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Die Erfindung betrifft einen Verdichter, eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Verdichter sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft weiterhin ein eine solche Brennkraftmaschine umfassendes Kraftfahrzeug.
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In einem Verdichter einer Brennkraftmaschine wird das über einen Frischgasstrang einem Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine zuzuführende Frischgas verdichtet. Dabei ist die Anhebung des Drucks des Frischgases von der Drehzahl des Verdichterlaufrads sowie von dem Massenstrom des über das Verdichterlaufrad geführten Frischgases abhängig. In Richtung der sogenannten Pumpgrenze des Verdichterkennfelds erfolgt die Anströmung der Eintrittskanten der Laufradschaufeln infolge der gegenüber der Umfangsgeschwindigkeit abnehmenden Anströmgeschwindigkeit zunehmend druckseitig, d.h. die Inzidenz der Anströmung nimmt stetig zu. Ab einem betriebspunktabhängigen Grenzwert der Inzidenz, der sogenannten Pumpgrenze, löst die Strömung an den Eintrittskanten ab und die Strömung im Verdichter wird instabil. Im Bereich der Pumpgrenze bildet sich an der einlassseitigen Gehäusekontur des Verdichters ein Rückströmgebiet impulsarmen Fluids aus. Diese sogenannte Rückströmblase führt durch Drall- und Mischungsverluste zu einem Abfall des Verdichterwirkungsgrads. Im Bereich der Nabenkontur des Laufrads verläuft aber auch nahe der Pumpgrenze eine impulsreiche und verlustärmere Kernströmung durch den Verdichter, die den Massendurchsatz und den Druckaufbau bestimmt.
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Ein Trimmsteller, wie er beispielsweise aus der
DE 10 2010 026 176 A1 , der
EP 3 018 355 A1 , der
DE 10 2015 209 704 A1 oder der
WO 2014/131790 A1 bekannt ist, dient der Verschiebung der Pumpgrenze eines Verdichterkennfelds in Richtung relativ niedriger Massenströme bei hohen Druckverhältnissen. Gleichzeitig kann ein Trimmsteller im Bereich der Pumpgrenze einen Anstieg des Verdichterwirkungsgrads bewirken. Hierzu umfasst ein Trimmsteller eine Vorrichtung, durch die der Anströmquerschnitt, in dem das Laufrad des Verdichters angeströmt wird, veränderbar ist. Durch die so erreichte Düsenwirkung des Trimmstellers kann mit zunehmendem Regeleingriff (Verkleinerung des Anströmquerschnitts) die Gasströmung stärker auf den nabennahen Eintrittsquerschnitt des Verdichterlaufrads fokussiert werden. Dadurch strömt weniger Gas in den impulsarmen und verlustbehafteten Bereich der Rückströmblase und die Kernströmung im nabennahen Bereich wird beschleunigt und dadurch zusätzlich stabilisiert. Die Beschleunigung der Gasströmung im nabennahen Bereich des Verdichterlaufrads hat zusätzlich eine saugseitige Verschiebung der Anströmung des Verdichterlaufrads zur Folge, was zu einer weiteren Stabilisierung der Gasströmung beitragen kann. Die Stabilisierung der Kernströmung führt zu der gewünschten Verschiebung der Pumpgrenze des Verdichterkennfelds zu geringeren Massenströmen. Bei nicht gewünschtem Regeleingriff (Trimmsteller vollständig geöffnet) wird möglichst der gesamte Querschnitt des Frischgasstrangs vor dem Verdichterlaufrad freigegeben, so dass in der Anströmung des Verdichterlaufrads möglichst keine zusätzlichen Reibungs- oder Drosselverluste entstehen. Der Verdichterwirkungsgrad und die Breite des Verdichterkennfelds werden deshalb in Richtung der Stopfgrenze nicht wesentlich negativ durch einen Trimmsteller beeinflusst.
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Bei heutigen Brennkraftmaschinen wird häufig eine Niederdruckabgasrückführung (ND-AGR) eingesetzt, um gesetzlich vorgeschriebene Emissionsgrenzwerte zu erreichen. Dabei wird stromab einer Abgasturbine eines Abgasturboladers entnommenes Abgas über eine Rückführleitung vor dem Verdichter des Abgasturboladers in den Frischgasstrang einer Brennkraftmaschine eingeleitet und von dem Verdichter zusammen mit Luft als Frischgas angesaugt. Dabei sollte die Einleitung des rückgeführten Abgases möglichst nahe vor dem Verdichter erfolgen, um eine nicht gewünschte Kondensatbildung in dem Frischgas zu vermeiden oder gering zu halten. Für die Regelung der ND-AGR-Rate wird in die ND-AGR-Rückführleitung häufig ein Regelventil integriert.
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Doch auch bei einer Einleitung des rückgeführten Abgases unmittelbar vor dem Verdichterlaufrad eines Verdichters besteht teilweise die Gefahr, dass über das rückgeführte Abgas Kondensat in einen Frischgasstrang einer Brennkraftmaschine eingebracht wird, das anschließend in das Verdichterlaufrad gelangt. Dies gilt insbesondere, wenn das rückgeführte Abgas oder ein in die Abgasrückführleitung integrierter Abgaskühler eine relativ geringe Temperatur aufweist, was die Kondensatbildung begünstigt. Gelangt dabei Kondensat beziehungsweise gelangen größere Flüssigkeitströpfchen des Kondensat in das Verdichterlaufrad, besteht die Gefahr einer Beschädigung des Verdichterlaufrads, die umso größer ist, je höher die dabei vorliegende Drehzahl des Verdichterlaufrads ist. Als Folge daraus wird bislang regelmäßig vorgesehen, die Brennkraftmaschine mit keiner oder einer relativ geringen, d.h. unterhalb einer definierten und hinsichtlich der angestrebten Schadstoffemissionsminimierung optimierten Rate der Niederdruckabgasrückführung zu betreiben, wenn Betriebsbedingungen für die Brennkraftmaschine vorliegen, die einen Eintrag von Kondensat in den Verdichter zulassen oder begünstigen. Es ist offensichtlich, dass sich dadurch ein relativ schlechtes Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine einstellt.
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Bei den aus der
DE 10 2015 209 704 A1 und der
WO 2014/131790 A1 bekannten Verdichtern mit Trimmsteller ist jeweils auch eine Abgasrückführleitung für eine Niederdruckabgasrückführung vorgesehen, die im Bereich des zugehörigen Trimmstellers in einen Einlasskanal des jeweiligen Verdichters mündet. Dabei ist die Mündung jeweils derart positioniert, dass bei aktiver Abgasrückführung und einer relativ weit geschlossenen Stellung des Trimmstellers, durch die die Anströmung des jeweiligen Verdichterlaufrads auf einen nabennahen Abschnitt des Eintrittsquerschnitts fokussiert wird, das rückgeführte Abgas in den von dem jeweiligen Trimmsteller überdeckten, randseitigen Abschnitt des Eintrittsquerschnitts geführt wird.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, denjenigen Betriebsbereich einer Brennkraftmaschine, in dem eine Niederdruckabgasrückführung mit vorzugsweise einer hinsichtlich einer Schadstoffemissionsminimierung optimierten Rate umgesetzt werden kann, zu erweitern.
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Diese Aufgabe wird durch die Verwendung eines Verdichters gemäß dem Patentanspruch 1 oder einer Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 3, insbesondere entsprechend dem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 5, gelöst. Ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Brennkraftmaschine ist Gegenstand des Patentanspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verdichters, der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und damit des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug sowie bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Gefahr einer Beschädigung eines Verdichterlaufrads durch Kondensat, das über stromauf des Verdichterlaufrads in den Frischgasstrang eingebrachtes, rückgeführtes Abgas eingebracht wird, nicht nur mit der Drehzahl des Verdichterlaufrads ansteigt, sondern auch davon abhängt, auf welchen Bereich des Verdichterlaufrads die Flüssigkeitströpfchen des Kondensats auftreffen. Konkret ist dabei insbesondere der außen- beziehungsweise randseitige Abschnitt des Verdichterlaufrads besonders gefährdet, weil dieser während der Rotation des Verdichterlaufrads die größten Umfangsgeschwindigkeiten aufweist.
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Darauf basierend liegt der Grundgedanke der Erfindung darin, dass eine vorteilhafte Verwendung eines Trimmstellers üblicherweise derart ist, dass mittels diesem eine Fokussierung der Anströmung des Verdichterlaufrads durch das Frischgas auf einen nabennahen Abschnitt des Verdichterlaufrads bei den gleichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, bei denen üblicherweise auch eine Abgasrückführung vorgesehen ist, bewirkt wird. Dies ermöglicht folglich, einen Trimmsteller zu nutzen, um den randseitigen Abschnitt des Verdichterlaufrads gegen Kondensat, das mit dem rückgeführten Abgas in den Frischgasstrang eingebracht wurde, abzuschirmen und dadurch die am stärksten gefährdeten Bereiche des Verdichterlaufrads vor einer Beschädigung durch das Kondensat zu schützen. Hierzu muss lediglich eine Einleitung des rückgeführten Abgases stromauf (bezüglich der Richtung der Strömung des Frischgases in dem Frischgasstrang in Richtung des Verdichters) des Trimmstellers vorgesehen werden.
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Dementsprechend weist ein erfindungsgemäßer Verdichter ein (ein- oder mehrteiliges) Gehäuse auf, das einen Strömungsraum, innerhalb dessen ein Verdichterlaufrad drehbar gelagert ist, und einen Einlasskanal, der einen Verdichtereinlass mit dem Strömungsraum verbindet, ausbildet, wobei in dem Einlasskanal ein Trimmsteller angeordnet ist, durch den ein randseitiger Abschnitt des Eintrittsquerschnitts des Verdichterlaufrads in veränderlichem Maße beziehungsweise einstellbar abdeckbar ist. Das Gehäuse bildet weiterhin stromauf beziehungsweise auf der von dem Verdichterlaufrad abgewandten Seite des Trimmstellers eine Mündungsöffnung für eine Abgasrückführung aus.
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Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst dementsprechend zumindest einen Verbrennungsmotor (insbesondere einen Dieselmotor oder einen Ottomotor oder eine Kombination daraus, d.h. z.B. einen Verbrennungsmotor mit homogener Kompressionszündung), einen Frischgasstrang und einen Abgasstrang, wobei in den Frischgasstrang ein Verdichter integriert ist und wobei dem Verdichter ein Trimmsteller zugeordnet ist, durch den ein randseitiger Abschnitt der Eintrittsfläche des Verdichterlaufrads in veränderlichem Maße abdeckbar ist. Weiterhin ist eine Abgasrückführleitung vorgesehen, die den Abgasstrang mit einem stromauf beziehungsweise auf der von dem Verdichterlaufrad abgewandten Seite des Trimmstellers gelegenen Abschnitt des Frischgasstrangs verbindet. Dabei kann die Mündungsöffnung der Abgasrückführleitung entsprechend der Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verdichters von einem Gehäuse des Verdichters ausgebildet sein. Möglich ist aber auch eine Anordnung in dem Frischgasstrang an einer beliebigen Stelle stromauf des Verdichters.
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Als „Eintrittsebene“ des Verdichterlaufrads wird erfindungsgemäß die zu dem Trimmsteller am nächsten gelegene, senkrecht zur Rotationsachse des Verdichterlaufrads ausgerichtete Ebene verstanden, die von Laufradschaufeln des Verdichterlaufrads definiert wird, indem zumindest ein punktförmiger Abschnitt eines, mehrerer oder aller Eintrittskanten dieser Laufradschaufeln innerhalb dieser Ebene angeordnet ist. Der „Eintrittsquerschnitt“ des Verdichterlaufrads ist dann der in dieser Ebene gelegene Öffnungsquerschnitt des Strömungsraums.
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Der Trimsteller eines erfindungsgemäßen Verdichters oder einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann grundsätzlich beliebig, beispielsweise gemäß einer der Ausführungsformen, wie sie in der
DE 10 2010 026 176 A1 , der
EP 3 018 355 A1 , der
DE 10 2015 209 704 A1 oder der
WO 2014/131790 A1 offenbart sind, ausgestaltet sein.
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Die spezifische Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verdichters und einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ermöglicht, eine (Niederdruck-)Abgasrückführung auch in Betriebszuständen der Brennkraftmaschine durchzuführen, in denen dies bei einer konventionellen, aufgeladenen Brennkraftmaschine nicht durchgeführt würde, da ansonsten durch mit dem rückgeführten Abgas in den Frischgasstrang eingebrachtes Kondensat eine relevante Gefahr einer Beschädigung des Verdichterlaufrads einhergehen würde. Diese Beschädigungsgefahr wird erfindungsgemäß dadurch vermieden beziehungsweise in ausreichendem Maße reduziert, dass die am stärksten gefährdeten, weil die höchste Umfangsgeschwindigkeit aufweisenden Bereiche des Verdichterlaufrads mittels des Trimmstellers gegen einen Kontakt mit Flüssigkeitströpfchen des Kondensats abgeschirmt werden. Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann folglich in einem größeren Betriebsbereich der Brennkraftmaschine mit einer hinsichtlich der Schadstoffemissionen optimierten Rate der (Niederdruck-)Abgasrückführung betrieben werden, ohne dass damit relevante Nachteile verbunden wären.
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Dabei kann gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren auch vorgesehen sein, dass der Trimmsteller in eine relativ weit und vorzugsweise weitestmöglich geschlossene bzw. abdeckende Stellung eingestellt wird, wenn bei einem definierten Betrieb des Verbrennungsmotors die Temperatur des über die Abgasrückführleitung in den Frischgasstrang strömenden Abgases unterhalb eines Grenzwerts oder Grenzwertbereichs liegt, und in eine relativ weit und gegebenenfalls weitestmöglich geöffnete beziehungsweise in eine relativ wenig oder so wenig wie möglich abdeckende Stellung eingestellt wird, wenn bei dem(selben) definierten Betrieb des Verbrennungsmotors die Temperatur des über die Abgasrückführleitung in den Frischgasstrang strömenden Abgases oberhalb des Grenzwerts oder Grenzwertbereichs liegt. Folglich kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine, wenn die Temperatur des in den Frischgasstrang strömenden Abgases unterhalb des Grenzwerts oder des Grenzwertbereichs liegt, bewusst mit einer hinsichtlich der Verdichtung nicht optimalen Einstellung des Trimmstellers betrieben wird, um die Vorteile, die die dann durch die geschlossene Stellung des Trimmstellers noch mögliche Abgasrückführung bietet, auszunutzen.
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Ein solches Vorgehen kann hinsichtlich des definiertes Betrieb des Verbrennungsmotors, bei dem dieses sinnvoll durchführbar ist, beschränkt sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein solches Vorgehen lediglich dann durchgeführt wird, wenn die Betriebsdrehzahl des Verbrennungsmotors weniger als oder maximal 75% der Nenndrehzahl beträgt. Die „Nenndrehzahl“ ist dabei die Drehzahl, bei der der Verbrennungsmotor bei Volllast die größtmögliche Leistung, die sogenannte Nennleistung, abgibt.
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Zur automatisierten Durchführung eines solchen Vorgehens kann eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine vorzugsweise eine entsprechend eingerichtete und mit einem Aktor, d.h. einem ansteuerbaren Betätigungselement, des Trimmstellers signalführend verbundene Steuerungsvorrichtung umfassen.
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Der Verdichter einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann insbesondere Teil eines Abgasturboladers sein, der weiterhin eine in den Abgasstrang integrierte Abgasturbine umfasst, wobei die Abgasrückführleitung dann vorzugsweise stromab der Abgasturbine aus dem Abgasstrang abgeht. Der Antrieb des Verdichters erfolgt dann mittels der Abgasturbine unter Nutzung der Abgasenthalpie. Alternativ oder ergänzend kann der Verdichter auch auf andere Weise, beispielsweise von dem Verbrennungsmotor, d.h. mechanisch, oder mittels eines Elektromotors antreibbar ausgebildet sein.
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In die Abgasrückführleitung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann ein Abgaskühler integriert sein, durch den eine Kühlung des über die Abgasrückführleitung geführten Abgases erfolgen kann. Dadurch wird die Temperatur des anschließend in den Frischgasstrang eingetragenen und durch den Verdichter geführten Frischgases reduziert, wodurch die thermische Belastung des Verdichters gering gehalten wird. Da ein solcher Abgasbeziehungsweise AGR-Kühler jedoch die Gefahr einer Kondensatbildung in dem rückgeführten Abgas erhöht, ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Brennkraftmaschine insbesondere dann sinnvoll, wenn diese einen solchen Abgas- beziehungsweise AGR-Kühler umfasst.
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Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann insbesondere Teil eines (erfindungsgemäßen) Kraftfahrzeugs sein. Dabei kann der Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine insbesondere zur direkten oder indirekten Bereitstellung der Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein.
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Bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug kann es sich insbesondere um ein radbasiertes und nicht schienengebundenen Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW) handeln.
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Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in schematischer Darstellung:
- 1: eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine und
- 2: einen Längsschnitt durch einen Verdichter für eine Brennkraftmaschine gemäß der 1 mit einem dazugehörigen Trimmsteller in der weitestmöglich geschlossenen Stellung.
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Die 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor 10, der eine Mehrzahl von Zylindern 12 ausbildet. Die Zylinder 12 begrenzen gemeinsam mit darin auf und ab geführten Kolben und einem Zylinderkopf (nicht dargestellt) Brennräume, in denen Frischgas (Luft) gemeinsam mit Kraftstoff verbrannt wird. Der Kraftstoff wird dabei, gesteuert durch eine Steuerungsvorrichtung 14 (Motorsteuerung), mittels Injektoren 16 direkt in die Brennräume eingespritzt. Das Verbrennen der Kraftstoff-Frischgas-Gemischmengen führt zu zyklischen Auf- und Ab-Bewegungen der Kolben, die wiederum in bekannter Weise über nicht dargestellte Pleuel auf eine ebenfalls nicht dargestellte Kurbelwelle übertragen werden, wodurch die Kurbelwelle rotierend angetrieben wird. Das Frischgas wird dem Verbrennungsmotor 10 über einen Frischgasstrang zugeführt und dazu über eine Ansaugmündung 18 aus der Umgebung angesaugt, in einem Luftfilter 20 gereinigt und anschließend in einen Verdichter 22, der Teil eines Abgasturboladers ist, geführt. Das Frischgas wird mittels des Verdichters 22 verdichtet, anschließend in einem Ladeluftkühler 24 gekühlt und dann den Brennräumen zugeführt. Der Antrieb des Verdichters 22 erfolgt mittels einer Abgasturbine 26 des Abgasturboladers, die in einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine integriert ist. Abgas, das bei der Verbrennung der Kraftstoff-Frischgas-Gemischmengen in den Brennräumen des Verbrennungsmotors 10 entsteht, wird über den Abgasstrang aus dem Verbrennungsmotor 10 abgeführt und durchströmt dabei die Abgasturbine 26. Dies führt in bekannter Weise zu einem rotierenden Antrieb eines Turbinenlaufrads (nicht dargestellt), das über eine Welle 28 drehfest mit einem Verdichterlaufrad 30 (vgl. 2) des Verdichters 22 verbunden ist. Der rotierende Antrieb des Turbinenlaufrads wird somit auf das Verdichterlaufrad 30 übertragen.
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Um bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors 10 mit variierenden Lasten und Drehzahlen eine möglichst optimale Nutzung der Enthalpie des Abgases zur Erzeugung von Verdichtungsleistung mittels des Abgasturboladers zu realisieren, kann die Abgasturbine 26 des Abgasturboladers optional (insbesondere bei einer Ausgestaltung des Verbrennungsmotors 10 als Dieselmotor) eine mittels der Steuerungsvorrichtung 14 ansteuerbare Vorrichtung zur variablen Turbinenanströmung (VTG) 32 aufweisen. Diese kann in bekannter Weise eine Mehrzahl von in einem Einlasskanal der Abgasturbine 26 angeordneten Leitschaufeln (nicht dargestellt) umfassen, die individuell drehbar ausgebildet sind, wobei diese gemeinsame mittels einer Verstellvorrichtung (nicht dargestellt) verstellbar sind. In Abhängigkeit von den Drehstellungen der Leitschaufeln verengen diese den freien Strömungsquerschnitt in dem Einlass der Abgasturbine 26 mehr oder weniger und beeinflussen zudem den Abschnitt der primären Anströmung des Turbinenlaufrads und die Ausrichtung dieser Anströmung.
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Stromab des Verdichters 22 ist in die Ladeluftstrecke, d.h. in den Abschnitt des Frischgasstrangs, der zwischen dem Verdichter 22 und dem Verbrennungsmotor 10 gelegen ist, eine ebenfalls mittels der Steuerungsvorrichtung 14 ansteuerbare Regelklappe 34 integriert. Bei einer Ausgestaltung des Verbrennungsmotors 10 als Ottomotor kann es sich bei dieser Regelklappe 34 um eine Drosselklappe (mit bekannter Funktionalität) handeln. Bei einer Ausgestaltung des Verbrennungsmotors 10 als Dieselmotor kann die primäre Funktion der Regelklappe 34 darin bestehen, kurzfristig nach einem Beenden des Betriebs des Dieselmotors die Ladeluftstrecke zu verschließen, wodurch ein Nachströmen von bereits verdichtetem Frischgas in die Brennräume des Dieselmotors vermieden werden kann.
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Die Brennkraftmaschine umfasst weiterhin eine Abgasrückführleitung 36 zur Realisierung einer (Niederdruck-)Abgasrückführung, bei der Abgas aus einem Abschnitt des Abgasstrangs, der stromab der Abgasturbine 26 und insbesondere auch stromab einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung 38, beispielsweise eines Partikelfilters, gelegen ist, abgezweigt und in einen Abschnitt des Frischgasstrangs stromauf des Verdichterlaufrads 30 eingeleitet werden kann. Die Menge des über die Abgasrückführleitung 36 rückzuführenden Abgases kann dabei mittels eines Regelventils 40, das mittels der Steuerungsvorrichtung 14 ansteuerbar ist, gesteuert oder geregelt werden. Weiterhin ist in die Abgasrückführleitung 36 ein Abgaskühler 42 zur Kühlung des darüber geführten Abgases integriert.
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Dem Verdichter 22 ist ein Trimmsteller 44 zugeordnet sein, durch den die Anströmung des Verdichterlaufrads 30 durch das Frischgas beeinflusst werden kann. Dazu ist der Trimmsteller 44 mittels der Steuerungsvorrichtung 14 ansteuerbar. Erfindungsgemäß mündet die Abgasrückführleitung 36 stromauf beziehungsweise auf der von dem Verdichterlaufrad beabstandeten Seite des Trimmstellers 44 in den Frischgasstrang.
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Die 2 zeigt in einem Längsschnitt eine mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verdichter 22, beispielsweise für eine Brennkraftmaschine gemäß der 1.
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Der Verdichter 22 umfasst ein Gehäuse 46, das ein Teilgehäuse eines Gesamtgehäuses eines Abgasturboladers darstellen kann. Das Gehäuse 46 des Verdichters 22 bildet einen Strömungsraum 48 aus, innerhalb dessen das Verdichterlaufrad 30 drehbar gelagert ist. Einlassseitig weist der Strömungsraum 48 einen in einer Eintrittsebene 50 liegenden Eintrittsquerschnitt auf. Über einen ebenfalls von dem Gehäuse 46 des Verdichters 22 ausgebildeten Einlasskanal 52 kann Frischgas von einem Verdichtereinlass 54 zu dem Verdichterlaufrad 30 geführt werden. Auslassseitig wird der Strömungsraum 48 von einer um Austrittskanten von Laufradschaufeln 56 des Verdichterlaufrads 30 umlaufenden „Austrittsebene“ begrenzt. Dort schließt sich ein ebenfalls um die Austrittskanten der Laufradschaufeln 56 umlaufender Diffusorraum 58 und daran anschließend, was in den 2 und 3 nicht mehr dargestellt ist, eine Verdichtervolute an. Aus der Verdichtervolute geht ein Verdichterauslass (ebenfalls nicht dargestellt) ab.
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Innerhalb des Einlasskanals 40 ist der dazugehörige Trimmsteller 44 in einer möglichst kurzen Entfernung zu dem Eintrittsquerschnitt des Verdichterlaufrads 30 angeordnet. Der Trimmsteller 44 ist in Form einer kreisringförmigen Blende ausgebildet, die beispielsweise einen kreisringförmigen Stator, der feststehend innerhalb des Einlasskanals 52 angeordnet ist, aufweisen kann. Weiterhin kann ein solcher blendenförmiger Trimmsteller 44 einen ebenfalls kreisringförmigen Rotor umfassen, der seitlich in einem möglichst geringen Abstand neben dem Stator angeordnet ist. Der Stator und der Rotor bilden jeweils eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen aus, die durch geschlossen ausgebildete Abschnitte voneinander separiert sind. Durch eine Drehung des Rotors relativ zu dem Stator mittels eines Aktors (nicht dargestellt), der beispielsweise von der Steuerungsvorrichtung 14 der Brennkraftmaschine gemäß der 1 angesteuert werden kann, können die Durchgangsöffnungen des Stators und des Rotors bedarfsweise in eine teilweise oder vollständige Überdeckung gebracht werden, was einer teilweisen oder vollständigen Öffnungsstellung des Trimmstellers 44 entspricht. In einer Schließstellung des Trimmstellers 44 werden dagegen die Durchgangsöffnungen des Stators von den geschlossenen Abschnitten des Rotors und die Durchgangsöffnungen des Rotors von den geschlossenen Abschnitten des Stators überdeckt. In der Schließstellung verhindert der Trimmsteller 44 eine Anströmung des Verdichterlaufrads 30 in einem randseitig, ringförmigen Abschnitt des Eintrittsquerschnitts und dieser fokussiert somit die Frischgasströmung auf einen nabennahen Abschnitt des Verdichterlaufrads 30.
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Erfindungsgemäß bildet das Gehäuse 46 des Verdichters 22 in einem Abschnitt, der den Einlasskanal 52 stromauf beziehungsweise auf der von dem Verdichterlaufrad 30 abgewandten Seite des Trimmstellers 44 begrenzt, eine Mündungsöffnung 60 aus, die für den Anschluss an eine Abgasrückführleitung 36 einer Brennkraftmaschine gemäß beispielsweise der 1 vorgesehen ist.
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Diese Ausgestaltung des Verdichters 22 ermöglicht, eine Abgasrückführung durchzuführen, auch wenn infolge einer relativ geringen Temperatur des rückzuführenden Abgases relevante Mengen von Kondensat beziehungsweise Flüssigkeitströpfchen in dem rückzuführenden Abgas enthalten sind, ohne dass damit die Gefahr einer Beschädigung des Verdichterlaufrads 30 einhergeht. Dies ist darin begründet, dass durch den Trimmsteller 44 der randseitige, ringförmige Abschnitt des Verdichterlaufrads 30, in dem dieses bei einer Rotation die größten Umfangsgeschwindigkeiten aufweist, überdeckt und dadurch vor einem Kontakt mit den Flüssigkeitströpfchen des Kondensats geschützt ist (vgl. 2).
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungsmotor
- 12
- Zylinder
- 14
- Steuerungsvorrichtung
- 16
- Injektor
- 18
- Ansaugmündung
- 20
- Luftfilter
- 22
- Verdichter
- 24
- Ladeluftkühler
- 26
- Abgasturbine
- 28
- Welle
- 30
- Verdichterlaufrad
- 32
- Vorrichtung zur variablen Turbinenanströmung
- 34
- Regelklappe
- 36
- Abgasrückführleitung
- 38
- Abgasnachbehandlungsvorrichtung
- 40
- Regelventil
- 42
- Abgaskühler
- 44
- Trimmsteller
- 46
- Gehäuse des Verdichters
- 48
- Strömungsraum
- 50
- Eintrittsebene des Verdichterlaufrads
- 52
- Einlasskanal
- 54
- Verdichtereinlass
- 56
- Laufradschaufel
- 58
- Diffusorraum
- 60
- Mündungsöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010026176 A1 [0003, 0014]
- EP 3018355 A1 [0003, 0014]
- DE 102015209704 A1 [0003, 0006, 0014]
- WO 2014/131790 A1 [0003, 0006, 0014]
