JP6088788B2

JP6088788B2 - エンジン

Info

Publication number: JP6088788B2
Application number: JP2012235989A
Authority: JP
Inventors: 日比野　光宏; 光宏日比野; 一樹前谷; バールモーリッツ; スロットマンイェルーン; ハーブナーフランク
Original assignee: FEV GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: JP2014084833A

Description

本発明は、冷却水を貯留する冷却水タンクを備えるエンジンに関する。

従来から、車や船舶等のエンジンにおいて、過給機を備えた構成が知られている。過給機はタービンを有しており、シリンダから排出された排気ガスを利用してこ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。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。

なお、過給機によって圧縮された空気は高温となるため、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は、この種のエンジンを開示する。特許文献１は、過給機及びインタークーラを２つずつ備えた構成をパワーショベル等の建設機械用のエンジンに適用した技術を開示する。

また、特許文献２には、シリンダや排気マニホールド等を冷却水によって冷却する構成のエンジンが開示されている。また、特許文献２のエンジンは、この冷却水を貯留する冷却水タンクを備える。

特開２０１１−１６３２０１号公報特開２００６−２９２０７号公報

ところで、インタークーラの冷却性能は、通常はインタークーラのサイズに比例する。従って、過給機を通過した高温の気体を効果的に冷却するためには、比較的大きなインタークーラが必要となる。そのため、過給機を備えるエンジンは、サイズが大型化してしまう。特に、二段過給システムを採用したエンジンは、サイズがより大型化してしまう。

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、インタークーラを大きくすることなく、過給機を通過した気体を効果的に冷却する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、少なくとも１つの過給機と、膨張タンクと、少なくとも１つのインタークーラと、を備える。前記過給機は、排気ガスを利用して給気を行う。前記膨張タンクは、冷却水を貯留するとともに冷却水の温度上昇による当該冷却水の体積変化を吸収する。前記インタークーラは、前記過給機を通過した気体を冷却する。前記膨張タンクには、給気経路が形成される。何れかの前記過給機を通過した気体は、前記給気経路を通過し、何れかの前記インタークーラと、前記膨張タンクに貯留された冷却水との熱交換と、により冷却される。

これにより、冷却水タンク（膨張タンク）に、冷却水の水量を調節する機能だけでなく、過給機を通過した気体を冷却する機能を発揮させることができる。従って、過給機を通過した気体を冷却するためのインタークーラのサイズを小さくすることができるのでエンジンをコンパクトにすることができる。

前記の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、前記過給機には、第１過給機と第２過給機とが含まれている。前記インタークーラには、前記第１過給機を通過した気体を冷却する第１インタークーラと、前記第２過給機を通過した気体を冷却する第２インタークーラと、が含まれている。前記第１過給機を通過した気体は、前記第１インタークーラ、前記第２過給機、前記給気経路、前記第２インタークーラの順に通過する。

これにより、過給機を通過した気体を一層低温にすることができる。また、インタークーラへ送出される気体は膨張タンクによって既に冷却されているため、小型のインタークーラであっても気体の温度を十分に下げることができる。

前記のエンジンにおいては、前記給気経路が湾曲していることが好ましい。

これにより、膨張タンクの大きさを変えることなく給気経路を長くすることができるので、冷却性能を向上させることができる。また、給気経路の入口と出口とを直線的に繋がなくても良いため、入口と出口の位置の自由度を向上させることができる。従って、例えば膨張タンクの前段及び後段に配置される機器を効率的に配置できるので、エンジンを一層コンパクトにすることができる。

前記の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、何れかの前記過給機は、コンプレッサを覆うコンプレッサハウジングを備える。前記コンプレッサハウジングと、前記膨張タンクと、が給気管を介さずに直接連結される。

これにより、過給機を通過した高温の気体によって高温となった給気管が外部に露出しないので、給気管を断熱材等で覆う必要がなくなり、部品点数の削減及び組立作業の簡素化を実現できる。

本発明の一実施形態に係る舶用エンジンの斜視図。膨張タンクの周囲の様子を示す斜視図。膨張タンクの周囲の様子を示す斜視図。膨張タンクの内部の構造を示す断面図。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。初めに、図１を参照して、舶用エンジン１の全体的な構成を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る舶用エンジン１の斜視図である。

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（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１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（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は、二段過給システムとして、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と、を備えている。

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、膨張タンク（冷却水タンク）２５内に形成された給気経路（冷却経路）２１ｃへ送出される。

膨張タンク２５は、冷却用の清水（冷却水）を貯留する。この冷却水は、舶用エンジン１の各部を冷却するために用いられる。例えば、膨張タンク２５が貯留する冷却水は、ポンプ、シリンダブロック及び冷却管３０を介して第１過給機２２等に送られ、当該第１過給機２２等を冷却する。そして、冷却水は、冷却管２９を介して膨張タンク２５に回収される。また、膨張タンク２５は、冷却水の温度が上昇すること等による冷却水の体積の変化を吸収する役割も有している。

また、本実施形態の膨張タンク２５は、その内部に給気経路２１ｃが形成されている。この給気経路２１ｃは、第２過給機２４と第２インタークーラ２６とを接続する。この給気経路２１ｃの周囲には冷却水が貯留されているため、膨張タンク２５は、給気経路２１ｃを通る気体を冷却することができる。なお、給気経路２１ｃの詳細については後述する。

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。

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、本実施形態では、クランク軸方向の第１過給機２２側の端部に図略のフライホイールハウジングが配置されている。フライホイールハウジング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が発生させた動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。

また、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、第２過給機２４へ送出される。第２過給機２４へ送出された排気ガスは、上述のように当該過給機のタービンを回転させるために用いられる。そして、第２過給機２４を通過した排気ガスは、第１過給機２２のタービンを回転させるために用いられた後に排出される。

次に、第２過給機２４及び膨張タンク２５、特に膨張タンク２５の内部に形成される給気経路２１ｃについて図２から図４を参照して説明する。図２及び図３は、膨張タンク２５の周囲の様子を示す斜視図である。図４は、膨張タンク２５の内部の構造を示す断面図である。

第２過給機２４は、図３及び図４に示すように、タービンハウジング２４ａとコンプレッサハウジング２４ｂとを備えている。タービンハウジング２４ａ内には、前記タービンが配置される。コンプレッサハウジング２４ｂ内には、前記コンプレッサが配置される。

第１インタークーラ２３と接続された給気管２１ｂは、クランク軸方向に延びており、Ｕ字状に湾曲するようにして、コンプレッサハウジング２４ｂに接続される。コンプレッサハウジング２４ｂは、図３及び図４に示すように、高さ方向に延びる管状の部分を有している。第２過給機２４は、この管状の部分によって直接的に（他の管等を介さずに）膨張タンク２５（給気経路２１ｃ）に接続される。

給気経路２１ｃは、図４に示すように、高さ方向に延びる部分と、クランク軸方向に延びる部分と、それらの間に位置する湾曲する部分（湾曲部）と、を有している。なお、本実施形態では、給気経路２１ｃは、断面が円形であり、高さ方向に延びる部分の直径が、クランク軸方向に延びる部分の直径よりも小さくなるように形成される。言い換えれば、下流側に進むに従って給気経路２１ｃの直径が大きくするように形成されている。また、給気経路２１ｃは、下部が外部に露出するように、かつ、上部が膨張タンク２５の内部に位置するように形成されている。

膨張タンク２５は、この給気経路２１ｃに加え、冷却水を貯留するタンク部２５ａを有している。タンク部２５ａは、給気経路２１ｃの上方に配置されている。従って、給気経路２１ｃの上部を構成する部分と、タンク部２５ａの下部（底部）を構成する部分と、が一部共通となっている。この構成により、給気経路２１ｃを流れる気体を、冷却水との熱交換によって冷却することができる。このようにして冷却された気体は、前述のように、第２インタークーラ２６へ送出される。

以上に示したように、本実施形態の舶用エンジン１は、第２過給機２４と、膨張タンク２５と、を備える。第２過給機２４は、排気ガスを利用して給気を行う。膨張タンク２５は、冷却水を貯留するとともに冷却水の温度上昇による体積変化を吸収するタンク部２５ａを有しており、第２過給機２４から送出された気体を通過させて、当該気体と、タンク部２５ａ内の冷却水と、の熱交換により気体を冷却する給気経路２１ｃが形成される。

これにより、膨張タンク２５に、冷却水の水量を調節する機能だけでなく、第２過給機２４を通過した気体を冷却する機能を発揮させることができる。従って、第２過給機２４を通過した気体を冷却するための第２インタークーラ２６を小型化することができるので、舶用エンジン１をコンパクトにすることができる。

また、本実施形態の舶用エンジン１は、第２過給機２４を通過した気体を冷却する第２インタークーラ２６を備える。第２過給機２４を通過した気体は、膨張タンク２５の給気経路２１ｃを経由した後に、第２インタークーラ２６を通過する。

これにより、第２過給機２４を通過した気体を一層低温にすることができる。また、第２インタークーラ２６へ送出される気体は膨張タンク２５によって既に冷却されているため、気体の温度を十分に下げることができる。

また、本実施形態の舶用エンジン１において、膨張タンク２５の給気経路２１ｃが湾曲している。

これにより、膨張タンク２５の大きさを変えることなく給気経路２１ｃを長くすることができるので、冷却性能を向上させることができる。また、冷却経路の入口と出口とを直線的に繋がなくても良いため、入口と出口の位置の自由度を向上させることができる。従って、第２過給機２４及び第２インタークーラ２６の配置の自由度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２過給機２４は、コンプレッサを覆うコンプレッサハウジング２４ｂを備える。そして、コンプレッサハウジング２４ｂと、膨張タンク２５と、が給気管を介さずに直接連結される。

これにより、第２過給機２４を通過した高温の気体を即座に冷却することができる。従って、高温の給気管が外部に露出しないので、給気管を断熱材等で覆う必要がなくなり、部品点数の削減及び組立作業の簡素化を実現できる。

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。

給気経路２１ｃは、上記実施形態のように湾曲している構成に限られず、例えば直線であっても良い。また、給気経路２１ｃの径が下流に行くに従って広がる構成に限られず、下流に行くに従って狭まる構成や径が一定な構成であっても良い。また、上記実施形態では、給気経路２１ｃの上側のみが冷却水と接する構成であるが、給気経路２１ｃを囲むように冷却水が貯留されていても良い。

第２過給機２４と膨張タンク２５とが直接接続される必要はなく、給気管等を介して接続されていても良い。

舶用エンジン１を構成する部品の形状及び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、第２過給機２４、膨張タンク２５、及び第２インタークーラ２６の配置は、他の部品の配置等に応じて変更することができる。具体的には、第２過給機２４、膨張タンク２５、及び第２インタークーラ２６をクランク軸方向に直線的に並べて配置しても良い。

本実施形態は、二段過給システムのエンジンであるが、過給機及びインタークーラを１つずつ備えるエンジンにも本発明を適用することができる。

本発明を適用する対象は、舶用の主機又は補機のどちらであっても良い。また、船舶に限られず、自動車用又は作業車用のエンジンであっても良い。

１舶用エンジン（エンジン）
１０トップカバー
２１ａ，２１ｂ，２１ｄ給気管
２１ｃ給気経路
２２第１過給機（過給機）
２３第１インタークーラ（インタークーラ）
２４第２過給機（過給機）
２４ａタービンハウジング
２４ｂコンプレッサハウジング
２５膨張タンク
２６第２インタークーラ（インタークーラ）

Claims

排気ガスを利用して給気を行う少なくとも１つの過給機と、
冷却水を貯留するとともに冷却水の温度上昇による当該冷却水の体積変化を吸収する膨張タンクと、
前記過給機を通過した気体を冷却する少なくとも１つのインタークーラと、
を備えたエンジンにおいて、
前記膨張タンクには、給気経路が形成され、
何れかの前記過給機を通過した気体は、前記給気経路を通過し、何れかの前記インタークーラと、前記膨張タンクに貯留された冷却水との熱交換と、により冷却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、
前記過給機には、第１過給機と第２過給機とが含まれており、
前記インタークーラには、前記第１過給機を通過した気体を冷却する第１インタークーラと、前記第２過給機を通過した気体を冷却する第２インタークーラと、が含まれており、
前記第１過給機を通過した気体は、前記第１インタークーラ、前記第２過給機、前記給気経路、前記第２インタークーラの順に通過す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、
前記給気経路が湾曲していることを特徴とするエンジン。
請求項１から３までの何れか一項に記載のエンジンであって、
何れかの前記過給機は、コンプレッサを覆うコンプレッサハウジングを備え、
前記コンプレッサハウジングと、前記膨張タンクと、が給気管を介さずに直接連結されることを特徴とするエンジン。