(57)【要約】【課題】第１空気質量流に含まれるエネルギを過給機のタービンで過給機の圧縮機（３）を駆動するための機械的エネルギに変換し、過給機の圧縮機（３）に第２空気質量流（１０）を供給する過給機に関し、圧縮機インペラの出口部の温度を低く抑えることで、圧縮機インペラの寿命を延長することを目的とする。【解決手段】第２空気質量流（１０）が過給機の圧縮機（３）に流入する前に、第２空気質量流（１０）に流体（１５）を注入し、注入した流体（１５）を圧縮機（３）内で蒸発させ、もって圧縮機を冷却する。流体（１５）として水が特に適する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１空気質量に含まれるエネルギを過給機のタービンにおいて過給機の圧縮機を駆動するための機械的エネルギに変換し、前記過給機の圧縮機で第２空気質量流特に生空気質量流を吸い込み圧縮する過給機特に排気駆動式過給機の運転方法において、第２空気質量流が過給機の圧縮機に流入する前に、この第２空気質量流に流体を注入し、該流体を圧縮機内で蒸発させ、もって圧縮機を冷却することを特徴とする過給機の運転方法。
【請求項２】
流体を、第２空気質量流への注入時に噴霧することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
流体を、第２空気質量流への注入前に圧縮し加熱することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
流体を、第２空気質量流への注入前に、流体の注入時の温度が流体の沸点より２０〜１００Ｋ高温であるように加熱することを特徴とする請求項１から３の１つに記載の方法。
【請求項５】
注入した流体を圧縮機内で完全に蒸発させることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の方法。
【請求項６】
流体として、水を第２空気質量流に注入することを特徴とする請求項１から５の１つに記載の方法。
【請求項７】
流体を第２空気質量流に、該質量流と流体との合計質量流量における流体の比率が０．１％〜５％であるように注入することを特徴とする請求項１から６の１つに記載の方法。
【請求項８】
第２空気質量流と流体との合計質量流量における流体の比率が０．５％〜２％であることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
第１空気質量流に含まれるエネルギを過給機の圧縮機を駆動するための機械的エネルギに変換するタービンを備え、前記過給機の圧縮機に第２空気質量流が供給される過給機において、圧縮機に、第２空気質量流に流体を注入する装置が前置接続されたことを特徴とする過給機。
【請求項１０】
第２空気質量流に流体を注入するための装置に、一方では熱交換器が、他方では圧縮機が前置接続されたことを特徴とする請求項９記載の過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の前文に記載の過給機、特に排気駆動式過給機の運転方法に関する。また本発明は請求項９の前文に記載の過給機、特に排気駆動式過給機にも関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機、特に排気駆動式過給機は、内燃機関の出力を高めるために利用される。例えば特許文献１に、軸を介して互いに結合された圧縮機とタービンとを備えた過給機が開示されている。その場合、タービンを介して空気質量流からエネルギが取り出され、そのエネルギは過給機の圧縮機を駆動するために利用される機械エネルギに変換される。従来の圧縮機は圧縮機インペラを有し、タービンはタービンランナを有している。
【０００３】
最近の過給機は圧縮機の内部で空気質量流を、圧縮機の出口、特に圧縮機インペラの出口で数１００Kに達するほどの高圧に圧縮する。圧縮機インペラは特にアルミニウム合金で形成されている。その場合、数１００Kでは、圧縮機インペラのアルミニウム合金が特に外径部において疲れ限度が損なわれる（熱的老化）という問題が生ずる。これは圧縮機インペラを損傷させ、ために圧縮機インペラの寿命を短縮させてしまう。従って、圧縮機インペラの出口部における温度を低く抑えることが望まれる。
【特許文献１】独国特許出願公開第１９９２８９２５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、上述の問題を解消した新たな過給機特に排気駆動式過給機およびその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は請求項１に記載の過給機の運転方法によって解決される。本発明に基づき、圧縮機質量流、特に生空気質量流（以下、第２空気質量流とも呼ぶ）が過給機の圧縮機に流入する前に、第２空気質量流に流体を注入し、注入した流体を圧縮機内で蒸発させ、かくして、圧縮機インペラの冷却を行う。またこの処置は、油の付着を防止せねばならない場所である再分配器にも作用する。更にＮＯx発生に関して良好な影響を与える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、過給機の圧縮機で圧縮すべき第２空気質量流に、圧縮機への流入前に流体を注入することを提案する。該流体は圧縮機内で蒸発し、圧縮機、即ち圧縮機インペラの出口に到達する前に完全に蒸発する（部分的蒸発でも効果がある）。この結果、圧縮機又は圧縮機インペラの冷却が生じる。圧縮機インペラの許容温度超過による圧縮機インペラの強度低下は、かくして簡単な方法で防止できる。
【０００７】
本発明の有利な実施態様では、流体を第２空気質量流に、該質量流と流体との合計質量流量における流体の比率が約１％であるように注入する。
【０００８】
本発明の他の実施態様では、流体をその第２空気質量流への注入前に、注入の周辺条件下で流体の温度がその沸点より２０〜１００Ｋ高くなるように圧縮し、加熱する。
【０００９】
本発明に基づく過給機は請求項９に記載している。
【００１０】
本発明の有利な実施態様は従属請求項および以下の説明から明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００１２】
図２を参照して本発明の実施例を説明する前にまず、排気駆動式過給機を例に、従来公知の機能について説明する。
【００１３】
図１は、内燃機関のシリンダ２に接続された排気駆動式過給機１を概略的に示す。該過給機１は、圧縮機インペラ４付き圧縮機３とタービンランナ６付きタービン５を備える。
【００１４】
内燃機関のシリンダ２に付設された排気弁７を介して、第１空気質量流、即ち排気ガス流が、矢印８の方向にタービン５のタービンランナ６に導入される。第１空気質量流のエネルギはタービンランナ６により機械エネルギに変換され、過給機１の圧縮機３の圧縮機インペラ４を駆動するために利用される。タービン５の範囲で膨張した第１空気質量流、即ち排気ガス流は、矢印９の方向に過給機１から流出する。
【００１５】
図１から解る如く、過給機１の圧縮機３によって第２空気質量流、即ち生空気質量流が矢印１０の方向に吸い込まれ、圧縮され、圧縮された第２空気質量流が、吸気弁１２を経て矢印１１の方向に内燃機関、即ちシリンダ２に供給される。この排気駆動式過給機は、図１に示す如く、更に過給空気冷却器１３と過給圧力調整装置１４を有する。
【００１６】
図１に示す排気駆動式過給機１の圧縮機３の圧縮機インペラ４は、特にアルミニウム合金からなる。排気駆動式過給機の圧縮機３の内部における第２空気質量流の圧縮時、圧縮機インペラ４の出口に数１００ケルビン温度が生ずる。このため圧縮機インペラ４の許容温度の超過が起り、圧縮機インペラ４の強度が損なわれる。
【実施例１】
【００１７】
本発明は、第２空気質量流１０が過給機の圧縮機３に流入する前に、この第２空気質量流１０に流体１５を注入することを提案する（図２）。該流体１５を圧縮機３に前置接続された適当な装置１６を介して第２空気質量流１０に注入する。注入された流体１５は圧縮機３内で蒸発し、その結果圧縮機、即ちそのインペラの冷却が起る。
【００１８】
第２空気質量流１０に注入された流体１５は圧縮機内で特に完全に蒸発する。その結果注入された流体の蒸発は圧縮機インペラ４の出口で完了する。これを可能にすべく、装置１６を介して第２空気質量流１０に流体１５を注入する際、流体１５をできるだけ細かく噴霧する。これは、注入すべき流体１５を注入前にまずポンプ１７で圧縮し、続いて熱交換器１８で所定温度に加熱することで達成される。流体１５は、第２空気質量流１０への注入前に熱交換器１８で、流体１５が注入時、即ち装置１６の範囲で注入の周辺条件下でその沸点を２０〜１００Ｋ超える温度となるように加熱される。この温度で流体１５を第２空気質量流１０に注入した際、所謂フラッシュ効果により流体滴がはじけて割れる。
【００１９】
特に流体を第２空気質量流１０に、流体１５と第２空気質量流１０との合計質量流量における流体１５の比率が０．１〜５％、好適に０．５〜２％、特に有利には０．１％であるように注入する。流体として水を第２空気質量流１０に注入するとよい。
【００２０】
それに応じて本発明は、過給機の圧縮機で圧縮すべき第２空気質量流に、該質量流が圧縮機に流入する前に流体を注入することを提案する。流体は圧縮機の内部でインペラの出口に到達する前に完全に蒸発する。蒸発時、圧縮機インペラの冷却、即ち温度低下が生ずる。この結果、圧縮機インペラの許容温度の超過を防止し、強度低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の過給機の原理図。
【図２】本発明に基づく過給機の運転方法を表す原理図。
【符号の説明】
【００２２】
１  排気駆動式過給機、２  シリンダ、３  圧縮機、４  圧縮機インペラ、５  タービン、６  タービンランナ、７  排気弁、１２  吸気弁、１３  過給空気冷却器、１４  過給圧力調整器、１５  流体、１６  装置、１７  ポンプ、１８  熱交換器
【図１】
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【図２】
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