DE112011100573T5

DE112011100573T5 - Turbolader

Info

Publication number: DE112011100573T5
Application number: DE112011100573T
Authority: DE
Inventors: Thomas Lischer
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2012-11-29
Also published as: US20120297768A1; WO2011102959A3; JP2013519841A; CN102741521A; US9500119B2; KR20120137477A; KR101682477B1; JP5813017B2; CN102741521B; WO2011102959A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turbolader (1) für einen Verbrennungsmotor (2) mit zumindest einer Niederdruck-Abgasrückführungsleitung (3), die über eine Abgaseinmischöffnung (12) in eine Ansaugleitung (10) des Verbrennungsmotors (2) eintritt; mit einer Turbine (4); und mit einem Verdichter (5); der mit der Turbine (4) antriebsverbunden ist, und der ein Verdichterrad (6) aufweist, das in einem Verdichtergehäuse (7) angeordnet ist, in das die Ansaugleitung (10) über einen Verdichtereintritt (11) mündet, und mit einer Mischeinrichtung (18) zur Mischung von zurückgeführtem Abgas (AG) und Frischluft (FL), dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (18) einen Einlaufverteiler (21) aufweist, in dem die sich zumindest im Wesentlichen entlang seiner Längsachse (L) erstreckende Abgasrückführleitung (3) und die sich zumindest im Wesentlichen im rechten Winkel zur Längsachse (L) erstreckende Ansaugleitung (10) mündet, und dass, in Strömungsrichtung (R) der Abgase (AG) gesehen, hinter einer Ausströmöffnung (22) der Abgasrückführleitung (3) eine Prallplatte (23) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein gattungsgemäßer Turbolader ist aus der WO 2008/095658 A1 bekannt.
Derartige Turbolader werden bei Verbrennungsmotoren eingesetzt, die zur Erfüllung der gesetzlich vorgeschriebenen Abgasgrenzwerte über einen weiten Betriebsbereich große Abgasmengen in die Ansaugstrecke des Motors zurückführen. Bei der Niederdruck-Abgasrückführung (ND-AGR) wird Abgas dem Frischluftstrom vor dem Verdichter des Turboladers zugeführt. Ist diese Vermischung nicht effektiv, ziehen sich abgasbeladene Strähnen mit erhöhter Temperatur durch den Verdichter.
Diese ungleichmäßige Vermischung des Abgases mit der Frischluft kann zu einseitigen, nicht rotationssymmetrischen Ablagerungen der unverbrannten Kohlenwasserstoffe und des Rußes im Verdichtergehäuse führen. Durch die einseitige Versperrung des Diffusorbereiches sind dann Folgeschäden durch den zunehmenden Radialschub durch Anstreifen auf Seiten des Verdichterrades und durch zusätzliche radiale Kräfte auf Seiten der Lagerung zu erwarten. Für eine Vergleichmäßigung der nicht zu unterdrückenden Anlagerungen ist somit ein rotationssymmetrisches Mischungsprofil der Verdichterzuströmung zu bevorzugen. Dies trifft auch insbesondere im Hinblick auf ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil am Verdichterradeintritt zu.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Turbolader für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der die oben genannten Nachteile überwindet, und insbesondere anstrebt, die Vermischung des zurückgeführten Abgases mit der angesaugten Frischluft auf möglichst kurzer Strecke zu verbessern und ein möglichst rotationssymmetrisches Mischungsprofil zu erreichen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Durch die Ausbildung der erfindungsgemäßen Mischeinrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Turboladers wird zunächst erreicht, dass die angesaugte Frischluft radial über den Einlaufverteiler dem Verdichter zugeführt wird. Die Niederdruck-Abgasrückführzuströmung erfolgt hierbei axial, also in Richtung der Längsachse des Einlaufverteilers. Zur Erreichung einer möglichst rotationssymmetrischen und schnellen Vermischung wird der Strahl der zurückgeführten Abgase auf eine Prallplatte gerichtet. Diese Prallplatte erreicht vorteilhafterweise die radiale Verteilung der Niederdruck-Abgasrückführzuströmung. Ferner wird vorteilhafterweise erreicht, dass etwaige in der zurückgeführten Abgasströmung vorhandene Wassertropfen durch die Prallplatte verkleinert werden, was zu einer Minimierung des Tropfenschlags auf das Verdichterrad führt.
Im Rahmen der Erfindung durchgeführte Untersuchungen und Analysen haben hierbei ergeben, dass sich durch die erfindungsgemäße Anordnung bereits nach einer sehr kurzen Mischstrecke nach dem Auslass der zurückgeführten Abgase ein gleichmäßiges und rotationssymmetrisches Geschwindigkeits- und Temperaturprofil einstellt. Die Temperaturverteilung ist hierbei identisch mit dem Mischungsfeld der Abgaskomponenten.
Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung.
Es zeigt:
1 eine schematisch stark vereinfachte Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Turboladers; und
2 eine schematisch stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mischeinrichtung.
Der in der 1 dargestellte Turbolader 1 weist eine Turbine 4 mit einem in einem Turbinengehäuse 13 angeordneten Turbinenrad 14 auf. Dieses Turbinenrad 14 ist über eine Rotorwelle 15 mit einem in einem Verdichtergehäuse 7 angeordneten Verdichterrad 6 eines Verdichters 5 verbunden.
Eine Abgasrückführungsleitung 3 von einem Motor 2 führt vorzugsweise über ein Regelventil 19 und einen Kühler 20 durch eine Abgaseinmischöffnung 12 in eine Ansaugleitung 10 des Motors 2. In der Ansaugleitung 10 ist eine Mischeinrichtung 18 vor dem Verdichtereintritt 11 angeordnet.
Ferner sind noch eine Zuführleitung 16 vom Verdichteraustritt 9 zum Motor 2 sowie eine Abgasleitung 17 vom Motor 2 zum Turbinengehäuse 13 dargestellt.
Durch diese erfindungsgemäße Anordnung der Abgasrückführungsleitung 3 wird das Abgas A_G durch die Abgaseinmischöffnung 12 in die Ansaugleitung 10 geleitet. Hier trifft das Abgas A_G auf die Frischluft F_L, die dann zusammen in Strömungsrichtung der Frischluft F_L durch die Mischeinrichtung 18 vermischt wird. Nach der fast vollständigen Durchmischung der beiden Stoffströme strömt das Gemisch durch den Verdichtereintritt 11 in den Diffusor 8.
Wie sich aus einer Zusammenschau der 1 und 2 ergibt, weist die erfindungsgemäße Mischeinrichtung 18 einen Einlaufverteiler 21 auf, in dem einerseits die Ansaugleitung 10 zur Zuführung von Frischluft F_L mündet und andererseits die Abgasrückführleitung 3 eingeleitet ist. Wie insbesondere die Darstellung der 2 verdeutlicht, stehen die beiden Leitungen 3 und 10 zumindest im Wesentlichen im rechten Winkel zueinander, vorzugsweise exakt in einem Winkel von 90°. Durch diese Anordnung ergibt sich eine radiale Einleitung von Frischluft F_L und eine Abgaseinleitung zumindest im Wesentlichen entlang der Längsachse L des Einlaufverteilers 21.
Bei der in 2 dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform ist im Einlaufverteiler 21 ein Führungskonus 24 angeordnet, der sich von seinem Eintritt 25 aus in Strömungsrichtung R der Abgase A_G gesehen, verjüngt. In diesen Führungskonus 24 mündet die Abgasrückführleitung 3, die an ihrem Ende eine Ausströmöffnung 22 aufweist. In Strömungsrichtung R der Abgase A_G gesehen hinter dieser Ausströmöffnung 22 ist eine Prallplatte 23 vorgesehen, auf die der zugeführte Abgasstrom A_G geleitet wird. Die Prallplatte 23 kann hierbei auf geeignete Art und Weise beispielsweise in einem sich an den Einlaufverteiler 21 anschließenden Rohrstutzen 26 oder im Einlaufverteiler 21 selbst fixiert werden.
Wie eingangs erläutert, ergibt sich durch diese Anordnung der Vorteil, dass die Prallplatte 23 die radiale Verteilung der zugeführten Abgase A_G bewirkt und darüber hinaus eventuell in der Abgasrückführströmung vorhandene Wassertropfen verkleinert.
Zur Ergänzung der Offenbarung wird explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in 1 und 2 verwiesen.
Bezugszeichenliste

1: Turbolader/Abgasturbolader
2: Motor
3: Abgasrückführungsleitung
4: Turbine
5: Verdichter
6: Verdichterrad
7: Verdichtergehäuse
8: Diffusor
9: Verdichteraustritt
10: Ansaugleitung
11: Verdichtereintritt
12: Abgaseinmischöffnung
13: Turbinengehäuse
14: Turbinenrad
15: Rotorwelle
16: Zuführleitung
17: Abgasleitung
18: Mischeinrichtung
19: Regelventil
20: Kühler
21: Einlaufverteiler
22: Ausströmöffnung
23: Prallplatte
24: Führungskonus
25: Eintritt
26: Rohrstutzen
A_G: Abgas
F_L: Frischluft
L: Längsachse R Strömungsrichtung der Abgase A_G

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

WO 2008/095658 A1 [0002]

Claims

Turbolader (1) für einen Verbrennungsmotor (2) – mit zumindest einer Niederdruck-Abgasrückführungsleitung (3), die über eine Abgaseinmischöffnung (12) in eine Ansaugleitung (10) des Verbrennungsmotors (2) eintritt; – mit einer Turbine (4); und – mit einem Verdichter (5); • der mit der Turbine (4) antriebsverbunden ist, und • der ein Verdichterrad (6) aufweist, das in einem Verdichtergehäuse (7) angeordnet ist, in das die Ansaugleitung (10) über einen Verdichtereintritt (11) mündet, und – mit einer Mischeinrichtung (18) zur Mischung von zurückgeführtem Abgas (A_G) und Frischluft (FL), dadurch gekennzeichnet, – dass die Mischeinrichtung (18) einen Einlaufverteiler (21) aufweist, in dem die sich zumindest im Wesentlichen entlang seiner Längsachse (L) erstreckende Abgasrückführleitung (3) und die sich zumindest im Wesentlichen im rechten Winkel zur Längsachse (L) erstreckende Ansaugleitung (10) mündet, und – dass, in Strömungsrichtung (R) der Abgase (A_G) gesehen, hinter einer Ausströmöffnung (22) der Abgasrückführleitung (3) eine Prallplatte (23) vorgesehen ist.
Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (18) einen Führungskonus (24) aufweist, der im Einlaufverteiler (21) angeordnet ist.
Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (3) in dem Führungskonus (24) mündet.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (23) im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung der Frischluft (FL) angeordnet ist.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet; dass die Prallplatte (23) im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der Frischluft (FL) angeordnet ist.
Mischeinrichtung (18) zur Mischung von zurückgeführtem Abgas (AG) und Frischluft (FL) eines Turboladers (1) gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, gekennzeichnet durch – einen Einlaufverteiler (21), in dem die sich zumindest im Wesentlichen entlang seiner Längsachse (L) erstreckende Zuführleitung (3) und die sich im Wesentlichen im rechten Winkel zur Längsachse (L) erstreckende Ansaugleitung (10) mündet, und – durch eine, in Strömungsrichtung (L) der Abgase (AG) gesehen, hinter einer Austrittsöffnung (22) der Zuführleitung (3) angeordnete Prallplatte (23).
Mischeinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Führungskonus (24), der in dem Einlaufverteiler (21) angeordnet ist.
Mischeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung (3) im Führungskonus (24) mündet.
Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (23) im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung der Frischluft (FL) angeordnet ist.
Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (23) im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der Frischluft (FL) angeordnet ist.