DE2658375A1

DE2658375A1 - Brennkraftmaschine mit abgasturbolader

Info

Publication number: DE2658375A1
Application number: DE19762658375
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Mikota; Josef Dipl Ing Zatecky
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1976-12-23
Filing date: 1976-12-23
Publication date: 1978-06-29
Also published as: BR7708558A; NL7714007A; IT1090826B; FR2375452A1; FR2375452B1; JPS5390516A; GB1583060A; DK145390B; DE2658375C2; ES464350A1; DD132989A1; DK572577A; JPS6060012B2; DK145390C

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft
Stadtbachstraße '', 8900 Augsburg

P.B. 2892/1307 21.12.76

Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader, mit einem den Austritt eines Ladeluft fördernden Verdichters und den Eintritt in einen Ladeluftkühler verbindenden Verbindungskanal.

Bei bekannten Abgasturboladern (MAN-Druckschrift "Mittelschnellaufende Viertakt-Schwerölmotoren", Seite 68, unteres Bild, D 36 51 28) wird die aus einem Verdichter mit
hoher Geschwindigkeit und starkem Drall austretende Ladeluft einem im wesentlichen quer zur Ladeluftausströmrichtung angeordneten Ladeluftkühlereintritt zugeführt, was
bei modernen Motoren aus Gründen einer kompakten Bauweise erforderlich sein kann.

Durch die Umlenkung der Ladeluft und durch die plötzliche Erweiterung des Verbindungskanals treten starke Strömungs-

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Verluste auf. Eine gleichmäßige Verteilunpj der Luft über der Kühlerfläche ist dabei nicht gewährleistet, was zu einer schlechten Ausnutzung des Kühlers und zu zusätzlichen Strömungswiderständen führt. Zur Verbesserung der StrÖTnungsverhältnisse wurden zwar Leitbleche angeordnet, durch die die Ladeluftströmung zum Kühlereintritt gerichtet wird. Diese Maßnahmen haben Jedoch den Nachteil, daß die Leitbleche im Strömungsquerschnitt zusätzlich zum Krümmer einen weiteren Strömungswiderstand darstellen und bei einer mit einem starken Drall behafteten Strömung, die eine starke in Umfangsrichtung des Verbindungskanals verlaufende Strömungskomponente aufweist, zu starker Verwirbelung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf dem Weg der Ladeluft hinter ihrem Verdichter Strömungsverluste zu vermindern und die Beaufschlagung an der Kühlereintritt sf lache zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest der an den Austritt des Verdichters anschließende Teil des Verbindungskanals ein im Querschnitt kreisförmiger oder ovaler Diffusor ist, in dem konzentrisch mindestens ein im Querschnitt kreisförmiger oder ovaler Diffusor angeordnet ist, dessen Eintritts- und Austrittsöffnungen sich zu den ringförmigen Eintritts- und Austritt soff nungen des äußeren Diffusors so verhalten, daß an beiden Austrittsöffnungen etwa gleiche Geschwindigkeiten herrschen.

Bei Anwendung dieser Maßnahme kann sich die Ladeluft auf sehr kurzem Wege entspannen, so daß die aus den Diffusoren auetretende Ladeli ft mit verringerter Geschwindigkeit

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und dementsprechend geringeren Strömungsverlusten auch bei engen geometrischen Bedingungen zum Ladeluftkühler geführt werden kann. Außerdem stellen die Diffusorwandungen für die mit einem starken Drall "behaftete Ladeluft strömung keinen nennenswerten Strömungswiderstand dar, da die Wandung in Richtung der Drallkomponente verläuft. Die Ladeluft kann sich daher auf ihrem Weg durch den Diffusor ohne Beeinträchtigung durch größere Verwirbelungsverluste entspannen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die Luft mit gleichmäßiger Geschwindigkeit sverteilung in den Ladeluftkühler einströmt und somit dessen Wirkungsgrad verbessert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der innere Diffusor länger als der äußere Diffusor. Somit kann einerseits die Verteilung der Luft über der Eintrittsfläche des Kühlers noch verbessert werden und andererseits kann für die Verzögerung der Luft im inneren Diffusor ein optimaler Erweiterungswinkel gewählt werden, da grundsätzlich bei gleichem Querschnittsverhältnis lange Diffusoren günstiger sind als kurze. Entsprechend den geometrischen Gegebenheiten kann somit der Gesamtwirkungsgrad gegenüber zwei gleich langen Diffusoren verbessert werden.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung kann der innere, länger ausgebildete Diffusor mit seiner Austrittsöffnung an einer einen in Durchströmrichtung des Ladeluftkühlers verlaufenden Teil des Verbindungskanals unterteilenden Zwischenwand befestigt sein. Man erreicht durch diese Maßnahme, daß die Entspannungsstrecke des äußeren Diffusors durch keinerlei Halterungsvorrichtungen für den inneren Diffusor behindert ist. Zu Strömungsverlusten führende Störfaktoren werden damit vermieden.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen .

Es zeigen

Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Diffusors mit angeschlossenem Verdichteraustrittsende und Zufuhrkanal zum Ladeluftkühler sowie

Figur 2 einen Schnitt durch den Diffusor eines anderen Ausführungsbeispiels in einer Ebene senkrecht zur Darstellung in Figur 1.

In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist an den Austritt 1 eines nicht dargestellten Verdichters ein sich kegelstumpfförmig erweiternder Diffusor 2 angeschlossen. Die Verbindung erfolgt über einen am Austritt 1 angeordneten Flansch 3, der an einen am oberen Randteil des Diffusors befestigten Flansch 4- angeschlossen ist. Konzentrisch im Diffusor 2 ist ein innerer Diffusor 5 angeordnet, der am äußeren Diffusor 2 durch Halterungselemente 6 befestigt ist. Der innere Diffusor 5 weist Eintrittsund Austrittsöffnungen 7 und 8 auf, die sich zu eine kreisrunde oder eine ovale Form aufweiserden, ringförmigen Eintritts- und Austrittsöffnungen 9 und 10 des Diffusors 2 so verhalten, daß an beiden Austrittsöffnungen 8 und 10 gleiche Geschwindigkeiten herrschen.

Bei der speziellen Ausgestaltung der Diffusoren 2 und 5 ist dabei zu berücksichtigen, daß zum einen die Geschwin-

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digkeitsverteilung an den "beiden Diffusoreintrittsöffnungen 7 und 9 unterschiedlich ist und daß zum anderen die Wandflächen des äußeren Diffusors 2 wesentlich größer sind als die des inneren Diffusors 5 und somit einen größeren Reibungswiderstand verursachen.

Von den Diffusoren 2 und 5 werden zwei Strömungskanäle 11 und 12 gebildet, von denen der äußere einen ringförmigen Querschnitt aufweist. An der Austrittsöffraing 10 des äußeren Diffusors 5 ist ein Flansch 1o befestigt, mit dem der Diffusor 2 an einem Zuführkanal 14- zu einem Ladeluftkühler 15 angeschlossen ist. Der Zuführkanal· 14- ist mit einem Flansch 16 mit einer Eintrittsseite 17 des Ladeluftkühlers 15 verbunden. In der Ausführungsform nach Figur 1 enden die Diffusoren 2 und 5 am Eintritt in den Zuführkanal 14. Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen, je nach den räumlichen Gegebenheiten, die Diffusoren 2 und 5 teilweise in den Zuführkanal 14- hineinragen oder in denen der Flansch des Verdichteraustritts unmittelbar an den die Diffusoren 2 und 5 vollständig aufnehmenden Zuführkanal 14- angeschlossen ist. Es sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die Diffusoren 2 und 5 schräg in den Zuführkanal 14- einmünden.

Die vom Verdichter geförderte Luft strömt mit hoher Geschwindigkeit und mit einem starken Drall durch den Austritt 1 in die Diffusoren 2 und 5 ein. Beim Eintritt in den Diffusorbereich wird der Luftstrom aufgeteilt. Ein Teil strömt durch die ringförmige Eintrittsöffnung 9 i-ⁿ einen Strömungskanal 11, der andere Teil durch die Eintritt sf lache 7 in einen Strömungskanal 12. Auf ihrem Weg durch diese sich erweiternden Strömungskanäle 11 und 12 entspannt sich die Ladeluft, so daß sich ein Teil des dynamischen Drucks in statischen Druck umwandelt. Die

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Ladeluft tritt somit mit verminderter Geschwindigkeit aus den Austrittsöffnungen 8 und 10 und kann in diesem Zustand mit nur noch geringen Strömungsverlusten der Eintrittsfläche 17 des Ladeluftkühlers 15 zugeführt werden. Die Eintrittsfläche kann dabei gerade oder quer zur Verdichteraustrittsfläche gelegen sein.

In dem Au s führung st> ei spiel nach Figur 2 ist der innere Diffusor 5 länger ausgebildet als der äußere Diffusor 2 und ist mit seiner Austrittsöffnung 8 mit einem Flansch 18 an einer den Zuführkanal zum Ladeluftkühler 15 in zwei Bereiche aufteilenden Zwischenwand 19 befestigt. In dieser Ausführungsform entfallen die in Figur 1 dargestellten Halterungselemente 6 für den inneren Diffusor 5, so daß die durch den Strömungskanal 11 fließende Ladeluft durch keinerlei Stromungswiderstande behindert wird,

In diesem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen, je nach den räumlichen Gegebenheiten, auch der äußere Diffusor 2 teilweise oder ganz in den Zuführkanal 14 hineinragt.

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Claims

P.ß, 2892/1307 - "T- Ansprüche:

1.) Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader, mit einem den Austritt eines Ladeluft fördernden Verdichters und den Eintritt in einen Ladeluftkühler verbindenden Verbindungskanal, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der an den Austritt (1) des Verdichters anschließende Teil des Verbindungskanals ein im Querschnitt kreisförmiger oder ovaler Diffusor (2) ist, in dem konzentrisch mindestens ein im Querschnitt kreisförmiger oder ovaler Diffusor (5) angeordnet ist, dessen Eintritts- und Austrittsöffnungen (7, 8) sich zu den ringförmigen Eintritts- und Austrittsöffnungen (9, 10) des äußeren Diffusors (2) so verhalten, daß an beiden Austrittsöffnungen (8, 10) etwa gleiche Geschwindigkeiten herrschen.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Diffusor (5) langer ist als der äußere Diffusor (2)ο

3· Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Diffusor (5) mit seiner Austrittsöffnung (8) an einer, einen in Durchströmrichtung des Ladeluftkühlers (15) verlaufenden Teil des Verbindungskanals unterteilenden Zwischenwand (19) befestigt ist.

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