JPS63106326A - 排気タ−ビンのシ−ル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は排ガスエネルギをターボ過給機。

パワータービンで回収し、エンジンの性能を向上さけた
ターボコンパウンドエンジンに係り、特にタービン軸を
支持する軸受への排ガスの侵入を防止しつつ各軸受の円
滑な回転を維持させるように構成した排気タービンのシ
ール装置に関する。

［従来の技術］ 近年、無過給エンジンに比較して＾出力、ｉ燃費、軽聞
コンパクトなターボコンパウンドエンジンがｆｆｔ発さ
れている。

このターボコンパウンドエンジンは、第５図に示される
ように、エンジンａから排出された排ガスエネルギをま
ずターボ過給１ｂの過給仕事として回収し、次いでその
ターボ過給機すを通過した排ガスから再びクランク軸Ｃ
に動力を戻すパワータービンｄの動力仕事として回収す
るように構成したものである。

ところで、上記ターボ過給機すのタービン軸ｅ及びパワ
ータービンｄのタービン軸ｆを支持する軸受は常時超高
速（ｄｎ値で１５０〜１８０　［ｒｐａ＋　−Ｉｍｍ］
）で回転される。このため軸受支持部間で焼付が生じる
ことのないように強制的な潤滑及び冷却を行っているが
、タービンｎｘ′！！！側から軸受側に侵入する排ガス
の対策については充分な技術が確立されていなかった。

ずなわら排ガスの侵入は、その排ガス中に含まれるカー
ボン、異物が軸受の転送面に入り、軸受を焼付かせるこ
とになり、太きｈ問題になる。

そこで、本出願人は先行する技術として実開昭５７−１
５８９４０号公報に次のような構成を提案している。

すなわち、第６図に示すようにタービン部Ｑとセンタハ
ウジング部りとの間のタービン軸保持部ｉに圧力室ｊを
形成し、この圧力室ｊと圧空源にとを遮断弁ｊを介して
連通すると共に、センタハウジング部りの内圧が圧力室
ｊの内圧より大きく且つこれらの差圧が設定値以上とな
ったときに上記遮断弁Ｊを開くように構成している。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記提案はセンタハウジング部内圧が高まったときに、
そのセンタハウジング部から漏れる潤滑油を圧力！内圧
を高めることにより阻止し、ひいてはこの圧力室で排ガ
スの侵入を阻止しようとするものである。圧力室内に圧
縮空気を供給することが、すなわち軸受部を保護するシ
ールエアを供給することになる。

しかし、この構成を更に進めて、シールエアとしての能
力を強化覆るには限界がある。

これはシールエアとして充分に機能させるために必要と
される流計が数１７分であり、−ｉ車両に搭載される圧
空源としてのコンプレッサはこれだけの能力をもってい
ないからである。つまり、コンプレッサの能力はブレー
キをはじめ各種コントロール系を操作できる能力があれ
ば良く、大きな余裕をもたせることはエンジンの仕事ｍ
が増えることになり、エンジン全体としての効率を低下
させることになる。このことからあらたにコンプレッサ
を追加することは好ましくなく、またこの場合配管設備
が増加しコスト上昇を免れない。

Ｅ問題点を解決するための手段］ この発明は上記問題点を解決することを目的として、軸
受を介してタービン軸を支持するタービン車室側のセン
タハウジングに、そのタービン軸を包囲する部分を半径
方向外方に窪ませて空気室を形成し、この空気室にエン
ジンの過給気を導入するシールエア供給通路を接続して
排気タービンのシール装置を構成するものである。

［作　用１ タービン車室内排ガス圧力に対してエンジンの過給圧は
、エンジンの運転全域で高い。このためシールエア供給
通路を通って高圧の過給気が空気室に導入される。同時
に空気室からは一定層の過給気がタービン車室側へリー
クされるから、タービン軸を支持する軸受側への排ガス
の侵入が防止される。これによって軸受の円滑な回転が
保持される。

［実施例］ 以下に本発明の排気タービンのシール装置の好適一実施
例を添付図面に基づいて説明する。

まずターボコンパウンドエンジンの構成を第２図に基づ
いて説明する。

同図に示される１はエンジン、２は吸気マニホールド、
３は排気マニホールドである。

図示されるように排気マニホールド３には排気通路４が
接続され、吸気マニホールド２には吸気通路５が接続さ
れている。

この排気通路４には、研気通路４の途中にターボ過給機
１０のタービン１０ａが介設され、そのターボ過給機１
０のコンプレッサ１０ｂは吸気通路５の途中に介設され
る。ターボ過給機１０の下流側の排気通路４には排気ガ
スエネルギを回収するパワータービン１２が介設される
。

パワータービン１２のタービン軸１３は複数列のギヤト
レーン１９を介してエンジン１のクランク軸１５に連結
されており、このギヤトレーン１９のパワータービン１
２側の一列には流体継手２１が設けられている。ゆえに
パワータービン１２からクランク軸１５へ回転が伝達さ
れるように構成される。

流体継手２１は入力側（パワータービン側）のポンプ車
２１ａと出力側（クランク軸側）のポンプ車２１ｂとの
間に作動油を行ききするようにし、入出力側いずれかの
ポンプ車２１ａ、２１ｂが作動されたときに他方のポン
プ車２１ａ、２１ｂに作動油を供給して回転出力を伝達
するようになっている。２２は過給気を冷却してシリン
ダ８内へ効率長く吸入させるインタクーラである。

さて、この発明の排気タービンのシール装置の目的とす
るところは、タービン車室からセンタハウジング部への
排ガスの侵入を阻止し、タービン及びコンプレツナの円
滑な回転を保持させることにある。

そこで以下の如く構成される。

第１図はパワータービン１２の縦断面を示す図である。

同図に示す２３はスクロール状に形成されたタービン車
室、７は回収タービン、１３は出力軸となるタービン軸
、２６はセンタハウジングである。

タービン車室２３側のタービン軸１３を包囲する部分の
センタハウジング２６は、半径方向外方に円筒状に拡径
されており、この拡径された部分が軸受ハウジング２７
を構成している。軸受ハウジング２７には、これに一体
向にスリーブ２８が嵌合されている。スリーブ２８内に
は、上記タービン軸１３に一体的に嵌合された高い回転
効率の軸受２９（本実施例では玉軸受）が収容されてい
る。

スリーブ２８のタービン車室２３側となる端部は半径方
向内方へ延出されており、この延出された部分が、軸受
２９のアウタレス部分３０に加えられるスラスト荷重を
受けるようになっている。

一方、タービン軸１３のタービン車室２３側には半径方
向に拡径された段部３１が一体形成され、この段部３１
が軸受２９のインナレス部分３２に加えられるスラスト
荷重を受けるようになっている。３３はベアリング押え
で、上記スリーブ２８にインロー嵌合されてボルト３４
により一体に接合されて、軸受２９の軸方向の移動が阻
止されるようになっている。

センタハウジング２６の軸受ハウジング２７よリタービ
ン車室２３側となる部分のタービン軸１３には、第３図
にも示すように軸方向に間隔を有して２枚のシールリン
グ３５．３６が嵌着されている。これらシールリング３
５．３６はセンタハウジン、グ２６との間で所定の気密
性を発揮するように設けられるものであるが、このシー
ルリング３５．３６にてのシール性についてはまだ充分
でない。すなわちシールリング３５．３６のはめあいを
きつくするとタービン軸１３の抵抗が増加し効率が悪く
なる。そこで、タービン軸１３を包囲するシールリング
３５．３６間を包囲する部分のセンタハウジング２６を
半径方向外方にリング状に窪ませて空気室３７が形成さ
れる。またセンタハウジング２６内には、センタハウジ
ング２６の外側部より開口されて上記空気室３７に連通
ずる空気通路３８が形成されており、またこの空気通路
３８は、空気室３７より更に延出されてタービン車室２
３側のシールリング３６より更にタービン車室２３側の
タービン＠１３を包囲する部分に開口されている。

ここで空気通路３８のセンタハウジング２６外側部の端
部には、第１図に示すように、一端がターボ過給機１０
のコンプレッサ１０ｂの出口に接続されたバイパス通路
３つの他端が接続されており、これら空気通路３８及び
バイパス通路３９にてシールエア供給通路４０が構成さ
れる。

ところで、タービン車室２３を構成するタービンハウジ
ング４４．タービン軸１３を包囲するセンタハウジング
２６とは互いの接合面間にスリーブ４５が介設され、こ
のスリーブ４５とセンタハウジング２６との間に形成さ
れた軸方向の隙間Ｓに、上記空気通路３８の一部が連通
されるようになっている。つまり、上記シールエア供給
通路４０を通りタービン車室２３へリークされる過給気
は、空気室３７内を所定の圧力に保ってシール性を保持
すると同時に冷却にも大きく貢献できる。

第４図には、パワータービン１２の入口排ガス圧力性能
（破線Ｂ）、シールエアとしての過給気圧力性能（実線
Δ）が示されている。

同図に示されるようにエンジン１の運転全域で過給圧力
がパワータービン入口圧力より高いことがわかる。過給
気を数Ｊ　／ｓｉｎバイパスさせることは、過給気の絶
対流量に対して誤差に等しいから、空気室３７にシール
エアとして必要とする流ぷの過給気を圧送することがで
きる。

ところで、過給気をシールエアとして使用する場合に、
この過給気は通常１５０〜１６０℃に達するが、冷却を
必要とする場合には、インタクーラ２２の通過後の過給
気を導入すれば良い（第２図破線に示す）。インタクー
ラ２２の通過後は５０℃前後に下げることができる。さ
らに冷却を必要とする場合はバイパス通路３９にフィン
または小さなタープを設けるか、バイパス通路を冷却水
中に浸漬することが考えられる。

尚木実施例の説明で空気室３７及びシールエア供給通路
４０をパワータービン１２に設ける説明をしたが、これ
らの構成をターボ過給機のタービン側に設けることも当
然可能である。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように本発明の排気ター
ビンのシール装置によれば次の如き優れた効果を発揮す
る。

（１）　　軸受を介してタービン軸を支持するタービン
車室側のセンタハウジングに、そのタービン軸を包囲す
る部分を半径方向外方に窪ませて空気室を形成し、この
空気室にエンジンの過給気を導入しタービン車室に過給
気の一部をリークさせるシールエフ供給通路を接続した
ので、エンジンの運転全域で空気室を介して一定ｈ１の
過給気をタービン車室にリークさせることができ、この
結果軸受側への排ガスの侵入を阻止し、軸受の円滑な回
転を保持できる。

（２）　　ターボコンパウンドエンジンの高効率化を推
進できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の排気タービンのシール装置の好適一
実施例を示す縦断面図、第２図はターボコンパウンドエ
ンジンの全体構成図、第３図は第１図の要部詳細断面図
、第４図は負荷と回転数とに基づく過給気圧力とパワー
タービン入ロ排気ガス圧力を示す性能図、第５図及び第
６図は従来例を示す図である。 図中、１３はタービン軸、２３はタービン車室、２６は
センタハウジング、２９は軸受、３７は空気室、３８は
空気通路、３９はバイパス通路、４０はシールエア供給
通路である。 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 軸受を介してタービン軸を支持するタービン車室側のセ
   ンタハウジングに、そのタービン軸を包囲する部分を半
   径方向外方に窪ませて空気室を形成し、この空気室にエ
   ンジンの過給気を導入するシールエア供給通路を接続し
   た排気タービンのシール装置。