JP2007100695A - 内燃機関用の過給装置、およびそのような装置を備えた自動車 - Google Patents

内燃機関用の過給装置、およびそのような装置を備えた自動車 Download PDF

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Abstract

【課題】改善された収率を有し、誘導される排気ガスの割合を高めることを可能にする過給装置を提供すること。
【解決手段】この装置は、直列に配置された高圧タービン20および低圧タービン14、並びに供給管26を高圧タービン20の排気管28に接続する高圧タービン20用のバイパス管32を有するタイプのものである。本発明の特徴によれば、高圧タービン20で減圧されたガスの流量を誘導ガスと混合することによって増加させるために、バイパス管32は減圧ノズル34を介して排気管28に通じており、この減圧ノズル34はバイパス管32によって誘導されたガスを排気管28の混合部分46の中に、高圧タービン20で減圧されたガスの混合部分46における流れの方向および向きに実質的に従って排出することを可能にする。
【選択図】図1

Description

本明細書は、コンプレッサに接続されたタービンと、このタービンに加圧ガスを供給するための管と、タービンで減圧されたガスのための排気管と、前記供給管を前記排気管に接続するバイパス管を含むタービン用バイパス手段とを有するタイプの、内燃機関用の過給装置に関する。
通常このタイプの過給装置では、タービンは、機関で燃焼された加圧排気を供給されて、その排気ガスからのエネルギーを使用してコンプレッサを駆動し、それによって機関に新鮮な加圧空気を供給する。
タービンは一般に、コンプレッサが機関の部分的な回転位相に対して所望の空気圧を供給するような大きさとされ、その位相の間、機関はタービンに向かって所定の排気ガス流を排出する。
その部分的な位相を越えると、排気ガス流が増加し、タービンの上流および機関の出力における排気の逆圧が高まり、それによって機関の有効性が損なわれ、特にその燃料消費量が高まる可能性がある。
タービンのバイパス手段は、以下で誘導ガスと呼ぶ排気ガスの一部を、タービンを通過させずに直接タービン上流の位置からタービン下流の位置まで流すことを可能にし、それによってタービン上流の逆圧を、コンプレッサの出力における所望の空気圧を得るのに必要な、正確なレベルに制限する。
それにもかかわらず、バイパス手段によって誘導される排気ガスに含まれるポテンシャル・エネルギーは、熱に関連して全体的に抑制され、また過給装置の平凡なエネルギー収率が、誘導されることのできる排気ガスの割合を制限する。
本発明の目的は、改善された収率を有し、誘導される排気ガスの割合を高めることを可能にする過給装置を提供することである。
これを受けて、本発明は、前述のタイプの内燃機関用の過給装置であって、バイパス管が減圧ノズルを介して排気管に通じており、減圧ノズルは、バイパス管によって誘導されたガスを、排気管の混合部分の中に排出することを可能にし、この排出されたガスは、タービンで減圧されたガスの、混合部分における流れの方向および向きに実質的に従っており、それによってタービンで減圧されたガスの流量を、空気エゼクタの原理に従って誘導ガスと混合することによって高め、また空気エゼクタの推進流は、バイパス管によって誘導されるガスで構成されており、移送される流れは、タービンで減圧されたガスから取り出されることを特徴とする過給装置に関するものである。
他の実施例によれば、この過給装置は、単独で、あるいは任意の可能な組み合わせによって採用される以下の特徴の1つまたは複数を有している。
(1)ノズルのネック部の断面は調整可能である。
(2)ノズルは、先細部材の内壁および閉鎖部材の外壁によって範囲を定められる先細の環状流路を有し、この先細部材の内壁および閉鎖部材の外壁の相対位置は、ノズルを閉鎖する位置とノズルの最大開放位置との間でを調整可能である。
(3)移送された流れは、推進流の内側で混合部分に導入される。
(4)ノズルの先細部材の内壁は混合部分の内壁の先細延長部分であり、閉鎖部材は管状スリーブであり、スリーブの外面がノズルの境界を定め、スリーブの内面が、タービンで減圧されたガスを混合部分に供給する排気管の上流部分の境界を定める。
(5)移送された流れは、推進ガス流の外側で混合部分に導入される。
(6)混合部分は、混合部分を上流方向に延長する拡幅部分とノズルの先細部材の外壁との間に含まれる環状流路を介して、タービンで減圧されたガスを供給される。
(7)タービンは、半径方向の入力および軸線方向の出力を有する、軸線のまわりで回転するラジアル・タービンであり、混合部分はタービンの回転軸線に従って延びている。
(8)ノズルは軸線まわりの回転によって形成され、ノズルに隣接する混合部分の上流部分は、ノズルの軸線のまわりの回転によって形成され、混合部分はその軸線のまわりで下流方向に展開される。
(9)タービンが第1のタービンであり、装置は、この第1のタービンと直列に配置された第2のラジアル・タービンであって、第1のタービンの排気管の混合部分に接続されたボリュートからのガスを供給される第2のラジアル・タービンを有している。
(10)第2のタービンのバイパス手段は、第1のタービンのバイパス手段のノズル上流で第1のタービンの排気管から供給される第2のバイパス管であって、第2タービンの第2の排気管内に通じている第2のバイパス管を有する。
(11)第1のタービンの混合部分の内壁は被制御面であり、この被制御面は、回転によって形成される混合部分の上流部分の円形断面の上、および第2のラジアル・タービンに供給するためのボリュートの臨界断面の上に支持されており、それによってボリュートの接線方向の延長部分を構成する。
(12)第1のタービンの誘導手段のノズル・ネック部の断面は、最小値、好ましくはゼロと、第1のタービンの臨界断面の1〜2倍の最大値との間で調整することが可能であり、第2のタービンの臨界断面は、第1のタービンの臨界断面の2〜3倍である。
(13)第2のタービンの混合部分は、排気ガスの処理手段のところで広くなっている発散型ディフューザに通じている。
本発明およびその利点は、添付図面を参照して単に例示のために示す以下の説明を読むことによって、より適切に理解されるであろう。
図1に示すように、内燃機関6は、タービン14に接続されたコンプレッサ12を含む低圧ターボ・コンプレッサ10と、タービン20に接続されたコンプレッサ18を含む高圧ターボ・コンプレッサ16とを有する過給装置8を有する。
コンプレッサ12および18は直列に配置され、機関6に新鮮な加圧空気を供給する。コンプレッサ18は、コンプレッサ12の下流に位置している。
タービン14および20は直列に配置され、機関6から排気ガスを受け取る。タービン20はタービン14の上流に位置している。
動作中、新鮮な空気はコンプレッサ12、次いでコンプレッサ18で連続的に圧縮された後、機関6の中へ移送される。排気ガスはタービン20、次いでタービン14で連続的に減圧される。
タービン20は、例えばタービン20のらせん形の供給ボリュート27に通じる供給管26からのガスで満たされ、減圧されたガスを第1の排気管28に排出する。
タービン14は、タービン14の供給管を形成する管28からのガスで満たされ、減圧されたガスを第2の排気管30に排出する。管28は、タービン14のらせん形の供給ボリュート29に通じている。
装置8は、管26から供給され、第1の減圧ノズル34を介して管28に通じるタービン20の第1のバイパス管32を有している。
装置8は、ノズル34の上流で管28から供給され、第2の減圧ノズル38を介して管30に通じるタービン14の第2のバイパス管36を有している。
ノズル34、38はそれぞれ、ノズル34、38の軸線Aを定める軸線Aのまわりでの旋回により生成される環状流路39であって、ノズルの出力に向かってノズル34、38の最小断面を構成するネック部まで細くなる環状流路39によって画定される。
流路39は、先細管40の内壁と管40の内部に配置された中央ボディ42との間に範囲を定められる。
各ノズル34、38のネック部の断面を調整して、ノズル34、38を通過する誘導ガスの流れを調整することが可能である。
そのために、各ノズル34、38のボディ42は、ボディ42が管40の内壁と実質的に封止接触するノズル34、38を閉鎖するための前進位置と、管40の内壁とボディ42との間に空間が設けられる後退した最大開放位置との間を、ノズル34、38の軸線Aに従って管40に対して移動することができるように取り付けられる。
各ボディ42の移動は、リニア・アクチュエータ43によって制御される。
各ノズル34、38は、対応する排気管28、30の部分46、48に通じている。各部分46、48は、その部分46、48を上流方向に延長した拡幅部分46a、48aの内壁と、ノズル34、38の管40の外壁との間に範囲を定められた環状流路49を介して、タービン20、14からの減圧ガスで充填される。
各部分46、48は、実質的にノズル34、38の軸線Aに沿って、対応するノズル34、38の下流へ実質的に直線状に延びている。したがってノズル34、38は、部分46、48から誘導されるガスを、その部分46、48におけるガスの流れの方向および向きに排出するように配向されている。
好ましくは、各ノズル34、38はその軸線Aのまわりの旋回によって形成され、各部分46、48は下流方向に、その部分46、48に通じるノズル34、38の軸線Aのまわりに展開される。
部分46はボリュート29に通じている。
部分48は、例えば排気ガスの処理手段のところで広くなる発散型ディフューザ50に通じている。
全体のガスの圧力Pは、静圧力Pstaticとガスの密度およびガスの流速の2乗に比例する動圧力Pdynamicの合計に等しい。
動作中、機関6からのガスは全圧力P1でタービン20に導入され、タービン20でP1より低い全圧力P2まで減圧され、全圧力P3でタービン14に導入され、タービン14でP3より低い全圧力P4まで減圧され、全圧力P5でディフューザ50の入力まで移送される。
ノズル34のボディ42が閉鎖位置にあるとき、全圧力P3は実質的に全圧力P2と等しくなる。
ノズル34のボディ42が開放位置にあるとき、全圧力P1の誘導ガスの流れは、タービン20を通過せずにタービン20の上流位置から下流位置へ至る管32に流入する。管32内の誘導ガスの流れは、ノズル34の開口部に依存する。ノズル34が広く開放されるほど、誘導ガスの割合が大きくなる。
誘導ガスは、その圧力エネルギーが運動エネルギーに変換されるために圧力が低下して流量が増加し、その状態で、ノズル34によって部分46に排出される。誘導ガスは、タービン20で減圧されたガスの流量より大きい流量で排出される。
部分46の寸法は、流量のやり取りを促進するように与えられる。具体的には、部分46の長さLがその直径Dの5〜10倍であることが好ましい。
ノズル34によって排出されたガス、およびタービン20で減圧されたガスの一部が部分46で流量のやり取りによって混じり合い、その結果、タービン20で減圧されたガスの流量が高められ、タービン20で減圧されたガスを管32から誘導されたガスと混合することによって得られる混合ガスの流量が、ノズル34の上流でタービン20によって減圧されたガスの流量より大きくなる。
したがってノズル34は部分46と共に、タービン20の上流ではガスの推進流(誘導ガス)を、タービン20の下流では移送されるガスの流れを引き出し、その移送流の流量を高めるために流量のやり取りによって推進流と移送流とを混合する空気エゼクタ52を画定する。
タービン14の取入れ口では、混合ガスは、タービン20で減圧されたガスの静圧力P2staticと実質的に等しい静圧力P3static、およびタービン20で減圧されたガスの動圧力P2dynamicより大きい動圧力P3dynamicを有する。したがって全圧力P3は、全圧力P2より大きくなり、タービン14でより大きいエネルギーを回復することが可能になる。
したがって、エゼクタ52により、誘導ガスの圧力を運動エネルギーに変換し、その運動エネルギーを用いてタービン14の取入れ口での圧力を高めることが可能になる。したがって、タービン14でより大きいエネルギーが回復され、過給装置8の全収率が高められる。
その収率の増大により、特に排気ガス流がコンプレッサ18の出力で所望の空気圧を得るために必要な流れよりずっと大きくなる高速において、誘導ガスの割合が高まり、機関6の性能特性が高まる。
移送流と推進流の混合を促進するために、部分46の内壁は、ノズル34の出力と実質的に並んで配置された部分46の取入れ口の円形断面の上、およびタービン14の供給ボリュートの取入れ口の臨界断面の上に支持される線織面(ルールドサーフェス)であることが好ましく、また部分46はボリュート29の接線方向の延長部分を構成している。
全圧力P1が6バールに等しく、全圧力P2が3バールに等しいと仮定すると、ノズル34を閉鎖すると、だいたいP3=P2=3バールになる。
本発明により、50%のガスを誘導するようにノズル34を開放すると、1バールの動圧力を回復し、したがって全圧力P2より大きい4バールの全圧力P3が得られる可能性が与えられる。
同様に、ノズル38は部分48と共に、タービン14の上流ではガスの推進流を、タービン14の下流では移送されるガスの流れを引き出し、流量のやり取りによって推進流と移送流を混合する第2の空気エゼクタ54を画定する。
この方法では、ノズル38のボディ42が閉鎖位置にあるとき、全圧力P5は全圧力P4と等しくなり、ノズル38のボディ42が開放位置にあるとき、全圧力P5は全圧力P4より大きくなる。
管36はエゼクタ52の上流で管28から供給され、エゼクタ52の動作を妨害することはない。ノズル34は下流のガスを部分46に排出するように構成されるため、そのガスが管36の取入れ口に向かってさかのぼる可能性はあまりない。
タービン14のバイパス手段によって、タービン14の減圧率、すなわちタービンの出力での静圧力P4staticに対するタービン14の取入れ口での全圧力P3の割合が高められる。
開放時にはノズル38によって圧力P5が高まるが、下流でガスの流れに対して十分な圧力P5を得るには、タービン14の出力でノズル38が閉鎖されている時よりも低い静圧力P4staticが必要になる。その結果、タービン14の減圧率が高められ、タービン14によって回復されるエネルギーが大きくなる。
さらに、ノズル38が開放されると、部分46に流入するタービン20で減圧されたガスの量は減少する。その結果、エゼクタ52では、低エネルギー・ガス(タービン20で減圧されるガス)に対する高エネルギー・ガス(ノズル34からのガス)の割合が高まり、混合ガスの流量が増加して、最終的に全圧力P3が高まる。
したがってノズル38を開放すると、全圧力P3の増加と静圧力P4staticの低下の両方が起こる。それによって、タービン14から回復されるエネルギーおよび装置8の収率が増加する。
好ましくは、タービン14と20の間で満足なエネルギー配分を得るために、ノズル34のネック部の断面を、最小値、好ましくはゼロと、実質的にタービン20の臨界断面の1〜2倍の最大値との間で調整することが可能であり、またタービン14の臨界断面は、タービン20の臨界断面の2〜3倍である。
部分46は、ガスの流れをタービン14の供給ボリュートの臨界断面まで加速するために、わずかに先細になっていることが好ましい。部分48は円筒形であることが好ましい。
図2に示す実施例は、ガスの推進流をガスの移送流の外側に導入することを可能にするエゼクタ54の構成において前述の実施例と異なっているが、図中、類似の要素の参照番号は再度使用している。
これを受けて、ノズル38の流路39は、ノズル38の軸線Aに従って、流路48の先細の拡張部分61の内壁と円筒形の管状スリーブ62の外面60との間に範囲を定められ、スリーブ62の内面64は、タービン14と混合部分48との間に延びるタービン14の排気管30の一部を画定している。
ノズル38のネック部の断面を調整するために、スリーブ62は、スリーブ62の円錐形の端部64が先細部材61の内壁と実質的に封止接触するノズル38の閉鎖位置と、先細部材61の内壁と端部64との間に空間が与えられる開放位置との間を、リニア・アクチュエータ43の作用のもとでノズル38の軸線Aに従って先細部材61に対して移動することができるように取り付けられる。
先細部材61の内壁は、混合部分48の内壁を上流方向に拡張したものである。
図2に示すように、エゼクタ52と同じタイプのエゼクタでは、管の断面の連続的な展開をもたらすために、ノズル34のボディ42が円錐状先端部によって下流に延びていると有利である。
ディフューザ50は、例えばパティキュレート・フィルタや触媒コンバータなど、排気ガスの処理手段68、70を提供する放射状ディフューザ66のところで広くなっており、それら処理手段は、機関6のコンパクトさを保つためにディフューザ50および部分48を中心に環状になっている。
タービン14はノズル38の軸線Aに従ったラジアル・タービンであり、半径方向の取入れ口および軸線方向の出力を有していることに留意すべきである。ガスがノズル38および部分48の軸線Aに従ってタービン14から流出すると有利である。
これによって、タービン14で減圧されたガスの流量、すなわちその動圧力P4dynamicをそれが弱い場合にも利用することが可能になり、装置8の収率がさらに高められる。
変形形態として、エゼクタ52をエゼクタ54と同じタイプのものとすること、すなわち、それによってガスの推進流をガスの移送流の外側に導入することも可能である。
図3に示した実施例による装置8は、タービン20で減圧されたガスを用いて部分46の供給流路49を閉鎖することができる点で図2の装置と異なっているが、図中、図1および図2の要素と類似の要素に関する参照番号は再度使用している。
これを受けて、ノズル34の管40は、流路39を閉鎖し、流路49を開放する後退位置と、流路49を閉鎖し、流路39を開放するように管40の前端部72の外面が拡幅部分46aの内壁と封止接触する前進位置との間を、ノズル34の軸線Aに従ってタービン20のケーシングに対して摺動することができるように取り付けられる。図3では、管40の第1の半分の部分(図3上部)を後退位置に示し、管40の第2の半分(図3下部)を前進位置に示してある。
中央ボディ42は、タービン20のケーシングに対して固定されるように取り付けられる。
より詳細には、ボディ42は、タービン20のケーシングに固定して結合されたロッド74の端部で支持され、管40はボディ42のまわりに配置され、放射状アーム76によって、ロッド74上を摺動するように取り付けられたスリーブ78に接続されている。
管40とタービン20のケーシングとの間を確実に封止するために、管40は、例えばタービン20のケーシングの円筒孔82内を摺動する封止セグメント80を備えている。
管40の後退位置では、端部72の内面がボディ42と封止接触して流路39を閉鎖する。
流路39および49の開口部を調整するために、管40をその後退位置とその前進位置との間の複数の中間位置に配置することもできる。
管40の移動は、例えばスリーブ78に作用するリニア・アクチュエータ(図示せず)によって制御される。
タービン14の管36は、単純な弁86によって構成される調整可能な閉鎖装置84を有している。変形形態では、管36は、前述の調整可能なノズル38によって閉鎖される。
図3では、弁86の半分の部分の一方(図3左側)を閉鎖位置に示し、半分の部分のもう一方(図3右側)を開放位置に示してある。
動作中、低い機関速度では管40は後退位置にあり、流路49は開放され、流路39は閉鎖され、矢印Cで示すように、管26のガスはすべて、直列に動作するタービン20およびタービン14で連続的に減圧される。管36は閉鎖されている。
機関速度が高まると、流路49内に排出されるタービン20で減圧されたガスを加速する流路39内の誘導ガスの流れを増加させるために、管40を徐々に前進させる。管36は閉鎖された状態に保たれる。
管40の所与の位置から始まり、管40が流路39を開放し、流路49を閉鎖するようにその移動を続けると、弁86は徐々に開放される。したがって、管36内には誘導された流れが生じる。
流路49を閉鎖し、流路39を十分に開放するために、管40の第2の位置から始まって管40を急速に前進させ、その端部72を移動させて、拡幅部分46aの内壁と封止接触させる。同時に、弁86を移動させて完全に開放された状態にして、タービン20で減圧されたガスを矢印B1に従って管36内に排出することができるようにする。その場合、タービン14および20は並列で動作する。タービン14は、矢印B2に従って流路39を介して管26によって直接供給される。
このように図3の装置により、簡単且つ連続的な方法で、純粋な直列構成から、高圧タービンからの誘導を伴う直列構成へ、次いで高圧および低圧タービンからの誘導を伴う直列構成へと変更することが可能になり、その結果として並列構成を得ることができる。
この構成の変更は、ノズル34の可動部材(管40)の単一のアクチュエータによってもたらされ、そのため制御装置が単純化され、製造コストが削減される。
さらに並列構成では、タービン14に供給する部分46と同じ軸線を有する流路39を使用することによって、供給時の損失を制限することが可能になり、その結果、装置8の全収率が高まる。
図3の装置8は、直列ではタービンが所定速度より低い速度で動作し、並列ではその所定速度より高い速度で動作する、FR2853011に記載された2段階のターボ圧縮法を実施するのに特に適している。図3による装置によって、タービンが直列であり、且つ部分的に迂回される構成において収率を高めることが可能になる。
管40の前進位置では、タービン20で減圧されたガスを都合よく排出することができるようにするために、弁86の最大開放位置で管36が管28の断面と実質的に等しい断面を有することが好ましい。
図3の装置を使用する方法によれば、流路49を閉鎖する位置へ管40を移動させ、同時に弁86を最大開放位置へ移動させることによって、(例えば、所定速度より高い速度で)直列のタービンの構成から並列のタービンの構成への変更がもたらされる。
管36がタービン14の排気管30に通じている場合には、図1および図2に示すように、弁86をノズル38に置き換えると有利である。
説明していない変更形態においても、流路39と49の開口部を独立して変更することを可能にするために、やはりボディ42がタービン20に対して移動可能である。
本発明による過給装置を有する内燃機関の概略図である。 本発明による過給装置の直列に配置された2つのタービンの断面図である。 図2と類似の図であり、過給装置の変更形態の2つのタービンを示す図である。
符号の説明
6 内燃機関
8 過給装置
10 低圧ターボ・コンプレッサ
12、18 コンプレッサ
14、20 タービン
16 高圧ターボ・コンプレッサ
26 供給管
27、29 供給ボリュート
28、30 排気管
32、36 バイパス管
34、38 減圧ノズル
39、49 環状流路
40 先細管
42 中央ボディ
43 リニア・アクチュエータ
46、48 混合部分
46a、48a 拡幅部分
50 発散型ディフューザ
52、54 空気エゼクタ
61 先細部材
62 管状スリーブ
66 放射状ディフューザ
68、70 排気ガスの処理手段
74 ロッド
76 放射状アーム
78 スリーブ
80 封止セグメント
82 円筒孔
84 閉鎖装置
86 弁

Claims (15)

  1. コンプレッサ(18)に接続された高圧タービン(20)、前記高圧タービン(20)に加圧ガスを供給するための管(26)、前記高圧タービン(20)で減圧されたガスのための排気管(28)、および前記供給管(26)を前記排気管(28)に接続するバイパス管(32)を含む前記高圧タービン(20)用のバイパス手段(32、34)、およびコンプレッサ(12)に接続された低圧タービン(14)であって、前記高圧タービン(20)の前記排気管(28)からのガスを供給される低圧タービン(14)を有するタイプの内燃機関用の過給装置において、
    前記高圧タービン(20)の前記バイパス管(32)は減圧ノズル(34)を介して前記高圧タービン(20)の前記排気管(28)内に通じており、前記減圧ノズル(34)は、前記バイパス管(32)によって誘導されたガスが前記排気管(28)の混合部分(46)の中に排出されることを可能にし、該排出されるガスは、前記高圧タービン(20)で減圧されたガスの前記混合部分(46)における流れの方向および向きに実質的に従っており、それによって、前記高圧タービン(20)で減圧されたガスの流量は、空気エゼクタの原理に従って誘導ガスと混合することによって高められ、前記空気エゼクタの推進流は、前記高圧タービン(20)の前記バイパス管(32)によって誘導されるガスで構成されており、また移送される流れが前記高圧タービン(20)で減圧されたガスから取り出されることを特徴とする過給装置。
  2. 前記ノズル(34)のネック部の断面が調整可能であることを特徴とする請求項1に記載の過給装置。
  3. 前記高圧タービン(20)の前記バイパス手段(32、34)の前記ノズル(34)の前記ネック部の断面が、最小値、好ましくはゼロと、前記高圧タービン(20)の臨界断面の1〜2倍の最大値との間で調整可能であり、前記低圧タービン(14)の臨界断面が、前記高圧タービン(20)の臨界断面の2〜3倍であることを特徴とする請求項2に記載の過給装置。
  4. 前記ノズル(34)が、先細管(40)の内壁および中央ボディ(42)の外壁によって範囲を定められる先細の環状流路(39)によって構成され、前記先細管(40)の内壁および前記中央ボディ(42)の外壁の相対位置が、前記ノズル(34)を閉鎖する位置と前記ノズル(34)の最大開放位置との間で調整可能であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の過給装置。
  5. 前記先細管(40)が前記高圧タービン(20)のケーシングに対して固定され、前記中央ボディ(42)が前記ケーシングに対して移動可能であることを特徴とする請求項4に記載の過給装置。
  6. 前記混合部分(46)が、該混合部分(46)を上流方向に延長する拡幅部分(46a)と前記ノズル(34)の先細管(40)の外壁との間に範囲を定められる環状流路(49)を介して、前記高圧タービン(20)で減圧されたガスを供給されることを特徴とする請求項4に記載の過給装置。
  7. 前記先細管(40)は、前記ノズル(34)の流路(39)を閉鎖する位置と、前記混合部分(46)に前記高圧タービン(20)で減圧されたガスを供給するために前記環状流路(49)を閉鎖する位置との間で、前記高圧タービン(20)のケーシングに対して移動可能であることを特徴とする請求項6に記載の過給装置。
  8. 前記ノズル(34)の中央ボディ(42)が、前記高圧タービン(20)のケーシングに対して移動可能であることを特徴とする請求項7に記載の過給装置。
  9. 前記混合部分(46)の内壁が、該混合部分(46)の取入れ口の円形断面の上、および前記低圧タービン(14)に供給するボリュート(29)の臨界断面の上に支持され、前記ボリュート(29)の接線方向の延長部分をなす線織面であることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の過給装置。
  10. 前記ノズル(34)の上流で前記高圧タービン(20)の排気管(28)から供給される第2のバイパス管(36)を含む、前記低圧タービン(14)のバイパス手段(38)を有することを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載の過給装置。
  11. 前記第2のバイパス管(36)内の誘導ガスの流れを調整するために、該第2のバイパス管(36)の調整可能な閉鎖装置(86、38)を有することを特徴とする請求項10に記載の過給装置。
  12. 前記閉鎖装置(84)が最大開放位置にあるとき、前記第2のバイパス管(36)は、前記高圧タービン(20)の排気管(28)の断面と実質的に等しい断面を有することを特徴とする請求項7に従属する請求項11に記載の過給装置。
  13. 前記第2のバイパス管(36)が、減圧ノズル(38)を介して、前記低圧タービン(14)で減圧されたガスの前記第2の排気管(30)の混合部分(48)内に通じており、前記減圧ノズル(38)は、前記第2のバイパス管(36)によって誘導されたガスを、前記第2の排気管(30)の前記混合部分(48)の中に排出することを可能にし、該排出されるガスは実質的に、前記低圧タービン(14)で減圧されたガスの前記混合部分(48)における流れの方向および向きであり、それによって、前記低圧タービン(14)で減圧されたガスの流量は、空気エゼクタの原理に従って誘導ガスと混合することによって高められ、該空気エゼクタの推進流は前記低圧タービン(14)の第2のバイパス管(36)によって誘導されるガスで構成され、また前記移送される流れが前記低圧タービン(14)で減圧されたガスから取り出されることを特徴とする請求項10から請求項12までのいずれか一項に記載の過給装置。
  14. 前記第2の混合部分(48)が、排気ガスの処理手段(68、70)のところで広くなっている発散型ディフューザ(50)に通じていることを特徴とする請求項13に記載の過給装置。
  15. 前記低圧タービン(14)が、ボリュート(29)によってガスを供給されるラジアル・タービンであることを特徴とする請求項1から請求項14までのいずれか一項に記載の装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011007185A (ja) * 2009-06-24 2011-01-13 Benteler Automobiltechnik Gmbh 排気アセンブリ
JP2012140889A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Isuzu Motors Ltd 切替式二段過給機ターボシステム
JP2012140888A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Isuzu Motors Ltd 切替式二段過給機ターボシステム

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8387385B2 (en) * 2004-08-31 2013-03-05 The United States Of America, As Represented By The Administrator Of The U.S. Environmental Protection Agency Efficient bypass valve for multi-stage turbocharging system
FR2909718B1 (fr) * 2006-12-11 2009-02-27 Jean Melchior Moteur a combustion interne suralimente
DE102007046667A1 (de) * 2007-09-27 2009-04-09 Behr Gmbh & Co. Kg Mehrstufige Aufladegruppe, Mehrstufige Aufladevorrichtung und Aufladesystem
WO2009118471A1 (fr) * 2008-02-29 2009-10-01 Melchior Jean-Frederic Moteur a combustion interne a suralimentation pulsee
WO2010100767A1 (ja) * 2009-03-06 2010-09-10 トヨタ自動車株式会社 多段過給システム制御装置
DE102009046940B4 (de) * 2009-11-20 2014-06-18 Mtu Friedrichshafen Gmbh Mehrstufige Aufladegruppe, Aufladesystem und Brennkraftmaschine, jeweils mit der mehrstufigen Aufladegruppe
GB2475534B (en) * 2009-11-21 2014-11-12 Cummins Turbo Tech Ltd Sequential two-stage turbocharger system
US20110120123A1 (en) * 2009-11-23 2011-05-26 International Engine Intellectual Property Company , Llc Low pressure turbine waste gate for diesel engine having two stage turbocharger
US20120227400A1 (en) * 2011-03-09 2012-09-13 General Electric Company Method and system for improving efficiency of multistage turbocharger
CN103256108B (zh) * 2013-05-16 2016-01-27 浙江吉利汽车研究院有限公司杭州分公司 一种汽车尾气发电装置
US9546591B2 (en) * 2014-11-26 2017-01-17 Caterpillar Inc. Exhaust system with exhaust gas recirculation and multiple turbochargers, and method for operating same
DE102017201468A1 (de) * 2017-01-31 2018-08-02 Continental Automotive Gmbh Turbolader für eine Brennkraftmaschine
CN108644021B (zh) * 2018-04-28 2020-05-01 江苏大学 一种车载发动机排气能量多级联合回收控制方法
CN108643994B (zh) * 2018-04-28 2020-06-19 湖南大学 一种车载发动机排气能量多级联合回收装置
EP3719275B1 (en) * 2019-04-05 2021-10-27 Perkins Engines Company Ltd Improvements in twin turbocharger systems
DE102019210328A1 (de) * 2019-07-12 2021-01-14 Vitesco Technologies GmbH Abgasturbolader mit Katalysator
DE102020106610B4 (de) 2020-03-11 2021-12-09 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Strahlpumpe mit ventilgesteuerter Treibdüse
DE102020215307A1 (de) 2020-12-03 2022-06-09 Vitesco Technologies GmbH Abgasturbolader mit Katalysator und einen solchen aufweisendes Hybridfahrzeug

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2390161A (en) * 1941-11-07 1945-12-04 Mercier Pierre Ernest Airplane power plant
DE1909999A1 (de) * 1968-08-30 1970-07-02 Hitachi Ltd Regeleinrichtung fuer eine Wasserturbine
FR2338382A1 (fr) * 1976-01-19 1977-08-12 Inst Francais Du Petrole Dispositif perfectionne de suralimentation des moteurs a combustion interne
US4367626A (en) * 1979-07-16 1983-01-11 Schwartzman Everett H Turbocharger systems
DE2939152C2 (de) * 1979-09-27 1983-10-20 Bayerische Motoren Werke AG, 8000 München Turbine eines Abgasturboladers für Brennkraftmaschinen
FR2478736A1 (fr) * 1980-03-21 1981-09-25 Semt Procede et systeme de generation de puissance par moteur a combustion interne suralimente
US4463564A (en) * 1981-10-23 1984-08-07 The Garrett Corporation Turbocharger turbine housing assembly
US4631004A (en) * 1982-07-13 1986-12-23 The Garrett Corporation Jet pump having pressure responsive motive fluid control valve
DE3234728A1 (de) * 1982-09-18 1984-03-22 Dr.Ing.H.C. F. Porsche Ag, 7000 Stuttgart Gasdurchstroemte rohranlage an einer kolben-brennkraftmaschine
FR2585072A1 (fr) * 1985-07-18 1987-01-23 Melchior Cie Perfectionnements aux moteurs a combustion interne suralimentes
DE3529280C1 (de) * 1985-08-16 1986-08-21 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Vorrichtung zur Erhoehung der Drehzahl eines Abgasturboladers an einer Brennkraftmaschine
DE3803010A1 (de) * 1988-02-02 1989-08-10 Audi Ag Turbine eines abgasturboladers
JPH03202629A (ja) * 1989-12-28 1991-09-04 Yoshiaki Tsunoda ターボ過給機の駆動装置
JPH0450433A (ja) * 1990-06-20 1992-02-19 Toyota Motor Corp 直列2段過給内燃機関の排気ガス再循環装置
US5311749A (en) * 1992-04-03 1994-05-17 United Technologies Corporation Turbine bypass working fluid admission
SE507030C2 (sv) * 1992-09-11 1998-03-16 Saab Automobile Avgasflödessystem för en med överladdare försedd förbränningsmotor, samt vid dylikt system tillämpat förfarande
DE4307380A1 (de) * 1993-03-09 1994-09-15 Opel Adam Ag Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylinderbänken
DE4416572C1 (de) * 1994-05-11 1995-04-27 Daimler Benz Ag Aufgeladene Brennkraftmaschine
SE506130C2 (sv) * 1994-12-08 1997-11-10 Scania Cv Ab Arrangemang för återledning av avgaser i överladdade motorer med seriella turbiner
JP2002512337A (ja) * 1998-04-16 2002-04-23 3カー−ヴァルナー・トゥルボズュステームズ・ゲーエムベーハー ターボチャージ付内燃機関
US6202413B1 (en) * 1999-02-04 2001-03-20 Cummins Engine Company, Inc. Multiple nozzle ejector for wastegated turbomachinery
US6767185B2 (en) * 2002-10-11 2004-07-27 Honeywell International Inc. Turbine efficiency tailoring
DE10260778A1 (de) * 2002-12-23 2004-07-01 Daimlerchrysler Ag Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
US8387385B2 (en) * 2004-08-31 2013-03-05 The United States Of America, As Represented By The Administrator Of The U.S. Environmental Protection Agency Efficient bypass valve for multi-stage turbocharging system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011007185A (ja) * 2009-06-24 2011-01-13 Benteler Automobiltechnik Gmbh 排気アセンブリ
JP2012140889A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Isuzu Motors Ltd 切替式二段過給機ターボシステム
JP2012140888A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Isuzu Motors Ltd 切替式二段過給機ターボシステム

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Publication number Publication date
EP1775441B1 (fr) 2008-06-18
DE602006001499D1 (de) 2008-07-31
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