DE102014218917A1 - Internal combustion engine with liquid cooled turbine and method for controlling the cooling of said turbine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung (7), mit mindestens einem Zylinderkopf (8) mit mindestens zwei Zylindern und mit mindestens einer flüssigkeitsgekühlten Turbine (1), 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. Es soll eine Brennkraftmaschine bereitgestellt werden, die hinsichtlich der Kühlung optimiert ist. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine, die dadurch gekennzeichnet ist, 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.The invention relates to an internal combustion engine with liquid cooling (7), with at least one cylinder head (8) having at least two cylinders and at least one liquid-cooled turbine (1), in which - each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases from the cylinder and connected to each outlet opening an exhaust pipe, wherein the exhaust pipes merge to form at least one exhaust manifold to at least one total exhaust pipe, which in the at least one turbine housing (1 a) having turbine (1) opens, - the at least one turbine (1) for forming a cooling at least one in the housing (1a) integrated coolant jacket (2), wherein the at least one coolant jacket (2) with the liquid cooling (7) is at least connectable, and - a vent line (3) is provided, of the at least one coolant jacket (2 ) at a geodetically highest n branch off and opens into a venting container. An internal combustion engine is to be provided which is optimized with regard to cooling. This object is achieved by an internal combustion engine, which is characterized in that - a bypass line (4) branches off to form a first node (5) of the vent line (3), wherein a shut-off device (6) is provided which either the vent line ( 3) or the bypass line (4) releases.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung, mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern und mit mindestens einer flüssigkeitsgekühlten Turbine, 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.
The invention relates to an internal combustion engine with liquid cooling, with at least one cylinder head with at least two cylinders and with at least one liquid-cooled turbine, in which
  • Each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases out of the cylinder and an exhaust pipe adjoins each outlet opening, wherein the exhaust pipes merge to form at least one exhaust gas line to form at least one exhaust gas line which opens into the at least one turbine housing having a turbine housing,
  • - The at least one turbine for forming a cooling at least one integrated in the housing coolant jacket, wherein the at least one coolant jacket with the liquid cooling is at least connectable, and
  • - A vent line is provided, which branches off from the at least one coolant jacket at a geodetically highest point and opens into a venting container.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Kühlung der mindestens einen flüssigkeitsgekühlten Turbine einer Brennkraftmaschine der vorstehenden Art.Furthermore, the invention relates to a method for controlling the cooling of the at least one liquid-cooled turbine of an internal combustion engine of the above type.

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.An internal combustion engine of the type mentioned is used as a motor vehicle drive. In the context of the present invention, the term internal combustion engine includes diesel engines and gasoline engines, but also hybrid internal combustion engines that use a hybrid combustion process, as well as hybrid drives, which in addition to the internal combustion engine include an electric motor that can be connected to the engine, which receives power from the internal combustion engine or as switchable auxiliary drive additionally delivers power.

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.Internal combustion engines have a cylinder block and at least one cylinder head, which is used to form the at least two cylinders, d. H. Combustion chambers are connected to each other at their mounting end faces.

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. The cylinder block has a corresponding number of cylinder bores for receiving the pistons or the cylinder tubes. The pistons are guided axially movably in the cylinder tubes and, together with the cylinder tubes and the cylinder head, form the combustion chambers of the internal combustion engine.

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.The cylinder head is usually used to hold the valve train. To control the charge cycle, an internal combustion engine requires controls and actuators to operate the controls. As part of the charge exchange, the exhaust of the combustion gases via the outlet openings and the filling of the combustion chamber, d. H. the intake of the fresh mixture or the fresh air, via the inlet openings. To control the charge cycle, four-stroke engines use almost exclusively lift valves as control members which perform an oscillating lifting movement during operation of the internal combustion engine and in this way release and close the inlet openings and outlet openings. The required for the movement of the valves valve actuating mechanism including the valves themselves is referred to as a valve train.

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.The inlet ducts leading to the inlet openings and the outlet ducts, d. H. the exhaust pipes, which adjoin the outlet openings are at least partially integrated in the cylinder head according to the prior art. The combination of exhaust pipes to an overall exhaust line is generally and also referred to in the context of the present invention as exhaust manifold.

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.Downstream of the at least one exhaust manifold, the exhaust gases are then fed to at least one turbine, for example, the turbine of an exhaust gas turbocharger, and optionally passed through one or more exhaust aftertreatment systems.

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.The manufacturing costs for the turbine can be comparatively high, since the material which is frequently used for the thermally highly stressed turbine housing-nickel-containing material-is expensive, in particular in comparison with the material preferably used for the cylinder head; for example aluminum. Not only the costs for the nickel-containing materials per se, but also the costs for processing these materials are comparatively high.

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.It follows from the foregoing that it would be extremely advantageous in terms of cost to provide a turbine that could be made from a less expensive material such as aluminum or gray cast iron.

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.The use of aluminum would also be advantageous in terms of the weight of the turbine, especially considering that a close-coupled arrangement of the turbine often leads to a relatively large-sized, voluminous housing, since the connection of turbine and cylinder head by means of flange and screws due to the cramped space requires a large turbine inlet area; also because there is enough space for the assembly tools must be provided. The voluminous housing brings a correspondingly high weight with it. The weight advantage of aluminum over a highly resilient material is particularly evident in a turbine arranged close to the engine due to the comparatively high use of material.

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. 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 order to use more cost-effective materials for the production of the turbine, the turbine according to the prior art with a cooling, for example, with a liquid cooling, equipped, which greatly reduces the thermal load of the turbine or the turbine housing by the hot exhaust gases and thus the Use of thermally less resilient materials allows. The coolant used is usually a mixed with additives water-glycol mixture. Water has the advantage over other refrigerants that it is non-toxic, readily available and inexpensive and also has a very high heat capacity, which is why water is suitable for the removal and removal of very large amounts of heat, which is generally considered to be advantageous.

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.In general, the turbine housing is provided to form the cooling with a coolant jacket. From the prior art both concepts are known in which the housing is a casting and the coolant jacket is formed as part of the casting process as an integral part of a monolithic housing, as well as concepts in which the housing is modular, wherein in the context of assembly a cavity is formed, which serves as a coolant jacket.

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 Kühlmittelmantel.A designed according to the latter concept turbine describes, for example, the German patent application DE 10 2008 011 257 A1 , A liquid cooling of the turbine is formed by the fact that the actual turbine housing is provided with a casing, so that forms a cavity between the housing and the at least one spaced-apart formwork element, can be introduced into the coolant. The casing extended by the casing then includes the coolant jacket.

Die EP 1 384 857 A2 offenbart ebenfalls eine Turbine, deren Gehäuse mit einem Kühlmittelmantel ausgestattet ist.The EP 1 384 857 A2 also discloses a turbine whose housing is equipped with a coolant jacket.

Die DE 10 2007 017 973 A1 beschreibt einen Bausatz zur Ausbildung einer dampfgekühlten Turbinenummantelung.The DE 10 2007 017 973 A1 describes a kit for forming a steam-cooled turbine casing.

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.Due to the high specific heat capacity of a liquid, in particular the water usually used, the housing by means of liquid cooling large amounts of heat can be withdrawn. The heat is released inside the housing to the coolant and removed with the coolant. The heat given off to the coolant is withdrawn from the coolant in a heat exchanger.

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.If the turbine is subjected to particularly high thermal loads, for example due to the very hot exhaust gas flow at high loads or full load, gas bubbles may form in the coolant jacket, which is why a vent line is provided in the internal combustion engine which is the subject of the present invention, of the at least one Coolant jacket branches off at a geodetically highest point and opens into a venting container. By means of vent line, the gas bubbles can be removed from the coolant jacket of the turbine, so that damage to the housing and thermal overload can be avoided and effective cooling can be ensured.

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.In principle, it is possible to equip the liquid cooling of the turbine with a separate heat exchanger or - in a liquid-cooled internal combustion engine - the heat exchanger of the engine cooling, d. H. to use the heat exchanger of another liquid cooling. The latter requires only appropriate connections of both circuits.

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.It is not the aim and the object of a liquid cooling, the internal combustion engine or the turbine housing under all operating conditions to extract the largest possible amount of heat. Rather, a needs-based control of the liquid cooling is desired. Thus, in the context of demand-based control of the turbine cooling in the warm-up phase, in particular after a cold start of the internal combustion engine, the lowest possible, preferably no heat extraction would be sought so that the hot exhaust gas heats up the downstream exhaust aftertreatment systems as quickly as possible.

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.In order to reduce the friction loss and thus the fuel consumption of an internal combustion engine, rapid heating of the engine oil, in particular after a cold start, can be expedient. Rapid heating of the engine oil during the warm-up phase of the engine provides for a correspondingly rapid decrease in the viscosity of the oil and thus for a reduction of friction or friction, especially in the oil-bearing, for example, the bearings of the crankshaft.

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. Numerous concepts are known from the prior art, with which the friction loss can be reduced by rapid heating of the engine oil. The oil can be actively heated, for example by means of external heating device. According to another concept, a coolant-operated oil cooler is used in the warm-up phase and used for heating the oil, which in turn requires rapid heating of the coolant.

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.In principle, rapid heating of the engine oil to reduce friction losses can also be achieved by rapid heating of the internal combustion engine itself, which in turn is assisted by d. H. forced, is that the internal combustion engine during the warm-up phase as little heat is removed.

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.In this respect, the warm-up phase of the internal combustion engine after a cold start is an example of an operating mode in which it is advantageous to extract the internal combustion engine as little as possible, preferably no heat.

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.So-called no-flow strategies are known from the prior art, in which the coolant flow through the cylinder head or the cylinder block of a liquid-cooled internal combustion engine is completely prevented in order to extract as little heat as possible from the internal combustion engine.

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.For reasons of comfort, however, it may be advantageous or desirable, in particular after a cold start, to supply a coolant-driven vehicle interior heating via a heating circuit line with coolant preheated in the cylinder head and / or cylinder block. This creates a conflict of objectives, namely on the one hand preheat coolant in the cylinder head or cylinder block to provide the heater preheated coolant available, and on the other hand to suppress or reduce the coolant flow through the cylinder head or cylinder block to the internal combustion engine during the warm-up phase as little as possible To remove heat.

Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich der Kühlung optimiert ist.In view of the above, it is an object of the present invention to provide an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, which is optimized in terms of cooling.

Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung der Kühlung der mindestens einen flüssigkeitsgekühlten Turbine aufzuzeigen.Another object of the present invention is to provide a method for controlling the cooling of the at least one liquid-cooled turbine.

Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung, mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern und mit mindestens einer flüssigkeitsgekühlten Turbine, 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.
The first sub-task is solved by an internal combustion engine with liquid cooling, with at least one cylinder head with at least two cylinders and with at least one liquid-cooled turbine in which
  • Each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases out of the cylinder and an exhaust pipe adjoins each outlet opening, wherein the exhaust pipes merge to form at least one exhaust gas line to form at least one exhaust gas line which opens into the at least one turbine housing having a turbine housing,
  • - The at least one turbine for forming a cooling at least one integrated in the housing coolant jacket, wherein the at least one coolant jacket with the liquid cooling is at least connectable, and
  • A vent line is provided, which branches off from the at least one coolant jacket at a geodetically highest point and opens into a venting container, and which is characterized in that
  • - A bypass line branches off to form a first node of the vent line, wherein a shut-off device is provided which releases either the vent line or the bypass line.

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.The internal combustion engine according to the invention utilizes the fact that gas bubbles only form in the coolant jacket of the turbine when the turbine housing is subject to particularly high thermal loads. The intended vent line is therefore not non-stop, d. H. not permanently used for removing gas bubbles. This circumstance opens up the possibility of removing heated coolant from the at least one coolant jacket of the turbine via a vent line in the turbine housing and feeding it to a suitable location. H. to provide a consumer who has a need for heated coolant.

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.According to the invention this is realized by providing a bypass line which branches off from the vent line to form a first node. A shut-off device controls the lines in such a way that the vent line and / or the bypass line is released or blocked.

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.Especially the turbine is suitable for the provision of heated coolant due to the high thermal load. It should also be considered in this context that turbine housings of modern turbines are often no longer equipped with a coolant jacket in the conventional sense, which completely envelopes or surrounds the at least one impeller of the turbine, because the amount of heat to be absorbed by the coolant can amount to 40kW or more, and the removal of such high amounts of heat as has proved problematic. Rather, a minimalist cooling of the turbine housing is regularly preferred in which at least one comparatively small dimensioned coolant channel in the housing - preferably annularly around the shaft - extends. The cooling capacity is deliberately limited by the at least one coolant channel and with this the heat-transferring surface are dimensioned smaller than usual.

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.Such a coolant channel covers or covers in a section along the shaft an exhaust gas leading flow channel of the turbine only in a limited angle range α, for example, with α ≤ 45 °, α ≤ 35 ° or α ≤ 25 °, and no longer as coat-like possible a large area. The coolant channel can have maximum diameters of less than 12 or 8 millimeters.

Ein solch klein dimensionierter Kühlmittelkanal führt prinzipbedingt zu hohen Strömungsgeschwindigkeiten und damit zu einer hohen Wärmeübertragung infolge Konvektion, insbesondere schon bei kleinen Kühlmitteldurchsätzen.As a matter of principle, such a small-sized coolant channel leads to high flow velocities and thus to a high heat transfer due to convection, in particular even with small coolant flow rates.

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.The latter proves to be particularly advantageous after a cold start of the internal combustion engine when the coolant flow through the cylinder head or the cylinder block of a liquid-cooled internal combustion engine is to be minimized in order to extract as little heat as possible from the internal combustion engine, but at the same time there is a need for heated coolant, for example in the coolant-driven Vehicle interior heating of a motor vehicle or a coolant-operated oil cooler for heating the engine oil. The coolant passed through the coolant jacket does not necessarily have to be taken from the cylinder head or the cylinder block of the liquid-cooled internal combustion engine. Rather, bypassing the cylinder head or the cylinder block, a coolant circuit can be formed, in which, in addition to the at least one coolant jacket of the turbine housing, at least one consumer is arranged, which has a need for heated coolant.

Damit wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe gelöst, nämlich eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, die hinsichtlich der Kühlung optimiert ist.Thus, the first sub-problem underlying the invention is solved, namely an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 is provided, which is optimized in terms of cooling.

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. The at least one turbine can be designed as a radial turbine, d. H. the flow of the blades takes place substantially radially. In this case, essentially radial means that the velocity component in the radial direction is greater than the axial velocity component. The velocity vector of the flow intersects the shaft of the turbine at a right angle if the flow is exactly radial. In order to be able to flow radially to the rotor blades, the inlet region for supplying the exhaust gas is frequently designed as a spiral or worm casing extending all around, so that the inflow of the exhaust gas to the turbine takes place essentially radially.

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.However, the at least one turbine can also be designed as an axial turbine, in which the velocity component in the axial direction is greater than the velocity component in the radial direction.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, die mit einer Aufladung, vorzugsweise einer Abgasturboaufladung, ausgestattet sind. Eine aufgeladene Brennkraftmaschine ist aufgrund der höheren Abgastemperaturen thermisch besonders stark belastet, weshalb eine Kühlung der Turbine des mindestens einen Abgasturboladers vorteilhaft ist.Embodiments of the internal combustion engine which are equipped with a charge, preferably an exhaust gas turbocharger, are advantageous. A supercharged internal combustion engine is thermally particularly heavily loaded due to the higher exhaust gas temperatures, which is why a cooling of the turbine of the at least one exhaust gas turbocharger is advantageous.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen, bei denen die mindestens eine flüssigkeitsgekühlte Turbine Bestandteil eines Abgasturboladers ist.In this context, embodiments in which the at least one liquid-cooled turbine is part of an exhaust-gas turbocharger are advantageous.

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.The charge is used primarily to increase the performance of the internal combustion engine. The air required for the combustion process is compressed, which allows each cylinder per working cycle, a larger air mass can be supplied. As a result, the fuel mass and thus the medium pressure can be increased.

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.The charge is a suitable means to increase the capacity of an internal combustion engine with unchanged displacement, or to reduce the displacement at the same power. In any case, the charging leads to an increase in space performance and a lower power mass. Under the same vehicle boundary conditions, the load spectrum can thus be shifted to higher loads, where the specific fuel consumption is lower. Charging therefore supports the constant effort in the development of internal combustion engines to minimize fuel consumption, d. H. to improve the efficiency of the internal combustion engine.

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.Compared to a mechanical supercharger, the advantage of an exhaust gas turbocharger is that no mechanical connection is required for transmitting power between the supercharger and the internal combustion engine. While a mechanical supercharger obtains the energy required for its drive directly from the internal combustion engine, the exhaust gas turbocharger uses the exhaust gas energy of the hot exhaust gases.

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. If the cylinder head has two cylinders and only the exhaust gas lines of one cylinder form an overall exhaust gas line which opens into the at least one turbine, this is likewise an internal combustion engine according to the invention.

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.If the cylinder head has three or more cylinders and combine only the exhaust gas lines of two cylinders to form an overall exhaust gas line, this is likewise an internal combustion engine according to the invention.

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.Embodiments in which the at least one cylinder head has, for example, four cylinders arranged in series and in each case bring together the exhaust pipes of the outer cylinders and the exhaust pipes of the inner cylinders to form an overall exhaust gas line are also internal combustion engines according to the invention.

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.
For three and more cylinders, therefore, embodiments are also advantageous in which
  • - At least three cylinders are configured in such a way that they form two groups, each with at least one cylinder, and
  • - Combine the exhaust gas lines of the cylinder of each cylinder group to form an exhaust manifold to form an overall exhaust gas line.

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.This embodiment is particularly suitable for the use of a twin-flow turbine. A double-flow turbine has an inlet region with two inlet channels, wherein the two total exhaust gas lines are connected to the twin-flow turbine in such a way that in each case an entire exhaust gas line opens into an inlet channel. The merging of the two exhaust gas flows guided in the total exhaust gas lines is optionally carried out downstream of the turbine. If the exhaust pipes are grouped in such a way that the high pressures, in particular the Vorlassstöße, can be obtained, a double-flow turbine is particularly suitable for a burst charge, which also high turbine pressure ratios can be achieved at low speeds.

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.However, the grouping of the cylinders or exhaust pipes also offers advantages when using multiple turbines or exhaust gas turbocharger, wherein in each case an overall exhaust gas line is connected to a turbine.

Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen, bei denen die Abgasleitungen sämtlicher Zylinder des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer einzigen, d. h. gemeinsamen Gesamtabgasleitung zusammenführen.But are also embodiments in which the exhaust pipes of all cylinders of the at least one cylinder head to a single, d. H. merge together overall exhaust gas line.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden in Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the internal combustion engine are discussed in connection with the subclaims.

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.Embodiments of the internal combustion engine in which the bypass line is at least connectable to a coolant-operated oil cooler are advantageous. As already mentioned, the frictional loss of an internal combustion engine can be reduced by rapid or accelerated heating of the engine oil. During the warm-up phase, a coolant-operated oil cooler is suitable for heating the oil, for which in the present case preheated coolant is used in the turbine housing, which is supplied to the oil cooler via bypass line.

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.Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which the bypass line with a coolant-driven heater is at least connectable. In particular, after a cold start, there is often a need for heating the vehicle interior. A coolant-operated heater can be supplied via bypass line with preheated in the turbine housing coolant.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Rückführleitung von der Entlüftungsleitung abzweigt, wobei die Rückführleitung mit der Flüssigkeitskühlung zumindest verbindbar ist.Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which a return line branches off from the vent line, wherein the return line with the liquid cooling is at least connectable.

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.The at least one coolant jacket provided in the turbine housing can be connected via return line, for example, to the liquid-cooled cylinder head or the liquid-cooled cylinder block of the internal combustion engine, which, like the coolant-operated oil cooler and the coolant-operated heater, also represent consumers who have a need for heated coolant in the warm-up phase ,

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.The coolant heated in the turbine housing serves to accelerate the heating of the internal combustion engine, ensures a correspondingly rapid decrease in the viscosity of the oil and thus a reduction in the friction or friction power.

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. Embodiments of the internal combustion engine in which a shut-off element is arranged in the return line are advantageous. In the present case, a single shut-off element is arranged in the return line, which only serves to control the return line, i. H. the release and blocking of the return line.

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.Embodiments of the internal combustion engine in which the return line branches off from the vent line at the first node are also advantageous in this context, with the shut-off device at the first node is arranged and the return line either free or blocked.

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.The branching of the return line at the first node allows the control of both the return line and the bypass line with only a single shut-off, such as a 3-2-way valve.

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.Therefore, embodiments of the internal combustion engine in which the shut-off device is a 3-2-way valve arranged at the first junction, which is connected to the vent line, the bypass line and the return line, are also advantageous.

Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in der Bypassleitung und in der Entlüftungsleitung jeweils ein Absperrelement angeordnet ist.But can also be advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which in each case a shut-off element is arranged in the bypass line and in the vent line.

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.Embodiments of the internal combustion engine in which the venting container is geodetically higher than the at least one coolant jacket are advantageous. This advantageously supports the removal of gas and vapor bubbles via the vent line and ensures optimized venting. In this case, the effect is exploited that the buoyancy forces acting on the gas bubbles drive the gases contained in the coolant jacket through the vent line.

Die Auftriebskräfte sind auch der Grund, weshalb die Entlüftungsleitung an der geodätisch am höchsten gelegenen Stelle des Kühlmittelmantels abzweigt, wo sich die Blasen sammeln.The buoyancy forces are also the reason why the vent line branches off at the geodetically highest point of the coolant jacket where the bubbles collect.

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.As far as in the present invention of a geodetic height difference or a geodetic height is mentioned, reference is made to the installation position of the internal combustion engine together with its components and a horizontally stationary vehicle.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Kühlmittelmantel via mindestens einer Zuführöffnung mit der Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine zumindest verbindbar ist.Embodiments of the internal combustion engine in which the at least one coolant jacket is at least connectable to the liquid cooling of the internal combustion engine via at least one feed opening are advantageous.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Kühlmittelmantel via mindestens einer Abführöffnung mit der Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine zumindest verbindbar ist.Also advantageous are embodiments of the internal combustion engine, in which the at least one coolant jacket via at least one discharge opening with the liquid cooling of the internal combustion engine is at least connectable.

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.If the at least one coolant jacket is connected or connectable to the liquid cooling of the internal combustion engine, the other components and units required for forming a cooling circuit must in principle only be provided in a single copy, since these are used both for the cooling circuit of the at least one turbine and for that of the internal combustion engine can be used, which leads to synergies and cost savings, but also brings a weight saving. The heat delivered to the coolant in the internal combustion engine and in the turbine housing can be withdrawn from the coolant in a common heat exchanger.

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.In this context, embodiments of the internal combustion engine in which a shut-off element is provided on the inlet side, which opens or blocks the feed opening, and on the outlet side a shut-off element is provided which releases or obstructs the discharge opening.

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.Embodiments of the internal combustion engine in which the turbine housing is an integrally cast component are advantageous. By casting and using appropriate cores, the complex structure of the housing can be formed in one operation, so that subsequently only a post-processing of the housing and the assembly are required to form the turbine. Leakage is guaranteed.

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.Embodiments of the internal combustion engine in which the turbine housing of the at least one turbine is modularly constructed from at least two components are also advantageous, wherein each of the at least two components comprises a casting, ie. H. may be a component produced by casting.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Auslassöffnungen zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist.Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which each cylinder has at least two outlet openings for discharging the exhaust gases from the cylinder.

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.It is the task of the valve drive to release the exhaust ports of the combustion chamber in time or to close, with a quick release of the largest possible flow cross sections is sought to keep the throttle losses in the outflowing exhaust gases low and an effective, d. H. To ensure complete removal of the exhaust gases. Therefore, it is advantageous to equip the cylinders with two or more outlet openings.

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.Embodiments of the internal combustion engine in which the exhaust pipes merge within the at least one cylinder head to form at least one overall exhaust gas line, forming at least one integrated exhaust manifold, are advantageous.

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.It should be noted that, in principle, the aim is for the turbine, in particular the turbine of an exhaust-gas turbocharger, to be as close as possible to the turbine To arrange outlet of the cylinder, in order to be able to optimally use the exhaust enthalpy of the hot exhaust gases, which is largely determined by the exhaust pressure and the exhaust gas temperature, and to ensure a fast response of the turbine or the turbocharger. Furthermore, the path of the hot exhaust gases to the various exhaust aftertreatment systems should be as short as possible, so that the exhaust gases are given little time to cool and the exhaust aftertreatment systems reach their operating temperature or light-off as soon as possible, especially after a cold start of the engine.

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.Efforts are therefore made to minimize the thermal inertia of the section of the exhaust pipe between the outlet opening on the cylinder and the turbine or between the outlet opening on the cylinder and exhaust aftertreatment system, which can be achieved by reducing the mass and the length of this section.

Um dieses Ziel zu erreichen, werden die Abgasleitungen unter Ausbildung mindestens eines integrierten Abgaskrümmers innerhalb des Zylinderkopfes zusammengeführt.To achieve this goal, the exhaust pipes are merged to form at least one integrated exhaust manifold within the cylinder head.

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.The length of the exhaust pipes is thereby reduced. First, the line volume, i. H. the exhaust volume of the exhaust pipes upstream of the turbine, reduced, so that the response of the turbine is improved. On the other hand, the shortened exhaust pipes also lead to a lower thermal inertia of the exhaust system upstream of the turbine, so that the temperature of the exhaust gases at the turbine inlet increases, which is why the enthalpy of the exhaust gases at the entrance of the turbine is higher.

Die Zusammenführung der Abgasleitungen innerhalb des Zylinderkopfes gestattet darüber hinaus ein dichtes Packaging der Antriebseinheit, verringert die Anzahl der Bauteile und erleichtert die Montage.The merging of the exhaust pipes within the cylinder head also allows a dense packaging of the drive unit, reduces the number of components and facilitates assembly.

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.However, a cylinder head with integrated exhaust manifold is thermally loaded higher than a conventional cylinder head, which is equipped with an external manifold, and therefore makes increased demands on the cooling.

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.Therefore, embodiments of the internal combustion engine in which the at least one cylinder head is equipped to form a liquid cooling with at least one coolant jacket integrated in the cylinder head are also advantageous.

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.The liquid cooling requires the equipment of the cylinder head with at least one coolant jacket, d. H. the arrangement of the coolant through the cylinder head leading coolant channels. The heat is released inside the cylinder head to the coolant. The coolant is conveyed by means of a pump arranged in the cooling circuit, so that it circulates in the coolant jacket. The heat given off to the coolant is removed in this way from the interior of the cylinder head and removed from the coolant in a heat exchanger again.

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.Merging the exhaust pipes within the cylinder head, d. H. the integration of the at least one exhaust manifold, together with the equipment of the head with a liquid cooling during cold start of the engine to a rapid heating of the coolant, thus to a faster heating of the internal combustion engine and, if a coolant-driven heating of the passenger compartment of a vehicle is provided to a faster heating of this passenger compartment.

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.A liquid cooling proves to be particularly advantageous in turbocharged engines, since the thermal load of turbocharged engines compared to conventional internal combustion engines is significantly higher. The integration of the at least one exhaust manifold in the liquid-cooled cylinder head makes a made of thermally highly resilient material external manifold possibly unnecessary, which has cost advantages.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung mit mindestens einem im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist.Embodiments of the internal combustion engine in which the at least one cylinder head is equipped to form a liquid cooling system with at least one coolant jacket integrated in the cylinder head are advantageous.

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.
Embodiments of the internal combustion engine in which the at least one cylinder head can be connected to a cylinder block at a mounting end face are advantageous, and
  • - The at least one integrated in the cylinder head coolant jacket comprises a lower coolant jacket, which is arranged between the exhaust pipes and the mounting end face of the cylinder head, and an upper coolant jacket, which is arranged on the opposite side of the lower coolant jacket exhaust pipes.

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.In this connection, embodiments of the internal combustion engine in which the upper coolant jacket with a feed opening of the at least one coolant jacket of the turbine and the lower coolant jacket with a discharge opening of the at least one coolant jacket of the turbine are at least connectable are advantageous.

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. Embodiments of the internal combustion engine in which the upper coolant jacket can be connected to a discharge opening of the at least one coolant jacket of the turbine and the lower coolant jacket to a supply opening of the at least one coolant jacket of the turbine can also be advantageous in this context.

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.Between the upper and lower coolant jacket, a pressure gradient can be generated. The pressure gradient then serves as a driving force for conveying the coolant through the at least one coolant jacket of the 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.Embodiments of the internal combustion engine may also be advantageous in which the upper coolant jacket with a first supply opening of the at least one coolant jacket of the turbine and the lower coolant jacket with a second supply opening of the at least one coolant jacket of the turbine is at least connectable.

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.The turbine can be equipped with a variable turbine geometry, which allows a further adaptation to the respective operating point of an internal combustion engine by adjusting the turbine geometry or the effective turbine cross section. In this case, adjustable guide vanes for influencing the flow direction are arranged in the inlet region of the turbine. Unlike the vanes of the rotating impeller, the vanes do not rotate with the shaft of the 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.If the turbine has a fixed invariable geometry, the vanes are not only stationary, but also completely immovable in the entry area, i. H. rigidly fixed. With a variable geometry, however, the vanes are indeed arranged stationary, but not completely immobile, but rotatable about its axis, so that the flow of the blades can be influenced.

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.In the structural design of the cooled turbine, a compromise between cooling capacity and material is required, which is basically aimed at cooling the turbine only to the extent that actually requires the material used to in this way the exhaust gas enthalpy of the hot exhaust gases, which significantly from the exhaust gas temperature is determined to be able to use optimally. Corresponding to the moderate cooling performance of a minimalist cooling is to choose a corresponding material for the production of the turbine, namely gray cast iron or steel casting or the like.

Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zur Steuerung der Kühlung der mindestens einen flüssigkeitsgekühlten Turbine einer 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.The second sub-task on which the invention is based, namely to disclose a method for controlling the cooling of the at least one liquid-cooled turbine of an internal combustion engine of a type described above, is achieved by a method in which the bypass line is released in the warm-up phase of the internal combustion engine and the vent line is obstructed.

Das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte gilt ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren.The comments made in connection with the internal combustion engine according to the invention also apply to the inventive method.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:In the following the invention is based on an embodiment according to 1 described in more detail. Hereby shows:

1 schematisch den Kühlmittelmantel der flüssigkeitsgekühlten Turbine einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine, senkrecht zur Turbinenwelle geschnitten. 1 schematically the coolant jacket of the liquid-cooled turbine of a first embodiment of the internal combustion engine, cut perpendicular to the turbine shaft.

1 zeigt schematisch den Kühlmittelmantel 2 der flüssigkeitsgekühlten Turbine 1 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine, senkrecht zur Turbinenwelle 1b geschnitten. 1 shows schematically the coolant jacket 2 the liquid-cooled turbine 1 a first embodiment of the internal combustion engine, perpendicular to the turbine shaft 1b cut.

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).The turbine 1 Exhaust gas is supplied to an internal combustion engine. The a turbine housing 1a having turbine 1 has the exhaust through the turbine 1 leading flow channel in the housing 1a is implemented, and one in the housing 1a arranged and on the rotatable turbine shaft 1b stored impeller (not shown).

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.To form a liquid cooling is the turbine 1 with a coolant jacket 2 equipped in the housing 1a integrated and via feed openings 2a . 2 B with the engine cooling 7 the internal combustion engine is connected. In the present case, the coolant jacket 2 the turbine 1 via cylinder head 8th supplied with coolant. The liquid-cooled cylinder head 8th is connectable to a cylinder block at a mounting end face and has a lower coolant jacket 8b that is between the exhaust pipes and the mounting end of the cylinder head 8th is arranged, and an upper coolant jacket 8a Standing on the lower coolant jacket 8b opposite side of the exhaust pipes is arranged. The upper coolant jacket 8a communicates via connection channel 8c with the lower coolant jacket 8b and vice versa.

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.In the present case, the upper coolant jacket 8a with a first feed opening 2a of the coolant jacket 2 the turbine 1 and the lower coolant jacket 8b with a second feed opening 2 B of the coolant jacket 2 the turbine 1 at least connectable.

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.A vent line 3 branches at the geodesic highest point of the coolant jacket 2 the turbine 2 from and empties into a venting container (not shown). A bypass line 4 branches under training of a first junction 5 from the vent line 3 from, with a shut-off device 6 at the first node 5 is arranged, which either the vent line 3 or the bypass line 4 releases.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
flüssigkeitsgekühlte Turbine liquid cooled turbine
1a1a
Turbinengehäuse turbine housing
1b1b
Turbinenwelle turbine shaft
22
Kühlmittelmantel des Turbinengehäuses Coolant jacket of the turbine housing
2a2a
erste Zuführöffnung first feed opening
2b2 B
zweite Zuführöffnung second feed opening
33
Entlüftungsleitung vent line
44
Bypassleitung bypass line
55
erster Knotenpunkt first node
66
Absperrvorrichtung Shut-off
77
Motorkühlung, Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine Engine cooling, liquid cooling of the internal combustion engine
88th
flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf liquid cooled cylinder head
8a8a
oberer Kühlmittelmantel Upper coolant jacket
8b8b
unterer Kühlmittelmantel lower coolant jacket
8c8c
Verbindungskanal connecting channel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008011257 A1 [0014] DE 102008011257 A1 [0014]
  • EP 1384857 A2 [0015] EP 1384857 A2 [0015]
  • DE 102007017973 A1 [0016] DE 102007017973 A1 [0016]

Claims (18)

Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung (7), mit mindestens einem Zylinderkopf (8) mit mindestens zwei Zylindern und mit mindestens einer flüssigkeitsgekühlten Turbine (1), 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.Internal combustion engine with liquid cooling ( 7 ), with at least one cylinder head ( 8th ) with at least two cylinders and at least one liquid-cooled turbine ( 1 ), in which - each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases from the cylinder and an exhaust pipe connects to each outlet opening, wherein the exhaust pipes merge to form at least one exhaust manifold to at least one exhaust line which into the at least one turbine housing ( 1a ) having turbine ( 1 ), - the at least one turbine ( 1 ) for forming a cooling at least one in the housing ( 1a ) integrated coolant jacket ( 2 ), wherein the at least one coolant jacket ( 2 ) with the liquid cooling ( 7 ) is at least connectable, and - a vent line ( 3 ) provided by the at least one coolant jacket ( 2 ) branches off at a geodetically highest point and opens into a venting container, characterized in that - a bypass line ( 4 ) forming a first node ( 5 ) from the vent line ( 3 ), wherein a shut-off device ( 6 ) is provided, which either the vent line ( 3 ) or the bypass line ( 4 ) releases. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (4) mit einem Ölkühler zumindest verbindbar ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the bypass line ( 4 ) Is at least connectable with an oil cooler. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (4) mit einer Heizung zumindest verbindbar ist. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the bypass line ( 4 ) Is at least connectable with a heater. 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.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a return line from the vent line ( 3 ), wherein the return line with the liquid cooling ( 7 ) is at least connectable. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung ein Absperrelement angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that a shut-off element is arranged in the return line. 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.Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the return line at the first node ( 5 ) from the vent line ( 3 ), wherein the shut-off device ( 6 ) at the first node ( 5 ) is arranged and the return line either free or blocked. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung (6) ein am ersten Knotenpunkt (5) angeordnetes 3-2-Wege-Ventil ist, welches mit der Entlüftungsleitung (3), der Bypassleitung (4) und der Rückführleitung verbunden ist.Internal combustion engine according to claim 6, characterized in that the shut-off device ( 6 ) at the first node ( 5 ) arranged 3-2-way valve, which with the vent line ( 3 ), the bypass line ( 4 ) and the return line is connected. 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.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the bypass line ( 4 ) and in the vent line ( 3 ) is arranged in each case a shut-off. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüftungsbehältnis geodätisch höher liegt als der mindestens eine Kühlmittelmantel (2).Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the venting container is geodetically higher than the at least one coolant jacket ( 2 ). 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.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one coolant jacket ( 2 ) via at least one feed opening ( 2a . 2 B ) with the liquid cooling ( 7 ) of the internal combustion engine is at least connectable. 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.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one coolant jacket ( 2 ) via at least one discharge opening with the liquid cooling ( 7 ) of the internal combustion engine is at least connectable. 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.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas lines forming at least one integrated exhaust manifold within the at least one cylinder head ( 8th ) merge to at least one total exhaust line. 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.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one cylinder head ( 8th ) for forming a liquid cooling ( 7 ) with at least one in the cylinder head ( 8th ) integrated coolant jacket ( 8a . 8b ) Is provided. 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.Internal combustion engine according to claim 13, characterized in that - the at least one cylinder head ( 8th ) is connectable to a cylinder block at a mounting end face, and - the at least one in the cylinder head ( 8th ) integrated coolant jacket ( 8a . 8b ) a lower coolant jacket ( 8b ), which between the exhaust pipes and the mounting end face of the cylinder head ( 8th ), and an upper coolant jacket ( 8a ) located on the lower coolant jacket ( 8b ) opposite side of the exhaust pipes is arranged comprises. 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.Internal combustion engine according to claim 14, characterized in that the upper coolant jacket ( 8a ) with a feed opening ( 2a . 2 B ) of the at least one coolant jacket ( 2 ) of the turbine ( 1 ) and the lower coolant jacket ( 8b ) with a Discharge opening of the at least one coolant jacket ( 2 ) of the turbine ( 1 ) is at least connectable. 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.Internal combustion engine according to claim 14, characterized in that the upper coolant jacket ( 8a ) with a discharge opening of the at least one coolant jacket ( 2 ) of the turbine ( 1 ) and the lower coolant jacket ( 8b ) with a feed opening ( 2a . 2 B ) of the at least one coolant jacket ( 2 ) of the turbine ( 1 ) is at least connectable. 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.Internal combustion engine according to claim 14, characterized in that the upper coolant jacket ( 8a ) with a first feed opening ( 2a ) of the at least one coolant jacket ( 2 ) of the turbine ( 1 ) and the lower coolant jacket ( 8b ) with a second feed opening ( 2 B ) of the at least one coolant jacket ( 2 ) of the turbine ( 1 ) is at least connectable. Verfahren zur Steuerung der Kühlung der mindestens einen flüssigkeitsgekühlten Turbine (1) einer Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine die Bypassleitung (4) freigeben und die Entlüftungsleitung (3) versperrt wird.Method for controlling the cooling of the at least one liquid-cooled turbine ( 1 ) an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that in the warm-up phase of the internal combustion engine, the bypass line ( 4 ) and the vent line ( 3 ) is blocked.
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