JP3169243U

JP3169243U - 内燃機関

Info

Publication number: JP3169243U
Application number: JP2011002585U
Authority: JP
Inventors: ウルリヒ・ダイゼンホーファー; ヨハネス・ベルテンブライター; ペーター・ドリュックミラー; ハイケ・ベルガウアー; マティアス・ゼンゲン
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2021-05-11
Also published as: KR20110011608U; CH703313B1; CH703313A2; FI9304U1; DE202010007768U1; CN202338390U; FIU20114056U0

Abstract

【課題】高効率となり、それにより特に燃料消費が低下する内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１に、内燃機関の第１過給段を形成し、第１回転軸Ｒ１を中心に回転するよう設定された羽根車を有している第１ターボチャージャ１０が備わっており、第１ターボチャージャに直列に連結されているために内燃機関の第２過給段を形成し、また、第２回転軸Ｒ２を中心に回転するよう設定された羽根車を有している第２ターボチャージャ２０が備わっている。内燃機関は、２つのターボチャージャの非常にコンパクトで、それにより場所を取らない配置が実現されるよう設定されている。これは特に、第１回転軸と第２回転軸とが異なる方向に延在していることにより達成される。【選択図】図２

Description

本考案は請求項１のおいて書きに記載の内燃機関に関する。

先述の態様の内燃機関は例えば非特許文献１の図１４に記述されており、本書では図１に部分図で図示されている。

図１に図示された内燃機関１’はＶ型大型ディーゼルエンジンとして構成されており、内燃機関１’は２つのシリンダバンクのそれぞれに一つの第１ターボチャージャ１０’を有しており、第１ターボチャージャ１０’は内燃機関１’の第１過給段を形成していて、第１回転軸Ｒ１’を中心に回転するよう設定された羽根車（図示せず）を有しており、また、内燃機関１’は２つのシリンダバンクのそれぞれに一つの第２ターボチャージャ２０’を有しており、第２ターボチャージャ２０’は第１ターボチャージャ１０’と直列に連結されているため、第２ターボチャージャ２０’は内燃機関１’の第２過給段を形成していて、第２回転軸Ｒ２’を中心に回転するよう設定された羽根車（図示せず）を有している。

図１からわかるように、第１回転軸Ｒ１’及び第２回転軸Ｒ２’は同じ方向に延在しており、つまり、互いに平行である。

図１にはさらに、２つのターボチャージャ１０’、２０’を通る排気流路Ｐ１’及び給気流路Ｐ２’が図示されている。排気流路Ｐ１’により内燃機関１’の排気はまず第２ターボチャージャ２０’の第２排気タービン２１’内に流入し、そこで仕事をして、排気接続管３０’を介して、第２排気タービン２１’より高い位置に配置された、第１ターボチャージャ１０’の第１排気タービン１１’内に流入し、そこで仕事をし、そして、第１排気タービン１１’の排気出口１２’を介してエグゾースト又は煙突（図示せず）から流出する。

給気流路Ｐ２’により、第１ターボチャージャ１０’の第１ターボコンプレッサ１５’の給気入口１６’を介して吸引された空気が第１ターボコンプレッサ１５’内で低圧に圧縮され、次に給気接続管４０’を介して、第１ターボコンプレッサ１５’より低い位置に配置された、第２ターボチャージャ２０’の第２ターボコンプレッサ２５’に流入し、第２ターボコンプレッサ２５’内で高圧に圧縮され、次に、燃焼のために内燃機関１’の給気入口（符号なし）に供給される。

図１に図示された、各シリンダバンクのそれぞれ二段過給式である内燃機関１’の問題としては、一段のみの過給である内燃機関と比較して、内燃機関の幅及び高さがかなり大きくなり、そのため特に長軸方向に並べて配置された複数の内燃機関を持つ複数エンジン装置においては内燃機関の間の横の間隔が追加的に必要であるため、より広い設置場所が必要になることが挙げられる。

さらに、図１に図示された、二段過給式の２つのターボチャージャが直列に連結された配置により、場所的な理由から通常は、直列に連結された２つのターボチャージャを、消費装置（図示せず）に連結するために設けられている、内燃機関のクラッチ側に配置することは不可能である。

ベルゲンでの会議に際して2010年に発行された国際燃焼機関会議の文書 PAPER No.: 82 "Design and first application of a 2-stage turbocharging system for a medium-speed diesel engine"（中速ディーゼルエンジン用二段過給式システムの設計及び最初の適用）

本考案の課題は、請求項１のおいて書きに記載の内燃機関を提供することであり、該内燃機関においては、該内燃機関の、互いに直列に連結された２つの二段過給式ターボチャージャがよりコンパクトに配置され、そのため場所がより節約された配置になっている。

上記の課題は、請求項１に記載の内燃機関により解決される。本考案の発展形は従属請求項により定義されている。

本考案の第１の態様により提供される内燃機関は第１のターボチャージャを有しており、該第１ターボチャージャは内燃機関の第１過給段を形成し、第１回転軸を中心に回転するよう設定された羽根車を有し、また、前記内燃機関は第２のターボチャージャを有し、該第２ターボチャージャは前記第１ターボチャージャに直列に連結されているため、第２ターボチャージャは前記内燃機関の第２過給段を形成し、第２回転軸を中心に回転するよう設定された羽根車を有している。本考案の内燃機関は、第１回転軸及び第２回転軸が異なる方向に延在していることを特徴としている。

第１回転軸と第２回転軸とが異なる方向に配置されることにより、つまり、平行ではなく配置される、又は、互いに角度をなして配置されることにより、２つのターボチャージャが非常にコンパクトに配置され、それにより給気及び排気を良好に導きながら設置場所が効率的に活用される。また、本考案により達成された給気及び排気ガイドにより、内燃機関が高効率となり、それにより特に燃料消費が低下する。

望ましくは第１回転軸は第２回転軸と７０度〜１１０度の範囲の角度を形成する。より望ましくは、第１回転軸は第２回転軸と８５度〜９５度の範囲の角度を形成する。さらに望ましくは第１回転軸は第２回転軸と９０度の角度を形成する。

本考案のさらなる実施形態によると第１回転軸及び第２回転軸のうちの一つが、内燃機関のクランクシャフトの一つの回転軸に対して平行に延在する。望ましくは第２回転軸が、内燃機関のクランクシャフトの回転軸に平行に延在し、その際、第１回転軸は、内燃機関のクランクシャフトの回転軸に垂直に延在する。

２つの回転軸が互いに角度を成して配置されていることにより、内燃機関全体の長さが大幅に短くなる。さらに２つのターボチャージャのそれぞれの排気タービンの間の排気接続管の長さの大幅な短縮化が実現され、それにより熱損失又はエネルギー損失が低下し、それにより効率が高まる。

本考案により、２つのターボチャージャのコンパクトな配置が達成されるため、例えば、内燃機関のフライホイール、連結、及びクラッチなどのための設置空間をとることが可能になり、それにより（２つのターボチャージャの）二段の過給モジュールを、一段過給式内燃機関に比較して必要設置空間を大幅に拡大することなく、内燃機関のクラッチ側にでもクラッチの反対側にでも取り付けることが可能になる。さらにそれにより複数エンジン装置においてエンジンの間隔が、一段過給式内燃機関に比較して拡大することはない。

そのため、本考案の一つの実施形態によると第１ターボチャージャ及び第２ターボチャージャは、消費装置を連結するために設けられた、内燃機関のクラッチ側に配置される。

本考案のさらなる一つの実施形態によると、第１ターボチャージャは、径方向の排気入口を持つ第１排気タービンを有しており、第２ターボチャージャは、軸方向の排気入口を持つ第２排気タービンを有している。

２つの排気タービンの間の排気接続がこのように構成されていることにより、排気接続管の必要な設置空間及び必要な長さが好適に低減される。

排気接続管を短く実施することは、特に、第１排気タービンの排気入口と第２排気タービンの排気出口とが好適に異なる構成になっていることにより、及び、それにより排気接続管の経路をもっぱら線形又は直線にできることにより実現可能となる。

本考案のさらなる実施形態によると、第１ターボチャージャは低圧を提供する第１ターボコンプレッサを有しており、第２ターボチャージャは、第１ターボコンプレッサに後置された、高圧を提供する第２ターボコンプレッサを有しており、第２ターボコンプレッサは、内燃機関の運転位置において、第１ターボコンプレッサより高い位置に配置されている。

本考案のこの実施形態も、必要な設置空間の低減を好適に支援する。

本考案のさらなる実施形態によると、内燃機関は船舶用（例えば大型商船又は巡航船での発電運転用）及び／又は発電所用（例えばパワープラント用）の一つの大型ディーゼルエンジンで構成される。

本考案の第２の態様によると、本考案の前述の一つの又は複数の又はすべての実施形態の考え得る各組合せによる複数の内燃機関を持つ、複数エンジン装置が提供され、その際、それら内燃機関の少なくとも幾つかは縦方向に互いに隣接して配置されている。

望ましくはそのような、本考案による複数エンジン装置においては、縦方向に互いに隣接して配置されたそれぞれ二段過給式である内燃機関の間の横方向の間隔は、それぞれ一段のみの過給である内燃機関を持つ同等の複数エンジン装置に比べて広がっていないか、又は、わずかに広がっているだけである。

従来の技術による内燃機関の部分図の斜視図である。本考案の一つの実施例による内燃機関の部分図の斜視図である。図２の内燃機関の正面図である。図２の内燃機関の側面図である。図４の内燃機関の部分拡大図である。

好適な実施形態及び添付図面を参照しつつ、本考案について以下に詳述する。

本考案の一の実施形態による内燃機関１について、図２から図５を参照しつつ以下に詳述する。

内燃機関１は、船舶用（例えば大型商船又は巡航船での発電運転用）及び／又は発電所用（例えばパワープラント用）の大型ディーゼルエンジンとして構成されており、複数のそのような内燃機関１を備える一つの複数エンジン装置（図示せず）内に統合されており、少なくとも幾つかの該内燃機関１は、縦方向に互いに隣接して配置されている。

内燃機関１は、低圧運転される第１排気タービン１１及び低圧を供給する第１ターボコンプレッサ１５を持つ第１ターボチャージャ１０、及び、高圧運転される第２排気タービン２１及び高圧を提供する第２ターボコンプレッサ２５を持つ第２ターボチャージャ２０を有する。

第１ターボチャージャ１０は、内燃機関１の第１過給段を形成しており、第１回転軸Ｒ１を中心に回転するように設定されている不図示の羽根車（少なくとも一つのコンプレッサ羽根車及び少なくとも一つのタービン羽根車）を有している。

第２ターボチャージャ２０は、第１ターボチャージャ１０に直列に連結されているので、第２ターボチャージャ２０は、内燃機関の第２過給段を形成している。第２ターボチャージャ２０は、第２回転軸Ｒ２を中心に回転するように設定されている不図示の羽根車（少なくとも一つのコンプレッサ羽根車及び少なくとも一つのタービン羽根車）を有している。

図２から最も良くわかるように、第１回転軸Ｒ１及び第２回転軸Ｒ２は、互いに平行ではなく異なる方向に延在している。具体的には、第１回転軸Ｒ１は、第２回転軸Ｒ２と９０度の角度を形成しており、この場合には、第２回転軸Ｒ２は、内燃機関１のクランクシャフト１００の回転軸Ｒ３に対して平行に延在しており、第１回転軸Ｒ１は、内燃機関１の該クランクシャフト１００の該回転軸Ｒ３に垂直に延在している。

図３は、内燃機関１のクラッチの反対側ＫＧから見た正面図である。これら図面からわかるように、第１ターボチャージャ１０及び第２ターボチャージャ２０は、内燃機関１のクラッチの反対側ＫＧに配置されている。しかしながら、本考案では、２つのターボチャージャ１０、２０は共に、消費装置（図示せず）を連結するために設けられた、内燃機関１のクラッチ側Ｋに設けることもできる。

図２〜図５からわかるように、第１ターボチャージャ１０の第１排気タービン１１は径方向の排気入口１３を有しており、第２ターボチャージャ２０の第２排気タービン２１は軸方向の排気出口２２を有しており、この場合には、第１排気タービン１１の排気入口１３と第２排気タービン２１の排気出口２２とが、比較的短いためにエネルギー損失が少ない排気接続管３０を介して互いに流通されている。

特に、第１排気タービン１１の排気入口１３と第２排気タービン２１の排気出口２２とが好適に異なる構成になっていること、及び、これにより実現可能になった、排気接続管３０の経路が略線状又は略直線状のみであることによって、排気接続管３０を短くすることができる。

図３から最も良くわかるように、第２ターボチャージャ２０の第２ターボコンプレッサ２５は、内燃機関１の直立運転位置においては、第１ターボチャージャ１０の第１ターボコンプレッサ１５より高い位置に配置されている。

最後に、本考案による複数エンジン装置においては、縦方向に互いに隣接して配置されたそれぞれ二段過給式の本考案の内燃機関１の間の横方向の間隔は、それぞれ一段のみの過給の内燃機関を持つ同等の複数エンジン装置に比べて広がっていないか、又は、わずかに広いだけであることに注意されたい。そのため、本考案の複数エンジン装置又は内燃機関１を用いることによって、必要なスペースを同様に維持したまま、好適には、既存の一段過給式の複数エンジン装置を、本考案における二段過給式にすることができる。

１内燃機関
１’ 内燃機関
１０第１ターボチャージャ
１０’ 第１ターボチャージャ
１１第１排気タービン
１１’ 第１排気タービン
１２’ 排気出口
１３排気入口
１５第１ターボコンプレッサ
１５’ 第１ターボコンプレッサ
１６’ 給気入口
２０第２ターボチャージャ
２０’ 第２ターボチャージャ
２１第２排気タービン
２１’ 第２排気タービン
２２排気出口
２５第２ターボコンプレッサ
２５’ 第２ターボコンプレッサ
３０排気接続管
３０’ 排気接続管
４０’ 給気接続管
１００クランクシャフト
Ｋクラッチ側
ＫＧクラッチの反対側
Ｒ１第１回転軸
Ｒ１’ 第１回転軸
Ｒ２第２回転軸
Ｒ２’ 第２回転軸
Ｒ３回転軸
Ｐ１’ 排気流路
Ｐ２’ 給気流路

Claims

内燃機関（１）であって、
前記内燃機関（１）の第１過給段を形成し、第１回転軸（Ｒ１）を中心に回転するように設定された羽根車を持つ第１ターボチャージャ（１０）、及び、
前記第１ターボチャージャ（１０）に直列に連結されていることによって前記内燃機関（１）の第２過給段を形成しており、第２回転軸（Ｒ２）を中心に回転するように設定された羽根車を持つ、第２ターボチャージャ（２０）、
を有する前記内燃機関（１）において、
前記第１回転軸（Ｒ１）及び前記第２回転軸（Ｒ２）が、異なる方向に延在していることを特徴とする内燃機関。
前記第１回転軸（Ｒ１）が、前記第２回転軸（Ｒ２）との間に７０度〜１１０度の角度を形成していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関（１）。
前記第１回転軸（Ｒ１）が、前記第２回転軸（Ｒ２）との間に８５度〜９５度の角度を形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関（１）。
前記第１回転軸（Ｒ１）が、前記第２回転軸（Ｒ２）との間に９０度の角度を形成していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関（１）。
前記第１回転軸（Ｒ１）及び前記第２回転軸（Ｒ２）のうち一の回転軸が、前記内燃機関（１）のクランクシャフト（１００）の回転軸（Ｒ３）に対して平行に延在していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関（１）。
前記第２回転軸（Ｒ２）が、前記内燃機関（１）の前記クランクシャフト（１００）の前記回転軸（Ｒ３）に対して平行に延在しており、
前記第１回転軸（Ｒ１）が、前記内燃機関（１）の前記クランクシャフト（１００）の前記回転軸（Ｒ３）に対して垂直に延在していることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関（１）。
前記第１ターボチャージャ（１０）及び前記第２ターボチャージャ（２０）が、消費装置を連結するために設けられた前記内燃機関（１）のクラッチ側（Ｋ）に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関（１）。
前記第１ターボチャージャ（１０）が、径方向の排気入口（１３）を持つ第１排気タービン（１１）を有し、
前記第２ターボチャージャ（２０）は、軸方向の排気出口（２２）を持つ第２排気タービン（２１）を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関（１）。
前記第１ターボチャージャ（１０）が、低圧を提供する第１ターボコンプレッサ（１５）を有し、
前記第２ターボチャージャ（２０）が、前記第１ターボコンプレッサ（１５）に後置された、高圧を提供する第２ターボコンプレッサ（２５）を有し、
前記第２ターボコンプレッサ（２５）が、前記内燃機関（１）の運転位置において前記第１ターボコンプレッサ（１５）より高い位置に配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関（１）。
前記内燃機関（１）が、一つの大型ディーゼルエンジンで構成されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の内燃機関（１）。