JP6969508B2 - 過給器付エンジンの吸気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、過給器付エンジンの吸気装置に関する。
下記の特許文献1には、インタークーラを内蔵するサージタンクの下方に電動式過給機を配置する構成が記載されている。このインタークーラは、サージタンクに内蔵されて支持されているため、該インタークーラを支持する支持構造は特に言及されていない。
特開2017−057752号公報
本発明は、前記従来の問題を解決し、インタークーラの下方に電動式過給機を配置する場合に、電動式過給機をコンパクトに配置可能とすると共に、電動式過給機の冷却性を向上できるようにすることを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は、インタークーラの下方に電動式過給機を配置する場合に、インタークーラをその長手方向の両端部を2つのブラケットで支持すると共に、この2つのブラケットの間の領域に電動式過給機を配置する構成とする。
具体的に、本発明は、過給器付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。
すなわち、第1の発明は、エンジン本体の側部に配置されたインタークーラと、インタークーラの下方に配置された電動式過給機とを備えた過給機付エンジンの吸気装置である。インタークーラは、その長手方向の両端部が、エンジン本体の側部に保持された第1支持ブラケット及び第2支持ブラケットによって支持される。電動式過給機は、エンジン本体の側部における第1支持ブラケット及び第2支持ブラケットの間の領域に配置され、第1支持ブラケットは、電動式過給機に冷却風を流通させる開口部を有している。
これによれば、インタークーラの下方に配置された電動式過給機は、エンジン本体の側部における第1支持ブラケット及び第2支持ブラケットの間の領域に配置されているので、電動式過給機をコンパクトに配置することができる。その上、第1支持ブラケットは、電動式過給機に冷却風を流通させる開口部を有しているので、電動式過給機のモータ冷却性を向上することができる。
第2の発明は、上記第1の発明において、第1支持ブラケットは、網目構造を有していてもよい。
これによれば、第1支持ブラケットを網目構造(例えばトラス構造)とすることにより、電動式過給機のモータ冷却性をより高めることができる。さらに、エンジン本体から伝達される振動による第1支持ブラケットからの振動放射音の発生を抑制することができる。
第3の発明は、上記第1又は第2の発明において、電動式過給機は、吸気経路におけるインタークーラの上流側に配置された吸気調整弁の上流側及び下流側から分岐するバイパス通路に配設されており、第2支持ブラケットは、バイパス通路における電動式過給機の下流側部分を通す三つ叉状に構成されていてもよい。
これによれば、電動式過給機の下流側のバイパス通路の長さを短くでき、コンパクトに配設できるので、過給応答性を向上することができる。
第4の発明は、上記第1〜第3の発明において、エンジン本体は、気筒列が車両の前後方向と一致する縦置きに配置され、第1支持ブラケットは車両の前側に配置され、第2支持ブラケットは車両の後側に配置されていてもよい。
これによれば、開口部を有する第1支持ブラケットにより、車両の走行風も利用できるので、電動式過給機のモータ冷却性をより一層高めることができる。
本発明によれば、インタークーラの下方に電動式過給機を配置する場合に、電動式過給機をコンパクトに配置可能となると共に、電動式過給機の冷却性が向上する。
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は本発明の一実施形態に係るエンジンの吸気装置を示す正面図である。 図6は本発明の一実施形態に係るインタークーラの前部を支持する第1支持ブラケットを示す正面図である。 図7は本発明の一実施形態に係るインタークーラの前部を支持する第1支持ブラケットを示す左側面図である。 図8は図5のVIII−VIII線における断面図である。 図9は本発明の一実施形態に係るインタークーラの後部を支持する第2支持ブラケットを示す正面図である。 図10は本発明の一実施形態に係るインタークーラの後部を支持する第2支持ブラケットを示す左側面図である。 図11は本発明の一実施形態に係るエンジンの吸気装置における第2支持ブラケットがインタークーラの後部を支持する状態を示す背面図である。
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。
(第1の実施形態)
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。
図1は一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。
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と、該ターボチャージャ32の下流に配設された電動式過給機34とを備えている。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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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、電動式過給機34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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、電動式過給機34、及びインタークーラ37が順次配設されている。ここで、電動式過給機34は、吸気経路30における吸気調整弁33の上流側で分岐し且つその下流側で合流するエアバイパス通路(以下、バイパス通路と呼ぶ。)35に配設されている。このバイパス通路35には、電動式過給機34の下流側にバイパスバルブ36が配設されている。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の還流量などを調整するように構成されている。また、電動式過給機34は、ターボチャージャ32のタービンホイール(以下、タービンと呼ぶ。)32bが十分に作動していない状態の場合に、吸気の過給(圧縮)を補完する。従って、バイパスバルブ36は、電動式過給機34の作動時に開状態となる。なお、電動式過給機34は、ターボチャージャ32と協働する構成であってもよい。
インタークーラ37は、ターボチャージャ32及び/又は電動式過給機34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及び/又は電動式過給機34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。
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。
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。
また、DPF52の下流側には、窒素酸化物(NO)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)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。
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。
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。
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。
(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。
吸気経路30を構成する各部は、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。
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。
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。
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とが並列に配置しているので、エンジン1のコンパクト化を図ることができる。
(インタークーラの支持構造)
以下、本実施形態に係るエンジン1において、エンジン本体10の左側に配置されたインタークーラ37の支持構造について説明する。
図5は本実施形態に係るエンジン1の吸気装置の正面構成を表している。図5(図3も参照。)に示すように、上述したインタークーラ37は、その長手方向(気筒列方向)の両端部が、エンジン本体10の側部に保持された第1支持ブラケット61及び第2支持ブラケット62によってそれぞれ支持されている。
さらに、電動式過給機34は、エンジン本体10の側部で且つ第1支持ブラケット61及び第2支持ブラケット62の間の領域に配置されている。ここで、第1支持ブラケット61は、例えばトラス構造を採る網目構造を有している。
電動式過給機34は、上述したように、吸気経路30におけるインタークーラ37の上流側に配置された吸気調整弁33の上流側及び下流側から分岐するバイパス通路35に配設されている。図5に示すように、第2支持ブラケット62は、このバイパス通路35における電動式過給機34の下流側、すなわちインタークーラ37の上流側部分を通す、上部が湾曲した三つ叉(Y字)状に構成されている。
また、本構成例のエンジン本体10は、上述のように、気筒列が車両の前後方向と一致する縦置き配置である。ここで、図5に示すように、第1支持ブラケット61は、車両の前側に配置されており、第2支持ブラケット62は、車両の後側に配置されている。第1支持ブラケット61の網目構造により、第1支持ブラケット61及び第2支持ブラケット62の間の領域に配置されている電動式過給機34には、空気(冷却風)を流通させることができる。この構成により、電動式過給機34の冷却性を確実に高めることができる。その上、エンジン本体10から伝達される振動による第1支持ブラケット61からの振動による放射音の発生を抑制することができる。
以下、第1支持ブラケット61及び第2支持ブラケット62の具体例を説明する。図6及び図7に第1支持ブラケット61の正面及び左側面の各構成例を示し、図9及び図10に第2支持ブラケット62の正面及び左側面の各構成例を示す。
(第1支持ブラケット)
図5、図6及び図7に示すように、インタークーラ37の気筒列前側(吸気流出側)の端部を支持する第1支持ブラケット61は、基部61aと、該基部61からほぼ垂直に突き出した支持部61bとから構成される。基部61aは、図7に示すように、基部61aの面内で下部が屈曲しており、エンジン本体10の左側の側部とねじ止めが可能な、それぞれ円筒状の3つの保持部61a1、61a2及び61a3を有している。基部61aには、上段の保持部61a1の近傍からその軸線方向に延びる片持ち梁である第1の梁611と、該第1の梁611の先端部の近傍と下段の保持部61a3の近傍とを接続する第2の梁612とを有している。
第1の梁611には、その先端部に上面が平坦な第1の支持体61b1が設けられている。また、第1の梁611における第1の支持部61b1と上段の保持部61a1との間の部位には、上面が平坦な第2の支持体61b2が設けられている。
図5及び図8に示すように、第1の支持体61b1は、インタークーラ37の気筒列前側の端部に設けられた接続吸気管30bとの接続部の外側(エンジン本体と反対側)部分の下面を支持する。一方、第2の支持体61b2は、インタークーラ37の気筒列前側の端部に設けられた接続吸気管30bとの接続部の内側(エンジン本体側)部分の下面を支持する。ここで、各支持体61b1、61b2は、インタークーラ37との接続部に対して、弾性体等からなる防振材63を介在させてねじ止めしてもよい。
第1の梁611には、第2の支持体61b2の下端部と基部61aにおける中段の保持部61a2の近傍部分とを接続する第3の梁613と、第2の支持体61b2の下端部と第2の梁612の中央部分とを接続する第4の梁614とが設けられている。
第2の梁612には、基部61aにおける中段の保持部61a2の近傍部分と第2の梁612の中央部分とを接続する第5の梁615が設けられている。
この構成により、図5に示すように、各梁611〜615の間に形成される複数の開口部61cを有する第1支持ブラケット61は、インタークーラ37の下側で且つ電動式過給機34の前方に配設される。
(第2支持ブラケット)
図5、図9及び図10に示すように、インタークーラ37の気筒列後側(吸気流入側)の端部を支持する第2支持ブラケット62は、基部62aと、該基部62aから後方に湾曲しつつ、上方に2本に分岐して延びる支持部62bとから構成される。基部62aは、その上部に屈曲部を有すると共に、基部62aの上端部及び下端部には、三つ叉状の支持部62bが開く方向に対してほぼ平行な方向に、エンジン本体10の左側の側部とねじ止めが可能な、それぞれ円筒状の2つの保持部62a1、62a2を有している。
図9及び図10に示すように、基部62aの上方に分岐した支持部62bは、2つの保持部62a1、62a2が設けられた基部62aを構成する部材の面にほぼ垂直(L字状)に配された部材の上部から分岐する。図9に示すように、図中の左側の腕部の先端部には、上面が平坦な第1の支持体62b1が設けられている。また、図中の右側の腕部の先端部には、上面が平坦な第2の支持体62b2が設けられている。
図5及び図11に示すように、第1の支持体62b1は、インタークーラ37の気筒列後側の端部に設けられたバイパス通路35との接続部の外側(エンジン本体と反対側)部分の下面を支持する。一方、第2の支持体62b2は、インタークーラ37の気筒列後側の端部に設けられたバイパス通路35との接続部の内側(エンジン本体側)部分の下面を支持する。ここで、第2の支持体62b2は、吸気調整弁33の直下に位置するため、図11に示すように、第2の支持体62b2の上側部分と連結可能な取付け金具64を用いて側面からねじ止めしてもよい。
なお、第2支持ブラケットにおいても、各支持体62b1、62b2は、インタークーラ37との接続部に対して、弾性体等からなる防振材63を介在させて接続してもよい。
この構成により、電動式過給機34の下流側に位置するバイパス通路35の長さを短くでき、コンパクトに配設できるので、電動式過給機34の過給応答性を向上することができる。
本発明は、インタークーラの下方に電動式過給機を配置する場合に、電動式過給機をコンパクトに配置でき且つ電動式過給機の冷却性を向上でき、過給器付エンジンの吸気装置として有用である。
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
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
34 電動式過給機
35 エアバイパス通路(バイパス通路)
36 バイパスバルブ
37 インタークーラ
38 サージタンク
50 排気通路
55 内部EGR通路
56 外部EGR通路
61 第1支持ブラケット
61c 開口部
62 第2支持ブラケット

Claims (4)

  1. エンジン本体の側部に配置されたインタークーラと、
    前記インタークーラの下方に配置された電動式過給機とを備えた過給機付エンジンの吸気装置であって、
    前記インタークーラは、その長手方向の両端部が、エンジン本体の側部に保持された第1支持ブラケット及び第2支持ブラケットによって支持され、
    前記電動式過給機は、前記エンジン本体の側部における前記第1支持ブラケット及び第2支持ブラケットの間の領域に配置され、
    前記第1支持ブラケットは、前記電動式過給機に冷却風を流通させる開口部を有している過給機付エンジンの吸気装置。
  2. 請求項1に記載の過給機付エンジンの吸気装置において、
    前記第1支持ブラケットは、網目構造を有している過給機付エンジンの吸気装置。
  3. 請求項1又は2に記載の過給機付エンジンの吸気装置において、
    前記電動式過給機は、吸気経路における前記インタークーラの上流側に配置された吸気調整弁の上流側及び下流側から分岐するバイパス通路に配設されており、
    前記第2支持ブラケットは、前記バイパス通路における前記電動式過給機の下流側部分を通す三つ叉状に構成されている過給機付エンジンの吸気装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の過給機付エンジンの吸気装置において、
    前記エンジン本体は、気筒列が車両の前後方向と一致する縦置きに配置され、
    前記第1支持ブラケットは、車両の前側に配置され、前記第2支持ブラケットは、車両の後側に配置されている過給機付エンジンの吸気装置。
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