JP5785767B2 - エンジン - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンに関する。
従来より、トラクタ等の作業車両に搭載されるエンジンとして、シリンダブロック及びシリンダヘッドに冷却水を圧送する冷却水ポンプを備えるものが公知となっている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のエンジン(エンジン装置)において、シリンダブロックの一側面には、冷却水ポンプが冷却ファンのファン軸(ポンプ軸)と同軸上に設けられる。これにより、ポンプ軸が回転すると冷却水ポンプによってシリンダブロック及びシリンダヘッドに冷却水が圧送されると共に、冷却ファンが回転する。
特開2011−17256号公報
しかしながら、特許文献1に記載のエンジンは、冷却ファンが設けられるポンプ軸の位置が低いため、作業車両の機体フレームの構造によっては、冷却ファンが機体フレームに当たり、当該作業車両にエンジンを搭載することができない、という問題があった。
本発明は、以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、作業車両への搭載性を向上させることができるエンジンを提供することを目的とする。
本発明の解決しようとする課題は以上のとおりであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
請求項1においては、クランク軸と、前記クランク軸を回転可能に軸支するシリンダブロックと、前記シリンダブロックの上面に設けられるシリンダヘッドと、ポンプ軸を有し、前記ポンプ軸が回転して前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドに冷却水を圧送する冷却水ポンプと、前記ポンプ軸に設けられる冷却ファンと、前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドを冷却する冷却水の温度を調節するサーモスタットと、を備えるエンジンにおいて、前記サーモスタットを収容し、前記シリンダヘッドの前記クランク軸方向一側面に設けられるサーモスタットケースを備え、前記冷却水ポンプは、前記ポンプ軸を回転可能に軸支するポンプケースを有し、前記ポンプケースは、前記クランク軸方向に前記サーモスタットケースと重ねて配置され、前記サーモスタットケースは、前記シリンダヘッドの前記クランク軸方向一側面に取り付けられる取付部を有し、前記取付部の前記クランク軸方向一側面には、前記ポンプケースが取り付けられる取付面が形成されるものである。
請求項2においては、前記サーモスタットケースは、前記サーモスタットを収容する収容部を有し、前記取付面は、前記収容部の下方にて鉛直方向に形成されるものである。
請求項3においては、前記取付面は、前記サーモスタットケースの前記クランク軸方向の長さの中心よりも、前記シリンダヘッド寄りに配置されるものである。
請求項4においては、前記サーモスタットケースは、前記収容部と前記取付部とが一体的に形成されるものである。
請求項5においては、前記ポンプケースは、前記取付面に複数のボルトで固定され、前記複数のボルトのうち少なくとも一部のボルトは、前記ポンプケースと前記サーモスタットケースとを共締めして前記シリンダヘッドに固定するものである。
請求項6においては、前記収容部から前記ポンプケースに冷却水を戻すバイパス通路を備え、前記ポンプケースは、前記バイパス通路が接続されるバイパス戻し部を有し、前記バイパス戻し部は、前記ポンプ軸よりも上方に配置されるものである。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
請求項1においては、ポンプケースがサーモスタットケースと重ねて配置されることにより、冷却ファンが設けられるポンプ軸の位置が高くなる。これにより、冷却ファンが作業車両の機体フレームに当たらないため、作業車両への搭載性を向上させることができる。
また、サーモスタットケースをポンプケースの取付部材として利用することにより、サーモスタットケースを介してポンプケースをシリンダヘッドに容易に取り付けることができる。
請求項2においては、収容部下方の空間を利用することにより、ポンプケースがコンパクトに配置される。これにより、エンジン全体がコンパクトにまとまって、作業車両への搭載性をさらに向上させることができる。
請求項3においては、ポンプケースがシリンダヘッドに近接することにより、エンジンの全長(クランク軸方向の長さ)が短くなる。これにより、エンジン全体がコンパクトにまとまって、作業車両への搭載性をさらに向上させることができる。
請求項4においては、部品点数の削減により、コスト低減及び生産性の向上を図ることができる。
請求項5においては、部品点数の削減により、コスト低減及び生産性の向上を図ることができる。
請求項6においては、バイパス戻し部が収容部に近接することにより、バイパス通路の長さが短くなって、コスト低減及び生産性の向上を図ることができる。
本発明の一実施形態に係るエンジンを示す正面図。 本発明の一実施形態に係るエンジンを示す背面図。 本発明の一実施形態に係るエンジンを示す左側面図。 本発明の一実施形態に係るエンジンを示す右側面図。 本発明の一実施形態に係るエンジンを示す平面図。 サーモスタットケース及び冷却水ポンプを示す正面図。 サーモスタットケース及び冷却水ポンプを示す分解斜視図。 サーモスタットケース及び冷却水ポンプを示す側面図。 サーモスタットケース、冷却水ポンプ及びオイルクーラを示す斜視図。 本発明の一実施形態に係るエンジンが搭載されるトラクタの機体フレームを示す側面図。 機体フレーム前部を示す側面図。 変形例に係るサーモスタットケース及び冷却水ポンプを示す正面図。
以下、本発明を実施するための形態について図面に基づき説明する。
先ず、本発明の一実施形態に係るエンジン1の全体構成について、図1から図5により説明する。なお、以下の説明では、エンジン1のクランク軸3方向を前後方向として、図1の矢印Uで示す方向を「上方」、矢印Lで示す方向を「左方」、図3の矢印Fで示す方向を「前方」という。
図1から図5に示すように、エンジン1において、エンジン主体部2は、クランク軸3、シリンダブロック4、シリンダヘッド5、及びオイルパン6等で構成される。
このうちシリンダブロック4内には、クランク軸3が前後方向に架設されると共に、図示しないシリンダが形成される。クランク軸3は、シリンダブロック4に回転可能に軸支されると共に、前記シリンダ内を往復動する図示しないピストンと図示しないコネクティングロッドを介して連接される。これにより、前記ピストンの往復運動が前記コネクティングロッドを介してクランク軸3の回転運動に変換される。
そして、クランク軸3の前端部は、シリンダブロック4の前面から、クランク軸3の後端部は、シリンダブロック4の後面から、それぞれ突出する。このうちクランク軸3の前端部には、前方から順に第一プーリ9及び第二プーリ10が設けられる。また、クランク軸3の後端部には、エンジン側フライホイールハウジング7で覆われるフライホイール8が設けられる。
また、シリンダブロック4の右側面には、潤滑油を冷却するオイルクーラ11、及びコモンレール12を介して前記シリンダ内に燃料を圧送するサプライポンプ13が設けられる。また、シリンダブロック4の上面には、シリンダヘッド5が、シリンダブロック4の下面には、潤滑油が貯溜されるオイルパン6が、それぞれ設けられる。シリンダヘッド5の左側面には、発電するオルタネータ16が設けられる。オルタネータ16は、オルタネータ用プーリ17が設けられるオルタネータ軸18を有する。
また、シリンダヘッド5内には、シリンダヘッド5の右側面にて開口する図示しない吸気ポート、及びシリンダヘッド5の左側面にて開口する図示しない排気ポートが形成される。このうちシリンダヘッド5の右側面には、前記吸気ポートを介して前記シリンダと連通される吸気マニホールド19が設けられる。吸気マニホールド19には、吸入空気を圧縮する過給機20と図示しない吸気管を介して接続される吸気入口191が設けられる。また、シリンダヘッド5の左側面には、前記排気ポートを介して前記シリンダと連通される排気マニホールド21が設けられる。排気マニホールド21には、上方に延びる排気通路22が一体的に形成される。排気通路22の上端部には、排気ガスを浄化するDPF等を有する排気ガス浄化装置23が、過給機20を介して接続される。また、吸気マニホールド19と排気マニホールド21と間には、排気ガスの一部を還流させるEGR装置24が介設される。
これにより、エンジン1外部からの吸入空気は、過給機20で圧縮された後、前記吸気管、吸気マニホールド19の順に流れて、前記シリンダに送られる。また、前記シリンダ内の排気ガスは、排気マニホールド21、排気通路22、過給機20の順に流れて、排気ガス浄化装置23に送られた後、排気ガス浄化装置23で浄化されて、エンジン1外部に排出される。また、排気マニホールド21内の排気ガスの一部は、EGR装置24で吸気マニホールド19に還流される。
また、エンジン1の前側には、シリンダブロック4やシリンダヘッド5等のエンジン主体部2に冷却水を圧送する冷却水ポンプ25が設けられる。冷却水ポンプ25の上方には、エンジン主体部2を冷却する冷却水の温度を調節するサーモスタット26が設けられる。サーモスタット26は、サーモスタットケース27に収容されると共に、図示しない弁を有し、冷却水の温度が設定温度よりも低い場合は前記弁が閉じ、冷却水の温度が設定温度以上の場合は前記弁が開くように構成される。
冷却水ポンプ25は、冷却水ポンプ用プーリ28が設けられるポンプ軸としての冷却水ポンプ軸29、及び冷却水ポンプ軸29を回転可能に軸支するポンプケース30を有する。冷却水ポンプ軸29には、図示しないラジエータに冷却風を送風する冷却ファン31が設けられる。冷却水ポンプ25は、冷却水ポンプ軸29に設けられる図示しない羽根車(インペラ)をポンプケース30内に有し、冷却水ポンプ軸29が回転して前記羽根車によって冷却水が圧送されるように構成される。
ここで、第一プーリ9及び冷却水ポンプ用プーリ28には、第一ベルト32が、第二プーリ10及びオルタネータ用プーリ17には、第二ベルト33が、それぞれ巻かれる。これにより、クランク軸3の動力が、第一プーリ9、第一ベルト32、冷却水ポンプ用プーリ28を経て、冷却水ポンプ軸29に伝達されることにより、冷却水ポンプ軸29が回転して冷却水ポンプ25が駆動されると共に、冷却ファン31が回転する。また、クランク軸3の動力が、第二プーリ10、第二ベルト33、オルタネータ用プーリ17を経て、オルタネータ軸18に伝達されることにより、オルタネータ軸18が回転してオルタネータ16が駆動される。
次に、サーモスタットケース27及び冷却水ポンプ25について、図6から図9により説明する。なお、図6における黒塗り矢印は、冷却水の流れを示す。
サーモスタットケース27は、収容部271及び取付部272等で構成されると共に、収容部271と取付部272とが一体的に形成される。
このうち収容部271には、サーモスタット26が収容される。収容部271の上面には、サーモスタット26が突出する開口部271A(図7参照)が形成されると共に、開口部271Aから突出するサーモスタット26を覆うカバー34が取り付けられる。カバー34には、図示しない冷却水管を介して前記ラジエータの冷却水入口部と接続される冷却水出口341が設けられる。また、収容部271の下部(底部)には、バイパス管35の一端部が接続されるバイパス取出部271Bが設けられる。バイパス取出部271Bは、収容部271下部(底部)の右側に配置される。なお、収容部271には、エンジン主体部2を冷却した後の冷却水が戻される図示しない冷却水戻し部が設けられる。
また、取付部272は、収容部271の後部から下方に延設される。取付部272の後面は、シリンダヘッド5の前面に取り付けられる。取付部272の前面には、ポンプケース30が取り付けられる取付面272Aが形成される。
取付面272Aは、収容部271の下方にて鉛直方向(上下方向)に形成される。ここで、サーモスタットケース27のクランク軸3方向(前後方向)の長さをL、長さLの中心をCとすると、取付面272Aは、中心Cよりもシリンダヘッド5寄り(後方寄り)に配置される(図8参照)。
また、冷却水ポンプ25において、冷却水ポンプ軸29は、その前端部がポンプケース30の前面から前方に突出する。冷却水ポンプ軸29の前端部には、プーリシート36が設けられる。プーリシート36には、冷却水ポンプ用プーリ28及び冷却ファン31が取り付けられる(図3及び図4参照)。
また、ポンプケース30には、冷却水入口部301、冷却水出口部302及びバイパス戻し部303が設けられる。このうち冷却水入口部301は、図示しない冷却水管を介して前記ラジエータの冷却水出口部と接続される。また、冷却水出口部302は、オイルクーラ11の冷却水入口111と接続されると共に(図9参照)、シリンダブロック4に形成される冷却水が流れる図示しない冷却水通路とオイルクーラ11を介して連通される。また、バイパス戻し部303には、バイパス管35の他端部が接続される。バイパス戻し部303は、冷却水ポンプ軸29よりも上方に配置される。本実施形態では、バイパス戻し部303は、冷却水ポンプ軸29よりも上方かつ右方に配置される。
これにより、冷却水ポンプ25が駆動されると、前記ラジエータからの冷却水が冷却水入口部301からポンプケース30内に吸入されると共に、冷却水出口部302から吐出されて、オイルクーラ11を介してシリンダブロック4に圧送される。そして、シリンダブロック4やシリンダヘッド5等のエンジン主体部2を冷却した後の冷却水は、前記冷却水戻し部から収容部271に戻される。
ここで、冷却水の温度が設定温度よりも低い場合は、サーモスタット26の前記弁が閉じられるため、冷却水がカバー34の冷却水出口341から流出せずに、バイパス管35からバイパス戻し部303を介してポンプケース30内に戻される。つまり、冷却水の温度が設定温度よりも低い場合は、エンジン主体部2を冷却した後の冷却水が前記ラジエータに送られない(エンジン主体部2と冷却水ポンプ25との間で循環される)ことにより、冷却水の温度が低くなり過ぎてエンジン主体部2が冷却され過ぎることがない。
一方、冷却水の温度が設定温度以上の場合は、サーモスタット26の前記弁が開かれるため、冷却水がカバー34の冷却水出口341から流出して、前記冷却水管を介して前記ラジエータに送られる。つまり、冷却水の温度が設定温度以上である場合は、エンジン主体部2を冷却した後の冷却水が前記ラジエータに送られることにより、冷却水の温度が低くなってエンジン主体部2がより冷却される。
また、ポンプケース30は、クランク軸3方向(前後方向)にサーモスタットケース27の取付部272と重ねて配置される。ポンプケース30は、サーモスタットケース27の取付面272Aに、複数(本実施形態では五本)の短ボルト37・37・37及び長ボルト38・38で固定される。長ボルト38・38は、短ボルト37・37・37よりも長いボルトとされる。長ボルト38・38によって、ポンプケース30とサーモスタットケース27の取付部272とが共締めされてシリンダヘッド5の前面に固定される。
こうして、ポンプケース30がサーモスタットケース27の取付部272と重ねて配置されることにより、冷却ファン31が設けられる冷却水ポンプ軸29の位置が高くなる。具体的には、図8に示すように、冷却水ポンプ軸29の位置は、従来の冷却水ポンプ軸29A(シリンダブロック4の前面に位置する)の位置よりも、ΔHだけ高くなる。
次に、エンジン1が搭載されるトラクタの機体フレーム40について、図10及び図11により説明する。なお、本実施形態では、作業車両として、農作業車両であるトラクタを想定しているが、これ以外の作業車両としては、農作業車両であるコンバイン、建設作業車両であるパワーショベル、ブルドーザ等がある。
図10に示すように、機体フレーム40は、前方から順にフロントアクスルブラケット41、左右一対のサイドフレーム42・42、トランスミッション側フライホイールハウジング43、クラッチハウジング44、ミッションケース45、及びリアケース46等で構成される。
このうちサイドフレーム42・42は、エンジン主体部2(シリンダブロック4)の左側と右側とに振り分けて配置される。サイドフレーム42・42の前端部には、フロントアクスルケース47を支持するフロントアクスルブラケット41の後端部が連結される。フロントアクスルケース47の左右両側には、前輪39F・39Fが支持される。サイドフレーム42・42の後端部は、エンジン側フライホイールハウジング7の前面に連結される。
また、エンジン側フライホイールハウジング7の後面には、フライホイール8を覆うトランスミッション側フライホイールハウジング43の前面が連結される。また、トランスミッション側フライホイールハウジング43の後面には、クラッチハウジング44の前面が連結される。クラッチハウジング44には、図示しないクラッチが収容される。また、クラッチハウジング44の後面には、ミッションケース45の前面が連結される。ミッションケース45には、図示しないトランスミッションが収容される。また、ミッションケース45の後面には、リアアクスルケース48を支持するリアケース46の前面が連結される。リアアクスルケース48の左右両側には、後輪39R・39Rが支持される。
ここで、前述のように冷却水ポンプ軸29の位置は、従来よりもΔHだけ高くなるため、冷却ファン31がサイドフレーム42・42に当たらない。詳述すると、図10及び図11に示すように、サイドフレーム42・42の前部外側には、前輪39F・39Fの後部が位置し、このサイドフレーム42・42と前輪39F・39Fとの間には、前記トラクタの旋回時に前輪39F・39Fがサイドフレーム42・42に当たらないようにするための空間S・Sが形成される。しかし、空間S・Sを大きくするために、サイドフレーム42・42の左右間の間隔Dを狭くし過ぎると、冷却ファン31がサイドフレーム42・42に当たってしまう。そこで、前述のように冷却水ポンプ軸29の位置を従来よりもΔHだけ高くすることにより、サイドフレーム42・42の左右間の間隔Dを狭くしても、冷却ファン31がサイドフレーム42・42に当たらない。
以上のように、クランク軸3と、クランク軸3を回転可能に軸支するシリンダブロック4と、シリンダブロック4の上面に設けられるシリンダヘッド5と、ポンプ軸としての冷却水ポンプ軸29を有し、冷却水ポンプ軸29が回転してシリンダブロック4及びシリンダヘッド5に冷却水を圧送する冷却水ポンプ25と、冷却水ポンプ軸29に設けられる冷却ファン31と、シリンダブロック4及びシリンダヘッド5を冷却する冷却水の温度を調節するサーモスタット26と、を備えるエンジン1において、サーモスタット26を収容し、シリンダヘッド5のクランク軸3方向一側面(前面)に設けられるサーモスタットケース27を備え、冷却水ポンプ25は、冷却水ポンプ軸29を回転可能に軸支するポンプケース30を有し、ポンプケース30は、クランク軸3方向(前後方向)にサーモスタットケース27(取付部272)と重ねて配置されるものである。
このような構成により、ポンプケース30がサーモスタットケース27(取付部272)と重ねて配置されることにより、冷却ファン31が設けられる冷却水ポンプ軸29の位置がΔHだけ高くなる。これにより、冷却ファン31がトラクタ等の作業車両の機体フレーム40に当たらないため、トラクタ等の作業車両への搭載性を向上させることができる。
そして、サーモスタットケース27は、シリンダヘッド5のクランク軸3方向一側面(前面)に取り付けられる取付部272を有し、取付部272のクランク軸3方向一側面(前面)には、ポンプケース30が取り付けられる取付面272Aが形成されるものである。
このような構成により、サーモスタットケース27をポンプケース30の取付部材として利用することにより、サーモスタットケース27を介してポンプケース30をシリンダヘッド5に容易に取り付けることができる。
また、サーモスタットケース27は、サーモスタット26を収容する収容部271を有し、取付面272Aは、収容部271の下方にて鉛直方向(上下方向)に形成されるものである。
このような構成により、収容部271下方の空間を利用することにより、ポンプケース30がコンパクトに配置される。これにより、エンジン1全体がコンパクトにまとまって、トラクタ等の作業車両への搭載性をさらに向上させることができる。
さらに、取付面272Aは、サーモスタットケース27のクランク軸3方向(前後方向)の長さLの中心Cよりも、シリンダヘッド5寄り(後方寄り)に配置されるものである。
このような構成により、ポンプケース30がシリンダヘッド5に近接することにより、エンジン1の全長(クランク軸3方向の長さ)が短くなる。これにより、エンジン1全体がコンパクトにまとまって、トラクタ等の作業車両への搭載性をさらに向上させることができる。
そして、サーモスタットケース27は、収容部271と取付部272とが一体的に形成されるものである。
このような構成により、部品点数の削減により、コスト低減及び生産性の向上を図ることができる。
また、ポンプケース30は、取付面272Aに複数(本実施形態では五本)ボルトとしての短ボルト37・37・37及び長ボルト38・38で固定され、五本の短ボルト37・37・37及び長ボルト38・38のうち長ボルト38・38は、ポンプケース30とサーモスタットケース27(取付部272)とを共締めしてシリンダヘッド5に固定するものである。
このような構成により、部品点数の削減により、コスト低減及び生産性の向上を図ることができる。
さらに、収容部271からポンプケース30に冷却水を戻すバイパス通路としてのバイパス管35を備え、ポンプケース30は、バイパス管35が接続されるバイパス戻し部303を有し、バイパス戻し部303は、冷却水ポンプ軸29よりも上方に配置されるものである。
このような構成により、バイパス戻し部303が収容部271に近接することにより、バイパス管35の長さが短くなって、コスト低減及び生産性の向上を図ることができる。
特に、本実施形態では、バイパス戻し部303は、冷却水ポンプ軸29よりも上方かつ右方に配置される。
このような構成により、バイパス戻し部303が収容部271の右側に配置されるバイパス取出部271Bと同側となって、収容部271にさらに近接することにより、バイパス管35の長さが短くなって、コスト低減及び生産性の向上を図ることができる。
なお、実施の形態は、上記に限定されるものではなく、例えば図12に示すように変更してもよい。なお、図12における黒塗り矢印は、冷却水の流れを示す。
例えば、ポンプケース30に連通部304を設け、連通部304を介してバイパス戻し部305とポンプケース30内とが連通されるように構成してもよい。つまり、冷却水がバイパス管35からバイパス戻し部305及び連通部304を介してポンプケース30内に戻されるように構成してもよい。
1 エンジン
3 クランク軸
4 シリンダブロック
5 シリンダヘッド
25 冷却水ポンプ
26 サーモスタット
27 サーモスタットケース
29 冷却水ポンプ軸(ポンプ軸)
30 ポンプケース
31 冷却ファン
35 バイパス管(バイパス通路)
37 短ボルト(ボルト)
38 長ボルト(ボルト)
271 収容部
272 取付部
272A 取付面
303 バイパス戻し部
C 中心
L 長さ

Claims (6)

  1. クランク軸と、
    前記クランク軸を回転可能に軸支するシリンダブロックと、
    前記シリンダブロックの上面に設けられるシリンダヘッドと、
    ポンプ軸を有し、前記ポンプ軸が回転して前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドに冷却水を圧送する冷却水ポンプと、
    前記ポンプ軸に設けられる冷却ファンと、
    前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドを冷却する冷却水の温度を調節するサーモスタットと、を備えるエンジンにおいて、
    前記サーモスタットを収容し、前記シリンダヘッドの前記クランク軸方向一側面に設けられるサーモスタットケースを備え、
    前記冷却水ポンプは、前記ポンプ軸を回転可能に軸支するポンプケースを有し、
    前記ポンプケースは、前記クランク軸方向に前記サーモスタットケースと重ねて配置され、
    前記サーモスタットケースは、前記シリンダヘッドの前記クランク軸方向一側面に取り付けられる取付部を有し、
    前記取付部の前記クランク軸方向一側面には、前記ポンプケースが取り付けられる取付面が形成される
    ことを特徴とするエンジン。
  2. 前記サーモスタットケースは、前記サーモスタットを収容する収容部を有し、前記取付面は、前記収容部の下方にて鉛直方向に形成されることを特徴とする請求項1に記載のエンジン。
  3. 前記取付面は、前記サーモスタットケースの前記クランク軸方向の長さの中心よりも、前記シリンダヘッド寄りに配置されることを特徴とする請求項2に記載のエンジン。
  4. 前記サーモスタットケースは、前記収容部と前記取付部とが一体的に形成されることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のエンジン。
  5. 前記ポンプケースは、前記取付面に複数のボルトで固定され、前記複数のボルトのうち少なくとも一部のボルトは、前記ポンプケースと前記サーモスタットケースとを共締めして前記シリンダヘッドに固定することを特徴とする請求項2から請求項4までのいずれか一項に記載のエンジン。
  6. 前記収容部から前記ポンプケースに冷却水を戻すバイパス通路を備え、前記ポンプケースは、前記バイパス通路が接続されるバイパス戻し部を有し、前記バイパス戻し部は、前記ポンプ軸よりも上方に配置されることを特徴とする請求項2から請求項5までのいずれか一項に記載のエンジン。
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