JP2008542602A - 内燃機関用ターボチャージャのためのエアインテーク - Google Patents

内燃機関用ターボチャージャのためのエアインテーク Download PDF

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Abstract

内燃機関用ターボチャージャのためのエアインテークであって、ターボチャージャの圧縮機の翼車に到達した際に一定の旋回方向にて渦巻くよう空気を案内する一連の可変位案内翼を含む前記エアインテークにおいて、可変位案内翼をエアインテークでのターボチャージャ騒音の実質的低減を達成させるよう吸音材料で構成したことを特徴とする。

Description

本発明は、内燃機関、例えばディーゼルエンジン用のターボチャージャのためのエアインテークに関する。
エアインテークは、下記の機能を果たしている。すなわち、これらは空気を濾過し、ターボチャージャの圧縮機の翼車に達する前に空気を案内し、空気流入口からエアインテークへ放出する際にターボチャージャが生成する騒音を減衰させる。
騒音の減衰は、バッフル構造とエアインテーク内の吸音ライニングとを介して達成される。
バッフル構造の幾何学的形状がターボチャージャ／エンジンの全動作域に亙り理想的ではない、という一つの問題が生じている。バッフル構造による空気案内は、空気が所定の方向に翼車へ接近するようなされる。この所定方向は、ターボチャージャ／エンジンの動作範囲の両限界において理想的なものとはなっていない。このことで、これら両限界における増大した騒音だけでなくターボチャージャ／エンジンの効率低下をも招いていた。
ターボチャージャ／エンジンの動作に応じて空気を案内し、該空気をターボチャージャ／エンジン動作に最も適した方向にて前記翼車へ到達させるよう、エアインテークに対し可変案内翼を付加することが知られている。しかしながら、エアインテークへのさらなる構成要素の付加は、その付随する空気動力学的損失と併せ、エアインテーク内の空気動力学的損失全体を増大させる望まぬ影響を有するものであった。さらに、既存の可変案内翼装置は複雑で高価であった。
本発明によれば内燃機関用ターボチャージャのためのエアインテークが提供され、このエアインテークがターボチャージャの圧縮機の翼車に到達した際に一定の旋回方向にて渦巻くよう空気を案内する一連の可変位案内翼を含み、この可変位案内翼をエアインテークでのターボチャージャ騒音の実質的低減を達成させるよう吸音材料で構成したことを特徴とするものである。
好ましくは、各可変位案内翼を２枚以上の翼部で構成し、翼部を互いに可動とし、可変位案内翼の翼部の相対的な動きが可変位案内翼が発生する渦巻の量及び／又は旋回方向の変化に影響を及ぼすようにする。
各可変位案内翼を備える各翼は、固定翼部を含んでもよい。
好ましくは、各可変位翼は２枚の翼部を備える。
例示により下記に説明するエアインテークでは、各可変位案内翼が固定翼部と可動翼部とを備え、可変位案内翼の可動翼部の動きが可変位案内翼が発生する渦巻の量及び／又は旋回方向における変化に影響を及ぼす。
さらに、下記に説明するエアインテークでは、一連の可変位案内翼を円周沿いに配置し、案内翼の固定翼部を案内翼の可動翼部の径方向外方に配置する。
さらに、下記のエアインテークでは、各可変位案内翼において、固定翼部と可動翼部とを端部どうし固定し、可動翼部を、固定翼部と可動翼部の端部どうしの固定端部に、その可動軸を配置して、円周面に垂直な軸周りに回動可能とする。
各可変位案内翼において、固定翼部と可動翼部は蝶番の形態にて端部どうしを然るべく固定し、この蝶番の軸にて円周面に垂直な軸を構成する。
各可変位案内翼内において、固定翼部と可動翼部は吸音材料を含む多孔金属板包絡面にて然るべく構成する。
ここで、添付図面を参照して本発明を例示により説明することにする。
図１乃至図４を参照するに、エアインテーク１は、軸Ａ周りの円周に配置した一連の可変位案内翼３と、その間に案内翼３を固定した端部カバー５及び流出口フランジ７と、案内翼３の円周周りに周方向に延びる発泡材空気フィルタ９と、位置決めリング１１と、アクチュエータ１３とを備える。
各可変位案内翼３は、固定翼部１５と可動翼部１７とを備える。各固定翼部１５は、その径方向外端部に第１の支柱１９を含む。さらに、各翼部１５はその径方向内端部に第２の支柱２１を含む。第１の支柱１９と第２の支柱２１は、端部カバー５と流出口フランジ７との間の所定位置に翼部１５を固定している。その径方向外端部の各可動翼部１７が、その関連する固定翼部１５の第２の支柱２１を共有している。各可動翼部１７は、その個別の第２の支柱２１周りに回動させることができる。各翼部１７は、その径方向内端部に第３の支柱２３を含んでおり、この支柱２３が差し込み部２５を含む。
第３の支柱２３の差し込み部２５は、位置決めリング１１内の個別スロット２７内に位置決めしてある。位置決めリング１１は突起２９を含んでおり、この突起が端部カバー５内の孔を挿通している。アクチュエータ１３が、突起２９に接続してある。アクチュエータ１３は、軸Ａ周りに時計回り或いは反時計回りに位置決めリング１１を回動させることができる。このことが片や差し込み部２５と第３の支柱２３とを軸Ａ周りに周方向に動かし、それによって各可動翼部１７を同一量にてその個別の第２の支柱２１周りに同じ時計回り／反時計回りに回動させる。
また図５を参照するに、各可変位案内翼３の固定翼部１５は第１の支柱１９と第２の支柱２１との間を延びる湾曲する多孔鋼板包絡面３１を備え、包絡面内に吸音発泡塊３３を包含させてある。同様に、各可変位案内翼３の可動翼部１７は、第２の支柱２１と第３の支柱２３との間を延びる湾曲する多孔鋼板包絡面３５を備え、包絡面内にさらなる吸音発泡塊３７を包含させてある。固定翼部１５と可動翼部１７には、そこに蝶番を形成することで第２の支柱２１を共有させてある。
エアインテークの動作時、ターボチャージャの圧縮機の翼車の回転（この翼車は図３の右側に配置され、軸Ａ周りに回転することになる）が図２と図３の矢印３９の方向に径方向内方へ空気を吸引させる。この空気は、発泡材空気フィルタ９と案内翼３とを介し、端部カバー５と流出口フランジ７との間を移動する。案内翼３は空気を案内し、翼車へ向け空気を吸引するときに、それを軸Ａ周りに時計方向或いは反時計方向に渦巻かせるか、或いは全くそうしない。渦巻の量と向きは、案内翼３の可動翼部１７の設定により決まる。図２の矢印４１は、図２の可動翼部１７の設定が案内翼３により渦巻が全く作用させないようにしてあることを示すものである。図３の矢印４３は、翼車に向けた空気の吸引を示す。端部カバー５内の円錐突起４５が、エアインテークの空気動力学を支援する。
図２中、可動翼部１７はその中間位置を占めている。この位置では、案内翼３は渦巻を発生しない。図６と図７は、案内翼３がそれぞれ矢印４７，４９で示す時計回りと反時計回りの渦巻を発生することを示す渦可動翼部１７の設定を示している。すなわち、時計回りの渦巻を得るには、可動翼部１７を第２の支柱２１周りを反時計回りに回動させる。同様に、反時計回りの渦巻を得るには、翼部１７を支柱２１周りに時計回りに回動させる。時計回り／反時計回りの渦巻量は、無論、翼部１７の回動の程度に依存する。
可動翼部１７の設定は、ターボチャージャエンジンの作動状態に従って決定される。この設定は、無論、アクチュエータ１３の動作により調整される。この設定は、案内翼３が発生させる渦巻が特定の動作状態に所望される方向に空気が翼車へ接近するよう選択する。時計回りと反時計回りの両方の渦巻発生能力を持たせることで、可変位案内翼３は翼車が回転するのと同方向又は逆方向に渦巻を発生させることができる。すなわち、案内翼３はターボチャージャ／エンジンの動作に応じた要求に合わせ、翼車手前で量変化するいわゆる正（同方向）又は負（逆方向）の渦巻を発生することができる。
本発明によれば、案内翼３は、可変量の時計回り／反時計回りの渦巻を発生させることができることに加え、さもなくば流入口からエアインテークへ放出されるターボチャージャ騒音を低減するよう動作もする。案内翼３は、吸音材料で出来たそれらの構成のお陰でこの特性を有する。
上記したエアインテークは、時計回り／反時計回りの可変量の渦巻の発生動作及び吸音動作の両方の点で一つの同じ構成要素（すなわち、一連の可変案内翼３）内に組み込んであることを理解されたい。すなわち、エアインテーク全体の空気動力学損失は、これら二つの動作が別個の専用構成要素により実行されるエアインテークに比べ低減される。
上記したエアインテークでは、各可変位案内翼３は一方が可動で他方が固定の共に吸音材料で構成した２枚の翼部１５，１７を備える。各可変位案内翼は唯一の翼部を備え、その翼部を共に可動とし、吸音材料で構成し、それによって可変量の時計回り／反時計回り渦巻と吸音とを適用できる二重特性を有するようにすることができることを理解されたい。
上記のエアインテークでは、各可変位案内翼３は一方が可動で他方が固定２枚の翼部１５，１７を備える。これら２枚の翼部は共に可動としてあって、所要量の時計回り／反時計回り渦巻を発生させるよう同期関係で動くようにすることができることを理解されたい。
上記したエアインテークでは、各可変位案内翼３は２枚の翼部１５，１７を備える。各可変位案内翼を３枚以上の翼部で構成し得ることも理解されたい。
前記したエアインテークでは、各可変位案内翼３において、固定翼部１５と可動翼部１７は互いに蝶番結合させてある。この蝶番を省略し、翼部１５，１７を切り離すも近接配置できることも理解されたい。すなわち、固定翼部１５は前述の如く第１の支柱１９から第２の支柱２１へ延在させるも、可動翼部１７は第２の支柱２１を共有しないことになる。可動翼部１７は、第２の支柱２１に近接配置したさらなる支柱周りに回動することになる。
上記に記載したエアインテークでは、各可変位翼３内で、固定翼部１５と可動翼部１７は同一構成をなす。一連の可変位案内翼が所要のターボチャージャ騒音低減を達成する限り、それらの構成を異ならしめ得ることも理解されたい。例えば、所要の騒音低減が達成できる限り、可動翼部１７は非吸音材料で作成し得る。
上記したエアインテークでは、各可変位案内翼３を共に吸音性のある固定翼部１５と可動翼部１７で構成し、可動翼部１７を回動させることで発生渦巻の量／方向の変化を達成した。この２部品案内翼３は、薄板形状の単一翼を備え、吸音材料で作成され、撓むか屈曲するかし、それによって発生させる渦巻の量／方向に所要の変化を達成する特性を有する１部品案内翼でもって置換し得ることも理解されたい。撓みや屈曲は、単一翼の径方向内／外端部の一方又は両方の軸Ａ周りの実質周方向の動きにより然るべく実現し得る。
一連の可変位案内翼を含む本発明になるエアインテークの一部の分解斜視図である。 エアインテークの空気フィルタを取り除いた本発明になるエアインテークの断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 エアインテークの端部カバーを取り除いた図３の矢印ＩＶに沿って見た図である。 この種一連の案内翼の単一の可変位案内翼の斜視図である。 図２に対応する半断面図であり、動作中の一連の可変位案内翼を示す図である。 図２に対応する半断面図であり、動作中の一連の可変位案内翼を示す図である。
符号の説明
１ エアインテーク
３ 可変位案内翼
５ 端部カバー
７ 流出口フランジ
９ 発泡材空気フィルタ
１１ 位置決めリング
１３ アクチュエータ
１５ 固定翼部
１７ 可動翼部
１９ 第１の支柱
２１ 第２の支柱
２３ 第３の支柱
２５ 差し込み部
２７ スロット
２９ 突起
３１ 多孔鋼板包絡面
３３，３７ 吸音発泡塊
３５ 多孔鋼板包絡面
３９，４１，４３，４７，４９ 矢印
４５ 円錐突起

Claims (9)

  1. 内燃機関用ターボチャージャのためのエアインテークであって、ターボチャージャの圧縮機の翼車に到達した際に一定の旋回方向にて渦巻くよう空気を案内する一連の可変位案内翼を含む前記エアインテークにおいて、前記可変位案内翼を前記エアインテークにおけるターボチャージャ騒音の実質的低減を達成するように吸音材料で構成したことを特徴とするエアインテーク。
  2. 前記各可変位案内翼は２枚以上の翼部を含み、該翼部が互いに可動としてあり、前記可変位案内翼の前記翼部の相対的な動きが、前記可変位案内翼が作用させる前記渦巻の量及び／又は旋回方向の変化に影響を及ぼすことを特徴とする請求項１記載のエアインテーク。
  3. 前記各可変位案内翼を含む前記翼部が固定翼部を含むことを特徴とする請求項２記載のエアインテーク。
  4. 前記各可変位案内翼は２枚の翼部を備えることを特徴とする請求項２記載のエアインテーク。
  5. 前記各可変位案内翼は固定翼部と可動翼部とを備え、前記可変位案内翼の前記可動翼部の動きが前記可変位案内翼が発生する渦巻の量及び／又は旋回方向の変化に影響を及ぼすことを特徴とする請求項１記載のエアインテーク。
  6. 前記一連の可変位案内翼は円周に沿い配置し、前記案内翼の前記固定翼部は前記案内翼の可動翼部の径方向外方に配置したことを特徴とする請求項５記載のエアインテーク。
  7. 各可変位案内翼において、前記固定翼部と前記可動翼部とは端部どうしを固定し、前記可動翼部を、前記固定翼部と前記可動翼部の前記端部どうしの固定部にその可動軸を配置して、前記円周面に垂直な軸周りに回動可能としたことを特徴とする請求項６記載のエアインテーク。
  8. 前記各可変位案内翼において、前記固定翼部と前記可動翼部とを蝶番の形態にて端部どうしを固定し、該蝶番の軸により前記円周面に垂直な前記軸を構成したことを特徴とする請求項７記載のエアインテーク。
  9. 前記各可変位案内翼内において、前記固定翼部と前記可動翼部は共に吸音材料を備えた多孔金属板で構成したことを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載のエアインテーク。
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