JP6597743B2 - 車体下部構造 - Google Patents

Description

本発明は車体下部構造、特に車体の床面の下方にヒートインシュレータを有する車体下部構造に関し、自動車等の車両の車体構造の技術分野に属する。

通常、車体前部にエンジンが搭載された車両においては、車室床面に設けられたトンネル内を通って車体前後方向に延びる排気管が配設される。そして、該排気管は、その内部を流れる高温の排気ガスにより、それ自体が熱源となり、排気管から放出される輻射熱によって車室内温度を上昇させたり、周辺に配置される機材に熱害を及ぼすなどの弊害の原因となる。

この問題に対しては、排気管の周囲に断熱材或いは遮熱材としてヒートインシュレータを配設することが通例である。特許文献１には、触媒コンバータ等の高温物体の上方を覆い、車両フロアやフューエルチューブ等への放熱を遮断しているものが開示されている。

これによれば、排気管は上方をヒートインシュレータで覆われ、該排気管からの輻射熱はヒートインシュレータによって地面側に反射されることになって、輻射熱の車室内側への伝達が抑制される。したがって、車室内温度の上昇や、ヒートインシュレータの外側に配置された、例えば、エアバッグ用コントロールユニットや燃料タンク等に対する熱害が抑制されることになる。そして、この特許文献１には、軽量化と剛性を確保するため、ヒートインシュレータの全面にエンボス加工等の凹凸加工を施すことが記載されている。

特開２０００−１３６７２０号公報

しかし、例えば、排気管に設けられる排気シャッターバルブのアクチュエータのように、ヒートインシュレータの内側に機材が配設される場合、該機材は排気管からの輻射熱に直接曝されるとともに、前記ヒートインシュレータで反射された輻射熱も受けることになり、熱的に厳しい状態となる。特にこの機材が樹脂を用いたものである場合、熱による劣化や耐久性の低下等が問題となることが考えられる。

そこで、本発明は、車室床面のトンネルの内面に沿って配設されたヒートインシュレータを有する車体下部構造において、該ヒートインシュレータの外側に配置された熱害対策が必要な機材（以下、「熱害対策部品」と記す）への熱害を抑制しつつ、前記ヒートインシュレータの内側に配置された熱害対策部品への熱害を抑制することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る車体下部構造は次のように構成したことを特徴とする。

本願の請求項１に記載の発明は、
車室床面の下方で前後方向に延び、トンネルの内側に沿って排気管を上方から覆う板材でなるヒートインシュレータが配設された車両の車体下部構造であって、
前記ヒートインシュレータには、前後方向に見て、凹凸加工が施されている部位と、凹凸加工が施されていない部位とが設けられ、
前記排気管に配置された触媒、及び、該触媒の近傍に配置された樹脂部品は、前記ヒートインシュレータの凹凸加工が施されている部位によって上方から覆われ、
車体下部には、さらに、熱害対策部品が備えられており、
該熱害対策部品は、前記ヒートインシュレータにおける凹凸加工が施されていない部位の外側に配設されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、
前記樹脂部品は、ケーシングによって覆われた排気シャッターバルブであることを特徴とする。

また、請求項３記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の発明において、
前記ヒートインシュレータにおける前記凹凸加工が施されていない部位には、ビードが設けられていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、排気管を上方から覆うヒートインシュレータにおいて、凹凸加工率が高い部位では、他の部位に比べて、ヒートインシュレータの同一面積に対して輻射熱を実際に受ける面積が広く、吸熱量が多くなることから、輻射熱の反射率が小さくなって、反射する輻射熱は弱くなる。これにより、ヒートインシュレータの凹凸加工率が高い部位の内側に配置されている樹脂部品に対する熱の影響が低減され、劣化等の熱害が抑制される。
また、ヒートインシュレータにおける凹凸加工率が相対的に低い部位は、凹凸加工率が相対的に高い部位に比べて排気管からの輻射熱の反射率が大きく、したがって、ヒートインシュレータ自体の温度上昇が、凹凸加工率が相対的に高い部位に比べて少ない。したがって、ヒートインシュレータの放熱量が少なくなることから、その外側に配設された熱害対策部品がヒートインシュレータから受ける熱量は少なくなり、該部品に対する熱害対策が効果的に行われる。

請求項２に記載の発明によれば、前記樹脂部品を具体的に示したもので、該樹脂部品は、排気シャッターバルブであるので、排気シャッターバルブに対する熱害が抑制される。

請求項３に記載の発明によれば、凹凸加工率が相対的に低い部位は、凹凸加工率が相対的に高い部位に比して剛性が低くなるが、凹凸加工比率が相対的に低い部位の特定部位にビードを設けることで、板厚を増すことなく、十分な剛性を確保することができる。

本発明の実施形態に係る車両の下部車体構造を示す底面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態に係る車両のヒートインシュレータ単体斜視図である。 図２におけるＢ−Ｂ断面図である。 図２におけるＣ−Ｃ断面図である。 図２におけるＤ−Ｄ断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る車両の下部車体構造の詳細を説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る車両は、エンジンルーム１とその後方に配置された車室２を備えている。エンジンルーム１と車室２とは、ダッシュパネル２１によって仕切られている。

車室２には、ダッシュパネル２１の下端部から車体後方に延びて車室床面を形成するフロントフロアパネル２２と、フロントフロアパネル２２の後方でその後端から上方に立ち上がるキックアップ部２３と、キックアップ部２３の上端から後方に延びるリアフロアパネル２４が設けられている。

フロントフロアパネル２２の下部には、車体前後方向に延びる左右一対のフロアフレーム２５、２５が配設されている。フロントフロアパネル２２の車幅方向中央部には、下方に開放されて断面逆Ｕ字状に上方に突出するトンネル部２６が、車体前後方向に延びて形成されている。トンネル部２６の両側下縁部には、車体前後方向に延びる左右一対のトンネルメンバ２７、２７が備えられている。

なお、フロントフロアパネル２２およびトンネル部２６は、フロアアンダーカバー２２ａ、２２ａおよびトンネルアンダーカバー２６ａ類によって下方が覆われているが、図１および図２では、これらを取り外した状態を示している。

エンジンルーム１には、エンジンルーム１の左右両側部に沿って車体前後方向に延びる左右一対のサイドメンバ１１、１１が配設されている。左右のサイドメンバ１１、１１の間には、エンジン３が配置されている。エンジン３の後壁面側には、排気管３０が排気マニホールド３１を介して接続されている。排気管３０は、排気マニホールド３１の後方にフレキシブルチューブ３２が接続されるとともに、トンネル部２６内に導入されて、トンネル部２６に沿ってフロントフロアパネル２２およびリアフロアパネル２４の下方を車体前後方向に延設されている。

トンネル部２６の内部の排気管３０には、排気管３０の管状部よりも大径で高温になるフロア触媒３３が配設され、その後方には、プリサイレンサ３４と、メインサイレンサ３５と、テールパイプ３６とが設けられている。

トンネル部２６の内側には、下方に開放されて断面逆Ｕ字状に上方に突出するヒートインシュレータ４０が、車体前後方向に延びるように設けられている。ヒートインシュレータ４０の上面は、ダッシュパネル２１およびトンネル部２６の形状に沿って、前上がりに傾斜して形成されている。なお、本実施形態においては、車体前方側の前側ヒートインシュレータ４１と、車体後方側の後側ヒートインシュレータ４２とに分割されている。

前側ヒートインシュレータ４１は、排気管３０と、フロア触媒３３と、プリサイレンサ３４を上方から覆うように配置されている。一方、後側ヒートインシュレータ４２は、前側ヒートインシュレータ４１の後端部に上から重なるように連結されるとともに、キックアップ部２３の後方まで延設されている。後側ヒートインシュレータ４２は、プリサイレンサ３４から車体後方に延びる排気管３０を上方から覆うように配置されている。

図３に示すように、前側および後側ヒートインシュレータ４１、４２は、金属製の板材で形成されており、断面逆Ｕ字状のヒートインシュレータの本体部４１ａ、４２ａと、その下端部から車体幅方向外側に延設された取り付けフランジ４１ｂ、４２ｂとを有し、前記インシュレータ本体部４１ａ、４２ａは、ダッシュパネル２１の下部およびトンネル部２６の上部に対応するように前上がり形状に傾斜している。

前側および後側ヒートインシュレータ４１、４２の取り付けフランジ４１ｂ、４２ｂは、トンネルメンバ２７、２７に固定されている。このとき、前側および後側ヒートインシュレータ４１、４２は、トンネル部２６の下方に所定の間隔を開けて配設され、トンネル部２６と、前側および後側ヒートインシュレータ４１、４２との間には、隙間Ｓが形成されている。これにより、トンネル部２６内の排気管３０およびフロア触媒３３から放熱される熱が車室内２に伝達されることが防止されている（図１、図２参照）。

ところで、図２および図４〜図６に示すように、前側および後側ヒートインシュレータ４１、４２の外側および内側には、排気管３０およびフロア触媒３３から放熱される熱による熱害を防止する必要がある熱害対策部品が備えられている。

具体的には、前側および後側ヒートインシュレータ４１、４２の外側に配置される熱害対策部品としては、トンネル部２６の上面に配置されて、エアバッグモジュール（図示せず）の展開指示を制御するエアバッグコントロールユニット５１と、キックアップ部２３の後方かつリアフロアパネル２４の下方に配置された燃料タンク５２が備えられている。

一方、前側および後側ヒートインシュレータ４１、４２の内側に配置される熱害対策部品としては、フロア触媒３３の後方に配置されるとともに、合成樹脂のケーシングによって覆われた排気シャッターバルブ５３が備えられている。

ここで、本発明の特徴である前側および後側ヒートインシュレータ４１、４２について詳しく説明する。

図１および図２に示すように、本発明の実施形態における前側ヒートインシュレータ４１の車体前方側においては、その内側の面に凹凸加工（以下、「エンボス加工」という）が施された部位Ｚ１が設けられ、車体後方側においては、エンボス加工が施されていない部位Ｚ２が設けられている。また、後側ヒートインシュレータ４２は、全体にわたってエンボス加工が施されていない部位Ｚ２で形成されている。

具体的には、図４に示すように、排気シャッターバルブ５３が配置されている前側ヒートインシュレータ４１の前方側の部位には、エンボス加工が施されている。一方、図５および図６に示すように、エアバッグコントロールユニット５１が配置された後方側の部位および、燃料タンク５２が配置された後側ヒートインシュレータ４２には、エンボス加工が施されていない、エンボス加工が施されていない部位Ｚ２となる。

本実施形態は、上記のように構成されており、図２、図４〜図６を用いてその作用を説明する。

ヒートインシュレータ４０には、エンボス加工が施された部位Ｚ１（以下、「エンボス加工ありの部位」と記す。）と、エンボス加工が施されていない部位Ｚ２（以下、「エンボス加工なしの部位」と記す。）とがある。ヒートインシュレータ４０のエンボス加工ありの部位Ｚ１では、ヒートインシュレータ４０の表面積が広がり、ヒートインシュレータ４０自体の温度上昇が生じ、これによってヒートインシュレータ４０の内部への輻射熱の反射が減ることとなる。

これに対して、ヒートインシュレータ４０のエンボス加工なしの部位Ｚ２では、ヒートインシュレータ４０自体の温度上昇が少なく、ヒートインシュレータ４０の内部への輻射熱の反射は大きくなる。また、ヒートインシュレータ４０自体の温度上昇が少ないため、ヒートインシュレータ４０の外部への放熱量は小さくなる。

したがって、ヒートインシュレータ４０のエンボス加工の有無によって、ヒートインシュレータ４０の内外への熱害の影響が異なり、本実施形態においては、前記車両のヒートインシュレータ４０の内外に配置されている熱害対策部品５１、５２、５３の配設位置に応じて、ヒートインシュレータ４０のエンボス加工の有無が設定されている。

図４に示すように、熱害対策部品である排気シャッターバルブ５３は、ヒートインシュレータ４０の内側に設けられている。ヒートインシュレータ４０の排気シャッターバルブ５３が配置される部位では、ヒートインシュレータ４０の内部にエンボス加工が施されている。

これにより、排気管３０やフロア触媒３３から放出される熱Ｈ１は、前側ヒートインシュレータ４１のエンボス加工ありの部位Ｚ１に吸熱されるため、輻射熱の反射率が小さくなって、反射する輻射熱Ｈ１１は弱くなる。その結果、前側ヒートインシュレータ４１の内側に配置されている排気シャッターバルブに対する熱の影響が低減され、劣化等の熱害が抑制される。なお、トンネル部２６の下方には、トンネルアンダーカバー２６ａが配置されているが、排気シャッターバルブに対応する位置には、開口部２６ｂが設けられているので、前側ヒートインシュレータ４１から反射した輻射熱Ｈ１１をトンネル部２６内から地面側へ逃がすことができる。

図５に示すように、熱害対策部品であるエアバッグコントロールユニット５１は、前側ヒートインシュレータ４１の外側で、トンネル部２６の車室内側に設けられている。前側ヒートインシュレータ４１のエアバッグコントロールユニット５１が配置される部位では、前側ヒートインシュレータ４１の内部にエンボス加工は施されていない。

これにより、排気管３０やフロア触媒３３から放出される熱Ｈ２は、前側ヒートインシュレータ４１のエンボス加工なしの部位Ｚ２に吸熱されないため、輻射熱の反射率がエンボス加工ありの部位Ｚ１に比べて大きく、したがって、前側ヒートインシュレータ４１自体の温度上昇が、エンボス加工ありの部位Ｚ１に比べて少ない。なお、トンネル部２６の下方には、トンネルアンダーカバー２６ａが配置されているが、エアバッグコントロールユニット５１に対応する位置には、開口部２６ｂが設けられているので、前側ヒートインシュレータ４１から反射した輻射熱Ｈ２１をトンネル部２６内から地面側へ逃がすことができる。

その結果、前側ヒートインシュレータ４１の放熱量が少なくなることから、その外側に配設されたエアバッグコントロールユニット５１が前側ヒートインシュレータ４１から受ける熱量は少なくなり、エアバッグコントロールユニット５１に対する熱害対策が効果的に行われる。

図６に示すように、熱害対策部品である燃料タンク５２は、後側ヒートインシュレータ４２の外側で、リアフロアパネル２４の内側に設けられている。後側ヒートインシュレータは、その内部にエンボス加工は施されていない。

これにより、排気管３０から放出される熱Ｈ３は、後側ヒートインシュレータ４２（エンボス加工なしの部位Ｚ２）に吸熱されないため、輻射熱の反射率が、前側ヒートインシュレータ４１のエンボス加工ありの部位Ｚ１に比べて大きく、後側ヒートインシュレータ４２自体の温度上昇が、前側ヒートインシュレータ４１のエンボス加工ありの部位Ｚ１に比べて少ない。

その結果、後側ヒートインシュレータ４２の放熱量が少なくなることから、その外側に配設された燃料タンク５２が後側ヒートインシュレータ４２から受ける熱量は少なくなり、燃料タンク５２に対する熱害対策が効果的に行われる。

ところで、図３に示すように、本実施形態においては、エンボス加工が施されていない後側ヒートインシュレータ４２の屈曲部には、皺状のビード部４２ｃ…４２ｃが設けられている。

これにより、エンボス加工なしの部位Ｚ２は、エンボス加工ありの部位Ｚ１に比して剛性が低くなるが、エンボス加工が施されていない後側ヒートインシュレータ４２の屈曲部に皺状のビード部４２ｃ…４２ｃを設けることで、板厚を増すことなく、十分な剛性を確保することができる。

また、本実施形態においては、実施形態においては、図３に示すように、前側ヒートインシュレータ４１には、本体部４１ａの前端から前上がりに傾斜する立ち上がり部４１ｃが設けられ、立ち上がり部４１ｃには、排気管３０が導入されている。前側ヒートインシュレータ４１にはまた、本体部４１ａの前端から前方に延びるとともに下方に凹むケーブル配索凹部４１ｄが設けられ、ケーブル配索凹部４１ｄには、チェンジケーブル６が挿通されている。なお、立ち上がり部４１ｃに導入される排気管３０と、ケーブル配索凹部４１ｄの前端部４１ｅとは、車体幅方向でオフセットした位置に配置されている。

したがって、立ち上がり部４１ｃに導入される排気管３０と、ケーブル配索凹部４１ｄに挿通されているチェンジケーブル６とを離間させた状態で配置することができるので、チェンジケーブル６に対する、排気管３０からの熱害を抑制することができる。

ここで、本願発明者は、ヒートインシュレータのエンボス加工の加工率によって、ヒートインシュレータの輻射熱の反射率（以下、「輻射率」という。）およびヒートインシュレータ自体の温度上昇の値が異なる熱的な効果を実験およびシミュレーションから確認したので説明する。

まず、エンボス加工の加工率による輻射率への寄与度を実験で確認した。なお、実験では、実施形態における前側ヒートインシュレータ４１と同様のものを用いて、ヒートインシュレータのエンボス加工が施されている供試品と、エンボス加工が施されていない供試品とにおける、ヒートインシュレータ表面の輻射率を計測した。

輻射率の計測には、輻射率測定器を用い、この輻射率測定器の検出部を前述の２つの供試品の表面にそれぞれ押し当てて輻射率を計測した。なお、両供試品の計測点および計測回数は、ランダムな２０点を計測し、その平均値をそれぞれの輻射率として算出した。

輻射率測定器では、輻射率測定器に備えられた赤外線照射源によって赤外線をヒートインシュレータ表面に照射し、ヒートインシュレータで反射された赤外線エネルギーを検出素子で検出する。そして、反射エネルギー検出器の出力から、ヒートインシュレータの放射率を演算する。ここで、ヒートインシュレータの反射率γと放射率εの関係式は、ε＝１−γを用いる。

なお、周知のように、輻射率とは、物質の表面から赤外線エネルギーを輻射させる度合いを数値化したものである。なお、輻射率は、黒体を基準とした理想的な全輻射エネルギーと、物体が輻射するエネルギーとの比率で、理想的な黒体を１、完全反射体を０とする値で定義づけられている。

上記の実験によって得られた結果を、下記の表１に示す。

この実験によると、エンボス加工が施されたヒートインシュレータでは、輻射率の平均値が０．３７であった。また、エンボス加工が施されていないヒートインシュレータでは、輻射率の平均値が０．０９であった。これによると、エンボス加工ありのヒートインシュレータと、エンボス加工なしのヒートインシュレータとでは、輻射率に約４倍の差があることが確認できた。

次に、エンボス加工の加工率による温度上昇への寄与度をシミュレーションで確認した。なお、解析モデルには、実施形態と同様の前側ヒートインシュレータ４１において、エンボス加工ありおよびエンボス加工なしの２種類を用いた。

熱源は、実施形態のヒートインシュレータと、排気管およびフロア触媒との位置関係に対応させた位置に配置するとともに、熱源の温度には、運転時の排気管および触媒の温度を想定した５００度を用いた。

エンボス加工ありおよびエンボス加工なしのヒートインシュレータにおける、熱源から放熱される輻射熱の影響を比較するため、熱源に５００度を与えた後、両ヒートインシュレータの温度が収束した際の両ヒートインシュレータ表面の温度を算出した。

上記のシミュレーションによる解析結果を、下記の表２に示す。

このシミュレーション結果によると、エンボス加工が施されたヒートインシュレータ（エンボスあり）では、ヒートインシュレータの温度は９１度であった。またエンボス加工が施されていないヒートインシュレータでは、ヒートインシュレータ温度は８８度であった。これによると、エンボス加工なしのヒートインシュレータは、エンボス加工ありのヒートインシュレータと比べて温度が低くなることが確認できた。

以上の実験結果およびシミュレーション結果より、エンボス加工が施されている部位は、エンボス加工が施されていない部位よりも輻射率および温度が高くなる結果が得られた。

以上のように、本発明によれば、車両のトンネル部下方にヒートインシュレータを備えた車両の車体の製造産業分野において好適に利用される可能性がある。

５１ エアバッグコントロールユニット（熱害対策部品）
５２ 燃料タンク（熱害対策部品）
５３ 排気シャッターバルブ（樹脂部品）
２２ フロントフロアパネル（車室床面）
３０ 排気管
２６ トンネル部（トンネル）
４０ ヒートインシュレータ
４２ｃ…４２ｃ ビード部（ビード）
Ｚ１ エンボス加工ありの部位
Ｚ２ エンボス加工なしの部位

Claims (3)

1. 車室床面の下方で前後方向に延び、トンネルの内側に沿って排気管を上方から覆う板材でなるヒートインシュレータが配設された車両の車体下部構造であって、
   前記ヒートインシュレータには、前後方向に見て、凹凸加工が施されている部位と、凹凸加工が施されていない部位とが設けられ、
   前記排気管に配置された触媒、及び、該触媒の近傍に配置された樹脂部品は、前記ヒートインシュレータの凹凸加工が施されている部位によって上方から覆われ、
   車体下部には、さらに、熱害対策部品が備えられており、
   該熱害対策部品は、前記ヒートインシュレータにおける凹凸加工が施されていない部位の外側に配設されていることを特徴とする車体下部構造。
2. 前記樹脂部品は、ケーシングによって覆われた排気シャッターバルブであることを特徴とする請求項１に記載の車体下部構造。
3. 前記ヒートインシュレータにおける前記凹凸加工が施されていない部位には、ビードが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車体下部構造。

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