JP7122962B2 - 産業用エンジン - Google Patents

Description

本発明は、農用トラクタやコンバインなどの農機、或いは建機などに搭載されるエンジン、即ち、産業用エンジンに関するものである。

４気筒ディーゼルエンジンなどの直列で多気筒（複数気筒）エンジンにおいては、シリンダヘッドの複数の排気ポートを跨ぐ長尺形状の排気マニホルドが用いられる構造のものがある。このような長尺状の排気マニホルドを有するエンジンとしては、特許文献１や特許文献２において開示されたものが知られている。

特許文献１にて開示される排気マニホルドは、多数の排気ポートの全てを覆う１つの幅広い開口を有する細長い箱状（蓋状）のものに構成されている。特許文献２にて開示される排気マニホルドは、平面視で略円弧状に湾曲した細長い排気マニホルド本体部と、若干の長さを有する複数の枝分かれ管とを備えた構造のものに構成されている。

特開２００９－１９７６８０号公報 特開２０１４－４０８０８号公報

近年のエンジン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おり、高温の排気ガスに晒される排気マニホルドの熱的条件も厳しくなってきている。また、産業用エンジンも高出力化だけでなく小型化も要求されており、そのため、過給機が排気マニホルド近傍に設けられるなど、熱的条件はより厳しくなってきている。

高出力化に伴い、熱的条件に加えて各部の強度アップも必要になるので、排気マニホルドにおいても、対策として大型化（厚肉化）や高剛性化が要求されている。しかしながら、農用トラクタや芝刈機などの農機での使用においては、排ワラや刈草などの塵や異物がエンジンルーム内にも侵入してくるので、大型化された排気マニホルドの上に塵や異物が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、大型化された排気マニホルドを、その上に塵や異物が堆積し難いようにしながら用いることができるようにして、作業条件の厳しい農機などにも良好に使用することができるように改善された産業用エンジンを提供する点にある。

本発明は、産業用エンジンにおいて、
複数の排気入口部と、複数の前記排気入口部どうしを連通させる排気マニホルド本体部とを有する排気マニホルドがシリンダヘッドに取付けられ、
前記排気マニホルド本体部に上方突出するリブが形成されるとともに、前記リブの上面が、シリンダヘッド側が高くなる傾斜が付けられた斜面に形成され、
前記排気マニホルドの下方で、かつ、横外側となる位置に直方体のＥＧＲクーラが設けられ、
前記排気マニホルドの長手方向と前記ＥＧＲクーラの長手方向とは互いに同じ方向であり、
前記ＥＧＲクーラの上面の高さ位置はシリンダブロック側が高くなるように、前記ＥＧＲクーラがＥＧＲガス流れ方向に沿うＥＧＲ軸心の回りに傾けられていることを特徴とする。

前記リブの上面の傾き角度が１５～２５度に設定されているとよい。前記リブは、気筒直列方向に沿って延びる単一の条リブに形成されていると好都合である。そして、前記リブは、前記排気マニホルド本体部における排気出口部を除く箇所に設けられていればよい。

前記排気マニホルドの下方で、かつ、横外側となる位置にＥＧＲクーラが設けられていてもよく、前記排気マニホルドの反シリンダブロック側の端部と、前記ＥＧＲクーラの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ればさらによい。

本発明によれば、排気マニホルド本体部に上方突出するリブが形成されているので、リブが形成されている部分の強度や剛性が向上させることができる。従って、排気マニホルドの大型化に伴う強度や剛性の不足を、リブにより無理なく補強して補うことが可能になる。

そして、リブの上面が角度の付いた斜面に形成されているので、リブ上にワラや切草などの塵や異物が降りかかってくると、それら塵や異物は上面を滑り落ちるか、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、リブ上には堆積されないようになる。よって、排気マニホルドの周辺部位に塵や異物による詰まりを誘発したり、排気マニホルド上で高温になったりすることが極力生じないようになる。

その結果、大型化された排気マニホルドを、その上に塵や異物が堆積し難いようにしながら用いることができるようにして、作業条件の厳しい農機などにも良好に使用することができるように改善された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 排気マニホルドとＥＧＲクーラとを示す要部の一部切欠きの正面図 排気マニホルドとＥＧＲクーラとを示す要部の左側面図 排気マニホルドとＥＧＲクーラ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の前部に冷却水の取り込みパイプ２６が、そして下壁面１７ｂの後部に冷却水の排出パイプ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の長手名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〕
補強リブ１２ｇは、前後一直線ではなく、多少左右に傾いたリブであるとか、リブ幅が大小に変化するようなリブでもよく、要は塵や塵埃が滑り落ちることが可能となるように、上面が斜面に形成されていることである。

２ シリンダヘッド
１２ 排気マニホルド
１２Ａ 排気マニホルド本体部
１２ａ 排気入口部
１２ｃ 排気出口部
１２ｇ リブ
１２ｔ 反シリンダブロック側の端部
１７ ＥＧＲクーラ
１７ｔ シリンダブロック側の端部
２２ 上面
θ 傾き角度

Claims (5)

1. 複数の排気入口部と、複数の前記排気入口部どうしを連通させる排気マニホルド本体部とを有する排気マニホルドがシリンダヘッドに取付けられ、
   前記排気マニホルド本体部に上方突出するリブが形成されるとともに、前記リブの上面が、シリンダヘッド側が高くなる傾斜が付けられた斜面に形成され、
   前記排気マニホルドの下方で、かつ、横外側となる位置に直方体のＥＧＲクーラが設けられ、
   前記排気マニホルドの長手方向と前記ＥＧＲクーラの長手方向とは互いに同じ方向であり、
   前記ＥＧＲクーラの上面の高さ位置はシリンダブロック側が高くなるように、前記ＥＧＲクーラがＥＧＲガス流れ方向に沿うＥＧＲ軸心の回りに傾けられている産業用エンジン。
   
   
2. 前記リブは、気筒直列方向に沿って延びる単一の条リブに形成されている請求項１に記載の産業用エンジン。
3. 前記リブは、前記排気マニホルド本体部における排気出口部を除く箇所に設けられている請求項１又は２に記載の産業用エンジン。
4. 前記リブの上面の傾き角度が１５～２５度に設定されている請求項１～３の何れか一項に記載の産業用エンジン。
5. 前記排気マニホルドの反シリンダブロック側の端部と、前記ＥＧＲクーラの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１～４の何れか一項に記載の産業用エンジン。

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