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JP5937863B2 - engine - Google Patents
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Description

本発明は、過給機を2つ備えたエンジンに関する。   The present invention relates to an engine having two superchargers.

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第1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。第2過給機は、第1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。2段過給機システムでは、以上のようにして給気が行われる。   2. Description of the Related Art Conventionally, a configuration (two-stage supercharging system) including two superchargers is known for engines such as cars and ships. In the two-stage supercharging system, the exhaust gas discharged from the cylinder is used to rotate the turbine of the first supercharger, so that the air is compressed and sent to the cylinder side. The second supercharger further compresses the air compressed by the first supercharger and then sends the air to the cylinder. Thereby, since the flow volume of the air supplied to a cylinder can be increased, the output of an engine can be improved. In the two-stage supercharger system, air is supplied as described above.

一方、シリンダから排出された排気ガスは、初めに上記第2過給機に送出される。また、上記の2つの過給機は、過給機連結管によって互いに連結されている。そして、第2過給機が利用した排気ガスは、この過給機連結管によって上記第1過給機へ供給される。特許文献1から3では、この種の二段過給システムを開示する。また、特許文献1から3では、二段過給機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。   On the other hand, the exhaust gas discharged from the cylinder is first sent to the second supercharger. Moreover, said two superchargers are mutually connected by the supercharger connection pipe. The exhaust gas used by the second supercharger is supplied to the first supercharger through the supercharger connecting pipe. Patent Documents 1 to 3 disclose this type of two-stage supercharging system. Patent Documents 1 to 3 disclose automobile engines, engines for construction machines such as power shovels, aircraft engines, and the like as objects to which the two-stage turbocharger system is applied.

特開2011−99332号公報JP 2011-99332 A 特開2011−163201号公報JP 2011-163001 A 特許第3953636号公報Japanese Patent No. 3953636

ところで、この二段過給システムでは、エンジンの低速トルクを確保するために、通常は上記第2過給機を小型にする構成が採用される。しかし、小型の過給機は、大型の過給機と比較して、排気ガスが供給されたときのタービンの回転数の上昇が著しい。また、第2過給機は、初めに排気ガスが供給される影響もあり、第1過給機と比較して、タービンの回転数が上昇し易い。   By the way, in this two-stage supercharging system, in order to ensure the low speed torque of the engine, a configuration in which the second supercharger is usually made small is employed. However, the small turbocharger has a significant increase in the rotational speed of the turbine when exhaust gas is supplied, compared to the large supercharger. Further, the second supercharger also has an influence that exhaust gas is supplied first, and the rotational speed of the turbine is likely to increase as compared with the first supercharger.

そのため、第2過給機を小型化すると、タービンの回転数が許容回転数を超えてしまうことがある。これは、第2過給機に大きな負荷となるため、第2過給機が損傷したり、寿命が縮んだりすることが考えられる。しかし、第2過給機を大型化すると、エンジンの低速トルクを確保することができなくなる。   Therefore, when the second supercharger is downsized, the rotational speed of the turbine may exceed the allowable rotational speed. This is a large load on the second supercharger, so it is considered that the second supercharger is damaged or the life is shortened. However, if the size of the second supercharger is increased, it becomes impossible to ensure the low speed torque of the engine.

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、排気ガスが最初に供給される過給機を大型化することなく、当該過給機が許容回転数に達することを防止した構成のエンジンを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its main purpose is that the turbocharger reaches an allowable rotational speed without increasing the size of the supercharger to which exhaust gas is first supplied. It is an object of the present invention to provide an engine having a configuration that prevents the above.

課題を解決するための手段及び効果Means and effects for solving the problems

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。   The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems and the effects thereof will be described.

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、排気マニホールドと、前段過給機と、過給機連結管と、後段過給機と、バイパス管と、送出量バルブと、第1インタークーラと、を備える。前記排気マニホールドは、複数のシリンダから排出された排気ガスをまとめる。前記前段過給機は、コンプレッサとタービンを備えており、前記排気マニホールドと接続され、当該排気マニホールドから送出された排気ガスを利用して給気を行う。前記過給機連結管は、前記前段過給機と接続され、当該前段過給機が利用した排気ガスが流れる。前記後段過給機は、コンプレッサとタービンを備えており、前記過給機連結管から送出された排気ガスを利用して給気を行う。前記バイパス管は、前記排気マニホールドと前記過給機連結管とを連結し、前記排気マニホールドから供給された排気ガスを分割することなく前記過給機連結管へ送出する。前記送出量バルブは、前記バイパス管に取り付けられ、前記過給機連結管へ送出する排気ガスの量を調整する。前記第1インタークーラは、前記前段過給機と前記後段過給機の間に配置され、前記後段過給機に吸気された空気を冷却する。クランクシャフトの長手方向をクランク軸方向とし、前記クランク軸方向及び高さ方向の何れとも直交する方向を装置幅方向としたときに、前記前段過給機の前記コンプレッサと前記タービンは前記クランク軸方向に並んで配置され、前記後段過給機の前記コンプレッサと前記タービンは前記装置幅軸方向に並んで配置され、前記過給機連結管の長手方向が前記クランク軸方向と同じである。 According to an aspect of the present invention, an engine having the following configuration is provided. That is, the engine includes an exhaust manifold, a front-stage supercharger, a supercharger connecting pipe, a rear-stage supercharger, a bypass pipe, a delivery amount valve, and a first intercooler . The exhaust manifold collects exhaust gases discharged from a plurality of cylinders. The front-stage supercharger includes a compressor and a turbine, is connected to the exhaust manifold, and supplies air using exhaust gas sent from the exhaust manifold. The supercharger connecting pipe is connected to the front-stage supercharger, and exhaust gas used by the front-stage supercharger flows. The latter-stage supercharger includes a compressor and a turbine, and performs air supply using exhaust gas sent from the supercharger connecting pipe. The bypass pipe connects the exhaust manifold and the supercharger connecting pipe, and sends the exhaust gas supplied from the exhaust manifold to the supercharger connecting pipe without being divided. The delivery amount valve is attached to the bypass pipe and adjusts the amount of exhaust gas delivered to the supercharger connection pipe. The first intercooler is disposed between the front-stage supercharger and the rear-stage supercharger, and cools the air taken into the rear-stage supercharger. When the longitudinal direction of the crankshaft is the crankshaft direction and the direction perpendicular to both the crankshaft direction and the height direction is the apparatus width direction, the compressor and the turbine of the front turbocharger are in the crankshaft direction. The compressor and the turbine of the rear-stage supercharger are arranged side by side in the apparatus width axis direction, and the longitudinal direction of the turbocharger connecting pipe is the same as the crankshaft direction.

これにより、送出量バルブを調整することで、前段過給機に許容量以上の排気ガスが送られることを防止できる。従って、前段過給機に掛かる負荷を軽減することができる。また、前段過給機を小型化することができるので、低速トルクを十分に確保することができる。なお、前段過給機が装置幅方向の一端に配置され、後段過給機がクランク軸方向の一端に配置され、後段過給機のタービンとコンプレッサのうち、タービンは、装置幅方向の前段過給機が配置される側に配置されることが更に好ましい Thereby, it is possible to prevent the exhaust gas exceeding the allowable amount from being sent to the upstream turbocharger by adjusting the delivery amount valve. Therefore, it is possible to reduce the load applied to the preceding supercharger. Moreover, since the front-stage supercharger can be reduced in size, a low-speed torque can be sufficiently ensured. The front-stage supercharger is arranged at one end in the apparatus width direction, the rear-stage supercharger is arranged at one end in the crankshaft direction, and the turbine of the rear-stage supercharger turbine and compressor is the front-stage supercharger in the apparatus width direction. More preferably, it is arranged on the side where the feeder is arranged .

前記のエンジンにおいては、前記送出量バルブは、前記バイパス管の中央よりも前記過給機連結管側に取り付けられていることが好ましい。   In the engine, it is preferable that the delivery amount valve is attached to the supercharger connecting pipe side from the center of the bypass pipe.

これにより、送出量バルブに触れる排気ガスの温度を少し下げることができるので、送出量バルブをあまり(又は全く)冷却することなく送出量バルブの固着を防止できる。   As a result, the temperature of the exhaust gas that touches the delivery valve can be lowered slightly, so that the delivery valve can be prevented from sticking without cooling (or not at all) the delivery valve.

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、前記排気マニホールドには、前記前段過給機と連結するための排気口と、前記バイパス管と連結するための排気口と、が少なくとも形成されている。双方の前記排気口を接続する仮想線が示す方向と、前記過給機連結管の長手方向と、が同じ方向である。   The engine preferably has the following configuration. That is, the exhaust manifold is formed with at least an exhaust port for connecting to the front-stage supercharger and an exhaust port for connecting to the bypass pipe. The direction indicated by the phantom line connecting both the exhaust ports and the longitudinal direction of the supercharger connecting pipe are the same direction.

これにより、過給機連結管が排気マニホールドに沿う合理的なレイアウトが実現できる。また、このレイアウトでは、バイパス管を短くすることができるので、後段過給機へ送出される排気ガスのエネルギー損失を抑えることができる。   As a result, a rational layout in which the supercharger connecting pipe follows the exhaust manifold can be realized. Further, in this layout, the bypass pipe can be shortened, so that it is possible to suppress the energy loss of the exhaust gas sent to the rear-stage supercharger.

前記のエンジンにおいては、前記排気マニホールドと、前記過給機連結管と、が同じ高さとなるように配置されることが好ましい。   In the engine, it is preferable that the exhaust manifold and the supercharger connecting pipe are arranged at the same height.

これにより、バイパス管を一層短くすることができるので、後段過給機へ送出される排気ガスのエネルギー損失を更に抑えることができる。   Thereby, since a bypass pipe | tube can be shortened further, the energy loss of the exhaust gas sent to a back | latter stage supercharger can further be suppressed.

本発明の一実施形態に係る舶用エンジンの斜視図。1 is a perspective view of a marine engine according to an embodiment of the present invention. 舶用エンジンの平面図。The top view of a marine engine. 舶用エンジンの正面図。The front view of a marine engine. 排気ガスが過給機へ供給される様子を示す斜視図。The perspective view which shows a mode that exhaust gas is supplied to a supercharger. 給気経路及び排気経路を示す経路図。The route diagram showing an air supply route and an exhaust route. 排気ガスが過給機へ供給される様子を示す平面図。The top view which shows a mode that exhaust gas is supplied to a supercharger. 給気系の機器の位置関係を示す斜視図。The perspective view which shows the positional relationship of the apparatus of an air supply system.

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から図4までを参照して、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。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、排気ガスが過給機へ供給される様子を示す斜視図である。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the overall configuration of the marine engine 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. 1 is a perspective view of a marine engine 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the marine engine 1. FIG. 3 is a front view of the marine engine 1. FIG. 4 is a perspective view showing how exhaust gas is supplied to the supercharger.

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(トップカバー10が配置される側)を上側とする。   In the following description, as shown in FIG. 1, the vertical direction of the marine engine (engine) 1 is referred to as the height direction, and the longitudinal direction of the crankshaft 61 (see FIG. 2) of the marine engine 1 is the crankshaft direction. A direction perpendicular to both the height direction and the crankshaft direction is referred to as a device width direction. Further, the upper side in FIG. 1 (the side on which the top cover 10 is disposed) in the height direction is defined as the upper side.

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。   The marine engine 1 of this embodiment is an inboard type diesel engine mounted on a vessel such as a pleasure boat. Further, the marine engine 1 employs a two-stage supercharging system.

舶用エンジン1は、図1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。   The marine engine 1 includes a top cover 10 as shown in FIG. The top cover 10 is configured in a flat plate shape, and is arranged so that the thickness direction coincides with the height direction. The top cover 10 is not limited to a flat plate shape, and may have a configuration in which bending (or bending) is formed at least partially. A valve cover, a cylinder block, and the like are disposed below the top cover 10.

舶用エンジン1は、二段過給システムとして、第1過給機(後段過給機)22と、第1インタークーラ23と、第2過給機(前段過給機)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と、を備えている。   The marine engine 1 includes a first supercharger (second-stage supercharger) 22, a first intercooler 23, a second supercharger (front-stage supercharger) 24, and a second intercharger as a two-stage supercharging system. The cooler 25 and the supply pipes 21a-21d which connect them are provided.

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。   The first supercharger 22 includes a turbine and a compressor inside the housing. The turbine is configured to rotate using exhaust gas. The compressor is connected to the same shaft as the turbine and rotates as the turbine rotates. The 1st supercharger 22 can compress air and can supply air compulsorily, when a compressor rotates. With this configuration, the flow rate of the air supplied to the cylinder using the exhaust gas can be increased, so that the output of the marine engine 1 can be increased. In addition, since air is rapidly compressed by inhaling by the 1st supercharger 22, the said air becomes high temperature. This high-temperature air is sent to the first intercooler 23 through the air supply pipe 21a.

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。   A plurality of cooling pipes through which seawater flows are arranged inside the housing of the first intercooler 23. The air sent from the first supercharger 22 is configured to flow around the cooling pipe. With this configuration, the first intercooler 23 can cool the air sent from the first supercharger 22 by heat exchange with seawater. The air cooled by the first intercooler 23 is sent to the second supercharger 24 through the air supply pipe 21b.

第2過給機24は、第1過給機22と同等の構成であり、図4に示すように、タービンが内蔵されたタービンハウジング24aと、コンプレッサが内蔵されたコンプレッサハウジング24bと、を備える。第2過給機24は、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。なお、排気ガスが第1過給機22及び第2過給機24へ供給される構成の詳細は後述する。   The 2nd supercharger 24 is the structure equivalent to the 1st supercharger 22, and as shown in FIG. 4, it has the turbine housing 24a in which the turbine was incorporated, and the compressor housing 24b in which the compressor was incorporated. . The second supercharger 24 can compress the air sent from the first intercooler 23. This compressed air becomes high temperature as described above. Then, this high-temperature air is sent to the second intercooler 25 through the air supply pipe 21c. In addition, the detail of the structure by which exhaust gas is supplied to the 1st supercharger 22 and the 2nd supercharger 24 is mentioned later.

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。   The 2nd intercooler 25 is the structure equivalent to the 1st intercooler 23, and cools the air sent out from the 2nd supercharger 24 by heat exchange with seawater. The air cooled by the second intercooler 25 is sent to the air supply manifold 28 via the air supply pipe 21d.

前記トップカバー10の内側のシリンダヘッドには、コモンレール式の燃料噴射機構が配置されている。舶用エンジン1は、シリンダへ供給された圧縮空気を更に圧縮した後に、この燃料噴射機構によって燃料を噴射することで、ピストンを上下に駆動する。これにより、舶用エンジン1は、動力を発生させることができる。   A common rail type fuel injection mechanism is disposed in the cylinder head inside the top cover 10. The marine engine 1 further compresses the compressed air supplied to the cylinder, and then drives the piston up and down by injecting fuel by the fuel injection mechanism. Thereby, the marine engine 1 can generate motive power.

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。   The marine engine 1 includes a flywheel housing 62, an oil pan 63, and an oil filter 26, as shown in FIG.

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75が連結される。このトランスミッション75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。   The flywheel housing 62 is disposed at an end portion on the first supercharger 22 side in the crankshaft direction. A transmission 75 is connected to the flywheel in the flywheel housing 62 via a clutch (not shown). A marine propulsion device or the like is connected to the transmission 75. Thereby, the output of the marine engine 1 can be transmitted to the propulsion device or the like, or shut off.

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。   The oil pan 63 is disposed on the surface (bottom surface) opposite to the top cover 10 in the height direction. The oil pan 63 is a member for accumulating engine oil supplied to the inside of the engine (main movement system parts such as a cylinder). The engine oil stored in the oil pan 63 is sent into the engine by an unillustrated oil pump.

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。   The engine oil delivered by the oil pump passes through the oil filter 26. Thereby, metal powder, dust, etc. contained in engine oil can be removed. In the present embodiment, the oil filter 26 includes two filters (a full flow filter and a bypass filter).

次に、図4から図6までを参照して、排気ガスの流れ、特に第1過給機22及び第2過給機24へ排気ガスを供給する構成について説明する。図5は、給気経路及び排気経路を示す経路図である。図6は、排気ガスが第1過給機22及び第2過給機24へ供給される様子を示す平面図である。   Next, with reference to FIG. 4 to FIG. 6, the flow of exhaust gas, in particular, the configuration for supplying exhaust gas to the first supercharger 22 and the second supercharger 24 will be described. FIG. 5 is a route diagram showing an air supply route and an exhaust route. FIG. 6 is a plan view showing how exhaust gas is supplied to the first supercharger 22 and the second supercharger 24.

図5に示すように、複数(本実施形態では6つ)のシリンダから排出された排気ガスは、排気マニホールド71によって1又は複数(本実施形態では1つ)にまとめられ、排気口72から排出される。なお、排気マニホールド71は、装置幅方向の第2過給機24側の端部に配置される(図4等を参照)。以下、それぞれの排気口72から排出された排気ガスの流れについて説明する。   As shown in FIG. 5, the exhaust gas discharged from a plurality of (six in this embodiment) cylinders is collected into one or a plurality (one in this embodiment) by the exhaust manifold 71 and discharged from the exhaust port 72. Is done. The exhaust manifold 71 is disposed at the end portion on the second supercharger 24 side in the apparatus width direction (see FIG. 4 and the like). Hereinafter, the flow of the exhaust gas discharged from each exhaust port 72 will be described.

図5に示すように、第2インタークーラ25側の排気口72には、EGR管51が接続される。このEGR管51は、EGRクーラ52で冷却された後に、給気マニホールド28へ送出される。また、EGR管51にはEGRバルブ53が取り付けられており、給気マニホールド28へ供給する排気ガスの流量を調整することができる。   As shown in FIG. 5, an EGR pipe 51 is connected to the exhaust port 72 on the second intercooler 25 side. The EGR pipe 51 is cooled by the EGR cooler 52 and then sent to the air supply manifold 28. An EGR valve 53 is attached to the EGR pipe 51, and the flow rate of the exhaust gas supplied to the air supply manifold 28 can be adjusted.

中央の排気口72には、第2過給機24が接続される。これにより、第2過給機24へ排気ガスを供給することができる。また、第2過給機24のタービンハウジング24a内を通りタービンを回転させた排気ガスは、過給機連結管41を介して、第1過給機22へ送出される。   The second supercharger 24 is connected to the central exhaust port 72. Thereby, exhaust gas can be supplied to the second supercharger 24. The exhaust gas that has rotated the turbine through the turbine housing 24 a of the second supercharger 24 is sent to the first supercharger 22 via the supercharger connecting pipe 41.

上述のように、第2過給機24は、低速トルクを確保するために小型であることが好ましい。しかし、小型の過給機は多量の排気ガスが供給された場合に許容された回転数を超えることで破損する可能性がある。   As described above, the second supercharger 24 is preferably small in order to ensure low-speed torque. However, there is a possibility that a small supercharger may be damaged by exceeding an allowable rotational speed when a large amount of exhaust gas is supplied.

これを回避するため、第2過給機24には、排気マニホールド71と過給機連結管41とを接続するウエストゲート通路46が配置される(図5を参照)。これにより、排気マニホールド71から排出された排気ガスのうち一部を、第2過給機24を介さずに、第1過給機22へ送出することができる。また、ウエストゲート通路46にはバルブ47が取り付けられている。これにより、第2過給機24のタービンハウジング24aへ供給する排気ガスの流量を調整することができる。   In order to avoid this, a waste gate passage 46 that connects the exhaust manifold 71 and the supercharger connecting pipe 41 is disposed in the second supercharger 24 (see FIG. 5). Thereby, a part of the exhaust gas discharged from the exhaust manifold 71 can be sent to the first supercharger 22 without passing through the second supercharger 24. A valve 47 is attached to the wastegate passage 46. Thereby, the flow volume of the exhaust gas supplied to the turbine housing 24a of the 2nd supercharger 24 can be adjusted.

なお、本実施形態では、図5に示すように、このウエストゲート通路46は、第2過給機24内に配置される。これにより、ウエストゲート通路46の大きさは、第2過給機24の大きさに制約される。   In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the waste gate passage 46 is disposed in the second supercharger 24. Thereby, the size of the wastegate passage 46 is restricted by the size of the second supercharger 24.

このように、ウエストゲート通路46を備えることで、タービンハウジング24aへ供給される排気ガスの量を減らすことができる。   Thus, by providing the wastegate passage 46, the amount of exhaust gas supplied to the turbine housing 24a can be reduced.

しかし、仮にバルブ47を完全に開放した場合であっても、排気マニホールド71から排出される排気ガスの量によっては、過剰な排気ガスがタービンハウジング24aに流れ込む場合がある。この場合、第2過給機24が損傷する可能性がある。   However, even if the valve 47 is completely opened, depending on the amount of exhaust gas discharged from the exhaust manifold 71, excessive exhaust gas may flow into the turbine housing 24a. In this case, the second supercharger 24 may be damaged.

本実施形態では、この課題を解決するために、第1過給機22側の端部の排気口72と、過給機連結管41と、を接続するバイパス管42を配置している(図5を参照)。これにより、排気マニホールド71が排出した排気ガスを直接的に(ウエストゲート通路46や第2過給機24を介することなく)第1過給機22へ送出することができる。   In the present embodiment, in order to solve this problem, a bypass pipe 42 that connects the exhaust port 72 at the end on the first supercharger 22 side and the supercharger coupling pipe 41 is disposed (see FIG. 5). As a result, the exhaust gas discharged by the exhaust manifold 71 can be sent directly to the first supercharger 22 (without passing through the wastegate passage 46 and the second supercharger 24).

また、バイパス管42には、送出量バルブ43が取り付けられている。これにより、第1過給機22へ供給する排気ガスの流量を調整することができる。また、この送出量バルブ43は容量が大きく、完全に開放した場合は、シリンダから排出される排気ガスの全量を排出可能であるものとする。   In addition, a delivery amount valve 43 is attached to the bypass pipe 42. Thereby, the flow volume of the exhaust gas supplied to the 1st supercharger 22 can be adjusted. Further, the delivery amount valve 43 has a large capacity, and when it is completely opened, it is assumed that the entire amount of exhaust gas discharged from the cylinder can be discharged.

次に、バイパス管42を短くするためのレイアウトについて説明する。シリンダから排出された直後の排気ガスは、温度及び圧力が高く、エネルギーが高い。そのため、シリンダから過給機までの経路を短くすることで、排気ガスのエネルギーの損失を抑えることができ、過給機を効率良く動作させることができる。   Next, a layout for shortening the bypass pipe 42 will be described. The exhaust gas immediately after being discharged from the cylinder has high temperature and pressure and high energy. Therefore, by shortening the path from the cylinder to the supercharger, it is possible to suppress the energy loss of the exhaust gas and to operate the supercharger efficiently.

そのため、本実施形態では、以下のようなレイアウトを採用している。即ち、図6に示すように、本実施形態では、排気マニホールド71の長手方向は、クランク軸方向と、一致している。従って、排気口72は、クランク軸方向に並べて形成されている。そのため、排気口72を接続した仮想線L1は、クランク軸方向を示す。   Therefore, in the present embodiment, the following layout is adopted. That is, as shown in FIG. 6, in the present embodiment, the longitudinal direction of the exhaust manifold 71 coincides with the crankshaft direction. Accordingly, the exhaust ports 72 are formed side by side in the crankshaft direction. Therefore, the imaginary line L1 connecting the exhaust port 72 indicates the crankshaft direction.

一方、第1過給機22及び第2過給機24は、クランク軸方向に並べて配置されている。従って、これらを連結する過給機連結管41は、長手方向がクランク軸方向となるように配設される。以上から、排気口72を接続した仮想線L1が示す方向と、過給機連結管41の長手方向は一致する。   On the other hand, the first supercharger 22 and the second supercharger 24 are arranged side by side in the crankshaft direction. Therefore, the supercharger connecting pipe 41 that connects them is arranged so that the longitudinal direction is the crankshaft direction. From the above, the direction indicated by the imaginary line L1 connected to the exhaust port 72 and the longitudinal direction of the supercharger connecting pipe 41 coincide.

これにより、過給機連結管41を排気マニホールド71に近づけることで、バイパス管42を短くすることができる。また、本実施形態では、過給機連結管41と排気マニホールド71の高さが等しいため、バイパス管42を一層短くすることができる。   Accordingly, the bypass pipe 42 can be shortened by bringing the supercharger connecting pipe 41 closer to the exhaust manifold 71. Moreover, in this embodiment, since the height of the supercharger connecting pipe 41 and the exhaust manifold 71 is equal, the bypass pipe 42 can be further shortened.

また、図6に示すように、バイパス管42は、過給機連結管41の中央よりも第1過給機22側に接続される。このようにバイパス管42を配置することで、排気ガスが過給機連結管41をあまり流れることなく第1過給機22に達する。従って、排気ガスのエネルギーの損失を防止できる。   Further, as shown in FIG. 6, the bypass pipe 42 is connected to the first supercharger 22 side from the center of the supercharger connecting pipe 41. By arranging the bypass pipe 42 in this way, the exhaust gas reaches the first supercharger 22 without flowing much through the supercharger connecting pipe 41. Therefore, loss of exhaust gas energy can be prevented.

次に、送出量バルブ43の位置及び送出量バルブ43の冷却について説明する。   Next, the position of the delivery valve 43 and the cooling of the delivery valve 43 will be described.

上述のように、排気マニホールド71から排出された直後の排気ガスは高温であるため、使用環境及び材質等によっては、送出量バルブ43が固着してしまう可能性がある。   As described above, since the exhaust gas immediately after being exhausted from the exhaust manifold 71 is at a high temperature, the delivery amount valve 43 may be fixed depending on the use environment, material, and the like.

この点、本実施形態では、送出量バルブ43を過給機連結管41よりに配置することで、送出量バルブ43に接する排気ガスの温度を少し低くすることができる。具体的には、図6に示すように、送出量バルブ43は、バイパス管42の中央よりも第1過給機22側に取り付けられている。   In this respect, in the present embodiment, the temperature of the exhaust gas contacting the delivery amount valve 43 can be slightly lowered by disposing the delivery amount valve 43 from the supercharger connecting pipe 41. Specifically, as shown in FIG. 6, the delivery amount valve 43 is attached to the first supercharger 22 side from the center of the bypass pipe 42.

また、送出量バルブ43の位置だけでは固着が防げない場合、冷却水等で冷却することで、固着を防止することができる。特に、排気マニホールド71が水冷式である場合、排気マニホールド71を流れる冷却水の一部を送出量バルブ43の周囲まで流すことで、簡単な構成で送出量バルブ43を冷却できる。特に本実施形態では、バイパス管42の長さが短いため、冷却管の長さをあまり長くすることなく、送出量バルブ43を冷却できる。なお、このとき、排気ガスを冷却せずに送出量バルブ43だけが冷却されることが好ましい。   Further, when the sticking cannot be prevented only by the position of the delivery amount valve 43, the sticking can be prevented by cooling with cooling water or the like. In particular, when the exhaust manifold 71 is water-cooled, the delivery valve 43 can be cooled with a simple configuration by flowing a part of the cooling water flowing through the exhaust manifold 71 to the periphery of the delivery valve 43. In particular, in this embodiment, since the length of the bypass pipe 42 is short, the delivery amount valve 43 can be cooled without making the length of the cooling pipe so long. At this time, it is preferable that only the delivery amount valve 43 is cooled without cooling the exhaust gas.

以上に示したように、本実施形態の舶用エンジン1は、排気マニホールド71と、第2過給機24と、過給機連結管41と、第1過給機22と、バイパス管42と、送出量バルブ43と、を備える。排気マニホールド71は、複数のシリンダから排出された排気ガスをまとめる。第2過給機24は、排気マニホールド71と接続され、当該排気マニホールド71から送出された排気ガスを利用して給気を行う。過給機連結管41は、第2過給機24と接続され、当該第2過給機24が利用した排気ガス及びウエストゲート通路46を経由した排気ガスが流れる。第1過給機22は、過給機連結管41から送出された排気ガスを利用して給気を行う。バイパス管42は、排気マニホールド71と過給機連結管41とを連結し、排気マニホールド71から送出された排気ガスを分割することなく過給機連結管41へ送出する。送出量バルブ43は、バイパス管42に取り付けられ、過給機連結管41へ送出する排気ガスの量を調整する。   As described above, the marine engine 1 of the present embodiment includes the exhaust manifold 71, the second supercharger 24, the supercharger connection pipe 41, the first supercharger 22, the bypass pipe 42, A delivery amount valve 43. The exhaust manifold 71 collects exhaust gases discharged from a plurality of cylinders. The second supercharger 24 is connected to the exhaust manifold 71 and supplies air using the exhaust gas sent from the exhaust manifold 71. The supercharger connection pipe 41 is connected to the second supercharger 24, and the exhaust gas used by the second supercharger 24 and the exhaust gas via the wastegate passage 46 flow therethrough. The first supercharger 22 supplies air using the exhaust gas sent from the supercharger connection pipe 41. The bypass pipe 42 connects the exhaust manifold 71 and the supercharger connection pipe 41 and sends the exhaust gas sent from the exhaust manifold 71 to the supercharger connection pipe 41 without being divided. The delivery amount valve 43 is attached to the bypass pipe 42 and adjusts the amount of exhaust gas delivered to the supercharger connection pipe 41.

これにより、送出量バルブ43を調整することで、第2過給機24に許容量以上の排気ガスが送られることを防止できる。従って、第2過給機24に掛かる負荷を軽減することができる。また、第2過給機24を小型化することができるので、低速トルクを十分に確保することができる。   Thus, by adjusting the delivery amount valve 43, it is possible to prevent the exhaust gas exceeding the allowable amount from being sent to the second supercharger 24. Accordingly, the load applied to the second supercharger 24 can be reduced. Moreover, since the 2nd supercharger 24 can be reduced in size, low speed torque can fully be ensured.

また、本実施形態の舶用エンジン1において、送出量バルブ43は、バイパス管42の中央よりも過給機連結管41側に取り付けられている。   In the marine engine 1 of the present embodiment, the delivery amount valve 43 is attached to the supercharger connecting pipe 41 side from the center of the bypass pipe 42.

これにより、送出量バルブ43に触れる排気ガスの温度を少し下げることができるので、送出量バルブ43をあまり(又は全く)冷却することなく送出量バルブ43の固着を防止できる。   As a result, the temperature of the exhaust gas that touches the delivery valve 43 can be lowered a little, so that the delivery valve 43 can be prevented from sticking without cooling the delivery valve 43 too much (or at all).

また、本実施形態の舶用エンジン1において、複数の排気口72を接続する仮想線L1が示す方向と、過給機連結管41の長手方向と、が同じ方向である。   In the marine engine 1 of the present embodiment, the direction indicated by the imaginary line L1 connecting the plurality of exhaust ports 72 and the longitudinal direction of the supercharger connecting pipe 41 are the same direction.

これにより、過給機連結管41が排気マニホールド71に沿う合理的なレイアウトが実現できる。また、このレイアウトでは、バイパス管42を短くすることができるので、第1過給機22へ送出される排気ガスのエネルギー損失を抑えることができる。   Thereby, a rational layout in which the supercharger connecting pipe 41 is along the exhaust manifold 71 can be realized. Further, in this layout, since the bypass pipe 42 can be shortened, energy loss of the exhaust gas sent to the first supercharger 22 can be suppressed.

また、本実施形態の舶用エンジン1において、排気マニホールド71と、過給機連結管41と、が同じ高さとなるように配置される。   Moreover, in the marine engine 1 of this embodiment, it arrange | positions so that the exhaust manifold 71 and the supercharger connection pipe 41 may become the same height.

これにより、バイパス管42を一層短くすることができるので、第1過給機22へ送出される排気ガスのエネルギー損失を更に抑えることができる。   Thereby, since the bypass pipe 42 can be further shortened, the energy loss of the exhaust gas sent to the first supercharger 22 can be further suppressed.

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。   Next, the arrangement of the equipment and the oil filter 26 constituting the two-stage turbocharging system of the present embodiment will be described from various viewpoints. In the following description, the devices (the first supercharger 22, the first intercooler 23, the second supercharger 24, and the second intercooler 25) and the oil filter 26 that constitute the two-stage supercharging system are summarized. Are sometimes referred to as “superchargers”.

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。   First, with reference to the plan view (FIG. 2), the arrangement of the supercharger and the like in the plan view will be described. Since the thickness direction and the height direction of the top cover 10 coincide with each other as described above, the plan view in the present embodiment can also be referred to as “a view seen in the thickness direction of the top cover 10”.

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75側と反対側の端部)に配置されている。   The first supercharger 22 is disposed at one end of the marine engine 1 in the crankshaft direction. The first intercooler 23, the second supercharger 24, and the second intercooler 25 are all disposed at one end of the marine engine 1 in the device width direction. These three devices are arranged side by side in the crankshaft direction so that the first intercooler 23 is close to the first supercharger 22. The oil filter 26 is disposed at the other end of the marine engine 1 in the crankshaft direction (the end opposite to the transmission 75 side).

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。   In addition, the superchargers and the like of the present embodiment are all arranged so as not to overlap each other. As a result, a worker who performs maintenance on the top cover 10 can perform maintenance without removing other devices, so that a layout with good workability is realized.

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。   Next, with reference to a front view (FIG. 3), the position in the height direction of the supercharger or the like will be described. In the present embodiment, the upper surface of the top cover 10 constitutes a part of the upper surface of the marine engine 1. The lower surface of the oil pan 63 constitutes a part of the lower surface of the marine engine 1. Therefore, the length from the lower surface of the oil pan 63 to the upper surface of the top cover 10 can be said to be the height of the marine engine 1. Hereinafter, as shown in FIG. 3, half of the height of the marine engine 1 is referred to as a “reference height”.

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。   At this time, all of the turbochargers and the like are arranged above the reference height (on the top cover 10 side). More specifically, not only the upper end of the supercharger or the like, but also the center and lower end thereof are arranged above the reference height. Further, the upper surfaces of the first supercharger 22, the first intercooler 23, and the second intercooler 25 are disposed so as to substantially coincide with the upper surface of the marine engine 1.

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。   With this configuration, since the supercharger and the like are located on the upper part of the marine engine 1, it is easy for an operator who performs maintenance on the top cover 10 to access the supercharger or the like (good workability). Layout is realized.

次に、給気系の機器の位置関係を示す斜視図(図7)を参照して、給気管21a〜21dの長さを比較する。   Next, the lengths of the air supply pipes 21a to 21d are compared with reference to a perspective view (FIG. 7) showing the positional relationship of the air supply system devices.

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。   Here, the length of the air supply pipe 21a is the length of the air path from the first supercharger 22 to the first intercooler 23, and the same applies to the other air supply pipes. Therefore, in this embodiment, the length of the path | route of the air supplied to a cylinder can be compared by comparing the length of an air supply pipe | tube.

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。   In this embodiment, “the length of the air supply pipe 21a <the length of the air supply pipe 21b” is established, and “the length of the air supply pipe 21c <the length of the air supply pipe 21d” is established.

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。   With this configuration, the air supply pipe 21a and the air supply pipe 21c through which high-temperature air passes can be made relatively short. Therefore, since the part which needs to be covered with a heat insulating material etc. among the whole air supply pipe | tube can be shortened, cost can be reduced.

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。   The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the above configuration can be modified as follows, for example.

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、シリンダ数、過給機及びインタークーラの配置等は、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。   The shapes and layouts of the parts constituting the marine engine 1 are examples and can be changed as appropriate. For example, the number of cylinders, the arrangement of the supercharger and the intercooler, and the like can be changed according to the required size and specifications.

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。   The object to which the present invention is applied may be either a marine main engine or an auxiliary machine. Moreover, it is not restricted to a ship, The engine for motor vehicles or work vehicles may be sufficient.

1 舶用エンジン(エンジン)
10 トップカバー
11 仕切り部
21a〜21d 給気管
22 第1過給機(後段過給機)
23 第1インタークーラ
24 第2過給機(前段過給機)
25 第2インタークーラ
41 過給機連結管
42 バイパス管
43 送出量バルブ
71 排気マニホールド
72 排気口
1 Marine Engine (Engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Top cover 11 Partition part 21a-21d Air supply pipe 22 1st supercharger (rear stage supercharger)
23 1st intercooler 24 2nd supercharger (front turbocharger)
25 Second intercooler 41 Supercharger connecting pipe 42 Bypass pipe 43 Delivery amount valve 71 Exhaust manifold 72 Exhaust port

Claims (5)

複数のシリンダから排出された排気ガスをまとめる排気マニホールドと、
コンプレッサとタービンを備えており、前記排気マニホールドと接続され、当該排気マニホールドから送出された排気ガスを利用して給気を行う前段過給機と、
前記前段過給機と接続され、当該前段過給機が利用した排気ガスが流れる過給機連結管と、
コンプレッサとタービンを備えており、前記過給機連結管から送出された排気ガスを利用して給気を行う後段過給機と、
前記排気マニホールドと前記過給機連結管とを連結し、前記排気マニホールドから供給された排気ガスを分割することなく前記過給機連結管へ送出するバイパス管と、
前記バイパス管に取り付けられ、前記過給機連結管へ送出する排気ガスの量を調整する送出量バルブと、
前記前段過給機と前記後段過給機の間に配置され、前記後段過給機に吸気された空気を冷却する第1インタークーラと、
を備え、
クランクシャフトの長手方向をクランク軸方向とし、前記クランク軸方向及び高さ方向の何れとも直交する方向を装置幅方向としたときに、
前記前段過給機の前記コンプレッサと前記タービンは前記クランク軸方向に並んで配置され、
前記後段過給機の前記コンプレッサと前記タービンは前記装置幅軸方向に並んで配置され、
前記過給機連結管の長手方向が前記クランク軸方向と同じであることを特徴とするエンジン。
An exhaust manifold that collects exhaust gases discharged from a plurality of cylinders;
A pre-supercharger that includes a compressor and a turbine, is connected to the exhaust manifold, and supplies air using exhaust gas sent from the exhaust manifold;
A turbocharger connecting pipe connected to the upstream turbocharger, through which exhaust gas used by the upstream turbocharger flows;
A rear-stage supercharger that includes a compressor and a turbine and performs air supply using exhaust gas sent from the supercharger connecting pipe;
A bypass pipe that connects the exhaust manifold and the supercharger connecting pipe, and sends the exhaust gas supplied from the exhaust manifold to the supercharger connecting pipe without being divided;
A delivery amount valve that is attached to the bypass pipe and adjusts the amount of exhaust gas delivered to the turbocharger connection pipe;
A first intercooler that is disposed between the front-stage supercharger and the rear-stage supercharger and that cools air taken into the rear-stage supercharger;
With
When the longitudinal direction of the crankshaft is the crankshaft direction and the direction perpendicular to both the crankshaft direction and the height direction is the device width direction,
The compressor and the turbine of the front turbocharger are arranged side by side in the crankshaft direction,
The compressor and the turbine of the rear turbocharger are arranged side by side in the apparatus width axis direction,
The engine characterized in that a longitudinal direction of the supercharger connecting pipe is the same as the crankshaft direction.
請求項1に記載のエンジンであって、
前記前段過給機は前記装置幅方向の一端に配置され、
前記後段過給機は、前記クランク軸方向の一端に配置され、
前記後段過給機の前記タービンと前記コンプレッサのうち、前記タービンは、前記装置幅方向の前記前段過給機が配置される側に配置されることを特徴とするエンジン。
The engine according to claim 1,
The front-stage supercharger is disposed at one end in the apparatus width direction,
The rear turbocharger is disposed at one end in the crankshaft direction,
Of the turbine and the compressor of the rear-stage supercharger, the turbine is disposed on a side where the front-stage supercharger is disposed in the apparatus width direction.
請求項1又は2に記載のエンジンであって、
前記送出量バルブは、前記バイパス管の中央よりも前記過給機連結管側に取り付けられていることを特徴とするエンジン。
The engine according to claim 1 or 2 ,
The engine, wherein the delivery amount valve is attached to the supercharger connecting pipe side from the center of the bypass pipe.
請求項1からまでの何れか一項に記載のエンジンであって、
前記排気マニホールドには、前記前段過給機と連結するための排気口と、前記バイパス管と連結するための排気口と、が少なくとも形成されており、
双方の前記排気口を接続する仮想線が示す方向と、前記過給機連結管の長手方向と、が同じ方向であることを特徴とするエンジン。
The engine according to any one of claims 1 to 3 ,
The exhaust manifold is formed with at least an exhaust port for connecting to the front-stage supercharger and an exhaust port for connecting to the bypass pipe,
An engine characterized in that a direction indicated by a virtual line connecting both the exhaust ports and a longitudinal direction of the supercharger connecting pipe are the same direction.
請求項に記載のエンジンであって、
前記排気マニホールドと、前記過給機連結管と、が同じ高さとなるように配置されることを特徴とするエンジン。
The engine according to claim 4 ,
The engine, wherein the exhaust manifold and the supercharger connecting pipe are arranged at the same height.
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