JP2022160951A - 車両のパワーコントロールユニット搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンルーム内にＰＣＵを配置しても、前方衝突時のエンジン後退による高電圧ケーブルの破断や、想定されたエンジン後退の阻害を防止するハイブリット車両のパワーコントロールユニット搭載構造の提供。【解決手段】 パワーコントロールユニット搭載構造は、縦置きエンジン１０およびトーボードクロスメンバ６が車両正面視において、ＰＣＵ２０の後方に空間を有するように、前後方向に沿った投影面内に一部分が重なって設けられ、インテークマニホールド１６およびＰＣＵ２０が車両上面視において、縦置きエンジン１０の輪郭内に配置され、インテークマニホールド１６がＰＣＵ２０の前方に配置されると共に、インテークパイプの両側一部分が後方に延設してＰＣＵ２０の両側面と一部分が対向して配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンとモータの動力源を備え、縦置きエンジンが搭載された車両のパワーコントロールユニット搭載構造に関する。

近年、エンジンと走行用モータの２つの動力源を備えたハイブリット車両が登場している。このようなハイブリット車両は、従来のエンジン、ガソリンタンクなどに加え、走行用モータと、この走行用モータに電力を供給する駆動用のメインバッテリ、電力の分配をコントロールするパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）、補機に電力を供給する補機バッテリなどが搭載されている。

例えば、特許文献１には、車両のエンジンルーム内に配置されるＰＣＵが車両前方衝突時において、筐体の側面部に配置された締結部のボルトに対するせん断荷重を緩和できる車両の技術が開示されている。

特開２００４－３２８８７０号公報

ところで、ハイブリット車両のＰＣＵは、前方衝突時の保護性能向上のため、従来は、エンジンルーム内の横置きエンジンのトランスミッション上に配置したり、車両後方の床下の燃料タンク横に配置したりしている。

しかしながら、ハイブリット車両は、エンジンが縦置きの場合、トランスミッションの上にスペース上配置できず、トーボードフレームよりも前方のエンジン側にＰＣＵを配置すると前方衝突時のエンジン後退により高電圧ケーブルが破断したり、ＰＣＵにより想定されたエンジンの後退を阻害したりする虞がある。

そこで、本発明は、縦置きエンジンを備えたハイブリット車両において、エンジンルーム内にＰＣＵを配置しても、前方衝突時のエンジン後退による高電圧ケーブルの破断や、想定されたエンジン後退の阻害を防止する車両のパワーコントロールユニット搭載構造を提供することを目的としている。

本発明の一態様の車両のパワーコントロールユニット搭載構造は、車両前部のエンジンルームに搭載された縦置きエンジンと、前記縦置きエンジン上に配置されたインテークマニホールドと、前記縦置きエンジン上に配置し、高電圧ケーブルが接続されて駆動用バッテリからの駆動用モータの電力を制御するパワーコントロールユニットと、前記エンジンルームと車室を仕切るトーボードに設けられたトーボードクロスメンバと、を備え、前記縦置きエンジンおよび前記トーボードクロスメンバは、車両正面視において、前記パワーコントロールユニットの後方に空間を有するように、前後方向に沿った投影面内に一部分が重なって設けられ、前記インテークマニホールドおよび前記パワーコントロールユニットは、車両上面視において、前記縦置きエンジンの輪郭内に配置され、前記インテークマニホールドは、前記パワーコントロールユニットの前方に配置されると共に、前記インテークパイプの両側一部分が後方に延設して前記パワーコントロールユニットの両側面と一部分が対向して配置されている。

本発明の車両のパワーコントロールユニット搭載構造は、縦置きエンジンを備えたハイブリット車両において、エンジンルーム内にＰＣＵを配置しても、前方衝突時のエンジン後退による高電圧ケーブルの破断や、想定されたエンジン後退の阻害を防止することができる。

ハイブリット車両を示す概略構成図 同、車両の前部の構成を示す概略平面図 同、車両の前部の構成を示す概略斜視図 同、車両の前部の構成を示す概略側面図 同、車両の前部の構成を示す概略正面図

以下に図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、および各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

図１に示す、ここでの車両１は、２つの動力源を有する所謂ハイブリット車両である。第１の動力源は、内燃機関である駆動源となる縦置きエンジン１０である。エンジン１０の上部には、車外の空気を送り込むインテークマニホールド１６が設けられている。

エンジン１０は、トランスミッション１１に接続されている。車両１の後方には、エンジン１０の燃料を蓄える燃料タンク１２が配設されている。エンジン１０は、ここでは図示しないエキゾーストマニホールドを介して排気管１３が車両１の後方に延設するように接続されている。この排気管１３には、触媒が内蔵されるマフラーとしてのプレサイレンサ１４およびメインサイレンサ１５が設けられている。

第２の動力源は、始動機能と発電機能を備えた電動機であるモータジェネレータ２１である。このモータジェネレータ２１は、トランスミッション１１に内蔵されている。モータジェネレータ２１は、電力管理ユニットであるパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）２０を介して、車両１の後部に配置された二次電池である駆動用バッテリ２２と電気的に接続されている。なお、車両１の後部には、補機用バッテリ２３が設けられている。この補機用バッテリ２３は、エンジン１０の近傍の車両１の前部に配置されていることもある。

エンジン１０は、図２に示すように、サイドフレーム３と、ラジエータコアサポートを兼ねるフロントクロスメンバ４と、トーボード５と、によって囲われた車両１の前部のエンジンルーム２内に搭載されている。なお、エンジン１０は、図示しないクランクシャフトが車両１の前後方向に平行となるようにエンジンルーム２内に縦置きに搭載される。

トーボード５は、エンジンルーム２と、その後方の車室とを仕切るダッシュパネルともいう隔壁板である。このトーボード５には、エンジンルーム２側に向けて突設されたトーボードクロスメンバ６が設けられている。

ＰＣＵ２０は、主にインバータとＤＣ－ＤＣコンバータによって構成されている。このＰＣＵ２０は、インバータにより交流と直流の変換を実行する。なお、ＰＣＵ２０のインバータは、駆動用バッテリ２２の直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ２１を駆動する際に回転数とトルクを制御する。

一方、ＰＣＵ２０のインバータは、車両１が減速している際にモータジェネレータ２１が出力する交流電力を直流電力に変換して駆動用バッテリ２２を充電する。またＰＣＵ２０のＤＣ－ＤＣコンバータは、駆動用バッテリ２２の出力電圧を上げてから直流電力をインバータに入力する。

このＰＣＵ２０は、エンジン１０の上部に設けられた高電圧ジャンクションボックスであるＰＣＵ端子台２４にコネクタなどによって接続されている。ＰＣＵ端子台２４は、駆動用バッテリ２２およびモータジェネレータと高電圧ケーブル２５，２６ともコネクタなどにより電気的に接続されている。

ここで、車両１のパワーコントロールユニット搭載構造における、エンジン１０のインテークマニホールド１６、ＰＣＵ２０、ＰＣＵ端子台２４およびトーボード５のトーボードクロスメンバ６のレイアウトについて、以下に詳しく説明する。

車両１は、車両前部のエンジンルーム２に搭載されたエンジン１０の上部には、図２から図５に示すように、ＰＣＵ２０が配置されている。このＰＣＵ２０は、エンジン１０のインテークマニホールド１６よりも車両１の後方側に配置されている。また、ＰＣＵ２０は、車体の一部であるトーボード５よりも、車両１の前方側に配置されている。

なお、インテークマニホールド１６とトーボード５に設けられたトーボードクロスメンバ６との間には、エンジン１０上に空間を有し、この空間の位置にＰＣＵ２０が配置されている。さらに、ＰＣＵ２０とトーボードクロスメンバ６との間にも、エンジン１０上に空間を有している。

ＰＣＵ２０と駆動用バッテリ２２とを電気的に接続する高電圧ケーブル２５が車両１の後部に搭載された駆動用バッテリ２２まで延設されている。この高電圧ケーブル２５は、ＰＣＵ端子台２４に接続される。そして、ＰＣＵ端子台２４がエンジン１０の上部に搭載され、ＰＣＵ２０とトーボードクロスメンバ６との間にある空間に配置されている。

このように、車両１のパワーコントロールユニット搭載構造は、車両１の前後方向（図中Ｘ方向）において、前方からエンジン１０のインテークマニホールド１６、ＰＣＵ２０、ＰＣＵ端子台２４およびトーボード５のトーボードクロスメンバ６が順に配置されている。即ち、車両１の前方から見た正面視において、前方からインテークマニホールド１６、ＰＣＵ２０、ＰＣＵ端子台２４およびトーボードクロスメンバ６の一部または全部が前後方向に沿った投影面内に重なるように配置されている（図５参照）。

また、インテークマニホールド１６、ＰＣＵ２０およびＰＣＵ端子台２４は、エンジン１０の上方から見た平面視（上面視）の輪郭内に収まるように配置されている。なお、エンジン１０は、トーボードクロスメンバ６に対して、車幅方向の左右方向（図中Ｙ方向）および車両鉛直方向の上下方向（図中Ｚ方向）の両側端部および上端部の一部が前後方向に沿った投影面内に重なるように配置されている（図５参照）。

このような車両１の前部に設けられるエンジンルーム２のレイアウト構成によって、車両１のパワーコントロールユニット搭載構造は、ＰＣＵ２０の前にインテークマニホールド１６があり、ＰＣＵ２０の後方にＰＣＵ端子台２４およびトーボードクロスメンバ６があることで車両前方衝突時の前方からの衝突荷重の入力に対して、ＰＣＵ２０およびＰＣＵ端子台２４に直接的な衝突荷重が入らないようにすることができる。また、ＰＣＵ２０の後方に空間を設けることで、ＰＣＵ端子台２４の搭載スペースを確保すると共に、ＰＣＵ２０による車両前方衝突時のエンジン１０の後退を阻害しないようにすることができる。

さらに、車両１のパワーコントロールユニット搭載構造は、エンジン１０の上面視の輪郭内でインテークマニホールド１６、ＰＣＵ２０およびＰＣＵ端子台２４が前後方向にずれるようにオフセット配置されている。即ち、インテークマニホールド１６、ＰＣＵ２０およびＰＣＵ端子台２４は、エンジン１０の上面視の輪郭内に車両１の前後方向にずらされて配置されている。そのため、車両１の前部ＰＣＵ搭載構造は、車両衝突時において、正面、斜めまたは側面いずれの方向からの衝突荷重の入力に対してもインテークマニホールド１６、ＰＣＵ２０およびＰＣＵ端子台２４が保護される。

また、インテークマニホールド１６は、車幅方向の左右に延設される４つのインテークパイプ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄが集合してスロットルボディが設けられる中央のサージタンク１８まで上下方向に重畳して連通している。そして、インテークマニホールド１６は、少なくとも左右それぞれのインテークパイプ１９ｃ，１９ｄが屈曲して後方に延設され、上面視のＵ字状（ｏｐｅｎ－ｂｏｘ ｓｈａｐｅｄ）の形状を有している。即ち、インテークマニホールド１６は、中央のサージタンク１８側が前方にオフセットしている形状を有している。

そして、ＰＣＵ２０は、屈曲形成された車両１の後方に延設されたインテークマニホールド１６の２つのインテークパイプ１９ｃ，１９ｄに両側面の一部が対向するように、エンジン１０の上部に配置されている。そのため、車両１の前部ＰＣＵ搭載構造は、車両衝突時において、正面、前方斜めまたは側面いずれの方向からの衝突荷重の入力に対して、さらにＰＣＵ２０を保護することができる。

さらに、インテークマニホールド１６は、左右の端部の一方、ここでは右側のインテークパイプ１９ａ，１９ｃのエンジン１０に接続される端部が前方側にずれるようにオフセットしている。即ち、インテークマニホールド１６は、車幅方向における左右のインテークパイプ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの端部が前後方向にずれた形状を有している。

そのため、車両１の前部ＰＣＵ搭載構造は、インテークマニホールド１６のここでは右側の２つのインテークパイプ１９ａ，１９ｃ側の後方のエンジン１０上の搭載スペースに余裕ができ、ＰＣＵ２０の中心をエンジン１０の車幅方向（左右方向）に直交する中心軸Ｃよりも右側にずらしたオフセット位置のエンジン１０の上部に配置することができる。

そして、ＰＣＵ２０は、エンジン１０の車幅方向の中心軸Ｃ（図２参照）に対して、左右何れか、ここではエンジン１０の上部右側に中心がずらされてオフセット配置され、図５に示す、エンジン１０の下部に接続されたエキゾーストマニホールド１７に接続される排気管１３が左右何れか、ここではエンジン１０の下部左側（なお、図５においては中心軸Ｃ´よりも下部右側）に、ずらされてオフセット配置されている。即ち、ＰＣＵ２０と排気管１３は、それぞれが左右の反対方向にずれるようにエンジン１０の車幅方向に直交する中心軸Ｃ，Ｃ´に対してオフセット配置されている。

これにより、車両１のパワーコントロールユニット搭載構造は、熱源となる排気系の排気管１３にたいして、ＰＣＵ２０の離間距離を長くすることができ、ＰＣＵ２０への排気系による熱的影響を抑制することができる。

なお、ＰＣＵ端子台２４は、ＰＣＵ２０に対して、エンジン１０の車幅方向に直交する中心軸Ｃ側にオフセットした位置に配置されている。これにより、車両１のパワーコントロールユニット搭載構造は、モータジェネレータ２１とＰＣＵ端子台２４とを電気的に接続する高電圧ケーブル２６の経路（長さ）をできるたけ最小化することができる。また、ＰＣＵ端子台２４からモータジェネレータ２１を接続する高電圧ケーブル２６の経路を短くすることで、車両前方衝突時に高電圧ケーブル２６が破断する要因を低減することができる。

以上に説明した車両１のパワーコントロールユニット搭載構造は、ハイブリット車である車両１のエンジンルーム２内の縦置きエンジン１０の上部にＰＣＵ２０を搭載するスペースを設け、前方衝突時のエンジン１０が後退するによる高電圧ケーブル２５，２６が破断したり、ＰＣＵ２０により想定されたエンジンの後退を阻害したりすることを防止することができる。

さらに、車両１は、ＰＣＵ２０を後方に配置しないため、燃料タンク１２を大きくでき、タンク容量を増やすことができる。

以上の実施の形態に記載した発明は、それらの形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。

例えば、各形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、述べられている課題が解決でき、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。

１…車両
２…エンジンルーム
３…サイドフレーム
４…フロントクロスメンバ
５…トーボード
６…トーボードクロスメンバ
１０…エンジン
１１…トランスミッション
１２…燃料タンク
１３…排気管
１４…プレサイレンサ
１５…メインサイレンサ
１６…インテークマニホールド
１７…エキゾーストマニホールド
１８…サージタンク
１９ａ～１９ｄ…インテークパイプ
２１…モータジェネレータ
２２…駆動用バッテリ
２３…補機用バッテリ
２４…ＰＣＵ端子台
２５，２６…高電圧ケーブル
Ｃ，Ｃ´…中心軸

Claims (4)

1. 車両前部のエンジンルームに搭載された縦置きエンジンと、
   前記縦置きエンジン上に配置されたインテークマニホールドと、
   前記縦置きエンジン上に配置し、高電圧ケーブルが接続されて駆動用バッテリからの駆動用モータの電力を制御するパワーコントロールユニットと、
   前記エンジンルームと車室を仕切るトーボードに設けられたトーボードクロスメンバと、
   を備え、
   前記縦置きエンジンおよび前記トーボードクロスメンバは、車両正面視において、前記パワーコントロールユニットの後方に空間を有するように、前後方向に沿った投影面内に一部分が重なって設けられ、
   前記インテークマニホールドおよび前記パワーコントロールユニットは、車両上面視において、前記縦置きエンジンの輪郭内に配置され、
   前記インテークマニホールドは、前記パワーコントロールユニットの前方に配置されると共に、前記インテークパイプの両側一部分が後方に延設して前記パワーコントロールユニットの両側面と一部分が対向して配置されていることを特徴とする車両のパワーコントロールユニット搭載構造。
2. 前記パワーコントロールユニットは、前記縦置きエンジンの下方において、前記縦置きエンジンの車幅方向に直交する中心軸から左右いずれかの方向にずらされてオフセット配置された排気管に対して前記中心軸から左右いずれかの反対方向にずらされてオフセット配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両のパワーコントロールユニット搭載構造。
3. 前記インテークマニホールドは、車幅方向の左右いずれか一方の前記インテークパイプが前方にずらされてオフセット配置され、
   前記パワーコントロールユニットは、前記前方にオフセット配置された前記インテークパイプの後方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両のパワーコントロールユニット搭載構造。
4. 前記縦置きエンジン上の前記空間に配置され、前記高電圧ケーブルに接続され、前記パワーコントロールユニットに対して前記縦置きエンジンの車幅方向に直交する中心軸側にずらされてオフセット配置されたパワーコントロールユニット端子台を備えていることを特徴とする請求項１に記載の車両のパワーコントロールユニット搭載構造。

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