JP5804962B2 - 過給機消音装置およびこれを備えた過給機 - Google Patents

Description

本発明は、過給機において吸込空気から発生する騒音を消音する過給機消音装置に係り、例えば舶用や発電用の大型ディーゼルエンジンに使用される過給機に用いられて好適な過給機消音装置およびこれを備えた過給機に関するものである。

従来から、エンジンにおいては、軽量性やコンパクト性を保ちつつ高出力化を図るため、吸気を圧縮して燃焼室に送り込む過給機を具備するものがある。そして、この過給機による過給時に発生する吸気音を低減させるための吸気サイレンサ（消音装置）を備える技術が一般的となっている。

近年、エンジンの高出力化のために過給機にも高圧力比と高効率が要求され、この結果、過給機は高回転で駆動されることになってきている。そして、この過給機の高回転数の駆動により過給機からの騒音も大きくなっている。

上述した過給機の騒音の対策として、圧縮機入口側に吸込空気からの消音を行う消音装置が設けられている。このような対策について開示された文献として、下記特許文献１乃至２がある。

特許文献１には、各通路に２つの屈曲部が形成されていることにより、基本周波数より高い周波数の音波が屈曲部に衝突することになり、この基本周波数より高い周波数の音波の通り抜けを防止している。これにより、音波の通路を細分化し、通過長さを長くすることができ、消音量を増加することができる方法が示されている。

特許文献２には、吸気サイレンサ（消音装置）内において破損する固定具や残存スパッタ等の異物の発生がなくなることから安全性の高い吸気サイレンサ（消音装置）が構成されている。これによって、従来と比較して高い消音効果が得られ、簡単な構成であり製造工数の削減が図れる方法が示されている。

特開平１１−２００９６９号公報 特開２００５−３２０９１５号公報

特許文献１には、音波の通路を細分化し、通過長さを長くすることができ、消音量を増加することができる方法が記載されている。しかし、吸音エレメントが特殊な形状を有していることから、制作コストが高くなる。また、吸音材にパンチングメタルで覆った吸音エレメントを、サイレンサ（消音装置）本体に溶接して設置する必要があるため、エレメントが汚れた場合に交換するのが困難となるという問題があった。

特許文献２には、従来と比較して高い消音効果が得られ、簡単な構成であり製造工数の削減が図れ、吸気サイレンサ（消音装置）内の固定具や残存スパッタ等の異物の発生がなくなる方法が記載されている。しかし、吸音エレメントと吸気流路の幅が一様であり、減音効果の期待される周波数範囲が狭いという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡便な構造で高い消音効果とメンテナンス性が得られ、過給機のインペラの傷付きを防止する過給機消音装置およびこれを備えた過給機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の過給機消音装置およびこれを備えた過給機は以下の手段を採用する。
本発明の過給機消音装置は、円筒面とされた外周面から空気を吸い込み、円筒面とされた内周面から過給機の吸気口へと該空気を消音しつつ供給する過給機消音装置であって、前記内周面に接するとともに前記内周面から接線方向に前記外周面まで延在するように設けられた略平板形状の吸音エレメントが所定間隔離間した状態で複数設けられ、各前記吸音エレメントは、略平板形状とされた吸音材と、所定の位置に固定された状態で該吸音材を前記外周面側からスライドさせて挿入することにより取り付け可能であり、前記吸音材を前記外周面側に向けてスライドさせることにより取り外し可能であり、前記吸音材を該吸音エレメントの延在方向に支持する枠体と、を備えていることを特徴とする。

吸音エレメントの形状が平板形状とされているため、簡便な構造となる。このことから、吸音エレメントに用いられる吸音材を加工する必要がなく、規格品を使用することができる。また、吸音エレメントが平板形状とされるため、内部の吸音材を抜いた状態の吸音エレメントの支持枠を、円筒面とされた内周面へ溶接等によって簡便に固定することができる。溶接による固定を行う場合には、内部の吸音材を外した状態で溶接することにより、溶接時に発生するスラグが吸音材へ付着するおそれがなく、運転時に付着したスラグが外れ、過給機のインペラと衝突して、インペラを傷つけるおそれがなくなる。また、吸音エレメントの支持枠を溶接によって設置された後に、吸音エレメント内部の吸音材の取り付けおよび取り外しが可能となっていることから、メンテナンスが容易に行える。

さらに、本発明にかかる過給機消音装置では、各前記吸音エレメントの間には、これら吸音エレメントと略平行に、かつ、前記外周面から半径方向内側の中途位置まで延在するように配置された略平板形状の第２吸音エレメントが設けられていることを特徴とする。

吸音エレメントの間に第２吸音エレメントを配置することとしたので、一つの流路に入ってきた音を複数に分割することができる。音を複数に分割することにより、音波が干渉して騒音を低減させることができる。また、第２吸音エレメントの設置によって異なる形状の流路が形成されるので、異なる周波数の音を吸音することができる。
本発明の過給機消音装置は、円筒面とされた外周面から空気を吸い込み、円筒面とされた内周面から過給機の吸気口へと該空気を消音しつつ供給する過給機消音装置であって、前記内周面に接するとともに前記外周面まで延在するように設けられた略平板形状の吸音エレメントが所定間隔離間した状態で複数設けられ、各前記吸音エレメントは、略平板形状とされた吸音材と、該吸音材が前記外周面側から挿入可能とされるとともに該吸音エレメントの延在方向に支持する枠体と、を備え、各前記吸音エレメントの間には、これら吸音エレメントと略平行に、かつ、前記空気の吸い込み側である前記外周面から半径方向内側の中途位置まで延在するように配置された略平板形状の第２吸音エレメントが設けられていることを特徴とする。

さらに、本発明にかかる過給機消音装置では、前記吸音エレメントの下流端には、下流側に向かって先細り形状とされた整流部が設けられていることを特徴とする。

吸音エレメントの下流端に、下流側に向かって先細り形状とされた整流部を設けることとしたので、吸音エレメント下流側で発生する後流の発生を防ぐことができ、さらなる消音効果を得ることができる。

さらに、本発明にかかる過給機では、吸込口に、上記いずれかに記載の過給機消音装置が設けられていることを特徴とする。

簡便に組み立てることができ、吸音材を容易に交換することができる過給機消音装置を備えた過給機を実現できる。吸音エレメント支持枠を円筒面の内周面に溶接等によって固定した後に、吸音材を円筒面外周から挿入することが可能となっている。これにより、吸音材に例えば溶接時のスラグが付着するおそれがないため、運転中の過給機のインペラにスラグが衝突するおそれがないため、インペラの傷付き防止を図ることができる。

本発明によれば、吸音エレメントが汚れた場合でも、吸音エレメント内部の吸音材の取り付けおよび取り外しが可能となっていることから、吸音材の清掃や交換といったメンテナンスが容易に行える。また、吸音材の清掃が可能となったことにより、過給機のインペラの傷付き防止を図ることができる。

本発明に係る消音装置が適用される過給機を示した縦断面図である。 図１に示した消音装置の正面図である。 図２に示した消音装置の吸音エレメントの概略構成図である。 本発明に係る消音装置の第２実施形態を示した正面図である。 図４に示した消音装置の詳細図である。 従来の消音装置を備えた過給機を示した縦断面図である。

以下に、本発明に係る過給機消音装置（以下、単に「消音装置」という。）およびこれを備えた過給機の一実施形態について、図１から図３および図６を用いて説明する。
〔第１実施形態〕
図６には、従来の消音装置３０を具備した排気タービン過給機（以下、単に「過給機」という。）１０を示す縦断面図である。本発明に係る消音装置は、この従来の消音装置３０に代えて過給機１０に適用され得るものである。
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。

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（吸入口）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。

図１には、上述した過給機１０に対して本発明の消音装置２を適用した部分縦断面が示されている。
同図に示されるように、吸入空気導入路２４の上流側に、消音装置２が設けられている。この消音装置２は、コンプレッサ部で圧縮する吸入空気が吸入される吸入口２６の前段（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、吸入空気によって発生する騒音を吸収する消音機能とを有している。

図２に示されているように、消音装置２には、略平板形状の吸音エレメント５が複数設けられている。略平板形状とされた各吸音エレメント５は、過給機１０の軸線方向に立設して配置されており、円筒面とされた消音装置２の内周面３から接線方向に、円筒面とされた消音装置２の外周面４まで延在している。吸音エレメント５の一端は、内周面３の接平面となるように配置され、かつ、その他端は、円筒面とされた外周面４上に位置するように配置されている。各吸音エレメント５の間隔は略等間隔となるように設置されている。このように各吸音エレメント５を配置することにより、外周面４から内周面３にかけて、漸次流路幅が狭められる空気流路が形成されている。

図３には、図２にて示した各消音エレメント５の詳細構造が示されている。吸音エレメント５は、略平板形状とされた吸音材７と、吸音材７を外周面４側から挿入可能とする枠体とを備えている。この枠体は、吸音エレメント５の延在方向に設けられた仕切板６と、この仕切板６を両側から挟み込むように所定距離離間した状態で設けられた支持枠８とを備えている。支持枠８には、例えばパンチングメタル等が用いられ、図示しない溶接用の固定部が設けられる。
仕切板６および支持枠８の下流側端部（内周端）には、下流側に向かって先細り形状となった整流部９が設けられている。
このような構成となっているので、例えば溶接等によって仕切板６および支持枠８等の枠体を所定の位置に固定した後に、吸音材７の着脱が可能となっている。具体的には、仕切板６および支持枠８等の枠体に対して外周側（図３において右側）から内周側に向けて吸音材７をスライドさせて挿入することにより取り付けることができ、また、外周側に向けて引き出すように吸音材７をスライドさせることにより取り外すことができるようになっている。

次に上記構成の消音装置の動作について説明する。
図１に示されているように、消音装置２の外周面４側から吸入吸気を吸い込み、吸音エレメント５間の流路に吸入空気を通過させて内周面３から流出させる。吸入空気は、吸音エレメント５間を流れる際に、漸次流路幅が狭くなるようにして流れる。図３に示されているように、吸音エレメント５の下流端では、整流部９によって、矢印４０で示すように空気流が整流される。吸入空気は、吸音エレメント５間を流れる際に、吸音エレメント５の内部に設けられた吸音材７によって、吸入空気から発生する騒音を吸収する。

本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
図３に示されているように、吸音エレメント５の支持枠８等の枠体を例えば溶接等によって図示しない溶接用の固定部を用いて設置した後でも、吸音材７の取り付けおよび取り外しが可能となっている。これによって、吸音材７取り外した後に溶接時に発生するスラグ等の異物を清掃により取り除くことができる。溶接時に発生するスラグが吸音エレメント５内に残らないように、清掃を行える構造としていることから、過給機のインペラの傷付きを防止することができる。
また、吸音エレメント５内部の吸音材７が汚れた場合でも、取り付け取り外しを可能とした簡便な構造となっているので、容易に吸音材７の交換を行うことができる。
さらに吸音エレメント５内部の吸音材７は、平板形状を有しているので、特殊な加工を必要としないため、制作が容易であり、市販の吸音材７を使用することができる。

吸音エレメント５は、下流側に向かって先細り形状となった整流部９が設けられ、空気流を整流することで、後流の発生を防ぐことができ、騒音をさらに低減することができる。
また、吸音エレメント５を内周面３の接線方向に所定間隔で設置することとしたので、吸入空気と吸音エレメント５との接触面を大きくすることができ、簡便な構造で、高い消音効果を得ることができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図４又は図５を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に示した消音装置２に加えて、平板形状の第２吸音エレメント５ａによって、さらに消音効果が得られるものになっている。したがって、第１実施形態と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。
図４に示されているように、吸音エレメント５の間には、これら吸音エレメント５と略平行に、かつ、外周面４から半径方向内側の中途位置まで延在するように配置された略平板形状の第２吸音エレメント５ａが設けられている。この第２吸音エレメント５ａにより、外周面４側からの吸入空気を分割することができ、また各吸音エレメント５，５ａとの接触面積を更に大きくしている。
第２吸音エレメント５ａの半径方向の延在長さは、例えば、消音対象音波の波長に対して半分の長さとして用いることが好ましい。

本実施形態によれば、吸音エレメント５の間に第２吸音エレメント５ａを配置することとしたので、吸音エレメント５，５ａ間の流路幅５ｄ（図５参照）を調整することができる。これによって、必要な消音対象周波数にチューニングすることができる。また、吸音エレメント５の長さを消音対象音波の波長に対して半分の長さとすることで、さらに消音効果を得ることができる。

また、一つの流路に入ってきた音を第２吸音エレメント５ａによって複数に分割することができるので、第２吸音エレメント５ａによって分離された流路５ｂと流路５ｃで発生した音波が下流側で干渉して騒音を低減させることができる。また、第２吸音エレメント５ａの設置によって、例えば流路５ｂや流路５ｃのような、異なる形状の流路が形成されるので、異なる周波数の音を消音することができる。

２ 消音装置
３ 内周面
４ 外周面
５ 吸音エレメント
５ａ 第２吸音エレメント
５ｂ 流路
５ｃ 流路
６ 仕切板
７ 吸音材
８ 支持枠
９ 整流部
１０ 過給機
２４ 吸入空気導入路
２６ 吸入口

Claims (5)

1. 円筒面とされた外周面から空気を吸い込み、円筒面とされた内周面から過給機の吸気口へと該空気を消音しつつ供給する過給機消音装置であって、
   前記内周面に接するとともに前記内周面から接線方向に前記外周面まで延在するように設けられた略平板形状の吸音エレメントが所定間隔離間した状態で複数設けられ、
   各前記吸音エレメントは、
   略平板形状とされた吸音材と、
   所定の位置に固定された状態で該吸音材を前記外周面側からスライドさせて挿入することにより取り付け可能であり、前記吸音材を前記外周面側に向けてスライドさせることにより取り外し可能であり、前記吸音材を該吸音エレメントの延在方向に支持する枠体と、
   を備えていることを特徴とする過給機消音装置。
2. 各前記吸音エレメントの間には、これら吸音エレメントと略平行に、かつ、前記外周面から半径方向内側の中途位置まで延在するように配置された略平板形状の第２吸音エレメントが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の過給機消音装置。
3. 円筒面とされた外周面から空気を吸い込み、円筒面とされた内周面から過給機の吸気口へと該空気を消音しつつ供給する過給機消音装置であって、
   前記内周面に接するとともに前記外周面まで延在するように設けられた略平板形状の吸音エレメントが所定間隔離間した状態で複数設けられ、
   各前記吸音エレメントは、略平板形状とされた吸音材と、該吸音材が前記外周面側から挿入可能とされるとともに該吸音エレメントの延在方向に支持する枠体と、を備え、
   各前記吸音エレメントの間には、これら吸音エレメントと略平行に、かつ、前記空気の吸い込み側である前記外周面から半径方向内側の中途位置まで延在するように配置された略平板形状の第２吸音エレメントが設けられていることを特徴とする過給機消音装置。
4. 前記吸音エレメントの下流端には、下流側に向かって先細り形状とされた整流部が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の過給機消音装置。
5. 吸込口に、請求項１から４のいずれかに記載の過給機消音装置が設けられていることを特徴とする過給機。

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