特開 2020-2797 多気筒エンジンの吸気装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-2797(P2020-2797A)

(43)【公開日】2020年1月9日

(54)【発明の名称】多気筒エンジンの吸気装置

(51)【国際特許分類】

   F02B 29/04 20060101AFI20191206BHJP

   F02M 35/10 20060101ALI20191206BHJP

【ＦＩ】

   F02B29/04 P

   F02B29/04 K

   F02M35/10 301P

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2018-119933(P2018-119933)

(22)【出願日】2018年6月25日

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】神本 雅章

(72)【発明者】

【氏名】吉川 高史

(72)【発明者】

【氏名】近藤 英成

(72)【発明者】

【氏名】三浦 保秀

(57)【要約】

【課題】インタークーラにより生じる凝縮水による失火の発生を抑止すると共に、吸気の流通抵抗を増大させることなく、コンパクト化を可能とする吸気経路レイアウトを実現できるようにする。
【解決手段】多気筒エンジンの吸気装置は、エンジン１の吸気管３０に接続された過給機３２と、吸気管における過給機の下流側に接続されたインタークーラ３７と、インタークーラの下流側に配設されたサージタンク３８と、吸気管のインタークーラの上流側にＥＧＲガスを導入する外部ＥＧＲ通路５６とを備えている。インタークーラは、サージタンクと並列に配置されると共に、接続吸気管３０ｂにより接続される。接続吸気管は、平面Ｕ字状に形成されてサージタンクの気筒列の一端側と接続される。インタークーラの底面は、下流側が上流側よりも低くなるように傾斜している。接続吸気管の底面はインタークーラの底面の最も低い部分よりも低いか同一である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

多気筒エンジンに設けられた吸気管に接続された過給機と、
前記吸気管における前記過給機の下流側に接続されたインタークーラと、
前記インタークーラの下流側に配設されたサージタンクと、
前記吸気管における前記インタークーラの上流側にＥＧＲガスを導入するＥＧＲ通路とを備えた多気筒エンジンの吸気装置であって、
前記インタークーラは、前記サージタンクと並列に配置されると共に、接続吸気管により接続され、
前記接続吸気管は、平面視でＵ字状に形成されて、前記サージタンクの気筒列の一端側と接続され、
前記インタークーラの底面は、下流側が上流側よりも低くなるように傾斜しており、
前記接続吸気管の底面は、前記インタークーラの底面の最も低い部分よりも低いか同一である多気筒エンジンの吸気装置。

【請求項2】

請求項１に記載の多気筒エンジンの吸気装置において、
前記吸気管における前記インタークーラの上流側には、吸気調整弁が接続されており、
前記吸気調整弁は、平面視で前記サージタンクと近接して配設されている多気筒エンジンの吸気装置。

【請求項3】

請求項２に記載の多気筒エンジンの吸気装置において、
前記吸気管における前記吸気調整弁の上流側部分は、エンジン本体の上側に配置されており、
前記吸気調整弁の上流側部分は、その途中から下り傾斜となるように配設されている多気筒エンジンの吸気装置。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載の多気筒エンジンの吸気装置において、
前記インタークーラは、液体冷媒を用いた水冷式のインタークーラである多気筒エンジンの吸気装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多気筒エンジンの吸気装置に関する。

【背景技術】

【0002】

下記の特許文献１には、エンジン本体の側方に配置された機械式過給機の上方で、且つ吸気マニホールドの外側に近接してインタークーラを配置する構成が記載されている。このインタークーラの入口及び出口はエンジン本体の上下方向に配置され、この出口部は、サージタンクの長手方向の一方の端部と連結されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０９−２４２５４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の特許文献１に記載されたインタークーラは、その入口及び出口をエンジン本体の上下方向に配置した、いわゆる縦置きタイプのインタークーラであり、例えば、インタークーラの上流側にＥＧＲ（排気再循環）ガスを導入する構成の場合には、インタークーラによって生じる凝縮水がインタークーラの内部に滞留する。

【0005】

このとき、エンジンを加速状態とした場合には、滞留していた凝縮水が吸気マニホールドに一挙に流れ込み、一部の気筒に失火が発生するという問題がある。

【0006】

本発明は、前記従来の問題を解決し、吸気管にＥＧＲガスを導入する構成において、特にインタークーラにより生じる凝縮水による失火の発生を抑止すると共に、吸気の流通抵抗を増大させることなく、コンパクト化を可能とする吸気経路レイアウトを実現できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記の目的を達成するため、本発明は、エンジンの吸気管におけるサージタンクの側部で気筒列の一端側との接続部分に平面Ｕ字状の接続吸気管を配設し、該接続吸気管の底面を下流側で低くする構成とする。

【0008】

具体的に、本発明は、多気筒エンジンの吸気装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

【0009】

すなわち、第１の発明は、多気筒エンジンに設けられた吸気管に接続された過給機と、吸気管における過給機の下流側に接続されたインタークーラと、インタークーラの下流側に配設されたサージタンクと、吸気管におけるインタークーラの上流側にＥＧＲガスを導入するＥＧＲ通路とを備えた多気筒エンジンの吸気装置である。インタークーラは、サージタンクと並列に配置されると共に、接続吸気管により接続される。接続吸気管は、平面視でＵ字状に形成されて、サージタンクの気筒列の一端側と接続される。インタークーラの底面は、下流側が上流側よりも低くなるように傾斜している。接続吸気管の底面は、インタークーラの底面の最も低い部分よりも低いか同一である。

【0010】

これによれば、サージタンクと並列に配置され且つ接続吸気管により接続されたインタークーラの底面は、下流側が上流側よりも低くなるように傾斜しており、平面Ｕ字状に形成され、サージタンクの気筒列の一端側と接続された接続吸気管の底面は、インタークーラの底面の最も低い部分よりも低いか同一である。この構成により、特にＥＧＲガスによる凝縮水の吸気管における滞留が低減される。このため、滞留した凝縮水が吸気マニホールドに一気に流れ込むことがなくなるので、一部の気筒に失火が発生することを抑止できる。その上、吸気流通抵抗を増加させることなく、サージタンクとインタークーラとが並列に配置されるので、コンパクト化を図ることができる。

【0011】

第２の発明は、上記第１の発明において、吸気管におけるインタークーラの上流側には、吸気調整弁が接続されており、吸気調整弁は平面視でサージタンクと近接して配設されていてもよい。

【0012】

これによれば、インタークーラの、吸気調整弁と近接配置されたサージタンクとの並列配置により、コンパクト化をより高めることができる。

【0013】

第３の発明は、上記第２の発明において、吸気管における吸気調整弁の上流側部分は、エンジン本体の上側に配置されており、吸気調整弁の上流側部分は、その途中から下り傾斜となるように配設されていてもよい。

【0014】

これによれば、過給機の吸気管をも含めた、下り傾斜の過給経路によって凝縮水の滞留を効果的に抑制することができる。

【0015】

第４の発明は、上記第１〜第３の発明において、インタークーラは、液体冷媒を用いた水冷式のインタークーラであってもよい。

【0016】

これによれば、水冷式のインタークーラは、空冷式と比べて凝縮水が生じやすいので、本発明の効果が顕著となる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、インタークーラにより生じる凝縮水による失火の発生を抑止すると共に、吸気の流通抵抗を増大させることなく、コンパクト化を可能とする吸気経路レイアウトを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は本発明の一実施形態に係るエンジンを示す模式的な構成図である。

【図2】図２は本発明の一実施形態に係るエンジンにおける吸気経路を含む平面図である。

【図3】図３は本発明の一実施形態に係るエンジンにおける吸気経路を含む左側面図である。

【図4】図４は本発明の一実施形態に係るエンジンにおける吸気経路を含む左上前方斜視図である。

【図5】図５は本発明の一実施形態に係るエンジンにおけるサージタンク及び吸気導入路を示す左上後方斜視図である。

【図6】図６は図５のVI−VI線における断面斜視図である。

【図7】図７は図５のVII−VII線における断面図である。

【図8】図８は図５のVIII−VIII線における断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。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、その適用物又はその用途を制限することを意図しない。

【0020】

（一実施形態）
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

【0021】

図１は本実施形態に係る過給機付多気筒エンジンであって、ここでは、過給機付エンジン（以下、単に「エンジン」と呼称する。）１の構成を概略的に表している。

【0022】

エンジン１は、例えば、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に示すように、ターボチャージャ３２を備えている。エンジン１の燃料は、特に限定はされないが、本実施形態においては軽油である。

【0023】

また、エンジン１は、詳細な図示は省略するが、例えば、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が車両の前後方向（車長方向）に沿って並ぶように搭載される、いわゆる直列４気筒の縦置きエンジンとして構成されている。これにより、本構成例においては、４つのシリンダ１１の配列方向（気筒列方向）であるエンジンの前後方向が車長方向とほぼ一致していると共に、エンジン幅方向が車幅方向とほぼ一致している。なお、エンジン１は、直列４気筒の縦置きエンジンに限られず、直列多気筒の縦置き又は横置きエンジンであっても本発明は成立する。

【0024】

また、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（又は車長方向）と総称する場合がある。

【0025】

以下、特に断らない限り、前側とは車両の前後方向における前側（エンジンフロント側）を指し、後側とは車両の前後方向における後側（エンジンリヤ側）を指し、左側とは車幅方向の前方に向かって左側を指し、右側とは車幅方向の前方に向かって右側を指す。

【0026】

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。

【0027】

（エンジンの概略構成）
本実施形態において、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、該エンジン本体１０の左側に配置され、吸気ポート１８を介して各シリンダ１１と連通する吸気管からなる吸気経路３０と、エンジン本体１０の右側に配置され、排気ポート１９を介して各シリンダ１１と連通する排気通路５０とを備えている。

【0028】

本構成例では、吸気経路３０は、新気及び排気（以下、吸気と呼ぶ。）を導く複数の通路と、ターボチャージャ３２及びインタークーラ３７等の装置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。

【0029】

エンジン本体１０は、吸気経路３０から供給された吸気と、各シリンダ１１内でインジェクタ６から噴射された燃料とを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、該シリンダブロック１２の上に載置されるシリンダヘッド１３とを有している。

【0030】

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（気筒列方向）に沿って並んでいる。なお、図１では、１つのシリンダのみを示す。

【0031】

各シリンダ１１の内部には、ピストン１４が、それぞれ摺動自在に挿入されている。各ピストン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と連結されている。各ピストン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みの意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる。

【0032】

シリンダヘッド１３には、１つのシリンダ１１につき、例えば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と連通している。

【0033】

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２３によって所定のタイミングで開閉する。

【0034】

また、シリンダヘッド１３には、１つのシリンダ１１につき、例えば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のみを示す。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と連通している。

【0035】

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２４によって所定のタイミングで開閉する。

【0036】

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。本構成例においては、各インジェクタ６は、例えば多噴口型の燃料噴射弁であり、各燃焼室１６内に、燃料を直接に噴射するように構成されている。

【0037】

また、本実施形態に係る吸気経路３０は、エンジン本体１０の一側面（具体的には、左側の側面）と接続されており、各シリンダ１１の吸気ポート１８と連通している。すなわち、吸気経路３０は、燃焼室１６に導入される吸気が流れる通路であり、従って各吸気ポート１８を介して燃焼室１６と接続されている。

【0038】

吸気経路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、上流側から、ターボチャージャ３２のコンプレッサホイール（以下、コンプレッサと呼ぶ。）３２ａ、通常は全開状態にある吸気調整弁３３、及びインタークーラ３７が順次配設されている。吸気調整弁３３は、その開度を調整することによって、燃焼室１６に導入される既燃ガス（ＥＧＲガス）の還流量などを調整するように構成されている。

【0039】

インタークーラ３７は、ターボチャージャ３２を通過した吸気との間で熱交換をするように構成されたコア（不図示）を収容してなり、ターボチャージャ３２において圧縮された吸気を冷却するように構成されている。インタークーラ３７は、水冷式及び空冷式のいずれでもよく、冷却効率の観点から、ここでは液体冷媒を用いた水冷式としている。

【0040】

一方、図１に示すように、排気通路５０は、エンジン本体１０の他側面（具体的には、右側の側面）と接続されており、各シリンダ１１の排気ポート１９と連通している。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。これら独立通路の上流端が、各シリンダ１１の排気ポート１９と接続されている。

【0041】

排気通路５０には、上述したターボチャージャ３２のタービン３２ｂと、一酸化窒素（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）等を酸化するディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）５１及び微粒子を捕集するディーゼル微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）５２を有する排気浄化システムと、排気の流量を調整する排気シャッターバルブ５３とが配設されている。なお、ここでの排気通路５０には、ターボチャージャ３２のタービン３２ｂへの排気を迂回するウエイストゲートバルブ５４が配設されている。ターボチャージャ３２には、可変容量ターボチャージャを用いることができ、仕様によっては、ウエイストゲートバルブ５４を設けない構成とすることもできる。

【0042】

また、ＤＰＦ５２の下流側には、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）を浄化する尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）と、該尿素ＳＣＲからの余剰のアンモニア（ＮＨ_３）を酸化するスリップ触媒とを適宜設けてもよい。尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）には、尿素タンクが付設される。

【0043】

本構成例の吸気通路３０には、排気通路５０の排気を、排気マニホールド（不図示）の近傍から吸気経路３０におけるインタークーラ３７の下流部分に導入する内部ＥＧＲ（高圧ＥＧＲ）通路５５と、排気通路５０におけるＤＰＦ５２の下流側からターボチャージャ３２のコンプレッサ３２ａの上流側に排気を導入する外部ＥＧＲ（低圧ＥＧＲ）通路５６とが配設されている。内部ＥＧＲ通路５５及び外部ＥＧＲ通路５６は、それぞれ既燃ガスの一部を吸気経路３０に還流させる通路である。

【0044】

外部ＥＧＲ通路５６には、例えば、水冷式の低圧ＥＧＲクーラ５７が配設される。低圧ＥＧＲクーラ５７は既燃ガスを冷却する。外部ＥＧＲ通路５６を流れる既燃ガスの還流量は、低圧ＥＧＲクーラ５７と、外部ＥＧＲ通路の吸気経路３０との接続部との間に配設された外部ＥＧＲバルブ５８によって調節される。

【0045】

一方、内部ＥＧＲ通路５５を流れる既燃ガスの還流量は、内部ＥＧＲ通路５５に配設された内部ＥＧＲバルブ５９によって調節される。

【0046】

（吸気経路の構成）
以下、吸気経路３０の要部の構成について詳細に説明する。

【0047】

吸気経路３０を構成する吸気管の各部は、いずれもエンジン本体１０の左側、具体的には、シリンダヘッド１３及びシリンダブロック１２の左側面に沿うように配置されている。なお、吸気経路３０におけるターボチャージャ３２のコンプレッサ３２ａからインタークーラ３７までの部分は、エンジン本体１０の右側面から左側面に、その上側を通過するように配設されている。

【0048】

図２、図３及び図４は本実施形態に係るエンジン１の平面図、左側面図及び左側面の前方斜視図をそれぞれ表している。図２〜図４に示すように、吸気経路３０におけるターボチャージャ３２から吸気調整弁３３までの部分、すなわち、吸気調整弁３３の上流部分である第１通路３０ａは、エンジン本体１０の上側に配置され、その途中から下り傾斜となるように配設されている。

【0049】

さらに、インタークーラ３７は、サージタンク３８と並列に配置されると共に、サージタンク３８に対して、接続吸気管３０ｂにより接続されている。なお、インタークーラ３７とサージタンク３８との接続吸気管３０ｂを導入路３０ｂと呼ぶ場合がある。接続吸気管３０ｂは、平面視でＵ字状に形成されてサージタンク３８の気筒列の前方側と接続されている。また、インタークーラ３７の底面は、下流側（前方側）が上流側（後方側）よりも低くなるように傾斜している。接続吸気管３０ｂの管内の底面は、インタークーラ３７の内部の底面の最も低い部分（下流側の端部）よりも低いか同一である。すなわち、接続吸気管３０ｂの管内の底面は、インタークーラ３７の内部の底面よりも高くならないように配置されている。

【0050】

さらに、図２に示すように、インタークーラ３７の上流側に接続された吸気調整弁３３は、サージタンク３８と平面視で近接して配設されている。

【0051】

このように、インタークーラ３７をサージタンク３８と並列に配置して、いわゆるサイドエントリタイプとすると共に、接続吸気管３０ｂの管内の底面をインタークーラ３７の内部の底面よりも低くするか又は同一とすることにより、低圧のＥＧＲガスによる凝縮水が、特にインタークーラ３７及び接続吸気管３０ｂにおいて滞留を生じにくくなる。その上、接続吸気管３０ｂは平面Ｕ字状で滑らかに屈曲しており、吸気流通抵抗が増大することなく、サージタンク３８とインタークーラ３７とが並列に配置されており、また、サージタンク３８は吸気調整弁３３と近接して配置されているので、エンジン１のコンパクト化を図ることができる。

【0052】

（サージタンクの構成）
図５は本実施形態に係る接続吸気管３０ｂ及びサージタンク３８を表し、図６〜図８は、図５のVI−VI線、VII−VII線及びVIII−VIII線における断面構成それぞれを表している。

【0053】

図６に示すように、サージタンク３８は、そのエンジン本体側の開口部に吸気マニホールド３９が接続されている。さらに、図６〜図８に示すように、サージタンク３８の内部には、接続吸気管（導入路）３０ｂの内部に連続して設けられ、当該サージタンク３８の底部から上方に立設されると共に、気筒列方向に延びつつ、その高さが漸次低くなるバッフル壁部３８ａが設けられている。バッフル壁部３８ａは、サージタンク３８の底部から、エンジン本体側に凸となる湾曲状に立設されている。また、サージタンク３８は、吸気が流入する気筒列前方側の幅が広く且つその断面容積が大きく形成される。一方、当該サージタンク３８は、気筒列後端側に向かうに連れて幅が狭く且つ断面容積が小さくなるように形成されている。

【0054】

なお、バッフル壁部３８ａを含むサージタンク３８、及び吸気マニホールド３９を構成する部材は、特に限定されないが、耐熱性に優れた合成樹脂材であれば、所望の形状を持つバッフル壁部３８ａをサージタンク３８と一体に形成することも容易となる。

【0055】

この構成により、バッフル壁部３８ａは、サージタンク３８の内側に凹状となるので、このバッフル壁部３８ａの形成に伴う吸気の流通抵抗が低減される。さらに、サージタンク３８における下流側の断面容積が小さくなることにより、凝縮水の良好な分配性を確保することができる

【産業上の利用可能性】

【0056】

本発明は、インタークーラからの凝縮水による失火の発生を抑止すると共に、吸気の流通抵抗を増大させることなく、コンパクト化を可能とする吸気経路レイアウトを実現でき、多気筒エンジンの吸気装置として有用である。

【符号の説明】

【0057】

１ エンジン（過給機付エンジン）
１０ エンジン本体
３０ 吸気経路（吸気管）
３０ａ 第１通路
３０ｂ 接続吸気管（導入路）
３１ エアクリーナ
３２ ターボチャージャ
３２ａ コンプレッサホイール
３２ｂ タービンホイール
３３ 吸気調整弁
３７ インタークーラ
３８ サージタンク
３８ａ バッフル壁部
３９ 吸気マニホールド
５０ 排気通路
５５ 内部ＥＧＲ通路
５６ 外部ＥＧＲ通路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】