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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Rohrabschnitt eines Ansaugrohrs für einen Luftansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, zur Ansaugung von Verbrennungsluft, mit wenigstens einem Teil einer Wasserabscheideeinrichtung zur Abscheidung von Wasser aus der Verbrennungsluft, mit einer Rohrwand, welche eine gedachte Achse des Rohrabschnitts umfangsmäßig umgibt, und wenigstens einem Luftleitabschnitt, der sich bezüglich der Achse radial innerhalb der Rohrwand erstreckt.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 1 167 743 B1 ist ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Rohluftleitung bekannt. In der Rohluftleitung wird die eintretende Luft in einen Drall versetzt. Der Drall wird durch Leitschaufeln erzeugt, welche in der Rohluftleitung angeordnet sind. Durch den Drall der Luft werden die in der Luft enthaltenen Wassertropfen nach außen geschleudert, wo sie sich an der Rohluftleitung abscheiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rohrabschnitt der eingangs genannten Art zu gestalten, bei dem eine Abscheidung von in der Verbrennungsluft enthaltenem Wasser weiter verbessert werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der wenigstens eine Luftleitabschnitt wenigstens eine Abscheidefläche für Wasser aufweist, die sich wendelartig bezüglich der Achse erstreckt.
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Erfindungsgemäß ist der wenigstens eine Luftleitabschnitt so ausgestaltet, dass er sowohl die Verbrennungsluft mit einem Drall versehen kann als auch eine direkte Abscheidung der Wasserpartikel an der wenigstens einen Abscheidefläche erfolgen kann. Im Unterschied dazu wird mit den aus dem Stand der Technik bekannten Leitschaufeln lediglich ein Drall erzeugt. Die eigentliche Wasserabscheidung erfolgt dort erst an der Außenwand des Rohrabschnitts. Durch die wendelartige Ausgestaltung der wenigstens einen Abscheidefläche können die Wassertropfen aufgrund ihrer Trägheit direkt gegen die wenigstens eine Abscheidefläche prallen und abgeschieden werden. Durch den Drall können die Wassertropfen aufgrund der Zentrifugalkraft außerdem bezüglich der Achse nach radial außen zur radial inneren Umfangsseite der Rohrwand getragen und dort ausgetragen werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die wenigstens eine Abscheidefläche die Achse enthalten. Auf diese Weise kann sich die wenigstens eine Abscheidefläche wenigstens bis ins Zentrum des von der Rohrwand umgebenen Innenraums des Rohrabschnitts erstrecken. So kann auch im Zentrum eine Abscheidung von Wassertropfen erfolgen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann sich die wenigstens eine Abscheidefläche über den gesamten Innenquerschnitt der Rohrwand erstrecken. Bei einer sich über den gesamten Innenquerschnitt der Rohrwand erstreckenden wenigstens einen Abscheidefläche ist kein Durchlass für die Verbrennungsluft an der wenigstens einen Abscheidefläche vorbei möglich, sodass die Abscheideeffizienz für Wasser verbessert wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann eine Steigung der wenigstens einen Abscheidefläche über die bezüglich der Achse axiale Ausdehnung konstant sein. Auf diese Weise kann eine gleichmäßigere Strömung in dem Rohrabschnitt erreicht werden.
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Vorteilhafterweise kann die Steigung der wenigstens einen Abscheidefläche zwischen 40° und 60° betragen. Es hat sich gezeigt, dass bei diesen Steigungen einerseits eine verbesserte Wasserabscheidung erreicht und andererseits Turbulenzen in dem Rohrabschnitt vermieden, zumindest verringert werden können.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann eine bezüglich der Achse axiale Windungshöhe der wenigstens einen Abscheidefläche etwa zwischen 150 mm und 180 mm, insbesondere etwa 165 mm, betragen. Auf diese Weise kann ein verbessertes Verhältnis zwischen der Wasserabscheidung und der Luftströmung erreicht werden.
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Vorteilhafterweise kann ein Innendurchmesser der Rohrwand zwischen etwa 5 cm und etwa 30 cm betragen. Bei derartigen Rohrdurchmessern kann ein ausreichend großer Volumenstrom erreicht werden. Ferner ist bei derartigen Rohrmessern eine erfindungsgemäße Wasserabscheidung besonders effizient.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die wenigstens eine Abscheidefläche zusammenhängend sein. Auf diese Weise kann sie einfacher realisiert werden. Fernen können so etwaige Übergänge vermieden oder zumindest verringert werden, welche zu Turbulenzen und Strömungsabrissen führen könnten.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die wenigstens eine Abscheidefläche im Bereich ihres bezüglich einer Hauptströmungsrichtung der Verbrennungsluft durch den Rohrabschnitt stromabwärtigen Endes wenigstens einen Absatz aufweisen. An dem wenigstens einen Absatz kann das an der wenigstens einen Abscheidefläche abgeschiedene Wasser aufgefangen werden.
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Durch entsprechende Formgebung und/oder Orientierung des wenigstens einen Absatzes kann das aufgefangene Wasser bezüglich der Achse nach radial außen aus dem Strömungsraum geleitet werden. Radial außen kann das Wasser indirekt durch wenigstens einen entsprechenden Wasserablaufkanal oder direkt in einen Wasserablauf gelangen. Durch den Wasserablauf kann das abgeschiedene Wasser aus dem Rohrabschnitt heraus gelangen.
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Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Absatz unter einem Winkel von etwa 90° von der wenigstens einen Abscheidefläche abstehen. Auf diese Weise kann der Absatz auch als Prallfläche für Wasser dienen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann sich die wenigstens eine Abscheidefläche über ihre bezüglich der Achse axiale Ausdehnung um einen Umfangswinkel von etwa zwischen 180° und 230°, insbesondere um 225°, um die Achse wendelartig verdreht sein. Auf diese Weise ist in bezüglich der Achse axialer Richtung betrachtet kein gerader Durchgang für die Verbrennungsluft möglich.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die wenigstens eine Abscheidefläche an ihrem bezüglich der Hauptluftströmungsrichtung der Verbrennungsluft durch den Rohrabschnitt stromabwärtigen Rand etwa V-förmig geformt sein, wobei die Spitze des „V“ entgegen der Hauptluftströmungsrichtung gerichtet sein kann. Auf diese Weise kann der stromabwärtige Rand der wenigstens einen Abscheidefläche zwei gegenüberliegende Schrägen bezüglich der Achse nach radial außen aufweisen. So können an der wenigstens einen Abscheidefläche abgeschiedene Wasserpartikel mit der Luftströmung entlang der Schrägen des stromabwärtigen Randes der wenigstens einen Abscheidefläche nach radial außen getragen werden. Insbesondere in Verbindung mit wenigstens einem Absatz am stromabwärtigen Rand der wenigstens einen Abscheidefläche kann so eine Ableitung des Wassers von der wenigstens einen Abscheidefläche nach radial außen verbessert werden.
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Vorteilhafterweise kann die Spitze des „V“ etwa auf der Achse liegen. In diesem Fall kann das abgeschiedene Wasser am stromabwärtigen Rand der wenigstens einen Abscheidefläche vom Zentrum des Rohrabschnitts gleichmäßig beidseitig nach radial außen abgeleitet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann in der Rohrwand wenigstens ein bezüglich der Achse schraubenartig verlaufender Wasserablaufkanal angeordnet sein, der auf seiner radial inneren Umfangsseite wenigsten abschnittsweise zu einem die Verbrennungsluft führenden Strömungsraum des Rohrabschnitts offen ist und der sich wenigstens abschnittsweise entlang eines entsprechenden radial äußeren Seitenrandes der wenigstens einen Abscheidefläche erstreckt. In dem wenigstens einen Wasserablaufkanal kann abgeschiedenes Wasser außerhalb des Strömungsraums für die Verbrennungsluft abgeleitet werden. Durch die wenigstens abschnittsweise Öffnung an der radial inneren Umfangsseite kann das abgeschiedene Wasser von der wenigstens einen Abscheidefläche in den Wasserablaufkanal gelangen. Dadurch, dass sich der wenigstens eine Wasserablaufkanal radial außerhalb des Strömungsraums des Rohrabschnitts befindet, kann durch ihn eine Luftströmung im Strömungsraum weniger beeinflusst werden. Der Wasserablaufkanal kann radial vollständig außen am Rohrabschnitt angeordnet sein, so dass der Strömungsraum im Rohrabschnitt im Bereich des Wasserablaufkanals dem Strömungsraum vor und/oder hinter dem Bereich mit dem Wasserablaufkanal entspricht. Dadurch wird die Strömung nicht beeinträchtigt und der Druckverlust in der Verbrennungsluftströmung minimiert.
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Vorteilhafterweise können in der Rohrwand zwei Wasserablaufkanäle angeordnet sein. So kann ein Ablauf von abgeschiedenem Wasser verbessert werden.
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Vorteilhafterweise können sich zwei Wasserablaufkanäle bezüglich der Achse auf radial gegenüberliegenden Seiten erstrecken. Auf diese Weise kann an gegenüberliegenden Rändern wenigstens einer Abscheidefläche, insbesondere wenigstens einer sich über den gesamten Innenquerschnitt erstreckenden Abscheidefläche, jeweils ein Wasserablaufkanal angeordnet sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann sich wenigstens ein Wasserablaufkanal bezüglich der Achse in der Hauptluftströmungsrichtung der Verbrennungsluft durch den Rohrabschnitt betrachtet wenigstens abschnittsweise vor einem entsprechenden Seitenrand der wenigstens einen Abscheidefläche erstecken und/oder wenigstens abschnittsweise hinter einem entsprechenden Seitenrand der wenigstens einen Abscheidefläche erstecken. Dabei kann sich der Wasserablaufkanal sowohl vor als auch hinter dem entsprechenden Seitenrand der wenigstens einen Abscheidefläche erstrecken. Der entsprechende Seitenrand der wenigstens einen Abscheidefläche kann sich auch etwa mittig bezüglich der axialen Höhe des Wasserablaufkanals erstrecken.
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Vorteilhafterweise kann sich wenigstens eine radial innere Öffnung des Wasserablaufkanals in Hauptströmungsrichtung betrachtet vor der wenigstens einen Abscheidefläche erstrecken. Auf diese Weise kann das an der wenigstens einen Abscheidefläche abgeschiedene Wasser über die Öffnung in den Wasserablaufkanal gelangen.
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Der Wasserablaufkanal kann sich wenigstens abschnittsweise hinter der wenigstens einen Abscheidefläche erstrecken. Auf diese Weise kann von der Öffnung des Wasserablaufkanals aus betrachtet ein Absatz entstehen, in dem stromabwärtig eine Art „Falle“ für das abgeschiedene und in den Wasserablaufkanal ausgetragene Wasser entsteht. So kann verhindert werden, dass Wasser aus dem Wasserablaufkanal zurück in den Strömungsraum des Rohrabschnitts gelangen kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Abscheidefläche, gegebenenfalls mittels wenigstens einem Wasserablaufkanal, mit wenigstens einem Wasserablauf der Wasserabscheideeinrichtung verbunden sein. Auf diese Weise kann das abgeschiedene Wasser von der wenigstens einen Abscheidefläche aus, gegebenenfalls durch wenigstens einen Wasserablaufkanal, über den wenigstens einen Wasserablauf den Rohrabschnitt verlassen.
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Die Wasserabscheideeinrichtung weist in einer besonders vorteilhaften Ausführung neben dem Luftleitabschnitt und dem zumindest einen Wasserablaufkanal zusätzlich einen Wasserberuhigungsbereich und einen Wassersammelbereich auf. Auf der in Hauptströmungsrichtung betrachtet axial hinteren Seite geht der Wasserberuhigungsbereich in einen Wassersammelbereich über. Der Wassersammelbereich erstreckt sich vorteilhaft ebenfalls umfangsmäßig zusammenhängend und ist selbst nicht mit dem Strömungsraum verbunden. Aus dem Wassersammelbereich führt der Wasserablauf aus dem Rohrabschnitt heraus.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die Rohrwand und der wenigstens eine Luftleitabschnitt einteilig oder mehrteilig realisiert sein. Der Rohrabschnitt kann einteilig mit dem wenigstens einen Luftleitabschnitt einfacher vorgefertigt werden. Es ist keine Montage und keine Justierung zwischen den einzelnen Bauteilen erforderlich. Bei einer mehrteiligen Ausgestaltung können die Bauteile insgesamt komplexer ausgestaltet werden.
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Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Die Erfindung kann jedoch auch außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik, insbesondere bei Industriemotoren, eingesetzt werden.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
- 1 eine isometrische Darstellung eines Rohrabschnitts eines Ansaugrohrs für einen Luftansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Wasserabscheideeinrichtung zur Abscheidung von Wasser aus der Verbrennungsluft;
- 2 eine Schrägansicht auf die Einlassseite des Rohrabschnitts aus der 1;
- 3 einen Querschnitt des Rohrabschnitts aus der 1;
- 4 eine Queransicht auf die Einlassseite des Rohrabschnitts aus der 1;
- 5 eine erste längsseitige Ansicht des Rohrabschnitts aus der 1;
- 6 einen ersten Längsschnitt des Rohrabschnitts aus der 1 entlang der Schnittlinie VI - VI aus der 5;
- 7 eine zweite längsseitige Ansicht des Rohrabschnitts aus der 1; und
- 8 einen zweiten Längsschnitt des Rohrabschnitts aus der 1 entlang der Schnittlinie VIII - VIII aus der 7.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den 1 bis 8 ist ein Rohrabschnitt 10 eines ansonsten nicht gezeigten Ansaugrohrs für einen Luftansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs in unterschiedlichen Perspektiven und Schnitten gezeigt. Der Luftansaugtrakt dient zum Ansaugen von Verbrennungsluft, welche der Brennkraftmaschine zur Verbrennung zugeführt wird.
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Der Rohrabschnitt 10 weist eine kreiszylindrische, zu einer Achse 12 koaxiale Rohrwand 14 auf.
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Wenn im Folgenden von „axial“, „koaxial“, „radial“, „umfangsmäßig“ oder dergleichen die Rede ist, so bezieht sich dies, sofern nicht anders beschrieben, auf die Achse 12.
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Die Rohrwand 14 umgibt einen Strömungsraum 16 für die Verbrennungsluft umfangsmäßig zusammenhängend. Eine Hauptströmungsrichtung 18 der Verbrennungsluft durch den Rohrabschnitt 10 verläuft parallel zur Achse 12. Die Hauptströmungsrichtung 18 gibt lediglich die mittlere Richtung an, in der der Rohrabschnitt 10 durchströmt wird.
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Die Rohrwand 14 ist an ihren axial gegenüberliegenden Enden offen. Stromaufwärts bildet die Öffnung der Rohrwand 14 einen Lufteinlass 20 für die Verbrennungsluft. Die stromabwärtige Öffnung der Rohrwand 14 bildet einen Luftauslass 22.
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Der Rohrabschnitt 10 weist darüber hinaus eine Wasserabscheideeinrichtung 24 auf, mit der in der Verbrennungsluft enthaltene Wassertröpfchen abgeschieden werden können. Die Wasserabscheideeinrichtung 24 umfasst einen Luftleitabschnitt 26, zwei Wasserablaufkanäle 28, einen Wasserberuhigungsbereich 30, einen Wassersammelbereich 32 und einen Wasserablauf 34.
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Der Luftleitabschnitt 26 ist als bezüglich der Achse 12 wendelartig gebogene Wand mit gleichmäßiger Dicke realisiert, welche sich im Strömungsraum 16 diagonal über den gesamten Innenquerschnitt der Rohrwand 14 erstreckt. Der Luftleitabschnitt 26 ist einteilig mit der Rohrwand 14 an deren radial innerer Umfangsseite verbunden.
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Die gegenüberliegenden Seiten des Luftleitabschnitts 26 bilden jeweils eine Abscheidefläche 36 für in der Verbrennungsluft enthaltene Wassertropfen. Die Abscheideflächen 36 enthalten jeweils die Achse 12. Der Luftleitabschnitt 26 und damit die Abscheideflächen 36 sind insgesamt über ihre axiale Länge über einen in der 3 gezeigten Umfangswinkel 37 von 225° wendelartig verdreht.
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Ein dem Luftauslass 22 zugewandter Rand des Luftleitabschnitts 26 und der Abscheideflächen 36 ist, wie in der 8 gezeigt, V-förmig geformt. Dabei liegt die Spitze des „V“ auf der Achse 12 und ist entgegen der Hauptströmungsrichtung 18 gerichtet.
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An dem stromabwärtigen Rand weist der Luftleitabschnitt 26 darüber hinaus an jedem der Schenkel des „V“ einen Absatz 38 auf, welche jeweils um einen Winkel von 90° von der entsprechenden Abscheidefläche 36 abstehen.
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Eine in der 8 bezeichnete axiale Windungshöhe 40 der Abscheideflächen 36 beträgt beispielhaft etwa 165 mm. Eine Steigung der Abscheideflächen 36 ist über ihre axiale Ausdehnung konstant und beträgt beispielhaft etwa 50°. Ein Innendurchmesser 42 der Rohrwand 14 beträgt beispielhaft etwa 150 mm.
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Die Wasserablaufkanäle 28 sind jeweils an der radial äußeren Umfangsseite in der Rohrwand 14 einstückig angeformt. Die Wasserablaufkanäle 28 erstrecken sich jeweils entlang eines entsprechenden Seitenrandes des Luftleitabschnitts 26 und der Abscheideflächen 36 schraubenartig. Die Wasserablaufkanäle 28 befinden sich insgesamt außerhalb des Strömungsraums 16.
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Die zwei Wasserablaufkanäle 28 erstrecken sich auf diagonal gegenüberliegenden Seiten der Achse 12. Die Wasserablaufkanäle 28 sind bezüglich ihrer Form identisch ausgestaltet.
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Im Folgenden wird exemplarisch einer der Wasserablaufkanäle 28 näher beschrieben. Der Wasserablaufkanal 28 weist an seiner radial inneren Umfangsseite eine Öffnung 44 auf, die sich über seine gesamte Länge erstreckt. Die axiale Ausdehnung der Öffnung 44 entspricht etwa der Hälfte der axialen Höhe des Wasserablaufkanals 28. Die Öffnung 44 befindet sich auf der stromaufwärtigen Hälfte des Wasserablaufkanals 28. Die stromabwärtige Hälfte des Wasserablaufkanals 28 ist zum Strömungsraum 16 hin verschlossen.
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Stromabwärts der Öffnung 44 setzt der entsprechende Seitenrand des Luftleitabschnitts 26 an. Der entsprechende Seitenrand der entsprechenden Abscheidefläche 36 erstreckt sich etwa mittig bezüglich der axialen Ausdehnung des Wasserablaufkanals 28. Der Wasserablaufkanal 28 befindet sich daher jeweils etwa hälftig in Hauptströmungsrichtung 18 betrachtet vor dem Seitenrand der Abscheidefläche 36 und hälftig hinter dem Seitenrand der Abscheidefläche 36.
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Auf Höhe des stromabwärtigen Endes des Luftleitabschnitts 26 münden die Wasserablaufkanäle 28 jeweils in den Wasserberuhigungsbereich 30. Der Wasserberuhigungsbereich 30 erstreckt sich ringförmig umfangsmäßig zusammenhängend an der radial äußeren Umfangsseite der Rohrwand 14. Der Wasserberuhigungsbereich 30 ist selbst nicht mit dem Strömungsraum 16 verbunden.
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Auf seiner in Hauptströmungsrichtung 18 betrachtet axial hinteren Seite geht der Wasserberuhigungsbereich 30 in den Wassersammelbereich 32 über. Der Wassersammelbereich 32 erstreckt sich ebenfalls umfangsmäßig zusammenhängend und ist selbst nicht mit dem Strömungsraum 16 verbunden. Aus dem Wassersammelbereich 32 führt der Wasserablauf 34 aus dem Rohrabschnitt 10 heraus.
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Beim Betrieb der Brennkraftmaschine strömt die Verbrennungsluft durch den Lufteinlass 20 in den Rohrabschnitt 10.
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Die Verbrennungsluft strömt zunächst in Hauptströmungsrichtung 18 gegen die Abscheideflächen 36 des Luftleitabschnitts 26.
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Mit dem Luftleitabschnitt 26 wird die Verbrennungsluft in einen Drall versetzt. Außerdem werden in der Verbrennungsluft enthaltene Wassertröpfchen aufgrund der Trägheit an den Abscheideflächen 36 abgeschieden.
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Durch den Drall der Verbrennungsluft wird ein Teil der abgeschiedenen Wasserpartikel aufgrund der Zentrifugalkraft nach radial außen gefördert und gelangt durch die entsprechende Öffnung 44 in einen der Wasserablaufkanäle 28. Durch einen Absatz 46 hinter der Öffnung 44 der jeweiligen Wasserablaufkanäle 28 wird sichergestellt, dass das dort aufgefangene Wasser nicht mehr zurück in den Strömungsraum 16 gelangen kann.
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Wasser, welches bis zum stromabwärtigen Rand der Abscheideflächen 36 gelangt, wird durch die Absätze 38 aufgefangen und aufgrund der V-förmigen Anordnung der Absätze 38 an diesen entlang nach radial außen ebenfalls in die Wasserablaufkanäle 28 geführt.
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Das Wasser aus den Wasserablaufkanälen 28 gelangt in den Wasserberuhigungsbereich 30, wo das Wasser beruhigt wird. Aus dem Wasserberuhigungsbereich 30 läuft das Wasser in den Wassersammelbereich 32, von wo aus es über den Wasserablauf 34 aus dem Rohrabschnitt 10 abgeführt wird.
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Die von Wasser befreite Verbrennungsluft verlässt den Rohrabschnitt 10 durch den Luftauslass 22.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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