KR20220119490A - 다수-스테이지 터보차징 조립체를 단일-스테이지 터보차저로서 동작시키는 터보차징 조립체 및 방법 - Google Patents

다수-스테이지 터보차징 조립체를 단일-스테이지 터보차저로서 동작시키는 터보차징 조립체 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220119490A
KR20220119490A KR1020227026841A KR20227026841A KR20220119490A KR 20220119490 A KR20220119490 A KR 20220119490A KR 1020227026841 A KR1020227026841 A KR 1020227026841A KR 20227026841 A KR20227026841 A KR 20227026841A KR 20220119490 A KR20220119490 A KR 20220119490A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stage
turbine
compressor
low pressure
turbocharging assembly
Prior art date
Application number
KR1020227026841A
Other languages
English (en)
Inventor
크리스토프 마티
Original Assignee
터보 시스템즈 스위츠랜드 엘티디.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 터보 시스템즈 스위츠랜드 엘티디. filed Critical 터보 시스템즈 스위츠랜드 엘티디.
Publication of KR20220119490A publication Critical patent/KR20220119490A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/004—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust drives arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/013—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/10—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor with another turbine driving an output shaft but not driving the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/14—Casings or housings protecting or supporting assemblies within
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

터보차징 조립체(100)가 설명된다. 터보차징 조립체(100)는 제1 압축기(114)와 커플링된 제1 터빈(113), 특히 저압 압축기와 커플링된 저압 터빈을 포함하는 제1 스테이지(110), 특히 저압 스테이지를 둘러싸기 위한 제1 하우징 부분(130A), 및 제2 스테이지(120), 특히 고압 스테이지를 둘러싸기 위한 제2 하우징 부분(130B)을 가지는 하우징(130)을 포함한다. 제2 하우징 부분(130B)은 제2 터빈, 특히 고압 터빈을 대체하는 배기 가스 통로 유닛(140)을 둘러싸고, 배기 가스 통로 유닛(140)은 제2 하우징 부분(130B) 내에 제공된 배기 가스 유입구(131)로부터 제1 터빈(113)까지 가스 통로를 제공하도록 구성된 삽입체이다. 또한, 다수-스테이지 터보차징 조립체를 단일-스테이지 터보차저로서 동작시키는 방법이 설명된다.

Description

다수-스테이지 터보차징 조립체를 단일-스테이지 터보차저로서 동작시키는 터보차징 조립체 및 방법
본 개시 내용의 실시형태는 터보차징 조립체에 관한 것이다. 특히, 본 개시 내용의 실시형태는, 특히 축방향 유동을 위해서 구성된, 예를 들어 하나 이상의 저압 스테이지 및/또는 하나 이상의 고압 스테이지를 가지는 단일- 및 다수-스테이지 터보차징 조립체에 관한 것이다.
다수-스테이지 터보차저는, 서로 그리고 (예를 들어, 인터쿨러 및 차지 공기 냉각기(charge air cooler)를 통해서) 엔진 차지-공기 경로에 상호 연결된 분리된 유닛 터보차징 조립체들로 구성된다. 터빈 하우징들이 고온 가스의 유동을 허용하는 배기 파이핑에 의해서 연결되어: 엔진 배기물을 먼저 고압 터빈의 유입구로 지향시키고, 이어서 유동을 고압 터빈의 배출구를 통해서 저압 터빈의 유입구, 그리고 최종적으로, 배기 파이프를 이용하여 배출구 경로를 통해서 주변 환경으로 지향시킨다. 이러한 유형의 아키텍처는 엔진 설치에서 큰 조립체 풋프린트(footprint)(즉, 조립된 유닛의 장착을 위해서 필요한 공간)뿐만 아니라, 다수의 파이핑 연결부, 벨로우즈, 지지부, 커플링, 절연부, 및 파이핑 진동 감소 및 고장 모드 방지를 목표로 하는 구조 강화 브라켓을 필요로 한다. 또한, 그러한 배열은 구성요소 조립체들, 재료표(bill of materials) 및 서비스와 관련하여 상당히 복잡하다. 간격이 중요한 온보드 엔진 조립체에서, 다수-스테이지 터보차저의 전체적인 풋프린트를 줄이기 위한 노력이 이루어지고 있다. 또한, 터빈 케이싱 및 그 상대적인 연결 파이프들의 전반적인 높은 온도로 인해서, 부피가 큰 열 차폐부 및 절연부가 사용된다.
따라서, 전술한 것을 고려할 때, 종래 기술의 문제를 적어도 부분적으로 극복하는 개선된 터보차징 조립체가 요구되고 있다.
전술한 것을 고려하여, 독립 청구항 제1항에 따른 터보차징 조립체가 제공된다. 또한, 독립 청구항 제13항에 따른 다수-스테이지 터보차징 조립체를 단일-스테이지 터보차저로서 동작시키는 방법이 제공된다. 추가적인 양태, 장점, 및 특징이 종속 청구항, 상세한 설명, 및 첨부 도면으로부터 명확하다.
본 개시 내용의 양태에 따라, 터보차징 조립체가 제공된다. 터보차징 조립체는 제1 압축기와 커플링된 제1 터빈을 포함하는 제1 스테이지를 둘러싸기 위한 제1 하우징 부분을 가지는 하우징을 포함한다. 특히, 제1 스테이지는 저압 압축기와 커플링된 저압 터빈을 포함하는 저압 스테이지이다. 또한, 하우징은 제2 스테이지를 둘러싸기 위한, 특히 고압 스테이지를 둘러싸기 위한 제2 하우징 부분을 갖는다. 제2 하우징 부분은 배기 가스 통로 유닛을 둘러싼다. 배기 가스 통로 유닛은 제2 터빈, 특히 고압 터빈을 대체한다. 배기 가스 통로 유닛은 제2 하우징 부분 내에 제공된 배기 가스 유입구로부터 제1 터빈, 특히 저압 터빈까지 가스 통로를 제공하도록 구성된 삽입체이다.
따라서, 유리하게, 단일-스테이지 터보차징 조립체로서 또는 다수-스테이지 터보차징 조립체로서 동작될 수 있는 터보차징 조립체가 제공된다. 따라서, 본 개시 내용의 터보차징 조립체는 고객이 터보차징 조립체를 단일-스테이지 조립체로서 이용할 수 있게 하거나, 다수-스테이지 차징을 위해서 터보차징 조립체를 채택할 수 있게 한다. 따라서, 본원에서 설명된 바와 같은 터보차징 조립체의 실시형태는, 케이싱을 대체할 필요가 없이, 터보차징 구성들 사이에서 상호 교환할 수 있는 능력을 갖는다. 다시 말해서, 터보차징 조립체 케이싱을 교환할 필요가 없이, 다수-스테이지로의 터보차징 업그레이드가 실행될 수 있다. 또한, 다수-스테이지 구성이 단일-스테이지 구성으로 변경될 수 있는 한편, 터보차저 조립체의 동일한 하우징이 양 구성들을 위해서 사용될 수 있다.
본 개시 내용의 다른 양태에 따라, 다수-스테이지 터보차징 조립체를 단일-스테이지 터보차저로서 동작시키는 방법이 제공된다. 방법은 제1 스테이지, 특히 저압 스테이지 및 제2 스테이지, 특히 고압 스테이지를 가지는 다수-스테이지 터보차징 조립체를 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 제2 터빈 및 제2 압축기 중 적어도 하나를 제2 스테이지로부터 제거하는 단계를 포함한다. 특히, 제2 터빈은 고압 터빈일 수 있고, 제2 압축기는 고압 압축기일 수 있다. 또한, 방법은 제2 터빈을 배기 가스 통로 유닛으로 대체하는 단계를 포함한다. 가스 통로 유닛은 배기 가스 유입구로부터 제1 스테이지의 제1 터빈까지 가스 통로를 제공하도록 구성된 삽입체이다. 특히, 제1 터빈은 저압 터빈일 수 있다. 또한 추가적으로, 방법은 제2 압축기 유입구를 폐쇄하기 위한 제1 블랭킹 요소(first blanking element), 제2 압축기 배출구를 폐쇄하기 위한 제2 블랭킹 요소, 및 제2 압축기를 대체하는 공기 통로 유닛 중 적어도 하나를 제공하는 단계를 포함한다.
따라서, 유리하게, 터보차징 조립체를 단일-스테이지 또는 다수-스테이지 터보차저로서 동작시키기 위한 옵션을 사용자에게 제공하는 방법이 제공된다. 따라서, 사용자는 다수-스테이지 및 단일-스테이지 적용들 사이에서 비용 효과적으로 전환할 수 있다.
본 개시 내용의 전술한 특징이 구체적으로 이해될 수 있도록, 실시형태를 참조하여, 앞서서 요약된 개시 내용이 보다 구체적으로 설명될 수 있다. 첨부 도면은 개시 내용의 실시형태에 관한 것이고, 이하에서 설명된다.
도 1은 단일-스테이지 터보차징 조립체로서 동작되는 본원에서 설명된 실시형태에 따른 터보차징 조립체의 개략도를 도시한다.
도 2 및 도 3은 단일-스테이지 터보차징 조립체로서 동작되는 본원에서 설명된 추가적인 실시형태에 따른 터보차징 조립체의 개략도를 도시한다.
도 4는 본원에서 설명된 실시형태에 따른 터보차징 조립체의 개략적 측면도를 도시한다.
도 5는 다수-스테이지 터보차징 조립체로서 동작되는 본원에서 설명된 실시형태에 따른 터보차징 조립체의 개략도를 도시한다.
이제, 하나 이상의 예가 각각의 도면에 도시된 다양한 실시형태를 구체적으로 참조할 것이다. 각각의 예가 설명에 의해서 제공되고, 제한을 의미하지는 않는다. 예를 들어, 일 실시형태의 일부로서 도시되거나 설명된 특징을 임의의 다른 실시형태에서 또는 임의의 다른 실시형태와 함께 사용하여, 다른 추가적인 실시형태를 도출할 수 있다. 본 개시 내용은 그러한 수정 및 변경을 포함하도록 의도된다.
도면에 관한 이하의 설명에서, 동일 참조번호는 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다. 일반적으로, 개별적인 실시형태들과 관련된 차이만을 설명한다. 달리 특정되지 않는 한, 일 실시형태 내의 부분 또는 양태에 관한 설명이 다른 실시형태의 상응 부분 또는 양태에도 적용될 수 있다.
예시적으로 도 1을 참조하여, 본 개시 내용에 따른 터보차징 조립체(100)를 설명한다. 도 1은 단일-스테이지 터보차징 조립체로서 동작되는 터보차징 조립체(100)의 개략도를 도시한다.
본원에서 설명된 다른 실시형태와 조합될 수 있는 실시형태에 따라, 터보차징 조립체(100)는 제1 압축기(114)와 커플링된 제1 터빈(113)을 포함하는 제1 스테이지(110)를 둘러싸기 위한 제1 하우징 부분(130A)을 가지는 하우징(130)을 포함한다. 특히, 제1 스테이지(110)는 저압 압축기와 커플링된 저압 터빈을 포함하는 저압 스테이지이다. 또한, 하우징(130)은 제2 스테이지(120)를 둘러싸기 위한, 특히 고압 스테이지를 둘러싸기 위한 제2 하우징 부분(130B)을 갖는다. 제2 하우징 부분(130B)은 배기 가스 통로 유닛(140)을 둘러싼다. 배기 가스 통로 유닛(140)은 배기 가스 정류기로도 지칭될 수 있다. 도 1과 도 5를 비교하는 것에 의해서 확인될 수 있는 바와 같이, 배기 가스 통로 유닛(140)은 제2 터빈(123), 특히 고압 터빈을 대체한다. 배기 가스 통로 유닛(140)은 제2 하우징 부분(130B) 내에 제공된 배기 가스 유입구(131)로부터 제1 터빈(113), 특히 저압 터빈까지 가스 통로를 제공하도록 구성된 삽입체이다.
따라서, 유리하게, 단일-스테이지 터보차징 조립체로서 또는 다수-스테이지 터보차징 조립체로서 동작될 수 있는 터보차징 조립체가 제공된다. 따라서, 고객은 본원에서 설명된 바와 같은 터보차징 조립체를 단일-스테이지 조립체로서 이용하는, 또는 다수-스테이지 차징을 위해서 터보차징 조립체를 채택하는 옵션을 갖는다.
보다 양호한 이해를 위해서, 도 5를 참조하여, 다수-스테이지 터보차징 조립체로서 동작되는 본원에서 설명된 실시형태에 따른 터보차징 조립체(100)를 설명한다. 터보차징 조립체(100)는 고압 압축기(124)와 커플링된, 특히 기계적으로 커플링된 고압 터빈(123)을 포함하는 고압 스테이지(120)를 포함한다. 또한, 다수-스테이지 터보차징 조립체는, 저압 압축기(114)에 커플링된, 특히 기계적으로 커플링된 저압 터빈(113)을 포함하는, 저압 스테이지(110)를 포함한다. 또한, 터보차징 조립체(100)는 고압 스테이지(120) 및 저압 스테이지(110)를 둘러싸는 하우징(130)을 포함한다. 특히, 하우징(130)은 하나의 유닛이다. 더 구체적으로, 케이싱(130)은 고압 스테이지(110) 및 저압 스테이지(120)의 하우징을 통합한다. 다시 말해서, 케이싱(130)은 통합된 하나의 유닛일 수 있다. 하우징(130)은 일반적으로 고압 터빈(123)의 고압 터빈 배출구(122B)와 저압 터빈(113)의 저압 터빈 유입구(111) 사이에서 통로(133)를 포함한다. 특히, 통로(133)는 유동 최적화된 통로, 즉 고압 터빈(123)의 고압 터빈 배출구(122A)로부터 저압 터빈(113)의 저압 터빈 유입구(111)로의 유동과 관련하여 최적화된 통로이다. 따라서, 유리하게, 상이한 스테이지들을 연결하는 배기 파이핑(exhaust piping)이 제거될 수 있고, 그에 따라 가스 유동 성능 및 효율이 개선될 수 있다.
본 개시 내용에 따라, 다수-스테이지 터보차징 조립체는, 하나 이상의 고압 스테이지 및/또는 하나 이상의 저압 스테이지를 가지는 터보차징 조립체로서 이해될 수 있다. 하나 이상의 고압 스테이지는 고압 압축기와 커플링된 고압 터빈을 갖는다. 하나 이상의 저압 스테이지는 저압 압축기와 커플링된 저압 터빈을 갖는다.
따라서, 본원에서 설명된 바와 같은 터보차징 조립체의 하우징(130)이 하나 이상의 저압 스테이지(110) 및/또는 하나 이상의 고압 스테이지(120)를 둘러싸도록 구성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
예시적으로 도 1을 참조하면, 본원에서 설명된 다른 실시형태와 조합될 수 있는, 단일-스테이지 구성의 터보차징 조립체(100)의 실시형태에 따라, 제2 하우징 부분(130B)의 제2 압축기 유입구(125), 특히 고압 압축기 유입구가 제1 블랭킹 요소(145)에 의해서 폐쇄된다. 또한, 제2 하우징 부분(130B)의 제2 압축기 배출구(126), 특히 고압 압축기 배출구가 제2 블랭킹 요소(147)에 의해서 폐쇄된다.
따라서, 예를 들어 특별한 삽입체로서의 배기 가스 통로 유닛(140), 제1 블랭킹 요소(145), 및 제2 블랭킹 요소(147)를 이용하여, 통합된 터보차징 조립체에서 터보차징 조립체의 고압 세그먼트를 생략할 수 있고 그 관련 공기/가스 경로를 블랭킹(blanked off)할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 엔진 배기 가스는 다수-스테이지 동작에 따라 터보차징 조립체에 진입할 수 있고, 내부 가스 통로를 통해서 단일-스테이지 터빈, 즉 제1 터빈(113)으로 직접 유동할 수 있다.
본원에서 설명된 다른 실시형태와 조합될 수 있는 실시형태에 따라, 도 2에 예시적으로 도시된 바와 같이, 제2 하우징 부분(130B)은 공기 통로 유닛(148)을 둘러싼다. 공기 통로 유닛(148)은 공기 정류기로도 지칭될 수 있다. 도 2와 도 5를 비교하는 것에 의해서 확인될 수 있는 바와 같이, 공기 통로 유닛(148)은 제2 압축기(124), 특히 고압 압축기를 대체한다. 예를 들어, 배기 공기 통로 유닛(148)은, 도 2에 예시적으로 도시된 바와 같이, 제1 하우징 부분(130A) 내에 제공된 공기 배출구(116)로부터 차지 공기 냉각기(160)까지 공기 통로를 제공하도록 구성될 수 있다. 제2 하우징 부분(130B)의 제2 압축기 유입구(125), 특히 고압 압축기 유입구가 제1 블랭킹 요소(145)에 의해서 폐쇄될 수 있다.
도 1, 도 2, 및 도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이, 터보차징 조립체(100)는 차지 공기 냉각기(160)를 포함할 수 있다. 또한, 도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이, 인터쿨러(150)가 제공될 수 있다. 본원에서 설명된 다른 실시형태와 조합될 수 있는 실시형태에 따라, 공기 통로 유닛(148)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 인터쿨러(150)로부터 차지 공기 냉각기(160)까지 공기 통로를 제공하도록 구성될 수 있다.
본원에서 설명된 다른 실시형태와 조합될 수 있는 실시형태에 따라, 하우징(130)은 통로(133), 특히 유동 최적화된 통로를 가스 통로 유닛(140)의 배출구와 제1 터빈(113)의 제1 터빈 유입구(111) 사이에서 포함한다. 특히, 제1 터빈(113)은 저압 터빈이고 제1 터빈 유입구(111)는 저압 터빈 유입구이다.
본원에서 설명된 다른 실시형태와 조합될 수 있는 실시형태에 따라, 도 1 도 2, 도 3, 및 도 5에 예시적으로 도시된 바와 같이, 하우징(130)은 내부 케이싱(134) 및 외부 케이싱(135)을 포함한다. 내부 케이싱(134)과 외부 케이싱(135) 사이에, 중간 공간(136)이 제공된다. 일반적으로, 중간 공간(136)은 냉각제를 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 하우징(130)은 냉각제를 중간 공간(136) 내로 제공하기 위한 냉각제 유입구(137) 및 냉각제를 중간 공간(136)으로부터 제거하기 위한 냉각제 배출구(138)를 포함할 수 있다. 따라서, 하우징이, 통합된 냉각 공간, 및 냉각제를 제공하기 위한 하나 이상의 통합된 냉각 채널을 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 유리하게, 예를 들어 냉각제 자켓을 제공하기 위해서 중간 공간을 갖는 이중 벽의 케이싱을 제공하는 것에 의해서, 연속 냉각 시스템이 하우징 내로 통합될 수 있다. 따라서, 터보차징 조립체의 동작 중에 케이싱으로부터의 열을 차폐하기 위한 부가적인 열 차폐부가 감소되거나 심지어 제거될 수 있다.
본원에서 설명된 다른 실시형태와 조합될 수 있는 실시형태에 따라, 하우징(130)은 하나의 유닛 또는 하나의 단편의 구조물이다. 내부 케이싱(134) 및 외부 케이싱(135)을 갖는 하우징의 구현예의 경우에, 내부 케이싱(134)은 통합된 하나의 유닛일 수 있다. 따라서, 외부 케이싱(135)은 통합된 하나의 유닛일 수 있다.
본원에서 언급된 바와 같은 하나의 유닛 또는 하나의 단편의 구조물은 주조된 재료의 통합된 하나의 단편의 구조물일 수 있다. 예를 들어, 주조된 재료가 알루미늄 합금 또는 다른 합금일 수 있다. 또한, 케이싱이 강 주조물, 회주철, 또는 다른 적합한 주조 재료와 같은 다른 재료로 만들어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예에 따라, 본원에서 설명된 바와 같은 케이싱은 하나의 주조된 케이싱, 특히 ALFIN 케이싱, 또는 둘 이상의 상이한 재료들로 이루어진 케이싱이다.
본원에서 설명된 다른 실시형태와 조합될 수 있는 실시형태에 따라, 제2 하우징 부분(130B)은 제1 하우징 부분(130A)의 아래에 배열될 수 있다. 대안적으로, 제1 하우징 부분(130A)은 제2 하우징 부분(130B)의 아래에 배열될 수 있다.
본원에서 설명된 다른 실시형태와 조합될 수 있는 실시형태에 따라, 도 1 및 도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이, 제1 하우징 부분(130A)은, 저압 공기를 차지 공기 냉각기(160)로 제공하기 위해서, 제1 압축기 배출구(116), 특히 저압 압축기 배출구를 포함한다. 대안적으로, 도 2에 예시적으로 도시된 바와 같이, 저압 공기가 제1 압축기 배출구(116)로부터 공기 통로 유닛(148)으로 제공될 수 있다.
도 4는 본원에서 설명된 실시형태에 따른 터보차징 조립체의 개략적 측면도를 도시한다. 본원에서 설명된 다른 실시형태와 조합될 수 있는 실시형태에 따라, 제1 하우징 부분(130A)은 소음기, 유입구 케이싱, 또는 유입구 파이프를 제1 압축기 유입구(115), 특히 저압 압축기 유입구에 연결하기 위한 제1 플랜지(141)를 포함한다. 예로서, 도 4는 제1 플랜지(141)에 연결된 소음기(127)를 도시한다.
본원에서 설명된 다른 실시형태와 조합될 수 있는 실시형태에 따라, 제2 하우징 부분(130B)은 제1 블랭킹 요소(145), 유입구 케이싱 또는 유입구 파이프, 특히 엘보 유입구 케이싱 또는 엘보 유입구 파이프로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나의 요소를 제2 압축기 유입구(125)에 연결하기 위한 제2 플랜지(142)를 포함한다(도 1 참조). 일반적으로, 제2 압축기 유입구(125)는 제2 하우징 부분(130B)의 고압 압축기 유입구이다.
본원에서 설명된 다른 실시형태와 조합될 수 있는 실시형태에 따라, 제1 하우징 부분(130A)은 배기 가스를 제1 터빈(113), 특히 저압 터빈으로부터 하우징(130)의 외부로 제공하기 위해서 배기 가스 배출구(132)를 연결되는 제3 플랜지(143)를 포함한다. 특히, 배기 가스 배출구(132)는 제1 터빈 배출구(112)이다.
본원에서 설명된 다른 실시형태와 조합될 수 있는 실시형태에 따라, 제2 하우징 부분(130B)은 배기 가스를 엔진(170)으로부터 가스 통로 유닛(140)(도 1 내지 도 3 참조) 또는 제2 하우징 부분(130B) 내의 제2 터빈(123)(도 5 참조)을 향해서 제공하기 위해서 배기 가스 유입구(131)에 연결되는 제4 플랜지(144)를 포함한다. 특히, 배기 가스 유입구(131)는 제2 터빈 유입구(121)일 수 있다.
본 개시 내용의 다른 양태에 따라, 다수-스테이지 터보차징 조립체를 단일-스테이지 터보차저로서 동작시키는 방법이 제공된다. 방법은 제1 스테이지(110), 특히 저압 스테이지 및 제2 스테이지(120), 특히 고압 스테이지를 가지는 다수-스테이지 터보차징 조립체를 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 제2 터빈(123) 및 제2 압축기(124) 중 적어도 하나를 제2 스테이지(120)로부터 제거하는 단계를 포함한다. 특히, 제2 터빈(123)은 고압 터빈일 수 있고, 제2 압축기(124)는 고압 압축기일 수 있다. 또한, 방법은 제2 터빈(123)을 배기 가스 통로 유닛(140)으로 대체하는 단계를 포함한다. 가스 통로 유닛(140)은 배기 가스 유입구(131)로부터 제1 스테이지(110)의 제1 터빈(113)까지 가스 통로를 제공하도록 구성된다. 특히, 제1 터빈(113)은 저압 터빈일 수 있다.
또한 추가적으로, 방법은 제2 압축기 유입구(125)를 폐쇄하기 위한 제1 블랭킹 요소(145), 제2 압축기 배출구(126)를 폐쇄하기 위한 제2 블랭킹 요소(147), 및 제2 압축기(124)를 대체하는 공기 통로 유닛(148) 중 적어도 하나를 제공하는 단계를 포함한다(도 2 및 도 3과 도 5의 비교). 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 실시형태에서, 제2 압축기 유입구(125)를 폐쇄하기 위한 제1 블랭킹 요소(145) 및 제2 압축기 배출구(126)를 폐쇄하기 위한 제2 블랭킹 요소(147)가 제공된다. 도 2에 도시된 바와 같은 실시형태에서, 공기 통로 유닛(148), 및 제2 압축기 유입구(125)를 폐쇄하기 위한 제1 블랭킹 요소(145)가 제공된다. 도 3은, 인터쿨러(150)로부터의 공기가 제2 압축기 유입구(125)를 통해서 공기 통로 유닛(148)에 제공되고 공기 통로 유닛(148) 후에 공기가 제2 압축기 배출구를 통해서 차지 공기 냉각기(160)에 제공되는 실시형태를 도시한다.
따라서, 배기 공기 통로 유닛(148)이, 제1 하우징 부분(130A) 내에 제공된 공기 배출구(116)로부터 차지 공기 냉각기(160)까지의 공기 통로를 제공하도록(도 2 참조), 또는 인터쿨러(150)로부터 차지 공기 냉각기(160)까지의 공기 통로를 제공하도록(도 3 참조) 구성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본원에서 설명된 바와 같은 방법이 본원에서 설명된 바와 같은 터보차징 조립체(100)를 이용하여 수행될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 개시 내용을 고려하면, 본원에서 설명된 바와 같은 실시형태가, 단일-스테이지 터보차징 조립체로서 또는 다수-스테이지 터보차징 조립체로서 동작될 수 있는 터보차징 조립체를 제공한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 고객은 본원에서 설명된 바와 같은 터보차징 조립체를 단일-스테이지 조립체로서 이용하는, 또는 다수-스테이지 차징을 위해서 터보차징 조립체를 채택하는 옵션을 갖는다. 다수-스테이지로부터 단일-스테이지로 또는 그 반대로 적용을 전환하는 옵션은, 사용자가 양 터보차징 요건을 커버하는 단일 유닛을 가질 수 있게 한다. 다수-스테이지 터보차저 조립체 하우징을 위한 단일-스테이지 터보차징 옵션을 제공하는 것은, 내부 구성요소를 대체하는 것에 의해서 기존의 그리고 설치된 하우징을 단일-스테이지 터보차징으로부터 다수-스테이지로 비용 효과적으로 그리고 신속하게 업그레이드할 수 있게 한다.
유리하게, 본원에서 설명된 실시형태에 따른 터보차징 조립체는, 감소된 조립체의 풋프린트(footprint)(즉, 조립된 유닛을 장착하는데 필요한 공간)를 제공하는 통합된 유닛으로서 구성된다. 또한, 현재의 기술 수준과 비교하면, 파이핑 연결, 벨로우즈, 지지부, 커플링, 절연부, (파이프 진동 감소 및 고장 모드 방지를 목적으로 하는) 구조 강화 브라켓이 감소될 수 있거나 심지어 제거될 수 있다. 또한 추가적으로, 본 개시 내용의 실시형태는 통합된 냉각, 즉 액체 냉각되는 케이싱을 구현할 수 있는 가능성을 제공하고, 그에 따라 부피가 큰 열 차폐부 및/또는 절연부를 이용할 필요성을 최소화한다.
전술한 내용이 실시형태에 관한 것이지만, 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고도, 다른 그리고 추가적인 실시형태가 도출될 수 있을 것이고, 범위는 이하의 청구항에 의해서 결정된다.
100 터보차징 조립체
110 제1 스테이지/저압 스테이지
111 제1 터빈 유입구/저압 터빈 유입구
112 제1 터빈 배출구/저압 터빈 배출구
113 제1 터빈/저압 터빈
114 제1 압축기/저압 압축기
115 제1 압축기 유입구/저압 압축기 유입구
116 제1 압축기 배출구/저압 압축기 배출구
120 제2 스테이지/고압 스테이지
121 제2 터빈 유입구/고압 터빈 유입구
122A 배기 가스 통로 유닛의 배출구
122B 제2 터빈 배출구/고압 터빈 배출구
123 제2 터빈/고압 터빈
124 제2 압축기/고압 압축기
125 제2 압축기 유입구/고압 압축기 유입구
126 제2 압축기 배출구/고압 압축기 배출구
127 소음기
130 하우징
130A 제1 하우징 부분
130B 제2 하우징 부분
131 배기 가스 유입구
132 배기 가스 배출구
133 통로
134 내부 케이싱
135 외부 케이싱
136 중간 공간
137 냉각제 유입구
138 냉각제 배출구
140 배기 가스 통로 유닛
141 제1 플랜지
142 제2 플랜지
143 제3 플랜지
144 제4 플랜지
145 제1 블랭킹 요소/판
146 엘보 배출구 파이프
147 제2 블랭킹 요소/판
148 공기 통로 유닛
150 인터쿨러
160 차지 공기 냉각기
170 엔진

Claims (14)

  1. 터보차징 조립체(100)이며, 제1 압축기(114)와 커플링된 제1 터빈(113), 특히 저압 압축기와 커플링된 저압 터빈을 포함하는 제1 스테이지(110), 특히 저압 스테이지를 둘러싸기 위한 제1 하우징 부분(130A), 및 제2 스테이지(120), 특히 고압 스테이지를 둘러싸기 위한 제2 하우징 부분(130B)을 가지는 하우징(130)을 포함하고,
    상기 제2 하우징 부분(130B)은 제2 터빈, 특히 고압 터빈을 대체하는 배기 가스 통로 유닛(140)을 둘러싸고, 상기 배기 가스 통로 유닛(140)은 제2 하우징 부분(130B) 내에 제공된 배기 가스 유입구(131)로부터 제1 터빈(113)까지 가스 통로를 제공하도록 구성된 삽입체인, 터보차징 조립체(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 하우징 부분(130B)의 제2 압축기 유입구(125), 특히 고압 압축기 유입구가 제1 블랭킹 요소(145)에 의해서 폐쇄되고, 상기 제2 하우징 부분(130B)의 제2 압축기 배출구(126), 특히 고압 압축기 배출구가 제2 블랭킹 요소(147)에 의해서 폐쇄되는, 터보차징 조립체(100).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 하우징 부분(130B)은 제2 압축기(124), 특히 고압 압축기를 대체하는 공기 통로 유닛(148)을 둘러싸고, 상기 배기 공기 통로 유닛(148)은 제1 하우징 부분(130A) 내에 제공된 공기 배출구(116)로부터 차지 공기 냉각기(160)까지 공기 통로를 제공하도록 구성되는, 터보차징 조립체(100).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 하우징 부분(130B)의 제2 압축기 유입구(125), 특히 고압 압축기 유입구가 제1 블랭킹 요소(145)에 의해서 폐쇄되는, 터보차징 조립체(100).
  5. 제3항에 있어서,
    인터쿨러(150)를 더 포함하고, 상기 공기 통로 유닛(148)은 인터쿨러(150)로부터 차지 공기 냉각기(160)까지 공기 통로를 제공하도록 구성되는, 터보차징 조립체(100).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징(130)은 가스 통로 유닛(140)의 배출구와 제1 터빈(113)의 제1 터빈 유입구(111), 특히 저압 터빈의 저압 터빈 유입구 사이에서 통로(133), 특히 유동 최적화된 통로를 포함하는, 터보차징 조립체(100).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징(130)은 내부 케이싱(134) 및 외부 케이싱(135)을 포함하고, 중간 공간(136)이 내부 케이싱(134)과 외부 케이싱(135) 사이에 제공되고, 중간 공간(136)은 냉각제를 제공하도록 구성되는, 터보차징 조립체(100).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하우징(130)은 냉각제를 중간 공간(136) 내로 제공하기 위한 냉각제 유입구(137) 및 냉각제를 중간 공간(136)으로부터 제거하기 위한 냉각제 배출구(138)를 포함하는, 터보차징 조립체(100).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징(130)은 단일 단편 구조물, 특히 주조된 재료로 이루어진 통합된 단일 단편 구조물인, 터보차징 조립체(100).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 하우징 부분(130B)이 제1 하우징 부분(130A)의 아래에, 또는 그 반대로 배열되는, 터보차징 조립체(100).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 하우징 부분(130A)은, 특히 저압 공기를 차지 공기 냉각기(160) 및/또는 공기 통로 유닛(148)에 제공하기 위해서, 제1 압축기 배출구(116), 특히 저압 압축기 배출구를 포함하는, 터보차징 조립체(100).
  12. 다수-스테이지 터보차징 조립체를 단일-스테이지 터보차저로서 동작시키는 방법이며:
    - 제1 스테이지(110), 특히 저압 스테이지 및 제2 스테이지(120), 특히 고압 스테이지를 가지는 다수-스테이지 터보차징 조립체를 제공하는 단계;
    - 제2 스테이지(120)로부터, 제2 터빈(123) 및 제2 압축기(124) 중 적어도 하나를 제거하는, 특히 고압 터빈 및 고압 압축기 중 적어도 하나를 제거하는 단계, 및
    - 제2 터빈(123)을 배기 가스 통로 유닛(140)으로 대체하는 단계로서, 배기 가스 통로 유닛은 배기 가스 유입구(131)로부터 제1 스테이지(110)의 제1 터빈(113), 특히 저압 터빈까지 가스 통로를 제공하도록 구성된 삽입체인, 단계, 및
    - 제2 압축기 유입구(125)를 폐쇄하기 위한 제1 블랭킹 요소(145), 제2 압축기 배출구(126)를 폐쇄하기 위한 제2 블랭킹 요소(147), 및 제2 압축기(124)를 대체하는 공기 통로 유닛(148) 중 적어도 하나를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 공기 통로 유닛(148)은 제1 하우징 부분(130A) 내에 제공된 공기 배출구(116)로부터 차지 공기 냉각기(160)까지의 공기 통로를 제공하도록 구성되거나, 배기 공기 통로 유닛(148)은 인터쿨러(150)로부터 차지 공기 냉각기(160)까지 공기 통로를 제공하도록 구성되는, 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 터보차징 조립체(100)를 이용하는 것에 의해서 상기 방법이 수행되는, 방법.
KR1020227026841A 2020-01-07 2020-12-16 다수-스테이지 터보차징 조립체를 단일-스테이지 터보차저로서 동작시키는 터보차징 조립체 및 방법 KR20220119490A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20150608.6 2020-01-07
EP20150608.6A EP3848560A1 (en) 2020-01-07 2020-01-07 Turbocharging assembly and method of operating a multi-stage turbocharging assembly as single-stage turbocharger
PCT/EP2020/086468 WO2021139985A1 (en) 2020-01-07 2020-12-16 Turbocharging assembly and method of operating a multi-stage turbocharging assembly as single-stage turbocharger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220119490A true KR20220119490A (ko) 2022-08-29

Family

ID=69147489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227026841A KR20220119490A (ko) 2020-01-07 2020-12-16 다수-스테이지 터보차징 조립체를 단일-스테이지 터보차저로서 동작시키는 터보차징 조립체 및 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230349303A1 (ko)
EP (2) EP3848560A1 (ko)
JP (1) JP2023509717A (ko)
KR (1) KR20220119490A (ko)
CN (1) CN115066539A (ko)
WO (1) WO2021139985A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021032273A1 (en) * 2019-08-19 2021-02-25 Abb Switzerland Ltd. Multi-stage turbocharging assembly

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070119168A1 (en) * 2004-01-14 2007-05-31 Turner James W G Turbocharged internal combustion engine
DE102004044819A1 (de) * 2004-09-16 2006-03-23 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur mehrstufigen Aufladung in Verbrennungskraftmaschinen
US7257950B2 (en) * 2005-09-14 2007-08-21 International Engine Intellectual Property Company, Llc Diesel engine charge air cooler bypass passage and method
US9103274B2 (en) * 2006-07-29 2015-08-11 Cummins Emission Solution Inc. Multi-stage turbocharger system
JP5164737B2 (ja) * 2008-08-19 2013-03-21 ヤンマー株式会社 エンジン
KR20120099618A (ko) * 2009-06-29 2012-09-11 보르그워너 인코퍼레이티드 다단 터보차저 장치
JP5700006B2 (ja) * 2012-09-12 2015-04-15 トヨタ自動車株式会社 タービンハウジング
US9964056B2 (en) * 2012-10-19 2018-05-08 General Electric Company System and method for controlling exhaust emissions and specific fuel consumption of an engine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021139985A1 (en) 2021-07-15
CN115066539A (zh) 2022-09-16
EP4088011A1 (en) 2022-11-16
EP3848560A1 (en) 2021-07-14
US20230349303A1 (en) 2023-11-02
JP2023509717A (ja) 2023-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5692378A (en) Turbocharger assembly
US5560207A (en) Turbocharged internal combustion engine
US5803719A (en) Turbocharged internal combustion engine
EP2050940A1 (en) Method of manufacturing multi-stage supercharging exhaust turbosupercharger
US6805108B2 (en) Heat exchanger for a supercharger
WO2011008457A2 (en) Multi-stage turbocharger arrangement
US5697217A (en) Turbocharged internal combustion engine
WO2012051085A2 (en) Exhaust turbocharger
KR20220119490A (ko) 다수-스테이지 터보차징 조립체를 단일-스테이지 터보차저로서 동작시키는 터보차징 조립체 및 방법
EP2307683A1 (en) Piston engine
KR102209976B1 (ko) 레이디얼 압축기의 하우징
EP2836691B1 (en) Charge air guide element for internal combustion engine
CN113227550B (zh) 热屏蔽系统及方法
US11680516B2 (en) Multi-stage turbocharging assembly
CN114555925B (zh) 多级涡轮增压组件
EP3981962A1 (en) Multistage turbocharging assembly and method of operating a multistage turbocharging assembly
CA2526370A1 (en) A turbocharger assembly