JP5667821B2

JP5667821B2 - Ｖ形エンジン

Info

Publication number: JP5667821B2
Application number: JP2010210206A
Authority: JP
Inventors: 義則河野
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: JP2012062874A

Description

本発明は、給気を加圧して供給する過給機と、過給機から過給される給気を冷却水によって冷却するインタークーラとを備えるＶ形エンジンに関する。

従来、左右一対のシリンダ列を備えるＶ形エンジンは公知となっている。エンジン（内燃機関）においては、軽量化やコンパクト化を満たしつつ高出力化を図るため、給気を加圧して供給する過給機を備えるものがあり、また、このような過給機を備えるエンジンにおいては、過給機から過給される給気を、冷却水で冷却するためのインタークーラ（給気冷却器）を備えるものがある。

このように、エンジンに過給機、及びインタークーラを備えた場合、エンジンの給気系と、過給機やインタークーラ等とを接続する配管類が必要となる。また、エンジンには、過給機やインタークーラの他にも、エンジン内に供給する冷却水（清水等）を冷却する冷却水クーラや、給気マニホールド等、様々な機器類が備えられる。

このようなエンジンに備えられる各種機器類は、一般的にエンジンのシリンダブロックやシリンダヘッドの外部に取り付けられるものであり、吸・排気の流れや重量のバランス、また、エンジンの外形寸法などを考慮してそれぞれ配設される。特に、機関室が狭く、エンジンの設置スペースに対する制約が大きい、船舶などに搭載されるエンジンに対しては、外形寸法についての制約が大きく、コンパクト化やローライン化（全高を低くすること）の要請が強いため、こうした要請に応えるべく様々な技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２９９３９３号公報

ところで、従来のＶ形エンジンは、冷却水クーラから冷却された冷却水をインタークーラへ送るための第一の冷却水通路、または、インタークーラで使用された冷却水を冷却水クーラへ送るための第二の冷却水通路として、エンジンの周囲に配管を設けていた。しかし、エンジンの周囲に配管を設けることで、エンジンの体積が大きくなってしまう。また、冷却水クーラとインタークーラとの間の距離が長くなることで、部品加工時間及びコストが上昇する。

そこで、本発明は、過給機やインタークーラ等、従来から備えられる機器類を備える多気筒エンジンにおいて、エンジンの体積を小さく構成し、部品のコストを押えることができるＶ形エンジンを提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、左右一対のシリンダ列を備えるＶ形エンジンにおいて、左右のシリンダヘッドの列の上部にそれぞれ設けられ、給気通路を有する二本の給気マニホールドと、前記二本の給気マニホールドに給気を加圧して供給する左右二台の過給機と、前記二台の過給機から過給される給気を冷却水によって冷却するインタークーラと、前記インタークーラを通過した冷却水を冷却する冷却水クーラとを具備し、前記冷却水クーラは、該二本の給気マニホールドの前端側に配置し、前記インタークーラは、該二本の給気マニホールドの後端側に配置し、前記冷却水クーラとインタークーラとの間を連結する、第一の冷却水通路と第二の冷却水通路とを備え、該第一の冷却水通路内は、前記冷却水クーラからインタークーラへの冷却水が通過し、該第二の冷却水通路内は、前記インタークーラから冷却水クーラへの冷却水が通過すべく構成し、前記第一の冷却水通路及び第二の冷却水通路は、前記二本の給気マニホールドの上部であって、前記給気通路に隣接して一体的に構成されたものである。

請求項２においては、請求項１記載のＶ形エンジンにおいて、前記左右の二本の給気マニホールドを、同一形状に構成したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、冷却水通路を給気マニホールドと別体で設けていたときと比較して、スペースを省くことができる。

また、給気マニホールドをエンジンに取り付けることで、冷却水通路をエンジンに取り付けることができ、組立工程を一つ省略することができる。

また、冷却水通路を給気マニホールドと別体で設けていたときと比較して、スペースを省くことができる。また、給気通路内の給気を冷却することができる。

請求項２においては、同一形状の給気マニホールドを使用することにより、部品の種類数を減らすことができ、コストを削減することができる。

本発明の一実施形態に係るＶ形エンジンの全体的な構成を示した前方斜視図。Ｖ形エンジンの全体的な構成を示した後方斜視図。Ｖ形エンジンの平面図。Ｖ形エンジンのＡ−Ａ´線断面図。Ｖ形エンジンのＢ−Ｃ部分拡大図。給気マニホールドの斜視図。Ｖ形エンジンの正面図。Ｖ形エンジンの背面図。Ｖ形エンジンの右側面図。

次に、発明の実施の形態を説明する。

まず本発明の一実施形態にかかるＶ形エンジン１について図１、図２及び図３を用いて説明する。本発明の一実施形態にかかるＶ形エンジン１は、左右一対のシリンダ列を備えるＶ形エンジンである。ここで、図１の矢印に示すように、クランク軸心方向を前後方向として、左右方向、及び上下方向を定義する。Ｖ形エンジン１は、図１及び図２に示すように、左右のシリンダヘッド２Ａ・２Ｂの上部にそれぞれ設けられ、給気通路４１Ａ・４１Ｂ（図４参照）を有する給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂと、給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂに給気を加圧して供給する過給機１３・１３と、過給機１３・１３から過給される給気を冷却水によって冷却するインタークーラ１４と、インタークーラ１４を通過した冷却水を冷却する冷却水クーラ１５と、冷却水クーラ１５とインタークーラ１４との間を連結する第一の冷却水通路１７と第二の冷却水通路１８（図４参照）と、を備える。

Ｖ形エンジン１は、前後方向に長く延びるシリンダブロック３を備えている。シリンダブロック３の内部には左右一対の気筒（シリンダ）列を配設している。シリンダブロック３の上端部にはシリンダヘッド２Ａ・２Ｂが設けられている。シリンダヘッド２Ａ・２Ｂはシリンダブロック３に沿って設けられており、前後方向に長く形成されている。

シリンダヘッド２Ａ・２Ｂには、図示せぬ給気ポート及び排気ポートが形成されている。各給気ポートは、一端が図示せぬ各気筒内の燃焼室に連なるとともに、他端が給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂの各枝管部４２・４２・・（図５参照）に接続されている。シリンダヘッド２Ａ・２Ｂ側の各排気ポートは、一端がシリンダヘッド２Ａ・２Ｂ側の図示せぬ各気筒内の燃焼室に連なるとともに、他端が排気マニホールド１９Ａ・１９Ｂの枝管部に接続されている。

また、シリンダブロック３内には、図７及び図８に示すように、略水平に前後方向に延びるようにクランク軸４が備えられており、クランク軸４の後端部には、フライホイール５が取り付けられている。フライホイール５は、シリンダブロック３の後ろ側に固設されるフライホイールハウジング６に覆われている。フライホイールハウジング６の後端面は、Ｖ形エンジン１の出力側端面である。

左右のシリンダヘッド２Ａ・２Ｂの上方には、図１、図２、及び図６に示すように、それぞれ給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂが設けられている。また、左右のシリンダヘッド２Ａ・２Ｂの下方には排気マニホールド１９Ａ・１９Ｂが設けられている。給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂの後部上面には、それぞれインタークーラ１４と連結するための二つの給気入口２４Ａ・２４Ｂが設けられている。排気マニホールド１９Ａ・１９Ｂの後端にはそれぞれ過給機１３・１３と連結するための排気出口２５・２５が設けられている。

給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂの後端側であってフライホイールハウジング６と同じ面にはインタークーラ１４が配置されている。インタークーラ１４は、いわゆる水冷式のクーラであり、冷却水クーラ１５から冷却水が供給される。インタークーラ１４内部では、過給機１３・１３での圧縮によって温度が上昇した給気と冷却水との間で熱交換を行っている。インタークーラ１４は、図１及び図８に示すように、給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂとインタークーラ１４とを連結する給気送り管２６Ａ・２６Ｂの一端を連結するための給気出口３１・３１と、給気通路管２７・２７に連結する左右二つの給気入口３２・３２と、第二配管５２の一端を連結する第一冷却水孔３６と、第三配管５３の一端を連結する第二冷却水孔３７と、を有する。

給気出口３１・３１は、インタークーラ１４の前面に二つ設けられている。給気入口３２・３２は、インタークーラ１４の下部に二つ設けられており、その開口面がそれぞれ左右方向を向くように設けられている。給気出口３１には給気送り管２６Ａの一端が連結されており、他端は給気マニホールド１２Ａの給気入口２４Ａに連結されている。また、もう一つの給気出口３１には給気送り管２６Ｂの一端が連結されており、他端は給気マニホールド１２Ｂの給気入口２４Ｂに連結されている。

給気送り管２６Ａ・２６Ｂは、図１及び図３に示すように、屈曲した管であり、Ｖ形エンジン１の上方に設けられている。給気送り管２６Ａ・２６Ｂは、一端が給気出口３１・３１に連結しており、他端が給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂの給気入口２４Ａ・２４Ｂに連結されている。また、給気通路管２７・２７は、図２及び図８に示すように、屈曲した管であり、Ｖ形エンジン１の後方に設けられている。給気通路管２７・２７は、一端が過給機の給気出口６１・６１に連結しており、他端がインタークーラ１４の給気入口３２・３２と連結している。

第一冷却水孔３６は、インタークーラ１４の上部右側面に設けられており、第二冷却水孔３７は、インタークーラ１４の上部左側面に設けられている。また、第一冷却水孔３６と第二冷却水孔３７とを繋ぐ図示せぬ冷却水通路が、インタークーラ１４の内部に設けられている。

過給機１３・１３での圧縮によって温度が上昇した給気は、給気通路管２７・２７を通りインタークーラ１４の内部に送られる。インタークーラ１４の内部において、第二配管５２からインタークーラ１４内部へ送られた冷却水によって給気が冷却される。

また、図２及び図３に示すように、排気マニホールド１９Ａ・１９Ｂの後端側には過給機１３・１３が、その回転軸が排気マニホールド１９Ａ・１９Ｂの長手方向と平行となるように配置されている。また、過給機１３・１３とインタークーラ１４とは、給気通路管２７・２７により接続されている。給気通路管２７・２７は、シリンダヘッド２Ａ・２Ｂの後方を迂回するように配置し上方への突出を押えている。また、シリンダヘッド２Ａ・２Ｂ後側の空いた空間を利用して配管し、後方への突出を押えている。

また、シリンダヘッド２Ａ・２Ｂの前側には、Ｖ形エンジン１に供給する清水の冷却水を冷却する冷却水クーラ１５が設けられており、その長手方向をＶ形エンジン１の左右方向として配置されている。また、シリンダヘッド２Ａ・２Ｂの前側には、冷却水クーラ１５と隣接してオイルクーラ１６が配置されている。

次に、給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂについて、図３から図６を用いて説明する。給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂは、図６に示すように、前後方向に長い直方体状の部分と、前記直方体状の下面から下方へ突出した複数の枝管部４２・４２・・とから形成されており、鋳物にて形成されている。給気マニホールド１２Ａと給気マニホールド１２Ｂとは同一形状であり、これにより、同一形状の給気マニホールドを使用することにより、部品の種類数を減らすことができ、コストを削減することができる。また、図３に示すように、右側の給気マニホールド１２Ａは左側の給気マニホールド１２Ｂよりも前方に偏位して配置されている。

給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂの後部上面には、それぞれインタークーラ１４と連結するための二つの給気入口２４Ａ・２４Ｂが設けられている。給気入口２４Ａは、給気入口２４Ｂと比較して、給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂの前後方向の中心側に配置されている。給気入口２４Ａが給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂの前後方向の中心側にずれる長さは、右側の給気マニホールド１２Ａが左側の給気マニホールド１２Ｂよりも前方にずれる長さと略等しい。このように構成することにより、右側の給気マニホールド１２Ａは左側の給気マニホールド１２Ｂよりも前方に配置されているが、給気入口２４Ａと給気出口３１との間の距離並びに給気入口２４Ｂと給気出口３１との間の距離は等しくなるため、給気送り管２６Ａ・２６Ｂを同一形状にすることができる。

また、給気マニホールド１２Ａの給気入口２４Ｂは蓋部材により閉じられている。また、給気マニホールド１２Ｂの給気入口２４Ａは蓋部材により閉じられている。このように構成することにより、給気マニホールド１２Ａと給気マニホールド１２Ｂとを同一形状にした場合であっても、給気送り管２６Ａ・２６Ｂと接続されていない方の給気入口２４Ａ若しくは給気入口２４Ｂから給気が出て行くのを防止することができる。

給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂは、図４及び図５に示すように、給気通路４１Ａ・４１Ｂを有する。給気通路４１Ａ・４１Ｂは、給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂの内部であって、Ｖ形エンジン１の内側上部に前後方向に設けられている。また、給気通路４１Ａ・４１Ｂは、各気筒の給気ポートに連結するための複数の枝管部４２・４２・・に連結している。

給気マニホールド１２Ａは、図４及び図５に示すように、第一の冷却水通路１７を有する。第一の冷却水通路１７は、給気通路４１Ａの外側に、給気通路４１Ａと平行になるように配置されている。第一の冷却水通路１７は図４及び図５に示すように、断面略四角形状に形成されている。第一の冷却水通路１７の前端は、図２及び図９に示すように、冷却水クーラ１５と第一配管５１を介して連結されている。また第一の冷却水通路１７の後端は、図１及び図２に示すように、インタークーラ１４と第二配管５２を介して連結されている。

第一配管５１は、Ｖ形エンジン１の上方右前部に設けられており、一端は冷却水クーラ１５の上面に設けた孔に連結されており、他端は第一の冷却水通路１７の前端部右面に設けられた孔に連結されている。第二配管５２は、Ｖ形エンジン１の上方右後部に設けられており、一端は第一の冷却水通路１７の後端に設けられた孔に連結されており、他端はインタークーラ１４の右側面に設けられた第一冷却水孔３６に連結されている。

給気マニホールド１２Ｂは、第二の冷却水通路１８を有する。第二の冷却水通路１８は、給気通路４１Ｂの外側に、給気通路４１Ｂと平行になるように配置されている。第二の冷却水通路１８は、図４及び図５に示すように、断面略四角形状に形成されている。第二の冷却水通路１８の後端は、図１及び図２に示すように、インタークーラ１４と第三配管５３を介して連結されている。また第二の冷却水通路１８の前端は、図１及び図２に示すように、オイルクーラ１６内の冷却水通路に第四配管５４を介して連結されている。

第三配管５３は、Ｖ形エンジン１の上方左後部に設けられており、一端はインタークーラ１４の右側面に設けられた第二冷却水孔３７に連結されており、他端は第二の冷却水通路１８の後端に設けられた孔に連結されている。第四配管５４は、Ｖ形エンジン１の上方右前部に設けられており、一端は第二の冷却水通路１８の前端に設けられた孔に連結されており、他端はオイルクーラ１６の上面に設けられた孔に連結されている。

次に、過給機１３・１３について説明する。本実施形態に係るＶ形エンジン１は、Ｖ形エンジン１内に供給される給気を加圧するための一対の過給機１３・１３を有する、いわゆるツインターボを採用している。二つの過給機１３・１３は、給気通路管２７・２７に連結するための給気出口６１と、排出管６２と、を備える。各過給機１３・１３により加圧される給気は、給気通路管２７・２７を通ってインタークーラ１４へと送られる。

各過給機１３・１３は、図１及び図２に示すように、それぞれタービン６３とコンプレッサー６４とを有しており、タービン６３及びコンプレッサー６４は同一の回転軸を有し、排気マニホールド１９Ａ・１９Ｂの長手方向と平行に連設されている。各タービン６３は、入口端を各排気マニホールド１９Ａ・１９Ｂの後端に開口した排気出口２５・２５に連通させている。排気マニホールド１９Ａ・１９Ｂから導入される燃焼後の排気ガスは、タービン６３を回転させる。余剰排気は、排出管６２を介して排出される。排出管６２は、タービン６３の後方に設けられており、その開口部が上方を向くように屈曲されて、図示しない排気浄化装置や消音器に接続されている。

また、コンプレッサー６４は、過給機１３の前端に設けられる外気導入口６７、図示しないエアクリーナを介して外部から清浄化した空気を導入する。また、コンプレッサー６４は、タービン６３の回転によりコンプレッサー６４を回転駆動して外気導入口６７から吸入した空気を圧縮し、給気出口６１から給気通路管２７・２７を介してインタークーラ１４へと送り込む。圧縮により温度の上昇した給気は、インタークーラ１４において冷却された後、給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂを介してシリンダヘッド２Ａ・２Ｂの各気筒へと圧縮空気として送り込まれる。

このような構成のＶ形エンジン１において、Ｖ形エンジン１に具備される各種機器を冷却するための冷却水は、次のような経路を流れ各種機器を冷却する。すなわち、冷却水クーラ１５内で外部の海水等により冷却された冷却水は、第一配管５１へ流入する。第一配管５１へ流入した冷却水は、第一の冷却水通路１７へ流入し、隣接する給気通路４１Ａ内の給気を冷却する。冷却水は、第一の冷却水通路１７の後端から第二配管５２へと流入する。第二配管５２へ流入した冷却水は、インタークーラ１４へと流入し、過給機１３・１３から圧送された温度の上昇した空気を冷却する。冷却水は、インタークーラ１４から第三配管５３へと流入する。第三配管５３へ流入した冷却水は、第二の冷却水通路１８へ流入し、隣接する給気通路４１Ｂ内の給気を冷却する。冷却水は、第二の冷却水通路１８の前端から第四配管５４へと流入する。第四配管５４へ流入した冷却水は、オイルクーラ１６内の冷却水通路に流入し、潤滑油を冷却して、再び冷却水クーラ１５へと流入する。

このように構成することにより、圧縮により温度の上昇した給気は、まずインタークーラ１４内において、冷却水により冷却される。また、給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂ内に流入した給気は、給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂにおいても第一の冷却水通路１７及び第二の冷却水通路１８を流れる冷却水により冷却される。

以上のように、Ｖ形エンジン１は、左右一対のシリンダ列を備えるＶ形エンジン１において、左右のシリンダヘッド２Ａ・２Ｂの上部にそれぞれ設けられ、給気通路４１Ａ・４１Ｂを有する給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂと、給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂに給気を加圧して供給する過給機１３・１３と、過給機１３・１３から過給される給気を冷却水によって冷却するインタークーラ１４と、インタークーラ１４を通過した冷却水を冷却する冷却水クーラ１５と、冷却水クーラ１５とインタークーラ１４との間を連結する第一の冷却水通路１７と第二の冷却水通路１８と、を備え、第一の冷却水通路１７及び第二の冷却水通路１８は、左右の給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂにそれぞれ一体的に設けたものである。このように構成することにより、第一の冷却水通路１７及び第二の冷却水通路１８を給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂと別体で設けていたときと比較して、スペースを省くことができる。また、給気マニホールド１２Ａ・１２ＢをＶ形エンジン１に取り付けることで、第一の冷却水通路１７及び第二の冷却水通路１８をＶ形エンジン１に取り付けることができ、組立工程を一つ省略することができる。

また、第一の冷却水通路１７及び第二の冷却水通路１８は、給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂの上部であって、給気通路４１Ａ・４１Ｂに隣接するように配置されたものである。このように構成することにより、第一の冷却水通路１７及び第二の冷却水通路１８を給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂと別体で設けていたときと比較して、スペースを省くことができる。また、給気通路４１Ａ・４１Ｂ内の給気を冷却することができる。

また、二つの給気マニホールド１２Ａ・１２Ｂは、同一形状であるものである。このように構成することにより、同一形状の給気マニホールドを使用することにより、部品の種類数を減らすことができ、コストを削減することができる。

１Ｖ形エンジン
２Ａ・２Ｂシリンダヘッド
１２Ａ・１２Ｂ給気マニホールド
１３過給機
１４インタークーラ
１５冷却水クーラ
１６オイルクーラ
１７第一の冷却水通路
１８第二の冷却水通路
４１Ａ・４１Ｂ給気通路

Claims

左右一対のシリンダ列を備えるＶ形エンジンにおいて、
左右のシリンダヘッドの列の上部にそれぞれ設けられ、給気通路を有する二本の給気マニホールドと、
前記二本の給気マニホールドに給気を加圧して供給する左右二台の過給機と、
前記二台の過給機から過給される給気を冷却水によって冷却するインタークーラと、
前記インタークーラを通過した冷却水を冷却する冷却水クーラとを具備し、
前記冷却水クーラは、該二本の給気マニホールドの前端側に配置し、
前記インタークーラは、該二本の給気マニホールドの後端側に配置し、
前記冷却水クーラとインタークーラとの間を連結する、第一の冷却水通路と第二の冷却水通路とを備え、
該第一の冷却水通路内は、前記冷却水クーラからインタークーラへの冷却水が通過し、該第二の冷却水通路内は、前記インタークーラから冷却水クーラへの冷却水が通過すべく構成し、
前記第一の冷却水通路及び第二の冷却水通路は、前記二本の給気マニホールドの上部であって、前記給気通路に隣接して一体的に構成された
ことを特徴とするＶ形エンジン。
請求項１記載のＶ形エンジンにおいて、前記左右の二本の給気マニホールドを、同一形状に構成したことを特徴とするＶ形エンジン。