JP6952053B2 - 船舶用エンジンの海洋適応用交換器配設 - Google Patents

Description

本発明は、船舶用エンジンの海洋適応用交換器、特に冷却液の交換器、ターボチャージャの取入れ空気の交換器及びインバータのオイル交換器の配設に関する。

船舶用高出力エンジン、つまり数百馬力を発生させる軽油で作動する内燃機関は、業務用、サービス用、漁業用さらにはクルージング用ボート上で利用される。このようなエンジンは、その大部分が、道路輸送向け車両であれ、建設用機械であれ、さらには農業用機械であれ、陸上用車両のエンジンメーカーに由来するものである。

これらのエンジンは増々高度なものとなり、特に精確な範囲内にある温度の管理と合せてその作動に際し精密度を一層増しているため、エンジンベースを開発するにあたりコストは非常に重要である。

その上、信頼性も増々重要になっており、そのために、全ての機能的側面が完全に制御されている必要がある。

これらのエンジンベースは、研究及び製造手段の償却を目的として、最大限の数の車両、建設機械または機械上に組付け使用することができなければならない。

作動中、これらのエンジンは、作動により生成された熱量の残留部分を排出するために冷却されなければならず、この目的で、エンジンブロック内を冷却液が循環する。

この冷却液は、自らの冷却のために冷却用交換器を横断して循環する。陸上用機械の場合、この交換器は水／空気交換器である。

高出力エンジンの場合、それらには、排気ガスを介してエンジン内に取入れられるガスを圧縮するターボチャージャが一貫して備わっている。このため、高温タービンが第１のチャンバ内で排気ガスにより駆動され、同じシャフトと一体化した低温タービンが低温チャンバ内で回転駆動される。

排気ガスは、高温チャンバの出口で排気ラインに向かって排出され、圧縮ガスは、可燃性混合物と共にエンジンのシリンダ内に注入される。

問題は、圧縮ガスが過熱することにあるが、内燃機関で最高の作動を得るためには、圧縮ガスが利用できる必要があるものの、同時に、効率を改善するため燃料との混合前にこの圧縮ガスを冷却することも必要である。したがって、圧縮空気をエンジンに向けて移送する前に冷却するために、ターボチャージャの低温チャンバの出口に交換器が間置される。

この交換器は、陸上用車両のエンジン上では空気／空気タイプのものである。

陸上用エンジン上では、エンジンは、機能及び配設が複雑かつ数多いものである手動または自動変速機に結合されている。

これらの変速機のオイルは、場合によって独立したオイル／空気交換器によって冷却される。

船舶用エンジンにおいては、冷却用機構の配設は、空気による冷却が不可能であるため冷却機構は必然的に異なるものである。冷却流体は淡水または海水である。

腐食性の高い海水の場合には高い性能を示すことがより一層困難になることから、海洋適応は、一方では高い信頼性で他方では非常に長期にわたってエンジンを作動させることを可能にする交換器を提案することからなる。

利点は、冷却係数の高い冷却流体を利用できるという点にある。

一方、これらのエンジンは船体の奥で、概して狭隘な、さらには極めて狭隘な空間内に配置されていることから、これらの船舶用エンジン配設は活用が困難である。

したがって、海洋用交換器の分野においては、エンジンの外形寸法を増大させないように、コンパクト性が非常に重要な１つのパラメータである。

一方では、船倉の奥底にエンジンを設置するだけではなく船倉の奥からそれを取出すこともできなくてはならない。その上、ひとたび設置されたならば、配設がコンパクトであり、周辺でメンテナンス及び／または修理作業のために利用可能な場所が大きければ大きいほど、非常に有用であることが判明し得る。

このコンパクト性の増大によっても、交換の質は保たれなければならない。

船舶用エンジンのもう１つの特殊性は、後進を行なうためにスクリュを反転させることをも可能にする作動インバータにこれらのエンジンが結合されていることにある。

このようなインバータはケーシング内で浸漬されオイル中に沈漬されており、作動中、このオイルは過熱し、このオイルも同様に冷却することが適切である。

欧州特許出願公開第２００９２５９号明細書

同様に、海洋適応すべきエンジンのターボチャージャは、エンジン内に取入れられる空気を冷却するべく、交換器に結び付けられていなければならない。船舶用エンジンの場合には、空気／水タイプの交換器は、空気／空気交換器よりもはるかに難しい問題を含んでいるものであることが分かる。取入れ空気回路内への水の進入によりエンジン破損が導かれることが無いように非常に高い信頼性を得ることが適切である。水上でのエンジン故障はつねに、陸上よりもはるかに重要な大問題であり、危険にさらされる可能性が非常に急速に大きくなる。

信頼性を高め外形寸法を減少させる目的で、ホース、フランジ、リング及び他のリンクプレートなどの補助機構を制限することも同様に重要である。これらの機構は、信頼性欠如の源泉であるかまたは、重量及びコストの源泉である。したがって、配設を高度化させる必要があり、欠陥の源泉を削除し、冷却回路の連鎖を最適化することによってコンパクト性と信頼性を調和させる配設である本発明に係る配設の重要な一つの特徴はまさにここにある。

一変形形態と共に一つの実施形態を表わす図面である添付図面を参照しながら、本発明についてここで説明する。

交換器回路を伴う直列６気筒エンジンの、本発明に係る配設の斜視図である。 本発明に係る交換器回路が実線で表わされている、図１の配設の側面立面図である。 図１の配設の背面図である。 Ｖ字形８気筒エンジンの場合における交換器回路の一配設変形形態の配設の左前方からの斜視図である。 図４の配設の上面図である。 図４の配設の左側面立面図である。 図４の配設の右側面立面図である。

１つの内燃機関、すなわちこの場合には直列６気筒エンジンが、図１、２及び３に表わされている。

本発明の説明に必要なエンジンの必須の機構のみが記載されており、周辺装置及び内部機構は、本発明の対象ではないことから、図示されていない。

このエンジンは、概して、図示されていないものの当業者にとっては公知であるシャフトラインなどの推進手段に向かう出口１２を伴うエンジンブロック１０を含む。

推進手段の上流側で、この出口１２にインバータ１４が結び付けられる。

エンジンブロック１０は同様に、図１、２及び３の関連するエンジン内では唯一である少なくとも１つのターボチャージャ１６も担持している。このターボチャージャ１６は、全く公知のように、高温チャンバ１６−１及び低温チャンバ１６−２を含む。

最後に、エンジンは、ターボチャージャ１６の高温チャンバ１６−１から排出ラインに向かう燃焼ガスの出口１８を含んでいる。

本発明においては、以下のものを含む交換器列２０が想定されている：
− ターボチャージャ交換器２０−１、
− エンジン交換器２０−２、
− インバータ交換器２０−３。

ライン２０の配設の全体的特徴は、以下で説明するように冷却用流体、この場合には淡水または温水の循環に対応するものであるこの順序で配設されるこれら３つの交換器に関するものである。

エンジンはさらに、同じく完全に公知の形で、取水口、圧送された水を濾過するためのストレーナを収納するための船体を横断する密封された通路を含む完全に公知の採取用手段によって、淡水または塩水である外部冷却水ＥＲを圧送するウォーターポンプを含んでいる。

このように圧送された水は、ホース２２を通ってウォーターポンプから出て、まず第１の交換器つまりターボチャージャ交換器２０−１を横断して通過する。

このターボチャージャ交換器２０−１は、冷却水ＥＲが中を循環するケーシングを含む、気体流体／液体流体交換器である。低温チャンバ１６−２から出た圧縮空気は、過度に高い温度であるものの、前記ケーシングを横断する管内を循環し、こうして、冷却水ＥＲ内に空気の熱量を移行させることができる。

水の比熱は空気の比熱よりもはるかに高いことから、冷却水ＥＲの温度は、一例として３〜４℃といった非常に限定された形でしか上昇しない。

ターボチャージャ交換器２０−１は、一例として、２１５℃という温度から４４℃という温度まで移行する。冷却水ＥＲは、ターボチャージャ交換器２０−１のホース２２−１を通って流出し、エンジン交換器２０−２内に進入する。

このようなエンジン交換器２０−２は、液体流体／液体流体タイプのものであり、特に、同じ出願人の名義の欧州特許出願公開第２００９２５９号明細書中の有利な実施形態によって詳述されている。移送の効率は非常に良い。

この交換器は同様に、エンジンブロック１０の内部で循環チャネルから出たエンジンの冷却用流体ＦＲが内部を循環している管も含んでおり、ここでエンジンの冷却用流体ＦＲは、公知の方法で閉回路になっている。

膨張タンク２４が閉回路上に間置され、これは図１を見ると良く分かる。

冷却用流体ＦＲよりもはるかに低温であるエンジンの冷却水ＥＲは、前記冷却用流体から抽出された熱量の投入を受ける。

欧州特許出願公開第２００９２５９号明細書中に記載の交換器において、Ｕ字形及び逆流循環を伴う前記交換器のコンパクト性により、優れた交換が可能となり、この交換器は、膨張タンクの下でエンジンブロック１０との関係において極めてわずかなオフセットしかなく収納されていることが確認される。

同様に、ホース２２−１は極めて短く、ターボチャージャ及びエンジンの２つの交換器は整列しており、このため負荷損失、補足的ホース長及び補足的固定部に関連した劣化は回避される、ということも指摘される。

この場所におけるかつターボチャージャ交換器と同じ側におけるエンジン交換器の位置付けによっても同様に、このホース長が制限される。

エンジン交換器がＵ字形循環タイプのものである場合、前記交換器が同様に、この場合エンジンブロック１０の前部から後部に向かって冷却水ＥＲを逆流させことをも可能にするということが確認される。

冷却水ＥＲは、エンジンの作動条件及び、冷却水の初期温度、循環流量、エンジンコンパートメント内の温度などの多数のパラメータに応じて、その温度が約１０度上昇する可能性がある。

冷却水ＥＲは、ホース２２−２を通ってエンジン交換器２０−２から流出して、インバータのオイル交換器２０−３内に入る。ここでもまた、ホース長は短く、ホースにはベンド及び、負荷損失を創出し得る他の角度が付いていないという点が指摘される。

このオイル交換器２０−３は、入口２０−３１及び出口２０−３２を伴うケーシングを含み、インバータ１４自体も出口１４−１及び出口１４−２を含む。

インバータの出口１４−２は、共通タイプの第１の油圧可撓管によって、オイル交換器２０−３の入口２０−３１に連結され、出口２０−３２は、第２の油圧可撓管によりインバータの入口１４−１に連結されている。

こうして、オイルはインバータから流出し、オイル交換器２０−３内に入り、交換器のケーシングの内部で循環用管の中を循環し、ケーシング内を循環する冷却水ＥＲとの交換により冷却される。

この交換器は、液体流体／液体流体交換器であり、そのうち一方の液体流体がオイルであるため、交換は極めて優れている。

排出すべきオイルの熱量は、加熱自体が制限されているために制限されており、このため、たとえ冷却水ＥＲの温度とオイルの温度の差異が冷却水の温度上昇によりさらに削減されたとしても、交換は、エンジンの制御機構からの求めがあった時点でオイルの温度を下げるのに極めて充分なものである。

冷却水ＥＲは、インバータ交換器２０−３のホース２２−３から流出して、ターボチャージャの高温チャンバ１６−１の下流側で燃焼ガス出口１８内に入る。ここでもまた、このホースの長さは短くなっている。

水は、燃焼ガスと混合し、同様に排出用ライン内を通り外部に投棄される前に燃焼ガスを冷却する。

本発明に係る交換器列２０はコンパクト性が高く、ホース長が非常に短く、これらのホースが整列していることが確認される。

直列形シリンダを伴うエンジンの場合、こうして交換器列２０は、完全にエンジンブロック１０の同じ側に置かれることになる。交換器列２０は垂直平面内で螺旋に沿って配設されていることが指摘される。

同様に、エンジンブロックの機構のうち海洋適応されていない機構の位置付け修正は不在であり、交換器列は脚部により支持され、これらの周辺機構の内部に統合され、この配設を特にコンパクトなものにしている、ということも指摘される。

本発明について、ここで、シリンダがＶ字形である、つまりこの場合にはＶ字形８気筒の他のタイプのエンジンに関して説明する。

対応する交換器列は、同様に、３つの交換器を同一順序で含み、このタイプのＶ字形エンジンに関する参照番号は、直列形シリンダを伴うエンジンの同一の参照番号に１００を加えた参照番号を有する：
− ターボチャージャ交換器１２０−１、
− エンジン交換器１２０−２、
− インバータ交換器１２０−３。

８本のシリンダはこうして、完全に公知の形で、一方の側に４本ずつの割合で分布している。

このＶ字形エンジンは、概して、図示されてはいないものの当業者にとって完全に公知のシャフトラインなどの推進手段に向かう出口１１２を伴うエンジンブロック１１０を含む。

インバータ１１４は、推進手段の上流側で、この出口１１２に結び付けられている。

エンジンブロック１１０は、同様に、図４〜７に図示された関連するエンジンの中で、左右２つのターボチャージャ１１６Ｄ及び１１６Ｇも担持している。これら２つのターボチャージャは、エンジンの後部に配置されている。

これらのターボチャージャ１１６Ｄ及び１１６Ｇは、各々全く公知の形で、高温チャンバ１１６Ｄ−１、１１６Ｇ−１、及び低温チャンバ１１６Ｄ−２、１１６Ｇ−２を含む。

エンジンは、ターボチャージャ１１６及び１１７の高温チャンバ１１６Ｄ−１、１１６Ｇ−１から排出ラインに向かって、唯一かつ共通の燃焼ガス用出口１１８を含む。

２つのターボチャージャ１１６Ｄ及び１１６Ｇのターボチャージャ交換器１２０−１は、共通の交換器である。

このターボチャージャ交換器１２０−１は有利には、エンジンを横断して配置されており、２つのターボチャージャの２つの入口はエンジンの中央平面内で合流する。

このターボチャージャ交換器１２０−１は、Ｖ字形に開いたシリンダの垂直上部でエンジンブロックの直上に配置され、前記エンジンブロック及びその作動用機構を超えて突出する体積を全く生み出さない。

ウォーターポンプが、淡水または海水である冷却水ＥＲの圧送を行ない、この水をホース１２２を横断して循環させる。このホース１２２は、右端部でターボチャージャ交換器１２０−１内に通じており、ホース１２２−１を横断して左端部で退出する。

ホース１２２−１はエンジンの前部に向かって延長されて、エンジン交換器１２０−２を駆動する。

このエンジン交換器１２０−２は、陸上用車両上に必要なエンジン冷却手段、特に冷却用ファンの代りにエンジンの頭部に配置される。

この交換器が作り出す外形寸法は、エンジンブロック及びその作動用機構の全体的外形寸法を超えない。

エンジン交換器１２０−２は有利には、交換器２０−２及び欧州特許出願公開第２００９２５９号明細書中に記載の交換器と同じタイプのものであってよい。

エンジンブロック１１０の内部で循環チャネルから流出するエンジンの冷却用流体ＦＲは、閉回路であり、循環中の冷却水ＥＲ中に沈漬されている管内を循環する。

このＶ字形シリンダを有するエンジンの場合には、上述の特許のものと同じタイプのコンパクトな積重ねられたタンデム形交換器が想定される。

冷却水ＥＲは、ホース１２２−２を通ってエンジン交換器１２０−２から流出して、インバータ交換器１２０−３内に入る。ここでもまた、ホース長は短く、ホースにはベンド及び、負荷損失を創出し得る他の角度が付いていないという点が指摘される。

このインバータ交換器１２０−３は、入口１２０−３１及び出口１２０−３２を伴うケーシングを含み、インバータ１１４自体も出口１１４−１及び出口１１４−２を含む。

出口１１４−２は、共通タイプの第１の油圧可撓管によって、インバータ交換器１２０−３の入口１２０−３１に連結され、出口１２０−３２は、第２の油圧可撓管によりインバータの入口１１４−１に連結されている。

こうして、オイルはインバータ１１４から流出し、オイル交換器１２０−３内に入り、インバータ１１４交換器のケーシングの内部で循環用管の中を循環し、ケーシング内を循環する冷却水ＥＲとの交換により冷却される。

この交換器は、液体流体／液体流体交換器であり、そのうち一方の液体流体がオイルであるため、交換は極めて優れている。

このホース１２２−２はエンジン交換器１２０−２とインバータ交換器１２０−３の間で短いことが指摘される。

冷却水ＥＲは、インバータ交換器１２０−３のホース１２２−３から流出して、ターボチャージャの高温チャンバ１１６Ｇ−１及び１１６Ｄ−１の下流側で、２つのシリンダ列に共通の燃焼ガス出口１１８内に入る。ここでもまた、このホースの長さは短くなっていることが確認される。

冷却水ＥＲは、燃焼ガスと混合し、同様に排出用ライン内を通り外部に投棄される前に燃焼ガスを冷却する。

本発明に係る交換器列１２０はコンパクト性が高く、ホース長が非常に短く、これらのホースが整列していることが確認される。

交換器列１２０は、水平方向螺旋に沿って配置されることが確認される。

交換器列１２０は、Ｖ字形シリンダを伴うエンジンの場合、エンジンブロックの補足的機構の間の自由容積及び／または前記エンジンブロックのＶ字形幾何形状により開かれた容積内に３つの交換器が位置していることから、同様に非常にコンパクトなものであり続けている。

２つの冷却器、つまりターボチャージャ及びエンジンの冷却器は、２つのシリンダ列に共通であり、こうして、完全なアクセス性を許容しながら、均質かつコンパクトである。

本発明はこのように、直列形またはＶ字形の異なるエンジン幾何形状に適応可能で、コンパクト性の高い交換器列の配設を提案しており、これにより、デッキを横断した据え付けの際と同様、撤去の場合においても前記エンジンブロックの操作が極めて容易になると同時に、所定の場所にあるエンジンへの介入のための極めて高いアクセス性が付与される。

Claims (6)

1. 船舶用エンジンの海洋適応用交換器配設において、直列形シリンダまたはＶ字形シリンダを伴い冷却流体ＦＲにより冷却されるエンジンブロック（１０、１１０）、燃焼ガス出口（１８、１１８）に連結された高温チャンバ（１６−１、１１６−１）及びエンジンブロックのシリンダに連結された低温チャンバ（１６−２、１１６−２）を伴う少なくとも１つのターボチャージャ（１６、１１６）、ケーシングを含みオイルを格納するインバータ（１４、１１４）を含む船舶用エンジンの海洋適応用交換器配設であって、
   − 冷却水ＥＲの取入れホース（２２、１２２）と、
   − ターボチャージャ交換器（２０−１、１２０−１）と、
   − エンジン交換器（２０−２、１２０−２）と、
   − インバータ交換器（２０−３、１２０−３）と、
   − 少なくとも１つのターボチャージャ（１６、１１６）の各々の高温チャンバ（１６−１、１１６Ｇ／Ｄ−１）の下流側で、燃焼ガス（１８、１１８）の出口に向かってこの冷却水ＥＲを排出するホース（２２−３、１２２−３）と、
   を含み、これら３つの交換器がこの順序で配置され、冷却水の取入れホースＥＲとこの同じ冷却水排出ホースとの間で水の循環方向に沿って間置されていること、及び
   インバータの出口（１４−２、１１４−２）が、第１の油圧可撓管によってオイル交換器の入口（２０−３１、１２０−３１）に連結されており、オイル交換器の出口（２０−３２、１２０−３２）が第２の油圧可撓管によってインバータの入口（１４−１、１１４−１）に連結されていること、
   を特徴とする船舶用エンジンの海洋適応用交換器配設。
2. 直列形シリンダを伴うエンジンの場合；ターボチャージャ交換器（２０−１）、エンジン交換器（２０−２）及びインバータ交換器を含む交換器列（２０）がエンジンブロック（１０）の同じ側に配設されていること、を特徴とする請求項１に記載の船舶用エンジンの海洋適応用交換器配設。
3. 交換器列（２０）が垂直平面内で螺旋に沿って配設されていること、を特徴とする請求項２に記載の船舶用エンジンの海洋適応用交換器配設。
4. Ｖ字形シリンダを伴うエンジンの場合、交換器列（１２０）が、エンジンブロックの直上に配置されているターボチャージャ交換器（１２０−１）、エンジンブロック（１１０）の頭部に配置されているエンジン交換器（１２０−２）及びインバータ交換器（１２０−３）をこの順序で含むこと、を特徴とする請求項１に記載の船舶用エンジンの海洋適応用交換器配設。
5. 交換器列（１２０）が水平平面内で螺旋に沿って配設されていること、を特徴とする請求項４に記載の船舶用エンジンの海洋適応用交換器配設。
6. 冷却水ＥＲの取入れホース（２２、１２２）及び燃焼ガス出口（１８、１１８）に向かうこの冷却水ＥＲの排出ホース（２２−３、１２２−３）に加えて、ターボチャージャ交換器（２０−１、１２０−１）とエンジン交換器（２０−２、１２０−２）の間のホース（２２−１、１２２−１）、及びこのエンジン交換器（２０−２、１２０−２）とインバータ交換器（２０−３、１２０−３）の間のホース（２２−２、１２２−２）を含むこと、を特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の船舶用エンジンの海洋適応用交換器配設。

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