JP4650233B2

JP4650233B2 - 過給機

Info

Publication number: JP4650233B2
Application number: JP2005339487A
Authority: JP
Inventors: 隆麻村野
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2025-11-24
Also published as: JP2007146694A

Description

本発明は舶用、自動車用等の内燃機関に設けられ、内燃機関の排気エネルギを利用して駆動され、内燃機関の給気圧力を高め内燃機関の出力を増大させる過給機に関するものである。

内燃機関の熱効率、出力を増大する為過給機が設けられる。該過給機は、排気タービンと給気コンプレッサとが同軸で連結された構造を有し、内燃機関の排気ガスのエネルギで排気タービンが駆動され、該排気タービンにより給気コンプレッサが駆動され、該給気コンプレッサで圧縮された空気が内燃機関に給気される様になっている。

内燃機関、特に舶用内燃機関では燃料として低質の重油が使用されており、舶用内燃機関の排気ガス中にはカーボン等の燃焼残渣物が含まれている。この為、排気タービンの内部、特に排気ガスで回転される回転翼車に、燃焼残渣物が付着する。燃焼残渣物が堆積すると、堆積した燃焼残渣物が回転翼車の支持部、例えば軸受部に擦れ、回転翼車の円滑な回転を阻害する。或は、燃焼残渣物の堆積で、回転翼車の回転バランスに狂いを生じ、振動を発生して軸受の寿命を短くする等の問題を生じる。

この為、従来より例えば特許文献１に示される様に、所定稼働時間毎に回転翼車を洗浄している。

特許文献１に示される過給機を図５により説明する。

過給機１の排気タービン２は、内燃機関に接続された排気管３に取付けられ、軸支持部４に回転自在に支持された回転翼車５を具備している。

前記排気タービン２の排気ガス流入口６の円周６等分した位置に、洗浄装置７が排気ガス流路８内に突出して設けられており、各洗浄装置７は前記回転翼車５のタービン翼９に対峙する様に複数のノズル１０を具備し、該ノズル１０から前記タービン翼９に洗浄水１１を噴出して、該洗浄水１１により前記タービン翼９に付着した燃焼残渣物を洗い流す様にしている。

上記した従来の過給機１では、前記タービン翼９に近接した位置から、前記タービン翼９に向い流れ方向に沿って洗浄水を噴出しているので、洗浄水は拡散することもなく直接前記タービン翼９に衝突して洗浄すると考えられる。この為、前記タービン翼９を均一に洗浄する為には、前記洗浄装置７は複数箇所に設けられ、更に各洗浄装置７は複数のノズル１０を有し、複雑な構成となっている。又、前記洗浄装置７は、前記排気ガス流路８に突出しているので、排気ガス流の障害物にもなっている。

又、洗浄部分が局所的になる為、タービン翼９全体を洗浄するには多量の水が必要となる。前記排気タービン２内は高温の排気ガスが流れ、前記回転翼車５も高温となっている。従って、多量の水によって洗浄されることは、前記回転翼車５が急冷されることになり、所謂サーマルショックの原因となる。更に、余剰の水は、内燃機関の燃焼室に逆流することも考えられ、燃焼効率に影響を及す。

実開昭６２−１６７３７号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、簡単な構成で、効果的に而もサーマルショックを引起すことなく、回転翼車の洗浄を可能とした過給機を提供するものである。

本発明は、過給機の排気タービンの排気ガス流入口に接続される排気管に、該排気管の中心線に対して所要角度傾斜させて洗浄水注水ノズルを取付け、該洗浄水注水ノズルより洗浄水を排気ガス中に注水し、洗浄水により前記排気タービン内部を洗浄可能とした過給機に係るものである。

又本発明は、前記排気タービンに接続された排気流出管と、該排気流出管に設けられ、ドレン弁を有するドレンとを更に具備し、前記洗浄水の適正注水量は、ドレンが所定量となる様に設定された過給機に係り、更に又注水される前記洗浄水の温度は、ドレンが所定量となる温度とされた過給機に係るものである。

本発明によれば、過給機の排気タービンの排気ガス流入口に接続される排気管に、該排気管の中心線に対して所要角度傾斜させて洗浄水注水ノズルを取付け、該洗浄水注水ノズルより洗浄水を排気ガス中に注水し、洗浄水により前記排気タービン内部を洗浄可能としたので、燃焼残渣物による汚れが除去され、回転部分の回転運動が燃焼残渣物の堆積で支障を生じることがなく、又回転部分の偏心で軸受部の寿命が短くなることが防止できる。

又本発明によれば、前記排気タービンに接続された排気流出管と、該排気流出管に設けられ、ドレン弁を有するドレンとを更に具備し、前記洗浄水の適正注水量は、ドレンが所定量となる様に設定されたので、適正注水量、洗浄の進行状態を具体的に把握できる。

更に又本発明によれば、注水される前記洗浄水の温度は、ドレンが所定量となる温度とされたので、洗浄に必要とされる注水量を確保すると共にサーマルショックの影響を最小限にすることができる等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１、図２は第１の実施の形態を示しており、図中、１３は過給機、１４は排気タービンを示し、更に１５はタービンハウジングを示している。該タービンハウジング１５は排気ガス流入口１６及び排気ガス流出口１７を有し、前記排気ガス流入口１６には排気管１８を介して排気タンク（図示せず）に接続され、該排気タンクは内燃機関の排気マニホールド（図示せず）に接続されている。前記タービンハウジング１５内部にはタービン翼車１９が回転軸２０を介して回転自在に収納され、該回転軸２０にはコンプレッサのコンプレッサ翼車（図示せず）が固着され、該コンプレッサ翼車は前記タービン翼車１９と一体に回転する様になっている。

前記排気ガス流入口１６の流入端、即ち前記排気管１８の下流端から所要距離Ｄの位置に、一対の洗浄水注水ノズル２１，２１が相対向した位置に設けられる。該洗浄水注水ノズル２１は、前記排気管１８の中心線を含む平面に配置され、又中心線に対して前記洗浄水注水ノズル２１の中心線の延長が下流側に向う様、所要角度α、例えば４５°傾斜して設けられる。

前記洗浄水注水ノズル２１，２１は導水分岐管２２，２２を経て導水管２３に合流し、該導水管２３は洗浄水供給源（図示せず）に接続されている。前記導水管２３には開閉弁２４が設けられ、又該開閉弁２４の下流側には調圧弁２５、圧力計２６が設けられている。又、前記導水分岐管２２には分岐開閉弁２７，２７が設けられている。

前記排気ガス流出口１７には排気流出管２８が接続され、該排気流出管２８にはドレン管２９が接続され、該ドレン管２９にはドレン弁３１が設けられている。

前記洗浄水注水ノズル２１について、図３により説明する。

該洗浄水注水ノズル２１は、前記分岐開閉弁２７の機能も有し、以下に述べる様に、前記導水分岐管２２を閉塞することが可能である。

前記排気管１８に台座３３が固着され、該台座３３、前記排気管１８の管壁を貫通する斜孔３４が穿設され、前記台座３３に前記斜孔３４と同心に弁座３５が着脱可能に螺着され、該弁座３５の先端には前記斜孔３４と同心のノズル孔３６が穿設されている。

前記弁座３５にＴ字状の弁棒ガイド３７が取付けられ、該弁棒ガイド３７には弁棒３８が螺合され、又軸心方向に摺動可能となっている。前記弁棒３８の外端にはハンドル３９が設けられている。前記弁棒ガイド３７には前記弁棒３８が収納される縦孔に連通する横孔４０が設けられ、該横孔４０に前記導水分岐管２２が連通している。

前記ハンドル３９により前記弁棒３８を締込むことで、該弁棒３８の先端が前記ノズル孔３６を閉塞し、又前記弁棒３８を緩めることで、該弁棒３８の先端が後退して前記ノズル孔３６が開放される。

尚、前記洗浄水注水ノズル２１を構成する部品には、耐熱、耐食性の材料が用いられ、特に少なくとも前記弁座３５、前記弁棒３８についてはステンレス鋼等により製作されることが好ましい。

以下、前記過給機１３の洗浄について説明する。

該過給機１３を洗浄する場合は、洗浄水によるサーマルショックを避ける為、内燃機関を低負荷で運転し、排気ガスの温度を３００℃から３５０℃とする。洗浄水（通常は清水）の温度を０℃〜６０℃とし、例えば注水量を２．８Ｌ／ｍｉｎとなる様に、前記調圧弁２５により注水圧力を調整する。

上記条件で洗浄を開始すると、前記洗浄水注水ノズル２１から洗浄水が、前記排気管１８を流れる排気ガスに向って、所定角度傾斜して噴出される。噴出方向が傾斜していることで、反対側の壁面に到達することなく、排気ガスの流れに乗り、排気ガスの流れで拡散される。前記ノズル孔３６の位置が前記排気ガス流入口１６の端面よりＤ離れていることで、噴出された洗浄水は、排気ガス中に均一に分散された状態で、前記排気ガス流入口１６より前記タービンハウジング１５内に流入する。

又、洗浄水の注水により、前記タービン翼車１９にサーマルショックを与えない様、注水量を制限する。又、洗浄効果を維持する為、注水した洗浄水が全て蒸発しない様に注水温度の上限温度を略６０℃に制限する。

洗浄水は、前記タービン翼車１９に衝突して汚れを除去し、大部分は排気ガスと共に排出される。

次に、洗浄水の注水量、注水温度が適正かどうか、更に洗浄の進行状態を前記ドレン管２９からのドレンによって判断する。即ち、実際の洗浄実績、実験等により、適正な洗浄水の注水量、注水温度を求めておき、排出されるドレンの量が所定量となる様に洗浄水の注水量、注水温度を管理する。ドレン量としては、例えば０．１Ｌ／ｍｉｎ程度である。又、洗浄の進行状態は、ドレンの色で判断する。

洗浄の完了は、ドレンが無色、又は略無色となった状態で、前記洗浄水注水ノズル２１からの注水を停止する。更に、前記ドレン管２９からのドレンが完全になくなった状態を確認し、前記ドレン弁３１を閉塞する。尚、定常運転に復帰する場合は、前記洗浄水注水ノズル２１を前記台座３３から除去し、前記ノズル孔３６を封止栓（図示せず）で封止する。

又洗浄完了後、定常運転を開始する前に所要時間過給機が乾燥する間、無負荷運転を実施し、洗浄による前記過給機の熱負荷を軽減する。

尚、前記注水量は、内燃機関、過給機の規模によって変動があり、略２．４〜５．０Ｌ／ｍｉｎの範囲で選択されることが好ましい。

又、ノズルの位置について所要距離Ｄ、更に前記洗浄水注水ノズル２１の傾斜角度α、についても内燃機関、過給機の規模によって変動があり、前記排気ガス流入口１６に流入する排気ガス中に、洗浄水が均一に拡散した状態となる様設定される。例えば、距離Ｄは略１５０ｍｍ〜３６０ｍｍの範囲で選択される。

更に又、設けられる前記洗浄水注水ノズル２１の個数は、１であっても、３以上であってもよい。

図４により、第２の実施の形態について説明する。

該第２の実施の形態では、排気タンクが具備されていない場合で、過給機が直接排気マニホールドに接続される場合である。尚、図４中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

内燃機関からの排気のタイミングが１／２サイクル異なる場合に、各タイミング毎の排気を導く排気管４３，４４が排気マニホールド（図示せず）に接続され、又該排気管４３，４４は二股排気管４１，４２を介して前記排気タービン１４に接続されている。又、前記二股排気管４１，４２は前記タービンハウジング１５の１８０°異なる位置に連通しており、前記二股排気管４１，４２からの排気は前記排気タービン１４で平均化される様になっている。

洗浄水注水ノズル２１は、前記排気管４３，４４にそれぞれ設けられ、各前記排気管４３，４４に分割して洗浄水が所要量注水される様になっている。尚、注水総量は、上記した様に、排出されるドレンの量が所定量となる様に洗浄水の注水量、注水温度が管理される。

本発明の第１の実施の形態に係る過給機の概略図である。図１のＡ−Ａ矢視図である。本発明に使用される注水ノズルの一例を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る過給機の概略図である。従来例を示す説明図である。

符号の説明

１３過給機
１４排気タービン
１６排気ガス流入口
１８排気管
２１洗浄水注水ノズル
２２導水分岐管
２３導水管
２９ドレン管
３１ドレン弁
３３台座
３４斜孔
３８弁棒
４３排気管
４４排気管

Claims

過給機の排気タービンの排気ガス流入口に接続された排気管と、該排気管の中心線に対して所要角度傾斜させて取付けた洗浄水注水ノズルと、前記排気タービンに接続された排気流出管と、該排気流出管に設けられ、ドレン弁を有するドレンとを具備し、前記洗浄水注水ノズルより洗浄水を排気ガス中に注水し、該洗浄水により前記排気タービン内部を洗浄可能とし、前記洗浄水の適正注水量は、ドレンが所定量となる様に設定されたことを特徴とする過給機。
注水される前記洗浄水の温度は、ドレンが所定量となる温度とされた請求項１の過給機。