JP6708114B2 - 車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、排ガス浄化用の添加剤タンクを備えた車両の車体構造に関する。

従来、排ガス成分を還元して浄化する排気浄化システムを備えた車両において、浄化対象物質に対する還元作用を持った添加剤のタンクを搭載したものが知られている。浄化対象物質が窒素酸化物（NOx）である場合、タンクの内部には尿素水溶液やアンモニア水溶液といった添加剤が貯留されている。また、タンクの配設位置は、例えば車両のフロア下に設定することが提案されている（特許文献１参照）。このようなレイアウトにより、車室内のスペースが確保されるとともに、添加剤の漏洩による車室居住性の低下が防止される。

特許第4826612号公報

しかしながら、フロア下にタンクを配置することで、タンクと排気管との距離が接近するため、タンクや添加剤の冷却性が低下することがある。例えば、排気熱の影響を受けてタンクが変形，破損することや、タンク内の添加剤の変質などが生じるおそれがある。なお、このような熱害を防止するには、タンクと排気管とを離隔して配置することが考えられる。しかし、フロア下のスペースには限りがあり、熱的に有利なレイアウトを選択できないことがある。

本件の目的の一つは、上記のような課題に照らして創案されたものであり、添加剤が貯留されるタンクの冷却性を向上させた車体構造を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。

（１）ここで開示する車体構造は、車室内に向かってトンネル状に膨出したバックボーン部を有するフロントフロアパネルと、前記フロントフロアパネルの車両後方に連続する床を形成するリヤフロアパネルとを備える。また、前記リヤフロアパネルの下方に設けられ、排ガスに供給される添加剤が貯留されるタンクと、排気管に接続され、前記タンクと車幅方向に並置される消音器とを備える。加えて、前記タンクと前記消音器との間に設けられ、前記バックボーン部に対向する位置から車幅方向に変位した位置に配置される通路部を備える。さらに、前記タンク又は前記消音器のうち、少なくとも前記通路部の変位方向とは反対側に配置された一方に形成され、前記通路部から前記バックボーン部側に向かう拡開形状を有する第一切欠部を備える。

前記バックボーン部は、前記フロントフロアパネルの車幅方向中央部において車両前後方向に延設されることが好ましい。また、前記通路部は前記バックボーン部の直後方から車幅方向にずれた位置（すなわち、前記バックボーン部をそのまま延長した部分に含まれない位置であって、前記バックボーン部をそのまま延長した部分から左右のいずれかにシフトした位置）に配置することが好ましい。
（２）前記通路部は、前記消音器側に変位した位置に配置され、前記タンクは、前記バックボーン部に対向する位置に配置されることが好ましい。

（３）前記バックボーン部と前記タンクとの間に設けられ、車幅方向に延設されたリヤサスペンションクロスメンバを備えることが好ましい。
（４）前記切欠部は、前記バックボーン部と対向する位置まで延びていることが好ましい。
（５）前記タンクに前記第一切欠部が設けられるとともに、前記消音器に第二切欠部が設けられ、前記排気管と前記消音器とが、前記第二切欠部の内部で接続されることが好ましい。

通路部の位置をバックボーン部よりも車幅方向へと変位させることで、バックボーン部を抜けた走行風のうち、タンク，消音器の前面に当接することで車幅方向に拡散した一部の走行風を利用して通路部を冷却することができる。これにより、例えば高速走行時における通路部の局所的な過冷却を防止しつつ、タンク及び消音器の冷却性を向上させることができるとともに、それぞれの冷却状態を安定化することができる。

実施形態の車体構造が適用された車両の下面図である。 タンク周りの断面図（図１のＡ−Ａ矢視断面図）である。 タンク周りの下面図である。 タンク周りの模式的な斜視図である。 （Ａ），（Ｂ）は車体構造の変形例を示す模式的な斜視図である。

図面を参照して、実施形態としての車体構造を説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

［１．構成］
本実施形態の車体構造は、図１に示す車両１０に適用される。車両１０の車室よりも前方に位置するエンジンルーム内にはエンジン，トランスミッションなどが配置され、フロア下には排気管８が前後方向に配設される。排気管８の配設位置は、メインフロアパネル１５（フロントフロアパネル）の車幅方向中央を縦断するバックボーン部１６の下方とされる。バックボーン部１６は、メインフロアパネル１５を車室内に向かってトンネル状に膨出させた部位である。排気管８の前端部はエンジンに接続され、後端部は車両１０の後方に配置される消音器２（サイレンサ，マフラー）に接続される。なお、車両１０が四輪駆動である場合には、図１に示すように、プロペラシャフトがバックボーン部１６の下方で排気管８と並置される。

排気管８の経路上には、エンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物（NOx）を浄化するための還元触媒や後段触媒などが介装される。また、還元触媒の上流側には、排ガスに供給される還元剤（例えば、尿素水溶液，アンモニア水溶液など）を噴射するためのインジェクタが設けられる。インジェクタから噴射される添加剤は、窒素酸化物を還元触媒で窒素に還元する還元剤として機能する。この種の排気浄化システムは、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジンを搭載した自動車や作業機械，船舶，発電施設などにおいて、広く普及している。なお、添加剤が貯留されるタンク１は、車両１０の後方に配置される消音器２に隣接して配置され、供給管７を介してインジェクタに接続される。

メインフロアパネル１５の後端部には、後部座席や荷室の床面をなすリヤフロアパネル１７が配置される。リヤフロアパネル１７は、メインフロアパネル１５よりも車両１０の後方において、メインフロアパネル１５と連続する床面を形成する。また、メインフロアパネル１５の前端部には、車室とエンジンルームとを区画するダッシュパネル１８が立設される。リヤフロアパネル１７は、メインフロアパネル１５の後方に向かって斜め上方へ延びた後に水平方向に延設された階段形状とされる。一方、ダッシュパネル１８は、ほぼ水平面状をなすメインフロアパネル１５の前方に向かって斜め上方へと延設される。なお、メインフロアパネル１５，ダッシュパネル１８，リヤフロアパネル１７は、別体であってもよいし、一体（例えば、単一の板材を屈曲させたもの）であってもよい。図２は、メインフロアパネル１５，ダッシュパネル１８，リヤフロアパネル１７が一体に形成された例である。

メインフロアパネル１５，リヤフロアパネル１７，ダッシュパネル１８の下面側には、車体のフレーム部材として機能するサイドメンバ１１，フロントフロアクロスメンバ１２，リヤフロアクロスメンバ１３が取り付けられる。これらはメインフロアパネル１５，リヤフロアパネル１７，ダッシュパネル１８の下面に閉断面構造を形成する。サイドメンバ１１は、車幅方向に間隔を空けて左右に一対設けられ、車両１０の前後方向に延設される。また、フロントフロアクロスメンバ１２，リヤフロアクロスメンバ１３は、前後方向に間隔を空けて設けられ、車幅方向に延設される。これらのクロスメンバ１２，１３は、サイドメンバ１１を貫通して、その外側まで延長される。これにより、メインフロアパネル１５が井桁状に支持され、車室床面の剛性，強度が確保される。

サイドメンバ１１の配設位置は、車両１０の左側面及び右側面のそれぞれから、やや内側に入った位置に設定される。また、フロントフロアクロスメンバ１２の配設位置は、メインフロアパネル１５とダッシュパネル１８との境界部近傍に設定され、リヤフロアクロスメンバ１３の配設位置は、メインフロアパネル１５とリヤフロアパネル１７との境界部近傍に設定される。本実施形態では、図２に示すように、メインフロアパネル１５の前端部，後端部のそれぞれにおいて、ダッシュパネル１８やリヤフロアパネル１７の立ち上がり（傾斜した部位）を避けた位置にクロスメンバ１２，１３が配置される。前述のバックボーン部１６は、ダッシュパネル１８の立ち上がりとリヤフロアパネル１７の立ち上がりとを水平方向に接続するように、メインフロアパネル１５の前端部から後端部までの全長にわたって形成される。

リヤフロアクロスメンバ１３の後方におけるリヤフロアパネル１７の下方には、車両１０に搭載されるエンジンの燃料を貯留する燃料タンク９が配置される。燃料タンク９の左右には、図１に示すようにサイドメンバ１１が配設され、前後にはリヤフロアクロスメンバ１３とリヤサスペンションクロスメンバ１９（リヤサスペンション用のクロスメンバ）とが配設される。リヤサスペンションクロスメンバ１９はリヤサスペンションを支持するフレーム部材であり、後輪近傍で左右のサイドメンバ１１を接続するように配置される。燃料タンク９の概形は、横長の直方体形状とされる。本実施形態のリヤサスペンションクロスメンバ１９は、図３に示すように、バックボーン部１６とタンク１との間に設けられ、車幅方向に延設されている。

燃料タンク９の底面には、バックボーン部１６の下方に配設される排気管８やプロペラシャフトとの干渉を避けるために、燃料タンク９の内側へと凹んだ形状の通風部２３が形成される。通風部２３は、燃料タンク９の底面を上方に向かってトンネル状に膨出させた部位であり、車両１０の前面視でバックボーン部１６とほぼ同一の形状とされる。これにより、バックボーン部１６から通風部２３を通過して後方へと向かう走行風の流れが形成される。

タンク１は、リヤサスペンションクロスメンバ１９の後方かつリヤフロアパネル１７の下面側において、消音器２と車幅方向に並置される。タンク１と消音器２との間には、走行風が通過しうる程度の隙間が設けられる。以下、この隙間を「通路部３」と呼ぶ。通路部３の車幅方向の位置は、バックボーン部１６に対向する位置から車幅方向に変位した位置に設定される。つまり、タンク１と消音器２との隙間がバックボーン部１６の直後方に位置しないように、タンク１及び消音器２の位置が車幅方向中央よりも左右いずれかの方向にずらしてある。換言すれば、車両１０の下面視において、バックボーン部１６をそのまま後方に延長した部分に含まれない位置であって、バックボーン部１６をそのまま後方に延長した部分から左右のいずれかにシフトした位置に、通路部３が配置される。図３に示す例では、タンク１が消音器２の左側方に位置しており、通路部３の変位方向は車両１０の右側（図３中の下側）である。

タンク１，消音器２のうち、通路部３の変位方向とは反対側に位置する一方には、第一切欠部４（切欠部）が形成される。図４において第一切欠部４が形成されているのは、車両１０の左側に位置しているタンク１である。ここでは、通路部３が消音器２側に変位した位置に配置されており、タンク１がバックボーン部１６に対向する位置に配置されている。第一切欠部４は、バックボーン部１６を通過した走行風の一部を通路部３へと導入するために設けられた部位であり、通路部３からバックボーン部１６側に向かう拡開形状を有する。第一切欠部４の形状は、車両１０の後方に向かう先細り形状と表現することも可能である。また、第一切欠部４の内側には遮熱板６が配置され、タンク１に対する排気熱の伝達が抑制される。一方、タンク１の下面側はタンクカバー２１で面状に被覆され、路面からの跳ね石によるチッピング摩耗や変形，泥水による汚損が防止される。

本実施形態の通路部３には、図４に示すように、タンク１の前方側面を切り欠いてなる第一切欠部４と、消音器２の前方側面を切り欠いてなる第二切欠部５（切欠部）とが設けられる。第一切欠部４は、法線が車両１０の右前方に向かって延びる平面状に形成され、通路部３からバックボーン部１６側に向かう拡開形状を有する。つまり、第一切欠部４は、バックボーン部１６と対向する位置まで延びた形状である。一方、第二切欠部５は、法線が車両１０の左前方に向かって延びる平面状に形成され、通路部３から前方に向かう拡開形状を有する。上面視における第一切欠部４，第二切欠部５の形状はＶ字状のくさび形に準えられる。なお、遮熱板６は第一切欠部４の表面に対してほぼ平行に配置される。

図４中に示す第一切欠部４の切り欠き角度Ａは、第二切欠部５の切り欠き角度Ｂよりも大きく形成される。切り欠き角度Ａ，Ｂとは、水平面内において第一切欠部４，第二切欠部５が前後方向に対してどの程度開いているかを表す角度である。すなわち、水平面内で車両１０の中心線を第一切欠部４の表面と平行にするのに要する回転角度が切り欠き角度Ａであり、第二切欠部５の表面と平行にするのに要する回転角度が切り欠き角度Ｂである。切り欠き角度Ａを切り欠き角度Ｂよりも大きく設定することで、タンク１の表面のうち、走行風によって冷却される部分の表面積が大きくなり、タンク１及び添加剤の冷却性が向上する。

消音器２と排気管８との接続箇所となる排気管接続口２２は、第二切欠部５に配置される。つまり消音器２は、第二切欠部５の内部で排気管８に接続される。これにより、温度が高温になりやすい消音器２と排気管８との接続箇所が、走行風によって効率よく冷却される。また、タンク１側には第一切欠部４が設けられていることから、接続スペースに余裕が生まれ、組み付け作業性や艤装性が向上する。なお、十分な接続スペースが確保されている場合には、排気管８と消音器２との接続箇所を通路部３に設けてもよい。つまり、消音器２が、通路部３の内部で排気管８に接続される構成としてもよい。

図４中の一点鎖線は、バックボーン部１６を車長方向に延ばしてその断面形状をタンク１の前面に投影した形状を表す。通路部３は、バックボーン部１６の直後方を避けた位置に配置されているため、バックボーン部１６を通過した走行風は、タンク１の前面に当接し、車幅方向に拡散する。これにより、バックボーン部１６を通過した走行風がそのまま通路部３へと流入することがなくなり、流速の過剰な増大が抑制される。その後、拡散した走行風の一部は、第一切欠部４及び第二切欠部５によって形成されるくさび形の空間内へと流入し、通路部３を通過して車両１０の後方へと流出する。このように、切欠部４，５を設けることで、減速した走行風が効率的に通路部３側へと引き込まれ、タンク１及び消音器２を冷却するための走行風流量が確保される。

［２．作用，効果］
［１］図４中に一点鎖線で示すように、バックボーン部１６に対向する位置から車幅方向に通路部３を変位させることで、バックボーン部１６を抜けた走行風のうち、タンク１，消音器２の前面に当接することで車幅方向に拡散した一部の走行風を利用して、通路部３を冷却することができる。これにより、バックボーン部１６を抜けた走行風が通路部３に集中することを防止することができる。したがって、高速走行時における通路部３の局所的な過冷却を防止しつつ、タンク１及び消音器２の冷却性を向上させることができるとともに、それぞれの冷却状態を安定させることができる。

［２］上記の車体構造では、タンク１がバックボーン部１６に対向する位置に配置される。これにより、消音器２と比較してタンク１の車幅方向寸法を増大させることができ、タンク容量を大きくすることができる。また、バックボーン部１６を通過した走行風のほぼすべてがタンク１の前面に当接することから、タンク１の冷却性を向上させることができる。

［３］上記の車体構造では、バックボーン部１６とタンク１との間にリヤサスペンションクロスメンバ１９が配置される。これにより、バックボーン部１６を通過する飛び石からタンク１，消音器２をリヤサスペンションクロスメンバ１９で保護することができる。したがって、タンク１，消音器２のチッピング摩耗や変形，泥水による汚損を防止することができる。

［４］上記の車体構造では、図４に示すように、第一切欠部４がバックボーン部１６に対向する位置まで延びた形状に形成される。すなわち、車両１０の前面視において、バックボーン部１６と第一切欠部４とが重畳しうる位置に、第一切欠部４が配置される。これにより、走行風を確実に通路部３へと流入させることができ、タンク１，消音器２の冷却性をさらに向上させることができる。

［５］上記の車体構造では、第二切欠部５の内部で消音器２と排気管８とを接続することで、温度が高温になりやすい消音器２と排気管８との接続箇所を効率よく冷却することができる。したがって、消音器２の冷却性をさらに高めることができ、ひいてはタンク１，添加剤の冷却性を高めることができる。なお、通路部３の内部で消音器２が排気管８に接続される構成とした場合にも、上記の車体構造と同様の効果を獲得することができ、消音器２と排気管８との接続箇所を効率よく冷却することができる。

なお、図４に示すように、切り欠き角度Ａを切り欠き角度Ｂよりも大きく設定することで、タンク１の表面のうち、走行風によって冷却される部分の表面積を大きくすることができ、タンク１，添加剤の冷却性を高めることができる。また、タンク１は消音器２よりも車幅方向の寸法が大きいため、切り欠き角度Ａを大きくすることで、通路部３をバックボーン部１６に近づけることができる。あるいは、車両１０の前面視で通路部３とバックボーン部１６との重畳面積を増大させることができる。

これにより、走行風の通路部３への流れ込みをさらに促進することができ、タンク１，消音器２の冷却性を高めることができる。また、タンク１，消音器２の前方に配置された燃料タンク９の底面に通風部２３を設けることで、走行風の通路部３への流れ込みをさらに促進することができる。したがって、タンク１，消音器２の冷却性をさらに高めることができる。

［３．変形例］
上述の実施形態では、排ガス中のNOxを浄化する還元システムについて詳述したが、添加剤の種類は尿素水に限定されない。NOx選択還元触媒を利用した排気浄化システムにおいては、尿素水の代わりにアンモニア水を使用することがある。また、DPF（ディーゼル・パティキュレート・フィルター）を利用した排気浄化システムにおいては、PM（パティキュレート・マター）の燃焼を促進するために、排気管８内に炭化水素（HC，未燃燃料）を噴射することがある。したがって、尿素水の代わりにアンモニア水や炭化水素を供給する排気浄化システムに対して、上述の車体構造を適用することも可能である。

上述の実施形態では、図４に示す通路部３について詳述したが、通路部３の具体的な形状はこれに限定されない。図５（Ａ）は、タンク１に第一切欠部４が形成され、消音器２に第二切欠部５が形成されない場合を示すものである。反対に、図５（Ｂ）は、タンク１に第一切欠部４が形成されず、消音器２に第二切欠部５が形成された場合を示すものである。このように、第一切欠部４，第二切欠部５は適宜省略可能である。少なくとも、タンク１及び消音器２のうち、通路部３の変位方向とは反対側に位置する一方に切欠部を形成すれば、バックボーン部１６の通過走行風を減速させた上で通路部３へと流入させることができ、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。

また、第一切欠部４，第二切欠部５を曲面状に形成することで、よりスムーズに走行風を通路部３へと流入させてもよい。少なくとも、通路部３からバックボーン部１６側（車両１０の前方側）に向かって拡開した形状の部位を設けることで、減速した走行風をスムーズに通路部３へと流入させることができ、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。

１ タンク
２ 消音器
３ 通路部
４ 第一切欠部（切欠部）
５ 第二切欠部（切欠部）
６ 遮熱板
７ 供給管
８ 排気管
９ 燃料タンク
１０ 車両
１１ サイドメンバ
１２ フロントフロアクロスメンバ
１３ リヤフロアクロスメンバ
１５ メインフロアパネル（フロントフロアパネル）
１６ バックボーン部
１７ リヤフロアパネル
１８ ダッシュパネル
１９ リヤサスペンションクロスメンバ
２１ タンクカバー
２２ 排気管接続口
２３ 通風部

Claims (5)

1. 車室内に向かってトンネル状に膨出したバックボーン部を有するフロントフロアパネルと、
   前記フロントフロアパネルの車両後方に連続する床を形成するリヤフロアパネルと、
   前記リヤフロアパネルの下方に設けられ、排ガスに供給される添加剤が貯留されるタンクと、
   排気管に接続され、前記タンクと車幅方向に並置される消音器と、
   前記タンクと前記消音器との間に設けられ、前記バックボーン部に対向する位置から車幅方向に変位した位置に配置される通路部と、
   前記タンク又は前記消音器のうち、少なくとも前記通路部の変位方向とは反対側に配置された一方に形成され、前記通路部から前記バックボーン部側に向かう拡開形状を有する第一切欠部と、
   を備えることを特徴とする車体構造。
2. 前記通路部は、前記消音器側に変位した位置に配置され、
   前記タンクは、前記バックボーン部に対向する位置に配置される
   ことを特徴とする請求項１記載の車体構造。
3. 前記バックボーン部と前記タンクとの間に設けられ、車幅方向に延設されたリヤサスペンションクロスメンバを備える
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の車体構造。
4. 前記第一切欠部は、前記バックボーン部と対向する位置まで延びている
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の車体構造。
5. 前記タンクに前記第一切欠部が設けられるとともに、前記消音器に第二切欠部が設けられ、
   前記排気管と前記消音器とが、前記第二切欠部の内部で接続される
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の車体構造。

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