(57)【要約】  本発明は、軸によって圧縮機の圧縮機ホイールに完全に接続されるタービンのタービンホイールを備える内燃機関用の排気ガスターボチャージャであって、圧縮機が、プランジャ及び圧縮機ホイールに半径方向に作用する追加ダクトを部分的又は完全に開くか又は閉じることができるスリーブ状仕切り壁を備える可変構造を有する内燃機関用の排気ガスターボチャージャに関する。圧縮機の圧縮機ホイール羽根に生じた流れは、軸方向ホイールの入口領域に軸方向に向けられ、追加ダクトが通じる半径方向ホイールの入口領域に半径方向に向けられる。本発明によれば、圧縮機ホイール（１６）は、補助羽根（２０）が設けられかつ前記圧縮機ホイールの半径方向ホイール入口領域（１９）及び軸方向ホイール入口領域（３６）の圧縮機ホイール（１６）の圧縮機ホイール羽根（１８）に配置される、外形リング（１７）を備える。当該発明は、特に、自動車産業において排気ガスターボチャージャ向けに使用される。
2008539357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンのタービンホイールを有する内燃機関用の排気ガスターボチャージャであって、前記タービンホイールが、軸により圧縮機の圧縮機ホイールに回転するように固定接続され、前記圧縮機が、プランジャとスリーブ状仕切り壁とを有する可変圧縮機構造を有し、前記スリーブ状仕切り壁が、前記圧縮機ホイールに半径方向に通じる補助ダクトを部分的又は完全に開くか、又は閉じることが可能であり、圧縮機ホイール羽根を有する前記圧縮機ホイールにおいて、軸方向ホイール入口領域を介して軸方向に、また前記補助ダクトが通じる半径方向ホイール入口領域を介して半径方向に流れを生じさせることが可能である排気ガスターボチャージャにおいて、
前記圧縮機ホイール（１６）が外形リング（１７）を有し、前記外形リングは、補助羽根（２０）を有し、前記圧縮機ホイール（１６）の前記圧縮機ホイール羽根（１８）に部分的に取付けられ、前記圧縮機ホイール（１６）の前記半径方向ホイール入口領域（１９）及び前記軸方向ホイール入口領域（３６）の少なくとも一方の領域を覆い、前記補助羽根（２０）が、前記外形リング（１７）の外側面（２１）に取り付けられることを特徴とする排気ガスターボチャージャ。
【請求項２】
前記補助羽根（２０）を有する前記外形リング（１７）が、流れを半径方向に生じさせることができる冷気タービンホイール格子として具体化されることを特徴とする請求項１に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項３】
前記補助羽根（２０）が、前記外形リング（１７）によってのみ分割されつつ、前記圧縮機ホイール羽根（１８）に取付けられ、前記圧縮機ホイール（１６）の圧縮機ホイール出口（２２）に対面する前記外形リング（１７）の端部（２５）において前記圧縮機ホイール羽根（１８）に合体することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項４】
前記圧縮機ホイール（１６）の圧縮機ホイール出口（２２）に対面する前記外形リング（１７）の端部（２５）から前記軸方向羽根輪郭（２７）のある頂部（Ｓ）までにおいて、前記補助羽根（２０）の第１の羽根角度（β）が、前記圧縮機ホイール（１６）の前記圧縮機ホイール羽根（１８）の羽根角度（α）に一致するように、また前記頂部（Ｓ）から、前記圧縮機ホイール（１６）の前記圧縮機ホイール出口（２２）の反対側の前記外形リング（１７）の端部（２６）までにおいて、前記補助羽根（２０）が、前記第１の羽根角度（β）とは異なる第２の羽根角度（γ）を有するように、前記補助羽根（２０）の軸方向羽根輪郭（２７）が構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項５】
前記第２の羽根角度（γ）が０°〜４５°であることを特徴とする請求項４に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項６】
前記外形リング（１７）の長手方向断面において、前記外形リング（１７）の前記外側面（２１）が、直線構造、又は湾曲した凹状構造、又は部分的に直線の及び部分的に湾曲した構造を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項７】
前記補助羽根（２０）の羽根高さ（Ｈ）が、頂部（Ｓ）から、前記圧縮機ホイール（１６）の圧縮機ホイール出口（２２）の反対側の前記外形リング（１７）の端部（２６）の方向における前記外形リング（１７）の外径（ＤＡ）の増加、又は内径（ＤＩ）の及び外径（ＤＡ）の増加に応じて低減することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項８】
前記補助羽根（２０）の羽根高さ（Ｈ）が、前記頂部（Ｓ）から、前記圧縮機ホイール（１６）の前記圧縮機ホイール出口（２２）の反対側の前記外形リング（１７）の前記端部（２６）の方向における前記外形リング（１７）の前記外径（ＤＡ）に応じてゼロに低減することを特徴とする請求項７に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項９】
前記補助羽根（２０）の羽根高さ（Ｈ）が、前記頂部（Ｓ）から、前記圧縮機ホイール（１６）の圧縮機ホイール出口（２２）に対面する前記外形リング（１７）の端部（２５）の方向における前記外形リング（１７）の外径（ＤＡ）の増加、又は内径（ＤＩ）の及び外径（ＤＡ）の増加に応じて低減することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項１０】
前記外形リング（１７）が前記補助羽根（２０）の間に追加羽根（２３）を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の排気ガスターボチャージャ。
【請求項１１】
補助羽根（２０）の数が前記圧縮機ホイール羽根（１８）の数に一致することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の排気ガスターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段に記載の内燃機関用の排気ガスターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な排気ガスターボチャージャは特許文献１に記載されている。この排気ガスターボチャージャは、内燃機関の吸気管の圧縮機を備え、この圧縮機は、排気管のタービンにより軸を介して駆動される。タービンにおいて、排気ガスのエネルギーがタービンホイールの回転運動に変換される。タービンのタービンホイールは、軸によって圧縮機の圧縮機ホイールに回転するように固定接続される。タービンホイールの回転運動は、軸を介して圧縮機ホイールに伝達される。圧縮機ホイールの回転運動により、圧縮機は、吸気を吸入してそれをより高い給気圧力に圧縮し、この給気圧力下で、吸気が内燃機関のシリンダに供給される。
【０００３】
特に、内燃機関の低い負荷及び速度において、排気ガスターボチャージャの速度低下を回避するか又はできるだけ小さく維持するために、圧縮機を横切る圧力勾配が、圧縮機ホイールをさらに駆動するために利用されるいわゆる冷気タービンモードにおいて、内燃機関の圧縮機を作動させることもできる。効率を向上させるために、追加ダクトが圧縮機ハウジングに設けられ、この追加ダクトは、圧縮機入口ダクトに対してほぼ平行に延び、圧縮機ホイール羽根のレベルにおいて圧縮機入口ダクトに半径方向に通じる。前記追加ダクトは、低い負荷及び速度で開かれるので、吸気は、圧縮機ホイール羽根に半径方向に衝突して、その圧縮機ホイール羽根に追加の駆動推進力を付与する。
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１００４９１９８Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来技術に基づいて、本発明の目的は、内燃機関の低い負荷及び／又は速度モードにおいても、特に、冷気タービンモードにおいても、排気ガスターボチャージャの速度を最小レベルに維持できる排気ガスターボチャージャを提供することである。特に、圧縮機ホイールへの及び冷気タービンへの流れの欠如を回避すべきであり、ポンプの危険性を低減すべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、本発明によれば、請求項１の特徴によって達成される。従属請求項は好ましい改良形態を示している。
【０００７】
請求項１に記載の本発明による排気ガスターボチャージャは、補助羽根を有する外形リングを有する。外形リングは、半径方向入口領域及び軸方向ホイール入口領域の両方を備える圧縮機ホイールのホイール入口領域に設けられる。圧縮機ホイールの上記領域において、外形リングは圧縮機ホイール羽根に取付けられる。圧縮機ホイールのホイール入口領域の、補助羽根が設けられる外形リングの構造によって、内燃機関の低い速度及び／又は低い負荷における排気ガスターボチャージャの効率を向上させることができる。さらに、補助羽根を有する外形リングは圧縮機ホイールの質量慣性モーメントを増加させ、この結果、排気ガスターボチャージャの速度変動を低減できる。
【０００８】
請求項２に記載の別の実施形態では、補助羽根を有する外形リングは、流れを半径方向に生じさせることができる冷気タービンホイール格子として具体化される。このようにして、特に冷気タービンモードにおいて、排気ガスターボチャージャの効率の向上を得ることが可能である。
【０００９】
請求項３に記載の実施形態では、補助羽根は外形リングの外側面に有利に取付けられる。
【００１０】
請求項４に記載の別の実施形態では、補助羽根は、外形リングによってのみ分割されつつ、圧縮機ホイール羽根に取付けられる。上記補助羽根は、圧縮機ホイールの圧縮機ホイール出口に対面する外形リングの端部において圧縮機ホイール羽根に合体する。圧縮機ホイール羽根への補助羽根の移行部により、内燃機関の低い速度及び／又は低い負荷において、又は内燃機関の中間から高い速度及び／又は負荷において、又は排気ガスターボチャージャの冷気タービンモードにおいて、排気ガスターボチャージャの効率を低下させるであろう吸気の流れの分離が生じない。
【００１１】
請求項５に記載の別の実施形態では、圧縮機ホイール出口に対面する外形リングの端部から軸方向羽根輪郭のある頂部までにおいて、補助羽根の第１の羽根角度が圧縮機ホイールの圧縮機ホイール羽根の羽根角度に一致するように、また頂部から、圧縮機ホイール出口の反対側の外形リングの端部までにおいて、補助羽根が、第１の羽根角度とは異なる第２の羽根角度を有するように、補助羽根の軸方向羽根輪郭が構成される。補助羽根の羽根角度を第１の羽根角度から第２の羽根角度に変化させることによって、補助羽根のフック状羽根輪郭が形成され、この結果、吸気のほぼ全体が外形リングと冷気タービンホイール出口とを介して圧縮機ホイール出口に流入するように、吸気の流れが調整される。フック状羽根輪郭により、吸気が、圧縮機ホイール出口の反対側の外形リングの端部を介して軸方向ホイール入口領域に流入することが防止される。補助羽根への流れの欠如を回避するために、可変圧縮機構造の案内格子の特徴的な縁部のレベルにおいて、羽根角度が変化した頂部が、僅かな軸方向のずれを伴って配置される。
【００１２】
請求項６に記載の別の実施形態では、第２の羽根角度は０°〜４５°である。
【００１３】
請求項７に記載の別の実施形態では、外形リングの長手方向断面において、外形リングの外側面は、直線構造、又は湾曲した凹状構造、又は部分的に直線の及び部分的に湾曲した構造を有する。
【００１４】
請求項８に記載の別の実施形態では、外形リングの外径、又は内径及び外径は、頂部から、圧縮機ホイールの圧縮機ホイール出口の反対側の外形リングの端部に向かって連続的に増加する。このようにして、外形リングの外側面は、湾曲した構造を有する。外形リングの前記湾曲した構造によって、補助羽根の羽根高さも、外形リングの外径の増加に対応して連続的に低減する。さらに、外形リングの前記構造によって、補助羽根のフック状羽根輪郭と同様に、吸気が、圧縮機ホイールの圧縮機ホイール出口の反対側の外形リングの端部を介して圧縮機ホイールの軸方向ホイール入口領域に流入することが防止される。
【００１５】
請求項９に記載の別の実施形態では、補助羽根の羽根高さは、圧縮機ホイールの圧縮機ホイール出口の反対側の外形リングの端部においてゼロに低減する。
【００１６】
請求項１０に記載の別の実施形態では、外形リングの外径、又は内径及び外径は、頂部から、圧縮機ホイールの圧縮機ホイール出口に対面する外形リングの端部に向かって連続的に増加する。このようにして、外形リングの外側面は、湾曲した構造を同様に有する。さらに、外形リングの前記湾曲した構造によって、補助羽根の羽根高さは、外形リングの外径の増加に対応して連続的に低減する。外形リングの前記構造により、圧縮機ホイール出口への吸気の正流が促進され、吸気が、圧縮機ホイールの圧縮機ホイール出口の反対側の外形リングの端部を介して圧縮機ホイールの軸方向ホイール入口領域に流入することが防止される。
【００１７】
請求項１１に記載の別の実施形態では、追加羽根は外形リングの補助羽根の間に配置される。前記追加羽根によって、冷気タービンモードの排気ガスターボチャージャの効率をさらに向上させることができる。さらに、追加羽根は圧縮機ホイールの質量慣性モーメントを増大させ、この結果、排気ガスターボチャージャの速度変動をさらに低減できる。
【００１８】
請求項１２に記載の別の実施形態では、補助羽根の数は圧縮機ホイール羽根の数に対応することが好ましい。
【００１９】
別の請求項と発明の詳細な説明と図面とによって、本発明の別の利点及び好ましい実施形態を理解できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
添付図面において、同一又は同等の構成要素には同一の参照符号が付されている。
【００２１】
図１に示されている内燃機関１、すなわち、火花点火機関又はディーゼル機関には、内燃機関１の排気管４のタービン３と内燃機関１の吸気管６の圧縮機５とを備える排気ガスターボチャージャ２が設けられる。タービン３のタービンホイール２８は、軸７によって圧縮機５の圧縮機ホイール１６に回転するように固定接続される。タービン３には、最小閉鎖位置と最大開放位置との間の有効なタービン入口断面積を可変調節するための可変タービン構造８が設けられる。圧縮機５には、最小開放位置と最大開放位置との間の有効な圧縮機入口断面積を可変調節するための可変圧縮機構造９が設けられる。
【００２２】
内燃機関１の作動時に、タービン３のタービンホイール２８は、内燃機関１の加圧された排気ガスによって駆動される。タービンホイール２８の回転運動は、軸７を介して圧縮機５の圧縮機ホイール１６に伝達され、その後、雰囲気圧力の吸気が吸入されて、圧力を増加させるように圧縮される。給気冷却器１０は、圧縮機５の下流の吸気管６に配置され、この給気冷却器１０において、圧縮空気が冷却される。引き続き、その空気は、給気圧力を受けて内燃機関１のシリンダ（より詳細には図示せず）に供給される。
【００２３】
内燃機関１には、タービン３の上流の排気管４から分岐しかつ給気冷却器１０の下流の吸気管６に通じる排気ガス再循環ライン１２を備える排気ガス再循環装置１１がさらに割り当てられる。排気ガス再循環ライン１２には、調節可能な逆止弁１３と排気ガス冷却器１４とが配置される。
【００２４】
内燃機関１のすべてのアセンブリは、内燃機関１及びアセンブリ自体の状態変数及び運転変数に基づき、調整及び制御ユニット１５の作動信号によって調節される。このことは、特に、可変タービン構造８と可変圧縮機構造９と排気ガス再循環ライン１２の逆止弁１３とに関連する。
【００２５】
図２は、圧縮機５が冷気タービンモードで作動される圧縮機５の可変圧縮機構造９の位置を示している。可変圧縮機構造９は、スリーブ状仕切り壁３１、プランジャ３３及び案内格子３４の形態で存在する。圧縮機ホイール１６は圧縮機ハウジング３０に回転可能に取付けられる。圧縮機ホイール１６は、軸７によって駆動される。圧縮機ハウジング３０は、軸方向に移動可能なスリーブ状仕切り壁３１が配置される圧縮機入口ダクト２９を有し、前記仕切り壁３１は追加環状ダクト３２と圧縮機入口ダクト２９とを分割する。圧縮機ホイール１６の反対側のスリーブ状仕切り壁３１の端面４７にはプランジャ３３が作用し、この結果、スリーブ状仕切り壁３１は、圧縮機ホイール１６に隣接するハウジング壁断面４８の方向に押圧される。スリーブ状仕切り壁３１には、ばね要素（より詳細には図示せず）によって反対方向の力が作用し、この結果、プランジャ３３が後退されたとき、圧縮機ホイール１６の半径方向ホイール入口領域１９内への追加ダクト３２の、図２に閉鎖状態で示されている開口部４９が開かれる。この開口部４９は、圧縮機ホイール羽根１８のレベルに軸方向に配置される。
【００２６】
環状案内格子３４は、半径方向ホイール入口領域１９の圧縮機ホイール羽根１８に近接して追加ダクト３２に配置される。追加ダクト３２を介して、またプランジャ３３が後退されたときに開かれる追加ダクト３２の開口部４９を介して流入する吸気は、高い接線速度で圧縮機ホイール羽根１８に衝突して、その圧縮機ホイール羽根に回転力を付与する。前記作動モードは、特に、圧力低下が圧縮機入口（より詳細には図示せず）と圧縮機出口（より詳細には図示せず）との間で生じる内燃機関１のより小さい負荷範囲及び／又は速度範囲で行われる。
【００２７】
記載されている作動モードにより、いわゆる冷気タービンモードで圧縮機５を作動させることが可能になる。前記冷気タービンモードにおいて、駆動力が圧縮機ホイール１６を介して吸収され、この結果、低い負荷及び／又は速度における内燃機関１の作動範囲においても、排気ガスターボチャージャ２の速度を最小レベルに維持できる。
【００２８】
負荷及び／又は速度が増加すると、圧縮機ホイール１６の軸方向ホイール入口領域３６の方向における、プランジャ３３に隣接するスリーブ状仕切り壁３１の端縁４７を通る正流路が開かれる程度に、図２に示されているプランジャ３３が後退される。前記位置において、吸気の大部分は圧縮機ホイール１６にほぼ軸方向に流れる。圧縮機の前記作動範囲では、冷気タービンモードが生じない。吸気はほぼ雰囲気の圧力から給気圧力に圧縮される。
【００２９】
図３ａは、本発明の第１の典型的な実施形態による排気ガスターボチャージャの圧縮機５の圧縮機ホイール１６の部分断面図を示している。圧縮機ホイール１６は、外側面２１に直線的に延びかつ補助羽根２０と追加羽根２３とを有する外形リング１７を有する。圧縮機ホイール１６の半径方向ホイール入口領域１９からの、同様に圧縮機ホイール１６の軸方向ホイール入口領域３６からの吸気が外形リング１７に流れることができるように、前記外形リング１７は、圧縮機ホイール１６の圧縮機ホイール出口２２の反対側の圧縮機ホイール１６の端部で圧縮機ホイール１６に取付けられる。
【００３０】
ここで、外形リング１７は１ｍｍの厚さＤを有する。補助羽根２０は外形リング１７の外側面２１に取付けられる。補助羽根２０は羽根高さＨを有する。補助羽根２０の羽根高さＨは、圧縮機ホイール羽根１８の羽根高さＨＶの約１０％であることが好ましい。羽根高さＨＶは、軸方向ホイール入口領域３６の圧縮機ホイール入口４７の圧縮機ホイール羽根１８の高さに一致する。
【００３１】
小さな質量が内燃機関１を通して流れるか、又は小さな吸気量が圧縮機５を通して流れ、また小さな排気ガス量がタービン３を通して流れる低い負荷及び／又は低い速度におけるあるいは冷気タービンモードにおける、図１に示されている内燃機関１のいくつかの作動範囲において、排気ガスターボチャージャ２は、大きな回転速度変動にさらされる。前記作動範囲では、吸気が圧縮機ホイール１６に流れない。吸気は、追加ダクト３２から可変圧縮機構造９を介して半径方向ホイール入口領域１９に流入する。半径方向ホイール入口領域１９から、前記吸気が圧縮機ホイール１６の冷気タービン入口４１にさらに流入する。ここで、吸気の流れを分割でき、これにより、吸気の一部が、図２に示されている軸方向ホイール入口領域３６に流入し、吸気の他の部分が圧縮機ホイール出口２２に流入することになる。
【００３２】
図３ａに示されておりかつ補助羽根２０が設けられる外形リング１７によって、半径方向冷気タービン入口４１から、補助羽根２０によって形成されかつ図４により詳細に示されている補助羽根ダクト４６への吸気の流れが十分に生じる。そこから、吸気は、補助羽根ダクト４６からの空気出口４２（以下において冷気タービン出口４２と称される）を介して直接的に半径方向圧縮機ホイール出口２２に軸方向に流れる。
【００３３】
さらに、追加羽根２３は外形リング１７の補助羽根２０の間に配置される。
【００３４】
冷気タービンモードで良い結果が得られる決定的要因は、冷気タービンホイール入口４１及び冷気タービン出口４２における圧力間の圧力勾配である。冷気タービンホイール入口４１の有効断面積を縮小することによって、前記圧力勾配を増加させることができる。一方では、補助羽根２０の構造、厚さ及び数によって、縮小を行うことができる。他方では、補助羽根２０の間の追加羽根２３の構造によって、冷気タービンホイール入口４１の有効断面積を低減するための別の方法が示される。
【００３５】
図３ｂは、第２の典型的な実施形態による外形リング１７を有する本発明による排気ガスターボチャージャの圧縮機５の圧縮機ホイール１６の部分断面図を示している。図３ａに直線で示されている外形リング１７の外側面２１は、図３ｂの内側に湾曲した凹状構造を有する。外形リング１７の内径ＤＩ及び外形リング１７の外径ＤＡは、頂部Ｓから、圧縮機ホイール１６の圧縮機ホイール出口２２に対面する外形リング１７の端部２５に向かって、また圧縮機ホイール１６の圧縮機ホイール出口２２の反対側の外形リング１７の端部２６に向かってそれぞれ連続的に増加する。図４の説明で頂部Ｓの決定についてより詳細に説明する。圧縮機ホイール１６の圧縮機ホイール出口２２に対面する外形リング１７の端部２５は、以下において第１の端部２５と称され、圧縮機ホイール１６の圧縮機ホイール出口２２の反対側の外形リング１７の端部２６は、以下において第２の端部２６と称される。
【００３６】
補助羽根２０の羽根高さＨは外形リング１７の第２の端部２６でゼロに低減する。外形リング１７の前記構造により、吸気が外形リング１７の第２の端部２６を通って軸方向ホイール入口領域３６に流入することが大部分防止され、結果として、吸気は外形リング１７と冷気タービン出口４２とを介して直接的に圧縮機ホイール出口２２に流れることになる。流れの一部は、上記のように、外形リング１７を介して軸方向ホイール入口領域３６に流入できる。
【００３７】
図４は、本発明による排気ガスターボチャージャ２の圧縮機５の図３ａに対応する圧縮機ホイール１６の平面断面図を示している。圧縮機５は可変圧縮機構造９を有する。可変圧縮機構造９は、プランジャ３３と案内格子３４とに関連してスリーブ状仕切り壁３１の形態で存在し、このスリーブ状仕切り壁３１は、プランジャ３３によって軸方向に移動可能である。案内格子３４の案内格子羽根３７はスリーブ状仕切り壁３１の開口部３５に保持される。案内格子羽根３７を支持する厚い壁のリング３８は、補助羽根２０を設計するのに必要な特徴的な縁部３９を有する。前記特徴的な縁部３９は、案内格子羽根３７に対面するリング３８の面４３と、外形リング１７に対面するリング３８の面４４との交点の縁部である。リング３８は圧縮機ハウジング３０に固定接続される。
【００３８】
外形リング１７の第１の端部２５から頂部Ｓまでにおいて、補助羽根２０の第１の羽根角度βが圧縮機ホイール羽根１８の羽根角度αに一致するように、補助羽根２０の軸方向羽根輪郭２７が設計される。
【００３９】
頂部Ｓから外形リング１７の第２の端部２６までにおいて、補助羽根２０は、第１の羽根角度βとは異なる第２の羽根角度γを有する。第２の羽根角度γは０°〜４５°であることが好ましい。０°よりも大きい羽根角度において、第２の羽根角度γが、羽根角度αに対して常に調整され、すなわち、第２の羽根角度γが、圧縮機ホイール１６の回転方向に対して常に調整されるように、第２の羽根角度γが調整される。
【００４０】
頂部Ｓは、特徴的な縁部３９に対して一定の軸方向間隔４０を有するように選択される。軸方向羽根輪郭２７の前記構造により、補助羽根２０への流れの欠如が大部分防止される。空間４０の大きさは圧縮モードの作動点に依存する。
【００４１】
補助羽根２０は、外形リング１７によってのみ分割されつつ、圧縮機ホイール羽根１８に取付けられ、外形リング１７の第１の端部２５において圧縮機ホイール羽根１８に合体する。圧縮機ホイール１６、及び補助羽根２０を有する外形リング１７を、単一部品構成要素として又は多部品構成要素として設計することができる。同様に、圧縮機ホイール１６、及び補助羽根２０と追加羽根２３とを有する外形リング１７を、単一部品構成要素として又は多部品構成要素として設計することが可能である。
【００４２】
圧縮機ホイール羽根１８への補助羽根２０の移行部によって、半径方向ホイール入口領域１９から外形リング１７を介して圧縮機ホイール出口２２に至るその経路における吸気の流れの分離を防止できる。流れの分離は、図１に示されている排気ガスターボチャージャ２の効率を低下させるであろう。効率の低下によるさらなる流れの乱れを回避するために、各圧縮機ホイール羽根１８には補助羽根２０が割り当てられる。
【００４３】
外形リング１７の補助羽根２０の間に配置される追加羽根２３は、補助羽根２０よりも短い軸方向延長部を有する。スリーブ状仕切り壁３１の対応する移動によって、半径方向ホイール入口領域１９をある程度閉じるか又は開くことができる。
【００４４】
特に小さい質量が処理される内燃機関１の作動範囲において、図４に示されている半径方向ホイール入口領域１９は、可変圧縮機構造９によって所定の大きさに大幅に低減される。ここで、スリーブ状仕切り壁３１は、対応する間隙がスリーブ状仕切り壁３１とリング３８との間に形成されるまで、リング３８の方向に移動される。冷気タービンホイール入口４１の有効断面積の、圧力の増加による低減が、スリーブ状仕切り壁３１とリング３８との間の間隙を決定する選択された作動範囲で成功するように、追加羽根２３は、補助羽根２０よりも短い軸方向延長部を有する。前記典型的な実施形態において、追加羽根２３は、ほぼ、補助羽根２０の頂部Ｓから外形リング１７の第１の端部２５まで延びる。
【００４５】
外形リング１７の第２の端部２６に対する半径方向ホイール入口領域１９が開かれた場合、すなわち、外形リング１７の第２の端部２６に対する半径方向ホイール入口領域１９が開かれる程度にスリーブ状仕切り壁３１が移動された場合、流れが半径方向構成要素を有する外形リング１７に生じる。吸気全体は、補助羽根２０を有する外形リング１７を介して圧縮機ホイール出口２２に流入する。
【００４６】
スリーブ状仕切り壁３１のさらなる移動又は半径方向ホイール入口領域１９のさらなる開放により、圧縮機ホイール１６に対して、半径方向の流れが生じることに加えて、軸方向の流れが生じる。結果として、吸気の一部のみが、補助羽根２０を有する外形リング１７を介して圧縮機ホイール出口２２に流入する。吸気の他の部分は、従来通りに、圧縮機ホイール１６に対する外形リング１７の下方に圧縮機ホイール羽根１８に沿って圧縮機ホイール出口２２に流入する。
【００４７】
より良く理解するために、図５は、第３の典型的な実施形態に対応する補助羽根２０を有する外形リング１７を有する圧縮機ホイール１６の三次元図を示している。外形リング１７の外側面２１は直線構造を有する。補助羽根２０のみが外形リング１７に配置される。
【００４８】
圧縮機５の作動時に、補助羽根２０を有する外形リング１７を使用して、ポンプ制限を変えることもできる。ポンプ制限は、圧縮機の特性マップにおいて、低い排気ガスターボチャージャ速度の小さな質量流から、高い排気ガスターボチャージャ速度の大きい質量流までの範囲に及ぶ。前記ポンプ制限は、圧縮機５が確実に空気を吸入して圧縮する圧縮機５の範囲と、圧縮機がもはや確実に有効に作動しない圧縮機５の範囲とを分割する。作動時に、圧縮機５のポンプ制限を超えてはならない。過度に小さい空気質量流の場合、流れは圧縮機５の圧縮機ホイール羽根１８から分離する。したがって、供給工程が不安定になる。空気は、安定した圧力比が形成されるまで、圧縮機５を通って後方に流れる。圧力が再度蓄積する。工程が急速に連続して繰り返す。このことにより、騒音、いわゆるポンプ騒音が発生する。
【００４９】
図１に示されている排気ガスターボチャージャ２の極めて小さい質量流量及び／又は低い速度の、ポンプ制限に近い圧縮機の作動範囲において、図４に示されている補助羽根２０を乱流発生器として効果的に使用できる。このことにより、ポンプ制限が変わって、質量流量が低減される。
【００５０】
補助羽根２０の間にある、圧縮機ホイール出口２２の反対側の外形リング１７の当該端部の、図４に示されている貫通孔５０により、ポンプ制限を変えて、比較的小さい質量流を発生させることもできる。貫通孔により、外形リング１７の下方に配置される領域と、外形リング１７の外側面の上方に配置される領域とを接続することによって、そこに位置する吸気の循環が発生され、この循環により、ポンプ制限を変えることができる。
【００５１】
外形リング１７には、具体的に内燃機関１の高い処理能力及び／又は高い速度の充填作動範囲において、流れの方向を変化させる効果があるため、圧縮機の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明による排気ガスターボチャージャを有する内燃機関の概略図である。
【図２】冷気タービンとしての圧縮機の作動モードにおける、本発明による排気ガスターボチャージャの、可変圧縮機構造を有する圧縮機の断面図である。
【図３ａ】第１の典型的な実施形態に対応する外形リングを有する本発明による排気ガスターボチャージャの圧縮機の圧縮機ホイールの部分断面図である。
【図３ｂ】第２の典型的な実施形態に対応する外形リングの外側面が、湾曲した凹状構造を有する前記外形リングを有する本発明による排気ガスターボチャージャの圧縮機の圧縮機ホイールの部分断面図である。
【図４】排気ガスターボチャージャの圧縮機の図３ａによる圧縮機ホイールの平面断面図である。
【図５】第３の典型的な実施形態に対応する外形リングを有する排気ガスターボチャージャの圧縮機ホイールの三次元図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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