DE102005018771A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, mit einem Motor, einem Abgasturbolader und einem Ladeluftkühler, wobei der Abgasturbolader eine Turbine zur Entspannung eines den Motor verlassenden Abgasstroms und einen Verdichter zur Verdichtungg eines dem Motor zuzuführenden Verbrennungsluftstroms umfasst, wobei der Ladeluftkühler zwischen den Verdichter und den Motor geschaltet ist und wobei der Verdichter einen Verdichterrotor mit Laufschaufeln und einen stromabwärts des Verdichterrotors angeordneten Verdichterleitapparat (11) mit Leitschaufeln (10) aufweist. Erfindungsgemäß sind in zumindest einige der Leitschaufeln (10) des Verdichterleitapparats (11) Bohrungen (17, 18) integriert, wobei durch die Bohrungen (17, 18) stromabwärts des Ladeluftkühlers abgezweigte sowie heruntergekühlte Ladeluft in den ungekühlten Luftstrom im Bereich des Verdichterleitapparats (11) rückführbar bzw. einleitbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Zur Steigerung des Wirkungsgrads von Brennkraftmaschinen ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, Brennkraftmaschinen mit einer Abgasaufladung auszurüsten. Bei einer Abgasaufladung bzw. Turboaufladung wird aus einem Motor abgeleitetes Abgas in einer Turbine entspannt, wobei die Turbine einen Verdichter antreibt, in welchem dem Motor zuzuführende Verbrennungsluft verdichtet wird. Zwischen den Verdichter und den Motor ist ein Ladeluftkühler geschaltet, um die verdichtete Verbrennungsluft auf eine definierte Temperatur abzukühlen. Über eine derartige Abgasaufladung bzw. Turboaufladung kann der Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen gesteigert werden.
  • Der Verdichter eines Abgasturboladers verfügt über einen Verdichterrotor bzw. ein Verdichterrad sowie über einen stromabwärts des Verdichterrotors positionierten Verdichterleitapparat. Der Verdichterleitapparat verfügt über mehrere feststehende Leitschaufeln, die der Strömungsumlenkung der im Verdichter verdichteten Verbrennungsluft dienen. Ausgehend vom Verdichterleitapparat wird der verdichtete Verbrennungsluftstrom üblicherweise zuerst durch ein Spiralgehäuse geführt und anschließend dem Ladeluftkühler zugeführt. Im Bereich des Verdichterleitapparats verfügt der verdichtete Verbrennungsluftstrom über eine Temperatur, die in der Größenordnung von in etwa 220 °C liegt. Im Ladeluftkühler wird die verdichtete Verbrennungsluft auf eine Temperatur in der Größenordnung von in etwa 45 °C abgekühlt, wobei jedoch aufgrund von Strömungsverlusten der Verbrennungsluftdruck zwischen dem Verdichterleitapparat und dem Ladeluftkühler abnimmt.
  • Die im Bereich des Verdichterleitapparats herrschenden hohen Temperaturen begünstigen die Bildung von Verschmutzungen. Insbesondere im Falle der Verdichtung ölhaltiger Luft kann sich in Folge einer Verkokung eine Verschmutzung des Verdichterleitapparats einstellen. Aus der Praxis ist bekannt, den Verdichterleitapparat zum Beispiel mit Wasser zu reinigen. Dies ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass zur Reinigung ein separates Medium erforderlich ist.
    •
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Brennkraftmaschine zu schaffen.
  • Dieses Problem wird durch eine Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind in zumindest einige der Leitschaufeln des Verdichterleitapparats Bohrungen integriert, wobei durch die Bohrungen stromabwärts des Ladeluftkühlers abgezweigte sowie heruntergekühlte Ladeluft in den ungekühlten Luftstrom im Bereich des Verdichterleitapparats rückführbar bzw. einleitbar ist.
  • Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, zur Kühlung des Verdichterleitapparats in die Leitschaufeln desselben Bohrungen zu integrieren und durch diese Bohrungen stromabwärts des Ladeluftkühlers abgezweigte und demnach heruntergekühlte Ladeluft in den ungekühlten Luftstrom im Bereich des Verdichterleitapparats zurückzuführen bzw. in denselben einzuleiten. Hierdurch wird eine Kühlung des Verdichterleitapparats eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine realisiert, die ohne separates Kühlmedium auskommt und des weiteren durch die Kühlung keiner weiteren bzw. keiner zusätzlichen Verschmutzungsgefahr unterliegt. Mit der hier vorliegenden Erfindung ist daher eine besonders effektive Kühlung des Verdichterleitapparats eines Abgasturboladers möglich.
    •
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1: einen Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im Bereich einer Leitschaufel eines Verdichterleitapparat eines Abgasturboladers;
  • 2: einen Querschnitt durch die Leitschaufel des Verdichterleitapparats in Schnittrichtung II-II gemäß 1.
  • Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf 1 und 2 in größerem Detail beschrieben.
  • 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Abgasturbolader einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im Bereich einer Leitschaufel 10 eines Verdichterleitapparats 11. Der Verdichterleitapparat 11 ist stromabwärts eines Verdichterrotors bzw. Verdichterrads des Abgasturboladers sowie stromaufwärts eines sogenannten Spiralgehäuses des Abgasturboladers sowie stromabwärts eines Ladeluftkühlers positioniert.
  • Der Verdichter des Abgasturboladers ist als Radialverdichter ausgeführt, sodass sich Strömungseintrittskanten 12 sowie Strömungsaustrittskanten 13 der Leitschaufeln 10 des Verdichterleitapparats 11 in Axialrichtung des Verdichters erstrecken. Zwischen der Strömungseintrittskante 12 sowie der Strömungsaustrittskante 13 einer jeden Leitschaufel 10 ist auf einer Seite derselben eine sogenannte Druckseite 14 und auf der gegenüberliegenden Seite derselben eine sogenannten Saugseite 15 ausgebildet. Der Verdichterleitapparat 11 wird demnach in Radialrichtung bzw. in Tangentialrichtung durchströmt.
  • Wie 1 entnommen werden kann, sind die Leitschaufeln 10 des Verdichterleitapparats 11 an einem Gehäuse 16 des Verdichterleitapparats 11 befestigt.
  • Die im Bereich des Verdichters des Abgasturboladers der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine verdichtete Verbrennungsluft verfügt über eine Temperatur, die in der Größenordnung von in etwa 220 °C liegt. Zur Kühlung des Verdichterleitapparats 11 wird im Sinne der hier vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, in die Leitschaufeln 10 des Verdichterleitapparats 11 Bohrungen zu integrieren, wobei durch die Bohrungen stromabwärts des Ladeluftkühlers abgezweigt und demnach heruntergekühlte Verbrennungsluft in den ungekühlten Verbrennungsluftstrom im Bereich des Verdichterleitapparats 11 zurückgeführt bzw. eingeleitet wird. Hierdurch ist eine besonders effektive Kühlung des Verdichterleitapparats 11 möglich, ohne dass eine Verschmutzungsgefahr für den Verdichterleitapparat 11 besteht.
  • Wie 1 entnommen werden kann, ist hierzu in jede Leitschaufeln 10 des Verdichterleitapparats 11 eine sich in Axialrichtung des Verdichters bzw. des Verdichterleitapparats erstreckende Versorgungsbohrung 17 integriert. Ausgehend von dieser Versorgungsbohrung 17 zweigen mehrere Bohrungen 18 ab, deren Austrittöffnungen 19 stromabwärts sowie benachbart zur Strömungseintrittkante 12 der jeweiligen Leitschaufel 10 positioniert sind. Die von der Versorgungsbohrung 17 abzweigenden Bohrungen 18 erstrecken sich im Wesentlichen in Radialrichtung bzw. Tangentialrichtung. Wie 1 entnommen werden kann, sind in Axialrichtung der Leitschaufel 10 gesehen mehrere Bohrungen 18 hintereinander angeordnet, die allesamt von der Versorgungsbohrung 17 abzweigen. Gemäß 2 zweigen an einer Axialposition jeweils zwei Bohrungen 18 von der Versorgungsbohrung 17, wobei eine der Bohrungen 18 eine Austrittsöffnung 19 im Bereich der Druckseite 14 und eine zweite Bohrung 18 eine Austrittsöffnung 19 im Bereich der Saugseite 15 der Leitschaufel 10 aufweist, und zwar jeweils stromabwärts der Strömungseintrittskante 12 benachbart zu derselben.
  • Wie 1 entnommen werden kann, erstreckt sich die Versorgungsbohrung 17 ebenfalls durch das Gehäuse 16, wobei am Gehäuse 16 eine Leitung 20 angreift, welche die stromabwärts des Ladeluftkühlers abgezweigte sowie heruntergekühlte Ladeluft den Versorgungsbohrungen 17 und damit dem Verdichterleitapparat 11 zuführt.
  • Die Versorgungsbohrungen 17 sind gemäß 2 in den Abschnitt bzw. Bereich der Leitschaufeln 10 des Verdichterleitapparats 11 integriert, in welchem das Querschnittsprofil der Leitschaufeln 10 die größte Dicke aufweist, in welchem also der Abstand zwischen Druckseite 14 und Saugseite 15 maximal ist.
  • Wie bereits erwähnt, sind die Austrittsöffnungen 19 benachbart zu der Strömungseintrittkante 12 der jeweiligen Leitschaufel 10 stromabwärts der Strömungseintrittkante 12 positioniert. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass im Bereich der Austrittsöffnungen 19 der Bohrungen 18 nicht der volle Staudruck herrscht und somit das Druckgefälle zwischen dem stromabwärts des Ladeluftkühlers herrschenden Druck und dem Wanddruck an den Austrittsöffnungen ausreichend ist, um die stromabwärts des Ladeluftkühlers abgezweigte Verbrennungsluft über die Austrittsbohrungen 19 in den Verbrennungsluftstrom einzuleiten.
    • 10
    Leitschaufel
    11
    Verdichterleitapparat
    12
    Strömungseintrittskante
    13
    Strömungsaustrittskante
    14
    Druckseite
    15
    Saugseite
    16
    Gehäuse
    17
    Versorgungsbohrung
    18
    Bohrung
    19
    Austrittsöffnung
    20
    Leitung

Claims (5)

  1. Brennkraftmaschine, mit einem Motor, einem Abgasturbolader und einem Ladeluftkühler, wobei der Abgasturbolader eine Turbine zur Entspannung eines den Motor verlassenden Abgasstroms und einen Verdichter zur Verdichtung eines dem Motor zuzuführenden Verbrennungsluftstroms umfasst, wobei der Ladeluftkühler zwischen den Verdichter und den Motor geschaltet ist, und wobei der Verdichter einen Verdichterrotor mit Laufschaufeln und einen stromabwärts des Verdichterrotors angeordneten Verdichterleitapparat (11) mit Leitschaufeln (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einige der Leitschaufeln (10) des Verdichterleitapparats (11) Bohrungen (17, 18) integriert sind, wobei durch die Bohrungen (17, 18) stromabwärts des Ladeluftkühlers abgezweigte sowie heruntergekühlte Ladeluft in den ungekühlten Luftstrom im Bereich des Verdichterleitapparats (11) rückführbar bzw. einleitbar ist.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter als Radialverdichter ausgebildet ist, wobei sich Strömungseintrittskanten (12) und Strömungsaustrittskanten (13) der Leitschaufeln (10) des Verdichterleitapparats (11) in Axialrichtung des Verdichters erstrecken, sodass derselbe in Radialrichtung bzw. Tangentialrichtung durchströmt wird.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einige der Leitschaufeln (10) des Verdichterleitapparats (11) jeweils eine zentrale, sich in Axialrichtung des Verdichters erstreckende Versorgungsbohrung (17) integriert ist, wobei von der jeweiligen Versorgungsbohrung (17) mehrere Bohrungen (18) abzweigen, deren Austrittsöffnungen (19) benachbart und stromabwärts der Strömungseintrittskante (12) der jeweiligen Leitschaufel (10) positioniert sind.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (19) im Bereich einer Saugseite (15) und/oder im Bereich einer Druckseite (14) der jeweiligen Leitschaufel (10) des Verdichterleitapparats (11) positioniert sind.
  5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsbohrungen (17) in die Bereiche der Leitschaufeln (10) des Verdichterleitapparats (11) eingebracht sind, in welchen das Querschnittsprofil der Leitschaufeln (10) dei größte Dicke aufweist.
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