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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Motor, einem Zuluftstrang, einem im Zuluftstrang angeordneten Verdichter sowie einem im Zuluftstrang stromaufwärts des Verdichters angeordneten Drallerzeuger. Zudem betrifft die Erfindung eine Luftfilterbox, in der der Drallerzeuger angeordnet ist.
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Im Stand der Technik ist aus der
DE 102009046522 A1 ein Einlasssystem für eine Brennkraftmaschine bekannt. Das Einlasssystem umfasst einen Einlasskrümmer zum Liefern von Luft zur Brennkraftmaschine, einen Radialkompressor mit einem Pumpenelement, das in einem Pumpengehäuse montiert ist, um sich um eine Achse zu drehen, eine Einlassöffnung im Gehäuse, durch die Gas zum Pumpenelement geliefert wird, eine Auslassöffnung im Gehäuse, durch die Gas mit erhöhtem Druck zum Einlasskrümmer geliefert wird, einen Einlasskanal, der mit der Einlassöffnung verbunden ist, um Luft zum Radialkompressor zu liefern, und eine Strömungsmanagementvorrichtung mit einer Anzahl von sich radial erstreckenden festen Flügeln, die im Einlasskanal stromaufwärts von der Einlassöffnung angeordnet sind, um dem Gas, das durch die Einlassöffnung eintritt, eine Wirbelbewegung zu verleihen. Dabei weist der Einlasskanal einen sich verjüngenden Abschnitt auf, der sich in Richtung der Einlassöffnung erstreckt, sodass die Querschnittsfläche des Einlasskanals mit abnehmendem Abstand von der Einlassöffnung abnimmt. Die Strömungsmanagementvorrichtung ist in einem Abstand stromaufwärts von der Einlassöffnung angeordnet, sodass die effektive Durchflussfläche durch die Strömungsmanagementvorrichtung grösser ist als sie wäre, wenn die Strömungsmanagementvorrichtung benachbart zur Einlassöffnung angeordnet wäre, und größer ist als ein minimaler Wert, um einen übermäßigen Gegendruck bei hohen Gasdurchflussraten zu verhindern.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug und eine Luftfilterbox bereitzustellen, bei dem Zuluft den Verdichter in verbesserter Weise anströmt.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 sowie einer Luftfilterbox nach Anspruch 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst einen Motor, einen Zuluftstrang zur Versorgung des Motors mit Zuluft, einen im Zuluftstrang angeordneten Verdichter sowie einen im Zuluftstrang stromaufwärts des Verdichters angeordneten Drallerzeuger. Der Drallerzeuger weist zumindest eine Leitschaufel zur Erzeugung eines Dralls in der Zuluft und einen Drallerzeuzerausgang mit einem ersten Radius auf. Der Verdichter weist einen Verdichtereingang mit einem zweiten Radius auf.
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Damit ist es vorteilhaft ermöglicht, einen Drall in der Zuluft zu erzeugen, der die Anströmung auf den Verdichter, beziehungsweise auf Laufschaufeln des Verdichters, verbessert. Durch die Erzeugung des Dralls kann der Arbeitsbereich des Verdichters erweitert werden
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweite Radius des Verdichters kleiner als der erste Radius des Drallerzeugers.
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Damit kann sich der im größeren Radius erzeugte Drall im Verlauf mit abnehmendem Radius verstärken. Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung ist dadurch eine Drallerzeugung mit weniger Verlust möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung mündet stromabwärts des Drallerzeugerausgangs und stromaufwärts des Verdichtereingangs eine Abgasrückführungsleitung.
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Die Drallströmung kann damit eine gute Durchmischung von Frischluft mit dem zurückgeführten Abgas erzeugen.
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Der Verdichter des Kraftfahrzeugs ist insbesondere als Teil eines Turboladers mit einer Abgasturbine, welche in einem Abgasstrang des Kraftfahrzeugs positioniert ist, drehmomentübertragend verbunden. In einer vorteilhaften Ausführung des Kraftfahrzeugs ist die Abgasrückführungsleitung eine Niederdruck-Abgasrückführungsleitung. Bei einer solchen wird im Betrieb des Motors entstehendes Abgas stromabwärts der Abgasturbine entnommen und zum Zuluftstrang zurückgeführt.
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Niederdruck-Abgasrückführung hat den Vorteil, dass der gesamte Abgasstrom die Abgasturbine und die gesamte Enthalpie des Abgases genutzt werden. Das führt zu einem Motorbetrieb mit besserer Leistungsfähigkeit und verbesserter Treibstoffeffizienz. Zudem können Stickoxid-Emissionen reduziert werden. Die Vorteile des Drallerzeugers sind dadurch mit den Vorteilen der Niederdruck-Abgasrückführung verbunden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Kraftfahrzeugs umfasst das Kraftfahrzeug eine Luftfilterbox. Der Drallerzeuger ist insbesondere in der Luftfilterbox angeordnet.
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Dadurch wird kein zusätzlicher Raum für den Drallerzeuger im Motorraum beansprucht. Zudem können die Luftfilterbox und der Drallerzeuger als eine Baugruppe ausgeführt sein, was eine Montage des Kraftfahrzeugs vereinfacht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Kraftfahrzeugs ist der Drallerzeuger axial angeordnet ist. Dabei ist die axiale Anordnung in der Weise ausgebildet, dass die Zuluft im Wesentlichen längs einer Mittelachse des Zuluftstrangs in den Drallerzeuger einströmen kann.
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Die axiale Anordnung kann mit einem relativ kleinen Umfang realisiert werden.
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Alternativ zur axialen Anordnung kann der Drallerzeuger auch radial angeordnet sein. Dabei ist die radiale Anordnung in der Weise ausgebildet, dass die Zuluft im Wesentlichen radial zur Mittelachse in den Drallerzeuger einströmen kann.
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Die Radiale Anordnung kann mit einer relativ kurzen Länge realisiert werden. Zudem ermöglicht sie größere Eintrittsraten als die axiale Anordnung. Zudem ermöglicht die radiale Anordnung eine Erzeugung eines stärkeren Dralls. Auch bietet die radiale Anordnung den Vorteil, dass eine Verstelleinrichtung, die das Kraftfahrzeug zusätzlich aufweisen kann, um die zumindest eine Leitschaufel des Drallerzeugers zu verstellen, kompakter und damit raumsparender ausgeführt sein kann und einfacher zu positionieren ist.
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Die Verstellbarkeit der zumindest einen Leitschaufel erlaubt es den Drall in verschiedenen Ausprägungen zu erzeugen. Die zumindest eine Leitschaufel ist dabei insbesondere in Abhängigkeit einer Betriebsgröße des Motors verstellbar. Insbesondere kann die Leitschaufel dadurch in Abhängigkeit der Drehzahl oder der Last des Motors gestellt werden.
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Damit ist eine Anpassung des Drallstroms an die herrschenden Betriebszustände des Motors ermöglicht. Das Kraftfahrzeug kann effizienter betrieben werden.
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Die erfindungsgemäße Luftfilterbox für ein Kraftfahrzeug, das einen für seinen Betrieb Zuluft benötigenden Motor umfasst, ist ausgebildet, ein Filterelement zur Filterung von Zuluft aufzunehmen. Erfindungsgemäß umfasst die Luftfilterbox einen Drallerzeuger mit zumindest einer Leitschaufel zur Erzeugung eines Dralls in durch den Drallerzeuger strömender Zuluft.
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Damit ist eine Baugruppe bereitgestellt, in die neben dem üblichen Luftfilterelement der Drallerzeuger integriert ist. Auch eine Nachrüstung bei Kraftfahrzeugen, insbesondere mit aufgeladenen Motoren, ist damit ermöglicht, wodurch das Nachgerüstete Kraftfahrzeug die genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs erhalten kann.
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Der Drallerzeuger ist insbesondere axial in der Luftfilterbox angeordnet. Bei der axialen Anordnung ist die Luftfilterbox in der Weise ausgebildet, dass die Zuluft im Wesentlichen längs einer Mittelachse der Luftfilterbox in den Drallerzeuger einströmen kann. Alternativ ist der Drallerzeuger radial in der Luftfilterbox angeordnet. Dabei ist die Luftfilterbox in der Weise ausgebildet, dass die Zuluft im Wesentlichen radial zur Mittelachse in den Drallerzeuger einströmen kann.
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Damit sind zwei verschiedene Ausgestaltungen bereitgestellt, die je nach Anforderung des jeweiligen Kraftfahrzeugtyps verwendet werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Luftfilterbox ist die zumindest eine Leitschaufel verstellbar. Insbesondere weist die Luftfilterbox dazu eine Verstelleinrichtung auf, die mit einer Motorsteuereinheit des Kraftfahrzeugs verbindbar ist.
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Die Wirkung des Drallerzeugers lässt sich damit an verschiedene Betriebszustände des Motors anpassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer beispielhaften Ausgestaltung;
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2 einen Zuluftstrang des Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Luftfilterbox in einer ersten beispielhaften Ausgestaltung; und
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3 den Zuluftstrang mit der Luftfilterbox in einer zweiten beispielhaften Ausgestaltung.
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In der 1 ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 in einer beispielhaften Ausgestaltung in einem Schema dargestellt. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Motor 11, der ein Verbrennungsmotor ist, auf.
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Das Kraftfahrzeug 10 umfasst ferner einen Zuluftstrang 12. Der Zuluftstrang 12 ist in den 2 und 3 in jeweils einer beispielhaften Ausgestaltung dargestellt. Der Zuluftstrang 12 ist ausgebildet, für einen Betrieb des Motors 11 notwendige Zuluft 30 zum Motor 11 zu leiten. Zuluft 30 kann dabei Frischluft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs 10 oder ein Gemisch aus Frischluft und zurückgeführtem Abgas, welches im Betrieb des Motors 11 entsteht, sein. Zur Abführung des Abgases weist das Kraftfahrzeug 10 insbesondere einen Abgasstrang 13 auf.
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Zudem umfasst das Kraftfahrzeug 10 einen Verdichter 15. Der Verdichter 15 ist insbesondere Teil eines Turboladers 14 und mit einer im Abgasstrang 13 angeordneten Abgasturbine 16 drehmomentübertagend verbunden. Der Turbolader 14 ist in bekannter Manier dazu ausgebildet, von dem durch den Abgasstrang 13 geleiteten Abgas angetrieben zu werden und im Zuluftstrang 12 mit dem Verdichter 15 einen Ladedruck zu erzeugen. Der Verdichter 15 ist dazu mit Verdichterschaufeln 26, die Laufschaufeln sind, versehen.
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Das Kraftfahrzeug 10 ist überdies mit einem Drallerzeuger 17 ausgestattet. Der Drallerzeuger 17 ist stromaufwärts des Verdichters 15 angeordnet. Der Drallerzeuger 17 ist ausgebildet der Zuluft 30 einen Drall zu versetzen. Dadurch erhält die strömende Zuluft 30 eine Bewegungskomponente in einer Umfangsrichtung. Die Zuluft 30 strömt dadurch stromabwärts des Drallerzeugers 17 schraubenförmig in Richtung des Verdichters 15.
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Der Drallerzeuger 17 ist insbesondere in einer erfindungsgemäßen Luftfilterbox 18 angeordnet. Die Luftfilterbox 18 ist ausgebildet, ein Filterelement 25 zur Filterung der Zuluft 30 aufzunehmen. Der Drallerzeuger 17 weist zumindest eine Leitschaufel 27 auf. Insbesondere weist der Drallerzeuger 17 ein Leitschaufelgitter aus mehreren Leitschaufeln 27 auf.
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Die zumindest eine Leitschaufel 27 ist insbesondere verstellbar ausgeführt. Dazu kann der Drallerzeuger 17 eine Verstelleinrichtung 28 umfassen. Die Verstelleinrichtung 28 ist insbesondere mit einer Motorsteuereinheit verbindbar. Dadurch kann eine Verstellung der zumindest einen Leitschaufel 27 in Abhängigkeit von einer Motorbetriebsgröße, insbesondere Motordrehzahl und/oder Motorlast, erfolgen.
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Der Drallerzeuger 17 kann in der Weise ausgebildet sein, die Zuluft 30 axial in Bezug auf eine Mittelachse 21 aufzunehmen oder alternativ die Zuluft 30 radial in Bezug auf die Mittelachse 21 aufzunehmen. Die axiale Ausgestaltung ist in der 2 dargestellt und die radiale Ausgestaltung ist in der 3 dargestellt. Abgegeben wird die Zuluft 30 bevorzugt mit einem Drall um die Mittelachse 21 herum.
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Der Drallerzeuger 17 ist in dem Kraftfahrzeug 10 derart dimensioniert, dass ein erster Radius 22 eines Drallerzeugerausgangs 27 größer ist als ein zweiter Radius 23 eines Verdichtereingangs 19. Der erste Radius 22 ist dabei größer als der zweite Radius 23. Ein Drall wird durch den abnehmendem Radius verstärkt und kann somit im größeren ersten Radius 22 mit vergleichsweise wenig Verlusten erzeugt werden.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist insbesondere eine Abgasrückführungsleitung 20 auf. Diese zweigt insbesondere stromabwärts der Abgasturbine 16 zumindest einen Teil des Abgases aus dem Abgasstrang 13 ab und leitet das abgezweigte Abgas in den Zuluftstrang 12. Bei dem Kraftfahrzeug 10 ist stromabwärts des Drallerzeugerausgangs 29 und stromaufwärts des Verdichtereingangs 19 eine Mischstelle 24 vorgesehen, an der die Abgasrückführungsleitung 20 mündet. Zurückgeführtes Abgas wird dadurch auch von dem Drall erfasst und die Zuluft 30 gut durchmischt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Motor
- 12
- Zuluftstrang
- 13
- Abgasstrang
- 14
- Turbolader
- 15
- Verdichter
- 16
- Abgasturbine
- 17
- Drallerzeuger
- 18
- Luftfilterbox
- 19
- Verdichtereingang
- 20
- Abgasrückführungsleitung
- 21
- Mittelachse
- 22
- Erster Radius
- 23
- Zweiter Radius
- 24
- Mischstelle
- 25
- Filterelement
- 26
- Verdichterschaufeln
- 27
- Leitschaufel
- 28
- Verstelleinrichtung
- 29
- Drallerzeugerausgang
- 30
- Zuluft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009046522 A1 [0002]
