JP2001254629A - ターボチャージャ用試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターボチャージャ１の試験を、安全に、且つ
安定した状態で行なえる様にする。 【解決手段】 コンプレッサから給気通路１３内に送り
込み、電熱ヒータ１４により加熱した高温空気を、上記
ターボチャージャ１のタービン４を設置したタービン室
６内に送り込む。このタービン室６を通過した空気は、
途中に冷却器２１を設けた排気通路１９を通じて排出す
る。上記タービン室６を迂回するバイパス通路１２ａを
設け、第一、第二の調整弁２４、２５の開閉に基づき、
上記タービン室６内に空気を流通させるか否かを制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明に係るターボチャー
ジャ用試験装置は、エンジンを過給する為のターボチャ
ージャの回転軸（タービン軸）を支持する為の軸受（一
般的には玉軸受）の性能、即ち、運転時の動トルク、或
は耐久性等を測定する為に使用する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンを過給する為のターボチャージ
ャのタービン軸を支持する為の軸受は、使用時の最高温
度が３００℃程度になり、同じく最高回転速度は２０万
min^-1（r.p.m.）程度に達する。この様な厳しい条件で
使用される軸受の性能を知る為には、実際の使用状態に
即した運転状態を造り出し、この軸受の状態を測定する
必要がある。

【０００３】この様な場合に使用するターボチャージャ
用試験装置として従来から、特開平１０−１９６３８３
号公報に記載されたものが知られている。図２は、この
公報に記載されたターボチャージャ用試験装置を示して
いる。被試験物であるターボチャージャ１は、軸受２、
２により回転自在に支持されたタービン軸３の一端部
（図２の上端部）にタービン４を、他端部（図２の下端
部）にインペラ５を、それぞれ固定している。この様な
ターボチャージャ１を実際にエンジンに装着する場合に
は、上記タービン４を排気系路中に、上記インペラ５を
給気系路中に、それぞれ設ける。そして、排気の運動エ
ネルギにより圧縮した空気を上記エンジンに送り込む。
又、上記インペラ５は、コンプレッサ室２０内で回転し
て、実際に空気の圧縮を行なう。

【０００４】上述の様なターボチャージャ１を構成する
上記軸受２、２の性能を測定する為に、上記試験装置で
は、上記タービン４を収納したタービン室６内に、燃焼
器７で発生した高温の燃焼ガスを送り込み、このタービ
ン室６を通過した燃焼ガスを、途中に冷却器８と開閉弁
９とを設けた排出通路１０を通じて排出自在としてい
る。又、この排出通路１０と並列に、途中に冷却器８ａ
と流量調整弁１１とを接続したバイパス通路１２を設け
ている。従って、上記タービン室６を通過する高温の燃
焼ガスの流量は、上記流量調整弁１１の開度を変える事
により調節自在である。

【０００５】上述の様に構成する従来のターボチャージ
ャ用試験装置によれば、上記タービン４を、実際のエン
ジンから排出される高温の排気と同様に高温の燃焼ガス
により回転駆動できる。この為、上記ターボチャージャ
１を構成する軸受２、２を、実際の運転条件に即して判
定するシミュレーションを行なう事ができて、上記ター
ボチャージャ１の性能向上に有用なデータを得る事がで
きる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図２に示した従来構造
の場合、タービン４を実際の使用状態に即した高温の気
体中に曝す為に、燃焼器７で灯油等の燃料を燃焼させる
事により発生する燃焼ガスを利用している。この為、長
時間連続運転する事による評価試験を行なう為には、大
量の燃料が必要になり、タンクの容量を大きくしたり、
途中で補給できる装置が必要になる為、運転経費や設備
費が嵩む。又、不完全燃焼に伴って発生する一酸化炭素
による中毒事故を防止する必要上、実験室内の換気設備
を十分に確保する必要がある為、この面からも運転経費
や設備費が嵩む。本発明は、この様な事情に鑑みて、低
コストで、しかも十分に実用に即した実験を行なえるタ
ーボチャージャ用試験装置を実現すべく発明したもので
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のターボチャージ
ャ用試験装置は、前述した従来から知られているターボ
チャージャ用試験装置と同様に、被試験物であるターボ
チャージャのタービンを収納自在なタービン室と、この
タービン室にその下流端を通じさせた給気通路と、この
給気通路に高温の作動空気を送り込む為の高温空気供給
装置と、上記タービン室にその上流端を通じさせた排気
通路とを備える。特に、本発明のターボチャージャ用試
験装置に於いては、上記高温空気供給装置は、上記給気
通路内に圧縮空気を送り込む為の圧縮空気供給装置と、
この圧縮空気供給装置により上記給気通路内に送り込ま
れた圧縮空気を加熱する電熱ヒータとを備える。

【０００８】又、好ましくは、請求項２に記載した様
に、上記基本構成に加えて、上記給気通路の中間部で電
熱ヒータとタービン室との間部分にその上流端を分岐接
続したバイパス通路と、このバイパス通路の途中に設け
た第一の調整弁と、上記給気通路の中間部でこのバイパ
ス通路の分岐部と上記タービン室との間に設けた第二の
調整弁と、このバイパス通路及び排気通路の下流端に設
けられ、これら両通路から吐き出される空気を冷却する
水冷式の冷却器と、この冷却器から排出される空気を排
出する為の送風機とを備える。

【０００９】

【作用】上述の様に構成する本発明のターボチャージャ
用試験装置によれば、燃料切れや一酸化炭素中毒の心配
なく、長時間に亙ってターボチャージャの試験を、実際
の使用状態に即して行なえる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態の１
例を示している。被試験物であるターボチャージャ１の
タービン４を収納自在なタービン室６の上流端（図１の
左端）に、給気通路１３の下流端（図１の右端）を通じ
させている。この給気通路１３の上流端は、圧縮空気供
給装置である、図示しないエアコンプレッサの吐出口に
通じさせて、上記給気通路１３内に圧縮空気を送り込み
自在としている。又、この給気通路１３の途中には電熱
ヒータ１４を設けて、この給気通路１３内を送られる空
気を、最高５００℃程度にまで加熱自在としている。上
記エアコンプレッサと上記電熱ヒータ１４とが、高温空
気供給装置を構成する。尚、上記電熱ヒータ１４を通過
後の圧縮空気の温度は、この電熱ヒータ１４への通電量
に基づいて調節自在である。

【００１１】又、上記給気通路１３の途中で、上記コン
プレッサと上記電熱ヒータ１４との間部分には、このコ
ンプレッサの側から順に、フィルタ１５と、オイルミス
トセパレータ２８と、減圧弁１６と、流量計１７と、流
量調整弁１８とを、互いに直列に設けている。このうち
のフィルタ１５は、上記コンプレッサから上記給気流路
１３内に送り込まれる圧縮空気中の異物を捕集し、この
異物が上記タービン室６内に送り込まれない様にする。
又、上記オイルミストセパレータ２８は、上記コンプレ
ッサから吐出される圧縮空気中に含まれるオイルミスト
を捕集し、上記電熱ヒータ１４の熱線への油付着を防止
し、この電熱ヒータ１４の寿命延長を図る。又、上記減
圧弁１６は、上記コンプレッサから上記給気流路１３内
に送り込まれる圧縮空気の圧力を、自動車用エンジンか
ら排出される排気の圧力程度にまで減圧してから、上記
タービン室６に向け吐出する。又、上記流量調整弁１８
は、上記流量計１７により計測される、このタービン室
６内に送り込む圧縮空気の量を調節する。尚、上記各構
成部品１５〜１８は、何れも上記電熱ヒータ１４の上流
側に配置しているので、特に耐熱性を持たせる必要はな
い。

【００１２】一方、上記タービン室６の下流端（図１の
右端）には、排気通路１９の上流端を通じさせている。
この排気通路１９の途中には、この排気通路１９内を通
過する空気を冷却する冷却器２１と、この冷却器２１か
ら排出される空気を排出する為の送風機２２とを、上記
タービン室６の側から順番に、互いに直列に設けてい
る。このうちの冷却器２１は、高い冷却能力を有する水
冷式のもので、水と上記空気との熱交換を行なって、上
記タービン室６から排出される空気を冷却して（例え
ば、前述の様に５００℃程度の高温の空気を１００℃程
度にまで温度低下させて）してから、上記送風機２２を
通じて外部に排出する。この送風機２２に送られる空気
は、上記冷却器２１を通過して温度低下したものである
から、この送風機２２に高度の耐熱性を持たせる必要は
ない。

【００１３】尚、上記冷却器２１を設ける分、上記排気
通路１９の通気抵抗が増大するが、上記送風機２２を設
ける事により、この通気抵抗の増大分を補償できる。即
ち、この送風機２２を適切な速度で運転し、上記冷却器
２１を通じて上記タービン室６から空気を吸引し更に排
出する為、このタービン室６の背圧を低くして、前記タ
ーボチャージャ１の運転を、実際のエンジンに組み付け
た場合に即した状態で行なえる。尚、実際の自動車用エ
ンジンの場合も、ターボチャージャーの下流側には、背
圧上昇の原因となる触媒コンバータや消音器が存在す
る。従って、実際の使用状態を考慮した場合でも、上記
タービン室６の背圧を極端に低くする必要はない。何れ
にしても、上記背圧の上昇をより効果的に抑え、上記タ
ービン室６内の空気の流れを円滑にする為には、上記排
気通路１９の内径を前記給気通路１３の内径よりも十分
に（例えば５倍以上）大きくする事も有効である。

【００１４】更に、図示の例では、上記給気通路１３の
中間部で前記電熱ヒータ１４と上記タービン室６との間
部分に、バイパス通路１２ａの上流端を分岐接続してい
る。そして、このバイパス通路１２ａの下流端を、上記
排気通路１９の途中で、上記タービン室６と上記冷却器
２１との間部分に接続している。この下流端側の接続部
には混合器２３を設けて、上記排気通路１９を送られて
くる空気と、上記バイパス通路１２ａを送られてくる空
気とを混合自在としている。従って、次述する第一、第
二の調整弁２４、２５が何れも解放されている状態で
は、上記冷却器２１には、上記両通路１９、１２ａを送
られてくる空気が混ざり合った空気が送られる。

【００１５】上記バイパス通路１２ａの途中には第一の
調整弁２４を、上記給気通路１３の中間部でこのバイパ
ス通路１２ａの分岐部と上記タービン室６との間には第
二の調整弁２５を、それぞれ設けている。図示の例で
は、これら第一、第二の調整弁２４、２５は、圧縮空気
の給排に基づいて作動するアクチュエータにより流路を
開閉する弁本体２６と、このアクチュエータへの圧縮空
気の給排状態を切り替える電磁切換弁２７とから成る。
このうちの電磁切換弁２７は、上記給気通路１３内を流
れる空気の熱の影響がない部分に設置するので、特に耐
熱性を考慮する必要はない。又、上記弁本体２６は圧縮
空気により駆動されるもので、特に電気部品を組み込ん
でいない為、十分な耐熱性を有する。

【００１６】上述の様に構成する本発明のターボチャー
ジャ用試験装置により、軸受２、２等のターボチャージ
ャ１の構成部品の性能を試験する作業は、次の様にして
行なう。尚、このターボチャージャ１の性能試験は、上
記タービン室６内に高温の空気を流通させる事により行
なう耐熱性試験の他、このタービン室６内に流通させる
空気の量を変化させて、タービン４を固定したタービン
軸３の回転速度の追従性を測定する試験、更には上記タ
ービン室６内を流通する空気の量を急激に変化させて上
記タービン軸３を急停止或は急起動させる試験等があ
る。以下、それぞれに就いて説明する。尚、何れの試験
を行なう場合でも、前記電熱ヒータ１４に通電して、上
記タービン室６内を流通させる空気を加温する。

【００１７】先ず、耐熱性試験及び速度追従性試験の場
合には、前記バイパス通路１２ａの途中の第一の調整弁
２４を閉じ、上記給気通路１３の途中の第二の調整弁２
５を開いた状態で、上記タービン室６内に高温の圧縮空
気を送り込む。この結果、上記タービン４及びタービン
軸３が、高速で回転する。上記タービン室６内に送り込
む圧縮空気の量を変えれば、上記タービン４及びタービ
ン軸３の回転速度が変化する為、前記流量計１７の測定
値と上記タービン軸３の回転速度との関係から、上記速
度追従性を知る事ができる。この際、上記タービン室６
内に送り込む圧縮空気の温度は上記電熱ヒータ１４への
通電量を制御する事により、この圧縮空気の量は前記流
量調整弁１８の開度を制御する事により、それぞれ調整
する。

【００１８】上述の様な試験の途中で、前記ターボチャ
ージャ１に軸受２、２の焼き付き等の不具合が発生する
場合がある。この様な場合には、上記タービン４が上記
タービン室６内で停止したまま回転しなくなるので、こ
のタービン室６部分の通気抵抗が極端に高くなる。この
様な状態でそのまま試験を続行すると、上記電熱ヒータ
１４が過熱し、この電熱ヒータ１４が焼き切れる可能性
がある。そこで、本例のターボチャージャ用試験装置の
場合、上記電熱ヒータ１４への通電状態で上記タービン
軸３の回転が停止した場合には、それまで閉じていた、
前記バイパス通路１２ａの途中の第一の調整弁２４を解
放し、上記電熱ヒータ１４に十分な量の空気が流通する
様にする。この際、上記給気通路１３の途中の第二の調
整弁２５の開閉状態は問わない。この様にして、試験途
中で上記ターボチャージャ１が回転しなくなった場合で
も、上記電熱ヒータ１４が過熱するのを防止できる為、
過熱源として電熱ヒータ１４を使用した場合でも、十分
な信頼性確保を図れる。

【００１９】次に、上記タービン室６内を流通する空気
の量を急激に変化させる試験を行なう際には、上記バイ
パス通路１２ａの途中の第一の調整弁２４を解放し、上
記給気通路１３の途中の第二の調整弁２５を閉じる第一
の状態と、反対に、上記バイパス通路１２ａの途中の第
一の調整弁２４を閉じ、上記給気通路１３の途中の第二
の調整弁２５を解放する第二の状態とを、交互に実現す
る。上記第一の状態では、上記タービン室６内に圧縮空
気が流れなくなり、上記タービン４及びタービン軸３が
停止する。これに対して、上記第二の状態では、上記タ
ービン室６内に圧縮空気が流れ、上記タービン４及びタ
ービン軸３が高速回転する。上記第一の状態と上記第二
の状態との切り替えは瞬時に行なえるので、上記タービ
ン室６内への圧縮空気の供給開始と供給停止とも瞬時に
行なう事ができて、上記タービン４及びタービン軸３の
急停止及び急起動を行なえる。

【００２０】この様に、これらタービン４及びタービン
軸３の起動、停止を急激に、しかも繰り返し行なう場合
でも、前記電熱ヒータ１４への通電は継続したままにで
きる。この為、この電熱ヒータ１４の耐久性を十分に確
保できる。即ち、上記起動、停止を繰り返す事は、前記
エアコンプレッサ等の圧縮空気供給装置の運転、停止
と、上記電熱ヒータ１４のＯＮ、ＯＦＦとを同期させる
事でも行なえる。但し、この様に電熱ヒータ１４のＯ
Ｎ、ＯＦＦを繰り返し行なうと、この電熱ヒータ１４の
耐久性が悪化する。これに対して図示の例では、上記電
熱ヒータ１４への通電を継続したまま、上記タービン４
及びタービン軸３の起動、停止を行なえる。この為、タ
ーボチャージャ１の運転状態をシミュレーションする為
の高温空気を電熱ヒータ１４により得る構造で、しかも
この電熱ヒータ１４の耐久性を確保できる。

【００２１】

【発明の効果】本発明のターボチャージャ用試験装置
は、以上に述べた通り構成され作用するので、前述した
従来構造の様に、燃焼器により高温の空気を得る構造と
は異なり、燃料切れや一酸化炭素中毒の心配なく、長時
間に亙ってターボチャージャの試験を、実際の使用状態
に即して行なえる。しかも、運転経費や設備費を少なく
抑える事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例を示す配管図。

【図２】従来構造の１例を示す配管図。

【符号の説明】

１ ターボチャージャ ２ 軸受 ３ タービン軸 ４ タービン ５ インペラ ６ タービン室 ７ 燃焼器 ８、８ａ 冷却器 ９ 開閉弁 １０ 排出通路 １１ 流量調整弁 １２、１２ａ バイパス通路 １３ 給気通路 １４ 電熱ヒータ １５ フィルタ １６ 減圧弁 １７ 流量計 １８ 流量調整弁 １９ 排気通路 ２０ コンプレッサ室 ２１ 冷却器 ２２ 送風機 ２３ 混合器 ２４ 第一の調整弁 ２５ 第二の調整弁 ２６ 弁本体 ２７ 電磁切換弁 ２８ オイルミストセパレータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被試験物であるターボチャージャのター
   ビンを収納自在なタービン室と、このタービン室にその
   下流端を通じさせた給気通路と、この給気通路に高温の
   作動空気を送り込む為の高温空気供給装置と、上記ター
   ビン室にその上流端を通じさせた排気通路とを備えたタ
   ーボチャージャ用試験装置に於いて、上記高温空気供給
   装置は、上記給気通路内に圧縮空気を送り込む為の圧縮
   空気供給装置と、この圧縮空気供給装置により上記給気
   通路内に送り込まれた圧縮空気を加熱する電熱ヒータと
   を備える事を特徴とするターボチャージャ用試験装置。
2. 【請求項２】 給気通路の中間部で電熱ヒータとタービ
   ン室との間部分にその上流端を分岐接続したバイパス通
   路と、このバイパス通路の途中に設けた第一の調整弁
   と、上記給気通路の中間部でこのバイパス通路の分岐部
   と上記タービン室との間に設けた第二の調整弁と、この
   バイパス通路及び排気通路の下流端に設けられ、これら
   両通路から吐き出される空気を冷却する水冷式の冷却器
   と、この冷却器から排出される空気を排出する為の送風
   機とを備える、請求項１に記載したターボチャージャ用
   試験装置。