-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft einen Kondensatabscheider für eine Ladeluftleitung eines Verbrennungsmotors sowie einen Verbrennungsmotor mit einem solchen Kondensatabscheider. Der Kondensatabscheider weist ein einen Strömungsweg einer Ladeluftströmung festlegendes Ladeluftrohr auf, wobei eine Anströmwand für die Ladeluftströmung ausgebildet ist. Der Kondensatabscheider weist ein Kondensatreservoir zum Sammeln von an der Anströmwand aus der Ladeluftströmung abgeschiedenem Kondensat auf. Das Kondensatreservoir der Ladeluftleitung stellt einen integrierten Kondensatpuffer dar. Die Ladeluftleitung dient zum Zuführen von verdichteter und gekühlter Ladeluft an ein Verbrennungsmodul des Verbrennungsmotors.
-
Stand der Technik
-
Die Ladeluftleitung leitet die Ladeluft von einem Turbolademodul, d. h. z. B. einem Turbolader oder einem Kompressor, zu dem Verbrennungsmodul, also einem Verbrennungsmotor im engeren Sinne, d. h. der Teil des Motors, in dem der Kraftstoff verbrannt wird. Die Ladeluft wird z. B. im Turbolader komprimiert. Die Ladeluft kann sich dabei aus einem Anteil Frischluft und einem rückgeführten Anteil der Verbrennungsabgase des Verbrennungsmotors zusammensetzen. Der Kondensatabscheider kann also bei Verbrennungsmotoren mit Abgasrückführung mit EGR-Einleitung (Exhaust Gas Recirculation) eingesetzt werden.
-
Durch Kühlung der Ladeluft wird bei Verbrennungsmotoren mehr Leistung und ein geringerer Brennstoffverbrauch ermöglicht. Auch sind die heute geforderten Verbrauchs- und Abgaswerte von Verbrennungsmotoren ohne Ladeluftkühlung kaum noch zu erreichen. Zur Kühlung der Ladeluft durchläuft die Ladeluftströmung einen Ladeluftkühler. Der Ladeluftkühler ist fluidisch betrachtet im Ansaugtrakt zwischen einem Verdichter, d. h. einem Turbolader oder Kompressor, und dem Einlassventil des Verbrennungsmotors angeordnet. Durch Abführen eines Teils der Wärme, die u. a. durch die Verdichtung der Luft entsteht, kann es bei der Abkühlung der Luft zur Kondensation von in der Ladeluft enthaltenem Wasser kommen. Bei dem Wasserkondensat handelt es sich um Wasser, das als Wasserdampf im Anteil der Verbrennungsabgase in der Ladeluftströmung vorhanden ist. Sammelt sich das Wasserkondensat im Ladeluftkühler an, so kann es bei einer plötzlichen Zunahme der Ladeluftströmung zu einem schwallweisen Wasserkondensateintrag in die Ladeluftleitung kommen. Dies kann zu Störungen des Verbrennungsprozesses im Verbrennungsmotor und ggf. sogar zu einer Beschädigung des Verbrennungsmotors führen. Zur Vermeidung dieser Beeinträchtigungen werden gattungsgemäße Kondensatabscheider in der Ladeluftleitung eingesetzt, wie diese beispielsweise aus der
EP 3 059 434 A1 bekannt sind. Bei dem bekannten Kondensatabscheider ist das Ladeluftrohr in einen Einströmrohrstutzen und einen Auslassrohrstutzen aufgeteilt. Der Einströmrohrstutzen und der Auslassrohrstutzen ragen in einen Kondensatsammeltank hinein, an dessen Boden das Kondensatreservoir ausgebildet ist. Die vom Einströmrohrstutzen geführte Ladeluftströmung strömt auf eine von einer Wand des Kondensatsammeltanks ausgebildete Anströmwand, an der sich Kondensat abscheidet. Das gesammelte Kondensat wird über einen Kondensatablass nach außen in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors abgeführt. Bei der Ladeluftleitung muss es sich jedoch um ein geschlossenes System handeln, so dass das dort abgeschiedene Kondensat nicht nach außen abgeleitet werden darf, sondern innerhalb des Systems gehalten werden muss.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Kondensatabscheider und einen Verbrennungsmotor mit einem Kondensatabscheider bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik verringern, wobei insbesondere die Beeinträchtigung des Verbrennungsprozesses im Verbrennungsmotor durch schwankende Kondensatmengen in der Ladeluftströmung vermindert werden soll.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die den Kondensatabscheider betreffende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kondensatabscheider gemäß Anspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor weist die in Anspruch 8 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Der erfindungsgemäße Kondensatabscheider für eine Ladeluftleitung eines Verbrennungsmotors weist ein einen Strömungsweg einer Ladeluftströmung festlegendes Ladeluftrohr auf, wobei eine Anströmwand für die Ladeluftströmung ausgebildet ist. Die Anströmwand bildet eine Oberfläche aus, auf die zumindest Teile der Ladeluftströmung aufprallen, wodurch Kondensat aus der Ladeluftströmung auf der Oberfläche abgeschieden wird. Es ist ein Kondensatreservoir zum Sammeln von an der Anströmwand aus der Ladeluftströmung abgeschiedenem Kondensat vorhanden. Erfindungsgemäß ist die Anströmwand von einem Bereich der Innenwand des Ladeluftrohres ausgebildet und das Kondensatreservoir ist ablasslos von einem Bereich der Innenwand des Ladeluftrohres ausgebildet.
-
Derart kann das z. B. aus einem Ladeluftkühler mitgerissene flüssige Kondensat kurzzeitig, d. h. in Betriebsbereichen eines Verbrennungsmotors, in denen besonders viel Kondensat anfällt, über ein Umlenken der Ladeluftströmung an der Anströmwand von der Ladeluft der Ladeluftströmung getrennt und in einem sich im Kondensatreservoir bildenden Kondensatsumpf gepuffert werden. Aus dem Kondensatsumpf kann, aufgrund der Anordnung des Kondensatreservoirs an einem Innenwandbereich des Ladeluftrohres, während des (weiteren) Betriebs des Verbrennungsmotors, stetig eine geringe Kondensatmenge von der, über die Kondensatoberfläche des Kondensats im Kondensatreservoir geführte Ladeluftströmung wieder mitgerissen werden und dem Verbrennungsprozess in dem Verbrennungsmotor unmittelbar zugeführt werden. Derartig wird eine Verstetigung der Kondensatmenge im Verbrennungsprozess erreicht, ohne dass gesammeltes Kondensat über einen am Ladeluftrohr angeordneten Ablass aus dem Kondensatreservoir nach außen abgeführt werden muss. Das Kondensat verbleibt in einem geschlossenen System der Ladeluftleitung, wird nicht aus der Ladeluftleitung nach außen abgelassen und wird innerhalb der Ladeluftzuführung alleinig dem Verbrennungsprozess im Verbrennungsmotor zurückgeführt. Kurzfristig auftretende größere Kondensatmengen können aus der Ladeluft abgeschieden und - über den Kondensatsumpf gepuffert - kontinuierlich dosiert der Verbrennung im Verbrennungsmotor zugeführt werden. Durch diese Pufferung des Kondensats in der Ladeluftleitung wird insbesondere verhindert, dass bei einem plötzlichen Anstieg der Kondensatmenge in der Ladeluft, z. B. durch starkes Beschleunigen nach längerer Stop and Go Fahrt, das Kondensat vollständig in den Brennraum des Verbrennungsmotors gerät und die Verbrennung stört bzw. den Verbrennungsmotor beschädigt. Das Kondensat kann somit dem Verbrennungsprozess kontinuierlich dosiert zugeführt werden.
-
Vorteilhaft ist das Kondensatreservoir als eine flache Mulde in der Innenwand ausbildet, wobei die Mulde im Strömungsweg der Ladeluftströmung vor der Anströmwand angeordnet ist. Derart kann die Ladeluftströmung dicht über die Kondensatoberfläche des Kondensats im Kondensatreservoir geführt sein, so dass das Kondensat gut von der Ladeluftströmung wieder mitgerissen werden kann.
-
Eine unter konstruktiven Gesichtspunkten einfache Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensatabscheiders ergibt sich, wenn das Ladeluftrohr als ein Winkelrohr ausgebildet ist, wobei die Anströmwand in einem Abknickbereich des Winkelrohres angeordnet ist.
-
Die Kondensatabscheidung wird optimiert, wenn in dem Ladeluftrohr Strömungsleitmittel angeordnet sind, wobei mittels der Strömungsleitmittel zumindest Teile der Ladeluftströmung zum Anströmen auf die Anströmwand leitbar sind. Die Strömungsleitmittel können technisch einfach realisiert sein, wenn sie als im Strömungsweg der Ladeluftströmung vor der Anströmwand angeordnete Rippen ausgebildet sind.
-
Um ein Abfließen von Kondensat an der Oberfläche der Anströmwand nicht zu behindern, können die Rippen von der Anströmwand zumindest abschnittsweise beabstandet angeordnet sein. Der Abstand, bzw. die Größe der freien Öffnung zwischen Rippe und Anströmwand bestimmt das Abscheiden und Abfließen des Kondensats. Das an der Anströmwand aus der Ladeluftströmung abgeschiedene Kondensat kann dabei zwischen den Rippen und der Anströmwand, an der Oberfläche der Anströmwand in das Kondensatreservoir abfließen.
-
Vorteilhaft ist eine an der Anströmwand angeformte Abschlussrippe im Strömungsweg der Ladeluftströmung in einem Endbereich der Anströmwand angeordnet. Diese Abschlussrippe ist nicht von der Anströmwand beabstandet, sondern schließt direkt an die Anströmwand an. Dadurch wird vermieden, dass die Ladeluftströmung das an der Oberfläche abfließende Kondensat in Ladeluftströmungsrichtung an der Oberfläche entlang von dem Kondensatreservoir wegdrückt.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor mit einer Ladeluftleitung zum Leiten einer Ladeluftströmung weist die Ladeluftleitung einen erfindungsgemäßen Kondensatabscheider auf.
-
Dabei kann die Ladeluftleitung zur Leitung der Ladeluftströmung von einem Turbolademodul zu einem Verbrennungsmodul eingerichtet sein, wobei die Ladeluftleitung ablasslos ausgebildet ist. Das im Kondensatabscheider abgeschiedene Kondensat kann von der Ladeluftströmung wieder aufgenommen werden und dem Verbrennungsprozess im Verbrennungsmodul zugeführt werden.
-
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
-
Figurenliste
-
Besondere Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1a einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kondensatabscheider mit symbolisiert eingezeichneter Ladeluftströmung und Kondensatabscheidung;
- 1b eine Draufsicht auf den Kondensatabscheider der 1a mit Sicht des Innenraums des Ladeluftrohres;
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors.
-
Ausführungsform der Erfindung
-
In den 1 a und 1b ist jeweils ein erfindungsgemäßer Kondensatabscheider 10 dargestellt. 1a zeigt einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Kondensatabscheider 10, wobei die Ladeluftströmung und die Kondensatabscheidung symbolisiert eingezeichnet sind. Die Ladeluftströmung ist dabei mit Blockpfeilen dargestellt und das Kondensat als Kondensatpartikel, also Wassertröpfchen, in Form von Sternchen symbolisch dargestellt. 1b zeigt eine Draufsicht auf den Kondensatabscheider 10 der 1a mit Sicht des Innenraums des Ladeluftrohres 12 des Kondensatabscheiders 10, wobei die Schnittebene A-A der 1a eingezeichnet ist. Der Innenraum ist durch ein den Ladeluftströmungsauslass ausbildendes offenes Rohrende 14 hindurch erkennbar.
-
Der Kondensatabscheider 10 ist in eine Ladeluftleitung 16 eines Verbrennungsmotors eingebaut, d. h. fluiddicht an die Ladeluftleitung 16 angeschlossen. Er weist ein einen Strömungsweg der Ladeluftströmung festlegendes Ladeluftrohr 12 auf, wobei von einem Bereich der Innenwand des Ladeluftrohres 12 eine Anströmwand 18 für die Ladeluftströmung ausgebildet ist. Das Ladeluftrohr 12 ist als ein Winkelrohr ausgebildet. Die Anströmwand 18 ist in einem Außenbogen im Abknickbereich des Winkelrohres angeordnet. Das Winkelrohr kann insbesondere einen Abknickwinkel zwischen 45 und 90 Grad aufweisen.
-
Es ist ein Kondensatreservoir 20 zum Sammeln von an der Anströmwand 18 aus der Ladeluftströmung abgeschiedenem Kondensat vorhanden, welches ablasslos von einem Bereich der Innenwand des Ladeluftrohres 12 ausgebildet ist. Das Kondensatreservoir 20 bildet eine flache Mulde in der Innenwand aus. Diese Mulde ist im Strömungsweg der Ladeluftströmung vor der Anströmwand 18 angeordnet. Das Kondensatreservoir 20 ist nach unten hin geschlossen ausgeführt, d. h. es ist kein Ablass für darin gesammeltes Kondensat 22 vorhanden. Das gesammelte Kondensat 22 kann lediglich dadurch aus dem Kondensatreservoir 20 entweichen, indem die Ladeluftströmung Kondensatpartikel von der, in der Figur als dicker Strich symbolisch dargestellten Oberfläche des im Kondensatreservoir 20 gesammelten Kondensats 22, mitreißt. Das an der Anströmwand 18 abgeschiedene Kondensat, insbesondere Wasser, fließt an der Oberfläche der Anströmwand 18 nach unten, entgegen der Strömungsrichtung der Ladeluftströmung in das Kondensatreservoir 20 ab und sammelt sich dort. Weiter wird Kondensat als Filmwasser von der in Strömungsrichtung vor dem Kondensatreservoir 20 gelegenen Innenwand der Ladeluftleitung 16 in das Kondensatreservoir 20 eingeleitet. Wenn das Kondensatreservoir 20 gefüllt ist, wird gesammeltes Kondensat 22 von der Ladeluftströmung wieder mitgerissen, da die Ladeluftströmung die Oberfläche des gesammelten Kondensats 22 anströmt. Es versteht sich, dass das von der Ladeluftströmung aus dem Kondensatreservoir aufgenommene Kondensat dann teilweise auch wieder im Bereich der Anströmwand aus der Ladeluftströmung abgeschieden wird.
-
In dem Ladeluftrohr 12 sind mehrere als Rippen ausgebildete Strömungsleitmittel 30 angeordnet. Die Strömungsleitmittel 30 sind hier in Hauptströmungsrichtung der Ladeluftströmung stufenartig hintereinanderliegend aufgereiht angeordnet. Mittels der Strömungsleitmittel 30 werden zumindest Teile der Ladeluftströmung zum Anströmen auf die Anströmwand 18 geleitet. Die Rippen sind im Strömungsweg der Ladeluftströmung vor der Anströmwand 18 angeordnet. Die Rippen sind mithin von der Anströmwand 18 beabstandet angeordnet. Dadurch fließt das an der Anströmwand 18 aus der Ladeluftströmung abgeschiedene Kondensat zwischen den Rippen der Strömungsleitmittel 30 und der Anströmwand 18, an der Oberfläche der Anströmwand 18 in das Kondensatreservoir 20 ungehindert ab.
-
Weiter ist eine an der Anströmwand 18 angeformte Abschlussrippe 32 im Strömungsweg der Ladeluftströmung in einem Endbereich der Anströmwand 16 angeordnet. Diese Abschlussrippe 32 weist keinen Abstand von der Anströmwand 18 auf, sondern schließt direkt an die Anströmwand 18 an, d. h. es kann keine Ladeluft zwischen der Abschlussrippe 32 und der Anströmwand 18 strömen. Durch die Rippen wird ein erhöhter Staudruck an der Anströmwand 18 erzeugt, wodurch ein Totwassergebiet entsteht. Die Ladeluftströmung wird von den Rippen teilweise umgelenkt. Die Kondensatpartikel sind schwerer als Luft und gelangen zwischen den Rippen hindurch und werden an der Oberfläche der Anströmwand 18 abgeschieden.
-
In 2 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 40 gezeigt. Der Verbrennungsmotor 40 weist eine Ladeluftleitung 16 zum Leiten der Ladeluftströmung auf. In die Ladeluftleitung 16 ist ein erfindungsgemäßer Kondensatabscheider 10 zwischen einem Ladeluftkühler 42 und einem Verbrennungsmodul 44, z. B. einem Dieselmotor, eingebaut. Die Ladeluftleitung 16 zur Leitung der Ladeluftströmung verläuft von einem Turbolademodul 46, z. B. einem Turbolader, zu dem Verbrennungsmodul 44. Die Ladeluftleitung 16 ist ablassfrei ausgebildet. D. h. sie weist keinen Ablass zum Ablassen von Kondensat aus der Ladeluftleitung 16 heraus auf. Die Verbrennungsabgase des Verbrennungsmoduls 44 werden vom Verbrennungsmodul 44 über eine Abgasleitung 48 zum Turbolademodul 46 geleitet. Dort werden sie teilweise zusammen mit Frischluft aus einer Frischluftleitung 50 zu der Ladeluft zusammengeführt. Die Ladeluft wird im Turbolademodul 46 komprimiert und als Ladeluftströmung in die Ladeluftleitung 16 geleitet. Überflüssige Verbrennungsabgase werden über eine weitere Abgasleitung 52, z. B. einer in der Zeichnung nicht dargestellten Abgasbehandlung, zugeführt. Die Strömungsrichtungen der Ladeluftströmung, der Frischluft und der Verbrennungsabgase sind durch die Pfeilrichtungen der die Leitungen 16, 48, 50, 52 symbolisierenden Blockpfeile dargestellt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
