(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気導入ダクトに連結される吸気ハウジングを備え、過給機本体の空気吸込口に取付けられることで前記過給機本体のロータ軸を基準として放射方向外方から吸込まれる吸気の消音を行なう過給機用サイレンサであって、
前記ロータ軸を基準として、前記ロータ軸の長手軸線方向視で屈曲部を有する複数のサイレンサエレメントが放射状に配置され、かつ、前記複数のサイレンサエレメントのうち一部のサイレンサエレメントの前記屈曲部における頂部の向きが、残りのサイレンサエレメントの前記屈曲部における前記頂部の向きと異なるように設置されることを特徴とする過給機用サイレンサ。
【請求項２】
前記複数のサイレンサエレメントの前記屈曲部における前記頂部の、前記ロータ軸を基準とした向きは、前記吸気ハウジングの吸気入口開口軸線を境にして異なる向きに設置されることを特徴とする請求項１に記載の過給機用サイレンサ。
【請求項３】
前記吸気ハウジング内において吸気流れの干渉を防止する仕切板をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の過給機用サイレンサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の過給機用サイレンサを備えることを特徴とする過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば舶用機関のような大型ディーゼル機関の過給機に適用される過給機用サイレンサに係り、特に、吸気ハウジングを備えている過給機用サイレンサの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の燃焼用空気を圧縮し、密度の高い空気を燃焼室内へ送り込む過給機が知られており、たとえば舶用や発電用の大型ディーゼル機関においても広く使用されている。このような過給機は、燃焼用空気を圧縮する圧縮機及び圧縮機の駆動源になる過給機タービンが同軸とされ、ケーシング内に収納されて一体に回転する。なお、過給機タービンは、内燃機関の排気ガスが保有するエネルギにより駆動される。
【０００３】
従来の過給機は、吸入空気から発生する騒音を消音するため、たとえば下記の特許文献１に開示されているような過給機用サイレンサが用いられている。この過給機用サイレンサでは、サイレンサエレメント（吸音体）として２回折れ曲がり形状（略Ｚ状）の吸音スプリッタを採用し、消音性能の維持と低圧損化を図っている。この吸音スプリッタは、多数を同方向に組み合わせて吸気流路に配置されている。
【０００４】
すなわち、例えば図４及び図５に示す過給機用サイレンサ１，１Ａでは、吸音スプリッタ２が、吸気流路の入口部において、円周方向へ間隔を隔てた状態にして放射状に配置されている。
また、他の過給機用サイレンサにおいては、略Ｚ状に代えて曲線形状（円弧状等）の吸音スプリッタを組み合わせたサイレンサエレメントを採用したものもある。
【０００５】
また、一般的な舶用機関の過給機用サイレンサ構造は、例えば図４に示す過給機用サイレンサ１のように、空気吸い込みハウジングがないため、ロータ軸を基準とした放射方向から空気を吸い込む構造の船内吸気方式となっている。
一方、吸気用のダクトを設けて船外から直接空気（外気）を吸い込む方式とした船外吸気方式の過給機用サイレンサ構造は、船外から温度の低い空気を過給機へ供給して機関の燃焼効率を高めることが可能になる。このような船外吸気方式のサイレンサ１Ａでは、例えば図５に示すように、サイレンサ本体（図４の過給機用サイレンサ１）を囲むようにして設けた吸気ハウジングＨに吸気用のダクト（不図示）が接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２００９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した引用文献１に開示されている吸音スプリッタ２等のサイレンサエレメントは、本願の図１及び図５に図示するような吸気ハウジングＨのない船内吸気方式の過給機用サイレンサ１に適用すると、図４に矢印Ｆ１で示すように、吸気流れ方向を有するサイレンサエレメントに対して同一方向から吸気が通過する。このため、船内吸気方式の過給機用サイレンサ１では、サイレンサの全周にわたって略均一な吸い込みが可能となる。
【０００８】
しかし、本願の図１及び図５に図示するような吸気ハウジングＨを備えた船外吸気方式の過給機用サイレンサ１Ａでは、吸気ハウジングＨに開口する吸気入口Ｈｉの軸線Ｌを境界としてサイレンサ円周における吸気の吸い込み状態が不均一となる。すなわち、吸気の流入方向が吸気ハウジングＨにより限定されるため、吸音スプリッタ２の断面形状と吸気流れ方向Ｆ２との関係は、軸線Ｌを境界として略反対になる。このため、過給機用サイレンサ１の周囲においては、吸気の吸込み状態が不均一となる。この結果、吸気ハウジングＨを備えた従来の過給機用サイレンサ１Ａでは、サイレンサ内部の圧力損失が増加することにより、過給機性能の低下が懸念される。
【０００９】
このような背景から、吸気ハウジングＨを備えた過給機用サイレンサ１Ａにおいては、吸気流れ方向を有する吸音スプリッタ２のようなサイレンサエレメントについて、その配置構造を改良するなどして過給機性能の向上を図ることが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、船外吸気式の吸気ハウジングを備えた過給機用サイレンサにおいて、吸気入口の軸線を境界としてサイレンサ円周における吸気の吸い込み状態が不均一になることを解消できる過給機用サイレンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る過給機用サイレンサは、外気導入ダクトに連結される吸気ハウジングを備え、過給機本体の空気吸込口に取付けられることで前記過給機本体のロータ軸を基準として放射方向外方から吸込まれる吸気の消音を行なう過給機用サイレンサであって、前記ロータ軸を基準として、前記ロータ軸の長手軸線方向視で屈曲部を有する複数のサイレンサエレメントが放射状に配置され、かつ、前記複数のサイレンサエレメントのうち一部のサイレンサエレメントの前記屈曲部における頂部の向きが、残りのサイレンサエレメントの前記屈曲部における前記頂部の向きと異なるように設置されることを特徴とするものである。
【００１１】
このような過給機用サイレンサによれば、過給機本体のロータ軸を基準として複数のサイレンサエレメントが放射状に配置され、かつ、複数のサイレンサエレメントのうち一部のサイレンサエレメントの屈曲部における頂部の向きが、残りのサイレンサエレメントの屈曲部における頂部の向きと異なるように設置されるので、サイレンサエレメントの断面形状と吸気流れ方向との関係が反対の向きとなるものが減少し、吸気の吸込み状態が不均一になることを抑制できる。
【００１２】
上記の発明において、前記複数のサイレンサエレメントの前記屈曲部における前記頂部の、前記ロータ軸を基準とした向きは、前記吸気ハウジングの吸気入口開口軸線を境にして異なる向きに設置されることが好ましく、これにより、サイレンサエレメントの断面形状と吸気流れ方向との関係が逆向きとなることを確実に防止または抑制することができる。そして、吸気の流速分布が均一化され、サイレンサ内部における吸気の吸込み分布も均一になるため、剥離や渦による性能低下を抑えることができる。
また、上記に発明において、前記吸気ハウジング内において吸気流れの干渉を防止する仕切板をさらに備えることが望ましい。
【００１３】
本発明に係る過給機は、請求項１から３のいずれかに記載の過給機用サイレンサを備えることを特徴とするものであり、従って、サイレンサエレメントの断面形状と吸気流れ方向との関係が反対の向きとなるものが減少し、吸気の吸込み状態が不均一になることを抑制できる。
【発明の効果】
【００１４】
上述した本発明によれば、吸気ハウジングを備えた過給機用サイレンサにおいて、吸気入口の軸線を基準として生じる左右の吸気の吸い込み状態が不均一になることを解消し、サイレンサ内部の圧力損失増加や過給機性能の低下を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る過給機用サイレンサの一実施形態として、吸気流路内におけるサイレンサエレメント配置例を示す縦断面図（ロータ軸と直交する方向の断面図）である。
【図２】図１に示した過給機用サイレンサの過給機について、効率（縦軸）とコンプレッサ圧力比（横軸）との関係を従来構造と比較して示す試験結果の図である。
【図３】本発明に係る過給機用サイレンサを備えた排気タービン過給機の一構成例を示す縦断面図（ロータ軸方向の断面図）である。
【図４】船内吸気方式（空気吸い込みハウジングなし）の過給機用サイレンサにおいて、サイレンサエレメント配置の従来例を示した縦断面図である。
【図５】船外吸気方式（空気吸い込みハウジング付）の過給機用サイレンサにおいて、サイレンサエレメント配置の従来例を示した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る過給機用サイレンサについて、図１から図３を参照して説明する。
図３は、本発明に係る過給機用サイレンサを具備した排気タービン過給機の構成例を示す縦断面図であり、本発明に係る過給機用サイレンサは、このような排気タービン過給機１０に適用され得るものである。
図示の排気タービン過給機１０は、例えば、図示しない舶用ディーゼル機関（例えば、低速２サイクルディーゼル機関）に装着されて、舶用ディーゼル機関を構成するシリンダライナ（図示せず）の内部と連通する給気マニホールド（図示せず）に、圧縮された空気を供給する装置である。
【００１７】
図３に示すように、排気タービン過給機１０は、ガス入口ケーシング１１、ガス出口ケーシング１２、軸受台１３及びコンプレッサ側の空気案内ケーシング１４がボルト（図示せず）によって一体に締結されることにより構成されている。ロータ軸１５は、軸受台１３内にスラスト軸受１６及びラジアル軸受１７，１８により回転自在に支持されており、一端部にタービン部を構成するタービン１９が固結され、他端部にコンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車（羽根車）２０が固結されている。
【００１８】
一端部側のタービン１９は、外周部に多数のブレード１９ａを有している。このブレード１９ａは、ガス入口ケーシング１１に設けられた排気ガス導入路２２と、ガス出口ケーシング１２に設けられた排気ガス排出路２３との間に配置されている。
一方、他端部側のコンプレッサ羽根車２０は、外周部に多数のブレード２０ａを有している。このブレード２０ａは、空気案内ケーシング１４に設けられた吸入空気導入路（吸気流路）２４の後方に配置されている。吸入空気導入路２４は、コンプレッサ羽根車２０を介して渦巻き室２５に接続され、さらに、渦巻き室２５は図示しない吸入空気導入路を介してエンジンの燃焼室に接続されている。
【００１９】
上述した排気タービン過給機１０は、吸入空気導入路２４の上流側に過給機用サイレンサ３０を備えている。この過給機用サイレンサ３０は、コンプレッサ部で圧縮する吸入空気が吸入空気導入路２４に吸入される前段（上流側）に、すなわち吸入空気導入路２４の入口部上流側に設置される装置であり、吸入空気を通過させることで空気流を整流するフィルタ機能と、吸入空気から発生する騒音を吸収する消音機能とを有している。
また、この過給機用サイレンサ３０は、サイレンサ本体３１の外周を囲むようにして設けた吸気ハウジング（空気吸い込みハウジング）Ｈに、船外から温度の低い空気を導入するための外気導入ダクト（不図示）が接続されている。従って、このタービン過給機１０は、吸気ハウジングＨを備えた船外吸気方式の過給機用サイレンサとなる。
【００２０】
このように、図１に示す過給機用サイレンサ３０は、外気導入ダクトに連結される吸気ハウジングＨを備え、さらに、排気タービン過給機（過給機本体）１０の空気吸込口に取付けられることにより、吸入空気導入路２４を介して過給機本体のロータ軸を基準とした放射方向の外方から吸込まれる吸気の消音を行なうように構成されている。
【００２１】
そして、本実施形態の過給機用サイレンサ本体３１には、吸気流路２４の入口部に、サイレンサエレメントとなる複数の吸音スプリッタ２が設置されている。
この吸音スプリッタ２は、ロータ軸１５の軸方向に存在するサイレンサ本体３１の壁面３２，３３と対向しない外周がアルミニウムのような金属製とされ、多数の通孔が形成されたパンチングメタルからなる外周壁Ｐｍにより周囲を取り囲まれている。また、吸音スプリッタ２の外周壁Ｐｍには、相互に逆方向に屈曲する２つの屈曲部２ａ，２ｂが形成され、従って、各吸音スプリッタ２は全体として略Ｚ形の断面形状をなしている。
【００２２】
このような吸音スプリッタ２は、吸気流れ方向に対して流路抵抗が少なくなるように配置される。
すなわち、本実施形態における吸音スプリッタ２を使用する場合には、略Ｚ形の断面形状において屈曲部の頂部２ａが一方向となるように（より具体的には、図５のように、全ての吸音スプリット２の屈曲部の頂部２ａがロータ軸から見た場合に全て左向き（別の実施例においては全ての吸音スプリット２の屈曲部の頂部２ａがロータ軸から見た場合に全て右向き）となるように）配置されるよりも、吸音スプリッタ２の屈曲部の頂部２ａが吸気流れ方向下流側の向き（つまり図１における矢印Ｆ３の向き）となるように配置されると流路抵抗が小さくなる。
そこで、吸気ハウジングＨを備えた過給機用サイレンサ３０では、少なくとも一部の吸音スプリッタ２の屈曲部の頂部２ａのロータ軸から見た向きが異なるように設置される。
【００２３】
ここで、本実施形態における吸音スプリッタ２の配置例を具体的に説明すると、図１の吸音スプリッタ２は、吸気ハウジングＨの吸気入口開口Ｈｉの軸線Ｌを境にして、吸音スプリッタ２の屈曲部の頂部２ａの向きがロータ軸から見て異なる向きとなるように設置されている。換言すれば、吸音スプリッタ２の屈曲部の頂部２ａの向きが、軸線Ｌを中心にして断面形状が略左右対称となるように配置されている。この場合、吸気入口開口Ｈｉの軸線Ｌは、水平線からθ１の軸線傾斜角度に設けられている。この軸線傾斜角度θ１は０〜９０度の範囲となり、出口側の角度θ２についても０度からθ１となる。従って、吸音スプリッタ２の屈曲部の頂部２ａの向きは、軸線傾斜角度θ１が０度に近い場合、見かけ上軸線Ｌを中心にして略上下対称の配置となることもある。
【００２４】
また、本実施形態の過給機用サイレンサ３０は、吸気ハウジング内で吸気の流れが干渉しないように仕切板を設けてもよい。より好ましくは、吸気入口開口Ｈｉの軸線Ｌ上であって、吸気入口開口Ｈｉの位置とは反対となる位置に仕切板４０を設け、吸気の流れが干渉することを防止してもよい。
なお、図示の構成例では、軸線Ｌの左右で吸音スプリッタ２の数が２２枚または２３枚と異なっているが、このような向きの異なる数量違いの配置についても、実質的には左右対称と考えることができる。
【００２５】
すなわち、軸線Ｌを境にしたサイレンサ３０の左右において、吸音スプリッタ２は、頂部２ａがいずれも吸気の流れ方向下流側となるような配置にして、吸気流路２４の入口部に円周方向へ間隔を隔てた放射状に配置されている。
なお、頂部２ａを吸気の流れ方向下流側とする吸音スプリッタ２の配置は、通過する吸気の流れ方向が所定の空気流れ方向と反対の向きになる領域に存在する全ての吸音スプリッタ２を対象とすることが望ましい。
【００２６】
このように、吸音スプリッタ２の屈曲部の頂部２ａの向きが、軸線Ｌを境にして線対称となるように配置されていれば、吸気ハウジングＨに導入された吸気（図１の矢印Ｆ３を参照）は、軸線Ｌを境にして左右どちらの流路を通過しても所定の流れ方向に流れて略同様の圧力損失を受ける。従って、どちらの流路を通過しても圧力損失は略同じになり、この結果、吸気の吸込み状態が軸線Ｌを境に不均一になることを解消できるので、サイレンサ内部の圧力損失増加や過給機性能の低下を防止できる。
すなわち、軸線Ｌに対して左右対称のサイレンサエレメント構造とすることにより、過給機用サイレンサ３０の周囲においては、吸気ハウジングＨの内部における吸気の流速分布や吸込分布が均一化し、流れの剥離や渦による過給機性能の低下を抑制できる。
【００２７】
上述したように、本実施形態のサイレンサを適用した過給機は、図２に示す試験結果から明らかなように、従来構造との比較において低負荷時の過給効率がより改善されて向上している。
【００２８】
ところで、上述実施形態では、サイレンサエレメントを吸音スプリッタ２として説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば円弧状断面等のように、所定の流れ方向を有する他のサイレンサエレメントにも適用可能なことは言うまでもない。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００２９】
２  吸音スプリッタ（サイレンサエレメント）
２ａ，２ｂ  頂部
１０  排気タービン過給機（過給機本体）
１５  ロータ軸
２０  コンプレッサ羽根車
２４  吸入空気導入路
３０  過給機用サイレンサ
３１  サイレンサ本体
３２，３３  壁面
４０  仕切板
Ｈ  吸気ハウジング
Ｈｉ  吸気入口開口
Ｌ  軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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