JP7474421B2 - 車両用発電ユニットの構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両用発電ユニットの構造に関する。

電動モータを駆動するためのバッテリを有する電動車両には、例えば、特許文献１に開示されているように、小型の発電ユニットが搭載されている車両が知られている。当該発電ユニットを搭載し、バッテリまたは電動モータに電力を供給することによって、航続距離を延長させることが可能となる。

上記例の発電ユニットは、車両の後部シートの下方側に設けられたスペースに、取り外し可能に搭載されている。この例では、発電ユニットの下部には、車輪が設けられており、発電ユニットは、車体後部に設けられた箱の下面を走行可能に構成され、箱の開口から搬入及び搬出が可能となっている。

このように発電ユニットを車体に対して取り外し可能に構成することによって、メンテナンス性が向上し、さらに、車両から離れた場所において、発電ユニットを単独で使用することも可能となる。

特開２０１６－８４７６９号公報

車両に搭載される発電ユニットは、より小型化されていることが好ましい。一方で、車両に搭載される発電ユニットは、種々の衝撃荷重を受ける可能性があるため、所定の剛性を確保する必要がある。上記例の発電ユニットは、防音効果を有する箱が車体に設けられ、該箱の内部に発電ユニットが設置されている。このため、当該発電ユニットは、所定の剛性及び強度を有している。

ところが、上記例のような構成は、発電ユニットを搭載するための大型の箱を有しているため、箱を含む発電ユニット全体の構成が、より大型化する。そのため、発電ユニットを、よりコンパクトな構造とし、且つ所定の剛性を確保しようとする場合、上記例のような搭載構造には、改善の余地があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、よりコンパクトで且つ剛性を確保することが可能な車両用発電ユニットの構造を提供することである。

上記目的を達成するための本発明に係る車両用発電ユニットの構造は、発電用エンジンと、該発電用エンジンから放出される排気ガスが流通するマフラと、該マフラに接続され外部に前記排気ガスを排気する排気管と、前記発電用エンジンの駆動により発電する発電機と、を備えている。当該車両用発電ユニットの構造において、前記排気管は、前記マフラの長手方向に交差する方向に延び、前記排気管には、前記発電機に連結される連結部が設けられ、前記マフラ及び前記排気管によって、上面視で、第１のＬ字形状が形成され、前記発電用エンジンは、ピストンが収容され、前記ピストンの長手方向に延びるシリンダケースを有し、前記発電機の回転軸は、前記ピストンに交差する方向に沿って配置され、前記発電用エンジンの前記シリンダケース及び前記発電機によって、上面視で、第２のＬ字形状が形成され、前記第１のＬ字形状及び前記第２のＬ字形状によって四角形構造が構成されている。

本発明の車両用発電ユニットの構造によれば、発電ユニットを、よりコンパクトで且つ剛性を確保することが可能である。

本発明に係る車両用発電ユニットが車両後部に取り付けられる状態を示す斜視図であり、発電ユニットの一部が車両外側にある状態を示している。 図１の発電ユニットの上面図である。 図２の発電ユニットの電気機器等を取り外した状態の上面図である。 図３のマフラ及び排気管等を上方から見た斜視図である。 図１のマフラ等がトレイに固定された状態を示す斜視図である。 図５の連結部材の変形例を示す斜視図である。

以下、本発明に係る車両用発電ユニットの構造の一実施形態について、図面（図１～図６）を参照しながら説明する。

なお、図において、矢印Ｆｒ方向は車両前後方向における前方を示す。実施形態の説明における「前部（前端）及び後部（後端）」は、車両前後方向における前部及び後部に対応する。また、矢印Ｒ，Ｌは、それぞれ車幅方向の右側、左側を示しており、本実施形態における「左右」は、乗員が車両前方を向いたときの「左側」及び「右側」に対応している。

本実施形態の車両用の発電ユニット１は、例えば、車両後部に設けられたラゲッジスペース３等の床下に、着脱可能に取り付けられる（図１）。当該発電ユニット１は、全体で車幅方向に延びる略直方体状であり、例えば、車両の後部に設けられた開口から車両内に挿入された状態で、車両後部に固定される。この例では、図１に示すように、車幅方向において、左右の後輪２の間に配置されており、車体骨格を構成する剛性の高いリアサイドメンバ及びリアクロスメンバ等に取り付けられている。

本実施形態の発電ユニット１は、図２に示すように、発電用エンジン２０と、燃料タンク２５と、マフラ３０と、台座４０と、インバータ（電気機器）５０と、発電機６０と、冷却装置７０と、を有している。また、当該発電ユニット１は、上記の装置及び部材が収容される収容構造体１０を備えている。

収容構造体１０は、トレイ１１と、上蓋１１Ａを有している。トレイ１１は、設置面部１２と、側壁部１５と、を有している。設置面部１２は、車幅方向に延びる略長方形状で、当該設置面部１２には、長尺のフレーム１３が設けられている。上記した発電用エンジン２０、燃料タンク２５、マフラ３０、台座４０、発電機６０及び冷却装置７０等は、フレーム１３を介して設置面部１２に固定されている。

側壁部１５は、設置面部１２の車幅方向両端から車両上方に突出する縦壁で、車両前後方向に延びている。側壁部１５の上部には、車幅方向外側に突出し、車両前後方向に延びる側部フランジ１６が設けられ、該側部フランジ１６の上面には、設置作業及び運搬等で用いられる取っ手１７等が設けられている。上蓋１１Ａは、トレイ１１の設置面部１２を車両上方から覆う部材である。上蓋の天面には、燃料タンク２５に対応する位置が切り欠かれている（図１）。

発電用エンジン２０は、シリンダ（図示せず）及びピストン（図示せず）等を収容するシリンダケース２１と、クランクシャフト２３ａを覆うクランクケース２３と、を有している。なお、本実施形態では、ピストンの詳細な図示は省略しているが、図３では、ピストンの摺動方向を矢印Ａで示している。また、クランクシャフト２３ａについては、図３において凡その位置を仮想的に示している。クランクケース２３は、車幅方向に延びている部材で、トレイ１１の設置面部１２の後部における車幅方向のほぼ中央部に配置されている。クランクシャフト２３ａは、車幅方向に延びている状態で、クランクケース２３の内部に収容されている。また、ピストンは、車両前後方向に延びた状態で、シリンダケース２１の内部に収容され、発電用エンジン２０の駆動時には車両前後方向（図３の矢印Ａの方向）に往復する。

燃料タンク２５は、発電用エンジン２０を駆動するための燃料が充填されているタンクであり、燃料タンク２５の上面は平坦であり、該上面には、燃料を補給する開口（図示せず）が設けられている。該開口には、燃料補給時に取り外し可能なキャップ２６が取り付けられている。燃料タンク２５は、収容構造体１０のトレイ１１の設置面部１２における右前側の角部に配置されている。

燃料タンク２５の上面には、発電用エンジン２０のシリンダケース２１に燃料を供給するための燃料供給部２５ｂが設けられており、該燃料供給部２５ｂには、シリンダケース２１の上部に設けられた例えば燃料噴射装置２１ｃ等に向かって延びる燃料供給配管が接続されている（図２）。

発電機６０は、図２及び図３に示すように、車幅方向に延びる装置で、クランクケース２３の車幅方向における左側に位置する設置面部１２に固定されている。発電機６０は、発電機本体６１と、設置用ブラケット６３とを有している。発電機本体６１は、クランクケース２３の車幅方向の左側に配置され、発電機本体６１の後端は、設置面部１２の後端付近に配置されている。発電機本体６１は、車幅方向に延びる回転軸６２を有し、当該回転軸６２は、クランクシャフト２３ａの左側部が接続されている。なお、本実施形態では、回転軸６２は、図３において凡その位置を仮想的に示している。発電機６０は、発電用エンジン２０の駆動により回転軸６２が回転することにより発電する。また、発電機本体６１には、後述するラジエータ７１を流通する冷却水（冷媒）が流れる冷却水配管８２が接続されている。

設置用ブラケット６３は、発電機本体６１を設置面部１２に固定するための部材で、発電機本体６１の車幅方向の左側に配置されている。設置用ブラケット６３は、設置面部１２から車両上方に延び、車幅方向を臨む縦壁を有している。縦壁は、排気管３２と発電機本体６１との間に配置され、縦壁には、発電機本体６１の左側部がボルト等により接合されている。

マフラ３０は、車幅方向に延びる部材で、該発電用エンジン２０から放出される排気ガスが流通する。マフラ３０は、図２及び図３に示すように、シリンダケース２１に隣接するように配置され、マフラ３０の車幅方向の左側端部は、接続用配管３１を介して、シリンダケース２１に接続されている。マフラ３０は、車幅方向に延びた状態で、マフラ３０の車幅方向の右側端部が、収容構造体１０のトレイ１１の設置面部１２における左前側の角部に配置されている。

図２及び図４に示すように、角部に位置するマフラ３０の側部、すなわち、マフラ３０の後側面における車幅方向の右側部には、車両前後方向に延びる略円筒状の排気管３２が取り付けられている。当該排気管３２には、マフラ３０を流通した排ガスが流入し、流入した排ガスは、排気管３２の後部から発電ユニット１の外部に排気される。排気管３２には、発電機６０の後述する設置用ブラケット６３に連結する連結部材（連結部）３５が設けられている。

ここで、連結部材３５について説明する。連結部材３５は、車両前後方向に延びる底部３５ａと、該底部３５ａの車幅方向右端から車両上方に延びる接合面部３５ｂと、を有する。また、底部３５ａの前端及び後端には、三角形状の側壁３５ｃ（図５）が設けられており、該側壁３５ｃは、車両前後方向を臨む板状で、底部３５ａと接合面部３５ｂとに接続されている。

本実施形態では、連結部材３５の底部３５ａは、後述するチャンバ部３２ａの上部に接合されており、この例では、車両前後方向に互いに間隔を空けて配置される２本のボルトによって接合されている。また、締結方向（ボルトの長手方向）は、車両上下方向に設定している。一方、接合面部３５ｂは、設置用ブラケット６３の縦壁に接合されており、車両前後方向に互いに間隔を空けて配置される２本のボルトによって接合されており、締結方向は、車幅方向に設定している。

また、排気管３２は、小径部３２ｂと、該小径部３２ｂよりも径大のチャンバ部３２ａと、を有している。この例では、チャンバ部３２ａは、マフラ３０の側部に連結されており、車両前後方向に延びている。小径部３２ｂは、チャンバ部３２ａの後部から車両後方に向かって、発電ユニット１の外部まで延びている。本実施形態では、チャンバ部３２ａの上部に連結部材３５が設けられている。

冷却装置７０は、クランクケース２３の車幅方向における右側に位置する設置面部１２に固定されている。冷却装置７０は、全体で車幅方向に延びる装置で、冷却装置７０の後端は、設置面部１２の後端付近に配置されている。冷却装置７０には、シリンダケース２１及びその内部等を冷却するエンジン連動ファン（図示せず）、及びラジエータ７１が設けられている。

エンジン連動ファンは、クランクシャフト２３ａの車幅方向の右側部に図示しない減速機等を介して取り付けられており、クランクシャフト２３ａに連動して同軸で回転する。エンジン連動ファンが回転することにより発生する冷却風は、例えばシリンダケース２１に吹き付けられる。

ラジエータ７１は、冷却装置７０の右側端部に設けられている。また、ラジエータ７１には、冷却水配管８１が接続されている。当該冷却水配管は、ラジエータ７１の内部で冷却された冷却水を送出する送り側配管８１と、ラジエータ７１の外部で熱交換された温度が上昇した冷却水をラジエータ７１に戻すための戻り側配管（図示せず）とを有している。

マフラ３０の上部には、図５に示すように、台座４０が設けられている。当該台座４０は、マフラ３０を車両上方側から覆う略直方体状の中空の部材である。台座４０の上部には、インバータ（電気機器）５０が設置されている。

台座４０は、マフラ３０を車両上方側から覆う略直方体状の中空の部材である。台座４０の前壁４１は、車両上下方向に延び、車両前方を臨み、設置面部１２の前端付近に配置される。台座４０の左側壁４３は、車両上下方向に延び、前壁４１の左端から車両後方に延び、トレイ１１の左側の側壁部１５に隣接して配置される。台座４０の右側壁４２は、車両上下方向に延び、前壁４１の右端から車両後方に延びている。

また、右側壁４２には、図５に示すように、下端から上方に略半円形状の切欠き４４が設けられ、該切欠き４４は、マフラ３０を車両上方から取り囲むように形成されている。すなわち、この例では、マフラ３０は、右側壁４２を通り抜けるように配置されている。

また、本実施形態では、図２及び図３に示すように、マフラ３０をトレイ１１の角部に配置して、マフラ３０に接続される排気管３２を車両前後方向に延びるように配置し、排気管３２及びマフラ３０によって、上面視で仮想的に第１のＬ字形状Ｌ１が形成されている。図３では、第１のＬ字形状Ｌ１は、破線で示している。インバータ５０等の電気機器は、台座４０を介してマフラ３０の車両上方であって、第１のＬ字形状Ｌ１の角の上方側に配置されている。

本実施形態の発電用エンジン２０は、上記したように、収容構造体１０のトレイ１１の設置面部１２の車幅方向中間部に配置されており、ピストンが車両前後方向に延び、クランクシャフト２３ａが車幅方向に延びるように配置されている。また、クランクシャフト２３ａに連結される発電機６０の回転軸６２は車幅方向に延びている。すなわち、図３に示すように、ピストンと、クランクシャフト２３ａ及び回転軸６２によって、上面視で仮想的に第２のＬ字形状Ｌ２が形成されている。図３では、第２のＬ字形状Ｌ２は、第１のＬ字形状Ｌ１と同様に、破線で示している。本実施形態では、上記した第１のＬ字形状Ｌ１の角部及び第２のＬ字形状Ｌ２の角部は、互いに対向配置されている。この例では、第１のＬ字形状Ｌ１及び第２のＬ字形状Ｌ２によって、上面視で四角形構造が形成されている。

第１のＬ字形状Ｌ１と第２のＬ字形状Ｌ２で四角形構造を構成することにより、騒音・振動源である発電用エンジン２０の排気系を１つの剛性体とすることができる。また、発電用エンジン２０及び発電機６０が、剛性連結されているため、第２のＬ字形状Ｌ２は、剛性体を構成している。一方で、マフラ３０と排気管３２により第１のＬ字形状Ｌ１の剛性体が構成されるため、第１のＬ字形状Ｌ１及び第２のＬ字形状Ｌ２を併せて１つの剛性体とすることにより、よりコンパクトな配置で、高い剛性を得ることが可能となる。また、マフラ３０の左側端が、設置面部１２の左前角に配置されているため、コンパクトなレイアウトが可能となる。

また、連結部材３５によって排気管３２及び発電機６０を剛性連結することによって、四角形構造の剛性をさらに向上させることができる。そのため、四角形構造の剛性を確保した上で、当該構造を構成する装置は、ユニット骨格を構成するフレーム１３に取り付けられる。そのため、フレーム１３は、各装置それぞれに四角形構造の内側方向の荷重を支持する負担が軽減される。よって、四角形構造に対して、フレーム１３の設置において、上下方向及び回転方向を荷重の支持することに重点を置いた構成にすればよいため、フレーム１３のレイアウトが容易になる。

マフラ３０を設置面部１２の角部に配置することで、四角形構造は、設置面部１２の角部に配置されることになる。その結果、四角形構造も、発電ユニット１の骨格構造として用いることが可能となり、発電ユニット１の全体の剛性が向上する。

また、本実施形態では、排気管３２のチャンバ部３２ａに連結部材３５が接合されている。チャンバ部３２ａを設けることにより、排気騒音をさらに低減できる。チャンバ部３２ａは、通常の排気用の配管に比べて径が大きく、重量も大きい。経大のチャンバ部３２ａは、連結部材３５の底部３５ａとの接合部の面積をより大きく設定することが可能となる。そのため、排気管３２の重い部分を剛性が高い発電機６０で確実の保持することが可能となる。

また、本実施形態では、マフラ３０の右方向端部が、シリンダケース２１の側部に固定されている。この例では、図４に示すように、マフラ３０の右端の上部からマフラ３０の径向外側に張り出すフランジ部３０ａが設けられている。また、シリンダケース２１の左側部には、マフラ３０に向かって突出する２つの受部２１ｂが、設けられている。２つの受部２１ｂは、車両上下方向に間隔を空けて配置されており、先端部には、ねじ穴が設けられている。また、フランジ部３０ａには、受部２１ｂに対応する位置に貫通孔が設けられている。フランジ部３０ａが受部２１ｂの先端部に当接した状態で、ボルトを貫通孔に貫通させてねじ穴に取り付けることによって、フランジ部３０ａと受部２１ｂが締結されている。これにより、四角形構造の剛性がさらに向上し、荷重により、第２のＬ字形状Ｌ２の角部の角度変化を低減させることが可能となる。

また、本実施形態では、第２のＬ字形状Ｌ２の角部には、補強部材３７が設けられている。該補強部材３７は、シリンダケース２１及び発電機６０に接合されている。第２のＬ字形状Ｌ２の角部は、シリンダケース２１とクランクケース２３とによって形成されている角部である。この例では、補強部材３７は、上面視で、車幅方向に延びている略長方形状のリブであり、設置面部１２に設けられたフレーム１３に固定されている。補強部材３７の右側部は、シリンダケース２１の左側部に接合されており、補強部材３７の後部は、クランクケース２３の前部に接合されている。

補強部材３７を設けることにより、四角形構造の角度変化等の変形を低減させることができる。例えば、本実施形態では、シリンダケース２１とユニット骨格を構成するフレーム１３とが直接固定されていないため、発電用エンジン２０のケース剛性によって第２のＬ字形状Ｌ２の一辺（車両前後方向の辺）は支持されている。そのため、第２のＬ字形状Ｌ２の角部を補強することにより、四角形構造の平面剛性を確保することができる。

また、マフラ３０の側部は、補強部材３７に接合されている。この例では、マフラ３０の後面における右側部には、車両後方に突出する棒状の支持部３０ｂが設けられている。また、補強部材３７の上面には、底部３３ａと縦壁３３ｂとを有するブラケット３３が取り付けられている。この例では、底部３３ａと補強部材３７とは、ボルト等により接合されている。また、縦壁３３ｂに支持部３０ｂの前端が当接した状態で、縦壁３３ｂと支持部３０ｂがボルト等により接合されている。このように、補強部材３７をマフラ３０に固定することにより、マフラ３０、シリンダケース２１、クランクケース２３及び発電機６０の連結がさらに強化される。その結果、四角形構造の剛性をさらに高めることが可能となる。

本実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

本実施形態の連結部材３５の接合面部３５ｂは、底部３５ａから上方に延びているが、これに限らない。例えば、図６に示すように、連結部材３５と発電機６０との締結される位置（ボルトの位置）を、チャンバ部３２ａの上端よりも下方に配置してもよい。すなわち、ボルトの位置がチャンバ部３２ａに車幅方向視で重複する配置されてもよい。このように締結位置を設定することにより、四角形構造の平面形状を維持しやすくなる。

この例では、マフラ３０は、設置面部１２に直接固定されているが、これに限らない。マフラ３０がフレーム１３を介して設置面部１２に固定されてもよい。これにより、四角形構造の剛性をさらに高めることもできる。

また、本実施形態では、発電ユニット１を、車両後面から挿入するように構成された例を説明しているが、これに限らない。例えば、発電ユニット１を、車体側部から幅方向に挿入するように構成してもよい。さらに、本実施形態では、発電ユニット１を、ピストンの長手方向（摺動方向）が車両前後方向となるように配置しているが、これに限らない。ピストン及び排気管３２を、車両上下方向に延びた状態で配置してもよい。この場合、四角形構造は、起立した状態となる。

１ 発電ユニット
２ 後輪
１０ 収容構造体
１１ トレイ
１１Ａ 上蓋
１２ 設置面部
１３ フレーム
１５ 側壁部
１６ 側部フランジ
１７ 取っ手
２０ 発電用エンジン
２１ シリンダケース
２１ｂ 受部
２１ｃ 燃料噴射装置
２３ クランクケース
２３ａ クランクシャフト
２５ 燃料タンク
２６ キャップ
３０ マフラ
３０ａ フランジ部
３０ｂ 支持部
３１ 接続配管
３２ 排気管
３２ａ チャンバ部
３２ｂ 小径部
３３ ブラケット
３３ａ 底部
３３ｂ 縦壁
３５ 連結部材
３５ａ 底部
３５ｂ 接合面部
３５ｃ 側壁
３７ 補強部材
４０ 台座
４１ 前壁
４２ 右側壁
４３ 左側壁
４４ 切欠き
５０ インバータ（電気機器）
６０ 発電機
６１ 発電機本体
６３ 設置用ブラケット
７０ 冷却装置
７１ ラジエータ
８１ 冷却水配管
８２ 冷却水配管
Ｌ１ 第１のＬ字形状
Ｌ２ 第２のＬ字形状

Claims (5)

1. 発電用エンジンと、該発電用エンジンから放出される排気ガスが流通するマフラと、該マフラに接続され外部に前記排気ガスを排気する排気管と、前記発電用エンジンの駆動により発電する発電機と、を備えている、車両用発電ユニットの構造において、
   前記排気管は、前記マフラの長手方向に交差する方向に延び、前記排気管には、前記発電機に連結される連結部が設けられ、
   前記マフラ及び前記排気管によって、上面視で、第１のＬ字形状が形成され、
   前記発電用エンジンは、ピストンが収容され、前記ピストンの長手方向に延びるシリンダケースを有し、
   前記発電機の回転軸は、前記ピストンに交差する方向に沿って配置され、
   前記発電用エンジンの前記シリンダケース及び前記発電機によって、上面視で、第２のＬ字形状が形成され、
   前記第１のＬ字形状及び前記第２のＬ字形状によって四角形構造が構成されていることを特徴とする、車両用発電ユニットの構造。
2. 前記排気管は、小径部と、該小径部よりも径大のチャンバ部と、を有しており、
   前記連結部は、前記チャンバ部に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の車両用発電ユニットの構造。
3. 前記マフラの一方の長手方向端部は、前記シリンダケースに固定されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の車両用発電ユニットの構造。
4. 前記第２のＬ字形状の角部には、補強部材が設けられ、該補強部材は、前記シリンダケース及び前記発電機に接合されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の車両用発電ユニットの構造。
5. 前記マフラは、前記補強部材に接合されていることを特徴とする、請求項４に記載の車両用発電ユニットの構造。