(57)【要約】本発明は内燃機関であって、第１、第２シリンダ列と、第１、第２排気マニホールドを備えた排気通路とを備え、第１シリンダ列は第１排気管と接続された第１排気マニホールドと、第２シリンダ列は第２排気管と接続された第２排気マニホールドと対応しており、さらに第１、第２ターボチャージャーを有し、第１ターボチャージャーは排気通路内の第１タービンを、第２ターボチャージャーは排気通路内の第２タービンを含んでおり、第１、第２タービンは、３種類の設定間で切り替え可能な、第１、第２タービンの上流に配置された弁装置を用いて、選択的かつ交代的に、第１、第２シリンダ列から出る排気の一部によって駆動可能であり、第１タービンは、弁装置の第１設定において、第１シリンダ列の第１排気管からの排気が流通可能なポートと、第２シリンダ列の第２排気管からの排気が流通可能な第２ポートを有する。【選択図】図１
2014525008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用の内燃機関であって、
第１シリンダ列（１２）および第２シリンダ列（１３）と、
第１排気マニホールド（４０）および第２排気マニホールド（４２）を有する排気通路（２０）とを備え、前記第１シリンダ列（１２）は第１排気管（４４）と接続された前記第１排気マニホールド（４０）と対応し、前記第２シリンダ列（１３）は第２排気管（４６）と接続された前記第２排気マニホールド（４２）と対応しており、
さらに、第１ターボチャージャー（１６）および少なくとも１つの第２ターボチャージャー（１８）を有し、前記第１ターボチャージャー（１６）は前記排気通路（２０）内に配置された第１タービン（２２）を含み、前記第２ターボチャージャー（１８）は前記排気通路（２０）内に配置された第２タービン（２４）を含んでおり、
前記第１タービン（２２）および前記第２タービン（２４）は、少なくとも３種類の設定間で切り替え可能な、前記第１タービン（２２）と前記第２タービン（２４）の上流に配置された弁装置（２６）を用いて、選択的かつ交代的に、前記第１シリンダ列（１２）および前記第２シリンダ列（１３）から出る排気の少なくとも一部によって駆動可能であり、
前記第１タービン（２２）は、前記弁装置（２６）の第１設定において前記第１シリンダ列（１２）の前記第１排気管（４４）からの排気が流通可能なポート（４８）と、前記弁装置（２６）の第１設定において前記第２シリンダ列（１３）の前記第２排気管（４６）からの排気が流通可能な、少なくとも１つの第２ポート（５０）を有する
ことを特徴とする、自動車用の内燃機関。
【請求項２】
前記弁装置（２６）の第２設定において、前記第１排気管（４４）と前記第２排気管（４６）とが流体工学的に統合可能であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記弁装置（２６）の第３設定において、前記第１排気管（４４）と、前記第２排気管（４６）と、第３排気管（６８）とが流体工学的に統合可能であり、
前記第３排気管（６８）は、前記第２タービン（２４）への排気を送るよう形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記弁装置（２６）の第１設定においては、前記内燃機関（１０）が、前記第１タービン（２２）を用いて動圧過給方式で動作可能であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記内燃機関（１０）の排気が流通する流路断面積について、前記第１タービン（２２）が、前記第２タービン（２４）よりも大きな流路断面積を有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記第１タービン（２２）は、前記第１タービン（２２）によって駆動可能な空気圧縮用の第１圧縮機（３２）に対応し、前記第２タービン（２４）は、前記第２タービン（２４）によって駆動可能な空気圧縮用の第２圧縮機（３４）が対応しており、前記第１圧縮機（３２）と前記第２圧縮機（３４）とは前記内燃機関（１０）の吸気通路（３０）内に配置され、前記吸気通路（３０）に圧縮空気を供給可能であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記第１シリンダ列（１２）と前記第２シリンダ列（１３）とが、相互に直列または平行に配置可能であることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の内燃機関（１０）を備えた自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車用の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
独国特許第１０  ２００４  ０１５１０８Ｂ４号によって、複数のシリンダ、吸気導管系、排気導管系、排気還流および、少なくともターボチャージャーを有する内燃機関が知られている。複数の第１シリンダは、上記ターボチャージャーの排気タービンに排気を供給する排気集合管と連結されている。少なくとも１つの第２シリンダもしくは第２シリンダ群からの排気は、選択的に、上記吸気導管系と連結している排気還流導管あるいは上記ターボチャージャーの上記排気タービンに供給可能である。排気還流に個別に関与する複数の第２シリンダによって、部分負荷領域内の２つの異なる負荷状況を呈する排気供給に最適なタービン面が、少なくとも２種設けられている。これらのタービン面は、排気還流システムのため上記第２シリンダの接続関係について、接続及び非接続の切り替えが可能である。さらに、タービン面は切り替え機構の複数の切り替え設定に応じて接続・非接続の機能を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、効率よく稼働させることのできる自動車用内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は特許請求項１の特徴を有する自動車用内燃機関によって解決される。本発明の目的に沿った、具体的でより有利な形態は、従属請求項で述べられている。
【０００５】
本発明による自動車用、特に自家用車用内燃機関は、第１シリンダ列と第２シリンダ列を有し、第１排気マニホールドと第２排気マニホールドを備えた排気通路を有し、第１排気管を有する上記第１排気マニホールドは上記第１シリンダ列に対応し、第２排気管を有する上記第２排気マニホールドは上記第２シリンダ列に対応している。
【０００６】
第１ターボチャージャーと少なくとも第２ターボチャージャーが設けられる。上記第１ターボチャージャーは、第１タービンを含む。この第１タービンは上記内燃機関の排気通路内に配置されている。上記第２ターボチャージャーは、第２タービンを含む。この第２タービンは同様に、上記内燃機関の上記排気通路内に配置されている。上記第１タービンと上記第２タービンは、少なくとも３種類の設定間で切り替え可能であり、上記第１タービンと上記第２タービンの上流に配置され、上記排気通路内に配置された上記内燃機関の弁装置を用いて、個別に動作可能である。上記弁装置の第１設定と第２設定では、上記第１タービンにのみ、上記内燃機関の排気が送り込まれるが、それに対し、弁装置の第３設定では、上記第１タービンと上記第２タービンに、上記内燃機関の排気が送り込まれ得る。これにより、いわゆる多段過給（Ｒｅｇｉｓｔｅｒａｕｆｌａｄｕｎｇ）が行われ、この多段過給によって本発明による上記内燃機関が、その負荷・動作点に応じてとりわけ効率的に作動、過給され得る。
【０００７】
上記第１タービンは第１ポートと第２ポートを有する。上記第１ポートは上記第１排気管、上記第２ポートは上記第２排気管と連結している。上記弁装置の上記第１設定では、上記第１ポートに上記第１シリンダ列の排気が流通可能であり、上記第２ポートに上記第２シリンダ列の排気が流通可能である。これは、換言すると、上記第１シリンダ列からの排気が、上記第１ポートを経て、上記第１タービンに配置されているタービンホイールに流れ込み、上記第２排気管からの排気が、上記第２ポートを経て、上記タービンホイールに流れ込むことを意味する。これにより、上記弁装置の上記第１設定において、上記第１ターボチャージャーの動圧過給が実現可能である。
【０００８】
上記第１タービンの上記複数ポートが流体工学的に分離していることによって、本発明による内燃機関は有効かつ良好なレスポンスを得ることができる。同様に、これによって、有利なことに、高いトルクを低い回転数でも発揮することができる。上記第１タービンの上記複数ポート構造設計および上記複数ポートの上記流体工学的分離による他の利点は、上記第１タービンの流路断面が、比較的大きく設計され得るということである。これはさらに、大量の排気還流を同時に行う場合に、上記第１タービンにとって好ましく、高い効率をもたらす。
【０００９】
上記動圧過給は上記内燃機関の特に効率的な過給を可能にし、その結果、上記内燃機関は、少ない二酸化炭素排出量を伴う、非常に抑えられた燃料消費量によって稼働することができる。上記第１タービンの上記複数ポート構造と上記第１タービンの上記第１ポートおよび上記複数の第２ポートの分離構造により、本発明に基づく上記内燃機関は、動圧過給方式で特に有利な形で稼働可能である。これは上記内燃機関の少ない燃料消費と少ない二酸化炭素排出量を促す。このことは、上記内燃機関において、特有の上記多段過給が、特有の上記動圧過給と組み合わされていることを意味する。これは上記内燃機関の効率的な動作をもたらす。
【００１０】
上記弁装置の上記第２設定では、上記第１排気管と上記第２排気管が流体工学的に統合可能である。つまり、上記第１排気管と上記第２排気管の排気が、上記第１ポートと第２ポートを流通する。上記第１排気管と上記第２排気管の排気は、上記弁装置により集められ、その結果、上記第１排気管と上記第２排気管の排気は一緒に上記第１ポートあるいは上記第２ポートを流通できる。こうして、上記第１ターボチャージャーの静圧過給が実現され得る。これは例えば上記排気管の上記統合が、例えば上記弁装置のケーシングにて統合されるということである。これによって、本発明による上記内燃機関は、設置スペースをごく僅かしか必要としないものとすることができる。このことは、自動車、特に自家用車のエンジンルームのように特にスペースを確保するのが難しい領域おいて、パッケージ問題の回避および／またはその解決になる。
【００１１】
上記排気管の統合のために、追加的かつ独立した排気導管系は必要がなく、予定されていない。このことによって、本発明による上記内燃機関のパーツ数、重量およびコストが抑えられる。
【００１２】
上記第１ターボチャージャーと上記第２ターボチャージャーの多段過給は、上記弁装置の上記第３設定において実現可能である。上記弁装置の上記第３設定では、上記第１排気管、上記第２排気管および上記第３排気管が流体工学的に統合されている。上記第３排気管は、上記第２タービンへの排気運搬通路として設計されている。つまり、上記内燃機関の排気は、上記第３排気管によって、上記第２タービンに供給され、その結果、上記第１ターボチャージャーと上記第２ターボチャージャーが、多段過給として同時に作動する。
【００１３】
特に燃料消費の抑制、と二酸化炭素排出量の低減を実現するため、また本発明における上記内燃機関のような、内燃機関の少なくとも酸化窒素排出量の低減を実現するため、上記第１タービンと上記第２タービンの大きさ、特に流路断面積が、とりわけ小さく設計しつつ、この断面積を上記内燃機関の排気が流通可能とする。これによって、上記複数タービンの、有利な滞留作用を実現し、その結果、上記排気通路から、特に大量排気が上記内燃機関の吸気通路へ還流が可能となり、また吸気通路への導入が可能となる。これにより、上記内燃機関に吸入された空気に、排気が良好に送り込められることとなる。この排気は、燃料・空気混合気が燃焼室内で燃焼する際、不活性ガスとして作用し酸化窒素排出量を抑制する。
【００１４】
従来の方法では、上記タービンに関し、大きさが特に小さいことは設計的にタービンの効率を低下させ、排気エネルギー利用上好ましくなく、これは圧縮効率悪化により高い燃料消費をもたらすとされていた。仮に適切な対策を施さなければ、従来の方法では二酸化炭素削減の効果が利用されないこととなる。
【００１５】
本発明による上記内燃機関では、上記複数タービンが、上述のように有利な滞留作用を有し、またそれを行うことで、その結果、還流可能な、非常に大量の排気が集められ得る。第１タービンの複数ポート構造設計により、上記シリンダからの排気もしくは排気の残留ガス成分の排出のプロセスが有利に形成され得る。この複数のポートは、少なくとも領域的に流体工学的に相互に分離している。それによって内燃機関の回転数が低いときに、上記燃焼室の個々の排気バルブを作動させるための特に狭いカムの必要性は抑えられ得る。さらに、この内燃機関の上記排気バルブと同様に、ガスの切替弁の設計は比較的容易であり、これによってコストが抑えられる。
【００１６】
上記弁装置の切替機能によって、上記第１タービンと上記第２タービン間における切り替えが可能になっている。これによって、選択的に上記第１タービンのみ、あるいは上記第１タービンを補うよう補助的に上記第２タービンへ、排気を送り込み、それによる駆動が可能となる。このことから上記弁装置は少なくとも上記第１設定、上記第２設定そして上記第３設定を有する。排気が、少なくとも部分的に、互いに分離している２つの上記ポートを流通することによって、上記第１設定では、上記第１タービンが排気により駆動する。上記第２設定でも同様に、上記第１タービンのみが駆動するが、上記第１排気管の排気および上記第２排気管の排気が上記タービンホイールの上流で、上記弁装置により統合され、その結果、上記複数シリンダ列に依存せず、排気が上記タービンホイールに流れ込む。上記第３設定では、補助的に上記第２タービンに排気が送り込まれ、駆動する。これにより、上記内燃機関の自由度が確立される。このことによりとりわけ容易に、かつ少なくとも本質的に、上記複数タービン間における、トルクに依存しない切り替えを実現することができている。これは、特に燃料消費の削減と二酸化炭素排出量の低減とを両立することができる。さらに、上記内燃機関の回転数が高い場合においても、高い過給度を、低コストで構築することができるようになる。その場合、このような高い過給度は、例えば、本発明による上記内燃機関をガソリンエンジンとして設計した場合にさらなる燃料消費を必要とすることのない高い過給率を実現可能である。
【００１７】
これにより、本発明に基づく上記内燃機関は上記目的を達成し、特に効率的で、異なる動作点に適応可能である。このことから、本発明による上記内燃機関の稼働は、効率的で燃料消費を少なくすることができる。
【００１８】
本発明による上記内燃機関は、好ましくは、各シリンダ列が２個ないし３個のシリンダを有する。それに対応し、４シリンダおよび／あるいは６シリンダエンジンとして設計されている。その理由は、特にそのような４シリンダあるいは６シリンダエンジンにおける圧縮効率の損失が、上記第１タービンの複数ポート構造から、上記燃焼室の分離あるいはそれぞれの上記排気管への配分から、利益を得られるからである。この結果、圧縮効率の損失が抑制され得る。これは特に燃料消費の削減および二酸化炭素排出量の低減の両方を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】２つのターボチャージャーを有する内燃機関の基本構成を示しており、ターボチャージャーによって内燃機関の多段過給が形成され、内燃機関は、４気筒レシプロ内燃機関として構成されている。
【図２】図１を基礎とし内燃機関の他の実施形態の基本構成を示しており、この場合、内燃機関は６シリンダピストン内燃機関として構成されている。
【図３】図１と図２の内燃機関における弁装置の概略斜視図であり、当該弁装置は選択的にターボチャージャーにおける第１ターボチャージャーの第１タービンあるいは第２ターボチャージャーの第２タービンに上記内燃機関の排気を送り込むよう駆動可能である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の有利な一実施形態では、第１ターボチャージャーの第１タービンが、第２ターボチャージャーの第２タービンより大きな流路断面積を有し、これは内燃機関の排気が効果的に流通可能である。上記第１タービンは補助的もしくは選択的に、上記第２タービンより大きな慣性を有することができる。この慣性は、上記第１タービンの第１タービンケーシング内に配置された第１タービンホイールおよび上記第２タービンの第２タービンケーシング内に配置された第２タービンホイールの回転慣性に関係する。
【００２１】
上記内燃機関の低負荷領域で、好んで選択される、弁装置の第１設定は、上記タービンホイールおよび第１ターボチャージャーが、動圧過給する。その結果、いわゆるターボラグが、非常に高い慣性にも関わらず、比較的速く排除できる。
【００２２】
低負荷低回転数領域から中負荷中回転数領域の境界領域において、好んで選択される上記弁装置の第２設定において、上記第１ターボチャージャーが静圧動作で稼働可能である。その結果、上記第１ターボチャージャーは静圧動作し動圧動作時のように加速される必要がない。それは上記第１設定と比較し、タービンにより均等に排気が送られ、その結果燃料の削減がもたらされ得る。これは、上記第１設定に基づく上記ターボチャージャーの動圧動作と比較し、上記ターボチャージャーの効率を向上させることができる。
【００２３】
上記内燃機関の高負荷高回転数領域では、上記弁装置の第３設定が選択され、上記２つのターボチャージャーを多段動作で稼働可能である。上記弁装置による上記第２ターボチャージャーの接続の利点は、一般的な多段過給動作における上記第２ターボチャージャーを接続した場合に生じる過給圧を抑えることできることである。
【００２４】
このように、本発明による上記内燃機関は、高負荷高回転領域から上限負荷領域、さらに、これとは反対の、低負荷低回転数領域で、とりわけ高くかつ有利な車両力学およびとりわけ有利な運転作用を有し、それとともにごく少ない燃料消費および少ない二酸化炭素排出量が実現される。
【００２５】
本発明の別の有利な実施形態では、上記第１タービンに第１圧縮機が、また上記第２タービンに第２圧縮機が対応している。上記第１圧縮機および上記第２圧縮機は、上記内燃機関の吸気通路内に配置されている。上記第１圧縮機は、上記第１タービンによって駆動可能である。上記第２圧縮機は、上記第２タービンによって駆動可能である。上記圧縮機によって、内燃機関に吸い込まれる空気が圧縮される。上記弁装置によるタービン間の切り替えが可能であることは、ここでも利点を有しており、圧縮機も特に効果的かつ要求に応じた形で駆動可能となる。つまり、上記内燃機関は、特性マップ上のほとんどすべての負荷点において、少なくとも実質的に最適な形で圧縮空気を供給できる。その結果、上記内燃機関は、少なくとも特性マップのほぼ全体で、高い性能および／あるいは高いトルクをほぼ減速することなく発揮できる。これにより、いわゆるターボラグを低減することができる。
【００２６】
本発明による上記内燃機関は、いわゆるダウンサイジングコンセプトに基づき設計可能である。上記内燃機関の気筒面積はごく僅かにすぎないが、上記特定マップのほぼ全体で、自動車のドライバーに要求される高い能力および／あるいはトルクを、圧縮機による効果的な過給により提供可能である。これは、本発明による上記内燃機関のための設置スペースと特に重量を抑制し、その結果、自動車全体が非常に少ないエネルギー消費で駆動可能となる。
【００２７】
本発明のその他の利点、特徴および詳細は、以下に述べる好ましい実施例の説明と図で示される。上述の説明の中のいわゆる特徴、特徴の組み合わせは上記の図の説明の中で列挙され、さらに／あるいは図面中でのみ示された特徴および特徴の組み合わせは、本発明の範囲を逸脱しなければ、個々の列挙された組み合わせばかりではなく、別の組み合わせや単独での使用も可能である。
【００２８】
図１は、内燃機関１０を示す。内燃機関は４気筒レシプロ内燃機関として設計され、２個のシリンダからなる第１シリンダ列１２および２個のシリンダからなる第２シリンダ列１３を有する。上記内燃機関１０は第１ターボチャージャー１６および第２ターボチャージャー１８を有する過給装置１４を含む。上記過給装置１４によって、動圧過給、静圧過給、多段過給を行うことができ、これによって上記内燃機関１０は上記過給装置１４による上述の過給モードで稼働可能である。
【００２９】
このために、上記第１ターボチャージャー１６は、上記内燃機関１０の排気通路２０に配置されている第１タービン２２を含む。上記第２ターボチャージャー１８は、上記排気通路２０に配置されている第２タービン２４を含む。さらに上記過給装置１４は、調節弁２６を含む。この調節弁２６は同様に上記排気通路２０に、詳しくは上記第１タービン２２および上記第２タービン２４の上流に配置されている。上記調節弁２６は第１設定、第２設定および第３設定と調節できるように設計されている。これは、上記第１設定で、上記第１タービン２２に動圧過給により上記内燃機関１０の排気が送られ、上記第２設定で、上記第１タービン２２に、静圧過給に排気が送られ、さらに上記第３設定で上記第１タービン２２および上記第２タービン２４に、多段過給により上記内燃機関の排気が送られる。
【００３０】
その際、上記調節弁２６の切り替えは、上記内燃機関１０の特性マップの中の各負荷点に応じて行われる。負荷と回転数が低い領域では、好ましくは上記第１タービン２２のみに排気が送り込まれる。これに対し、上記特性マップの中負荷中回転数領域および高負荷高回転数領域から上限負荷の領域にかけては、上記第１タービン２２と上記第２タービン２４とが動かされる。
【００３１】
上記内燃機関１０の動作中、第２タービン２４が外部環境から空気を吸入するが、このことは矢印２８によって描写されている。空気は、上記内燃機関１０の吸気通路３０の吸気導管系を通り、上記各タービン２２、２４のいずれが動かされているのに応じて、上記第１ターボチャージャー１６の第１圧縮機３２か、上記第２ターボチャージャーの第２圧縮機３４へと流れ込む。それから空気は、上記第１タービン２２が動かされているか、あるいは上記第１タービン２２と上記第２タービン２４とが動かされているかに応じて、上記第１圧縮機３２か、あるいは上記第１圧縮機３２と上記第２圧縮機３４によって圧縮され、それにより温度上昇する。上記第１圧縮機３２と上記第２圧縮機３４は、それぞれシャフト３５を通じて、上記第１圧縮機３２は上記第１タービン２２と、そして上記第２圧縮機３４は上記第２タービン２４と連結されており、このためそれぞれのシャフト３５により、上記第１圧縮機３２は上記第１タービン２２によって、そして上記第２圧縮機は上記第２タービン２４によって駆動可能である。
【００３２】
圧縮後、圧縮空気はさらに上記吸気通路３０内に配置されたインタークーラー３６へと流れ込み、このインタークーラーによって空気は冷やされる。上記吸気通路３０を通る空気の流れの方向において上記インタークーラー３６の下流に、吸気マニホールド３８が配置されており、圧縮され冷却された空気は、この吸気マニホールドによって上記第１シリンダ列１２と上記第２シリンダ列１３とに分配される。
【００３３】
圧縮空気は、一般に知られている、ガソリンエンジンか、ディーゼルエンジンか、複合型燃焼システムのエンジンのいずれかの内部で燃料と混合されて燃焼され、これにより排気が、燃焼プロセスの最後に、上記第１シリンダ列１２と上記第２シリンダ列１３の各シリンダ内に生じる。
【００３４】
排気は、上記複数シリンダ内に位置するピストンによりシリンダから押し出される。図１から読み取れる通り、上記第１シリンダ列１２の各シリンダからの排気は、上記第１排気マニホールド４０によって集められる。
【００３５】
さらに、上記排気通路２０内には第２排気マニホールド４２が配置されており、この第２排気マニホールドによって、上記第２シリンダ列１３の両シリンダの排気を集めることが可能である。これにより、上記第２シリンダ列１３の両シリンダは、上記第２排気マニホールド４２よって、流体工学的に統合される。
【００３６】
上記第１排気マニホールド４０は上記第１排気管４４を有し、上記第２排気マニホールド４２は上記第２排気管４６を有する。これにより、上記第１排気管４４には上記第１シリンダ列１２のシリンダの排気が流通し、これに対し上記第２排気管４６には上記第２シリンダ列のシリンダの排気が流通する。
【００３７】
図１で判る通り、上記第１タービン２２は２ポート構造に設計されており、かつ、上記第１排気管４４に対応し上記第１排気管４４と流体工学的に連結している第１ポート４８と、第２排気管４６に対応し第２排気管４６と流体工学的に連結している第２ポート５０とを有する。このことは、上記第１ポート４８には上記第１排気管４４から出る排気が、即ち上記第１シリンダ列１２の両シリンダからの排気が流通することを意味する。一方、上記第２ポート５０には上記第２排気管４６から出る排気が、即ち上記第２シリンダ列１３の両シリンダからの排気が流通できる。
【００３８】
上記第１ポート４８と上記第２ポート５０は、少なくとも領域的に、流体工学的に相互に分離されており、これに対応して上記第１タービン２２のポートは分離している。
【００３９】
上記第１ポート４８と上記第２ポート５０を通って、上記第１タービン２２の第１のタービンホイールに排気が供給され、タービンホイールが排気によって駆動される。上記第１のタービンホイールの駆動後、排気は第１タービンホイール出口を経由し、この出口の中で、上記第１ポート４８からの排気と上記第２ポート５０からの排気が集められ、上記第１タービン２２から流れ出るが、このことが矢印５２で示されている。
【００４０】
上記調節弁２６の上記第３設定においては、上記第１排気管４４、上記第２排気管４６、及び第３排気管６８は、上記第２タービン２４にそれぞれ内燃機関からの排気が流通することを可能にするよう、流体工学的に相互に連結しており、このことが図１に点線６６で示されている。つまり、上記第２タービン２４は、上記排気管６８と流体工学的に連結している第３ポート７０を有している。
【００４１】
このことは、上記第１排気管４４と上記第２排気管４６からの排気流量が統合され、この統合された排気流量が、第１排気管４４と第２排気管４６に加えて第３排気管６８を流通することができ、続いて上記第１タービン２２と第２タービン２４を流通することを意味している。そして、上記第２タービン２４の上記第３ポート７０を通って、上記第２タービン２４の第２タービンホイールに排気が供給され、これにより第２タービンホイールが排気によって駆動される。上記第２タービンホイールの駆動後、排気は下流へと流れていくが、これが矢印５２によって示されている。
【００４２】
このような上記調節弁２６の有効な切り替え機能と、上記調節弁２６を用いた上記第１排気管４４と上記第２排気管４６と上記第３排気管６８の有効な統合とは、６つのシリンダ１２、１３を有する内燃機関１０にも適用可能であり、そのことが図２に描写されている。
【００４３】
上記内燃機関１０はさらに、還流導管５６を備えた排気還流装置５４を含んでいる。上記還流導管５６は、分岐部５８において、流体工学的に上記第１排気管４４と連結している。さらに上記還流導管５６は、導入部６０において、流体工学的に上記吸気通路３０と連結されている。こうして上記第１排気管４４からの排気は分岐され、上記吸気通路３０に向かって還流させられ、上記導入部６０において、上記吸気通路３０内へと導入されることができる。これにより、吸入され圧縮された空気に、排気が送り込まれることが可能になる。排気は吸入空気によって上記シリンダ１２内へと運搬され、燃料と空気の混合気が燃焼する際に不活性ガスとして作用し、これにより窒素酸化物排出量（ＮＯｘ排出量）と粒子状物質排出量が抑制される。
【００４４】
上記排気還流装置５４は、少なくとも部分的には上記還流導管５６内に配置されている排気還流冷却器６２を含んでおり、この排気還流冷却器によって、還流すべき排気が冷却され得る。さらに、上記排気還流装置５４の排気還流弁６４が備えられている。上記排気還流弁６４により、還流すべき排気の目標量が可変的に調節され得る。これにより、還流すべき排気の量が、要求に応じて、上記内燃機関１０のさまざまな動作点に適応させられ得る。
【００４５】
上記第１タービン２２の複数ポートを持つ構造（マルチポート構造）により、上記第１ポート４８は、第１のいわゆるＥＧＲポート（ＥＧＲ＝排気還流）として機能できる。ここで上記第１排気管４４と、上記第１ポート４８とは、主として、特に大量の排気を上記吸気通路３０へと還流させられ得るように、特に高い滞留作用を必要とする。
【００４６】
これに対応して、上記第２排気管４６と、上記第２ポート５０とは、それぞれいわゆるΛ（ラムダ）ポートとして設計されている。上記第２排気管４６と、上記第２ポート５０とには、特に、上記第１タービン２２への排気の供給により、適切な空燃比（燃焼空気比率λ）を提供し、それにより上記内燃機関１０が必要なトルクおよび／または必要な出力を提供できるようにする、という機能を有している。
【００４７】
図３は、図１および図２の上記過給装置１４の上記調節弁２６を示す。上記調節弁２６は本体７２を有し、この本体に第１接続部７４と第２接続部７６が設けられている。上記調節弁２６は、上記第１接続部７４を通じて、流体工学的に上記第１排気管４４と連結され得て、それにより排気が上記第１排気管４４から上記第１接続部７４を経て、上記調節弁２６の少なくとも基本的には環状である本体によって形成された空間７８へと流入可能である。このことが矢印８０により示されている。
【００４８】
これと同様に、上記調節弁２６は、上記第２接続部７６を通じて流体工学的に上記第２排気管４６と連結され得る。それにより、上記第２排気管４６を流通する排気が、上記第２接続部７６を経て、上記空間７８に流入できる。このことは、図３において、もうひとつの矢印８２により示されている。上記調節弁２６の設定と、上記第１タービン２２および上記第２タービン２４の流体工学的連結のため、上記第１排気管４４からの排気と、上記第２排気管４６からの排気は、
―  相互に分離されたまま、上記第１ポート４８と上記第２ポート５０へと供給され（動圧過給、第１ターボチャージャー１６または第１タービン２２による動圧過給）、または、
―  上記空間７８内で統合されたのちに、上記第１ポート４８と上記第２ポート５０へと供給され（第１ターボチャージャー１６または第１タービン２２による静圧過給）、または、
―  上記空間７８内で統合されたのちに、第１ポート４８、第２ポート５０、第３ポート７０へと供給される（多段過給、過給装置１４）。
【００４９】
このことは、上記第１タービン２２、上記第１タービンの上記第１ポート４８と上記第２ポート５０という形の２つのセグメントと、上記両ポートの分離とによって、上記内燃機関１０は動圧過給方式で動作可能である一方で、上記調節弁２６の上記第２設定においては、上記第１排気管４４と上記第２排気管４６の統合により、上記内燃機関１０は静圧過給方式で動作可能であり、また、上記調節弁２６の上記第３設定においては、上記第１排気管４４と上記第２排気管４６と上記第３排気管６８の統合により、上記内燃機関１０は多段過給方式で動作可能であることを意味している。
【００５０】
言うまでもなく、上記弁装置（２６）は、２種類の設定、すなわち上記第１設定と上記第３設定においてのみ機能する弁装置も含んでいる。この場合、上記弁装置（２６）の上記第２設定に切り替わる時間は極わずかであるものの、それでもなお上記第２設定への切り替えが含まれており、その理由は、多段過給への切り替えの前には、動圧過給に応じて分離されていた各ポートが、まず静圧過給へと導かれなければ、多段過給を得ることができないからである。
【図１】
2014525008.tif 000003
【図２】
2014525008.tif 000004
【図３】
2014525008.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月7日(2014.4.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用の内燃機関であって、
第１シリンダ列（１２）および第２シリンダ列（１３）と、
第１排気マニホールド（４０）および第２排気マニホールド（４２）を有する排気通路（２０）とを備え、前記第１シリンダ列（１２）は第１排気管（４４）と接続された前記第１排気マニホールド（４０）と対応し、前記第２シリンダ列（１３）は第２排気管（４６）と接続された前記第２排気マニホールド（４２）と対応しており、
さらに、第１ターボチャージャー（１６）および少なくとも１つの第２ターボチャージャー（１８）を有し、前記第１ターボチャージャー（１６）は前記排気通路（２０）内に配置された第１タービン（２２）を含み、前記第２ターボチャージャー（１８）は前記排気通路（２０）内に配置された第２タービン（２４）を含んでおり、
前記第１タービン（２２）および前記第２タービン（２４）は、少なくとも３種類の設定間で切り替え可能な、前記第１タービン（２２）と前記第２タービン（２４）の上流に配置された単独の調節弁（２６）を用いて、選択的かつ交代的に、前記第１シリンダ列（１２）および前記第２シリンダ列（１３）から出る排気の少なくとも一部によって駆動可能であり、
前記調節弁（２６）の第１設定においては、前記第１タービン（２２）は、前記第１シリンダ列（１２）の前記第１排気管（４４）からの排気のみが流通可能なポート（４８）と、前記調節弁（２６）の第１設定において前記第２シリンダ列（１３）の前記第２排気管（４６）からの排気のみが流通可能な、少なくとも１つの第２ポート（５０）とを有し、かつ前記第２タービン（２４）は前記第１シリンダ列（１２）からの排気によっても前記第２シリンダ列（１３）からの排気によっても駆動せず、前記内燃機関は動圧過給方式で動作し、
前記調節弁（２６）の第２設定においては、前記第１排気管（４４）と前記第２排気流路（４６）とが流体工学的に統合可能であり、かつ前記第２タービン（２４）は前記第１シリンダ列（１２）からの排気によっても前記第２シリンダ列（１３）からの排気によっても駆動せず、前記内燃機関は静圧過給方式で動作し、
前記調節弁（２６）の第３設定においては、前記第１排気管（４４）と前記第２排気管（４６）と第３の排気管（６８）とが流体工学的に統合可能であり、かつ前記第３排気管（６８）は前記第２タービン（２４）への排気運搬のために設計され、前記内燃機関は多段過給方式で動作することを特徴とする、自動車用の内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関（１０）の排気が流通する流路断面積について、前記第１タービン（２２）が、前記第２タービン（２４）よりも大きな流路断面積を有することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記第１タービン（２２）は、前記第１タービン（２２）によって駆動可能な空気圧縮用の第１圧縮機（３２）に対応し、前記第２タービン（２４）は、前記第２タービン（２４）によって駆動可能な空気圧縮用の第２圧縮機（３４）に対応しており、前記第１圧縮機（３２）と前記第２圧縮機（３４）とは前記内燃機関（１０）の吸気通路（３０）内に配置されており、前記吸気通路（３０）に圧縮空気を供給可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記第１シリンダ列（１２）と前記第２シリンダ列（１３）とが、相互に直列または平行に配置可能であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の内燃機関（１０）を備えた自動車。
【国際調査報告】
2014525008.tif 000006
2014525008.tif 000007
2014525008.tif 000008
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