JP6657938B2 - エンジンの吸気機構 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される内燃機関（以下、エンジンという）の吸気機構に関する。

車両のエンジンから排出される排気の一部をＥＧＲガスとしてインテークマニホールド内に導入し、気筒（シリンダ）に再度吸気させることで、排気中の窒素化合物（ＮＯｘ）の低減を図る排気循環路を、吸気路に加えて備えたエンジンの吸気機構が知られている（特許文献１参照）。

インテークマニホールドは、エンジンの吸気ポートと吸気路とを接続する管路であり、各シリンダへの分岐管と、その上流の集合管とを有して構成されている。このため、インテークマニホールドは、それ自体が剛性を持ち、エンジン周りに占めるサイズも比較的大きい。

近年、エンジンの小型軽量化が図られており、そのための方策の一つとして、インテークマニホールドをシリンダヘッドに一体化させたエンジンも提案されている。この場合、シリンダヘッドには、インテークマニホールドの分岐管に相当する部分（以下、分岐管部分という）の機能を持たせ、該分岐管部分の上流に設けられた吸気ポートにインテークマニホールドの集合管に相当する部分（以下、集合管部分という）が接続される。これにより、集合管部分の体格を小さくすることが可能となり、エンジンの小型軽量化を図ることができる。

特開平１０−３０５０４号公報

しかしながら、シリンダヘッドにインテークマニホールドの分岐管部分の機能を持たせた場合であっても、その集合管部分には、従来のインテークマニホールドと同様に吸気路と排気循環路が配管される。このため、例えば吸気とＥＧＲガスの通気路を有するとともに、スロットルボディとＥＧＲバルブを取り付けてシリンダヘッドの吸気ポートに接続する配管部材として、集合管部分が構成される。

スロットルボディやＥＧＲバルブは、配管部材と比べて重量が大きく、エンジンから受ける振動も大きくなりやすい。このため、配管部材に取り付けられたスロットルボディやＥＧＲバルブの振動を抑制することが必要となる。また、スロットルボディとＥＧＲバルブが取り付けられた配管部材自体が振動すると、それに伴う内部応力が大きくなり、その程度によっては疲労破壊が生じるおそれがある。

加えて、配管部材の体格を小さくした場合であっても、吸気（ディーゼルエンジンでは、新気）とＥＧＲガスの混合気の温度や、吸気の圧力を適正に測定して、エンジン制御にフィードバックしなければならない。

そこで、シリンダヘッドにインテークマニホールドの分岐管部分の機能を持たせた場合に、スロットルボディやＥＧＲバルブの振動の抑制と、吸気（新気）やＥＧＲガスの温度および圧力の適正な測定に配慮したエンジンの吸気機構を提供する。

本発明のエンジン給気機構は、複数のシリンダに対して吸気を分配する分配路を有するシリンダヘッドの吸気ポートに、吸気路および排気循環路を接続させる配管部材を備えている。配管部材は、シリンダヘッドに外付けされた本体部と、吸気路の吸気が流れる第１の通気路と、排気循環路の排気が流れる第２の通気路と、吸気と排気の混合気が流れる第３の通気路とを有している。第１の通気路および第２の通気路は、第２の通気路の中心線を重力方向の上方から第１の通気路の中心線と交差させて、第３の通気路に連続している。本体部は、吸気路のスロットルボディを第１の通気路の最上流に取り付けるスロットルボディ取付部と、排気循環路のＥＧＲバルブを第２の通気路の最上流に取り付けるＥＧＲバルブ取付部と、第３の通気路を最下流で吸気ポートと連通させる吸気ポート取付部とを有している。スロットルボディは、第１の通気路の中心線に沿って、本体部に配置されている。ＥＧＲバルブは、第２の通気路の中心線に沿って、本体部に配置されている。スロットルボディおよびＥＧＲバルブは、配管部材に対して重力方向に沿って直線状に配列されている。

配管部材の本体部において、第１の通気路の中心線および第２の通気路の中心線は、複数のシリンダの配列方向と直交する同一の平面に含まれている。

また、本体部は、混合気の温度を検知する温度センサを支持する温度センサ支持部を有している。温度センサ支持部は、第１の通気路の中心線と第２の通気路の中心線の交点、もしくは交点よりも下流の第３の通気路へ向けて温度センサを位置付ける。一例として、温度センサ支持部は、温度センサの中心線を第３の通気路の中心線と直交させて温度センサを位置付けている。

さらに、本体部は、第１の通気路の吸気の圧力を検知する圧力検知部を有している。圧力検知部は、第１の通気路の中心線と第２の通気路の中心線の交点よりも上流で、第１の通気路の吸気を圧力センサへ引き込む引込口を有している。一例として、引込口は、その中心線を第１の通気路の中心線と直交させて開口している。

本発明の吸気機構によれば、インテークマニホールドの分岐管部分の機能を持つシリンダヘッドの吸気ポートに組み付けられるスロットルボディやＥＧＲバルブなどの振動を抑制することができる。また、吸気（新気）とＥＧＲガスの混合気の温度や吸気（新気）の圧力を適正に測定することができる。

本発明の一実施形態に係る吸気機構を備えるエンジンの概略構成を左方から示す平面図。 本発明の一実施形態に係る吸気機構の配置を左後方から示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る吸気機構の配置を後方から示す平面図。 本発明の一実施形態に係る吸気機構を左方から示す平面図。 本発明の一実施形態に係る吸気機構の配管部材を左後方から示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る吸気機構の配管部材を後方から示す平面図。 図４の矢印Ａ４１部分における配管部材の断面を矢印方向から示す図。

以下、本発明の一実施形態に係るエンジンの吸気機構について、図１から図７を参照して説明する。図１は、本実施形態の吸気機構１００を備えるエンジン１０の概略構成を示す平面図である。エンジン１０は、オイルパン１１と、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３と、ロッカカバー１４と、フロントカバー１５と、クランクプーリ１６とを備えている。以下、エンジン１０のクランクプーリ１６側をエンジン１０の前側（前方）、その反対側を後側（後方）とする。また、シリンダ（図示省略）を鉛直に配置した状態における重力方向をエンジン１０の下側（下方）、その反対方向を上側（上方）とする。そして、前後方向および上下方向といずれも直交する方向を左右方向とし、左右は後方から前方へ向かって定める。左右方向は、エンジン１０の幅方向に相当する。

エンジン１０は、直列４気筒のディーゼルターボエンジンである。ただし、これに限定されるものではない。各気筒（シリンダ）は、シリンダブロック１２に前後方向へ配列されている。

図２から図４には、本実施形態に係るエンジン１０の吸気機構１００を示す。図２および図３は、エンジン１０における吸気機構１００の配置を、左後方から示す斜視図および後方から示す平面図である。図４は、吸気機構１００を左方から示す平面図である。

エンジン１０の吸気機構１００は、シリンダヘッド１３の吸気ポート１３ａ（図７参照）に吸気路および排気循環路を接続させる。本実施形態において、シリンダヘッド１３は、インテークマニホールド部１３ｂを有するインテークマニホールド一体型として構成されている。すなわち、シリンダヘッド１３は、４つのシリンダに対して吸気（新気）を分配する分配路（図示省略）をインテークマニホールド部１３ｂの内部に持った構成となっている。分配路は、従来のインテークマニホールドにおける下流側の分岐管部分に相当する。吸気ポート１３ａは、かかる分配路と連通するように、シリンダヘッド１３の吸気バルブを含む吸気系の配置側の側面（本実施形態では左側面）に開口している。

吸気ポート１３ａには、吸気機構１００の配管部材（エアインレットフィッチングとも称される部材）２が外付けされている。エンジン１０の吸気路および排気循環路は、配管部材２を介して吸気ポート１３ａに接続されている。吸気路は、例えばインタークーラ（図示省略）、配管部材２に取り付けられたスロットルボディ４、これらの間を繋ぐ吸気パイプ（図示省略）などを含んで構成されている。配管部材２には、インタークーラで冷却された１００℃以下の吸気（一例として、８０℃程度の新気）が吸気路から流入する。排気循環路は、例えばＥＧＲクーラ１７、配管部材２に取り付けられたＥＧＲバルブ６、これらの間を繋ぐＥＧＲパイプ８などを含んで構成されている。配管部材２には、ＥＧＲクーラ１７で冷却されたエンジン１０の排気の一部（２００℃程度のＥＧＲガス）が排気循環路から流入する。ＥＧＲガスは、軽油中の水分が残存する未燃ガスを含んでおり、水分率が高い。

図５から図７には、配管部材２の構成を示す。図５および図６は、配管部材２の全体を、左後方から示す斜視図および後方から示す平面図である。図７は、図４の矢印Ａ４１部分における配管部材２の断面を矢印方向から示す図である。

図１から図７に示すように、配管部材２は、本体部２０と、本体部２０に形成された３つの通気路２１〜２３とを有して構成されている。第１の通気路２１および第２の通気路２２は、上流側（入口側）が本体部２０にそれぞれ開口して外部へ臨んでいる。これに対し、第３の通気路２３は、下流側（出口側）が本体部２０に開口して外部へ臨んでいる。一方、第１の通気路２１および第２の通気路２２の各下流側と、第３の通気路２３の上流側は、本体部２０の内部で合流している。

この場合、第１の通気路２１および第２の通気路２２は、第２の通気路２２の中心線２２ｃを重力方向の上方から第１の通気路２１の中心線２１ｃと交差させて、第３の通気路２３に連続している。すなわち、第２の通気路２２は、第１の通気路２１に上方から合流し、第３の通気路２３に連続している。

図６に示すように、本実施形態において、第１の通気路２１および第２の通気路２２は、互いの中心線２１ｃ，２２ｃがエンジン１０における４つのシリンダの配列方向（前後方向）と直交する同一の仮想平面（上下左右方向により規定される図６に示す平面ＶＰ）に含まれるように、本体部２０に配置されている。したがって、第１の通気路２１および第２の通気路２２は、シリンダの配列方向と直交する左方から、第３の通気路２３を経由してシリンダヘッド１３の吸気ポート１３ａと連通している。また、第３の通気路２３も、その中心線２３ｃが中心線２１ｃ，２２ｃを含む仮想平面ＶＰに含まれるように、本体部２０に配置されている。したがって、第３の通気路２３は、シリンダの配列方向と直交する左方からシリンダヘッド１３の吸気ポート１３ａと連通している。一例として、第１の通気路２１および第３の通気路２３は、左右方向に沿って伸び、第２の通気路２２は、左斜め上方から第１の通気路２１に合流するとともに、第３の通気路２３に連続している。

本体部２０は、第３の通気路２３の下流側の開口２３ａをシリンダヘッド１３の吸気ポート１３ａと連通させるように、シリンダヘッド１３に外付けされている。このため、本体部２０には、吸気ポート１３ａ周りのシリンダヘッド１３の表面（一例として、側面）に沿ったフランジ２６が設けられている。フランジ２６は、開口２３ａの周縁から全周に亘って連続して起立している。フランジ２６には、固定用ボルト１３１を挿通するボルト孔２６ａが形成されている。本体部２０は、フランジ２６のボルト孔２６ａに挿通した固定用ボルト１３１でシリンダヘッド１３に固定されている。

本体部２０は、エンジン１０の吸気路のスロットルボディ４が取り付けられるスロットルボディ取付部２４と、排気循環路のＥＧＲバルブ６が取り付けられるＥＧＲバルブ取付部２５とを有している。また、本体部２０は、第３の通気路２３を最下流でシリンダヘッド１３の吸気ポート１３ａと連通させる吸気ポート取付部として、上述したフランジ２６を有している。

スロットルボディ取付部２４は、スロットルボディ４を第１の通気路２１の最上流に取り付け、第１の通気路２１の上流側の開口２１ａと連通させる。スロットルボディ取付部２４は、開口２１ａの周縁から全周に亘って連続して起立するフランジであり、スロットルボディ４に設けられた取付フランジ４１と対面するようになっている。本体部２０は、スロットルボディ取付部２４と取付フランジ４１を貫く連結用ボルト４２でスロットルボディ４と連結（接続）されている。スロットルボディ取付部２４には、取付フランジ４１に形成された連結用ボルト４２の挿通孔と連通可能なボルト孔２４ａが形成されている。スロットルボディ取付部２４にスロットルボディ４を接続させることで、第１の通気路２１には、図７に示す矢印Ａ７１のようにスロットルボディ４を通して吸気路の吸気（以下、新気という）が流れる。

ＥＧＲバルブ取付部２５は、ＥＧＲバルブ６を第２の通気路２２の最上流に取り付け、第２の通気路２２の上流側の開口２２ａと連通させる。ＥＧＲバルブ取付部２５は、開口２２ａの周縁から全周に亘って連続して起立するフランジであり、ＥＧＲバルブ６に設けられた取付ボス６１と対面するようになっている。本体部２０は、ＥＧＲバルブ取付部２５と取付ボス６１を貫く連結用ボルト６２でＥＧＲバルブ６と連結（接続）されている。ＥＧＲバルブ取付部２５には、取付ボス６１に形成された連結用ボルト６２の挿通孔と連通可能なボルト孔２５ａが形成されている。ＥＧＲバルブ取付部２５にＥＧＲバルブ６を接続させることで、第２の通気路２２には、図７に示す矢印Ａ７２のようにＥＧＲバルブ６を通して排気循環路の排気（以下、ＥＧＲガスという）が流れる。

このようにスロットルボディ４およびＥＧＲバルブ６を本体部２０に接続させることで、スロットルボディ４に対してＥＧＲバルブ６を上方に配置することができる。このため、第２の通気路２２を流れるＥＧＲガスは、第１の通気路２１を流れる新気に上方から合流する。その際、高温（２００℃程度）のＥＧＲガスが低温（８０℃程度）の新気と合流して冷やされ、熱交換によりＥＧＲガス中の水分が凝縮されるが、合流点よりも上方にＥＧＲバルブ６が配置されているため、ＥＧＲバルブ６への凝縮水の流入を防ぐことができる。したがって、例えばＥＧＲバルブ６に流入した凝縮水が冬場に凍結し、ＥＧＲバルブ６が動作不良となるなどのトラブルを回避することができる。

また、スロットルボディ４は、第１の通気路２１の中心線２１ｃに沿って、本体部２０に配置されている。ＥＧＲバルブ６は、第２の通気路２２の中心線２２ｃに沿って、本体部２０に配置されている。中心線２１ｃ，２２ｃは、エンジン１０におけるシリンダの配列方向と直交する同一の仮想平面ＶＰに含まれている。このため、スロットルボディ４およびＥＧＲバルブ６をかかる仮想平面ＶＰに沿って並べることができる。具体的には、配管部材２を境界として、上側にＥＧＲバルブ６、下側にスロットルボディ４が重力方向に沿って直線状に配列される。

このため、スロットルボディ４およびＥＧＲバルブ６は、その重量が配管部材２に比べて相当程度大きい場合であっても、配管部材２に対して重力方向に沿って直線状に配列されているので、配管部材２、スロットルボディ４およびＥＧＲバルブ６の３つの組付体がエンジン１０から受ける振動を極力抑制することができる。この結果、配管部材２が振動することに伴って生じる内部応力を小さくすることができ、内部応力によって生じる配管部材２の疲労破壊などを有効に抑制することができる。したがって、配管部材２の体格をスロットルボディ４およびＥＧＲバルブ６に対して小さくすることが可能となり、エンジン１０の小型軽量化を図ることができる。

上述したとおり、第１の通気路２１には新気が流れ、第３の通気路２３には新気とＥＧＲガスの混合気が流れるが、その際、混合気の温度と新気の圧力が測定され、エンジン１０の制御のために測定データがＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）に送られている。このため、本体部２０は、混合気の温度を検知する温度センサを支持する温度センサ支持部２７と、新気の圧力を検知する圧力検知部２８とを有している。

温度センサ支持部２７は、温度センサ（図示省略）が挿入される挿入孔２７ａを持つボスとして形成されている。温度センサには、その先端に温度検知素子を有する棒状のセンサを一例として適用する。

図６には、温度センサ支持部２７の本体部２０における配置を示す。図６に示すように、温度センサ支持部２７は、第１の通気路２１の中心線２１ｃと第２の通気路２２の中心線２２ｃの交点Ｘよりも下流、より詳細には交点Ｘの直下流の第３の通気路２３へ向けて、温度センサの先端を位置付けている。これにより、スロットルボディ４から入って第１の通気路２１を流れた新気と、ＥＧＲバルブ６から入って第２の通気路２２を流れたＥＧＲガスとが混合した直後の混合気の温度を検知することができる。なお、温度センサの先端を交点Ｘへ向けて位置付けても、混合気の温度を検知することは可能である。

この場合、温度センサ支持部２７は、温度センサの中心線を第３の通気路２３の中心線２３ｃと直交させて温度センサを位置付けている。本実施形態では、挿入孔２７ａの中心線２７ｃが前後方向に沿って伸びて中心線２３ｃと直交するように、温度センサ支持部２４が本体部２０に形成されている。挿入孔２７ａは、その前方が第３の通気路２３内に開口し、後方が温度センサ支持部２７から外部へ向けて開口している。これにより、混合気の流れ方向（左右方向）に対して温度センサを垂直（前後方向）に位置付けることができるため、混合気温度の検知精度を安定して高めることができる。

圧力検知部２８は、新気の圧力を検知する圧力センサ（図示省略）まで新気を引き込むための引込口２８ａを持つボスとして形成されている。圧力センサとしては、ブーストセンサやマップセンサなどを適用する。圧力センサは、引込口２８ａの連結部２８ｂに繋いだ引込ホース（図示省略）などにより引き込まれた新気の圧力を検知する。

図６には、圧力検知部２８の本体部２０における配置を示す。図６に示すように、圧力検知部２８は、第１の通気路２１の中心線２１ｃと第２の通気路２２の中心線２２ｃの交点Ｘよりも上流で、第１の通気路２１の新気を引込口２８ａから圧力センサへ引き込んでいる。具体的には、交点Ｘよりも上流、かつ第１の通気路２１の開口２１ａよりもわずかに下流（開口２１ａの直下流）で、引込口２８ａから新気を引き込んでいる。これにより、スロットルボディ４から第１の通気路２１へ入った直後の新気の圧力を検知することができる。このため、ＥＧＲガスから混入されるデポジットなどによる引込口２８ａ、あるいは引込ホースや圧力センサの閉塞を抑制することができる。

この場合、引込口２８ａは、その中心線２８ｃを第１の通気路２１の中心線２１ｃと直交させて開口している。本実施形態では、引込口２８ａの中心線２８ｃが前後方向に沿って伸びて中心線２１ｃと直交するように、圧力検知部２８が本体部２０に形成されている。引込口２８ａは、その前方が第１の通気路２１内に開口し、後方が圧力検知部２８から外部へ向けて開口している。これにより、新気の流れ方向（略左右方向）に対して引込口２８ａを垂直（前後方向）に開口させ、新気へのＥＧＲガスの合流方向（左上方から右下方）から外すことができる。このため、引込口２８ａなどの閉塞を確実に抑制し、新気圧力の検知精度を安定して高めることができる。

したがって、配管部材２の体格をスロットルボディ４およびＥＧＲバルブ６に対して小さくした場合であっても、混合気の温度および新気の圧力を精度よくＥＣＵにフィードバックできるため、エンジン１０の制御精度を低下させずに済む。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。このような新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２…配管部材、４…スロットルボディ、６…ＥＧＲバルブ、８…ＥＧＲパイプ、１０…エンジン、１１…オイルパン、１２…シリンダブロック、１３…シリンダヘッド、１３ａ…吸気ポート、１３ｂ…インテークマニホールド部、１４…ロッカカバー、１５…フロントカバー、１６…クランクプーリ、１７…ＥＧＲクーラ、２０…本体部、２１…第１の通気路、２１ｃ…第１の通気路の中心線、２２…第２の通気路、２２ｃ…第２の通気路の中心線、２３…第３の通気路、２３ｃ…第３の通気路の中心線、２４…スロットルボディ取付部、２５…ＥＧＲバルブ取付部、２６…フランジ、２７…温度センサ支持部、２７ａ…温度センサの挿入孔、２７ｃ…挿入孔の中心線、２８…圧力検知部、２８ａ…吸気（新気）の引込口、２８ｃ…引込口の中心線、１００…吸気機構、Ａ７１…第１の通気路への新気の流れ、Ａ７２…第２の通気路への排気（ＥＧＲガス）の流れ、Ｘ…第１の通気路と第２の通気路の中心線の交点。

Claims (6)

1. 複数のシリンダに対して吸気を分配する分配路を有するシリンダヘッドの吸気ポートに、吸気路および排気循環路を接続させる配管部材を備え、
   前記配管部材は、
   前記シリンダヘッドに外付けされた本体部と、
   前記吸気路の吸気が流れる第１の通気路と、
   前記排気循環路の排気が流れる第２の通気路と、
   前記吸気と前記排気の混合気が流れる第３の通気路と、を有し、
   前記第１の通気路および前記第２の通気路は、前記第２の通気路の中心線を重力方向の上方から前記第１の通気路の中心線と交差させて、前記第３の通気路に連続しており、
   前記本体部は、
   前記吸気路のスロットルボディを前記第１の通気路の最上流に取り付けるスロットルボディ取付部と、
   前記排気循環路のＥＧＲバルブを前記第２の通気路の最上流に取り付けるＥＧＲバルブ取付部と、
   前記第３の通気路を最下流で前記吸気ポートと連通させる吸気ポート取付部と、を有し、
   前記スロットルボディは、前記第１の通気路の中心線に沿って、前記本体部に配置され、
   前記ＥＧＲバルブは、前記第２の通気路の中心線に沿って、前記本体部に配置され、
   前記スロットルボディおよび前記ＥＧＲバルブは、前記配管部材に対して重力方向に沿って直線状に配列されている
   エンジンの吸気機構。
2. 前記第１の通気路の中心線および前記第２の通気路の中心線は、前記複数のシリンダの配列方向と直交する同一の平面に含まれている
   請求項１に記載のエンジンの吸気機構。
3. 前記本体部は、前記混合気の温度を検知する温度センサを支持する温度センサ支持部を有し、
   前記温度センサ支持部は、前記第１の通気路の中心線と前記第２の通気路の中心線の交点、もしくは前記交点よりも下流の前記第３の通気路へ向けて前記温度センサを位置付けている
   請求項１又は２に記載のエンジンの吸気機構。
4. 前記温度センサ支持部は、前記温度センサの中心線を前記第３の通気路の中心線と直交させて前記温度センサを位置付けている
   請求項３に記載のエンジンの吸気機構。
5. 前記本体部は、前記第１の通気路の吸気の圧力を検知する圧力検知部を有し、
   前記圧力検知部は、前記第１の通気路の中心線と前記第２の通気路の中心線の交点よりも上流で、前記第１の通気路の吸気を圧力センサへ引き込む引込口を有している
   請求項１から４のいずれかに記載のエンジンの吸気機構。
6. 前記引込口は、その中心線を前記第１の通気路の中心線と直交させて開口している
   請求項５に記載のエンジンの吸気機構。

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