[发明专利]具有液体冷却式涡轮机的内燃机和用于冷却涡轮机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有至少一个液体冷却式涡轮机的内燃机，其中具有涡轮机壳体的所述涡轮机具有整合在所述壳体中的至少一个冷却套以便形成液体冷却布置。

本发明也涉及一种用于冷却所述内燃机的所述至少一个涡轮机的方法。

背景技术

内燃机常常设有一个涡轮机或多个涡轮机。这样做可能有各种原因。通常，为了压缩在进气侧的增压空气，设法在废气涡轮增压的背景下借助于涡轮机而利用热废气的废气焓。例如EP 1640596B1公开了一种所述类型的内燃机，其中可以借助于串联布置的两个废气涡轮增压器执行增压空气的两级压缩，或者取决于废气流速，也可以借助于具有不同尺寸的两个增压器中的一个执行单级压缩。

在至少一个涡轮机的下游，如果适用的话，废气然后被引导通过一个或多个废气后处理系统。

涡轮机的生产成本是比较高的，原因是用于高热负荷涡轮机壳体的、经常包含镍的材料昂贵，尤其与优选地用于气缸盖的材料(例如铝)相比。不仅材料本身的成本高，而且用于涡轮机壳体的所述材料的加工成本也高。

所以如果可以由更廉价的材料(例如铝)生产涡轮机，则在成本方面将是极其有利的。铝的使用在涡轮机的重量方面也将是有利的。的确如此，尤其是考虑到基本上需要的靠近发动机的涡轮机的布置导致相对而言尺寸较大的、大体积壳体，原因在于因为受限制的空间条件的缘故借助于凸缘和螺栓连接涡轮机和气缸盖需要大的涡轮机进气区域，原因也在于必须为组装工具提供足够的空间。大体积壳体与相应的高重量相关联。因此，在涡轮机靠近发动机布置的情况下，由于相对高的材料的使用，所以铝优于能承受较高热负荷的材料的重量优点是特别明显的。

为了能够使用更廉价的材料生产涡轮机，根据现有技术，涡轮机设有冷却布置，例如液体冷却布置，所述冷却布置显著减小了由热废气产生的涡轮机和涡轮机壳体的热负荷并且因此允许使用能承受较低热负荷的材料。

通常，涡轮机壳体设有至少一个冷却套以便形成冷却布置。现有技术公开了两种构思，在一种构思中壳体是铸件并且冷却套在铸造工艺期间形成为整体壳体的一体组成部分，在另一种构思中壳体是模块化结构，其中用作冷却套的腔在组装期间形成。

例如在已公开的德国申请DE 102008011257A1中描述了根据后一个构思设计的涡轮机。通过为实际涡轮机壳体提供外罩，使得在壳体和与壳体间隔开布置的至少一个外罩构件之间形成冷却剂可以引入其中的腔，从而形成涡轮机的液体冷却布置。由外罩扩展的壳体于是包括冷却套，由于该原因，在本发明的背景下，所述壳体也被认为是涡轮机的壳体。

EP 1384857A2类似地公开了一种涡轮机，所述涡轮机的壳体设有冷却套，所述冷却套装有海水。涡轮机壳体是以单件形式形成的铸件。

由于常规地用作冷却剂的水的高比热容，借助于液体冷却可以从壳体去除大量的热。热被消散到壳体的内部中的冷却剂并且随着冷却剂被排出。热随后在热交换器中再次从冷却剂被去除。

基本上有可能的情况是，涡轮机的液体冷却布置配备有独立的热交换器或者在液体冷却内燃机的情况下为了该目的使用发动机冷却布置的热交换器(也就是说，不同液体冷却布置的热交换器)。后一种选择仅仅需要两个回路之间的相应连接。

为液体冷却布置提供涡轮机使得有可能由热阻较小的材料(例如低合金钢、铸铁、铝)生产外壳。在另一个方面，在这里，由涡轮机壳体中的冷却剂吸收的热量可以为40kW或更高。在热交换器中从冷却剂再次去除如此大量的热并且借助于空气流将热消散到环境经证明是有问题的。

现代的机动车辆驱动器适当地配备有大功率风扇电机以便在热交换器处提供足够高的热传递所需的空气质量流动。然而，不能任意增大或任意扩大对于热传递重要的另一个参数，具体而言，为热传递提供的表面积，原因是在各种热交换器通常布置在其中的车辆前端区域中的空间可用性受到限制。

除了用于发动机冷却的热交换器以外，现代的机动车辆常常具有另外的热交换器，特别是冷却装置。