JP6616736B2 - サイレンサ及び過給機 - Google Patents

Description

本発明は、サイレンサ及び過給機に関するものである。

従来、下記特許文献１，２に記載の過給機用サイレンサが知られている。特許文献１のサイレンサは、いわゆる「スプリッタ型」と呼ばれるタイプのものであり、内部に設けられた多数の仕切プレートを備えている。特許文献２のサイレンサは、いわゆる「反転型」と呼ばれるタイプのものであり、筐体内部で送気口の周囲に軸線方向に突出しガスの流れを反転させる部位を備えている。

特開2008-202436号公報 特許5526999号公報

しかしながら、スプリッタ型のサイレンサでは、ガス流路が複雑な形状であり圧力損失が発生し易い。一方、反転型のサイレンサでは、騒音の低減効果が十分でない場合がある。例えば、船舶用の過給機においては、国際海事機関により騒音の規準が定められているので、過給機の騒音を低減することは重要である。そこで、本発明は、過給機の騒音低減効果と圧力損失の低減とを両立するサイレンサ及びこれを備える過給機を提供することを目的とする。

本発明のサイレンサは、過給機のコンプレッサの吸入口側に取り付けられるサイレンサであって、コンプレッサの翼車の回転軸線方向の軸をもつ筒状部と、筒状部の一端を閉鎖する蓋部と、を有する筐体と、筒状部に設けられた外部からのガスの導入口と、回転軸線を中心とする円形をなした、筐体内のガスの送気口と、筐体内に設けられ、送気口の周囲から蓋部に向けて回転軸線方向に突出するように湾曲した湾曲壁部と、筐体内において筒状部と蓋部と湾曲壁部とで囲まれる空間内に設けられたバッフル板と、を備える。

また、バッフル板は、蓋部と湾曲壁部との間に位置し、回転軸線に交差する面内に延びているようにしてもよい。また、蓋部とバッフル板との距離、及びバッフル板と湾曲壁部との距離が何れも２０〜５０ｍｍであるようにしてもよい。また、バッフル板は吸音材を含むこととしてもよい。

また、バッフル板は、回転軸線を中心とする円形の開口を有し、開口の縁部は、湾曲壁部と蓋部との間隙が最も狭くなる位置よりも径方向の内側にあり、かつ、送気口よりも径方向の外側にあるようにしてもよい。また、バッフル板とは別のバッフル板がさらに設けられてもよい。また、本発明の過給機は、上記の何れかに記載のサイレンサを備えるものである。

本発明によれば、過給機の騒音低減効果と圧力損失の低減とを両立するサイレンサ及びこれを備える過給機を提供することができる。

実施形態に係る過給機を示す断面図である。 バッフル板の断面を示す断面図である。 変形例に係るサイレンサを示す断面図である。 他の変形例に係るサイレンサを示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るサイレンサ及び過給機の実施形態について詳細に説明する。

図１は、実施形態に係る過給機の、回転軸線Ａを含む断面を取った断面図である。過給機１は、例えば、船舶や車両の内燃機関に適用されるものである。図１に示されるように、過給機１は、タービン２とコンプレッサ３とを備えている。タービン２は、タービンハウジング４と、タービンハウジング４に収納されたタービン翼車６と、を備えている。タービンハウジング４は、タービン翼車６の周囲において周方向に延びるスクロール流路１６を有している。コンプレッサ３は、コンプレッサハウジング５と、コンプレッサハウジング５に収納されたコンプレッサ翼車７と、を備えている。コンプレッサハウジング５は、コンプレッサ翼車７の周囲において周方向に延びるスクロール流路１７を有している。

タービン翼車６は回転軸１４の一端に設けられており、コンプレッサ翼車７は回転軸１４の他端に設けられている。タービンハウジング４とコンプレッサハウジング５との間には、軸受ハウジング１３が設けられている。回転軸１４は、軸受１５を介して軸受ハウジング１３に回転可能に支持されており、回転軸１４、タービン翼車６及びコンプレッサ翼車７が一体の回転体１２として回転軸線Ａ周りに回転する。

タービンハウジング４には、排気ガス流入口（図示せず）及び排気ガス流出口１０が設けられている。内燃機関（図示せず）から排出された排気ガスが、排気ガス流入口を通じてタービンハウジング４内に流入し、スクロール流路１６を通じてタービン翼車６に流入し、タービン翼車６を回転させる。その後、排気ガスは、排気ガス流出口１０を通じてタービンハウジング４外に流出する。

コンプレッサハウジング５には、吸入口９及び吐出口（図示せず）が設けられている。上記のようにタービン翼車６が回転すると、回転軸１４を介してコンプレッサ翼車７が回転する。回転するコンプレッサ翼車７は、吸入口９を通じて外部の空気を吸入し、圧縮して、スクロール流路１７を通じて吐出口から吐出する。吐出口から吐出された圧縮空気は、前述の内燃機関に供給される。

更に、過給機１は、コンプレッサ３の吸入口９に取り付けられたサイレンサ２１を備えている。外部からコンプレッサ３に供給される空気は、サイレンサ２１を経由してコンプレッサ３の吸入口９に吸入される。サイレンサ２１はコンプレッサ翼車７で発生する騒音の外部への放出を低減する。サイレンサ２１は、いわゆる「反転型」と呼ばれるタイプのものである。図１では、サイレンサ２１の断面図が示されているが、サイレンサ２１は図１に示される断面を回転軸線Ａ周りに回転させて形成される回転体の三次元形状をなしている。すなわち、サイレンサ２１は、回転軸線Ａに平行な視線で見て円形をなしている。

サイレンサ２１の筐体２３は、円筒状をなす円筒状部２７と、円筒状部２７の一端を閉鎖する円形の蓋部２９と、を備える。サイレンサ２１は、円筒状部２７の筒軸と回転軸線Ａとがほぼ一致するように、コンプレッサハウジング５に取り付けられる。蓋部２９は空気を透過させない。これに対し円筒状部２７は、空気を透過させる構造の金属板（例えばパンチングメタル）からなり、外部からの空気は円筒状部２７を径方向に通過して筐体２３内に導入される。すなわち、円筒状部２７の周壁面全体が、外部からの空気を径方向に導入する導入口２８として機能する。

サイレンサ２１は、蓋部２９とは反対側の位置において筐体２３に設けられた送気口３０を備えている。送気口３０は外部から導入された空気をコンプレッサ３側に送出する。送気口３０は回転軸線Ａを中心とする円形をなし、コンプレッサ３の吸入口９に接続されている。また、サイレンサ２１は、筐体２３内において、送気口３０の周囲から蓋部２９に向けて回転軸線Ａ方向に突出するように湾曲した湾曲壁部３１を備えている。湾曲壁部３１の径方向外側の縁は円筒状部２７に連結されている。湾曲壁部３１の径方向内側の縁は送気口３０を形成している。例えば、湾曲壁部３１は、湾曲した金属板（例えば、アルミニウム板）で形成されている。湾曲壁部３１のピーク３１ａは、導入口２８のコンプレッサ３側の端部２７ａよりも蓋部２９側に位置している。導入口２８から送気口３０に向かう空気の一部は、湾曲壁部３１を迂回するために、一旦蓋部２９側に流動した後、流動方向を反転させて送気口３０に向かうことになる。より厳密には、湾曲壁部３１は、導入口２８から送気口３０に向かう空気の一部について、流動方向の回転軸線Ａ方向成分の向きを反転させる。

サイレンサ２１には、上述の円筒状部２７と、蓋部２９と、湾曲壁部３１と、で囲まれた内部空間Ｒが形成されている。サイレンサ２１では、円筒状部２７の導入口２８を通じて外部からの空気が径方向に内部空間Ｒに導入され、内部空間Ｒを経由した空気が軸方向にコンプレッサ３側に送出される。

更に、サイレンサ２１は、内部空間Ｒ内に設けられたバッフル板３５を備えている。バッフル板３５は、蓋部２９と湾曲壁部３１との間に配置され、回転軸線Ａに直交する平板状をなしている。回転軸線Ａに平行な視線で見て、バッフル板３５は円形をなし、バッフル板３５の中央には回転軸線Ａを中心とする円形の開口３７が形成されている。バッフル板３５の外縁部は、例えば、断面Ｌ字のブラケット３４を介して円筒状部２７の内壁面に取り付けられている。導入口２８のうちバッフル板３５よりも蓋部２９側の部分から導入された空気は、蓋部２９とバッフル板３５との間を通り、更に開口３７を通って、送気口３０に向かう。

開口３７の縁部３７ａは、湾曲壁部３１のピーク３１ａの位置Ｐ１よりも径方向の内側にあり、かつ、送気口３０の縁部の位置Ｐ２よりも径方向の外側にあることが好ましい。なお、上記のピーク３１ａの位置Ｐ１は、蓋部２９と湾曲壁部３１との間隙が最も狭くなる位置である。

また、回転軸線Ａ方向において、蓋部２９とバッフル板３５との距離Ｌ１と、バッフル板３５と湾曲壁部３１（ピーク３１ａの位置Ｐ１）との距離Ｌ２と、が何れも２０〜５０ｍｍであるようにバッフル板３５を配置することが好ましい。上記の距離Ｌ１，Ｌ２が２０ｍｍよりも狭くなると、空気の流路が狭くなることにより圧力損失が大きくなる。一方、距離Ｌ１，Ｌ２が５０ｍｍよりも広くなれば、騒音の低減効果が十分ではなくなる。また、距離Ｌ１と距離Ｌ２とが等しいことが好ましい。この構成により、空気の流路幅である距離Ｌ１及び距離Ｌ２を可能な限り大きく確保し、サイレンサ２１における圧力損失を低減することができる。

図２は、バッフル板３５の断面図を示す。図２に示されるとおり、バッフル板３５は、２枚の金属板４１と、この金属板４１同士の間に挟まれた板状の吸音材４３と、を備えている。金属板４１には、厚み方向に貫通する多数の穴４１ａが形成されている。２枚の金属板４１と吸音材４３とは、例えば、厚み方向に貫通するリベット（図示せず）等でカシメられている。蓋部２９もバッフル板３５と同様の構造をなしてもよい。また、湾曲壁部３１のうち送気口３０から回転軸線Ａ方向に延びる円筒状の部位において、内部空間Ｒの外側の壁面に吸音材４５が設けられている。そして、湾曲壁部３１のうち上記の円筒状の部位にも、多数の穴が形成されている。このような配置で吸音材４３，４５が存在することにより、特に、コンプレッサ翼車７から回転軸線Ａ方向に放出される騒音が吸音材４３，４５によって吸収され、外部に放出される騒音が低減される。金属板４１の材料としては、例えば、アルミニウムが用いられる。吸音材４３，４５の材料としては、例えば、羊毛フェルトが用いられる。

続いて、サイレンサ２１及び過給機１による作用効果について説明する。

サイレンサ２１は、基本的に反転型サイレンサの構造をなしているので、スプリッタ型サイレンサに比較して、空気の流路の構造が単純であり、また、導入口２８の面積も広く確保できるので、圧力損失が低減される。また、スプリッタ型サイレンサでは、例えば貫通ボルトを介して多数の仕切プレートを筐体に固定する必要がある。このため、スプリッタ型サイレンサの筐体は、例えば鋳造物で構成する必要があり、重量が大きくなる傾向にある。過給機１はエンジンの近傍などに設置され振動を受けるので、振動による疲労や破損等を抑制するために、サイレンサ自体の重量の低減は重要である。これに対し、サイレンサ２１は、基本的に反転型サイレンサの構造をなすので、重量も小さく抑えることができる。その一方、サイレンサ２１では、内部空間Ｒにバッフル板３５が設けられているので、騒音の低減効果も補強されている。また、回転軸線Ａに直交する方向に延びるバッフル板３５の存在により、コンプレッサ翼車７で発生する騒音のうち、特に、回転軸線Ａ方向の成分が低減される。本発明者らの実験によれば、バッフル板３５を備えていない反転型サイレンサに比べて、サイレンサ２１は約５ｄＢの騒音低減が可能である。

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、実施例の変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

例えば、図３に示されるように、サイレンサ２１には、更に別のバッフル板３５が設けられてもよい。すなわち、サイレンサ２１には複数のバッフル板３５が設けられてもよい。この場合においても、蓋部２９とバッフル板３５との距離Ｌ１と、バッフル板３５と湾曲壁部３１との距離Ｌ２とが何れも２０〜５０ｍｍであることが好ましい。更に、この場合、バッフル板３５同士の間の距離Ｌ３も２０〜５０ｍｍであることが好ましい。また、距離Ｌ１と距離Ｌ２と距離Ｌ３とがすべて等しいことが好ましい。また、図３は、バッフル板３５が２枚設けられた例を示しているが、バッフル板３５が３枚以上であってもよい。バッフル板３５が３枚以上設けられる場合においても、各バッフル板３５は、蓋部２９と湾曲壁部３１との距離を等分割する位置に配置されることが好ましい。

また、実施形態では、蓋部２９とバッフル板３５とが平板状である例を示したが、図４に示されるように、湾曲した蓋部１２９を備えるサイレンサ１２１にも本発明が適用可能である。サイレンサ１２１は、内部空間Ｒ内に設けられたバッフル板１３５と、を備えている。バッフル板１３５は、蓋部１２９と湾曲壁部３１との間に位置し、回転軸線Ａに交差する面内に延びている。また、バッフル板１３５は、回転軸線Ａを中心とする円形の開口１３７を有している。またこの場合、図４に示されるように、バッフル板１３５も蓋部１２９と平行になるように湾曲させることが圧力損失を低減する上で好ましい。但し、図４に示される構成に比較して、図１に示されるように蓋部２９とバッフル板３５とが共に平板状である構成が圧力損失を低減する上でより好ましい。

また、図１及び図３に示される実施形態では、バッフル板３５の外縁部が、断面Ｌ字のブラケット３４を介して円筒状部２７の内壁面に取り付けられている例を示しているが、バッフル板３５を筐体２３に取り付ける手法はこれに限定されない。例えば、バッフル板３５の外縁部を円筒状部２７の内壁面に対し、溶接、接着又はロウ付けなどによって接合してもよい。また、実施形態では回転軸線Ａに直交するバッフル板３５について説明したが、本発明はこれには限定されない。例えば、回転軸線Ａに平行な面内に延びるバッフル板を採用してもよい。また、実施形態では、バッフル板３５が吸音材４３を有する場合を示したが、バッフル板は単なる金属板であってもよい。

１ 過給機
３ コンプレッサ
７ コンプレッサ翼車
９ 吸入口
２１ サイレンサ
２７ 円筒状部（筒状部）
２９ 蓋部
３０ 送気口
３１ 湾曲壁部
３１ａ ピーク
３５ バッフル板
３７ 開口
３７ａ 開口の縁部
４３ 吸音材
Ａ 回転軸線

Claims (7)

1. 過給機のコンプレッサの吸入口側に取り付けられるサイレンサであって、
   前記コンプレッサの翼車の回転軸線方向の軸をもつ筒状部と、前記筒状部の一端を閉鎖する蓋部と、を有する筐体と、
   前記筒状部に設けられた外部からのガスの導入口と、
   前記回転軸線を中心とする円形をなした、前記筐体内のガスの送気口と、
   前記筐体内に設けられ、前記送気口の周囲から前記蓋部に向けて前記回転軸線方向に突出するように湾曲した湾曲壁部と、
   前記筐体内において前記筒状部と前記蓋部と前記湾曲壁部とで囲まれる空間内に設けられ、前記蓋部と前記湾曲壁部のピークとで前記回転軸線方向に挟まれる領域から前記回転軸線方向にはみださないように配置され、前記回転軸線を中心とする円形の開口が中央に形成されているバッフル板と、を備えるサイレンサ。
2. 前記バッフル板は、
   前記蓋部と前記湾曲壁部との間に位置し、前記回転軸線に交差する面内に延びている、請求項１に記載のサイレンサ。
3. 前記蓋部と前記バッフル板との距離、及び前記バッフル板と前記湾曲壁部との距離が何れも２０〜５０ｍｍである、請求項２に記載のサイレンサ。
4. 前記バッフル板は吸音材を含む、請求項１〜３の何れか１項に記載のサイレンサ。
5. 前記バッフル板の前記開口の縁部は、
   前記湾曲壁部と前記蓋部との間隙が最も狭くなる位置よりも径方向の内側にあり、かつ、前記送気口よりも径方向の外側にある、請求項１〜４の何れか１項に記載のサイレンサ。
6. 前記バッフル板とは別のバッフル板がさらに設けられた、請求項１に記載のサイレンサ。
7. 請求項１〜５の何れか１項に記載のサイレンサを備える過給機。

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