JP5866662B2 - 舶用エンジン - Google Patents

Description

本発明は、過給機及びインタークーラを２つずつ備えた舶用エンジンに関する。

従来から、車や船舶等のエンジンにおいて、過給機を２つ備えた構成（二段過給システム）が知られている。二段過給システムでは、シリンダから排出された排気ガスを利用して１つ目の過給機のタービンを回転させることで、空気を圧縮してシリンダ側へ送出する。２つ目の過給機は、１つ目の過給機で圧縮された空気を更に圧縮した後に、当該空気をシリンダへ送出する。これにより、シリンダに供給される空気の流量を増やすことができるので、エンジンの出力を向上させることができる。

過給機によって圧縮された空気は高温となるため、密度が低下する（質量流量が低下する）。そのため、過給機の後段には、高温の空気を冷却するためのインタークーラが配置される。特許文献１から３では、１つ目の過給機の後段と２つ目の過給機の後段とにそれぞれインタークーラが配置される構成（インタークーラが合計２個配置される構成）の二段過給システムが開示されている。また、特許文献１から３では、二段過給システムを適用する対象として、パワーショベル等の建設機械用のエンジン、自動車用のエンジン、及び航空機用のエンジン等が開示されている。

なお、二段過給システムの他の構成としては、２つの過給機と１つのインタークーラを備え、２つの過給機を連続して通過した空気を１つのインタークーラによって冷却する構成が知られている。この種の二段過給システムは、船舶に搭載されるエンジン（舶用エンジン）等に採用される。

特開２０１１−９９３３２号公報 特開２０１１−１６３２０１号公報 特許第３９５３６３６号公報

しかし、この二段過給システムでは、２つの過給機で圧縮された気体を１つのインタークーラで冷却するため、冷却性能が高い（即ちサイズが大きい）インタークーラが必要となる。そのため、この二段過給システムを採用する場合、インタークーラのサイズを考慮して他の機器の位置を決定しなければならないので、機器のレイアウトの自由度が低下してしまう。

上記に加え、舶用エンジンでは、以下の点も考慮してレイアウトを決定する必要がある。即ち、船舶には複数の舶用エンジンが並設されることがあるので、舶用エンジンでは、この並設方向におけるサイズが小さくなるようなレイアウトが好ましい。また、舶用エンジンは船体の下部に配置されることがあり、作業者は、舶用エンジンの上面に乗ってメンテナンス等を行うことがある。従って、舶用エンジンでは、上面からのメンテナンスが行い易いレイアウトが好ましい。

以上のように、舶用エンジンでは、上記の点を考慮してインタークーラの配置を決定する必要がある。なお、建設機械や自動車等のエンジンでは、過給機及びインタークーラがシリンダブロックの近傍ではなく少し離れた位置に配置されることが一般的である。そのため、インタークーラの配置が問題となることは少なかった。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、レイアウトの自由度の低下を防止しつつ、並設方向におけるサイズが小さく、かつ、メンテナンスの作業性が良好な舶用エンジンを提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

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とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成の舶用エンジンが提供される。即ち、この舶用エンジンは、第１過給機と、第１インタークーラと、第２過給機と、第２インタークーラと、を備える。前記第１過給機は、排気ガスを利用して給気を行う。前記第１インタークーラは、前記第１過給機を通過した気体が流入し、当該第１過給機によって高温となった気体を冷却する。前記第２過給機は、前記第１インタークーラを通過した気体が流入し、排気ガスを利用して給気を行う。前記第２インタークーラは、前記第２過給機を通過した気体が流入し、当該第２過給機によって高温となった気体を冷却する。この舶用エンジンでは、前記第１過給機がクランク軸方向の一側の端部に配置されるとともに、前記第２インタークーラがクランク軸方向の他側の端部に配置される。また、前記第１インタークーラ及び前記第２過給機は、前記第１過給機側に前記第１インタークーラが位置するように、クランク軸方向に並べて配置される。

これにより、インタークーラを１つ備える構成と比較して、舶用エンジンのレイアウトの自由度を向上させることができる。また、第１過給機及び第２インタークーラが、舶用エンジンのクランク軸方向の一側及び他側の端部に配置されるので、クランク軸方向に垂直な方向（装置幅方向）のサイズを抑えることができる。従って、例えば複数のエンジンを装置幅方向に並べて配置する場合において、船舶のスペースを有効に活用することができる。また、本構成は、エンジンの高さ方向に過給機等を重ねて配置する構成と比較して、過給機等に容易にアクセスできる。従って、メンテナンスの作業性を良好にすることができる。

前記の舶用エンジンにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この舶用エンジンは、バルブカバーを覆う平板状の板状カバーを備える。また、前記板状カバーの厚み方向で見たときに、前記第１過給機、前記第１インタークーラ、前記第２過給機、及び前記第２インタークーラは、当該板状カバーの四方のうち三方にのみ配置される。

これにより、作業者は、板状カバー（トップカバー）に乗って、過給機等をメンテナンスすることができる。従って、作業性を良好にするとともに配管等の破損を防止できる。また、板状カバーの四方のうち三方にのみ過給機等が配置されるので、作業者は、自身の向きをあまり変えずに複数の過給機等をメンテナンスすることができる。従って、この観点においても作業性を良好にすることができる。

前記の舶用エンジンにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、（舶用エンジンの）上面と、前記板状カバーの表面と、が少なくとも一部だけ一致する。また、上面とその反対側の面である底面との中央を２等分する高さを基準高さとしたときに、前記第１過給機、前記第１インタークーラ、前記第２過給機、及び前記第２インタークーラは、全て、前記基準高さよりも上側に配置される。

これにより、舶用エンジンの上部（板状カバーの近傍）に過給機等が配置されるので、作業性を一層良好にすることができる。

前記の舶用エンジンにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この舶用エンジンは、前記第２インタークーラを通過した気体が流入する給気マニホールドを備える。この舶用エンジンでは、前記第１過給機から前記第１インタークーラまでの気体の経路が、前記第１インタークーラから前記第２過給機までの気体の経路よりも短く、かつ、前記第２過給機から前記第２インタークーラまでの気体の経路が、前記第２インタークーラから前記給気マニホールドまでの気体の経路よりも短い。

これにより、過給機によって高温となった気体が流れる経路を比較的短くできる。従って、給気管全体のうち断熱材等で覆う必要がある部分を短くできるので、コストを低減することができる。

本発明の一実施形態に係る舶用エンジンの斜視図。 舶用エンジンを他の方向から見た斜視図。 舶用エンジンの平面図。 舶用エンジンの正面図。 給気系の機器の位置関係を示す斜視図。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１及び図２は、舶用エンジン１の斜視図である。図３は、舶用エンジン１の平面図である。図４は、舶用エンジン１の正面図である。図５は、二段過給システムを構成する機器の位置関係を示す斜視図である。なお、以下の説明において、図１に示すように、舶用エンジン１の上下方向を高さ方向と称し、舶用エンジン１のクランクシャフト６１（図３を参照）の長手方向をクランク軸方向と称し、高さ方向及びクランク軸方向の何れとも直交する方向を装置幅方向と称する。また、高さ方向のうち図１の上側（後述のトップカバー１０が配置される側）を上側とする。

本実施形態の舶用エンジン１は、プレジャーボート等の船舶に搭載されるインボードタイプのディーゼルエンジンである。また、この舶用エンジン１には、二段過給システムが採用されている。

舶用エンジン１は、図１及び図２等に示すように、トップカバー（板状カバー）１０を備えている。トップカバー１０は、平板状に構成されており、厚み方向が前記高さ方向と一致するように配置されている。このトップカバー１０の下側には、バルブカバー及びシリンダブロック等が配置されている。

舶用エンジン１の二段過給システムは、図１等に示すように、第１過給機２２と、第１インタークーラ２３と、第２過給機２４と、第２インタークーラ２６と、それらを接続する給気管２１ａ〜２１ｄによって構成されている。

第１過給機２２は、ハウジングの内部に、タービンとコンプレッサを備えている。タービンは、排気ガスを利用して回転するように構成されている。コンプレッサは、タービンと同じシャフトに接続されており、タービンの回転に伴って回転する。第１過給機２２は、コンプレッサが回転することにより、空気を圧縮して強制的に給気を行うことができる。この構成により、排気ガスを利用してシリンダに供給する空気の流量を増加させることができるので、舶用エンジン１の出力を上げることができる。なお、第１過給機２２によって吸気されることにより、空気が急速に圧縮されるため、当該空気は高温となる。この高温の空気は、給気管２１ａを介して第１インタークーラ２３へ送出される。

第１インタークーラ２３のハウジングの内部には、海水が流れる冷却管が複数配置されている。第１過給機２２から送出された空気は、この冷却管の周囲を流れるように構成されている。この構成により、第１インタークーラ２３は、第１過給機２２から送出された空気を海水との熱交換によって冷却することができる。第１インタークーラ２３によって冷却された空気は、給気管２１ｂを介して第２過給機２４へ送出される。

第２過給機２４は、第１過給機２２と同等の構成であり、排気ガスを利用して、第１インタークーラ２３から送出された空気を圧縮することができる。この圧縮された空気は、上記と同様に高温となる。そして、この高温の空気は、給気管２１ｃを介して第２インタークーラ２６へ送出される。

膨張タンク２５とは、冷却用の清水が膨張した場合等に当該膨張分の清水を一時的に貯留するタンクである。

第２インタークーラ２６は、第１インタークーラ２３と同等の構成であり、第２過給機２４から送出された空気を海水との熱交換によって冷却する。第２インタークーラ２６によって冷却された空気は、給気管２１ｄを介して、給気マニホールド２８へ送出される。なお、給気管２１ｄには、シリンダに供給する空気と排気ガスの流量と比率を調整する給気スロットル２７が配置されている。

前記トップカバー１０の内側のシリンダヘッドには、コモンレール、燃料噴射装置、シリンダ等が配置されている。舶用エンジン１は、供給された圧縮空気をシリンダ内で更に圧縮した後に燃料を噴射することで、ピストンを上下させて動力を発生させることができる。ここで発生した動力は、図３に示すクランクシャフト６１を介して、推進装置等に伝達される。

また、本実施形態では、クランクシャフト６１の第１過給機２２側の端部にフライホイールハウジング６２（図４）が配置されている。フライホイールハウジング６２内のフライホイールには、クラッチ（図略）が連結される。これにより、舶用エンジン１の出力を推進装置等に伝達したり遮断したりすることができる。

シリンダから排気された排気ガスの全部又は一部は、排気マニホールド及び排気管等を介して、前記第１過給機２２及び第２過給機２４へ送出される。この排気ガスは、上述のようにタービンを回転させるために用いられる。

排気ガスは、上記の他にも、前記排気管等を介して、図２に示すＥＧＲ管３１へ送出される。このＥＧＲ管３１は、給気管２１ｄと接続されている。この構成により、排気ガスの一部を再びシリンダへ供給することで、排気ガスの窒素酸化物を低減させたり燃費を向上させたりすることができる。

また、このＥＧＲ管３１の近傍には、ＥＧＲクーラ３２及びＥＧＲセンサ３３が配置されている。ＥＧＲクーラ３２は、ＥＧＲ管３１を介して給気側へ送出される空気を清水との熱交換等によって冷却する。ＥＧＲセンサ３３は、ＥＧＲ管３１を介してどの程度の排気ガスが給気側へ送出されたかを計測する。

本実施形態では、このＥＧＲ管３１、ＥＧＲクーラ３２、及びＥＧＲセンサ３３は、給気管２１ｄの下方であって、装置幅方向において第１インタークーラ２３及び第２過給機２４等と反対側の端部に配置される。また、ＥＧＲ管３１等は、給気マニホールド２８よりも外側に配置される。

舶用エンジン１は、高さ方向においてトップカバー１０と反対側の面（底面）にオイルパン４１を備えている。オイルパン４１は、エンジン内部（シリンダやクランクシャフト６１等）へ供給されるエンジンオイルを溜めておくための部材である。オイルパン４１に溜められているエンジンオイルは、オイルポンプによって、エンジン内部へ送出される。

オイルポンプによって送出されたエンジンオイルは、図２に示すオイルフィルター４２を通過する。これにより、エンジンオイルに含まれる金属粉やゴミ等を取り除くことができる。また、エンジンオイルは、エンジン内部の潤滑や気密保持だけでなく、エンジン内部を冷却するためにも用いられる。そのため、舶用エンジン１は、エンジン内部を効果的に冷却するために、エンジンオイルを冷却するための図略のオイルクーラを備えている。オイルクーラは、海水や清水等と熱交換を行うことで、エンジンオイルを冷却することができる。

本実施形態では、オイルフィルター４２は、舶用エンジン１のクランク軸方向の端部近傍であって、第２インタークーラ２６の下方に配置されている。また、オイルフィルター４２は、少なくとも平面視において給気管２１ｄよりも内側（クランクシャフト６１に近い側）に配置されている。これにより、オイルフィルター４２を外部から保護することができる。また、図示しないオイルクーラは、前記ＥＧＲクーラ３２よりも内側（クランクシャフト６１に近い側）に配置されている。

次に、本実施形態の二段過給システムを構成する機器の配置について様々な観点から説明する。なお、以下の説明では、二段過給システムを構成する機器（第１過給機２２、第１インタークーラ２３、第２過給機２４、及び第２インタークーラ２６）をまとめて「過給機等」と称することがある。

初めに、平面図（図３）を参照して、過給機等の平面図における配置について説明する。なお、前述のようにトップカバー１０の厚み方向と高さ方向とは一致するので、本実施形態において平面図は、「トップカバー１０の厚み方向で見た図」と称することもできる。

第１過給機２２は、舶用エンジン１のクランク軸方向の一端部に配置されている。第１インタークーラ２３及び第２過給機２４は、ともに舶用エンジン１の装置幅方向の一端部に配置されている。そして、第１インタークーラ２３及び第２過給機２４は、第１インタークーラ２３が第１過給機２２に近くなるように、クランク軸方向に並べて配置されている。第２インタークーラ２６は、舶用エンジン１のクランク軸方向の他端部に配置されている。

従って、本実施形態では、過給機等は、舶用エンジン１の側面を構成するように配置されることとなる。言い換えれば、過給機等は、平面図においてトップカバー１０を囲むように（詳細には四方のうち三方を囲むように）配置されることとなる。これにより、舶用エンジン１の装置幅方向のサイズを抑えることができる。

なお、給気スロットル２７及び給気マニホールド２８は、舶用エンジン１の装置幅方向の他端部（第１インタークーラ２３等の反対側の端部）に配置されている。また、膨張タンク２５は、第１インタークーラ２３とクランク軸方向に並べて配置されるとともに、平面視において第２過給機２４と重なるように配置されている。

次に、側面図（図４）を参照して、過給機等の高さ方向の位置について説明する。本実施形態では、トップカバー１０の上面が舶用エンジン１の上面の一部を構成している。また、オイルパン４１の下面が舶用エンジン１の下面の一部を構成している。従って、オイルパン４１の下面からトップカバー１０の上面までの長さを舶用エンジン１の高さと言うことができる。以下では、図４に示すように、この舶用エンジン１の高さの半分を「基準高さ」と称する。

このとき、過給機等は、この基準高さよりも上側（トップカバー１０側）に配置される。より詳細には、過給機等の上端だけでなく、その中心部及び下端も基準高さよりも上側に配置されている。また、第１過給機２２、第１インタークーラ２３、及び第２過給機２４の上端は、舶用エンジン１の上端と略一致するように配置されている。

この構成により、過給機等が舶用エンジン１の上部に位置しているので、トップカバー１０に乗ってメンテナンスを行う作業者にとって、当該過給機等にアクセスし易い（作業性が良好な）レイアウトが実現されている。

なお、膨張タンク２５、給気スロットル２７及び給気マニホールド２８についても、前記基準高さよりも上側に配置されている。特に、膨張タンク２５は、その上面が舶用エンジン１の上面と略一致するように配置されている。

次に、給気系の機器の位置関係を示す斜視図（図５）を参照して、給気管２１ａ〜２１ｄの長さを比較する。

ここで、給気管２１ａの長さとは、第１過給機２２から第１インタークーラ２３までの空気の経路の長さであり、他の給気管についても同様である。そのため、本実施形態では、給気管の長さを比較することで、シリンダへ供給される空気の経路の長さを比較することができる。

本実施形態では、「給気管２１ａの長さ＜給気管２１ｂの長さ」が成立するとともに「給気管２１ｃの長さ＜給気管２１ｄの長さ」が成立する。また、本実施形態では、第２インタークーラ２６から給気マニホールド２８までを給気管２１ｄとしたが、仮に、第２インタークーラ２６から給気スロットル２７までを給気管２１ｄとした場合であっても上記の不等式は成立する。

この構成により、高温の空気が通る給気管２１ａ及び給気管２１ｃを比較的短くすることができる。従って、給気管全体のうち断熱材等で覆う必要がある部分を短くできるので、コストを低減することができる。

以上に説明したように、本実施形態の舶用エンジン１は、第１過給機２２と、第１インタークーラ２３と、第２過給機２４と、第２インタークーラ２６と、を備える。第１過給機２２は、排気ガスを利用して給気を行う。第１インタークーラ２３は、第１過給機２２を通過した気体（空気）が流入し、当該第１過給機２２によって高温となった気体を冷却する。第２過給機２４は、第１インタークーラ２３を通過した気体が流入し、排気ガスを利用して給気を行う。第２インタークーラ２６は、第２過給機２４を通過した気体が流入し、当該第２過給機２４によって高温となった気体を冷却する。この舶用エンジン１では、第１過給機２２がクランク軸方向の一側の端部に配置されるとともに、第２インタークーラ２６がクランク軸方向の他側の端部に配置される。また、第１インタークーラ２３及び第２過給機２４は、第１過給機２２側に第１インタークーラ２３が位置するように、クランク軸方向に並べて配置される。

これにより、第１過給機２２及び第２インタークーラ２６が、舶用エンジン１のクランク軸方向の一側及び他側の端部に配置されるので、装置幅方向のサイズを抑えることができる。従って、例えば複数の舶用エンジン１を装置幅方向に並べて配置する場合において、船舶のスペースを有効に活用することができる。また、本実施形態は、高さ方向に過給機等を重ねて配置する構成と比較して、過給機等に容易にアクセスできる。従って、メンテナンスの作業性を良好にすることができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記で示したレイアウトは例示であり、適宜変更することができる。例えば、膨張タンク２５、給気スロットル２７、ＥＧＲ管３１、及びオイルフィルター４２等の位置は、要求されるサイズや仕様等に応じて変更することができる。

過給機等を互いに接続する給気管２１ａ〜２１ｄは、上記で示した形状に限られず、他の機器の位置等に応じて適宜変更することができる。

本発明を適用する対象は、舶用エンジンである限り、主機であっても良いし補機であっても良い。

１ 舶用エンジン
１０ トップカバー（板状カバー）
２１ａ〜２１ｄ 給気管
２２ 第１過給機
２３ 第１インタークーラ
２４ 第２過給機
２５ 膨張タンク
２６ 第２インタークーラ
２７ 給気スロットル
２８ 給気マニホールド
６１ クランクシャフト

Claims (4)

1. 排気ガスを利用して給気を行う第１過給機と、
   前記第１過給機を通過した気体が流入し、当該第１過給機によって高温となった気体を冷却する第１インタークーラと、
   前記第１インタークーラを通過した気体が流入し、排気ガスを利用して給気を行う第２過給機と、
   前記第２過給機を通過した気体が流入し、当該第２過給機によって高温となった気体を冷却する第２インタークーラと、
   を備え、
   前記第１過給機がクランク軸方向の一側の端部に配置されるとともに、前記第２インタークーラがクランク軸方向の他側の端部に配置され、
   前記第１インタークーラ及び前記第２過給機は、前記第１過給機側に前記第１インタークーラが位置するように、クランク軸方向に並べて配置されることを特徴とする舶用エンジン。
2. 請求項１に記載の舶用エンジンであって、
   バルブカバーを覆う平板状の板状カバーを備え、
   前記板状カバーの厚み方向で見たときに、前記第１過給機、前記第１インタークーラ、前記第２過給機、及び前記第２インタークーラは、当該板状カバーの四方のうち三方にのみ配置されることを特徴とする舶用エンジン。
3. 請求項２に記載の舶用エンジンであって、
   上面と、前記板状カバーの表面と、が少なくとも一部だけ一致し、
   前記上面とその反対側の面である底面との中央を２等分する高さを基準高さとしたときに、前記第１過給機、前記第１インタークーラ、前記第２過給機、及び前記第２インタークーラは、全て、前記基準高さよりも上側に配置されることを特徴とする舶用エンジン。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の舶用エンジンであって、
   前記第２インタークーラを通過した気体が流入する給気マニホールドを備え、
   前記第１過給機から前記第１インタークーラまでの気体の経路が、前記第１インタークーラから前記第２過給機までの気体の経路よりも短く、かつ、前記第２過給機から前記第２インタークーラまでの気体の経路が、前記第２インタークーラから前記給気マニホールドまでの気体の経路よりも短いことを特徴とする舶用エンジン。

Images