JP2011231754A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】排気系７１からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系７３に還流させるＥＧＲ装置９１を備えたエンジン７０において、前記吸気系７３の吸気圧と前記排気系７１の排気圧との差圧を検出する差圧検出手段１６３の組付作業性を改善する。
【解決手段】シリンダヘッド７２の上方を覆うヘッドカバー１６０に差圧検出手段１６３を取り付ける。前記シリンダヘッド７２には前記吸気系７３に連通する吸気圧取出通路１６６を形成する。前記ヘッドカバー１６０には前記差圧検出手段１６３につながる吸気圧導入通路１６９を形成する。前記吸気圧取出通路１６６と前記吸気圧導入通路１６９とを互いに連通するように構成する。このように構成すると、前記差圧検出手段１６３を取り付けるための専用ステーや、前記差圧検出手段１６３に吸気圧を取り込むための外付け配管が不要になる。
【選択図】図８

Description

本願発明は、排気系からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）を備えたエンジンに関するものである。

従来から、ディーゼルエンジン等の排気ガス対策として、排気系からの排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）により、燃焼温度を低く抑えて排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）量を低減させるという技術が知られている。また、この種のＥＧＲ装置を備えたエンジンにおいて、排気系と吸気系とをつなぐ還流管路中にあるＥＧＲバルブの開度を、吸気圧と排気圧との圧力差（吸排気の差圧）に基づき補正するという技術も公知である（例えば特許文献１及び２等参照）。

実開平２−４３４４７号公報 特開２０１０−５９９１６号公報

ところで、吸排気の圧力差を検出する差圧センサは、固定用のステーを介してエンジンに支持されるのが一般的である。この場合、エンジンに固定されたステーに、差圧センサがボルト締結される。そして、吸気マニホールドと差圧センサとが吸気圧取出配管にて連通接続されると共に、排気マニホールドと差圧センサとが排気圧取出配管にて連通接続される。

しかし、エンジンの周囲には、差圧センサ以外に、多くの補機、配管及び配線等が存在するため、これらを避けつつステー及び差圧センサの組付け作業をするのは甚だ面倒であり、組付作業性の点で改善の余地があった。また、組付け工数や部品点数の点からも、コストが割高になるという問題を招来していた。

そこで、本願発明は、このような現状を検討して改善を施したエンジンを提供することを技術的課題とするものである。

請求項１の発明は、排気系からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ装置を備えているエンジンであって、シリンダヘッドの上方を覆うヘッドカバーに、前記吸気系の吸気圧と前記排気系の排気圧との差圧を検出する差圧検出手段が取り付けられており、前記シリンダヘッドには前記吸気系に連通する吸気圧取出通路が形成されており、前記ヘッドカバーには前記差圧検出手段につながる吸気圧導入通路が形成されており、前記吸気圧取出通路と前記吸気圧導入通路とを互いに連通させているというものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載したエンジンにおいて、前記吸気圧導入通路は、前記ヘッドカバーの側壁部に形成された縦向きの縦導入通路と、前記ヘッドカバーの上壁部に形成された横向きの横導入通路とを備えており、前記横導入通路は、前記ヘッドカバーに形成されたブリーザ管路と平行状に延びるようにして、鋳抜きにて形成されているというものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載したエンジンにおいて、前記差圧検出手段と前記排気系とは外付けの排気圧取出配管を介して連通しており、シリンダブロックの一側面部に配置された冷却ファンに臨ませるように、前記排気圧取出配管が取り回されているというものである。

請求項４の発明は、請求項３に記載したエンジンにおいて、前記差圧検出手段は、前記ヘッドカバーの上面のうち前記冷却ファン寄りの部位に搭載されているというものである。

請求項１の発明によると、排気系からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ装置を備えているエンジンであって、シリンダヘッドの上方を覆うヘッドカバーに、前記吸気系の吸気圧と前記排気系の排気圧との差圧を検出する差圧検出手段が取り付けられており、前記シリンダヘッドには前記吸気系に連通する吸気圧取出通路が形成されており、前記ヘッドカバーには前記差圧検出手段につながる吸気圧導入通路が形成されており、前記吸気圧取出通路と前記吸気圧導入通路とを互いに連通させているから、前記差圧検出手段を取り付けるための専用ステーや、前記差圧検出手段に吸気圧を取り込むための外付け配管が不要（配管レス）になる。このため、差圧検出のための部品点数を低減でき、コスト改善に寄与する。また、部品点数が少なくなるため、組付け工数を少なくでき、組付作業性の向上も図れる。前記ヘッドカバー周辺の配管構造の簡素化も可能になる。

請求項２の発明によると、請求項１に記載したエンジンにおいて、前記吸気圧導入通路は、前記ヘッドカバーの側壁部に形成された縦向きの縦導入通路と、前記ヘッドカバーの上壁部に形成された横向きの横導入通路とを備えており、前記横導入通路は、前記ヘッドカバーに形成されたブリーザ管路と平行状に延びるようにして、鋳抜きにて形成されているから、前記ヘッドカバーをダイカスト加工等の鋳造加工にて形成するにおいて、前記ブリーザ管路と同じ角度で前記横導入通路を鋳抜きして形成できることになる。このため、型抜きがし易くダイカスト型等の鋳造用型の構造を簡素化できる。前記吸気圧導入通路付きの前記ヘッドカバーの成形を容易にできる。

請求項３の発明によると、請求項１又は２に記載したエンジンにおいて、前記差圧検出手段と前記排気系とは外付けの排気圧取出配管を介して連通しており、シリンダブロックの一側面部に配置された冷却ファンに臨ませるように、前記排気圧取出配管が取り回されているから、前記排気系から取り出した排気ガスを、前記排気圧取出配管内にある間に前記冷却ファンからの冷却風にて冷やすことが可能になる。従って、許容値を超える高温の排気ガスを前記差圧検出手段に供給するおそれを格段に減らせるから、高温排気ガスによる前記差圧検出手段の異常や故障の発生を抑制できる。

請求項４の発明によると、請求項３に記載したエンジンにおいて、前記差圧検出手段は、前記ヘッドカバーの上面のうち前記冷却ファン寄りの部位に搭載されているから、前記排気圧取出配管だけでなく前記差圧検出手段自体も、前記冷却ファンからの冷却風にて冷やせることになる。このため、高温排気ガスによる前記差圧検出手段の異常や故障の発生を、より一層効果的に防止できる。

エンジンの外観斜視図である。 エンジンの吸気マニホールド設置側の側面図である。 エンジンの排気マニホールド設置側の側面図である。 エンジンのフライホイール設置側の側面図である。 エンジンの冷却ファン設置側の側面図である。 エンジンの平面図である。 エンジンの燃料系統説明図である。 差圧センサの配管構造を示すエンジン上部の一部切り欠き断面斜視図である。 差圧センサの配管構造を示すエンジン上部の斜視図である。 エンジン上部の拡大外観斜視図である。

以下に、本願発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。なお、エンジンに関する説明においては、吸気マニホールド設置側を「右側」、排気マニホールド設置側を「左側」と称して、これらを便宜的にエンジンにおける四方及び上下の位置関係の基準としている。

（１）．エンジンの全体構造
まず、主に図１〜図６を参照しながら、エンジン７０の全体構造について説明する。実施形態のエンジン７０は４気筒型のディーゼルエンジンであり、エンジン７０におけるシリンダヘッド７２の左側面に排気マニホールド７１が配置されている。シリンダヘッド７２の右側面には吸気マニホールド７３が配置されている。シリンダヘッド７２は、クランク軸及びピストン（共に図示省略）が内蔵されたシリンダブロック７５上に搭載されている。シリンダブロック７５の前後両側面からクランク軸の前後先端部をそれぞれ突出させている。シリンダブロック７５の前面側には冷却ファン７６が設けられている。冷却ファン７６の左側方には、エンジン７０の動力にて発電する発電機としてのオルタネータ８６が配置されている。クランク軸の前端側から、無端帯としてのＶベルト７７を介して冷却ファン７６及びオルタネータ８６に回転力を伝達するように構成されている。

図１〜図４に示すように、シリンダブロック７５の後面にはフライホイールハウジング７８が固着されている。フライホイールハウジング７８内にはフライホイール７９が配置されている。フライホイール７９はクランク軸の後端側に軸支されている。フライホイール７９はクランク軸と一体的に回転するように構成されている。例えばバックホウやフォークリフトといった作業機の駆動部に、フライホイール７９を介してエンジン７０の動力を取り出すように構成されている。

フライホイールハウジング７８の左側には、出力軸にピニオンギヤ（図示省略）を有するスタータ（モータ）１３８が装着されている。スタータ１３８のピニオンギヤはフライホイール７９のリングギヤ（図示省略）に噛み合っている。エンジン７０の始動時に、スタータ１３８の回転動力にてフライホイール７９のリングギヤを回転させることにより、クランク軸が回転開始する（いわゆるクランキングを実行する）ように構成されている。

シリンダブロック７５の下面にはオイルパン８１が配置されている。シリンダブロック７５の左右側面とフライホイールハウジング７８の左右側面とには、機関脚取付部８２がそれぞれ設けられている。各機関脚取付部８２には、防振ゴムを有する機関脚体８３がボルト締結されている。エンジン７０は、各機関脚体８３を介して、例えばバックホウやフォークリフトといった作業機のエンジン支持シャーシ８４（図２及び図３参照）に防振支持される。

吸気マニホールド７３の入口側には、ＥＧＲ装置９１（排気ガス再循環装置）を構成するコレクタ９２（図１、図２、図４及び図６参照）を介して、エアクリーナ（図示省略）が連結される。エアクリーナにて除塵・浄化された外気は、ＥＧＲ装置９１のコレクタ９２を介して吸気マニホールド７３に送られ、そして、エンジン７０の各気筒に供給される。図１、図２、図４及び図６に示すように、ＥＧＲ装置９１は、エンジン７０の再循環排気ガス（ＥＧＲガス、排気マニホールド７１から排出される排気ガスの一部）と新気（エアクリーナからの外部空気）とを混合させて吸気マニホールド７３に供給するコレクタ（ＥＧＲ本体ケース）９２と、排気マニホールド７１にＥＧＲクーラ９４を介して接続する再循環排気ガス管９５と、再循環排気ガス管９５にコレクタ９２を連通させるＥＧＲバルブ９６とを備えている。

上記の構成において、エアクリーナからコレクタ９２内に外部空気を供給する一方、排気マニホールド７１から、ＥＧＲバルブ９６を介してコレクタ９２内にＥＧＲガスを供給する。エアクリーナからの外部空気と、排気マニホールド７１からのＥＧＲガスとが、コレクタ９２内で混合された後、コレクタ９２内の混合ガスが吸気マニホールド７３に供給される。すなわち、エンジン７０から排気マニホールド７１に排出された排気ガスの一部が、吸気マニホールド７３からエンジン７０に還流されることによって、高負荷運転時の最高燃焼温度が下がり、エンジン７０からのＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量が低減される。

図示は省略するが、シリンダヘッド７２の左側面に取り付けられた排気マニホールド７１には、マフラー又はディーゼルパティキュレートフィルタ等を介して、テールパイプが接続される。すなわち、エンジン７０の各気筒から排気マニホールド７１に排出された排気ガスは、マフラー又はディーゼルパティキュレートフィルタ等を経由して、テールパイプから外部に放出される。

（２）．コモンレールシステム及びエンジンの燃料系統構造
次に、図１〜図７を参照しながら、コモンレールシステム１１７及びエンジン７０の燃料系統構造について説明する。図２及び図７に示すように、エンジン７０に設けられた４気筒分の各インジェクタ１１５に、コモンレールシステム１１７及び燃料供給ポンプ１１６を介して、燃料タンク１１８が接続されている。各インジェクタ１１５は電磁開閉制御型の燃料噴射バルブ１１９を備えている。コモンレールシステム１１７は円筒状のコモンレール１２０を備えている。

図１、図２、図６及び図７に示すように、燃料供給ポンプ１１６の吸入側には、燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料タンク１１８が接続される。燃料タンク１１８内の燃料が燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料供給ポンプ１１６に吸い込まれる。実施形態の燃料供給ポンプ１１６は吸気マニホールド７３の近傍に配置されている。具体的には、シリンダブロック７５の右側面側（吸気マニホールド７３設置側）で且つ吸気マニホールド７３の下方に設けられている。一方、燃料供給ポンプ１１６の吐出側には、高圧管１２３を介してコモンレール１２０が接続される。また、コモンレール１２０には、４本の燃料噴射管１２６を介して４気筒分の各インジェクタ１１５がそれぞれ接続されている。

上記の構成において、燃料タンク１１８の燃料が燃料供給ポンプ１１６によってコモンレール１２０に圧送され、高圧の燃料がコモンレール１２０に蓄えられる。各燃料噴射バルブ１１９がそれぞれ開閉制御されることによって、コモンレール１２０内の高圧の燃料が各インジェクタ１１５からエンジン７０の各気筒に噴射される。すなわち、各燃料噴射バルブ１１９を電子制御することによって、各インジェクタ１１５から供給される燃料の噴射圧力、噴射時期、噴射期間（噴射量）が高精度にコントロールされる。従って、エンジン７０から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減できると共に、エンジン７０の騒音振動を低減できる。

なお、図７に示すように、燃料タンク１１８には、燃料戻り管１２９を介して燃料供給ポンプ１１６が接続されている。円筒状のコモンレール１２０の長手方向の端部に、コモンレール１２０内の燃料の圧力を制限する戻り管コネクタ１３０を介して、コモンレール戻り管１３１が接続されている。すなわち、燃料供給ポンプ１１６の余剰燃料とコモンレール１２０の余剰燃料とが、燃料戻り管１２９及びコモンレール戻り管１３１を介して、燃料タンク１１８に回収されることになる。

（３）．エンジン上部の差圧センサ取付け構造
次に、図１、図３、図６及び図８〜図１０等を参照しながら、エンジン７０上部にある差圧センサ１６３取付け構造について説明する。エンジン７０におけるシリンダヘッド７２の上面はヘッドカバー１６０にて覆われている。ヘッドカバー１６０はダイカスト加工によって製造されたものである。もちろん、ダイカスト加工以外の鋳造によってヘッドカバー１６０を製造することも可能である。ヘッドカバー１６０はシリンダヘッド７２の上面にボルト締結されている。ヘッドカバー１６０内部の空間は弁腕室を形成している。ヘッドカバー１６０の右側面側には、エンジン７０内部のブローバイガスを取り除くためのブリーザ管路１６１が外向きに突設されている。ブリーザ管路１６１はブリーザホース１６２を介して吸気マニホールド７１に連通接続されている。エンジン７０内部のブローバイガスは、ブリーザ管路１６１からブリーザホース１６２を経由して吸気マニホールド７１に戻され、再燃焼することになる。

図１、図３及び図６に示すように、ヘッドカバー１６０の上面には、吸気マニホールド７３の吸気圧と排気マニホールド７１の排気圧との差圧（圧力差）を検出する差圧検出手段としての差圧センサ１６３が取り付けられている。実施形態の差圧センサ１６３は、ヘッドカバー１６０の上面のうち冷却ファン７６寄りの部位に搭載されている。差圧センサ１６３にて検出された差圧に基づいてＥＧＲバルブ９６の開度を調節することによって、吸気圧及び排気圧の変動に起因したＥＧＲガス供給量（ＥＧＲガス還流量）の変動が抑制される。その結果、エンジン７０からのＮＯｘ排出量低減効果がより高まることになる。

図８に示すように、シリンダヘッド７２には、吸気マニホールド７１に連通する吸気圧取出通路１６６が形成されている。吸気圧取出通路１６６は、吸気マニホールド７１の内部に向けて開口した横向きの横取出通路１６７と、後述する吸気圧導入通路１６９に向けて開口した縦向きの縦取出通路１６８とによって、断面略Ｌ字状に形成されている。

ヘッドカバー１６０には、差圧センサ１６３から下向きに突出した一対の検出部１６４，１６５のうち吸気圧検出部１６４につながる吸気圧導入通路１６９と、もう一方の排気圧検出部１６５につながる排気圧導入通路１７３とが形成されている。吸気圧導入通路１６９は、ヘッドカバー１６０の右側壁部１６０ａに形成された縦向きの縦導入通路１７０と、ヘッドカバー１６０の上壁部１６０ｂに形成された横向きの横導入通路１７１と、ヘッドカバー１６０の上壁部１６０ｂから上方に向けて開口した吸気側検出部通路１７２とによって、断面略Ｌ字状に形成されている。シリンダヘッド７２上にヘッドカバー１６０を取り付けた状態では、吸気圧取出通路１６６と吸気圧導入通路１６９とが互いに連通することになる。

排気圧導入通路１７３は、ヘッドカバー１６０の上壁部から上方に向けて開口した排気側検出部通路１７４と、排気圧導入継手１７８が差し込み固定される連通穴１７５とを備えている。ヘッドカバー１６０の上面に差圧センサ１６３を取り付けた状態では、吸気圧検出部１６４が吸気側検出部通路１７２に上方から嵌り、排気圧検出部１６５が排気側検出部通路１７４に上方から嵌ることになる。排気圧導入通路１７３の連通穴１７５に差し込み固定された排気圧導入継手１７８には、連結ゴム管１７９の一端側が被嵌されている。連結ゴム管１７９の他端側には、外付けの排気圧取出配管１７６の一端側が差し込み装着されている。つまり、排気圧導入継手１７８と排気圧取出配管１７６の一端側とは、連結ゴム管１７９を介して連通接続されている。図１及び図６に示すように、排気圧取出配管１７６の他端側は排気マニホールド７１に連通接続されている。図１、図３及び図６に示すように、実施形態の排気圧取出配管１７６は、シリンダブロック７５の前面側に設けられた冷却ファン７６に臨ませるように取り回されている。

差圧センサ１６３の吸気圧検出部１６４は、吸気マニホールド７３から吸気圧取出通路１６６及び吸気圧導入通路１６９を経た吸気ガスの圧力を検出し、排気圧検出部１６５は、排気マニホールド７１から排気圧取出配管１７６、排気導入継手１７８及び排気圧導入通路１７３を経た排気ガスの圧力を検出することになる。

ヘッドカバー１６０側にある吸気圧導入通路１６９及び排気圧導入通路１７３は、ダイカスト加工（鋳造）の鋳抜きによって形成されている。特に、吸気圧導入通路１６９の横導入通路１７１は、ヘッドカバー１６０の右側面に突設されたブリーザ管路１６１と平行状に延びるように、鋳抜きにて形成されている。横導入通路１７１のうちヘッドカバー１６０の右側面から外向きに開口した開口穴には、これを塞ぐためのプラグ１７７が装着されている。

（４）．まとめ
上記の記載並びに図１、図３、図６及び図８〜図１０から明らかなように、排気系７１からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系７３に還流させるＥＧＲ装置９１を備えているエンジン７０であって、シリンダヘッド７２の上方を覆うヘッドカバー１６０に、前記吸気系７３の吸気圧と前記排気系７１の排気圧との差圧を検出する差圧検出手段１６３が取り付けられており、前記シリンダヘッド７２には前記吸気系７３に連通する吸気圧取出通路１６６が形成されており、前記ヘッドカバー１６０には前記差圧検出手段１６３につながる吸気圧導入通路１６９が形成されており、前記吸気圧取出通路１６６と前記吸気圧導入通路１６９とを互いに連通させているから、前記差圧検出手段１６３を取り付けるための専用ステーや、前記差圧検出手段１６３に吸気圧を取り込むための外付け配管が不要になる（配管レスになる）。このため、差圧検出のための部品点数を低減でき、コスト改善に寄与する。また、部品点数が少なくなるため、組付け工数を少なくでき、組付作業性の向上も図れる。前記ヘッドカバー１６０周辺の配管構造の簡素化も可能になる。

上記の記載並びに図１、図３、図６及び図８〜図１０から明らかなように、前記吸気圧導入通路１６６は、前記ヘッドカバー１６０の側壁部１６０ａに形成された縦向きの縦導入通路１７０と、前記ヘッドカバー１６０の上壁部１６０ｂに形成された横向きの横導入通路１７１とを備えており、前記横導入通路１７１は、前記ヘッドカバー１６０に形成されたブリーザ管路１６１と平行状に延びるようにして、鋳抜きにて形成されているから、前記ヘッドカバー１６０をダイカスト加工等の鋳造加工にて形成するにおいて、前記ブリーザ管路１６１と同じ角度で前記横導入通路１７１を鋳抜きして形成できることになる。このため、型抜きがし易くダイカスト型等の鋳造用型の構造を簡素化できる。前記吸気圧導入通路１６６付きの前記ヘッドカバー１６０の成形を容易にできる。

上記の記載並びに図１、図３、図６及び図８〜図１０から明らかなように、前記差圧検出手段１６３と前記排気系７１とは外付けの排気圧取出配管１７６を介して連通しており、シリンダブロック７５の一側面部に配置された冷却ファン７６に臨ませるように、前記排気圧取出配管１７６が取り回されているから、前記排気系７１から取り出した排気ガスを、前記排気圧取出配管１７６内にある間に前記冷却ファン７６からの冷却風にて冷やすことが可能になる。従って、許容値を超える高温の排気ガスを前記差圧検出手段１６３に供給するおそれを格段に減らせるから、高温排気ガスによる前記差圧検出手段１６３の異常や故障の発生を抑制できる。

上記の記載並びに図１、図３、図６及び図８〜図１０から明らかなように、前記差圧検出手段１６３は、前記ヘッドカバー１６０の上面のうち前記冷却ファン７６寄りの部位に搭載されているから、前記排気圧取出配管１７６だけでなく前記差圧検出手段１６３自体も、前記冷却ファン７６からの冷却風にて冷やせることになる。このため、高温排気ガスによる前記差圧検出手段１６３の異常や故障の発生を、より一層効果的に防止できる。

（５）．その他
本願発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

７０ ディーゼルエンジン
７２ シリンダヘッド
７３ 吸気マニホールド
７５ シリンダブロック
１６０ ヘッドカバー
１６１ ブリーザ管路
１６３ 差圧センサ（差圧検出手段）
１６６ 吸気圧取出通路
１６９ 吸気圧導入通路
１７３ 排気圧導入通路
１７６ 排気圧取出配管

Claims (4)

1. 排気系からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ装置を備えているエンジンであって、
   シリンダヘッドの上方を覆うヘッドカバーに、前記吸気系の吸気圧と前記排気系の排気圧との差圧を検出する差圧検出手段が取り付けられており、前記シリンダヘッドには前記吸気系に連通する吸気圧取出通路が形成されており、前記ヘッドカバーには前記差圧検出手段につながる吸気圧導入通路が形成されており、前記吸気圧取出通路と前記吸気圧導入通路とを互いに連通させている、
   エンジン。
2. 前記吸気圧導入通路は、前記ヘッドカバーの側壁部に形成された縦向きの縦導入通路と、前記ヘッドカバーの上壁部に形成された横向きの横導入通路とを備えており、前記横導入通路は、前記ヘッドカバーに形成されたブリーザ管路と平行状に延びるようにして、鋳抜きにて形成されている、
   請求項１に記載したエンジン。
3. 前記差圧検出手段と前記排気系とは外付けの排気圧取出配管を介して連通しており、シリンダブロックの一側面部に配置された冷却ファンに臨ませるように、前記排気圧取出配管が取り回されている、
   請求項１又は２に記載したエンジン。
4. 前記差圧検出手段は、前記ヘッドカバーの上面のうち前記冷却ファン寄りの部位に搭載されている、
   請求項３に記載したエンジン。

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