JP5762572B2 - エグゾーストターボチャージャ用のタービン、並びにそのようなタービンを備えるエグゾーストターボチャージャ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に示されている種類のエグゾーストターボチャージャ用のタービン、並びに請求項９に記載の、そのようなタービンを備えるエグゾーストターボチャージャに関する。

独国特許公開第２５３９７１１Ａ１は、特にエグゾーストターボチャージャ内にあり、少なくとも部分的に調整可能な断面を備えるターボ機関用スパイラルハウジングを開示しており、この場合、スパイラルハウジングの内壁を半径方向にスライドしながらガイドされる、この壁に続いて周辺方向に移動可能な少なくとも１つのトングが設けられている。

独国特許公開第１０２００８０３９０８５Ａ１から、内燃機関の吸気システム内にコンプレッサを含み、内燃機関の排気システム内にタービンを含むエグゾーストターボチャージャを備える自動車の内燃機関が知られている。このタービンはタービンハウジングを有しており、このタービンハウジングには、排気システムの排気ラインに連結されたスパイラルダクトとタービンホイールとが含まれ、このタービンホイールはタービンハウジングの支持スペース内に配置されており、シャフトによってトルク耐性にタービンホイールに接続されているコンプレッサのコンプレッサホイールを駆動するため、スパイラルダクトを通って送られる内燃機関の排気ガスがこのタービンホイールに当てられる。このタービンは調整装置を備え、この調整装置によって、スパイラルダクトのスパイラルインレット断面及び収納スペースでのスパイラルダクトのノズル断面が同時に調整可能である。

内燃機関の燃料消費を低く抑え、それによってＣＯ_２排出量を軽減するために、この内燃機関には過給装置が装備され、そのためこの内燃機関には、内燃機関の排気ガスを用いて該当するエグゾーストターボチャージャにより圧縮される圧縮空気を供給することができる。そのため、この内燃機関はいわゆるダウンサイジングの原理に基づいて形成することができ、このことは、この内燃機関が比較的小さな容積を有しているが、特に高い出力とトルクを提供できることを意味している。従って、この内燃機関は、非常に高い比出力およびトルクを有している。そのことから、特に、様々な作動点への過給装置の適合可能性に関して、過給装置への要求が常に増加する結果ともなるため、過給装置の効率的な作動を実現することができる。

独国特許公開第２５３９７１１Ａ１ 独国特許公開第１０２００８０３９０８５Ａ１

従って、本発明の課題は、冒頭に述べた種類のエグゾーストターボチャージャのタービンを発展させ、より効率的に作動できるようなタービンを備えたエグゾーストターボチャージャを提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を有するエグゾーストターボチャージャ用のタービン、並びに請求項９の特徴を有する、そのようなタービンを備えるエグゾーストターボチャージャ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、従属請求項に示されている。

特に内燃機関又は燃料電池のエグゾーストターボチャージャ用のこのようなタービンは、収納スペースを有するハウジング部品を含み、このハウジング部品は排気ガスが通過可能な少なくとも１つのスパイラルダクトを含んでいる。この場合、スパイラルダクトは流路断面を有しており、この流路断面を介して、少なくとも部分的に収納スペース内に収納されている、回転軸を中心に回転可能なタービンホイールに排気ガスを当てることができる。このタービンは、さらに、収納スペースの少なくともほぼ円周方向に、特にタービンホイールの回転軸を中心に回転可能な少なくとも１つの閉鎖体を備え、この閉鎖体によって流路断面を調整することができる。

本発明に基づき、この閉鎖体は、さらにタービンホイールの軸方向に、少なくとも第１と第２のポジション間を移動可能、詳細にはスライド可能である。このことは、閉鎖体が、タービンハウジングに対して相対的に収納スペースの円周方向に回転可能であるばかりでなく、タービンハウジングに対しても相対的にタービンホイールの軸方向に移動可能、詳細にはスライド可能であることを意味している。このことは、特に、閉鎖体が幅広くかつフレキシブルに調整可能であることを示しているため、このタービンを、非常にフレキシブルかつ適切に、極めて広い範囲で、特にタービンに割り当てられている内燃機関の様々な作動点に適合させることができる。このことから、結果的に、内燃機関の少なくともほぼ特性マップ全体において、本発明に基づくタービンの効率的な作動が生じ、このことにより、内燃機関の燃費並びにＣＯ_２排出が減少する。

この場合、閉鎖体により、タービンハウジンを流れる排気ガスのフロー方向を向いてタービンホイールの上流で、特にもっとも狭い流路断面を可変的に調整することが可能となるため、このことから、いわゆるタービンのスループットパラメータ並びにタービンの堰き止め特性が調整され、とりわけ、これらを内燃機関の作動点に適合させることができる。

従って、本発明に基づくタービンは可変タービンであり、特に、閉鎖体が様々に調整可能であることにより、このタービンは、収納スペースの円周方向にもタービンホイールの軸方向にも非常に高いスループット範囲を有し、このことによって効率的な作動が生じる。この場合、本発明に基づくタービンは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ディゾットエンジン又はその他の内燃機関として形成されている内燃機関に使用することができる。本発明に基づくタービンは、特にガソリンエンジンに適用する場合、特に有利である。なぜなら、特にガソリンエンジンでは、ディーゼルエンジンなどの場合よりも、非常に広いスループット範囲がタービンに要求されるからである。この場合、本発明に基づくタービンは、スループット範囲に対するこれらの要求を満たすことができるため、タービン及び内燃機関を特に効率的に作動させることができる。

さらに、本発明に基づくタービンは、特に閉鎖体の調整特性に関して非常に高い作動信頼性を有しているという利点がある。この場合、閉鎖体は、あまり複雑でない、単純で堅牢なタービン調整の可能性を提供するため、特に要求の高い基本条件、例えば、排気ガス温度が最大１０５０℃にもなるガソリンエンジンにおいても、閉鎖体の円周方向への回転並びに軸方向への運動は、タービンの長い耐用年数にわたって、負荷が高くても行われる。

従って、本発明に基づくタービンは、特に有利な熱力学的特性並びにФ_最大／Ф_最小の高いスループット範囲係数を有しており、この係数は、好ましくは４．５〜６の範囲にある。この場合、Ф_最大は、閉鎖体の回転及び動きによって最大限調整可能な本発明に基づくタービンのスループットパラメータであり、一方、Ф_最小は、閉鎖体の回転及び動きによって最小限調整可能な本発明に基づくタービンのスループットパラメータである。

さらに、アクチュエータと呼ばれる調整要素を僅かな数しか設ける必要がないという意味では、本発明に基づくタービンが極めて有利であることは明らかであり、このことにより、本発明に基づくタービンの適用にかかる労力が少なくなり、従ってタービンの経費も低く抑えることができる。さらに、閉鎖体を備えるタービンは取付けスペースが非常に小さく、僅かな重量しか有していない。このことは、タービン並びにこのタービンに割り当てられている内燃機関の効率的な作動に有利に作用する。

本発明に基づく有利な実施形態では、少なくとも部分的にタービンホイール入口部分に配置されている第１のポジションと、この第１のポジションに対して、閉鎖体がタービンホイール入口部分から特に完全に離れている第２のポジションとの間でのみ、閉鎖体が軸方向に移動可能である。このことは、第１のポジションにおいて、タービンホイール上流の特にもっとも狭い流路断面で閉鎖体が調整可能であることを意味しており、特にもっとも狭い流路断面は、例えば、その一部分がタービンハウジングに対して固定されているスパイラルダクトの壁によって、一部分がタービンハウジングに対して動くことのできる（回転可能及び軸方向に移動可能な）閉鎖体によって形成されているか、もしくは境界されている。従って、第１のポジションでは、閉鎖体の回転によって、特にもっとも狭い流路断面がタービンホイールの上流で可変的に調整され、それによって、本発明に基づくタービンは、とりわけ適切かつフレキシブルに、内燃機関の様々な作動点に適合することが可能となる。

第２のポジションでは、閉鎖体が、とりわけ、タービンホイール入口部分から完全に離されているため、タービンホイールの上流にある特にもっとも狭い流路断面は、特に、タービンハウジングに対して固定されているスパイラルダクトの壁によってのみ形成されているか、又は境界されている。このことから、特に、該当する調整要素の従来の調整距離においても、内燃機関の必要に応じて、有利かつ適合した作用特性の制御と組み合わせる形で、非常に大きな最大限調整可能なスループットパラメータ（Ф_最大）と、これに対して特に小さな最小スループットパラメータ（Ф_最小）とを備える、本発明に基づくタービンの極めて広いスループット範囲を実現することができる。従って、ディーゼルエンジンに適用する場合、少なくともほぼ４のスループット範囲係数を実現することができる。この場合、ガソリンエンジンへの適用には、すでに説明した閉鎖体の移動可能性により、少なくとも５のスループット範囲係数が実現可能である。そのため、本発明に基づくタービンは、特にガソリンエンジンで生じるような高い排気ガス流量でも使用が可能であり、効率的かつエネルギー消費の少ない作動を保障することができる。

この場合、このことは、とりわけ単純かつコストのかからない方法で実現されている。なぜなら、閉鎖体は、第１と第２のポジションとの間でのみ、すなわち第１と第２のポジションとの間に限り、軸方向に移動可能だからである。このことが、制御又は調整にかかる労力、及び本発明に基づくタービンの適用にかかる労力を低く抑え、これに伴ってコストも小さくなる。

この場合、閉鎖体の第１のポジションでは、本発明に基づくタービンのいわゆるトングスライダモードを実施することができる。例えば翼面状のトングとして形成されている閉鎖体の第１のポジションでは、閉鎖体の回転により、スパイラルダクトの流路断面を適切に、内燃機関の作動点並びにチャージ圧要求に基づいて調整することができる。

タービンが、少なくとも２つの流路を有しており、これらの流路の少なくとも一部が流体的に互いに分離され、タービンホイールへ向かう排気ガスがこれらの流路を通ることができる場合、トングスライダモードでは、流路分離がほぼタービンホイールにまで生じている。

第２のポジションでは、例えば、実質的にタービンホイールの半径方向に排気ガスをタービンホイールに向けて流しているノズルから閉鎖体が離されているため、第１のポジションとは逆に、排気ガスは閉鎖体に向かって流れず、閉鎖体を通過しない。このノズルは、例えば、タービンホイールの上流にあるリング状の供給ダクトである。このことにより、第１のポジションに比べ、流路断面はさらに大きく調整されるか、又はさらに大きく調整可能である。すでに説明したように、タービンが少なくとも２つの流路を有している場合、第２のポジションでは、タービンホイールの上流で個々の流路の流体的接続を発生させることができる。この流路の接続により、タービンの静圧過給モードを設定することが可能となるため、排気ガスは、タービンの上流で流路の接続によってまず溜められるか、又は集められ、次に、タービンホイールを駆動するためにタービンホイールに向かって流れてくる。

この点については、タービンハウジングが、それぞれの流路断面を備える多数のスパイラルダクトを有することができ、有利には、流路断面のそれぞれに少なくとも１つの閉鎖体が割り当てられており、この閉鎖体を用いて、第１のポジションではそれぞれの流路断面が可変的に調整可能であり、その際、該当する閉鎖体はタービンホイール収納スペースの円周方向に、特にタービンホイールの回転軸を中心に回転することに留意されたい。

この場合、タービンは２つの流路を有しているようにすることができ、その一方の流路は、少なくとも２つのスパイラルダクトに部分流路として割り当てられている。このことは、この流路が２つのスパイラルダクトを流体的に接続していることを意味しており、従って、排気ガスは、この流路から２つのスパイラルダクトの中に流れ込むことができ、従って、この流路はタービンホイールの上流で２つのスパイラルダクトに分割されている。

スパイラルダクトはセグメントとも呼ばれる。なぜなら、スパイラルダクトにより、スパイラルダクトによって提供される個々のセグメントを介して、排気ガスがタービンホイールの円周方向にタービンホイールの円周にわたって流れてくることが可能となるからである。タービンが複数のスパイラルダクト、すなわちセグメントを備える場合、それによって、マルチセグメントタービンが作られ、このマルチセグメントタービンは、タービンホイールの特に有利な流れと、内燃機関の特に有利な過給とを可能にする。

本発明の有利な実施形態では、閉鎖体が、この閉鎖体と一緒に移動可能な調整部品、特に調整リングに接続されており、この調整リングによって閉鎖体は円周方向に回転可能であり、軸方向に移動可能である。この場合、一方のポジション、特に第１のポジションにおいて、排気ガスがタービンホイールを迂回できるタービンのバイパスダクトは、この調整部品によって、とりわけ常に流体的に閉鎖されている。さらに、この調整部品によって、もう一方のポジション、特に第２のポジションでは、バイパスダクトの流路断面を、少なくとも部分的に流体的に開放することができる。言い換えれば、第１のポジションにおける流路断面は流体的に閉鎖されているため、排気ガスはバイパスダクトを流れず、従って排気ガスは、タービンホイールを駆動することなしにタービンホイールを迂回することはできない。

少なくとも１つの閉鎖体がノズルから特に完全に離されている第２のポジションでは、流路断面が少なくとも部分的に開放されているか、又は開放可能であるため、排気ガスはバイパスダクトを流れ、従って、この排気ガスは、タービンホイールを駆動することなく、タービンホイールを迂回する。これにより、タービンホイールの、いわゆるバイパス化が実現され、従って、特に大きなスループットパラメータが調整可能となる。このことは、例えばラジアルタービンとして形成されている本発明に基づくタービンの特に広いスループット範囲を伴うため、このタービンは、内燃機関の少なくともほぼ特性マップ全体において、内燃機関の作動点に適切に適合することができる。この場合、タービンは、少なくとも２つ以上のバイパスダクトを有しているようにすることもでき、これらのバイパスダクトは、第１のポジションにおいて流体的に閉鎖され、第２のポジションでは少なくとも部分的に流体的に開放されているか、又は流体的に開放可能である。

少なくとも１つのバイパスダクト又はその流路断面を流体的に閉鎖するため、又は流体的に開放するため、通過開口部を有する調整部品、特に調整リングを設けることができ、その際、通過開口部は調整部品の壁によって境界されている。第１のポジションでは、バイパスダクトの流路断面が、調整部品の壁によって特に完全に覆われており、それにより流体的に閉鎖されている。第２ポジションにおいて流路断面又はバイパスダクトを開放するため、調整部品の通過開口部は、バイパスダクトの流路断面とバイパスダクトとが少なくとも部分的に重なり合った状態に動かされることができるため、排気ガスは調整部品の通過開口部を介して、バイパスダクト並びに調整部品を通過することができる。

タービンホイールを迂回する場合、例えば、排気ガスは、スパイラスダクトから分岐され、タービンホイールの下流において、タービンハウジング内でタービンホイールの下流に位置しているタービンホイール出口部分又はタービン出口部分に送られる。このために、バイパスダクトは、例えばインレット断面を有しており、このインレット断面を介してバイパスダクトがスパイラルダクトに合流する。さらに、バイパスダクトはアウトレット断面も有するようにすることもでき、このアウトレット断面を介して、バイパスダクトはタービンの出口部分において少なくとも部分的にタービンホイールの下流に合流する。この場合、排気ガスは、スパイラルダクトからインレット断面を介してバイパスダクトに流れ込み、アウトレット断面を介してこのバイパスダクトから流出することができる。

調整部品、特に調整リングは、少なくとも部分的に、特に完全にタービンハウジング内に、タービンハウジングに対して移動可能に収納されており、調整部品は、第１と第２のポジション間で閉鎖体を動かすため、閉鎖体と同様にタービンホイールの軸方向にこの閉鎖体と一緒に移動可能である。閉鎖体を回転させるため、調整部品は、収納スペースの円周方向に、特にタービンホイールの回転軸を中心に回転可能である。そのために、この調整部品は、この調整部品を回転させることのできる調整要素、例えば特にモーターと相互作用する。この場合、調整部品の回転は、閉鎖体との接続により、閉鎖体に相応の回転を生じさせる。このことは、本発明に基づくタービンが多数の閉鎖体を備えており、これらの閉鎖体が好ましくは調整部品に接続され、この調整部品によって動くことができる、すなわち円周方向にも回転可能であり、軸方向にも移動可能である場合、特に有利である。従って、この調整部品だけを調整要素と相互作用させ、この調整部品だけを動かすことが必要であり、このことにより、調整部品と共に全ての閉鎖体が動くようになる。

好ましくは、バイパスダクトの流路断面が、もう一方のポジション、特に第２のポジションで調整部品によって調整可能である。例えば、この調整部品が回転する場合、調整部品の回転によって流路断面を可変的に調整することができる。この場合、調整部品（及び閉鎖体）は、もう一方のポジション、特に第２のポジションにおいて、調整部品の調整角範囲のエンドポジションとして形成されている調整部品の第１の回転ポジションと、調整角範囲のもう１つのエンドポジションとして形成されているもう１つの回転ポジションとの間で動く、詳細には回転可能であるように設けることができる。この場合、これらの回転ポジションの一方では、調整部品の通過開口部がバイパスダクトの流路断面と少なくとも部分的に重なり合った状態にあるため、排気ガスは、タービンホイールを迂回する形でバイパスダクトを通過することができる。これに対し、もう一方の回転ポジションでは、流路断面が縮小し、詳細には流体的に閉鎖されているため、僅かな流量の排気ガスしかバイパスダクトを通過できないか、もしくは排気ガスは全く通過できない。この場合、第１の回転ポジションでは、流路断面が完全に開放されているように設けることができるため、流路断面又はバイパスダクトは調整部品によってスロットル調整が行われず、特に大量の排気ガスがバイパスダクトを通過することができる。

好ましくは、バイパスダクトの流路断面を調整する調整部品が、エンドポジションとして形成されている回転ポジションの間の、少なくとも１つの中間ポジションにおいても回転可能であるため、バイパスダクトの流路断面を特に適切に調整することができる。特に有利には、流路断面が、少なくともほぼ無段階に及び／又は少なくともほぼ連続的に、調整部品の調整角範囲内にあるエンドポジションの間で調整することができるため、調整部品が回転方向へ回転することにより、例えば、流路断面が流体的に完全に閉鎖されている状態から出発して徐々に開放されていき、それによって流路断面は、例えば最大及び特に完全に開放されている状態にまで拡大される。調整部品が、例えば、この回転方向とは逆の、第２の回転方向に回転する場合、バイパスダクトの流路断面は、特に完全に開放されている状態から出発して徐々に狭くなり、それによって流路断面は、例えば流体的に完全に閉鎖されている状態になるまで縮小されるため、排気ガスは（それ以上）バイパスダクトを通過することはできない。

バイパスダクトのこの調整可能性により、タービンのスループットパラメータを適切に調整するための、さらなるタービンの調整可能性が生じ、このことは、本発明に基づくタービンの効率的な作動に有利に作用するため、燃料消費及びＣＯ_２排出の少ない内燃機関の作動に特に有利に働く。

閉鎖体がタービンホイール入口部分から離されている第２のポジションで調整部品が回転すると、それに伴って閉鎖体も回転する。しかしながら、この閉鎖体はタービンホイール入口部分から離されているため、閉鎖体の回転は、タービンホイール上流にあるスパイラルダクトの、特にもっとも狭い流路断面の調整には働かない。

小さな調整角範囲を達成するために特に有利であるのは、調整部品が第１の回転方向へ回転することにより、バイパスダクトを流体的に閉鎖するか、又は開放することができることであり、調整部品の第１の回転方向は、閉鎖体が次に動く第２の回転方向又は前回に動いた第２の回転方向とは逆である。つまり、例えばバイパスダクトを開くためには、バイパスダクトが調整部品によって閉鎖されている、ノズルの中に閉鎖体が位置している状態から出発して、閉鎖体が、まず、第１の回転方向に最大に回転する。続いて、閉鎖体は軸方向にずれるため、ノズルが完全に開かれる。このプロセスに続いて、調整部品が第２の回転方向に回転し、特に、この場合、第２の回転は第１の回転方向の逆であるため、小さな角度範囲でも大きなスループット範囲係数を達成するのに十分である。このことにより調整距離が小さくなり、結果として摩耗がより少なくなる。

本発明に基づくタービンの上述したトングスライダモードに関して、いわゆるタービンのウェイストゲートになるバイパスダクトが流体的に閉鎖されるようにすることができる。この場合、静圧過給モードでは、まず、バイパスダクトを流体的に閉鎖するようにすることができる。次に、調整部品が相応に回転し、流路断面が流体的に開放され、それにより、静圧タービンモードとも呼ばれる静圧過給モードにおいて、タービンホイールの迂回（バイパス化）が行われるため、バイパスダクトの流路断面が徐々に開放されることによってスループットパラメータが徐々に上昇し、このことから、とりわけ大きな最大の通過パラメータを調整することが可能となる。これに伴って、特に大きなスループット範囲率が生じる。

本発明のもう１つの有利な実施形態では、収納部分、特に凹部が設けられており、この凹部に閉鎖体が、少なくとも一方のポジション、特に第２のポジションにおいて少なくとも部分的に収納されており、この収納部分、特に凹部は、軸方向に固定されており、収納スペースの円周方向に移動可能である。一方で、この凹部は、第２のポジションの閉鎖体を収納し、それによって渦の形成又は同様の流れによる損失を最小限にするか、又は防止するため、排気ガスは、例えばノズルなどを介してとりわけ有利な形でタービンホイールに向けて流れることができる。さらに、この凹部又は収納部分により、特に第２のポジションにある閉鎖体の回転及び調整部品の回転が可能となるため、バイパスダクトの流路断面を可変的に調整することができるようになる。この収納部分は軸方向に固定されているため、閉鎖体は、第１のポジションから第２のポジションへ動く場合に、この凹部に対して相対的に動く。

この場合、例えば、タービンホイールに対して少なくともほぼ半径方向に通っている壁により、ノズル又は排気ガスをタービンホイールに供給する供給ダクトが部分的に境界されている。さらに、ノズル又は供給ダクトは、少なくとも一部を、閉鎖体の少なくともほぼ半径方向に通っている壁によって境界することができるため、タービンホイール入口部分には好ましくない渦の形成又はその他の流れ損失が起こることはなく、特に、閉鎖体の第２のポジションにおいて、タービンホイールに向かって有利に排気ガスが流れる。これにより、排気ガスの漏れ流れも防止される。

本発明のもう１つの有利な実施形態では、タービンが少なくとも２つの流路を有しており、これらの流路は少なくとも一部が流体的に互いに分離され、これらの流路を介して、排気ガスをタービンホイールに当てることができる。この場合、タービンは、一方のポジション、特に第１のポジションにおいて、動圧タービンモードとも呼ばれる動圧過給モードで作動できるため、内燃機関の動圧過給を行うことが可能となる。もう一方のポジション、特に第２のポジションでは、タービンが静圧タービンモードで作動可能であるため、内燃機関の静圧過給モードを行うことが可能となる。一方のポジション、特に第１のポジションでは、これらの流路がタービンホイールの上流で、特に直前まで流体的に分離されており、このことから、動圧タービンモードが生じる。もう一方のポジション、特に第２のポジションの閉鎖体が軸方向に動く場合、これらの流路はタービンホイールの上流で流体的に互いに接続され、このことから、いわゆる集合スペースが形成され、排気ガスはタービンホイールの上流でまずこの集合スペースの中に集められて溜まり、それからタービンホイールに向けて流される。この場合、排気ガスは、一方の流路又はこの流路の該当するセグメントから第２の流路又はこの第２の流路の該当するセグメントに流れることができる。本発明に基づくタービンは、これにより、内燃機関の様々な作動点に対する適合可能性に関して、特に高い柔軟性を有しており、このことから、効率的で、燃料消費が少なく、ＣＯ_２排出量も少ない作動が実現される。

もう１つの有利な実施形態では、動圧タービンモードにおいて、閉鎖体が一方の回転方向に回転することにより、その回転によって上昇するタービンのスループットパラメータを調整することができ、静圧タービンモードでは、閉鎖体がこの方向に回転することにより、その回転によって低下するタービンのスループットパラメータを調整することができる。閉鎖体が、例えば第１のポジションにあり、閉鎖体がこの回転方向に回転する場合、これにより、例えばスパイラルダクトの流路断面が徐々に開放されるため、タービンのスループットパラメータも徐々に上昇する。

閉鎖体が第２のポジションにあり、閉鎖体及び調整部品がこの回転方向に回転する場合、例えば、このことにより、バイパスダクトの流路断面は流体的な開放状態から出発して徐々に小さくなるため、この回転方向への回転によって本発明に基づくタービンのスループットパラメータは低下する。なぜなら、バイパスダクトを通過できる排気ガスの流量は、バイパスダクトが例えば流体的に完全に閉鎖されるまで徐々に少なくなって行くからである。逆に表現すると、このことは、閉鎖体の第２のポジションにおいて、閉鎖体及び調整部品が上述した回転方向とは逆の回転方向に回転することも同様に、その回転によってタービンのスループットパラメータが上昇することを意味している。なぜなら、第１の回転方向とは逆の、このもう１つの回転方向に閉鎖体及び調整部品が回転すると、バイパスダクトの流路断面が徐々に開放され、それによってバイパスダクトを通過できる排気ガスの流量が徐々に大きくなり、これにより、本発明に基づくタービンのスループットパラメータも徐々に大きくなるからである。このことにより、タービンは、特に有利に調整可能であり、内燃機関の様々な作動点に適合することができる。

この場合、バイパスダクトは、好ましくは少なくとも部分的に、特に完全にタービンハウジングの中に組み込まれている。このことは、バイパスダクトが少なくとも部分的に、特に完全にタービンハウジングの内部を通り、該当するハウジングの壁によって境界されることを意味している。

本発明の第２の様態は、本発明に基づくタービンを備える、特に内燃機関又は燃料電池用のエグゾーストターボチャージャに関する。本発明の第１の様態の有利な実施形態は、本発明の第２の様態の有利な実施形態と見なすことができ、その逆もまた可能である。この場合、閉鎖体及び調整部品を第１のポジションから第２のポジションへ動かすため、閉鎖体及び調整部品はタービンのタービン出口の方向へタービンホイールの軸方向に移動する、詳細にはスライドするように設けることができる。これに対応して、閉鎖体及び調整部品を第２のポジションから第１のポジションへ動かす場合、閉鎖体及び調整部品はこれとは逆方向に移動、特にスライドし、この方向は、例えば、エグゾーストターボチャージャのベアリングハウジングの方向を示し、このベアリングハウジング内には、エグゾーストターボチャージャのシャフトが回転可能に支持されている。

この場合、このシャフトは、一方ではトルク耐性にタービンホイールに接続され、他方ではトルク耐性に、エグゾーストターボチャージャのコンプレッサのコンプレッサホイールに接続されているため、このコンプレッサは、タービンホイールに排気ガスが当たることにより、タービンホイールのシャフトを介して駆動することができる。このことにより、内燃機関又は燃料電池の排気ガスに含まれるエネルギーを利用して、内燃機関又は燃料電池に供給される空気を効率的に圧縮することができるため、内燃機関又は燃料電池の特に高い比出力及びトルクを実現することができる。

本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、好ましい実施例及び図に基づく以下の説明に示されている。ここまでの説明で述べた特徴及び特徴の組合せ、並びに以下の図の説明で述べられている、及び／又は図の中にのみ示されている特徴及び特徴の組合せは、それぞれに示された特徴の組合せだけではなく、本発明の範囲から出ることなく、その他の組合せ又は単独でも適用可能である。

内燃機関用のエグゾーストターボチャージャの本発明に基づくタービン断面の概略図であり、この内燃機関は調整装置を有し、この調整装置は、少なくとも部分的にタービンのタービンホイールの円周方向へタービンホイールの回転軸を中心に回転可能であり、２つのポジション間だけをタービンホイールの軸方向にスライド可能であり、この調整装置は、これらのポジションの第１のポジション内にある。 図１によるタービンの断面図であり、調整装置はこれらのポジションの第２のポジションにある。 図１及び図２によるタービンの断面図であり、タービンのバイパスダクトは流体的に開放されているため、排気ガスはタービンホイールを駆動することなく、タービンホイールを迂回することができる。 図１〜３によるタービンのもう１つの実施形態の縦断面の部分図であり、調整装置は第１のポジションにある。 図４によるタービンの縦断面の部分図であり、調整装置は第２のポジションにある。 図４及び図５によるタービンの縦断面の部分図であり、調整装置は第１のポジションにある。 図６によるタービンを切断線Ａ−Ａに沿って切断した場合の横断面の部分図である。 図４〜７によるタービンの縦断面の部分図であり、調整装置は第２のポジションにあり、タービンのバイパスダクトは流体的に閉鎖されている。 図８によるタービンを切断線Ａ−Ａに沿って切断した場合の横断面の部分図である。 図４〜９によるタービンの縦断面の部分図であり、調整装置は第２のポジションにあり、バイパスダクトは流体的に開放されている。 図１０によるタービンを切断線Ａ−Ａに沿って切断した場合の横断面の部分図である。 図１２ａ―ｄは、図４〜１１によるタービンの横断面のそれぞれの部分図であり、調整装置は第２のポジションにあり、図１２ａには、第２のポジションにおける調整装置の様々な回転ポジションが示されている。 図１〜１２によるタービンのスループット特性値のそれぞれの経過、及び調整装置の第１のポジションと第２のポジションにおけるトングスライダの回転角である。

図１は、例えば往復ピストン機関及びガソリンエンジンとして形成されている内燃機関のエグゾーストターボチャージャ用のタービン１０を示している。このタービン１０は、第１の流路１６と第２の流路１４とを有するタービンハウジング１２を備えている。この場合、内燃機関の排気ガスは、第１の流路１６及び第２の流路１４を通過することができる。内燃機関が、例えば４気筒を有しており、その中で燃焼行程が進行する場合、これらのうちの２つのシリンダ、例えば第１と第４のシリンダの排気ガスは第１の流路１６に割り当てられ、この第１の流路を通過し、一方その他のシリンダ、例えば第２と第３のシリンダの排気ガスは、第２の流路１４に割り当てられ、この第２の流路１４を通過する。タービンハウジング１２は、さらに４つのスパイラルダクト、すなわち第１のスパイラルダクト１８、第２のスパイラルダクト２０、第３のスパイラルダクト２２及び第４のスパイラルダクト２４を有し、これらのスパイラルダクトを介してタービンホイール２６に排気ガスを当てることができ、このタービンホイール２６は、タービンハウジング１２によって形成されている収納スペース２８内に収納され、回転軸３０を中心に回転可能である。さらに、第１のスパイラルダクト１８と第２のスパイラルダクト２０とは、一方で第１の流路１６と流体的に接続されているため、第１の流路１６を通過する排気ガスは、第１のスパイラルダクト１８と第２のスパイラルダクト２０の中を流れることができる。言い換えれば、第１の流路１６は、第１の流路１６のインレット断面Ａ_Ｅ１の下流及びタービンホイール２６の上流で第１のスパイラルダクト１８と第２のスパイラルダクト２０とに分割されており、それにより、第１のスパイラルダクト１８と第２のスパイラルダクト２０の上流にある第１の流路１６は、第１のスパイラルダクト１８と第２のスパイラルダクト２０の供給及び集合ダクトとして機能している。他方では、第１のスパイラルダクト１８と第２のスパイラルダクト２０とが収納スペース２８の中につながっているため、第１のスパイラルダクト１８と第２のスパイラルダクト２０とからくる排気ガスが収納スペース２８の中に流れ込み、回転する相対座標系において少なくともほぼ半径方向（方向矢印３２）にタービンホイールに向かって流れることができる。従って、タービン１０はラジアルタービンである。

同様のことが、第２の流路１４と第３のスパイラルダクト２２又は第４のスパイラルダクト２４にも該当する。一方では、第３のスパイラルダクト２０と第４のスパイラルダクト２４とが流体的に第２の流路１４に接続されているため、この流路はインレット断面Ａ_Ｅ２の下流及びタービンホイール２６の上流で第３のスパイラルダクト２２と第４のスパイラルダクト２４とに分割されている。それにより、第３のスパイラルダクト２２と第４のスパイラルダクト２４の上流にある第２の流路１４は、これらの両方のスパイラルダクトの供給及び集合ダクトとして機能している。他方では、第３のスパイラルダクト２２と第４のスパイラルダクト２４とが収納スペース２８の中につながっており、それによってこの収納スペースと流体的に接続されているため、第２の流路１４及び第３のスパイラルダクト２２又は第４のスパイラルダクト２４を流れる排気ガスが収納スペース２８の中に流れ込み、回転する相対座標系において少なくともほぼ半径方向にタービンホイールに向かって流れ、これを駆動することができる。

図１から分かるように、スパイラルダクト１８、２０、２２、２４のアウトレット断面Ａは、方向矢印３４が示すように、タービンホイール２６の円周方向に、タービンホイール２６の円周上に互いに均等に分割されて順に配置されている。方向矢印３６で示されているタービンホイール２６の軸方向には、アウトレット断面Ａが同じ高さに配置されている。

特にガソリンエンジンのはっきりした非定置特性を背景にして、タービン１０を適切かつフレキシブルに内燃機関の様々な作動点に適合させ、それによって少なくともほとんど常に内燃機関の特性マップ全体においてタービン１０を効率的に作動させられるように、タービン１０は調整装置３８を備えており、この調整装置はトングスライダとして形成されている。この調整装置３８は、トングとも呼ばれる翼面状の閉鎖体４０を備えており、この閉鎖体４０はいずれかのスパイラルダクト１８、２０、２２、２４又はアウトレット断面Ａにそれぞれ１つ割り当てられている。

閉鎖体４０は、図１には示されていない調整リング（図４に表示）と固定接続されている。さらに、閉鎖体４０と調整リング４２とは、タービンホイール２６の円周方向（方向矢印３４）に、タービンホイール２６の回転軸３０を中心に回転可能である。閉鎖体４０と一緒に回転できる調整リング４２を介して閉鎖体４０が回転することにより、スパイラルダクト１８、２０、２２、２４を通る排気ガスの流れる方向を向いてタービンホイール２６の上流にあるもっとも狭い流路断面を可変的に調整することができる。なぜなら、調整装置３８又は調整リング４２及び閉鎖体４０は、例えば少なくともほぼ６０°の調整角範囲で、少なくともほぼ連続的かつ無段階に回転することができるからである。

図１には、閉鎖体４０が、第１のエンドポジションとして形成されている調整角範囲の回転ポジションにあり、ここでは、スパイラルダクト１８、２０、２２、２４の最小に調整可能な流路断面Ａ_最小が調整されている。この第１のエンドポジションから出発して、閉鎖体４０と調整リング４２が円周方向を方向矢印４４の方向に徐々に回転すると、それに伴って、タービンホイールの上流にあるスパイラルダクト１８、２０、２２、２４のもっとも狭い流路断面が徐々に大きくなる。

この場合、もっとも狭い流路断面の調整は、タービンホイール２６の軸方向に関して調整装置３８の第１のポジションにおいて可能である。調整装置３８の第１のポジションでは、もっとも狭い流路断面が、一方では、タービンハウジング１２に対して固定された、スパイラルダクト１８、２０、２２、２４を少なくとも部分的に境界している壁４６によって境界されており、他方では、閉鎖体４０によって一部が境界されている。この場合、調整装置３８の第１の軸方向のポジションでは、スパイラルダクト１８、２０、２２、２４を流れる排気ガスが閉鎖体４０に向かって流れ、通過する。

タービン１０は、さらに、バイパスダクト４８を備え、これらは分岐箇所５０で流体的に第２の流路１４と第１の流路１６とに接続されている。分岐箇所５０では、流路１４、１６からくる排気ガスがバイパスダクト４８の中に流れ込み、これにより、流路１４、１６からくる排気ガスはタービンホイール２６の上流で分岐される。これらのバイパスダクト４８により、排気ガスは、タービンホイールに当たってこれを駆動することなく、タービンホイール２６を迂回することができるようになる。このために、バイパスダクト４８は、タービンホイール２６の下流で、タービンホイール出口部分５４（図４）の流入箇所５２（図４）につながっている。

バイパスダクト４８には、バルブ装置５６が配置されており、このバルブ装置によってバイパスダクト４８の流路断面Ａ_Ｕを可変的に調整することができる。このバルブ装置５６は、この場合、流路断面Ａ_Ｕを流体的に閉鎖することができるため、排気ガスはバイパスダクト４８を通過することができない。同様に、バルブ装置５６は、流路断面Ａ_Ｕの少なくとも一部を流体的に開放することができるため、排気ガスはバイパスダクト４８を通過し、それによってタービンホイール２６を迂回することができる。図１で分かるように、バルブ装置５６は、バイパスダクト４８を閉鎖するポジションにあるため、排気ガスはバイパスダクト４８を通過することはできない。

もっとも狭い流路断面がタービンホイール２６の上流で閉鎖体４０によって可変的に調整可能である調整装置３８の第１のポジションでは、タービン１０がいわゆるトングスライダモードになっている。従って、調整リング４２及び閉鎖体４０の回転により、スループット特性値Фとも呼ばれるスループットパラメータを可変的に調整することができる。

図２はタービン１０を示し、調整装置３８は、方向矢印３６で示されているタービンホイール２６の軸方向へ第２のポジションに調整されている。この場合、調整装置３８は、第１と第２のポジションとの間でのみタービンホイール２６の軸方向に移動可能、詳細にはスライド可能である。第２のポジションでは、閉鎖体４０がタービンホイール入口部分５８から離されているため、閉鎖体は第１のポジションでのようにタービンホイール２６上のリングノズル６０（図４）の中に突出せず、第１のポジションと比較すると、排気ガスは閉鎖体に全く流れてこないか又は閉鎖体の周辺を通過しない、もしくは非常に僅かな部分にしか流れてこないか又はその部分を通過しない。調整リング４２及び閉鎖体４０は、引き続き第２のポジションでも回転軸３０を中心に円周方向に回転可能であるが、この回転によって、タービンホイール２６上流のもっとも狭い流路断面は変化しないか、もしくはそれ以上変化することはない。図２では、もっとも狭い流路断面がＡ_Ｆで示され、これはタービンハウジング１２に対して固定されている壁４６によって境界されており、閉鎖体４０によってはもはや部分的に境界されていない。

調整装置３８の第２のポジションでは、タービン１０のいわゆる静圧タービンモードが実現されており、この静圧タービンモードでは、内燃機関が静圧過給によって過給される。流路１４、１６又はスパイラルダクト１８、２０、２２、２４は、調整装置３８の第１のポジションにおけるように、タービンホイールの上流で、直前まで流体的に互いに切り離されているのではなく、タービンホイール２６上流のタービンホイール入口部分５８で流体的に互いに接続されている。言い換えると、第２の流路１４はタービンホイール２６上で直接第１の流路１６と流体的に接続されている。これにより、排気ガスは、セグメントとなっている第２の流路１４又は第３のスパイラルダクト２２及び第４のスパイラルダクト２４から、同様にセグメントとなっている第１の流路１６又は第１のスパイラルダクト１８及び第２のスパイラルダクト２０の中に流れ込むことができるか、もしくはその逆に流れることができる。排気ガスのこの流れは、図２の方向矢印６２で示されている。

図３によるタービン１０は、同様に静圧タービンモードで作動し、この静圧タービンモードでは、流路１４、１６が流体的に互いに接続されている。しかし、図２による動圧タービンモードとは異なり、バルブ装置５６が開かれているため、バイパスダクトが開かれている。そのため、排気ガスは流路１４、１６からバイパスダクト４８の中に流れ込み、タービンホイール２６を駆動することなく、これを迂回することができ、このことはバイパス化と呼ばれる。

バイパスダクト４８は、有利には、少なくとも部分的に、特に完全にタービンハウジング１２の中に組み込まれ、タービンハウジング１２の内部を通っており、このことがタービン１０の取付けスペースを小さく保っている。

図１に示されている第１のポジションから図２及び図３に示されている第２のポジションへの移動により、タービン１０のスループットパラメータを増加させることができる。図３に示されているように、バイパスダクト４８がさらに流体的に開放される場合、これに伴って、タービン１０のスループットパラメータ（スループット特性値Ф）がさらに上昇する。調整装置３８の第１のポジションにおいて閉鎖体４０によりもっとも狭い流路断面を調整することと組み合わせて、このタービン１０は、非常に高いスループット係数Ф_最大／Ф_最小をもつ極めて広いスループット範囲を有しており、Ф_最大はタービン１０の最大限調整可能なスループット特性値を表し、Ф_最小は最小限調整可能なスループット特性値を表している。

例えば、バイパスダクト４８がバルブ装置５６によって流体的に閉鎖されており、排気ガスはバイパスダクト４８を通過することができない場合、及び調整リング４２と閉鎖体４０とが図１に示されている第１のエンドポジションにある場合には、最小限調整可能なスループット特性値Ф_最小が調整されている。

この第１のエンドポジションから出発して、閉鎖体４０と調整リング４２とは、調整装置３８の第１のポジションにおいて、もう１つのエンドポジションとして形成されている回転ポジションに回転可能であるため、もっとも狭い流路断面Ａ_最小に比べて大きな断面が調整される。この断面は、調整装置３８の第１のポジションにおける、タービン２６の上流にある最大限調整可能なもっとも狭い流路断面である。このエンドポジションにおいて、タービン１０は、第１のエンドポジションに対してより大きなスループットパラメータを有している。

しかし、このスループットパラメータは、さらに上昇させることができる。タービン１０の最大限調整可能なスループットパラメータが調整されるのは、例えば、調整装置３８がその第２のポジションにあり、例えばバイパスダクト４８の最大限調整可能な流路断面Ａ_Ｕが調整されることにより、バイパスダクト４８がバルブ装置５６によって最大に開放される場合である。このことが図３に示されている。

図４は、図１〜３によるタービン１０の代替の実施形態を示し、バイパスダクト４８は流体的に閉鎖されており、例えば流路１４からの排気ガスがこのバイパスダクトを通過することはできない。

図４から分かるように、調整リング４２及び閉鎖体４０とは互いに一体形成されている。トングスライダと呼ばれる調整装置３８は、この場合、タービン１０の輪郭スリーブ６４上を軸方向にスライド可能に通っており、このことは方向矢印３６で示されている。この場合、輪郭スリーブ６４は、タービンハウジング１２とは別のインサート部品として形成されており、タービンホイール出口部分５４の内部輪郭を境界しているため、排気ガスがタービンホイール２６に当たってこれを駆動した後、排気ガスは有利にタービンホイールから流出することができる。この場合、輪郭スリーブ６４は、タービンハウジング１２の中でセンターに位置決めされる。

図４では、操作部品６６が図示されており、この操作部品によって、調整装置３８は第１と第２のポジション間でのみ軸方向に移動することができる。さらに図４には、もう１つの操作部品６８が示されており、この操作部品によって、調整装置３８はタービンホイール２６の円周方向に回転軸３０を中心に回転することができ、このことは図４の方向矢印７０で示されている。

さらに、凹部７２が設けられており、この凹部も同様に、円周方向へ回転軸３０を中心として、調整リング４２と閉鎖体４０と一緒にタービンハウジング１２に対して回転可能である。しかし、軸方向には、タービンハウジング１２に対して凹部４２は固定されている。凹部７２は開口部７４を有しており、これらの開口部はそれぞれ閉鎖体４０に対応しており、閉鎖体４０は特に第２のポジションにおいてこれらの開口部の中に収納することができる。凹部７２は、さらにリングノズル６０に向かい合う壁７６を有しており、この壁はリングノズルを軸方向に部分的に境界している。

例えば図５に示されている第２のポジションでは、リングノズル６０が、軸方向に閉鎖体４０又は複数の閉鎖体４０の正面の壁７８によっても境界されている。これにより、第２のポジションにある閉鎖体４０には、リングノズル６０を通過する排気ガスが少なくとも部分的に流れてくるが、第１のポジションのようには閉鎖体の周囲を流れず、閉鎖体はリングノズル６０から完全に離されている。

輪郭スリーブ６４は第１の通過開口部８０を有し、この開口部は、タービンハウジング１２内のバイパスダクト４８と対応している。しかし、バイパスダクト４８の中に流れ込む排気ガスが第１の通過開口部８０内に流れていくことは防止される。なぜなら、調整リング４２の壁８２がバイパスダクト４８を流体的に閉鎖しているからである。

軸方向及び調整リング４２の回転角における調整装置３８のポジションに応じて、バイパスダクト４８は少なくとも部分的に流体的に開放されるか、又はこれとは反対に特に完全に流体的に閉鎖されるため、タービンホイール２６の迂回は、バイパスダクト４８及び第１の通過開口部８０を介して行われるか、又は防止される。このために、調整リング４２は、同様に第２の通過開口部８４を有しており、この通過開口部は壁８２によって境界されている。調整装置３８が第２のポジションへ軸方向に移動し、調整角範囲の該当する回転ポジションに回転する場合、第２の通過開口部８４は少なくとも部分的にバイパスダクト４８と重なり合った状態に動かされ、輪郭スリーブ６４の第１の通過開口部８０と一緒に移動できるため、バイパスダクト４８から第２の通過開口部８４を介して第１の通過開口部８０へ排気ガスが流れ、この通過開口部からタービンホイール出口部分５４へと流れることが可能になり、これによって排気ガスはエンドポジション５２でタービンホイール出口部分５４の中に流れ込むことができる。従って、バイパスダクト４８の流路断面Ａ_Ｕを可変的に調整するバルブ機能は、調整装置３８の調整リング４２の中に組み込まれている。

図４に示されている第１のポジションから、例えば図５に示されている第２のポジションに調整装置３８を動かすには、タービン１０のタービン出口８６方向へ軸方向に調整装置４８を移動させ、このことは方向矢印８８で示されている。調整措置３８を第２のポジションから第１のポジションに動かすには、これとは逆に、エグゾーストターボチャージャのベアリングハウジング９０の方向に調整装置３８を軸方向へ動かし、このことは方向矢印９２で示されている。

図５は、図４によるタービン１０を示し、調整装置３８は第２のポジションにあり、バイパスダクト４８又は複数のバイパスダクト４８は流体的に開放されている。このことは、流路１４を流れる排気ガスが部分的にタービンホイール２６に向かって流れ、これを駆動することを意味し、このことは方向矢印９４で示されている。排気ガスの一部は、バイパスダクト４８、第２の通過開口部８４及び第１の通過開口部８０を介してタービンホイール出口部分５４の中に流れ込み、このことは方向矢印９６で示されている。

調整装置３８又は調整リング４２、従って閉鎖体４０が、図５に示されている調整装置３８の第２のポジションに回転することにより、バイパスダクト４８の流路断面Ａ_Ｕを可変的に調整することができる。

図６及び図７は、バイパスダクト４８が（トングスライダの）調整装置３８の第１のポジションにおいて常に流体的に閉鎖されており、調整リング４２及び閉鎖体４０の回転によっても部分的であっても必ずしも開放できないことを再度示している。言い換えれば、このバイパスダクト４８は、タービンのトングスライダモードにおいて常に流体的に閉鎖されており、開放することはできない。

図８及び図９はタービン１０を示し、調整装置３８は第２のポジションにあり、このポジションではバイパスダクト４８を流体的に閉鎖することができるが、タービンホイールを迂回（バイパス化）するために、少なくとも一部を流体的に開放することもできる。図１０及び図１１と合わせて図８及び図９から分かるように、調整リング４２の通過開口部８４は、調整リングを円周方向（方向矢印３４）へ回すことによって、バイパスダクト４８及び第１の通過開口部８０の方向に方向矢印９８へ動き、少なくとも部分的に、特に完全にバイパスダクト４８及び第１の通過開口部８０と重なり合った状態で配置することができ、このことが図１０及び図１１に示されている。同様に図８〜１１から分かるように、第１の通過開口部８０とバイパスダクト４８とは、少なくともほぼ面一に配置されているため、第２の通過開口部８４が第１の通過開口部８０とバイパスダクト４８と完全に重なり合っている場合、バイパスダクト４８、第２の通過開口部８４及び第１の通過開口部８０を通過する排気ガスの障害となるエッジは少なくともほとんど発生しない。図８及び図９に示されているバイパスダクト４８の完全な流体的閉鎖とバイパスダクト４８の完全な流体的開放に加えて、調整リング及び第２の通過開口部８４を中間ポジションに回すことができるため、第２の通過開口部８４は、第１の通過開口部８０とバイパスダクト４８とが部分的に重なり合った状態でのみ配置されており、バイパスダクト４８と第１の通過開口部８０は調整リング４２の壁によって部分的に塞がれている。このことが図１２ａ〜ｄに示されている。

図１２ａでは、タービン１０はトングスライダモードにあり、調整装置３８は第１の軸方向のポジションにある。バイパスダクト４８は、この場合、常に流体的に閉鎖されている。トングスライダモードに伴って、タービン１０の動圧タービンモードが生じ、この動圧タービンモードでは、タービン１０が動圧過給モードで作動可能である。

図１２ｂは静圧タービンモードのタービン１０を示し、この静圧タービンモードでは、タービン１０が静圧過給モードで作動し、調整装置３８は第２の軸方向のポジションにある。しかし、バイパスダクト４８は流体的に調整リング４２によって閉鎖されており、タービンホイール２６の迂回は行われない。

図１２ｃは静圧タービンモードにあるタービン１０を示し、バイパスダクト４８は調整リング４２の該当する設定によって一部が流体的に開放されており、その際、第２の通過開口部８４は第１の通過開口部８０及びバイパスダクト４８と部分的に重なり合った状態で配置されている。つまり、バイパスダクト４８の流体的閉鎖と比べてより大きいが、バイパスダクト４８の完全な流体的開放に比べ小さいバイパスダクト４８の流路断面Ａ_Ｕが調整されている。

図１２ｄでは、タービン１０が静圧タービンモードにあり、この場合、調整装置３８は第２の軸方向のポジションに調整されている。バイパスダクト４８は、流体的に完全に開放されているため、最大に調整可能な排気ガス量が流路１４から分岐され、タービンホイール２６を迂回する。図１３はグラフ１００を示し、その横座標１０２には調整装置３８、すなわち閉鎖体４０と調整リング４２の調整角範囲βが示されている。この場合、調整角範囲βは、一方で、調整角範囲βの中で調整装置３８のエンドポジションになっている第１の回転ポジションβ_最小によって境界されている。他方では、調整角範囲βが、調整角範囲βの中で調整装置３８のもう１つのエンドポジションになっている第２の回転ポジションβ最大によって境界されている。言い換えれば、調整装置３８は回転ポジションβ_最小とβ_最大との間を円周方向に回転することができ、これらのエンドポジション間では調整角範囲βの少なくともほとんどの回転ポジションに調整することができる。

グラフ１００の縦座標１０４には、タービン１０のスループット特性値Фが示されている。調整装置３８が第１と第２のポジション間を軸方向に移動することにより、並びに調整角範囲βの範囲内で調整装置３８が回転することにより、最小限のスループット特性値Ф_最小並びに最大限のスループット特性値Ф_最大が調整可能である。

タービン１０がトングスライダモードにある場合、すなわち調整装置３８が第１のポジションに移動しており、バイパスダクト４８又は複数のバイパスダクト４８は流体的に閉鎖されているため、グラフ１００に示されているスループット特性値Фの曲線１０６が生じる。調整装置３８の小さな回転ポジション又は小さな回転角から出発して、これに対して調整装置３８のより大きな回転ポジション又は回転角に至るまで、スパイラルダクト１８、２０、２２、２４の流路断面（のど断面）及びスループット特性値Фは徐々に上昇する。言い換えれば、回転角が大きくなるのに伴って、スループット特性値Фは上昇し、その際、バイパスダクト４８は常に閉じられている。バイパスダクト４８が流体的に閉じられている場合の調整装置３８の回転ポジションβ_最大又は最大の回転角では、タービンホイール２６上流における最大限可能なもっとも狭い流路断面が調整されるため、調整装置３８の第１の軸方向のポジションでは、第１のポジションに関して最大スループット特性値Ф_ＺＳが生じる。

このことから出発して、スループット特性値Фは、トングスライダ（調整装置３８）がタービン出口８６方向へ軸方向に移動することにより、さらに拡大することができるため、閉鎖体４０はリングノズル６０から離される。バイパスダクト４８又は複数のバイパスダクト４８がこの状態（調整装置３８の第２の軸方向のポジション）で、まだ流体的に閉鎖されている場合、スループット特性値はスループット特性値Ф_ＺＳに比べて大きなスループット特性値Ф_ＳＴとなり、その際、タービン１０は静圧タービンモードにある。回転ポジションが調整装置３８の最大回転ポジションβ_最大から出発して再び小さくなる場合は、調整装置３８の回転ポジション又は回転角が徐々に小さくなるのに伴って、バイパスダクト４８又は複数のバイパスダクト４８は徐々に開放されるため、バイパスダクト４８の流路断面Ａ_Ｕは大きくなるように調整される。このことに伴って、最終的には最小の回転ポジションβ_最小において、バイパスダクト４８又は複数のバイパスダクト４８が流体的に最大に開放され、タービンの最大限可能なスループット特性値Ф_最大が調整されるまで、スループット特性値Фはさらに上昇する。タービン１０の静圧タービンモードがある範囲１０８が、グラフ１００から特に良く理解できる。さらにグラフ１００から、タービン１０のトングスライダモード又は動圧タービンモードがあるもう１つの範囲１１０も特に良く理解できる。

最大限可能なスループット特性値Ф_最大から出発して、スループット特性値Фを小さくする場合、このことは前述の説明と同様に行われる。まず、調整装置３８の回転ポジション又は回転角が大きくなることにより、バイパスダクト４８又は複数のバイパスダクト４８が徐々に閉じられ、流体的に閉鎖され、続いて調整装置３８はベアリングハウジングの方向に軸方向へ移動し、回転ポジション又は回転角の縮小によりスループット特性値Фが低下していき、最終的には、最大限小さな回転ポジションβ_最小又は最大限小さな回転角において最大限小さなスループット特性値Ф_最小が調整される。

この作動戦略により、原理的理由から調整装置３８の調整角範囲β又は回転角範囲が例えば最大６０°に制限されている場合でも、特に大きなスループット範囲係数Ф_最大／Ф_最小が可能となる。

同様に、大きなスループット範囲係数Ф_最大／Ф_最小は、閉鎖体４０がまず第１の回転方向に回転し、続いて軸方向に動くことによりノズル６０を開放し、次に調整部品４２が、第２の回転方向（しかし、これは第１の回転方向に該当する）への回転運動の結果、バイパスダクト４８を開放することによっても達成することができると考えられる。

Claims (8)

1. 内燃機関のエグゾーストターボチャージャ用のタービン（１０）であり、前記タービンは、収納スペース（２８）を有するタービンハウジング（１２）を備え、該タービンハウジングは排気ガスが通過可能な複数のスパイラルダクト（１８、２０、２２、２４）を備え、各前記スパイラルダクトは流路断面（Ａ）を有し、該流路断面を介して、前記収納スペース（２８）内に収納されている回転軸（３０）を中心に回転可能なタービンホイール（２６）に排気ガスが当てられ、さらに、前記タービンは、前記収納スペース（２８）の円周方向（３４）に回転可能な複数の閉鎖体（４０）を備えており、各前記閉鎖体によって前記流路断面（Ａ）を調整することができ、前記閉鎖体（４０）は、さらに、前記タービンホイール（２６）の軸方向（３６）に、第１と第２のポジション間を移動可能である、タービン（１０）であって、
   前記タービンハウジング（１２）が２つの流路（１４、１６）を有しており、前記タービン（１０）が前記閉鎖体（４０）の一方の前記軸方向のポジションでは動圧タービンモードで作動可能であり、もう一方の前記軸方向のポジションでは静圧タービンモードで作動可能であり、前記動圧タービンモードにおいて、前記閉鎖体（４０）がある回転方向に回転することにより、該回転によって上昇する前記タービン（１０）のスループットパラメータ（Ф）が調整可能であり、前記静圧タービンモードでは、前記閉鎖体（４０）がこの回転方向に回転することにより、前記回転によって低下する前記タービン（１０）のスループットパラメータ（Ф）が調整可能であることを特徴とする、タービン（１０）。
2. 前記閉鎖体（４０）が、タービンホイール入口部分（５８）に配置されている前記第１のポジションと、該第１のポジションに対して、前記閉鎖体が前記タービンホイール入口部分から完全に離れている前記第２のポジションとの間でのみ、前記閉鎖体（４０）が軸方向に移動可能であることを特徴とする、請求項１に記載のタービン（１０）。
3. 前記閉鎖体（４０）が、前記第１のポジションから前記第２のポジションへ移動するために前記タービン（１０）のタービン出口（８６）の方向に移動することができ、それに対して、前記第２のポジションから前記第１のポジションへ移動するために逆方向（９２）に移動することができることを特徴とする、請求項２に記載のタービン（１０）。
4. 前記閉鎖体（４０）が、該閉鎖体（４０）と一緒に移動可能な調整部品（４２）に接続されており、該調整部品によって前記閉鎖体（４０）は回転可能及び移動可能であり、前記調整部品（４２）によって、一方の前記ポジションでは、排気ガスが前記タービンホイール（２６）を迂回することができる前記タービン（１０）のバイパスダクト（４８）が流体的に閉鎖されており、前記調整部品（４２）によって、前記もう一方のポジションでは、前記バイパスダクト（４８）の流路断面（Ａ_Ｕ）を流体的に開放することができることを特徴とする、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のタービン（１０）。
5. 前記バイパスダクト（４８）の前記流路断面（Ａ_Ｕ）が、前記もう一方のポジションにおいて前記調整部品（４２）によって可変的に調整可能であることを特徴とする、請求項４に記載のタービン（１０）。
6. 前記調整部品（４２）が第１の回転方向へ回転することにより、前記バイパスダクト（４８）を流体的に閉鎖するか、又は開放することができ、前記調整部品（４２）の前記第１の回転方向は、前記閉鎖体（４０）が次に動く第２の回転方向又は前回に動いた第２の回転方向とは逆であることを特徴とする、請求項４又は５のうちいずれか一項に記載のタービン（１０）。
7. 凹部（７２）が設けられており、該凹部に前記閉鎖体（４０）が少なくとも一方の前記ポジションにおいて収納されており、前記凹部（７２）は、軸方向（３６）に固定されており、前記収納スペース（２８）の円周方向（３４）に回転可能であることを特徴とする、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のタービン（１０）。
8. 請求項１〜７のうちいずれか一項に記載のタービン（１０）を備える、内燃機関用のエグゾーストターボチャージャ。
   

Images