JP7092658B2 - Ｅｇｒクーラ付産業用エンジン - Google Patents

Description

本発明は、トラクタ用や建機用ディーゼルエンジンなど、ＥＧＲクーラ付産業用エンジンに関するものである。

ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）は、産業用や自動車用の内燃機関において燃焼後の排気ガスの一部を取り入れ、再度吸気させる技術である。主として排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）低減や部分負荷時の燃費向上を目的として用いられている。高温のＥＧＲ導入による吸気充填効率の低下が無視できないため、今日のＥＧＲ（外部ＥＧＲ）を採用する殆どのエンジンでは、熱交換器によるＥＧＲ冷却機構、即ちＥＧＲクーラを用いている。

近年のエンジンの高出力化に伴い、大型化され、かつ、高効率なＥＧＲクーラとして積層型のＥＧＲクーラを採用する割合が高まってきている。例えば、特許文献１において開示されるように、シリンダヘッドの上側に積層型のＥＧＲクーラが配置された自動車用のＥＧＲクーラ付エンジンが知られている。

特開２００２－３０９９５号公報

エンジンの高出力化は農業機械や建設機械のエンジン、即ち産業用エンジンにも波及してきており、産業用エンジンにおいても積層型のＥＧＲクーラを設けることが検討されている。しかしながら、農用トラクタなどの産業用機械に積層型のＥＧＲクーラを単純には搭載し難い面がある。

積層型のＥＧＲクーラは、その構造上、直方体（矩形）の外観を呈するので、特許文献１で示されるようにエンジンに搭載すると、ＥＧＲクーラの上面は面積の広い平らな面となる。従って、農用トラクタなどの農業機械での使用を想定した場合、米やワラ、刈草などがＥＧＲクーラ上面に堆積し易い不利が考えられる。溜まったワラなどによって周辺部品の詰まりを引き起こしたり、排気部品からの熱で高温になったりするおそれもある。

本発明の目的は、積層型のＥＧＲクーラを、その上面に米やワラなどが堆積するおそれがないようにしながら搭載できるようにして、産業用としても良好に使用することができるように改善されたＥＧＲクーラ付産業用エンジンを提供する点にある。

本発明は、ＥＧＲクーラ付産業用エンジンにおいて、
矩形の断面形状を有する積層型のＥＧＲクーラがシリンダブロックの横側方に配置され、前記ＥＧＲクーラの上壁面が、前記上壁面のシリンダブロック側の高さ位置が前記上壁面の反シリンダブロック側の高さ位置よりも高くなる斜面となるように、前記ＥＧＲクーラが傾けられていることを特徴とする。

前記ＥＧＲクーラは、気筒直列方向に沿うＥＧＲ軸心の回りに傾けられているとか、前記気筒直列方向に沿う回転軸心を有するエンジン冷却ファンが設けられていれば好都合である。前記ＥＧＲ軸心の向きが前記ＥＧＲクーラの長手方向に沿っているとより好都合である。例えば、前記ＥＧＲクーラの前記ＥＧＲ軸心の回り傾き角度は１５～２５度に設定されている。

前記ＥＧＲクーラは、排気マニホルドの下方において横外側に寄せられた状態で設けられているとよい。また、前記ＥＧＲクーラの上面のシリンダブロック側の端部と、前記排気マニホルドの反シリンダブロック側の端部との互いの横方向の位置が合致されている構成が望ましい。

本発明によれば、平らな上壁面を有する積層型のＥＧＲクーラをそのＥＧＲ軸心の回りに捻って傾け、上壁面を斜面としてあるから、ワラや切草などの塵や異物は上壁面から滑り落ちるか、又はエンジン振動により斜面下側に次第に移動してから落ちるようになり、ＥＧＲクーラの上に堆積しないようになる。

従って、ＥＧＲクーラ付エンジンが芝刈機などの農機の動力源として適用されても、ＥＧＲクーラの周辺部位にワラ屑や刈草などの塵や異物による詰まりを誘発したり、塵や異物がＥＧＲクーラ上で高温になったりすることが回避されるようになる。

その結果、積層型のＥＧＲクーラを、その上壁面に米やワラなどが堆積するおそれがないようにしながら搭載できるようにして、産業用としても良好に使用することができるように改善されたＥＧＲクーラ付産業用エンジンを提供することができる。

産業用ディーゼルエンジンの正面図 図１に示すエンジンの平面図 図１に示すエンジンの左側面図 ＥＧＲクーラと排気マニホルドとを示す要部の一部切欠きの正面図 ＥＧＲクーラと排気マニホルドとを示す要部の左側面図 ＥＧＲクーラと排気マニホルドとを示す左斜め後上方から見下げた斜視図 ＥＧＲクーラを示し、（Ａ）平面図、（Ｂ）右斜め前上方から見た斜視図 排気マニホルドを示し、（Ａ）平面図、（Ｂ）左斜め後上方から見た斜視図

以下に、本発明によるＥＧＲクーラ付産業用エンジンの実施の形態を、農用トラクタなどに搭載される産業用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１～図４に示されるように、産業用ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと略称する）Ｅは、シリンダブロック１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（以下、「ヘッドカバー」と略称する）３が組付けられ、シリンダブロック１の下部にオイルパン４が組付けられている。

シリンダブロック１の前側にベルト伝動機構１０が配置され、ベルト伝動機構１０の前にエンジン冷却ファン６（図２を参照）が配置されている。エンジン冷却ファン６は、気筒直列方向（前後方向）に沿う回転軸心Ｑを有している。シリンダブロック１の後端部に伝動ケース５が組付けられ、伝動ケース５の後部にフライホイールハウジング７が配置されている。シリンダブロック１の上半部はシリンダ１Ａに、そして、下半部はクランクケース１Ｂにそれぞれ構成されている。

エンジンＥの前部に、クランク軸（図示省略）の軸端に取り付けられる駆動プーリ８、エンジン冷却ファン６を駆動するためのファン用プーリ６Ａ、及びダイナモ（オルタネータ）９の従動プーリ９Ａ、ウォータポンプ１１の従動プーリ１１Ａ、その他に跨る伝動ベルト１０Ａを張架してなるベルト伝動機構１０が構成されている。

エンジンＥの左側には、排気マニホルド１２、過給機１３、ＥＧＲクーラ１７などが装備され、エンジンＥの右側には、吸気マニホルド１４、オイルフィルタ１５、スタータ１６、燃料供給ポンプ１８などが装備されている。エンジンＥの上方には、ブローバイガスの流路であるガスダクト１９などが配置されている。

図４～図６に示されるように、シリンダヘッド２の左側に排気マニホルド１２が取付けられており、シリンダ１Ａ（シリンダブロック１）の左横で排気マニホルド１２の直下にはＥＧＲクーラ１７が配置されている。排気マニホルド１２とＥＧＲクーラ１７とは、ＥＧＲフランジ２０と取出しフランジ２１とを用いて着脱可能にボルト止めにより一体化されている。

図５、図６、図８に示されるように、排気マニホルド１２は、シリンダヘッド２に取付けられる側である４箇所の排気入口部１２ａを備える排気マニホルド本体部１２Ａを有している。排気マニホルド本体部１２Ａには、前から順に、ＥＧＲ取出し部１２ｂ、排気出口部１２ｃ、取付ステー１２ｄ、取付座１２ｅが形成されている。排気マニホルド１２は、複数の排気入口部１２ａどうしを連通させる前後に長い内部空間２９（図４を参照）を有している。

排気入口部１２ａは、シリンダヘッド２の排気ポート（図示省略）に連通して排気を受け取る入口開口（図示省略）を有し、気筒数に応じた数（４箇所）で設けられている。ＥＧＲ取出し部１２ｂは、排気ガスの一部をＥＧＲクーラ１７に供給すべく排気マニホルド１２の内部空間２９に対する連通路（図示省略）を備えており、排気マニホルド本体部１２Ａの前端部に形成されている。

排気出口部１２ｃは、過給機１３を支持し、かつ、排気ガスを過給機１３に送るための台座であり、排気マニホルド本体部１２Ａ（の内部空間）に連通される取出し開口２３を有して排気マニホルド本体部１２Ａに突設されている。取付ステー１２ｄは、排気処理装置（図示省略）を支持するための台座として排気マニホルド本体部１２Ａに形成されている。取付座１２ｅは、その左側面に開口する複数の雌ネジ１２ｆを有しており、排気マニホルド本体部１２Ａの後端部に形成されている。

また、排気マニホルド本体部１２Ａにおける１気筒目（前端）の排気入口部１２ａと２気筒目（前から２番目）の排気入口部１２ａとの間の部分に、上方突出した補強リブ１２ｇが形成されている。排気入口部１２ａの高さは、排気マニホルド本体部１２Ａの高さよりも高く少し上方突出する状態となっており、１－２気筒間で相隣る排気入口部１２ａ，１２ａの上方突出部どうしが補強リブ１２ｇで繋がれており、排気マニホルド１２としての強度・剛性の向上に寄与している。

補強リブ１２ｇは、排気マニホルド本体部１２Ａの左右幅方向で中央部において比較的幅広のリブで、かつ、気筒直列方向に沿って延びる単一の条リブに形成されるとともに、補強リブ１２ｇの上面２２は、右側よりも左側の高さが低い斜面（傾斜面）に形成されている。つまり、上面２２には、シリンダヘッド側が高くなる傾斜が付けられている。なお、図示は省略するが、取付ステー１２ｄがない排気マニホルドの場合には、補強リブ１２ｇを、３，４気筒目の排気入口部１２ａ，１２ａどうしの間に設けてもよい（排気マニホルド本体部１２Ａにおける排気出口部１２ｃを除く箇所に設けられてもよい）。

図８（Ａ）に示されるように、補強リブ１２ｇの左右幅であるリブ幅ｒは、排気マニホルド本体部１２Ａの左右幅ｗの４０～６０％（０．４ｗ≦ｒ≦０．６ｗ）であり、例えば半分（ｒ＝０．５ｗ）に設定されている。図４に示されるように、補強リブ１２ｇの上面２２の水平面に対して傾斜する角度θの値は、１５度～２５度（１５度≦θ≦２５度）であり、例えば２０度に設定されている。

図４～図７に示されるように、ＥＧＲクーラ１７は、冷却水による冷却構造を採る積層型のクーラであり、前側のガス入口部２４と後側のガス出口部２５とを備えて前後方向に長い直方体の形状を呈している。ガス入口部２４は、矩形の入口開口２４ａを有する厚板フランジ状の箇所であり、ガス出口部２５も、入口開口２４ａと同じ矩形の出口開口（図示省略）を有する厚板フランジ状の箇所である。

ガス入口部２４とガス出口部２５との間のクーラ本体部１７Ａは、基本平らな上下左右の壁面１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを備えており、上壁面１７ａの前部に冷却水の排出パイプ２６が、そして下壁面１７ｂの後部に冷却水の取り込みパイプ２７がそれぞれ夫々取付けられている。断面が矩形で対称形状を有するクーラ本体部１７Ａ（図４を参照）は、気筒直列方向である前後方向に沿うＥＧＲ軸心Ｐを備えている。

図５、図６に示されるように、排気マニホルド１２とＥＧＲクーラ１７とは、ＥＧＲ取出し部１２ｂとガス入口部２４とがＥＧＲフランジ２０を間に挟んで（介して）ボルト止め連結され、かつ、取付座１２ｅとガス出口部２５とが取出しフランジ２１を間に挟んで（介して）ボルト止め連結されることにより、一体化されたＡｓｓｙ部品の状態とすることが可能に構成されている。

ＥＧＲクーラ１７は、ＥＧＲフランジ２０と取出しフランジ２１とを用いて排気マニホルド１２に支持（ボルト止め取付け）されている。つまり、予めＥＧＲクーラ１７が排気マニホルド１２に組み付けたＡｓｓｙ状態のもの、即ち、ＥＧＲクーラ付排気マニホルドＡ（図６を参照）とされている。エンジンＥへの組付けとしては、ＥＧＲクーラ付排気マニホルドＡを、その排気マニホルド１２をシリンダヘッド２にボルト止めすることにより行われる。

従って、ＥＧＲクーラ１７は、エンジンＥへの組付け状態では、排気マニホルド１２を介してシリンダヘッド２に支持され、かつ、ＥＧＲクーラ１７の長手方向が前後方向（気筒直列方向）に沿う姿勢となるように構成されている。回転軸心Ｑの軸心方向は前後方向であるから、エンジン冷却ファン６による冷却風がＥＧＲクーラ１７の長手方向に沿って吹くように設定されている。

排気マニホルド１２（の内部空間）に吐出された排気ガスは、その大部分が排気出口部１２ｃの取出し開口２３から過給機１３に流れて行くとともに、一部はＥＧＲ取出し部１２ｂ（の内部通路）からＥＧＲフランジ２０（の内部通路）を通ってＥＧＲクーラ１７に入り、ＥＧＲクーラ１７で冷却された後に取出しフランジ２１（の内部通路）を通るように構成されている。なお、過給機１３を通過後の排気ガスは排気処理装置（図示省略）に流れて行き、取出しフランジ２１からの排気ガスは、還元ダクト２８を用いて吸気通路（例：吸気マニホルド１４）に流れて行く。

ＥＧＲクーラ１７が前記Ａｓｓｙ部品としてエンジンＥに組み付けられた状態では、ＥＧＲクーラ１７の上壁面（上面）１７ａの高さ位置はシリンダブロック側が高くなるように、ＥＧＲクーラ１７がＥＧＲガス流れ方向（前後方向）に沿うＥＧＲ軸心Ｐの回りに傾けられている。上壁面１７ａのＥＧＲ軸心Ｐ回りに傾けられた角度βの値は１５～２５度（１５度≦β≦２５度）に設定されている。一例として、βは２０度に設定される。

図４に示されるように、角度βで傾けられているＥＧＲクーラ１７は、排気マニホルド１２の下方において互いに上下で重ならない又はほぼ重ならないように、横外側（左側）に寄せられた状態で設けられている。その結果、ＥＧＲクーラ１７の上面１７ａのシリンダブロック側（右側）の端部１７ｔと、排気マニホルド１２の反シリンダブロック側（左側）の端部１２ｔとの互いの横方向（左右方向）の位置が合致又はほぼ合致するように設定されている。

例えば、このエンジンＥが農用トラクタやコンバインといった農機に適用された場合、農作業に伴って排ワラや切草、枝付き籾などの塵や異物がエンジンルームに侵入することがよくある。エンジンＥの何処かに平らな面があるとそれら塵や異物が堆積し易くなり、堆積した塵や異物によって、周辺部品（流体の出入口、補機やパイプなど）に詰まりを引き起こしたり、比較的高温となるＥＧＲクーラなどの排気部品では、堆積した塵や異物が熱で高温になったりするおそれもある。

本実施形態によれば、平らな上面を有するＥＧＲクーラ１７をそのＥＧＲ軸心Ｐの回りに捻って傾け、上壁面１７ａを斜面としてあるから、前述の塵や異物は上壁面１７ａから滑り落ちる（或いはエンジン振動により斜面の下側に移動してズリ落ちる）ようになり、ＥＧＲクーラ１７の上に堆積しないようになる。その結果、ＥＧＲクーラ１７の周辺部位に塵や異物による詰まりを誘発したり、ＥＧＲクーラ１７上で高温になったりすることが生じないように回避される。

図４、図６、図８に示されるように、排気マニホルド１２は、上方突出する４箇所の排気入口部１２ａを備えた排気マニホルド本体部１２Ａを有する前後に長い部品である。４気筒目（最後部）の排気入口部１２ａと３気筒目（後から二番目）の排気入口部１２ａとの間には取付ステー１２ｄが、そして、３気筒目の排気入口部１２ａと２気筒目（前から二番目）の排気入口部１２ａとの間には排気出口部１２ｃがそれぞれ形成されており、強度・剛性が補強されている。

ところが、１気筒目（最前部）の排気入口部１２ａと２気筒目の排気入口部１２ａとの間には、排気出口部１２ｃや取付ステー１２ｄなどの形成物がなく、排気マニホルド本体部１２Ａのみの構成とされている。そのため、結果的に排気マニホルド本体部１２Ａにおける１，２気筒目の排気入口部１２ａ，１２ａ間の部分の強度・剛性が不足気味になることを避けるべく、上方突出した前述の補強リブ１２ｇを形成させてある。

そして、補強リブ１２ｇの上面２２が角度θで左下がりの斜面（傾斜面）に形成されているので、補強リブ１２ｇ上に塵や異物が降りかかってくると、それら塵や異物は上面２２を滑り落ちて（或いはエンジン振動により斜面の下側に移動してズリ落ちて）堆積されないようになる。その結果、排気マニホルド１２の周辺部位に塵や異物による詰まりを誘発したり、排気マニホルド１２上で高温になったりすることが生じないように回避される。

加えて、ＥＧＲクーラ１７のシリンダブロック側の端部１７ｔと、排気マニホルド１２の反シリンダブロック側（左側）の端部１２ｔとの互いの横方向位置が合致（又はほぼ合致）する構成であるから、補強リブ１２ｇの上面２２から滑り落ちた塵や異物は上壁面１７ａに落ちることになり、その上壁面１７ａの傾斜によってさらに滑り落ちる。

従って、エンジンＥの構造（ＥＧＲクーラ１７とシリンダブロック１間に管路などの補機が配置される構造）上、ＥＧＲクーラ１７が排気マニホルド１２よりも横方向に張り出す構造としながらも、塵や異物が排気マニホルド１２にもＥＧＲクーラ１７にも堆積され難いように上手く構成されている。エンジン冷却ファン６の回転軸心ＱとＥＧＲクーラ１７の軸心であるＥＧＲ軸心Ｐ及び長手方向が一致しているので、前後向きの冷却風によりＥＧＲクーラ１７が効率よく空冷される。

〔別実施形態〕
ＥＧＲクーラ１７の長手方向（ＥＧＲ軸心Ｐ方向）が、完全な（垂直な）前後向きではなく、多少（例：－１５度～１５度）前後や左右に傾いていてもよい。

６ エンジン冷却ファン
１２ 排気マニホルド
１２ｔ 反シリンダブロック側の端部
１７ ＥＧＲクーラ
１７ａ 上面（上壁面）
１７ｔ シリンダブロック側の端部
Ｐ ＥＧＲ軸心
Ｑ 回転軸心
β 傾き角度

Claims (8)

1. 矩形の断面形状を有する積層型のＥＧＲクーラがシリンダブロックの横側方に配置され、前記ＥＧＲクーラの上壁面が、前記上壁面のシリンダブロック側の高さ位置が前記上壁面の反シリンダブロック側の高さ位置よりも高くなる斜面となるように、前記ＥＧＲクーラが傾けられているＥＧＲクーラ付産業用エンジン。
2. 矩形の断面形状を有する積層型のＥＧＲクーラがシリンダブロックの横側方に配置され、冷却水による冷却構造を採る前記ＥＧＲクーラの上壁面が、その高さ位置がシリンダブロック側が高くなる斜面となるように、前記ＥＧＲクーラが傾けられ、
   冷却水の出入口が、前記上壁面の気筒直列方向の一端部におけるシリンダヘッド側と、前記ＥＧＲクーラの下壁面の気筒直列方向の他端部における反シリンダヘッド側と、に設けられているＥＧＲクーラ付産業用エンジン。
3. 前記ＥＧＲクーラは、気筒直列方向に沿うＥＧＲ軸心の回りに傾けられている請求項１又は２に記載のＥＧＲクーラ付産業用エンジン。
4. 前記気筒直列方向に沿う回転軸心を有するエンジン冷却ファンが設けられている請求項３に記載のＥＧＲクーラ付産業用エンジン。
5. 前記ＥＧＲ軸心の向きが前記ＥＧＲクーラの長手方向に沿っている請求項１～４の何れか一項に記載のＥＧＲクーラ付産業用エンジン。
6. 前記ＥＧＲクーラの前記ＥＧＲ軸心の回り傾き角度が１５～２５度に設定されている請求項１～５の何れか一項に記載のＥＧＲクーラ付産業用エンジン。
7. 前記ＥＧＲクーラは、排気マニホルドの下方において横外側に寄せられた状態で設けられている請求項１～６の何れか一項に記載のＥＧＲクーラ付産業用エンジン。
8. 前記ＥＧＲクーラの上面のシリンダブロック側の端部と、前記排気マニホルドの反シリンダブロック側の端部との互いの横方向の位置が合致されている請求項７に記載のＥＧＲクーラ付産業用エンジン。

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