JP7386195B2 - エンジン - Google Patents

Description

本発明は、シリンダヘッドを備えるエンジンに関する。

下記特許文献１には、シリンダヘッドの内部にＥＧＲ通路を内蔵したエンジンが開示されている。また、下記特許文献２には、吸気マニホールドがシリンダヘッドと一体に成形されたエンジンが開示されている。また、下記特許文献３には、シリンダヘッドの内部にサーモスタットを内蔵したエンジンが開示されている。

特開２０１５－３４５３０号公報 特開２０１７－１８０２２７号公報 特許第３８５０９４０号公報

特許文献１～３では、ＥＧＲ流路の省スペース化に繋がるような構成は一切検討されていない。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、ＥＧＲ流路の省スペース化に繋がるような構成を有するエンジンを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るエンジンは、燃焼室から排気ガスを導出させる複数の排気ポートと、ＥＧＲガスが通るＥＧＲ流路と、を備え、前記複数の排気ポートの排気出口と前記ＥＧＲ流路のＥＧＲガス入口とが、シリンダヘッドの側面に配置され、前記ＥＧＲ流路は、前記側面に取り付けられる排気マニホールドにＥＧＲクーラを介して接続される。

上記エンジンは、前記燃焼室に新気を導入させる複数の吸気ポートと、複数の前記吸気ポートを集合する吸気集合部と、を備え、前記吸気集合部の新気入口と前記ＥＧＲ流路のＥＧＲガス出口とが、前記シリンダヘッドにおいて前記側面と逆側となる側面に配置されていてもよい。

前記ＥＧＲクーラが、前記排気マニホールドに直接取り付けられていてもよい。

前記ＥＧＲ流路が、前記排気マニホールドおよび前記シリンダヘッドと一体化されていてもよい。

前記シリンダヘッドの６面が平坦面を有していてもよい。

なお、本発明の他の側面に係るシリンダヘッドおよびエンジンは、以下のように表現することができる。

本発明のシリンダヘッドは、燃焼室から排気ガスを導出させる複数の排気ポートと、
前記燃焼室に新気を導入させる複数の吸気ポートと、
複数の前記吸気ポートを集合する吸気集合部と、
ＥＧＲガスが通るＥＧＲ流路と、を備え、
前記複数の排気ポートの排気出口と前記ＥＧＲ流路のＥＧＲガス入口とが、平坦な第１の側面に並べて配置され、
前記吸気集合部の新気入口と前記ＥＧＲ流路のＥＧＲガス出口とが、前記第１の側面と逆側となる平坦な第２の側面に並べて配置されているものである。

本発明のシリンダヘッドは、複数の排気ポートの排気出口とＥＧＲ流路のＥＧＲガス入口とが、平坦な第１の側面に並べて配置され、かつ、吸気集合部の新気入口とＥＧＲ流路のＥＧＲガス出口とが、平坦な第２の側面に並べて配置されるため、６面加工が容易である。

本発明のシリンダヘッドにおいて、上部が開口して冷却水出口管と連通されるサーモスタットケースと、
前記燃焼室を冷却水で冷却するウォータージャケットと、
前記サーモスタットケースと前記ウォータージャケットに連通する冷却水通路と、をさらに備え、
前記ウォータージャケットは、冷却水が排気側から吸気側へ向かうように形成され、
前記冷却水通路は、冷却水が排気側から前記サーモスタットケース側に向かうように形成されており、
前記排気側の前記ウォータージャケットの高さは、前記吸気側の前記ウォータージャケットの高さよりも高く形成され、
前記サーモスタットケース側の前記冷却水通路の高さは、前記排気側の前記冷却水通路の高さ以上に形成されているものでもよい。

このウォータージャケットは、排気側の高さが、吸気側の高さよりも高く形成されているため、排気側にエアが溜まるおそれがあるが、サーモスタットケース側の冷却水通路の高さを、排気側の前記冷却水通路の高さ以上に形成することで、排気側のウォータージャケットで溜まったエアを冷却水通路を介してサーモスタットケース側に送り出すことができるため、エンジンの冷却効率を高めることができる。

本発明のシリンダヘッドにおいて、前記サーモスタットケースの冷却水出口は、平坦に加工された上面の加工面にて開口しているものでもよい。

この構成によれば、サーモスタットケースの冷却水出口が、平坦に加工された上面の加工面に配置されるため、６面加工が容易である。

本発明のエンジンは、上記のシリンダヘッドを備え、前記サーモスタットケースの直下に冷却水ポンプが配置されているものでもよい。

この構成によれば、エンジンをコンパクトに設計することができる。

本発明のエンジンの構成によれば、ＥＧＲ流路の省スペース化に繋がる。

本実施形態に係るエンジンの斜視図である。 本実施形態に係るエンジンの斜視図である。 シリンダヘッド、吸気マニホールド、及び排気マニホールドの分解斜視図である。 シリンダヘッド、吸気マニホールド、及び排気マニホールドの分解斜視図である。 シリンダヘッドの断面斜視図である。 シリンダヘッドの上下方向下部での断面図である。 シリンダヘッドの上下方向中央部での断面図である。 シリンダヘッドの上下方向上部での断面図である。 シリンダブロック及びシリンダヘッドの断面図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

初めに、図１及び図２を参照しながら、エンジン１の概略構造について説明する。なお、以下の説明では、クランク軸２と平行な両側部を左右とし、冷却ファン８の配置側を前側、フライホイルハウジング９の配置側を後側と、排気マニホールド６の配置側を左側、吸気マニホールド５の配置側を右側と、ヘッドカバー７の配置側を上側、オイルパン１１の配置側を下側と称して、これらを便宜的に、エンジン１における四方及び上下の位置関係の基準としている。

農業機械や建設・土木機械といった作業機械に搭載される原動機としてのエンジン１は、エンジン出力軸であるクランク軸２とピストン（不図示）とを内蔵したシリンダブロック３を備えている。シリンダブロック３上にはシリンダヘッド４が搭載されている。シリンダヘッド４の右側面に吸気マニホールド５が配置され、シリンダヘッド４の左側面に排気マニホールド６が配置されている。シリンダヘッド４の上面側はヘッドカバー７にて覆われている。シリンダブロック３の前後両側面から、クランク軸２の前後両端側を突出させている。エンジン１の前面側に冷却ファン８が設けられている。クランク軸２の前端側から冷却ファン用Ｖベルトを介して冷却ファン８に回転動力が伝達される。

エンジン１の後面側にフライホイルハウジング９が設けられている。フライホイルハウジング９内に、フライホイル１０がクランク軸２の後端側に軸支された状態で収容されている。エンジン１の回転動力は、クランク軸２からフライホイル１０を介して作業機械の作動部に伝達される。シリンダブロック３の下面には、エンジンオイルを貯留するオイルパン１１が配置されている。オイルパン１１内のエンジンオイルは、シリンダブロック３内のオイルポンプを介してエンジン１の各潤滑部に供給され、その後、オイルパン１１に戻る。

シリンダブロック３の右側面における吸気マニホールド５の下方には燃料供給ポンプ１３が設けられている。また、エンジン１には、電磁開閉制御型の燃料噴射バルブを有する四気筒分のインジェクタ１４を備えている。各インジェクタ１４の燃料噴射バルブを開閉制御することによって、コモンレール内の高圧の燃料が各インジェクタ１４からエンジン１の各気筒に噴射される。

シリンダブロック３の前面側には、冷却水供給用の冷却水ポンプ１５が配置されている。クランク軸２の回転動力によって、冷却ファン用Ｖベルトを介して、冷却ファン８と共に冷却水ポンプ１５が駆動される。作業機械に搭載されるラジエータ（不図示）内の冷却水は、冷却水ポンプ１５の駆動によって、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４に供給され、エンジン１を冷却する。エンジン１の冷却に寄与した冷却水はラジエータに戻される。なお、冷却水ポンプ１５の上方にオルタネータ１６が配置されている。

冷却水ポンプ１５は、吸気マニホールド５の下方に配置されており、ラジエータの冷却水出口と連通される冷却水入口管３０が、シリンダブロック３の右側面であって冷却水ポンプ１５と同じ高さに設けられている。また、ラジエータの冷却水入口と連通される冷却水出口管３１が、シリンダヘッド４の右側上面に固定されている。

吸気マニホールド５には、吸気スロットル部材１７が連結されている。エアクリーナ（不図示）に吸い込まれた新気（外部空気）は、エアクリーナで除塵及び浄化された後、吸気スロットル部材１７を介して吸気マニホールド５に送られ、エンジン１の各気筒に供給される。

吸気マニホールド５の上部には、ＥＧＲ装置１８が配置されている。ＥＧＲ装置１８は、エンジン１の排気ガスの一部（排気マニホールド６からのＥＧＲガス）を吸気マニホールド５に供給する装置であり、排気マニホールド６にＥＧＲクーラ２０を介して接続するＥＧＲ配管２１と、ＥＧＲ配管２１に吸気マニホールド５を連通させるＥＧＲバルブケース１９とを備えている。

ＥＧＲバルブケース１９の下向きの開口端部が、吸気マニホールド５から上向きに突出する入口部にボルトで締結されている。また、ＥＧＲバルブケース１９の右向きの開口端部が、ＥＧＲ配管２１の出口側に連結されている。ＥＧＲバルブケース１９内に収容されているＥＧＲバルブ部材（不図示）の開度を調節することによって、ＥＧＲ配管２１から吸気マニホールド５へのＥＧＲガスの供給量が調節される。ＥＧＲバルブ部材は、ＥＧＲバルブケース１９に取り付けられたアクチュエータ２２によって駆動される。

エアクリーナから吸気スロットル部材１７を介して吸気マニホールド５に供給される新気と、排気マニホールド６からＥＧＲバルブケース１９を介して吸気マニホールド５に供給されるＥＧＲガス（排気マニホールド６から排出される排気ガスの一部）とが、吸気マニホールド５内で混合される。このように、排気マニホールド６から排出された排気ガスの一部を吸気マニホールド５経由でエンジン１に還流させることによって、燃焼温度を低下させ、エンジン１からの窒素酸化物（ＮＯＸ）の排出量を低減している。

ＥＧＲ配管２１は、ＥＧＲクーラ２０とＥＧＲバルブケース１９とに接続される。ＥＧＲ配管２１は、シリンダヘッド４の右側に配置された第１ＥＧＲ配管２１ａと、シリンダヘッド４の後端部に形成された第２ＥＧＲ配管２１ｂと、シリンダヘッド４の左側に配置された第３ＥＧＲ配管２１ｃとを備えている。

第１ＥＧＲ配管２１ａは、全体としてＬ字状のパイプである。第１ＥＧＲ配管２１ａは、入口側が第２ＥＧＲ配管２１ｂの出口側に連結され、出口側がＥＧＲバルブケース１９に連結されている。

第２ＥＧＲ配管２１ｂは、図２に示すようにシリンダヘッド４の後端部に左右方向に貫通するように形成されている。すなわち、第２ＥＧＲ配管２１ｂとシリンダヘッド４は、一体化されている。第２ＥＧＲ配管２１ｂは、入口側が第３ＥＧＲ配管２１ｃの出口側に連結され、出口側が第１ＥＧＲ配管２１ａの入口側に連結されている。

第３ＥＧＲ配管２１ｃは、排気マニホールド６の内部に形成されている。すなわち、第３ＥＧＲ配管２１ｃと排気マニホールド６は、一体化されている。第３ＥＧＲ配管２１ｃ及び第２ＥＧＲ配管２１ｂを排気マニホールド６及びシリンダヘッド４と一体化することで、省スペース化に繋がり、さらに外部の衝撃を受けにくくなる。

次に、シリンダヘッド４の構成について、図３Ａ、図３Ｂ、図４、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃを参照して説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、シリンダヘッド４、吸気マニホールド５、及び排気マニホールド６の分解斜視図であり、図３Ａと図３Ｂはそれぞれ別の方向から見た斜視図である。図４は、シリンダヘッド４の上下方向の中央部付近での断面斜視図である。図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃは、それぞれシリンダヘッド４の上下方向の下部、中央部、及び上部での断面図である。

シリンダヘッド４は、全体として長方形状をしている。シリンダヘッド４は、鋳造後に６面（側面４面と上下面２面）が切削加工される。シリンダヘッド４は、図４等に示すように、燃焼室から排気ガスを導出させる複数の排気ポート４１と、燃焼室に新気を導入させる複数の吸気ポート４２と、複数の吸気ポート４２を集合する吸気集合部４３と、ＥＧＲガスが通る第２ＥＧＲ配管２１ｂ（本発明のＥＧＲ流路に相当する）と、を備えている。

排気ポート４１は、対応するシリンダの上面に開口する排気弁孔４１ａ（図３Ｂ及び図５Ａ等を参照）に連通しており、燃焼室から排気ガスを導出させる。排気弁孔４１ａの位置には、不図示の排気弁が設けられる。排気ポート４１は、排気弁孔４１ａから左側に延びており、排気出口４１ｂがシリンダヘッド４の左側面４ａ（本発明の第１の側面に相当する）に開口している。複数の排気出口４１ｂは、前後方向に並んで配置されている。一方、排気マニホールド６は、シリンダヘッド４の左側面４ａと連結される右側面に、複数の排気出口４１ｂと連通する複数の排気入口６ａが、前後方向に並んで配置されている。

吸気ポート４２は、シリンダの上面に開口する吸気弁孔４２ａ（図３Ｂ及び図５Ａ等を参照）に連通しており、燃焼室に新気を導入させる。吸気弁孔４２ａの位置には、不図示の吸気弁が設けられる。吸気ポート４２は、吸気弁孔４２ａから右側に延びている。

シリンダヘッド４の右側面４ｂには、複数の吸気ポート４２を集合する吸気集合部４３が形成されている。吸気集合部４３は、複数の吸気ポート４２の新気入口と連通している。吸気集合部４３の新気入口４３ａがシリンダヘッド４の右側面４ｂ（本発明の第２の側面に相当する）に開口している。一方、吸気マニホールド５は、シリンダヘッド４の右側面４ｂと連結される左側面に、新気入口４３ａと連通する新気出口５ａが設けられている。

第２ＥＧＲ配管２１ｂは、前述のように、シリンダヘッド４の後端部に左右方向に貫通するように形成されている。第２ＥＧＲ配管２１ｂは、排気ポート４１及び吸気ポート４２の後方に設けられている。第２ＥＧＲ配管２１ｂのＥＧＲガス入口４４ａが、シリンダヘッド４の左側面４ａの後方にて開口している。一方、排気マニホールド６は、シリンダヘッド４の左側面４ａと連結される右側面に、ＥＧＲガス入口４４ａと連通する第３ＥＧＲ配管２１ｃのＥＧＲガス出口６ｂが設けられている。複数の排気出口４１ｂとＥＧＲガス入口４４ａは、切削加工された平坦なシリンダヘッド４の左側面４ａに前後方向に並べて配置されている。すなわち、複数の排気出口４１ｂとＥＧＲガス入口４４ａは、同一面にて開口している。

また、第２ＥＧＲ配管２１ｂのＥＧＲガス出口４４ｂが、シリンダヘッド４の右側面４ｂの後方にて開口している。吸気集合部４３の新気入口４３ａとＥＧＲガス出口４４ｂは、切削加工された平坦なシリンダヘッド４の右側面４ｂに並べて配置されている。すなわち、新気入口４３ａとＥＧＲガス出口４４ｂは、同一面にて開口している。

シリンダヘッド４の右側面４ｂの前方には、上部が開口して冷却水出口管３１と連通されるサーモスタットケース４５が設けられている。サーモスタットケース４５は、吸気集合部４３の前方に設けられている。サーモスタットケース４５の内部には、不図示のサーモスタットが配置される。サーモスタットケース４５の冷却水出口４５ａは、平坦に加工されたシリンダヘッド４の上面４ｃの加工面にて開口している。

シリンダヘッド４の内部には、ウォータージャケット４６が設けられている。ウォータージャケット４６は、排気ポート４１と吸気ポート４２の周囲に形成されている。ウォータージャケット４６は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、シリンダヘッド４の上下方向の下面側から中央部付近までは、排気側、吸気側の両方に設けられ、図５Ｃに示すように、シリンダヘッド４の上面側では、排気側のみに設けられている。すなわち、排気側のウォータージャケット４６の高さは、吸気側のウォータージャケット４６の高さよりも高く形成されている。ウォータージャケット４６内の冷却水は、図５Ａ及び図５Ｂにおいて矢印Ｗで示すように、排気側から吸気側へ向かう方向に流れる。

また、シリンダヘッド４の内部には、サーモスタットケース４５とウォータージャケット４６に連通する冷却水通路４７が設けられている。冷却水通路４７は、シリンダヘッド４の前部に形成されている。サーモスタットケース４５側の冷却水通路４７の高さは、排気側の冷却水通路４７の高さ以上に形成される。本実施形態では、サーモスタットケース４５側の冷却水通路４７の高さと、排気側の冷却水通路４７の高さとは、図５Ｃに示すように略同じとなっている。これにより、冷却水通路４７内の冷却水は、排気側からサーモスタットケース４５側に向かう方向に流れる。その結果、ウォータージャケット４６の排気側で溜まったエアをサーモスタットケース４５側に送り出すことができ、エンジン１の冷却効率を高めることができる。

図６は、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４をサーモスタットケース４５の位置で上下方向に切断した断面図である。サーモスタットケース４５の直下には、冷却水ポンプ１５が配置されている。より具体的には、サーモスタットケース４５と冷却水ポンプ１５の冷却水入口１５ａが上方方向に並べて配置されている。サーモスタットケース４５の下部には、サーモスタットが閉じたときに冷却水が流れるボトムバイパス３２が接続される。ボトムバイパス３２は、シリンダブロック３の前部に形成されている。ボトムバイパス３２は、上下方向に延びて、冷却水ポンプ１５の冷却水入口１５ａに連通する。サーモスタットケース４５の直下に冷却水ポンプ１５を配置することにより、ボトムバイパス３２を簡素な形状にすることができるため、エンジン１をコンパクトに設計することができる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ エンジン
４ シリンダヘッド
４ａ 左側面
４ｂ 右側面
４ｃ 上面
１５ 冷却水ポンプ
２１ｂ 第２ＥＧＲ配管
４１ 排気ポート
４１ｂ 排気出口
４２ 吸気ポート
４３ 吸気集合部
４３ａ 新気入口
４４ａ ＥＧＲガス入口
４４ｂ ＥＧＲガス出口
４５ サーモスタットケース
４５ａ 冷却水出口
４６ ウォータージャケット
４７ 冷却水通路

Claims (5)

1. 燃焼室から排気ガスを導出させる複数の排気ポートと、
   シリンダヘッドの内部に形成され、ＥＧＲガスが通るＥＧＲ流路と、を備え、
   前記複数の排気ポートの排気出口と前記ＥＧＲ流路のＥＧＲガス入口とが、前記シリンダヘッドの側面に配置され、
   前記ＥＧＲ流路は、前記側面に取り付けられる排気マニホールドにＥＧＲクーラを介して接続され、
   前記排気マニホールドは、前記複数の排気ポートの前記排気出口とそれぞれ連通する複数の排気入口を有し、
   前記ＥＧＲクーラは、前記排気マニホールドにおいて、前記複数の排気入口から前記排気マニホールドに流入して前記排気マニホールドから前記排気ガスが流れる部分と接続されており、
   前記排気マニホールドから前記ＥＧＲクーラに向かって前記排気ガスが流れ、
   前記ＥＧＲクーラに向かって流れた前記排気ガスは、前記ＥＧＲクーラで冷却された後、前記ＥＧＲ流路の前記ＥＧＲガス入口に流れる、エンジン。
2. 前記燃焼室に新気を導入させる複数の吸気ポートと、
   複数の前記吸気ポートを集合する吸気集合部と、を備え、
   前記吸気集合部の新気入口と前記ＥＧＲ流路のＥＧＲガス出口とが、前記シリンダヘッドにおいて前記側面と逆側となる側面に配置されている、請求項１に記載のエンジン。
3. 前記ＥＧＲクーラが、前記排気マニホールドに直接取り付けられている、請求項１または２に記載のエンジン。
4. 前記ＥＧＲ流路が、前記シリンダヘッドと一体化されている、請求項１から３のいずれかに記載のエンジン。
5. 前記シリンダヘッドの６面が平坦面を有している、請求項１から４のいずれかに記載のエンジン。