JP2013124660A - 排気タービン過給機 - Google Patents

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Abstract

【課題】サイレンサを介して圧縮機に吸い込まれる空気の温度を低下させること。
【解決手段】圧縮機13から遠い側の外表面と平行で、かつ、該外表面から所定の距離離間して配置された第1の側壁41と、前記圧縮機13に近い側の前記外表面と平行で、かつ、該外表面から所定の距離離間して配置された第2の側壁42と、周方向に沿う前記外表面から所定の距離離間するようにして配置され、その両端面43a,43bと、前記第1の側壁41の一端面41aと、前記第2の側壁42の一端面42aとで、開口44を形成するとともに、前記両端面43a,43bを除く二つの端面が、前記一端面41aを除く前記第1の側壁41の端面と、前記一端面42aを除く前記第2の側壁42の端面とにそれぞれ接合されて、前記開口44の内方に閉塞された空間を形成する周壁43と、を備え、前記開口44が前記内燃機関の側を向かないように形成されている。
【選択図】図2

Description

本発明は、排気タービン過給機、特に、舶用内燃機関や陸上発電機用内燃機関等に装着される排気タービン過給機に関するものである。
舶用内燃機関に装着される排気タービン過給機としては、例えば、特許文献1の図1および図3に示された(排気タービン)過給機1が知られている。
特開2011−43139号公報
ここで、特許文献1の図1に示されている過給機1は、周方向に沿ったすべての方向から空気を吸い込む円筒外周吸込形のサイレンサ11dを備えている。そのため、当該過給機1が搭載された舶用内燃機関に近い側(特許文献1の図1において排気ガス集合管34に近い側)からは内燃機関の運転によって生じる熱を含んだ温度の高い空気がサイレンサ11dを介して吸い込まれ、舶用内燃機関から遠い側(特許文献1の図1において排気ガス集合管34と反対の側)からは比較的温度の低い空気がサイレンサ11dを介して吸い込まれることになる。その結果、サイレンサ11dを介して圧縮機3に吸い込まれる空気の温度(吸込空気温度)が全体として高くなり、圧縮機3における圧縮に必要な仕事量が大きくなって、過給機1が舶用内燃機関に送る空気の圧力が低くなり、舶用内燃機関の性能および燃費が低下してしまうといった懸念がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、サイレンサを介して圧縮機に吸い込まれる空気の温度を低下させることができる排気タービン過給機を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るサイレンサカバーは、内燃機関から導かれた排気ガスにより回転駆動されるタービンと、該タービンを一端に設けた回転軸と、該回転軸の他端に設けられ、前記タービンが回転駆動することにより回転駆動されて空気を圧縮する圧縮機と、を備えた排気タービン過給機の空気吸込口に取り付けられて、径方向外方から吸い込まれる空気の消音を行う多数の吸音エレメントを内蔵した、円柱形状に形成されたサイレンサの外表面の外方を覆うようにして取り付けられるサイレンサカバーであって、前記圧縮機から遠い側の前記外表面と平行で、かつ、該外表面から所定の距離離間して配置された第1の側壁と、前記圧縮機に近い側の前記外表面と平行で、かつ、該外表面から所定の距離離間して配置された第2の側壁と、周方向に沿う前記外表面から所定の距離離間するようにして配置され、その両端面と、前記第1の側壁の一端面と、前記第2の側壁の一端面とで、開口を形成するとともに、前記両端面を除く二つの端面が、前記一端面を除く前記第1の側壁の端面と、前記一端面を除く前記第2の側壁の端面とにそれぞれ接合されて、前記開口の内方に閉塞された空間を形成する周壁と、を備え、前記開口が前記内燃機関の側を向かないように形成されている。
本発明に係るサイレンサカバーによれば、サイレンサを介して圧縮機に吸い込まれる、内燃機関に近い側に存する温度の高い空気の量が減少し、サイレンサを介して圧縮機に吸い込まれる、内燃機関から遠い側に存する温度の低い空気の量が増加することになる。
これにより、サイレンサを介して圧縮機に吸い込まれる空気の温度を低下させることができる。
上記サイレンサカバーにおいて、前記内燃機関から遠い側に存する空気が、前記サイレンサを介して前記空気吸込口から前記圧縮機により多く吸い込まれるように、前記開口が、前記内燃機関から遠い側に向いているとさらに好適である。
上記サイレンサカバーによれば、内燃機関に近い側に存する温度の高い空気がサイレンサを介して圧縮機に吸い込まれないようになり、内燃機関から遠い側に存する温度の低い空気がサイレンサを介して圧縮機により多く吸い込まれるようになる。
これにより、サイレンサを介して圧縮機に吸い込まれる空気の温度をさらに低下させることができる。
上記サイレンサカバーにおいて、前記サイレンサの外表面の外方を、周方向において1/2から3/4にわたって覆っているとさらに好適である。
上記サイレンサカバーによれば、内燃機関に近い側に存する温度の高い空気の吸い込みが最も少なくなり、内燃機関から遠い側に存する温度の低い空気の吸い込みが最も多くなる。
これにより、サイレンサを介して圧縮機に吸い込まれる空気の温度を最も低下させることができる。
上記サイレンサカバーにおいて、前記第1の側壁の内面全体、前記第2の側壁の内面全体、および前記周壁の内面全体に防音ラギングが施されているとさらに好適である。
上記サイレンサカバーによれば、サイレンサの周りに発生する騒音を低減させることができる。
また、防音ラギングを施すことにより低減する騒音分だけ、開口の内方に形成された空間内に存するサイレンサの吸音エレメントを減らして、サイレンサのコストの低減を図ることもできる。
上記サイレンサカバーにおいて、前記周壁の両端面全体にわたって案内羽根が設けられているとさらに好適である。
上記サイレンサカバーによれば、開口の内方に形成された空間内に流入する空気の吸い込み効率が向上することになるので、より多くの空気を開口の内方に形成された空間内に流入させることができる。
本発明に係る排気タービン過給機は、上記いずれかのサイレンサカバーを具備している。
本発明に係る排気タービン過給機によれば、サイレンサを介して圧縮機に吸い込まれる空気の温度が低下し、圧縮機における圧縮に必要な仕事量が小さくなるので、内燃機関に送る空気の圧力を高くすることができる。
本発明に係る内燃機関は、上記排気タービン過給機を具備している。
本発明に係る内燃機関によれば、排気タービン過給機から高い圧力で、かつ、低い温度の空気が送られてくることになるので、内燃機関の性能および燃費を向上させることができる。
本発明に係る排気タービン過給機よれば、サイレンサを介して圧縮機に吸い込まれる空気の温度を低下させることができるという効果を奏する。
本発明の第1実施形態に係る排気タービン過給機を搭載した内燃機関の概略を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る排気タービン過給機の概略を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る排気タービン過給機の概略を示す断面図である。 図3のIV−IV矢視断面図である。 本発明の第2実施形態に係る排気タービン過給機を説明するための図であって、図4と同様の図である。 本発明の第3実施形態に係る排気タービン過給機を説明するための図であって、図2と同様の図である。
〔第1実施形態〕
以下、本発明に係る排気タービン過給機の第1実施形態について、図1から図4を参照しながら説明する。
図1は本実施形態に係る排気タービン過給機を搭載した舶用内燃機関(主に船舶の主機として用いられる2サイクル低速ディーゼル機関)の概略を示す斜視図、図2は本実施形態に係る排気タービン過給機の概略を示す斜視図、図3は本実施形態に係る排気タービン過給機の概略を示す断面図、図4は図3のIV−IV矢視断面図である。
図1に示すように、舶用内燃機関1は、シリンダ部2と、排気レシーバー(排気集合管:排気マニホールド)3と、を備えており、船舶の機関室(図示せず)内に配置されている。また、舶用内燃機関1には、複数台(本実施形態では2台)の排気タービン過給機10と、複数台の空気冷却器(図示せず)とが搭載されている。
各シリンダ部2内には、クランク軸と連結されたピストン(図示せず)が配置されている。また、各シリンダ部2の排気ポート(図示せず)は、(第1の)排気管6を介して排気レシーバー3と連通(接続)されており、各排気管6におけるシリンダ2に対する開口部には、当該開口部を開閉する排気弁7が配置されている。さらに、排気レシーバー3と排気タービン過給機10のタービン11とは、(第2の)排気管8を介して連通(接続)されている。
図2または図3の少なくともいずれか一図に示すように、排気タービン過給機10は、舶用内燃機関1が排出する排気ガスによって駆動されるタービン11と、タービン11によって回転駆動される回転軸12と、回転軸12が回転駆動されることによって空気を圧縮する圧縮機13と、タービン11と圧縮機13との間に設けられて回転軸12を支持する軸受台14とを備えている。
タービン11は、タービンケーシング17と、舶用内燃機関1(図1参照)から供給された排気ガスによって回転するタービンディスク18と、タービンディスク18の周方向に設けられているタービン翼19とを備えている。
タービンケーシング17は、タービンディスク18とタービン翼19とを覆うように設けられている。タービンケーシング17は、舶用内燃機関1の排気レシーバー3(図1参照)から排気ガスが導かれるタービンケーシング入口17aと、舶用内燃機関1の排気ガスをタービン翼19へと導く排気ガス通路17bと、タービン翼19を通過した排気ガスを排気タービン過給機10の外へと導くタービンケーシング出口17cとを備えている。
タービンディスク18は、円盤形状をなしており、回転中心から径方向外側に向けて延びるタービン翼19が周方向に沿って複数設けられている。タービン翼19は、タービンケーシング17によって径方向の外側を囲むよう覆われている。タービン翼19には、排気ガス通路17bから排気ガスが導かれる。タービン翼19に導かれた排気ガスによって、タービンディスク18および回転軸12が回転駆動される。タービンディスク18および回転軸12を回転駆動した排気ガスは、タービン翼19からタービンケーシング出口17cへと流出する。
圧縮機13は、圧縮機ケーシング21と、回転駆動されることで空気を圧縮するインペラ22とを備えている。
圧縮機ケーシング21は、インペラ22を覆うように設けられている。圧縮機ケーシング21は、サイレンサ23を介して外部からの空気を取り入れる圧縮機ケーシング入口21aと、インペラ22が圧縮した空気が導かれる渦巻き室21bと、インペラ22が圧縮した空気を排出する圧縮機ケーシング出口21cとを備えている。
インペラ22は、略円盤形状をなしており、その一面には中心から径方向外側に向けて延びる翼23が複数枚設けられている。インペラ22は、渦巻き室21bによって径方向外側を囲むよう覆われている。インペラ22には、圧縮機ケーシング入口21aから吸入された空気が導かれる。インペラ22は、同軸上に設けられているタービン11が回転駆動することによって回転駆動される。回転駆動されたインペラ22によって、圧縮機ケーシング入口21aから吸入された空気が圧縮され、圧縮された空気は、インペラ22の径方向外側へと送出される。インペラ22によって圧縮された空気は、渦巻き室21bを通過して圧縮機ケーシング出口21cから空気冷却器へと流出する。
軸受台14には、一端をタービン11の側に突出させ、他端を圧縮機13の側に突出させた回転軸12が挿通されている。また、軸受台14には、タービンケーシング17と、圧縮機ケーシング21とが接続されている。これらタービンケーシング17と、軸受台14と、圧縮機ケーシング21とは、ボルト(図示せず)によって一体となるように締結されている。
図3または図4の少なくともいずれか一図に示すように、サイレンサ23は、円筒外周吸込形のサイレンサであって、間隔を隔てて相互に平行に配設された2枚の円板31,32を備えており、これらの両円板31,32の外径は相互に等しい寸法とされている。これらの円板31,32のうち圧縮機13の側に位置している円板32の径方向における中央部には、比較的大径の空気流通用の円形穴33が同心状に形成されている。
両円板31,32の外周縁部間には、Z字形状をなす複数の補強ロッド(図示せず)が円周方向に整列するように架設されており、これらの補強ロッドにより両円板31,32の間隔が保持されるようになっている。各補強ロッドの外側には金網(図示せず)が巻回されており、この金網の外側には、空気中の埃を除去するフィルタ(図示せず)が巻回されている。
一方、両円板31,32間には、これら両円板31,32に固定されるようにして、全体として略Z字形状を呈する吸音スプリッタ(吸音エレメント)34が多数配設されている。
なお、図4において、0時、3時、6時、9時の位置に示す4つの吸音スプリッタ34以外の吸音スプリッタ34は、便宜上、単なる1本の線により示しているが、実際には、0時、3時、6時、9時の位置に示す4つの吸音スプリッタ34と同じ形状を有している。また、図4中の符号35は、隣り合う吸音スプリッタ34間に形成される空気通路を示している。
さて、本実施形態に係る排気タービン過給機10は、サイレンサカバー40を備えている。
サイレンサカバー40は、舶用内燃機関1に搭載された際に、舶用内燃機関1から遠い側(排気レシーバー3と反対の側)に存する比較的温度の低い空気(舶用内燃機関1の側(排気レシーバー3の側)に存する空気よりも温度の低い空気)が、サイレンサ23を介して圧縮機13により多く吸い込まれるように(より積極的に吸い込まれるように)、舶用内燃機関1から遠い側に存する比較的温度の低い空気をサイレンサ23に導くものであり、第1の側壁41と、第2の側壁42と、周壁43とを備えている。
第1の側壁41は、円板31と平行で、かつ、円板31から所定の距離離間するようにして配置され、周壁43と接合されない一端面(一辺)41aが、舶用内燃機関1に搭載された際に、舶用内燃機関1から遠い側で、かつ、斜め上方を向くように形成された板状の部材である。
第2の側壁42は、円板32と平行で、かつ、円板32から所定の距離離間するようにして配置され、周壁43と接合されない一端面(一辺)42aが、舶用内燃機関1に搭載された際に、舶用内燃機関1から遠い側で、かつ、斜め上方を向くように形成された、第1の側壁41と同じ形状を有した板状の部材である。
周壁43は、サイレンサ23の外周面から所定の距離離間するようにして配置され、一端面41aと一端面42aとが同じ方向を向くように平行に配置された第1の側壁41の端面(一端面41aを除く端面)と第2の側壁42の端面(一端面42aを除く端面)とを接合する板状の部材である。
また、周壁43と接合されない一端面41a、42aと、第1の側壁41および第2の側壁42と接合されない周壁43の両端面(二辺)43a,43bとにより、開口44が形成され、サイレンサカバー40で覆われたサイレンサ23には、開口44を介してサイレンサカバー40内に流入した空気が吸い込まれていくことになる。
本実施形態に係るサイレンサカバー40によれば、サイレンサ23を介して圧縮機13に吸い込まれる、舶用内燃機関1に近い側に存する温度の高い空気の量が減少し、サイレンサ23を介して圧縮機13に吸い込まれる、舶用内燃機関1から遠い側に存する温度の低い空気の量が増加することになる。
これにより、サイレンサ23を介して圧縮機13に吸い込まれる空気の温度を低下させることができる。
また、本実施形態に係るサイレンサカバー40によれば、舶用内燃機関1から遠い側に存する空気が、サイレンサ23を介して圧縮機13により多く吸い込まれるように、開口44が、舶用内燃機関1から遠い側に向いている。
すなわち、舶用内燃機関1に近い側に存する温度の高い空気がサイレンサ23を介して圧縮機に吸い込まれないようになり、舶用内燃機関1から遠い側に存する温度の低い空気がサイレンサ23を介して圧縮機13により多く吸い込まれるようになる。
これにより、サイレンサ23を介して圧縮機13に吸い込まれる空気の温度をさらに低下させることができる。
本実施形態に係る排気タービン過給機10によれば、サイレンサ23を介して圧縮機13に吸い込まれる空気の温度が低下し、圧縮機13における圧縮に必要な仕事量が小さくなるので、舶用内燃機関1に送る空気の圧力を高くすることができる。
本実施形態に係る舶用内燃機関1によれば、排気タービン過給機10から高い圧力で、かつ、低い温度の空気が送られてくることになるので、舶用内燃機関1の性能および燃費を向上させることができる。
〔第2実施形態〕
本発明に係る排気タービン過給機の第2実施形態について、図5を参照しながら説明する。
図5は本実施形態に係る排気タービン過給機を説明するための図であって、図4と同様の図である。
本実施形態に係る排気タービン過給機(図示せず)は、サイレンサ23およびサイレンサカバー40の代わりに、サイレンサ49およびサイレンサカバー50が設けられているという点で上述した第1実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第1実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
サイレンサカバー50は、第1の側壁41の内面全体、第2の側壁42の内面全体、および周壁43の内面全体に、グラスウール等の吸音材を貼り付けて騒音を低減させる防音ラギングが施されているという点で上述した第1実施形態のサイレンサカバー40と異なる。
また、サイレンサ49は、図5に示すように、機関室内の空気が流入してくる側のみ、すなわち、サイレンサカバー50で覆われていない部分(サイレンサカバー50から突出した部分)と、サイレンサカバー50で覆われた部分(サイレンサカバー50から突出していない部分)で、かつ、開口44の近傍に位置する部分のみに吸音スプリッタ34が設けられているという点で上述した第1実施形態のサイレンサ49と異なる。
本実施形態に係るサイレンサカバー50によれば、第1の側壁41の内面全体、第2の側壁42の内面全体、および周壁43の内面全体に防音ラギングが施されており、かつ、サイレンサ49の、機関室内の空気が流入してくる側のみ、すなわち、サイレンサカバー50で覆われていない部分(サイレンサカバー50から突出した部分)と、サイレンサカバー50で覆われた部分(サイレンサカバー50から突出していない部分)で、かつ、開口44の近傍に位置する部分のみに吸音スプリッタ34が設けられていることになる。
これにより、開口44の内方に形成された空間内に存するサイレンサ49の吸音エレメント34を減らして、サイレンサ49のコストの低減を図ることができる。
その他の作用効果は、上述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
〔第3実施形態〕
本発明に係る排気タービン過給機の第3実施形態について、図6を参照しながら説明する。
図6は本実施形態に係る排気タービン過給機を説明するための図であって、図2と同様の図である。
本実施形態に係る排気タービン過給機60は、図6に示すように、サイレンサカバー40(50)の周壁43の両端面43a,43b全体にわたって案内羽根61が設けられているという点で上述した第1実施形態(第2実施形態)のものと異なる。その他の構成要素については上述した第1実施形態(第2実施形態)のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第1実施形態(第2実施形態)と同一の部材には同一の符号を付している。
案内羽根61は、一端面が周壁43の一端面43aと接合された際、一端面から、この一端面とは反対の側に位置する他端面に向かって外方に湾曲した、平面視矩形状を呈する板状の部材である。
本実施形態に係るサイレンサカバーによれば、周壁43の両端面43a,43b全体にわたって設けられた案内羽根61により、開口44の内方に形成された空間内に流入する空気の吸い込み効率が向上することになるので、より多くの空気を開口44の内方に形成された空間内に流入させることができる。
その他の作用効果は、上述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、適宜必要に応じて変形実施、変更実施することができる。
例えば、上述した第1実施形態の第1の側壁41の内面全体、第2の側壁42の内面全体、および周壁43の内面全体に、グラスウール等の吸音材を貼り付けて騒音を低減させる防音ラギングを施して、騒音をより低減させるようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、サイレンサカバーがサイレンサの周方向において約1/2を覆ったものを一具体例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更することができる。
さらに、開口44の向きも、上述した実施形態のように舶用内燃機関1から遠い側の斜め上方に限定されるものではなく、舶用内燃機関1から遠い側の真横や斜め下方にすることもできる。
さらにまた、開口44が、機関室内に船外の空気を送り込むダクトの外気吸気口の方を向いているとさらに好適である。
これにより、より温度の低い空気がサイレンサ23を介して圧縮機13により多く吸い込まれるようになり、サイレンサ23を介して圧縮機13に吸い込まれる空気の温度をさらに低下させることができる。
さらにまた、サイレンサカバーの外面全体に輻射熱を反射する反射板(光沢のある金属板)が貼り付けられているとさらに好適である。
これにより、サイレンサカバー内に流入した空気の温度上昇が抑制されることになり、サイレンサ23を介して圧縮機13に吸い込まれる空気の温度をさらに低下させることができる。
さらにまた、本発明に係るサイレンサカバーおよび排気タービン過給機は、舶用内燃機関のみに適用され得るものではなく、陸上発電機用内燃機関等のその他の内燃機関にも適用することができる。
1 舶用内燃機関
10 排気タービン過給機
11 タービン
12 回転軸
13 圧縮機
23 サイレンサ
34 吸音スプリッタ(吸音エレメント)
40 サイレンサカバー
41 第1の側壁
41a 一端面
42 第2の側壁
42a 一端面
43 周壁
43a 端面
43b 端面
44 開口
49 サイレンサ
50 サイレンサカバー
60 排気タービン過給機
61 案内羽根

Claims (7)

  1. 内燃機関から導かれた排気ガスにより回転駆動されるタービンと、該タービンを一端に設けた回転軸と、該回転軸の他端に設けられ、前記タービンが回転駆動することにより回転駆動されて空気を圧縮する圧縮機と、を備えた排気タービン過給機の空気吸込口に取り付けられて、径方向外方から吸い込まれる空気の消音を行う多数の吸音エレメントを内蔵した、円柱形状に形成されたサイレンサの外表面の外方を覆うようにして取り付けられるサイレンサカバーであって、
    前記圧縮機から遠い側の前記外表面と平行で、かつ、該外表面から所定の距離離間して配置された第1の側壁と、
    前記圧縮機に近い側の前記外表面と平行で、かつ、該外表面から所定の距離離間して配置された第2の側壁と、
    周方向に沿う前記外表面から所定の距離離間するようにして配置され、その両端面と、前記第1の側壁の一端面と、前記第2の側壁の一端面とで、開口を形成するとともに、前記両端面を除く二つの端面が、前記一端面を除く前記第1の側壁の端面と、前記一端面を除く前記第2の側壁の端面とにそれぞれ接合されて、前記開口の内方に閉塞された空間を形成する周壁と、を備え、
    前記開口が前記内燃機関の側を向かないように形成されていることを特徴とするサイレンサカバー。
  2. 前記内燃機関から遠い側に存する空気が、前記サイレンサを介して前記空気吸込口から前記圧縮機により多く吸い込まれるように、前記開口が、前記内燃機関から遠い側に向いていることを特徴とする請求項1に記載のサイレンサカバー。
  3. 前記サイレンサの外表面の外方を、周方向において1/2から3/4にわたって覆っていることを特徴とする請求項1または2に記載のサイレンサカバー。
  4. 前記第1の側壁の内面全体、前記第2の側壁の内面全体、および前記周壁の内面全体に防音ラギングが施されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のサイレンサカバー。
  5. 前記周壁の両端面全体にわたって案内羽根が設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のサイレンサカバー。
  6. 請求項1から5のいずれか一項に記載のサイレンサカバーを具備していることを特徴とする排気タービン過給機。
  7. 請求項6に記載の排気タービン過給機を具備していることを特徴とする内燃機関。
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