DE112020000203T5

DE112020000203T5 - Hitzeschildsystem und -verfahren

Info

Publication number: DE112020000203T5
Application number: DE112020000203.9T
Authority: DE
Inventors: Jeremy Byrd; Aaron L. Robinson; Craig P. HITTLE; Keith W. Mellencamp
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2019-01-14
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2021-08-12
Also published as: CN113227550A; CN113227550B; DE112020000203T8; US10934911B2; US20200224568A1; WO2020150063A1

Abstract

Ein Verbrennungsmotor (100) beinhaltet ein Zylindergehäuse (102), das eine Vielzahl von Kühlmittelauslässen ausbildet, und eine Abgassammelstruktur (115), die auf dem Zylindergehäuse (102) angeordnet ist und innere und äußere Wände (204) beinhaltet, die einen Kühlmittelmantel (208) dazwischen definieren, eine Vielzahl von Kühlmitteleinlässen, die sich durch die äußere Wand (204) erstrecken und strömungstechnisch mit dem Kühlmittelmantel (208) verbunden sind, und eine Vielzahl von Transfergehäusen. Jedes Transfergehäuse (244) beinhaltet eine innere Gehäusewand (264), die einen Gaskanal bildet, eine äußere Gehäusewand (244), die in einem versetzten Abstand um die innere Gehäusewand angeordnet ist, sodass ein Kühlkanal (246) in einem Raum zwischen der inneren und der äußeren Gehäusewand (244) definiert ist, sowie einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass (226), die in Fluidverbindung mit dem Kühlkanal (246) stehen. Die Vielzahl von Kühlmitteleinlässen ist über die Kühlkanäle (318) in der Vielzahl von Transfergehäusen strömungstechnisch mit der Vielzahl von Kühlmittelauslässen verbunden.

Description

Technisches Gebiet
Diese Patentoffenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf Systeme und Verfahren zur Hitzeabschirmung.
Stand der Technik
Typische Verbrennungsmotoren mit Turboladern arbeiten durch Bereitstellung von Abgasenergie zum Antrieb einer oder mehrerer Turbinen, von denen jede mit einem entsprechenden Luftverdichter verbunden ist und diesen antreibt. Die Verdichter stellen eine Ladung bereit, die gekühlt werden kann und die den Motorzylindern während des Betriebs zugeführt wird. Während des Betriebs wird Abgas mit hoher Temperatur und hohem Druck direkt von den Auslassöffnungen der Motorzylinder durch Verbindungskanäle zu einem Abgaskrümmer geleitet, der seinerseits den Turbineneinlässen Abgas zuführt. In bestimmten Motorausbildungen, beispielsweise bei V-Motoren, können die Abgaskrümmer an einer Außenseite des Motors oder im Tal des V angeordnet sein. In beiden Fällen ist normalerweise eine Hitzeabschirmung erforderlich, um die Wärmeabstrahlung in Form von Strahlung, Konvektion und dergleichen von den Abgaskrümmern des Motors auf die umgebenden Motor- und/oder Fahrzeugstrukturen einzudämmen.
Übliche Hitzeabschirmungen für Motoren werden aus reflektierenden und/oder wärmeisolierenden Materialien hergestellt, die Wärmequellen umgeben. Derartige Strukturen sind oft teuer und erfordern zusätzliche Montagekosten und Platz am Motor. In der Vergangenheit wurden auch alternative Anordnungen zur Hitzeabschirmung verwendet. Beispielsweise beschreibt das US-Patent Nr. 4,179,884 („Koeslin“) einen doppelwandigen Abgaskrümmer, der abgedichtete Lufttaschen und Kühlmittelkanäle beinhaltet, um eine Wärmeübertragungsbarriere zwischen einer Innenhaut des Krümmers, durch die das Abgas strömt, und einer Außenhaut des Krümmers zu schaffen. Während solche Anordnungen zumindest teilweise wirksam sind, um die Wärme innerhalb einer Motorkomponente wie einem Abgaskrümmer einzudämmen, können bei Motoren mit größerem Hubraum, die bei höheren Lasten arbeiten und Abgase mit hohen Temperaturen erzeugen, die relativ niedrigen Kühlmitteldurchsätze und der eingeschränkte Strömungsquerschnitt zwischen den Innen- und Außenwänden der Krümmer dazu neigen, die Kühlflüssigkeit zu sieden, was Dampf erzeugen und/oder Kondensate in die Strömungskanäle einbringen kann, die die Flüssigkeitskanäle weiter einschränken und mit der Zeit blockieren können.
Kurzdarstellung
Die Offenbarung beschreibt, in einem Aspekt, einen Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor beinhaltet ein Zylindergehäuse mit einer Vielzahl von mit dem Zylindergehäuse verbundenen Zylinderköpfen, die eine Vielzahl von Kühlmittelauslässen aufweisen, eine an dem Zylindergehäuse angeordnete Abgassammelstruktur, die beinhaltet: eine ein Gasplenum bildende Innenwand, eine in einem versetzten Abstand von der Innenwand angeordnete Außenwand, sodass ein Kühlmittelmantel zwischen der Innen- und der Außenwand definiert ist, eine Vielzahl von Kühlmitteleinlässen, die sich durch die Außenwand erstrecken und strömungstechnisch mit dem Kühlmittelmantel verbunden sind, und eine Vielzahl von Transfergehäusen. Jedes Transfergehäuse beinhaltet eine innere Gehäusewand, die einen Gaskanal bildet, eine äußere Gehäusewand, die in einem versetzten Abstand um die innere Gehäusewand angeordnet ist, sodass ein Kühlkanal in einem Raum zwischen der inneren und der äußeren Gehäusewand definiert ist, sowie einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass, die in Fluidverbindung mit dem Kühlkanal stehen. Die Vielzahl von Kühlmitteleinlässen ist über die Kühlkanäle in der Vielzahl von Transfergehäusen strömungstechnisch mit der Vielzahl von Kühlmittelauslässen verbunden.
In einem anderen Aspekt beschreibt die Offenbarung einen Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor beinhaltet ein Zylindergehäuse mit einer Vielzahl von mit dem Zylindergehäuse verbundenen Zylinderköpfen, die eine Vielzahl von Abgaskrümmerrohren und eine Vielzahl von Kühlmittelauslässen aufweisen, eine an dem Zylindergehäuse angeordnete Abgassammelstruktur, die beinhaltet: eine ein Gasplenum bildende Innenwand, eine in einem versetzten Abstand von der Innenwand angeordnete Außenwand, sodass ein Kühlmittelmantel zwischen der Innen- und der Außenwand definiert ist, eine Vielzahl von Gaseinlassöffnungen und eine Vielzahl von Gasauslassöffnungen, die sich durch die Innen- und Außenwand erstrecken und strömungstechnisch mit dem Gasplenum verbunden sind, eine Vielzahl von Kühlmitteleinlässen, die sich durch die Außenwand erstrecken und strömungstechnisch mit dem Kühlmittelmantel verbunden sind, und eine Vielzahl von Transfergehäusen.
Jedes Transfergehäuse beinhaltet eine innere Gehäusewand, die einen Gaskanal bildet, wobei der Gaskanal eine der Vielzahl von Abgaskrümmerrohren mit einer der Vielzahl von Gaseinlassöffnungen strömungstechnisch verbindet; eine äußere Gehäusewand, die in einem versetzten Abstand um die innere Gehäusewand angeordnet ist, sodass ein Kühlkanal in einem Raum zwischen der inneren und der äußeren Gehäusewand definiert ist, einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass, die mit dem Kühlkanal in Fluidverbindung stehen; eine Vielzahl von Turboladern, von denen jeder eine Turbine enthält, wobei: ein Einlass der jeweiligen Turbine angeschlossen ist, um Abgas von einer der Vielzahl von Gasauslassöffnungen zu empfangen, wobei die Vielzahl von Gaseinlassöffnungen angeschlossen ist, um Abgas von der Vielzahl von Abgaskrümmerrohren zu empfangen, und die Vielzahl von Kühlmitteleinlässen über die Kühlkanäle in der Vielzahl von Transfergehäusen strömungstechnisch mit der Vielzahl von Kühlmittelauslässen verbunden ist.
In noch einem anderen Aspekt beschreibt die Offenbarung ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors. Das Verfahren beinhaltet das Vorsehen eines Zylindergehäuses, das eine Vielzahl von Zylindern aufweist; das Vorsehen einer Vielzahl von Zylinderköpfen, die mit dem Zylindergehäuse verbunden sind und eine Vielzahl von Abgaskrümmerrohren und eine Vielzahl von Kühlmittelauslässen ausbilden; Vorsehen einer an dem Zylindergehäuse angeordneten Abgassammelstruktur, die beinhaltet: eine ein Gasplenum ausbildende Innenwand; eine in einem versetzten Abstand von der Innenwand angeordnete Außenwand, sodass ein Kühlmittelmantel zwischen der Innen- und der Außenwand definiert ist; eine Vielzahl von Gaseinlassöffnungen und eine Vielzahl von Gasauslassöffnungen, die sich durch die Innen- und Außenwand erstrecken und strömungstechnisch mit dem Gasplenum verbunden sind; Vorsehen einer Vielzahl von Kühlmitteleinlässen, die sich durch die Außenwand erstrecken und strömungstechnisch mit dem Kühlmittelmantel verbunden sind; und das Vorsehen einer Vielzahl von Transfergehäusen.
Jedes Transfergehäuse beinhaltet eine innere Gehäusewand, die einen Gaskanal ausbildet, wobei der Gaskanal eines der Vielzahl von Abgaskrümmerrohren mit einer der Vielzahl von Gaseinlassöffnungen strömungstechnisch verbindet; eine äußere Gehäusewand, die in einem versetzten Abstand um die innere Gehäusewand angeordnet ist, sodass ein Kühlkanal in einem Raum zwischen der inneren und der äußeren Gehäusewand definiert ist, einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass, die mit dem Kühlkanal in Fluidverbindung stehen; eine Vielzahl von Turboladern, die jeweils Turbine beinhalten; Verbinden eines Einlasses der jeweiligen Turbine, um Abgas von einer der Vielzahl von Gasauslassöffnungen zu empfangen, Verbinden der Vielzahl von Gaseinlassöffnungen, um Abgas von der Vielzahl von Abgaskrümmerrohren zu empfangen, und strömungstechnisches Verbinden der Vielzahl von Kühlmitteleinlässen mit der Vielzahl von Kühlmitteleinlässen über die Kühlkanäle in der Vielzahl von Transfergehäusen.
Figurenliste

1 zeigt eine Skizzenansicht eines Verbrennungsmotors gemäß der Offenbarung.
2 zeigt eine Skizzenansicht einer Abgassammelstruktur, die gemäß der Offenbarung zur Veranschaulichung vom Motor entfernt dargestellt ist.
3 zeigt eine vergrößerte Teilansicht der Abgassammelstruktur von 2.
4 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Übergangskomponente gemäß der Offenbarung dargestellt.
5 zeigt einen Teilquerschnittansicht durch den Abgassammler von 2, während er mit dem Motor von 1 verbunden ist.
6 ist ein Schaltbild für ein Motorkühlsystem gemäß der Offenbarung.
7 ist ein alternatives Schaltbild für ein Motorkühlsystem gemäß der Offenbarung.

Ausführliche Beschreibung
In 1 ist eine Skizzenansicht eines Motors 100 in Seitenansicht dargestellt. Obwohl der dargestellte Motor 100 eine V-Konfiguration aufweist, ist die vorliegende Offenbarung auf andere Motortypen, wie z. B. Motoren mit einer „I“- oder, anders ausgedrückt, einer Inline-Konfiguration anwendbar. Während der Motor 100 mit insgesamt sechzehn Zylindern (acht Zylinder pro Bank) dargestellt ist, sind auch Motoren mit weniger oder mehr Zylindern für die Vorteile der vorliegenden Offenbarung geeignet. Der Motor 100 beinhaltet ein Zylindergehäuse 102, das eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) aufweist. Die Kurbelwelle ist über (nicht dargestellte) Pleuelstangen mit einer Vielzahl von (nicht dargestellten) Kolben verbunden. Die Kolben sind gleitbar und hin- und herbewegbar in Bohrungen (nicht dargestellt) angeordnet, die in einem Zylindergehäuse 104 ausgebildet sind, welche in eine einzige Struktur mit dem Zylindergehäuse 102 integriert werden können, und treiben die Kurbelwelle an, um in bekannter Weise eine nützliche mechanische Arbeitsbewegung für ein Schwungrad 108 des Motors 100 zu erzeugen. Eine Vielzahl von Zylinderköpfen 110 deckt die oberen, offenen Enden der Bohrungen zur Aufnahme der Kolben ab.
Der Zylinderkopf 110 weist Ventile zur Versorgung der Zylinder mit Kraftstoff und Luft sowie zur Abführung von Abgasen und anderen Nebenprodukten aus den Zylindern während des Betriebs in gewohnter Weise auf. Die Luft wird den Zylindern über einen Ansaugkrümmer zugeführt, der über einen Ladeluftkühler 112 aufgeladen wird. Die Abgase werden den sechs Turboladern 114 aus den verschiedenen Motorzylindern über eine Abgassammelstruktur zugeführt, die im Folgenden beschrieben wird.
In 2 ist eine Ansicht der Abgassammelstruktur 115 dargestellt, an die die Turbolader 114 angeschlossen und von der sie getragen werden, wobei in 3 eine vergrößerte Ansicht und in 5 eine Teilquerschnittsansicht dargestellt ist. In Bezug auf diese Figuren ist die Abgassammelstruktur 115 im Talbereich des Motors 100 angeordnet und direkt mit der Vielzahl von Zylinderköpfen 110 verbunden, die auf beiden Seiten der Zylinderbänke des Motors angeordnet sind. Anders ausgedrückt: Die Abgassammelstruktur ist relativ zu dem Zylindergehäuse des Motors innenliegend. Die Abgassammelstruktur 115 ist eine langgestreckte Struktur, die sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Zylindergehäuses 102 entlang einer Drehachse der Kurbelwelle (nicht dargestellt) erstreckt und ein Plenum oder einen zentralen Abgassammelhohlraum 118 ausbildet (5).
Die Abgassammelstruktur 115 beinhaltet einen Korpus 202, der aus einer Außenwand 204 und einer Innenwand 206 besteht. Zwischen der Außen- und der Innenwand 204 und 206 ist ein Kühlmittelmantel 208 definiert. Der Korpus 202 beinhaltet ferner verschiedene Öffnungen, die mit dem innerhalb der Innenwand 206 ausgebildeten Plenum 118 oder dem Kühlmittelmantel 208 verbunden sind. Insbesondere, und wie in 2 dargestellt, beinhaltet die Außenwand 204 eine Vielzahl von Turbinenbefestigungsflanschen 210, von denen jeder eine Gasauslassöffnung 212 umgibt, die strömungstechnisch zum Plenum 118 offen ist. Zusätzliche Öffnungen, wie beispielsweise verstopfte Öffnungen 230, können zur Unterstützung bei der Herstellung, beispielsweise zum Entfernen von Sand aus dem Inneren des Kühlmittelmantels 208 nach einem Gießvorgang, ausgebildet werden.
Die Außenwand 204 beinhaltet ferner eine Vielzahl von Einlassflanschen 214, von denen jeder eine strömungstechnisch zum Plenum 118 offene Gaseinlassöffnung 216 und eine mit dem Kühlmittelmantel 208 strömungstechnisch verbundene Hauptkühlmitteleinlassöffnung 218 umgibt. Die Außenwand 204 beinhaltet ferner eine Vielzahl von zusätzlichen Kühlmittelauslässen 220 und eine Vielzahl von zusätzlichen Kühlmitteleinlässen 222 (dargestellt in 5), die beide strömungstechnisch mit dem Kühlmittelmantel 208 verbunden sind. Wie in 2 zu erkennen ist, erstrecken sich sowohl das Plenum 118 als auch der Kühlmittelmantel 208 in einer Längsrichtung, L, durch den Korpus 202. Abdeckungen 224, von denen eine einen Kühlmittelauslass 226 beinhaltet, sind zusammen mit Versiegelungen 228 angeordnet, um die Enden des Korpus 202 zu blockieren und eine strömungstechnische Trennung zwischen dem Plenum 118, dem Kühlmittelmantel 208 und der Umgebung aufrecht zu erhalten.
Die Abgaseinlassöffnungen 216 leiten Abgas in das Plenum 118, das Abgas zum Betrieb der sechs Turbolader 114 und insbesondere einer Turbine 232 jedes Turboladers 114 bereitstellt. Während des Betriebs tritt das Abgas aus dem Plenum 118 durch die Abgasauslassöffnungen 212 aus, die strömungstechnisch mit einem internen Kanal 234 jeder Turbine 232 verbunden sind. Zusätzlich zur Herstellung der Gasverbindung zu jedem Turbolader stützen die Flansche 210 auch die Turbolader 114. Die Abstützung des Abgassammlers 112 an dem Motor, wie vorstehend beschrieben, wird durch eine Stützstruktur 236 erreicht, die einstückig mit dem Korpus 202 sein kann und diesem Steifigkeit verleihen kann. Die Stützstruktur 236 ist über eine Vielzahl von Befestigungsvorsprüngen 238 am Motor befestigt.
Jede der Abgaseinlassöffnungen 216 ist strömungstechnisch mit einer oder mehreren Auslassöffnungen 240 des Motors verbunden, die über Auslassventile (nicht dargestellt) in üblicher Weise mit zumindest einem Motorzylinder strömungstechnisch verbindbar sind. Das Abgas aus den Auslassöffnungen 240 wird über Transferleitungen 242, die einen Abstand zwischen den Zylinderköpfen 110 und dem Abgassammler 112 überbrücken, zu den Abgaseinlassöffnungen 216 geleitet. Genauer gesagt, sind die Transferleitungen 242 ausgebildet und erstrecken sich durch ein Transfergehäuse 244, das mit und zwischen dem Abgassammler 112 und dem Zylinderkopf 110 auf beiden Seiten des Motors verbunden ist. Das Transfergehäuse 244 führt also Abgase von den Zylindern des Motors zum Abgassammler 112. Das Transfergehäuse 244 bildet auch einen Kühlkanal 246 aus, der einen Einlasskanal 248 und einen Auslasskanal 250 beinhaltet. Der Einlasskanal 248 (3 und 4) ist strömungstechnisch mit einem Kühlmittelanschluss 252 des Zylinderkopfs 110 des Motors verbunden. Durch den Motor zirkulierendes Kühlmittel, beispielsweise um die Zylinderlaufbuchsen und innerhalb des Motor-Zylinderkopfes, wird dem Einlasskanal 248 durch den Kühlmittelanschluss 252 zugeführt.
In der dargestellten Ausführungsform wird eine Einlassüberbrückungsrohranordnung 254, die ein Rohr 256 und zwei Radialdichtungen 258 an ihren distalen Enden beinhaltet, in entsprechende, in dem Kühlmittelanschluss 252 und dem Einlasskanal 248 ausgebildete Dichtungsbohrungen 260 eingesetzt, um verschiebbar und abdichtend in die beiden Strukturen einzugreifen und während des Motorbetriebs den Durchfluss von Kühlmittel vom Zylinderkopf 110 zum Einlasskanal 248 zu ermöglichen. Das dargestellte Transfergehäuse 244 beinhaltet eine doppelwandige Konstruktion mit einer Innenwand 262 und einer Außenwand 264. Die Innenwand 262 enthält und definiert im Allgemeinen die Transferleitung 242 intern. Die Außenwand 264 umgibt die Innenwand 262 und belässt einen Spalt dazwischen, der den Kühlkanal 246 ausbildet. Dem Kühlmittelmantel 208 wird Kühlmittel aus dem Kühlkanal 246 durch die Kühlmitteleinlassöffnungen 218 und aus dem Kühlmittelauslasskanal 248 zugeführt. Ähnlich wie auf der Einlassseite gibt es eine Auslassüberbrückungsrohranordnung 266, die ein Rohr 256 beinhaltet, das zwei Radialdichtungen 258 aufweist, die verschiebbar und abdichtend in entsprechende Bohrungen 260 eingreifen. Wie zu sehen ist, sind die Einlass- und Auslassüberbrückungsrohranordnungen 254 und 266 entlang paralleler Richtungen L ausgerichtet, sodass axiale Toleranzstapel und thermisches Wachstum von Komponenten durch die Gleitfähigkeit der Überbrückungsrohre relativ zum Abgassammler und den Zylinderköpfen des Motors ausgeglichen werden können. In der veranschaulichten Ausführungsform bildet eine Adapterplatte 268 die Kühlmitteleinlassöffnungen 218 und speziell die Bohrungen 260 sowie die Gaseinlassöffnungen 216 aus. Zur Abdichtung der durch die Transferleitungen 242 vorgesehene Abgasverbindung beinhaltet ein Ende des Gehäuses 244 zwei Radialdichtungen 270, die auch in die in den Gaseinlassöffnungen 216 ausgebildeten Bohrungen in einer Richtung parallel zur Richtung L verschiebbar und abdichtend eingreifen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Offenbarung ist auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf Hubkolbenmotoren anwendbar, wie sie beispielsweise in Schiffsanwendungen verwendet werden. Eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kühlmittelkreislaufs 200 für einen Motor ist in 6 dargestellt. Eine alternative Ausführungsform für einen Kühlmittelkreislauf 300 ist in 7 dargestellt. Wie unter Bezugnahme auf diese Figuren ersichtlich, deren Unterschiede nachstehend erörtert werden, beinhaltet die Vielzahl von Turboladern, die in dieser Ausführungsform die sechs Turbolader 114 beinhaltet, ferner Ventile oder Adapter 302, einen pro Turbine, die zum selektiven Aktivieren oder Deaktivieren jeder Turbine in Abhängigkeit von dem Motorbetrieb ausgebildet sind. In der vorliegenden Offenbarung sind Gas- und Kühlmittelverbindungen und Strömungswege dargestellt. Dementsprechend werden dem Abgassammler 112 sechzehn (einer von jedem Zylinder) Abgasströme 304 und sechzehn Kühlmittelströme 306 zugeführt. Die Kühlmittelkanalabschnitte des Abgassammlers 112, beispielsweise der Kühlmittelmantel 208, führen die Kühlmittelströme 306 zu einem Kühlmittelrücklaufkanal 308. Der Kühlmittelrücklaufkanal 308 ist mit einem Thermostat 310 verbunden, der entweder direkt oder über einen Kühler 312 mit einem Einlass einer Pumpe 314 verbunden sein kann. In der Ausführungsform von 6 ist die Pumpe 314 mit Kühlmittelkreisläufen 316 verbunden, die sich durch ein Zylindergehäuse, einen Zylinderkopf und/oder andere Motor- oder Fahrzeugkomponenten oder -systeme erstrecken können und die die Kühlmittelströme 306 bereitstellen, um einen Kühlmittelkreislauf zu schließen.
In der in 6 dargestellten Ausführungsform wird Kühlmittel aus dem Abgassammler zur Kühlung der Turbinen und auch der Ventile/Adapter durch Kanäle 318 bereitgestellt. Das Kühlmittel, das durch die Turbinen der Turbolader 114 und Ventile/Adapter 302 verläuft und diese kühlt, wird durch Kanäle 320 geleitet und in einer Spülleitung 322 gesammelt, die mit dem Ausgleichsbehälter 324 und letztendlich mit einem Pumpeneinlass verbunden ist, um einen Kühlmittelkreislauf zu schließen.
Im Gegensatz zur Ausführungsform von 6 verwendet die Ausführungsform von 7 eine umgekehrte Strömungsrichtung, wobei ein zusätzlicher Auslass 326 von der Pumpe 314 verwendet wird, um die Turbinen und Ventile/Adapter durch die Kanäle 320 mit Kühlmittel zu versorgen. Von dort wird Kühlmittel durch die Kanäle 318 in den Abgassammler 112 zurückgeführt. In der in 7 ausgelegten Ausführungsform werden also zwei parallele Kühlmittelkreisläufe gebildet, um die Turbinen und Ventile/Adapter mit möglichst kühlem Kühlmittel zu versorgen. Die beiden parallelen Kreisläufe treffen sich im Abgassammler, wobei der gesamte Kühlmittelstrom des Motors zum Thermostat zurückgeführt wird. Auf diese Weise wurde festgestellt, dass die erhöhte Durchflussrate des Kühlmittels durch den Abgassammler die Betriebstemperatur der Turbinen verbessert und die Wahrscheinlichkeit des Siedens des Kühlmittels durch den Abgassammler verringert.
Es ist offensichtlich, dass die vorstehende Beschreibung Beispiele des offenbarten Systems und der Technik bereitstellt. Es ist jedoch denkbar, dass andere Implementierungen der Offenbarung im Detail von den vorhergehenden Beispielen abweichen können. Alle Bezugnahmen auf die Offenbarung oder auf Beispiele davon sollen auf das jeweils an dieser Stelle beschriebene Beispiel Bezug nehmen und sollen keine Begrenzung des allgemeinen Umfangs der Offenbarung implizieren. Jeglicher Ausdruck von Unterscheidung und Herabsetzung in Bezug auf bestimmte Merkmale soll auf keine Bevorzugung dieser Merkmale hinweisen, diese jedoch nicht vollständig vom Umfang der Offenbarung ausschließen, soweit dies nicht anderweitig angegeben ist.
Die Angabe von Wertebereichen soll lediglich als eine Kurzschreibweise für die Bezugnahme auf jeden einzelnen Wert, der in den Bereich fällt, dienen, sofern es hierin nicht anderweitig angegeben ist, und jeder einzelne Wert ist in die Beschreibung aufgenommen, als ob er einzeln aufgeführt wäre. Alle hierin beschriebenen Verfahren können in einer beliebigen geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, sofern nichts anderes angegeben ist oder der Zusammenhang nicht eindeutig etwas Anderes besagt.
Die Verwendung der Begriffe „ein“, „einer“, „eine“, „eines“ und „der“, „die“, „das“ und „mindestens ein(e/r/s)“ und ähnliche Verweise im Kontext der Beschreibung der Erfindung (insbesondere im Kontext der folgenden Ansprüche) sind so auszulegen, dass sie sowohl den Singular als auch den Plural abdecken, sofern hierin nicht anders angegeben oder im Kontext eindeutig im Widerspruch stehend. Die Verwendung des Begriffs „mindestens ein(e/r/s)“ gefolgt von einer Liste mit einem oder mehreren Elementen (zum Beispiel „mindestens eines von A und B“) ist so auszulegen, dass dieser die Auswahl eines Elements aus den aufgelisteten Elementen (A oder B) oder eine Kombination aus zwei oder mehr der aufgelisteten Elemente (A und B) bedeutet, sofern hierin nicht anders angegeben oder im Kontext eindeutig im Widerspruch stehend.
Demzufolge beinhaltet diese Offenbarung im Rahmen des gesetzlich Erlaubten alle Modifikationen und Äquivalente des in den hieran angefügten Ansprüchen angegebenen Gegenstands. Des Weiteren ist jegliche Kombination der zuvor beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen derselben in der Offenbarung umfasst, sofern hierin nichts anderes angegeben ist oder der Zusammenhang nicht eindeutig etwas Anderes besagt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4179884 [0003]

Claims

Verbrennungsmotor (100), umfassend: ein Zylindergehäuse (102) mit einer Vielzahl von mit dem Zylindergehäuse (102) verbundenen Zylinderköpfen (110), die eine Vielzahl von Kühlmittelauslässen ausbilden; eine an dem Zylindergehäuse (102) angeordnete Abgassammelstruktur (115) und beinhaltend: eine ein Gasplenum (118) ausbildende Innenwand (206); eine in einem versetzten Abstand von der Innenwand (206) angeordnete Außenwand (204), sodass ein Kühlmittelmantel (208) zwischen der Innen- und der Außenwand (204) definiert ist; eine Vielzahl von Kühlmitteleinlässen, die sich durch die Außenwand (204) erstrecken und strömungstechnisch mit dem Kühlmittelmantel (208) verbunden sind; und eine Vielzahl von Transfergehäusen, jedes Transfergehäuse (244) beinhaltend: eine innere Gehäusewand (264), die einen Gaskanal ausbildet; eine in einem versetzten Abstand um die innere Gehäusewand (264) angeordnete äußere Gehäusewand (244), sodass ein Kühlkanal (246) in einem Raum zwischen der inneren und der äußeren Gehäusewand (244) definiert ist; einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass (226) in Fluidverbindung mit dem Kühlkanal (246); wobei die Vielzahl von Kühlmitteleinlässen über die Kühlkanäle (318) in der Vielzahl von Transfergehäusen strömungstechnisch mit der Vielzahl von Kühlmittelauslässen verbunden ist.
Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Vielzahl von Kühlmittelanschlüssen, die sich durch die Außenwand (204) der Abgassammelstruktur (115) erstrecken und strömungstechnisch mit dem Kühlmittelmantel (208) verbunden sind, eine Vielzahl von Auslassventilen oder Adaptern (302), die jeweils einen sich durch sie hindurch erstreckenden Kühlmittelkanal aufweisen, wobei die Vielzahl von Kühlmittelanschlüssen strömungstechnisch mit den Kühlmittelkanälen (318) verbunden ist, die sich durch die Vielzahl von Auslassventilen oder Adaptern (302) erstrecken.
Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 2, ferner umfassend eine mit dem Zylindergehäuse (102) verbundene Kühlmittelpumpe (314), wobei die Kühlmittelpumpe (314) einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei der Auslass der Kühlmittelpumpe (314) so angeordnet ist, dass er einen Strom von Kühlmittel durch einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf (200) direkt den Kühlmittelkanälen (318) zuführt.
Verbrennungsmotor (100), umfassend: ein Zylindergehäuse (102) mit einer Vielzahl von Zylindern; eine Vielzahl von mit dem Zylindergehäuse (102) verbundenen Zylinderköpfen (110), die eine Vielzahl von Abgaskrümmerrohren und eine Vielzahl von Kühlmittelauslässen ausbilden; eine an dem Zylindergehäuse (102) angeordnete Abgassammelstruktur (115) und beinhaltend: eine ein Gasplenum (118) ausbildende Innenwand (206); eine in einem versetzten Abstand von der Innenwand (206) angeordnete Außenwand (204), sodass ein Kühlmittelmantel (208) zwischen der Innen- und der Außenwand (204) definiert ist; eine Vielzahl von Gaseinlassöffnungen und eine Vielzahl von Gasauslassöffnungen, die sich durch die inneren und äußeren Wände (204) erstrecken und strömungstechnisch mit dem Gasplenum (118) verbunden sind; eine Vielzahl von Kühlmitteleinlässen, die sich durch die Außenwand (204) erstrecken und strömungstechnisch mit dem Kühlmittelmantel (208) verbunden sind; und eine Vielzahl von Transfergehäusen, jedes Transfergehäuse (244) beinhaltend: eine innere Gehäusewand (264), die einen Gaskanal ausbildet, wobei der Gaskanal strömungstechnisch einen der Vielzahl von Abgaskrümmerrohren mit einer der Vielzahl von Gaseinlassöffnungen verbindet; eine in einem versetzten Abstand um die innere Gehäusewand (264) angeordnete äußere Gehäusewand (244), sodass ein Kühlkanal (246) in einem Raum zwischen der inneren und der äußeren Gehäusewand (244) definiert ist; einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass (226) in Fluidverbindung mit dem Kühlkanal (246); eine Vielzahl von Turboladern (114), die jeweils eine Turbine (232) beinhalten, wobei: ein Einlass der jeweiligen Turbine (232) zur Aufnahme von Abgas von einer der Vielzahl von Gasauslassöffnungen verbunden ist, die Vielzahl von Gaseinlassöffnungen zur Aufnahme von Abgas aus der Vielzahl von Abgaskrümmerrohren verbunden ist, und die Vielzahl von Kühlmitteleinlässen über die Kühlkanäle (318) in der Vielzahl von Transfergehäusen strömungstechnisch mit der Vielzahl von Kühlmittelauslässen verbunden ist.
Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 4, ferner umfassend: eine Vielzahl von Kühlmittelanschlüssen, die sich durch die Außenwand (204) der Abgassammelstruktur (115) erstrecken und strömungstechnisch mit dem Kühlmittelmantel (208) verbunden sind, eine Ventil- oder Adaptervorrichtung, die mit einem Auslass einer jeweiligen Turbine (232) von jedem der Vielzahl von Turboladern (114) verbunden ist, wobei jedes Ventil oder jeder Adapter einen Kühlmittelkanal aufweist, der sich durch ihn hindurch erstreckt, wobei die Vielzahl von Kühlmittelanschlüssen strömungstechnisch mit den Kühlmittelkanälen (318) verbunden ist, die sich durch die Ventile oder Adapter (302) der Vielzahl von Turboladern (114) erstrecken.
Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 5, ferner umfassend eine dem Zylindergehäuse (102) zugeordnete Kühlmittelpumpe (314), wobei die Kühlmittelpumpe (314) einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei der Einlass der Kühlmittelpumpe (314) strömungstechnisch mit dem Kühlmittelmantel (208) der Abgassammelstruktur (115) verbunden ist.
Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 6, wobei der Auslass der Kühlmittelpumpe (314) so angeordnet ist, dass er der Vielzahl der Kühlmittelauslässe der Vielzahl der Zylinderköpfe (110) einen Strom von Kühlmittel zuführt.
Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 7, wobei der Auslass der Kühlmittelpumpe (314) ferner so ausgelegt ist, dass er den sich durch die Ventile oder Adapter (302) der Vielzahl von Turboladern (114) erstreckenden Kühlmittelkanälen (318) einen zusätzlichen Strom von Kühlmittel zuführt.
Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 8, wobei während des Betriebs der Kühlmittelstrom und der den Kühlmittelkanälen (318) zugeführte zusätzliche Kühlmittelstrom durch den Kühlmittelmantel (208) der Abgassammelstruktur (115) zum Einlass der Kühlmittelpumpe (314) zurückgeführt werden.
Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 9, wobei der Kühlmittelstrom und der zusätzliche Kühlmittelstrom durch parallele Kreislaufwege zwischen dem Auslass der Kühlmittelpumpe (314) und der Abgassammelstruktur (115) verlaufen.
Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 4, wobei jeder der Kühlmittelein- und -auslässe jedes der Vielzahl von Transfergehäusen eine Bohrung ausbildet, in der ein Überbrückungsrohr (256) verschiebbar und abdichtbar angeordnet ist, und wobei die Bohrungen (260) des Kühlmittelein- und -auslasses sich entlang paralleler Achsen erstrecken.
Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 11, wobei jede der Vielzahl von Gaseinlassöffnungen eine Bohrung beinhaltet, in der zumindest ein Abschnitt eines jeweiligen Transfergehäuses (244) verschiebbar und abdichtbar angeordnet ist.
Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 12, wobei sich die Bohrung einer Gaseinlassöffnung entlang einer parallelen Achse mit den Achsen des Kühlmitteleinlasses und -auslasses des jeweiligen Transfergehäuses (244) erstreckt.