特許 5663493 ２段ターボチャージャアセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5663493

(24)【登録日】2014年12月12日

(45)【発行日】2015年2月4日

(54)【発明の名称】２段ターボチャージャアセンブリ

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/007 20060101AFI20150115BHJP

   F02B 37/013 20060101ALI20150115BHJP

   F02B 37/16 20060101ALI20150115BHJP

   F02B 37/18 20060101ALI20150115BHJP

【ＦＩ】

   F02B37/00 301C

   F02B37/00 301B

   F02B37/00 303B

   F02B37/12 301A

【請求項の数】18

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2011-544916(P2011-544916)

(86)(22)【出願日】2009年11月25日

(65)【公表番号】特表2012-515286(P2012-515286A)

(43)【公表日】2012年7月5日

(86)【国際出願番号】GB2009002752

(87)【国際公開番号】WO2010079313

(87)【国際公開日】20100715

【審査請求日】2012年10月15日

(31)【優先権主張番号】0900427.6

(32)【優先日】2009年1月12日

(33)【優先権主張国】GB

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】510221504

【氏名又は名称】ネイピア ターボチャージャーズ リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＮＡＰＩＥＲ ＴＵＲＢＯＣＨＡＲＧＥＲＳ ＬＩＭＩＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100098305

【弁理士】

【氏名又は名称】福島 祥人

(72)【発明者】

【氏名】ヘイズ，フランシス

(72)【発明者】

【氏名】ジョセフ，ジェフリー

【審査官】 赤間 充

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１１５５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１０６７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−１１８１３８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０２−０７２３４７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０９−３２４６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３４２８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−０７２３２７（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３７／００〜４１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃エンジンのための２段ターボチャージャアセンブリであって、
１つの低圧ターボチャージャと、
互いに並列に配置された２つより多い高圧ターボチャージャとを備え、前記１つの低圧ターボチャージャのコンプレッサ出口は前記２つより多い高圧ターボチャージャのコンプレッサ入口に作動的に接続され、前記２つより多い高圧ターボチャージャのタービン出口は前記１つの低圧ターボチャージャのタービン入口に作動的に接続される、２段ターボチャージャアセンブリ。

【請求項2】

前記高圧ターボチャージャを４つ以上、好ましくは６つ以上有する、請求項１に記載の２段ターボチャージャアセンブリ。

【請求項3】

１つ以上の前記高圧ターボチャージャは、アセンブリのコンプレッサおよびタービン特性を変化させるように、制御可能にオンラインおよびオフラインに切替られ得る、請求項１または２に記載の２段ターボチャージャアセンブリ。

【請求項4】

前記切替可能な高圧ターボチャージャの各々は、そのタービン入口への、またはそのタービン出口からの排気ガスの流れを制御し、それによりそのオンラインまたはオフライン状態を変更する弁を有する、請求項３に記載の２段ターボチャージャアセンブリ。

【請求項5】

前記切替可能な高圧ターボチャージャの各々は、そのコンプレッサ入口への、またはそのコンプレッサ出口からの圧縮ガスの流れを制御し、それによりそのオンラインまたはオフライン状態を変更する弁を有する、請求項３または４に記載の２段ターボチャージャアセンブリ。

【請求項6】

前記弁はバタフライ弁、グローブ弁またはゲート弁である、請求項４または５に記載の２段ターボチャージャアセンブリ。

【請求項7】

各高圧ターボチャージャは、排気ガスがそのタービンを迂回することを可能にする廃棄ゲートを有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の２段ターボチャージャアセンブリ。

【請求項8】

前記１つの低圧ターボチャージャは、排気ガスがそのタービンを迂回することを可能にする廃棄ゲートを有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の２段ターボチャージャアセンブリ。

【請求項9】

前記１つの低圧ターボチャージャのコンプレッサ出口を前記２つより多い高圧ターボチャージャのコンプレッサ入口に作動的に接続する１つ以上の中間冷却器をさらに有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の２段ターボチャージャアセンブリ。

【請求項10】

前記中間冷却器が迂回されるのを可能にする前記中間冷却器と並列の一または複数のダイバータラインをさらに有する、請求項９に記載の２段ターボチャージャアセンブリ。

【請求項11】

前記２つより多い高圧ターボチャージャのコンプレッサ出口を、使用中に、内燃エンジンの燃焼室に作動的に接続する１つ以上の給気冷却器をさらに有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の２段ターボチャージャアセンブリ。

【請求項12】

前記２つより多い高圧ターボチャージャは互いに実質的に同一である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の２段ターボチャージャアセンブリ。

【請求項13】

前記２つより多い高圧ターボチャージャは、内燃エンジンのシリンダヘッドに取り付けられるように構成される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の２段ターボチャージャアセンブリ。

【請求項14】

各高圧ターボチャージャは、圧縮ガスを内燃エンジンの１つ以上のそれぞれの燃焼室へ送り、かつ排気ガスを内燃エンジンの１つ以上のそれぞれの燃焼室から受け取るように構成され、前記２つより多い高圧ターボチャージャは、各々がシリンダヘッドに取り付けられるときそれぞれの室に隣接するようにアセンブリに配置され、前記２つより多い高圧ターボチャージャは２つ以上のグループに分割され、各グループの高圧ターボチャージャは他のグループの燃焼シリンダのためには機能しない、請求項１３に記載の２段ターボチャージャアセンブリ。

【請求項15】

各グループは１つ以上の前記切替可能な高圧ターボチャージャを含む、請求項３に従属する請求項１４に記載の２段ターボチャージャアセンブリ。

【請求項16】

請求項１〜１５のいずれか１項の２段ターボチャージャアセンブリが取り付けられた内燃エンジン。

【請求項17】

複数の排気ガスマニホールドを有し、各排気ガスマニホールドは各サブセットの２つより多い高圧ターボチャージャに排気ガスを送る、請求項１６に記載の内燃エンジン。

【請求項18】

各サブセットは１つ以上の前記切替可能な高圧ターボチャージャを含む、請求項３に従属する請求項１７に記載の内燃エンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は２段ターボチャージャアセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

ＮＯ_ｘおよびＣＯ_２の排出量を低減するために、工業ディーゼルエンジンにミラー（Miller）タイミングを用いることは周知である。このようなエンジンは、単段ターボチャージャから現在入手可能なターボチャージャを大きく超えた高圧力比ターボチャージャを必要とする。例えば、２００７年ウイーン国際燃焼機関会議（CIMAC Congress）資料１０１の、Wik, C.およびHallback, Bによる「Wartsila４ストローク中速ディーゼルエンジンにおける排出量低減手段としての２段ターボチャージの利用（Utilisation of 2-stage turbo charging as an emission reduction mean on a Wartsila 4-stroke medium-speed diesel engine）」を参照されたい。

【0003】

より高い圧力比を達成する従来の方法は、２００７年ウイーン国際燃焼機関会議（CIMAC Congress）資料２４５の、Codan, EおよびMathey, C.による「排出量―ターボチャージへの新しい挑戦（Emissions - A new Challenge for Turbocharging ）」の図１３に概説されている。１つの方策は、従来の設計の２つの別個のターボチャージャ：大気から空気を取り込み、中圧空気を中間冷却器に送る大型の低圧（ＬＰ）ターボチャージャ、および中間冷却器から中圧空気を取り込み、高圧空気をエンジン給気冷却器へ送る小型の高圧（ＨＰ）ターボチャージャを基にした２段ターボチャージャアセンブリを用いることである。エンジンからの排気はＨＰターボチャージャタービンにダクトで送られて（ＨＰコンプレッサを駆動し）、それからＬＰターボチャージャタービンにダクトで送られて（ＬＰコンプレッサを駆動する）。

【0004】

特にミラータイミングを用いるとき、エンジン制御を低負荷で行うためにターボチャージャアセンブリのコンプレッサおよびタービン特性を変化可能にすることが望ましい。

【0005】

これを達成する１つの方法は、タービンスロートに近い静翼が移動される可変形態ＨＰタービンを採用することである。しかしながら、エンジン燃料として重油を使用することにより、ＨＰタービンに高レベルの灰堆積物がもたらされ得る。これによって、可変形態ＨＰタービンを有効に利用することが難しくなる可能性がある。

【0006】

典型的に、ＨＰ段はＬＰ段よりも低い圧力比を有する。これにより、ＬＰ段の大きさは、低程度のミラータイミングの典型的な単段ターボチャージャと同じくらいの大きさに確実に維持され得る。エンジン負荷を変化させると、ＨＰ圧力比は典型的に一定であるが、ＬＰターボチャージャ圧力比はエンジン負荷に応じて実質的に増加する。これにもかかわらず、エンジンの過渡時に、小型のＨＰ段では加速される傾向にある。このため、ＨＰ段の慣性によりターボラグが支配され得る。

【0007】

ＤＥ１０２００６０１１１８８Ａは、２つのＨＰターボチャージャが互いに並列に配置されたターボチャージャアセンブリを提案している。

【0008】

ＧＢ２２９４７２９Ａは、２つのＬＰターボチャージャが互いに並列に配置されたターボチャージャアセンブリを提案している。

【発明の概要】

【0009】

概括的に述べると、本発明は２段ターボチャージャアセンブリ、低圧ターボチャージャ、および互いに並列に配置された複数のＨＰターボチャージャを提供している。

【0010】

本発明の第１の局面では、内燃エンジンのための２段ターボチャージャアセンブリであって、
ＬＰターボチャージャと、
互いに並列に配置された複数のＨＰターボチャージャとを備え、ＬＰターボチャージャのコンプレッサ出口はＨＰターボチャージャのコンプレッサ入口に作動的に接続され、ＨＰターボチャージャのタービン出口はＬＰターボチャージャのタービン入口に作動的に接続され、
アセンブリは２つより多いＨＰターボチャージャを有する、２段ターボチャージャアセンブリが提供される。

【0011】

そのアセンブリは、以下の選択的特徴のうちのいずれか１つ、または両立可能な程度に、これらの選択的特徴を組み合わせたものを有してもよい。

【0012】

好ましくは、このアセンブリは４つ以上のＨＰターボチャージャを有する。より好ましくは、このアセンブリは６つ以上の、または８つ以上のＨＰターボチャージャを有する。

【0013】

比較的多数の並列ＨＰターボチャージャを用いることにより、より小型のＨＰターボチャージャが使用可能であり、これらの総重量を大幅に減少させることができる。例えば、６つのＨＰターボチャージャでは、ＨＰターボチャージャの総重量は、等価の１つのＨＰターボチャージャの重量のおよそ４０％だけになり得る。各ＨＰターボチャージャはより小さいので、ＨＰ段の全慣性はかなり低減され得る。したがって、６つのＨＰターボチャージャは等価の１つのＨＰターボチャージャの慣性のおよそ１％の慣性を有し得る。そして、これによってターボラグが大きく低減される。

【0014】

比較的多数の小型の並列ＨＰターボチャージャを採用することのさらなる利点は、小型のターボチャージャは、より多く製造されており、大型のターボチャージャよりも一般的に低価格で入手できることである。したがって、ＨＰ段はより多くのターボチャージャを含んでいるが、全体的なコストは削減できる。

【0015】

あるいは、並列ＨＰターボチャージャのタービンの寸法が大きくなると（例えば、小型のＨＰターボチャージャに対しておよそ２５％だけ）、ＨＰ慣性を、等価の１つのＨＰターボチャージャの慣性のおよそ２％以内に保ちつつ、強い効率利益を生み出すことができる。

【0016】

したがって、ＨＰターボチャージャの数は、その総重量および慣性が低くなるような数にされ得るが、各ＨＰターボチャージャの寸法が小さすぎて効率的でなくなるとか、またはＬＰターボチャージャとＨＰターボチャージャとの接続を提供するコストがあまりにも高くなるような多くの数にはならない。

【0017】

典型的に、このアセンブリは、全エンジン負荷時に少なくとも３ｋｇ／秒の圧縮空気を提供できる空気容量を有する。より典型的に、このアセンブリは、全エンジン負荷時に少なくとも５ｋｇ／秒の圧縮空気を提供できる空気容量を有する。

【0018】

典型的に、このアセンブリは、全エンジン負荷時にＬＰターボチャージャのコンプレッサ入口とＨＰターボチャージャのコンプレッサ出口との少なくとも８の圧力比を提供できる。より典型的に、このアセンブリは、全エンジン負荷時にＬＰターボチャージャのコンプレッサ入口とＨＰターボチャージャのコンプレッサ出口との少なくとも１０の圧力比を提供できる。

【0019】

好ましくは、１つ以上のＨＰターボチャージャは、アセンブリの、特にＨＰ段のコンプレッサおよびタービン特性を変化させるように制御可能にオンラインおよびオフラインに切替られ得る。例えば、切替可能な各ＨＰターボチャージャは、そのタービン入口への、またはそのタービン出口からの排気ガスの流れを制御することによりそのオンラインまたはオフライン状態を変更する弁を有してもよい。さらに、または、代替的に、切替可能な各ＨＰターボチャージャは、そのコンプレッサ入口への、またはそのコンプレッサ出口からの圧縮ガスの流れを制御することによりそのオンラインまたはオフライン状態を変更する弁を有してもよい。

【0020】

このようにしてアセンブリのコンプレッサおよびタービン特性を変化させる能力は、特にミラータイミングを用いるときに、有利にも、低負荷でのエンジン制御を行うのに使用され得る。

【0021】

この弁はバタフライ弁、グローブ弁またはゲート弁であり得る。このような弁は、たとえ灰堆積物に曝されたときでも確実に機能することができる。一般的に、可動静翼を有する単一の可変形態ＨＰタービンと比較して、切替可能な並列ＨＰターボチャージャは、より丈夫で、かつ灰堆積物に対する耐性が向上している。

【0022】

典型的に、各ＨＰターボチャージャは排気ガスがそのタービンを迂回できるようにする廃棄物ゲートを有する。典型的に、ＬＰターボチャージャは排気ガスがそのタービンを迂回できるようにする廃棄物ゲートを有する。

【0023】

典型的に、各ＨＰターボチャージャのコンプレッサ出口からタービン入口への空気バイパスが設けられる。この空気バイパスは１つの、または複数の弁により制御可能である。

【0024】

このアセンブリは、ＬＰターボチャージャのコンプレッサ出口をＨＰターボチャージャのコンプレッサ入口に作動的に接続する１つ以上の中間冷却器をさらに有してもよい。中間冷却器はアセンブリの性能を大幅に向上させることができる。さらに、制御を向上させるために、このアセンブリは、中間冷却器を迂回できるようにする、中間冷却器に並列の、一または複数のダイバータラインを有することができる。

【0025】

このアセンブリは、ＨＰターボチャージャのコンプレッサ出口を、使用中に、内燃エンジンの燃焼室に作動的に接続する１つ以上の給気冷却器をさらに有してもよい。給気冷却器もまた、アセンブリの性能を大幅に向上させることができる。

【0026】

いくつかのエンジンには、２つ以上の２段ターボチャージャアセンブリが取り付けられてもよい。例えば、Ｖ型エンジンは、その各側に１つずつの、２つのアセンブリを有し得る。このような配置において、中間冷却器および／または給気冷却器はこれらのアセンブリにより共有され得る。

【0027】

好ましくは、ＨＰターボチャージャは互いに実質的に同一である。このことは、アセンブリのコストを削減するさらなる一助となり得る。

【0028】

高圧ターボチャージャは内燃エンジンのシリンダヘッドに取り付けられるように構成され得る。特に比較的小さいＨＰターボチャージャが採用されるとき、ＨＰターボチャージャは、この大きさによってこの位置に取り付け可能になり、エンジンの燃焼室をＨＰターボチャージャのコンプレッサ出口およびタービン入口から作動的に接続する導管の長さを、都合よく減少させることができる。

【0029】

例えば、各ＨＰターボチャージャは内燃エンジンのそれぞれ１つ以上の燃焼室へ圧縮ガスを送り、かつそこから排気ガスを受け入れるように構成されてもよく、これらのＨＰターボチャージャは、各ＨＰターボチャージャがシリンダヘッドに取り付けられるとき、それぞれの室に隣接するようにアセンブリの中に配置され、２つ以上のグループに分割され、各グループのＨＰターボチャージャは他のグループの燃焼シリンダのために機能しない。好ましくは、各グループは１つ以上の切替可能なＨＰターボチャージャを含み、それにより、エンジンのすべての燃焼シリンダに対してエンジン制御が行われ得る。

【0030】

あるいは、アセンブリが中間冷却器を有するとき、ＨＰターボチャージャは中間冷却器に取り付けられ得る。

【0031】

あるいは、ＨＰターボチャージャはＬＰターボチャージャのケーシングに取り付けられ得る。例えば、ＬＰターボチャージャはそのＬＰターボチャージャの回転軸と軸方向に並んだタービン入口を有し、各ＨＰターボチャージャはそのＨＰターボチャージャの回転軸と軸方向に並んだタービン出口を有し得る。そして便宜的に、ＨＰターボチャージャは、ＨＰタービン出口が軸方向に並ぶか、または軸アライメントの少なくとも３０°以内にあり、かつＬＰタービン入口に直接供給するように、ＬＰターボチャージャのケーシングに取り付けられ得る。これによって、ＨＰタービンとＬＰタービン間の排気経路上に圧力損失の低い小型のアセンブリが提供できる。ＨＰタービン出口をＬＰタービン入口と軸方向に並べるようにすることによって、典型的に、圧力損失の最も低い構成が生み出されるが、ＨＰタービン出口の軸をＬＰタービン入口の軸から小さい角度（すなわち３０°まで）に位置づけるようにすることによって、やはり圧力損失を低くすることができるとともに、ＨＰターボチャージャがＬＰターボチャージャに容易により強力に取り付けられ、かつ／または容易に取り付け領域に入るようになる場合がある。

【0032】

本発明のさらなる局面では、第１の局面の２段ターボチャージャアセンブリが取り付けられた内燃エンジンが提供される。このエンジンは少なくとも３ＭＷのエンジン出力を与えることが可能であろう。

【0033】

例えば、このエンジンは複数の排気ガスマニホールドを有してもよく、各排気ガスマニホールドは各サブセットの高圧ターボチャージャに排気ガスを送る。好ましくは、各サブセットは１つ以上の切替可能なＨＰターボチャージャを含む。ＨＰターボチャージャがエンジンのシリンダヘッドに取り付けれるように構成される場合、それぞれサブセットは上記のＨＰターボチャージャのグループに対応してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0034】

添付の図面を参照して例として本発明の実施の形態を説明する。

【図1】図１は第１の実施の形態に係る２段ターボチャージャアセンブリの空気側の接続を概略的に示す。

【図2】図２は第１の実施の形態に係る２段ターボチャージャアセンブリの排気ガス側の接続を概略的に示す。

【図3】図３は第２の実施の形態に係る２段ターボチャージャアセンブリの排気ガス側の接続を概略的に示す。

【図4】図４は第３の実施の形態に係る２段ターボチャージャアセンブリの排気ガス側の接続を概略的に示す。

【図5】図５は第４の実施の形態に係る２段ターボチャージャアセンブリの排気ガス側の接続を概略的に示す。

【図6】図６は第５の実施の形態に係る２段ターボチャージャアセンブリの空気側および排気ガス側の接続を概略的に示す。

【図7】図７は２段ターボチャージャアセンブリの取り付け配置の概略的斜視図を示す。

【発明の詳細な説明】

【0035】

図１は第１の実施の形態に係る２段ターボチャージャアセンブリの空気側の接続を概略的に示しており、このアセンブリは内燃エンジン１に取り付けられている。矢印線はアセンブリを通る空気の流れを示している。

【0036】

このアセンブリはＬＰターボチャージャ２および６個の並列の同一のＨＰターボチャージャ３を有する。ＬＰおよびＨＰターボチャージャのコンプレッサはＣで示されており、ＬＰおよびＨＰターボチャージャのタービンはＴで示されている。エンジン吸気口（図示せず）からの空気はＬＰターボチャージャのコンプレッサ入口に入る。ＬＰターボチャージャのコンプレッサ出口を出ると、圧縮空気は中間冷却器４を通って、ＨＰターボチャージャのコンプレッサ入口に進む。次いで、さらに圧縮された空気はＨＰターボチャージャのコンプレッサ出口を出て、給気冷却器５を通って、エンジン１の燃焼室（図示せず）に入る。

【0037】

中間冷却器４と並列のダイバータライン１０により、中間冷却器は必要に応じて迂回され得る。第１の実施の形態の変形では、ダイバータラインは設けられない。

【0038】

図２は第１の実施の形態に係る２段ターボチャージャアセンブリの排気ガス側の接続を概略的に示す。この場合の矢印線は、アセンブリを通る排気ガスの流れを示す。

【0039】

排気ガスはエンジン１の燃焼室を出て、２つの排気マニホールド６ａ，６ｂのいずれかに入る。マニホールド６ａからの排気ガスは第１のサブセットの３つのＨＰターボチャージャ３ａのタービン入口に入り、一方、マニホールド６ｂからの排気ガスは第２の異なるサブセットの３つのＨＰターボチャージャ３ｂのタービン入口に入る。マニホールドは異なる燃焼シリンダから排気ガスを受け入れるので、その効果は、各サブセットのＨＰターボチャージャは他方のサブセットの燃焼シリンダのためには機能しないことである。ＨＰターボチャージャのタービン出口を出ると、排気ガスはＬＰターボチャージャ２のタービン入口へ進む。次いで、排気ガスはＬＰターボチャージャのタービン出口を出て、エンジン排気筒（図示せず）に送られる。

【0040】

比較的小さいＨＰターボチャージャを多数有することにより、ＨＰ段におけるターボラグが減少され得る。さらに、同一の小型のＨＰターボチャージャは調達するには比較的安価であり、アセンブリのコストが減少する。

【0041】

図３は第２の実施の形態に係る２段ターボチャージャアセンブリの排気ガス側の接続を概略的に示す。共通の参照数字は、第１の実施の形態の特徴と等価の特徴を示す。

【0042】

排気側接続は、各サブセットの３つのＨＰターボチャージャのうちの２つが、各タービン入口への排気ガスの流れを制御するバタフライ弁などの遮断弁７を有する以外は、図２に示された排気側接続と同じである。あるいは、この弁はタービン出口に位置してもよい。弁７を有する各ＨＰターボチャージャはさらに、圧縮空気のコンプレッサ入口への、またはコンプレッサ出口からの流れを制御する、さらなる遮断弁（図示せず）を有する。ＨＰターボチャージャの両弁が閉じているとき、そのターボチャージャは効果的に遮断され、オフラインになる。このような弁の制御により、弁を有するこれらのＨＰターボチャージャは制御可能にオンラインおよびオフラインに切り替えられることができる。この切り替えによって、アセンブリの、特にＨＰ段のコンプレッサおよびタービン特性が変化し、エンジン制御が低負荷で行われることができる。これはミラータイミングの採用とともに特に有用である。バタフライ弁、グローブ弁またはゲート弁などの強固な弁の設計は、灰の堆積による性能の劣化に耐性があるので、排気側で特に有利に採用され得る。

【0043】

図４は第３の実施の形態に係る２段ターボチャージャアセンブリの排気ガス側の接続を概略的に示す。共通の参照数字は、第１および第２の実施の形態の特徴と等価の特徴を示す。

【0044】

排気側接続は、廃棄ゲート８により排気ガスがＨＰターボチャージャ３ａ，３ｂのタービンを迂回することが可能になり、またさらなる廃棄ゲート９により排気ガスがＬＰターボチャージャのタービンを迂回することが可能になること以外は、図２に示された排気側接続と同じである。同様の廃棄ゲートが第２の実施の形態に適用され得る。

【0045】

図５は第４の実施の形態に係る２段ターボチャージャアセンブリの排気ガス側の接続を概略的に示す。共通の参照数字は、先の実施の形態の特徴と等価の特徴を示す。

【0046】

この実施の形態では、排気ガスはエンジン１の燃焼室を出て、１つの排気マニホールド６ｃに入る。そこから、排気ガスは６個のＨＰターボチャージャ３に進む。そのうちの４個のＨＰターボチャージャは、それらのタービンへの入口に遮断弁７を有し、それらのコンプレッサへの入口に対応のさらなる遮断弁（図示せず）を有する。再び弁の制御により、弁を有するこれらのＨＰターボチャージャは制御可能にオンラインおよびオフラインに切替られることができる。

【0047】

ＨＰターボチャージャおよびＬＰターボチャージャにはそれぞれ廃棄ゲートが設けられ得る。

【0048】

図６は第５の実施の形態に係る２段ターボチャージャアセンブリの空気側および排気ガス側の接続を概略的に示す。共通の参照数字は、先の実施の形態の特徴と等価の特徴を示す。

【0049】

簡単化のために、図６には２つのＨＰターボチャージャのみが示されているが、第５の実施の形態は２つよりも多いＨＰターボチャージャ３を用いる。

【0050】

これらのＨＰターボチャージャは比較的小さく、エンジン１のシリンダヘッドに取り付けられる。限定された数のシリンダ（例えば１個〜３個）が、他のＨＰターボチャージャのシリンダから排気ガスを受け取らない各ＨＰターボチャージャに供給する。このため、ＨＰターボチャージャはそれぞれのシリンダに近接して位置付けられることができ、そこでエンジンの弁に密接に結合されることができる。さらに、シリンダとＨＰターボチャージャのコンプレッサ出口およびタービン入口とを接続する導管の長さが短縮できる。

【0051】

次いで、中間マニホールド１１がＨＰターボチャージャのタービン出口をＬＰターボチャージャのタービン入口に結合する。有利にも、このマニホールドは低温低圧であり、先の実施の形態のマニホールド６ａ〜６ｃよりも受ける振動は激しくないので、その結果、損失が低く、かつ性能が向上する。

【0052】

限られた数のシリンダのために機能する１つのＨＰターボチャージャの代わりに、２つ以上のＨＰターボチャージャがそれぞれのシリンダのために機能することができる。次いで、各グループのＨＰターボチャージャに排気ガスを分配するために、マニホールドが必要とされる。しかしながら、各グループのＨＰターボチャージャのうちのいくつかのＨＰターボチャージャには、遮断弁が設けられることができ、それによりターボチャージャの切替、およびアセンブリのコンプレッサおよびタービン特性の変化が可能になる。

【0053】

第５の実施の形態において、ＨＰターボチャージャ３およびＬＰターボチャージャ２にはそれぞれ廃棄ゲートが設けられ得る。中間冷却器４を制御可能に迂回するようにダイバータラインが設けられ得る。

【0054】

図７は２段ターボチャージャアセンブリの取り付け配置の概略的斜視図を示す。この取り付け配置は、第１〜第４の実施の形態のターボチャージャアセンブリを実施するのに適している。

【0055】

この取り付け配置はＬＰターボチャージャ２および６個の同一の並列ＨＰターボチャージャ３を備える。ＬＰターボチャージャは、ＬＰターボチャージャの回転軸と軸方向に並ぶタービン入り口を有し、各ＨＰターボチャージャは、そのＨＰターボチャージャの回転軸と軸方向に並ぶタービン出口を有する。ＬＰターボチャージャおよびＨＰターボチャージャの回転軸は平行しており、ＨＰターボチャージャは、ＨＰタービンから軸方向に流れ出る排気ガスが自然に並び、ＬＰタービンの入口に直接供給されるように、ＬＰターボチャージャのケーシングに取り付けられている。このようなＨＰターボチャージャとＬＰターボチャージャとの密接な結合により、ＨＰターボチャージャとＬＰターボチャージャ間の排気経路の圧力損失を減少させることができる。さらに、ＬＰターボチャージャは比較的大きいターボチャージャであるので、ＨＰターボチャージャを取り付けるための安定した基部を形成している。

【0056】

ＬＰターボチャージャ２の圧縮空気は中間冷却器４に送られ、そこから６個のＨＰコンプレッサ３の軸方向の入口に送られる。ＨＰ圧縮空気は接線方向にボリュート１２に送られ、そこからエンジン（図示せず）の給気冷却器（図示せず）に排出される。エンジン排気ガスは、ＨＰタービンの接線方向の流入接続（明確には見えない）に導くボリュート１３に送られる。上記で議論されたように、ＨＰタービン出口はＬＰタービン入口に密接に結合されている。ＬＰタービンからの排気は、図７の図ではほぼ垂直に上向きに排気される。

【0057】

本発明は上記の例示の実施の形態と関連して述べられたが、本開示を与えられた場合、多くの等価の変形および変更が当業者には明らかであろう。したがって、上記の本発明の例示の実施の形態は例示的であり、限定的でないと考えられる。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、記載された実施の形態に様々な変更がなされてもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】