(57)【要約】      （修正有）【課題】不安定な加速及びブレーキ力応答性を伴わずに、急速な負荷及び速度の変化に応答する経済的な内燃機関を提供する。【解決手段】多段ターボ過給機、具体的には、エンジンの作動需要に適合するコンプレッサの給気及び排気の背圧を調節すべく１つ又はより多くの形態可変ターボ過給機（ＶＴＧ）の可変のタービン動力を使用する改良された多段ターボ過給機装置である。ターボ過給機付き内燃機関、特に、少なくとも１つの高圧タービン段及び１つの下流の低圧タービン段を有するターボ過給機付き内燃機関であって、高圧タービンは、単一流又は複流型式とすることができ、高圧又は低圧コンプレッサは、形態可変であり、高圧又は低圧コンプレッサは、可変にバイパスさせることができ、高圧又は低圧タービンには、能動的な可変制御バイパス又はウエストゲートを設けることができる。【選択図】図３
2006097684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）において、
複数の燃焼シリンダと、
前記燃焼シリンダに連結された少なくとも１つの排気マニホルド（１２）と、
前記燃焼シリンダに連結された少なくとも１つの吸気マニホルド（１１）と、
入口及び出口を有する第一のタービン（２１）と、入口及び出口を有する第一のコンプレッサ（２２）とを備える第一のターボ過給機（２０）であって、前記第一のタービンの入口は、前記排気マニホルドと流体的に連結され且つその内部の流体の流れを変化させ得るよう配置された制御可能な可変の吸気ノズルを有する第一のターボ過給機（２０）と、
入口及び出口を有する第二のタービン（３１）と、入口及び出口を有する第二のコンプレッサ（３２）とを備える第二のターボ過給機（３０）であって、前記第二のコンプレッサの入口は、前記第一コンプレッサの出口と流体的に連結され、前記第二のコンプレッサの出口は、前記吸気マニホルドと流体的に連結された第二のターボ過給機（３０）とを備え、
前記高圧力コンプレッサをバイパスするため、バイパス管（３）には、前記バイパス管内に提供された制限手段（４）が設けられ、
前記高圧力タービンをバイパスするため、バイパス管（１）には、前記バイパス管内に提供された制限手段（２）が設けられる、内燃機関（１０）。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関において、前記低圧タービンをバイパスするバイパス管（８）と、流れ制御手段（９）とを更に備える、内燃機関。
【請求項３】
内燃機関（１０）において、
複数の燃焼シリンダと、
前記燃焼シリンダに連結された少なくとも１つの排気マニホルド（１２）と、
前記燃焼シリンダに連結された少なくとも１つの吸気マニホルド（１１）と、
入口及び出口を有する第一のタービン（２１）と、入口及び出口を有する第一のコンプレッサ（２２）とを備える第一のターボ過給機（２０）であって、前記第一のタービンの入口は、前記排気マニホルドと流体的に連結された制御可能な可変の吸気ノズルを有する第一のターボ過給機（２０）と、
入口及び出口を有する第二のタービン（３１）であって、前記第二のタービンの入口は前記第一のタービンの出口と流体的に連結された制御可能な可変の吸気ノズルを有する、第二のタービン（３１）と、入口及び出口を有する第二のコンプレッサ（３２）であって、前記第二のコンプレッサの入口は前記第一のコンプレッサの出口と流体的に連結され、前記第二のコンプレッサの出口は前記吸気マニホルドと流体的に連結された、第二のコンプレッサ（３２）とを備える第二のターボ過給機（３０）とを備える、内燃機関。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関において、全ての排気は、高圧タービン（２１）及び低圧タービン（３１）を通って流れ、エンジン（１０）に対する全ての空気は、低圧コンプレッサ（３２）及び高圧コンプレッサ（２２）を通って流れる、内燃機関。
【請求項５】
請求項３に記載の内燃機関において、バイパス管（１）は、高圧タービンに対して設けられるが、低圧タービンに対しては設けられない、内燃機関。
【請求項６】
請求項３に記載の内燃機関において、バイパス管（８）は、低圧タービンに対して設けられるが、高圧タービンに対しては設けられない、内燃機関。
【請求項７】
請求項３に記載の内燃機関において、バイパス管は、高圧タービン及び低圧タービンに対して設けられる、内燃機関。
【請求項８】
請求項３に記載の内燃機関において、排気マニホルドからの排気ガスを低圧コンプレッサを高圧コンプレッサに接続する管に対して供給するＥＧＲ管（７）を更に備える、内燃機関。
【請求項９】
内燃機関（１０）において、
複数の燃焼シリンダと、
前記燃焼シリンダに連結された少なくとも１つの排気マニホルド（１２）と、
前記燃焼シリンダに連結された少なくとも１つの吸気マニホルド（１１）と、
入口及び出口を有する第一のタービン（２１）と、入口及び出口を有する第一のコンプレッサ（２２）とを備え、前記第一のタービンの入口は前記排気マニホルドと流体的に連結された制御可能な可変の吸気ノズルを有する、第一のターボ過給機（２０）と、
入口及び出口を有する第二のタービンで（３１）あって、前記第二のタービンの入口は前記第一のタービンの出口と流体的に連結された制御可能な可変の吸気ノズルを有する、第二のタービン（３１）と、入口及び出口を有する第二のコンプレッサ（３２）であって、前記第二のコンプレッサの入口は前記第一のコンプレッサの出口と流体的に連結され、前記第二のコンプレッサの出口は前記吸気マニホルドと流体的に連結された、第二のコンプレッサ（３２）とを備える第二のターボ過給機（３０）と、
前記低圧ターボ過給機をバイパスするウエストゲート又はバイパスとを更に備える、内燃機関。
【請求項１０】
請求項９に記載の内燃機関において、前記高圧コンプレッサをバイパスするコンプレッサバイパス（３）を更に備える、内燃機関。
【請求項１１】
内燃機関（１０）において、
複数の燃焼シリンダと、
前記燃焼シリンダに連結された少なくとも１つの排気マニホルド（１２）と、
前記燃焼シリンダに連結された少なくとも１つの吸気マニホルド（１１）と、
２つの渦形室（２３ａ、２３ｂ）を有し、渦形室の各々は入口及び出口を有する、第一のタービンと、入口及び出口を有し、前記第一のタービンの渦形室の各々が前記排気マニホルドと流体的に連結された、第一のコンプレッサとを備える第一のターボ過加機と、
入口及び出口を有する第二のタービンであって、前記第二のタービンの入口は前記第一のタービンの出口と流体的に連結された制御可能な可変の吸気ノズルを有する、第二のタービンと、入口及び出口を有する第二のコンプレッサであって、前記第二のコンプレッサの入口は前記第一のコンプレッサの出口と流体的に連結され、前記第二のコンプレッサの出口は前記吸気マニホルドと流体的に連結された、第二のコンプレッサとを備える第二のターボ過給機と、を備える、内燃機関。
【請求項１２】
請求項１１に記載の内燃機関において、前記第一のタービンの渦形室の各々をバイパスするバイパス管が設けられる、内燃機関。
【請求項１３】
内燃機関（１０）において、
複数の燃焼シリンダと、
前記燃焼シリンダに連結された少なくとも１つの排気マニホルド（１２）と、
前記燃焼シリンダに連結された少なくとも１つの吸気マニホルド（１１）と、
入口及び出口を有する第一のタービン（２１）と、入口及び出口を有する第一のコンプレッサ（２２）とを備え、前記第一のタービンの入口は前記排気マニホルドと流体的に連結された制御可能な可変の吸気ノズルを有する、第一のターボ過給機（２０）と、
入口及び出口を有する第二のタービン（３１）であって、前記第二のタービンの入口は前記第一のタービンの出口と流体的に連結された制御可能な可変の吸気ノズルを有する、第二のタービン（３１）と、入口及び出口を有する第二のコンプレッサ（３２）であって、前記第二のコンプレッサの入口は前記第一のコンプレッサの出口と流体的に連結され、前記第二のコンプレッサの出口は前記吸気マニホルドと流体的に連結された、第二のコンプレッサ（３２）とを備える第二のターボ過給機（３０）と、
前記高圧タービンをバイパスするバイパス管とを更に備える、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、より高い圧力比、低エンジン速度時のより優れたトルク、高速度時の増大した動力／姿勢能力、閉止又はサージを生ずることのないより広い作動範囲、改良された自由度、及び改良された遷移能力を可能にし得るよう少なくとも１つの形態可変タービン（ＶＴＧ）ターボ過給機段を使用する高性能多段ターボ過給機に関する。本発明は、少なくとも１つの高圧タービン段と、１つの下流の低圧タービン段とを有し、高圧タービンは、単一流又は複流型であり、高圧タービン又は低圧タービン或いはコンプレッサは、バイパスさせることができ、高圧タービン又は低圧タービン或いは高圧コンプレッサ又は低圧コンプレッサは、形態可変であり、低圧タービンには、可調節型バイパス又はウエストゲートを設けることができる、ターボ過給機付き内燃機関に更に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用車のエンジンは、内燃機関の中で、「マラソンランナー」である。これらの車のエンジンは、公道又は自動車専用道路にて運転するとき、燃料経済性を最大にし得るよう、低エンジン速度のときでさえ、十分な動力を提供しなければならないと同時に、車が坂道を登るのを許容し得るよう、極めて大きいトルクを発生させる必要がある。特に、動力出力、燃料消費量及び排出物制御は、２００６年商用車に対するより厳しいユーロ（Ｅｕｒｏ）４排出物基準の発効に伴い、ターボ過給機の技術に極度の要求を課することになろう。
【０００３】
形態不変のターボ過給機は、特定のエンジン負荷及び速度にて効率良く作動する設計とすることができる。しかし、広範囲のエンジン速度及び負荷にて作動するとき、コンプレッサ及びタービンの構成要素は、それらの設計点を外れて作用することが余儀なくされ、その結果、効率を損失し、そのため、エンジン性能に悪影響を与えることになる。ターボ過給機がエンジンの定格速度にてエンジンに適合するようにされるならば、ターボ過給機は、エンジンが低エンジン作動速度に「トルクダウン」された場合、その最大効率から著しく逸脱した状態にて作動することになろう。これとは逆に、ターボ過給機がエンジンの低回転速度範囲に適合するならば、ターボ過給機は、エンジンが最大速度及び負荷にて作動するとき、「過速度」となる傾向となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低いエンジン回転速度範囲に適合させたターボ過給機の超過回転速度を防止するため、排気ガスをタービンの周りにてバイパスさせ、高いエンジン回転速度範囲に亙ってタービン速度を制限するため、ウエストゲート（ｗａｓｔｅ  ｇａｔｅ）が使用されることが多い。しかし、ウエストゲートは、ターボ過給機のタービンにより一層良く利用されるであろう排気ガスのエネルギが逃げるのを許容し、装置の効率が顕著に失われる結果となる。
【０００５】
この問題点を解決する１つの方法は、米国特許明細書３，５５７，５４９号（ウェブスター（Ｗｅｂｓｔｅｒ））に開示されたように、エンジンの排気系内に可変の装置を使用することである。この排気系は、フラッパ弁を採用し、このフラップ弁は、高エンジン速度及び負荷のとき中立位置に位置するが、低エンジン速度時、全てのエンジン排気ガスの流れを仕切られたタービンケーシングの１つの通路内に偏向させる第二の位置まで動くことができるように、仕切ったマニホルド系内に配置される。このことは、実質的に、単一のタービンケーシングの通路を通る排気ガスの流れを二重にし、且つターボ過給機の速度をさもなければ低エンジン速度にて達することのできるレベルよりも高レベルに維持することになる。この装置は、複雑な可変ノズル羽根装置よりも遥かに簡単であり、配置のため正確な制御装置は不要である。しかし、偏向したフラッパ弁により発生された、低エンジン速度時の給気の増大程度は、ターボ過給機のコンプレッサがそのサージ領域すなわち不安定な領域内にて作動するようにするのに十分、大きいであろう。この場合、コンプレッサは、そのサージ管を動かして空気流量を減少させ、エンジンの作動点がその安定的な作動範囲になるように再度適合させなければならない。一方、これによってコンプレッサの効率範囲及び閉止領域が移動し、流量を減少させ、エンジンが高速度及び高負荷にて作動しているとき、コンプレッサの効率を低下させる可能性がある。
【０００６】
より効率的な装置は、ターボ過給機のコンプレッサ、ターボ過給機のタービン、又はその双方に形態可変の構成要素を備えるものである。最も一般的なものは、可変ノズル羽根をタービン翼車の前方に及び（又は）可変ディフューザ羽根をコンプレッサのディフューザ構成要素内に配置するものである。タービン翼車の前方にある可変ノズル羽根は、互いに接続され、このため、各ノズル通路の咽領域は、低エンジン速度範囲に亙って減少させることができ、また、エンジン速度がその最大値に近づくのに伴い増大させ、ターボ過給機の速度が安全な作動範囲内に維持されるようにすることができる。羽根の配置位置は、エンジン速度及び負荷により正確に制御されなければならず、また、これらの羽根は、高温の排気ガス環境内にて隙間空間からの漏洩が最小の状態にて自由に可動でなければならない。
【０００７】
形態可変のコンプレッサを使用してコンプレッサの性能曲線を低又は高流量範囲に移行させることは、コンプレッサを低エンジン速度にてサージ範囲外に保ち、且つしかも、高エンジン速度にて高効率を維持するという課題に対する１つの解決策である。可変ディフューザ羽根は、採用可能である形態可変コンプレッサの１つの型式であるが、可変羽根は、性質上、ターボ過給機の構造内にて顕著な機械的複雑さを生じさせ、従って、可変羽根は、かなり精緻な制御装置によって正確に配置しなければならない。
【０００８】
今日、形態可変タービン（ＶＴＧ）を有する単一段排気ターボ過給機は、乗用車及びある程度、商用車のディーゼルエンジンにおける一般的な技術となっており、単一段ターボ過給機の限界にほぼ、達している。通常、定格動力が更に増大すると、始動トルクが減少するに到る。このため、新たなターボ過給機装置の開発者は、ジレンマに直面している。すなわち、エンジンの定格出力を更に増大させるためには、相対的に大型のターボ過給機を使用することを必要とする。しかし、低エンジン速度のときでも高い給気圧力が迅速に発生されることを保証するためには、タービン及びコンプレッサは、遥かに小型に形成しなければならない。
【０００９】
「多数ターボ過給機装置及びシステム（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  ｓｙｓｔｅｍ）」という名称の米国特許明細書３，９４１，１０４号（エグリ（Ｅｇｌｉ））には、異なる方策が示されている。エグリの特許は、過給式内燃機関の分野にて、直列に連結され２つのターボ過給機を有することが既知であることを教示している。制御装置が存在しない場合、排気ガスの通過流量はエンジン速度及び（又は）負荷の減少に伴い低下するから、高圧タービンは、エネルギの取り出しを支配し、このため、低圧タービンは極めて僅かな動力しか発生させない。エグリの特許は、低圧ターボ過給機に対し単一通路形式のガス分配装置を設け、前記通路内に、タービンロータへの排気ガスの流れを制御する単一の可動の羽根が配置されるようにすることにより、低圧タービン内での動力の発生が少ないという課題を解決するものである。この２段ターボ過給機装置は、簡単ではあるが、近代の推進装置にて要求される性能及び排出物特性の組み合わせを提供できない。
【００１０】
２段ターボ過給機の次の主要な改良は、小型の高圧ターボ過給機及び大型の低圧ターボ過給機という、寸法の異なる２つのターボ過給機が直列に配置された、調節式２段（Ｒ２Ｓ）ターボ過給機装置であると考えられる。調節式２段ターボ過給機装置は、ＨＰタービン、ＨＰコンプレッサ又はその双方の何れかをバイパスすることを許容するウエストゲート又はバイパス手段を備えることを特徴とする。初期の２段ターボ過給機装置において、低速度の排気は、最初に、高圧タービンを通って流れる。内燃機関の回転速度が増すに伴い、次に、質量流量は、次第に単一段の低圧タービンに遷移し、最終的に、高圧タービンを完全にパイパスして、専ら低圧コンプレッサ内にて単一段の圧縮に切り換わる。内燃機関の負荷及び速度が頻繁に変化する場合、ターボ過給機装置の単一段作動モードと２段作動モードとの間にて頻繁に切り換えなければならない。その結果、走行の快適性が失われる、すなわち不安定な加速及びブレーキ力応答性が生じる。
【００１１】
米国特許明細書６，３７８，３０８号及び米国特許明細書６，６９４，７３６号（プフレガー（Ｐｆｌｕｅｇｅｒ））によるこの問題点に対する解決策は、高圧タービンには、常に最小の排気質量流量が流動し、タービンは、常に少なくとも最小ＲＰＭを有するようにすることである。少なくともある程度まで、常に高圧（ＨＰ）タービンを通る流れが存在し、しかもこの流れは循環するから、加速の場合、最小のターボ過給圧力が存在し、特に、ＨＰローターの回転速度は有益な当初のレベルにあることが保証される。本発明の１つの形態に従い、エンジン負荷が小さいとき、膨張仕事は低圧（ＬＰ）タービンに移り、エンジンの負荷が大きいとき、膨張仕事は少なくとも当初、ＨＰタービンに移る。すなわち、エンジンが低エンジン速度／負荷にて作動する、すなわち、排気ガスの低い質量流量及び動力の急速な突発的増大が急激に必要とされるならば、ＨＰバイパスは閉じられ、排気ガスの流れの全体がタービンを通って膨張する。この結果、「ターボ遅れ」を生ぜずに、極めて迅速で且つ高い給気圧力が上昇することになる。次に、迅速な給気の必要性が解消した後、すなわち、例えば、車が所望の速度に達した後、ＨＰバイパス弁は再度開いて、より多くの膨張仕事をＬＰタービン（その大きい寸法のため、より大きい空気の質量流量を取り扱うことができる）に次第に戻す。
【００１２】
最初に乗用車に導入されたＲ２Ｓターボ過給機装置は、今日、商用車の市場をも獲得しており、また、ターバン及びコンプレッサ側を任意のエンジン作動点に無限定的に可変に適応させることを許容する。しかし、より厳しいユーロ４排出物基準は、経済性及び排出物の点にて更なる利点を要求する。
【００１３】
ボルグワーナインク（ＢｏｒｇＷａｒｎｅｒ  Ｉｎｃ．）の米国特許明細書６，３７８，３０８号及び米国特許明細書６，６９４，７３６号（プフレガー）には、図５にて、更なる技術革新、すなわち高圧タービンがＶＴＧタービンである可変の２段（Ｖ２Ｓ）装置が示されている。ＨＰタービン、ＨＰコンプレッサの何れか又はその双方をバイパスすることを許容するウエストゲート又はバイパス手段を備えることを特徴とする調節式の２段ターボ過給機装置と相違して、Ｖ２Ｓ装置は、ウエストゲート弁及びバイパス管が存在しないことを特徴とする。その代わり、エンジンからの排気ガスは、マニホルドを通って可変制御弁が設けられたタービンに送られる。ＶＴＧは、開いたとき、高流量であることを特徴とし、このため、吸い込み（ｓｗａｌｌｏｗｉｎｇ）能力を増すためバイパスを使用する必要はない。ＶＴＧは、閉じられたとき、低流量であることを特徴とし、これにより最良の遷移及び低速度の給気能力を提供することになろう。これにより、タービンバイパスからのスロットル損失は回避される。
【００１４】
Ｖ２Ｓは、Ｒ２Ｓにて特徴的に使用される多数の（高価な）アクチュエータと相違して、１つのアクチュエータ（ＶＴＧに対し）使用することのみを必要とする点にて更に有利である。Ｖ２Ｓは、ＶＴＧを介して可変のタービン動力を使用してエンジンの作動要求を満たすようコンプレッサの給気及び排気の背圧を調節することもできる。より大きい熱動的効率が得られるよう、インタークーラーを低圧コンプレッサと高圧コンプレッサとの間に設けるか、又はアフタークーラーを高圧コンプレッサとエンジン吸気口との間に設けることができる。
【００１５】
２段ターボ過給技術における更なる技術的進歩は、プフレガーの特許の図６に示され、そこにはＨＰ  ＶＴＧをバイパスするためバイパス管及び排気ガスの流れを制御する弁を更に設け、これによりＶ２Ｓ及びＲ２Ｓの有利な点を組み合わせることにより、Ｖ２Ｓ装置と相違する、形態可変の調節式２段（ＶＲ２Ｓ）が示されている。ゆっくりと走行するとき、すなわち低速の作動時、高圧タービンは、実質的にバイパスされることができる。しかし、高圧タービンは、絞られない、すなわち自由に回転でき、また、該タービンは、高圧コンプレッサと連結されたままであるため、高圧コンプレッサと同一の速度にて回転する。高圧コンプレッサは、既に、作動速度の中途に到っているため、直ちに給気する必要性があるとき、「ターボ遅れ」は殆ど生じない。
【００１６】
プフレガーの特許の図７には、ダブルフロー（２渦形室）ＨＰタービンと、ＨＰタービン、ＬＰタービン及びＨＰコンプレッサに対して提供されたバイパス管路という、２つの興味のある特徴が示されている。この実施の形態は、高速の速度範囲におけるエンジン効率、燃料消費量、及び排出物に関する顕著な利点を考慮するならば、それ自体、乗用車にて特に有用であることを示すものであると記載されている。明らかに、小型のＨＰタービンは、排気ガス制限器として作用し、排気マニホルドの圧力を上昇させ、且つ排気ガスの再循環（ＥＧＲ）を支えるのに十分な圧力差を生じさせる。このことは、排気ガスをＨＰコンプレッサの上流の吸入空気内に戻し、ＮＯｘの形成を抑制することを許容する。
【００１７】
上述の装置により表わされた進歩にも拘らず、より厳しい排出物基準により、技術者はターボ過給機装置にて一層大きい利点を探求することに駆りたてられている。
従って、将来の排出物の法律化に従った厳しいＮＯｘ及び微粒子基準に適合することのできるエンジン装置が必要とされている。高圧力又は中間圧力ＥＧＲを駆動するため排気ガスの背圧制御機能を有するターボ過給機装置が必要とされている。また、全体的な燃料経済性を改良することも必要である。微粒子の減少基準に適合すべく大きい空気流量比にて作動することが望まれる。
【００１８】
他方、ユーザは、動力又は性能を犠牲にすることは望まない。
このため、特に、中型のトラックにて、低エンジンＲＰＭの給気／トルクを向上させることのできる複雑でない装置が必要とされている。また、遷移応答性を向上させることも必要とされている。
【００１９】
３以上の大きい圧力比を提供することも有利であり、また、これを「標準型」の在庫品コンプレッサにて具体化することも望ましいであろう。
このように、本発明は、不安定な加速及びブレーキ力応答性を伴わずに、急速な負荷及び速度の変化に応答する経済的な内燃機関を提供することに更に関する。ターボ過給圧力は、加速の場合、すなわち、車を加速しようとするとき、急速に高まり、且つエンジンの要求に対し制限されずに、また、可変に順応し得るようにすることのできることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
広範囲な理論的説明に従い、また、その後に、色々なターボ過給機装置の実験室での原型製作及び路上試験を行ない、当該発明者達は、多数ターボ過給機装置に対し具体化することのできる何百もの可能な形態変更及び組み合わせの内、幾つかの特定の形態変更又は調節の結果、エンジンの応答性を改良すると同時に、燃料経済性が改良され、且つ排出物が減少するに到ることを知見した。
【００２１】
簡略化のため、以下の説明において、「調節式」という語又は「Ｒ」という文字は、ＨＰタービンにバイパスが設けられた実施の形態を意味し、「可変」という語又は「Ｖ」という文字は、全体として、ＨＰタービンがＶＴＧである実施の形態を意味し、「コンプレッサバイパス」又は「ＣＢ」は、ＨＰコンプレッサには、バイパスが設けられた実施の形態を意味し、「Ｌ」の文字は、低圧コンプレッサ又はタービンを意味する。
【００２２】
本発明の第一の実施の形態に従い、当該発明者達は、可変調節式２段ターボ過給機（ＶＲ２Ｓ）に対しＨＰコンプレッサバイパスを設けることにより（以下、ＶＲ２Ｓ−ＣＢ）、顕著な利点が得られることを知見した。
【００２３】
本発明の第二の実施の形態に従い、当該発明者達は、可変調節式段ターボ過給機ＶＲ２Ｓに対しＬＰ  ＶＴＧタービンを設けることにより（以下、「二重可変２段」又はＤＶ２Ｓ）、顕著な利点が得られることを知見した。
【００２４】
本発明の第三の実施の形態に従い、当該発明者達は、ＶＲ２Ｓ対しＨＰコンプレッサバイパス及びＬＰタービンバイパスを設けることにより（以下、ＶＲ２Ｓ−ＣＢ−ＬＴＢ）、顕著な利点を得ることができることを知見した。
【００２５】
本発明の第四の実施の形態に従い、当該発明者達は、Ｖ２Ｓに対しＬＰタービンバイパスを設けることにより（以下Ｖ２Ｓ−ＬＴＢ）、顕著な利点を得ることができることを知見した。
【００２６】
本発明の第五の実施の形態に従い、当該発明者達は、ＤＶ２Ｓに対しＨＰタービンバイパスを設けることにより（これにより、システムを「調節式」にする）、またＬＰタービンバイパスを設けることにより（以下、ＤＶＲ２Ｓ−ＬＴＢ）、顕著な利点を得ることができることを知見した。
【００２７】
本発明の第六の実施の形態に従い、当該発明者達は、ＤＶＲ２Ｓに対しＨＰコンプレッサバイパス及びＬＰタービンバイパスを設けることにより（以下、ＤＶＲ２Ｓ−ＣＢ−ＬＴＢ）、顕著な利点を得ることができることを知見した。
【００２８】
本発明の第七の実施の形態に従い、当該発明者達は、Ｒ２Ｓに対しＨＰタービンバイパスを設けることにより（これにより、システムを「調節式」にする）、また形態可変のＬＰタービンを設けることにより、ＥＧＲ管路が選択的に、ＬＰコンプレッサとＨＰコンプレッサとの間にて排気ガスを提供することにより、利点を得ることができることを知見した。
【００２９】
本発明の第八の実施の形態に従い、当該発明者達は、２段ターボ過給機に対し２渦形室ＨＰタービンを設け、渦形室各々には、バイパスが設けられ、また形態可変の低圧タービンを設けることにより、ＬＰタービンにはバイパスを選択的に設けることにより、ＨＰコンプレッサ及びＬＰコンプレッサにはバイパスを選択的に、独立的に設けることにより、顕著な利点を得ることができることを知見した。
【００３０】
本発明の好ましい実施の形態に関して、図面を参照して以下の部分にて説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
多段ターボ過給技術は、永年に亙って利用されてきた。該技術は、給気装置からより大きい圧力比及び広い流量範囲を得ることを可能にしている。多段の適用例において、第一の段すなわち高圧力段は、可能な限り小型に形成することが典型的に望ましい。このことは、改良された遷移能力を提供し、また、相対的に大きい第二の段すなわち低圧段と直列に組み合わされたとき、より広い流量範囲となる。広い流量範囲により、低エンジン速度におけるエンジントルクを増大させ、また、コンプレッサのサージ又は閉止を生ずることなく、高速度における定格動力／高度能力を増大させることが可能となる。高圧段の寸法が減少可能な程度は、その流量範囲を低圧段と重複させる必要性により制限される。更に、高圧段は、高エンジン速度及び負荷時に全ての流れを吸い込むその能力の点にて制限される可能性がある。低圧力段の寸法は、エンジンの定格動力及び高度要件により決まる。
【００３２】
高圧段の寸法を縮小させるために使用される通常の方法は、高圧段に対する平行なタービンバイパス及び（又は）平行なコンプレッサバイパスを提供することである。このことは、高圧段の閉止を防止し、且つ高圧段の寸法を縮小することを許容する。寸法の縮小程度は、依然として、２つの装置の間にて必要とされる流れの重複する程度によって制限される。しかし、２つの高圧段バイパスにより、流量の制限及び過速度を考慮することに起因する高圧力の寸法決めの制限が解消される。また、低圧段の寸法を更に縮小することが許容され、従って、２つの段にて必要とされる流れの重複程度を依然として提供する一方で、高圧段の寸法を更に縮小することを許容し得るよう、低圧段タービンバイパスを追加することもできる。
【００３３】
上述した高圧段バイパス及び低圧段バイパスの双方を使用することは、流れの損失及び複雑さの増大を伴う。タービンバイパスからの流れを損失する結果、流量を絞り、且つ利用可能なエネルギを失う結果となる。このことは、標準的なウエストゲート付きターボ過給機内にて生ずる損失と同一であり、且つエンジンの効率を直接、失うに到る。コンプレッサバイパスは、コンプレッサ段の効率を低下させる流れの損失を伴う。
【００３４】
調節式の２段装置にて見られるバイパスを使用することの１つの代替例として、本発明によればＶＴＧタービンが多段ターボ過給機装置内で使用される。ＶＴＧは、開いたとき、多流量であることを特徴とし、このため吸い込み能力を増大させるためバイパスを使用する必要がない。ＶＴＧが閉じられると、ＶＴＧは、少流量であることを特徴とし、これにより最良の遷移及び低速度の給気能力を提供することになろう。これにより、タービンバイパスからの絞り損失は回避される。
【００３５】
ＶＴＧの各々は、従来のＲ２Ｓ装置の場合において、タービン及び高圧コンプレッサの双方をバイパスするため３つのアクチュエータが必要とされるのと相違し、１つのアクチュエータのみを使用すればよい。更により広い作動範囲及び自由度が得られるよう、ＶＴＧ段を上述したバイパスと共に使用することもできる。
【００３６】
より向上した作動を提供するため、二重ＶＴＧ（ＤＶ２Ｓ、ＤＶＲ２Ｓ）を使用することが可能である。
ＨＰタービンがバイパスされる場合（バイパスは完全に開いている）でさえ、ＨＰタービンは、排気ガスの流れから閉止されず、少なくともある程度、ＨＰタービンを通る連続的な流れが残り、また、この流れは循環するから、ターボ遅れを伴わずに、迅速な加速が必要とされる場合、最小のターボ過給圧力が存在すること、特に、ＨＰロータの回転速度が好ましい初期レベルにあることが保証される。更に、中央処理装置により、また、各場合にて望まれる程度までパイプスイッチの助けを受けて本発明に従った配置により、高圧タービン、低圧タービン又は新空気側に対し個々の排気の質量流量を供給することができ、このため、最小の燃料消費量及び（又は）最小の汚染物質の排出となるようにエンジンの作動モードを最適にすることが可能であるようにすることができる。
【００３７】
このように、エンジンの相応する負荷及び増大する回転速度と共に、高圧タービンの迅速な応答が保証され、膨張仕事は、高圧タービンの方向に移る、すなわち、パイプスイッチによるバイパス通路の広範囲の閉塞により、排気流の最大部分が高圧タービンに供給される。低負荷及び少量の排気質量流量にて、低消費量、軽負荷、特に、排気の反作用圧力がこの作動範囲にて望まれるならば、バイパス通路を開くことにより、エンジンの回転速度と独立的に、排気戻り管を介して、及び多分、パイプスイッチの適宜な配置により、低圧タービン内にて排気の膨張仕事の大部分を生じさせることができる。
【００３８】
以下の説明において、本発明の一例としての実施の形態について図面を参照してより詳細に説明する。
図１には、上述したプフレガーの特許に開示され、また、本発明が改良する現在の技術を表わす可変２段（Ｖ２Ｓ）ターボ過給機が示されている。図１に示した４シリンダインラインディ−ゼル内燃機関１０は、ターボ過給機装置を介して２段のターボ過給機付きとされている。この目的のため、高圧段２０は、単流低圧段３０の前方に配置されている。高圧の形態可変タービン２１及び低圧タービン３１により駆動されるコンプレッサ２２、３２を介して、新空気は圧縮され、２つのターボ過給空気冷却器４０ａ、４０ｂ内にて冷却され、排気戻し流れ５０からの排気と特定の比率（＞＝０）にて混合され、且つエンジン１０の新空気側１１に供給される。低圧タービン３２のロータ直径は、高圧タービン２１のロータ直径よりも大きく、低圧タービンと高圧タービンとの間にてロータの直径の比ｄＬ、ＮＤ／ｄＬ、ＨＤは、１．２ないし１．８である。
【００３９】
図２には、上述したプフレガーの特許に開示され、また、本発明が改良する現在の技術を表わす可変調節式２段（ＶＲ２Ｓ）ターボ過給機が示されている。ＶＲ２Ｓは、ＨＰ  ＶＴＧをバイパスするバイパス管１及びパイプスイッチ２と、排気ガスの流れを制御し、これによりＶ２Ｓ及びＲ２Ｓの利点を組み合わせる弁とを更に設けることにより、Ｖ２Ｓ装置と相違する。ゆっくりと走る、すなわち遅い速度作動の間、高圧タービンは、実質的にバイパスすることができる。しかし、高圧タービンは、閉止することはない、すなわち、該高圧タービンは、自由に回転することが許容され、該高圧タービンは、高圧コンプレッサに連結されたままであるため、高圧コンプレッサと同一の速度にて回転する。高圧コンプレッサは、既に、作動速度の中途に到っているため、直ちに給気する必要があるとき、「ターボ遅れ」は殆ど生じない。
【００４０】
次に、図３に示した本発明の第一の実施の形態に従い、本発明について説明すると、当該発明者達は、図２に示した可変調節式２段ターボ過給機（ＶＲ２Ｓ）に対しバイパス管３と、パイプスイッチ４とを備えるＨＰコンプレッサバイパス（以下、ＶＲ２Ｓ−ＣＢ）を設けることにより、顕著な利点を得ることができることを知見した。この設計は、ＶＲ２Ｓよりも複雑であるが、ＨＰタービン及びＨＰコンプレッサの双方をバイパスし、装置が高排気ガス流量の低動力時（例えば、平坦な公道上にて高速度を保つようなとき）、大型のＬＰタービン及び大型のＣＰコンプレッサと共に、単に、効率的な単一段コンプレッサとして作用する効果があるようにすることを許容する。ＨＰコンプレッサは、バイパスされるため、ＬＰコンプレッサからエンジンへの空気の流れを妨害しない。これと同時に、ＨＰ段は「空転」することが許容されるから、これは、ＨＰ段がＲＰＭを急速に増し、これにより通過のため加速が必要とされるとき、又は登板のための動力が必要とされるとき、迅速な遷移応答を可能にする。
【００４１】
図４に示した本発明の第二の実施の形態に従って、当該発明者達は、可変調節式段ターボ過給機ＶＲ２Ｓに対しＬＰ  ＶＴＧタービン段を設けることにより（以下、「二重可変２段」又はＤＶ２Ｓ）、また、バイパス管は設けないことにより、顕著な利点を得ることができることを知見した。この装置は、バイパス管又はコントローラ／アクチュエータを必要としないが、最適なエネルギの取り出しを許容する。排気の全質量は、最初に、ＨＰタービン５を通って流れ、次に、ＬＰタービン６を通って流れる。上述した第一の実施の形態にて使用されるもののようなバイパスを有するＨＰタービンと比較したとき、当該ＨＰタービンは、相対的に大きく、また、ＨＰタービンの迅速な始動及び加速のため利用されるＶＴＧ羽根が存在し、低い質量流量から高い質量流量へ遷移するとき、迅速な応答性を提供する。低圧ターボ過給機６内の可変羽根は、排気ガスの低い質量流量のときでさえ、排気ガスからエネルギを更に取り出すことを許容する。更に、低圧ＶＴＧを制限器として使用することにより、ＬＰコンプレッサ３２とＨＰコンプレッサ２２との間の箇所にて管７を介しての排気ガスの循環（ＥＧＲ）を許容するのに十分に、排気ガスの圧力を上昇させることができる。この実施の形態における１つの考慮事項は、ＨＰコンプレッサ及びＬＰコンプレッサが可変でなく又はバイパスされないことであり、また、予想される最大の空気流を受け入れる寸法としなければならないことである。大型のコンプレッサと小型のタービンを対として組み合わせることは、潜在的に非効率となる。
【００４２】
本発明の第三の実施の形態に従って、当該発明者達は、ＶＲ２Ｓに対しＨＰコンプレッサのバイパス管３及びパイプスイッチ４を設け、且つＬＰタービンバイパス８を設けることにより（ＶＲ２Ｓ−ＣＢ−ＬＴＢ）、顕著な利点を得ることができることを知見した。このことは、所望のとき、装置が小型の単一段ターボ過給機であるかのように作動することを許容する。例えば、始動時に排気中に含まれた熱は、ＬＰタービンを加熱するために使用されず、その代わり、低温のディーゼルエンジンの始動中、触媒変換器まで移動することが許容され、ＶＯＣ、ＮＯＸ及び微粒子排出物を減少させることになる。更に、上述した第一の実施の形態と同様に、ＬＰタービンを駆動し、且つＨＰコンプレッサをバイパスすることにより、この装置は、ＨＰ段をバイパスし、且つ単一段のターボ過給機として作動する効果がある。
【００４３】
本発明の第四の実施の形態に従い、当該発明者達は、Ｖ２Ｓに対しＬＰタービンバイパスパイプ１５及びパイプスイッチ１６を設けることにより（以下、Ｖ２Ｓ−ＬＴＢ）、顕著な利点を得ることができることを知見した。
【００４４】
本発明の第五の実施の形態に従い、当該発明者達は、ＤＶ２Ｓに対しＨＰタービンバイパスパイプ１及びスイッチ２を設け（これによりシステムを「調節式」にする）、また、ＬＰタービンバイパス１３を設けることにより（以下、ＤＶＲ２Ｓ−ＬＴＢ）、顕著な利点を得ることができることを知見した。
【００４５】
本発明の第六の実施の形態に従い、当該発明者達は、ＤＶＲ２Ｓに対しＨＰコンプレッサバイパス管３及びスイッチ４を設け、また、選択的なＬＰタービンバイパス１４を設けることにより（以下、ＤＶＲ２Ｓ−ＣＢ−ＬＴＢ）、顕著な利点を得ることができることを知見した。ＶＴＧタービンは、背圧を提供することができ、ＨＰ段及びＬＰ段は、エンジンの作動に依存して所望であるように個別に、且つ選択的にバイパスし又は係合させることができる。
【００４６】
本発明の第七の実施の形態に従い、当該発明者達は、Ｒ２Ｓに対しＨＰタービンバイパス管１及びパイプスイッチ２を設けることにより（これにより装置を「調節式」とする）、及び形態不変のＨＰタービン２２及び形態可変のＬＰタービンを設け、ＥＧＲ管７が選択的に、ＬＰコンプレッサとＨＰコンプレッサとの間にて排気ガスを再循環させることにより、顕著な利点を得ることができることを知見した。ＨＰＶＴＧ及びＬＰ  ＶＴＧは、個別に駆動して最適なエンジン作動状態とし、且つＥＧＲに対する排気ガスの圧力を上昇させる背圧を提供することができる。
【００４７】
本発明の第八の実施の形態に従い、当該発明者達は、２段ターボ過給機に対し２渦形室の形態２３ａ、２３ｂを有するＨＰタービンを設け、渦形室の各々には、パイプスイッチ７０、７１を有するバイパス２４ａ、２４ｂが設けられ、また、形態可変の低圧タービンを設け、ＬＰタービンには、選択的にバイパスが設けられ、ＨＰコンプレッサ及びＬＰコンプレッサには、選択的に、バイパスが独立的に設けられることにより、顕著な利点を得ることができることを知見した。エンジンが分割された排気マニホルドを有し、１つのマニホルドは各渦形室まで伸びる場合には、２つの渦形室の各々にタービンバイパスを設けることができる。これと代替的に、単一の排気マニホルドがエンジンから双方の渦形室まで伸びる場合には、渦形室の１つには弁又は制限器を設け、排気が高エンジン速度及び高負荷にて双方の渦形室まで流れるが、低エンジン速度時、分割されたタービンケーシングの１つの通路内にのみ偏向されるようにしてもよい。このことは、実質的に、単一のタービンケーシングの通路を通る排気ガスの流れを二つにし、低エンジン速度にて達するであろうレベルよりも高レベルにターボ過給機の速度を維持する。この装置は、複雑な可変ノズル羽根システムよりも遥かに簡単であり、配置のため正確な制御装置を必要としない。しかし、低エンジン速度にて給気の増大は、ターボ過給機コンプレッサがそのサージ又は不安定な領域内にて作動するのに十分に大きいかも知れない。この場合、ＬＰ  ＶＴＧは、コンプレッサの効率点（ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｉｓｌａｎｄｓ）及び閉止領域を動かすよう作動し、流量を減少させ、また、エンジンが高速度及び高負荷にて作動するとき、コンプレッサの効率を低下させる可能性がある。
【００４８】
回転速度、質量流量、ターボ過給圧力及びターボ過給空気温度のようなエンジンの作動特性を記録するエンジン電子システムに連結された色々な形態可変タービン、コンプレッサ及び色々なパイプスイッチは、エンジンの任意の作動点にて消費量又は汚染物質を最小にする作動モードとなるように制御することができる。基本的に、最小の消費量と最小の汚染物質との間にて考量を図ることが必要となる。雰囲気、負荷及び回転速度に依存して、新空気側、高圧タービン及び低圧タービンに対し、排気の質量流量の目標を最適にした分割が行われる。
【００４９】
図１０において、ツインフローの高圧の形態不変タービン２１´における２つの流れ２３ａ、２３ｂは、各々入口側にて、別個のパイプ６０、６１を介してエンジンの排気側１２と接続されている。出口側にて、流れ管２３ａ、２３ｂは、出口側パイプ６３、６４を介して共通のパイプ６２に接続される一方、該共通のパイプは、シングルフローの低圧の形態可変タービン３１´の入口側に接続されている。
【００５０】
ターボ過給機装置をエンジン１０の作動状態に最適に適応させるため、バイパス通路２４ａ、２４ｂが高圧タービン２１´の流れ管２３ａ、２３ｂの各々に対し対称の配置状態にて設けられている。これらの各々は、排気エルボとして設計された別個のパイプ６０又は６１から分岐し、高圧タービン２１´をバイパスし、且つシングルフローの低圧タービン３１´に等しく供給するための共通のパイプ６２内に流れる。バイパス通路２４ａ、２４ｂの各々には、分岐部の下流に配置されたパイプスイッチ７０又は７１が設けられる。これらは、排気エルボ内にて又は高圧タービンのハウジング内にて一体化し、且つスライド、弁又は、フラップ或いは同様の要素として設計し、また、独立的に又は共にＣＰＵにより制御することができる。パイプスイッチ７０によって、排気の背圧１２を上昇させ、新空気側１１及びＥＧＲよりも高い圧力１２が排気戻しパイプ５０を介して実現し得るようにすることが可能である。上述したように、パイプスイッチ７０により、高圧タービン２１、低圧タービン３１及び排気戻しパイプ５０に対し排気の流れを分割することが可能である。
【００５１】
更に、排気戻しパイプ５０は接続され、それぞれコンプレッサ２２の後方にて新空気側１１に達する。しかし、戻った排気の量は、新空気側の任意のその他の箇所に供給することもできる。一方にて、パイプスイッチ７０によりバイパス通路２４ａを閉じ、他方にて、開いたバイパス通路２４ａにより、低圧タービン３０及び排気の戻しパイプ５０に対し要求された比にて部分的な流れが分配される（排気ガスの戻し率＞＝０）。更に、作動特性の変数ａ１−ｎの関数としてパイプスイッチ７０、７１、５０を制御するため、パイプスイッチ７０、７１、５０は電子エンジン制御装置８０に接続され、このことは、排気の質量流量を作動のため最適な分配状態とすることを保証する。異なるバイパス率２４ａ、２４ｂの可能な調節を介して、排気質量の全体を分配するための更なる自由度が得られる。
【００５２】
基本的に、任意のタービンは、シングルフロー、ダブルフロー又は形態可変タービンとして、特に、可調節型羽根を有する分配器を備えるような設計とすることができる。更に、すべてのコンプレッサを形態不変又は形態可変としてもよい
本発明の準備的な段階における不可動の実施の形態については、当該発明者の著作による、「調節式２段ターボ過給−−商用ディーゼルエンジン用のＫＫＫの新たな過給システム（Ｒｅｇｕｌａｔｅｄ  Ｔｗｏ−Ｓｔａｇｅ  Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｉｎｇ−−ＫＫＫ´ｓ  ｎｅｗ  ｃｈａｒｇｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  ｄｉｅｓｅｌ  ｅｎｇｉｎｅｓ）」という題の論文に記載されている。エンジンの加速動作を改良し得るよう低エンジン速度にて極めて高い給気圧力を有することが望ましい。低エンジン速度にて比例する以上の高空気質量流量、すなわち給気圧力が望まれるなら、タービン及びコンプレッサは相対的に小型であることを必要とする。また、高エンジン速度範囲にて上昇した給気圧力を有し、低い燃料消費量及び排出物質の点にてより優れたエンジン性能を得ることができるようにすることも望ましい。定格動力点に対して空気の質量流量を増大させるためには、基本的に、より多量の空気及び排気ガスの質量流量にて高効率を保証すべく大型のターボ過給機が必要となる。
【００５３】
理想的な解決策は、その双方を組み合わせたものであるであろうから、当該発明者達は、低エンジン速度の迅速な加速のため小型（ＨＰ）ターボ過給機として又は高エンジン速度にて小型及び大型（ＬＰ）ターボ過給機（主としてＬＰ）の組み合わせとして、作動することのできる調節式の２段ターボ過給装置を開発し、ＬＰターボ過給機は、ＨＰターボ過給機に向かう前に、燃焼空気供給圧力を上昇させ、高（通過、追い越し）速時、迅速に加速（応答）し得るようにする。
【００５４】
ターボ過給機は、バイパス制御装置と直列に配置される。エンジンシリンダーから送られる排気ガスの質量流量は、最初に、排気ガスマニホルド内に流れる。ここから、排気ガスの質量流量の全体は、高圧タービン（ＨＰ）を通じて膨張するか又は質量流量の一部分は、バイパスを通って導かれる。ＨＰタービンを通って流れるガスの比率に関係なく、次に、排気ガスの質量流量の全体（ＨＰタービン又はバイパスから送られる）は、下流に配置された低圧（ＬＰ）タービンを通って流れる。
【００５５】
このように、吸気の質量流量は、最初に、低圧段を通じて予圧縮され、また、理想的には、給気冷却されるようにする。更なる圧縮及び給気の冷却は、高圧段内にて行われる。予圧縮の結果、相対的に小型のＨＰコンプレッサは、より高圧レベルにて作動し、このため、必要とされる空気の質量流量の処理能力を得ることができる。低エンジン速度にて、すなわち低排気ガスの質量流量のとき、バイパスは閉じられたままであり、排気ガスの全体は、ＨＰタービンを通じて膨張する（ＬＰタービンに到達する前）。その結果、極めて迅速に且つ大きく給気圧力は上昇する。エンジン速度又は負荷が増したとき、バイパス弁は開き、膨張仕事をＬＰタービン（より高空気質量流量を取り扱うことができる）に次第に移す。
【００５６】
このため、調節式２段過給装置は、タービン及びコンプレッサ側がエンジンの作動の要件に対し無段階で、応答可能で、可変に適合することを許容する。性能を低下させることなく、定格エンジン速度を減少させることができる。
【００５７】
エンジン負荷は、必ずしもエンジン速度と相応するとは限らないことが理解される。例えば、登坂のとき、エンジン速度が一定のままである間又は減少する間さえ、エンジン負荷は増大する。かかる場合、本発明において、負荷が増大するに伴い、バイパス弁は閉じ始め、より多くの膨張仕事をＨＰタービンに移す。
【００５８】
坂を下るとき、エンジンにおける負荷は、比較的小さく（又はマイナスとなることもある）、また、エンジン速度は増す可能性がある。かかる場合、追加的なエンジンブレーキが必要とされるとき（商用ディーゼルエンジン、トラック）、バイパス弁は、閉じられたままであり、このため全ての排気ガスは、最初にＨＰタービンを通り、次に、ＬＰタービンを通って流れる。エンジンブレーキが不要であるならば、膨張仕事は、ＬＰタービンに移し、エンジンの摩擦及びエンジンの燃料消費量を減少させることができる。
【００５９】
平坦路にて低速度又は高速度の何れかの速度を維持するとき、エンジンに加わる負荷は小さくなる。かかる場合、バイパス弁を開き、ＨＰタービンは働かず空転するようにすることができる。
【００６０】
平坦路にて低速度及び高負荷にて追い越すため加速するとき（アクセルペダルを踏んだ状態）、排気の質量流量は増大する。膨張仕事は、最初に、主として、ＨＰターボ（迅速に加速する）にて行なわれ、これにより、ＨＰコンプレッサは新空気の給気圧力を迅速に上昇させる。次に、エンジン速度及び負荷が増すに伴い、バイパス弁は次第に開き、ＨＰタービンとＬＰタービンとの間にて膨張仕事が均衡する迄、より多くの膨張仕事を次第にＬＰタービン（より高質量流量を取り扱うことができる）に移す。ＨＰタービン及びＬＰタービンが共に作動する状態にて、圧縮はＬＰコンプレッサ内にて増大し、この予圧縮された空気は、ＨＰコンプレッサ内にて更に圧縮される。
【００６１】
本発明は、陸上のターボ過給機付きエンジンに限定されるものではない。過去１０年間、増大するコスト及び航空ガソリンの利用可能性の低下、また、より高信頼性で、且つ経済的な航空ピストンエンジンを提供することが望まれる結果、航空ディーゼルエンジンが見直されるに至っている（エルズ（Ｅｌｌｓ）による、「将来の飛行−異なる型式の馬力−−高−圧縮ディーゼル及び効率的なタービンは明日の航空機の動力となろう（Ｆｕｔｕｒｅ  Ｆｌｉｇｈｔ−−Ｈｏｒｓｅｐｏｗｅｒ  ｏｆ  ａ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  Ｃｏｌｏｒ−−Ｈｉｇｈ-Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｄｉｅｓｅｌｓ  ａｎｄ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｔｕｒｂｉｎｅｓ  Ｗｉｌｌ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｏｍｏｒｒｏｗ’ｓ  Ａｉｒｃｒａｆｔ)」−−ＡＯＰＡパイロット２０００年８月１６３−１７０ページ参照））。ターボ過給機付き航空ディーゼルエンジンは、テレダインコンチネンタルモーターズ（Ｔｅｌｅｄｙｎｅ  Ｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌ  Ｍｏｔｏｒｓ）、ライコミング（Ｌｙｃｏｍｉｎｇ）、モライネルノー（Ｍｏｒａｉｎｅ  Ｒｅｎａｕｌｔ）、デルタホーク（ＤｅｌｔａＨａｗｋ）及びゾッチェ（Ｚｏｃｈｅ）が開発中である。
【００６２】
上記の説明に関して、寸法、材料、形状、形態、機能及び作動方法、組み立て方法及び使用方法の変更を含んで、本発明の部品に対する最適な寸法的関係は、当該技術分野の当業者に容易に理解され、且つ明らかであると考えられ、図面に示し、且つ本明細書に記載したものに対する全ての等価的な関係は、本発明に包含することを意図するものであることを理解すべきである。
【００６３】
このため、上記の説明は、本発明の原理の単に一例を示すに過ぎない。更に、当該技術分野の当業者には、多数の形態変更及び変形例が容易に案出されるであろうから、本発明を図示し、且つ説明した正確な構造及び作用に限定することを望むものではなく、従って、全ての適宜な形態変更及び等価物は本発明の範囲に属するものとみなすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】先行技術の可変２段（Ｖ２Ｓ）の図である。
【図２】先行技術の可変調節式２段（ＶＲ２Ｓ）の図である。
【図３】ＨＰコンプレッサバイパスを有する（ＶＲ２Ｓ−ＣＢ）可変調節式２段ターボ過給機（ＶＲ２Ｓ）の図である。
【図４】ＬＰ  ＶＴＧタービンを有する（「二重可変２段」すなわちＤＶ２Ｓ）可変調節式段ターボ過給機ＶＲ２Ｓの図である。
【図５】ＨＰコンプレッサバイパス及びＬＰタービンバイパスを有する（ＶＲ２Ｓ−ＣＢ−ＬＴＢ）ＶＲ２Ｓの図である。
【図６】ＬＰタービンバイパスを有する（Ｖ２Ｓ−ＬＴＢ）Ｖ２Ｓの図である。
【図７】ＨＰタービンバイパスを有し（このため、システムは「調節式」となる）、及びＬＰタービンバイパスを有する（ＤＶＲ２Ｓ−ＬＴＢ）ＤＶ２Ｓの図である。
【図８】ＨＰコンプレッサ及びＬＰタービンバイパスを有する（ＤＶＲ２Ｓ−ＣＢ−ＬＴＢ）ＤＶＲ２Ｓの図である。
【図９】ＨＰタービンバイパスを有し（このため、システムは「調節式」となる）、形態可変ＬＰタービンを有し、ＥＧＲ管が選択的に、ＬＰコンプレッサとＨＰコンプレッサとの間に排気ガスを提供する、Ｒ２Ｓの図である。
【図１０】２渦形室ＨＰタービンを有する２段ターボ過給機の図であり、渦形室の各々には、バイパスが設けられ、また、形態可変の低圧タービンが設けられ、ＬＰタービンには、選択的に、バイパスが設けられ、ＨＰコンプレッサ及びＬＰコンプレッサには、選択的に、バイパスが独立的に設けられる。
【符号の説明】
【００６５】
１    バイパス管／ＨＰタービンバイパスパイプ
２    パイプスイッチ
３    バイパス管／ＨＰコンプレッサバイパス管
４    パイプスイッチ／制限手段
５    ＨＰタービン
６    ＬＰタービン／低圧ターボ過給機
７    ＥＧＲ管
８    ＬＰタービンバイパス／バイパス管
９    流れ制御手段
１０    ４シリンダインラインディ−ゼル内燃機関／エンジン
１１    エンジン１０の新空気側／吸気マニホルド
１２    エンジン排気側／排気の背圧／排気マニホルド
１３    ＬＰタービンバイパス
１４    ＬＰタービンバイパス
１５    ＬＰタービンバイパスパイプ
１６    パイプスイッチ
２０    高圧段／ターボ過給機
２１    高圧の形態可変タービン／第一のタービン
２１´    ツインフローの高圧の形態不変タービン
２２    第一のコンプレッサ／高圧コンプレッサ／ＨＰタービン
２３    コンプレッサ
２３ａ    ２渦形室の形態／流れ
２３ｂ    ２渦形室の形態／流れ
２４ａ    ２渦形室の形態／バイパス通路／バイパス率
２４ｂ    ２渦形室の形態／バイパス通路／バイパス率
３０    シングルフロー低圧段／ターボ過給機
３１    低圧タービン／第二のタービン
３１´    シングルフローの低圧形態可変タービン
３２    低圧コンプレッサ／第二のコンプレッサ
４０ａ    ターボ過給空気冷却器
４０ｂ    ターボ過給空気冷却器
５０    排気戻し流れ／排気戻しパイプ／パイプスイッチ
６０    パイプ
６１    パイプ
６２    パイプ
６３    出口側パイプ
６４    出口側パイプ
７０    パイプスイッチ
７１    パイプスイッチ
８０    電子エンジン制御装置
【図１】
2006097684.tif 000003
【図２】
2006097684.tif 000004
【図３】
2006097684.tif 000005
【図４】
2006097684.tif 000006
【図５】
2006097684.tif 000007
【図６】
2006097684.tif 000008
【図７】
2006097684.tif 000009
【図８】
2006097684.tif 000010
【図９】
2006097684.tif 000011
【図１０】
2006097684.tif 000012
【外国語明細書】
2006097684000001.pdf