DE202010005708U1

DE202010005708U1 - Brennkraftmaschine mit Zylinderkopf und Turbine

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Publication number: DE202010005708U1
Application number: DE202010005708U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2020-06-25
Also published as: CN202273751U

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinderkopf (2) und mindestens einer Turbine (6a), bei der
– der mindestens eine Zylinderkopf (2) mindestens einen Zylinder (3) umfaßt, wobei jeder Zylinder (3) mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder (3) aufweist und sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung (5) anschließt, und
– die mindestens eine ein Turbinengehäuse (8) aufweisende Turbine (6a) zur Nutzung der Abgasenthalpie mit mindestens einer Abgasleitung (5) verbunden ist, wobei das Turbinengehäuse (8) zur Ausbildung einer Kühlung (9) mit einem kühlmittelmantelähnlichen Hohlraum ausgestattet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– eine Dosiereinrichtung (11) vorgesehen ist, die dem Einbringen von flüssigem Kühlmittel in den Hohlraum zum Zwecke der Verdampfung dient, wobei zur Ausbildung eines Kühlmittelkreislaufs (10) eine Abführleitung (12) zum Abführen des verdampften Kühlmittels aus dem Hohlraum und eine Rückführleitung (13) zur Versorgung der Dosiereinrichtung (11) mit dem erneut verflüssigten Kühlmittel vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf und mindestens einer Turbine, bei der

– der mindestens eine Zylinderkopf mindestens einen Zylinder umfaßt, wobei jeder Zylinder mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist und sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung anschließt, und
– die mindestens eine ein Turbinengehäuse aufweisende Turbine zur Nutzung der Abgasenthalpie mit mindestens einer Abgasleitung verbunden ist, wobei das Turbinengehäuse zur Ausbildung einer Kühlung mit einem kühlmittelmantelähnlichen Hohlraum ausgestattet ist.

Brennkraftmaschinen der oben genannten Art werden als Antrieb für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, d. h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden.
Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung des mindestens einen Zylinders, d. h. Brennraums, miteinander verbunden werden. Der Zylinderblock weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre eine entsprechende Anzahl an Zylinderbohrungen auf. Die Kolben werden axial beweglich in den Zylinderrohren geführt und bilden zusammen mit den Zylinderrohren und dem Zylinderkopf die Brennräume der Brennkraftmaschine aus.
Der Zylinderkopf dient üblicherweise zur Aufnahme des Ventiltriebs. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane, d. h. Ventile, 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, über die Einlaßöffnungen. Der für die Bewegung der Ventile erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich der Ventile selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet.
Die Einlaßkanäle, die zu den Einlaßöffnungen führen, und die Auslaßkanäle bzw. Abgasleitungen, die sich an die Auslaßöffnungen anschließen, sind nach dem Stand der Technik zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert. Die Abgasleitungen der Zylinder werden gruppenweise zusammengeführt, häufig auch zu einer einzigen Gesamtabgasleitung. Das Zusammenführen von Abgasleitungen zu einer gemeinsamen Abgasleitung wird im Allgemeinen und auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Abgaskrümmer bezeichnet.
Stromabwärts des mindestens einen Zylinders werden die Abgase via Abgasleitung gegebenenfalls der Turbine eines Abgasturboladers und/oder einem oder mehreren Abgasnachbehandlungssystemen zugeführt.
Dabei ist man zum einen bemüht, die Turbine des Abgasturboladers möglichst nahe am Auslaß der Brennkraftmaschine 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 des Turboladers zu gewährleisten. Zum anderen 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.
Die möglichst motornahe Anordnung der Turbine führt dazu, dass die Turbine durch die heißen Verbrennungsgase thermisch sehr hoch belastet wird. Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang auch, dass sich die thermische Belastung durch eine Aufladung nochmals erheblich vergrößert. Für die Herstellung der Turbine, insbesondere des Turbinengehäuses, sind daher thermisch hochbelastbare Werkstoffe erforderlich.
Die Herstellungskosten für eine derartige Turbine sind aufgrund der Verwendung dieser thermisch hochbelastbaren – häufig nickelhaltigen – Werkstoffe sehr hoch, insbesondere im Vergleich zu den Kosten, die bei Einsatz des eigentlich bevorzugten Werkstoffes, nämlich Aluminium, entstehen würden. Nicht nur die Werkstoffe als solche, d. h. die Werkstoffkosten, führen zu einer Kostensteigerung, sondern auch die kostenintensivere Bearbeitung dieser hochbelastbaren Werkstoffe, d. h. die Bearbeitungskosten.
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, gefertigt werden könnte.
Die Verwendung von Aluminium wäre auch im Hinblick auf das Gewicht der Turbine vorteilhaft. Insbesondere wenn berücksichtigt wird, dass die motornahe Anordnung der Turbine zu einem relativ groß dimensionierten, voluminösen Gehäuse führt. Denn die Verbindung von Turbine und Zylinderkopf mittels Flansch und Schrauben erfordert aufgrund der beengten Platzverhältnisse einen großen Turbineneintrittsbereich, 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.
Nach dem Stand der Technik werden Turbinen bereits mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet, auch um die Verwendung von Aluminium für die Herstellung des Turbinengehäuses zu ermöglichen. Infolge der Kühlung der thermisch hoch belasteten Turbine kann auch auf Hitzebleche zum Schutz benachbarter Bauteile vor hohen Temperaturen verzichtet werden.
Zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung wird das Turbinengehäuse in der Regel mit einem Kühlmittelmantel ausgestattet, wobei dieser Kühlmittelmantel über die Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine mit Kühlmittel versorgt werden kann, beispielsweise indem ein im Zylinderkopf integrierter Kühlmittelmantel mit dem Kühlmittelmantel der Turbine verbunden wird. Eine flüssigkeitsgekühlte Turbine dieser Art wird beispielsweise in der US 3,948,052 beschrieben.
Die EP 1 384 857 A2 offenbart ebenfalls eine Turbine, deren Gehäuse mit einem Kühlmittelmantel ausgestattet ist.
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 in einem Wärmetauscher dem Kühlmittel wieder entzogen.
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, hierfür zu nutzen. Letzteres erfordert lediglich entsprechende Verbindungen beider Kreisläufe.
Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang aber, dass die in der Turbine vom Kühlmittel aufgenommene Wärmemenge 40 kW oder mehr betragen kann. Dem Kühlmittel eine derart hohe Wärmemenge im Wärmetauscher zu entziehen und mittels Luftströmung an die Umgebung abzuführen, erweist sich als problematisch.
Moderne Kraftfahrzeugantriebe werden zwar mit leistungsstarken Lüftermotoren ausgestattet, um den Wärmetauschern der Kühlsysteme auch im Stillstand, d. h. bei stehendem Kraftfahrzeug, oder bei nur geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten den für einen ausreichend hohen Wärmeübergang erforderlichen Luftmassenstrom bereitzustellen. Und derartige Lüfter können den Wärmeübergang in den Wärmetauschern grundsätzlich auch steigern. Aber ein weiterer, für den Wärmeübergang maßgeblicher Parameter, nämlich die für den Wärmeübergang zur Verfügung gestellte Oberfläche, kann nicht beliebig groß ausgeführt bzw. vergrößert werden, da das Platzangebot im Front-End-Bereich des Fahrzeuges, wo die verschiedenen Wärmetauscher in der Regel angeordnet werden, begrenzt ist.
Moderne Kraftfahrzeuge verfügen häufig – neben dem Wärmetauscher der Motorkühlung – über weitere Wärmetauscher, insbesondere Kühlvorrichtungen.
Auf der Ansaugseite einer Brennkraftmaschine wird häufig ein Ladeluftkühler angeordnet, um die Dichte der Zylinderfrischladung zu steigern und zu einer besseren Füllung des mindestens einen Zylinders beizutragen. Üblicherweise werden aufgeladene Brennkraftmaschinen mit einem Ladeluftkühler ausgestattet.
Zur Einhaltung einer maximal zulässigen Öltemperatur genügt die Wärmeabgabe über die Ölwanne infolge Wärmeleitung und natürlicher Konvektion häufig nicht mehr, so dass im Einzelfall ein Ölkühler vorgesehen werden muß.
Moderne Brennkraftmaschinen werden darüber hinaus zunehmend mit einer Abgasrückführung (AGR) ausgestattet. Die Abgasrückführung ist eine Maßnahme, der Bildung von Stickoxiden, die einen Luftüberschuß und hohe Temperaturen erfordert, entgegen zu wirken, da die Abgasrückführung ein Mittel zur Senkung der Temperaturen darstellt.
Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, sind hohe Abgasrückführraten x_AGR erforderlich, die in der Größenordnung von x_AGR ≈ 50% bis 70% liegen können mit x_AGR = m_AGR/(m_AGR + m_Frischluft), wobei m_AGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und m_Frischluft die zugeführte und gegebenenfalls komprimierte Frischluft bzw. Ladeluft bezeichnet.
Zur Realisierung dieser hohen Rückführraten ist eine Kühlung des rückzuführenden Abgases, d. h. eine Verdichtung des Abgases durch Kühlung, zwingend erforderlich, um die Dichte des rückgeführten Abgases zu steigern. Die Brennkraftmaschine ist daher mit einer zusätzlichen Kühlvorrichtung zur Kühlung des rückzuführenden Abgases auszustatten.
Weitere Kühler können vorgesehen werden, beispielsweise zur Kühlung des Getriebeöls bei Automatikgetrieben und/oder zur Kühlung von Hydraulikflüssigkeiten, insbesondere von Hydrauliköl, welches im Rahmen hydraulisch betätigbarer Verstellvorrichtungen bzw. zur Lenkunterstützung eingesetzt wird. Der Klimakondensator einer Klimaanlage ist ebenfalls ein Wärmetauscher, der während des Betriebs Wärme an die Umgebung abzugeben hat, also einen ausreichend hohen Luftstrom benötigt und daher im Front-End-Bereich anzuordnen ist.
Aufgrund der sehr beengten Platzverhältnisse im Front-End-Bereich und der Vielzahl an Wärmetauschern, kann der tatsächlich angeforderte Kühlbedarf jedes einzelnen Wärmetauschers nur begrenzt berücksichtigt werden. Die Dimensionierung und Anordnung der Wärmetauscher im Front-End-Bereich des Fahrzeuges, auch zueinander, erfordert nach dem Stand der Technik einen Kompromiß, da eine hinsichtlich des Wärmeübergangs optimierte Anordnung und Dimensionierung sämtlicher Wärmetauscher nicht möglich ist.
Die Möglichkeit, einen separaten und ausreichend großen Wärmetauscher für die Flüssigkeitskühlung der Turbine im Front-End-Bereich anzuordnen bzw. den Wärmetauscher der Motorkühlung einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine derart groß zu dimensionieren, dass über diesen zusätzlich die der Turbine entzogene Wärme abgeführt werden kann, ist nicht gegeben.
Es sind daher andere Maßnahmen erforderlich, mit denen die im Rahmen der Kühlung der Turbine in das Kühlmittel eingetragene Wärmemenge dem Kühlmittel wieder entzogen werden kann, bzw. Konzepte aufzuzeigen, wie die Kühlung der Turbine zu gestalten ist, um derart große Wärmemengen zu bewältigen.
Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, d. h. der gattungsbildenden Art, bereitzustellen, die hinsichtlich der Kühlung der Turbine optimiert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf und mindestens einer Turbine, bei der

– der mindestens eine Zylinderkopf mindestens einen Zylinder umfaßt, wobei jeder Zylinder mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist und sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung anschließt, und
– die mindestens eine ein Turbinengehäuse aufweisende Turbine zur Nutzung der Abgasenthalpie mit mindestens einer Abgasleitung verbunden ist, wobei das Turbinengehäuse zur Ausbildung einer Kühlung mit einem kühlmittelmantelähnlichen Hohlraum ausgestattet ist,

– eine Dosiereinrichtung vorgesehen ist, die dem Einbringen von flüssigem Kühlmittel in den Hohlraum zum Zwecke der Verdampfung dient, wobei zur Ausbildung eines Kühlmittelkreislaufs eine Abführleitung zum Abführen des verdampften Kühlmittels aus dem Hohlraum und eine Rückführleitung zur Versorgung der Dosiereinrichtung mit dem erneut verflüssigten Kühlmittel vorgesehen sind.

Zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Kühlung wird das Turbinengehäuse mit einem kühlmittelmantelähnlichen Hohlraum ausgestattet, d. h. mit einem Hohlraum, der dem Kühlmittelmantel einer flüssigkeitsgekühlten Turbine ähnelt bzw. entspricht. In diesen Hohlraum wird mittels einer Dosiereinrichtung flüssiges Kühlmittel eingebracht. Das Kühlmittel verdampft und entzieht der Turbine bzw. dem Turbinengehäuse dabei Wärme. Eine Abführleitung und eine Rückführleitung dienen dazu, den Kühlmittelkreislauf zu schließen.
Erfindungsgemäß wird die mindestens eine Turbine nicht mit einer Flüssigkeitskühlung im herkömmlichen Sinne ausgestattet, sondern vielmehr mit einer Kühlung, die auf dem Prinzip der Verdampfung eines flüssigen Kühlmittels beruht.
Diese Vorgehensweise bei der Kühlung der Turbine hat gleich mehrere Vorteile, wobei sich die technischen Wirkungen ergänzen bzw. in vorteilhafter Weise zusammenwirken, d. h. es ergeben sich Synergien. Zum einen kann der Turbine – bei Einsatz einer vergleichsweise geringen Kühlmittelmenge – durch Verdampfung des Kühlmittels eine große Wärmemenge entzogen werden. Zum anderen läßt sich die dem dampfförmigen Kühlmittel immanente Enthalpie, nämlich die mittels Verdampfung in das Kühlmittel eingetragene Wärme, auf vielfältige Weise nutzen.
Aus diesem Grund sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine besonders vorteilhaft, bei denen in der Abführleitung eine Vorrichtung zur Nutzung der Enthalpie des verdampften Kühlmittels vorgesehen ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird die in der Turbine vom Kühlmittel aufgenommene Wärme nicht ungenutzt in einem Wärmetauscher an die Umgebung abgeführt.
Vielmehr wird die in das Kühlmittel eingebrachte Wärme durch Druck- und/oder Temperaturabsenkung des verdampften Kühlmittels nutzbar gemacht und wieder verwendet, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine gesteigert wird. Die damit zwangsläufig einhergehende Abnahme der Enthalpie kann zu einer erneuten Verflüssigung des dampfförmigen Kühlmittels führen bzw. beitragen, die auch gewollt ist bzw. erforderlich ist, um die Dosiereinrichtung in einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf kontinuierlich mit flüssigem Kühlmittel zu versorgen.
Damit wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich der Kühlung der Turbine optimiert ist.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine verfügt über eine Turbine, die zur Nutzung der Abgasenthalpie mit mindestens einer Abgasleitung verbunden ist. Die Turbine kann Bestandteil eines Abgasturboladers sein, muß jedoch nicht zwingend Bestandteil eines Abgasturboladers sein.
Nichtsdestotrotz sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen die mit mindestens einer Abgasleitung verbundene Turbine die Turbine eines Abgasturboladers ist.
Die Aufladung dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die für den Verbrennungsprozeß benötigte Luft wird verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck p_me gesteigert werden.
Die Aufladung ist daher ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern, oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. Bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen läßt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben. Der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine wird reduziert und der Wirkungsgrad verbessert.
Bei einem Abgasturbolader sind ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet, wobei der heiße Abgasstrom mittels Abgasleitung der Turbine zugeführt wird und sich unter Energieabgabe in dieser Turbine entspannt, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm mittels Ansaugleitung zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Brennkraftmaschine erreicht wird.
Der Vorteil eines Abgasturboladers beispielsweise im Vergleich zu einem mechanischen Lader besteht darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine besteht bzw. erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie von der Brennkraftmaschine bezieht, nutzt der Abgasturbolader die Energie der von der Brennkraftmaschine erzeugten heißen Abgase, d. h. die Abgasenthalpie.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden in Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Die Enthalpie des verdampften Kühlmittels kann auf vielfältige Weise genutzt werden, d. h. nutzbar gemacht werden, wobei die Rückgewinnung grundsätzlich auf einer Druck- und/oder Temperaturabsenkung des verdampften Kühlmittels beruht. Entsprechend unterschiedlich können die eingesetzten Vorrichtungen zur Nutzung der Kühlmittelenthalpie sein.
Vorteilhaft sind beispielsweise Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in der Abführleitung eine Kolbenmaschine als Vorrichtung zur Nutzung der Enthalpie des verdampften Kühlmittels vorgesehen ist.
Vorteilhaft sind insbesondere aber auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in der Abführleitung eine Strömungsmaschine als Vorrichtung zur Nutzung der Enthalpie des verdampften Kühlmittels vorgesehen ist.
Sowohl die zuerst genannte Kolbenmaschine als auch die Strömungsmaschine sind Expansionsmaschinen, welche dem verdampften und in der Regel überhitzten Kühlmittel die Energie durch eine Druckabsenkung im Rahmen einer Expansion entziehen.
Beide Expansionsmaschinen sind dazu geeignet, die dem dampfförmigen Kühlmittel entzogene Energie für eine weitere Nutzung – beispielsweise an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine oder auch zum Antrieb von Nebenaggregaten – bereitzustellen. Damit verbessert sich die Energiebilanz bzw. der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine. Bei gleichem Kraftstoffeinsatz wird die Leistungs- bzw. Energieabgabe der Brennkraftmaschine erhöht. Eine Expansionsmaschine ist somit geeignet, die im Kühlmittel gebundene Energie zu nutzen, um die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine zu erhöhen.
Im Gegensatz zu einer Kolbenmaschine, welche – wie die Brennkraftmaschine selbst – intermittierend betrieben wird, d. h. in Takten arbeitet, und der das dampfförmige Kühlmittel portionsweise zugeführt wird, ist eine Strömungsmaschine durch eine kontinuierliche Arbeitsweise gekennzeichnet, bei der der Strömungsmaschine ununterbrochen dampfförmiges Kühlmittel zugeführt wird.
Eine Strömungsmaschine weist infolge der kontinuierlichen Durchströmung einen höheren Wirkungsgrad auf als eine Kolbenmaschine.
Es sei angemerkt, dass Expansionsmaschinen, die wie Kolbenmaschinen einen oder mehrere Kolben aufweisen, aber kontinuierlich durchströmt werden, im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht den Kolbenmaschinen, sondern vielmehr den Strömungsmaschinen zugeordnet werden. Ein Beispiel für eine derartige Expansionsmaschine ist ein Roots-Gebläse, das in der Regel über zwei Kolben verfügt und kontinuierlich durchströmt wird.
Ist die Vorrichtung zur Nutzung der Kühlmittelenthalpie eine Strömungsmaschine, sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen die Strömungsmaschine eine Dampfturbine ist.
Eine Turbine weist zum einen infolge der kontinuierlichen Durchströmung einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad auf. Zum anderen sind separat verbaubare Turbinen für den Kraftfahrzeugbau in vielfältiger Ausfertigung verfügbar. Zudem liegen ausreichend Erkenntnisse für den Einsatz solcher Expansionsmaschinen bei Brennkraftmaschinen vor.
Darüber hinaus läßt sich die Welle einer Turbine in einfacher Weise mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zur Leistungsübertragung verbinden oder mit einem Zugmitteltrieb, welcher beispielsweise dem Antrieb von Nebenaggregaten dient, koppeln.
Aus diesem Grund sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen die als Vorrichtung zur Nutzung der Kühlmittelenthalpie dienende Turbine zur Leistungsabgabe mit der Kurbelwelle verbunden bzw. verbindbar ist, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Kupplung.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkrafmaschine, bei denen in der Abführleitung ein Wärmetauscher als Vorrichtung zur Nutzung der Enthalpie des verdampften Kühlmittels vorgesehen ist.
Im Gegensatz zu einer Expansionsmaschine entzieht der Wärmetauscher dem verdampften Kühlmittel die Energie durch Wärmeübertragung, was in erster Linie eine Temperaturabsenkung im Kühlmittel bewirkt und erst indirekt zu einer Druckabsenkung führt. Die dem Kühlmittel entzogene Wärme kann in eine andere Prozeßflüssigkeit eingetragen werden, beispielsweise nach einem Kaltstart in das Motoröl zur Verkürzung der Warmlaufphase, oder auch zur Erwärmung einer Luftströmung genutzt werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Kühlmittelkreislauf mit einem Kondensator ausgestattet ist, um das Kühlmittel zu verflüssigen.
Die Tatsache, dass es sich bei der Kühlung der Turbine um einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf handelt und die Versorgung der Dosiereinrichtung mit flüssigem Kühlmittel eine restlose Verflüssigung des verdampften Kühlmittels stromaufwärts der Dosiereinrichtung notwendig macht, kann im Einzelfall die Ausstattung des Kühlmittelkreislauf mit einem Kondensator erforderlich machen.
Ein Kondensator ist schon deshalb immer dann erforderlich, wenn die Druck- und/oder Temperaturabsenkung des Kühlmittels in der Vorrichtung zur Nutzung der Kühlmittelenthalpie nicht ausreichend groß ist, um das dampfförmige Kühlmittel vollständig zu verflüssigen bzw. um sicherzustellen, dass das Kühlmittel bei Eintritt in die Dosiereinrichtung in flüssiger Phase vorliegt.
Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang, dass es nachteilig sein kann, das verdampfte Kühlmittel – auch nur teilweise – in der Expansionsmaschine zu verflüssigen. Geht das dampfförmige Kühlmittel wieder in den flüssigen Aggregatszustand über, verkleinert sich sein Volumen schlagartig, was zu hohen mechanischen Beanspruchungen der Kolbenmaschine bzw. der Turbine führen kann, gegebenenfalls irreparable Schäden hervorruft und zur Zerstörung der Expansionsmaschine führt.
Insofern kann es vorteilhaft sein, wenn das verdampfte überhitzte Kühlmittel die Expansionsmaschine im Wesentlichen noch dampfförmig verläßt und der stromabwärts in der Rückführleitung angeordnete Kondensator das Kühlmittel vor Eintritt in die Dosiereinrichtung wieder in die flüssige Phase überführt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Dosiereinrichtung eine Einspritzvorrichtung umfaßt. Das Einbringen des Kraftstoffes mittels Einspritzung ist überaus vorteilhaft. Der flüssige Kraftstoff wird im Rahmen der Einspritzung und in Abhängigkeit vom Einspritzdruck mehr oder weniger fein zerstäubt, wodurch ein Kühlmittelnebel ausgebildet und die Oberfläche des Kühlmittels stark vergrößert wird. Die Kühlmitteltröpfchen verdampfen bei Kontakt mit den Innenwandungen des Hohlraums zumindest teilweise. Die Verdampfungswärme wird dabei dem Turbinengehäuse entzogen und die Gehäusetemperatur sinkt.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzvorrichtung mindestens eine Einspritzdüse aufweist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Turbinengehäuse zumindest teilweise aus Aluminium gefertigt ist. Dies bringt gegenüber der Verwendung üblicher Werkstoffe Kostenvorteile mit sich. Darüber hinaus führt der Einsatz von Aluminium zur Herstellung des Turbinengehäuses zu einem geringeren Gewicht.
Aufgrund der hohen Kühlleistung der erfindungsgemäßen Kühlung kann auf die Verwendung thermisch hochbelastbarer Werkstoffe zur Herstellung der Turbine bzw. des Turbinengehäuses vollständig oder zumindest teilweise verzichtet werden. Der Einsatz kostenintensiver – häufig nickelhaltiger – Werkstoffe ist erfindungsgemäß nicht mehr erforderlich bzw. stark reduziert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Turbinengehäuse ein Gußteil ist, d. h. der Rohling des Gehäuses, der gegebenenfalls nachzubearbeiten ist. Diese Fertigung des Gehäuses ermöglicht das Ausbilden eines vorteilhaften Hohlraums.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung mindestens einen integrierten Kühlmittelmantel aufweist.
Die Flüssigkeitskühlung erfordert die Ausstattung des Zylinderkopfes mit einem Kühlmittelmantel, d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Zylinderkopf führenden Kühlmittelkanälen. Die Wärme wird bereits 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 in einem Wärmetauscher dem Kühlmittel wieder entzogen.
Mit einer Flüssigkeitskühlung können gegenüber einer Luftkühlung wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden. Bei entsprechender Auslegung der Flüssigkeitskühlung bzw. entsprechender Kühlleistung kann der Zylinderkopf unter Umständen vollständig oder zumindest in Teilen aus Aluminium gefertigt werden, was gegenüber der Verwendung von hochtemperaturfestem austenitischem Stahl Kostenvorteile mit sich bringt. Der Einsatz von Aluminium zur Herstellung des Zylinderkopfes führt darüber hinaus zu einer Gewichtsersparnis.
Die Flüssigkeitskühlung des Zylinderkopfes eignet sich insbesondere für aufgeladene Brennkraftmaschinen, die aufgrund der höheren Abgastemperaturen eine effiziente und optimierte Kühlung erfordern.
Zudem verhindert eine effiziente Flüssigkeitskühlung die thermische Überlastung der Brennkraftmaschine, ohne dass eine Anfettung (λ < 1) erforderlich ist, um die Abgastemperaturen zu senken. Bei einer Anfettung wird mehr Kraftstoff eingespritzt als mit der bereitgestellten Luftmenge überhaupt verbrannt werden kann. Der überschüssige Kraftstoff wird ebenfalls erwärmt und verdampft, wodurch die Temperatur der Verbrennungsgase gesenkt wird. Diese Vorgehensweise ist hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs und hinsichtlich der Schadstoffemissionen nachteilig. Die Anfettung gestattet es zudem nicht immer, die Brennkraftmaschine in der Weise zu betreiben, wie es beispielsweise für ein Abgasnachbehandlungssystem erforderlich wäre.
Die Flüssigkeitskühlung gestattet den stöchiometrischen Betrieb (λ ≈ 1) eines Ottomotors auch bei hohen Lasten.
Bei der in Rede stehenden Ausführungsform, d. h. einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, kann darüber hinaus die Kühlung der Turbine via Motorkühlung mit Kühlmittel versorgt werden.
Vorteilhaft sind daher Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Flüssigkeitskühlung in Verbindung steht mit dem Kühlmittelkreislauf des Turbinengehäuses.
Der im Zylinderkopf integrierte Kühlmittelmantel kann beispielsweise mit dem kühlmittelmantelähnlichen Hohlraum der Turbine verbunden werden, wobei die aus dem Hohlraum kommende Abführleitung zum Zylinderkopf führt und die Rückführleitung aus dem Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes abzweigt und mit der Dosiereinrichtung verbunden ist, um diese mit flüssigem Kühlmittel zu versorgen. Auf weitere Kühlmittelleitungen kann verzichtet werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Auslaßöffnungen zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist. Während des Ausschiebens der Abgase im Rahmen des Ladungswechsels ist es ein vorrangiges Ziel, möglichst schnell möglichst große Strömungsquerschnitte freizugeben, um ein effektives Abführen der Abgase zu gewährleisten, weshalb das Vorsehen von mehr als einer Auslaßöffnung vorteilhaft ist.
Aus ähnlichen Gründen ist es vorteilhaft, zwei oder mehr Einlaßöffnungen vorzusehen, um die Drosselverluste in den einströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung des Brennraumes mit Frischgemisch zu gewährleisten.
Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen des Zylinderkopfes sein, bei denen jeder Zylinder nur eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist.
Bei Brennkraftmaschinen mit mindestens zwei Zylindern sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die Abgasleitungen von mindestens zwei Zylindern unter Ausbildung mindestens eines integrierten Abgaskrümmers innerhalb des Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen. Vorteile ergeben sich insbesondere hinsichtlich einer motornahen Anordnung der Turbine.
Die Länge der Abgasleitungen wird durch eine Integration in den Zylinderkopf verringert. Zum einen wird dadurch 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 die Temperatur der Abgase am Turbineneintritt höher ist, weshalb auch die Enthalpie der Abgase am Eintritt der Turbine höher ist und gegebenenfalls stromabwärts der Turbine vorgesehene Abgasnachbehandlungssysteme schneller eine erforderliche Betriebstemperatur erreichen.
Die Zusammenführung der Abgasleitungen innerhalb des Zylinders gestattet darüber hinaus ein dichtes Packaging der Antriebseinheit.
Verfügen die mindestens zwei Zylinder einer Brennkraftmaschine über zwei oder mehr Auslaßöffnungen, sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen zunächst die Abgasleitungen der mindestens zwei Auslaßöffnungen jedes Zylinders zu einer dem Zylinder zugehörigen Teilabgasleitung zusammenführen bevor die Teilabgasleitungen von mindestens zwei Zylindern zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen.
Die Gesamtwegstrecke aller Abgasleitungen wird hierdurch verkürzt. Das stufenweise Zusammenführen der Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung trägt zudem zu einer kompakteren, d. h. weniger voluminösen Bauweise des Zylinderkopfes und damit insbesondere zu einer Gewichtsreduzierung und einem effektiveren Packaging im Motorraum bei.
Die Turbine kann mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestattet werden, die eine weitergehende Anpassung an den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durch Verstellen der Turbinengeometrie bzw. des wirksamen Turbinenquerschnittes gestattet. Dabei sind im Eintrittsbereich der Turbine Leitschaufeln zur Beeinflussung der Strömungsrichtung angeordnet. Im Gegensatz zu den Laufschaufeln des umlaufenden Laufrades rotieren die Leitschaufeln nicht mit der Welle der Turbine.
Verfügt die Turbine über eine feste unveränderliche Geometrie, sind die Leitschaufeln nicht nur stationär, sondern zudem völlig unbeweglich im Eintrittsbereich angeordnet, d. h. starr fixiert. Wird hingegen eine Turbine mit variabler Geometrie eingesetzt, 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.
Vorteilhaft sind sowohl Ausführungsformen, bei denen die Turbine eine Axialturbine ist, als auch Ausführungsformen, bei denen die Turbine eine Radialturbine ist.
Die Turbine kann auch eine zweiflutige Turbine sein. Eine zweiflutige Turbine weist einen Eintrittsbereich mit zwei Eintrittskanälen auf, wobei zwei Abgasleitungen mit der zweiflutigen Turbine in der Art verbunden werden, dass jeweils eine Abgasleitung in einen Eintrittskanal mündet.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine einer vorstehend genannten Art zeichnet sich dadurch, dass

– flüssiges Kühlmittel mittels Dosiereinrichtung in den Hohlraum eingebracht wird,
– das eingebrachte Kühlmittel verdampft wird, wodurch dem Turbinengehäuse Wärme entzogen wird, und
– das verdampfte Kühlmittel via Abführleitung abgeführt wird.

Entsprechend den verschiedenen Ausführungsformen der Brennkraftmaschine ergeben sich unterschiedliche Verfahrensvarianten. Für die jeweilige Verfahrensvariante gilt das für die dazugehörige Brennkraftmaschine Gesagte, weshalb Bezug genommen wird auf die hinsichtlich der Brennkraftmaschine gemachten Ausführungen.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen die Enthalpie des verdampften Kühlmittels mittels einer in der Abführleitung vorgesehenen Vorrichtung genutzt wird. Die im Rahmen der Kühlung entzogene Wärme wird gewissermaßen als Temperatur- und Druckerhöhung im Kühlmittel gespeichert. Die Vorrichtung dient der Rückgewinnung dieser in das Kühlmittel eingetragenen Energie.
Vorteilhaft ist es, das flüssige Kühlmittel durch Einspritzen in den Hohlraum einzubringen und/oder ein Kühlmittel zu verwenden, das sich durch eine hohe Verdampfungsenthalpie auszeichnet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 3 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch eine erste Ausführungsform der Brennkraflmaschine,
2 schematisch eine zweite Ausführungsform der Brennkraftmaschine, und
3 schematisch eine dritte Ausführungsform der Brennkraftmaschine.
1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform handelt sich um einen Drei-Zylinder-Reihenmotor 1, bei dem die drei Zylinder 3 entlang der Längsachse des Zylinderkopfes 2, d. h. in Reihe, angeordnet sind. Zum Abführen der heißen Verbrennungsgase ist eine Abgasleitung 5 und zur Versorgung der Zylinder 3 mit Frischluft bzw. Frischgemisch eine Ansaugleitung 4 vorgesehen.
Die Brennkraftmaschine 1 ist zum Zwecke der Aufladung mit einem Abgasturbolader 6 ausgestattet, wobei in der Abgasleitung 5 eine Turbine 6a und in der Ansaugleitung 4 ein Verdichter 6b angeordnet sind. Die den Zylindern 3 zugeführte Frischluft wird im Verdichter 6b komprimiert, wozu die Enthalpie des Abgasstroms in der Turbine 6a genutzt wird. Die Aufladung erhöht die thermische Belastung der Brennkraftmaschine 1.
Stromabwärts des Verdichters 6b ist ein Ladeluftkühler 7 in der Ansaugleitung 4 angeordnet, um die Temperatur der komprimierten Ladeluft zu senken. Auf diese Weise wird die Dichte der Luft gesteigert, wodurch eine bessere Füllung der Zylinder 3 realisiert wird.
Die Turbine 6a des Abgasturboladers 6 verfügt über ein Turbinengehäuse 8, das zur Ausbildung einer Kühlung 9 mit einem kühlmittelmantelähnlichen Hohlraum ausgestattet ist (durch Schlangenlinien versinnbildlicht). Die Kühlung 9 dient dem Schutz der Turbine 6a vor Überhitzung und ermöglicht einen weitestgehenden Verzicht auf hochtemperaturfeste Werkstoffe trotz der hohen Abgastemperaturen einer aufgeladenen Brennkraftmaschine 1.
Die Kühlung 9 ist als geschlossener Kühlmittelkreislauf 10 ausgebildet. Um die Turbine 6a zu kühlen, wird mittels Dosiereinrichtung 11 flüssiges Kühlmittel in den Hohlraum, der in dem Gehäuse 8 integriert ist, eingebracht. Das Kühlmittel verdampft und entzieht dem Gehäuse 8 dabei Wärme. Das verdampfte Kühlmittel wird via Abführleitung 12 aus dem Hohlraum abgeführt. Nach einer Verflüssigung wird das Kühlmittel der Dosiereinrichtung 11 via Rückführleitung 13 bereitgestellt und erneut in den Hohlraum eingebracht.
Zur Nutzung der Enthalpie des verdampften Kühlmittels ist in der Abführleitung 12 eine Vorrichtung 14 angeordnet. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist als Vorrichtung 14 zur Nutzung der Kühlmittelenthalpie eine Dampfturbine 17, d. h. eine Expansionsmaschine 15, vorgesehen.
Die Turbine 17 weist infolge der kontinuierlichen Durchströmung einen hohen Wirkungsgrad auf und läßt sich zur Leistungsabgabe in einfacher Weise mit der Kurbelwelle verbinden bzw. mit einem Zugmitteltrieb koppeln (nicht dargestellt).
Stromabwärts der Turbine 17 ist ein Kondensator 18 im Kühlmittelkreislauf 10 vorgesehen, um das Kühlmittel restlos zu verflüssigen. Vorteilhafterweise sollte das verdampfte Kühlmittel die Turbine 17 im Wesentlichen noch dampfförmig verlassen, da das dampfförmige Kühlmittel bei Übergang in den flüssigen Aggregatszustand schlagartig sein Volumen verkleinert, was zu einer Beschädigung der Turbine 17 führen kann.
2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1. Es sollen nur die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 1 und die dazugehörige Beschreibung. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform ist bei der in 2 dargestellten Brennkraftmaschine 1 als Vorrichtung 14 zur Nutzung der Enthalpie des verdampften Kühlmittels eine Kolbenmaschine 16 in der Abführleitung 12 angeordnet.
Wie die Dampfturbine der in 1 dargestellten Ausführungsform ist auch die Kolbenmaschine 16 eine Expansionsmaschine 15, die dem verdampften Kühlmittel die Energie durch eine Druckabsenkung im Rahmen einer Expansion entzieht. Im Gegensatz zu einer Dampfturbine arbeitet die Kolbenmaschine 16 aber intermittierend mit einer oszillierenden Hubbewegung des Kolbens (durch Doppelpfeil kenntlich gemacht).
3 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1. Es sollen nur die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 1 und die dazugehörige Beschreibung. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform ist bei der in 3 dargestellten Brennkraftmaschine 1 als Vorrichtung 14 zur Nutzung der Enthalpie des verdampften Kühlmittels ein Wärmetauscher 19 in der Abführleitung 12 vorgesehen.
Im Gegensatz zu einer Expansionsmaschine nutzt der Wärmetauscher 19 die im verdampften Kühlmittel gebundene Energie durch Wärmeentzug, was zu einer Absenkung der Temperatur des Kühlmittels führt. Die dem Kühlmittel entzogene Wärme kann auf vielfältige Weise genutzt werden, beispielsweise zur Erwärmung des Motoröls nach einem Kaltstart.
Ein Kondensator zur Verflüssigung ist nicht erforderlich, da das Kühlmittel vollständig, d. h. restlos, im Wärmetauscher 19 verflüssigt werden kann.

1: Brennkraftmaschine
2: Zylinderkopf
3: Zylinder
4: Ansaugleitung
5: Abgasleitung
6: Abgasturbolader
6a: Turbine
6b: Verdichter
7: Ladeluftkühler
8: Turbinengehäuse
9: Turbinenkühlung
10: Kühlmittelkreislauf
11: Dosiereinrichtung
12: Abführleitung
13: Rückführleitung
14: Vorrichtung zur Nutzung der Enthalpie des verdampften Kühlmittels
15: Expansionsmaschine
16: Kolbenmaschine
17: Dampfturbine
18: Kondensator
19: Wärmetauscher
kW: Kilowatt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 3948052 [0013]
- EP 1384857 A2 [0014]

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinderkopf (2) und mindestens einer Turbine (6a), bei der – der mindestens eine Zylinderkopf (2) mindestens einen Zylinder (3) umfaßt, wobei jeder Zylinder (3) mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder (3) aufweist und sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung (5) anschließt, und – die mindestens eine ein Turbinengehäuse (8) aufweisende Turbine (6a) zur Nutzung der Abgasenthalpie mit mindestens einer Abgasleitung (5) verbunden ist, wobei das Turbinengehäuse (8) zur Ausbildung einer Kühlung (9) mit einem kühlmittelmantelähnlichen Hohlraum ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Dosiereinrichtung (11) vorgesehen ist, die dem Einbringen von flüssigem Kühlmittel in den Hohlraum zum Zwecke der Verdampfung dient, wobei zur Ausbildung eines Kühlmittelkreislaufs (10) eine Abführleitung (12) zum Abführen des verdampften Kühlmittels aus dem Hohlraum und eine Rückführleitung (13) zur Versorgung der Dosiereinrichtung (11) mit dem erneut verflüssigten Kühlmittel vorgesehen sind.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abführleitung (12) eine Vorrichtung (14) zur Nutzung der Enthalpie des verdampften Kühlmittels vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abführleitung (12) eine Kolbenmaschine (16) als Vorrichtung (14) zur Nutzung der Enthalpie des verdampften Kühlmittels vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abführleitung (12) eine Strömungsmaschine als Vorrichtung (14) zur Nutzung der Enthalpie des verdampften Kühlmittels vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abführleitung (12) als Strömungsmaschine eine Dampfturbine (17) vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abführleitung (12) ein Wärmetauscher (19) als Vorrichtung (14) zur Nutzung der Enthalpie des verdampften Kühlmittels vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf (10) mit einem Kondensator (18) ausgestattet ist, um das Kühlmittel zu verflüssigen.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (11) eine Einspritzvorrichtung umfaßt.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzvorrichtung mindestens eine Einspritzdüse aufweist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (8) zumindest teilweise aus Aluminium gefertigt ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zylinderkopf (2) zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung mindestens einen integrierten Kühlmittelmantel aufweist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitskühlung in Verbindung steht mit dem Kühlmittelkreislauf (10) des Turbinengehäuses (8).