JP6839646B2 - Ｅｇｒ付エンジン - Google Patents

Description

本発明は、排気再循環であるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を備えたディーゼルエンジンなど、ＥＧＲ付エンジンに関するものである。

ＥＧＲ付エンジンにおいては、排気ガス中の窒素酸化物の低減や部分負荷時の燃費向上のために、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気マニホルドなどの吸気経路に戻して再度吸入させている。このＥＧＲ付エンジンとしては、特許文献１において開示されたものなどが知られている。

従来のＥＧＲ付エンジンでは、ＥＧＲガスを流すＥＧＲパイプを、エンジンケースにおけるシリンダヘッドの横外方を迂回させて吸気側に配管させる構造が採られていた。特許文献１のものでは、その図３に示されるように、排気マニホルド（１３）と吸気マニホルド（１４）とを連通するＥＧＲパイプ（１５）は、シリンダヘッド（１２）の横外方を通して迂回配管されている。

特開２０１４−１９０１７１号公報 特開２０１０−２３６３９７号公報

従来のＥＧＲ付エンジンは、高温になるＥＧＲパイプがエンジンの横外方を通して配管されるため、エンジン全長が長くなる不利があった。ＥＧＲパイプは高温になるので、周囲に放熱用の隙間を確保することからも、寸法増が避けられない。また、エンジンレイアウトの都合により、ＥＧＲパイプはエンジンのフライホイール側の横外方に通されるため、冷却風による空冷作用を享受し難い不利もあった。

とりわけ、特許文献２において開示されるエンジンのように、直列多気筒エンジンのフライホイール側の横外方にＥＧＲパイプより嵩張るＥＧＲクーラ（１５）が配置されている構造では、前述の各不利がさらに顕著になるものであった。

本発明の目的は、エンジンケースの構造やＥＧＲパイプの取り直しなど総合的に見直して工夫することにより、ＥＧＲパイプが冷却され易く、かつ、エンジン長の増大も抑制可能となるように改善されたＥＧＲ付エンジンを提供する点にある。

本発明は、ＥＧＲ付エンジンにおいて、
ＥＧＲガスｇを吸気経路５に導くためのＥＧＲパイプ６が、シリンダヘッド２内の冷却水路ｗに臨む状態で前記シリンダヘッド２を通して配管され、
前記シリンダヘッド２の左右の一端側には排気マニホルド４が組付けられ、他端側には吸気マニホルド５が組付けられ、
前記排気マニホルド４は、排気ガスの一部を前記吸気マニホルド５に還元する出口孔１４を有し、
前記ＥＧＲパイプ６の一端側は、前記シリンダヘッド２の一端側に形成されているガス取込口１５に圧入又は密着内嵌され、かつ、前記ガス取込口１５及び前記出口孔１４から前記排気マニホルド４に接続され、
前記ＥＧＲパイプ６の他端側は、前記シリンダヘッド２の他端側の側面２ａから突出され、かつ、前記吸気マニホルド５内に位置する状態で前記吸気マニホルド５に接続され、
前記ＥＧＲパイプ６の周長又は表面積を増大させてなる冷却促進手段Ｄが設けられていることを特徴とする。

第２の本発明は、本発明のＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記冷却促進手段Ｄは、前記ＥＧＲパイプ６に異形パイプ８Ａを用いることにより構成されていることを特徴とする。

第３の本発明は、第２の本発明のＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記異形パイプ８Ａは、断面形状が花弁形状を呈するものに形成されていることを特徴とする。

第４の本発明は、第２の本発明のＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記異形パイプ８Ａは、断面形状が前記冷却水路ｗの側に突出する張出し部２２を有するものに形成されていることを特徴とする。

第５の本発明は、本発明のＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記冷却促進手段Ｄは、配列された複数のパイプ２４又は外パイプ８内に複数の内パイプ２３が内蔵されてなる複合パイプ８Ｂを設けてなる前記ＥＧＲパイプ６により構成されていることを特徴とする。

第６の本発明は、本発明〜第５の本発明のいずれかのＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記シリンダヘッド２の端部であるケース端部２Ａが部分的に外方に膨出されており、前記ケース端部２Ａの外方への膨出部分７に前記ＥＧＲパイプ６が通されていることを特徴とする。

本発明によれば、ＥＧＲパイプを、エンジンケース（シリンダヘッド）内部を通してあるので、外部に配管する場合に比べてエンジン長を短くすることができる。そして、ＥＧＲパイプはエンジンケース内の冷却水路に臨んでいるから、冷却水によるＥＧＲパイプの冷却が可能となり、高温となるＥＧＲパイプを既存の設備を用いて効率良く冷却できるようになる。

加えて、冷却促進手段によってＥＧＲパイプの周長又は表面積を増大させてあるので、パイプ内を流れるＥＧＲガスや冷却水とＥＧＲパイプとの接触面積や熱伝導容積が増えるようになり、ＥＧＲパイプ、ひいてはＥＧＲガスの冷却作用が促進され、より効率よく冷却することが可能になる。

その結果、エンジンケースの構造やＥＧＲパイプの取り直しなど総合的に見直して工夫することにより、ＥＧＲパイプがより効率よく冷却されようにしながら、エンジン長の増大も抑制可能となるように改善されたＥＧＲ付エンジンを提供することができる。

ＥＧＲパイプ付近の構造を示すシリンダヘッド端部の横断断面図 ＥＧＲパイプ付近の構造を示すシリンダヘッド端部の縦断断面図 ＥＧＲパイプを示す側面図 ＥＧＲパイプの各部を示し、（ａ）図３の矢視Ｘによる正面図、（ｂ）は図３のＹ−Ｙ線での断面図 シリンダヘッド端部の断面構造を横方向から示す概略図 ＥＧＲパイプを備えるシリンダヘッド端部を示す概略の斜視図 ＥＧＲパイプの別断面形状を示し、（ａ）は５溝形、（ｂ）は３溝形、（ｃ）は五星形 ＥＧＲパイプの別断面形状を示し、（ａ）は六星形、（ｂ）は八星角形、（ｃ）は一部突出形 冷却促進手段の別構造を示し、（ａ）はパイプインパイプ構造、（ｂ）は複数パイプ構造

以下に、本発明によるＥＧＲ付エンジンの実施の形態を、産業用エンジンの場合について、図面を参照しながら説明する。なお、エンジンケースｋとは、シリンダヘッド２やシリンダ部１Ａなどを含む概念である。また、エンジンケースｋの排気マニホルド４側を左、吸気マニホルド５側を右とする。

図６に示されるように、立形の産業用エンジンＥにおいて、シリンダブロック１の上部であるシリンダ部１Ａの上にシリンダヘッド２が組付けられ、シリンダヘッド２の上にシリンダヘッドカバー３が組付けられている。シリンダヘッド２の左右の一端側には排気マニホルド４が組付けられ、他端側には吸気マニホルド５が組付けられている。

この産業用エンジンＥでは、排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気経路に戻すＥＧＲ装置Ａが装備されている。図６に示されるように、ＥＧＲ装置Ａは、排気マニホルド４と吸気マニホルド５とを連通させる管路であるＥＧＲパイプ６と、ＥＧＲパイプを冷却可能なＥＧＲ冷却機構ｒと、を有して構成されている。

ＥＧＲパイプ６は、エンジンケースｋの一例であるシリンダヘッド２の内部を通して配管されている。シリンダヘッド２の前後の端部であるケース端部２Ａには、ＥＧＲパイプ６を内蔵するため、外方に膨らんだ膨出ケース部（膨出部分の一例）７が形成されている。なお、図６において、４Ａは、排気マニホルド４の一部であって排気マニホルド４をシリンダヘッド２にボルト止めするための取付ベースである。

図１〜図３に示されるように、一例としてのＥＧＲパイプ６は、本体パイプ６Ａと、本体パイプ６Ａに固着されている取付フランジ６Ｂとを有して構成されている。
本体パイプ６Ａは、基本パイプ部８と、その基端側に形成される径が若干絞られた細径部９と、基本パイプ部８と細径部９との間に形成されるテーパ管部１０とを備えている。基本パイプ部８は、その長手方向の両端部を除いた大部分が複雑な断面形状の異形管部８Ａに形成されている。なお、ＥＧＲパイプ６が一般的なパイプで形成されてもよい。

図３、図４（ａ）に示されるように、異形管部８Ａは、外周面を大きく凹ませてパイプ軸心Ｐ方向に延びる帯状の深溝部１１が、周方向の複数個所（６箇所）に形成されて部分である。長さの長い深溝部１１により、単純な円径のパイプに比べて、ＥＧＲパイプ６としての表面積を大きく増大させることができる。
深溝部１１は、溝底面１１ａと、左右一対の溝側面１１ｂ、１１ｂとを有しており、基本パイプ部８の径の約半分の径を持つ溝底面１１ａまで一定の溝幅ｄで凹まされている。

図３、図４（ｂ）に示されるように、取付フランジ６Ｂは、２箇所の取付孔１２ａ，１２ａを外周部に備える厚板製の本体フランジ１２で形成されており、溶着などにより本体パイプ６Ａの基本パイプ部８における開放側の端部に一体化されている。取付フランジ６Ｂは、図３に示されるように、基本パイプ部８の端から若干内側に寄った箇所に取り付けられている。本体パイプ６Ａ及び取付フランジ６Ｂは、比熱が小さく熱伝導性に優れて高強度のアルミ合金製が望ましいが、その他の金属製でもよい。アルミ合金製では、ＳＵＳ材と同等の耐食性を有しながらＳＵＳ材よりも安価であるという利点もある。

図１、図２、図５に示されるように、ＥＧＲパイプ６はシリンダヘッド２の膨出ケース部７の内部を通して配管されており、ＥＧＲパイプ６における膨出ケース部７内に収容されている殆どの部分は、シリンダヘッド２の内部の冷却水路ｗに臨む状態で設けられている。なお、膨出ケース部７は、ケース端部２Ａの下部（部分的の一例）に外方に半円弧状（図５を参照）に膨出させることで形成されている。

ＥＧＲパイプ６は、例えば、シリンダヘッド２の吸気マニホルド５側の側壁（右側壁）２Ｂに形成されている装着孔１９より挿入されて、細径部９がシリンダヘッド２の排気マニホルド４側の側壁（左側壁）２Ｃに形成されている円孔であるガス取込口１５に圧入又は密着内嵌され、かつ、取付フランジ６Ｂが２本のボルト（図示省略）によりシリンダヘッド２の吸気マニホルド側の側面２ａに取り付けられている。この場合、装着孔１９の径はガス取込口１５の径より少し大きい。

図１、図２、図５に示されるように、シリンダヘッド２内の冷却水路ｗは、シリンダヘッド２の下部に位置する下部水路ｗ１、上部に位置する上部水路ｗ２、及び端部に位置する端部水路ｗ３を有するとともに、膨出ケース部７内におけるＥＧＲパイプ６の外周側に形成される外周水路ｗ４を有している。外周水路ｗ４の存在により、冷却水路ｗはＥＧＲパイプ６を囲繞する状態に形成されている。つまり、ＥＧＲパイプ６が冷却水路に臨む状態で設けられることでＥＧＲ冷却機構ｒが構成されている。

図６に示されるように、ＥＧＲ装置Ａにより、燃焼室（図示省略）からの排気ガスＧは、シリンダヘッド２の排気出口１３から排気マニホルド４内に放出され、その一部がＥＧＲガスｇとなって出口孔１４からシリンダヘッド２のガス取込口１５（図１，２を参照）に入り、それからＥＧＲパイプ６を通って吸気マニホルド５内に還元される。ＥＧＲパイプ６のシリンダヘッド２内部分とは、図１などからは、基本パイプ部８、テーパ管部１０、及び細径部９の一部であるが、主に基本パイプ部８である。

ＥＧＲパイプ６は膨出ケース部７に収容されているので、ＥＧＲパイプが別のものとしてシリンダヘッドの横外に配管されている従来のＥＧＲ装置に比べて、シリンダヘッド２の横外方への張出し量を軽減（抑制）させることができる。加えて、膨出ケース部７内にけるＥＧＲパイプ６の張出し側の外周にも外周水路ｗ４が存在しているので、図１，５に示されるように、この外周水路ｗ４、端部水路ｗ３、下部水路ｗ１を流れる冷却水２０によって冷やされＥＧＲクーラの機能を、効率よく発揮させることが可能になる。

従って、シリンダヘッド２を少し膨らましてＥＧＲパイプを内蔵させるという構造工夫によるＥＧＲ装置Ａ及びＥＧＲ冷却機構ｒにより、既存の冷却水２０を有効利用してＥＧＲガスｇを冷却しながらも、エンジンとしての横方向への嵩張りを低減できるＥＧＲ付エンジンＥが実現できている。ＥＧＲパイプ６において効果的に冷却できるので、外付けＥＧＲクーラ（図示省略）を不要に又は小型化することが可能となる利点もある。

図１，２、及び図５に示されるように、冷却水路ｗにおけるＥＧＲパイプ６の径外側部位に冷却水２０を導き案内するガイド部１６（図１，２では実線で、図５では仮想線で示す）が設けられている構成とすれば好都合である。ガイド部１６は、ＥＧＲパイプ６の下方において下部水路ｗ１へ突出するように形成されるガイド本体１７と、ＥＧＲパイプ６を半周で囲繞するように外周水路ｗ４半分へ突出するように形成される周ガイド部１８とを備えて構成されている。なおガイド部１６はガイド本体１７のみ有する構成でもよく、また、鋳抜きより形成されるものでもよい。

ガイド部１６を設けたことにより、冷却水路ｗを流れる冷却水２０が外周水路ｗ４に流れ込むことが促進されるようになり、殆どコストアップのない経済的な手段（ガイド部１６）でありながら、冷却水によるＥＧＲパイプ６（ＥＧＲガスｇ）の水冷作用を高めることができる利点がある。

また、図１に示されるように、シリンダブロック１の冷却水路（図示省略）からの冷却水は、左右の水路２Ｌ，２Ｒからシリンダヘッド２内の下部水路ｗ１に送られてくる。従って、左の水路２Ｌと右の水路２Ｒの間に位置するガイド部１６により、左右の水路２Ｌ，２Ｒからの冷却水が互いに衝突して干渉することなく円滑に外周水路ｗ４へ分けて効率よく案内する、という好ましい作用効果も発揮される。

〔冷却促進手段について〕
図１〜図４に示されるＥＧＲパイプ６の基本パイプ部８は、６箇所の深溝部１１を備えた６溝形の断面形状を有する異形管部（異形パイプの一例）８Ａに形成されている。この異形管部８Ａにより、一般的なパイプである円形断面の基本パイプ部８に比べて、ＥＧＲパイプ６としての周長又は表面積が明確に増大されており、それによって冷却促進手段Ｄが構成されている。

つまり、パイプとしての周長や表面積が円形パイプに比べ増やされているので、ＥＧＲガスｇと異形管部８Ａ及び異形管部８Ａと冷却水２０との接触面積や接触時間が増えるので、その増加分によってより一層冷却されるようになる。ＥＧＲパイプ６に異形管部８Ａを設けるだけの簡単で、かつ、周囲部品などの改造が一切不要としながら、ＥＧＲパイプ６をより効率よく冷却できるという合理的な手段、即ち冷却促進手段Ｄを提供することができている。

〔実施形態２〜９の冷却促進手段について〕
ＥＧＲパイプ６の異形管部８Ａの断面形状としては、図７、図８に示されるものでもよく、これらは実施形態２〜７の冷却促進手段Ｄである。

〔実施形態２の冷却促進手段〕
図７（ａ）に示されるように、図３に示す深溝部１１が、軸心Ｐ周りの均等角度ごとに５箇所形成された５溝形の異形管部８Ａを有するＥＧＲパイプ６による冷却促進手段Ｄである。

〔実施形態３の冷却促進手段〕
図７（ｂ）に示されるように、図３に示す深溝部１１が、軸心Ｐ周りの均等角度ごとに３箇所形成された３溝形の異形管部８Ａを有するＥＧＲパイプ６による冷却促進手段Ｄである。

〔実施形態４の冷却促進手段〕
図７（ｃ）に示されるように、パイプ周壁を円弧状に凹入してなる凹入壁部２１が、軸心Ｐ周りの均等角度ごとに５箇所形成された五星形（花弁形状）の異形管部８Ａを有するＥＧＲパイプ６による冷却促進手段Ｄである。

〔実施形態５の冷却促進手段〕
図８（ａ）に示されるように、パイプ周壁を円弧状に凹入してなる凹入壁部２１が、軸心Ｐ周りの均等角度ごとに６箇所形成された六星形（花弁形状）の異形管部８Ａを有するＥＧＲパイプ６による冷却促進手段Ｄである。

〔実施形態６の冷却促進手段〕
図８（ｂ）に示されるように、パイプ周壁を円弧状に凹入してなる凹入壁部２１が、軸心Ｐ周りの均等角度ごとに８箇所形成された八星形（花弁形状）の異形管部８Ａを有するＥＧＲパイプ６による冷却促進手段Ｄである。

〔実施形態７の冷却促進手段〕
図８（ｃ）に示されるように、断面形状が冷却水路ｗの側に突出する張出し部２２を一つ有する異形管部８Ａを持つＥＧＲパイプ６による冷却促進手段Ｄである。張出し部２２はパイプ断面の下側の端部が外周水路ｗ４側（後側）ではなく、端部水路ｗ３側（前側）に突き出た形状の箇所であり、冷却水２０と触れる面積が円形パイプに比べて増大されたＥＧＲパイプ６である。

実施形態７の冷却促進手段Ｄによれば、図８（ｃ）に示されるように、張出し部２２が、シリンダヘッド２下部の水孔２Ｌ（２Ｒ）からの下部水路ｗ１に来る冷却水２０を、外周水路ｗ４へ導き案内するガイドとしても機能するようになる。従って、外周水路ｗ４でのＥＧＲパイプ６の冷却作用が促進又は強化される効果を奏することができる。

〔実施形態８の冷却促進手段〕
図９（ａ）に示されるように、冷却促進手段Ｄは、大径で一つの外パイプ８内に小径で内数の内パイプ２３が内蔵されてなるパイプインパイプ形の複合パイプ８Ｂを設けてなるＥＧＲパイプにより構成されている。複数の内パイプ２３どうし及び内パイプ２３と外パイプ（基本パイプ部）８とのそれぞれは接触する状態に構成されており、外パイプ８と複数の内パイプ２３とは互いに効率よく熱伝導されるようになっている

故に、複合パイプ８Ｂにおいては、最外側の内パイプ２３内を流れるＥＧＲガスｇは、接触する外パイプ８から冷却水２０に迅速に放熱されるとともに、最内側の内パイプ２３内を流れるＥＧＲガスｇの熱は、隣り合う内パイプ２３及び外パイプ８を経て冷却されるようになる。従って、単一の円形パイプの中をＥＧＲガスが流れる場合に比べて、熱伝導率に優れるので効率良く冷却されるようになる利点がある。

〔実施形態９の冷却促進手段〕
図９（ｂ）に示されるように、冷却促進手段Ｄは、配列された複数の小パイプ２４，２４によりＥＧＲパイプ６とすることで構成されている。２つの小パイプ２４，２４とすれば、一つのパイプに比べて、断面積を同じとした場合、表面積（又は周長）は√２倍（約１．４１倍）大きくなるから、その分冷却性能が向上する。小パイプ２４が３つでは√３倍（約１．７３倍）になり、小パイプ２４が４つでは√４倍、即ち２倍に増える。

〔その他の実施例〕
異形管部８Ａの断面形状は、実施形態１〜９の他、種々の変更設定が可能である。

２ シリンダヘッド
２Ａ ケース端部
２ａ 側面
４ 排気マニホルド
５ 吸気経路（吸気マニホルド）
６ ＥＧＲパイプ
７ 膨出部分
８Ａ 異形パイプ
８Ｂ 複合パイプ
１４ 出口孔
１５ ガス取込口
２２ 張出し部
２３ 内パイプ
２４ パイプ
Ｄ 冷却促進手段
ｇ ＥＧＲガス
ｋ エンジンケース
ｗ 冷却水路

Claims (6)

1. ＥＧＲガスを吸気経路に導くためのＥＧＲパイプが、シリンダヘッド内の冷却水路に臨む状態で前記シリンダヘッドを通して配管され、
   前記シリンダヘッドの左右の一端側には排気マニホルドが組付けられ、他端側には吸気マニホルドが組付けられ、
   前記排気マニホルドは、排気ガスの一部を前記吸気マニホルドに還元する出口孔を有し、
   前記ＥＧＲパイプの一端側は、前記シリンダヘッドの一端側に形成されているガス取込口に圧入又は密着内嵌され、かつ、前記ガス取込口及び前記出口孔から前記排気マニホルドに接続され、
   前記ＥＧＲパイプの他端側は、前記シリンダヘッドの他端側の側面から突出され、かつ、前記吸気マニホルド内に位置する状態で前記吸気マニホルドに接続され、
   前記ＥＧＲパイプの周長又は表面積を増大させてなる冷却促進手段が設けられているＥＧＲ付エンジン。
2. 前記冷却促進手段は、前記ＥＧＲパイプとして異形パイプを用いることにより構成されている請求項１に記載のＥＧＲ付エンジン。
3. 前記異形パイプは、断面形状が花弁形状を呈するものに形成されている請求項２に記載のＥＧＲ付エンジン。
4. 前記異形パイプは、断面形状が前記冷却水路の側に突出する張出し部を有するものに形成されている請求項２に記載のＥＧＲ付エンジン。
5. 前記冷却促進手段は、配列された複数のパイプ又は外パイプ内に複数の内パイプが内蔵されてなる複合パイプを設けてなる前記ＥＧＲパイプにより構成されている請求項１に記載のＥＧＲ付エンジン。
6. 前記シリンダヘッドの端部であるケース端部が部分的に外方に膨出されており、前記ケース端部の外方への膨出部分に前記ＥＧＲパイプが通されている請求項１〜５の何れか一項に記載のＥＧＲ付エンジン。

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