CN102444463B

CN102444463B - 具有液体冷却式涡轮机的内燃机和用于冷却涡轮机的方法

Info

Publication number: CN102444463B
Application number: CN201110296095.2A
Authority: CN
Inventors: J·梅林; L·斯塔姆普; K·S·库巴赫; B·斯坦纳; C·韦伯; F·J·布林克曼; F·克拉默; J·格罗格
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: DE102010037969B4; CN102444463A; RU2011140401A; DE102010037969A1

Abstract

本发明涉及一种具有至少一个液体冷却式涡轮机的内燃机，其中具有涡轮机壳体的所述涡轮机具有整合在所述壳体中的至少一个冷却套以便形成液体冷却布置。本发明也涉及一种用于冷却所述内燃机的所述至少一个涡轮的方法。设法提供一种上述类型的内燃机，其在涡轮机方面被优化。所述目的借助于所述类型的内燃机实现，所述内燃机的特征在于整合在所述壳体中的所述至少一个冷却套属于油回路。

Description

具有液体冷却式涡轮机的内燃机和用于冷却涡轮机的方法

技术领域

本发明涉及一种具有至少一个液体冷却式涡轮机的内燃机，其中具有涡轮机壳体的所述涡轮机具有整合在所述壳体中的至少一个冷却套以便形成液体冷却布置。

本发明也涉及一种用于冷却所述内燃机的所述至少一个涡轮机的方法。

背景技术

内燃机常常设有一个涡轮机或多个涡轮机。这样做可能有各种原因。通常，为了压缩在进气侧的增压空气，设法在废气涡轮增压的背景下借助于涡轮机而利用热废气的废气焓。例如EP1640596B1公开了一种所述类型的内燃机，其中可以借助于串联布置的两个废气涡轮增压器执行增压空气的两级压缩，或者取决于废气流速，也可以借助于具有不同尺寸的两个增压器中的一个执行单级压缩。

在至少一个涡轮机的下游，如果适用的话，废气然后被引导通过一个或多个废气后处理系统。

涡轮机的生产成本是比较高的，原因是用于高热负荷涡轮机壳体的、经常包含镍的材料昂贵，尤其与优选地用于气缸盖的材料(例如铝)相比。不仅材料本身的成本高，而且用于涡轮机壳体的所述材料的加工成本也高。

所以如果可以由更廉价的材料(例如铝)生产涡轮机，则在成本方面将是极其有利的。铝的使用在涡轮机的重量方面也将是有利的。的确如此，尤其是考虑到基本上需要的靠近发动机的涡轮机的布置导致相对而言尺寸较大的、大体积壳体，原因在于因为受限制的空间条件的缘故借助于凸缘和螺栓连接涡轮机和气缸盖需要大的涡轮机进气区域，原因也在于必须为组装工具提供足够的空间。大体积壳体与相应的高重量相关联。因此，在涡轮机靠近发动机布置的情况下，由于相对高的材料的使用，所以铝优于能承受较高热负荷的材料的重量优点是特别明显的。

为了能够使用更廉价的材料生产涡轮机，根据现有技术，涡轮机设有冷却布置，例如液体冷却布置，所述冷却布置显著减小了由热废气产生的涡轮机和涡轮机壳体的热负荷并且因此允许使用能承受较低热负荷的材料。

通常，涡轮机壳体设有至少一个冷却套以便形成冷却布置。现有技术公开了两种构思，在一种构思中壳体是铸件并且冷却套在铸造工艺期间形成为整体壳体的一体组成部分，在另一种构思中壳体是模块化结构，其中用作冷却套的腔在组装期间形成。

例如在已公开的德国申请DE102008011257A1中描述了根据后一个构思设计的涡轮机。通过为实际涡轮机壳体提供外罩，使得在壳体和与壳体间隔开布置的至少一个外罩构件之间形成冷却剂可以引入其中的腔，从而形成涡轮机的液体冷却布置。由外罩扩展的壳体于是包括冷却套，由于该原因，在本发明的背景下，所述壳体也被认为是涡轮机的壳体。

EP1384857A2类似地公开了一种涡轮机，所述涡轮机的壳体设有冷却套，所述冷却套装有海水。涡轮机壳体是以单件形式形成的铸件。

由于常规地用作冷却剂的水的高比热容，借助于液体冷却可以从壳体去除大量的热。热被消散到壳体的内部中的冷却剂并且随着冷却剂被排出。热随后在热交换器中再次从冷却剂被去除。

基本上有可能的情况是，涡轮机的液体冷却布置配备有独立的热交换器或者在液体冷却内燃机的情况下为了该目的使用发动机冷却布置的热交换器(也就是说，不同液体冷却布置的热交换器)。后一种选择仅仅需要两个回路之间的相应连接。

为液体冷却布置提供涡轮机使得有可能由热阻较小的材料(例如低合金钢、铸铁、铝)生产外壳。在另一个方面，在这里，由涡轮机壳体中的冷却剂吸收的热量可以为40kW或更高。在热交换器中从冷却剂再次去除如此大量的热并且借助于空气流将热消散到环境经证明是有问题的。

现代的机动车辆驱动器适当地配备有大功率风扇电机以便在热交换器处提供足够高的热传递所需的空气质量流动。然而，不能任意增大或任意扩大对于热传递重要的另一个参数，具体而言，为热传递提供的表面积，原因是在各种热交换器通常布置在其中的车辆前端区域中的空间可用性受到限制。

除了用于发动机冷却的热交换器以外，现代的机动车辆常常具有另外的热交换器，特别是冷却装置。

增压空气冷却器常常被布置在增压式内燃机的进气侧以便有助于气缸的更佳填充。经由油底壳通过热传导和自然对流产生的热消散常常不再足以符合最大容许油温，使得在个别情况下提供油冷却器。此外，现代的内燃机越来越多地配备有废气再循环。废气再循环是用于消除氮氧化物的形成的一种措施。为了获得氮氧化物排放的显著减小，需要高废气再循环速度，这需要冷却待再循环的废气(也就是说，通过冷却压缩废气)。可以提供另外的冷却器以便例如在自动变速的情况下冷却变速器油和/或冷却在可液压致动调节装置中使用和/或用于转向辅助的液压流体，尤其是液压油。空气调节系统中的空气调节冷凝器类似地是热交换器，其在操作期间必须将热消散到环境，也就是说，这需要足够大的空气流动并且因此必须被布置在前端区域中。

由于在前端区域中的很受限制的空间条件和热交换器的多样性，因此不可能根据需要确定单独的热交换器的尺寸。

实际上，不可能在前端区域中提供用于涡轮机液体冷却的足够大的热交换器，以便在使用只能耐受低热负荷的材料的时候也能够消散大量的热。

所以在液体冷却式涡轮机的结构设计中，必须在冷却能力和材料之间达成妥协。

发明内容

基于上述的背景，本发明的目的是提供一种具有液体冷却式涡轮机的内燃机，其在涡轮机方面进行优化。

本发明的另一个子目的是提出一种用于冷却所述类型的内燃机的至少一个涡轮机的方法。

第一目的借助于一种内燃机实现，所述内燃机具有至少一个液体冷却式涡轮机，其中具有涡轮机壳体的所述涡轮机具有整合在所述壳体中的至少一个冷却套，以便形成液体冷却布置，所述内燃机的特征在于整合在所述壳体中的所述至少一个冷却套属于油回路，使得所述至少一个冷却套填充有在所述油回路中循环的油。

根据本发明，使用油而不是水作为冷却剂。这具有许多优点。

为涡轮机提供液体冷却布置使得有可能使用能承受较低热负荷的材料来生产外壳，例如使得有可能使用低合金钢、铸铁或铝。

然而特别地，通过使用油作为冷却剂，热传入冷却剂中可以相对于水冷却剂被限制并且显著地减小，使得消除了从现有技术知晓的冲突，所述冲突由水用作冷却剂而产生并且在于在过程方面处理很大的热量，也就是说，必须再次从用作冷却剂的水去除所述很大的热量。

传入冷却剂中的热量可以借助于油用作冷却剂而被减小的事实可以尤其归因于油的材料性质。

借助于努塞尔特数(Nusseltnumber)(来自相似理论的无量纲特征值)，有可能描述至流动流体的热传递，例如也描述当冷却剂流动通过涡轮机壳体时冷却剂中的热传入。努塞尔特数是材料相关的并且因此是流体比特征值。它与由于对流产生的热传递期间的热传递系数α成比例，并且因此是质量的量度，也就是说，热传入的量值。

水的努塞尔特数是油的努塞尔特数的多倍，因此在相同的边界条件下，由于对流产生的热传入在使用水作为冷却剂时比在油用于冷却时显著更高。在图的描述中，将在实例的基础上更详细地解释差异。

由于所提供的液体冷却布置，可以由廉价的材料生产涡轮机的壳体而不必消散过大的热量，原因是壳体中的热传递借助于根据本发明的油的使用而有针对性地被减小。

首先，根据本发明的内燃机使得有可能免除用于生产涡轮机壳体的能够承受较高热负荷的材料，特别是含镍的材料，原因是根据本发明涡轮机也设有液体冷却布置。其次，冷却能力(也就是说，冷却剂中的热传入)借助于油的使用被减小，使得待消散的热量不会在过程方面构成问题。

根据本发明的内燃机使得有可能免除更昂贵的材料的使用，而不必与涡轮机的冷却结合消散过大的热量。

由此实现了本发明所基于的目的，具体而言，提供一种具有液体冷却式涡轮机的内燃机，其在涡轮机方面被优化。

在根据本发明的油冷却布置和用于用油润滑涡轮机轴或轴承的供油装置之间有着截然不同的区别。原则上，所述供油装置也冷却涡轮机或涡轮机壳体的部分。然而，涡轮机轴供油装置自身不具有冷却套，这明显地使根据本发明的油冷却布置区别于供油装置。

传入冷却剂中的热量可以借助于油的使用显著地被减小，并且不仅仅是由于结合努塞尔特数所述的影响。此外，必须考虑油可以被加热到显著大于水的度数，假定大气压，水在100℃下蒸发。壳体中的热传递因此也可以通过加热油而减小壳体和冷却剂(也就是说油)之间的温差而进一步被减小。在一些情况下，油可以被加热到200℃或更高。

涡轮机可以是径流式的构造或轴流式的构造，也就是说，接近转子叶片的流动大致径向地或轴向地行进。在这里，“大致径向地”表示在径向方向上的速度分量大于轴向速度分量。流动的速度向量与涡轮机的轴或轴线交叉，具体而言，如果接近流动完全径向地行进，则成直角。如果在轴向方向上的速度分量更大，则涡轮机是轴流式的构造。

为了使得有可能通过径向流动接近转子叶片，有利的是用于供应废气的涡轮机的入口区域被设计为环绕螺旋形或蜗形壳体，使得至涡轮机的废气的流入大致径向地行进。

涡轮机可以配备有可变涡轮机几何形状，其能够借助于涡轮机几何形状或涡轮机有效横截面的调节更精确地适应内燃机的各自操作点。在这里，用于影响流动方向的导向叶片布置在涡轮机的入口区域中。与旋转式转子的转子叶片相比，导向叶片不随着涡轮机的轴旋转。

如果涡轮机具有固定、不变的几何形状，则导向叶片在入口区域中被布置成不仅是固定的，而且也是完全不可移动的，也就是说刚性地固定。与之相比，如果使用具有可变涡轮机几何形状的涡轮机，则导向叶片也适当地被布置成是固定的，但不是完全不可移动的，而是可围绕它们的轴线旋转，使得可以影响接近转子叶片的流动。

将结合从属权利要求论述内燃机的另外有利实施例。

内燃机的这样的实施例是有利的，其中为了形成所述油回路，设有用于从所述至少一个冷却套排出油的排出管路和用于将油供应到所述至少一个冷却套的供应管路。

此外，内燃机的这样的实施例是有利的，其中用于输送油的泵和热交换器设在所述油回路中。所述泵允许控制(也就是说限定)通过所述壳体的通流速度，并且因此使得有可能进一步影响所述壳体的冷却和用作冷却剂的油中的热传入。

内燃机的这样的实施例是有利的，其中设有将油供应到至少一个消耗器并且特别用于润滑所述内燃机的活动部件的供油系统。在润滑的背景下，油用于减小固体摩擦的比例并且此外在最佳情况下，不仅仅实现混合摩擦，而且实现相对于彼此移动的部件之间的流体摩擦。这主要用于改善部件的耐用性，但是也减小摩擦损失。

在上文中的消耗器是曲柄轴，所述曲柄轴的轴承必须被供应润滑油。为了保持和安装曲柄轴，至少两个轴承设在曲轴箱中，所述轴承大体上是两部分式设计并且在每种情况下包括一个轴承座和可以连接到所述轴承座的一个轴承盖。所述曲柄轴安装在曲柄轴轴颈的区域中，所述曲柄轴轴颈沿着曲柄轴轴线彼此间隔开布置并且大体上形成为加厚的轴延伸部。在这里，轴承盖和轴承座可以形成为独立部件或与曲轴箱(也就是说与曲轴箱半部)形成单件。轴承壳可以作为中间构件布置在曲柄轴和轴承之间。

在已组装状态下，每个轴承座连接到相应的轴承盖。在每种情况下，一个轴承座和一个轴承盖(如果适用的话与作为中间构件的轴承壳相互作用)形成用于保持曲柄轴轴颈的镗孔。所述镗孔常规地被提供机油，也就是说润滑油，使得当曲柄轴旋转时载荷润滑膜理想地形成于每个镗孔的内表面和相关曲柄轴轴颈之间，类似于滑动轴承。

为了将油供应到轴承，对应于所述实施例，设有供油系统。

必须经由供油装置供应油的另一个消耗器可以是凸轮轴，所述凸轮轴大体上安装在两部分式的所谓的凸轮轴托座中。已经在上面关于曲柄轴轴承布置进行的叙述类似地适用。凸轮轴托座也通常被供应润滑油。为了该目的，可以设有例如从曲柄轴托座通向位于下游的凸轮轴托座的供应管道。备选地，可以设有从设在供油装置中的泵直接通向凸轮轴托座的供应管路。

在本发明的背景下，曲柄轴和凸轮轴或相关轴承(也就是说托座)被称为消耗器，原因是这些消耗或使用机油，也就是说必须被供应机油，以便执行和保持它们的功能。

另外的消耗器例如可以是连接杆的轴承或如果适用的话可以设有的平衡轴的轴承。类似地，然而以上意义上的消耗器是喷油冷却布置，为了冷却的目的，所述喷油冷却布置借助于喷嘴用机油从下面(也就是说在曲轴箱侧)弄湿活塞顶，并且因此使用油，也就是说必须被供应油。

例如用于液压阀游隙补偿的可液压致动凸轮轴调节器或其他阀驱动部件类似地需要机油并且需要供油装置，并且因此是以上意义上的消耗器。

布置在供应管路中的油过滤器或可以设有的油冷却器或被提供用于输送油的泵在本发明的背景下不是消耗器。供油装置的油回路的这些部件也适当地被供应机油。然而油回路在原则以外必须使用这些部件，并且所述部件具有与油自身相关的唯一任务，也就是说功能，而消耗器首先必须有油回路。

内燃机的这样的实施例是有利的，其中所述供油系统连接到整合在所述壳体中的所述至少一个冷却套。

经由供油系统被提供油的消耗器(例如曲柄轴的轴承)中的摩擦促进内燃机的燃料消耗，所述摩擦主要取决于所提供的油的粘度并且因此取决于油的温度。

根本上设法最小化燃料消耗，因此也设法减小摩擦损失。燃料消耗的减小也促进污染物排放的减少。

如果所述供油系统连接到整合在所述壳体中的所述至少一个冷却套，则机油同时用作涡轮机的冷却剂。当油流动通过壳体时油经历温度的增加。在该背景下应当考虑涡轮机是高热负荷的，特别地比气缸盖或曲轴箱热负荷更高，使得当所述油流动通过涡轮机壳体时比当所述油流动通过气缸盖或曲轴箱时油的加热(也就是说，油温度的上升)更明显。

以该方式，保证了机油的快速加热和内燃机的快速变热，特别是在冷起动之后。在内燃机的预热阶段期间机油的较快加热保证了粘度的相应快速减小，并且因此保证了摩擦和摩擦损失的减小，特别是在被提供油的轴承中。

所述实施例具有另外的优点。由于所述内燃机的供油系统连接到整合在所述涡轮机壳体中的所述至少一个冷却套，因此供油装置连带地形成所需的和为壳体的冷却提供的油回路，使得形成冷却回路所需的其他部件和组件基本上需要仅仅单独地被提供并且既可以用于涡轮机的冷却回路也可以用于供油装置，这导致协同作用和相当大的成本节省，而且也导致重量减轻。例如，仅仅需要设有用于输送用作冷却剂的油的一个泵和用于储存油的一个容器。传递到壳体中和内燃机中的油的热可以在普通热交换器中被消散，如果这是实际需要的话。

内燃机的这样的实施例是有利的，其具有：

-至少一个气缸盖，

-至少一个气缸体，所述至少一个气缸体连接到所述至少一个气缸盖并且用作上曲轴箱半部，并且在背离所述气缸盖的侧连接到油盘，所述油盘用作下曲轴箱半部并且用于收集和储存机油，以及

-泵，其用于经由供应管路将机油输送到所述供油系统内的所述至少一个消耗器。

所述内燃机具有彼此连接以形成单独的气缸(也就是说燃烧室)的至少一个气缸体和至少一个气缸盖。

为了保持活塞和气缸套，所述气缸体具有相应数量的气缸孔。每个气缸的活塞在气缸套中以轴向可移动的方式被引导，并且与气缸套和气缸盖一起界定气缸的燃烧室。在这里，活塞顶形成燃烧室内壁的一部分，并且与活塞环一起相对于曲轴箱密封燃烧室，使得没有燃烧气体或没有燃烧空气进入曲轴箱，并且没有油进入燃烧室。

活塞用于将燃烧所生成的气体力传递到曲柄轴。为了该目的，活塞借助于活塞销铰接地连接到连接杆，所述连接杆又可移动地安装在曲柄轴上。

安装在曲轴箱中的曲柄轴吸收连接杆的力，所述连接杆的力由由于燃烧室中的燃料燃烧产生的气体力和由于发动机部件的不一致运动产生的质量力组成。在这里，活塞的振荡冲程运动被转换为曲柄轴的旋转运动。在这里，曲柄轴将扭矩传递到传动系。传递到曲柄轴的能量的一部分大体上用于驱动辅助单元，例如油泵和交流发电机，或者用于驱动凸轮轴并且因此用于致动阀驱动器。在这里，凸轮轴常常作为顶置凸轮轴安装在气缸盖中。

通常，并且在本发明的背景下，所述上曲轴箱半部由所述气缸体形成。曲轴箱由可以安装在上曲轴箱半部上并且用作油盘的下曲轴箱半部补充。在这里，为了保持油盘，也就是说下曲轴箱半部，上曲轴箱半部具有凸缘表面。通常，为了相对于环境密封油盘或曲轴箱，密封件设在凸缘表面之中或之上。常常借助于螺栓提供连接。油盘用于收集和储存机油并且是油回路(也就是说供油装置)的一部分。此外，油盘用作当内燃机已被加热到操作温度时用于降低油温度的热交换器。在这里，位于油盘中的油借助于通过被引导经过外部的空气流产生的热传导和对流而被冷却。

泵用于经由供应管路将机油输送到所述供油系统内的所述至少一个消耗器。

泵常常经由供应管路将机油供应到主油道，管道从所述主油道通向曲柄轴的至少两个轴承。在这里，供应管路从泵通过气缸体通向主油道或者首先进入气缸盖并且随后经由气缸体到达主油道。

在消耗器的下游，也就是说在油已用于消耗器中之后，所谓的返回管路将机油引导回到油盘中，由此完成油回路。在这里，油的返回是重力驱动的。油回路可以基本上被分为高压力部分和低压力部分，高压力部分包括位于消耗器的上游的油回路的区段，并且低压力部分表示在消耗器的下游的区段。

所设有的泵必须自身也被供应油。内燃机的这样的实施例是有利的，其中吸入管路从所述油盘通向所述泵以便将源自所述油盘的机油供应到所述泵。

内燃机的这样的实施例是有利的，其中所述供应管路在所述泵的下游通向整合在所述壳体中的所述至少一个冷却套，优选的是没有消耗器布置在所述泵和整合在所述壳体中的所述至少一个冷却套之间。

关于获得在内燃机的预热阶段期间的机油的最快可能加热和被供应油的消耗器(特别是轴承)中的摩擦的减小，有利的是在油被供应到消耗器之前流动通过涡轮机壳体时首先加热油。

所述实施例的另一个显著优点在于在消耗器的上游的供应管路的区段属于供油回路的高压力部分。因此，通过涡轮机壳体的油的输送是压力驱动的而不是例如像返回管路那样是重力驱动的。

内燃机的这样的实施例是有利的，其中过滤器设在所述泵的下游，优选地在所述泵和整合在所述壳体中的所述至少一个冷却套之间。

内燃机的这样的实施例是有利的，其中用于将油排出所述至少一个冷却套之外的所述排出管路通向所述供油系统。

内燃机的这样的实施例是有利的，其中借助于废气涡轮增压提供增压，并且所述涡轮机是废气涡轮增压器的组成部分。

液体冷却式涡轮机在由于更高的废气温度而热负荷特别高的增压式内燃机中是特别有利的。

增压主要用于增加内燃机的功率。在这里，燃烧过程所需的空气被压缩，因此每个工作循环更大的空气质量可以被供应到每个气缸。以该方式，燃料质量可以增加，因此平均有效压力可以增加。

增压是用于在保持活塞排量不变的同时增加内燃机的功率或用于在保持相同功率的同时减小活塞排量的合适手段。在任何情况下，增压导致体积功率输出的增加和功率－重量比的改善。对于相同的车辆边界条件，因此有可能朝着燃料消耗率更低的更高负荷移动负荷总体。因此，增压有助于在内燃机的发展中不断地尝试最小化燃料消耗，也就是说改善内燃机的效率。

与机械增压器相比，废气涡轮增压器的优点在于在增压器和内燃机之间不存在或不需要用于传输动力的机械连接。尽管机械增压器直接从内燃机吸取驱动它所需的能量，但是废气涡轮增压器使用热废气的废气能量。

内燃机的这样的实施例是有利的，其中所述气缸盖设有整合在所述气缸盖中的至少一个冷却套以便形成液体冷却布置。

基本上有可能的是，冷却布置采用空气冷却布置或液体冷却布置的形式。在空气冷却布置的情况下，内燃机设有风扇，其中热的消散借助于在气缸盖的表面上被引导的空气流而发生。

与之相比，液体冷却需要内燃机或气缸盖和/或气缸体配备有冷却套，也就是说需要提供引导冷却剂通过气缸盖或气缸体的冷却剂管道，这必然产生复杂的结构。在这里，高机械和热负荷气缸盖首先由于冷却剂管道的提供而在它的强度方面被弱化。其次，热不需要像空气冷却布置那样首先被引导到气缸盖表面进行消散。热被消散到已经在气缸盖的内部中的冷却剂(通常是带有添加剂的水)。在这里，冷却剂借助于布置在冷却回路中的泵被给送，使得所述冷却剂在冷却套中循环。消散到冷却剂的热以该方式从气缸盖的内部排出，并且在热交换器中再次从冷却剂被去除。

由于液体的热容相对于空气显著更高，因此与空气冷却相比明显更大的热量有可能借助于液体冷却被消散。

由于所述原因，有利的是冷却套被整合在气缸盖中以便形成液体冷却布置。

冷却能力应当优选地足够高以使得有可能消除用于降低废气温度的浓缩(λ<1)，例如如EP1722090A2中所述，并且这从能量相关方面来看被认为是不利的，尤其关于内燃机的燃料消耗和关于污染物排放。

在这样的内燃机的情况下，其中每个气缸在排气口侧具有用于排出废气的至少一个排气口并且在进气口侧具有用于供应新鲜空气的至少一个进气口，这样的实施例是有利的，其特征在于，

-在所述气缸盖中，至少一个冷却套布置在所述排气口侧并且至少一个冷却套布置在所述进气口侧，所述至少两个冷却套彼此独立并且属于不同的、独立的冷却剂回路。

所述气缸盖具有两个相互独立冷却剂回路，所述冷却剂回路在每种情况下包括至少一个冷却套并且可以特别地用不同的冷却剂操作。

液体冷却布置的该构造或设计使得有可能在一方面的进气口侧和在另一方面的排气口侧根据需要(具体而言，彼此独立地并且根据各自的需求分布情况)被冷却。

一个回路的所述至少一个冷却套布置在所述排气口侧并且另一个回路的所述至少一个冷却套布置在所述进气口侧，使得可以具体而言不仅仅通过不同冷却剂的使用而实现所述进气口侧和所述排气口侧的不同冷却能力。而且，每个回路的泵功率以及因此冷却剂吞吐量(也就是说给送体积)可以彼此独立地被选择和设置。以该方式，有可能影响显著地共同决定对流热传递的通流速度。

以该方式，有可能在进气口侧从气缸盖去除较少的热，而在排气口侧从气缸盖去除较多的热。

在这里，内燃机的这样的实施例是有利的，其中所述至少一个排气口侧冷却套属于冷却水回路，而所述至少一个进气口侧冷却套属于油回路。

由于油的使用，与水用作冷却剂相比，在进气口侧的冷却能力明显被减小。根据本发明的液体冷却布置的构造使得在进气口侧待从气缸盖去除的热有可能仅仅达到防止过热所需的程度，而根据现有技术，由于水始终用作冷却剂，进气口侧比实际需要更强地被冷却，原因是冷却布置针对热负荷更高的排气口侧被设计。所以内燃机在冷却方面被优化。内燃机的效率由于所述类型的液体冷却布置而增加。

当在气缸盖的进气口侧使用油作为冷却剂时，这样的实施例是有利的，其中所述至少一个进气口侧冷却套和整合在所述壳体中的所述至少一个冷却套属于相同的油回路。使用合适的冷却剂导向，特别在冷起动之后的内燃机的预热期间获得优点。油优选地首先流动通过所述壳体，并且在下游通过所述气缸盖。

具有至少一个气缸盖的内燃机的这样的实施例是有利的，其中所述至少一个气缸盖具有至少一个气缸并且每个气缸具有用于将废气排出气缸之外的至少一个排气口并且每个排气口由排气管路邻接，所述排气管路合并以在所述气缸盖内形成至少一个总排气管路，从而形成至少一个整合排气歧管。

必须考虑根本上设法尽可能靠近气缸的排气口布置涡轮机，特别是废气涡轮增压器的涡轮机，以便以该方式能够最佳地利用主要由废气压力和废气温度确定的热废气的废气焓，并且保证涡轮机或涡轮增压器的快速响应行为。此外，热废气至不同的废气后处理系统的路径也应当尽可能地短，使得废气几乎没有时间冷却并且保证废气后处理系统尽可能快地到达它们的操作温度或起燃温度，特别是在内燃机的冷起动之后。

所以设法最小化在气缸处的排气口和涡轮机之间或在气缸处的排气口和废气后处理系统之间的排气管路的部分的热惯性，这可通过减小所述部分的质量和长度实现。

在这里，适宜的是排气管路在气缸盖内合并，使得形成至少一个整合排气歧管。

排气管路的长度由于歧管的整合而被减小。首先，管路体积(也就是说在涡轮机的上游的排气管路的废气体积)的大小被减小，使得涡轮机的响应行为被改善。其次，缩短的排气管路也导致在涡轮机的上游的排气系统的热惯性减小，使得在涡轮机进气口的废气的温度增加，因此在涡轮机的进气口处的废气的焓也更高。

此外，排气管路在气缸内的合并允许驱动单元的密排布置。

然而，以该方式设计的气缸盖比适配有外部歧管的常规气缸盖热负荷更高，因此对冷却布置的需求更高。所以为气缸盖提供液体冷却布置与排气歧管的整合结合是特别有利的。

内燃机的这样的实施例是有利的，其中所述至少一个气缸盖具有至少两个气缸。

如果气缸盖具有两个气缸，并且一个气缸的排气管路合并以形成总排气管路，则这是所述类型的根据本发明的内燃机。

如果气缸盖具有三个或以上气缸，并且如果仅仅两个气缸的排气管路合并以形成总排气管路，则这类似地是根据本发明的内燃机。

其中例如气缸盖具有串联布置的四个气缸并且外气缸的排气管路和内气缸的排气管路合并以在每种情况下形成一个总排气管路的实施例类似地导致根据本发明的内燃机。

在三个或以上气缸的情况下，这样的实施例是有利的，其中：

-以这样的方式构造至少三个气缸，使得形成在每种情况下具有至少一个气缸的两个组，并且

-在每种情况下每个气缸组的气缸的排气管路合并为总排气管路，从而形成排气歧管。

所述实施例特别适合于双路涡轮机的使用。双路涡轮机具有带有两个进气管道的进气区域，两个总排气管路以这样的方式连接到双路涡轮机使得在每种情况下一个总排气管路通向一个进气管道。在总排气管路中被引导的两个废气流的合并发生在涡轮机的下游，如果适用的话。如果以这样的方式对排气管路进行分组使得可以保持高压力，特别是排气前导冲击，则双流涡轮机特别适合于脉冲增压，借助于所述脉冲增压甚至可以在低旋转速度下获得高涡轮机压力比。

然而，当使用若干涡轮机或废气涡轮增压器并且在每种情况下一个总排气管路连接到一个涡轮机时，气缸或排气管路的分组也提供优点。

然而，其中气缸盖的所有气缸的排气管路合并以形成单一的(也就是说共同的)总排气管路的实施例也是有利的。

内燃机的这样的实施例是有利的，其中所述涡轮机壳体是铸件。借助于铸造和相应芯体的使用，有可能在一个工序中形成壳体的复杂结构，使得随后仅仅需要壳体的精加工和组装以便形成涡轮机。

内燃机的这样的实施例是有利的，其中所述气缸盖的每个气缸具有用于将废气排出气缸之外的两个排气口。

气缸的进气口和排气口应当在正确的时间被打开和闭合，设法快速地打开尽可能最大的流动横截面以便将流入和流出气流中的节流损失保持在低水平并且保证用新鲜混合物最佳地填充燃烧室和有效地(也就是说完全)排出废气。所以有利的是为气缸提供两个或以上进气口和排气口。

这样的实施例是有利的，其中所述涡轮机和所述气缸盖是以非形状配合锁定(non-positivelylocking)、形状配合锁定和/或粘合方式彼此连接的独立部件。

模块化设计具有的优点是单独的部件(具体而言，涡轮机和气缸盖)也可以根据模块化原则与其他部件(特别是其他气缸盖或涡轮机)组合。部件的通用性通常增加产量，因此可以减小单位生产成本。此外，如果涡轮机或气缸盖由于缺陷而必须被更换(也就是说替换)，则这也减小相关成本。

这样的实施例也是有利的，其中所述涡轮机壳体至少部分地被整合到所述气缸盖中，使得所述气缸盖和所述涡轮机壳体的至少一部分形成整体部件。

由于单件设计，在原则以外消除了在气缸盖和涡轮机之间形成气密的、能承受较高热负荷的并且因此昂贵的连接。因此，也不再有废气由于泄漏而意外地逸出到环境中的风险。在冷却剂回路或回路的连接方面以及在冷却剂的泄漏方面，类似的情形类似地适用。

第二部分目的借助于一种方法实现，其中当油流动通过所述壳体时升高油温度以便减小油中的热传入。

针对根据本发明的内燃机所述的内容类似地适用于根据本发明的方法，由于该原因参考结合内燃机所述的内容。

壳体中的热传递因此可以通过加热油而减小壳体和冷却剂(也就是说油)之间的温差而被减小。

附图说明

下面将在图1的基础上更详细地描述本发明。在图中：

图1以图表形式显示了两种不同冷却剂的热传递系数的比率与冷却剂温度和通流速度的关系。

具体实施方式

图1以图表形式显示了两种不同冷却剂的热传递系数HTC_oil和HTC_water的比率HTC_Ratio与冷却剂温度T_coolant和通流速度V的关系。

作为冷却剂，一方面使用油(HTC_oil和V_oil)并且另一方面使用水(HTC_water和V_water)。所使用的冷却水是水和乙二醇的混合物。

热传递系数HTC_oil和HTC_water的无量纲比率HTC_Ratio绘制于左侧纵坐标上，并且通流速度类似地作为无量纲比率V_oil/V_water绘制于横坐标上。

如果冷却剂温度上升，例如从T_coolant＝20℃上升到T_coolant＝120℃，则油的热传递系数相比于冷却水的系数显著地增加。这清楚地表明在较高的冷却剂温度下，借助于油的冷却在热消散方面具有优点，也就是说油提供更强的冷却作用。

从该图表也可以看出，即使在使用油作为冷却剂时，热传递系数也随着通流速度而增加，原因是流动速度随着通流速度而上升。

然而，特别地，从该图表也可以看出，由于油用作冷却剂，因此冷却剂中的热传入相比于借助于水进行的冷却显著地减小。该情况的基础在于水的热传递系数HTC_water比油的系数HTC_oil大多倍。

Claims

1.一种内燃机，所述内燃机包括：

至少一个气缸盖，其具有进气口侧冷却套；

至少一个液体冷却式涡轮机，其中具有涡轮机壳体的所述涡轮机具有整合在所述壳体中的至少一个冷却套，以便形成液体冷却布置，其中油回路中的油从所述壳体被传送至所述进气口侧冷却套。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其中用于输送油的泵和/或热交换器设在所述油回路中。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机，其中设有将油供应到至少一个消耗器并且特别用于润滑所述内燃机的活动部件的供油系统。

4.根据权利要求3所述的内燃机，其中所述供油系统连接到整合在所述壳体中的所述至少一个冷却套。

5.根据权利要求3所述的内燃机，其具有：

-泵，所述泵用于经由供应管路将机油输送到所述供油系统内的所述至少一个消耗器。

6.根据权利要求4所述的内燃机，其具有：

7.根据权利要求5或6所述的内燃机，其中所述供应管路在所述泵的下游通向整合在所述壳体中的所述至少一个冷却套。

8.根据权利要求7所述的内燃机，其中没有消耗器布置在所述泵和整合在所述壳体中的所述至少一个冷却套之间。

9.根据权利要求1所述的内燃机，其中借助于废气涡轮增压提供增压，并且所述涡轮机是废气涡轮增压器的组成部分。

10.根据权利要求1所述的内燃机，其具有至少一个气缸盖，其中所述至少一个气缸盖设有整合在所述气缸盖中的至少一个冷却套，以便形成液体冷却布置。

11.根据权利要求10所述的内燃机，每个气缸在排气口侧具有用于排出废气的至少一个排气口，并且在进气口侧具有用于供应新鲜空气的至少一个进气口，其中

12.根据权利要求11所述的内燃机，其中所述至少一个排气口侧冷却套属于冷却水回路，而所述至少一个进气口侧冷却套属于油回路。

13.根据权利要求1所述的内燃机，其具有至少一个气缸盖，其中所述至少一个气缸盖具有至少一个气缸，并且每个气缸具有用于将废气排出气缸之外的至少一个排气口并且每个排气口由排气管路邻接，所述排气管路合并以在所述气缸盖内形成至少一个总排气管路，从而形成至少一个整合排气歧管。

14.一种用于冷却根据前述权利要求之一所述的内燃机的所述至少一个涡轮机的方法，其中当油流动通过所述壳体时升高油温度以便减小油中的热传入。