JP2005201093A - 車両用エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気系の後方配置及び過給に伴う排気マニホールドの熱負荷を低減することを目的とする。
【解決手段】エンジンルーム内にエンジンが横置きに配設され、エンジンの車両前方側に吸気マニホールドが、エンジンの車両後方側には排気マニホールド６が接続されており、エンジン上方側には、インタークーラ８と、インタークーラ８の上面側に接続され、インタークーラ８のコア部８ｂに走行風を導入する導風ダクト９とが配設される一方、排気マニホールド６には排気ターボ過給機１２が取付けられると共に、排気マニホールド６の上方側には排気マニホールド６を覆う遮熱カバー７が配設されており、遮熱カバー７にはインタークーラ８のコア部８ｂを通過した空気を排気マニホールド６に接触可能とする導風部７ａが形成され、導風部７ａにはコア部８ｂを通過した空気流に対向するよう先端に開口部１３ａが形成された案内ダクト１３が設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両エンジンの冷却装置に関し、特に、過給機及びインタークーラを備えた車両用エンジンの冷却装置に関する。

従来、車両用エンジンの搭載形式として、エンジンルーム内にクランク軸方向が車幅方向に延びるようエンジンが配設される、いわゆる横置きエンジンが知られている。
また、近年では、環境問題への取組みが高まっており、その取組みの一つとして冷間始動後における排気浄化性能を向上することが求められている。具体的には、冷間始動直後は、エンジンから排出されるＨＣ排出量が多くなることから、触媒等の排気浄化装置を早期にＨＣ浄化可能な活性温度まで上昇させることが求められている。
そこで、上述の横置きエンジンにおいて排気浄化性能の向上を図るため、下記特許文献１に開示されるように、エンジンの後方側に排気マニホールドや触媒等から構成される排気系を配設することが行われている。この特許文献１によれば車両前方側からの走行風によって排気系が冷却されることが抑制されるため、冷間始動後早期に触媒を活性化することができ、排気浄化性能を向上することができるものである。

また、エンジンの出力を高めるために排気ターボ過給機を設けることが知られており、このような排気ターボ過給機を設けた場合、過給に伴いエンジンに供給される吸気の温度が上昇するため、この吸気を冷却するために空冷タイプのインタークーラを設けることも知られている。
このインタークーラは、通常、過給された吸気と走行風との熱交換がなされるコア部の面積を広くとり冷却性を高めたいという要求があることから、通常、エンジン上方とボンネットとの間の空間にレイアウトされる。

特開平１０−６１５１０号公報

そして、上述した横置きエンジンにおいて排気ターボ過給機を設けた場合、排気系が車両後方側に配置されることに加え、排気ターボ過給機による高出力化によって、排気マニホールドの温度が高温になり、排気マニホールド及び排気マニホールド周辺に配設される各種部品に対し熱的影響が及ぶ虞がある。
そこで、排気マニホールドを覆う遮熱カバーを設け、排気マニホールド周辺の部品に対する熱的影響を抑制することが考えられる。
しかしながら、遮熱カバーによって排気マニホールド周辺の部品に対しては熱的影響を抑制することができるものの、排気マニホールドそのものの熱負荷を低減することはできないため、排気マニホールドの熱負荷を軽減することが望まれている。

本発明は、以上のような課題に勘案してなされたもので、その目的は、排気系の後方配置及び過給に伴う排気マニホールドの熱負荷を低減可能な車両エンジンの冷却装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあってはその解決手法として次のようにしてある。すなわち、本発明の第１の構成において、エンジンルーム内にクランク軸が車幅方向に延びるようエンジンが横置きに配設されており、該エンジンの車両前方側に吸気マニホールドが接続される一方、エンジンの車両後方側に排気マニホールドが接続された車両用エンジンの冷却装置において、
上記エンジンの上方側には、インタークーラと、該インタークーラの上面側に接続され、当該インタークーラのコア部に走行風を導入する導風ダクトとが配設される一方、
上記排気マニホールドには排気ターボ過給機が取付けられるとともに、
上記排気マニホールドの少なくとも上方側には、当該排気マニホールドを覆う遮熱カバーが配設されており、
該遮熱カバーには上記インタークーラのコア部を通過した空気を上記排気マニホールドに接触可能とする導風部が形成されるとともに、該導風部には上記インタークーラのコア部を通過した空気流に対向するよう先端に開口部が形成された案内ダクトが設けられるよう構成してある。

本発明の第１の構成によれば、遮熱カバーにはインタークーラのコア部を通過した空気を排気マニホールドに接触可能とする導風部が形成されるとともに、導風部にはインタークーラのコア部を通過した空気流に対向するよう先端に開口部が形成された案内ダクトが設けられているため、インタークーラのコア部を通過した空気が案内ダクト、導風部を介して排気マニホールドに案内されるため、インタークーラに案内される走行風を利用して排気マニホールドの冷却を行うことができ、排気マニホールドの熱負荷を低減することができる。

本発明の第２の構成において、上記排気マニホールドは、鋳物製として構成してある。

排気マニホールドに排気ターボ過給機を取付ける場合、排気ターボ過給機は重量物であることからその取付け支持性を確保するため、排気マニホールドの材質は、鋳物製とされることが多い。
ところが、排気マニホールドを鋳物製にした場合、その熱容量が大きいことから、その熱負荷が更に高くなるものである。
本発明の第２の構成によれば、排気マニホールドが鋳物製とされるため、排気ターボ過給機の取付け支持性を維持しつつ、インタークーラのコア部を通過した空気が案内ダクト、導風部を介して案内される走行風によって排気マニホールドの熱負荷を軽減することができる。

本発明の第３の構成において、上記インタークーラは、当該インタークーラに吸気を導入する樹脂製の吸気導入用タンク部と、該吸気導入用タンク部と連通され、当該吸気導入用タンク部から流入される吸気と走行風との熱交換を可能とする金属製のコア部と、該コア部と連通され、当該コア部から流入される吸気を上記インタークーラの下流に配設される吸気系部品に導出する樹脂製の吸気導出用タンク部とから構成されるとともに、
上記インタークーラは、少なくとも上記コア部の一部が、上記エンジンのシリンダヘッドカバーの車両後方側端部よりも車両後方側に位置するよう配設されており、
上記案内ダクトは、その先端に形成された開口部が上記インタークーラのコア部下面近傍まで延設されるよう構成してある。

排気マニホールドを冷却するため案内ダクトを設けた場合、車両走行中は、インタークーラに案内される走行風を利用して排気マニホールドを冷却することができるものの、車両が停車されると、走行風が殆どなくなり、逆に案内ダクト、導風部を介して排気マニホールド付近の熱気がインタークーラに案内され、インタークーラのコア部両端に配置される吸気導入用タンク部と吸気導出用タンク部とにその熱的影響が及ぶ虞がある。
つまり、インタークーラのコア部は金属製で熱的影響が小さいのに対し、吸気導入用タンク部や吸気導出用タンク部は樹脂製とされることが多く、熱的影響を大きく受ける。
本発明の第３の構成によれば、インタークーラのコア部の一部が、エンジンのシリンダヘッドカバーの車両後方側端部よりも車両後方側に位置するよう配設されるとともに、案内ダクトは、その先端に形成された開口部がインタークーラのコア部下面近傍まで延設されるため、車両停車時案内ダクトからの熱気は熱的影響が小さいコア部に集中して案内され、吸気導入用タンク部や吸気導出用タンク部に対する熱的影響を抑制することができる。

本発明の第４の構成によれば、上記導風ダクトは、当該導風ダクト上方側に配設されるボンネットに取付けられるとともに、上記インタークーラよりも大きな開口部が形成されており、
上記インタークーラの外縁部には、上記導風ダクトの開口部の周縁と当接される受部が上記インタークーラのコア部の上面よりも下方側に位置するよう配設され、かつ上記導風ダクトの開口部の周縁と上記受部との間にシール部材が介在されるよう構成してある。

導風ダクトをエンジン上方側に配設する場合、通常、その導風ダクトはボンネットの内面側に取付けられることが多い。
そして、このような場合、導風ダクトは、ボンネットが閉じられている時はインタークーラの外縁部側に設けられた受部に当接され、ボンネットが開けられた時はインタークーラの外縁部側に設けられた受部から離れることになるが、ボンネットが閉じられた時の導風ダクトとインタークーラの外縁部に設けられた受部との間のシール性を確保するためこれらの間にはシール部材が必要になる。
ところが、排気マニホールドを冷却するため案内ダクトを設けた場合、上述したように、車両が停車されると、排気マニホールド付近の熱気がインタークーラに案内されるため、この熱気がシール部材に熱的影響を及ぼす虞がある。
本発明の第４の構成によれば、導風ダクトは、当該導風ダクト上方側に配設されるボンネットに取付けられるとともに、インタークーラよりも大きな開口部が形成されるとともに、インタークーラの外縁部には、導風ダクトの開口部の周縁と当接される受部がコア部の上面よりも下方側に位置するよう配設されており、導風ダクトの開口部の周縁と上記受部との間にシール部材が介在されるため、排気マニホールド付近からの熱気はコア部の上方側に上がり、コア部よりも下方側に配設されるシール部材は排気マニホールドからの熱気の影響を受けにくいため、シール部材の耐熱性を維持することができる。

本発明によれば、排気系の後方配置及び過給に伴う排気マニホールドの熱負荷を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は実施形態に関するエンジンルーム内の車幅方向略中央付近を車両前後方向で切断して車両側面から見た断面図、図２は図１の排気マニホールド付近の要部拡大側面図、図３は図２の排気マニホールドを上方側から見た平面図を示している。
尚、図１において、吸気マニホールドと排気マニホールドとは仮想線（二点鎖線）で示している。
図1において、１は、例えば、直列４気筒ガソリンエンジンであって、エンジンルームＲにおいてクランク軸（不図示）が車幅方向に延びるように横置き配置されている。
エンジン１には、シリンダブロック２と、そのシリンダブロック２の上に配設されたシリンダヘッド３と、そのシリンダヘッド３の上に配設されたシリンダヘッドカバー４とが備えられている。
また、シリンダヘッド３の車両前方側には、吸気マニホールド５が接続される一方、車両後方側には、排気マニホールド６が接続されている。
また、排気マニホールド６の外周には、後で詳述する遮熱カバー７が設けられている。

また、エンジン１のシリンダヘッドカバー４の上方側で、ボンネットＢの下方側には、空冷式で、矩形に形成されたインタークーラ８が、ボンネットＢの形状に沿うように、その車両後方側が車両前方側に対して若干上方側に位置するよう傾斜されて配設されている。
インタークーラ８は、インタークーラ８の上流側の吸気系部品（不図示のエアクリーナ、吸気ダクト等）からインタークーラ８に吸気が導入される樹脂製の吸気導入用タンク部８ａと、その吸気導入用タンク部８ａと連通され、吸気導入用タンク部８ａから導入される吸気と走行風との熱交換を可能とする金属製のコア部８ｂと、そのコア部８ｂと連通され、コア部８ｂから導入される吸気をインタークーラ８の下流側の吸気系部品（不図示のサージタンク、吸気マニホールド５等）に導出する樹脂製の吸気導出用タンク部８ｃとから一体的に構成されている。
インタークーラ８は、コア部８ｂの車両後方側がシリンダヘッドカバー４の車両後方側端部４ａよりも車両後方側に位置するよう配設されている。
また、インタークーラ８の吸気導入用タンク部８ａ、吸気導出用タンク部８ｃの外縁部には、後述する導風ダクト９と当接する当接部として機能し、インタークーラ８の外形形状に略沿った矩形の受部１０が取付けられている。
この受部１０は、内方側が、インタークーラ８のコア部８ｂの上面よりやや上方側に位置するとともに、内方側から外方側に向かってインタークーラ８のコア部８ｂの下面部付近まで徐々に傾斜するよう形成されており、外方側に形成された平坦部には、後述するシール部材１１が当接し、シールするようになっている。

また、インタークーラ８の上方側で、ボンネットＢのエンジンルームＲ側の内面には、インタークーラ８に走行風を導入する導風ダクト９が取付けられており、その導風ダクト９のインタークーラ８及び受部１０に対向する箇所には、インタークーラ８及び受部１０よりも大きな開口部９ａが形成されており、該開口部９ａの周縁の平坦部には、上下方向に伸縮性を有するシール部材１１が設けられ、ボンネット７が閉じられた際、シール部材１１を介して導風ダクト９の開口部９ａの周縁と受部１０とが繋がるようになっている。
従って、導風ダクト９の導風口９ｂから導入された走行風を、開口部９ａを介してインタークーラ８のコア部８ｂに供給することができる。

次に、排気マニホールド６、遮熱カバー７の詳細構造について、図２、図３に基づき説明する。
図２、図３に示すように、排気マニホールド６は、４気筒にそれぞれ対応する排気枝管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと、集合部６ｅとから構成されている。そして、この集合部６ｅには、排気ターボ過給機１２が接続されるようになっている。
尚、排気ターボ過給機１２は、従来から良く知られている構造であって、排気側に配設されるタービンと、吸気側に配設されるブロアとがシャフトを介して連結されており、排気ガスエネルギーによってタービンが回転させられ、その回転に伴ってブロアが回転され、エンジンに供給される吸気が正圧以上に過給されるようになっている。
排気マニホールド６は、二部品に分割され、それぞれが異なる材質によって形成されている。
具体的には、まず、一方側の部品に相当する、排気枝管６ａ、６ｂ及び集合部６ｅは、鋳物製とされ、それぞれが一体形成されている。
また、他方の部品に相当する、排気枝管６ｃ、６ｄは、それぞれ板金製のパイプ材により形成され、それぞれが溶接等の接合によって接合されている。
そして、鋳物製の集合部６ｅ近傍に、蛇腹製の接続管６ｆを介して板金製のパイプ材により形成された排気枝管６ｃ、６ｄが接続されるようになっている。
このように排気マニホールド６の材質を分けた理由は次のとおりである。
つまり、排気マニホールド６に排気ターボ過給機１２を取付ける場合は、その取付け支持剛性が必要になることから、排気ターボ過給機１２の取付け側となる排気枝管６ａ、６ｂ及び集合部６ｅは鋳物製として支持剛性を維持し、排気ターボ過給機１２取付け側とは離れた排気枝管６ｃ、６ｄは、板金製のパイプ材とし、軽量化、熱容量の低下を図るためである。
尚、鋳物製の集合部６ｅと、板金製の排気枝管６ｃ、６ｄとの接続部に蛇腹製の接続管６ｆを介在させた理由は、互いの熱膨張の違いを吸収するためである。

また、遮熱カバー７は、排気マニホールド６の周囲を囲むように形成されており、その上方側で、インタークーラ８と対向する箇所には、インタークーラ８のコア部８ｂを通過した走行風を排気マニホールド６と接触可能とする導風部７ａが形成されるとともに、その導風部７ａの外周からインタークーラ８のコア部８ｂに対向する位置まで延び、その先端に開口部１３ａが形成された案内ダクト１３が遮熱カバー７と一体形成されている。

以上のように、本施形態によれば、遮熱カバー７はインタークーラ８コア部８ｂを通過した走行風を排気マニホールド６に接触可能とする導風部７ａが形成されるとともに、導風部７ａにはインタークーラ８のコア部８ｂを通過した走行風に対向するよう先端に開口部１３ａが形成された案内ダクト１３が設けられているため、インタークーラ８のコア部８ｂを通過した走行風が開口部１３ａ、案内ダクト１３及び導風部７ａを介して排気マニホールド６に案内されるため、インタークーラ８に案内される走行風を利用して排気マニホールド６の冷却を行うことができ、排気マニホールド６の熱負荷を低減することができる。

また、排気ターボ過給機１２取付け側となる排気枝管６ａ、６ｂ及び集合部６ｅは鋳物製とされるため支持剛性を維持することができるとともに、排気ターボ過給機１２取付け側と離れた排気枝管６ｃ、６ｄは、板金製のパイプ材とされるため、軽量化及び熱容量の低下を図ることができる。

また、インタークーラ８のコア部８ｂの一部が、エンジン１のシリンダヘッドカバー４の車両後方側端部４ａよりも車両後方側に位置するよう配設されるとともに、案内ダクト１３は、その先端に形成された開口部１３ａがインタークーラ８のコア部８ｂ下面近傍まで延設されるため、車両停車時案内ダクト１３からの熱気は熱的影響が小さいコア部８ｂに集中して案内され、吸気導入用タンク部８ａや吸気導出用タンク部８ｂに対する熱的影響を抑制することができる。

また、インタークーラ８の外縁部には、内方側がインタークーラ８のコア部８ｂの上面よりやや上方側に位置するとともに、内方側から外方側に向かってインタークーラ８のコア部８ｂの下面部付近まで徐々に傾斜するよう形成された受部１０が設けられる一方、インタークーラ８上方側に配設される導風ダクト９のインタークーラ８及び受部１０に対向する箇所には、インタークーラ８及び受部１０よりも大きな開口部９ａが形成されており、該開口部９ａの周縁の平坦部には、上下方向に伸縮性を有するシール部材１１が設けられ、ボンネット７が閉じられた際、シール部材１１を介して導風ダクト９の開口部９ａの周縁と受部１０とが繋がるようになっているため、排気マニホールド６付近からの熱気はコア部８ｂの上面側に上がり、コア部８ｂよりも下方側に配設されるシール部材１１は排気マニホールド６からの熱気の影響を受けにくいため、シール部材１１の耐熱性を維持することができる。

尚、本実施形態では、案内ダクト１３を遮熱カバー７と一体形成した例を示したが、遮熱カバー７と別体に形成するようにしてもよい。

また、本実施形態では、インタークーラ８のコア部８ｂがシリンダヘッドカバー４の車両後方側端部４ａよりも車両後方側に位置するようにインタークーラ８を配設する例を示したが、コア部８ｂがシリンダヘッドカバー４の車両後方側端部４ａよりも車両前方側に位置するようインタークーラ８を配設するようにしてもよい。
但し、その場合、上述したように、車両停車時、案内ダクト１３からの熱気はコア部８ｂに案内されることによる吸気導入用タンク部８ａや吸気導出用タンク部８ｃに対する熱的影響が懸念されることから、案内ダクト１３の先端をシリンダヘッドカバー４の上面とコア部８ｂとの間まで更に延設して、熱気がコア部８ｂに集中して伝わるようにすることが望ましい。

尚、本実施形態では、４気筒ガソリンエンジンに適用する例を示したが、その他、気筒数の異なるガソリンエンジンや、ディーゼルエンジン用に適用することもできる。

本発明の実施形態に係るエンジンルーム内の車幅方向略中央付近を車両前後方向で切断して車両側面から見た断面図。 本発明の実施形態に係る図１の排気マニホールド付近の要部拡大側面図。 本発明の実施形態に係る図２の排気マニホールドを上方側から見た平面図。

符号の説明

１：エンジン
４：シリンダヘッドカバー
４ａ：シリンダヘッドカバーの車両後方側端部
５：吸気マニホールド
６：排気マニホールド
７：遮熱カバー
７ａ：導風部
８：インタークーラ
８ａ：吸気導入用タンク部
８ｂ：コア部
８ｃ：吸気導出用タンク部
９：導風ダクト
９ａ：開口部
９ｂ：導風口
１０：受部
１１：シール部材
１２：排気ターボ過給機
１３：案内ダクト
１３ａ：開口部
Ｂ：ボンネット
Ｒ：エンジンルーム

Claims (4)

1. エンジンルーム内にクランク軸が車幅方向に延びるようエンジンが横置きに配設されており、該エンジンの車両前方側に吸気マニホールドが接続される一方、エンジンの車両後方側に排気マニホールドが接続された車両用エンジンの冷却装置において、
   上記エンジンの上方側には、インタークーラと、該インタークーラの上面側に接続され、当該インタークーラのコア部に走行風を導入する導風ダクトとが配設される一方、
   上記排気マニホールドには排気ターボ過給機が取付けられるとともに、
   上記排気マニホールドの少なくとも上方側には、当該排気マニホールドを覆う遮熱カバーが配設されており、
   該遮熱カバーには上記インタークーラのコア部を通過した空気を上記排気マニホールドに接触可能とする導風部が形成されるとともに、該導風部には上記インタークーラのコア部を通過した空気流に対向するよう先端に開口部が形成された案内ダクトが設けられていることを特徴とする車両用エンジンの冷却装置。
2. 上記排気マニホールドは、鋳物製であることを特徴とする請求項1に記載の車両用エンジンの冷却装置。
3. 上記インタークーラは、当該インタークーラに吸気を導入する樹脂製の吸気導入用タンク部と、該吸気導入用タンク部と連通され、当該吸気導入用タンク部から流入される吸気と走行風との熱交換を可能とする金属製のコア部と、該コア部と連通され、当該コア部から流入される吸気を上記インタークーラの下流に配設される吸気系部品に導出する樹脂製の吸気導出用タンク部とから構成されるとともに、
   上記インタークーラは、少なくとも上記コア部の一部が、上記エンジンのシリンダヘッドカバーの車両後方側端部よりも車両後方側に位置するよう配設されており、
   上記案内ダクトは、その先端に形成された開口部が上記インタークーラのコア部下面近傍まで延設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用エンジンの冷却装置。
4. 上記導風ダクトは、当該導風ダクト上方側に配設されるボンネットに取付けられるとともに、上記インタークーラよりも大きな開口部が形成されており、
   上記インタークーラの外縁部には、上記導風ダクトの開口部の周縁と当接される受部が上記インタークーラのコア部の上面よりも下方側に位置するよう配設され、かつ上記導風ダクトの開口部の周縁と上記受部との間にシール部材が介在されていることを特徴とする請求項３に記載の車両用エンジンの冷却装置。

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