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DE102018111560B4 - Compressor with trimmer and drainage pipe and internal combustion engine with such a compressor - Google Patents

Compressor with trimmer and drainage pipe and internal combustion engine with such a compressor

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DE102018111560B4
DE102018111560B4 DE102018111560.1A DE102018111560A DE102018111560B4 DE 102018111560 B4 DE102018111560 B4 DE 102018111560B4 DE 102018111560 A DE102018111560 A DE 102018111560A DE 102018111560 B4 DE102018111560 B4 DE 102018111560B4
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internal combustion
combustion engine
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Volkswagen AG
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Publication date
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Abstract

Verdichter (22) mit einem Gehäuse (50), das einen Strömungsraum (52), innerhalb dessen ein Verdichterlaufrad (30) drehbar gelagert ist, und einen Einlasskanal (56), der einen Verdichtereinlass (58) mit dem Strömungsraum (52) verbindet, ausbildet, wobei in dem Einlasskanal (56) ein Trimmsteller (44) angeordnet ist, durch den ein randseitiger Abschnitt des Eintrittsquerschnitts des Verdichterlaufrads (30) in veränderlichem Maße abdeckbar ist, gekennzeichnet durch eine Drainageleitung (48), die in einem Abschnitt des Einlasskanals (56), in dem der Trimmsteller (44) angeordnet ist, abgeht und die in dem Einlasskanal (56) endet. Compressor (22) with a housing (50) forming a flow chamber (52) within which a compressor impeller (30) is rotatably mounted, and an inlet channel (56) connecting a compressor inlet (58) to the flow chamber (52), wherein a trimming device (44) is arranged in the inlet channel (56) by which a marginal section of the inlet cross-section of the compressor impeller (30) can be variably covered, characterized by a drainage line (48) which extends into a section of the inlet channel (56) in which the trimming device (44) is arranged and which terminates in the inlet channel (56).

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Verdichter.The invention relates to a compressor and an internal combustion engine with such a compressor.

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 verlustarme Kernströmung durch den Verdichter, die den Massendurchsatz und den Druckaufbau bestimmt.In the compressor of an internal combustion engine, the fresh gas supplied to the engine via a fresh gas stream is compressed. The increase in fresh gas pressure depends on the rotational speed of the compressor impeller and the mass flow rate of the fresh gas passing over it. Towards the so-called surge line of the compressor map, the flow towards the leading edges of the impeller blades becomes increasingly pressure-side due to the decreasing flow velocity relative to the circumferential speed; that is, the incidence of the flow increases steadily. Above an operating-point-dependent threshold for the incidence, the so-called surge line, the flow separates at the leading edges, and the flow within the compressor becomes unstable. In the surge line region, a backflow region of low-impulse fluid forms on the inlet-side contour of the compressor housing. This so-called backflow bubble leads to a decrease in compressor efficiency due to swirl and mixing losses. However, in the area of the impeller's hub contour, a high-impulse and low-loss core flow also runs through the compressor near the surge line, which determines the mass flow rate and pressure build-up.

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. A trimming disc, such as the one from the DE 10 2010 026 176 A1 , the EP 3 018 355 A1 , the DE 10 2015 209 704 A1 or the WO 2014/131790 A1 As is known, a trimmer serves to shift the surge line of a compressor characteristic curve towards relatively low mass flow rates at high pressure conditions. Simultaneously, a trimmer can increase the compressor efficiency in the surge line region. For this purpose, a trimmer includes a device that allows the cross-sectional area of the airflow over the compressor impeller to be varied. The resulting nozzle effect of the trimmer, with increasing control intervention (reduction of the cross-sectional area), allows the gas flow to be focused more strongly on the hub-adjacent inlet cross-section of the compressor impeller. This reduces the amount of gas flowing into the low-impulse and lossy region of the backflow bubble, and the core flow near the hub is accelerated and thus further stabilized.

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 dann gegebenen Anströmung des Verdichterlaufrads möglichst keine zusätzlichen Reibungs- oder Drosselverluste entstehen. Der Verdichterwirkungsgrad und die Breite des Verdichterkennfelds werden deshalb in Richtung der Stopfgrenze nicht in einem relevanten Maße negativ durch einen Trimmsteller beeinflusst.The acceleration of the gas flow near the hub of the compressor impeller also results in a suction-side shift in the flow direction towards the impeller, which can contribute to further stabilization of the gas flow. This stabilization of the core flow leads to the desired shift of the surge line of the compressor characteristic curve to lower mass flow rates. If control intervention is not desired (trim control fully open), the entire cross-section of the fresh gas stream upstream of the compressor impeller is opened as much as possible, so that no additional friction or throttling losses occur in the resulting flow direction towards the impeller. Therefore, the compressor efficiency and the width of the compressor characteristic curve are not negatively affected to a significant degree by a trim control in the direction of the surge line.

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 gering zu halten. Für die Regelung der ND-AGR-Rate wird in die ND-Abgasrückführleitung häufig ein Regelventil integriert.Modern internal combustion engines frequently employ low-pressure exhaust gas recirculation (LP-EGR) to meet legally mandated emission limits. In this system, exhaust gas extracted downstream of an exhaust turbine in a turbocharger is routed through a recirculation line upstream of the turbocharger compressor into the fresh air intake of the engine. The compressor then draws this recirculated exhaust gas in along with air to create the fresh air mixture. Ideally, the recirculated exhaust gas should be introduced as close as possible to the compressor to minimize unwanted condensation in the fresh air mixture. A control valve is often integrated into the LP-EGR line to regulate the LP-EGR rate.

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 einer relevanten Menge in einen Frischgasstrang einer Brennkraftmaschine eingebracht wird, das dabei in das Verdichterlaufrad gelangen kann. 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 Kondensats 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.However, even when the recirculated exhaust gas is introduced directly upstream of the compressor impeller, there is a risk that a significant amount of condensate will be introduced into the fresh air stream of an internal combustion engine via the recirculated exhaust gas, potentially entering the compressor impeller. This is particularly true if the recirculated exhaust gas or an exhaust gas cooler integrated into the exhaust gas recirculation line has a relatively low temperature, which promotes condensation. If condensate, or larger droplets of condensate, enter the compressor impeller, there is a risk of damage to the impeller, which increases with the speed of the compressor impeller. Consequently, it is currently standard practice to operate the internal combustion engine with no or a relatively low low-pressure exhaust gas recirculation rate—i.e., below a defined rate optimized for minimizing pollutant emissions—when operating conditions allow or encourage condensate to enter the compressor. It is obvious that this results in relatively poor emission performance from the internal combustion engine.

Bei den aus der DE 10 2015 209 704 A1 und der WO 2014 / 131 790 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.Those from the DE 10 2015 209 704 A1 and the WO 2014 / 131 790 A1 In known compressors with a trimmer, an exhaust gas recirculation line for low-pressure exhaust gas recirculation is also provided, which opens into an inlet channel of the respective compressor in the area of the associated trimmer. The opening is positioned such that, with active exhaust gas recirculation and a relatively closed position of the trimmer, which focuses the flow to the respective compressor impeller on a hub-adjacent section of the inlet cross-section, the recirculated exhaust gas is guided into the peripheral section of the inlet cross-section covered by the respective trimmer.

Die DE 10 2010 027 26 A1 offenbart eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführleitung und einem Wirbelströmungsgenerator, mittels dessen Feststoffe aus der Mischung aus Frischgas und Abgas abgeschieden werden, bevor die Mischung aus Frischgas und Abgas in den Verdichter eintritt. Die Feststoffe werden anschließend über eine Auslassleitung abgeführt.The DE 10 2010 027 26 A1 The document discloses a turbocharged internal combustion engine with an exhaust gas recirculation line and an eddy flow generator, by means of which solids are separated from the mixture of fresh gas and exhaust gas before the mixture enters the compressor. The solids are then discharged via an exhaust line.

Die DE 10 2015 016 030 A1 beschreibt eine aufgeladene Brennkraftmaschine, bei der eine Kondensatabführleitung aus einem Hochdruckabschnitt des Verdichters abgeht und stromab eines Ladeluftkühlers in die Ladeluftstrecke mündet.The DE 10 2015 016 030 A1 describes a turbocharged internal combustion engine in which a condensate drain line branches off from a high-pressure section of the compressor and leads into the charge air path downstream of an intercooler.

Die DE 20 2015 100 195 U1 offenbart eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführleitung, bei der eine Kondensatbildung im Bereich der Mündung der Abgasrückführleitung und damit auch vor dem Verdichter dadurch vermieden werden soll, dass ein Teil des von dem Verdichter bereits verdichteten Frischgases bedarfsweise über eine Rückführleitung vor den Verdichter zurückgeführt wird.The DE 20 2015 100 195 U1 Disclosing a turbocharged internal combustion engine with an exhaust gas recirculation line, in which condensation in the area of the outlet of the exhaust gas recirculation line and thus also in front of the compressor is to be avoided by returning a portion of the fresh gas already compressed by the compressor to the compressor via a recirculation line as required.

Die US 2016 / 0 186 701 A1 beschreibt einen Verdichter, bei dem stromauf des Verdichterlaufrads anfallendes Kondensat zunächst in einer Vertiefung gesammelt und bedarfsweise gezielt durch das Öffnen eines Ventils, das in einer Rückführleitung, über die bereits verdichtetes Frischgas auf die Niederdruckseite rückgeführt werden kann und die in die Vertiefung mündet, angeordnet ist, in Richtung eines nabennahen Abschnitts des Verdichterlaufrads beschleunigt wird. Dadurch soll eine Beaufschlagung der randseitigen Abschnitte des Verdichterlaufrads mit dem Kondensat und damit eine Beschädigung des Verdichterlaufrads vermieden werden. Kondensat, das stromauf eines Verdichters in einen Frischgasstrang eingebracht wird oder dort anfällt, kann nicht nur zu einer Beschädigung des Verdichterlaufrads führen, sondern auch die Funktionsfähigkeit eines dem Verdichter zugeordneten Trimmstellers negativ beeinflussen. Dies gilt insbesondere, wenn die entsprechende Brennkraftmaschine bei Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts nicht betrieben wird und so Kondensat, das sich im Bereich des Trimmstellers angesammelt hat, gefriert. Dadurch kann die Verstellbarkeit des Trimmstellers bei einer Wiederaufnahme des Betriebs der Brennkraftmaschine verhindert oder zumindest behindert werden.The US 2016 / 0 186 701 A1 This describes a compressor in which condensate accumulating upstream of the compressor impeller is first collected in a recess and, as needed, selectively accelerated towards a section of the compressor impeller near the hub by opening a valve. This valve is located in a return line, through which already compressed fresh gas can be returned to the low-pressure side and which opens into the recess. This is intended to prevent the edge sections of the compressor impeller from being exposed to condensate and thus avoid damage to the impeller. Condensate that is introduced into or accumulates in a fresh gas line upstream of a compressor can not only damage the compressor impeller but also negatively affect the functionality of a trimmer associated with the compressor. This is particularly true if the corresponding internal combustion engine is not operated at ambient temperatures below freezing, causing condensate that has accumulated in the area of the trimmer to freeze. This can prevent or at least hinder the adjustability of the trim control when the internal combustion engine is restarted.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine solche Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit eines Trimmstellers einer Brennkraftmaschine zu vermeiden.The invention was based on the objective of avoiding such an impairment of the functionality of a trimmer of an internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird durch eine Ausgestaltung eines Verdichters gemäß dem Patentanspruch 1 oder einer Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verdichters und der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This problem is solved by an embodiment of a compressor according to claim 1 or of an internal combustion engine according to claim 6. Advantageous further developments of the compressor and the internal combustion engine according to the invention are the subject of further claims and/or will become apparent from the following description of the invention.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit eines Trimmstellers durch mit diesem in Kontakt kommendes Kondensat, das im Nichtbetrieb eines den Trimmsteller umfassenden Verdichters beziehungsweise einer den Trimmsteller umfassenden Brennkraftmaschine bei Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts gefrieren kann, zu vermeiden, indem dieses Kondensat abgeführt wird.The invention is based on the idea of preventing impairment of the functionality of a trimmer by condensate coming into contact with it, which can freeze when a compressor or internal combustion engine comprising the trimmer is not in operation at ambient temperatures below freezing, by removing this condensate.

Dementsprechend ist erfindungsgemäß ein Verdichter mit einem Gehäuse, das einen Strömungsraum, innerhalb dessen ein Verdichterlaufrad drehbar gelagert ist, und einen Einlasskanal, der einen Verdichtereinlass mit dem Strömungsraum verbindet, ausbildet, vorgesehen, wobei in dem Einlasskanal ein Trimmsteller in insbesondere einer von dem Gehäuse ausgebildeten Vertiefung angeordnet ist, durch den ein randseitiger Abschnitt des Eintrittsquerschnitts des Verdichterlaufrads in veränderlichem Maße abdeckbar ist. Weiterhin ist eine Drainageleitung vorgesehen, die in einem Abschnitt des Einlasskanals, in dem der Trimmsteller angeordnet ist, abgeht und die in dem Einlasskanal endet. Die Drainageleitung kann dabei vorzugsweise zumindest in einem Abschnitt als vollumfänglich geschlossen ausgebildeter Drainagekanal ausgebildet sein.Accordingly, according to the invention, a compressor is provided with a housing that forms a flow chamber within which a compressor impeller is rotatably mounted, and an inlet channel that connects a compressor inlet to the flow chamber. A trimmer is arranged in the inlet channel, particularly in a recess formed by the housing, by which a peripheral section of the inlet cross-section of the compressor impeller can be variably covered. Furthermore, a drainage line is provided that extends from a section of the inlet channel in which the trimmer is arranged and terminates in the inlet channel. The drainage line can preferably be designed as a fully enclosed drainage channel, at least in one section.

Eine entsprechende erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst 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 des Eintrittsquerschnitts eines Verdichterlaufrads des Verdichters in veränderlichem Maße abdeckbar ist. Weiterhin ist eine Drainageleitung vorgesehen, die in einem Abschnitt des Frischgasstrangs, in dem der Trimmsteller angeordnet ist, abgeht und die in dem Frischgasstrang endet. Auch in diesem Fall kann der Trimmsteller insbesondere in einer Vertiefung einer Wandung des Frischgasstrangs angeordnet sein.A corresponding internal combustion engine according to the invention comprises at least one combustion engine (in particular a diesel engine or a gasoline engine or a combination thereof, i.e., a combustion engine with homogeneous compression ignition), a fresh gas stream and an exhaust gas stream, wherein a compressor is integrated into the fresh gas stream and wherein the compressor A trimmer is assigned to the compressor, allowing a variable degree of coverage of a peripheral section of the inlet cross-section of the compressor impeller. Furthermore, a drainage line is provided, which branches off in a section of the fresh gas line where the trimmer is located and terminates within the fresh gas line. In this case as well, the trimmer can be arranged, in particular, in a recess in the wall of the fresh gas line.

Als „Eintrittsebene“ des Verdichterlaufrads wird erfindungsgemäß die bezüglich des Trimmstellers am nächsten gelegene, senkrecht zu der 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.According to the invention, the "entry plane" of the compressor impeller is understood to be the plane closest to the trimmer, oriented perpendicular to the axis of rotation of the compressor impeller, and defined by the impeller blades of the compressor impeller by having at least a point-like section of one, several, or all of the leading edges of these impeller blades arranged within this plane. The "entry cross-section" of the compressor impeller is then the opening cross-section of the flow space located in this plane.

Der Trimmsteller 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.The trimmer control of a compressor or internal combustion engine according to the invention can, in principle, be of any type, for example according to one of the embodiments as described in the DE 10 2010 026 176 A1 , the EP 3 018 355 A1 , the DE 10 2015 209 704 A1 or the WO 2014/131790 A1 are revealed, are fully developed.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse mindestens einen in den Einlasskanal mündenden Anschlusskanal ausbildet, der oder die für den Anschluss einer Abgasrückführleitung und/oder einer Motorgehäuseentlüftungsleitung und/oder eine Tankentlüftungsleitung vorgesehen sind. Dabei ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass ein Leitungsabschnitt der Drainageleitung in den Anschlusskanal mündet. Durch diese indirekte Rückführung von Kondensat über den Anschlusskanal in den Einlasskanal kann eine besonders vorteilhafte Verteilung des Kondensats in Frischgas, das in dem Einlasskanal in Richtung des Verdichterlaufrads strömt, realisiert werden. Der Anschlusskanal bildet dabei einen Abschnitt der Drainageleitung aus. According to a preferred embodiment of a compressor according to the invention, the housing may be provided with at least one connecting channel opening into the inlet channel, which is/are provided for the connection of an exhaust gas recirculation line and/or an engine housing vent line and/or a tank vent line. It is further preferred that a section of the drainage line opens into the connecting channel. This indirect return of condensate via the connecting channel to the inlet channel allows for a particularly advantageous distribution of the condensate into the fresh gas flowing in the inlet channel towards the compressor impeller. The connecting channel forms a section of the drainage line.

Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann dementsprechend vorzugsweise eine Abgasrückführleitung, die den Abgasstrang (in einem vorzugsweise stromab einer Abgasturbine (sofern vorhanden) liegenden Abschnitt) mit dem Frischgasstrang verbindet, und/oder eine Motorgehäuseentlüftungsleitung, die ein Innenvolumen, insbesondere einen Kurbelwellenraum, des Verbrennungsmotors mit dem Frischgasstrang verbindet, und/oder eine Spülgasleitung, die einen Kraftstoffdampffilter eines Kraftstofftanksystems der Brennkraftmaschine mit dem Frischgasstrang verbindet, umfassen, wobei ein Leitungsabschnitt der Drainageleitung in die Abgasrückführleitung oder die Motorgehäuseentlüftungsleitung oder die Spülgasleitung mündet. Dabei kann eine Mündungsöffnung der Abgasrückführleitung und/oder der Motorgehäuseentlüftungsleitung und/oder der Spülgasleitung entsprechend der Ausgestaltung eines mindestens einen entsprechenden Anschlusskanal aufweisenden, erfindungsgemäßen Verdichters von einem Gehäuse des Verdichters ausgebildet sein. Möglich ist aber auch eine Anordnung an einer beliebigen anderen Stelle einer Wandung des Frischgasstrangs.Accordingly, an internal combustion engine according to the invention can preferably comprise an exhaust gas recirculation line connecting the exhaust stream (in a section preferably located downstream of an exhaust gas turbine (if present)) with the fresh gas stream, and/or an engine casing ventilation line connecting an internal volume, in particular a crankcase, of the internal combustion engine with the fresh gas stream, and/or a purge gas line connecting a fuel vapor filter of a fuel tank system of the internal combustion engine with the fresh gas stream, wherein a section of the drainage line opens into the exhaust gas recirculation line, the engine casing ventilation line, or the purge gas line. An outlet opening of the exhaust gas recirculation line, the engine casing ventilation line, and/or the purge gas line can be formed by a compressor housing according to the design of a compressor according to the invention, which has at least one corresponding connection channel. However, an arrangement at any other location on a wall of the fresh gas stream is also possible.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung eines solchen erfindungsgemäßen Verdichters beziehungsweise einer solchen erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann dann noch vorgesehen sein, dass der Anschlusskanal stromauf des Trimmstellers in den Einlasskanal mündet beziehungsweise, dass die Abgasrückführleitung und/oder die Motorgehäuseentlüftungsleitung und/oder die Spülgasleitung stromauf des Trimmstellers in den Frischgasstrang mündet/münden. Dieser bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verdichters beziehungsweise einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Gefahr einer Beschädigung eines Verdichterlaufrads durch Kondensat, das insbesondere über stromauf des Verdichterlaufrads in den Frischgasstrang eingebrachtes, rückgeführtes Abgas eingebracht wird (unabhängig davon, ob es sich hierbei um über die Drainageleitung abgeführtes oder schon vor der Mündung der Drainageleitung von dem rückgeführten Abgas mitgeführtes Kondensat handelt), 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. Da zudem 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, ermöglicht eine Mündung insbesondere der Abgasrückführleitung beziehungsweise des dazugehörigen Anschlusskanals stromauf des Trimmstellers folglich, den Trimmsteller zu nutzen, um den randseitigen Abschnitt des Verdichterlaufrads gegen das Kondensat, das mit dem rückgeführten Abgas in den Frischgasstrang eingebracht wurde, abzuschirmen und dadurch den am stärksten gefährdeten Bereich des Verdichterlaufrads vor einer Beschädigung durch das Kondensat zu schützen.According to a preferred embodiment of such a compressor or internal combustion engine according to the invention, it can further be provided that the connecting channel upstream of the trim control opens into the inlet channel, or that the exhaust gas recirculation line and/or the engine crankcase ventilation line and/or the purge gas line open/open into the fresh gas stream upstream of the trim control. This preferred embodiment of a compressor or internal combustion engine according to the invention is based on the understanding that the risk of damage to a compressor impeller by condensate, which is introduced into the fresh gas stream, particularly via recirculated exhaust gas upstream of the compressor impeller (regardless of whether this condensate is discharged via the drain line or is already carried along by the recirculated exhaust gas before the outlet of the drain line), increases not only with the rotational speed of the compressor impeller, but also depends on the area of the compressor impeller on which the liquid droplets of condensate impact. Specifically, the outer or edge section of the compressor impeller is particularly vulnerable because it experiences the highest circumferential speeds during rotation. Furthermore, since a trimmer is typically used to focus the fresh gas flow onto a section of the compressor impeller near the hub under the same operating conditions of the internal combustion engine where exhaust gas recirculation is also typically employed, the outlet of the exhaust gas recirculation line or its associated connecting channel upstream of the trimmer allows the trimmer to be used to protect the edge section of the compressor impeller from the condensate carried by the recirculated exhaust gas. to shield the exhaust gas that was introduced into the fresh gas stream and thereby protect the most vulnerable area of the compressor impeller from damage by the condensate.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters kann vorgesehen sein, dass die Drainageleitung oder zumindest ein gegebenenfalls vollumfänglich geschlossen ausgebildeter Leitungsabschnitt (Drainagekanal) davon (vollständig) innerhalb des Gehäuses verläuft beziehungsweise in das Gehäuse integriert beziehungsweise von dem Gehäuse begrenzt ist. Eine entsprechende Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zeichnet sich dann dadurch aus, dass die Drainageleitung oder zumindest ein Leitungsabschnitt der Drainageleitung innerhalb einer Wandung des Frischgasstrangs verläuft beziehungsweise in das Gehäuse integriert beziehungsweise von dem Gehäuse begrenzt ist. Eine solche Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters beziehungsweise einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann gemäß den dazu alternativen Ausgestaltungsformen, bei denen die Drainageleitung teilweise von einer externen, d.h. außerhalb der Wandung des Frischgasstrangs verlaufenden, Leitung, insbesondere einer Schlauchleitung, ausgebildet ist, den Vorteil eines relativ geringen Bauraumbedarfs sowie einer relativ einfachen Montierbarkeit aufweisen. Andererseits können die Ausgestaltungen mit teilweise externer (Drainage-)Leitung hinsichtlich der Herstellungskosten vorteilhaft sein.According to a preferred embodiment of a compressor according to the invention, the drainage line, or at least a section thereof (drainage channel) that may be fully enclosed, runs (completely) within the housing, is integrated into the housing, or is bounded by the housing. A corresponding embodiment of an internal combustion engine according to the invention is characterized in that the drainage line, or at least a section thereof, runs within a wall of the fresh gas stream, is integrated into the housing, or is bounded by the housing. Such an embodiment of a compressor or internal combustion engine according to the invention, as well as alternative embodiments in which the drainage line is partially formed by an external line, i.e., one running outside the wall of the fresh gas stream, in particular a hose, can offer the advantage of relatively small installation space requirements and relatively simple assembly. On the other hand, the embodiments with a partially external (drainage) line can be advantageous with regard to manufacturing costs.

Ein vorteilhaftes Abführen von Kondensat kann vorzugsweise dadurch realisiert werden, dass die Drainageleitung oder zumindest ein/der Leitungsabschnitt davon bezüglich einer definierten Betriebslage des Verdichters oder der Brennkraftmaschine an der tiefstgelegenen Stelle des diese aufnehmenden Abschnitts des Einlasskanals beziehungsweise des Frischgasstrangs abgeht und/oder an einer Stelle in den Anschlusskanal beziehungsweise in die Abgasrückführleitung oder die Motorgehäuseentlüftungsleitung oder die Spülgasleitung mündet, die tiefer gelegen ist, als die Stelle, an der die Drainageleitung aus dem Einlasskanal abgeht und/oder einen stetig fallenden beziehungsweise abschüssigen Verlauf aufweist.Advantageous condensate removal can preferably be achieved by having the drainage line, or at least a section thereof, branch off at the lowest point of the inlet channel or fresh gas line receiving it, with respect to a defined operating position of the compressor or internal combustion engine, and/or by opening into the connecting channel, exhaust gas recirculation line, engine casing ventilation line, or purge gas line at a point that is lower than the point where the drainage line branches off from the inlet channel and/or has a continuously descending or sloped course.

Als „definierte Betriebslage“ wird eine Lage beziehungsweise Ausrichtung des Verdichters oder der Brennkraftmaschine verstanden, die dieser oder diese bei einer vorgesehenen Nutzung in insbesondere einem Kraftfahrzeug permanent oder hauptsächlich aufweist. Bei der Verwendung in einem Kraftfahrzeug ist dies die Lage beziehungsweise Ausrichtung, die der Verdichter oder die Brennkraftmaschine bei waagerecht ausgerichtetem Kraftfahrzeug aufweist. The term "defined operating position" refers to the position or orientation of the compressor or internal combustion engine that it permanently or primarily exhibits during its intended use, particularly in a motor vehicle. When used in a motor vehicle, this is the position or orientation that the compressor or internal combustion engine exhibits when the vehicle is horizontally oriented.

Der Verdichter einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann insbesondere Teil eines Abgasturboladers sein, der weiterhin eine in den Abgasstrang integrierte Abgasturbine umfasst, wobei die vorzugsweise vorgesehene Abgasrückführleitung dann insbesondere stromab der Abgasturbine aus dem Abgasstrang abgehen kann. 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.The compressor of an internal combustion engine according to the invention can, in particular, be part of an exhaust gas turbocharger, which further comprises an exhaust gas turbine integrated into the exhaust stream, wherein the preferably provided exhaust gas recirculation line can then branch off from the exhaust stream, in particular downstream of the exhaust gas turbine. The compressor is then driven by means of the exhaust gas turbine using the exhaust gas enthalpy. Alternatively or additionally, the compressor can also be designed to be driven in another way, for example by the internal combustion engine, i.e., mechanically, or by means of an electric motor.

Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugs sein. Dabei kann der Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine insbesondere zur direkten oder indirekten Bereitstellung der Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein.An internal combustion engine according to the invention can, in particular, be part of a motor vehicle. The internal combustion engine of the internal combustion engine can, in particular, be provided for the direct or indirect provision of propulsion power to the motor vehicle.

Bei einem solchen Kraftfahrzeug kann es sich insbesondere um ein radbasiertes und nicht schienengebundenen Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW) handeln.Such a motor vehicle may in particular be a wheel-based and not rail-bound motor vehicle (preferably a car or a truck).

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.The indefinite articles (“a”, “an”, “one”, and “ones”), particularly in the patent claims and in the description generally explaining the patent claims, are to be understood as such and not as numerals. Accordingly, components specified by these articles are to be understood as existing at least once and potentially existing multiple times.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in vereinfachter Darstellung:

  • 1: eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine;
  • 2: einen Längsschnitt durch einen Verdichter für eine Brennkraftmaschine gemäß der 1 gemäß einer ersten Ausgestaltungsform mit einem dazugehörigen Trimmsteller in der weitestmöglich geöffneten Stellung
  • 3: einen Längsschnitt durch einen Verdichter für eine Brennkraftmaschine gemäß der 1 gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform; und
  • 4: einen Längsschnitt durch einen Verdichter für eine Brennkraftmaschine gemäß der 1 gemäß einer dritten Ausgestaltungsform.
The present invention is explained in more detail below with reference to embodiments illustrated in the drawings. The drawings show, in simplified form:
  • 1 : an internal combustion engine according to the invention;
  • 2 : a longitudinal section through a compressor for an internal combustion engine according to the 1 according to a first embodiment with an associated trim control in the widest possible open position
  • 3 : a longitudinal section through a compressor for an internal combustion engine according to the 1 according to a second design form; and
  • 4 : a longitudinal section through a compressor for an internal combustion engine according to the 1 according to a third design form.

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 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, 3 bis 4) des Verdichters 22 verbunden ist. Der rotierende Antrieb des Turbinenlaufrads wird somit auf das Verdichterlaufrad 30 übertragen.The 1 Figure 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine according to the invention, comprising an internal combustion engine 10 which forms a plurality of cylinders 12. The cylinders 12 define The combustion chambers, together with pistons moving up and down within them and a cylinder head (not shown), form combustion chambers in which fresh gas is burned together with fuel. The fuel is injected directly into the combustion chambers by means of injectors 16, controlled by a control device 14 (engine control unit). The combustion of the fuel-fresh gas mixture results in cyclical up-and-down movements of the pistons, which in turn are transmitted in a known manner via connecting rods (not shown) to a crankshaft (also not shown), thus rotating the crankshaft. The fresh gas is supplied to the combustion engine 10 via a fresh gas line and is drawn from the environment through an intake port 18, cleaned in an air filter 20, and then fed into a compressor 22, which is part of an exhaust gas turbocharger. The fresh gas is compressed by the compressor 22, then cooled in an intercooler 24, and then fed to the combustion chambers. The compressor 22 is driven by an exhaust gas turbine 26 of the exhaust gas turbocharger, which is integrated into an exhaust stream of the internal combustion engine. Exhaust gas, which is produced during the combustion of the fuel-air mixture in the combustion chambers of the internal combustion engine 10, is discharged from the internal combustion engine 10 via the exhaust stream and flows through the exhaust gas turbine 26. This results, in a known manner, in the rotating drive of a turbine impeller (not shown), which is connected to a compressor impeller 30 (see figure) via a shaft 28 in a rotationally fixed manner. 2 , 3 until 4 ) of the compressor 22. The rotating drive of the turbine impeller is thus transferred to the compressor impeller 30.

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 Einlasskanal der Abgasturbine 26 mehr oder weniger und beeinflussen zudem den Abschnitt der primären Anströmung des Turbinenlaufrads und die Ausrichtung dieser Anströmung.To achieve the most optimal use of the exhaust gas enthalpy for generating compression power via the exhaust gas turbocharger when operating the internal combustion engine 10 with varying loads and speeds, the exhaust gas turbine 26 of the exhaust gas turbocharger can optionally (especially in a diesel configuration of the internal combustion engine 10) include a variable turbine flow (VTG) device 32, controllable by means of the control device 14. This VTG device can comprise, in a known manner, a plurality of guide vanes (not shown) arranged in an inlet channel of the exhaust gas turbine 26, which are individually rotatable and can be adjusted collectively by means of an adjustment device (not shown). Depending on the rotational positions of the guide vanes, they narrow the free flow cross-section in the inlet channel of the exhaust gas turbine 26 to a greater or lesser extent and also influence the section of the primary flow to the turbine impeller and the direction of this flow.

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.Downstream of the compressor 22, a control flap 34, also controllable by means of the control device 14, is integrated into the charge air section, i.e., into the section of the fresh gas stream located between the compressor 22 and the internal combustion engine 10. In a configuration of the internal combustion engine 10 as a gasoline engine, this control flap 34 can be a throttle valve (with known functionality). In a configuration of the internal combustion engine 10 as a diesel engine, the primary function of the control flap 34 can be to close the charge air section briefly after the diesel engine has stopped operating, thereby preventing the flow of already compressed fresh gas into the combustion chambers of the diesel engine.

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.The internal combustion engine further comprises an exhaust gas recirculation line 36 for implementing (low-pressure) exhaust gas recirculation, in which exhaust gas from a section of the exhaust stream located downstream of the exhaust turbine 26 and, in particular, also downstream of an exhaust aftertreatment device 38, for example, a particulate filter, can be diverted and introduced into a section of the fresh gas stream upstream of the compressor impeller 30. The quantity of exhaust gas to be recirculated via the exhaust gas recirculation line 36 can be controlled or regulated by means of a control valve 40, which can be actuated by the control device 14. Furthermore, an exhaust gas cooler 42 is integrated into the exhaust gas recirculation line 36 for cooling the exhaust gas passing through it.

Dem Verdichter 22 ist ein Trimmsteller 44 zugeordnet, durch den die Anströmung des Verdichterlaufrads 30 durch das Frischgas beeinflusst werden kann. Dazu ist der Trimmsteller 44 beziehungsweise ein dazugehöriger Aktor (nicht dargestellt) mittels der Steuerungsvorrichtung 14 ansteuerbar. Die Abgasrückführleitung 36 mündet stromauf beziehungsweise auf der von dem Verdichterlaufrad 30 abgewandten Seite des Trimmstellers 44 in den Frischgasstrang.A trimmer 44 is assigned to the compressor 22, which can influence the flow of fresh gas to the compressor impeller 30. The trimmer 44, or an associated actuator (not shown), can be controlled by the control device 14. The exhaust gas recirculation line 36 opens upstream, or on the side of the trimmer 44 facing away from the compressor impeller 30, into the fresh gas stream.

Die 2, 3 bis 4 zeigen jeweils in einem Längsschnitt mögliche Ausgestaltungsformen erfindungsgemäßer Verdichter 22. Diese Verdichter 22 können beispielsweise für eine Brennkraftmaschine gemäß der 1 vorgesehen sein, so dass dann der Trimmsteller 44, ein Anschlusskanal 46 für die Abgasrückführleitung 36 und eine Drainageleitung 48 Teil des Verdichters 22 sind. Dies ist in der 1 durch einen gestrichelten Rahmen angedeutet.The 2 , 3 until 4 Each longitudinal section shows possible embodiments of the compressors 22 according to the invention. These compressors 22 can, for example, be used in an internal combustion engine according to the 1 It is provided that the trimmer 44, a connection channel 46 for the exhaust gas recirculation line 36 and a drainage line 48 are then part of the compressor 22. This is in the 1 indicated by a dashed frame.

Der Verdichter 22 gemäß der 2 umfasst ein Gehäuse 50, das ein Teilgehäuse eines Gesamtgehäuses eines Abgasturboladers darstellen kann. Das Gehäuse 50 des Verdichters 22 bildet einen Strömungsraum 52 aus, innerhalb dessen das Verdichterlaufrad 30 drehbar gelagert ist. Einlassseitig weist der Strömungsraum 52 einen in einer Eintrittsebene 54 liegenden Eintrittsquerschnitt auf. Über einen ebenfalls von dem Gehäuse 50 des Verdichters 22 ausgebildeten Einlasskanal 56 kann Frischgas von einem Verdichtereinlass 58 zu dem Verdichterlaufrad 30 geführt werden. Auslassseitig wird der Strömungsraum 52 von einer um Austrittskanten von Laufradschaufeln 60 des Verdichterlaufrads 30 umlaufenden „Austrittsebene“ begrenzt. Dort schließt sich ein ebenfalls um die Austrittskanten der Laufradschaufeln 60 umlaufender Diffusorraum 62 und daran anschließend, was in der 2 (und auch in den 3 und 4) nicht mehr dargestellt ist, eine Verdichtervolute an. Aus der Verdichtervolute geht ein Verdichterauslass (ebenfalls nicht dargestellt) ab.The compressor 22 according to the 2 includes a housing 50, which can represent a partial housing of a complete housing of an exhaust gas turbocharger. The housing 50 of the compressor 22 forms a flow chamber 52 within which the compressor impeller 30 is rotatably mounted. On the inlet side, the flow chamber 52 has an inlet cross-section located in an inlet plane 54. Fresh gas can be supplied from a compressor inlet 58 to the compressor impeller 30 via an inlet channel 56, which is also formed by the housing 50 of the compressor 22. On the outlet side, the flow chamber 52 is bounded by an "outlet plane" that surrounds the exit edges of the impeller blades 60 of the compressor impeller 30. A diffuser chamber 62, also surrounding the exit edges of the impeller blades 60, closes there, followed by what is described in the 2 (and also in the 3 and 4 (No longer shown) a compressor volute. A compressor outlet (also not shown) extends from the compressor volute.

Innerhalb des Einlasskanals 56 ist der dazugehörige Trimmsteller 44 in einer möglichst kurzen Entfernung zu dem Eintrittsquerschnitt des Verdichterlaufrads 30 angeordnet. Der Trimmsteller 44 umfasst eine Irisblende 66 mit einem grundsätzlich auch von Fotoobjektiven bekannten Aufbau. In der Schließstellung verhindert der Trimmsteller 44 weitestgehend eine Anströmung des Verdichterlaufrads 30 in einem randseitig gelegenen, ringförmigen Bereich des Eintrittsquerschnitts und der Trimmsteller 44 fokussiert dann die Frischgasströmung auf einen nabennahen Abschnitt des Verdichterlaufrads 30. In der Öffnungsstellung gemäß der 2 (und gemäß den 3 und 4) kann das Frischgas dagegen über den gesamten Eintrittsquerschnitt in das Verdichterlaufrad einströmen. Die die Irisblende 66 ausbildenden Blendenelemente, die jeweils zum Öffnen oder Schließen der Irisblende 66 um eine Achse verschwenkbar innerhalb des Gehäuses 50 gelagert sind, sind in der Öffnungsstellung vollständig in einer ringförmigen Vertiefung 64 des Gehäuses 50 angeordnet.Within the inlet channel 56, the associated trimmer 44 is arranged at the shortest possible distance to the inlet cross-section of the compressor impeller 30. The trimmer 44 comprises an iris diaphragm 66 with a design also known from camera lenses. In the closed position, the trimmer 44 largely prevents the flow of air to the compressor impeller 30 in an annular region at the edge of the inlet cross-section and focuses the fresh gas flow onto a section of the compressor impeller 30 near the hub. In the open position, according to the 2 (and according to the 3 and 4 In contrast, the fresh gas can flow into the compressor impeller across the entire inlet cross-section. The aperture elements forming the iris diaphragm 66, which are each pivotably mounted within the housing 50 about an axis for opening or closing the iris diaphragm 66, are arranged completely within an annular recess 64 of the housing 50 in the open position.

Das Gehäuse 50 des Verdichters 22 bildet in einem Abschnitt, der den Einlasskanal 56 stromauf beziehungsweise auf der von dem Verdichterlaufrad 30 abgewandten Seite des Trimmstellers 44 begrenzt, einen Anschlusskanal 46 aus, der für den Anschluss an eine Abgasrückführleitung 36 einer Brennkraftmaschine gemäß beispielsweise der 1 vorgesehen ist.The housing 50 of the compressor 22 forms a connection channel 46 in a section that limits the inlet channel 56 upstream or on the side of the trimmer 44 facing away from the compressor impeller 30. This connection channel is for connection to an exhaust gas recirculation line 36 of an internal combustion engine, for example, according to the 1 is planned.

Abgas, das über eine solche Abgasrückführleitung 36 und den Anschlusskanal 46 in den Einlasskanal 56 strömt, kann eine relevante Menge an noch gasförmigen oder bereits auskondensierten Flüssigkeiten (d.h. Medien, die zumindest bei Raumtemperatur flüssig sind) umfassen, wobei die noch gasförmigen Flüssigkeiten des Abgases beim Eintritt in den Einlasskanal 56 infolge der dort erfolgenden Vermischung mit der üblicherweise deutlich kühleren Luft, die gemeinsam mit dem rückgeführten Abgas das anschließend von dem Verdichter 22 zu verdichtende Frischgas ausbildet, relativ schnell kondensiert. Wird der Betrieb einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und damit auch eines erfindungsgemäßen Verdichters 22 gemäß der 2 beendet, kann sich Kondensat, das aus dem dann noch in dem Einlasskanal befindlichen Frischgas stammt, in der Vertiefung 64 ansammeln. Kühlt sich dieses Kondensat, das zu einem großen Teil aus Wasser besteht, aufgrund einer entsprechend niedrigen Umgebungstemperatur bis auf eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts ab, gefriert dieses und kann dann nach einer Wiederaufnahme des Betriebs der Brennkraftmaschine und damit des Verdichters 22 eine Verstellbarkeit des Trimmstellers 44 und damit dessen Funktionsfähigkeit zumindest zeitweise verhindern oder behindern. Um diese Problematik zu vermeiden ist in das Gehäuse 50 des Verdichters 22 gemäß der 2 Leitungsabschnitt einer Drainageleitung 48 integriert, der bezüglich einer definierten Betriebslage des Verdichters 22 an der tiefstgelegenen Stelle der den Trimmsteller 44 beziehungsweise die Irisblende 66 aufnehmenden Vertiefung 64 abgeht und der über einen stetig fallenden, geradlinigen Verlauf bis zu dem Anschlusskanal 46 geführt ist, in den dieser folglich an einer Stelle mündet, die tiefer gelegen ist als diejenige Stelle, an der die Drainageleitung 48 aus dem Einlasskanal 56 beziehungsweise aus der Vertiefung 64 abgeht. Kondensat, das sich insbesondere infolge einer Beendigung eines Betriebs der Brennkraftmaschine und damit des Verdichters 22 in der Vertiefung 64 ansammelt, kann über den Leitungsabschnitt der Drainageleitung 48 in den Anschlusskanal 46 und gegebenenfalls in die daran angeschlossene Abgasrückführleitung 36 abgeleitet werden. Bei einer sich anschließenden Wiederaufnahme des Betriebs kann das Kondensat, das sich in dem Anschlusskanal 46 oder der Abgasrückführleitung 36 angesammelt hat, dann wieder mit Abgas in den Einlasskanal 56 eingebracht werden, wobei dieses gegebenenfalls verdampft.Exhaust gas flowing into the inlet channel 56 via such an exhaust gas recirculation line 36 and the connecting channel 46 can comprise a relevant quantity of still gaseous or already condensed liquids (i.e., media that are liquid at least at room temperature). The still gaseous liquids of the exhaust gas condense relatively quickly upon entering the inlet channel 56 as a result of mixing there with the typically much cooler air, which together with the recirculated exhaust gas forms the fresh gas subsequently to be compressed by the compressor 22. If the operation of an internal combustion engine according to the invention, and thus also of a compressor 22 according to the invention, is carried out in accordance with the 2 Once the cycle is complete, condensate from the fresh gas still present in the inlet channel can accumulate in the recess 64. If this condensate, which consists largely of water, cools down to below freezing due to a sufficiently low ambient temperature, it freezes and can then, after the combustion engine and thus the compressor 22 are restarted, at least temporarily prevent or impede the adjustability of the trim control 44 and thus its functionality. To avoid this problem, the housing 50 of the compressor 22 is fitted with a [missing information] according to the 2 A section of drainage line 48 is integrated, which, with respect to a defined operating position of the compressor 22, branches off at the lowest point of the recess 64 accommodating the trimmer 44 or the iris diaphragm 66, and which runs in a continuously downward-sloping, straight line to the connecting channel 46, into which it consequently empties at a point that is lower than the point at which the drainage line 48 branches off from the inlet channel 56 or from the recess 64. Condensate, which accumulates in the recess 64, particularly as a result of the cessation of operation of the internal combustion engine and thus of the compressor 22, can be discharged via the section of drainage line 48 into the connecting channel 46 and, if applicable, into the exhaust gas recirculation line 36 connected thereto. When operations are subsequently resumed, the condensate that has accumulated in the connecting channel 46 or the exhaust gas recirculation line 36 can then be reintroduced with exhaust gas into the inlet channel 56, where it may evaporate.

Der Verdichter 22 gemäß der 3 unterscheidet sich von demjenigen gemäß der 2 im Wesentlichen ausschließlich darin, dass die Drainageleitung 48 größtenteils von einer externen (Schlauch-)Leitung 68 ausgebildet ist. Die externe Leitung 68 weist dabei einen gekrümmten, stetig fallenden Verlauf auf.The compressor 22 according to the 3 differs from the one according to the 2 The difference essentially consists solely of the fact that the drainage line 48 is largely formed by an external (hose) line 68. The external line 68 has a curved, continuously descending course.

Bei dem Verdichter 22 gemäß der 4 mündet die Drainageleitung 48, die vollständig innerhalb des Gehäuses 50 verläuft, direkt in den Einlasskanal 56 und nicht indirekt über den dortigen Anschlusskanal 46 für die Abgasrückführleitung 36.In the case of compressor 22 according to the 4 The drainage line 48, which runs completely inside the housing 50, leads directly into the inlet channel 56 and not indirectly via the connecting channel 46 there for the exhaust gas recirculation line 36.

Bei den Verdichtern gemäß den 2, 3 bis 4 ist die Drainageleitung 48 jeweils über die gesamte Länge in Form eines vollumfänglich geschlossenen Drainagekanals ausgebildet, der an derjenigen Stelle aus dem Einlasskanal 56 beziehungsweise der Vertiefung 64 abgeht, an der in der definierten Betriebslage des Verdichters 22 eine schwerkraftbedingte Ansammlung von Kondensat zu erwarten ist. Hierbei handelt es sich um eine erfindungsgemäß bevorzugte Ausgestaltungsform. Grundsätzlich möglich ist aber auch, die Abflussöffnung eines solchen vollumfänglich geschlossen ausgebildeten Drainagekanals beabstandet von einer solchen Stelle und insbesondere auch beabstandet von dem Trimmsteller anzuordnen, sofern beispielsweise durch eine entsprechende Formgebung der den Einlasskanal begrenzenden Wandung des Gehäuses gewährleistet ist, dass Kondensat, das sich an der genannten Stelle ansammelt, bis zu einer solchen Abflussöffnung des Drainagekanals abfließen kann. Ein entsprechender Ablaufabschnitt der Wandung bildet dann gemeinsam mit dem Drainagekanal eine Drainageleitung eines entsprechenden erfindungsgemäßen Verdichters aus. Grundsätzlich kann die Drainageleitung eines erfindungsgemäßen Verdichters oder einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine auch vollständig von einem solchen Ablaufabschnitt, insbesondere in Form einer offenen Rinne, und folglich ohne vollumfänglich geschlossen ausgebildeten Drainagekanal ausgeführt sein.Regarding the compressors according to the 2 , 3 until 4 The drainage line 48 is designed along its entire length as a fully enclosed drainage channel, which branches off from the inlet channel 56 or the recess 64 at the point where, in the defined operating position of the compressor 22, a gravity-induced accumulation of condensate is to be expected. This is a preferred embodiment according to the invention. However, it is also possible, in principle, to arrange the outlet opening of such a fully enclosed drainage channel at a distance from such a point and, in particular, also at a distance from the trimmer, provided, for example, that a corresponding shape of the wall of the housing bounding the inlet channel ensures that condensate accumulating at the aforementioned point can flow away to such an outlet opening of the drainage channel. A corresponding outlet section of the wall then forms, together with the drainage channel, a drainage line of a corresponding compressor according to the invention. In principle, the drainage line of a compressor or internal combustion engine according to the invention can also consist entirely of such a drainage section, in particular in the form of an open channel, and consequently without a fully enclosed drainage channel.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE MARK LIST

1010
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
1212
Zylindercylinder
1414
SteuerungsvorrichtungControl device
1616
Injektorinjector
1818
AnsaugmündungIntake manifold
2020
LuftfilterAir filter
2222
Verdichtercompressor
2424
LadeluftkühlerIntercooler
2626
Abgasturbineexhaust turbine
2828
WelleWave
3030
VerdichterlaufradCompressor impeller
3232
Vorrichtung zur variablen TurbinenanströmungDevice for variable turbine flow
3434
RegelklappeControl valve
3636
AbgasrückführleitungExhaust gas recirculation line
3838
AbgasnachbehandlungsvorrichtungExhaust aftertreatment device
4040
RegelventilControl valve
4242
AbgaskühlerExhaust gas cooler
4444
TrimmstellerTrim tabs
4646
AnschlusskanalConnection channel
4848
DrainageleitungDrainage pipe
5050
Gehäuse des VerdichtersCompressor housing
5252
StrömungsraumFlow space
5454
Eintrittsebene des VerdichterlaufradsInlet level of the compressor impeller
5656
EinlasskanalInlet channel
5858
Verdichtereinlasscompressor inlet
6060
Laufradschaufelwheel blade
6262
Diffusorraumdiffuser space
6464
Vertiefung des GehäusesRecess of the housing
6666
IrisblendeIris diaphragm
6868
externe (Schlauch-)Leitungexternal (hose) line

Claims (10)

Verdichter (22) mit einem Gehäuse (50), das einen Strömungsraum (52), innerhalb dessen ein Verdichterlaufrad (30) drehbar gelagert ist, und einen Einlasskanal (56), der einen Verdichtereinlass (58) mit dem Strömungsraum (52) verbindet, ausbildet, wobei in dem Einlasskanal (56) ein Trimmsteller (44) angeordnet ist, durch den ein randseitiger Abschnitt des Eintrittsquerschnitts des Verdichterlaufrads (30) in veränderlichem Maße abdeckbar ist, gekennzeichnet durch eine Drainageleitung (48), die in einem Abschnitt des Einlasskanals (56), in dem der Trimmsteller (44) angeordnet ist, abgeht und die in dem Einlasskanal (56) endet.Compressor (22) with a housing (50) forming a flow chamber (52) within which a compressor impeller (30) is rotatably mounted, and an inlet channel (56) connecting a compressor inlet (58) to the flow chamber (52), wherein a trimming device (44) is arranged in the inlet channel (56) by which a marginal section of the inlet cross-section of the compressor impeller (30) can be variably covered, characterized by a drainage line (48) which extends into a section of the inlet channel (56) in which the trimming device (44) is arranged and which terminates in the inlet channel (56). Verdichter (22) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (50) einen in den Einlasskanal (56) mündenden Anschlusskanal (46) für eine Abgasrückführleitung (36) oder eine Motorgehäuseentlüftungsleitung oder eine Tankentlüftungsleitung ausbildet, wobei ein Leitungsabschnitt der Drainageleitung (48) in den Anschlusskanal (46) mündet.Compressor (22) according to Claim 1 , characterized in that the housing (50) forms a connecting channel (46) opening into the inlet channel (56) for an exhaust gas recirculation line (36) or an engine housing vent line or a tank vent line, wherein a section of the drainage line (48) opens into the connecting channel (46). Verdichter (22) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskanal (46) stromauf des Trimmstellers (44) in den Einlasskanal (56) mündet.Compressor (22) according to Claim 2 , characterized in that the connecting channel (46) opens upstream of the trim control (44) into the inlet channel (56). Verdichter (22) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein/der Leitungsabschnitt der Drainageleitung (48) innerhalb des Gehäuses (50) verläuft.Compressor (22) according to one of the preceding claims, characterized in that a section of the drainage line (48) runs inside the housing (50). Verdichter (22) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drainageleitung (48) oder zumindest ein/der Leitungsabschnitt davon bezüglich einer definierten Betriebslage des Verdichters (22) - an der tiefstgelegenen Stelle des diese aufnehmenden Abschnitts des Einlasskanals (56) abgeht und/oder - an einer Stelle in dem Einlasskanal (56) endet oder in den Anschlusskanal (46) mündet, die tiefer gelegen ist, als die Stelle, an der diese aus dem Einlasskanal (56) abgeht und/oder - einen stetig fallenden Verlauf aufweist.Compressor (22) according to one of the preceding claims, characterized in that the drainage line (48) or at least a section thereof with respect to a defined operating position of the compressor (22) - branches off at the lowest point of the section of the inlet channel (56) receiving it. and/or - ends at a point in the inlet channel (56) or opens into the connecting channel (46) that is lower than the point where it branches off from the inlet channel (56) and/or - has a continuously downward slope. Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor (10), einem Frischgasstrang und einem Abgasstrang, wobei in den Frischgasstrang ein Verdichter (22) integriert ist und wobei dem Verdichter (22) ein Trimmsteller (44) zugeordnet ist, durch den ein randseitiger Abschnitt des Eintrittsquerschnitts eines Verdichterlaufrads (30) des Verdichters (22) in veränderlichem Maße abdeckbar ist, gekennzeichnet durch eine Drainageleitung (48), die in einem Abschnitt des Frischgasstrangs, in dem der Trimmsteller (44) angeordnet ist, abgeht und die in dem Frischgasstrang endet.Internal combustion engine with an internal combustion engine (10), a fresh gas stream and an exhaust gas stream, wherein a compressor (22) is integrated into the fresh gas stream and wherein a trim control (44) is associated with the compressor (22), by which a marginal section of the inlet cross-section of a compressor impeller (30) of the compressor (22) can be variably covered, characterized by a drainage line (48) which extends into a section of the fresh gas stream in which the trim control (44) is arranged and which terminates in the fresh gas stream. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Abgasrückführleitung (36) den Abgasstrang mit dem Frischgasstrang verbindet, und/oder - eine Motorgehäuseentlüftungsleitung ein Innenvolumen des Verbrennungsmotors (10) mit dem Frischgasstrang verbindet und/oder - eine Spülgasleitung einen Kraftstoffdampffilter eines Kraftstofftanksystems der Brennkraftmaschine mit dem Frischgasstrang verbindet, wobei ein Leitungsabschnitt der Drainageleitung (48) in die Abgasrückführleitung (36) oder in die Motorgehäuseentlüftungsleitung oder in die Spülgasleitung mündet.internal combustion engine according to Claim 6 , characterized in that - an exhaust gas recirculation line (36) connects the exhaust gas stream with the fresh gas stream, and/or - an engine casing ventilation line connects an internal volume of the internal combustion engine (10) with the fresh gas stream, and/or - a purge gas line connects a fuel vapor filter of a fuel tank system of the internal combustion engine with the fresh gas stream, wherein a line section of the drainage line (48) opens into the exhaust gas recirculation line (36) or into the engine casing ventilation line or into the purge gas line. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (36) und/oder die Motorgehäuseentlüftungsleitung und/oder die Spülgasleitung stromauf des Trimmstellers (44) in den Frischgasstrang mündet/münden.internal combustion engine according to Claim 7 , characterized in that the exhaust gas recirculation line (36) and/or the engine casing ventilation line and/or the purge gas line open into the fresh gas line upstream of the trim control (44). Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein/der Leitungsabschnitt der Drainageleitung (48) innerhalb einer Wandung des Frischgasstrangs verläuft.Internal combustion engine according to one of the Claims 6 until 8 , characterized in that at least one/the section of the drainage pipe (48) runs within a wall of the fresh gas line. Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drainageleitung (48) oder zumindest ein/der Leitungsabschnitt davon bezüglich einer definierten Betriebslage der Brennkraftmaschine - an der tiefstgelegenen Stelle des diese aufnehmenden Abschnitts des Frischgasstrang abgeht und/oder - an einer Stelle in dem Einlasskanal (56) endet oder in die Abgasrückführleitung (36) oder in die Motorgehäuseentlüftungsleitung oder in die Spülgasleitung mündet, die tiefer gelegen ist, als diejenige Stelle, an der diese aus dem Einlasskanal (56) abgeht und/oder - einen stetig fallenden Verlauf aufweist.Internal combustion engine according to one of the Claims 6 until 9 , characterized in that the drainage line (48) or at least a section thereof, with respect to a defined operating position of the internal combustion engine, - branches off at the lowest point of the section of the fresh gas line receiving it and/or - terminates at a point in the inlet channel (56) or opens into the exhaust gas recirculation line (36) or into the engine casing ventilation line or into the purge gas line, which is lower than the point at which it branches off from the inlet channel (56) and/or - has a continuously downward slope.
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