JP2004316601A - マリンエンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドリング時の吸気量を確保しつつ、これを充分加熱できるマリンエンジンの吸気装置を提供する。
【解決手段】エンジン１の排気ガスで駆動されるターボチャージャ５と、吸気を海水で冷却するインタクーラ７とを有するマリンエンジンの吸気装置において、上記インタクーラ７からエンジン１に至る主吸気通路８に接続された副吸気通路１８と、上記副吸気通路１８上には、吸気をエンジン冷却水によって加熱するための吸気加熱用熱交換器１５と、必要に応じて副吸気通路１８を大気と連通するための開閉弁１９とを備えたものである。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海水等でエンジン冷却水を冷却するインタクーラを備えたマリンエンジンに係り、特にそのマリンエンジンのアイドリング時に、排気ガスの白煙化と未燃燃料の排出を防ぐことができるマリンエンジンの吸気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マリンエンジンは、図２（特許文献１）に示すように、エンジン３１の吸気マニホールド３５に至る吸気通路３３に、インタクーラ３４が接続され、その吸気通路３３の吸気口にターボチャージャ３２のコンプレッサ３２ｂが接続され、排気マニホールド３６に接続されたターボチャージャ３２のタービン３２ｄが接続されて構成され、インタクーラ３４には、取水口３８、海水ポンプ３７、海水通路４２、オイルクーラ３９を通し、さらに切替弁４０を介して海水が導入され、インタクーラ３４を通る吸気を冷却するようになっている。また、インタクーラ３４を通った海水は、下流側の海水通路４２を通して、清水クーラ４１に導入され、そこで清水クーラ４１に導入されたエンジン冷却水を冷却して、排水口４２ａから排水されるようになっている。
【０００３】
この海水による冷却は、エンジンの定格の冷却性能に合わせて設定されている。通常、マリンエンジンは、再始動しない場合に遭難の恐れがあるため、エンジン始動後は帰港するまでエンジンを停止させないことが多い。そのため、エンジン始動後、漁を行っている間は長時間アイドリングを行い、この時間が４時間以上におよぶこともある。
【０００４】
このアイドリング時の海水量は、上述のように、エンジンの定格の冷却性能に合わせられているために、アイドリング時では海水の流量が多く、長時間アイドリングを行うと海水等と熱交換しているエンジン冷却水の温度が低くなり、エンジン３１全体の温度も低下する。
【０００５】
また、インタクーラ３４において吸気を冷却しているため、吸気温度も低下する。その結果、エンジン３１が過冷却となり、燃焼が悪化し、排気ガスに未燃焼分の燃料が排気され、白煙が発生する。これは、鼻や目への刺激を伴う。更に酷い場合は、生燃料（未燃燃料）が排出され、排気ガスを海水に排出している場合は、海水に燃料が浮き、漁ができない状態になる。また、寒冷地において使用する場合、外気温度が低い時でもインタクーラ３４において吸気を冷却するため、エンジン３１が過冷却となる。その場合においても、白煙が発生し、生燃料が排出される。
【０００６】
そのため、図２のマリンエンジンにおいては、アイドリング時に切替弁４０にて海水がインタクーラ３４に流れないようバイパスして、吸気の過冷却を防止するようにしている。
【０００７】
また、別の手段として、図３（特許文献２）に示すように、アイドリング時に吸気をエンジン冷却水で加熱するシステムが提案されている。
【０００８】
図３に示すエンジン５１において、吸気は、ターボチャージャ５２の吸気口５２ａより吸気され、コンプレッサ５２ｂで昇圧される。昇圧された吸気は、主吸気通路５３、インタクーラ５４、切替弁５８を介して、吸気マニホールド５５に供給されて、エンジン５１へと送り込まれる。そして、エンジン５１からは、排気ガスが排出され、排気マニホールド５６、熱交換器５７、ターボチャージャ５２のタービン５２ｄを駆動して排出される。
【０００９】
海水は、取水口６２より、海水ポンプ６３にて汲み上げられ、海水通路６５を通して、インタクーラ５４に流れ、そこで、コンプレッサ５２ｂで昇圧され吸気マニホールド５５に至る吸気を冷却し、さらにインタクーラ５４から熱交換器５７に流れ、そこで冷却管６６を通るエンジン冷却水を冷却した後、排出口６４から排出される。
【００１０】
アイドリング時には、コンプレッサ５２ｂからの吸気は、切替弁６０から熱交換器５７を通る副吸気通路６１に流して加熱し、切替弁５９を介して、吸気マニホールド５５に供給するようになっている。
【００１１】
このマリンエンジン５１のアイドリング時の吸気は、エンジン冷却水で加熱されるため、図２のマリンエンジンに比べて、吸気の冷却をより防止できる利点がある。
【００１２】
【特許文献１】
実願昭５１−１３２０９４号（実開昭５３−５０３１３号）のマイクロフィルム
【特許文献２】
実公平７−７５７３号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の手段のうち図２のエンジンにおいては、吸気が海水により冷却されないだけで、その吸気温度は吸気の過冷却を避けるのに十分ではなく、吸気を加熱する必要があった。
【００１４】
また、図３のエンジンにおいては、吸気を加熱しているため、図２のエンジンに比べて、過冷却を防止できるものの、吸気口にはターボチャージャ５２が接続されており、アイドリング時の排気ガス量が少ないため、ターボチャージャ５２が充分駆動されず、コンプレッサ５２ｂによる吸気量は僅かであり、またそのコンプレッサ５２ｂが吸気抵抗となって十分な吸気量をエンジンに供給できないため、熱交換器５７で加熱しても十分な加熱量は得られない問題があった。
【００１５】
本発明の目的は、上記課題を解決し、アイドリング時の吸気量を確保しつつ、これを充分加熱できるマリンエンジンの吸気装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、エンジンの排気ガスで駆動されるターボチャージャと、吸気を海水で冷却するインタクーラとを有するマリンエンジンの吸気装置において、上記インタクーラからエンジンに至る主吸気通路に接続された副吸気通路と、上記副吸気通路上には、吸気をエンジン冷却水によって加熱するための吸気加熱用熱交換器と、必要に応じて副吸気通路を大気と連通するための開閉弁とを備えたことを特徴とするマリンエンジンの吸気装置である。
【００１７】
請求項２の発明は、アイドリング時の回転数を検出して、上記副吸気通路を大気と連通させ、吸気をエンジン側に供給するように制御することを特徴とする請求項１に記載のマリンエンジンの吸気装置である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１に示すように、エンジン１は、エンジン１に吸気を供給するための吸気マニホールド２、およびエンジン１からの排気ガスを排出するための排気マニホールド３が接続されている。エンジン１は、６個の燃焼室を備えており、吸気マニホールド２および排気マニホールド３のエンジン１との接続部は、それぞれの燃焼室へ吸気又は燃焼室から排気を行うため、図示例にあっては６個分に分岐されている。
【００２０】
また、排気マニホールド３には、排気ガスをエンジン冷却水で冷却するための排気ガス冷却用熱交換器４、エンジン１の排気ガスで駆動されるターボチャージャ５のタービン５ａが接続されている。このターボチャージャ５は、吸気を吸い込むための吸気口５ｄ、排気ガスを排出するための排気口５ｅ、吸気を昇圧するためのコンプレッサ５ｂ、排気ガスによりコンプレッサ５ｂを駆動するためのタービン５ａ、およびコンプレッサ５ｂとタービン５ａを接続するためのセンタシャフト部５ｃを備えている。
【００２１】
そして、吸気マニホールド２には、吸気を吸気マニホールド２へ流すための下流側主吸気通路６、吸気を海水で冷却するためのインタクーラ７、吸気を流すための主吸気通路８を経て、ターボチャージャ５のコンプレッサ５ｂに接続されている。
【００２２】
吸気は、ターボチャージャ５の吸気口５ｄより吸気され、コンプレッサ５ｂで昇圧される。昇圧された吸気は、主吸気通路８より、インタクーラ７、下流側主吸気通路６および吸気マニホールド２を経て、エンジン１へと送り込まれる。そして、エンジン１からは、排気ガスが排出され、排気マニホールド３、ターボチャージャ５のタービン５ｃおよび排気口５ｅを経て、外部へと排出される。
【００２３】
図１のエンジン１は、海水を汲み上げるため、海水を取り入れるための取水口９、海水を汲み上げるための海水ポンプ１０を備えており、インタクーラ７、およびエンジン冷却水を海水により冷却するためのエンジン冷却水冷却用熱交換器１１が海水通路１２でそれぞれが接続されている。
【００２４】
インタクーラ７は、海水を取り入れるための入口部７ａ、複数本の海水通路７ｂ、海水を排出するための出口部７ｃ、吸気を流すための吸気通路７ｄを備えている。吸気は、吸気通路７ｄを流れ、海水通路７ｂを流れる海水により、冷却される。
【００２５】
また、エンジン冷却水冷却用熱交換器１１は、海水を取り入れるための入口部１１ａ、複数本の海水通路１１ｂ、海水を排出するための出口部１１ｃ、エンジン冷却水を流すためのエンジン冷却水通路１１ｄを備えている。
【００２６】
エンジン冷却水は、エンジン冷却水通路１１ｄを流れ、海水通路１１ｂを流れる海水により、冷却される。海水は、海水ポンプ１０を駆動することにより、取水口９より汲み上げられる。そして、インタクーラ７、下流側の海水通路１２、エンジン冷却水冷却用熱交換器１１を経て、排出口１１ｃより排出される。
【００２７】
図１のエンジン１を冷却するためのエンジン冷却水は、エンジン１の内部および排気ガスの冷却を行うため、排気ガス冷却用熱交換器４、および海水と熱交換するエンジン冷却水冷却用熱交換器１１を循環するように構成されている。エンジン１には、分岐１３を介して、エンジン冷却水をエンジン冷却水冷却用熱交換器１１に流すためのエンジン冷却水通路１４ａ、および後述する吸気を加熱するための吸気加熱用熱交換器１５に流すためのエンジン冷却水通路１４ｂが接続されている。エンジン冷却水通路１４ａは、排気ガス冷却用熱交換器４に接続されており、サーモスタット２２を介して、エンジン冷却水をエンジン冷却水冷却用熱交換器１１に流すためのエンジン冷却水通路１４ｃ、およびエンジン冷却水をエンジンに流すためのエンジン冷却水通路１４ｄに接続されている。
【００２８】
エンジン冷却水冷却用熱交換器１１の出口には、エンジン冷却水をエンジン１に取り入れるためのポンプ１６を介して、エンジン１の内部へエンジン冷却水を流すエンジン冷却水通路１４ｅに接続されている。また、エンジン冷却水通路１４ｄは、エンジン冷却水通路１４ｅに接続されている。また、エンジン冷却水通路１４ｂは、吸気加熱用熱交換器１５、およびエンジン冷却水をエンジン冷却水通路１４ｃに流すためのエンジン冷却水通路１４ｆが接続されている。
【００２９】
エンジン１の内部を循環したエンジン冷却水は、分岐１３において、エンジン冷却水通路１４ａおよびエンジン冷却水通路１４ｂへと流れる。エンジン冷却水通路１４ａへと流れたエンジン冷却水は、排気ガス冷却用熱交換器４を経てサーモスタット２２へ流れる。ここで、エンジン冷却水は、エンジン冷却水通路１４ｃ又はエンジン冷却水通路１４ｄを経てエンジン冷却水通路１４ｅへと流れる。
エンジン冷却水通路１４ｃへと流れたエンジン冷却水は、エンジン冷却水冷却用熱交換器１１を経てポンプ１６によりエンジン冷却水通路１４ｅへと送り込まれる。他方、エンジン冷却水通路１４ｂへと流れたエンジン冷却水は、吸気加熱用熱交換器１５、エンジン冷却水通路１４ｆを経て、エンジン冷却水通路１４ｃへ流される。
【００３０】
さて、本発明においては、インタクーラ７からエンジン１の吸気マニホールド２に至る下流側主吸気通路６に、最上流側が大気開放された副吸気口１７を有する副吸気通路１８が接続され、その副吸気通路１８に吸気をエンジン冷却水により加熱するための吸気加熱用熱交換器１５を接続したものである。
【００３１】
この吸気加熱用熱交換器１５は、エンジン１の内部を通過したエンジン冷却水を取り入れるための入口部１５ａ、複数本のエンジン冷却水通路１５ｂ、エンジン冷却水を排出するための出口部１５ｃ、吸気を流すための吸気通路１５ｄを備えている。
【００３２】
また、副吸気通路１８には、副吸気通路１８を大気に連通するための吸気加熱用の開閉弁１９が備えられる。この開閉弁１９は、副吸気通路１８の管路径、および下流側主吸気通路６と副吸気通路１８との接続角度によっては必ずしも備える必要はなく、必要に応じて備えるようにする。開閉弁１９には、エンジン回転数センサ２０を備えた開閉弁制御装置２１が接続されている。
【００３３】
副吸気通路１８は、ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａの吸気抵抗より十分低くなっており、副吸気通路１８が大気と連通された時に、エンジン１の吸入力に応じて、吸気が副吸気口１７より吸い込まれる。また、吸気加熱用熱交換器１５には、エンジン冷却水が常時供給されるが、アイドリング時にのみエンジン冷却水を吸気加熱用熱交換器１５に流すように構成しても良い。
【００３４】
次に本発明の作用を説明する。
【００３５】
定格運転時は、エンジン１からの排気ガスがターボチャージャ５のタービン５ａに送り込まれて、コンプレッサ５ｂが駆動される。そして、吸気は、吸気口５ｄから吸気され、コンプレッサ５ｂによって昇圧され、主吸気通路８を通って、インタクーラ７に流れる。
【００３６】
このインタクーラ７において、吸気は、海水との熱交換により冷却された後、下流側主吸気通路６、吸気マニホールド２を通って、エンジン１に送り込まれる。その後、エンジン１から排出され、排気マニホールド３、タービン５ａを介して、排気口５ｅから排出される。
【００３７】
海水は、海水ポンプ１０より、海水通路１２を通り、インタクーラ７に流れて、吸気を冷却し、さらに下流側の海水通路１２よりエンジン冷却水冷却用熱交換器１１に流れ、排出口１１ｃから排出される。エンジン冷却水は、エンジン冷却水通路１４ａを通って、排気ガス冷却用熱交換器４に流れ、そこで、排気ガスを冷却した後、サーモスタット２２に至り、そのエンジン冷却水の温度に応じて、エンジン冷却水通路１４ｃ又は１４ｄに流れるかが切り替えられる。
【００３８】
定格運転時は、サーモスタット２２は、エンジン冷却水通路１４ｃにエンジン冷却水が流れるようにし、エンジン冷却水は、エンジン冷却水冷却用熱交換器１１に流れ、海水で冷却されてポンプ１６を通して、エンジン１に戻される。
【００３９】
次に、アイドリング時について説明する。
【００４０】
アイドリング時のエンジン１の回転数は、エンジン回転数センサ２０により、検出され、開閉弁制御装置２１に送られる。開閉弁制御装置２１は、エンジン回転数センサ２０のエンジン回転数からエンジン１がアイドリング運転になっていることを判断し、開閉弁１９を開放することにより、副吸気通路１８を大気と連通させる。
【００４１】
副吸気通路１８が大気に連通されると、吸気は、副吸気口１７より副吸気通路１８を通って、下流側主吸気通路６に流れる。この副吸気通路１８から吸気される吸気は、エンジン１の吸入力に応じた吸気量となる。また、副吸気通路１８の吸気抵抗は、コンプレッサ５ｂを通して、主吸気通路８に吸気される吸気抵抗より十分低いため、吸気は、主に副吸気通路１８を通して吸気される。
【００４２】
副吸気通路１８を通る吸気は、吸気加熱用熱交換器１５内でエンジン冷却水により加熱されて、下流側主吸気通路６を介して、エンジン１に流れる。このエンジン冷却水で加熱された吸気は、エンジン１のアイドリング回転数に応じた吸気量となるため、十分な熱量があり、白煙と未燃燃料の排出が防止できる。
【００４３】
また、エンジン冷却水は、サーモスタット２２によりエンジン冷却水通路１４ｄ側に流路が切り替えられるため、エンジン冷却水冷却用熱交換器１１を通って海水で冷却されることなく、エンジン１内に戻され、過冷却になることが防止されて、吸気加熱用熱交換器１５に供給される。よって、吸気加熱用熱交換器１５による副吸気通路１８の吸気の加熱量は、十分な熱量が確保される。
【００４４】
上述の実施の形態においては、開閉弁１９をアイドリング時に開閉弁制御装置２１にて開放し、副吸気通路１８を大気に連通するようにしたが、副吸気通路１８には開閉弁１９を必ずしも備えなくてもよい。
【００４５】
すなわち、副吸気通路１８の管路径は、アイドリング時の吸気量を確保する程度であればよく、その管路径は十分小さい。また、下流側主吸気通路６との副吸気通路１８との接続角度を、例えば図示のように垂直とすると、定格運転時には、吸気は、下流側主吸気通路６を十分な流速で流れており、管路径が小さく、開口部が下流側主吸気通路６に対して垂直に向いている副吸気通路１８へはほとんど漏れないため、開閉弁１９を備えなくてもよい。
【００４６】
このように、下流側主吸気通路６に副吸気通路１８を接続することで、アイドリング時に十分な吸気量が得られると共に、十分な吸気加熱が行えるため、白煙と未燃燃料の排出が防止できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、アイドリング時に主吸気通路とは別個に副吸気通路から吸気を導入して、その吸気を加熱することにより、白煙及び生燃料の排出を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態を示すマリンエンジンの吸気装置の構成図である。
【図２】従来のマリンエンジンの吸気装置の構成図である。
【図３】同じく従来のマリンエンジンの吸気装置の構成図である。
【符号の説明】
１ エンジン
８ 主吸気通路
１５ 吸気加熱用熱交換器
１７ 副吸気口
１８ 副吸気通路
１９ 開閉弁
２０ エンジン回転数センサ
２１ 開閉弁制御装置

Claims (2)

1. エンジンの排気ガスで駆動されるターボチャージャと、吸気を海水で冷却するインタクーラとを有するマリンエンジンの吸気装置において、上記インタクーラからエンジンに至る主吸気通路に接続された副吸気通路と、上記副吸気通路上には、吸気をエンジン冷却水によって加熱するための吸気加熱用熱交換器と、必要に応じて副吸気通路を大気と連通するための開閉弁とを備えたことを特徴とするマリンエンジンの吸気装置。
2. アイドリング時の回転数を検出して、上記副吸気通路を大気と連通させ、吸気をエンジン側に供給するように制御することを特徴とする請求項１記載のマリンエンジンの吸気装置。

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