JP5948883B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、列状に配置された複数の気筒を有するエンジンの吸気装置に関し、特に、吸気マニホールドに水冷式のインタークーラを組み合わせたエンジンの吸気装置に関するものである。

内燃機関では、同圧力においては吸気温度が低いほど単位容積当たりの吸気質量が増え（充填効率が高まり）、より多くの燃料を燃焼させることが可能となることから、過給機付きエンジンでは、充填効率を高めるべく、過給機で圧縮された空気を冷却するためのインタークーラが必要とされる。

かかるインタークーラは、冷却効率という観点から、空冷式よりも水冷式が望ましく、また、車室内の居住性の向上を図るためのエンジンルームの省スペース化という観点から、吸気系部材に内蔵されるのが望ましい。例えば、特許文献１には、各気筒に連通する分岐管部と、当該分岐管部の上流側に配置されたチャンバ部とを有する吸気マニホールドに、当該チャンバ部内の空間を上下に仕切るように横長の水冷式インタークーラを内蔵したものが開示されている。

ドイツ特許公開公報ＤＥ１０２００７０３０４６４Ａ１

上記特許文献１のものは、水冷式のインタークーラをエンジンルームに別途配置する必要がないことから、インタークーラが吸気マニホールドに内蔵されていないものよりも、エンジンルームの省スペース化という点で有利となる。

しかしながら、上記特許文献１のものでは、チャンバ部内の空間を上下に仕切るようにインタークーラを設置していることから、換言すれば、吸気通過面が上下に対向するようにインタークーラが設置されていることから、吸気通過面の面積を有効に確保するためには、インタークーラをエンジン前後方向又は幅方向に広げなくてはならない。このため、上記特許文献１のインタークーラは横長になっており、エンジンの前後方向及び幅方向のコンパクト化という観点では問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの吸気マニホールドに水冷式のインタークーラを組み合わせたエンジンの吸気装置において、吸気通過面の面積を有効に確保しつつ、エンジンの前後方向及び幅方向のコンパクト化を図る技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るエンジンの吸気装置では、吸気マニホールドに挿入されるインタークーラ本体部を、エンジン前後方向及び幅方向に比して寸法的な制約の小さい上下方向で広い面積を確保するように構成している。

具体的には、第１の発明は、列状に配置された複数の気筒を有するエンジンの吸気マニホールドに、水冷式のインタークーラを組み合わせたエンジンの吸気装置を対象としている。

そして、上記吸気マニホールドは、エンジン幅方向一方側である吸気側の外面に配置されていて、上記各気筒に連通する下流分岐管部と、当該下流分岐管部の下方に位置し且つ当該下流分岐管部に連通するチャンバ部と、当該チャンバ部に連通するとともに上記複数の気筒の配列方向であるエンジン前後方向一方側に延びる上流吸気管部と、を有し、上記チャンバ部には、上記上流吸気管部とは反対側に、縦長な矩形開口部が形成され、上記インタークーラは、直方体状であり且つ最も広い面がエンジン幅方向に対向する一対の面であるインタークーラ本体部を有しており、上記インタークーラ本体部は、上記開口部から上記チャンバ部内に挿入されて、当該チャンバ部内をエンジン幅方向に二分するように、当該チャンバ部に内蔵され、上記エンジン幅方向に二分された上記チャンバ部のうちの上記エンジンに近い側に位置する空間部に上記上流吸気管部が連通し、上記エンジン幅方向に二分された上記チャンバ部のうちの上記エンジンから離れた側に位置する空間部に上記下流分岐管部が連通し、上記上流吸気管部に吸入された空気が、該上流吸気管部から上記チャンバ部における上記エンジンに近い側に位置する空間部に導入され、該空間部から上記インタークーラー本体部の最も広い面を通過して上記エンジンから離れた側に位置する空間部に導入され、該空間部から上昇して上記下流分岐管部に導入されることを特徴とするものである。

第１の発明によれば、直方体状のインタークーラ本体部は、チャンバ部に形成された縦長な矩形開口部から該チャンバ部に挿入され、最も広い面がエンジン幅方向に対向する一対の面であることから、エンジンルームのコンパクト化という制約を強く受けるエンジン前後方向及び幅方向に比して寸法的な制約の小さい上下方向で広い面積を確保することができる。これにより、所望の面積を確保しつつ、インタークーラのエンジン前後方向及び幅方向における長尺化を抑制することができる。

また、インタークーラ本体部は、チャンバ部内をエンジン幅方向に二分するように、換言すると、最も広い面でチャンバ部内を仕切るように、チャンバ部に内蔵され、上流吸気管部に吸入された空気が、該上流吸気管部から上記チャンバ部におけるエンジンに近い側に位置する空間部に導入され、該空間部からインタークーラー本体部の最も広い面を通過してエンジンから離れた側に位置する空間部に導入され、該空間部から上昇して下流分岐管部に導入されるから、高温の吸気流が最も広い面を通過することになるので、吸気通過面積を有効に確保することができる。

そうして、このようにエンジン前後方向及び幅方向にコンパクト化されたインタークーラ本体部を、開口部からチャンバ部内に挿入することで、水冷式インタークーラと吸気マニホールドとを組み合わせているので、水冷式インタークーラ及び吸気マニホールドを含む吸気装置全体の、エンジン前後方向及び幅方向におけるコンパクト化を図ることができる。

以上により、吸気マニホールドに水冷式のインタークーラを組み合わせたエンジンの吸気装置において、吸気通過面の面積を有効に確保しつつ、エンジンの前後方向及び幅方向のコンパクト化を図ることができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記吸気マニホールドは樹脂製であり、上記インタークーラは、上記吸気マニホールドにおける上記矩形開口部の周縁部に締結固定され、上記上流吸気管部にはスロットルボディが接続されていることを特徴とするものである。

ところで、吸気マニホールドから延びる上流吸気管部にスロットルボディを接続すると、スロットルボディを含む吸気マニホールド全体の重心がスロットルボディ側に寄ることになる。そして、エンジンが振動すると、それに伴って吸気マニホールド及びスロットルボディも振動するが、重心のアンバランスさに起因して吸気マニホールドが必要以上に揺れることから、かかるアンバランスさに起因する揺れの分だけ、肉厚の増大やリブの増設といった吸気マニホールドに対する補強が必要となる。そうして、このような補強の必要性は、金属製の吸気マニホールよりも、樹脂製の吸気マニホールの方が高い。このため、軽量化を図るべく樹脂製の吸気マニホールドを用いたにも拘わらず、肉厚の増大やリブの増設等によって、却って重量増加を招くおそれがある。

ここで、第２の発明によれば、チャンバ部における上流吸気管部とは反対側に形成された矩形開口部の周縁部に、インタークーラを締結固定することから、吸気マニホールドにスロットルボディだけを接続する場合に比して、スロットルボディ及び水冷式インタークーラを含む吸気マニホールド全体の重心を、吸気マニホールド自体の重心に近づけることができる。これにより、アンバランスさに起因する揺れが抑制され、抑制された揺れの分だけ補強が不要となることから、補強による吸気マニホールドの重量増加を抑えることができる。

第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、上記チャンバ部と上記下流分岐管部とは、エンジン幅方向外側に湾曲して上下方向に延びる単一の中間吸気管部を介して連通されており、上記中間吸気管部におけるエンジン幅方向外側の部位である外側壁部に、ＥＧＲガス導入管が接続されていることを特徴とするものである。

第３の発明によれば、チャンバ部と下流分岐管部とを連通する中間吸気管部の外側壁部にＥＧＲガス導入管が接続されていることから、インタークーラ本体部よりも下流側でＥＧＲガスの導入が行われるので、ＥＧＲガスに含まれる煤によって、インタークーラの性能が劣化するのを抑えることができる。

また、チャンバ部内でインタークーラ本体部を通過した吸気流は、中間吸気管部内を上昇して下流分岐管部に至るところ、この中間吸気管部はエンジン幅方向外側に湾曲していることから、吸気流量が少ないときには、吸気流は外側壁部の内面に沿って（中間吸気管部内で外側に偏りながら）上昇する。そうして、ＥＧＲガス導入管は外側壁部に接続されていることから、換言すると、ＥＧＲガスは外側壁部の近傍に導入されることから、外側壁部に沿って中間吸気管部内を上昇してきた吸気流と導入されたＥＧＲガスとが混ざり易くなるので、ＥＧＲガスのミキシング性を高めることができる。なお、吸気流量が多いときには、吸気流は中間吸気管部内で内側にも広がりながら、中間吸気管部内を流れるので、当然に、ＥＧＲガスのミキシング性を高めることができる。

また、インタークーラ本体部は、最も広い面でチャンバ部内を仕切るように、チャンバ部に内蔵され、上流吸気管部に吸入された空気が、該上流吸気管部から上記チャンバ部におけるエンジンに近い側に位置する空間部に導入され、該空間部からインタークーラー本体部の最も広い面を通過してエンジンから離れた側に位置する空間部に導入され、該空間部から上昇して下流分岐管部に導入されることから、高温の吸気流が最も広い面を通過することになるので、吸気通過面積を有効に確保することができる。

また、インタークーラ本体部は、最も広い面でチャンバ部内を仕切るように、チャンバ部に内蔵されていることから、高温の吸気流が最も広い面を通過することになるので、吸気通過面積を有効に確保することができる。

そうして、かかるインタークーラ本体部を、開口部からチャンバ部内に挿入することで、水冷式インタークーラと吸気マニホールドとを組み合わせているので、これらを含む吸気装置全体の、エンジン前後方向及び幅方向におけるコンパクト化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る吸気装置が搭載されたエンジンの正面図である。 エンジン及び吸気系を模式的に示す概略全体図である。 吸気装置の正面図である。 エンジン前後方向他方側から見た吸気装置の側面図である。 エンジン前後方向一方側から見た吸気装置の側面図である。 吸気装置の上面図である。 吸気装置の底面図である。 吸気装置の背面図である。 図３のIX−IX線の矢視断面図である。 図３のX−X線の矢視断面図である。 図５のXI−XI線の矢視断面図である。 スペーサ部材を吸気流の流れ方向から見た図である。 吸気マニホールド及びインタークーラを示す斜視図である。 同図（ａ）は、図１０のＡ部の拡大図であり、同図（ｂ）は、ノズル部材の斜視図である。 下流分岐管部における集合部と内部通路との連通態様を模式的に説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

−全体構成−
図１は、本実施形態に係るエンジンの吸気装置が搭載されたエンジンの正面図である。このエンジン１は、ディーゼルエンジンであり、列状に配置された４つの気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ（図２参照）が設けられたシリンダブロック１ｃと、シリンダブロック１ｃの下部に設けられたオイルパン１ｄと、シリンダブロック１ｃの上面部に組付けられたシリンダヘッド１ｂと、シリンダヘッド１ｂの上面周縁部に組付けられたヘッドカバー１ａと、を備えた構造とされている。そうして、このエンジン１は、フロントエンジン・フロントドライブタイプの車両に搭載されるものであり、４つの気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが車幅方向に配列されるようにエンジンルーム内に配設される、所謂、直列４気筒の横置きエンジンである。

これにより、本実施形態では、４つの気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの配列方向であるエンジン前後方向が車幅方向と略一致するとともに、エンジン幅方向が車両前後方向と略一致している。以下、特に断らない限り、前側とはエンジン幅方向一方側（車両前後方向前側）を、後側とはエンジン幅方向他方側（車両前後方向後側）を、左側とはエンジン前後方向一方側（車幅方向左側）を、右側とはエンジン前後方向他方側（車幅方向右側）を指す。

また、このエンジン１は、前側に吸気系（吸気装置３）が接続される一方、後側に排気系が接続された、所謂、前方吸気後方排気のエンジンとなっている。そうして、本実施形態のエンジン１における吸気側（エンジン幅方向一方側）の外面には、吸気系の他にも、電気系統で使用する交流電流を発生させるオルタネータ４１、ウォータポンプ５１、空調用のエアコンプレッサ６１、始動時において完爆に至るまでエンジン１を駆動させるスタータモータ７１等の補機が設けられている。

本実施形態の吸気装置３は、エンジン１の吸気側の外面におけるオルタネータ４１の左隣に配置されている吸気マニホールド５と、当該吸気マニホールド５に組み合わせられたインタークーラ７と、当該吸気マニホールド５の上流側に設けられる吸気制御弁ユニット９と、当該吸気制御弁ユニット９と吸気マニホールド５との間に介設されて両者を接続しているスペーサ部材１３と、を備えており、当該吸気制御弁ユニット９の上流側には吸気ダクト６３が接続されている。

そうして、吸気系全体としては、図２に示すように、不図示のエアダクトに接続されたエアクリーナー８１と過給機（ターボチャージャー）９１のコンプレッサ室（図示せず）とが吸気ダクト５３によって接続され、過給機９１と吸気制御弁ユニット９のスロットルボディ１９とが吸気ダクト６３によって接続され、吸気制御弁ユニット９のスロットルボディ１９とインタークーラ７が組み合わされた吸気マニホールド５とがスペーサ部材１３を介して接続され、後述する吸気マニホールド５の下流分岐管部１５とエンジン１の各気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに形成された吸気ポート２１とが接続され、エンジン１の各気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに形成された排気ポート３１と過給機９１のタービン室（図示せず）とが接続されているとともに、吸気ダクト５３と排気ダクト７３とが、ＥＧＲクーラ８３ａが設けられた還流通路８３によって接続され、吸気マニホールド５と排気ポート３１とが、ＥＧＲ弁９３ａが設けられたＥＧＲガス導入管９３によって接続されている。

これにより、本実施形態の吸気系では、エアクリーナー８１で浄化された新気と、排気ダクト７３から還流されてＥＧＲクーラ８３ａで冷却されたＥＧＲガスとが吸気ダクト５３で混合され、かかる混合ガス（吸入空気）が、過給機９１のコンプレッサ室に供給されて圧縮される。圧縮された高温の吸入空気は、吸気ダクト６３を通って吸気制御弁ユニット９に至り、スロットルボディ１９及びスペーサ部材１３を順に通過して、吸気マニホールド５に供給される。吸気マニホールド５内でインタークーラ７によって冷却された吸入空気は、排気ポート３１から排出されてＥＧＲガス導入管９３によって吸気マニホールド５に導入される排気ガスの一部とさらに混合された後、各吸気ポート２１に分配供給される。そうして、燃焼した吸入空気は排気ガスとなり、その一部がＥＧＲガス導入管９３を通って吸気マニホールド５に導入される一方、残部は過給機９１のタービン室に供給されて不図示のタービンを回転させた後、排気ダクト７３を通って排出される。

−吸気装置−
次に、吸気装置３を構成する各部について説明する。図３は、吸気装置の正面図であり、図４は、右側から見た吸気装置の側面図であり、図５は、左側から見た吸気装置の側面図であり、図６は、吸気装置の上面図であり、図７は、吸気装置の底面図であり、図８は、吸気装置の背面図であり、図９は、図３のIX−IX線の矢視断面図であり、図１０は、図３のX−X線の矢視断面図であり、図１１は、図５のXI−XI線の矢視断面図である。この吸気装置は、上述の如く、吸気制御弁ユニット９と、スペーサ部材１３と、吸気マニホールド５と、インタークーラ７と、を備えている。

吸気制御弁ユニット９は、モータ駆動式であり、図５に示すように、吸気通路を構成する断面円形の貫通孔１９ａが形成された金属製のスロットルボディ１９と、吸気通路の径方向に対向するように当該スロットルボディ１９に形成された弁軸支持部１９ｂ，１９ｃによって、当該スロットルボディ１９に対し回動可能に軸支されている弁軸２９と、当該弁軸２９に固定されていて、弁軸２９の回動にともなって回動することにより吸気通路を開閉する円形状の弁体３９と、正転／逆転駆動が可能な駆動モータ（図示せず）及び当該駆動モータの駆動力を弁軸２９に伝達するための伝達機構部（図示せず）を金属製のハウジングに収容した駆動伝達部４９と、を有している。なお、図中の符号５９は、冷間時における弁軸支持部１９ｃのアイシングを防止すべく吸気制御弁ユニット９に組み込まれた、エンジン冷却水循環系の加温水を流動させるための制御弁加温水路である。この制御弁加温水路５９は、図７に示すように、スロットルボディ１９の底面に沿って後側に延びるとともに、図８に示すように、エンジン１側の弁軸支持部１９ｃの近傍を通るように上方に延びている。

そうして、この吸気制御弁ユニット９は、不図示のアクセルセンサや回転数センサ等の信号に基づいて、コンピュータで制御された駆動電流によって駆動モータが駆動し、かかる駆動力が伝達機構部によって弁軸２９に伝達され、弁軸２９に固定された弁体３９が回動して吸気通路を開閉することにより、エンジン１の吸気ポート２１に送り込む吸気量を制御するようになっている。

スペーサ部材１３は、金属製であり、図１２に示すように、その中央部に吸入空気を通過させるための断面円形の吸気連通路部１３ａが形成されている。このスペーサ部材１３は、上述の如く、吸気制御弁ユニット９と吸気マニホールド５との間に介設されて、スロットルボディ１９の下流側端部と吸気マニホールド５の上流吸気管部３５とを接続しており、これにより、スロットルボディ１９と上流吸気管部３５とが連通している。

ところで、エンジンの吸気系では、インタークーラはスロットルボディよりも上流に位置していることが多いが、本実施形態では、インタークーラ７が吸気マニホールド５に組み合わされていることから、インタークーラ７がスロットルボディ１９よりも下流に位置している。このため、過給機９１のコンプレッサ室で圧縮された高温の吸入空気が、インタークーラ７で冷却されることなく、スロットルボディ１９を通過することになる。このように、冷却されていない高温の吸入空気が、吸気制御弁ユニット９のスロットルボディ１９を通過すると、駆動伝達部４９の駆動モータや伝達機構部が過熱化されるおそれがある。

そこで、このスペーサ部材１３には、駆動伝達部４９の過熱化を抑えるべく、当該スペーサ部材１３の内部で冷却水を循環させるための水路が、具体的には、吸気制御弁ユニット９との接合部における吸気連通路部１３ａを挟んで駆動伝達部４９側に、冷却水を流動させるための内部水路１３ｂが形成されている。より詳しくは、この内部水路１３ｂは、図５に示すように、下方へ略真っ直ぐに延びた後、スペーサ部材１３の高さ方向の中央部で屈曲し、下方へ向かうほどエンジン１側に傾斜して延びるように形成されており、図１２に示すように、吸気流の流れ方向に見て、駆動伝達部４９のみならず吸気制御弁ユニット９における駆動伝達部４９側の弁軸支持部１９ｂとも重なっている。

このように、スペーサ部材１３に内部水路１３ｂを形成することにより、内部水路１３ｂの上端部と繋がる冷却水導入管２３から導入された冷却水は、駆動伝達部４９を冷却しながら下方に流れ、内部水路１３ｂの下端部と繋がる冷却水排出管３３から排出されるので、吸気制御弁ユニット９を特殊化する（吸気制御弁ユニット９に内部水路を設けたり、耐熱性の高い駆動モータを用いたりする）ことなく、駆動伝達部４９の過熱化を可及的に抑えることができる。

なお、内部水路１３ｂ内を流動させる冷却水としては、不図示のインタークーラ冷却水循環系を流れる冷却水を用いればよく、この場合には、インタークーラ冷却水循環系を流れる水温の低い冷却水によって、吸気制御弁ユニット９の冷却を促進することができるとともに、制御弁加温水路５９を流れるエンジン冷却水循環系の暖かい冷却水によってエンジン１側の弁軸支持部１９ｃのアイシングを効果的に防止することができる。また、吸気制御弁ユニット９が制御弁加温水路５９を備えていない場合には、内部水路１３ｂを流動させる冷却水として、不図示のエンジン冷却水循環系を流れる冷却水を用いればよく、この場合には、エンジン冷却水循環系を流れる冷却水によって吸気制御弁ユニット９を冷却することができるとともに、上述の如く、吸気流の流れ方向に見て、内部水路１３ｂが駆動伝達部４９側の弁軸支持部１９ｂと重なっていることから、エンジン冷却水循環系の暖かい冷却水によって弁軸支持部１９ｂのアイシングを防止することができる。

吸気マニホールド５は、３５％ガラス繊維強化ポリアミド６６樹脂（ＰＡ６６−ＧＦ３５）製であり、図３〜図１１に示すように、各気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに連通する下流分岐管部１５と、当該下流分岐管部１５の下方に位置するチャンバ部２５と、当該チャンバ部２５に連通する上流吸気管部３５と、当該チャンバ部２５と当該下流分岐管部１５とを連通する中間吸気管部４５と、を有していて、後述するように、９本のボルトによってエンジン１の吸気側の外面に締結固定されている。これを吸気流れで見ると、上流吸気管部３５の下流側にチャンバ部２５が配置され、当該チャンバ部２５の下流側に中間吸気管部４５が配置され、当該中間吸気管部４５の下流側に下流分岐管部１５が配置されている。以下、吸気マニホールド５及びこれに組み込まれているインタークーラ７について、上流側から順に説明する。

上流吸気管部３５は、チャンバ部２５から左側に延びていて、その左端部で、スペーサ部材１３を介してスロットルボディ１９と連通接続されている。見方を変えると、この上流吸気管部３５は、図９に示すように、スペーサ部材１３の下流側端部から、エンジン１の吸気側の外面に向かって湾曲して右側に延びて、チャンバ部２５における後側（エンジン１の外面側）で当該チャンバ部２５に連通している。

チャンバ部２５は、図９〜図１１に示すように、エンジン前後方向が長手方向である略長方形状の底壁部２５ａと、底壁部２５ａの上方に当該底壁部２５ａと対向するように設けられた略長方形状の頂壁部２５ｂと、底壁部２５ａの右側側縁部から上方に延びてその上端部が頂壁部２５ｂの右側側縁部と接続される第１側壁部２５ｃと、底壁部２５ａの左側側縁部から上方に延びてその上端部が頂壁部２５ｂの左側側縁部と接続される第２側壁部２５ｄと、底壁部２５ａの前側側縁部から前側に湾曲して上方に延びる前側竪壁部２５ｅと、底壁部２５ａの後側側縁部から後側に湾曲して上方に延びる後側竪壁部２５ｆと、前側竪壁部２５ｅの上端部からさらに上方に延びてその上端部が頂壁部２５ｂの前側側縁部と接続される前側延長壁部２５ｇと、後側竪壁部２５ｆの上端部からさらに上方に延びてその上端部が頂壁部２５ｂの後側側縁部と接続される後側延長壁部２５ｈと、を有している。

前側竪壁部２５ｅは、図９に示すように、その右側側縁部が第１側壁部２５ｃの前側側縁部と、また、その左側側縁部が第２側壁部２５ｄの前側側縁部とそれぞれ接続されているとともに、上下方向から見て、前側に湾曲している。このように、前側竪壁部２５ｅは、エンジン前後方向から見ても、上下方向から見ても、前側に湾曲する形状に、換言すると、底壁部２５ａ、第１側壁部２５ｃ及び第２側壁部２５ｄの前側側縁部、並びに、前側延長壁部２５ｇの下端部と接続される面が前側に膨出したような形状に形成されている。なお、この前側竪壁部２５ｅの上端部には、中間吸気管部４５と接続される連通孔が形成されている。

一方、後側竪壁部２５ｆは、図９に示すように、その右側側縁部が第１側壁部２５ｃの後側側縁部と、また、その左側側縁部は上流吸気管部３５とそれぞれ接続されているとともに、上下方向から見て、後側に湾曲している。このように、後側竪壁部２５ｆは、エンジン前後方向から見ても、上下方向から見ても、前側に湾曲する形状に、換言すると、底壁部２５ａ及び第１側壁部２５ｃの後側側縁部、並びに、後側延長壁部２５ｈの下端部と接続される面が後側に膨出したような形状に形成されている。

このように、チャンバ部２５を構成することにより、当該チャンバ部２５の内部には、図９〜図１１に示すように、底壁部２５ａ、頂壁部２５ｂ、第１側壁部２５ｃ、第２側壁部２５ｄ、前側竪壁部２５ｅ、後側竪壁部２５ｆ、前側延長壁部２５ｇ及び後側延長壁部２５ｈで囲まれる空間部が形成されている。そうして、このチャンバ部２５では、前側延長壁部２５ｇ及び後側延長壁部２５ｈを設ける等により、当該チャンバ部２５の中央部における上下方向の寸法を、エンジン前後方向及び幅方向の寸法に比して大きくしていることから、エンジン幅方向から見た内空断面（図１１参照）が、上下方向から見た内空断面（図９参照）やエンジン前後方向から見た内空断面（図１０参照）よりも大きくなっている。

また、チャンバ部２５は、図８に示すように、後側竪壁部２５ｆの下端部に形成された、ボルト挿通孔を有する取付ブラケット２５ｉと、頂壁部２５ｂの上側に形成された、２つのボルト挿通孔を有する取付部２５ｊとを備えている。これにより、チャンバ部２５は、その下端部では取付ブラケット２５ｉを介して１本のボルト２５ｑにより、また、その上端部では取付部２５ｊに挿通された２本のボルト２５ｒにより、エンジン１の吸気側の外面に締結固定されている。なお、図中の符号２５ｋは、チャンバ部２５の剛性を高めるために形成されたリブであり、符号２５ｌは、チャンバ部２５と下流分岐管部１５とを強固に接続するためリブである。

チャンバ部２５の第１側壁部２５ｃ（上流吸気管部３５とは反対側）には、図１３に示すように、縦長な矩形開口部２５ｍが形成されており、上記インタークーラ７は、その一部が、かかる矩形開口部２５ｍからチャンバ部２５の中に挿入されて、チャンバ部２５内に形成された上記空間部に収容されるようになっている。

インタークーラ７は、水冷式インタークーラであり、図４及び図１３に示すように、インタークーラ本体部１７と、当該インタークーラ７に冷却水を供給するための冷却水導入管３７と、当該インタークーラ７から暖められた冷却水を排出するための冷却水排出管４７と、当該インタークーラ本体部１７の右側側面に接続され且つ冷却水導入管３７及び冷却水排出管４７を支持するインタークーラ取付部２７と、を備えている。なお、図中の符号５７は、冷却水中に含まれる空気を抜くためのエア抜きパイプである。

インタークーラ本体部１７は、直方体状に形成されているとともに、前側及び後側面（エンジン幅方向に対向する一対の面）が、最も広い面となっている。このインタークーラ本体部１７は、直方体状のコア部１７ａと、当該コア部１７ａの上側に設けられたタンク部１７ｂとを有している。なお、インタークーラ本体部１７のみならず、コア部１７ａも、前側及び後側面が、換言すると、吸気通過面が最も広い面となっている。

コア部１７ａには、図１３に示すように、薄板材を扁平筒形にしたウォータチューブ１７ｅがエンジン前後方向に複数配列されている。なお、図示省略するが、各ウォータチューブ１７ｅの外壁面には、波状のコルゲートフィンが鑞付け等により接合されており、これにより、各ウォータチューブ１７ｅの表面積が増加して放熱効果が向上するようになっている。また、タンク部１７ｂは、インレットタンク１７ｃとアウトレットタンク１７ｄとに分かれていて、これらインレットタンク１７ｃ及びアウトレットタンク１７ｄはそれぞれウォータチューブ１７ｅと連通している。このように、インタークーラ本体部１７を構成することで、冷却水導入管３７から導入された冷却水は、インレットタンク１７ｃに収容された後、各ウォータチューブ１７ｅに供給されて高温の吸入空気を冷却する一方、高温の吸入空気との熱交換により暖められた冷却水は、アウトレットタンク１７ｄに収容された後、冷却水排出管４７から排出される。なお、冷却水導入管３７及び冷却水排出管４７は、インタークーラ冷却水循環系に連通している。

インタークーラ本体部１７は、矩形開口部２５ｍからチャンバ部２５内に挿入されて、当該チャンバ部２５内を前後（エンジン幅方向）に二分するように、当該チャンバ部２５に内蔵されている。より詳しくは、矩形開口部２５ｍから挿入されたインタークーラ本体部１７は、図９〜図１１に示すように、その上面と頂壁部２５ｂの下面とが、その下面と底壁部２５ａの上面とが、及び、その左側側面と第２側壁部２５ｄの内側面とが面一になるとともに、タンク部１７ｂが前側延長壁部２５ｇと後側延長壁部２５ｈとの間に挟まれた状態で、チャンバ部２５内に形成された空間を前後に仕切るように、当該チャンバ部２５内に収容されている。これにより、前側に膨らむように形成された前側竪壁部２５ｅと、当該インタークーラ本体部１７のコア部１７ａの前面との間に前側空間部２５ｎが形成されるとともに、後側に膨らむように形成された後側竪壁部２５ｆと、当該インタークーラ本体部１７のコア部１７ａの後面との間に、前側空間部２５ｎと略同じ容積の後側空間部２５ｏが形成されている。

そうして、インタークーラ７は、上記のようにインタークーラ本体部１７がチャンバ部２５内に収容された状態で、図４に示すように、インタークーラ取付部２７を、チャンバ部２５における矩形開口部２５ｍの周縁部２５ｐに８本のボルト２５ｓによって締結固定することで、吸気マニホールド５に組み合わされている。なお、チャンバ部２５内に収容されたインタークーラ本体部１７の外面と、頂壁部２５ｂの下面、第２側壁部２５ｄの内面、底壁部２５ａの上面、及び、矩形開口部２５ｍの内周面と、の間は、パッキン等のシール部材によってシールされていて、前側空間部２５ｎと後側空間部２５ｏとの間で空気が漏れないようになっているが、インタークーラ本体部１７とチャンバ部２５とは固定されておらず、インタークーラ７は、矩形開口部２５ｍの周縁部２５ｐでのみチャンバ部２５に固定されている。

このように、インタークーラ７を吸気マニホールド５のチャンバ部２５内に収容することによって、インタークーラ７をエンジンルームに別途配置する必要がなくなることから、本実施形態の吸気装置３によれば、インタークーラ７が吸気マニホールド５に内蔵されていないものに比して、エンジンルームの省スペース化を図ることができる。のみならず、本実施形態の吸気装置３には、チャンバ部２５及びインタークーラ７を上述のように構成することにより、以下のような利点がある。

すなわち、チャンバ部２５は、図１に示すように、その右側に隣接してオルタネータ４１が設けられていることから、エンジン前後方向において寸法的に特に強い制約を受けるが、本実施形態のチャンバ部２５では、上述の如く、当該チャンバ部２５の中央部における上下方向の寸法を、エンジン前後方向及び幅方向の寸法に比して大きくしていることから、換言すると、寸法的な制約の小さい上下方向で広い面積を確保していることから、エンジンルームの省スペース化を図りつつ、エンジン幅方向から見て大きな内空断面を確保することができる。そうして、このようにエンジン幅方向から見て大きな内空断面を有するチャンバ部２５内に、エンジン幅方向に対向する吸気通過面が最も広い面となっている直方体状のインタークーラ本体部１７を内蔵することにより、本実施形態の吸気装置３では、インタークーラの長尺化を抑制しつつ、吸気通過面の面積を有効に確保することができる。

一方、上述の如く、金属製のスロットルボディ１９を含む吸気制御弁ユニット９は、スペーサ部材１３を介して吸気マニホールド５（上流吸気管部３５）に取り付けられていることから、これら吸気制御弁ユニット９及びスペーサ部材１３を含む吸気マニホールド５全体の重心は左側に寄ることになる。このように、重心が左側に寄った状態で、エンジン１が振動すると、それに伴って吸気マニホールド５及び吸気制御弁ユニット９も振動するが、重心のアンバランスさに起因して吸気マニホールド５が必要以上に揺れることから、かかるアンバランスさに起因する揺れの分だけ、樹脂製の吸気マニホールド５に発生する応力が大きくなり、応力が大きくなった分だけ、肉厚の増大やリブの増設といった補強が必要となる。

ここで、本実施形態のチャンバ部２５では、右側に位置する第１側壁部２５ｃに形成された矩形開口部２５ｍの周縁部２５ｐに、冷却水導入管３７や冷却水排出管４７といった内部に冷却水が含まれる重量物を支持するインタークーラ取付部２７を締結固定することから、吸気マニホールド５に吸気制御弁ユニット９だけを接続する場合に比して、吸気制御弁ユニット９及びインタークーラ７を含む吸気マニホールド５全体の重心を、吸気マニホールド５自体の重心に近づけることができる。これにより、アンバランスさに起因する揺れが抑制され、抑制された揺れの分だけ補強を不要とすることができる。

続いて、中間吸気管部４５について説明する。中間吸気管部４５は、従来のようにサージタンクと複数の気筒とを複数の吸気分岐管で接続するものとは異なり、チャンバ部２５の前側空間部２５ｎと下流分岐管部１５とを接続する単一通路を構成するものである。この中間吸気管部４５は、図３〜図５及び図１０に示すように、チャンバ部２５の前側竪壁部２５ｅの上端部から、前側（エンジン幅方向外側）に湾曲して上方に延びて、後述する下流分岐管部１５の分岐管本体部１５ａに接続されている。これにより、中間吸気管部４５には、前側に湾曲して上下方向に延びる、断面円形の内部通路４５ａが形成されており、かかる内部通路４５ａを介して、チャンバ部２５の前側空間部２５ｎと後述する下流分岐管部１５の集合部１５ｃとが連通されている。このように、前側に湾曲して上下方向に延びる内部通路４５ａを形成することにより、インタークーラ本体部１７を通過した吸入空気は、図１０に示すように、前側竪壁部２５ｅの内側面に衝突した後、主として内部通路４５ａの外周円側の面に沿うように、当該内部通路４５ａを上昇する。

また、この中間吸気管部４５は、図４及び図５に示すように、当該中間吸気管部４５の後側半分を構成する、チャンバ部２５及び下流分岐管部１５と一体に形成された内側壁部５５と、当該中間吸気管部４５の前側半分を構成する、チャンバ部２５及び下流分岐管部１５と別体に形成された外側壁部６５と、を有する分割構造となっており、内側壁部５５に形成されたフランジ部５５ａと外側壁部６５に形成されたフランジ部６５ａとを溶着することにより、外側壁部６５が内側壁部５５に取り付けられている。

この外側壁部６５には、上記ＥＧＲガス導入管９３が接続されている。より詳しくは、この外側壁部６５には、その略中央部に、ＥＧＲガス導入管９３をボルト締結するためのフランジ部６５ｃが設けられており、かかるフランジ部６５ｃには、ノズル部材４３を取り付けるための、内部通路４５ａまで貫通する取付孔６５ｄが形成されている。なお、図中の符号６５ｂは、外側壁部６５の剛性を高めるために形成されたリブである。

このノズル部材４３は、板金プレス成型品であり図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、円環状のフランジ部４３ａと、当該フランジ部４３ａの内周縁部から当該フランジ部４３ａと垂直に延び且つ段差部が形成された筒状の取付部４３ｂと、当該取付部４３ｂの先端からさらに延びる円筒状のノズル先端部４３ｃと、当該ノズル先端部４３ｃの先端を閉塞する閉塞部４３ｄと、を有していて、全体として有底筒状に形成されている。また、ノズル先端部４３ｃには、直径方向に対向するように、一対の開口部４３ｅが形成されている。一方、取付孔６５ｄを区画する壁面には、ノズル部材４３の外形に対応するように段差部が形成されている。そうして、ノズル部材４３は、当該ノズル部材４３のフランジ部４３ａと取付孔６５ｄの段差面との間に、シール用のＯリング４３ｆを挟んだ状態で、且つ、一対の開口部４３ｅが上下方向に対向するような姿勢で、取付孔６５ｄに差し込まれている。

このように、ノズル部材４３を外側壁部６５に取り付けることにより、ＥＧＲガス導入管９３からＥＧＲガスが導入されると、ノズル部材４３の内部を通ったＥＧＲガスが、ノズル先端部４３ｃを閉塞するように設けられた閉塞部４３ｄに衝突して、図１０及び図１４（ａ）に示すように、上下に分かれるように一対の開口部４３ｅから排出されて、外側壁部６５の近傍で（正確には内部通路４５ａの外周円側の面の近傍で）上下に分散することになる。そうして、上述の如く、インタークーラ本体部１７を通過した吸入空気は、主として内部通路４５ａの外周円側の面に沿うように、当該内部通路４５ａを上昇することから、吸入空気とＥＧＲガスとの攪拌が促進されるので、ＥＧＲガスのミキシング性を向上させることができる。なお、内部通路４５ａに導入されるＥＧＲガスは高温であり、且つ、吸気マニホールド５は樹脂製であることから、中間吸気管部４５のうち、その近傍でＥＧＲガスが分散される外側壁部６５の内面側には、３５％ガラス繊維強化ポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ−ＧＦ３５）製の耐熱性インナ層（図示せず）が配設されている。

下流分岐管部１５は、図１に示すように、オルタネータ４１よりも上側で、４つの気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの８つの吸気ポート２１を覆うようにエンジン前後方向に延びており、吸入空気を各気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに分配するための内部通路が形成された分岐管本体部１５ａと、当該下流分岐管部１５をシリンダヘッド１ｂに取り付けるためのフランジ部１５ｂと、を有している。なお、図中の符号１５ｅは、分岐管本体部１５ａの剛性を高めるために形成されたリブである。

分岐管本体部１５ａは、図４及び図５に示すように、前側に膨らむように形成されていて、前後方向から見て、略半長円形の横断面外形を有している。この分岐管本体部１５ａは、中間吸気管部４５から導入される吸入空気とＥＧＲガスとの攪拌性を高めるため、後述する内部通路１５ｄの断面より広い集合部１５ｃ（図１０参照）を確保すべく、図６に示すように、前後方向の両端から中央に向かうほど、幅方向並びに上下方向における断面高さが高くなっている。

これに対し、分岐管本体部１５ａに形成されている内部通路１５ｄ（図１０参照）は、エンジン前後方向の両端から集合部１５ｃに至るまで、断面が徐々に大きくなるように形成されているとともに、図１５に示すように、当該集合部１５ｃになだらかに連通している。これにより、吸入空気とＥＧＲガスとが、図１０及び図１５の白抜き矢印で示すように、一旦集合部１５ｃのフランジ部１５ｂに当たり、集合部１５ｃ内で渦巻いて攪拌された後、内部通路１５ｄに供給されることから、第２及び第３気筒１１ｂ，１１ｃのみならず第１及び第４気筒１１ａ，１１ｄにもＥＧＲガスが供給されるので、ＥＧＲガスの分配性を高めることができる。

フランジ部１５ｂは、分岐管本体部１５ａの後側に設けられており、図３に示すように、幅方向から見て、略長円形に形成されている。このフランジ部１５ｂには、図８に示すように、８つの吸気ポート２１に対応する位置に、８つの吸気開口部１５ｆが形成されており、これら８つの吸気開口部１５ｆは、集合部１５ｃまたは内部通路１５ｄとそれぞれ連通している。なお、図８中の符号１５ｇは、フランジ部とシリンダヘッド１ｂとの間に配置されるシール手段としてのＯリングであり、また、符号１５ｈは、下流分岐管部１５の軽量化を図るために形成された肉抜き凹部である。

また、フランジ部１５ｂには、図３に示すように、各々ボルト挿通孔が形成された取付部１５ｉが、当該フランジ部１５ｂの上部に４つ及び下部に２つ計６つ形成され、さらに、前述した取付部２５j が２つ形成されており、下流分岐管部１５は、これら８つの取付部１５ｉ，２５ｊに挿通された８本のボルト１５ｊ，２５ｒによって、エンジン１の吸気側の外面に締結固定されている。

なお、上述のように、中間吸気管部４５は、チャンバ部２５及び下流分岐管部１５と別体に形成された外側壁部６５を有する分割構造となっているが、かかる外側壁部６５のみならず、図５の太破線で示すように、下流分岐管部１５のフランジ部１５ｂとチャンバ部２５の後側竪壁部２５ｆとを構成する部材も、下流分岐管部１５及びチャンバ部２５の他の部位と別体に形成されている。すなわち、本実施形態の吸気マニホールド５は、３分割構造となっており、これにより、開口部及び膨出部の多い複雑な構造を有していても、比較的容易に、吸気マニホールド５の成型及び型抜きができるようになっている。

以上のように構成された本実施形態の吸気装置３では、過給機９１のコンプレッサ室で圧縮された高温の吸入空気が、スロットルボディ１９及びスペーサ部材１３を通過し、図９に示すように、上流吸気管部３５を通って、チャンバ部２５の後側空間部２５ｏに導入される。後側空間部２５ｏに導入された高温の吸入空気は、図９及び図１０に示すように、水冷式のインタークーラ７のコア部１７ａを後方から前方に通過する際に、ウォータチューブ１７ｅ内を流動する冷却水との熱交換によって冷却されて、充填効率が高まった状態で前側空間部２５ｎに導入される。

そうして、インタークーラ７のコア部１７ａを通過した吸入空気は、図１０に示すように、前側竪壁部２５ｅの内側面に衝突した後、主として内部通路４５ａの外周縁側の面（外側壁部６５の内側面）に沿うように、当該内部通路４５ａを上昇し、外側壁部６５の近傍で上下に分散しているＥＧＲガスと混合されながら、下流分岐管部１５の集合部１５ｃに導入される。集合部１５ｃに導入された混合ガスは、集合部１５ｃのフランジ部１５ｂに当たり、集合部１５ｃ内で渦巻いてさらに攪拌された後、内部通路１５ｄに供給されて、各気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに分配される。

−効果−
本実施形態によれば、樹脂製の吸気マニホールド５を採用していることから、吸気装置の重量を抑えて、燃費の向上を図ることができる。

また、インタークーラ７として、水冷式インタークーラを採用していることから、空冷式インタークーラを用いる場合よりも、冷却効率を高めることができる。

さらに、直方体状のインタークーラ本体部１７は、エンジン前後方向及び幅方向に比して寸法的な制約の小さい上下方向で広い面積を確保することから、所望の面積を確保しつつ、インタークーラ７の長尺化を抑制することができる。

また、インタークーラ本体部１７は、チャンバ部２５内をエンジン幅方向に二分するように、チャンバ部２５に内蔵されていることから、高温の吸気流が最も広い面を通過することになるので、吸気通過面積を有効に確保することができる。

さらに、このようにエンジン前後方向及び幅方向にコンパクト化されたインタークーラ本体部１７を、矩形開口部２５ｍからチャンバ部２５内に挿入することで、水冷式のインタークーラ７と吸気マニホールド５とを組み合わせているので、エンジン前後方向及び幅方向におけるエンジン１全体のコンパクト化を図ることができる。

また、チャンバ部２５における上流吸気管部３５とは反対側に形成された矩形開口部２５ｍの周縁部２５ｐに、インタークーラ７を締結固定することから、吸気マニホールド５にスロットルボディ１９だけを接続する場合に比して、スロットルボディ１９及びインタークーラ７を含む吸気マニホールド５全体の重心を、吸気マニホールド５自体の重心に近づけることができる。これにより、アンバランスさに起因する揺れが抑制され、抑制された揺れの分だけ補強が不要となることから、吸気マニホールド５の重量増加を抑えることができる。

さらに、チャンバ部２５と下流分岐管部１５とを連通する中間吸気管部４５の外側壁部６５にＥＧＲガス導入管９３が接続されていることから、インタークーラ本体部１７よりも下流側でＥＧＲガスの導入が行われるので、ＥＧＲガスに含まれる煤によって、インタークーラ７の性能が劣化するのを抑えることができる。

また、中間吸気管部４５が前側に湾曲していることから、吸気流は主として中間吸気管部４５の外側壁部６５に沿って上昇し、外側壁部６５の近傍に導入されたＥＧＲガスと混ざり易くなるので、ＥＧＲガスのミキシング性を高めることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

上記実施形態では、スペーサ部材１３をスロットルボディ１９の下流側に配置したが、これに限らず、スペーサ部材１３をスロットルボディ１９の上流側に配置してもよい。

また、上記実施形態では、吸気マニホールド５を３５％ガラス繊維強化ポリアミド６６樹脂製としたが、樹脂製である限り、材質はこれに限定されない。

さらに、上記実施形態では、外側壁部６５を、チャンバ部２５と別体に形成したが、これに限らず、例えば、チャンバ部２５の前側竪壁部２５ｅを、チャンバ部２５における他の部位と別体に形成するとともに、かかる前側竪壁部２５ｅと外側壁部６５とを一体に形成してもよい。

また、上記実施形態では、吸気装置３をディーゼルエンジンに適用したが、これに限らず、ガソリンエンジンに適用してもよい。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明は、列状に配置された複数の気筒を有するエンジンの吸気マニホールドに、水冷式インタークーラを組み合わせたエンジンの吸気装置等について有用である。

１ エンジン
３ 吸気装置
５ 吸気マニホールド
７ インタークーラ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 気筒
１５ 下流分岐管部
１７ インタークーラ本体部
１９ スロットルボディ
２５ チャンバ部
２５ｍ 矩形開口部
２５ｐ 周縁部
３５ 上流吸気管部
４５ 中間吸気管部
６５ 外側壁部
９３ ＥＧＲガス導入管

Claims (3)

1. 列状に配置された複数の気筒を有するエンジンの吸気マニホールドに、水冷式のインタークーラを組み合わせたエンジンの吸気装置において、
   上記吸気マニホールドは、エンジン幅方向一方側である吸気側の外面に配置されていて、上記各気筒に連通する下流分岐管部と、当該下流分岐管部の下方に位置し且つ当該下流分岐管部に連通するチャンバ部と、当該チャンバ部に連通するとともに上記複数の気筒の配列方向であるエンジン前後方向一方側に延びる上流吸気管部と、を有し、
   上記チャンバ部には、上記上流吸気管部とは反対側に、縦長な矩形開口部が形成され、
   上記インタークーラは、直方体状であり且つ最も広い面がエンジン幅方向に対向する一対の面であるインタークーラ本体部を有しており、
   上記インタークーラ本体部は、上記開口部から上記チャンバ部内に挿入されて、当該チャンバ部内をエンジン幅方向に二分するように、当該チャンバ部に内蔵され、
   上記エンジン幅方向に二分された上記チャンバ部のうちの上記エンジンに近い側に位置する空間部に上記上流吸気管部が連通し、上記エンジン幅方向に二分された上記チャンバ部のうちの上記エンジンから離れた側に位置する空間部に上記下流分岐管部が連通し、
   上記上流吸気管部に吸入された空気が、該上流吸気管部から上記チャンバ部における上記エンジンに近い側に位置する空間部に導入され、該空間部から上記インタークーラー本体部の最も広い面を通過して上記エンジンから離れた側に位置する空間部に導入され、該空間部から上昇して上記下流分岐管部に導入されることを特徴とするエンジンの吸気装置。
2. 請求項１記載のエンジンの吸気装置において、
   上記吸気マニホールドは樹脂製であり、
   上記インタークーラは、上記吸気マニホールドにおける上記矩形開口部の周縁部に締結固定され、
   上記上流吸気管部にはスロットルボディが接続されていることを特徴とするエンジンの吸気装置。
3. 請求項１又は２記載のエンジンの吸気装置において、
   上記チャンバ部と上記下流分岐管部とは、エンジン幅方向外側に湾曲して上下方向に延びる単一の中間吸気管部を介して連通されており、
   上記中間吸気管部におけるエンジン幅方向外側の部位である外側壁部に、ＥＧＲガス導入管が接続されていることを特徴とするエンジンの吸気装置。

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