(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の過給装置であって、
回転駆動入力を有するスーパーチャージャと、
内燃機関から駆動を受け取るための回転駆動入力、及び前記スーパーチャージャの回転駆動入力に接続された回転駆動出力を有するトランスミッションであって、前記トランスミッションが前記トランスミッションの前記回転駆動入力と前記回転駆動出力との間で動作可能に接続された無段変速機手段を含むトランスミッションと、
を備え、
前記スーパーチャージャは、空気流路の中で直列で接続された第１の圧縮機及び第２の圧縮機を備え、
前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機が所与の速度で運転される運転条件下において、前記第２の圧縮機の圧力比が前記第１の圧縮機の圧力比未満であり、
前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機は、夫々相対的に直径の小さな入口側から相対的に直径の出口側に向かって外側に向かってテーパ状とされたインペラを備え、
前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機は共通のケーシングを有し、
前記第１の圧縮機と前記第２の圧縮機とが前記共通のケーシングにおいて高速軸受け無しに前記無段変速機手段によって支持されるようなコンパクトな構造を達成するように、前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機のインペラは前記出口側が背合わせの構成で互いに隣接して配置され、且つ
前記ケーシングは、前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機への適切な入口流体流路及び出口流体流路を提供するように構成されている
過給装置。
【請求項２】
前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機は遠心圧縮機である、請求項１に記載の過給装置。
【請求項３】
前記第２の圧縮機が前記第１の圧縮機よりも物理的に小さい、請求項２に記載の過給装置。
【請求項４】
前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機の内の少なくとも１つが動圧縮機である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の過給装置。
【請求項５】
前記第１の圧縮機と前記第２の圧縮機の両方とも動圧縮機である、請求項４に記載の過給装置。
【請求項６】
前記第１の圧縮機と前記第２の圧縮機の両方とも遠心圧縮機である、請求項５に記載の過給装置。
【請求項７】
前記第２の圧縮機が前記第１の圧縮機よりも物理的に小さい、請求項４から６のいずれか１項に記載の過給装置。
【請求項８】
前記第２の圧縮機の外径が前記第１の圧縮機の外径よりも小さい、請求項４から７のいずれか１項に記載の過給装置。
【請求項９】
前記第２の圧縮機によって生成される圧力比が所与のスーパーチャージャ入力速度での前記第１の圧縮機の圧力比よりも小さい、請求項４から８のいずれか１項に記載の過給装置。
【請求項１０】
サージ状態を回避する運転モードを可能にするために直列で接続された第１の圧縮機及び第２の圧縮機を備える請求項１から９のいずれか１項に記載の過給装置。
【請求項１１】
前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機が、可変速度駆動装置から駆動される共通のドライブシャフトに取り付けられ、前記第１の圧縮機及び第２の圧縮機が連続して圧力を高めるために動作する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の過給装置。
【請求項１２】
前記共通のドライブシャフトが、前記ドライブシャフトの全長に沿って配置された第１の軸受け及び第２の軸受けによって支えられる、請求項１１に記載の過給装置。
【請求項１３】
前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機がそれぞれ互いと異なる入力／出力圧力比を提供するように構成される、請求項１から１２のいずれか１項に記載の過給装置。
【請求項１４】
前記第１の圧縮機と前記第２の圧縮機の間に配置された、空気を冷却するための手段を含む、請求項１から１３のいずれか１項に記載の過給装置。
【請求項１５】
前記第２の圧縮機の出口に結合された、空気を冷却するための手段を含む、請求項１から１４のいずれか１項に記載の過給装置。
【請求項１６】
空気対空気の冷却手段、空気対オイルもしくは空気対水のラジエータ、水冷式圧縮機筐体の対流を促進するために、空気を冷却するための前記手段が圧縮機筐体上に１つ又は複数の機械式のフィンを含む、請求項１４又は１５に記載の過給装置。
【請求項１７】
小型の自動車向けであり、前記スーパーチャージャの入力/出力圧力比が２未満である、請求項１から１６のいずれか１項に記載の過給装置。
【請求項１８】
ディーゼルエンジン付きの大型車両向けであり、さらにターボチャージャを含み、前記スーパーチャージャ入力／出力圧力比が２と４の間である、請求項１から１６のいずれか１項に記載の過給装置。
【請求項１９】
駆動が、トラクション液によって前記無段変速機手段を通して伝達される、請求項１から１８のいずれか１項に記載の過給装置。
【請求項２０】
前記無段変速機手段がトロイダルバリエータを含む、請求項１から１９のいずれか１項に記載の過給装置。
【請求項２１】
前記無段変速機手段がバリエータと直列で結合された増速ギヤセットを含む、請求項２０に記載の過給装置。
【請求項２２】
前記増速ギヤセットが前記バリエータと前記スーパーチャージャとの間で接続される、請求項２１に記載の過給装置。
【請求項２３】
前記増速ギヤセットがトラクションドライブエピサイクリックである、請求項２１又は請求項２２に記載の過給装置。
【請求項２４】
前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機が、共通のシャフトによって前記無段変速機手段から駆動される、請求項１から２３のいずれか１項に記載の過給装置。
【請求項２５】
前記第１の圧縮機及び前記第２の圧縮機が、前記無段変速機手段から異なる速度で駆動される、請求項１から２４のいずれか１項に記載の過給装置。
【請求項２６】
前記第１の圧縮機及び第２の圧縮機は、夫々エピサイクリック、トラクションエピサイクリック、ギヤセット、ベルト／プーリー、及びチェーン／スプロケットから選択された無段変速機手段から駆動される請求項２５に記載の過給装置。
【請求項２７】
前記トランスミッションが、
入力面及び出力面であって、前記入力面及び前記出力面がバリエータ軸の回りの回転のために同軸上に取り付けられ、ドーナツ形の空洞が作業面の間に画定される、入力面及び出力面と、
前記入力面及び前記出力面との間に配置され、それぞれの接触領域の前記入力面及び前記出力面とトラクション液によって駆動係合する１つ又は複数の転動体であって、前記１つ又は複数の転動体の夫々が回転軸の回りの回転のためにキャリッジアセンブリに取り付けられ、前記１つ又は複数の転動体の夫々が傾斜軸の回りで自由に枢動し、前記傾斜軸が前記回転軸に垂直な前記１つ又は複数の転動体の夫々を通過し、ローラー中心で前記回転軸に交差し、それにより傾斜角の変化が、軌道輪の回転速度の比率であるバリエータ比の変化とともに発生する、１つ又は複数の転動体と、
を備えるバリエータを含み、
少なくとも１つのキャリッジアセンブリが枢動運動を生じさせることがあり、ピッチ軸の回りの前記枢動運動が前記１つ又は複数の転動体の夫々のピッチ角の変化を生じさせ、前記ピッチ軸が前記ローラー中心及び前記接触領域を通過し、
前記バリエータがキャリッジアセンブリに前記枢動運動を行わせ、それにより前記ピッチ角を変更し、したがって前記１つ又は複数の転動体をその傾斜軸の回りで枢動させ、それによりバリエータ比の変化を与えるように促すよう作動する制御部材をさらに備える、
請求項１から２６のいずれか１項に記載の過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用の過給装置に関する。特に、本発明は、無段変速機（ＣＶＴ）を含む駆動システムを通じて内燃機関からスーパーチャージャに駆動が伝達されるスーパーチャージャのための圧縮機装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は特に乗用車及び軽自動車に対する応用性を有するが、大型車両にも適用される可能性がある。これは本発明の唯一の応用性ではないが、本願は、本発明がどのようにして実現される可能性があるのかの説明の基礎として使用される。この関連で、本発明の実施形態は、通常、エンジンが車両のトランスミッションに送達させられるトルク量を運転者が制御できるようにするフットペダルを使用し、運転者によって制御されるエンジンに関して使用される。ガソリンエンジンの場合、このペダルはエンジンの中への空気の流量を調節するスロットルの位置を直接的に又は間接的に制御する。一方、ディーゼルエンジンの場合、ペダルはエンジンの中に噴射される燃料の量を直接的に又は間接的に制御する。したがって、本明細書では、一般に使用される用語「アクセルペダル」は、エンジンの動作に対するその実際の物理的な影響に関わりなく、概して係るペダルを指すために使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
強制インダクションは、内燃機関の効率の向上に対して重要な貢献を行うとして見られている。特に、（排気駆動型のターボチャージャとは対照的に）エンジンから機械的に駆動されるスーパーチャージャは、いつでもエンジンに進入する空気の量に対してかなりの程度の制御を提供できる。一般に、スーパーチャージャ遠心圧縮機が駆動されなければならない回転速度は大きな因数、エンジンのクランクシャフトの回転速度よりも大きい。例えば、乗用車向けの典型的なガソリンエンジンは７５０ｒｐｍと６０００ｒｐｍとの間の速度で動作する。一方、遠心スーパーチャージャ圧縮機は４００００ｒｐｍと２５００００ｒｐｍとの間で動作することを要求される可能性がある。これまで、これはクランクシャフトとスーパーチャージャ遠心圧縮機との間の固定比の増速機歯車機構を提供することによって達成されていた。
【０００４】
容積式スーパーチャージャの場合、圧縮機速度は、通常、同等なエンジン速度に対して３０００ｒｐｍから２４０００ｒｐｍの範囲内にある。
【０００５】
クランクシャフト速度の固定倍数でスーパーチャージャを駆動させることが最適ではないことは明らかである。運転者が低エンジン速度で高いトルクを必要とするとき、次いで空気流量の増加は有益である。逆に、運転者が過給せずに入手できるトルクの量をエンジンから必要とするとき、スーパーチャージャに送達されるエネルギーは浪費される。クランクシャフトとスーパーチャージャとの間に変動比率の駆動を提供することは、浪費されるエネルギーの量を削減しながら、低エンジン速度でエンジントルクを増すために使用できるだろうこと、及び連続可変比の駆動が固定比の駆動に優る明確な優位点を有することは明らかである。
【０００６】
スーパーチャージャは一般に、最も典型的には遠心圧縮機の形をとる動圧縮機を利用する。遠心圧縮機の特徴は、自動車用途でより高い動作速度でエンジンを満たすのに十分な空気流量も達成しつつ、低エンジン速度で高い圧力比を送達することが不可能である点である。また、単一圧縮機から成る固定比スーパーチャージャによるかなりのエンジン速度範囲で、例えば、噴射ガソリンエンジン圧縮点火（ＧＤＣＩ）等、高度な燃焼サイクルを満たすのに十分な圧力比を達成することも困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様から、本発明は、回転駆動入力を有するスーパーチャージャ、内燃機関から駆動を受け取るために回転駆動入力及びスーパーチャージャの入力に接続された回転駆動出力を有するトランスミッションを含んだ内燃機関用の過給装置を提供し、トランスミッションは、トランスミッションの入力と出力との間で動作可能なように接続された無段変速機を含み、スーパーチャージャは直列で接続された第１の圧縮機及び第２の圧縮機を含む。
【０００８】
この文脈では、「直列で」は空気経路の中での直列を意味し、それにより一方の圧縮機からの空気出力が他方の圧縮機の空気入力で受け取られる。
【０００９】
最も典型的には、圧縮機は動圧縮機で、より具体的には遠心圧縮機である。しかしながら、１つ又は両方の圧縮機は、軸流圧縮機の構成等の代替の構成を有してよい。
【００１０】
本発明の実施形態は、サージ状態を回避する運転モードを可能にするために直列で接続された第１の動圧縮機及び第２の動圧縮機を提供し、該サージ状態は、例えば遠心圧縮機等、圧縮の単一段を使用することによって作り出されるだろう。
【００１１】
可変速度駆動装置の使用は、以下の利点、つまり
・低エンジン速度での高圧力比
・スーパーチャージャ装置の中でより低い総増速比を可能にする、より低い圧縮機速度でのより高い圧力比
・完全エンジン速度範囲全体での高圧力比
・各個別圧縮機をより効率的な運転状態に移動するための改善された総圧縮効率
・スーパーチャージャ装置でより低い損失につながる削減された圧縮機速度
を提供することを目標とするために本発明に従って、直列で接続された２台の（又は２台以上の）動圧縮機と有利に結合され得る。
【００１２】
このようにして達成された過給動作範囲は、例えば現在入手可能な遠心圧縮機等、圧縮の単一段から成るいかなる動圧縮機よりも優れていることがある。小型化された自動車エンジンでの可変速度駆動スーパーチャージャの使用、及び直列で接続された２台の動圧縮機の使用は、以下に明らかになるだろう、ダイナミックスーパーチャージャで生じるいくつかの非常に特定の問題に対処する。
【００１３】
第１の圧縮機及び第２の圧縮機は同一であってよい、又はより好ましくは、それぞれがその目的に適するように個別に最適化されてよい。圧縮機は別々のユニットとして、又はよりコンパクトな構成のために直列で結合されてよく、圧縮機は例えば背合わせ構成で結合されて共通の筐体内にあってよい。圧縮機は、共通のドライブシャフトから無段変速機から駆動されることもあれば、異なる速度で動作するために駆動装置に結合され、したがって異なる圧縮を生じさせるために異なる動作特徴を有してよい。最適圧縮を生じさせるために、第１の圧縮機は第２の圧縮機に対して別に構成されてよい。第２の圧縮機は第１の圧縮機よりも「より小さい」ことがある。これによって、第２の圧縮機が第１の圧縮機よりも物理的により小さいことがある、第２の圧縮機が第１の圧縮機の外径に満たない外径を有することがある、又は第２の圧縮機が第１の圧縮機と比較して、所定の速度でより低い圧力比を生じさせることがあることが理解される。
【００１４】
空気流路に冷却装置が設けられることがある。冷却装置は、燃焼プロセスの間、空気温度を低く保つように第２の圧縮機の後ろにあってよい。代わりに又はさらに、冷却装置は第１の圧縮機と第２の圧縮機との間に設けて、第２の段で確実により最適に圧縮してよい。冷却装置は圧縮機筐体上の機械的なフィン、空気対空気、空気対オイル、もしくは空気対水の熱交換器（ラジエータ）、又は水冷式圧縮機筐体による対流を含んでよい。
【００１５】
軽自動車の内燃機関の場合、スーパーチャージャ入力／出力圧力比は適切には２未満である。ただし、この値は、小型化されたエンジンの場合、例えば２から６を超える等、より高いことがある。直列圧縮機の提供は、それぞれ個別の圧縮機がはるかに低い圧力比で動作する機会を与え、したがって以下に明らかになるようにサージの影響を回避する上での優位点を生じさせる。通常、ディーゼル大型車両は従来３に接近する圧力比で動作する。ただし、将来の要件はこの必要とされる総合圧力比を３と７の間のかなり高い値に増加することがある。これらの条件下では、直列で２台の圧縮機を含んだ可変速度駆動スーパーチャージャは、有利なことに従来のターボチャージャシステムと結合され得る。
【００１６】
典型的な実施形態では、無段変速機手段はトロイダルバリエータを含む。実施形態は、ハーフトロイダルバリエータ又はフルトロイダルバリエータを含んだトロイダルバリエータの多様な構成を利用してよい。追加の実施形態は、ベルトとプーリーのシステム、玉軸受け、又は環球バリエータを含んだ他のタイプのバリエータを使用してよい。
【００１７】
好ましい実施形態では、バリエータは、
バリエータ軸の回りの回転のために同軸上に取り付けられ、ドーナツ形の空洞が作業面の間に画定される、入力面及び出力面と、
入力面と出力との間に配置され、それぞれの接触領域で入力面及び出力面とトラクション液によって駆動係合している少なくとも１つの転動体であって、各転動体が回転軸の回りでの回転のためにキャリッジアセンブリに取り付けられ、各転動体が傾斜軸の回りで自由に枢動し、傾斜軸が回転軸に垂直に転動体を通過し、ローラー中心で回転軸に交差し、それによって傾斜角の変化が軌道輪の回転速度の比率であるバリエータ比の変化とともに発生する、少なくとも１つの転動体と、
を有し、
該キャリッジアセンブリ又は各キャリッジアセンブリが枢動運動を生じさせ、ピッチ軸の回りの該枢動運動が転動体のピッチ角の変化を生じさせ、ピッチ軸がローラー中心及び接触領域を通過し、
バリエータは、少なくとも１つのキャリッジアセンブリに枢動運動を行わせ、それによってピッチ角を変更し、したがって複数の転動体をその傾斜軸の回りで枢動させ、それによってバリエータ比の変化を与えるように促すよう作動する制御部材をさらに含む。
【００１８】
好ましくは、各キャリッジアセンブリはそれぞれの転動体の中心を通過するピッチ軸の回りの枢動運動のために取り付けられ、軸から半径方向に遠い作動点で作動されることにより、キャリッジが該ピッチ軸の回りで枢動する。適切には、各キャリッジは、キャリッジピッチ入力により転動体を、新しいバリエータ比に見合った新しい均衡傾斜角に軌道輪によって導くように軌道輪の平面に対して傾けられるキャスター軸の回りで前進するように抑制される。好ましくは、各作動点は、バリエータ軸に平行な方向でドーナツ形の空洞の中心平面から偏位される。各転動体のためのキャスター軸は、好ましくは転動体の中心及びその作動点を通って伸長する。
【００１９】
追加の好ましい実施形態では、各キャリッジアセンブリは、ｉ）作動点の回りで制御部材と結合する、及びｉｉ）転動体からの軸受けトルクのために、転動体の回転の中心に又は中心と作動点の間の点で作用する反応点の回りで結合することによって枢動運動に抑制される。
【００２０】
各転動体及びそのそれぞれのキャリッジアセンブリはともに適切に４つの接触の点を有し、接触の点は入力面、出力面、作動点、及び反応点にあり、これにより転動体はドーナツ形の空洞のその位置で抑制される。
【００２１】
好ましいバリエータの制御部材は、好ましくは並進運動により作動するように適応される。
【００２２】
好ましくは、キャリッジは、バリエータ軸を含む平面の片側で作動される。
【００２３】
好ましいバリエータでは、制御部材はバリエータ軸に実質的に一致し、入力面及び出力面の大きい方の周囲に接する軸を有する円筒面から半径方向に外向きの場所でキャリッジアセンブリを作動する。適切には、それぞれのキャリッジアセンブリは同時に作動される。各それぞれのキャリッジアセンブリは専用のアクチュエータを有してよい。
【００２４】
好ましい実施形態では、バリエータは、キャリッジアセンブリが取り付けられる単一制御部材を有する。
【００２５】
追加の好ましい実施形態では、バリエータはさらに、
第２の入力面及び第２の入力面に向いて、第２のドーナツ形空洞を画定する第２の出力面と、
第２の入力面と第２の出力面との間に配置され、面と駆動係合している第２の複数の転動体であって、各転動体はそれぞれのキャリッジアセンブリに回転自在に取り付けられ、転動体の中心を通過する軸の回りで傾くことができ、それにより傾斜角の変化がバリエータ比の変化を生じさせる、第２の複数の転動体と、
キャリッジアセンブリは枢動運動を生じさせることがあり、ピッチ軸の回りの該枢動運動が転動体のピッチ角の変化を生じさせ、ピッチ軸が転動体中心及び接触領域を通過し、
第２の空洞の該キャリッジアセンブリ又は各キャリッジアセンブリに枢動運動を行わせ、それによりピッチ角を変更し、したがって複数の転動体をその傾斜軸の回りで枢動させ、それによりバリエータ比の変化を与えるように促すよう作動する制御部材又は第２の制御部材と
を含む。
【００２６】
バリエータは、
第１の反応部材及び第２の反応部材がそれぞれの転動体から生じる反応負荷に耐えるように、第１の空洞で複数の転動体に動作可能に結合された第１の反応部材、及び第２の空洞で第２の複数の転動体に動作可能に結合された第２の反応部材と、
反応部材からの反応トルクの均衡が保たれるように第１の空洞及び第２の空洞の反応部材に動作可能にリンクされた負荷分散アセンブリと
を含んでよい。
【００２７】
本発明の実施形態は、ここで、例として添付図面を参照して詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】先行技術の装置と比較して、本発明の実施形態の動作を示す際に使用するための圧縮機流量マップである。
【図２】例えば、遠心圧縮機等、圧縮の単一段を有するスーパーチャージャの既知の装置について、エンジンの入口マニホールドでのエンジン速度対空気圧のグラフである。
【図３】本発明に従って、直列で接続された２台の遠心圧縮機を有するスーパーチャージャの装置について、エンジンの入口マニホールドでのエンジン速度対空気圧のグラフである。
【図４】直列で接続された２台の遠心圧縮機を含む本発明の第１の実施形態の断面概略図である。
【図５】直列で接続された２台の遠心圧縮機を含む本発明の第２の実施形態の断面概略図である。
【図６】本発明を具体化する内燃機関用の過給装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図６を参照すると、これは内燃機関１１０用の過給装置を示し、エンジン１１０はスーパーチャージャ用のトランスミッション１８に結合される。トランスミッションは、入力回転速度に対する出力回転速度の比率が通常３：１であるベルト駆動装置１１４を有する。ベルト駆動装置の出力は、通常０．４から２．５：１の間の出力対入力の回転速度比を有するトロイダルバリエータを含む無段変速機１１６に結合される。ＣＶＴ１１６の出力は、典型的な回転増速比約１２：１のトラクションエピサイクリック１２０に結合されて、約９０:１のスーパーチャージャの駆動入力で典型的な最終出力比を与える。（この増速比は図６に明確にするために単純なギヤとして示される）。したがって、例えば１０００ｒｐｍのエンジン速度の場合、スーパーチャージャの圧縮機（複数の場合がある）は９０，０００ｒｐｍで駆動される。図示されるように、スーパーチャージャは、第１の圧縮機１３０の出力が第２の圧縮機１３２の入力に送達されるように直列で接続された第１の遠心圧縮機及び第２の遠心圧縮機１３０、１３２を含む。
【００３０】
図１を参照すると、これはｘ軸上にｋｇ／ｓ単位の空気流量及びｙ軸に出口／入口圧力比を有する、スーパーチャージャで使用される単一段圧縮機の圧縮機流量マップである。中心領域は圧縮機動作の領域を表す。この領域の中の輪郭は圧縮機動作の効率を示す。つまり、概して左から右に伸びる濃い線は一定回転速度での圧縮機の動作を示し、概して縦の直線は、図６の配置のための多様なエンジン速度の「荷重線」であり、圧縮機がどこで所与のエンジン速度のために動作してよいのかを示す。グレーの輪郭は、等しい圧縮機効率の点を示し、最高の効率はマップの中央下部領域で得られる。重要なのは、追加の気団を物理的に圧縮機の中を押し通すことができない「チョーク状態」を示すマップの右側境界、及び「サージライン」として知られる左側境界である。サージラインで、圧縮機は正常動作のために入口で十分な空気を受け入れることができず、誤動作が起こり、空気は圧縮機入口の中から強制的に戻され、機械的な損傷を引き起こす可能性がある圧力衝撃波を生じさせる。単一遠心圧縮機は、マップによって示される動作の面積が図１の左又は右に変換され得るように調整されてよいが、サージライン及びチョーク状態境界を離すことによって動作の面積を拡大することは容易に可能ではない。
【００３１】
本発明で重要であるのは、低エンジン速度及び高圧力比での動作である。動作はサージラインの左側に必要となるので、例えば実質的に１５００ｒｐｍ未満等、１５００ｒｐｍ以下のエンジン速度の場合、圧縮機の動作は可能ではない、つまり不可能な状態であることが分かる。しかしながら、これは過給装置を有する小型化されたエンジンを操作することが有益である領域である。
【００３２】
例えば、２．２の圧力比を送達する単一遠心圧縮機及び中間部のエンジン速度等、圧縮の単一段を有する単一遠心圧縮機の例を検討する。エンジン〜３０００ｒｐｍ、圧縮機速度１４００００ｒｐｍで図１の点Ｃでの、必須圧力比が２．２、質量空気流量（ＭＡＦ）が０．０６３ｋｇ／ｓ、及び圧縮機効率が０．６４の中間部動作を検討する。圧縮機を駆動するために必要とされる電力が約６ｋＷであることが分かる。
【００３３】
ここで、例えば２台の遠心圧縮機が直列で接続された２段の圧縮でこれを行うと、各段の圧力比は１．４８（√２．２）である。点Ｄによって示されるように、圧縮機速度は１０００００ｒｐｍであり、０．７４の改善された圧縮機効率が０．０６３ｋｇ／ｓの同じＭＡＦを維持し、したがって圧縮の段ごとに必要とされる電力が、２倍時に５ｋＷの、必要とされる総電力を生じさせる、約２．５ｋＷであることに留意する。
【００３４】
０．６４である点Ｃと対照的に、点Ｄで圧縮機効率は０．７４であり、これにより全体的に、２段圧縮装置がより低い圧縮機速度で達成される圧縮効率の改善がある。これは、速度に依存する電力損失を削減し、このようにして全体的な効率の改善につながり、このことはＣＶＴの使用により被られるあらゆる損失を取り戻す上で有益であることがある。
【００３５】
再度理想化された第２の例は、１０００エンジンｒｐｍでどのようなブーストが達成可能であるのかを検討することである。このエンジン速度では、圧縮機速度は、使用可能な最大増速比（図６では約９０）によって必ず制限される。約９００００ｒｐｍの物理的に制限された圧縮機速度で、達成される最大圧力比は、約２の目標圧縮比にはいくぶん届かない約１．５である。また、この状態で、圧縮機は穏やかなサージで動作すると考えられる。
【００３６】
第２の圧縮機を直列で加えることによって、直列で２つの圧力比を活用することが可能である。したがって、同じ速度制限の圧縮機速度の場合１．５ｘ１．５＝２．２５である。ここで追加の利点は、より高い圧力比を達成するにはより高い空気流量が必要とされるため、動作点が質量空気流量の増加のために圧縮機マップの右側に移動し、このようにして改善された圧縮機効率及びより重大ではないサージ状態、つまりサージ状態を完全に回避した状態に移る。したがって、この例は、高エンジン速度での空気送達を犠牲にすることなく、実際上、圧縮機マップの幅を低エンジン速度で効果的に増加し、それによって可変速度駆動装置を使用することによって小型化されたエンジンへの圧縮機の適用で余分な柔軟度を生じさせる。
【００３７】
図１の圧縮機マップを参照すると、１０００ｒｐｍのエンジン速度及び９０：１のエンジンから圧縮機の典型的な最大比の例を検討する。これは、９００００ｒｐｍの圧縮機速度及び〜１．４２の最大圧力比（点Ａ）を生じさせる。直列の２台の圧縮機を使用し、この圧力比は約〜２．０（点Ｂ）にほぼ二乗でき、このようにして、単一圧縮機では可能ではない運転状態を可能にする。
【００３８】
図２は、単一遠心圧縮機装置のための入口マニホールドで達成可能な圧力を示す。マニホールド圧力が２０００ｒｐｍ以下の低エンジン速度で急速に減少することが留意される。これは、圧縮機マップのサージラインとの相互作用から生じる。すなわち、圧縮機はサージに近づいている又はサージを経験している。
【００３９】
図３は、直列の２つの遠心圧縮機を含んだ装置の入口マニホールドで達成可能な圧力を示す。高マニホールド圧力が低エンジン速度で維持されること、及び圧縮機の動作が、それぞれ個々の圧縮機の圧縮機マップサージラインとの相互作用を取り除くことによって１０００ｒｐｍに接近するエンジン速度で可能であり、これによって圧縮機が、サージが発生する状態に近づかないことが留意される。
【００４０】
図４を参照すると、これは、直列で接続された第１の遠心圧縮機及び第２の遠心圧縮機２、４の第１の実施形態を示し、第１の圧縮機２の空気出力は直接的に第２の圧縮機４の空気入力に機械的に結合される。ケーシング６は圧縮機を取り囲み、空気流経路を画定する。圧縮機のインペラ８、１０は、軸受け１６によってドライブシャフトの全長に沿って吊り下げられる、共通のドライブシャフト１４に取り付けられる。ドライブシャフト１４は、図６に示されるように可変速度駆動装置１８によって駆動される。本実施形態では、２台の圧縮機の間のドライブシャフトの全長、及び結果的に生じる片持ち梁効果のため、高速軸受けが必要とされることがある。各インペラ８、１０が、圧縮機の入口側２０、２２の相対的に小さい直径から、圧縮機２４、２６の出口側の大きい直径へ、トランペットの一般的な形状で先細ることが分かる。ケーシング６は、出口２４から入口２２への空気流経路２８、及び出口２６からの出口経路３０を提供する。
【００４１】
図５は、直列で接続された２つの遠心圧縮機の第２の実施形態を示し、図４の部分に類似する部分は同じ参照番号で示される。圧縮機２、４は、可変速度駆動ユニットのトラクションエピサイクリックサブシステム（又はギヤセット、ベルト／プーリー又はチェーン／スプロケット等の代替の増速比装置）によってのみ支持され、それによって高速軸受けの必要性を回避できるよりコンパクトな構造に到達するために「背合わせ」構成で取り付けられる。ケーシング７は圧縮機を取り囲み、空気流経路を画定する。圧縮機のインペラ８、１０は、シール１７によってドライブシャフト１５の全長に沿って接触される、共通のドライブシャフト１５に取り付けられる。ドライブシャフト１５は、可変速度駆動装置１８によって駆動される。本実施形態では、図４のドライブシャフトと比較してドライブシャフト１５の短縮された全長のため、高速軸受けは必要とされないことがある。各インペラ８、１０は、圧縮機の入口側２０、２２の相対的に小さい直径から、圧縮機２４、２６の出口側の大きい直径に先細ることが分かる。ケーシング７は、第１の圧縮機の出口２４から第２の圧縮機の入口２２への渦巻き形の空気流経路５０、及び第２の圧縮機の出口２６からの出口経路５２を提供する。
【００４２】
図５の実施形態は、圧縮機を背合わせで（すなわち、両方の背面が接触する状態で）実際に接合することによって修正されてよく、それによって圧縮機と軸受け１７との間のシールの必要性を排除する。
【００４３】
したがって、本発明は以下の利点を提供してよい。第１に、サージラインを回避して以前は達成できない領域での動作を可能にすること、及び第２に、より低い圧縮機速度及びより高い効率で運転状態を達成できるようにすること。例えば、可変速度スーパーチャージャ装置が比率の制限を有する、又はその効率がその動作範囲全体で不均一である、又は特有の速度に関係する損失がある場合には、より低い速度は特に好ましい場合がある。例えば、適度の総圧力比が必要となる場合、大幅に削減されるクランクと圧縮機の間の増速比を選ぶことが可能な場合がある。例えば、従来はトラクションエピサイクリックを使用し、達成されるスーパーチャージャ装置によって実現される最終的な増速比は、１２未満、８未満、又は４未満にも削減され得る。したがって、トラクションエピサイクリックは、従来のエピサイクリックによって、メッシングギヤセットによって、又はベルト／プーリーもしくはチェーン／スプロケットシステムによって置き換えられてよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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