２０の排気マニホルド２０Ａに直付けされている。エンジン２０は、クランクシャフト２０Ｂの軸線方向が車幅方向に略一致する横置き形式で、車体前部に取り付けられている。この実施形態では、エンジン２０は、車体Ｂの前部に搭載されて前輪駆動車（ＦＦ車）又は前輪駆動車をベースにした４輪駆動車に適用され、少なくとも図示しない前輪に駆動力を付与する構成とされている。また、図１及び図２に示される如く、この第１触媒コンバータ１２と第２触媒コンバータ１４とは、排気管１８の最上流部を構成する触媒間排気管２２を介して接続（連通）されている。第２触媒コンバータ１４と排気系熱交換器１５は、排気管１８の上流部を構成する第１排気管としての触媒−熱交換器間排気管２４を介して接続（連通）されている。

さらに、排気系熱交換器１５とマフラ１６とは、排気管１８の中間部を構成する第２排気管（排気管）としての熱交換器−マフラ間排気管２６を介して接続されている。熱交換器−マフラ間排気管２６は、マフラ１６のマフラインレットパイプ１６Ａに接続されている。また、マフラ１６のマフラアウトレットパイプ１６Ｂには、排気管１８の下流部を構成する下流側排気管２８の上流端に接続されている。下流側排気管２８すなわち排気管１８における車体Ｂの後端部で開口する下流端は、第１触媒コンバータ１２、１３にて浄化済の排気ガスを大気中に排出する大気開放部１８Ａとされている。

以上により、排気系１１では、車体前部に位置するエンジン２０の排気マニホルド２０Ａから排出された排気ガスは、第１触媒コンバータ１２、触媒間排気管２２、第２触媒コンバータ１４、触媒−熱交換器間排気管２４、排気系熱交換器１５、熱交換器−マフラ間排気管２６、マフラ１６、下流側排気管２８の順で流れ、車体後端部に位置する大気開放部１８Ａから大気開放される構成とされている。

また、図６に示される如く排気系１１では、マフラ１６は、排気系熱交換器１５に対し車幅方向にオフセットして配置されている。この実施形態では、マフラ１６は、燃料タンク２９に車幅方向に並列して配置されている。このため、熱交換器−マフラ間排気管２６は、平面視で、その中央部（主要部）が車体前後方向との交差方向に延在する（車体前後方向に対し傾斜した）傾斜部２６Ａとされている。熱交換器−マフラ間排気管２６の後端側は、車体前後方向に略沿ったストレート部２６Ｂとされ、上記の通りマフラ１６のマフラインレットパイプ１６Ａに固定されている。したがって、車両用排気系搭載構造１０は、燃料タンク２９を回避して排気系１１すなわちマフラ１６を配置するために、熱交換器−マフラ間排気管２６に傾斜部２６Ａを設けた構成であると把握することができる。

（排気系熱交換器の構成）
排気系熱交換器１５は、排気ガスの熱を冷媒としてのエンジン冷却水に回収する構成とされており、図９に示される如く該排気ガスの流路とエンジン冷却水の流路とを隔てる隔壁パイプ３０を備えている。この実施形態では、隔壁パイプ３０は、そのパイプ壁の内外に螺旋状に形成された螺旋溝３０Ａ、３０Ｂが形成されている。螺旋溝３０Ａ、３０Ｂは、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を行う熱交換部１５Ａの略全長に亘り形成されており、隔壁パイプ３０の前後は、熱交換部１５Ａに対し前後にそれぞれ延設された排気ガス導入部３０Ｃ、排気ガス排出部３０Ｄとされている。

隔壁パイプ３０の内側には、略円筒状に形成されたバイパス管部としてのインナパイプ３２が同軸的に配置されている。この隔壁パイプ３０とインナパイプ３２との間に形成された空間が、排気系熱交換器１５の排気ガス流路３４とされている。また、隔壁パイプ３０は、略円筒状に形成されると共に同軸的に配置されたアウタパイプ３６にて外周側から覆われている。この隔壁パイプ３０とアウタパイプ３６との間の空間が排気系熱交換器１５のエンジン冷却水流路３８とされている。

排気系熱交換器１５では、排気ガス流れ方向におけるエンジン冷却水流路３８の形成範囲が、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換が行われる熱交換部１５Ａとされており、インナパイプ３２は熱交換部１５Ａよりも上流側及び下流側に突出している。この排気系熱交換器１５におけるインナパイプ３２内の空間は、排気系熱交換器１５における熱交換部１５Ａをバイパスするための上流ガス流路としてのバイパス流路４０とされている。

より具体的には、図９に示される如く、インナパイプ３２の上流端３２Ａは、触媒−熱交換器間排気管２４の下流端が接続されており、インナパイプ３２の下流端３２Ｂは、排気ガス案内パイプ４２の上流端４２Ａに略同軸的に接続されている。なお、排気ガス案内パイプ４２に代えて、インナパイプ３２を下流側に延長しても良い。また、隔壁パイプ３０におけるアウタパイプ３６（エンジン冷却水流路３８）よりも上流に突出した排気ガス導入部３０Ｃ（熱交換部１５Ａよりも上流部分）の前端は、インナパイプ３２の上流端３２Ａの外周面に気密状態で接続されている。さらに、隔壁パイプ３０におけるアウタパイプ３６（エンジン冷却水流路３８）よりも下流に突出した隔壁パイプ３０の排気ガス排出部３０Ｄ（熱交換部１５Ａよりも下流部分）は、エンドパイプ４４を介して排気ガス案内パイプ４２に気密状態で接続されている。

そして、インナパイプ３２における隔壁パイプ３０の排気ガス導入部３０Ｃの内側に位置する部分には、該インナパイプ３２内の空間であるバイパス流路４０と排気系熱交換器１５の排気ガス流路３４と連通する透孔４６が設けられている。すなわち、透孔４６が排気ガス流路３４とバイパス流路４０との分岐部を構成している。一方、エンドパイプ４４には、排気ガス流路３４の内外を連通する透孔４８が設けられている。透孔４８及び排気ガス案内パイプ４２の下流側開口端４２Ｂは、上流側開口端５０Ａがエンドパイプ４４に気密状態で接続されたシェルとしての熱交換器後部シェル５０内の空間である排気ガス出口ヘッダ５２において、それぞれ開口している。

したがって、排気系熱交換器１５では、熱交換部１５Ａをバイパスしてバイパス流路４０を通過した排気ガスは、排気ガス案内パイプ４２の内側を経由して熱交換器後部シェル５０内の排気ガス出口ヘッダ５２に至り、一方、透孔４６を経由して排気ガス流路３４を通過した排気ガスは、排気ガス案内パイプ４２の外側、透孔４８を経由して熱交換器後部シェル５０内の排気ガス出口ヘッダ５２に至る構成とされている。

さらに、排気系熱交換器１５は、排気ガス案内パイプ４２の下流側開口端４２Ｂを開閉するためのバルブ装置５４を備えている。バルブ装置５４は、熱交換器後部シェル５０に支持された回動軸５６廻りに回動することで、排気ガス案内パイプ４２の下流側開口端４２Ｂを閉止する閉止姿勢（図９の実線参照）と、該閉止位置から矢印Ａ方向に回動して排気ガス案内パイプ４２の下流側開口端４２Ｂを開放する開放姿勢（図９の想像線参照）とをとり得るバルブ５８を備えている。閉止姿勢に位置するバルブ５８は、排気ガス案内パイプ４２における下流側開口端４２Ｂ廻りに設けられた弁座（シール）６０に当接する構成とされている。

車幅方向に長手とされた回動軸５６は、排気ガス案内パイプ４２に固定されたフレーム６２に熱交換器後部シェル５０に対し回転自在に支持されている。バルブ５８は、アーム６４を介して回動軸５６と一体回転可能に連結されている。これにより、バルブ５８は、回動軸５６廻りに回動することで上記した閉止姿勢と開放姿勢とをとり得る。また、回動軸５６における熱交換器後部シェル５０の外側に突出した端部には、バルブ５８を閉止姿勢に偏倚させるための付勢力を生じる付勢部材としてのリターンスプリング６６が設けられている。図８に示される如く、回動軸５６の端部やリターンスプリング６６は、遮熱カバー６８にて被覆されている。

以上説明したバルブ装置５４を有する排気系熱交換器１５では、排気ガスの圧力が低い場合には、リターンスプリング６６の付勢力によってバルブ５８が排気ガス案内パイプ４２すなわちバイパス流路４０を閉止し、排気ガスが熱交換部１５Ａの排気ガス流路３４を流通するようになっている。一方、排気ガスの圧力が所定値以上になると、バルブ５８はリターンスプリング６６の付勢力に抗して排気ガスの圧力に応じた開放姿勢をとるようになっている。この実施形態では、上記したエンジン２０が最高出力を発生する場合の排気ガスの圧力によって、バルブ５８は、排気ガスの圧力による最大開度となる開放姿勢（図２の想像線参照）をとる設定とされている。

また、この実施形態では、バルブ装置５４は、排気ガスと熱交換を行うエンジン冷却水の温度が所定温度以上である場合には、排気ガスの圧力に依らず強制的にバルブ５８を閉止姿勢で保持するようになっている。具体的には、図８に示される如く、アウタパイプ３６における排気ガス流れ方向の下流側には、内部がエンジン冷却水流路３８に連通した第１冷却水入口パイプ７０が接続されている。第１冷却水入口パイプ７０の端部には、作動端が遮熱カバー６８内に配設されたサーモアクチュエータ７２が配設されている。サーモアクチュエータ７２は、内部に充填したワックスの熱膨張によって、リターンスプリング６６の付勢力に抗して回動軸５６を回転させ得る構成とされている。この実施形態では、サーモアクチュエータ７２は、エンジン冷却水温が８０℃以上である場合に、回動軸５６を介してバルブ５８を排気ガス圧力による開放姿勢よりも開度が大きい全開姿勢とする（全開姿勢を維持する）ようになっている。図９に一転鎖線にて示す如く、全開姿勢は、閉止姿勢から矢印Ａ方向に略９０°回動した姿勢とされている。

図８に示される如く、第１冷却水入口パイプ７０の中間部には、該第１冷却水入口パイプ７０を経由して排気系熱交換器１５のエンジン冷却水流路３８にエンジン冷却水を導入するための第２冷却水入口パイプ７４が接続されている。一方、アウタパイプ３６における排気ガス流れ方向の上流側には、エンジン冷却水流路３８からエンジン冷却水を排出するための冷却水出口パイプ７６が接続されている。冷却水出口パイプ７６は、アウタパイプ３６の略上下方向頂部（最上部）に連通しており、第２冷却水入口パイプ７４は、アウタパイプ３６の上下方向頂部よりも若干下側に連通した第１冷却水入口パイプ７０の最上部であって、アウタパイプ３６の最上部よりも高位である部分に連通している。第２冷却水入口パイプ７４及び冷却水出口パイプ７６は、エンジン２０、ラジエータ、ヒータコアを含む冷却水循環路に、少なくともエンジン冷却水流れに沿ってエンジン２０と直列となるように接続されている。

以上により、排気系熱交換器１５は、排気ガスの流れ方向とエンジン冷却水の流れ方向とが反対向きである向流型熱交換器とされており、この実施形態では、排気系熱交換器１５は、排気ガスが螺旋溝３０Ａに沿って螺旋状の流れを生じると共に、エンジン冷却水が螺旋溝３０Ｂに沿って排気ガスとは逆向きの螺旋状の流れを生じることで、コンパクトで熱交換効率の高い構成とされている。また、排気系熱交換器１５では、バイパス流路４０を通過することによる排気ガスの圧力損失（背圧）が、排気ガス流路３４を通過することによる排気ガスの圧力損失に対し十分に小さく、バルブ５８が開放姿勢をとる場合に排気ガスは主にバイパス流路４０を流通するようになっている。

（車体構造）
図２には、車体Ｂの下部構造が底面図にて示されており、図３には、車体Ｂの下部構造が側面図にて示されている。これらの図に示される如く、車体Ｂは、それぞれ車体前後方向に長手とされた左右一対のロッカ７８を備えている。左右のロッカ７８は、車幅方向外端のボディ骨格を構成している。左右のロッカ７８には、フロントフロアパネル８０の車幅方向の異なる端部がそれぞれ接合されている。このフロントフロアパネル８０の車幅方向中央部には、車体上下方向の下向きに開口するトンネル部としてのフロアトンネル８２が形成されている。フロアトンネル８２は、車体前後方向の前向きにも開口しており、図３に示される如くフロントフロアパネル８０の前端８０Ａに接合されたダッシュパネル８４に形成されたトンネル部８４Ａに連続している。ダッシュパネル８４は、エンジンルームＥと車室Ｃとを車体前後方向に区画している。

また、フロントフロアパネル８０におけるフロアトンネル８２と左右のロッカ７８との間の下面には、車体前部の骨格を成すフロントサイドメンバ８６の後部８６Ａが接合されている。フロントサイドメンバ８６の後部８６Ａは、上向きに開口する断面ハット形状に形成され、フロントフロアパネル８０に接合されて閉断面を成している。フロントサイドメンバ８６の後部８６Ａは、車体前後方向に対し後端８６Ｂ側が車幅方向外側に位置するように傾斜（湾曲）しており、該後端８６Ｂにおいて左右のロッカ７８に接合（連結）されている。左右のフロントサイドメンバ８６は、それぞれの後部８６Ａの前側に連続すると共にダッシュパネル８４の下面に接合されたキック部８６Ｃを有し、キック部８６Ｃの前端８６Ｄには、単独で閉断面を成す前部８６Ｅが連続している。前部８６Ｅの前端間は、フロントバンパを構成する図示しないフロントバンパリインフォースメントにて架け渡されている。

さらに、図２に示される如く、フロントフロアパネル８０におけるフロアトンネル８２の開口端８２Ａの車幅方向両外側の近傍には、それぞれ車体前後方向に長手とされたトンネルサイドリインフォースメント８８が設けられている。各トンネルサイドリインフォースメント８８は、上向きに開口する断面ハット形状に形成され、フロントフロアパネル８０の下面に接合されることで閉断面を成している。図２に示される如く、左右のトンネルサイドリインフォースメント８８は、車幅方向に長手とされたクロスメンバとしてのボディクロスメンバ９０にて架け渡されている。

図１に示される如く、ボディクロスメンバ９０は、車体上下方向の上向きに開口する略ハット形状の断面形状を有すると共に、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示される如く正面視で全体として車体上下方向の下向きに開口するハット形状を成し、図２に示される如く車他幅方向両端が左右のトンネルサイドリインフォースメント８８にそれぞれ接合されると共に、車幅方向中間部は略全長に亘って、上壁８２Ｂ、車幅方向に対向する壁部８２Ｃの内面に接合されている。したがって、ボディクロスメンバ９０は、トンネルリインフォースメントとして把握することもできる。

また、図２に示される如く、車体Ｂは、フロントフロアパネル８０の前方に配置されたサブフレーム（サスペンションメンバ）９２を備えている。サブフレーム９２は、それぞれ車体前後方向に長手とされ後端９４Ａが車幅方向中央に対し同じ側に位置するフロントサイドメンバ８６のキック部８６Ｃに固定された左右一対のサイドレール９４と、車幅方向に長手とされ左右一対のサイドレール９４の後端９４Ａ間を架け渡したエンジンリヤマウントサポートメンバ（リヤクロスメンバ）９６と、車幅方向に長手とされ左右一対のサイドレール９４の前端９４Ｂ間を架け渡したフロントクロスメンバ９８とで、平面視で略矩形枠状に形成されている。

この実施形態では、サブフレーム９２は、上記した排気ガスを排出するエンジン２０、左右の前輪を支持するためのフロントサスペンション等が取り付けられるようになっている。より具体的には、エンジンリヤマウントサポートメンバ９６には、内燃機関エンジンの後部を支持するための図示しないエンジンリヤマウントが固定されるリヤマウント支持部９６Ａが設けられている。また、左右一対のサイドレール９４にそれぞれフロントサスペンションを構成するロアアームを支持するための前後一対のロアアーム支持部９４Ｃ、９４Ｄが形成されている。さらに、左右一対のサイドレール９４のロアアーム支持部９４Ｃ、９４Ｄ間には、フロントサイドメンバ８６の前部８６Ｅに接続されるサイドメンバ結合部９４Ｅが設けられている。

以上説明したサブフレーム９２のエンジンリヤマウントサポートメンバ９６は、図１に示される如く、フロアトンネル８２の下向きの開口端８２Ａからさらに下方に突出した左右のトンネルサイドリインフォースメント８８に対し、車体上下方向の下側に位置している。

また、図１に示される如く、車体Ｂでは、フロアトンネル８２の後部をブラケット９７が上部から覆っている。ブラケット９７は、例えば図示しないシフトレバー装置等を支持するようになっており、フロアトンネル８２の上壁８２Ｂと離間した状態で壁部８２Ｃに接合されることで、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）にも示される如く、該上壁８２Ｂの上側に空間を形成している。これにより、トンネル内の空間Ｔと車室Ｃとの間には、ボディクロスメンバ９０がフロアトンネル８２とで形成する閉断面の空間Ｒ１と、ブラケット９７がフロアトンネル８２とで形成する空間Ｒ２とが介在している。

（排気系熱交換器の搭載構造）
図１に示される如く、車両用排気系搭載構造１０では、内燃機関エンジンに接続された排気系１１の触媒コンバータ１２、１４は、エンジンルームＥ内に配置され、触媒−熱交換器間排気管２４がフロアトンネル８２の前向き開口端８２Ｄを通じてフロアトンネル８２内に至っている。そして、上記の通り車体前後方向に長手とされた排気系熱交換器１５は、その一部がフロアトンネル８２内に配設されている。

この排気系熱交換器１５は、図１に示される如く、車体前後方向の前端部１５Ｂ側が後端部１５Ｃ（熱交換器後部シェル５０）側よりも車体上下方向の上側に位置する（路面Ｒから離間する）ように、車体前後方向（水平面）に対し若干傾斜して配置されており、主に上部がフロアトンネル８２内に入り込んでいる。また、排気系熱交換器１５の前端部１５Ｂは、車体骨格としてのエンジンリヤマウントサポートメンバ９６に対する車体上下方向の上側に位置し、後端部１５Ｃは、クロスメンバとしてのボディクロスメンバ９０に対する車体上下方向の下側に位置している。

具体的には、排気系熱交換器１５の後端部１５Ｃは、該排気系熱交換器１５の長手方向における熱交換部１５Ａの範囲外である直後方部分がボディクロスメンバ９０に対する車体上下方向の下方（正面視で下向き開口するフロアトンネル８２の内面に倣った形状のボディクロスメンバ９０の内側）に位置している。この実施形態では、隔壁パイプ３０の排気ガス排出部３０Ｄにおける露出部分（アウタパイプ３６、熱交換器後部シェル５０で被覆されていない部分、熱交換器後部シェル５０の上流側開口端５０Ａ側の一部がボディクロスメンバ９０の下方に位置している。

また、車両用排気系搭載構造１０では、排気系１１を構成するマフラ１６は、一方のトンネルサイドリインフォースメント８８に対し車幅方向外側に位置しており、底面視では熱交換器−マフラ間排気管２６がトンネルサイドリインフォースメント８８を横切っている。

さらに、図６及び図７に示される如く、車両用排気系搭載構造１０では、第１触媒コンバータ１２が上記の通りエンジン２０の排気マニホルド２０Ａに直付けされると共に、排気系１１における排気系熱交換器１５を含む後部が懸架手段１００によって車体Ｂに支持されている。この実施形態では、排気系１１は、排気系熱交換器１５がそれぞれ吊り支持手段としての２つのサポート部１０２、１０４にて車体Ｂに支持され、マフラ１６が１つのサポート部１０６にて車体Ｂに支持され、下流側排気管２８が１つのサポート部１０８にて車体Ｂに支持されている。以下、具体的に説明する。

図８に示される如く、排気系熱交換器１５を構成する隔壁パイプ３０における外部への露出部である排気ガス排出部３０Ｄには、平面視で排気系熱交換器１５の長手方向と略直角を成すように互いに反対向きに張り出した被支持部材としての被サポートロッド１０２Ａ、１０４Ａが固定されている。図９に示される如く、隔壁パイプ３０の排気ガス排出部３０Ｄは、排気系熱交換器１５の外郭におけるアウタパイプ３６とエンドパイプ４４との間で露出する１枚板部分とされている。

図２及び図６に示される如く、サポート部１０２は、被サポートロッド１０２Ａの先端部が、車体Ｂに固定されたサポートロッド１０２Ｂが差し込まれたサポートゴム１０２Ｃに長手方向の相対変位（熱伸びの吸収）が可能なように挿し込まれることで、排気系１１において質量が最も大きい部品である排気系熱交換器１５を車体Ｂに懸架（吊り支持）している。同様に、サポート部１０４は、被サポートロッド１０４Ａの先端部が、車体Ｂに固定されたサポートロッド１０４Ｂが差し込まれたサポートゴム１０４Ｃに長手方向の相対変位が可能なように挿し込まれることで、排気系熱交換器１５を車体に懸架している。この実施形態では、図２に示される如く、サポートロッド１０２Ｂ、１０４Ｂは、ボディクロスメンバ９０に固定されている。

サポート部１０６は、マフラ１６を構成するマフラシェル１６Ｃの後端１６Ｄに固定されて車幅方向外向きに張り出した被サポートロッド１０６Ａを有する。被サポートロッド１０６Ａは、車体Ｂに固定されたサポートロッド１０６Ｂが差し込まれたサポートゴム１０６Ｃに長手方向の相対変位（熱伸びの吸収）が可能なように挿し込まれることで、排気系１１において質量が比較的大きい部品であるマフラ１６を車体Ｂに懸架（吊り支持）している。また、図６に示される如く、サポート部１０８は、下流側排気管２８における大気開放部１８Ａの近傍に固定されて車幅方向外向きに張り出した被サポートロッド１０８Ａを有する。被サポートロッド１０８Ａは、車体Ｂに固定されたサポートロッド１０８Ｂが差し込まれたサポートゴム１０８Ｃに長手方向の相対変位（熱伸びの吸収）が可能なように挿し込まれることで、排気管１８を構成する下流側排気管２８を車体Ｂに懸架（吊り支持）している。

図示は省略するが、４つのサポート部１０２、１０４、１０６、１０８（サポートゴム１０２Ｃ、１０４Ｃ、１０６Ｃ、１０８Ｃ）が形成する仮想四角形の内側に、排気系１１の重心が位置する構成とされている。

図１及び図３からロッカ７８及び燃料タンク２９を取り除いてみた図４に示される如く、以上の如く懸架手段１００にて車体Ｂに支持された排気系１１は、その排気系熱交換器１５の後端部１５Ｃを除く部分（熱交換部１５Ａを略全長に亘り含む部分）が、左右のトンネルサイドリインフォースメント８８の下縁８８Ａに対し車体上下方向の上側に位置している。一方、排気系熱交換器１５の後端部１５Ｃは、主に隔壁パイプ３０の排気ガス排出部３０Ｄ、熱交換器後部シェル５０の下部が左右のトンネルサイドリインフォースメント８８の下縁８８Ａよりも車体上下方向の下側に突出している。

そして、車両用排気系搭載構造１０では、図１及び図３に示される如く、排気系熱交換器１５の車体上下方向の最下部を成す熱交換器後部シェル５０の後下角部５０Ｂよりも車体上下方向の下側に、燃料タンク２９の低部２９Ａが突出して位置している。燃料タンク２９の低部２９Ａは、図１及び図２から判るように、熱交換器後部シェル５０の後下角部５０Ｂに対する車体前後方向の後側に近接して位置している。燃料タンク２９は、燃料を貯留するためのタンク本体が樹脂材にて構成された樹脂製燃料タンクとされている。

これにより、車両用排気系搭載構造１０では、排気系熱交換器１５に対し、エンジンリヤマウントサポートメンバ９６が車体前後方向の前側で、燃料タンク２９が車体前後方向の後側で、左右のトンネルサイドリインフォースメント８８が車幅方向の両側で、それぞれ車体上下方向の下側に突出する構成とされている。

また、この実施形態に係る車両用排気系搭載構造１０では、排気系１１の触媒間排気管２２、触媒−熱交換器間排気管２４にそれぞれボールジョイント１１０が設けられており、エンジン２０の振動が排気系１１に伝達されることを抑制するようになっている。

次に、本実施形態の作用を説明する。

上記構成の車両用排気系搭載構造１０が適用された排気系１１では、エンジン２０の運転に伴って生じる排気ガスは、排気管１８により連通された第１触媒コンバータ１２、第２触媒コンバータ１４、排気系熱交換器１５、マフラ１６を経由して、浄化・消音されて大気中に開放される。そして、排気系熱交換器１５では、エンジン冷却水温が低い場合には、サーモアクチュエータ７２に対しバルブ５８がフリーとされ、バルブ装置５４は自圧バルブとして作用する。このため、排気ガスの圧力が低い運転条件では、リターンスプリング６６の付勢力によって排気ガス案内パイプ４２すなわちバイパス流路４０が閉止され、排気ガスは、熱交換部１５Ａの排気ガス流路３４を流れ、エンジン冷却水流路３８を流れるエンジン冷却水との熱交換が行われる。これにより、エンジン２０の暖機促進や、低温始動時の暖房維持が果たされる。

例えば加速や登坂等のエンジン２０の出力が増す運転条件で、排気ガスの圧力が上昇すると、この排気ガスの圧力を受けたバルブ５８は、リターンスプリング６６の付勢力に抗し矢印Ａ方向に回動し、開放姿勢に至る。これにより、排気ガスは、主にバイパス流路４０を流れ、排気ガス流路３４を流れる場合と比較して背圧が低減される。すなわち、自圧バルブとして機能するバルブ装置５４を備えた車両用排気系搭載構造１０では、エンジン２０の暖気等のための排気熱回収よりも出力確保のための背圧低減が優先される場合に、排気ガスが熱交換部１５Ａをバイパスしてバイパス流路４０を流れることで、自動的に背圧の低減が果たされる。そして、エンジン２０が最高出力を発生する際には、その排気ガスの圧力でバルブ５８が図４に示す想像線にて示す開放姿勢（排気ガスの圧力による最大開度）となる。

また、車両用排気系搭載構造１０では、エンジン冷却水温が８０℃以上になると、サーモアクチュエータ７２がリターンスプリング６６の付勢力に抗するトルクを回動軸５６に付与してバルブ５８を全開位置に保持する。これにより、排気ガスは主にバイパス流路４０を流れ、排気ガス案内パイプ４２、熱交換器後部シェル５０の排気ガス出口ヘッダ５２を経由して熱交換器−マフラ間排気管２６から排出される。すなわち、排気熱の回収が不要な運転状態では、排気ガス流路が自動的にバイパス流路４０に切り替えられる。

ここで、車両用排気系搭載構造１０では、排気系熱交換器１５がボディクロスメンバ９０の下方に位置し、該サポート部１０２、１０４を介してボディクロスメンバ９０に支持されているため、排気系１１における比較的質量が大きい排気系熱交換器１５を短いサポートロッド１０２Ｂ、１０４Ｂで支持することができる。補足すると、排気系熱交換器１５においては、溶接にて固定される被サポートロッド１０２Ａ、１０４Ａは、エンジン冷却水流路３８の形成範囲すなわち熱交換部１５Ａの範囲外に設けることが望ましい。したがって、排気系熱交換器１５を、被サポートロッド１０２Ａ、１０４Ａが固定された隔壁パイプ３０の排気ガス排出部３０Ｄがボディクロスメンバ９０の下方に位置するように配置することで、サポートロッド１０２Ｂ、１０４Ｂを少なくとも車体前後方向に短く構成することができる。

そして、排気系熱交換器１５に対し車体上下方向に下側に位置する車体部材、例えば左右のトンネルサイドリインフォースメント８８等にサポートロッド１０２Ｂ、１０４Ｂを固定して排気系熱交換器１５を吊り支持する構成では、サポートロッド１０２Ｂ、１０４Ｂに立ち上げ部を設ける等、該サポートロッド１０２Ｂ、１０４Ｂを長く構成することになるが、車両用排気系搭載構造１０では、ボディクロスメンバ９０に下側に主に隔壁パイプ３０の排気ガス排出部３０Ｄを配置したので、サポートロッド１０２Ｂ、１０４Ｂ上下方向の長さを短くすることができる。これらにより、排気系熱交換器１５を支持するサポートロッド１０２Ｂ、１０４Ｂの曲げが抑制され、排気系熱交換器１５を良好に支持することができる。

また、車両用排気系搭載構造１０では、図１、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示される如く、排気系熱交換器１５における高温になりやすい熱交換部１５Ａの範囲外、すなわち隔壁パイプ３０の排気ガス排出部３０Ｄ、熱交換器後部シェル５０と車室Ｃとの間に、少なくともトンネル内の空間Ｔ、空間Ｒ２が断熱層として介在し、排気系熱交換器１５から車室Ｃへの熱供給（伝熱、輻射、これらの組み合わせ）が抑制される。特に、ボディクロスメンバ９０が形成する空間Ｒ１が断熱層として排気系熱交換器１５における排気ガス排出部３０Ｄ、熱交換器後部シェル５０と車室Ｃとの間に介在する部分は、より効果的に排気系熱交換器１５から車室Ｃへの熱供給が抑制される。これにより、車両用排気系搭載構造１０が適用された車体Ｂでは、排気系熱交換器１５から車室Ｃへの遮熱対策を簡素化したり不要にしたりすることが可能になる。

さらに、車両用排気系搭載構造１０では、エンジンリヤマウントサポートメンバ９６が前側で、燃料タンク２９が後側で、左右のトンネルサイドリインフォースメント８８が車幅方向の両側で、それぞれ排気系熱交換器１５に対する車体上下方向の下方に突出しているので、排気系熱交換器１５が路面干渉に対し保護される。特に、車両用排気系搭載構造１０では、排気系熱交換器１５におけるエンジン冷却水が流れるエンジン冷却水流路３８を構成するアウタパイプ３６が、左右のトンネルサイドリインフォースメント８８、エンジンリヤマウントサポートメンバ９６によって効果的に保護される。

しかも、排気系熱交換器１５の最低所である熱交換器後部シェル５０の後下角部５０Ｂの後側近傍には、燃料タンク２９の低部２９Ａが位置するため、排気系熱交換器１５の最低所が左右のトンネルサイドリインフォースメント８８よりも下方に突出した構成において、該排気系熱交換器１５を路面干渉に対し効果的に保護することができる。特に、燃料タンク２９が衝撃に強い樹脂製燃料タンクであるため、仮に燃料タンク２９が路面干渉により変形した場合でも、該燃料タンク２９は復元しやすく、この復元によって排気系熱交換器１５の保護構造（機能）が維持されやすい。

なお、上記実施形態では、車両用排気系搭載構造１０は、排気系熱交換器１５における熱交換部１５Ａの設置範囲外である排気ガス排出部３０Ｄをボディクロスメンバ９０の下方に配置してサポート部１０２、１０４をコンパクトに構成し、排気系熱交換器１５における熱交換部１５Ａの設置範囲外である排気ガス排出部３０Ｄ、熱交換器後部シェル５０との間に空間Ｒ１、Ｒ２を介在させ、かつ熱交換器後部シェル５０の後下角部５０Ｂの路面干渉を燃料タンク２９にて防止する例を示したが、本発明はこれに限定されず、上記した３つの機能の少なくとも１つを果たすように構成すれば良い。

また、上記実施形態では、排気系熱交換器１５が車体前後方向に対し傾斜（後傾）された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、排気系熱交換器１５を水平に配置したり前傾姿勢で配置したりしても良い。

本発明の実施形態に係る排気系搭載構造の要部を示す側断面図である。 本発明の実施形態に係る排気系搭載構造を示す底面図である。 本発明の実施形態に係る排気系搭載構造を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る排気系搭載構造を、一方のロッカを取り除いて示す側面図である。 （Ａ）は図１の５Ａ―５Ａ線に沿った断面図、（Ｂ）は図１の５Ｂ―５Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係る排気系搭載構造が適用された排気系の平面図である。 本発明の実施形態に係る排気系搭載構造が適用された排気系の側面図である。 本発明の実施形態に係る排気系搭載構造を構成する排気系熱交換器の平面図である。 本発明の実施形態に係る排気系搭載構造を構成する排気系熱交換器を示す側断面図である。

符号の説明

１０ 車両用排気系搭載構造（排気系熱交換器の搭載構造）
１５ 排気系熱交換器
１５Ａ 熱交換部（冷媒流路の設置範囲）
２９ 燃料タンク
３４ 排気ガス流路
３８ エンジン冷却水流路（冷媒流路）
８２ フロアトンネル（トンネル部）
９０ ボディクロスメンバ（クロスメンバ）
９６ エンジンリヤマウントサポートメンバ（車体骨格）
１０２・１０４ サポート部（吊り支持手段）

Claims (4)

1. 車体前後方向に長手とされ、排気ガス流路を流れる排気ガスと冷媒流路を流れる冷媒との熱交換を行うための排気系熱交換器と、
   車体上下方向の下向きに開口すると共に車体前後方向に延在し、前記排気系熱交換器の少なくとも一部が内部に入り込まされたトンネル部と、
   車幅方向に延在し、前記排気系熱交換器の長手方向における前記冷媒流路の設置範囲の外側部分に対する車体上下方向の上側で、前記トンネル部の車幅方向に対向する壁部間を架け渡したクロスメンバと、
   一端側が前記排気系熱交換器における前記クロスメンバの車体上下方向の下側部分に固定されると共に、他端側が前記クロスメンバに固定され、前記排気系熱交換器を前記クロスメンバに対し吊り支持するための吊り支持手段と、
   を備え、
   前記排気系熱交換器は、長手方向の一端側に車体上下方向の最下部が位置するように配置されており、
   前記排気系熱交換器の長手方向中央部よりも前記一端側に配置され、該排気系熱交換器の車体上下方向の最下部よりも該車体上下方向の下側に突出して位置する燃料タンクをさらに備えており、
   かつ、前記排気系熱交換器は、前記長手方向の一端側が他端側よりも車体上下方向の下側に位置するように車体前後方向に対し傾斜して配置されており、該長手方向の他端部が車幅方向に延在する車体骨格の上側に配置されている排気系熱交換器の車体搭載構造。
2. 前記クロスメンバは、前記排気系熱交換器に対する車体上下方向の上側に位置する部分の少なくとも一部が閉断面構造を成している請求項１記載の排気系熱交換器の車体搭載構造。
3. 車体前後方向に長手とされ、排気ガス流路を流れる排気ガスと冷媒流路を流れる冷媒との熱交換を行うための排気系熱交換器と、
   車体上下方向の下向きに開口すると共に車体前後方向に延在し、前記排気系熱交換器の少なくとも一部が内部に入り込まされたトンネル部と、
   車幅方向に延在し、前記トンネル部の車幅方向に対向する壁部間を架け渡すと共に、前記排気系熱交換器の長手方向における前記冷媒流路の設置範囲の外側部分に対する車体上下方向の上側で閉断面構造を形成したクロスメンバと、
   を備え、
   前記排気系熱交換器は、長手方向の一端側に車体上下方向の最下部が位置するように配置されており、
   前記排気系熱交換器の長手方向中央部よりも前記一端側に配置され、該排気系熱交換器の車体上下方向の最下部よりも該車体上下方向の下側に突出して位置する燃料タンクをさらに備えており、
   かつ、前記排気系熱交換器は、前記長手方向の一端側が他端側よりも車体上下方向の下側に位置するように車体前後方向に対し傾斜して配置されており、該長手方向の他端部が車幅方向に延在する車体骨格の上側に配置されている排気系熱交換器の車体搭載構造。
4. 前記燃料タンクは、燃料を貯留するタンク本体が樹脂材を含んで構成されている請求項１〜請求項３の何れか１項記載の排気系熱交換器の車体搭載構造。
   

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