AT525743B1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit zumindest einem einen Verdichter (51) aufweisenden Abgasturbolader (5) und zumindest einer Medienzuführeinrichtung (10), welche eine Zuführleitung (11) für ein zusätzliches Medium, insbesondere rückgeführtes Abgas, aufweist, die über eine Mündung (12) in eine zum Verdichter (51) führende Frischgasleitung (9) stromaufwärts des Verdichters (51) einmündet, wobei die Zuführleitung (11) einen kleineren Durchmesser aufweist als die Frischgasleitung (9). Um eine Beschädigung des Laufrades (53) des Verdichters (51) bei Zufuhr eines zusätzlichen Mediums in die Frischgasleitung (9) zuverlässig zu vermeiden ist vorgesehen, dass im Bereich der Mündung (12) der Zuführleitung (11) in die Frischgasleitung (9) zumindest eine Querschnittsverengung (14) angeordnet ist.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem einen Verdichter aufweisenden Abgasturbolader und zumindest einer Medienzuführeinrichtung, welche eine Zuführleitung für ein zusätzliches Medium, insbesondere rückgeführtes Abgas, aufweist, die über eine Mündung in eine zum Verdichter führende Frischgasleitung stromaufwärts des Verdichters einmündet, wobei die Zuführleitung einen kleineren Durchmesser aufweist als die Frischgasleitung, wobei im Bereich der Mündung der Zuführleitung in die Frischgasleitung zumindest eine Querschnittsverengung angeordnet ist.

[0002] Die Einleitung von zusätzlichen Medien wie zum Beispiel gekühltes Abgas zur Ansaugluft vor dem Verdichter birgt Gefahren der Schädigung des Laufrades des Verdichters durch Tröpfchenschlag in sich.

[0003] Eine Vorabscheidung der Tröpfchen ist technisch zwar möglich, aber in der Regel mit unerwünschten Druckverlusten vor dem Verdichter verbunden. Weiters muss das ausgetragene Kondensat weiterverarbeitet werden.

[0004] Die Schädigung des Laufrades des Verdichters durch Tropfenschlag tritt typischerweise an den Schaufelvorderkanten im äußeren Durchmesserbereich auf, da der Auftreffimpuls mit der Umfangsgeschwindigkeit bis zur Schädigung zunimmt. Die impulskritische Umfangsgeschwindigkeit für die Schädigung liegt über etwa 250m/s. Der Bereich der Nabe des Laufrades des Verdichters bis etwa zum halben Eintrittsdurchmesser des Laufrades des Verdichters in den bei Personenkraftwagen üblichen Baugrößen ist von Schädigungen weniger betroffen.

[0005] Die DE 10 2008 005 308 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und einer Abgasrückführeinrichtung, welche eine Abgasrückführleitung aufweist, die zentrisch zum Verdichter des Abgasturboladers in eine Frischgasleitung einmündet, wobei die Abgasrückführleitung einen kleineren Durchmesser aufweist als die Frischgasleitung. Durch diese Anordnung soll eine Beschädigung des Laufrades des Verdichters durch Partikelflug verhindert werden.

[0006] Die Druckschrift DE 10 2020 005 110 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader mit einer Zuführleitung für rückgeführtes Abgas, die stromaufwärts eines Verdichters in eine Frischgasleitung einmündet. Im Bereich der Mündung ist dabei eine Querschnittsverengung angeordnet.

[0007] Die DE 10 2015 121 617 A1 beschreibt eine Regelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Leitrippen aufweisenden Ansaugkanal und einem eine Querschnittsverengung aufweisenden Abgasrückführkanal. Der Ansaugkanal verläuft in gerader Richtung zu einem axialen Einlass eines Verdichtergehäuses eines Turboladers.

[0008] Eine ähnliche Abgasleitvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem in einen Ansaugkanal einmündenden Abgasrückführkanal ist aus der DE 10 2012 101 851 A1 bekannt. Der Abgasrückführkanal weist im Bereich der Mündung in den Ansaugkanal eine Querschnittsverengung auf.

[0009] Die JP 2011202574 A offenbart eine Brennkraftmaschine mit einer in eine Frischluftleitung stromaufwärts eines Verdichters eines Abgasturboladers einmündenden Abgasrückführleitung, wobei im Bereich der Mündung in die Frischluftleitung eine Querschnittsverengung angeordnet ist.

[0010] Ein weiteres Einlasssystem einer Brennkraftmaschine mit einer stromaufwärts eines Ver-

dichters in eine Frischluftleitung einmündenden Abgasrückführleitung ist aus der WO 2017/ 194079 A1 bekannt.

[0011] Die DE 10 2016 102 185 A1 beschreibt ein Niederdruck-Abgasrückführsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem stromaufwärts eines Verdichters über eine Engstelle in eine Luftleitung einmündenden Abgasrückführkanal, welcher einen Isolierabschnitt und/oder eine Heizeinrichtung aufweist.

[0012] Die WO 2009/028802 A1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einer in eine Frischluftleitung stromaufwärts des Verdichters eines Abgasturboladers einmündenden Abgasrückführleitung, wobei im Bereich der Einmündung eine Querschnittsverengung vorgesehen ist.

[0013] Die DE 10 2020 054 478 A1 offenbart ein Luftleitsystem für eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem Reinluftkanal, in dem ein Verdichterlaufrad und ein Drallerzeuger zur drallbehafteten Anströmung des Verdichterlaufrades angeordnet sind. In einem zentralen Bereich des Drallerzeugers ist eine auf dessen Auslaufseite mündende Unterdruckleitung vorgesehen.

[0014] Allerdings kann nicht ausgeschlossen werden, dass durch beim Eintritt der rückgeführten Abgase in die Frischgasleitung auftretende Turbulenzen Partikel und Kondensat auch außerhalb des Nabenbereichs auftreffen und eine Beschädigung des Laufrades des Verdichters verursachen.

[0015] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beschädigung des Laufrades des Verdichters bei Zufuhr eines zusätzlichen Mediums, beispielsweise Abgas, in die Frischgasleitung zuverlässig zu vermeiden. Dabei soll eine gute Durchmischung des zusätzlichen Mediums mit Frischgas gewährleistet werden.

[0016] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Querschnittsverengung zumindest einen radial in die Zuführleitung nach Innen ragenden Vorsprung aufweist.

[0017] Die Querschnittsverengung bewirkt einen lokalen Geschwindigkeitsanstieg im Bereich der Mündung des durch die Zuführleitung eingebrachten Mediums, beispielsweise rückgeführtes Abgas. Dadurch wird erreicht, dass das einströmende Medium nur im Bereich der Nabe auf das Laufrad trifft. Eine Beschädigung der Laufschaufeln des Laufrades des Verdichters lässt sich damit wirksam vermeiden.

[0018] Um die zielgerichtete Strömung zur Nabe des Laufrades des Verdichters zu verbessern und eine radiale Abströmung des einmündenden Mediums zu verhindern ist es vorteilhaft, wenn im Bereich der Mündung die Abgasrückführleitung zumindest eine Abrisskante aufweist, wobei vorzugsweise die Abrisskante durch die Querschnittsverengung gebildet ist. Partikel und Kondensattropfen des zugeführten Mediums treffen somit zentral auf das Laufrad in Bereichen auf, in welchen die Umfanggeschwindigkeit deutlich weniger als 250 m/s beträgt.

[0019] In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Querschnittsverengung mehrere radial in die Zuführleitung nach Innen ragende Vorsprünge aufweist, wobei vorzugsweise zumindest ein Vorsprung scharfkantig, insbesondere zahnartig, ausgebildet ist.

[0020] Die radial vom Rand der Mündung nach Innen ragenden scharfkantigen Vorsprünge bewirken eine radiale Ablenkung der durch die Zuführleitung strömenden Mediums und eine Ablösung der aus der Mündung austretenden Strömung.

[0021] Günstiger Weise sind mehrere Vorsprünge am Umfang der Mündung nebeneinander vorzugsweise gleichverteilt - angeordnet. Zwischen den Vorsprüngen sind definierte Durchlässe, welche das axiale Durchströmen einer definierten Menge des zugeführten Mediums erlauben und die Durchmischung mit dem Frischgas ohne Gefahr der Beschädigung der Laufschaufeln des Verdichters durch auftreffende Partikel oder Kondensattropfen verbessern.

[0022] Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Querschnittsverengung zUumindest eine radiale Einschnürung der Abgasrückführleitung im Bereich der Mündung aufweist. Insbesondere kann die Einschnürung kragenartig geformt sein.

[0023] Gemäß einer einfach zu fertigenden Ausführung der Erfindung ist Querschnittsverengung durch eine Unstetigkeit der Zuführleitung vorzugsweise durch eine Stufe oder einen Absatz in der Wand der Zuführleitung, gebildet. Die Einschnürung kann dabei symmetrisch oder asymmetrisch bezüglich zumindest einer Symmetrieachse ausgeführt sein.

[0024] Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Querschnittsverengung durch eine stetige Verjüngung der Zuführleitung gebildet ist. Mit anderen Worten wird der Querschnitt der Zuführlei-

tung allmählich enger. Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung ist die Querschnittsverengung dabei durch eine Düse ausgebildet. Unter einer Düse wird eine technische Vorrichtung zur Beeinflussung des Mediums beim Übertritt von der Rohrströmung innerhalb der Zuführleitung in den freien Raum der Frischgasleitung vor dem Verdichter bezeichnet. Die Düse bildet dabei den Abschluss der Zuführleitung. Durch die Düse wird das Medium entlang eines axialen Druckgefälles beschleunigt und eine radiale Ausbreitung der Strömung nach dem Austritt aus der Düse unterbunden.

[0025] In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasrückführleitung und/oder die Frischgasleitung zumindest eine Drallerzeugungsvorrichtung aufweist, um eine Vermischung des zugeführten Mediums mit dem Frischgas zu fördern. Vorzugsweise weist die Drallerzeugungsvorrichtung zumindest eine in der Zuführleitung und/oder der Frischgasleitung angeordnete Drallleitrippe oder Drallleitschaufel auf. Eine hohe Drallströmung und eine gute Durchmischung lässt sich erreichen, wenn zumindest eine Drallerzeugungsvorrichtung im Bereich der Mündung der Zuführleitung in die Frischgasleitung angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Drallerzeugungsvorrichtung durch die Mündung der Zuführleitung in die Frischgasleitung gebildet ist.

[0026] Um die Anzahl an Teilen auf ein Mindestmaß zu beschränken und niedrige Fertigungskosten zu ermöglichen ist es vorteilhaft, wenn die Querschnittsverminderung durch die Zuführleitung gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Querschnittsverengung - insbesondere zumindest teilweise - durch zumindest einen innerhalb und/oder - in axialer Weiterführung - außerhalb der Zuführleitung in der Strömung des Mediums angeordneten - vorzugsweise stromlinienförmigen - Strömungskörper gebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass auch nachträglich - also bei bestehenden Anordnungen - eine Querschnittsverminderung durch Einbau von entsprechenden Strömungskörpern durchgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Abmessungen und die Gestalt des Körpers die Querschnittsverminderung an den jeweiligen Anwendungsfall optimal angepasst werden kann. Unter einem Strömungskörper ist hier ein in der Strömung angeordneter Körper zu verstehen, welcher eine Umlenkung und Geschwindigkeitsänderung der Strömung bewirkt.

[0027] Um Teile einzusparen ist gemäß einer Ausführungsvariante vorgesehen, dass zumindest eine Drallerzeugungsvorrichtung durch den Strömungskörper gebildet ist.

[0028] In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Strömungskörper durch das Laufrad - vorzugsweise durch eine Nabe des Laufrades - des Verdichters gebildet ist. Der Strömungskörper ist dabei in das Laufrad integriert und rotiert mit diesem mit. Durch entsprechende Formgebung des Strömungskörpers wird die Strömung des zugeführten Mediums radial umgelenkt, ohne dass es zu materialschädigenden Aufprallereignissen zwischen Partikeln oder Kondensattropfen und den Laufschaufeln des Verdichters kommt.

[0029] Im Rahmen der Erfindung ist weiters vorgesehen, dass zumindest ein Strömungskörper Teil eines in der Frischgasleitung zwischen der Mündung und dem Laufrad des Verdichters angeordneten Vordrall-Leitapparates ist. Dies ermöglicht es Teile und Bauraum für eine separate Drallerzeugungsvorrichtung für die Mediumströmung einzusparen. Vordrall-Leitapparate werden eingesetzt, um der Frischgasströmung vor dem Eintritt in die Laufschaufelkanäle des Verdichters einen entsprechenden Vordrall aufzuprägen, um das Betriebsverhalten der Strömungsmaschine zu verbessern.

[0030] Die Mündung ist dabei innerhalb eines radialen Sicherheitsbereiches angeordnet, in welchem die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades des Verdichters unterhalb der impulskritischen Umfangsgeschwindigkeit liegt. Der radiale Sicherheitsbereich erstreckt sich dabei bis zum halben Eintrittsdurchmesser des Laufrades des Verdichters.

[0031] In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mündung der Zuführleitung in die Frischgasleitung im Wesentlichen zentrisch in Bezug auf das Laufrad des Verdichters angeordnet ist.

[0032] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den nicht einschränkenden Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0033] Darin zeigen schematisch: [0034] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine,

[0035] Fig. 2 eine Medienzuführeinrichtung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante,

[0036] Fig. 3 eine Medienzuführeinrichtung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante,

[0037] Fig. 4 eine Medienzuführeinrichtung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer dritten Ausführungsvariante,

[0038] Fig. 5 eine Medienzuführeinrichtung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer vierten Ausführungsvariante,

[0039] Fig. 6 eine Medienzuführeinrichtung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer fünften Ausführungsvariante,

[0040] Fig. 7 eine Medienzuführeinrichtung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer sechsten Ausführungsvariante,

[0041] Fig. 8 eine Medienzuführeinrichtung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer siebenten Ausführungsvariante,

[0042] Fig. 9 eine Mündung der Medienzuführeinrichtung, [0043] Fig. 10 eine Mündung der Medienzuführeinrichtung in einer Ausführungsvariante und

[0044] Fig. 11 eine Mündung der Medienzuführeinrichtung in einer weiteren Ausführungsvariante.

[0045] Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit mehreren Zylindern 2 mit einem Einlasssystem 3 und einem Auslasssystem 4 sowie mit einem Abgasturbolader 5. Der Abgasturbolader 5 weist einen Verdichter 51 und eine Abgasturbine 52 auf. Zur Rückführung von Abgas aus dem Auslasssystem 4 in das Einlasssystem 3 ist ein Abgasrückführsystem 6, insbesondere ein Niederdruck-Abgasrückführsystem vorgesehen. Das Abgas wird über eine Abgasrückführleitung 7 und eine Medienzuführeinrichtung 10 des Abgasrückführsystems 6 stromaufwärts des Verdichters 51 in eine Frischgasleitung 9 des Einlasssystems 3 eingebracht. Uber die Frischgasleitung 9 wird der Brennkraftmaschine beispielsweise Frischluft zugeführt. Mit Bezugszeichen 8 ist ein Abgasrückführventil bezeichnet.

[0046] In den Fig. 2 bis 7 sind verschiedene Anordnungen von Medienzuführeinrichtungen 10 dargestellt. Die Medienzuführeinrichtung 10 weist jeweils eine Zuführleitung 11 auf, welche über eine Mündung 12 in die Frischgasleitung 9 einmündet. Die Längsachse 11a der Zuführleitung 11 ist - zumindest im Bereich der Mündung 12 im Wesentlichen parallel zur Längsachse 9a der Frischgasleitung 9 und/oder parallel zur Drehachse 53a des Laufrades 53 des Verdichters 51 ausgebildet. Die Austrittsfläche der Mündung 12 ist - zumindest überwiegend - im Wesentlichen normal zur Längsachse 9a der Frischgasleitung 9 ausgerichtet. Die Mündung 12 ist dabei innerhalb eines zylindrischen radialen Sicherheitsbereiches 13 um die Drehachse 53a angeordnet, in welchem die Umfangsgeschwindigkeit der Laufschaufeln 54 des Laufrades 53 des Verdichters 51 - bei maximaler Betriebsdrehzahl des Verdichters - unterhalb der impulskritischen Umfangsgeschwindigkeit von etwa 250 m/s liegt. Der axiale Abstand der Mündung 12 von den Vorderkanten der Laufschaufeln 54 entspricht dabei vorzugsweise dem 0,5 bis 2,5-fachen des Durchmessers der Zuführleitung 11. Die Mündung 12 der Zuführleitung 11 in die Frischgasleitung 9 ist in den Fig. 2 bis 5 im Wesentlichen zentrisch in Bezug auf die Drehachse 53a des Laufrad 53 des Verdichters 51 angeordnet. Fig. 6 zeigt dagegen eine Ausführungsvariante, bei der die Mündung 12 der Zuführleitung 11 exzentrisch, aber innerhalb des radialen Sicherheitsbereiches 13 in die Frischgasleitung 9 einmündet.

[0047] Mit Pfeilen F ist in den Figuren 2 bis 6 die Strömung des Frischgases, mit Pfeilen E die Strömung des Abgases bezeichnet.

[0048] In allen Ausführungsvarianten ist im Bereich der Mündung 12 eine Querschnittsverengung 14 angeordnet. Die Querschnittsverengung 14 bewirkt eine Geschwindigkeitserhöhung des einströmenden Abgases, wodurch verhindert wird, dass im Abgas vorhandene Partikel oder Kondensattropfen außerhalb des Sicherheitsbereiches 13 am Laufrad 53 des Verdichters 51 auftreffen. Dieser vorteilhafte Effekt wird gesteigert, wenn im Bereich der Mündung 12 die Zuführleitung 7 zumindest eine Abrisskante 15 aufweist. Die Abrisskante 15 kann dabei durch die Querschnittsverengung 14 gebildet sein. Die Querschnittsverengung 14 ist in vorteilhafter Weise einstückig mit der Zuführleitung 11 ausgeführt oder mit der Zuführleitung 11 verbunden.

[0049] Die Querschnittsverengung 14 kann durch eine radiale Einschnürung 141, beispielsweise eine umlaufende rotationssymmetrische Einschnürung 141 oder eine lokale asymmetrische Einschnürung 141 der Zuführleitung 11 im Bereich der Mündung 12 gebildet sein. Fig. 9 zeigt eine stirnseitige Ansicht auf eine sich gleichmäßig über den gesamten Umfang erstreckende Querschnittsverengung 14 im Bereich der Mündung 12. Die Querschnittsverengung 14 durch kann beispielsweise durch eine Düse 142 (Fig. 6), beispielsweise eine Runddüse, mit einer kreisrunden oder elliptischen Mündung, oder eine Flachdüse mit einer rechteckigen Mündung, gebildet sein. In Fig. 5 ist die Düse 142 als Ringdüse ausgebildet.

[0050] Eine Mischung nach der Mündung der Zuführleitung 11 führt aufgrund unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten zu einem Mitreißen der Strömung, was zu einem axial gerichteten Strahl führt, so dass die Zuführleitung 11 nicht zwingend bis zum Laufrad 53 des Verdichters 51 geführt werden muss, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Durch eine Gestaltung der Mündung 12 der Zuführleitung11 als Düse 142 kann die Frischluft mitgerissen werden. Uber die Querschnitte der Düse 142 und der Frischgasleitung 11 können die Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst werden.

[0051] Die Querschnittsverengung 14 kann auch kragenartig geformt sein, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Darunter ist ein zylindrischer oder kegeliger Leitungsabschnitt der Zuführleitung 11 zu verstehen, welcher sich über einen Teil des Umfanges oder über den gesamten Umfang der Zuführleitung 11 erstreckt.

[0052] Der Übergang in die Querschnittsverengung 14 kann stetig, also verlaufend erfolgen. Beispielsweise kann die Querschnittsverengung 141 durch eine stetige Verjüngung der Zuführleitung 11 gebildet sein. Der Übergang in die Querschnittsverengung 14 kann aber auch über eine Kante, also unstetig erfolgen.

[0053] Auch die Querschnittsverengung 14 selbst kann auch durch eine Unstetigkeit in der Zufuhrleitung 11, beispielsweise durch eine Stufe oder einen Absatz gebildet sein.

[0054] Alternativ zu einer umlaufenden Einschnürung 141 kann die Querschnittsverengung 14 auch durch eine lokale Eindellung des Zuführleitung 11 oder durch einen oder mehrere radial in die Zuführleitung 11 nach Innen ragende beispielsweise scharfkantige Vorsprünge 143 gebildet sein. Die Vorsprünge 143 können gleichmäßig über den Umfang verteilt im Bereich der Mündung 12 angeordnet sein und die Form von Zacken oder Zähnen 144 aufweisen (siehe Fig. 10, 11). Die Vorsprünge 143 können spitz zulaufend oder abgerundet sein. Zwischen nebeneinander angeordneten Vorsprüngen 143 können Durchlasskanäle 145 ausgebildet sein. Die Durchlasskanäle 145 können im Wesentlichen parallel zur Längsachse 11a der Zuführleitung 11 oder zu dieser geneigt, beispielsweise drallerzeugend ausgebildet sein.

[0055] Jeder Vorsprung 143 weist zumindest eine Abrisskante 15 für die Strömung auf.

[0056] Wie in den Fig. 3 und 4 durch strichlierte Linien angedeutet ist, können die Zuführleitung 11 und/oder die Frischgasleitung 9 zumindest eine Drallerzeugungsvorrichtung 16 aufweisen. Die Drallerzeugungsvorrichtung 16 kann dabei beispielsweise durch zumindest eine Drallleitrippe 0der eine Drallleitschaufel in der Zuführleitung 11 und/oder der Frischgasleitung 9 gebildet sein.

[0057] Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine Drallerzeugungsvorrichtung 16 im Bereich der Querschnittsverengung 14 angeordnet sein, wobei beispielsweise die Drallerzeugungsvorrichtung 16 durch die Querschnittsverengung 14 gebildet sein kann. Die Fig. 11 zeigt eine Ausführung, bei der die Querschnittsverengung 14 durch radial nach Innen und/oder axial vorsprin-

gende Zacken oder Zähne 144 gebildet ist, welche gleichsinnig verdrillt sind und somit dem aus der Mündung 12 ausströmenden Abgas einen Drall aufprägen.

[0058] Alternativ oder zusätzlich zu einer durch die Zuführleitung 11 - durch die Form der Leitungswand und/oder durch die Form der Mündung 12 definierte Querschnittsverengung 14 kann die Querschnittsverengung 14 auch durch einen anderen Teil als die Zuführleitung 11 gebildet sein, etwa einen innerhalb und/oder - in axialer Weiterführung - außerhalb der Zuführleitung 11 angeordneten Strömungskörper 146. Die Querschnittsverengung 14 kann beispielsweise zumindest teilweise durch einen Teil des Laufrades 53 - beispielsweise durch einen in die Zuführleitung 111! ragenden Nabenteil 55 des Laufrades 53 des Verdichters 51 (siehe Fig. 3, 4) - gebildet sein. Wie in Fig.7 und 8 gezeigt ist, kann der Strömungskörper 146 strömungsgünstig, also stromlinienförmig geformt sein, um die Strömung verlustarm in radiale Richtung zu den Laufschaufeln 54 des Verdichters 51 umzulenken.

[0059] Fig. 7 zeigt einen innerhalb der Zuführleitung 11 angeordneten strömungsgünstig geformten Strömungskörper 146, welcher mit der Zuführleitung 11 über Befestigungsarme 147 fest verbunden ist.

[0060] Der Strömungskörper 146 bildet eine Querschnittsverengung 14 in der Zuführleitung 11 und lenkt die Strömung des rückgeführten Abgases innerhalb des radialen Sicherheitsbereichs 13 auf das Laufrad 53 des Verdichters 51. In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist der Strömungskörper 146 mit Drallleitrippen versehen, welche der Strömung des aus der Zuführleitung 11 austretenden Abgases einen Drall verleihen.

[0061] Die Medieneinleitung in den Verdichter kann über eine Zuführleitung 11 (Fig. 2 und 3), welche vom Frischgas getrennt ist, oder über eine Zuführleitung 11 mit einem stirnseitig offenen Mischrohr 111 erfolgen.

[0062] Die Fig. 2 und 3 zeigen Ausführungsvarianten, bei denen das Abgas über eine separate gekrümmte Zuführleitung 11 bis in die Frischgasleitung 9 unmittelbar vor dem Laufrad 53 des Verdichters 51 zugeführt wird.

[0063] Die Fig. 4 und 5 zeigen dagegen Ausführungen, bei denen die Rückführung des Abgases über ein - anströmseitig offenes - Mischrohr 111 der Zuführleitung 11 innerhalb der Frischgasleitung 9 erfolgt, wobei im Mischrohr 111 eine Vormischung des Frischgases und des zugeführten Abgases erfolgt. Das Frischgas kann dabei am offenen Ende 111a des offenen Mischrohres 111 einströmen und sich im Mischrohr 111 mit dem rückgeführten Abgas vermischen.

[0064] Die Zufuhrleitung 11 und darin enthaltene Strömungskörper 146 können strömungsneutral ausgeführt sein oder derart, dass dem rückgeführten Abgas eine radiale Strömungskomponente, also ein Drall in bzw. gegen die Drehrichtung der Frischgasströmung und/oder des Laufrades 53 erteilt wird. Die strichlierten Linien in Fig. 3 und 4 stellen um Beispiel Leitrippen dar.

[0065] In Fig. 4 mündet die Zuführleitung 11 seitlich in das konzentrisch in der Frischgasleitung 9 angeordnete, stirnseitig offen ausgeführte Mischrohr 111. Die Querschnitte der Frischgasleitung 9, des Mischrohres 111 und der Zuführleitung 11 sind so gestaltet, dass der statische Druck im Mischrohr 111 an der Stelle der Einmündung des Abgases durch die Frischgasströmung durchflusswirksam für das rückgeführte Abgas beeinflusst wird, wobei ein Venturieeffekt wirksam wird.

[0066] Fig. 5 unterscheidet sich von Fig. 4 dadurch, dass das Mischrohr 111 doppelwandig ausgeführt ist, wobei das Abgas seitlich, also im Bereich des Rohrmantels, einem stirnseitig offenen Ringraum 112 zugeführt wird. Das Frischgas kann das Mischrohr 111 Innen durchströmen und außen umströmen sowie stirnseitig in den Ringraum 112 einströmen und durch den entstehenden Venturieeffekt die Zufuhr und Vermischung des Abgases mit Frischgas verbessern.

[0067] Die Zufuhr des rückgeführten Abgases erfolgt somit bei jeder der beschriebenen Ausführungsvarianten in dem definierten Sicherheitsbereich 13 nahe dem Nabenteil 55 des Laufrades 53 des Verdichters 51, anstelle über den gesamten Umfangbereich verteilt. Solcherart können Tröpfchen oder Partikel das Laufrad 53 nicht in jenen Bereichen außerhalb des Sicherheitsbereiches 13 auftreffen, die im Betrieb sehr hohe Umfangsgeschwindigkeit erreichen. Der kinetische

Impuls beim Auftreffen bleibt unterhalb der Schädigungsschwelle des Materials des Laufrades 53. Der Sicherheitsbereich 13 ist ein zylindrischer Bereich um die Drehachse 53a des Laufrades 53, der sich innerhalb eines Radius befindet, der beispielsweise etwa dem halben Eintrittsdurchmesser des Laufrades 53 des Verdichters 51 entspricht.

Claims (19)

Patentansprüche

1. Brennkraftmaschine (1) mit zumindest einem einen Verdichter (51) aufweisenden Abgasturbolader (5) und zumindest einer Medienzuführeinrichtung (10), welche eine Zuführleitung (11) für ein zusätzliches Medium, insbesondere rückgeführtes Abgas, aufweist, die über eine Mündung (12) in eine zum Verdichter (51) führende Frischgasleitung (9) stromaufwärts des Verdichters (51) einmündet, wobei die Zuführleitung (11) einen kleineren Durchmesser aufweist als die Frischgasleitung (9), wobei im Bereich der Mündung (12) der Zuführleitung (11) in die Frischgasleitung (9) zumindest eine Querschnittsverengung (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengung (14) zumindest einen radial in die Zuführleitung (11) nach Innen ragenden Vorsprung (143) aufweist.

2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Mündung (12) die Zuführleitung (11) zumindest eine Abrisskante (15) aufweist, wobei vorzugsweise die Abrisskante (15) durch die Querschnittsverengung (14) gebildet ist.

3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengung (14) mehrere radial in die Zuführleitung (11) nach Innen ragende Vorsprünge (143) aufweist.

4. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Vorsprung (143) scharfkantig, vorzugsweise zahnartig, ausgebildet ist.

5. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vorsprünge (143) am Umfang der Mündung (12) nebeneinander - vorzugsweise gleichverteilt - angeordnet sind.

6. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengung (14) durch eine Düse (142) ausgebildet ist.

7. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengung (14) zumindest eine radiale Einschnürung (141) der Zuführleitung (11) im Bereich der Mündung (12) aufweist.

8. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürung (141) kragenartig geformt ist.

9. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengung (14) durch eine Unstetigkeit der Zuführleitung (11) vorzugsweise durch eine Stufe oder einen Absatz in der Wand der Zuführleitung (11), gebildet ist.

10. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengung (14) durch eine stetige Verjüngung der Zuführleitung (11) gebildet ist.

11. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführleitung (11) und/oder die Frischgasleitung (9) zumindest eine Drallerzeugungsvorrichtung (16) aufweist.

12. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallerzeugungsvorrichtung (16) zumindest eine in der Zuführleitung (11) und/oder der Frischgasleitung (9) angeordnete Drallleitrippe oder Drallleitschaufel aufweist.

13. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Drallerzeugungsvorrichtung (16) im Bereich der Querschnittsverengung (14) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Drallerzeugungsvorrichtung (16) durch die Querschnittsverengung (14) gebildet ist.

14. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Drallerzeugungsvorrichtung (16) im Bereich der Mündung (12) der Zuführleitung (11) in die Frischgasleitung (9) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Drallerzeugungsvorrichtung (16) durch die Mündung (12) der Zuführleitung (11) in die Frischgasleitung (9) gebildet ist.

15. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Querschnittsverengung (14) zumindest teilweise durch zumindest einen innerhalb und/oder - in axialer Weiterführung - außerhalb der Zuführleitung (11) in der Strömung des Mediums angeordneten - vorzugsweise stromlinienförmigen - Strömungskö6örper (146) gebildet ist.

16. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Drallerzeugungsvorrichtung (16) durch den Strömungskörper (146) gebildet ist.

17. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Strömungskörper (146) durch das Laufrad (53) - vorzugsweise durch einen Nabenteil (55) des Laufrades (53) - des Verdichters (51) gebildet ist.

18. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Strömungskörper (146) Teil eines in der Frischgasleitung (9) zwischen der Mündung (12) der Zuführleitung (11) und dem Laufrad (53) des Verdichters (51) angeordneten Vordrall-Leitapparat ist.

19. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung (12) der Zuführleitung (11) innerhalb eines radialen Bereiches um die Drehachse (53a) des Laufrades (53) des Verdichters (51) angeordnet ist, in welchem die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades (53) des Verdichters (51) unterhalb einer impulskritischen Umfangsgeschwindigkeit liegt, wobei vorzugsweise die Mündung (12) der Zuführleitung (11) in die Frischgasleitung (9) im Wesentlichen zentrisch in Bezug auf die Drehachse (53a) des Laufrad (53) des Verdichters (51) angeordnet ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen