JP2004353589A

JP2004353589A - 水冷ターボチャージャの冷却機構

Info

Publication number: JP2004353589A
Application number: JP2003153767A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Okano; 野義徳岡
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】廉価で硫酸腐食を防止出来る水冷ターボチャージャの水冷機構の提供。
【解決手段】タービンケーシング（１）と、そのタービンケーシング（１）に接続されるエキゾーストマニフォールドアダプタ（２）と、タービンケーシング（１）を包囲するように形成されたタービン側ウォータジャケット（３）と、そのタービン側ウォータジャケット（３）の水入口（３ｉ）側と連通して接続され前記エキゾーストマニフォールドアダプタ（２）を包囲するように形成されたエキゾーストマニフォールド側ウォータジャケット（４）と、前記タービン側ウォータジャケット（３）の水出口（３ｏ）側と連通するように接続されたウォータアウトレット（５）とで構成される水冷ターボチャージャ（Ｔ）において、前記エキゾーストマニフォールド側ウォータジャケット（４）と前記ウォータアウトレット（５）とをウォータバイパスパイプ（６）で連通するように構成したことを特徴としている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンケーシング外周を水ジャケットで覆い、ジャケット内を流過する冷却水によって排気ガスを冷却する水冷ターボチャージャの冷却機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なコージェネレーション用ディーゼルエンジンには、タービンケーシング外周を水ジャケットで覆い、ジャケット内を流過する冷却水によって排気ガスを冷却する水冷ターボチャージャが用いられる。
【０００３】
ここでコージェネレーション用ディーゼルエンジンの特徴として、
（１）コージェネレーション用ではないディーゼルエンジンに比べてサーモスタットの設定温度が低く、従って冷却水の温度は低い、
（２）安価な燃料を使用するため、燃料中の硫黄含有量が多い、
（３）夜間運転が行われ、そのような場合には低負荷で排気温度が低い状態で運転されるケースが多い、
等がある。
【０００４】
上述の特徴が原因となって水冷ターボチャージャを流過する排気ガスは過冷され、水の露点以下になると排気ガス中に含まれる水と硫黄分が結合して硫酸が生成される。硫酸の生成はタービンケーシング内部の腐食の基となる。
【０００５】
従来の水冷ターボチャージャの冷却機構を図４に示す。
その冷却機構によれば、全体を符号Ｔｊで示す水冷ターボチャージャのエキゾーストマニフォールドアダプタ２に一体で形成された水ジャケット１２から更に１体で形成された第１および第２の２本の水パイプＰ１、Ｐ２によって水をターボチャージャ本体であるタービンケーシング１の外周を包囲するように形成されたタービン側水ジャケット３内を流過させ、ウォータアウトレット５を介して排出させ、その時の熱交換によってタービンケーシング１及びタービンケーシング１内を流れる排気ガスの温度を下げるように構成されている。
図３中、符号１ｏはタービンの排気ガス排出口を示す。また、符号８はターボチャージャ側とエキゾーストマニフォールド側の境界に設けられたエア抜き用の孔を示す。
【０００６】
この場合、タービン側水ジャケット３を流過する冷却水量が多く、タービンケーシング１内を流れる排気ガスが過度に冷やされ、上述した理由で硫酸が生成される（図中、ハッチングを施した領域）ために、タービンケーシング１内が硫酸腐食によって犯される場合があった。
図３中、白抜き矢印は排気ガスの流れを、矢印は冷却水の流れの方向を示している。
【０００７】
係る硫酸腐食を防止するべく、水ジャケット内の水温を一定に保つように温度調整器（サーモスタット）で水温を入口制御する方法が開示されている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）。
【０００８】
然るに、上記２件の開示例はともにサーモスタットハウジング及びサーモスタットを専用に新規で製作しなくてはならず、構造も複雑となってコストアップとなる。
【０００９】
【非特許文献１】
発明協会公開技報９９−８９２７号
【非特許文献２】
発明協会公開技報９９−８９２８号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の水冷ターボチャージャの冷却機構の目的は、廉価で硫酸腐食を防止出来る水冷ターボチャージャの水冷機構を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の水冷ターボチャージャの冷却機構は、タービンケーシング（１）と、そのタービンケーシング（１）に接続されるエキゾーストマニフォールドアダプタ（２）と、タービンケーシング（１）を包囲するように形成されたタービン側ウォータジャケット（３）と、そのタービン側ウォータジャケット（３）の水入口（３ｉ）側と連通して接続され前記エキゾーストマニフォールドアダプタ（２）を包囲するように形成されたエキゾーストマニフォールド側ウォータジャケット（４）と、前記タービン側ウォータジャケット（３）の水出口（３ｏ）側と連通するように接続されたウォータアウトレット（５）とで構成される水冷ターボチャージャ（Ｔ）において、前記エキゾーストマニフォールド側ウォータジャケット（４）と前記ウォータアウトレット（５）とをウォータバイパスパイプ（６）で連通するように構成したことを特徴としている（請求項１）。
【００１２】
前記ウォータバイパスパイプ（６）の流路面積（Ｓ６）は、前記タービン側ウォータジャケット（３）の水入口（３ｉ）の流路面積（Ｓｉ）、水出口（３ｏ）の流路面積（Ｓｏ）の何れよりも大きく形成されている（請求項２）。
尚、水入口（３ｉ）の流路面積（Ｓｉ）及び水出口（３ｏ）の流路面積（Ｓｏ）とは、何れも流路が複数の場合は複数合計の面積値を示すものとする。
【００１３】
そのように構成された本発明の水冷ターボチャージャの冷却機構によれば、エキゾーストマニフォールド側ウォータジャケット（４）と前記ウォータアウトレット（５）とをウォータバイパスパイプ（６）で連通するように構成したこと、及びウォータバイパスパイプ（６）の流路面積（Ｓ６）が、前記タービン側ウォータジャケット（３）の水入口（３ｉ）の流路面積（Ｓｉ）、水出口（３ｏ）の流路面積（Ｓｏ）の何れよりも大きく形成されていることによって、冷却水の多くがウォータバイパスパイプ（６）側を流れ、タービン側ウォータジャケット（３）側への冷却水が減少する。
タービン側ウォータジャケット（３）側への冷却水の減少によってタービンケーシング内の排気ガスの過冷却が防止出来、したがってタービンケース（１）の硫酸腐食の発生を防止することが出来る。
【００１４】
前記タービン側ウォータジャケット（３）の水入口（３ｉ）の流路面積（Ｓｉ）は、タービン側ウォータジャケット（３）の水出口（３ｏ）の流路面積（Ｓｏ）よりも大きく形成されている（請求項３）。
【００１５】
タービン側ウォータジャケット（３）の水入口（３ｉ）の流路面積（Ｓｉ）が、タービン側ウォータジャケット（３）の水出口（３ｏ）の流路面積（Ｓｏ）よりも大きく形成されていることによって、タービン側ウォータジャケット（３）内の冷却水による内圧が高まりウォータアウトレット側からタービン側ウォータジャケット（３）内への冷却水の逆流を阻止することが出来る。
ウォータアウトレット（５）側からタービン側ウォータジャケット（３）内への冷却水の逆流阻止によって排気ガスの過冷が防止出来、硫酸生成による腐食の発生を防止出来る。
【００１６】
前記タービン側ウォータジャケット（３）の水出口（３ｏ）にウォータアウトレット側からの冷却水の逆流を阻止するように逆流阻止手段（例えば逆止弁Ｖ）を介装している（請求項４）。
【００１７】
逆流阻止手段（例えば逆止弁Ｖ）を水出口（３ｏ）に介装することによって、ウォータアウトレット（５）からタービン側ウォータジャケット（３）内への冷却水の逆流を阻止することが出来る。
ウォータアウトレット（５）からタービン側ウォータジャケット（３）内への冷却水の逆流阻止によって排気ガスの過冷が防止出来、硫酸生成による腐食の発生を防止出来る。
【００１８】
現行のターボチャージャに対して、ウォータバイパスパイプ（６）や簡単な逆止弁（Ｖ）の追加は、小規模な改造に留まり、新規のターボチャージャの開発に比べ廉価である。
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
先ず、図１及び図２を参照して第１実施形態を説明する。
図１において、全体を符号Ｔで示す水冷ターボチャージャは、タービンケーシング１の排気流入口１ｉにエキゾーストマニフォールドアダプタ２が接続されている。
そして、エキゾーストマニフォールドアダプタ２を流過しタービンケーシング１の排気流入口１ｉからタービンケーシング１内に流入した排気ガスは、図示しないタービン翼車を回転させ、排気ガスの熱エネルギーを運動エネルギーに変換した後、排気排出口１ｏから図示しない排気管へ流れ込む。
【００２０】
前記タービンケーシング１にはタービンケーシング１を包囲するようにタービンケーシング１と一体でタービン側ウォータジャケット３が形成されている。
【００２１】
前記エキゾーストマニフォールドアダプタ２には、エキゾーストマニフォールドアダプタ２を包囲するようにエキゾーストマニフォールドアダプタ２と一体でエキゾーストマニフォールド側ウォータジャケット４が形成されている。
【００２２】
前記タービン側ウォータジャケット３の水入口３ｉ側は、前記エキゾーストマニフォールド側ウォータジャケット４の端部と連通して接続されており、前記タービン側ウォータジャケット３の水出口３ｏ側は、ウォータアウトレット５と連通するように接続されている。
そしてそのウォータアウトレット５の一端５ｏは、ウォータパイプ７に接続されている。
【００２３】前記エキゾーストマニフォールド側ウォータジャケット４と前記ウォータアウトレット５の他端５ｉとは、ウォータバイパスパイプ６で連通するように構成されている。
【００２４】
ここで、ウォータバイパスパイプ６の流路面積Ｓ６は、水入口３ｉの流路面積Ｓｉ、水出口の流路面積Ｓｏの双方よりも大きく形成されている。
即ち、Ｓ６＞Ｓｉ，Ｓｏである。
尚、水入口３ｉの流路面積Ｓｉ及び水出口３ｏの流路面積Ｓｏとは、何れも流路が複数の場合は複数合計の面積値を示すものとする。
【００２５】
そのように構成された第１実施形態の水冷ターボチャージャＴの冷却機構によれば、エキゾーストマニフォールド側ウォータジャケット４と前記ウォータアウトレット５とをウォータバイパスパイプ６で連通するように構成したこと、及びウォータバイパスパイプ６の流路面積Ｓ６が、前記タービン側ウォータジャケット３の水入口３ｉの流路面積Ｓｉ、水出口３ｏの流路面積Ｓｏの何れよりも大きく形成されていることによって、冷却水の多くがウォータバイパスパイプ６側を流れ、タービン側ウォータジャケット３側への冷却水が減少する。
タービン側ウォータジャケット３側への冷却水の減少によってタービンケーシング内の排気ガスの過冷却が防止出来、したがってタービンケース１における硫酸生成による腐食の発生を防止出来る。
【００２６】
さらにタービン側ウォータジャケット３の水入口３ｉの流路面積Ｓｉと水出口の流路面積Ｓｏとを比較した場合、Ｓｉ＞Ｓｏ（水入口３ｉの流路面積Ｓｉの方が水出口の流路面積Ｓｏよりも大）の関係が成り立つように形成されている。
【００２７】
タービン側ウォータジャケット３の水入口３ｉの流路面積Ｓｉが、水出口３ｏの流路面積Ｓｏよりも大きく形成されていることによって、タービン側ウォータジャケット３内の冷却水による内圧が高まりウォータアウトレット５側からタービン側ウォータジャケット３内への冷却水の逆流を阻止することが出来る。
ウォータアウトレット５側からタービン側ウォータジャケット３内への冷却水の逆流の阻止によって、排気ガスの過冷却が防止出来、したがってタービンケース１における硫酸生成による腐食の発生を防止出来る。
【００２８】
以上、図１の実施例は水出口が一箇所の実施形態である。
図２で示す他の実施例は図１の実施例に対して、水出口を３ａ、３ｂ、３ｃ（面積は各々Ｓｏ１、Ｓｏ２、Ｓｏ３）の３箇所に分散した実施例である。
３箇所に分散させた水出口の流路面積の合計をΣＳｏ（＝Ｓｏ１＋Ｓｏ２＋Ｓｏ３）とすれば、Ｓ６＞ΣＳｏの関係が成り立つ。
図２の実施例は、水出口を３箇所に分散したことを除けば図１に示す実施例と同様である。
【００２９】
次に図３を参照して、第２実施形態を説明する。
図３の第２実施形態は、図１の第１実施形態に対して、水出口のあった位置に逆止弁Ｖを介装した実施形態である。逆止弁Ｖを水出口位置に介装した以外は図１の第１実施形態と実質的に同様である。
【００３０】
逆止弁Ｖを水出口３ｏに介装することによって、ウォータアウトレット５側からタービン側ウォータジャケット３内への冷却水の逆流を阻止することが出来る。
ウォータアウトレット５側からタービン側ウォータジャケット３内への冷却水の逆流の阻止によって、排気ガスの過冷却が防止出来、したがってタービンケース１における硫酸生成による腐食の発生を防止出来る。
【００３１】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付言する。
例えば、図１の実施例においてタービン側ウォータジャケット３の上部（図中Ｃで示す部分）を延長する、或いは分割してアタッチメントを介装してウォータジャケット３とウォータアウトレット５を遠ざけることにより、ウォータアウトレット５側からの冷却水の逆流を阻止するように構成してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の作用効果を、以下に列挙する。
（１）エキゾーストマニフォールド側ウォータジャケットとウォータアウトレットとをウォータバイパスパイプで連通するように構成したこと、及びウォータバイパスパイプの流路面積が、前記タービン側ウォータジャケットの水入口の流路面積、水出口の流路面積の何れよりも大きく形成されていることによって、冷却水の多くがウォータバイパスパイプ側を流れ、タービン側ウォータジャケット側への冷却水が減少する。タービン側ウォータジャケット側への冷却水の減少によってタービンケーシング内の排気ガスの過冷却が防止出来、したがってタービンケースの硫酸生成による硫酸腐食の発生を防止することが出来る。
（２）タービン側ウォータジャケットの水入口の流路面積が、水出口の流路面積よりも大きく形成されていることによって、タービン側ウォータジャケット内の冷却水による内圧が高まりウォータアウトレット側からタービン側ウォータジャケット内への冷却水の逆流を阻止することが出来、排気ガスの過冷が防止出来る。排気ガスの過冷が防止出来るので、タービンケースの硫酸生成による硫酸腐食の発生を防止することが出来る。
（３）逆流阻止手段を水出口に介装することによって、ウォータアウトレット側からタービン側ウォータジャケット内への冷却水の逆流を阻止することが出来る。排気ガスの過冷が防止出来るので、タービンケースの硫酸生成による硫酸腐食の発生を防止することが出来る。
（４）現行のターボチャージャに対して、ウォータバイパスパイプや逆止弁のような簡単な逆流防止手段の追加をするだけでよく、小規模な改造に留まり、新規のターボチャージャの開発に比べ廉価である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の水冷ターボチャージャの一実施例の構成を示す断面図。
【図２】本発明の第１実施形態の水冷ターボチャージャの他の実施例の構成を示す断面図。
【図３】本発明の第２実施形態の水冷ターボチャージャの部分断面図。
【図４】従来技術による水冷ターボチャージャの構成を示す断面図。
【符号の説明】
１・・・タービンケーシング
２・・・エキゾーストマニフォールドアダプタ
３・・・タービン側ウォータジャケット
３ｉ・・・水入口
３ｏ・・・水出口
４・・・エキゾーストマニフォールド側ウォータジャケット
５・・・ウォータアウトレット
６・・・ウォータバイパスパイプ
７・・・ウォータパイプ
Ｔ・・・水冷ターボチャージャ

Claims

タービンケーシングと、そのタービンケーシングに接続されるエキゾーストマニフォールドアダプタと、タービンケーシングを包囲するように形成されたタービン側ウォータジャケットと、そのタービン側ウォータジャケットの水入口側と連通して接続され前記エキゾーストマニフォールドアダプタを包囲するように形成されたエキゾーストマニフォールド側ウォータジャケットと、前記タービン側ウォータジャケットの水出口側と連通するように接続されたウォータアウトレットとで構成される水冷ターボチャージャにおいて、前記エキゾーストマニフォールド側ウォータジャケットと前記ウォータアウトレットとをウォータバイパスパイプで連通するように構成したことを特徴とする水冷ターボチャージャの冷却機構。
前記ウォータバイパスパイプの流路面積は、前記タービン側ウォータジャケットの水入口の流路面積、水出口の流路面積の何れよりも大きく形成されている請求項１の水冷ターボチャージャの冷却機構。
前記タービン側ウォータジャケットの水入口の流路面積は、タービン側ウォータジャケットの水出口の流路面積よりも大きく形成されている請求項１、２の何れかの水冷ターボチャージャの冷却機構。
前記タービン側ウォータジャケットの水出口にウォータアウトレット側からの冷却水の逆流を阻止するように逆流阻止手段を介装した請求項１、２の何れかの水冷ターボチャージャの冷却機構。