EP2003320B1 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP2003320B1
EP2003320B1 EP07110193.5A EP07110193A EP2003320B1 EP 2003320 B1 EP2003320 B1 EP 2003320B1 EP 07110193 A EP07110193 A EP 07110193A EP 2003320 B1 EP2003320 B1 EP 2003320B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust
cylinder head
cylinder
coolant jacket
gas lines
Prior art date
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Revoked
Application number
EP07110193.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2003320A1 (de
Inventor
Jens Dunstheimer
Kai Kuhlbach
Jan Mehring
Martin Lutz
Markus Hermann
Christoph Holbach
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Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Publication date
Family has litigation
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Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Priority to EP07110193.5A priority Critical patent/EP2003320B1/de
Priority to JP2008155398A priority patent/JP2008309158A/ja
Priority to EP20080104396 priority patent/EP2003321A3/de
Priority to US12/138,902 priority patent/US8146543B2/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/243—Cylinder heads and inlet or exhaust manifolds integrally cast together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/40—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling cylinder heads with means for directing, guiding, or distributing liquid stream 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4264—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads of exhaust channels

Definitions

  • Internal combustion engines have a cylinder block and a cylinder head, which is used to form the individual cylinder d.
  • Combustion chambers are connected to each other, wherein bores are provided for connecting in the cylinder head and in the cylinder block.
  • bores are provided for connecting in the cylinder head and in the cylinder block.
  • As part of the assembly of the cylinder block and the cylinder head are arranged by stacking their mounting end faces in such a way to each other that the holes are aligned.
  • threaded bolts which are inserted and screwed into the bores of the cylinder head and the cylinder block, a connection is then made.
  • the cylinder block has a corresponding number of cylinder bores for receiving the pistons or the cylinder tubes.
  • the pistons are guided axially movably in the cylinder tubes and, together with the cylinder tubes and the cylinder head, form the combustion chambers of the internal combustion engine. Consequently, a combustion chamber is mitbe opinion each of a piston, a cylinder tube and the cylinder head and mitgestaltet.
  • a seal is usually arranged between the cylinder block and the cylinder head.
  • the cylinder head is usually used to hold the valve train.
  • an internal combustion engine requires controls and actuators to operate the controls.
  • the expulsion of the combustion gases via the outlet openings and the filling of the combustion chamber d.
  • H. the suction of the fresh mixture or the fresh air through the inlet openings.
  • four-stroke engines use almost exclusively globe valves as control members, which perform an oscillating lifting movement during operation of the internal combustion engine and in this way release and close the inlet and outlet openings.
  • the required for the movement of the valves valve actuating mechanism including the valves themselves is referred to as a valve train.
  • a valve actuating device comprises a camshaft on which a plurality of cams is arranged. Basically, a distinction is made between an underlying camshaft and an overhead camshaft. In this case, reference is made to the parting line between the cylinder head and cylinder block. If the camshaft is above this parting line, it is an overhead camshaft, otherwise a camshaft underneath.
  • Overhead camshafts are also mounted in the cylinder head, wherein a valve train with overhead camshaft as a further valve train component has a rocker arm, a rocker arm or a plunger.
  • valve train It is the task of the valve train to open the intake and exhaust ports of the combustion chamber in time or close, with a quick release of the largest possible flow cross sections is sought to keep the throttle losses in the incoming and outflowing gas flows low and the best possible filling of the Combustion chamber with fresh mixture or an effective ie To ensure complete removal of the exhaust gases. Therefore, in the prior art, combustors are also frequently and increasingly equipped with two or more inlet or outlet ports.
  • the inlet ducts leading to the inlet openings and the outlet ducts or exhaust ducts adjoining the outlet openings are according to the state of Technology at least partially integrated in the cylinder head.
  • the exhaust pipes of the outlet openings of a single cylinder are usually - within the cylinder head - merged into a cylinder associated partial exhaust gas line, these partial exhaust gas lines are then brought together outside of the cylinder by means of a so-called (exhaust) manifold; often to a single overall exhaust line.
  • the exhaust gases Downstream of the manifold, the exhaust gases are then optionally supplied to the turbine of an exhaust gas turbocharger and / or one or more exhaust aftertreatment systems.
  • the exhaust gas turbocharger or the closest possible to the outlet of the internal combustion engine endeavors to arrange the exhaust gas turbocharger or the closest possible to the outlet of the internal combustion engine in order to make optimum use of the exhaust enthalpy of the hot exhaust gases in this way and to ensure a rapid response of the turbocharger.
  • the way the hot exhaust gases to the various exhaust aftertreatment systems should be as short as possible, so that the exhaust gases are given little time to cool and the exhaust aftertreatment systems reach their operating temperature or light-off as soon as possible, especially after a cold start of the engine.
  • the exhaust manifold is integrated with the cylinder head.
  • Such a cylinder head in which connects to each outlet opening an exhaust pipe and merge the exhaust gas lines of the cylinder within the cylinder head to form an overall exhaust gas line, is also the subject of the present invention.
  • the heat released during combustion by the exothermic, chemical conversion of the fuel is partly dissipated via the walls delimiting the combustion chamber to the cylinder head and the cylinder block and partly via the exhaust gas flow to the adjacent components and the environment.
  • a portion of the introduced into the cylinder head heat flow must be withdrawn from the cylinder head again.
  • the amount of heat dissipated from the surface of the internal combustion engine via radiation and heat conduction to the environment is not sufficient for efficient cooling, which is why cooling of the cylinder head is usually brought about deliberately by means of forced convection.
  • the cooling in the form of air cooling or liquid cooling.
  • the internal combustion engine is provided with a fan, wherein the heat dissipation takes place by means of guided over the surface of the cylinder head air flows.
  • the liquid cooling requires the equipment of the internal combustion engine or the cylinder head with a coolant jacket d.
  • H. the arrangement of the coolant through the cylinder head leading coolant channels, which causes a complex structure of the cylinder head construction.
  • the mechanically and thermally highly stressed cylinder head is weakened by the introduction of the coolant channels on the one hand in its strength.
  • the heat must not be directed to the cylinder head surface as in the air cooling, to be dissipated.
  • the heat is already in the interior of the cylinder head to the coolant, usually mixed with additives added water.
  • the coolant is thereby conveyed by means of a pump arranged in the cooling circuit, so that it circulates in the coolant jacket.
  • the heat given off to the coolant is removed in this way from the interior of the cylinder head and removed from the coolant in a heat exchanger again.
  • a coolant jacket is integrated in the cylinder head according to the prior art in a cylinder head of the present type, wherein the coolant jacket has a lower coolant jacket, which is arranged between the exhaust pipes and the mounting end face of the cylinder head, and an upper coolant jacket, the the side opposite the lower coolant jacket side of the exhaust pipes is arranged comprises.
  • enrichment ( ⁇ ⁇ 1) is always carried out when high exhaust gas temperatures are to be expected.
  • more fuel is injected than can be burned at all with the amount of air provided, wherein the additional fuel is also heated and evaporated, so that the temperature of the combustion gases decreases.
  • this procedure is considered disadvantageous in terms of energy, in particular with regard to the fuel consumption of the internal combustion engine and with regard to the pollutant emissions.
  • enrichment does not always allow the internal combustion engine to be operated in the manner required, for example, for a proposed exhaust aftertreatment system.
  • a cylinder head according to the preamble of claim 1 d. H. provide the generic type, which is equipped with a coolant jacket, with which the known prior art disadvantages are overcome and ensures an optimized cooling of the cylinder head, without a thermal overload of the cylinder head is to be feared.
  • a cylinder head according to claim 1 has - in contrast to that in the EP 1 722 090 A2 described cylinder head - via at least one compound that is at least one breakthrough in the outer wall of the cylinder head, through which or the coolant from the lower coolant jacket can flow into the upper coolant jacket and vice versa.
  • in principle cooling takes place in the region of the outer wall of the cylinder head, to which, according to the state of the art, consciously - for the realization of a compact design - is omitted.
  • the conventional longitudinal flow of the coolant ie the coolant flow in the direction of the longitudinal axis of the cylinder head
  • a coolant transverse flow which runs transversely to the longitudinal flow and preferably approximately in the direction of the cylinder longitudinal axes.
  • the cylinder head according to the invention is thermally higher loadable than the known from the prior art cylinder head.
  • On a enrichment of the fuel-air mixture - with the aim of lowering the exhaust gas temperature - can thus largely or completely be dispensed with, which in each case depends on the internal combustion engine, the number of cylinders, the specific training of at least one compound and the like. This proves to be particularly advantageous in terms of fuel consumption and the emission behavior of the internal combustion engine.
  • there are more freedom in the control of the internal combustion engine since a possible enrichment to lower the exhaust gas temperature or to protect the cylinder head from thermal overload in the context of engine control no longer needs to be considered.
  • the cylinder head according to the invention is particularly suitable for supercharged internal combustion engines that require efficient and optimized cooling due to higher exhaust gas temperatures.
  • the object underlying the invention is achieved, namely to provide a liquid-cooled cylinder head, which has an optimized cooling.
  • Embodiments of the cylinder head in which the lower and the upper coolant jacket are not connected to one another over the entire area of the outer wall are advantageous, but the at least one connection only extends over a partial area of the outer wall.
  • the flow velocity in the at least one connection can be increased, which increases the heat transfer by convection. This also offers advantages in terms of the mechanical strength of the cylinder head.
  • Embodiments of the cylinder head in which the at least one connection is arranged adjacent to the region in which the exhaust gas lines merge to form the overall exhaust gas line are advantageous.
  • the cylinder head In the area in which the exhaust gas lines lead into a common exhaust gas line and the hot exhaust gas of all cylinders of the internal combustion engine is collected, the cylinder head is subject to particularly high thermal loads. This has several reasons.
  • the entire exhaust gas of the internal combustion engine passes through this collection point in the exhaust system, whereas a single exhaust line, which is then acted upon by the exhaust port of a cylinder, only with the exhaust gas or a portion of the exhaust gas of a cylinder. Ie. the absolute amount of exhaust gas that can give off heat to the cylinder head is the largest here.
  • the mouth region of the exhaust pipes in the entire exhaust line is continuously exposed to hot exhaust gases, whereas the exhaust pipes of a cylinder - for example, in a four-stroke internal combustion engine - only during the change of charge of the respective cylinder d. H. is once passed through within two crankshaft revolutions of hot exhaust gas.
  • the exhaust gas flows of the individual exhaust pipes must be more or less deflected in order to merge the exhaust pipes to a common total exhaust line can.
  • the individual exhaust gas flows therefore have in this area - at least partially - a speed component which is perpendicular to the walls of the exhaust pipe, whereby the heat transfer by convection and consequently the thermal load of the cylinder head is additionally increased.
  • the embodiment of the cylinder head in question in which the at least one connection in the vicinity of the mouth region is arranged in the overall exhaust gas line, ie in the vicinity of the collection point of the exhaust gas lines, is advantageous.
  • the distance between the at least one connection and the total exhaust gas line is less than half the diameter of a cylinder, wherein the distance from the distance between the outer wall of the entire exhaust line and the outer wall of the compound results.
  • Embodiments of the cylinder head in which at least two connections are provided, which are arranged on opposite sides of the overall exhaust gas line, are advantageous.
  • a symmetrical arrangement of the at least two connections in the region of the outer wall takes into account the fact that the integrated system in the cylinder head system of exhaust pipes is usually symmetrical. The mutually corresponding formation of the exhaust system and cooling thus also ensures a symmetrical temperature distribution in the cylinder head.
  • each cylinder has at least two outlet openings for discharging the exhaust gases from the cylinder.
  • it is a primary goal during discharge of the exhaust gases as part of the charge exchange to release the largest possible flow cross-sections as quickly as possible to ensure effective discharge of the exhaust gases, which is why the provision of more than one outlet opening is advantageous.
  • Embodiments of the cylinder head in which at least one cylinder is provided between the exhaust pipes of at least one cylinder-at a distance from these exhaust pipes-at least one connection between the lower coolant jacket and the upper coolant jacket are advantageous. In this way, a cooling in the immediate vicinity of the outlet openings can be realized, which is advantageous if it is taken into account that the exhaust gases have the highest temperature when leaving the cylinder.
  • embodiments of the cylinder head are advantageous in which first the exhaust gas lines of the at least two outlet openings of each cylinder merge to form a partial exhaust gas line belonging to the cylinder before these partial exhaust gas lines of the at least two cylinders merge to form the total exhaust gas line.
  • This embodiment of the integrated system of exhaust pipes is similar to the formation of a conventional exhaust manifold, the procedure is similar. The total travel distance of all exhaust pipes is thereby shortened.
  • the gradual merging of the exhaust pipes to an overall exhaust line also contributes to a more compact d. H. less voluminous design of the cylinder head and thus in particular to a weight reduction and more effective packaging in the engine compartment.
  • the wall thickness of the partial exhaust gas lines tapers apart wall, so that this wall, especially in the area in which the merger actually takes place, is thermally highly loaded.
  • Providing a connection d. H. a cooling channel for the purpose of heat dissipation is therefore advantageous.
  • the same considerations and relationships also apply to the previously described embodiment of the cylinder head, in which between the exhaust pipes of at least one cylinder at least one connection between the lower coolant jacket and the upper coolant jacket is provided.
  • each cylinder has an outlet opening for discharging the exhaust gases from the cylinder.
  • Embodiments of the cylinder head are advantageous in which at least one connection between the lower coolant jacket and the upper coolant jacket is provided between the exhaust pipes of at least two adjacent cylinders spaced from these exhaust pipes.
  • FIG. 1 shows in a slightly salaried plan view of the sand core 13 of the integrated in a first embodiment of the cylinder head exhaust pipes 4a, 4b, 5, 6, so that FIG. 1
  • the system of integrated in the cylinder head exhaust pipes 4a, 4b, 5, 6 illustrates, which is why the reference numerals for the exhaust pipes 4a, 4b, 5, 6 are registered.
  • each of the four cylinders is provided with two outlet openings 3a, 3b, with an exhaust pipe 4a, 4b connected to each outlet opening 3a, 3b.
  • the exhaust pipes 4a, 4b of each cylinder lead to a cylinder associated with the partial exhaust gas line 5, wherein the partial exhaust gas lines 5 then d. H. downstream merge together to form a common total exhaust line 6.
  • connections 15 between the lower coolant jacket and the upper coolant jacket spaced from these partial exhaust gas lines 5.
  • the optional connections 15 assist the cooling of the highly thermally loaded collection point 8, at which the exhaust gas streams of all cylinders merge d. H. to be collected.
  • the entire exhaust gas of the internal combustion engine passes through this collection point 8 d. H. the mouth region 8 of the partial exhaust gas lines 5, where the partial exhaust gas lines 5 open into the total exhaust gas line 6.
  • two connections 7 are provided between the lower coolant jacket and the upper coolant jacket, which in turn serve the passage of coolant (shown as dash-dotted ellipses).
  • the compounds 7 are adjacent to the total exhaust line 6 d. H. to the region 8, in which the exhaust pipes 4a, 4b, 5 merge to the total exhaust gas line 6.
  • FIG. 2 shows in a perspective view the in FIG. 1 illustrated sand core 13 together with the coolant jacket 2 of the first embodiment of the cylinder head.
  • the coolant jacket 2 comprises a lower coolant jacket 2 a, which between the exhaust pipes 5 and a non-illustrated mounting end face of the cylinder head (see FIG. 3 ), and an upper coolant jacket 2b, which is arranged on the opposite side of the lower coolant jacket 2a of the exhaust pipes 5.
  • the lower and the upper coolant jacket 2a, 2b are not connected to one another over the entire area of the outer wall, but only over a partial area of the outer wall, namely adjacent to the overall exhaust gas line 6.
  • the two connections 7 are thus arranged adjacent to the region in which the exhaust gas lines 5 merge to form the overall exhaust gas line 6. H. where the cylinder head is subject to high thermal loads.
  • the entire exhaust gas of the internal combustion engine flows through the collection point, which is continuously charged with hot exhaust gases, whereas the exhaust pipes 5 of a cylinder are only temporarily flowed through by hot exhaust gas. In addition, the exhaust gas flows are deflected in the collection area.
  • the two connections 7 permit cooling also in the area of the outer wall of the cylinder head, wherein the longitudinal flows adjusting in the upper and lower coolant jacket 2a, 2b are supplemented by two coolant flows, which run transversely to the longitudinal flows, in the direction of the longitudinal axis of the cylinder head.
  • the flows of the coolant are indicated by arrows.
  • two accesses 12 are provided in the region of the total exhaust gas line 6 or the connections 7, which are closed after removal of the sand core 13.
  • each cylinder has not only two outlet openings 3, 3b, but also two inlet openings 11a, 11b.
  • FIG. 3 shows in a perspective view of the first embodiment of the cylinder head 1 and that from below, ie with a view of the mounting end face 9 and the inlet openings 11a, 11b of the cylinder.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf, der an einer Montage-Stirnseite mit einem Zylinderblock verbindbar ist, mit einem zumindest teilweise im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, bei dem jeder Zylinder mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist, wobei
    • sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung anschließt,
    • die Abgasleitungen der mindestens zwei Zylinder innerhalb des Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, und
    • der Kühlmittelmantel einen unteren Kühlmittelmantel, der zwischen den Abgasleitungen und der Montage-Stirnseite des Zylinderkopfes angeordnet ist, und einen oberen Kühlmittelmantel, der auf der dem unteren Kühlmittelmantel gegenüberliegenden Seite der Abgasleitungen angeordnet ist, aufweist.
  • Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der einzelnen Zylinder d. h. Brennräume miteinander verbunden werden, wobei zum Verbinden im Zylinderkopf und im Zylinderblock Bohrungen vorgesehen sind. Im Rahmen der Montage werden der Zylinderblock und der Zylinderkopf durch Aufeinanderlegen ihrer Montage-Stirnseiten in der Weise zueinander angeordnet, daß die Bohrungen miteinander fluchten. Mittels Gewindebolzen, die in die Bohrungen des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks eingeführt und verschraubt werden, wird dann eine Verbindung hergestellt.
  • Der Zylinderblock weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre eine entsprechende Anzahl an Zylinderbohrungen auf. Die Kolben werden axial beweglich in den Zylinderrohren geführt und bilden zusammen mit den Zylinderrohren und dem Zylinderkopf die Brennräume der Brennkraftmaschine aus. Folglich wird ein Brennraum jeweils von einem Kolben, einem Zylinderrohr und dem Zylinderkopf mitbegrenzt und mitgestaltet. Zur Abdichtung der Brennräume wird in der Regel zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf eine Dichtung angeordnet.
  • Der Zylinderkopf dient üblicherweise zur Aufnahme des Ventiltriebs. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung der Steuerorgane. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslaßöffnungen und das Füllen des Brennraums d. h. das Ansaugen des Frischgemisches bzw. der Frischluft über die Einlaßöffnungen. Zur Steuerung des Ladungswechsels werden bei Viertaktmotoren nahezu ausschließlich Hubventile als Steuerorgane verwendet, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine oszillierende Hubbewegung ausführen und auf diese Weise die Ein-und Auslaßöffnungen freigeben und verschließen. Der für die Bewegung der Ventile erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich der Ventile selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet.
  • Eine Ventilbetätigungseinrichtung umfaßt eine Nockenwelle, auf der eine Vielzahl von Nocken angeordnet ist. Grundsätzlich wird zwischen einer untenliegenden Nockenwelle und einer obenliegenden Nockenwelle unterschieden. Dabei wird Bezug genommen auf die Trennebene zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock. Liegt die Nockenwelle oberhalb dieser Trennebene handelt es sich um eine obenliegende Nockenwelle, andernfalls um eine untenliegende Nockenwelle.
  • Obenliegende Nockenwellen werden ebenfalls im Zylinderkopf gelagert, wobei ein Ventiltrieb mit obenliegender Nockenwelle als weiteres Ventiltriebsbauteil einen Schwinghebel, einen Kipphebel oder einen Stößel aufweist.
  • Es ist die Aufgabe des Ventiltriebes die Einlaß- und Auslaßöffnungen der Brennkammer rechtzeitig freizugeben bzw. zu schließen, wobei eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung des Brennraumes mit Frischgemisch bzw. ein effektives d.h. vollständiges Abführen der Abgase zu gewährleisten. Nach dem Stand der Technik werden Brennkammern daher auch häufig und zunehmend mit zwei oder mehr Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen ausgestattet.
  • Die Einlaßkanäle, die zu den Einlaßöffnungen führen, und die Auslaßkanäle bzw. Abgasleitungen, die sich an die Auslaßöffnungen anschließen, sind nach dem Stand der Technik zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert. Die Abgasleitungen der Auslaßöffnungen eines einzelnen Zylinders werden dabei in der Regel - innerhalb des Zylinderkopfes - zu einer dem Zylinder zugehörigen Teilabgasleitung zusammengeführt, wobei diese Teilabgasleitungen dann außerhalb des Zylinders mittels eines sogenannten (Abgas-)Krümmers zusammengeführt werden; häufig zu einer einzelnen Gesamtabgasleitung.
  • Stromabwärts des Krümmers werden die Abgase dann gegebenenfalls der Turbine eines Abgasturboladers und/oder einem oder mehreren Abgasnachbehandlungssystemen zugeführt.
  • Dabei ist man zum einen bemüht, den bzw. die Abgasturbolader möglichst nahe am Auslaß der Brennkraftmaschine anzuordnen, um auf diese Weise die Abgasenthalpie der heißen Abgase optimal nutzen zu können und ein schnelles Ansprechverhalten des Turboladers zu gewährleisten. Zum anderen soll auch der Weg der heißen Abgase zu den verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen möglichst kurz sein, damit den Abgasen wenig Zeit zur Abkühlung eingeräumt wird und die Abgasnachbehandlungssysteme möglichst schnell ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur erreichen, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
  • In diesem Zusammenhang ist man daher grundsätzlich bemüht, die thermische Trägheit des Teilstücks der Abgasleitung zwischen Auslaßöffnung am Zylinder und Abgasnachbehandlungssystem bzw. zwischen Auslaßöffnung am Zylinder und Abgasturbolader zu minimieren, was durch Reduzierung der Masse und der Länge dieses Teilstückes erreicht werden kann.
  • Um die zuvor genannten Ziele zu erreichen, wird gemäß einem Lösungsansatz nach dem Stand der Technik der Abgaskrümmer im Zylinderkopf integriert. Ein derartiger Zylinderkopf, bei dem sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung anschließt und die Abgasleitungen der Zylinder innerhalb des Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, ist auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
  • Ein derartig ausgebildeter Zylinderkopf ist aber thermisch höher belastet als ein herkömmlicher Zylinderkopf, der mit einem externen Krümmer ausgestattet ist, und stellt daher erhöhte Anforderungen an die Kühlung.
  • Die bei der Verbrennung durch die exotherme, chemische Umwandlung des Kraftstoffes freigesetzte Wärme wird teilweise über die den Brennraum begrenzenden Wandungen an den Zylinderkopf und den Zylinderblock und teilweise über den Abgasstrom an die angrenzenden Bauteile und die Umgebung abgeführt. Um die thermische Belastung des Zylinderkopfes in Grenzen zu halten, muß ein Teil des in den Zylinderkopf eingeleiteten Wärmestromes dem Zylinderkopf wieder entzogen werden. Die von der Oberfläche der Brennkraftmaschine über Strahlung und Wärmeleitung an die Umgebung abgeführte Wärmemenge ist für eine effiziente Kühlung nicht ausreichend, weshalb in der Regel mittels erzwungener Konvektion gezielt eine Kühlung des Zylinderkopfes herbeigeführt wird.
  • Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Kühlung in Gestalt einer Luftkühlung oder einer Flüssigkeitskühlung auszuführen. Bei der Luftkühlung wird die Brennkraftmaschine mit einem Gebläse versehen, wobei der Wärmeabtransport mittels über die Oberfläche des Zylinderkopfes geführten Luftströmungen erfolgt.
  • Hingegen erfordert die Flüssigkeitskühlung die Ausstattung der Brennkraftmaschine bzw. des Zylinderkopfes mit einem Kühlmittelmantel d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Zylinderkopf führenden Kühlmittelkanälen, was eine komplexe Struktur der Zylinderkopfkonstruktion bedingt. Dabei wird der mechanisch und thermisch hochbelastete Zylinderkopf durch das Einbringen der Kühlmittelkanäle einerseits in seiner Festigkeit geschwächt. Andererseits muß die Wärme nicht wie bei der Luftkühlung erst an die Zylinderkopfoberfläche geleitet werden, um abgeführt zu werden. Die Wärme wird bereits im Inneren des Zylinderkopfes an das Kühlmittel, in der Regel mit Additiven versetztes Wasser, abgegeben. Das Kühlmittel wird dabei mittels einer im Kühlkreislauf angeordneten Pumpe gefördert, so daß es im Kühlmittelmantel zirkuliert. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird auf diese Weise aus dem Inneren des Zylinderkopfes abgeführt und in einem Wärmetauscher dem Kühlmittel wieder entzogen.
  • Aufgrund der wesentlichen höheren Wärmekapazität von Flüssigkeiten gegenüber Luft können mit der Flüssigkeitskühlung wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden als dies mit einer Luftkühlung möglich ist.
  • Aus den genannten Gründen wird nach dem Stand der Technik bei einem Zylinderkopf der vorliegenden Art im Zylinderkopf ein Kühlmittelmantel integriert, wobei der Kühlmittelmantel einen unteren Kühlmittelmantel, der zwischen den Abgasleitungen und der Montage-Stirnseite des Zylinderkopfes angeordnet ist, und einen oberen Kühlmittelmantel, der auf der dem unteren Kühlmittelmantel gegenüberliegenden Seite der Abgasleitungen angeordnet ist, umfaßt.
  • Einen Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 d. h. der gattungsbildenden Art offenbart die US 2005/0087154 A1 . Einen weiteren Zylinderkopf offenbart die EP 1 722 090 A2 , wobei dieser europäischen Patentanmeldung die Aufgabe zugrunde liegt, einen möglichst kompakten Zylinderkopf bereitzustellen und nicht einen Zylinderkopf mit einer möglichst effizienten Kühlung.
  • So erweist sich die Kühlung des in der EP 1 722 090 A2 beschriebenen Zylinderkopfes in der Praxis als unzureichend, wobei insbesondere in dem Bereich, in dem die Abgasleitungen zu der Gesamtabgasleitung zusammenführen, eine thermische Überlastung zu befürchten ist, die sich beispielsweise in Form von Materialabschmelzungen äußern kann.
  • Um dies zu verhindern, wird bei einer Brennkraftmaschine, die mit einem derartigen Zylinderkopf ausgestattet ist, immer dann eine Anfettung (λ < 1) vorgenommen, wenn mit hohen Abgastemperaturen zu rechnen ist. Dabei wird mehr Kraftstoff eingespritzt als mit der bereitgestellten Luftmenge überhaupt verbrannt werden kann, wobei der zusätzliche Kraftstoff ebenfalls erwärmt und verdampft wird, so daß die Temperatur der Verbrennungsgase sinkt. Diese Vorgehensweise ist aber unter energetischen Aspekten, insbesondere hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine und hinsichtlich der Schadstoffemissionen, als nachteilig anzusehen. Insbesondere gestattet es die Anfettung nicht immer, die Brennkraftmaschine in der Weise zu betrieben, wie es beispielsweise für ein vorgesehenes Abgasnachbehandlungssystem erforderlich wäre.
  • Berücksichtigt man weiter, daß sich eine Entwicklung hin zu kleinen, hochaufgeladenen Motoren vollzogen hat und weiter vollzieht, wird ersichtlich, daß in der Praxis eine effiziente Flüssigkeitskühlung von immer größerer Relevanz ist, denn die thermische Belastung ist bei hochaufgeladenen Motoren im Vergleich zu herkömmlichen Brennkraftmaschinen erheblich größer.
  • Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 d. h. der gattungsbildenden Art bereitzustellen, der mit einem Kühlmittelmantel ausgestattet ist, mit welchem die nach dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und der eine optimierte Kühlung des Zylinderkopfes gewährleistet, ohne daß eine thermische Überlastung des Zylinderkopfes zu befürchten ist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Zylinderkopf gemäß dem Anspruch 1. Der erfindungsgemäße Zylinderkopf verfügt - im Gegensatz zu dem in der EP 1 722 090 A2 beschriebenen Zylinderkopf - über mindestens eine Verbindung d. h. über mindestens einen Durchbruch in der Außenwandung des Zylinderkopfes, durch die bzw. den Kühlmittel aus dem unteren Kühlmittelmantel in den oberen Kühlmittelmantel strömen kann und umgekehrt. Zum einen findet hierdurch grundsätzlich eine Kühlung auch im Bereich der Außenwandung des Zylinderkopfes statt, auf die nach dem Stand der Technik bewußt - zur Realisierung einer kompakten Bauweise - verzichtet wird. Zum anderen wird die herkömmliche Längsströmung des Kühlmittels d. h. der Kühlmittelstrom in Richtung der Längsachse des Zylinderkopfes ergänzt durch eine Kühlmittelquerströmung, die quer zur Längsströmung und vorzugsweise in etwa in Richtung der Zylinderlängsachsen verläuft.
  • Der erfindungsgemäße Zylinderkopf ist thermisch höher belastbar als der aus dem Stand der Technik bekannte Zylinderkopf. Auf eine Anfettung des Kraftstoff-Luft-Gemisches - mit dem Ziel einer Absenkung der Abgastemperatur - kann somit weitestgehend bzw. vollständig verzichtet werden, was im Einzelfall von der Brennkraftmaschine, der Anzahl der Zylinder, der konkreten Ausbildung der mindestens einen Verbindung und dergleichen abhängt. Dies erweist sich insbesondere bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und des Emissionsverhaltens der Brennkraftmaschine als vorteilhaft. Darüber hinaus ergeben sich mehr Freiheiten bei der Steuerung der Brennkraftmaschine, da eine mögliche Anfettung zur Absenkung der Abgastemperatur bzw. zum Schutz des Zylinderkopfes vor thermischer Überlastung im Rahmen der Motorsteuerung keine Berücksichtigung mehr finden muß.
  • Der erfindungsgemäße Zylinderkopf eignet sich insbesondere für aufgeladene Brennkraftmaschinen, die aufgrund höherer Abgastemperaturen eine effiziente und optimierte Kühlung erfordern.
  • Damit wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf bereitzustellen, der über eine optimierte Kühlung verfügt.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen der untere und der obere Kühlmittelmantel nicht über den gesamten Bereich der Außenwandung miteinander verbunden sind, sondern sich die mindestens eine Verbindung nur über einen Teilbereich der Außenwandung erstreckt. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit in der mindestens einen Verbindung gesteigert werden, was den Wärmeübergang durch Konvektion erhöht. Vorteile bietet dies auch hinsichtlich der mechanischen Festigkeit des Zylinderkopfes.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen die mindestens eine Verbindung benachbart zu dem Bereich angeordnet ist, in dem die Abgasleitungen zu der Gesamtabgasleitung zusammenführen.
  • In dem Bereich, in dem die Abgasleitungen in eine gemeinsame Gesamtabgasleitung münden und das heiße Abgas sämtlicher Zylinder der Brennkraftmaschine gesammelt wird, ist der Zylinderkopf thermisch besonders hoch belastet. Dies hat gleiche mehrere Gründe.
  • Zum einen passiert das gesamte Abgas der Brennkraftmaschine diese Sammelstelle im Abgassystem, wohingegen eine einzelne Abgasleitung, die sich an die Auslaßöffnung eines Zylinders anschließend, lediglich mit dem Abgas bzw. einem Teil des Abgases eines Zylinders beaufschlagt wird. D. h. die absolute Menge an Abgas, die Wärme an den Zylinderkopf abgibt bzw. abgeben kann, ist hier am größten.
  • Zum anderen ist der Mündungsbereich der Abgasleitungen in die Gesamtabgasleitung kontinuierlich mit heißen Abgasen beaufschlagt, wohingegen die Abgasleitungen eines Zylinders - beispielsweise bei einer Vier-Takt-Brennkraftmaschine - nur während des Ladungswechsels des jeweiligen Zylinders d. h. einmal innerhalb von zwei Kurbelwellenumdrehungen von heißem Abgas durchströmt wird.
  • Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, daß im Zustrombereich der Gesamtabgasleitung d. h. im Bereich der Sammelstelle die Abgasströmungen der einzelnen Abgasleitungen mehr oder weniger stark umgelenkt werden müssen, um die Abgasleitungen zu einer gemeinsamen Gesamtabgasleitung zusammenführen zu können. Die einzelnen Abgasströmungen haben daher in diesem Bereich - zumindest teilweise - eine Geschwindigkeitskomponente, die senkrecht auf den Wandungen der Abgasleitung steht, wodurch der Wärmeübergang durch Konvektion und folglich die thermische Belastung des Zylinderkopfes zusätzlich erhöht wird. Aus den genannten Gründen ist die in Rede stehende Ausführungsform des Zylinderkopfes, bei der die mindestens eine Verbindung in der Nähe des Mündungsbereichs in die Gesamtabgasleitung d. h. in der Nähe der Sammelstelle der Abgasleitungen angeordnet ist, vorteilhaft. Im erfindungsgemäßen Zylinderkopf ist der Abstand zwischen der mindestens einen Verbindung und der Gesamtabgasleitung kleiner als der halbe Durchmesser eines Zylinders, wobei sich der Abstand aus der Wegstrecke zwischen der Außenwandung der Gesamtabgasleitung und der Außenwandung der Verbindung ergibt.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen mindestens zwei Verbindungen vorgesehen sind, die auf gegenüberliegenden Seiten der Gesamtabgasleitung angeordnet sind. Eine symmetrische Anordnung der mindestens zwei Verbindungen im Bereich der Außenwandung trägt dem Umstand Rechnung, daß das im Zylinderkopf integrierte System von Abgasleitungen in der Regel auch symmetrisch ausgebildet ist. Die zueinander korrespondierende Ausbildung von Abgassystem und Kühlung sorgt somit auch für eine symmetrische Temperaturverteilung im Zylinderkopf.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Auslaßöffnungen zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist. Wie bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt wurde, ist es während des Ausschiebens der Abgase im Rahmen des Ladungswechsels ein vorrangiges Ziel, möglichst schnell möglichst große Strömungsquerschnitte freizugeben, um ein effektives Abführen der Abgase zu gewährleisten, weshalb das Vorsehen von mehr als einer Auslaßöffnung vorteilhaft ist.
  • Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen zwischen den Abgasleitungen mindestens eines Zylinders - beabstandet zu diesen Abgasleitungen - mindestens eine Verbindung zwischen dem unteren Kühlmittelmantel und dem oberen Kühlmittelmantel vorgesehen ist. Auf diese Weise kann eine Kühlung in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Auslaßöffnungen realisiert werden, was vorteilhaft ist, wenn berücksichtigt wird, daß die Abgase bei Verlassen des Zylinders die höchste Temperatur aufweisen.
  • Vorteilhaft sind des weiteren Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen zunächst die Abgasleitungen der mindestens zwei Auslaßöffnungen jedes Zylinders zu einer dem Zylinder zugehörigen Teilabgasleitung zusammenführen bevor diese Teilabgasleitungen der mindestens zwei Zylinder zu der Gesamtabgasleitung zusammenführen.
  • Diese Ausgestaltung des integrierten Systems von Abgasleitungen ähnelt der Ausbildung eines herkömmlichen Abgaskrümmers, bei dem ähnlich vorgegangen wird. Die Gesamtwegstrecke aller Abgasleitungen wird hierdurch verkürzt.
  • Das stufenweise Zusammenführen der Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung trägt zudem zu einer kompakteren d. h. weniger voluminösen Bauweise des Zylinderkopfes und damit insbesondere zu einer Gewichtsreduzierung und einem effektiverem Packaging im Motorraum bei.
  • Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen zwischen den Teilabgasleitungen von mindestens zwei benachbarten Zylindern - beabstandet zu diesen Teilabgasleitungen - mindestens eine Verbindung zwischen dem unteren Kühlmittelmantel und dem oberen Kühlmittelmantel vorgesehen ist.
  • Bei der - in der Regel gabelförmigen - Zusammenführung der Teilabgasleitungen verjüngt sich die Wandstärke der die Teilabgasleitungen voneinander trennenden Wandung, so daß diese Wandung insbesondere in dem Bereich, in dem die Zusammenführung tatsächlich stattfindet, thermisch hoch belastet ist. Das Vorsehen einer Verbindung d. h. eines Kühlkanals zum Zwecke der Wärmeabfuhr ist daher vorteilhaft. Dieselben Überlegungen und Zusammenhänge gelten auch für die bereits weiter oben beschriebene Ausführungsform des Zylinderkopfes, bei denen zwischen den Abgasleitungen mindestens eines Zylinders mindestens eine Verbindung zwischen dem unteren Kühlmittelmantel und dem oberen Kühlmittelmantel vorgesehen ist.
  • Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen des Zylinderkopfes sein, bei denen jeder Zylinder eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist.
  • Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen zwischen den Abgasleitungen von mindestens zwei benachbarten Zylindern - beabstandet zu diesen Abgasleitungen - mindestens eine Verbindung zwischen dem unteren Kühlmittelmantel und dem oberen Kühlmittelmantel vorgesehen ist.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles gemäß den Figuren 1 bis 3 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
    • Fig. 1
    in einer leicht angestellten Draufsicht den Sandkern der in einer ersten Ausführungsform des Zylinderkopfes integrierten Abgasleitungen,
    Fig. 2
    in einer perspektivischen Darstellung den in Figur 1 dargestellten Sandkern zusammen mit dem Kühlmittelmantel der ersten Ausführungsform des Zylinderkopfes, und
    Fig. 3
    in einer perspektivischen Darstellung die erste Ausführungsform des Zylinderkopfes.
  • Figur 1 zeigt in einer leicht angestellten Draufsicht den Sandkern 13 der in einer ersten Ausführungsform des Zylinderkopfes integrierten Abgasleitungen 4a, 4b, 5, 6, so daß Figur 1 prinzipiell auch das System der im Zylinderkopf integrierten Abgasleitungen 4a, 4b, 5, 6 veranschaulicht, weshalb auch die Bezugszeichen für die Abgasleitungen 4a, 4b, 5, 6 eingetragen sind.
  • Bei dem in Figur 1 dargestellten Sandkern 13 bzw. Abgassystem handelt es sich um die Abgasleitungen 4a, 4b, 5, 6 eines Zylinderkopfes einer Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine. Jeder der vier Zylinder ist mit zwei Auslaßöffnungen 3a, 3b ausgestattet, wobei sich an jede Auslaßöffnung 3a, 3b eine Abgasleitung 4a, 4b anschließt.
  • Die Abgasleitungen 4a, 4b jedes Zylinders führen zu einer dem Zylinder zugehörigen Teilabgasleitung 5 zusammen, wobei die Teilabgasleitungen 5 anschließend d. h. stromabwärts wiederum zu einer gemeinsamen Gesamtabgasleitung 6 zusammenführen.
  • Zwischen den Teilabgasleitungen 5 von zwei benachbarten Zylindern können - beabstandet zu diesen Teilabgasleitungen 5 - optional Verbindungen 15 zwischen dem unteren Kühlmittelmantel und dem oberen Kühlmittelmantel vorgesehen werden (als strichpunktierte Kreise dargestellt).
  • Die optionalen Verbindungen 15 unterstützen das Kühlen der thermisch hochbelasteten Sammelstelle 8, an der die Abgasströme sämtlicher Zylinder zusammenführen d. h. gesammelt werden. Das gesamte Abgas der Brennkraftmaschine passiert diese Sammelstelle 8 d. h. den Mündungsbereich 8 der Teilabgasleitungen 5, wo die Teilabgasleitungen 5 in die Gesamtabgasleitung 6 münden.
  • In einer Außenwandung des Zylinderkopfes, aus der die Gesamtabgasleitung 6 austritt, sind zwei Verbindungen 7 zwischen dem unteren Kühlmittelmantel und dem oberen Kühlmittelmantel vorgesehen, die wiederum dem Durchtritt von Kühlmittel dienen (als strichpunktierte Ellipsen dargestellt).
  • Die Verbindungen 7 sind benachbart zur Gesamtabgasleitung 6 d. h. zu dem Bereich 8 angeordnet, in dem die Abgasleitungen 4a, 4b, 5 zu der Gesamtabgasleitung 6 zusammenführen.
  • Figur 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den in Figur 1 dargestellten Sandkern 13 zusammen mit dem Kühlmittelmantel 2 der ersten Ausführungsform des Zylinderkopfes.
  • Der Kühlmittelmantel 2 umfaßt einen unteren Kühlmittelmantel 2a, der zwischen den Abgasleitungen 5 und einer nicht dargestellten Montage-Stirnseite des Zylinderkopfes (siehe Figur 3) angeordnet ist, und einen oberen Kühlmittelmantel 2b, der auf der dem unteren Kühlmittelmantel 2a gegenüberliegenden Seite der Abgasleitungen 5 angeordnet ist.
  • In der Außenwandung des Zylinderkopfes, aus der die Gesamtabgasleitung 6 austritt, sind zwei Verbindungen 7 zwischen dem unteren Kühlmittelmantel 2a und dem oberen Kühlmittelmantel 2b vorgesehen, die dem Durchtritt von Kühlmittel dienen.
  • Der untere und der obere Kühlmittelmantel 2a, 2b sind nicht über den gesamten Bereich der Außenwandung miteinander verbunden, sondern nur über einen Teilbereich der Außenwandung hinweg und zwar benachbart zur Gesamtabgasleitung 6.
  • Die beiden Verbindungen 7 sind damit benachbart zu dem Bereich angeordnet, in dem die Abgasleitungen 5 zu der Gesamtabgasleitung 6 zusammenführen d. h. dort, wo der Zylinderkopf thermisch besonders hoch belastet.
  • Das gesamte Abgas der Brennkraftmaschine durchströmt die Sammelstelle, die kontinuierlich mit heißen Abgasen beaufschlagt wird, wohingegen die Abgasleitungen 5 eines Zylinders nur temporär von heißem Abgas durchströmt werden. Darüber hinaus werden die Abgasströmungen im Bereich der Sammelstelle umgelenkt.
  • Die beiden Verbindungen 7 gestatten eine Kühlung auch im Bereich der Außenwandung des Zylinderkopfes, wobei die sich im oberen und unteren Kühlmittelmantel 2a, 2b einstellenden Längsströmungen - in Richtung der Längsachse des Zylinderkopfes - durch zwei Kühlmittelströmungen, die quer zu den Längsströmungen verlaufen, ergänzt werden. Die Strömungen des Kühlmittels sind mit Pfeilen kenntlich gemacht.
  • Zur Entfernung des Sandkerns 13 nach dem Gießen des Zylinderkopfes sind im Bereich der Gesamtabgasleitung 6 bzw. der Verbindungen 7 zwei Zugänge 12 vorgesehen, die nach dem Entfernen des Sandkern 13 verschlossen werden.
  • Zu erkennen ist auch, daß jeder Zylinder nicht nur zwei Auslaßöffnungen 3, 3b, sondern auch zwei Einlaßöffnungen 11a, 11b aufweist.
  • Figur 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die erste Ausführungsform des Zylinderkopfes 1 und zwar von unten d. h. mit Blick auf die Montage-Stirnseite 9 und die Einlaßöffnungen 11a, 11b der Zylinder.
  • Zu erkennen ist die nach außen gewölbte Außenwandung 10, in der mittig der Austritt der Gesamtabgasleitung 6 aus dem Zylinderkopf 1 angeordnet ist, wobei ein Flansch 14 vorgesehen ist, an dem eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinderkopf 1 befestigt wird.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Zylinderkopf
    2
    Kühlmittelmantel
    2a
    unterer Kühlmittelmantel
    2b
    oberer Kühlmittelmantel
    3a
    erste Auslaßöffnung
    3b
    zweite Auslaßöffnung
    4a
    erste Abgasleitung
    4b
    zweite Abgasleitung
    5
    Teilabgasleitung
    6
    Gesamtabgasleitung
    7
    Verbindung
    8
    Mündungsbereich, Sammelstelle
    9
    Montage-Stirnseite
    10
    Außenwandung
    11a
    erste Einlaßöffnung
    11b
    zweite Einlaßöffnung
    12
    Zugang
    13
    Sandkern
    14
    Flansch
    15
    optionale Verbindung

Claims (8)

  1. Zylinderkopf (1), der an einer Montage-Stirnseite (9) mit einem Zylinderblock verbindbar ist, mit einem zumindest teilweise im Zylinderkopf (1) integrierten Kühlmittelmantel (2) für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, bei dem jeder Zylinder mindestens eine Auslaßöffnung (3a, 3b) zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist, wobei
    - sich an jede Auslaßöffnung (3a, 3b) eine Abgasleitung (4a, 4b) anschließt,
    - die Abgasleitungen (4a, 4b) der mindestens zwei Zylinder innerhalb des Zylinderkopfes (1) zu einer Gesamtabgasleitung (6) zusammenführen,
    - der Kühlmittelmantel (2) einen unteren Kühlmittelmantel (2a), der zwischen den Abgasleitungen (4a, 4b, 5, 6) und der Montage-Stirnseite (9) des Zylinderkopfes (1) angeordnet ist, und einen oberen Kühlmittelmantel (2b), der auf der dem unteren Kühlmittelmantel (2a) gegenüberliegenden Seite der Abgasleitungen (4a, 4b, 5, 6) angeordnet ist, aufweist, und
    - beabstandet zu den Abgasleitungen (4a, 4b, 5, 6) in einer Außenwandung (10) des Zylinderkopfes (1), aus der die Gesamtabgasleitung (6) austritt, mindestens eine Verbindung (7) zwischen dem unteren Kühlmittelmantel (2a) und dem oberen Kühlmittelmantel (2b) vorgesehen ist, die dem Durchtritt von Kühlmittel dient,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    - die mindestens eine Verbindung (7) benachbart zu dem Bereich (8) angeordnet ist, in dem die Abgasleitungen (4a, 4b, 5) zu der Gesamtabgasleitung (6) zusammenführen, wobei der Abstand zwischen der mindestens einen Verbindung (7) und der Gesamtabgasleitung (6) kleiner ist als der halbe Durchmesser eines Zylinders.
  2. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    mindestens zwei Verbindungen (7) vorgesehen sind, die auf gegenüberliegenden Seiten der Gesamtabgasleitung (6) angeordnet sind.
  3. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    jeder Zylinder mindestens zwei Auslaßöffnungen (3a, 3b) zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist.
  4. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zwischen den Abgasleitungen (4a, 4b) mindestens eines Zylinders - beabstandet zu diesen Abgasleitungen (4a, 4b) - mindestens eine Verbindung zwischen dem unteren Kühlmittelmantel (2a) und dem oberen Kühlmittelmantel (2b) vorgesehen ist.
  5. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zunächst die Abgasleitungen (4a, 4b) der mindestens zwei Auslaßöffnungen (3a, 3b) jedes Zylinders zu einer dem Zylinder zugehörigen Teilabgasleitung (5) zusammenführen bevor diese Teilabgasleitungen (5) der mindestens zwei Zylinder zu der Gesamtabgasleitung (6) zusammenführen.
  6. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zwischen den Teilabgasleitungen (5) von mindestens zwei benachbarten Zylindern - beabstandet zu diesen Teilabgasleitungen (5) - mindestens eine Verbindung (15) zwischen dem unteren Kühlmittelmantel (2a) und dem oberen Kühlmittelmantel (2b) vorgesehen ist.
  7. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    jeder Zylinder eine Auslaßöffnung (3a, 3b) zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist.
  8. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zwischen den Abgasleitungen (4a, 4b) von mindestens zwei benachbarten Zylindern - beabstandet zu diesen Abgasleitungen (4a, 4b) - mindestens eine Verbindung zwischen dem unteren Kühlmittelmantel (2a) und dem oberen Kühlmittelmantel (2b) vorgesehen ist.
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