JP5963496B2

JP5963496B2 - エンジン

Info

Publication number: JP5963496B2
Application number: JP2012073800A
Authority: JP
Inventors: 日比野　光宏; 光宏日比野; 一樹前谷
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: EP2832967B1; JP2013204494A; CN104204443A; EP2832967A4; US9790848B2; US20150053185A1; CN104204443B; EP2832967A1; WO2013145514A1

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つ配置される構成）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、自動車用のエンジン、パワーショベル等の建設機械用のエンジン、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

ところで、建設機械や自動車等のエンジンでは、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、過給機及びインタークーラの配置が問題となることは少なかった。

しかし、舶用エンジンは、過給機及びインタークーラがシリンダブロックの近傍に配置される。従って、舶用エンジンのレイアウトを作成する際には、過給機及びインタークーラの配置を考慮しなければならない。また、舶用エンジンにおいては、例えば以下の点を考慮したレイアウトが望まれる。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。

なお、上述のように、舶用エンジンでは、インタークーラを１つだけ備える二段過給システムが採用されているが、仮にインタークーラを２つ備える二段過給システムを採用した場合、機器の数が多くなるため、レイアウトの作成が一層困難になる。

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、二段過給機システムを採用した舶用エンジンにおいて、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、以下の構成のエンジンが提供される。即ち、このエンジンは、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、オイルフィルタと、板状カバーと、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。前記オイルフィルタは、エンジンオイルを濾過する。前記板状カバーは、シリンダヘッドの上部に位置するバルブカバーを覆うカバーである。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、前記第２インタークーラ、及び前記オイルフィルタが互いに重ならない。前記第１過給機は、エンジンのクランク軸方向の端部のうちフライホイールが設けられる側の端部に配置される。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、クランク軸方向に並べて配置される。

これにより、板状カバーに乗って作業者がメンテナンスを行う際に、メンテナンスの頻度が比較的高いオイルフィルタ及び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向上させることができる。また、過給機等の位置をある程度まとめることができるので、複数の過給機等に連続してメンテナンスを行う場合の作業性を向上させることができる。

前記のエンジンにおいては、前記オイルフィルタは、エンジンのクランク軸方向の端部のうちフライホイールが設けられる側の端部の反対側の端部に配置される。

これにより、エンジンが船内に設置される場合はフライホイールが接続される側の反対側に比較的大きなスペースが存在することが多いので、当該スペースを有効に活用してオイルフィルタを配置できる。また、このスペースがあるため、オイルフィルタの交換作業を容易に行うことができる。

前記のエンジンにおいては、（エンジンの）上面と、前記板状カバーの表面と、が少なくとも一部一致し、前記上面とその反対側の面である底面とを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、前記第２インタークーラ、及び前記オイルフィルタは、全て、前記基準高さよりも上側に配置される。

これにより、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、メンテナンスを行う場合の作業性を一層良好にすることができる。

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は、舶用エンジン１の斜視図である。図２は、舶用エンジン１の平面図である。図３は、舶用エンジン１の正面図である。図４は、給気系の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２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。なお、トップカバー１０は、平板状に限られず、少なくとも一部に折曲げ（又は湾曲）が形成された構成であっても良い。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２５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、カバー及び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２５へ送出される。

第２インタークーラ２５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２５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。

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。

また、舶用エンジン１は、図３等に示すように、フライホイールハウジング６２と、オイルパン６３と、オイルフィルタ２６と、を備える。

フライホイールハウジング６２は、クランク軸方向の第１過給機２２側の端部に配置されている。フライホイールハウジング６２内のフライホイールには、図略のクラッチ等を介して、トランスミッション７１が連結される。このトランスミッション７１には、船舶の推進装置等が連結される。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。

オイルパン６３は、高さ方向においてトップカバー１０と反対側の面（底面）に配置されている。オイルパン６３は、エンジン内部（シリンダ等の主運動系の部品等）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６３に溜められているエンジンオイルは、図略の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、オイルフィルタ２６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。本実施形態では、オイルフィルタ２６は、２つのフィルタ（フルフローフィルタ及びバイパスフィルタ）を備えている。

次に、本実施形態の二段過給システムを構成する機器及びオイルフィルタ２６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２５）及びオイルフィルタ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２）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、第２過給機２４、第２インタークーラ２５は、全て舶用エンジン１の装置幅方向の一端部に配置されている。そして、これらの３つの機器は、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。オイルフィルタ２６は、舶用エンジン１のクランク軸方向の他端部（トランスミッション７１側の反対側の端部）に配置されている。

また、本実施形態の過給機等は、全て、互いに重ならないように配置されている。これにより、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、他の機器を取り外すことなくメンテナンスが可能であるため、作業性が良好なレイアウトが実現されている。

また、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。

次に、正面図（図３）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６３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６３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３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、全て、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インタークーラ２５の上面は、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。

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。

次に、給気系の機器の位置関係を示す斜視図（図４）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。

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、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２５と、オイルフィルタ２６と、トップカバー１０と、を備える。そして、トップカバー１０の厚み方向で見たときに、第１過給機２２、第１インタークーラ２３、第２過給機２４、第２インタークーラ２５、及びオイルフィルタ２６が互いに重ならない。

これにより、トップカバー１０に乗って作業者がメンテナンスを行う際に、メンテナンスの頻度が比較的高いオイルフィルタ２６及び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向上させることができる。

また、本実施形態の舶用エンジン１において、オイルフィルタ２６は、クランク軸方向の一端部であってトランスミッション７１が接続される側の反対側の端部に配置される。

これにより、舶用エンジン１が船内に設置される場合はトランスミッションが接続される側の反対側に比較的大きなスペースが存在することが多いので、当該スペースを有効に活用してオイルフィルタ２６を配置できる。また、このスペースがあるため、オイルフィルタ２６の交換作業を容易に行うことができる。

また、本実施形態の舶用エンジン１において、第１過給機２２は、トランスミッション側端部に配置される。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２５は、クランク軸方向に並べて配置される。

これにより、過給機等の位置をある程度まとめることができるので、複数の過給機等に連続してメンテナンスを行う場合の作業性を向上させることができる。

また、本実施形態の舶用エンジン１において、第１過給機２２、第１インタークーラ２３、第２過給機２４、第２インタークーラ２５、及びオイルフィルタ２６は、全て、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１の上部（トップカバー１０の近傍）に過給機等が配置されるので、メンテナンスを行う場合の作業性を一層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、フライホイールハウジング６２、及びオイルパン６３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。また、二段過給システムを構成する機器及びオイルフィルタ２６も、上記で説明した位置関係を満たす限り、位置を適宜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第２インタークーラ
２６オイルフィルタ
６１クランクシャフト

Claims

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、
エンジンオイルを濾過するオイルフィルタと、
シリンダヘッドの上部に位置するバルブカバーを覆う板状カバーと、
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、前記第２インタークーラ、及び前記オイルフィルタが互いに重ならないように配置され、
前記第１過給機は、エンジンのクランク軸方向の端部のうちフライホイールが設けられる側の端部に配置され、
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、クランク軸方向に並べて配置されることを特徴とするエンジン。
請求項１に記載のエンジンであって、
前記オイルフィルタは、エンジンのクランク軸方向の端部のうちフライホイールが設けられる側の端部の反対側の端部に配置されることを特徴とするエンジン。
請求項１又は２に記載のエンジンであって、
上面と、前記板状カバーの表面と、が少なくとも一部一致し、
前記上面とその反対側の面である底面とを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、前記第２インタークーラ、及び前記オイルフィルタは、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エンジン。