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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Verbrennungskraftmaschinen sind insbesondere aus dem Serienbau von Kraftwagen hinlänglich bekannt und umfassen beispielsweise einen in der 1 gezeigten Abgasturbolader 10 zum Aufladen der Verbrennungskraftmaschine. Der Abgasturbolader 10 umfasst einen Verdichter 12, welcher ein Verdichtergehäuse 14 umfasst. Das Verdichtergehäuse 14 weist einen Aufnahmeraum auf, in welchem ein Verdichterrad um eine Drehachse relativ zum Verdichtergehäuse 14 drehbar zumindest teilweise aufgenommen ist. Der Verdichter 12 mit dem Verdichterrad dient dazu, wenigstens ein der Verbrennungskraftmaschine zuzuführendes und zumindest im Wesentlichen gasförmiges Medium zu verdichten.
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Bei dem gasförmigen Medium handelt es sich beispielsweise um Luft, welche von der Verbrennungskraftmaschine aus der Umgebung angesaugt wird. Diese Luft wird als Frischluft bezeichnet. Die Luft strömt infolge ihrer Ansaugung in eine Ansaugverrohrung eines Ansaugtrakts, in welchem der Verdichter 12 angeordnet ist, ein und wird mittels eines in dem Ansaugtrakt angeordneten Luftfilters gereinigt.
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Der Verdichter 12 umfasst ein Leitungselement 16, über das dem Verdichter 12 bzw. dem Verdichterrad das zu verdichtende Medium zuführbar ist. Das Leitungselement 16 weist einen ersten Leitungsbereich 18 auf, welcher von der Luft zu durchströmen ist.
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Der Verdichter 12 umfasst auch ein Rückführelement 20, welches in dem ersten Leitungsbereich 18 in das Rückführelement 20 mündet. Mittels des Rückführelements 20 ist ein zumindest im Wesentlichen gasförmiges, weiteres Medium von einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine zu stromauf des Verdichterrads rückführbar und in das Leitungselement 16 einleitbar. Bei dem weiteren Medium handelt es sich um sogenanntes Blow-By-Gas aus dem Kurbelgehäuse. Das Blow-By-Gas kann unverbrannte Kohlenwasserstoffe enthalten, die über das Rückführelement 20 in den Ansaugtrakt zu stromauf des Verdichterrads rückgeführt werden. Auch das Blow-By-Gas kann mittels des Verdichters 12 und dessen Verdichterrad verdichtet werden und anschließend in Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine an Verbrennungsvorgängen teilnehmen. Dadurch werden die unverbrannten Kohlenwasserstoffe verbrannt, so dass sie nicht unverbrannt an die Umgebung entlassen werden. Das Rückführelement 20 stellt dabei ein weiteres Leitungselement des Verdichters 12 dar, über welches das zumindest im Wesentlichen gasförmige, weitere Medium dem Verdichter 12 zugeführt wird.
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Die
DE 199 55 508 C1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader, der eine Abgasturbine und einen Verdichter zur Erzeugung komprimierter Ladeluft umfasst. Es hat sich gezeigt, dass es zu unerwünschten Fehlfunktion der bekannten Verdichter kommen kann, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Verbrennungskraftmaschine eine besonders hohe Funktionserfüllungssicherheit aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Eine solche Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, weist einen Ansaugtrakt auf, in welchem ein Verdichter angeordnet ist. Der Verdichter dient zum Verdichten wenigstens eines der Verbrennungskraftmaschine zuzuführenden und zumindest im Wesentlichen gasförmigen Mediums. Der Verdichter weist dazu wenigstens ein Leitungselement mit einem Leitungsbereich auf, über das dem Verdichter das zu verdichtende Medium zuführbar ist. Das zu verdichtende Medium kann dabei das Leitungselement in dessen Leitungsbereich durchströmen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Leitungselement mit einem Kühlmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, der Verbrennungskraftmaschine versorgbar ist. Mittels des Kühlmediums ist das Leitungselement zumindest in dem Leitungsbereich temperierbar. Dadurch ist das das Leitungselement in dem Leitungsbereich durchströmende Medium temperierbar, d. h. hinsichtlich seiner Temperatur einstellbar.
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Dies erfolgt infolge eines Wärmeübergangs bzw. eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmedium und dem gasförmigen Medium über des Leitungselement.
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Dadurch können unerwünschte Fehlfunktionen des Verdichters und damit der Verbrennungskraftmaschine infolge einer ungünstigen Temperatur des Leitungselements und damit des Mediums vermieden werden. Somit weist die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine auch bei stark schwankenden Umgebungstemperaturen eine besonders hohe Funktionserfüllungssicherheit auf.
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Insbesondere ist es durch das Versorgen des Leitungselements mit dem Kühlmedium möglich, das Leitungselement zumindest in dem Leitungsbereich und darüber das gasförmige Medium zu erwärmen. So kann eine Eisbildung, infolge derer Verdichterschaufeln eines Verdichterrads des Verdichters beschädigt oder gar zerstört werden können, vermieden werden. Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine weist somit auch bei besonders geringen Umgebungstemperaturen eine besonders hohe Funktionserfüllungssicherheit auf.
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Bei dem zumindest im Wesentlichen gasförmigen Medium kann es sich um Luft, insbesondere Frischluft, handeln, welche über das Leitungselement dem Verdichter zugeführt wird. Bei dem zumindest im Wesentlichen gasförmigen Medium kann es sich auch um sogenanntes Blow-By-Gas aus einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine handeln, welches über das Leitungselement zu stromauf des Verdichterrades vom Kurbelgehäuse rückgeführt und mittels des Verdichters verdichtet wird. Bei dem gasförmigen Medium kann es sich auch um ein Gemisch aus der Luft (Frischluft) und dem Blow-By-Gas handeln.
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In vorteilhafter Ausgestaltung ist das Leitungselement mittels eines Kanalelements mit dem Kühlmedium beaufschlagbar, wobei das Kanalelement den Leitungsbereich zumindest teilweise umgibt und vorzugsweise in das Leitungselement integriert ist. Dadurch können das Leitungselement und darüber das Medium effizient temperiert werden.
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Vorteilhafterweise kann das Kühlmedium das Leitungselement zumindest in dem Leitungsbereich in Umfangsrichtung des Leitungselements außenumfangsseitig vollständig umlaufend umströmen und dadurch beaufschlagen. So können das Leitungselement im Leitungsbereich und das Medium vollumfänglich temperiert und insbesondere erwärmt werden. Draus resultiert eine besonders schnelle Temperierung.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine Ventileinrichtung vorgesehen, mittels welchem die Versorgung des Leitungselements mit dem Kühlmedium zu unterbrechen und freizugeben ist. Dies ermöglicht eine bedarfsgerechte Temperierung des Leitungselements und damit des Mediums. So kann das Medium beispielsweise nur dann mittels des Kühlmediums erwärmt werden, wenn die Umgebungstemperatur einen vorgebbaren Wert aufweist. Ebenso ist es dadurch möglich, das Leitungselement nur dann mit dem Kühlmittel zu versorgen und entsprechend das Medium nur dann zu temperieren, wenn das Kühlmedium eine vorgebbare Schwellentemperatur überschreitet und entsprechend warm ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht eines Abgasturboladers für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens gemäß dem Stand der Technik;
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2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Abgasturboladers gemäß 1;
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3 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens mit dem Abgasturbolader gemäß 2;
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4 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht der Verbrennungskraftmaschine gemäß 3;
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5 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine gemäß den 3 und 4; und
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6 ausschnittsweise eine weitere schematische Seitenansicht der Verbrennungskraftmaschine gemäß 5.
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Die 2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Abgasturboladers 10 gemäß 1, wobei das Verdichtergehäuse 14 in der 2 nicht dargestellt ist.
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Der Abgasturbolader 10 gemäß 2 unterscheidet sich insbesondere hinsichtlich des Verdichters 12 von dem Abgasturbolader 10 gemäß 1. Der Verdichter 12 des Abgasturboladers 10 gemäß 2 umfasst ein Kanalelement 22, welches in das Leitungselement 16 integriert ist. Das Kanalelement 22 weist einen Kühlmittelkanal 24 auf, welcher das Leitungselement 16 in zumindest einem Teilbereich des Leitungsbereichs 18 außenumfangsseitig umgibt. Der Kühlmittelkanal 24 ist über eine Zuströmöffnung 26 mit einem Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine fluidisch zu verbinden, so dass den Kühlreislauf durchströmendes Kühlmittel der Verbrennungskraftmaschine in den Kühlmittelkanal 24 einströmen kann. Nach Einströmen in den Kühlmittelkanal 24 umströmt das Kühlmittel zumindest den Teilbereich des Leitungsbereichs 18 in Umfangsrichtung außenumfangsseitig vollständig umlaufend und strömt über eine Abführöffnung 28 aus dem Kühlmittelkanal 24 hinaus. Auch über die Abführöffnung 28 ist der Kühlmittelkanal 24 mit dem Kühlreislauf verbunden, so dass das Kühlmittel in dem Kühlkreislauf zirkulieren kann.
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Über den Kühlmittelkanal 24 ist das Leitungselement 16 mit dem Kühlmittel versorgbar und von diesem beaufschlagbar, so dass beispielsweise ein Wärmeübergang von dem Kühlmittel an das demgegenüber kältere Leitungselement 16 und weiter an die das Leitungselement 16 durchströmende und im Vergleich zum Kühlmittel kältere Luft erfolgen kann. Dadurch ist die der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft erwärmbar.
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Wie der 2 zu entnehmen ist, ist das Kanalelement 22 im Bereich des Rückführelements 20, welches ein weiteres Leitungselement darstellt, angeordnet. Das Rückführelement 20 bzw. ein Rückführkanal 21 des Rückführelements 20 durchdringt dabei den Kühlmittelkanal 24. Dies bedeutet, dass das den Kühlmittelkanal 24 durchströmende Kühlmittel auch des Rückführelement 20 bzw. dessen Rückführkanal 21 umströmen und dadurch erwärmen kann. In der Folge kann auch das den Rückführkanal 21 durchströmende Blow-By-Gas temperiert bzw. erwärmt werden. Infolge dieser Erwärmung der Luft, des Blow-By-Gases sowie eines Gemisches aus dem Blow-By-Gas und der Luft kann die Gefahr einer Eisbildung stromauf des Verdichterrads gering gehalten werden, so dass das Verdichterrad nicht von Eis unerwünschterweise beschädigt werden kann.
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Vorzugsweise sind das Leitungselement 16 und/oder das Rückführelement 20 aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung gebildet. Dadurch ist ein effizienter Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und der Luft (zumindest im Wesentlichen gasförmiges erstes Medium) und zwischen dem Kühlmittel und dem Blow-By-Gas (zumindest im Wesentlichen gasförmiges zweites Medium) realisiert.
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Der Abgasturbolader 10 umfasst ein nicht dargestelltes Ventilelement, welches zwischen wenigstens einer Offenstellung und einer Schließstellung schaltbar ist. In der Offenstellung kann der Kühlmittelkanal 24 von dem Kühlmittel durchströmt werden, so dass in der Offenstellung das Leitungselement 16 und das Rückführelement 20 mit dem Kühlmittel versorgbar und dadurch temperierbar sind. In der Schließstellung ist die Versorgung des Leitungselements 16 und des Rückführelements 20 mit dem Kühlmittel unterbrochen. Dies bedeutet, dass der Kühlmittelkanal 24 in der Schließstellung nicht mehr von Kühlmittel durchströmt werden kann. Dadurch ist eine bedarfsgerechte Temperierung der zumindest im Wesentlichen gasförmigen Medien realisiert.
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Die Ventileinrichtung umfasst beispielsweise ein Bi-Metall, welches temperaturabhängig selbsttätig zwischen der Schließstellung und der Offenstellung schaltet. Dadurch kann der Kühlmittelkanal beispielsweise selbsttätig freigegeben werden, wenn die Umgebungstemperatur einen vorgebbaren Temperatur-Schwellenwert unterschreitet und/oder wenn das Kühlmittel einen vorgebbaren Temperatur-Schwellenwert überschreitet.
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Die 3 bis 6 zeigen aufgeladene Verbrennungskraftmaschinen 30, welche mittels des Abgasturboladers 10 gemäß 2 mit verdichteter Luft versorgbar sind und welche aufgrund der vorteilhaften Temperierung der zumindest im Wesentlichen gasförmigen Medien eine hohe Funktionserfüllungssicherheit aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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