JP5394193B2 - 車両用ガスタンク支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、駆動用のガス燃料が充填される断面円筒状のガスタンクを、車体の座席裏に形成された空間に配置するための車両用ガスタンク支持構造に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池を搭載する燃料電池自動車（燃料電池車両）が知られている。この燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。

燃料電池では、アノード側電極に水素ガス等の燃料ガスが供給される一方、カソード側電極に空気等の酸化剤ガスが供給されている。このため、空気中の酸素と燃料ガス（水素）とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われている。

燃料電池自動車では、上記の発電により得られた電力を走行用モータに供給することにより、走行が可能になっている。従って、自動車車体には、駆動用のガス燃料として水素ガスが充填されるガスタンクが、種々の支持構造を介して搭載されている。

例えば、特許文献１は、円筒形のガス燃料タンクを矩形形状のサポートフレームに支持バンドで固定し、このサポートフレームを前記ガス燃料タンクが車幅方向へ延びる姿勢で、車体前後方向へ延びる左右のリヤフレームに取り付けたガス燃料タンクの支持構造であって、前記サポートフレームに、前記ガス燃料タンクの高さ中心にほぼ達する高さの支持部を設け、この支持部に前記支持バンドの前部及び／又は後部を固定している。

これにより、ガス燃料タンクの重心位置を支持部で支えるため、例えば、悪路走行の際に、前記ガス燃料タンクの重心位置に前後方向に向けて力がかかっても、前取付ブラケット及び／又は後取付ブラケットや支持バンドにモーメントは発生（或いは、殆ど発生）しない、としている。

特開２００５−２１２６２７号公報

ところで、上記の特許文献１では、ガス燃料タンクにかかる力の全てをサポートフレームで受けるため、前記サポートフレームは、相当に大きな断面積を有する必要がある。しかしながら、ガス燃料タンクを搭載する車両では、前記ガス燃料タンクの周辺に他の部品や配管等が存在している。従って、大きな断面積を有するサポートフレームでは、これらの部品及び配管等を効率的に収容することが困難になる場合がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、ガスタンクを良好に保持するとともに、フレーム断面積を有効に小さく設定することができ、各種部品等を効率的且つコンパクトに収容することが可能な車両用ガスタンク支持構造を提供することを目的とする。

本発明は、駆動用のガス燃料が充填される断面円筒状のガスタンクを、車体の座席裏に形成された空間に配置するための車両用ガスタンク支持構造に関するものである。

車両用ガスタンク支持構造は、ガスタンクの軸方向を車体の車幅方向に揃えて前記ガスタンクを搭載するサブフレームを備えている。そして、サブフレームは、ガスタンクの車長方向前方側で前記ガスタンクを固定するとともに、車幅方向に延在するサブフレーム側クロスメンバを設け、前記サブフレーム側クロスメンバは、車体側クロスメンバに固定されている。

また、車体側クロスメンバは、座席用のシートベルトの一部を支持することが好ましい。

さらに、サブフレームは、サブフレーム側クロスメンバの両端部が接続される左右のサイドフレームを設けるとともに、前記サブフレーム側クロスメンバは、ガスタンクを固定する中間部が、該サブフレーム側クロスメンバの前記両端部に対して車長方向後方に向かって上方に傾斜して構成されることが好ましい。

さらにまた、サブフレーム側クロスメンバは、中間部が湾曲形状を有することが好ましい。

また、サブフレーム側クロスメンバは、円柱形状を有することが好ましい。

さらに、サブフレーム側クロスメンバの湾曲形状部位と座席裏の車体パネルとの間には、ガスタンクの配管を取り回すための配管用空間部が形成されることが好ましい。

さらにまた、ガスタンクは、水素ガスタンクであり、サブフレーム側クロスメンバの湾曲形状部位の下方には、少なくとも燃料電池の一部が収容される燃料電池用空間部が形成されることが好ましい。

また、サブフレーム側クロスメンバの湾曲形状部位の下方には、少なくとも蓄電装置の一部が収容される蓄電装置用空間部が形成されることが好ましい。

さらに、サブフレーム側クロスメンバの湾曲形状部位の下方には、少なくともガソリンタンクの一部が収容されるガソリンタンク用空間部が形成されることが好ましい。

本発明によれば、ガスタンクの車長方向前方側で該ガスタンクを固定するサブフレーム側クロスメンバが、車体側クロスメンバに固定されている。このため、車両の加速度により車体前後方向に発生したガスタンクの慣性力は、サブフレーム側クロスメンバと車体側クロスメンバとに分散される。

これにより、サブフレーム側クロスメンバの断面積を有効に小さく設定することができ、他の部品や配管等を効率的且つコンパクトに収容することが可能になるとともに、ガスタンクの容量の増加も容易に図られる。

本発明の実施形態に係る車両用ガスタンク支持構造を組み込む燃料電池自動車の後部側概略構成図である。 車両用ガスタンク支持構造を構成するサブフレームの前方側からの概略斜視説明図である。 前記サブフレームの後方側からの概略斜視説明図である。 前記車両用ガスタンク支持構造の説明図である。 前記車両用ガスタンク支持構造の下方側からの概略斜視説明図である。 比較例の車両用ガスタンク支持構造の動作説明図である。 本実施形態の車両用ガスタンク支持構造の動作説明図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る車両用ガスタンク支持構造１０は、燃料電池自動車（燃料電池車両）１２に組み込まれる。燃料電池自動車１２を構成する車体１４は、車体フレーム（車体パネル）１６を備える。車体フレーム１６は、例えば、後部座席１８の座席裏に空間２０を形成するとともに、前記空間２０には、ガスタンク支持構造１０が配置される。なお、例えば、２人乗り自動車であれば、空間２０は、運転席及び助手席の座席裏に形成され、３列シート自動車であれば、前記空間２０は、最後部席の座席裏に形成される。

図２及び図３に示すように、ガスタンク支持構造１０は、駆動用のガス燃料（水素ガス）が充填される断面円筒状のガスタンク２２を、前記ガスタンク２２の軸方向を車体１４の車幅方向（矢印Ｈ方向）に揃えて該ガスタンク２２を搭載するサブフレーム２４を備える。

ガスタンク２２は、軸方向一端部にタンクバルブ２６が装着され、前記タンクバルブ２６には、ガス導入管２８とガス導出管３０とが接続される。ガス導入管２８は、外部からガスタンク２２内に燃料ガスを導入するための配管であり、ガス導出管３０は、前記ガスタンク２２内の燃料ガスを、例えば、燃料電池（後述する）に供給するための配管である。

ガスタンク２２の外周には、一対のバンドユニット３２が取り付けられる。バンドユニット３２は、複数のバンド３４を有し、前記バンド３４同士が、連結具３６を介して連結されるとともに、圧縮ばね３８を介してガスタンク２２の外径寸法の伸縮に対応可能に構成される。

サブフレーム２４は、車体１４の車幅方向（矢印Ｈ方向）に所定の間隔離間して配置される一対のサイドフレーム４０ａ、４０ｂを備える。サイドフレーム４０ａ、４０ｂの車長方向前方（矢印Ｌｆ方向）側の端部には、サブフレーム側クロスメンバ４２が連結される。サイドフレーム４０ａ、４０ｂの車長方向後方（矢印Ｌｒ方向）側の端部には、後方クロスメンバ４４が連結される。

サブフレーム側クロスメンバ４２は、図２及び図４に示すように、ガスタンク２２を固定する中間部４２ａが、前記サブフレーム側クロスメンバ４２の両端部４２ｂ、４２ｂに対して、車長方向後方（矢印Ｌｆ方向）に向かって上方に傾斜して構成される。サブフレーム側クロスメンバ４２は、中間部４２ａが湾曲形状を有するとともに、円柱形状（断面円筒形状）に設定される。

中間部４２ａには、一対の取り付け部４６が設けられる。図４に示すように、各取り付け部４６の上部側には、ねじ孔４８が鉛直方向に形成されるとともに、水平方向に突出する板状部５０には、孔部５０ａが形成される。後方クロスメンバ４４には、一対の取り付け部５２が設けられるとともに、前記取り付け部５２の上部には、孔部５２ａが鉛直方向に形成される。

バンドユニット３２は、ガスタンク２２の前方及び後方に対応して、それぞれ一対のブラケット５４ａ、５４ｂを備える。一対のブラケット５４ａは、サブフレーム側クロスメンバ４２の中間部４２ａに設けられる一対の取り付け部４６に配置される。ボルト５６は、ブラケット５４ａに挿入されて取り付け部４６のねじ孔４８にねじ込まれることにより、前記ブラケット５４ａが前記取り付け部４６に固定される。

ブラケット５４ｂは、取り付け部５２に配置される。ボルト５６は、ブラケット５４ｂ及び取り付け部５２の孔部５２ａに挿入されてナット５８にねじ込まれることにより、前記ブラケット５４ｂが前記取り付け部５２に固定される。

サブフレーム側クロスメンバ４２は、車体フレーム１６を構成する車体側クロスメンバ６０に固定される。図４に示すように、車体側クロスメンバ６０内には、カラー６２を介して支持プレート６３が配設されるとともに、前記支持プレート６３には、ナット６４が固着される。

板状部５０の孔部５０ａには、下方側から上方に向かってボルト６６のねじ部が挿入される。ボルト６６のねじ部は、カラー６２を貫通してナット６４にねじ込まれることにより、板状部５０を介して取り付け部４６が車体側クロスメンバ６０に固定される。図５に示すように、車体側クロスメンバ６０には、後部座席用のシートベルトの一部、例えば、バックル６８が取り付けられる。

図１及び図４に示すように、サブフレーム側クロスメンバ４２の湾曲形状部位と車体フレーム１６との間には、ガスタンク２２のガス導出管３０を取り回すための配管用空間部Ｓ１が形成される。サブフレーム側クロスメンバ４２の湾曲形状部位の下方には、例えば、燃料電池７０の一部が収容される燃料電池用空間部Ｓ２が形成される。

このように構成されるガスタンク支持構造１０の動作について、以下に説明する。

先ず、図６に示すように、比較例としてのガスタンク支持構造１は、サブフレーム２を備える。サブフレーム２は、前部クロスメンバ３と後部クロスメンバ４とを備え、前記前部クロスメンバ３及び前記後部クロスメンバ４は、一対のサイドフレーム５間に水平方向に延在して連結される。前部クロスメンバ３には、ブラケット５４ａが固定される一方、後部クロスメンバ４には、ブラケット５４ｂが固定される。

この比較例において、走行時に、ガスタンク２２に加減速度による慣性力Ｆが車長方向前方に作用すると、前記ガスタンク２２の中心Ｏと、前記ガスタンク２２をサブフレーム２に固定するブラケット５４ａの締結支点Ｏ１とを結ぶ直線に垂直な方向に、大きな分力Ｆ₁が発生する。締結支点Ｏ１は、中心Ｏよりも下方に大きく離間するからである。

このため、ガスタンク２２には、前方に向かって上方に傾斜する方向に大きな分力Ｆ１が作用し、ブラケット５４ｂ側には相当に大きな力Ｆ２が作用する。これにより、ブラケット５４ｂの締結部の強度を大きく設定する必要がある。

これに対して、図７に示す本実施形態に係るガスタンク支持構造１０では、ブラケット５４ａとサブフレーム側クロスメンバ４２との締結支点Ｏ２の位置は、比較例に比べて上方に大きく移動している。このため、締結支点Ｏ２とガスタンク２２の中心Ｏとの高低差は、僅かな値になり、前記ガスタンク２２に水平方向に作用する慣性力Ｆの分力Ｆ３は、相当に小さな値となる。従って、ブラケット５４ｂに作用する力Ｆ４が小さくなり、このブラケット５４ｂの強度を大きく設定する必要がない。

さらに、本実施形態によれば、ガスタンク２２の車長方向前方側で、前記ガスタンク２２がブラケット５４ａ及び取り付け部４６を介してサブフレーム側クロスメンバ４２に固定されるとともに、前記サブフレーム側クロスメンバ４２は、車体フレーム１６を構成する車体側クロスメンバ６０に固定されている。

このため、図７に示すように、ガスタンク２２に前後方向に発生した慣性力Ｆは、サブフレーム側クロスメンバ４２と車体側クロスメンバ６０とに分散されている。これにより、サブフレーム側クロスメンバ４２の断面積を有効に小さく設定することができ、他の部品や配管等を効率的且つコンパクトに収容することが可能になるとともに、ガスタンク２２の容量の増加も容易に図られる。

また、車体側クロスメンバ６０には、後部座席用のシートベルトの一部であるバックル６８が取り付けられている（図５参照）。従って、車体側クロスメンバ６０として、既存の剛性の高い部材を利用することができ、経済的な構成で、サブフレーム２４を強固に保持することが可能になる。

しかも、サブフレーム側クロスメンバ４２は、両端部４２ｂ、４２ｂが左右のサイドフレーム４０ａ、４０ｂに接続されるとともに、ガスタンク２２が固定される中間部４２ａは、前記サブフレーム側クロスメンバ４２の両端部４２ｂ、４２ｂに対して車長方向後方に向かって上方に傾斜している。このため、燃料電池自動車１２が、例えば、急停止した際に、シートベルトの保持とガスタンク２２の保持とを相互に補完することができる。

さらにまた、サブフレーム側クロスメンバ４２は、中間部４２ａが湾曲形状を有している。従って、ガスタンク２２との固定点である締結支点Ｏ２を上方に設定することが可能になり、この締結支点Ｏ２を前記ガスタンク２２の中心Ｏと略同一の高さ位置に維持することができる。

また、サブフレーム側クロスメンバ４２は、円柱形状を有しているため、前記サブフレーム側クロスメンバ４２の曲げ成形作業が簡素化し、経済的であるという利点がある。

その際、サブフレーム側クロスメンバ４２の湾曲形状部と、後部座席裏の車体フレーム（車体パネル）１６との間には、ガスタンク２２のガス導出管３０を取り回すための配管用空間部Ｓ１が形成されている。これにより、ガス導出管３０等をサブフレーム側クロスメンバ４２の上方に沿って配管させることができ、前記ガス導出管３０等を前記サブフレーム側クロスメンバ４２により良好に保護することが可能になる。

さらに、サブフレーム側クロスメンバ４２の湾曲形状部位の下方には、少なくとも燃料電池７０の一部が収容される燃料電池用空間部Ｓ２が形成されている。すなわち、図１に示すように、燃料電池７０の端面７０ａは、ガスタンク２２側に可及的に近接して配置されており、通常の矩形状で、且つ水平方向に延在するサブフレーム側クロスメンバを用いる際の前記端面７０ａの位置（二点鎖線参照）に比べて、前記ガスタンク２２側に大きく進入することができる。このため、燃料電池７０の配置用スペースを有効に確保することが可能になり、車体１４内のスペースの効率的な活用を図ることができる。

なお、本実施形態では、燃料電池７０を収容する燃料電池用空間部Ｓ２を形成しているが、これに限定されるものではない。サブフレーム側クロスメンバ４２の湾曲形状部位の下方には、例えば、図１に示すように、少なくとも蓄電装置７２の一部が収容される蓄電装置用空間部Ｓ３を形成してもよい。また、サブフレーム側クロスメンバ４２の湾曲形状部位の下方には、少なくともガソリンタンク７４の一部が収容されるガソリンタンク用空間部Ｓ４を形成してもよい。

１０…ガスタンク支持構造 １２…燃料電池自動車
１４…車体 １６…車体フレーム
１８…後部座席 ２０…空間
２２…ガスタンク ２４…サブフレーム
２８…ガス導入管 ３０…ガス導出管
３２…バンドユニット ４０ａ、４０ｂ…サイドフレーム
４２…サブフレーム側クロスメンバ ４２ａ…中間部
４２ｂ…両端部 ４４…後方クロスメンバ
４６、５２…取り付け部 ５４ａ、５４ｂ…ブラケット
６０…車体側クロスメンバ ６８…バックル
７０…燃料電池 ７２…蓄電装置

Claims (9)

1. 駆動用のガス燃料が充填される断面円筒状のガスタンクを、車体の座席裏に形成された空間に配置するための車両用ガスタンク支持構造であって、
   前記ガスタンクの軸方向を前記車体の車幅方向に揃えて該ガスタンクを搭載するサブフレームを備え、
   前記サブフレームは、前記ガスタンクの車長方向前方側で該ガスタンクを固定するとともに、前記車幅方向に延在するサブフレーム側クロスメンバを設け、
   前記サブフレーム側クロスメンバは、車体側クロスメンバに固定され、
   前記車体側クロスメンバは、座席用のシートベルトの一部を支持することを特徴とする車両用ガスタンク支持構造。
2. 駆動用のガス燃料が充填される断面円筒状のガスタンクを、車体の座席裏に形成された空間に配置するための車両用ガスタンク支持構造であって、
   前記ガスタンクの軸方向を前記車体の車幅方向に揃えて該ガスタンクを搭載するサブフレームを備え、
   前記サブフレームは、前記ガスタンクの車長方向前方側で該ガスタンクを固定するとともに、前記車幅方向に延在するサブフレーム側クロスメンバを設け、
   前記サブフレーム側クロスメンバは、車体側クロスメンバに固定され、
   前記サブフレームは、前記サブフレーム側クロスメンバの両端部が接続される左右のサイドフレームを備えるとともに、
   前記サブフレーム側クロスメンバは、前記ガスタンクを固定する中間部が、前記サブフレーム側クロスメンバの前記両端部に対して上方に傾斜して構成されることを特徴とする車両用ガスタンク支持構造。
3. 請求項２記載の車両用ガスタンク支持構造において、
   前記中間部は、前記サブフレーム側クロスメンバの前記両端部に対して車長方向後方に向かって傾斜して構成されることを特徴とする車両用ガスタンク支持構造。
4. 請求項２又は３記載の車両用ガスタンク支持構造において、前記サブフレーム側クロスメンバは、前記中間部が湾曲形状を有することを特徴とする車両用ガスタンク支持構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用ガスタンク支持構造において、前記サブフレーム側クロスメンバは、円柱形状を有することを特徴とする車両用ガスタンク支持構造。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用ガスタンク支持構造において、前記サブフレーム側クロスメンバの湾曲形状部位と前記座席裏の車体パネルとの間には、前記ガスタンクの配管を取り回すための配管用空間部が形成されることを特徴とする車両用ガスタンク支持構造。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用ガスタンク支持構造において、前記ガスタンクは、水素ガスタンクであり、
   前記サブフレーム側クロスメンバの湾曲形状部位の下方には、少なくとも燃料電池の一部が収容される燃料電池用空間部が形成されることを特徴とする車両用ガスタンク支持構造。
8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用ガスタンク支持構造において、前記サブフレーム側クロスメンバの湾曲形状部位の下方には、少なくとも蓄電装置の一部が収容される蓄電装置用空間部が形成されることを特徴とする車両用ガスタンク支持構造。
9. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用ガスタンク支持構造において、前記サブフレーム側クロスメンバの湾曲形状部位の下方には、少なくともガソリンタンクの一部が収容されるガソリンタンク用空間部が形成されることを特徴とする車両用ガスタンク支持構造。

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