(57)【要約】【課題】インテークマニホールドを利用して発熱機器の冷却性能を高めつつ、熱交換器の設置を簡単に行うことができる内燃機関を提供すること。【解決手段】内燃機関１０は、気筒１２へ外気を供給するインテークマニホールド１５と、熱交換器４１にスイッチング回路４３が熱的に結合されたインバータ装置４０と、を有する。内燃機関１０において、インテークマニホールド１５のハウジング１５ａに熱交換器４１が設置され、この熱交換器４１を介してスイッチング回路４３とインテークマニホールド１５内の外気とが熱交換可能になっている。そして、ハウジング１５ａは樹脂製であり、熱交換器４１はハウジング１５ａに一体成形されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒へ外気を供給するインテークマニホールドと、熱交換器に発熱体が熱的に結合された発熱機器と、を有する内燃機関において、
前記インテークマニホールドのハウジングに前記熱交換器を設置し、前記熱交換器を介して前記発熱体と前記インテークマニホールド内の外気とを熱交換可能に構成し、
前記ハウジングを樹脂製とするとともに、前記熱交換器を前記ハウジングに一体成形したことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記発熱体は、前記ハウジングにおいて、負圧発生領域を囲む部位に配置されている請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記内燃機関は、回転電機を備え、前記発熱機器は、前記回転電機の駆動を制御するために直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路である請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒へ外気を供給するインテークマニホールドと、熱交換器に発熱体が熱的に結合された発熱機器と、を有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを搭載した車両には、エアコン用の電動圧縮機や、オルタネータ等の回転電機が搭載され、この回転電機は、例えば、３相交流電力によって駆動される。このため、車両には、直流電源であるバッテリーから供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ装置（発熱機器）が設けられ、このインバータ装置によって３相交流電力へと変換された電力が回転電機へと供給されている。このインバータ装置は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳトランジスタといったスイッチング素子を備えている。
【０００３】
ところで、インバータ装置はスイッチング素子（発熱体）のオン・オフの繰り返しにより高温になり得る部品であるため、インバータ装置の冷却が必要になる。インバータ装置の冷却構造としては、例えば、特許文献１が挙げられる。
【０００４】
図５に示すように、特許文献１の車輌用駆動装置は、エンジン８０と、モータ／ジェネレータとを備え、それらを動力源として併用する。エンジン８０の燃焼室８０ａへと外気を供給する吸気経路８１のうち、エアクリーナ８３の下方やエアダクト８５には、スイッチング素子を備えたインバータボックス（発熱機器）８２が配設されている。そして、吸気経路８１内を流通する外気とインバータボックス８２の放熱フィン（熱交換器）とを熱交換させることにより、インバータボックス８２のスイッチング素子を冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３３３８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１においては、インバータボックス８２の設置のためには、エアクリーナ８３やエアダクト８５の切り欠きにインバータボックス８２を嵌め込む必要がある。インバータボックス８２の設置時、インバータボックス８２と、エアクリーナ８３やエアダクト８５との間の気密性を確保しなければならない。この気密性を確保するには、切り欠きの形状を、インバータボックス８２の形状に合わせたり、インバータボックス８２と、エアクリーナ８３やエアダクト８５との間にシール部材を介装させ、かつシール部材を両者に密接させる必要がある。よって、特許文献１においては、吸気経路８１を用いてインバータボックス８２を冷却可能としながらも、そのインバータボックス８２の設置が非常に面倒である。
【０００７】
本発明は、インテークマニホールドを利用して発熱機器の冷却性能を高めつつ、熱交換器の設置を簡単に行うことができる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の内燃機関は、気筒へ外気を供給するインテークマニホールドと、熱交換器に発熱体が熱的に結合された発熱機器と、を有する内燃機関において、前記インテークマニホールドのハウジングに前記熱交換器を設置し、前記熱交換器を介して前記発熱体と前記インテークマニホールド内の外気とを熱交換可能に構成し、前記ハウジングを樹脂製とするとともに、前記熱交換器を前記ハウジングに一体成形したことを要旨とする。
【０００９】
これによれば、内燃機関の各気筒に外気が吸引されると、インテークマニホールドに外気が流れる。発熱機器で発生した熱は、熱交換器に伝わる。そして、熱交換器は、インテークマニホールド内を流れる外気と熱交換され、熱交換器に伝わった熱が外気に持ち去れる。その結果、発熱機器で発生した熱を外気に放熱して発熱機器を冷却することができる。熱交換器は、ハウジングに一体成形されているため、インテークマニホールドを樹脂成形すると同時に、インテークマニホールドに熱交換器を一体に設置することができる。したがって、インテークマニホールドに熱交換器を組み付けるための切り欠きを形成する作業や、その切り欠きに熱交換器を嵌め込む作業を要する場合と比べると、熱交換器の設置作業が簡単になる。
【００１０】
また、インテークマニホールドの成形時、ハウジングの形成材料は溶融した状態で熱交換器の外周面に密着し、そのまま硬化する。よって、インテークマニホールドの製造と同時に、ハウジングと熱交換器との間の気密性も確保できる。したがって、インテークマニホールドに対し、熱交換器を後付けで一体化する場合のように、ハウジングと熱交換器との間にシール部材を介装させたりして、両者間の気密性を確保する必要がなく、インテークマニホールドに対し熱交換器を簡単に設置することができる。
【００１１】
また、前記発熱体は、前記ハウジングにおいて、負圧発生領域を囲む部位に配置されているのが好ましい。
これによれば、気筒内に外気が吸入されると、インテークマニホールド内は減圧され、大気圧より低い負圧状態となる。すると、圧力差によって負圧発生領域に空気が流れ、熱交換器との熱交換を効率良く行うことができる。また、負圧発生領域では、空気が滞留しにくく、吸気時には外気が流れているため、熱交換器と効率良く熱交換することができる。
【００１２】
また、前記内燃機関は、回転電機を備え、前記発熱機器は、前記回転電機の駆動を制御するために直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路であってもよい。
これによれば、スイッチング回路を効率良く冷却することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、インテークマニホールドを利用して発熱機器の冷却性能を高めつつ、熱交換器の設置を簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の内燃機関を示す概略平面図。
【図２】実施形態の内燃機関を示す概略正面図。
【図３】インテークマニホールドとインバータ装置を示す断面図。
【図４】インテークマニホールドとインバータ装置の別例を示す断面図。
【図５】背景技術を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、内燃機関を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、車両に搭載された内燃機関１０は、複数の気筒１２を備えている。各気筒１２に対応するシリンダヘッド１３には、気筒１２毎に燃料噴射ノズル（図示せず）が取り付けられ、燃料噴射ノズルは各気筒１２内に燃料を噴射する。シリンダヘッド１３には、インテークマニホールド１５が接続されている。
【００１６】
インテークマニホールド１５は、各気筒１２に分岐する分岐吸気通路１６と、分岐吸気通路１６が分岐するサージタンク１７と、を備える。サージタンク１７には、サージタンク１７に外気を導入する導入通路１８が接続されている。導入通路１８にはエアクリーナ２０が設けられている。インテークマニホールド１５と、エアクリーナ２０との間の導入通路１８の途中にはスロットル弁２１が設けられている。シリンダヘッド１３には、エキゾーストマニホールド１４が接続されている。
【００１７】
そして、図示しないエアインレットから取り込まれた外気はエアクリーナ２０へと流入し、このエアクリーナ２０によって外気に含まれている塵や埃が取り除かれる。エアクリーナ２０によって浄化された外気は、導入通路１８を流れ、スロットル弁２１で流入量が調整された後、インテークマニホールド１５のサージタンク１７へと流入する。そして、外気に、燃料噴射ノズルから燃料が噴射されることによって、混合気が形成され、この混合気が各気筒１２へ吸入される。各気筒１２の燃焼室で発生した排気ガスはエキゾーストマニホールド１４へ排出される。ここで、スロットル弁２１によって導入通路１８が絞られ、各気筒１２に外気が吸入されるため、気筒１２とスロットル弁２１の間のインテークマニホールド１５では負圧が発生している。したがって、インテークマニホールド１５内は全体が負圧発生領域となっている。
【００１８】
また、内燃機関１０の前面には、回転電機としてのモータ／ジェネレータ３０が配置されている。内燃機関１０のクランク軸（図示せず）にはクランクプーリ１０ａが止着されている。モータ／ジェネレータ３０の駆動軸（図示せず）にはプーリ３０ａが止着されている。クランクプーリ１０ａと、プーリ３０ａにはベルト３１が掛け回されている。そして、内燃機関１０は、モータ／ジェネレータ３０からの電力供給により回転が補助される。
【００１９】
インテークマニホールド１５は、そのハウジング１５ａ全体が樹脂によって形成されている。ハウジング１５ａにおいて、サージタンク１７を形成する部位には、モータ／ジェネレータ３０の駆動を制御するインバータ装置４０が設置されている。インバータ装置４０は、図示しないバスバーによってモータ／ジェネレータ３０と電気的に接続されている。
【００２０】
図３に示すように、発熱機器としてのインバータ装置４０は、金属製（実施形態ではアルミニウム製）の熱交換器４１と、この熱交換器４１に一体化されたケース４２と、ケース４２内に収納されたスイッチング回路４３とを有する。スイッチング回路４３は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳトランジスタといったスイッチング素子を備えている。スイッチング回路４３は、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦの繰り返しによって、直流電力を交流電力に変換する。
【００２１】
熱交換器４１は板状をなす本体部４１ａと、本体部４１ａの最も広い２つの面のうち一方の面から延設された複数の放熱フィン４１ｂとを有する。ケース４２は、樹脂製であり、スイッチング回路４３を保護する。
【００２２】
インバータ装置４０において、熱交換器４１は、インテークマニホールド１５を成形する際に、ハウジング１５ａと一体成形される。そして、ハウジング１５ａに一体成形された熱交換器４１に、スイッチング回路４３及びケース４２が一体化されることで、インテークマニホールド１５にインバータ装置４０が設置されている。熱交換器４１は、その一部がハウジング１５ａを貫通する状態でハウジング１５ａに埋込まれているとともに、残りの部分はハウジング１５ａ外に露出している。そして、本体部４１ａの外面４１ｃの一部には、ハウジング１５ａが密着し、本体部４１ａの外面４１ｃと、ハウジング１５ａとの間は気密にシールされている。
【００２３】
また、熱交換器４１において、ハウジング１５ａを貫通した本体部４１ａからは、ハウジング１５ａ内に向けて放熱フィン４１ｂが露出している。放熱フィン４１ｂは、ピンフィンであってもよいし、プレートフィンであってもよい。放熱フィン４１ｂがプレートフィンである場合、放熱フィン４１ｂは、その長手方向が外気の流れる方向に沿う状態でハウジング１５ａに設置される。よって、放熱フィン４１ｂ、及び本体部４１ａにおけるサージタンク１７内に露出する一部が、サージタンク１７を流れる外気と熱交換可能になっている。スイッチング回路４３は、本体部４１ａの最も広い面のうち、放熱フィン４１ｂが設けられた面と反対側の面に設けられ、スイッチング回路４３と本体部４１ａとは熱的に結合されている。
【００２４】
次に、内燃機関１０の作用を記載する。
さて、内燃機関１０が駆動されるとともに、モータ／ジェネレータ３０が駆動されている状態において、モータ／ジェネレータ３０を制御するインバータ装置４０ではスイッチング回路４３が発熱する。スイッチング回路４３で発生した熱は、本体部４１ａに伝わり、本体部４１ａから放熱フィン４１ｂに伝わる。
【００２５】
内燃機関１０にはインテークマニホールド１５を介して外気が吸入され、サージタンク１７には外気が流れている。そして、インバータ装置４０の放熱フィン４１ｂは、サージタンク１７内に露出しているため、放熱フィン４１ｂは、サージタンク１７を流れる外気と熱交換され、放熱フィン４１ｂの熱が外気に渡される。よって、熱交換器４１を介してスイッチング回路４３が冷却される。
【００２６】
インバータ装置４０は、サージタンク１７を形成するハウジング１５ａに一体成形されている。このため、熱交換器４１の本体部４１ａにはハウジング１５ａが密着している。よって、シール部材を要せずに、サージタンク１７を流れる外気がハウジング１５ａとインバータ装置４０との間から洩れることが防止される。
【００２７】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）インバータ装置４０におけるスイッチング回路４３の冷却性能を高めるため、インバータ装置４０の熱交換器４１をインテークマニホールド１５に設置した。そして、インテークマニホールド１５を樹脂で成形する際、ハウジング１５ａにインバータ装置４０の熱交換器４１を一体成形した。このため、インテークマニホールド１５の製造と同時に熱交換器４１をインテークマニホールド１５に設置することができる。よって、内燃機関１０の製造時等に、インテークマニホールド１５に対し熱交換器４１を後付けする場合と比べると、熱交換器４１の設置を簡単に行うことができる。
【００２８】
（２）インバータ装置４０におけるスイッチング回路４３の冷却性能を高めるため、インバータ装置４０の熱交換器４１をインテークマニホールド１５に設置した。そして、熱交換器４１をハウジング１５ａに一体成形したため、ハウジング１５ａが熱交換器４１の外面４１ｃに密着し、熱交換器４１とハウジング１５ａとの間のシール性を確保することができる。したがって、インテークマニホールド１５の製造と同時に、熱交換器４１とインテークマニホールド１５のシール性も確保できる。よって、内燃機関１０の製造時等に、インテークマニホールド１５に対し熱交換器４１を後付けする場合と比べると、シール性を確保する作業を省くことができ、熱交換器４１の設置を簡単に行うことができる。
【００２９】
（３）インバータ装置４０は、インテークマニホールド１５のうちサージタンク１７と対応する位置に設けられている。サージタンク１７は、各気筒１２に吸引される前の外気が纏まる場所であるため、放熱フィン４１ｂと外気との熱交換が効率良く行われ、スイッチング回路４３を効率良く冷却することができる。
【００３０】
（４）インテークマニホールド１５では、各気筒１２への外気の吸入によって、外気が気筒１２に向けて流動している。よって、滞留した外気ではなく、流動する外気と放熱フィン４１ｂを熱交換させることができ、スイッチング回路４３を効率良く冷却することができる。
【００３１】
（５）インバータ装置４０をインテークマニホールド１５に設置した。インテークマニホールド１５は、スロットル弁２１より下流に位置し、スロットル弁２１で外気が絞られることで、インテークマニホールド１５内は負圧発生領域となっている。よって、インテークマニホールド１５では、スロットル弁２１より上流と比べて外気の流速を速められる。したがって、流速の速められた外気と放熱フィン４１ｂを熱交換することができ、スイッチング回路４３をより効率良く冷却することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  インバータ装置４０は、インテークマニホールド１５のハウジング１５ａのうち、サージタンク１７ではなく分岐吸気通路１６を形成する部位に設置してもよい。
【００３３】
○  図４に示すように、ハウジング１５ａの周方向に複数のインバータ装置４０を設置してもよい。例えば、Ｕ相用のインバータ装置４０Ｕ、Ｖ相用のインバータ装置４０Ｖ、及びＷ相用のインバータ装置４０Ｗに分割して設けてもよい。
【００３４】
○  回転電機はモータ／ジェネレータ３０ではなく、電動圧縮機（電動モータ）やオルタネータであってもよい。
○  熱交換器４１から放熱フィン４１ｂを無くし、矩形板状の本体部４１ａのみとする。そして、本体部４１ａにおいて、ハウジング１５ａへの設置部位の一部がハウジング１５ａの厚み内に収容されるように、熱交換器４１をインテークマニホールド１５に一体成形してもよい。この場合、熱交換器４１は、ハウジング１５ａを介して外気と熱交換される。
【００３５】
○  インバータ装置４０を複数の分岐吸気通路１６に跨る状態に設置してもよい。
○  内燃機関１０はディーゼルエンジンであってもよい。
○  発熱機器はコンバータであってもよいし、コンデンサ等のその他の電子機器であってもよい。
【００３６】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記熱交換器は、前記インテークマニホールドにおけるサージタンクを形成する位置に配置されている内燃機関。
【００３７】
（ロ）前記熱交換器は放熱フィンを備え、該放熱フィンはインテークマニホール内に露出している内燃機関。
【符号の説明】
【００３８】
１０…内燃機関、１２…気筒、１５…インテークマニホールド、１５ａ…ハウジング、３０…回転電機としてのモータ／ジェネレータ、４０…発熱機器としてのインバータ装置、４１…熱交換器、４３…発熱体としてのスイッチング回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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