JPWO2019038911A1 - 過給機付きエンジン - Google Patents

Abstract

エンジンの全高が大きくなることを抑えながら、吸気の流通性及びバイパス吸気の各気筒への分配性の向上を図る。気筒列方向に延びるサージタンク２の側部において過給機３を気筒列方向に配置する。過給機３に吸気を導入する上流側吸気管９より分岐させたバイパス管１５を過給機３の上側において気筒列方向に配置する。過給機３から吸気をサージタンク２に導く下流側吸気管２６を過給機３から下方に延ばす。下流側吸気管２６は、気筒列方向に見てＵ字状に形成してサージタンク２に接続する。

Description

本発明は過給機付きエンジンに関する。

過給機付き多気筒エンジンの一例が特許文献１に記載されている。この例では、エンジンで駆動される機械式過給機がサージタンクの下側において気筒列方向に配置されてシリンダブロックの側部に取り付けられている。そして、サージタンクの上側にインタークーラが配置されている。また、過給機をバイパスとして吸気をサージタンクに供給するバイパス通路については、次のように構成されている。すなわち、吸気を過給機に導入する上流側吸気通路の一部と、インタークーラから吸気をサージタンクに導入する下流側吸気通路の一部とがエアーケーシング内に仕切壁を介して一体に設けられ、この仕切壁に上記バイパス用の連通孔が設けられている。

特開平０８−３１２３５９号公報

サージタンクの上側にインタークーラを配置すると、吸気の凝縮水がインタークーラに溜まることを防止する上では有利になるが、エンジンの全高が大きくなってしまう。その場合、自動車のデザイン上の制約が大きくなる。例えば、ボンネットラインを下げることが難しくなる。

また、一つのエアーケーシングに上流側吸気通路、下流側吸気通路及びバイパス通路を設けることは、吸気系部材のコンパクト化には有利になるものの、当該バイパス吸気の各気筒への分配性を高めることが難しくなる。

本発明は、エンジンの全高が大きくなることを抑えながら、吸気の流通性及びバイパス吸気の各気筒への分配性の向上を図る。

本発明は、上記課題を解決するために、サージタンクを中心とする過給機及びバイパス管の配置と過給機下流側の吸気管の配管とを吸気流通性及びエンジン全高の観点から有機的に関連付けた。

ここに開示する過給機付きエンジンは、
多気筒エンジンの各気筒の吸気ポートに接続された気筒列方向に延びるサージタンクと、
吸気を圧縮して上記サージタンクに供給する過給機と、
上記過給機に吸気を導く上流側吸気管と、
上記上流側吸気管から分岐し上記過給機をバイパスして上記サージタンクに吸気を導くバイパス管と、
上記過給機から吸気を上記サージタンクに導く下流側吸気管とを備え、
上記過給機は、上記サージタンクの側部において気筒列方向に配置され、
上記バイパス管は、上記過給機の上側において気筒列方向に配置され、
上記下流側吸気管は、上記過給機から下方に延び気筒列方向に見てＵ字状になって上記サージタンクに接続されていることを特徴とする。

これによれば、過給機はサージタンクの側部に配置されているから、過給機がエンジン全高を大きくすることがない。バイパス管が過給機の上側に配置されているが、バイパス管自体は嵩張るものではないので、エンジン全高の増大は抑えられる。過給機とサージタンクを結ぶ下流側吸気管は過給機の下方に延びてＵ字状になっているから、インタークーラを過給機の下側に配置することができ、インタークーラによってエンジン全高が大きくなることが避けられる。

そうして、過給機の上側にバイパス管を配置したから、各気筒への吸気分配性が良好となるようにバイパス管をサージタンクに接続することが容易になる。また、下流側吸気管を上述の如くＵ字状にしたから、過給機からサージタンへの吸気の流れも円滑になる。

一実施形態では、排気系から排気ガスを吸気系に還流するＥＧＲ管が上記バイパス管に接続され、該接続部に排気ガスの還流を制御するＥＧＲ制御弁が設けられている。ＥＧＲ制御弁が過給機の上側を通るバイパス管に配置されているから、ＥＧＲガス（還流排気ガス）の冷却によってＥＧＲ制御弁に凝縮水が付着しても、その凝縮水が過給機の駆動によってバイパス管の分岐部から過給機を通ってサージタンクに排出され易くなり、凝縮水によるＥＧＲ制御弁の作動不良防止に有利になる。

一実施形態では、上記下流側吸気管の途中に上記過給機から吐出される吸気を冷却するインタークーラが介設されている。すなわち、下流側吸気管を過給機の下方に延ばして、過給機の下方にインタークーラを配置するというものであり、インタークーラがエンジン全高を増大することを防止することができる。

一実施形態では、上記インタークーラは、クーラケースに水冷式クーラコアを収容してなる。水冷式の場合、冷却水循環用管のとりまわしが問題になるが、インタークーラが過給機下方の低い位置あるため、エンジン前方の低い位置に配置されるラジエータとインタークーラを接続する冷却水循環用管のとりまわしが容易になる。また、その冷却水循環用管を短くすることができるため、冷却水量も少なくなり、自動車の軽量化に有利になる。

本発明によれば、過給機をサージタンクの側部において気筒列方向に配置し、バイパス管を過給機の上側において気筒列方向に配置し、過給機の下流側吸気管を過給機から下方に延ばし気筒列方向に見てＵ字状にしてサージタンクに接続したから、エンジン全高が大きくなることを抑えながら、過給機からサージタンへの吸気の流れを円滑にすることができるとともに、過給機をバイパスする吸気の各気筒への分配性を良好なものにすることができる。

過給機付きエンジンの平面図。 同エンジンの吸気系の背面図。 過給機付きエンジンの正面図。 過給機及び上流側吸気管等を示す一部断面にした正面図。 過給機付きエンジンの斜視図。 過給機及び下流側吸気管等を示す断面図。 吸気マニホールドとＩＳＧと燃料ポンプの配置を示す正面図。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１に示す自動車の過給機付き多気筒エンジンにおいて、１はシリンダヘッド、２は吸気マニホールドのサージタンク、３は吸気を圧縮してサージタンク２に供給する過給機、４は排気マニホールド、５は酸化触媒及びパティキュレートフィルタを内蔵した排気浄化装置である。この実施形態のエンジンは、気筒列方向（クランク軸の方向）が車幅方向になった横置きの前方吸気後方排気エンジンである。

＜エンジン部品のレイアウト＞
サージタンク２は、シリンダヘッド１の側部を気筒列方向に延び、エンジンの各気筒の吸気ポートに接続されている。図２に示すように、吸気マニホールド６は、サージタンク２と、該サージタンク２と一体になった吸気導入管部７とを備えてなり、金属製（本実施形態はアルミ合金製）である。吸気導入管部７はサージタンク２の下方に延びている。なお、図２はエンジン本体側からエンジンの吸気系を見た図である。

本例のエンジンは各気筒に２つの吸気ポートを有する４気筒エンジンである。吸気マニホールド６は、各気筒の２つの吸気ポートに対応する計８つの分岐吸気通路８を備えている。各分岐吸気通路８がサージタンク２から延びている。吸気マニホールド６は、サージタンク２のシリンダヘッド１側周辺部の取付部２ａにおいて、該シリンダヘッド１に固定されている。

過給機３は、エンジンの出力軸で駆動される機械式過給機であり、サージタンク２の前側の側部において気筒列方向に配置されている。図３にも示すように、過給機３には気筒列方向に延びる上流側吸気管９が直結されている。この上流側吸気管９から吸気が過給機３に導入される。

過給機３における上流側吸気管９の反対側に該過給機３の駆動部ハウジング１１が突出している。この駆動部ハウジング１１に、エンジンの出力軸で過給機３を駆動するための駆動軸が軸受を介して収容されている。その駆動軸に結合したプーリ１２に伝動ベルト１３が巻き掛けられている。

過給機３をバイパスして吸気をサージタンク２に導くために、上流側吸気管９からバイパス管１５が分岐している。

図４に示すように、バイパス管１５は、上流側吸気管９に設けられたスロットル弁１６よりも下流側において該上流側吸気管９の上面側から分岐している。バイパス管１５は、当該分岐部から上流側吸気管９の上流側に延び、続いて上流側吸気管９の下流側に向かうように湾曲して折り返されている。バイパス管１５は、当該折返し部１５ａに続いてサージタンク２の中央側に向かって過給機３の上側を気筒列方向に延びている。

そうして、バイパス管１５は、図２に示すように、サージタンク２の中央部近傍において、気筒列方向の一方に延びる第１枝管１５ｂと、気筒列方向の他方に延びる第２枝管１５ｃとに分岐している。そうして、第１枝管１５ｂは、気筒列方向に並ぶ片側２気筒に対応する位置において、第２枝管１５ｃは、気筒列方向に並ぶ反対側２気筒に対応する位置において、それぞれサージタンク２に接続されている。

バイパス管１５の上記折返し部１５ａよりも下流側には、図１に示すように、排気系から排気ガスを吸気系に還流するＥＧＲ管１７が接続されている。ＥＧＲ管１７は排気浄化装置５のパティキュレートフィルタよりも下流側から排気ガスを吸気系に導くようにされている。ＥＧＲ管１７の途中には、吸気系に還流される排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ２０が設けられている。

図４に示すように、バイパス管１５におけるＥＧＲ管１７の接続部に排気ガスの還流を制御するＥＧＲ制御弁１８が設けられている。また、ＥＧＲ制御弁１８よりも下流側のバイパス管１５内、過給機３の作動時に閉となるバイパス制御弁１９が設けられている。

図１等において、２１はスロットル弁１６の駆動装置、２２はＥＧＲ制御弁１８の駆動装置、２３はバイパス制御弁１９の駆動装置である。

図３及び図５に示すように、過給機３の側面の吐出部に、圧縮された吸気をサージタンク２に導くための過給用吐出管２４の上流端が接続されて過給機３の下方に延びている。過給用吐出管２４の下流端は過給機３の下方に配置したインタークーラ２５に接続されている。インタークーラ２５は、過給機３から吐出される吸気を冷却するものであり、吸気マニホールド６の吸気導入管部７に接続されている。図６に示すように、本実施形態のインタークーラ２５は、吸気マニホールド６と同じ金属製（アルミ合金製）のケース２５ａに水冷式クーラーコア２５ｂを収容してなる。

本実施形態では、過給用吐出管２４、インタークーラ２５及び吸気導入管部７が、過給機３から吸気をサージタンク２に導く下流側吸気管２６を構成している。図５及び図６に示すように、下流側吸気管２６は、気筒列方向に見て、全体としてインタークーラ２５を最下部に配置したＵ字状になっている。

よって、過給機３とインタークーラ２５とは上下に配置され、過給機３がサージタンク２と過給用吐出管２４の間に挟まれ、過給機３の下部が吸気導入管部７と過給用吐出管２４の間に、換言すれば、Ｕ字状になった下流側吸気管２６のＵ字の内側に配置された態様になっている。

図３に示すように、過給機３の駆動部ハウジング１１の下方であって、前方視におけるインタークーラ２５の横のスペースには、エンジン補機としてのＩＳＧ（Integrated Starter Generator）２８が配設されている。インタークーラ２５とＩＳＧ２８は気筒列方向に並んでいる。ＩＳＧ２８の下方のスペースには空調用のエアコンプレッサー２９が配設されている。

図７に示すように、吸気マニホールド６の吸気導入管部７を挟んでＩＳＧ２８の反対側には気筒に燃料を噴射するための燃料ポンプ３０が配設されている。すなわち、前方視における吸気導入管部７の横のスペースに燃料ポンプ３０が配設されている。図３に示すように、燃料ポンプ３０は、上流側吸気管９の下側に配置され、且つ自動車前方からみてインタークーラ２５よりも奥に配置されている。

＜上記レイアウトの特色＞
図１に示すように、過給機３をサージタンク２の側部に配置したら、過給機３がエンジン全高を大きくすることがない。バイパス管１５を過給機３の上側に配置し、サージタンク２の中央部付近で分岐させてサージタンク２の気筒列方向の両側部分に接続したから、各気筒への吸気の分配性が良好となる。バイパス管１５が過給機３の上側に配置されているが、バイパス管１５自体は嵩張るものではないので、エンジン全高の増大は抑えられる。

図５及び図６に示すように、過給機３をサージタンク２に結ぶ下流側吸気管２６を過給機３の下方に延ばして、過給機３の下側にインタークーラ２５を配置したから、インタークーラ２５がエンジン全高を大きくすることもない。

図５及び図６に示すように、過給機３をサージタンク２と過給用吐出管２４の間に挟み、過給機３の下部を下流側吸気管２６のＵ字の内側に配置する構成を採用している。従って、過給機３からサージタン２への吸気の流れを円滑にしながら、サージタンク２、過給機３及び下流側吸気管２６という一連の吸気系部品をエンジン本体の側部にコンパクトに設けることができる。

図４に示すように、ＥＧＲ制御弁１８が過給機３の上側を通るバイパス管１５に配置されているから、ＥＧＲガスの冷却によってＥＧＲ制御弁１８に凝縮水が付着しても、その凝縮水が排出されやすい。すなわち、過給機３が作動すると、ＥＧＲ制御弁１８に付着した凝縮水は、バイパス管１５の分岐部から過給機３を通ってサージタンク２に排出される。よって、凝縮水によるＥＧＲ制御弁１８の作動不良が防止される。

図２及び図３に示すように、インタークーラ２５を水冷式として過給機３の下方の低い位置に設けたから、ラジエータがエンジン前方の低い位置に配置される場合でも、該ラジエータとインタークーラを接続する冷却水循環用管をとりまわしが容易になる。特に、その冷却水循環用管を短くすることができるため、冷却水量も少なくなり、自動車の軽量化に有利になる。

図３及び図７に示すように、燃料ポンプ３０を、前方視における吸気マニホールド６の吸気導入管部７の横であって上流側吸気管９の下側のスペースに配置し、さらに、自動車前方からみてインタークーラ２５よりも奥側に配置している。そして、吸気マニホールド６及びインタークーラ２５のケース２５ａは金属製である。従って、自動車の前突において、燃料ポンプ３０が、過給機３、吸気マニホールド６及びインタークーラ２５によって衝突物から保護される。

図３に示すように、ＩＳＧ２８を前方視における過給機３の駆動部ハウジング１１の下側であってインタークーラ２５の横のスペースに配置し、ＩＳＧ２８の下側のスペースにエアコンプレッサー２９を配置している。すなわち、エンジン補機等の配置に関してエンジン前面側のスペースの利用効率が高くなっており、エンジン全体がコンパクトになる。

＜補機類の駆動系＞
図５に示すように、過給機３を駆動する伝動ベルト１３は、エンジンのクランクシャフトに結合したクランクプーリ４１と過給機３のプーリ１２とウォータポンプ４２の駆動軸に結合したプーリ４３とに巻き掛けられている。そして、アイドラ４４，４５及びテンションプーリ４６によって、伝導ベルト１３に適性な張力が与えられているとともに、過給機３及びウォータポンプ４２のプーリ１２，４３に適正な巻き掛け角が与えられている。

＜過給機３及びインタークーラ２５の支持構造＞
過給機３及びインタークーラ２５の支持構造について説明する。

過給機３は、図１に示すように、上流側吸気管９側の端部と駆動部ハウジング１１の２箇所において、サージタンク２にボルト３１によって固定されている。また、図５に示すように、過給機３は、その下部が吸気マニホールド６の吸気導入管部７に設けたブラケット３２にボルト３１によって固定されている。

このように、過給機３は、吸気マニホールド６に固定されて支持剛性が確保されている。

インタークーラ２５は、図３、図５及び図６に示すように、ケース２５ａの吸気入口側が過給機３の吐出部に結合された過給用吐出管２４の下端に結合されているとともに、ケース２５ａの吸気出口側が吸気マニホールド６の吸気導入管部７の下端に結合されている。さらに、図２に示すように、インタークーラ２５は、その下端部の両端にブラケット３３，３４が固定されていて、該ブラケット３３，３４を介してシリンダブロック３５に固定されている（図５参照）。すなわち、インタークーラ２５はその下端部がシリンダブロック３５に支持されている。

このように、インタークーラ２５は、過給機３及び吸気マニホールド６に連結され、シリンダブロック３５に支持されて支持剛性が確保されている。

＜その他＞
上記実施形態では、エンジンが横置き前方吸気後方排気の形態になっているが、気筒列方向（クランク軸の方向）を自動車長手方向に配置した縦置きエンジンにおいても、本発明を適用することができる。

また、インタークーラ２５のケース２５ａは、金属製に限らず、樹脂製としてもよい。

１ シリンダヘッド
２ サージタンク
３ 過給機
６ 吸気マニホールド
７ 吸気導入管部
９ 上流側吸気管
１１ 駆動部ハウジング
１５ バイパス管
１８ ＥＧＲ制御弁
２４ 過給用吐出管
２５ インタークーラ
２５ａ ケース
２５ｂ 水冷式クーラーコア
２６ 下流側吸気管
２８ ＩＳＧ（エンジン補機）
２９ エアコンプレッサー（エンジン補機）
３０ 燃料ポンプ

Claims (4)

1. 多気筒エンジンの各気筒の吸気ポートに接続された気筒列方向に延びるサージタンクと、
   吸気を圧縮して上記サージタンクに供給する過給機と、
   上記過給機に吸気を導く上流側吸気管と、
   上記上流側吸気管から分岐し上記過給機をバイパスして上記サージタンクに吸気を導くバイパス管と、
   上記過給機から吸気を上記サージタンクに導く下流側吸気管とを備え、
   上記過給機は、上記サージタンクの側部において気筒列方向に配置され、
   上記バイパス管は、上記過給機の上側において気筒列方向に配置され、
   上記下流側吸気管は、上記過給機から下方に延び気筒列方向に見てＵ字状になって上記サージタンクに接続されていることを特徴とする過給機付きエンジン。
2. 請求項１において、
   排気系から排気ガスを吸気系に還流するＥＧＲ管が上記バイパス管に接続され、該接続部に排気ガスの還流を制御するＥＧＲ制御弁が設けられていることを特徴とする過給機付きエンジン。
3. 請求項１又は請求項２において、
   上記下流側吸気管の途中に上記過給機から吐出される吸気を冷却するインタークーラが介設されていることを特徴とする過給機付きエンジン。
4. 請求項３において、
   上記インタークーラは、クーラケースに水冷式クーラコアを収容してなることを特徴とする過給機付きエンジン。

Images