JPS60113058A - 給気加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ、産業上の利用分野 本発明は、内燃機関の給気加熱装置、特に、過給機を備
え、低質油を燃料として使用することがあるディーゼル
エンジンの給気を加熱するのに使用して有効な装置に関
する。

口、従来技術 低質油を燃料として使用する過給機付ディーゼルエンジ
ンにおいて、低負荷運転時に燃焼温度が低くなり、燃焼
性能が悪化し、燃焼室に残渣が堆積する問題点が見い出
された。

この問題点を解消するため、低負荷運転時に給気を加熱
して高温の給気を供給し、燃焼温度の低下を抑制するこ
とが考えられる。

給気の加熱手段としては、電気ヒータまたは燃焼バーナ
により加熱する方法や、給気冷却器（インクターラ）に
冷却水の代わりに温水を流して加熱する方法が考えられ
る。

ハ１発明が解決しようとする問題点（発明の目的）しか
し、電気ヒータや燃焼バーナで加熱する方法においては
、熱容量的に十分に加熱できない場合があり、また燃料
等余分なエネルギを消費するという問題点がある。

インクターラに温水を流す方法においては、冷却水と温
水とを切り換えるため、装置が複雑になり、かつ加熱に
長時間が浪費されるという問題点がある。

本発明の目的は、余分なエネルギを消費せずに給気を短
時間で十分に加熱することができる給気加熱装置を提供
することにある。

二１問題点を解決するための手段（発明の構成）この目
的を達成するため、本発明は、排気マニホールドの外部
または内部に給気を流す通路を形成することにより、排
気熱を利用して給気を加熱するようにしたものである。

ホ、実施例１ 第１図は本発明の実施例１である給気加熱装置を過給機
付ディーゼルエンジンに設けた場合を示す平面図、第２
図は第１図のｎ−ｍ線に沿う拡大部分側断面図、第３図
は第２図のｍ−ｍ線に沿う断面図である。

本実施例において、このエンジン１ば複数のシリンダ２
ａ〜２ｆを備えており、シリンダ群の片側（以下、上側
とする。）には各給気管３ａ〜３ｆが集合する給気マニ
ホールド４が、シリンダ群の下側には各排気管５ａ〜５
ｆが集合する排気マニホールド６が、それぞれ設けられ
ている。給気マニホールド４の外部にはインククーラ７
が内部に連通して設けられており、排気マニホールド６
の外部には過給機としてのターボチャージャ８が設けら
れている。ターボチャージャ８におけるタービン９の入
力口は排気マニホールド６の内部に接続されて排気エネ
ルギにより回転駆動されるようになっており、このター
ビン９に駆動されるコンプレッサ１０の出力口は連絡路
１１を介してインククーラ７に接続されて給気をインク
クーラ７に送風するようになっている。

排気マニホールド６の肉厚内には、排気マニホールドの
冷却を行うための冷却水を通すためのウォータジャケッ
ト１２が形成されている。このウォータジャケット１２
と排気マニホールド６をシリンダヘッドに締結するため
のフランジ「３との間には、盲板１４が各排気管５ａ〜
５ｆの外部において熱交換通路１５を形成するように架
設され、かつ当接面に機械加工等を施されてシール状態
で密着された上でボルト１６等により固定されており、
この通路１５は各排気管５ａ〜５ｆの外部において全長
にわたり連通ずるようになっている。

通路１５の内部において、各排気管５ａ〜５ｆの外周に
はフィン１７が後述する給気の流れを妨げないように適
当に突設されている。

熱交換通路１５の一端部には、前記連絡路１１に一端を
接続されたバイパス路１８の他端が接続されており、通
路１５の反対側端部には、給気マニホールド４に一端を
接続された第２連絡路１９が接続されている。第１連絡
路１１のバイパス路１８の接続部よりも若干下流位置に
は、切り換え弁としての第１バタフライバルブ２０が介
設されており、第２連絡路１９の途中には切り換え弁と
しての第２バタフライバルブ２１が介設されている。

第１および第２バルブ２０．２１は、負荷や温度等の運
転状況を検出するセンサからのデータに基づき所定の制
御を行うコントローラ（図示せず）により、後に作用で
述べるような開閉切り換え作動を行うようになっている
。

次に作用を説明する。

ディーゼルエンジン１の高負荷（あらかじめ定められた
負荷以上）運転中、第１バタフライバルブ２０は開かれ
、第２バタフライバルブ２１は閉じられているため、タ
ーボチャージャ８のコンプレフサ１０から圧送される給
気は第１連絡路１１を通ってインククーラ７に供給され
冷却されてから給気マニホールド４を経由して各給気管
３ａ〜３ｆから各シリンダ２ａ〜２ｆに送り込まれる。

ディーゼルエンジン１が低負荷（あらかじめ定められた
負荷以下）運転になると、第１バクフライバルブ２０は
閉じられ、第２バタフライバルブ２１は開かれる。これ
により、ターボチャージャのコンプレッサ１０から圧送
される給気は、ノ＼イパス路１８を通って熱交換通路１
５に送り込まれ、この通路１５を全長にわたって流れ、
第２連絡路２１を通って給気マニホールド４に直接送給
されることになる。熱交換通路１５を流れる間、給気は
各排気管５ａ〜５ｂの内部を流れる高温の排気の熱によ
り加熱され、高温になる。このとき、フィン１７は表面
稽を増加することにより給気と排気との熱交換効率を高
め、加熱を効果的に行わしめる。

このようにして加熱されて高温になった給気は給気マニ
ホールド４から各給気管３ａ〜３ｆを経由してシリンダ
２３〜２ｆに送り込まれる。給気が高温になっているた
め、低負荷運転時における燃焼温度の低下は抑制される
ことになり、したがって、燃焼性能は良好な状態を維持
し、燃焼室に残渣が堆積することもなくなる。

本実施例によれば、排気エネルギを利用して給気を加熱
するので、電気ヒータや燃焼バーナ等のような他の熱源
が不要であり、ランニングコストが軽減できる。

エンジンの中で最も高温になる排気管の周囲に熱交換通
路が設けられているので、高い熱交換効率が得られ、始
動後の給気加熱の応答が非常に早い。

熱交換通路が排気マニホールドにおりる各排気管の外部
を盲板で囲むことにより形成されるので、大きな構造変
更をしないで済み、かつ排気管の熱膨張についての対策
を講する必要がなく、しかも、高温部分を遮蔽すること
になるので、高負荷運転時の周囲温度を下げることがで
きる。

へ。実施例２ 第４図および第５図は本発明の実施例２を示す拡大部分
側断面図および第４図のＶ−Ｖ線に沿う部分断面図であ
る。

本実施例２が前記実施例１と異なる点は、熱交換通路１
５を形成するための盲板１４が、シリンダヘッドと各排
気管５ａ〜５ｆのフランジ１３との間に挟設されボルト
２３により固定されたスペーサプレート２２に固定され
ている点にある。

本実施例によれば、フランジ１３に対するシールのため
の座の加工が省略できるとともに、スペーサプレート２
２に対する座の加工は容易であるので、高度なシール状
態が得られ、かつ、少なくともフランジ１３の厚さ分だ
け熱交換通路１５を広くすることができる。

ト、実施例３ 第６図は本発明の実施例３を示す拡大部分平面図である
。

本実施例３が前記実施例１と異なる点は、熱交換通路１
５が排気マニホールド６に長手方向に挿通されたパイプ
２４によって構成されている点にある。

本実施例３によれば、給気が排気の中を通過することに
なるため、熱交換効率が比較的良好になり、また熱交換
通路１５が極めて容易に構成できる。

なお、薄肉耐熱鋼からなるパイプを使用することが望ま
しい。パイプの外周にフィンを排気の流れを妨げないよ
うに設けることも望ましい。排気マニホールドの中ば６
００℃以上に達することがあるので、カーボン等の付着
物は焼失される。し丈がって、カーボン堆積等による熱
交換効率の低下は回避される。

チ、実施例４ 第７図は本発明の実施例４を示す平面図である。

本実施例４が前記実施例１と異なる点は、熱交換通路１
５が一端を大気に開口され、他端をターボチャージャ８
のコンプレッサ１０における吸い込み路２５に接続され
ている点と、バイパス路１８Ａが一端を連絡路１１に他
端を給気マニホールド４にそれぞれ接続されている点と
、第１バタフライバルブ２０Ａが連絡路１１とバイパス
路１８Ａとを切り換えるように介設されている点と、第
２バタフライバルブ２１Ａが熱交換通路１５と大気通路
２６とを切り換えるように介設されている点とにある。

本実施例において、ディーゼルエンジン１の高負荷運転
中（あらかじめ定められた負荷以上での運転中）、第１
バクフライバルブ２ＯＡは連絡路１１側を開き、第２バ
タフライバルブ２１Ａは大気通路２６側を開いている。

このため、ターボチャージャ８のコンプレッサ１０は吸
い込み路２５を経由して大気通路２６から新気を吸い込
んでこれを圧縮し、この給気を連絡路１１を通してイン
ククーラ７に圧送し、給気マニホールド４、各給気管３
ａ〜３ｆを経由して各シリンダ２ａ〜２ｆに送り込む。

低負荷運転（あらかじめ定められた負荷以下での運転）
になると、第１バタフライバルブ２ＱＡはバイパス路１
８Ａ側を開き、第２バタフライバルブ２１Ａは熱交換通
路１５側を開くことになる。

これにより、コンプレッサ１０ば熱交換通路１５を流下
して排気エネルギにより加熱された空気を吸い込むこと
になる。この加熱空気は、コンブレソザ１０に醪いて圧
縮されてさらに昇温されるため、コンブレソザ１０から
送り出される給気は極めて高温になる。

このようにして、本実施例４によれば、熱交換通路１５
において排気エネルギにより加熱され、かつコンブレソ
ザ１０で圧縮されて昇温された極めて高温の給気が給気
マニホールド４に供給されるため、低負荷運転時におけ
る燃焼温度の低下Ｊｒｌｌ−制効果は一層顕著になる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものでまなく、
その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である
ことはいうまでもない。

たとえば、第１、第２バタフライバルブの切り換え操作
は電子または機械的な自動制御で行うように構成する場
合に限らず、手動際作により適時行うようにしてもよい
。また、第８図に示されているようなパイロット形切り
換え弁２７を用いて自己制御的に切り換え作動するよう
にしてもよい。

第８図に示されている切り換え弁２７を第１図に示され
ている連絡路１１とバイパス路１８との分岐部に介設し
た場合につき簡単に説明する。

連絡路１１内に形成された弁室２８にはピストン２９が
上流に頭部を露出して摺動自在に嵌合されており、ピス
トン２９ば連絡路１１の内周に形成された弁口３０を往
復動により開閉するようになっている。弁室２８内には
作動圧を設定するだめのスプリング３１が嵌装されてお
り、弁室２８は細孔３２により大気に漣通されている。

ピストン２９の頭部にはＴ７孔３３が穿設されており、
この孔３３はバイパス路１８と接続自在になっている。

高負荷運転時、連絡路１１には高圧の給気が流れるため
、ピストン２９は押されて弁口３０を開き、バイパス路
１８を閉じている。

低負荷運転になり、連絡路１１に圧送される給気の圧力
がスプリング３１が規定する設定値以下になると、ピス
トン２９は復動されて弁口３０を閉じ、Ｔ７孔３３をバ
イパス路１８に整合させてこれを開く。これにより、給
気はバイパス路１８を通って熱交換通路１５に迂回する
ことになる。

本発明は過給機付ディーゼルエンジンに限らず、他のエ
ンジン全般に使用することができる。

ワ０発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、排気エネルギを利
用して給気を短時間かつ十分に加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１を示す全体平面図、第２図は
第１図のｎ−ｎ線に沿う拡大部分側断面図、第４図は第
２図のＩｎ−Ｉ線に沿う部分断面図、第４図は本発明の
実施例２を示す拡大部分断面図、第５図は第４図のＶ−
Ｖ線に沿う部分断面図、第６図は本発明の実施例３を示
す部分平断面図、第７図は本発明の実施例４を示す全体
平面図、第８図は切り換え弁の変形例を示す拡大部分断
面図である。 １・・・ディーゼルエンジン、２ａ〜２ｆ・・・シリン
ダ、３ａ〜３ｆ・・・給気管、４・・・給気マニホール
ド、５ａ〜５ｆ・・・排気管、６・・・排気マニホール
ド、７・・・インクターラ、８・・・ターボチャージャ
、９・・・タービン、１０・・・コンプレ・Δ″、１１
・・・ｉＩ　ｉ８１７＆、１２・・・ウォータジャケッ
ト、１３・・・フランジ、１４・・・盲板、１５・・・
熱交換通路、１６．２３・・・ボルト、１７・・・フィ
ン、１８・・・バイパス路、１９・・・連絡路、２０・
・・第１バタフライバルブ、２１・・・第２ノ＼゛タフ
ライバルブ、２２・・・スペーサプレート、２４・・・
パイプ、２５・・・吸い込み路、２６・・・大気通路、
２７・・・パイロ・ノド形切り換え弁、２８・・−弁室
、２９・・・ピストン、３０・・・弁口、３１・・・ス
プリング、３２・・・細孔、３３・・・Ｔ７孔。 特許出願人　ヤンマーディーゼル株式会社代理人　弁理
士　筒　井　大　和

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気マニホールドの外部または内部に給気が流通する熱
   交換通路を形成するとともに、この通路を給気マニホー
   ルドに連通自在に接続したことを特徴とする給気加熱装
   置。