JP6066068B2 - 車両の内燃機関の構造 - Google Patents

Description

本発明は、排気系が車両の後側に配された横置きの内燃機関の構造に関する。

車両の内燃機関（エンジン）として、クランクシャフトが車両の幅方向に延びて配置される横置きのエンジン（横置きエンジン）が知られている。横置きエンジンでは、排気浄化触媒等の排気系をエンジン本体の車両後方側に配することで、排気浄化触媒の活性化に有利な構造になる。

また、過給機を備えた車両では、横置きエンジンの車両後方側（排気系）に過給機のタービンを接続することで、即ち、排気ポートと過給機の入口までの経路長を短くすることで、過給機の性能を維持することができる（特許文献１参照）。

排気系を車両の後側に配置した横置きのエンジンの場合、排気系の温度が上昇する虞があり、的確な冷却を考慮する必要があった。特に、過給機を備えたエンジンでは、機器の構成部材の温度上昇や周辺の部品の温度上昇を抑制する必要があるため、燃料を多く噴射して燃焼室の燃焼温度を抑制して対応しているのが現状であった。

特開２００３−２４７４２３号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、横置きの内燃機関で排気系が車両の後側に備えられていても、排気系の温度上昇を的確に抑制することができる車両の内燃機関の構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の車両の内燃機関の構造は、クランクシャフトが車両の幅方向に延びて配置されると共に、排気系が機関本体の前記車両の後側に配される車両用の内燃機関において、前記排気系には、過給機及び排気浄化触媒を含み、前記機関本体のシリンダヘッドの上部と前記車両のフードとの間で前記車両の後側に向けて流通する空気を、前記過給機及び前記排気浄化触媒に向けて案内する案内部材が、前記シリンダヘッドの上部に設けられ、前記過給機で過給された吸気を冷却するインタークーラが前記機関本体の前記車両の前側に備えられ、前記インタークーラを通過した前記空気が前記案内部材に案内されて前記過給機及び前記排気浄化触媒に導かれ、前記案内部材は、前記過給機と前記インタークーラとを接続する接続配管であり、前記接続配管は、前記過給機から前記インタークーラへ、前記車両の前側に向かって延びていることを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、シリンダヘッドの上部に設けられている案内部材により、車両の後側に向けて流通する空気が過給機及び排気浄化触媒に向けて案内され、車両の後側に備えられている排気系の部材に冷却空気を案内することができる。過給機及び排気浄化触媒をエンジンの上部に配置することで、冷却空気が的確に案内される。
そして、インタークーラを通過した空気が過給機及び排気浄化触媒に導かれる。
また、接続配管によりシリンダヘッドの上面を流通する空気が過給機及び排気浄化触媒に導かれる。

これにより、横置きの内燃機関で排気系が車両の後側に備えられていても、排気系の温度上昇を的確に抑制することが可能になる。

また、請求項２に係る本発明の車両の内燃機関の構造は、請求項１に記載の車両の内燃機関の構造において、前記案内部材は、前記シリンダヘッドの上部に設けられる案内リブであることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、案内リブによりシリンダヘッドの上面を流通する空気が過給機及び排気浄化触媒に導かれる。

また、請求項３に係る本発明の車両の内燃機関の構造は、請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関の構造において、前記フードに沿って前記車両の後側に流れる空気を、前記過給機及び前記排気浄化触媒に向けて案内するガイド部材が、前記車両の前記フードの下面に設けられていることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、フードに沿って流通する空気がガイド部材により過給機及
び排気浄化触媒に導かれる。

また、請求項４に係る本発明の車両の内燃機関の構造は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の構造において、前記インタークーラの下部には低圧デリバリーパイプが配置されることを特徴とする。

本発明の車両の内燃機関の構造は、横置きの内燃機関で排気系が車両の後側に備えられていても、排気系の温度上昇を的確に抑制することが可能になる。

本発明の一実施例に係る内燃機関を説明する車両の概念図である。 本発明の一実施例に係る車両の内燃機関の概略系統図である。 本発明の一実施例に係る車両の内燃機関の外観図である。 本発明の一実施例に係る車両の内燃機関の外観図である。 車両の側部側から見た内燃機関の正面図である。 内燃機関の平面図である。

図１、図２に基づいて本発明の一実施例に係る内燃機関の全体構成を説明する。

図１には本発明の一実施例に係る内燃機関を説明する車両の概念、図２には本発明の一実施例に係る車両の内燃機関の概略系統を示してある。

図１に基づいて内燃機関の搭載状況を説明する。

図に示すように、車両１の前方のエンジンルームには、内燃機関（エンジン）２が搭載され、エンジン２には、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４を含む機関本体（エンジン本体）５が備えられている。エンジン２（エンジン本体５）はクランクシャフトが車両１の幅方向に延びて配置されている。

エンジン２（エンジン本体５）の車両１の前側には、吸気系（吸気マニホールド、インタークーラ２４、燃料供給系等）が備えられ、エンジン２（エンジン本体５）の車両１の後側には、排気系（排気管、過給機、ウエイストゲート弁、排気浄化触媒等）が備えられている。

車両１の前側におけるエンジン本体５のシリンダヘッド４の上部（シリンダヘッドカバーの上部）には高圧燃料ポンプ１１が取り付けられ、高圧燃料ポンプ１１はカムシャフトに設けられたポンプカムにより駆動される。エンジン２には、エンジン本体５の各気筒の燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射弁が気筒毎に備えられ、高圧燃料供給経路を介して高圧燃料ポンプ１１からの燃料が筒内噴射弁に供給される。

またエンジン２には、エンジン本体５の各気筒の吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁が吸気通路毎に備えられ、低圧燃料供給経路を介して低圧燃料ポンプからの燃料がポート噴射弁に供給される。

図２に基づいてエンジン２の系統（構成）の概略を説明する。

図に示すように、エンジン２のシリンダヘッド４には気筒毎に吸気ポート７が形成され、各吸気ポート７の燃焼室１２側には吸気バルブ８がそれぞれ設けられている。吸気バルブ８はエンジン回転に応じて回転するカムシャフトのカムに倣って開閉動作され、各吸気ポート７と燃焼室１２との連通・遮断を行う。

各吸気ポート７には吸気マニホールド９の一端がそれぞれ接続され、各吸気ポート７に吸気マニホールド９が連通している。シリンダヘッド４（または吸気マニホールド９）にはポート噴射弁１３が取り付けられ、低圧燃料ポンプの駆動によりポート噴射弁１３に燃料が送られる。

また、エンジン２のシリンダヘッド４には気筒毎に排気ポート１６がそれぞれ設けられ、各排気ポート１６の燃焼室１２側には排気バルブ１０がそれぞれ設けられている。排気バルブ１０はエンジン回転に応じて回転するカムシャフトのカムに倣って開閉動作され、各排気ポート１６と燃焼室１２との連通・遮断を行う。

エンジン２のシリンダヘッド４には排気マニホールド１７が設けられ、各排気ポート１６には排気マニホールド１７の一端が接続されている。排気マニホールド１７の他端が集合管とされてシリンダヘッド４から外に開口している。

一方、シリンダヘッド４には燃焼室１２に臨む筒内噴射弁１８が取り付けられ、高圧燃料ポンプ１１の駆動により筒内噴射弁１８に燃料が送られる。

上述したエンジン２は、運転状態に応じて、低圧燃料ポンプの駆動によるポート噴射弁１３からの燃料噴射と、高圧燃料ポンプ１１の駆動による筒内噴射弁１８からの燃料噴射とが適宜制御される。

ターボチャージャ２３の上流側における吸気マニホールド９には吸気管２１が接続され、シリンダヘッド４から外に開口する排気マニホールド１７の他端には排気管２２が接続されている。尚、排気マニホールド１７の他端には、ターボチャージャ２３の排気導入管が直接接続されることもある。

吸気管２１及び排気管２２の途中部には過給機としてターボチャージャ２３が設けられ、ターボチャージャ２３は排気管２２側にタービン２３ａが備えられ、タービンに連結されたコンプレッサ２３ｂが吸気管２１側に備えられている。エンジン２の排気ガスが排気管２２からターボチャージャ２３に送られると、排気ガスの流れによりタービン２３ａが回転し、タービン２３ａの回転に伴ってコンプレッサ２３ｂが回転して吸気管２１内の吸気が過給される。

コンプレッサ２３ｂの下流側の吸気管２１にはインタークーラ２４が配され、コンプレッサ２３ｂで過給された吸気は、インタークーラ２４で冷却されてスロットル弁２５を介して燃焼室１２に送られる。タービン２３ａの下流側の排気管２２には、排気浄化触媒２６が備えられている。

排気管２２のターボチャージャ２３の上流側と下流側との間には（ターボチャージャ２３のタービン２３ａ側には）ウエイストゲート弁（ＷＧ弁）２７が設けられ、ＷＧ弁２７の開閉によりタービン２３ａに送られる排気の量が調整されて過給圧が調整される。

図３から図６に基づいてエンジン２の構造を具体的に説明する。

図３には車両１の前方側（前側から見た状態）のエンジン２の外観、図４には車両１の後方側（後側から見た状態）のエンジン２の外観、図５には車両１の前進方向に向かって右側からエンジン２を見た正面視（エンジン２の前後方向としては前側から見た状態：図中右側が車両１の前後方向の前方側）、図６にはエンジン２の平面視を示してある。

図に示すように、車両１の後方側（図４で示されている側）におけるエンジン本体５の上部にはターボチャージャ２３が取り付けられている。例えば、ターボチャージャ２３のタービン２３ａ側のケースから排気マニホールド１７を介してシリンダヘッド４に取り付けられている。また、車両１の前方側（図３で示されている側）におけるエンジン本体５の吸気マニホールド９にはインタークーラ２４が取り付けられている。

ターボチャージャ２３のタービン２３ａの入口側は、シリンダヘッド４から外に開口する排気マニホールド１７（図２参照）の他端（排気集合部）に接続され、タービン２３ａの出口側には、排気浄化触媒２６を備えた排気管２２が接続されている。

ターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ｂの入口側は、図示しない外気導入系に接続されて外気が導入され、コンプレッサ２３ｂの出口側には、インタークーラ２４の上流側の接続配管である吸気管２１ａが接続されている。

吸気管２１ａは、車両１の前側から見た状態で（図３の状態で）、車幅方向の右側でコンプレッサに接続され、車両１の前側に延びてインタークーラ２４の手前で車幅方向の左側に曲げられ、インタークーラ２４の入口側に接続されている。車両１の上面から見た状態では（図６の状態では）、図中右側でコンプレッサに接続され、図中下側に延びてインタークーラ２４の手前で図中左側曲げられ、インタークーラ２４の入口側に接続されている。

インタークーラ２４を通過した空気は、吸気管２１ａに沿ってターボチャージャ２３のコンプレッサに向けて案内されることになり、吸気管２１ａにより案内部材が構成される。

インタークーラ２４の出口側（図中右側）にはインタークーラ２４の下流側の吸気管２１ｂが接続され、吸気管２１ｂはスロットル弁２５（スロットルボデー）を介して吸気マニホールド９（図２参照）に接続されている。

車両１の後方側におけるエンジン本体５のターボチャージャ２３のコンプレッサの下部には、ＷＧ弁２７の駆動アクチュエータ２７ａが設けられている。ＷＧ弁２７の駆動アクチュエータ２７ａは、ターボチャージャ２３に対し、車両の後方側（図４中手前側）にずれて配され、ターボチャージャ２３のコンプレッサに対して図４中右側（車両１の車幅方向左側）にずれて配されている。

また、ＷＧ弁２７の駆動アクチュエータ２７ａは、排気浄化触媒２６に対し排気マニホールド１７（図２参照）の他端（排気集合部）の位置を挟んで図４中左側（車両１の車幅方向右側）に位置している。

低圧燃料ポンプの駆動により、燃料が低圧デリバリー３２から各吸気ポート７のポート噴射弁１３に送られる（低圧燃料供給経路）。

シリンダヘッド４の上部（シリンダヘッドカバー）には高圧燃料ポンプ１１が設けられている。高圧燃料ポンプ１１はカムシャフトの回転により駆動され、ポンプカムにより上側に駆動される。高圧燃料ポンプ１１が駆動されることにより燃料供給路が開き、燃料が高圧デリバリー３３から各筒内噴射弁１８に送られる（高圧燃料供給経路）。

インタークーラ２４は、熱交換部３４を有し、熱交換部３４の下方３４ａに対し熱交換部３４の上方３４ｂが車両１の後側（図５中左側）に位置して配されている。つまり、インタークーラ２４は車両１の後側に傾斜した状態で配置されている。

一方、車両１の車幅方向の右側（図３、図６の左側、図４の右側）におけるシリンダヘッド４の上部（シリンダヘッドカバーの上部）には、車両１の前後方向に延びる案内リブ５１が設けられている。案内リブ５１の車両１の後側（図６の上側）は車幅方向の内側に向けて折り曲げられ、ターボチャージャ２３、ＷＧ弁２７、駆動アクチュエータ２７ａ及び排気浄化触媒２６の方向に向けられている。

尚、案内リブ５１はリブ形状でなくても、シリンダヘッドカバーの形状が、インタークーラ２４を通過した空気を案内する形状になっていれば良い。更には、エンジンカバーを取り付けることによって、インタークーラ２４を通過した空気が拡散するのを防ぐことができ、より効率良く案内することが可能になる。

このため、インタークーラ２４を通過した空気は、案内リブ５１に沿って向きが調整され、ターボチャージャ２３、ＷＧ弁２７、駆動アクチュエータ２７ａ及び排気浄化触媒２６に向けて案内されることになり、案内リブ５１により案内部材が構成されている。更に、本実施例はインタークーラ２４の下部に低圧デリバリー３２が配置され、インタークーラ２４を通過した空気は、低圧デリバリー３２を通過して案内リブへと向かう。

図５に示すように、シリンダヘッド４の上方に位置する部位のフード５０の裏面（エンジン側の面）には、ガイド部材５３が設けられ、フード５０に沿って車両１の後側に流れる空気がガイド部材５３により下側に向けて案内される。

車両１の走行に伴い、車両１の後側に向けて流通する空気は、案内リブ５１、ガイド部材５３により、冷却空気として排気系の部位に案内される。

図５、図６に基づいて冷却空気の流れを具体的に説明する。

車両１の走行に伴ってフード５０の下側に流入した空気は、インタークーラ２４に案内されてインタークーラ２４を通過し、案内リブ５１及び吸気管２１ａに案内されてターボチャージャ２３、ＷＧ弁２７、駆動アクチュエータ２７ａ及び排気浄化触媒２６の方向に送られる（図５、図６中矢印Ａで示す）。

ターボチャージャ２３、ＷＧ弁２７、駆動アクチュエータ２７ａ及び排気浄化触媒２６はエンジン２の上部に配されているため、インタークーラ２４を通過した空気が案内リブ５１及び吸気管２１ａにより的確に案内され、ターボチャージャ２３、ＷＧ弁２７、駆動アクチュエータ２７ａ及び排気浄化触媒２６の温度上昇が抑制される。

また、インタークーラ２４を通過してフード５０側に流通する空気、及び、インタークーラ２４を通過せずにフード５０の下面に沿って流通する空気は、ガイド部材５３により下側に向けて案内される（図５中矢印Ｂで示す）。これにより、空気がターボチャージャ２３、ＷＧ弁２７、駆動アクチュエータ２７ａ及び排気浄化触媒２６の方向に送られ、ターボチャージャ２３、ＷＧ弁２７、駆動アクチュエータ２７ａ及び排気浄化触媒２６の温度上昇が抑制される。

ターボチャージャ２３、ＷＧ弁２７、駆動アクチュエータ２７ａ及び排気浄化触媒２６の温度上昇を抑制することができるので、センサ類、ハーネス、ホース、その他の樹脂部品等に対する熱害を防ぐことができる。また、ＷＧ弁２７の駆動アクチュエータ２７ａとして、例えば、モータなどで駆動される電動アクチュエータが採用された場合は、電動アクチュエータの温度上昇が抑制されてＷＧ弁２７の開閉制御の信頼性が高まる。

更に、機器類の構成部品の温度上昇を抑制するために、燃料を多く噴射して燃焼温度を抑える必要がないので、燃費の悪化を抑制することができる。

また、インタークーラ２４の下部には低圧デリバリーが配置されるため。インタークーラ２４を通過した冷却風は、エンジンルームが高温となる際にパイプ内に気泡が発生しやすい低圧デリバリーパイプを冷却することができ、低圧デリバリーパイプ内部に発生する気泡を抑制することができる。

上述したエンジン２の構造は、横置きのエンジン２で、ターボチャージャ２３、ＷＧ弁２７、駆動アクチュエータ２７ａ及び排気浄化触媒２６を含む排気系が車両１の後側に備えられていても、走行に伴って車両１の後側に流れる空気が、案内リブ５１及び吸気管２１ａに案内されてターボチャージャ２３、ＷＧ弁２７及び排気浄化触媒２６に送られると共に、フード５０の下面のガイド部材５３により下側に向けられて案内されターボチャージャ２３、ＷＧ弁２７及び排気浄化触媒２６に送られる。

この結果、ターボチャージャ２３、ＷＧ弁２７、駆動アクチュエータ２７ａ及び排気浄化触媒２６を含む排気系の温度上昇を的確に抑制することが可能になる。

本発明は、排気系が車両の後側に配された横置きの内燃機関の構造の産業分野で利用することができる。

１ 車両
２ 内燃機関（エンジン）
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
５ 機関本体（エンジン本体）
７ 吸気ポート
８ 吸気バルブ
９ 吸気マニホールド
１０ 排気バルブ
１１ 高圧燃料ポンプ
１２ 燃焼室
１３ ポート噴射弁
１６ 排気ポート
１７ 排気マニホールド
１８ 筒内噴射弁
２１ 吸気管
２２ 排気管
２３ ターボチャージャ
２４ インタークーラ
２５ スロットル弁
２６ 排気浄化触媒
２７ ウエイストゲート弁（ＷＧ弁）
２７ａ 駆動アクチュエータ
３２ 低圧デリバリー
３３ 高圧デリバリー
３４ 熱交換部
５０ フード
５１ 案内リブ
５３ ガイド部材

Claims (4)

1. クランクシャフトが車両の幅方向に延びて配置されると共に、排気系が機関本体の前記車両の後側に配される車両用の内燃機関において、
   前記排気系には、過給機及び排気浄化触媒を含み、
   前記機関本体のシリンダヘッドの上部と前記車両のフードとの間で前記車両の後側に向けて流通する空気を、前記過給機及び前記排気浄化触媒に向けて案内する案内部材が、前記シリンダヘッドの上部に設けられ、
   前記過給機で過給された吸気を冷却するインタークーラが前記機関本体の前記車両の前側に備えられ、
   前記インタークーラを通過した前記空気が前記案内部材に案内されて前記過給機及び前
   記排気浄化触媒に導かれ、
   前記案内部材は、前記過給機と前記インタークーラとを接続する接続配管であり、
   前記接続配管は、前記過給機から前記インタークーラへ、前記車両の前側に向かって延びている
   ことを特徴とする車両の内燃機関の構造。
2. 請求項１に記載の車両の内燃機関の構造において、
   前記案内部材は、
   前記シリンダヘッドの上部に設けられる案内リブである
   ことを特徴とする車両の内燃機関の構造。
3. 請求項１もしくは請求項２に記載の車両の内燃機関の構造において、
   前記フードに沿って前記車両の後側に流れる空気を、前記過給機及び前記排気浄化触媒
   に向けて案内するガイド部材が、前記車両の前記フードの下面に設けられている
   ことを特徴とする車両の内燃機関の構造。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の構造において、
   前記インタークーラの下部には低圧デリバリーパイプが配置される
   ことを特徴とする車両の内燃機関の構造。

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