(57)【要約】  本発明は、内燃機関と、タービンハウジングに回転可能に取付けられた第１のタービンシャフトを有する少なくとも１つの第１のターボ過給機と、排気ガス流に配置され動力タービンシャフトを介して内燃機関の出力シャフトに駆動連結され、または駆動連結され得る少なくとも１つの動力タービンを備えるターボコンパウンドシステムとを備えるドライブトレインに関し、タービンシャフトは、動力タービンハウジングに回転可能に取付けられ、タービンハウジングおよび動力タービンハウジングは、固定された非回転の共通のハウジング内またはそのハウジング上に支持され、またはこのタイプの共通のハウジングに一体化されている。本発明は、タービンシャフトおよび動力タービンシャフトが互いに平行に延在し、第１のターボ過給機がタービンコンパウンドシステムの径方向外側に配置され、特に第１のターボ過給機およびターボコンパウンドシステムがトランスミッションハウジングの共通の側に配置され、または異なる側、特に隣接する、または反対の側に配置されることを特徴とする。
2014520992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライブトレイン、特に車両ドライブトレインであって、
駆動力を前記ドライブトレインに供給するための出力シャフト（１．１）を有する、排気ガス流（２）を生成する内燃機関（１）を有し、
少なくとも１つの第１のターボ過給機（１３）を有し、該第１のターボ過給機は、前記排気ガス流（２）に配置された排気ガスタービン（３、３．１）を備え、該第１の排気ガスタービンは、第１タービンシャフト（１０）を介して少なくとも１つの第１の新気コンプレッサ（５、５．１）を駆動し、前記第１の新気コンプレッサは、前記内燃機関（１）に運ばれる新気の流れ内に配置され、前記タービンシャフト（１０）は、タービンハウジング（１３．１）に回転可能に取り付けられ、
少なくとも１つの動力タービン（９）を備える少なくとも１つのターボコンパウンドシステム（１４）を有し、該動力タービンは、前記排気ガス流（２）内に配置され、かつ動力タービンシャフト（９．１）を介して前記内燃機関（１）の前記出力シャフト（１．１）に駆動連結され、または駆動連結されることができ、トランスミッションハウジング（１５）を備える固定された非回転トランスミッションは、前記ターボコンパウンドシステム（１４）に関連づけられ、前記動力タービンシャフト（９．１）は、前記トランスミッションハウジング（１５）に回転可能に取り付けられ、
前記タービンハウジング（１３．１）は、前記トランスミッションハウジング（１５）内またはトランスミッションハウジング（１５）上に支持される、またはその中に一体化されている、
ドライブトレインにおいて、
前記第１のターボ過給機（１３）は、前記ターボコンパウンドシステム（１４）の部分的または完全に内側に配置され、または前記ターボコンパウンドシステム（１４）は、前記第１のターボ過給機（１３）の部分的または完全に内側に配置され、
前記タービンシャフト（１０）および前記動力タービンシャフト（９．１）が互いに平行に延在し、前記第１のターボ過給機（１３）が前記ターボコンパウンドシステム（１４）の径方向外側に配置されている
ことを特徴とするドライブトレイン。
【請求項２】
ドライブトレイン、特に車両ドライブトレインであって、
駆動力を前記ドライブトレインに供給するための出力シャフト（１．１）を備える、排気ガス流（２）を生成する内燃機関（１）を有し、
少なくとも１つの第１のターボ過給機（１３）を備え、該ターボ過給機は、排気ガス流（２）内に配置された第１の排気ガスタービン（３，３．１）を備え、該第１の排気ガスタービンは、第１のタービンシャフト（１０）を介して少なくとも１つの第１の新気コンプレッサ（５，５．１）を駆動し、該第１の新気コンプレッサは、前記内燃機関に運ばれる新気の流れ（４）内に配置され、前記タービンシャフト（１０）は、タービンハウジング（１３．１）に回転可能に取り付けられ、
少なくとも１つの第２の新気コンプレッサ（８）を有し、該第２の新気コンプレッサは、前記新気の流れ（４）内、特に前記第１の新気コンプレッサ（５）の上流に配置されるとともに、コンプレッサシャフト（８．１）を介して前記内燃機関（１）の前記出力シャフト（１．１）に駆動連結され、または駆動連結されることができ、トランスミッションハウジング（１５）を有する固定された非回転トランスミッションは、前記第２の新気コンプレッサ（８）に関連付けられ、かつ前記コンプレッサシャフト（８．１）は、前記トランスミッションハウジング（１５）内に回転可能に取り付けられる、
ドライブトレインにおいて、
前記タービンハウジング（１３．１）は、前記トランスミッションハウジング（１５）内または前記トランスミッションハウジング（１５）上に支持される、またはその中に一体化されている、ことを特徴とするドライブトレイン。
【請求項３】
ドライブトレイン、特に車両ドライブトレインであって、
駆動力を前記ドライブトレインに供給するための出力シャフト（１．１）を備える、排気ガス流（２）を生成する内燃機関（１）を有し、
少なくとも１つの第１のターボ過給機（１３）を備え、該ターボ過給機は、排気ガス流（２）内に配置された第１の排気ガスタービン（３）を備え、該第１の排気ガスタービンは、第１のタービンシャフト（１０）を介して少なくとも１つの第１の新気コンプレッサ（５，５．１）を駆動し、該第１の新気コンプレッサは、前記内燃機関に運ばれる新気の流れ（４）内に配置され、前記第１のタービンシャフト（１０）は、タービンハウジング（１３．１）に回転可能に取り付けられ、
少なくとも１つの第２の排気ガスタービン（３．１）を有し、該第２の排気ガスタービンは、前記排気ガス流（２）内、特に前記第１の排気ガスタービン（３）の下流に配置されるとともに、第２のタービンシャフト（１７）を介して前記第１のターボ過給機（１３）の前記第１のタービンシャフト（１０）に駆動連結され、または駆動連結されることができ、トランスミッションハウジング（１５）を備える固定された非回転トランスミッションは、前記第２の排気ガスタービン（３．１）に関連付けられ、かつ前記第２のタービンシャフト（１７）は、前記トランスミッション（１５）内に回転可能に取り付けられ、および／または
少なくとも１つの第２の新気コンプレッサ（８）を有し、該第２の新気コンプレッサは、前記新気の流れ（４）内、特に前記第１の新気コンプレッサ（５）の上流に配置されるとともに、コンプレッサシャフト（８．１）を介して前記第１のターボ過給機（１３）の前記第１のタービンシャフト（１０）に駆動連結され、または駆動連結されることができ、前記コンプレッサシャフト（８）は、前記トランスミッションハウジング（１５）に回転可能に取り付けられる、
ドライブトレインにおいて、
前記タービンハウジング（１３．１）は、前記トランスミッションハウジング（１５）内または前記トランスミッションハウジング（１５）上に支持される、またはその中に一体化されている
ことを特徴とするドライブトレイン。
【請求項４】
前記第１のターボ過給機（１３）の前記第１の排気ガスタービン（３）は、前記少なくとも１つの動力タービン（９）の上流の前記排気ガス流（２）内に配置され、
前記ターボコンパウンドシステム（１４）は、前記動力タービンシャフト（９．１）を介して少なくとも１つの第２の新気コンプレッサ（８）を駆動し、該第２の新気コンプレッサは、前記新気の流れ（４）内、特に前記第１の新気コンプレッサ（５、５．１）の上流に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のドライブトレイン。
【請求項５】
前記動力タービン（９）および前記出力シャフト（１．１）の間の前記駆動連結において、および／または前記動力タービンシャフト（９．１）を介して駆動され得る第２の新気コンプレッサ（８）がある場合には、流体力学的連結部（６）は、前記動力タービン（９）および前記第２の新気コンプレッサ（８）の間に配置され、または請求項２に記載のドライブトレインの実施においては前記第２の新気コンプレッサ（８）および前記出力シャフト（１．１）の間に配置され、連結部は、羽根付きの１次ホイール（６．１）および羽根付きの２次ホイール（６．２）を備え、それらは共に、作動媒体により満たされ得、または満たされる特に環状の作動チャンバ（６．３）を形成して、前記駆動力を前記１次ホイール（６．１）から前記２次ホイール（６．２）に流体力学的に伝達し、前記１次ホイール（６．１）は、前記動力タービン（９）に機械的に駆動連結され、前記２次ホイール（６．２）は、前記出力シャフト（１．１）に機械的に駆動連結されるか、または前記第２の新気コンプレッサ（８）がある場合には前記第２の新気コンプレッサ（８）に機械的に駆動連結され、または請求項２によるドライブトレインの実施においては前記１次ホイール（６．１）は前記出力シャフト（１．１）に機械的に駆動連結され、かつ前記２次ホイール（６．２）は前記コンプレッサシャフト（８．１）に機械的に駆動連結されることを特徴とする、請求項１または４に記載のドライブトレイン。
【請求項６】
前記第１のターボ過給機（１３）および前記ターボコンパウンドシステム（１４）は、前記トランスミッションハウジング（１５）の共通の側に、または異なる側に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のドライブトレイン。
【請求項７】
前記第１のターボ過給機（１３）および前記ターボコンパウンドシステム（１４）は、前記トランスミッションハウジング（１５）の隣接する側に、または対向する側に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のドライブトレイン。
【請求項８】
前記動力タービンシャフト（９．１）および前記出力シャフト（１．１）の間、および／または前記動力タービンシャフト（９．１）および前記第２の新気コンプレッサ（８）の間の前記駆動連結において、または請求項２に記載のドライブトレインの実施おける前記第２の新気コンプレッサ（８）および前記出力シャフト（１．１）の間の前記駆動連結において、歯車トランスミッションは、平歯車のトランスミッションとして配置されるとともに、前記動力タービン（９）から前記出力シャフト（１．１）を見た場合、または請求項２による実施においては前記出力シャフト（１．１）から前記第２の新気コンプレッサ（８）を見た場合の動力伝達の方向において前記流体力学的連結部（６）の前または後に配置され、前記歯車トランスミッションが前記トランスミッションハウジング（１５）の内側に配置されることを特徴とする、請求項１、または請求項４から７のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
【請求項９】
前記少なくとも１つの排気ガスタービン（３、３．１）および／または前記動力タービンが、ラジアルタービンまたは軸流タービン、ならびに／あるいは前記第１および／または第２の新気コンプレッサ（５、５．１、８）がラジアルコンプレッサまたは軸流コンプレッサであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
【請求項１０】
前記動力タービン（９）および前記排気ガスタービン（３、３．１）は、排気ガスを前記それぞれのタービン（３、３．１、９）に供給するための排気ガス入口と、前記それぞれのタービンから排気ガスを排出するための排気ガス出口とを有し、前記第１および第２の新気コンプレッサ（５、５．１、８）は、それぞれの前記新気コンプレッサ（５、５．１、８）に新鮮な空気を供給するための空気入口と、それぞれの前記新気コンプレッサから新鮮な空気を排出するための空気出口とを有し、前記排気ガスタービン（３、３．１）の前記排気ガス出口は、流れを案内する様式で排気ガスマニホルド（１６）を介して前記動力タービン（８）の前記排気ガス入口に連結され、前記第２の新気コンプレッサ（８）の前記空気出口は、流れを案内する様式で新気マニホルド（７）を介して前記新気コンプレッサ（５）の前記新鮮な空気入口に連結され、前記新気マニホルド（７）および前記排気ガスマニホルド（１６）は、９０度エルボであることを特徴とする、請求項１、または請求項４から９のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に過給内燃機関を備える自動車用のドライブトレインに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ過給式および機械過給式の内燃機関を備える車両ドライブトレインは、当業者によく知られており、ターボ過給機−ターボコンパウンドシステムとも呼ばれている。ターボ過給では、内燃機関に供給される新鮮な空気を圧縮する新気コンプレッサ（ｆｒｅｓｈ−ａｉｒ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）が、内燃機関の排気ガス流に配置された排気ガスタービンによって駆動される。一般に、排気ガスタービンとコンプレッサの間の駆動連結は純然として機械的なものである。
【０００３】
ターボコンパウンドシステムでは、上記の排気ガスタービンまたは追加的な排気ガスタービン（この場合、動力タービンと呼ばれる）の駆動出力は、動力タービンが少なくとも間接的に内燃機関のクランクシャフトを駆動するために、内燃機関の排気ガス流に充填されて、内燃機関の純然とした機械的な駆動力を提供する。ねじり振動を低減するために、通常、動力タービンとクランクシャフトの間の駆動連結には流体力学的連結部が存在する。
【０００４】
汎用のターボコンパウンドシステムは以下の特許文献１〜５に開示されている。
【０００５】
具体的には、以前の汎用のターボ過給機−ターボコンパウンドシステムでは、ターボ過給機は従来、内燃機関のハウジングに連結され、したがってターボコンパウンドシステムに別々に連結されている。ターボ過給機ならびにターボコンパウンドシステムは、排気ガス流および新気流れに連結される必要があり、通常はターボコンパウンドシステムに直接ではなく、ターボ過給機の構築空間の要件に従って配置され得るので、両方のターボ機械に対して排気ガス流および新気流れの複雑な供給および排出が必要である。しかし、これには、流れ損失（ｆｌｏｗ  ｌｏｓｓ）が必要であり、排気ガスエネルギー回収（ｅｘｈａｕｓｔ−ｇａｓ  ｅｎｅｒｇｙ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ）の全体的な効率に悪影響をもたらす。構築空間の使用が最適でないことに加えて、ターボ機械には、設置の位置が異なるだけでなく、別個に潤滑剤を供給することが必要である。両方の別々のターボ機械に伴う保守も増加する。これらの弱点は、たとえば、ドライブトレインが、ターボコンパウンドシステム、少なくとも１つの追加的な新気コンプレッサ、および／または排気ガスタービンの代わりに配置された場合にも生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許発明第３９０８２８６号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００９０３３５１９号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００９０３８７３６号明細書
【特許文献４】独国特許発明第９６２７６４号明細書
【特許文献５】特開平６−２４８９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記の弱点を回避するドライブトレインを提供することである。特に、利用可能な構築空間が、そのようなターボ過給機−ターボコンパウンドシステムに、ならびに排気ガス流または新気の流れの供給および排出に最適に利用されるべきであり、そのようにするために、そうしたターボ過給機−ターボコンパウンドシステムの比較的動きのある部品への潤滑剤の供給も同様に改善されなければならない。具体的には、そのようなターボ過給機−ターボコンパウンドシステムに伴う保守を減らさなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、独立請求項の特徴を有するドライブトレインによって達成される。有利であり、かつ特に適切な本発明の実施形態が従属請求項に開示されている。
【０００９】
駆動力をドライブトレインに供給するための出力シャフトを備える、排気ガス流を生成する内燃機関を有する第１の実施形態による本発明のドライブトレイン、特に、車両ドライブトレインは、内燃機関に運ばれる新気の流れ内に配置された少なくとも１つの第１の新気コンプレッサを第１のタービンシャフトを介して駆動する、排気ガス流に配置された第１の排気ガスタービンを備える少なくとも１つの第１のターボ過給機であって、タービンシャフトはタービンハウジングに回転可能に取り付けられている、第１のターボ過給機と、排気ガス流内に配置され、動力タービンシャフトを介して内燃機関の出力シャフトに駆動連結され、または駆動連結され得る少なくとも１つの動力タービンを備える少なくとも１つのターボコンパウンドシステムとを提示し、トランスミッションハウジングを備える固定された非回転トランスミッションは、ターボコンパウンドシステムに関連づけられ、動力タービンシャフトは、トランスミッションハウジングに回転可能に取り付けられている。そのようにするために、タービンハウジングは、トランスミッションハウジング内またはトランスミッションハウジングに支持され、またはその中に一体化される。
【００１０】
本発明によれば、ドライブトレインは、第１のターボ過給機がターボコンパウンドシステムの部分的または完全に軸方向内側に配置され、またはターボコンパウンドシステムが第１のターボ過給機の部分的または完全に内側に配置され、タービンシャフトおよび動力タービンシャフトが互いに平行に延在し、第１のターボ過給機がターボコンパウンドシステムの径方向外側に配置されることを特徴とする。
【００１１】
タービンシャフトのトルクを支持する軸受を提示するタービンハウジングは、ターボコンパウンドシステムのトランスミッションハウジングに関連づけられ、特に前記システムに部分的または完全に囲まれているので、最先端の当技術分野の場合でのように内燃機関にターボ過給機を追加的に装着することを不要にすることができる。
【００１２】
言い換えれば、これは、第１のターボ過給機の軸受、つまり第１のタービンシャフトを支持するために使用される軸受、ならびに前記ハウジングすなわちトランスミッションハウジンにかかるトルクを支持するためのターボコンパウンドシステムの軸受、つまりターボコンパウンドシステムの動力タービンシャフトおよび／またはコンプレッサシャフトを支持するための軸受は、前記ハウジングに取り付けられ、特に部分的または完全に囲まれていることを意味する。
【００１３】
これによって、組立コストの追加が抑えられるだけでなく、ターボコンパウンドシステムに対するターボ過給機の取り付け位置が場所的に近接することにより、構築空間の最適な使用も保証することができる。さらに、ターボ過給機の比較的動きのある部分、特にタービンシャフトを潤滑するために、たとえばターボコンパウンドシステムの動力タービンシャフトを潤滑するために使用されるのと同じ潤滑油の供給部が使用され得る。さらに、ターボ過給機−ターボコンパウンドシステムのターボ機械への排気ガス流および新気の流れの特に短い流れガイドによって流れ損失が低減され、それによってターボ過給機−ターボコンパウンドシステムの効率の程度が上昇する。複数の単段または多段のターボ過給機および／または動力タービンを提供することができ、それらはまさに上記に表記されたように設計され、新気の流れまたは排気ガス流内に配置され得ることは言うまでもない。
【００１４】
第１のターボ過給機およびターボコンパウンドシステムは、トランスミッションハウジングの共通の側に配置され、または異なる側、特に隣接する、または反対の側に配置されることが好ましい。
【００１５】
駆動力をドライブトレインに供給するための出力シャフトを備える、排気ガス流を生成する内燃機関を有する本発明のドライブトレイン、特に車両ドライブトレインの第２の実施形態によれば、少なくとも１つの第１のターボ過給機が設けられ、第１のターボ過給機は、内燃機関に運ばれる新気の流れ内に配置された少なくとも１つの第１の新気コンプレッサを第１のタービンシャフトを介して駆動する、排気ガス流内に配置された第１の排気ガスタービンを備え、タービンシャフトは、タービンハウジングに回転可能に取り付けられている。さらに、新気の流れ内、特に第１の新気コンプレッサの上流に配置され、コンプレッサシャフトを介して内燃機関の出力シャフトに駆動連結され、または駆動連結され得る少なくとも１つの第２の新気コンプレッサが設けられ、トランスミッションハウジングを備える固定された非回転トランスミッションは、第２の新気コンプレッサに関連づけられ、コンプレッサシャフトは、トランスミッションハウジングに回転可能に取り付けられている。本発明によれば、タービンハウジングは、トランスミッションハウジング内またはトランスミッションハウジング上に支持され、またはその中に一体化される。
【００１６】
その結果、タービンハウジングは、実施形態の第１の形と同様に、タービンハウジングの完全にまたは部分的に内側に配置され、またはタービンハウジングによって完全にまたは部分的に囲まれ得る。したがって、第１のターボ過給機の軸受、すなわち第１のタービンシャフトを支持するための軸受、ならびにトルクを支持するための第２の新気コンプレッサのコンプレッサシャフトを支持するための軸受は、同じハウジングすなわちトランスミッションハウジングに取り付けられ得、特に前記ハウジングによって部分的または完全に囲まれ得る。
【００１７】
駆動力をドライブトレインに供給するための出力シャフトを備える、排気ガス流を生成する内燃機関を有する本発明のドライブトレイン、特に車両ドライブトレインの第３の実施形態によれば、少なくとも１つの第１のターボ過給機が設けられ、第１のターボ過給機は、内燃機関に運ばれる新気の流れ内に配置された少なくとも１つの第１の新気コンプレッサを第１のタービンシャフトを介して駆動する、排気ガス流に配置された排気ガスタービンを備え、第１のタービンシャフトは、タービンハウジングに回転可能に取り付けられている。さらに、少なくとも１つの第２の排気ガスタービンが設けられ、第２の排気ガスタービンは、排気ガス流内、特に第１の排気ガスタービンの下流に配置され、第２のタービンシャフトを介して第１のターボ過給機の第１のタービンシャフトに駆動連結され、または駆動連結され得、トランスミッションハウジングを備える固定された非回転トランスミッションは、第２の排気ガスタービンに関連づけられ、第２のタービンシャフトは、トランスミッションハウジングに回転可能に取り付けられている。その代わりに、またはそれに加えて、少なくとも１つの第２の新気コンプレッサが設けられ、第２の新気コンプレッサは、新気の流れ内、特に第１の新気コンプレッサの上流に配置され、コンプレッサシャフトを介して第１のターボ過給機の第１のタービンシャフトに駆動連結され、または駆動連結され得、コンプレッサシャフトが、トランスミッションハウジングに回転可能に取り付けられている。本発明によれば、タービンハウジングは、トランスミッションハウジング内またはトランスミッションハウジングに支持され、またはその中に一体化される。
【００１８】
前述の実施形態の形と同様に、タービンハウジングはトランスミッションハウジングの完全または部分的に内側に配置され、あるいはトランスミッションハウジングによって完全または部分的に囲まれ得る。したがって、第１のターボ過給機の軸受、すなわち第１のタービンシャフトを支持するための軸受、および第２の新気コンプレッサのコンプレッサシャフトを支持するための軸受、および／またはトルクを支持するための第２の排気ガスタービンの第２のタービンシャフトは、同じハウジングすなわちトランスミッションハウジングに取り付けられ得、特に部分的または完全に前記ハウジングによって囲まれ得る。
【００１９】
本発明の全ての３つの実施形態の形によれば、上記の軸受、特にトランスミッションハウジングの内側に排他的に配置された軸受は、トルクを支持する目的でタービンハウジング上に直接的にまたは間接的に支持され得る。
【００２０】
有利には、第１のターボ過給機の第１の排気ガスタービンは、前記少なくとも１つの動力タービンの上流の排気ガス流内に配置される。そのようにするために、第２の新気コンプレッサは、ターボコンパウンドシステムと関連づけられ得る。ターボコンパウンドシステムは、前記コンプレッサを動力タービンシャフトを介して駆動し、第２の新気コンプレッサは、新気の流れの中で第１の新気コンプレッサの好ましくは上流に配置される。そのようにする際に、新気の圧縮の効率の程度は、２段圧縮を介して改善され得、第２の新気コンプレッサは、動力タービンを介して、または内燃機関の出力シャフトによっても機械的に駆動され得る。この２段過給は、連続する流れ機械を反対に構成すること、すなわち排気ガスタービンの上流に動力タービンを配置し、かつ／または第２の新気コンプレッサの上流に第１の新気コンプレッサを配置することによっても達成され得る。
【００２１】
好ましくは、動力タービンと出力シャフトの間の駆動連結において、および／または動力タービンと第２の新気コンプレッサの間の、動力タービンシャフトを介して駆動され、または本発明の第２の実施形態によるドライブトレインの実施によって駆動され得る第２の新気コンプレッサがある場合には、第２の新気コンプレッサと出力シャフトの間に構成された流体力学的連結部が配置され得、その流体力学的連結部は、作動媒体によって満たされ得る、または満たされる特に環状の作動チャンバ（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｃｈａｍｂｅｒ）を共に形成する羽根付きの１次ホイールおよび羽根付きの２次ホイールを備え、駆動力を第１のホイールから第２のホイールに流体力学的に伝達する。そのようにするために、１次ホイールは、動力タービンに機械的に駆動連結され、２次ホイールは、出力シャフトに機械的に駆動連結され、または第２の新気コンプレッサがある場合には第２の新気コンプレッサに機械的に駆動連結される。次いで、流体力学的連結部は、トランスミッションハウジングの内側に配置される。流体力学的連結部の作動媒体が、ターボ過給機−ターボコンパウンドシステムの軸受を潤滑するための潤滑剤でもある場合、流体力学的連結部の作動媒体供給を加える必要がない。その結果、作動媒体を供給するための、またはトランスミッションハウジングに対して、または環境に対して作動媒体を封止するケーブルなどの追加的な構造的要素が不要になる。したがって、そのような流体力学的連結部は、動力タービンと新気コンプレッサの間に、それに加えてまたはその代わりに出力シャフト（クランクシャフト）と動力タービンの間に機械的な駆動連結で配置され得る。
【００２２】
特に有利には動力タービンシャフトと出力シャフトの間、および／または動力タービンシャフトと第２の新気コンプレッサの間の駆動連結において、または本発明の第２の実施形態の形によるドライブトレインの実施によって、平歯車のトランスミッションなどの歯車トランスミッションが第２の新気コンプレッサと出力シャフトの間に配置され、動力タービンから出力シャフトへの動力伝達の方向に流体力学的連結部の前または後に配置され、または出力シャフトから第２の新気コンプレッサに認識される本発明の第２の実施形態によるドライブトレインの実施によって、歯車トランスミッションがトランスミッションハウジングの内側に配置される。そのような場合には、潤滑剤の供給は前記要素を潤滑するために機能するだけでなく、さらにオイルなどの潤滑剤を歯車トランスミッションに運ぶためにも機能し、それによってそのようなターボ過給機−ターボコンパウンドシステムの構造的要素の数を減らすことができる。そのような連結部および／またはそのような歯車トランスミッションは、第３の実施形態の形によるドライブトレインで提供され得ることは言うまでもない。そこで、流体力学的連結部が第１のターボ過給機の第１のタービンシャフトと第２の排気ガスタービンの第２のタービンシャフト、および／または第１のタービンシャフトと第２の新気コンプレッサのコンプレッサシャフトの間の駆動連結で配置され得る。
【００２３】
好ましくは、動力タービンおよび第１の排気ガスタービンは、排気ガスを供給するための排気ガス入口、および排気ガスをそれぞれのタービン（動力タービンまたは排気ガスタービン）から排出するための排気ガス出口を提示する。第１の新気コンプレッサおよび第２の新気コンプレッサは、それぞれの新気コンプレッサに新鮮な空気を供給するための空気入口、ならびに新鮮な空気を前記コンプレッサから排出するための空気出口を含む。そのようにするために、排気ガスタービンの排気ガス出口は、流れを案内する様式で排気ガスマニホルドを介して動力タービンの排気ガス入口に連結され、第２の新気コンプレッサの空気出口は、流れを案内する様式で新気マニホルドを介して新気コンプレッサに連結され、新気マニホルドおよび排気ガスマニホルドは、９０度エルボである。特に、そのように設計された排気ガスマニホルドおよび新気マニホルドの排他的な使用は、ターボ過給機−ターボコンパウンドシステムの全体的な効率を増加させる現況技術に対してはるかにより多くのコストがかかる空気および排気ガスの案内システムとは対照的に、流れ損失を低減させることができる。
【００２４】
次に、本発明を例示の実施形態および添付の図を使用して、例によって下記に述べる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のドライブトレインの様々な構成要素の概略的な例示の配置を示す図である。
【図２ａ】図１に示される対象のさらなる展開としてのドライブトレインの様々な構成要素の概略的な例示の配置を示す図である。
【図２ｂ】図１に示される対象のさらなる展開としてのドライブトレインの様々な構成要素の概略的な例示の配置を示す図である。
【図３】本発明のドライブトレインの様々な構成要素のさらなる例示の配置を示す図である。
【図４ａ】本発明の第１、第２、および第３の実施形態の形によるドライブトレインの様々な構成要素のさらなる例示の配置を示す図である。
【図４ｂ】本発明の第１、第２、および第３の実施形態の形によるドライブトレインの様々な構成要素のさらなる例示の配置を示す図である。
【図４ｃ】本発明の第１、第２、および第３の実施形態の形によるドライブトレインの様々な構成要素のさらなる例示の配置を示す図である。
【図４ｄ】本発明の第１、第２、および第３の実施形態の形によるドライブトレインの様々な構成要素のさらなる例示の配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図４ａは、たとえば内燃機関１のクランクシャフトであることができる出力シャフト１．１を有する、ディーゼルエンジンなどの内燃機関１を備える第１の実施形態による本発明のドライブトレインを示す。内燃機関１は、それ自体が知られている冷却回路１２によって冷却される（図１を参照されたい）。内燃機関１は、排気ガス流２を生成し、その排気ガス流２の中に、この例では２つのタービン、すなわちターボ過給機１３の第１の排気ガスタービン３、およびここでは動力タービン９として示される第２のタービンが互いに一列に配置され、排気ガス流２からの排気ガスを受け、それによって第１および第２のタービンが排気ガスのエネルギーを駆動力に変換する。
【００２７】
そのようにするために、動力タービン９は、この例では、排気ガスの流れ方向で排気ガス流２における第１の排気ガスタービン３の後ろに配置されている。この例では、第１の新気コンプレッサ５がここでは第１のタービンシャフト１０である共通のシャフトを介して第１の排気ガスタービン３に連結され、またはその代わりにここではターボ機械として設計される第１の新気コンプレッサ５のインペラおよび第１の排気ガスタービン３のインペラそれぞれが、第１のタービンシャフト１０によって支持されている。第１の新気コンプレッサ５は、さらに高圧段を含み、一方で反対に第１の排気ガスタービン３は低圧段を含む。当然ながら、排気ガスタービン３は多段設計、または排気ガス流２において排気ガスタービン３から上流または下流に配置された複数の追加的な排気ガスタービンを有することができる。新気コンプレッサ５についても同じことが言える。
【００２８】
動力タービン９を介して排気ガス流２から得られる駆動エネルギーは、なおも図１を使用して下記により詳細に説明されるように出力シャフトに機械的に伝達される。ここでもやはり、一致する構成要素は一致する参照符号によって示される。
【００２９】
図１は、この例では、新鮮な空気４の流れ方向で、第１の新気コンプレッサ５の前に配置された第２の新気コンプレッサ８を表し、前記第２のコンプレッサは、低圧段を有し、動力タービン９によって駆動される。図示される駆動連結は、ここでもやはり純然として機械的なものであり、すなわちターボ過給式駆動連結ではない。この例では、駆動力は、動力タービン９の動力タービンシャフト９．１から、やはり平ホイール段として設計された第２の歯車段を介してではなく、歯車、特に平ホイール段を介して流体力学的連結部６の１次ホイール６．１に、さらに第２の新気コンプレッサ８のコンプレッサシャフト８．１に伝達され、次いで新気コンプレッサ８は第２の新気コンプレッサ８の対応するインペラホイールを回転可能に支持する。したがって、動力タービン９は、駆動力を動力タービン９から特に内燃機関１の出力シャフト１．１に伝達するターボコンパウンドシステム１４の一部分である。また、いくつかの動力タービン９が、特に互いに一列に連結されて設けられ得る。追加的なターボ過給機についても同じことが言える。
【００３０】
この例では、コンプレッサシャフト８．１ならびに動力タービンシャフト９．１は別個の構成要素として設計されている。言うまでもなく前記部品は単一の部品として設計され得る。図に示されるように、描かれる全てのシャフトは、互いに平行に延在する。しかし、これは厳密に言えば必要なことではなく、個々のシャフト、またはさらにはすべてのシャフトが、互いにある角度、たとえば０°と１５°の間の両端を含む範囲の角度で、またはさらには直角に延在することができる。変形形態も想定され得る。
【００３１】
したがって、動力タービン９は、明らかに駆動連結が、１次ホイール６．１および２次ホイール６．２から構成される作動チャンバ６．３を介して案内される様式で、流体力学的連結部６を介して内燃機関１の出力シャフト１．１にも駆動連結され、作動チャンバ６．３では作動媒体の流れ回路が形成され得る。したがって、動力が流体力学的に１次ホイール６．１から２次ホイール６．２に伝達され、ドライブトレインに生じるねじり振動を抑制する。
【００３２】
特に、流体力学的連結部６の作動チャンバ６．３の充填レベルを変更することによって、流体力学的連結部６による動力伝達が、たとえば制御または調整され得、より正確になるように、第１の動作モードでは動力は流体力学的連結部６を介して第１の新気コンプレッサ８に出力シャフト１．１から伝達され、ならびに第２の動作モードでは動力は流体力学的連結部６を介して動力タービン９から出力シャフト１．１に伝達される。制御デバイス１１が作動チャンバ６．３での充填レベルを特別に調整するために設けられ、そのデバイスは、したがって、たとえば、作動チャンバへの作動チャンバの供給ラインの図示されていないバルブおよび／または作動チャンバ６．３からの作動チャンバの排出ラインのバルブ（同じく図示されていない）を開放し、かつ／または閉鎖し、前記バルブを特に点線で示されている所定の中間の位置（調整位置）に移動する程度まで、制御または調整の目的で流体力学的連結部６に係合する。
【００３３】
したがって第１の排気ガスタービン３、ならびに動力タービン９、およびタービンシャフト１０、コンプレッサシャフト８．１、動力タービンシャフト９．１およびタービンハウジング１３．１などの前記構成要素と駆動連結する構成要素は、下記に示されるようにトランスミッションハウジング１５によって囲まれ、その結果、再編成されてターボ過給機−ターボコンパウンドシステムの共通のトランスミッションを形成することができる。
【００３４】
この場合には、第１の新気コンプレッサ５と第１の排気ガスタービン３の間に配置されたタービンシャフト１０の部分は、タービンハウジング１３．１に、指定されないがなお示される軸受によって取り付けられている。したがってタービンハウジング１３．１は、この例では円周方向全体に沿って排他的に前記部分のタービンシャフト１０を囲む。タービンハウジング１３．１は、本発明によれば、内燃機関１（またはそのハウジング）に直接的に取り付けられていないがターボコンパウンドシステム１４に関連づけられたトランスミッションハウジング１５の内側に配置される。トランスミッションハウジング１５は、上記のシャフト８．１、９．１、流体力学的連結部６、平ホイール段、ならびに前記要素と駆動連結した構成要素も含む。タービンハウジング１３．１とトランスミッションハウジング１５を共通に配置することによって、それらに一緒に関連づけられ潤滑剤の供給（図示せず）を同時に行うことができる。さらに、トランスミッションハウジング１５への潤滑剤の供給を介して運ばれる潤滑剤が流体力学的連結部６の作動媒体の供給として選択された場合、別々の作動媒体の供給を不要にすることができる。したがって、トランスミッションは、この場合入力シャフトとしての動力タービンシャフト９．１を含み、動力タービンシャフトは、動力タービンのインペラホイールを支持するか、またはそのような連結要素に連結されるとともに、１次ホイールと、図示されているが明示されていないシャフトによって形成される第１の出力シャフトとに駆動連結され、第１の出力シャフトは、２次ホイールに駆動連結され、それによって出力シャフト１．１に、最終的には第２の出力シャフトとしての第２のコンプレッサシャフトに少なくとも間接的に連結され、コンプレッサシャフトは、入力シャフトに駆動されて第２の新気コンプレッサ８を駆動するよう機能する。
【００３５】
図２ａ及び２ｂは、立面図で図１に示されるドライブトレインの様々な構成要素の配置の２つの例を含む。ここでもやはり、一致する構成要素は一致する参照符号によって示される。明確にするために、構造的な要素は、全てが図１に示されているわけではない。
【００３６】
図２ａは、動力タービン９を備えるターボコンパウンドシステム１４と第２の新気コンプレッサ８、および第１の排気ガスタービン３を備えるターボ過給機１３とその第１の新気コンプレッサ５を示す。この例では、タービンハウジング１３．１ならびに流体力学的連結部６が、図１に示されるようにトランスミッションハウジング１５の内側に配置される。ここでは、タービンシャフト１０はやはり、動力タービンシャフト９．１およびコンプレッサシャフト８．１と平行に延在する。これは、異なっていてもよい。特に、すでに上記に述べたように、シャフトは互いにある角度で延在することもできる。したがって、ターボ過給機１３はターボコンパウンドシステム１４の軸方向内側に完全に配置される。これは、第１の排気ガスタービン３ならびに第１の新気コンプレッサ５が動力タービン９から、また第２の新気コンプレッサ８から軸方向で限定され、それらを越えて突出しないことを意味する。そのようにするために、前記要素８、９の両方の間に位置するトランスミッションハウジングの部分１５は、軸方向において第２の新気コンプレッサ８と動力タービン９の間のハウジングからの対応する距離よりも大きさが小さい突出部を含む。この配置により、ラジアルコンプレッサとして設計された新気コンプレッサ５、５．１、８、および／または排気ガス流２における、またはより詳細には新気の流れ４における流れガイドを簡略化するためのラジアルタービンとして設計されたタービン３、３．１、９を使用している場合にのみ、マニホルドとして４分の１回転エルボ（９０度エルボ）を使用することが可能になる。したがって、そのように設計された排気ガスマニホルド１６が第１の排気ガスタービン３と動力タービン９の間に設けられる。排気ガスマニホルド１６は、ターボ過給機１３の軸方向に取り付けられた第１の排気ガスタービン３の排気ガス出口と、（動力タービン９の回転軸に対して）径方向に取り付けられた排気ガス入口とを連結し、第１の排気ガスタービン３を出て動力タービン９に向かう排気ガスを案内する。
【００３７】
新気マニホルド７として設計されたそのようなマニホルドは、新気の流れ４において同様に第１の新気コンプレッサ５と第２の新気コンプレッサ８の間に配置される。新気マニホルド７は、２段圧縮の間で、この場合径方向に向いた第２の新気コンプレッサ８の出口を、軸方向に向いた第１の新気コンプレッサ５の入口に連結する。
【００３８】
図２ａから推定され得るように、第２の排気ガスタービン３．１ならびに第３の新気コンプレッサ５．１を備える追加的なターボ過給機が提供され、第２の排気ガスタービン３．１は、第１のターボ過給機１３の第１の排気ガスタービン３の上流に接続されるように排気ガス流２内に配置される。それに応じて、新気の流れ４に配置された第３の新気コンプレッサ５．１が、新鮮な空気の流れ方向で第１の新気コンプレッサ５の下流に接続される。追加的なターボ過給機は、それ自体は第１のターボ過給機１３の軸方向内側に配置され、第２の排気ガスタービン３．１と第３の新気コンプレッサ５．１の間のトランスミッションハウジング１５の部分の突出部は、それに応じて第１のターボ過給機１３の場合よりも小さい。追加的なターボ過給機の残りの構成要素に関しては、上記に示される図１および図２ａを参照されたい。
【００３９】
図２ｂは、図２ａに示されるドライブトレインのさらなる展開としてのさらなる例示の配置を示す。図２ｂの対象は、追加的なターボ過給機がターボ過給機１３の軸方向の輪郭を定めるが、ターボコンパウンドシステム１４の軸方向内側に配置される点で図２ａに対して違いがある。
【００４０】
図４ｂは、本発明のドライブトレインの第２の実施形態の形を示す。図１、図２ａ、および図２ｂに示されるドライブトレインと比較して、動力タービンを不要にすることができる。その結果、排気ガスターボ過給機１３は、内燃機関によって機械的に駆動される追加的な（排気ガスターボ過給機１３から機械的に分離された）第２の新気コンプレッサ８によって規定される。ここで、新気コンプレッサは図示されていない出力シャフト、流体力学的連結部６、ならびにコンプレッサシャフト８．１を介して機械的に駆動されるので、１次ホイール（図示せず）は、この例では（図４ａとは反対に）出力シャフトと機械的に駆動連結され、それに対して第２のホイール（同様に図示せず）は、コンプレッサシャフト８．１と駆動連結される。図示されるドライブトレインの様々な構成要素の配置および構築に関しては、特に図１、２ａ、２ｂ、および４ａを参照されたい。
【００４１】
図４ｃおよび４ｄは、第３の実施形態によるドライブユニットの配置の２つの別の例を示す。ここでもやはり、一致する構成要素は一致する参照符号によって示される。図４ｃは、図４ａの対象の変形形態を示し、図４ａに示される動力タービン９の代わりに、従来の排気ガスタービン３．１が設けられる。排気ガスタービン３．１は、第２のタービンシャフト１７、歯車トランスミッション、および流体力学的連結部６を介して第１のタービンシャフト１０と駆動連結される。その結果、第２の排気ガスタービンは、第１の（共通の）新気コンプレッサ５を駆動するように機能する。
【００４２】
図４ｄは、本発明のドライブトレインの第３の実施形態の形のさらなる配置の例を示す。このドライブトレインの第３の実施形態は、図４ｂの対象のさらなる展開に相当する。そのようにするために、第２の新気コンプレッサ８は、内燃機関の出力シャフト（図示せず）を介しては駆動されないが、第１のタービンシャフト１０によって駆動される。そのようにするために、流体力学的連結部６は、第１のタービンシャフト１０とコンプレッサ８．１の間で図４ｃの表示と同様に配置される。流体力学的連結部６は、図面、特に図４ｂにすでに示されたように設計され得る。
【００４３】
その結果、すべてのターボ機械は、特に有利には第１、第２、および第３の実施形態の形にしたがってトランスミッションハウジング１５に取り付けられ得、構築空間の最適な使用、動きのある部品の簡略化された潤滑、ならびに排気流れおよび新気の流れの案内の最適化を可能にする。
【００４４】
図３は、図２ａおよび図２ｂのタービンシャフト１０を例として、回転軸方向の側面図における本発明のドライブトレインの構成要素の配置の異なる例を図解表示で示す。残りの図に示された構成要素も図３に従って配置し得ることは言うまでもない。
【００４５】
したがって、最も左側の説明図は、ターボ過給機１３とターボコンパウンドシステム１４が互いに対向してトランスミッションハウジング１５の側面に配置されたことを示す。ターボ過給機ならびにターボコンパウンドシステム１４は、図３の左から２番目の説明図に見ることができるように、トランスミッションハウジング１５の同じ側に、特にそれらの回転軸に対して同一平面上に配置され得ることは言うまでもない。図３の右から２番目の説明図に示されるように、ターボ過給機１３は、ターボコンパウンドシステムに対して円周方向にオフセットされ得、それによってターボ過給機１３およびターボコンパウンドシステム１４は、互いに対向してトランスミッションハウジング１５の側面に配置されることは言うまでもない。
【００４６】
例として、図３の最も右側の説明図のさらなるターボ機械に関して例として示されるような、別の可能性、別のターボ過給機、または複数のターボ過給機さらには少なくとも１つの追加的なターボコンパウンドシステムが、トランスミッションハウジング１５のさらに反対の側面に配置され得る。
【符号の説明】
【００４７】
１  内燃機関
１．１  出力シャフト
２  排気ガス流れ
３、３．１  第２の排気ガスタービン
４  新気の流れ
５、５．１  新気コンプレッサ
６  流体力学的連結部
６．１  第１のホイール
６．２  第２のホイール
６．３  作動チャンバ
７  新気マニホルド
８  新気コンプレッサ
８．１  コンプレッサシャフト
９  動力タービン
９．１  動力タービンシャフト
１０  第１のタービンシャフト
１１  制御デバイス
１２  冷却回路
１３  ターボ過給機
１３．１  タービンハウジング
１４  ターボコンパウンドシステム
１５  トランスミッションハウジング
１６  排気ガスマニホルド
１７  第２のタービンシャフト
【図１】
2014520992.tif 000003
【図２ａ】
2014520992.tif 000004
【図２ｂ】
2014520992.tif 000005
【図３】
2014520992.tif 000006
【図４ａ】
2014520992.tif 000007
【図４ｂ】
2014520992.tif 000008
【図４ｃ】
2014520992.tif 000009
【図４ｄ】
2014520992.tif 000010
【国際調査報告】
2014520992.tif 000011
2014520992.tif 000012
2014520992.tif 000013
2014520992.tif 000014
2014520992.tif 000015
2014520992.tif 000016
2014520992.tif 000017
2014520992.tif 000018