WO2024056134A1 - Abgasführungsabschnitt eines abgasturboladers und abgasturbolader - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an exhaust gas guide section of an exhaust gas turbocharger of the type specified in the preamble of patent claim 1.
- the invention further relates to an exhaust gas turbocharger according to patent claim 15.
- Exhaust gas guide sections for exhaust gas turbochargers having a spiral channel, which are arranged to encompass a turbine wheel of the exhaust gas turbocharger, are known. Upstream of the spiral channel, an inflow device is usually designed in the form of an inflow channel, which serves to supply exhaust gas to act on the turbine wheel.
- the exhaust gas which is composed of a combination of, in particular, burned hydrocarbons and oxygen when the exhaust gas turbocharger is connected to an internal combustion engine, has a high proportion of water in the form of more or more when the exhaust gas turbocharger is connected to a so-called fuel cell compared to the internal combustion engine fewer large droplets. This water can cause damage to the turbine wheel and the exhaust duct section itself. It is therefore important to eliminate or at least reduce the water in the exhaust gas, particularly upstream of the turbine wheel.
- the published patent application DE 10 2017 006 143 A1 shows an exhaust system for a fuel cell system which has an exhaust gas turbine, with a fleece being attached upstream of the exhaust gas guide section of the exhaust gas turbine to an inner wall of an exhaust pipe connecting the fuel cell system with the exhaust gas turbine to separate liquid water is.
- the further task is to provide an improved exhaust gas turbocharger.
- An exhaust gas guide section of an exhaust gas turbocharger comprises a spiral channel, which is designed to at least partially encompass a turbine wheel of a running gear of the exhaust gas turbocharger which is rotatably accommodated in the exhaust gas guide section, and wherein the exhaust gas guide section is connected to an exhaust gas channel of a drive unit so that it can flow through, wherein exhaust gas from the drive unit can flow through the exhaust gas guide section.
- a spiral channel which is designed to at least partially encompass a turbine wheel of a running gear of the exhaust gas turbocharger which is rotatably accommodated in the exhaust gas guide section, and wherein the exhaust gas guide section is connected to an exhaust gas channel of a drive unit so that it can flow through, wherein exhaust gas from the drive unit can flow through the exhaust gas guide section.
- a lowest point of the secondary channel is arranged lower than a lowest point of the spiral channel in the radial direction relative to a longitudinal axis of the running gear.
- the secondary channel is designed to encompass the spiral channel in a circumferential region, although it does not have to be designed to completely encompass the spiral channel, although it can. Due to its gravity, the water will always begin to collect at the lowest point of the secondary channel, so when the horizontal plane is arranged through a longitudinal axis of the running gear, the peripheral area is preferably formed predominantly below the horizontal plane.
- a permeable intermediate element is arranged between the secondary channel and the spiral channel.
- the intermediate element is designed in such a way that at least the water can reach the secondary channel via the intermediate element, but the exhaust gas flow flowing through the spiral channel is otherwise not or at least not significantly changed in terms of its flow direction on its way into the turbine wheel.
- the secondary channel is arranged such that a radial distance and/or an axial distance is formed between a first center of gravity of the spiral channel and a second center of gravity of the secondary channel.
- the secondary channel preferably has an outlet opening for removing the water from the exhaust gas guide section, the outlet opening being arranged in particular at a lowest point of the secondary channel in relation to the horizontal plane for improved water removal.
- the outlet opening is assigned to an outlet channel formed in the exhaust gas guide section, so that the water can flow out in a simple manner and in particular can be regulated, for example with the aid of a correspondingly designed means accommodated in the outlet channel.
- the outlet opening has a valve, which is designed in particular in the form of a siphon.
- the valve is self-regulating, or in other words passively functioning, such that the secondary channel is securely sealed against air inlet and/or air outlet due to a closed, free surface of the water.
- the size of the free surface of the water can be made variable.
- a pressure force effect on the free surface must be in balance with the weight of a column of water to be displaced for a wide operating range with varying operating pressures.
- a variable free surface which could be realized via an adapted cross-sectional shape of the siphon that changes at least in sections, allows this.
- the exhaust gas guide section has an inflow device, comprising an inflow section and a flow section, which is arranged between the drive unit and the inflow section.
- the inflow section and/or the flow section is designed to be inclined at an angle of inclination relative to a horizontal plane, the horizontal plane being perpendicular to gravity G, and the inflow section and/or the flow section being arranged “falling” relative to the spiral channel inlet.
- a force component of the Gravity of the droplets in the direction of flow corresponds to the direction of the flow.
- the value of the inclination angle is preferably chosen in the value range between -90° and 90°, in particular in the value range between -85° to 85°.
- At least one further means for water separation can be arranged in the inflow device, whereby water entry into the exhaust gas guide section, in particular into the spiral channel, is additionally reduced.
- the second aspect of the invention relates to an exhaust gas turbocharger, comprising an exhaust gas guide section, which is designed to be rotatably accommodating a turbine wheel, wherein a spiral channel in the exhaust gas guide section is designed to at least partially encompass the turbine wheel.
- the exhaust gas turbocharger has an exhaust gas guide section which is designed according to one of claims 1 to 14. An exhaust gas turbocharger is thus created which is characterized by a high level of operational reliability and service life compared to the prior art. In addition to avoiding possible damage to the exhaust gas guide section and to the turbine wheel due to the water drops, possible damage to the electric motor due to water entering it is also avoided or at least significantly reduced when operating an exhaust gas turbocharger supported by an electric motor.
- FIG. 1 shows a side view of an exhaust gas turbocharger according to the invention in a first exemplary embodiment
- Fig. 2 shows the exhaust gas guide section according to the invention in a section.
- Fig. 1 shows the exhaust gas guide section according to the invention in a section.
- Fig. 3 shows a spiral channel of the exhaust gas guide section in a half section.
- Fig. 4 shows a side view of a spiral channel of the exhaust gas guide section according to the invention.
- Fig. 1 shows a side view of a spiral channel of the exhaust gas guide section according to the invention.
- FIG. 5 shows a section of a spiral channel of the exhaust gas guide section according to the invention in a second exemplary embodiment
- FIG. 6 shows a side view of a spiral channel with a turbine wheel according to the prior art and differentiation of a flow dependency of a water drop depending on its size.
- An exhaust gas turbocharger 1 according to the invention according to a first exemplary embodiment is constructed as shown in FIG. 1.
- the exhaust gas turbocharger 1 comprises a flow-through exhaust gas guide section 2, which is designed to rotatably accommodate a turbine wheel 3.
- the turbine wheel 3 is part of a running gear 4 of the exhaust gas turbocharger 1, which includes a compressor wheel rotatably mounted in a fresh air guide section of the exhaust gas turbocharger 1, not shown in detail.
- the compressor wheel is connected to the turbine wheel 3 in a rotationally fixed manner using a shaft 5.
- the exhaust gas turbocharger 1 is connected to a drive unit (not shown in detail), which in the present exemplary embodiment is designed in the form of a fuel cell, to which fresh air is supplied with the aid of the compressor wheel.
- the exhaust gas from the fuel cell has a high proportion of water in the form of drops, which can be of different sizes.
- the water component hereinafter referred to as water
- the water can have small droplets which are entrained with a flow formed in a spiral channel 6 of the exhaust gas guide section 2, and/or such large drops can also be formed which due to gravity in the vertical direction in the exhaust gas guide section 2, in particular in the spiral channel 6.
- the spiral channel 6 is connected to an inflow device 7 so that flow can flow through it, which comprises a tubular inflow section 8.
- the inflow section 8, which can be assigned to the exhaust gas guide section 2, is preferably connected to a flow section of the inflow device 7, which is formed between the fuel cell and the exhaust gas guide section 2 and is not shown in more detail, so that the exhaust gas from the fuel cell can flow through the inflow device 7 to the exhaust gas guide section 2 , in particular the turbine wheel 3 for driving the running gear 4, having a longitudinal axis 14, can be guided.
- the spiral channel 6 is distinguished from the inflow section 8 in that a flow cross section S of the spiral channel 6 continuously decreases over its length L.
- the inflow device 7 is characterized in that for water separation of water from the exhaust gas, the inflow section 8 and/or the flow section is designed to be inclined relative to a horizontal plane H, an inclination angle a of the inclination having a value which is between -90° and 90° lies. Or in other words, the angle of inclination a is in a value range between -90° and 90°, or in other words, the following applies Inequality -90° ⁇ a ⁇ 90°.
- the range of values preferably has values between -85° and 85°.
- the horizontal plane H is perpendicular to the generally valid gravity G.
- the arrangement of the inflow section 8 and/or the flow section is such that, in principle, a “falling” inflow section 8 and/or a “falling” flow section is realized.
- a flow orientation of the inflow section 8 and/or the flow section is basically formed starting from a first level N1 to a second level N2, the level N2 being assigned to a spiral channel inlet 9 of the spiral channel 6, and the first level N1 is to be arranged above the second level N2 in the direction of a vertical V arranged perpendicular to the horizontal plane H.
- An alignment of flow vectors f of the inflow device 7 of the exhaust gas guide section 2 according to the invention is illustrated using three different exemplary embodiments in comparison to a gravity vector g of gravity G. It should be noted that the flow vector f and the gravity vector g of the gravity G are not formed in opposite directions, but the inclination angle a is formed between the two vectors f, g. A preferred range of values for the inclination angle a is between -85° and 85°.
- the exhaust gas guide section 2 has a secondary channel 11 assigned to the spiral channel 6, as illustrated in FIGS. 2 to 5. Relative to the longitudinal axis 14 of the rotor 4, a lowest point PN of the secondary channel 11 is arranged lower in the radial direction than a lowest point PS of the spiral channel 6. In other words, this means that preferably depending on an arrangement of the exhaust gas turbocharger 1 in, for example, a motor vehicle the secondary channel 11 is to be arranged on the spiral channel 6.
- the secondary channel 11 is located in particular in a peripheral region 12 of the spiral channel 6 lying below the horizontal plane H, in which the water can accumulate. The water can be led out of the secondary channel 11 and thus out of the exhaust gas guide section 2 via an outlet opening 13.
- the secondary channel 11 is preferably to be arranged at an axial distance from the spiral channel 6. This means that a second center of gravity S2 of the secondary channel 11 is designed to be spaced apart from the first center of gravity S1 both in the axial direction and in the radial direction.
- the outlet opening 13 is preferably to be formed at a deepest point of the secondary channel 11 so that the water can flow out of the secondary channel 11 due to gravity. In other words, this means that there is a radial distance r and an axial distance a between the first center of gravity S1 and the second center of gravity S2.
- the basic design of the secondary channel 11 based on its length L and its channel cross-sectional area K depends on the fuel cell. Depending on its structure, the exhaust gas from the fuel cell has a certain degree of water. This means that there are fuel cells whose water degree is less than the water degree of another fuel cell. This can already occur within a production series, whereby the water level fluctuates within a tolerance range, although this cannot be incorporated into the basic design of the secondary channel 11 due to high costs.
- the secondary channel 11 must be designed depending on the fuel cell and its water level.
- the length L and/or the channel cross-sectional area K should preferably be made larger than in a fuel cell with a low degree of water.
- the water level of the exhaust gas changes depending on an operating point of the fuel cell.
- the exhaust gas from a low operating point has a lower water content than that Exhaust gas from a higher operating point of the same fuel cell. It is preferred to design the secondary channel 11 with the highest water level depending on the operating point.
- the outlet opening 13 must also be designed depending on the water level.
- a valve (not shown in detail) is provided, the valve being designed to prevent air from entering the spiral channel 6 and/or air from escaping from the spiral channel 6, so that disruption of the air flow in the spiral channel 6 is significantly reduced, in particular avoided.
- the valve could be designed to generate a counterpressure.
- the valve could be designed in the form of a siphon.
- the water basically has a closed, free surface relative to the spiral channel 6, which already seals the secondary channel 11 against air inlet from the outlet opening 13.
- a pressure force effect on the free surface must be in balance with the weight of a water column to be displaced for a wide operating range with varying operating pressures.
- a variable surface which could be realized via an adapted cross-sectional shape of the siphon that changes at least in sections, makes this possible.
- an active counter-pressure design could also be implemented via actuators and/or springs, which develop a force effect depending on the operation, so that the closed free surface can be brought about over a wide operating range.
- a cover element (not shown in detail), for example a sliding element, could also be formed in the secondary channel 11, which is positioned between the spiral channel 6 and the secondary channel 11 to separate the spiral channel 6 from the secondary channel 11 before the valve is opened.
- the outlet opening 13 could be designed to have a correspondingly large outlet cross section depending on the current operating point, and thus its outlet cross section could be changed, preferably controllable.
- a simple change in the outlet cross section would be a self-regulating change, which could be implemented, for example, with an elastic cover, since the outlet opening 13 is preferably arranged at a lowest point in the secondary channel 11.
- the outlet opening 13 could expand or contract in a self-regulating manner.
- the valve could also be controlled with the operating point of the fuel cell.
- the valve can have any shape suitable for the passage of water from the secondary channel 11.
- the outlet opening 13 could also be designed in the form of an elongated hole extending over a certain circumference of the secondary channel 11.
- the valve is advantageously arranged in the outlet opening 13.
- the outlet opening 13 is assigned to an outlet channel 17, which is formed in the exhaust gas guide section 2, in which the valve can be accommodated.
- a porous sponge-like means 18 can also be arranged in the outlet channel, which serves to prevent air from entering into the outlet channel 17 and thus into the outlet opening 13.
- the means 18, which can also be designed in the form of a valve can be positioned in the outlet opening 13 or in the outlet channel 17, spaced from the outlet opening 13.
- the inflow device 7 according to the invention can be equipped in its area upstream of the spiral channel 6 with at least one further means for water separation, which can already absorb part of the water.
- An additional water separator could be provided.
- a water-absorbing fleece could also be formed in the inflow device 7.
- the exhaust gas guide section 2 is shown in a second exemplary embodiment.
- an intermediate element 15 is arranged, which is designed to be permeable.
- This Intermediate element 15 covers the secondary channel 11 at least partially compared to the spiral channel 6.
- This intermediate element 15 is designed in such a way that at least the water can get into the secondary channel 11 via the intermediate element 15, but the exhaust gas flow flowing through the spiral channel 6 does not, or at least not significantly, on its way into the turbine wheel 3 with respect to its flow direction according to the arrow, is changed.
- the intermediate element 15 has passage openings 16 so that, starting from the spiral channel 6, the water drops can reach the secondary channel 11 via the intermediate element 15.
- the passage openings 16 can be designed as slots, in the longitudinal or transverse direction, they can be designed in the form of holes, or they can be designed as passage openings 16 in a porous material.
- the intermediate element 15 could be designed in the form of a network having the passage openings 16.
- the intermediate element 15 is accommodated in a frame (not shown).
- Fig. 6 the spiral channel 6 according to the prior art is shown in a side view. Superimposed on the side view is a flow dependency of a water drop depending on its size.
- a first flow line T1 which is shown in dashed lines, indicates the flow dependence of a water droplet with a large size in comparison to the flow dependence of a water droplet with a small size, which is characterized by the second flow line T2, which is shown as a solid line.
- the second flow line T2 which is shown as a solid line.
- small drops have a significantly greater flow dependency than larger drops.
- the large drops tend to be present in the lower area of the spiral channel 6 rather than in the upper area.
- preferred water drainage can be achieved with the help of the secondary channel 11, which is arranged in the lower region of the spiral channel 6.
- the secondary channel 11 is designed to encompass the spiral channel 6 in such a way that the flow cross section S of the spiral channel 6 is formed continuously starting from the spiral channel inlet 9 up to a tongue of the exhaust gas guide section 2, even if there is no intermediate element 15 between the spiral channel 6 and the secondary channel 11 is formed. A flow-optimized transition between the spiral channel 6 and the secondary channel 11 is thus realized. This allows the centrifugal force of the water drops to be easily taken into account so that both larger and smaller water drops can be reliably separated.
- the spiral channel 6 could also be surrounded by the secondary channel 11 over a larger circumference, in particular larger than 90 °, so that, for example, the end of the secondary channel 11 closer to a tongue of the spiral channel 6 is positioned closer to the tongue.
- the secondary channel 11 can be arranged on the spiral channel 6 depending on whether the exhaust gas turbocharger 1 is installed. This allows the centrifugal force of the water drops to be taken into account in a further simple manner and a channel arrangement is designed in such a way that it is optimal with regard to an expected droplet spectrum and undesirable water film flows in the spiral channel 6 are avoided.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Abgasführungsabschnitt (2) eines Abgasturboladers (1), umfassend einen Spiralkanal (6), welcher ein drehbar im Abgasführungsabschnitt (2) aufgenommenes Turbinenrad (3) eines Laufzeugs (4) des Abgasturboladers (1) zumindest teilweise umfassend ausgebildet ist, und wobei der Abgasführungsabschnitt (2) mit einem Abgaskanal eines Antriebsaggregats durchströmbar verbunden ist, wobei Abgas des Antriebsaggregats den Abgasführungsabschnitt (2) durchströmbar ist, und wobei zur Wasserabscheidung von Wasser aus dem Abgas im Abgasführungsabschnitt (2) ein den Spiralkanal (6) zumindest teilweise umfassender Nebenkanal (11) ausgebildet ist, wobei der Nebenkanal (11) durchströmbar mit dem Spiralkanal (6) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist bezogen auf eine Längsachse (14) des Laufzeugs (4) in radialer Richtung ein tiefster Punkt (PN) des Nebenkanals (11 ) tiefer angeordnet als ein tiefster Punkt (PS) des Spiralkanals (6), und wobei der Nebenkanal (11) zur Vermeidung einer Störung der Luftströmung im Spiralkanal (6) den Spiralkanal (6) derart umfassend ausgebildet ist, dass ein Strömungsquerschnitt (S) des Spiralkanals (6) ausgehend von einem Spiralkanaleintritt (9) bis zu einer Zunge des Abgasführungsabschnitts (2) stetig ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader.
Description
Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers und Abgasturbolader
Die Erfindung betrifft einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Ferner betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader gemäß dem Patentanspruch 15.
Abgasführungsabschnitte für Abgasturbolader aufweisend einen Spiralkanal, welche ein Turbinenrad des Abgasturboladers umfassend angeordnet sind, sind bekannt. Stromauf des Spiralkanals ist eine Zuströmeinrichtung üblicherweise in Form eines Einströmkanals ausgebildet, welcher der Zuführung von Abgas zur Beaufschlagung des Turbinenrades dient. Das Abgas, welches sich bei einer Verbindung des Abgasturboladers mit einer Verbrennungskraftmaschine aus einer Kombination von insbesondere verbrannten Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff zusammensetzt, weist bei einer Verbindung des Abgasturboladers mit einer so genannten Brennstoffzelle einen im Vergleich zur Verbrennungskraftmaschine hohen Anteil an Wasser, in Form von mehr oder weniger großen Tröpfchen auf. Dieses Wasser kann zu Schäden an dem Turbinenrad und am Abgasführungsabschnitt selbst führen. Daher gilt es das Wasser des Abgases insbesondere stromauf des Turbinenrades zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren.
So geht aus der Offenlegungsschrift DE 10 2017 006 143 A1 ein Abgassystem für ein Brenn Stoffzellen system hervor, welches eine Abgasturbine besitzt, wobei zur Abtrennung von flüssigem Wasser ein Vlies stromauf des Abgasführungsabschnitts der Abgasturbine an einer Innenwandung einer das Brennstoffzellensystem mit der Abgasturbine verbindenden Abgasleitung angebracht ist.
Aus der Offenlegungsschrift EP 3 920 288 A1 ist ein Abgasturbolader aufweisend einen Abgasführungsabschnitt und einen Frischluftführungsabschnitt bekannt, wobei im
Abgasführungsabschnitt ein Rezirkulationspfad stromauf des Turbinenrades ausgebildet ist, wobei der Rezirkulationspfad einen stromauf des Turbinenrades ausgebildeten Spiralkanal des Abgasführungsabschnitts mit einem das Turbinenrad drehbar aufnehmenden Abschnittsraum des Abgasführungsabschnitts durchströmbar verbindet.
Aus der Druckschrift DE 10 2015207 679 A1 geht ein Abgasführungsabschnitt einer Turbine hervor, wobei eine im Abgasführungsabschnitt ausgebildeter Spiralkanal, welcher stromauf eines Turbinenrades der Turbine ausgebildet ist, eine Rinne mit einem Auslasskanal aufweist. Mit Hilfe der Rinne soll eine Tertiärströmung, welche entgegengesetzt zu einer in dem Spiralkanal ausgebildeten Sekundärströmung ist, erzeugt werden. Die Sekundärströmung ist orthogonal zu einer Hauptströmung, welche sich in Umfangsrichtung des Spiralkanals erstreckt, ausgebildet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers bereitzustellen, wodurch eine Zuströmung von Wasser in den Spiralkanal und in das Turbinenrad zumindest reduziert werden kann. Die weitere Aufgabe ist es einen verbesserten Abgasturbolader anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Abgasturbolader mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßer Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers umfasst einen Spiralkanal, welcher ein drehbar im Abgasführungsabschnitt aufgenommenes Turbinenrad eines Laufzeugs des Abgasturboladers zumindest teilweise umfassend ausgebildet ist, und wobei der Abgasführungsabschnitt mit einem Abgaskanal eines Antriebsaggregats durchströmbar verbunden ist, wobei Abgas des Antriebsaggregats den Abgasführungsabschnitt durchströmbar ist. Zur Wasserabscheidung von Wasser aus dem Abgas ist im Abgasführungsabschnitt ein den Spiralkanal zumindest teilweise
umfassender Nebenkanal ausgebildet, wobei der Nebenkanal durchströmbar mit dem Spiralkanal verbunden ist. Erfindungsgemäß ist bezogen auf eine Längsachse des Laufzeugs in radialer Richtung ein tiefster Punkt des Nebenkanals tiefer angeordnet als ein tiefster Punkt des Spiralkanals. Das bedeutet, dass bereits eine hinreichende Wasserabscheidung aufgrund der allgemeinen Trägheit realisiert werden kann, da das Wasser, welches insbesondere bei großen Tropfen nicht oder nur mäßig einer im Spiralkanal ausgebildeten Strömung folgt, sich im relativ zum Spiralkanal angeordneten Nebenkanal auf einfache Weise ansammeln kann. Somit ist ein Abgasführungsabschnitt realisiert, welcher zur Herbeiführung eines betriebssicheren Abgasturboladers ausgebildet ist.
Der Nebenkanal ist den Spiralkanal in einem Umfangsbereich umfassend ausgebildet, wobei er nicht den Spiralkanal vollständig umfassend ausgeführt sein muss, jedoch kann. Das Wasser wird sich aufgrund seiner Schwerkraft immer am tiefsten Punkt des Nebenkanals beginnen zu sammeln, somit ist bevorzugt bei einer Anordnung der Horizontalebene durch eine Längsachse des Laufzeugs der Umfangsbereich überwiegend unterhalb der Horizontalebene ausgebildet.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts ist zwischen dem Nebenkanal und dem Spiralkanal ein durchlässiges Zwischenelement angeordnet. Das heißt mit anderen Worten, dass der Nebenkanal teilweise gegenüber dem Spiralkanal abgedeckt ist. Das Zwischenelement ist derart ausgebildet, dass zumindest das Wasser über das Zwischenelement in den Nebenkanal gelangen kann, die den Spiralkanal durchströmende Abgasströmung im übrigen jedoch nicht oder zumindest nicht wesentlich auf ihrem Weg in das Turbinenrad bezüglich ihrer Strömungsrichtung verändert wird.
Zur Vermeidung eines Rückströmens des Wassers in den Spiralkanal ist der Nebenkanal derart angeordnet, dass zwischen einem ersten Schwerpunkt des Spiralkanals und einem zweiten Schwerpunkt des Nebenkanals ein radialer Abstand und/oder ein axialer Abstand ausgebildet ist.
Bevorzugt weist der Nebenkanal eine Austrittsöffnung zur Entfernung des Wassers aus dem Abgasführungsabschnitt auf, wobei die Austrittsöffnung insbesondere an einer bezogen auf die Horizontalebene tiefsten Stelle des Nebenkanals zur verbesserten Wasserabfuhr angeordnet ist.
Weiter bevorzugt ist die Austrittsöffnung einem im Abgasführungsabschnitt ausgebildeten Austrittskanal zugeordnet, damit ein Abfließen des Wassers auf einfache Weise erfolgen und insbesondere, beispielsweise mit Hilfe eines entsprechend ausgebildeten, im Austrittskanal aufgenommenen Mittels geregelt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts weist die Austrittsöffnung ein Ventil auf, welches insbesondere in Form eines Siphons ausgeführt ist. Das heißt, dass das Ventil selbstregelnd, oder mit anderen Worten passiv funktionierend ist, derart, dass eine sichere Abdichtung des Nebenkanals gegenüber einem Lufteintritt und/oder einem Luftaustritt aufgrund einer geschlossenen freien Oberfläche des Wassers gegeben ist. Um über einen weiten Betriebsbereich des Abgasturboladers passiv funktionieren zu können, kann die freie Oberfläche des Wassers in ihrer Größe variabel gestaltet werden. Eine Druckkraftwirkung auf die freie Oberfläche muss für einen weiten Betriebsbereich mit variierenden Betriebsdrücken im Gleichgewicht mit der Gewichtskraft einer zu verdrängenden Wassersäule stehen. Eine variable freie Oberfläche, welche über einen angepassten zumindest abschnittsweise sich verändernden Querschnittsverlauf des Siphons realisierbar sein könnte, erlaubt dies.
In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der erfindungsgemäße Abgasführungsabschnitt eine Zuströmeinrichtung, umfassend einen Zuströmabschnitt und einen Strömungsabschnitt, welcher zwischen dem Antriebsaggregat und dem Zuströmabschnitt angeordnet ist. Der Zuströmabschnitt und/oder der Strömungsabschnitt ist gegenüber einer Horizontalebene mit einem Neigungswinkel geneigt ausgebildet, wobei die Horizontalebene im Lot zur Schwerkraft G ausgebildet ist, und wobei der Zuströmabschnitt und/oder der Strömungsabschnitt relativ zum Spiralkanaleintritt „fallend“ angeordnet ist. Das heißt, dass eine Kraftkomponente der
Schwerkraft der Tröpfchen in Strömungsrichtung mit der Richtung der Strömung übereinstimmt. Somit wird sichergestellt, dass in jedem Fall eine treibende Kraft für die Tröpfchen in Richtung des Spiralkanals besteht. Es kann sich kein Gleichgewicht zwischen der Schwerkraft der Tropfen und der auf die Tröpfchen wirkenden Kraft aus der Strömung einstellen, was eine unerwünschte, momentane Ansammlung von Wasser an einem Ort der Zuströmeinrichtung ermöglichen würde.
Ein kleiner Wert des Neigungswinkels ist hinreichend. Daher ist der Wert des Neigungswinkels bevorzugt im Wertebereich zwischen -90° und 90°, insbesondere im Wertebereich zwischen -85° bis 85° zu wählen.
Es kann zumindest ein weiteres Mittel zur Wasserabscheidung in der Zuströmeinrichtung angeordnet sein, wodurch ein Wassereintritt in den Abgasführungsabschnitt, insbesondere in den Spiralkanal ergänzend reduziert wird.
Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasturbolader, umfassend einen Abgasführungsabschnitt, welcher ein Turbinenrad drehbar aufnehmbar ausgebildet ist, wobei ein Spiralkanal im Abgasführungsabschnitt das Turbinenrad zumindest teilweise umfassend ausgebildet ist. Erfindungsgemäß weist der Abgasturbolader einen Abgasführungsabschnitt auf, welcher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist. Somit ist ein Abgasturbolader geschaffen, welcher sich durch eine gegenüber dem Stand der Technik hohe Betriebssicherheit und Lebensdauer auszeichnet. Neben der Vermeidung von aufgrund der Wassertropfen möglichen Schäden am Abgasführungsabschnitt und am Turbinenrad ist auch bei einem Betrieb eines mit Hilfe eines Elektromotors unterstützten Abgasturboladers eine mögliche Beschädigung des Elektromotors aufgrund von Wassereintritt in diesen vermieden, oder zumindest wesentlich reduziert.
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. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:
Fig. 1 in einer Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader in einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 in einem Schnitt den erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitt gern. Fig. 1 ,
Fig. 3 in einem Halbschnitt einen Spiralkanal des Abgasführungsabschnitts gern. Fig. 1 ,
Fig. 4 in einer Seitenansicht einen Spiralkanal des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts gern. Fig. 1 ,
Fig. 5 in einem Schnitt einen Spiralkanal des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts in einem zweiten Ausführungsbeispiel
Fig. 6 in einer Seitenansicht einen Spiralkanal mit einem Turbinenrad gemäß dem Stand der Technik und Differenzierung einer Strömungsanhängigkeit eines Wassertropfens in Abhängigkeit von seiner Größe.
Ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist wie in Fig. 1 abgebildet aufgebaut. Der Abgasturbolader 1 umfasst einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt 2, welcher ein Turbinenrad 3 drehbar aufgenommen ausgebildet ist. Das Turbinenrad 3 ist ein Teil eines Laufzeugs 4 des Abgasturboladers 1 , welches ein in einem nicht näher abgebildeten Frischluftführungsabschnitt des Abgasturboladers 1 drehbar aufgenommenes Verdichterrad umfasst. Das Verdichterrad ist mit Hilfe einer Welle 5 drehfest mit dem Turbinenrad 3 verbunden.
Der Abgasturbolader 1 steht im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem nicht näher abgebildeten Antriebsaggregat, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form einer Brennstoffzelle ausgebildet ist, in Verbindung, welchem Frischluft mit Hilfe des Verdichterrades zugeführt wird. Das Abgas der Brennstoffzelle weist einen im Vergleich zu einer Verbrennungskraftmaschine hohen Wasseranteil in Form von Tropfen auf, welche unterschiedlich groß ausgebildet sein können. Das heißt mit anderen Worten, dass der Wasseranteil, im Folgenden als Wasser bezeichnet, kleine Tröpfchen aufweisen kann, welche mit einer in einem Spiralkanal 6 des Abgasführungsabschnitts 2 ausgebildeten Strömung mitgerissen werden, und/oder es können ebenso derart große Tropfen ausgebildet sein, welche sich aufgrund der Schwerkraft in vertikaler Richtung im Abgasführungsabschnitt 2, insbesondere in dem Spiralkanal 6 absetzen.
Der Spiralkanal 6 ist durchströmbar mit einer Zuströmeinrichtung 7 verbunden, welche einen rohrförmigen Zuströmabschnitt 8 umfasst. Der Zuströmabschnitt 8, welcher dem Abgasführungsabschnitt 2 zugeordnet werden kann, ist bevorzugt mit einem zwischen der Brennstoffzelle und dem Abgasführungsabschnitt 2 ausgebildeten Strömungsabschnitt der Zuströmeinrichtung 7, welcher nicht näher abgebildet ist, durchströmbar verbunden, damit das Abgas der Brennstoffzelle über die Zuströmeinrichtung 7 dem Abgasführungsabschnitt 2, insbesondere dem Turbinenrad 3 zum Antreiben des Laufzeugs 4, aufweisend eine Längsachse 14, geführt werden kann.
Der Spiralkanal 6 zeichnet sich gegenüber dem Zuströmabschnitt 8 dadurch aus, dass ein Strömungsquerschnitt S des Spiralkanals 6 über seine Länge L kontinuierlich abnimmt.
Die Zuströmeinrichtung 7 zeichnet sich dadurch aus, dass zur Wasserabscheidung von Wasser aus dem Abgas der Zuströmabschnitt 8 und/oder der Strömungsabschnitt gegenüber einer Horizontalebene H geneigt ausgebildet ist, wobei ein Neigungswinkel a der Neigung einen Wert aufweist, welcher zwischen -90° und 90° liegt. Oder mit anderen Worten gesagt befindet sich der Neigungswinkel a in einem Wertebereich zwischen -90° und 90°, oder mit weiter anderen Worten gesagt, gilt folgende
Ungleichung -90° < a < 90°. Bevorzugt weist der Wertebereich Werte zwischen -85° und 85° auf. Die Horizontalebene H ist im Lot zur allgemein gültigen Schwerkraft G ausgebildet.
Zusätzlich ist zur verbesserten Wirksamkeit der Zuströmeinrichtung 7 die Anordnung des Zuströmabschnitts 8 und/oder des Strömungsabschnitts derart, dass grundsätzlich ein „fallender“ Zuströmabschnitt 8 und/oder ein „fallender“ Strömungsabschnitt realisiert ist. Das heißt mit anderen Worten, dass eine Strömungsausrichtung des Zuströmabschnitts 8 und/oder des Strömungsabschnitts grundsätzlich ausgehend von einem ersten Niveau N1 auf ein zweites Niveau N2 ausgebildet ist, wobei das Niveau N2 einem Spiralkanaleintritt 9 des Spiralkanals 6 zugeordnet ist, und wobei das erste Niveau N1 in Richtung einer zur Horizontalebene H senkrecht angeordneten Vertikalen V über dem zweiten Niveau N2 anzuordnen ist. Das heißt mit weiter anderen Worten, dass der Spiralkanaleintritt 9 zur Herbeiführung einer fallenden Strömungsrichtung tiefer anzuordnen ist als ein stromauf des Spiralkanaleintritts 9 ausgebildeter Eintrittsquerschnitt 10 des Zuströmabschnitts 8 und/oder des Strömungsabschnitts.
Eine Ausrichtung von Strömungsvektoren f der Zuströmeinrichtung 7 des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts 2 ist mit Hilfe von drei verschiedenen Ausführungsbeispielen im Vergleich zu einem Schwerkraftvektor g der Schwerkraft G illustriert. Es ist zu beachten, dass der Strömungsvektor f und der Schwerkraftvektor g der Schwerkraft G nicht in entgegengesetzter Richtung ausgebildet sind, sondern der Neigungswinkel a zwischen den beiden Vektoren f, g ausgebildet ist. Ein bevorzugter Wertebereich des Neigungswinkels a ist zwischen -85° und 85°.
Der erfindungsgemäße Abgasführungsabschnitt 2 weist dem Spiralkanal 6 einen Nebenkanal 11 zugeordnet auf, wie er in den Figuren 2 bis 5 illustriert ist. Bezogen auf die Längsachse 14 des Laufzeugs 4 ist in radialer Richtung ein tiefster Punkt PN des Nebenkanals 11 tiefer angeordnet als ein tiefster Punkt PS des Spiralkanals 6. Das heißt mit anderen Worten, dass bevorzugt in Abhängigkeit von einer Anordnung des Abgasturboladers 1 in beispielsweise einem Kraftfahrzeug der Nebenkanal 11 am Spiralkanal 6 anzuordnen ist.
Der Nebenkanal 11 befindet sich insbesondere in einem unterhalb der Horizontalebene H liegenden Umfangsbereich 12 des Spiralkanals 6, in welchem sich das Wasser ansammeln kann. Das Wasser kann über eine Austrittsöffnung 13 aus dem Nebenkanal 11 und somit aus dem Abgasführungsabschnitt 2 geführt werden.
Der Nebenkanal 11 ist bevorzugt mit einem axialen Abstand zum Spiralkanal 6 anzuordnen. Das bedeutet, dass ein zweiter Schwerpunkt S2 des Nebenkanals 11 von dem ersten Schwerpunkt S1 sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung beabstandet ausgebildet ist. Die Austrittsöffnung 13 ist bevorzugt an einer tiefsten Stelle des Nebenkanals 11 auszubilden, damit bereits aufgrund der Schwerkraft das Wasser aus dem Nebenkanal 11 abfließen kann. Das heißt mit anderen Worten, dass zwischen dem ersten Schwerpunkt S1 und dem zweiten Schwerpunkt S2 ein radialer Abstand r und ein axialer Abstand a vorliegt.
Die grundsätzliche Ausbildung des Nebenkanals 11 bezogen auf seine Länge L und seine Kanalquerschnittsfläche K ist abhängig von der Brennstoffzelle. Das Abgas der Brennstoffzelle weist in Abhängigkeit ihres Aufbaus einen bestimmten Wassergrad auf. Das heißt, dass es Brennstoffzellen gibt, deren Wassergrad weniger hoch ist als der Wassergrad einer anderen Brennstoffzelle. Dies kann bereits innerhalb einer Produktionsreihe auftreten, wobei hier der Wassergrad in einem Toleranzbereich schwankend ist, wobei dies aufgrund hoher Kosten nicht in die grundsätzliche Ausbildung des Nebenkanals 11 einfließen kann.
Jedoch ist in Abhängigkeit der Brennstoffzelle und ihrem Wassergrad der Nebenkanal 11 zu gestalten. So ist bevorzugt bei einer Brennstoffzelle mit einem hohen Wassergrad die Länge L und/oder die Kanalquerschnittsfläche K größer auszubilden als bei einer Brennstoffzelle mit einem geringen Wassergrad.
Es kann auch berücksichtigt werden, dass der Wassergrad des Abgases sich in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Brennstoffzelle verändert. So weist das Abgas eines niedrigen Betriebspunktes einen geringeren Wassergrad auf als das
Abgas eines höheren Betriebspunktes derselben Brennstoffzelle. Es ist bevorzugt den Nebenkanal 11 in Abhängigkeit des Betriebspunktes mit dem größten Wassergrad auszubilden.
Die Austrittsöffnung 13 ist ebenfalls in Abhängigkeit von dem Wassergrad auszubilden. Es ist ein nicht näher abgebildetes Ventil vorgesehen, wobei das Ventil zur Vermeidung eines Lufteintritts in den Spiralkanal 6 und/oder eines Luftaustritts aus dem Spiralkanal 6 ausgebildet ist, damit eine Störung der Luftströmung im Spiralkanal 6 wesentlich reduziert, insbesondere vermieden ist. Es könnte beispielsweise das Ventil einen Gegendruck erzeugend ausgebildet sein. Das Ventil könnte in Form eines Siphons ausgeführt sein.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass grundsätzlich das Wasser eine geschlossene freie Oberfläche gegenüber dem Spiralkanal 6 aufweist, welche bereits gegenüber einem Lufteintritt aus der Austrittsöffnung 13 den Nebenkanal 11 abdichtet. Eine Druckkraftwirkung auf die freie Oberfläche muss für einen weiten Betriebsbereich mit variierenden Betriebsdrücken im Gleichgewicht mit einer Gewichtskraft einer zu verdrängenden Wassersäule stehen. Eine variable Oberfläche, welche über einen angepassten zumindest abschnittsweise sich verändernden Querschnittsverlauf des Siphons realisierbar sein könnte, ermöglicht dies.
Auch könnte im Gegensatz zu dieser passiven Lösung eine aktive Gegendruckgestaltung über Aktuatoren und/ oder Federn realisiert sein, die abhängig vom Betrieb eine Kraftwirkung entfalten, so dass die geschlossene freie Oberfläche über einen weiten Betriebsbereich herbeigeführt werden kann.
Auch könnte ein nicht näher abgebildetes Deckelement, beispielsweise ein Schiebeelement im Nebenkanal 11 ausgebildet sein, welches vor einem Öffnen des Ventils den Spiralkanal 6 vom Nebenkanal 11 trennend zwischen den Spiralkanal 6 und den Nebenkanal 11 positioniert wird.
Die Austrittsöffnung 13 könnte in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt einen entsprechend großen Austrittsquerschnitt ausbildbar ausgeführt sein, somit in ihrem Austrittsquerschnitt veränderbar, bevorzugt regelbar sein. Eine einfache Änderung des Austrittsquerschnitts wäre eine selbstregelnde Änderung, welche beispielsweise mit einer elastischen Blende realisierbar wäre, da die Austrittsöffnung 13 bevorzugt an einer tiefsten Stelle des Nebenkanals 11 angeordnet ist. So könnte sich in Abhängigkeit von der Schwerkraft und in Abhängigkeit von der sich im Nebenkanal 11 angesammelten Wassermenge die Austrittsöffnung 13 selbstregelnd aufweiten oder zusammenziehen. Ebenso könnte das Ventil auch mit dem Betriebspunkt der Brennstoffzelle geregelt werden. Selbstredend kann das Ventil jede mögliche für einen Durchlass des Wassers aus dem Nebenkanal 11 geeignete Form aufweisen.
Die Austrittsöffnung 13 könnte auch in Form eines sich über einen bestimmten Umfang des Nebenkanals 11 erstreckenden Langloches ausgeführt sein. In der Austrittsöffnung 13 ist vorteilhaft das Ventil angeordnet. Die Austrittsöffnung 13 ist einem Austrittskanal 17, welcher im Abgasführungsabschnitt 2 ausgebildet ist, zugeordnet, in welchem das Ventil aufgenommen sein kann. In dem Austrittskanal kann ebenso ein poröses schwammartiges Mittel 18 angeordnet sein, welches einer Vermeidung eines Lufteintritts in den Austrittskanal 17 und damit in die Austrittsöffnung 13 dient. Das heißt mit anderen Worten, dass das Mittel 18, welches auch in Form eines Ventils ausgebildet sein kann, in der Austrittsöffnung 13 oder im Austrittskanal 17, von der Austrittsöffnung 13 beabstandet, positioniert sein kann.
Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Zuströmeinrichtung 7 in ihrem Bereich stromauf des Spiralkanals 6 mit zumindest einem weiteren Mittel zur Wasserabscheidung bestückt sein, welches bereits einen Teil des Wassers aufnehmen kann. Es könnte ein zusätzlicher Wasserabscheider vorgesehen sein. Ebenso könnte zusätzlich ein wasseraufnehmendes Vlies in der Zuströmeinrichtung 7 ausgebildet sein.
In Fig. 5 ist der erfindungsgemäße Abgasführungsabschnitt 2 in einem zweiten Ausführungsbeispiel abgebildet. Zwischen dem Nebenkanal 11 und dem Spiralkanal 6 ist ein Zwischenelement 15 angeordnet, welches durchlässig ausgebildet ist. Dieses
Zwischenelement 15 deckt den Nebenkanal 11 zumindest teilweise gegenüber dem Spiralkanal 6 ab. Dieses Zwischenelement 15 ist derart ausgeführt, dass zumindest das Wasser über das Zwischenelement 15 in den Nebenkanal 11 gelangen kann, die den Spiralkanal 6 durchströmende Abgasströmung im übrigen jedoch nicht oder zumindest nicht wesentlich auf ihrem Weg in das Turbinenrad 3 bezüglich ihrer Strömungsrichtung gemäß dem Pfeil, verändert wird.
Das Zwischenelement 15 weist Durchtrittsöffnungen 16 auf, damit ausgehend vom Spiralkanal 6 die Wassertropfen über das Zwischenelement 15 in den Nebenkanal 11 gelangen können. Die Durchtrittsöffnungen 16 können als Schlitze, in Längs oder Querrichtung ausgebildet sein, sie können in Form von Löchern ausgeführt sein, oder sie können als Durchtrittsöffnungen 16 in einem porösen Material ausgebildet sein. Ebenso könnte das Zwischenelement 15 in Form eines Netzes, aufweisend die Durchtrittsöffnungen 16 ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Zwischenelement 15 in einem nicht näher abgebildeten Rahmen aufgenommen.
In Fig. 6 ist der Spiralkanal 6 gemäß dem Stand der Technik in einer Seitenansicht abgebildet. Der Seitenansicht überlagert ist eine Strömungsanhängigkeit eines Wassertropfens in Abhängigkeit von seiner Größe eingetragen. So kennzeichnet eine erste Strömungslinie T1, welche gestrichelt eingezeichnet ist, die Strömungsanhängigkeit eines Wassertropfens mit großer Größe im Vergleich zur Strömungsanhängigkeit eines Wassertropfens mit kleiner Größe, welche durch die zweite Strömungslinie T2, welche durchgezogen abgebildet ist, gekennzeichnet ist. Es ist erkennbar, dass kleine Tropfen eine wesentlich größere Strömungsanhängigkeit aufweisen als im Vergleich dazu große Tropfen. Es ist auch erkennbar, dass die großen Tropfen tendenziell eher im unteren Bereich des Spiralkanals 6 vorliegen als im oberen Bereich. Somit ist mit Hilfe des Nebenkanals 11 , welcher im unteren Bereich des Spiralkanals 6 angeordnet ist, eine bevorzugte Wasserabfuhr zu erzielen. Oder mit anderen Worten gesagt: Je größer die Tropfen sind, desto weiter stromauf enden solche Tropfen an einer Wandung des Spiralkanals 6 und können aufgrund der Schwerkraft G nach unten in den Nebenkanal 11 fließen. Kleine Tropfen können mit dieser Art der Wasserabscheidung nicht abgeführt werden.
Der Nebenkanal 11 ist zur Vermeidung einer Störung der Luftströmung im Spiralkanal 6 den Spiralkanal 6 derart umfassend ausgebildet, dass der Strömungsquerschnitt S des Spiralkanals 6 ausgehend vom Spiralkanaleintritt 9 bis zu einer Zunge des Abgasführungsabschnitts 2 stetig ausgebildet ist, auch sofern kein Zwischenelement 15 zwischen dem Spiralkanal 6 und dem Nebenkanal 11 ausgebildet ist. Somit ist ein strömungsoptimierter Übergang zwischen dem Spiralkanal 6 und dem Nebenkanal 11 realisiert. Damit kann auf einfache Weise einer Zentrifugalkraft der Wassertropfen Rechnung getragen werden, damit sowohl größere als auch kleinere Wassertropfen zuverlässig abgeschieden werden können.
Des Weiteren könnte auch der Spiralkanal 6 über einem größeren Umfang, insbesondere größer als 90°, vom Nebenkanal 11 umfasst sein, so dass beispielsweise das einer Zunge des Spiralkanals 6 näherliegende Ende des Nebenkanals 11 näher an der Zunge positioniert ist. Der Nebenkanal 11 kann in Abhängigkeit von einem Einbau des Abgasturboladers 1 am Spiralkanal 6 angeordnet werden. Damit kann auf weiter einfache Weise der Zentrifugalkraft der Wassertropfen Rechnung getragen werden und eine Kanalanordnung wird so ausgeführt, dass sie hinsichtlich eines erwarteten Tropfenspektrums optimal ist und unerwünschte Wasserfilmströmungen im Spiralkanal 6 vermieden werden.
Bezugszeichenliste
1 Abgasturbolader
2 Abgasführungsabschnitt
3 Turbinenrad
4 Laufzeug
5 Welle
6 Spiralkanal
7 Zuströmeinrichtung
8 Zuströmabschnitt
9 Spiralkanaleintritt
10 Eintrittsquerschnitt
11 Nebenkanal
12 Umfangsbereich
13 Austrittsöffnung
14 Längsachse
15 Zwischenelement
16 Durchtrittsöffnung
17 Austrittskanal
18 Mittel
H Horizontalebene
K Kanalquerschnittsfläche
L Länge
N1 Erstes Niveau
N2 Zweites Niveau
PN Tiefster Punkt Nebenkanal
PS Tiefster Punkt Spiralkanal
R Radius
S Strömungsquerschnitt
51 Erster Schwerpunkt
52 Zweiter Schwerpunkt
T1 Erste Strömungslinie
T2 Zweite Strömungslinie
V Vertikale a Axialer Abstand f Strömungsvektor g Schwerkraftvektor r Radialer Abstand a Neigungswinkel
Claims
Patentansprüche Abgasführungsabschnitt (2) eines Abgasturboladers (1 ), umfassend einen Spiralkanal (6), welcher ein drehbar im Abgasführungsabschnitt (2) aufgenommenes Turbinenrad (3) eines Laufzeugs (4) des Abgasturboladers (1 ) zumindest teilweise umfassend ausgebildet ist, und wobei der Abgasführungsabschnitt (2) mit einem Abgaskanal eines Antriebsaggregats durchströmbar verbunden ist, wobei Abgas des Antriebsaggregats den Abgasführungsabschnitt (2) durchströmbar ist, und wobei zur Wasserabscheidung von Wasser aus dem Abgas im Abgasführungsabschnitt (2) ein den Spiralkanal (6) zumindest teilweise umfassender Nebenkanal (11 ) ausgebildet ist, wobei der Nebenkanal (11 ) durchströmbar mit dem Spiralkanal (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf eine Längsachse (14) des Laufzeugs (4) in radialer Richtung ein tiefster Punkt (PN) des Nebenkanals (11 ) tiefer angeordnet ist als ein tiefster Punkt (PS) des Spiralkanals (6), und wobei der Nebenkanal (11 ) zur Vermeidung einer Störung der Luftströmung im Spiralkanal (6) den Spiralkanal (6) derart umfassend ausgebildet ist, dass ein Strömungsquerschnitt (S) des Spiralkanals (6) ausgehend von einem Spiralkanaleintritt (9) bis zu einer Zunge des Abgasführungsabschnitts (2) stetig ausgebildet ist. Abgasführungsabschnitt (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Nebenkanal (11 ) und dem Spiralkanal (6) ein durchlässiges Zwischenelement (15) angeordnet ist.
Abgasführungsabschnitt (2) nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung einer Horizontalebene (H) durch die Längsachse (14) ein Umfangsbereich (12) überwiegend unterhalb der Horizontalebene (H) ausgebildet ist. Abgasführungsabschnitt (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem ersten Schwerpunkt (S1) des Spiralkanals (6) und einem zweiten Schwerpunkt (S2) des Nebenkanals (11) ein radialer Abstand (r) und/oder ein axialer Abstand (a) ausgebildet ist. Abgasführungsabschnitt (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenkanal (11) eine Austrittsöffnung (13) aufweist. Abgasführungsabschnitt (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (13) einem im Abgasführungsabschnitt (2) ausgebildeten Austrittskanal (17) zugeordnet ist. Abgasführungsabschnitt (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittskanal (17) ein Mittel (18) aufweist, welches zumindest teilweise luftundurchlässig ausgebildet ist. Abgasführungsabschnitt (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (13) an einer tiefsten Stelle des Nebenkanals (11) angeordnet ist.
Abgasführungsabschnitt (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (13) ein Ventil aufweist. Abgasführungsabschnitt (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil in Form eines Siphons ausgebildet ist. Abgasführungsabschnitt (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wasserabscheidung von Wasser aus dem Abgas eine Zuströmeinrichtung
(7) des Abgasturboladers (1), umfassend einen Zuströmabschnitt (8) und einen Strömungsabschnitt, welcher zwischen dem Antriebsaggregat und dem Zuströmabschnitt (8) angeordnet ist, ausgebildet ist, wobei der Zuströmabschnitt
(8) und/oder der Strömungsabschnitt gegenüber einer Horizontalebene (H) mit einem Neigungswinkel (a) geneigt ausgebildet ist, wobei die Horizontalebene (H) im Lot zur Schwerkraft G ausgebildet ist, und wobei der Zuströmabschnitt (8) und/oder der Strömungsabschnitt relativ zum Spiralkanaleintritt (9) „fallend“ angeordnet ist. Abgasführungsabschnitt (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert des Neigungswinkels (a) in einem Wertebereich zwischen -90° und 90° liegt. Abgasführungsabschnitt (2) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wertebereich Werte von -85° bis 85° umfasst. Abgasführungsabschnitt (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf des Spiralkanals (6) zumindest ein weiteres Mittel zur
Wasserabscheidung in der Zuströmeinrichtung (7) angeordnet ist. Abgasturbolader (1), umfassend einen Abgasführungsabschnitt (2), welcher ein. Turbinenrad (3) drehbar aufnehmbar ausgebildet ist, wobei ein Spiralkanal (6) im Abgasführungsabschnitt (2) das Turbinenrad (3) zumindest teilweise umfassend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasführungsabschnitt (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.
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