JP6147777B2 - 吸気整流装置、これを備えたコンプレッサ - Google Patents

Description

本発明は、吸気整流装置、これを備えたコンプレッサに関するものである。

特許文献１には、コンプレッサと、該コンプレッサの吸入空気導入路入口側に接続されたフィルタ（吸気サイレンサ）とを備えた過給機が開示されている。

特開２０１４−１１１９０５号公報

コンプレッサとフィルタとの接続部における吸気通路では、吸入空気の流れが、過給機の径方向からロータ軸に沿う方向に変換されるため、この位置では旋回渦流れが発生する。そのため、コンプレッサとフィルタとの接続部における吸入空気導入路では、ファンネル状のフローガイドを設けることによって吸入空気の流れを整えることが検討されていた。

しかし、コンプレッサの吸入空気導入路は、過給機の仕様によって、内径が異なるため、フィルタとの接続部において、吸気通路間に段差や空隙が生じる可能性があり、吸気性能が損なわれる懸念があった。

そこで、より良い吸気性能を得るべく、図６に示すように、吸気サイレンサ１０１と、コンプレッサ１０２の吸気通路１０３との間に、専用形状のフローガイド１０４を介在させることにより、吸気サイレンサ１０１から吸気通路１０３への流れを整えることが行われている。フローガイド１０４は、鋳造により形成することで、内周面の湾曲率を自在に設定することができ、過給機の仕様に適合させることができる。

しかしながら、フローガイド１０４は、その軸方向の長さ寸法が大きく、鋳造製であることから厚みも１２〜２０ミリ程度あって高重量であるため、過給機（コンプレッサ１０２）の開放・組立時等における作業性が悪かった。

また、上記のように鋳造製のフローガイド１０４を、過給機の仕様に合わせて数種類製作しなければならないため、予備部品としての保管場所に多大なスペースを必要とするばかりでなく、鋳造するための大型の木型を何種類も用意する必要があり、その保管スペースや管理にも多大なコストが掛かる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り、小型で軽量、且つ製作が容易な構造により、吸気サイレンサからコンプレッサの吸気通路までの流路形状を、過給機の仕様に合わせて適宜選択することのできる吸気整流装置、これを備えたコンプレッサ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、本発明は以下の手段を採用する。

即ち、本発明に係る吸気整流装置は、過給機におけるコンプレッサと、前記コンプレッサの吸入気体入口側に連結される吸気サイレンサとの間の吸気通路に設けられるものであって、前記吸気サイレンサに設けられるとともに、該吸気サイレンサ側から前記コンプレッサ側に向かって内径が小さくなるフローガイドと、前記フローガイドと前記コンプレッサとの間において、前記コンプレッサに対して着脱可能に固定され、前記フローガイドと前記吸気通路との間を接続するカバーリングと、を備え、前記カバーリングの前記吸気サイレンサ側端部の内径は前記フローガイドの末端部の内径と同じであり、前記カバーリングの前記吸気通路側端部の内径は前記吸気通路の内周面の内径と同じであり、前記フローガイドの末端内周面と前記吸気通路の先端内周面との間が前記カバーリングの内周面を介して接続されていることを特徴とする。

上記構成の吸気整流装置によれば、吸気サイレンサ内部のサイレンサエレメントを通過した気体は、吸気サイレンサに設けられたフローガイドと、その下流側に繋がるカバーリングとを通過して整流された後に、コンプレッサの吸気通路に吸い込まれる。上記の整流作用は、カバーリングを形状の異なる物に交換することにより、過給機の仕様に合わせて適宜設定変更することができる。

カバーリングは、吸気サイレンサに設けられたフローガイドの下流側に接続されることによって流路を形成するため、過給機の仕様に合わせて変更される吸気整流装置の部材としては、従来の鋳造製のフローガイドのように、吸気サイレンサからコンプレッサの吸気通路まで一体に繋がる大型で高重量なものに比べて小型・軽量なものになる。

したがって、過給機（コンプレッサ）の開放・組立時における作業性を向上させることができる。
また、小型化されたカバーリングは、その保管場所に多大なスペースを必要としない。このため、多数のカバーリングを用意して過給機の仕様に合わせて適宜選択することができる。
さらに、カバーリングを鋳造により製作するにしても、木型が小型化されるので、木型の保管が容易になる。

こうして、小型で軽量、且つ製作が容易な構造により、吸気サイレンサからコンプレッサの吸気通路までの流路形状を、過給機の仕様に合わせて適宜選択することができる。
上記構成において、前記カバーリングは、前記過給機の仕様によって異なる前記吸気通路の内部形状に合わせて、その前記吸気通路側の内径が異なるものに交換可能としてもよい。これにより、吸気サイレンサのフローガイドを過給機の仕様に合わせて変更する必要がなくなる。

上記構成において、前記フローガイドの末端部と前記カバーリングの先端部との間に隙間を設けるとよい。

カバーリングは、製造性に優れる鋳造により製作するのが好ましいが、鋳造による寸法誤差が発生する懸念があるため、上記のようにフローガイドとの間に隙間を設けることにより、特に吸気サイレンサ取付時の軸方向位置の誤差を許容させることができる。

上記構成において、前記カバーリングの前記吸気サイレンサ側の端部に段差を形成し、前記フローガイドの末端部を前記段差に嵌合してもよい。

このような段差をカバーリングの吸気サイレンサ側の端部に形成してフローガイドの末端部を嵌合することにより、フローガイドとカバーリングとの間の隙間の断面が屈折した形状になる。このため、この隙間を気体が通過しにくくなり、気流の乱れ、即ち過給機の性能低下が起こることを防止することができる。

また、フローガイドとカバーリングとが嵌め合い構造となるため、吸気サイレンサをコンプレッサに取り付ける時に、フローガイドをカバーリングに嵌め込むことによって吸気サイレンサを位置決めすることができ、吸気サイレンサの取り付けを容易にすることができる。

上記構成において、前記フローガイドは、金属板により形成され、前記吸気サイレンサに一体化されていることが好ましい。

上記構成により、フローガイドの重量を、従来の鋳造製とした場合に比べて飛躍的に軽量化することができ、その支持構造も簡略化できるため、吸気サイレンサ周りのコストダウンを図ることができる。

しかも、金属板製のフローガイドは延性を有するため、過給機の運転中に万一、バーストと呼ばれるコンプレッサ翼車の破損が起こり、破断したコンプレッサ翼車の破片が軸方向および径方向に飛散してフローガイドに衝突した場合に、フローガイドが塑性変形することによって衝撃が吸収あるいは緩和される。したがって、安全性を向上させることができる。

上記構成において、前記フローガイドの先端部を拡開させてもよい。これにより、吸気サイレンサの内部からフローガイドに流入する気流の整流効果を高めることができる。

また、本発明に係るコンプレッサは、上記のいずれかの吸気整流装置を備えたことを特徴とするため、カバーリングを小型・軽量化して多数の種類を容易に揃えられるようにし、小型で軽量、且つ製作が容易な構造により、吸気サイレンサからコンプレッサの吸気通路までの流路形状を、過給機の仕様に合わせて適宜選択することができる。

以上のように、本発明に係る吸気整流装置、これを備えたコンプレッサによれば、小型で軽量、且つ製作が容易な構造により、吸気サイレンサからコンプレッサの吸気通路までの流路形状を、過給機の仕様に合わせて適宜選択することができる。

本発明の実施形態に係る吸気整流装置が適用された過給機のコンプレッサと吸気サイレンサ付近を示す縦断面図である。 図１のＩＩ部を拡大して本発明に係る吸気整流装置の第１実施形態を示す縦断面図である。 図２のＩＩＩ部拡大図であり、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、それぞれフローガイド先端部の形状例を示す縦断面図である。 本発明に係る吸気整流装置の第２実施形態を示す縦断面図である。 図４のＶ部拡大図である。 従来の技術を示す過給機のコンプレッサと吸気サイレンサ付近を示す縦断面図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明に係る吸気整流装置が適用された過給機１のコンプレッサ２と、このコンプレッサ２に連結される吸気サイレンサ３付近を示す縦断面図である。
本実施形態の過給機１は、例えば内燃機関に供給する空気やガス等の気体を圧縮して内燃機関に導くことで内燃機関の燃焼効率を高める装置である。

過給機１において、コンプレッサ２は軸受台４に隣接して設けられており、軸受台４内部の軸受（非図示）に軸支されたタービン軸５がコンプレッサ２のケーシング６内に軸通し、タービン軸５の端部にコンプレッサ翼車７が一体に回転するように固定されている。コンプレッサ翼車７は、その中心部をなすハブ７ａの外周面に多数のフィン（羽根）７ｂが突設された構成であり、ケーシング６の内部で回転する。コンプレッサ２に対して軸受台４の反対側には図示しない排気タービンが設置され、タービン軸５の他端にタービン翼車（非図示）が一体に回転するように固定されている。

コンプレッサ２のケーシング６内部には、タービン軸５の軸方向に沿う吸気通路１０と、静翼状のディフューザ１１と、渦巻状のスクロール通路１２と、圧縮気体出口１３とが設けられている。ケーシング６は、例えば吸気通路１０を形成するインナーハウジング６ａと、スクロール通路１２の内周面を形成するミドルハウジング６ｂと、スクロール通路１２の外周面を形成するアウターハウジング６ｃとからなり、コンプレッサ翼車７はインナーハウジング６ａ（吸気通路１０）の内部に収容されている。なお、アウターハウジング６ｃの外周部には断熱材１５が装着されている。また、インナーハウジング６ａの入口側（吸気サイレンサ３側）には、後述する本発明の実施形態に係る吸気整流装置１８を構成する環状のカバーリング２０が複数のボルト１９で着脱可能に固定されている。

一方、吸気サイレンサ３は、例えば円板状の前面パネル２１と、この前面パネル２１に対向する、中央部に連通穴２２ａが開いた後面パネル２２と、これらのパネル２１，２２の周囲を接続するように設けられる外周パネル２３とが組み立てられた円柱形状である。吸気サイレンサ３の内部には外周パネル２３の内周面に沿ってサイレンサエレメント２５が設けられ、吸気サイレンサ３の中心軸に沿って案内筒２６が設置されている。案内筒２６は、前面パネル２１側から後面パネル２２（連通穴２２ａ）側に向かって内径が小さくなる円錐形状である。

後面パネル２２の連通穴２２ａにはコンプレッサ２側に延びる出口管２７が挿通されて固定され、この出口管２７のコンプレッサ２側の端部外周に固定された取付フランジ２８が複数のボルト２９でケーシング６に締結されることにより、吸気サイレンサ３がケーシング６に連結固定される。出口管２７の内周部には、本発明の実施形態に係る吸気整流装置１８を構成する円錐管状のフローガイド３０が設置されている。前面パネル２１および後面パネル２２の内面と、案内筒２６の内部と、出口管２７およびフローガイド３０の間とには、それぞれ遮音材３２が配設されている。

図２は、図１のＩＩ部を拡大して吸気整流装置１８の第１実施形態を示す縦断面図である。この吸気整流装置１８は、吸気サイレンサ３と、コンプレッサ２の吸気通路１０との間に設けられ、吸気サイレンサ３の外周部から吸入された空気等の気体Ａを、吸気通路１０の中心軸線に沿う流れに整流して吸気通路１０に流すものである。

前述したように、吸気整流装置１８は、インナーハウジング６ａの入口側に複数のボルト１９で着脱可能に固定された環状のカバーリング２０と、吸気サイレンサ３の出口管２７の内周部に設けられた円錐管状のフローガイド３０とを備えて構成されている。

吸気サイレンサ３の吸気出口部をなすフローガイド３０は、吸気サイレンサ３側から吸気通路１０側（カバーリング２０側）に向かって内径が小さくなる円錐管状であり、吸気サイレンサ３の各部を構成している圧延鋼板等と同様の金属板（例えばＡＳＴＭ規格Ａ２８３のＧｒ．ＣまたはＧｒ．Ｄ）によって形成され、吸気サイレンサ３に対して一体化されている。例えば、フローガイド３０の吸気サイレンサ３側の端部が出口管２７の先端内周部に溶接され、フローガイド３０の吸気通路１０側の端部が後端板３４を介して出口管２７の後端部に固定されている。

一方、カバーリング２０は、フローガイド３０とコンプレッサ２の吸気通路１０（インナーハウジング６ａ）との間に位置する環状の部材であり、吸気通路１０を形成しているインナーハウジング６ａに複数のボルト１９で締結されている。このカバーリング２０により、インナーハウジング６ａの内周面が実質的にフローガイド３０側に延長されている。カバーリング２０の内径は、フローガイド３０側から吸気通路１０側に向かって緩やかに小さくなっており、フローガイド３０の末端内周面３０ａと吸気通路１０の先端内周面１０ａとの間がカバーリング２０の内周面を介して段差無く滑らかに接続されている。このカバーリング２０は、コンプレッサ２のケーシング６等を構成している鋳鉄（例えばＡＳＴＭ規格Ａ５３６のＧｒ．６５−４５−１２、ＪＩＳ規格のＦＣＤ４５０等）によって鋳造するのが好ましいが、他の材料によって製造してもよい。

図１および図２に示すように、フローガイド３０の末端部とカバーリング２０の吸気サイレンサ３側の端部との間には、気流Ａの流れを乱さない程度の微小な隙間Ｃが設けられている。この隙間Ｃの大きさは例えば３ｍｍ〜５ｍｍ程度の範囲に設定することが好ましい。

フローガイド３０の先端部は、ファンネル状（漏斗状、またはラッパ状）に拡開されている。その拡開形状（構造）としては、図３（ａ）〜（ｄ）に示すようなものを例示することができる。

図３（ａ）は、フローガイド３０を３枚の金属板３０１，３０２，３０３で構成し、その突き当て部を２本の溶接ラインＷ１，Ｗ２で溶接することで拡開形状としている。
図３（ｂ）は、フローガイド３０を４枚の金属板３０１，３０４，３０５，３０６で構成し、その突き当て部を３本の溶接ラインＷ３，Ｗ４，Ｗ５で溶接することで拡開形状としている。
図３（ｃ）は、フローガイド３０を１枚の金属板３０１と、１枚の曲面を有する金属板３０７とで構成し、その突き当て部を１本の溶接ラインＷ６で溶接することで拡開形状としている。
図３（ｄ）は、フローガイド３０を２枚の金属板３０１，３０８で構成し、その突き当て部を１本の溶接ラインＷ７で溶接するとともに、金属板３０１，３０８の角部を、内周側から線Ｇの位置までグラインダー等で研削することで拡開形状としている。

内燃機関の運転時において、過給機１の図示しない排気タービンには、高温・高圧な内燃機関の排ガスが流入し、この排ガスがタービン翼車（非図示）を回転駆動する。これにより、タービン軸５およびコンプレッサ翼車７が一体に回転する。

コンプレッサ２側においては、コンプレッサ翼車７が回転することにより、吸気通路１０内に負圧が発生し、これによって空気やガス等の気体Ａが吸気サイレンサ３の外周部から吸入される。この気体Ａは、吸気サイレンサ３内部のサイレンサエレメント２５を通過した後、吸気サイレンサ３に一体に設けられたフローガイド３０と、その下流側に位置するカバーリング２０とを通過して軸方向の流れに整流され、コンプレッサ２の吸気通路１０に吸い込まれる。

上記の整流作用は、カバーリング２０を形状の異なる物に交換することにより、過給機２の仕様に合わせて適宜設定変更することができる。この際、フローガイド３０は過給機２の仕様に合わせて変更する必要がない。例えば、図２に示すように、インナーハウジング６ａの形状が変わり、吸気通路１０の内径が縮小されて二点鎖線で示す１０ｂの形状になった場合には、カバーリング２０を符号２０ａで示す形状のものに交換する。このカバーリング２０ａの吸気サイレンサ３側の端部の内径は、フローガイド３０の末端内周面３０ａと同じであり、カバーリング２０ａの吸気通路１０側の端部の内径は、内径が縮小されたインナーハウジング６ａの内周面の内径に合わせられている。

吸気通路１０を通った気体Ａは、コンプレッサ翼車７によって圧縮された後、ディフューザ１１および渦巻状のスクロール通路１２を経由して圧縮気体出口１３から吐出され、図示しない内燃機関に供給される。

本実施形態における吸気整流装置１８は、カバーリング２０が、吸気サイレンサ３に一体のフローガイド３０の下流側に繋がることによって流路を形成するようにした。このため、過給機２の仕様に合わせて変更される吸気整流装置の部材としては、図６に示す従来の鋳造製のフローガイド１０４のように、吸気サイレンサ１０１からコンプレッサ１０２の吸気通路１０３まで一体に繋がる大型で高重量なものに比べて、遥かに小型・軽量なものになる。

したがって、過給機１（コンプレッサ２）の開放・組立時における作業性を向上させることができる。
また、小型化されたカバーリング２０は、その保管場所に多大なスペースを必要としない。このため、多数のカバーリング２０を用意して過給機１の仕様に合わせて適宜選択することができる。
さらに、カバーリング２０を鋳造により製作するにしても、木型が小型化されるので、木型の保管が容易になる。

こうして、小型で軽量、且つ製作が容易な構造により、吸気サイレンサ３からコンプレッサ２の吸気通路１０までの流路形状を、過給機１の仕様に合わせて適宜選択可能にし、最適な過給機性能を発揮させることができる。

また、フローガイド３０の末端部と、カバーリング２０の吸気サイレンサ３側の端部との間に、気体Ａの流れを乱さない程度の微小な隙間Ｃを設けたため、カバーリング２０を製造性のよい鋳造製とした場合に、鋳造による寸法誤差、特に吸気サイレンサ３を取り付ける時の軸方向位置の誤差を許容させることができる。

フローガイド３０は、従来ｔ１２ｍｍ〜２０ｍｍ程度に肉厚化して強度を確保するように製造されていたが、本発明ではｔ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の金属板により形成され、吸気サイレンサ３に一体化されている。このため、フローガイド３０の重量を、従来の鋳造製とした場合に比べて飛躍的に軽量化することができ、フローガイド３０自体の支持構造も簡略化できるため、コストダウンを図ることができる。

本実施形態に係る吸気整流装置１８は、フローガイド３０を吸気サイレンサ３と一体構造とすることで、フローガイド３０を吸気サイレンサ３に支持させない場合と比較してフローガイド３０を薄肉化して重量を抑えることができる。また、フローガイド３０を金属板で製造することが可能となる。さらに、フローガイド３０は、吸気サイレンサ３に金属結合（溶接）により支持されているため、フローガイド３０を薄肉化しても従来構造と同等の強度を確保することができる。

しかも、この金属板製のフローガイド３０は延性を有するため、過給機１の運転中に万一、バーストと呼ばれるコンプレッサ翼車７の破損が起こり、破断したコンプレッサ翼車７の破片が軸方向および径方向に飛散してフローガイド３０に衝突した場合に、フローガイド３０が塑性変形することによって衝撃を吸収あるいは緩和することができる。したがって、安全性を向上させることができる。

フローガイド３０の吸気サイレンサ３側の端部はファンネル状に拡開しているため、吸気サイレンサ３の内部からフローガイド３０に流入する気流の整流効果を一層高めることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る吸気整流装置の第２実施形態について、図４、図５を参照しながら説明する。この第２実施形態の吸気整流装置４０において、図２に示す第１実施形態の吸気整流装置１８と異なるのは、カバーリング２０の吸気サイレンサ３側の端部内周に段差Ｄ（図５参照）が形成され、この段差Ｄにフローガイド３０の末端部３０ａが嵌合されている点である。それ以外の構成は、第１実施形態の吸気整流装置１８（図２参照）と同様であるため、各部に同一の符号を付して説明を省略する。

このような段差Ｄをカバーリング２０の吸気サイレンサ３側の端部に形成してフローガイドの末端部を嵌合することにより、フローガイド３０とカバーリング２０との間の隙間Ｃの断面が屈折した形状になる。このため、この隙間Ｃを気体Ａが通過しにくくなり、気流の乱れ、即ちコンプレッサ２の性能低下が起こることを防止することができる。

また、フローガイド３０とカバーリング２０とが嵌め合い構造となるため、吸気サイレンサ３をコンプレッサ２に取り付ける時に、フローガイド３０をカバーリング２０の段差Ｄに嵌め込むことによって吸気サイレンサ３を位置決めすることができ、吸気サイレンサ３の取り付けを容易にすることができる。

以上説明したように、上記の各実施形態に係る吸気整流装置１８，４０、およびこれを備えたコンプレッサ２によれば、小型で軽量、且つ製作が容易なカバーリング２０，２０ａを交換することにより、吸気サイレンサ３からコンプレッサ２の吸気通路１０までの流路形状を、コンプレッサ２の仕様に合わせて適宜選択することができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。

１ 過給機
２ コンプレッサ
３ 吸気サイレンサ
５ タービン軸
６ ケーシング
７ コンプレッサ翼車
１０ 吸気通路
１０ａ 吸気通路の先端内周面
１８，４０ 吸気整流装置
２０ カバーリング
３０ フローガイド
３０ａ フローガイドの末端内周面
Ａ 気体
Ｃ 隙間
Ｄ 段差

Claims (7)

1. 過給機におけるコンプレッサと、前記コンプレッサの吸入気体入口側に連結される吸気サイレンサとの間の吸気通路に設けられる吸気整流装置であって、
   前記吸気サイレンサに設けられるとともに、該吸気サイレンサ側から前記コンプレッサ側に向かって内径が小さくなるフローガイドと、
   前記フローガイドと前記コンプレッサとの間において、前記コンプレッサに対して着脱可能に固定され、前記フローガイドと前記吸気通路との間を接続するカバーリングと、を備え、
   前記カバーリングの前記吸気サイレンサ側端部の内径は前記フローガイドの末端部の内径と同じであり、前記カバーリングの前記吸気通路側端部の内径は前記吸気通路の内周面の内径と同じであり、前記フローガイドの末端内周面と前記吸気通路の先端内周面との間が前記カバーリングの内周面を介して接続されていることを特徴とする吸気整流装置。
2. 前記カバーリングは、前記過給機の仕様によって異なる前記吸気通路の内部形状に合わせて、その前記吸気通路側の内径が異なるものに交換可能である請求項１に記載の吸気整流装置。
3. 前記フローガイドの末端部と前記カバーリングの先端部との間に隙間を設けた請求項１または２に記載の吸気整流装置。
4. 前記カバーリングの先端部に段差が形成され、前記フローガイドの末端部が前記段差に嵌合される請求項３に記載の吸気整流装置。
5. 前記フローガイドは、金属板により形成され、前記吸気サイレンサに一体化されている請求項１から４のいずれかに記載の吸気整流装置。
6. 前記フローガイドの上流側端部を拡開させた請求項１から５のいずれかに記載の吸気整流装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の吸気整流装置を備えたことを特徴とするコンプレッサ。

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