DE102011078929A1 - Motor mit Zylinderkopfkühlung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Zylinderkopf für einen Motor bereitgestellt. Der Zylinderkopf kann einen oberen Kühlmantel, der mindestens einen ersten Einlass und einen ersten Auslass enthält, und einen unteren Kühlmantel, der mindestens einen zweiten Einlass und einen zweiten Auslass enthält, enthalten. Der Zylinderkopf kann weiterhin einen ersten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen enthalten, der einen oder mehrere Verbindungskühlmittelkanäle enthält, die mit dem oberen Kühlmantel und dem unteren Kühlmantel strömungsverbunden sind und sich neben einer oder mehreren Brennkammern befinden.

Description

• HINTERGRUND/KURZDARSTELLUNG
• Kühlmäntel ermöglichen ein Abziehen von Wärme von dem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors. Zweiteilige Wassermäntel sind dazu ausgeführt worden, die Wärmemenge zu erhöhen, die von dem Zylinderkopf entfernt werden kann, um die Motorleistung zu verbessern.
• Ein Zylinderkopf mit einem zweiteiligen Wassermantel wird in der US 7 367 294 offenbart. Es werden zwei Ausführungsformen eines Kühlmittelstromwegs gezeigt. Bei einer ersten Ausführungsform strömt das Kühlmittel durch die beiden Wassermäntel in einer Serienkonfiguration, in der Kühlmittel vom Auslass des unteren Kühlmantels zum Einlass des oberen Kühlmantels strömt. Bei einer zweiten Ausführungsform fließt Kühlmittel in einer Parallelkonfiguration durch die beiden Wassermäntel (das heißt nur der Einlass und der Auslass beider Kühlmäntel sind strömungsverbunden).
• Bei der vorliegenden Erfindung sind jedoch verschiedene Nachteile der obigen Lösungsansätze erkannt worden. Die seriellen oder parallelen Kühlmittelstromwege können die Wärmeschwankungen im Zylinderkopf erhöhen, wodurch die Wärmespannung am Zylinderkopf erhöht werden kann und in einigen Fällen ein Verziehen des Zylinderkopfs verursacht werden kann, während der Motor abkühlt. Des Weiteren kann der in der US 7 367 294 offenbarte zweiteilige Wassermantel eine verminderte Strukturintegrität aufgrund der Ausführung (zum Beispiel des Layouts, der Form usw.) der Kühlmittelkanäle im Zylinderkopf haben. Weiterhin kann sich übermäßiges Gas in dem in der US 7 367 294 offenbarten Kühlsystem aufbauen, wodurch der Kühlbetrieb beeinträchtigt wird.
• Somit werden hier verschiedene beispielhafte Systeme und Lösungsansätze beschrieben. In einem Beispiel wird ein Zylinderkopf für einen Motor bereitgestellt. Der Zylinderkopf kann einen oberen Kühlmantel, der mindestens einen ersten Einlass und einen ersten Auslass enthält, und einen unteren Kühlmantel, der mindestens einen zweiten Einlass und einen zweiten Auslass enthält, enthalten. Der Zylinderkopf kann weiterhin einen ersten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen enthalten, der einen oder mehrere Verbindungskühlmittelkanäle enthält, der bzw. die mit dem oberen Kühlmantel und dem unteren Kühlmantel strömungsverbunden ist bzw. sind und sich neben einer oder mehreren Brennkammern befindet bzw. befinden. Auf diese Weise ist es möglich, ein gemischtes Strömungsprofil in dem Zylinderkopf zu erzeugen, das für die Reduzierung von Wärmeschwankungen und die Verstärkung der Kühlung im Zylinderkopf und in den umgebenden Komponenten unter Beibehaltung eines gewünschten Ausmaßes an Strukturintegrität förderlich ist.
• Es kann aufgrund der erhöhten Temperaturen in den Kühlmänteln während des Motorbetriebs Dampf in den Kühlmänteln entstehen. Wenn in den Kühlmänteln Dampf vorhanden ist, kann die Wärmeübertragungsrate von dem Zylinderkopf zum Kühlmittel aufgrund der verringerten Wärmekapazität des Dampfes im Vergleich zu dem flüssigen Kühlmittel verringert sein, wodurch der Kühlbetrieb beeinträchtigt wird. Deshalb kann der Zylinderkopf in einigen Beispielen einen Entgasungskanal enthalten, der dazu konfiguriert ist, Gas von dem oberen Kühlmantel zu entfernen, wobei der Entgasungskanal in einem an einer Oberseite des oberen Kühlmantels angrenzenden Bereich positioniert sein kann. Auf diese Weise können Gase von dem oberen Kühlmantel entfernt werden, wodurch die Wärmemenge, die von den Kühlmänteln auf das Kühlmittel übertragen werden kann, erhöht wird und somit der Kühlbetrieb verbessert wird.
• In einem anderen Beispiel wird ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems in einem Verbrennungsmotor bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Leiten von Kühlmittel in einen Einlass eines oberen Kühlmantels von einem Kühlmittelkanal in einem Zylinderblock und das Leiten von Kühlmittel in einen Einlass eines unteren Kühlmantels von dem Kühlmittelkanal im Zylinderblock. Weiterhin umfasst das Verfahren das Leiten von Kühlmittel zwischen dem oberen und dem unteren Kühlmantel über einen Verbindungskühlmittelkanal, der den oberen und den unteren Kühlmantel strömungsverbindet, wobei der Verbindungskühlmittelkanal stromabwärts des Einlasses des oberen und des unteren Kühlmantels und stromaufwärts der Auslässe des oberen und des unteren Kühlmantels positioniert ist. Auf diese Weise ist es möglich, ein gemischtes Kühlmittelströmungsprofil in dem Zylinderkopf zu erzeugen, wodurch Wärmeschwankungen in dem Zylinderkopf verringert werden.
• Diese Kurzdarstellung soll in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorstellen, die in der ausführlichen Beschreibung unten näher beschrieben werden. Diese Kurzdarstellung soll weder Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, noch soll sie zur Einschränkung des Schutzbereichs des beanspruchten Erfindungsgegenstands verwendet werden. Des Weiteren wird der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oder alle der in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
• KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors.
• 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlsystems, das in dem in 1 gezeigten Motor enthalten sein kann.
• 3 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften Zylinderkopfs, der ungefähr maßstäblich gezeichnet ist.
• 4–7 zeigen verschiedene weggeschnittene Ansichten des in 3 gezeigten beispielhaften Zylinderkopfs, der ungefähr maßstäblich gezeichnet ist.
• 8–16 zeigen verschiedene Ansichten eines Verbundkerns, der zum Gießen des in 3 gezeigten Zylinderkopfs verwendet wird und ungefähr maßstäblich gezeichnet ist.
• 17–19 zeigen den Strömungsweg eines Kühlmittels durch den oberen und den unteren Kühlmittelmantel, die in dem in 3 gezeigten Zylinderkopf enthalten sind, der ungefähr maßstäblich gezeichnet ist.
• 20 zeigt ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems in einem Motor.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
• Es wird hier ein Zylinderkopf für einen Motor offenbart. Der Zylinderkopf enthält Verbindungskühlmittelkanäle zum Leiten von Kühlmittel zwischen einem oberen und einem unteren Kühlmantel. In einigen Beispielen können die Verbindungskühlmittelkanäle vertikal ausgerichtet sein und sich neben einer oder mehreren im Motor enthaltenen Brennkammern befinden. Die Verbindungskühlmittelkanäle können ein gemischtes Kühlmittelströmungsprofil in dem Zylinderkopf erzeugen, in dem Kühlmittel zwischen den Kühlmänteln an verschiedenen Stellen zwischen den Einlässen und den Auslässen sowohl des oberen als auch des unteren Kühlmantels strömt. Das gemischte Strömungsprofil des Kühlmittels im Zylinderkopf gestattet eine Verringerung der Wärmeschwankungen in dem Zylinderkopf und in den umgebenden Komponenten und reduziert die Wärmespannungen am Zylinderkopf bei Warmlaufen und Abkühlen des Motors.
• Die 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen eines Motors und entsprechenden Kühlsystems. Die 3–7 zeigen verschiedene Ansichten und Querschnitte eines beispielhaften Zylinderkopfs, der in dem in 2 gezeigten Kühlsystem enthalten sein kann. Die 8–16 zeigen verschiedene Ansichten und Querschnitte der Kernmarken, die zum Gießen des in den 3–7 gezeigten Zylinderkopfs verwendet werden können. Des Weiteren zeigen die 17–19 den Strömungsweg des Kühlmittels durch den in den 3–7 gezeigten Zylinderkopf, und 20 zeigt ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems in einem Motor. Auf 1 Bezug nehmend, wird ein mehrere Zylinder, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt wird, umfassender Verbrennungsmotor 10 durch die elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert. Der Motor 10 enthält die Brennkammer 30 und Zylinderwände 32 mit dem darin positionierten Kolben 36, der mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Brennkammer 30 steht in der Darstellung über das Einlassventil 52 bzw. das Auslassventil 54 mit dem Einlasskrümmer 44 und dem Auslasskrümmer 48 in Verbindung. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betätigt werden. Als Alternative dazu können ein oder mehrere der Einlass- und Auslassventile durch eine elektromechanisch gesteuerte Ventilspulen- und -ankeranordnung betätigt werden. Die Stellung des Einlassnockens 51 kann durch den Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Stellung des Auslassnockens 53 kann durch den Auslassnockensensor 57 bestimmt werden.
• Des Weiteren befindet sich der Einlasskrümmer 44 in der Darstellung zwischen dem Einlassventil 52 und dem Lufteinlass-Zip-Rohr 42. Kraftstoff wird dem Kraftstoffeinspritzventil 66 durch ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffsystem zugeführt, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine (nicht gezeigte) Kraftstoffverteilerleitung enthält. Der Motor 10 von 1 ist so konfiguriert, dass der Kraftstoff in den Zylindereinlasskanal eingespritzt wird, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Dem Kraftstoffeinspritzventil 66 wird von dem auf die Steuerung 12 reagierenden Treiber 68 Betriebsstrom zugeführt. Darüber hinaus steht der Einlasskrümmer 44 in der Darstellung mit einer optionalen elektronischen Drosselklappe 62 mit der Drosselplatte 64 in Verbindung. In einem Beispiel kann ein Niederdruckdirekteinspritzsystem verwendet werden, in dem der Kraftstoffdruck auf ca. 20–30 bar erhöht werden kann. Als Alternative dazu kann ein zweistufiges Hochdruck-Kraftstoffsystem zur Erzeugung von höheren Kraftstoffdrücken verwendet werden. Weiterhin kann bei anderen Ausführungsformen ein Einlasskanaleinspritzsystem verwendet werden.
• Eine verteilerlose Zündanlage 88 liefert über die Zündkerze 92 als Reaktion auf die Steuerung 12 einen Zündfunken zur Brennkammer 30. In der Darstellung ist ein Universal-Lambdasensor 126 (UEGO-Sensor, UEGO – Universal Exhaust Gas Oxygen, Universal-Abgas-Sauerstoffgehalt) stromaufwärts eines Katalysators 70 mit dem Auslasskrümmer 48 verbunden. Als Alternative dazu kann anstelle des UEGO-Sensors 126 ein Zweizustands-Lambdasensor eingesetzt werden.
• Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysator-Bricks enthalten. In einem anderen Beispiel können mehrere Abgasreinigungssysteme, jeweils mit mehreren Bricks, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel ein Dreiwege-Katalysator sein.
• In der Darstellung von 1 ist die Steuerung 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer, der eine Mikroprozessoreinheit (CPU) 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports (I/O) 104, einen Nurlesespeicher (ROM) 106, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 108, einen Erhaltungsspeicher (KAM) 110 und einen herkömmlichen Datenbus enthält. Die Steuerung 12 erhält in der Darstellung neben den zuvor besprochenen Signalen verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren, darunter die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem mit der Kühlhülse 114 gekoppelten Temperatursensor 112; einen mit einem Fahrpedal 130 gekoppelten Positionssensor 134 zur Erfassung von durch den Fuß 132 angelegter Kraft; eine Messung eines Einlasskrümmerdrucks (MAP) von dem mit dem Einlasskrümmer 44 gekoppelten Drucksensor 122; einen Motorpositionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der die Stellung der Kurbelwelle 40 erfasst; eine Messung der in den Motor eintretenden Luftmasse vom Sensor 120; und eine Messung der Drosselklappenstellung vom Sensor 58. Es kann auch Barometerdruck zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Hall-Effekt-Sensor 118 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse, aus denen die Motordrehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
• Bei einigen Ausführungsformen kann der Motor mit einem Elektromotor-/Batteriesystem in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine Parallelkonfiguration, eine Serienkonfiguration oder Variationen oder Kombinationen davon haben.
• Im Betrieb erfährt jeder Zylinder im Motor 10 in der Regel einen Viertaktprozess: der Prozess umfasst den Ansaughub, den Verdichtungshub, den Arbeitshub und den Auslasshub. Während des Ansaughubs schließt sich allgemein das Auslassventil 54 und das Einlassventil 52 öffnet sich. Über den Einlasskrümmer 44 wird Luft in die Brennkammer 30 eingeleitet, und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen in der Brennkammer 30 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 36 nahe dem Boden des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird in der Regel vom Fachmann als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet. Während des Verdichtungshubs sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft in der Brennkammer 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 an seinem Hubende befindet und der am nächsten zum Zylinderkopf liegt (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr kleinstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. Bei einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Vorgang wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeleitet. Bei einem im Folgenden als Zündung bezeichneten Vorgang wird der eingespritzte Kraftstoff durch ein bekanntes Zündmittel, wie zum Beispiel eine Zündkerze 92, gezündet, was zur Verbrennung führt. In anderen Beispielen kann jedoch Kompressionszündung verwendet werden. Während des Arbeitshubs drücken die expandierenden Gase den Kolben 36 zum UT zurück. Die Kurbelwelle 40 wandelt Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 54 während des Auslasshubs, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Auslasskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum OT zurück. Es sei darauf hingewiesen, dass Obiges nur als Beispiel gezeigt wird und dass die Zeitpunkte des Öffnens und/oder Schließens des Einlass- und Auslassventils variieren können, um eine positive oder negative Ventilüberlappung, spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele zu liefern.
• Bei einer Ausführungsform weist der Stopp-/Start-Kurbelwinkelsensor sowohl Null-Geschwindigkeit als auch bidirektionales Vermögen auf. Bei einigen Anwendungen kann ein bidirektionaler Hall-Sensor verwendet werden, bei anderen können die Magneten am Ziel angebracht sein. Es können Magnete am Ziel platziert werden, und die ”fehlende Zahnlücke” kann potenziell eliminiert werden, wenn der Sensor eine Änderung der Signalamplitude erfassen kann (zum Beispiel einen stärkeren oder schwächeren Magneten zur Lokalisierung einer bestimmten Position am Rad verwenden). Des Weiteren kann durch Verwendung eines bidirektionalen Hall-Sensors oder dergleichen die Motorposition während des Abstellens aufrechterhalten werden, aber beim Neustart kann eine alternative Strategie verwendet werden, um zu gewährleisten, dass sich der Motor in einer Vorwärtsrichtung dreht.
• 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlsystems 200 für einen Motor. Es versteht sich, dass das Kühlsystem in dem in 1 gezeigten Motor 10 enthalten sein kann. Das Kühlsystem kann zum Abführen von Wärme vom Motor konfiguriert sein. Wie hier ausführlicher besprochen, kann die Steuerung 12 dazu konfiguriert sein, die über den Kühlmittelkreislauf 250 von dem Motor entfernte Wärmemenge zu regulieren. Auf diese Weise kann die Temperatur des Motors reguliert werden, wodurch eine Erhöhung des Verbrennungswirkungsgrads sowie eine Reduzierung der Wärmespannung am Motor gestattet wird.
• Das Kühlsystem 200 enthält einen Kühlmittelkreislauf 250, der durch einen Zylinderblock 252 verläuft. Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlmittel kann als das Arbeitsfluid im Kühlmittelkreislauf verwendet werden. Der Zylinderblock kann einen Teil einer oder mehrerer Brennkammern enthalten. Es versteht sich, dass der Kühlmittelkreislauf neben den Teilen der Brennkammern verlaufen kann. Auf diese Weise kann während des Motorbetriebs erzeugte überschüssige Wärme auf den Kühlmittelkreislauf überfragen werden.
• Ein Zylinderkopf 253 kann mit dem Zylinderblock verbunden sein, um eine Zylinderanordnung zu bilden. Nach dem Zusammenfügen kann die Zylinderanordnung mehrere Brennkammern enthalten.
• Der Zylinderkopf kann einen oberen Kühlmantel 254 und einen unteren Kühlmantel 256 enthalten. Wie gezeigt, enthält der obere Kühlmantel einen Einlass 258 und der untere Kühlmantel mehrere Einlässe 260. Bei anderen Ausführungsformen kann der untere Kühlmantel einen einzigen Einlass enthalten und der obere Kühlmantel mehrere Einlässe enthalten. Der Einlass 258 und die Einlässe 260 sind mit einem gemeinsamen Kühlmittelkreislaufkanal 261 im Zylinderblock verbunden. Auf diese Weise empfangen der obere und der untere Kühlmantel Kühlmittel über ihre jeweiligen Einlässe von einer gemeinsamen Kühlmittelquelle, die in einem Motorblock des Motors enthalten ist. Es versteht sich jedoch, dass bei einigen Ausführungsformen der obere und der untere Kühlmantel Kühlmittel von verschiedenen Kühlmittelkanälen im Motorblock empfangen können.
• Ein erster Satz von Verbindungskühlmittelkanälen 262 kann den oberen Kühlmantel mit dem unteren Kühlmantel strömungsverbinden. Ebenfalls kann ein zweiter Satz von Verbindungskühlmittelkanälen 264 darüber hinaus den oberen Kühlmantel mit dem unteren Kühlmantel strömungsverbinden.
• Jeder Verbindungskühlmittelkanal, der im ersten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen enthalten ist, kann eine Drosselung 266 enthalten. Verschiedene Eigenschaften (zum Beispiel Größe, Form usw.) der Drosselung können während der Konstruktion des Zylinderkopfs 253 eingestellt werden. Deshalb können sich die im ersten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen enthaltenen Drosselungen hinsichtlich der Größe, der Form usw. von den im zweiten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen enthaltenen Drosselungen und/oder von der Drosselung 269 unterscheiden. Auf diese Weise kann der Zylinderkopf für die verschiedensten Motoren eingestellt werden, wodurch die Anwendbarkeit des Zylinderkopfs vergrößert wird. Obgleich in sowohl dem ersten als auch dem zweiten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen zwei Verbindungskühlmittelkanäle dargestellt sind, kann die Anzahl von Verbindungskühlmittelkanälen, die im ersten Satz und im zweiten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen enthalten sind, bei anderen Ausführungsformen geändert werden.
• Die Verbindungskühlmittelkanäle gestatten ein Strömen von Kühlmittel zwischen den Kühlmänteln an verschiedenen Stellen zwischen den Einlässen und den Auslässen des oberen und unteren Kühlmantels. Auf diese Weise kann das Kühlmittel in einem komplexen Strömungsprofil strömen, in dem sich Kühlmittel zwischen dem oberen und dem unteren Mantel, in der Mitte des Mantels und an verschiedenen anderen Stellen im Mantel bewegt. Das gemischte Strömungsprofil verringert die Temperaturschwankungen im Zylinderkopf während des Motorbetriebs und erhöht die Energiemenge, die von dem Zylinderkopf entfernt werden kann.
• Der obere Kühlmantel enthält einen Auslass 268. Der Auslass 268 kann eine Drosselung 269 enthalten. Darüber hinaus enthält der untere Kühlmantel einen Auslass 270. Es versteht sich, dass der Auslass 270 bei anderen Ausführungsformen auch eine Drosselung enthalten kann. Die Auslässe von sowohl dem oberen als auch dem unteren Kühlmantel können sich vereinigen und in Strömungsverbindung stehen. Der Kühlmittelkreislauf kann dann durch einen Kühler 272 verlaufen. Der Kühler ermöglicht eine Wärmeübertragung von dem Kühlmittelkreislauf zur Umgebungsluft. Auf diese Weise kann Wärme von dem Kühlmittelkreislauf entfernt werden.
• Weiterhin kann eine Pumpe 274 in dem Kühlmittelkreislauf enthalten sein. Ein Thermostat 276 kann am Auslass 268 des oberen Kühlmantels positioniert sein. Des Weiteren kann ein Thermostat 278 am Einlass des Zylinderblocks positioniert sein. Zusätzliche Thermostate können bei anderen Ausführungsformen an anderen Stellen im Kühlmittelkreislauf positioniert sein, zum Beispiel am Einlass oder Auslass des Kühlers, am Einlass oder Auslass des unteren Kühlmantels, am Einlass des oberen Kühlmantels usw.. Die Thermostaten können zur Regulierung der durch den Kühlmittelkreislauf fließenden Fluidmenge auf Grundlage der Temperatur verwendet werden. In einigen Beispielen können die Thermostaten durch die Steuerung 12 gesteuert werden. In anderen Beispielen können die Thermostaten passiv betrieben werden.
• Es versteht sich, dass die Steuerung 12 die Höhe des durch die Pumpe 274 bereitgestellten Kopfdrucks zur Einstellung der Durchflussrate des Kühlmittels durch den Kreislauf und deshalb der von dem Motor entfernten Wärmemenge regulieren kann. Des Weiteren kann die Steuerung 12 in einigen Beispielen dazu konfiguriert sein, die Kühlmittelflussmenge durch den oberen Kühlmantel über den Thermostaten 276 dynamisch einzustellen. Insbesondere kann die Durchflussrate des Kühlmittels durch den oberen Kühlmantel verringert werden, wenn die Motortemperatur unter einen Schwellwert fällt. Auf diese Weise kann Warmlaufen des Motors während eines Kaltstarts verringert werden, wodurch der Verbrennungswirkungsgrad erhöht und Emissionen verringert werden können.
• 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Zylinderkopfs 253. Der Zylinderkopf kann zur Befestigung an einem (nicht gezeigten) Zylinderblock, der eine oder mehrere Brennkammern mit einem sich darin hin und her bewegenden Kolben definiert, konfiguriert sein. Der Zylinderkopf kann aus einem geeigneten Material, wie zum Beispiel Aluminium, gegossen sein. Andere Komponenten eines zusammengefügten Zylinderkopfs sind ausgelassen worden. Die ausgelassenen Komponenten enthalten Nockenwellen, Nockenwellenabdeckungen, Einlass- und Auslassventile, Zündkerzen usw.
• Wie gezeigt, enthält der Zylinderkopf 253 vier Umfangswände. Die Wände enthalten eine erste und eine zweite Seitenwand 302 bzw. 304. Die vier Umfangswände können weiterhin eine vordere Endwand 306 und eine hintere Endwand 308 enthalten. Die erste Seitenwand kann Turboeinbaubolzensockel 310 oder eine andere geeignete Befestigungsvorrichtung, die zur Befestigung an einem Turbolader geeignet ist, enthalten. Auf diese Weise kann der Turbolader direkt am Zylinderkopf befestigt werden, wodurch Verluste im Motor verringert werden. Der Turbolader kann eine abgasgetriebene Turbine enthalten, die über eine Antriebswelle mit einem Verdichter verbunden ist. Der Verdichter kann dazu konfiguriert sein, den Druck im Einlasskrümmer zu erhöhen.
• Eine Unterwand 312 kann zur Verbindung mit dem (nicht gezeigten) Zylinderkopf unter Bildung der Motorbrennkammern, wie zuvor besprochen, konfiguriert sein. Weiterhin kann der Zylinderkopf einen Entgasungskanal 314 enthalten, der ein Ventil enthält, welches zum Entfernen von Gas aus dem oberen Kühlmantel konfiguriert ist. Auf diese Weise kann die Gasmenge sowohl im oberen als auch im unteren Kühlmantel reduziert werden. Der Entgasungskanal ist in einem Bereich positioniert, der an einer Oberseite des oberen Kühlmantels angrenzt. In einigen Beispielen kann der Entgasungskanal an einem Scheitel (zum Beispiel an dem im Wesentlichen höchsten vertikalen Punkt) im oberen Kühlmantel positioniert sein. In anderen Beispielen kann der Entgasungskanal jedoch an einer anderen geeigneten Stelle positioniert sein. Der Entgasungskanal kann die Menge an Gas (zum Beispiel Luft und/oder Wasserdampf) sowohl im oberen als auch im unteren Kühlmantel verringern, wodurch der Betriebswirkungsgrad des oberen und des unteren Kühlmantels erhöht wird.
• Der Zylinderkopf 253 kann weiterhin einen Auslasskrümmer 316 enthalten, mit dem mehrere Krümmerrohre verbunden sind. Die Krümmerrohre werden mit Bezugnahme auf die 8–16 ausführlicher dargestellt und besprochen. Die Krümmerrohre können mit den Auslassventilen für jede Brennkammer verbunden sein. Auf diese Weise können der Auslasskrümmer und die Krümmerrohre in dem Zylinderkopfgussteil integriert sein. Die integrierten Krümmerrohre weisen mehrere Vorteile auf, wie zum Beispiel die Reduzierung der Anzahl von Teilen im Motor, wodurch Kosten im gesamten Motorentwicklungszyklus reduziert werden.
• Des Weiteren können Lager- und Montagekosten auch reduziert werden, wenn ein integrierter Auslasskrümmer verwendet wird. Die Schnittebene 320 definiert den in 4 gezeigten Querschnitt, und die Schnittebene 322 definiert den in 5 gezeigten Querschnitt. Des Weiteren definiert die Schnittebene 324 den in 6 gezeigten Querschnitt, und die Schnittebene 326 definiert den in 7 gezeigten Querschnitt. 4 zeigt eine Schnittansicht des in 3 gezeigten Zylinderkopfs 253. Es wird ein erster Verbindungskühlmittelkanal 410 gezeigt. Der erste Verbindungskühlmittelkanal 410 kann im ersten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen 262, die in 2 gezeigt werden, enthalten sein. Weiter auf 4 Bezug nehmend, zeigt Pfeil 412 den allgemeinen Weg des von dem unteren Kühlmantel zum oberen Kühlmantel durch den ersten Verbindungskühlmittelkanal strömenden Fluids. Wie gezeigt, strömt das Kühlmittel in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung durch einen vertikal ausgerichteten Kanal bezüglich der vertikalen Bewegung der Kolben im Zylinder. Es versteht sich, dass die Breite des ersten Verbindungskühlmittelkanals durch maschinelle Bearbeitung während der Herstellung geändert werden kann. Auf diese Weise kann der Verbindungskühlmittelkanal auf eine gewünschte Spezifikation eingestellt werden.
• Der erste Satz von Verbindungskühlmittelkanälen kann radial auf zwei oder mehr im Motor enthaltene Zylindern ausgerichtet sein. Es versteht sich, dass die Ausrichtung um eine einzige Symmetrielinie erfolgen kann. Der erste Satz von Verbindungskühlmittelkanälen kann weiterhin von den Einlass- und/oder Auslasskanälen im Motor beabstandet sein. Die Positionierung des ersten Satzes von Verbindungskühlmittelkanälen in Ausrichtung auf zwei oder mehr Zylinder und von den Einlass- und/oder Auslasskanälen entfernt ermöglicht die Erhöhung der Strukturintegrität des Zylinderkopfs im Vergleich zu Verbindungskühlmittelkanälen, die neben den Einlass- oder Auslasskanälen positioniert werden können, was die Dicke des das Auslassventil umgebenden Metalls verringern kann und somit die Wahrscheinlichkeit eines Versagens des Auslass- oder Einlassventils erhöht. Wenn die Verbindungskühlmittelkanäle auf diese Weise ausgerichtet sind, kann des Weiteren ein im Vergleich zu Verbindungskühlmittelkanälen, die neben den Einlass- oder Auslassventilen positioniert sind, einen größeren Durchmesser aufweisender Strömungskanal verwendet werden.
• Des Weiteren wird ein zweiter Verbindungskühlmittelkanal 414 gezeigt. Der zweite Verbindungskühlmittelkanal 414 kann im zweiten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen 264, die in 2 gezeigt werden, enthalten sein.
• Der zweite Verbindungskühlmittelkanal befindet sich neben einem Umfang des Zylinderkopfs und von dem Auslasskrümmer 316 beabstandet. Deshalb versteht sich, dass sich der zweite Satz von Verbindungskühlmittelkanälen neben einem Umfang des Zylinderkopfs und von dem Auslasskrümmer entfernt befinden kann. Der Pfeil 416 zeigt den allgemeinen Weg des von dem unteren Kühlmantel zum oberen Kühlmantel durch den ersten Verbindungskühlmittelkanal strömenden Fluids. Wie gezeigt, wird der Strom durch eine Schale 418 durch den ersten Verbindungskühlmittelkanal sowohl geleitet als auch gedrosselt. Das Strömungsprofil des Kühlmittels durch den zweiten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen folgt einem Bogen. Wenn zum Leiten des Kühlmittelstroms durch den zweiten Verbindungskühlmittelkanal eine Schale verwendet wird, ermöglicht dies eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses (zum Beispiel der maschinellen Bearbeitung) des Zylinderkopfs.
• 5 zeigt einen beispielhaften Auslass 268 des oberen Kühlmantels und eines beispielhaften Auslasses 270 des unteren Kühlmantels. Wie dargestellt, enthält der Auslass 268 eine Drosselung 269, die in der Mitte des Einlasses positioniert ist. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Ausführungsformen auch andere Ausrichtungen möglich sind.
• 6 zeigt einen Ölablasskanal 600, der in einem vertieften Teil des Zylinderkopfs neben der vorderen Endwand 306 positioniert ist. Es versteht sich, dass der Ölablasskanal von dem im oberen und im unteren Kühlmantel zirkulierenden Kühlmittel getrennt sein kann. Der Ölablasskanal kann mit einem in einem Motorschmiersystem enthaltenen Ölbehälter verbunden sein. Es versteht sich, dass der Ölbehälter eine Hubpumpe enthalten kann, die zur Zirkulation von Öl im Motorschmiersystem konfiguriert ist. Es können auch zusätzliche Ölablasskanäle im Zylinder enthalten sein. Zusätzliche Merkmale des Ölablasskanals 600 werden mit Bezug auf 7 dargestellt.
• 7 zeigt eine Draufsicht des in 6 gezeigten Ölablasskanals 600. Wie gezeigt, kann sich eine Ölablassleitung 700 über die horizontale Länge des Zylinderkopfs erstrecken. Es versteht sich, dass der Ölablasskanal vertikal unter der Ölablassleitung positioniert sein kann. Auf diese Weise kann die Ölablassleitung Öl passiv zum Ölablasskanal 600 leiten.
• Der Horizontalflächen-”Boden” der Ölablassleitung 700 ist in Horizontalrichtung zu den vorderen und hinteren Ölablasskanälen 702 geneigt. Es versteht sich, dass der in 6 gezeigte Ölablasskanal 600 einer der in 7 gezeigten Ölablasskanäle 702 ist. Der höchste Punkt der Ölablassleitung 700 kann sich in der Nähe der halben Strecke zwischen dem vorderen und dem hinteren Ölablasskanal befinden.
• Der Horizontalflächen-”Boden” der Ölablassleitung 700 ist geneigt, um eine Neigung von null des Bodens in Querrichtung im Motorinstallationswinkel im Fahrzeug aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus ist die vertikale Wand der Ölablassleitungskernfläche auf der Außenseite zu den Ölablasskanälen 702 gekrümmt, wobei die Krümmungsscheitel in der Nähe des Mittelpunkts zwischen den Ölablasskanälen 702 liegen, um ein Ölablassflussgleichgewicht zu gestatten.
• Die Einlassseite der Ölablassleitung 700 enthält eine Trennwand 704, die zur Steuerung des Ölflusses der Ölablasskanäle 702 auf der Einlassseite verwendet wird. Der einlassseitige Boden der Ölleitung 700 ist im Motorinstallationswinkel im Fahrzeug geneigt, so dass einlassseitiges Ablassöl zu den Ölablasskanälen 600 auf der Einlassseite läuft.
• Die 8–12 zeigen Darstellungen eines Verbundkerns 800, der zur Herstellung (das heißt zum Gießen) des in 3 gezeigten Zylinderkopfs 253 verwendet werden kann. Die Kernmarken können eine bessere Veranschaulichung von Kühlmittelkanälen im oberen und unteren Kühlmantel sowie die Auslasskrümmerrohre veranschaulichen, und die Form der Kernmarken stellt die Form des Kühlmittelkanals und die relative Positionierung bezüglich einander im Zylinderkopf 253 dar. Der Verbundkern enthält einen oberen Kern 802, einen unteren Kern 804 und einen Auslasskrümmerkanalkern 806. Wie gezeigt, können die vertikal ausgerichteten Vorsprünge 850, die sowohl im oberen als auch im unteren Kern enthalten sind, den ersten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen 262 definieren. Es versteht sich, dass die Verbindungskühlmittelkanäle bezüglich der Kolbenbewegung vertikal ausgerichtet sein können. Die lateral ausgerichteten Verlängerungen 860 sowohl im oberen als auch im unteren Kern können den zweiten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen 264 definieren. Es versteht sich, dass die horizontal ausgerichtete Verlängerung 862 den Auslass 268 des oberen Kühlmantels, einschließlich der Drosselung 269, definieren kann.
• 9 zeigt eine Draufsicht des oberen Kerns 802 und 10 zeigt eine Unteransicht des unteren Kerns 804. Es versteht sich, dass der obere Kern mehrere vertikal ausgerichtete Rippen 900 im oberen Kühlmantel definieren kann. Die vertikal ausgerichteten Rippen können um den Auslasskrümmer herum positioniert sein. Ebenso kann der untere Kern mehrere vertikal ausgerichtete Rippen 1000 im unteren Kühlmantel definieren. Die vertikal ausgerichteten Rippen 900 und 1000 können ein Strömungsprofil erzeugen, das der Übertragung von Wärme von dem Auslasskrümmer und den Auslasskrümmerrohren zum oberen und unteren Kühlmantel förderlich ist. Weiterhin können die Rippen die Strukturintegrität des oberen und unteren Kühlmantels erhöhen. Wie oben unter Bezugnahme auf 8 besprochen, definiert die horizontal ausgerichtete Verlängerung 862 den Auslass 268 des oberen Kühlmantels mit der Drosselung 269.
• Wie gezeigt, können die im oberen Kühlmantel enthaltenen vertikal ausgerichteten Rippen 900 in einem Winkel zwischen 25 Grad und 75 Grad bezüglich einer horizontalen Achse 950 des Zylinderkopfs positioniert sein. Ebenso können die vertikal ausgerichteten Rippen 1000 im unteren Kühlmantel in einem Winkel zwischen 25 und 75 Grad bezüglich der horizontalen Achse 950 positioniert sein.
• Wie dargestellt, kann ein Teil der vertikalen Rippen gekrümmt sein. Die Krümmung kann die Turbulenzen im Kühlmittel um den Auslasskrümmer herum reduzieren. Bei anderen Ausführungsformen können die vertikal ausgerichteten Rippen 900 jedoch im Wesentlichen gerade sein.
• Nachfolgende Figuren (zum Beispiel die 18 und 19) zeigen das allgemein gewünschte Strömungsprofil im oberen und unteren Kühlmittelmantel, die im Zylinderkopf enthalten sind. Die Rippen 1000 leiten aufgrund der Beschaffenheit der Turboladerbolzenlöcher Kühlmittelstrom um. Die Rippen 900 leiten den Strom um und bewirken ein Aufprallen des umgeleiteten Stroms in einer Zone mit großem Wärmefluss. Die Zone mit großem Wärmefluss in dem integrierten Auslasskrümmerabschnitt der Kühlmäntel befindet sich am Auslassflansch des Auslasskrümmers oder in der Nähe davon. Die gekrümmten Rippen können eine ähnliche Geometrie wie ein Schaufelblattprofil haben. Die gekrümmten Rippen sind dazu konfiguriert, Kühlmittelstrom umzuleiten und den umgeleiteten Strom aufprallen zu lassen. Die geraden Rippen haben im Vergleich zu den gekrümmten Rippen möglicherweise nicht die Fähigkeit, so viel Kühlmittelstrom umzuleiten. Darüber hinaus kann der Kühlmittelstrom um die geraden Rippen herum gleiten (zum Beispiel einen Strömungsabriss erfahren), was bei Aufprall in bestimmten Bereichen der Kühlmäntel möglicherweise nicht vorliegt. Deshalb ist ein Teil der Rippen gekrümmt, um das gewünschte Ausmaß an Aufprall und Umleitung bereitzustellen. Der Eintritts- und Austrittswinkel der gekrümmten Rippen kann zur Steuerung sowohl des Ausmaßes des umgeleiteten Stroms als auch seiner anschließenden Aufprallgeschwindigkeit eingestellt werden.
• Die Rippen 900 gehen von den äußeren Auslasskrümmerrohren aus und gehen in einen Überhang neben einem Auslasskanal über. Der Abstand von den Rippen 900 zu dem äußeren Mantel kann zwischen 11 Millimetern (mm) und 12 mm liegen. Es sind jedoch auch andere Abstände möglich. Dieses Maß kann der lokalen Dicke des Kühlmantelkerns entsprechen, der den äußersten Teils der Auslasskanäle abdeckt. Die Rippen können von knapp hinter dem Kühlmantel, der die Auslasskrümmerrohre umgibt, ausgehen, indem sich die Dicke des oberen Kühlmantels über den integrierten Auslasskanälen vergrößert.
• Die Rippen 900 und 1000 können den Kühlmittelstrom im oberen und unteren Kühlmantel vollständig oder teilweise sperren. Mit anderen Worten, die Rippen können die Kühlmäntel vertikal überspannen, oder sie erstrecken sich möglicherweise nur vertikal über einen Teil der Kühlmäntel. In einigen Beispielen können sich die Rippen zumindest teilweise (zum Beispiel über den halben Weg) über einen Teil der Kühlleitungen erstrecken. Die Rippen, die die Kühlleitungen teilweise sperren, können die Geschwindigkeit des Kühlmittels verringern, indem sie als Bremsschwelle wirken.
• Die Rippen 1000 können auf ähnliche Weise wie die Rippen 900 ausgehen. Wie oben erwähnt, erstrecken sie sich nicht nach außen zu einem Überhang neben den Auslasskanälen wie die Rippen 900. Die Länge der Rippen 1000 kann durch die Menge an Volumenkühlmittelstrom in dem unteren gegenüber dem oberen Kühlmantel und die Geschwindigkeiten, die zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Ausmaßes an lokalen Wärmeflüssen erforderlich sind, bestimmt werden. Es versteht sich, dass der gewünschte Wärmefluss und die gewünschten anderen Motorkühlanforderungen auf Grundlage der Wärmetoleranzen verschiedener Motorkomponenten, wie zum Beispiel des Zylinderkopfs, der Einlass- und Auslassventile, des Kraftstoffeinspritzventils usw., bestimmt werden können.
• 11 zeigt eine weggeschnittene Seitenansicht des Verbundkerns 800. Wie gezeigt, kann die Kontur 1100 der Mitteloberseitenwand, die den oberen Kühlmantel vom unteren Kühlmantel trennt, um die Mittellinie einer Brennkammer gekrümmt sein, um Zylinderkopfsteifigkeit zu erhöhen. In anderen Beispielen kann die Kontur der Mitteloberseitenwand jedoch im Wesentlichen flach sein.
• 12 zeigt eine Draufsicht des unteren Kerns 804 und des Auslasskrümmerkanalkerns 806. Der Auslasskrümmerkanalkern definiert mehrere Auslasskrümmerrohre 1200. Der Weg der Krümmerrohre verläuft gekrümmt, um Strömungstrennung im Abgas zu verringern. Wie zuvor besprochen, sind die Krümmerrohre mit den Auslassventilen mehrerer Zylinder verbunden. Es versteht sich, dass der untere Kühlmantel die Auslasskrümmerrohre und die entsprechenden Auslasskanäle, die im Zylinderkopf enthalten sind, zumindest teilweise umgeben kann. Ebenso kann der obere Kühlmantel die Auslasskanäle und Auslasskrümmerrohre, die im Zylinderkopf enthalten sind, zumindest teilweise umgeben.
• Die 13 und 14 zeigen entgegengesetzte Seitenansichten des Verbundkerns 800. Die 15 und 16 zeigen eine Vorder- und Rückansicht des Verbundkerns 800.
• Die 17–19 zeigen verschiedene Strömungsdiagramme des Fluids im oberen und unteren Kühlmantel. Obgleich Kernmarken gezeigt werden, versteht sich, dass das Kühlmittel durch von den Kernmarken beim Gießen definierte Kanäle strömen kann. Die Pfeile 1700 zeigen die allgemeine Richtung des in die Einlässe des unteren Kühlmantels strömenden Kühlmittels. Wie gezeigt, strömt das Kühlmittel in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung in die Einlässe des unteren Kühlmantels. Der Pfeil 1702 zeigt die allgemeine Richtung des aus dem Auslass des unteren Kühlmantels strömenden Kühlmittels. Wie gezeigt, strömt das Kühlmittel in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung aus dem Auslass. Die Pfeile 1704 bezeichnen die allgemeine Richtung des in den Einlass des oberen Kühlmantels strömenden Kühlmittels. Wie gezeigt, strömt das Kühlmittel in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung in den Einlass. Der Pfeil 1706 zeigt das aus dem Auslass des oberen Kühlmantels strömende Fluid. Wie gezeigt, strömt das Kühlmittel in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung aus dem Auslass.
• 18 zeigt eine Draufsicht des unteren Kerns 804. Die Pfeile 1800 zeigen die allgemeine Richtung des durch den unteren Kühlmantel strömenden Kühlmittels. Es versteht sich, dass das Kühlmittel durch die Verbindungskühlmittelkanäle an den Stellen 1802 in den oberen Kühlmantel strömen kann.
• Es können Auslasskanalbrücken 1804 während der Herstellung in den Zylinderkopf gebohrt werden. Bei einigen Ausführungsformen verlaufen die Auslasskanalbrücken zwischen den Auslasskanälen einer oder mehrerer Brennkammern. Die Auslasskanalbrücken verlaufen von der Mitteloberseitenwand bis zur unmittelbaren Nähe der Brennkammermitte. Die Mitte der Brennkammer kann eine Zündkerze und/oder eine Einspritzventilbefestigungsvorrichtung enthalten. Der gebohrte Kanal kann ein gegossenes Merkmal oder ein maschinell hergestelltes Merkmal aufweisen, das eine flache Fläche bildet, die senkrecht zur Bohrrichtung verläuft, um eine Bohrstellenfläche bereitzustellen. Die Auslasskanalbrücken können dazu konfiguriert sein, Kühlmittel zwischen den Auslasskanälen zu leiten, wodurch die Wärmemenge, die im unteren Kühlmantel von den Auslasskanälen auf das Kühlmittelfluid übertragen werden kann, erhöht wird.
• 19 zeigt eine Draufsicht des oberen Kerns 802. Die Pfeile 1900 zeigen die allgemeine Richtung des durch den oberen Kühlmantel strömenden Kühlmittels. Es versteht sich, dass das Kühlmittel an den Stellen 1902 durch die Verbindungskühlmittelkanäle in den oberen Kühlmantel strömen kann. Das in den 17–19 gezeigte gemischte Strömungsprofil reduziert Wärmeschwankungen, wodurch Spannung am Zylinderkopf und/oder Motorblock reduziert wird und die Wahrscheinlichkeit eines Verziehens des Zylinderkopfs und/oder Motorblocks während des Abkühlens verringert wird. Darüber hinaus gestattet das in den 17–19 gezeigte Strömungsprofil das Entfernen einer größeren Wärmemenge von dem Motor im Vergleich zu Doppelkühlmantelausführungen, die eine parallele oder serielle Konfiguration verwenden. Auf diese Weise kann der Motorbetrieb verbessert werden und kann die Wahrscheinlichkeit einer Wärmebeeinträchtigung des Zylinderkopfs sowie anderer Motorkomponenten (zum Beispiel des Auslasskrümmers, der Abgasreinigungsanlage usw.) über die Verringerung der Temperatur des Zylinderkopfs und der umgebenden Komponenten verringert werden. Es versteht sich, dass die in den 17–19 gezeigten Strömungsprofile beispielhaft sind und dass bei anderen Ausführungsformen obere und untere Kühlmäntel mit anderen Strömungsprofilen verwendet werden können.
• 20 zeigt ein Verfahren 2000 zum Betrieb eines Kühlsystems in einem Verbrennungsmotor. Das Verfahren kann durch das System, die Komponenten usw., die oben beschrieben werden, oder als Alternative über andere geeignete Systeme, Komponenten usw. implementiert werden.
• Zunächst umfasst das Verfahren bei 2002 Leiten von Kühlmittel in einen Einlass eines oberen Kühlmantels aus einem Kühlmittelkanal, der in einem Zylinderblock enthalten ist. Als Nächstes umfasst das Verfahren bei 2004 Leiten von Kühlmittel in einen Einlass eines unteren Kühlmantels aus einem Kühlmittelkanal in einem Zylinderblock.
• In einigen Beispielen können der Einlass des oberen Kühlmantels und der Einlass des unteren Kühlmantels Kühlmittel aus einem gemeinsamen Kühlmittelkanal im Zylinderblock empfangen. Bei anderen Ausführungsformen können der Einlass des oberen Kühlmantels und der Einlass des unteren Kühlmantels Kühlmittel aus verschiedenen Kühlmittelkanälen im Zylinderblock empfangen.
• Als Nächstes umfasst das Verfahren bei 2006 Leiten von Kühlmittel zwischen dem oberen und dem unteren Kühlmantel durch mehrere Verbindungskühlmittelkanäle, die den oberen und den unteren Kühlmantel strömungsverbinden. In einigen Beispielen können die mehreren Verbindungskühlmittelkanäle im oben besprochenen ersten und/oder zweiten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen enthalten sein. Auf diese Weise kann das Kühlmittel in einem gemischten Strömungsprofil zwischen dem oberen und dem unteren Kühlmantel strömen, wodurch Wärmeschwankungen im Zylinderkopf verringert werden.
• Bei 2008 umfasst das Verfahren Leiten von Kühlmittel von einem Auslass des unteren Kühlmantels in eine mit einem Kühler verbundene Leitung. Bei 2009 umfasst das Verfahren Leiten von Kühlmittel von einem Auslass des oberen Kühlmantels in eine mit dem Kühler verbundene Leitung.
• Bei 2010 kann das Verfahren dynamisches Einstellen des Kühlmittelstroms zum oberen Kühlmantel von dem unteren Kühlmantel auf Grundlage der Temperatur des Motors umfassen. Es versteht sich, dass Kühlmittelstrom in einigen Beispielen dynamisch gedrosselt werden kann, wenn die Motortemperatur unter einem Schwellwert liegt, und anschließend erhöht werden kann, wenn die Motortemperatur über dem Schwellwert liegt. Auf diese Weise kann der Motor während eines Kaltstarts schneller erwärmt werden, wodurch der Verbrennungswirkungsgrad erhöht und Emissionen verringert werden können. Bei 2012 kann das Verfahren Abziehen von Gasansammlung aus einem im oberen Kühlmantel befindlichen Entgasungskanal umfassen. In anderen Beispielen sind die Schritte 2010 und 2012 jedoch möglicherweise nicht im Verfahren 2000 enthalten.
• Es versteht sich, dass die Konfigurationen und/oder Lösungsansätze, die hier beschrieben werden, beispielhaft sind und dass diese bestimmten Ausführungsformen oder Beispiele nicht in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden sollen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Merkmale, Funktionen, Handlungen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden, sowie irgendwelche und alle Äquivalente davon.
• Bezugszeichenliste

10

Motor

12

Steuerung

30

Brennkammer

32

Zylinderwände

36

Kolben

40

Kurbelwelle

42

Lufteinlass-Zip-Rohr

44

Einlasskrümmer

48

Auslasskrümmer

51

Einlassnocken

52

Einlassventil

53

Auslassnocken

54

Auslassventil

55

Einlassnockensensor

57

Auslassnockensensor

58

Drosselklappensensor

62

Drosselklappe

64

Drosselplatte

66

Kraftstoffeinspritzventil

68

Treiber

70

Katalysator

88

Zündanlage

92

Zündkerze

102

Mikroprozessoreinheit (CPU)

104

Eingangs-/Ausgangs-Ports (I/O)

106

Nurlesespeicher (ROM)

108

Direktzugriffsspeicher (RAM)

110

Erhaltungsspeicher (KAM)

112

Temperatursensor

114

Kühlhülse

118

Hall-Effekt-Sensor

120

Luftmassensensor

122

Drucksensor

126

Universal-Lambdasensor

130

Fahrpedal

132

Fuß

134

Positionssensor

ECT

Motorkühlmitteltemperatur

EGO

EGO-Sensorsignal (Exhaust Gas Oxygen)

FPW

Treibersignal

MAF

Luftmassenstromsignal (Mass Air Flow)

MAP

Einlasskrümmerdruck

PIP

Zündungsprofilaufnehmersignal

PP

Pedalpositionssignal

SA

Zündverstellungssignal

TP

Drosselklappenpositionssignal

200

Kühlsystem

250

Kühlmittelkreislauf

252

Zylinderblock

253

Zylinderkopf

254

oberer Kühlmantel

256

unterer Kühlmantel

258

Einlass

260

Einlässe

261

Kühlmittelkreislaufkanal

262

erste Verbindungskühlmittelkanäle

264

zweite Verbindungskühlmittelkanäle

266

Drosselung

268

Auslass

269

Drosselung

270

Drosselung

272

Kühler

274

Pumpe

278

Thermostat

302

erste Seitenwand

304

zweite Seitenwand

306

vordere Endwand

308

hintere Endwand

310

Turboeinbaubolzensockel

312

Unterwand

314

Entgasungskanal

316

Auslasskrümmer

320

Schnittebene

322

Schnittebene

324

Schnittebene

326

Schnittebene

410

erster Verbindungskühlmittelkanal

412

Pfeil

414

zweiter Verbindungskühlmittelkanal

416

Pfeil

418

Schale

600

Ölablasskanal

700

Ölablassleitung

702

Ölablasskanäle

704

Trennwand

800

Verbundkern

802

oberer Kern

804

unterer Kern

806

Auslasskrümmerkanalkern

850

Vorsprünge

860

Verlängerungen

862

Verlängerung

900

Rippen

950

horizontale Achse

1000

Rippen

1100

Kontur

1200

Auslasskrümmerrohre

1700

Pfeile

1702

Pfeil

1704

Pfeile

1706

Pfeil

1800

Pfeile

1802

Stellen an den Verbindungskühlmittelkanälen

1804

Auslasskanalbrücken

1900

Pfeile

1902

Stellen an den Verbindungskühlmittelkanälen

2000

Verfahren

2002

Kühlmittel in einen Einlass eines oberen Kühlmantels aus einem in einem Zylinderblock enthaltenen Kühlmittelkanal leiten

2004

Kühlmittel in einen Einlass eines unteren Kühlmantels aus einem Kühlmittelkanal in einem Zylinderblock leiten

2006

Kühlmittel zwischen dem oberen und dem unteren Kühlmantel durch den oberen und den unteren Kühlmantel strömungsverbindende Verbindungskühlmittelkanäle leiten

2008

Kühlmittel von einem Auslass des unteren Kühlmantels in eine mit einem Kühler verbundene Leitung leiten

2009

Kühlmittel von einem Auslass des oberen Kühlmantels in eine mit dem Kühler verbundene Leitung leiten

2010

Den Kühlmittelstrom zum oberen Kühlmantel vom unteren Kühlmantel auf Grundlage der Temperatur des Motors dynamisch einstellen

2012

Gasansammlung aus einem im oberen Kühlmantel befindlichen Entgasungskanal abziehen

• 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
• US 7367294 [0002, 0003, 0003]

Claims (20)

1. Zylinderkopf für einen Motor, umfassend: einen oberen Kühlmantel, der mindestens einen ersten Einlass und einen ersten Auslass enthält; einen unteren Kühlmantel, der mindestens einen zweiten Einlass und einen zweiten Auslass enthält; und einen ersten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen, die mit dem oberen Kühlmantel und dem unteren Kühlmantel strömungsverbunden sind und sich neben einer oder mehreren Brennkammern befinden.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, wobei der erste Satz von Verbindungskühlmittelkanälen in radialer Ausrichtung auf eine oder mehrere im Motor enthaltene Brennkammern positioniert ist.
3. Zylinderkopf nach Anspruch 1, der weiterhin einen zweiten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen umfasst, die zwischen dem oberen Kühlmantel und dem unteren Kühlmantel und neben einem Umfang des Zylinderkopfs und von einem Auslasskrümmer entfernt strömungsverbunden sind.
4. Zylinderkopf nach Anspruch 1, der weiterhin einen Entgasungskanal umfasst, der dazu konfiguriert ist, Gas aus dem oberen Kühlmantel zu entfernen, wobei der Entgasungskanal in einem an einer Oberseite des oberen Kühlmantels angrenzenden Bereich positioniert ist.
5. Zylinderkopf nach Anspruch 1, der weiterhin mindestens einen Ölablasskanal umfasst, der in einem vertieften Teil des oberen Kühlmantels positioniert ist.
6. Zylinderkopf nach Anspruch 1, der weiterhin einen Turboeinbaubolzensockel umfasst, der neben einem Auslasskrümmer positioniert und zur Befestigung an einem Turbolader konfiguriert ist.
7. Zylinderkopf nach Anspruch 6, wobei der obere und der untere Kühlmantel Kühlmittel um den Turboeinbaubolzensockel herum zirkulieren.
8. Zylinderkopf nach Anspruch 1, wobei der erste Satz von Verbindungskühlmittelkanälen radial auf zwei oder mehr Brennkammern des Motors ausgerichtet ist.
9. Zylinderkopf nach Anspruch 1, wobei der obere und der untere Kühlmantel Kühlmittel über ihren jeweiligen Einlass von einer gemeinsamen Kühlmittelquelle, die in einem Motorblock des Motors enthalten ist, empfangen.
10. Zylinderkopf nach Anspruch 1, wobei der erste Satz von Verbindungskühlmittelkanälen von einem Auslasskrümmer beabstandet ist.
11. Zylinderkopf nach Anspruch 1, wobei ein Teil einer Mitteloberseitenwand, die den oberen Kühlmantel von dem unteren Kühlmantel trennt, gekrümmt ist.
12. Zylinderkopf nach Anspruch 1, wobei der obere und der untere Kühlmantel vertikal positionierte Rippen neben einem Auslasskrümmer enthalten.
13. Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems in einem Motor, umfassend: Leiten von Kühlmittel in einen Einlass eines oberen Kühlmantels von einem Kühlmittelkanal in einem Zylinderblock; Leiten von Kühlmittel in einen Einlass eines unteren Kühlmantels von dem Kühlmittelkanal im Zylinderblock; und Leiten von Kühlmittel zwischen dem oberen und dem unteren Kühlmantel durch einen Verbindungskühlmittelkanal, der den oberen und den unteren Kühlmantel strömungsverbindet, in dem Zylinderkopf, wobei der Verbindungskühlmittelkanal stromabwärts des Einlasses des oberen und des unteren Kühlmantels positioniert ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, das weiterhin Abziehen von Gasansammlung aus einem Entgasungskanal im oberen Kühlmantel umfasst.
15. Verfahren nach Anspruch 13, das weiterhin dynamisches Einstellen des Kühlmittelstroms zum oberen Kühlmantel vom unteren Kühlmantel auf Grundlage der Temperatur des Motors umfasst.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Kühlmittelstrom dynamisch gedrosselt wird, wenn die Motortemperatur unter einem Schwellwert liegt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Kühlmittelstrom erhöht wird, wenn die Motortemperatur über dem Schwellwert liegt.
18. Zylinderkopf für einen Motor, umfassend: einen Einlasskrümmer, der mit mehreren Auslasskrümmerrohren verbunden ist; einen oberen Kühlmantel, der einen oder mehrere Auslasskanäle und Auslasskrümmerrohre zumindest teilweise umgibt, wobei der obere Kühlmantel mindestens einen ersten Einlass und einen ersten Auslass enthält; einen unteren Kühlmantel, der den einen oder die mehreren Auslasskanäle und Auslasskrümmerrohre zumindest teilweise umgibt, wobei der untere Kühlmantel mindestens einen zweiten Einlass und einen zweiten Auslass enthält; einen ersten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen, die zwischen dem oberen Kühlmantel und dem unteren Kühlmantel strömungsverbunden sind und sich neben einer oder mehreren Brennkammern befinden, wobei die Verbindungskühlmittelkanäle in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung bezüglich der Kolbenbewegung positioniert sind; und einen zweiten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen, die zwischen dem oberen Kühlmantel und dem unteren Kühlmantel strömungsverbunden sind, wobei der zweite Satz von Verbindungskühlmittelkanälen von dem ersten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen und dem Einlasskrümmer beabstandet ist und sich neben einem Umfang des Zylinderkopfs befindet.
19. Zylinderkopf nach Anspruch 18, wobei der erste Satz von Verbindungskühlmittelkanälen in radialer Ausrichtung auf eine oder mehrere im Motor enthaltene Brennkammern positioniert ist.
20. Zylinderkopf nach Anspruch 18, wobei mindestens einer der im ersten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen und im zweiten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen enthaltenen Verbindungskühlmittelkanäle eine eingestellte Drosselung enthält.

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