DE102014218916B4

DE102014218916B4 - Aufgeladene Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlter Turbine und Verfahren zur Steuerung der Kühlung dieser Turbine

Info

Publication number: DE102014218916B4
Application number: DE102014218916.0A
Authority: DE
Inventors: Kai Kuhlbach; Bernd Steiner
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2034-09-20
Also published as: DE102014218916A1

Abstract

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung (7), mit mindestens einem Zylinderkopf (8) mit mindestens zwei Zylindern und mit mindestens einer flüssigkeitsgekühlten Turbine (1) eines Abgasturboladers, bei der- jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt, wobei die Abgasleitungen unter Ausbildung mindestens eines Abgaskrümmers zu mindestens einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche in die mindestens eine ein Turbinengehäuse (1a) aufweisende Turbine (1) mündet,- die mindestens eine Turbine (1) zur Ausbildung einer Kühlung mindestens einen im Gehäuse (1a) integrierten Kühlmittelmantel (2) aufweist, wobei der mindestens eine Kühlmittelmantel (2) mit der Flüssigkeitskühlung (7) zumindest verbindbar ist, und- eine Entlüftungsleitung (3) vorgesehen ist, die von dem mindestens einen Kühlmittelmantel (2) an einer geodätisch am höchsten gelegenen Stelle abzweigt und in ein Entlüftungsbehältnis mündet, dadurch gekennzeichnet, dass- eine Bypassleitung (4) unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes (5) von der Entlüftungsleitung (3) abzweigt, wobei eine Absperrvorrichtung (6) vorgesehen ist, welche entweder die Entlüftungsleitung (3) oder die Bypassleitung (4) freigibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung, mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern und mit mindestens einer flüssigkeitsgekühlten Turbine eines Abgasturboladers, bei der

- jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt, wobei die Abgasleitungen unter Ausbildung mindestens eines Abgaskrümmers zu mindestens einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche in die mindestens eine ein Turbinengehäuse aufweisende Turbine mündet,
- die mindestens eine Turbine zur Ausbildung einer Kühlung mindestens einen im Gehäuse integrierten Kühlmittelmantel aufweist, wobei der mindestens eine Kühlmittelmantel mit der Flüssigkeitskühlung zumindest verbindbar ist, und
- eine Entlüftungsleitung vorgesehen ist, die von dem mindestens einen Kühlmittelmantel an einer geodätisch am höchsten gelegenen Stelle abzweigt und in ein Entlüftungsbehältnis mündet.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Kühlung der mindestens einen flüssigkeitsgekühlten Turbine einer Brennkraftmaschine der vorstehenden Art.
Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der mindestens zwei Zylinder, d. h. Brennräume, an ihren Montage-Stirnseiten miteinander verbunden werden.
Der Zylinderblock weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre eine entsprechende Anzahl an Zylinderbohrungen auf. Die Kolben werden axial beweglich in den Zylinderrohren geführt und bilden zusammen mit den Zylinderrohren und dem Zylinderkopf die Brennräume der Brennkraftmaschine aus.
Der Zylinderkopf dient üblicherweise zur Aufnahme des Ventiltriebs. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung der Steuerorgane. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslassöffnungen und das Füllen des Brennraums, d. h. das Ansaugen des Frischgemisches bzw. der Frischluft, über die Einlassöffnungen. Zur Steuerung des Ladungswechsels werden bei Viertaktmotoren nahezu ausschließlich Hubventile als Steuerorgane verwendet, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine oszillierende Hubbewegung ausführen und auf diese Weise die Einlassöffnungen und Auslassöffnungen freigeben und verschließen. Der für die Bewegung der Ventile erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich der Ventile selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet.
Die Einlasskanäle, die zu den Einlassöffnungen führen, und die Auslasskanäle, d. h. die Abgasleitungen, die sich an die Auslassöffnungen anschließen, sind nach dem Stand der Technik zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert. Die Zusammenführung von Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung wird im Allgemeinen und auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Abgaskrümmer bezeichnet.
Stromabwärts des mindestens einen Abgaskrümmers werden die Abgase dann mindestens einer Turbine zugeführt, beispielsweise der Turbine eines Abgasturboladers, und gegebenenfalls durch ein oder mehrere Abgasnachbehandlungssysteme hindurchgeführt.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist eine aufgeladene Brennkraftmaschine, bei der die mindestens eine Turbine Bestandteil eines Abgasturboladers ist.
Die Aufladung dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die für den Verbrennungsprozess benötigte Luft wird dabei verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.
Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern, oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen lässt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, wo der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Die Aufladung unterstützt folglich das ständige Bemühen in der Entwicklung von Verbrennungsmotoren, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d. h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.
Gegenüber einem mechanischen Lader besteht der Vorteil eines Abgasturboladers darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie direkt von der Brennkraftmaschine bezieht, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase.
Die Herstellungskosten für die Turbine können vergleichsweise hoch sein, da der für das thermisch hochbelastete Turbinengehäuse häufig verwendete - nickelhaltige - Werkstoff kostenintensiv ist, insbesondere im Vergleich zu dem für den Zylinderkopf vorzugsweise verwendeten Werkstoff; beispielsweise Aluminium. Nicht nur die Kosten für die nickelhaltigen Werkstoffe an sich, sondern auch die Kosten für die Bearbeitung dieser Werkstoffe sind vergleichsweise hoch.
Aus dem zuvor Gesagten folgt, dass es im Hinblick auf die Kosten überaus vorteilhaft wäre, wenn eine Turbine bereitgestellt werden könnte, die aus einem weniger kostenintensiveren Werkstoff, beispielsweise Aluminium oder Grauguss, gefertigt werden könnte.
Die Verwendung von Aluminium wäre auch im Hinblick auf das Gewicht der Turbine vorteilhaft, insbesondere wenn berücksichtigt wird, dass eine motornahe Anordnung der Turbine häufig zu einem relativ groß dimensionierten, voluminösen Gehäuse führt, da die Verbindung von Turbine und Zylinderkopf mittels Flansch und Schrauben aufgrund der beengten Platzverhältnisse einen großen Turbineneintrittsbereich erfordert; auch weil ausreichend Platz für die Montagewerkzeuge vorgesehen werden muss. Das voluminöse Gehäuse bringt ein entsprechend hohes Gewicht mit sich. Der Gewichtsvorteil von Aluminium gegenüber einem hochbelastbaren Werkstoff fällt bei einer motornah angeordneten Turbine aufgrund des vergleichsweise hohen Materialeinsatz besonders deutlich aus.
Um kostengünstigere Werkstoffe für die Herstellung der Turbine verwenden zu können, wird die Turbine nach dem Stand der Technik mit einer Kühlung, beispielsweise mit einer Flüssigkeitskühlung, ausgestattet, welche die thermische Belastung der Turbine bzw. des Turbinengehäuses durch die heißen Abgase stark vermindert und damit den Einsatz thermisch weniger belastbarer Werkstoffe ermöglicht. Aufgeladene Brennkraftmaschinen sind aufgrund der höheren Abgastemperaturen thermisch besonders stark belastet, weshalb eine Kühlung der mindestens einen Turbine des mindestens einen Abgasturboladers besonders vorteilhaft ist. Als Kühlmittel wird in der Regel ein mit Additiven versetztes Wasser-Glykol-Gemisch verwendet. Wasser hat gegenüber anderen Kühlmitteln den Vorteil, dass es nicht toxisch, leicht verfügbar und kostengünstig ist und zudem über eine sehr hohe Wärmekapazität verfügt, weshalb Wasser sich für den Entzug und die Abfuhr sehr großer Wärmmengen eignet, was grundsätzlich als vorteilhaft angesehen wird.
In der Regel wird das Turbinengehäuse zur Ausbildung der Kühlung mit einem Kühlmittelmantel versehen. Aus dem Stand der Technik sind sowohl Konzepte bekannt, bei denen das Gehäuse ein Gussteil ist und der Kühlmittelmantel im Rahmen des Gießvorganges als integraler Bestandteil eines monolithischen Gehäuses ausgebildet wird, als auch Konzepte, bei denen das Gehäuse modular aufgebaut ist, wobei im Rahmen des Zusammenbaus ein Hohlraum ausgebildet wird, der als Kühlmittelmantel dient.
Eine entsprechend dem letztgenannten Konzept gestaltete Turbine beschreibt beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008 011 257 A1 . Eine Flüssigkeitskühlung der Turbine wird dadurch ausgebildet, dass das eigentliche Turbinengehäuse mit einer Verschalung versehen wird, so dass sich zwischen dem Gehäuse und dem mindestens einen beabstandet angeordneten Schalungselement ein Hohlraum ausbildet, in den Kühlmittel eingeleitet werden kann. Das durch die Verschalung erweiterte Gehäuse umfasst dann den Kühlmi ttelmantel.
Die EP 1 384 857 A2 offenbart ebenfalls eine Turbine, deren Gehäuse mit einem Kühlmittelmantel ausgestattet ist.
Die DE 10 2007 017 973 A1 beschreibt einen Bausatz zur Ausbildung einer dampfgekühlten Turbinenummantelung.
Aufgrund der hohen spezifischen Wärmekapazität einer Flüssigkeit, insbesondere des üblicherweise eingesetzten Wassers, können dem Gehäuse mittels Flüssigkeitskühlung große Wärmemengen entzogen werden. Die Wärme wird im Inneren des Gehäuses an das Kühlmittel abgegeben und mit dem Kühlmittel abgeführt. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird dem Kühlmittel in einem Wärmetauscher wieder entzogen.
Wird die Turbine thermisch besonders stark belastet, beispielsweise durch den sehr heißen Abgasstrom bei hohen Lasten bzw. Volllast, können sich im Kühlmittelmantel Gasblasen bilden, weshalb bei der Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, eine Entlüftungsleitung vorgesehen ist, die von dem mindestens einen Kühlmittelmantel an einer geodätisch am höchsten gelegenen Stelle abzweigt und in ein Entlüftungsbehältnis mündet. Mittels Entlüftungsleitung lassen sich die Gasblasen aus dem Kühlmittelmantel der Turbine abführen, so dass eine Beschädigung des Gehäuses und eine thermische Überlastung vermieden werden können und eine effektive Kühlung sichergestellt werden kann.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Flüssigkeitskühlung der Turbine mit einem separaten Wärmetauscher auszustatten oder aber - bei einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine - den Wärmetauscher der Motorkühlung, d. h. den Wärmetauscher einer anderen Flüssigkeitskühlung, zu nutzen. Letzteres erfordert lediglich entsprechende Verbindungen beider Kreisläufe.
Es ist nicht das Ziel und die Aufgabe einer Flüssigkeitskühlung, der Brennkraftmaschine bzw. dem Turbinengehäuse unter sämtlichen Betriebsbedingungen eine möglichst große Wärmemenge zu entziehen. Vielmehr wird eine bedarfsgerechte Steuerung der Flüssigkeitskühlung angestrebt. So würde man im Rahmen einer bedarfsgerechten Steuerung der Turbinenkühlung in der Warmlaufphase, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, einen möglichst geringen, vorzugsweise keinen Wärmeentzug anstreben, damit das heiße Abgas möglichst schnell die stromabwärts angeordneten Abgasnachbehandlungssysteme aufheizt.
Um die Reibleistung und damit den Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine zu reduzieren, kann eine zügige Erwärmung des Motoröls, insbesondere nach einem Kaltstart, zielführend sein. Eine schnelle Erwärmung des Motoröls während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine sorgt für eine entsprechend schnelle Abnahme der Viskosität des Öls und damit für eine Verringerung der Reibung bzw. Reibleistung, insbesondere in den mit Öl versorgten Lagern, beispielsweise den Lagern der Kurbelwelle.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Konzepte bekannt, mit denen die Reibleistung durch schnelle Erwärmung des Motoröls gemindert werden kann. Das Öl kann beispielsweise mittels externer Heizvorrichtung aktiv erwärmt werden. Gemäß einem weiteren Konzept wird ein kühlmittelbetriebener Ölkühler in der Warmlaufphase zweckentfremdet und zum Erwärmen des Öls genutzt, was aber wiederum eine schnelle Erwärmung des Kühlmittels voraussetzt.
Grundsätzlich kann einer schnellen Erwärmung des Motoröls zur Reduzierung der Reibleistung auch Vorschub geleistet werden durch eine schnelle Aufheizung der Brennkraftmaschine selbst, die wiederum dadurch unterstützt, d. h. forciert, wird, dass der Brennkraftmaschine während der Warmlaufphase möglichst wenig Wärme entzogen wird.
Insofern ist die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart ein Beispiel für einen Betriebsmodus, in dem es vorteilhaft ist, der Brennkraftmaschine möglichst wenig, vorzugsweise keine Wärme zu entziehen.
Aus dem Stand der Technik sind sogenannte No-Flow-Strategien bekannt, bei denen der Kühlmitteldurchsatz durch den Zylinderkopf bzw. den Zylinderblock einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine vollständig unterbunden wird, um der Brennkraftmaschine möglichst wenig Wärme zu entziehen.
Aus Komfortgründen kann es aber, insbesondere nach einem Kaltstart, vorteilhaft bzw. wünschenswert sein, eine kühlmittelbetriebene Fahrzeuginnenraumheizung via Heizkreislaufleitung mit im Zylinderkopf und/oder Zylinderblock vorerwärmtem Kühlmittel zu versorgen. Dabei entsteht ein Zielkonflikt, nämlich einerseits Kühlmittel im Zylinderkopf bzw. Zylinderblock vorzuwärmen, um der Heizung vorerwärmtes Kühlmittel zur Verfügung zu stellen, und andererseits den Kühlmitteldurchsatz durch den Zylinderkopf bzw. Zylinderblock zu unterbinden bzw. zu reduzieren, um der Brennkraftmaschine während der Warmlaufphase möglichst wenig Wärme zu entziehen.
Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich der Kühlung optimiert ist.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung der Kühlung der mindestens einen flüssigkeitsgekühlten Turbine aufzuzeigen.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung, mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern und mit mindestens einer flüssigkeitsgekühlten Turbine eines Abgasturboladers, bei der

- jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt, wobei die Abgasleitungen unter Ausbildung mindestens eines Abgaskrümmers zu mindestens einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche in die mindestens eine ein Turbinengehäuse aufweisende Turbine mündet,
- die mindestens eine Turbine zur Ausbildung einer Kühlung mindestens einen im Gehäuse integrierten Kühlmittelmantel aufweist, wobei der mindestens eine Kühlmittelmantel mit der Flüssigkeitskühlung zumindest verbindbar ist, und
- eine Entlüftungsleitung vorgesehen ist, die von dem mindestens einen Kühlmittelmantel an einer geodätisch am höchsten gelegenen Stelle abzweigt und in ein Entlüftungsbehältnis mündet, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
- eine Bypassleitung unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes von der Entlüftungsleitung abzweigt, wobei eine Absperrvorrichtung vorgesehen ist, welche entweder die Entlüftungsleitung oder die Bypassleitung freigibt.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine nutzt den Umstand, dass sich nur dann Gasblasen im Kühlmittelmantel der Turbine bilden, wenn das Turbinengehäuse thermisch besonders stark belastet ist. Die vorgesehene Entlüftungsleitung wird daher nicht pausenlos, d. h. nicht dauerhaft zum Abführen von Gasblasen genutzt. Dieser Umstand eröffnet die Möglichkeit, dem mindestens einen Kühlmittelmantel der Turbine via Entlüftungsleitung im Turbinengehäuse erwärmtes Kühlmittel zu entnehmen und einer Verwendung zuzuführen, d. h. einem Verbraucher bereitzustellen, der einen Bedarf für erwärmtes Kühlmittel hat.
Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen einer Bypassleitung realisiert, die unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes von der Entlüftungsleitung abzweigt. Eine Absperrvorrichtung steuert die Leitungen in der Art, dass die Entlüftungsleitung und/oder die Bypassleitung freigeben oder versperrt wird.
Besonders die Turbine eignet sich aufgrund der hohen thermischen Belastung für die Bereitstellung von erwärmtem Kühlmittel. Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang auch, dass Turbinengehäuse moderner Turbinen häufig nicht mehr mit einem Kühlmittelmantel im herkömmlichen Sinne ausgestattet werden, der das mindestens eine Laufrad der Turbine vollständig einhüllt bzw. ummantelt, weil die dabei vom Kühlmittel aufzunehmende Wärmemenge 40kW oder mehr betragen kann und sich das Abführen derart hoher Wärmemengen als problematisch erwiesen hat. Vielmehr wird regelmäßig eine minimalistische Kühlung des Turbinengehäuses bevorzugt, bei der sich mindestens ein vergleichsweise klein dimensionierter Kühlmittelkanal im Gehäuse - vorzugsweise ringförmig um die Welle - erstreckt. Die Kühlleistung wird bewusst begrenzt, indem der mindestens eine Kühlmittelkanal und mit diesem die wärmeübertragende Fläche kleiner dimensioniert werden als üblich.
Ein derartiger Kühlmittelkanal überstreicht bzw. überdeckt in einem Schnitt entlang der Welle einen Abgas führenden Strömungskanal der Turbine nur noch in einem begrenzten Winkelbereich α, beispielsweise mit α ≤ 45°, α ≤ 35° bzw. α ≤ 25°, und nicht mehr mantelartig möglichst großflächig. Der Kühlmittelkanal kann dabei maximale Durchmesser von weniger als 12 bzw. 8 Millimetern aufweisen.
Ein solch klein dimensionierter Kühlmittelkanal führt prinzipbedingt zu hohen Strömungsgeschwindigkeiten und damit zu einer hohen Wärmeübertragung infolge Konvektion, insbesondere schon bei kleinen Kühlmitteldurchsätzen.
Letzteres erweist sich insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine als vorteilhaft, wenn der Kühlmitteldurchsatz durch den Zylinderkopf bzw. den Zylinderblock einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine minimiert werden soll, um der Brennkraftmaschine möglichst wenig Wärme zu entziehen, aber gleichzeitig Bedarf besteht für erwärmtes Kühlmittel, beispielsweise in der kühlmittelbetriebenen Fahrzeuginnenraumheizung eines Kraftfahrzeuges oder einem kühlmittelbetriebenen Ölkühler zwecks Erwärmung des Motoröls. Das durch den Kühlmittelmantel hindurch geleitete Kühlmittel muss nicht zwingend dem Zylinderkopf bzw. dem Zylinderblock der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine entnommen werden. Vielmehr kann unter Umgehung des Zylinderkopfes bzw. des Zylinderblocks ein Kühlmittelkreislauf ausgebildet werden, in welchem neben dem mindestens einen Kühlmittelmantel des Turbinengehäuses mindestens ein Verbraucher angeordnet ist, der einen Bedarf für erwärmtes Kühlmittel hat.
Damit wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe gelöst, nämlich eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, die hinsichtlich der Kühlung optimiert ist.
Die mindestens eine Turbine kann als Radialturbine ausgeführt sein, d. h. die Anströmung der Laufschaufeln erfolgt im Wesentlichen radial. Im Wesentlichen radial bedeutet dabei, dass die Geschwindigkeitskomponente in radialer Richtung größer ist als die axiale Geschwindigkeitskomponente. Der Geschwindigkeitsvektor der Strömung schneidet die Welle bzw. Achse der Turbine und zwar in einem rechten Winkel, falls die Anströmung exakt radial verläuft. Um die Laufschaufeln radial anströmen zu können, wird der Eintrittsbereich zur Zuführung des Abgases häufig als rundum verlaufendes Spiral- oder Schneckengehäuse ausgebildet, so dass die Zuströmung des Abgases zur Turbine im Wesentlichen radial erfolgt.
Die mindestens eine Turbine kann aber auch als Axialturbine ausgeführt sein, bei der die Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung größer ist als die Geschwindigkeitskomponente in radialer Richtung.
Weist der Zylinderkopf zwei Zylinder auf und bilden nur die Abgasleitungen von einem Zylinder eine Gesamtabgasleitung, die in die mindestens eine Turbine mündet, handelt es sich ebenfalls um eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
Weist der Zylinderkopf drei oder mehr Zylinder auf und führen nur die Abgasleitungen von zwei Zylindern zu einer Gesamtabgasleitung zusammen, handelt es sich ebenfalls um eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
Ausführungsformen, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf beispielsweise vier in Reihe angeordnete Zylinder aufweist und die Abgasleitungen der außenliegenden Zylinder und die Abgasleitungen der innenliegenden Zylinder jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, sind ebenfalls erfindungsgemäße Brennkraftmaschinen.
Bei drei und mehr Zylindern sind daher auch Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen

- mindestens drei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass sie zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden, und
- die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe unter Ausbildung eines Abgaskrümmers jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen.

Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für den Einsatz einer zweiflutigen Turbine. Eine zweiflutige Turbine weist einen Eintrittsbereich mit zwei Eintrittskanälen auf, wobei die beiden Gesamtabgasleitungen mit der zweiflutigen Turbine in der Art verbunden werden, dass jeweils eine Gesamtabgasleitung in einen Eintrittskanal mündet. Die Zusammenführung der beiden in den Gesamtabgasleitungen geführten Abgasströmungen erfolgt gegebenenfalls stromabwärts der Turbine. Werden die Abgasleitungen in der Weise gruppiert, dass die hohen Drücke, insbesondere die Vorauslassstöße, erhalten werden können, eignet sich eine zweiflutige Turbine insbesondere für eine Stoßaufladung, womit auch hohe Turbinendruckverhältnisse bei niedrigen Drehzahlen erzielt werden können.
Die Gruppierung der Zylinder bzw. Abgasleitungen bietet aber auch Vorteile beim Einsatz mehrerer Turbinen bzw. Abgasturbolader, wobei jeweils eine Gesamtabgasleitung mit einer Turbine verbunden wird.
Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen, bei denen die Abgasleitungen sämtlicher Zylinder des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer einzigen, d. h. gemeinsamen Gesamtabgasleitung zusammenführen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden in Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Bypassleitung mit einem kühlmittelbetriebenen Ölkühler zumindest verbindbar ist. Wie bereits erwähnt, lässt sich die Reibleistung einer Brennkraftmaschine durch eine schnelle bzw. beschleunigte Erwärmung des Motoröls mindern. In der Warmlaufphase eignet sich ein kühlmittelbetriebener Ölkühler zum Erwärmen des Öls, wozu vorliegend im Turbinengehäuse vorerwärmtes Kühlmittel genutzt wird, das dem Ölkühler via Bypassleitung zugeführt wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Bypassleitung mit einer kühlmittelbetriebenen Heizung zumindest verbindbar ist. Insbesondere nach einem Kaltstart besteht häufig Bedarf an der Aufheizung des Fahrzeuginnenraums. Eine kühlmittelbetriebene Heizung lässt sich via Bypassleitung mit im Turbinengehäuse vorerwärmtem Kühlmittel versorgen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Rückführleitung von der Entlüftungsleitung abzweigt, wobei die Rückführleitung mit der Flüssigkeitskühlung zumindest verbindbar ist.
Der mindestens eine im Turbinengehäuse vorgesehene Kühlmittelmantel kann via Rückführleitung beispielsweise mit dem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf bzw. dem flüssigkeitsgekühlten Zylinderblock der Brennkraftmaschine verbunden werden, die - wie der kühlmittelbetriebene Ölkühler und die kühlmittelbetriebene Heizung auch - Verbraucher darstellen, die in der Warmlaufphase einen Bedarf für erwärmtes Kühlmittel haben.
Das im Turbinengehäuse erwärmte Kühlmittel dient der beschleunigten Aufheizung der Brennkraftmaschine, sorgt für eine entsprechend schnelle Abnahme der Viskosität des Öls und damit für eine Verringerung der Reibung bzw. Reibleistung.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in der Rückführleitung ein Absperrelement angeordnet ist. Vorliegend ist ein einzelnes Absperrelement in der Rückführleitung angeordnet, welches nur der Steuerung der Rückführleitung dient, d. h. dem Freigeben und Versperren der Rückführleitung.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Rückführleitung am ersten Knotenpunkt von der Entlüftungsleitung abzweigt, wobei die Absperrvorrichtung am ersten Knotenpunkt angeordnet ist und die Rückführleitung entweder freigibt oder versperrt.
Das Abzweigen der Rückführleitung am ersten Knotenpunkt ermöglicht die Steuerung sowohl der Rückführleitung als auch der Bypassleitung mit nur einem einzelnen Absperrelement, beispielsweise einem 3-2-Wege-Ventil.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Absperrvorrichtung ein am ersten Knotenpunkt angeordnetes 3-2-Wege-Ventil ist, welches mit der Entlüftungsleitung, der Bypassleitung und der Rückführleitung verbunden ist.
Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in der Bypassleitung und in der Entlüftungsleitung jeweils ein Absperrelement angeordnet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Entlüftungsbehältnis geodätisch höher liegt als der mindestens eine Kühlmittelmantel. Dies unterstützt die Abführung von Gas- und Dampfblasen via Entlüftungsleitung in vorteilhafter Weise und stellt eine optimierte Entlüftung sicher. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass die an den Gasblasen angreifenden Auftriebskräfte die im Kühlmittelmantel befindlichen Gase durch die Entlüftungsleitung treiben.
Die Auftriebskräfte sind auch der Grund, weshalb die Entlüftungsleitung an der geodätisch am höchsten gelegenen Stelle des Kühlmittelmantels abzweigt, wo sich die Blasen sammeln.
Soweit im Rahmen der vorliegenden Erfindung von einem geodätischen Höhenunterschied bzw. einer geodätischen Höhe die Rede ist, wird Bezug genommen auf die Einbauposition der Brennkraftmaschine mitsamt ihren Komponenten und ein horizontal stehendes Fahrzeug.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Kühlmittelmantel via mindestens einer Zuführöffnung mit der Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine zumindest verbindbar ist.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Kühlmittelmantel via mindestens einer Abführöffnung mit der Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine zumindest verbindbar ist.
Ist der mindestens eine Kühlmittelmantel mit der Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine verbunden bzw. verbindbar, müssen die übrigen zur Ausbildung eines Kühlkreislaufes erforderlichen Bauteile und Aggregate grundsätzlich nur in einfacher Ausfertigung vorgesehen werden, da diese sowohl für den Kühlkreislauf der mindestens einen Turbine als auch für den der Brennkraftmaschine verwendet werden können, was zu Synergien und Kosteneinsparungen führt, aber auch eine Gewichtsersparnis mit sich bringt. Die in der Brennkraftmaschine und im Turbinengehäuse an das Kühlmittel abgegebene Wärme kann dem Kühlmittel in einem gemeinsamen Wärmetauscher entzogen werden.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen einlassseitig ein Absperrelement vorgesehen ist, welches die Zuführöffnung freigibt oder versperrt, und auslassseitig ein Absperrelement vorgesehen ist, welches die Abführöffnung freigibt oder versperrt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Turbinengehäuse ein einstückig gegossenes Bauteil ist. Durch Gießen und Verwendung entsprechender Kerne lässt sich die komplexe Struktur des Gehäuses in einem Arbeitsgang formen, so dass anschließend nur eine Nachbearbeitung des Gehäuses und die Montage erforderlich sind, um die Turbine auszubilden. Leckagefreiheit ist dabei gewährleistet.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Turbinengehäuse der mindestens einen Turbine modular aus mindestens zwei Bauteilen aufgebaut ist, wobei jedes der mindestens zwei Bauteile ein Gussteil, d. h. ein im Gießverfahren hergestelltes Bauteil sein kann.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Auslassöffnungen zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist.
Es ist die Aufgabe des Ventiltriebes die Auslassöffnungen der Brennkammer rechtzeitig freizugeben bzw. zu verschließen, wobei eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ausströmenden Abgasen gering zu halten und ein effektives, d. h. vollständiges Abführen der Abgase zu gewährleisten. Daher ist es vorteilhaft, die Zylinder mit zwei oder mehr Auslassöffnungen auszustatten.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Abgasleitungen unter Ausbildung mindestens eines integrierten Abgaskrümmers innerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu mindestens einer Gesamtabgasleitung zusammenführen.
Zu berücksichtigen ist, dass grundsätzlich angestrebt wird, die Turbine, insbesondere die Turbine eines Abgasturboladers, möglichst nahe am Auslass der Zylinder anzuordnen, um auf diese Weise die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal nutzen zu können und ein schnelles Ansprechverhalten der Turbine bzw. des Turboladers zu gewährleisten. Des Weiteren soll auch der Weg der heißen Abgase zu den verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen möglichst kurz sein, damit den Abgasen wenig Zeit zur Abkühlung eingeräumt wird und die Abgasnachbehandlungssysteme möglichst schnell ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur erreichen, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
Man ist daher bemüht, die thermische Trägheit des Teilstücks der Abgasleitung zwischen Auslassöffnung am Zylinder und Turbine bzw. zwischen Auslassöffnung am Zylinder und Abgasnachbehandlungssystem zu minimieren, was durch Reduzierung der Masse und der Länge dieses Teilstückes erreicht werden kann.
Um dieses Ziel zu erreichen, werden die Abgasleitungen unter Ausbildung mindestens eines integrierten Abgaskrümmers innerhalb des Zylinderkopfes zusammengeführt.
Die Länge der Abgasleitungen wird dadurch verringert. Zum einen wird das Leitungsvolumen, d. h. das Abgasvolumen der Abgasleitungen stromaufwärts der Turbine, verkleinert, so dass das Ansprechverhalten der Turbine verbessert wird. Zum anderen führen die verkürzten Abgasleitungen auch zu einer geringeren thermischen Trägheit des Abgassystems stromaufwärts der Turbine, so dass sich die Temperatur der Abgase am Turbineneintritt erhöht, weshalb auch die Enthalpie der Abgase am Eintritt der Turbine höher ist.
Die Zusammenführung der Abgasleitungen innerhalb des Zylinderkopfes gestattet darüber hinaus ein dichtes Packaging der Antriebseinheit, verringert die Anzahl der Bauteile und erleichtert die Montage.
Ein Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer ist aber thermisch höher belastet als ein herkömmlicher Zylinderkopf, der mit einem externen Krümmer ausgestattet ist, und stellt daher erhöhte Anforderungen an die Kühlung.
Vorteilhaft sind auch daher Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung mit mindestens einem im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist.
Die Flüssigkeitskühlung erfordert die Ausstattung des Zylinderkopfes mit mindestens einem Kühlmittelmantel, d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Zylinderkopf führenden Kühlmittelkanälen. Die Wärme wird im Inneren des Zylinderkopfes an das Kühlmittel abgegeben. Das Kühlmittel wird dabei mittels einer im Kühlkreislauf angeordneten Pumpe gefördert, so dass es im Kühlmittelmantel zirkuliert. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird auf diese Weise aus dem Inneren des Zylinderkopfes abgeführt und in einem Wärmetauscher dem Kühlmittel wieder entzogen.
Eine Zusammenführung der Abgasleitungen innerhalb des Zylinderkopfes, d. h. die Integration des mindestens einen Abgaskrümmers, führt zusammen mit der Ausstattung des Kopfes mit einer Flüssigkeitskühlung beim Kaltstart der Brennkraftmaschine zu einer schnellen Erwärmung des Kühlmittels, damit zu einer schnelleren Aufheizung der Brennkraftmaschine und, sofern eine kühlmittelbetriebene Heizung des Fahrgastraumes eines Fahrzeugs vorgesehen ist, zu einer schnelleren Aufheizung dieses Fahrgastraumes.
Eine Flüssigkeitskühlung erweist sich insbesondere bei aufgeladenen Motoren als vorteilhaft, da die thermische Belastung aufgeladener Motoren im Vergleich zu herkömmlichen Brennkraftmaschinen deutlich höher ist. Die Integration des mindestens einen Abgaskrümmers in den flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf macht einen aus thermisch hochbelastbarem Material gefertigten externen Krümmer gegebenenfalls entbehrlich, was Kostenvorteile hat.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung mit mindestens einem im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf an einer Montage-Stirnseite mit einem Zylinderblock verbindbar ist, und

- der mindestens eine im Zylinderkopf integrierte Kühlmittelmantel einen unteren Kühlmittelmantel, der zwischen den Abgasleitungen und der Montage-Stirnseite des Zylinderkopfes angeordnet ist, und einen oberen Kühlmittelmantel, der auf der dem unteren Kühlmittelmantel gegenüberliegenden Seite der Abgasleitungen angeordnet ist, umfasst.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der obere Kühlmittelmantel mit einer Zuführöffnung des mindestens einen Kühlmittelmantels der Turbine und der untere Kühlmittelmantel mit einer Abführöffnung des mindestens einen Kühlmittelmantels der Turbine zumindest verbindbar ist.
Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen der obere Kühlmittelmantel mit einer Abführöffnung des mindestens einen Kühlmittelmantels der Turbine und der untere Kühlmittelmantel mit einer Zuführöffnung des mindestens einen Kühlmittelmantels der Turbine zumindest verbindbar ist.
Zwischen dem oberen und unteren Kühlmittelmantel kann ein Druckgefälle generiert werden. Das Druckgefälle dient dann als treibende Kraft zur Förderung des Kühlmittels durch den mindestens einen Kühlmittelmantel der Turbine.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen der obere Kühlmittelmantel mit einer ersten Zuführöffnung des mindestens einen Kühlmittelmantels der Turbine und der untere Kühlmittelmantel mit einer zweiten Zuführöffnung des mindestens einen Kühlmittelmantels der Turbine zumindest verbindbar ist.
Die Turbine kann mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestattet werden, die eine weitergehende Anpassung an den jeweiligen Betriebspunkt einer Brennkraftmaschine durch Verstellen der Turbinengeometrie bzw. des wirksamen Turbinenquerschnittes gestattet. Dabei sind im Eintrittsbereich der Turbine verstellbare Leitschaufeln zur Beeinflussung der Strömungsrichtung angeordnet. Im Gegensatz zu den Laufschaufeln des umlaufenden Laufrades rotieren die Leitschaufeln nicht mit der Welle der Turbine.
Verfügt die Turbine über eine feste unveränderliche Geometrie, sind die Leitschaufeln nicht nur stationär, sondern zudem völlig unbeweglich im Eintrittsbereich angeordnet, d. h. starr fixiert. Bei einer variablen Geometrie hingegen sind die Leitschaufeln zwar stationär angeordnet, aber nicht völlig unbeweglich, sondern um ihre Achse drehbar, so dass auf die Anströmung der Laufschaufeln Einfluss genommen werden kann.
Bei der konstruktiven Auslegung der gekühlten Turbine ist ein Kompromiss zwischen Kühlleistung und Werkstoff erforderlich, wobei man grundsätzlich anstrebt, die Turbine nur in dem Umfang zu kühlen, den der verwendete Werkstoff tatsächlich erfordert, um auf diese Weise die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich von der Abgastemperatur mitbestimmt wird, optimal nutzen zu können. Korrespondierend zu der moderaten Kühlleistung einer minimalistischen Kühlung ist für die Herstellung der Turbine ein entsprechender Werkstoff zu wählen, nämlich Grauguss bzw. Stahlguss oder dergleichen.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zur Steuerung der Kühlung der mindestens einen flüssigkeitsgekühlten Turbine einer aufgeladenen Brennkraftmaschine einer zuvor beschriebenen Art aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine die Bypassleitung freigeben und die Entlüftungsleitung versperrt wird.
Das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte gilt ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:

1 schematisch den Kühlmittelmantel der flüssigkeitsgekühlten Turbine einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine, senkrecht zur Turbinenwelle geschnitten.
1 zeigt schematisch den Kühlmittelmantel 2 der flüssigkeitsgekühlten Turbine 1 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine, senkrecht zur Turbinenwelle 1b geschnitten.

Der Turbine 1 wird Abgas einer Brennkraftmaschine zugeführt. Die ein Turbinengehäuse 1a aufweisende Turbine 1 verfügt über einen das Abgas durch die Turbine 1 führenden Strömungskanal, der im Gehäuse 1a implementiert ist, und ein in dem Gehäuse 1a angeordnetes und auf der drehbaren Turbinenwelle 1b gelagertes Laufrad (nicht dargestellt).
Zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung ist die Turbine 1 mit einem Kühlmittelmantel 2 ausgestattet, der im Gehäuse 1a integriert und via Zuführöffnungen 2a, 2b mit der Motorkühlung 7 der Brennkraftmaschine verbunden ist. Vorliegend wird der Kühlmittelmantel 2 der Turbine 1 via Zylinderkopf 8 mit Kühlmittel versorgt. Der flüssigkeitsgekühlte Zylinderkopf 8 ist an einer Montage-Stirnseite mit einem Zylinderblock verbindbar und verfügt über einen unteren Kühlmittelmantel 8b, der zwischen den Abgasleitungen und der Montage-Stirnseite des Zylinderkopfes 8 angeordnet ist, und einen oberen Kühlmittelmantel 8a, der auf der dem unteren Kühlmittelmantel 8b gegenüberliegenden Seite der Abgasleitungen angeordnet ist. Der obere Kühlmittelmantel 8a kommuniziert via Verbindungskanal 8c mit dem unteren Kühlmittelmantel 8b und umgekehrt.
Vorliegend ist der obere Kühlmittelmantel 8a mit einer ersten Zuführöffnung 2a des Kühlmittelmantels 2 der Turbine 1 und der untere Kühlmittelmantel 8b mit einer zweiten Zuführöffnung 2b des Kühlmittelmantels 2 der Turbine 1 zumindest verbindbar.
Eine Entlüftungsleitung 3 zweigt an der geodätisch am höchsten gelegenen Stelle vom Kühlmittelmantel 2 der Turbine 2 ab und mündet in ein Entlüftungsbehältnis (nicht dargestellt). Eine Bypassleitung 4 zweigt unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes 5 von der Entlüftungsleitung 3 ab, wobei eine Absperrvorrichtung 6 am ersten Knotenpunkt 5 angeordnet ist, welche entweder die Entlüftungsleitung 3 oder die Bypassleitung 4 freigibt.
Bezugszeichenliste

1: flüssigkeitsgekühlte Turbine
1a: Turbinengehäuse
1b: Turbinenwelle
2: Kühlmittelmantel des Turbinengehäuses
2a: erste Zuführöffnung
2b: zweite Zuführöffnung
3: Entlüftungsleitung
4: Bypassleitung
5: erster Knotenpunkt
6: Absperrvorrichtung
7: Motorkühlung, Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine
8: flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf
8a: oberer Kühlmittelmantel
8b: unterer Kühlmittelmantel
8c: Verbindungskanal

Claims

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung (7), mit mindestens einem Zylinderkopf (8) mit mindestens zwei Zylindern und mit mindestens einer flüssigkeitsgekühlten Turbine (1) eines Abgasturboladers, bei der - jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschließt, wobei die Abgasleitungen unter Ausbildung mindestens eines Abgaskrümmers zu mindestens einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche in die mindestens eine ein Turbinengehäuse (1a) aufweisende Turbine (1) mündet, - die mindestens eine Turbine (1) zur Ausbildung einer Kühlung mindestens einen im Gehäuse (1a) integrierten Kühlmittelmantel (2) aufweist, wobei der mindestens eine Kühlmittelmantel (2) mit der Flüssigkeitskühlung (7) zumindest verbindbar ist, und - eine Entlüftungsleitung (3) vorgesehen ist, die von dem mindestens einen Kühlmittelmantel (2) an einer geodätisch am höchsten gelegenen Stelle abzweigt und in ein Entlüftungsbehältnis mündet, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Bypassleitung (4) unter Ausbildung eines ersten Knotenpunktes (5) von der Entlüftungsleitung (3) abzweigt, wobei eine Absperrvorrichtung (6) vorgesehen ist, welche entweder die Entlüftungsleitung (3) oder die Bypassleitung (4) freigibt.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (4) mit einem Ölkühler zumindest verbindbar ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (4) mit einer Heizung zumindest verbindbar ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführleitung von der Entlüftungsleitung (3) abzweigt, wobei die Rückführleitung mit der Flüssigkeitskühlung (7) zumindest verbindbar ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung ein Absperrelement angeordnet ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung am ersten Knotenpunkt (5) von der Entlüftungsleitung (3) abzweigt, wobei die Absperrvorrichtung (6) am ersten Knotenpunkt (5) angeordnet ist und die Rückführleitung entweder freigibt oder versperrt.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung (6) ein am ersten Knotenpunkt (5) angeordnetes 3-2-WegeVentil ist, welches mit der Entlüftungsleitung (3), der Bypassleitung (4) und der Rückführleitung verbunden ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bypassleitung (4) und in der Entlüftungsleitung (3) jeweils ein Absperrelement angeordnet ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüftungsbehältnis geodätisch höher liegt als der mindestens eine Kühlmittelmantel (2).
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kühlmittelmantel (2) via mindestens einer Zuführöffnung (2a, 2b) mit der Flüssigkeitskühlung (7) der Brennkraftmaschine zumindest verbindbar ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kühlmittelmantel (2) via mindestens einer Abführöffnung mit der Flüssigkeitskühlung (7) der Brennkraftmaschine zumindest verbindbar ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitungen unter Ausbildung mindestens eines integrierten Abgaskrümmers innerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes (8) zu mindestens einer Gesamtabgasleitung zusammenführen.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zylinderkopf (8) zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung (7) mit mindestens einem im Zylinderkopf (8) integrierten Kühlmittelmantel (8a, 8b) ausgestattet ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass - der mindestens eine Zylinderkopf (8) an einer Montage-Stirnseite mit einem Zylinderblock verbindbar ist, und - der mindestens eine im Zylinderkopf (8) integrierte Kühlmittelmantel (8a, 8b) einen unteren Kühlmittelmantel (8b), der zwischen den Abgasleitungen und der Montage-Stirnseite des Zylinderkopfes (8) angeordnet ist, und einen oberen Kühlmittelmantel (8a), der auf der dem unteren Kühlmittelmantel (8b) gegenüberliegenden Seite der Abgasleitungen angeordnet ist, umfasst.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Kühlmittelmantel (8a) mit einer Zuführöffnung (2a, 2b) des mindestens einen Kühlmittelmantels (2) der Turbine (1) und der untere Kühlmittelmantel (8b) mit einer Abführöffnung des mindestens einen Kühlmittelmantels (2) der Turbine (1) zumindest verbindbar ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Kühlmittelmantel (8a) mit einer Abführöffnung des mindestens einen Kühlmittelmantels (2) der Turbine (1) und der untere Kühlmittelmantel (8b) mit einer Zuführöffnung (2a, 2b) des mindestens einen Kühlmittelmantels (2) der Turbine (1) zumindest verbindbar ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Kühlmittelmantel (8a) mit einer ersten Zuführöffnung (2a) des mindestens einen Kühlmittelmantels (2) der Turbine (1) und der untere Kühlmittelmantel (8b) mit einer zweiten Zuführöffnung (2b) des mindestens einen Kühlmittelmantels (2) der Turbine (1) zumindest verbindbar ist.
Verfahren zur Steuerung der Kühlung der mindestens einen flüssigkeitsgekühlten Turbine (1) einer aufgeladenen Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine die Bypassleitung (4) freigeben und die Entlüftungsleitung (3) versperrt wird.