JP4587070B2

JP4587070B2 - 過給機付エンジン

Info

Publication number: JP4587070B2
Application number: JP2005134397A
Authority: JP
Inventors: 良太郎西田; 聡一郎小川; 剛後藤
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2025-05-02
Also published as: JP2006307804A

Description

本発明は車輌前部のエンジンルーム内において横置きにて配置される過給機付エンジンに関する。

エンジンのレイアウト方式の１つとして気筒列方向が車幅方向を向く、いわゆる横置き方式がある。車輌前部のエンジンルーム内においてエンジンを横置きとした場合、エンジンの吸気系を車輌前方側に排気系を車輌後方側に配置し、過給機を付加する場合にはエンジンの車輌後方側に配設されるレイアウトが採用される場合がある（特許文献１等）。

特開２００４−３４００１６号公報

ここで、車輌の前突時の衝突安全性を高めるべく、エンジンとダッシュパネルとの間にクラッシャブルゾーンとして一定のスペース、つまり、前突時にエンジンがダッシュパネルと干渉せずに後退できる後退スペースが確保されることが望ましい。この点に関し、エンジンの車輌後方側に過給機が存在するレイアウトを採用した場合、過給機とダッシュパネルとの間にクラッシャブルゾーンとして一定のスペースを確保する必要がある。このため、過給機は可能な限りエンジンに近接させて車輌前方寄りに配設されることが望ましいが、排気マニホールドから過給機には高温の排気ガスが流通するため、その輻射熱がエンジンを加熱し、エンジンに悪影響（例えばシリンダブロックの局所的な変形）を及ぼす畏れがある。

従って、本発明の目的は、過給機付エンジンについて、前突時のエンジンの後退スペースを確保しつつ、排気マニホールドから過給機に流通する排気ガスからのエンジンへの輻射熱の影響を低減することにある。

本発明によれば、複数の気筒が直列に配列され、気筒列方向が車幅方向となるように車輌前部のエンジンルーム内において横置きにて配置され、車輌後方側の側部に排気マニホールドが配設されると共に前記排気マニホールドに過給機が接続された過給機付エンジンにおいて、前記排気マニホールドが、気筒列方向から見て、各気筒からの排気通路を下方へ向けるよう湾曲した上流部と、各気筒からの排気通路を合流させて前記過給機のタービン室の導入口に連通させる下流部と、気筒列方向から見て、前記上流部から前記下流部へ向かって下方に直線状に延びる排気通路を形成する中間部と、を有し、前記タービン室は、その内部に収納されるタービンの軸線が前記導入口よりも車輌後方側に位置するよう形成され、前記過給機付エンジンのシリンダブロックの車輌後方側に形成されるウォータジャケットのうち、前記導入口に隣接するウォータジャケットが、少なくとも前記導入口と同じ高さまで延びており、かつ、前記シリンダブロックの車輌後方側に形成される他のウォータジャケットよりも下方へ延びていることを特徴とする過給機付エンジンが提供される。

本発明によれば、前記排気マニホールドを前記シリンダブロックの車輌後方側の壁面に沿って略真下に垂下させることで前記過給機を前記シリンダブロックに近接して配置することができ、前記過給機とダッシュパネルとの間にエンジンの後退スペースを確保できる。また、前記過給機付エンジンのシリンダブロックの車輌後方側に形成されるウォータジャケットのうち、前記導入口に隣接するウォータジャケットを少なくとも前記導入口と同じ高さまで延ばすことにより、当該ウォータジャケット内を流通する冷却水により、排気マニホールドから過給機に流通する排気ガスからのエンジンへの輻射熱の影響を低減できる。また、前記導入口に隣接するウォータジャケットが、前記シリンダブロックの車輌後方側に形成される他のウォータジャケットよりも下方へ延びていることにより、エンジンの暖機性と排気マニホールドから過給機に流通する排気ガスからのエンジンへの輻射熱の影響の低減とを両立できる。

また、本発明においては、前記中間部は、前記排気通路の中心線が前記下流部側の方が前記上流部側よりも前記シリンダブロックに近接するように傾斜している構成を採用できる。この構成によれば、前記過給機とダッシュパネルとの間にエンジンの後退スペースをより一層確保できる。

また、本発明においては、前記シリンダブロックの車輌後方側に形成されるウォータジャケットのうち、前記導入口に隣接するウォータジャケットは、前記シリンダブロックの車輌前方側に形成されるウォータジャケットよりも下方へ延びている構成を採用できる。この構成によれば、エンジンの暖機性と排気マニホールドから過給機に流通する排気ガスからのエンジンへの輻射熱の影響の低減とを両立できる。

以上述べた通り、本発明によれば、過給機付エンジンについて、前突時のエンジンの後退スペースを確保しつつ、排気マニホールドから過給機に流通する排気ガスからのエンジンへの輻射熱の影響を低減することができる。

図１は本発明の一実施形態に係る過給機付エンジンＡの車輌後方側の側部を示す図であり、要部を実線でその他を破線で示したものである。過給機付エンジンＡはシリンダブロック１とシリンダブロック１上に設けられたシリンダヘッド２とを備え、シリンダブロック１内の複数の気筒（本実施形態では４気筒）が直列に配列されている、直列４気筒式のガソリンエンジンである。本実施形態の過給機付エンジンＡは気筒列方向が車幅方向となるように車輌前部のエンジンルーム内において横置きにて配置されることを前提とし、過給機付エンジンＡの車輌前方側の側部には吸気系要素が、車輌後方側の側部には排気系要素がそれぞれ配設される。以下、排気系要素について説明する。

シリンダヘッド２には排気マニホールド３が接続されている。排気マニホールド３は各気筒毎の排気通路を形成する分岐管３１乃至３４を備える。なお、以下、各気筒を個別に言うときは図１の右側の気筒から順に気筒＃１、＃２、＃３、＃４という。排気マニホールド３には過給機４が接続されている。

過給機４は、タービン室４１と、コンプレッサー室４２と、を備える。排気マニホールド３とタービン室４１とは連通しており、排気マニホールドからの排気ガスはタービン室４１内に導入され、タービン室４１内のタービンに回転力を付勢して不図示の排気管に接続される排気口４３から排出される。コンプレッサー室４２にはタービンと同軸のコンプレッサーが収納されており、不図示のエアークリーナ、エアフローメータからの空気をコンプレッサーの回転により吸気口４４から吸引して過給する。過給された空気は吸気出口４５から排出され、不図示のパイプ、インタークーラ等を通過して車輌前方側に配置されたエアーインテーク２ａへ導入される。

過給機４には負圧アクチュエータ４６が取り付けられており、作動ロッド４６ａを介して、不図示のバイパス弁を開閉する。バイパス弁は排気マニホールド３からの排気ガスをタービン室４２を介さずに排気口４３へ排出させるバイパス通路を開閉する。

次に、図１及び図２（ａ）を参照して排気マニホールド３、過給機４並びにシリンダブロック１内のウォータジャケットの構成について説明する。図２（ａ）は図１の線ＸＸに沿う要部断面図であり、シリンダヘッド２は破線で示される。

排気マニホールド３を構成する各分岐管３１乃至３４は、気筒列方向から見て、それぞれ、各気筒の排気ポートからの排気通路を下方へ向けるよう湾曲した上流部３１ａ乃至３４ａと、各分岐管３１乃至３４の排気通路を合流させてタービン室４１の導入口４１ａへ連通させる下流部３１ｂ乃至３４ｂと、気筒列方向から見て、上流部から前記下流部へ向かって下方に直線状に延びる排気通路を形成する中間部３１ｃ乃至３４ｃと、を有する。本実施形態の場合、排気マニホールド３は各下流部３１ｂ乃至３４ｂにおいて過給機４のタービンハウジングに一体成型されている。

過給機４のタービン室４１は、過給機付エンジンＡの車輌搭載時において、その内部に回転自在に収納されるタービン４１ｂの回転中心である軸線４１ｂ’（車幅方向と略平行）が導入口４１ａよりも車輌後方側に位置するよう形成されている。図２（ａ）において線Ｌ１は軸線４１ｂ’を通る垂直線を示している。このタービン４１ｂの軸線４１ｂ’の設定は、排気マニホールド３からの排気ガスが矢印ｄ１にて示す方向に旋回流が生じることを意味する。つまり、排気ポートから排出された排気ガスは、排気マニホールド３の排気通路に案内されて下方へ流れ、タービン室４１内へ導入されて、車輌後方側へ向いて上昇する旋回流を生じることになる。

この構成の場合、過給機４を過給機付エンジンＡの車輌後方側の側部により近接して配設することができると共に、タービン室４１は排気マニホールド３の下方において車輌後方側へ突出した構成となり、過給機４の上方（排気マニホールド３の車輌後方側）に一定のスペースを得られる。このため、過給機付エンジンＡの背後に存在するダッシュパネルとの間に、前突時に過給機付エンジンがダッシュパネルと干渉せずに後退できる後退スペースがより広く確保できる。

更に、本実施形態では図２（ａ）において分岐管３２について代表的に示すように、過給機付エンジンＡの車輌搭載時において、各分岐管３１乃至３４の中間部３１ｃ乃至３４ｃの排気通路の中心線（Ｌ２）が垂直線（Ｌ３）に対して一定の傾きθを有しており、中心線（Ｌ２）は下流部３１ｂ乃至３４ｂ側の方が上流部３１ａ乃至３４ａ側よりもシリンダブロック１に近接するように傾斜している。この構成によれば、過給機４をシリンダブロック１の車輌後方側の側部により近接して配設することができ、前突時に過給機付エンジンＡがダッシュパネルと干渉せずに後退できる後退スペースがより一層広く確保できる。

一方、本実施形態では排気マニホールド３がシリンダブロック１の車輌後方側の側部に沿って下方に延び、シリンダブロック１と近接した配置になっている。排気マニホール３内を流通する排気ガスは高温であるため、その輻射熱がシリンダブロック１を加熱し、シリンダブロック１の局所的な変形といった悪影響を及ぼす畏れがある。特に、各分岐管３１乃至３４内を通過した排気ガスが合流して導入されるタービン室４１の導入口４１ａはより高温となり、その輻射熱がシリンダブロック１を加熱する。

ここで、シリンダブロック１には各気筒を冷却する冷却液が流通する一連のウォータジャケット１ａ、１ｂが設けられている。ウォータジャケット１ａは車輌前方側（吸気系側）、ウォータジャケット１ｂは車輌後方側（排気系側）の部位をそれぞれ示す。このようなウォータジャケットは一般に各気筒の側方又は各気筒間に設けられる。本実施形態では、シリンダブロック１の車輌後方側に形成されるウォータジャケット１ｂのうち、少なくとも導入口４１ａに隣接するウォータジャケット１ｂを、少なくとも導入口４１ａと同じ高さ（線Ｌ４）まで下方に延ばすことで、特に高温となる導入口４１ａからの輻射熱の影響をウォータジャケット１ｂ内を流通する冷却液で防止する。つまり、各気筒の冷却に加えて輻射熱の影響防止にもウォータジャケットを兼用する。導入口４１ａに隣接するウォータジャケット１ｂとしては、本実施形態の場合、気筒＃２と気筒＃３との間に導入口４１ａが配置されているので、図２（ａ）に示す気筒＃２や、気筒＃３の側方又は両者の間のウォータジャケットが対象となる。

本実施形態の場合、ウォータジャケット１ｂはその下端が線Ｌ６の高さまで延びている。つまり、少なくともタービン４１ｂの軸線４１ｂ’と同じ高さ（線Ｌ５）まで延びている。これにより、導入口４１ａを通過した排気ガスからの輻射熱の影響も効果的に防止できる。ここで、タービン室４１のハウジングはその断面の外縁が略半円形状に形成され、軸線４１ｂ’から下方においては、幅ｄ２、ｄ３で示すように、シリンダブロック１から徐々に離間するので、輻射熱がシリンダブロック１へ伝達する程度は徐々に小さくなる。従って、ウォータジャケット１ｂをタービン４１ｂの軸線４１ｂ’と同じ高さ（線Ｌ５）まで延ばすと、最も輻射熱の伝達の程度が大きいエリアをカバーできることになる。

次に、車輌前方側のウォータジャケット１ａや、導入口４１ａに隣接するウォータジャケット１ｂ以外の車輌後方側のウォータジャケット１ｂの構成について説明する。一般にウォータジャケットを大きくすることはシリンダブロック１の冷却効率を高めることになるが、その反面、エンジンの暖機性は劣ることになる。従って、ウォータジャケットをむやみに大きくすることは暖機性の点で望ましくない。

まず、本実施形態では、図２（ａ）に示すように、導入口４１ａに隣接するウォータジャケット１ｂは、車輌前方側のウォータジャケット１ａよりも下方へ延ばしている。換言すれば、ウォータジャケット１ａは各気筒を冷却するに足る長さだけとし、全てのウォータジャケットを輻射熱の対策として一律に延ばさない。こうすることで、エンジンの暖機性と排気マニホールド３から過給機４に流通する排気ガスからのエンジンへの輻射熱の影響の低減とを両立できる。

次に、車輌後方側に形成されるウォータジャケット１ｂのうち、導入口４１ａに隣接するウォータジャケット１ｂ以外のウォータジャケット１ｂ、つまり、気筒＃１や気筒＃４の側方等のウォータジャケット１ｂについて説明する。これらのウォータジャケット１ｂについても、分岐管３１及び３４からの輻射熱の影響を防止すべく、例えば、図２（ｂ）に示すウォータジャケット１ｂ’に示すように図２（ａ）のウォータジャケット１ｂと同様に下方へ延ばす構成を採用できる。但し、導入口４１ａからは離れており、導入口４１ａからの輻射熱の影響は少なく、分岐管３１及び３４からの輻射熱の影響を受けるだけであるから、輻射熱の影響は比較的小さい。従って、図２（ｃ）に示すように、ウォータジャケット１ｂ’を車輌前方側のウォータジャケット１ａと同じ長さとし、気筒＃１、＃４を冷却するに足る長さだけとすることもできる。つまり、導入口４１ａに隣接する図２（ａ）のウォータジャケット１ｂは、車輌後方側の他のウォータジャケット１ｂよりも下方へ延びている構成とすることができる。こうすることで、エンジンの暖機性と排気マニホールド３から過給機４に流通する排気ガスからのエンジンへの輻射熱の影響の低減とを両立できる。

なお、本発明は上記実施形態のように排気マニホールドとタービンハウジングとを一体成型したものに限られず、別成型後に組み立てたものにも適用できることは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る過給機付エンジンＡの車輌後方側の側部を示す図である。（ａ）は図１の線ＸＸに沿う要部断面図、（ｂ）は気筒＃１及び＃４のウォータジャケット１ｂ’の構成例、（ｃ）は気筒＃１及び＃４のウォータジャケット１ｂ’の他の構成例を示す図である。

符号の説明

Ａ過給機付エンジン
１シリンダブロック
１ａ、１ｂ、１ｂウォータジャケット
３排気マニホールド
４過給機
３１ａ〜３４ａ上流部
３１ｂ〜３４ｂ下流部
３１ｃ〜３４ｃ中間部
４１タービン室
４１ａ導入口
４１ｂ’ タービン軸線

Claims

複数の気筒が直列に配列され、気筒列方向が車幅方向となるように車輌前部のエンジンルーム内において横置きにて配置され、車輌後方側の側部に排気マニホールドが配設されると共に前記排気マニホールドに過給機が接続された過給機付エンジンにおいて、
前記排気マニホールドが、
気筒列方向から見て、各気筒からの排気通路を下方へ向けるよう湾曲した上流部と、
各気筒からの排気通路を合流させて前記過給機のタービン室の導入口に連通させる下流部と、
気筒列方向から見て、前記上流部から前記下流部へ向かって下方に直線状に延びる排気通路を形成する中間部と、を有し、
前記タービン室は、
その内部に収納されるタービンの軸線が前記導入口よりも車輌後方側に位置するよう形成され、
前記過給機付エンジンのシリンダブロックの車輌後方側に形成されるウォータジャケットのうち、前記導入口に隣接するウォータジャケットが、少なくとも前記導入口と同じ高さまで延びており、かつ、前記シリンダブロックの車輌後方側に形成される他のウォータジャケットよりも下方へ延びていることを特徴とする過給機付エンジン。
前記中間部は、前記排気通路の中心線が前記下流部側の方が前記上流部側よりも前記シリンダブロックに近接するように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の過給機付エンジン。
前記シリンダブロックの車輌後方側に形成されるウォータジャケットのうち、前記導入口に隣接するウォータジャケットは、前記シリンダブロックの車輌前方側に形成されるウォータジャケットよりも下方へ延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付エンジン。