JP2003531996A - 内燃機関用ターボチャージャ装置 - Google Patents

内燃機関用ターボチャージャ装置

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JP2003531996A JP2001578802A JP2001578802A JP2003531996A JP 2003531996 A JP2003531996 A JP 2003531996A JP 2001578802 A JP2001578802 A JP 2001578802A JP 2001578802 A JP2001578802 A JP 2001578802A JP 2003531996 A JP2003531996 A JP 2003531996A
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ヒューター，ユルゲン
ヴェーバー，ズィークフリート
ホウケル，パトリック
プフリューゲル，フランク
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ボーグワーナー・インコーポレーテッド
ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト
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Abstract

(57)【要約】 本発明は内燃機関用ターボチャージャ装置に関するものである。内燃機関用ターボチャージャ装置は２つの排気ガス・ターボチャージャを有し、排気ガス・ターボチャージャのタービンは内燃機関の排気ガスにより駆動可能であり、かつ排気ガス・ターボチャージャの圧縮機は内燃機関の燃焼用空気をより高い給気圧力へ圧縮する。排気ガスの流動通路内に、排気ガスを、片方のタービンへ又は両方のタービンへ調節可能に供給するための調節要素が設けられている。コンパクトな設計においては、片方の排気ガス・ターボチャージャのタービン・ハウジングに両方のタービンのための共通排気流入通路が設けられ、この場合、排気流入通路から、各タービンに排気ガスを供給するための２つの排気通路部分が分岐するように設計されている。調節要素は、タービン・ハウジング上の、排気流入通路からの排気通路部分の分岐内に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は請求項１の上位概念に記載の内燃機関用ターボチャージャ装置に関す
るものである。
【０００２】 文献ドイツ特許公開第３１４２４９９号から、相前後して直列に配置されてい
る、大きさが異なる２つの排気ターボチャージャを有し、この場合、制御可能な
弁を介してターボチャージャの片方が投入ないし遮断可能であるターボチャージ
ャ装置が既知である。内燃機関のそれぞれの運転状態の関数として弁の制御が電
子式に行われ、これにより、最適な出力の発生が達成されるものである。
【０００３】 それに類似のターボチャージャ装置が文献国際特許出願第９１／１８１９２号
から既知であり、この文献も同様に、相前後して直列に配置された２つの排気ガ
ス・ターボチャージャを開示し、この場合、両方のチャージャのタービンを、遮
断可能な弁を有する排気ゲートを介して連絡させることができる。
【０００４】 このようなターボチャージャ装置は通常比較的大きな設置空間を必要とし、こ
のために、特に小型車においてはしばしば利用できないことがある。 コンパクトな構造を有するターボチャージャ装置を提供することが本発明の課
題である。
【０００５】 この課題は本発明により請求項１の特徴を有するターボチャージャ装置におい
て解決される。 本発明により、タービン・ハウジングに共通排気流入通路が設けられ、この共
通排気流入通路を介して、内燃機関の排気ガスをタービン・ハウジング内の両方
のタービンに供給可能である。排気流入通路から２つの排気通路部分が分岐し、
この２つの排気通路部分を介して排気ガスをそれぞれのタービンに供給可能であ
る。更に調節要素が設けられ、調節要素は排気流入通路からの排気通路部分の分
岐内に配置されている。制御又は操作可能な調節要素により、少なくとも１つの
タービンへ、排気質量流量を調節することができる。排気流入通路、排気流入通
路から分岐する両方の通路部分並びに調節要素は、タービン・ハウジング内に統
合され、これにより、一方で特に場所をとらない配置が実現可能であり、他方で
この装置はモジュラ特性を保持し、この結果、流入通路、通路部分及び調節要素
を交換可能なユニットとして形成することが可能となる。
【０００６】 流入通路、両方の通路部分及び調節要素がその中に配置されているタービン・
ハウジングは、片方の排気ガス・ターボチャージャのみの一部分であってもよい
が、両方の排気ガス・ターボチャージャの共通ハウジングの一部分であってもよ
い。
【０００７】 好ましい変更態様により、タービン・ハウジングが接続フランジを有し、この
接続フランジにより、ターボチャージャ装置を内燃機関の排気出口に確実に固定
可能なように設計されている。この場合、排気流入通路は接続フランジの範囲内
に配置されている。この設計は、ターボチャージャ装置全体を接続フランジによ
り内燃機関に固定可能であり、これにより、装置の着脱のための労力が低減され
るという利点を提供する。
【０００８】 好ましい変更態様においては、装置の両方の排気ガス・ターボチャージャが異
なる質量流量を有するように異なる大きさで形成され、この場合、それぞれのタ
ービンに付属の両方の通路部分の分岐内にある調節要素は、負荷が小さいとき、
ないし回転速度が低いときには、大きい方の排気ガス・ターボチャージャに付属
の通路部分が遮断され、これに対して、負荷が大きいとき、ないし回転速度が高
いときには、大きい方の排気ガス・ターボチャージャに付属の通路部分が開放さ
れているように操作可能である。回転速度が低いときには、慣性が小さく且つ応
答特性のよい小さい方のチャージャが優先的に使用され、これに対して、回転速
度が高いときには、より高い出力供給を有する大きい方のチャージャが優先的に
使用されることにより、両方のターボチャージャは相互に最適に調整される。１
つにまとめられ且つこのように相互に調整された両方のチャージャは、全体とし
て高い空気供給及びほぼ一定のトルク線図を形成することを可能にする。
【０００９】 最後に、両方の空気案内通路が、一方で第１の圧縮機出口と第２の圧縮機入口
との間に配置され、他方で第２の圧縮機の圧縮機出口に配置されている両方の空
気案内通路を、交換可能なモジュール内にまとめると適切なことがある。このモ
ジュールはタービン・ハウジングとは独立に形成されているが、同時にターボチ
ャージャ装置の一部分を形成していることが有利である。モジュールの交換可能
性は、特に異なる寸法比率への適合に関して装置の可変性が向上されるという利
点を有している。更に、第１の圧縮機の圧縮機出口及び第２の圧縮機の圧縮機入
口が平行な平面内にあることにより、適合可能性が向上されることがある。これ
により、モジュールのターボチャージャ装置への着脱が更に簡単になる。
【００１０】 その中にバイパス・フラップが設けられていてもよい両方の空気案内通路間に
、結合通路を設けると有利なことがある。結合通路及びバイパス・フラップを介
して、フレッシュ・エア流れの一部を第２の圧縮機をバイパスして導くことがで
き、これにより、ターボチャージャ装置の調節に対して更に自由度が得られ、こ
のことは特に、例えば乗用車用の容量の小さいエンジンにおいて有利となること
がある。構造ユニットにまとめられた空気案内通路のモジュール設計は、結合通
路のあるモジュール及び結合通路のないモジュールを設けること、ないし対応す
るモジュールを逆のモジュールに交換すること、又は結合通路のないモジュール
に結合通路を設けること、ないしは、このようなモジュールから結合通路を取り
外すことを可能にする。結合通路のないモジュールは特に商用車において使用さ
れる。
【００１１】 その他の利点及び適切な実施態様がその他の請求項、図面の説明及び図面から
明らかである。 図１−６に示した実施態様において、同じ部品に同じ符号が付けられている。
【００１２】 図１−６に示した内燃機関用ターボチャージャ装置１は寸法的に大きさの異な
る２つの排気ガス・ターボチャージャ２、３からなり、２つの排気ガス・ターボ
チャージャ２、３は、空気及び排気の異なる結合通路を介して相互に結合されて
いる。両方の排気ガス・ターボチャージャ２、３は平行な軸線４、５を有してい
る。両方の排気ガス・ターボチャージャ２、３はそれぞれ、内燃機関の排気ガス
により駆動可能なタービン６、７並びに付属の回転タービンにより駆動される圧
縮機８、９を含み、圧縮機８、９は吸い込まれたフレッシュ・エアをより高い給
気圧力へ圧縮する。
【００１３】 より小さい質量流量及びより小さい出力供給を特徴とし、しかも同時により小
さい慣性を有し、これにより低い機関回転速度においても著しい給気圧力上昇を
可能にする小さい方の排気ガス・ターボチャージャ３のタービン７は、そのター
ビン・ハウジング１０に、ターボチャージャ装置１を内燃機関と結合するための
接続フランジ１１を有している。接続フランジ１１に排気流入通路１２の流入開
口が設けられ、この場合、接続フランジ１１は、内燃機関の排気出口が排気流入
通路１２と連絡可能なように内燃機関に固定される。更に、小型排気ターボチャ
ージャ３のタービン・ハウジング１０に、第１の排気通路部分１３並びに第２の
排気通路部分１４が設けられ、この場合、両方の通路部分１３、１４は、接続フ
ランジ１１から出ている排気流入通路１２と結合されている。第１の排気通路部
分１３は流入通路１２から直接大型排気ガス・ターボチャージャ２のタービン６
に連絡し、第２の排気通路部分１４は流入通路１２から直接小型排気ガス・ター
ボチャージャ３のタービン７に連絡している。流入通路１２から両方の通路部分
１３、１４への分岐の範囲内に、接続フランジ１１により覆われた調節要素１５
が設けられ、調節要素１５は制御又は操作によって調節可能に形成され、かつ調
節要素１５により、少なくとも１つの通路部分１３、１４内を通過する排気流れ
が正確に調節可能である。調節要素は例えば調節フラップ又は調節弁として形成
されている。
【００１４】 適切な設計においては、少なくとも大型排気ガス・ターボチャージャ２のター
ビン６に連絡する通路部分１３内を通過する排気流れが、調節要素１５により十
分な精度で調節可能である。
【００１５】 タービン・ハウジング１０は更にフラップ・ハウジング１６を含み、フラップ
・ハウジング１６内に、好ましくは調節フラップとして形成された調節要素１５
が収容されている。フラップ・ハウジング１６は取外し可能な接続カバー１７に
より閉鎖され、接続カバー１７は、一方でフランジにより、排気ガスを大型排気
ガス・ターボチャージャ２へ供給するための通路部分１３と結合され、他方で移
送通路１８と結合され、移送通路１８は小型タービン７の出口を大型タービン６
の入口と結合している。
【００１６】 以下に、ターボチャージャ装置１内の排気の案内を説明する。内燃機関の排気
ガスは接続フランジ１１内の流入開口を通過して矢印方向１９ａへ排気流入通路
１２内に流入する。流入通路１２内の調節要素１５の構造及び位置の関数として
、排気ガスは、通路部分１３内を通過して矢印方向１９ｂ、１９ｃへ導かれ、即
ち通路部分１３を介して排気ガスは大型タービン６に供給可能であるか、又は通
路部分１４内を通過して矢印方向１９ｄ、１９ｅへ導かれ、即ち通路部分１４を
介して排気ガス小型タービン７に供給可能である。後者の場合、排気ガスは、小
型タービン７内を貫流したのち、矢印方向１９ｆへ移送通路１８内を通過して大
型タービン６に供給される。
【００１７】 負荷が小さいとき、ないし回転速度が低いときには、調節要素１５は、排気ガ
スが矢印方向１９ａ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆへ最初に小型タービン７内を貫流
し、次に直列に配置されている大型タービン６内を貫流するように、適切に調節
されている。この排気案内においては、小型タービン７を加速するために比較的
低い排気背圧で十分である。排気ガスの余った残留エネルギーは、大型排気ガス
・ターボチャージャ２のタービン６を回転させるためにも利用可能である。負荷
がより高いとき、ないし回転速度がより高いときには、調節要素１５は、排気ガ
スが矢印方向１９ａ、１９ｂ、１９ｃへ流入通路１２及び通路部分１３を介して
小型タービン７をバイパスして直接大型タービン６に供給されるように、適切に
調節される。
【００１８】 しかしながら、他の設計により、負荷ないし回転速度が高いときには、排気ガ
スが、通路部分１３を介して直接大型タービン６に供給可能であるのみならず、
通路部分１４を介して直接小型タービン７にもまた供給可能な位置を調節要素が
取り得るように、調節要素を形成することが開示されてもよい。この設計は、小
型タービン７が常時ある回転速度に保持され、且つ小型タービンもまた給気の圧
縮のために追加的に寄与可能であるという利点を有している。
【００１９】 大型タービン６内を貫流したのちに、排気ガスはタービン６から矢印方向１９
ｇへ導かれ且つ他の経路内で触媒に供給される。 吸い込まれかつ圧縮されるフレッシュ・エアが大型排気ガス・ターボチャージ
ャ２ないし小型排気ガス・ターボチャージャ３の圧縮機８及び９内を通過する空
気の案内は、次のように行われる。周囲空気が矢印方向２０ａへ大型圧縮機８に
供給され、大型圧縮機８により圧縮され、矢印方向２０ｂ、２０ｃへ、大型圧縮
機８の圧縮機出口と小型圧縮機９の圧縮機入口との間の第１の空気案内通路内を
通過して小型圧縮機９に供給され、小型圧縮機９により給気圧力へ圧縮され、及
び圧縮機出口に直接設置された圧縮機に近い部分２２ａ及び圧縮機から遠い部分
２２ｂを有する他の空気案内通路２２を介して、矢印方向２０ｄ、２０ｅ、２０
ｆへ内燃機関の入口に供給される。
【００２０】 第１の空気案内通路２１及び第２の空気案内通路２２を結合可能なバイパス通
路を設けると適切なことがあり、この場合、バイパス通路２３内に、バイパス通
路の貫流断面を開閉するための調節可能なバイパス弁が設けられている。バイパ
ス通路２３が開放されたとき、大型圧縮機８内で圧縮された空気は、圧縮機８か
らバイパス通路２３を介して第２の空気案内通路２２の最終部分２２ｂ内に直接
流入し、且つ最終部分２２ｂを介して給気として直接内燃機関に供給される。
【００２１】 排気流入通路１２並びに調節要素１５を有する接続フランジ１１が、タービン
・ハウジング１０の一部分である事前組立構造ユニット、ないしはタービン・ハ
ウジング１０に固定可能な事前組立構造ユニットを形成することが適切である。
更に、接続カバー１７及び場合により両方の通路部分１３及び１４を含むフラッ
プ・ハウジング１６もまた、特に、接続フランジ１１、流入通路１２及び調節要
素１５から形成されたシステムと共に一体構造ユニットを形成可能な構造ユニッ
トとして形成すると有利なことがある。特に図５からわかるように、通路部分１
３及び移送通路１８を有する接続カバー１７は、フラップ・ハウジング１６を有
する平面２４内にある。
【００２２】 更に、図６から、空気案内通路２１及び２２と圧縮機８ないし９との接続面は
、平行にオフセットされた平面２５及び２６内にあることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明によるターボチャージャ装置の斜視図を示す。
【図２】 図２は装置の平面図を示す。
【図３】 図３は装置の正面図を示す。
【図４】 図４は後面図を示す。
【図５】 図５は第１の側面図を示す。
【図６】 図６は第２の側面図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴェーバー，ズィークフリート ドイツ連邦共和国70619 シュトゥットガ ルト，ラオクスヴェーク 25ベー (72)発明者 ホウケル，パトリック ドイツ連邦共和国76829 ランダオ，ノル トリング ２ (72)発明者 プフリューゲル，フランク ドイツ連邦共和国76351 ホーホシュシュ テッテン，アオフ・ディー・フィートリフ ト 43 Ｆターム(参考） 3G005 EA21 FA45 FA51 FA55 GB14 GB22 GB82 GD13 GD17

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排気ガス・ターボチャージャのタービンが内燃機関の排気ガ
    スにより駆動可能であり且つ排気ガス・ターボチャージャの圧縮機が内燃機関の
    燃焼用空気をより高い給気圧力へ圧縮する２つの前記排気ガス・ターボチャージ
    ャを有し、排気ガスの流動通路内に設けられた、排気ガスを、片方のタービンへ
    又は両方のタービンへ調節可能に供給するための調節要素を有する内燃機関用タ
    ーボチャージャ装置において、 排気ガス・ターボチャージャ（２、３）のタービン・ハウジング（１０）に両
    方のタービン（６、７）のための共通排気流入通路（１２）が設けられ、この場
    合、排気流入通路（１２）から、各タービン（６、７）に排気ガスを供給するた
    めの２つの排気通路部分（１３、１４）が分岐することと、 調節要素（１５）が、タービン・ハウジング（１０）上の、排気流入通路（１
    ２）からの排気通路部分（１３、１４）の分岐内に配置されていることと、 を特徴とする内燃機関用ターボチャージャ装置。
  2. 【請求項２】 タービン・ハウジング（１０）が、内燃機関の排気出口に接
    続するための接続フランジ（１１）を有し、この場合、排気流入通路（１２）が
    接続フランジ（１１）の範囲内に配置されていることを特徴とする請求項１のタ
    ーボチャージャ装置。
  3. 【請求項３】 両方の排気ガス・ターボチャージャ（２、３）が平行な軸線
    （４、５）を有することを特徴とする請求項１又は２のターボチャージャ装置。
  4. 【請求項４】 両方の排気ガス・ターボチャージャ（２、３）が異なる大き
    さで形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかのターボチャ
    ージャ装置。
  5. 【請求項５】 負荷が小さいとき、ないし回転速度が低いときには、大きい
    ほうの排気ガス・ターボチャージャ（２）に付属の通路部分（１３）が遮断され
    、及び負荷が大きいとき、ないし回転速度が高いときには、大きいほうの排気ガ
    ス・ターボチャージャ（２）に付属の通路部分（１３）が開放されているように
    、調節要素を操作可能であることを特徴とする請求項４のターボチャージャ装置
    。
  6. 【請求項６】 排気流入通路（１２）、２つの排気通路部分（１３、１４）
    及び調節要素（１５）が、小さいほうの排気ガス・ターボチャージャのタービン
    ・ハウジング（１０）内に統合されていることを特徴とする請求項４又は５のタ
    ーボチャージャ装置。
  7. 【請求項７】 第１の圧縮機（８）の圧縮機出口と第２の圧縮機（９）の圧
    縮機入口との間の第１の空気案内通路（２１）と、第２の圧縮機（９）の圧縮機
    出口の第２の空気案内通路（２２）との間に、バイパス弁を有するバイパス通路
    （２３）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかのター
    ボチャージャ装置。
  8. 【請求項８】 第１の圧縮機（８）の圧縮機出口と第２の圧縮機（９）の圧
    縮機入口との間の、ないし第２の圧縮機（９）の圧縮機出口の、両方の空気案内
    通路（２１、２２）が、交換可能なモジュールを形成することを特徴とする請求
    項１ないし７のいずれかのターボチャージャ装置。
  9. 【請求項９】 第１の圧縮機（８）の圧縮機出口及び第２の圧縮機（９）の
    圧縮機入口が平行な平面（２４、２５、２６）内にあることを特徴とする請求項
    １ないし８のいずれかのターボチャージャ装置。
  10. 【請求項１０】 第１の圧縮機（８）の圧縮機出口と第２の圧縮機（９）の
    圧縮機入口との間の、ないし第２の圧縮機（９）の圧縮機出口の、両方の空気案
    内通路（２１、２２）間に、結合通路が設けられていることを特徴とする請求項
    １ないし９のいずれかのターボチャージャ装置。
JP2001578802A 2000-04-20 2001-04-11 内燃機関用ターボチャージャ装置 Pending JP2003531996A (ja)

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DE10019774A DE10019774A1 (de) 2000-04-20 2000-04-20 Turbolader-Einrichtung für eine Brennkraftmaschine
DE10019774.4 2000-04-20
PCT/EP2001/004165 WO2001081744A1 (de) 2000-04-20 2001-04-11 Turbolader-einrichtung für eine brennkraftmaschine

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EP (1) EP1274928B1 (ja)
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WO (1) WO2001081744A1 (ja)

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