(57)【要約】  本発明は、排気ガス案内区間（３）、空気案内区間（２８）、およびベアリング区間（２９）を有するハウジング（２Ａ）と、複数のブレード（１０）を備えるタービンホイール（５）、コンプレッサホイール（３０）、およびタービンホイール（５）をコンプレッサホイール（３０）と回動不能に結合するシャフト（３１）を含むロータリーアセンブリ（２Ｂ）とを有する、内燃機関（１００）用の排気ターボチャージャに関するものであり、ここで、タービンホイール（５）は排気ガス案内区間（３）に、コンプレッサホイール（３０）は空気案内区間（２８）に回転可能に収容されており、シャフト（３１）はベアリング区間（２９）に回転可能に支承されており、タービンホイール（５）には、内燃機関（１００）からの排気ガスを装填可能であり、コンプレッサホイール（３０）はシャフト（３１）を介してタービンホイール（５）により、空気吸入および圧縮のために駆動可能であり、タービンホイール（５）に装填される排気ガスを調整するために、スリーブ型変位エレメント（１４）が排気ガス案内区間（３）に位置決めされている。本発明によれば、前記スリーブ型変位エレメント（１４）が、タービンホイール（５）のブレード外側輪郭（１２）を最大でも部分的に受容するように構成されている。ホイール外側輪郭領域およびホイール排出口領域を簡単に変更できることにより、従来の調整装置とともに、タービンホイール前方で完全可変タービンが可能になる。これにより圧入能力が小さくても、大きい場合と同じように、タービンの動作点における最適に応答度を調整することができる。本発明は、商用車製造にも乗用車製造にも使用することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス案内区間（３）、空気案内区間（２８）、およびベアリング区間（２９）を有するハウジング（２Ａ）と、複数のブレード（１０）を備えるタービンホイール（５）、コンプレッサホイール（３０）、およびタービンホイール（５）をコンプレッサホイール（３０）と回動不能に結合するシャフト（３１）を含むロータリーアセンブリ（２Ｂ）とを有する、内燃機関（１００）用の排気ターボチャージャであって、タービンホイール（５）は排気ガス案内区間（３）に、コンプレッサホイール（３０）は空気案内区間（２８）に回転可能に収容されており、シャフト（３１）はベアリング区間（２９）に回転可能に支承されており、タービンホイール（５）には、内燃機関（１００）からの排気ガスが装填可能であり、コンプレッサホイール（３０）はシャフト（３１）を介してタービンホイール（５）により、空気吸入および圧縮のために駆動可能であり、タービンホイール（５）に装填される排気ガスを調整するために、スリーブ型変位エレメント（１４）が排気ガス案内区間（３）に位置決めされている排気ターボチャージャにおいて、
前記スリーブ型変位エレメント（１４）が、タービンホイール（５）のブレード外側輪郭（１２）を最大でも部分的に受容するように構成されている、ことを特徴とする排気ターボチャージャ。
【請求項２】
前記スリーブ型変位エレメント（１４）がブレード外側輪郭（１２）を、タービンホイール（５）の排出領域で受容するように構成されている、ことを特徴とする、請求項１に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項３】
スリーブ型変位エレメント（１４）が、タービンホイール横断面（１８）の最も狭い領域で排気ガスが調整可能であるように排気ガス案内区間（３）に位置決めされている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項４】
スリーブ型変位エレメント（１４）が自由通流横断面（２０）を有し、該自由通流横断面は第１の長さ（Ｌ１）にわたって組み込まれた円錐台の形に形成されており、
第１の通流横断面（Ｓ１）は運動スリット横断面だけ、第１のタービンホイール排出口直径（Ｄ２ｍａｘ）を備える通流横断面よりも大きく、第２の通流横断面（Ｓ２）は運動スリット横断面だけ、第２のタービンホイール排出口直径（Ｄ２ｍｉｎ）を備える通流横断面よりも大きく、第１のタービンホイール排出口直径（Ｄ２ｍａｘ）は第２のタービンホイール排出口直径（Ｄ２ｍｉｎ）に対して互いに第１の比（Ｖ１）にあり、第１の比（Ｖ１）の二乗は１．１より大きい値を有する、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項５】
第２のタービンホイール排出口直径（Ｄ２ｍｉｎ）はタービンホイール吸入直径（Ｄ１）に対して互いに第２の比（Ｖ２）にあり、第２の比（Ｖ２）の二乗は０．６６より小さい値を有する、ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項６】
スリーブ型変位エレメント（１４）の自由通流横断面（２０）は、変位エレメント（１４）の長手軸（２１）に沿ってラバルノズル型に構成されている、ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項７】
閉鎖位置では、スリーブ型変位エレメント（１４）の最小の自由通流横断面（Ｓ２）が、第２のタービンホイール排出口直径（Ｄ２ｍｉｎ）のすぐ近くに位置決めされている、ことを特徴とする請求項６に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項８】
排気ガス案内区間（３）は、タービンホイール（５）に気体が流れるようにするため、第１のスパイラルダクト（８）と第２のスパイラルダクト（１６）を有する、ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項９】
第１のスパイラルダクト（８）と第２のスパイラルダクト（１６）は、非対称に構成されている、ことを特徴とする請求項８に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項１０】
第１のスパイラルダクト（８）または第２のスパイラルダクト（１６）は、排気ガス還元管路（１７Ａ）と接続されている、ことを特徴とする請求項８または９に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項１１】
第１のスパイラルダクト（８）および／または第２のスパイラルダクト（１６）は、タービンホイール（５）をセグメント形態で含むように構成されている、ことを特徴とする請求項８から１０までのいずれか１項に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項１２】
スリーブ型変位エレメント（１４）の外側輪郭（２４）は、スリーブ型変位エレメント（１４）の最大変位を制限するために安全機構（２５）を有する、ことを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項１３】
安全機構（２５）は、リング状の段の形に形成されており、該段は排気ガス案内区間（３）の壁と対応可能に構成されている、ことを特徴とする請求項１２に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項１４】
スリーブ型変位エレメント（１４）は、制御および調整ユニット（２７）により調整可能である、ことを特徴とする請求項１から１３までのいずれか１項に記載の排気ターボチャージャ。
【請求項１５】
スリーブ型変位エレメント（１４）は、機関動作パラメータに依存して調整可能である、ことを特徴とする請求項１４に記載の排気ターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分による内燃機関のための排気ターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ターボチャージャを用いて過給される内燃機関の、とりわけＮＯｘ排出およびすす排出の排出限界値を連続的に低減することにより、排気ターボチャージャの構造的特性値および熱力学的特性値が調整される。効率的な排気ガス還元のために、内燃機関の中央負荷領域でも使用するべきである高過給圧は、排気ターボチャージャのタービンの幾何形状の小型化を要求する。なぜなら、小型化により得られるタービンの保持性能の向上、ないしは圧入性能の縮小のため、高いタービン出力が低回転でもすでに達成可能だからである。
【０００３】
加えて、タービンに後置接続された粒子フィルタはタービンの下流の圧力を上昇させるが、この圧力上昇は高タービン出力を相応に達成するために、タービンの上流での圧力を上昇させることによって補償可能である。この圧力上昇も同じように、タービンの幾何形状の小型化によって達成可能である。
【０００４】
特許文献１に、内燃機関のための排気ターボチャージャが開示されており、ここでは排気ターボチャージャが、排気ガス案内区間と、空気案内区間と、ベアリング区間とを備えるハウジングを有する。多数のブレードを備えるタービンホイールと、コンプレッサホイールと、タービンホイールをコンプレッサホイールと共回転するように結合するシャフトとを含むロータアセンブリが、ハウジングの中に配置されており、タービンホイールは排気ガス案内区間に、コンプレッサホイールは空気案内区間に回転可能に格納され、シャフトはベアリング区間に回転可能に支承されている。タービンホイールには内燃機関からの排気ガスを装填することができ、コンプレッサホイールはタービンホイールのシャフトを介して、空気を吸入し、圧縮するために駆動することができる。タービンホイールに装填される排気ガスを調整するために、スリーブ型変位エレメントが排気ガス案内区間に位置決めされている。
【０００５】
このスリーブ型変位エレメントはタービンホイールの上流に、排気ガス案内区間においてスパイラルダクトに割り当てられた流れの通流横断面が可変であるように位置決めされている。この変位エレメントによって、通流媒体、この場合は排気ガスのタービンホイールにおけるエンタルピー勾配を調整することができる。ここでエンタルピー勾配は、タービンホイール前方のエンタルピーとタービンホイール後方のエンタルピーとの差として表される。したがってスリーブ型変位エレメントによって、タービンホイール前方でのエンタルピーを調整することができる。
【０００６】
排気ターボチャージャのタービンの特性値は、タービンのいわゆる反応度であり、以下ではタービン反応度として示す。このタービン反応度は、タービンホイールでの通流速度変化と、タービンの全体エンタルピー勾配との比率に関連している。通例、タービンを最適化するために、流れまたは渦流、そして後続のノズルの通流横断面がタービンホイール排出口の通流横断面に適合される。この適合は、通流媒体のエクセルギーの最初の半分がタービンホイールの前方で速度エネルギーに変換され、エクセルギーの第２の半分が、それぞれ２つのタービンブレードにより画定されるタービンホイールブレードダクトで速度エネルギーに変換されるように行われる。ここでエネルギーの成分はエンタルピーである。
【０００７】
排気ターボチャージャの加速特性または過渡特性への要求が高いので、過去におけるタービンの開発は、例えばスリーブ型変位エレメントまたは回転可能な案内ブレードのような可変エレメントを、タービンホイールの上流に使用して、タービンホールの前方で速度に変換される通流媒体のエクセルギーの成分が、タービンホイールブレードダクトで速度エネルギーに変換されるエクセルギーの成分よりも大きな値を有するようにする傾向がある。このようにして現在の、とりわけ自動車製造業で使用されるタービンのタービン応答度は、通例、０．５より下の値にある。もちろん最高のタービン効率は、０．５のタービン応答度の領域で達成すべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４７７６１６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、タービン効率が改善され、同時にタービン応答度の可変性も、タービンホイールブレードダクトで速度エネルギーに変換されるエクセルギーを調整することによって達成される排気ターボチャージャを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は本発明により、請求項１の特徴を備える排気ターボチャージャによって解決される。適切で、重要な改善形態による有利な実施形態は、それぞれ従属請求項に記載されている。
【００１１】
過渡特性が改善され、同時にタービン応答度が、タービンホイールブレードダクトで速度エネルギーに変換されるエクセルギーの調整によって変化される排気ターボチャージャが、本発明によれば、スリーブ型変位エレメントが、タービンホイールのブレード外側輪郭を、最大でも部分的に受容するように形成されていることによって達成される。したがって自由通流横断面が、タービンホイールブレードダクトで調整可能である。タービンホイールブレードダクト内の自由通流横断面は、幾何学的パラメータであり、これによってタービンホイールブレードダクト内および前方での熱力学量、例えば圧力、速度を調整することができる。これにより、タービンホイールブレードダクトで速度エネルギーに変換可能であるエクセルギーの成分に影響を及ぼすことができ、したがってタービン応答度をタービンホイールブレードダクトでの速度を介して変化することができる。タービン応答度が、少なくとも０．５の値を有するように調整することができる。したがって有利には小型のタービンを内燃機関の運転に使用することができ、これにより排気ターボチャージャの加速特性を向上させることができ、例えばよく知られている「ターボラグ」が低減される。これによりシステム全体、すなわち排気ターボチャージャ付き内燃機関の効率が上昇し、これにより内燃機関の燃料消費の低減を達成することができる。燃焼装置が排気ガス還元装置を有している場合、内燃機関が高負荷の場合でも、十分な新鮮空気を、タービンによって駆動される排気ターボチャージャのコンプレッサによって供給しながら、同時に効率的な排気ガス還元が可能であり、ここでも内燃機関の消費低減が達成可能である。
【００１２】
１つの実施形態では、スリーブ型変位エレメントが、タービンホイールの排出口領域においてブレード外側輪郭を受容することができるように形成されており、これによりタービン応答度のさらなる向上を達成することができる。
【００１３】
別の実施形態では、タービンホイール横断面の最も狭い領域で排気ガスが調整可能であるように、スリーブ型変位エレメントが排気ガス案内区間に位置決めされている。最も狭いタービンホイール横断面はタービンのスループット能力に重要である。なぜならここでタービンホイールでの音波通過が行われるからである。有利にはこれによりタービン応答度を、そしてタービン応答度によりタービン圧入特性を実質的に調整することができ、内燃機関のチャージ交互工程に影響を及ぼすことができる。最も狭いタービンホイール横断面を開放することによって、チャージ交互工程を低減することができる。
【００１４】
さらなる有利な実施形態では、スリーブ型変位エレメントが自由通流横断面を有し、この自由通流横断面は第１の長さにわたって組み込まれた、ノズルに対応する円錐台の形に形成されており、第１の通流横断面は運動スリットの分だけ第１のタービンホイール排出口直径よりも大きく、第２の通流横断面は運動スリットの分だけ第２のタービンホイール排出口直径よりも大きく、第１のタービンホイール排出口直径は第２のタービンホイール排出口直径に対して互いに第１の比にあり、第１の比の二乗は１．１より大きい値を有する。第１の長さにわたって組み込まれた円錐台の形に形成された変位エレメントの通流横断面は、通流横断面変化に対して特徴的なタービンホイールの排出口直径を擬似的に変化することができ、対応するタービンホイール排出口直径は排気ターボチャージャの動作点に対応して適合可能であり、タービン効率の上昇が、タービン応答度の上昇の結果として、例えば機関回転数が低く、負荷が高くても達成可能である。
【００１５】
別の実施形態では、第２のタービンホイール排出口直径がタービンホイール吸入口直径に対して互いに第２の比にあり、この第２の比の二乗は０．６６より小さい値を有し、これによりタービンの比直径に対して、全体タービン勾配および排気ガス排出容積流量の関数としてポジティブに影響することができ、そこから効率の向上が達成可能である。
【００１６】
別の有利な実施形態では、スリーブ型変位エレメントの通流横断面が、変位エレメントの長手軸に沿ってラバルノズル型に形成されており、これにより通流媒体をタービンホイールの排出口で調整することができ、通流媒体がタービンホイールから排出される際の流れ損失を低減することができる。
【００１７】
別の実施形態では、スリーブ型変位エレメントの閉鎖位置で、比較的小さな自由通流横断面が、タービンホイールの外側であって第２のタービンホイール排出口直径のすぐ近くに位置決めされている。これにより通流媒体の軸方向の流れが、最も狭いタービンホイール横断面の領域で維持される。このようにして機械的問題を回避するために、排気ガスの質量流量が大きい場合でも、流れの有利なヘリカル分布を慣性系において許容するタービンホイールブレード形状が可能である。好ましくはタービンホイールブレード形状は半径方向に配向されており、これにより曲げモーメントを回避することができ、したがって寿命の延長を達成することができる。
【００１８】
別の実施形態では、タービンホイールに流れるようにするため、排気ガス案内区間が第１のスパイラルダクトと第２のスパイラルダクトを有し、これにより排気ターボチャージャの動作特性を、とりわけ４気筒以上の内燃機関において改善することができる。変位エレメントによって、スループットが大きい場合でも、少なくとも０．５のタービン応答度を、第１のスパイラルダクトと第２のスパイラルダクトを備える排気ターボチャージャに対して達成することができる。
【００１９】
別の実施形態では、有利には第１のスパイラルダクトと第２のスパイラルダクトとが非対称に構成されており、ここで第１のスパイラルダクトの第１の流れと、第２のスパイラルダクトの第２の流れとは異なる通流横断面を有する。スパイラルダクトの非対称構成によって、スパイラルダクトをその最大スループットに応じて使用することができる。例えば排気ガスの流量が少ない場合には、排気ガスを比較的小さいスパイラルダクトを通して導けば高い排気ターボチャージャ回転数を達成することができる。変位エレメントによって、タービン応答度を各流れに対して適合することができ、これにより内燃機関の消費値および放出値を改善することができる。
【００２０】
別の実施形態では、第１のスパイラルダクトまたは第２のスパイラルダクトが排気ガス還元管路と接続されている。排気ガス還元を改善するために、通例、２つの流れの小さい方が使用される。ここでは構成に起因して小さな通流横断面が達成され、その流れの損失は通流速度が高いため、もっぱらスパイラルダクトの壁での摩擦により生じる。変位エレメントを用いることによって、この流れの損失をタービンハウジングの相応の構成によって低減することができ、したがって排気ガス還元の場合にも、内燃機関の消費値および放出値を改善することができる。
【００２１】
別の実施形態では、排気ターボチャージャの応答特性と排気ガス還元機能を改善するために、第１のスパイラルダクトおよび／または第２のスパイラルダクトが、タービンホイールをセグメント形態で含むように構成されている。
【００２２】
別の実施形態では、スリーブ型変位エレメントが好ましくは調整および制御ユニットによって調整可能であり、これにより変位エレメントの位置決めをプログラミングすることができ、自動的に調整することができる。
【００２３】
別の有利な実施形態では、スリーブ型変位エレメントが、有利には機関動作パラメータに依存して調整可能である。制御は例えば、コンプレッサの下流に生じるチャージ圧、および／またはタービンホイールの上流に生じるタービン吸入圧に依存して行うことができる。
【００２４】
本発明のさらなる利点、特徴、および詳細は、複数の実施形態の以下の説明に基づき、ならびに図面に基づいて得られる。図面中で、同じ要素または同じ機能の要素には同じ参照符合が付してある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の排気ターボチャージャのタービンの縦断面図である。
【図２】第１の変形実施形態における本発明の排気ターボチャージャのタービンの縦断面図である。
【図３】第２の変形実施形態の本発明の排気ターボチャージャを備える内燃機関の基本図である。
【図４】図２の本発明の排気ターボチャージャのタービンの流量特性マップを示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の排気ターボチャージャ２の、図１に示されたタービン１は、好ましくはオットー機関またはディーゼル機関である内燃機関１００（図３に示されるように）用のものであり、ホイールチャンバ４付きの排気ガス案内区間３を備えるハウジング２Ａを有する。このホイールチャンバ４には、回転軸６を備えるタービン１のタービンホイール５が回転可能に収容されている。排気ターボチャージャ２はさらにハウジング２Ａの部分として、空気案内区間２８とベアリング区間２９、ならびにロータアセンブリ２Ｂを有し、ロータアセンブリ２Ｂは、タービンホイール５、コンプレッサホイール３０、およびタービンホイール５をコンプレッサホイール３０と回動不能に結合するシャフト３１を含む。コンプレッサホイール３０は空気案内区間２８に回転可能に収容されており、シャフト３１はベアリング区間２９に回転可能に支承されている。タービンホイール５には、内燃機関１００からの排気ガスを装てんすることができ、これによりタービンホイール５は回転運動され、コンプレッサホイール３０が、タービンホイール５に結合するシャフト３１によって空気の吸入および圧縮のために駆動される。
【００２７】
ホイールチャンバ４の上流では、排気ガス案内区間３に、図１では詳細に図示しない第１のスパイラルダクト８の第１の流れ７がある。ホイールチャンバ４の下流に、排気ガス案内区間３は排出ダクト９を有する。多数のタービンブレード１０がタービンホイール５のハブ１１上に配置されており、タービンホイール５のブレード外側輪郭は、ホイールチャンバ４の領域で排気ガス案内区間４の壁１３によってもっぱら画定されている。
【００２８】
タービンホイール５、またはそれぞれ２つのタービンブレード１０の間に形成されたタービンホイールブレードダクト２３には、矢印の方向でガス状の通流媒体、この場合は内燃機関１００の排気ガスが通流することができる。スリーブ型変位エレメント１４は、排出ダクト９の領域でブレード外側輪郭１２を部分的に収容可能に構成されており、ここでスリーブ型変位エレメント１４は、タービンホイール５の排出領域にブレード外側輪郭１２を収容可能に構成されている。スリーブ型変位エレメント１４は軸方向に変位可能である。
【００２９】
図１には、スリーブ型変位エレメント１４の中間位置が示されており、ここではリング状の横断面１５が、排気ガス案内区間３に向いて位置決めされた変位エレメント１４の軸方向端部と排気ガス案内区間３との間に形成されている。変位エレメント１４の閉鎖位置は、このリング状の横断面１５が、変位エレメント１４の軸方向に運動により、タービンホイール５の方向に閉鎖された場合にセットされる。完全な開放位置は、リング状の横断面１５がブレード外側輪郭１２を完全に解放していることにより特徴付けられる。すなわち変位エレメント１４は、タービンホイール５とは反対側の軸運動により、排出ダクト９へ位置決めされている。
【００３０】
図２には、本発明の排気ターボチャージャ２の第１の変形実施形態が示されており、ここでは排気ガス案内区間３が第１のスパイラルダクト８、ならびに第２のスパイラルダクト１６を有する。スパイラルダクト８，１６は、この実施例ではとりわけ効率的な排気ガス還元のために、非対称に構成されている。２つのスパイラルダクト８，１６のうち小さい方の第２のスパイラルダクト１６は、図３に基本的に示されているように、排気ガス還元管路１７Ａ、排気ガス還元弁１７Ｂ、ならびに排気ガスクーラー１７Ｃを含む排気ガス還元装置１７と接続されている。ここではスリーブ型変位エレメント１４が、タービンホイール横断面１８の最も狭い領域で排気ガスが調整可能であるように排気ガス案内区間３に位置決めされている。
【００３１】
スリーブ型変位エレメント１４はこの実施例では、好ましく形成された内側輪郭１９を有し、スリーブ型変位エレメント１４の自由通流横断面２０は、変位エレメント１４の長手軸２１に沿ってラバルノズル型に形成されている。通流横断面２０は、まず長手軸２１に沿って変位エレメント１４の第１の長さＬ１まで、好ましくは連続的に狭くなるよう形成されており、これにより通流横断面２０は第１の長さＬ１にわたって組み込まれた円錐台の形に構成されている。この第１の長さＬ１から、通流横断面２０は同様に好ましくは連続的に、第２の長さＬ２にわたって拡がるように形成されている。第１の長さＬ１と第２の長さＬ２の和は、変位エレメント１４の全長Ｌに相当する。流れに有利なように、通流横断面２０は第１の長さＬ１にわたって組み込まれ、鈍角の円錐台の形に形成されている。
【００３２】
さらに第１のタービンホイール排出口直径Ｄ２ｍａｘは、最も小さいタービンホイール排出口直径に相当する第２のタービンホイール排出口直径Ｄ２ｍｉｎに対して互いに第１の比Ｖ１にあり、この第１の比Ｖ１の二乗は１．４の値を有する。好ましくはこの第１の比は、１．１より大きい値を有するべきである。
【００３３】
さらにこの実施例では、タービンホイール５の第２のタービンホイール排出口直径Ｄ２ｍｉｎがタービンホイール５のタービンホイール吸入口直径Ｄ１に対して互いに第２の比Ｖ２にあり、この第２の比Ｖ２の二乗は０．６の値を有する。好ましくは本発明の排気ターボチャージャ２は、０．６６よりも小さい値の第２の比Ｖ２を有するべきである。
【００３４】
図２には、変位エレメント１４の２つの異なる位置が図示されている。回転軸６の上方では、変位エレメント１４がその閉鎖位置で図示されており、最小の自由通流横断面Ｓ２が、第２のタービンホイール排出口直径Ｄ２ｍｉｎを有するタービンホイール５の排出領域のすぐ近くに、すなわち最小のタービンホイール排出口直径のすぐ近くに位置決めされている。ここで最小の自由通流横断面Ｓ２は、第２のタービンホイール排出口直径Ｄ２ｍｉｎを有する通流横断面にほぼ相当し、ここではタービンホイール５が回転運動するので、最小の自由通流横断面Ｓ２は運動スリットの面の分だけ大きくなければならない。なぜならそうでないと、排気ターボチャージャ２の運転中に閉鎖位置で、摩擦または衝突が発生し得るからである。矢印で示した排気ガスの流れは、第２のタービンホイール排出口直径Ｄ２ｍｉｎから初めて、タービンブレードダクト２３から排出ダクト９へ軸方向に流れることができる。
【００３５】
回転軸６の下方には、変位エレメント１４がその完全な開放位置で図示されている。ここでは、排気ガス案内区間３の壁１３からダクト外側輪郭１２が解放されると流れがすぐに排出ダクト９に流れることができるように、または第１のタービンホイール排出口直径Ｄ２ｍａｘから流れがタービンブレード２３からすぐに排出ダクト９に流れることができるように、変位エレメント１４がタービンホイール５から軸方向に離れるように変位して位置決めされている。
【００３６】
図示の実施例では、変位エレメント１４の外側輪郭２４が、タービンホイール５の方向への最大変位を制限するために、リング状の段の形の安全機構２５を有し、このリング状の段２５は排気ガス案内区間３の壁１３に対応して排出ダクト９の領域に形成されている。この段２５によって、タービンホイール５の方向への変位エレメント１４の最大変位が簡単に保証される。
【００３７】
別の実施例では、第１のスパイラルダクト８が、図３に基本的に示すようにセグメント形態に構成されている。排気ガス後処理のために内燃機関１００には、内燃機関１００の排気ガス系統１０１で、内燃機関１００の排気ガス系統１０１に配置されたタービン３の下流に排気ガス後処理ユニット１０２が配設されている。ここで個々のセグメント間の切替えは、送風切替装置２６によって行われる。内燃機関１００は、制御および調整のために制御および調整ユニット２７を有しており、これによりとりわけ送風切替装置２６が調整可能であり、変位エレメント１４が軸方向に変位可能である。好ましくは変位エレメント１４は、機関動作パラメータに依存して調整可能である。図示のセグメント型タービンの代わりに、従来の調整可能な案内グリルをタービンホイールの前方に備えるワンフロー型のタービンも考えられ、これによりホイール吸入口と、本発明によりホイール排出口でも、タービンの最適な応答度選択のための完全な可変性が可能となる。
【００３８】
図４には例として、本発明の排気ターボチャージャ２のタービン１の流量特性マップが示されており、スループットパラメータがタービン圧縮比の上にプロットされている。曲線ＬＤ１は、流れ７が閉鎖されたとき、すなわち例えば流量が小さいときに、内燃機関１００の動作中の予想されるスループットパラメータである。第２のスパイラルダクト１６が閉鎖されると、または排気ガスが通流しないと、タービンホイール５には、もっぱら第１のスパイラルダクト８からの排気ガスだけが装てんされる。ここで変位エレメント１４が閉鎖位置にあると、スループットパラメータとしてタービン圧縮比の上に曲線ＬＤ２による値が生じる。リング状の横断面１５を開放するための変位エレメント１４の軸方向変位により、曲線ＬＤ３によるスループットパラメータが生じる。２つのスパイラルダクト８，１６に同時に装てんされ、変位エレメント１４が閉鎖位置に位置決めされることによって、曲線ＬＤ４によるスループットパラメータが生じる。ここで変位エレメント１４がリング状の横断面１５を開放するために軸方向に変位すると、曲線ＬＤ５によるスループットパラメータが生じ、スループットパラメータは格段に上昇する。
【００３９】
コストの掛かる複雑な変位エレメント１４の制御装置を開発するほかに、コスト上の理由から非常に簡単な調整装置を変位エレメントの位置決めのために、例えば従来の安価な圧力セルを利用して用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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