JP6601290B2 - 吸気装置 - Google Patents

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Description

本開示は、吸気装置に関する。
特許文献1には、吸気を気筒内に導く吸気通路と、気筒内で発生した排気ガスを大気中に排出する排気通路とを備える車両走行用エンジン(内燃機関)が開示されている。吸気通路は、エアクリーナやスロットルバルブ等が配置される吸気管と、吸気を各気筒へ分配するインテークマニホールドと、エンジンのシリンダヘッドに形成された吸気ポートとによって構成される。インテークマニホールドは、通路断面積が拡大して設けられて吸気脈動や吸気干渉を低減させるサージタンクと、サージタンク内の吸気をエンジンの各気筒に分配する複数の吸気ブランチとを備えて形成されている。また、車両走行用エンジンには、吸気を加圧する吸気過給機(ターボチャージャ、スーパーチャージャ等)が搭載されており、吸気過給機のコンプレッサによって圧縮されて高圧になり温度上昇した吸気を強制冷却するインタークーラが配置されている。インタークーラは、サージタンクの内部に収容され、サージタンクを通過してエンジンに吸い込まれる吸気は冷却される。
特開2013−29050号公報
ところで、インタークーラの下面とサージタンクの底壁との間には隙間が形成され、この隙間が大きいと、吸気がインタークーラで熱交換されずに気筒内に供給され、内燃機関を効率的に運転することができない。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、インタークーラの下面と収容空間を画成する底壁との間に形成される隙間を埋め、効率的に運転することができる吸気装置を提供することを目的とする。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る吸気装置は、内燃機関の吸気通路上に設けられるケーシングと、前記ケーシングの内部に配置されるインタークーラとを備える吸気装置であって、前記ケーシングは前記インタークーラを挿入する開口部を有し、前記インタークーラは、前記インタークーラの一方の端面に形成されて、前記ケーシングの前記開口部の縁部に固定されるとともに前記開口部を閉鎖する取付部を有し、前記ケーシングは、前記インタークーラの他方の端面と前記ケーシングの前記開口部と対向する内壁面との間に配置されて吸気流れと交差する方向全域に亘って設けられ、一端が前記内壁面に固定され、他端が前記他方の端面に当接する板状体と、前板状体の一端と他端との間で前記内壁面に螺合し、前記板状体を前記他方の端面に向けて押圧するボルトと、を含む。
上記(1)の構成によれば、一端が内壁面に固定され、他端が他方の端面に当接する板状体と、板状体の一端と他端との間で内壁面に螺合し、板状体を他方の端面に向けて押圧するボルトと、を含むので、インタークーラの他方の端面とケーシングの内壁面との間に形成される隙間が埋められ、隙間を吸気が流れることがないので、吸気装置を効率的に運転することができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、前記板状体は、一端が吸気流れ方向上流側で前記内壁面に固定され、他端が吸気流れ方向下流側で前記他方の端面に当接する。
上記(2)の構成によれば、板状体は、一端が吸気流れ方向上流側でケーシングの内壁面に固定され、他端が吸気流れ方向下流側でインタークーラの他方の端面に当接するので、インタークーラの他方の端面とケーシングの内壁面との間に形成される隙間は、吸気流れ方向下流側で埋めることができる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、前記板状体は、一端が前記内壁面にロウ付けされ、前記ボルトは、前記板状体の他端を前記他方の端面に押し付ける。
上記(3)の構成によれば、板状体は、一端が内壁面にロウ付けされ、ボルトは、板状体の他端を他方の端面に押し付けるので、インタークーラの他方の端面とケーシングの内壁面との間に形成される隙間を確実に埋めることができる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)から(3)のいずれか一つの構成において、前記ボルトは、前記ケーシングよりもイオン化傾向の大きい材料で構成される。
上記(4)の構成によれば、インタークーラの吸気流れ方向下流で凝縮した凝縮水は、ケーシングよりも先にボルトを腐食(溶損)させるので、ケーシングからボルトを取り外し、取り外したボルトを観察すれば、ケーシングの腐食(溶損)を予測することができる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(4)の構成において、前記ボルトは、マグネシウム合金で構成され、前記ケーシングは、アルミニウム合金で構成される。
上記(5)の構成によれば、マグネシウムのほうがアルミニウムよりもイオン化傾向が大きいので、インタークーラの吸気流れ方向下流で凝縮した凝縮水は、ケーシングよりも先にボルトを腐食(溶損)させる。したがって、ケーシングからボルトを取り外し、取り外したボルトを観察すれば、ケーシングの腐食(溶損)を予測することができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、インタークーラの他方の端面とケーシングの内壁面との間に形成される隙間が埋められ、吸気装置を効率的に運転することができる。
本発明の実施形態に係る内燃機関の構成を概略的に示す模式図である。 図1に示したインテークマニホールド及びインタークーラの構成を概略的に示す分解斜視図である。 図2に示したインタークーラの構成を詳細に示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るインテークマニホールド及びインタークーラの構成を概略的に示す斜視図である。 図4に示したインテークマニホールド及びインタークーラの構成を概略的に示す断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1は、本発明の実施形態に係る内燃機関1の構成を概略的に示す模式図である。図2は、図1に示したインテークマニホールド及びインタークーラの構成を概略的に示す分解斜視図であり、図3は、図2に示したインタークーラの構成を詳細に示す分解斜視図である。
本発明の実施形態に係る内燃機関1(以下「エンジン1」という)は、コモンレール式のディーゼルエンジンであって、図1に示すように、内燃機関本体2(以下「エンジン本体2」という)、燃料供給系統3、吸気系統4、排気系統5、及び排気再循環系統6を備えて構成されている。
エンジン本体2は、シリンダブロック21と、シリンダブロック21の上に固定されるシリンダヘッド22とにより構成される。シリンダブロック21には、複数のシリンダ(気筒)が一列に設けられ、その下方域に共通する一つのクランクシャフト23が回転可能に支持されている。シリンダは、円筒形に形成され、その内部にはピストン24が上下方向に往復動可能に収容されている。ピストン24は、頭部が閉塞された円筒形に形成され、その胴部には径方向に貫通するピン穴が設けられている。また、ピストン24の胴部には、コネクティングロッド25の一端(スモール・エンド)が収容され、ピン穴を挿通するピストンピンにより、コネクティングロッド25の一端がピストン24に連結されている。そして、シリンダヘッド22とピストン24との間には燃焼室が形成される。
クランクシャフト23は、コネクティングロッド25とともにピストン24の往復運動(下降運動)を回転運動に変換するためのものであり、クランクシャフト23の回転中心を通る軸線に対して平行にクランクピン231を有している。そして、クランクピン231には、コネクティングロッド25の他端(ラージ・エンド)が連結されている。これにより、ピストン24の往復運動は、クランクシャフト23の回転運動に変換される。
シリンダヘッド22には、シリンダごとに吸気ポート221と排気ポート222とが設けられている。
また、各吸気ポート221には、吸気ポート221を開閉する吸気弁26が取り付けられている。吸気ポート221は、吸入行程において開放され、吸気ポート221からシリンダ内に混合ガスの吸入が可能となり、圧縮行程、膨張行程及び排気行程において閉鎖される。
また、各排気ポート222には、排気ポート222を開閉する排気弁27が取り付けられている。排気ポート222は、排気行程において開放され、排気ポート222から排気ガスの排出が可能となり、吸入行程、圧縮行程及び膨張工程において閉鎖される。これにより、燃焼室は、圧縮行程と膨張工程において閉鎖される。
また、シリンダヘッド22には、シリンダごとにグロープラグ28が設けられている。グロープラグ28は、冷間時の始動を助ける補助熱源であって、燃料供給系統3から供給(噴射)された燃料が直接触れる位置に配置される。
燃料供給系統3は、所定のタイミングで所定量の燃料をシリンダ内に噴射するためのものであり、本実施形態では、コモンレール式の燃料噴射装置30を備えている。コモンレール式の燃料噴射装置30は、シリンダごとに設けられたインジェクター31と、各インジェクター31に共通するコモンレール32と、コモンレール32に高圧燃料を供給する高圧燃料ポンプ33とを備えて構成されている。これにより、コモンレール式の燃料噴射装置30は、一燃焼サイクル中で、パイロット噴射、プレ噴射、主噴射、アフター噴射及びポスト噴射に分けて燃料を噴射することができる。
吸気系統4は、エンジン本体2に空気を供給するためのものであり、吸気装置を構成する。吸気系統4は、外部からエンジン本体2に空気を供給するための吸気通路41(吸気管)を備えている。吸気通路41は、上流から下流(外部からエンジン本体2)に向けて、エアクリーナ42、ターボチャージャ43(吸気過給機)、インテークマニホールド45及び吸気冷却装置7を備えている。
エアクリーナ42は、大気中に含まれる粉塵等を分離し清浄な空気をエンジン本体2に供給するためのものであり、吸気通路41の最上流に配置されている。
ターボチャージャ43(吸気過給機)は、エンジン本体2に吸気(空気)を過給するためのものであり、吸気通路41にはコンプレッサ(図示せず)が設けられ、後述する排気通路51に排気タービン(図示せず)が設けられている。そして、コンプレッサのコンプレッサホイールと、排気タービンのタービンホイールとが同軸に設けられ、タービンホイールがコンプレッサを駆動する。これにより、吸気通路41の吸気はコンプレッサで圧縮され、圧縮された吸気はエンジン本体2に供給される。
インテークマニホールド45は、各吸気ポート221に吸気を分配するための多気管であり、吸気通路41の下流に設けられ、端部(吸気ブランチ451)が各吸気ポート221に接続されている。これにより、吸気通路41に供給された吸気Aは、インテークマニホールド45で均等に分配され、各吸気ポート221に均等に供給される。
図2に示すように、インテークマニホールド45は、吸気ブランチの集合部分(本体部452)に広い空間453が設けられている。この空間453は、複数気筒へ供給する吸気Aを均等化等する目的で設けられ、本実施形態にかかるインテークマニホールド45では、後述するインタークーラ71が収容可能なケーシングを構成している。この意味においてこの空間453はインタークーラ71の収容空間を構成する。空間453(以下「収容空間453」という)は、上方からインタークーラ71が収容されるように、上方域が開放され、上方からインタークーラ71が収容される。これにより、ケーシングはインテークマニホールド45の一部を構成し、上部に収容開口(開口部)を有し、インタークーラ71が該収容開口から下方に収容される。
尚、インタークーラ71とインテークマニホールド45との間にはガスケット711が設けられ、インタークーラ71とインテークマニホールド45との間から吸気Aが漏れることがないようにシールされている。
上述した実施形態では、上部に収容開口(開口部)を有し、インタークーラ71が該収容開口から下方に収容される例を示したが、これに限られるものではなく、例えば、側部又は下部に収容開口を有し、側方又は上方に収容されるものであってもよい。
吸気冷却装置7は、ターボチャージャ43(吸気過給機)で圧縮され、温度が高くなった吸気A(空気)を冷却するためのものである。吸気冷却装置7には、空冷式と水冷式とがあるが、本実施形態に係る吸気冷却装置7は、水冷式である。
図1に示すように、水冷式のインタークーラ装置7は、インタークーラ71、ラジエータ72及びウォータポンプ73を備えて構成されている。
図3に示すように、インタークーラ71は、インタークーラ71の内部を流れる冷却水とインタークーラ71を通過する吸気Aとの間で熱を交換する熱交換器であり、インテークマニホールド45に形成された収容開口(開口部)の縁部に固定されるとともに、収容開口を閉鎖する取付部79を有している。また、インタークーラ71は、冷却水が通過する冷却水層74と、吸気Aが通過する空気層75とが交互に積層されて構成されている。
冷却水層74は、カッププレート74a,74bで構成され、上カッププレート74aと下カッププレート74bが重ねられ、その間に冷却水が流れる冷却水通路が形成される。カッププレート74a,74bは、平面視矩形形状に形成され、その長手方向一端側に短辺に沿って第1開口74cと第2開口74dとが設けられている。上カッププレート74aと下カッププレート74bとの間には、長手方向に沿って延びる波板状のインナーフィン76が設けられ、これにより、冷却水通路が形成されている。また、上カッププレート74aと下カッププレート74bは、幅方向中央を長手方向に沿って延びる仕切部77を有している。これにより、上カッププレート74aと下カッププレート74bとの間には、平面視U字状を形成する冷却水通路が形成される。
そして、例えば、第1開口74cから流入した冷却水は、仕切部77によって仕切られた一方の流路を、第1開口74cとは反対側の短辺に向かって流れ、該反対側の短辺近傍でUターンする。そして、Uターンした冷却水は、仕切部77で仕切られた他方の流路を第2開口74dに戻るように流れて第2開口74dから流出する。
空気層75は、複数の冷却水層74の間に設けられている。空気層75は、薄板が蛇行するように折り曲げられたコルゲートフィン78により構成され、コルゲートフィン78の一方の折り曲げ頂部が冷却水層74を構成する下カッププレート74bに接合され、他方の折り曲げ頂部が該冷却水層74と対向する冷却水層74を構成する上カッププレート74aに接合されている。
かかるインタークーラ71によれば、インタークーラ71をインテークマニホールド45の収容空間に収容するので、インタークーラ71を通過した冷却後の吸気Aが直ぐにエンジン本体2の吸気ポート221を介して燃焼室に導入されるためにエンジン本体2の燃焼効率の向上に適している。
図1に示すように、ラジエータ72は、インタークーラ71でインタークーラ71を通過する吸気Aとの間で熱交換され、高温となった冷却水を冷却するためのものであり、走行風等との熱交換により冷却水を冷却するように構成されている。ラジエータ72は、入口側がインタークーラ71に接続され、出口側がウォータポンプ73に接続されている。これにより、ラジエータ72にはインタークーラ71で高温となった冷却水が供給され、ラジエータ72で冷却された冷却水がウォータポンプ73に供給される。
ウォータポンプ73は、ラジエータ72で冷却された冷却水をインタークーラ71に供給するためのものであり、本実施形態に係るウォータポンプ73は、電動式のウォータポンプ73が採用されている。
排気系統5は、エンジン本体2から排気ガスを排出するためのものであり、エンジン本体2から外部に排気ガスを排出するための排気通路51(排気管)を備えている。排気通路51は、上流から下流(エンジン本体2から外部)に向けて、エキゾーストマニホールド52、排気タービン(ターボチャージャ43)、酸化触媒54及び微粒子捕集フィルター55を備えている。
エキゾーストマニホールド52は、各排気ポート222から排出された排気ガスが集合する多気管であり、排気通路51の上流に設けられ、端部(排気ブランチ)が各排気ポート222に接続されている。これにより、各排気ポート222からエキゾーストマニホールド52に排出された排気ガスは、エキゾーストマニホールド52で集合する。
排気タービン(図示せず)は、上述したように、ターボチャージャ43を構成するものであり、排気通路51に設けられている。これにより、エンジン本体2から排出された排気ガスがタービンホイール(図示せず)を回転させ、コンプレッサを駆動するので、吸気通路41の空気(吸気)はコンプレッサで圧縮され、圧縮された空気はエンジン本体2に供給される(過給)。
酸化触媒54(Diesel Oxidation Catalyst)は、排気ガスに含まれる炭化水素(HC)を酸化するためのものであり、ターボチャージャ43のタービンの直下流に設けられている。酸化触媒54は、円柱状に形成され、円筒の前後に円錐を組み合わせた形状に形成された触媒収容部56の上流側部分に収容されている。
微粒子捕集フィルター55(Diesel particulate filter)は、酸化触媒54を通過した排気ガスに含まれる微粒子(PM)を捕集するためのものであり、酸化触媒54の下流に設けられている。微粒子捕集フィルター55は、酸化触媒54と同一直径の円柱状に形成され、上述した触媒収容部56の下流側部分に収容されている。
排気再循環系統6は、エンジン本体2から排出された排気ガスの一部を吸気系統4に供給(再循環)するものであり、排気系統5と吸気系統4とに跨がって設けられている。排気再循環系統6は、排気通路51においてターボチャージャ43(吸気過給機)の下流、具体的には、微粒子捕集フィルター55の下流から分岐し、吸気通路41においてターボチャージャ43の上流に合流するEGR通路61(排気再循環通路)を備えている。これにより、排気系統5を流れる排気ガスの一部がEGR通路を通り吸気通路41に導入される(排気再循環)。
EGR通路61には、上流側(排気系統5側)から下流側(吸気系統4側)に向けて順に、EGRクーラー62及びEGRバルブ63を備えている。
EGRクーラー62は、EGR通路61に導入された排気ガスを冷却するためのものであり、EGR通路61に導入された排気ガスは、EGRクーラー62を通過する際に冷却される。
EGRバルブ63は、排気再循環する排気ガスの流量を調整するためのものであり、その開度により任意の流量の排気ガスがEGR通路61を通り吸気通路41に供給される。
図4は、本発明の実施形態に係るインテークマニホールド45及びインタークーラ71の構成を概略的に示す斜視図である。図5は、図4に示したインテークマニホールド45及びインタークーラ71の構成を概略的に示す断面図である。
図4及び図5に示すように、本発明の実施形態に係るインテークマニホールド45は、板状体46とボルト47とを含んで構成されている。板状体46は、収容空間453を画成する内壁(底壁)454とインタークーラ71の下面との間に吸気流れと交差する方向全域に亘って設けられている。図5に示すように、板状体46は、一端が収容空間453を画成する底壁454に固定され、他端がインタークーラ71の下面に当接する。ボルト47は、板状体46の一端と他端との間で収容空間453を画成する内壁(底壁)454に螺合し、板状体46をインタークーラ71に向けて押圧する。
この構成によれば、インタークーラ71の下面と収容空間453を画成する内壁(底壁)454との間に形成される隙間Tが埋められ、隙間Tを吸気Aが流れることがないので、エンジン1を効率的に運転することができる。
図5に示すように、本発明の実施形態に係る板状体46は、一端が吸気流れ方向上流側で収容空間453を画成する底壁454に固定され、他端が吸気流れ方向下流側でインタークーラ71の下面に当接する。
この構成によれば、インタークーラ71の下面と収容空間453を画成する底壁454との間に形成される隙間Tは、吸気流れ方向下流側で埋めることができる。
また、本発明の実施形態に係る板状体46は、一端が収容空間453を画成する底壁454にロウ付け(溶着)され、ボルト47は、板状体46の他端をインタークーラ71の下面に押し付ける。
この構成によれば、インタークーラ71の下面と収容空間453を画成する底壁454との間に形成される隙間Tを確実に埋めることができる。
本発明の実施形態に係るボルト47は、インテークマニホールド45よりもイオン化傾向が高い材料で構成されている。
この構成によれば、インタークーラ71の吸気流れ方向下流で凝縮した凝縮水Wは、インテークマニホールド45よりも先にボルト47を腐食(溶損)させるので、インテークマニホールド45からボルト47を取り外し、取り外したボルト47を観察すれば、インテークマニホールド45の腐食(溶損)を予測することができる。
本発明の実施形態に係るボルト47はマグネシウム合金で構成され、インテークマニホールド45はアルミニウム合金で構成される。
この構成によれば、マグネシウムのほうがアルミニウムよりもイオン化傾向が大きいので、インタークーラ71の吸気流れ方向下流で凝縮した凝縮水Wは、インテークマニホールド45よりも先にボルト47を腐食(溶損)させる。したがって、インテークマニホールド45からボルト47を取り外し、取り外したボルト47を観察すれば、インテークマニホールド45の腐食(溶損)を予測することができる。
また、本発明の実施形態に係るインタークーラ71は、ボルト47よりもイオン化傾向が小さい材料で構成されている。
この構成によれば、インタークーラ71の吸気流れ方向下流で凝縮した凝縮水Wは、インタークーラ71よりも先にボルト47を腐食(溶損)させるので、インテークマニホールド45からボルト47を取り外し、取り外したボルト47を観察すれば、インタークーラ71の腐食(溶損)を予測することができる。
本発明の実施形態に係るインタークーラ71は、アルミニウム合金で構成される。
この構成によれば、アルミニウムのほうがマグネシウムよりもイオン化傾向が小さいので、インタークーラ71の吸気流れ方向下流で凝縮した凝縮水Wは、インタークーラ71とりも先にボルト47を腐食(溶損)させる。したがって、インテークマニホールド45からボルト47を取り外し、取り外したボルト47を観察すれば、インタークーラ71の腐食(溶損)を予測することができる。
尚、ボルト47は、ガスケット48を介してインテークマニホールド45に螺合し、インテークマニホールド45の内部で凝縮水Wが発生しても、インテークマニホールド45の外部に凝縮水Wが漏れ出るのを防止している。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含まれる。
1 エンジン(内燃機関)
2 エンジン本体(内燃機関本体)
22 シリンダヘッド
221 吸気ポート
3 燃料供給系統
4 吸気系統
41 吸気通路
45 インテークマニホールド
451 吸気ブランチ
452 本体部
453 収容空間(空間)
46 板状体
47 ボルト
5 排気系統
51 排気通路
52 エキゾーストマニホールド
6 再循環系統
61 EGR通路
62 EGRクーラー
63 EGRバルブ
7 吸気冷却装置
71 インタークーラ
74 冷却水層
74a 上カッププレート
74b 下カッププレート
74c 第1開口
74d 第2開口
75 空気層
76 インナーフィン
77 仕切部
78 コルゲートフィン
79 取付部

Claims (5)

  1. 内燃機関の吸気通路上に設けられるケーシングと、
    前記ケーシングの内部に配置されるインタークーラと
    を備える吸気装置であって、
    前記ケーシングは前記インタークーラを挿入する開口部を有し、
    前記インタークーラは、前記インタークーラの一方の端面に形成されて、前記ケーシングの前記開口部の縁部に固定されるとともに前記開口部を閉鎖する取付部を有し、
    前記ケーシングは、
    前記インタークーラの他方の端面と前記ケーシングの前記開口部と対向する内壁面との間に配置されて吸気流れと交差する方向全域に亘って設けられ、一端が前記内壁面に固定され、他端が前記他方の端面に当接する板状体と、
    前記板状体の一端と他端との間で前記内壁面に螺合し、前記板状体を前記他方の端面に向けて押圧するボルトと、
    を含むことを特徴とする吸気装置。
  2. 前記板状体は、一端が吸気流れ方向上流側で前記内壁面に固定され、他端が吸気流れ方向下流側で前記他方の端面に当接することを特徴とする請求項1に記載の吸気装置。
  3. 前記板状体は、一端が前記内壁面にロウ付けされ、
    前記ボルトは、前記板状体の他端を前記他方の端面に押し付けることを特徴とする請求項1又は2に記載の吸気装置。
  4. 前記ボルトは、前記ケーシングよりもイオン化傾向の大きい材料で構成されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の吸気装置。
  5. 前記ボルトは、マグネシウム合金で構成され、前記ケーシングは、アルミニウム合金で構成されることを特徴とする請求項4に記載の吸気装置。
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