JP5909112B2 - 過給機用サイレンサ - Google Patents

Description

本発明は、たとえば舶用や発電用の大型ディーゼル機関等に適用される過給機用サイレンサに関する。

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強制的に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となる過給機タービンが同軸とされ、ハウジ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。

このような過給機においては、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複数組み合わせた構成が採用され、消音性能の維持と低圧損化を図っている。
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。

特開平１１−２００９６９号公報

上述した従来の過給機用サイレンサは、サイレンサエレメントの形状や構造が複雑になることから、サイレンサエレメントの加工や組立等に手間がかかり、エレメントの製造コストが高くなるという問題があった。
また、サイレンサエレメントの形状をシンプルな円筒にしてコストを低減することも考えられるが、長さの制約から消音性能の面でやや劣るという問題が指摘されている。

このような背景から、所望の吸音性能を確保するとともに、容易に製造できて安価な過給機用サイレンサの開発が望まれていた。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、吸音性能を確保して製造コストの低減を可能にした過給機用サイレンサを提供することにある。

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、コンプッレッサ部で圧縮するための吸入空気を導入する吸入空気導入路の入口部上流側に取り付けられて吸気騒音を吸収する過給機用サイレンサであって、略円筒形状としたケーシングの外周面に形成された吸入空気入口開口部と、該吸入空気入口開口部から導入した前記吸入空気を略９０度の方向転換をさせて前記吸入空気導入路に導く吸入空気流路と、前記ケーシングの一端面側に形成された吸入空気出口開口と、前記吸入空気入口開口部に取り付けられ、円筒で断面積が変化しない湾曲した流路を有する吸音筒と、前記吸音筒と略同心の空気流通穴を備え、前記吸入空気入口開口部の所定位置に挿入された前記吸音筒を固定支持する支持板と、を具備して構成したことを特徴とするものである。

このような過給機用サイレンサによれば、吸入空気入口開口部に取り付けられる吸音筒が、断面積を変化させることなく湾曲した形状を有しているので、吸音筒は、断面積を変化させることなく湾曲した流路となる。従って、吸音筒の流路断面積を維持したまま長さが増すことにより、吸入空気の流量を維持して騒音低減性能を向上させることが可能になる。

上記の発明において、隣接して設置されている前記吸音筒の間に形成される空間部に挿入して吸音材が取り付けられていることが好ましく、これにより、空間部を通って流れる吸入空気から発生する騒音についても、空間部を埋めるように設けた吸音材に吸収されて騒音低減性能が向上する。
この場合、たとえばパンチングメタル等のように、空気流通穴以外の部分に多数の小孔を設けた板材を支持板に使用することで、挿入される吸音材のストッパとして機能するとともに、騒音の反射を抑制できる。

上述した本発明の過給機用サイレンサによれば、良好な吸音性能を確保するとともに、製造コストの低減やメンテナンス性の向上が可能になる。

本発明に係る過給機用サイレンサの一実施形態を示す縦断面図（図４のＡ−Ａ断面図）である。 円筒を捩って湾曲させた吸音筒に加えて柱状の吸音材を用いた配置例を示す要部断面（図１のＢ−Ｂ断面図）である。 本発明に係る過給機用サイレンサの構成例を示す図で、一部について内部断面を示す正面図である。 図２の内部構成概要を示す断面図である。 本発明に適用される吸音材の構成例を示す外観斜視図である。 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である。

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６を参照しながら説明する。
図６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、たとえば図示しない舶用ディーゼル機関（低速２サイクルディーゼル機関等）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。

図６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。

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。

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。

本実施形態の過給機用サイレンサ３０は、図１から図６に示すように、略円筒形状としたケーシング３１の外周面に形成された吸入空気入口開口部３２と、該吸入空気入口開口部３２から導入した吸入空気を略９０度の方向転換をさせて吸入空気導入路２４に導く吸入空気流路３３と、ケーシング３１の一端面側に形成された吸入空気出口開口部３４と、吸入空気入口開口部３２に取り付けられた円筒を捩って湾曲させた吸音筒４０と、隣接して設置されている吸音筒４０の間に形成される空間部に挿入して取り付けられる柱状の吸音材６０と、吸音筒４０と略同心の空気流通穴５１を備え、吸入空気入口開口部３２の所定位置に挿入された吸音筒４０を固定支持する支持板５０と、を具備して構成される。
なお、上述した吸音筒４０は、たとえば吸入空気入口開口部３２にケーシング外周側から挿入して取り付けられる。

吸入空気入口開口部３２の外周側には、吸入空気とともに異物が侵入することを防止するため、外側から順にフィルタ３５及びエキスパンドメタル３６が設けられている。この場合、エキスパンドメタル３６がフィルタ３５の形状を保持する部材となり、ケーシング３１の適所に対して着脱可能に取り付けられている。

本実施形態における支持板５０は、サイレンサエレメント（吸音体）として機能する吸音筒４０の両端部近傍を支持するように、外側支持板５２及び内側支持板５３を備えているが、吸音筒４０の両端及び中央部を支持するようにしてもよい。これら外側支持板５２及び内側支持板５３には、吸音筒４０を挿入して支持するための空気流通孔５１が半径方向で一致するように多数穿設されている。

ケーシング３１は、２枚の円板３１ａ，３１ｂを対向配置し、複数本の外側柱状部材３１ｃ及び内側支持板５３により連結して略円柱形状としたものであるが、この連結構造については特に限定されることはない。
外側柱状部材３１ｃは、円板３１ａ，３１ｂの外周端近傍を互いに連結している部材であり、周方向に略等ピッチに配置されている。この場合、柱状部材３１ｃと円板３１ａ，３１ｂとの連結には溶接やボルト締めが採用可能である。本実施形態のケーシング３１では、フロントパネルとなる円板３１ａ側が溶接構造とされ、リアパネルとなる円板３１ｂ側がボルト締め構造となる。

支持板５０の外側支持板５２は、柱状部材３１ｃの配置に合わせて周方向が複数に分割されている。この外側支持板５２は、たとえばボルト締め等により、柱状部材３１ｃに対して外側から着脱可能となっている。
一方、支持板５０の内側支持板５３は、円板３１ａ，３１ｂの周方向中間付近を互いに連結している部材である。この内側支持板５３は、たとえば円筒形状に成形して外側支持板５２と同様の空気流通穴５１を形成した部材であり、円板３１ａ，３１ｂに対してボルト締め等により固定されている。

吸入空気流路３３は、吸入空気入口開口部３２から導入した吸入空気を略９０度の方向転換をさせて吸入空気導入路２４に導く空間である。すなわち、吸入空気流路３３は、吸入空気入口開口部３２から流入して吸音筒４０を通過した吸入空気の流れを、内側支持板５３の内周側となる空間で略９０度の方向転換をさせることにより、吸入空気出口開口部３４へと導くものである。
吸入空気出口開口部３４は、ケーシング３１の一端面側に形成されて吸入空気導入路２４と連結されるもので、吸入空気をコンプレッサ部に供給する出口となる。

吸音筒４０は、たとえば少なくとも３層の断面構造を有する円筒形状の部材である。すなわち、吸音筒４０は、たとえばエキスパンドメタルで補強用部材（基材）となる円筒形状を形成し、この円筒の外周をガラスクロス製等の吸音材で覆った後、さらに吸音材の外周をアルミ箔等の外周材で覆った３層構造とされる。
この吸音筒４０は、フィルタ３５、エキスパンドメタル３６及び外側支持板５２を取り外した状態において、吸入空気入口開口部３２の外周側から半径方向に挿入して取り付けられる。このような吸音筒４０の着脱可能状態では、多数の空気流通穴５１が開口した状態にある。

図２に示す構成例では、１枚の外側支持板５２の領域に対して、幅方向に７本の吸音筒４０が千鳥状に２列並べて配置されているが、１領域における吸音筒４０の配列や数等については、特に限定されることはない。また、一列の両端部においては、列方向の寸法調整を行うため、たとえば半割の吸音筒４０′が使用される。

さて、本実施形態の吸音筒４０は、円筒を捩って湾曲させた筒形状となっている。すなわち、本実施形態の吸音筒４０は、その軸線が湾曲線となる。このため、吸音筒４０は、直線の吸音筒と比較して、断面積を変化させることなく湾曲した長い流路を備えたものとなる。なお、吸音筒４０は、その両端が外側支持板５２及び内側支持板５３に支持されている。

具体的に説明すると、吸音流路長さを増すため、円筒形状の吸音筒を回転双曲面上に配置することが考えられる。しかし、回転双曲面の場合は中央部にくびれが生じるため、そのままでは吸音筒を設置するケーシング３１が大きくなり、結果として装置全体が大型化することとなる。
そこで、本実施形態の吸音筒４０は、円筒形状の吸音筒を捩じって曲げて配置することにより、断面積を変化させることなく湾曲した長い吸入空気の流路を形成するので、吸入空気の流量を維持して騒音低減性能を向上させることができる。しかも、回転双曲面のようなくびれ部分をなくすことができるため、過給機用サイレンサ３０の大型化も防止することが可能になる。

ところで、円筒を捩じって曲げることで上述した吸音筒４０とするには、たとえば特開平７−５１７５２号公報、特開昭５８−６８４３０号公報及び特開２０１０−１８８４０６号公報に開示された技術を採用すればよい。すなわち、吸音筒４０の製造は、たとえば補強用部材（基材）のエキスパンドメタルで円筒を形成し、この円筒を上述した技術の適用により捩じって曲げた後に、外周をガラスクロス製等の吸音材で覆えばよい。
こうして製造された多数の吸音筒４０は、両端部を回転双曲線と略同様の要領で配置することにより、中央部にくびれがないため大型化を防止できる。

そして、本実施形態では、円筒形状の吸音筒４０が千鳥状配置されることより、隣接する吸音筒４０の外周面間に空間部が形成されるため、この空間部を埋めるようにして柱状の吸音材６０が挿入設置されている。この吸音材６０は、たとえば図５に示すように、ガラスクロス製等の吸音材を中実の略三角柱形状に成形したものであが、必要に応じて外周をアルミ箔等の外周材で覆ってもよい。
なお、吸音材６０は、空間部の形状に応じて複数種類（図２の構成例では、４種類の吸音材６０ａ〜６０ｄ）が使用されている。

上述した吸音筒４０の組み付けは、吸入空気入口開口部３２から半径方向内向きに、内側支持板５３の空気流通穴５１へ向けて挿入して行われる。この結果、内側支持板５３の空気流通穴５１は、吸音筒４０の一端部を支持して位置決めするので、吸音筒４０の全数を順次容易に挿入することができる。従って、最初の組立時だけでなく、排気タービン過給機１０に取り付けた後のメンテナンス時においても、フィルタ３５、エキスパンドメタル３６及び外側支持板５２を取り外した状態にして吸音筒４０を容易に交換することが可能になる。

すなわち、本実施形態の過給機用サイレンサ３０は、支持板５０が吸音筒４０の両端部近傍を支持する外側支持板５２及び内側支持板５３を備え、しかも、外側支持板５２を外側から取り付けて着脱可能な構造としたので、外側支持板５２を取り外した状態にすることで、吸音筒４０の組付作業や交換作業をする場合には、ケーシング３１の外周側から挿入または抜き取ることで容易に実施できる。

また、上述した吸音材６０の組み付けは吸音筒４０と同様に、吸入空気入口開口部３２から半径方向内向きに挿入して行われる。この吸音材６０は、比較的柔軟な形状変更が可能であるため、空間部に押し込むようにして容易に取り付けることができ、吸音筒４０の外周面に対する密着性も良好である。
この場合、内側支持板５３に支持穴（不図示）を設けておき、この支持穴に端部を挿入するようにしてもよい。この結果、吸音材６０は、端部を容易に位置決めして組み立てることができる。なお、外側支持板５２にも支持穴（不図示）を設けて、吸音材６０の両端を支持するようにしてもよい。

あるいは、このような吸音材６０の場合、吸音筒４０側が外側支持板５２及び内側支持板５３に支持されているので、吸音筒４０より若干短い長さとし、さらに、隣接する吸音筒４０の外周面に接するような断面形状を有していれば、単に空間部を埋めるように挿入する構造としてもよい。この場合、吸音材６０の周囲は、吸音筒４０に接して拘束され、さらに、吸音材６０の両端部は、外側支持板５２及び内側支持板５３に当接して軸方向の移動を拘束される。

このように、本実施形態の過給機用サイレンサ３０は、吸音等４０として円筒形状を捩じって曲げたものを採用することにより、断面積を変化させることなく湾曲した長い吸入空気の流路が形成され、この結果、吸入空気の流量を維持して騒音低減性能を向上させることができる。また、円筒形状の吸音筒４０を外周側からの挿入等により着脱可能としたので、吸音筒４０の組付作業や交換作業を容易に実施できるようになる。従って、本実施形態の過給機用サイレンサ３０は、吸音性能の確保は勿論のこと、作業性の向上等による製造コストの低減及びメンテナンス性の向上を実現したものとなる。
そして、隣接して設置されている吸音筒４０の間に形成される空間部には、柱状の吸音材６０が挿入して取り付けられるため、円筒の吸音筒６０を並べて配置する際に生じる空間部を通って流れる吸入空気から発生する騒音についても、空間部を埋めるように設けた吸音材６０に吸収されるので、過給機用サイレンサ３０全体としての騒音低減性能が向上する。

ところで、上述した過給機用サイレンサ３０においては、支持板５０における空気流通穴５１以外の部分に、すなわち吸音材６０の両端面が位置する支持板５０の領域に、多数の小孔を設けた板材（たとえば、パンチングメタル等）を使用することが望ましい。このようなパンチングメタル等の板材は、挿入される吸音材６０のストッパとして機能するとともに、吸音材６０を通過する吸入空気の流れを遮断しない。このため、過給機用サイレンサ３０内における騒音の反射を抑制できるので、過給機用サイレンサ３０全体の騒音低減性能をより一層向上させることができる。

このように、上述した本実施形態の過給機用サイレンサ３０によれば、吸音筒４０の採用や吸音材６０の追設により、良好な吸音性能を確保するとともに、製造コストの低減やメンテナンス性の向上が可能になる。
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。

１０ 排気タービン過給機
１９ タービン
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 ケーシング
３１ａ，３１ｂ 円板
３１ｃ 外側柱状部材
３２ 吸入空気入口開口部
３３ 吸入空気流路
３４ 吸入空気出口開口部
３５ フィルタ
３６ エキスパンドメタル
４０ 吸音筒
５０ 支持板
５１ 空気流通穴
５２ 外側支持板
５３ 内側支持板
６０ 吸音材

Claims (2)

1. コンプッレッサ部で圧縮するための吸入空気を導入する吸入空気導入路の入口部上流側に取り付けられて吸気騒音を吸収する過給機用サイレンサであって、
   略円筒形状としたケーシングの外周面に形成された吸入空気入口開口部と、
   該吸入空気入口開口部から導入した前記吸入空気を略９０度の方向転換をさせて前記吸入空気導入路に導く吸入空気流路と、
   前記ケーシングの一端面側に形成された吸入空気出口開口と、
   前記吸入空気入口開口部に取り付けられ、円筒で断面積が変化しない湾曲した流路を有する吸音筒と、
   前記吸音筒と略同心の空気流通穴を備え、前記吸入空気入口開口部の所定位置に挿入された前記吸音筒を固定支持する支持板と、
   を具備して構成したことを特徴とする過給機用サイレンサ。
2. 隣接して設置されている前記吸音筒の間に形成される空間部に挿入して吸音材が取り付けられてい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。

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