JP5438686B2

JP5438686B2 - 車両用内燃機関及びその制御方法

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Publication number: JP5438686B2
Application number: JP2010537265A
Authority: JP
Inventors: ジークフリート・ズムザー; シュテファン・クレッチュマー; ヴォルフラム・シュミット; ヴォルフガンク・スラデック
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2028-10-29
Also published as: DE102007060415A1; WO2009077033A1; US8312720B2; JP2011506817A; US20100300090A1

Description

本発明は、請求項１の前提部分に示されている種類の車両用内燃機関に関する。さらに、本発明は、エグゾーストターボチャージャを備える内燃機関の制御方法に関する。

例えばＮＯｘ及びすすなどの排出制限値がさらに厳しくなっていることから、エグゾーストターボチャージャを備える内燃機関への要求も高まっている。それによって、例えば、内燃機関の平均負荷又は高負荷領域のチャージ圧提供に関する要求が高まっているため、エグゾーストターボチャージャを形状的に縮小しなければならない。別の表現を使うと、要求されているエグゾーストターボチャージャの高タービン性能は、それぞれの内燃機関との相互作用における、エグゾーストターボチャージャの保持性能の向上又は消費性能の軽減によって実現される。エグゾーストターボチャージャの性能に悪影響を及ぼすもう１つの要因は、エグゾースト・システムの中でエグゾーストターボチャージャのタービンホイールの下流に配置されている排気ガス後処理システム、例えばトラップオキシダイザ、触媒又はＳＣＲ装置から生じる。これらの排気ガス後処理システムは、エグゾーストターボチャージャ出口の圧力上昇を引き起こす。このことにより、エグゾーストターボチャージャの出力を決定するタービン圧力勾配の低下が生じ、この場合、タービンホイール前又は排気ガスガイドセクション入口前の圧力指数及びタービンホイール後又は排気ガスガイドセクション出口の圧力指数として、タービン圧力勾配が検出可能である。このことからも、エグゾーストターボチャージャのコンプレッサ側の出力要求を満たすためには、タービンのサイズをより小さい値に設計しなければならない。しかし、これによって、排気ガスガイドセクションが互いに無関係に排気ガスを通すことのできる２つのスパイラルダクトを有するエグゾーストターボチャージャの場合、特定の作動ポイントでは、コンプレッサ側で要求されるチャージ圧を達成できるような十分な排気ガス量がなくなってしまう。スパイラルダクトの形状寸法が縮小されることにより、壁面摩擦によって比較的高い流動損失が生じ、このことがさらに効率を低下させる。同様のことは、排気ガスガイドセクションの中に、タービンホイールの上流とスパイラルダクトの下流とにバッフルエレメントを有するエグゾーストターボチャージャにも当てはまる。このような種類のバッフルエレメントは、この場合、エグゾーストターボチャージャのタービンホイール前の圧力上昇を可能にするため、第１のスパイラルダクト内の排気ガスの流量が小さい場合でも、エグゾーストターボチャージャの効率を向上させることができる。

従って、２つのスパイラルダクトと、対応するバッフルエレメントとを備えた排気ガスガイドセクションを有するエグゾーストターボチャージャが、製造面では比較的低コストであるにもかかわらず、他方では、内燃機関の効率改善及び燃費の改善を可能にするために、コストのかかる措置が必要となる。このエグゾーストターボチャージャの排気ガスフィードバック能力に関するもう１つの問題は、特に内燃機関の低回転数又は平均回転数領域において必要な燃焼室内の空気と関連して生じる。しかし、内燃機関の定格点、チャージサイクル側及び燃料消費側によって決定される通常の設計基本条件では、ダブルラインで形成されている排気ガスガイドセクションの場合も、制限された作動範囲でしか最適に作動させることができない。

従って、本発明の課題は、エグゾーストターボチャージャの広い作動範囲において効率の改善を可能にする、エグゾーストターボチャージャを備える内燃機関、およびそのような種類の内燃機関の制御方法を提供することである。

この課題は、本発明に基づき、請求項１の特徴を備える内燃機関並びにそのような種類の内燃機関の、請求項１３に基づく制御方法によって解決される。本発明の適切かつ重要な発展形態を備える有利な実施形態は、それぞれの従属請求項に示されている。この場合、内燃機関の有利な実施形態は、製造方法の有利な実施形態として見なすことができ、またその逆も可能である。

エグゾーストターボチャージャの広い作動範囲における効率の改善を可能にするために、本発明に基づき、第１及び第２のバッフルエレメントが第１の非対称度に従って構成可能であり、この非対称度が、第１の臨界流量パラメータ及び第２の臨界流量パラメータの商として特定でき、０．４〜０．８の数値を有することが提案されている。このことによって、コンプレッサホイールは、エンジン回転数の低い領域でも高い領域でも、規定の空燃比に必要な空気量を提供することができる。別の表現を使うと、第１の非対称度が０．４〜０．８になるように、バッフルエレメントが構成又は調整される。非対称度Ａは、第１及び第２のバッフルエレメントそれぞれの臨界流量パラメータΘ_Ｌ１、Θ_Ｌ２によって、一般的公式
Ａ＝Θ_Ｌ１／Θ_Ｌ２
に基づいて特定することができる。臨界流量パラメータΘは、エグゾーストターボチャージャ及び内燃機関のそれぞれのシステムに対して一定の値を示し、関数
Θ＝ｍ_Ｔ、ＮＰ＊（Ｔ_３、ＮＰ）^１／２／Ｐ_３、ＮＰ
を使ってパラメータ側で検出可能である。この場合、
ｍ_Ｔ、ＮＰは、内燃機関の定格出力ポイントにおいて、タービンホイールを通過しながら排気ガスガイドセクションを流れる排気ガス量（単位ｋｇ／ｓ）を示し、
Ｔ_３、ＮＰは、内燃機関の定格出力ポイントにおける、タービンホイール前の排気ガスの全温度（単位Ｋ）を示し、
Ｐ_３、ＮＰは、内燃機関の定格出力ポイントでのタービンホイール前の全圧（単位ｂａｒ）を示す。

別の実施形態において、エグゾーストターボチャージャのもう１つの効率改善は、第１及び第２のバッフルエレメントが第２の非対称度に従って構成可能であり、この非対称度が、第１の臨界流量パラメータ及び第３の臨界流量パラメータの商として特定可能であり、０．２５〜０．５の数値を有することにより行われる。このような第２の非対称度は、特に上方の高いエンジン回転数領域において、両方のスパイラルダクト間における流面調整又は表面積拡大を有利に行う。

本発明のもう１つの有利な実施形態においては、第１のバッフルエレメント及び／又は第２のバッフルエレメントが、流面調整のため、特に並進運動及び／又は回転運動できるように排気ガスガイドセクションに配置されている。第１及び／又は第２のバッフルエレメントが運動可能であることを用いて、第１又は第２のスパイラルダクトの効果的な流れ断面並びに第１又は第２の非対称度を、とりわけ簡単かつ可変的に適合させることが可能となる。この場合、第１又は第２のバッフルエレメントは、内燃機関のエンジン制動段階の間、それぞれのスパイラルダクトの中に移動することができるため、エグゾーストターボチャージャは、いわゆる「ターボブレーキ」として機能することができる。しかし、選択又は追加として、第１及び／又は第２のバッフルエレメントを、内燃機関の点火段階の間、スパイラルダクトの中に又は外から移動させることも可能であり、これによってエグゾーストターボチャージャの出力を、内燃機関の優勢な作動パラメータに最適に適合させることが可能となり、第１又は第２の非対称度を簡単に調整することができるようになる。

第１バッフルエレメント及び／又は第２バッフルエレメントが、内燃機関のエンジン制御装置に連結され、制御信号に応じて作動できる、又は作動信号に対応することによって、さらなる有利点が生じる。この方法によって、第１及び／又は第２のバッフルエレメントの運動を、内燃機関のそれぞれの作動状態に応じて最適に実施することができる。

本発明のもう１つの有利な実施形態では、第１の排気ガスラインと第２の排気ガスラインとの間で排気ガスの吹き出しを切り換える吹き出し装置が取り付けられている。別の言葉を使うと、この吹き出し装置を用いて、エグゾーストターボチャージャの排気ガスガイドセクションがブリッジ可能であるだけでなく、代替又は追加として、第１と第２の排気ガスラインとの間で排気ガスの吹き出しを切り換えることができる。このことによって、エグゾーストターボチャージャの排気ガスガイドセクションを通る排気ガス流量を微調整することが可能となる。さらに、この方法により、第１のスパイラルダクトと第２のスパイラルダクトとの間で、第１又は第２の非対称度を形成又は調整することもできる。吹き出し装置は、例えば、ロータリバルブとして構造的に単純に形成することができるため、コストが削減できる。

この場合、さらに、吹き出し装置が、制御信号を受信するために内燃機関のエンジン制御装置に連結され、制御信号に応じて切り換えられる場合は有利である。このことによって、排気ガスの流れをさらに最適化し、それによってエグゾーストターボチャージャの効率を最適化することができる。なぜならば、吹き出し装置の吹き出し又は吹き出し切換え機能を、内燃機関の様々な作動パラメータに応じて適切に制御することができるからである。

内燃機関の排気ガス値は、排気ガスシステムの中に、排気ガス後処理システム、特にトラップオキシダイザ及び／又は触媒及び／又はＳＣＲ装置が、とりわけ吹き出し装置の下流に配置されることによってさらに改善される。このような排気ガス後処理システムによってタービンホイールの背圧が万一上昇した場合でも、変動する第１又は第２の非対称度を用いて補整することができる。

内燃機関の排気ガスは、排気ガスフィードバックシステムを吹き出し装置の上流に配置することによってさらに改善することができ、また、この排気ガスフィードバックシステムを用いて、排気ガスシステムから内燃機関の吸気システムに排気ガスを送ることができる。排気ガスフィードバックシステムは、この場合、内部の排気ガスフィードバックシステムとしても、外部の排気ガスフィードバックシステムとしても形成することができ、特に、内燃機関において燃料が燃焼する際の窒素酸化物（ＮＯｘ）を軽減することができる。従って、本発明に基づく内燃機関の変動性が向上することから、それぞれ必要な空燃比に対する排気ガスフィードバック率を、広い作動範囲で最適に調整することができる。

この場合、排気ガスフィードバックシステムは、第１の排気ガスライン及び／又は第２の排気ガスラインに連結することができるため、内燃機関を様々な構造的基本条件及び実状に応じて形成することができるようになる。この場合、同様に、排気ガスフィードバックシステムをエンジン制御装置に連結し、制御信号に応じて制御できるようにすることも可能である。

内燃機関の効率は、吸気システムにおいて、エグゾーストターボチャージャのコンプレッサホイールの下流にインタークーラを配置することによって、さらに改善することができる。

エグゾーストターボチャージャの変動性は、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的に形成されることによって向上する。このことにより、排気ガスフィードバックシステムと組み合わせて、広い作動範囲でエグゾーストターボチャージャ又は内燃機関の効率をさらに向上させることもできる。

作動範囲は、第２のスパイラルダクトが内燃機関の定格点に合わせて設計されていることから、タービンホイールの全負荷（例えば内燃機関の上部の回転数領域で）が可能になり、さらに改善される。

本発明のもう１つの視点は、以下を備える車両用内燃機関、特にガソリンエンジン及び／又はディーゼルエンジンの制御方法に関する。
− エグゾーストターボチャージャ（このエグゾーストターボチャージャは、少なくとも２つのラインで形成されている内燃機関の排気ガスシステムの中に、回転装置として内燃機関の吸気システムに配置されているコンプレッサホイール、及びコンプレッサホイールにトルク耐性に、すなわち共回転するように連結されているタービンホイールを含み、その際、エグゾーストターボチャージャのハウジングの排気ガスガイドセクションは、少なくとも、排気ガスシステムの第１の排気ガスラインに連結されている第１のスパイラルダクト、及び排気ガスシステムの第２の排気ガスラインに連結されている第２のスパイラルダクトを有しており、これらのスパイラルダクトには、互いに無関係に排気ガスが流れる。）
− 排気ガスガイドセクションの上流に配置されている吹き出し装置（これによって、排気ガスガイドセクションをブリッジすることができる）
− 第１のバッフルエレメント（これは、排気ガスガイドセクションにおいて、タービンホイールの上流及び第１のスパイラルダクトの下流に配置されている。）
− 第２のバッフルエレメント（これは、排気ガスガイドセクションにおいて、タービンホイールの上流及び第２のスパイラルダクトの下流に配置されている。）
この場合、第１及び第２のバッフルエレメントは、第１の非対称度に従って構成され、その際、第１の非対称度は、第１の臨界流量パラメータ及び第２の臨界流量パラメータの商として特定され、０．４〜０．８の値をとる。このことにより、エグゾーストターボチャージャの広い作動範囲での効率改善が可能となる。なぜなら、本発明によるバッフルエレメントが構成又は調整可能であることにより、第２のスパイラルダクトからタービンホイールへ流れる排気ガス流の状態調節が可能となるからである。さらに、スパイラルダクトの効果的な流れ断面が、とりわけ可変的に適合可能であることから、エグゾーストターボチャージャの出力を、内燃機関の優勢な作動パラメータに最適に適合させることが可能となる。それぞれに最適な非対称度は、例えば排気ガスフィードバック率及び内燃機関の排気量に応じて、当業者により決定することができる。

この場合、第１及び第２のバッフルエレメントは、第２の非対称度に従って構成され、第２の非対称度は、第１の臨界流量パラメータ及び第２の臨界流量パラメータの商として特定され、０．２５〜０．５の値をとる。このような第２の非対称度は、特に上方のエンジン回転数領域において、両方のスパイラルダクト間における流面調整又は表面積拡大を有利に行う。

本発明のもう１つの有利な実施形態においては、第２のバッフルエレメントが、内燃機関の下方の回転数領域及び／又は中間部の回転数領域で、内燃機関の部分負荷及び／又は全負荷の要求時及び／又はエンジン制動段階において、第２のスパイラルダクトの流面を少なくとも広範囲に塞ぐ位置に動かされるようになっている。この場合、第２のバッフルエレメントが、内燃機関の下方の回転数領域及び／又は中間部の回転数領域で、内燃機関の部分負荷及び／又は全負荷の要求時及び／又はエンジン制動段階において、第２のスパイラルダクトの流面を塞ぐ位置に少なくとも広範囲に動かされることは、有利な燃焼のために空燃比がエア側から大きく影響を受けるという利点をもたらす。このことによって生じる保持圧力は、タービンホイールの流入速度を上げる他に、排気ガス流の渦の増加によるエグゾーストターボチャージャの出力上昇に利用できるため、コンプレッサホイールは増加したエア量を提供することができる。逆に、第２のバッフルエレメントが、内燃機関のエンジン制動段階の間に第２のスパイラルダクトの流面を少なくとも広範囲に塞ぐ位置に、少なくとも広範囲に動かされることによって、背圧が上昇するという理由から、内燃機関の制動性能をかなり向上させることができる。

その他の利点は、第２のバッフルエレメントが、上方の回転数領域で、第２のスパイラルダクトの流面を少なくとも広範囲に開放する位置に動かされることによって生じる。この位置では、これによって減少する排気ガス流の流入渦が、実質的に排気ガスガイドセクション又は第２のスパイラルダクトの形状によって決定され、その形状は、有利な場合、内燃機関の定格点に合わせて設計される。

内燃機関の作動状態に応じ、吹き出し装置を用いて第１の排気ガスライン及び／又は第２の排気ガスラインの少なくとも一部の排気ガスを吹き出す、及び／又は吹き出しを切り換えることによって、さらなる利点が生じる。この方法により、エンジン制動段階でも、点火段階でも、内燃機関又はエグゾーストターボチャージャの過負荷を排除することができる。さらに、第１又は第２の非対称度の微調整が可能となる。

以下に説明される実施例及び図に基づいて、本発明のさらなる利点、特徴及び詳細を示す。図の中では、同一エレメント又は機能を同じくするエレメントには同一の番号が付されている。

実施例に基づく、エグゾーストターボチャージャを備える内燃機関の原理図。図１に示されたエグゾーストターボチャージャの排気ガスガイドセクションの部分断面図（この場合、第２のバッフルエレメントは、第２のスパイラルダクトの流面を少なくとも広範囲に塞ぐ位置に動かされている）。図２に示された排気ガスガイドセクションの部分断面図（この場合第２のバッフルエレメントは、第２のスパイラルダクトの流面を少なくとも広範囲に開放する位置に動かされている）。排気ガスガイドセクションの様々な圧力状態に応じた、エグゾーストターボチャージャの様々な流量パラメータのグラフ。図１に示された内燃機関のためのエンジン特性曲線の原理図。

図１は、特に６気筒１１ａ−１１ｆのディーゼルエンジン又はガソリンエンジンとして実施されている内燃機関１０の原理図を示している。この内燃機関１０は、エグゾーストターボチャージャ１２を有し、このエグゾーストターボチャージャは、回転装置１４として、内燃機関１０の吸気システム１６に配置されているコンプレッサホイール１８と、支持シャフト２０によってトルク耐性、すなわち共回転するようにコンプレッサホイール１８に連結されているタービンホイール２２とを、少なくとも２つのラインで形成されている、内燃機関１０の排気ガスシステム２４の中に有している。エグゾーストターボチャージャ１２のハウジング２８（図２、図３を参照）の排気ガスガイドセクション２６は、少なくとも、排気ガスシステム２４の第１の排気ガスライン２４ａに連結されている第１のスパイラルダクト３０ａと、排気ガスシステム２４の第２の排気ガスライン２４ｂに連結されている第２のスパイラルダクト３０ｂとを有し、これらのスパイラルダクトは、互いに無関係に排気ガスが流されている。第１の排気ガスライン２４ａは、この場合、第１の排気ガスマニホールド１３ａに連結され、第２の排気ガスライン２４ｂは、第２の排気ガスマニホールド１３ｂに接続されている。排気ガスガイドセクション２６の上流には、吹き出し装置３２が配置されており、これは第１及び第２の排気ガスライン２４ａ、２４ｂに連結され、タービンホイール２２の下流と排気ガス後処理システム３４の上流で再び排気ガスシステム２４に合流する。この実施例では、吹き出し装置３２が、排気ガスガイドセクション２６をブリッジし、第１の排気ガスライン２４ａと第２の排気ガスライン２４ｂとの間で排気ガスの吹き出しを切り換えるロータリバルブとして形成及び設計されている。そのために、この吹き出し装置３２は、矢印Ｉｂに従って動くことができる。以下に、詳細な作動形態を説明する。吸気システム１６には、システム側にエアフィルタ３６と、コンプレッサホイール１８の下流に配置されているインタークーラ３８とが含まれている。インタークーラの下流で、排気ガスフィードバックシステム４０が合流し、排気ガスは、この排気ガスフィードバックシステムによって、第１の排気ガスライン２４ａから吸気システム１６に送られる。排気ガスフィードバックシステム４０には、システム側に、制御可能な排気ガスフィードバックバルブ４０ａと排気ガスクーラ４０ｂとが含まれており、この排気ガスクーラによって排気ガス温度が約１００℃にまで冷却される。これに対して、第２の排気ガスライン２４ｂは、排気ガスフィードバックシステム４０に連結されていない。

エグゾーストターボチャージャ１２の排気ガスガイドセクション２６には、タービンホイール２２の上流及び第１のスパイラルダクト３０ａの下流に、第１のバッフルエレメント４２ａが配置されている。さらに、タービンホイール２２の上流及び第２のスパイラルダクト３０ｂの下流には、第２のバッフルエレメント４２ｂが配置されている。両方のバッフルエレメント４２ａ、４２ｂは、例えば、案内羽根を備えるバッフルリングとして形成することができる。第１及び第２のバッフルエレメント４２ａ、４２ｂは、この場合、第１の非対称度Ａ_１に従って構成することができ、この第１の非対称度は、両方のバッフルエレメント４２ａ、４２ｂの第１の臨界流量パラメータΘ_４２ａと第２の臨界流量パラメータΘ_４２ｂの商として、公式
Ａ_１＝Θ_４２ａ／Θ_４２ｂ
に基づいて決定され、０．４〜０．８の数値を有する。このために、第１のバッフルエレメント４２ａは動かないように、できる限り漏れの少ない状態で、第１のスパイラルダクト３０ａの断面に対向して配置されており、これに反して、第２のバッフルエレメント４２ｂは、流面４８（図２を参照）を調整し、それによって第１の非対称度Ａ_１を矢印Ｉａに沿って調整するため、並進運動ができるように排気ガスガイドセクション２６内に配置されている。代替又は追加として、第１のバッフルエレメント４２ａも同様に動くように配置することができる。第２のバッフルエレメント４２ｂは、内燃機関１０のエンジン制御装置４４に連結されており、制御信号Ｓに応じて作動可能である。エンジン制御装置４４は、例えば内燃機関１０の燃料供給など、その他の多数の機能以外にも、排気ガスフィードバックバルブ４０ａ及び吹き出し装置３２を調整、制御する。第１のバッフルエレメント４２ａは保持圧力ｐ_３１を生じさせ、この保持圧力によって、第１の排気ガスライン２４ａと排気ガスフィードバックシステム４０とを介して、排気ガスを低チャージ圧ｐ_２Ｓで吸気システム１６に送ることができる。

図２は、図１に示されたエグゾーストターボチャージャ１２の排気ガスガイドセクション２６の部分断面図を示し、この場合、第２のバッフルエレメント４２ｂは、第２のスパイラルダクト３０ｂの流面４８を少なくとも広範囲に塞ぐ位置に動かされている。その際、第２バッフルエレメント４２ｂの正面は、正面の漏れを防止するために、図示されていないアクチュエータによってカバーディスク４６に固く押し付けられている。図示されている第２のバッフルエレメント４２ｂの位置は、この場合、好ましくは点火段階の間、内燃機関１０の下方の低い回転数領域又は中間部の回転数領域で、内燃機関１０の部分負荷及び／又は全負荷の要求時及び／又はエンジン制動段階において選択される。この点火段階は、ここでは、高い排気ガスフィードバック率と十分なエア値とによって特徴づけられ、これによって、例えばディーゼルエンジンとして形成されている内燃機関１０の場合、微粒子を限界値の下方の極めて少ない数値に調整し、内燃機関１０が燃費のよい作動状態にあることを確実にするため、燃料噴射ポイントを（必要に応じ、排気ガスフィードバック値の増加に応じて）、早い時点にずらすことが可能となる。流面４８を少なくとも広範囲に塞ぐことによって生じる保持圧力Ｐ３２（図１を参照）は、関連する排出ガス流の渦の増加によって、エグゾーストターボチャージャ１２の出力増加に用いることができ、このことによって、コンプレッサホイール１８は、エア供給を増加できるようになる。この場合、第２のバッフルエレメント４２ｂを押し入れることにより、第１の非対称度Ａ_１が生じる。

図３は、図２に示された排気ガスガイドセクション２６の部分断面図を示し、この場合、第２のバッフルエレメント４２ｂは、矢印Ｉａに従って、第２のスパイラルダクト３０ｂの流面４８を解放する位置に動かされる。この位置は、特に、内燃機関１０の上方の高い回転数領域において有利である。減少した排気ガス流の流入渦は、面積の増大により、第２のスパイラルダクト３０ｂの形状によってだけで決定され、この形状は、通常、内燃機関１０の定格点に合わせて設計されている。

非対称度Ａは、その値がより小さな第２の非対称度Ａ_２にまで下げられ、第１のバッフルエレメント４２ａの臨界流量パラメータΘ_４２ａと第２のスパイラルダクト３０ｂの臨界流量パラメータΘ_３０ｂによって、公式
Ａ_２＝Θ_４２ａ／Θ_３０ｂ
に従って決定される。この場合、第２のバッフルエレメント４２ｂは、基本的にそれぞれ任意の中間位置をとり得ることを強調しなければならない。両方の非対称度Ａ_１及びＡ_２の微調整には、吹き出し装置３２を使用することができ、この装置は、両方の排気ガスライン２４ａ、２４ｂのそれぞれから排気ガスを吹き出すことができる。結果として生じる第１又は第２の非対称度Ａ_１＋ＡＢ又はＡ_２＋ＡＢは、それぞれ調整された吹き出し断面ＡＢ_２４ａ、ＡＢ_２４ｂに従って以下のようになる。
Ａ_１＋ＡＢ＝Θ_{４２ａ＋ＡＢ２４ａ}／Θ_{４２ｂ＋ＡＢ２４ｂ}
Ａ_２＋ＡＢ＝Θ_{４２ａ＋ＡＢ２４ａ}／Θ_{３０ｂ＋ＡＢ２４ｂ}

この場合、吹き出し断面ＡＢ_２４ａとＡＢ_２４ｂとは、同一に又は異なるように調整することができる。それぞれの非対称度Ａ_１又はＡ_１＋ＡＢ又はＡ_２又はＡ_２＋ＡＢの有利な設定範囲は、排気ガスフィードバック率及び内燃機関１０の排気量に応じて、以下の範囲から選択される。
０．４＜Ａ_{１（＋ＡＢ）}＜０．８
０．２５＜Ａ_{２（＋ＡＢ）}＜０．５０

図４は、排気ガスガイドセクション２６において、異なる圧力状態Πに応じた、エグゾーストターボチャージャ１２の様々な流量パラメータΘのグラフを示している。それぞれの排気ガスライン２４ａ、２４ｂ及びそれぞれのバッフルエレメント４２ａ、４２ｂに左右される臨界圧力状態Π以降では、それぞれの臨界流量パラメータΘが生じ、これは、さらに圧力が上昇しても変化しなくなる。なぜなら、排気ガスガイドセクション２６に割り当てられているスパイラルダクト３０ａ又は３０ｂにおいて音速が生じたからである。様々な流量パラメータΘは、排気ガスライン４２ａ、４２ｂの全負荷時に、吹き出し装置３２の制御付き及び制御なしでそれぞれ検出される。例えば第２のスパイラルダクト３０ｂが遮断され、第１のスパイラルダクト３０ａが開かれた場合、流量パラメータΘ_４２ａ又はΘ_{４２ａ＋ＡＢ２４ａ}が生じる。第１のスパイラルダクト３０ａが遮断され、第２のスパイラルダクト３０ｂが開かれ、第２のバッフルエレメント４２ｂが流面４８を少なくとも広範囲に塞ぐ位置に動かされた場合、流量パラメータΘ_４２ｂ又はΘ_{４２ｂ＋ＡＢ２４ｂ}が生じる。第１のスパイラルダクト３０ａが遮断され、第２のスパイラルダクト３０ｂが開かれ、第２のバッフルエレメント４２ｂが流面４８を解放する位置に動かされた場合、流量パラメータΘ_３０ｂ又はΘ_{３０ｂａ＋ＡＢ２４ｂ}が生じる。

図５は、図１に示された内燃機関１０のためのエンジン特性曲線の原理図を示し、その際、エンジントルクＭｄが縦座標に、エンジン回転数ｎが横座標にとられている。さらに、該当する領域の非対称度Ａの変動性が分かるようになっている。領域Ａ_１では、第２のバッフルエレメント４２ｂが、流面４８を少なくとも広範囲に塞いでいる位置にある。領域Ａ_２では、第２のバッフルエレメント４２ｂが、流面４８を解放する位置に動かされている。内燃機関１０の点火作動段階においても、吹き出し装置３２による排気ガスの吹き出しは、排気ガス及び燃費を最適化するために重要であるため、該当する領域Ａ_１＋ＡＢ、及び上方の回転数領域に限定されているＡ_２＋ＡＢが生じる。吹き出し装置３２の吹き出し断面の断面設計によって、非対称的な吹き出し流量パラメータを生じるダブルラインによる吹き出し方法以外に、第１及び第２の排気ガスライン２４ａと２４ｂとの間で吹き出しを切り換える方法も実施可能である。

Claims

車両用内燃機関であって、
内燃機関（１０）の排気ガスシステム（２４）の中に、回転装置（１４）として、該内燃機関（１０）の吸気システム（１６）に配置されているコンプレッサホイール（１８）と該コンプレッサホイール（１８）に共回転するように連結されているタービンホイール（２２）を含むエグゾーストターボチャージャ（１２）を備え、
該エグゾーストターボチャージャ（１２）のハウジング（２８）の排気ガスガイドセクション（２６）が、少なくとも、前記排気ガスシステム（２４）の第１の排気ガスライン（２４ａ）に連結されている第１のスパイラルダクト（３０ａ）と、前記排気ガスシステム（２４）の第２の排気ガスライン（２４ｂ）に連結されている第２のスパイラルダクト（３０ｂ）を有し、該２つのスパイラルダクトには互いに無関係に排気ガスが流れ、
前記排気ガスガイドセクション（２６）の上流に吹き出し装置（３２）が配置され、該吹き出し装置（３２）が、第１の排気ガスライン（２４ａ）と第２の排気ガスライン（２４ｂ）との間で排気ガスの吹き出しを切り換えるようになっているとともに、該吹き出し装置によって前記排気ガスガイドセクション（２６）をブリッジすることができ、
前記排気ガスガイドセクション（２６）には、前記タービンホイール（２２）の上流及び前記第１のスパイラルダクト（３０ａ）の下流に、第１のバッフルエレメント（４２ａ）が配置され、前記タービンホイール（２２）の上流及び前記第２のスパイラルダクト（３０ｂ）の下流に、第２のバッフルエレメント（４２ｂ）が配置されており、
内燃機関の下方の回転数領域又は中間部の回転数領域において、前記第２のバッフルエレメント（４２ｂ）が、前記排気ガスガイドセクション（２６）の中の流面（４８）を塞ぐ位置にあり、前記ターボチャージャの非対称度が、第１の非対称度（Ａ_１）で表され、該非対称度が、前記第１のバッフルエレメントの第１の臨界流量パラメータ（Θ_４２ａ）と前記第２のバッフルエレメントの第２の臨界流量パラメータ（Θ_４２ｂ）の商として特定でき、０．４〜０．８の数値をとり、
内燃機関の上方の回転数領域において、前記第２のバッフルエレメント（４２ｂ）が、前記排気ガスガイドセクション（２６）の中の流面（４８）を解放する位置にあり、前記ターボチャージャの前記非対称度が、第２の非対称度（Ａ_２）で表され、該非対称度が、前記第１の臨界流量パラメータ（Θ_４２ａ）と前記第２のスパイラルダクトの第３の臨界流量パラメータ（Θ_３０ｂ）の商として特定でき、前記第１の非対称度（Ａ_１）より小さいことを特徴とする内燃機関（１０）。
前記第２の非対称度（Ａ_２）が０．２５〜０．５の数値をとることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関（１０）。
第２のバッフルエレメント（４２ｂ）が、前記流面（４８）調整のため、並進運動又は回転運動できるように排気ガスガイドセクション（２６）に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関（１０）。
第２のバッフルエレメント（４２ｂ）が、内燃機関（１０）のエンジン制御装置（４４）に連結されており、制御信号（Ｓ）に応じて作動可能であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関（１０）。
吹き出し装置（３２）が、制御信号（Ｓ）を受信するために内燃機関（１０）のエンジン制御装置（４４）に連結され、該制御信号（Ｓ）に応じて切り換えられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関（１０）。
排気ガスシステム（２４）において、排気ガス後処理システム（３４）が、吹き出し装置（３２）の下流に配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関（１０）。
排気ガスフィードバックシステム（４０）が、吹き出し装置（３２）の上流に配置され、該排気ガスフィードバックシステムを用いて、排気ガスシステム（２４）から吸気システム（１６）に排気ガスを送ることができることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関（１０）。
排気ガスフィードバックシステム（４０）が、第１又は第２の排気ガスライン（２４ａ、２４ｂ）に連結されていることを特徴とする、請求項７に記載の内燃機関（１０）。
吸気システム（１６）において、コンプレッサホイール（１８）の下流にインタークーラ（３８）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関（１０）。
第１のスパイラルダクト（３０ａ）の幾何学形状が、第２のスパイラルダクト（３０ｂ）の幾何学形状と非対称的に形成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関（１０）。
第２のスパイラルダクト（３０ｂ）が、内燃機関（１０）の定格点に合わせて設計されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の内燃機関（１０）。
車両用内燃機関（１０）の制御方法であって、該車両用内燃機関（１０）は、
内燃機関（１０）の排気ガスシステム（２４）の中に、回転装置（１４）として、該内燃機関（１０）の吸気システム（１６）に配置されているコンプレッサホイール（１８）と該コンプレッサホイール（１８）に共回転するように連結されているタービンホイール（２２）を含むエグゾーストターボチャージャ（１２）を備え、
該エグゾーストターボチャージャ（１２）のハウジング（２８）の排気ガスガイドセクション（２６）が、少なくとも、前記排気ガスシステム（２４）の第１の排気ガスライン（２４ａ）に連結されている第１のスパイラルダクト（３０ａ）と、前記排気ガスシステム（２４）の第２の排気ガスライン（２４ｂ）に連結されている第２のスパイラルダクト（３０ｂ）を有し、該２つのスパイラルダクトには互いに無関係に排気ガスが流れ、
第１の排気ガスライン（２４ａ）と第２の排気ガスライン（２４ｂ）との間で排気ガスの吹き出しを切り換えるようになっているとともに、前記排気ガスガイドセクション（２６）をブリッジすることができる、前記排気ガスガイドセクション（２６）の上流に配置されている吹き出し装置（３２）と、
前記排気ガスガイドセクション（２６）において、前記タービンホイール（２２）の上流及び前記第１のスパイラルダクト（３０ａ）の下流に配置されている第１のバッフルエレメント（４２ａ）と、
前記排気ガスガイドセクション（２６）において、前記タービンホイール（２２）の上流及び前記第２のスパイラルダクト（３０ｂ）の下流に配置されている第２のバッフルエレメント（４２ｂ）と、を備え、
内燃機関の下方の回転数領域又は中間部の回転数領域において、前記第２のバッフルエレメント（４２ｂ）が、前記排気ガスガイドセクション（２６）の中の流面（４８）を塞ぐ位置にあり、前記ターボチャージャの非対称度が、第１の非対称度（Ａ_１）で表され、該非対称度が、前記第１のバッフルエレメントの第１の臨界流量パラメータ（Θ_４２ａ）と前記第２のバッフルエレメントの第２の臨界流量パラメータ（Θ_４２ｂ）の商として特定でき、０．４〜０．８の数値をとり、
内燃機関の上方の回転数領域において、前記第２のバッフルエレメント（４２ｂ）が、前記排気ガスガイドセクション（２６）の中の流面（４８）を解放する位置にあり、前記ターボチャージャの前記非対称度が、第２の非対称度（Ａ_２）で表され、該非対称度が、前記第１の臨界流量パラメータ（Θ_４２ａ）と前記第２のスパイラルダクトの第３の臨界流量パラメータ（Θ_３０ｂ）の商として特定でき、第２の非対称度（Ａ_２）を前記第１の非対称度（Ａ_１）より小さくする方法。
前記第２の非対称度（Ａ_２）が０．２５〜０．５の数値をとることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
内燃機関（１０）の作動状態に応じ、吹き出し装置（３２）を用いて、第１の排気ガスライン（２４ａ）又は第２の排気ガスライン（２４ｂ）から排気ガスの少なくとも一部を吹き出す又は該第１と第２の排気ガスライン（２４ａ、２４ｂ）との間で吹き出しを切り換えることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の方法。