JP5827796B2

JP5827796B2 - Ｖ形エンジン

Info

Publication number: JP5827796B2
Application number: JP2010254714A
Authority: JP
Inventors: 中村　卓也; 卓也中村; 健次宮島; 貴生中西
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2030-11-15
Also published as: JP2012107519A

Description

本発明は、給気を加圧して供給する過給機を備える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る。過給機は各シリンダ列に対して一つずつ設けられている。

各過給機は、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、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

各過給機は燃焼後の排気ガスを排出するための排出管を有する。二本の排出管を設けた場合、エンジン全体の体積が大きくなってしまう。また、二本の排出管を作成するための部品加工時間及びコストが上昇する。加えて、各排出管の端部には、さらに排気を外部に導くための排気管（マフラー）を設ける必要があるため、二本の排気管を作成するための部品加工時間及びコストが上昇する。

そこで、本発明は、コスト低減を可能にし、コンパクトな構成を可能にする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ヘッドと、前記左右一対のシリンダヘッドの内部に設けられた燃焼室と、前記燃焼室に給気を加圧して供給する左右一対の過給機とを備えたＶ形エンジンにおいて、前記左右一対の過給機は、左右一対の過給機のうちの一方の過給機が他方の過給機に対して水平方向に１８０度回転した状態で配置されることによって、平面視にて左右非対称に配置されており、前記左右一対の過給機のタービン軸は、Ｖ形エンジンの前後方向であるクランク軸方向に対して直交する方向に配置されているとともに、平面視にて前後方向に位置がずれた状態で配置されており、前記左右一対の過給機のタービン軸と前記左右一対の過給機の給気出口とは、平面視にて一方の過給機ではタービン軸の後方に給気出口が位置し、他方の過給機ではタービン軸の前方に給気出口が位置するように配置されており、前記左右一対の過給機の排出管は、平面視にてそれぞれの排出面が前後方向にずれた状態で左右方向内側を向いて、合流管に連結されており、前記合流管は、一方の過給機の排出管と連結する第一通路部と、他方の過給機の排出管と連結する第二通路部と、中央から後方に向かって開口する排出口とを有しており、前記合流管における第一通路部と第二通路部は、前記一方の過給機の排出管と他方の過給機の排出管のずれ位置に合わせて前後方向に位置をずらして形成されており、前記前後方向に位置がずれている一方の過給機の排出管と他方の過給機の排出管を前記合流管に連結して合流させる構成としているものである。

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、前記左右一方の排出管と、前記合流管の第一通路部又は第二通路部との間を、ベローズを介して連結したものである。

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、排気を排出する出口が一つになるので、排気管（マフラー）との接続が容易にでき、船舶への装着のコスト及び工数を低減することができる。

また、排気を排出する出口を一つにしたことにより、Ｖ形エンジンをコンパクトに構成することができる。したがって、コスト低減を可能にし、コンパクトな構成を可能にするＶ形エンジンを提供することができる。

また、左右同一の過給機を使用した場合に、一方の過給機の一部のみが前後方向に突出することを防止できる。また、左右のタービン軸を前後方向にずらした場合であっても、合流管が前後方向のずれを吸収するので、前後方向が長くならずコンパクトに配置できる。したがって、コンパクトな構成を可能にするＶ形エンジンを提供することができる。

請求項２においては、排気熱による膨張をベローズの伸縮によって吸収することができるので、熱膨張を吸収するための余分な箇所を設けることがなくなる。したがって、コスト低減を可能にし、コンパクトな構成を可能にするＶ形エンジンを提供することができる。

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形エンジンの平面図。Ｖ形エンジンの給気マニホールド及び排気マニホールドの平面図。Ｖ形エンジンの背面図。過給機及び合流管の平面図。合流管の背面図。Ｖ形エンジンのＡ−Ａ´線断面図。Ｖ形エンジンにおける過給機および合流管の位置を示す平面図。

次に、発明の実施の形態を説明する。

先ず、本発明の一実施形態に係るＶ形エンジン１の全体構成について、図１から図４及び図７を用いて説明する。なお、図１の矢印Ｆで示す方向を「前方」、矢印Ｕで示す方向を「上方」、矢印Ｌで示す方向を「左方」として、以下に述べる各部材の位置や方向等を説明する。

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。Ｖ形エンジン１は、図１から図４に示すように、左右のシリンダヘッド２Ａ・２Ｂの内部にそれぞれ設けられた燃焼室１２Ａ・１２Ｂ（図７参照）と、前記燃焼室１２Ａ・１２Ｂに給気を加圧して供給する過給機１３Ａ・１３Ｂと、過給機１３Ａ・１３Ｂ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清水クーラ１５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（図１及び図７参照）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シリンダ９（図７参照）を四つずつ配設している。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。シリンダブロック３内には、クランク軸６（図４及び図７参照）が前後方向に架設される。

クランク軸６は、シリンダブロック３に回転可能に軸支される。クランク軸６の後端部には、フライホイール７が取り付けられている。フライホイール７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８に覆われている。フライホイールハウジング８の後端面は、Ｖ形エンジン１の出力側端面である。

図７に示すように、左右一対のシリンダ列には、それぞれ四つのシリンダ９が配置され、シリンダ９内には、ピストン１０が摺動可能に設けられる。ピストン１０はコネクティングロッド１１によってクランク軸６と連結されており、ピストン１０の摺動運動がコネクティングロッド１１によってクランク軸６の回転運動に変換される。

また、シリンダブロック３には、ピストン１０と対向するようにシリンダヘッド２Ａ・２Ｂが取り付けられるとともに、シリンダヘッド２Ａ・２Ｂとピストン１０とシリンダ９とで、燃焼室１２Ａ・１２Ｂが形成される。シリンダヘッド２Ａ・２Ｂには、インジェクタ２０が取り付けられ、燃料室１２Ａ・１２Ｂ内に燃料を噴射可能に設けられる。

前記インジェクタ２０は、図示せぬコモンレールに接続されている。前記コモンレールには、燃料が常時高圧状態で蓄えられており、前記コモンレール内の高圧燃料は、インジェクタ２０（図７参照）を駆動することにより燃焼室１２Ａ・１２Ｂ内に噴射される。

インジェクタ２０は、インジェクタ駆動装置（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｒｉｖｉｎｇＵｎｉｔ、以下「ＥＤＵ」という。）２０Ａを介して、図２に示すエンジン制御装置（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ、以下「ＥＣＵ」という。）２１と接続されている。ＥＣＵ２１は、ＥＤＵ２０Ａに駆動信号を送信することで、各インジェクタ２０を駆動させることができる。ＥＣＵ２１からＥＤＵ２０Ａに駆動信号が送信されると、ＥＤＵ２０Ａによって各インジェクタ２０が駆動され、インジェクタ２０から燃料が噴射される。

ＥＣＵ２１は、制御ボックス２２に収納される。制御ボックス２２は、Ｖ形エンジン１の前部、具体的には、エンジン内部を循環する清水を冷却する清水クーラ１５の前面に配置される。なお、制御ボックス２２には、ＥＣＵ２１の他、図示しないヒューズ、リレー、コネクタその他の制御系部品が収納される。

図３及び図４に示すように、Ｖ型エンジン１の後端側であってフライホイールハウジング８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、清水クーラ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１３Ａ・１３Ｂ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は給気マニホールド２３Ａ・２３Ｂ（図３参照）と連結されており、給気マニホールド２３Ａ・２３Ｂから燃焼室１２Ａ・１２Ｂ内へ給気が圧送される。

過給機１３Ａ・１３Ｂでの圧縮によって温度が上昇した給気は、インタークーラ１４の内部に送られる。インタークーラ１４の内部において冷却水によって給気が冷却される。

また、排気マニホールド１９Ａ・１９Ｂ（図３参照）の後端側には過給機１３Ａ・１３Ｂが、その回転軸がクランク軸方向と直交するように、言い換えればエンジン左右方向と平行になるように配置されている。また、過給機１３Ａ・１３Ｂとインタークーラ１４とは、図４に示す給気通路管２７Ａ・２７Ｂにより接続されている。

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清水クーラ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。

図１及び図２に示すように、清水クーラ１５によって冷却された冷却水は冷却水ポンプ１６によって第一冷却水通路１７を通ってインタークーラ１４へ圧送される。インタークーラ１４内で排気を冷却したことで温度が上昇した冷却水は第二冷却水通路１８を通って清水クーラ１５内に戻される。

次に、過給機１３Ａ・１３Ｂについて、図４から図６及び図８を用いて説明する。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１３Ａ・１３Ｂ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１３Ａ・１３Ｂは、給気通路管２７Ａ・２７Ｂに連結するための給気出口６１Ａ・６１Ｂと、排出管６３Ａ・６３Ｂと、を備える。

過給機１３Ａ及び過給機１３Ｂは同一の部品で形成されており、過給機１３Ａ・１３Ｂは、図４及び図５に示すように、それぞれタービン６４Ａ・６４Ｂとコンプレッサー６５Ａ・６５Ｂとを有しており、タービン６４Ａ・６４Ｂ及びコンプレッサー６５Ａ・６５Ｂはそれぞれ同一の回転軸としてタービン軸６６Ａ・６６Ｂを有し、該タービン軸６６Ａ・６６Ｂは排気マニホールド１９Ａ・１９Ｂの前記Ｖ形エンジンのクランク軸方向に対して直交方向（左右方向）に設けられている。

タービン６４Ａ・６４Ｂは、排気マニホールド１９Ａ・１９Ｂと連通している。詳しくは、排気入口６２Ａ・６２Ｂが排気通路管２８Ａ・２８Ｂを介して連通している。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６４Ａ・６４Ｂを回転させる。余剰排気は、排出管６３Ａ・６３Ｂを介して排出される。

過給機１３Ｂは、過給機１３Ａに対して水平方向に１８０度回転した状態で配置されている。従って、排出管６３Ａ・６３Ｂは、それぞれの排出する面がＶ形エンジン１の左右方向内側を向き、互いに対向するように構成される。排出管６３Ａ・６３Ｂは、タービン６４Ａ・６４Ｂの軸方向と平行に延びており、タービン６４Ａ・６４Ｂよりも小さい直径の円筒状に形成されている。

また、過給機１３Ａの後端と過給機１３Ｂの後端とは前後方向略同一面上に位置するように配置されている。このため、左右の過給機１３Ａ・１３Ｂの各部分の配置にずれが生じる。具体的には、給気出口６１Ａは、タービン軸６６Ａに対して前方に偏心して配置されるため、水平方向に１８０度回転した給気出口６１Ｂはタービン軸６６Ｂよりも後方に位置し、結果として給気出口６１Ａは給気出口６１Ｂよりも前方に配置される。また、排気入口６２Ａは、排気入口６２Ｂよりも前方に配置される。また、給気出口６１Ａ及び排気入口６２Ａは、タービン軸６６Ａに対して前方に偏心して配置されるため、過給機１３Ａの後端と過給機１３Ｂの後端とを略一致させると、排出管６３Ａは、排出管６３Ｂよりも後方に配置される。

過給機１３Ａ・１３Ｂにより加圧される給気は、図４に示す給気通路管２７Ａ・２７Ｂを通ってインタークーラ１４へと送られる。給気出口６１Ａは、給気出口６１Ｂよりも前方に配置されているが、給気通路管２７Ａが後方に傾斜して設けられることにより、給気通路管２７Ａ・２７Ｂのインタークーラ１４との接続面において、前後方向のずれは解消されている。また、排出管６３Ａ・６３Ｂの端部同士の間には、排出管６３Ａ・６３Ｂの端部同士を連結する合流管７１が設けられている。

合流管７１は、二つの排出管６３Ａ・６３Ｂの端部を連結して排気を合流させる管であり、右側の排出管６３Ａと連結する第一通路部７２と、左側の排出管６３Ｂと連結する第二通路部７３と、中央上部から斜め上後方に突設した排出口７５と、を有する。

第一通路部７２は、第二通路部７３よりも後方に位置するように配置されている。右側の過給機１３Ａの排出管６３Ａは左側の過給機１３Ｂの排出管６３Ｂよりも後方に配置されているが、排出管６３Ａと接続する第一通路部７２を、排出管６３Ｂと接続する第二通路部７３よりも後方に設けることで、一つの部材で排出管６３Ａ・６３Ｂを合流させることができる。

排出口７５は、その後方右側において第一通路部７２と連通しており、後方左側において第二通路部７３と連通している。第一通路部７２と連通している部分は第二通路部と連通している部分よりも後方に位置している。また、排出口７５は、円筒状の配管であり、中央には仕切り板が設けられて二つの部屋に区切られており、一方の部屋には第一通路部７２からの排気が、他方の部屋には第二通路部７３からの排気が流入する。そして出口側端部において、二つの部屋からの排気が合流して排出される。

また、右側の排出管６３Ａと第一通路部７２との間にはベローズ７６が設けられている。ベローズ７６は、右側の一端が右側の排出管６３Ａの端部に接続されており、他端が第一通路部７２の右側の端部に接続されている。但し、ベローズ７６は排出管６３Ｂと第二通路部７３の間に配置する構成とすることも可能である。これにより、排気熱による合流管７１の膨張をベローズ７６の伸縮によって吸収することができるので、熱膨張を吸収するための余分な箇所を設けることがなくなる。

また、排出口７５はＶ形エンジン１の左右方向略中央に設けられている。このように構成することにより、排出口７５から更に排気用の配管を施す場合に、船舶へ装着する際のレイアウトを容易に決定しやすくなり、船舶への装着のコスト及び工数を低減することができる。

このように構成することにより、図６の点描矢印で示すように、右側の過給機１３Ａから排出された余剰排気は、排出管６３Ａから第一通路部７２へと流入し、排出口７５の一方の部屋へと流入する。また、左側の過給機１３Ｂから排出された余剰排気は、排出管６３Ｂから第二通路部７３へと流入し、さらに排出口７５の他方の部屋へと流入する。排出口７５に流入した余剰排気は、排出口７５の出口端部で合流し、排出口７５からさらに図示せぬマフラーなどを介して外部へ排気される（図３の点描矢印参照）。なお、図示せぬ排気管においては、海水等とミキシングすることにより排気の温度を下げることが可能である。

また、コンプレッサー６５Ａ・６５Ｂは、過給機１３Ａ・１３Ｂの各外側に設けられる外気導入口６７Ａ・６７Ｂ、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６５Ａ・６５Ｂは、タービン６４Ａ・６４Ｂの回転によりコンプレッサー６５Ａ・６５Ｂを回転駆動して外気導入口６７Ａ・６７Ｂから吸入した空気を圧縮し、給気出口６１Ａ・６１Ｂから給気通路管２７Ａ・２７Ｂを介してインタークーラ１４へと送り込む。そして、インタークーラ１４内で冷却された給気は、前記給気マニホールドから燃焼室１２Ａ・１２Ｂ内へ圧送される（図３の黒色矢印参照）。

以上のように、Ｖ形エンジン１は、左右一対のシリンダヘッド２Ａ・２Ｂと、シリンダヘッド２Ａ・２Ｂの内部に設けられた燃焼室１２Ａ・１２Ｂと、前記燃焼室１２Ａ・１２Ｂに給気を加圧して供給する二つの過給機１３Ａ・１３Ｂと、を備え、二つの過給機１３Ａ・１３Ｂは、それぞれ排気を排出するための排出管６３Ａ・６３Ｂを有し、排出管６３Ａ・６３Ｂは、それぞれの排出する面がＶ形エンジン１の左右方向内側を向き、互いに対向するように構成され、二つの排出管６３Ａ・６３Ｂの端部を連結して合流させる合流管７１を備え、合流管７１はＶ形エンジン１の左右方向略中央に排出口７５を有するものである。このように構成することにより、排気を排出する出口が一つになるので、排気管（マフラー）との接続が容易にでき、船舶への装着のコスト及び工数を低減することができる。また、排気を排出する出口を一つにしたことにより、Ｖ形エンジン１をコンパクトに構成することができる。したがって、コスト低減を可能にし、コンパクトな構成を可能にするＶ形エンジン１を提供することができる。

また、排出管６３Ａと合流管７１とはベローズ７６を介して連結したものである。このように構成することにより、排気熱による膨張をベローズ７６の伸縮によって吸収することができるので、熱膨張を吸収するための余分な箇所を設けることがなくなる。したがって、コスト低減を可能にし、コンパクトな構成を可能にするＶ形エンジン１を提供することができる。

また、過給機１３Ａのタービン軸はＶ形エンジン１のクランク軸方向に対して直交方向に配置し、左右のタービン軸は前後方向にずらして配置したものである。このように構成することにより、左右同一の過給機１３Ａ・１３Ｂを使用した場合に、タービン軸を前後方向にずらすことで、一方の過給機１３Ａの一部のみが前後方向に突出することを防止できる。また、左右のタービン軸を前後方向にずらした場合であっても、合流管７１が前後方向のずれを吸収するので、前後方向が長くならずコンパクトに配置できる。したがって、コンパクトな構成を可能にするＶ形エンジン１を提供することができる。

１Ｖ形エンジン
２Ａ・２Ｂシリンダヘッド
１３Ａ・１３Ｂ過給機
１４インタークーラ
１５清水クーラ
６３Ａ・６３Ｂ排出管
７１合流管
７５排出口
７６ベローズ

Claims

左右一対のシリンダヘッドと、前記左右一対のシリンダヘッドの内部に設けられた燃焼室と、前記燃焼室に給気を加圧して供給する左右一対の過給機とを備えたＶ形エンジンにおいて、
前記左右一対の過給機は、左右一対の過給機のうちの一方の過給機が他方の過給機に対して水平方向に１８０度回転した状態で配置されることによって、平面視にて左右非対称に配置されており、
前記左右一対の過給機のタービン軸は、Ｖ形エンジンの前後方向であるクランク軸方向に対して直交する方向に配置されているとともに、平面視にて前後方向に位置がずれた状態で配置されており、
前記左右一対の過給機のタービン軸と前記左右一対の過給機の給気出口とは、平面視にて一方の過給機ではタービン軸の後方に給気出口が位置し、他方の過給機ではタービン軸の前方に給気出口が位置するように配置されており、
前記左右一対の過給機の排出管は、平面視にてそれぞれの排出面が前後方向にずれた状態で左右方向内側を向いて、合流管に連結されており、
前記合流管は、一方の過給機の排出管と連結する第一通路部と、他方の過給機の排出管と連結する第二通路部と、中央から後方に向かって開口する排出口とを有しており、
前記合流管における第一通路部と第二通路部は、前記一方の過給機の排出管と他方の過給機の排出管のずれ位置に合わせて前後方向に位置をずらして形成されており、
前記前後方向に位置がずれている一方の過給機の排出管と他方の過給機の排出管を前記合流管に連結して合流させる構成としている
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、前記左右一方の排出管と、前記合流管の第一通路部又は第二通路部との間を、ベローズを介して連結したことを特徴とするＶ形エンジン。