(57)【要約】【課題】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。【解決手段】ＥＧＲガスｇを吸気経路５に導くためのＥＧＲパイプ６が、エンジンケースｋ内の冷却水路ｗに臨む状態でエンジンケースｋを通して配管され、ＥＧＲパイプ６に、ＥＧＲガスｇの流速を遅める流速低下機構Ｃが設けられているＥＧＲ付エンジン。流速低下機構Ｃは、前記ＥＧＲパイプ６の断面積が前記ＥＧＲパイプ６の軸心Ｐ方向へ進むに従って変化する面積変化部２５を設けることにより構成されている。【選択図】図９
2019120162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲガスを吸気経路に導くためのＥＧＲパイプが、エンジンケース内の冷却水路に臨む状態で前記エンジンケースを通して配管され、
前記ＥＧＲパイプに、ＥＧＲガスの流速を遅める流速低下機構が設けられているＥＧＲ付エンジン。
【請求項２】
前記流速低下機構は、前記ＥＧＲパイプ内の経路を複数に分離する仕切り壁と、前記複数の経路から出たＥＧＲガスを集めて一つのガス出口に導く集合路と、を備えて構成されている請求項１に記載のＥＧＲ付エンジン。
【請求項３】
前記流速低下機構は、前記ＥＧＲパイプ内に突出する突起を設け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。
【請求項４】
前記流速低下機構は、前記ＥＧＲパイプの断面積が前記ＥＧＲパイプの軸心方向へ進むに従って変化する面積変化部を設け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。
【請求項５】
前記面積変化部は、互いに径の異なる拡径パイプ部と縮径パイプ部との境目により形成されている請求項４に記載のＥＧＲ付エンジン。
【請求項６】
前記エンジンケース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。
【請求項７】
前記エンジンケースはシリンダヘッドである請求項１〜６の何れか一項に記載のＥＧＲ付エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１９０１７１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３６３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、エンジンケースｋ内の冷却水路ｗに臨む状態で前記エンジンケースｋを通して配管され、
前記ＥＧＲパイプ６に、ＥＧＲガスｇの流速を遅める流速低下機構Ｃが設けられていることを特徴とする。
【０００９】
第２の本発明は、本発明のＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記流速低下機構Ｃは、前記ＥＧＲパイプ６内の経路Ｆを複数に分離する仕切り壁２１と、前記複数の経路ｆ、ｆから出たＥＧＲガスｇを集めて一つのガス出口６ｂに導く集合路Ｆｓと、を備えて構成されていることを特徴とする。
【００１０】
第３の本発明は、本発明のＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記流速低下機構Ｃは、前記ＥＧＲパイプ６内に突出する突起２３を設けることにより構成されていることを特徴とする。
【００１１】
第４の本発明は、本発明のＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記流速低下機構Ｃは、前記ＥＧＲパイプ６の断面積が前記ＥＧＲパイプ６の軸心Ｐ方向へ進むに従って変化する面積変化部２５を設けることにより構成されていることを特徴とする。
【００１２】
第５の本発明は、第４の本発明によるＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記面積変化部２５は、互いに径の異なる拡径パイプ部２６と縮径パイプ部２７との境目により形成されていることを特徴とする。
【００１３】
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、
前記エンジンケースｋ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。
【００１４】
第７の本発明は、本発明〜第６の本発明のいずれかのＥＧＲ付エンジンにおいて、
前記エンジンケースｋはシリンダヘッド２であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＥＧＲパイプをエンジンケース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。
【００１６】
加えて、流速低下機構により、ＥＧＲパイプ内を流れるＥＧＲガスの流速が低下するようになるので、ＥＧＲパイプを通過する時間が長くなり、従ってＥＧＲガスの冷却性能が向上する効果が得られる。
【００１７】
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パイプが効率よく冷却され、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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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
【図２】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
【図３】他の構造によるＥＧＲパイプを示す側面図
【図４】図３のＥＧＲパイプ各部を示し、（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
【図５】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
【図６】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
【図７】実施形態１のＥＧＲパイプを示し、（ａ）は横断断面図、（ｂ）は図７（ａ）のａ−ａ線の断面図
【図８】実施形態２のＥＧＲパイプを示す横断断面図
【図９】シリンダヘッドに組付けられた状態の実施形態３のＥＧＲパイプを示す横断断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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ＥＧＲパイプ６の軸心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。
【００２５】
図３、図４（ｂ）に示されるように、取付フランジ６Ｂは、６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。
【００２６】
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
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
〔流速低下機構について〕
本発明によるＥＧＲ付エンジンでは、ＥＧＲパイプ６に、ＥＧＲガスｇの流速を遅める流速低下機構Ｃが設けられている。以下に、種々の流速低下機構Ｃについて説明する。なお、図７，８に示す実施形態１，２のＥＧＲパイプ６は、単品で図示説明するが、図３などに示される「一例としてのＥＧＲパイプ６」に代えてシリンダヘッド２に組み込むことができるものである。
【００３６】
〔実施形態１〕
図７（ａ），（ｂ）に示されるように、流速低下機構Ｃは、ＥＧＲパイプ６内の経路Ｆを複数に分離する仕切り壁２１と、複数の経路ｆ、ｆから出たＥＧＲガスｇを集めて一つのガス出口６ｂに導く集合路Ｆｓと、を備えて構成されている。具体的には、本体パイプ６Ａにおける基本パイプ部８のパイプ側壁に対向される状態で形成された一対の深絞り部２２，２２によって仕切り壁２１が構成されている。
【００３７】
深絞り部２２は、底壁２２ａと一対の側壁２２ｂ、２２ｂとを備え、対向配置される深絞り部２２，２２の底壁２２ａどうしが互いに当接されて、本体パイプ６Ａの経路Ｆを左右一対の分割経路ｆ、ｆに分断する仕切り壁２１に形成されている。仕切り壁２１は、基本パイプ部８の両端部を除く大部分に形成されて異形管部８Ａとされており、異形管部８Ａ８は、その内部空間が左右２つに仕切られている。
【００３８】
つまり、本体パイプ６Ａの内部空間は、入口６ａ側の単一の経路Ｆ、仕切り壁２１による２つに分割経路ｆ、ｆ、及び仕切り壁２１の終端と出口６ｂとの間の単一の集合路Ｆｓに分かれている。なお、実施形態１によるＥＧＲパイプ６は、図３などに示すＥＧＲパイプ６の深溝部１１が仕切り壁２１に置き換えられたものであり、それ以外の部分は図３などに示すＥＧＲパイプ６と同じであり、同じ符号を付して説明は割愛する。
【００３９】
入口６ａから入ったＥＧＲガスｇは、入口の単一の経路Ｆを通るとすぐに仕切り壁２１によって左右の分割分経路ｆ、ｆに分かれて流れ、出口６ｂ近くの集合路Ｆｓにて二つの分割経路ｆ、ｆから出たＥＧＲガスｇ、ｇどうしが干渉して圧が上昇し、流速が低下するようになる。本体パイプ６Ａ流れるＥＧＲガスｇの流速が低下することにより、ＥＧＲパイプ６の通過時間が長くなり、従って冷却性能が向上する効果が得られる。この効果は、ＥＧＲパイプ６の表面積が増える点でも好ましい。
【００４０】
〔実施形態２〕
図８に示されるように、流速低下機構Ｃは、ＥＧＲパイプ６内に突出する突起２３を設けることにより構成されている。突起２３は、基本パイプ部８を断面積が約半分になるように部分的にパイプ側壁を径の軸心Ｐまで絞り込んで形成される深凹み部２４により構成されている。
【００４１】
図８に示されるＥＧＲパイプ６では、前述の深凹み部２４を軸心Ｐ方向に所定間隔開けて左右交互に複数形成することにより、左右（上下、斜め上下など種々の変更設定が可能である）互い違いで複数個所に突起２３を設けて流速低下機構Ｃが構成されている。基本パイプ部８における突起２３がある箇所は異形管部８Ａである。実施形態２によるＥＧＲパイプ６も、図３などに示すＥＧＲパイプ６の深溝部１１が複数の突起２３に置き換えられたものであり、それ以外の部分は図３などに示すＥＧＲパイプ６と同じであり、同じ符号を付して説明は割愛する。
【００４２】
実施形態２によるＥＧＲパイプ６は、複数の突起２３によって内部空間がラビリンス構造とされたものであり、ＥＧＲガスｇが突起２３へ衝突のしながら蛇行して流れることにより、その流速が低下されるように流速低下機構Ｃが機能する。この実施形態２の流速低下機構Ｃによる作用効果は、図７に示される実施形態１の流速低下機構Ｃによる効果と同様に得られる。
【００４３】
〔実施形態３〕
図９に示されるように、流速低下機構Ｃは、図９に示されるように、ＥＧＲパイプ６の断面積がＥＧＲパイプ６の軸心Ｐ方向へ進むに従って変化する面積変化部２５を設けることにより構成されている。面積変化部２５は、互いに径の異なる拡径パイプ部２６と縮径パイプ部２７との境目により形成されている
【００４４】
図９に示されるように、基本パイプ部８に、その径を若干細くした縮径パイプ部２７がＥＧＲパイプ６の軸心Ｐ方向で一定間隔ごとに複数個所形成されており、従って、隣合う縮径パイプ部２７どうしの間は拡径パイプ部２６に相当している。
面積変化部２５により、パイプ内部を流れるＥＧＲガスｇの圧力が変動するので、その圧力変動によって圧力波が生じ、圧力波がＥＧＲガスｇの主流と干渉することで流速が低下し、従って、ＥＧＲパイプ６の通過時間が長くなる。
【００４５】
図９のように、出口６ｂが拡径パイプ部２６に相当する構成のＥＧＲパイプ６では、出口６ｂ側の解放端で圧力波が反射し、その反射による前記干渉によりＥＧＲガスｇの流速が遅められる作用がある。実施形態３によるＥＧＲパイプ６は、図３などに示すＥＧＲパイプ６の深溝部１１が縮径パイプ部２７に置き換えられたものであり、それ以外の部分は図１などに示すＥＧＲパイプ６と同じであり、同じ符号を付して説明は割愛する。
【符号の説明】
【００４６】
２          シリンダヘッド
２Ａ        ケース端部
６          ＥＧＲパイプ
６ｂ        ガス出口
７          膨出部分
２１        仕切り壁
２３        突起
２５        面積変化部
２６        拡径パイプ部
２７        縮径パイプ部
Ｃ          流速低下機構
Ｆ          経路
Ｆｓ        集合路
Ｐ          軸心
ｆ          経路
ｇ          ＥＧＲガス
ｋ          エンジンケース
ｗ          冷却水路
【図１】
2019120162.tif 000003
【図２】
2019120162.tif 000004
【図３】
2019120162.tif 000005
【図４】
2019120162.tif 000006
【図５】
2019120162.tif 000007
【図６】
2019120162.tif 000008
【図７】
2019120162.tif 000009
【図８】
2019120162.tif 000010
【図９】
2019120162.tif 000011