JP6204615B2 - Ｅｇｒ装置、およびこれを備えたダンプトラック - Google Patents

Description

本発明は、Exhaust Gas Recirculation（ＥＧＲ）装置およびこれを備えたダンプトラックに関する。

従来、ディーゼルエンジンにおける燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制するＥＧＲ装置が知られている。このようなＥＧＲ装置では、エンジンからの排気ガスの一部を吸気側に再循環させるのであるが、再循環させる排気ガスを冷却するためにＥＧＲクーラが設けられることがある。
たとえば、特許文献１および特許文献２には、Ｖ型エンジンの外側にＥＧＲ装置を設け、左右に配置される排気マニホールドから排出された排気ガスを、Ｖ型エンジンのＶバンク内で合流させ、Ｖバンク内に配置されたＥＧＲクーラで冷却し、吸気マニホールドに再循環させる構造が開示されている。

特開２００７−２９１９４８号公報 特開２００８−２５５９７０号公報

ところで、前記特許文献１および特許文献２に記載の構造は、左右の排気マニホールドから排出された排気ガスを合流させ、１つのＥＧＲクーラで冷却する構造である。
しかしながら、Ｖ型エンジンの排気量が大きくなると、冷却能力を向上させる必要があるため、ＥＧＲクーラを大型化しなければならず、Ｖバンク内にＥＧＲクーラを収容することが困難になるという課題がある。

本発明の目的は、必要最小限の大きさでエンジン上に設けることができ、冷却効率の高いＥＧＲ装置、およびこれを備えたダンプトラックを提供することにある。

本発明のＥＧＲ装置は、エンジンの排気マニホールドから排出された排気ガスを、前記エンジンの吸気マニホールドに循環させるＥＧＲ装置であって、前記排気マニホールドの下流に設けられ、前記排気マニホールドから排出された排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記吸気マニホールドの上流に設けられ、前記吸気マニホールドへの排気ガスの供給量を調整するＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲクーラおよび前記排気マニホールドを連通させる排気ガスコネクタとを備え、前記排気ガスコネクタは、内部を流れる排気ガスを冷却する冷却水が供給される冷却水通路を備えていることを特徴とする。

本発明では、前記排気ガスコネクタには、前記ＥＧＲクーラを通過した冷却水が供給されるのが好ましい。
本発明では、前記エンジンに前記ＥＧＲ装置を取り付けるブラケットを備え、前記ブラケットは、前記ＥＧＲクーラを通過した冷却水が内部に供給される冷却水通路を備え、前記排気ガスコネクタには、前記ブラケットを通過した冷却水が供給されることが好ましい。

本発明のＥＧＲ装置は、左右に一対の気筒列が振り分けられたＶ型エンジンに設けられ、前記Ｖ型エンジンの排気マニホールドから排出された排気ガスを、前記Ｖ型エンジンの吸気マニホールドに循環させるＥＧＲ装置であって、前記一対の気筒列のそれぞれの排気マニホールドの下流に設けられ、それぞれの排気マニホールドから排出された排気ガスを冷却する一対のＥＧＲクーラと、前記一対の気筒列のそれぞれの吸気マニホールドの上流に設けられ、それぞれの吸気マニホールドへの排気ガスの供給量を調整する一対のＥＧＲバルブと、それぞれの前記ＥＧＲクーラおよび前記排気マニホールドを連通させる一対の排気ガスコネクタとを備え、それぞれの前記排気ガスコネクタは、内部を流れる排気ガスを冷却する冷却水が供給される冷却水通路を備えていることを特徴とする。

本発明のダンプトラックは、前述したいずれかのＥＧＲ装置を備えていることを特徴とする。
本発明では、前記ＥＧＲ装置は、エンジンの上面視の投影面内に収まる大きさであるのが好ましい。

本発明の実施形態に係るダンプトラックを示す斜視図。 前記実施形態におけるダンプトラックを示す側面図。 前記実施形態におけるダンプトラックのフレームに搭載されたＶ型エンジンを示す平面図。 前記実施形態におけるダンプトラックのフレームに搭載されたＶ型エンジンを示す正面図。 前記実施形態におけるダンプトラックのフレームに搭載されたＶ型エンジンを示す側面図。 前記実施形態におけるＶ型エンジン、可変容量ターボ装置、およびＥＧＲ装置を示す平面図。 前記実施形態における可変容量ターボ装置、およびＥＧＲ装置を示す模式図。 前記実施形態におけるＥＧＲ装置を示す斜視図。 前記実施形態におけるＥＧＲ装置を示す平面図。 図９のＡ−Ａ線におけるＥＧＲクーラを示す断面図。 図９のＢ−Ｂ線におけるブラケットを示す断面図。 図１１のＣ−Ｃ線における排気ガスコネクタを示す断面図。 前記実施形態におけるＥＧＲクーラ、ブラケット、および排気ガスコネクタの構造を示す斜視図。 前記実施形態における排気ガスコネクタの内部構造を示す斜視図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［１］ダンプトラック１の全体構成
図１および図２には、本発明の実施形態に係るダンプトラック１が示されている。図１は、俯瞰した状態から見た斜視図であり、図２は、走行方向に直交する幅方向からみた側面図である。
なお、各図に示す本実施形態でのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれが直交する関係にある。さらに、説明の便宜上本実施形態では、図１を基準として、ダンプトラック１の前進走行方向がＸ軸の矢印方向で、車幅方向の左から右に向かう方向がＹ軸の矢印方向で、地面に対する垂直上方向がＺ軸の矢印方向とする。また、以下の実施形態では、走行方向を「前」、他方を「後」、車幅方向の右方向を「右」、他方を「左」と呼ぶことがある。

ダンプトラック１は、鉱山等の採掘現場で土砂等の積載物を搬送する作業車両であり、シャーシ２と、ダンプボディ３とを備える。
シャーシ２は、車幅方向の両端と、走行方向に配置される複数のタイヤ４に、懸架装置を介して支持されている。なお、ダンプトラック１の後部は、タイヤ４が幅方向に２つ設けられたダブルタイヤとされている。
シャーシ２は、フレーム５を有し、フレーム５は、フレーム５の幅方向端部に沿って延びる一対のサイドメンバ５Ａ、５Ｂ（図５参照）と、車幅方向に沿って延び、一対のサイドメンバ５Ａ、５Ｂ同士を連結する複数のクロスメンバ５Ｃ、５Ｄ（図４参照）とを備える。
シャーシ２には、後方側にダンプボディ３が図示しないヒンジを介して起伏可能に取り付けられ、シャーシ２の左前方かつ上方には、運転席としてのキャブ６が設けられている。なお、キャブ６は、シャーシ２の幅方向中心かつ上方に設けられていてもよい。

ダンプボディ３は、矩形状の積荷空間を有し、ヒンジを回転軸として、シャーシ２に回転可能に設けられている。ダンプボディ３は、シャーシ２の後部に設けられたホイストシリンダ３Ａを伸縮させることにより、シャーシ２に対して起伏し、土砂等の積載物を排土する。
キャブ６は、図１に示すように、オペレータが乗車してダンプトラック１を操縦する運転席として機能し、オペレータは、ダンプトラック１の前方に設けられたラダー６Ａを昇降することにより、キャブ６に乗車したり、降車したりすることができる。

図３から図５には、シャーシ２のフレーム５に搭載されたＶ型エンジン７が示されている。図３は平面図であり、図４は正面図であり、図５は側面図である。
フレーム５は、シャーシ２の走行方向に沿って延びる一対のロアーサイドメンバ５Ａおよび一対のアッパーサイドメンバ５Ｂと、シャーシ２の幅方向に延びる一対のロアークロスメンバ５Ｃおよび一対のアッパークロスメンバ５Ｄと、垂直方向に配置される４本のバーチカルメンバ５Ｅとを備える。
バーチカルメンバ５Ｅは、ロアーサイドメンバ５Ａおよびアッパーサイドメンバ５Ｂ間を連結し、ロアークロスメンバ５Ｃは、バーチカルメンバ５Ｅの下端間を連結し、アッパークロスメンバ５Ｄは、バーチカルメンバ５Ｅの上端間を連結する。そして、これらの一対のバーチカルメンバ５Ｅと、ロアークロスメンバ５Ｃおよびアッパークロスメンバ５Ｄとは、門型フレームを構成している。

［２］ＥＧＲ装置２０の構造
図６から図８には、Ｖ型エンジン７上に設けられる可変容量ターボ装置（Variable Geometry Turbo：ＶＧＴ）１０およびＥＧＲ装置２０が示されている。図６は、排気ガス後処理装置８を取り外した状態のＶ型エンジン７の平面図であり、図７は、可変容量ターボ装置１０およびＥＧＲ装置２０を示す模式図であり、図８は、可変容量ターボ装置１０およびＥＧＲ装置２０が組み合わされた斜視図である。
本実施形態では、可変容量ターボ装置１０およびＥＧＲ装置２０は、Ｖ型エンジン７の気筒列７Ａのそれぞれに独立して設けられている（図７参照）。

Ｖ型エンジン７は、図７に示すように、ダンプトラック１の幅方向の左右に、直列配置された気筒列７Ａが振り分けられた構成を具備し、フレーム５の門型フレーム内に収容されている。Ｖ型エンジン７の気筒列７Ａには、それぞれ排気マニホールド７Ｂおよび吸気マニホールド７Ｃが設けられる。排気マニホールド７Ｂは、Ｖ型エンジン７の燃焼室からの排気ガスを排出するために、排気ガスを１つにまとめる管路であり、吸気マニホールド７Ｃは、Ｖ型エンジン７の燃焼室に空気を導入するために、枝分かれした管路である。
Ｖ型エンジン７の上部には、排気ガス後処理装置８と、ＥＧＲ装置２０とが設けられ、排気ガス後処理装置８およびＥＧＲ装置２０は、上面視でＶ型エンジン７の投影面内に収まる大きさとされている（図３参照）。
排気ガス後処理装置８は、円筒状のケースの内部にDiesel Particulate Filter（ＤＰＦ）を収容した構成であり、Ｖ型エンジン７の一対の気筒列毎に設けられている。ＤＰＦは、通過する排気ガス中の粒子状物質を捕集するものであり、ケース内においては、ＤＰＦの上流側に酸化触媒を設けてもよい。酸化触媒は、その上流側で供給されるポスト噴射燃料やドージング燃料（共にディーゼルエンジンの燃料と同じ）を酸化活性化し、ＤＰＦへ流入する排気ガスの温度を、ＤＰＦの再生可能温度まで上昇させる。この高温の排気ガスにより、ＤＰＦで捕集された粒子状物質が自己燃焼して焼失し、ＤＰＦが再生される。

可変容量ターボ装置１０は、エアクリーナ９から供給される空気を圧縮し、Ｖ型エンジン７の気筒列７Ａの吸気マニホールド７Ｃに供給するものであり、排気タービン１１、アフタークーラ１２、およびEngine Control Unit（ＥＣＵ）１３を備える。
可変容量ターボ装置１０は、排気ラインに設けられる排気タービン１１と、排気タービン１１と回転軸を介して接続され、吸気ラインに設けられる圧縮機とを備えた構成であり、Ｖ型エンジン７の排気マニホールド７Ｂから排出された排気ガスによって排気タービン１１が回転し、これに伴い圧縮機が回転して吸気ライン中の空気が圧縮される。

アフタークーラ１２は、排気タービン１１で圧縮された空気を降温させて空気密度を上昇させ、吸気マニホールド７Ｃへの空気の供給量を確保する機能を有する。
図７に示すように、ＥＣＵ１３は、可変容量ターボ装置１０全体を制御するコントローラであり、Ｖ型エンジン７の気筒列７Ａのそれぞれに設けられている。ＥＣＵ１３同士は、Control Area Network（ＣＡＮ）により通信可能に接続され、Ｖ型エンジン７の駆動時は、協働するように制御される。

図７から図９に示すように、ＥＧＲ装置２０は、Ｖ型エンジン７の排気マニホールド７Ｂから排出された排気ガスの一部を、吸気マニホールド７Ｃに再循環させ、再び燃焼させることにより、排出されるＮＯｘを低減する装置である。
具体的には、図８に示すように、ＥＧＲ装置２０は、ＥＧＲクーラ２１と、ＥＧＲバルブ２２と、ブラケット２３と、排気ガスコネクタ２４とを備える。

ＥＧＲクーラ２１は、Ｖ型エンジン７の気筒列７Ａの排気マニホールド７Ｂの下流に、２箇所設けられ、Ｖ型エンジン７から排出された排気ガスを分岐させ、それぞれのＥＧＲクーラ２１で排気ガスを冷却する。
具体的には、ＥＧＲクーラ２１は、図９のＡ−Ａ線における断面図となる図１０に示すように、内管２１Ａと、外管２１Ｂと、エルボ管２１Ｃとを備え、内管２１Ａの内部を排気ガスが流れ、内管２１Ａおよび外管２１Ｂの間を冷却水が流れ、排気ガスおよび冷却水の間の熱交換が行われることにより、排気ガスが冷却される。
冷却された排気ガスは、エルボ管２１Ｃで合流し、配管２１Ｄを介して、アフタークーラ１２からの吸気マニホールド７Ｃに至る配管１２Ａに合流する（図８参照）。
図７および図８に示すように、ＥＧＲバルブ２２は、Ｖ型エンジン７の気筒列７Ａの吸気マニホールド７Ｃの上流に設けられ、開度を変更することにより、吸気マニホールド７Ｃに供給される排気ガスの供給量を調整する。

ブラケット２３は、図８および図９に示すように、ＥＧＲクーラ２１を、図８および図９では図示しないＶ型エンジン７に固定する部材であり、内部を冷却水が通過する。
具体的には、ブラケット２３は、図９のＢ−Ｂ線における断面図となる図１１に示されるように、Ｖ型エンジン７に固定される固定部２３Ａと、固定部２３Ａの上部に一体的に形成された冷却水通路２３Ｂとを備える。冷却水通路２３Ｂには、ＥＧＲクーラ２１の冷却水が供給される。
このようにブラケット２３に冷却水通路２３Ｂを設けたのは、ＥＧＲクーラ２１の冷却水を、ブラケット２３の冷却水通路２３Ｂに供給することにより、ＥＧＲクーラ２１とブラケット２３の温度差を少なくして、ＥＧＲクーラ２１およびブラケット２３の間に熱応力が発生することを防止するためである。
ブラケット２３の冷却水通路２３Ｂの下流側端部は、排気ガスコネクタ２４に接続される。

排気ガスコネクタ２４は、内部を流れる排気ガスを冷却水が供給される冷却水路２４Ｄを備え、排気マニホールド７ＢおよびＥＧＲクーラ２１を連通させ、排気マニホールド７Ｂから排出された排気ガスを冷却し、ＥＧＲクーラ２１に供給する。
具体的には、図１１のＣ−Ｃ線における断面図となる図１２に示されるように、排気ガスコネクタ２４は、内管２４Ａ、外管２４Ｂ、および冷却水導入孔２４Ｃを備え、内管２４Ａおよび外管２４Ｂの間の隙間が、冷却水通路２４Ｄとされる。冷却水導入孔２４Ｃには、ブラケット２３の冷却水通路２３Ｂの下流側端部が接続される。

内管２４Ａは、外管２４Ｂの内部に設けられる円筒状の鋼管から構成され、内管２４Ａの上流側は、右側の配管２４ＦによりＶ型エンジン７の排気マニホールド７Ｂに接続される。また、内管２４Ａの下流側は、ＥＧＲクーラ２１の内管２１Ａに接続される。
外管２４Ｂは、図１３および図１４に示すように、正面が開口された箱形の鋼製部材から構成され、図１３および図１４では、図示を略したが、蓋部材２４Ｅ（図１１参照）によって覆われて冷却水通路２４Ｄは密閉される。
外管２４Ｂの上流側には、冷却水導入孔２４Ｃが３箇所に形成され、冷却水導入孔２４Ｃは、ブラケット２３の冷却水通路２３Ｂに接続される。外管２４Ｂの下流側端部は、冷却水排出用の配管２４Ｇに接続される。

［３］排気ガスおよび冷却水の流れ
次に、本実施形態のＥＧＲ装置２０の排気ガスおよび冷却水の流れについて、図８〜図１２に基づいて説明する。
図８に示すように、Ｖ型エンジン７の排気マニホールド７Ｂから排出された排気ガスは、図８の黒矢印の流れにしたがって流れ、排気ガスコネクタ２４の内管２４Ａ内を通って（図９および図１２の流れＡ１）、ＥＧＲクーラ２１に供給される（図９および図１０の流れＡ２）。ＥＧＲクーラ２１に供給された排気ガスは、内管２１Ａを通って（図９および図１０の流れＡ３）、エルボ管２１Ｃで合流し（図９の流れＡ４）、ＥＧＲバルブ２２によって供給量を調整されながら、アフタークーラ１２からの吸気ラインで合流し、吸気マニホールド７Ｃに供給される。

一方、冷却水は、図８の白矢印の流れにしたがって流れ、ポンプ等によってＥＧＲクーラ２１に供給され（図１０の流れＢ１）、排気ガスの流れに沿って、Ｖ型エンジン７の上流側に流れ、排気ガスの冷却を行う（図１０の流れＢ２）。
次に、冷却水は、ＥＧＲクーラ２１の下流側端部でブラケット２３の冷却水通路２３Ｂに供給され（図１０の流れＢ３）、冷却水通路２３Ｂの下流側端部に接続される排気ガスコネクタ２４の冷却水導入孔２４Ｃから、排気ガスコネクタ２４の冷却水通路２４Ｄ内に供給される（図１１の流れＢ４および流れＢ５）。排気ガスコネクタ２４内では、排気マニホールド７Ｂから排出された排気ガスとの熱交換が行われ、排気ガスの冷却が行われる（図１２の流れＢ６）。
最後に、排気ガスコネクタ２４の内管２４Ａを冷却した冷却水は、配管２４ＧからＶ型エンジン７のシリンダブロックに供給される（図１２の流れＢ７）。

［４］実施形態の効果
このような本実施形態によれば、排気ガスコネクタ２４が冷却水通路２４Ｄを備えていることにより、排気マニホールド７Ｂから排出された排気ガスを冷却した上で、ＥＧＲクーラ２１による排気ガスの冷却を行うことができるため、効率的に排気ガスを冷却することができる。
また、Ｖ型エンジン７の気筒列７Ａに応じて、ＥＧＲ装置２０を設けることにより、大型化させることなく、２つのＥＧＲ装置２０によって、それぞれの気筒列７Ａから排出された排気ガスを効率的に冷却できる。

［５］実施形態の変形
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記実施形態では、リジッド式のダンプトラック１に本発明を適用していたが、これに限らず、アーティキュレート式のダンプトラックに適用してもよく、さらにはホイールローダ等の他の作業車両に本発明を適用してもよい。

また、前記実施形態では、ＥＧＲクーラ２１で使用された冷却水は、ブラケット２３の冷却水通路２３Ｂに供給され、ブラケット２３を昇温した後、排気ガスコネクタ２４の冷却水通路２４Ｄに供給されていたが、本発明はこれに限られない。たとえば、ＥＧＲクーラ２１から直接排気ガスコネクタ２４の冷却水通路２４Ｄに供給するように構成してもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。

１…ダンプトラック、２…シャーシ、３…ダンプボディ、３Ａ…ホイストシリンダ、４…タイヤ、５…フレーム、５Ａ…ロアーサイドメンバ、５Ｂ…アッパーサイドメンバ、５Ｃ…ロアークロスメンバ、５Ｄ…アッパークロスメンバ、５Ｅ…バーチカルメンバ、６…キャブ、６Ａ…ラダー、７…Ｖ型エンジン、７Ａ…気筒列、７Ｂ…排気マニホールド、７Ｃ…吸気マニホールド、８…排気ガス後処理装置、９…エアクリーナ、１０…可変容量ターボ装置、１１…排気タービン、１２…アフタークーラ、１２Ａ…配管、１３…ＥＣＵ、２０…ＥＧＲ装置、２１…ＥＧＲクーラ、２１Ａ…内管、２１Ｂ…外管、２１Ｃ…エルボ管、２１Ｄ…配管、２２…ＥＧＲバルブ、２３…ブラケット、２３Ａ…固定部、２３Ｂ…冷却水通路、２４…排気ガスコネクタ、２４Ａ…内管、２４Ｂ…外管、２４Ｃ…冷却水導入孔、２４Ｄ…冷却水通路、２４Ｅ…蓋部材、２４Ｆ…配管、２４Ｇ…配管。

Claims (5)

1. エンジンの排気マニホールドから排出された排気ガスを、前記エンジンの吸気マニホールドに循環させるＥＧＲ装置であって、
   前記排気マニホールドの下流に設けられ、前記排気マニホールドから排出された排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   前記吸気マニホールドの上流に設けられ、前記吸気マニホールドへの排気ガスの供給量を調整するＥＧＲバルブと、
   前記ＥＧＲクーラおよび前記排気マニホールドを連通させる排気ガスコネクタとを備え、
   前記排気ガスコネクタは、内部を流れる排気ガスを冷却する冷却水が供給される冷却水通路を備え、
   前記排気ガスコネクタには、前記ＥＧＲクーラを通過した冷却水が供給されることを特徴とするＥＧＲ装置。
2. エンジンの排気マニホールドから排出された排気ガスを、前記エンジンの吸気マニホールドに循環させるＥＧＲ装置であって、
   前記排気マニホールドの下流に設けられ、前記排気マニホールドから排出された排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   前記吸気マニホールドの上流に設けられ、前記吸気マニホールドへの排気ガスの供給量を調整するＥＧＲバルブと、
   前記ＥＧＲクーラおよび前記排気マニホールドを連通させる排気ガスコネクタと、
   前記エンジンに前記ＥＧＲ装置を取り付けるブラケットを備え、
   前記ブラケットは、前記ＥＧＲクーラを通過した冷却水が内部に供給される冷却水通路を備え、
   前記排気ガスコネクタは、内部を流れる排気ガスを冷却する冷却水が供給される冷却水通路を備え、
   前記排気ガスコネクタには、前記ブラケットを通過した冷却水が供給されることを特徴とするＥＧＲ装置。
3. 左右に一対の気筒列が振り分けられたＶ型エンジンに設けられ、前記Ｖ型エンジンの排気マニホールドから排出された排気ガスを、前記Ｖ型エンジンの吸気マニホールドに循環させるＥＧＲ装置であって、
   前記一対の気筒列のそれぞれの排気マニホールドの下流に設けられ、それぞれの排気マニホールドから排出された排気ガスを冷却する一対のＥＧＲクーラと、
   前記一対の気筒列のそれぞれの吸気マニホールドの上流に設けられ、それぞれの吸気マニホールドへの排気ガスの供給量を調整する一対のＥＧＲバルブと、
   それぞれの前記ＥＧＲクーラおよびそれぞれの前記排気マニホールドを連通させる一対の排気ガスコネクタとを備え、
   それぞれの前記排気ガスコネクタは、内部を流れる排気ガスを冷却する冷却水が供給される冷却水通路を備え、
   それぞれの前記排気ガスコネクタには、それぞれの前記ＥＧＲクーラを通過した冷却水が供給されることを特徴とするＥＧＲ装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＥＧＲ装置を備えていることを特徴とするダンプトラック。
5. 請求項４に記載のダンプトラックにおいて、
   前記ＥＧＲ装置は、エンジンの上面視の投影面内に収まる大きさであることを特徴とするダンプトラック。

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