JP2022176569A - Ｖ型エンジンの熱マネジメント構造 - Google Patents

Abstract

【課題】両バンクの内側空間に収められた排気系装置による熱害を抑制するとともに、当該装置の放熱も効率よく行うことができるＶ型エンジンの熱マネジメント構造を提供する。【解決手段】エンジンカバー２０には、中央よりも前側に開口部２１が設けられている。インシュレータ３０は、エンジンカバー２０の開口部２１から、その一部を露出しており、開口部２１から露出したインシュレータ３０の一部には、スリット３１ａ～３１ｃ及びルーバ３２ａ～３２ｃが設けられている。ルーバ３２ａ～３２ｃは、車両の前方に向かって傾斜するように設けられている。開口部２１に入った走行風は、次にルーバ３２ａ～３２ｃの傾斜面に当たることでその向きを変えて、スリット３１ａ～３１ｃを通り、両バンクの内側空間に入る。【選択図】図７

Description

本発明は、Ｖ型エンジンの排気マニホルド以降に接続されている排気系装置を両バンクの内側空間に収めたＶ型エンジンの熱マネジメント構造に関する。

従来、Ｖ型エンジンを搭載する車両においては、エンジンルームの空間を効率よく利用すべく、両バンクの間に吸気系装置または排気系装置を収めることが行われている。そして、防音対策や意匠性向上のため、その吸気系装置または排気系装置を覆うようにエンジンカバーが取り付けられる。このような構造上、両バンクの内側空間は熱がこもることになるため、その熱を効率よく逃がして熱害を防ぐ技術が考案されている。

例えば特許文献１では、Ｖ型エンジンの両バンクの間に吸気系装置を配置し、エンジンカバーに、ファンからの風を取り入れる風取入口や、取り入れた風を当てて上昇流にするヒートインシュレータを設け、上昇流を該カバー上面に設けられたルーバから逃がすことで、バンク内の熱気を、発生した上昇流とともにルーバから上後方に排出するようにしている。

特開平１０－３３１６３６号公報

従来では、Ｖ型エンジンの両バンクの間に排気系装置を収めると熱がこもりやすいため、両バンクの間に吸気系装置を収めることが一般的であった。しかし、近年では、特に、ディーゼルエンジン車では、排気ガス浄化装置に使われる触媒を適温にして早期に活性化及び保温させる必要があり、熱がこもる両バンクの内側空間に、敢えてこれらを配置する試みが進められている。

つまり、排気熱を利用することで、エンジン始動時から触媒の効果的な昇温と保温を図る、というものである。しかし、熱がこもりやすい両バンクの内側空間に排気系装置を収めると、当然熱害による危険性も高まることになる。そのため、内側空間が触媒にとって適温になった以降は、一方では排気熱を利用しつつ、一方では内側空間の温度が必要以上に上がり過ぎないように排気系装置を放熱せしめて熱害を防ぐという、適切な熱マネジメントが必要となる。

その点、例えば、引用文献１のようなＶ型エンジンの構造では、両バンクの間に吸気系装置が収められているが、仮に、両バンクの間に排気系装置を収めた場合、エンジンカバーと熱源（排気系装置）を遮るものはないため、エンジンカバーに対する熱害が発生する可能性が高い。つまり、比較的高温の熱源を通過して熱を持った風が、ヒートインシュレータに当たってそのままエンジンカバーのルーバを通過することになる。エンジンカバーは樹脂製であり、熱害による危険性も高い。

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、両バンクの内側空間に収められた排気系装置による熱害を抑制するとともに、当該装置の放熱も効率よく行うことができるＶ型エンジンの熱マネジメント構造を提供することを課題とする。

上記課題を達成するため、本発明の第１の発明は、Ｖ型エンジンの排気マニホルド以降に接続されている排気系装置を両バンクの内側空間に収めたＶ型エンジンの熱マネジメント構造であって、前記内側空間の上部を覆うように取り付けられたエンジンカバーと、前記エンジンカバーと前記排気系装置の間に配置されて、前記排気系装置から前記エンジンカバーに伝わる熱を遮断するインシュレータと、を有する、Ｖ型エンジンの熱マネジメント構造である。

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係るＶ型エンジンの熱マネジメント構造であって、前記エンジンカバーの上面の一部には開口部が設けられており、当該開口部から前記インシュレータの一部が露出されている、Ｖ型エンジンの熱マネジメント構造である。

次に、本発明の第３の発明は、上記第２の発明に係るＶ型エンジンの熱マネジメント構造であって、前記開口部から露出した前記インシュレータの一部には、前記Ｖ型エンジンが車両に搭載された際の前記車両の進行方向に直交する方向が長手方向となるスリットが設けられている、Ｖ型エンジンの熱マネジメント構造である。

次に、本発明の第４の発明は、上記第３の発明に係るＶ型エンジンの熱マネジメント構造であって、前記スリットにおける前記車両の後方の側の長辺には、前記スリットの長手方向に延びる板状のルーバが、前記車両の前方に向かって傾斜するように設けられている、Ｖ型エンジンの熱マネジメント構造である。

次に、本発明の第５の発明は、上記第１の発明～上記第４の発明のいずれか１つに係るＶ型エンジンの熱マネジメント構造であって、前記Ｖ型エンジンは、前記排気系装置としてのタービンを備える過給機を有しており、前記インシュレータは、少なくとも前記タービンを覆うように配置されている、Ｖ型エンジンの熱マネジメント構造である。

次に、本発明の第６の発明は、上記第１の発明～上記第５の発明のいずれか１つに係るＶ型エンジンの熱マネジメント構造であって、前記エンジンカバーは、前記Ｖ型エンジンが車両に搭載された際、前記車両の前方の側よりも後方の側のほうが高くなるように傾斜されている、Ｖ型エンジンの熱マネジメント構造である。

第１の発明によれば、エンジンカバーと排気系装置の間にインシュレータを介在させる位置関係であるので、インシュレータは、排気系装置から発せられる熱を直接受ける場所に位置し、排気系装置からエンジンカバーへの熱の伝わりを遮断する。また、両バンクの内側空間に入り、排気系装置の間を流れる走行風や冷却ファン等による冷却風に対し、インシュレータがその空気の流れを遮る（あるいは、変える）ように機能することはなく、排気系装置の放熱は適宜なされることになる。したがって、両バンクの内側空間に収められた排気系装置による熱害を抑制するとともに、当該装置の放熱も効率よく行うことができる。

第２の発明によれば、車両走行時には、開口部から両バンクの内側空間へ走行風が入り込み、両バンクの内側空間の空気がかき混ぜられるので、排気系装置の放熱がより促進されることになる。また、エンジン停止時には、両バンクの内側空間にこもった熱気はエンジンカバー側へ上昇するので、開口部をその上昇する熱気の排出口として機能させることもできる。

第３の発明によれば、車両走行時には、開口部からインシュレータのスリットを通って両バンクの内側空間へ走行風が入り込み、インシュレータの下方に位置する排気系装置の間を走行風が流れるので、排気系装置の放熱がより促進されることになる。また、エンジン停止時には、両バンクの内側空間にこもった熱気はエンジンカバー側へ上昇するので、スリット及び開口部をその上昇する熱気の排出口として機能させることができる。

第４の発明によれば、ルーバの傾斜面に当たった走行風は、向きを変えてスリットを通り、両バンクの内側空間へと入り込む。よって、インシュレータの下方に位置する排気系装置の間を流れる走行風の流量を多くすることができ、排気系装置の放熱がより促進されることになる。

第５の発明によれば、過給機は、他の排気系装置と比較してよりエンジンカバーに近い位置に設定されるのが通常であるうえ、タービンは排気の上流側であり高温である。このような特徴を有する過給機とエンジンカバーの間にインシュレータが介在されるため、エンジンカバーの熱害を防ぐことができる。

第６の発明によれば、エンジンカバーに傾斜を設けない場合はエンジンカバーを進行方向から見た際に現れる開口部の面積は０であるのに対し、傾斜を持たせた場合はその面積が大きくなる。面積が増えた分だけ、より両バンクの内側空間に走行風を呼び込むことができるので、排気系装置の放熱がより促進されることになる。

本実施形態に係るＶ型エンジンを車両に搭載した状態を示す図である。 本実施形態に係るＶ型エンジンの概要を説明するための分解斜視図である。 インシュレータの斜視図である。 本実施形態に係るＶ型エンジンの正面図である。 図４におけるＶ－Ｖ断面図である。 本実施形態に係るＶ型エンジンの平面図である。 車両走行時の本実施形態に係るＶ型エンジンの作用・効果を説明するための図である。 本実施形態に係るＶ型エンジンが停止した場合の作用・効果を説明するための図である。

●［Ｖ型エンジンの概要（図１～図３）］
以下に本発明を実施するための実施形態を図面を用いて説明する。まず、図１～図３を用いて、車両１に搭載されるＶ型エンジン１０の概要を説明する。なお、図中に「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」が示されている場合、「前」、は車両１の前方向を指し、「後」は車両１の後方向を指す。また、「左」は車両１の左方向を指し、「右」は車両１の右方向を指す。「上」は車両１の上方向を指し、「下」は車両１の下方向を指す。

図１に示すように、Ｖ型エンジン１０は、車両１におけるエンジンルーム２に例えば縦置きされている。つまり、Ｖ型エンジン１０のクランクケース５０に収められたクランクシャフト（図示せず）の回転軸１１は、車両１の前後方向を向いている。なお、エンジンルーム２には、Ｖ型エンジン１０以外にもラジエータ、冷却ファン、バッテリ、エアクリーナ、その他配管や配線等が配置されるが図１では図示を省略している。

図２に示すように、Ｖ型エンジン１０は、複数のシリンダが形成された右バンク５１と左バンク５２（両バンクに相当する）を有しており、右バンク５１と左バンク５２には所定のバンク角が設定されている。右バンク５１と左バンク５２の間には内側空間５３が形成されており、エンジンルーム２のスペースを有効に活用するため、内側空間５３にはエンジン補機が収められている。エンジン補機としては、主に排気系装置が収められており、例えば排気ガス浄化装置、排気系装置としてのタービンを備える過給機等である。なお、更なるスペース有効活用のため、内側空間５３には排気系装置のほかに吸気系装置の一部が収められていてもよい。

図２に示すように、エンジンカバー２０は、内側空間５３の上部を覆うように取り付けられている。エンジンカバー２０は、例えば樹脂製で、表面には所定のデザインが型取られており、ユーザがエンジンルーム２の内部におけるＶ型エンジン１０を見た場合に、その見栄えを良くしている。つまり、Ｖ型エンジン１０からエンジンカバー２０を取り外さない限り、エンジンルーム２を開けた際に、内側空間５３に収められたエンジン補機が視認されることはなく、これが内側空間５３に熱がこもる一つの要因となっている。

また、図２に示すように、エンジンカバー２０は、上面の一部に開口部２１が設けられている。車両１が走行した際、エンジンルーム２にはフロントグリル（図示せず）から走行風３（図１参照）が入ってくるが、開口部２１は、走行風３をＶ型エンジン１０の内側空間５３へ導くための導入口となる。また、高負荷運転によりＶ型エンジン１０が高温となった直後に、アイドリング等の低負荷運転を経ることなくＶ型エンジン１０を停止させた場合（デッドソーク）、排気系装置が発する熱気はエンジンカバー２０の側へ上昇するが、開口部２１は、その上昇する熱気の排出口としても機能する。

インシュレータ３０、４０は、エンジンカバー２０と排気系装置の間に配置される。インシュレータ３０、４０は、それぞれ別体であり、インシュレータ３０は内側空間５３の前側に、インシュレータ３０は内側空間５３の後側に配置される。言い換えれば、エンジンカバー２０の下側にインシュレータ３０、４０が配置され、さらにインシュレータ３０、４０の下側に排気系装置が配置される。インシュレータ３０、４０は、例えばアルミ等の金属製で、排気系装置からエンジンカバー２０に伝わる熱を遮断する。

また、図３に示すように、インシュレータ３０は、スリット３１ａ～３１ｃ及びルーバ３２ａ～３２ｃを有する。スリット３１ａ～３１ｃは、車両１の進行方向（前後方向）に直交する方向が長手方向となっており、インシュレータ３０において例えば３つ形成されている。ルーバ３２ａ～３２ｃは、各スリット３１ａ～３１ｃの長手方向に延びる板状のもので、スリット３１ａ～３１ｃにおける車両１の後方の側の長辺３３に、車両１の前方に向かって傾斜するように設けられている（図６参照）。

●［エンジンカバーとインシュレータの構造及び特徴（図４～図６）］
図５、６に示すように、エンジンカバー２０には、中央よりも前側に開口部２１が設けられている。また、エンジンカバー２０は、車両１の前方の側よりも後方の側のほうが高くなるように傾斜して取り付けられており、水平面に対して所定の角度θを有している。したがって、図４に示すように、車両１の前方からＶ型エンジン１０を見た正面視においては、エンジンカバー２０の上面が現れる結果、上面に設けられた開口部２１も現れることとなり、走行風３が開口部２１から入り易くしている。

また、インシュレータ３０は、エンジンカバー２０の開口部２１から、その一部が露出されている。また、開口部２１から露出されたインシュレータ３０の一部には、スリット３１ａ～３１ｃ及びルーバ３２ａ～３２ｃが設けられている。ルーバ３２ａ～３２ｃは、上述したように、車両１の前方に向かって傾斜するように設けられている。

ここで、Ｖ型エンジン１０の場合、過給機が２つ設けられる（ツインターボ６１）ことが多い。過給機のタービンは、排気マニホルドのすぐ下流側に接続されるため、排気系装置のなかで特に高温となるので、走行風３（図１参照）による冷却を期待するならば開口部２１に近いほうがよい。また、右バンク５１と左バンク５２には所定のバンク角が設定されているため、内側空間５３は、下側から上側に向かって広がる空間であるので、ツインターボ６１の収納には、必然的に内側空間５３の上側まで場所が取られる。その結果、ツインターボ６１は、よりエンジンカバー２０に接近する。インシュレータ３０は、主に、エンジンカバー２０の下面に近接するこのようなツインターボ６１を覆うように取り付けられている。

一方、インシュレータ４０は、前端部４１がインシュレータ３０の後端部３４に重ねられたうえで、インシュレータ３０と比較してエンジンカバー２０とは距離が取られて、主に排気ガス浄化装置６２を覆うように取り付けられている。また、インシュレータ４０は、排気ガス浄化装置６２が上述したツインターボ６１ほど収納スペースを必要とするものではないため、後方に向かうほどエンジンカバー２０と距離が離れるように取り付けられている。なお、インシュレータ４０とエンジンカバー２０の間に確保できたスペースには、例えば吸気系装置であるインタークーラ等を配置してもよい。

●［エンジンカバーの開口部とインシュレータのスリット及びルーバの作用・効果（図７、図８）］
図７に示すように、車両１が走行した際、走行風３は、開口部２１に入り込む。この際、エンジンカバー２０が所定の角度θだけ傾斜しており、開口部２１（開口面）に対する走行風３の法線ベクトル成分が増えるため、傾斜させない場合（法線ベクトル成分は０である）と比較してより多くの走行風３を取り込むことができる。

開口部２１に入った走行風３は、次にルーバ３２ａ～３２ｃの傾斜面に当たることでその向きを変えて、スリット３１ａ～３１ｃを通り、内側空間５３に入る。このように、ルーバ３２ａ～３２ｃが設けられていることで、スリット３１ａ～３１ｃのみが設けられる構造と比較してより多くの走行風３を内側空間５３に導くことができる。

内側空間５３に導かれた走行風３は、排気系装置（ツインターボ６１、排気ガス浄化装置６２）とインシュレータ３０の間を通って、排気系装置の熱を下げつつインシュレータ３０の後端部３４へ到達し、引き続き、排気系装置とインシュレータ４０の間を通って、同様に排気系装置の熱を下げつつ内側空間５３を通り抜ける。

また、図８に示すように、車両１のエンジン停止時、走行風３が発生しないのはもちろんであるが、エンジン停止後に冷却ファンを回すような仕様でない限り、排気系装置とインシュレータ３０、４０の間を空気が流れることはない。そのため、特にデッドソーク時においては、排気系装置から大量の熱が発生する。しかし、内側空間５３にこもった熱気はエンジンカバー側へと上昇すると、インシュレータ４０の下面に沿って、インシュレータ３０の側へ流れ、最終的にスリット３１ａ～３１ｃや開口部２１から排出される。

本発明のＶ型エンジンの熱マネジメント構造は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、本実施形態において、スリットとルーバがそれぞれ３つ設けられた構成としたが、走行風を内側空間に導く、あるいは、エンジン停止後に内側空間にこもった熱気を逃がすことができるものであればよく、例えば２つであっても良いし、４つであっても良い。

また、本実施形態において、インシュレータ３０とは別にインシュレータ４０が設けられる構成としたが、それぞれを一体にして一つのインシュレータとしても良い。逆に、インシュレータ４０をさらに２以上のインシュレータに分けても良い。

また、本実施形態において、Ｖ型エンジンが車両におけるエンジンルームに縦置きされるものとして説明したが、横置きであっても良い。つまり、横置きの場合であっても、車両の進行方向に直交する方向が長手方向となるスリットが設けられるとともに、スリットの長手方向に延びる板状のルーバが、車両の前方に向かって傾斜するように設けられれば、走行風を内側空間に導くことができる。

また、本実施形態において、過給機が２つ設けられる（ツインターボ）ものとして説明したが、１つの過給機が設けられるものであっても良い。

１ 車両
２ エンジンルーム
３ 走行風
１０ Ｖ型エンジン
１１ 回転軸
２０ エンジンカバー
２１ 開口部
３０ インシュレータ
３１ａ～３１ｃ スリット
３２ａ～３２ｃ ルーバ
３３ 長辺
３４ 後端部
４０ インシュレータ
４１ 前端部
５０ クランクケース
５１ 右バンク
５２ 左バンク
５３ 内側空間
６１ ツインターボ
６２ 排気ガス浄化装置
θ 角度

Claims (6)

1. Ｖ型エンジンの排気マニホルド以降に接続されている排気系装置を両バンクの内側空間に収めたＶ型エンジンの熱マネジメント構造であって、
   前記内側空間の上部を覆うように取り付けられたエンジンカバーと、
   前記エンジンカバーと前記排気系装置の間に配置されて、前記排気系装置から前記エンジンカバーに伝わる熱を遮断するインシュレータと、
   を有する、
   Ｖ型エンジンの熱マネジメント構造。
2. 請求項１に記載のＶ型エンジンの熱マネジメント構造であって、
   前記エンジンカバーの上面の一部には開口部が設けられており、当該開口部から前記インシュレータの一部が露出されている、
   Ｖ型エンジンの熱マネジメント構造。
3. 請求項２に記載のＶ型エンジンの熱マネジメント構造であって、
   前記開口部から露出した前記インシュレータの一部には、前記Ｖ型エンジンが車両に搭載された際の前記車両の進行方向に直交する方向が長手方向となるスリットが設けられている、
   Ｖ型エンジンの熱マネジメント構造。
4. 請求項３に記載のＶ型エンジンの熱マネジメント構造であって、
   前記スリットにおける前記車両の後方の側の長辺には、前記スリットの長手方向に延びる板状のルーバが、前記車両の前方に向かって傾斜するように設けられている、
   Ｖ型エンジンの熱マネジメント構造。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のＶ型エンジンの熱マネジメント構造であって、
   前記Ｖ型エンジンは、前記排気系装置としてのタービンを備える過給機を有しており、
   前記インシュレータは、少なくとも前記タービンを覆うように配置されている、
   Ｖ型エンジンの熱マネジメント構造。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載のＶ型エンジンの熱マネジメント構造であって、
   前記エンジンカバーは、前記Ｖ型エンジンが車両に搭載された際、前記車両の前方の側よりも後方の側のほうが高くなるように傾斜されている、
   Ｖ型エンジンの熱マネジメント構造。

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