JP4650233B2 - 過給機 - Google Patents

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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 (2)

  1. 過給機の排気タービンの排気ガス流入口に接続され排気管、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、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。
  2. 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。
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