DE202014100385U1 - Cylinder head with cooled turbine - Google Patents

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Abstract

Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1), bei dem
– der Zylinderkopf mindestens einen Zylinder aufweist,
– jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschliesst, wobei die mindestens eine Abgasleitung mindestens eines Zylinders in einen Eintrittsbereich (4) der Turbine (1) mündet, der in einen Abgas führenden Strömungskanal (5) übergeht, und
– die Turbine (1), welche mindestens ein in einem Turbinengehäuse (3) auf einer drehbaren Welle (7) gelagertes Laufrad (6) umfasst, zur Ausbildung einer Kühlung mindestens einen im Gehäuse (3) integrierten Kühlmittelkanal (8) aufweist, der durch mindestens eine Wandung (2) begrenzt und ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– die mindestens eine den mindestens einen Kühlmittelkanal (8) begrenzende Wandung (2) zumindest bereichsweise mit einer Wärmeisolierung (2a) versehen ist.
Cylinder head with cooled turbine (1), in which
The cylinder head has at least one cylinder,
- Each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases from the cylinder and connects to each outlet opening an exhaust pipe, the at least one exhaust pipe at least one cylinder in an inlet region (4) of the turbine (1) opens, leading into a flue gas flow channel (5) passes, and
- The turbine (1), which comprises at least one in a turbine housing (3) on a rotatable shaft (7) mounted impeller (6) for forming a cooling at least one in the housing (3) integrated coolant channel (8) through at least one wall (2) is limited and formed,
characterized in that
- The at least one the at least one coolant channel (8) delimiting wall (2) is at least partially provided with a thermal insulation (2a).

Figure DE202014100385U1_0001
Figure DE202014100385U1_0001

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf mit gekühlter Turbine, bei dem

  • – der Zylinderkopf mindestens einen Zylinder aufweist,
  • – jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschliesst, wobei die mindestens eine Abgasleitung mindestens eines Zylinders in einen Eintrittsbereich der Turbine mündet, der in einen Abgas führenden Strömungskanal übergeht, und
  • – die Turbine, welche mindestens ein in einem Turbinengehäuse auf einer drehbaren Welle gelagertes Laufrad umfasst, zur Ausbildung einer Kühlung mindestens einen im Gehäuse integrierten Kühlmittelkanal aufweist, der durch mindestens eine Wandung begrenzt und ausgebildet ist.
The invention relates to a cylinder head with a cooled turbine, in which
  • The cylinder head has at least one cylinder,
  • - Each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases from the cylinder and connects to each outlet opening an exhaust pipe, wherein the at least one exhaust pipe of at least one cylinder opens into an inlet region of the turbine, which merges into a flow channel leading to exhaust gas, and
  • - The turbine, which comprises at least one mounted in a turbine housing on a rotatable shaft impeller to form a cooling at least one integrated in the housing coolant channel which is bounded and formed by at least one wall.

Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung mindestens eines Zylinders, d. h. Brennraums, an ihren Montage-Stirnseiten miteinander verbunden werden.Internal combustion engines have a cylinder block and at least one cylinder head, which is used to form at least one cylinder, d. H. Combustion chamber, are connected to each other at their mounting end faces.

Der Zylinderblock weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre eine entsprechende Anzahl an Zylinderbohrungen auf. Die Kolben werden axial beweglich in den Zylinderrohren geführt und bilden zusammen mit den Zylinderrohren und dem Zylinderkopf die Brennräume der Brennkraftmaschine aus. The cylinder block has a corresponding number of cylinder bores for receiving the pistons or the cylinder tubes. The pistons are guided axially movably in the cylinder tubes and, together with the cylinder tubes and the cylinder head, form the combustion chambers of the internal combustion engine.

Der Zylinderkopf dient üblicherweise zur Aufnahme des Ventiltriebs. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung der Steuerorgane. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslassöffnungen und das Füllen des Brennraums, d. h. das Ansaugen des Frischgemisches bzw. der Ladeluft, über die Einlassöffnungen. Zur Steuerung des Ladungswechsels werden bei Viertaktmotoren nahezu ausschließlich Hubventile als Steuerorgane verwendet, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine oszillierende Hubbewegung ausführen und auf diese Weise die Einlassöffnungen und Auslassöffnungen freigeben und verschließen. Der für die Bewegung der Ventile erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich der Ventile selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet.The cylinder head is usually used to hold the valve train. To control the charge cycle, an internal combustion engine requires controls and actuators to operate the controls. As part of the charge exchange, the exhaust of the combustion gases via the outlet openings and the filling of the combustion chamber, d. H. the intake of the fresh mixture or the charge air, via the inlet openings. To control the charge cycle, four-stroke engines use almost exclusively globe valves as control members, which perform an oscillating lifting movement during operation of the internal combustion engine and in this way release and close the inlet openings and outlet openings. The required for the movement of the valves valve actuating mechanism including the valves themselves is referred to as a valve train.

Die Einlasskanäle, die zu den Einlassöffnungen führen, und die Auslasskanäle, d. h. die Abgasleitungen, die sich an die Auslassöffnungen anschließen, sind nach dem Stand der Technik zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert. Die Abgasleitungen der Auslassöffnungen eines einzelnen Zylinders werden dabei in der Regel – innerhalb des Zylinderkopfes – zu einer dem Zylinder zugehörigen Teilabgasleitung zusammengeführt, bevor diese Teilabgasleitungen – häufig zu einer einzelnen Gesamtabgasleitung – zusammengeführt werden. Die Zusammenführung von Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung wird im Allgemeinen und im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Abgaskrümmer bezeichnet.The inlet ducts leading to the inlet openings and the outlet ducts, d. H. the exhaust pipes, which adjoin the outlet openings are at least partially integrated in the cylinder head according to the prior art. The exhaust pipes of the exhaust ports of a single cylinder are usually - within the cylinder head - merged into a cylinder associated with the partial exhaust line before these partial exhaust gas lines - often to a single overall exhaust line - are merged. The combination of exhaust pipes to an overall exhaust line is generally and in the context of the present invention referred to as exhaust manifold.

Stromabwärts des mindestens einen Krümmers werden die Abgase dann einer Turbine zugeführt, beispielsweise der Turbine eines Abgasturboladers, und gegebenenfalls durch ein oder mehrere Abgasnachbehandlungssysteme hindurchgeführt.Downstream of the at least one manifold, the exhaust gases are then fed to a turbine, for example, the turbine of an exhaust gas turbocharger, and optionally passed through one or more exhaust aftertreatment systems.

Die Herstellungskosten für die Turbine 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 an sich sind vergleichsweise hoch, sondern auch die Kosten für die Bearbeitung dieser für das Turbinengehäuse verwendeten Werkstoffe.The manufacturing costs for the turbine are comparatively high, since the material used for the thermally highly stressed turbine housing - often nickel-containing - material is expensive, especially in comparison to the material preferably used for the cylinder head; for example aluminum. Not only the material costs per se are comparatively high, but also the costs for the processing of these materials used for the turbine housing.

Aus dem zuvor Gesagten folgt, dass es im Hinblick auf die Kosten überaus vorteilhaft wäre, wenn eine Turbine bereitgestellt werden könnte, die aus einem weniger kostenintensiveren Werkstoff, beispielsweise Aluminium oder Grauguss, gefertigt werden könnte.It follows from the foregoing that it would be extremely advantageous in terms of cost to provide a turbine that could be made from a less expensive material such as aluminum or gray cast iron.

Die Verwendung von Aluminium wäre auch im Hinblick auf das Gewicht der Turbine vorteilhaft. Insbesondere wenn berücksichtigt wird, dass eine motornahe Anordnung der Turbine 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.The use of aluminum would also be advantageous in terms of the weight of the turbine. In particular, when it is considered that a close-coupled arrangement of the turbine leads to a relatively large-sized, voluminous housing. Because the connection of turbine and cylinder head by means of flange and screws requires a large turbine inlet area due to the limited space, also because sufficient space must be provided for the assembly tools. The voluminous housing brings a correspondingly high weight with it. The weight advantage of aluminum over a highly resilient material is particularly evident in a turbine arranged close to the engine due to the comparatively high use of materials.

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.In order to use more cost-effective materials for the production of the turbine, the turbine according to the prior art with a cooling, for example, with a liquid cooling, equipped, which greatly reduces the thermal load of the turbine or the turbine housing by the hot exhaust gases and thus the Use of thermally less resilient materials allows.

In der Regel wird das Turbinengehäuse zur Ausbildung einer Kühlung mit einem Kühlmittelmantel versehen. Aus dem Stand der Technik sind sowohl Konzepte bekannt, bei denen das Gehäuse ein Gussteil ist und der Kühlmittelmantel im Rahmen des Gießvorganges als integraler Bestandteil eines monolithischen Gehäuses ausgebildet wird, als auch Konzepte, bei denen das Gehäuse modular aufgebaut ist, wobei im Rahmen des Zusammenbaus ein Hohlraum ausgebildet wird, der als Kühlmittelmantel dient. In general, the turbine housing is provided to form a cooling with a coolant jacket. From the prior art both concepts are known in which the housing is a casting and the coolant jacket is formed as part of the casting process as an integral part of a monolithic housing, as well as concepts in which the housing is modular, wherein in the context of assembly a cavity is formed, which serves as a coolant jacket.

Eine entsprechend dem letztgenannten Konzept gestaltete Turbine beschreibt beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008 011 257 A1 . Eine Flüssigkeitskühlung der Turbine wird dadurch ausgebildet, dass das eigentliche Turbinengehäuse mit einer Verschalung versehen wird, so dass sich zwischen dem Gehäuse und dem mindestens einen beabstandet angeordneten Schalungselement ein Hohlraum ausbildet, in den Kühlmittel eingeleitet werden kann. Das durch die Verschalung erweiterte Gehäuse umfasst dann den Kühlmittelmantel.A designed according to the latter concept turbine describes, for example, the German patent application DE 10 2008 011 257 A1 , A liquid cooling of the turbine is formed by the fact that the actual turbine housing is provided with a casing, so that forms a cavity between the housing and the at least one spaced-apart formwork element, can be introduced into the coolant. The casing extended by the casing then includes the coolant jacket.

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

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

Aufgrund der hohen spezifischen Wärmekapazität einer Flüssigkeit, insbesondere des üblicherweise eingesetzten Wassers, können dem Gehäuse mittels Flüssigkeitskühlung große Wärmemengen entzogen werden. Die Wärme wird im Inneren des Gehäuses an das Kühlmittel abgegeben und mit dem Kühlmittel abgeführt. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird dem Kühlmittel in einem Wärmetauscher wieder entzogen. Due to the high specific heat capacity of a liquid, in particular the water usually used, the housing by means of liquid cooling large amounts of heat can be withdrawn. The heat is released inside the housing to the coolant and removed with the coolant. The heat given off to the coolant is withdrawn from the coolant in a heat exchanger.

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

Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang aber, dass die in der Turbine vom Kühlmittel aufzunehmende Wärmemenge 40kW oder mehr betragen kann, wenn zur Herstellung des Gehäuses thermisch wenig belastbare Materialien wie Aluminium verwendet werden. Dem Kühlmittel eine derart hohe Wärmemenge im Wärmetauscher zu entziehen und mittels Luftströmung an die Umgebung abzuführen, erweist sich als problematisch.However, it should be considered in this connection that the amount of heat to be absorbed by the coolant in the turbine can be 40 kW or more if materials which are not very durable, such as aluminum, are used to produce the housing. The coolant to extract such a large amount of heat in the heat exchanger and dissipate by means of air flow to the environment turns out 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, wo die verschiedenen Wärmetauscher in der Regel angeordnet werden, begrenzt ist.Although modern motor vehicle drives are equipped with powerful fan motors in order to provide the air mass flow required for a sufficiently high heat transfer at the heat exchangers. But another, relevant to the heat transfer parameters, namely the surface provided for the heat transfer surface, can not be made arbitrarily large or enlarged, since the space in the front-end area of the vehicle, where the various heat exchangers usually arranged be limited.

Moderne Kraftfahrzeuge verfügen häufig – neben dem Wärmetauscher der Motorkühlung – über weitere Wärmetauscher, insbesondere Kühlvorrichtungen.Modern motor vehicles often have - in addition to the heat exchanger of the engine cooling - on other 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 often a charge air cooler is arranged to contribute to a better filling of the cylinder. In order to maintain a maximum permissible oil temperature, the heat release via the oil sump due to heat conduction and natural convection is often no longer sufficient, so that an oil cooler is provided in individual cases. In addition, modern internal combustion engines are increasingly being equipped with exhaust gas recirculation. The exhaust gas recirculation is a measure to counteract the formation of nitrogen oxides. In order to achieve a significant reduction in nitrogen oxide emissions, high exhaust gas recirculation rates are required, which is a cooling of the recirculated exhaust gas, d. H. require a compression of the exhaust gas by cooling. Other coolers can be provided, for example for cooling the transmission oil in automatic transmissions and / or for cooling hydraulic fluids, in particular hydraulic oil, which is used in the context of hydraulically actuated adjusting devices or for steering assistance. The air conditioning condenser of an air conditioning system is also a heat exchanger, which has to give off heat to the environment during operation, so requires a sufficiently high air flow 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.Due to the very limited space in the front-end area and the large number of heat exchangers, the individual heat exchangers can not be dimensioned according to requirements.

Die Möglichkeit einen ausreichend großen Wärmetauscher für die Flüssigkeitskühlung der Turbine im Front-End-Bereich anzuordnen, um die bei Verwendung thermisch wenig belastbarer Materialien anfallenden hohen Wärmemengen auch abführen zu können, ist nicht gegeben.The ability to arrange a sufficiently large heat exchanger for the liquid cooling of the turbine in the front-end area in order to dissipate incurred when using thermally less resilient materials high amounts of heat can not be given.

Bei der konstruktiven Auslegung einer gekühlten Turbine ist daher ein Kompromiss zwischen Kühlleistung und Werkstoff erforderlich. In the design of a cooled turbine, therefore, a compromise between cooling capacity and material is required.

Um kostengünstigere Werkstoffe für die Turbine verwenden zu können, kann die Turbine nach dem Stand der Technik auch abgasseitig mit einer Isolierung ausgestattet werden. Ein derartiges Konzept offenbart die internationale Anmeldung WO 2010/039590 A1 .In order to use more cost-effective materials for the turbine, the turbine according to the prior art can also be equipped on the exhaust side with an insulation. Such a concept discloses the international application WO 2010/039590 A1 ,

Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zylinderkopf mit gekühlter Turbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, der hinsichtlich der Turbine optimiert ist.In view of the foregoing, it is the object of the present invention to provide a cooled turbine cylinder head according to the preamble of claim 1 which is optimized with respect to the turbine.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Zylinderkopf mit gekühlter Turbine, bei dem

  • – der Zylinderkopf mindestens einen Zylinder aufweist,
  • – jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschliesst, wobei die mindestens eine Abgasleitung mindestens eines Zylinders in einen Eintrittsbereich der Turbine mündet, der in einen Abgas führenden Strömungskanal übergeht, und
  • – die Turbine, welche mindestens ein in einem Turbinengehäuse auf einer drehbaren Welle gelagertes Laufrad umfasst, zur Ausbildung einer Kühlung mindestens einen im Gehäuse integrierten Kühlmittelkanal aufweist, der durch mindestens eine Wandung begrenzt und ausgebildet ist,
und der dadurch gekennzeichnet ist, dass
  • – die mindestens eine den mindestens einen Kühlmittelkanal begrenzende Wandung zumindest bereichsweise mit einer Wärmeisolierung versehen ist.
This problem is solved by a cylinder head with cooled turbine, in which
  • The cylinder head has at least one cylinder,
  • - Each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases from the cylinder and connects to each outlet opening an exhaust pipe, wherein the at least one exhaust pipe of at least one cylinder opens into an inlet region of the turbine, which merges into a flow channel leading to exhaust gas, and
  • The turbine, which comprises at least one impeller mounted on a rotatable shaft in a turbine housing, has at least one coolant channel integrated in the housing for forming a cooling, which is delimited and formed by at least one wall,
and which is characterized in that
  • - The at least one wall defining the at least one coolant channel is at least partially provided with a thermal insulation.

Erfindungsgemäß wird der mindestens eine im Turbinengehäuse integrierte Kühlmittelkanal mit einer Wärmeisolierung ausgestattet, d. h. die diesen Kühlmittelkanal begrenzende Wandung wird – zumindest bereichsweise – mit einer Wärmeisolierung versehen, d. h. beschichtet, verkleidet oder dergleichen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung zeichnet sich eine Wärmeisolierung gegenüber dem verwendeten Gehäusewerkstoff ganz allgemein dadurch aus, dass die Wärmeisolierung eine geringere Wärmeleitfähigkeit hat als dieser Werkstoff.According to the invention, the at least one integrated coolant channel in the turbine housing is equipped with a thermal insulation, d. H. the wall defining this coolant channel is provided-at least in some areas-with a heat insulation, d. H. coated, clad or the like. In the context of the present invention, thermal insulation relative to the housing material used is quite generally characterized in that the thermal insulation has a lower thermal conductivity than this material.

Vorliegend wird nicht angestrebt, eine möglichst große Wärmemenge aus dem Gehäuse abzuführen. Im Gegensatz zu dieser herkömmlichen Zielsetzung wird es der Kühlung erfindungsgemäß durch Einbringen einer Wärmeisolierung erschwert, dem Gehäuse Wärme zu entziehen und dieses Gehäuse zu kühlen. Die Kühlleistung wird durch Einbringen einer Isolierung bewusst begrenzt und gemindert. Die Wärmedurchlässigkeit der wärmeübertragenden Fläche, d. h. der Wandung, wird gesenkt, wobei auch erfindungsgemäß Wärme vom Gehäuse in das Kühlmittel eingebracht wird, aber weniger als nach dem Stand der Technik. In the present case, the aim is not to dissipate the largest possible amount of heat from the housing. In contrast to this conventional objective, the cooling according to the invention is made more difficult by introducing a thermal insulation to extract heat from the housing and to cool this housing. The cooling capacity is deliberately limited and reduced by introducing insulation. The heat transmission of the heat transfer surface, d. H. the wall, is lowered, wherein also according to the invention heat is introduced from the housing into the coolant, but less than in the prior art.

Durch diese Maßnahme wird die maximal abzuführende Wärmemenge in vorteilhafter Weise vermindert bzw. begrenzt. Damit entfällt die Problematik, sehr große, in der Turbine vom Kühlmittel aufgenommene Wärmemengen abführen zu müssen.By this measure, the maximum amount of heat to be dissipated is reduced or limited in an advantageous manner. This eliminates the problem of having to dissipate very large amounts of heat absorbed by the coolant in the turbine.

Korrespondierend zu der moderaten Kühlleistung ist für die Herstellung der erfindungsgemäßen Turbine ein entsprechender Werkstoff zu wählen, nämlich Grauguss bzw. Stahlguss oder dergleichen.Corresponding to the moderate cooling capacity is to choose a corresponding material for the production of the turbine according to the invention, namely gray cast iron or steel casting or the like.

Einerseits ermöglicht das erfindungsgemäße Konzept den Verzicht auf thermisch hochbelastbare, insbesondere nickelhaltige Werkstoffe zur Herstellung des Turbinengehäuses, da die Turbine auch erfindungsgemäß mit einer Kühlung ausgestattet ist. Andererseits ist die Kühlleistung nicht von der Art, dass thermisch nur wenig belastbare Werkstoffe, wie Aluminium, eingesetzt werden können.On the one hand, the concept according to the invention makes it possible to dispense with materials which are highly resistant to thermal loads, in particular nickel-containing materials, for producing the turbine housing, since the turbine is also equipped according to the invention with cooling. On the other hand, the cooling performance is not of the type that thermally only slightly resilient materials, such as aluminum, can be used.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise macht den Einsatz kostenintensiver Werkstoffe damit entbehrlich, ohne dass übermäßig große Wärmemengen im Zusammenhang mit der Kühlung der Turbine abzuführen sind.The procedure according to the invention makes the use of cost-intensive materials unnecessary, without dissipating excessively large amounts of heat in connection with the cooling of the turbine.

Damit wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein Zylinderkopf mit gekühlter Turbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, der hinsichtlich der Turbine optimiert ist.Thus, the object underlying the invention is achieved, namely a cylinder head provided with a cooled turbine according to the preamble of claim 1, which is optimized with respect to the turbine.

Das wesentliche Unterscheidungsmerkmal der erfindungsgemäßen Vorgehensweise gegenüber Konzepten gemäß dem Stand der Technik, bei denen das Gehäuse abgasseitig mittels Isolierung vor einem zu großen Wärmeeintrag geschützt wird, ist darin zu sehen, dass erfindungsgemäß der Wärmeeintrag in das Gehäuse bzw. den Gehäusewerkstoff mittels Isolierung nicht erschwert oder beschränkt wird. Darüber hinaus sind Ausführungsformen realisierbar, bei denen die kühlmittelseitige Fläche deutlich geringer bemessen ist als die abgasseitige Fläche, weshalb weniger umfänglich eine Isolierung einzubringen ist.The essential distinguishing feature of the procedure according to the invention over concepts according to the prior art, in which the housing is protected on the exhaust side by means of insulation from excessive heat input, is the fact that according to the invention the heat input into the housing or the housing material is not impeded by means of insulation or is limited. In addition, embodiments are feasible in which the coolant-side surface is dimensioned significantly smaller than the exhaust-side surface, which is why less comprehensive insulation is to be introduced.

Der erfindungsgemäße Zylinderkopf mit Turbine eignet sich insbesondere für aufgeladene Brennkraftmaschinen, die aufgrund der höheren Abgastemperaturen thermisch besonders stark belastet sind. Eine Kühlung der Turbine des Abgasturboladers ist folglich vorteilhaft.The cylinder head with turbine according to the invention is particularly suitable for supercharged internal combustion engines, which are thermally particularly heavily loaded due to the higher exhaust gas temperatures. Cooling of the turbine of the exhaust gas turbocharger is therefore advantageous.

Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen, bei denen die Turbine Bestandteil eines Abgasturboladers ist. Also advantageous are embodiments in which the turbine is part of an exhaust gas turbocharger.

Die Aufladung dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die für den Verbrennungsprozess benötigte Luft wird dabei verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.The charge is used primarily to increase the performance of the internal combustion engine. The air required for the combustion process is compressed, which allows each cylinder per working cycle, a larger air mass can be supplied. As a result, the fuel mass and thus the medium pressure can be increased.

Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern, oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Hubraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen lässt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Die Aufladung unterstützt folglich das ständige Bemühen in der Entwicklung von Brennkraftmaschinen, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d. h. den Wirkungsgrad zu erhöhen.The charge is a suitable means to increase the capacity of an internal combustion engine with unchanged displacement, or to reduce the displacement at the same power. In any case, the charge leads to an increase in engine capacity and a lower power mass. At the same vehicle boundary conditions, the load collective can thus be shifted to higher loads in which the specific fuel consumption is lower. Charging thus supports the constant effort in the development of internal combustion engines to minimize fuel consumption, d. H. to increase the efficiency.

Gegenüber einem mechanischen Lader besteht der Vorteil eines Abgasturboladers darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen dem Lader und der 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 there is no mechanical connection to the power transmission between the supercharger and the internal combustion engine 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.

Weist der Zylinderkopf einen Zylinder auf und dieser Zylinder nur eine Auslassöffnung, bildet die eine zylinderzugehörige Abgasleitung das Abgasabführsystem, d. h. die Gesamtabgasleitung bzw. den Krümmer, die bzw. der in die Turbine mündet. Es handelt sich auch dabei um einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf.If the cylinder head has a cylinder and this cylinder has only one outlet opening, the one cylinder-associated exhaust pipe forms the exhaust gas removal system, ie. H. the entire exhaust line or the manifold, which opens into the turbine. It is also a cylinder head according to the invention.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen der Zylinderkopf mindestens zwei Zylinder aufweist.Embodiments in which the cylinder head has at least two cylinders are advantageous.

Weist der Zylinderkopf zwei Zylinder auf und bilden nur die Abgasleitungen von einem Zylinder eine Gesamtabgasleitung, die in die Turbine mündet, handelt es sich ebenfalls um einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf.If the cylinder head has two cylinders and only the exhaust gas lines of one cylinder form an overall exhaust gas line which opens into the turbine, this is likewise a cylinder head according to the invention.

Weist der Zylinderkopf drei oder mehr Zylinder auf und führen nur die Abgasleitungen von zwei Zylindern zu einer Gesamtabgasleitung zusammen, handelt es sich ebenfalls um einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf.If the cylinder head has three or more cylinders and if only the exhaust gas lines of two cylinders are combined to form an overall exhaust gas line, this is likewise a cylinder head according to the invention.

Ausführungsformen des Zylinderkopfes, 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, sind ebenfalls erfindungsgemäße Zylinderköpfe.Embodiments of the cylinder head, in which the cylinder head has, for example, four cylinders arranged in series and the exhaust pipes of the outer cylinders and the exhaust pipes of the inner cylinders merge to form an overall exhaust gas line, are likewise cylinder heads according to the invention.

Bei drei und mehr Zylindern sind daher auch Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen

  • – mindestens drei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass sie zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden, und
  • – die Abgasleitungen der Zylinder jeder Zylindergruppe unter Ausbildung eines Abgaskrümmers jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen.
For three and more cylinders, therefore, embodiments are also advantageous in which
  • - At least three cylinders are configured in such a way that they form two groups, each with at least one cylinder, and
  • - Combine the exhaust gas lines of the cylinder of each cylinder group to form an exhaust manifold to form an overall exhaust gas line.

Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für den Einsatz einer zweiflutigen Turbine. Eine zweiflutige Turbine weist einen Eintrittsbereich mit zwei Eintrittskanälen, also gewissermaßen zwei Eintrittsbereiche auf, wobei die beiden Gesamtabgasleitungen mit der zweiflutigen Turbine in der Art verbunden werden, dass jeweils eine Gesamtabgasleitung in einen Eintrittskanal mündet. Die Zusammenführung der beiden in den Gesamtabgasleitungen geführten Abgasströmungen erfolgt gegebenenfalls stromabwärts der Turbine. Werden die Abgasleitungen in der Weise gruppiert, dass die hohen Drücke, insbesondere die Vorauslassstöße, erhalten werden können, eignet sich eine zweiflutige Turbine insbesondere für eine Stoßaufladung, womit auch hohe Turbinendruckverhältnisse bei niedrigen Drehzahlen erzielt werden können.This embodiment is particularly suitable for the use of a twin-flow turbine. A double-flow turbine has an inlet region with two inlet channels, so to speak two inlet regions, wherein the two total exhaust gas lines are connected to the twin-flow turbine in such a way that in each case an entire exhaust gas line opens into an inlet channel. The merging of the two exhaust gas flows guided in the total exhaust gas lines is optionally carried out downstream of the turbine. If the exhaust pipes are grouped in such a way that the high pressures, in particular the Vorlassstöße, can be obtained, a double-flow turbine is particularly suitable for a burst charge, which also high turbine pressure ratios can be achieved at low speeds.

Die Gruppierung der Zylinder bzw. Abgasleitungen bietet aber auch Vorteile beim Einsatz mehrerer Turbinen bzw. Abgasturbolader, wobei jeweils eine Gesamtabgasleitung mit einer Turbine verbunden wird.However, the grouping of the cylinders or exhaust pipes also offers advantages when using multiple turbines or exhaust gas turbocharger, wherein in each case an overall exhaust gas line is connected to a turbine.

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

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Zylinderkopfes werden in Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the cylinder head are discussed in connection with the subclaims.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen die mindestens eine Wandung zu mehr als 50% mit einer Wärmeisolierung versehen ist.Advantageous embodiments of the cylinder head, in which the at least one wall is provided to more than 50% with a thermal insulation.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen die mindestens eine Wandung zu mehr als 70% mit einer Wärmeisolierung versehen ist. Advantageous embodiments of the cylinder head, in which the at least one wall is provided to more than 70% with a thermal insulation.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen die mindestens eine Wandung zu mehr als 80% mit einer Wärmeisolierung versehen ist.Embodiments of the cylinder head in which the at least one wall is provided with heat insulation for more than 80% are advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen die mindestens eine Wandung vollständig mit einer Wärmeisolierung versehen ist.Advantageous embodiments of the cylinder head, in which the at least one wall is completely provided with a thermal insulation.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen die Wärmeisolierung Emaille umfasst.Embodiments of the cylinder head in which the thermal insulation comprises enamel are advantageous.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen die Wärmeisolierung Keramik umfasst.Embodiments of the cylinder head in which the thermal insulation comprises ceramic are also advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen die Wärmeisolierung zumindest auch mittels Oberflächenbehandlung ausgebildet ist. Zur Ausbildung der Wärmeisolierung kann auch zunächst Material, beispielweise Emaille oder Keramik oder dergleichen, eingebracht und anschließend oberflächenbehandelt werden. Gegebenenfalls wird die Wärmeisolierung ausschließlich mittels Oberflächenbehandlung ausgebildet.Advantageous embodiments of the cylinder head, in which the heat insulation is at least formed by means of surface treatment. For the formation of the thermal insulation can also first material, such as enamel or ceramic or the like, are introduced and then surface-treated. Optionally, the thermal insulation is formed exclusively by means of surface treatment.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen die Turbine eine Radialturbine ist.Embodiments of the cylinder head in which the turbine is a radial turbine are advantageous.

Ist die Turbine als Radialturbine ausgeführt, dann erfolgt die Anströmung der Laufschaufeln im Wesentlichen radial. Im Wesentlichen radial bedeutet dabei, dass die Geschwindigkeitskomponente in radialer Richtung größer ist als die axiale Geschwindigkeitskomponente. Der Geschwindigkeitsvektor der Strömung schneidet die Welle bzw. Achse der Turbine und zwar in einem rechten Winkel, falls die Anströmung exakt radial verläuft. Insofern kann die Turbine auch in der Mixed-Flow-Bauweise ausgeführt sein, solange die Geschwindigkeitskomponente in radialer Richtung größer ist als die Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung.If the turbine is designed as a radial turbine, then the flow of the blades takes place substantially radially. In this case, essentially radial means that the velocity component in the radial direction is greater than the axial velocity component. The velocity vector of the flow intersects the shaft of the turbine at a right angle if the flow is exactly radial. In this respect, the turbine can also be designed in the mixed-flow design as long as the velocity component in the radial direction is greater than the velocity component in the axial direction.

Um die Laufschaufeln radial anströmen zu können, wird der Eintrittsbereich zur Zuführung des Abgases häufig als rundum verlaufendes Spiral- oder Schneckengehäuse ausgebildet, so dass die Zuströmung des Abgases zur Turbine im Wesentlichen radial erfolgt.In order to be able to flow radially to the rotor blades, the inlet region for supplying the exhaust gas is frequently designed as a spiral or worm casing extending all around, so that the inflow of the exhaust gas to the turbine takes place essentially radially.

Vorteilhaft sind auch daher Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen der mindestens eine Kühlmittelkanal sich im Gehäuse zumindest abschnittsweise spiralförmig um die Welle erstreckt.Therefore, embodiments of the cylinder head in which the at least one coolant channel extends in the housing at least in sections spirally around the shaft are also advantageous.

Vorteilhaft sind insbesondere in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen der mindestens eine Kühlmittelkanal sich umfänglich um und beabstandet zu dem Strömungskanal über einen Winkel α erstreckt mit α ≤ 45°.Particularly advantageous in this context are embodiments of the cylinder head in which the at least one coolant channel extends circumferentially around and at a distance from the flow channel over an angle α with α ≦ 45 °.

Vorteilhaft sind ebenfalls Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen gilt: α ≤ 30° bzw. α ≤ 20°. bzw. α ≤ 15°.Embodiments of the cylinder head are also advantageous, in which the following applies: α ≦ 30 ° or α ≦ 20 °. or α ≤ 15 °.

Je kleiner der Winkelbereich ist, in welchem der Kühlmittelkanal den Strömungskanal in Umfangsrichtung überstreicht, desto weniger voluminös muss das Gehäuse ausgeführt werden, d. h. je geringer ist der Materialeinsatz, der maßgeblich von der Größe des zu integrierenden Kühlmittelkanals mitbestimmt wird. Folglich nimmt auch das Gewicht des Gehäuses mit der Größe des Kühlmittelkanals ab bzw. zu.The smaller the angular range in which the coolant channel sweeps the flow channel in the circumferential direction, the less voluminous the housing must be carried out, d. H. the lower the material input, which is decisively influenced by the size of the coolant channel to be integrated. Consequently, the weight of the housing with the size of the coolant channel decreases or to.

Hinsichtlich der letztgenannten Ausführungsformen wird Bezug genommen auf die deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2010 037 378.8 .With respect to the latter embodiments, reference is made to FIGS German patent application with the file number 10 2010 037 378.8 ,

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen die Turbine zur Ausbildung einer Kühlung einen einzelnen im Gehäuse integrierten Kühlmittelkanal aufweist.Embodiments of the cylinder head in which the turbine has a single coolant channel integrated in the housing are advantageous for forming a cooling system.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen das Turbinengehäuse ein Gussteil ist, in welches die Wärmeisolierung im Rahmen einer Nachbearbeitung eingebracht ist. Als Nachbearbeitung werden insbesondere das Beschichten und das Oberflächenbehandeln angesehen.Advantageous embodiments of the cylinder head, in which the turbine housing is a casting, in which the thermal insulation is introduced as part of a post-processing. In particular, coating and surface treatment are considered as post-processing.

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

Es ist die Aufgabe des Ventiltriebs die Einlassöffnungen und Auslassöffnungen der Brennkammer rechtzeitig freizugeben bzw. zu schließen, wobei eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den einbzw. 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 Auslassöffnungen auszustatten.It is the task of the valve train to open the inlet openings and outlet openings of the combustion chamber in time or close, with a quick release of the largest possible flow cross-sections is sought to the throttle losses in the einbzw. To keep outflowing gas flows low and the best possible filling of the combustion chamber with fresh mixture or an effective, d. H. To ensure complete removal of the exhaust gases. Therefore, it is advantageous to equip the cylinders with two or more outlet openings.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen die Abgasleitungen unter Ausbildung mindestens eines Abgaskrümmers zu mindestens einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, wobei diese mindestens eine Gesamtabgasleitung in den Eintrittsbereich der Turbine mündet.Embodiments of the cylinder head in which the exhaust pipes merge to form at least one exhaust gas manifold to form at least one overall exhaust gas line are advantageous, with these at least one exhaust gas line discharging into the inlet region of the turbine.

Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen die Abgasleitungen der Zylinder unter Ausbildung mindestens eines integrierten Abgaskrümmers innerhalb des Zylinderkopfes zu mindestens einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, wobei diese mindestens eine Gesamtabgasleitung in den Eintrittsbereich der Turbine mündet. Particularly advantageous embodiments of the cylinder head, in which the exhaust pipes of the cylinder merge to form at least one integrated exhaust manifold within the cylinder head to at least one total exhaust line, said at least one total exhaust gas line opens into the inlet region of the turbine.

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. Desweiteren soll auch der Weg der heißen Abgase zu den verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen möglichst kurz sein, damit den Abgasen wenig Zeit zur Abkühlung eingeräumt wird und die Abgasnachbehandlungssysteme möglichst schnell ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur erreichen, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.It should be noted that, in principle, the aim is to arrange the turbine, in particular the turbine of an exhaust gas turbocharger, as close as possible to the outlet of the cylinders in order to make optimum use of the exhaust gas enthalpy of the hot exhaust gases, which is largely determined by the exhaust gas pressure and the exhaust gas temperature and to ensure a fast response of the turbine or the turbocharger. Furthermore, the way the hot exhaust gases to the various exhaust aftertreatment systems should be as short as possible, so that the exhaust gases are given little time to cool and the exhaust aftertreatment systems reach their operating temperature or light-off as soon as possible, especially after a cold start of the engine.

Man ist daher bemüht, die thermische Trägheit des Teilstücks der Abgasleitung zwischen Auslassöffnung am Zylinder und Turbine bzw. zwischen Auslassöffnung am Zylinder und Abgasnachbehandlungssystem zu minimieren, was durch Reduzierung der Masse und der Länge dieses Teilstückes erreicht werden kann.Efforts are therefore made to minimize the thermal inertia of the section of the exhaust pipe between the outlet opening on the cylinder and the turbine or between the outlet opening on the cylinder and the exhaust aftertreatment system, which can be achieved by reducing the mass and the length of this section.

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

Die Länge der Abgasleitungen wird dadurch verringert. Zum einen wird das Leitungsvolumen, d. h. das Abgasvolumen der Abgasleitungen stromaufwärts der Turbine, verkleinert, so dass das Ansprechverhalten der Turbine verbessert wird. Zum anderen führen die verkürzten Abgasleitungen auch zu einer geringeren thermischen Trägheit des Abgassystems stromaufwärts der Turbine, so dass sich die Temperatur der Abgase am Turbineneintritt erhöht, weshalb auch die Enthalpie der Abgase am Eintritt der Turbine höher ist.The length of the exhaust pipes is thereby reduced. First, the line volume, i. H. the exhaust volume of the exhaust pipes upstream of the turbine, reduced, so that the response of the turbine is improved. On the other hand, the shortened exhaust pipes also lead to a lower thermal inertia of the exhaust system upstream of the turbine, so that the temperature of the exhaust gases at the turbine inlet increases, which is why the enthalpy of the exhaust gases at the entrance of the turbine is higher.

Die Zusammenführung der Abgasleitungen innerhalb des Zylinderkopfes gestattet darüber hinaus ein dichtes Packaging der Antriebseinheit.The merging of the exhaust pipes within the cylinder head also allows a dense 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, und stellt daher erhöhte Anforderungen an die Kühlung.However, such a trained cylinder head is thermally more heavily loaded than a conventional cylinder head, which is equipped with an external manifold, and therefore makes increased demands on the cooling.

Die bei der Verbrennung durch die exotherme, chemische Umwandlung des Kraftstoffes freigesetzte Wärme wird teilweise über die den Brennraum begrenzenden Wandungen an den Zylinderkopf und den Zylinderblock und teilweise über den Abgasstrom an die angrenzenden Bauteile und die Umgebung abgeführt. Um die thermische Belastung des Zylinderkopfes in Grenzen zu halten, muss ein Teil des in den Zylinderkopf eingeleiteten Wärmestromes dem Zylinderkopf wieder entzogen werden. The heat released during combustion by the exothermic, chemical conversion of the fuel is partially dissipated via the walls delimiting the combustion chamber to the cylinder head and the cylinder block and partly via the exhaust gas flow to the adjacent components and the environment. In order to keep the thermal load of the cylinder head within limits, a part of the introduced into the cylinder head heat flow must be withdrawn from the cylinder head again.

Aufgrund der hohen Wärmekapazität einer Flüssigkeit können mit einer Flüssigkeitskühlung wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden als mit einer Luftkühlung, weshalb Zylinderköpfe der in Rede stehenden Art vorteilhafterweise mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet werden.Due to the high heat capacity of a liquid can be dissipated with a liquid cooling much larger amounts of heat than with air cooling, which is why cylinder heads of the type in question are advantageously equipped with a liquid cooling.

Die Flüssigkeitskühlung erfordert die Ausstattung des Zylinderkopfes mit mindestens einem Kühlmittelmantel, d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Zylinderkopf führenden Kühlmittelkanälen. Die Wärme wird im Inneren des Zylinderkopfes an das Kühlmittel abgegeben, das mittels einer im Kühlkreislauf angeordneten Pumpe gefördert wird, so dass es im Kühlmittelmantel zirkuliert. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird auf diese Weise aus dem Inneren des Zylinderkopfes abgeführt und in einem Wärmetauscher dem Kühlmittel wieder entzogen.The liquid cooling requires the equipment of the cylinder head with at least one coolant jacket, d. H. the arrangement of the coolant through the cylinder head leading coolant channels. The heat is released inside the cylinder head to the coolant, which is conveyed by means of a pump arranged in the cooling circuit, so that it circulates in the coolant jacket. The heat given off to the coolant is removed in this way from the interior of the cylinder head and removed from the coolant in a heat exchanger again.

Eine Flüssigkeitskühlung erweist sich insbesondere bei aufgeladenen Motoren als vorteilhaft, da die thermische Belastung aufgeladener Motoren im Vergleich zu herkömmlichen Brennkraftmaschinen deutlich höher ist.A liquid cooling proves to be particularly advantageous in turbocharged engines, since the thermal load of turbocharged engines compared to conventional internal combustion engines is significantly higher.

Aus dem zuvor Gesagten folgt, dass Ausführungsformen des Zylinderkopfes vorteilhaft sind, bei denen der Zylinderkopf zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung mit mindestens einem im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist.From the above it follows that embodiments of the cylinder head are advantageous in which the cylinder head is equipped to form a liquid cooling with at least one integrated in the cylinder head coolant jacket.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen der mindestens eine im Zylinderkopf integrierte Kühlmittelmantel mit dem mindestens einen Kühlmittelkanal der Turbine verbunden ist.Embodiments of the cylinder head in which the at least one coolant jacket integrated in the cylinder head is connected to the at least one coolant channel of the turbine are advantageous.

Ist der mindestens eine im Zylinderkopf integrierte Kühlmittelmantel mit dem mindestens einen Kühlmittelkanal der Turbine verbunden, müssen die übrigen zur Ausbildung eines Kühlkreislaufes erforderlichen Bauteile und Aggregate grundsätzlich nur in einfacher Ausfertigung vorgesehen werden, da diese sowohl für den Kühlkreislauf der Turbine als auch für den des Zylinderkopfes verwendet werden können, was zu Synergien und erheblichen Kosteneinsparungen führt, aber auch eine Gewichtsersparnis mit sich bringt. So werden vorzugsweise nur eine Pumpe zur Förderung des Kühlmittels und ein Behältnis zur Bevorratung des Kühlmittels vorgesehen. Die im Zylinderkopf und im Turbinengehäuse an das Kühlmittel abgegebene Wärme kann dem Kühlmittel in einem gemeinsamen Wärmetauscher entzogen werden.If the at least one coolant jacket integrated in the cylinder head is connected to the at least one coolant channel of the turbine, the other components and units required for forming a cooling circuit must in principle only be provided in a single copy, since this applies both to the cooling circuit of the turbine and to that of the cylinder head can be used, which leads to synergies and significant cost savings, but also brings a weight savings. Thus, preferably only one pump for conveying the coolant and a container for Provision of the coolant provided. The heat emitted to the coolant in the cylinder head and in the turbine housing can be withdrawn from the coolant in a common heat exchanger.

Darüber hinaus kann der Kühlmittelkanal der Turbine via Zylinderkopf mit Kühlmittel versorgt werden, so dass keine weiteren Kühlmittelzuführ- und Abführöffnungen am Turbinengehäuse vorgesehen werden müssen und auch auf weitere Kühlmittelleitungen verzichtet werden kann.In addition, the coolant channel of the turbine can be supplied via the cylinder head with coolant, so that no further Kühlmittelzuführ- and discharge openings must be provided on the turbine housing and can be dispensed with further coolant lines.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen

  • – der Zylinderkopf an einer Montage-Stirnseite mit einem Zylinderblock verbindbar ist, und
  • – der mindestens eine im Zylinderkopf integrierte Kühlmittelmantel einen unteren Kühlmittelmantel, der zwischen den Abgasleitungen und der Montage-Stirnseite des Zylinderkopfes angeordnet ist, und einen oberen Kühlmittelmantel, der auf der dem unteren Kühlmittelmantel gegenüberliegenden Seite der Abgasleitungen angeordnet ist, aufweist, wobei der obere Kühlmittelmantel und der untere Kühlmittelmantel vorzugsweise miteinander verbunden sind.
Advantageous are embodiments in which
  • - The cylinder head is connected to a mounting end face with a cylinder block, and
  • - The at least one integrated in the cylinder head coolant jacket has a lower coolant jacket, which is arranged between the exhaust pipes and the mounting end face of the cylinder head, and an upper coolant jacket, which is arranged on the opposite side of the lower coolant jacket exhaust pipes, wherein the upper coolant jacket and the lower coolant jacket are preferably connected together.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen der untere Kühlmittelmantel und/oder der obere Kühlmittelmantel mit dem Kühlmittelmantel der Turbine verbunden sind.In this case, embodiments in which the lower coolant jacket and / or the upper coolant jacket are connected to the coolant jacket of the turbine are advantageous.

Die Kühlung kann zusätzlich und vorteilhafterweise dadurch verbessert werden, dass zwischen dem oberen und unteren Kühlmittelmantel ein Druckgefälle generiert wird, das zu einem erhöhten Wärmeübergang infolge Konvektion führt.The cooling can additionally and advantageously be improved in that a pressure gradient is generated between the upper and lower coolant jacket, which leads to an increased heat transfer due to convection.

Ein solches Druckgefälle bietet auch Vorteile, falls der untere Kühlmittelmantel und der obere Kühlmittelmantel mit dem Kühlmittelkanal der Turbine bzw. über den Kühlmittelmantel der Turbine miteinander verbunden sind. Das Druckgefälle dient dann als treibende Kraft zur Förderung des Kühlmittels durch den Kühlmittelkanal der Turbine.Such a pressure gradient also offers advantages if the lower coolant jacket and the upper coolant jacket are connected to one another with the coolant channel of the turbine or via the coolant jacket of the turbine. The pressure gradient then serves as a driving force for conveying the coolant through the coolant channel of the turbine.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Turbine und der Zylinderkopf separate Bauteile darstellen, welche kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.Embodiments in which the turbine and the cylinder head constitute separate components which are connected to one another in a force-locking, positive-locking and / or material-locking manner are advantageous.

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 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.A modular construction, has the advantage that the individual components - namely the turbine or the cylinder head - can be combined according to the modular principle with other components, in particular other cylinder heads or turbines. The versatility of use of a component increases the number of units, whereby the manufacturing cost per piece can be reduced. In addition, this reduces the costs if the turbine or the cylinder head due to a defect exchange, 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.Also advantageous are embodiments in which the turbine housing is at least partially integrated in the cylinder head, so that the cylinder head and at least a 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 die Gefahr, dass Abgas ungewollt infolge einer Leckage in die Umgebung austritt. In Bezug auf die Kühlmittelkreisläufe bzw. die Verbindung der Kühlmittelmäntel und der Leckage von Kühlmittel gilt Ähnliches in analoger Weise.The formation of a gas-tight, thermally highly resilient and therefore costly connection between the cylinder head and turbine eliminates the principle by the one-piece design. As a result, there is also no danger that exhaust gas unintentionally leaks due to leakage into the environment. The same applies analogously to the coolant circuits or the connection of the coolant jackets and the leakage of coolant.

Die eingesetzte Turbine kann mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestattet werden, die eine weitergehende Anpassung an den jeweiligen Betriebspunkt einer Brennkraftmaschine durch Verstellen der Turbinengeometrie bzw. des wirksamen Turbinenquerschnittes gestattet. Dabei sind im Eintrittsbereich der Turbine 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 used can be equipped with a variable turbine geometry, which allows a further adaptation to the respective operating point of an internal combustion engine by adjusting the turbine geometry or the effective turbine cross section. In this case, guide vanes for influencing the flow direction are arranged in the inlet region of the turbine. Unlike the vanes of the rotating impeller, the vanes do not rotate with the shaft of the turbine.

Verfügt die Turbine über eine feste unveränderliche Geometrie, sind die Leitschaufeln nicht nur stationär, sondern zudem völlig unbeweglich im Eintrittsbereich angeordnet, d. h. starr fixiert. 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.If the turbine has a fixed invariable geometry, the vanes are not only stationary, but also completely immovable in the entry area, i. H. rigidly fixed. If, on the other hand, a turbine with variable geometry is used, the vanes are indeed arranged stationary, but not completely immobile, but rotatable about their axis, so that the flow of the blades can be influenced.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den 1 und 2 näher beschrieben. Hierbei zeigt:In the following the invention is based on an embodiment according to the 1 and 2 described in more detail. Hereby shows:

1 die Turbine einer ersten Ausführungsform in einem Schnitt senkrecht zur Welle des Turbinenlaufrades, und 1 the turbine of a first embodiment in a section perpendicular to the shaft of the turbine runner, and

2 den in 1 gekennzeichneten Schnitt A-A. 2 the in 1 marked section AA.

1 zeigt die Turbine 1 einer ersten Ausführungsform in einem Schnitt senkrecht zur Welle 7 des Turbinenlaufrades 6. 1 shows the turbine 1 a first embodiment in a section perpendicular to the shaft 7 of the turbine runner 6 ,

Die Turbine 1 ist eine Radialturbine 1a, welche ein in einem Turbinengehäuse 3 angeordnetes und auf einer drehbaren Welle 7 gelagertes Laufrad 6 umfasst. Um die Laufschaufeln radial anströmen zu können, ist der vom Eintrittsbereich 4 ausgehende Strömungskanal 5 spiralförmig und das Gehäuse 3 zur Zuführung des Abgases als rundum verlaufendes Spiralgehäuse ausgebildet.The turbine 1 is a radial turbine 1a which one in a turbine housing 3 arranged and on a rotatable shaft 7 stored impeller 6 includes. In order to be able to flow the blades radially, that is from the inlet area 4 outbound flow channel 5 spiral and the housing 3 designed to supply the exhaust gas as a completely extending spiral housing.

Zur Ausbildung einer Kühlung weist das Gehäuse 3 einen integrierten Kühlmittelkanal 8 auf, der sich im Gehäuse 3 spiralförmig um die Welle 7 erstreckt und damit dem Strömungskanal 5 bis zum Eintritt des Abgases in das Laufrad 6 folgt. Zu erkennen ist, dass der Kühlmittelkanal 8 beabstandet zum Strömungskanal 5 verläuft und zwar auf der dem Laufrad 6 abgewandten Seite des Strömungskanals 5. Benachbart zum Eintrittsbereich 4 des Turbinengehäuses 3 sind Kanalöffnungen 9 vorgesehen, um Kühlmittel in den Kühlmittelkanal 8 einleiten und wieder abführen zu können. Zur Befestigung der Turbine 1 am Zylinderkopf (nicht dargestellt) ist das Gehäuse 3 mit einem Flansch 10 ausgestattet.To form a cooling, the housing 3 an integrated coolant channel 8th on, in the housing 3 spiral around the shaft 7 extends and thus the flow channel 5 until the exhaust gas enters the impeller 6 follows. It can be seen that the coolant channel 8th spaced from the flow channel 5 runs on the impeller 6 opposite side of the flow channel 5 , Adjacent to the entrance area 4 of the turbine housing 3 are channel openings 9 provided to coolant in the coolant channel 8th initiate and pay off again. For fastening the turbine 1 on the cylinder head (not shown) is the housing 3 with a flange 10 fitted.

Die den Kühlmittelkanal 8 begrenzenden Wandungen 2 sind mit einer Wärmeisolierung 2a ausgestattet, d. h. beschichtet. Durch Einbringen dieser Isolierung 2a wird der Wärmeeintrag vom Gehäuse 3 in das Kühlmittel erschwert, wodurch sowohl dem Gehäuse 3 weniger Wärme entzogen und als auch weniger Wärme in das Kühlmittel eingebracht wird. Die Kühlleistung wird durch die Isolierung 2a gezielt gemindert, indem die Wärmedurchlässigkeit der wärmeübertragenden Wandung 2 gesenkt wird.The the coolant channel 8th bounding walls 2 are with a thermal insulation 2a equipped, ie coated. By introducing this insulation 2a is the heat input from the housing 3 difficult in the coolant, causing both the housing 3 less heat is removed and less heat is introduced into the coolant. The cooling capacity is through the insulation 2a purposefully diminished by the heat permeability of the heat-transferring wall 2 is lowered.

2 zeigt den in 1 gekennzeichneten Schnitt A-A. Es soll nur ergänzend zu 1 ausgeführt werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet. 2 shows the in 1 marked section AA. It should only be supplementary to 1 For that reason, reference is made to FIG 1 , The same reference numerals have been used for the same components.

Der Kühlmittelkanal 8 erstreckt sich bei der in 2 dargestellten Ausführungsform umfänglich über einen Winkel α ≈ 90° um den Strömungskanal 5, gemessen von der Mittellinie des Strömungskanals 5. Folglich legt sich der Kühlmittelkanal 8 vorliegend nichtähnlich einem Kühlmittelmantel – möglichst großflächig um den Strömungskanal 5. Auf diese Weise wird die vom Kühlmittel aufgenommene Wärmemenge ebenfalls begrenzt und zwar durch Reduzierung der wärmeübertragenden Flächen.The coolant channel 8th extends at the in 2 illustrated embodiment circumferentially about an angle α ≈ 90 ° to the flow channel 5 measured from the centerline of the flow channel 5 , Consequently, the coolant channel settles 8th in this case not similar to a coolant jacket - as large as possible around the flow channel 5 , In this way, the amount of heat absorbed by the coolant is also limited by reducing the heat transfer surfaces.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Turbine turbine
1a1a
Radialturbine radial turbine
22
Wandung wall
2a2a
Wärmeisolierung thermal insulation
33
Turbinengehäuse turbine housing
44
Eintrittsbereich entry area
55
Strömungskanal flow channel
66
Laufrad Wheel
77
Welle wave
88th
Kühlmittelkanal  Coolant channel
99
Kanalöffnung channel opening
1010
Flansch flange

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008011257 A1 [0012] DE 102008011257 A1 [0012]
  • EP 1384857 A2 [0013] EP 1384857 A2 [0013]
  • DE 102007017973 A1 [0014] DE 102007017973 A1 [0014]
  • WO 2010/039590 A1 [0024] WO 2010/039590 A1 [0024]
  • DE 102010037378 [0064] DE 102010037378 [0064]

Claims (17)

Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1), bei dem – der Zylinderkopf mindestens einen Zylinder aufweist, – jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist und sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung anschliesst, wobei die mindestens eine Abgasleitung mindestens eines Zylinders in einen Eintrittsbereich (4) der Turbine (1) mündet, der in einen Abgas führenden Strömungskanal (5) übergeht, und – die Turbine (1), welche mindestens ein in einem Turbinengehäuse (3) auf einer drehbaren Welle (7) gelagertes Laufrad (6) umfasst, zur Ausbildung einer Kühlung mindestens einen im Gehäuse (3) integrierten Kühlmittelkanal (8) aufweist, der durch mindestens eine Wandung (2) begrenzt und ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die mindestens eine den mindestens einen Kühlmittelkanal (8) begrenzende Wandung (2) zumindest bereichsweise mit einer Wärmeisolierung (2a) versehen ist.Cylinder head with cooled turbine ( 1 in which the cylinder head has at least one cylinder, each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases out of the cylinder and an exhaust pipe adjoins each outlet opening, the at least one exhaust pipe of at least one cylinder entering an inlet region. 4 ) of the turbine ( 1 ), the flow channel leading into an exhaust gas ( 5 ), and - the turbine ( 1 ), which at least one in a turbine housing ( 3 ) on a rotatable shaft ( 7 ) stored impeller ( 6 ) to form a cooling at least one in the housing ( 3 ) integrated coolant channel ( 8th ), which by at least one wall ( 2 ) is limited and formed, characterized in that - the at least one the at least one coolant channel ( 8th ) bounding wall ( 2 ) at least partially with a thermal insulation ( 2a ) is provided. Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wandung (2) zu mehr als 50% mit einer Wärmeisolierung (2a) versehen ist.Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the at least one wall ( 2 ) to more than 50% with a thermal insulation ( 2a ) is provided. Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wandung (2) zu mehr als 70% mit einer Wärmeisolierung (2a) versehen ist.Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one wall ( 2 ) to more than 70% with a thermal insulation ( 2a ) is provided. Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wandung (2) zu mehr als 80% mit einer Wärmeisolierung (2a) versehen ist. Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one wall ( 2 ) to more than 80% with a thermal insulation ( 2a ) is provided. Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wandung (2) vollständig mit einer Wärmeisolierung (2a) versehen ist.Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one wall ( 2 ) completely with a thermal insulation ( 2a ) is provided. Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierung (2a) Emaille umfasst.Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal insulation ( 2a ) Enamel includes. Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierung (2a) Keramik umfasst.Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal insulation ( 2a ) Ceramic. Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierung (2a) zumindest auch mittels Oberflächenbehandlung ausgebildet ist.Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal insulation ( 2a ) is formed at least by means of surface treatment. Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (1) eine Radialturbine (1a) ist.Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) According to one of the preceding claims, characterized in that the turbine ( 1 ) a radial turbine ( 1a ). Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kühlmittelkanal (8) sich im Gehäuse (3) zumindest abschnittsweise spiralförmig um die Welle (7) erstreckt.Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the at least one coolant channel ( 8th ) in the housing ( 3 ) at least in sections spirally around the shaft ( 7 ). Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kühlmittelkanal (8) sich umfänglich um und beabstandet zu dem Strömungskanal (5) über einen Winkel α erstreckt mit α ≤ 45°. Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) according to claim 9 or 10, characterized in that the at least one coolant channel ( 8th ) circumferentially about and spaced from the flow channel ( 5 ) extends through an angle α with α ≤ 45 °. Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: α ≤ 30°.Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) according to claim 11, characterized in that: α ≤ 30 °. Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (1) zur Ausbildung einer Kühlung einen im Gehäuse (3) integrierten Kühlmittelkanal (8) aufweist.Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) According to one of the preceding claims, characterized in that the turbine ( 1 ) to form a cooling in the housing ( 3 ) integrated coolant channel ( 8th ) having. Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (3) ein Gussteil ist, in welches die Wärmeisolierung (2a) im Rahmen einer Nachbearbeitung eingebracht ist.Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine housing ( 3 ) is a casting into which the thermal insulation ( 2a ) is introduced as part of a post-processing. Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder zwei Auslassöffnungen zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist.Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that each cylinder has two outlet openings for discharging the exhaust gases from the cylinder. Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitungen unter Ausbildung mindestens eines Abgaskrümmers zu mindestens einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, wobei diese mindestens eine Gesamtabgasleitung in den Eintrittsbereich (4) der Turbine (1) mündet.Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas lines merge to form at least one exhaust gas manifold to form at least one overall exhaust gas line, wherein this at least one total exhaust gas line into the inlet area ( 4 ) of the turbine ( 1 ) opens. Zylinderkopf mit gekühlter Turbine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitungen der Zylinder unter Ausbildung mindestens eines integrierten Abgaskrümmers innerhalb des Zylinderkopfes zu mindestens einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, wobei diese mindestens eine Gesamtabgasleitung in den Eintrittsbereich (4) der Turbine (1) mündet.Cylinder head with cooled turbine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas lines of the cylinder merge to form at least one integrated exhaust manifold within the cylinder head to at least one total exhaust gas line , said at least one total exhaust gas line in the inlet region ( 4 ) of the turbine ( 1 ) opens.
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