燃料電池車両
【課題】燃料電池車両において、軽量で製造容易かつ安価な構成でエンジンコンパートメントへのエアコンプレッサの搭載を可能にする。
【解決手段】燃料電池１２に空気を供給するエアコンプレッサ１８を車両のエンジンコンパートメント１１に搭載した燃料電池車両１０であって、エンジンコンパートメント１１の車幅方向両側にあって車体に固定されるサイド部材６０間に板状のクロス部材６２を掛け渡して設け、このクロス部材６２によってエアコンプレッサ１８を支持する構成とした。
【解決手段】燃料電池１２に空気を供給するエアコンプレッサ１８を車両のエンジンコンパートメント１１に搭載した燃料電池車両１０であって、エンジンコンパートメント１１の車幅方向両側にあって車体に固定されるサイド部材６０間に板状のクロス部材６２を掛け渡して設け、このクロス部材６２によってエアコンプレッサ１８を支持する構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池車両に係り、特に、燃料電池に空気を供給するためのエアコンプレッサをエンジンコンパートメント内に搭載した燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走行用動力源として内燃機関であるエンジンを搭載した自動車が知られている。このようなエンジンは、トランスミッションと一体となったエンジンユニットとして構成され、乗用車等の車両においては車両前部にあるエンジンコンパートメント（エンジンルームとも呼ばれる）内に設置されている。
【０００３】
上記エンジンコンパートメントは、車両を構成する車体の前部に形成されて下方側が開口した空間（上方はボンネットによって閉じられる）であり、その内部に配置されるエンジンユニットは、エンジンコンパートメントの車幅方向両側にそれぞれ在って車体に固定されているクロス部材間に掛け渡されて設けられる略「ロ」字状の枠体からなる、いわゆる井桁（サスペンションメンバとも呼ばれることがある）上に制振機能を有するマウント部材を介して取り付けられることが多い。
【０００４】
上記支持部材は、重量が大きいエンジンユニットを下方から支持するものであるため、その重量に耐え得るだけの高い曲げ剛性を有する必要があり、加えて、エンジンから車軸に出力されるトルクの反力として作用する捩りモーメントにも耐え得るよう捩れに対しても高い剛性が求められる。そのような高剛性を確保するため、支持部材は、高強度で剛直な金属製の枠体として構成されることが多く、そうすると必然的に重量が大きくなるとともに製造コストも高くなる。
【０００５】
一方、近年、走行用動力源としてモータを用い、モータへの電力供給源として燃料電池を搭載した燃料電池自動車が注目されている。燃料電池は、水素等の燃料ガスと空気中の酸素とを電気化学反応させることによって発電を行う装置であり、上記エンジンとは異なり地球温暖化の一因とされる二酸化炭素を排出しないことから地球環境にやさしい車両用電源装置として期待されている。
【０００６】
上記燃料電池には、車両に搭載したエアコンプレッサを作動させて大気中から空気を取り込み、エアコンプレッサから吐出された圧縮空気が供給されるように構成されることがある。例えば、特許文献１には、エアコンプレッサで圧縮加圧されることにより昇温した空気を燃料電池への供給前に適度に冷却するための空冷式インタークーラを一体に設けたエアコンプレッサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２１５１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような燃料電池自動車において、燃料電池を車両の床下部に搭載し、走行用動力源であるモータと減速機とを一体化したトランスアクスル（ＴＡ：Ｔｒａｎｓ Ａｘｌｅ）または駆動ユニットをエンジンコンパートメント内に搭載することがある。この場合、車重軽減やコスト低減のために井桁を用いずに、エアコンプレッサをエンジンコンパートメント内に搭載することが好ましい。
【０００９】
また、比較的小さい排気量の内燃機関を搭載した小型車においては、燃費重視の観点から車両の軽量化を図るべく、井桁を用いずにエンジンユニットを車体のエンジンコンパートメント内壁に上記マウント部材を介して取り付けることが行われており、このように井桁がない車両の車体を燃料電池車両として用いる場合でも、上記エアコンプレッサをエンジンコンパートメント内に如何に搭載するかが問題となる。
【００１０】
本発明の目的は、軽量で製造容易かつ安価な構成でエンジンコンパートメントへのエアコンプレッサの搭載を可能にする燃料電池車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る燃料電池車両は、燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサを車両のエンジンコンパートメントに搭載した燃料電池車両であって、エンジンコンパートメントの車幅方向両側にあって車体に固定されるサイド部材間に板状のクロス部材を掛け渡して設け、このクロス部材によって前記エアコンプレッサを支持する構成とした。
【００１２】
本発明に係る燃料電池車両において、前記エアコンプレッサは、前記クロス部材に吊り下げて取り付けられてもよい。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池車両において、前記エアコンプレッサは、圧縮部材の回転によって大気中から吸気した空気を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部材を回転駆動させるモータとを備え、前記圧縮部材に連結される前記モータの回転軸が車両前後方向に沿うとともに前記モータが車両前方側に位置するように前記エアコンプレッサが配置されてもよい。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池車両において、前記エアコンプレッサの作動により大気から取り込まれる空気中に含まれる異物を除去するエアクリーナを前記クロス部材上に配置し、前記クロス部材の後方で前記エアクリーナと前記エアコンプレッサの圧縮部の後方端面に形成された吸気ポートとを吸気管により接続してもよい。
この場合、前記吸気管が、前輪に連結されるドライブシャフトの上方であって車両前後方向に関して重なる位置に設けられてもよい。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池車両において、車幅方向に延在するリブ部材を前記クロス部材の表面に固定し、前記エアコンプレッサを前記クロス部材に吊り下げて取り付けるための取付部材を前記リブ部材の車両前後方向幅の略中央に対応する位置で前記クロス部材に取り付けてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池車両において、前記リブ部材を前記クロス部材の上面に固定するとともに、前記エアコンプレッサを前記クロス部材の下面に接近させて取り付けてもよい。
【００１７】
この場合、前記エアコンプレッサに含まれるモータの外周面に突設される端子台を側方に向けるか、あるいは、前記端子台を上方に向けて前記クロス部材に形成された開口部に入り込ませるのが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明に係る燃料電池車両において、前記エアコンプレッサが２つの回転圧縮部材を有する２軸式のものであり、前記エンジンコンパートメント内において走行用モータを含む駆動ユニットに車幅方向に隣接し且つ水平方向に対して傾いた状態に前記エアコンプレッサが設けられるとき、前記エアコンプレッサの駆動ユニット側の部分がより下方に位置するように傾けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る燃料電池車両によれば、エンジンコンパートメントの車幅方向両側に在って車体に固定されるサイド部材間に板状のクロス部材を掛け渡して設け、このクロス部材によってエアコンプレッサを支持する構成としたことで、井桁を用いることなくエアコンプレッサをエンジンコンパートメント内に搭載することができる。また、板状のクロス部材は、高強度の枠体である井桁に比べて、加工が容易で製造コストも安価であり、かつ、軽量化が図れる。そして、このように軽量化が可能なクロス部材にエアコンプレッサを予め取り付けた状態で車両組立ラインにおいて車体に組み付けることが可能になり、車両の組立効率が向上する。
【００２０】
さらに、本発明に係る燃料電池車両において、エアコンプレッサがクロス部材に吊り下げて取り付けられるようにすれば、エンジンコンパートメント内において比較的低い位置にエアコンプレッサを搭載することができる。これにより、車両の重心が低くなり、車両の走行安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である燃料電池車両の概略構成図である。
【図２】図２は、ラジエタを取り除いて車両前方から見たエンジンコンパートメント内の様子を示す図である。
【図３】図３は、図２中におけるＡ−Ａ線断面を含む側面図である。
【図４】図４は、エアコンプレッサが取付部材によってクロス部材に取り付けられている状態を示す部分拡大図である。
【図５】図５は、図４中の矢印Ｂ方向から見た側面図である。
【図６】図６は、エアコンプレッサの取付部材との連結部に設けられるマウント部材の斜視図である。
【図７】図７は、モータ端子台を側方に向けてエアコンプレッサをクロス部材の下面に接近させて取り付けた状態を示す図である。
【図８】図８は、モータ端子台を上方に向けてエアコンプレッサをクロス部材の下面に接近させて取り付けた状態を示す図である。
【図９】図９は、サイド部材に対してクロス部材の位置を高くするために上方に折り曲がって形成されたクロス部材の側面を示す図である。
【図１０】図１０は、サイド部材に対してクロス部材の位置を低くするために下方に折り曲がって形成されたクロス部材の側面を示す図である。
【図１１】図１１は、２軸式エアコンプレッサを水平方向に対して傾けてクロス部材に取り付けた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態である燃料電池車両（以下、適宜に「車両」とだけいう）１０の構成を概略的に示す図である。図１において、ラジエタ５８が設置されている側（図中の左側）が車両１０の前方、その反対側（図中の右側）が車両１０の後方として示される。また、図２は、ラジエタ５８を取り除いて車両１０の前方から見たエンジンコンパートメント１１内の様子を示す図である。さらに、図３は、燃料電池車両１０は、走行用動力源としてのモータを駆動するための電力を発電する燃料電池１２を備える。燃料電池１２は、車両１０の車室下方に位置する車体床下部に搭載されている。
【００２４】
ただし、燃料電池１２の搭載位置は、床下部に限定されず、他の位置、例えば車体の後部または前部であってもよい。また、燃料電池１２は、気密状態に保持された燃料電池ケース（図示せず）内に収容されて車両１０に搭載されてもよい。
【００２５】
燃料電池１２は、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素（空気）の供給を受けて発電する装置であり。燃料電池１２は、多数の燃料電池セルを電気的に直列接続した状態で積層してなるセルスタックとして構成される。燃料電池セルは、固体高分子電解質膜と、アノード側（燃料極側）電極と、カソード側（空気極側）電極と、セパレータとから構成されている。アノード側電極及びカソード側電極は、高分子電解質膜を両側から挟持してサンドイッチ構造をなす拡散電極である。ガス不透過の導電性部材から構成されるセパレータは、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟持しつつ、アノード側電極及びカソード側電極との間にそれぞれ複数の溝状凹部からなる水素及び空気の流路を形成している。
【００２６】
燃料電池セルのアノード側電極は、白金系の金属触媒を担持するカーボン粉末を主成分とし、固体高分子電解質膜に接する触媒層と、触媒層の表面に形成され、通気性と電子導電性とを併せ持つガス拡散層とを有する。同様に、カソード側電極は、触媒層とガス拡散層とを有する。例えば、触媒層は、白金、又は白金と他の金属からなる合金を担持したカーボン粉を適当な有機溶媒に分散させ、電解質溶液を適量添加してペースト化し、高分子電解質膜上にスクリーン印刷して形成されている。また、ガス拡散層は、例えば、炭素繊維から成る糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパ、又はカーボンフェルトにより形成されている。高分子電解質膜は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を発揮する。
【００２７】
このように構成される各燃料電池セルにおいて、アノード側電極に水素が供給されてＨ2 → ２Ｈ+＋２ｅ-で表される酸化反応が生じ、カソード側電極に空気が供給されて（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏで表される還元反応が生じ、燃料電池セル全体としてはＨ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏで表される電気化学反応が生じることになる。そして、各燃料電池セルのアノード側電極で水素から放出された電子が集電されて、燃料電池１２から発電電力として出力される。
【００２８】
燃料電池１２には、空気供給通路１４が接続されている。空気供給通路１４には、燃料電池１２への空気供給方向に関して上流側から順に、エアクリーナ１６、エアコンプレッサ１８および圧力センサ２０が設けられている。エアコンプレッサ１８の作動によってエアクリーナ１６を介して車外の大気から空気が取り込まれ、エアクリーナ１６を通過する際に空気中に含まれる粉塵等の異物がフィルタによって除去される。エアクリーナ１６を通過した空気は、吸気管２２を介してエアコンプレッサ１８に導入されて圧縮され、吐出ポートから吐出されて燃料電池１２へと供給される。燃料電池１２に供給される空気の圧力は、圧力センサ２０によって検出され、図示しないコントローラによって監視されている。
【００２９】
なお、空気供給通路１４の途上に加湿器を設け、燃料電池１２から排出される空気中に含まれる生成水の一部を回収して、その回収された水を用いて燃料電池１２に供給される空気を加湿する構成としてもよい。
【００３０】
図１を参照すると、燃料電池１２には、水素供給系２４が接続されている。水素供給系２４は、例えば高圧水素タンクなどからなる水素供給源２６と、水素供給源２６から燃料電池１２の燃料極に供給される水素ガスが流れる水素供給通路２８と、燃料電池１２から排出される水素オフガスが流れる水素排出通路３０と、水素排出通路３０に排出された水素オフガスを循環ポンプ３２の作動により水素供給通路２８へと循環供給するための循環通路３４とを含む。
【００３１】
水素供給源２６から燃料電池１２に接続する水素供給通路２８には、水素ガス供給方向の上流側から順に、水素供給源２６からの水素ガスの流出を遮断する遮断弁３６と、水素供給源２６から噴出する水素ガスを適度に減圧すると共に水素供給量を制御するインジェクタ３８、および、燃料電池１２に供給される水素ガスの圧力を検出する圧力センサ４０が設けられている。また、水素排出通路３０は、遮断弁４２を介して希釈器４４に接続されている。なお、水素排出通路３０と循環通路３４との間に気液分離器を設け、この気液分離器により水素オフガス中に含まれる生成水を分離してから水素オフガスを循環通路３４へ送り込むようにしてもよい。
【００３２】
また、燃料電池１２には、空気排気通路４６が接続されている。空気排気通路４６は、燃料電池１２の各セルにおいて発電に供された後に燃料電池１２から排出される空気が流れる通路である。空気排気通路４６には、空気排気方向に関して上流側から順に、空気調圧弁４８、希釈器４４およびマフラ５０が設けられている。
【００３３】
希釈器４４は、遮断弁４２が開弁されることにより水素排出通路３０から導入される水素オフガスを燃料電池１２から排出された空気と混合して希釈する機能を有する。空気調圧弁４８は、内部に含まれる弁体の開度をコントローラからの指令に応じて調整することにより、空気排気通路４６を流れる空気の流量や圧力、すなわち燃料電池１２に供給される空気の流量や圧力を制御するためのものである。マフラ５０は、サイレンサまたは消音器とも呼ばれ、上流側から排気される空気と共に騒音が車外に放散されるのを抑制する機能を有する公知構成のものである。
【００３４】
コントローラは、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含むマイクロコンピュータとして構成されることができ、上記遮断弁３６，４２の開閉制御、インジェクタ３８や空気調圧弁４８の開閉および開度調節制御、エアコンプレッサ１８および循環ポンプ３２の作動制御等を実行することにより、燃料電池１２による発電動作を制御することができる。
【００３５】
燃料電池車両１０のエンジンコンパートメント１１内には、走行用動力源としてのモータ（以下、「走行用モータ」という）と、モータ回転数を減速する減速機を一体に含むトランスアクスルＴＡ（駆動ユニット）が搭載されている。走行用モータには、三相同期型交流モータが好適に用いられる。トランスアクスルＴＡは、車体の一部としてエンジンコンパートメント１１を画定する壁部に制振機能を有するマウント部材（図示せず）を介して取り付けられて支持されている。また、トランスアクスルＴＡの両側面からは、走行用モータにより出力された駆動力を前輪５２に伝達するためのドライブシャフト５６が延出している。
【００３６】
また、エンジンコンパートメント１１内には、電力制御装置ＰＣＵが設置されている。電力制御装置ＰＣＵは、燃料電池１２および走行用モータにそれぞれ電気的に接続されている。電力制御装置は、例えば、燃料電池１２から直流電圧として供給される発電電力を昇圧する機能を有する昇圧コンバータや、この昇圧コンバータから出力される直流電圧を三相交流電圧に変換する機能を有するインバータ等を含む。この電力制御装置ＰＣＵのインバータから出力される交流電圧が走行用モータの駆動電圧として用いられる。また、ユーザのアクセル操作等に応じて生成されるコントローラからの指令に基づいて上記コンバータおよびインバータが作動制御されることにより、走行用モータのトルクや回転数が制御されるようになっている。
【００３７】
エンジンコンパートメント１１の最前部には、ラジエタ５８が設置されている。ラジエタ５８は、燃料電池１２、エアコンプレッサ１８から吐出される圧縮空気、および、電力制御装置ＰＣＵ等を冷却するために図示しない循環系統を介して循環する冷却水を、外気との温度差を利用して放熱させることにより降温させる公知構成のものである。ただし、燃料電池車両１０では、通常のガソリンエンジン車に比べて冷却水温度がそれほど上昇しないため、外気との温度差が小さく放熱効率が比較的良くないことから、ラジエタ５８が大型化する傾向にある。
【００３８】
続いて、エンジンコンパートメント１１に搭載されるエアコンプレッサ１８の支持および取付の構造について説明する。エンジンコンパートメント１１の車幅方向両側には、サイド部材６０がそれぞれ設けられている。サイド部材６０は、例えば角形の鋼管等で構成されることができ、車体の一部として固定されている。
【００３９】
車幅方向両側のサイド部材６０上には、例えば金属製の矩形平板からなるクロス部材６２が掛け渡されて設けられており、このクロス部材６２によってエアコンプレッサ１８が支持されている。より詳細には、エアコンプレッサ１８は、クロス部材６２の下面に吊り下げられた状態で取り付けられている。なお、図１においては、クロス部材６２の外形輪郭を一点鎖線で示して、その下に配置されるエアコンプレッサ１８を透視状態で見やすく描いてある。
【００４０】
クロス部材６２の両端部は、クロス部材６２に対してボルト等の適当な締結部材によって固定される。また、図３に示すように、サイド部材６０において、クロス部材６２が固定される部分となるエンジンコンパートメント１１に対応する前端部分６０ａは、車両前方に向けて上り傾斜状態で設けられる連結部分６０ｂを介して、車両後方側の部分６０ｃに連結されており、これによりサイド部材６０の前端部分６０ａが通常のサイド部材の位置、すなわち車体の最下部に近い位置に比べて少し高い位置で水平方向に沿って設けられている。これは、上記のように平板状のクロス部材６２の下面にエアコンプレッサ１８を吊り下げて支持するために、クロス部材６２の下方にエアコンプレッサ搭載スペースを確保できるようにするためである。
【００４１】
クロス部材６２の上面６２ａには、車幅方向に延在するリブ部材６４が溶接等の適当な方法によって固定されている。リブ部材６４は、平板状のクロス部材６２の強度を補強する役割を果たすもので、前後方向に適当な間隔を置いて複数本設けられるのが好ましい。本実施形態では、クロス部材６２の前後に２本設けてあるが、３本以上設けてもよいし、あるいは、前後方向の中央位置に１本だけ設けてもよい。また、リブ部材６４は、必ずしも直線状に延伸する形状でなくてもよく、クロス部材６２の矩形以外の形状やクロス部材６２の補強必要部位に応じて曲がって延伸するよう適宜に変更可能である。エアクリーナ１６は、リブ部材６４上に載置されて固定されているが、クロス部材６２の上面６２ａ上に直に載置されて固定されてもよい。
【００４２】
なお、本実施形態では、クロス部材６２の補強部材であるリブ部材６４をクロス部材６２の上面６２ａに固定したが、その下面６２ｂに固定されてもよい。また、リブ部材６４は、エアコンプレッサ１８やエアクリーナ１６等を支持するための強度がクロス部材６２だけで確保される場合には、省略されてもよい。
【００４３】
図３およびその部分拡大図である図４に示すように、リブ部材６４は、クロス部材６２の上面６２ａに溶接等により固定されたナット６６を収容できる内部空間を形成するような断面形状、例えばシルクハット状の横断面を有する形状に形成されている。また、リブ部材６４は、補強部材としての適当な強度を持たせるために金属材料で形成されるのが好ましく、例えば金属板をプレス成形することにより作製されることができる。
【００４４】
図３を再び参照すると、エアコンプレッサ１８は、内包する圧縮部材６８が回転駆動されることにより、後方端面に形成された吸気ポート７０から吸い込んだ空気を圧縮して外周面に形成された吐出ポート７２から吐出する圧縮部７４（図中「ＡＣＰ」と表記）と、回転軸７６が上記圧縮部材６８に連結されたモータ８０（図中「Ｍ」と表記）とを一体に備えている。そして、エアコンプレッサ１８は、モータ８０の回転軸７６が車両前後方向に沿うとともにモータ８０が前方側で圧縮部７４が後方側に位置するように配置される。
【００４５】
このようにエアコンプレッサ１８を配置することで、圧縮部７４の端面に形成された吸気ポート７０にエアクリーナ１６から延伸する吸気管２２を接続する場合に、クロス部材６２の後方において最短の吸気管２２で接続可能となる。また、圧縮部７４を前方側に配置して前端面に吸気ポートを形成した場合には、吸気管２２がラジエタ５８に干渉することとなって取り付けできない可能性があるが、圧縮部７４の後方配置によればこのような不都合も生じない。
【００４６】
また、エアクリーナ１６とエアコンプレッサ１８とを接続する吸気管２２は、ドライブシャフト５６の上方であって車両前後方向に関して重なる位置に設けられるのが好ましい。このように位置関係で吸気管２２を設けることで、吸気管２２を含めたエアコンプレッサ１８の配置を車両前後方向に関してコンパクト化することができる。
【００４７】
さらに、エアコンプレッサ１８の圧縮部７４の端面に設けられる吸気ポート７０は、略円形をなす圧縮部端面の上側寄りに形成されるのが好ましい。このように吸気ポート７０を形成することで、ドライブシャフト５６が近接して配置されている場合でも、上記のようにドライブシャフト５６に対して上下方向に重なるような位置関係で吸気管２２を設けることが容易になり、上記コンパクト化に寄与することができる。
【００４８】
次に、図４〜６も併せて参照して、クロス部材６２へのエアコンプレッサ１８の取付構造について詳細に説明する。図４は、エアコンプレッサ１８が取付部材８２によってクロス部材６２の下面６２ｂに取り付けられている状態を示す部分拡大図であり、図５は図４中の矢印Ｂ方向から見た側面図であり、図６はエアコンプレッサ１８の取付部材８２との連結部に設けられるマウント部材８４の斜視図である。
【００４９】
エアコンプレッサ１８は、クロス部材６２に対して４箇所で支持されて取り付けられている。各取付箇所は、一対の取付部材８２と、エアコンプレッサ１８側に固定されるマウント部材８４とによって構成される。取付部材８２は、その上端に水平方向に沿って折れ曲がった取付部８３を有し、この取付部８３に形成された貫通孔およびクロス部材６２に形成した貫通孔をそれぞれ通して挿入したボルト８５をクロス部材６２の上面６２ａに固定されたナット６６に締め付けることによって、クロス部材６２の下面６２ｂに取り付けられる。
【００５０】
ここで、クロス部材６２に対して取付部材８２を取り付ける位置（すなわちナット６６の固定位置）は、リブ部材６４の車両前後方向の幅の略中央に対応する位置とするのが好ましい。この位置で取付部材８２がクロス部材６２に取り付けられることで、リブ部材６４による補強効果を最も得られる位置で例えば数十ｋｇ程度とかなり重いエアコンプレッサ１８を吊り下げ支持することができるので、その分、クロス部材６２の板厚を薄くして軽量化することが可能になる。
【００５１】
略円柱状をなすエアコンプレッサ１８の外周面には、上記各取付箇所に対応してマウント部材８４がアーム部８６を介して固定されている。マウント部材８４は、図６に示すように、同心状に配置された２重の金属管８４ａ，８４ｂの間にゴム等の弾性材８４ｃを充填して構成されており、この弾性材８４ｃによって制振機能を果たすものである。
【００５２】
各取付箇所において、一対の取付部材８２の下端部の間に上記マウント部材８４を挿入した状態で、各取付部材８２の下端部に形成された貫通孔およびマウント部材８４の中心管８４ａを貫通して挿入したボルト８７の端部にナット８８を抜け止め程度に螺合して固定する。これにより、エアコンプレッサ１８が取付部材８２およびマウント部材８４を介してクロス部材６２に対して取り付けられる。
【００５３】
このように、エアコンプレッサ１８がマウント部材８４を介してクロス部材６２に取り付けられることで、マウント部材８４に含まれる弾性材８４ｃの振動吸収作用によってエアコンプレッサ１８の振動がクロス部材６２に伝達されるのが抑制され、いわゆるＮＶ性能（騒音振動性能）が向上する。また、各取付箇所が一対の取付部材８２によって構成されることで、エアコンプレッサ１８の作動時に生じるねじれ力に対しても強い安定した取付状態を提供できる。
【００５４】
上述したように本実施形態の燃料電池車両１０によれば、エンジンコンパートメント１１の車幅方向両側に在って車体に固定されるサイド部材６０間に平板状のクロス部材６２を掛け渡して設け、このクロス部材６２によってエアコンプレッサ１８を支持する構成としたことで、井桁を用いることなくエアコンプレッサ１８をエンジンコンパートメント１１内に搭載することができる。
【００５５】
また、金属平板からなるクロス部材６２は、高強度の枠体である井桁に比べて、加工が容易で製造コストも安価であり、かつ、軽量化が図れる。そして、このように軽量化が可能なクロス部材６２にエアコンプレッサ１８を予め取り付けた状態で車両組立ラインにおいて車体に組み付けることが可能になり、車両の組立効率が向上する。
【００５６】
さらに、エアコンプレッサ１８がクロス部材６２に吊り下げて取り付けられることで、エンジンコンパートメント１１内において比較的低い位置にエアコンプレッサ１８を搭載することができる。これにより、車両１０の重心が低くなり、車両１０の走行安定性が向上する。
【００５７】
ところで、上記のようにクロス部材６２にエアコンプレッサ１８を吊り下げて支持する場合、図７に示すように、クロス部材６２の下面６２ｂとエアコンプレッサ１８との間の距離ｄを小さく設定して、エアコンプレッサ１８をクロス部材６２にできるだけ接近させて配置するのが好ましい。この場合、取付部材８２の長さを短くする、エアコンプレッサ１８のアーム部８６の長さを短くするか又はマウント部材８４をエアコンプレッサ１８の外周面上に直に固定する等の方法が有効である。このようにエアコンプレッサ１８をクロス部材６２に近接配置することで、エアコンプレッサ１８を同じ高さ位置に搭載する場合にクロス部材６２の高さ位置を低く設定することができ、その分だけクロス部材６２の上方に大きなスペースを確保することができる。これにより、クロス部材６２上に設置されるエアクリーナ１６を大容量化することが可能になる。
【００５８】
また、図７に示すように、クロス部材６２にエアコンプレッサ１８を近接配置するときに、エアコンプレッサ１８のモータ８０の外周面に突設されて給電ライン８９が接続される端子台９０を側方に向けることで、端子台９０がクロス部材６２に干渉することがない。
【００５９】
あるいは、図８に示すように、リブ部材６４間に位置するクロス部材６２の部分に開口部９１を形成しておき、上記端子台９０を上方に向けて開口部９１に入れ込むようにしても、端子台９０がクロス部材６２に対するエアコンプレッサ１８の近接配置の障害となるのを解消できる。さらに、このように端子台９０を上方に向けることで、雨天走行時や水溜り走行時に車体下方から進入した水によって端子台９０が被水するのを効果的に抑制できる。このことは、端子台９０を下方に向けた場合に比べると、端子台９０を図７に示すように側方に向けた場合でも同様のことが言える。
【００６０】
なお、上記においては、平板状のクロス部材６２の高さ位置を上げるために、エンジンコンパートメント１１に対応するサイド部材６０の前端部分６０ａを後方部分６０ｃよりも高く設定するとして説明したが（図３参照）、本発明の燃料電池車両はこれに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、クロス部材６２の両端部の取付部分６３をクランク状に下方へ折り曲げた形状としてクロス部材６２の高さ位置をサイド部材６０よりも高く設定してもよい。このようにすれば、サイド部材を直線状に形成したままでクロス部材６２の下方にエアコンプレッサ１８の搭載スペースを確保することができる。
【００６１】
逆に、図１０に示すように、クロス部材６２の両端部の取付部分６３をクランク状に上方へ折り曲げた形状としてクロス部材６２の高さ位置をサイド部材６０よりも低く設定してもよい。このようにすれば、サイド部材６０の高さ位置を図３に示す位置から変えることなくクロス部材６２を高さ位置を低く設定することができ、図７，８を参照して説明したようなクロス部材６２の上方スペースの拡大が実現できる。
【００６２】
また、上記実施形態では、エアコンプレッサ１８をクロス部材６２の下面６２ｂに吊り下げて支持するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、エアコンプレッサ１８がクロス部材６２の上面６２ａ上に載置されて取り付けおよび支持されてもよい。
【００６３】
次に、図１１を参照して、２軸式エアコンプレッサ１８ａを搭載した燃料電池車両について説明するが、ここでは上述した実施形態と同じ構成については同じ参照符号を付して重複する説明を行わないこととし、異なる点についてだけ説明する。
【００６４】
図１１は、２軸式エアコンプレッサ１８ａを水平方向に対して傾けてクロス部材６２に吊り下げ搭載した状態を示す図２と同様の図である。この２軸式エアコンプレッサ１８ａは、相互の関係を保ちつつそれぞれ回転する２つの圧縮部材を有して各圧縮部材に対応する２つの回転軸７６ａ，７６ｂを備える圧縮部７４ａを含み、具体例としてはルーツ式のエアコンプレッサが挙げられる。上記エアコンプレッサ１８ａの端面形状は長円形または楕円形をなし、その端面の長手方向が水平方向に沿うように搭載しようと、隣接するトランスアクスルＴＡとサイド部材６０との間に寸法的に配置できないときに、水平方向に対して傾いた状態で搭載されることがある。その場合、エアコンプレッサ１８ａのトランスアクスルＴＡ側の部分がより下方に位置するように傾けられて搭載するのが好ましい。
【００６５】
このように傾けて搭載することで、図１１中に一点鎖線で示すようにドライブシャフト５６の上下方向の移動量が前輪５２側よりも比較的小さいトランスアクスルＴＡ側でドライブシャフト５６に近づけてエアコンプレッサ１８ａを搭載することができ、その結果、エアコンプレッサ搭載スペースについて上下方向のコンパクト化を図れる。
【００６６】
なお、このように２軸式エアコンプレッサを傾けて搭載する場合、隣接するトランスアクスルＴＡに取付部材を介して取り付けられて支持されてもよい。この場合、クロス部材６２にも吊り下げ支持されていれば、より安定した取付状態を確保できる。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 燃料電池車両、１１ エンジンコンパートメント、１２ 燃料電池、１４ 空気供給通路、１６ エアクリーナ、１８ エアコンプレッサ、１８ａ ２軸式エアコンプレッサ、２０，４０ 圧力センサ、２２ 吸気管、２４ 水素供給系、２６ 水素供給源、２８ 水素供給通路、３０ 水素排出通路、３２ 循環ポンプ、３４ 循環通路、３６，４２ 遮断弁、３８ インジェクタ、４４ 希釈器、４６ 空気排気通路、４８ 空気調圧弁、５０ マフラ、５２ 前輪、５６ ドライブシャフト、５８ ラジエタ、６０ サイド部材、６０ａ 前端部分、６０ｂ 連結部、６０ｃ 後方部分、６２ クロス部材、６２ａ 上面、６２ｂ 下面、６３ 取付部分、６４ リブ部材、６８ 圧縮部材、７０ 吸気ポート、７２ 吐出ポート、７４，７４ａ 圧縮部、７６，７６ａ，７６ｂ 回転軸、８０ モータ、８２ 取付部材、８３ 取付部、８４ マウント部材、８４ａ，８４ｂ 金属管、８４ｃ 弾性材、８６ アーム部、８９ 給電ライン、９０ 端子台、９１ 開口部、ＰＣＵ 電力制御装置、ＴＡ トランスアクスル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池車両に係り、特に、燃料電池に空気を供給するためのエアコンプレッサをエンジンコンパートメント内に搭載した燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走行用動力源として内燃機関であるエンジンを搭載した自動車が知られている。このようなエンジンは、トランスミッションと一体となったエンジンユニットとして構成され、乗用車等の車両においては車両前部にあるエンジンコンパートメント（エンジンルームとも呼ばれる）内に設置されている。
【０００３】
上記エンジンコンパートメントは、車両を構成する車体の前部に形成されて下方側が開口した空間（上方はボンネットによって閉じられる）であり、その内部に配置されるエンジンユニットは、エンジンコンパートメントの車幅方向両側にそれぞれ在って車体に固定されているクロス部材間に掛け渡されて設けられる略「ロ」字状の枠体からなる、いわゆる井桁（サスペンションメンバとも呼ばれることがある）上に制振機能を有するマウント部材を介して取り付けられることが多い。
【０００４】
上記支持部材は、重量が大きいエンジンユニットを下方から支持するものであるため、その重量に耐え得るだけの高い曲げ剛性を有する必要があり、加えて、エンジンから車軸に出力されるトルクの反力として作用する捩りモーメントにも耐え得るよう捩れに対しても高い剛性が求められる。そのような高剛性を確保するため、支持部材は、高強度で剛直な金属製の枠体として構成されることが多く、そうすると必然的に重量が大きくなるとともに製造コストも高くなる。
【０００５】
一方、近年、走行用動力源としてモータを用い、モータへの電力供給源として燃料電池を搭載した燃料電池自動車が注目されている。燃料電池は、水素等の燃料ガスと空気中の酸素とを電気化学反応させることによって発電を行う装置であり、上記エンジンとは異なり地球温暖化の一因とされる二酸化炭素を排出しないことから地球環境にやさしい車両用電源装置として期待されている。
【０００６】
上記燃料電池には、車両に搭載したエアコンプレッサを作動させて大気中から空気を取り込み、エアコンプレッサから吐出された圧縮空気が供給されるように構成されることがある。例えば、特許文献１には、エアコンプレッサで圧縮加圧されることにより昇温した空気を燃料電池への供給前に適度に冷却するための空冷式インタークーラを一体に設けたエアコンプレッサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２１５１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような燃料電池自動車において、燃料電池を車両の床下部に搭載し、走行用動力源であるモータと減速機とを一体化したトランスアクスル（ＴＡ：Ｔｒａｎｓ Ａｘｌｅ）または駆動ユニットをエンジンコンパートメント内に搭載することがある。この場合、車重軽減やコスト低減のために井桁を用いずに、エアコンプレッサをエンジンコンパートメント内に搭載することが好ましい。
【０００９】
また、比較的小さい排気量の内燃機関を搭載した小型車においては、燃費重視の観点から車両の軽量化を図るべく、井桁を用いずにエンジンユニットを車体のエンジンコンパートメント内壁に上記マウント部材を介して取り付けることが行われており、このように井桁がない車両の車体を燃料電池車両として用いる場合でも、上記エアコンプレッサをエンジンコンパートメント内に如何に搭載するかが問題となる。
【００１０】
本発明の目的は、軽量で製造容易かつ安価な構成でエンジンコンパートメントへのエアコンプレッサの搭載を可能にする燃料電池車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る燃料電池車両は、燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサを車両のエンジンコンパートメントに搭載した燃料電池車両であって、エンジンコンパートメントの車幅方向両側にあって車体に固定されるサイド部材間に板状のクロス部材を掛け渡して設け、このクロス部材によって前記エアコンプレッサを支持する構成とした。
【００１２】
本発明に係る燃料電池車両において、前記エアコンプレッサは、前記クロス部材に吊り下げて取り付けられてもよい。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池車両において、前記エアコンプレッサは、圧縮部材の回転によって大気中から吸気した空気を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部材を回転駆動させるモータとを備え、前記圧縮部材に連結される前記モータの回転軸が車両前後方向に沿うとともに前記モータが車両前方側に位置するように前記エアコンプレッサが配置されてもよい。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池車両において、前記エアコンプレッサの作動により大気から取り込まれる空気中に含まれる異物を除去するエアクリーナを前記クロス部材上に配置し、前記クロス部材の後方で前記エアクリーナと前記エアコンプレッサの圧縮部の後方端面に形成された吸気ポートとを吸気管により接続してもよい。
この場合、前記吸気管が、前輪に連結されるドライブシャフトの上方であって車両前後方向に関して重なる位置に設けられてもよい。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池車両において、車幅方向に延在するリブ部材を前記クロス部材の表面に固定し、前記エアコンプレッサを前記クロス部材に吊り下げて取り付けるための取付部材を前記リブ部材の車両前後方向幅の略中央に対応する位置で前記クロス部材に取り付けてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池車両において、前記リブ部材を前記クロス部材の上面に固定するとともに、前記エアコンプレッサを前記クロス部材の下面に接近させて取り付けてもよい。
【００１７】
この場合、前記エアコンプレッサに含まれるモータの外周面に突設される端子台を側方に向けるか、あるいは、前記端子台を上方に向けて前記クロス部材に形成された開口部に入り込ませるのが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明に係る燃料電池車両において、前記エアコンプレッサが２つの回転圧縮部材を有する２軸式のものであり、前記エンジンコンパートメント内において走行用モータを含む駆動ユニットに車幅方向に隣接し且つ水平方向に対して傾いた状態に前記エアコンプレッサが設けられるとき、前記エアコンプレッサの駆動ユニット側の部分がより下方に位置するように傾けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る燃料電池車両によれば、エンジンコンパートメントの車幅方向両側に在って車体に固定されるサイド部材間に板状のクロス部材を掛け渡して設け、このクロス部材によってエアコンプレッサを支持する構成としたことで、井桁を用いることなくエアコンプレッサをエンジンコンパートメント内に搭載することができる。また、板状のクロス部材は、高強度の枠体である井桁に比べて、加工が容易で製造コストも安価であり、かつ、軽量化が図れる。そして、このように軽量化が可能なクロス部材にエアコンプレッサを予め取り付けた状態で車両組立ラインにおいて車体に組み付けることが可能になり、車両の組立効率が向上する。
【００２０】
さらに、本発明に係る燃料電池車両において、エアコンプレッサがクロス部材に吊り下げて取り付けられるようにすれば、エンジンコンパートメント内において比較的低い位置にエアコンプレッサを搭載することができる。これにより、車両の重心が低くなり、車両の走行安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である燃料電池車両の概略構成図である。
【図２】図２は、ラジエタを取り除いて車両前方から見たエンジンコンパートメント内の様子を示す図である。
【図３】図３は、図２中におけるＡ−Ａ線断面を含む側面図である。
【図４】図４は、エアコンプレッサが取付部材によってクロス部材に取り付けられている状態を示す部分拡大図である。
【図５】図５は、図４中の矢印Ｂ方向から見た側面図である。
【図６】図６は、エアコンプレッサの取付部材との連結部に設けられるマウント部材の斜視図である。
【図７】図７は、モータ端子台を側方に向けてエアコンプレッサをクロス部材の下面に接近させて取り付けた状態を示す図である。
【図８】図８は、モータ端子台を上方に向けてエアコンプレッサをクロス部材の下面に接近させて取り付けた状態を示す図である。
【図９】図９は、サイド部材に対してクロス部材の位置を高くするために上方に折り曲がって形成されたクロス部材の側面を示す図である。
【図１０】図１０は、サイド部材に対してクロス部材の位置を低くするために下方に折り曲がって形成されたクロス部材の側面を示す図である。
【図１１】図１１は、２軸式エアコンプレッサを水平方向に対して傾けてクロス部材に取り付けた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態である燃料電池車両（以下、適宜に「車両」とだけいう）１０の構成を概略的に示す図である。図１において、ラジエタ５８が設置されている側（図中の左側）が車両１０の前方、その反対側（図中の右側）が車両１０の後方として示される。また、図２は、ラジエタ５８を取り除いて車両１０の前方から見たエンジンコンパートメント１１内の様子を示す図である。さらに、図３は、燃料電池車両１０は、走行用動力源としてのモータを駆動するための電力を発電する燃料電池１２を備える。燃料電池１２は、車両１０の車室下方に位置する車体床下部に搭載されている。
【００２４】
ただし、燃料電池１２の搭載位置は、床下部に限定されず、他の位置、例えば車体の後部または前部であってもよい。また、燃料電池１２は、気密状態に保持された燃料電池ケース（図示せず）内に収容されて車両１０に搭載されてもよい。
【００２５】
燃料電池１２は、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素（空気）の供給を受けて発電する装置であり。燃料電池１２は、多数の燃料電池セルを電気的に直列接続した状態で積層してなるセルスタックとして構成される。燃料電池セルは、固体高分子電解質膜と、アノード側（燃料極側）電極と、カソード側（空気極側）電極と、セパレータとから構成されている。アノード側電極及びカソード側電極は、高分子電解質膜を両側から挟持してサンドイッチ構造をなす拡散電極である。ガス不透過の導電性部材から構成されるセパレータは、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟持しつつ、アノード側電極及びカソード側電極との間にそれぞれ複数の溝状凹部からなる水素及び空気の流路を形成している。
【００２６】
燃料電池セルのアノード側電極は、白金系の金属触媒を担持するカーボン粉末を主成分とし、固体高分子電解質膜に接する触媒層と、触媒層の表面に形成され、通気性と電子導電性とを併せ持つガス拡散層とを有する。同様に、カソード側電極は、触媒層とガス拡散層とを有する。例えば、触媒層は、白金、又は白金と他の金属からなる合金を担持したカーボン粉を適当な有機溶媒に分散させ、電解質溶液を適量添加してペースト化し、高分子電解質膜上にスクリーン印刷して形成されている。また、ガス拡散層は、例えば、炭素繊維から成る糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパ、又はカーボンフェルトにより形成されている。高分子電解質膜は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を発揮する。
【００２７】
このように構成される各燃料電池セルにおいて、アノード側電極に水素が供給されてＨ2 → ２Ｈ+＋２ｅ-で表される酸化反応が生じ、カソード側電極に空気が供給されて（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏで表される還元反応が生じ、燃料電池セル全体としてはＨ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏで表される電気化学反応が生じることになる。そして、各燃料電池セルのアノード側電極で水素から放出された電子が集電されて、燃料電池１２から発電電力として出力される。
【００２８】
燃料電池１２には、空気供給通路１４が接続されている。空気供給通路１４には、燃料電池１２への空気供給方向に関して上流側から順に、エアクリーナ１６、エアコンプレッサ１８および圧力センサ２０が設けられている。エアコンプレッサ１８の作動によってエアクリーナ１６を介して車外の大気から空気が取り込まれ、エアクリーナ１６を通過する際に空気中に含まれる粉塵等の異物がフィルタによって除去される。エアクリーナ１６を通過した空気は、吸気管２２を介してエアコンプレッサ１８に導入されて圧縮され、吐出ポートから吐出されて燃料電池１２へと供給される。燃料電池１２に供給される空気の圧力は、圧力センサ２０によって検出され、図示しないコントローラによって監視されている。
【００２９】
なお、空気供給通路１４の途上に加湿器を設け、燃料電池１２から排出される空気中に含まれる生成水の一部を回収して、その回収された水を用いて燃料電池１２に供給される空気を加湿する構成としてもよい。
【００３０】
図１を参照すると、燃料電池１２には、水素供給系２４が接続されている。水素供給系２４は、例えば高圧水素タンクなどからなる水素供給源２６と、水素供給源２６から燃料電池１２の燃料極に供給される水素ガスが流れる水素供給通路２８と、燃料電池１２から排出される水素オフガスが流れる水素排出通路３０と、水素排出通路３０に排出された水素オフガスを循環ポンプ３２の作動により水素供給通路２８へと循環供給するための循環通路３４とを含む。
【００３１】
水素供給源２６から燃料電池１２に接続する水素供給通路２８には、水素ガス供給方向の上流側から順に、水素供給源２６からの水素ガスの流出を遮断する遮断弁３６と、水素供給源２６から噴出する水素ガスを適度に減圧すると共に水素供給量を制御するインジェクタ３８、および、燃料電池１２に供給される水素ガスの圧力を検出する圧力センサ４０が設けられている。また、水素排出通路３０は、遮断弁４２を介して希釈器４４に接続されている。なお、水素排出通路３０と循環通路３４との間に気液分離器を設け、この気液分離器により水素オフガス中に含まれる生成水を分離してから水素オフガスを循環通路３４へ送り込むようにしてもよい。
【００３２】
また、燃料電池１２には、空気排気通路４６が接続されている。空気排気通路４６は、燃料電池１２の各セルにおいて発電に供された後に燃料電池１２から排出される空気が流れる通路である。空気排気通路４６には、空気排気方向に関して上流側から順に、空気調圧弁４８、希釈器４４およびマフラ５０が設けられている。
【００３３】
希釈器４４は、遮断弁４２が開弁されることにより水素排出通路３０から導入される水素オフガスを燃料電池１２から排出された空気と混合して希釈する機能を有する。空気調圧弁４８は、内部に含まれる弁体の開度をコントローラからの指令に応じて調整することにより、空気排気通路４６を流れる空気の流量や圧力、すなわち燃料電池１２に供給される空気の流量や圧力を制御するためのものである。マフラ５０は、サイレンサまたは消音器とも呼ばれ、上流側から排気される空気と共に騒音が車外に放散されるのを抑制する機能を有する公知構成のものである。
【００３４】
コントローラは、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含むマイクロコンピュータとして構成されることができ、上記遮断弁３６，４２の開閉制御、インジェクタ３８や空気調圧弁４８の開閉および開度調節制御、エアコンプレッサ１８および循環ポンプ３２の作動制御等を実行することにより、燃料電池１２による発電動作を制御することができる。
【００３５】
燃料電池車両１０のエンジンコンパートメント１１内には、走行用動力源としてのモータ（以下、「走行用モータ」という）と、モータ回転数を減速する減速機を一体に含むトランスアクスルＴＡ（駆動ユニット）が搭載されている。走行用モータには、三相同期型交流モータが好適に用いられる。トランスアクスルＴＡは、車体の一部としてエンジンコンパートメント１１を画定する壁部に制振機能を有するマウント部材（図示せず）を介して取り付けられて支持されている。また、トランスアクスルＴＡの両側面からは、走行用モータにより出力された駆動力を前輪５２に伝達するためのドライブシャフト５６が延出している。
【００３６】
また、エンジンコンパートメント１１内には、電力制御装置ＰＣＵが設置されている。電力制御装置ＰＣＵは、燃料電池１２および走行用モータにそれぞれ電気的に接続されている。電力制御装置は、例えば、燃料電池１２から直流電圧として供給される発電電力を昇圧する機能を有する昇圧コンバータや、この昇圧コンバータから出力される直流電圧を三相交流電圧に変換する機能を有するインバータ等を含む。この電力制御装置ＰＣＵのインバータから出力される交流電圧が走行用モータの駆動電圧として用いられる。また、ユーザのアクセル操作等に応じて生成されるコントローラからの指令に基づいて上記コンバータおよびインバータが作動制御されることにより、走行用モータのトルクや回転数が制御されるようになっている。
【００３７】
エンジンコンパートメント１１の最前部には、ラジエタ５８が設置されている。ラジエタ５８は、燃料電池１２、エアコンプレッサ１８から吐出される圧縮空気、および、電力制御装置ＰＣＵ等を冷却するために図示しない循環系統を介して循環する冷却水を、外気との温度差を利用して放熱させることにより降温させる公知構成のものである。ただし、燃料電池車両１０では、通常のガソリンエンジン車に比べて冷却水温度がそれほど上昇しないため、外気との温度差が小さく放熱効率が比較的良くないことから、ラジエタ５８が大型化する傾向にある。
【００３８】
続いて、エンジンコンパートメント１１に搭載されるエアコンプレッサ１８の支持および取付の構造について説明する。エンジンコンパートメント１１の車幅方向両側には、サイド部材６０がそれぞれ設けられている。サイド部材６０は、例えば角形の鋼管等で構成されることができ、車体の一部として固定されている。
【００３９】
車幅方向両側のサイド部材６０上には、例えば金属製の矩形平板からなるクロス部材６２が掛け渡されて設けられており、このクロス部材６２によってエアコンプレッサ１８が支持されている。より詳細には、エアコンプレッサ１８は、クロス部材６２の下面に吊り下げられた状態で取り付けられている。なお、図１においては、クロス部材６２の外形輪郭を一点鎖線で示して、その下に配置されるエアコンプレッサ１８を透視状態で見やすく描いてある。
【００４０】
クロス部材６２の両端部は、クロス部材６２に対してボルト等の適当な締結部材によって固定される。また、図３に示すように、サイド部材６０において、クロス部材６２が固定される部分となるエンジンコンパートメント１１に対応する前端部分６０ａは、車両前方に向けて上り傾斜状態で設けられる連結部分６０ｂを介して、車両後方側の部分６０ｃに連結されており、これによりサイド部材６０の前端部分６０ａが通常のサイド部材の位置、すなわち車体の最下部に近い位置に比べて少し高い位置で水平方向に沿って設けられている。これは、上記のように平板状のクロス部材６２の下面にエアコンプレッサ１８を吊り下げて支持するために、クロス部材６２の下方にエアコンプレッサ搭載スペースを確保できるようにするためである。
【００４１】
クロス部材６２の上面６２ａには、車幅方向に延在するリブ部材６４が溶接等の適当な方法によって固定されている。リブ部材６４は、平板状のクロス部材６２の強度を補強する役割を果たすもので、前後方向に適当な間隔を置いて複数本設けられるのが好ましい。本実施形態では、クロス部材６２の前後に２本設けてあるが、３本以上設けてもよいし、あるいは、前後方向の中央位置に１本だけ設けてもよい。また、リブ部材６４は、必ずしも直線状に延伸する形状でなくてもよく、クロス部材６２の矩形以外の形状やクロス部材６２の補強必要部位に応じて曲がって延伸するよう適宜に変更可能である。エアクリーナ１６は、リブ部材６４上に載置されて固定されているが、クロス部材６２の上面６２ａ上に直に載置されて固定されてもよい。
【００４２】
なお、本実施形態では、クロス部材６２の補強部材であるリブ部材６４をクロス部材６２の上面６２ａに固定したが、その下面６２ｂに固定されてもよい。また、リブ部材６４は、エアコンプレッサ１８やエアクリーナ１６等を支持するための強度がクロス部材６２だけで確保される場合には、省略されてもよい。
【００４３】
図３およびその部分拡大図である図４に示すように、リブ部材６４は、クロス部材６２の上面６２ａに溶接等により固定されたナット６６を収容できる内部空間を形成するような断面形状、例えばシルクハット状の横断面を有する形状に形成されている。また、リブ部材６４は、補強部材としての適当な強度を持たせるために金属材料で形成されるのが好ましく、例えば金属板をプレス成形することにより作製されることができる。
【００４４】
図３を再び参照すると、エアコンプレッサ１８は、内包する圧縮部材６８が回転駆動されることにより、後方端面に形成された吸気ポート７０から吸い込んだ空気を圧縮して外周面に形成された吐出ポート７２から吐出する圧縮部７４（図中「ＡＣＰ」と表記）と、回転軸７６が上記圧縮部材６８に連結されたモータ８０（図中「Ｍ」と表記）とを一体に備えている。そして、エアコンプレッサ１８は、モータ８０の回転軸７６が車両前後方向に沿うとともにモータ８０が前方側で圧縮部７４が後方側に位置するように配置される。
【００４５】
このようにエアコンプレッサ１８を配置することで、圧縮部７４の端面に形成された吸気ポート７０にエアクリーナ１６から延伸する吸気管２２を接続する場合に、クロス部材６２の後方において最短の吸気管２２で接続可能となる。また、圧縮部７４を前方側に配置して前端面に吸気ポートを形成した場合には、吸気管２２がラジエタ５８に干渉することとなって取り付けできない可能性があるが、圧縮部７４の後方配置によればこのような不都合も生じない。
【００４６】
また、エアクリーナ１６とエアコンプレッサ１８とを接続する吸気管２２は、ドライブシャフト５６の上方であって車両前後方向に関して重なる位置に設けられるのが好ましい。このように位置関係で吸気管２２を設けることで、吸気管２２を含めたエアコンプレッサ１８の配置を車両前後方向に関してコンパクト化することができる。
【００４７】
さらに、エアコンプレッサ１８の圧縮部７４の端面に設けられる吸気ポート７０は、略円形をなす圧縮部端面の上側寄りに形成されるのが好ましい。このように吸気ポート７０を形成することで、ドライブシャフト５６が近接して配置されている場合でも、上記のようにドライブシャフト５６に対して上下方向に重なるような位置関係で吸気管２２を設けることが容易になり、上記コンパクト化に寄与することができる。
【００４８】
次に、図４〜６も併せて参照して、クロス部材６２へのエアコンプレッサ１８の取付構造について詳細に説明する。図４は、エアコンプレッサ１８が取付部材８２によってクロス部材６２の下面６２ｂに取り付けられている状態を示す部分拡大図であり、図５は図４中の矢印Ｂ方向から見た側面図であり、図６はエアコンプレッサ１８の取付部材８２との連結部に設けられるマウント部材８４の斜視図である。
【００４９】
エアコンプレッサ１８は、クロス部材６２に対して４箇所で支持されて取り付けられている。各取付箇所は、一対の取付部材８２と、エアコンプレッサ１８側に固定されるマウント部材８４とによって構成される。取付部材８２は、その上端に水平方向に沿って折れ曲がった取付部８３を有し、この取付部８３に形成された貫通孔およびクロス部材６２に形成した貫通孔をそれぞれ通して挿入したボルト８５をクロス部材６２の上面６２ａに固定されたナット６６に締め付けることによって、クロス部材６２の下面６２ｂに取り付けられる。
【００５０】
ここで、クロス部材６２に対して取付部材８２を取り付ける位置（すなわちナット６６の固定位置）は、リブ部材６４の車両前後方向の幅の略中央に対応する位置とするのが好ましい。この位置で取付部材８２がクロス部材６２に取り付けられることで、リブ部材６４による補強効果を最も得られる位置で例えば数十ｋｇ程度とかなり重いエアコンプレッサ１８を吊り下げ支持することができるので、その分、クロス部材６２の板厚を薄くして軽量化することが可能になる。
【００５１】
略円柱状をなすエアコンプレッサ１８の外周面には、上記各取付箇所に対応してマウント部材８４がアーム部８６を介して固定されている。マウント部材８４は、図６に示すように、同心状に配置された２重の金属管８４ａ，８４ｂの間にゴム等の弾性材８４ｃを充填して構成されており、この弾性材８４ｃによって制振機能を果たすものである。
【００５２】
各取付箇所において、一対の取付部材８２の下端部の間に上記マウント部材８４を挿入した状態で、各取付部材８２の下端部に形成された貫通孔およびマウント部材８４の中心管８４ａを貫通して挿入したボルト８７の端部にナット８８を抜け止め程度に螺合して固定する。これにより、エアコンプレッサ１８が取付部材８２およびマウント部材８４を介してクロス部材６２に対して取り付けられる。
【００５３】
このように、エアコンプレッサ１８がマウント部材８４を介してクロス部材６２に取り付けられることで、マウント部材８４に含まれる弾性材８４ｃの振動吸収作用によってエアコンプレッサ１８の振動がクロス部材６２に伝達されるのが抑制され、いわゆるＮＶ性能（騒音振動性能）が向上する。また、各取付箇所が一対の取付部材８２によって構成されることで、エアコンプレッサ１８の作動時に生じるねじれ力に対しても強い安定した取付状態を提供できる。
【００５４】
上述したように本実施形態の燃料電池車両１０によれば、エンジンコンパートメント１１の車幅方向両側に在って車体に固定されるサイド部材６０間に平板状のクロス部材６２を掛け渡して設け、このクロス部材６２によってエアコンプレッサ１８を支持する構成としたことで、井桁を用いることなくエアコンプレッサ１８をエンジンコンパートメント１１内に搭載することができる。
【００５５】
また、金属平板からなるクロス部材６２は、高強度の枠体である井桁に比べて、加工が容易で製造コストも安価であり、かつ、軽量化が図れる。そして、このように軽量化が可能なクロス部材６２にエアコンプレッサ１８を予め取り付けた状態で車両組立ラインにおいて車体に組み付けることが可能になり、車両の組立効率が向上する。
【００５６】
さらに、エアコンプレッサ１８がクロス部材６２に吊り下げて取り付けられることで、エンジンコンパートメント１１内において比較的低い位置にエアコンプレッサ１８を搭載することができる。これにより、車両１０の重心が低くなり、車両１０の走行安定性が向上する。
【００５７】
ところで、上記のようにクロス部材６２にエアコンプレッサ１８を吊り下げて支持する場合、図７に示すように、クロス部材６２の下面６２ｂとエアコンプレッサ１８との間の距離ｄを小さく設定して、エアコンプレッサ１８をクロス部材６２にできるだけ接近させて配置するのが好ましい。この場合、取付部材８２の長さを短くする、エアコンプレッサ１８のアーム部８６の長さを短くするか又はマウント部材８４をエアコンプレッサ１８の外周面上に直に固定する等の方法が有効である。このようにエアコンプレッサ１８をクロス部材６２に近接配置することで、エアコンプレッサ１８を同じ高さ位置に搭載する場合にクロス部材６２の高さ位置を低く設定することができ、その分だけクロス部材６２の上方に大きなスペースを確保することができる。これにより、クロス部材６２上に設置されるエアクリーナ１６を大容量化することが可能になる。
【００５８】
また、図７に示すように、クロス部材６２にエアコンプレッサ１８を近接配置するときに、エアコンプレッサ１８のモータ８０の外周面に突設されて給電ライン８９が接続される端子台９０を側方に向けることで、端子台９０がクロス部材６２に干渉することがない。
【００５９】
あるいは、図８に示すように、リブ部材６４間に位置するクロス部材６２の部分に開口部９１を形成しておき、上記端子台９０を上方に向けて開口部９１に入れ込むようにしても、端子台９０がクロス部材６２に対するエアコンプレッサ１８の近接配置の障害となるのを解消できる。さらに、このように端子台９０を上方に向けることで、雨天走行時や水溜り走行時に車体下方から進入した水によって端子台９０が被水するのを効果的に抑制できる。このことは、端子台９０を下方に向けた場合に比べると、端子台９０を図７に示すように側方に向けた場合でも同様のことが言える。
【００６０】
なお、上記においては、平板状のクロス部材６２の高さ位置を上げるために、エンジンコンパートメント１１に対応するサイド部材６０の前端部分６０ａを後方部分６０ｃよりも高く設定するとして説明したが（図３参照）、本発明の燃料電池車両はこれに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、クロス部材６２の両端部の取付部分６３をクランク状に下方へ折り曲げた形状としてクロス部材６２の高さ位置をサイド部材６０よりも高く設定してもよい。このようにすれば、サイド部材を直線状に形成したままでクロス部材６２の下方にエアコンプレッサ１８の搭載スペースを確保することができる。
【００６１】
逆に、図１０に示すように、クロス部材６２の両端部の取付部分６３をクランク状に上方へ折り曲げた形状としてクロス部材６２の高さ位置をサイド部材６０よりも低く設定してもよい。このようにすれば、サイド部材６０の高さ位置を図３に示す位置から変えることなくクロス部材６２を高さ位置を低く設定することができ、図７，８を参照して説明したようなクロス部材６２の上方スペースの拡大が実現できる。
【００６２】
また、上記実施形態では、エアコンプレッサ１８をクロス部材６２の下面６２ｂに吊り下げて支持するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、エアコンプレッサ１８がクロス部材６２の上面６２ａ上に載置されて取り付けおよび支持されてもよい。
【００６３】
次に、図１１を参照して、２軸式エアコンプレッサ１８ａを搭載した燃料電池車両について説明するが、ここでは上述した実施形態と同じ構成については同じ参照符号を付して重複する説明を行わないこととし、異なる点についてだけ説明する。
【００６４】
図１１は、２軸式エアコンプレッサ１８ａを水平方向に対して傾けてクロス部材６２に吊り下げ搭載した状態を示す図２と同様の図である。この２軸式エアコンプレッサ１８ａは、相互の関係を保ちつつそれぞれ回転する２つの圧縮部材を有して各圧縮部材に対応する２つの回転軸７６ａ，７６ｂを備える圧縮部７４ａを含み、具体例としてはルーツ式のエアコンプレッサが挙げられる。上記エアコンプレッサ１８ａの端面形状は長円形または楕円形をなし、その端面の長手方向が水平方向に沿うように搭載しようと、隣接するトランスアクスルＴＡとサイド部材６０との間に寸法的に配置できないときに、水平方向に対して傾いた状態で搭載されることがある。その場合、エアコンプレッサ１８ａのトランスアクスルＴＡ側の部分がより下方に位置するように傾けられて搭載するのが好ましい。
【００６５】
このように傾けて搭載することで、図１１中に一点鎖線で示すようにドライブシャフト５６の上下方向の移動量が前輪５２側よりも比較的小さいトランスアクスルＴＡ側でドライブシャフト５６に近づけてエアコンプレッサ１８ａを搭載することができ、その結果、エアコンプレッサ搭載スペースについて上下方向のコンパクト化を図れる。
【００６６】
なお、このように２軸式エアコンプレッサを傾けて搭載する場合、隣接するトランスアクスルＴＡに取付部材を介して取り付けられて支持されてもよい。この場合、クロス部材６２にも吊り下げ支持されていれば、より安定した取付状態を確保できる。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 燃料電池車両、１１ エンジンコンパートメント、１２ 燃料電池、１４ 空気供給通路、１６ エアクリーナ、１８ エアコンプレッサ、１８ａ ２軸式エアコンプレッサ、２０，４０ 圧力センサ、２２ 吸気管、２４ 水素供給系、２６ 水素供給源、２８ 水素供給通路、３０ 水素排出通路、３２ 循環ポンプ、３４ 循環通路、３６，４２ 遮断弁、３８ インジェクタ、４４ 希釈器、４６ 空気排気通路、４８ 空気調圧弁、５０ マフラ、５２ 前輪、５６ ドライブシャフト、５８ ラジエタ、６０ サイド部材、６０ａ 前端部分、６０ｂ 連結部、６０ｃ 後方部分、６２ クロス部材、６２ａ 上面、６２ｂ 下面、６３ 取付部分、６４ リブ部材、６８ 圧縮部材、７０ 吸気ポート、７２ 吐出ポート、７４，７４ａ 圧縮部、７６，７６ａ，７６ｂ 回転軸、８０ モータ、８２ 取付部材、８３ 取付部、８４ マウント部材、８４ａ，８４ｂ 金属管、８４ｃ 弾性材、８６ アーム部、８９ 給電ライン、９０ 端子台、９１ 開口部、ＰＣＵ 電力制御装置、ＴＡ トランスアクスル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサを車両のエンジンコンパートメントに搭載した燃料電池車両であって、
エンジンコンパートメントの車幅方向両側にあって車体に固定されるサイド部材間に板状のクロス部材を掛け渡して設け、このクロス部材によって前記エアコンプレッサを支持する構成とした燃料電池車両。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池車両において、
前記エアコンプレッサは、前記クロス部材に吊り下げて取り付けられることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池車両において、
前記エアコンプレッサは、圧縮部材の回転によって大気中から吸気した空気を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部材を回転駆動させるモータとを備え、前記圧縮部材に連結される前記モータの回転軸が車両前後方向に沿うとともに前記モータが車両前方側に位置するように前記エアコンプレッサが配置されることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池車両において、
前記エアコンプレッサの作動により大気から取り込まれる空気中に含まれる異物を除去するエアクリーナを前記クロス部材上に配置し、前記クロス部材の後方で前記エアクリーナと前記エアコンプレッサの圧縮部の後方端面に形成された吸気ポートとを吸気管により接続する燃料電池車両。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池車両において、
前記吸気管が、前輪に連結されるドライブシャフトの上方であって車両前後方向に関して重なる位置に設けられることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項６】
請求項２に記載の燃料電池車両において、
車幅方向に延在するリブ部材を前記クロス部材の表面に固定し、前記エアコンプレッサを前記クロス部材に吊り下げて取り付けるための取付部材を前記リブ部材の車両前後方向幅の略中央に対応する位置で前記クロス部材に取り付けることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池車両において、
前記リブ部材を前記クロス部材の上面に固定するとともに、前記エアコンプレッサを前記クロス部材の下面に接近させて取り付けることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池車両において、
前記エアコンプレッサに含まれるモータの外周面に突設される端子台を側方に向けるか、あるいは、前記端子台を上方に向けて前記クロス部材に形成された開口部に入り込ませてあることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項９】
請求項２に記載の燃料電池車両において、
前記エアコンプレッサが２つの回転圧縮部材を有する２軸式のものであり、前記エンジンコンパートメント内において走行用モータを含む駆動ユニットに車幅方向に隣接し且つ水平方向に対して傾いた状態に前記エアコンプレッサが設けられるとき、前記エアコンプレッサの駆動ユニット側の部分がより下方に位置するように傾けられていることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項１】
燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサを車両のエンジンコンパートメントに搭載した燃料電池車両であって、
エンジンコンパートメントの車幅方向両側にあって車体に固定されるサイド部材間に板状のクロス部材を掛け渡して設け、このクロス部材によって前記エアコンプレッサを支持する構成とした燃料電池車両。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池車両において、
前記エアコンプレッサは、前記クロス部材に吊り下げて取り付けられることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池車両において、
前記エアコンプレッサは、圧縮部材の回転によって大気中から吸気した空気を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部材を回転駆動させるモータとを備え、前記圧縮部材に連結される前記モータの回転軸が車両前後方向に沿うとともに前記モータが車両前方側に位置するように前記エアコンプレッサが配置されることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池車両において、
前記エアコンプレッサの作動により大気から取り込まれる空気中に含まれる異物を除去するエアクリーナを前記クロス部材上に配置し、前記クロス部材の後方で前記エアクリーナと前記エアコンプレッサの圧縮部の後方端面に形成された吸気ポートとを吸気管により接続する燃料電池車両。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池車両において、
前記吸気管が、前輪に連結されるドライブシャフトの上方であって車両前後方向に関して重なる位置に設けられることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項６】
請求項２に記載の燃料電池車両において、
車幅方向に延在するリブ部材を前記クロス部材の表面に固定し、前記エアコンプレッサを前記クロス部材に吊り下げて取り付けるための取付部材を前記リブ部材の車両前後方向幅の略中央に対応する位置で前記クロス部材に取り付けることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池車両において、
前記リブ部材を前記クロス部材の上面に固定するとともに、前記エアコンプレッサを前記クロス部材の下面に接近させて取り付けることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池車両において、
前記エアコンプレッサに含まれるモータの外周面に突設される端子台を側方に向けるか、あるいは、前記端子台を上方に向けて前記クロス部材に形成された開口部に入り込ませてあることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項９】
請求項２に記載の燃料電池車両において、
前記エアコンプレッサが２つの回転圧縮部材を有する２軸式のものであり、前記エンジンコンパートメント内において走行用モータを含む駆動ユニットに車幅方向に隣接し且つ水平方向に対して傾いた状態に前記エアコンプレッサが設けられるとき、前記エアコンプレッサの駆動ユニット側の部分がより下方に位置するように傾けられていることを特徴とする燃料電池車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２８０２９４（Ｐ２０１０−２８０２９４Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３５０７５（Ｐ２００９−１３５０７５）
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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