JP6839647B2 - 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の一端側の側壁２Ｃ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を介して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、
前記シリンダヘッド２の他端側における前記ＥＧＲパイプ６の取出し部位２Ｂと前記ＥＧＲパイプ６の他端側の外周部６Ｇとの間をシールするシール機構Ｓ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、
前記シール機構Ｓは、前記取出し部位２Ｂと前記ＥＧＲパイプ６との間に介装されるシールリング２１と、前記シールリング２１を前記ＥＧＲパイプ６の軸心Ｐ方向に締付け可能な締付け具ｅとを備え、前記締付け具ｅによって前記軸心Ｐ方向に前記シールリング２１が押圧された状態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、
前記締付け具ｅは、前記ＥＧＲパイプ６に遊嵌され、かつ、前記シリンダヘッド２に螺着可能なナット２２を備えて構成されていることを特徴とする。

第４の本発明は、本発明のＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記シール機構Ｓは、前記シリンダヘッド２に前記ＥＧＲパイプ＆を鋳包むことにより構成されていることを特徴とする。

第５の本発明は、本発明〜第４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。

そして、ＥＧＲパイプをエンジンケースに通す構成としながら、冷却水が漏れない状態でＥＧＲパイプを良好に支持することができる。

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、冷却水の漏れ出しがないようにしながら、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パイプとエンジンケースとのシール構造を示し、（ａ）は要部の横断断面図、（ｂ）は別シール構造を示す要部の断面図

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。

〔シール機構について〕
本発明によるＥＧＲ付エンジンでは、図７に示されるように、エンジンケースｋにおけるＥＧＲパイプ６の取出し部位２ＢとＥＧＲパイプ６の外周面（外周部の一例）６Ｇとの間をシールするシール機構Ｓが設けられている。シール機構Ｓは、エンジンケースｋに通されるＥＧＲパイプ６とエンジンケースｋとの間をシール（密閉）させるものであり、冷却水路（ウォータジャケット）からの冷却水２０の漏れ出しを塞いでいる。

図１〜図３などに示される一例としてのＥＧＲパイプ６は、その取付フランジ６Ｂを側壁２Ｂにボルト止めすることでシリンダヘッド２に固定させる構造であるが、本発明は、図７（ａ）に示されるように、取付フランジ６Ｂが無く、基本パイプ部８をシール状態で側壁（取出し部位）２Ｂに取り付ける構造を採っている。取付フランジ６Ｂを有さないＥＧＲパイプ６は、深溝部１１を持たない均一径のパイプでなるものでもよいが、簡単のため全体図は割愛し、シール側の端部を図７に示すに止める。

シール機構Ｓは、図７（ａ）に示されるように、シリンダヘッド２の取出し部位の一例である吸気マニホルド５側の側壁２ＢとＥＧＲパイプ６との間に介装されるシールリング２１と、シールリング２１をＥＧＲパイプ６の軸心Ｐ方向に締付け可能な締付け具ｅとを備え、締付け具ｅによって軸心Ｐ方向にシールリング２１が押圧された状態により構成されている。締付け具ｅは、ＥＧＲパイプ６に遊嵌され、かつ、側壁２Ｂに螺着可能なナット（ユニオンナット）２２で構成されている。ナット２２とシールリング２１との間にリング状のリテーナ２３が設けられている。

側壁２Ｂの装着孔１９は、外側の雌ネジ部２４と、雌ネジ部２４よりも小径で内側の遊嵌部２５と、遊嵌部２５と雌ネジ部２４とを繋ぐ右拡がりテーパ内周面２６とを備えたネジ孔に形成されている。シールリング２１は、ＥＧＲパイプ６の基本パイプ部８に嵌合する内周面２１ａ、右拡がりテーパ内周面２６にテーパ嵌合する右拡がりテーパ外周面２１ｂ、右拡がりテーパ外周面２１ｂの右端に続く右狭まりテーパ外周面２１ｃとを有するアルミ材製のシール材である。

ナット２２は、雌ネジ部２４に螺合可能な雄ネジ部２２ａと、六角ナット部２２ｂと、押圧端面２２ｃを有して基本パイプ部８に遊外嵌される部品である。リテーナ２３は、右狭まりテーパ外周面２１ｃにテーパ嵌合する右狭まりテーパ内周面２３ａと、押圧端面２２ｃに当接する受圧端面２３ｂと、雌ネジ部２４に遊内嵌する外周面２３ｃとを有する強度部品である。

図７（ａ）に示されるように、装着孔１９にＥＧＲパイプ６を通し、シールリング２１及びリテーナ２３がＥＧＲパイプ６と装着孔１９との間に入れ込んだ状態で、ナット２２を雌ネジ部２４に螺合装着させる。そして、ナット２２を回し込んで締め付けると、ナット２２の押圧端面２２ｃが受圧端面２３ｂに当接し、リテーナ２３を介してシールリング２１を軸心Ｐ方向に押し付ける。

テーパ面どうし２３ａ，２１ｃの当接により軸心Ｐ方向に押圧されるシールリング２１は、主にＥＧＲパイプ６の外周面６Ｇと装着孔１９のテーパ内周面２６との間の部分が軸心Ｐの径方向に拡がり変形し、外周面６Ｇとテーパ内周面２６とに強く当接することでこれら両者６Ｇ，２６間を有効にシールする。つまり、シール機構Ｓにより、ナット２２の締め込みによって、ＥＧＲパイプ６がシリンダヘッド２に固定支持されながらそれら両者６，２間がシールされるようになる。この場合、ナット２２の締め付け操作時には、リテーナ２３とシールリング２１とは相対回動せず、ナット２２とリテーナ２３とが相対回動するようにできる。

なお、シール機構Ｓは、図７（ｂ）に示されるように、リテーナ２３を省き、リテーナ２３の役割を担う部分が一体形成されたナット２２による締付け具ｅを用いた構成でもよい。即ち、ナット２２は、図７（ａ）に示す押圧端面２２ｃに代えて、シールリング２１の右狭まりテーパ外周面２１ｃにテーパ嵌合する右狭まりテーパ内周面２２ｄを備えている。この場合は、ナット２２の締め付け操作時には、右狭まりテーパ内周面２２ｄと右狭まりテーパ外周面２１ｃとが相対回動するようになる。

シール機構Ｓの採用により、ＥＧＲパイプ６をエンジンケースｋに通す構成としながら、冷却水が漏れない状態でＥＧＲパイプ６を良好に支持することができる。ＥＧＲパイプ６をシール状態でシリンダヘッド２の装着孔１５に支持させることができるので、取付フランジ６Ｂ側壁２Ｂにボルト止めする手段（図１，２を参照）に比べて、確実なシール性能を得ながら、そのための配置場所の省スペース化が可能となる利点がある。

〔左側の側壁２ＣとＥＧＲパイプ６とについて〕
図１，２に示されるように、シリンダヘッド２の左側の側壁２ＣとＥＧＲパイプ６とは、細径部９のガス取込口１５への鋳包み（圧入でも可）により、密着状態で細径部９が側壁２Ｃに固定支持されている。つまり、鋳包みにより構成されるシール機構Ｓである。

即ち、シリンダヘッド２を鋳造する際に、ガス取込口１５となる予定箇所に細径部９が位置する状態で、中子を用いるなどしてＥＧＲパイプ６を鋳型にセットしておき、その状態で鋳造し、ＥＧＲパイプ６が鋳包みされたシリンダヘッド２を作製するのである。つまり、鋳包みによるＥＧＲパイプ６の一体鋳造は、実質的にシール機構Ｓの機能を備えたものに相当している。

細径部９を（ＥＧＲパイプ６を）左側の側壁２Ｃに、図７（ａ）に示すようなメカによるシール機構を省略しながら密着状態で強固に支持させることが可能である。また、パイプ端を外方に少し出す構成に比べて、ＥＧＲパイプ６の長さ短縮が可能になるとともに、耐振性や耐久性の各点についても好ましいものとなる。

〔別実施例〕
ＥＧＲパイプ６と左右の側壁２Ｃ，２ｂとの双方にメカとしてのシール機構Ｓが装備される構成や、ＥＧＲパイプ６と左右の側壁２Ｃ，２ｂとの双方が鋳包みされる構成を採ることは可能である。
ＥＧＲパイプ６の材質は、種々の金属などに置き換えることが可能である。またシールリング２１は、弾性材や可撓性有する材料など、種々の変更設定が可能である。

〔備考〕
「取出し部位」とは、ＥＧＲパイプ６をエンジンケースｋに通す箇所又は支持する箇所であり、左右の側壁２Ｃ，２Ｂは、いずれもＥＧＲパイプ６の「取出し部位」である。

２ シリンダヘッド
２Ａ ケース端部
２Ｂ 取出し部位
２Ｃ 側壁
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
６Ｇ 外周部
７ 膨出部分
１４ 出口孔
１５ ガス取込口
２１ シールリング
２２ ナット
Ｓ シール機構
ｅ 締付け具
ｇ ＥＧＲガス
ｋ エンジンケース
ｗ 冷却水路

Claims (5)

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の側壁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を介して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、
   前記シリンダヘッドの他端側における前記ＥＧＲパイプの取出し部位と前記ＥＧＲパイプの他端側の外周部との間をシールするシール機構が設けられているＥＧＲ付エンジン。
2. 前記シール機構は、前記取出し部位と前記ＥＧＲパイプとの間に介装されるシールリングと、前記シールリングを前記ＥＧＲパイプの軸心方向に締付け可能な締付け具とを備え、前記締付け具によって前記軸心方向に前記シールリングが押圧された状態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. 前記締付け具は、前記ＥＧＲパイプに遊嵌され、かつ、前記シリンダヘッドに螺着可能なナットを備えて構成されている請求項２に記載のＥＧＲ付エンジン。
4. 前記シール機構は、前記シリンダヘッドに前記ＥＧＲパイプを鋳包む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。
5. 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１〜４の何れか一項に記載のＥＧＲ付エンジン。

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