JP6504201B2 - 過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造 - Google Patents

過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造 Download PDF

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Description

ここに開示する技術は、過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造に関する。
特許文献1には、過給機付きエンジンの一例が開示されている。具体的に、この過給機付きエンジンは、吸気が供給されるエンジン本体(エンジン)と、ガスの流れ方向に沿って上流側から順に過給機及びインタークーラ(高温側熱交換器)が介設され、下流端部がエンジン本体に接続された吸気通路(吸気制御システム)と、を備えており、この吸気通路は、過給機におけるガスの吐出口とインタークーラにおけるガスの導入口とを相互に接続する中間通路(ケース等から成る通路)を有している。
また、特許文献1には、前述の中間通路に吸気温度センサ(センサ)を取り付けることも開示されている。すなわち、この特許文献1に係る吸気温度センサは、過給機とインタークーラとの間に位置するようになっている。
特開2010−223038号公報
ところで、過給機の信頼性を確保するためには、その吐出ガス温を適宜監視して、所定の上限以下に収めることが要求される。また、インタークーラにおける放熱量を把握するためには、その導入口付近におけるガス温を検出することが求められる。
これらの要求を満足するための方策としては、例えば、前記特許文献1に記載されたように、過給機とインタークーラとを接続する中間通路上に吸気温度センサを配設することにより、過給機から吐出された後であり、且つインタークーラに導入される前のガス温を検出することが考えられる。
しかし、そのように構成した場合、過給機の吐出圧に生じる脈動や、過給機から吐出されるガスの噴流等の影響に起因して、中間通路におけるガスの温度分布にバラツキが生じてしまい、その検出結果が不安定になる虞がある。このようなバラツキは、中間通路に吐出される前のガスであっても、過給機の内部で圧縮されるときに生じる可能性もある。
そこで、中間通路の途中にスクリューを配設することにより、ガスを撹拌することが考えられるものの、その作動に要するエネルギを考慮すると、燃費性能という観点からは好ましくない。また、中間通路上にフィン等を設けることも考えられるが、吸気抵抗の悪化を招くという点で不都合である。
ここに開示する技術は、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、過給機付きエンジンにおいて、過給機とインタークーラとの間に吸気温度センサを配置したときに、その検出結果を安定させることにある。
ここに開示する技術は、気筒を有するエンジン本体と、ガスの流れ方向に沿って上流側から順に過給機及びインタークーラが介設され、下流端部が前記エンジン本体に接続された吸気通路と、を備えた過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造に係る。
ここで、前記吸気通路は、前記過給機におけるガスの吐出口と前記インタークーラにおけるガスの導入口とを相互に接続する中間通路を有し、前記中間通路における中途の部位には、該部位における流路断面積を、前記中間通路の上流端部から該部位に至る部分における流路断面積よりも縮小させた狭小部が設けられる。
そして、前記狭小部には、該狭小部におけるガスの温度を検出する吸気温度センサが配置され、前記吐出口と前記導入口とは、双方とも所定の開口方向へ向かって開口し、前記中間通路は、前記吐出口に接続される上流端部から前記開口方向に沿って延びた後に、前記導入口側へ向かって曲折され、前記狭小部は、前記中間通路において前記導入口側へ向かって曲折された部位よりも下流側に設けられている。
過給機から吐出した直後のガスには、その吐出圧に生じる脈動や、ガスの噴流等の影響に起因して、その温度分布にバラツキが生じる可能性がある。具体的に、中間通路の上流端部付近においては、比較的高温のガス流と、それよりも低温のガス流とが共存した状態となる可能性がある。そのような状態は、ガス温を安定して検出するには不都合である。
しかし、前記の構成によれば、狭小部が設けられた部位における流路断面積は、その部位よりも上流側部分における流路断面積に対して縮小するようになっている。そうすると、前記高温のガス流と低温のガス流とが、狭小部を通過するときに集まるようになる。
これにより、狭小部においては、上流端部付近と比較して、温度分布のバラツキが緩和される。そうした狭小部に吸気温度センサを配置することで、その検出結果を安定させることが可能になる。
加えて、前記の構成は、スクリューやフィン等を新設することなく、中間通路自体の形状を変更しつつ、吸気温度センサの取付位置に工夫を凝らすことで実現される。したがって、例えば中間通路の途中にスクリューを設ける構成と比較して、燃費性能を確保する上で有利となる。また、中間通路上にフィン等を設ける構成と比較して、中間通路全体の形状をシンプルに保ち、ひいては吸気抵抗の悪化を抑制することができる。
さらに、前記の構成によれば、過給機から中間通路へ流入したガスは、中間通路の上流端部から吐出口の開口方向に向かって流れた後、中間通路の曲折部付近の壁面に衝突することにより、導入口へ向うように方向転換する。方向転換したガスは、いわゆるウォールガイド効果にしたがって、衝突した壁面に沿って流れるようになる。これにより、前記高温のガス流と低温のガス流とが壁面付近に集まるようになるから、温度分布のバラツキを緩和することができる。
加えて、中間通路の壁面に沿わせたガス流は、壁面付近において乱れを生じることになる。そのような乱れが生じると、壁面付近を流れるガスが撹拌されるようになるから、温度分布のバラツキを緩和する上で有効となる。
このように、壁面との衝突による影響と、前述の狭小部による影響とが相俟って、ガス温のバラツキを緩和する上で一層有利になり、ひいては、吸気温度センサの検出結果をより安定させることが可能となる。
また、前記中間通路は、前記吐出口から前記導入口へ向かう方向と直交する方向の通路幅に対し、前記開口方向の奥行きが短い扁平状の通路として形成されており、前記狭小部は、前記中間通路の上流端部から前記狭小部に至る部分と、該狭小部から前記中間通路の下流端部に至る部分との双方に対して幅狭に形成されている、としてもよい。
この構成によれば、中間通路、ひいてはエンジン全体を奥行き方向にコンパクトに構成することが可能になる。
加えて、狭小部は、奥行き方向ではなく、それよりも相対的に長い幅方向において中間通路を狭めることにより形成されているから、奥行き方向に狭めた構成と比較して、吸気抵抗の悪化を抑制することが可能になる。
また、前記狭小部は、前記中間通路の外面に凹部を成し、前記吸気温度センサは、前記中間通路の内部に挿入される先端側の検出部と、前記検出部に対して基端側に設けられ、前記中間通路の外部に露出する固定部と、を有し、前記固定部は、前記凹部の内側に固定されている、としてもよい。
通常、吸気温度センサを吸気通路に取付ける際には、先端側の検出部を通路内に挿入する一方で、基端側の固定部を通路外に露出させるのが通例である。この場合、固定部は、吸気通路を区画するダクトに対して、例えば締結等の手段によって固定される。
この構成によれば、吸気温度センサの固定部を配置する際に、中間通路の外面に形成される凹部を利用することができる。そのことで、エンジン全体をかさばらせることなく、吸気温度センサをコンパクトに取付けることができる。
また、前記過給機及びインタークーラは、所定の間隔をあけて隣り合うよう配置され、前記吸気温度センサは、前記中間通路の内部に挿入される先端側の検出部と、前記検出部に対して基端側に設けられ、前記中間通路の外部に露出する固定部と、を有し、前記固定部は、前記過給機と前記インタークーラとの間の隙間に配置されている、としてもよい。
この構成によれば、吸気温度センサの固定部を配置する際に、過給機とインタークーラとの間の隙間を利用することができる。そのことで、エンジン全体をかさばらせることなく、吸気温度センサをコンパクトに取付けることができる。
また、ここに開示する別の技術は、気筒を有するエンジン本体と、ガスの流れ方向に沿って上流側から順に過給機及びインタークーラが介設され、下流端部が前記エンジン本体に接続された吸気通路と、を備えた過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造に係る。
ここで、前記吸気通路は、前記過給機におけるガスの吐出口と前記インタークーラにおけるガスの導入口とを相互に接続する中間通路を有し、前記中間通路における中途の部位には、該部位における流路断面積を、前記中間通路の上流端部から該部位に至る部分における流路断面積よりも縮小させた狭小部が設けられる。
そして、前記狭小部には、該狭小部におけるガスの温度を検出する吸気温度センサが配置され、前記吐出口は、該吐出口を正面視したときに、前記中間通路の上流端部に対してオフセットしており、前記吸気温度センサもまた、前記吐出口と同じ方向にオフセットしている。
例えば過給機の設計仕様などに起因して、その吐出口が中間通路に対してオフセットする場合がある。この場合、吐出口から中間通路に流入するガスの温度分布もまた、そのオフセット方向に偏ることになる。
前記の構成によれば、吐出口のオフセット方向に吸気温度センサがオフセットしているから、ガス温をより適切に検出することが可能になる。
以上説明したように、前記の過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造によると、過給機とインタークーラとの間に吸気温度センサを配置したときに、その検出結果を安定させることができる。
図1は、多気筒エンジンの構成を例示する概略図である。 図2は、多気筒エンジンの構成を一部省略して示す斜視図である。 図3は、4つのシリンダ周辺の構成を概略的に示す平面図である。 図4は、吸気装置の全体構成を前側から見て示す図である。 図5は、吸気装置の全体構成を後側から見て示す図である。 図6は、過給機に係る通路構造を示す横断面図である。 図7は、過給機に係る通路構造を示す縦段面図である。 図8は、サージタンク周辺の縦断面を示す斜視図である。 図9は、図8とは別の縦断面を示す斜視図である。 図10は、バイパス通路に係る通路構造を上側から見て示す図である。 図11は、第2通路に係る通路構造を前側から見て示す図である。 図12は、第2通路を構成するダクトを取り外した状態を示す図11対応図である。 図13は、図11のA−A断面を一部拡大して示す図である。 図14は、図11のB−B断面の一部を示す図である。 図15は、第2通路を構成するダクトを後側から見て示す図である。 図16Aは、第2通路を右側から見て示す概略図である。 図16Bは、第2通路におけるガスの温度分布をC−C断面について示すコンター図である。 図17Aは、第2通路を前側から見て示す概略図である。 図17Bは、第2通路におけるガスの温度分布をD−D断面について示すコンター図である。 図18は、第2の実施形態に係る取付構造を示す図5対応図である。 図19は、第2の実施形態に係る取付構造を示す図12対応図である。 図20は、第2の実施形態に係る取付構造を示す図14対応図である。
以下、過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の説明は例示である。図1は、ここに開示する過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造が適用された多気筒エンジン(以下、単に「エンジン」という)1を例示する概略図である。また、図2は、そのエンジン1の構成を一部省略して示す斜視図であり、図3は、4つのシリンダ11周辺の構成を概略的に示す平面図である。
エンジン1は、FF方式の車両に搭載されるガソリンエンジン(特に、4ストローク式の内燃機関)であり、図1に示すように、機械駆動式の過給機(所謂スーパーチャージャ)34を備えた構成としている。
また、本実施形態に係るエンジン1は、図3に示すように、列状に配置された4つのシリンダ(気筒)11を備えており、4つのシリンダ11が車幅方向に沿って並ぶような姿勢で搭載される、いわゆる直列4気筒の横置きエンジンとして構成されている。これにより、本実施形態では、4つのシリンダ11の配列方向(気筒列方向)であるエンジン前後方向が車幅方向と略一致していると共に、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の一方側(車両前後方向の前側)を指し、後側とはエンジン幅方向の他方側(車両前後方向の後側)を指し、左側とはエンジン前後方向(気筒列方向)の一方側(車幅方向の左側であり且つ、エンジンフロント側)を指し、右側とはエンジン前後方向(気筒列方向)の他方側(車幅方向の右側であり且つ、エンジンリア側)を指す。
また、以下の記載において、上側とはエンジン1を車両に搭載した状態(以下、「車両搭載状態」ともいう)における車高方向の上側を指し、下側とは車両搭載状態における車高方向の下側を指す。
(エンジンの概略構成)
エンジン1は、前方吸気後方排気式に構成されている。すなわち、エンジン1は、図3に示すように、4つのシリンダ11(図1では1つのシリンダのみを図示)を有するエンジン本体10と、エンジン本体10の前側に配置され、吸気ポート17、18を介して各シリンダ11に連通する吸気通路30と、エンジン本体10の後側に配置され、排気ポート19、19を介して各シリンダ11に連通する排気通路50とを備えている。
本実施形態に係る吸気通路30は、ガスを導く複数の通路と、過給機34やインタークーラ36等の装置と、これらの装置を迂回するバイパス通路40とが組み合わされてユニット化された吸気装置を構成している。
エンジン本体10は、吸気通路30から供給されたガスと燃料との混合気を、各シリンダ11内で、所定の燃焼順に従って燃焼させるように構成されている。具体的に、エンジン本体10は、シリンダブロック12と、その上に載置されるシリンダヘッド13とを有している。
シリンダブロック12の内部には、4つのシリンダ11が形成されている。4つのシリンダ11は、クランクシャフト15の中心軸方向(つまり気筒列方向)に沿って列を成すように並んでいる。4つのシリンダ11は、それぞれ円筒状に形成されており、各シリンダ11の中心軸(以下、「気筒軸」という)は、互いに平行に且つ、気筒列方向に対して垂直に延びている。以下、図3に示す4つのシリンダ11を、気筒列方向に沿って右側から順に、1番気筒11A、2番気筒11B、3番気筒11C、及び4番気筒11Dと称する場合がある。
各シリンダ11内には、ピストン14が摺動自在に挿入されている。ピストン14は、コネクティングロッド141を介してクランクシャフト15に連結されている。ピストン14は、シリンダ11及びシリンダヘッド13と共に燃焼室16を区画する。
燃焼室16の天井面は、いわゆるペントルーフ形状であり、シリンダヘッド13の下面によって構成されている。このエンジン1は、幾何学的圧縮比を高めるべく、従来よりも燃焼室16の天井面が低く構成されている。天井面のペントルーフ形状は、フラット形状に近い。
シリンダヘッド13には、1つのシリンダ11につき、2つの吸気ポート17、18が形成されている。2つの吸気ポート17、18は、それぞれ燃焼室16に連通しており、シリンダ11毎に、第1ポート17と、該第1ポート17に対して気筒列方向に隣接した第2ポート18とを有している。1番気筒11A〜4番気筒11Dのいずれにおいても、第1ポート17と第2ポート18が同じ順番で並んでいる。具体的には、図3に示すように、各シリンダ11において、気筒列方向に沿って右側から順に、第2ポート18と第1ポート17とが並んでいる。
各吸気ポート17、18の上流端は、それぞれ、エンジン本体10の外面(取付面)10aに開口しており、吸気通路30の下流端が接続されている。対して、各ポート17、18の下流端は、それぞれ、燃焼室16の天井面に開口している。
以下、1番気筒11Aに通じる第1ポートに対し、符号“17”ではなく“17A”を付すと共に、当該気筒11Aに通じる第2ポートに対し、符号“18”ではなく“18A”を付す場合がある。2番気筒11B〜4番気筒11Dについても同様である。例えば、3番気筒11Cに通じる第2ポートに対し、符号“18”ではなく“18C”を付す場合がある。
また、2つの吸気ポート17、18は、各シリンダ11につき、通過するガスの流量が、スワールコントロールバルブ(Swarl Control Valve:SCV)80を介して絞られるように構成されたSCVポートを含む。本実施形態では、前述の第2ポート18がSCVポートとして構成されている。
2つの吸気ポート17、18には、それぞれ吸気バルブ21が配設されている。吸気バルブ21は、燃焼室16と吸気ポート17、18のそれぞれとの間を開閉する。吸気バルブ21は、吸気動弁機構によって所定のタイミングで開閉する。
吸気動弁機構は、この構成例では、図1に示すように、可変動弁機構である吸気電動VVT(Variable Valve Timing)23を有している。吸気電動VVT23は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、吸気バルブ21の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動VVTに代えて、液圧式のVVTを有していてもよい。
シリンダヘッド13にはまた、1つのシリンダ11につき、2つの排気ポート19、19が形成されている。2つの排気ポート19、19は、それぞれ燃焼室16に連通している。
2つの排気ポート19、19には、それぞれ排気バルブ22が配設されている。排気バルブ22は、燃焼室16と排気ポート19、19のそれぞれとの間を開閉する。排気バルブ22は、排気動弁機構によって所定のタイミングで開閉する。
排気動弁機構は、この構成例では、図1に示すように、可変動弁機構である排気電動VVT(Variable Valve Timing)24を有している。排気電動VVT24は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、排気バルブ22の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動VVTに代えて、液圧式のVVTを有していてもよい。
詳細は省略するが、このエンジン1は、吸気電動VVT23及び排気電動VVT24によって、吸気バルブ21の開弁時期と排気バルブ22の閉弁時期とに係るオーバーラップ期間の長さを調整する。これによって、燃焼室16の中の残留ガスを掃気したり、燃焼室16の中に熱い既燃ガスを閉じ込めたり(つまり、内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスを燃焼室16の中に導入したり)する。この構成例においては、吸気電動VVT23及び排気電動VVT24が内部EGRシステムを構成している。尚、内部EGRシステムは、VVTによって構成されるとは限らない。
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎にインジェクタ6が取り付けられている。インジェクタ6は、この構成例においては多噴口型の燃料噴射弁であり、燃焼室16の中に燃料を直接噴射するよう構成されている。
インジェクタ6には、燃料供給システム61が接続されている。燃料供給システム61は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク63と、燃料タンク63とインジェクタ6とを互いに連結する燃料供給路62とを備えている。燃料供給路62には、燃料ポンプ65とコモンレール64とが介設している。燃料ポンプ65は、コモンレール64に燃料を圧送する。燃料ポンプ65は、この構成例においては、クランクシャフト15によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール64は、燃料ポンプ65から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄えるよう構成されている。インジェクタ6が開弁すると、コモンレール64に蓄えられていた燃料が、インジェクタ6の噴口から燃焼室16の中に噴射される。
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、その先端が燃焼室16の中に臨むような姿勢で取り付けられており、燃焼室16の中の混合気を強制的に点火する。
吸気通路30は、図2に示すように、エンジン本体10における前側の側面(以下、「取付面」という)10aに接続されており、各シリンダ11の吸気ポート17、18に連通している。吸気通路30は、燃焼室16に導入するガスが流れる通路である。吸気通路30の上流端部には、新気を濾過するエアクリーナ31が配設されている。吸気通路30の下流端近傍には、サージタンク38が配設されている。サージタンク38よりも下流の吸気通路30は、図3に示すように、シリンダ11毎に2本ずつ分岐する独立通路39を構成している。
詳細は後述するが、2本の独立通路39のうちの一方が第1ポート17に接続され、他方が第2ポート18に接続される。以下、前者の独立通路39に対して符号“391”を付す一方、後者に対して符号“392”を付す場合がある。このように、独立通路39の下流端が、各シリンダ11の吸気ポート17、18に接続されている。
吸気通路30におけるエアクリーナ31とサージタンク38との間には、スロットルバルブ32が配設されている。スロットルバルブ32は、その開度を調整することによって、燃焼室16に導入する新気の量を調整するよう構成されている。
吸気通路30にはまた、スロットルバルブ32の下流に、過給機34が配設されている。過給機34は、燃焼室16に導入するガスを過給するよう構成されている。この構成例において、過給機34は、エンジン1によって駆動される機械式の過給機である。本実施形態に係る過給機34は、ルーツ式のスーパーチャージャとして構成されているものの、この構成はどのようなものであってもよい。例えば、リショルム式や遠心式であってもよい。
過給機34とエンジン1との間には、電磁クラッチ34aが介設している。電磁クラッチ34aは、過給機34とエンジン1との間で駆動力を伝達させたり、駆動力の伝達を遮断したりする。ECU(Engine Control Unit)など、不図示の制御手段が電磁クラッチ34aの遮断及び接続を切り替えることによって、過給機34のオンとオフとが切り替わる。つまり、このエンジン1は、過給機34のオンとオフとを切り替えることにより、燃焼室16に導入するガスを過給する運転と、燃焼室16に導入するガスを過給しない運転とを切り替えることができるよう構成されている。
吸気通路30における過給機34の下流には、インタークーラ36が配設されている。インタークーラ36は、過給機34において圧縮されたガスを冷却するよう構成されている。この構成例におけるインタークーラ36は、水冷式に構成されている。
また、吸気通路30に組み込まれた各種の装置を結ぶ通路として、吸気通路30は、エアクリーナ31よりも下流側に配設され、エアクリーナ31によって浄化された吸気を過給機34へ導く第1通路33と、過給機34によって圧縮された吸気をインタークーラ36へ導く第2通路35と、インタークーラ36によって冷却されたガスをサージタンク38へ導く第3通路37とを有している。尚、サージタンク38から吸気ポート17、18にかけての流路長(ランナー長)を短くするべく、サージタンク38は、吸気ポート17、18の入口(上流端部)近傍に配設されている。第2通路35及び第3通路37は、過給機34やインタークーラ36と共に、「過給通路」を構成している。
また、吸気通路30には、過給機34及びインタークーラ36を迂回するバイパス通路40が設けられている。バイパス通路40は、吸気通路30のうちスロットルバルブ32の下流部から過給機34の上流部にかけての部分と、サージタンク38とを互いに接続する。バイパス通路40には、該バイパス通路40を流れるガスの流量を調整するように構成されたバイパスバルブ41が配設されている。
過給機34をオフにしたとき(つまり、電磁クラッチ34aを遮断したとき)には、バイパスバルブ41を全開にする。これにより、吸気通路30を流れるガスは、過給機34をバイパスしてサージタンク38に流入し、独立通路39を介して燃焼室16に導入される。エンジン1は、非過給、つまり自然吸気によって運転する。
過給機34をオンにしたとき(つまり、電磁クラッチ34aを接続したとき)には、バイパスバルブ41の開度を適宜調整する。これにより、吸気通路30において過給機34を通過したガスの一部は、バイパス通路40を通って過給機34の上流に逆流する。バイパスバルブ41の開度を調整することによって、逆流量を調整することができるから、燃焼室16に導入するガスの過給圧を調整することができる。この構成例においては、過給機34とバイパス通路40とバイパスバルブ41とによって、過給システムが構成されている。
排気通路50は、エンジン本体10における後側の側面に接続されており、各シリンダ11の排気ポート19に連通している。排気通路50は、燃焼室16から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路50の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ11毎に分岐する独立通路を構成している。それら独立通路の上流端が、各シリンダ11の排気ポート19に接続されている。排気通路50には、1つ以上の触媒コンバータ51を有する排気ガス浄化システムが配設されている。触媒コンバータ51は、三元触媒を含んで構成されている。尚、排気ガス浄化システムは、三元触媒のみを含むものに限らない。
吸気通路30と排気通路50との間には、外部EGRシステムを構成するEGR通路52が接続されている。EGR通路52は、既燃ガスの一部を吸気通路30に還流させるための通路である。EGR通路52の上流端は、排気通路50における触媒コンバータ51の下流に接続されている。EGR通路52の下流端は、吸気通路30における過給機34の上流且つ、バイパス通路40の上流端よりも上流に接続されている。
EGR通路52には、水冷式のEGRクーラ53が配設されている。EGRクーラ53は、既燃ガスを冷却するよう構成されている。EGR通路52にはまた、EGRバルブ54が配設されている。EGRバルブ54は、EGR通路52を流れる既燃ガスの流量を調整するよう構成されている。EGRバルブ54の開度を調整することによって、冷却した既燃ガス、つまり外部EGRガスの還流量を調整することができる。
この構成例において、EGRシステム55は、EGR通路52及びEGRバルブ54を含んで構成されている外部EGRシステムと、前述した吸気電動VVT23及び排気電動VVT24を含んで構成されている内部EGRシステムとによって構成されている。
(吸気通路の構成)
以下、吸気通路30の構成について詳細に説明する。
図4は、ユニット化された吸気通路30の全体構成を前側から見て示す図であり、図5は、吸気通路30の全体構成を後側から見て示す図である。また、図6は、吸気通路30のうち過給機34に係る通路構造を示す横断面図であり、図7は、その縦断面図である。また、図8は、サージタンク38周辺の縦断面を示す斜視図であり、図9は、それとは別の縦断面を示す斜視図である。
吸気通路30を構成する各部は、いずれもエンジン本体10の前側、具体的には、前述の取付面10aの前側に配置されている。なお、取付面10aは、図6〜図7に示すように、シリンダヘッド13及びシリンダブロック12における前側の外面によって構成されている。
最初に、吸気通路30を構成する各部の概略的な配置について説明する。
図2、及び図4〜図8に示すように、過給機34は、サージタンク38を挟んで4つのシリンダ11に対して反対側に対向して配置されている。過給機34の後面と取付面10aとの間には、サージタンク38の寸法に応じた隙間(間隔)が空いている。第1通路33は、過給機34の左側において気筒列方向に沿って延設されており、過給機34の左端に接続されている。また、過給機34とインタークーラ36とは、上下方向に隣接している。第2通路35は、過給機34の前部とインタークーラ36の前部とを接続するように上下に延設されている。サージタンク38は、過給機34と取付面10aとの間の隙間に配置されており、吸気ポート17、18の反気筒側端部(入口)に対して、複数の独立通路39を挟んで反対側に対向して配置されている。第3通路37は、インタークーラ36及び過給機34と、取付面10aとの間の隙間を縫うように延設されており、インタークーラ36がサージタンク38よりも下方に位置するように、インタークーラ36の後部とサージタンク38の底部とを接続している。バイパス通路40は、第1通路33の途中から上方に向かって延びた後、エンジン本体10の内方(右方)へ向かって延びるように形成されており、サージタンク38の上部に接続されている。
次に、吸気通路30を構成する各部の構造について説明する。
第1通路33は、実質的に気筒列方向(左右方向)に延びる管状に形成されており、その上流側(左側)部分は、スロットルバルブ32が内蔵されたスロットルボディ33aによって構成されている。スロットルボディ33aは、金属製の短筒状に形成されており、図4〜図6に示すように、両端の開口を左右に向けた姿勢で、取付面10aに対して左方且つ前方に位置するように配置されている。スロットルボディ33aの上流端(左端)には、不図示の通路を介してエアクリーナ31が接続されている一方、スロットルボディ33aの下流端(右端)には、第1通路33の下流側(右側)部分である第1通路本体33bが接続されている。
第1通路本体33bは、図6に示すように、スロットルボディ33aを過給機34に接続するように構成されている。詳しくは、第1通路本体33bは、両端の開口を左右に向けた長筒状に構成されている。第1通路本体33bは、取付面10aの前方において、スロットルボディ33aと同軸になるように配置されている。さらに詳しくは、第1通路本体33bは、気筒列方向の外側から内側(左側から右側)に向かうにつれて、次第に拡径するように形成されている。第1通路本体33bの上流端(左端)には、前述のようにスロットルボディ33aの下流端が接続されている一方、その下流端(右端)には、過給機34の吸入口が接続されている。
また、第1通路本体33bには、EGR通路52が合流する合流部33cが開口している。図6に示すように、合流部33cは、第1通路本体33bの上流側部分の後面に形成されており、EGR通路52の下流端が接続されている。合流部33cは、少なくともスロットルバルブ32よりも下流側に形成されるようになっている。
また、第1通路本体33bには、バイパス通路40へ分岐する不図示の分岐部も開口している。この分岐部は、第1通路本体33bにおいて、合流部33c近傍(ガスの流れ方向に関しては実質的に同じ位置)の上面に形成されており、バイパス通路40の上流端(後述のバルブボディ41a)が接続されている(図4〜図5も参照)。尚、バイパス通路40の上流端は、図4等に示すように、過給機34、インタークーラ36、4組の吸気ポート17、18、及び各吸気ポート17、18に対して独立通路39を介して接続されたサージタンク38よりも気筒列方向の外側(左側)に位置している。
よって、エアクリーナ31で浄化されて第1通路33へ流入した新気は、スロットルバルブ32を通過した後、合流部33cから流入した外部EGRガスと合流する。そして、新気と外部EGRガスとが合流したガスは、自然吸気時には、前述の分岐部を介してバイパス通路40へ流入する一方、過給時には、バイパス通路40を逆流したガスと合流しつつ、第1通路本体33bの下流端から過給機34に吸い込まれるようになっている(図6の矢印A1を参照)。
以下、過給機34側の通路構造と、バイパス通路40側の通路構造を順番に説明する。
−過給機側の通路構造−
まず、過給機34に吸入される側の通路構造について詳細に説明する。
前述の如く、本実施形態に係る過給機34は、ルーツ式のスーパーチャージャとして構成されている。詳しくは、過給機34は、気筒列方向に沿って延びる回転軸を有する一対のロータ(不図示)と、ロータを収容しているケーシング34bと、ロータを回転駆動する駆動プーリ34dとを備え、駆動プーリ34dに巻き掛けられた駆動ベルト(不図示)を介してクランクシャフト15に連結されている。駆動プーリ34dと、ロータとの間には、前述の電磁クラッチ34aが介設されており、電磁クラッチ34aの遮断及び接続を切り替えることによって、クランクシャフト15を介して過給機34へ駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。
ケーシング34bは、気筒列方向に延びる筒状に形成されており、ロータの収容空間と、過給機34を通過するガスの流路とを区画している。詳しくは、ケーシング34bは、気筒列方向に延び且つ左端と前面とが開口した略円筒状に形成されており、図6等に示すように、取付面10aの気筒列方向略中央の部分に対して、所定の間隔を空けるように且つ、第1通路33と同軸になるように配置されている。
ケーシング34bの長手方向左端部には、ロータによって圧縮するガスを吸い込む吸入口が開口しており、第1通路33の下流端(右端)が接続されている。その一方で、ケーシング34bの前部(エンジン本体10とは反対側の側部)には、図6〜図7に示すように、ロータによって圧縮されたガスを吐き出す吐出口34cが開口しており、第2通路35の上流端(上端)が接続されている。
駆動プーリ34dは、ケーシング34bに収容されたロータを回転駆動するように構成されている。詳しくは、駆動プーリ34dは、ケーシング34bの右端から突出し且つ、第1通路33及びケーシング34bの双方に対して略同軸に延びる軸状に形成されている。駆動プーリ34dの先端には駆動ベルトが巻き掛けられており、前述の如く、電磁クラッチ34aの切替状態に応じて、クランクシャフト15を過給機34に対して駆動連結するように構成されている。
第2通路35は、図4、及び図6〜図7等に示すように、過給機34をインタークーラ36に接続するように構成されている。過給機34とインタークーラ36とを上下に隣接させるべく、本実施形態に係る第2通路35は、エンジン1の上下方向に沿って延びるように形成されている。また、第2通路35は、図7に示すように、上下の両端が、それぞれ後方(エンジン本体10側)に向かって開口している。ここで、上側の開口部は、ケーシング34bの前部(具体的には吐出口34c)に接続されており、下側の開口部は、インタークーラ36の前部(具体的には、後述の開口部36d)に接続されている。尚、第2通路35は、「中間通路」の例示である。
また、第2通路35における中途の部位には、吸気温度センサ90を取り付けるための狭小部35cが設けられている。これらの構成に関しては後述する。
前述の如く、本実施形態に係るインタークーラ36は、水冷式に構成されており、図4〜図7に示すように、ガスの冷却機能を有するコア36aと、コア36aの側部に取り付けられるコア接続部36bと、コア36aを収容するクーラハウジング36cとを備えている。詳細は省略するが、コア接続部36bには、コア36aへ冷却水を供給する給水管と、コア36aから冷却水を排出する排水管とが接続されている。
コア36aは、直方状に形成されており、その一側面(後面)と取付面10aとが向い合うような姿勢で支持されている。コア36aの前面がガスの流入面を構成している一方、コア36aの後面がガスの流出面を構成しており、それぞれ、コア36aにおいて最も広い面となっている。図示は省略するが、コア36aには、薄板材を扁平筒形にしたウォータチューブが複数配列されており、各ウォータチューブの外壁面には、波状のコルゲートフィンがロウ付け等により接続されている。このように構成することで、給水管から供給された冷却水は、各ウォータチューブに導入されて、高温のガスを冷却することになる。ガスを冷却したことで暖められた冷却水は、各ウォータチューブから排水管を介して排出される。また、コルゲートフィンを設けたことで、各ウォータチューブ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。
コア接続部36bは、図4に示すように、矩形薄板状の部材であって、コア36aの右側面に取り付けられている。コア接続部36bを介して、給水管及び排水管と、ウォータチューブとが相互に接続されている。コア接続部36bは、インタークーラ36の右側壁部を構成しており、クーラハウジング36cと共に、コア36aの収容空間を区画している。
クーラハウジング36cは、過給機34を構成するケーシング34bの下方に配置されており、コア36aの収容空間を区画していると共に、吸気通路30のうち第2通路35と第3通路37との間に介設された流路を構成している。
具体的に、クーラハウジング36cは、前面と後面とが開口した矩形薄箱状に形成されており、ケーシング34bの下方位置において、その後面と取付面10aとが向い合うような姿勢で支持されている。この後面は、ケーシング34bと同様に、エンジン本体10の取付面10aに対して所定の間隔(図7を参照)を空けて配置されている。
そして、クーラハウジング36cにおける前面側の開口部36dには、第2通路35の下流端が接続されている一方、後面側の開口部36eには、第3通路37の上流端が接続されている。また、クーラハウジング36cは、右側面も開口している。その開口部は、コア36aをクーラハウジング36cの内部に収容するときの挿入口として構成されており、コア接続部36bによって閉塞されるようになっている。尚、クーラハウジング36cの前面側の開口部36dは、インタークーラ36における「ガスの導入口」を例示している。以下、この前面側の開口部36dを、単に「導入口」という場合がある。
第3通路37は、サージタンク38及び独立通路39に対して一体的に形成された部材であって、図7及び図8に示すように、インタークーラ36をサージタンク38に接続するように構成されている。詳しくは、第3通路37は、上流側から順に、クーラハウジング36cに締結され、インタークーラ36を通過したガスが集合する集合部37aと、集合部37aに集合したガスをサージタンク38へ導く導入部37bとを有している。第3通路37は、少なくとも車両搭載状態においては、サージタンク38に対して下方に配設されている。
集合部37aは、前面側つまり、クーラハウジング36c側が開放された、前後の奥行の浅い箱状に形成されており、その開放部は、図7に示すように、クーラハウジング36c後面側の開口部36eに接続されている。集合部37aは、クーラハウジング36cの後面と、エンジン本体10の取付面10aとの隙間に位置するようになっている。また、集合部37aの後面にはさらに、導入部37bの上流端が接続されている。
導入部37bは、略上下方向に延びる曲管部として形成されており、その上流端は集合部37aの後面に接続されている一方、その下流端はサージタンク底面の中央部(図8〜図9を参照)に接続されている。この導入部37bは、図7等に示すように、集合部37aの後面から過給機34のケーシング34bの後面にかけての領域と、エンジン本体10の取付面10aとの間の隙間を縫うように延設されている。
さらに詳しくは、図8に示すように、導入部37bの上流側部分は、集合部37aとの接続部から右斜め上方へ向かって延びる一方、それよりも下流側部分は、サージタンク38との接続部に向かって直上方へ延びるように形成されている。このように形成した結果、導入部37bの下流端部は、気筒列方向の一側から見たときに、独立通路39におけるガスの流れ方向に対して略直交する方向に延びるようになる(図7を参照)。
サージタンク38は、気筒列方向に延び且つ、同方向の両端が閉塞された略筒状に形成されている。このサージタンク38は、前述のように、吸気ポート17、18の反気筒側端部に対し、複数の独立通路39を挟んで反対側に対向して配置されている(図7を参照)。後述のように、複数の独立通路39をそれぞれ短筒状に形成すると、このような配置と相俟って、サージタンク38は、吸気ポート17、18の入口(上流端部)近傍に位置することになる。このことは、サージタンク38から吸気ポート17、18にかけての流路長(ランナー長)を短くする上で有効である。
また、図9に示すように、サージタンク38の底部には、第3通路37(導入部37b)の下流端が接続されている。サージタンク38の内底面38aの中央部(具体的には、気筒列方向の中央部)には、略円形状の断面を有する導入口38bが開口しており、導入部37bの下流端部は、この導入口38bを介してサージタンク38に接続されている。
なお、導入口38bは、吸気ポート17、18よりも大径に形成されている。
また、サージタンク38において、導入口38bから気筒列方向の一端(1番気筒11A側の端)までの寸法と、その他端(4番気筒11D側の端)までの寸法とが実質的に等しくなっている。このような構成とすることで、吸気の分配性能を確保することが可能になり、ひいては充填効率の気筒間差を低減する上で有利になる。
また、図9に示すように、サージタンク38には、複数の独立通路39それぞれの上流端部が、対応する吸気ポート17、18の並ぶ順に従って列状に並んで接続されている。
具体的に、サージタンク38におけるエンジン本体10側の側面(後面)には、2本で1組を成す独立通路39が気筒列方向に沿って並んだ状態で4組(つまり、計8本)形成されている。8本の独立通路39は、それぞれ、車両搭載状態において、後方に向かって略ストレートに延びる短筒状の通路として形成されており、その一端側(上流側)はサージタンク38内の空間に連通している一方、他端側(下流側)はエンジン本体10側(後側)に開口している。
4組の独立通路39は、それぞれ、4組の吸気ポート17、18の各々に対応するように配設されており、第3通路37、サージタンク38及び独立通路39等を成す一体形成された部品をエンジン本体10に組み付けたときに、各独立通路39と、それに対応する吸気ポート17、18とが、それぞれ1本の通路を構成するようになっている。
前述のように、独立通路39は、1組につき、第1ポート17に対応する独立通路391と、第2ポート18に対応する独立通路392とから構成されている。よって、第3通路37、サージタンク38及び独立通路39等を成す部品をエンジン本体10に組み付けたときに、第1ポート17と、それに対応する独立通路391とが独立した1本の通路を構成すると共に、第2ポート18と、それに対応する独立通路392とが独立した1本の通路を構成する。このようにして、計8本の独立した通路が構成されるようになっている。
そして、第2ポート18に接続される独立通路392には、前述のSCV80が配設されている(図5及び図11等を参照。)SCV80の開度を絞ることで、この第2ポート
18を通過するガスの流量が低減されるため、他方の第1ポート17を通過するガスの流量を相対的に増やすことができる。
ところで、後述の如く、バイパス通路40の下流側部分は2股に分岐しており、分岐した各通路(以下、「分岐通路」44b、44cという)の下流端部は、両方とも、サージタンク38の上面に接続されている。
そのような構造を実現するべく、サージタンク38の上面には、気筒列方向に間隔を空けて配置され且つ、サージタンク38の内外を連通させるように構成された2つの第1及び第2導入部38c、38dが設けられている。
そして、2つの第1及び第2導入部38c、38dのうち、気筒列方向の一側(右側)に位置する第1導入部38cには、一方の分岐通路(以下、「第1分岐通路」ともいう)44bの下流端部が接続されている一方、他側(左側)に位置する第2導入部38dには、他方の分岐通路(以下、「第2分岐通路」ともいう)44cの下流端部が接続されている(図10も参照)。
具体的に、第1及び第2導入部38c、38dは、双方とも、短筒状に形成されており、図8に示すように、サージタンク38の上面から気筒列方向に対して垂直に且つ、斜め上前方に向かって延びている。
第1導入部38cは、図8に示すように、2番気筒11Bの第2ポート18Bに対応する独立通路392付近の部位に対向するように配設されている。対して、第2導入部38dは、4番気筒11Dの第2ポート18Dに対応する独立通路392付近の部位に対向するように配設されている。
過給機34に吸い込まれたガスは、このように構成された“過給通路”を介して各シリンダ11へ至る。
つまり、過給時においては、エンジン1が運転している最中、クランクシャフト15からの出力が、駆動ベルト及び駆動プーリ34dを介して伝達されて、ロータを回転させる。ロータが回転することにより、過給機34は、第1通路33から吸い込んだガスを、圧縮した上で吐出口34cから吐き出す。吐き出されたガスは、ケーシング34bの前方に配置された第2通路35に流入する。
図7の矢印A2に示すように、過給機34から吐出されて第2通路35に流入したガスは、過給機34の吐出口34cから前方に向かって流れた後、第2通路35に沿って下方へと流れる。下方へ流れたガスは、第2通路35の下部に至った後、インタークーラ36に向かって後方へ流れる。
続いて、図7の矢印A3に示すように、第2通路35を通過したガスは、前面側の開口部36dからクーラハウジング36cの内部に流入し、その前側から後方に向かって流れる。クーラハウジング36cの内部に流入したガスは、コア36aを通過する際に、ウォータチューブに供給された冷却水によって冷却される。冷却されたガスは、クーラハウジング36cにおける後面側の開口部36eから流出し、第3通路37に流入する。
そして、図7の矢印A4に示すように、インタークーラ36から第3通路37へ流入したガスは、集合部37aを通過した後、導入部37bの上流側部分に沿って右斜め上方へ流れ(図8の区間S1も参照)、その後、導入部37bの下流側部分に沿って直上方へ流れる(図8の区間S2も参照)。同図の矢印A5に示すように、導入部37bを通過したガスは、サージタンク38における、気筒列方向の略中央の空間に流入し、サージタンク38にて一時的に蓄えられた後、独立通路39を介して各シリンダ11へ供給される。
−バイパス側の通路構造−
次に、バイパス通路40側の構成について詳細に説明する。
図10は、バイパス通路40に係る通路構造を上側から見て示す図である。
バイパス通路40は、第1通路本体33b上面に設けられた分岐部から上方に向かって延びた後に、右方に向かって略ストレートに延びる(図4及び図5も参照)。バイパス通路40は、右方に向かって延びた部分がサージタンク38の中央付近(具体的には、気筒列方向における中央)に至ると、斜め下後方に向かうように向きを変えた後に、2股に分岐する。分岐した各々が、サージタンク38の上面に接続されるようになっている。
具体的に、バイパス通路40は、流れ方向に沿って上流側から順に、バイパスバルブ41が内蔵されたバルブボディ41aと、バルブボディ41aを通過したガスの流れ方向を変更する曲管部42と、曲管部42を通過したガスを右方に向かって導く直管部43と、直管部43を通過したガスを斜め下後方に向かって導いた後、2股に分岐してサージタンク38に接続される分岐管部44とから構成されている。
バルブボディ41aは、短筒状に形成されており、図5に示すように、第1通路33に対して上方且つ、過給機34に対して左方において、両端の開口を上下に向けた姿勢で配置されている。また、バルブボディ41aは、第1通路33と同様に、取付面10aの左端付近の部分よりも前方に位置している。バルブボディ41aの上流端(下端)には、第1通路33の分岐部が接続されている一方、バルブボディ41aの下流端(上端)には、曲管部42の上流端が接続されている。
曲管部42は、エルボ状の管継手として構成されており、第1通路33、ひいてはバルブボディ41aの上方位置において、下方と右方とに開口を向けた姿勢で配置されている。よって、曲管部42に流入したガスは、第1通路33におけるガスの主流に対して垂直な方向(直上方)に向かって流れた後、曲管部42の曲がり方向に従って流れの向きが変更される。その結果、曲管部42を流れるガスは、気筒軸方向視したとき(図10を参照)に、若干、後方へ流れつつ、気筒列方向の外側から内方(左側から右方)に向かって流れる。また、曲管部42は、第1通路33及びバルブボディ41aと同様に、取付面10aの左端付近の部分よりも前方に位置している。曲管部42の上流端(下端)には、既に述べたようにバルブボディ41aの下流端(上端)が接続されている一方、曲管部42の下流端(右端)には、直管部43の上流端が接続されている。
直管部43は、長筒状(具体的には、気筒列方向の一側(左側)から他側(右側)へ向かう方向に延びる筒状)に形成されており、図4〜図5から見て取れるように、第1通路33ないし過給機34の上方位置において、両端の開口を左右に向けた姿勢で配置されている。直管部43の上流端(左端)には、既に述べたように曲管部42の下流端(右端)が接続されている一方、直管部43の下流端(右端)には、分岐管部44の上流端が接続されている。
分岐管部44は、エルボ状に曲折された曲折通路44aと、その曲折通路44aの下流端からトーナメント状に分岐した2本の分岐通路44b、44cとから構成されており、過給機34ないしサージタンク38の上方位置において、曲折通路44aの上流端を左方に向けて且つ、分岐した2本の分岐通路44b、44cを両方とも斜め下後方に向けた姿勢で配置されている。
詳しくは、曲折通路44aは、左側から右方へ向かうにつれて、前方から斜め下後方へ向かうように、略直角に曲折されている。この曲折通路44aの後端部は、図10に示すように、気筒軸方向視したときに、略T字状に2本の分岐通路44b、44cに分岐している。
2本の分岐通路44b、44cの流路長は、実質的に同じであり、分岐した一方の分岐通路である第1分岐通路44bは、分岐箇所から気筒列方向に沿って右方へ延びた後、斜め下後方に向かうように曲折されている。対して、分岐した他方の分岐通路である第2分岐通路44cは、分岐箇所から気筒列方向に沿って左方へ延びた後、斜め下後方に向かうように曲折されている。2本の分岐通路44b、44cの下流端部は、前述の如く、サージタンク38の上面に形成された第1導入部38c及び第2導入部38dに接続されている。
自然吸気時において、バイパス通路40に流入したガスは、該バイパス通路40を成す各部41〜44を通過して各シリンダ11へ至る。
つまり、スロットルバルブ32を通過したガスは、バイパスバルブ41の開閉状況に応じて、第1通路33の途中からバイパスバルブ41のバルブボディ41aに流入する。
図10の矢印A6に示すように、バルブボディ41aを通過して曲管部42に流入したガスは、直上方に向かって流れた後、若干後方へ向かいつつも、右方へ向かって流れる。
続いて、曲管部42を通過したガスは、図10の矢印A7に示すように、直管部43に沿って右方へ流れた後、分岐管部44に流入する。そして、同図の矢印A8〜A10に示すように、分岐管部44に流入したガスは、曲折通路44aを通過した後、第1分岐通路44bと第2分岐通路44cとに分配されて、分配された各々がサージタンク38に流入する。サージタンク38に流入したガスは独立通路39を介して各シリンダ11に吸入される。
対して、過給時においては、サージタンク38からバイパス通路40に逆流したガスは、バイパス通路40の各部41〜44を前述とは逆向きに通過して、第1通路33に流出する。
(吸気温度センサの配置に関する構成)
図11は、第2通路35に係る通路構造を前側から見て示す図である。また、図12は、第2通路35を構成するダクトを取り外した状態を示す図11対応図であり、図13は、図11のA−A断面を一部拡大して示す図であり、図14は、図11のB−B断面の一部を示す図である。そして、図15は、第2通路35を構成するダクトを後側から見て示す図である。
エンジン1は、該エンジン1を運転するためのECUを備えている。ECUは、前述の吸気温度センサ90など、各種のセンサより出力された検知信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断すると共に、種々のアクチュエータの制御量を計算する。そして、ECUは、計算した制御量に対応する制御信号を、インジェクタ6、点火プラグ25、吸気電動VVT23、排気電動VVT24、燃料供給システム61、スロットルバルブ32、EGRバルブ54、過給機34の電磁クラッチ34a、及びバイパスバルブ41等に出力し、エンジン1を運転する。
エンジン1の運転領域は、例えばエンジン回転数と負荷とによって区分されるようになっており、ECUは、各領域に対応した運転状態を実現するように、各アクチュエータを制御する。
例えば、所定負荷よりも低負荷側の運転領域では、自然吸気によってエンジン1を運転する(つまり、電磁クラッチ34aを遮断してバイパスバルブ41を全開にする)一方、その所定負荷よりも高負荷側の運転領域では、過給機34を駆動することにより、各シリンダ11に導入されるガスを過給する(つまり、電磁クラッチ34aを接続してバイパスバルブ41の開度を調整する)ようになっている。
ところで、高負荷側の運転領域において、過給機34の吐出ガス温が過度に高まると、過給機34自体が過熱してしまい、信頼性という面において支障を来す可能性がある。そのため、過給機34を利用する際には、過給機34の吐出ガス温を適宜監視して、所定の上限以下に収めることが要求される。
また、エンジン1の運転に際しては、インタークーラ36における放熱量など、種々の状態量を把握することが求められる。そのような状態量を把握するためには、例えば、インタークーラ36の導入口36d付近におけるガス温を検出することが要求される。
これらの要求を満足するための方策としては、例えば、過給機34とインタークーラ36とを接続する第2通路35上に吸気温度センサ90を配設し、過給機34下流側かつ、インタークーラ36上流側におけるガス温を検出することが考えられる。
ところが、そのように構成した場合、過給機34の吐出圧に生じる脈動や、過給機34から吐出されるガスの噴流等の影響に起因して、第2通路35におけるガスの温度分布にバラツキが生じる可能性がある。またそもそも、吐出前のガスであっても、過給機34の内部で圧縮されるときにバラツキが生じる虞もある。このようなバラツキは、ガス温の検出結果を安定させる上で不都合である。
そこで、第2通路35の途中にスクリューを配設することにより、ガスを撹拌することが考えられるものの、その作動に要するエネルギを考慮すると、燃費性能という観点からは好ましくない。また、第2通路35上にフィン等を設けることも考えられが、吸気抵抗の悪化を招くという点で不都合である。
そこで、本願発明者等は、第2通路35の形状と、吸気温度センサ90の取付位置に工夫を凝らすことで、新たな部材を設けることなく、吸気温度センサ90の検出結果を安定させることにした。
以下、第2通路35の形状と、吸気温度センサ90の取付位置に係る構成について詳細に説明する。
図11〜図12に示すように、過給機34及びインタークーラ36は、所定の間隔を空けて上下に隣り合うように配置されている。つまり、過給機34とインタークーラ36との間には、上下方向において隙間が空いている(図7及び図14も参照)。
そして、過給機34の吐出口34cと、インタークーラ36の導入口36dとは、双方と所定の開口方向(図11において紙面奥側から手前側へ向かう方向であって、この例では前方向)に向かって開口しており、図7に示すように、それぞれ、略同一平面上に配置されている。
また、図12から見て取れるように、過給機34の吐出口34cは、該吐出口34cを前側から正面視したときに、1辺を上下方向に沿わせ且つ、他の2辺を左方に向かって延ばした横向き三角形状の開口部として形成されている。対して、インタークーラ36の導入口36dは、4辺を上下方向および左右方向に沿わせた略矩形状に開口している。吐出口34cは、前側から正面視したとき、吐出口34cから導入口36dに向かう方向(つまり、下方向)の寸法と、同方向に直交する方向(つまり、左右方向)の寸法とが、双方とも、導入口36dの寸法よりも小さくなっている。つまり、吐出口34cは、導入口36dよりも狭くなっている。
吐出口34cと導入口36dとは、既に説明したように、第2通路35を介して相互に接続されるようになっている。具体的に、第2通路35は、図11に示すように、上下方向に延び且つ、左右方向に扁平な角筒状のダクトとして形成されており、上下の両端部が後方に向けて曲折されている(図7及び図14も参照)。
詳しくは、第2通路35は、左右方向の通路幅W1〜W3に対し、前述の開口方向(前方向)の奥行きが短い扁平状の通路として形成されている。
また、第2通路35は、吐出口34cに接続される上流端部35aから開口方向に沿って前側に向かって延びた後、導入口36d側(この例では下方)に向かって略直角に曲折される。その後、第2通路35は、下方に向かって略ストレートに延びた後、再び導入口36d側(この例では後方)に向かって略直角に曲折されて、下流端部35bの開口を介して導入口36dに接続される。これにより、第2通路35は、気筒列方向視したとき(特に、右方向から見たとき)に、図7に示すような略コの字状の流路を形成するようになっている。
なお、第2通路35の上流端部35aは、図12に示すような矩形状に開口しており、過給機34の吐出口34cに対し、正面視において左方にオフセットしている。具体的に、上流端部35aの中心(例えば、上流端部35aの開口に対応する四角形の重心)C1は、三角形状に開口した吐出口34cの中心(例えば、吐出口34cの開口に対応する三角形の重心)C2に対して左方にオフセットしている。対して、第2通路35の下流端部35bとインタークーラ36の導入口36dとは、双方とも矩形状に開口しており、正面視においては、互いに略同じ位置に配置されている。
そして、第2通路35における中途の部位には、該部位における流路断面積を、第2通路35の上流端部35aから該部位に至る部分における流路断面積よりも縮小させた狭小部35cが設けられている。
具体的に、第2通路35は、該第2通路35の上流端部35aから狭小部35cに至る部分を構成する過給機側通路部351と、狭小部35cを含んだ部分を構成する接続通路部352と、狭小部35cから第2通路35の下流端部35bに至る部分を構成するクーラ側通路部353とを有する。
詳しくは、過給機側通路部351は、吐出口34cから前側に向かって延びた後、導入口36d側に向かって下方に曲折された通路を構成している。過給機側通路部351は、取付面10aを前側から正面視したときに、左右方向の通路幅W1が、同方向におけるクーラ側通路部353の通路幅W3と同じになるように形成されている(つまりW1=W3)。そのため、過給機側通路部351における流路断面積と、クーラ側通路部353における流路断面積とは実質的に一致する。
また、図7、及び図14〜図15等に示すように、過給機側通路部351において下方に曲折された角部には、多数の貫通孔を有する第1のパンチングプレート71が配設されている。第1のパンチングプレート71は、気筒列方向の一側から見たとき、図7及び図14等に示すように、第2通路35を通過するガスの流れ方向に沿って略円弧状のカーブを描くように曲げられた状態で、第2通路35の内壁に取り付けられている。
対して、クーラ側通路部353は、導入口36dから前側に向かって延びた後、吐出口34c側に向かって上方に曲折された通路を構成している。クーラ側通路部353は、取付面10aを前側から正面視したときに、左右方向の通路幅W3が、同方向における導入口36dの寸法以上(この構成例では、実質的に同じ寸法)に形成されている。これにより、クーラ側通路部353を通過したガスは、少なくとも左右方向に関しては、導入口36dの開口全体を通過するようになる。このような構成は、コア36aの前面全体にガスを当てる上で有効である。
また、図7、及び図14〜図15等に示すように、クーラ側通路部353において上方に曲折された角部には、第2のパンチングプレート72が配設されている。第2のパンチングプレート72の構成は、第1のパンチングプレート71と実質的に同じである。第2のパンチングプレート72もまた、第2通路35を通過するガスの流れ方向に沿って略円弧状のカーブを描くように曲げられた状態で取り付けられている。
また、接続通路部352は、過給機側通路部351の下流端部(下方に向かって開口した端部)と、クーラ側通路部353の上流端部(上方に向かって開口した端部)とを接続するように、上下方向に略ストレートに延びる通路を構成している。接続通路部352のうち、正面視において過給機34とインタークーラ36との隙間に重なる部位には、前述の狭小部35cが設けられている。
狭小部35cは、左右一対の括れ状に形成されており、過給機側通路部351及びクーラ側通路部353の双方に対し、接続通路部352を幅狭にする。つまり、狭小部35cにおける通路幅W2は、過給機側通路部351における通路幅W1、及び、クーラ側通路部353における通路幅W3の双方よりも小さい(W2<W1=W3)。尚、狭小部35cを構成する括れ部は、左右一対とすることなく、左右一方に形成してもよい。
また、狭小部35cは、第2通路35の外面に凹部を成している。詳しくは、第2通路35は略一定の厚みを有しているため、その中途に狭小部35cを設けると、図11に示すように、第2通路35の外面が幅方向に凹むことになる。
そのようにして構成された狭小部35cには、第2通路35において該狭小部35cに対応する部位を流れるガスの温度を検出する吸気温度センサ90が配置されている。以下で詳述するように、このような配置とすることで、吸気温度センサ90の検出結果を安定させることが可能となる。
詳しくは、本実施形態に係る吸気温度センサ90は、熱電対式の温度センサとして構成されており、第2通路35の外部に露出する基端側の固定部92と、この固定部92に対して先端側に設けられ、第2通路35の内部に挿入される先端側の検出部91とを有している。尚、吸気温度センサ90は、熱電対式の温度センサに限られない。
固定部92は、吸気温度センサ90におけるボスとして機能するようになっており、狭小部35cによって形成される凹部のうち、第2通路35の右側部に形成される凹部外面の内側に固定されている。これにより、吸気温度センサ90は、図12に示すように、上下方向においては、過給機34とインタークーラ36との間の隙間に重なるよう配置されている。
対して、先端側の検出部91は、ガス温の検出機能を有しており、例えば図13に示すように、固定部92から左方に向かって突出し、接続通路部352の内側に挿入されている(例えば図13を参照)。
ここで、検出部91の突出量を変更することにより、その検出性能などを調整することができる。例えば、検出部91の突出量を大きく設定すると、検出部91を接続通路部352の内壁面(右側の内壁面)から離隔させることができる。そのことで、ガスの温度を検出する際に、接続通路部352の内壁面がガス流に与える作用、ひいては、その作用が検出結果に及ぼす影響を抑制することが可能になる。一方、突出量を相対的に小さく設定すると、検出部91を接続通路部352の内壁面に近接させることができる。そうすると、例えばガス流による検出部91の折損を防止することが可能になる。本実施形態では、壁面の影響の抑制と、折損の防止との両方を図ることができるような突出量に設定されている。
本実施形態に係る吸気温度センサ90は、吐出口34cのオフセット方向(つまり右方向)にオフセットしている。図12に示すように、検出部91の先端は、左右方向において、上流端部35aの中心C1よりも、吐出口34cの中心C2寄りに配置されている。
図16Aは、第2通路を右側から見て示す概略図であり、図16Bは、第2通路におけるガスの温度分布をC−C断面について示すコンター図である。一方、図17Aは、第2通路を前側から見て示す概略図であり、図17Bは、第2通路におけるガスの温度分布をD−D断面について示すコンター図である。
図16B及び図17Bに示すように、過給機34から吐出した直後のガスには、その吐出圧に生じる脈動や、ガスの噴流等の影響に起因して、その温度分布にバラツキが生じる可能性がある。具体的に、第2通路35の上流端部35a付近(本実施形態では、過給機側通路部351付近)においては、比較的高温のガス流と、それよりも低温のガス流とが共存した状態となる可能性がある。そのような状態は、ガス温を安定して検出するには不都合である。
しかし、前記の構成によれば、狭小部35cが設けられた部位(接続通路部352)における流路断面積は、図17Aにも示すように、その部位よりも上流側部分(過給機側通路部351)における流路断面積に対して縮小するようになっている。そうすると、前記高温のガス流と低温のガス流とが、狭小部35cを通過するときに集まるようになる。
しかも、図17Aに示すように、狭小部35cは、左右方向において内側に向かって凸を成すように、緩やかに湾曲している。これにより、過給機側通路部351における左右の下端部と、接続通路部352における左右の上端部とは、それぞれ緩やかに繋がっており、ガス流をスムースに集める上で有利になる。
これにより、図16B及び図17Bに示すように、狭小部35cにおいては、第2通路35の上流端部35a付近と比較して、温度分布のバラツキが緩和される。そうした狭小部35cに吸気温度センサ90を配置することで、その検出結果を安定させることが可能になる。
ここで、狭小部35cではなく、狭小部35cより下流側のクーラ側通路部353に吸気温度センサ90を配置することも考えられる。しかし、クーラ側通路部353における流路断面積は、接続通路部352における流路断面積に対して拡大するようになっている。そうすると、接続通路部352からクーラ側通路部353に至るときに、流路断面積を拡大させた角部において渦等が生じてしまい、図16Bの囲み部R1、及び図17Bの囲み部R2に示すように、ガス温の分布にムラを招く可能性がある。そのようなムラが生じてしまっては、ガス温の検出結果を安定させる上で望ましくない。そのため、前記のように、狭小部35cにおけるガス温を検出するように構成することで、その検出結果を安定させることが可能となる。
加えて、前記の構成は、スクリューやフィン等を新たに設けることなく、第2通路35の形状を変更しつつ、吸気温度センサ90の取付位置に工夫を凝らすことで実現される。したがって、例えば第2通路35の途中にスクリューを設ける構成と比較して、燃費性能を確保する上で有利となる。また、第2通路35上にフィン等を設ける構成と比較して、第2通路35全体の形状をシンプルに保ち、ひいては吸気抵抗の悪化を抑制することができる。
また、前記の構成によれば、図16Aから見て取れるように、過給機34から第2通路35へ流入したガスは、第2通路35の上流端部35aから前方に向かって流れた後、第2通路35前側の内壁面351aに衝突することにより、下方へ向うように方向転換する。方向転換したガスは、いわゆるウォールガイド効果にしたがって、衝突した内壁面351aに沿って流れるようになる。これにより、前記高温のガス流と低温のガス流とが前側に集まるようになるから、図17Bに示すように、温度分布のバラツキを緩和することができる。
加えて、前側の内壁面351aに沿わせたガス流は、その壁面付近において乱れを生じることになる。そのような乱れが生じると、壁面付近を流れるガスが撹拌されるようになるから、温度分布のバラツキを緩和する上で有効となる。
このように、壁面との衝突による影響と、前述の狭小部35cによる影響とが相俟って、ガス温のバラツキを緩和する上で一層有利になり、ひいては、吸気温度センサ90の検出結果をより安定させることが可能となる。
また、前記の構成によれば、図16A等に示すように、第2通路35を扁平な形状としたことで、第2通路35、ひいてはエンジン1全体を奥行き方向にコンパクトな構成することが可能になる。
加えて、狭小部35cは、奥行き方向ではなく、それよりも相対的に長い幅方向において第2通路35を狭めることにより形成されているから、奥行き方向に狭めた構成と比較して、吸気抵抗の悪化を抑制することが可能になる。
通常、吸気温度センサ90を吸気通路30に取付ける際には、先端側の検出部91を通路内に挿入する一方で、基端側の固定部92を通路外に露出させるのが通例である。この場合、固定部92は、吸気通路30を区画するダクトに対して、例えば締結等の手段によって固定される。
前記の構成によれば、図17A等に示すように、第2通路35の外面に形成される凹部を利用して、吸気温度センサ90の固定部92を配置することができる。そのことで、エンジン1全体をかさばらせることなく、吸気温度センサ90をコンパクトに取付けることができる。
既に説明したように、過給機34の設計仕様などに起因して、その吐出口34cが第2通路35の上流端部35aに対してオフセットする場合がある。この場合、吐出口34cから第2通路35に流入するガスの温度分布もまた、そのオフセット方向に偏ることになる。
前記の構成によれば、図17A等に示すように、吐出口34cのオフセット方向にそって、吸気温度センサ90の検出部91もオフセットさせたから、ガス温をより適切に検出することが可能になる。
《第2の実施形態》
前記の実施形態では、第2通路35の外面に形成される凹部を利用して、吸気温度センサ90の固定部92を配置する構成について説明したが、その構成には限られない。第2通路35において、狭小部35cが設けられた部位におけるガス温を検出するように構成すればよい。
以下、吸気温度センサ取付構造の第2の実施形態を図18〜図20に基づいて説明する。ここで、図18は、第2の実施形態に係る取付構造を例示する図5対応図であり、図19は、その取付構造を例示する図12対応図であり、図20は、その取付構造を例示する図14対応図である。
第2の実施形態に係る吸気温度センサ90’は、その取付構造の細部を除き、前記実施形態に係る吸気温度センサ90と同様に構成されている。すなわち、この吸気温度センサ90’は、熱電対式の温度センサとして構成されており、第2通路35の内部に挿入される先端側の検出部91’と、その検出部91’に対して基端側に設けられ、第2通路35の外部に露出する固定部92’とを有している。
そして、第2の実施形態に係る固定部92’は、狭小部35cが成す凹部の内側ではなく、過給機34とインタークーラ36との間の隙間に配置されている。
具体的に、この固定部92’は、図18〜図20に示すように、第2通路35の後面(さらに詳しくは、前記実施形態における接続通路部352の後面)に固定されており、検出部91’は、その後面から前方に突出している。詳細な図示は省略するが、この検出部91’は、前記実施形態と同様に、第2通路35において、狭小部35cが設けられた部位におけるガスの温度を検出するようになっている。
この構成によれば、吸気温度センサ90’の固定部92’を配置する際に、過給機34とインタークーラ36との間の隙間を利用することができる。そのことで、エンジン全体をかさばらせることなく、吸気温度センサ90’をコンパクトに取付けることができる。
《他の実施形態》
前記実施形態では、狭小部35cは、過給機側通路部351及びクーラ側通路部353の双方に対し、接続通路部352の流路断面積を縮小させるように構成されていたが、この構成には限られない。狭小部35cは、少なくとも過給機側通路部351に対し、接続通路部352の流路断面積を縮小させればよい。
例えば、過給機側通路部351における通路幅W1を、接続通路部352における通路幅W2よりも大きくし且つ、その接続通路部352における通路幅W2を、クーラ側通路部353における通路幅W3と同じにしてもよい(W1>W2=W3)。
また、前記実施形態では、所謂スーパーチャージャとして構成された過給機34を例示したが、この構成には限られない。ターボチャージャとしてもよい。
1 エンジン(過給機付きエンジン)
10 エンジン本体
11 シリンダ(気筒)
30 吸気通路
34 過給機
34c 吐出口
35 第2通路(中間通路)
35a 第2通路の上流端部(中間通路の上流端部)
35b 第2通路の下流端部(中間通路の下流端部)
35c 狭小部
36 インタークーラ
36d 導入口
90 吸気温度センサ
91 検出部
92 固定部
90’ 吸気温度センサ
91’ 検出部
92’ 固定部

Claims (5)

  1. 気筒を有するエンジン本体と、ガスの流れ方向に沿って上流側から順に過給機及びインタークーラが介設され、下流端部が前記エンジン本体に接続された吸気通路と、を備えた過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造であって、
    前記吸気通路は、前記過給機におけるガスの吐出口と前記インタークーラにおけるガスの導入口とを相互に接続する中間通路を有し、
    前記中間通路における中途の部位には、該部位における流路断面積を、前記中間通路の上流端部から該部位に至る部分における流路断面積よりも縮小させた狭小部が設けられ、
    前記狭小部には、該狭小部におけるガスの温度を検出する吸気温度センサが配置され
    前記吐出口と前記導入口とは、双方とも所定の開口方向へ向かって開口し、
    前記中間通路は、前記吐出口に接続される上流端部から前記開口方向に沿って延びた後に、前記導入口側へ向かって曲折され、
    前記狭小部は、前記中間通路において前記導入口側へ向かって曲折された部位よりも下流側に設けられている過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造。
  2. 請求項に記載された過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造において、
    前記中間通路は、前記吐出口から前記導入口へ向かう方向と直交する方向の通路幅に対し、前記開口方向の奥行きが短い扁平状の通路として形成されており、
    前記狭小部は、前記中間通路の上流端部から前記狭小部に至る部分と、該狭小部から前記中間通路の下流端部に至る部分との双方に対して幅狭に形成されている過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造。
  3. 請求項1〜のいずれか1項に記載された過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造において、
    前記狭小部は、前記中間通路の外面に凹部を成し、
    前記吸気温度センサは、
    前記中間通路の内部に挿入される先端側の検出部と、
    前記検出部に対して基端側に設けられ、前記中間通路の外部に露出する固定部と、を有し、
    前記固定部は、前記凹部の内側に固定されている過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造。
  4. 請求項1〜のいずれか1項に記載された過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造において、
    前記過給機及びインタークーラは、所定の間隔をあけて隣り合うよう配置され、
    前記吸気温度センサは、
    前記中間通路の内部に挿入される先端側の検出部と、
    前記検出部に対して基端側に設けられ、前記中間通路の外部に露出する固定部と、を有し、
    前記固定部は、前記過給機と前記インタークーラとの間の隙間に配置されている過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造。
  5. 気筒を有するエンジン本体と、ガスの流れ方向に沿って上流側から順に過給機及びインタークーラが介設され、下流端部が前記エンジン本体に接続された吸気通路と、を備えた過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造であって、
    前記吸気通路は、前記過給機におけるガスの吐出口と前記インタークーラにおけるガスの導入口とを相互に接続する中間通路を有し、
    前記中間通路における中途の部位には、該部位における流路断面積を、前記中間通路の上流端部から該部位に至る部分における流路断面積よりも縮小させた狭小部が設けられ、
    前記狭小部には、該狭小部におけるガスの温度を検出する吸気温度センサが配置され、
    前記吐出口は、該吐出口を正面視したときに、前記中間通路の上流端部に対してオフセットしており、
    前記吸気温度センサもまた、前記吐出口と同じ方向にオフセットしている過給機付きエンジンの吸気温度センサ取付構造。
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