JP2015183545A - エンジン装置 - Google Patents

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JP2015183545A JP2014059107A JP2014059107A JP2015183545A JP 2015183545 A JP2015183545 A JP 2015183545A JP 2014059107 A JP2014059107 A JP 2014059107A JP 2014059107 A JP2014059107 A JP 2014059107A JP 2015183545 A JP2015183545 A JP 2015183545A
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寛士 末藤
Hiroshi Suefuji
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Abstract

【課題】エンジン3の上面側のメンテナンス作業性を向上できるものでありながら、定置型発電作業機70などの機筐2にエンジン3と排気ガス浄化装置47をコンパクトに内設できるようにしたエンジン装置を提供しようとするものである。【解決手段】エンジン3の排気ガス中の粒子状物質を除去する第1ケース48と、エンジン3の排気ガス中の窒素酸化物質を除去する第2ケース49を備え、第1ケース48に尿素混合管59を介して第2ケース49を接続させるエンジン装置において、第1ケースと48第2ケース49と尿素混合管59を平行に固着させる支持台65を備え、第1ケース48と第2ケース49と尿素混合管59を支持台65に一体的に配置して、単一部品構造の排気ガス浄化装置47を形成すると共に、エンジン3の側面から外側方に向けて突設させた支脚体66に排気ガス浄化装置47を取付けたものである。【選択図】図2

Description

本願発明は、農業機械(トラクタ、コンバイン)または建設機械(ブルドーザ、油圧ショベル、ローダー)などに搭載するディーゼルエンジン等のエンジン装置に係り、より詳しくは、排気ガス中に含まれた粒子状物質(すす、パティキュレート)、または排気ガス中に含まれた窒素酸化物質(NOx)等を除去する排気ガス浄化装置が搭載されたエンジン装置に関するものである。
トラクタまたはホイルローダ等の作業車両においては、走行機体の前部に配置されたエンジンのメンテナンス作業の能率化のため、エンジンを覆うためのボンネットの後部に開閉支点軸を配置し、その開閉支点軸回りにボンネットを回動させていた。また、従来から、ディーゼルエンジンの排気経路中に、排気ガス浄化装置(排気ガス後処理装置)として、ディーゼルパティキュレートフィルタを内設したケース(以下、DPFケースという)と、尿素選択還元型触媒を内設したケース(以下、SCRケースという)を設け、DPFケースとSCRケースに排気ガスを導入して、ディーゼルエンジンから排出された排気ガスを浄化処理する技術が知られている(例えば特許文献1〜4参照)。
特開2009−74420号公報 特開2012−21505号公報 特開2013−104394号公報 特開2012−177233号公報
エンジンに対して離間させてDPFケースとSCRケースを組付ける場合、エンジンからDPFケースまたはSCRケースに供給される排気ガスの温度が低下して、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生、または選択触媒還元作用などの化学反応が不完全になりやすいから、SCRケース内の排気ガスの温度を高温に維持する特別の装置が必要になる等の問題がある。また、平行な2本のベースフレームにDPFケースとSCRケースを取付け、設置対象物に2本のベースフレームを締結させて、DPFケースとSCRケースを取付ける技術もあるが、設置対象物の取付け面を水平(平坦)に形成する必要があり、ベースフレームなどの取付け部品の加工誤差等にて、DPFケースとSCRケースの支持姿勢を所定姿勢に支持しにくい等の問題がある。
一方、エンジンに近接させてDPFケースとSCRケースを組付ける場合、エンジンからSCRケースに供給される排気ガスの温度低下を低減して、SCRケース内の排気ガスの温度を高温に維持しやすいが、エンジンの側方にSCRケース用の設置空間を確保する必要があり、エンジンルームをコンパクトに構成しにくいと共に、DPFケースまたはSCRケース等をコンパクトに支持できない等の問題がある。
そこで、本願発明は、これらの現状を検討して改善を施したエンジン装置を提供しようとするものである。
前記目的を達成するため、請求項1に係る発明のエンジン装置は、エンジンの排気ガス
中の粒子状物質を除去する第1ケースと、前記エンジンの排気ガス中の窒素酸化物質を除去する第2ケースを備え、前記第1ケースに尿素混合管を介して前記第2ケースを接続させるエンジン装置において、前記第1ケースと第2ケースと尿素混合管を平行に固着させる支持台を備え、前記第1ケースと第2ケースと尿素混合管を支持台に一体的に配置して、単一部品構造の排気ガス浄化装置を形成すると共に、前記エンジンの側面から外側方に向けて突設させた支脚体に前記排気ガス浄化装置を取付けたものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載したエンジン装置において、前記エンジンの左側面から左側機外側方に向けて前記支脚体を突出させ、前記支脚体の突出先端側に前記支持台を着脱可能に固着させ、前記エンジンの左側機外側に前記支脚体を介して前記排気ガス浄化装置を取付けたものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載したエンジン装置において、前記エンジンの右側面から右側機外側方に向けて前記支脚体を突出させ、前記支脚体の突出先端側に前記支持台を着脱可能に固着させ、前記エンジンの右側機外側に前記支脚体を介して前記排気ガス浄化装置を取付けたものである。
請求項1の発明によると、エンジンの排気ガス中の粒子状物質を除去する第1ケースと、前記エンジンの排気ガス中の窒素酸化物質を除去する第2ケースを備え、前記第1ケースに尿素混合管を介して前記第2ケースを接続させるエンジン装置において、前記第1ケースと第2ケースと尿素混合管を平行に固着させる支持台を備え、前記第1ケースと第2ケースと尿素混合管を支持台に一体的に配置して、単一部品構造の排気ガス浄化装置を形成すると共に、前記エンジンの側面から外側方に向けて突設させた支脚体に前記排気ガス浄化装置を取付けたものであるから、前記エンジンの上面側を大きく開放でき、前記エンジンの上面側のメンテナンス作業性を向上できる。前記エンジンと排気浄化装置の設置高さを低く形成でき、例えば定置型発電作業機の四角箱形の機筐などを嵩低く形成できるものでありながら、前記機筐などに前記エンジンと排気ガス浄化装置をコンパクトに内設できる。
請求項2の発明によると、前記エンジンの左側面から左側機外側方に向けて前記支脚体を突出させ、前記支脚体の突出先端側に前記支持台を着脱可能に固着させ、前記エンジンの左側機外側に前記支脚体を介して前記排気ガス浄化装置を取付けたものであるから、前記エンジン左側面に設ける排気マニホールドに対向させて前記排気ガス浄化装置を配置でき、前記排気マニホールドから排気ガス浄化装置に排気ガスを導出するための配管などを短尺に形成できると共に、前記排気ガス浄化装置内部の排気ガス温度を排気浄化に必要な温度以上に容易に維持できる。
請求項3の発明によると、前記エンジンの右側面から右側機外側方に向けて前記支脚体を突出させ、前記支脚体の突出先端側に前記支持台を着脱可能に固着させ、前記エンジンの右側機外側に前記支脚体を介して前記排気ガス浄化装置を取付けたものであるから、前記エンジン右側面に設ける吸気マニホールドに対向させて前記排気ガス浄化装置を配置でき、前記エンジン左側面の排気マニホールド側に配置させる過給機またはオルタネータまたはスタータなどが配置される前記エンジンの左側面側のメンテナンス作業性を向上できると共に、オルタネータまたはスタータなどに電気接続させるハーネスなどを、前記排気ガス浄化装置に対して離間した前記エンジンの左側面側に簡単に設置でき、前記ハーネスなどが焼損するのを容易に防止できる。
第1実施形態を示すディーゼルエンジンの斜視図である。 同正面図である。 同平面図である。 定置型発電作業機の斜視図である。 機筐を断面した側面図である。 機筐を断面した平面図である。 第2実施形態を示すディーゼルエンジンの斜視図である。 同正面図である。 ディーゼルエンジン取付構造の第1変形例である。 ディーゼルエンジン取付構造の第2変形例である。 ディーゼルエンジン取付構造の第3変形例である。
以下、図1〜図6を参照して、本願発明のエンジン装置の第1実施形態を図面に基づいて説明する。図1〜図3は、第1実施形態を示すディーゼルエンジンの説明図であり、図4〜図6は、前記ディーゼルエンジンと発電機が搭載された定置型発電作業機70の説明図である。
図4〜図6を参照して、第1実施形態の定置型発電作業機70の構造を説明する。図4〜図6に示す如く、機枠台1上に四角箱形の機筐2を載置する。機枠台1上面のうち機筐2の内部中央にディーゼルエンジン3を設置する。ディーゼルエンジン3前面側の冷却ファン5設置側にラジエータ6を配置する。ディーゼルエンジン3背面側に後述する発電機18が配置され、発電機18設置側の機筐2側壁に操作パネル部7と外気取入れ口部8を設けている。ラジエータ6設置側の機筐2側壁に暖気排出口部9を設けると共に、ラジエータ6設置側の機枠台1上面に、ディーゼルエンジン3用の燃料タンク10を配置している。
また、ディーゼルエンジン3の右側面側の吸気マニホールド11設置部に、外部空気を除塵・浄化するエアクリーナ12と、吸気マニホールド11からディーゼルエンジン3の各気筒に排気ガスの一部を還流させる排気ガス再循環装置(EGR)13を設ける。排気ガス再循環装置13と吸気管14を介して、吸気マニホールド11にエアクリーナ12を接続させ、エアクリーナ12からディーゼルエンジン3に新気を供給している。一方、ディーゼルエンジン3の左側面側の排気マニホールド15設置部に、後述する過給機58と排気出口管16を設ける。排気マニホールド15に過給機58を介して排気出口管16を接続させるものであり、排気出口管16を介して排気マニホールド15に排気管17の一端側を接続させる。
ディーゼルエンジン3背面側のフライホイールハウジング4に作業機としての発電機18を取付けている。作業者が手動操作にて継断させるPTOクラッチ19を介して、ディーゼルエンジン3の出力軸(図示省略)に発電機18の駆動軸を連結させ、ディーゼルエンジン3にて発電機18を駆動する。発電機18の電力は、電気ケーブルにて遠隔場所の電動機器などの電源として供給するように構成している。なお、発電機18と同様に、ディーゼルエンジン3にて駆動するコンプレッサまたは油圧ポンプなどを設け、建築工事または土木工事などに使用する定置型作業機を構成することも可能である。
図1〜図3を参照して、排気ガス浄化装置の取付け構造を説明する。図1はディーゼルエンジン3の吸気マニホールド11が設置された右側斜視図、図2はディーゼルエンジン3の冷却ファン5が設置された正面図、図3はディーゼルエンジン3の平面図である。なお、排気マニホールド15が設置された側をディーゼルエンジン3の左側面と称し、吸気マニホールド11が設置された側をディーゼルエンジン3の右側面と称し、冷却ファン5が設置された側をディーゼルエンジン3の正面と称する。図1〜図3を参照しながら、デ
ィーゼルエンジン3の全体構造について説明する。
図1〜図3に示す如く、ディーゼルエンジン3のシリンダヘッド41の右側面に吸気マニホールド11を配置すると共に、ディーゼルエンジン3のシリンダヘッド41の左側面に排気マニホールド15を配置するシリンダヘッド41は、エンジン出力軸42(クランク軸)とピストン(図示省略)が内蔵されたシリンダブロック43に上載されている。シリンダブロック43の正面と背面からエンジン出力軸42の前端と後端を突出させている。
図1〜図3に示す如く、シリンダブロック43の背面にフライホイールハウジング4を固着している。フライホイールハウジング4内に設けるフライホイール(図示省略)がエンジン出力軸42の後端側に軸支される。前記フライホイールを介してディーゼルエンジン3の動力が発電機18に取出されるように構成している。さらに、シリンダブロック43の下面にはオイルパン44が配置されている。
また、ディーゼルエンジン3から排気マニホールド15に排出された排気ガスの一部が、排気ガス再循環装置13を介して、吸気マニホールド11からディーゼルエンジン3の各気筒に還流されることによって、ディーゼルエンジン3の燃焼温度が下がり、ディーゼルエンジン3からの窒素酸化物(NOx)の排出量が低減され、かつディーゼルエンジン3の燃費が向上されるように構成している。
図1〜図6に示す如く、前記ディーゼルエンジン3の各気筒から排出された排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置47として、ディーゼルエンジン3の排気ガス中の粒子状物質を除去するディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)としての第1ケース48と、ディーゼルエンジン3の排気ガス中の窒素酸化物質を除去する尿素選択触媒還元(SCR)システムとしての第2ケース49を備える。なお、DPFケースとしての第1ケース48には、図示しない酸化触媒とスートフィルタが内設されると共に、SCRケースとしての第2ケース49には、図示しない尿素選択触媒還元用のSCR触媒と酸化触媒が内設される。
ディーゼルエンジン3の各気筒から排気マニホールド15に排出された排気ガスは、排気ガス浄化装置47等を経由して、外部に放出される。排気ガス浄化装置47によって、ディーゼルエンジン3の排気ガス中の一酸化炭素(CO)や、炭化水素(HC)や、粒子状物質(PM)や、窒素酸化物質(NOx)を低減するように構成している。
第1ケース48と第2ケース49は、長尺円筒形状に構成している。第1ケース48の筒形状両側(排気ガス移動方向一端側と同他端側)には、排気ガスを取入れるDPF入口管54と、排気ガスを排出するDPF出口管55を設けている。同様に、第2ケース49の両側(排気ガス移動方向一端側と同他端側)には、排気ガスを取入れるSCR入口管56と、排気ガスを排出するSCR出口管57を設けている。
また、排気マニホールド15の排気ガス出口に、ディーゼルエンジン3に空気を強制的に送り込む過給機58を配置している。過給機58の排気出口管16に接続させた排気管17を介して、排気マニホールド15にDPF入口管54を連通させ、ディーゼルエンジン3の排気ガスを第1ケース48内に導入する一方、DPF出口管55にSCR入口管56を接続させる尿素混合管59を備え、尿素混合管59を介して、第1ケース48の排気ガスを第2ケース49内に導入するように構成している。なお、DPF出口管55と尿素混合管59は、ボルト締結させるDPF出口側フランジ体60にて着脱可能に接続されると共に、SCR入口管56と尿素混合管59は、SCR入口側フランジ体61にて着脱可能に接続されている。
さらに、第1ケース48と第2ケース49と尿素混合管59を平行に配置する支持台65を備える。第1ケース48と第2ケース49と尿素混合管59を支持台65にて一体的に固定して、単一部品構造の排気ガス浄化装置47を形成している。ディーゼルエンジン3(シリンダヘッド41、シリンダブロック43)の左側面に複数の支脚体66の基端部を着脱可能に締結固定させ、ディーゼルエンジン3の左側面から左外側方に向けて複数の支脚体66の先端側を突出させ、支脚体66の先端部に支持台65を着脱可能に締結固定させている。
即ち、第1ケース48と第2ケース49と尿素混合管59を平行に固着させる支持台65を備え、第1ケース48と第2ケース49と尿素混合管59を支持台65に一体的に配置して、単一部品構造の排気ガス浄化装置47を形成すると共に、ディーゼルエンジン3の側面から外側方に向けて突設させた支脚体66に排気ガス浄化装置47を取付けるものであり、ディーゼルエンジン3の左側面から左側機外側方に向けて前記支脚体66を突出させ、前記支脚体66の突出先端側に前記支持台65を着脱可能に固着させ、ディーゼルエンジン3の左側機外側に前記支脚体66を介して前記排気ガス浄化装置47を取付けている。
図1に示す如く、ディーゼルエンジン3(シリンダヘッド41)の多気筒分の各インジェクタ(図示省略)に、前記燃料タンク10を接続する燃料ポンプ72とコモンレール73を備える。シリンダヘッド41の吸気マニホールド11設置側(ディーゼルエンジン3右側面)にコモンレール73と燃料フィルタ74を配置し、吸気マニホールド11下方のシリンダブロック43に燃料ポンプ72を配置している。燃料タンク10内の燃料が燃料フィルタ74を介して燃料ポンプ72に吸込まれる一方、燃料ポンプ72の吐出側にコモンレール73が接続され、円筒状のコモンレール73がディーゼルエンジン3の各インジェクタにそれぞれ接続されている。また、ディーゼルエンジン3左側面の排気マニホールド15設置側に、過給機58と共に、オルタネータまたはスタータなどが配置されている。
上記の構成により、前記燃料タンク10の燃料が燃料ポンプ72によってコモンレール73に圧送され、高圧の燃料がコモンレール73に蓄えられると共に、前記各インジェクタの燃料噴射バルブがそれぞれ開閉制御されることによって、コモンレール73内の高圧の燃料がディーゼルエンジン3の各気筒に噴射される。即ち、前記各インジェクタの燃料噴射バルブを電子制御することによって、燃料の噴射圧力、噴射時期、噴射期間(噴射量)を高精度にコントロールできる。したがって、ディーゼルエンジン3から排出される窒素酸化物(NOx)を低減できる。
なお、図6に示す如く、機筐2の対向側壁に第1ドア30及び第2ドア31を開閉可能に設け、エアクリーナ12設置部に第1ドア30を対向させて配置し、排気ガス浄化装置47設置部に第2ドア31を対向させて配置し、エアクリーナ12または排気ガス浄化装置47のメンテナンス作業などを行う。第1ドア30または第2ドア31から作業者が機筐2内部に出入可能に構成できる。
また、図6に示す如く、ラジエータ6と暖気排出口部9の間に冷却風ガイド板32を設け、ラジエータ6を介してディーゼルエンジン3側から暖気排出口部9に向けて、ディーゼルエンジン3の冷却風を冷却風ガイド板32にて案内し、ディーゼルエンジン3の冷却風にて排気ガス浄化装置47の温度が低下するのを防止している。図5、図6に示す如く、SCR出口管57にテールパイプ29の一端側を接続させると共に、冷却風ガイド板32にて形成された冷却風排出路を介して、暖気排出口部9が形成された機筐2側壁部に向けて、テールパイプ29の他端側を延設させ、前記冷却風排出路にてテールパイプ29の
排気ガス温度を低減可能に構成している。
次に、図7、図8を参照して、第2実施形態を示す排気ガス浄化装置47の取付け構造を説明する。ディーゼルエンジン3の左側面に排気ガス浄化装置47が配置された第1実施形態に代え、ディーゼルエンジン3の右側面に排気ガス浄化装置47を配置してもよい。即ち、図7、図8に示す如く、ディーゼルエンジン3の右側面から右側機外側方に向けて複数の支脚体66を突出させ、支脚体66の突出先端側に支持台65を着脱可能に固着させ、ディーゼルエンジン3の右側機外側に支脚体65を介して排気ガス浄化装置47を取付けている。
次に、図9〜図11を参照して、ディーゼルエンジン3上面側に配置する排気ガス浄化装置47の取付け構造の変形例を説明する。図9に示す如く、ディーゼルエンジン3の上面側に支脚体66を介して支持台65を、前低後高姿勢に傾斜させて取付け、ディーゼルエンジン3の上面側に排気ガス浄化装置47を前低後高姿勢に傾斜させて配置し、ディーゼルエンジン3前側の第2ケース49を低く支持し、ディーゼルエンジン3後側の第1ケース48を高く支持し、支持台66の上面側に向けて冷却ファン5風を誘導可能に構成してもよい。
また、図10に示す如く、ディーゼルエンジン3の上面側に支脚体66を介して支持台65を、前高後低姿勢に傾斜させて取付け、ディーゼルエンジン3の上面側に排気ガス浄化装置47を前高後低姿勢に傾斜させて配置し、ディーゼルエンジン3前側の第2ケース49を高く支持し、ディーゼルエンジン3後側の第1ケース48を低く支持し、支持台65の下面側に向けて冷却ファン5風を誘導可能に構成してもよい。
さらに、図11に示す如く、ディーゼルエンジン3の上面側に支脚体66を介して支持台65を、左右方向に傾斜させて取付け、ディーゼルエンジン3の上面側に排気ガス浄化装置47を左右方向に傾斜させて配置してもよい。
図1〜図6に示す如く、ディーゼルエンジン3の排気ガス中の粒子状物質を除去する第1ケース48と、ディーゼルエンジン3の排気ガス中の窒素酸化物質を除去する第2ケース49を備え、第1ケース48に尿素混合管59を介して第2ケース49を接続させるエンジン装置において、第1ケースと48第2ケース49と尿素混合管59を平行に固着させる支持台65を備え、第1ケース48と第2ケース49と尿素混合管59を支持台65に一体的に配置して、単一部品構造の排気ガス浄化装置47を形成すると共に、ディーゼルエンジン3の側面から外側方に向けて突設させた支脚体66に排気ガス浄化装置47を取付けている。したがって、ディーゼルエンジン3の上面側を大きく開放でき、ディーゼルエンジン3の上面側のメンテナンス作業性を向上できる。ディーゼルエンジン3と排気浄化装置47の設置高さを低く形成でき、例えば定置型発電作業機70の四角箱形の機筐2などを嵩低く形成できるものでありながら、機筐2などにディーゼルエンジン3と排気ガス浄化装置47をコンパクトに内設できる。
図1〜図6に示す如く、ディーゼルエンジン3の左側面から左側機外側方に向けて支脚体66を突出させ、支脚体66の突出先端側に支持台65を着脱可能に固着させ、ディーゼルエンジン3の左側機外側に支脚体66を介して排気ガス浄化装置47を取付けている。したがって、ディーゼルエンジン3左側面に設ける排気マニホールド15に対向させて排気ガス浄化装置47を配置でき、排気マニホールド15から排気ガス浄化装置47に排気ガスを導出するための配管(排気管17)などを短尺に形成できると共に、排気ガス浄化装置47内部の排気ガス温度を排気浄化に必要な温度以上に容易に維持できる。
図7、図8に示す如く、ディーゼルエンジン3の右側面から右側機外側方に向けて支脚
体66を突出させ、支脚体66の突出先端側に支持台65を着脱可能に固着させ、ディーゼルエンジン3の右側機外側に支脚体66を介して排気ガス浄化装置47を取付けている。したがって、ディーゼルエンジン3右側面に設ける吸気マニホールド11に対向させて排気ガス浄化装置47を配置でき、ディーゼルエンジン3左側面の排気マニホールド15側に配置させる過給機58またはオルタネータ62またはスタータ63などが配置されるディーゼルエンジン3の左側面側のメンテナンス作業性を向上できると共に、図7に示す如く、オルタネータ62またはスタータ63などに電気接続させるハーネスなどを、排気ガス浄化装置47に対して離間したディーゼルエンジン3の左側面側に簡単に設置でき、前記ハーネスなどが焼損するのを容易に防止できる。
3 ディーゼルエンジン
47 排気ガス浄化装置
48 第1ケース
49 第2ケース
59 尿素混合管
65 支持台
66 支脚体

Claims (3)

  1. エンジンの排気ガス中の粒子状物質を除去する第1ケースと、前記エンジンの排気ガス中の窒素酸化物質を除去する第2ケースを備え、前記第1ケースに尿素混合管を介して前記第2ケースを接続させるエンジン装置において、
    前記第1ケースと第2ケースと尿素混合管を平行に固着させる支持台を備え、前記第1ケースと第2ケースと尿素混合管を支持台に一体的に配置して、単一部品構造の排気ガス浄化装置を形成すると共に、前記エンジンの側面から外側方に向けて突設させた支脚体に前記排気ガス浄化装置を取付けたことを特徴とするエンジン装置。
  2. 前記エンジンの左側面から左側機外側方に向けて前記支脚体を突出させ、前記支脚体の突出先端側に前記支持台を着脱可能に固着させ、前記エンジンの左側機外側に前記支脚体を介して前記排気ガス浄化装置を取付けたことを特徴とする請求項1に記載のエンジン装置。
  3. 前記エンジンの右側面から右側機外側方に向けて前記支脚体を突出させ、前記支脚体の突出先端側に前記支持台を着脱可能に固着させ、前記エンジンの右側機外側に前記支脚体を介して前記排気ガス浄化装置を取付けたことを特徴とする請求項1に記載のエンジン装置。
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