JP6660923B2 - パワーユニットのカプセル構造を有する車両 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関とモータといったパワーユニットのカプセル構造を有する車両に関する。
自動車では、近年、パワーユニットとしてバッテリおよびモータを使用する電気自動車の開発が進められている。モータは、発電機またはバッテリの電力を用いて駆動力を出力する。しかしながら、電気自動車の本格的な実用化には今後の開発に委ねられている状況にある。
このため、現在および少なくとも近い未来においては、ハイブリッド自動車を含めて、混合気をエンジン本体で燃焼させる内燃機関の利用がなくなるとは考えにくい。
特開２０１３−１１９３８４号公報
ところで、自動車に、混合気をエンジン本体で燃焼させて駆動力を出力する内燃機関では、従来より燃費性能を向上させることが求められている。このために、特許文献１のようにエンジン本体を、カプセル構造で覆うことが考えられる。これにより、停止中のエンジン本体の温度を閉じたカプセル構造により長期にわたって維持し、その後に、冷却されていない状態のエンジン本体において再始動をすることができる。エンジン本体が暖められた状態で再始動されることにより、冷却された状態で再始動される場合と比べて燃費性能を改善できる。
そして、さらに発電機、バッテリ、モータなどの電気系駆動機器についても、バッテリやモータの温度が低い状態ではバッテリの出力が低下したりするため、航続性能が低下してしまう。このため、バッテリといった電気系駆動機器についても、カプセル構造の内部に収容させることが考えられる。
しかしながら、内燃機関のエンジン本体、排気管などの排気系部材などは多くの熱を発する。このため、バッテリをカプセル構造の内部に収容させた場合、バッテリの温度が動作に適した温度を超えて暖められてしまう可能性がある。バッテリは過熱されるとその性能が劣化してしまう。
このように自動車といった車両では、パワーユニットの実使用での性能を向上させることが求められている。
本発明に係るパワーユニットのカプセル装置を有する車両は、混合気をエンジン本体で燃焼させて駆動力を出力する内燃機関と発電機またはバッテリの電力を用いて駆動力を出力するモータとを含むパワーユニットと、前記パワーユニットによる駆動力を伝達する伝達系部材とを有する車両において、前記パワーユニットおよび前記伝達系部材を全体的に収容する内部空間を有する断熱カプセル構造と、前記断熱カプセル構造の前記内部空間を仕切って、互いに分離した複数の分離空間として少なくとも第一分離空間と第二分離空間と第三分離空間とを形成する分離壁と、前記断熱カプセル構造の内側において、前記第一分離空間と前記第二分離空間とを連通する第一連通部、前記第二分離空間と前記第三分離空間とを連通する第二連通部、および前記第三分離空間と前記第一分離空間とを連通する第三連通部と、前記第一連通部を開閉する第一開閉部材、前記第二連通部を開閉する第二開閉部材、および前記第三連通部を開閉する第三開閉部材と、前記第一開閉部材、前記第二開閉部材および前記第三開閉部材を制御して前記第一連通部、前記第二連通部および前記第三連通部を個別に開閉する制御部と、を有し、前記第一分離空間には、少なくとも前記エンジン本体が配置され、前記第二分離空間には、少なくとも前記バッテリが配置される。
好適には、前記制御部は、前記断熱カプセル構造の内部で仕切られた各分離空間または各々に配置される部材の温度に基づいて、開閉を制御する、とよい。
好適には、前記分離壁は、断熱カプセル構造と一体的に設けられる、とよい。
好適には、前記分離壁または前記断熱カプセル構造についての前記分離壁が設けられる部位は、前記車両の骨格部材または構造部材に取り付けて支持される、とよい。
好適には、前記断熱カプセル構造は、前記パワーユニットについての、排気管、ターボ機器、マフラ、および触媒機器を外とする、とよい。
好適には、前記断熱カプセル構造は、前記パワーユニットおよび前記伝達系部材ついての、オイルにより潤滑される機器を収容する、とよい。
本発明では、パワーユニットおよび伝達系部材を全体的に断熱カプセル構造の内部空間に収容する。よって、パワーユニットの内燃機関などの発熱により、パワーユニットおよび伝達系部材をこれらが停止している状態でも暖かい状態に維持できる。その結果、停止していた内燃機関のエンジン本体の再始動時の燃費低下を抑制し、バッテリの過冷却を抑制し、これらを再始動の直後から本来の性能に近い状態で使用することができる。
しかも、断熱カプセル構造の内部空間は、分離壁により仕切られて、互いに分離した複数の分離空間として少なくとも第一分離空間と第二分離空間とが形成される。そして、エンジン本体とバッテリとは、断熱カプセル構造の内側において、これらの第一分離空間と第二分離空間とに分けて配置される。よって、エンジン本体とバッテリとを、たとえば各々に適した別々の温度に保温することが可能になる。
図１は、本発明の実施形態に係る自動車の説明図である。 図２は、図１の自動車に設けられるパワーユニットおよびカプセル装置の説明図である。 図３は、図２のカプセル装置の開閉状態の説明図である。 図４は、図２の制御部による開閉制御のフローチャートである。 図５は、図２のカプセル装置の変形例の説明図である。
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る自動車１の説明図である。
自動車１は、車両の例である。図１（Ａ）は、模式的な自動車１の側面透視図である。図１（Ｂ）は、模式的な自動車１の前面透視図である。
図１の自動車１は、車体２を有する。車体２の前部には、前室３が設けられる。前室３には、自動車１の骨格部材としての一対のフロントビーム５が延在する。また、前室３と乗員室４との間には、それらの隔壁（構造部材）としてのトーボード６が設けられる。
前室３には、エンジン本体１１、トランスミッション１２などのパワーユニットが配置される前室３が設けられる。また、車体２の床下には、前室３から車体２の後側へ向かってプロペラシャフト１３が設置される。伝達系部材としてのプロペラシャフト１３の後端には、後側の車輪１５（車軸）と連結されるリアディファレンシャルギアボックス１４が設けられる。
エンジン本体１１は、エアクリーナ１６および吸気管１７を通じて吸気される外気とガソリンとの混合気を燃焼室において点火燃焼させ、燃焼した混合気の膨張圧力によりピストンをシリンダ内で降下させ、ピストンに連結された出力軸を回転させる。また、燃焼した混合気は、開いた排気弁および排気管１８を通じて外へ排気される。
エンジン本体１１で発生させた出力軸の回転駆動力は、トランスミッション１２で減速され、プロペラシャフト１３、リアディファレンシャルギアボックス１４、およびリアアクスルシャフトを通じて後側の車輪１５へ伝達される。また、回転駆動力の一部は、トランスミッション１２で分岐され、図示外のフロントアクスルシャフトを通じて前側の車輪１５へ伝達される。
ところで、自動車１では、近年、パワーユニットとしてバッテリおよびモータ２４を使用する電気自動車の開発が進められている。しかしながら、電気自動車の本格的な実用化には今後の開発に委ねられている状況にある。
このため、現在および少なくとも近い未来においては、ハイブリッド自動車を含めて、混合気をエンジン本体１１で燃焼させる内燃機関の利用がなくなるとは考えにくい。
今後もさらに、混合気をエンジン本体１１で燃焼させる内燃機関についての燃費性能を向上させることが求められる。エンジン本体１１を含むパワーユニットの、実使用での燃費性能を向上させることが求められている。
図２は、図１の自動車１に設けられるパワーユニットおよびカプセル装置３０の説明図である。
図２には、自動車１に設けられる内燃機関のパワーユニットとして、エンジン本体１１、オイルパン、ラジエタ２０、エアクリーナ１６、吸気管１７、排気管１８、ターボ機器２１、触媒機器２２、トランスミッション１２、プロペラシャフト１３、リアディファレンシャルギアボックス１４、が図示されている。
オイルパンは、エンジン本体１１の下部に突出させてエンジン本体１１と一体的に形成されている。エンジン本体１１およびトランスミッション１２は、オイルにより潤滑される機器である。
ラジエタ２０、エアクリーナ１６、吸気管１７、排気管１８、ターボ機器２１、触媒機器２２は、エンジン本体１１とともに用いられるエンジン補器である。エンジン補器には、特に図示をしないがこの他にたとえば、モータ２４、発電機、バッテリ、ディストリビュータ、インジェクタ、燃料タンク、ポンプ、などがある。これらのエンジン補器は、エンジン本体１１の作動を助け、エンジン本体１１の状態および燃焼状態を燃焼に適した範囲内とするために、エンジン本体１１とともに用いられるものである。
また、図２には、自動車１に設けられる電気駆動系のパワーユニットとして、バッテリモジュール２３、モータ２４、が図示されている。電気駆動系のパワーユニットは、このほかにも発電機などを有してよい。
バッテリモジュール２３は、乗員室４の床下において、プロペラシャフト１３を収容するトンネルについての車幅方向両側に設けられる。バッテリモジュール２３には、複数のバッテリセル、インバータ、冷却回路などが設けられる。
モータ２４は、バッテリモジュール２３の蓄電電力、発電機の発電電力を用いて動作する。ここでは、モータ２４は、トランスミッション１２と一体的に設けられ、トランスミッション１２から駆動系へ駆動力を伝える。
図２には、さらにエンジン本体１１といったパワーユニットを囲うカプセル装置３０が図示されている。
図３は、図２のカプセル装置３０の開閉状態の説明図である。
カプセル装置３０は、被覆ケース部材３１、前分離壁３２、前開口部３３、前開閉部材３４、後分離壁３５、後開口部３６、後開閉部材３７、前温度センサ３８、中温度センサ３９、後温度センサ４０、制御部４１、を有する。
被覆ケース部材３１は、内部空間を有する略箱形状を有し、パワーユニットおよび伝達系部材を全体的に収容する。被覆ケース部材３１は、断熱材で形成される。被覆ケース部材３１は、パワーユニットおよび伝達系部材より一回り大きいサイズの箱型に形成される。被覆ケース部材３１から外へ突出するプロペラシャフト１３、吸気管１７、排気管１８の周囲には、被覆ケース部材３１の密閉性を確保するために、たとえばゴム材や樹脂材で形成された図示外のブーツが設けられる。
これにより、被覆ケース部材３１は、パワーユニットおよび伝達系部材との間に空気層を確保しつつ、これらの周囲を密閉するように囲う。エンジン本体１１、トランスミッション１２、バッテリモジュール２３などが被覆ケース部材３１に囲われる。オイルにより潤滑される機器を収容することができる。
また、排気管１８の略全体、ターボ機器２１、触媒機器２２、エアクリーナ１６、吸気管１７の略全体は、被覆ケース部材３１の外に設けられる。これにより、排気される燃焼後の混合気により高温になる排気系の温度が、被覆ケース部材３１の内側に溜まらないようにできる。
なお、発電機、バッテリ、ディストリビュータ、燃料タンク、ポンプなどのエンジン補器は、被覆ケース部材３１の内側に設けられても、外側に設けられてもよい。
そして、被覆ケース部材３１の前部は、図１に示すように前室３において、エンジン本体１１と重ねて、エンジン本体１１と同じ位置で、車体２の一対のフロントビーム５の上に取り付けて支持される。被覆ケース部材３１の後部は、乗員室４の床下に取り付けて支持される。被覆ケース部材３１は、図１（Ｂ）に示すように一対のフロントビーム５から下へ突出することがないように設けられる。車体２の最低地上高は、被覆ケース部材３１が無い場合と同じにできる。
被覆ケース部材３１についての前分離壁３２が設けられる部位および後分離壁３５が設けられる部位は、自動車１の骨格部材または構造部材に取り付けて支持される。
前分離壁３２、および後分離壁３５は、断熱材で形成される。前分離壁３２、および後分離壁３５は、被覆ケース部材３１と同様の断熱構造に形成されても、被覆ケース部材３１より低い断熱性能に形成されてもよい。前分離壁３２、および後分離壁３５は、被覆ケース部材３１と一体的に設けられる。
前分離壁３２、および後分離壁３５は、被覆ケース部材３１の内部空間を仕切る。これにより、被覆ケース部材３１の内部空間は、前分離空間４２、中分離空間４３、後分離空間４４として互いに分離される。
前分離空間４２には、少なくともエンジン本体１１が配置される。
中分離空間４３には、少なくともトランスミッション１２が配置される。
後分離空間４４には、少なくともバッテリモジュール２３が配置される。
前開口部３３は、前分離壁３２に形成され、前分離空間４２と中分離空間４３とを連通する。
前開閉部材３４は、前分離壁３２に一体的に設けられ、スライド移動により前開口部３３を開閉する。
後開口部３６は、後分離壁３５に形成され、中分離空間４３と後分離空間４４とを連通する。
後開閉部材３７は、後分離壁３５に一体的に設けられ、スライド移動により後開口部３６を開閉する。
そして、図３（Ａ）では、前開口部３３および後開口部３６は、閉じている。この場合、前分離空間４２、中分離空間４３および後分離空間４４は、互いに分離される。
図３（Ｂ）では、前開口部３３および後開口部３６は、開いている。この場合、前分離空間４２、中分離空間４３および後分離空間４４は、互いに連通する。
図３（Ｃ）では、前開口部３３が開き、後開口部３６が閉じている。この場合、前分離空間４２と中分離空間４３とは互いに連通する。後分離空間４４は、中分離空間４３と分離される。
また、このように前開閉部材３４および後開閉部材３７を、被覆ケース部材３１の内側に設けることにより、これらが被覆ケース部材３１より下側へ突出しないようになる。図１に示すように、被覆ケース部材３１は、車体２の一対のフロントビーム５から下へ突出しないように内側に収めて設けられる。
前温度センサ３８は、被覆ケース部材３１の前分離空間４２に配置され、エンジン本体１１が配置される前分離空間４２の温度を検出する。
中温度センサ３９は、被覆ケース部材３１の中分離空間４３に配置され、トランスミッション１２が配置される中分離空間４３の温度を検出する。
後温度センサ４０は、被覆ケース部材３１の後分離空間４４に配置され、バッテリモジュール２３が配置される後分離空間４４の温度を検出する。
制御部４１には、前温度センサ３８、中温度センサ３９、後温度センサ４０、前開閉部材３４、後開閉部材３７、が接続される。制御部４１は、自動車１の状態として、前温度センサ３８、中温度センサ３９、後温度センサ４０により計測される温度の相関関係に基づいて、前開閉部材３４、後開閉部材３７、を制御し、前開口部３３、後開口部３６の開閉を個別に制御する。
制御部４１は、たとえばマイクロコンピュータにより実現できる。専用回路として被覆ケース部材３１に取り付けて設けられても、自動車１を制御するＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の機能として設けられてもよい。
図４は、図２の制御部４１による開閉制御のフローチャートである。
制御部４１は、図４の開閉制御を繰り返し実行する。
図４の開閉制御において、制御部４１は、まず、エンジン本体１１が動作しているか否かを確認する（ステップＳＴ１）。制御部４１は、ＥＣＵによるエンジン本体１１の制御情報を取得し、エンジンが動作しているか否かを確認する。
エンジン本体１１が動作していない場合、すなわちエンジン本体１１が停止している場合、制御部４１は、前開口部３３および後開口部３６を閉じる（ステップＳＴ２）。これにより、被覆ケース部材３１は密閉され、被覆ケース部材３１の内部は断熱構造により保温される。
エンジン本体１１が動作している場合、制御部４１は、前温度センサ３８の前温度、中温度センサ３９の中温度、後温度センサ４０の後温度を取得する（ステップＳＴ３）。
そして、制御部４１は、これらの温度の相関関係に基づいて各種の開口部を個別に開閉する制御を開始する。
制御部４１は、まず、前温度とエンジン本体１１の最低温度とを比較する（ステップＳＴ４）。エンジン本体１１の最低温度は、エンジン本体１１についての運転に適した最小の温度でよい。具体的にはたとえば、エンジン本体１１で使用するオイルの粘性が、エンジン本体１１の運転に適した所望のものより高くなる温度でよい。
前温度がエンジン本体１１の最低温度より低い場合、制御部４１は、前開口部３３および後開口部３６を閉じる（ステップＳＴ２）。これにより、エンジン本体１１は、自身の熱により効率よく暖気される。
前温度がエンジン本体１１の最低温度以上である場合、制御部４１は、後温度とバッテリモジュール２３の最高温度とを比較する（ステップＳＴ５）。バッテリモジュール２３の最高温度は、バッテリモジュール２３についての運転に適した最大の温度でよい。具体的にはたとえばバッテリの劣化が生じない最大使用温度でよい。
後温度がバッテリモジュール２３の最高温度以下である場合、制御部４１は、前開口部３３および後開口部３６を開く（ステップＳＴ６）。これにより、エンジン本体１１は、自身の熱により効率よく暖気される。
後温度がバッテリモジュール２３の最高温度より高い場合、制御部４１は、前開口部３３を開くとともに後開口部３６を閉じる（ステップＳＴ７）。これにより、バッテリモジュール２３は、最高温度以上に加熱され難くなる。
以上のように、本実施形態では、パワーユニットおよび伝達系部材を全体的に被覆ケース部材３１の内部空間に収容する。よって、パワーユニットの内燃機関などの発熱により、パワーユニットおよび伝達系部材をこれらが停止している状態でも暖かい状態に維持できる。その結果、停止していた内燃機関のエンジン本体１１の再始動時の燃費低下を抑制し、バッテリの過冷却を抑制し、これらを再始動の直後から本来の性能に近い状態で使用することができる。
しかも、被覆ケース部材３１の内部空間は、（被覆ケース部材３１より低い断熱性能の）分離壁により仕切られて、互いに分離した複数の分離空間として少なくとも第一分離空間と第二分離空間とが形成される。そして、エンジン本体１１とバッテリとは、被覆ケース部材３１の内側において、これらの第一分離空間と第二分離空間とに分けて配置される。よって、エンジン本体１１とバッテリとを、たとえば各々に適した別々の温度に保温することが可能になる。
また、分離壁によりさらに伝達系部材が配置される第三分離空間を形成することにより、伝達系部材についてもそれに適した温度に保温することが可能になる。
本実施形態では、制御部４１は、被覆ケース部材３１の内部で仕切られた各分離空間４２〜４４または各々に配置される部材の温度およびそれらの温度の相関関係に基づいて、開閉を制御する。これにより、各分離空間４２〜４４をそれぞれに適した温度に制御することができる。
本実施形態では、前分離壁３２および後分離壁３５は、被覆ケース部材３１と一体的に設けられる。これにより、前分離壁３２および後分離壁３５を、被覆ケース部材３１と別に、自動車１の骨格部材または構造部材に取り付けて支持させる必要がない。カプセル構造を簡略化できる。
本実施形態では、被覆ケース部材３１についての前分離壁３２が設けられる部位および後分離壁３５が設けられる部位は、自動車１の骨格部材または構造部材に取り付けて支持される。よって、被覆ケース部材３１についての自動車１への取り付けは容易となり、しかもその容易な取り付けにより被覆ケース部材３１および分離壁をしっかりと自動車１に支持させることができる。前分離壁３２や後分離壁３５により剛性が高まった部分により、被覆ケース部材３１をしっかりと自動車１に支持させることができる。たとえば自動車１の骨格部材または構造部材に対してエンジンカバーやアンダーカバーなどの被覆部材を個別に取り付ける場合と比べて、自動車１側において大規模の対策や変更を必要としない。
上記実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。
図５は、図２のカプセル装置３０の変形例の説明図である。
図５のカプセル装置３０は、前分離空間４２と後分離空間４４とを直接的に接続する連通路５１と、連通路５１に配置された連通路開閉部材５２と、を有する。
この場合、被覆ケース部材３１の内側の前分離空間４２、中分離空間４３および後分離空間４４は、前開口部３３、後開口部３６および連通部によりダイレクトに通気可能となる。
そして、前開閉部材３４、後開閉部材３７および連通路開閉部材５２により個別に制御することにより、各分離空間４２〜４４は、第三の分離空間を経由することなくダイレクトに他の分離空間から熱を授受することができる。
上記実施形態では、被覆ケース部材３１の内部空間は、エンジン本体１１が配置された前分離空間４２、トランスミッション１２が配置された中分離空間４３、およびバッテリモジュール２３が配置された後分離空間４４との３つに分離されている。
この他にモータ２４えば、被覆ケース部材３１の内部空間は、エンジン本体１１およびトランスミッション１２が配置された前分離空間４２と、バッテリモジュール２３が配置された後分離空間４４との２つに分離されてもよい。
１…自動車（車両）、２…車体、３…前室、４…乗員室、５…フロントビーム、６…トーボード、１１…エンジン本体（内燃機関）、１２…トランスミッション（伝達系部材）、１３…プロペラシャフト、１４…リアディファレンシャルギアボックス、１５…車輪、１６…エアクリーナ、１７…吸気管、１８…排気管、２０…ラジエタ、２１…ターボ機器、２２…触媒機器、２３…バッテリモジュール（バッテリ）、２４…モータ、３０…カプセル装置、３１…被覆ケース部材（断熱カプセル構造）、３２…前分離壁（分離壁）、３３…前開口部（第三連通部）、３４…前開閉部材（第三開閉部材）、３５…後分離壁（分離壁）、３６…後開口部（第二連通部）、３７…後開閉部材（第二開閉部材）、３８…前温度センサ、３９…中温度センサ、４０…後温度センサ、４１…制御部、４２…前分離空間（第一分離空間）、４３…中分離空間（第三分離空間）、４４…後分離空間（第二分離空間）、５１…連通路（第一連通部）、５２…連通路開閉部材（第一開閉部材）

Claims (6)

  1. 混合気をエンジン本体で燃焼させて駆動力を出力する内燃機関と発電機またはバッテリの電力を用いて駆動力を出力するモータとを含むパワーユニットと、前記パワーユニットによる駆動力を伝達する伝達系部材とを有する車両において、
    前記パワーユニットおよび前記伝達系部材を全体的に収容する内部空間を有する断熱カプセル構造と、
    前記断熱カプセル構造の前記内部空間を仕切って、互いに分離した複数の分離空間として少なくとも第一分離空間と第二分離空間と第三分離空間とを形成する分離壁と、
    前記断熱カプセル構造の内側において、前記第一分離空間と前記第二分離空間とを連通する第一連通部、前記第二分離空間と前記第三分離空間とを連通する第二連通部、および前記第三分離空間と前記第一分離空間とを連通する第三連通部と、
    前記第一連通部を開閉する第一開閉部材、前記第二連通部を開閉する第二開閉部材、および前記第三連通部を開閉する第三開閉部材と、
    前記第一開閉部材、前記第二開閉部材および前記第三開閉部材を制御して前記第一連通部、前記第二連通部および前記第三連通部を個別に開閉する制御部と、
    を有し、
    前記第一分離空間には、少なくとも前記エンジン本体が配置され、
    前記第二分離空間には、少なくとも前記バッテリが配置される、
    パワーユニットのカプセル構造を有する車両。
  2. 前記制御部は、前記断熱カプセル構造の内部で仕切られた各分離空間または各々に配置される部材の温度に基づいて、開閉を制御する、
    請求項１記載のパワーユニットのカプセル構造を有する車両。
  3. 前記分離壁は、断熱カプセル構造と一体的に設けられる、
    請求項１または２に記載のパワーユニットのカプセル構造を有する車両。
  4. 前記分離壁または前記断熱カプセル構造についての前記分離壁が設けられる部位は、前記車両の骨格部材または構造部材に取り付けて支持される、
    請求項１から３のいずれか一項記載のパワーユニットのカプセル構造を有する車両。
  5. 前記カプセル構造は、前記パワーユニットについての、排気管、ターボ機器、マフラ、および触媒機器を外とする、
    請求項１から４のいずれか一項記載のパワーユニットのカプセル構造を有する車両。
  6. 前記カプセル構造は、前記パワーユニットおよび前記伝達系部材ついての、オイルにより潤滑される機器を収容する、
    請求項１から５のいずれか一項記載のパワーユニットのカプセル構造を有する車両。
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