DE102017105141A1

DE102017105141A1 - Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102017105141A1
Application number: DE102017105141.4A
Authority: DE
Inventors: Fumio Takamiya
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2037-03-11
Also published as: DE102017105141B4; JP2017186954A; CN107269384A; US10190489B2; JP6315020B2; CN107269384B; US20170284284A1

Abstract

In einem Turbinengehäuse eines Turboladers vom Twin- bzw. Doppel-Eintrittstyp sind eine erste Scroll-Kammer bzw. Spiralkammer, die mit einem ersten Auslasskrümmer in Verbindung steht, und eine zweite Spiralkammer, welche mit einem zweiten Auslasskrümmer in Verbindung steht, vorgesehen. Ein Oberflächenbereich des ersten Auslasskrümmers ist derart konfiguriert, dass dieser größer ist als ein Oberflächenbereich des zweiten Auslasskrümmers, und diese Auslasskrümmer werden durch einen Kühlmechanismus gekühlt. In dem Turbinengehäuse sind erste und zweite Kühlwasserdurchlässe entsprechend vorgesehen, um die ersten und zweiten Spiralkammern zu umgeben. Eine Verbrennungskraftmaschine umfasst eine Kühlvorrichtung, welche bewirkt, dass Kühlwasser in die ersten und zweiten Kühlwasserdurchlässe strömt, und die Kühlvorrichtung ist derart konfiguriert, dass eine Temperatur des Kühlwassers, welches in den zweiten Kühlwasserdurchlass eingeführt wird, niedriger wird als eine Temperatur des Kühlwassers, welches in den ersten Kühlwasserdurchlass eingeführt wird.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, und insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Mechanismus, welcher ein Turbinengehäuse eines Turboladers vom Twin- bzw. Doppel-Eintrittstyp kühlt.
Hintergrund
Patentliteratur 1 offenbart beispielsweise in herkömmlicher Art und Weise eine Gestaltung mit Bezug auf eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Turbolader vom Twin- bzw. Doppel-Eintrittstyp. Ein Turbolader vom Doppel-Eintrittstyp umfasst zwei Einführanschlüsse für Abgas bei der Turbine, und ein Auslassdurchlass ist derart konfiguriert, dass veranlasst wird, dass Abgas einer ersten Zylindergruppe aus einer Mehrzahl von Zylindern in einen der Einführanschlüsse der Turbine strömt, und dass veranlasst wird, dass Abgas einer zweiten Zylindergruppe in den anderen Einführanschluss der Turbine strömt.
Ferner umfasst das vorstehend beschriebene System von Patentliteratur 1 zwei unterschiedliche Kühlsysteme zum Kühlen des Abgases, welches in Auslasskanälen strömt. Insbesondere wird das in einem Auslasskanal der ersten Zylindergruppe strömende Abgas durch ein Kühlsystem mit einer niedrigen Wassertemperatur gekühlt und das in einem Auslasskanal der zweiten Zylindergruppe strömende Abgas wird durch ein Kühlsystem mit einer hohen Wassertemperatur gekühlt.
Nachstehend ist eine Liste von Patentliteratur aufgeführt, welche dem Anmelder als Hintergrund der vorliegenden Offenbarung bekannt ist.
Patentliteratur 1: JP 2012-132337 A
Patentliteratur 2: JP 2005-163626 A
Patentliteratur 3: JP 2009-243277 A
Kurzfassung
Bei dem vorstehend beschriebenen System von Patentliteratur 1 kann das als AGR-Gas zurückgeführte Abgas zwischen dem Abgas der ersten Zylindergruppe und dem Abgas der zweiten Zylindergruppe gewechselt werden, und daher kann die Temperatur des AGR-Gases gemäß dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine verändert werden. Bei dem vorstehend beschriebenen System von Patentliteratur 1 werden jedoch Abgase mit unterschiedlichen Temperaturen entsprechend in einen Turbolader vom Doppel-Eintrittstyp eingeführt. Die eingeführten Abgase strömen in jeweiligen Scroll-Kammern bzw. Spiralkammern, die in einem Turbinengehäuse vorgesehen sind. Folglich ist es wahrscheinlich, dass bei dem Turbinengehäuse eine übermäßige thermische Spannung auftritt, wenn eine Temperaturdifferenz der in den jeweiligen Spiralkammern strömenden Abgase groß ist.
Die vorliegende Offenbarung erfolgte im Lichte des vorstehend beschriebenen Problems und es ist eine Aufgabe, eine Verbrennungskraftmaschine vorzusehen, die verhindern kann, dass eine übermäßige thermische Spannung bei einem Turbinengehäuse bei der Verbrennungskraftmaschine mit einem Turbolader vom Doppel-Eintrittstyp auftritt.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Verbrennungskraftmaschine einen ersten Auslasskrümmer, in welchem ein von einer ersten Zylindergruppe der Verbrennungskraftmaschine abgegebenes Gas strömt, einen zweiten Auslasskrümmer, in welchem ein von einer zweiten Zylindergruppe, die sich von der ersten Zylindergruppe unterscheidet, abgegebenes Gas strömt, und einen Turbolader mit einer ersten Scroll-Kammer bzw. Spiralkammer, die mit dem ersten Auslasskrümmer in Verbindung steht, und einer zweiten Scroll-Kammer bzw. Spiralkammer, die mit dem zweiten Auslasskrümmer in Verbindung steht, wobei ein Oberflächenbereich einer Wandoberfläche des ersten Auslasskrümmers größer ist als ein Oberflächenbereich einer Wandoberfläche des zweiten Auslasskrümmers. Der Turbolader umfasst ein Turbinengehäuse mit der ersten Spiralkammer und der zweiten Spiralkammer, welche in einer axialen Richtung eines Turbinenrads durch eine Trennwand voneinander getrennt sind, einen ersten Kühlwasserdurchlass, welcher in dem Turbinengehäuse vorgesehen ist, um die erste Spiralkammer zu umgeben, und einen zweiten Kühlwasserdurchlass, welcher in dem Turbinengehäuse vorgesehen ist, um die zweite Spiralkammer zu umgeben. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst eine Kühlvorrichtung, welche veranlasst, dass Kühlwasser in dem ersten Kühlwasserdurchlass und in dem zweiten Kühlwasserdurchlass strömt, und die Kühlvorrichtung ist derart konfiguriert, dass eine Temperatur von Kühlwasser, welches in den zweiten Kühlwasserdurchlass eingeführt wird, niedriger wird als eine Temperatur von Kühlwasser, welches in den ersten Kühlwasserdurchlass eingeführt wird.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind der erste Auslasskrümmer und der zweite Auslasskrümmer im Inneren eines Zylinderkopfs ausgebildet. Die Maschine umfasst einen im Inneren des Zylinderkopfs ausgebildeten Kühlmechanismus, und der Kühlmechanismus ist derart konfiguriert, dass dieser veranlasst, dass Kühlwasser in einem um den ersten Auslasskrümmer und den zweiten Auslasskrümmer vorgesehenen Wassermantel strömt.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind der erste Kühlwasserdurchlass und der zweite Kühlwasserdurchlass in Reihe verbunden und die Kühlvorrichtung ist derart konfiguriert, dass diese eine Wasserpumpe umfasst, welche veranlasst, dass Kühlwasser ausgehend von dem zweiten Kühlwasserdurchlass hin zu dem ersten Kühlwasserdurchlass strömt.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst die Kühlvorrichtung eine erste Wasserpumpe, welche veranlasst, dass ein erstes Kühlwasser in dem ersten Kühlwasserdurchlass strömt, und eine zweite Wasserpumpe, welche veranlasst, dass ein zweites Kühlwasser mit einer niedrigeren Temperatur als das erste Kühlwasser in dem zweiten Kühlwasserdurchlass strömt.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung entspricht das erste Kühlwasser einem Maschinenkühlwasser, welches einen Hauptkörper der Verbrennungskraftmaschine durchläuft, und das zweite Kühlwasser entspricht einem Kühlwasser, welches einen Zwischenkühler vom wassergekühlten Typ durchläuft.
Da das in dem ersten Auslasskrümmer strömende Abgas stärker abgekühlt wird als das in dem zweiten Auslasskrümmer strömende Abgas, werden Abgase mit unterschiedlichen Temperaturen in die erste Scroll-Kammer bzw. Spiralkammer und die zweite Spiralkammer in dem Turbinengehäuse eingeführt. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die Kühlvorrichtung derart konfiguriert, dass die Temperatur des Kühlwassers, welches in den zweiten Kühlwasserdurchlass eingeführt wird, niedriger wird als die Temperatur des Kühlwassers, welches in den ersten Kühlwasserdurchlass eingeführt wird. Gemäß dieser Konfiguration wird der Bereich des Turbinengehäuses auf der Seite des zweiten Kühlwasserdurchlasses stärker abgekühlt als der Bereich des Turbinengehäuses auf der Seite des ersten Kühlwasserdurchlasses. Dadurch wird das Turbinengehäuse gekühlt, um die Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich auf der Seite der zweiten Spiralkammer und dem Bereich auf der Seite der ersten Spiralkammer bei dem Turbinengehäuse zu reduzieren, und dadurch wird es möglich, zu verhindern, dass eine übermäßige thermische Spannung bei dem Turbinengehäuse auftritt.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind der erste Auslasskrümmer und der zweite Auslasskrümmer im Inneren des Zylinderkopfs ausgebildet und der Kühlmechanismus ist derart konfiguriert, dass dieser bewirkt, dass Kühlwasser in dem Wassermantel strömt, der um den ersten Auslasskrümmer und den zweiten Auslasskrümmer vorgesehen ist. Gemäß dieser Konfiguration kann das Abgas in dem Auslasskrümmer im Inneren des Zylinderkopfs gekühlt werden.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird veranlasst, dass das Kühlwasser ausgehend von dem zweiten Kühlwasserdurchlass, welcher die zweite Spiralkammer umgibt, hin zu dem ersten Kühlwasserdurchlass strömt, der die erste Spiralkammer umgibt. Gemäß dieser Konfiguration wird das Kühlwasser in dem zweiten Kühlwasserdurchlass nach dem Austauschen von Wärme mit dem in der zweiten Spiralkammer strömenden Abgas in den ersten Kühlwasserdurchlass eingeführt. Dadurch kann die Temperatur des in den zweiten Kühlwasserdurchlass eingeführten Kühlwassers im Verhältnis niedriger gemacht werden als die Temperatur des Kühlwassers, welches in den ersten Kühlwasserdurchlass eingeführt wird, und dadurch wird es möglich, zu verhindern, dass eine übermäßige thermische Spannung bei dem Turbinengehäuse auftritt.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird veranlasst, dass das erste Kühlwasser in dem ersten Kühlwasserdurchlass strömt, und es wird veranlasst, dass das zweite Kühlwasser mit einer niedrigeren Temperatur als das erste Kühlwasser in dem zweiten Kühlwasserdurchlass strömt. Folglich wird gemäß der vorliegenden Offenbarung das Turbinengehäuse gekühlt, um die Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich auf der Seite der zweiten Spiralkammer und dem Bereich auf der Seite der ersten Spiralkammer bei dem Turbinengehäuse zu reduzieren, und dadurch wird es möglich, zu verhindern, dass eine übermäßige thermische Spannung bei dem Turbinengehäuse auftritt.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird veranlasst, das das Kühlwasser, welches den Hauptkörper der Verbrennungskraftmaschine durchläuft, in den ersten Kühlwasserdurchlass strömt, und es wird veranlasst, dass das Kühlwasser, welches den Zwischenkühler durchläuft, in den zweiten Kühlwasserdurchlass strömt. Folglich kann gemäß der vorliegenden Offenbarung veranlasst werden, dass unter Verwendung des existierenden Kühlwassers Kühlwasser mit unterschiedlichen Temperaturen in den ersten Kühlwasserdurchlass und den zweiten Kühlwasserdurchlass strömt.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
1 ist eine vereinfachte Ansicht zum Erläutern einer Konfiguration einer Verbrennungskraftmaschine als eine oder mehrere Ausführungsformen;
2 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Konfiguration eines in einem Zylinderkopf ausgebildeten Auslasskrümmers;
3 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Konfiguration auf einer Turbinenseite eines Turboladers der ersten Ausführungsform;
4 ist eine Ansicht, welche einen Teil eines Querschnitts im Falle des Schneidens der Turbine in 3 bei einer vertikalen Ebene, die eine Rotationsachse L1 durchläuft, darstellt;
5 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Systemkonfiguration einer Kühlvorrichtung der ersten Ausführungsform;
6 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Konfiguration auf einer Turbinenseite eines Turboladers einer zweiten Ausführungsform;
7 ist eine Ansicht, welche einen Teil eines Querschnitts im Falle des Schneidens der Turbine in 6 bei einer vertikalen Ebene, die eine Rotationsachse L1 durchläuft, darstellt; und
8 ist eine Abbildung zum Erläutern einer Systemkonfiguration einer Kühlvorrichtung der zweiten Ausführungsform.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben. Zu beachten ist, dass, wenn die Ziffern der Anzahl, der Mengen, der Beträge, der Bereiche und dergleichen der jeweiligen Elemente bei den wie folgt gezeigten Ausführungsformen erwähnt sind, die vorliegende Offenbarung nicht auf die erwähnten Ziffern beschränkt ist, solange dies nicht explizit anderweitig beschrieben ist, oder sofern die Offenbarung durch die Ziffern nicht theoretisch explizit spezifiziert ist. Ferner sind Strukturen und dergleichen, welche bei den wie folgt gezeigten Ausführungsformen beschrieben sind, bei der vorliegenden Offenbarung nicht immer unerlässlich, solange dies nicht spezifisch explizit anderweitig gezeigt ist, oder solange die Offenbarung durch die Strukturen und dergleichen nicht theoretisch explizit spezifiziert ist.
Erste Ausführungsform
1-1. Konfiguration der Verbrennungskraftmaschine der ersten Ausführungsform
1 ist eine vereinfachte Ansicht zum Erläutern einer Konfiguration einer Verbrennungskraftmaschine als eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 dargestellt ist, ist eine Verbrennungskraftmaschine 10 der vorliegenden Ausführungsform als eine Reihen-Vierzylindermaschine konfiguriert, welche eine Verbrennung in der Abfolge #1 zu #3 zu #4 zu #2 wiederholt. Ein Einlassdurchlass 14 ist über einen Einlasskrümmer 12 mit einem Maschinenhauptkörper 2 der Verbrennungskraftmaschine 10 verbunden, und ein Zwischenkühler 16, ein Drosselventil 18 und dergleichen sind auf halbem Wege in dem Einlassdurchlass 14 vorgesehen.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist mit einem Turbolader 20 ausgerüstet. Der Turbolader 20 besitzt eine Turbine 201, welche durch Abgasenergie der Verbrennungskraftmaschine 10 betätigt wird, und einen Verdichter 202, welche durch die Turbine 201 angetrieben wird. Der vorstehend beschriebene Einlassdurchlass 14 ist mit dem Verdichter 202 verbunden. Durch den Verdichter 202 kann Einlassluft verdichtet werden.
Die Turbine 201 besitzt zwei Einlassanschlüsse. Das heißt, der Turbolader 20 ist als ein Turbolader vom Twin- bzw. Doppel-Eintrittstyp konfiguriert. Details einer inneren Konfiguration des Turboladers 20 werden später beschrieben. Ein erster Auslasskrümmer 30 ist mit einem der Einlassanschlüsse der Turbine 201 verbunden, und ein zweiter Auslasskrümmer 32 ist mit dem anderen Einlassanschluss verbunden. Konfigurationsdetails des ersten Auslasskrümmers 30 und des zweiten Auslasskrümmers 32 werden später beschrieben. Ein Auslassdurchlass 34 ist mit einem Auslassanschluss der Turbine 201 verbunden. Ein Katalysator 38 oder dergleichen, welcher Abgas reinigt, ist in dem Auslassdurchlass 34 auf halbem Wege installiert. Gemäß diesem Turbolader 20 vom Doppel-Eintrittstyp kann eine Störung einer Auslasspulsation bei Zylindern verhindert werden, und es können ausgezeichnete Aufladeeigenschaften erhalten werden.
1-2. Konfiguration des Auslasskrümmers
Der erste Auslasskrümmer 30 und der zweite Auslasskrümmer 32 sind als ein Auslasskrpümmer vom zylinderkopfintegrierten Typ konfiguriert, welcher im Inneren des Zylinderkopfs 4 der Verbrennungskraftmaschine 10 ausgebildet ist. 2 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Konfiguration des in dem Zylinderkopf vorgesehenen Auslasskrümmers. Wie in 1 und 2 dargestellt ist, ist der erste Auslasskrümmer 30 mit dem Zylinder #1 und dem Zylinder #4 verbunden. Das heißt, Abgas, welches von dem Zylinder #1 abgegeben wird, und Abgas, welches von dem Zylinder #4 abgegeben wird, verbinden sich in dem ersten Auslasskrümmer 30 und strömen in den einen Anschluss der Einlassanschlüsse der Turbine 201. Nachfolgend wird eine Zylindergruppe, welche durch den Zylinder #1 und den Zylinder #4 konfiguriert ist, als eine „erste Zylindergruppe” bezeichnet.
Indessen ist der zweite Auslasskrümmer 32 mit dem Zylinder #2 und dem Zylinder #3 verbunden. Das heißt, Abgas, welches von dem Zylinder #2 abgegeben wird, und Abgas, welches von dem Zylinder #3 abgegeben wird, verbinden sich in dem zweiten Auslasskrümmer 32 und strömen in den anderen Einlassanschluss der Turbine 201. Nachfolgend wird eine Zylindergruppe, welche durch den Zylinder #2 und den Zylinder #3 konfiguriert ist, als „eine zweite Zylindergruppe” bezeichnet.
Ferner ist der Zylinderkopf 4 mit einem kopfinternen Wasserkühlabschnitt 6 zum Kühlen des in dem ersten Auslasskrümmer 30 strömenden Abgases und des in dem zweiten Auslasskrümmer 32 strömenden Abgases ausgerüstet. Der kopfinterne Wasserkühlabschnitt 6 ist derart konfiguriert, dass dieser veranlasst, dass Kühlwasser durch einen Wassermantel strömt, der um den ersten Auslasskrümmer 30 und den zweiten Auslasskrümmer 32 vorgesehen ist.
Zu beachten ist, dass, wie in 2 dargestellt ist, eine Durchlasslänge des ersten Auslasskrümmers 30 derart konfiguriert ist, dass diese länger ist als eine Durchlasslänge des zweiten Auslasskrümmers 32. Bei dieser Konfiguration ist ein Oberflächenbereich einer Wandoberfläche des ersten Auslasskrümmers 30 größer als ein Oberflächenbereich einer Wandoberfläche des zweiten Auslasskrümmers 32. Folglich ist eine Temperatur des Abgases, welches den ersten Auslasskrümmer 30 durchläuft, niedriger als eine Temperatur des Abgases, welches den zweiten Auslasskrümmer 32 durchläuft.
1-3. Konfiguration des Turboladers
Der Turbolader 20 vom Doppel-Eintrittstyp der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Struktur zum Verhindern eines Überhitzens des Turbinengehäuses durch Veranlassen, dass Kühlwasser im Inneren des Turbinengehäuses strömt. 3 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Konfiguration auf einer Turbinenseite des Turboladers bei der ersten Ausführungsform. Ferner entspricht 4 einer Ansicht, die einen Teil eines Querschnitts in einem Fall des Schneidens der Turbine in 3 bei einer eine Rotationsachse L1 durchlaufenden vertikalen Ebene darstellt.
Der Turbolader 20 umfasst ein Turbinenrad 203, welches in dem Auslassdurchlass 34 angeordnet ist, ein Verdichterlaufrad (nicht dargestellt), welches in dem Einlassdurchlass 14 angeordnet ist, und eine Verbindungswelle (nicht dargestellt), welche das Turbinenrad 203 und das Verdichterlaufrad derart verbindet, dass diese integral drehbar sind, wobei das in dem Auslassdurchlass 34 angeordnete Turbinenrad 203 durch Abgasenergie rotiert und damit das in dem Einlassdurchlass 14 angeordnete Verdichterlaufrad rotiert. Anschließend wird Einlassluft durch die Rotation des Verdichterlaufrads aufgeladen bzw. verdichtet und die verdichtete Luft wird zwangsweise in Verbrennungskammern von jeweiligen Zylindern #1 bis #4 der Verbrennungskraftmaschine 10 geführt.
Das Turbinenrad 203 ist in einem Turbinengehäuse 204 aufgenommen. Eine Scroll-Kammer bzw. Spiralkammer des Turboladers 20 ist durch eine Trennwand 205 in eine erste Scroll-Kammer bzw. Spiralkammer 206 und eine zweite Scroll-Kammer bzw. Spiralkammer 207 aufgeteilt, welche in einer axialen Richtung der Rotationsachse L1 nebeneinander angeordnet sind. Die erste Spiralkammer 206 und die zweite Spiralkammer 207 sind entsprechend mit Einlassanschlüssen (nicht gezeigt) für Abgas vorgesehen. Der vorstehend beschriebene erste Auslasskrümmer 30 ist mit dem Einlassanschluss der ersten Spiralkammer 206 verbunden, und der zweite Auslasskrümmer 32 ist mit dem Einlassanschluss der zweiten Spiralkammer 207 verbunden. Das heißt, die erste Spiralkammer 206 steht mit dem ersten Auslasskrümmer 30 in Verbindung und die zweite Spiralkammer 207 steht mit dem zweiten Auslasskrümmer 32 in Verbindung. Dadurch wird das Abgas der ersten Zylindergruppe bei einem Vorgang des Durchströmens des ersten Auslasskrümmers 30 durch den kopfinternen Wasserkühlabschnitt 6 gekühlt und danach in die erste Spiralkammer 206 eingeführt, welche einem Verbindungsziel entspricht. Indessen wird das Abgas der zweiten Zylindergruppe bei einem Vorgang des Durchströmens des zweiten Auslasskrümmers 32 durch den kopfinternen Wasserkühlabschnitt 6 gekühlt und danach in die zweite Spiralkammer 207 eingeführt, welche einem Verbindungsziel entspricht.
Ferner sind in dem Turbinengehäuse 204 Kühlwasserdurchlässe ausgebildet. Genauer gesagt, in dem Turbinengehäuse 204 sind ein erster Kühlwasserdurchlass 208 und ein zweiter Kühlwasserdurchlass 209 in einer solchen Art und Weise ausgebildet, dass diese äußeren Umfangsseite der ersten Spiralkammer 206 bzw. der zweiten Spiralkammer 207 bedecken bzw. umgeben. Bei einem Ende des zweiten Kühlwasserdurchlasses 209 ist ein Einlassanschluss 210 für das Kühlwasser vorgesehen. Ferner ist ein Ende des ersten Kühlwasserdurchlasses 208 über einen Verbindungsdurchlass 211 mit dem anderen Ende des zweiten Kühlwasserdurchlasses 209 verbunden. Ferner ist bei dem anderen Ende des ersten Kühlwasserdurchlasses 208 ein Auslassanschluss 212 für das Kühlwasser vorgesehen. Das heißt, der erste Kühlwasserdurchlass 208 und der zweite Kühlwasserdurchlass 209 sind in Reihe verbunden. Dadurch ist in dem Turbinengehäuse 204 ein Turbinen-Kühlpfad 213 ausgebildet, welcher sich ausgehend von dem Einlassanschluss 210 über den zweiten Kühlwasserdurchlass 209, den Verbindungsdurchlass 211 und den ersten Kühlwasserdurchlass 208 hin zu dem Auslassanschluss 212 erstreckt.
1-4. Konfiguration der Kühlvorrichtung
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst eine Kühlvorrichtung 40 zum Veranlassen, dass Kühlwasser durch den in dem Turbinengehäuse 204 ausgebildeten Turbinen-Kühlpfad 213 strömt. 5 ist eine Abbildung zum Erläutern einer Systemkonfiguration der Kühlvorrichtung 40. Wie in 5 dargestellt ist, ist die Kühlvorrichtung 40 als eine Vorrichtung konfiguriert, welche veranlasst, dass Maschinenkühlwasser hin zu dem Turbinen-Kühlpfad 213 strömt. Genauer gesagt, ein Abgabeanschluss für das Maschinenkühlwasser des Maschinenhauptkörpers 2 ist über eine Kühlwasserleitung 42 mit dem Einlassanschluss 210 des Turbinen-Kühlpfads 213 verbunden. Ferner ist der Auslassanschluss 212 des Turbinen-Kühlpfads 213 über eine Kühlwasserleitung 44 mit einem Einführanschluss für das Maschinenkühlwasser des Maschinenhauptkörpers 2 verbunden. Die Kühlwasserleitung 44 ist mit einem Kühler 46 zum Kühlen des Maschinenkühlwassers und einer Wasserpumpe 48 zum Fördern des Maschinenkühlwassers hin zu dem Maschinenhauptkörper 2 vorgesehen.
Wenn die Wasserpumpe 48 angetrieben wird, wird das Maschinenkühlwasser, welches in dem Kühler 46 gekühlt wird, in den Maschinenhauptkörper 2 eingeführt. Das in den Maschinenhauptkörper 2 eingeführte Maschinenkühlwasser wird nach einem Wärmeaustausch mit dem Maschinenhauptkörper 2 in den Turbinen-Kühlpfad 213 eingeführt. Das in den Turbinen-Kühlpfad 213 eingeführte Maschinenkühlwasser wird beim Kühlen des Turbinengehäuses 204 verwendet. Das von dem Turbinen-Kühlpfad 213 abgegebene Maschinenkühlwasser wird hin zu dem Kühler 46 geführt und abgekühlt und danach erneut hin zu dem Maschinenhauptkörper 2 geführt.
1-5. Charakteristikum der Verbrennungskraftmaschine der ersten Ausführungsform
Nachfolgend wird ein Charakteristikum der Verbrennungskraftmaschine der ersten Ausführungsform beschrieben. Wenn die Verbrennungskraftmaschine 10 angetrieben wird, strömt das von der ersten Zylindergruppe abgegebene Abgas hin zu dem ersten Auslasskrümmer 30, und das von der zweiten Zylindergruppe abgegebene Abgas strömt hin zu dem zweiten Auslasskrümmer 32. Das Abgas wird bei dem Vorgang des Durchströmens der jeweiligen Auslasskrümmer durch den kopfinternen Wasserkühlabschnitt 6 abgekühlt. Da der Oberflächenbereich der Wandoberfläche des ersten Auslasskrümmers 30 größer ist als der Oberflächenbereich der Wandoberfläche des zweiten Auslasskrümmers 32, wie vorstehend beschrieben ist, wird die Temperatur des den ersten Auslasskrümmer 30 durchlaufenden Abgases niedriger als die Temperatur des den zweiten Auslasskrümmer 32 durchlaufenden Abgases.
Das den ersten Auslasskrümmer 30 durchlaufende Niedertemperaturabgas wird in die erste Spiralkammer 206 der Turbine 201 eingeführt. Indessen wird das den zweiten Auslasskrümmer 32 durchlaufende Hochtemperaturabgas in die zweite Spiralkammer 207 der Turbine 201 eingeführt.
Wenn eine Temperaturdifferenz zwischen dem die erste Spiralkammer 206 durchlaufenden Abgas und dem die zweite Spiralkammer 207 durchlaufenden Abgas groß ist, besitzt ein Bereich auf der Seite der zweiten Spiralkammer 207 in dem Turbinengehäuse 204 im Verhältnis eine höhere Temperatur als der Bereich auf der Seite der ersten Spiralkammer 206 und es ist wahrscheinlich, dass eine übermäßige thermische Spannung auftritt.
Daher ist bei der Verbrennungskraftmaschine 10 der ersten Ausführungsform der Turbinen-Kühlpfad 213 derart konfiguriert, dass das Maschinenkühlwasser ausgehend von dem zweiten Kühlwasserdurchlass 209 hin zu dem ersten Kühlwasserdurchlass 208 läuft. Das Maschinenkühlwasser nimmt bei dem Vorgang des Durchlaufens des zweiten Kühlwasserdurchlasses 209 und des ersten Kühlwasserdurchlasses 208 Wärme auf und daher wird die Temperatur des den zweiten Kühlwasserdurchlass 209 durchlaufenden Maschinenkühlwassers im Verhältnis niedriger als die Temperatur des den ersten Kühlwasserdurchlass 208 durchlaufenden Maschinenkühlwassers. Gemäß dieser Konfiguration wird der Bereich des Turbinengehäuses 204 auf der Seite der zweiten Spiralkammer 207 vorrangiger gekühlt als der Bereich des Turbinengehäuses 204 auf der Seite der ersten Spiralkammer 206. Dadurch kann das Turbinengehäuse 204 gekühlt werden, um die Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich auf der Seite der zweiten Spiralkammer 207 und dem Bereich bei der ersten Spiralkammer 206 in dem Turbinengehäuse 204 zu reduzieren, und daher wird es möglich, zu verhindern, dass eine übermäßige thermische Spannung bei dem Turbinengehäuse 204 auftritt.
Im Übrigen ist bei der Verbrennungskraftmaschine 10 der vorgenannten ersten Ausführungsform der Fall beschrieben, in welchem der erste Auslasskrümmer 30 und der zweite Auslasskrümmer 32 Auslasskrümmern vom zylinderkopfintegrierten Typ entsprechen, es können jedoch Auslasskrümmer verwendet werden, welche als separate Körper zu dem Zylinderkopf 4 und einem Kühlmechanismus, welcher die Auslasskrümmer kühlt, konfiguriert sind. Dies gilt ebenso für die Verbrennungskraftmaschine 10 einer später beschriebenen zweiten Ausführungsform.
Ferner ist bei der vorstehend beschriebenen Verbrennungskraftmaschine 10 der ersten Ausführungsform 1 die Kühlvorrichtung 40 beschrieben, welche das Maschinenkühlwasser bei dem Turbinen-Kühlpfad 213 einführt, es kann jedoch eine Konfiguration angewendet werden, die eine andere Art von Kühlwasser (beispielsweise Zwischenkühler-Kühlwasser, welches den Zwischenkühler kühlt) bei dem Turbinen-Kühlpfad 213 einführt.
Ferner ist bei der vorstehend beschriebenen Verbrennungskraftmaschine 10 der ersten Ausführungsform 1 die Vierzylinder-Reihenmaschine als ein Beispiel beschrieben, die Maschine, auf welche die vorliegende Offenbarung anwendbar ist, ist jedoch nicht auf die Vierzylinder-Reihenmaschine beschränkt. Das heißt, die vorliegende Offenbarung kann auf verschiedenen Maschinen, wie eine Sechszylinder-Reihenmaschine, eine Achtzylindermaschine vom V-Typ und eine 12-Zylindermaschine vom V-Typ angewendet werden, solange die Maschine eine Maschine mit einem ersten Auslasskrümmer, in welchem das von einer ersten Zylindergruppe abgegebene Gas strömt, einem zweiten Auslasskrümmer, in welchem das von einer zweiten Zylindergruppe mit der gleichen Zylinderanzahl wie die Zylinderanzahl der ersten Zylindergruppe abgegebene Gas strömt, und einem Wasserkühlabschnitt zum Kühlen der beiden Auslasskrümmer, welche mit einem Turbolader vom Doppel-Eintrittstyp verbunden sind, ist, wobei bei den Temperaturen der von den jeweiligen Auslasskrümmern abgegebenen Abgase eine Differenz auftritt, da sich die Oberflächenbereiche (die Pfadlängen) der beiden Auslasskrümmer voneinander unterscheiden. Zu beachten ist, dass dies ebenso für die Verbrennungskraftmaschine 10 der später beschriebenen zweiten Ausführungsform gilt.
Zu beachten ist, dass bei einer oder mehreren Ausführungsformen der kopfinterne Wasserkühlabschnitt 6 einem „Kühlmechanismus” entspricht, der erste Kühlwasserdurchlass 208 einem ersten Kühlwasserdurchlass entspricht und der zweite Kühlwasserdurchlass 209 einem zweiten Kühlwasserdurchlass entspricht.
Zweite Ausführungsform
2-1. Verbrennungskraftmaschine der zweiten Ausführungsform
Eine Verbrennungskraftmaschine der zweiten Ausführungsform besitzt eine ähnliche Konfiguration zu dieser der Verbrennungskraftmaschine 10 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform, mit Ausnahme des Punkts, dass eine Konfiguration eines Turbinen-Kühlpfads in dem Turbolader 20 und eine Konfiguration einer Kühlvorrichtung zum Kühlen des Turbinengehäuses 204 in dem Turbolader 20 unterschiedlich sind.
2-2. Konfiguration des Turboladers
6 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Konfiguration einer Turbinenseite eines Turboladers 50 der zweiten Ausführungsform. Ferner ist 7 eine Ansicht, welche einen Teil eines Querschnitts in einem Fall des Schneidens der Turbine in 6 bei einer die Rotationsachse L1 durchlaufenden vertikalen Ebene darstellt. Zu beachten ist, dass bei dem in 6 und 7 dargestellten Turbolader 50 die zu dem in 3 und 4 dargestellten Turbolader 20 ähnlichen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und auf eine Erläuterung davon verzichtet oder diese vereinfacht wird.
In dem Turbinengehäuse 204 des Turboladers 50 ist ein Kühlwasserdurchlass ausgebildet. Genauer gesagt, in dem Turbinengehäuse 204 sind ein erster Kühlwasserdurchlass 501 und ein zweiter Kühlwasserdurchlass 504 ausgebildet, um die äußeren Umfangsseiten der ersten Spiralkammer 206 und der zweiten Spiralkammer 207 zu bedecken bzw. zu umgeben. Ein Einlassanschluss 502 für das Kühlwasser ist bei einem Ende des ersten Kühlwasserdurchlasses 501 vorgesehen und ein Auslassanschluss 503 für das Kühlwasser ist bei dem anderen Ende vorgesehen. Ferner ist bei einem Ende des zweiten Kühlwasserdurchlasses 504 ein Einlassanschluss 505 für Kühlwasser vorgesehen und bei dem anderen Ende ist ein Auslassanschluss 506 für Kühlwasser vorgesehen. Dadurch sind ein erster Turbinen-Kühlpfad 507, welcher sich von dem Einlassanschluss 502 über den ersten Kühlwasserdurchlass 501 hin zu dem Auslassanschluss 503 erstreckt, und ein zweiter Turbinen-Kühlpfad 508, welcher sich ausgehend von dem Einlassanschluss 505 über den zweiten Kühlwasserdurchlass 504 hin zu dem Auslassanschluss 506 erstreckt, als zwei Turbinen-Kühlerpfade in dem Turbinengehäuse 204 ausgebildet.
2-3. Konfiguration der Kühlvorrichtung
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst eine Kühlvorrichtung 60 zum Veranlassen, dass Kühlwasser den ersten Turbinen-Kühlpfad 507 und den zweiten Turbinen-Kühlpfad 508, welche entsprechend in dem Turbinengehäuse 204 ausgebildet sind, durchläuft. 8 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Systemkonfiguration der Kühlvorrichtung 60. Wie in 8 dargestellt ist, umfasst die Kühlvorrichtung 60 einen HT-Kühlwasser-Zirkulationspfad 62 zum Kühlen des Maschinenhauptkörpers 2 unter Verwendung von Maschinenkühlwasser (nachfolgend HT-Kühlwasser) und einen LT-Kühlwasser-Zirkulationspfad 64 zum Kühlen des Zwischenkühlers 16 unter Verwendung von Kühlwasser (nachfolgend LT-Kühlwasser) mit einer niedrigeren Temperatur als das HT-Kühlwasser, als zwei Kühlwasser-Zirkulationspfade.
Der erste Turbinen-Kühlpfad 507 ist auf halbem Wege in dem HT-Kühlwasser-Zirkulationspfad 62 vorgesehen. Genauer gesagt, ein Abgabeanschluss für das HT-Kühlwasser des Maschinenhauptkörpers 2 ist über eine Kühlwasserleitung 66 mit dem Einlassanschluss 502 des ersten Turbinen-Kühlpfads 507 verbunden. Ferner ist der Auslassanschluss 503 des ersten Turbinen-Kühlpfads 507 über eine Kühlwasserleitung 68 mit einem Einführanschluss für das HT-Kühlwasser des Maschinenhauptkörpers 2 verbunden. Die Kühlwasserleitung 68 ist mit einem HT-Kühler 70 zum Kühlen des HT-Kühlwassers und einer Wasserpumpe 72 zum Fördern des HT-Kühlwassers hin zu dem Maschinenhauptkörper 2 vorgesehen.
Wenn die Wasserpumpe 72 angetrieben wird, wird HT-Kühlwasser, welches in dem HT-Kühler 70 gekühlt wird, in den Maschinenhauptkörper 2 eingeführt. Das in den Maschinenhauptkörper 2 eingeführte HT-Kühlwasser wird nach einem Wärmeaustausch mit dem Maschinenhauptkörper 2 in den ersten Turbinen-Kühlpfad 507 eingeführt. Das in den ersten Turbinen-Kühlpfad 507 eingeführte HT-Kühlwasser wird beim Kühlen des Turbinengehäuses 204 bei dem Vorgang des Durchströmens des ersten Kühlwasserdurchlasses 501 verwendet. Das von dem ersten Turbinen-Kühlpfad 507 abgegebene HT-Kühlwasser wird hin zu dem HT-Kühler 70 geführt und abgekühlt und danach erneut hin zu dem Maschinenhauptkörper 2 geführt.
Indessen ist der zweite Turbinen-Kühlpfad 508 auf halbem Wege in einem LT-Kühlwasser-Zirkulationspfad 64 vorgesehen. Genauer gesagt, ein Abgabeanschluss für das LT-Kühlwasser des Zwischenkühlers 16 ist über eine Kühlwasserleitung 74 mit dem Einlassanschluss 505 des zweiten Turbinen-Kühlpfads 508 verbunden. Ferner ist der Auslassanschluss 506 des zweiten Turbinen-Kühlpfads 508 über eine Kühlwasserleitung 76 mit einem Einführanschluss für das LT-Kühlwasser des Zwischenkühlers 16 verbunden. Die Kühlwasserleitung 76 ist mit einem LT-Kühler 78 zum Kühlen des LT-Kühlwassers und einer Wasserpumpe 80 zum Fördern des LT-Kühlwassers hin zu dem Zwischenkühler 16 vorgesehen.
Wenn die Wasserpumpe 80 angetrieben wird, wird das LT-Kühlwasser, welches in dem LT-Kühler 78 gekühlt wird, in den Zwischenkühler 16 eingeführt. Das in den Zwischenkühler 16 eingeführte LT-Kühlwasser wird nach einem Wärmeaustausch mit bzw. bei dem Zwischenkühler 16 in den zweiten Turbinen-Kühlpfad 508 eingeführt. Das in den zweiten Turbinen-Kühlpfad 508 eingeführte LT-Kühlwasser wird bei dem Vorgang des Durchströmens des zweiten Kühlwasserdurchlasses 504 zum Kühlen des Turbinengehäuses 204 verwendet. Das von dem zweiten Turbinen-Kühlpfad 508 abgegebene LT-Kühlwasser wird hin zu dem LT-Kühler 78 geführt und abgekühlt und danach erneut hin zu dem Zwischenkühler 16 geführt.
2-4. Charakteristikum der Verbrennungskraftmaschine der zweiten Ausführungsform
Bei der Verbrennungskraftmaschine 10 der zweiten Ausführungsform ist der erste Turbinen-Kühlpfad 507 derart konfiguriert, dass das HT-Kühlwasser in den ersten Kühlwasserdurchlass 501 strömt, und der zweite Turbinen-Kühlpfad 508 ist derart konfiguriert, dass das LT-Kühlwasser in den zweiten Kühlwasserdurchlass 504 strömt. Gemäß dieser Konfiguration wird der Bereich des Turbinengehäuses 204 auf der Seite der zweiten Spiralkammer 207 stärker gekühlt als der Bereich des Turbinengehäuses 204 auf der Seite der ersten Spiralkammer 206. Dadurch kann das Turbinengehäuse 204 gekühlt werden, um die Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich auf der Seite der zweiten Spiralkammer 207 und dem Bereich auf der Seite der ersten Spiralkammer 206 in dem Turbinengehäuse 204 zu reduzieren, und dadurch wird es möglich, zu verhindern, dass eine übermäßige thermische Spannung bei dem Turbinengehäuse 204 auftritt.
Im Übrigen ist bei der Verbrennungskraftmaschine 10 der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform die Kühlvorrichtung 60 beschrieben, welche das Maschinenkühlwasser zur Verwendung beim Kühlen des Maschinenhauptkörpers 2 als das HT-Kühlwasser verwendet, und welche das Zwischenkühler-Kühlwasser zur Verwendung beim Kühlen des Zwischenkühlers 16 als das LT-Kühlwasser verwendet. Jedoch sind die Arten des als das HT-Kühlwasser und das LT-Kühlwasser verwendbaren Kühlwassers bei der Verbrennungskraftmaschine 10 der zweiten Ausführungsform nicht auf diese beschränkt und es können zwei Arten von Kühlwasser mit unterschiedlichen Temperaturen in einem breiten Bereich verwendet werden.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen entspricht der kopfinterne Wasserkühlabschnitt 6 einem „Kühlmechanismus” und das HT-Kühlwasser entspricht einem „ersten Kühlwasser”. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen entspricht der erste Kühlwasserdurchlass 501 einem „ersten Kühlwasserdurchlass” und die Wasserpumpe 72 entspricht einer „ersten Wasserpumpe”. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen entspricht der zweite Kühlwasserdurchlass 504 einem „zweiten Kühlwasserdurchlass”, das LT-Kühlwasser entspricht einem „zweiten Kühlwasser” und die Wasserpumpe 80 entspricht einer „zweiten Wasserpumpe”.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2012-132337 A [0004]
JP 2005-163626 A [0004]
JP 2009-243277 A [0004]

Claims

Verbrennungskraftmaschine, aufweisend: einen ersten Auslasskrümmer, in welchem Gas strömt, das von einer ersten Zylindergruppe der Verbrennungskraftmaschine abgegeben wird; einen zweiten Auslasskrümmer, in welchem Gas strömt, das von einer zweiten Zylindergruppe abgegeben wird, die sich von der ersten Zylindergruppe unterscheidet; und einen Turbolader mit einer ersten Spiralkammer, welche mit dem ersten Auslasskrümmer in Verbindung steht, und einer zweiten Spiralkammer, welche mit dem zweiten Auslasskrümmer in Verbindung steht, wobei ein Oberflächenbereich einer Wandoberfläche des ersten Auslasskrümmers größer ist als ein Oberflächenbereich einer Wandoberfläche des zweiten Auslasskrümmers, wobei der Turbolader aufweist: ein Turbinengehäuse mit der ersten Spiralkammer und der zweiten Spiralkammer, welche in einer axialen Richtung eines Turbinenrads durch eine Trennwand voneinander getrennt sind, einen ersten Kühlwasserdurchlass, welcher in dem Turbinengehäuse vorgesehen ist, um die erste Spiralkammer zu umgeben, und einen zweiten Kühlwasserdurchlass, welcher in dem Turbinengehäuse vorgesehen ist, um die zweite Spiralkammer zu umgeben, wobei die Verbrennungskraftmaschine eine Kühlvorrichtung aufweist, welche veranlasst, dass Kühlwasser in dem ersten Kühlwasserdurchlass und in dem zweiten Kühlwasserdurchlass strömt, und wobei die Kühlvorrichtung derart konfiguriert ist, dass eine Temperatur von Kühlwasser, welches in den zweiten Kühlwasserdurchlass eingeführt wird, niedriger wird als eine Temperatur von Kühlwasser, welches in den ersten Kühlwasserdurchlass eingeführt wird.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei der erste Auslasskrümmer und der zweite Auslasskrümmer im Inneren eines Zylinderkopfs ausgebildet sind, und wobei die Maschine einen im Inneren des Zylinderkopfs ausgebildeten Kühlmechanismus aufweist und der Kühlmechanismus derart konfiguriert ist, dass dieser veranlasst, dass Kühlwasser in einem um den ersten Auslasskrümmer und den zweiten Auslasskrümmer vorgesehenen Wassermantel strömt.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Kühlwasserdurchlass und der zweite Kühlwasserdurchlass in Reihe verbunden sind, und wobei die Kühlvorrichtung derart konfiguriert ist, dass diese eine Wasserpumpe umfasst, welche veranlasst, dass das Kühlwasser ausgehend von dem zweiten Kühlwasserdurchlass hin zu dem ersten Kühlwasserdurchlass strömt.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kühlvorrichtung aufweist: eine erste Wasserpumpe, welche veranlasst, dass ein erstes Kühlwasser in dem ersten Kühlwasserdurchlass strömt, und eine zweite Wasserpumpe, welche veranlasst, dass ein zweites Kühlwasser mit einer niedrigeren Temperatur als das erste Kühlwasser in dem zweiten Kühlwasserdurchlass strömt.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, wobei das erste Kühlwasser einem Maschinenkühlwasser entspricht, welches einen Hauptkörper der Verbrennungskraftmaschine durchläuft, und das zweite Kühlwasser einem Kühlwasser entspricht, welches einen Zwischenkühler vom wassergekühlten Typ durchläuft.