DE102008039085A1 - Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader Download PDF

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Torsten Dipl.-Ing. Hirth
Stephan Dipl.-Ing. Krätschmer (FH)
Michael Dipl.-Ing. Stiller
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Abgasturbolader (20), welcher einen Verdichter (30) in einem Ansaugtrakt (24) der Brennkraftmaschine (10) und eine Turbine (18) in einem Abgastrakt (15) der Brennkraftmaschine (10) umfasst, wobei die Turbine (18) ein Turbinengehäuse (38) aufweist, das einen mit einer Abgasleitung (14a) des Abgastrakts (15) gekoppelten Spiralkanal (16a) und ein Turbinenrad (34) umfasst, welches innerhalb eines Aufnahmeraums (46) des Turbinengehäuses (38) angeordnet und zum Antreiben eines über eine Welle (37) drehfest mit dem Turbinenrad (34) verbundenen Verdichterrads (28) des Verdichters (30) mit durch den Spiralkanal (16a) führbarem Abgas der Brennkraftmaschine (10) beaufschlagbar ist, wobei die Turbine (18) eine Verstelleinrichtung (44) umfasst, mittels welcher ein Spiraleneintrittsquerschnitt (AS) des Spiralkanals (16a) sowie ein Düsenquerschnitt (AR) des Spiralkanals (16a) zum Aufnahmeraum (46) gemeinsam einstellbar sind. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Abgasturbolader (20), ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (10) sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) mit einem Abgasturbolader (20).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 12 angegebenen Art, ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader.
  • Durch die fortwährende Verschärfung der Emissionsgrenzwerte, beispielsweise der NOx- und Rußemissionsgrenzwerte, steigen auch die Anforderungen an Abgasturbolader bzw. an aufgeladene Brennkraftmaschinen. So ergeben sich beispielsweise wachsende Anforderungen hinsichtlich der Ladedruckbereitstellung bei hohen Abgasrückführungs-Raten über mittlere bis hohe Lastanforderungsbereiche der Brennkraftmaschine, wodurch die Turbinen von Abgasturboladern geometrisch zunehmend verkleinert werden. Die geforderten hohen Turbinenleistungen von Abgasturboladern werden mit anderen Worten durch eine Steigerung der Aufstaufähigkeit bzw. durch die Reduktion der Schluckfähigkeit der Turbinen im Zusammenspiel mit der jeweiligen Brennkraftmaschine realisiert. Eine weitere Beeinflussung der Leistung von Abgasturboladern ergibt sich durch im Abgastrakt stromab der Turbine angeordnete Abgasnachbehandlungssysteme wie beispielsweise Rußfilter, Katalysatoren oder SCR-Anlagen. Diese Abgasnachbehandlungssysteme führen zu einer Druckerhöhung an einem Abgasaustritt des Abgasturboladers. Dies bewirkt wiederum eine Reduzierung eines die Leistung des Abgasturboladers beschreibenden Turbinendruckgefälles, wobei das Turbinendruckgefälle als Quotient eines Druckes vor dem Turbinenrad bzw. einem Abgaseintritt des Turbinengehäuses und eines Druckes nach dem Turbinenrad bzw. eines Abgasaustritts des Turbinengehäuses ermittelbar ist. Auch aus diesem Grund muss die Turbinengröße nochmals zu kleineren Werten und damit geringeren Wirkungsgraden ausgelegt werden, um die Leistungsanforderung des Verdichters des Abgasturboladers befriedigen zu können. Eine gewisse Verbesserung bieten hierbei aus dem Stand der Technik bekannte Abgasturbolader, deren Turbinengehäuse zwei unabhängig voneinander durchströmbare und üblicherweise asymmetrisch ausgebildete Spiralkanäle umfassen, die jeweils mit unterschiedlichen Abgasleitungen eines Abgastrakts der Brennkraftmaschine gekoppelt werden. Die Abgasleitungen sind dabei ihrerseits unterschiedlichen Zylindern bzw. Zylindergruppen der Brennkraftmaschine zugeordnet.
  • Eine derartige Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader ist beispielsweise aus der DE 100 48 237 A1 bekannt. Der Abgasturbolader umfasst dabei einen Verdichter in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine und eine Turbine in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine. Die Turbine weist dabei ein Turbinengehäuse auf, das mit einer Abgasleitung des Abgastrakts gekoppelte Spiralkanäle und ein Turbinenrad umfasst, welches innerhalb eines Aufnahmeraums des Turbinengehäuses angeordnet und zum Antreiben eines über eine Welle drehfest mit dem Turbinenrad verbundenen Verdichterrads des Verdichters mit durch die Spiralkanäle führbarem Abgas der Brennkraftmaschine beaufschlagbar ist. Das Turbinengehäuse ist zudem mit einer variablen Turbinengeometrie versehen, indem Düsenquerschnitte der Spiralkanäle in den das Turbinenrad aufnehmenden Aufnahmeraum mit Hilfe von drehbaren Leitschaufeln veränderbar eingestellt werden können.
  • Bei den Auslegungsrandbedingungen von Abgasturboladern, die üblicherweise vom Nennpunkt, der Ladungswechselseite und der Verbrauchsseite der Brennkraftmaschine her definiert werden, kann jedoch auch durch Abgasturbolader mit zwei asymmetrischen Spiralkanälen insbesondere der untere Last- und Drehzahlbereich von Brennkraftmaschinen nicht optimal bedient werden. Zu diesem Zweck muss der Spiraleneintrittsquerschnitt der Spiralkanäle bislang grundsätzlich relativ klein gewählt werden, um die erforderlichen Abgasströmungsgeschwindigkeiten erzeugen zu können. Bei den üblicherweise zur Herstellung des Turbinengehäuses verwendeten, kostengünstigen Sandgussverfahren bestehen zudem fertigungstechnische Grenzen, so dass nur Spiralkanäle mit Düsenquerschnitten über 4,5 mm prozesssicher herstellbar sind. Dabei ergeben sich beim Abguss häufig vergleichsweise hohe Streuungen von 10% und mehr, was zu Wirkungsgradeinbußen des Abgasturboladers führt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, bei derartigen aufgeladenen Brennkraftmaschinen eine Wirkungsgradverbesserung in einem größeren Betriebsbereich unter Beibehaltung kostengünstiger Herstellverfahren zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12, ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 13 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen der Brennkraftmaschine und des Abgasturboladers – soweit anwendbar – als vorteilhafte Ausgestaltungen des Kraftfahrzeugs und des Verfahrens anzusehen sind.
  • Eine Brennkraftmaschine, welche eine Wirkungsgradverbesserung in einem größeren Betriebsbereich unter Beibehaltung kostengünstiger Herstellverfahren ermöglicht, ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass die Turbine des Abgasturboladers eine Verstelleinrichtung umfasst, mittels welcher ein Spiraleneintrittsquerschnitt des Spiralkanals sowie ein Düsenquerschnitt des Spiralkanals zum Aufnahmeraum gemeinsam einstellbar sind. Auf diese Weise kann einerseits die Zielsetzung der Beibehaltung eines kostengünstigen Herstellverfahrens, z. B. eines Sandgussverfahrens, mit geringeren Anforderungen an die Fertigungstoleranzen zur Darstellung des Turbinengehäuses erfüllt und andererseits eine konstruktiv besonders einfache und variable Einstellbarkeit der Beaufschlagung des Turbinenrades mit entsprechender Wirkungsgradsteigerung des Abgasturboladers und damit der Brennkraftmaschine auf kostengünstige Weise realisiert werden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung können das Aufstauverhalten der Turbine gezielt beeinflusst und die Beaufschlagung des Turbinenrads besonders einfach zwischen einer Teil- und einer Vollbeaufschlagung verändert werden. Die Brennkraftmaschine kann dabei grundsätzlich als Otto-, Diesel- oder Diesotto-Motor ausgebildet sind.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung einen konzentrisch zu einer Drehachse des Turbinenrads im Turbinengehäuse angeordneten Verstellring umfasst, welcher mit wenigstens einem, im Bereich des Düsenquerschnitts angeordneten Versperrkörper verbunden ist, wobei der Versperrkörper durch rotatorisches und/oder translatorisches Bewegen des Verstellrings zumindest zwischen einer den Spiraleneintrittsquerschnitt und den Düsenquerschnitt verringernden und einer den Spiraleneintrittsquerschnitt und den Düsenquerschnitt vergrößernden Stellung bewegbar ist. Dies stellt eine konstruktiv einfache und bauraumsparende Möglichkeit dar, die Aufstaufähigkeit der Turbine entsprechend der geometrischen Auslegung der beiden Querschnittflächen bzw. des Versperrkörpers simultan mittels einer einfachen Drehbewegung zueinander beeinflusst. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vario-Vorrichtungen, bei denen Leitschaufeln vor dem Turbinenrad gedreht oder axial verschoben werden, besteht zudem ein großer Vorteil hinsichtlich einer reduzierten mechanischen Anfälligkeit, bzw. der Funktionsgewährleistung über die Lebensdauer der Brennkraftmaschine unter niederen Kosten.
  • Weitere Vorteile ergeben sich, indem der wenigstens eine Versperrkörper im Querschnitt tragflächenförmig ausgebildet ist. Hierdurch kann die Anströmung des Turbinenrads besonders einfach an unterschiedliche geometrische Ausgestaltungen und aerodynamische Eigenschaften des Turbinengehäuses angepasst werden, wodurch eine weitere Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads der Brennkraftmaschine gegeben ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung einen mit dem Verstellring verbundenen Verstellhebel umfasst, der durch das Turbinengehäuse geführt und zum Einstellen des Spiraleneintrittsquerschnitts und des Düsenquerschnitts relativ zum Turbinengehäuse rotatorisch und/oder translatorisch bewegbar ist. Das Einstellen des Verstellrings der Verstelleinrichtung kann hiermit von außerhalb des Turbinengehäuses – beispielsweise mit Hilfe eines zugeordneten Aktuators – erfolgen. Auf diese Weise ist eine hohe konstruktive Freiheit und eine einfache Anpassbarkeit an unterschiedliche Brennkraftmaschinentypen, Ausstattungslinien und dergleichen ermöglicht.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Turbinengehäuse zumindest einen weiteren Spiralkanal umfasst, welcher mit zumindest einer weiteren Abgasleitung des Abgastrakts gekoppelt ist. Durch die mehrflutige Ausgestaltung verfügt die Turbine über einen erhöhten Wirkungsgrad bei verkürzten Reaktionszeiten und besitzt insgesamt ein verbessertes Ansprechverhalten über einen größeren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine. Dabei kann vorgesehen sein, dass einer der Spiralkanäle (AGR-Spirale) zur Darstellung einer Abgasrückführungs-Fähigkeit und ein weiterer Spiralkanal (λ-Spirale) zur Darstellung eines geeigneten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zur Erzeugung eines gewünschten Verhaltens der Brennkraftmaschine ausgebildet ist, wodurch sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch die Schadstoff-Emissionen, insbesondere die NOx-/Partikel-Emission, deutlich gesenkt werden. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der Spiralkanal und der zumindest eine weitere Spiralkanal symmetrisch und/oder asymmetrisch ausgebildet sind.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Düsenquerschnitte des Spiralkanals und des zumindest einen weiteren Spiralkanals nebeneinander entlang der Drehachse des Turbinenrads und/oder um die Drehachse über einen Umfang des Turbinenrads verteilt angeordnet sind. Der Spiralkanal und der zumindest eine weitere Spiralkanal der mehrflutig ausgebildeten Turbine können mit anderen Worten parallelgeschaltet und/oder hintereinandergeschaltet sein, so dass das Turbinenrad besonders variabel mit Abgas beaufschlagbar ist. Neben einer erhöhten konstruktiven Freiheit ist hierdurch zusätzlich eine weitere Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads der Brennkraftmaschine gegeben.
  • Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Verstelleinrichtung ausgebildet ist, die Spiraleneintrittsquerschnitte des Spiralkanals und des zumindest einen weiteren Spiralkanals sowie die Düsenquerschnitte des Spiralkanals und des zumindest einen weiteren Spiralkanals zum Aufnahmeraum gemeinsam veränderlich einzustellen. Mit anderen Worten können also die Spiralkanäle mittels der Verstelleinrichtung simultan in ihrem Aufstauverhalten verändert werden, wodurch die spezifische und absolute Turbinenleistung besonders einfach und bedarfsabhängig einstellbar bzw. regelbar ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung ausgebildet ist, Abgas zwischen dem Spiralkanal und dem zumindest einen weiteren Spiralkanal umzublasen. Dies ermöglicht – beispielsweise im Nennpunkt der Turbine – auf konstruktiv einfache Art eine gewollte Absenkung der Aufstaufähigkeit in einer der Abgasleitungen. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein als AGR-Spirale ausgebildeter Spiralkanal stromauf des weiteren, als λ-Spirale ausgebildeten Spiralkanals angeordnet ist. Will man die Umblasungs-Funktionalität für den allgemeinen Fall realisieren, wird zweckmäßigerweise die kleinere Flut bzw. der kleinere Spiralkanal stromauf der größeren Flut bzw. des größeren Spiralkanals angeordnet, damit die Umblasung über den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zuverlässig erfolgen kann.
  • In weiterer Ausgestaltung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Spiralkanal und/oder gegebenenfalls der zumindest eine weitere Spiralkanal als Vollspirale, insbesondere mit einem Umschlingungswinkel > 350°, und/oder als Teilspirale, insbesondere mit einem Umschlingungswinkel zwischen 350° und 30°, und/oder als Segmentspirale und/oder symmetrisch und/oder asymmetrisch ausgebildet ist bzw. sind. Dies erlaubt eine besonders variable Anpassbarkeit an unterschiedliche Brennkraftmaschinentypen und damit eine einfache Optimierbarkeit des Gesamtwirkungsgrads.
  • Weitere Vorteile ergeben sich, wenn eine Abgasrückführungsvorrichtung vorgesehen ist, mittels welcher Abgas vom Abgastrakt in den Ansaugtrakt zu leiten ist. Dies erlaubt in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung eine besonders zuverlässige Einstellbarkeit eines gewünschten Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Schadstoff-Emissionen, insbesondere hinsichtlich NOx-/Partikel-Emissionen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass stromauf der Turbine eine Gasführungsvorrichtung im Abgastrakt angeordnet ist, mittels welcher Auslässe mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Spiralkanal zu verbinden und/oder Abgas an der Turbine vorbeizuleiten ist. Die Gasführungsvorrichtung, welche mit anderen Worten als Umblase- und/oder Abblasevorrichtung ausgebildet sein kann, ermöglicht im Fall einer Umblasefunktionalität den Wechsel zwischen einem Stauaufladungs- und einem Stoßaufladungsbetrieb der Turbine. Im Fall einer Abblasefunktionalität ist eine einfache Möglichkeit zur Ladedruckregelung gegeben, indem Abgas bei Bedarf an der Turbine vorbeigeleitet werden kann.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, wobei eine Wirkungsgradverbesserung des Abgasturboladers und damit seiner zugeordneten Brennkraftmaschine in einem größeren Betriebsbereich unter Beibehaltung kostengünstiger Herstellverfahren erfindungsgemäß dadurch erreicht ist, dass die Turbine eine Verstelleinrichtung umfasst, mittels welcher ein Spiraleneintrittsquerschnitt des Spiralkanals sowie ein Düsenquerschnitt vom Spiralkanal zum Aufnahmeraum gemeinsam veränderlich einstellbar sind. Mit Hilfe der Verstelleinrichtung können somit mehrere Strömungsquerschnitte der Turbine simultan verändert werden, wodurch die Abgasenergie verbessert genutzt werden kann und insbesondere das Aufstauverhalten und damit die Leistung der Turbine des Abgasturboladers variabel und betriebssicher mit hohen Wirkungsgraden einstellbar ist. Zudem können weiterhin kostengünstige Herstellungsverfahren, beispielsweise Sandgussverfahren, verwendet werden, da der erfindungsgemäße Abgasturbolader nur vergleichsweise geringe Anforderungen an die Fertigungstoleranzen stellt. Weitere sich ergebende Vorteile sind den vorhergehenden Beschreibungen genannt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele und/oder mit einem Abgasturbolader nach dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Die sich hieraus ergebenden Vorteile, insbesondere hinsichtlich der erzielbaren Wirkungsgradverbesserung unter Beibehaltung kostengünstiger Herstellverfahren, sind den vorhergehenden Beschreibungen zu entnehmen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, bei welchem der Spiraleneintrittsquerschnitt des Spiralkanals sowie der Düsenquerschnitt vom Spiralkanal zum Aufnahmeraum in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine gemeinsam mittels der Verstelleinrichtung der Turbine eingestellt werden. Auch hierdurch wird eine Wirkungsgradverbesserung der Brennkraftmaschine in einem größeren Betriebsbereich unter Beibehaltung kostengünstiger Herstellverfahren erzielt. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Spiraleneintrittsquerschnitt und Düsenquerschnitt mittels der Verstelleinrichtung in Abhängigkeit eines Betriebspunktes der Brennkraftmaschine veränderlich eingestellt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Spiraleneintrittsquerschnitt und Düsenquerschnitt bei niedrigen Motordrehzahlen verkleinert werden, um die maximale Energie aus dem Abgas zu gewinnen. Umgekehrt kann vorgesehen sein, dass der Spiraleneintrittsquerschnitt und Düsenquerschnitt bei höheren Motordrehzahlen vergrößert werden, so dass der geforderte Ladedruck bei einem niedrigen Turbinendruckverhältnis erreicht wird.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibungen mehrerer Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
  • 1 eine Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem eine Verstelleinrichtung umfassenden, mehrflutigen Abgasturbolader;
  • 2 einen schematischen Querschnitt einer Turbine des in 1 gezeigten Abgasturboladers mit zwei als Teilspiralen ausgebildeten Spiralkanälen, wobei die Verstelleinrichtung in einer Spiraleneintrittsquerschnitte und Düsenquerschnitte der Spiralkanäle verringernden Stellung gezeigt ist;
  • 3 eine schematische und teilgeschnittene Seitenansicht der Turbine des in 1 und 2 gezeigten Abgasturboladers;
  • 4 einen weiteren schematischen Querschnitt der Turbine des Abgasturboladers, wobei ein Verstellring der Verstelleinrichtung im Vergleich zu 2 in eine die Spiraleneintrittsquerschnitte und die Düsenquerschnitte der Spiralkanäle maximal verringernde Stellung bewegt ist;
  • 5 einen weiteren schematischen Querschnitt der Turbine des Abgasturboladers, wobei die Verstelleinrichtung im Vergleich zu 4 in einer Umblasstellung gezeigt ist, in welcher Abgas zwischen den beiden Spiralkanälen umgeblasen wird;
  • 6 eine Prinzipdarstellung der Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 7 eine schematische und teilgeschnittene Seitenansicht der Turbine des in 6 gezeigten Abgasturboladers der Brennkraftmaschine;
  • 8 eine Prinzipdarstellung der Brennkraftmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
  • 9 einen schematischen Querschnitt des als AGR-Spirale ausgebildeten Spiralkanals der Turbinen der in den 6–8 gezeigten Abgasturbolader, wobei die Verstelleinrichtung in der den Spiraleneintrittsquerschnitt und den Düsenquerschnitt des Spiralkanals verringernden Stellung gezeigt ist;
  • 10 einen schematischen Querschnitt von drei als λ-Spiralesegmente ausgebildeten Spiralkanälen der Turbine des in 8 gezeigten Abgasturboladers;
  • 11 ein schematisches Diagramm der Flächenverläufe der Spiraleneintrittsquerschnitte der Spiralkanäle des in den 2–5 gezeigten Abgasturboladers in Abhängigkeit der Stellung der Verstelleinrichtung; und
  • 12 ein schematisches Diagramm der Flächenverläufe der Spiraleneintrittsquerschnitte der Spiralkanäle des in den 6–7 gezeigten Abgasturboladers in Abhängigkeit der Stellung der Verstelleinrichtung.
  • 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel für einen Lastkraftwagen. Die Brennkraftmaschine 10 kann dabei grundsätzlich als Diesel-, Otto- oder Diesottomotor ausgebildet sein und umfasst vorliegend sechs Zylinder 11a–f, von welchen die Zylinder 11a–c in einer ersten Zylindergruppe 12a und die Zylinder 11d–f in einer zweiten Zylindergruppe 12b zusammengefasst sind. Den Zylindergruppen 12a, 12b sind zwei Abgasleitungen 14a, 14b eines Abgastrakts 15 der Brennkraftmaschine 10 zugeordnet, von welchen die erste Abgasleitung 14a über entsprechende Krümmer mit einem ersten, als Teilspirale ausgebildeten Spiralkanal 16a und die zweite Abgasleitung 14b mit dem zweiten, ebenfalls als Teilspirale ausgebildeten Spiralkanal 16b einer Turbine 18 eines Abgasturboladers 20 gekoppelt ist. Die drallbestimmenden Spiralkanäle 16a, 16b umfassen dabei nebeneinander angeordnete und gasdicht gegeneinander abgedichtete Anschlussflansche 17a, 17b. Der Anschlussflansch 17b und ein Zuführkanal 19 des Spiralkanals 16b verläuft im Wesentlichen in Blickrichtung unterhalb des Spiralkanals 16a, wobei das Ende des Zuführkanals 19 in der Zeichenebene vor einem Spiraleneintrittsquerschnitt AS0,AGR und der stationären Gehäusezunge 101 zutage kommt. Der Aufbau des zweiflutigen Abgasturboladers 20 bzw. seiner Turbine 18 wird im Weiteren in Zusammenschau mit 2 erläutert werden, in welcher ein schematischer Querschnitt der Turbine 18 mit den beiden, über dem Turbinenradumfang hintereinandergeschalteten Spiralkanälen 16a, 16b gezeigt ist.
  • Stromauf des ersten Spiralkanals 16a, welcher wie auch der zweite Spiralkanal 16b als Teilspirale ausgebildet ist und einen Umschlingungswinkel φs von etwa 135° besitzt, ist eine an sich bekannte Abgasrückführungsvorrichtung 22 (AGR-Vorrichtung) im Abgastrakt 15 angeordnet, mittels welcher ein Teil des Abgases aus der Abgasleitung 14a in einen Ansaugtrakt 24 der Brennkraftmaschine 10 zu transportieren ist. Der Ansaugtrakt 24 umfasst seinerseits einen Luftfilter 26 sowie einen stromab eines Verdichterrads 28 eines Verdichters 30 des Abgasturboladers 20 angeordneten Ladeluftkühler 32. Die Abgasrückführungsvorrichtung 22 umfasst ihrerseits ein steuerbares Abgasrückführungsventil 23 sowie einen Abgaskühler 25, mittels welchem die Abgastemperatur heruntergekühlt werden kann. Stromauf eines Turbinenrads 34 der Turbine 18 ist die zweite Abgasleitung 14b mit einer Gasführungsvorrichtung 36 gekoppelt, mittels welcher Abgas an der Turbine 18 vorbeizuleiten ist. Das Turbinenrad 34 ist in üblicher Weise über eine Welle 37 drehfest mit dem Verdichterrad 28 verbunden. Die Gasführungsvorrichtung 36 kann ihrerseits grundsätzlich in ein Turbinengehäuse 38 des Abgasturboladers integriert oder als eigenständiges Bauelement ausgebildet sein. Stromab eines Abgasaustritts 40 des Turbinengehäuses 38 ist ein Abgasnachbehandlungssystem 42 im Abgastrakt 16 angeordnet, welches in Abhängigkeit der Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 10 beispielsweise als Rußfilter, Katalysator oder SCR-Anlage ausgebildet sein kann.
  • Der erste, als sogenannte AGR-Spirale ausgebildete Spiralkanal 16a dient dabei zum Aufstauen des Abgases, so dass mittels der AGR-Vorrichtung 22 Abgas vom Abgastrakt 15, in welchem der Druck p3 herrscht, in den Ansaugtrakt 24, in welchem der Druck p2S herrscht, geleitet werden kann. Der zweite, als sogenannte λ-Spirale ausgebildete Spiralkanal 16b sorgt mittels seiner Aufstaufähigkeit für das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine 10. Um eine Wirkungsgradverbesserung in einem größeren Betriebsbereich unter Beibehaltung kostengünstiger Herstellverfahren zu ermöglichen, umfasst – wie insbesondere in 2 erkennbar ist – die Turbine 18 des Abgasturboladers 20 eine Verstelleinrichtung 44, mittels welcher Spiraleneintrittsquerschnitte AS,λ, AS,AGR der Spiralkanäle 16a, 16b gemeinsam mit radialen offenen, für den Radeinströmvorgang dienenden Düsenquerschnitte AR,λ, AR,AGR der Spiralkanäle 16a, 16b zu einem Aufnahmeraum 46 hin, innerhalb welchem das Turbinenrad 34 angeordnet ist, einstellbar sind.
  • Die Verstelleinrichtung 44 weist dabei einen konzentrisch zu einer Drehachse D des Turbinenrads 34 im Turbinengehäuse 38 angeordneten Verstellring 48 (s. 3) auf, welcher mit zwei, im Bereich der Düsenquerschnitte AR,λ, AR,AGR angeordneten Versperrkörpern 50a, 50b verbunden ist. Die vorliegend im Querschnitt tragflächenförmig ausgebildete Versperrkörper 50a, 50b können durch rotatorisches Bewegen des Verstellrings 48 gemäß Doppelpfeil II um die Drehachse D zwischen einer die Spiraleneintrittsquerschnitte AS,λ, AS,AGR sowie Düsenquerschnitte AR,λ, AR,AGR verringernden und einer die Spiraleneintrittsquerschnitte AS,λ, AS,AGR sowie Düsenquerschnitte AR,λ, AR,AGR vergrößernden Stellung bewegt werden. Die Versperrkörper 50a, 50b sind dabei in 2 gemeinsam um den Winkel ε1 aus einer Ausgangsstellung verdreht dargestellt, so dass die Spiraleneintrittsquerschnitte AS,λ, AS,AGR gegenüber den in der Ausgangsstellung maximalen Spiraleneintrittsquerschnitten AS0,λ, AS0,AGR entsprechend verringert sind. Gleichzeitig werden durch die Versperrkörper 50a, 50b auch die Düsenquerschnitte AR,λ, AR,AGR entsprechend verringert. Mit Hilfe der Verstelleinrichtung 44 können somit beide Turbinenseiten – AGR- und λ-Seite – entsprechend der geometrischen Auslegung der Spiralkanäle 16a, 16b und der Versperrkörper 50a, 50b simultan zueinander geregelt bzw. gesteuert werden. Durch unterschiedliche geometrische Gestaltung der Spiralenverläufe im gesamten Verstellwinkelbereich ε der Versperrkörper 50a, 50b lassen sich mannigfache Kombinationen erzeugen. Innerhalb des Verstellwinkelbereichs ε kann somit die angestrebte AGR-Fähigkeit der Turbine 18 zusammen mit dem angestrebten Luftmengentransport des Verdichters 30 für ein geeignetes Luftkraftstoff-Verhältnis λ zur Erzeugung eines gewünschten Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine 10 hinsichtlich Verbrauch und NOx-/Partikel-Emission konstruktiv einfach und kostengünstig veränderlich eingestellt werden. Der Verstellwinkelbereich ε im Zusammenhang mit der Änderung des charakteristischen Spiraleneintrittsquerschnitte AS,λ, AS,AGR erlaubt die Einwirkung auf das Aufstauverhalten des Motorabgases, bzw. auf die Drallerzeugung der Turbine 18. Da die spezifische Turbinenleistung au gemäß der allgemeinen Formel au~c1u~1/AS proportional zur Umfangskomponente c1u ist, lässt sich also über die Flächenbeeinflussung der Spiraleneintrittsquerschnitte As die spezifische und absolute Turbinenleistung regeln (s. Geschwindigkeitsdreieck 2).
  • Der Bauraumbedarf der drehbaren Verstelleinrichtung 44 ist dabei sehr gering. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vario-Vorrichtungen, bei denen Leitschaufeln vor dem Turbinenrad 34 gedreht oder axial verschoben werden, besteht zudem ein großer Vorteil hinsichtlich einer reduzierten mechanischen Anfälligkeit, wodurch eine Funktionsgewährleistung über die gesamte Motorlebensdauer mit entsprechend verringerten Wartungs- und Ersatzteilkosten gegeben ist. Die Aufstaufähigkeit für das strömende Abgas in der für die Abgasrückführung verantwortlichen Abgasleitung 14a bzw. des AGR-Segments des Abgastrakts 15 wird dabei durch die AGR-Anforderung notwendigerweise höher liegen, als diejenige der Abgasleitung 14b bzw. des λ-Segments mit dem Spiralkanal 16a. Das λ-Segment wird daher vorzugsweise unabhängig von dem notwendigen negativen Druckgefälle (p2s – p31) des AGR-Segments zum Bewirken des AGR-Transports zu einer günstigen Ladungswechseldruckdifferenz (p2s – p32) für eine Verbrauchsbegünstigung ausgelegt. Die geometrische Auslegung des λ-Segments wird hierbei insbesondere vom Luftbedarf der Brennkraftmaschine 10 dominiert, woher die Bezeichnung des λ-Segments der Turbine 18 herrührt. Der Einsatz der Verstelleinrichtung 44 ist prinzipiell auch bei Abgasturbolader 20 bzw. Turbinen 18 für PKW-Brennkraftmaschinen 10 bzw. Otto- oder Diesotto-Motoren denkbar, wobei vorgesehen sein kann, dass die zweiflutige Turbine 18 zumindest bei einer Ottomotor-Anwendung eher ein symmetrisches Aufstauverhalten der beiden Fluten bzw. Spiralkanäle 16a, 16b aufweist.
  • 3 zeigt zur weiteren Verdeutlichung eine schematische und teilgeschnittene Seitenansicht der Turbine 18 des in 1 und 2 gezeigten Abgasturboladers 20. Dabei ist insbesondere ein mit dem Verstellring 48 verbundener Verstellhebel 52 erkennbar, der durch das Turbinengehäuse 38 geführt und zum Einstellen der Spiraleneintrittsquerschnitte AS,λ, AS,AGR und Düsenquerschnitte AR,λ, AR,AGR relativ zum Turbinengehäuse 38 rotatorisch bewegbar ist. Dem Verstellhebel 52 ist vorzugsweise ein Aktuator (nicht dargestellt) zugeordnet, so dass der Verstellhebel 52 bzw. der Verstellring 48 in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine 10 bewegbar ist.
  • 4 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt der in den vorhergehenden Figuren dargestellten Turbine 18 des Abgasturboladers 20, wobei der Verstellring 48 mit den Versperrkörpern 50a, 50b im Vergleich zu 2 um einen gegenüber dem Winkel 61 größeren Winkel ε2 in eine die Spiraleneintrittsquerschnitte AS,λ, AS,AGR und die Düsenquerschnitte AR,λ, AR,AGR der Spiralkanäle 16a, 16b maximal verringernde Stellung bewegt ist.
  • 5 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt der Turbine 18 des in den vorhergehenden Figuren dargestellten Abgasturboladers 20, wobei der Verstellring 48 mit den Versperrkörpern 50a, 50b im Vergleich zu 2 und 4 gemäß Doppelpfeil II um den Winkel ε3 verdreht und in eine Umblasstellung bewegt ist, in welcher Abgas gemäß den Pfeilen V von dem als AGR-Spirale dienenden Spiralkanal 16a in den als λ-Spirale dienenden Spiralkanal 16b umgeblasen wird. Hierdurch wird eine gezielte Absenkung der Aufstaufähigkeit der AGR-Spirale 16a ermöglicht, wie sie beispielsweise im Nennpunkt gewünscht ist. Die Flutennutzung bzw. die Definition der beiden Fluten ist mit anderen Worten im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsformen soweit umgekehrt, dass die AGR-Spirale 16a nunmehr stromauf der λ-Spirale 16b angeordnet ist. Will man die Umblasung für den allgemeinen Fall realisieren, wird naturgemäß die kleinere Flut stromauf der größeren Flut angeordnet, damit die Umblasung betriebssicher erfolgen kann.
  • 6 zeigt eine Prinzipdarstellung der Brennkraftmaschine 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der grundsätzliche Aufbau ist dabei bereits aus den vorhergehenden Beschreibungen bekannt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel sind vorliegend die Spiralkanäle 16a, 16b der Turbine 18 des Abgasturboladers 20 parallel zueinander angeordnet. 6 wird im Folgenden in Zusammenschau mit 5, welche eine schematische und teilgeschnittene Seitenansicht der Turbine 18 des in 6 gezeigten Abgasturboladers 20 zeigt, und 9 erläutert werden, welche einen schematischer Querschnitt des als AGR-Spirale ausgebildeten Spiralkanals 16a der Turbinen 18 der in den 6–8 gezeigten Abgasturbolader 20 zeigt. Der Spiralkanal 16a, der als AGR-Spirale ausgebildet und für den AGR-Transport verantwortlich ist, ist vorliegend erneut als Teilsspirale mit dem Umschlingungswinkel φs von etwa 135° ausgebildet. Demgegenüber ist der parallel angeordnete und für die λ-Beeinflussung verantwortliche Spiralkanal 16b vorliegend als Vollspirale mit einem Umschlingungswinkel φ von etwa 350° ausgebildet. Die Verstelleinrichtung 44 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur einen Versperrkörper 50a, mittels welchem durch Verdrehen des Verstellrings 48 um die Drehachse D die Spiraleneintrittsquerschnitte AS,λ, AS,AGR und Düsenquerschnitte AR,λ, AR,AGR der beiden Spiralkanäle 16a, 16b gemeinsam veränderlich eingestellt werden können.
  • 8 zeigt eine Prinzipdarstellung der Brennkraftmaschine 10 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist die Gasführungsvorrichtung 36 als Um- und Abblasevorrichtung ausgebildet, so dass wahlweise die Auslässe der drei Zylinder 11d–f mit einem oder mehreren der Spiralkanäle 16b–d verbunden und/oder Abgas an der Turbine 18 vorbeigeleitet werden kann. Die Turbine 18 des Abgasturboladers 20 umfasst hierzu den als AGR-Spirale ausgebildeten und mit der Abgasleitung 14a verbundenen Spiralkanal 16a, der – wie zuvor beschrieben – aufgrund der AGR-Forderung als eine Teilspirale mit dem Umschlingungswinkel φs gestaltet (s. 4), der aufgrund der gewünschten AGR-Fähigkeit (z. B. EPA07-Grenzwert-Erfüllung) bei Optimalauslegung deutlich unterhalb einer Vollspirale von 360° gewählt wird. Darüber hinaus umfasst die Turbine 18 drei weitere, als λ-Spiralsegmente mit jeweiligen Umschlingungswinkeln φ von etwa 120° ausgebildete Spiralkanäle 16b–d, die in 10 detaillierter in einer schematischer Querschnittansicht dargestellt sind. Die Spiralkanäle 16b–d, die mit jeweils einer der Abgasleitungen 14b–d verbunden und gegenüber dem Spiralkanal 16a parallel zum Aufnahmeraum 46 angeordnet sind, können für einen Extremstoß-Aufladebetrieb auf der λ-Seite der Turbine 18 verwendet werden. Mit Hilfe der im Krümmerbereich angeordneten Gasführungsvorrichtung 36 kann zwischen dem Extremstoß-Aufladebetrieb und einem zumindest annähernden Stau-Aufladebetrieb umgeschaltet werden. Die Versperrkörper 50a–d sind zumindest mittelbar mit dem Verstellring 48 verbunden und werden erneut simultan bewegt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Versperrkörper 50a und 50b–d getrennt voneinander bewegbar sind.
  • 11 zeigt ein schematisches Diagramm der Flächenverläufe der Spiraleneintrittsquerschnitte AS,λ, AS,AGR der hintereinandergeschalteten Spiralkanäle 16a, 16b des in den 2–5 gezeigten Abgasturboladers 20 in Abhängigkeit des Umschlingungswinkels φ und der Winkelstellung der Verstelleinrichtung 44 bzw. der Versperrkörper 50a, 50b. Im jeweiligen Spiralkanal 16a, 16b wird die Strömung durch eine Flächenverkleinerung längs der Strömungsrichtung beschleunigt. Der jeweilige Basis-Spiraleneintrittsquerschnitt AS0,λ, AS0,AGR bedeutet für die Strömung den maximal verfügbaren Spiralenquerschnitt AS. Über das gemeinsame Verdrehen der Versperrkörper 50a, 50b um den Winkel ε wird eine Spiralenflächenverkleinerung um ΔAS,λ, ΔAS,AGR auf ASλ, AS,AGR im verfügbaren Drehwinkelbereich der Verstellvorrichtung 44 ermöglicht. Gleichzeitig werden hierdurch – wie beschrieben – auch die Düsenquerschnitte AR,λ, AR,AGR entsprechend verkleinert.
  • 12 zeigt ein schematisches Diagramm der Flächenverläufe der Spiraleneintrittsquerschnitte AS,λ, AS,AGR der parallelgeschalteten Spiralkanäle 16a, 16b des in den 6–7 gezeigten Abgasturboladers 20 in Abhängigkeit des Umschlingungswinkels φ und der Winkelstellung der Verstelleinrichtung 44 bzw. der Versperrkörper 50a, 50b. Die Spiraleneintrittsquerschnitte AS,λ, AS,AGR im Verstellwinkelbereich ε des Versperrkörpers 50a nimmt in diesem Beispiel kontinuierlich ab, wodurch eine hohe Sensibilität der Drallveränderung der Abgasströmung bewirkbar ist. Im Mittelpunkt der Spiralenauslegung steht hier nicht die Realisierung eines konstanten Düsen-Austrittswinkels der Strömung, sondern die Erzeugung einer Variabilität mit einer breiten Spreizung von ΔAS,λ, ΔAS,AGR zur Beeinflussung einer großen Variabilität in der Aufstaufähigkeit und der Turbinenleistung für die Gewährleistung der Bereitstellung des Motor-Luftbedarfs.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10048237 A1 [0003]

Claims (14)

  1. Brennkraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Abgasturbolader (20), welcher einen Verdichter (30) in einem Ansaugtrakt (24) der Brennkraftmaschine (10) und eine Turbine (18) in einem Abgastrakt (15) der Brennkraftmaschine (10) umfasst, wobei die Turbine (18) ein Turbinengehäuse (38) aufweist, das einen mit einer Abgasleitung (14a) des Abgastrakts (15) gekoppelten Spiralkanal (16a) und ein Turbinenrad (34) umfasst, welches innerhalb eines Aufnahmeraums (46) des Turbinengehäuses (38) angeordnet und zum Antreiben eines über eine Welle (37) drehfest mit dem Turbinenrad (34) verbundenen Verdichterrads (28) des Verdichters (30) mit durch den Spiralkanal (16a) führbarem Abgas der Brennkraftmaschine (10) beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (18) eine Verstelleinrichtung (44) umfasst, mittels welcher ein Spiraleneintrittsquerschnitt (AS) des Spiralkanals (16a) sowie ein Düsenquerschnitt (AR) des Spiralkanals (16a) zum Aufnahmeraum (46) gemeinsam einstellbar sind.
  2. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (44) einen konzentrisch zu einer Drehachse (D) des Turbinenrads (34) im Turbinengehäuse (38) angeordneten Verstellring (48) umfasst, welcher mit wenigstens einem, im Bereich des Düsenquerschnitts (AR) angeordneten Versperrkörper (50a) verbunden ist, wobei der Versperrkörper (50a) durch rotatorisches und/oder translatorisches Bewegen des Verstellrings (48) zumindest zwischen einer den Spiraleneintrittsquerschnitt (AS) und den Düsenquerschnitt (AR) verringernden und einer den Spiraleneintrittsquerschnitt (AS) und den Düsenquerschnitt (AR) vergrößernden Stellung bewegbar ist.
  3. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Versperrkörper (50a) im Querschnitt tragflächenförmig ausgebildet ist.
  4. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (44) einen mit dem Verstellring (48) verbundenen Verstellhebel (52) umfasst, der durch das Turbinengehäuse (38) geführt und zum Einstellen des Spiraleneintrittsquerschnitts (AS) und des Düsenquerschnitts (AR) relativ zum Turbinengehäuse (38) rotatorisch und/oder translatorisch bewegbar ist.
  5. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (38) zumindest einen weiteren Spiralkanal (16b–d) umfasst, welcher mit zumindest einer weiteren Abgasleitung (14b–d) des Abgastrakts (15) gekoppelt ist.
  6. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenquerschnitte (AR) des Spiralkanals (16a) und des zumindest einen weiteren Spiralkanals (16b–d) nebeneinander entlang der Drehachse (D) des Turbinenrads (38) und/oder um die Drehachse (D) über einen Umfang des Turbinenrads (38) verteilt angeordnet sind.
  7. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (44) ausgebildet ist, die Spiraleneintrittsquerschnitte (AS) des Spiralkanals (16a) und des zumindest einen weiteren Spiralkanals (16b–d) sowie die Düsenquerschnitte (AR) des Spiralkanals (16a) und des zumindest einen weiteren Spiralkanals (16b–d) zum Aufnahmeraum (46) gemeinsam veränderlich einzustellen.
  8. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (44) ausgebildet ist, Abgas zwischen dem Spiralkanal (16a) und dem zumindest einen weiteren Spiralkanal (16b) umzublasen.
  9. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiralkanal (16a) und/oder gegebenenfalls der zumindest eine weitere Spiralkanal (16b–d) als Vollspirale, insbesondere mit einem Umschlingungswinkel (φ) > 350°, und/oder als Teilspirale, insbesondere mit einem Umschlingungswinkel (φ) zwischen 350° und 30°, und/oder als Segmentspirale und/oder symmetrisch und/oder asymmetrisch ausgebildet ist bzw. sind.
  10. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrückführungsvorrichtung (22) vorgesehen ist, mittels welcher Abgas vom Abgastrakt (15) in den Ansaugtrakt (24) zu leiten ist.
  11. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf der Turbine (18) eine Gasführungsvorrichtung (36) im Abgastrakt (15) angeordnet ist, mittels welcher Auslässe mehrerer Zylinder (11d–f) der Brennkraftmaschine (10) mit wenigstens einem Spiralkanal (16b–d) zu verbinden und/oder Abgas an der Turbine (18) vorbeizuleiten ist.
  12. Abgasturbolader (20) für eine Brennkraftmaschine (10), insbesondere für eine Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einem Verdichter (30) zur Anordnung in einem Ansaugtrakt (24) der Brennkraftmaschine (10) und einer Turbine (18) zur Anordnung in einem Abgastrakt (18) der Brennkraftmaschine (10), wobei die Turbine (18) ein Turbinengehäuse (38) aufweist, das einen mit einer Abgasleitung (14a) des Abgastrakts (15) koppelbaren Spiralkanal (16a) und ein Turbinenrad (34) umfasst, welches innerhalb eines Aufnahmeraums (46) des Turbinengehäuses (38) angeordnet und zum Antreiben eines über eine Welle (37) drehfest mit dem Turbinenrad (34) verbundenen Verdichterrads (28) des Verdichters (30) mit durch den Spiralkanal (16a) führbarem Abgas der Brennkraftmaschine (10) beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (18) eine Verstelleinrichtung (44) umfasst, mittels welcher ein Spiraleneintrittsquerschnitt (AS) des Spiralkanals (16a) sowie ein Düsenquerschnitt (AR) vom Spiralkanal (16a) zum Aufnahmeraum (46) gemeinsam veränderlich einstellbar sind.
  13. Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder mit einem Abgasturbolader (20) nach Anspruch 12.
  14. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem der Spiraleneintrittsquerschnitt (AS) des Spiralkanals (16a) sowie der Düsenquerschnitt (AR) vom Spiralkanal (16a) zum Aufnahmeraum (46) in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine (10) gemeinsam mittels der Verstelleinrichtung (44) der Turbine (18) eingestellt werden.
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