JP2023153994A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンにおけるＥＧＲクーラの取り付けに適した技術を提供する。【解決手段】例示的なエンジンは、排気マニホールドにＥＧＲクーラが接続され、前記ＥＧＲクーラは、後方視で、フライホイル前方に配置されるカバー部材とオーバーラップしている。【選択図】図２

Description

本発明は、ＥＧＲ装置を備えるエンジンに関する。

排気の一部を吸気に還流させるＥＧＲ装置を備えるエンジンが知られている。ＥＧＲ装置は、燃焼後の酸素濃度の低い排気（ＥＧＲガス）を吸気に還流させることで燃焼温度を低下させ、この燃焼温度の低下により窒素酸化物の発生を抑制する。一般的には、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラによって冷却された後、吸気に還流される。

下記特許文献１には、シリンダブロックの側面にＥＧＲクーラを備え、ＥＧＲクーラのＥＧＲガス入口側のフランジが排気マニホールドにて支持され、ＥＧＲクーラのＥＧＲガス出口側のフランジが排気マニホールドとは別部材の排気連絡管にて支持される構造が開示されている。また、下記特許文献２には、ＥＧＲクーラを２本のバンドで排気マニホールドの外側面に固定する構造が開示されている。

特許第６０６７０９２号公報 特許第３６３３８２４号公報

本発明は、エンジンにおけるＥＧＲクーラの取り付けに適した技術を提供することを目的とする。

本発明のエンジンは、排気マニホールドにＥＧＲクーラが接続され、前記ＥＧＲクーラは、後方視で、フライホイル前方に配置されるカバー部材とオーバーラップしているものである。

本発明において、前記ＥＧＲクーラの端部には、ＥＧＲガスが供給される供給口が設けられ、前記排気マニホールドに前記供給口が接続されるものでもよい。

本発明において、前記供給口は、前記ＥＧＲクーラにおける前記排気マニホールド側となる上端部に設けられるものでもよい。

本発明において、前記排気マニホールドに設けられた接続部に前記ＥＧＲクーラが接続され、前記接続部は、前記排気マニホールドからのＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラへ供給するための開口を備えるものでもよい。

本発明において、前記ＥＧＲクーラは、過給機と前記カバー部材との間に位置するものでもよい。

本実施形態に係るエンジンの斜視図である。 本実施形態に係るエンジンの斜視図である。 排気マニホールド及びＥＧＲクーラの分解斜視図である。 排気マニホールドの上面図、正面図、及び背面図である。 ＥＧＲクーラを模式的に示す断面図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
初めに、図１及び図２を参照しながら、エンジン１の概略構造について説明する。なお、以下の説明では、クランク軸２と平行な両側部を左右、冷却ファン８の配置側を前側、フライホイルハウジング９の配置側を後側と、排気マニホールド６の配置側を左側、吸気マニホールド５の配置側を右側と、ヘッドカバー７の配置側を上側、オイルパン１１の配置側を下側と称して、これらを便宜的に、エンジン１における四方及び上下の位置関係の基準としている。

農業機械や建設・土木機械といった作業機械に搭載される原動機としてのエンジン１は、エンジン出力軸であるクランク軸２とピストン（不図示）とを内蔵したシリンダブロック３を備えている。シリンダブロック３上にはシリンダヘッド４が搭載されている。シリンダヘッド４の右側面に吸気マニホールド５が配置され、シリンダヘッド４の左側面に排気マニホールド６が配置されている。シリンダヘッド４の上面側はヘッドカバー７にて覆われている。シリンダブロック３の前後両側面から、クランク軸２の前後両端側を突出させている。エンジン１の前面側に冷却ファン８が設けられている。クランク軸２の前端側から冷却ファン用Ｖベルトを介して冷却ファン８に回転動力が伝達される。

エンジン１の後面側にフライホイルハウジング９が設けられている。フライホイルハウジング９内に、フライホイル１０がクランク軸２の後端側に軸支された状態で収容されている。エンジン１の回転動力は、クランク軸２からフライホイル１０を介して作業機械の作動部に伝達される。シリンダブロック３の下面には、エンジンオイルを貯留するオイルパン１１が配置されている。オイルパン１１内のエンジンオイルは、シリンダブロック３内のオイルポンプ（不図示）を介してエンジン１の各潤滑部に供給され、その後、オイルパン１１に戻る。

シリンダブロック３の右側面における吸気マニホールド５の下方には燃料供給ポンプ１３が設けられている。また、エンジン１には、電磁開閉制御型の燃料噴射バルブを有する四気筒分のインジェクタ１４を備えている。各インジェクタ１４の燃料噴射バルブを開閉制御することによって、コモンレール内の高圧の燃料が各インジェクタ１４からエンジン１の各気筒に噴射される。

シリンダブロック３の前面側には、冷却水供給用の冷却水ポンプ１５が配置されている。クランク軸２の回転動力によって、冷却ファン用Ｖベルトを介して、冷却ファン８と共に冷却水ポンプ１５が駆動される。作業機械に搭載されるラジエータ（不図示）内の冷却水は、冷却水ポンプ１５の駆動によって、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４に供給され、エンジン１を冷却する。エンジン１の冷却に寄与した冷却水はラジエータに戻される。なお、冷却水ポンプ１５の上方にオルタネータ１６が配置されている。

吸気マニホールド５には、吸気スロットル部材１７が連結されている。エアクリーナ（不図示）に吸い込まれた新気（外部空気）は、エアクリーナで除塵及び浄化された後、吸気スロットル部材１７を介して吸気マニホールド５に送られ、エンジン１の各気筒に供給される。

吸気マニホールド５の上部には、ＥＧＲ装置１８が配置されている。ＥＧＲ装置１８は、エンジン１の排気ガスの一部（排気マニホールド６からのＥＧＲガス）を吸気マニホールド５に供給する装置であり、排気マニホールド６にＥＧＲクーラ２０を介して接続するＥＧＲ配管２１と、ＥＧＲ配管２１に吸気マニホールド５を連通させるＥＧＲバルブケース１９とを備えている。

ＥＧＲバルブケース１９の下向きの開口端部が、吸気マニホールド５から上向きに突出する入口部にボルトで締結されている。また、ＥＧＲバルブケース１９の右向きの開口端部が、ＥＧＲ配管２１の出口側に連結されている。ＥＧＲバルブケース１９内に収容されているＥＧＲバルブ部材（不図示）の開度を調節することによって、ＥＧＲ配管２１から吸気マニホールド５へのＥＧＲガスの供給量が調節される。ＥＧＲバルブ部材は、ＥＧＲバルブケース１９に取り付けられたアクチュエータ２２によって駆動される。

エアクリーナから吸気スロットル部材１７を介して吸気マニホールド５に供給される新気と、排気マニホールド６からＥＧＲバルブケース１９を介して吸気マニホールド５に供給されるＥＧＲガス（排気マニホールド６から排出される排気ガスの一部）とが、吸気マニホールド５内で混合される。このように、排気マニホールド６から排出された排気ガスの一部を吸気マニホールド５経由でエンジン１に還流させることによって、燃焼温度を低下させ、エンジン１からの窒素酸化物（ＮＯ_X）の排出量を低減している。

ＥＧＲ配管２１は、ＥＧＲクーラ２０とＥＧＲバルブケース１９とに接続される。ＥＧＲ配管２１は、シリンダヘッド４の右側に配置された第１ＥＧＲ配管２１ａと、シリンダヘッド４の後端部に形成された第２ＥＧＲ配管２１ｂと、シリンダヘッド４の左側に配置された第３ＥＧＲ配管２１ｃとを備えている。

第１ＥＧＲ配管２１ａは、全体としてＬ字状のパイプである。第１ＥＧＲ配管２１ａは、入口側が第２ＥＧＲ配管２１ｂの出口側に連結され、出口側がＥＧＲバルブケース１９に連結されている。

第２ＥＧＲ配管２１ｂは、図２に示すようにシリンダヘッド４の後端部に左右方向に貫通するように形成されている。すなわち、第２ＥＧＲ配管２１ｂとシリンダヘッド４は、一体化されている。第２ＥＧＲ配管２１ｂは、入口側が第３ＥＧＲ配管２１ｃの出口側に連結され、出口側が第１ＥＧＲ配管２１ａの入口側に連結されている。

第３ＥＧＲ配管２１ｃは、排気マニホールド６の内部に形成されている。すなわち、第３ＥＧＲ配管２１ｃと排気マニホールド６は、一体化されている。第３ＥＧＲ配管２１ｃ及び第２ＥＧＲ配管２１ｂを排気マニホールド６及びシリンダヘッド４と一体化することで、省スペース化に繋がり、さらに外部の衝撃を受けにくくなる。

図３は、排気マニホールド６及びＥＧＲクーラ２０の分解斜視図である。図４は、排気マニホールド６の上面図、正面図、及び底面図である。排気マニホールド６は、各気筒の排気ポートからの排気ガスを１つに集合させて排気管へ排出する集合部６１と、集合部６１の後端から下向きに突出する取付部６２と、取付部６２から後方に延びるＥＧＲ配管部６３とを備えている。上記の第３ＥＧＲ配管２１ｃは、ＥＧＲ配管部６３に形成されている。

排気マニホールド６の取付部６２は、排気マニホールド６からのＥＧＲガスをＥＧＲクーラ２０へ供給するための第１の開口６２ａと、ＥＧＲクーラ２０からのＥＧＲガスを第３ＥＧＲ配管２１ｃへ供給するための第２の開口６２ｂとを備えている。第１の開口６２ａと第２の開口６２ｂは、前後方向に並べて配置されている。取付部６２の内部には、集合部６１を第１の開口６２ａに連通させるＥＧＲガス取出し流路６２ｃが形成されている。

ＥＧＲクーラ２０は、上下方向に延びる略四角柱状をしている。ＥＧＲクーラ２０は、排気マニホールド６に設けられた下向きに突出する取付部６２に取り付けられている。ＥＧＲクーラ２０の上端は、取付部６２にボルト締結されている。本実施形態では、シリンダ（不図示）の軸線方向と平行（縦置き）となるように、排気マニホールド６に片持ち支持されている。

ＥＧＲクーラ２０の上端には、排気マニホールド６からＥＧＲガスが供給される供給口２０ａと、ＥＧＲガスが第３ＥＧＲ配管２１ｃへ排出される排出口２０ｂとを備えている。供給口２０ａと排出口２０ｂは、前後方向に並べて配置されており、供給口２０ａは、排気マニホールド６の第１の開口６２ａに連結され、排出口２０ｂは、排気マニホールド６の第２の開口６２ｂに連結されている。また、ＥＧＲクーラ２０の内部には、供給口２０ａと排出口２０ｂとに接続されるＵ字状の経路が形成されている。ＥＧＲガスは、供給口２０ａから下方に進んだ後にＵターンし、上方に進んで排出口２０ｂへ向かう。これにより、供給口２０ａからＥＧＲクーラ２０に供給されたＥＧＲガスは、Ｕ字状の経路を経て排出口２０ｂから排出される。

以上からわかるように、ＥＧＲクーラが排気マニホールドに対して１か所のみで支持されているため、熱伸びによるＥＧＲクーラのフランジに加わる応力を抑制することができる。また、別途複数のバンド等を用いてＥＧＲクーラを支持する必要がないため、部品点数を削減できる。

また、ＥＧＲクーラ２０は、図２に示すように、後方視でギアケースカバー２３とオーバーラップしている。ギアケースカバー２３は、フライホイルハウジング９と対向して設けられ、フライホイルハウジング９とともにカムギア（不図示）を前後から覆っている。ギアケースカバー２３とフライホイルハウジング９とでカムギアを覆うことで、遮音してギアノイズを低減することができる。ＥＧＲクーラ２０は、ギアケースカバー２３とオーバーラップしていることで、外部の（特に後方からの）衝撃から保護される。

図５は、ＥＧＲクーラ２０の断面図を模式的に示したものであり、（ａ）は切り替えバルブ２０１を閉じた状態を示し、（ｂ）は切り替えバルブ２０１を開いた状態を示している。図中の矢印は、ＥＧＲガスの流れを示している。

ＥＧＲクーラ２０は、ＥＧＲガスを冷却する冷却部２０ｃと、冷却部２０ｃへのＥＧＲガスの流入を制御する切り替えバルブ２０１とを備えている。冷却部２０ｃは、ＥＧＲクーラ２０の下部に設けられており、冷却水ポンプ１５の駆動によって周囲に冷却水が供給され、冷却部２０ｃを通過するＥＧＲガスを冷却することができる。

切り替えバルブ２０１は、排気マニホールド６からのＥＧＲガスの温度が所定温度以下の場合、図５（ａ）のように冷却部２０ｃへの流路を閉じて、冷却部２０ｃへのＥＧＲガスの流入を阻止する。これにより、ＥＧＲガスが低温時には、冷却部２０ｃへＥＧＲガスが供給されないため、早期暖機を可能とすることができる。一方、排気マニホールド６からのＥＧＲガスの温度が所定温度よりも高い場合、切り替えバルブ２０１は、図５（ｂ）のように冷却部２０ｃへの流路を開いて、冷却部２０ｃへのＥＧＲガスの流入を許可する。これにより、ＥＧＲガスが高温時には、冷却部２０ｃへＥＧＲガスを供給することでＥＧＲガスの温度を適切に制御することができる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ エンジン
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
５ 吸気マニホールド
６ 排気マニホールド
１８ ＥＧＲ装置
２０ ＥＧＲクーラ
２０ｃ 冷却部
２１ ＥＧＲ配管
６２ 取付部
２０１ 切り替えバルブ

Claims (5)

1. 排気マニホールドにＥＧＲクーラが接続され、
   前記ＥＧＲクーラは、後方視で、フライホイル前方に配置されるカバー部材とオーバーラップしている、エンジン。
2. 前記ＥＧＲクーラの端部には、ＥＧＲガスが供給される供給口が設けられ、
   前記排気マニホールドに前記供給口が接続される、請求項１に記載のエンジン。
3. 前記供給口は、前記ＥＧＲクーラにおける前記排気マニホールド側となる上端部に設けられる、請求項２に記載のエンジン。
4. 前記排気マニホールドに設けられた接続部に前記ＥＧＲクーラが接続され、
   前記接続部は、前記排気マニホールドからのＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラへ供給するための開口を備える、請求項１に記載のエンジン。
5. 前記ＥＧＲクーラは、過給機と前記カバー部材の間に位置する、請求項１に記載のエンジン。