JPH0322525Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、機関から発生する排気ガスの全量あ
るいは一部によつて作動する出力タービンの出力
を、機関の主軸に伝達するようにした出力タービ
ン付き往復動内燃機関に関する。

〔従来の技術〕

従来、デイーゼル機関あるいはガソリン機関等
の往復動内燃機関（以下機関と略す）において、
機関の排気ガスを利用して出力タービンを作動さ
せ、その出力を機関の主軸に伝達することによ
り、排気ガスのもつエネルギーを有効に利用する
ようにした装置が数多く開発されている。

このような装置としては、大きく分けて以下に
示す３種類の装置が知られている。

(1) 機関の排気ガスの全量を直接出力タービンへ
導入するようにした装置。

(2) 機関の排気ガスの全量を一度過給用圧縮機駆
動タービンへ導入し、さらに同過給用圧縮機駆
動タービンからの排出ガスを出力タービンへ導
入するようにした装置。

(3) 機関の排気ガスの一部を過給用圧縮機駆動タ
ービンへ導入し、その他の一部を出力タービン
へ導入するようにした装置。

上述の各種の装置では、出力タービンの出力が
直接に、または適当な動力伝達手段を介し機関の
主軸へ伝達されるようになつている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述の従来の出力タービン付き
往復動内燃機関では、機関の最上部から排出され
る排気ガスを利用して出力タービンを作動させ、
この出力タービンの出力が機関の最下部に位置す
る主軸に伝達されるようになつているので、次の
ような問題点がある。

すなわち、上記機関において、出力タービンが
主軸に近接して配設された場合、出力タービンか
ら主軸への動力伝達手段は小型化されるが、機関
からの高温・高圧の排気ガスを出力タービンへ導
く排気ガス導管を機関の最上部から最下部近くま
で長く引きまわして配管する必要が生じ、上記機
関の構造が複雑になつたり、同機関が非常に大型
化する。

さらに、上述の出力タービン付き往復動内燃機
関が、舶用機関や定置用機関などの大馬力の大型
機関として用いられる場合には、機関の全高が相
当高くなるとともに、多量に発生する排気ガスを
適切に機関から排気し出力タービンへ導入するた
めの排気ガス導管の内径が大きくなり、上記機関
がさらに大型化して実用上大きな問題点となつて
いる。

一方、出力タービンが機関の上部に配設された
場合、出力タービンから主軸への動力伝達手段が
複雑でかつ大型なものとなり、上記機関を製造す
るうえでの大幅なコストアツプとなる。

本考案は上述の問題点の解決をはかろうとする
もので、簡素な構造の動力伝達手段により出力タ
ービンの出力を確実に主軸へ伝達できるようにす
ることにより、機関の構造を簡素化・小型化し、
その操作性、信頼性の向上をはかるとともに、機
関を製造するうえでろコストを節減できるように
した、出力タービン付き往復動内燃機関を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本考案の出力タービン付き往復動内
燃機関は、往復動内燃機関の排気系に、その排気
ガスにより作動する出力タービンをそなえ、同出
力タービンが上記内燃機関の上部近傍に配設され
て、同出力タービンの出力軸が、上記内燃機関の
中段よりも上方に配設され同機関の主軸に連動機
構を介して連結された給排気弁開閉用カム軸と、
直接に、または適宜の連結手段を介して連結され
ていることを特徴としている。

〔作用〕

上述の本考案の出力タービン付き往復動内燃機
関では、出力タービンが、往復動内燃機関の排気
系から発生する排気ガスにより作動すると、上記
出力タービンの出力が、上記出力タービンの出力
軸から、直接に、または適宜の連結手段を介して
カム軸に伝達され、さらにカム軸と主軸との連動
機構を兼用して同主軸に伝達される。

〔実施例〕

以下、図面により本考案の出力タービン付き往
復動内燃機関について説明すると、第１，２図は
本考案の第１実施例としての出力タービン付き往
復動内燃機関を示すもので、第１図はその模式的
な正面図、第２図はその内燃機関本体の模式的な
側面図である。

第１図に示すように、機関本体１０の上部に
は、複数のシリンダカバー１１が図示しない各々
のシリンダの排気弁の上方にそれぞれ設けられ、
これらのシリンダカバー１１の内部は、それぞれ
排気枝管１２を介して排気溜り１３に接続され
る。

この排気溜り１３は、排気ガス導管２３を介し
過給用圧縮機駆動タービン２０へ接続され、同過
給用圧縮機駆動タービン２０は、過給機軸２２を
介して過給用圧縮機２１と連結される。

また、過給用圧縮機駆動タービン２０からの排
気ガス導管２４は、この内燃機関の上部近傍に配
設された出力タービン３０へ導かれ、さらにこの
出力タービン３０からは、外部へ連通する排気ガ
ス導管３４が配設される。

そして、上述のシリンダカバー１１、排気枝管
１２、排気溜り１３および排気ガス導管２３，２
４，３４で上記往復動内燃機関の排気系が構成さ
れる。

一方、カム軸１９は、この内燃機関のシリンダ
上端部における給気弁や排気弁の開閉を行なうた
め、主軸１４に比べて比較的高い位置にあり、第
１，２図に示すごとく、この内燃機関の中段より
も上方に配置されている。そしてカム軸１９は内
燃機関本体１０の主軸１４に連動機構を介して連
結されるが、この連動機構は以下のように構成さ
れる。すなわち、第１，２図に示すように、カム
軸１９に固着されるカム軸付き歯車１８が中間歯
車１７と噛合し、同中間歯車１７が中間歯車１６
と噛合して、さらに同中間歯車１６が主軸１４に
固着される主軸付き歯車１５と噛合する。そし
て、これらのカム軸付き歯車１８、中間歯車１
７，１６および主軸付き歯車１５で上記連動機構
が構成される。なお、カム軸１９には、図示しな
い給気弁および排気弁を駆動するためのカムや燃
料ポンプ等が連結される。

また、出力タービン３０の出力軸３３は、減速
器３１を介し出力歯車３２と連結され、さらにこ
の出力歯車３２は上記カム軸付き歯車１８と噛合
する。

そして、これらの減速器３１および出力歯車３
２で出力タービン３０の出力軸３３とカム軸１９
との連結手段が構成される。

本考案の第１実施例としての出力タービン付き
往復動内燃機関は、上述のように構成されている
ので、第１図に示すように、内燃機関本体１０内
で発生する高温・高圧の排気ガスは、図示しない
排気弁からシリンダカバー１１内を経て、排気枝
管１２を通じ排気溜り１３に集められる。

ついで、上記排気ガスは、排気ガス導管２３を
通り、過給用圧縮機駆動タービン２０へ導入さ
れ、その有効エネルギーの一部が過給用圧縮機駆
動タービン２０を駆動するのに用いられる。これ
によつて、過給用圧縮機駆動タービン２０がさら
に過給機軸２２を介して過給用圧縮機２１を駆動
して、同過給用圧縮機２１により図示しない給気
溜りおよび給気弁を介し内燃機関本体１０の燃焼
室内へ圧縮空気が過給される。

過給用圧縮機駆動タービン２０から排出される
排気ガスは、さらに排気ガス導管２４を通つて、
出力タービン３０へ導入され、その残りの有効エ
ネルギーを消費して同出力タービン３０を駆動し
た後、排気ガス導管３４を通つて外部へ排出され
る。

そして、出力タービン３０が排気ガスによつて
駆動されて、出力軸３３が回転駆動されるが、減
速器３１によりカム軸１９の回転速度に適合する
ように、出力軸３３の回転速度が減速されて出力
歯車３２へ伝達され、さらにこの出力歯車３２の
回転が、カム軸付き歯車１８を介してカム軸１９
に伝達される。

一方、カム軸１９は、前記連動機構を介して主
軸１４により回転駆動されるが、上述のごとく出
力タービン３０の回転がカム軸１９に伝達される
ので、結果的に主軸１４の回転が出力タービン３
０により助勢されることになる。このようにし
て、出力タービン３０の出力が主軸１４へ伝達さ
れる。

以上述べたように、本考案の第１実施例として
の出力タービン付き往復動内燃機関では、出力タ
ービン３０の出力が、減速器３１、出力歯車３２
およびカム軸付き歯車１８を介してカム軸１９に
伝達されるようになつており、出力タービン３０
が内燃機関本体１０の上部近傍に配設されて、こ
の内燃機関の中段よりも上方にあるカム軸１９と
出力タービン３０とは相互に近い関係にあるの
で、両者の連結が簡便に行なわれる利点がある。

また出力タービン３０が、この内燃機関の上部
近傍に配置されることにより、比較的高い位置に
ある排気溜り１３や過給用圧縮機駆動タービン２
０と出力タービン３０とを接続し排気を外部へ導
く排気ガス導管２３，２４，３４が長く引きまわ
されて配設される必要がなくなり、したがつて往
復動内燃機関としての構造が簡素化され小型化さ
れて、これに伴いそのメインテナンスに要する労
力や費用も節減されるようになる。

また、出力タービン３０の出力を利用して主軸
１４の回転を助勢するに際し、出力タービン３０
と主軸１４との間に設けられる動力伝達手段の一
部として、カム軸１９を主軸１４と連動させるた
めの連動機構が兼用されるので、同連動機構とは
別個に出力タービン３０から主軸１４に至る動力
伝達手段を設ける場合に比べて、動力伝達系の機
構は大幅に簡素化され、同機構において生じる騒
音・振動も低減し、その信頼性が大幅に向上する
とともに、この往復動内燃機関はより一層小型化
されて、ひいてはその製造に要する費用が大幅に
節減される。

なお、第２図において、各歯車の歯は図示を省
略されている。

つぎに、本考案の第２実施例としての出力ター
ビン付き往復動内燃機関について説明すると、第
３図はその一部を模式的に示す正面図である。

第３図に示すように、本考案の第２実施例とし
ての出力タービン付き往復動内燃機関は、第１実
施例（第１図参照）とほぼ同様の構成において、
排気溜り１３と過給用圧縮機駆動タービン２０と
が排気ガス導管２３′を介し接続されるとともに、
同過給用圧縮機駆動タービン２０からの排気ガス
導管３４′は外部と連通する。

また、出力タービン３０は、制御弁３５′を介
装される排気ガス導管２５′を介し上記排気溜り
１３と接続され、さらに出力タービン３０からの
排気ガス導管３６′は、排気ガス導管３４′に接続
されることにより外部と連通する。

なお、第３図において、既述の符号は第１，２
図とほぼ同様の部分を示している。

本考案の第２実施例としての出力タービン付き
往復動内燃機関は、上述のように構成されている
ので、排気溜り１３内の排気ガスは排気ガス導管
２３′を介し過給用圧縮機駆動タービン２０へ導
入される一方で、排気ガス導管２５′を介し出力
タービン３０へ導入される。このとき、出力ター
ビン３０への上記排気ガスの流入量は、制御弁３
５′により適宜調整される。

さらに、それぞれ過給用圧縮機駆動タービン２
０、出力タービン３０を駆動した上記排気ガス
は、排気ガス導管３４′，３６′を通じて外部へ排
出される。

このようにして、上述の本考案の第２実施例で
も、過給用圧縮機２１が過給用圧縮機駆動タービ
ン２０により駆動され、またカム軸１９が、出力
軸３３、減速器３１、出力歯車３２およびカム軸
付き歯車１８を介し出力タービン３０により助勢
されて回転するので、上記排気ガスの有効エネル
ギーが、過給用圧縮機２１を駆動するのと、カム
軸１９および同カム軸１９と連動機構を介し連結
される主軸１４の回転を助勢するのとに利用さ
れ、また出力タービン３０の出力を主軸１４へ伝
達するのに既存のカム軸が適切に兼用されるので
あつて、これにより第１実施例とほぼ同様の効果
が得られるのである。なお、本考案の出力タービ
ン付き往復動内燃機関は、過給用圧縮機駆動ター
ビンをそなえずに、すべての排気ガスの有効エネ
ルギーが出力タービン３０を駆動するのに利用さ
れるような機関でもよい。

また、出力タービン３０からカム軸１９への動
力伝達を行なう連結手段において、カム軸付き歯
車１８と出力歯車３２とが直接噛合するのではな
く、出力タービン３０とカム軸１９との配置上の
都合により、カム軸１９と出力軸３３とが減速器
３１のみを介し直接接続されてもよく、もしくは
カム軸付き歯車１８と出力歯車３２との間にこれ
らとそれぞれ噛合する図示しない別の歯車が介装
されてもよい。

〔考案の効果〕

以上詳述したように、本考案の出力タービン付
き往復動内燃機関では、往復動内燃機関の排気系
に、その排気ガスにより作動する出力タービンを
そなえ、同出力タービンが上記内燃機関の上部近
傍に配設されて、同出力タービンの出力軸が、上
記内燃機関の中段よりも上方に配設され同機関の
主軸に連動機構を介して連結された給排気弁開閉
用カム軸と、直接に、または適宜の連結手段を介
して連結されるという簡素な構成で、出力タービ
ンを往復動内燃機関本体の上部近傍に配置するこ
とにより、上記排気系の配管が極めて簡素化され
るようになつて、上記往復動内燃機関の小型化・
軽量化がもたらされるとともに、そのメインテナ
ンスに要する労力と経費も大幅に節減されるよう
になる。

また、出力タービンの出力を主軸に伝達するた
めの動力伝達手段の一部として、出力タービンと
同様に比較的高い位置にあるカム軸の兼用が無理
なく適切に行なわれ、主軸とカム軸とを連結する
連動機構が効率よく兼用されるのであり、これに
より上記動力伝達手段の機構が非常に簡素化さ
れ、同機構において発生する騒音・振動も減少
し、その作動における信頼性が著しく向上するだ
けでなく、その製造に要するコストが大幅に低減
する利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本考案の第１実施例としての出力
タービン付き往復動内燃機関を示すもので、第１
図はその模式的な正面図、第２図はその内燃機関
本体の模式的な側面図であり、第３図は本考案の
第２実施例としての出力タービン付き往復動内燃
機関の一部を模式的に示す正面図である。 １０……内燃機関本体、１１……シリンダカバ
ー、１２……排気枝管、１３……排気溜り、１４
……主軸、１５……主軸付き歯車、１６，１７…
…中間歯車、１８……カム軸付き歯車、１９……
カム軸、２０……過給用圧縮機駆動タービン、２
１……過給用圧縮機、２２……過給機軸、２３，
２３′，２４，２５′……排気ガス導管、３０……
出力タービン、３１……減速器、３２……出力歯
車、３３……出力軸、３４，３４′……排気ガス
導管、３５′……制御弁、３６′……排気ガス導
管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 往復動内燃機関の排気系に、その排気ガスによ
   り作動する出力タービンをそなえ、同出力タービ
   ンが上記内燃機関の上部近傍に配設されて、同出
   力タービンの出力軸が、上記内燃機関の中段より
   も上方に配設され同機関の主軸に連動機構を介し
   て連結された給排気弁開閉用カム軸と、直接に、
   または適宜の連結手段を介して連結されているこ
   とを特徴とする、出力タービン付き往復動内燃機
   関。