JP2019120147A - Ｅｇｒ付エンジン - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンケースの構造やＥＧＲパイプの取り直しなど総合的に見直して工夫することにより、ＥＧＲパイプが冷却され易く、かつ、エンジン長の増大も抑制可能となるように改善されたＥＧＲ付エンジンを提供する。【解決手段】ＥＧＲガスｇを吸気経路８に導くためのＥＧＲパイプ６をエンジンケースｋの内部を通して配管するとともに、ＥＧＲパイプ６におけるエンジンケースｋ内部分は、エンジンケースｋの内部の冷却水路に臨む状態で設けられているＥＧＲ付エンジン。エンジンケースｋはシリンダヘッド２であり、冷却水路はＥＧＲパイプを囲繞するように、外周の全周に亘って形成されている。【選択図】図６

Description

本発明は、排気再循環であるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を備えたディーゼルエンジンなど、ＥＧＲ付エンジンに関するものである。
ＥＧＲ付エンジンにおいては、排気ガス中の窒素酸化物の低減や部分負荷時の燃費向上のために、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気マニホルドなどの吸気経路に戻して再度吸気させている。このＥＧＲ付エンジンとしては、特許文献１において開示されたものなどが知られている。
従来のＥＧＲ付エンジンでは、ＥＧＲガスを流すＥＧＲパイプを、エンジンケースにおけるシリンダヘッドの横外方を迂回させて吸気側に配管させる構造が採られていた。特許文献１のものでは、その図３に示されるように、排気マニホルド（１３）と吸気マニホルド（１４）とを連通するＥＧＲパイプ（１５）は、シリンダヘッド（１２）の横外方を通して迂回配管されている。
特開２０１４−１９０１７１号公報 特開２０１０−２３６３９７号公報
従来のＥＧＲ付エンジンは、高温になるＥＧＲパイプがエンジンの横外方を通して配管されるため、エンジン全長が長くなる不利があった。ＥＧＲパイプは高温になるので、周囲に放熱用の隙間を確保することからも、寸法増が避けられない。また、エンジンレイアウトの都合により、ＥＧＲパイプはエンジンのフライホイール側の横外方に通されるため、冷却風による空冷作用を享受し難い不利もあった。
とりわけ、特許文献２において開示されるエンジンのように、直列多気筒エンジンのフライホイール側の横外方にＥＧＲパイプより嵩張るＥＧＲクーラ（１５）が配置されている構造では、前述の各不利がさらに顕著になるものであった。
本発明の目的は、エンジンケースの構造やＥＧＲパイプの取り直しなど総合的に見直して工夫することにより、ＥＧＲパイプが冷却され易く、かつ、エンジン長の増大も抑制可能となるように改善されたＥＧＲ付エンジンを提供する点にある。
本発明は、ＥＧＲ付エンジンにおいて、
ＥＧＲガスｇを吸気経路５に導くためのＥＧＲパイプ６をエンジンケースｋの内部を通して配管するとともに、前記ＥＧＲパイプ６における前記エンジンケースｋ内部分は、前記エンジンケースｋの内部の冷却水路ｗに臨む状態で設けられていることを特徴とする。
第２の本発明は、本発明のＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記エンジンケースｋの端部であるケース端部２Ａが部分的に外方に膨出されており、前記ケース端部２Ａの外方への膨出部分７に前記ＥＧＲパイプ６が通されていることを特徴とする。
第３の本発明は、本発明又は第２の本発明のＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記冷却水路ｗが、前記ＥＧＲパイプ６を囲繞する状態に形成されていることを特徴とする。
第４の本発明は、本発明〜第３の本発明のいずれかのＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記エンジンケースｋに、前記冷却水路ｗにおける前記ＥＧＲパイプ６の径外側部位に冷却水を導き案内するガイド部１６が設けられている請求項１〜３の何れか一項に記載のことを特徴とする。
第５の本発明は、本発明〜第４の本発明のいずれかのＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記ＥＧＲパイプ６はアルミ合金製のパイプであることを特徴とする。
第６の本発明は、本発明〜第５の本発明のいずれかのＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記エンジンケースｋはシリンダヘッド２であることを特徴とする。
本発明によれば、ＥＧＲパイプをエンジンケース内部を通してあるので、外部に配管する場合に比べてエンジン長を短くすることができる。そして、ＥＧＲパイプはエンジンケース内の冷却水路に臨んでいるから、冷却水によるＥＧＲパイプの冷却が可能となり、高温となるＥＧＲパイプを既存の設備を用いて効率良く冷却できるようになる。
その結果、エンジンケースの構造やＥＧＲパイプの取り直しなど総合的に見直して工夫することにより、ＥＧＲパイプが冷却され易く、かつ、エンジン長の増大も抑制可能となるように改善されたＥＧＲ付エンジンを提供することができる。
ＥＧＲパイプ付近の構造を示すシリンダヘッド端部の横断断面図 ＥＧＲパイプ付近の構造を示すシリンダヘッド端部の縦断断面図 ＥＧＲパイプを示す側面図 ＥＧＲパイプの各部を示し、（ａ）図３の矢視Ｘによる正面図、（ｂ）は図３のＹ−Ｙ線での断面図 シリンダヘッド端部の断面構造を横方向から示す概略図 ＥＧＲパイプを備えるシリンダヘッド端部を示す概略の斜視図
以下に、本発明によるＥＧＲ付エンジンの実施の形態を、産業用エンジンの場合について、図面を参照しながら説明する。なお、エンジンケースｋとは、シリンダヘッド２やシリンダ部１Ａなどを含む概念である。また、エンジンケースｋの排気マニホルド４側を左、吸気マニホルド５側を右とする。
図６に示されるように、立形の産業用エンジンＥにおいて、シリンダブロック１の上部であるシリンダ部１Ａの上にシリンダヘッド２が組付けられ、シリンダヘッド２の上にシリンダヘッドカバー３が組付けられている。シリンダヘッド２の左右の一端側には排気マニホルド４が組付けられ、他端側には吸気マニホルド５が組付けられている。
この産業用エンジンＥでは、排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気経路に戻すＥＧＲ装置Ａが装備されている。図６に示されるように、ＥＧＲ装置Ａは、排気マニホルド４と吸気マニホルド５とを連通させる管路であるＥＧＲパイプ６と、ＥＧＲパイプを冷却可能なＥＧＲ冷却機構ｒと、を有して構成されている。
ＥＧＲパイプ６は、エンジンケースｋの一例であるシリンダヘッド２の内部を通して配管されている。シリンダヘッド２の前後の端部であるケース端部２Ａには、ＥＧＲパイプ６を内蔵するため、外方に膨らんだ膨出ケース部（膨出部分の一例）７が形成されている。なお、図６において、４Ａは、排気マニホルド４の一部であって排気マニホルド４をシリンダヘッド２にボルト止めするための取付ベースである。
図１〜図３に示されるように、ＥＧＲパイプ６は、本体パイプ６Ａと、本体パイプ６Ａに固着されている取付フランジ６Ｂとを有して構成されている。
本体パイプ６Ａは、基本パイプ部８と、その基端側に形成される径が若干絞られた細径部９と、基本パイプ部８と細径部９との間に形成されるテーパ管部１０とを備えている。基本パイプ部８は、その長手方向の両端部を除いた大部分が複雑な断面形状の異形管部８Ａに形成されている。
図３、図４（ａ）に示されるように、異形管部８Ａは、外周面を大きく凹ませてパイプ軸心Ｐ方向に延びる帯状の深溝部１１が、周方向の複数個所（６箇所）に形成されて部分である。長さの長い深溝部１１により、単純な円径のパイプに比べて、ＥＧＲパイプ６としての表面積を大きく増大させることができる。
深溝部１１は、溝底面１１ａと、左右一対の溝側面１１ｂ、１１ｂとを有しており、基本パイプ部８の径の約半分の径を持つ溝底面１１ａまで一定の溝幅ｄで凹まされている。
図３、図４（ｂ）に示されるように、取付フランジ６Ｂは、６箇所の取付孔１２ａ，１２ａを外周部に備える厚板製の本体フランジ１２で形成されれており、溶着などにより本体パイプ６Ａの基本パイプ部８における開放側の端部に一体化されている。取付フランジ６Ｂは、図３に示されるように、基本パイプ部８の端から若干内側に寄った箇所に取り付けられている。本体パイプ６Ａ及び取付フランジ６Ｂは、比熱が小さく熱伝導性に優れて高強度のアルミ合金製が望ましいが、その他の金属製でもよい。アルミ合金製では、ＳＵＳ材と同等の耐食性を有しながらＳＵＳ材よりも安価であるという利点もある。
図１、図２、図５に示されるように、ＥＧＲパイプ６はシリンダヘッド２の膨出ケース部７の内部を通して配管されており、ＥＧＲパイプ６における膨出ケース部７内に収容されている殆どの部分は、シリンダヘッド２の内部の
路ｗに臨む状態で設けられている。なお、膨出ケース部７は、ケース端部２Ａの下部（部分的の一例）に外方に半円弧状（図５を参照）に膨出させることで形成されている。
ＥＧＲパイプ６は、例えば、シリンダヘッド２の吸気マニホルド５側の側壁（右側壁）２Ｂに形成されている装着孔１９より挿入されて、細径部９がシリンダヘッド２の排気マニホルド４側の側壁（左側壁）２Ｃに形成されている円孔であるガス取込口１５に圧入又は密着内嵌され、かつ、取付フランジ６Ｂが２本のボルト（図示省略）によりシリンダヘッド２の吸気マニホルド側の側面２ａに取り付けられている。この場合、装着孔１９の径はガス取込口１５の径より少し大きい。
図１、図２、図５に示されるように、シリンダヘッド２内の冷却水路ｗは、シリンダヘッド２の下部に位置する下部水路ｗ１、上部に位置する上部水路ｗ２、及び端部に位置する端部水路ｗ３を有するとともに、膨出ケース部７内におけるＥＧＲパイプ６の外周側に形成される外周水路ｗ４を有している。外周水路ｗ４の存在により、冷却水路ｗはＥＧＲパイプ６を囲繞する状態に形成されている。つまり、ＥＧＲパイプ６が冷却水路に臨む状態で設けられることでＥＧＲ冷却機構ｒが構成されている。
図６に示されるように、ＥＧＲ装置Ａにより、燃焼室（図示省略）からの排気ガスＧは、シリンダヘッド２の排気出口１３から排気マニホルド４内に放出され、その一部がＥＧＲガスｇとなって出口孔１４からシリンダヘッド２のガス取込口１５（図１，２を参照）に入り、それからＥＧＲパイプ６を通って吸気マニホルド５内に還元される。ＥＧＲパイプ６のシリンダヘッド２内部分とは、図１などからは、基本パイプ部８、テーパ管部１０、及び細径部９の一部であるが、主に基本パイプ部８である。
ＥＧＲパイプ６は膨出ケース部７に収容されているので、ＥＧＲパイプが別のものとしてシリンダヘッドの横外に配管されている従来のＥＧＲ装置に比べて、シリンダヘッド２の横外方への張出し量を軽減（抑制）させることができる。加えて、膨出ケース部７内にけるＥＧＲパイプ６の張出し側の外周にも外周水路ｗ４が存在しているので、図１，５に示されるように、この外周水路ｗ４、端部水路ｗ３、下部水路ｗ１を流れる冷却水２０によって冷やされＥＧＲクーラの機能を、効率よく発揮させることが可能になる。
従って、シリンダヘッド２を少し膨らましてＥＧＲパイプを内蔵させるという構造工夫によるＥＧＲ装置Ａ及びＥＧＲ冷却機構ｒにより、既存の冷却水２０を有効利用してＥＧＲガスｇを冷却しながらも、エンジンとしての横方向への嵩張りを低減できるＥＧＲ付エンジンＥが実現できている。ＥＧＲパイプ６において効果的に冷却できるので、外付けＥＧＲクーラ（図示省略）を不要にすることが可能となる利点もある。
図１，２、及び図５に示されるように、冷却水路ｗにおけるＥＧＲパイプ６の径外側部位に冷却水２０を導き案内するガイド部１６（図１，２では実線で、図５では仮想線で示す）が設けられている構成とすれば好都合である。ガイド部１６は、ＥＧＲパイプ６の下方において下部水路ｗ１へ突出するように形成されるガイド本体１７と、ＥＧＲパイプ６を半周で囲繞するように外周水路ｗ４半分へ突出するように形成される周ガイド部１８とを備えて構成されている。なおガイド部１６はガイド本体１７のみ有する構成でもよく、また、鋳抜きより形成されるものでもよい。
ガイド部１６を設けたことにより、冷却水路ｗを流れる冷却水２０が外周水路ｗ４に流れ込むことが促進されるようになり、殆どコストアップのない経済的な手段（ガイド部１６）でありながら、冷却水によるＥＧＲパイプ６（ＥＧＲガスｇ）の水冷作用を高めることができる利点がある。
〔別実施形態〕
ＥＧＲ付エンジンとしては、次の（１）〜（５）のような構成を有するものでもよい。（１）ＥＧＲパイプ６は、深溝部１１が無く、単純な円形や角形の断面を有する一般的なパイプでもよい。この場合、シリンダヘッド２のガス取込口１５と装着孔１９とを互いに同径とすることは可能である。
（２）冷却水路ｗが接するＥＧＲパイプ６の外周面は、その外周全部（３６０度）ではなく、３／４（２７０度）や半分（１８０度）など、部分的なものでもよく、冷却水路ｗに臨む状態であればよい。
（３）ＥＧＲパイプ６は、シリンダ部１Ａの上端部に内蔵される構成のＥＧＲ装置Ａでもよい。この場合、ＥＧＲパイプ６は、シリンダ部１Ａの冷却水路によって水冷作用を受ける構造になる。
（４）吸気経路５は、吸気マニホルド５のほか、エアクリーナや過給器の吸気側など、種々の変更設定が可能である。
（５）冷却水路ｗにガイド部１６を持たないシリンダ冷却機構ｒとされたものでもよい。
２ シリンダヘッド
２Ａ ケース端部
６ ＥＧＲパイプ
７ 膨出部分
１６ ガイド部
ｇ ＥＧＲガス
ｋ エンジンケース
ｗ 冷却水路

Claims (6)

  1. ＥＧＲガスを吸気経路に導くためのＥＧＲパイプをエンジンケースの内部を通して配管するとともに、前記ＥＧＲパイプにおける前記エンジンケース内部分は、前記エンジンケースの内部の冷却水路に臨む状態で設けられているＥＧＲ付エンジン。
  2. 前記エンジンケースの端部であるケース端部が部分的に外方に膨出されており、前記ケース端部の外方への膨出部分に前記ＥＧＲパイプが通されている請求項１に記載のＥＧＲ付エンジン。
  3. 前記冷却水路が、前記ＥＧＲパイプを囲繞する状態に形成されている請求項１又は２に記載のＥＧＲ付エンジン。
  4. 前記エンジンケースに、前記冷却水路における前記ＥＧＲパイプの径外側部位に冷却水を導き案内するガイド部が設けられている請求項１〜３の何れか一項に記載のＥＧＲ付エンジン。
  5. 前記ＥＧＲパイプはアルミ合金製のパイプである請求項１〜４の何れか一項に記載のＥＧＲ付エンジン。
  6. 前記エンジンケースはシリンダヘッドである請求項１〜５の何れか一項に記載のＥＧＲ付エンジン。
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