DE102011075618A1

DE102011075618A1 - Anschlusskasten für eine Ladefluidzuführung, Ladefluidzuführung, Brennkraftmaschine und Verfahren zum mischenden Zusammenführen einer Ladeluft und eines Abgases zu einem Ladefluid

Info

Publication number: DE102011075618A1
Application number: DE102011075618A
Authority: DE
Inventors: Hermann Baumann; Walter Gauss; Dominik Seiderer
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: US20120325185A1; US9441530B2; CN102777288B; CN102777288A; DE102011075618B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Anschlusskasten (10) zum unmittelbaren Anschluss an eine Ladefluidleitung (90) einer Ladefluidzuführung (100), der zur Zusammenführung einer Ladeluft (LL) und eines Abgases (AG) zu einem Ladefluid (LF) ausgelegt ist, aufweisend: – ein Gehäuse (11) mit einem Ladeluftanschlussraum (23) mit wenigstens einem Anschluss (23.1, 23.2, 23.3) für eine Ladeluftführung (LLF), und mit wenigstens einem mit dem Ladeluftanschlussraum (23) über eine Verbindung verbundenen Mischkanal (12.1, 12.2), wobei über die Verbindung eine Ladeluft (LL) vom Ladeluftanschlussraum (23) zu dem wenigstens einen Mischkanal (12.1, 12.2) zuführbar ist, und wobei der Mischkanal (12.1, 12.2) einen zuführungsseitigen Abgasanschluss (31.1, 31.2) für eine Abgasrückführung (200) und einen ladefluidleitungsseitigen Mischkanalanschluss (41.1, 41.2) für die Ladefluidleitung (90) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Verbindung (40) auf einer ersten Stirnseite (SS1) des Gehäuses (11) angeordnet ist, und der Mischkanal (12.1, 12.2) entlang einer Längsseite (LS) des Gehäuses (11) von der ersten Stirnseite (SS1) zu einer zweiten Stirnseite (SS2) des Gehäuses (11) verläuft, die der ersten Stirnseite (SS1) gegenüberliegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Anschlusskasten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für eine Ladefluidzuführung. Ein solcher Anschlusskasten ist zum unmittelbaren Anschluss an eine Ladefluidleitung einer Ladefluidzuführung ausgelegt und dient der Zusammenführung einer Ladeluft und eines Abgases zu einem Ladefluid. Er weist ein Gehäuse auf, mit einem Ladeluftanschlussraum mit wenigstens einem Anschluss für eine Ladeluftführung, und mit wenigstens einem mit dem Ladeluftanschlussraum über eine Verbindung verbundenen Mischkanal, wobei über die Verbindung eine Ladeluft vom Ladeluftanschlussraum zu dem wenigstens einen Mischkanal zuführbar ist. Der Mischkanal weist einen zuführungsseitigen Abgasanschluss für eine Abgasrückführung und einen ladefluidleitungsseitigen Mischkanalanschluss für die Ladefluidleitung auf.
Die Erfindung betrifft auch eine Ladefluidzuführung mit einem Anschlusskasten und mit einer Ladefluidleitung zur Zuführung eines Ladefluids aus Ladeluft und rückgeführten Abgas zu einem Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14. Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 17. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum mischenden Zusammenführen einer Ladeluft und eines Abgases zu einem Ladefluid nach dem Oberbegriff des Anspruchs 22.
Insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen hat sich eine Aufladung zur Leistungssteigerung etabliert. Eine Aufladung einer Dieselbrennkraftmaschine führt mit einer verbesserten Verbrennung des Dieselkraftstoffs zu einer Reduzierung von Stickoxiden im Abgas. Insbesondere ist zur Einhaltung von Abgasnormen eine Aufladung mittlerweile sinnvoll. Je nach Bedarf hat sich insbesondere bei Dieselgroßmotoren eine einfache oder doppelstufige Aufladung für Ladeluft, d. h. mit einer Niederdruckstufe und einer Hochdruckstufe – insbesondere in Kombination mit einer Abgasrückführung – bewährt, um die vorgenannten Aspekte in verbesserter Weise zu berücksichtigen. Aufgrund der anfallenden Hochdruck- und/oder Niederdruck-Ladeluftströme sowie Abgasrückführ-Ströme kann sich die Ausgestaltung einer Aufladung als vergleichsweise bauraumintensiv erweisen. Für die einzelnen Aufladestufen ist regelmäßig ein Turbolader – aufweisend eine von Abgas angetriebene Turbine und einen die Ladeluft verdichtenden Verdichter – und eine geeignete Kühleranordnung erforderlich, um verdichtete Ladeluftströme vor der Zuführung in einen Brennraum der Brennkraftmaschine zu kühlen. Dazu ist z. B. bei einer doppelstufigen Aufladung wenigstens ein erster Ladeluftkühler und ein zweiter Ladeluftkühler möglich.
Ein betriebsabhängig verbessertes Ergebnis wird regelmäßig zudem nur dann erreicht, wenn ein bestimmter Prozentsatz an Abgas der Frischluftseite der Aufladung im Nachgang zu einer Ladeluftkühlung zugeführt wird. Das Ergebnis hängt auch davon ab, wie gut sich Abgas und Ladeluft zur Bildung eines dem Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Ladefluids durchmischen lässt. Wünschenswert ist ein allen Zylindern eines Motorblocks der Brennkraftmaschine zuführbares, weitgehend homogen durchmischtes, vorzugsweise für alle Zylinder gleichwertiges, Fluidgemisch von Ladeluft und Abgas.
Beispielsweise ist in US 6,237,336 B1 beschrieben, einer Ladeluftführung eine – vom Motorblock und dessen unmittelbaren Anbau separate – Mischstrecke in einer Mischkammer der Ladeluftführung nachzuordnen, in die verdichtete und gekühlte Ladeluft und das Abgas eingeführt und in ausreichenden Maße gemischt werden sollen. Diese an sich sinnvolle Maßnahme erweist sich als vergleichsweise bauraumintensiv und erhöht darüber hinaus den Strömungswiderstand des in der Mischkammer zu bildenden Ladefluids.
Eine Mischstrecke sollte eine möglichst gute Durchmischung von Abgas und Ladeluft gewährleisten zwischen einem Ort der Eindüsung des Abgases zur Ladeluft und der Zuführung des derart gemischten Ladefluids zu einem Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine. Grundsätzlich besteht dabei das Problem, dass dieses ohne übermäßige Erhöhung des Strömungswiderstandes und vor allem mit möglichst geringem Bauraumbedarf zu realisieren sein sollte.
In US 5,957,116 ist eine dieses berücksichtigend ausgelegte Ladefluidzuführung der eingangs genannten Art beschrieben, bei welcher ein Abgasrückführrohr in einem dem Krümmer für Ladefluid zur Zylinderbank vorgebauten Anschlusskasten in Baueinheit eingebracht ist. Das Abgasrückführrohr ist dabei als eine so genannte Pfeife mit Lochöffnungen gestaltet, um das Abgas auf einer Längsseite des Motorblocks und in Richtung des Krümmers an einer Vielzahl von Lochöffnungen der Ladeluft weitgehend ungekühlt hinzuzufügen. Die Ladeluft wird dazu von oben in den Anschlusskasten eingebracht.
Problematisch bei dieser bereits in Richtung des Krümmers ausgerichteten Mischstrecke ist jedoch, dass diese – da sie damit auch im wesentlichen quer zur Längsseite eines Motorblocks ausgerichtet ist – vergleichsweise kurz gehalten werden muss, soweit nicht die seitlichen, aufgrund der Mischstrecke entstehenden Übermaße des Motorblocks unverhältnismäßig groß gestaltet werden können. Die in US 5,957,116 vorgeschlagene Lösung ist also entweder vergleichsweise ineffizient oder aber bauraumintensiv. Dieses Problem ist um so gravierender bei kleineren Brennkraftmaschinen, insbesondere in Form von Dieselbrennkraftmaschinen, da gerade bei diesen das zur Verfügung stehende Bauraumangebot praktisch keinen Raum für eine ausgedehnte Mischstrecke bietet. Insofern ist die Zumischung von Abgas zur Ladeluft gemäß der US 5,957,117 entweder vergleichsweise aufwändig oder unzulänglich gestaltet.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist einen Anschlusskasten für eine Ladefluidzuführung und eine Ladefluidzuführung für eine Brennkraftmaschine sowie eine entsprechende Brennkraftmaschine anzugeben, bei welcher eine Mischung von Ladeluft und Abgas vergleichsweise effizient und dennoch einfach gestaltet werden kann. Aufgabe ist es auch ein entsprechendes Verfahren zum mischenden Zusammenführen einer Ladeluft und eines Abgases zu einem Ladefluid anzugeben. Insbesondere sollte eine Mischstrecke von Ladeluft und Abgas bauraumsparend und dennoch möglichst lang realisierbar sein. Insbesondere soll auf einer Längsseite eines Motorblocks zur Verfügung stehender Bauraum nur in vergleichsweise bedarfsgerecht effizient genutzter Weise von einer Mischstrecke für die Brennkraftmaschine genutzt werden.
Die Aufgabe betreffend das Verfahren wird durch ein Verfahren des Anspruchs 22 zum mischenden Zusammenführen einer Ladeluft und eines Abgases zu einem Ladefluid in einem Anschlusskasten gelöst, bei dem erfindungsgemäß vorgesehen ist:

– Führen einer Ladeluft zu einer Stirnseite des Anschlusskastens,
– stirnseitiges Zuführen der Ladeluft zu wenigstens einer Mischstrecke im Anschlusskasten,
– stirnseitiges Zuführen eines Abgases zu der wenigstens einen Mischstrecke im Anschlusskasten,
– mischendes Führen der Ladeluft und des Abgases entlang der Mischstrecke, wobei die Mischstrecke längsseitig des Anschlusskasten verläuft.

Der Anschlusskasten ist dabei vorzugsweise an eine Ladefluidleitung unmittelbar in Baueinheit angeschlossen.
Die Aufgabe betreffend den Anschlusskasten wird durch einen Anschlusskasten der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vorgesehen sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Verbindung auf einer ersten Stirnseite des Gehäuses angeordnet ist, und der Mischkanal entlang einer Längsseite des Gehäuses von der ersten Stirnseite zu einer zweiten Stirnseite des Gehäuses verläuft, die der ersten Stirnseite gegenüberliegt.
Vorteilhaft ist im Mischkanal eine im Verfahren genannte Mischstrecke zum Mischen der Ladeluft und des Abgases gebildet derart, dass diese im Mischkanal wenigstens von einem ersten Mischstreckenpunkt auf der ersten Stirnseite zu einem zweiten Mischstreckenpunkt auf der zweiten Stirnseite verläuft. Vorzugsweise wird der erste Mischstreckenpunkt am Ort eines zuführungsseitigen Abgasanschlusses und/oder einer vorgenannten Verbindung festgelegt. Vorzugsweise wird der zweite Mischstreckenpunkt am Ort eines ladefluidseitigen Mischkanalanschlusses festgelegt.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine in einer Ladeluftzuführung integrierte separate Mischstrecke zur Bildung eines Ladefluids weitgehend ineffizient und bauraumintensiv ist. Die Erfindung hat erkannt, dass mit einem geschickt gewählten Bauraum eine vergleichsweise lange Mischstrecke realisierbar und damit auch eine effiziente und einfache Mischung von Abgas und Ladeluft möglich ist. Die dafür geeigneten Vorrausetzungen schafft der Anschlusskasten gemäß dem Konzept der Erfindung. Da bei diesem die Verbindung zwischen dem Ladeluftanschlussraum und dem Mischkanal auf einer ersten Stirnseite des Gehäuses angeordnet ist, lässt sich im Unterschied zum Stand der Technik der Mischkanal entlang einer Längsseite des Gehäuses von der ersten Stirnseite zu einer zweiten Stirnseite des Gehäuses verlaufend im Gehäuse unterbringen.
Die Aufgabe betreffend die Ladefluidzuführung wird durch eine Ladefluidzuführung der eingangs genannten Art gelöst, bei der erfindungsgemäß die Merkmale des Anspruchs 14 vorgesehen sind. Erfindungsgemäß sieht die Ladefluidzuführung in einer die Vorteile der Erfindung verwirklichenden Weise vor, dass der wenigstens eine Mischkanal entlang einer Längsseite des Gehäuses verläuft, die entlang einer Längserstreckung der Ladefluidleitung ausgerichtet ist und wobei jede Stirnseite des Gehäuses quer zu einer Längserstreckung des Ladefluidleitung ausgerichtet ist.
Eine Ladefluidleitung – ggfs. mit Krümmer – für Ladefluid in Baueinheit mit einem Anschlusskasten, d.h. mit einem daran unmittelbar angeschlossenen Anschlusskasten, bietet grundsätzlich ein zu bevorzugendes Konzept für eine Ladefluidzuführung, in der eine Ladeluft nach Verdichtung und Kühlung vergleichsweise bauraumsparend mit Abgas zu mischen ist. Vorteilhaft ist der Anschlusskasten praktisch unmittelbar – d. h. gegebenenfalls mit Dichtmitteln oder dergleichen aber im Wesentlichen ohne längere Leitungsstücke – unter Bildung der Baueinheit an die Ladefluidleitung (Krümmer) angeschlossen. Dies ermöglicht eine Baueinheit von Ladefluidleitung (Krümmer) und Anschlusskasten unter Einsparung von zusätzlichen Leitungsstücken.
Die Erfindung erkannt, dass eine quer zur Längsseite eines Motorblocks gerichtete Mischstrecke Anforderungen an einen effizienten Mischprozesses und an eine Bauraumeffizienz nur bedingt erfüllen kann. Um eine Effizienz einer Mischstrecke der Ladefluidzuführung darüber hinaus zu erhöhen, verläuft eine Mischstrecke zum Mischen einer Ladeluft und eines Abgases vorteilhaft in einem Mischkanal von einem ersten Mischstreckenpunkt, insbesondere bei wenigstens einem der zuführungsseitigen Anschlüsse, zu einem zweiten Mischstreckenpunkt, insbesondere bei einem ladefluidleitungsseitigen Anschluss. Der Mischkanal kann also längsseitig des Gehäuses verlaufen. Anders ausgedrückt ist die Längsseite des Gehäuses entlang einer Längsersteckung der Ladefluidleitung (Krümmer) ausgerichtet. Darüber hinaus ist vorteilhaft vorgesehen, dass der ladefluidleitungsseitige Mischkanalanschluss einer dem ersten Mischstreckenpunkt gegenüberliegenden Stirnseite des Anschlusskastens zugeordnet ist, insbesondere angeordnet ist.
Vorzugsweise ist der erste Mischstreckenpunkt auf einer der genannten zweiten Stirnseite gegenüberliegenden ersten Stirnseite des Anschlusskastens angeordnet.
Die Mischstrecke kann damit vorteilhaft einerseits ausreichend lang ausgelegt werden, um eine gute Durchmischung des Abgases und der Ladeluft zu erreichen. Andererseits ist dies ohne Bauraumnachteile möglich, da die Mischstrecke entlang der Längserstreckung der Ladefluidleitung verläuft, beispielsweise oberhalb derselben. Die Mischstrecke kann dort besonders kompakt untergebracht werden und ermöglicht darüberhinaus eine besonders effiziente und gute Durchmischung von Ladeluft und Abgas.
Die Aufgabe betreffend die Brennkraftmaschine wird durch die Erfindung mit einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art gelöst, bei der erfindungsgemäß die Merkmale des Anspruchs 17 vorgesehen sind. Die Brennkraftmaschine mit einem Motorblock weist ausserdem eine Aufladung und eine Ladefluidzuführung mit einer Ladefluidleitung zur Zuführung eines Ladefluids aus Ladeluft und rückgeführtem Abgas zu einem Verbrennungsraum des Motorblocks der Brennkraftmaschine auf. An die Ladefluidleitung ist in Baueinheit der erfindungsgemäße Anschlusskasten angeschlossen zur Zuführung des Ladefluids zur Ladefluidleitung, wobei an den Anschlusskasten eine Ladeluftführung, die Ladefluidzuführung und eine Abgasrückführung angeschlossen ist.
Mit anderen Worten realisiert das Konzept der Erfindung einen Anschlusskasten zur Zuführung des Ladefluids zur Ladefluidleitung (Krümmer) des Motorblocks, bei dem der Mischkanal längsseitig des Gehäuses des Anschlusskastens verläuft, so dass im Wesentlichen ein längsseitig verlaufender Raum zwischen einer Kraftseite und einer Kraftgegenseite einer Brennkraftmaschine für eine Mischstrecke in einem Mischkanal zur Verfügung steht. Das Konzept der Erfindung geht damit von einer vergleichsweise einfach und ausreichend lang gestalteten Mischstrecke aus, mit der eine ausreichende Durchmischung erreicht wird – nämlich entlang der Längsseite einer Brennkraftmaschine.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Die Lauflänge der Mischstrecke nach Einbringung des Abgases – also gemessen vom ersten Mischstreckenpunkt bis zum zweiten Mischstreckenpunkt – gewährleistet nicht nur eine effiziente und gute Durchmischung von Ladeluft und Abgas, sondern lässt sich darüber hinaus vergleichsweise kostengünstig unter Integration des Mischkanals im Anschlusskasten erreichen. Der Anschlusskasten selbst lässt sich mit seinen Stirnseiten quer zu einer Längserstreckung der Ladefluidleitung (Krümmer) bauraumsparend, insbesondere auf der Oberseite der Brennkraftmaschine, in Längsrichtung derselben anbringen.
Das Konzept der Erfindung erweist sich als besonders vorteilhaft für eine Brennkraftmaschine mit einer doppelstufigen Aufladung, insbesondere zusätzlich mit einer Abgasrückführung. Besonders vorteilhaft lässt sich das Kurbelgehäuse des Motorblocks der Brennkraftmaschine mit einer V-Anordnung von Zylindern realisieren. Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die Ladefluidzuführung ausgebildet, auf der Oberseite der Brennkraftmaschine im Zwischenraum der V-Anordnung angeordnet zu werden.
Bevorzugt ist der Mischkanal einstückig am Gehäuse gebildet. Das Gehäuse bekommt dadurch eine besonders gute Stabilität und Dichtigkeit. Bevorzugt ist der Mischkanal an der Längsseite des Gehäuses angegossen. Bevorzugt kann der Mischkanal auch zweistückig am Gehäuse gebildet sein. Er kann beispielsweise am Gehäuse angebaut sein. Dadurch lässt sich das Gehäuse vergleichsweise einfach herstellen. Darüber hinaus sind grundsätzlich andere Anbringungsverfahren für den wenigstens einen Mischkanal möglich. Die genannten Anbringungsverfahren haben sich als vergleichsweise kostengünstig erwiesen, um den Mischkanal zusammen mit dem Anschlusskasten zu realisieren.
Der Anschlusskasten weist vorzugsweise eine oben genannte erste und zweite Stirnseite quer zur Längserstreckung der Ladefluidleitung (Krümmer) auf. Die erste Stirnseite ist vorzugsweise auf einer Kraftgegenseite KGS der Brennkraftmaschine angeordnet. Die zweite Stirnseite ist vorzugsweise auf einer Kraftseite KS der Brennkraftmaschine angeordnet. Grundsätzlich kann die Zuordnung auch umgekehrt sein.
Vorteilhaft wird die Ladeluft auf gleicher (z. B. der ersten) Stirnseite wie das Abgas in den Mischkanal eingebracht. Besonders bevorzugt sind auf oder nahe der ersten Stirnseite nur zuführende Fluiddurchführungen angeordnet. Neben der gemäß dem Konzept der Erfindung vorgesehenen sogenannten Verbindung auf der ersten Stirnseite des Gehäuses ist vorzugsweise auch wenigstens ein zuführungsseitiger Abgasanschluss auf der ersten Stirnseite des Gehäuses angeordnet.
Auf der zweiten Stirnseite sind besonders bevorzugt nur vom Gehäuse abführende Fluiddurchführungen angeordnet. Neben dem ladefluidleitungsseitigen Mischkanalanschluss ist vorzugsweise auf der zweiten Stirnseite des Gehäuses auch ein dritter Anschluss eines Ladeluftanschlussraumes des Gehäuses – vorteilhaft als Verdichteranschluss ausgebildet – auf einer zweiten Stirnseite des Gehäuses angeordnet sein. Im Rahmen der genannten besonders bevorzugten Weiterbildung kann dieser als ein abführungsseitiger Anschluss von einem Ladeluftanschlussraum (dritter Anschluss) auf der zweiten Stirnseite des Anschlusskastens angeordnet sein.
Die Weiterbildung, auf der ersten Stirnseite nur zuführende Fluiddurchführungen und auf der zweiten Stirnseite nur abführende Fluiddurchführungen anzuordnen (oder umgekehrt) ergibt ein besonders einfaches Anschlussschema für den Anschlusskasten, das zusätzlich bauraumeffizient ist. Anders ausgedrückt ist vorteilhaft der erste Mischstreckenpunkt der ersten Stirnseite zugeordnet, bzw. in der Nähe derselben angeordnet. Ladeluft kann von einer ersten Stirnseite zum ersten Mischstreckenpunkt im Bereich der ersten Stirnseite geführt werden. Diese Maßnahme hat sich als besonders bevorzugt erwiesen, da dies eine Stromführung von Ladeluft einerseits und Ladefluid (gemischte Ladeluft und Abgas) andererseits parallele bzw. antiparallel ermöglicht. Vorzugsweise wird allgemein eine genannte Gegenstromführung unabhängig von einer Positionierung eines Abführungsanschlusses realisiert.
Vorteilhaft ist der zweite Mischstreckenpunkt, insbesondere der ladefluidleitungsseitige Mischkanalanschluss, der zweiten gegenüberliegenden Stirnseite zugeordnet bzw. in der Nähe derselben angeordnet. Vorteilhaft ist der wenigstens eine abführungsseitige dritte Anschluss als Ladeluftanschlussraum des Gehäuses ebenfalls der zweiten Stirnseite zugeordnet bzw. in der Nähe derselben oder auf der zweiten Stirnseite des Anschlusskastens angeordnet. Bevorzugt erfolgt so die Abführung von Ladeluft und Ladefluid auf der gleichen zweiten Stirnseite des Anschlusskastens. Bevorzugt kann der zum Mischkanal parallel verlaufende motorblockseitige Raum – auch als Innenbereich bezeichnet – genutzt werden, um einen Ladeluftkühler oder dergleichen Komponenten einer Ladeluftführung auf der Oberseite einer Brennkraftmaschine anzuordnen.
Eine Führung von Ladeluft im Ladeluftanschlussraum des Gehäuses erfolgt bevorzugt auf unterschiedlichen Seiten einer Trennwand in zwei separaten Ladeluftströmen im Gegenstrom. Dies ermöglicht eine besonders bevorzugte Nutzung des Anschlusskastens für eine Ladeluftführung einer doppelstufigen Aufladung. Beispielhaft ist eine solche anhand der Zeichnung erläutert.
Vorzugsweise kann das Ladefluid im Mischkanal nach Strömungsumkehr an der Verbindung geführt werden. Vorzugsweise wird das Ladefluid im Mischkanal parallel zu einer ersten Ladeluftströmung und antiparallel zu einer zweiten Ladeluftströmung von Ladeluft im Ladeluftanschlussraum geführt. Dies ist vorteilhaft im Falle von auf unterschiedlichen Seiten einer Trennwand im Gegenstrom geführten separaten Ladeluftströmen Dies führt zu einer vergleichsweise kompakten und auch die thermische Bedingungen vorteilhaft nutzenden Ladeluft- und Ladfluidströmung; beispielsweise ist ein Wärmeaustausch zwischen den separaten Ladeluftströmungen bzw. der der Ladfluidströmung trotz der kompakten Auslegung des Anschlusskastens vergleichsweise gering gehalten.
Eine Weiterbildung hat unter Realisierung des Konzepts der Erfindung erkannt, dass es vorteilhaft möglich ist, Ladefluid in bereits gut durchmischter Form von der Oberseite der Brennkraftmaschine einer Ladefluidleitung (Krümmer) zuzuführen. Der Anschlusskasten ist besonders bevorzugt und bauraumeffizient oberhalb des Motorblocks angeordnet.
Insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit einer einzigen Zylinderreihe hat sich ein Anschlusskasten mit einer einzigen Mischstrecke als vorteilhaft erwiesen. Das Konzept der Erfindung ist grundsätzlich anwendbar auch für eine Brennkraftmaschine mit nur einer einzigen Zylinderreihe. Insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen hat sich ein Anschlusskasten mit zwei Mischstrecken als vorteilhaft erwiesen. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung kann der Anschlusskasten darüber hinaus – insbesondere für einen zweireihigen Motorblock – als Basis für weitere Motoraufbauten genutzt werden, die am Motorblock angebracht werden können.
Im Falle von zwei Mischkanälen kann bevorzugt eine zwischen einem ersten Anschluss des Ladeluftanschlussraumes und der Verbindung verlaufende Ladeluftführung über einen Innenbereich des Ladeluftanschlussraumes verlaufen, der im Gehäuse zwischen einem ersten und einem zweiten Mischkanal angeordnet ist. Diese Weiterbildung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen für eine Brennkraftmaschine mit einem zweireihigen Motorblock, d. h. mit einer A-Seite von Zylindern und einer B-Seite von Zylindern, insbesondere mit einer V-Anordnung von Zylindern. Die Führung von Ladeluft von der Stirnseite zur Längsseite des Anschlusskastens ermöglicht vorteilhaft eine mittige Abführung von Ladeluft aus dem Anschlusskasten, z.B. zu einem Verdichter zwischen einer Niederdruckstufe und einer Hochdruckstufe.
Vorteilhaft ist weiter vorgesehen, dass eine zwischen einem zweiten Anschluss des Ladeluftanschlussraumes und der Verbindung verlaufende Ladeluftführung einem zur Längsseite hin führenden Querverlauf im Innenbereich des Gehäuses folgt. Vorteilhaft kann auch, insbesondere in Kombination, eine zwischen einem ersten Anschluss des Ladeluftanschlussraumes und einem dritten Anschluss verlaufende Ladeluftführung im Wesentlichen einem zur Stirnmittenseite hin führenden Achsverlauf im Innenbereich des Gehäuses folgen. Durch den vorgenannten Querverlauf wird eine vorteilhafte Verteilung der Ladeluft auf die zwei Längsseiten des Anschlusskastens realisiert, von denen je eine einer Längsseite des Motorblocks zugeordnet ist. Insbesondere hat sich ein Querverlauf als vorteilhaft erwiesen, bei welcher die Ladeluftführung entlang einer Gehäusediagonalen oder entlang einer Stirnseite des Gehäuses verläuft.
Bei der vorgenannten besonders bevorzugten Weiterbildung der Ladfluidzuführung für eine zweireihige Brennkraftmaschine führt ein Querverlauf der Ladeluftführung zu je einem ersten Mischstreckenpunkt auf einer ersten und zweiten Längsseite des Gehäuses des Anschlusskastens, wobei die erste Längsseite einer A-Seite der Brennkraftmaschine und die zweite Längsseite einer B-Seite der Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Der Querverlauf geht in besonders bevorzugter Weise von einer Achse des Innenbereichs oder des Ladeluftanschlussraumes oder alternativ von einer Stirnseitenmitte des Gehäuses aus. Die Querverlaufsabstände zur A- und B-Seite aufgrund des von einer Achse oder Mitte ausgehenden Querverlaufs sind somit weitgehend gleich. Dies führt mit Vorteil zu einer sich selbst und gleichmäßig einstellenden Druckgleichverteilung von Ladeluft für eine A- und B-Seite der Brennkraftmaschine.
Insbesondere im Rahmen der oben genannten Weiterbildung hat sich wenigsten ein zuführungsseitiger Abgasanschluss des Gehäuses auf oder nahe der ersten Stirnseite des Anschlusskastens als vorteilhaft erwiesen. Dadurch wird eine der ersten Stirnseite benachbarte Eindüsung des Abgases praktisch am ersten Mischstreckenpunkt in den Anschlusskasten realisiert. Vorzugsweise definiert der Ort der Eindüsung so den ersten Mischstreckenpunkt, d. h. er definiert den Anfang der Mischstrecke in einem Mischkanal.
Vorzugsweise bilden ein erster und zweiter Anschluss eines anschlussraumes im Gehäuse einen oberen Kühleranschluss und einen unteren Kühleranschluss zu einem ersten und zweiten Ladeluftkühler; z. B. einem Niederdruckladeluftkühler und einem Hochdruckladeluftkühler. Vorzugsweise weist das Gehäuse des Anschlusskastens Tragmittel für einen oberhalb des Anschlusskastens angeordneten Ladeluftkühler und/oder einen unterseitigen Anschlussflansch für einen unterhalb des Anschlusskastens angeordneten Ladeluftkühler. Insbesondere erfolgt eine Ladeluftführung im Gehäuse des Anschlusskastens in Abführungsrichtung nach einem Ladeluftkühler, d. h. im Gehäuse wird gekühlte Ladeluft geführt. Dies hat eine vorteilhaft herabgesetzte Materialbelastung am Gehäuse zur Folge.
Vorzugsweise weist ein weiterer unterer Anschlusskastens einen unterseitigen Anschlussflansch zur Anbringung desselben oberhalb eines Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine auf. Der weitere untere Anschlusskasten kann vorteilhaft direkt auf dem Kurbelgehäuse festgemacht werden. Vorzugsweise weist das Gehäuse des Weiteren unteren Anschlusskastens eine unterseitige Öffnung auf. Insbesondere ist die Öffnung im Querschnitt des unterseitigen Anschlussflansches angebracht. Vorteilhaft kann dies genutzt werden, um mit dem Kurbelgehäuse eine unterseitige Gehäusewandung im Querschnitt der Öffnung des Weiteren unteren Anschlusskastens zu bilden. Der weitere untere Anschlusskasten kann unter Materialeinsparung das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine nutzen, um eine Ladeluftführung bis zum ersten Mischstreckenpunkt zu realisieren. Vorteilhaft kann auch noch ein weiterer oberer Anschlusskasten zur Anbringung oberhalb des Anschlusskastens als Deckel ausgebildet sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
1 eine Brennkraftmaschine mit einer Ladefluidzuführung und einem Anschlusskasten gemäß einer besonders bevorzugten konstruktiven Realisierung im Rahmen einer Aufladeanordnung der Brennkraftmaschine in einer Seitenschnittansicht;
2 der Anschlusskasten der 1 in einer perspektivischen Draufsicht;
3 der Anschlusskasten der 1 in einer perspektivischen Unteransicht;
4 der Anschlusskasten der 1 in einer Seitenschnittansicht;
5 der Anschlusskasten der 1 in einer oberseitigen Schnittansicht.
1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1000 mit einem Motorblock M und einer doppelstufigen Aufladung mittels eines Niederdruckabgasturboladers ND-ATL und eines Hochdruckabgasturboladers HD-ATL. Frischluft L wird im Niederdruckabgasturbolader ND-ATL von einem Niederdruckerdichter zu Ladeluft LL verdichtet und der Ladeluftführung LLF zugeführt. In der Ladeluftführung LLF angeordnet ist ein Niederdruckladeluftkühler ND-LLK, in dem die verdichtete Ladeluft LL gekühlt und dann einem Hochdruckverdichter eines Hochdruckturboladers HD-ATL zugeführt wird. Weiter wird die Ladeluft LL dann einem Hochdruckladeluftkühler HD-LLK zugeführt. Schließlich verlässt die Ladeluft LL die Ladeluftführung LLF in eine Ladefluidzuführung 100, nämlich unter Zuführung zu einer Ladefluidleitung 90 in die auch rückgeführtes Abgas AG eingebracht wird. Der Ladefluidleitung 90 vorgeschaltet ist ein in Bezug auf 2 bis 5 erläuterter Mischkanal 12.1, 12.2 im Anschlusskasten 10, welcher an die Verbindung 40 anschließt. Im Mischkanal 12.1, 12.2 – vorliegend in einem ersten und ein zweiten Mischkanal 12.1, 12.2 – ist jeweils ein Mischstrecke MS vorgesehen, die eine gute Durchmischung von Ladeluft LL und Abgas AG zu einem Ladefluid LF ermöglicht.
Der Anschlusskasten 10 ist vorliegend Teil einer Gehäuseanordnung für die Aufladegruppe aus Niederladeluftkühler ND-LLK und Hochdruckladeluftkühler HD-LLK. Die Gehäuseanordnung besteht vorliegend – von oben nach unten – aus einem als Deckel ausgebildeten oberen Anschlusskasten 10.2, der auf einem nicht näher bezeichneten Behältergehäuse für den Niederdruckladeluftkühler ND-LLK aufsitzt. Das Behältergehäuse und der Niederdruckladeluftkühler ND-LLK wird von dem Anschlusskasten 10 getragen. Der Anschlusskasten 10 selbst sitzt auf einem nicht näher bezeichneten Behältergehäuse und Hochdruckladeluftkühler HD-LLK auf. Das Behältergehäuse und der Hochdruckladeluftkühler HD-LLK wiederum sitzen auf einem untern Anschlusskasten 10.1 auf, der jedenfalls teilweise zusammen mit einem Gehäuse des Motorblocks M einen Teil der Ladeluftführung LLF zwischen dem Hochdruckverdichter des Hochdruckabgasturboladers HD-ATL und dem Hochdruckladeluftkühler HD-LLK bildet.
Ein aus der 2 ersichtlicher Anschlussflansch 60 auf der Unterseite des Gehäuses 11 dient zur Anbringung des Anschlusskastens 10 direkt oberhalb des Hochdruckladeluftkühler HD-LLK, bzw. dessen nicht näher bezeichneten Behälters dienen. Der Anschlusskasten 10 ist mit seinem unterseitigen Anschlussflansch 60 auf der Oberseite des Hochdruckladeluftkühlers HD-LLK angebracht. Vorliegend ist beim Anschlusskasten im Querschnitt des Anschlussflansches 60 eine Öffnung 61 zum Innenbereich 24 des Gehäuses 11 ausgenommen. Bei Anbringung des Anschlusskastens 10 auf der Oberseite des Hochdruckladeluftkühlers HD-LLK wird die Öffnung 61 unter dichtendem Anschluss des Anschlussflansches 60 am Behälter des Hochdruckladeluftkühlers HD-LLK angeschlossen. Der Innenbereich 24 des Gehäuses 11 ist dann an den Hochdruckladeluftkühlers HD-LLK und den unteren Anschlusskasten 10.2 unterseitig angeschlossen, so dass eine Führung der Ladeluft LL teilweise angrenzend zum Kurbelgehäuse des Motorblocks 200 im Wesentlichen entlang der Ladeluftführung LLF vom unteren Anschlusskasten 10.2 zum Anschlusskasten 10 erfolgt.
Weitere Aufbauten einer Aufladung sind auf der Oberseite des Anschlusskastens 10 mittels Tragmitteln 50 aufgebaut. Die Tragmittel 50 sind auf der die Führung der Ladeluft LL unterstützenden Einwölbung 25 angebracht, d.h. an der Oberseite der Trennwand 26, die dem Abschnitt des Ladeluftanschlussraumes 23 oberhalb der Trennwand bzw. des Gehäuses 11 zugewandt ist. Vorliegend dienen die Tragmittel 50 dazu den in 1 gezeigten ein Niederdruckladeluftkühler ND-LLK zu stützen. Der nicht näher bezeichnete Behälter des Niederdruckladeluftkühler ND-LLK liegt auf einem flanschartigen Rand der Einwölbung 25 auf.
Die Ladeluft LL wird im Anschlusskasten als ein erster Teilstrom im Abschnitt oberhalb der Trennwand 26 (aus dem Niederdruckladeluftkühler ND-LLK) und als ein zweiter Teilstroms im Abschnitt unterhalb der Trennwand 26 (aus dem Hochdruckladeluftkühler HD-LLK) im Gegenstrom geführt. Ladeluft LL im Ladeluftanschlussraum 23 einerseits und Ladefluid LF (als sich mischendes Abgas AG und Ladeluft LL) im Mischkanal 12.1, 12.2 andererseits werden somit parallel und antiparallel geführt, was anhand der folgenden Beschreibung der 2 bis 5 ersichtlich wird.
2 bis 5 zeigen in unterschiedlichen Darstellungen jeweils die konstruktiven Details des Anschlusskastens 10 zur Nutzung innerhalb der Ladeluftführung LLF wie sie anhand 1 beschrieben wurde – im Folgenden werden auf die 2 bis 5 insgesamt Bezug genommen, die den Anschlusskasten 10 in unterschiedlichen Ansichten und Schnitten zeigen, um die Ladefluidzuführung 100 weiter darzustellen. Der Anschlusskasten 10 dient vorliegend zum unmittelbaren Anschluss an die Ladefluidleitung 90 des in 1 näher dargestellten Kurbelgehäuses eines Motorblocks M der Brennkraftmaschine 1000.
Der Anschlusskasten 10 ist mit einem Gehäuse 11 und vorliegend zwei Mischkanälen 12.1, 12.2 gebildet. Der erste und zweite Mischkanal 12.1, 12.2 ist jeweils auf einer Längsseite LS des Gehäuses 11 angegossen und verläuft jeweils von einer ersten Stirnseite SS1 zu einer zweiten Stirnseite SS2 des Gehäuses 11. Das Gehäuse 11 selbst weist auf der zweiten Stirnseite SS2 einen in Form eines Flansches 21 mit anschließendem Diffusor 22 gebildeten abführungsseitigen dritten Anschluss 23.1 eines Ladeluftanschlussraumes 23 auf, der – wie aus 1 ersichtlich – als Verdichteranschluss ausgebildet ist. Durch diesen wird Ladeluft LL aus dem oberhalb der Trennwand 26 liegenden Abschnitt des Ladeluftanschlussraumes 23 einem Verdichter des Hochdruckabgasturboladers HD-ATL zugeführt, der Teil der in 2 symbolisch dargestellten Ladeluftführung LLF ist.
Die Ladeluft LL kann in bereits verdichtetem und gekühltem Zustand aus dem Niederdruckladeluftkühler ND-LLK dem oberhalb der Trennwand 26 liegenden Abschnitt des Ladeluftanschlussraumes 23 im Gehäuse 11 zur Verfügung gestellt werden. Den durch eine Einwölbung 25 gekennzeichneten oberhalb der Trennwand 26 liegenden Abschnitt erreicht die Ladeluft aus dem Niederdruckladeluftkühler ND-LLK. Über den Diffusor 22 wird die Ladeluft vom Anschlusskasten 10, d. h. von der zweiten Stirnseite SS2 des Gehäuse 11 weg nach außen in die Ladeluftführung LLF und dann über den Hochdruckladeluftkühler HD-LLK wieder dem Gehäuse 11 zugeführt. Dazu tritt die Ladeluft durch den in 2 ersichtlichen Anschlussflansch 60 am unteren zweiten Anschluss 23.2 in den unterhalb der Trennwand 26 liegenden Abschnitt des Ladeluftanschlussraumes 23.
Von dort gelangt die Ladeluft – wie vor allem aus 4 und 5 ersichtlich – unter Umlenkung an der Verbindung 40 zur ersten Stirnseite SS1 des Gehäuses 11. Die Verbindung 40 ist auf der ersten Stirnseite SS1 des Gehäuses 11 angeordnet und verbindet über einen in 5 ersichtlichen Kanal entlang der ersten Stirnseite SS1 unterhalb der Trennwand 26 liegenden Abschnitt des Ladeluftanschlussraumes 23 mit dem ersten und zweiten Mischkanal 12.1, 12.2. Der Ladeluftanschlussraum 23 befindet sich in einem Innenbereich 24 des Gehäuses 11 zwischen den zwei längsseitig geführten Mischkanälen 12.1, 12.2. Durch die oben erwähnte Eingewölbung 25 in der Trennwand 26 ergibt sich die strömungsbegünstigte, durch Pfeile markierte Einströmung der Ladeluft LL in die kanalartige Verbindung entlang der ersten Stirnseite SS1 des Gehäuses 11.
Im Ergebnis führt dies zu einer Führung der Ladeluft LL von der zweiten Stirnseite SS2 in einem Querverlauf etwa entlang einer Gehäusehalbdiagonalen wie sie in 4 angedeutet ist. Die Ladeluft LL wird so auf die Längsseiten LS des Gehäuses 11 in die Mischkanäle 12.1, 12.2 verteilt. Konkret erfolgt ein Querverlauf der Ladeluft LL ausgehend von einer Stirnmittenseite SSM2 an der zweiten Stirnseite SS2 zu jeweils der Längsseite LS des Gehäuses 11 im Bereich der ersten Stirnseite SS1. Dabei ist die erste und zweite Längsseite LS jeweils einer in 5 bezeichneten A- und B-Seite des Motorblocks M zugeordnet. Die Ladeluft LL wird somit – wie aus 4 und 5 anhand der Pfeile ersichtlich – von der zweiten Stirnseite SS2 des Gehäuses 11 auf die zwei Längsseiten LS des Gehäuses 11 geführt.
Die Ladeluft LL wird dann unter Verlassen des Innenbereichs 24 des Gehäuses an einem seitlichen längsseitig des Gehäuses 11 liegenden ersten Mischstreckenpunkts MP1 als Beginn eine Mischstrecke MS jeweils in einen längsseitigen Mischkanal 12.1, 12.2 geführt, der in 5 näher dargestellt ist.
Jeder der längsseitigen Mischkanäle 12.1, 12.2 hat einen ladefluidleitungsseitigen Mischkanalanschluss 41.1, 41.2, der bei dieser Ausführungsform jeweils als Anschlussflansch gebildet ist. Der Mischkanalanschluss 41.1, 41.2 definiert einen zweiten Mischstreckenpunkt MP2 als Ende der Mischstrecke MS im Mischkanal 12.1, 12.2. Die Mischung von Abgas AG und Ladeluft LL erfolgt im ersten und zweiten Mischkanal 12.1, 12.2 und in der in 1 und 2 ersichtlichen Ladefluidleitung 90. Jeder der Mischkanäle 12.1, 12.2 bewirkt jedoch bereits eine homogen und gute Durchmischung des Abgases AG in der Ladeluft LL bevor das Ladefluid durch den Mischkanalanschluss 41.1, 41.2 in die Ladefluidleitung 90 eintritt, die letztlich als Krümmer den Einlass des Ladefludis zu den Zylindern der Zylinderbank umsetzt. Das Abgas wird vorliegend jeweils aus einem zuführungsseitigen Abgasanschluss 31.1, 31.2 – an den eine vorliegend teilweise gezeigte Abgasrückführung (AGR) 200 angeschlossen ist – am ersten Mischstreckenpunkt MP1 der Mischstrecke in den Mischkanal 12.1, 12.2 zugeführt. Ergänzend zu 5 ist dazu in 4 eine nicht näher bezeichnete Rohrführung für Abgas AG zur Ladefluidzuführung 100 gezeigt. Der Punkt der Eindüsung des Abgases AG über den zuführungsseitigen Abgasanschluss 31.1, 31.2 definiert insoweit den ersten Mischstreckenpunkt MP1 der Mischstrecke MS, der in 5 eingezeichnet ist. Die nach dem ersten Mischstreckenpunkt MP1 gemeinsame Führung von Ladeluft LL und Abgas AG im Mischkanal 12.1, 12.2 erfolgt zu dem zweiten Mischstreckenpunkt MP2 beim krümmerseitigen Anschluss 41.1, 41.2. Damit wird insofern eine längsseitig des Gehäuses 11 und entlang einer Längserstreckung der Ladefluidleitung 90 verlaufende Mischstrecke MS definiert, die in 5 in etwa eingezeichnet ist. Die im längsseitigen Mischkanal 12.1, 12.2 verlaufende Mischstrecke MS führt jeweils im Wesentlichen von einem Abgasanschluss 31.1, 31.2 im Bereich der ersten Stirnseite SS1 der Ladefluidzuführung 100 zum ladefluidleitungsseitigen Mischkanalanschluss 41.1, 41.2 im Bereich der zweiten Stirnseite SS2 der Ladefluidzuführung 100. Damit verläuft die Mischstrecke MS im Mischkanal 12.1, 12.2 längsseitig des Gehäuses 11 und entlang einer Zylinderreihe auf der A-Seite und B-Seite des Motorblocks M. Das in der Konstruktion des Anschlusskastens 10 verwirklichte Konzept einer längsseitigen Führung des Mischkanals 12.1, 12.2 führt dazu, dass eine Mischstrecke MS ausreichend lang gestaltet werden kann, wobei ausreichend Bauraum zur Verfügung steht – auch im Falle vergleichsweise kleinerer Motorabmessungen entlang deren Längsseite.
Aus einer Simulation von Strömungslinien einer Ladeluft, eines Abgases und des durchmischten bzw. sich durchmischenden Ladefluids von Ladeluft und Abgas lassen sich Darstellungen einer Strömung für die Ladefluidzuführung der 1 bis 5 gewinnen, die einen Abgasanteil am Ladefluid in Abhängigkeit des Orts der Ladefluidzuführung angeben. Beispielsweise kann konkret der Masseanteil von Abas im Ladefluid LF und die Strömung in einer Strömungsliniendarstellung angegeben werden. Aus solchen Simulationen und Tests lässt sich die überlegene Mischqualität der Ladfluidführung gemäß dem Konzept der Erfindung belegen. Letztlich resultiert dies aus dem Konzept, dass praktisch die gesamte Länge von einer Kraftgegenseite KGS zu einer Kraftseite KS einer Brennkraftmaschine 1000 zur Verfügung steht, um eine Mischstrecke MS im Mischkanal 12 längsseitig des Gehäuses 11 auszubilden. Eine Ladefluidzuführung 100 als Baueinheit von Anschlusskasten 10 und Ladefluidleitung ermöglichen dabei zusammen eine vorteilhafte Strömung der Ladeluft LL und des Abgases AG im Ladefluid LF. Unter Ausbildung der Mischstrecke MS gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine praktisch vollständige und homogene Durchmischung von Abgas AG und Ladeluft LL im Anschlusskasten – d. h. mit Gehäuse 11 und längsseitigen Mischkanälen 12 – möglich. Dies wird erreicht bereits bevor das Ladefluid LF am krümmerseitigen Krümmeranschluss 41 der Ladefluidleitung 90 zugeführt wird. Dies bedeutet eine ganz erhebliche Verbesserung der Ladefluidqualität im Verbrennungsraum des Motorblocks 200 der Brennkraftmaschine 1000. Die Effizienz einer Verbrennung in dem Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine 1000 wird erheblich gesteigert. Im Ergebnis steigt die Leistung der Brennkraftmaschine 1000 und Schadstoffe im Abgas AG sind zunehmend verringert.
Bezugszeichenliste

1000: Brennkraftmaschine
90: Ladefluidleitung
10, 10.1, 10.2: Anschlusskasten, unterer, oberer
100: Ladefluidzuführung
200: Abgasrückführung
M: Motorblock
AG: Abgas
LS: Längsseite
LL: Ladeluft
L: Frischluft
LF: Ladefluid
LLF: Ladeluftführung
SS1: erste Stirnseite
SS2: zweite Stirnseite
MP1: erster Mischstreckenpunkt
MP2: zweiter Mischstreckenpunkt
MS: Mischstrecke
SSM2: Stirnmittenseite
MS: Mischstrecke
KS: Kraftseite
KGS: Kraftgegenseite
11: Gehäuse
12.1, 12.2: zwei Mischkanal, erster, zweiter
21: Flansch
22: Diffusor
23: Ladeluftanschlussraum
23.1, 23.2, 23.3: Anschluss – erster, zweiter Kühlanschluss, Verdichteranschluss
24: Innenbereich
25: Einwölbung
26: Trennwand
31.1, 31.2: Abgasanschluss
40: Verbindung
41.1, 41.2: Mischkanalanschluss
50: Tragmittel
60: Anschlussflansch
61: Öffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6237336 B1 [0005]
US 5957116 [0007, 0008]
US 5957117 [0008]

Claims

Anschlusskasten (10) zum unmittelbaren Anschluss an eine Ladefluidleitung (90) einer Ladefluidzuführung (100), der zur Zusammenführung einer Ladeluft (LL) und eines Abgases (AG) zu einem Ladefluid (LF) ausgelegt ist, aufweisend: – ein Gehäuse (11) mit – einem Ladeluftanschlussraum (23) mit wenigstens einem Anschluss (23.1, 23.2, 23.3) für eine Ladeluftführung (LLF), und mit – wenigstens einem mit dem Ladeluftanschlussraum (23) über eine Verbindung (40) verbundenen Mischkanal (12.1, 12.2), wobei über die Verbindung (40) eine Ladeluft (LL) vom Ladeluftanschlussraum (23) zu dem wenigstens einen Mischkanal (12.1, 12.2) zuführbar ist, und wobei der Mischkanal (12.1, 12.2) einen zuführungsseitigen Abgasanschluss (31.1, 31.2) für eine Abgasrückführung (200) und einen ladefluidleitungsseitigen Mischkanalanschluss (41.1, 41.2) für die Ladefluidleitung (90) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Verbindung (40) auf einer ersten Stirnseite (SS1) des Gehäuses (11) angeordnet ist, und – der Mischkanal (12.1, 12.2) entlang einer Längsseite (LS) des Gehäuses (11) von der ersten Stirnseite (SS1) zu einer zweiten Stirnseite (SS2) des Gehäuses (11) verläuft, die der ersten Stirnseite (SS1) gegenüberliegt.
Anschlusskasten (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Stirnseite (SS1) nur zuführende Fluiddurchführungen (31.1, 31.2, 40) und auf der zweiten Stirnseite (SS2) nur abführende Fluiddurchführungen (23.3, 41.1, 41.2) angeordnet sind.
Anschlusskasten (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ladefluidleitungsseitige Mischkanalanschluss (41.1, 41.2) auf der zweiten Stirnseite (SS2) des Gehäuses (11) angeordnet ist.
Anschlusskasten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkanal (12) (a) einstückig am Gehäuse (11), insbesondere angegossen, oder (b) zweistückig am Gehäuse (11), insbesondere angebaut, gebildet ist.
Anschlusskasten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass Ladeluft (LL) im Ladeluftanschlussraum (23) des Gehäuses (11) auf unterschiedlichen Seiten einer Trennwand (26) in zwei separaten Ladeluftströmen im Gegenstrom führbar ist.
Anschlusskasten (10) nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Ladefluid (LF) im Mischkanal (12) nach Strömungsumkehr an der Verbindung (40), insbesondere parallel zu einer ersten Ladeluftströmung und antiparallel zu einer zweiten Ladeluftströmung von Ladeluft (LL) im Ladeluftanschlussraum (23), führbar ist.
Anschlusskasten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen einem ersten Anschluss (23.1) des Ladeluftanschlussraumes (23) und der Verbindung (40) verlaufende Ladeluftführung (LLF) über einen Innenbereich (24) des Gehäuses (11) verläuft, der im Gehäuse (11) zwischen einem ersten und einem zweiten Mischkanal (12.1, 12.2) angeordnet ist.
Anschlusskasten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen einem zweiten Anschluss (23.2) des Ladeluftanschlussraumes (23) und der Verbindung (40) verlaufende Ladeluftführung (LLF)), insbesondere mittels einer Einwölbung (25) einer Trennwand (26) bewirkt, einem zur Längsseite (LS) des Gehäuses (11) hin führenden Querverlauf im Innenbereich (24) des Gehäuses (11) folgt.
Anschlusskasten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen einem ersten Anschluss (23.1) und einem dritten Anschluss (23.3) des Ladeluftanschlussraumes (23) verlaufende Ladeluftführung (LLF), insbesondere mittels einer Einwölbung (25) einer Trennwand (26) bewirkt, im Wesentlichen einem zur Stirnmittenseite (SSM2) hin führenden Achsverlauf im Innenbereich (24) des Gehäuses (11) folgt.
Anschlusskasten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine zuführungsseitige Abgasanschluss (31) auf der ersten Stirnseite (SS1) des Gehäuses (11) angeordnet ist.
Anschlusskasten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Anschluss (23.3) des Ladeluftanschlussraumes (23) als ein Verdichteranschluss auf einer zweiten Stirnseite (SS2) des Gehäuses (11) angeordnet ist.
Anschlusskasten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und zweiter Anschluss (23.1, 23.2) einen oberen Kühleranschluss und einen unteren Kühleranschluss zu einem ersten und zweiten Ladeluftkühler (ND-LLK, HD-LLK) bilden.
Anschlusskasten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) Tragmittel (50) für Aufbauten aufweist, insbesondere für einen oberhalb des Gehäuses (11) anzuordnenden Ladeluftkühler (ND-LLK) und/oder einen unterseitigen Anschlussflansch (60), insbesondere für einen unterhalb des Gehäuses (11) anzuordnenden Ladeluftkühler (HD-LLK).
Ladefluidzuführung (100) mit einer Ladefluidleitung (90) zur Zuführung eines aus Ladeluft (LL) und rückgeführtem Abgas (AG) gemischten Ladefluids (LF) zu einem Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine (1000) und mit einem an die Ladefluidleitung (90) unmittelbar in Baueinheit angeschlossenen Anschlusskasten (10) zur Zusammenführung der Ladeluft (LL) und des Abgases (AG), wobei der Anschlusskasten (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist und wobei – der wenigstens eine Mischkanal (12.1, 12.2) entlang einer Längsseite (LS) des Gehäuses (11) verläuft, die entlang einer Längserstreckung der Ladefluidleitung (90) ausgerichtet ist und wobei – jede Stirnseite (SS1, SS2) des Gehäuses (11) quer zu einer Längserstreckung der Ladefluidleitung (90) ausgerichtet ist.
Ladefluidzuführung (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer Ladeluftführung (LLF) der wenigstens eine Anschluss (23.1, 23.2, 23.3) des Ladeluftanschlussraumes (23) an einen ersten und zweiten Ladeluftkühler (ND-LLK, HD-LLK) und einen Anschluss zu einem Ladeluft-Verdichter eines Abgasturboladers (ND-ATL, HD-ATL) angeschlossen ist und der wenigstens eine Mischkanal (12.1, 12.2) mit dem Ladeluftanschlussraum (23) fluidverbunden ist.
Ladefluidzuführung (100) nach Anspruch 14 oder 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluftführung (LLF) im Innenbereich (24) des Gehäuses (11) verläuft und wenigstens einem Ladeluftkühler (ND-LLK, HD-LLK) in Abführungsrichtung nachgeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1000) aufweisend: – einen Motorblock (M), – eine Ladefluidzuführung (100) mit einer Ladefluidleitung (90) zur Zuführung eines Ladefluids (LF) aus Ladeluft (LL) und rückgeführtem Abgas (AG) zu einem Verbrennungsraum des Motorblocks (M), – einen an die Ladefluidleitung (90) in Baueinheit angeschlossenen Anschlusskasten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Zuführung des Ladefluids (LF) zur Ladefluidleitung (90), wobei – an den Anschlusskasten (10) eine Ladeluftführung (LLF), die Ladefluidzuführung (100) und eine Abgasrückführung (200) angeschlossen ist.
Brennkraftmaschine (1000) nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluftführung (LLF) zu einem Mischkanal (12.1, 12.2) auf ersten und einer zweiten Längsseite (LS) des Gehäuses (11) hin führt, wobei eine erste Längsseite (LS) auf einer A-Seite und eine zweite Längsseite (LS) auf einer B-Seite des Motorblocks (M) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1000) nach Anspruch 17 oder 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluftführung (LLF) eine Kühleranordnung für eine doppelstufige Aufladung mit einem ersten und zweiten Ladeluftkühler (ND-LLK, HD-LLK) aufweist.
Brennkraftmaschine (1000) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorblock (M) eine V-Anordnung von Zylindern aufweist, wobei der Anschlusskasten (10) ausgebildet ist, auf der Oberseite des Motorblocks (M) im Zwischenraum der V-Anordnung angeordnet zu werden.
Brennkraftmaschine (1000) nach einem der Ansprüche 17 bis 20 dadurch gekennzeichnet, dass – ein weiterer Anschlusskasten (10.1) zur Anbringung unterhalb des Anschlusskastens (10) und unmittelbar oberhalb des Motorblocks (M) ausgebildet ist und zur Bildung einer unterseitigen Gehäusewandung mittels dem Motorblock (M) unterseitig offen ist und/oder noch ein weiterer Anschlusskasten (10.2) zur Anbringung oberhalb des Anschlusskastens (10) als Deckel ausgebildet ist.
Verfahren zum mischenden Zusammenführen einer Ladeluft (LL) und eines Abgases (AG) zu einem Ladefluid (LF) in einem Anschlusskasten (10), insbesondere in einem Anschlusskasten nach einem der Ansprüche 1 bis 13, aufweisend die Schritte: – Führen einer Ladeluft (LL) zu einer Stirnseite (SS1) des Anschlusskastens (10), – stirnseitiges Zuführen der Ladeluft (LL) zu wenigstens einer Mischstrecke (MS) im Anschlusskasten (10), – stirnseitiges Zuführen eines Abgases (AG) zu der wenigstens einen Mischstrecke (MS) im Anschlusskasten (10), – mischendes Führen der Ladeluft (LL) und des Abgases (AG) entlang der Mischstrecke (MS), wobei die Mischstrecke längssseitig des Anschlusskasten (10) verläuft.