(57)【要約】【課題】  比較的僅かな部品の追加でかつ比較的小さなスペースの確保で、変速伝達装置に大きな衝撃を与えずに、排ガスのエネルギを回収してエンジンの駆動力を支援する。【解決手段】  ターボ過給機１５の主タービン１５ｂより排ガス下流側の排気通路１４にパワータービン１７が設けられ、パワータービンのパワーシャフト１７ａとクランク軸１０ａが、ビスカスカップリング２１を介して連結される。パワーシャフトにカップリング用ハブが連結され、クランク軸にカップリング用ケースが連結され、カップリング用ケースにカップリング用ハブが相対回転可能に挿入されて密閉空間が形成される。カップリング用ハブに対して相対回転不能にインナプレートが密閉空間に収容され、カップリング用ケースに対して相対回転不能であってインナプレートと交互に配設されるようにアウタプレートが密閉空間に収容され、更に密閉空間に作動油が封入される。【選択図】  図１
2006299938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン(10)の排ガスが通る排気通路(14)にターボ過給機(15)の主タービン(15b)が設けられ、この主タービン(15b)より排ガス下流側の排気通路(14)にパワータービン(17)が設けられ、前記パワータービン(17)のパワーシャフト(17a)と前記エンジン(10)のクランク軸(10a)とが変速伝達装置(18)を介して連結されたターボコンパウンドシステムにおいて、
前記変速伝達装置(18)がビスカスカップリング(21)を備え、
前記ビスカスカップリング(21)が、
前記パワーシャフト(17a)又は前記クランク軸(10a)に直接又は歯車列(19)を介して連結されたカップリング用ハブ(28)と、
前記クランク軸(10a)又は前記パワーシャフト(17a)に直接又は歯車列(22)を介して連結されたカップリング用ケース(29)と、
前記カップリング用ケース(29)に前記カップリング用ハブ(28)を相対回転可能に挿入することにより形成された密閉空間(31)と、
前記カップリング用ハブ(28)に対して相対回転不能であって前記カップリング用ハブ(28)の中心線方向に所定の間隔をあけて前記密閉空間(31)に収容された複数枚のインナプレート(32)と、
前記カップリング用ケース(29)に対して相対回転不能であって前記カップリング用ケース(29)の中心線方向に所定の間隔をあけかつ前記複数枚のインナプレート(32)と交互に配設されるように前記密閉空間(31)に収容された複数枚のアウタプレート(33)と、
前記密閉空間(31)に封入された作動油(34)と
を有することを特徴とするターボコンパウンドシステム。
【請求項２】
作動油(34)がシリコーンオイルである請求項１記載のターボコンパウンドシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排出する排ガスのエネルギを回収し、この回収エネルギによりエンジンの駆動力を支援するターボコンパウンドシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気管に設けられたターボチャージャの排ガス下流側にパワータービンが設けられ、パワータービンとエンジンのクランク軸とが変速伝達装置を介して結合され、ターボチャージャの出口とパワータービンの入口を結ぶ排気管の途中にパワータービンを迂回するバイパス通路の分岐部が接続され、更にこのバイパス通路の分岐部にバイパス弁が設けられたターボコンパウンドエンジンの制御装置（例えば、特許文献１参照。）が開示されている。このターボコンパウンドエンジンの制御装置では、変速伝達装置が有段ギヤ変速機構又は遊星歯車機構を有し、この変速伝達装置に電磁又は油圧クラッチが設けられる。またエンジンの運転状況に基づいてコンピュータがバイパス弁と電磁又は油圧クラッチを制御するように構成される。
このように構成されたターボコンパウンドエンジンの制御装置では、エンジンの広範囲の運転状況に基づいて、コンピュータがバイパス弁を開閉し、電磁又は油圧クラッチを接続又は遮断することにより、パワータービンのタービン効率の高い状態でエネルギの回収を行うことができる。この結果、エネルギの回収効率を向上できるようになっている。
【特許文献１】特開平９−２２２０２６号公報（請求項１、段落［００２８］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の特許文献１に示されたターボコンパウンドエンジンの制御装置では、電磁又は油圧クラッチに加えてバイパス通路やバイパス弁を必要とするため、部品点数が増大し、これらの部品の設置スペースが増大する不具合があった。
また、上記従来の特許文献１に示されたターボコンパウンドエンジンの制御装置では、電磁又は油圧クラッチの制御が接続又は遮断の２値制御であるため、接続から遮断への切換え時又は遮断から接続への切換え時に、エンジンにエネルギが急激に伝達又は遮断されたり、或いは運転操作不良によるエンスト時に、クランク軸の回転速度が急激に変化すると、変速伝達装置に比較的大きな衝撃が作用する問題点があった。
更に、上記従来の特許文献１に示されたターボコンパウンドエンジンの制御装置では、電磁又は油圧クラッチの接続時に、パワータービンとクランク軸が機械的に繋がっているため、即ちパワータービンとクランク軸が全て剛体で連結されているため、エンジンのねじり振動がパワータービンに伝達されてしまい、パワータービンの耐久性を低下させる問題点もあった。
本発明の目的は、比較的僅かな部品の追加で、かつ比較的小さなスペースの確保で、変速伝達装置に大きな衝撃が作用することなく、排ガスのエネルギを回収してこのエネルギによりエンジンの駆動力を支援できるとともに、パワータービンの耐久性の低下を防止できる、ターボコンパウンドシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、エンジン１０の排ガスが通る排気通路１４にターボ過給機１５の主タービン１５ｂが設けられ、この主タービン１５ｂより排ガス下流側の排気通路１４にパワータービン１７が設けられ、このパワータービン１７のパワーシャフト１７ａとエンジン１０のクランク軸１０ａとが変速伝達装置１８を介して連結されたターボコンパウンドシステムの改良である。
その特徴ある構成は、変速伝達装置１８がビスカスカップリング２１を備え、このビスカスカップリング２１が、パワーシャフト１７ａ又はクランク軸に直接又は歯車列１９を介して連結されたカップリング用ハブ２８と、クランク軸１０ａ又はパワーシャフトに直接又は歯車列２２を介して連結されたカップリング用ケース２９と、カップリング用ケース２９にカップリング用ハブ２８を相対回転可能に挿入することにより形成された密閉空間３１と、カップリング用ハブ２８に対して相対回転不能であってカップリング用ハブ２８の中心線方向に所定の間隔をあけて密閉空間３１に収容された複数枚のインナプレート３２と、カップリング用ケース２９に対して相対回転不能であってカップリング用ケース２９の中心線方向に所定の間隔をあけかつ複数枚のインナプレート３２と交互に配設されるように密閉空間３１に収容された複数枚のアウタプレート３３と、密閉空間３１に封入された作動油３４とを有するところにある。
【０００５】
この請求項１に記載されたターボコンパウンドシステムでは、主タービン１５ｂから排出された排ガスがパワータービン１７に流入し、排ガスの持つエネルギによりパワータービン１７が回転すると、この回転力はパワーシャフト１７ａ及び歯車列１９を介してインナプレート３２に伝達され、インナプレート３２がアウタプレート３３に対して相対的に回転する。このときインナプレート３２及びアウタプレート３３は作動油３４を剪断し、両プレート３２，３３間に粘性トルクが発生するので、アウタプレート３３がインナプレート３２に追従してインナプレート３２と同一の方向に回転する。このアウタプレート３３の回転力は歯車列２２を介してクランク軸１０ａに伝達される。またインナプレート３２とアウタプレート３３は直接接触していないので、インナプレート３２及びアウタプレート３３間に回転差があっても、インナプレート３２やアウタプレート３３が摩耗しない。また排ガスの流量が急激に変化したり、或いは運転操作不良によりエンストしてクランク軸１０ａの回転速度が急激に変化しても、インナプレート３２及びアウタプレート３３間に介在する作動油３４により上記急激な変化を吸収できる。更にパワーシャフト１７ａとクランク軸１０ａの連結部の一部が剛体により機械的に繋がっていないので、即ちインナプレート３２とアウタプレート３３が粘性流体からなる作動油３４により連結されているので、エンジン１０のねじり振動を作動油３４で吸収できる。
【発明の効果】
【０００６】
以上述べたように、本発明によれば、パワーシャフト又はクランク軸にカップリング用ハブを直接又は歯車列を介して連結し、クランク軸又はパワーシャフトにカップリング用ケースを直接又は歯車列を介して連結し、カップリング用ケースにカップリング用ハブを相対回転可能に挿入して密閉空間を形成し、カップリング用ハブに対して相対回転不能にインナプレートを密閉空間に収容し、カップリング用ケースに対して相対回転不能であってインナプレートと交互に配設されるようにアウタプレートを密閉空間に収容し、更に密閉空間に作動油を封入したので、排ガスによりパワータービンが回転すると、インナプレート又はアウタプレートが回転し、作動油の粘性トルクによりインナプレート又はアウタプレートの回転に追従してアウタプレート又はインナプレートがインナプレート又はアウタプレートと同一方向に回転する。この結果、アウタプレート又はインナプレートの回転力が直接又は歯車列を介してクランク軸に伝達され、エンジンの駆動力が支援されるので、燃費を向上できるとともに、エンジントルクを増大できる。
また排ガスの流量が急激に変化したり、或いは運転操作不良によりエンストしてクランク軸の回転速度が急激に変化しても、インナプレート及びアウタプレート間に介在する作動油により上記急激な変化が吸収される。この結果、変速伝達装置に大きな衝撃が作用することはない。
更にパワーシャフトとクランク軸の連結部の一部が剛体により機械的に繋がっていないので、即ちインナプレートとアウタプレートが粘性流体からなる作動油により連結されているので、エンジンのねじり振動を作動油で吸収することができる。この結果、エンジンのねじり振動がパワータービンに伝達されないので、パワータービンの耐久性の低下を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、車両のエンジン１０の吸気ポートには吸気マニホルド１２ａを介して吸気管１２ｂが接続され、排気ポートには排気マニホルド１４ａを介して排気管１４ｂが接続される。吸気管１２ｂにはターボ過給機１５のコンプレッサ１５ａが設けられ、このコンプレッサ１５ａより吸気下流側の吸気管１２ｂにはインタクーラ１６が設けられる。また排気管１４ｂにはターボ過給機１５の主タービン１５ｂが設けられ、この主タービン１５ｂより排ガス下流側の排気管１４ｂにはパワータービン１７が設けられる。コンプレッサ１５ａの回転翼１５ｃと主タービン１５ｂの回転翼１５ｄとは主シャフト１５ｅにより連結される。エンジン１０から排出される排ガスのエネルギにより主タービン１５ｂの回転翼１５ｄ及び主シャフト１５ｅを介してコンプレッサ１５ａの回転翼１５ｃが回転し、このコンプレッサ１５ａの回転翼１５ｃの回転により吸気管１２ｂ内の吸気が圧縮されるように構成される。またターボ過給機１５により圧縮された吸気は上記インタクーラ１６により冷却されるようになっている。なお、吸気マニホルド１２ａ及び吸気管１２ｂにより吸気通路１２が構成され、排気マニホルド１４ａ及び排気管１４ｂにより排気通路１４が構成される。
【０００８】
パワータービン１７の回転翼１７ｂはパワーシャフト１７ａ及び変速伝達手段１８を介してエンジン１０のクランク軸１０ａに連結される。変速伝達手段１８は、タービン側歯車列１９と、ビスカスカップリング２１と、エンジン側歯車列２２とを備える。タービン側歯車列１９は、パワーシャフト１７ａに嵌着された第１タービン側歯車１９ａと、この第１タービン側歯車１９ａに噛合しパワーシャフト１７ａに平行なタービン側平行軸２３に回転可能に嵌入された第２タービン側歯車１９ｂとを有する（図２）。第２タービン側歯車１９ｂは第１タービン側歯車１９ａより大径に形成され、タービン側平行軸２３はエンジンブロックに回転不能に取付けられる。またエンジン側歯車列２２は、クランク軸１０ａに嵌着されたフライホイール２３外周面に固着された第１エンジン側歯車２２ａと、この第１エンジン側歯車２２ａに噛合しクランク軸１０ａに平行なアイドル軸２６に嵌着された第２エンジン側歯車２２ｂと、この第２エンジン側歯車２２ｂに噛合しアイドル軸２６に平行なカップリング軸２７に嵌着された第３エンジン側歯車２２ｃとを有する（図１）。第３エンジン側歯車２２ｃは第１エンジン側歯車２２ａより小径に形成され、アイドル軸２６はエンジンブロックに回転可能に取付けられる。またカップリング軸２７はタービン側平行軸２３と軸線が一致しかつタービン側平行軸２３と所定の間隔をあけて対向するようにエンジンブロックに回転可能に取付けられる。
【０００９】
一方、ビスカスカップリング２１は、図１及び図２に示すように、パワーシャフト１７ａにタービン側歯車列１９を介して連結されたカップリング用ハブ２８と、クランク軸１０ａにエンジン側歯車列２２を介して連結されたカップリング用ケース２９と、カップリング用ケース２９にカップリング用ハブ２８を相対回転可能に挿入することにより形成された密閉空間３１と、カップリング用ハブ２８に対して相対回転不能に密閉空間３１に収容された複数枚のインナプレート３２と、カップリング用ケース２９に対して相対回転不能に密閉空間３１に収容された複数枚のアウタプレート３３と、密閉空間２９に封入された作動油３４とを備える。カップリング用ハブ２８は、カップリング軸２７にニードル軸受３６を介して回転可能に嵌入されかつ第２タービン側歯車１９ｂがボルト３７にて固定される小径部２８ａと、この小径部２８ａと一体的に形成され外周面にハブ用スプライン外歯２８ｃが形成された大径部２８ｂとを有する（図２）。またカップリング用ケース２９は、カップリング軸２７にスプライン嵌合されたフランジ部２９ａと、内周面にケース用スプライン内歯２９ｃが形成されカップリング用ハブ２８を挿入可能であってフランジ部２９ａにボルト３８にて固定される筒部２９ｂとを有する。複数枚のインナプレート３２の内周面にはハブ用スプライン外歯２８ｃに噛合するハブ用スプライン内歯３２ａが形成され、複数枚のアウタプレート３３の外周面にはケース用スプライン内歯２９ｃに噛合するケース用スプライン外歯３３ａが形成される。更に作動油３４としては、シリコーンオイルが用いられる。なお、図２中の符号２９ｄは密閉空間３１に作動油３４を給排するために筒部２９ｂに形成された給排孔であり、符号２９ｅは給排孔２９ｄを閉止する栓である。また図２の符号３９及び４０は密閉空間３１に封入された作動油３４の漏れを防止するためのオイルシールである。
【００１０】
上記ビスカスカップリング２１を組立てるには、先ずカップリング用ハブ２８の小径部２８ａをカップリング用ケース２９の筒部２９ｂにその内側から挿入した後に、インナプレート３２とアウタプレート３３を１枚ずつ交互にかつ隣接するインナプレート３２及びアウタプレート３３間に所定の隙間をあけて挿入する（図２）。このときインナプレート３２のハブ用スプライン内歯３２ａをカップリング用ハブ２８のハブ用スプライン外歯２８ｃに噛合させ、アウタプレート３３のケース用スプライン外歯３３ａをカップリング用ケース２９のケース用スプライン内歯２９ａに噛合させる。次にカップリング用ケース２９の筒部２９ｂの開口部をフランジ部２９ａにより閉止した後に、フランジ部２９ａをボルト３８にて筒部２９ｂに固定する。これにより密閉空間３２が形成されるとともに、複数枚のインナプレート３２はカップリング用ハブ２８に対して相対回転不能であってカップリング用ハブ２８の中心線方向に所定の間隔をあけて密閉空間３１に収容され、複数枚のアウタプレート３３はカップリング用ケース２９に対して相対回転不能であってカップリング用ケース２９の中心線方向に所定の間隔をあけて密閉空間３１に収容される。更に給排孔２９ｄから作動油３４を密閉空間３１に注入した後に、給排孔２９ｄを栓２９ｅにより閉止する。なお、上記密閉空間３１に注入された作動油３４は、隣接するインナプレート３２及びアウタプレート３３間の所定の隙間にも侵入する。
【００１１】
このように構成されたターボコンパウンドシステムの動作を説明する。
エンジン１０を始動してエンジン１０から排ガスが排出されると、この排ガスは排気マニホルド１４ａ及び排気管１４ｂを通ってターボ過給機１５の主タービン１５ｂに流入し、排ガスの持つエネルギにより主タービン１５ｂの回転翼１５ｄが回転する。この回転力は主シャフト１５ｅを介してコンプレッサ１５ａの回転翼１５ｃに伝達され、コンプレッサ１５ａの回転翼１５ｃの回転により吸気管１２ｂ内の吸気が圧縮される。主タービン１５ｂから排出された排ガスはパワータービン１７に流入し、排ガスの持つエネルギによりパワータービン１７の回転翼１７ｂが回転する。この回転力はパワーシャフト１７ａ、第１タービン側歯車１９ａ、第２タービン側歯車１９ｂ及びカップリング用ハブ２８を介してインナプレート３２に伝達され、インナプレート３２がアウタプレート３３に対して相対的に回転する。このときインナプレート３２及びアウタプレート３３は作動油３４を剪断し、両プレート３２，３３間に粘性トルクが発生するので、アウタプレート３３がインナプレート３２に追従してインナプレート３２と同一の方向に回転する。このアウタプレート３３の回転力はカップリング軸２７、第３エンジン側歯車２２ｃ、第２エンジン側歯車２２ｂ、第１エンジン側歯車２２ａ及びフライホイール２３を介してクランク軸１０ａに伝達される。アウタプレート３３の回転方向はクランク軸１０ａの回転方向と同一であるので、アウタプレート３３の回転力はエンジン１０の駆動力を支援する。これにより燃費を向上できるとともに、エンジントルクを増大できる。
【００１２】
またインナプレート３２とアウタプレート３３は直接接触していないので、インナプレート３２及びアウタプレート３３間に回転差があっても、インナプレート３２やアウタプレート３３が摩耗することはない。
また排ガスの流量が急激に変化したり、或いは運転操作不良によりエンストしてクランク軸１０ａの回転速度が急激に変化しても、インナプレート３２及びアウタプレート３３間に介在する作動油３４により上記急激な変化が吸収される。この結果、変速伝達装置１８に大きな衝撃が作用することはない。
更にパワーシャフト１７ａとクランク軸１０ａの連結部の一部が剛体により機械的に繋がっていないので、即ちインナプレート３２とアウタプレート３３が粘性流体からなる作動油３４により連結されているので、エンジン１０のねじり振動を作動油３４で吸収することができる。この結果、エンジン１０のねじり振動がパワータービン１７に伝達されないので、パワータービン１７の耐久性の低下を防止できる。
【００１３】
なお、上記実施の形態では、アウタプレートがエンジン側歯車列の第３エンジン側歯車と一体的に回転し、インナパネルがタービン側歯車列の第２タービン側歯車と一体的に回転するように構成したが、アウタプレートがタービン側歯車列の第２タービン側歯車と一体的に回転し、インナプレートがエンジン側歯車列の第３エンジン側歯車と一体的に回転するように構成してもよい。
また、上記実施の形態では、パワーシャフトにタービン側歯車列を介してカップリング用ハブを連結したが、パワーシャフトに直接カップリング用ハブを連結してもよい。
更に、上記実施の形態では、クランク軸にエンジン側歯車列を介してカップリング用ケースを連結したが、クランク軸に直接カップリング用ケースを連結してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明第１実施形態の渦電流式カップリングを含むターボコンパウンドシステムの構成図である。
【図２】図１のＡ部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０  エンジン
１０ａ  クランク軸
１４  排気通路
１５  ターボ過給機
１５ｂ  主タービン
１７  パワータービン
１７ａ  パワーシャフト
１８  変速伝達手段
１９  タービン側歯車列
２１  ビスカスカップリング
２２  エンジン側歯車列
２８  カップリング用ハブ
２９  カップリング用ケース
３１  密閉空間
３２  インナプレート
３３  アウタプレート
３４  作動油
【図１】
2006299938.tif 000003
【図２】
2006299938.tif 000004