JP2020070759A - 過給機付きエンジン - Google Patents

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【課題】エンジンオイル２の熱劣化が抑制される過給機付きエンジンを提供する。【解決手段】過給機１と、過給機１の軸受部１ａにエンジンオイル２を供給するオイル供給通路３と、過給機１の軸受部１ａからエンジンオイル２を排出するオイル排出通路４と、空冷式オイルクーラ５を備え、空冷式オイルクーラ５が前記オイル排出通路４に設けられ、過給機１の軸受部１ａから排出されるエンジンオイル２が空冷式オイルクーラ５を通過する冷却空気１１ａで冷却されるように構成されている。空冷式オイルクーラ５は、外筒５ａと内筒５ｂで構成され、内筒５ｂ内と、内筒５ｂと外筒５ａの間のクーラジャケット５ｃ内のうち、いずれか一方をエンジンオイル２が通過し、他方を冷却空気１１ａが通過するように構成されていることが望ましい。【選択図】 図１

Description

本発明は、過給機付きエンジンに関し、詳しくは、エンジンオイルの熱劣化が抑制される過給機付きエンジンに関する。
従来、過給機を備えた過給機付きエンジンがある(例えば、特許文献１参照)。
特開平９−１５１７１８号公報(図１，図２参照)
従来、次の問題がある。
特許文献１のものでは、エンジンオイルを効率的に冷却する手段がなく、過給機の軸受部の発熱でエンジンオイルが過熱し、エンジンオイルが熱劣化しやすい。
本発明の課題は、エンジンオイルの熱劣化が抑制される過給機付きエンジンを提供することにある。
本発明の主要な構成は、次の通りである。
図１(Ａ)に示すように、過給機(１)と、過給機(１)の軸受部(１ａ)にエンジンオイル(２)を供給するオイル供給通路(３)と、過給機(１)の軸受部(１ａ)からエンジンオイル(２)を排出するオイル排出通路(４)と、空冷式オイルクーラ(５)を備え、
空冷式オイルクーラ(５)が前記オイル排出通路(４)に設けられ、過給機(１)の軸受部(１ａ)から排出されるエンジンオイル(２)が空冷式オイルクーラ(５)を通過する冷却空気(１１ａ)で冷却されるように構成されている、ことを特徴とする過給機付きエンジン。
過給機(１)の軸受部(１ａ)からオイル排出通路(４)に排出された高温のエンジンオイル(２)が空冷式オイルクーラ(５)内で、冷却空気(１１ａ)と高い温度差で熱交換され、エンジンオイル(２)の冷却効率が高く、エンジンオイル(２)の熱劣化が抑制される。
本発明の実施形態に係る過給機付きエンジンの要部を説明する図で、図１(Ａ)は側面の模式図、図１(Ｂ)は図１(Ａ)のＢ−Ｂ線断面の拡大図である。 図１のエンジンで用いる空冷式オイルクーラを説明する図で、図２(Ａ)は側面図、図２(Ｂ)は正面図である。 図２の空冷式オイルクーラとその周辺部分を説明する図で、図３(Ａ)は側面図、図３(Ｂ)は背面図である。 図３の平面図である。 図１のエンジンの側面図である。 図１のエンジンの平面図である。 図１のエンジンの正面図である。
図１〜７は、本発明の実施形態に係る過給機付きエンジンを説明する図で、この実施形態では水冷式の立形直列多気筒ディーゼルエンジンについて説明する。
図５〜７に示すように、このエンジンは、シリンダブロック(１４)と、シリンダブロック(１４)の上部に組み付けられたシリンダヘッド(１５)と、シリンダヘッド(１５)の上部に組み付けられたシリンダヘッドカバー(１６)と、シリンダブロック(１４)の前部に組み付けられたフロントカバー(１７)と、シリンダヘッド(１５)の前部に配置されたエンジン冷却ファン(１１)と、シリンダブロック(１４)の下部に組み付けられたオイルパン(１８)と、シリンダブロック(１４)の後部に配置されたフライホイール(１９)を備えている。図５中の符号(５８)はスタータである。
このエンジンについては、クランク軸(図示せず)の架設方向を前後方向、エンジン冷却ファン(１１)側を前、フライホイール(１９)側を後、前後方向と直交する水平方向を横方向として説明する。
このエンジンは、図６の燃料供給装置(２０)と、吸気装置(２１)と、排気装置(２２)と、図１のエンジン水冷装置(７)と、潤滑装置(２３)と、オイル冷却装置(２４)を備えている。
図６の燃料供給装置(２０)は、燃焼室(図示せず)に燃料を供給する装置で、燃料噴射ポンプ(２５)と、燃料噴射ポンプ(２５)に接続された燃料噴射管(２６)と、燃料噴射管(２６)に接続された燃料インジェクタ(２７)を備えている。
図６の吸気装置(２１)は、燃焼室に空気を供給する装置で、エアクリーナ(図示せず)と、エアクリーナに接続される第１吸気パイプ(図示せず)と、第１吸気パイプに接続されるブローバイガス供給室(２８)と、ブローバイガス供給室(２８)に接続される第２吸気パイプ(２９)と、第２吸気パイプ(２９)に接続される過給機(１)のエアコンプレッサ(１ｂ)と、エアコンプレッサ(１ｂ)に接続される過給パイプ(３０)と、過給パイプ(３０)に接続される吸気マニホルド(３１)を備えている。
ブローバイガス供給室(２８)は、シリンダヘッドカバー(１６)内のブリーザ室(図示せず)から吸気にブローバイガスを還流させるための部屋で、シリンダヘッドカバー(１６)の天井部に設けられている。
図６の過給機(１)は、吸気マニホルド(３１)に過給を行う装置で、排気マニホルド(３２)に接続された排気タービン(１ｃ)と、エアコンプレッサ(１ｂ)と、これらの間に位置するタービンシャフト(図示せず)の軸受部(１ａ)を備えている。
図６の排気装置(２２)は、燃焼室の排気を排出する装置で、排気マニホルド(３２)と、排気マニホルド(３２)に続く過給機(１)の排気タービン(１ｃ)や排気マフラ(図示せず)等を含む排気導出路(３３)を備えている。
図１(Ａ)の潤滑装置(２３)は、クランク軸の軸受等のエンジン摺動部(３４)を潤滑する装置で、オイルパン(１８)と、オイルパン(１８)に溜まるエンジンオイル(２)に浸漬されたオイルストレーナ(３５)と、オイルポンプ(３６)と、オイルフィルタ(３７)と、オイルフィルタ(３７)で浄化されたエンジンオイル(２)をエンジン摺動部(３４)に供給するオイルギャラリ(３８)と、過給機(１)の軸受部(１ａ)を潤滑する軸受潤滑通路(３９)を備えている。
図１(Ａ)の軸受潤滑通路(３９)は、過給機(１)のタービンシャフトの軸受部(１ａ)にエンジンオイル(２)を供給するオイル供給通路(３)と、軸受部(１ａ)からエンジンオイル(２)を排出するオイル排出通路(４)を備えている。
オイル供給通路(３)は、オイルギャラリ(３８)から分岐された通路で、終端は、過給機(１)の軸受部(１ａ)の上部に接続されている。
オイル排出通路(４)は、過給機(１)の軸受部(１ａ)の下部から導出され、終端部はシリンダブロック(１４)に接続され、過給機(１)の軸受部(１ａ)から排出されたエンジンオイル(２)は、オイル排出通路(４)を介してオイルパン(１８)に戻るように構成されている。
図１(Ａ)のエンジン水冷装置(７)は、エンジンを水冷する装置で、エンジン冷却水(６)の放熱を行うラジエータ(８)と、ラジエータ(８)で放熱されたエンジン冷却水(６)を吸引してシリンダジャケット(９)に圧送する冷却水ポンプ(４０)と、シリンダジャケット(９)と、シリンダジャケット(９)と連通するシリンダヘッドジャケット(１０)と、シリンダヘッドジャケット(１０)からラジエータ(８)へのエンジン冷却水(６)の還流とその停止を制御するサーモスタット弁(４１)を内蔵したウォーターフランジ(５２)と、シリンダヘッドジャケット(１０)のエンジン冷却水(６)をウォーターフランジ(５２)から冷却水ポンプ(４０)に還流させる図６の戻しパイプ(５６)を備えている。
図１のエンジン水冷装置(７)では、エンジン冷却水(６)の温度が比較的低い間は、サーモスタット弁(４１)の閉弁により、エンジン冷却水(６)は、その全量が図６の戻しパイプ(５６)から冷却水ポンプ(４０)に吸い込まれ、ラジエータ(８)を迂回して、冷却水ポンプ(４０)とシリンダジャケット(９)とシリンダヘッドジャケット(１０)をその順で循環し、エンジンの暖機がなされる。
エンジン冷却水(６)の温度が高まると、サーモスタット弁(４１)の開弁により、エンジン冷却水(６)は、ラジエータ(８)と冷却水ポンプ(４０)とシリンダジャケット(９)とシリンダヘッドジャケット(１０)の相互間をその順番で循環し、エンジンの冷却がなされる。エンジン冷却水(６)の一部は、図６の戻しパイプ(５６)から冷却水ポンプ(４０)に吸い込まれ、ラジエータ(８)を迂回する。
図１(Ａ)の冷却水ポンプ(４０)は、シリンダヘッド(１５)の前方に配置され、水ポンプケース(５３)と、水ポンプケース(５３)に収容されたインペラ(４２)と、インペラ(４２)の入力軸(４３)を備えている。
水ポンプケース(５３)の前方には入力軸(４３)に取り付けられた入力プーリ(４４)と、入力プーリ(４４)に取り付けられたエンジン冷却ファン(１１)が配置されている。入力プーリ(４４)は、ファンベルト(４５)を介して図５，７のクランクプーリ(５７)に連動連結され、インペラ(４２)とエンジン冷却ファン(１１)は、ファンベルト(４５)を介してクランクプーリ(５７)で駆動される。図３(Ａ)〜７中の符号(５９)はベルトテンショナを兼ねたオルタネータである。オルタネータに代えてジェネレータを用いてもよい。
図１(Ａ)のラジエータ(８)は、エンジン冷却ファン(１１)の前方に配置され、アッパータンク(４６)と、ロワータンク(４７)と、これらの相互間に設けられた放熱管(４８)と、アッパータンク(４６)にエンジン冷却水(６)を導入する冷却水入口(４９)と、ロワータンク(４７)からエンジン冷却水(６)を導出する冷却水出口(５０)を備えている。
ラジエータ(８)の冷却水入口(４９)は、冷却水導入ホース(５１)を介してウォーターフランジ(５２)に接続され、ラジエータ(８)の冷却水出口(５０)は冷水導出ホース(５４)を介して冷却水ポンプ(４０)のポンプ入口(５５)に接続されている。
図１(Ａ)のシリンダジャケット(９)は、シリンダブロック(１４)内に設けられ、シリンダジャケット(９)を通過するエンジン冷却水(６)でシリンダ(図示せず)やシリンダ内のピストン(図示せず)が冷却される。
シリンダヘッドジャケット(１０)は、シリンダヘッド(１５)内に設けられ、シリンダヘッドジャケット(１０)を通過するエンジン冷却水(６)で、シリンダヘッド(１５)が冷却される。
図１(Ａ)のオイル冷却装置(２４)は、エンジンオイル(２)を冷却する装置で、空冷式オイルクーラ(５)を備え、空冷式オイルクーラ(５)が前記オイル排出通路(４)に設けられ、過給機(１)の軸受部(１ａ)から排出されるエンジンオイル(２)が空冷式オイルクーラ(５)を通過する冷却空気(１１ａ)で冷却されるように構成されている。
これにより、過給機(１)の軸受部(１ａ)からオイル排出通路(４)に排出された高温のエンジンオイル(２)が空冷式オイルクーラ(５)内で、冷却空気(１１ａ)と高い温度差で熱交換され、エンジンオイル(２)の冷却効率が高く、エンジンオイル(２)の熱劣化が抑制される。
空冷式オイルクーラ(５)は真っ直ぐな筒状で、シリンダブロック(１４)の横側で、前方下り傾斜状に配置されている。
図１(Ｂ)に示すように、空冷式オイルクーラ(５)は、外筒(５ａ)と内筒(５ｂ)で構成され、内筒(５ｂ)内と、内筒(５ｂ)内と外筒(５ａ)の間のクーラジャケット(５ｃ)内のうち、内筒(５ｂ)内をエンジンオイル(２)が通過し、クーラジャケット(５ｃ)内を冷却空気(１１ａ)が通過するように構成されている。
これにより、外筒(５ａ)と内筒(５ｂ)の簡単な構造の空冷式オイルクーラ(５)で、エンジンオイル(２)が簡易に効率よく冷却される。
空冷式オイルクーラ(５)は、内筒(５ｂ)内を冷却空気(１１ａ)が通過し、クーラジャケット(５ｃ)内をエンジンオイル(２)が通過するように構成されていてもよい。
図１(Ａ)に示すように、エンジン冷却ファン(１１)を備え、前記冷却空気(１１ａ)として、エンジン冷却ファン(１１)で起こされるエンジン冷却風(１１ｂ)が用いられている。
これにより、既存のエンジン冷却ファン(１１)で起こされたエンジン冷却風(１１ｂ)でエンジンオイル(２)が冷却され、新たな冷却源の追加を必要としない。
図１(Ａ)に示すように、空冷式オイルクーラ(５)は、エンジン冷却ファン(１１)で起こされるエンジン冷却風(１１ｂ)の風路(１２)内に配置され、冷却風導入口(５ｅ)と冷却風排出口(５ｆ)を備え、冷却風導入口(５ｅ)は、前記風路(１２)の上流側に向けられ、冷却風排出口(５ｆ)は、前記風路(１２)の下流側に向けられている。
これにより、風路(１２)を流れるエンジン冷却風(１１ｂ)は、冷却風導入口(５ｅ)から空冷式オイルクーラ(５)内に押し込まれ、空冷式オイルクーラ(５)内のエンジン冷却風(１１ｂ)は、エゼクト作用で空冷式オイルクーラ(５)内から吸い出される。このため、空冷式オイルクーラ(５)内を通過するエンジン冷却風(１１ｂ)の速度が速く、エンジンオイル(２)の冷却効率が高い。
図７に示すように、エンジン冷却ファン(１１)で起こされるエンジン冷却風(１ｂ)は、フロントカバー(１７)とオルタネータ(５９)の隙間や、オルタネータ(５９)とオイルフィルタ(３７)の隙間を通過した後、 図５に示すように、シリンダブロック(１４)の横側を後ろ向きに通過し、シリンダブロック(１４)の横側に風路(１２)が形成される。
図１(Ａ)に示すように、冷却風導入口(５ｅ)は、前記風路(１２)の上流側に向けて拡開されている。
これにより、冷却風導入口(５ｅ)で集められエンジン冷却風(１１ｂ)が、空冷式オイルクーラ(５)内に押し込まれる。このため、空冷式オイルクーラ(５)内を通過するエンジン冷却風(１１ｂ)の速度が速く、エンジンオイル(２)の冷却効率が高い。
空冷式オイルクーラ(５)の外筒(５ａ)が金属製で、図１(Ａ)に示すように、その外周面が、風路(１２)内で、エンジン冷却風(１１ｂ)に晒されている。
これにより、高温のエンジンオイル(２)との熱交換で高温になったエンジン冷却風(１１ｂ)が、空冷式オイルクーラ(５)のクーラジャケット(５ｃ)を通過する過程で、外筒(５ａ)の外周面に沿って流れるエンジン冷却風(１１ｂ)で空冷され、エンジンオイル(２)の冷却効率が高い。
クーラジャケット(５ｃ)内をエンジンオイル(２)が通過するようにした場合には、高温のエンジンオイル(２)そのものが、空冷式オイルクーラ(５)のクーラジャケット(５ｃ)を通過する過程で、外筒(５ａ)の外周面に沿って流れるエンジン冷却風(１１ｂ)で空冷される。
オイル供給通路(３)は、金属製のオイル供給パイプ(３ａ)で構成され、図３(Ａ)，５に示すように、その外周面が風路(１２)内で、エンジン冷却風(１１ｂ)に晒されている。
これにより、過給機(１)の軸受部(１ａ)に導入直前のエンジンオイル(２)がエンジン冷却風(１１ｂ)で空冷され、過給機(１)の軸受部(１ａ)の冷却効率が高い。
オイル供給パイプ(３ａ)は、空冷式オイルクーラ(５)の外筒(５ａ)に沿い、空冷式オイルクーラ(５)にクランプ(６０)で固定されている。
図１(Ｂ)に示すように、空冷式オイルクーラ(５)の内筒(５ｂ)は、その中心軸線(５ｄ)と平行な向きに見て、周壁が内外に折り返された襞で構成されている。
これにより、熱交換の境界面となる内筒(５ｂ)の表面積が襞によって広がり、エンジンオイル(２)の冷却効率が高い。
空冷式オイルクーラ(５)の外筒(５ａ)と内筒(５ｂ)は、同心の二重筒で、内筒(５ｂ)はその周壁が周方向の所定角度毎の位置から中心軸線(５ｄ)に向けて内側に折り返されている。
本発明の実施形態の内容は上記の通りであるが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
例えば、この実施形態では、オイル冷却装置(２４)は、単一の空冷式オイルクーラ(５)を熱交換器としているが、オイルポンプ(３６)からオイルギャラリ(３８)に供給するエンジンオイル(２)を冷却する水冷式オイルクーラや他の空冷式オイルクーラを熱交換器として備えていてもよい。この場合、前記空冷式オイルクーラ(５)により他のオイルクーラの省力化とコンパクト化が図られ、他のオイルクーラをオイルフィルタ(３７)とフロントカバー(１７)の間に配置した場合、その薄型化でフロントカバー(１７)からのオイルフィルタ(３７)の突出量は小さくなる。
(１)…過給機、(１ａ)…軸受部、(２)…エンジンオイル、(３)…オイル供給通路、(３ａ)…オイル供給パイプ、(４)…オイル排出通路、(５)…空冷式オイルクーラ、(５ａ)…外筒、(５ｂ)…内筒、(５ｃ)…クーラジャケット、(５ｄ)…中心軸線、(５ｅ)…空気導入口、(５ｆ)…空気排出口、(１１)…エンジン冷却ファン、(１１ａ)…冷却空気、(１１ｂ)…エンジン冷却風、(１２)…風路。

Claims (8)

  1. 過給機(１)と、過給機(１)の軸受部(１ａ)にエンジンオイル(２)を供給するオイル供給通路(３)と、過給機(１)の軸受部(１ａ)からエンジンオイル(２)を排出するオイル排出通路(４)と、空冷式オイルクーラ(５)を備え、
    空冷式オイルクーラ(５)が前記オイル排出通路(４)に設けられ、過給機(１)の軸受部(１ａ)から排出されるエンジンオイル(２)が空冷式オイルクーラ(５)を通過する冷却空気(１１ａ)で冷却されるように構成されている、ことを特徴とする過給機付きエンジン。
  2. 請求項１に記載された過給機付きエンジンにおいて、
    空冷式オイルクーラ(５)は、外筒(５ａ)と内筒(５ｂ)で構成され、内筒(５ｂ)内と、内筒(５ｂ)と外筒(５ａ)の間のクーラジャケット(５ｃ)内のうち、いずれか一方をエンジンオイル(２)が通過し、他方を冷却空気(１１ａ)が通過するように構成されている、ことを特徴とする過給機付きエンジン。
  3. 請求項２に記載された過給機付きエンジンにおいて、
    エンジン冷却ファン(１１)を備え、前記冷却空気(１１ａ)として、エンジン冷却ファン(１１)で起こされるエンジン冷却風(１１ｂ)が用いられている、ことを特徴とする過給機付きエンジン。
  4. 請求項３に記載された過給機付きエンジンにおいて、
    空冷式オイルクーラ(５)は、エンジン冷却ファン(１１)で起こされるエンジン冷却風(１１ｂ)の風路(１２)内に配置され、冷却風導入口(５ｅ)と冷却風排出口(５ｆ)を備え、
    冷却風導入口(５ｅ)は、前記風路(１２)の上流側に向けられ、
    冷却風排出口(５ｆ)は、前記風路(１２)の下流側に向けられている、ことを特徴とする過給機付きエンジン。
  5. 請求項４に記載された過給機付きエンジンにおいて、
    冷却風導入口(５ｅ)は、前記風路(１２)の上流側に向けて拡開されている、ことを特徴とする過給機付きエンジン。
  6. 請求項３から請求項５のいずれかに記載された過給機付きエンジンにおいて、
    空冷式オイルクーラ(５)の外筒(５ａ)が金属製で、その外周面が、前記風路(１２)内で、エンジン冷却風(１１ｂ)に晒されている、ことを特徴とする過給機付きエンジン。
  7. 請求項３から請求項６のいずれかに記載された過給機付きエンジンにおいて、
    オイル供給通路(３)は、金属製のオイル供給パイプ(３ａ)で構成され、その外周面が前記風路(１２)内で、エンジン冷却風(１１ｂ)に晒されている、ことを特徴とする過給機付きエンジン。
  8. 請求項２から請求項７のいずれかに記載された過給機付きエンジンにおいて、
    空冷式オイルクーラ(５)の内筒(５ｂ)は、その中心軸線(５ｄ)と平行な向きに見て、周壁が内外に折り返された襞で構成されている、ことを特徴とする過給機付きエンジン。
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