JP2024073032A - 電子機器付エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】さらなる構造工夫により、ＥＣＵなどのエンジンに装着される電子機器の熱的負荷を無理なく軽減できるようにして、熱による悪影響が電子機器に及ばないようにすることが可能な電子機器付エンジンを提供する.。
【解決手段】エンジン用の電子機器２２がシリンダブロック２の吸気側に、熱伝導を促進可能な固定機構６を用いて取付けられ、固定機構６は、シリンダブロック２と電子機器２２とが面で接触する状態に構成されている電子機器付エンジン。固定機構６は、シリンダブロック２におけるシリンダ部２ｓに固定されるボルト７を用いて構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＥＣＵなどの電子機器が付属されたエンジン、即ち、電子機器付エンジンに関するものである。

近年の電子制御エンジンにおいては、エンジン制御用のＥＣＵ（エンジン用ＥＣＵであって、以下、単にＥＣＵと呼ぶ）は、配線の短縮化などの合理化の観点から、できるだけエンジン自体に設けられていると好都合である。例えば、特許文献１（図４を参照）において開示されるように、ＥＣＵ（１５）をシリンダブロック（２１）の横側に配置することが開示されている。

また、特許文献２においては、その図１～３において示されるように、ＥＣＵ（４０）はシリンダヘッド（３）の上に配置されている。

特開２０２２－１１７８６号公報 特開２００９－２０９６９９号公報

ＥＣＵは電子機器（電子部品）であって、本来は熱的に脆弱なものであることから、エンジンから離して別置きとするのが望ましいが、前述（合理化など）のように、エンジンに装着されているのが実情である。

そのため、ＥＣＵへの熱伝導を抑える構造としては、例えば、断熱材を介してシリンダブロックにボルト止めするなど、エンジン（エンジン本体）への取付部に工夫を施すことは行われている。しかしながら、ＥＣＵの耐熱温度には限界があるので、出力向上などによる熱的負荷の増大にも対応できるように、ＥＣＵの熱的環境を良くするには改善の余地が残されている。

本発明の目的は、さらなる構造工夫により、ＥＣＵなどのエンジンに装着される電子機器の熱的負荷を無理なく軽減できるようにして、熱による悪影響が電子機器に及ばないようにすることが可能な電子機器付エンジンを提供する点にある。

本発明は、電子機器付エンジンにおいて、エンジン用の電子機器がシリンダブロック又はシリンダヘッドの吸気側に、熱伝導を促進可能な固定機構を用いて取付けられていることを特徴とする。

この場合、前記固定機構は、前記シリンダブロック又はシリンダヘッドと前記電子機器とが面で接触する状態に構成されていると好都合である。また、前記固定機構は、シリンダブロックにおけるシリンダ部に固定されるボルトを用いて構成されているとさらに好都合である。

本発明に関して、上述した構成（手段）以外の特徴構成や手段ついては、請求項４～６を参照のこと。

本発明によれば、エンジンにおいては、常温の空気が供給される吸気側は、高温の排気ガスが流れる排気側に比べて比較的低温となるので、シリンダブロック又はシリンダヘッドの低温側となる吸気側にＥＣＵ等の電子機器を配置することにより、エンジンからの熱影響を最小限度にすることが可能になる。

そして、電子機器は、熱伝導を促進可能な固定機構で取付けられているので、電子機器において生じる熱を、固定機構を通してシリンダブロック又はシリンダヘッドに素早く逃がすことができる。電子機器から伝わって来た熱は、シリンダブロック又はシリンダヘッド内を流れる冷却水に吸熱され、迅速に排熱されるようになる。

さらに、一般的にシリンダブロックやシリンダヘッドの横側には冷却ファンによる冷却風が流れているので、冷却水による水冷作用に加えて冷却風による空冷作用も受けるようになり、シリンダブロックやシリンダヘッドの横に電子機器を配置しながらも熱的負荷を最小限度に抑えることが可能になる。

その結果、さらなる構造工夫により、ＥＣＵなどのエンジンに装着される電子機器の熱的負荷を無理なく軽減できるようにして、熱による悪影響が電子機器に及ばないようにすることが可能な電子機器付エンジンを提供することができる。

なお、シリンダブロック又はシリンダヘッドと電子機器とが面で接触する固定機構とすれば、電子機器の熱をより素早く逃がすことができて好都合である。さらに、シリンダ部に固定されるボルトを用いて固定機構を構成すれば、ボルトからも電子機器の熱を逃がすことができてより好都合である。

ＥＣＵの取付構造及びその周辺構造を示す要部の拡大側面図 （Ａ）シリンダ部を流れる冷却水とＥＣＵなどを示す要部の横断面図、（Ｂ）シリンダ部の凹入部を示す要部の縦断面図 ＥＣＵ及びその取付構造を示す要部の縦断面図（吹き出し図付） ＥＣＵへの導風構造を示すシリンダブロック要部の横断面図 ハーネス支持体を示し、（Ａ）は一部の周囲構造を含む平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図 エンジンの正面図 エンジンの右側面図 エンジンの平面図 エンジンの背面図

以下に、本発明による電子機器付エンジンの実施の形態を、農機、建機、発電機などの産業機器に適用されるコモンレール式の立形で直列３気筒ディーゼルエンジンの場合について、図面を参照しながら説明する。図６～図９及びその他の各図において、クランク軸１の架設方向で冷却ファン１６のある側を前、フライホイール１７のある側を後、吸気マニホルド１９のある側を右、排気マニホルド２０のある側を左とする。

図６～図９に示されるように、ディーゼルエンジンＥは、シリンダブロック２の上にシリンダヘッド１４が組付けられ、シリンダヘッド１４の上にヘッドカバー１５が組付けられ、シリンダブロック２の下にはオイルパン１８が組付けられている。シリンダブロック２は、上部のシリンダ部２ｓと下部のクランクケース部２ｈとを有している。

シリンダブロック２の前及びオイルパン１８の前部の上には調時伝動ケース１０が組み付けられ、調時伝動ケース１０の前に配置された冷却ファン（エンジン冷却ファン）１６のファンプーリ（符記省略）や、クランクケース部２ｈにおいて前後に延びるクランク軸１の駆動プーリ（符記省略）などに跨って伝動ベルト１１が巻き掛けられている。

シリンダヘッド１４の右側（横一方側）には吸気マニホルド１９が組付けられ、左側（横他方側）には排気マニホルド２０が組付けられている。３は、コモンレール式燃料噴射装置３ａでもある燃料噴射装置で、コモンレール３ｂと、コモンレール３ｂに蓄圧された液体燃料を各気筒に噴射する燃料インジェクタ３ｃとを備えている。４は燃料圧送ポンプであり、燃料サプライポンプ４ａでもある

図１～図３に示されるように、エンジンＥ用の電子機器２２であるエンジンＥＣＵ（以下、単にＥＣＵと呼ぶ）２２が、固定機構６を用いてシリンダブロック２の吸気側（右側）で、かつ、シリンダ部２ｓの右横側に配置されている。ＥＣＵ（ＥＣＵａｓｓｙでもある）２２は、シリンダブロック２の横側における吸気マニホルド１９の直下となる部分に取付けられている。

ＥＣＵ２２は、パワートランジスタなどの発熱電子体を有するＥＣＵ基板（ＥＣＵ電子基板）２２Ｂを収容するＥＣＵケース２２Ａや、カプラーなどの接続端子２２Ｃなどを備えて構成されている。接続端子２２Ｃは、ＥＣＵケース２２Ａから右側方に（左右方向で反シリンダブロック側に）突出する状態でＥＣＵケース２２Ａに設けられている。

ＥＣＵケース２２Ａは、側面視（図１を参照）で正方形に近い矩形を呈し、上下前後の各端部の計４箇所のＥＣＵ取付部２２ａが固定機構６によってシリンダ部２ｓに（シリンダ側壁に）、左右方向長さが小となるように縦向き姿勢で取付けられている〔図２（Ａ）を参照〕。シリンダ部２ｓとＥＣＵケース２２Ａとの左右間には、左右幅の狭い扁平な空間部２１が形成されている。なお、図１においては図示を省略するが、例えば、ＥＣＵ２２の接続端子２２Ｃにワイヤーハーネス２３が接続されている（図７を参照）。

図１、図３に示されるように、ＥＣＵ２２は、その前後上下の４箇所（複数箇所）の固定機構６により、ＥＣＵ取付部２２ａが、シリンダ部２ｓの右側壁に形成されたボス部２ｉに植設されているスタッドボルト７に、カラ―８を介してナット９で螺着されている。このＥＣＵ２２のシリンダ部２ｓへの取付構造は、ＥＣＵ２２とシリンダ部２ｓとの相対温度により、次のように構成されている。

即ち、通電されての使用状態にあるＥＣＵ２２はかなりの高温（約摂氏１００度）になり、本発明の対象となるエンジンのシリンダ部２ｓの吸気側の温度（摂氏７０～８０度）より高くなることが知見されている。つまり、エンジンの稼働状態においては、シリンダブロック２を用いてＥＣＵ２２を冷却することが可能な状態になっている。

故に、固定機構６は、熱伝導性に優れる材料〔アルミ合金、鋼（例：ＳＳ４００）など〕製のカラ―８を採用し、ボス部２ｉとＥＣＵ取付部２２ａとの間が効率良く熱伝導される構造としてある。さらに、例えば円筒状に形成されたカラ―８の外径を一般的なものより大きくし、かつ、ボス部２ｉの右端面及びＥＣＵ取付部２２ａとカラ―８とが面接触する状態に構成すれば、伝熱面積を大きくできるので好都合である。なお、カラ―８を介さず、ボス部２ｉとＥＣＵ取付部２２ａとが広い面積でもって直接接触する構成としてもよい。また、図３の噴き出し図に示されるように、スタッドボルト７とＥＣＵ取付部２２ａとの間の熱伝導性を改善させるべく、高伝導材製の充填材７Ａを設けても良い。

例えば、ボス部２ｉの材質は鋳鉄（例：ＦＣ２５０）で、ＥＣＵ取付部２２ａ（ＥＣＵケース２２Ａ）の材質はアルミ合金（例：ＡＤＣ１０や１２）であり、ボス部２ｉとカラ―８との接触面積（４箇所の合計）は１２０～１３０（例：１２６．４）平方ミリメートルで、カラ―８とＥＣＵ取付部２２ａとの接触面積（４箇所の合計）は１１０～１２０（例：１１２．４）平方ミリメートルに設定されている。

これにより（上述により）４箇所の固定機構６において広い面積でボス部２ｉとＥＣＵ取付部２２ａとが、カラ―８及びスタッドボルト７により熱伝導されるので、ＥＣＵ２２で発生する熱を素早くシリンダ部２ｓに逃がして、ＥＣＵ２２が必要以上に発熱することが抑制されるようになる。即ち、ＥＣＵ２２の取付構造を用いて、ＥＣＵ２２の熱をシリンダ部２ｓに効率良く伝え、ＥＣＵ２２を冷却させることが可能になっている。なお、カラ―８の装着により、空間部２１の左右幅は冷却風ｗが通り易いもの（＝所定の空間部２１）に設定されている（図３を参照）。

図２～図４に示されるように、シリンダ部２ｓのシリンダ筒（シリンダバレル）３２の右及び左のそれぞれに前後方向に延びる冷却水路３３，３４が形成され、これら右冷却水路３３と左冷却水路３４とは、各シリンダ筒３２の前後において左右に延びるように形成されているボア間水路３５〔図２（Ａ）参照〕により連結されている。

図２（Ａ）に示されるように、冷却水ｍは、主に左右の冷却水路３３，３４（図３を参照）を前から後に向けて流れることでシリンダ部２ｓの冷却を行うが、特に、右冷却水路３３を強く流れる冷却水ｍにより、シリンダ部２ｓの右側（吸気マニホルド側）がよく冷却されるようになっている。このシリンダ部２ｓの右側の強冷却作用により、シリンダ部２ｓの直ぐ右傍に配置されているＥＣＵ２２の冷却も可能となるように構成されている。

即ち、ＥＣＵ２２にて生じた熱は、４箇所の固定機構６を通って素早くシリンダ部２ｓに伝導され、その伝導されて来た熱は冷却水ｍによって排熱される水冷作用が生じるので、冷却水ｍでシリンダ部２ｓのみならずＥＣＵ２２も冷却できるようになる効果が得られる。なお、より水冷作用を高めるべく、固定機構６の数を増やしたり、ボス部２ｉとＥＣＵ取付部２２ａとの接触面積を増やすことは可能である。また、カラー８を省いて、ＥＣＵ２２とシリンダ部２ｓとを直接接触させる構成を採ることも可能である。

図１、図７に示されるように、ＥＣＵ２２の前部下方に、ワイヤーハーネス２３の支持部材であるハーネス支持体Ａが設けられている。ハーネス支持体Ａは、前後上下に拡がる面を有する支持板部１２と、左右上下に拡がる面を有して支持板部１２の前端に続く連結板部２４と、斜め前後及び上下に拡がる面を有して連結板部２４の前端に続く導風部１３とを備える板金部材である。

図１、図５に示されるように、ハーネス支持体Ａは、シリンダ部２ｓから右向きに突設された縦リブ部２ｊの後面に連結板部２４を複数カ所でボルト止めすることにより、シリンダ部２ｓに取付けられる板金部材である。取付片１２ａを有する支持板部１２は、ＥＣＵ２２の前部下部を左右方向に覆っており、その右面に取付片１２ａを用いてワイヤーハーネス２３が支持されている〔図５（Ｂ）参照〕。なお、２９は、ワイヤーハーネス２３を支持部材（結束バンドなどで図示省略）で止めるための溶接ナット、３１は抜き孔である。

平面視（図８を参照）でやや右の斜め前方に延びる導風部１３は、ＥＣＵ２２の上下中央部の前方に位置しており（図１を参照）、連結板部２４の上部と相まって、冷却ファン１６の冷却風ｗをＥＣＵ２２、ＥＣＵ２２とハーネス支持体Ａ（支持板部１２）との間の隙間部２８、及び空間部２１に案内する導風部材ｄに構成されている〔図５（Ａ）を参照〕。導風部材ｄは、冷却風ｗの流れ方向（前後方向視）で各凹入部１０Ａ，２ｋに対応する上下位置に設けられている（図６を参照）。連結板部２４により、ワイヤーハーネス２３の配策案内機能及び導風部材ｄによる導風機能が発揮される〔図５（Ａ），（Ｂ）を参照〕。

図１，３に示されるように、シリンダ部２ｓの右側前端部及び調時伝動ケース１０の右側上下中央部に、冷却ファン１６による冷却風ｗを後方へ導きやすくするためのシリンダの凹入部２ｋ及び伝動ケースの凹入部１０Ａが形成されている。つまり、シリンダブロック２の気筒配列方向（前後方向）での一端側（前側）に冷却ファン１６が設けられ、シリンダブロック２における冷却ファン１６とＥＣＵ２２との間の部分に、冷却ファン１６による冷却風ｗがＥＣＵ２２に及ぶことを促進可能な凹入部２ｋ、１０Ａが形成されている。

図６に示されるように、伝動ケースの凹入部１０Ａは、調時伝動ケース１０におけるカム軸入力ギヤ（図示省略）を収容するカム軸入力ギヤ収容室１０ｂの右横で、オイル注入部１０ａと臨時回転軸入力ギヤ収容室１０ｃとの上下間の部位で、かつ、上下に隣合うボルト止め部１０ｄ、１０ｅの上下間にて左に凹む箇所である。臨時回転軸入力ギヤ収容室１０ｃは、臨時回転軸（図示省略）と一体回転するものであってカム軸入力ギヤと咬合する臨時回転軸入力ギヤ（図示省略）を収容する部分である。なお、図示は省略するが、臨時回転軸とは、ＰＴＯ軸やガバナ軸、バランサ軸などである。

シリンダの凹入部２ｋは、シリンダ部２ｓにおける燃料圧送ポンプ４を収容するポンプ装着箇所２５と、臨時回転軸などを収容する箇所である嵌入部品収容部２６との上下間において、カム軸収容室２７に干渉しない範囲で左に大きく凹む箇所である〔図２（Ｂ）を参照〕。図４に示されるように、シリンダの凹入部２ｋにおける最も左に引っ込んだ凹み表面３６は、ほぼ凹入部２ｋの全長（前後長）に匹敵する長さに設定されているが、図５（Ａ）に示されるように、傾斜面であっても良い。

冷却ファン１６の回転により、エンジンの周囲、特にシリンダブロック２やシリンダヘッド１４の左右では、これらシリンダブロック２やシリンダヘッド１４の左右側壁（符記省略）に沿って前から後に向かって冷却風ｗが流れている。故に、シリンダ部２ｓの右側面に配置されているＥＣＵ２２にも冷却風ｗが流れて空冷作用を受けているが、より空冷作用が強化される工夫（凹入部２ｋ，１０Ａや導風部材ｄ）が採用されている。

従って、冷却ファン１６による冷却風ｗのうち、伝動ケースの凹入部１０Ａ及びシリンダの凹入部２ｋを通る冷却風ｗは、導風部１３による案内作用により、導風部材ｄとシリンダの凹入部２ｋとの左右間の導風空間部３０に導かれる。導風空間部３０を通ることで後方左方に冷却風ｗの風向きが案内され、一部はＥＣＵ２２の右の隙間部２８に入って後方に流れるとともに、一部はＥＣＵ２２の左の空間部２１に入って後方に流れるようになる。なお、図５（Ａ）は、各凹入部２ｋ，１０Ａ及び導風部材ｄとにより、ＥＣＵ２２を冷却風ｗで風冷（空冷）させる概念図を含んでいる。

このように、調時伝動ケース１０及びシリンダ部２ｓそれぞれに凹入部１０Ａ，２ｋを形成し、かつ、ワイヤーハーネス２３を支持するための部材であるハーネス支持体Ａの形状工夫により、調時伝動ケース１０に比べて左に凹んでいるシリンダ部２ｓの右傍にＥＣＵ２２を配置しながらも、冷却風ｗをＥＣＵ２２の周囲に集めて流すことができている。その結果、シリンダ部２ｓの右横にＥＣＵ２２を設けて、エンジンＥとして右方に嵩張らないようにしながら、冷却風ｗで効率よくＥＣＵ２２を冷却させることができる。

図４や図５（Ａ）に示されるように、導風部１３の前後方向に対する傾き角度は１０度（５～１５度）で描いてあるが、それに限られない。また、シリンダの凹入部２ｋは、前後に平行な長い凹み表面３６を有する構造（図４参照）でも、後に行くに従って左に直線的に寄る傾斜面状の凹入部２ｋ〔図５（Ａ）参照〕でも良く、さらに、凹面状や凸面状で左に寄るものであってもよい。

従来、ＥＣＵは耐熱温度に限界があるとともに、エンジンケースＣ（シリンダブロック２やシリンダヘッド１４など）に設けるに当たっては取付部のみで冷却するしかなかったので、耐熱性に不安を抱えながらエンジンケースＣに設けるか、或いは、配線の複雑化や長大化を受け入れてエンジンとは別置きするかのどちらかであった。
それに対して、本発明においては、シリンダ部２ｓ（又はシリンダヘッド１４）の吸気側側面に、熱伝導を促進可能な固定機構６を用いて取付けてあり、固定機構６は、シリンダブロック２又はシリンダヘッド１４に固定されるボルト７を用いて、ＥＣＵ２２と面で接触する状態に構成されたものである。

このような構造工夫により、次の（１）～（６）の作用効果を得ることができる。
（１）ＥＣＵ２２を、冷却風ｗによる空冷作用に加えて、冷却水ｍによる水冷作用によっても冷却することができる
（２）ＥＣＵ２２を含めたエンジンの、正確にはシリンダ部２ｓのコンパクト化が図れる
（３）従来のＥＣＵの別置きスペースが不要になる
（４）ＥＣＵ２２をエンジン自体に配置できたので、配線の短縮化や簡素化ができる
（５）シリンダ部２ｓの横に配置のＥＣＵ２２が遮音壁になり、騒音低減効果が得られる
（６）シリンダ部２ｓを冷すための冷却水ｍでＥＣＵ２２も冷却可能になるという合理化構成が実現できている

〔別実施形態〕
ＥＣＵなどの電子機器２２を、シリンダブロック２における吸気マニホルド１９の直下よりもやや下に設けてもよい。エンジン用の電子機器２２としては、ＥＣＵのほか、燃料噴射インジェクタ、マイコン付イグニッションコイル、各種センサ類などが考えられる。

２ シリンダブロック
２ｉ ボス部
２ｓ シリンダ部
６ 固定機構
７ ボルト（スタッドボルト）
８ カラー
１４ シリンダヘッド
１６ 冷却ファン
２１ 空間部
２２ エンジン用の電子機器（ＥＣＵ）
２２ａ 取付部
ｄ 導風部材
ｗ 冷却風

Claims (6)

1. エンジン用の電子機器がシリンダブロック又はシリンダヘッドの吸気側に、熱伝導を促進可能な固定機構を用いて取付けられている電子機器付エンジン。
2. 前記固定機構は、前記シリンダブロック又はシリンダヘッドと前記電子機器とが面で接触する状態に構成されている請求項１に記載の電子機器付エンジン。
3. 前記固定機構は、シリンダブロックにおけるシリンダ部に固定されるボルトを用いて構成されている請求項１に記載の電子機器付エンジン。
4. 前記ボルトは、前記シリンダ部のボス部に植設されるスタッドボルトであり、前記シリンダ部と前記電子機器との間に所定の空間部が形成されるように、前記電子機器におけるスタッドボルトが通される取付部と前記ボス部との間にカラ―が設けられている請求項３に記載の電子機器付エンジン。
5. 前記シリンダブロックの気筒配列方向での一端側に冷却ファンが設けられるとともに、前記冷却ファンによる冷却風を前記電子機器に案内する導風部材が設けられている請求項４に記載の電子機器付エンジン。
6. 前記電子機器は、エンジン制御用のＥＣＵである請求項１～５の何れか一項に記載の電子機器付エンジン。

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