JP2020183759A - 内燃機関の給気配管及び当該内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、給気を直列に配置されている内燃機関のシリンダ列の複数のシリンダに供給するための内燃機関の給気配管（１）に関する。【解決手段】給気配管（１）は、給気配管（１）の複数の給気配管セクション（６）であって、分岐配管（７）が、給気配管セクション（６）それぞれからシリンダ（２）に通じており、シリンダ（２）それぞれのシリンダヘッド（４）に螺合可能とされる、給気配管セクション（６）と、給気が給気配管に供給される際に通過する給気配管（１）の上流端部（９）と、端部キャップ（１１）によって閉じられている給気配管（１）の下流端部（１０）と、を有している。給気配管（１）が、上流端部（９）において、下流端部（１０）における流路断面積より大きい流路断面積を有している。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の給気配管に関する。さらに、本発明は、内燃機関に関する。

例えば船舶の内燃機関のような内燃機関は、複数のシリンダを備えている。一般に、シリンダはグループ化されており、少なくとも１つのシリンダ列を形成している。シリンダ列それぞれの領域において、複数のシリンダが、直列又は並列且つ一列に位置決めされている。Ｖ型エンジンは、複数のシリンダをそれぞれ具備する２つのシリンダ列を備えている。Ｖ型２０気筒エンジンの場合には、シリンダ列それぞれが、直列に位置決めされている合計１０の気筒を備えている。

内燃機関のシリンダそれぞれの内部において、燃料が燃焼される。このような燃焼に必要とされる給気は、入口側のガス交換弁を介してシリンダそれぞれに供給可能とされる。燃料の燃焼の際に発生される排ガスは、排気側のガス交換弁を介してシリンダそれぞれから排出可能とされる。

内燃機関のシリンダ列のシリンダの入口側のガス交換弁は、給気配管を介して給気を供給可能とされる。そこには、給気配管が、複数の給気配管セクションを具備するシリンダ列それぞれの領域に亘って延在している。分岐配管は、給気配管セクションそれぞれから延在しており、給気がシリンダそれぞれのシリンダヘッドに供給される際に通過する給気配管を分岐させる。給気配管セクションそれぞれが、シリンダそれぞれのシリンダヘッドに螺合されている。

従来技術として知られている給気配管は、上流端部と下流端部とを備えている。給気は、上流端部の領域において給気配管に供給可能とされる。下流端部において、給気配管は端部キャップによって閉じられている。従来技術として知られている給気配管は、上流端部と下流端部の間に一定の流路断面積を有している。

給気配管が下流端部において端部キャップによって閉じられているので、端部キャップ上の下流端部の領域における給気配管の流路断面積と空気配管の内部の圧力とに依存する力が、端部キャップに作用する。このような力が端部キャップに作用することによって、横方向力が発生する。当該横方向力は、流れ方向で見ると最後方すなわち下流の、シリンダヘッドを具備する給気配管セクションの分岐配管のネジ接続部によって吸収させる必要がある。従って、流れ方向で見ると最後方すなわち下流の、シリンダヘッドを具備する給気配管セクションの分岐配管のネジ接続部は、すなわち対応するシリンダのシリンダヘッドを具備する当該分岐配管は、このような横方向力を吸収するように構成されている。対応するネジ接続部が、同一の部品を使用することによって、上流に位置決めされている上流の給気配管セクションの分岐配管でも利用される。しかしながら、このようなネジ接続部は、当該上流の給気配管セクション又は分岐配管においてネジ接続部が当該横方向力を吸収する必要が無いように大型とされる。このような大型化は、重量増加及びコスト増大の原因となるので不利である。

給気配管の給気配管セクションを分岐する分岐配管で利用するネジ接続部を小型軽量化しつつ、給気配管の領域で発生する力を確実に吸収することに対するニーズが存在する。

このことを発端として、本発明は、内燃機関の新しいタイプの給気配管と対応する内燃機関とを生み出すという目的に基づいている。当該目的は、請求項１に記載の給気配管によって達成される。本発明では、給気配管は、下流側の断面より大きい断面を上流側に有している。本発明における給気配管では、下流側より大きい断面が上流端部に設けられているので、端部キャップの領域の下流端部で発生する横方向力が低減される。給気配管セクションの分岐配管をシリンダのシリンダヘッドに螺合させるためのネジ接続部を小型軽量にすることができる。

有利なさらなる発展形態では、給気配管が、給気をシリンダ列それぞれの数量Ｎのシリンダに供給するために、数量Ｎの給気配管セクションを備えており、給気配管が、上流端部の領域と、上流端部から見て１番目〜Ｊ番目の給気配管セクションの領域とにおいて、第１の流路断面積を有しており、Ｊ＜Ｎの関係を満たし、給気配管が、上流端部から見て少なくともＮ番目の給気配管セクションの領域と下流端部の領域とにおいて、第１の流路断面積より小さい第２の流路断面積を有している。好ましくは、Ｊ＝Ｎ−２又はＪ＝Ｎ−１の関係が成立する。給気配管の当該実施例は、給気配管セクションをシリンダのシリンダヘッドに分岐させるために利用されるネジ接続部をより小型に且つより軽量にするために特に好ましい。横方向力は、従来技術では給気の流れ方向で見て給気配管のＮ番目のすなわち最後の給気配管セクションの領域で専ら吸収しなければならないが、本発明では複数の給気配管に亘って分配される。上述のように、これにより、給気配管セクションをシリンダそれぞれのシリンダヘッドに分岐させるために利用されるネジ接続部をより小型に且つより軽量にすることができる。

Ｊ番目の給気配管セクションの領域における流路断面積が、第１の流路断面積から第２の流路断面積に減少する。流路断面積が、第１流路断面積から第２流路断面積に連続的に、特にファンネル状又は錐台状の態様で減少する。

有利なさらなる発展形態では、第２の流路断面積Ａ２と第１の流路断面積Ａ１との比Ｖ＝Ａ２／Ａ１が、０．３≦Ｖ≦０．７、好ましくは０．４≦Ｖ≦０．５、特に好ましくはＶ＝０．５とされる。特に給気配管セクションの領域における流路断面積が、第１の流路断面積から第２の流路断面積に減少する場合に、比Ｖが０．５又は役０．５である場合に特に優位である。横方向力を２つの給気配管セクションに亘って一様に又は略一様に分布させることができるからである。

本発明における内燃機関は、請求項１０に規定されている。

本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項及び発明の詳細な説明から理解される。本発明の例示的な実施例について、添付図面を参照しつつ、以下に説明するが、本発明は、当該発展形態に限定される訳ではない。

シリンダ列と給気配管の領域における内燃機関の概略図である。 給気配管概略図である。

図１は、直列に配置されているシリンダ列３の複数のシリンダ２に沿って延在している本発明における給気配管１の領域の、本発明に係る内燃機関の概略図である。

図１に表わす例示的な実施例では、シリンダ列３は、直列に配置されている６つのシリンダ２を備えている。シリンダ列３のすべてのシリンダ２は、給気配管１を介して給気を供給可能とされる。図２は、図１に対して回転された姿勢の給気配管１の概略図である。

図１は、２つの最も外側に位置するシリンダ２の２つのシリンダヘッド４を表わす。図１に図示しないシリンダヘッド同士の間に配置されているシリンダ２については、図１では、これらシリンダのための、シリンダ２の内部における燃料の燃焼の際に発生する排出ガスがシリンダ２から排出される際に通過する排出配管５を明確に表わす。

上述のように、給気配管１は、給気をシリンダ２に供給するように機能する。給気配管１は、複数の給気配管セクション６を備えている。分岐配管７は、給気配管をシリンダ２それぞれに供給するために、給気配管セクション６それぞれからシリンダ２それぞれに通じている。分岐配管７それぞれは、給気配管セクション６それぞれを直角又は略直角に分岐させている。

分岐配管７それぞれは、フランジ接続部を介して、シリンダ２それぞれのシリンダヘッド４に螺合可能とされるか、又は螺合されている。特に図２に表わすように、フランジ８は、分岐配管７に形成されており、給気配管セクション６それぞれの給気配管１又は分岐配管７は、フランジ８を介して、シリンダ２それぞれのシリンダヘッド４に螺合可能とされる。

複数の給気配管セクション６から構成されている給気配管１は、上流端部９を備えており、給気配管１は、上流端部９を介して給気を供給することができる。

従って、給気は、上流端部９から給気配管１に供給可能とされる。給気は、給気配管１の上流端部９から給気配管１の下流端部１０に向かって流れ、給気配管１の下流端部１０は、端部キャップ１１によって閉じられている。

個々の給気配管セクション６は、接続装置１２を介して互いに接続されている対応するセグメントによって提供される。これにより、給気配管部６の長さ又は数量を内燃機関のシリンダ２の数量に適応させることができる。

図示の例示的な実施例では、図示のシリンダ列３は、数量Ｎ＝６のシリンダ２を備えている。従って、給気配管１は、数量Ｎ＝６の給気配管セクション６を備えている。分岐配管７は、給気配管部６それぞれからシリンダ２それぞれのシリンダヘッド４に向かって分岐しているので、給気がシリンダ２それぞれに供給される。

シリンダ２及び給気配管セクション６の数量Ｎ＝６は、単なる例示である。また、数量Ｎは、６より大きくても６より小さくても良い。従って、数量Ｎを例えば１０又は７又は５とすることができる。

給気配管１は、給気配管１の上流端部９において、下流端部１０より大きい流路断面積を有している。これにより、給気の流れ方向で見ると最後の給気配管セグメント６の領域において端部キャップ１１を介して給気配管１を閉じることによって発生する、横方向力が低減される。これにより、給気配管セグメント６の分岐配管７のフランジ８をシリンダ２のシリンダヘッド４に螺合させるためのネジ接続部は、比較的小型で比較的軽量とされる。

給気配管１は、状両端部９の領域と上流端部９から見て１番目〜Ｊ番目の給気配管セクションの領域とにおいて、第１の流路断面積を有している。ＪはＮより小さい。給気配管１は、上流端部９から見て少なくともＮ番目の給気配管セクション６の領域と上流端部１０の領域ひいては端部キャップ１１の領域とにおいて、第１の流路断面積より小さい第２の流路断面積を有している。

図示の例示的な実施例では、Ｊ＝Ｎ−１である。給気配管１は、下流端部９の領域と上流端部９から見て１番目〜Ｎ−１番目の給気配管セクションの領域とにおいて、第１の流路断面積を有しており、給気配管１は、Ｎ番目の給気配管セクションの領域と下流端部１０の領域とにおいて、第１の流路断面積より小さい第２の流路断面積を有している。ここで、図１及び２から明らかなように、Ｊ番目の給気配管セクションの領域では、すなわち図示の実施例におけるＮ−１番目の給気配管セクション６の領域では、流路断面積が、第１の流路断面積から、分岐配管７に直接隣接している、具体的にはＪ番目の給気配管セクション６の分岐配管７に直接隣接している第２の流路断面積に減少する。従って、Ｊ番目の給気配管セクション６、すなわち図示の典型的な実施例におけるＮ−１番目の給気配管セクション６は、流路断面積が好ましくは連続的に特にファンネル状又は錐台状の態様で第１の流路断面積から第２の流路断面積に減少する部分セクション１３を有している。

図１及び図２に表わす例示的な実施例では、横方向力は、流れ方向で見て最後の給気配管セクション６の領域に専ら発生するのではなく、むしろ最後及び最後から２番目の給気配管セクション６の領域に生じる。

第２流路断面積Ａ２と第１の流路断面積Ａ１との比Ｖ＝Ａ２／Ａ１を適切に選定することによって、従来技術として知られている給気配管が最後の給気配管セクション６の領域に専ら発生させる横方向力を、図示の典型的な実施例２の複数の給気配管セクション６に所定の態様で分配することができる。特にＶ＝０．５の場合には、略同一の大きさの横方向力が、これら給気配管セクション６の領域に発生する。また、Ｖに対して異なる比率を選定することもできる。従って、Ｖの範囲を０．３≦Ｖ≦０．７、好ましくは０．４≦Ｖ≦０．５とすることができる。

図示の典型的な実施例では、第１の流路断面積から第２の流路断面積に至る流路断面積の変化が、最後から２番目（Ｎ−１番目）の給気配管セクション６の領域に発生するが、他の給気配管セグメントの、例えば３番目又はＮ−２番目の給気配管セグメント６の流路断面積をこのように変化させることもできる。

図示の例示的な実施例では、上流側の第１の流路断面積から下流側の第２の流路断面積に至る直径の減少が、単一の給気配管セグメント６の領域で生じる。また、２つ又は３つの給気配管セグメント６に亘って流路断面積をこのように変化させることもできる。従って、例えば３番目〜最後の給気配管セクションの領域において、流路断面積の第１の減少が実施され、最後から２番目の給気配管セクション６の領域において、流路断面積の第２の減少が実施される場合がある。この場合には、第１の流路断面積から第３の流路断面積に至る流路断面積の減少は、３番目〜最後の給気配管セクション６の領域において実施され、第３の流路断面積から第２の流路断面積に至る流路断面積の減少は、最後から２番目の給気配管セクション６の領域において実施されるので、横方向力が、３つの給気配管セクション６に亘って分散される。

図１及び図２に表わす実施例では、第１の流路断面積から第２の流路断面積に至る流路断面積の減少が、単一の給気配管セクション６の領域において実施されるが、当該実施例は、可能な限り多くの同一の部品が利用可能となる点において好ましい。

本発明によって、従来技術として知られている給気配管１が最後の給気配管セクション６に専ら作用する横方向力を、複数の給気配管セクション６、特に２つの給気配管セクション６、具体的には給気配管１乃上流端部９から見て最後の及び最後から２番目の給気配管セクション６に亘って分配させることができる。特に第２の流路断面積が第１の流路断面積の半分に相当する場合には、横方向力は、これら２つの給気配管セクション６に亘って一様に分布する。これにより、最終的には、給気配管セクション６それぞれの分岐配管７のフランジ８とシリンダ２それぞれのシリンダヘッド４との間におけるネジ接続部を比較的小型に且つ比較的軽量に寸法づけることができる。比較的小さい横方向力を吸収すれば良いからである。従って、対応するネジ接続部を比較的小型に且つ比較的軽量に寸法づけることができる。

１ 給気配管
２ シリンダ
３ シリンダ列
４ シリンダヘッド
５ 排気配管
６ 給気配管セクション
７ 分岐配管
８ フランジ
９ 上流端部
１０ 下流端部
１１ 端部キャップ
１２ 接続装置
１３ 部分セクション（中間セクション）

Claims (10)

1. 直列に配置されている内燃機関のシリンダ列（３）の複数のシリンダ（２）に給気を供給するための前記内燃機関の給気配管（１）であって、
   前記給気配管（１）の複数の給気配管セクション（６）であって、分岐配管（７）が、前記給気配管セクション（６）それぞれから前記シリンダ（２）に通じており、前記シリンダ（２）それぞれのシリンダヘッド（４）に螺合可能とされる、前記給気配管セクション（６）と、
   給気が前記給気配管に供給される際に通過する給気配管（１）の上流端部（９）と、
   端部キャップ（１１）によって閉じられる前記給気配管（１）の下流端部（１０）と、
   を有している前記給気配管（１）において、
   前記給気配管（１）が、前記上流端部（９）において、前記下流端部（１０）における流路断面積より大きい流路断面積を有していることを特徴とする給気配管。
2. 前記給気配管（１）が、給気を前記シリンダ列（３）それぞれの数量Ｎの前記シリンダ（２）に供給するために、数量Ｎの前記給気配管セクション（６）を備えており、
   前記給気配管（１）が、前記上流端部（９）の領域と、前記上流端部（９）から見て１番目〜Ｊ番目の前記給気配管セクション（６）の領域とにおいて、第１の流路断面積を有しており、Ｊ＜Ｎの関係を満たし、
   前記給気配管（１）が、前記上流端部（９）から見て少なくともＮ番目の前記給気配管セクション（６）の領域と前記下流端部（１０）の領域とにおいて、前記第１の流路断面積より小さい第２の流路断面積を有していることを特徴とする請求項１に記載の給気配管。
3. Ｊ番目の給気配管セクション（６）の領域における流路断面積が、前記第１の流路断面積から前記第２の流路断面積に減少することを特徴とする請求項２に記載の給気配管。
4. Ｊ＝Ｎ−２の関係が成立することを特徴とする請求項２又は３に記載の給気配管。
5. 前記給気配管（１）が、前記シリンダ列（３）それぞれの数量Ｎの前記シリンダ（２）に給気を供給するために、数量Ｎの前記給気配管セクション（６）を備えており、
   前記給気配管（１）が、前記上流端部（９）の領域と、前記上流端部（９）から見て１番目〜Ｎ−１番目の前記給気配管セクション（６）の領域とにおいて、第１の流路断面積を有しており、
   前記給気配管（１）が、前記上流端部（９）から見てＮ番目の前記給気配管セクション（６）の領域と、前記下流端部（１０）の領域とにおいて、前記第１の流路断面積より小さい第２の流路断面積を有していることを特徴とする請求項１に記載の給気配管。
6. 前記流路断面積が、Ｎ−１番目の前記給気配管セクション（６）の領域において、前記第１の流路断面積から前記第２の流路断面積に減少することを特徴とする請求項５に記載の給気配管。
7. 前記流路断面積が、第１流路断面積から第２流路断面積に連続的に減少することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の給気配管。
8. 前記流路断面積が、第１の流路断面積から第２の流路断面積に向かってファンネル状又は錐台状の態様で減少することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の給気配管。
9. 第２の流路断面積Ａ２と第１の流路断面積Ａ１との比Ｖ＝Ａ２／Ａ１が、０．３≦Ｖ≦０．７、好ましくは０．４≦Ｖ≦０．５、特に好ましくはＶ＝０．５とされることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の給気配管。
10. 内燃機関であって、
    少なくとも１つのシリンダ列（３）であって、前記シリンダ列（３）それぞれが、直列に配置されている複数のシリンダ（２）を備えている、前記シリンダ列（３）と、
    前記シリンダ列（３）それぞれの前記シリンダ（２）に給気を供給するための少なくとも１つの給気配管（１）と、
    を有している前記内燃機関において、
    前記給気配管（１）それぞれが、請求項１〜９のいずれか一項に記載の給気配管であることを特徴とする内燃機関。

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