JPS63159620A - パワ−タ−ビンの動力伝達機構 - 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］ この発明は排気ガスエネルギをタービンの膨張仕事とし
て回収し、その回収したエネルギをエンジンのクランク
軸等に伝達するパワータービンに係り、特に、パワータ
ービンに加えられるスラスト力を動力仕事に替えてエネ
ルギ回収効率を高めたパワータービンの動力伝達機構に
関する。

［従来の技術］ 近来、排気ガスのエネルギを有効に利ｍするために、排
気ガスのエネルギをタービンの膨張仕事として回収し、
回収したエネルギをクランク軸に戻すように構成したタ
ーボコンパウンドエンジンが開発されている。

この−例として第６図に示されるターボコンパウンドエ
ンジンのｌＩ′Ｉ満ＩＡ置の装案が知られている。

同図に示されるように、この提案はラジアル形状のター
ビンハウジングａ内にタービンロータｂを回転自在に収
容し、そのタービンロータｂのタービン軸Ｃを二つの軸
受ｄ、ｅで回転自在に支持するように構成している。各
軸受ｄ、ｅのハウジングには、それぞれの軸受ｄ、ｅヘ
エンジンｒ！ｌＷ４油を供給する通路ｆ、Ｑが設けてあ
り、回転性能を保つようにしている。また、タービン＠
Ｃの端部には出力歯車りが形成されており、この出力歯
車りには、流体クラッチｉを有するギヤトレーンｊを介
してクランク軸等へ動力を伝達する駆動歯車ｋが連結さ
れている。ｊは、ギヤトレーンｊをｒａＷｌするトラン
スミッション系のオイル通路である。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記提案は軸受とギヤトレーンとをそれぞれ硬さの異な
る潤滑油で８！ｌＷ１・冷却し、各部の高効率化を達成
しようとしたものである。

ところが、このパワータービンは、コンプレッサロータ
を有するターボ過給機とは異なるために、パワータービ
ンの駆動軸側ボス部に加えられるスラスト力を軸受で受
ける構成となるため、軸受に高精度で且つ高速仕様のも
のを採用せざるを得なかった。（ターボチャージャーは
タービンロータ及びコンプレッサロータを同軸上に接続
したものであるから、第７図に示すようにタービンロー
タに作用する過給圧ｐｔと、コンプレツナロータに作用
する背圧ＰＣが同等になる。こ゛のため、スラスト力を
受けるロータのボス部の面積を同等にすればタービン軸
に加えられるスラスト力を相殺することができる。）ま
た、効率上からみても支持点が増加することは好ましく
なく、さらに支持点の増設数に応じて潤滑油供給系の増
設が余儀なくされるから、コスト高になる問題点を残す
ことになる。

Ｅ問題点を解決するだめの手段］ この発明は上記問題点を解決することを目的としており
この発明は、フローティングブツシュ及びスラスト軸受
で支持されたパワータービンのタービン軸端とクランク
軸に連結される出力軸の入力端とを、上記タービン軸に
加えられるスラスト力を相殺するヘリカルギヤで接続し
てパワータービンの動力伝達機構を構成するものである
。

［作　用］ タービン軸と出力軸とを、そのタービン軸に加わるスラ
スト力を相殺する方向に駆動反力の一部をスラスト力に
かえるヘリカルギヤで接続したから、タービン軸の機械
ロスが減少して回転性能が上り、回転効率が向上する。

また、タービン軸はフローディングブツシュ及びスラス
ト軸受によって支持されているから、タービン軸の回転
性能が上り、パワータービンのエネルギ回収効率が大巾
に向上する。

［実施例］ 以下にこの発明のパワータービンの動力伝達機構の好適
一実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明のパワータービンの動力伝達機構のシ
ステム図である。

同図に示される１はタービンロータである。タービンロ
ータ１の軸芯上にはタービン軸２が一体的に固着されて
おり、このタービン軸２には、タービンロータ１側の軸
部分２ａと、出力側の軸部分２．ｂとにフローティング
プッシュ３ａ、３ｂが設けられている。フローティング
ブツシュ３ａ。

３ｂ間のタービン軸２の軸部分２Ｃには、スラスト軸受
４が設けられている。即ち、タービン軸２は二つのフロ
ーティングプッシュ３ａ、３ｂ及びスラスト軸受４によ
って回転自在に支持され、タービン軸２の回転効率が大
巾に向上する。

さてこの発明の目的とするところはタービンロータ１に
加わるスラスト力を実質的に消失させてパワータービン
のエネルギ回収効率を向上させることにある。そのため
に、第２図乃至第４図に示されているようにパワーター
ビン５の負荷と回転数をパラメータとして過給圧、スラ
スト力０回収エネルギを調べてみると、それぞれが負荷
及び回転数に比例して増加することが確認されているか
ら、スラスト力を実質的に消失させるためには、負荷と
回転数とに応じてスラスト力を消失しなければならない
ことがわかる。

そこで、この発明の実施例にあってはヘリカルギヤ機構
７が設けられる。この実施例にあってはタービン軸２の
出力端部分に、これに同軸上にヘリカル小ギヤ９が固着
されている。これに対して、ギヤトレーンの一部を構成
する出力軸１０には、その入力端部分にヘリカル大ギヤ
１１が同軸上に固着されている。ヘリカル大ギヤ１１は
上記ヘリカル小ギヤ９に噛合される。

ここで、ヘリカル小ギヤ９．ヘリカル大ギヤ１１は駆動
時において、駆動反力の一部をヘリカルアングルに応じ
たスラスト力を発生させるから、このとき発生するスラ
スト力の大きさと方向とを定めることによって、タービ
ンロータ１及びスラスト軸受４に加えられるスラスト力
を実質的に相殺させることができる。即ち、第１図に示
すようにヘリカル小ギヤ９のヘリカルアングルは左、ヘ
リカル大ギヤ１１のヘリカルアングルは右とすることに
よって、スラスト力の方向は、パワータービン５及びス
ラスト軸受４に加えられるスラスト力に対して相殺する
方向となる。

スラストアングルの大きさは以下により得られる。

パワータービン５に加えられるスラスト力は、タービン
ロータ１のボス部１ａに作用する過給圧ＰＴの大きさに
よって定まるものであるから、このときのヘリカル小ギ
ヤ９の駆動トルクをＴ１ヘリカルアングルをβ、ピッチ
円半径をｄ１タービンロータ１のボス部１ａに加えられ
るスラスト力の大きさをＴＳとするとスラスト力ｔａｎ
βは、ｔａｎβ−ＴＳ　−ｄ／Ｔ により得られる。

したがうて、第５図に示すように負荷と回転数に応じて
タービンロータ１及びスラスト軸受４に加えられるスラ
スト力（Ｉ）に対して、反対方向のスラスト力ｔａｎβ
（ＩＩ）は、相殺方向に増加するから、実質的にスラス
ト力を°゛０”として機械的ロスを減少させてスラスト
軸受４．フローティングブツシュ３ａ、３ｂに高性能を
発揮させることができる。

［発明の効果１ 以上説明したことから明らかなようにこの発明のパワー
タービンの動力伝達機構によれば次の如き優れた効果を
発揮できる。

（１）　　フローティングブツシュ及びスラスト軸受で
支持されたパワータービンのタービン軸端とクランク軸
受に連結される出力軸の入力端とを、上記タービン軸に
加えられるスラスト力を相殺するヘリカルギヤで接続し
たので、あらゆる速度領域でパワータービンのエネルギ
回収効率を大巾に向上できる。

■　コストを大巾に低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のパワータービンの動力伝達機構の好
適一実施例を示すシステム図、第２図乃至第５図は負荷
と回転数とをパラメータとしてパワータービンの動力性
能を示す図、第６図は従来例を示す概略図、第７図はタ
ーボ過給機の動力性能図である。 図中、１はタービンロータ、３ａ、３ｂは７０−ティン
グプッシュ、４はスラスト軸受、９はヘリカル小ギヤ、
１１はヘリカル大ギヤである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. フローティングプッシュ及びスラスト軸受で支持された
   パワータービンのタービン軸端とクランク軸に連結され
   る出力軸の入力端とを、上記タービン軸に加えられるス
   ラスト力を相殺するヘリカルギヤで接続したことを特徴
   とするパワータービンの動力伝達機構。