DE202010008725U1

DE202010008725U1 - Internal combustion engine with liquid-cooled turbine

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Publication number: DE202010008725U1
Application number: DE201020008725
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2010-12-09
Anticipated expiration: 2020-10-06

Abstract

Brennkraftmaschine mit mindestens einer flüssigkeitsgekühlten Turbine, bei der die ein Turbinengehäuse aufweisende Turbine zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung mindestens einen im Gehäuse integrierten Kühlmittelmantel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine im Gehäuse integrierte Kühlmittelmantel einem Ölkreislauf angehört.Internal combustion engine having at least one liquid-cooled turbine, wherein the turbine housing having a turbine housing for forming a liquid cooling at least one integrated coolant jacket in the housing, characterized in that the at least one integrated in the housing coolant jacket belongs to an oil circuit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer flüssigkeitsgekühlten Turbine, bei der die ein Turbinengehäuse aufweisende Turbine zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung mindestens einen im Gehäuse integrierten Kühlmittelmantel aufweist.The The invention relates to an internal combustion engine having at least one liquid-cooled turbine, in which the one Turbine housing having turbine to form a Liquid cooling at least one in the housing having integrated coolant jacket.

Brennkraftmaschinen werden häufig mit einer Turbine oder mehreren Turbinen ausgestattet. Die Gründe hierfür können unterschiedlich sein. In der Regel soll die Abgasenthalpie der heißen Abgase mittels Turbine im Rahmen einer Abgasturboaufladung zur einlaßseitigen Verdichtung der Ladeluft genutzt werden. Eine derartige Brennkraftmaschine offenbart beispielsweise die EP 1 640 596 B1 , bei der eine zweistufige Verdichtung der Ladeluft mittels zweier in Reihe angeordneter Abgasturbolader durchführbar ist oder in Abhängigkeit von der Abgasmenge auch eine einstufige Verdichtung mit einem der beiden, unterschiedlich groß dimensionierten Lader.Internal combustion engines are often equipped with a turbine or multiple turbines. The reasons for this can vary. In general, the exhaust enthalpy of the hot exhaust gases to be used by turbine in the context of an exhaust gas turbocharger for intake side compression of the charge air. Such an internal combustion engine discloses, for example, the EP 1 640 596 B1 in which a two-stage compression of the charge air by means of two exhaust gas turbochargers arranged in series is feasible or depending on the amount of exhaust gas and a single-stage compression with one of the two, different sized loaders.

Stromabwärts der mindestens einen Turbine werden die Abgase dann gegebenenfalls durch ein oder mehrere Abgasnachbehandlungssysteme hindurchgeführt.downstream the at least one turbine, the exhaust gases then optionally passed through one or more exhaust aftertreatment systems.

Die Herstellungskosten für die Turbine sind vergleichsweise hoch, da der für das thermisch hochbelastete Turbinengehäuse verwendete – häufig nickelhaltige – Werkstoff kostenintensiv ist, insbesondere im Vergleich zu dem für den Zylinderkopf vorzugsweise verwendeten Werkstoff; beispielweise Aluminium. Nicht nur die Werkstoffkosten als solche, sondern auch die Kosten für die Bearbeitung dieser für das Turbinengehäuse verwendeten Werkstoffe sind hoch.The Manufacturing costs for the turbine are comparatively high, because of the thermally highly stressed turbine housing used - often nickel-containing - material is expensive, especially in comparison to that for the cylinder head preferably used material; for example aluminum. Not only the material costs as such, but also the costs for machining this for the turbine housing used materials are high.

Im Hinblick auf die Kosten wäre es daher überaus vorteilhaft, wenn die Turbine 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 eine motornahe Anordnung der Turbine, welche grundsätzlich angestrebt wird, 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 thermisch hochbelastbaren Werkstoff fällt daher bei einer motornah angeordneten Turbine aufgrund des vergleichsweise hohen Materialeinsatz besonders deutlich aus.in the In terms of cost, it would therefore be excessive advantageous if the turbine from a less expensive Material, such as aluminum, could be made. The use of aluminum would also be with regard to the weight of the turbine advantageous. Especially when considered is that a close-coupled arrangement of the turbine, which basically is sought, to a relatively large-scale, voluminous housing leads, because the connection requires turbine and cylinder head by means of flange and screws due the cramped space conditions a large turbine inlet area, also because sufficient space must be provided for the assembly tools. The voluminous housing brings a corresponding high weight with it. The weight advantage of aluminum over a thermally highly resilient material is therefore included a close-coupled turbine due to the comparatively high Material use particularly clear.

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.Around less expensive materials for the production To use the turbine, the turbine is after the prior art with a cooling, for example equipped with a liquid cooling, which the thermal load of the turbine or the turbine housing greatly reduced by the hot exhaust gases and thus the Use of thermally less resilient materials allows.

In der Regel wird das Turbinengehäuse zur Ausbildung der Kühlung mit mindestens 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 Typically, the turbine housing to form the cooling provided with at least one coolant jacket. From the Prior art both concepts are known in which the housing is a casting and the coolant jacket in the context of Casting as an integral part of a monolithic Housing is formed, as well as concepts in which the housing is modular, being used in the context of Assembling a cavity is formed, serving as a coolant jacket serves.

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, weshalb es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Gehäuse der Turbine angesehen wird.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 enclosure expanded by the casing then comprises the coolant jacket, which is why it is also considered in the context of the present invention as a housing of the turbine.

Die EP 1 384 857 A2 offenbart ebenfalls eine Turbine, deren Gehäuse mit einem Kühlmittelmantel ausgestattet ist, welcher mit Seewasser beaufschlagt wird. Bei dem Turbinengehäuse handelt es sich um ein einstückig ausgebildetes Gussteil.The EP 1 384 857 A2 also discloses a turbine whose housing is equipped with a coolant jacket which is exposed to seawater. The turbine housing is an integrally formed casting.

Aufgrund der hohen spezifischen Wärmekapazität des üblicherweise als Kühlmittel 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. Dem Kühlmittel wird die Wärme anschließend in einem Wärmetauscher wieder entzogen.by virtue of the high specific heat capacity of the usual used as a coolant water can the Housing by means of liquid cooling large Heat quantities are withdrawn. The heat is in the Inside the housing delivered to the coolant and removed with the coolant. The coolant The heat is then transferred to a heat exchanger withdrawn again.

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.in principle there is a possibility of liquid cooling to equip the turbine with a separate heat exchanger or else - with a liquid-cooled Internal combustion engine the heat exchanger of engine cooling, d. H. the heat exchanger of another liquid cooling, to use for this. The latter only requires appropriate connections both circuits.

Die Ausstattung der Turbinen mit einer Flüssigkeitskühlung ermöglicht es, die Gehäuse aus weniger wärmebeständigen Werkstoffen zu fertigen, beispielweise niedrig legierten Stählen, Grauguß, Aluminium. Andererseits kann dabei die im Turbinengehäuse vom Kühlmittel aufgenommene Wärmemenge 40 kW und mehr betragen. Dem Kühlmittel eine derart hohe Wärmemenge wieder in einem Wärmetauscher zu entziehen und mittels Luftströmung an die Umgebung abzuführen, erweist sich als problematisch.The Equipment of turbines with liquid cooling allows the housing to be less heat resistant To produce materials, such as low alloy steels, Gray cast iron, aluminum. On the other hand, in the turbine housing absorbed by the coolant amount of heat 40 kW and be more. The coolant such a large amount of heat to withdraw again in a heat exchanger and by means of Air flow to dissipate the environment proves to be problematic.

Moderne Kraftfahrzeugantriebe werden zwar mit leistungsstarken Lüftermotoren ausgestattet, um an den Wärmetauschern den für einen ausreichend hohen Wärmeübergang erforderlichen Luftmassenstrom bereitzustellen. 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, in dem die verschiedenen Wärmetauscher in der Regel angeordnet werden, begrenzt ist.modern Motor vehicle drives are indeed with powerful fan motors equipped to the heat exchangers for a sufficiently high heat transfer required To provide air mass flow. But another, for the heat transfer of relevant parameters, namely the heat transfer provided surface, can not run arbitrarily large or enlarged because of the space available in the front end area of the vehicle, in which the different heat exchangers are usually arranged, is limited.

Moderne Kraftfahrzeuge verfügen häufig – neben dem Wärmetauscher der Motorkühlung – über weitere Wärmetauscher, insbesondere Kühlvorrichtungen.modern Motor vehicles often have - in addition the heat exchanger of the engine cooling - over more Heat exchangers, in particular cooling devices.

Auf der Ansaugseite einer aufgeladenen Brennkraftmaschine wird häufig ein Ladeluftkühler angeordnet, um zu einer besseren Füllung der Zylinder beizutragen. 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 wird. Moderne Brennkraftmaschinen werden darüber hinaus zunehmend mit einer Abgasrückführung ausgestattet. Die Abgasrückführung ist eine Maßnahme, der Bildung von Stickoxiden entgegen zu wirken. Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, sind hohe Abgasrückführraten erforderlich, die eine Kühlung des rückzuführenden Abgases, d. h. eine Verdichtung des Abgases durch Kühlung, verlangen. 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.On The intake side of a supercharged internal combustion engine becomes frequent a charge air cooler arranged to give a better filling to contribute to the cylinder. To maintain a maximum permissible oil temperature the heat release is sufficient over the oil sump due to heat conduction and natural convection often no longer, so in an individual case, an oil cooler is provided. Modern internal combustion engines are about it also increasingly equipped with an exhaust gas recirculation. Exhaust gas recirculation is a measure counteract the formation of nitrogen oxides. To a significant reduction To achieve the nitrogen oxide emissions are high exhaust gas recirculation rates required, the cooling of the recirculating Exhaust gas, d. H. a compression of the exhaust gas by cooling, desire. Other coolers can be provided for example, for cooling the transmission oil Automatic transmissions and / or for cooling hydraulic fluids, in particular of hydraulic oil, which in the context of hydraulic operable adjusting devices or for steering assistance is used. The air condenser of an air conditioner is also a heat exchanger that generates heat during operation has to give to the environment, so a sufficiently high air flow needed and therefore is to be arranged in the front-end area.

Aufgrund der sehr beengten Platzverhältnisse im Front-End-Bereich und der Vielzahl an Wärmetauschern, können die einzelnen Wärmetauscher nicht bedarfsgerecht dimensioniert werden.by virtue of the very cramped space in the front-end area and the variety of heat exchangers, the individual heat exchanger not dimensioned according to need become.

Die Möglichkeit einen ausreichend großen Wärmetauscher für die Flüssigkeitskühlung der Turbine im Front-End-Bereich vorzusehen, um die bei Verwendung thermisch wenig belastbarer Materialien großen Wärmemengen auch abführen zu können, ist in der Praxis nicht gegeben.The Possibility a sufficiently large heat exchanger for the liquid cooling of the turbine Provide in the front-end area to thermal when using less resilient materials large amounts of heat to be able to pay, is not in practice given.

Bei der konstruktiven Auslegung einer flüssigkeitsgekühlten Turbine ist daher ein Kompromiß zwischen Kühlleistung und Werkstoff erforderlich, d. h. einzugehen.at the structural design of a liquid-cooled Turbine is therefore a compromise between cooling performance and material required, d. H. enter into.

Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlter Turbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich der Turbine optimiert ist.In front In the background of the above, it is the task of the present Invention, an internal combustion engine with liquid-cooled Turbine according to the preamble of claim 1 to provide optimized with respect to the turbine.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer flüssigkeitsgekühlten Turbine, bei der die ein Turbinengehäuse aufweisende Turbine zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung mindestens einen im Gehäuse integrierten Kühlmittelmantel aufweist und die dadurch gekennzeichnet ist, dass der mindestens eine im Gehäuse integrierte Kühlmittelmantel einem Ölkreislauf angehört, so dass der mindestens eine Kühlmittelmantel mit im Ölkreislauf zirkulierenden Öl beaufschlagt ist.Solved This task is performed by an internal combustion engine with at least a liquid-cooled turbine, in which the a turbine housing having turbine for training a liquid cooling at least one in Has housing integrated coolant jacket and which is characterized in that the at least one in Housing integrated coolant jacket an oil circuit belongs, so that the at least one coolant jacket with in the oil circuit circulating oil acted upon is.

Erfindungsgemäß wird als Kühlmittel nicht Wasser, sondern Öl eingesetzt. Dies hat gleich mehrere Vorteile.According to the invention used as a coolant not water, but oil. This has several advantages.

Die Ausstattung der Turbine mit einer Flüssigkeitskühlung ermöglicht den Einsatz von thermisch weniger belastbaren Werkstoffen für die Fertigung des Gehäuses, beispielweise den Einsatz von niedrig legierten Stählen, Grauguß oder Aluminium.The Equipment of the turbine with liquid cooling allows the use of less thermally stable Materials for the production of the housing, for example the use of low alloy steels, gray cast iron or Aluminum.

Insbesondere aber läßt sich der Wärmeeintrag in das Kühlmittel durch die Verwendung von Öl als Kühlmittel begrenzen und im Vergleich zu dem Kühlmittel Wasser deutlich vermindern, so dass der aus dem Stand der Technik bekannte Konflikt, welcher sich aus der Verwendung von Wasser als Kühlmittel ergibt und darin besteht, sehr große Wärmemengen prozeßtechnisch bewältigen, d. h. dem als Kühlmittel dienenden Wasser wieder entziehen zu müssen, entfällt.Especially but can the heat input into the Coolant through the use of oil as a coolant limit and compared to the coolant water significantly so that the conflict known from the prior art, which results from the use of water as a coolant results in and consists of very large amounts of heat process-technically cope, d. H. as a coolant it is no longer necessary to remove the serving water.

Dass sich die in das Kühlmittel eingebrachte Wärmemenge durch die Verwendung von Öl als Kühlmittel vermindern läßt, ist unter anderem auf die stofflichen Eigenschaften von Öl zurück zu führen.That the amount of heat introduced into the coolant reduce by using oil as a coolant is, among other things, on the material properties to lead back from oil.

Mit der Nusselt-Zahl, einer dimensionslosen Kennzahl aus der Ähnlichkeitstheorie, kann die Wärmeübertragung an ein strömendes Fluid beschrieben werden, beispielsweise auch der Wärmeeintrag in das Kühlmittel bei Durchströmen des Turbinengehäuses. Die Nusselt-Zahl ist eine stoffabhängige und damit fluidspezifische Kennzahl. Sie ist proportional zum Wärmeübergangskoeffizienten α bei Wärmeübertragung infolge Konvektion und damit ein Maß für die Qualität, d. h. die Größe des Wärmeeintrags.With the Nusselt number, a dimensionless number from the similarity theory, the heat meübertragung to a flowing fluid will be described, for example, the heat input into the coolant when flowing through the turbine housing. The Nusselt number is a substance-dependent and therefore fluid-specific indicator. It is proportional to the heat transfer coefficient α at heat transfer due to convection and thus a measure of the quality, ie the size of the heat input.

Die Nusselt-Zahl von Wasser beträgt ein Vielfaches der Nusselt-Zahl von Öl, weshalb der Wärmeeintrag infolge Konvektion bei Verwendung von Wasser als Kühlmittel und ansonsten gleichen Randbedingungen deutlich höher ausfällt als wenn zur Kühlung Öl eingesetzt wird. Im Rahmen der Figurenbeschreibung werden die Unterschiede anhand eines konkreten Beispiels näher erläutert.The Nusselt number of water is a multiple of the Nusselt number of oil, which is why the heat input due to convection when using water as a coolant and otherwise same boundary conditions significantly higher as if oil is used for cooling. As part of The figure description, the differences are based on a concrete Example explained in more detail.

Das Gehäuse der Turbine läßt sich aufgrund der vorgesehenen Flüssigkeitskühlung aus kostengünstigen Werkstoffen fertigen, ohne dass übermäßig große Wärmemengen abzuführen sind, da der Wärmeübergang im Gehäuse durch die erfindungsgemäße Verwendung von Öl gezielt herabgesetzt wird.The Housing of the turbine can be due to the provided liquid cooling from inexpensive Finished materials without being overly large amounts of heat are dissipate because the heat transfer in the housing through the targeted use of oil according to the invention is lowered.

Einerseits ermöglicht die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine den Verzicht auf thermisch hochbelastbare, insbesondere nickelhaltige, Werkstoffe zur Herstellung des Turbinengehäuses, da die Turbine auch erfindungsgemäß mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet ist. Andererseits ist die Kühlleistung, d. h. der Wärmeeintrag in das Kühlmittel, durch die Verwendung von Öl derart verringert, dass die abzuführenden Wärmemengen prozeßtechnisch kein Problem darstellen.On the one hand allows the internal combustion engine according to the invention the abandonment of thermally highly resilient, especially nickel-containing, Materials for the manufacture of the turbine housing, as the turbine also according to the invention with a liquid cooling Is provided. On the other hand, the cooling capacity, i. H. the heat input into the coolant through which Use of oil is reduced so that the discharged Amount of heat process technically pose no problem.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine macht den Einsatz kostenintensiver Werkstoffe entbehrlich, ohne dass übermäßig große Wärmemengen im Zusammenhang mit der Kühlung der Turbine abzuführen sind.The inventive internal combustion engine makes the Use of costly materials dispensable without being overly large amounts of heat in connection with the cooling are to dissipate the turbine.

Damit wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlter Turbine bereitzustellen, die hinsichtlich der Turbine optimiert ist.In order to the problem underlying the invention is solved, namely an internal combustion engine with liquid-cooled To provide turbine optimized with respect to the turbine is.

Die erfindungsgemäße Ölkühlung ist von der Ölversorgung, welche der Schmierung der Turbinenwelle bzw. der Wellenlager mit Öl dient, zu unterscheiden. Prinzipbedingt kühlt auch diese Ölversorgung Teile der Turbine bzw. des Turbinengehäuses. Die Ölversorgung der Turbinenwelle als solche verfügt aber über keinen Kühlmittelmantel, was die erfindungsgemäße Ölkühlung von der Ölversorgung deutlich unterscheidet.The oil cooling according to the invention from the oil supply, which is the lubrication of the turbine shaft or the shaft bearing with oil serves to distinguish. Due to the principle Also cools this oil supply parts of the turbine or of the turbine housing. The oil supply of Turbine shaft as such but has none Coolant jacket, which is the oil cooling of the invention clearly different from the oil supply.

Die in das Kühlmittel eingetragene Wärmemenge läßt sich durch die Verwendung von Öl deutlich reduzieren und zwar nicht nur aufgrund der in Zusammenhang mit der Nusselt-Zahl beschriebenen Effekte. Zusätzlich ist zu berücksichtigen, dass Öl sich deutlich stärker erhitzen läßt als Wasser, das – Atmosphärendruck vorausgesetzt – bei 100°C verdampft. Der Wärmeübergang im Gehäuse läßt sich folglich auch weiter dadurch verringern, dass die Temperaturdifferenz zwischen Gehäuse und Kühlmittel, d. h. Öl, durch Aufheizung des Öls herabgesetzt wird. Öl läßt sich im Einzelfall auf 200°C und mehr erhitzen.The allowed in the coolant heat Significantly reduce by the use of oil and not only because of the Nusselt number described effects. In addition, it should be noted that oil can be heated much more as water, which - assuming atmospheric pressure - at 100 ° C evaporated. The heat transfer in the Housing can therefore continue on thereby reduce the temperature difference between housing and coolant, d. H. Oil, by heating the oil is lowered. Oil can be in an individual case to 200 ° C and more.

Die Turbine kann in Radialbauweise oder in Axialbauweise ausgeführt sein, d. h. die Anströmung der Laufschaufeln erfolgt im Wesentlichen radial oder axial. 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. Ist die Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung größer, liegt eine Turbine in Axialbauweise vor.The Turbine can be made in radial or axial design be, d. H. the flow of the blades takes place in Essentially radial or axial. Essentially radial means doing that, the velocity component in the radial direction is greater than the axial velocity component. The velocity vector of the flow cuts the shaft or axis of the turbine and that at a right angle, if the Flow is exactly radial. Is the velocity component in axial direction larger, is a turbine in Axial construction before.

Um die Laufschaufeln radial anströmen zu können, ist es vorteilhaft, den Eintrittsbereich der Turbine zur Zuführung des Abgases als rundum verlaufendes Spiral- oder Schneckengehäuse auszubilden, so dass die Zuströmung des Abgases zur Turbine im Wesentlichen radial erfolgt.Around to be able to flow the blades radially, it is advantageous to the inlet region of the turbine for feeding the exhaust gas as a spiral or screw casing running all around form so that the inflow of the exhaust gas to the turbine essentially radially.

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 bewegliche 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 be a further adaptation to the respective operating point of the Internal combustion engine by adjusting the turbine geometry or the allowed effective turbine cross-section. Here are in the entry area the turbine movable guide vanes for influencing the flow direction arranged. In contrast to the blades 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. 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.has the turbine over a fixed immutable geometry, the vanes are not only stationary, but also completely immovable arranged in the entrance area, d. H. rigidly fixed. In contrast, a turbine with variable geometry used, the guide vanes are indeed stationary, but not completely immobile, but rotatable about its axis, so that influence on the flow of the blades can be.

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

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zur Ausbildung des Ölkreislaufs eine Abführleitung zum Abführen von Öl aus dem mindestens einen Kühlmittelmantel und eine Zuführleitung zur Versorgung des mindestens einen Kühlmittelmantels mit Öl vorgesehen sind.Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which for the formation of the oil circuit, a discharge line for discharging oil from the at least one coolant jacket and a supply line for supplying the at least one coolant jacket are provided with oil.

Vorteilhaft sind weiterhin Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen im Ölkreislauf eine Pumpe zur Förderung des Öls und ein Wärmetauscher vorgesehen sind. Die Pumpe gestattet die Steuerung, d. h. die Festlegung der Durchflußmenge durch das Gehäuse und damit eine weitere Einflußnahme auf die Kühlung des Gehäuses und den Wärmeeintrag in das als Kühlmittel dienende Öl.Advantageous are furthermore embodiments of the internal combustion engine, where in the oil circuit a pump to promote of the oil and a heat exchanger are provided. The pump allows the control, d. H. the determination of the flow rate through the housing and thus a further influence on the cooling of the housing and the heat input in the serving as a coolant oil.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen ein mindestens einen Verbraucher mit Öl versorgendes Ölversorgungssystem vorgesehen ist, insbesondere zur Schmierung von sich bewegenden Bauteilen der Brennkraftmaschine. Das Öl dient im Rahmen einer Schmierung dazu, den Anteil der Festkörperreibung zu reduzieren und im günstigsten Fall darüber hinaus nicht nur eine Mischreibung, sondern eine Flüssigkeitsreibung zwischen relativ sich zueinander bewegenden Bauteilen zu realisieren. Dies dient in erster Linie der Haltbarkeit der Bauteile, aber auch der Reduzierung der Reibleistung.Advantageous are embodiments of the internal combustion engine, in which an oil supply system supplying at least one consumer with oil is provided, in particular for the lubrication of moving Components of the internal combustion engine. The oil serves in the frame lubrication, the proportion of solid friction to reduce and in the best case about it Not only a mixed friction, but a fluid friction to realize between relative to each other moving components. This is primarily the durability of the components, but also the reduction of the frictional loss.

Ein Verbraucher im vorstehend genannten Sinn ist die Kurbelwelle, deren Lager mit Schmieröl zu versorgen sind. Zur Aufnahme und Lagerung der Kurbelwelle sind mindestens zwei Lager im Kurbelgehäuse vorgesehen, welche in der Regel zweiteilig ausgeführt sind und jeweils einen Lagersattel und einen mit dem Lagersattel verbindbaren Lagerdeckel umfassen. Die Kurbelwelle wird im Bereich der Kurbelwellenzapfen, die entlang der Kurbelwellenachse beabstandet zueinander angeordnet und in der Regel als verdickte Wellenabsätze ausgebildet sind, gelagert. Dabei können Lagerdeckel und Lagersättel als separate Bauteile oder einteilig mit dem Kurbelgehäuse, d. h. mit den Kurbelgehäusehälften ausgebildet werden. Zwischen der Kurbelwelle und den Lager können Lagerschalen als Zwischenelemente angeordnet werden.One Consumer in the above sense is the crankshaft whose Bearings are to be supplied with lubricating oil. For recording and Crankshaft bearings are at least two bearings in the crankcase provided, which are usually made in two parts and a respective bearing saddle and one connectable with the bearing saddle Include bearing caps. The crankshaft is in the range of crankshaft journals, spaced apart along the crankshaft axis and usually designed as a thickened shaft heels are stored. It can Lagerdeckel and bearing saddles as separate components or in one piece with the crankcase, d. H. formed with the crankcase halves become. Between the crankshaft and the bearings can shells be arranged as intermediate elements.

Im montierten Zustand ist jeder Lagersattel mit dem korrespondierenden Lagerdeckel verbunden. Jeweils ein Lagersattel und ein Lagerdeckel bilden – gegebenenfalls im Zusammenwirken mit Lagerschalen als Zwischenelemente – eine Bohrung zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens. Die Bohrungen werden üblicherweise mit Motoröl, d. h. Schmieröl versorgt, so dass sich idealerweise zwischen der Innenfläche jeder Bohrung und dem dazugehörigen Kurbelwellenzapfen bei umlaufender Kurbelwelle – ähnlich einem Gleitlager – ein tragfähiger Schmierfilm ausbildet.in the assembled state, each bearing saddle is with the corresponding Bearing cover connected. In each case a bearing saddle and a bearing cap form - optionally in conjunction with bearing shells as intermediate elements - a bore for receiving a Crankshaft journal. The holes are usually with engine oil, d. H. Lubricating oil supplied, so that ideally between the inner surface of each hole and the associated crankshaft journal with circumferential Crankshaft - similar to a plain bearing - a forms a viable lubricating film.

Zur Versorgung der Lager mit Öl ist entsprechend der in Rede stehenden Ausführungsform ein Ölversorgungssystem vorgesehen.to Supply of bearings with oil is in accordance with the in question standing embodiment, an oil supply system intended.

Einen weiteren Verbraucher, der via Ölversorgung mit Öl zu versorgen ist, kann eine Nockenwelle bilden, welche in der Regel in einer zweiteiligen sogenannten Nockenwellenaufnahme gelagert ist. Die bereits hinsichtlich der Kurbelwellenlagerung gemachten Ausführungen gelten in analoger Weise. Auch die Nockenwellenaufnahme wird üblicherweise mit Schmieröl versorgt. Hierzu kann ein Versorgungskanal vorgesehen werden, der beispielsweise von der Kurbelwellenaufnahme bis hin zur stromabwärts gelegenen Nockenwellenaufnahme führt. Alternativ kann eine Versorgungsleitung vorgesehen werden, die von einer in der Ölversorgung vorgesehenen Pumpe direkt zu Nockenwellenaufnahme führt.a another consumer, via oil supply with oil to supply, can form a camshaft, which is usually stored in a two-piece so-called camshaft mount is. The already made with regard to the crankshaft bearing Designs apply analogously. Also the camshaft holder is usually supplied with lubricating oil. For this a supply channel may be provided, for example by the crankshaft intake to the downstream Camshaft holder leads. Alternatively, a supply line provided by a pump provided in the oil supply leads directly to camshaft holder.

Die Kurbelwelle und die Nockenwelle bzw. die dazugehörigen Lager, d. h. Aufnahmen, werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Verbraucher bezeichnet, da diese zur Erfüllung und Aufrechterhaltung ihrer Funktion Motoröl verbrauchen bzw. brauchen, d. h. mit Motoröl versorgt werden müssen.The Crankshaft and the camshaft or the associated Warehouse, d. H. Shots are within the scope of the present invention referred to as consumers, as these are to fulfill and Maintain or use engine oil to maintain its function d. H. must be supplied with engine oil.

Weitere Verbraucher können beispielsweise die Lager einer Pleuelstange oder einer gegebenenfalls vorgesehenen Ausgleichswelle sein. Ebenfalls Verbraucher im vorgenannten Sinne ist aber auch eine Spritzölkühlung, welche den Kolbenboden zwecks Kühlung mittels Düsen von unten, d. h. kurbelgehäuseseitig, mit Motoröl benetzt und somit Öl braucht, d. h. mit Öl versorgt werden muß.Further Consumers can, for example, the bearings of a connecting rod or an optionally provided balancing shaft. Also consumers but in the aforementioned sense is also a spray oil cooling, which the piston crown for the purpose of cooling by means of nozzles from below, d. H. crankcase side, with engine oil wets and thus needs oil, d. H. supplied with oil must become.

Ein hydraulisch betätigbarer Nockenwellenversteller oder andere Ventiltriebsbauteile, beispielsweise zum hydraulischen Ventilspielausgleich, haben ebenfalls einen Bedarf an Motoröl und bedürfen einer Ölversorgung und sind damit Verbraucher im vorliegenden Sinn.One hydraulically actuated camshaft adjuster or others Valve train components, for example for hydraulic valve clearance compensation, also have a need for engine oil and require an oil supply and are thus consumers in the present Sense.

Kein Verbraucher im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein in der Versorgungsleitung angeordneter Ölfilter oder ein gegebenenfalls vorgesehener Ölkühler, sowie eine zur Ölförderung vorgesehene Pumpe. Zwar werden auch diese Komponenten des Ölkreislaufs der Ölversorgung mit Motoröl versorgt. Prinzipbedingt bringt aber ein Ölkreislauf die Verwendung dieser Komponenten mit sich, die ausschließlich Aufgaben, d. h. Funktionen haben, welche das Öl als solches betreffen, wohingegen ein Verbraucher erst den Ölkreislauf notwendig macht.No Consumer in the context of the present invention is a in the supply line arranged oil filter or an optionally provided oil cooler, and a planned for oil extraction pump. Although these components of the oil circuit of the oil supply supplied with engine oil. Due to the principle but brings an oil cycle the use of these components, which are exclusive Tasks, d. H. Have functions that the oil as such whereas a consumer first considers the oil cycle necessary.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Ölversorgungssystem mit dem mindestens einen im Gehäuse integrierten Kühlmittelmantel verbunden ist.Advantageous are embodiments of the internal combustion engine, in which the oil supply system with the at least one in the housing integrated coolant jacket is connected.

Die Reibung in den via Ölversorgungssystem mit Öl versorgten Verbrauchern, beispielsweise den Lager der Kurbelwelle, die maßgeblich von der Viskosität und damit von der Temperatur des bereitgestellten Öls abhängt, trägt zum Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine bei.The friction in the via oil supply system supplied with oil consumers, such as the bearing of the crankshaft, which is largely determined by the Viscosity and thus depends on the temperature of the oil provided, contributes to the fuel consumption of the internal combustion engine.

Grundsätzlich ist man bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, weshalb auch eine Reduzierung der Reibleistung angestrebt wird. Ein verminderter Kraftstoffverbrauch trägt zudem auch zu einer Reduzierung der Schadstoffemissionen bei.in principle is an effort to minimize fuel consumption, which is why a reduction in the frictional loss is also sought. A reduced fuel consumption also contributes to a reduction of pollutant emissions.

Ist das Ölversorgungssystem mit dem mindestens einen im Gehäuse integrierten Kühlmittelmantel verbunden, dient das Motoröl gleichzeitig als Kühlmittel für die Turbine. Das Öl erfährt beim Durchströmen des Gehäuses eine Temperaturerhöhung. Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang, dass die Turbine thermisch hoch belastet ist, insbesondere im Vergleich zum Zylinderkopf bzw. Kurbelgehäuse thermisch höher belastet ist, so dass die Erwärmung des Öls, d. h. der Anstieg der Öltemperatur beim Durchströmen des Turbinengehäuses deutlicher ausfällt als bei einem Durchströmen des Zylinderkopfes bzw. des Kurbelgehäuses.is the oil supply system with the at least one in the housing integrated coolant jacket, the engine oil is used at the same time as a coolant for the turbine. The oil experiences when flowing through the housing a temperature increase. To take into account in this context, that the turbine is thermally highly loaded is, in particular compared to the cylinder head or crankcase thermally loaded higher, so that the heating of the oil, d. H. the increase in oil temperature at Flow through the turbine housing precipitates more clearly as in a flow through the cylinder head and the Crankcase.

Dadurch werden eine zügige Erwärmung des Motoröls und eine schnelle Aufheizung der Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem Kaltstart, sichergestellt. Die vergleichsweise schnelle Erwärmung des Motoröls während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine sorgt für eine entsprechend schnelle Abnahme der Viskosität und damit für eine Verringerung der Reibung bzw. Reibleistung, insbesondere in den mit Öl versorgten Lager.Thereby be a rapid warming of the engine oil and a rapid heating of the internal combustion engine, in particular after a cold start, ensured. The comparatively fast Heating the engine oil during the warm - up phase of the engine Internal combustion engine ensures a correspondingly fast Decrease in viscosity and thus for a reduction the friction or friction, especially in the oil furnished warehouse.

Die in Rede stehende Ausführungsform hat weitere Vorteile. Dadurch, dass das Ölversorgungssystem der Brennkraftmaschine mit dem mindestens einen im Turbinengehäuse integrierten Kühlmittelmantel verbunden ist, bildet die Ölversorgung den für die Kühlung des Gehäuses erforderlichen und vorgesehenen Ölkreislauf mit aus, so dass die übrigen zur Ausbildung eines Kühlkreislaufes erforderlichen Bauteile und Aggregate grundsätzlich nur in einfacher Ausfertigung vorgesehen werden müssen und sowohl für den Kühlkreislauf der Turbine als auch für die Ölversorgung verwendet werden können, was zu Synergien und erheblichen Kosteneinsparungen führt, aber auch eine Gewichtsersparnis mit sich bringt. So muß nur eine Pumpe zur Förderung des als Kühlmittel dienenden Öls und ein Behältnis zur Bevorratung des Öls vorgesehen werden. Die im Gehäuse und in der Brennkraftmaschine an das Öl abgegebene Wärme kann in einem gemeinsamen Wärmetauscher abgeführt werden, falls dies überhaupt erforderlich ist.The this embodiment has further advantages. In that the oil supply system of the internal combustion engine with the at least one integrated in the turbine housing Coolant jacket is connected, forms the oil supply required for the cooling of the housing and provided with oil circulation, leaving the rest required for the formation of a cooling circuit components and aggregates basically only in a single copy must be provided and both for the cooling circuit the turbine as well as used for the oil supply can lead to synergies and significant cost savings leads, but also brings a weight savings. So only one pump has to be used as coolant serving oil and a container for storing the oil be provided. The in the case and in the internal combustion engine Heat given off to the oil can in a common Heat exchangers are discharged, if any is required.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine mit

– mindestens einem Zylinderkopf,
– mindestens einem mit dem mindestens einen Zylinderkopf verbundenen und als obere Kurbelgehäusehälfte dienenden Zylinderblock, der mit einer als untere Kurbelgehäusehälfte dienenden Ölwanne, die dem Sammeln und Bevorraten von Motoröl dient, auf der dem Zylinderkopf abgewandten Seite verbunden ist, und
– einer Pumpe zur Förderung des Motoröls via Versorgungsleitung zu dem mindestens einen Verbraucher innerhalb des Ölversorgungssystems.

Embodiments of the internal combustion engine are advantageous with

At least one cylinder head,
- At least one connected to the at least one cylinder head and serving as the upper crankcase half cylinder block, which is connected to a serving as a lower crankcase oil pan, which serves for the collection and storage of engine oil, on the side facing away from the cylinder head, and
- A pump for conveying the engine oil via supply line to the at least one consumer within the oil supply system.

Brennkraftmaschinen verfügen über mindestens einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der einzelnen Zylinder, d. h. Brennräume, miteinander verbunden sind.Internal combustion engines have at least one cylinder block and at least one cylinder head leading to the formation of the individual Cylinder, d. H. Combustion chambers, are interconnected.

Der Zylinderblock weist zur Aufnahme der Kolben und der Zylinderrohre eine entsprechende Anzahl an Zylinderbohrungen auf. Der Kolben jedes Zylinders wird axial beweglich in einem Zylinderrohr geführt und begrenzt zusammen mit dem Zylinderrohr und dem Zylinderkopf den Brennraum eines Zylinders. Der Kolbenboden bildet dabei einen Teil der Brennrauminnenwand und dichtet zusammen mit den Kolbenringen den Brennraum gegen das Kurbelgehäuse ab, so dass keine Verbrennungsgase bzw. keine Verbrennungsluft in das Kurbelgehäuse gelangen und kein Öl in den Brennraum gelangt.Of the Cylinder block has to accommodate the piston and the cylinder tubes a corresponding number of cylinder bores. The piston of each cylinder is guided axially movable in a cylinder tube and limited together with the cylinder tube and the cylinder head the Combustion chamber of a cylinder. The piston crown forms a part the combustion chamber inner wall and seals together with the piston rings the combustion chamber against the crankcase, so no Combustion gases or no combustion air in the crankcase arrive and no oil gets into the combustion chamber.

Der Kolben dient der Übertragung der durch die Verbrennung generierten Gaskräfte auf die Kurbelwelle. Hierzu ist der Kolben mittels eines Kolbenbolzens mit einer Pleuelstange gelenkig verbunden, die wiederum an der Kurbelwelle beweglich gelagert ist.Of the Piston is used to transfer the combustion generated gas forces on the crankshaft. For this is the Piston articulated by means of a piston pin with a connecting rod connected, which in turn is movably mounted on the crankshaft.

Die im Kurbelgehäuse gelagerte Kurbelwelle nimmt die Pleuelstangenkräfte auf, die sich aus den Gaskräften infolge der Kraftstoffverbrennung im Brennraum und den Massenkräften infolge der ungleichförmigen Bewegung der Triebwerksteile zusammensetzen. Dabei wird die oszillierende Hubbewegung der Kolben in eine rotierende Drehbewegung der Kurbelwelle transformiert. Die Kurbelwelle überträgt dabei das Drehmoment an den Antriebsstrang. Ein Teil der auf die Kurbelwelle übertragenen Energie wird in der Regel zum Antrieb von Hilfsaggregaten wie der Ölpumpe und der Lichtmaschine verwendet oder dient dem Antrieb der Nockenwelle und damit der Betätigung des Ventiltriebes. Die Nockenwelle wird dabei häufig als obenliegende Nockenwelle im Zylinderkopf gelagert.The Crankshaft mounted in the crankcase takes the connecting rod forces arising from the gas forces as a result of fuel combustion in the combustion chamber and the mass forces due to the non-uniform Assemble movement of the engine parts. Thereby the oscillating becomes Lifting movement of the piston in a rotating rotational movement of the crankshaft transformed. The crankshaft transmits the torque to the drive train. Part of the energy transferred to the crankshaft is usually used to drive auxiliary equipment such as the oil pump and the alternator uses or serves to drive the camshaft and thus the actuation of the valve train. The camshaft is often used as overhead camshaft in the cylinder head stored.

Im Allgemeinen und im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die obere Kurbelgehäusehälfte durch den Zylinderblock gebildet. Ergänzt wird das Kurbelgehäuse durch die an die obere Kurbelgehäusehälfte montierbare und als Ölwanne dienende untere Kurbelgehäusehälfte. Dabei weist die obere Kurbelgehäusehälfte zur Aufnahme der Ölwanne, d. h. der unteren Kurbelgehäusehälfte, eine Flanschfläche auf. In der Regel wird zur Abdichtung der Ölwanne bzw. des Kurbelgehäuses gegenüber der Umgebung eine Dichtung in der bzw. an der Flanschfläche vorgesehen. Die Verbindung erfolgt häufig durch eine Verschraubung. Die Ölwanne dient dem Sammeln und Bevorraten des Motoröls und ist Teil des Ölkreislaufs, d. h. der Ölversorgung. Darüber hinaus dient die Ölwanne als Wärmetauscher zur Absenkung der Öltemperatur bei auf Betriebstemperatur aufgeheizter Brennkraftmaschine. Das in der Ölwanne befindliche Öl wird dabei durch Wärmeleitung und Konvektion mittels an der Außenseite vorbeigeführter Luftströmung gekühlt.In general, and in the context of the present invention, the upper crankcase half is formed by the cylinder block. The crankcase is supplemented by the lower half of the crankcase, which can be mounted on the upper crankcase half and serves as an oil sump. In this case, the upper crankcase half for receiving the oil pan, ie the lower crankcase half, a flange on. As a rule, a seal is provided in or on the flange surface for sealing the oil sump or the crankcase relative to the environment. The connection is often done by a screw. The oil pan is used to collect and store the engine oil and is part of the oil circuit, ie the oil supply. In addition, the oil pan serves as a heat exchanger for lowering the oil temperature when heated to operating temperature internal combustion engine. The oil contained in the oil sump is cooled by heat conduction and convection by means of air flow past the outside.

Eine Pumpe dient zur Förderung des Motoröls via Versorgungsleitung zu dem mindestens einen Verbraucher innerhalb des Ölversorgungssystems.A Pump serves to convey the engine oil via supply line to the at least one consumer within the oil supply system.

Häufig versorgt die Pumpe via Versorgungsleitung eine Hauptölgalerie, von der Kanäle zu den mindestens zwei Lager der Kurbelwelle führen, mit Motoröl. Dabei führt die Versorgungsleitung entweder von der Pumpe durch den Zylinderblock zur Hauptölgalerie oder zuerst in den Zylinderkopf und anschließend via Block zur Hauptölgalerie.Often the pump supplies a main oil gallery via supply line, from the channels to the at least two bearings of the crankshaft lead, with engine oil. It leads the Supply line either from the pump through the cylinder block to the main oil gallery or first in the cylinder head and then via block to the main oil gallery.

Stromabwärts der Verbraucher, d. h. nachdem das Öl in den Verbrauchern verwendet wurde, führen sogenannte Rückführleitungen das Motoröl zurück in die Ölwanne, wodurch der Ölkreislauf geschlossen wird. Die Rückführung des Öls ist dabei schwerkraftgetrieben. Der Ölkreislauf kann grundsätzlich in einen Hochdruckteil und einen Niederdruckteil unterteilt werden, wobei der Hochdruckteil den Abschnitt des Ölkreislaufs umfaßt, der stromaufwärts der Verbraucher liegt, und der Niederdruckteil den Abschnitt stromabwärts der Verbraucher bezeichnet.downstream the consumer, d. H. after the oil in consumers was used, perform so-called return lines the engine oil back into the sump, causing the oil circuit is closed. The return the oil is gravity driven. The oil circuit can basically in a high pressure part and a low pressure part are divided, wherein the high-pressure part of the section of the oil circuit which lies upstream of the consumer, and the low pressure part is the downstream section of the Called consumer.

Die vorgesehene Pumpe selbst muß auch mit Öl versorgt werden. Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Saugleitung von der Ölwanne zur Pumpe führt, um die Pumpe mit aus der Ölwanne stammendem Motoröl zu versorgen.The provided pump itself must also supplied with oil become. Advantageous embodiments of the internal combustion engine, where a suction line leads from the sump to the pump, around the pump with engine oil coming from the sump to supply.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Versorgungsleitung stromabwärts der Pumpe zu dem mindestens einen im Gehäuse integrierten Kühlmittelmantel führt, wobei vorzugsweise zwischen der Pumpe und dem mindestens einen im Gehäuse integrierten Kühlmittelmantel kein Verbraucher angeordnet ist.Advantageous are embodiments of the internal combustion engine, in which the supply line downstream of the pump to the at least a coolant jacket integrated in the housing leads, preferably between the pump and the at least a coolant jacket integrated in the housing no consumer is arranged.

Hinsichtlich einer möglichst schnellen Erwärmung des Motoröls während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine und einer Reduzierung der Reibung in den mit Öl versorgten Verbrauchern, insbesondere den Lager, ist es vorteilhaft, wenn das Öl zunächst beim Durchströmen des Turbinengehäuses erwärmt wird bevor es den Verbrauchern zugeführt wird.Regarding the fastest possible heating of the engine oil during the warm-up phase of the internal combustion engine and a Reduction of friction in consumers supplied with oil, In particular, the bearing, it is advantageous if the oil initially heated when flowing through the turbine housing before it is fed to consumers.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der in Rede stehenden Ausführungsform ist, dass der Abschnitt der Versorgungsleitung stromaufwärts der Verbraucher zum Hochdruckteil des Ölversorgungskreislaufs gehört. Folglich ist die Förderung des Öls durch das Turbinengehäuse druckgetrieben und nicht schwerkraftgetrieben wie beispielsweise bei einer Rückführleitung.One Another significant advantage of the present embodiment is that section of the supply line upstream the consumer belongs to the high pressure part of the oil supply circuit. Consequently, the delivery of the oil through the turbine housing pressure-driven and not gravity-driven such as at a return line.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen stromabwärts der Pumpe ein Filter vorgesehen ist, vorzugsweise zwischen der Pumpe und dem mindestens einen im Gehäuse integrierten Kühlmittelmantel.Advantageous are embodiments of the internal combustion engine, in which downstream of the pump a filter is provided, preferably between the pump and the at least one in the housing integrated coolant jacket.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Abführleitung zum Abführen von Öl aus dem mindestens einen Kühlmittelmantel in das Ölversorgungssystem einmündet.Advantageous are embodiments of the internal combustion engine, in which the discharge line for the removal of oil from the at least one coolant jacket in the oil supply system opens.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Aufladung mittels Abgasturboaufladung vorgesehen ist und die Turbine Bestandteil eines Abgasturboladers ist.Advantageous are embodiments of the internal combustion engine, in which a charge is provided by turbocharging and the turbine Part of an exhaust gas turbocharger is.

Eine flüssigkeitsgekühlte Turbine ist besonders vorteilhaft bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen, die aufgrund der höheren Abgastemperaturen thermisch besonders stark belastet sind.A Liquid cooled turbine is particularly advantageous in supercharged internal combustion engines, due to the higher Exhaust gas temperatures are thermally particularly heavily loaded.

Die Aufladung dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Bremskraftmaschine. 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 Charging serves primarily to increase the performance of the brake motor. The needed for the combustion process Air is compressed, giving each cylinder one working cycle larger air mass can be supplied. This allows the fuel mass and thus the medium pressure 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 Charging is a suitable remedy, with no change Displacement to increase the performance of an internal combustion engine, or at the same power to reduce the displacement. In any case leads the charging to an increase in space performance and a cheaper power mass. At the same vehicle boundary conditions Thus the load collective can be raised to higher levels Shifting loads where the specific fuel consumption is lower is. The charge thus supports the constant Effort in the development of internal combustion engines, fuel consumption to minimize, d. H. the efficiency of the internal combustion engine too improve.

Gegenüber einem mechanischen Lader besteht der Vorteil eines Abgasturboladers 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 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 for power transmission between the supercharger and internal combustion engine be is or is required. 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.

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

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Kühlung in Gestalt einer Luftkühlung oder einer Flüssigkeitskühlung auszuführen. Bei der Luftkühlung wird die Brennkraftmaschine mit einem Gebläse versehen, wobei der Wärmeabtransport mittels über die Oberfläche des Zylinderkopfes geführten Luftströmungen erfolgt.in principle there is the possibility of cooling in shape an air cooling or a liquid cooling perform. In air cooling, the internal combustion engine provided with a blower, wherein the heat dissipation by means of over the surface of the cylinder head guided air flows takes place.

Hingegen erfordert die Flüssigkeitskühlung die Ausstattung der Brennkraftmaschine bzw. des Zylinderkopfes und/oder des Zylinderblocks mit einem Kühlmittelmantel, d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Zylinderkopf bzw. Block führenden Kühlmittelkanälen, was eine komplexe Struktur bedingt. Dabei wird der mechanisch und thermisch hochbelastete Zylinderkopf durch das Einbringen der Kühlmittelkanäle einerseits in seiner Festigkeit geschwächt. Andererseits muß die Wärme nicht wie bei der Luftkühlung erst an die Zylinderkopfoberfläche geleitet werden, um abgeführt zu werden. Die Wärme wird bereits im Inneren des Zylinderkopfes an das Kühlmittel, in der Regel mit Additiven versetztes Wasser, 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.On the other hand the liquid cooling requires the equipment the internal combustion engine or the cylinder head and / or the cylinder block with a coolant jacket, d. H. the arrangement of the coolant through the cylinder head or block leading coolant channels, which requires a complex structure. It is the mechanical and thermally highly stressed cylinder head by introducing the coolant channels weakened on the one hand in its strength. on the other hand The heat does not have to be like air cooling first be directed to the cylinder head surface to to be dissipated. The heat is already in the Inside of the cylinder head to the coolant, as a rule added with additives added water. The coolant is arranged by means of a cooling circuit Promoted pump, leaving it in the coolant jacket circulated. The heat released to the coolant is discharged in this way from the interior of the cylinder head and in a heat exchanger the coolant again withdrawn.

Aufgrund der wesentlich höheren Wärmekapazität einer Flüssigkeit gegenüber Luft können mit der Flüssigkeitskühlung wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden als dies mit einer Luftkühlung möglich ist.by virtue of the much higher heat capacity a liquid to air with the liquid cooling much larger Amounts of heat are dissipated than this with a Air cooling is possible.

Aus den genannten Gründen ist es vorteilhaft, im Zylinderkopf zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung einen Kühlmittelmantel zu integrieren.Out For the reasons mentioned, it is advantageous in the cylinder head to form a liquid cooling a Integrate coolant jacket.

Vorzugsweise sollte die Kühlleistung derart hoch sein, dass auf eine Anfettung (λ < 1) zur Absenkung der Abgastemperaturen, wie sie beispielsweise in der EP 1 722 090 A2 beschrieben ist und die unter energetischen Aspekten – insbesondere hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine – und hinsichtlich der Schadstoffemissionen als nachteilig anzusehen ist, verzichtet werden kann.Preferably, the cooling capacity should be so high that on a Anfettung (λ <1) for lowering the exhaust gas temperatures, as for example in the EP 1 722 090 A2 is described and the energetic aspects - in particular with regard to the fuel consumption of the internal combustion engine - and is considered to be disadvantageous in terms of pollutant emissions, can be dispensed with.

Bei Brennkraftmaschinen, bei denen jeder Zylinder auslaßseitig mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase und einlaßseitig mindestens eine Einlaßöffnung zum Zuführen von Frischluft aufweist, sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass

– im Zylinderkopf mindestens ein Kühlmittelmantel auslaßseitig und mindestens ein Kühlmittelmantel einlaßseitig angeordnet ist, wobei diese mindestens zwei Kühlmittelmäntel voneinander getrennt sind und unterschiedlichen separaten Kühlmittelkreisläufen angehören.

In internal combustion engines, in which each cylinder on the outlet side at least one outlet opening for discharging the exhaust gases and inlet side at least one inlet opening for supplying fresh air, embodiments are advantageous, which are characterized in that

- In the cylinder head at least one coolant jacket outlet side and at least one coolant jacket is arranged on the inlet side, wherein these at least two coolant jackets are separated from each other and belong to separate separate coolant circuits.

Der Zylinderkopf verfügt über zwei voneinander unabhängige Kühlmittelkreisläufe, die jeweils mindestens einen Kühlmittelmantel umfassen und insbesondere mit unterschiedlichen Kühlmitteln betrieben werden können.Of the Cylinder head has two independent Coolant circuits, each at least one Cover coolant jacket and in particular with different Coolants can be operated.

Diese Ausgestaltung bzw. Ausbildung der Flüssigkeitskühlung gestattet eine bedarfsgerechte Kühlung der Einlaßseite einerseits und der Auslaßseite andererseits und zwar unabhängig voneinander und entsprechend dem jeweiligen Anforderungsprofil.These Embodiment or design of the liquid cooling allows needs-based cooling of the inlet side on the one hand and the exhaust side on the other hand, independently from each other and according to the respective requirement profile.

Der mindestens eine Kühlmittelmantel des einen Kreislaufs ist auslaßseitig und der mindestens eine Kühlmittelmantel des anderen Kreislaufs ist einlaßseitig angeordnet, so dass für die Einlaßseite und die Auslaßseite unterschiedliche Kühlleistungen realisiert werden können und zwar nicht nur durch den Einsatz unterschiedlicher Kühlmittel. Vielmehr kann die Pumpenleistung jedes Kreislaufs unabhängig voneinander gewählt und eingestellt werden und damit auch der Kühlmitteldurchsatz, d. h. das Fördervolumen. Hierdurch kann Einfluß auf die Durchflußgeschwindigkeit genommen werden, die den Wärmeübergang durch Konvektion maßgeblich mitbestimmt.Of the at least one coolant jacket of a circuit is outlet side and the at least one coolant jacket the other circuit is arranged on the inlet side, so that for the inlet side and the outlet side different cooling capacities can be realized and not just by using different coolants. Rather, the pumping capacity of each circuit can be independent of each other be selected and adjusted and thus also the coolant throughput, d. H. the delivery volume. This can influence the flow rate can be taken, the heat transfer decisively influenced by convection.

Auf diese Weise kann dem Zylinderkopf einlaßseitig weniger Wärme und auslaßseitig mehr Wärme entzogen werden.On this way, the cylinder head inlet less Heat and extracted more heat on the outlet side become.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine auslaßseitige Kühlmittelmantel einem Kühlwasserkreislauf angehört, wohingegen der mindestens eine einlaßseitige Kühlmittelmantel einem Ölkreislauf angehört.Advantageous are embodiments of the internal combustion engine, in where the at least one outlet-side coolant jacket belongs to a cooling water circuit, whereas the at least one inlet-side coolant jacket belongs to an oil circuit.

Durch die Verwendung von Öl wird die Kühlleistung einlaßseitig gegenüber einer Verwendung von Wasser als Kühlmittel spürbar vermindert. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Flüssigkeitskühlung bietet die Möglichkeit, dem Zylinderkopf einlaßseitig nur so viel Wärme zu entziehen, wie erforderlich ist, um eine Überhitzung zu verhindern, wohingegen die Einlaßseite nach dem Stand der Technik aufgrund der einheitlichen Verwendung von Wasser als Kühlmittel stärker gekühlt wird als dies eigentlich erforderlich ist, da die Auslegung der Kühlung im Hinblick auf die thermisch stärker beanspruchte Auslaßseite erfolgt. Die Brennkraftmaschine ist damit hinsichtlich der Kühlung optimiert. Der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine wird durch die beschriebene Art der Flüssigkeitskühlung erhöht.By using oil, the cooling capacity on the inlet side is significantly reduced compared to the use of water as a coolant. The embodiment of the liquid cooling according to the invention offers the possibility of extracting only as much heat from the cylinder head on the inlet side as is necessary to prevent overheating, while the inlet side according to the prior art due to the uniform use of water as Coolant is cooled more than is actually necessary, since the design of the cooling takes place in view of the thermally stressed outlet side. The internal combustion engine is thus optimized in terms of cooling. The efficiency of the internal combustion engine is increased by the described type of liquid cooling.

Bei Verwendung von Öl als Kühlmittel für die Einlaßseite des Zylinderkopfes sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen der mindestens eine einlaßseitige Kühlmittelmantel und der mindestens eine im Gehäuse integrierte Kühlmittelmantel demselben Ölkreislauf angehören. Bei geeigneter Kühlmittelführung ergeben sich insbesondere Vorteile beim Warmlaufen der Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart. Vorzugsweise durchströmt das Öl zunächst das Gehäuse und stromabwärts den Zylinderkopf.at Use of oil as a coolant for the inlet side of the cylinder head are embodiments advantageous in which the at least one inlet side Coolant jacket and the at least one in the housing integrated coolant jacket the same oil circuit belong. With suitable coolant guide In particular, advantages arise when warming up the internal combustion engine after a cold start. Preferably, the oil flows through first the housing and downstream the cylinder head.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf, bei der der mindestens eine Zylinderkopf mindestens einen Zylinder und 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 integrierten Abgaskrümmers innerhalb des Zylinderkopfes zu mindestens einer Gesamtabgasleitung zusammenführen.Advantageous are embodiments of the internal combustion engine with at least a cylinder head, wherein the at least one cylinder head at least a cylinder and each cylinder at least one outlet opening for discharging the exhaust gases from the cylinder and has connects to each outlet an exhaust pipe, the exhaust pipes forming at least one integrated Exhaust manifold within the cylinder head to at least merge a total exhaust line.

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.To It is important to consider that the turbine, in particular the turbine of an exhaust gas turbocharger, as close as possible to the outlet of the cylinders, in this way the exhaust enthalpy of the hot exhaust gases, which is largely determined by the exhaust gas pressure and the exhaust gas temperature, to use optimally and a fast response to ensure the turbine or the turbocharger. Of Furthermore, the path of the hot exhaust gases to the various Exhaust aftertreatment systems should be as short as possible given the exhaust gases little time to cool off and the exhaust aftertreatment systems as fast as possible reach their operating temperature or light-off temperature, in particular 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.you is therefore endeavored, the thermal inertia of the Part of the exhaust pipe between the outlet on the cylinder and turbine or between the outlet opening on the cylinder and exhaust aftertreatment system to minimize what caused Reduction in mass and length of this section can be achieved.

Dabei ist es zielführend, die Abgasleitungen unter Ausbildung mindestens eines integrierten Abgaskrümmers innerhalb des Zylinderkopfes zusammen zu führen.there Is it expedient for the exhaust pipes under training at least one integrated exhaust manifold within the Cylinder head together.

Die Länge der Abgasleitungen wird durch die Integration des Krümmers 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 through the integration of the Krümmers reduced. First, the line volume, d. H. the exhaust volume of the exhaust pipes upstream the turbine, downsized, so that the response of the turbine is improved. On the other hand lead the shortened Exhaust pipes also to a lower thermal inertia the exhaust system upstream of the turbine, so that the temperature of the exhaust gases at the turbine inlet increases, which is why also the enthalpy of the exhaust gases at the entrance of the turbine higher is.

Die Zusammenführung der Abgasleitungen innerhalb des Zylinderkopfes gestattet darüber hinaus ein dichtes Packaging der Antriebseinheit.The Merging the exhaust pipes inside the cylinder head also allows tight packaging of the drive unit.

Ein derartig ausgebildeter Zylinderkopf ist aber thermisch höher belastet als ein herkömmlicher Zylinderkopf, der mit einem externen Krümmer ausgestattet ist, weshalb erhöhte Anforderungen an die Kühlung gestellt werden. Die Ausstattung des Zylinderkopfes mit einer Flüssigkeitskühlung ist daher besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit der Integration des Abgaskrümmers.One However, this trained cylinder head is thermally higher loaded as a conventional cylinder head with a equipped external manifold, which is why increased Requirements for the cooling are made. Equipment of the cylinder head with a liquid cooling is therefore particularly advantageous in connection with integration the exhaust manifold.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf mindestens zwei Zylinder aufweist.Advantageous are embodiments of the internal combustion engine, in which the at least one cylinder head has at least two cylinders.

Weist ein Zylinderkopf zwei Zylinder auf und führen die Abgasleitungen von einem Zylinder zu einer Gesamtabgasleitung zusammen, handelt es sich um eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine der in Rede stehenden Art.has a cylinder head two cylinders and lead the exhaust pipes from a cylinder to an overall exhaust line together it is an internal combustion engine according to the invention the type in question.

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.has the cylinder head three or more cylinders and lead only the exhaust pipes from two cylinders to a total exhaust line together, it is also an internal combustion engine according to the invention.

Ausführungsformen, bei denen der 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, führen ebenfalls zu erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinen.Embodiments, in which the cylinder head, for example, four arranged in series Cylinder has and the exhaust pipes of the outer Cylinder and the exhaust pipes of the inner cylinder respectively lead to a total exhaust line merge lead also to internal combustion engines according to the invention.

Bei drei und mehr Zylindern sind 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.

With three and more cylinders embodiments are 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 esp especially 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 shock charging, 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.The However, grouping of cylinders or exhaust pipes also offers advantages when using multiple turbines or exhaust gas turbocharger, wherein each one Total exhaust line is connected to a turbine.

Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen, bei denen die Abgasleitungen sämtlicher Zylinder eines Zylinderkopfes zu einer einzigen, d. h. gemeinsamen Gesamtabgasleitung zusammenführen.Advantageous but are also embodiments in which the exhaust pipes all cylinder of a cylinder head into a single, d. H. merge together overall exhaust gas line.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Turbinengehäuse ein Gussteil 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.Advantageous are embodiments of the internal combustion engine, in which the turbine housing is a casting. By pouring and use of appropriate cores can be the complex structure of the housing in one operation shape, so that subsequently only a post-processing of the housing and the assembly are required to form the turbine.

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

Die Einlaßöffnungen und Auslaßöffnungen der Zylinder sollen rechtzeitig freigeben und geschlossen werden, wobei eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung des Brennraumes mit Frischgemisch bzw. ein effektives, d. h. vollständiges Abführen der Abgase zu gewährleisten. Daher ist es vorteilhaft, die Zylinder mit zwei oder mehr Einlaßöffnungen bzw. Auslaßöffnungen auszustatten.The Inlet openings and outlet openings of Cylinders should be released in time and closed, with a quick release of the largest possible flow cross sections is sought, the throttle losses in the inflowing and outflowing Keep gas flows low and one as possible good filling of the combustion chamber with fresh mixture or a effective, d. H. complete removal of the exhaust gases to ensure. Therefore, it is beneficial to the cylinders with two or more inlet openings or outlet openings equip.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Turbine und der Zylinderkopf separate Bauteile darstellen, welche kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.Advantageous are embodiments in which the turbine and the cylinder head represent separate components which frictionally, positively and / or are cohesively connected to each other.

Ein modularer Aufbau, hat den Vorteil, dass die einzelnen Bauteile – nämlich die Turbine bzw. der Zylinderkopf – nach dem Baukastenprinzip auch mit anderen Bauteilen, insbesondere anderen Zylinderköpfen bzw. Turbinen, kombiniert werden können. Die vielfältige Einsetzbarkeit eines Bauteils erhöht in der Regel die Stückzahl, wodurch die Herstellungskosten pro Stück gesenkt werden können. Zudem werden hierdurch die Kosten gesenkt, falls die Turbine bzw. der Zylinderkopf infolge eines Defekts auszutauschen, d. h. zu ersetzen ist.One modular design, has the advantage that the individual components - namely the turbine or the cylinder head - based on the modular principle also with other components, in particular other cylinder heads or turbines, can be combined. The diverse Usability of a component usually increases the number of pieces, whereby the manufacturing costs per piece are reduced can. In addition, this will reduce costs if to replace the turbine or the cylinder head as a result of a defect, d. H. to replace.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen, bei denen das Turbinengehäuse zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert ist, so dass der Zylinderkopf und zumindest ein Teil des Turbinengehäuses ein monolithisches Bauteil bilden.Advantageous are also embodiments in which the turbine housing at least partially integrated in the cylinder head, so that the Cylinder head and at least part of the turbine housing form a monolithic component.

Die Ausbildung einer gasdichten, thermisch hochbelastbaren und daher kostenintensiven Verbindung zwischen Zylinderkopf und Turbine entfällt prinzipbedingt durch die einteilige Ausbildung. Infolgedessen besteht auch nicht mehr die Gefahr, dass Abgas ungewollt infolge einer Leckage in die Umgebung austritt. In Bezug auf die Kühlmittelkreisläufe bzw. die Verbindung der Kreisläufe und der Leckage von Kühlmittel gilt Ähnliches in analoger Weise.The Forming a gas-tight, thermally highly resilient and therefore Costly connection between cylinder head and turbine is eliminated in principle by the one-piece training. As a result, there is Also no longer the risk that exhaust unintentionally due to leakage exits into the environment. Regarding the coolant circuits or the connection of the circuits and the leakage of Coolant is similar in an analogous manner.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:In the following, the invention is based on the 1 described in more detail. Hereby shows:

1 in einem Diagramm das Verhältnis der Wärmeübergangskoeffizienten von zwei verschiedenen Kühlmitteln in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur und der Durchflußmenge. 1 in a diagram, the ratio of the heat transfer coefficients of two different refrigerants depending on the coolant temperature and the flow rate.

1 zeigt in einem Diagramm das Verhältnis HTC Ratio der Wärmeübergangskoeffizienten HTC_Öl und HTC_Wasser von zwei verschiedenen Kühlmitteln in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur T_Kühlmittel und der Durchflußmenge V. 1 2 shows a graph of the ratio HTC ratio of the heat transfer coefficients HTC _oil and HTC _water of two different coolants as a function of the coolant temperature T _coolant and the flow rate V.

Als Kühlmittel dient einerseits Öl (HTC_Öl bzw. V_Öl) und andererseits Wasser (HTC_Wasser bzw. V_Wasser). Bei dem verwendeten Kühlwasser handelt es sich um eine Mischung aus Wasser und Glykol.On the one hand serves as coolant (HTC _oil or V _oil ) and on the other hand water (HTC _water or V _water ). The cooling water used is a mixture of water and glycol.

Das dimensionslose Verhältnis HTC Ratio der Wärmeübergangskoeffizienten HTC_Öl und HTC_Wasser ist auf der linken Ordinate aufgetragen und auf der Abszisse die Durchflußmenge ebenfalls als dimensionsloses Verhältnis V_Öl/V_Wasser.The dimensionless ratio HTC ratio of the heat transfer coefficients HTC _oil and HTC _water is plotted on the left ordinate and on the abscissa the flow rate is also plotted as the dimensionless ratio V _oil / V _water .

Steigt die Kühlmitteltemperatur, beispielsweise von T_Kühlmittel = 20°C auf T_Kühlmittel = 120°C, nimmt der Wärmeübergangskoeffizient des Öls gegenüber dem Koeffizienten von Kühlwasser spürbar zu. Dies zeigt deutlich, dass bei höheren Kühlmitteltemperaturen die Kühlung mittels Öl Vorteile bei der Wärmeabfuhr hat, nämlich Öl stärker kühlt.If the coolant temperature rises, for example, from T _coolant = 20 ° C. to T _coolant = 120 ° C., the heat transfer coefficient of the oil appreciably increases compared to the coefficient of cooling water. This clearly shows that at higher coolant temperatures, the cooling by means of oil has advantages in heat dissipation, namely oil cools more.

Dem Diagramm kann darüber hinaus entnommen werden, dass – auch bei der Verwendung von Öl als Kühlmittel – der Wärmeübergangskoeffizient mit der Durchflußmenge zunimmt, da mit der Durchflußmenge die Strömungsgeschwindigkeit ansteigt.The diagram can ent Be taken that - even when using oil as a coolant - the heat transfer coefficient increases with the flow rate, as the flow rate increases with the flow rate.

Insbesondere aber läßt sich dem Diagramm entnehmen, dass der Wärmeeintrag in das Kühlmittel durch die Verwendung von Öl als Kühlmittel deutlich vermindert wird im Vergleich zu einer Kühlung mit Wasser. Dies liegt darin begründet, dass der Wärmeübergangskoeffizient HTC_Wasser von Wasser den Koeffizienten HTC_Öl von Öl um ein Vielfaches übersteigt.In particular, however, can be seen from the diagram that the heat input into the coolant is significantly reduced by the use of oil as the coolant compared to a cooling with water. This is due to the fact that the heat transfer coefficient HTC _water exceeds by water the coefficient HTC _oil of oil many times over.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1640596 B1 [0002]
DE 102008011257 A1 [0008]
EP 1384857 A2 [0009]
- EP 1722090 A2 [0080]

Claims

Internal combustion engine having at least one liquid-cooled turbine, wherein the turbine housing having a turbine housing for forming a liquid cooling at least one integrated coolant jacket in the housing, characterized in that the at least one integrated in the housing coolant jacket belongs to an oil circuit.

Internal combustion engine according to claim 1, characterized that in the oil circuit a pump to pump the oil and / or a heat exchanger are provided.

Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized characterized in that at least one consumer with oil supplying oil supply system is provided, in particular for lubrication of moving components of the internal combustion engine.

Internal combustion engine according to claim 3, characterized that the oil supply system with the at least one in Housing integrated coolant jacket connected is.

Internal combustion engine according to claim 3 or 4 with - at least a cylinder head, - At least one with the at least a cylinder head connected and as the upper crankcase half Serving cylinder block, with one as the lower crankcase half serving oil pan, collecting and storing of engine oil serves, is connected on the side facing away from the cylinder head, and - A pump for pumping the engine oil via supply line to the at least one consumer within of the oil supply system.

Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that that the supply line downstream of the pump to the at least one coolant jacket integrated in the housing leads.

Internal combustion engine according to claim 6, characterized that between the pump and the at least one in the housing integrated coolant jacket no consumer arranged is.

Brake motor according to one of the preceding claims, characterized in that a charge by means of turbocharging is provided and the turbine part of an exhaust gas turbocharger is.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims with at least one cylinder head, characterized in that the at least one cylinder head for forming a liquid cooling with at least one coolant jacket integrated in the cylinder head Is provided.

Internal combustion engine according to claim 9, wherein each Cylinder exhaust side at least one outlet opening for discharging the exhaust gases and inlet side at least an inlet port for supplying fresh air characterized in that - in the cylinder head at least one coolant jacket outlet side and at least one coolant jacket arranged on the inlet side is, these at least two coolant jackets are separated from each other and belong to separate separate coolant circuits.

Internal combustion engine according to claim 10, characterized that the at least one outlet-side coolant jacket belongs to a cooling water circuit, whereas the at least one inlet-side coolant jacket belongs to an oil circuit.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims with at least one cylinder head, in which the at least one cylinder head at least one cylinder and each cylinder at least one outlet opening for discharging the exhaust gases from the cylinder and has connects to each outlet an exhaust pipe, wherein the exhaust pipes to form at least one integrated exhaust manifold within the cylinder head to at least one total exhaust line to merge.