DE102016223547A1

DE102016223547A1 - Brennkraftmaschine und Verdichter

Info

Publication number: DE102016223547A1
Application number: DE102016223547.8A
Authority: DE
Inventors: Carsten Thomfohrde; Bertram Seydell; Rainer Gereke; Thomas Schuler
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2018-05-30

Abstract

Eine insbesondere mittels eines Verdichters (18) aufgeladene Brennkraftmaschine umfasst einen Verbrennungsmotor, einen Frischgasstrang und eine Motorgehäuseentlüftung, wobei der Frischgasstrang für eine Zufuhr von den Frischgasstrang in einer vorgesehenen Durchströmungsrichtung (72) durchströmendem Frischgas zu dem Verbrennungsmotor vorgesehen ist und wobei die Motorgehäuseentlüftung eine Entlüftungsleitung zur Entlüftung eines Gehäuses des Verbrennungsmotors, die in den Frischgasstrang mündet, aufweist, wobei die Mündung der Entlüftungsleitung von einer Mündungsöffnung (64) eines Einleitrohrs (58) ausgebildet ist, das bis in einen Führungskanal (40) des Frischgasstrangs ragt. Das Zentrum der Mündungsöffnung (64) weist dabei einen Abstand von mindestens 5 mm zu einer Wandung (56) des Führungskanals (40) auf und die Ausströmrichtung (68) des Einleitrohrs (58) entspricht zumindest teilweise der Durchströmungsrichtung (72). Bei einer solchen Brennkraftmaschine kann in vorteilhafter Weise eine Ansammlung von aus dem Blow-by-Gas stammenden Flüssigkeiten an der Wandung (56) des Führungskanals (40) und dadurch bei kalten Umgebungstemperaturen eine Eisbildung im Frischgasstrang vermieden oder verringert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine und einen Verdichter für eine solche Brennkraftmaschine.
Es ist bekannt, Brennkraftmaschinen, die beispielsweise zum Antrieb von Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, aufzuladen, um die spezifische Leistung zu erhöhen und den spezifischen Kraftstoffverbrauch zu senken. Weit verbreitet ist eine Aufladung von Brennkraftmaschinen mittels eines oder mehrerer Abgasturbolader. Diese umfassen eine Turbine, die von Abgas, das von einem Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine ausgestoßen wurde, angeströmt und dadurch drehend angetrieben wird. Die Turbine treibt über eine Welle einen Verdichter an, der in einen Frischgasstrang des Verbrennungsmotors integriert ist und das Frischgas verdichtet. Alternativ kann ein solcher Verdichter auch mittels eines anderen Antriebs, beispielsweise von dem Verbrennungsmotor selbst oder von einem elektrischen Antriebsmotor, angetrieben werden. Durch die Aufladung kann u.a. die Menge des in die Brennräume des Verbrennungsmotors eingebrachten Frischgases und damit die Menge des in einem Arbeitsspiel in dem Brennraum umsetzbaren Kraftstoffs erhöht werden.
Die Verdichter von Abgasturboladern sind regelmäßig als Strömungsverdichter ausgebildet, wobei fast ausschließlich zentrifugale Verdichterlaufräder zum Einsatz kommen, die axial angeströmt und radial abgeströmt werden (Radialverdichter).
Bei heutigen Brennkraftmaschinen wird eine geschlossene Motorgehäuseentlüftung eingesetzt, um gesetzlich vorgeschriebene Emissionsgrenzwerte zu erreichen. Dabei wird Abgas, das bei der Verbrennung eines Kraftstoff-Frischgas-Gemischs in Brennräumen des Verbrennungsmotors erzeugt wurde und das insbesondere über Ringspalte, die bei Hubkolbenmotoren zwischen den Außenseiten der Kolben und den Innenseiten der die Kolben führenden Zylinder ausgebildet sind, in ein Zylinderkurbelgehäuse des Verbrennungsmotors gelangt ist (sogenanntes Blow-by-Gas), abgesaugt und in den Frischgasstrang der Brennkraftmaschine geführt. Um hierfür das erforderliche Druckgefälle zu gewährleisten, kann die Rückführung von Blow-by-Gas bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen in einen Abschnitt des Frischgasstrangs stromauf (bezüglich der Strömungsrichtung des Frischgases) des Verdichters erfolgen.
Über eine solche Motorgehäuseentlüftung können neben Gasen auch Flüssigkeiten und insbesondere Wasser und Schmieröl in nicht unerheblichen Mengen in den Frischgasstrang eingetragen werden. Diese Flüssigkeiten können insbesondere dann zu Problemen führen, wenn sich diese in einem Abschnitt zunächst ansammeln und dann aufgrund veränderter Betriebsbedingungen in größeren Mengen beispielsweise in das Verdichterlaufrad mitgerissen werden. Besonders problematisch kann sein, wenn solche Flüssigkeitsansammlungen aufgrund niedriger Umgebungstemperaturen gefroren sind und folglich als Festkörper mitgerissen werden.
Die US 2004/0144373 A1 beschreibt eine Anordnung zur Motorgehäuseentlüftung, bei der eine Einleitung von Blow-by-Gas in einen Frischgasstrang einer Brennkraftmaschine mittels eines Einleitrohrs erfolgt, das unter Ausbildung eines umlaufenden Spalts innerhalb einer Aufnahmeöffnung eines Gehäuseabschnitts des Frischgasstrangs angeordnet ist. Der Spalt dient dazu, das Einleitrohr und damit das durch dieses geführte Blow-by-Gas thermisch von dem Gehäuseabschnitt des Frischgasstrangs zu isolieren. Dadurch soll verhindert werden, dass es bei tiefen Umgebungstemperaturen zu einem Gefrieren der in dem Blow-by-Gas enthaltenen Flüssigkeiten innerhalb des Einleitrohrs kommt. Anderenfalls könnte eine solche Vereisung zu einem Verstopfen des Einleitrohrs und damit zu einer fehlenden oder mangelnden Funktionsfähigkeit der Motorgehäuseentlüftung führen. Die Anordnung des Einleitrohrs in der Aufnahmeöffnung ist derart, dass Blow-by-Gas, das aus einer Mündungsöffnung des Einleitrohrs austritt, in geringer Distanz und parallel zu der dortigen Wandung des Gehäuseabschnitts des Frischgasstrangs strömt.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, für eine Brennkraftmaschine eine vorteilhafte Motorgehäuseentlüftung und insbesondere eine Ausbildung von Vereisungen in einem Frischgasstrang der Brennkraftmaschine in Folge von durch die Motorgehäuseentlüftung eingetragenen Flüssigkeiten zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird mittels einer Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein Verdichter für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist Gegenstand des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und des erfindungsgemäßen Verdichters sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer Einleitung von Blow-by-Gas, wie es aus der US 2004/0144373 A1 bekannt ist, zwar eine Vereisung innerhalb des Einleitrohrs vermieden werden kann, durch das Austreten der Strömung des Blow-by-Gases aus dem Einleitrohr in unmittelbarer Nähe von und zudem in paralleler Ausrichtung zu der Wandung des entsprechenden Gehäuseabschnitts des Frischgasstrangs jedoch die Gefahr besteht, dass sich Flüssigkeitsansammlungen infolge von sich anlagernden Flüssigkeitströpfchen und/oder infolge von Kondensation von Flüssigkeitsdämpfen an der Gehäusewandung ausbilden, die bei niedrigen Umgebungstemperaturen und damit einhergehend bei einer niedrigen Körpertemperatur der Wandung zu Vereisungen führen können. Lösen sich anschließend im Betrieb der Brennkraftmaschine größere gefrorene Festkörper von der Wandung, kann dies zu Schäden, beispielsweise eines stromab angeordneten Verdichters, führen.
Basierend auf dieser Erkenntnis ist eine Brennkraftmaschine vorgesehen, die zumindest einen Verbrennungsmotor (vorzugsweise Diesel- oder Ottomotor), einen Frischgasstrang und eine Motorgehäuseentlüftung umfasst, wobei der Frischgasstrang für eine Zufuhr von den Frischgasstrang in einer (für den Betrieb der Brennkraftmaschine) vorgesehenen Durchströmungsrichtung durchströmendem Frischgas zu dem Verbrennungsmotor vorgesehen ist und wobei die Motorgehäuseentlüftung eine Entlüftungsleitung, die zur Entlüftung eines Gehäuses, insbesondere eines Kurbelgehäuses, des Verbrennungsmotors vorgesehen ist und in den Frischgasstrang mündet, aufweist, wobei die Mündung der Entlüftungsleitung von einer Mündungsöffnung eines Einleitrohrs ausgebildet ist, das in einen Führungskanal des Frischgasstrangs hinein ragt. Bei einer solchen Brennkraftmaschine ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das (geometrische) Zentrum der Mündungsöffnung einen (kürzesten) Abstand von mindestens 5 mm, vorzugsweise von mindestens 8 mm und besonders bevorzugt von mindestens 10 mm zu einer Wandung des Führungskanals aufweist und die Ausströmrichtung des Einleitrohrs zumindest teilweise der Durchströmungsrichtung entspricht.
Dabei entspricht die „Ausströmrichtung“ derjenigen Richtung entlang einer Verlängerung der Längsachse des Einleitrohrs ausgehend von der Mündungsöffnung, die aus dem Einleitrohr heraus in den Führungskanal führt. Als „Längsachse“ des Einleitrohrs wird dabei diejenige Linie verstanden, die die geometrischen Zentren sämtlicher Öffnungsquerschnitte des Einleitrohrs miteinander verbindet. Befindet sich demnach die Mündungsöffnung am Ende eines gekrümmten Abschnitts des Einleitrohrs (beziehungsweise der Längsachse) verläuft die Ausströmrichtung entlang der Tangente, die von dem einen Punkt auf der Längsachse bildenden Zentrum der Mündungsöffnung ausgeht.
Folglich ist erfindungsgemäß einerseits vorgesehen, dass die Mündungsöffnung des Einlasskanals in einem ausreichenden Mindestabstand zu der Wandung des Führungskanals angeordnet ist, was sich positiv hinsichtlich der Vermeidung einer Ausbildung von Ansammlungen von Flüssigkeiten, die aus durch das Einleitrohr in den Frischgasstrang eingebrachtem Blow-by-Gas stammt, auswirkt. Dem gleichen Zweck dient die zumindest teilweise Übereinstimmung der Ausströmrichtung mit der Durchströmungsrichtung, weil dadurch eine möglichst verwirbelungsarme Durchmischung des Blow-by Gases mit den Frischgasstrang durchströmendem Frischgas erreicht werden kann. Durch die Kombination der erfindungsgemäßen Merkmale kann folglich zumindest für einen ausreichend großen Abschnitt des Frischgasstrangs stromab der Mündungsöffnung des Einleitrohrs eine relativ zentrale Führung des gegebenenfalls noch unvollständig mit dem Frischgas vermischten Blow-by-Gases innerhalb des Führungskanals erreicht werden, wodurch eine Anlagerung von in dem Blow-by-Gas enthaltenen Flüssigkeiten an der Wandung vermieden oder gering gehalten werden kann.
Zwischen dem erfindungsgemäßen Mindestabstand und der erfindungsgemäßen Ausrichtung der Ausströmrichtung besteht eine Wechselwirkung, die insbesondere derart ist, dass die zumindest teilweise Übereinstimmung der Ausströmrichtung mit der Durchströmungsrichtung umso größer beziehungsweise ausgeprägter sein kann/sollte, je größer der Abstand des Zentrums der Mündungsöffnung von der Wandung des Führungskanals ist. Die erfindungsgemäß angestrebte Führung des Blow-by-Gases innerhalb eines zentralen Abschnitts des Führungskanals kann demnach in vorteilhafter Weise auch dann erreicht werden, wenn die Ausströmrichtung (ungefähr) parallel zu der Längsachse des Führungskanals in einem sich an die Mündungsöffnung stromab anschließenden Abschnitt des Führungskanals ist, sofern der Abstand des Zentrums der Mündungsöffnung zu der Wandung des Führungskanals dabei ausreichend groß dimensioniert ist (beispielsweise 10% bis 40% der Querschnittsabmessung des Führungskanals bzw. des Durchmessers (bei einem im Querschnitt kreisförmigen Führungskanal)). Ist der Abstand des Zentrums der Mündungsöffnung dagegen relativ klein dimensioniert, kann es vorteilhaft sein, wenn die Ausströmrichtung schräg bezüglich der Längsachse des Führungskanals in dem entsprechenden Abschnitt ausgerichtet ist, um zu erreichen, dass die Strömung des aus dem Einleitkanal austretenden Blow-by-Gases auch eine Bewegungskomponente in Richtung des Zentrums des Führungskanals aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass die Ausströmrichtung in einem Winkel, der zwischen 90° und 20° beträgt, bezüglich einer die Längsachse des Einleitrohrs innerhalb der Mündungsöffnung schneidenden Radialebene des Führungskanals ausgerichtet ist. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass die Ausströmrichtung in einem Winkel, der kleiner als 90° ist, bezüglich der die Längsachse des Einleitrohrs innerhalb der Mündungsöffnung schneidenden Radialebene des Führungskanals und folglich schräg bezüglich der Längsachse in dem entsprechenden Abschnitt des Führungskanals ausgerichtet ist. Durch die sich daraus ergebende radial in Zentrum des Führungskanals gerichtete Bewegungskomponente der aus dem Einlasskanal austretenden Strömung des Blow-by-Gases kann eine relativ zentrale (anfängliche) Konzentration des Blow-by Gases innerhalb des Führungskanals auch dann erreicht werden, wenn das Einleitrohr nur eine relativ geringe Distanz in den Führungskanal hinein ragt. Durch ein solches relativ geringes Hineinragen des Einleitrohrs in den Führungskanal kann der durch das Einleitrohr erzeugte Strömungswiderstand für die Strömung des Frischgases in dem Führungskanal vorteilhaft gering gehalten werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Zentrum der Mündungsöffnung einen (kürzesten) Abstand von höchstens 20 mm zu einer Wandung des Führungskanals aufweist.
Eine vorteilhafte Größe für die Mündungsöffnung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann mindestens 12 mm² und/oder höchstens 314 mm² betragen. Dies entspricht bei einer kreisförmigen Mündungsöffnung einem Durchmesser von zwischen ca. 4 mm und ca. 20 mm. Selbstverständlich sind auch andere als kreisförmige Formen der Mündungsöffnung möglich.
Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Einleitrohr in einer Aufnahmeöffnung einer Wandung des Führungskanals aufgenommen ist. Dadurch kann sich insbesondere eine vorteilhafte Herstellbarkeit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ergeben. Dazu kann vorgesehen sein, dass das Einleitrohr in die Aufnahmeöffnung der Wandung eingesteckt und darin gegen ein Lösen gesichert wird. Eine solche Sicherung kann auf beliebige Weise, insbesondere kraftschlüssig (d.h. mittels einer klemmend wirkenden Passung), formschlüssig (beispielsweise mittels einer Gewindeverbindung) und/oder stoffschlüssig (beispielsweise mittels einer Klebe-, Löt- und/oder Schweißverbindung) erfolgen. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass das Einleitrohr in der Wandung des Führungskanals integral (insbesondere werkstoffeinheitlich) ausgebildet ist.
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine umfasst diese einen in den Frischgasstrang integrierten Verdichter. Dabei kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass die Entlüftungsleitung stromauf eines Verdichterlaufrads in den Frischgasstrang mündet. Dies kann zum einen bevorzugt sein, weil der Verdichter in dem stromauf von diesem gelegenen Abschnitt des Frischgasstrangs einen Unterdruck erzeugen kann, der in vorteilhafter Weise für ein Ansaugen von Blow-by-Gas aus einem Gehäuse, insbesondere einem (Zylinder-)Kurbelgehäuse, des Verbrennungsmotors genutzt werden kann. Dabei kann eine möglichst oder zumindest relativ nah an dem Verdichterlaufrad liegenden Einleitung des Blow-by-Gases vorteilhaft sein, weil einerseits die Sogwirkung des Verdichters mit zunehmendem Abstand tendenziell abnimmt und andererseits, weil mittels des Verdichters kurz nach der Einleitung sowohl der Druck als auch die Temperatur des mit dem Blow-by-Gas vermischten Frischgases erhöht wird, was einer Ansammlung von Flüssigkeiten an Wandungen des Frischgasstrangs stromab des Verdichters entgegenwirken kann.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Verdichter, insbesondere zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen (aufgeladenen) Brennkraftmaschinen, mit einem ein- oder mehrteiligen Verdichtergehäuse, das einen Strömungsraum, innerhalb dessen ein Verdichterlaufrad drehbar gelagert ist, und einen Einlasskanal, der sich von einem Verdichtereinlass in einer vorgesehenen Durchströmungsrichtung bis zu dem Strömungsraum erstreckt, ausbildet. Ein solcher Verdichter ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse einen Einleitkanal für eine Motorgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors ausbildet oder aufnimmt, wobei das Einleitrohr bis in den Einlasskanal ragt. Dabei ist vorgesehen, dass das Zentrum einer Mündungsöffnung des Einleitkanals einen (kürzesten) Abstand von mindestens 2 mm zu einer Wandung des Einlasskanals aufweist und die Ausströmrichtung des Einleitrohrs zumindest teilweise der Durchströmungsrichtung entspricht. Im Übrigen können für die Ausgestaltung, Anordnung und/oder die Art der Integration des Einleitkanals in das Verdichtergehäuse diejenigen Maßnahmen vorgesehen sein, die für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine bereits beschrieben worden sind. Bei einer einen erfindungsgemäßen Verdichter umfassenden (erfindungsgemäßen) Brennkraftmaschine kann somit der von dem Verdichtergehäuse ausgebildete Einlasskanal dem Führungskanal des Frischgasstrangs, in den das Einleitrohr ragt, entsprechen.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch einen Abgasturbolader mit einem erfindungsgemäßen Verdichter und einer Turbine, die ein in einem Turbinengehäuse drehbar gelagertes Turbinenlaufrad aufweist, wobei das Turbinenlaufrad drehantreibend mit dem Verdichterlaufrad verbunden ist. Alternativ oder ergänzend zu einem Antrieb eines erfindungsgemäßen Verdichters mittels einer Turbine eines Abgasturboladers kann auch ein Antrieb mittels einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors und/oder mittels eines separaten Antriebsmotors, der insbesondere elektromotorisch ausgebildet sein kann, vorgesehen sein.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und/oder eines erfindungsgemäßen Verdichters kann vorgesehen sein, dass eine Verlängerung der Längsachse des Einleitrohrs in Ausströmrichtung ausgehend von dem Zentrum der Mündungsöffnung eine Eintrittsebene des Verdichterlaufrads in einem zentralen (eine Rotationsachse des Verdichterlaufrads vorzugsweise zentral umfassenden) Abschnitt des Verdichterlaufrads schneidet, wobei dieser zentrale Abschnitt des Verdichterlaufrads beispielsweise höchstens 50%, höchstens 25% oder höchstens 10% der Eintrittsfläche des Verdichterlaufrads betragen kann. Als „Eintrittsfläche“ des Verdichterlaufrads wird dabei diejenige Fläche innerhalb einer Eintrittsebene des Verdichterlaufrads verstanden, die von Eintrittskanten von Laufradschaufeln des Verdichterlaufrads insgesamt (d.h. über einer vollen Umdrehung des Verdichterlaufrads) überdeckt wird, verstanden. Als „Eintrittsebene“ des Verdichterlaufrads wird dabei die dem Verdichtereinlass nächstgelegene, senkrecht zu der Rotationsachse des Verdichterlaufrads ausgerichtete Ebene verstanden, die von den Laufradschaufeln des Verdichterlaufrads definiert wird, indem zumindest ein punktförmiger Abschnitt eines, mehrerer oder aller der Eintrittskanten dieser Laufradschaufeln innerhalb dieser Ebene angeordnet ist/sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und/oder eines erfindungsgemäßen Verdichters kann vorgesehen sein, dass das Zentrum der Mündungsöffnung des Einleitrohrs einen Abstand von mindestens 10 mm zu der Eintrittsebene des Verdichterlaufrads aufweist.
Die Erfindung betrifft weiterhin noch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes Kraftfahrzeug (vorzugsweise PKW oder LKW), mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Dabei kann die Brennkraftmaschine insbesondere zur (direkten oder indirekten) Bereitstellung einer Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Eine Verwendung bei anderen Kraftfahrzeugen, beispielsweise bei schienengebundenen Kraftfahrzeugen oder Schiffen, ist ebenfalls möglich.
Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

1: in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße, mittels eines Verdichters aufgeladene Brennkraftmaschine; und
2: einen Längsschnitt durch einen den Verdichter umfassenden Abschnitt eines Frischgasstrangs der Brennkraftmaschine.

Die 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor 10, der eine Mehrzahl von Zylindern 12 ausbildet. Die Zylinder 12 begrenzen gemeinsam mit darin auf und ab geführten Kolben und einem Zylinderkopf (nicht dargestellt) Brennräume, in denen Frischgas (Luft) gemeinsam mit Kraftstoff verbrannt wird. Der Kraftstoff wird dabei, gesteuert durch eine Steuerungsvorrichtung 32 (Motorsteuerung), mittels Injektoren 30 direkt in die Brennräume eingespritzt. Das Verbrennen des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs führt zu zyklischen Aufwärts- und Abwärtsbewegungen der Kolben, die wiederum in bekannter Weise über nicht dargestellte Pleuel auf eine ebenfalls nicht dargestellte Kurbelwelle übertragen werden, wodurch die Kurbelwelle rotierend angetrieben wird.
Das Frischgas wird dem Verbrennungsmotor 10 über einen Frischgasstrang zugeführt und dazu über eine Ansaugmündung 14 aus der Umgebung angesaugt, in einem Luftfilter 16 gereinigt und anschließend in einen Verdichter 18, der Teil eines Abgasturboladers ist, geführt. Das Frischgas wird mittels des Verdichters 18 verdichtet, anschließend in einem Ladeluftkühler 20 abgekühlt und den Brennräumen zugeführt. Der Antrieb des Verdichters 18 erfolgt mittels einer Turbine 22 des Abgasturboladers, die in einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine integriert ist. Abgas, das bei der Verbrennung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs in den Brennräumen des Verbrennungsmotors 10 entsteht, wird über den Abgasstrang aus dem Verbrennungsmotor 10 abgeführt und durchströmt dabei die Turbine 22. Dies führt in bekannter Weise zu einem rotierenden Antrieb eines Turbinenlaufrads (nicht dargestellt), das über eine Welle 24 drehfest mit einem Verdichterlaufrad 26 (in der 1 nicht dargestellt) des Verdichters 18 verbunden ist. Der rotierende Antrieb des Turbinenlaufrads wird somit auf das Verdichterlaufrad 26 übertragen.
Um im Betrieb des Verbrennungsmotors 10 mit unterschiedlichen Lasten und unterschiedlichen Drehzahlen eine möglichst optimale Nutzung der Enthalpie des Abgases zur Erzeugung von Verdichtungsleistung mittels des Abgasturboladers realisieren zu können, kann die Turbine 22 des Abgasturboladers optional (insbesondere bei einer Ausgestaltung des Verbrennungsmotors 10 als Dieselmotor) eine mittels der Steuervorrichtung 32 ansteuerbare Vorrichtung zur variablen Turbinenanströmung (VTG) 34 aufweisen. Diese kann in bekannter Weise eine Mehrzahl von in einem Einlass der Turbine 22 angeordnete Leitschaufeln (nicht dargestellt) umfassen, die individuell drehbar ausgebildet sind, wobei diese gemeinsame mittels einer Verstellvorrichtung (nicht dargestellt) verstellbar sind. In Abhängigkeit von den Drehstellungen der Leitschaufeln verengen diese den freien Strömungsquerschnitt in dem Einlass der Turbine 22 mehr oder weniger und beeinflussen zudem den Abschnitt der primären Anströmung des Turbinenlaufrads und die Ausrichtung dieser Anströmung.
Stromab des Verdichters 18 ist in die Ladeluftstrecke, d.h. in den Abschnitt des Frischgasstrangs, der zwischen dem Verdichter 18 und dem Verbrennungsmotor 10 gelegen ist, eine ebenfalls mittels der Steuervorrichtung 32 ansteuerbare Regelklappe 28 integriert.
Die Brennkraftmaschine umfasst weiterhin eine Motorgehäuseentlüftung 36, mittels der Blow-by-Gas aus einem oder mehreren Hohlräumen, beispielsweise aus einem von einem Zylinderkurbelgehäuse des Verbrennungsmotors 10 ausgebildeten Kurbelwellenraum, abgesaugt und stromauf des Verdichterlaufrads 26 in den Frischgasstrang überführt werden kann. In die Motorgehäuseentlüftung 36 kann eine Abscheidevorrichtung (nicht dargestellt) integriert sein, um in dem Blow-by-Gas enthaltene Flüssigkeiten und Feststoffe weitgehend zurückzuhalten.
Die 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen einen Verdichter 18 umfassenden Abschnitt des Frischgasstrangs einer Brennkraftmaschine gemäß der 1. Dabei ist neben dem Verdichter 18 noch ein Abschnitt einer Rohrleitung 38 dargestellt, die einlassseitig an den Verdichter 18 angeschlossen ist. Die Rohrleitung 38 bildet einen Führungskanal 40 aus, der als Teil des Frischgasstrangs der Brennkraftmaschine der Zuführung von Frischgas zu dem Verdichter 18 dient.
Der als Radialverdichter ausgebildete Verdichter 18 weist einen mehrteiliges Verdichtergehäuse 42 (beispielsweise aus einer Aluminium- oder sonstigen Leichtmetalllegierung) auf. Das Verdichtergehäuse 42 bildet einen Strömungsraum aus, innerhalb dessen das Verdichterlaufrad 26 drehbar gelagert ist. Einlassseitig ist der Strömungsraum durch eine Eintrittsebene 44 des Verdichterlaufrads 26 begrenzt, in der Eintrittskanten von Laufradschaufeln 46 des Verdichterlaufrads 26 verlaufen beziehungsweise angeordnet sind. Durch einen von dem Verdichtergehäuse 42 ausgebildeten Einlasskanal 48 kann Frischgas von einem Verdichtereinlass 50 zu dem Strömungsraum und damit zu dem Verdichterlaufrad 26 geführt werden. Auslassseitig wird der Strömungsraum von einer um Austrittskanten der Laufradschaufeln 46 des Verdichterlaufrads 26 umlaufenden „Austrittsebene“ begrenzt. Dort schließt sich ein ebenfalls um die Austrittskanten der Laufradschaufeln 46 umlaufender Diffusorraum 52 und daran anschließend eine Verdichtervolute 54 an. Aus der Verdichtervolute 54 geht ein Verdichterauslass (nicht sichtbar) ab.
Der Übergang von dem Führungskanal 40, der von der einlassseitig an den Verdichter 18 angeschlossenen Rohrleitung 38 ausgebildet ist, in den von dem Verdichtergehäuse 42 ausgebildeten Einlasskanal 48 ist im Wesentlichen stufenlos, weil der Führungskanal 40 und der Einlasskanal 48, die jeweils einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, im Übergang zueinander im Wesentlichen dieselben Durchmesser aufweisen.
In einer relativ geringen Distanz vor dem Verdichtereinlass 50 ist in die Wandung 56 der Rohrleitung 38 eine Aufnahmeöffnung eingebracht, in der ein Einleitrohr 58 abgedichtet und unbeweglich aufgenommen ist. Das Einleitrohr 58 ist Bestandteil einer Motorgehäuseentlüftung 36 einer Brennkraftmaschine gemäß beispielsweise der 1. Die Positionierung der Aufnahmeöffnung und damit des Einleitrohrs 58 kann dabei bezüglich der Umfangsrichtung der Rohrleitung 38 in einem Abschnitt vorgesehen sein, der in einer für den Betrieb der Brennkraftmaschine vorgesehenen Einbaulage möglichst weit oben gelegen ist. Das Einleitrohr 58 kann aus (mindestens) einem Metall, beispielsweise (einer) Aluminium(legierung), Kupfer oder Stahl, ausgebildet sein, während die Wandung 56 der Rohrleitung ebenfalls aus (mindestens) einem Metall oder, vorzugsweise, aus Kunststoff ausgebildet sein kann.
Die (Längsachse 62 der) Aufnahmeöffnung weist eine radiale Ausrichtung bezüglich der Längsachse 60 der Rohrleitung 38 beziehungsweise des Führungskanals 40 auf. Dadurch ergibt sich auch eine entsprechende radiale Ausrichtung (der Längsachse 62) des Einleitrohrs 58 in dem in der Aufnahmeöffnung aufgenommenen Abschnitt. Derjenige Abschnitt des Einleitrohrs 58, der in den von der Rohrleitung 38 ausgebildeten Führungskanal 40 ragt, ist dagegen teilkreisförmig gekrümmt verlaufend ausgebildet, wobei die Krümmung derart ausgerichtet ist, dass eine Mündungsöffnung 64, die von dem innerhalb des Führungskanals 40 gelegenen Ende des Einleitrohrs 64 begrenzt ist, in Richtung des Verdichtereinlasses 50 weist. Der innerhalb des Führungskanals 40 angeordnete, gekrümmte Abschnitt des Einleitrohrs 58 ist so lang dimensioniert, dass die Mündungsöffnung 64 in einer Ebene gelegen ist, die in einem von 90° abweichenden Winkel schräg bezüglich der Rotationsachse 66 des Verdichterlaufrads 26 ausgerichtet ist. Dadurch ergibt sich eine Ausströmrichtung 68 des Einleitrohrs 58, die schräg bezüglich einer die Längsachse 62 des Einleitrohrs 58 in der Mündungsöffnung 64 schneidenden Radialebene 70 ausgerichtet ist und gleichzeitig teilweise (d.h. mit einer Richtungskomponente) der Durchströmungsrichtung 72 entspricht und damit in Richtung des Verdichters 18 weist. Die Durchströmungsrichtung 72 ist dabei diejenige Richtung, in der das Frischgas den Frischgasstrang und damit auch den Verdichter 18 durchströmen soll.
Für das in der 2 dargestellte Ausgestaltungsbeispiel können folgende Abmessungen und Auslegungsdetails vorgesehen sein:

- Abstand zwischen dem Zentrum der Mündungsöffnung 64 des Einleitrohrs 58 und der Wandung 56 des Führungskanals 40 (A): 10 mm ± 3 mm;
- Durchmesser der kreisförmigen Mündungsöffnung 64 (B): 10 mm ± 2 mm;
- Abstand zwischen dem Zentrum der Mündungsöffnung 64 und dem Verdichtereinlass 50 (C): 15 mm ± 3 mm;
- Abstand zwischen dem Zentrum der Mündungsöffnung 64 und der Eintrittsebene des Verdichterlaufrads (D): 57 mm ± 3 mm;
- Durchmesser des Verdichtereinlasses 50 und des Führungskanals 48 in dem Bereich zwischen der das Einleitrohr 58 aufnehmenden Aufnahmeöffnung und dem an den Verdichtereinlass 50 angeschlossenen Ende (E): 54 mm ± 2 mm; und
- Winkel, den die Ausströmrichtung 68 mit der die Längsachse 62 des Einleitrohrs 58 in der Mündungsöffnung 64 schneidenden Radialebene 70 des Führungskanals 40 einschließt (α): 65° +10°/-15°.

Dadurch, dass sich das Einleitrohr 58 relativ weit in den Führungskanal 40 der Rohrleitung 38 hinein erstreckt und dieses zudem eine schräg (mit einem Winkel kleiner 90°) bezüglich der Radialebene 70 ausgerichtete Ausströmrichtung aufweist, kann erreicht werden, dass Blow-by-Gas, das über eine Motorgehäuseentlüftung 36 einer Brennkraftmaschine gemäß der 1 und damit durch das einen Teil einer solchen Motorgehäuseentlüftung 38 darstellende Einleitrohr 58 in den Führungskanal 40 eingebracht wird, bis zum Erreichen des Verdichterlaufrads 26 in zentralen Abschnitten des Führungskanals 40 und des Einlasskanals 48 geführt wird. Dadurch kann verhindert werden, dass sich in dem Blow-by-Gas enthaltene Flüssigkeiten (insbesondere Wasser und Schmieröl) in relevanten Mengen an insbesondere der den Einlasskanal 48 begrenzenden Wandung des Verdichtergehäuses 42 anlagert. Auf diese Weise kann folglich auch weitgehend verhindert werden, dass Ansammlungen von Flüssigkeiten bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen infolge eines Kontakts mit der entsprechend kalten Wandung des Verdichtergehäuses 42 gefrieren, was mit der Gefahr einer Beschädigung insbesondere des Verdichters 18 einhergehen würde, weil sich so ausgebildete Vereisungen von der Wandung des Einlasskanals wieder lösen und in das Verdichterlaufrad geraten könnten.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungsmotor
12: Zylinder
14: Ansaugmündung
16: Luftfilter
18: Verdichter
20: Ladeluftkühler
22: Turbine
24: Welle
26: Verdichterlaufrad
28: Regelklappe
30: Injektor
32: Steuerungsvorrichtung
34: Vorrichtung zur variablen Turbinenanströmung
36: Motorgehäuseentlüftung
38: Rohrleitung
40: Führungskanal
42: Verdichtergehäuse
44: Eintrittsebene des Verdichterlaufrads
46: Laufradschaufeln
48: Einlasskanal
50: Verdichtereinlass
52: Diffusorraum
54: Verdichtervolute
56: Wandung des Führungskanals
58: Einleitrohr
60: Längsachse des Führungskanals
62: Längsachse des Einleitrohrs
64: Mündungsöffnung des Einleitrohrs
66: Rotationsachse des Verdichterlaufrads
68: Ausströmrichtung des Einleitrohrs
70: Radialebene, die die Längsachse des Einleitrohrs innerhalb der Mündungsöffnung schneidet
72: Durchströmungsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2004/0144373 A1 [0006, 0009]

Claims

Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor (10), einem Frischgasstrang und einer Motorgehäuseentlüftung (36), wobei der Frischgasstrang für eine Zufuhr von den Frischgasstrang in einer vorgesehenen Durchströmungsrichtung (72) durchströmendem Frischgas zu dem Verbrennungsmotor (10) vorgesehen ist und wobei die Motorgehäuseentlüftung (36) eine Entlüftungsleitung, die zur Entlüftung eines Gehäuses des Verbrennungsmotors (10) vorgesehen ist und in den Frischgasstrang mündet, aufweist, wobei die Mündung der Entlüftungsleitung von einer Mündungsöffnung (64) eines Einleitrohrs (58) ausgebildet ist, das in einen Führungskanal (40) des Frischgasstrangs ragt, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrum der Mündungsöffnung (64) einen Abstand von mindestens 5 mm zu einer Wandung (56) des Führungskanals (40) aufweist und die Ausströmrichtung (68) des Einleitrohrs (58) zumindest teilweise der Durchströmungsrichtung (72) entspricht.
Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmrichtung (68) in einem Winkel (α), der zwischen 90° und 20° beträgt, bezüglich einer die Längsachse (62) des Einleitrohrs (58) innerhalb der Mündungsöffnung (64) schneidenden Radialebene (70) des Führungskanals (40) ausgerichtet ist.
Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (62) des Einleitrohrs (58) in der Mündungsöffnung (64) in einem Winkel (α), der kleiner als 90° ist, bezüglich einer die Längsachse (62) des Einleitrohrs (58) in der Mündungsöffnung (64) schneidenden Radialebene (70) des Führungskanals (40) ausgerichtet ist.
Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrum der Mündungsöffnung (64) einen Abstand (A) von höchstens 20 mm zu einer Wandung (56) des Führungskanals (40) aufweist.
Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungsöffnung (64) eine Größe von mindestens 12 mm² und/oder von höchstens 314 mm² aufweist.
Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einleitrohr (58) in einer Aufnahmeöffnung einer/der Wandung (56) des Führungskanals (40) aufgenommen ist.
Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in den Frischgasstrang integrierten Verdichter (18), wobei die Entlüftungsleitung stromauf eines Verdichterlaufrads (26) des Verdichters (18) in den Frischgasstrang mündet.
Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verlängerung der Längsachse (62) des Einleitrohrs (58) in Ausströmrichtung (68) ausgehend von dem Zentrum der Mündungsöffnung (64) eine Eintrittsebene (44) des Verdichterlaufrads (26) in einem zentralen Abschnitt des Verdichterlaufrads (26) schneidet.
Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrum der Mündungsöffnung (64) einen Abstand von mindestens 10 mm zu einer/der Eintrittsebene (44) des Verdichterlaufrads (26) aufweist.
Verdichter (18) mit einem Verdichtergehäuse (42), das einen Strömungsraum, innerhalb dessen ein Verdichterlaufrad (26) drehbar gelagert ist, und einen Einlasskanal (48), der sich von einem Verdichtereinlass (50) in einer Durchströmungsrichtung (72) bis zu dem Strömungsraum erstreckt, ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse (42) ein Einleitrohr (58) für eine Motorgehäuseentlüftung (36) eines Verbrennungsmotor (10) ausbildet oder aufnimmt, wobei das Zentrum einer Mündungsöffnung (64) des Einleitrohrs (58) einen Abstand von mindestens 2 mm zu einer Wandung des Einlasskanals (48) aufweist und das Einleitrohr (58) bis in den Einlasskanal (48) ragt und die Ausströmrichtung (68) des Einleitrohrs (58) zumindest teilweise der Durchströmungsrichtung (72) entspricht.