以下、過給機付エンジンの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、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エンジン(以下、単に「エンジン」と呼称する)1の構成を例示する概略図である。また、図2は、エンジン1を正面から見て示す図であり、図3は、エンジン1を上側から見て示す図である。
エンジン1は、自動車に搭載される4ストローク式の内燃機関であり、図1〜図3に示すように、外部から伝達された動力により作動する機械式の過給機34を備えた構成とされている。エンジン1の燃料は、この構成例においてはガソリンである。
また、エンジン1は、詳細な図示は省略するが、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、この構成例においては、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。
なお、直列多気筒エンジンにおいては、気筒列方向と、機関出力軸としてのクランクシャフト15の中心軸方向(機関出力軸方向)とが一致する。以下の記載では、これらの方向を気筒列方向(又は車幅方向)と総称する場合がある。
以下、特に断らない限り、前側とは車両前後方向の前側を指し、後側とは車両前後方向の後側を指し、左側とは車幅方向の一方側(気筒列方向の一方側であり、エンジンリヤ側)を指し、右側とは車幅方向の他方側(気筒列方向の他方側であり、エンジンフロント側)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。
なお、車高方向は「第1方向」の例示であり、車両前後方向は「第2方向」の例示である。
(エンジンの概略構成)
この構成例において、エンジン1は、前方吸気・後方排気式に構成されている。つまり、エンジン1は、4つのシリンダ11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。
この構成例では、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して燃焼室16に通じるエアバイパス通路(以下、単に「バイパス通路」という)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、前述の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。なお、図1では、1つのシリンダのみを示す。
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。なお、ここでいう「燃焼室」は、ピストン14が圧縮上死点に至ったときに形成される空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる。
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18が形成されている。図1には、1つの吸気ポート18のみを示す。2つの吸気ポート18は、気筒列方向に隣接しており、それぞれ対応するシリンダ11に連通している。
2つの吸気ポート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と各吸気ポート18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、この構成例においては、図1に示すように、可変動弁機構である吸気電動S−VT(Sequential-Valve Timing)23を有している。吸気電動S−VT23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。なお、吸気動弁機構は、吸気電動S−VT23に代えて、液圧式のS−VT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が形成されている。図1には、1つの排気ポート19のみを図示する。2つの排気ポート19は、気筒列方向に隣接しており、それぞれ対応するシリンダ11に連通している。
2つの排気ポート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と各排気ポート19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、この構成例においては、図1に示すように、可変動弁機構である排気電動S−VT(Sequential-Valve Timing)24を有している。排気電動S−VT24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。なお、排気動弁機構は、排気電動S−VT24に代えて、液圧式のS−VTを有していてもよい。
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(不図示)と、燃料タンクとインジェクタ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。
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の中の混合気に対して強制的に点火をする。
吸気通路30の説明に戻ると、この構成例における吸気通路30は、エンジン本体10の一側面(具体的には、前側の側面)に接続されており、各シリンダ11の吸気ポート18に連通している。すなわち、吸気通路30は、燃焼室16に導入されるガスが流れる通路であり、各吸気ポート18を介して燃焼室16に接続されている。
ここで、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。対して、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、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。独立通路39の下流端が、各シリンダ11の吸気ポート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において、スロットルバルブ32の下流には過給機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(具体的には、クランクシャフト15から伝達される動力)によって駆動される機械式の過給機である。この過給機34は、2軸ロータ式のルーツブロワとして構成されている。
過給機34とクランクシャフト15との間には電磁クラッチ34aが介設されている。電磁クラッチ34aは、過給機34とクランクシャフト15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。後述の如く、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を通過したガスとの間で熱交換をするように構成されたコア36a(図9も参照)を収容して成り、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、水冷式とされている。インタークーラ36は「熱交換装置」の例示であり、コア36aは「熱交換部」の例示である。
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ガスを過給機34へ導く第1通路33と、過給機34によって圧縮されたガスをインタークーラ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。
詳しくは後述するが、第2通路35は、過給機34におけるガスの吐出部34cに接続されているという点で「ダクト部」を例示しているとともに、インタークーラ36におけるガスの導入部36dとともに中継通路80を構成している。
また、吸気通路30において、第1通路33、第2通路35、第3通路37及びサージタンク38は、ガスの流れ方向に沿って上流側から順に過給機34及びインタークーラ36が介設された「主吸気通路」を構成している。以下、主吸気通路に対して符号“30A”を付す。
また、吸気通路30は、前述の主吸気通路30Aとは別に、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。詳しくは、バイパス通路40は、主吸気通路30Aにおいて過給機34上流側から分岐してインタークーラ36下流側(具体的にはサージタンク38)に接続されている。
また、バイパス通路40には、該バイパス通路40の流路断面積を変更するエアバイパスバルブ(以下、単に「バイパスバルブ」という)41が配設されている。バイパスバルブ41は、バイパス通路40の流路断面積を変更することによって、バイパス通路40を流れるガスの流量を調整する。
図4に、吸気通路30におけるガスの流れを過給時と自然吸気時とで比較して示す。
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、図4の下図に示すように、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、図4の上図に示すように、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、その逆流量を介して、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。
一方、排気通路50は、エンジン本体10の他側面(具体的には、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。詳細な図示は省略するが、排気通路50の上流部分は、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。なお、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。詳しくは、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。一方、EGR通路52の下流端は、吸気通路30における過給機34の上流かつスロットルバルブ32の下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を流れる既燃ガスの流量は、EGRバルブ54によって調整されるよう構成されている。EGRバルブ54は、図1の紙面上では、EGR通路52上に配設されているように図示されているものの、実際の構成では、図7に示すようにバイパス通路40上に配設されている。EGRバルブ54の開度を調整することによって、冷却された既燃ガス、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S−VT23及び排気電動S−VT24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。
また、エンジン1には、前述の燃料ポンプ65以外にも、各種の補機が付設されている。このエンジン1は、そうした補機として、電気系統で使用する交流電流を発生するオルタネータ91と、空調用のエアコンディショナ92と、冷却水を循環させるウォータポンプ(不図示)と、を備えている。
図2に示すように、燃料ポンプ65は、エンジン本体10における左端側の前面(外面)に取り付けられている。対して、オルタネータ91及びエアコンディショナ92は、エンジン本体10における右端側の前部に取り付けられている。オルタネータ91とエアコンディショナ92は、上方からこの順で並んでいる。また、オルタネータ91の上方には、過給機34の駆動プーリ34dが配置されている。詳細は省略するが、この駆動プーリ34dには、過給機34を駆動するための駆動ベルト81が巻き掛けられるようになっている。
また、エンジン1は、冷却水と熱交換をするためのラジエータ93を備えている(図10を参照)。詳細は後述するが、ラジエータ93は、車両前後方向においてエンジン本体10の前方に配置されている。
(吸気通路の構成)
以下、吸気通路30の要部の構成について詳細に説明をする。
図5は、吸気通路30を斜め前側から見て示す図である。図6は、吸気通路30を前側から見て示す図である。図7は、吸気通路30の縦断面図である。図8もまた、吸気通路30の縦断面図である。図9は、吸気通路30の横断面図である。図10は、吸気通路30とラジエータ93との相対位置関係を示す図である。図11は、吸気通路30を後側から見て示す図である。図12は、吸気通路30を上側から見て示す図である。
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、シリンダヘッド13及びシリンダブロック12の前面に沿うように配置されている。
また、前述のように、吸気通路30は、ガスを導く複数の通路(具体的には、第1通路33、第2通路35、第3通路37、サージタンク38及び独立通路39)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構成されている。図5等に示すように、吸気通路30を構成する主吸気通路30Aは、バイパス通路40の下方に配置されている。
このエンジン1は、過給レスポンスを高めるべく、吸気ポート18の上流端部の近傍に過給機34とインタークーラ36とが集約されて配設されている。
そこで、これらの構成要素の概略的なレイアウトについて説明をすると、図2等に示すように、過給機34は、サージタンク38を挟んでエンジン本体10の反対側に対向して配置されている。過給機34の後面とエンジン本体10の前面との間には、サージタンク38の寸法に応じた隙間が空いている。第1通路33は、過給機34の左端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及びインタークーラ(具体的には、インタークーラ36のコア36a)36とは、この順番で上下方向に沿って並設されており、同方向に隣接している。また、過給機34及びコア36aの各々の前側には過給機34におけるガスの吐出部34cと、第2通路35と、インタークーラ36におけるガスの導入部36dと、が配置されている。第2通路35は、吐出部34cと導入部36dとを相互に接続するように、略上下方向に延設されている。サージタンク38は、過給機34とエンジン本体10との間に配置されており、吸気ポート18の上流端部に対して、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、エンジン本体10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の途中から分岐して上方へ延びた後、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、下流側において2股に分岐した上でサージタンク38の上部に接続されている。
このように、エンジン1は、過給機34とインタークーラ36を上下に並べるとともに、各々の前側に配置された第2通路35によって過給機34及びインタークーラ36を相互に接続するようになっている。このようなレイアウトとすると、例えば図2に示すように、気筒列方向の右側に配置されたオルタネータ91、エアコンディショナ92等の補機類や、同方向の左側に配置されたEGRバルブ54、バイパスバルブ41、スロットルバルブ32等のバルブ部材との干渉を招くことなく、過給機34及びインタークーラ36を吸気ポート18の上流端部の近傍に配置することが可能となる。このことは、エンジン1のコンパクト化を図る上で有効である。
以下、エンジン1のコンパクト化に関係するレイアウトについて詳述するべく、吸気通路30を構成する各部の構造について順番に説明する。
第1通路33は、スロットルバルブ32が配設され、気筒列方向の一側から他側(具体的には、左側から右側)に向かって延びるよう構成されている。具体的に、第1通路33は、図7〜図8等に示すように、気筒列方向(左右方向)に延びる管状に形成されており、その上流側部分(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、両端の開口を左右に向けた姿勢で、エンジン本体10の前面に対して左方か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の上流側(左側)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8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、エンジン本体10の前方において、スロットルボディ33aと略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、図7〜図8から見て取れるように、気筒列方向の一側から他側(具体的には、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におけるガスの吸入部が接続されている。
第1通路本体33bには、バイパス通路40に接続される分岐部33dも開口している。この分岐部33dは、第1通路本体33bの上面に形成されており、バイパス通路40の上流側部分(後述の曲管部45)が接続されている(図7を参照)。
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を通過して第1通路本体33bへ至る。この新気は、自然吸気時には、前述の分岐部33d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4も参照)。
以下、過給機34側の通路構造と、バイパス通路40の構造について順番に説明する。
−過給機側の通路構造−
まず、過給機34側の通路構造について詳細に説明する。
ルーツブロワとしての過給機34は、気筒列方向に沿って延びる回転軸を有する第1及び第2ロータ341、342と、各ロータ341、342を収容しているロータ室343と、を備えており、第1及び第2ロータ341、342は、各ロータ341、342の中心軸方向に対して直交する並び方向に沿って並設されている。過給機34はまた、ロータ室343を構成しているケーシング34bと、各ロータ341、342を回転駆動する駆動プーリ34dとをさらに備え、駆動プーリ34dに巻き掛けられた駆動ベルト81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、各ロータ341、342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。
なお、この構成例においては、前述の中心軸方向は、気筒列方向と一致している(図7を参照)。そのため、以下の記載では中心軸方向を単に気筒列方向と呼称する。一方、並び方向は、上下方向と略一致しているものの、同方向に対して若干傾斜している。すなわち、図9の直線Laに示すように、第1ロータ341と第2ロータ342とは、下方から順番に並んでいるものの、略上方に位置する第2ロータ342は、第1ロータ341に対して前方に若干突出している。第2ロータ342が前方に突出したことにより、並び方向は、下方から上方に向かうに従い、後側から若干、前方に向かうよう傾斜することになる。
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、各ロータ341、342を収容するためのロータ室343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9等に示すように、エンジン本体10前面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に対して若干オフセットしつつ、略同軸と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、各ロータ341、342によって圧縮するガスを吸い込む導入部が開口しており、第1通路33の下流端(具体的には、第1通路本体33bの下流端)が接続されている。その一方で、ケーシング34bの前部には、図8〜図9に示すように、各ロータ341、342によって圧縮されたガスを吐き出す吐出部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。
吐出部34cは、図6から見て取れるように、1辺を上下方向に沿わせるとともに、他の2辺を左右方向に対して傾斜させた三角形状の開口部として形成されている。
吐出部34cの開口は、図9に示す断面で見たときに、第1及び第2ロータ341、342の並び方向に沿うように形成されている。よって、並び方向が上下方向に対して傾いていることを考慮すると、吐出部34cの開口もまた、上下方向に対して傾くことになる。具体的に、吐出部34cは、上下方向に沿って下側から上側に向かうにつれて、後側から前方に向かうよう傾斜している。すなわち、吐出部34cは、上下方向において下側(インタークーラ36のコア36a側)に傾いて開口している。
前記のように傾いた結果、吐出部34cの上側部分が、前方に向かって突出することになる。詳しくは、図9の直線Liに示すように、吐出部34cは、コア36aの上端よりも前側に配置されるようになっている。
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81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。
なお、過給機34は、補機類の上方に配設されている。詳しくは、図2に示すように、過給機34の駆動プーリ34dが、オルタネータ91の直上方に配置されている。
第2通路35は、図9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、第2通路35は、略上下方向に沿って延びるように形成されている。
詳しくは、第2通路35は、略上下方向に延びているとともに、気筒列方向の通路幅に対して前後方向の奥行きが短い扁平な角筒状のダクト部として構成されている。
また、第2通路35は、略後方に向かって開口している上側の上流端部35aと、略下方に向かって開口している下側の下流端部35bとを有しており、上流端部35aと過給機34の吐出部34cとが相互に接続されている一方、下流端部35bとインタークーラ36の導入部36dとが相互に接続されている。
第2通路35の上流端部35aは、斜め上後方に向かって開口しており、前後方向に対して若干傾斜している。詳しくは、図9に示す断面で見たとき、上流端部35aの開口縁は、下側から上側へ向かうに従い、後側から前方へ傾きつつ延びている(図9の直線Lu対して直交する方向を参照)。よって、上流端部35aの開口縁における上側の内壁は、同開口縁における下側の内壁よりも若干前方に突出している。
また、第2通路35の上流端部35aは、矩形状に開口しており、図6に示すように、過給機34の吐出口に対して右方にオフセットしている。
第2通路35は、その上流端部35aから下方に向かって略ストレートに延びた後、その下端に設けられた下流端部35bを介してインタークーラ36の導入部36dに接続されている。
なお、上流端部35a付近の内壁のうち、過給機34の吐出部34cに対向する内壁部は、図8に示すように、上下方向に対して垂直な断面で見たときに、過給機34の反対側(この例では前側)に向かって凸を成すよう湾曲した湾曲部351を成している。
第2通路35の下流端部35bは、斜め下後方に向かって開口しており、上下方向に対して若干傾斜している。詳しくは、図9に示す断面で見たとき、下流端部35bの開口縁は、後側から前側へ向かうに従い、上側から下方へ傾きつつ延びている。下流端部35bの開口縁における前側の内壁は、同開口縁における後側の内壁よりも若干下方に突出している。
そして、第2通路35の下流端部35bには、図6に示すように、該下流端部35bにおける流路断面積を、第2通路35の上流端部35aから下流端部35bに至る部分と、該下流端部35bからインタークーラ36の導入部36dに至る部分との各々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。
詳しくは、気筒列方向における下流端部35bの通路幅は、同方向における上流端部35a及び導入部36dの通路幅よりも短くなるよう構成されている。通路幅を幅狭にした分、流路断面積が縮小することとなり、そのことで、下流端部35bに狭小部35cが設けられるようになっている。
この構成例において、狭小部35cは、図6に示すように、左右一対の括れ状に形成されている。なお、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。
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5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を収容するよう構成されたハウジング36cと、第2通路35を介して過給機34の吐出部34cに接続された、インタークーラ36におけるガスの導入部36d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)とエンジン本体10とが向い合うような姿勢で支持されている。詳しくは、コア36aは、前面を斜め上前方に向ける一方、後面を斜め下後方に向けるような、前後方向に対して若干傾斜した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。
また、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、矩形薄板状の部材であって、コア36aの左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の左側壁部を構成しており、ハウジング36cと共に、コア36aの収容空間を構成している。
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、ハウジング36cは、後面側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、その後面とエンジン本体10とが向い合うような姿勢で支持されている。この後面は、過給機34のケーシング34bと同様に、エンジン本体10の前面に対して所定の間隔を空けて配置されている。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、ハウジング36cは、左側面も開口している。詳細は省略するが、その開口部は、コア36aをハウジング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。
一方、ハウジング36cの前側には、ガスの導入部36dが一体的に接続されており、導入部36dの開口を通じてハウジング36c内のコア36aへガスが供給されるように構成されている。
導入部36dは、ハウジング36cにおける前面側の開口部から延びており、ハウジング36cに収容されたコア36aの前面から過給機34側に向かうように延設されている。そして、導入部36dにおける過給機34側の一端(上端)には、第2通路35の下流端部35bが接続されている。
詳しくは、導入部36dは、コア36aの前面から上方へと向かうに従って、後側から前方へと次第に向かうように延びている(図9のLdを参照)。このような構成を換言すれば、導入部36dは、車高方向において過給機34側からコア36aの前面に向かうに従って、車両前後方向においてコア36aの反対側(前側)からコア36a側(後側)へと次第に近接しながら延びていることになる。
導入部36dの上端は、車高方向において、ハウジング36cの上端と実質的に同じ高さ位置とされており、斜め上前方に向かって開口している。
また、図9から見て取れるように、導入部36dにおける後側の壁部は、ハウジング36cの上縁に繋がっている一方、導入部36dにおける前側の壁部362は、ハウジング36cの下縁に繋がっている。このような構成とすることで、導入部36dを構成する内壁部(壁部362の内側)は、コア36aの車両前後方向一側の側面、つまり、コア36aの前面に沿って延びることになる。
ここで、インタークーラ36全体の説明に戻ると、図10に示すように、インタークーラ36は、車両前後方向においてはエンジン本体10と、前述のラジエータ93との間に配設されている。
そして、インタークーラ36の導入部36dにおける前側の壁部362は、車高方向及び車両前後方向を含んだ平面で断面視したときに、ラジエータ93に向かって凹を成すように形成されている。こうすることで、ラジエータ93と導入部36dとを可能な限り離間させることができる。
このように、インタークーラ36の導入部36dは、単なる開口部ではなく、第2通路35を通過したガスを、ハウジング36cに収容されたコア36aへと導く通路として機能する。その点で、この導入部36dは、中継通路80の下流端部として機能するに等しい。
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通路であって、図11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。
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18の上流端部に対し、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。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18にかけての流路長を短くする上で有効である。
また、図11に示すように、サージタンク38の底部には、第3通路37の下流端部が接続されている。詳しくは、サージタンク38の内底面の中央部(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が開口しており、第3通路37の下流端部は、その導入口を介してサージタンク38に接続されている。
また、サージタンク38の後面には、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。
そのような接続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第1及び第2導入部38c、38dが設けられている。
そして、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44cの下流端部が接続されている(図12も参照)。
過給時においては、エンジン1の運転に伴い、クランクシャフト15からの出力が、駆動ベルト81及び駆動プーリ34dを介して伝達されて、第1及び第2ロータ341、342を回転させる。各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、圧縮した上で吐出部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10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の吐出部34cから第2通路35に沿って下方へと流れる。
続いて、第2通路35を通過したガスは、ガスの導入部36dからハウジング36cの内部に流入し、その前側から後方に向かって流れる。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、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11の矢印A0に示すように、インタークーラ36から第3通路37を介してサージタンク38へ流入したガスは、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の吸気ポート18へ供給される。
−バイパス通路の構造−
以下、バイパス通路40の構成について詳細に説明する。
前述のように、バイパス通路40は、過給機34を迂回して燃焼室16へガスを導くよう、第1通路本体33bから分岐して延びている。
具体的に、図7及び図12に示すように、バイパス通路40は、第1通路本体33bに開口した分岐部33dから左斜め上方に向かって延びた後に、右方に向かって折り返して略ストレートに延びる。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付近)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。
ここで、バイパス通路40は、流れ方向に沿って上流側から順に、分岐部33dから流入したガスの流れ方向を変更する曲管部45と、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。
曲管部45は、分岐部33dから左斜め上方へ向かって延びた後、右方へ向かって略ストレートに延びる筒状に形成されており、第1通路33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。
曲管部45において、分岐部33dから左斜め上方へ延びる部分は、当該方向とは逆向きの右斜め下方へ向かうにつれて、次第に拡径するようになっている。そのような構成とすることで、分岐部33dの開口面積を拡大する上で有利になる。
よって、曲管部45に流入したガスは、左斜め上方へ向かって流れた後、曲管部45の折り返しに従って流れの向きが変更される。その結果、曲管部45を流れるガスは、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。曲管部45の上流端(下端)には、既に述べたように、分岐部33dを介して第1通路本体33bが接続されている一方、曲管部45の下流端(右端)には、バルブボディ41aの上流端(左端)が接続されている。
バルブボディ41aは、短筒状に形成されており、図7に示すように、第1通路33に対して上方、かつ過給機34に対して左方において、両端の開口を左右に向けた姿勢で配置されている。バルブボディ41aの上流端には、既に述べたように曲管部45の下流端が接続されている一方、バルブボディ41aの下流端(右端)には、直管部43の上流端(左端)が接続されている。
バルブボディ41aは、短筒状に形成されており、図7に示すように、第1通路33に対して上方、かつ過給機34に対して左方において、両端の開口を左右に向けた姿勢で配置されている。バルブボディ41aの上流端には、既に述べたように曲管部45の下流端が接続されている一方、バルブボディ41aの下流端(右端)には、直管部43の上流端(左端)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及びサージタンク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。
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の各々の下流端部は、前述の如く、サージタンク38の上面に接続されている。
また、曲管部45にはEGR通路52の下流端部が接続されている。したがって、バイパス通路40には、第1通路33から流入するガスや、サージタンク38から逆流するガスばかりでなく、外部EGRガスも流れるようになっている。
なお、曲管部45においてEGR通路52の下流端部が接続された部分の下壁面45aは、下方に向かって凹むように形成されている。この下壁面45aは、水分を受け止める水受構造を構成している。
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通路40の曲管部45に流入する。曲管部45を通過してバルブボディ41aに流入したガスは、図12の矢印に示すように、右方へ向かって流れる。
続いて、バルブボディ41aを通過したガスは、図12の矢印に示すように、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、他の矢印に示すように、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の吸気ポート18へ供給される。
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の各部を自然吸気時とは逆向きに通過して第1通路本体33bへと流入する。
(エンジンのコンパクト化と静粛性の向上に関する構成)
前述のように、エンジン1のコンパクト化という観点から、過給機34及びコア36aを上下方向に沿って並設する場合がある。この場合、過給機34及びコア36aは、各々の前側に配置された中継通路(具体的には第2通路35及び導入部36d)80を介して相互に接続されることになる。これにより、過給機34とインタークーラ36とを集約させて、ひいてはエンジン1をコンパクトにすることが可能となる。
ところが、そうした中継通路80を設けた場合、過給機34の吐出圧に生じる脈動が中継通路80の壁面に作用してしまい、放射音を招く虞がある。
しかし、図9に示すように、中継通路80の下流端部として機能する導入部36dは、車高方向において過給機34側からコア36a側へと向かうに従って、車両前後方向において反コア36a側からコア36a側へと次第に向かうように延びている。加えて、前述のように、導入部36dを構成する内壁部は、コア36aの前面に沿って延びている。
つまり、導入部36dは、車高方向に沿って直下方へストレートに延びた後に、車両前後方向に沿って直後方に曲折されているのではなく、車高方向及び車両前後方向の双方に対して斜めに延びるようになっている。
このように斜めに延ばすと、述のように曲折させた構成と比較して、中継通路80の通路長を短くすることができる。通路長を短くした分、中継通路80の内壁部の表面積が縮小する。
過給機34の脈動を受けて中継通路80が振動することにより、前述の放射音が発生すると考えられるところ、前述のように中継通路80の内壁部の表面積を縮小することで、放射音のボリュームを抑制することが可能になる。よって、エンジン1の静粛性を高めることができる。
また、図9に示すように、インタークーラ36におけるガスの導入部36dの形状に工夫を凝らすことにより、その導入部36dを中継通路80の下流端部として活用することができる。
また、図9に示すように、導入部36dを過給機34側に向かって延ばした分、中継通路80において第2通路35を短く構成することができる。第2通路35は、過給機34の吐出部34cに直結される部分であり、吐出部34cに近接する分だけ放射音の発生が懸念される。そうした第2通路35を短く構成することで、放射音のボリュームを抑制し、ひいてはエンジン1の静粛性を高めることができる。
また、図8に示すような湾曲部351を設けることで、第2通路35の局所に応力が集中しないようにすることが可能になる。そのことで、第2通路35の剛性を高め、ひいては放射音のボリュームを抑制する上で有利になる。これにより、エンジン1の静粛性を高めることができる。
また、図9に示すように、過給機34の吐出部34cをインタークーラ36に向けて傾けたので、その吐出部34cからインタークーラ36の導入部36dに至る通路長を短くする上で有利になる。このことは、エンジン1の静粛性を高める上で有効である。
また、図10に示すように、導入部36dにおける前側の壁部362は、ラジエータ93に向かって凹を成す分だけ、例えば、ラジエータ93に向かって凸を成すように形成された場合や、凸を成すことなく平坦に形成された場合と比較して、ラジエータ93から離間するようになる。そのことで、当該壁部362とラジエータ93との距離をより十分に確保することができる。
また、図6に示すように、中継通路80のうち、狭小部35cよりも下流側部分(つまり、インタークーラ36の導入部36d)における流路断面積は、少なくとも、狭小部35cが設けられた部位における流路断面積よりも拡大することになる。そうすると、その導入部36d全体が、いわゆる拡張室型の消音器として機能することとなり、ひいては、過給機34の吐出圧に係る脈動に起因した放射音を低減することができる。
《他の実施形態》
前記実施形態では、狭小部35cは第2通路35に設けられていたが、そうした構成には限られない。例えば、インタークーラ36の導入部36d(具体的には、導入部36dの中途の部位)に設けてもよい。
また、前記実施形態では、図9等に示すように、インタークーラ36において、ハウジング36cと導入部36dとが一体的に形成されていたが、そうした構成には限られない。ハウジング36cと導入部36dを別体の部品としてもよい。また、導入部36dと第2通路35を一体的な部品としてもよい。