JP2011069256A - 内燃機関 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジン上面にインタークーラを配置すると、ボンネットなどがあるのでインタークーラに直接的に走行風を当てることが容易ではなく、例えばボンネットにフード開口を設けたり、ダクトを設置して走行風をインタークーラまで導く構造にする必要がある。
【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、車両に搭載された際に排気系が車両の前側に位置する内燃機関本体と、内燃機関本体の前側で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、ターボチャージャのコンプレッサから排出される過給気を冷却するインタークーラとを備えてなる内燃機関において、インタークーラを、内燃機関本体の前下部に、内燃機関本体の壁面と離れた状態に取り付けてなる。
【選択図】図1

Description

本発明は、ターボチャージャを備える内燃機関において、ターボチャージャのコンプレッサにて圧縮された新気を冷却するインタークーラの取付構造に関するものである。
従来、ターボチャージャを備えるエンジンにあっては、コンプレッサから排出される過給気の温度をインタークーラにより下げて、シリンダ内に供給するようにしている。インタークーラのうち、走行風により過給気を冷却する空冷式のものでは、車両における搭載位置により冷却効率が変わる。例えば引用文献1には、エンジンの上面にインタークーラを配置するものが記載されている。このようなインタークーラの配置にあっては、エンジンの上に搭載されることになるので、車両にエンジンを搭載させる際にインタークーラを組み付けることができるので、工場における車両全体の組立は容易になる。
又、特許文献2には、一つの取付部品により、インタークーラをラジエータなどとともに車両の前端に配置するものが記載されている。このように、車両の前端に位置させると、インタークーラに走行風が確実に当たるために、効率よく過給気を冷却することができる。
特開2007‐270739号公報 特許第4029627号公報
ところが、特許文献1のものの場合、ボンネットがあるために、特許文献2のもののようにインタークーラに直接的に走行風を当てることが容易ではない。そのため、冷却性能を高くするためには、例えばボンネットにフード開口を設けたり、ダクトを設置して走行風をインタークーラまで導く構造にする必要がある。これに加えて、エンジンコンパートメント内は通気抵抗が大きいために、インタークーラを冷却した後の風つまり気流が抜けにくく、エンジンコンパートメント内に溜まりがちになることがある。
一方、特許文献2のものの場合、冷却効率はよいものの、エンジンを搭載する作業とインタークーラを組み付ける作業とが別になるので、作業性が低下する。又一般的には、インタークーラを車両の幅方向の中央位置に配置するので、冷却後の風が抜けにくいことがある。
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、車両に搭載された際に排気系が車両の前側に位置する内燃機関本体と、内燃機関本体の前側で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、ターボチャージャのコンプレッサから排出される過給気を冷却するインタークーラとを備えてなる内燃機関において、インタークーラを、内燃機関本体の前下部に、内燃機関本体の壁面と離れた状態に取り付けてなることを特徴とする。
このような構成において、インタークーラは、内燃機関本体の前下部に取り付けられるので、ダクト等の走行風を導く部材なしに走行風を受けることが可能になる。したがって、冷却性能を向上させることが可能になる。又、内燃機関本体に取り付けるので、車両に内燃機関を搭載することでインタークーラを搭載することが可能になり、車両の前面部に組み付けるものに比較して、組み付け性を改善することが可能になる。
具体的には、内燃機関本体の前下部が、オイルパンの前面部であり、オイルパンの前面部は、内燃機関本体が車両に搭載された際に、前面投影面積が最大になる姿勢にインタークーラを取り付ける取付部を備えている。このように、オイルパンの前面部に取付部を設けることにより、走行風をインタークーラに効率よく導くことができ、冷却性能を向上させることができる。しかも、インタークーラをその前面投影面積が最大になる姿勢にしてオイルパンに取り付けることにより、インタークーラを通過する走行風を最大限に有効にすることができ、走行風がオイルパンの下側に抜けることで、通気性を良好にすることができる。
本発明は、以上説明したような構成であり、インタークーラは、ダクト等の走行風を導く部材なしに走行風を受けることができ、冷却性能を向上させることができる。しかもその上、内燃機関本体に取り付けるので、車両に内燃機関を搭載することでインタークーラを搭載することができ、車両の前面部に組み付けるものに比較して、組み付け性を改善することができる。
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、図面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、車両に搭載された際に排気系が車両の前側に位置する内燃機関本体と、内燃機関本体の前側で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、ターボチャージャのコンプレッサから排出される過給気を冷却するインタークーラとを備えてなる内燃機関において、
    インタークーラを、内燃機関本体の前下部に、内燃機関本体の壁面と離れた状態に取り付けてなる内燃機関。
  2. 内燃機関本体の前下部が、オイルパンの前面部であり、オイルパンの前面部は、内燃機関本体が車両に搭載された際に、前面投影面積が最大になる姿勢にインタークーラを取り付ける取付部を備えている請求項1記載の内燃機関。
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