JP2005256839A - 往復ピストン内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】共鳴型消音器を備えることなしに簡単かつコンパクトな構造の消音手段を維持し続け、それにも拘わらず高い消音作用および長寿命を特に多孔性材料の流出を甘受することなしに達成する。
【解決手段】少なくとも１つの排気ターボ過給機（６）を備え、その給気出口（１３）に連結管によって給気冷却器（１２）が接続され、排気ターボ過給機（６）に吸音型消音器の形で音の放出を減少させる手段が付設されている往復ピストン内燃機関において、排気ターボ過給機（６）の少なくとも１つの流れ案内部材内に、音を通す流出防止手段（２３）として構成され流れ通路を画成する内管壁が設けられ、その内管壁が外管（２４）によって半径方向に間隔を置いてほぼ同心的に取囲まれることによって少なくとも１つの環状室（２５）が形成され、環状室（２５）にアラミド繊維からなる吸音材が充填されている吸音型消音器（２１）が組込まれている。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも１つの排気ターボ過給機を備え、その給気出口に連結管によって給気冷却器が接続され、排気ターボ過給機に吸音型消音器の形で音の放出を減少させる手段が付設されている往復ピストン内燃機関、特に大型ディーゼル機関に関する。

過給機付き往復ピストン内燃機関においては、ターボ過給機の圧縮機によって脈動が発生され、給気管に伝達される。それによって生ずる騒音は共振体のように作用する給気冷却器のハウジングによって増幅される。

排気ターボ過給機内に発生する音の放出を特に危険にさらされる部材の遮音体によって減少させることが長い間研究されてきた。その場合、管またはハウジングの遮音体は、遮音体が管の全長に亘って又はハウジングの全表面に亘って取付けられる場合に限って有効な結果をもたらすことができる。しかし、それは構造的理由からしばしば不可能である。すなわち、遮音体は薄板で覆われた比較的分厚い遮音材層からなっている。このことは多くの構造空間を必要とするが、そのような空間はしばしば存在しない。さらに遮音体の取付けには比較的多くの労力を要する。その理由は、危険にさらされる管などへの接近が通常困難であるからである。さらに特に重大な欠点は、排気ターボ過給機の範囲に生ずる高温では遮音材が容易に分解し、その結果ある一定時間の後には遮音作用を果たさなくなることである。

この理由から、排気ターボ過給機の少なくとも１つの流れ案内部材にヘルムホルツ共鳴器の原理に基づく少なくとも１つの共鳴型消音器が設けられ、その共鳴型消音器は流れ通路から孔付き薄板によって分離された少なくとも１つの室を含み、孔付き薄板の孔の形状は予期される音波の波長に合わされ、その孔の割合は約０．５％〜１．５％の範囲内にあるようにする解決策が提案されている(例えば特許文献１参照）。

ヘルムホルツ共鳴器の原理に従って動作する共鳴型消音器はコンパクトな構造にも拘わらず多くの音エネルギーを吸収することができる。すなわち、孔付き薄板の各孔の範囲内には結果的に実質的にばねシステムや、質量システム、振動システムが生じ、そのため孔内に存在する流体質量が音波によって振動し、室内に存在する流体がばねとして作用する。孔付き薄板に対して０．５％〜１．５％の範囲の割合で孔が形成されている孔側壁に生ずる強い摩擦に基づいて、強い消音作用が生ずる。共鳴型消音器は半径方向にすなわち孔付き薄板に対して垂直な方向に、比較的わずかな構造空間しか必要としないので周辺部の導管およびハウジング等の範囲に有利に共鳴型消音器を配置することができる。むしろ、排気ターボ過給機内に直接組込むことも可能である。

ターボ過給機と給気冷却器との間に組込まれた吸音型消音器が公知である（例えば特許文献２参照）。そこでは、給気冷却器を接続するための入口連結管が過給機に設けられ、弾性のある多孔性材料からなる円筒状吸音部材と、延性および弾性を有する材料からなり開口を有する円筒状内管とを含む吸音型消音器が用いられている。

吸音材の材料としては孔が開口している発泡材が適していることが分かっている。このためにすでに無機質材料や、珪酸塩成分を含むガラス状のガラス繊維化合物も用いられている。

これらの材料は極めて多孔性であり、従って給気の高い流れ速度によってそれらの多孔性材料が流出し、給気冷却器の繊細な冷却フィンに堆積する欠点を持っている。必要な洗浄のために、給気冷却器の労力を要する解体が必要であり、さらに酸性浴内での洗浄を行うことが必要であるが、これはさらに労力を要し、非常に嫌われている。
独国特許第１９８１８８７３号明細書 西独特許第３５３１３５３号明細書

従って、本発明の課題は、冒頭に述べた型の往復ピストン内燃機関を、一方では共鳴型消音器を備えることなしに簡単かつコンパクトな構造の消音手段を維持し続け、他方ではそれにも拘わらず高い消音作用および長寿命を上述の欠点、特に多孔性材料の流出を甘受することなしに達成するように、簡単かつコスト的に手頃な手段を用いて改善することである。

この課題は請求項１の特徴部に記載の構成によって解決される。

本発明によれば、排気ターボ過給機の少なくとも１つの流れ案内部材内に、音を通す流出防止手段として構成され流れ通路を画成する内管壁が設けられ、その内管壁が外管によって半径方向に間隔を置いてほぼ同心的に取囲まれることによって少なくとも１つの環状室が形成され、環状室にアラミド繊維からなる吸音材が充填されている吸音型消音器が組込まれていることによって、上側周波数範囲≧１ｋＨにおいて良好な吸音特性が保証される。アラミド繊維はデュポン社の商品名“ケブラー”とも称され、ポリ（パラフェニレン・テレフタルアミド）で作られる。

アラミド繊維はガラス繊維（密度１．４４ｇ／ｃｍ³、引っ張り強度２，８００Ｎ／ｍｍ²）とほぼ同じ強度を持っているが、著しく延性が強い。アラミド繊維は破断するまで著しく強く伸ばすことができる。アラミド繊維は芳香族ポリアミドをベースにした有機化学繊維である。

この吸音型消音器の材料は（例えば高い流れ速度による）機械的な材料流出に対して高い抵抗を持っている。運転によって極微細粉塵粒子が発生するが、しかしそれは例えば工業的な粉塵吸入機によって容易に取除くことができる。特殊な機械を必要とせず、また酸性浴による嫌われる洗浄作業を必要としない。

さらにアラミド繊維は化学薬品に対して抵抗力が強く、難燃性つまり耐熱性である（約３００℃以上で初めて炭化または熱分解）。従って、通常、排気ターボ過給機管は２５０℃の温度を超えることがないので、消音材の融解または燃焼は排除することができる。

さらにまたアラミド繊維は安定しており（つまり長寿命であり）、細菌により腐敗することもほとんどない。これは凝縮水の発生時には計り知れないほど価値がある。

次に図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
図１は排気ターボ過給機を備えた大型ディーゼル機関の正面図、
図２は排気ターボ過給機の給気出口に接続され本発明の消音器を備えた導管の縦断面図を示す。

図１に示されている大型ディーゼル機関１は列状に配置された複数のシリンダ２を備えている。シリンダ２の排気出口３は全てのシリンダ２上に延びる排気マニホルド４に接続されている。排気マニホルド４から排気管５が排気ターボ過給機６に導かれている。排気ターボ過給機６は、シリンダ２に導入される給気の準備のために、排気によって駆動されるタービン７およびタービン７によって駆動される圧縮機８を含む。排気管５はタービン７の吸気連結管９に接続されている。タービン７の排気連結管１０は排気管路１１に連通している。

排気ターボ過給機６の圧縮機８の後に給気冷却器１２が配置されている。給気冷却器１２は管接続部を介して圧縮機８の圧力連結管１３に接続されている。なお、この管接続部は、圧力連結管１３に接続された導管１４と、導管１４に接続され給気冷却器１２に連通するディフューザ１５とからなっている。

排気ターボ過給機６内、特に排気ターボ過給機６の圧縮機８内では音波が発生し、その音波は流れ媒体の流れ方向につまりは空気または排気ガス内に伝播し、そのため排気ターボ過給機６の出口側に設けられた構造部品に振動を生じさせ、それにより音を放出する。音の放出を防止するために、排気ターボ過給機６の範囲内に音を減衰させる少なくとも１つの消音器が設けられる。この消音器は排気ターボ過給機６内に組込むこともできる。というのは、音は媒体の流れ方向に伝播し、そのため第一に排気ターボ過給機６から導出される導管が問題になるからである。その導管は消音器の組込みを容易にする管状部材である。

排気ターボ過給機６の圧縮機８は主騒音発生源であり、圧縮機８で発生する騒音は流れ方向に拡散するので、圧縮機８の圧力連結管１３を給気冷却器１２に接続する導管接続部の範囲内に本発明の吸音型消音器を設ければ、良好な結果が達成される。この吸音型消音器は特に好ましくは導管１４に取付けられる。そのため図１には導管１４がハッチングを付して示されている。

追加的にまたは代替的に、ディフューザ１５が上述の吸音型消音器を備えることもできる。その場合、吸音型消音器が長ければ長いほど作用が一層向上するということから出発する。吸音型消音器を上記の考えに基づいて圧縮機の近くに位置決めすることにより、圧縮機８の後に配置された部材に音波が作用するのが低減し、その結果場合によってはそこでは専用の消音手段を省略することができる。このことは特にディーゼル機関１の吸気システムにとって有効である。

図２は本発明による吸音型消音器２１を備えた導管１４の断面を示す。吸音型消音器２１は、音を通す流出防止手段として構成され流れ通路２２を画成する内管壁を持っている。この内管壁は特に好ましくは孔付き薄板２３として実施される。孔付き薄板２３は外管２４によって半径方向に間隔を置いてほぼ同心的に取囲まれている。孔付き薄板２３と外管２４との間に環状室２５が形成され、その環状室２５に本発明による吸音材が充填される。環状室２５は消音器の全長に亘って延び、吸音材を充填されている。もちろん、環状室を、分割され吸音材を充填された複数の環状室として構成することも可能である。

本発明に従って用いられる吸音材は、流れからの機械的な流出防止手段として、内側の孔付き薄板２３の内壁を必要とする。この機械的な流出防止手段は流れ案内部材の内壁の望ましくない直径の拡大をもたらすが、それは特に好ましく選択された範囲内では許容される。

好ましくは、排気ターボ過給機６の給気出口１３に接続される導管１４が吸音型消音器２１を備える、または給気冷却器１２に連通するディフューザ１５が吸音型消音器２１を備える、または排気ターボ過給機６の圧縮機８の給気出口１３を形成する圧力連結管が吸音型消音器２１を備えてもよい。

もちろん導管１４に付設された上記の吸音型消音器２１に代替して又は追加して、他の流れ案内部材を排気ターボ過給機６の内部に設け、その周辺範囲内に本発明による形式の吸音型消音器を付設することも可能である。

排気ターボ過給機を備えた大型ディーゼル機関の正面図 排気ターボ過給機の給気出口に接続され本発明の消音器を備えた導管の縦断面図

符号の説明

１ 大型ディーゼル機関
２ シリンダ
３ 排気出口
４ 排気マニホルド
５ 排気管
６ 排気ターボ過給機
７ タービン
８ 圧縮機
９ 吸気連結管
１０ 排気連結管
１１ 排気管路
１２ 給気冷却器
１３ 圧力連結管
１４ 導管
１５ ディフューザ
２１ 吸音型消音器
２２ 流れ通路
２３ 孔付き薄板
２４ 外管
２５ 環状室

Claims (5)

1. 少なくとも１つの排気ターボ過給機（６）を備え、その給気出口（１３）に連結管によって給気冷却器（１２）が接続され、排気ターボ過給機（６）に吸音型消音器の形で音の放出を減少させる手段が付設されている往復ピストン内燃機関において、排気ターボ過給機（６）の少なくとも１つの流れ案内部材内に、音を通す流出防止手段（２３）として構成され流れ通路を画成する内管壁が設けられ、その内管壁が外管（２４）によって半径方向に間隔を置いてほぼ同心的に取囲まれることによって少なくとも１つの環状室（２５）が形成され、環状室（２５）にアラミド繊維からなる吸音材が充填されている吸音型消音器（２１）が組込まれていることを特徴とする往復ピストン内燃機関。
2. 吸音型消音器（２１）が、排気ターボ過給機（６）の給気出口（１３）に接続された導管（１４）に備えられていることを特徴とする請求項１記載の往復ピストン内燃機関。
3. 吸音型消音器（２１）が、給気冷却器（１２）に連通するディフューザ（１５）に備えられていることを特徴とする請求項１記載の往復ピストン内燃機関。
4. 吸音型消音器（２１）が、排気ターボ過給機（６）の圧縮機（８）の給気出口（１３）を形成する圧力連結管に備えられていることを特徴とする請求項１記載の往復ピストン内燃機関。
5. 音を通す流出防止手段（２３）が孔付き薄板として構成されていることを特徴とする請求項1乃至４の１つに記載の往復ピストン内燃機関。

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