JP4829219B2 - バイブレーションダンパ - Google Patents

Description

本発明は、過給される内燃機関類の領域に関する。本発明は内燃機関と過給器から構成されたシステムの振動を減少させるための装置と、内燃機関を過給するための過給器と、内燃機関と過給器から構成されたシステムに関する。

内燃機関と過給器から構成されたシステム、例えば排ガスターボチャージャーは、設置様式に依存して、構造固有振動数を有しており、この固有振動数は内燃機関の点火周波数および／または内燃機関の定格回転数の倍数により励起される。このような共振が内燃機関の運転領域内にあると、内燃機関は排ガスターボチャージャーにより許容できないほどに激しく振動する。

回転数が一定の内燃機関の場合、共振点はシステムの剛性を変更することにより、あるいは構造固有振動数を変更することにより回転数から離れるようにずらすことができる。
これに反して回転数が可変の内燃機関では、多くの共振点が規定の運転領域内にある。
その場合、個々の構成部品あるいはシステム全体の耐用時間が短縮する恐れがある強い振動が度々生じる。

エンドユーザと船級協会の高い要求を満たすために、モーターブロック及び排ガスターボチャージャーにおける一定の振動限界値を遵守しなければならない。固有振動数の変更により、製造元あるいは船級協会の振動限界値を回転数範囲全体にわたり下回ることに失敗すると、故障を回避するためには、運転に関する内燃機関の特定な回転数範囲をロックしなければならない。これにより運転手にとっての拘束が必然的に生じる。これまでは振動を効果的に減少させるために、何の構造的対策も知られておらず、かつ試みられていなかった。

本発明の根底をなす課題は、この場合に生じる振動により個別の構成部品あるいはシステム全体の寿命を縮めることなく、内燃機関が自由に使用できる回転数範囲全体において運転できる、内燃機関及び過給器から構成されたシステムを提供することにある。

本発明によりこの課題は、内燃機関及び過給器から構成されたシステムの振動を軽減させる手段が、例えばバイブレーションダンパ及びショックアブソーバの形式で設けられることにより解決される。

バイブレーションダンパおよび／またはショックアブソーバが、露出されかつ強く振動するシステムの箇所に固定されるのは有利である。というのもそこで振動は最大状態にあり、したがって振動軽減手段は最も効果的に使用することができる。

過給器は通常、内燃機関の露出した位置に固定されているので、例えばコンプレッサケーシングの空気取り入れ側のフィルタマフラにおける排ガスターボチャージャーの場合、振動軽減手段を過給器に固定するのは特に効果的である。

他の長所は従属請求項から得られる。

以下に、図に基づき本発明による装置の様々な実施例を概略的に示し、かつ詳しく説明する。

図の全てにおいて、同様に作用する部材は同じ参照符号を備えている。

減衰されるバイブレーションダンパおよびショックアブソーバを、振動が最大状態にある露出した位置に取付けることにより、内燃機関及び過給器による振動は効果的に軽減することができる。過給器とは、当該例においては、排ガスターボチャージャーを指す。代替え案として、内燃機関には例えば機械的にあるいは電気的に駆動されるコンプレッサを介して燃焼空気を供給することができる。引続いて記載されるショックを吸収する方法は、このような過給器にも適用することができる。

この場合、ショックアブソーバあるいはバイブレーションダンパは、まず第一にモーターターボチャージャーシステムの低い固有振動数の固有形状の主要振動方向に、すなわち通常ターボチャージャー軸の方向でかつそれに対して横に（水平方向に）作用しなければならない。

ターボチャージャーの大部分はモーターを介してコンソール上に固定されているかあるいは露出した位置のモーターの正面に固定されている。この露出した位置により、ターボチャージャーは最強の振動を受け、したがってショックアブソーバ及びバイブレーションダンパの取付けには最も適している。

バイブレーションダンパは様々な変形において、例えばバネの振動する質量として構成されている。バイブレーションダンパは減衰または減衰しなくてもしてもよい。かすかに減衰するかあるいは減衰しないバイブレーションダンパは、一定の周波数で設計され、かつ狭い周波数範囲にわたり作用する。強く減衰するバイブレーションダンパは、ショックアブソーバのように広い周波数範囲にわたり作用する。

バイブレーションダンパの質量はターボチャージャー重量の約５〜１０％である。このようにして、バランスは達せられるべき減衰力と、スーパーチャージャーに機械的に耐える追加荷重の間でとられる。

減衰は固定部の減衰特性によってかあるいは個別のショックアブソーバにより行われる。さらにターボチャージャーの構成部品はバイブレーションダンパあるいはショックアブソーバとして利用することができる。例えば外されたフィルタマフラはバイブレーションダンパ質量として利用することができるが、コンプレッサケーシングにフィルタマフラを固定することにより、減衰が達せられる。

さらにバイブレーションダンパ質量は振動する質量として減衰しかつ粘性の高い液体（例えばオイル）が充填された空域内で保管されているか、あるいはばらばらのバルク材料から構成されて対応する容器内に設けられている。この空域は不動に固定されたタンク内で、内燃機関及び排ガスターボチャージャーから成るシステムの別の構成部品として、またはターボチャージャー、コンソールあるいはモーターのケーシング空洞部内の一体化された構成部品として形成されている。

ショックアブソーバはターボチャージャーの強く振動する部分に固定され、かつモーターブロック、コンソールあるいはモーターと不動に接続している。ショックアブソーバは比較的高い固有周波数（１０〜１００Ｈｚ）及び振幅（０．１〜２ｍｍ）への適用に依存して設計しなければならない。

バイブレーションダンパとショックアブソーバは、ターボチャージャーあるいはコンソールのケーシング全てに、あるいはモーターブロックの外側部分に取付けられている。
ガス入口あるいはガス出口では温度が高く、外側部分は被害を被るので、ショックアブソーバとバイブレーションダンパは軸受ケーシング、コンプレッサケーシング、フィルタマフラに取付けられ、あるいはフィルタマフラのないターボチャージャーの場合はインテークエアダクトに取付けなければならない。フィルタマフラはそれ自体、バイブレーションダンパとしても取付けることができ、その際コンプレッサケーシングとの接続部を介して減衰作用が達せられる。

図１は内燃機関に固定されるような排ガスターボチャージャーを示し、この場合図において内燃機関を導入するための外側ケーシング部分ならびに接続フランジだけがはっきりわかる。内燃機関用の空気はフィルタフィルタマフラ５を介して吸引され、かつコンプレッサケーシング１において回転するコンプレッサ輪へ案内される。コンプレッサ輪は、軸受ケーシング４内で回転可能に支承されている軸の一方の端部に固定される。軸の他方の端部にはタービン輪が固定されている。タービンケーシングは二つの部分、すなわち内燃機関からの高温排ガスの導管を備えたガス入口ケーシング２、ならびに排気装置を接続するための出口フランジを備えたガス流出ケーシング３を備えている。様式と大きさに応じて、排ガスターボチャージャーは軸受ケーシングあるいはタービンケーシングの部分において内燃機関と接続している。選択肢として排ガスターボチャージャーは、第二支持部により、例えばフィルタマフラの領域内で付加的に支持されている。

本発明によれば、内燃機関はバイブレーションダンパ６を備え、このバイブレーションダンパは排ガスターボチャージャーのフィルタマフラに固定されており、排ガスターボチャージャーの質量は例えばタンク内ではオイルで減衰作用が行われており、弾性部材を用いて弾性を持たせるように支承されているかあるいはルーズなばら材としてケーシング内に設けられている。このようなバイブレーションダンパ／ショックアブソーバは、排ガスターボチャージャーの他のケーシング上にも固定でき、あるいは排ガスターボチャージャーのケーシング内に一体化されて設けられているかあるいはそれ自体ケーシング部分である。

例えばバイブレーションダンパは軸受ケーシングの第一支持部により、かつ第二支持部によりコンプレッサケーシングとフィルタフィルタマフラの間のフランジ接続部に固定することができる。この際、付加的な固定部はバイブレーションダンパ／ショックアブソーバをできるだけターボチャージャーと固く接続し、それにより振動がバイブレーションダンパにできるだけ直接伝達するのに役立つ。

図１の右下には、フィルタフィルタマフラ５及び対応する支持台（例えばコンソール、モーターブロックあるいは外部フレーム）と固く接続している別のショックアブソーバ７を示してある。別のショックアブソーバは、特に台座８がきわめて硬い場合に、振動するフィルタフィルタマフラに最適に減衰作用を与える。

図２は軸受ケーシングに固定されているバイブレーションダンパ９を示す。減衰作用は固定部（減衰作用を行う中間層を備えた多層材料）を介して、あるいは個別のショックアブソーバにより行われる。

本発明による振動を減少させるための装置の第一実施例に関する排ガスターボチャージャーの外観図である。 本発明による振動を減少させるための装置の第二実施例に関する排ガスターボチャージャーの外観図である。

符号の説明

１ コンプレッサケーシング
２ ガス入口ケーシング
３ ガス流出ケーシング
４ 軸受ケーシング
５ フィルタマフラ
６ バイブレーションダンパ
７ ショックアブソーバ
８ 台座
９ バイブレーションダンパ

Claims (6)

1. 内燃機関、過給器および内燃機関及び過給器から構成されたシステムの振動を軽減させるための装置を備えたシステムであって、
   前記振動を軽減させるための装置が、少なくとも一つのバイブレーションダンパと、振動を減衰させるための手段を有しており、
   前記バイブレーションダンパおよび／または振動を減衰させるための手段が、過給器に対して固定されており、かつ内燃機関及び過給器から構成されたシステムの低い固有振動数の固有形状の主要振動方向に、すなわちターボチャージャー軸方向でそれに対して横方向に作用しており、
   振動を減衰させるための手段がバイブレーションダンパ内で一体化されていることを特徴とするシステム。
2. 振動を減衰させるための手段がショックアブソーバを備えていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 過給器がケーシングを備えていることと、
   バイブレーションダンパおよび／または振動を減衰させるための手段が、過給器のケーシング内で一体化されていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
4. 過給器が多数の構成部品を備えていることと、
   過給器の構成部品の少なくとも一つがバイブレーションダンパとして形成されていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
5. バイブレーションダンパおよび／または振動を減衰させるための手段が、前記システムにおいて、露出されかつ振動する位置に固定されていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
6. 過給器が内燃機関の露出した位置に固定されていることと、
   バイブレーションダンパおよび／または振動を減衰させるための手段（７）が、過給器に固定されていることを特徴とする請求項５記載のシステム。

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