JP2008208735A - ハイブリッド排気タービン過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】カップリング取付用ボスを簡単に着脱でき、過給機の開放点検時間を短縮することができるハイブリッド排気タービン過給機を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気ガスによって駆動されるタービン部と、前記タービン部により駆動されて前記内燃機関に外気を圧送するコンプレッサ部と、カップリング２１を介して、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸７と連結される回転軸１９ａを有する発電機１９とを有するハイブリッド排気タービン過給機１であって、前記カップリング２１の一端部が連結されるカップリング取付用ボス２８が、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸７の一端部先端に形成されたネジ部と螺合するボス固定用ナット３２を介して、前記タービン部を構成するタービン・ロータの一端面または前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車１４の一端面と、ボス固定用ナット３２との間に挟み込むように固定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド排気タービン過給機、特に、舶用内燃機関や陸上発電機用内燃機関等に装着されるハイブリッド排気タービン過給機に関するものである。

このようなハイブリッド排気タービン過給機としては、その回転軸が、過給機のタービンおよびコンプレッサの回転軸に連結された発電機を具備したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３４６８０３号公報

さて、このような構成を有するハイブリッド排気タービン過給機において、タービンおよびコンプレッサの回転軸と、発電機の回転軸とが、カップリングを介して連結されているものがある。そして、このカップリングは、例えば、その一端部が、発電機の回転軸に、焼嵌めにより固定された第１のカップリング取付用ボスに連結され、その他端部が、タービンおよびコンプレッサの回転軸に、焼嵌めにより固定された第２のカップリング取付用ボスに連結されている。そのため、コンプレッサ羽根車をタービンおよびコンプレッサの回転軸から取り外して、過給機の開放点検を行わなければならない場合、第２のカップリング取付用ボスをタービンおよびコンプレッサの回転軸から容易、かつ、迅速に取り外すことができず、過給機の開放点検に多大な時間を費やさなければならないといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、カップリングの端部が取り付けられるカップリング取付用ボスを簡単、かつ、迅速に着脱することができ、過給機の開放点検に要する作業時間を短縮することができるハイブリッド排気タービン過給機を提供することを目的とする。

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。
本発明に係るハイブリッド排気タービン過給機は、内燃機関から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、前記タービン部により駆動されて前記内燃機関に外気を圧送するコンプレッサ部と、カップリングを介して、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機であって、前記カップリングの一端部が連結されるカップリング取付用ボスが、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸の一端部先端に形成されたネジ部と螺合するボス固定用ナットを介して、前記タービン部を構成するタービン・ロータの一端面または前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の一端面と、前記ボス固定用ナットとの間に挟み込まれるようにして固定されている。

本発明に係るハイブリッド排気タービン過給機によれば、タービン部およびコンプレッサ部の回転軸の一端部先端に締め付けられたボス固定用ナットを弛め、このボス固定用ナットを回転軸の一端部先端から取り外すだけで、カップリングの一端部が取り付けられる（固定される）カップリング取付用ボスを簡単、かつ、迅速に取り外すことができ、回転軸の一端部先端にボス固定用ナットを取り付け、このボス固定用ナットを回転軸の一端部先端に締め付けていくだけで、カップリングの一端部が取り付けられる（固定される）カップリング取付用ボスを簡単、かつ、迅速に取り付けることができ、過給機の開放点検に要する作業時間を短縮することができる。
また、カップリング取付用ボスを回転軸の一端部先端に取り付けるのに、キー等を用いた場合、回転軸の一端部先端の構造（形状）を従来の回転軸（既存の回転軸）と異なる構造（形状）にする必要がある。しかしながら、本発明では、このような構造（形状）の変更は伴わない（必要がない）。したがって、本発明は、従来の回転軸（すなわち、既存の排気タービン過給機）にも容易に適用することができる。

上記ハイブリッド排気タービン過給機において、前記タービン・ロータの一端面または前記タービン・ロータの一端面に固定された座金の表面もしくは前記コンプレッサ羽根車の一端面または前記コンプレッサ羽根車の一端面に固定された座金の表面に、少なくとも１つの溝部が設けられており、かつ、前記カップリング取付用ボスの一端部先端に、前記溝部と嵌合する爪部が設けられているとさらに好適である。

このようなハイブリッド排気タービン過給機によれば、タービン・ロータ（より詳しくはタービン・ディスク）の一端面またはタービン・ロータの一端面に固定された座金の表面もしくはコンプレッサ羽根車（より詳しくはハブ）の一端面またはコンプレッサ羽根車の一端面に固定された座金の表面に設けられた溝部に、カップリング取付用ボスの一端部先端に設けられた爪部が、それぞれ嵌り込むように構成されているので、タービン部およびコンプレッサ部の回転軸の回転トルクを、これら爪部および溝部を介してカップリングに確実に伝達することができる。

本発明に係る内燃機関は、過給機の開放点検に要する作業時間を短縮することができるハイブリッド排気タービン過給機を具備しているので、仮に、過給機の不具合により内燃機関を停止することになったとしても、内燃機関の停止時間を短縮させることができ、内燃機関の稼働率を向上させることができる。

本発明によれば、カップリングの端部が取り付けられるカップリング取付用ボスを簡単、かつ、迅速に着脱することができ、過給機の開放点検に要する作業時間を短縮することができるという効果を奏する。

以下、本発明によるハイブリッド排気タービン過給機の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１および図２に示すように、本実施形態に係るハイブリッド排気タービン過給機１は、図示しない内燃機関（例えば、ディーゼルエンジンやガスタービンエンジン等）から導かれた排気ガス（燃焼ガス）２によって駆動されるタービン部３と、このタービン部３により駆動されて前記内燃機関に外気４を圧送するコンプレッサ部５と、これらタービン部３とコンプレッサ部５との間に設けられてこれらを支持するケーシング６と、タービン部３コンプレッサ部５の回転軸７に連結された回転軸１９ａを有する発電機１９とを主たる要素として構成されたものである。

ケーシング６には、一端をタービン部３側に突出させ、他端をコンプレッサ部５側に突出させた回転軸７が挿通されている。この回転軸７は、ケーシング６に設けられた軸受８によって、軸線回りに回転可能に支持されている。また、ケーシング６には、潤滑油溜め（図示せず）から軸受８まで潤滑油を供給する潤滑油供給路９が設けられている。
一方、ケーシング６の下端部は、回転軸７の軸線方向においてケーシング６を一点で支持する（回転軸７の軸線方向と直交する方向においては、二点以上で支持する場合もある）脚部６ａとなっており、この脚部６ａは、床面に設置された基台（図示せず）に固定されるようになっている。すなわち、ハイブリッド排気タービン過給機１の重量は、この脚部６ａを介して基台に伝達されるようになっている。
なお、図中の符号Ｐはパンチング・プレートである。このパンチング・プレートＰは、その一端部がタービン部３の下端部に固定されているとともに、その他端部がケーシング６の脚部６ａと同様、基台に固定されている。そして、このパンチング・プレートＰは、脚部６ａのようにハイブリッド排気タービン過給機１の重量を支持することを主たる目的とするものではなく、ハイブリッド排気タービン過給機１が基台に対して動揺（振動）しないようにすることを主たる目的とするものである。

タービン部３は、前記内燃機関の排気系統に接続されて排気ガス２の少なくとも一部が供給される排気ガス通路１０と、この排気ガス通路１０内に供給された排気ガス２の流れを受けて回転駆動されるタービン１１とを有している。
タービン１１は、タービン・ロータ１２と、タービン・ノズル１３とを備えている。タービン・ロータ１２は、回転軸７の一端部に設けられた、円盤状のタービン・ディスク１２ａと、このタービン・ディスク１２ａの外周上に取り付けられた、翼型断面を有する複数枚のタービン・ブレード１２ｂとを備えている。
また、タービン・ノズル１３は、複数枚のノズル・ガイド・ベーン１３ａを環状に配置して構成されたものであり、タービン・ブレード１２ｂの上流側に配置されている。

排気ガス通路１０は、前記内燃機関の排気系統と接続されてノズル・ガイド・ベーン１３ａおよびタービン・ブレード１２ｂに排気ガス２を導く供給路１０ａと、タービン１１の半径方向外側に向かって設けられて、タービン１１を通過した排気ガス２を系外、もしくは図示しない排気浄化装置等に導く送出路１０ｂとを有している。

コンプレッサ部５は、回転駆動されることで外気４を径方向外側に送出するコンプレッサ羽根車１４と、このコンプレッサ羽根車１４の周囲を囲んでコンプレッサ羽根車１４が送出した外気４を圧縮する渦巻き室１５とを有している。
コンプレッサ羽根車１４は、回転軸７の他端部に取り付けられた、略円盤状のハブ１４ａと、このハブ１４ａの外表面から半径方向外側に向かって延びるとともに、周方向に沿って環状に設けられた複数枚の羽根１４ｂとを備えている。
コンプレッサ部５の上流側には、前記内燃機関の吸気系統に接続された消音器（サイレンサ）１６が隣接配置されており、この消音器１６を通過した外気４は、流入路１７を介してコンプレッサ羽根車１４の羽根１４ｂに導かれるようになっている。また、コンプレッサ部５の下流側には、図示しないインタークーラやサージタンク等が設けられており、渦巻き室１５を通過した外気４は、これらインタークーラやサージタンク等を通過した後、前記内燃機関に供給されるようになっている。

消音器１６の中央部には、その内部に、ハブ１４ａの端面に向かって先細となるように形成された凹所１８ａを有するシェルハウジング１８が設けられているとともに、凹所１８ａ内には、（高速誘導）発電機１９が収容されている。シェルハウジング１８は、流入路１７内に設けられた複数枚（例えば、４枚）のサポート２０を介してコンプレッサ部５（流入路１７を形成する半径方向外側の壁面）に固定されている。そして、シェルハウジング１８の外側表面は、流入路１７を形成する半径方向内側の壁面を構成している。
発電機１９は、その回転軸１９ａが、前述した回転軸７と同一回転軸線上に位置するように配置されているとともに、この回転軸１９ａは、ハブ１４ａを貫通して消音器１６の側に突出する回転軸７の一端部先端と、カップリング２１を介して連結されている。すなわち、発電機１９の回転軸１９ａは、回転軸７とともに回転するようになっている。

さて、図３に示すように、カップリング２１の一端部先端には第１のフランジ２２が設けられており、カップリング２１の他端部先端には第２のフランジ２３が設けられている。
また、発電機１９の回転軸１９ａの一端部先端には、第１のカップリング取付用ボス２４が取り付けられて（固定されて）いる。そして、カップリング２１の第１のフランジ２２は、第１のカップリング取付用ボス２４の一端部先端に設けられたフランジ部２４ａと、フランジ押さえ２５との間に挟み込まれるとともに、複数組（例えば、４組）のボルト２６およびナット２７を介して第１のカップリング取付用ボス２４に取り付けられて（固定されて）いる。

一方、回転軸７の他端部先端には、第２のカップリング取付用ボス２８が取り付けられて（固定されて）いる。そして、カップリング２１の第２のフランジ２３は、第２のカップリング取付用ボス２８の一端部先端に設けられたフランジ部２８ａと、フランジ押さえ２９との間に挟み込まれるとともに、複数組（例えば、４組）のボルト２６およびナット２７を介して第２のカップリング取付用ボス２８に取り付けられて（固定されて）いる。
また、図３および図４に示すように、第２のカップリング取付用ボス２８の他端部先端には、ハブ１４ａの一端面（縮径側の端面）を押さえる座金２９の表面に設けられた複数個（本実施形態では２個）の溝部（凹部：切欠部）２９ａとそれぞれ嵌合する複数本（本実施形態では２本）爪部２８ｂが、周方向において対向する位置（１８０度反対側の位置）に設けられており、第２のカップリング取付用ボス２８の長手方向において略中央に位置する内周面には、半径方向内側に向かって突出する環状のリブ２８ｃが設けられている。

座金２９は、その中央部に回転軸７の他端部が挿通される貫通穴２９ｂを有し、その周縁部に複数個（本実施形態では４個）のボルト穴２９ｃを有している。これらボルト穴２９ｃは、周方向に沿って略等間隔（略９０度毎）に配置されている。そして、この座金２９は、その表面側からこれらボルト穴２９ｃに挿通された複数本（本実施形態では４本）の固定用ボルト（図示せず）を介してハブ１４ａに固定されている。
また、座金２９の表面側には、軸端ナット３１が配置されている。軸端ナット３１は、その中央部に回転軸７の他端部先端が挿通される貫通穴３１ａを有し、この貫通穴３１ａの内周面には、回転軸７の他端部先端の外周面に設けられた雄ネジ部（図示せず）と螺合する雌ネジ部（図示せず）が設けられている。そして、この軸端ナット３１を回転軸７の他端部先端に締め付けていく（ねじ込んでいく）ことにより、軸端ナット３１の裏面が座金２９の表面と当接し、座金２９およびハブ１４ａの回転軸７の他端部先端側への抜け出しが防止されるとともに、座金２９およびハブ１４ａが回転軸７の他端部に固定されることとなる。
また、軸端ナット３１の外周には嵌合面３１ｂを設け、カップリング取付用ボス２８を取り付けた時にその内周面２８ｄと嵌合させることにより、カップリング取付用ボス２８の芯を回転軸７の芯に容易に合わせることができるようにしている。

さらに、軸端ナット３１の表面側には、ボス固定用ナット３２が配置されている。ボス固定用ナット３２は、その中央部に回転軸７の他端部先端が挿通される貫通穴３２ａを有し、この貫通穴３２ａの内周面には、回転軸７の他端部先端の外周面に設けられた雄ネジ部（図示せず）と螺合する雌ネジ部（図示せず）が設けられている。また、ボス固定用ナット３２の長手方向において略中央に位置する外周面には、半径方向外側に向かって突出する環状のリブ３２ｂが設けられている。そして、このボス固定用ナット３２を回転軸７の他端部先端に締め付けていく（ねじ込んでいく）ことにより、リブ３２ｂの裏面がリブ２８ｃの表面と当接するとともに、爪部２８ｂの先端面が溝部２９ａの底面と当接し、第２のカップリング取付用ボス２８が回転軸７の他端部先端に固定されることとなる。

つぎに、カップリング２１および第２のカップリング取付用ボス２８の取り外し・取り付け要領について説明する。
まず、カップリング２１および第２のカップリング取付用ボス２８を取り外すには、フランジ部２４ａとフランジ押さえ２５とを結合するボルト２６・ナット２７、およびフランジ部２８ａとフランジ押さえ２９とを結合するボルト２６・ナット２７をそれぞれ取り外し、カップリング２１を取り外す。
カップリング２１を取り外して、第１のカップリング取付用ボス２４と第２のカップリング取付用ボス２８との縁が切れたら、ボス固定用ナット３２を弛めて回転軸７の他端部先端から取り外し、第２のカップリング取付用ボス２８を回転軸７の他端部先端から取り外す。

また、カップリング２１および第２のカップリング取付用ボス２８を取り付けるには、第２のカップリング取付用ボス２８の爪部２８ｂが座金２９の溝部２９ａに嵌り込むように第２のカップリング取付用ボス２８をセットし、その状態でボス固定用ナット３２を回転軸７の他端部先端に締め付けていき、第２のカップリング取付用ボス２８を回転軸７の他端部先端に取り付ける（固定する）。
回転軸７の他端部先端に第２のカップリング取付用ボス２８を取り付けたら、第１のカップリング取付用ボス２４と第２のカップリング取付用ボス２８との間にカップリング２１をセットし、フランジ部２４ａとフランジ押さえ２５とを結合するボルト２６・ナット２７、およびフランジ部２８ａとフランジ押さえ２９とを結合するボルト２６・ナット２７をそれぞれ取り付け、カップリング２１を取り付ける。

本実施形態によるハイブリッド排ガスタービン過給機１によれば、回転軸７の他端部先端に締め付けられたボス固定用ナット３２を弛め、このボス固定用ナット３２を回転軸７の他端部先端から取り外すだけで、カップリング２１の他端部が取り付けられる（固定される）第２のカップリング取付用ボス２８を簡単、かつ、迅速に取り外すことができ、回転軸７の他端部先端にボス固定用ナット３２を取り付け、このボス固定用ナット３２を回転軸７の他端部先端に締め付けていくだけで、カップリング２１の他端部が取り付けられる（固定される）第２のカップリング取付用ボス２８を簡単、かつ、迅速に取り付けることができ、過給機の開放点検に要する作業時間を短縮することができる。
また、第２のカップリング取付用ボス２８を回転軸７の他端部先端に取り付けるのに、キー等を用いた場合、回転軸７の他端部先端の構造（形状）を従来の回転軸（既存の回転軸）と異なる構造（形状）にする必要がある。しかしながら、本発明では、このような構造（形状）の変更は伴わない（必要がない）。したがって、本発明は、従来の回転軸（すなわち、既存の排気タービン過給機）にも容易に適用することができる。
さらに、第２のカップリング取付用ボス２８の他端部先端に設けられた爪部２８ｂが、座金２９の表面に設けられた溝部２９ａにそれぞれ嵌り込むように構成されているので、回転軸７の回転トルクを、これら爪部２８ｂおよび溝部２９ａを介してカップリング２１に確実に伝達することができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド排気タービン過給機の縦断面図である。 図１に示すハイブリッド排気タービン過給機を消音器の側から見た一部切開斜視図である。 図１に示すハイブリッド排気タービン過給機の要部拡大縦断面図である。 （ａ）は図３のＡ−Ａ矢視断面図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。

符号の説明

１ ハイブリッド排気タービン過給機
２ 排気ガス
３ タービン部
５ コンプレッサ部
７ 回転軸
１２ タービン・ロータ
１４ コンプレッサ羽根車
１９ 発電機
１９ａ 回転軸
２１ カップリング
２８ 第２のカップリング取付用ボス
２８ｂ 爪部
２９ 座金
２９ａ 溝部
３２ ボス固定用ナット

Claims (3)

1. 内燃機関から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、
   前記タービン部により駆動されて前記内燃機関に外気を圧送するコンプレッサ部と、
   カップリングを介して、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機であって、前記カップリングの一端部が連結されるカップリング取付用ボスが、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸の一端部先端に形成されたネジ部と螺合するボス固定用ナットを介して、前記タービン部を構成するタービン・ロータの一端面または前記コンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車の一端面と、前記ボス固定用ナットとの間に挟み込まれるようにして固定されていることを特徴とするハイブリッド排気タービン過給機。
2. 前記タービン・ロータの一端面または前記タービン・ロータの一端面に固定された座金の表面もしくは前記コンプレッサ羽根車の一端面または前記コンプレッサ羽根車の一端面に固定された座金の表面に、少なくとも１つの溝部が設けられており、かつ、前記カップリング取付用ボスの一端部先端に、前記溝部と嵌合する爪部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド排気タービン過給機。
3. 請求項１または２に記載のハイブリッド排気タービン過給機を具備してなることを特徴とする内燃機関。

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