JP2007132341A

JP2007132341A - ピストン式内燃機関

Info

Publication number: JP2007132341A
Application number: JP2006261393A
Authority: JP
Inventors: Lugiru Mas; マス・ルギル
Original assignee: MAN Diesel Filial af MAN Diesel SE
Current assignee: MAN Energy Solutions Filial af MAN Energy Solutions SE
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2007-05-31
Also published as: JP3895453B2; DE19710408B4; JPH10317981A; DE19710408A1; KR19980079766A

Abstract

【課題】給気冷却器に流入する空気によって該給気冷却器内で過剰な負荷の掛からない、ピストン式内燃機関を提供する。
【解決手段】排ガスターボ過給機のコンプレッサの排出管と給気冷却器との間の流路に、ディフューザが設けられる。ディフューザは、２つの領域、すなわちコンプレッサに対向して流れ方向に拡大するディフューザ管と、給気冷却器に対向して漏斗状に拡大する移行領域とを有し、移行領域によって給気冷却器のケーシングに接続されている。ケーシングは、ディフューザの開口部断面に対してはるかに大きな断面を有している。２つの領域を有するディフューザは、互いに接続された部材、すなわちディフューザ管と接続管とからなり、接続管の端部に前記移行領域が設けられている。ディフューザ管は円錐状で、その小さい方の直径によってコンプレッサの排出管に直接的に接続されている。移行領域は断面がトーラス状に湾曲している。
【選択図】図２

Description

本発明は少なくとも一つの排ガスターボ過給機を備えたピストン式内燃機関、特に大型ディーゼルエンジンに関するものである。前記排ガスターボ過給機のコンプレッサは、流れの方向に円錐状に拡大する管を有するディフューザを介して後段に設けられた給気冷却器に結合される。

コンプレッサを出た空気は接線方向速度及び軸方向速度のほぼ等しい螺旋形の運動を行なう。従って前記空気は放射状に外側に突き進み、前記ディフューザの管内部円周面に付着される。前記冷却器のケーシングの断面は前記ディフューザの末端断面よりもはるかに大きいので、前記空気はディフューザを出て冷却器のケーシングに入る際、ケーシングの上部領域に分散せざるをえない。

従来用いられていた上記の種類の構成においては、円錐状に拡大する前記ディフューザの管は移行部を有さずに前記給気冷却器のケーシングに設けられる。そのため空気が不均一に分散され、空気の速度及び渦巻き形成が局所的に増大し、それに応じて大きな空気力が生じる可能性がある。このような理由から、前記給気冷却器の部材、特に前記冷却管に設けられた冷却リブに過剰な負担がかかり、破損する恐れがある。その結果、給気冷却器の寿命は比較的短くなる。
実開昭５９−１９０９３５号特開昭５３−９０５１６号公報米国特許第１８０７０４２号明細書

従って本発明の課題は、上記の如き理由に基づき、給気冷却器に流入する空気によって該給気冷却器内で過剰な負荷の掛からない、上記タイプのピストン式内燃機関を提供することである。

本発明による大型ディーゼルエンジンは、少なくとも１つの排ガスターボ過給機と該排ガスターボ過給機の後段側に設けられた給気冷却器とを備えた大型ディーゼルエンジンであって、排ガスターボ過給機のコンプレッサの排出管と給気冷却器との間の流路に、ディフューザが設けられ、該ディフューザは２つの領域、すなわち排ガスターボ過給機のコンプレッサに対向して流れの方向に拡大するディフューザ管と、給気冷却器に対向して漏斗状に拡大する移行領域とを有し、該移行領域によって、排ガスターボ過給機のコンプレッサの排出管と、給気冷却器のケーシングとを結合している前記ディフューザが、給気冷却器のケーシングに接続されており、前記ケーシングは、前記ディフューザの開口部断面に対してはるかに大きな断面を有しているとともに、給気冷却器の冷却部材とディフューザの開口部との間に設けられた空洞のケーシング領域を有し、該ケーシング領域は、ディフューザを出た空気を、給気冷却器のケーシングの断面にわたって均一に分散させるための分配室を形成し、２つの領域を有する前記ディフューザは、互いに接続された部材、すなわちディフューザ管と接続管とからなり、該接続管の前記ディフューザ管から離れた端部には漏斗状に拡大された移行領域が設けられ、ディフューザ管は円錐状に形成され、ディフューザ管の小さい方の直径によって、排ガスターボ過給機のコンプレッサの排出管に直接的に接続され、漏斗状に拡大する前記移行領域は、丸くされた移行部を形成するために、断面がトーラス状に湾曲しており、前記移行領域は、分配室を形成している前記給気冷却器の前記ケーシングの空洞のケーシング領域に接続されているものである。

上位の請求項に記載された手段の有利な形態及びさらに好適なる形態は下位の請求項に記載され、図面を参照した以下の実施形態の説明において詳述される。

図１に示す基本的なピストン式内燃機関は、例えば船の駆動などに使用される大型２サイクルディーゼルエンジンである。この種のエンジンの構造及び作動は周知であるので、本発明との関連で詳しく説明する必要のないものである。

シリンダ１から排出される排ガスは排ガス集合管２に集められ、この排ガスによって排ガスターボ過給器３のタービンが駆動される。この排ガスターボ過給器のコンプレッサは前記シリンダ１に供給される給気を圧縮する。排ガスターボ過給器を複数設けることも当然可能である。排ガスターボ過給器３の後段には給気冷却器４が設けられ、該給気冷却器によって予め圧縮された給気が冷却され、良好な充填性が得られる。前記給気冷却器４を出た空気は分配管５を介してシリンダ１に至る。該シリンダには流入スリットが設けられている。

前記排ガスターボ過給器３のコンプレッサの排出口６と前記給気冷却器４のケーシング７はディフューザ８によって互いに接続されている。このディフューザは、流れ方向に円錐状に拡大する管によって形成される。この管は、小さい方の直径が、該径と同一径を有した、排ガスターボ過給器３のコンプレッサの排出口６に接合され、反対側の、大きい方の直径に対応する端部が給気冷却器４のケーシング７に接続される。該ケーシングはディフューザ８の開口部断面に対してはるかに大きな断面を有しているので、空気の分散が生じざるを得ない。このような空気の分散はできる限り均一に行なわれなければならない。従って、給気冷却器４の冷却部材の上部には、分配室９として機能する空洞のケーシング領域が設けられる。

前記ディフューザ８内では、経験からわかるように、軸方向成分及び接線方向成分がほぼ等しい螺旋形の空気の流れが生じる。その際、高速で移動される空気は放射状に外側に押され、前記ディフューザ８を形成する前記管の内部円周面に付着し、それによって前記空気が前記給気冷却器４のケーシング７に流入する際、問題が起こる恐れがある。

前記空気が前記ケーシング７に流入する際、前記分配室９内で不都合な分散が生じ、又は渦巻きが形成され、あるいは強力な空気の流れが前記給気冷却器４の冷却部材に強い局所的な効果を及ぼし、それによって前記冷却管の冷却リブに機械的及び動力学的な負荷が過剰に掛かったりすることを防止するため、図２による実施形態ではディフューザ８が二つの部材から構成される。該ディフューザはこの場合、排ガスターボ過給器３のコンプレッサの排出管６に接続された、円錐状に拡大するディフューザ管１０から成り、該ディフューザ管に接続管１１が接続されている。該接続管のもう一方の端部には、漏斗状に拡大される移行領域１２が設けられ、該移行領域によって前記給気冷却器４のケーシング７に接続されている。

図２に示す例では、上記の漏斗状に拡大された移行領域１２は断面がトーラス (torus) 状に湾曲しているので、半径ｒで示される如きトランペット形の移行湾曲部が形成されるが、この移行領域に湾曲部を設けずに、単に円錐形の端部部材として形成することも考えられる。その場合は比較的大きな円錐角度（少なくとも４５°、あるいはそれ以上であるのことが好適である）を設けなければならない。何れにせよ、移行領域が漏斗状に拡大されると、前記分配室９内部の空気の分散が良好に行なわれ、図に示す実施形態のように移行領域を円形に形成すると特に優れた結果が得られることが経験から分かっている。

図３は、本発明の参考例で、同じ目的のために、前記ディフューザ８内に円錐形の挿入部１３が設けられる。ディフューザ８はこの場合、小さい直径を有する方が排ガスターボ過給器３のコンプレッサの排出管６に接続されかつ大きい直径を有する方が給気冷却器４のケーシング７に直接固定された、円錐状に拡大する管１４を有している。前記円錐状の挿入部１３は管１４と同じ長さを有している。従って円錐状の挿入部１３の先端は、管１４の過給器側の端部領域に設けられる。円錐状の挿入部１３の底面は前記管１４の開口部断面と同一平面上にある。円錐状の挿入部１３の円錐角度ａは、管１４の円錐角度よりも大きくても、同一であっても、また小さくてもよい。図示例では、前記挿入部１３の円錐角度ａは、前記管１４の円錐角度よりも大きいので、流れの方向に減少する僅かな幅を有するリング状空間１５が生じ、その結果空気が加速される。逆の場合には、空気速度が比較的小さくなる。これは特にディフューザが小さく構成される場合に好適である。

前記円錐状の挿入部１３の円錐角度ａは、例えば４°から６０°といった広範囲内に設けられ、３０°から５０°の範囲が好適である。この場合は特に３５°となっている。前記管１４の円錐角度は４°から４５°に設けられ、２５°から４５°の範囲が好適である。この場合は特に３０°となっている。従って、図３に記載された外部角度ｂはこの場合、好適に１５０°となる。図３による参考例では、図２と比較して分かるように、ディフューザの配置が比較的短くなるので、全体の構成が好適に特にコンパクトになる。

図４は、本発明の別の参考例で、やはり上記と同じ目的で、ディフューザ８の開口部領域に、放射状に前後に段差を有して囲むガイド板１６が設けられている。これらガイド板が円環状の流れ通路１７を形成している。該流れ通路はこの場合、ディフューザ８が前記分配室９に合流する際に、前記ディフューザ８と前記給気冷却器４のケーシング７との間に生じる鋭いエッジの周囲を巡っている。従ってガイド板１６はこの場合、前記エッジの放射状内部で該縁の周囲を巡っている。前記ガイド板１６は、前記ディフューザ内に突出して設けても、完全にディフューザ内に設けてもよい。簡単な場合は、ガイド板を一つ設けるだけでも足る。

図２に一実施形態を示した本発明によって、前記給気冷却器４の冷却部材は十分に負担を軽減され、それによって給気冷却器の寿命が延長される。また、効果を高めるために、図２の本発明の構成に、参考例として示した図３及び／又は図４の構成を組み合わせることも考えられる。

本発明と同種のピストン式内燃機関を示す正面断面図である。開口部領域がトーラス状に湾曲したディフューザを有する本発明の一実施形態の部分断面図である。円錐形部材が内設されたディフューザを有する本発明の参考例を示す部分断面図である。前記ディフューザの開口部領域にガイド板を設けた本発明の別の参考例を示す部分断面図である。

符号の説明

３排ガスターボ過給機
４給気冷却器
６排出管
７ケーシング
８ディフューザ
９気体分配室
１０管
１２移行領域

Claims

少なくとも１つの排ガスターボ過給機（３）と該排ガスターボ過給機（３）の後段側に設けられた給気冷却器（４）とを備えた大型ディーゼルエンジンであって、
前記排ガスターボ過給機（３）のコンプレッサの排出管（６）と前記給気冷却器（４）との間の流路に、ディフューザ（８）が設けられ、
該ディフューザ（８）は２つの領域、すなわち前記排ガスターボ過給機（３）の前記コンプレッサに対向して流れの方向に拡大するディフューザ管（１０）と、前記給気冷却器（４）に対向して漏斗状に拡大する移行領域（１２）とを有し、該移行領域（１２）によって、前記排ガスターボ過給機（３）の前記コンプレッサの前記排出管（６）と、前記給気冷却器（４）のケーシング（７）とを結合している前記ディフューザ（８）が、前記給気冷却器（４）の前記ケーシング（７）に接続されており、
前記ケーシング（７）は、前記ディフューザ（８）の開口部断面に対してはるかに大きな断面を有しているとともに、前記給気冷却器の冷却部材と前記ディフューザ（８）の開口部との間に設けられた空洞のケーシング領域を有し、該ケーシング領域は、前記ディフューザ（８）を出た空気を、前記給気冷却器（４）の前記ケーシング（７）の断面にわたって均一に分散させるための分配室（９）を形成し、
２つの領域を有する前記ディフューザ（８）は、互いに接続された部材、すなわち前記ディフューザ管（１０）と接続管（１１）とからなり、該接続管の前記ディフューザ管（１０）から離れた端部に漏斗状に拡大された移行領域（１２）が設けられ、
前記ディフューザ管（１０）は円錐状に形成され、前記ディフューザ管の小さい方の直径によって、前記排ガスターボ過給機（３）の前記コンプレッサの前記排出管（６）に直接的に接続され、
漏斗状に拡大する前記移行領域（１２）は、丸くされた移行部を形成するために、断面がトーラス状に湾曲しており、前記移行領域（１２）は、前記分配室（９）を形成している、前記給気冷却器（４）の前記ケーシング（７）の空洞のケーシング領域に接続されている
ことを特徴とする大型ディーゼルエンジン。
前記漏斗状に拡大される移行領域（１２）が、前記ディフューザ（８）の円錐角度と異なる円錐角度を有する円錐状の端部として形成されていることを特徴とする請求項１記載のピストン式内燃機関。