JP2023542299A - 多段ターボ過給機装置 - Google Patents

Abstract

本開示によれば、多段ターボ過給機装置（１００）が提供される。多段ターボ過給機装置（１００）は、第１のハウジングユニット（１３４）と、高圧タービン（１１３）と、高圧コンプレッサ（１１４）とを含む高圧ターボ過給機ユニット（１１０）を備え、高圧タービン（１１３）及び高圧コンプレッサ（１１４）は、高圧ターボ過給機シャフトを介して互いに回転可能に結合される。また、多段ターボ過給機装置は、第２のハウジングユニット（１３６）と、低圧タービン（１２３）と、低圧コンプレッサ（１２４）とを含む低圧ターボ過給機ユニット（１２０）を含み、低圧タービン（１２３）及び低圧コンプレッサ（１２４）は、低圧ターボ過給機シャフトを介して互いに回転可能に結合される。高圧タービン（１１３）は、高圧タービン（１１３）からの排気ガスを低圧タービン（１２３）に導くために、排気ガスライン（１３２）を介して低圧タービン（１２３）に流体的に接続される。低圧コンプレッサ（１２４）は、低圧コンプレッサ（１２４）から高圧コンプレッサ（１１４）へ流体を導くために、ラインを介して高圧コンプレッサ（１１４）と流体的に接続される。高圧ターボ過給機ユニット（１１０）及び低圧ターボ過給機ユニット（１２０）は、互いに切り離し可能に結合される。低圧ターボ過給機ユニット（１２０）は、高圧ターボ過給機ユニット（１１０）を支持する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、多段ターボ過給機装置に関する。詳細には、本開示の実施形態は、１又は２以上の高圧ユニット及び低圧ユニットを有する多段ターボ過給機装置に関する。

多段ターボ過給機は、一緒に結合され、エンジンの給気経路に（例えば、インタークーラを介して）接続される別々のターボ過給機ユニットを有する。これらのタービンハウジングは、高温ガス流の通過を可能にする排気ガスラインによって一緒に接続され、エンジン排気ガスは、まず高圧タービン入口に導かれ、次に高圧タービン及び高圧タービン出口を経由して低圧タービン入口に導かれ、最後に低圧タービンを横切って出口経路を通り、排気マニホールドを介して周囲環境に導かれる。この種の構成は、エンジン設備上の組立体の大きな専有面積（すなわち、組み立てられたユニットの設置に必要な空間）が見込まれ、パイプラインの振動を低減して故障モードの防止を助ける、構造改善のための複数のパイプライン接続、ベローズ、ブラケット、カップリング、遮蔽体及びブラケットが見込まれる。加えて、このような装置は、部品の組み立て、部品リスト及びサービスに関してかなりの複雑性を有する。取り付けられたエンジン組立体において間隙が非常に重要であり、多段ターボ過給機に必要な空間は、特に大きな問題である。

これに関連して、適宜、先行技術の問題を少なくとも部分的に解決する改善された多段ターボ過給機装置に対するニーズがある。

これに関連して、独立請求項１による多段ターボ過給機の装置が提供される。さらなる態様、利点及び特徴は、従属請求項、明細書及び添付図面から明らかになる。

本開示の一態様によれば、多段ターボ過給機装置が提供される。多段ターボ過給機装置は、第１のハウジングユニットと、高圧タービンと、高圧コンプレッサとを含む高圧ターボ過給機ユニットを備え、高圧タービン及び高圧コンプレッサは、高圧ターボ過給機シャフトを介して互いに回転可能に結合される。さらに、多段ターボ過給機装置は、第２のハウジングユニットと、低圧タービンと、低圧コンプレッサとを含む低圧ターボ過給機ユニットを備え、低圧タービン及び低圧コンプレッサは、低圧ターボ過給機シャフトを介して互いに回転可能に結合される。高圧タービンは、高圧タービンからの排気ガスを低圧タービンに導くために、排気ガスラインを介して低圧タービンと流体的に接続される。低圧コンプレッサは、低圧コンプレッサから高圧コンプレッサに流体を導くために、ラインを介して高圧コンプレッサに流体的に接続され、高圧ターボ過給機ユニット及び低圧ターボ過給機ユニットは、互いに切り離し可能に結合される。低圧ターボ過給機ユニットは、例えば取り付け状態で、高圧ターボ過給機ユニットを支える。詳細には、低圧ターボ過給機ユニットは、高圧ターボ過給機ユニットの重量の少なくとも５０％以上を支える。

従って、改善された多段ターボ過給機装置が提供される。本開示の実施形態は、詳細には、ターボ過給機ユニットの上下の配置（低圧ターボ過給機ユニットが高圧ターボ過給機ユニットを支えるという点で）又はハウジングユニットの上下の配置によって、エンジンの所要スペース、詳細には、底面要件（占有面積、フットプリント）が低減されるという利点を有する。さらなる利点は、部品点数の低減によって、すなわち省スペース構成によって、取り付けコストを低減できることである。加えて、多段ターボ過給機装置は、有利には、１又は２以上の高圧ユニットと低圧ユニット、詳細には、高圧タービンと低圧タービンを接続する排気ガスラインを大部分省略できるように又は短い長さに短縮できるように構成されている。従って、ガス流性能及び効率を改善することができる。さらなる利点は、複数の形態のエンジンプラットフォームの要件を満たすことができるように、モジュール化の可能性があることである。

実施形態は、記載された多段ターボ過給機装置を動作させるための方法に関する。これらは、ターボ過給機装置の各機能の遂行のための方法態様を含む。

本開示の上述の特徴を詳細に理解するために、上記で簡単に概説した本開示のより具体的な説明を、実施形態を参照しながら説明する。添付の図面は、本開示の実施形態に関連し、以下に説明される。

記載された実施形態による多段ターボ過給機装置を概略的に示す。 記載された実施形態による多段ターボ過給機装置の上面図を概略的に示す。 記載された実施形態による多段ターボ過給機装置の側面図を概略的に示す。 記載された実施形態による多段ターボ過給機装置の正面図を概略的に示す。 記載された実施形態による多段ターボ過給機装置の側面図を概略的に示す。 記載された実施形態による多段ターボ過給機装置の正面図を概略的に示す。

以下、本開示の様々な実施形態について詳細に説明するが、１又は２以上の例が各図に示されている。以下の図面の説明において、同じ参照番号は、同じ構成要素を指す。一般に、個々の実施形態に対する相違点のみが説明される。各例は、本開示を説明する役割を果たし、本開示の制限することは意図されない。さらに、実施形態の一部として示される又は説明される特徴は、さらなる実施形態を得るために、他の実施形態に適用すること又は他の実施形態に関連して適用することができる。本明細書は、そのような修正及び変形を含むことを意図している。

本発明は、ターボ過給機、詳細には、少なくとも１つの高圧ターボ過給機ユニットと低圧ターボ過給機ユニットを有する多段ターボ過給機に適用される。高圧ターボ過給機ユニット及び低圧ターボ過給機ユニットの配置は、コンパクトな設計及び簡単な設置とともに、ターボ過給機の効率の向上を可能にする。さらに、いくつかの実施形態では、物流コストが大幅に削減され、全体としてターボ過給機ユニットの固定がより安定したものになる。全体として、少数の部品を装着する必要があるに過ぎず、これは同時に遮蔽コストの低減につながる。

例えば図１に示すように、他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、多段ターボ過給機装置が提供される。多段ターボ過給機装置１００は、第１のハウジングユニット１３４と、高圧タービン１１３と、高圧コンプレッサ１１４とを含む（少なくとも１つの）高圧ターボ過給機ユニット１１０を備える。高圧タービン１１３及び高圧コンプレッサ１１４は、高圧ターボ過給機シャフトを介して互いに回転可能に結合される。本明細書において、用語「高圧ターボ過給機ユニット」と「高圧ユニット」とは同義である。さらに、多段ターボ過給機装置は、第２のハウジングユニット１３６と、低圧タービン１２３と、低圧コンプレッサ１２４とを含む（少なくとも１つの）低圧ターボ過給機ユニット１２０を備える。低圧タービン１２３及び低圧コンプレッサ１２４は、低圧ターボ過給機シャフトを介して互いに回転可能に結合される。本明細書において、用語「低圧ターボ過給機ユニット」及び「低圧ユニット」は同義である。

高圧タービン１１３は、高圧タービン１１３からの排気ガスを低圧タービン１２３に導くために、排気ガスライン１３２を介して低圧タービン１２３に流体的に接続される。低圧コンプレッサ１２４は、流体、例えば圧縮流体を低圧コンプレッサ１２４から高圧コンプレッサ１１４に導くために、ライン、例えば圧縮ラインを介して高圧コンプレッサ１１４に流体的に接続される。流体は、気体、詳細には空気、例えば給気、又は空気混合物、又は液体とすることができる。例えば、ライン、詳細には圧縮ラインは、給気ライン、すなわち給気を流体又は圧縮流体として送るためのラインとすることができる。さらに、高圧ターボ過給機ユニット１１０及び低圧ターボ過給機ユニット１２０は、互いに切り離し可能に結合される。低圧ターボ過給機ユニット１２０は、高圧ターボ過給機ユニット１１０を支える。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、圧縮ラインは、中間冷却器を通過することができる。換言すれば、低圧コンプレッサ１２４は、充填効率を高めることができるように、給気を冷却するための中間冷却器１５０に流体的に接続することができる。

本明細書に説明される実施形態のさらなる利点は、ターボ過給機装置のよりコンパクトな設計にあり、これは、より簡単な取り付け及びより低い遮蔽コストにつながる。固定することは、例えば支持体のような少数の部品を取り付ける必要があるが、より安定するように構成することができる。さらに有利には、これは、物流コストの低減をもたらす。

多段ターボ過給機装置１００は、本明細書に説明されるように、１又は２以上の高圧ユニット１１０を備えることができることを考慮する必要がある。従って、１又は２以上の高圧ユニットの各々は、低圧ユニット１２０に切り離し可能に結合することができ、低圧ユニット１２０は、低圧ユニットが１又は２以上の高圧ユニット１１０を支えるように構成することができる。

本開示における「低圧ユニットが高圧ユニット又はユニットを支える」という表現は、取り付けられた状態で、それぞれの高圧ターボ過給機ユニットの重量が、主として（例えば、重量の５０％以上、又は８０％以上が）低圧ターボ過給機ユニットによって支持されることを意味すると理解されたい。好ましくは、高圧ターボ過給機ユニット又は複数の高圧ターボ過給機ユニットは、追加の支持体なしに低圧ターボ過給機ユニット上に設置され、さらなる支持なしに取り付けられた状態でそこに留まることができる。さらに、「低圧ユニットが高圧ユニット又はユニットを支える」という表現は、詳細には、２つのユニットが上下に実質的に垂直に存在する又は配置されることができると理解することができる。

図１に例として示すように、他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、高圧ターボ過給機ユニットは、第１のハウジングとも呼ばれる第１のハウジングユニット１３４を備える。第１のハウジングユニットは、高圧ユニットの全ての構成要素を包囲又は収容することができ、例えば、高圧タービン１１３、高圧コンプレッサ１１４及び高圧ターボ過給機シャフトは、ハウジングユニットの内部に配置することができる。高圧ターボ過給機シャフトは、第１の回転軸Ａ１の周りに回転可能とすることができ、低圧ターボ過給機シャフトは、第２の回転軸Ａ２の周りに回転可能とすることができる。さらに、第１のハウジングユニット又は第１のハウジングの内部には、高圧ターボ過給機ユニットを冷却するための追加の装置、例えば、冷却壁、冷却ループなどを設けることができる。第１のハウジングユニット１３４は、エンジン１７０から高圧タービンに向かって排気ガスを流入させるための排気ガス入口１３１をさらに含むことができる。詳細には、排気ガス入口１３１は、高圧タービン入口１１１とすることができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、低圧ターボ過給機ユニットは、第２のハウジングとも呼ばれる第２のハウジングユニット１３６を備える。第２のハウジングユニット１３６は、例えば図１に示されるように、低圧タービン１２３からの排気ガスを第２のハウジングユニット１３６の外側に向かって導く排気ガス出口１３９を備えることができる。詳細には、排気ガス出口１３９は、低圧タービン出口１２９とすることができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第１及び第２のハウジングユニットの各々は、鋳造材料から作ることができる。詳細には、鋳造材料は、例えば、アルミニウム合金とすることができる。さらに、ハウジングユニットは、鋳鋼、ねずみ鋳鉄、又は他の適切な鋳造材料などの他の材料から作ることができることを理解されたい。一例によれば、本明細書で説明されるハウジングユニットは、高圧ユニット及び低圧ユニットをそれぞれ個別に収容するために、詳細にはＡＬＦＩＮ法を用いて、２つの異なる材料の混成物として作ることができる。ハウジング又はハウジングユニットの各々は、一体に又は複数部品で作ることができる。

例えば図１に示されるように、他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、高圧タービン１１３からの排気ガスを低圧タービン１２３に導くために、高圧タービン１１３は、排気ガスライン１３２を介して低圧タービン１２３に流体的に接続される。詳細には、第１のハウジングユニット１３４は、高圧タービン１１３の高圧タービン出口１１２と低圧タービン１２３の低圧タービン入口１２１との間に排気ガスライン１３２を備えることができる。さらに、詳細には、排気ガスライン１３２は、流量最適化通路、すなわち、高圧タービン１１３の高圧タービン出口１１２から低圧タービン１２３の低圧タービン入口１２１への流れに関して最適化された通路とすることができる。有利には、様々な段を接続する追加の排気ガスラインをなくすことができるので、ガス流動性能及び効率を向上させることができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、排気ガスライン１３２は、高圧ターボ過給機ユニット１１０内に延在し、流れ方向に拡大するディフューザ部分を備えることができる。追加的に又は代替的に、排気ガスライン１３２は、高圧ターボ過給機ユニット１１０内に延在し、流れ方向に円錐状にテーパー付けされたライン部分を備えることができる。有利には、このようにして、高圧ユニットと低圧ユニットとの間の流体接続は、特に直接的に、すなわち最短経路で設計することができる。従って、高圧ユニットは、最短経路で低圧ユニットに結合することができる。従って、必要とされる材料がより少なくなり、ターボ過給機装置の特にコンパクトな設計が可能になる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、排気ガスライン１３２は、完全に第１及び／又は第２のハウジングユニットの内部に延在することができる。詳細には、ディフューザ部分又は円錐状にテーパー付けされたライン部分は、完全に第１のハウジングユニット１３４及び／又は第２のハウジングユニット１３６の内部に延在することができる。好ましくは、ディフューザ部分又は円錐状にテーパー付けされたライン部分は、完全に第１のハウジングユニット１３４の内部に延在することができる。本明細書では、円錐状にテーパー付けされたライン部分は、流れ方向にテーパー付けされたライン部分又は円錐部分を意味するが、厳密には幾何学的な意味での円錐形でない場合がある。

有利には、このようにして、様々な段は、追加の材料を使用することなく最短経路で一緒に結合することができる。これは、特に、高圧ユニット及び低圧ユニットの「ピギーバック」（“piggyback”）配置を可能にする、すなわち、低圧ユニットが高圧ユニットを支えるように、低圧ターボ過給機ユニット上に高圧ターボ過給機ユニットを取り付けることを可能にする。

他の説明された実施形態と組み合わさることができる実施形態によれば、高圧ターボ過給機ユニットの第１のハウジングユニット１３４は、低圧ターボ過給機ユニットの第２ハウジングユニット１３６に結合又は連結することができる。ここで、低圧ユニットの第２のハウジングユニット１３６は、例えば図１及び２に示されるように、接合面１３８を備えることができる。接合面１３８は、低圧ユニットが配置される平面に対して平行に延在することができる、すなわち接合面は、低圧ユニットの水平な取り付け面に対して平行とすることができる。接合面１３８は、高圧ユニットの方向における第２のハウジングの境界とすることができる。換言すれば、接合面は、低圧ユニットの第２のハウジングユニットの上部境界を形成することができる。

いくつかの実施形態によれば、低圧ユニットは、高圧ユニットが取り付けられる又は取り付けることができる保持プレートを備えることができる。詳細には、保持プレートは、実質的に水平に、すなわち、取り付け面に平行な実質的に水平な面に配置することができる。さらに、保持プレートは、詳細には低圧ユニットの上方に垂直に配置することができる。さらに、高圧ユニットは、保持プレートの上方で及びその上に垂直に取り付けることができる。従って、下から上への垂直構造は、低圧ユニット、保持プレート、及び高圧ユニットを備える。ここでの水平方向及び垂直方向は、ターボ過給機装置が適切に構築され、動作する準備ができている場合の方向を指定する。配置又は支持される重量割合に関するさらなる情報は、適切に構築され、動作する準備ができているターボ過給機装置に関連する。従来のターボ過給機装置では、高圧ユニット及び低圧ユニットのターボ過給機軸の各々は、水平方向に配向されている。しかしながら、本発明の実施形態は、垂直方向に配向されるターボ過給機軸のために設計されている高圧ユニット及び／又は低圧ユニットについても可能である。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ディフューザ部分又はテーパー付けされたライン部分は、第１及び第２ハウジングユニット１３４、１３６の間の接合面１３８を通過するか、又は接合面に隣接することができる。例えば、接合面１３８は、ディフューザ部分又はテーパー付けされたライン部分が通過することができる開口を備えることができる。あるいは、ディフューザ部分又はテーパー付けされたライン部分は、接合面に隣接することができる、すなわち、ディフューザ部分の拡大した端部又はライン部分のテーパー付けされた端部は、接合面、すなわち接合面内の開口に直接隣接することができる

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、接合面１３８は、ガス入口１３７を備えることができる。ガス入口は、接合面と同一平面とすることができる。ガス入口は、ディフューザ部分又はテーパー付けされたライン部分が導かれる、又はディフューザ部分又はテーパー付けされたライン部分が隣接する開口とすることができる。高圧ユニットは、ガス入口１３７で低圧ユニットに結合することができる。ガス入口１３７は、低圧タービン入口１２１に変わることができる、すなわち、ガス入口は、低圧タービン入口に流体的に結合又は接続することができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第１のハウジングユニット１３４は、ガス入口１３７において、詳細にはフランジを介して第２のハウジングユニット１３６に結合することができる。いくつかの実施形態によれば、第１のハウジングユニット１３４及び第２のハウジングユニット１３６の各々は、排気ガスラインの周りに延在するフランジ部を有することができる。第１のハウジングユニット１３４及び第２のハウジングユニット１３６は、フランジ部において一緒に切り離し可能に結合することができる。フランジ又はフランジ部は、例えばボルトやネジなどの固定手段によって切り離し可能に結合することができる。切り離し可能な結合は、詳細には、ハウジングユニット１３４及び１３６（又は低圧及び高圧ターボ過給機ユニット）をドライバーなどの従来の工具を用いて破壊せずに互いから切り離すことができる場合にも存在し、この結合は、その後再現できるようになっている。

例えば、第２のハウジングユニット１３６は、ガス入口にフランジ、すなわちガス入口の周りに延在するフランジを有することができ、第１のハウジングユニット１３４は、排気ガスライン１３２にフランジ、すなわち排気ガスラインの周りに延在するフランジを有することができる。

追加的に又は代替的に、例えば排気ガスラインが完全に第２のハウジングユニット１３６の内部に延在する場合、第２のハウジングユニット１３６は、排気ガスラインの入口にフランジを有することができる。第１ハウジングユニット１３４は、高圧タービン出口１１２に、又は高圧タービン出口１１２の高さ又はその近傍にフランジを有することができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、高圧ユニット１１０は、多段ターボ過給機装置の動作において、低圧ユニット１２０の回転方向に対して反対の回転方向を有するように構成することができる。あるいは、高圧ユニット１１０は、多段ターボ過給機装置の動作時に、低圧ユニット１２０と同じ回転方向を有するように構成することができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第２のハウジングユニット１３６は、低圧コンプレッサ入口１２５にサイレンサ１２７、入口ハウジング又は入口ラインを結合するための第１のフランジを有することができる。

他の説明された実施形態と組み合わされ得る実施形態によれば、第１のハウジングユニット１３４は、高圧コンプレッサ入口１１５に入口ハウジング又は入口ライン、詳細には角度付き入口ハウジング又は角度付き入口パイプを結合するための第２のフランジを有することができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第２のハウジングユニット１３６は、低圧タービン出口１２２に出口ハウジング又は出口ライン、詳細にはマニホールド出口ハウジング又はマニホールド出口パイプを結合するための第３のフランジを有することができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第１のハウジングユニット１３４は、高圧タービン１１１の入口に入口ハウジング又は入口パイプを結合するための第４のフランジを有することができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第２のハウジングユニット１３６は、低圧コンプレッサ出口１２６を備えることができる。詳細には、低圧コンプレッサ出口１２６は、中間冷却器１５０に低圧空気を供給するように構成することができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第１のハウジングユニット１３４は、高圧コンプレッサ出口１１６を備えることができる。詳細には、高圧コンプレッサ出口１１６は、高圧空気を給気冷却器１６０に供給するように構成することができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第１のハウジングユニット１３４は、チャージ圧力を制限するための装置を提供するためのブローオフ要素を有することができる。詳細には、多段ターボ過給機装置の第１のハウジングユニットは、少なくとも１つの排気ガスブローオフ要素を有することができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、多段ターボ過給機装置の第１のハウジングユニット１３４は、給気圧力を制限するための装置を提供するための排気ガスブローオフ要素又は排気ガスロックを含むことができる。詳細には、第１のハウジングユニット１３４は、低圧排気ガスブローオフ要素、高圧排気ガスブローオフ要素、多段排気ガスブローオフ要素、及び可変排気ガスブローオフ要素からなる群のうちの少なくとも１つを含むことができる。

例えば、低圧排気ガスブローオフ要素は、低圧タービン入口１２１の上流の高圧タービン出口から低圧タービン出口１２９又は排気ガス出口１３９への排気ガスのための流路を提供することができる。詳細には、低圧排気ガスロックは、高圧タービン１１３と低圧タービン１２３との間の排気ガスライン１３２に接続することができる。さらに、高圧排気ガスブローオフ要素は、高圧タービン入口１１１の上流にあるエンジン１７０からの排気ガスを高圧タービン出口１１２又は低圧タービン入口１２１に流すための流路を提供することができる。詳細には、高圧排気ガスブローオフ要素は、高圧タービン１１３と低圧タービン１２３との間の排気ガスライン１３２に接続することができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、多段排気ガスブローオフ要素は、高圧タービン入口１１１の上流のエンジン１７０から低圧タービン出口１２９又は排気ガス出口１３９への排気ガスのための流路を提供することができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、可変排気ガスブローオフ要素は、高圧タービン入口１１１の上流のエンジン１７０から高圧タービン出口１１２へ（又は低圧タービン入口１２１へ）及び／又は低圧タービン出口１２９へ（又は排気ガス出口１３９へ）の排気ガスのための流路、又は高圧タービン出口１１２から（又は低圧タービン入口１２１から）低圧タービン出口１２９へ（又は排気ガス出口１３９へ）の排気ガスのための流路を提供することができる。詳細には、可変排気ガスブローオフ要素は、高圧タービン１１３と低圧タービン１２３との間の排気ガスライン１３２に接続することができる。加えて、可変排気ガスブローオフ要素は、排気ガスの流路を、高圧タービン入口１１１の上流のエンジン１７０から高圧タービン出口１１２（又は低圧タービン入口１２１）及び／又は低圧タービン出口１２９（又は排気ガス出口１３９）、又は、高圧タービン出口１１２（又は低圧タービン入口１２１）から低圧タービン出口１２９（又は排気ガス出口１３９）のいずれかから選択できるように構成することができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第１のハウジングユニット１３４及び第２のハウジングユニット１３６は、低圧コンプレッサ空気出口、高圧コンプレッサ空気入口、多段ブローオフ要素、及び可変ブローオフ要素からなる群から選択される少なくとも１つのブローオフ要素を備えることができる。詳細には、第２のハウジング１３６は、低圧コンプレッサ空気出口を有することができる。低圧コンプレッサ空気出口は、詳細には中間冷却器に低圧空気を供給する役割を果たすことができる。さらに、詳細には、第１のハウジングユニット１３４は、高圧コンプレッサ空気入口を有することができ、これは、詳細には、冷却された給気の入口の役割を果たすことができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、低圧コンプレッサ空気出口は、低圧コンプレッサ出口１２６からの空気のための流路を提供することができる。さらに、高圧コンプレッサ空気入口は、高圧コンプレッサ出口１１６から高圧コンプレッサ入口１１５への空気のための流路を提供することができる。追加的に又は代替的に、多段ブローオフ要素は、高圧コンプレッサ出口１１６から低圧コンプレッサ入口１２５への空気のための流路を提供することができる。追加的に又は代替的に、可変ブローオフ要素は、高圧コンプレッサ出口１１６から低圧コンプレッサ入口１２５及び／又は低圧コンプレッサ出口１２６への、又は低圧コンプレッサ出口１２６から低圧コンプレッサ入口１２５への空気のための流路を提供することができる。

詳細には、可変ブローオフ要素は、空気のための流路を、高圧コンプレッサ出口１１６から低圧コンプレッサ入口１２５及び／又は低圧コンプレッサ出口１２６、又は、低圧コンプレッサ出口１２６から低圧コンプレッサ入口１２５のいずれかから選択できるように構成することができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ディフューザ部分又はテーパー付けされたライン部分は、排気ガスライン１３２の長さの５０％を超えて広がることができる。詳細には、ディフューザ部分又はテーパー付けされたライン部分は、排気ガスラインの長さの８０％を超えて、さらに詳細には、排気ガスラインの長さの９０％を超えて延びることができる。これにより、拡大されていない又はテーパー付けされていない排気ガスライン部分の長さを可能な限り短くすることができる。排気ガスラインの長さは、排気ガスラインの中心に沿って高圧タービンから低圧タービンまでの長さとみなすことができる。

例えば図２に示すように、他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、高圧ターボ過給機ユニット１１０は、低圧ターボ過給機ユニット１２０上に配置することができる。低圧ユニットは、高圧ユニットを支える。高圧ユニットは、排気ガスライン１３２を介して低圧ユニットに接続することができる。例えば、高圧ユニットを低圧ユニット上に配置することができ、高圧ターボ過給機ユニットの重量の少なくとも５０％以上が低圧ユニットに作用するようになっている。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、高圧ユニットは、低圧ユニットに対してオフセットして配置することができる。例えば、高圧ユニットの取り付け面は、低圧ユニットの取り付け面又は低圧ユニットの接合面１３８に対して平行に配置することができる。加えて、高圧ユニットの取り付け面は、低圧ユニットの取り付け面又は低圧ユニットの接合面１３８に対してオフセットして、詳細には、平行にオフセットして配置することができる。詳細には、高圧ユニットの取り付け面は、低圧ユニットの取り付け面又は低圧ユニットの接合面１３８に対して９０°だけオフセット又は回転することができる。

例えば図３Ａ及び３Ｂに示すように、他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、高圧ユニットは低圧ユニット上に取り付けることができる。詳細には、第１のハウジングユニット及び第２のハウジングユニットは、いくつかの実施形態に従って説明されるように、互いに切り離し可能に結合すること又は取り付けることができる。例えば、ガス入口１３７又は低圧タービン入口１２１は、高圧タービン１１３が低圧タービン１２３の上方に配置され、低圧タービン１２３に対してオフセットするように配置することができる。換言すれば、ガス入口１３７又は低圧タービン入口１２１は、高圧タービン１１３が低圧ユニットの上方に配置されるが低圧タービン１２３の上方ではないように配置することができる。いくつかの実施形態によれば、ガス入口１３７又は低圧タービン入口１２１は、低圧タービンの側部に配置することができ、高圧タービンは、ガス入口１３７又はガス入口での低圧タービン入口１２１の上方で切り離し可能に結合することができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、高圧コンプレッサ１１４、又は高圧コンプレッサの重心を含む垂直線は、低圧コンプレッサの重心、又は低圧コンプレッサの重心を含む垂直線と異なる場合がある。換言すれば、高圧コンプレッサと低圧コンプレッサ、又はそれらの重心は、互いに（水平方向に）オフセットして配置することができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、高圧ターボ過給機シャフトは、第１の回転軸（図１のＡ１）の周りに回転することができ、低圧ターボ過給機シャフトは、第２の回転軸（図１のＡ２）の周りに回転することができる。第１の回転軸及び第２の回転軸の各々は、水平方向又は垂直方向に延在することができる。第１の回転軸及び第２の回転軸は、適宜、両方が水平方向に延在すること、両方が垂直方向に延在すること、又は一方が水平方向に延在しかつ他方が垂直方向に延在することができる。詳細には、低圧ターボ過給機シャフトは水平方向に延在し、高圧ターボ過給機シャフトは垂直方向に延在することができる。用語「水平」は、直交座標系のｘ方向±１５％の方向を指定し、用語「垂直」は、直交座標系のｙ方向±１５％の方向を指定する。水平面とは、直交座標系のｘ方向に広がると共にｚ方向に広がる面である。垂直面は、直交座標系のｙ方向に広がると共にｘ方向又はｚ方向に広がる面である。低圧ユニットの取り付け面は、詳細には水平面である。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第１の回転軸及び第２の回転軸は、互いに平行に配置することができる。換言すれば、第１の回転軸及び第２の回転軸は、２つの互いに平行な平面、詳細には２つの互いに平行な水平面に配置することができる。さらに、第２の回転軸は、低圧ユニットの取り付け面に平行に配置すること、すなわち、第２の回転軸及び第１の回転軸は、取り付け面の水平範囲に平行に延在することができる。

例えば図３Ａ及び図４Ａに示されるように、他の説明されている実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第１の回転軸は、第２の回転軸に対してオフセットして非平行に配置することができる。詳細には、第１の回転軸は、第２の回転軸に対して９０°の角度で水平方向にオフセットして配置することができる。換言すれば、第１の回転軸は、直交座標系のｚ方向において水平に延びることができ、第２の回転軸は、直交座標系のｘ方向に延びることができる。第１の回転軸及び第２の回転軸は、各回転軸の間の理論的な直線接続線の周りに互いに対して回転することができる。

あるいは、他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第１の回転軸は、第２の回転軸に対して９０°の角度だけ垂直方向にオフセットして配置することができる。従って、例えば、第１の回転軸は、直交座標系のｙ方向において垂直に延びることができ、第２の回転軸は、直交座標系のｘ方向において水平に延びることができる。第１の回転軸及び第２の回転軸は、交点で交差することができる。交点における第１及び第２の回転軸の間の角度は、９０°すなわち直角とすること、又は鋭角もしくは鈍角とすることができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、高圧ターボ過給機ユニット１１０の質量重心は、低圧ユニット１２０の質量重心と実質的に同じとすることができる。詳細には、これらは、高圧ターボ過給機ユニット及び低圧ターボ過給機ユニットが正しく設置された状態にある場合の質量中心とすることができ、高圧ユニットの質量中心及び低圧ユニットの質量中心の各々は、水平面、詳細には、それぞれの水平取り付け面上に投影される。本明細書では、用語「実質的に」は、高圧ユニット及び低圧ユニットの質量中心が、第２のハウジングユニットの最も長い水平方向の広がりの１０％を隔てて一致することができるものとして理解することができる。

例えば図４Ａ及び図４Ｂに示すように、他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、高圧ユニットは、低圧ユニット上に取り付けることができる。詳細には、第１のハウジングユニット及び第２のハウジングユニットは、いくつかの実施形態に従って説明されるように、切り離し可能に一緒に結合すること又は取り付けることができる。例えば、ガス入口１３７又は低圧タービン入口１２１は、高圧タービン１１３が低圧タービン１２３の実質的に上方に位置するように配置することができる。本明細書では、用語「実質的に」は、高圧タービンの質量重心と低圧タービンの質量重心との間の理論的な垂直接続線が、低圧ユニットの水平取り付け面に対する垂直線の角度９０°から最大±２０°だけ偏位することを意味することができる。換言すれば、高圧タービン１１３は、高圧タービン１１３の中心と低圧タービン１２３の中心との間の実質的に直接的な垂直接続線が可能な限り短い長さを有するように配置することができる。従って、有利には、高圧ターボ過給機ユニットを低圧ターボ過給機ユニットに結合することができる排気ガスライン１３２の長さは、可能な限り短くすることができる。

他の説明された実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、低圧タービン１２３は、いわゆる逆流方式の、すなわち内側から外側への流れのタービンとすることができる。このようなタービンは、排気ガスがハウジング又はハウジングユニットの中に半径方向に流れ、ハウジング又はハウジングユニットの外に軸方向に流れることを特徴とする。

例えば、図４Ａ及び図４Ｂは、低圧タービン及び高圧タービンにおいて、排気ガスは半径方向に流出することができ、高圧タービンは、高圧タービン出口１１２を介して排気ガスを低圧タービンユニットに実質的に垂直方向に導くことを示す。低圧タービンユニットは、低圧タービン１２３として、排気ガスが半径方向に流入する（軸方向に流出する）逆流方式のタービンを有する。従って、図３Ａ及び図３Ｂに示されるような偏位がなく、真っ直ぐな垂直流入が可能であり、特にコンパクトな配置が可能である。モジュール構造に起因して、高圧ターボ過給機及び低圧ターボ過給機装置のための同じハウジングユニットで、通常動作（図３Ａ及び３Ｂに示すような）と逆流方式の動作（図３Ａ及び３Ｂに示すような）の両方を保証できることはさらに好都合である。

本明細書に説明される実施形態は、最短ルートで高圧タービンから低圧タービンへの排気ガスラインを通って導かれる排気ガス流を最適化するように、２又は３以上の個別のタービンを離間させることができるという利点をもたらすことを理解されたい。これにより、異なるタービン段の中の接続パイプをなくすことができ、逆流方式のタービンは、高温ガスが異なる段を通って流れることを可能にし、ガスの自然な流れは、ほとんど妨げられない。

上記の記述は本開示の実施形態に関するが、本開示の他の及びさらなる実施形態は、本開示の基本的範囲から逸脱することなく構築することができ、本開示の範囲は添付の請求項により決定される。

Claims (15)

1. 第１のハウジングユニット（１３４）と、高圧タービン（１１３）と、高圧コンプレッサ（１１４）とを含み、前記高圧タービン（１１３）及び前記高圧コンプレッサ（１１４）は、高圧ターボ過給機シャフトを介して互いに回転可能に結合される、高圧ターボ過給機ユニット（１１０）と、
   第２のハウジングユニット（１３６）と、低圧タービン（１２３）と、低圧コンプレッサ（１２４）とを含み、前記低圧タービン（１２３）及び前記低圧コンプレッサ（１２４）は、低圧ターボ過給機シャフトを介して互いに回転可能に結合される、低圧ターボ過給機ユニット（１２０）と、
   を備える、多段ターボ過給機装置（１００）であって、
   前記高圧タービン（１１３）は、前記高圧タービン（１１３）から前記低圧タービン（１２３）に排気ガスを導くために、排気ガスライン（１３２）を介して前記低圧タービン（１２３）に流体的に接続されており、前記低圧コンプレッサ（１２４）は、前記低圧コンプレッサ（１２４）から前記高圧コンプレッサ（１１４）に流体を導くために、ラインを介して前記高圧コンプレッサ（１１４）に流体的に接続されており、
   前記高圧ターボ過給機ユニット（１１０）及び前記低圧ターボ過給機ユニット（１２０）は、互いに切り離し可能に結合されており、
   前記低圧ターボ過給機ユニット（１２０）は、取り付け状態において、前記高圧ターボ過給機ユニット（１１０）の重量の少なくとも５０％以上を支える、多段ターボ過給機装置（１００）。
2. 前記排気ガスライン（１３２）は、前記高圧ターボ過給機ユニット（１１０）の中に延在し、流れ方向に拡大したディフューザ部分を備える、請求項１に記載の多段ターボ過給機装置（１００）。
3. 前記排気ガスライン（１３２）は、前記高圧ターボ過給機ユニット（１１０）の中に延在し、流れ方向に円錐状にテーパー付けされたライン部分を備える、請求項１に記載の多段ターボ過給機装置（１００）。
4. 前記ディフューザ部分又は前記円錐状にテーパー付けされたライン部分は、完全に、前記第１のハウジングユニット（１３４）及び／又は前記第２のハウジングユニット（１３６）の内部に延在する、請求項２又は３に記載の多段ターボ過給機装置（１００）。
5. 前記ディフューザ部分又は前記円錐状にテーパー付けされたライン部分は、前記第１及び第２ハウジングユニット（１３４、１３６）の間の接合面を通過する又は前記接合面に隣接する、請求項２又は３に記載の多段ターボ過給機装置（１００）。
6. 前記接合面は、ガス入口（１３７）を備え、前記ディフューザ部分（１３２）又は前記円錐状にテーパー付けされたライン部分は、前記ガス入口に隣接する、請求項５に記載の多段ターボ過給機装置（１００）。
7. 前記排気ガスラインは、完全に、前記第１及び第２のハウジングユニット（１３４、１３６）の内部に延在する、請求項１から６のいずれか１項に記載の多段ターボ過給機装置（１００）。
8. 前記排気ガスラインは、前記第１及び第２ハウジングユニット（１３４、１３６）の間の接合面を通過する、請求項１から７のいずれか１項に記載の多段ターボ過給機装置（１００）。
9. 前記第１のハウジングユニット（１３４）及び前記第２のハウジングユニット（１３６）の各々は、前記排気ガスラインの周りに延在するフランジ部を有し、前記第１のハウジングユニット（１３４）及び前記第２のハウジングユニット（１３６）は、前記フランジ部において一緒に切り離し可能に結合される、請求項１から８のいずれか１項に記載の多段ターボ過給機装置（１００）。
10. 前記ディフューザ部分又は前記円錐状にテーパー付けされたライン部分は、前記排気ガスライン（１３２）の長さの５０％を超えて、詳細には、前記排気ガスラインの長さの８０％を超えて、詳細には、前記排気ガスラインの長さの９０％を超えて延びる、請求項２から９のいずれか１項に記載の多段ターボ過給機装置（１００）。
11. 水平面に投影された、前記高圧ターボ過給機ユニット（１１０）の質量重心は、前記低圧ターボ過給機ユニット（１２０）の質量重心と実質的に同じである、請求項１から１０のいずれか１項に記載の多段ターボ過給機装置（１００）。
12. 前記高圧ターボ過給機シャフトは、第１の回転軸の周りに回転可能であり、前記低圧ターボ過給機シャフトは、第２の回転軸の周りに回転可能であり、前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸は、互いに平行に配置される、又は、前記第１の回転軸は、前記第２の回転軸に対してオフセットして非平行に配置される、請求項１から１１のいずれか１項に記載の多段ターボ過給機装置（１００）。
13. 前記第１の回転軸は、前記第２の回転軸に対して９０°の角度だけ水平方向にオフセットされる、又は、前記第１の回転軸は、前記第２の回転軸に対して９０°の角度だけ垂直方向にオフセットされる、請求項１２に記載の多段ターボ過給機装置（１００）。
14. 前記第１のハウジングユニット（１３４）は、チャージ圧力を制限する装置を提供するためのブローオフ要素を有する、及び／又は、前記第２ハウジングユニット（１３６）は、詳細には中間冷却器に低圧空気を供給するための低圧コンプレッサ空気出口を有し、前記第１ハウジングユニット（１３４）は、詳細には冷却された給気の入口のための高圧コンプレッサ空気入口を有する、請求項１から１３のいずれか１項に記載の多段ターボ過給機装置（１００）。
15. ａ）前記低圧タービン（１２３）は、前記排気ガスが軸方向に導入され、前記排気ガスが半径方向に排出されるように配置される、
    ｂ）前記低圧タービン（１２３）は、前記排気ガスが半径方向に導入され、前記排気ガスが軸方向に排出されるように配置される、
    ｃ）前記高圧タービン（１１３）は、前記排気ガスが軸方向に導入され、前記排気ガスが半径方向に排出されるように配置される、
    ｄ）前記高圧タービン（１１３）は、前記排気ガスが半径方向に導入され、前記排気ガスが軸方向に排出されるように配置される、
    のうちの少なくとも１つを適用する、請求項１から１４のいずれか１項に記載の多段ターボ過給機装置（１００）。

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