DE102018221147B4 - Supercharged internal combustion engine with a compressor and a guide device arranged upstream of the compressor - Google Patents
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Abstract
Aufgeladene Brennkraftmaschine mit- einem Ansaugsystem (1) zum Zuführen von Ladeluft,- einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas,- mindestens einem zur Kompression einer Ladeluftströmung im Ansaugsystem (1) angeordneten Verdichter (2), der mindestens ein in einem Verdichtergehäuse (2c) auf einer drehbaren Welle (2a) gelagertes und mit Laufschaufeln ausgestattetes Laufrad (2b) umfasst und einen Eintrittsbereich (3) aufweist, der koaxial zur Welle (2a) des Verdichters (2) verläuft und ausgebildet ist,- einer Abgasrückführung umfassend eine Rückführleitung, die vom Abgasabführsystem abzweigt und stromaufwärts des mindestens einen Laufrades (2b) unter Ausbildung eines Knotenpunktes in das Ansaugsystem (1) mündet, und- einer Leiteinrichtung (4), die stromaufwärts des mindestens einen Verdichterlaufrades (2b) im Ansaugsystem (1) angeordnet ist und die sich zumindest auch zwischen dem mindestens einen Verdichterlaufrad (2b) und dem Knotenpunkt erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass- die Leiteinrichtung (4) eine innenliegende Hülse (4a) und mehrere leistenartige Leitelemente (4b) umfasst, wobei die leistenartigen Leitelemente (4b) die innenliegende Hülse (4a) außen zumindest bereichsweise spiralförmig umlaufen.Supercharged internal combustion engine with - an intake system (1) for supplying charge air, - an exhaust gas discharge system for discharging exhaust gas, - at least one compressor (2) arranged for compressing a charge air flow in the intake system (1), which has at least one compressor housing (2c). an impeller (2b) mounted on a rotatable shaft (2a) and equipped with rotor blades and having an inlet area (3) which runs coaxially to the shaft (2a) of the compressor (2) and is designed, - an exhaust gas recirculation system comprising a recirculation line which runs from exhaust gas removal system and opens into the intake system (1) upstream of the at least one impeller (2b) forming a node, and- a guide device (4) which is arranged upstream of the at least one compressor impeller (2b) in the intake system (1) and which extends at least between the at least one compressor impeller (2b) and the node, characterized in that- the Guide device (4) comprises an inner sleeve (4a) and a plurality of strip-like guide elements (4b), the strip-like guide elements (4b) spiraling around the inner sleeve (4a) at least in regions.
Description
Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit
- - einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft,
- - einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas,
- - mindestens einem zur Kompression einer Ladeluftströmung im Ansaugsystem angeordneten Verdichter, der mindestens ein in einem Verdichtergehäuse auf einer drehbaren Welle gelagertes und mit Laufschaufeln ausgestattetes Laufrad umfasst und einen Eintrittsbereich aufweist, der koaxial zur Welle des Verdichters verläuft und ausgebildet ist,
- - einer Abgasrückführung umfassend eine Rückführleitung, die vom Abgasabführsystem abzweigt und stromaufwärts des mindestens einen Laufrades unter Ausbildung eines Knotenpunktes in das Ansaugsystem mündet, und
- - einer Leiteinrichtung, die stromaufwärts des mindestens einen Verdichterlaufrades im Ansaugsystem angeordnet ist und die sich zumindest auch zwischen dem mindestens einen Verdichterlaufrad und dem Knotenpunkt erstreckt.
- - an intake system for supplying charge air,
- - an exhaust gas discharge system for discharging exhaust gas,
- - at least one compressor arranged in the intake system for compressing a charge air flow, which comprises at least one impeller mounted in a compressor housing on a rotatable shaft and equipped with rotor blades and having an inlet area which runs and is configured coaxially to the shaft of the compressor,
- - An exhaust gas recirculation comprising a recirculation line, which branches off from the exhaust gas discharge system and upstream of the at least one impeller, forming a node, opens into the intake system, and
- - A guide device which is arranged upstream of the at least one compressor impeller in the intake system and which also extends at least between the at least one compressor impeller and the node.
Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird beispielsweise als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung betrifft der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, d.h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine mindestens eine weitere Drehmoment-Quelle zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges umfassen, beispielsweise eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare bzw. antriebsverbundene Elektromaschine, welche anstelle der Brennkraftmaschine oder zusätzlich zur Brennkraftmaschine Leistung abgibt.An internal combustion engine of the type mentioned is used, for example, as a motor vehicle drive. In the context of the present invention, the term internal combustion engine refers to diesel engines and Otto engines, but also hybrid internal combustion engines, i.e. internal combustion engines that are operated with a hybrid combustion process, and hybrid drives that, in addition to the internal combustion engine, use at least one other torque source to drive a motor vehicle include, for example, an electric machine which can be drive-connected or is drive-connected to the internal combustion engine and which delivers power instead of the internal combustion engine or in addition to the internal combustion engine.
Die Bedeutung aufgeladener Brennkraftmaschinen nimmt ständig zu, wobei die Aufladung in erster Linie ein Verfahren zur Leistungssteigerung ist, bei dem die für den motorischen Verbrennungsprozess benötigte Luft verdichtet wird, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.Supercharged internal combustion engines are becoming increasingly important, with supercharging primarily being a method of increasing performance in which the air required for the engine's combustion process is compressed, which means that a larger air mass can be supplied to each cylinder per working cycle. As a result, the fuel mass and thus the intermediate pressure can be increased.
Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Wird der Hubraum verringert, lässt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Durch Aufladung in Kombination mit einer geeigneten Getriebeauslegung kann auch ein sogenanntes Downspeeding realisiert werden, bei dem ebenfalls ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch erzielt werden kann.Supercharging is a suitable means of increasing the performance of an internal combustion engine with the same displacement or reducing the displacement with the same performance. In any case, supercharging leads to an increase in installation space performance and a more favorable mass of power. If the displacement is reduced, the load collective can be shifted towards higher loads, at which specific fuel consumption is lower. Through supercharging in combination with a suitable gear design, so-called downspeeding can also be achieved, with which a lower specific fuel consumption can also be achieved.
Die Aufladung unterstützt folglich das ständige Bemühen in der Entwicklung von Brennkraftmaschinen, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d.h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.Supercharging consequently supports the constant effort in the development of internal combustion engines to minimize fuel consumption, i.e. to improve the efficiency of the internal combustion engine.
Häufig wird für die Aufladung ein Abgasturbolader eingesetzt, bei dem ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet sind. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Zylinder erreicht wird.An exhaust gas turbocharger is often used for charging, in which a compressor and a turbine are arranged on the same shaft. The hot exhaust gas flow is fed to the turbine and expands in the turbine, releasing energy, causing the shaft to rotate. The energy given off by the exhaust gas flow to the turbine and finally to the shaft is used to drive the compressor, which is also arranged on the shaft. The compressor conveys and compresses the charge air supplied to it, which means that the cylinders are charged.
Vorteilhafterweise wird ein Ladeluftkühler stromabwärts des Verdichters im Ansaugsystem vorgesehen, mit dem die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt wird. Der Kühler senkt die Temperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, so dass auch der Kühler zu einer besseren Füllung der Zylinder, d.h. zu einer größeren Luftmasse, beiträgt. Es erfolgt eine Verdichtung durch Kühlung.Advantageously, a charge air cooler is provided downstream of the compressor in the intake system, with which the compressed charge air is cooled before it enters the at least one cylinder. The cooler lowers the temperature and thus increases the density of the charge air, so that the cooler also contributes to better filling of the cylinders, i.e. to a larger air mass. Compression occurs through cooling.
Der Vorteil eines Abgasturboladers im Vergleich zu einem - mechanischen - Lader besteht darin, dass ein Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase nutzt, während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb erforderliche Energie direkt oder indirekt von der Brennkraftmaschine bezieht. In der Regel ist eine mechanische Verbindung, wie beispielsweise ein Zugmitteltrieb, zur Leistungsübertragung zwischen dem Lader und der Brennkraftmaschine erforderlich.The advantage of an exhaust gas turbocharger compared to a - mechanical - charger is that an exhaust gas turbocharger uses the exhaust gas energy of the hot exhaust gases, while a mechanical charger obtains the energy required for its drive directly or indirectly from the internal combustion engine. As a rule, a mechanical connection, such as a traction drive, is required for power transmission between the charger and the internal combustion engine.
Der Vorteil eines mechanischen Laders gegenüber einem Abgasturbolader besteht darin, dass der mechanische Lader in der Regel den angeforderten Ladedruck unabhängig vom momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine generieren und zur Verfügung stellen kann, insbesondere auch bei niedrigen Drehzahlen der Kurbelwelle. Das gilt insbesondere für einen Lader, der mittels Elektromaschine antreibbar ist und daher auch als elektrischer Lader bezeichnet werden kann.The advantage of a mechanical supercharger compared to an exhaust gas turbocharger is that the mechanical supercharger can generally generate and make available the required boost pressure independently of the current operating state of the internal combustion engine, especially at low crankshaft speeds. This applies in particular to a charger that can be driven by an electric machine and can therefore also be referred to as an electric charger.
Nach dem Stand der Technik bereitet es nämlich Schwierigkeiten, die Leistung mittels Abgasturboaufladung in allen Drehzahlbereichen zu steigern. Es wird ein stärkerer Drehmomentabfall bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl beobachtet. Verständlich wird dieser Drehmomentabfall, wenn berücksichtigt wird, dass das Ladedruckverhältnis vom Turbinendruckverhältnis abhängt. Wird die Motordrehzahl verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Turbinendruckverhältnis, weshalb das Ladedruckverhältnis zu niedrigeren Drehzahlen hin ebenfalls abnimmt. Dies ist gleichbedeutend mit einem Drehmomentabfall.According to the state of the art, it is difficult to increase the power in all speed ranges by means of exhaust gas turbocharging. A greater drop in torque is observed when the speed falls below a certain level. This drop in torque becomes understandable when it is taken into account that the boost pressure ratio depends on the turbine pressure ratio. If the engine speed is reduced, this leads to a smaller exhaust gas mass flow and thus to a lower turbine pressure ratio, which is why the boost pressure ratio also decreases towards lower engine speeds. This is equivalent to a drop in torque.
Zusätzlich zu einem Abgasturbolader kann grundsätzlich auch ein mechanischer bzw. elektrischer Lader vorgesehen werden. Da eine Abgasturboaufladung insbesondere unter Verwendung mehrerer Abgasturbolader kostenintensiv ist, kann anstelle einer Abgasturboaufladung auch eine Aufladung mittels einem mechanischen bzw. elektrischen Lader vorgenommen werden. Die Vorteile sind die oben bereits Genannten.In addition to an exhaust gas turbocharger, a mechanical or electrical supercharger can in principle also be provided. Since exhaust gas turbocharging is cost-intensive, in particular when using a plurality of exhaust gas turbochargers, charging by means of a mechanical or electrical supercharger can also be carried out instead of exhaust gas turbocharging. The advantages are those already mentioned above.
Die aufgeladene Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, verfügt zwecks Aufladung über mindestens einen Verdichter, welcher ein mechanischer Lader, ein elektrischer Lader oder der Verdichter eines Abgasturboladers sein kann.The supercharged internal combustion engine, which is the subject of the present invention, has at least one compressor, which can be a mechanical supercharger, an electric supercharger or the compressor of an exhaust gas turbocharger, for the purpose of supercharging.
Probleme können sich stromaufwärts des Verdichters ergeben, wenn die Brennkraftmaschine - wie die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine - mit einer Abgasrückführung ausgestattet ist, bei der das Abgas stromaufwärts des Verdichters in das Ansaugsystem eingeleitet wird. Es kann sich nämlich Kondensat bilden. Dabei sind mehrere Szenarien zu berücksichtigen.Problems can arise upstream of the compressor if the internal combustion engine—like the internal combustion engine according to the invention—is equipped with exhaust gas recirculation, in which the exhaust gas is introduced into the intake system upstream of the compressor. Condensation can form. There are several scenarios to consider.
Zum einen kann sich Kondensat bilden, wenn rückgeführtes heißes Abgas mit kühler Frischluft zusammentrifft und gemischt wird. Das Abgas kühlt sich ab, wohingegen die Temperatur der Frischluft angehoben wird. Die Temperatur der Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas, d.h. die Ladelufttemperatur, liegt unterhalb der Abgastemperatur des rückgeführten Abgases. Im Rahmen der Abkühlung des Abgases können zuvor noch gasförmig im Abgas enthaltene Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, auskondensieren, wenn die Tautemperatur einer Komponente der gasförmigen Ladeluftströmung unterschritten wird.First, condensate can form when recirculated hot exhaust gas meets and mixes with cool fresh air. The exhaust gas cools down, while the temperature of the fresh air is raised. The temperature of the mixture of fresh air and recirculated exhaust gas, i.e. the charge air temperature, is below the exhaust gas temperature of the recirculated exhaust gas. As part of the cooling of the exhaust gas, liquids previously contained in the exhaust gas in gaseous form, in particular water, can condense out if the dew temperature of a component of the gaseous charge air flow is not reached.
Es kommt zu einer Kondensatbildung in der freien Ladeluftströmung, wobei häufig Verunreinigungen in der Ladeluft den Ausgangspunkt für die Bildung von Kondensattröpfchen bilden.Condensate forms in the free charge air flow, with impurities in the charge air often being the starting point for the formation of condensate droplets.
Zum anderen kann sich Kondensat bilden, wenn rückgeführtes heißes Abgas bzw. die Ladeluft auf die Innenwandung des Ansaugsystems bzw. auf die Innenwandung des Verdichtergehäuses trifft, da die Wandtemperatur in der Regel unterhalb der Tautemperatur der relevanten gasförmigen Komponenten liegt.On the other hand, condensate can form when recirculated hot exhaust gas or the charge air hits the inner wall of the intake system or the inner wall of the compressor housing, since the wall temperature is usually below the dew temperature of the relevant gaseous components.
Die vorstehend beschriebene Problematik verschärft sich mit zunehmender Rückführrate, da mit der Zunahme der rückgeführten Abgasmenge die Anteile der einzelnen Abgaskomponenten in der Ladeluft zwangsläufig zunehmen, insbesondere der Anteil des im Abgas enthaltenen Wassers. Nach dem Stand der Technik wird daher die mittels Niederdruck-AGR rückgeführte Abgasmenge häufig begrenzt, um das Auskondensieren zu unterbinden bzw. zu vermindern. Die notwendige Begrenzung der Niederdruck-AGR einerseits und die für eine deutliche Absenkung der Stickoxidemissionen erforderlichen hohen Abgasrückführraten andererseits führen zu unterschiedlichen Zielsetzungen bei der Bemessung der rückgeführten Abgasmenge. Die gesetzlichen Anforderungen an die Reduzierung der Stickoxidemissionen verdeutlichen die hohe Relevanz dieses Problems für die Praxis.The problems described above are exacerbated as the recirculation rate increases, since the proportions of the individual exhaust gas components in the charge air inevitably increase with the increase in the recirculated quantity of exhaust gas, in particular the proportion of water contained in the exhaust gas. According to the prior art, the amount of exhaust gas recirculated by means of low-pressure EGR is therefore often limited in order to prevent or reduce condensation. The necessary limitation of the low-pressure EGR on the one hand and the high exhaust gas recirculation rates required for a significant reduction in nitrogen oxide emissions on the other lead to different objectives when measuring the recirculated exhaust gas quantity. The legal requirements for reducing nitrogen oxide emissions illustrate the high relevance of this problem in practice.
Die vorstehend in Zusammenhang mit der Rückführung heißen Abgases beschriebenen Effekte gelten in analoger Weise auch für den Entlüftungsstrom, welcher üblicherweise dem Kurbelgehäuse entnommen und in das Ansaugsystem stromaufwärts des Verdichters eingeleitet wird.The effects described above in connection with the recirculation of hot exhaust gas also apply in an analogous manner to the ventilation flow, which is usually taken from the crankcase and introduced into the intake system upstream of the compressor.
Kondensat und Kondensattröpfchen sind unerwünscht und führen zu einer erhöhten Geräuschemission im Ansaugsystem, gegebenenfalls zur Beschädigung der Schaufeln des mindestens einen Verdichterlaufrades. Letzteres ist mit einer Verminderung des Wirkungsgrades des Verdichters verbunden.Condensate and condensate droplets are undesirable and lead to increased noise emissions in the intake system, possibly to damage to the blades of the at least one compressor impeller. The latter is associated with a reduction in the efficiency of the compressor.
Auch wenn im Rahmen einer Niederdruck-AGR vorzugsweise Abgas durch den Verdichter hindurchgeführt wird, das einer Abgasnachbehandlung, insbesondere in einem Partikelfilter, unterzogen wurde, können Ablagerungen im Verdichter, welche die Geometrie des Verdichters, insbesondere die Strömungsquerschnitte, verändern und auf diese Weise den Wirkungsgrad des Verdichters verschlechtern, nicht vollständig vermieden werden.Even if, as part of a low-pressure EGR, exhaust gas that has undergone exhaust gas aftertreatment, in particular in a particle filter, is preferably fed through the compressor, deposits in the compressor can change the geometry of the compressor, in particular the flow cross sections, and thus the efficiency of the compressor deteriorate cannot be completely avoided.
Die
Bei der in der
Zudem weist die voluminöse Haube ein entsprechendes Gewicht auf, das als sehr nachteilig anzusehen ist. Zu berücksichtigen ist dabei, dass die Haube mit dem rotierenden Laufrad des Verdichters umläuft und sehr hohe Drehzahlen realisiert werden, wodurch entsprechend hohe Kräfte an der Verdichterwelle und im Lager angreifen. Da die schwere Haube zudem mit dem rotierenden Laufrad des Verdichters zu beschleunigen und zu verzögern ist, verschlechtert sich das Ansprechverhalten des Verdichters in nicht unerheblicher Weise.In addition, the voluminous hood has a corresponding weight, which is to be regarded as very disadvantageous. It must be taken into account that the hood rotates with the rotating impeller of the compressor and very high speeds are achieved, which means that correspondingly high forces act on the compressor shaft and in the bearing. Since the heavy hood also has to be accelerated and decelerated with the rotating impeller of the compressor, the response behavior of the compressor deteriorates in a not inconsiderable way.
Die
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und mit der insbesondere der Beschädigung des Verdichters infolge Kondensatbildung entgegengewirkt wird.Against the background of what has been said, it is the object of the present invention to provide a supercharged internal combustion engine according to the preamble of
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit
- - einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft,
- - einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas,
- - mindestens einem zur Kompression einer Ladeluftströmung im Ansaugsystem angeordneten Verdichter, der mindestens ein in einem Verdichtergehäuse auf einer drehbaren Welle gelagertes und mit Laufschaufeln ausgestattetes Laufrad umfasst und einen Eintrittsbereich aufweist, der koaxial zur Welle des Verdichters verläuft und ausgebildet ist,
- - einer Abgasrückführung umfassend eine Rückführleitung, die vom Abgasabführsystem abzweigt und stromaufwärts des mindestens einen Laufrades unter Ausbildung eines Knotenpunktes in das Ansaugsystem mündet, und
- - einer Leiteinrichtung, die stromaufwärts des mindestens einen Verdichterlaufrades im Ansaugsystem angeordnet ist und die sich zumindest auch zwischen dem mindestens einen Verdichterlaufrad und dem Knotenpunkt erstreckt,
- - die Leiteinrichtung eine innenliegende Hülse und mehrere leistenartige Leitelemente umfasst, wobei die leistenartigen Leitelemente die innenliegende Hülse außen zumindest bereichsweise spiralförmig umlaufen.
- - an intake system for supplying charge air,
- - an exhaust gas discharge system for discharging exhaust gas,
- - at least one compressor arranged in the intake system for compressing a charge air flow, which comprises at least one impeller mounted in a compressor housing on a rotatable shaft and equipped with rotor blades and having an inlet area which runs and is configured coaxially to the shaft of the compressor,
- - An exhaust gas recirculation comprising a recirculation line, which branches off from the exhaust gas discharge system and upstream of the at least one impeller, forming a node, opens into the intake system, and
- - a guide device which is arranged upstream of the at least one compressor impeller in the intake system and which also extends at least between the at least one compressor impeller and the node,
- - The guiding device comprises an inner sleeve and a plurality of strip-like guiding elements, the strip-like guiding elements encircling the inner sleeve on the outside at least in regions in a spiral manner.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die leistenartigen Leitelemente die innenliegende Hülse in der Art spiralförmig umlaufen, dass die unter Verwendung der Leitelemente geführte Ladeluftströmung eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Umfangsgeschwindigkeit des umlaufenden Verdichterlaufrades aufweist bzw. aufgezwungen bekommt.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the strip-like guide elements spirally encircle the inner sleeve in such a way that the charge air flow guided using the guide elements has or is forced to have a speed component in the direction of the peripheral speed of the rotating compressor impeller.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird nicht beabsichtigt, der Kondensatbildung im Ansaugsystem entgegen zu wirken oder aber das abgeschiedene Kondensat stromaufwärts des Verdichters zu sammeln und abzuführen. D.h. der Problematik infolge Kondensatbildung soll vorliegend nicht ursächlich begegnet werden.The internal combustion engine according to the invention is not intended to counteract the formation of condensate in the intake system or to collect and discharge the separated condensate upstream of the compressor. I.e. the problem resulting from the formation of condensate should not be countered causally in this case.
Vielmehr sollen die nachteiligen Effekte der Kondensatbildung durch geeignete Maßnahmen gemindert bzw. eliminiert werden, insbesondere die Beschädigung der Schaufeln des mindestens einen Verdichterlaufrades vermieden werden.Rather, the disadvantageous effects of condensate formation should be reduced or eliminated by suitable measures, in particular damage to the blades of the at least one compressor impeller should be avoided.
Aus diesem Grunde durchläuft die Ladeluftströmung erfindungsgemäß eine Leiteinrichtung bevor sie auf das mindestens eine Verdichterlaufrad trifft. Die erfindungsgemäße Leiteinrichtung umfasst eine innenliegende Hülse, in deren Innern ein Teil - vorzugsweise der überwiegende Teil - der Ladeluft mittig im Ansaugsystem geführt wird. Dieser Teil des Ladeluftstroms wird im Folgenden auch als innere Ladeluftströmung bezeichnet. Ein verbleibender, anderer Teil der Ladeluft umströmt die innenliegende Hülse außen und durchströmt dabei einen äußeren Kanal, der zwischen der innenliegenden Hülse und der Innenwandung des Ansaugsystems ausgebildet wird und regelmäßig ringförmig ist. Dieser Teil des Ladeluftstroms wird im Folgenden auch als äußere Ladeluftströmung bezeichnet.For this reason, according to the invention, the charge air flow passes through a guide device before it hits the at least one compressor impeller. The guiding device according to the invention comprises an internal sleeve, inside which a part—preferably the majority—of the charge air is guided centrally in the intake system. This part of the charge air flow is also referred to below as the inner charge air flow. A remaining part of the charge air flows around the inner sleeve on the outside and flows through an outer channel between the inner sleeve and the inner wall of the intake system is formed and is regularly ring-shaped. This part of the charge air flow is also referred to below as the outer charge air flow.
Die äußere Ladeluftströmung weist regelmäßig einen hohen Anteil an Kondensat bzw. viele Kondensattröpfchen auf. Dies kann unterschiedliche Ursachen haben. Zum einen überstreicht die äußere Ladeluftströmung die Innenwandung des Ansaugsystems, an der sich Kondensat und Kondensattröpfchen bilden und sammeln, welche in die äußere Ladeluftströmung gelangen bzw. von dieser äußeren Ladeluftströmung mitgenommen werden. Zum anderen mündet die Rückführleitung einer Abgasrückführung bzw. die Entlüftungsleitung einer Kurbelgehäuseentlüftung in das Ansaugsystem und zwar unter Ausbildung einer Eintrittsöffnung in der Innenwandung des Ansaugsystems. Infolgedessen gelangen die rückgeführten Abgase bzw. der Entlüftungsstrom in die äußere Ladeluftströmung und zwar bevorzugt, falls die innenliegende Hülse die Eintrittsöffnung überdeckt bzw. weit genug in das Ansaugsystem stromaufwärts der Eintrittsöffnung hineinragt.The outer charge air flow regularly has a high proportion of condensate or many condensate droplets. This can have different causes. On the one hand, the outer charge air flow sweeps over the inner wall of the intake system, on which condensate and condensate droplets form and collect, which get into the outer charge air flow or are entrained by this outer charge air flow. On the other hand, the recirculation line of an exhaust gas recirculation or the ventilation line of a crankcase ventilation opens into the intake system, specifically with the formation of an inlet opening in the inner wall of the intake system. As a result, the recirculated exhaust gases or the ventilation flow get into the outer charge air flow, preferably if the inner sleeve covers the inlet opening or protrudes far enough into the intake system upstream of the inlet opening.
In dem äußeren Kanal zwischen der innenliegenden Hülse und der Innenwandung des Ansaugsystems sind erfindungsgemäß Leitelemente der Leiteinrichtung angeordnet, welche die innenliegende Hülse außen und zumindest bereichsweise spiralförmig umlaufen.According to the invention, guide elements of the guide device are arranged in the outer channel between the inner sleeve and the inner wall of the intake system, which encircle the inner sleeve on the outside and at least in regions in a spiral shape.
Beim Durchströmen der leistenartigen Leitelemente wird der äußeren Ladeluftströmung mitsamt dem Kondensat bzw. den Kondensattröpfchen eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Umfangsgeschwindigkeit des umlaufenden Verdichterlaufrades aufgezwungen, wodurch die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Laufrad und der in das Laufrad eintretenden äußeren Ladeluftströmung, insbesondere die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Laufrad und den auf das Laufrad auftreffenden Kondensattröpfchen verringert bzw. minimiert wird.When flowing through the strip-like guide elements, the outer charge air flow, together with the condensate or the condensate droplets, is forced to have a velocity component in the direction of the peripheral speed of the rotating compressor impeller, which reduces the relative speed between the impeller and the outer charge air flow entering the impeller, in particular the relative speed between the impeller and the condensate droplets hitting the impeller is reduced or minimized.
Die Reduzierung der Relativgeschwindigkeiten hat den vorteilhaften Effekt, dass insbesondere die auf das Laufrad auftreffenden Kondensattröpfchen einen vergleichsweise kleinen Impuls aufweisen bzw. mit sich bringen, wodurch die Gefahr einer Beschädigung der Schaufeln des mindestens einen Verdichterlaufrades vermindert bzw. eliminiert wird.The reduction in the relative speeds has the advantageous effect that in particular the condensate droplets striking the impeller have or bring with them a comparatively small impulse, as a result of which the risk of damage to the blades of the at least one compressor impeller is reduced or eliminated.
Eine Beschädigung der Laufschaufelkanten durch Kondensat und eine damit einhergehende Verminderung des Verdichterwirkungsgrades werden unterbunden.Damage to the blade edges by condensate and an associated reduction in compressor efficiency are prevented.
Eine Begrenzung der rückgeführten Abgasmenge ist nicht erforderlich, so dass hohe Rückführraten realisiert werden können, um die Stickoxidemissionen deutlich zu reduzieren. It is not necessary to limit the amount of exhaust gas that is recirculated, so that high recirculation rates can be achieved in order to significantly reduce nitrogen oxide emissions.
Durch die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst, nämlich eine aufgeladene Brennkraftmaschine bereitgestellt, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und mit der insbesondere der Beschädigung des Verdichters infolge Kondensatbildung entgegengewirkt wird.The internal combustion engine according to the invention achieves the object underlying the invention, namely providing a supercharged internal combustion engine with which the disadvantages known from the prior art are overcome and with which damage to the compressor as a result of condensation is counteracted in particular.
Ein leistenartiges Leitelement ist dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Leitelements - wie bei einer Fußleiste - die Breite und die Tiefe des Leitelements um ein Vielfaches übersteigt.A strip-like guide element is characterized in that the length of the guide element—as with a skirting board—exceeds the width and depth of the guide element many times over.
Die erfindungsgemäße Leiteinrichtung eignet sich auch zur Nachrüstung von bereits auf dem Markt befindlichen Verdichtern.The guide device according to the invention is also suitable for retrofitting compressors that are already on the market.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the supercharged internal combustion engine are discussed in connection with the subclaims.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein leistenartiges Leitelement an einer Innenwandung des Ansaugsystems befestigt ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which at least one strip-like guide element is fastened to an inner wall of the intake system.
Ein leistenartiges Leitelement, mehrere Leitelemente oder sämtliche Leitelemente können an der Innenwandung des Ansaugsystems befestigt sein, beispielsweise indem das mindestens eine Leitelement einteilig mit dem Ansaugsystem ausgebildet ist, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung realisiert wird.A strip-like guiding element, several guiding elements or all guiding elements can be fastened to the inner wall of the intake system, for example by the at least one guiding element being formed in one piece with the intake system, whereby an integral connection is realized.
Vorteilhaft sind aber insbesondere Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein leistenartiges Leitelement an der innenliegenden Hülse befestigt ist.However, embodiments of the supercharged internal combustion engine in which at least one strip-like guide element is fastened to the inner sleeve are particularly advantageous.
Ein leistenartiges Leitelement, mehrere Leitelemente oder sämtliche Leitelemente können auch an der innenliegenden Hülse befestigt sein, beispielsweise indem das mindestens eine Leitelement einteilig mit der innenliegenden Hülse ausgebildet ist, so dass die innenliegende Hülse und das mindestens eine leistenartige Leitelement ein monolithisches Bauteil bilden, d.h. einstückig ausgebildet sind.A strip-like guiding element, several guiding elements or all guiding elements can also be fastened to the inner sleeve, for example by the at least one guiding element being formed in one piece with the inner sleeve, so that the inner sleeve and the at least one strip-like guiding element form a monolithic component, i.e. in one piece are trained.
Die vorstehende Ausführungsform eignet sich besonders zur Nachrüstung von bereits auf dem Markt befindlichen Verdichtern.The above embodiment is particularly suitable for retrofitting compressors that are already on the market.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang - wie bereits erwähnt - Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein leistenartiges Leitelement und die innenliegende Hülse einteilig in der Art ausgebildet sind, dass das mindestens eine leistenartige Leitelement und die innenliegende Hülse ein monolithisches Bauteil bilden.Are advantageous in this context - as already mentioned - embodiments of the supercharged internal combustion engine, in which at least one strip-like guide element and the inner sleeve are integrally formed in the way that the at least one strip-like guide element and the inner sleeve form a monolithic component.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein leistenartiges Leitelement zumindest bereichsweise einen flügelförmigen Querschnitt aufweist. Dann ist das Leitelement an seiner der Hülse zugewandten Seite vorzugsweise verdickt ausgebildet und wird mit zunehmendem Abstand zur Hülse dünner bzw. schmaler.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which at least one strip-like guide element has a wing-shaped cross section at least in regions. The guide element is then preferably thickened on its side facing the sleeve and becomes thinner or narrower with increasing distance from the sleeve.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen jedes leistenartige Leitelement eine der Ladeluftströmung zugewandte Eintrittskante aufweist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which each strip-like guide element has a leading edge facing the charge air flow.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Eintrittskante keilförmig ausgebildet ist.In this context, embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the leading edge is wedge-shaped are advantageous.
Eine keilförmig ausgebildete Eintrittskante erleichtert der Ladeluftströmung den Eintritt zwischen zwei benachbarte Leitelemente, ohne dass die Strömung turbulent wird. Vielmehr wird die Ladeluftströmung von den keilförmigen Eintrittskanten trichterartig zwischen die Leitelemente geführt, wobei die flügelähnlichen Leitelemente dafür sorgen, dass die Ladeluftströmung entlang der Leitelemente geführt wird.A wedge-shaped leading edge makes it easier for the charge air flow to enter between two adjacent guide elements without the flow becoming turbulent. Rather, the charge air flow is guided by the wedge-shaped entry edges in a funnel-like manner between the guide elements, with the wing-like guide elements ensuring that the charge air flow is guided along the guide elements.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen zwei benachbarte leistenartige Leitelemente einen Kanal ausbilden, der sich zum Verdichterlaufrad hin verjüngt.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which two adjacent strip-like guide elements form a channel that tapers towards the compressor impeller.
Verjüngt sich der von zwei benachbarten Leitelementen ausgebildete Kanal in Strömungsrichtung düsenartig, wird die zwischen zwei benachbarten Leitelementen geführte Ladeluftströmung beim Durchströmen des Kanals beschleunigt, wodurch die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Laufrad und der in das Laufrad eintretenden äußeren Ladeluftströmung, insbesondere die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Laufrad und den auf das Laufrad auftreffenden Kondensattröpfchen verkleinert werden kann.If the duct formed by two adjacent guide elements tapers like a nozzle in the direction of flow, the charge air flow guided between two adjacent guide elements is accelerated as it flows through the duct, as a result of which the relative speed between the impeller and the outer charge air flow entering the impeller, in particular the relative speed between the impeller and the condensate droplets hitting the impeller can be reduced.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die innenliegende Hülse zylinderförmig ausgebildet ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which the inner sleeve is cylindrical are advantageous.
Die zylinderförmige Ausbildung der innenliegenden Hülse verleiht der Leiteinrichtung eine gewisse Symmetrie, welche den Einbau der Leiteinrichtung in das Ansaugsystem bzw. den Verdichtereintrittsbereich, d.h. die Montage erleichtert.The cylindrical design of the inner sleeve gives the guide device a certain symmetry, which facilitates installation of the guide device in the intake system or the compressor inlet area, i.e. assembly.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die innenliegende Hülse koaxial zur Welle des Verdichters verläuft und ausgebildet ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the inner sleeve runs and is designed coaxially to the shaft of the compressor.
Der mindestens eine Verdichter weist einen Eintrittsbereich auf, der koaxial zur Welle des Verdichters verläuft und ausgebildet ist. Insofern bildet eine innenliegende koaxial zur Welle des Verdichters ausgebildete Hülse die strömungstechnisch günstige Verlängerung des koaxial ausgebildeten Eintrittsbereichs.The at least one compressor has an inlet area which runs and is formed coaxially to the shaft of the compressor. In this respect, an internal sleeve designed coaxially to the shaft of the compressor forms the streamlined extension of the coaxially designed inlet area.
Die Anpassung bzw. Heranführung der zwischen den Leitelementen geführten Ladeluftströmung an die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades bzw. der Laufradschaufeln wird dadurch vereinfacht.This simplifies the adjustment or introduction of the charge air flow guided between the guide elements to the peripheral speed of the impeller or the impeller blades.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die innenliegende Hülse erste Löcher aufweist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the inner sleeve has first holes.
Die ersten Löcher sorgen für eine fluidische Verbindung der äußeren Ladeluftströmung mit der inneren Ladeluftströmung, d.h. dem Innern der Hülse. Die Löcher können kreisförmig, ellipsenförmig oder eckig, insbesondere polygonal, ausgebildet sein, aber auch jede andere Form aufweisen.The first holes provide fluid communication of the outer charge air flow with the inner charge air flow, i.e. the interior of the sleeve. The holes can be circular, elliptical or angular, in particular polygonal, but can also have any other shape.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die innenliegende Hülse zwischen den leistenartigen Leitelementen erste Löcher aufweist.In this context, embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the inner sleeve has first holes between the strip-like guide elements.
Infolge der Beschleunigung der zwischen zwei benachbarten Leitelementen geführten äußeren Ladeluftströmung sinkt der statische Druck außerhalb der Hülse. Die daraus resultierende Druckdifferenz zwischen dem Innern der Hülse und dem äußeren Kanal sorgt als treibende Druckdifferenz für eine Ladeluftströmung via der ersten Löcher vom Innern der Hülse in den äußeren Kanal. Dadurch werden zusätzliche Turbulenzen in der äußeren Ladeluftströmung erzeugt, die zur Zerstäubung des Kondensats bzw. der Zerkleinerung der Kondensattröpfchen führen bzw. beitragen.As a result of the acceleration of the outer charge air flow guided between two adjacent guide elements, the static pressure outside the sleeve drops. The resulting pressure difference between the interior of the sleeve and the outer channel, as the driving pressure difference, ensures a charge air flow via the first holes from the interior of the sleeve into the outer channel. This creates additional turbulence in the outer charge air flow, which leads to or contributes to the atomization of the condensate or the comminution of the condensate droplets.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein leistenartiges Leitelement mindestens ein zweites Loch aufweist.Also advantageous are embodiments of the supercharged internal combustion engine in which at least one strip-like guide element has at least one second hole.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen jedes leistenartige Leitelement mehrere zweite Löcher aufweist.In this context, embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which each strip-like guide element has a plurality of second holes.
Die zweiten Löcher sorgen für eine fluidische Verbindung der Ladeluftströmungen auf beiden Seiten eines leistenartigen Leitelements. Die Löcher können kreisförmig, ellipsenförmig oder eckig, insbesondere polygonal, ausgebildet sein, aber auch jede andere Form aufweisen.The second holes ensure a fluidic connection of the charge air flows on both sides th of a strip-like guiding element. The holes can be circular, elliptical or angular, in particular polygonal, but can also have any other shape.
Infolge dieser fluidischen Verbindung und dem Umlenken der Ladeluftsröme zwischen den Leitelementen werden zusätzliche Turbulenzen in der äußeren Ladeluftströmung erzeugt, die zur Zerstäubung des Kondensats bzw. der Zerkleinerung der Kondensattröpfchen führen bzw. beitragen. Der Gefahr einer Beschädigung der Schaufeln wird dadurch weiter entgegengewirkt.As a result of this fluidic connection and the deflection of the charge air streams between the guide elements, additional turbulences are generated in the outer charge air flow, which lead to or contribute to the atomization of the condensate or the comminution of the condensate droplets. This further counteracts the risk of damage to the blades.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die leistenartigen Leitelemente von einer außenliegenden Hülse ummantelt sind.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the strip-like guide elements are encased by an external sleeve.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Verdichter ein mechanischer Lader oder ein elektrisch angetriebener Lader ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the at least one compressor is a mechanical supercharger or an electrically driven supercharger.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Verdichter zu einem Abgasturbolader gehört, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und den Verdichter umfasst, wobei der Verdichter und die Turbine auf derselben Welle angeordnet sind.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the at least one compressor belongs to an exhaust gas turbocharger that includes a turbine arranged in the exhaust gas discharge system and the compressor, with the compressor and the turbine being arranged on the same shaft.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen die Abgasrückführung ein Absperrelement umfasst, welches der Einstellung der rückgeführten Abgasmenge dient. Das auf die Einlassseite zurückgeführte und vorzugsweise gekühlte Abgas wird stromaufwärts des Verdichters mit Frischluft gemischt. Die auf diese Weise erzeugte Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas bildet die Ladeluft, die dem Verdichter zugeführt und komprimiert wird.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which the exhaust gas recirculation comprises a shut-off element which is used to adjust the recirculated exhaust gas quantity. The exhaust gas that is returned to the inlet side and preferably cooled is mixed with fresh air upstream of the compressor. The mixture of fresh air and recirculated exhaust gas generated in this way forms the charge air, which is fed to the compressor and compressed.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen eine Entlüftungsleitung vorgesehen ist, die stromaufwärts des mindestens einen Verdichters in das Ansaugsystem mündet.Embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which a ventilation line is provided which opens into the intake system upstream of the at least one compressor.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und gemäß den
-
1a schematisch ein Fragment des Ansaugsystems einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mitsamt Leiteinrichtung, teilweise geschnitten und mit Blick in Richtung der Welle des Verdichters, -
1b das in1a dargestellte Fragment des Ansaugsystems im Querschnitt entlang der in1a kenntlich gemachten Linie A - A, und -
1c das in1a dargestellte Fragment des Ansaugsystems im Querschnitt entlang der in1a kenntlich gemachten Linie B - B.
-
1a schematically a fragment of the intake system of a first embodiment of the internal combustion engine together with the guide device, partially sectioned and looking in the direction of the compressor shaft, -
1b this in1a shown fragment of the intake system in cross section along the in1a marked line A - A, and -
1c this in1a shown fragment of the intake system in cross section along the in1a marked line B - B.
Die
Die
Das Ansaugsystem 1 dient dem Zuführen von Ladeluft zu den Zylindern und der Verdichter 2 der Aufladung der Zylinder und damit der Brennkraftmaschine. Der Verdichter 2 umfasst ein in einem Verdichtergehäuse 2c auf einer drehbaren Welle 2a gelagertes und mit Laufschaufeln ausgestattetes Laufrad 2b. Der Eintrittsbereich 3 des Verdichters 2 ist koaxial zur Welle 2a des Verdichters 2 ausgebildet, so dass der Abschnitt des Ansaugsystems 1 stromaufwärts des Verdichters 2 keine Richtungsänderungen aufweist und die Anströmung der Ladeluft zu dem Verdichter 2 ohne weitere Maßnahmen axial erfolgen würde.The
Die Brennkraftmaschine ist mit einer Abgasrückführung ausgestattet, welche eine Rückführleitung umfasst, die vom Abgasabführsystem abzweigt und stromaufwärts des Verdichters 2 bzw. des Verdichterlaufrades 2b unter Ausbildung eines Knotenpunktes in das Ansaugsystem 1 mündet (nicht dargestellt).The internal combustion engine is equipped with exhaust gas recirculation, which includes a recirculation line that branches off from the exhaust gas discharge system and opens into
Das Ansaugsystem 1 der Brennkraftmaschine ist mit einer Leiteinrichtung 4 ausgestattet, die stromaufwärts des Verdichterlaufrades 2b angeordnet ist und die sich auch zwischen dem Verdichterlaufrad 2b und dem Knotenpunkt erstreckt, wie auch in
Die Leiteinrichtung 4 umfasst eine innenliegende zylinderförmige Hülse 4a und mehrere leistenartige Leitelemente 4b, die die innenliegende Hülse 4a außen zumindest bereichsweise spiralförmig umlaufen, wie in
Im Innern der Hülse 4a wird der überwiegende Teil der Ladeluft mittig im Ansaugsystem 1 geführt. Diese innere Ladeluftströmung 6b strömt das Verdichterlaufrad 2b im Wesentlichen axial an.Inside the
Ein anderer Teil der Ladeluft umströmt die innenliegende Hülse 4a außen und bildet eine äußere Ladeluftströmung 6a, welche einen äußeren ringförmigen Kanal, der zwischen der innenliegenden Hülse 4a und der Innenwandung 1a des Ansaugsystems 1 ausgebildet wird, durchströmt.Another part of the charge air flows around the
Die äußere Ladeluftströmung 6a weist regelmäßig einen hohen Anteil an Kondensat bzw. viele Kondensattröpfchen auf, wie auch in
In dem äußeren Kanal zwischen der innenliegenden Hülse 4a und der Innenwandung 1a des Ansaugsystems 1 sind mehrere Leitelemente 4b der Leiteinrichtung 4 angeordnet, welche die innenliegende Hülse 4a außen bereichsweise spiralförmig umlaufen und eine keilförmige Eintrittskante 4b' aufweisen.In the outer channel between the
Beim Durchströmen der leistenartigen Leitelemente 4b wird der äußeren Ladeluftströmung 6a mitsamt dem Kondensat bzw. den Kondensattröpfchen eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Umfangsgeschwindigkeit des umlaufenden Verdichterlaufrades 2b aufgezwungen. Die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades 2b ist in
Die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Laufrad 2b und der in das Laufrad 2b eintretenden äußeren Ladeluftströmung 6a, insbesondere die Relativgeschwindigkeit in Umfangsrichtung des Laufrades 2b zwischen dem Laufrad 2b und den auf das Laufrad 2b auftreffenden Kondensattröpfchen wird verringert.The relative speed between the
Der Geschwindigkeitsvektor der Ladeluftanströmung 6a relativ zum Verdichterlaufrad 2b setzt sich aus dem Geschwindigkeitsvektor der Ladeluftströmung 6a im Ansaugsystem 1 und dem Vektor der Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Verdichterlaufrades 2b zusammen.The speed vector of the
Die innenliegende Hülse 4a weist zwischen den leistenartigen Leitelementen 4b erste Löcher 5a auf, welche eine fluidische Verbindung zwischen dem äußeren Kanal und dem Innern der Hülse 4a schaffen. Infolge der Beschleunigung der äußeren Ladeluftströmung 6a zwischen den Leitelementen 4b sinkt der statische Druck im äußeren Kanal, weshalb Ladeluft via der ersten Löcher 5a vom Innern der Hülse 4a in den äußeren Kanal strömt. Die dadurch in der äußeren Ladeluftströmung 6a generierten Turbulenzen tragen zur Zerstäubung des Kondensats und der Zerkleinerung der Kondensattröpfchen bei.The
Die Leitelemente 4b selbst weisen zweite Löcher 5b auf, welche ebenfalls für eine fluidische Verbindung sorgen und zwar zwischen den Ladeluftströmungen beidseits der leistenartigen Leitelemente 4b. Infolge der Umlenkung der Ladeluftsröme zwischen den Leitelementen 4b werden mittels der zweiten Löcher 5b zusätzliche Turbulenzen in der äußeren Ladeluftströmung 6a erzeugt.The
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Ansaugsystemintake system
- 1a1a
- Innenwandung des Ansaugsystemsinner wall of the intake system
- 22
- Verdichtercompressor
- 2a2a
- Welle des Verdichtersshaft of the compressor
- 2b2 B
- Laufrad des Verdichters, VerdichterlaufradCompressor impeller, compressor impeller
- 2c2c
- Verdichtergehäusecompressor housing
- 33
- Eintrittsbereich des Verdichtersinlet area of the compressor
- 44
- Leiteinrichtungcontrol device
- 4a4a
- innenliegende Hülseinner sleeve
- 4b4b
- leistenartiges Leitelementstrip-like guiding element
- 4b'4b'
- Eintrittskante eines LeitelementsLeading edge of a guide element
- 5a5a
- Loch, erstes Lochhole, first hole
- 5b5b
- Loch, zweites Lochhole, second hole
- 6a6a
- äußere Ladeluftströmungouter charge air flow
- 6b6b
- innere Ladeluftströmunginternal charge air flow
Claims (16)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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CN201911063884.4A CN111287836A (en) | 2018-12-06 | 2019-11-04 | Supercharged internal combustion engine having a compressor and a guide device arranged upstream of the compressor |
Applications Claiming Priority (1)
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE602004001451T2 (en) | 2004-05-18 | 2007-02-08 | C.R.F. Società Consortile per Azioni, Orbassano | Automotive Compressor |
DE102005019896A1 (en) | 2005-04-29 | 2006-11-09 | Bayerische Motoren Werke Ag | Spin production device for compressor wheels of turbocharger, has flexible guide vanes with fixed area connected with support section and adjustable/deformable area connected with circular adjusting section |
US8297922B2 (en) | 2009-07-31 | 2012-10-30 | Nuovo Pignone S.P.A. | Impeller cover and method |
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