JP2011069252A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】低圧ループ排気ガス再循環装置においてＥＧＲクーラを用いる場合、圧力損失が低いものが要求されるが、圧力損失を低くすると、冷却性能が所望のものにならないことがある。
【解決手段】排気ガスを浄化する触媒を排気系の下流に備えてなる内燃機関本体と、触媒の上流に配置され排気ガスにより駆動されて吸入空気を圧縮するターボチャージャと、排気ガスの一部を触媒の下流からターボチャージャのコンプレッサ上流に再循環させる排気ガス再循環装置とを備えてなる内燃機関において、排気ガス再循環装置が、再循環させる排気ガスを冷却する再循環排気ガス冷却器を備え、再循環排気ガス冷却器が、ターボチャージャが取り付けられる内燃機関本体の部位と背向する部位に取り付けられ、触媒下流から導入される排気ガスを冷却してコンプレッサ上流に再循環させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス再循環装置が再循環排気ガス冷却器を備えてなる内燃機関に関するものである。

従来、ターボチャージャを搭載するエンジンにおいて、タービンの下流から排気ガスの一部を吸気系に再循環させる低圧ループ排気ガス再循環装置を備えるものが知られている。又、例えば特許文献１に記載のもののように、排気ガス再循環装置は、再循環される排気ガス（以下、再循環排気ガスと称する）を冷却するために再循環排気ガス冷却器（以下、ＥＧＲクーラと称する）を備えているものが知られている。

特許文献１のものでは、吸排気系をエンジン周辺においてコンパクトに配置するために、車両前部のエンジンルーム内に、排気側をエンジンルーム後方に面して搭載し、ＥＧＲクーラを、エンジンの後側で、コンプレッサの近傍位置の、吸気管の下方空間に配置している。

特開２００８‐１８０１７３号公報

ところで、低圧ループ排気ガス再循環装置においてＥＧＲクーラを用いる場合、圧力損失が低いものが要求される。これは、ＥＧＲクーラに導入される排気ガスの圧力とターボチャージャのコンプレッサの入口部分の圧力との圧力差が小さいことに起因する。ところが、圧力損失と冷却性能とは、一方を追求すると他方が犠牲になる、両立し得ない関係であるので、圧力損失を低くすると、冷却性能が所望のものにならないことがある。しかも、コンプレッサを保護するためには、ＥＧＲクーラから出る再循環排気ガス温度は規定の温度まで下げる必要がある。

そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関は、排気ガスを浄化する触媒を排気系の下流に備えてなる内燃機関本体と、触媒の上流に配置され排気ガスにより駆動されて吸入空気を圧縮するターボチャージャと、排気ガスの一部を触媒の下流からターボチャージャのコンプレッサ上流に再循環させる排気ガス再循環装置とを備えてなる内燃機関において、排気ガス再循環装置が、再循環させる排気ガスを冷却する再循環排気ガス冷却器を備え、再循環排気ガス冷却器が、ターボチャージャが取り付けられる内燃機関本体の部位と背向する部位に取り付けられ、触媒下流から導入される排気ガスを冷却してコンプレッサ上流に再循環させることを特徴とする。

このような構成において、触媒の下流から再循環排気ガス冷却器に導入される排気ガスは、排気ガス温度が低い。したがって、再循環排気ガス冷却器の冷却能力を下げることが可能になる。その結果、再循環排気ガス冷却器の圧力損失を低減することができる。

ターボチャージャと再循環排気ガス冷却器との具体的な配置としては、車両に内燃機関本体を搭載した際に内燃機関本体より前側に位置する内燃機関本体の前面の部位にターボチャージャを取り付け、内燃機関本体より後側に位置する内燃機関本体の背面の部位に再循環排気ガス冷却器を取り付けるものが好ましい。

本発明は、以上説明したような構成であり、触媒の下流から再循環排気ガス冷却器に排気ガスを導入することで、温度の低い排気ガスを冷却すればよいので、再循環排気ガス冷却器の冷却能力を下げることができる。その結果、再循環排気ガス冷却器の圧力損失を低減することができる。

本発明の実施形態のエンジンの右側面側から見た全体図。 同実施形態のエンジンの右前方から見た斜視図。 同実施形態のエンジンの左前方から見た斜視図。 同実施形態のエンジンの背面側から見た全体図。 同実施形態のエンジンの左後方から見た全体図。 同実施形態の燃料デリバリパイプの底面図。 同実施形態の燃料デリバリパイプの左側面図。 同実施形態の燃料デリバリパイプの右側面図。 図６におけるＩＸ‐ＩＸ線に沿った断面図。 図６におけるＸ‐Ｘ線に沿った断面図。 図６におけるＸＩ‐ＸＩ線に沿った断面図。

以下、本発明の一実施形態を、図１〜１１を参照して説明する。

この実施形態のエンジンは、２気筒のガソリンエンジンであり、燃料を気筒内に直接噴射する筒内噴射型式のものである。このエンジンは、排気ガスを浄化する触媒１を排気系の下流に備えてなるエンジン本体２と、排気ガスにより駆動されて吸入空気を圧縮するターボチャージャ３と、排気ガスの一部を触媒の下流からターボチャージャ３のコンプレッサ３ａ上流に再循環させる排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）４とを備えている。エンジン本体２は、エンジンから各種の補機、ターボチャージャ３、ＥＧＲ装置４、エアクリーナ、スロットルボディ５等の外付け単体部品を除いた部分、つまりオイルパン６、シリンダブロック７、ピストン、コネクティングロッド、クランク軸、シリンダヘッド８、吸排気弁、カム軸、シリンダヘッドカバー９、吸気マニホルド１６、排気マニホルド、燃料デリバリパイプ２０、燃料噴射弁（以下、インジェクタと称する）、点火プラグを主要な構成要素とする部分を指す。

エンジンは、車両、特には自動車のシャシに搭載される場合、クランク軸が車軸に平行になるように搭載する、いわゆる横置きを適用するものである。この場合、エンジンは、ターボチャージャ３が取り付けられる排気側が自動車の前側に面し、吸気側が後側に面して搭載するので、前方排気エンジンと呼ばれるものである。したがって、この実施形態にあっては、エンジンは、排気側をその正面とし、吸気側を背面、出力軸が出る側を左側部、オルタネータ２６のためのベルト２６ａが配置される側を右側部とする。また、このエンジンは、ピストンが自動車の車体の下面に対して垂直に上下するように搭載されるのではなく、シャシの後方に向かって傾斜した状態で搭載される。

ターボチャージャ３は、エンジン本体２の前側つまり正面側に、その回転軸をエンジン本体２のクランク軸と平行になる姿勢にして取り付けられる。ターボチャージャ３のタービン３ｂが、排気マニホルドと短距離において接続され、タービン３ｂから出た排気ガスは、ターボチャージャ３に隣接する触媒１に導入される。すなわち、タービン３ｂの出口には、触媒１が接続してある。触媒１には排気管１０が接続される。排気管１０は、オイルパン６の左側を迂回して、エンジン本体２の後方に延びている。なお、排気管１０は、図３及び図５にのみ図示し、他の図では図示を省略している。

一方、ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａは、エンジン本体２の右側部に向く位置に吸入空気の入口３ｃが位置し、圧縮された吸入空気の出口３ｄが下を向いて配置される。コンプレッサ３ａの入口３ｃには吸気入口管１１が接続され、コンプレッサ３ａの出口３ｄには、ターボチャージャ３の下方のオイルパン６正面に取り付けられる空冷式のインタークーラ１２に過給気を導く吸気出口管１３が接続される。吸気入口管１１は、ほぼ９０度上方に向かって曲がっており、その上側の端部に、吸気絞り弁を取り付けるための取付フランジ１１ａを備えるとともに、曲がり部１１ｂの側面下側には下方に向かって延びる、排気ガス再循環制御弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）１４との接続のための導入管１１ｃを備えている。

インタークーラ１２は、エンジン本体２の正面側のオイルパン６に取り付けられる。インタークーラ１２の取付部分のオイルパン６には、取付部としての二本の取付用ボス６ａが設けてある。インタークーラ１２は、この取付用ボス６ａに対して、その下面に取付ブラケットを一体に備えるとともに、その上面を他の取付ブラケットによりエンジン本体２に固定される構造である。なお、インタークーラ１２及びインタークーラ１２に接続される吸気出口管１３と過給気管１５は、他の部分の図示を明瞭にするために、図２を除いて、図示を省略している。

上述したように、このエンジンはシャシに搭載された状態で後方に傾くので、インタークーラ１２は、シャシの下面に対してほぼ垂直な姿勢となる。すなわち、インタークーラ１２は、エンジンがシャシに搭載された状態で、前面投影面積が最大になる姿勢を取るものである。インタークーラ１２に接続される吸気出口管１３は、インタークーラ１２から上方に延びて触媒１の右側に配置される。そして、インタークーラ１２により冷却された過給気は、過給気管１５によりエンジン本体２の左側部の上部に取り付けられるスロットルボディ５に導入される。スロットルボディ５は、エンジン本体２の左側部の上部位置に配置され、サージタンク１６ａを一体に備える吸気マニホルド１６に接続される。

このように、インタークーラ１２は、エンジン本体２の正面側に配置されているので、自動車が走行した際の走行風が、前からオイルパン６に向かって流れる。インタークーラ１２に達した走行風は、取付用ボス６ａによりオイルパン６の前面から離れていることにより、インタークーラ１２を通過してオイルパン６下方に抜ける。これに加えて、走行風は、シャシ前方下部からエンジンルームに流れ込んでインタークーラ１２に達するので、エンジン周辺を通過した風に比較して温度が低い。インタークーラ１２を通過した風はオイルパン６の下方を通り、エンジンルームの外へ抜けるため、エンジンルーム内の圧力が上昇することを防止でき、車両前方に搭載するラジエータを通過する風量の減少を防止することもできる。したがって、インタークーラ１２における熱交換を促進し、効率よく過給気を冷却することができる。

しかも、エンジン本体２を構成するオイルパン６に取り付けていることから、エンジン本体２とは別のシャシに取り付けた場合のように、別々にシャシに組み付ける必要がない。したがって、エンジン本体２にインタークーラ１２を取り付け、さらに吸気出口管１３と過給気管１５とをエンジン本体２に取り付けた状態でエンジン本体２をシャシに搭載するので、組立工数を削減することができる。

ＥＧＲ弁１４は、次に説明するＥＧＲクーラ１７とともにＥＧＲ装置４を構成するもので、吸気入口管１１の下側の位置でエンジン本体２の右側部から右側にずれた位置で、エンジン本体２の高さ方向のほぼ中央の高さ位置に取り付けられる。ＥＧＲ弁１４は、その出口１４ｂが出口側ホース１８及び導入管１１ｃを介して吸気入口管１１に接続され、その入口１４ａが入口側ホース１９を介してＥＧＲクーラ１７に接続される。ＥＧＲ弁１４は、エンジンがシャシに搭載された状態で、その入口１４ａと出口１４ｂとがほぼ同じ高さになるような姿勢で取り付けられている。したがって、出口側ホース１８は、導入管１１ｃとの間で縦方向に延びるものとなり、又、入口側ホース１９は、ＥＧＲ弁１４の入口１４ａからＥＧＲクーラ１７に向かって緩やかな傾斜で上方向に延びるものである。

上述したようにＥＧＲ弁１４が吸気入口管１１の下側に取り付けられているので、ＥＧＲ弁１４を通過した再循環排気ガスを吸気入口管１１に、エンジン右側面（図１）から見て右回転とは逆回転の方向から導入することになる。これにより、吸気入口管１１の内部において、新気と再循環排気ガスとが効果的に混合する。すなわち、吸気入口管１１の内部では、コンプレッサ３ａの回転により新気がコンプレッサ３ａの回転方向に回転することになる。このような状態において、ＥＧＲ弁１４を開くと、再循環排気ガスが吸気入口管１１に、下側から上側に向かって接続されている導入管１１ｃから導入される。これによって、再循環排気ガスは新気の回転方向とは逆方向に回転しながら導入される。したがって、再循環排気ガスと新気とは互いにぶつかり合うことで、効率よく混合することができる。

又、再循環排気ガスを吸気入口管１１に導入した直後に、新気と十分に混合できるため、凝縮水の発生を抑制することができる。すなわち、再循環排気ガスを吸気入口管１１に導入した直後の空間において、新気との混合が促進されない場合は、局所的には再循環排気ガス濃度が高い空間が存在することがある。このような再循環排気ガス濃度が高い空間が形成されると、凝縮水が発生する可能性が非常に高くなる。一方、この実施形態にあっては、上述したように、再循環排気ガスと新気との混合が、それぞれの回転方向の相違に基づいて促進されるので、このような空間が発生する確率が低く、よって凝縮水の発生を抑制することができるものである。この結果、コンプレッサ３ａに凝縮水が侵入することを抑制でき、凝縮水による不具合からコンプレッサ３ａを保護することができる。

加えて、ＥＧＲ弁１４は、エンジン本体２の側方にずれた位置で、しかも吸気入口管１１の下側に取り付けられているので、インタークーラ１２と同様にして走行風が当たり、ＥＧＲクーラ１７により冷却された再循環排気ガスを冷却することに寄与するものである。

ＥＧＲクーラ１７は、エンジン本体２の上部分に位置する吸気マニホルド１６の下側で、かつ燃料デリバリパイプ２０の下側の位置において、エンジン本体２に取り付けられる。ＥＧＲクーラ１７は、触媒１の下側から延びてエンジン本体２の左側部の下部を通って後方に延びる排気管１０にそのＥＧＲ入口管１７ａが接続される。ＥＧＲ入口管１７ａは、ＥＧＲクーラ１７の下方に向かって延びる。ＥＧＲ入口管１７ａにより、排気管１０を通る排気ガスの一部が、ＥＧＲクーラ１７に導入される。又、ＥＧＲクーラ１７は、冷却した再循環排気ガスをＥＧＲ弁１４に導入するために、ＥＧＲ出口管１７ｂとＥＧＲ弁１４の入口１４ａとが入口側ホース１９で接続してある。ＥＧＲ出口管１７ｂは上側に延びた後、エンジン本体２の右側部に向かって延びる。したがって、ＥＧＲクーラ１７は、下側から排気ガスを導入し、上側からＥＧＲ弁１４に向けて排出する。

この実施形態のＥＧＲクーラ１７は水冷式で、エンジン本体２を冷却した冷却水がＥＧＲクーラ１７に導入される。ＥＧＲクーラ１７で熱交換を終えた冷却水は、自動車室内を暖房するヒータコアに導入される。ヒータコアは、車室内の前方部分に配置されるので、エンジン本体２の背面に取り付けられるＥＧＲクーラ１７との距離が短く、したがって、ＥＧＲクーラ１７を通過した冷却水により、効率よく加熱される。

ＥＧＲクーラ１７は、エンジン本体２が傾けて車体に搭載された状態であっても、ＥＧＲ弁１４より高い位置にある。したがって、エンジン本体２の下端近傍に位置する排気管１０との距離が長くなる。このため、再循環排気ガスは、ＥＧＲ入口管１７ａに達するまでにいくらか冷えており、さらにＥＧＲ入口管１７ａを通過する際に冷却される。この結果、ＥＧＲクーラ１７に導入される再循環排気ガスの温度が低下しているので、ＥＧＲクーラ１７で冷却して下げなければならない温度幅を小さくできる。したがって、ＥＧＲクーラ１７の負担を軽減することができ、ＥＧＲクーラ１７の冷却能力を下げる設計をすることができる。これにより、ＥＧＲクーラ１７の圧力損失を低減することができ、良好に再循環排気ガスを循環させることができる。さらに、ＥＧＲクーラ１７を通過した冷却水は、ヒータコアに導入されるので、燃費を向上させることによって低下する暖房効率を向上させることができ、冷間始動時などに、車室内の温度を効率よく早期に上昇させることができる。

ＥＧＲクーラ１７と吸気マニホルド１６との間には、燃料デリバリパイプ２０が配置される。燃料デリバリパイプ２０は、スロットルボディ５の近傍に取り付けられた燃料ポンプ２１により加圧された燃料を貯留して、各気筒のインジェクタに分配するもので、その内部に、インジェクタと連通する主分配通路部２２と補助分配通路部２３とを備えている。具体的には、燃料デリバリパイプ２０は、エンジン本体２の気筒配列方向に長いほぼ直方体形状の本体部２０ａと、本体部２０ａの側方に突出するとともにエンジン本体２方向に延びて設けられる取付孔部２０ｂと、本体部２０ａからエンジン本体２方向に突出して設けられるインジェクタ接続部２０ｃ、２０ｇとを備えている。さらに、本体部２０ａには、本体部２０ａの上面にそれぞれ開口する、燃料ポンプ２１に接続する燃料管２４を接続する接続孔２０ｄと、燃料圧力を検出する燃圧センサ２５のセンサ取付孔２０ｅとが設けてある。この実施形態においては、主分配通路部２２に補助分配通路部２３を組み合わせることにより、燃料の貯留容積をより拡大している。この燃料デリバリパイプ２０は、インジェクタ接続部２０ｃ、２０ｇにインジェクタを直接接続する型式のものである。

この実施形態では、貯留する燃料量を十分に確保するために、本体部２０ａの右側面から空けられて本体部２０ａを貫通しない長さで加工された第一加工穴２２ａと、左側面から空けられて本体部２０ａを貫通しない長さで加工された第二加工穴２２ｂとで主分配通路部２２を構成するとともに、第一加工穴２２ａと同じく右側面から本体部２０ａの長手方向のほぼ中央まで空けられ第二加工穴２２ｂの上方に設けられる第三加工穴２３ａで補助分配通路部２３を構成している。第一、第二及び第三加工穴２２ａ、２２ｂ、２３ａは、同じ内径であり、その中心軸が、本体部２０ａの長手方向において、互いに平行になっている。このような第一加工穴２２ａ及び第三加工穴２３ａと第二加工穴２２ｂとは、加工時におけるそれぞれの開口部分が右側面と左側面とに分かれるために、開口部分を閉鎖するプラグを容易に固定することができる。

第一加工穴２２ａと第二加工穴２２ｂとは、そのほぼ全長にわたって重なり合うことにより上下方向において連通している。すなわち、第一加工穴２２ａの中心軸と第二加工穴２２ｂの中心軸との間の距離は、第一加工穴２２ａ又は第二加工穴２２ｂの直径未満に設定してある。この場合、前記距離は、主分配通路部２２の容積が大きくなるように設定することが好ましい。このようにして主分配通路部２２を構成することにより、主分配通路部２２の容積は、第一加工穴２２ａの容積と第二加工穴２２ｂの容積とを合計した容積にほぼ匹敵する容積、言い換えれば、第一加工穴２２ａの容積の約２倍程度の容積を実現している。

接続孔２０ｄは、本体部２０ａの左側面近傍において、本体部２０ａの上面から開けられて、第二加工穴２２ｂに連通する長さを有して設けられる。同様にして、センサ取付孔２０ｅは、本体部２０ａの長手方向の中央から右側面側にずれた位置において、本体部２０ａの上面から開けられて、第二加工穴２２ｂと連通する長さを有して設けられる。

第一気筒のインジェクタ接続部２０ｃから延びる第一連結孔２０ｆが、第一及び第二加工穴２２ａ、２２ｂと第一気筒のインジェクタ接続部２０ｃとを連通する。この第一連結孔２０ｆは、第一及び第二加工穴２２ａ、２２ｂの側面部分において第一及び第二加工穴２２ａ、２２ｂと連通する。すなわち、第一連結孔２０ｆの中心軸と、第一及び第二加工穴２２ａ、２２ｂの中心軸との間の距離が、第一連結孔２０ｆの半径と第一加工穴２２ａ又は第二加工穴２２ｂの半径との合計未満である。

同様にして、第二気筒のインジェクタ接続部２０ｇから延びる第二連結孔２０ｈが、第一及び第三加工穴２２ａ、２３ａの側面部分において第一及び第三加工穴２２ａ、２３ａと連通することで、第一及び第三加工穴２２ａ、２３ａと第二気筒のインジェクタ接続部２０ｇとを連通するように設けてある。これに対して、センサ取付孔２０ｅは、その中心線が、第一及び第二加工穴２２ａ、２２ｂの中心線と直交するように設けてある。

このように、燃料デリバリパイプ２０は、異なる方向から加工する第一加工穴２２ａと第２加工穴２２ｂにより主分配通路部２２を形成しているので、外形に対する燃料の貯留容積の比率を上げることができる。しかも、主分配通路部２２と補助分配通路部２３とを離して設けているので、断面積を大きくすると耐圧力はその累乗により大きくなるが、このような通路構成にすることにより、肉厚を薄くすることができ、コンパクトな外形とすることができる。

これに加えて、第一及び第二加工穴２２ａ、２２ｂは本体部２０ａの両側から加工するので、加工を容易にすることができる。又それぞれの加工穴の全長が長くならないため、専用の長尺の工具（ドリル）の必要性を低減させることができる。しかも、長尺の工具の場合に発生しやすい先端の振れを抑制することができるので、安全のための余分な肉厚を準備する必要がなくなり、加工の容易さに基づいてもコンパクトにすることができる。

さらには、第一加工穴２２ａと第三加工穴２３ａとを、インジェクタ接続部２０ｇから延びる第二連結孔２０ｈにより連通させることにより、加工工数を低減することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

また、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の活用例として、車体に対して内燃機関本体を横置きにて搭載する車両が挙げられる。

１…触媒
２…エンジン本体
３…ターボチャージャ
３ａ…コンプレッサ
４…排気ガス再循環装置
１１…吸気入口管
１２…インタークーラ
１４…排気ガス再循環制御弁（ＥＧＲ弁）
１７…再循環排気ガス冷却器（ＥＧＲクーラ）
２０…燃料デリバリパイプ
２２…主分配通路部
２２ａ…第一加工穴
２２ｂ…第二加工穴
２３ａ…第三加工穴
２０ｃ、２０ｇ…インジェクタ接続部２０ｇ
２０ｆ、２０ｈ…第一及び第二連結孔

Claims (2)

1. 排気ガスを浄化する触媒を排気系の下流に備えてなる内燃機関本体と、触媒の上流に配置され排気ガスにより駆動されて吸入空気を圧縮するターボチャージャと、排気ガスの一部を触媒の下流からターボチャージャのコンプレッサ上流に再循環させる排気ガス再循環装置とを備えてなる内燃機関において、
   排気ガス再循環装置が、再循環させる排気ガスを冷却する再循環排気ガス冷却器を備え、再循環排気ガス冷却器が、ターボチャージャが取り付けられる内燃機関本体の部位と背向する部位に取り付けられ、触媒下流から導入される排気ガスを冷却してコンプレッサ上流に再循環させる内燃機関。
2. 車両に内燃機関本体を搭載した際に内燃機関本体より前側に位置する内燃機関本体の前面の部位にターボチャージャを取り付け、内燃機関本体より後側に位置する内燃機関本体の背面の部位に再循環排気ガス冷却器を取り付けてなる請求項１記載の内燃機関。

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