CN104114830A

CN104114830A - 船用发动机

Info

Publication number: CN104114830A
Application number: CN201380005908.5A
Authority: CN
Inventors: 日比野光宏; 前谷一树; F·豪布纳; J·斯洛特曼; M·贝尔
Original assignee: Yanmar Co Ltd; Kia Motors Corp
Current assignee: FEV Europe GmbH; Yanmar Power Technology Co Ltd
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2033-01-11
Also published as: EP2806137A4; US20140369863A1; WO2013108603A1; EP2806137B1; US9777619B2; EP2806137A1; CN104114830B

Abstract

一种船用发动机，具备第1增压器(22)、第1中冷器(23)、第2增压器(24)、及第2中冷器(26)。第1增压器(22)被配置在船用发动机的曲轴方向的一端。第1中冷器(23)及第2增压器(24)被配置在船用发动机的装置宽度方向的端部。另外，第1中冷器(23)及第2增压器(24)在曲轴方向上并排配置。第2中冷器(26)被配置在船用发动机的曲轴方向的另一端，即，第1增压器(22)的相反侧。

Description

船用发动机

技术领域

本发明涉及具备两个增压器和两个中冷器的船用发动机。

背景技术

以往，汽车、船舶等的发动机中，具备两个增压器的结构(两级增压系统)已为人们所知。两级增压系统利用从气缸排放出的排气使第一个增压器的涡轮旋转，从而将空气压缩后送往气缸侧。第二个增压器将被第一个增压器压缩后的空气进一步压缩后，将该空气送往气缸。由此，能够增加供给气缸的空气的流量，因而能够提高发动机的输出。

被增压器压缩后的空气温度升高，所以密度降低(质量流量降低)。因此，在增压器的下游侧配置有用于冷却高温的空气的中冷器。专利文献1至3中，公开了第一个增压器的下游侧和第二个增压器的下游侧分别配置有中冷器的结构(总共配置有两个中冷器的结构)的两级增压系统。另外，专利文献1至3中，作为两级增压系统的应用对象，公开了铲土机等的施工机械用的发动机、汽车用的发动机、以及飞机用的发动机等。

另外，作为两级增压系统的其它结构，具备两个增压器和一个中冷器，用一个中冷器来冷却连续从两个增压器通过后的空气的结构已为人们所知。这种两级增压系统已被搭载于船舶上的发动机(船用发动机)等采用。

然而，这种两级增压系统由于用一个中冷器来冷却被两个增压器压缩后的气体，因而需要冷却性能高(即，尺寸大)的中冷器。因此，采用该两级增压系统的情况下，必须考虑中冷器的尺寸来确定其它设备的位置，从而，设备的布局自由度降低。

除此之外，船用发动机的场合，还需要考虑以下几点来确定布局。即，由于船舶上有时会并设多个船用发动机，所以船用发动机在该并设方向上尺寸小的布局较佳。另外，船用发动机有时会被配置在船体的下部，作业人员有可能上到船用发动机的顶面上去进行维修等。因而，对于船用发动机而言，从顶面容易进行维修的布局较佳。

如上所述那样，对于船用发动机，需要考虑上述几点来确定中冷器的配置。另外，施工机械、汽车等的发动机中，增压器及中冷器一般不是配置在气缸体的近旁，而是配置在稍微离开的位置上。因此，中冷器的配置成为问题的情况较少。

【专利文献1】：日本特开2011-99332号公报

【专利文献2】：日本特开2011-163201号公报

【专利文献3】：日本专利第3953636号公报

发明内容

鉴于以上情况，本发明的主要目的在于，提供一种能够防止布局自由度降低的同时，在并设方向上的尺寸较小、且维修的作业性较好的船用发动机。

本发明所要解决的技术问题如上所述，下面说明用于解决该技术问题的技术方案及其效果。

基于本发明的观点，提供以下结构的船用发动机。即，该船用发动机具备第1增压器、第1中冷器、第2增压器、及第2中冷器。所述第1增压器利用排气进行供气。所述第1中冷器使从所述第1增压器通过后的气体流入，而对因该第1增压器而温度升高的气体进行冷却。所述第2增压器使从所述第1中冷器通过后的气体流入，利用排气进行供气。所述第2中冷器使从所述第2增压器通过后的气体流入，而对因该第2增压器而温度升高的气体进行冷却。该船用发动机中，所述第1增压器被配置在曲轴方向的一侧的端部，并且，所述第2中冷器被配置在曲轴方向的另一侧的端部。另外，所述第1中冷器和所述第2增压器以使所述第1中冷器位于所述第1增压器侧的状态，在曲轴方向上并排配置。

由此，与具有一个中冷器的结构相比，能够提高船用发动机的布局自由度。另外，由于第1增压器和第2中冷器被配置在船用发动机的曲轴方向的一侧的端部和另一侧的端部，所以，能够减小与曲轴方向垂直的方向(装置宽度方向)的尺寸。因而，例如在将多个发动机在装置宽度方向上并排配置的情况下，能够有效利用船舶的空间。另外，本结构与在发动机的高度方向上重叠配置增压器等的结构相比，更容易接近增压器等。因而，维修的作业性较好。

在所述船用发动机中，采用以下结构较佳。即，该船用发动机具备覆盖阀盖的平板状的板状盖。另外，在所述板状盖的厚度方向看时，该板状盖的四方中只有三方配置有所述第1增压器、所述第1中冷器、所述第2增压器、及所述第2中冷器。

因此，工作人员可以上到板状盖(顶盖)上去进行增压器等的维修。因而，既有良好的作业性又能防止管道等的破损。另外，由于板状盖的四方中只有三方配置有增压器等，所以，工作人员可以不用太改变自身的朝向，便能对多个增压器等进行维修。因而，从此观点上看，作业性也较好。

在所述船用发动机中，采用以下结构较佳。即，(船用发动机的)顶面与所述板状盖的表面至少有一部分相一致。另外，以将顶面的中央及作为顶面相反侧的面的底面的中央分成二等分的高度为基准高度时，所述第1增压器、所述第1中冷器、所述第2增压器、及所述第2中冷器全部被配置得比所述基准高度更靠上侧。

由此，能够在船用发动机的上部(板状盖的近傍)配置增压器等，因而能够进一步提高作业性。

在所述船用发动机中，采用以下结构较佳。即，该船用发动机具备供气岐管，该供气岐管中流入从所述第2中冷器通过后的气体。该船用发动机中，从所述第1增压器至所述第1中冷器为止的气体的路径比从所述第1中冷器至所述第2增压器为止的气体的路径更短，而且，从所述第2增压器至所述第2中冷器为止的气体的路径比从所述第2中冷器至所述供气岐管为止的气体的路径更短。

由此，能够使因增压器而温度升高的气体的流动路径比较短。因而，整个供气管中，需要覆盖隔热材料等的部分可被缩短，从而能够压低成本。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式所涉及的船用发动机的立体图。

图2是从其它方向看到的船用发动机的立体图。

图3是船用发动机的俯视图。

图4是船用发动机的正视图。

图5是表示供气系统的设备的位置关系的立体图。

图6是表示膨胀箱周围的情形的立体图。

图7是表示膨胀箱周围的情形的立体图。

图8是表示膨胀箱的内部结构的截面图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1及图2是船用发动机1的立体图。图3是船用发动机1的俯视图。图4是船用发动机1的正视图。图5是表示构成两级增压系统的设备的位置关系的立体图。另外，在以下说明中，如图1所示那样，将船用发动机1的上下方向称为高度方向；将船用发动机1的曲轴61(参照图3)的长度方向称为曲轴方向；将与高度方向和曲轴方向中任一方都垂直的方向称为装置宽度方向。另外，高度方向中，将图1的上侧(配置有后述的顶盖10的一侧)作为上侧。

本实施方式的船用发动机1是搭载于游艇等船舶上的舷内型的柴油发动机。另外，该船用发动机1中采用了两级增压系统。

船用发动机1如图1和图2等所示，具备顶盖(板状盖)10。顶盖10被构成为平板状，并被配置为厚度方向与所述高度方向相一致。该顶盖10的下侧配置有阀盖及气缸体等。

船用发动机1的两级增压系统如图1等所示，由第1增压器22、第1中冷器23、第2增压器24、第2中冷器26、以及将它们连接的供气管21a～21d构成。

第1增压器22在壳体内部具有涡轮和压缩机。涡轮被构成为，利用排气进行旋转。压缩机与涡轮连接在相同的轴上，随着涡轮的旋转而旋转。第1增压器22可以通过压缩机的旋转，将空气压缩而进行强制供气。采用该结构，能够利用排气来增加向气缸供给的空气的流量，因而，能够提高船用发动机1的输出。另外，由于是由第1增压器22进气，空气被急速压缩，所以该空气的温度升高。该高温的空气经由供气管21a而被送到第1中冷器23。

第1中冷器23的壳体内部配置有多个有海水流通的冷却管。从第1增压器22送出的空气在该冷却管的周围流动。采用该结构，第1中冷器23能够通过使从第1增压器22送出的空气与海水进行热交换而将其冷却。被第1中冷器23冷却后的空气经由供气管21b而被送到第2增压器24。

第2增压器24与第1增压器22结构相同，能够利用排气来压缩从第1中冷器23送出的空气。该被压缩的空气与上述一样温度升高。然后，该高温的空气被送到膨胀箱(冷却水箱)25内形成的供气管(供气路径、冷却路径)21c。

膨胀箱25蓄积冷却用的清水(冷却水)。该冷却水用于对船用发动机1的各部分进行冷却。例如，膨胀箱25所蓄积的冷却水经由水泵、气缸体及冷却管30而被送到第1增压器22等，对该第1增压器22等进行冷却。然后，冷却水经由冷却管29而被膨胀箱25回收。另外，膨胀箱25还发挥吸收因冷却水温度上升等而引起的冷却水的体积变化的作用。

另外，本实施方式的膨胀箱25的内部形成有供气管21c。该供气管21c连接第2增压器24和第2中冷器26。由于该供气管21c的周围蓄积有冷却水，所以膨胀箱25能够对从供气管21c通过的气体进行冷却。另外，有关供气管21c的详细情况，将于后述。

第2中冷器26与第1中冷器23结构相同，通过使从第2增压器24送出的空气与海水进行热交换而将其冷却。被第2中冷器26冷却后的空气经由供气管21d而被送到供气岐管28。

在所述顶盖10的内侧的气缸盖上，配置有共轨、燃料噴射装置、气缸等。船用发动机1通过将被供给的压缩空气在气缸内进一步压缩后进行燃料喷射，能够使活塞上下移动而产生动力。在此所产生的动力通过如图3所示的曲轴61，而被传递给动力装置等。

另外，本实施方式中，在曲轴61的第1增压器22侧的端部配置有飞轮壳体62(图4)。飞轮壳体62内的飞轮上连接着离合器(省略图示)。由此，能够将船用发动机1的输出截断或传递到动力系统等。

从气缸排出的排气的全部或一部分经由排气歧管及排气管等而被送到所述第1增压器22及第2增压器24。该排气用于如上所述那样使涡轮旋转。

除上述的以外，排气也经由所述排气管等而被送到图2所示的EGR管31。该EGR管31与供气管21d相连接。基于该结构，通过将排气的一部分再次供给气缸，能够使排气的氮氧化物减少、降低燃油消耗。

另外，在该EGR管31的近傍配置有EGR冷却器32及EGR传感器33。EGR冷却器32通过使经由EGR管31而被送到供气侧的空气与清水进行热交换等而将该空气冷却。EGR传感器33检测经由EGR管31有多少排气被送到供气侧。

本实施方式中，该EGR管31、EGR冷却器32、及EGR传感器33被配置在供气管21d的下方、且在装置宽度方向上与第1中冷器23及第2增压器24等相反的一侧的端部。另外，EGR管31等被配置得比供气岐管28更靠外侧。

船用发动机1在高度方向上与顶盖10相反的一侧的面(底面)上装备有油底壳41。油底壳41是用于积蓄向发动机内部(气缸、曲轴61等)供给的发动机机油的构件。油底壳41中积蓄的发动机机油通过机油泵而被送到发动机内部。

被机油泵送出的发动机机油从图2所示的机油滤清器42通过。由此，能够将发动机机油中含有的金属粉末、杂质等去除掉。另外，发动机机油不仅被用于发动机内部的润滑、气密性的保持，还用于对发动机内部进行冷却。因此，船用发动机1为了有效地冷却发动机内部，而装备有用于对发动机机油进行冷却的省略了图示的机油冷却器。机油冷却器能通过与海水或清水等进行热交换，而将发动机机油冷却。

在本实施方式中，机油滤清器42被配置在，船用发动机1的曲轴方向的端部近傍、且在第2中冷器26的下方。另外，机油滤清器42被配置得至少俯视时比供气管21d更靠内侧(靠近曲轴61的一侧)。因此，能够从外部保护机油滤清器42。另外，未图示的机油冷却器被配置得比所述EGR冷却器32更靠内侧(靠近曲轴61的一侧)。

下面，从不同观点，对构成本实施方式的两级增压系统的设备的配置进行说明。其中，在以下的说明中，有时将构成两级增压系统的设备(第1增压器22、第1中冷器23、第2增压器24、及第2中冷器26)总称为“增压器等”。

首先，参照俯视图(图3)，对增压器等的俯视图中的配置进行说明。其中，如上所述那样，由于顶盖10的厚度方向与高度方向一致，所以，本实施方式中，也可以将俯视图称为“从顶盖10的厚度方向看到的图”。

第1增压器22被配置在船用发动机1的曲轴方向的一个端部。第1中冷器23和第2增压器24都被配置在船用发动机1的装置宽度方向的一个端部。并且，第1中冷器23和第2增压器24以使第1中冷器23靠近第1增压器22的状态，在曲轴方向上并排配置。第2中冷器26被配置在船用发动机1的曲轴方向的另一个端部。

因而，本实施方式中，增压器等被配置成，构成船用发动机1的侧面。换言之，增压器等被配置成，围绕着俯视图中的顶盖10(详细而言，围绕着四方中的三方)。由此，能够减小船用发动机1的装置宽度方向的尺寸。

另外，供气岐管28被配置在船用发动机1的装置宽度方向的另一个端部(与第1中冷器23等相反的一侧的端部)。另外，膨胀箱25在曲轴方向上与第1中冷器23并排配置，且被配置为俯视时与第2增压器24相重叠。

下面，参照侧视图(图4)，对增压器等的高度方向的位置进行说明。在本实施方式中，顶盖10的顶面构成船用发动机1的顶面的一部分。另外，油底壳41的底面构成船用发动机1的底面的一部分。因而，可以将油底壳41的底面至顶盖10的顶面为止的长度称为船用发动机1的高度。以下，如图4所示那样，将该船用发动机1的高度的一半称为“基准高度”。

此时，增压器等被配置得比该基准高度更靠上侧(顶盖10侧)。更详细而言，不仅增压器等的上端，其中心部和下端也配置得比基准高度更靠上侧。另外，第1增压器22、第1中冷器23、及第2增压器24被配置为，它们的上端与船用发动机1的上端基本一致。

基于该结构，由于增压器等位于船用发动机1的上部，所以，实现了对于上到顶盖10上去进行维修的工作人员而言，容易接近该增压器等的(作业性能良好的)布局。

另外，膨胀箱25、供气岐管28也被配置得比所述基准高度更靠上侧。特别是，膨胀箱25被配置为，其顶面与船用发动机1的顶面基本一致。

下面，参照表示供气系统的设备的位置关系的立体图(图5)，来比较供气管21a～21d的长度。

在此，供气管21a的长度是指，第1增压器22至第1中冷器23为止的空气的路径长度，关于其它供气管也同样。因此，本实施方式中，通过比较供气管的长度，能够比较对气缸供给的空气的路径长度。

本实施方式中，“供气管21a的长度<供气管21b的长度”成立，同时，“供气管21c的长度<供气管21d的长度”成立。

基于该结构，能够使高温的空气所经过的供气管21a及供气管21c比较短。因而，可以使整个供气管中需要用隔热材料等覆盖的部分较短，从而能够减低成本。

如以上说明过那样，本实施方式的船用发动机1具备第1增压器22、第1中冷器23、第2增压器24、及第2中冷器26。第1增压器22利用排气进行供气。第1中冷器23使从第1增压器22通过后的气体(空气)流入，对因该第1增压器22而温度升高的气体进行冷却。第2增压器24使从第1中冷器23通过后的气体流入，利用排气进行供气。第2中冷器26使从第2增压器24通过后的气体流入，对因该第2增压器24而温度升高的气体进行冷却。该船用发动机1中，第1增压器22被配置在曲轴方向的一侧的端部，同时，第2中冷器26被配置在曲轴方向的另一侧的端部。另外，第1中冷器23及第2增压器24以使第1中冷器23位于第1增压器22侧的状态，在曲轴方向上并排配置。

因此，由于第1增压器22及第2中冷器26被配置在船用发动机1的曲轴方向的一侧及另一侧的端部，所以能够减小装置宽度方向的尺寸。因而，例如在将多个船用发动机1在装置宽度方向上并排配置的情况下，能够有效利用船舶的空间。另外，本实施方式与在高度方向上重叠配置增压器等的结构相比，容易接近增压器等。因而，能够提高维修的作业性能。

下面，参照图6至图8，对第2增压器24及膨胀箱25，特别是膨胀箱25的内部形成的供气管21c进行说明。图6及图7是表示膨胀箱25周围情形的立体图。图8是表示膨胀箱25的内部结构的截面图。

第2增压器24如图7及图8所示，具备涡轮壳体24a和压缩机壳体24b。在涡轮壳体24a内配置有所述涡轮。在压缩机壳体24b内配置有所述压缩机。

与第1中冷器23连接的供气管21b沿曲轴方向延伸，并弯曲成U字状地连接在压缩机壳体24b上。压缩机壳体24b如图7及图8所示，具有在高度方向上延伸的管状部分。第2增压器24通过该管状部分而直接(不经由其他管等地)连接在膨胀箱25(供气管21c)上。

供气管21c如图8所示，具有沿高度方向延伸的部分、沿曲轴方向延伸的部分、以及位于它们之间的弯曲的部分(弯曲部)。另外，在本实施方式中，供气管21c被构成为，截面为圆形，沿高度方向延伸的部分的直径小于沿曲轴方向延伸的部分的直径。换言之，被构成为，越趋向下游侧供气管21c的直径越大。另外，供气管21c被形成为，下部露在外部，且上部位于膨胀箱25的内部。

膨胀箱25除了有该供气管21c之外，还有蓄积冷却水的水箱部25a。水箱部25a被配置在供气管21c的上方。因而，构成供气管21c的上部的部分与构成水箱部25a的下部(底部)的部分之间有一部分是共同的。基于该结构，流过供气管21c的气体能够通过与冷却水间的热交换而得到冷却。如此被冷却的气体如上所述那样，被送到第2中冷器26。

如上所示那样，本实施方式的船用发动机1具备第2增压器24、和膨胀箱25。第2增压器24利用排气进行供气。膨胀箱25具有蓄积冷却水并吸收因冷却水的温度上升而引起的体积变化的水箱部25a，并形成有使从第2增压器24送出的气体通过，从而使该气体与水箱部25a内的冷却水间进行热交换来将气体冷却的供气管21c。

因此，不仅能够使膨胀箱25发挥调节冷却水的水量的功能，还能使其发挥对从第2增压器24通过后的气体进行冷却的功能。因而，能够使用于对从第2增压器24通过后的气体进行冷却的第2中冷器26小型化，从而能够使船用发动机1结构紧凑。

另外，本实施方式的船用发动机1具备对从第2增压器24通过后的气体进行冷却的第2中冷器26。从第2增压器24通过后的气体从膨胀箱25的供气管21c通过之后，从第2中冷器26通过。

由此，能够使从第2增压器24通过后的气体进一步降低温度。另外，由于送到第2中冷器26的气体已被膨胀箱25冷却，所以能够使气体的温度充分下降。

另外，本实施方式的船用发动机1中，膨胀箱25的供气管21c是弯曲的。

因此，不用改变膨胀箱25的大小便能使供气管21c较长，所以能够提高冷却性能。另外，由于不用使冷却路径的入口和出口直线形地相连，所以能够提高入口和出口的位置的自由度。因而，能够提高第2增压器24及第2中冷器26的配置自由度。

另外，本实施方式的船用发动机1中，第2增压器24具备覆盖压缩机的压缩机壳体24b。并且，压缩机壳体24b与膨胀箱25之间不通过供气管而直接连接。

因此，能使从第2增压器24通过后的高温的气体立即冷却。因而，由于高温的供气管不露在外部，所以不需要用隔热材料等来覆盖供气管，能够实现部品点数的消减和组装作业的简化。

以上，对本发明的较佳的实施方式进行了说明，但上述结构例如可以进行以下变更。

以上示出的布局是示例，可以进行适宜变更。例如，膨胀箱25、EGR管31、及机油滤清器42等的位置可以相应于所要求的尺寸、规格等进行变更。

将增压器等相互连接的供气管21a～21d也不局限于上述形状，可以相应于其它设备的位置等进行适宜变更。

供气管21c不局限于上述实施方式那样的弯曲结构，例如也可以为直线状。另外，供气管21c不局限于越趋向下游直径越大的结构，也可以是越趋向下游直径越小的结构，或直径不变的结构。另外，上述实施方式中，是供气管21c只有上侧与冷却水相接的结构，但也可以围绕供气管21c来蓄积冷却水。

第2增压器24与膨胀箱25之间没有必要直接连接，可以通过供气管等而连接。

适用本发明的对象不限于船用发动机，可以是主机，也可以是辅机。

附图标记说明

1 船用发动机

10 顶盖(板状盖)

21a～21d 供气管

22 第1增压器

23 第1中冷器

24 第2增压器

25 膨胀箱

26 第2中冷器

28 供气岐管

61 曲轴

Claims

1.一种船用发动机，其特征在于：具备

利用排气进行供气的第1增压器；

使从所述第1增压器通过后的气体流入，而对因该第1增压器而温度升高的气体进行冷却的第1中冷器；

使从所述第1中冷器通过后的气体流入，利用排气进行供气的第2增压器；以及

使从所述第2增压器通过后的气体流入，而对因该第2增压器而温度升高的气体进行冷却的第2中冷器，

所述第1增压器被配置在曲轴方向的一侧的端部，并且，所述第2中冷器被配置在曲轴方向的另一侧的端部，

所述第1中冷器和所述第2增压器以使所述第1中冷器位于所述第1增压器侧的状态，在曲轴方向上并排配置。

2.如权利要求1所述的船用发动机，其特征在于：

具有覆盖阀盖的平板状的板状盖，在所述板状盖的厚度方向看时，该板状盖的四方中只有三方配置有所述第1增压器、所述第1中冷器、所述第2增压器、及所述第2中冷器。

3.如权利要求2所述的船用发动机，其特征在于：顶面与所述板状盖的表面至少有一部分一致，以将顶面的中央及作为顶面相反侧的面的底面的中央分成二等分的高度为基准高度时，所述第1增压器、所述第1中冷器、所述第2增压器、及所述第2中冷器全部被配置得比所述基准高度更靠上侧。

4.如权利要求1所述的船用发动机，其特征在于：

具备供气岐管，该供气岐管中流入从所述第2中冷器通过后的气体，

从所述第1增压器至所述第1中冷器为止的气体的路径比从所述第1中冷器至所述第2增压器为止的气体的路径更短，而且，从所述第2增压器至所述第2中冷器为止的气体的路径比从所述第2中冷器至所述供气岐管为止的气体的路径更短。