JP4176789B2 - 大型２サイクルディーゼルエンジン用の排気ガスレシーバー - Google Patents

Description

本発明は、大型２サイクルディーゼルエンジン用の排気ガスレシーバーに関し、特に、多気筒の直列エンジン用の排気ガスレシーバーに関する。

大型２サイクルディーゼルエンジンの排気ガスレシーバーは、高い負荷を受ける構成要素であり、個々のシリンダから約４ｂａｒの圧力で高温（４５０℃）の排気ガスを受ける。熱的および圧力的負荷に加えて、エンジンの振動が構造体を振動させ、それによって排気ガスレシーバーへの機械的負荷がさらに増加する。排気ガスレシーバーが大型であること（長さ１０ｍを超える場合もある）、および高い運転温度によって、排気ガスレシーバーの熱膨張が著しくなり、また、より大型のエンジンは、熱膨張によって生じる寸法変化を吸収するために、ベローズによって区切られる２つ以上のハウジング部品に分割された排気ガスレシーバーを有する。完成した排気ガスレシーバーおよびその付属部品は、排気ガスレシーバーの外部表面の温度が、排気ガスレシーバーの内部の排気ガスの温度よりも実質的に低くなるように、断熱材の厚い層に覆われる。安全規則では、排気ガスレシーバーの外部表面の温度は、晒されるどのエンジン部品も、エンジンの燃料またはエンジン部品と不注意で接触する可能性のある油類を点火させるほどの温度にならないように、２２０℃以下とするよう求められている。実用上、排気ガスレシーバーの外部表面は、その表面温度が１５０℃以下に保たれるように十分に断熱される。

コストの観点から、エンジンの長手方向の端部のうちの１つにターボチャージャを１つだけ備えた大型２サイクルディーゼルエンジンを提供することが最も経済的であるが、エンジンの対向端部のシリンダからの排気ガスの運搬距離が長くなり問題が生じる。実用上、大型２サイクルディーゼルエンジンは、専ら直列エンジンとして製造される。一般的に、シリンダ数は、５つから１４まで様々であり、シリンダ数の多いエンジンは、当然長くなる。一般的に、単一のターボチャージャは、大型２サイクルディーゼルエンジンの端部に載置される。サーバーチャージャに最も近い排気ガスレシーバーの長手方向の端部に、ターボチャージャの吸気口に実質的に直接接続される排気口を備える。したがって、ターボチャージャから離れた場所に配置されるシリンダからの排気ガスは、エンジンの全長に沿った距離を移動する必要がある。排気ガスが、ターボチャージャに最も近いシリンダから移動しなければならない距離は、極めて短い。最も近いシリンダと最も遠いシリンダとの距離は１０ｍ以上になり得る。

さらに、排気ガスの脈動によって許容できない圧力の変動が生じるため、１つの大きな中空区画としての排気ガスレシーバーの製造がしばしば困難になる。この理由から、排気ガスレシーバー内部の空間は、仕切り壁によって区画間の流れを制限するオリフィスをその内部に備えた区画に分割される。したがって、最も遠いシリンダからの排気ガスは、ターボチャージャに達する前に複数のオリフィスを通過する必要があるが、一方で、最も近いシリンダからの排気ガスは、オリフィスを通過する必要がないので、排気ガスレシーバーの遠位端での圧力は、排気ガスレシーバーの近位端での圧力よりもきわめて高い。より高い背圧を有する遠くのシリンダは、ターボチャージャの近くにあるシリンダよりも高い熱的負荷を受けることになり、シリンダへの背圧が不均等に分配されることによって問題が生じる。最も高い熱的負荷を受けるシリンダへの熱的損害を避けるために、全てのシリンダに対する熱的負荷全体を減じる必要がある。これは、ターボチャージャの近くのシリンダが、最大能力で運転されず、それによってエンジン全体の性能が減じられることを意味する。

したがって、細長い排気ガスレシーバー内の圧力を均一にするための構造が必要である。

この背景に関して、本発明は、上述の必要性を少なくとも部分的に満たす、細長い排気ガスレシーバーを提供することを目的とする。

本目的は、大型２サイクルディーゼルエンジン用の細長い排気ガスレシーバーを提供することによって達成され、前記排気ガスレシーバーは、長手方向において近位および遠位区画に分割され、また実施態様によっては１つ以上の中間区画にも分割され、前記排気ガスレシーバーには、その長手方向に分布する複数の排気ガス吸気口が設けられ、前記排気ガスレシーバーは、前記排気ガスレシーバーの長手方向の一部に沿って前記排気ガスレシーバーの長手方向の端部のうちの１つから延在する圧力分配管を備え、前記圧力分配管は、前記長手方向の端部のうちの１つの近くに配置されるターボチャージャの吸気開口部に接続すべく開口した排気口を有し、前記圧力分配管は、前記排気口を少なくとも２つの前記区画に接続する。

排気ガスレシーバーに沿って圧力を均一にせしめる管路を備えることによって、個々のシリンダによって感知される背圧の差異が実質的に均一になる。したがって、シリンダへの熱的負荷がより均等に分配され、その結果、エンジンの全てのシリンダをほぼ最大負荷レベルで運転することができ、それによって、エンジンの全体的な性能が向上する。

前記圧力分配管は、前記排気ガスレシーバーに沿って前記排気口から前記遠位区画または中間区画に延在することが好ましい。

前記圧力分配管は、前記近位区画または中間区画、あるいは前記近位区画および中間区画の両方に接続する分岐を含むことが可能である。

前記排気ガスレシーバーは、前記近位区画と前記遠位区画との間に配置される少なくとも１つの中間区画を備えることが可能である。この場合、圧力分配管は、前記中間区画に接続する少なくとも１つの更なる分岐を備える。

前記排気口から第１の分岐に延在する前記圧力分配管の部分が、最も大きな流れ領域を備え、一方で、前記圧力分配管の端部に通じる前記圧力分配管の部分の流れ領域が、各分岐の後で徐々に小さくなることが好ましい。

前記排気ガスレシーバーは、複数の区画に分割された１つのハウジング部品か、または１つ以上の区画をそれぞれ含む複数のハウジング部品を有することが可能である。

前記圧力分配管は、細長い排気ガスレシーバーに沿って配置することができ、少なくとも１つの剛性支持体および少なくとも１つの柔軟性支持体によって支持され、前記少なくとも１つの柔軟性支持体は、前記圧力分配管とエンジン部分の間に長手方向に位置をずらすように構成され、前記エンジン部分と前記圧力分配管との間の熱膨張における差異を補うために、前記エンジン部分上に前記圧力分配管が載置される。

前記圧力分配管は、前記剛性支持体によって長手方向に固定されることが好ましい。

前記排気ガスレシーバーの前記ハウジングは、直列に配列された２つ以上の相互接続されたハウジングを備えることが可能である。

本発明による排気ガスレシーバーの更なる目的、機能、利点、および特性は、詳細な説明によって明らかになろう。

好適な実施形態の詳細な説明

以下の本記述の詳細部分において、図面に示される例示的な実施態様を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。

図１から３は、本発明の好適な実施態様によるエンジン１の側面図・前面図・上面図をそれぞれ示す。エンジン１は、クロスヘッド型の単流低速２サイクルクロスヘッドディーゼルエンジンであり、船の推進システムまたは発電所の原動機とすることが可能である。これらのエンジンは、一般的に最高１４の直列シリンダを有する。エンジン１は、クランク軸５のための主軸受を備えた台板２で構成される（クランク軸の端部に取り付けられたはずみ車３のみ図示される）。

台板２は、一体に形成するか、または生産設備に応じて適切な大きさの部分に分割することができる。

溶接タイプのＡ形フレームボックス４は、台板２上に載置される。排気側において、フレームボックス４は、各シリンダのための安全弁を備えており、カム軸側において、フレームボックス４は、各シリンダのための大型のヒンジ付扉を備える。クロスヘッド案内板（図示せず）は、フレームボックス４内に組み込まれる。

シリンダフレーム５は、フレームボックス４の上部に載置される。控えボルト（図示せず）は、台板２、フレームボックス４、およびシリンダフレーム５を接続し、構造体を合わせて保持する。

シリンダフレーム５は個々のシリンダ６を担持する。本実施態様ではシリンダ数は１２である。

シリンダフレーム５は、シリンダライナ６と共に掃気空間を形成する。掃気レシーバー９は、シリンダフレーム５にボルトで固定される。

ピストン（図示せず）は、各々のシリンダライナ６の内側で受ける。ピストンロッド（図示せず）は、ピストンの下部をクロスヘッド（図示せず）の上部に接続する。シリンダライナ６は、シリンダフレーム５によって担持される。

エンジンの後方端部にはターボチャージャ１０が取り付けられる。シリンダは単流型であり、エアボックス内に位置する掃気口（図示せず）を有し、そこから掃気レシーバー９が提供され、掃気はターボチャージャ１０によって加圧される。

ターボチャージャ１０への吸気は、ターボチャージャの吸気消音器（図示せず）を介してエンジンルームから直接行われる。空気は、ターボチャージャ１０から、空気冷却器１１および掃気レシーバー９を経て、シリンダ６の掃気口に導かれる。

エンジンは、電動の補助掃気送風機１３を備える。補助送風機は、低および中間の負荷条件でターボ圧縮機を支援する。

排気弁（図示せず）は、シリンダカバー１４内のシリンダの上部中央に取り付けられる。膨張行程終了後、エンジンのピストンが下がって掃気口を過ぎる前に排気弁が開き、ピストンの上の燃焼室内の燃焼ガスが排気通路１５（図２）の開口部を介して排気受１６に流れ、これによって燃焼室内の圧力が下がる。排気弁は、ピストンが上方へ動く間に、再び閉じる。

排気ガスレシーバー１６は、１つの細長い排気ガスレシーバーを形成するように直列に配列された、第１のハウジング部品１７と、第２のハウジング部品とを備える。排気ガスレシーバー１６は、熱膨張によって生じる排気ガスレシーバー１６のハウジングの寸法変化を補うために、２つのハウジング部品に分割される。排気ガスレシーバーのハウジングを２つ以上の部分に分割する別の理由は、生産設備が許容する最大寸法によるものである。

ハウジング部品１７の内部は遠位区画を形成し、ハウジング１８の内部は近位区画を形成する。

排気ガスレシーバー１６のハウジング部品１７および１８は、どちらも断熱材２０の厚い層に覆われる。ハウジング部品１７および１８は、どちらもその長手方向の中間で剛性支持体２２によって支持される。ハウジング部品１７および１８に沿って、剛性支持体２２の両側に複数の柔軟性支持体２３が配される。柔軟性支持体２３は、大型のハウジング部品１７および１８の熱膨張を補うために必要な、排気ガスレシーバー１６の長手方向の運動を可能にするプレートによって形成される。

エンジン１の１２のシリンダのそれぞれは、排気通路１５によって排気ガスレシーバー１６の吸気口２４に接続される。

シリンダ１番から６番はハウジング部品１７の方に開口し、シリンダ７番乃至１２番は排気ガスレシーバーの吸気口２４を経てハウジング部品１８の方に開口する。

圧力分配管１９は、排気ガスレシーバー１６に沿って配置される。圧力分配管１９の第１の部分は、湾曲部分２５である。圧力分配管１９の直線状部２６は、ハウジング部品１８に沿って延在する。直線部２６の端部において、圧力分配管１９の分岐２７は、圧力分配管１９の内部をハウジング部品１８の内部に接続する。その後で、圧力分配管は狭くなり、第２の湾曲部分２８は、圧力分配管１９の内部をハウジング部品２０の内部に接続する。

圧力分配回路１９は、圧力変動を減じる役割を果たす長手方向に配置されるプレート状部材２９にオリフィスを備えることができる。

ハウジング部品１７および１８と同様に、圧力分配管１９は、断熱材２０の厚い層で覆われる。

圧力分配管１９の部分２６および２５の流れ領域は、圧力分配管１９の部分２８の流れ領域よりも大きい。流れ領域をより大きくする理由は、圧力分配管１９の部分２６および２５は、排気ガスレシーバー１６内で受け取った大量のガスをターボチャージャの吸気口に運搬するが、圧力分配管１９の部分２８は、ハウジング部品１７で受け取った排気ガスを運搬するだけだからである。

ハウジング部品１７およびハウジング部品１８から移動する排気ガスの抵抗は、圧力分配管１９の流れ領域の差によって均一となる。したがって、シリンダへの熱的負荷は、実質的に等しく分配され、その結果、個々のシリンダが過負荷になることなく、全てのシリンダをほぼ最大負荷で運転することができる。

排気ガスレシーバー１６は、ハウジング部品１７およびハウジング部品１８との間に配置される更なるハウジング部品（図示せず）を備えることが可能である。該更なるハウジング部品の内部によって、中間区画が形成される。当該の一実施態様（図示せず）では、圧力分配管１９は、圧力分配管の内部を中間区画の内部に接続する第２の分岐を含む。当該の一実施態様では、配信管路の圧力区画は、３つ異なる流れ領域を有する。流れ領域が最小なのは、遠位区画からの排気ガスだけを輸送する圧力分配管の部分である。流れ領域が次に小さいのは、排気ガスを遠位区画および中間区画の両方から輸送する圧力分配区画の部分である。流れ領域が最も大きいのは、排気ガスを３つ全ての区画から輸送する圧力分配管の部分である。更なる中間区画を追加することができ、追加される各中間区画（図示せず）のための圧力分配管には分岐および段階のある流れ領域が追加される。

圧力分配管１９は、排気ガスレシーバーに沿って配置しなくてもよい。代わりに、例えば、排気ガスレシーバー１６（図示されていないガスレシーバーけ）の上部に沿って配置することができる。

図４および５は、本発明による、排気ガスレシーバーの別の実施態様を示す。本実施態様は、ターボチャージャ１０がエンジン後方には必ずしも載置されず、代わりにエンジン１の後方付近の排気がガスレシーバー１６に沿って載置されていることを除いて、基本的に上述の実施態様と同じである。この実施態様は、特に、エンジン１の全長を短くしなければならない（これは、特に、利用可能なエンジンルームの長さが限られている種類の船に要求される場合がある）状況において好都合である。ターボチャージャ１０をエンジンの後方から、エンジン後方付近の排気ガスレシーバー１６に沿うように移動させることによって、上述の実施態様と比較した場合にエンジン１の全長が減じられる。

請求項で使用される「備える」という用語は、他の要素またはステップを除外しない。請求項で使用される「１つの」という用語は、複数を除外しない。

本発明は、例証のために詳述したが、当該の詳細は単にその目的のためのものであり、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく変更できると理解されたい。

本発明の実施態様による、大型２サイクルエンジンの長側面を示す。 図１に示されるエンジンの前端部を示す。 図１に示されるエンジンの上部を示す。 本発明の別の実施態様による、大型２サイクルエンジンの長側面を示す。 図４に示されるエンジンの前端部を示す。

Claims (9)

1. 大型２サイクルディーゼルエンジン（１）用の細長い排気ガスレシーバー（１６）であって、
   前記排気ガスレシーバー（１６）は、長手方向において、近位区画および遠位区画に区切られるか、又は、近位区画，遠位区画および１つ以上の中間区画に区切られ、
   前記排気ガスレシーバー（１６）には、その長手方向に分布する複数の排気ガス吸気口（２４）が設けられ、
   前記排気ガスレシーバー（１６）は、前記排気ガスレシーバーの長手方向の一部に沿って前記排気ガスレシーバーの長手方向の端部のうちの１つから延在する圧力分配管（１９）を備え、
   前記圧力分配管（１９）は、前記長手方向の端部のうちの１つの近くに配置されるターボチャージャ（１０）の吸気開口部に接続すべく開口した排気口を有し、
   前記圧力分配管（１９）は、前記排気口を前記区画の少なくとも２つに接続する、排気ガスレシーバー。
2. 前記圧力分配管は、前記排気ガスレシーバーに沿って前記排気口から前記遠位区画または中間区画に延在する、請求項１に記載の排気ガスレシーバー。
3. 前記圧力分配管（１９）は、前記近位区画若しくは中間区画、又は前記近位区画及び中間区画の両方に接続する分岐（２７）を含む、請求項２に記載の排気ガスレシーバー。
4. 前記排気ガスレシーバー（１６）は、前記近位区画と前記遠位区画との間に配される少なくとも１つの中間区画を備え、
   前記圧力分配管（１９）は、前記中間区画に接続する少なくとも１つの更なる分岐を備える、請求項３に記載の排気ガスレシーバー。
5. 前記排気口から第１の分岐（２７）に延在する前記圧力分配管の部分（２５、２６）が最も大きな流れ領域を有し、一方で、前記圧力分配管（１９）の端部に通じる前記圧力分配管の部分（２８）の流れ領域が各分岐の後で徐々に小さくなる、請求項４に記載の排気ガスレシーバー。
6. 前記排気ガスレシーバー（１６）は、複数の区画に分割された１つのハウジング部品か、または１つ以上の区画をそれぞれ含む複数のハウジング部品（１７、１８）を有する、請求項１に記載の排気ガスレシーバー。
7. 前記圧力分配管（１９）は、前記細長い排気ガスレシーバー（１６）に沿って配置されると共に、少なくとも１つの剛性支持体（２２）および少なくとも１つの柔軟性支持体（２３）によって支持され、前記少なくとも１つの柔軟性支持体は、前記圧力分配管（１９）とエンジン部分との位置関係を長手方向にずらしうるように構成され、前記エンジン部分と前記圧力分配管との間の熱膨張における差異を補うために、前記エンジン部分上に前記圧力分配管が載置される、請求項１に記載の排気ガスレシーバー。
8. 前記圧力分配管（１９）は、前記剛性支持体（２２）によって長手方向に固定される、請求項７に記載の排気ガスレシーバー。
9. 前記排気ガスレシーバー（１６）の前記ハウジングは、直列に配された２つ以上のハウジング（１７、１８）を備える、請求項１に記載の排気ガスレシーバー。