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Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf und mindestens einer ein Turbinengehäuse aufweisenden Turbine, bei der der mindestens eine Zylinderkopf mindestens einen Zylinder und mindestens eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase aus dem mindestens einen Zylinder aufweist, in welcher die mindestens eine Turbine angeordnet ist, wobei eine Lambda-Sonde zur Bestimmung des Luftverhältnisses λ vorgesehen ist.
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Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der einzelnen Zylinder, d. h. Brennräume, miteinander verbunden sind. Zum Abführen der Abgase wird mindestens eine Abgasleitung vorgesehen. Zwecks Aufladung der Brennkraftmaschine wird das Abgas stromabwärts des mindestens einen Zylinders der Turbine mindestens eines Abgasturboladers zugeführt. Ein oder mehrere Abgasnachbehandlungssysteme dienen zur Reduzierung der Schadstoffemissionen.
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Die Turbine des Abgasturboladers sollte möglichst nahe an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnet sein, um auf diese Weise die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal nutzen zu können und ein schnelles Ansprechverhalten des Turboladers zu gewährleisten. Auch der Weg der heißen Abgase zu den verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen sollte möglichst kurz sein, damit den Abgasen nur wenig Zeit zur Abkühlung eingeräumt wird und die Abgasnachbehandlungssysteme möglichst schnell ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur erreichen, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
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Man ist daher auch grundsätzlich bemüht, die thermische Trägheit des Teilstücks der Abgasleitung zwischen Zylinder und Turbine bzw. zwischen Zylinder und Abgasnachbehandlungssystem zu minimieren, was durch Reduzierung der Masse und der Länge dieses Teilstückes erreicht werden kann.
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Im Rahmen des Betriebs bzw. der Steuerung einer Brennkraftmaschine und ihrer Aggregate ist die Kenntnis des Luftverhältnisses λ von besonderer Bedeutung. Zur Bestimmung des Luftverhältnisses λ dient in der Regel eine Lambda-Sonde, die im Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordnet wird.
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Das Luftverhältnis λ wird unter anderem zur Festlegung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, des Einspritzzeitpunktes und/oder zur Steuerung einer Abgasrückführung benötigt, aber auch zur Überwachung und zum Betreiben der unterschiedlichen Abgasnachbehandlungssysteme, die nach dem Stand der Technik zur Reduzierung der Schadstoffe eingesetzt werden.
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Ähnlich wie bei der Turbine eines Abgasturboladers und einem Abgasnachbehandlungssystem wird auch im Hinblick auf die Lambda-Sonde eine möglichst motornahe Anordnung angestrebt. Ziel ist es dabei aber nicht, die Sonde an einer Stelle im Abgassystem zu plazieren, an der ein möglichst großer Abgasdruck und eine möglichst hohe Abgastemperatur herrschen. Obwohl eine Lambda-Sonde eine gewisse Anspring- bzw. Betriebstemperatur benötigt, weshalb die Sonden nach dem Stand der Technik beheizbar sind, d. h. mit einer Heizeinrichtung ausgestattet werden.
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Vielmehr soll durch die motornahe Anordnung das Abgasvolumen stromaufwärts der Sonde verringert werden, so dass das Abgasvolumen stromaufwärts der Sonde nach einem Kaltstart möglichst schnell frei von auskondensiertem Wasser ist. Denn die erwärmte oder in Erwärmung befindliche Sonde kann bersten bzw. zerspringen, d. h. irreversibel beschädigt werden, wenn Kondenswasser auf sie trifft bzw. sich an ihr ablagert.
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Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang, dass das im Abgas enthaltene Wasser im Abgassystem auskondensieren kann, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine und insbesondere an den noch nicht oder wenig erwärmten Innenwandungen der Abgasleitungen. Erst mit zunehmender Betriebsdauer bzw. zunehmender Temperatur des Abgassystems kondensiert das im Abgas enthaltene Wasser nicht mehr aus und bereits auskondensiertes Wasser wird wieder verdampft und als Wasserdampf Teil des Abgases.
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Die vorstehenden Anmerkungen machen deutlich, dass eine möglichst motornahe Anordnung der Sonde vorteilhaft ist und bei der Auslegung des Abgassystems angestrebt wird. Diese Vorgehensweise gewährleistet, dass die beheizbare Sonde nach einem Kaltstart schnell, d. h. möglichst verzögerungsfrei, mittels Heizeinrichtung auf Betriebstemperatur erwärmt werden kann, ohne dass zu befürchten ist, auskondensiertes Wasser könnte die Sonde beschädigen bzw. die Funktionstüchtigkeit der Sonde nachteilig beeinflussen. Je geringer die thermische Trägheit des Teilstücks der Abgasleitung zwischen Zylinder und Sonde ist desto weniger Zeit muß dem Abgassystem nach einem Kaltstart zur Erwärmung eingeräumt, d. h. bereitgestellt, werden, bevor die Sonde zur Aufnahme ihrer Tätigkeit beheizt, d. h. erwärmt, wird.
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Andererseits kann die Sonde nicht beliebig nahe an den Zylindern angeordnet werden, da die Abgastemperatur in Richtung der Zylinder – der Abgasleitung folgend – zunimmt und die Sonde vor thermischer Überlastung, d. h. Überhitzung, geschützt werden muß, was einen Mindestabstand erfordert.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2007 021 763 A1 beschreibt eine mittels Abgasturbolader aufgeladene Brennkraftmaschine, die mit einer Lambda-Sonde ausgestattet ist. Die Turbine des Abgasturboladers ist in einer Abgasdurchführung angeordnet, wobei die Sonde benachbart zur Turbine angeordnet wird und zwar derart, dass die Sonde sich auf oder in der Nähe der Achse eines Auslaßkanals der Turbine befindet. Eine derartige Anordnung der Sonde soll den vorteilhaften Effekt haben, dass die aus dem Auslaßkanal austretende und um die Achse des Auslaßkanals rotierende Abgaswirbelströmung im Bereich der Sonde frei von Kondenswasser ist, da dieses infolge der angreifenden Zentrifugalkräfte nach außen und damit von der Sonde weg geschleudert wird.
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Nachteilig an diesem in der
DE 10 2007 021 763 A1 offenbarten Konzept ist die große thermische Trägheit des Teilstücks der Abgasleitung zwischen Zylinder und Sonde, was durch die Turbine bedingt ist. Die Turbine weist eine vergleichsweise große Masse und damit eine große thermische Trägheit auf. Dies führt während der Warmlaufphase zu einer ausgeprägten Temperatursenke im Bereich der Turbine.
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Insofern ist die
DE 10 2007 021 763 A1 nicht darauf ausgerichtet, das Abgasvolumen stromaufwärts der Sonde nach einem Kaltstart möglichst schnell von Kondenswasser zu befreien. Vielmehr wird ein Lösungsansatz verfolgt, der darauf abstellt, das während der Warmlaufphase – vorliegend vergleichsweise lange – im Abgas enthaltene Wasser durch geeignete Strömungsführung – wie oben beschrieben – von der Sonde fern zu halten.
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Es muß aber berücksichtigt werden, dass auch die Turbine nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine hochgefahren werden muß, wobei die Abgasströmung stromabwärts der Turbine erst ausgebildet werden muß. Die zum Schutz der Sonde vor Kondenswasser erforderliche Wirbelströmung ist somit nach dem Start der Brennkraftmaschine nicht unmittelbar und verzögerungsfrei gegenwärtig bzw. verfügbar.
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Zudem kann die Führung der Abgasströmung stromabwärts der Turbine allein nicht in jedem Fall gewährleisten, dass das Kondenswasser tatsächlich vollständig von der Sonde fern gehalten wird, denn die Strömung selbst ist abhängig vom Betriebszustand der Turbine, welche wiederum vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere der Last und der Drehzahl, abhängt.
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Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, d. h. der gattungsbildenden Art, bereitzustellen, die im Hinblick auf die Anordnung der Lambda-Sonde im Abgassystem optimiert ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf und mindestens einer ein Turbinengehäuse aufweisenden Turbine, bei der der mindestens eine Zylinderkopf mindestens einen Zylinder und mindestens eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase aus dem mindestens einen Zylinder aufweist, in welcher die mindestens eine Turbine angeordnet ist, wobei eine Lambda-Sonde zur Bestimmung des Luftverhältnisses λ vorgesehen ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lambda-Sonde im Eintrittsbereich der mindestens einen Turbine angeordnet und mit einer Kühlung ausgestattet ist.
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Erfindungsgemäß wird die Lambda-Sonde im Eintrittsbereich der Turbine, durch den die heißen Abgase in die Turbine eintreten, angeordnet. Das aus den Zylindern stammende Abgas muß damit auf dem Weg zur Sonde nicht die Turbine durchströmen. Die Turbine wird aus dem Teilstück des Abgassystems stromaufwärts der Sonde gewissermaßen eliminiert. Dadurch wird die thermische Trägheit des Teilstücks der Abgasleitung zwischen dem mindestens einen Zylinder und der Sonde stark reduziert; beispielsweise auch im Vergleich zu dem in der
DE 10 2007 021 763 A1 beschriebenen Konzept.
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Die erfindungsgemäße Anordnung der Sonde stellt sicher, dass das Abgasvolumen stromaufwärts der Sonde nach einem Kaltstart schnell frei von Kondenswasser ist und die beheizbare Sonde bereits kurz nach dem Start erwärmt werden kann, um das Luftverhältnis λ zu bestimmen. Insofern kann die Open-Loop-Steuerung der Brennkraftmaschine unmittelbar nach dem Start mit nur kurzer Verzögerung in eine Closed-Loop-Regelung überführt werden, was hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen deutliche Vorteile bietet.
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Die gegenüber dem Stand der Technik überaus motornahe Anordnung der Sonde macht es erforderlich, die Sonde mit einer Kühlung auszustatten. Die Kühlung kann dabei grundsätzlich als Luftkühlung oder als Flüssigkeitskühlung ausgebildet werden. Bei der Luftkühlung erfolgt der Wärmeabtransport mittels einer über die Oberfläche der Sonde bzw. des Turbineneintrittsbereichs geführten Luftströmung, wohingegen eine Flüssigkeitskühlung sich einer Kühlflüssigkeit bedient, welche einen Kühlmittelmantel durchströmt.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine löst somit die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die im Hinblick auf die Anordnung der Lambda-Sonde im Abgassystem optimiert ist. Die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme werden überwunden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die mindestens eine Turbine mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet ist. Diese Kühlung dient vorzugsweise auch zur Kühlung der Sonde, die erfindungsgemäß motornah angeordnet wird und mit einer Kühlung auszustatten ist.
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Gemäß dem Stand der Technik wird die Turbine, falls eine separate Kühlung vorgesehen wird, häufig mittels Luftkühlung gekühlt. Die Ausstattung der Turbine mit einer Flüssigkeitskühlung gemäß der in Rede stehenden Ausführungsform hat Vorteile.
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Aufgrund der wesentlich höheren Kühlleistung einer Flüssigkeitskühlung gegenüber einer herkömmlichen Luftkühlung kann auf die Verwendung thermisch hochbelastbarer Werkstoffe zur Herstellung der Turbine bzw. des Turbinengehäuses vollständig oder zumindest teilweise verzichtet werden. Der Einsatz kostenintensiver – häufig nickelhaltiger – Werkstoffe ist nicht mehr erforderlich bzw. stark reduziert.
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Die Ausstattung der Turbine bzw. des Turbinengehäuses mit einer Flüssigkeitskühlung eignet sich insbesondere für aufgeladene Brennkraftmaschinen, die thermisch höher belastet sind und die bzw. deren Turbine aufgrund höherer Abgastemperaturen eine effiziente und optimierte Kühlung erfordern.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen, bei denen die mindestens eine ein Turbinengehäuse aufweisende Turbine, d. h. das Turbinengehäuse, zumindest teilweise aus Aluminium gefertigt ist. Dies bringt gegenüber der Verwendung üblicher Werkstoffe Kostenvorteile mit sich. Darüber hinaus führt der Einsatz von Aluminium zur Herstellung des Turbinengehäuses zu einem geringeren Gewicht.
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Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen, bei denen die mindestens eine ein Turbinengehäuse aufweisende Turbine, d. h. das Turbinengehäuse, zumindest teilweise aus Grauguß gefertigt ist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die mindestens eine ein Turbinengehäuse aufweisende Turbine zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung mit einem Kühlmittelmantel ausgestattet ist. Der Kühlmittelmantel kann bei einem im Gießverfahren hergestellten Gehäuse durch Einbringen eines Sandkerns bzw. mehrerer Sandkerne ausgebildet werden oder durch Kapselung des eigentlichen Gehäuses mit einer zusätzlichen Abdeckung, wobei der Kühlmittelmantel zwischen Gehäuse und Abdeckung ausgebildet wird.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf mit mindestens einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist.
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Aufgeladene Brennkraftmaschinen sind thermisch höher belastet als Saugmotoren. Aufgrund der wesentlich höheren Wärmekapazität von Flüssigkeiten gegenüber Luft können mit einer Flüssigkeitskühlung größere Wärmemengen abgeführt werden als mit einer Luftkühlung, weshalb das Vorsehen einer Flüssigkeitskühlung vorliegend vorteilhaft ist.
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Bei ausreichend großer Kühlleistung kann der Zylinderkopf unter Umständen vollständig oder zumindest in Teilen aus Aluminium gefertigt werden, was gegenüber der Verwendung von hochtemperaturfestem austenitischem Stahl Kostenvorteile bietet. Der Einsatz von Aluminium zur Herstellung des Zylinderkopfes führt darüber hinaus zu einem geringeren Gewicht des Zylinderkopfes und damit der gesamten Antriebseinheit.
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Vorzugsweise sollte die Kühlleistung derart hoch sein, dass auf eine Anfettung (λ < 1) zur Absenkung der Abgastemperaturen, die insbesondere hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine und hinsichtlich der Schadstoffemissionen als nachteilig anzusehen ist, verzichtet werden kann. Denn im Rahmen einer Anfettung wird mehr Kraftstoff eingespritzt als mit der bereitgestellten Luftmenge überhaupt verbrannt werden kann. Der zusätzliche Kraftstoff muß ebenfalls erwärmt und verdampft werden, wodurch die Temperatur der Verbrennungsgase sinkt. Insbesondere gestattet es eine notwendige Anfettung nicht immer, die Brennkraftmaschine in der Weise zu betrieben, wie es beispielsweise für ein vorgesehenes Abgasnachbehandlungssystem erforderlich wäre. Es ergeben sich Einschränkungen beim Betrieb der Brennkraftmaschine.
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Bei Brennkraftmaschinen, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf mit einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist, sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass der Kühlmittelmantel der mindestens einen Turbine mit dem in dem mindestens einen Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel verbunden ist.
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Ist der Kühlmittelmantel der Turbine mit dem im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel verbunden, müssen die zur Ausbildung eines Kühlkreislaufes erforderlichen Bauteile und Aggregate 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 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.
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Darüber hinaus kann der Kühlmittelmantel der Turbine via Zylinderkopf mit Kühlmittel versorgt werden. Bei Ausführungsformen, bei denen das Turbinengehäuse an den Zylinderkopf angrenzt und die beiden Kühlmittelmäntel ineinander übergehen, kann auf zusätzliche externe Kühlmittelleitungen verzichtet werden. Dies bietet Vorteile hinsichtlich der Dichtigkeit und Störanfälligkeit des Kühlsystems.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Zylinderkopf mindestens zwei Zylinder aufweist, wobei jeder Zylinder mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist und sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung anschließt, und bei dem die Abgasleitungen von mindestens zwei Zylindern unter Ausbildung eines integrierten Abgaskrümmers innerhalb des Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen.
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Weist der Zylinderkopf drei oder mehr Zylinder auf und führen nur die Abgasleitungen von zwei Zylindern innerhalb des Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammen, handelt es sich auch um eine Ausführungsform der vorstehend genannten Art.
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Der Zylinderkopf kann auch beispielsweise vier in Reihe angeordnete Zylinder aufweisen, wobei die Abgasleitungen der außenliegenden Zylinder und die Abgasleitungen der innenliegenden Zylinder innerhalb des Zylinderkopfes jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen.
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Eine derartige Gruppierung der Zylinder bzw. Abgasleitungen 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.
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Vorteilhaft sind aber insbesondere Ausführungsformen, bei denen die Abgasleitungen sämtlicher Zylinder des Zylinderkopfes innerhalb des Zylinderkopfes zu einer einzigen, d. h. gemeinsamen, Gesamtabgasleitung zusammenführen.
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Die Integration des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf führt zu einer Verkürzung der Abgasleitungen und einer Reduzierung der thermischen Trägheit des Krümmers. Zudem ermöglicht ein integrierter Krümmer eine sehr motornahe Anordnung der Turbine. Beides trägt zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe bei.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Auslaßöffnungen zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist. Im Rahmen des Ladungswechsels wird eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung des Brennraumes mit Frischgemisch bzw. ein effektives Abführen der Abgase zu gewährleisten. Daher ist es vorteilhaft, zwei oder mehr Einlaßöffnungen bzw. Auslaßöffnungen vorzusehen.
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Bei Brennkraftmaschinen, bei denen der Zylinderkopf mit einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist und an einer Montage-Stirnseite mit einem Zylinderblock verbindbar ist, sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen der 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.
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Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen der untere Kühlmittelmantel und/oder der obere Kühlmittelmantel mit dem Kühlmittelmantel der Turbine verbunden sind.
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Die Kühlung kann zusätzlich und vorteilhafterweise dadurch verbessert werden, dass zwischen dem oberen und dem unteren Kühlmittelmantel ein Druckgefälle generiert wird, was zu einem erhöhten Wärmeübergang infolge Konvektion führt. Häufig sind der obere und der untere Kühlmittelmantel innerhalb des Zylinderkopfes via Verbindungsleitung miteinander verbunden.
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Ein solches Druckgefälle bietet auch Vorteile, falls der untere Kühlmittelmantel und der obere Kühlmittelmantel über den Kühlmittelmantel der Turbine miteinander verbunden sind. Das Druckgefälle dient dann als treibende Kraft zur Förderung des Kühlmittels durch den Kühlmittelmantel der Turbine.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die mindestens eine Turbine und der mindestens eine Zylinderkopf separate Bauteile darstellen, welche zur Ausbildung der Kombination kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
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Ein modularer Aufbau hat den Vorteil, dass die Turbine und 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 gesenkt werden können. Zudem werden hierdurch die Kosten gesenkt, falls die Turbine bzw. der Zylinderkopf infolge eines Defekts auszutauschen, d. h. zu ersetzen, ist.
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Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen, bei denen das Turbinengehäuse der mindestens einen Turbine zumindest teilweise in dem mindestens einen Zylinderkopf integriert ist, so dass der mindestens eine Zylinderkopf und zumindest ein Teil des Turbinengehäuses ein monolithisches Bauteil bilden.
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Vorteilhafterweise wird dabei das monolithische Bauteil einteilig als gegossenes Bauteil ausgebildet, vorzugsweise aus Aluminium, wodurch eine besonders hohe Gewichtsersparnis erzielt wird im Vergleich zur Verwendung von Stahl. Die Kosten für die Bearbeitung des Aluminiumgehäuses sind ebenfalls geringer.
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Nichtsdestotrotz kann das monolithische Bauteil auch aus Grauguß oder anderen Gußmaterialien hergestellt werden. Denn unabhängig vom verwendeten Material bleiben die Vorteile eines monolithisch ausgebildeten Bauteils erhalten, nämlich die kompakte Bauweise der Kombination, die grundsätzliche Gewichtsersparnis durch den Wegfall der nicht notwendigen Verbindungselemente, das verbesserte Ansprechverhalten der Turbine infolge der überaus motornahen Anordnung und dergleichen.
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Eine zumindest teilweise Integration des Turbinengehäuses in den Zylinderkopf erleichtert das Verbinden eines im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantels mit dem Kühlmittelmantel der Turbine. 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 Kühlmittelmäntel und der Leckage von Kühlmittel gilt Ähnliches in analoger Weise.
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Die mindestens eine eingesetzte Turbine kann mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestattet werden, die eine weitergehende Anpassung an den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durch Verstellen der Turbinengeometrie bzw. des wirksamen Turbinenquerschnittes gestattet. Dabei sind im Eintrittsbereich der Turbine Leitschaufeln zur Beeinflussung der Strömungsrichtung angeordnet. Im Gegensatz zu den Laufschaufeln des umlaufenden Laufrades rotieren die Leitschaufeln nicht mit der Welle der Turbine.
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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.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
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1 in einer Seitenansicht den Abgasturbolader einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit Blick auf und in den Eintrittsbereich der Turbine.
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1 zeigt in einer Seitenansicht schematisch den Abgasturbolader 1 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit Blick auf und in den Eintrittsbereich 2 der Turbine 1a. Die Turbine 1a bildet zusammen mit einem Verdichter 1b den Abgasturbolader 1, der zur Aufladung der Brennkraftmaschine verwendet wird.
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Zur Bestimmung des Luftverhältnisses λ ist eine Lambda-Sonde 3 vorgesehen, wobei die Lambda-Sonde 3 im Eintrittsbereich 2 der mindestens einen Turbine 1a angeordnet ist. Zu erkennen ist, dass die Lambda-Sonde 3 an der höchst gelegenen Stelle plaziert ist und von oben in den Eintrittsbereich 2 hineinragt. Zur Befestigung der Turbine 1a bzw. des Abgasturboladers 1 am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verfügt das Turbinengehäuse im Eintrittsbereich 2 über einen Flansch 4.
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Aufgrund der hohen Temperaturen ist die Sonde 3 zum Schutz vor Überhitzung mit einer Kühlung zu versehen. Hierzu ist die Turbine 1a zur Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung mit einem Kühlmittelmantel ausgestattet (nicht dargestellt).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasturbolader
- 1a
- Turbine
- 1b
- Verdichter
- 2
- Eintrittsbereich
- 3
- Sonde
- 4
- Flansch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007021763 A1 [0012, 0013, 0014, 0019]