JP2005096690A - 過給機の配置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 過給機および触媒をエンジン直下に配置することを可能にして、排ガス性能、出力レスポンス、衝突性能、運動性能の向上、排気音およびコストの低減を可能にした過給機の配置構造を提供することを目的とする。
【解決手段】 エンジン排気により回転駆動される過給機を備えた過給機の配置構造において、エンジン１の直下に過給機５を配置するとともに前輪を前出し配置（ＦＷ２）してフロントオーバーハングを可及的に小さくしたことを特徴とするもので、アプローチアングルが大きく（α１→α２）採れ、エンジン１の直下部に過給機５を配置することが可能となって、クラッシュストロークの確保、エキゾーストパイプの短縮化と低重心を実現して、出力レスポンスの改善と高出力対応が図れ、排ガス性能、衝突性能、運動性能の向上、コストの低減も可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジン排気により回転駆動される過給機を備えた過給機の配置構造に関する。

一般的に、自動車等におけるエンジン出力は基本的にはエンジンの排気量に左右されるが、過給機を付設することによりエンジン出力を飛躍的に向上させることが可能である。補機により常時回転するポンプにより過給圧をエンジンに供給するスーパーチャージャーと、必要な時に過給圧を得るために所定の排気圧に到達したときに過給圧をエンジンに供給するターボチャージャーとがある。後者のターボチャージャーは比較的燃費効率が良いことから多用されている。

従来、ターボチャージャーはエンジン近傍に配置されるが、主に縦置きエンジンの場合はエンジンの左右のいずれか、横置きエンジンの場合はエンジンの前方に配置されていた。水平対向エンジンの場合はエンジン後方に配置されるものもあった。これらはいずれもエンジンの側方に配置されることから、１つの例を挙げて説明する。横置きエンジンの場合の過給機の配置構造として、図７に示した下記非特許文献１に開示されたものがある。
「カルディナ新型車解説書」（２００２年９月１３日 トヨタ自動車株式会社サービス部発行 １−１８頁「エンジン−エキゾーストＧＴＥ」

前記非特許文献１に開示されたものを図７を用いて説明する。これは、エンジンの前方にエキゾーストマニホールドとターボチャージャーおよび触媒が配置されたものである。したがって、これらを含めると相当の重量となり、パワーユニットの重心位置がアップして走行安定性能等の運動性能に影響を与える虞れが生じた。また、エンジンの前方に高い剛性のターボチャージャーおよび触媒が配置されていることにより、万一の前面衝突時にクラッシュスぺースを阻害したり、過給機がエンジン房内に配置されたことにより、排気音の漏洩や周辺機器に熱害を与える虞れもあった。

さらには、図７に示したもの以外にも、エンジンのエキゾーストポートからターボチャージャーまでのパイプの取回しが長大化したものがあり、そのようなものでは、装置の重量増を招いて高コストとなる上、ターボレスポンスの悪化や排気ガス上の触媒活性化が不利で排ガス性能が劣る等の課題を生じていた。

そこで本発明は、このような従来の過給機の配置構造における諸課題を解決して、過給機および触媒をエンジン直下に配置することを可能にして、排ガス性能、出力レスポンス、衝突性能、運動性能の向上、排気音およびコストの低減を可能にした過給機の配置構造を提供することを目的とする。

このため本発明は、エンジン排気により回転駆動される過給機を備えた過給機の配置構造において、エンジン直下に過給機を配置するとともに前輪を前出し配置してフロントオーバーハングを可及的に小さくしたことを特徴とする。また本発明は、前記過給機の下流のエンジン直下にフロント触媒を配置したことを特徴とする。また本発明は、前記エンジンが水平対向型であり、左右の気筒間に位置するオイルパンの左右のいずれかの気筒直下に、前記過給機あるいは、過給機およびフロント触媒が配置されたことを特徴とする。また本発明は、前記左右の気筒に接続された左右のエキゾーストパイプ長を略等しく構成したことを特徴とする。また本発明は、前記過給機あるいは、過給機およびフロント触媒の下方にアンダーカバーを設置したことを特徴とするもので、これらを課題解決のための手段とする。

本発明によれば、エンジン排気により回転駆動される過給機を備えた過給機の配置構造において、エンジン直下に過給機を配置するとともに前輪を前出し配置してフロントオーバーハングを可及的に小さくしたことにより、アプローチアングルを大きく採れるので、同一地上高でもエンジン直下部の接地が有利となり、過給機を配置することが可能となって、エキゾーストパイプの短縮化と低重心を実現して、排気圧力の有効活用により出力レスポンスの改善し、インタークーラー車速利用率・コア面積確保による高出力対応が図れ、衝突性能、運動性能の向上、コストの低減も可能となる。また、過給機が下位にあることから、過給機冷却用のオイルや冷却水の循環のために格別のリザーバが不要となる他、エンジンの熱害を受けにくく、過給機に付属のハーネスや樹脂部品のための遮熱板等の接地が不要となる他、クラッシュスペースの阻害もないため、クラッシュストロークを拡大することができる。

また、前記過給機の下流のエンジン直下にフロント触媒を配置した場合は、エンジン近傍にあって触媒までの長さも短縮され、立上り時の触媒温度上昇を促進できるので、貴金属に頼ることなく触媒としての性能を充分に発揮できて排ガス性能を向上させ、排気ガスの流れが円滑で管長も短く、高出力、パイプの引回し、重量、コスト等に有利である。さらに、前記エンジンが水平対向型であり、左右の気筒間に位置するオイルパンの左右のいずれかの気筒直下に、前記過給機あるいは、過給機およびフロント触媒が配置された場合は、水平対向エンジンの構造上の特質を活用して、コンパクトに過給機およびフロント触媒を取りまとめてエンジン直下に配置することが可能となる。

さらにまた、前記左右の気筒に接続された左右のエキゾーストパイプ長を略等しく構成した場合は、過給機までの管長も短く、排気圧力を有効活用してレスポンスが改善され、排気音質も向上する。また、前記過給機あるいは、過給機およびフロント触媒の下方にアンダーカバーを設置した場合は、過給機がエンジンとアンダーカバーの間に配置されたことで、エンジン房内への熱害による影響を与えることが少ない上に、過給機およびフロント触媒が損傷する機会が少ない。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１〜図６は本発明の過給機の配置構造の１つの実施例を示すもので、図１は要部側面図、図２はエンジンを除いた要部斜視図、図３は要部正面の概念図、図４は要部底面図、図５は前輪前出しの説明図、図６は前輪前出しの具体的な例である。本発明の過給機の配置構造の基本的な構成は、図１に示すように、エンジン排気により回転駆動される過給機を備えた過給機の配置構造において、エンジン１の直下に過給機５を配置するとともに前輪ＦＷを前出し配置（ＦＷ２）してフロントオーバーハングを可及的に小さくしたことを特徴とするものである。

実施例を以下に詳述する。図１に示すように、エンジン１の直下にエンジン排気により回転駆動される過給機５を配置したものである。過給機５としては、２つの渦巻きポンプを有するツインスクロールターボチャージャー等が採用されるが、適宜の加圧機が採用され得る。さらに、過給機５に隣接した下流で、同様にエンジン１の直下にフロント触媒６を配置した。過給機５とフロント触媒６とはほぼ同一面で、過給機５を車体前方に配置した。フロント触媒としては、単一の触媒でもよいし、デュアル触媒でもよい。フロント触媒６の下流にはリヤ触媒１１に続く排気管７が接続される。

本発明では、エンジン１の直下に過給機５を配置するとともに、前輪ＦＷを前出し配置してフロントオーバーハングを可及的に小さくする。通常の前輪位置をＦＷ１（中心Ａ１）とすると、前出し配置した位置をＦＷ２（中心Ａ２）とするものである。つまり、車体前端部品であるバンパー９から前輪ＦＷに引いた接線と路面とのなす角度（アプローチアングル）は、前輪位置がＦＷ１からＦＷ２に前出し配置とすると、α１からα２（α１＜α２）となる。

これによって、車両のフロントオーバーハングが可及的に小さくなり、エンジン１の直下に取り付けられた過給機５と、前記接線との距離がａ１からａ２へと増大する。したがって、過給機５およびフロント触媒６が同一地上高でも、路面の障害物により損傷する機会が減少することとなり、エンジン直下部の接地が有利となって、過給機等を配置することが可能となり、低重心等が実現する。過給機５およびフロント触媒６の下方にはアンダーカバー１０が設置されて、過給機５への冷却流を整流するとともに、過給機５にて発生した熱をエンジン房内に妄りに漏洩させないようにするとともに、路面の障害物から過給機５およびフロント触媒６を保護する。

図２はエンジンを除いた過給機５、フロント触媒６および排気管の配置状態を示す要部斜視図で、好適には、図３に示すように、水平対向エンジンの左右の気筒１Ａ、１Ｂの直下に取り付けられる。水平対向エンジン１における左右の気筒１Ａ、１Ｂ間にはクランク室１Ｃが位置し、該クランク室１Ｃの下部にはオイルパン１Ｄが形成されている。オイルパン１Ｄの両側の左右の気筒１Ａ、１Ｂにおけるエキゾーストポートにエキゾーストパイプ３Ａ、３Ｂが接続される。エキゾーストパイプ３Ａ、３Ｂは合流して集合パイプ４から過給機５に接続される。過給機５のすぐ下流に隣接してフロント触媒６が接続される。

図２に戻って、左右の気筒１Ａ、１Ｂの下部に接続された左右のエキゾーストパイプ３Ａ、３Ｂは、渦巻き状に巻き込まれてほぼ同長の長さを有し、集合パイプ４に合流する。集合パイプ４からの排気が所定の圧力に達すると、過給機５のタービンを作動させて吸気を過給圧にてエンジンに供給して高出力を得る。タービンを作動させた後の排気はフロント触媒６を経て、排気管７からリヤ触媒１１を経て大気中へ放散する。これらの取付状態を車体の底部側から見たものが図４である。図面上方が車両の前方、図面左方が車体の右側である。過給機５およびフロント触媒６は右気筒１Ｂの下部に配置されている。図中符号８はメインフレームを示す。

図５は前輪前出しの説明図である。エンジン１のクランク軸にトルクコンバータあるいは機械式クラッチを介して断続される入力軸Ｌ１がトランスミッションケース２内に配設される。入力軸Ｌ１からの回転駆動力は多数の歯車の選択的噛合による変速機構およびセンターデフ等を介して前輪側のピニオン軸（前輪出力軸）Ｌ３に伝達される。ここで、前記ピニオン軸Ｌ３における前輪デフＦＤのリングギヤとの噛合位置をトルクコンバータあるいは機械式クラッチの斜め下方に配置させることによって、トルクコンバータやクラッチと干渉することなく前輪デフＦＤを前方かつ下方に位置させることが可能となる。（ピニオン軸をＬ３−１からＬ３−２へ下方かつ前出しして、前輪デフをＦＤ−１からＦＤ−２へ前出しする。）

図６は前輪前出しの具体的な１つの例である。トルクコンバータ１９によりエンジン側と断続する入力軸Ｌ１と、該入力軸Ｌ１と所定距離隔離して平行配置されるカウンタ軸Ｌ２とが配設され、これらの間に配設された適宜の歯車の選択的噛合により適宜に変速される。前記カウンタ軸Ｌ２の出力を受ける平行配置のピニオン軸Ｌ３にはピニオンギヤ２０が設置され、前輪デフＦＤのリングギヤに傘歯噛合して前輪デフＦＤを駆動して左右の前輪軸を差動駆動する。前記カウンタ軸Ｌ２を配したことにより、ピニオン軸Ｌ３および前輪デフＦＤは、下方かつ前出し配置が可能となる。

一方、前記カウンタ軸Ｌ２との間に適宜のセンターデフＣＤが介在されて、前輪側との間で差動配分されて駆動力が伝達される平行配置された後輪出力軸Ｌ４が配設される。後輪出力軸Ｌ４にはユニバーサルジョイントを介してプロペラシャフトが接続され、車体後部の後輪側の後輪デフに駆動力が伝達される。前記ピニオン軸Ｌ３における前輪デフＦＤのリングギヤとの噛合位置をトルクコンバータ１９の斜め下方に配置させることによって、トルクコンバータ１９と干渉することなく前輪デフＦＤを前方かつ下方に位置させることが可能となる。

以上、本発明の各実施の形態について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、過給機の形状、形式（ツインスクロールターボチャージャーの他、適宜の遠心ポンプ型のターボチャージャー、軸流型ターボチャージャー等適宜の加圧ポンプ型ターボチャージャーが採用され得る）、エンジンの形状、形式（好適には水平対向型エンジンに適用されるが、その他のエンジンにも適用され得る）、前輪の前出し配置形態、フロント触媒の形状、形式（単一の触媒、デュアル触媒の他、適宜の媒体を組み合わせた触媒が採用され得る）およびその過給機との関連構成（最低地上高との関係でほぼ同一平面内に配置され、また、冷却の関係で過給機が車体前方に配置されるが、これらの関係が確保されて設計上許容されるなら、これらの配置に拘泥されない）、左右のエキゾーストパイプの長さ、配設形態（渦巻き状の巻込み形状の他、左右の長さを等長にできるなら適宜形状が採用され得る）、アンダーカバーの形状（整流を兼ねる前後方向のリブの形成等）、形式等については適宜選定することができる。

本発明の過給機の配置構造の１つの実施例を示す要部側面図である。 同、エンジンを除いた要部斜視図である。 同、要部正面の概念図である。 同、要部底面図である。 同、前輪前出しの説明図である。 同、前輪前出しの具体的な例である。 従来のターボチャージャーの配置構造の斜視図である。

符号の説明

１ エンジン
１Ａ 左気筒
１Ｂ 右気筒
１Ｃ クランク室
１Ｄ オイルパン
２ トランスミッションケース
３ エキゾーストパイプ
３Ａ 左エキゾーストパイプ
３Ｂ 右エキゾーストパイプ
４ 集合パイプ
５ 過給機
６ フロント触媒
７ 排気管
８ メインフレーム
９ 車体前端部品（バンパ）
１０ アンダーカバー
１１ リヤ触媒
１８ 機械式クラッチ
１９ トルクコンバータ
２０ ピニオンギヤ
Ａ１ 従来前輪軸
Ａ２ 本案前輪軸
α１ 従来アプローチアングル
α２ 本案アプローチアングル
Ｌ１ 入力軸
Ｌ２ カウンタ軸
Ｌ３ ピニオン軸（前輪出力軸）
Ｌ４ 後輪出力軸
ＦＤ 前輪デフ
ＣＤ センターデフ

Claims (5)

1. エンジン排気により回転駆動される過給機を備えた過給機の配置構造において、エンジン直下に過給機を配置するとともに前輪を前出し配置してフロントオーバーハングを可及的に小さくしたことを特徴とする過給機の配置構造。
2. 前記過給機の下流のエンジン直下にフロント触媒を配置したことを特徴とする請求項１に記載の過給機の配置構造。
3. 前記エンジンが水平対向型であり、左右の気筒間に位置するオイルパンの左右のいずれかの気筒直下に、前記過給機あるいは、過給機およびフロント触媒が配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載の過給機の配置構造。
4. 前記左右の気筒に接続された左右のエキゾーストパイプ長を略等しく構成したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の過給機の配置構造。
5. 前記過給機あるいは、過給機およびフロント触媒の下方にアンダーカバーを設置したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の過給機の配置構造。
   

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